KR910002988B1

KR910002988B1 - 회로 차단기

Info

Publication number: KR910002988B1
Application number: KR1019880006165A
Authority: KR
Inventors: 가즈히로 이시이
Original assignee: 미츠비시 덴키 가부시키가이샤; 시키 모리야
Priority date: 1987-07-07
Filing date: 1988-05-26
Publication date: 1991-05-11
Also published as: KR890002923A; JPH0714250B2; ZA884836B; DE3889591D1; JPH01170313A; US4847725A; EP0298445A3; EP0298445B1; DE3889591T2; EP0298445A2

Abstract

내용 없음.

Description

회로 차단기

제1도는 본원 발명에 의한 회로차단기의 일예를 나타내는 회로도.

제2도는 장한시(長限時) 트립회로의 회로도.

제3도는 종래의 회로차단기의 동작설명용의 트립특성도.

제4도는 종래의 장한시 트립회로의 회로도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11 : 교류전로 21 : 변류기

30 : 정류회로 35a : 제1의 비교기

35b : 제2의 비교기 36a : 제1의 비교기의 출력스위치

36b : 제2의 비교기의 출력스위치 37a : 제1의기준전압 설정회로

37b : 제2의 기준전압 설정회로 38 : 콘덴서

39 : 방전저항체 40 : 전류검출저항체

41 : 제3의 비교기 42 : 제3의 기준전압 설정회로

44 : 전압전류 변환회로 45 : 바이어스용 직류전원회로

60 : 차동증폭회로 70 : 시한회로

80 : 전자트립코일 100 : 차단기구

120 : 개폐회로 170 : 장한시 트립회로

201 : 부하개폐접점 500 : 전원회로

본원 발명은 과전류(過電流) 트립장치를 구비한 회로차단기에 관한 것이다.

이 종류의 차단기는 예를들면 일본국 특허출원공개 특개소 60(1985)-32211호 공보나 일본국 실용신안 등록출원 실개소 55(1980)-29931호 공보에 개시되어 있는 바와 같이, 부하개폐접점이 폐성(閉成)되어서 전원측 단자로부터 부하개폐접점을 통해서 대응하는 부하측 단자에 전력이 공급되고 있는 상태에 있어서, 교류 전로에 사고전류가 흐르면, 상기 변류기가 그것에 고유의 변류비(變流比)로 사고전류를 검출하고, 2차측에 출력전류를 유기(誘起)한다.

상기 신호변환회로로부터의 출력신호는 사후처리회로에 인가되고, 사고전류가 소정의 레벨 이상이라고 판단되었을때, 그 레벨검출신호가 시한회로(時限回路)에 입력되며, 이 시한회로는 이 신호에 따라서 소정의 한시동작(限時動作)을 행하고, 다이리스터의 게이트를 트리거해서 석방형 과전류 트립코일을 구동하고, 상기 부하개폐접점을 개방해서 전로(電路)를 차단한다.

상기 시한회로는 제3도에서 나타내는 순간 트립전류영역, 단한시(短限時) 트립전류영역 및 장한시(長限時) 트립전류영역을 넘었을때, 시한동작하는 순간 트립회로, 단한시 트립회로 및 장한시 트립회로를 구비하고 있다.

제4도는 종래의 장한시 트립회로를 나타낸다. 사고전류에 해당하는 검출전압은 실효치 변환회로이며, 그 실효치로 변환된 다음, 그 출력전압 eX이 장한시 트립회로(170)의 비교기(35)에 입력되고, 그 출력전압 eX이 기준전압 설정회로(37)의 기준전압 eY에 대해서 예를들면 1배에 달하면 비교기(35)의 출력스위치(36)가 닫힘에서 열림으로 되고, 콘덴서(38)에의 충전을 가능하게 한다.

