TW201140985A - Protection relay - Google Patents

Description

201140985 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明的實施形態是有關於一種包括輸入電路的保護 繼電器，該輸入電路根據外部輸入電壓是否大於預先設定 的臨限值電壓來對外部設備的狀態進行檢測。 【先前技術】 例如’保護電力系統的保瘦繼電器根據輸入電流或輸 入電壓的大小、相位關係等來檢測系統事故，進行保護控 制運算以保護電力系統。於該情形時，利用接點輸乂信 來將外部设備的狀態予以輸入’例如，根據相對於預定的 臨限值電壓的外部輸入電壓值的大小來對接點輸入 (Binary Input)進行檢測。 先剷的接點輸入電路是採用限流電阻方式，藉由串聯 或並聯地分別連接於光耗合器（ph〇t〇-coupler)的電阻來 對流入至光耗合器的電流值進行調節，對臨限值電壓進行 設定，藉此來實現對於接點輸入的檢測或不檢測的判定。 對於各個接點輸入電路中的每一個電路設定一個臨限值電 壓。因此，為了對應於多個臨限值電壓，必須將相對於外 部輸入電壓的臨限值電壓的設定予以變更。因此，於多數 情形下’準備為了將臨限值電壓的設定予以變更而將電阻 常數予以變更的上述電路，且安裝該電路基板，以對應於 上述多個臨限值電壓。 於限流電阻方式的接點輸入電路中，有一種可程式控 制器（programmable controller)的輸入電路，利用開關 (switching )元件來對使檢測出的接點輸入信號發送至運 201140985 ^丄 算部的光耦合器的輸出進行接通/斷開控制，藉此來使佔空 比（duty ratio)可變’從而使發熱減少（例如，參照曰本 專利特開2008-152309號公報（以下稱為「專利文獻丨」））。 又’存在如下的技術’即，使用旁路（bypass)電流電路 來實現使接點輸入電路的發熱減少，並且根據電阻分壓與 齊納二極體（Zener diode)所規定的電壓值來使兩個電晶 體（transistor)成為接通狀態，從而實現定電流電路（例 如’參照曰本專利特開2005-101781號公報（以下稱為「專 利文獻2」））。 然而，對於先前的限流電阻方式的接點輸入電路而 。，為了對臨限值電壓進行調整而串聯連接的電阻的消耗 電力變大，導致设備的溫度上升。又，藉由電阻來對使光 耦合器發光的順向電流值進行調整，由於受到光耦合器的 性能所左右，因此，難以利用一個接點輸入電路來對大範 圍的輸入電壓的臨限值電壓進行調整。因此，當欲可利用 一個接點輸入電路來大範圍地對多個臨限值電壓進行設定 時，若僅變更電阻常數，則無法對臨限值電壓進行調=。 又，對於專利文獻1的技術而言，由於僅在讀入光耦 合器的輸出時將開關元件予以接通，因此，雖可使限流電 阻的發熱減少’但難以利用一個接點輸入電路來對大範L 的輸入電壓的臨限值電壓進行調整。又，對於專利 的技術而言，由於設置有旁路電流電路，因此，雖可利用 一個接點輸人電路來對大範_輸人電廢的臨限值電壓進 行調整，但電路構成變得複雜。 口此，希望提供-種包括輸人電路的保護繼電器，可不 201140985ι 形成複雜的電路構成而利用―個接點輸入電路 的輸入電壓的臨限值電壓進行調整，而·範圍 【發明内容】 了使^熱篁減少。 根據本發明的一個實施形態，提供一 包括：輸入電路，根據外部輸入電壓 於預务， 臨限值電壓來對外部設備的狀態進行的 讀取上述輸人電路所檢測的檢測信號且進行保護^号 relf運算’於該保護繼電器中，上述輸人電路包括' 開關=70，於上述外部輸入電壓為上述臨限值電壓以上 時，藉輯上料部輸人電壓進行分壓 :分壓電壓而導通;以及光搞合器，於上述開關單= 稭由供給疋電流的定電流輸出電路的定電流而進行動 作，且將動作信號輸出至上述運算部。 ▲為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯 易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說 明如下。 【實施方式】 以下’對本發明的實施形態進行說明。 圖1是本發明的第1實施形態的保護繼電器的構成 圖。保護繼電器11包括：對外部設備的狀態進行檢測的輸 入電路12、以及讀取輸入電路12所檢測的檢測信號且進 行保護繼電器運算的運算部13。 輸入電路12根據外部輸入電壓Vi是否大於預先設定 的臨限值電壓來對外部設備的狀態進行檢測。表示外部設 備的狀態的外部輸入電壓Vi輸入至輸入電路12的正極線 6 201140985

與負極線之間，由電阻Rf、Rb、RS來分壓。而R 阳且，分愿 电阻Rf、Rb的連接點處的分壓電壓輸入至作為開 _ 14的電晶體的基極（base)。於開關單元14的基極與^元 線之間連接有齊納二極體15,於開關單元14的^射極 (emitter)與負極線之間連接有電阻Rs，又，於開關單極 14的集極（collect〇r；)與正極線之間，經由 :=疋 有光耦合器16的發光二極體^ 接 万面，利用光耦合 動作的光電晶體（photo-transistor )是經由電阻R : 於正極線與負極線之間，當光耦合器 = 時，將輪出電壓Vo輸出至運算部13。 電阳體動作 阻輸入電路12根據相對於外部輸入電壓％的電 對阻处的分壓值以及齊納二極體15的齊納電屋， 十碣關早το 14的基極電流進行調整，從而對 關控制。因此，可根據電阻Rf與電阻 的分壓值來設定檢測臨限值電壓。 運接…占 會流2=„開關單元14為接通狀態時，定電流 夢此: 該光搞合器16的發光二極體發光。 極之間的電壓、齊納二極體1= 流值哎定來對定電流值進行調整，將該定電 又疋為使先耦合器16穩定地動作的電流值。 因此’當外部輸人電壓vi為臨限 入電壓％進行分壓的分壓電㈣、二^ 的刀壓電壓來將開關單元14予以導通。供給定電』= 201140985 流 ，出電路於開關單A 14的基極與射極之間，由齊納二極 士 ―、電阻Rs所形成，光耦合器16於開關單元14導通 :，藉由定電流輸出電路的定電流來動作 出至運算部13。 初作唬物 藉此，與先前的限流電阻方式的輸入電路相比較，可 不依賴於光#合器16的順向電流而藉由電阻分壓來設定 臨限，電壓，消耗電力不會集中於—個點的電阻，可減少 發熱量。而且’由於為定電流動作，因此，可於例如L5 mA 左右的光搞合器16的穩定動作電流下使用。再者，將電阻 /的¥數予以變更來變更臨限值電壓。例如，設置必需的 ¥數的電阻且利用短路連接器（^血⑽沉）等進行切換， 藉此來變更臨限值電壓。 、 又，如圖2所不，亦可設置將輸入電路中的臨限值電 壓予以變更的臨限值電壓調整單元17來變更臨限值電 壓。於圖2中，電阻Rf由多個電阻Rfl〜Rfn構成，旁路 用開關元件18並聯地設置於各個電阻Rfl〜電阻尬。而 且’根據來自運算部13的臨限值電壓的變更指令D ，對旁 用開關兀件18的接通與斷開進行控制，將電阻Rf的整 體的值予以變更。藉此’分麗電阻Rf、Rb的連接點的分 C電壓維持為使開關單元14導通的電壓，對分壓電阻 Rb Hb進行調整來對相對於外部輸人電壓％的臨限 值電壓進行調整，從而變更臨限值電壓。 亦p將旁路用開關元件18連接於多個串聯連接的電 阻Rfn中的各個電阻而形成電阻Rf的電阻值的 5電路。