지금, 정격전류가 예를들면 200A일때 상기 전압 eX이 0.5V이면, 기준전압 설정회로(37)의 기준전압 eY을 예를들면 0.6V로 설정해 두고, 실효치 변환회로로부터의 출력전압 eX가 0.6V에 달하였을때, 비교기(35)의 출력스위치(36)를 닫힘에서 열림으로 하여, 콘덴서(38)에의 충전을 개시한다. 이 경우 충전 개시할때에 상기 교류전로에 흐르는 사고전류는 240A이다.

또 한편, 상기 비교기(35)의 입력단자 a에 인가되는 입력전압 eX는 전압전류 변환회로(44)에 인가되어서, 그 입력전압 eX에 해당하는 출력전류 Ib로 변환된다.

여기서, 상기 전압전류 변환회로(44)의 입력전압 eX과 출력전류 Ib와의 관계는 입력전압 eX이 커지면 출력전류 Ib가 커지는 소정의 관계가 되도록 구성되어 있다.

즉, 입력전압 eX이 예를들면 0.5V일때 그 출력전류 Ib가 1㎂로 변환되고, eX이 1V로 되면 출력전류가 4㎂로 변환되도록 구성되어 있다.

따라서, 상기 전압전류 변환회로(44)에 의해서 그 출력전압 eX(1V)은 전류 Ib(4㎂)로 변환되어서, 그 출력전류 Ib가 콘덴서(38)에 충전된다.

상기 콘덴서(38)의 충전전압 e1이 상승해서 장한시 동작시간의 기준전압 설정회로(42)의 출력전압 e2 보다 높아지면, 비교기(41)에서 장한시 동작시간의 출력신호를 출력하여, 예를들면 100sec로 차단동작을 한다.

상기와 같이 장한시 트립동작은 사고전류가 발생하고 나서 100sec를 요하며, 순간 트립동작의 20m sec가 단한시 트립동작의 100m sec에 대해서 그 동작시간이 비교적 길다.

즉, 상기 장한시 트립동작은 사고전류가 정격전류의 2배에 있어서 약 100sec로 동작하는 것이며, 예를들면 정격전류의 0.8배의 부하전류가 계속 흘러서, 교류전로가 예열되어 있었다 해도, 온도상승이 없을때와 동일한 비교적 긴 동작시간을 요한다.

이와 같은 예열상태의 교류전로에 정격전류의 2배의 사고전류가 100sec 사이에 걸쳐서 계속 흘렀을 경우, 상기 전로에 불의의 사태를 초래할 우려가 있었다.

본원 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 교류전로가 예열상태에 있을때, 장한시 트립동작시간을 단축해서 교류전로의 불의의 사태를 방지할 수가 있는 회로차단기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본원 발명에 의한 회로차단기는 장한시 트립회로가 정격전류의 기준전류치에 대응하는 제1 및 이 제1의 기준전압보다 낮은 제2의 기준전압을 설정하는 제1 및 제2의 기준전압 설정회로와, 차동증폭회로로부터의 소정의 출력신호와 제1 및 제2의 기준전압 설정회로로부터의 출력전압을 비교해서 사고전류를 2단계로 판정하는 제1 및 제2의 비교기와, 상기 비교기의 입력전압을 전류로 변환하는 전압전류 변환회로와, 사고전류에 상당하는 상기 전압전류 변환회로로부터의 외관상의 전류가 충전되는 콘덴서와, 상기 콘덴서에 바이어스용 직류전원회로를 통해서 병렬 접속되는 동시에 통상시에는 폐성되며 또한 과전류가 되면 열리는 상기 제1의 비교기의 출력스위치와 상기 콘덴서에 병렬 접속되어서 통상시는 폐성되고 또한 정격전류 이하의 소정의 전류치 이상이 되면 열리는 상기 제2의 비교기의 출력스위치를 구비한 것을 특징으로 한다.

사고전류가 예를들면 정격전류의 2배로 급속하게 상승해서, 교류전로가 예열되어 있지 않은 경우에는 1쌍의 비교기의 출력스위치가 거의 동시에 개방되므로, 종래의 회전차단기와 같은 장한시 동작시간으로 차단동작한다.

또 한편, 교류전로에 예를들면 정격전류의 0.8배의 부하전류가 계속 흘러서 교류전로가 예열되어 있을 경우에는 제1의 비교기의 출력스위치가 폐성상태에서 제2의 비교기의 출력스위치가 개방되어, 콘덴서의 충전전압이 이미 바이어스용 직류전원회로의 전위로 유지되고 있으므로 상기 충전전압의 상승시간은 단축된다. 따라서 이 경우에는 온도상승이 없을때와 비교해서 장한시 트립의 동작시간이 단축되고 교류전로의 불의의 사태를 유효하게 방지할 수가 있다.

다음에 본원 발명의 실시예를 도면에 따라 설명한다.

제1도는 본원 발명에 의한 회로차단기의 일예를 나타내는 회로도이다.

(21)은 교류전로(11)에 설치된 변류기이며, 이 변류기(21)의 2차측에는 2차출력전류를 단일방향으로 바꾸는 정류회로(30)가 접속되고, 이 정류회로(30)는 다이오드(31), (32)의 직렬회로와 다이오드(33), (34)의 직열회로로 구성되어 있다. (500)은 정류회로(30)의 플러스축 출력단자에 접속된 직류정전압 전원회로이며, 플러스측단자(5a), 중간단자(5c) 및 마이너스측단자(5d)를 가지고 있다.

상기 전원회로(500)의 마이너스측단자(5d)는 전류검출저항체(40)의 한쪽끝에 접속되고, 이 전류검출저항체(40)이 다른쪽끝은 정류회로(30)의 마이너스측 접속단자에 접속되어서, 이 검출저항체(40)에는 전로(11)의 부하전류에 대응하는 전파정류파형(全波整流波形) 전류가 흐른다. (60)은 전류검출저항체(40)의 전압강하를 전원회로(500)의 중간전위 V_o를 기준으로 하는 신호로 변환하는 차동증폭회로이다.

상기 차동증폭회로(60)는 연산증폭기(63)와 4개의 저항체(64), (65), (66), (67)로 구성되어 있다. 상기 차동증폭회로(60)의 전력은 전원회로(500)에서 공급되고, 차동증폭회로(60)의 입력단자는 전류검출저항체(40)에 접속되어 있다.

(70)은 시한회로이며, 이 시한회로(70)는 순간 트립회로(230), 단한시 트립회로(220) 및 장한시 트립회로(170)을 구비하고, 각 회로(230), (220), (170)의 출력단자는 병렬 접속되어서, 시한회로(70)의 출력단자(70a)로 되어 있다.

즉, 차동증폭회로(60)의 출력단자에는 순간 트립회로(230)가 접속되고, 이 순간 트립회로(230)에는 피크치 변환회로(44), (210)와 단한시 트립회로(220)의 직렬회로와, 실효치 변환회로(211)와 장한시 트립회로(170)의 직렬회로가 병렬 접속되어 있다.

(80)은 정류회로(30)의 플럭스측 출력단자에 접속된 전자트립코일, (120)은 전자트립코일(80)에 직렬 접속된 개폐회로이며, 이 개폐회로(120)의 다른쪽끝은 전원회로(500)의 마이너스측단자(5d)에 접속되어 있다. 상기 전자트립코일(80)은 개폐접점(120)에 대해서, 차단기구(100)를 통해서 기계적으로 연동하고 있으며, 개폐회로(120)가 열림에서 닫힘으로 전환되므로써 상기 개폐접점(120)이 개방되도록 구성되어 있다.

(50)은 전원회로(500)의 플러스측단자(5a)와 마이너스측단자(5d)와의 사이에 접속된 부족전압동작 금지회로, (55)는 그 출력스위치이다.

제2도는 장한시 트립회로(170)를 나타낸다. 도면에 있어서 (35a) 및 (35b)는 1쌍의 비교기이며, 각 비교기(35a), (35b)의 한쪽의 입력단자 a에는 실효치 변환회로(211)로부터의 출력전압 eX이 인가되도록 접속되어 있다. (36a), (36b)는 상기 비교기(35a), (35b)의 출력스위치이며, 통상시에는 닫히고, 과전류기 되면 열리도록 접속되어 있다.

(37a), (37b)는 비교기(35a), (35b)의 다른쪽의 입력단자에 접속된 제1 및 제2의 정격전류 기준전압 설정회로이며, 제2의 정격전류 기준전압 설정회로(37b)는 제1의 기준전압 설정회로(37a)의 기준전압 eY을 분압한 기준전압 eZ을 출력하는 분압저항체(48), (49)로 구성되어 있다. 그러나, 이 제2의 기준전압 설정회로(37b)는 제1의 기준전압 설정회로(37a)와 독립된 회로 구성이라도 된다.

(38)은 출력스위치(36b)에 병렬접속된 정한시 트립콘덴서, (39)는 장한기 트립콘덴서(38)에 병렬 접속된 방전저항체이며, 실효치 변환회로(211)로부터의 출력전압이 인가되는 상기 비교기(35a), (35b)의 한쪽의 입력단자 a와, 상기 콘덴서(38)와 방전저항체(39)의 접속점 b과의 사이에는 전압전류 변환회로(44)가 접속되어 있다. (45)는 제3의 비교기(41)의 바이어스 전원회로이며, 이 전원회로(45)는 직류전원(47)과 역류방지용 다이오드(46)와의 직렬회로로 구성되는 동시에, 상기 출력스위치(36a)를 통해서 장한시 트립콘덴서(38)에 병렬 접속되어 있다.

상기 비교기(41)는 장한시 트립시간을 결정하기 위한 것이며, 이 비교기(41)의 한쪽의 입력단자에는 장한시 트립콘덴서(38)의 충전전압 e1이 인가되도록 접속되어 있다. (42)는 상기 비교기(41)의 다른쪽의 입력단자에 접속된 장한시 동작시간의 기준전압 설정회로이며, 이 제3의 기준전압 설정회로(42)는 비교기(41)의 기준이 되는 장한시 동작시간에 해당하는 전압 e2을 설정하기 위한 것이다.

다음에 상기 구성의 동작에 대하여 설명한다.

교류전로(11)에 전류 Ia가 흐르면, 변류기(21)의 2차권선에 고유의 변류비로 정해진 2차전류가 흐른다. 이 2차전류를 정류회로(30)로 단일방향의 전류로 변환하고, 정류회로(30)의 출력전류가 전원회로(500)와 검출저항체(40)를 지나서 정류회로(30)로 환류한다. 이때, 전원회로(500)와 검출저항체(40)에는 교류전로(11)의 전류 Ia에 대응하는 전파정류파형 전류가 흐른다.

상기 전원회로(500)에 전파정류파형 전류가 흘러들면, 이 전원회로(500)의 각 출력단자(5a), (5c) 및 (5d)에는 중간단자(5c)의 전위 V_o를 기준으로 한 전압(+V), (-V)이 발생한다.

또 한편, 상기 차동증폭회로(60)의 전력은 전원회로(500)에서 공급되고, 차동증폭회로(60)의 입력은 전류 검출저항체(40)로부터 공급된다. 이 차동증폭회로(60)의 이득 A는

이 된다.

상기 차동증폭회로(60)의 출력이 시한회로(70)의 대응하는 순간 트립회로(230), 단한시 트립회로(220) 및 장한시 트립회로(170)에 각각 인가되고, 상기 순간 트립회로(230) 및 단한시 트립회로(220)는 제3도에서 나타내는 종래와 같은 순간트립 및 단한시 트립의 각 특성동작을 달성하도록 출력신호를 낸다.

또 한편, 장한시 트립회로(170)는 다음에 설명하는 특성동작을 한다.

즉, 시한회로(70)에 있어서의 실효치 변환회로(211)로부터의 출력전압 eX는 제2도에서 나타내는 장한시 트립회로(170)에 있어서의 제1, 제2의 비교기(35a), (35b)에 입력되고, 그 입력전압 eX이 제2의 기준전압 설정회로(37b)의 기준전압 eZ에 대해서, 예를들면 1배에 달하면, 제2의 비교기(35b)의 출력스위치(36b)가 닫힘에서 열림으로 되고, 전압전류 변환회로(44)의 출력전압 Ib에 의해 콘덴서(38)에의 충전을 개시한다.

이때, 제1의 비교기(35a)의 출력스위치(36a)는 닫힌상태이므로, 장한시 트립콘덴서(38)의 충전전압 e1은 전원회로(45)의 전위 E1을 넘는 일이 없다. 또한, 상기 전원회로(45)의 전원 E1은 제3의 기준전압 설정회로(42)의 출력전압 e2 보다 작게 설정되어 있으므로, 상기 비교기(41)로부터의 출력은 없다.

지금, 교류전로(11)에 흐르는 전류 Ia가 예를들면 정격치 200A일 때, 실효치 변환회로(211)로부터의 출력전압 eX이 예를들면 0.5V인 경우에 있어서, 제1, 제2의 기준전압 설정회로(37a), (37b)의 기준전압 eY, eZ를 0.6V와 0.4V에 각각 설정해 두면, 실효치 변환회로(211)로부터의 출력전압 eX이 0.4V에 달하면, 비교기(35b)의 출력스위치(36b)가 닫힘에서 열림으로 되고, 콘덴서(38)에의 충전을 개시한다.

이 충전을 개시할때에 상기 교류전로(11)에 흐르는 전류 Ia는 160A이며, 정격치 200A에 대해서 0.8배의 전류 Ia가 교류전로(11)에 흘러서, 이 교류전로(11)가 예열된다. 그러나, 이 예열은 교류전로(11)를 태워 손상시키는 사고원인이 될 우려가 없으므로, 장한시 트립회로(170)로부터 출력은 없다.

다음에, 교류전로(11)에 흐르는 전류 Ia가 증대해서, 예를들면 정격치 200A의 2배인 400A가 되면, 실효치 변환회로(211)로 부터의 출력전압 eX이 1V로 되어, 제2의기준전압 eZ을 넘어서 제1의 기준전압 eY에 달하므로, 제1, 제2의 비교기(35a), (35b)의 출력스위치(36a), (36b)가 모두 개방된다.

상기 양 스위치(36a), (36b)의 개방에 의해서, 전압전류 교환회로(44)의 출력전류 Ib가 콘덴서(38)에 흘러들어가고, 이 콘덴서(38)의 충전전압 e1은 전원회로(45)의 전위 E1로부터 충전이 개시된다.

여기서 상기 전압전류 변환회로(44)의 입력전압 eX과 출력전류 Ib와의 관계는 입력전압 eX이 커지면, 출력전류 Ib가 커지는 소정의 관계가 되도록 구성되어 있으므로, 입력전압 eX(0.5V)은 출력전류 Ib(1㎂)로 변환되고, 입력전압 eX(1V)는 출력전류 Ib(4㎂)로 변환된다.

상기 출력전류 Ib가 콘덴서(38)에 충전되고 그 충전전압 e1이 장한시 동작시간의 기준전압 설정회로(42)의 출력전압 e2 보다 높아지면, 시한회로(70)에서 장한시 동작시간의 출력신호를 보낸다.

이와 같이, 사고전류가 정격전류의 2배 달했을때 콘덴서(38)의 충전전압 e1이 이미 전원회로(45)의 전위 E1로 유지되어 있으므로, 상기 충전전압 e1이 장한시 동작시간의 기준전압 설정회로(42)의 출력전압 e2 보다 높아지는 시간은 단축된다.

또 한편, 사고전류가 0A보다 정격전류의 2배로 급속하게 상승해서 교류전로(11)가 예열되지 않은 경우에는, 상기 비교기(35a), (35b)의 출력 스위치(36a), (36b)가 거의 동시에 개방되므로, 제4도에서 설명한 종래의 회로차단기와 같은 장한시 동작시간으로 차단동작을 할 수 있다.

따라서, 사고전류가 정격전류의 2배로 되기 이전에, 예를들면 정격전류의 0.8배의 부하전류가 계속 흘러서 교류전로(11)가 예열되어 있는 경우에는 온도상승이 없을때와 비교해서, 장한시 트립의 동작시간을 단축해서 교류전로(11)의 불의의 사태를 유효하게 방지할 수가 있다.

또한, 상기 개폐접점(201)을 흐르는 전류가 정격전류의 10%-20% 정도로 작을때에는 전원회로(500)의 출력전압은 시한회로(70)의 동작에 불충분한 상태가 있다. 그 상태에서 시한회로(70)가 잘못된 출력을 보내는 것을 방지하기 때문에, 부족전압동작 금지회로(50)의 출력스위치(55)가 열려서 개폐회로(120)의 닫힘동작을 방지한다.

그리고, 상기 장한시 트립회로(170)는 차동증폭회로(60)의 출력신호를 실효치 변환회로(211)에서 실효치 전압으로 변환한 후 받고 있었으나, 상기 실효치 변환회로(211)는 피크치 변환회로라도 된다.

그리고, 상기 실시예에 있어서는 편의상 단상의 교류전로(11)를 차단하는 회전차단기에 대해서 설명하였으나, 다상의 교류전로를 차단하는 회로차단기라도 된다.

상기와 같이, 본원 발명에 의하면, 교류전로가 예열되어 있는 경우에는 온도 상승이 없을때와 비교해서 장한시 트립의 동작시간이 단축되고, 교류전로의 불의의 사태를 유효하게 방지할 수가 있다.

Claims

교류전로에 삽입된 부하개폐접점과, 이 접점에 흐르는 전류를 검출하는 변류기와, 이 변류기의 2차권선에 접속되어서 상기 변류기의 교류 2차전류를 단방향(單方向) 전류로 변환하는 정류회로와, 이 정류회로의 출력단자 사이에 접속된 직류정전압 전원회로와, 상기 단방향전류에 비례하는 상기 전류검출저항체의 전압강하를 증폭하는 차동증폭회로와, 상기 단방향전류의 소정의 크기에 대해서 소정의 시간지연을 발생시키는 시한회로와, 이 시한회로의 출력에 의해 열림에서 닫힘으로 조작하는 개폐회로와, 이 개폐회로의 폐성으로 전자트립코일에 의해 구동되어서 상기 부하개폐접점을 닫힘에서 열림으로 하는 차단기구를 구비하고, 상기 시한회로는 정격전류의 기준전류치에 대응하는 제1의 기준전압을 설정하는 제1의 기준전압 설정회로와, 상기 제1의 기준전압보다도 낮은 제2의 기준전압을 설정하는 제2의 기준전압 설정회로와, 상기 차동증폭회로로부터의 소정의 출력신호와 제1 및 제2의 기준전압 설정회로로부터의 출력전압을 비교해서 사고전류를 판정하는 제1 및 제2의 비교기와, 상기 비교기의 입력전압을 전류로 변환하는 전압전류 변환회로와, 사고전류에 상당하는 상기 전압전류 변환회로로부터의 외관상의 전류가 충전되는 콘덴서와, 이 콘덴서에 병렬 접속된 방전저항체와, 상기 콘덴서에 바이어스용 직류전원회로를 통해서 병렬 접속되는 동시에 통상시는 폐성되고 또한 과전류가 되면 열리는 상기 제1의 비교기의 출력스위치와, 상기 콘덴서에 병렬 접속되어서 통상시는 폐성되고 또한 과전류로 되면 열리는 상기 제2의 비교기의 출력스위치와, 기준이 되는 장한시 동작시간에 상당하는 전압을 설정하는 제3의 기준전압 설정회로와, 상기 콘덴서의 충전전압과 상기 제3의 기준전압 설정회로의 출력전압을 비교해서 장한시 동작시간을 결정하는 제3의 비교기를 구비한 것을 특징으로 하는 회로차단기.