於圖2中表示了將光耦合器用作旁路用開關元 1 1201140985 件18的情形。 對旁路關關元件18的接通/斷 對電阻Rf的整體的電阻值進行調整 丁役制精此來 ^ y 丁门登對輸入電路12的臨 限值錢射切換。亦即，將臨限值電壓_更指令 保護繼電器的運算部13發送至作良基& 她人#〜 作為旁路關關元件18的 =二器’精此’可對串聯電阻的合成電阻值進行調整， =用者（丽）不直接與基板發生接觸，可藉由上述運算 4 13的軟體（software)來對臨限值電壓進行切換。 將光麵合器用作旁路用開關元件18的原因在於 如，相對於外部輸入電壓為24v、48v、u〇v、以及22〇 V等的輪入電路12的輸入，實現與3 3 v或 路即運算部13絕緣。 电 再者，為了實現由絕緣所造成的開關動作，旁路用開 關元件—18並不限定於光麵合器。如圖i所示，輪入電路 =為定電流輸入電路，且藉由分壓電阻來設定臨限值電 壓，f此，可相對於例如24V、48V、110V、以及 220v 的大範圍的輸入電壓來設定臨限值電壓。 藉此，當將臨限值電壓予以變更時，無需將短路連接 益等女裝於基板的安裝作業或拆除作業，利用裝入至保護 繼電器的運算部13的軟體來進行設定，藉此，可容易地使 上述臨限值電壓可變。 根據第1實施形態，藉由抑制串聯連接的電阻Rf、 Rb、Rs中的消耗電力，可使保護繼電器u的内部的溫度 上升減小’進而可利用一個輸入電路12來對多個大範圍的 臨限值電壓進行設定。又，於設置有臨限值電壓調整單元 201140985 設可定利用一個輸入電路12來容易地對多個臨限值 接著，對本發明的第2實施形態進行說明。圖3θ 發明的第2實施職的健繼電㈣構 =本 輪入電路12，該輸入電路12利用限流= 來對多個臨限值電壓進行切換。 電路 如圖3所示，輸入電路12將外部輪入電壓％ 限流電阻電路的串聯電阻R1〜R4。而且，限流電^ = 的電阻R2〜R4分別構成對乡個不同的臨限值電壓 測的輸入檢測部19a〜19e。此外，光柄合器他〜2〇= 別並聯地連接於輸入檢測部19a〜19c的電阻R2〜R4。: 耗合器2〇a〜2〇c於外部輸入電壓vi為自我檢測的臨信 電壓以上時進行動作，經由多工器（multiplexer) 2ι 動作信號輸出至運算部13。 ’ 亦即，限流電阻電路藉由串聯的電阻R1及與各個光 輕〇器20a〜20c並聯的電阻R2〜R4來對各個光輕人养 20a〜20c的順向電流進行調整，從而對檢測用的臨限^ 壓進行調整。 利用多個光麵合器20a〜20c來對輸入信號進行檢 測’藉此，可藉由一個輸入電路12 ( —個輸入電壓^ )來 一次性地對多個應檢測的臨限值電壓進行檢測。對於圖3 的三個光耦合器20a〜20c而言，例如，若預先對各個光耦 合器20a〜20c的順向電流進行調整，使得光耦合器2〇a產 生臨限值為48 V的判定結果，使光耦合器2〇b產生臨限值 為110 V的判定結果，使光耦合器2〇c產生臨限值22〇 v 201140985 的判定結果，則可檢測出達到預期的臨限值電壓時的輸入 信號。 20a、20b將動作， 壓Vi為最大的臨p 例如，當外部輸入電壓Vi為最小的臨限值48 V以下 的45 V時，光耦合器20a〜20c均不動作，當外部輸入電 壓Vi為處於最小的臨限值48 V〜中間的臨限值丨1〇 v的 範圍的50V時，光耦合器20a將動作，而光耦合器2%、 20c不動作。又，當外部輸入電壓Vi為處於中間的臨限值 U〇V〜最大的臨限值220V的範圍的12〇v時，光耦合器 而光耦合器20c不動作，當外部輸入電 t Vi為最大的臨限值以上的230 v時，光耦合器2〇&〜2〇c 將王^動作。藉此’可檢測出達到預_臨限值電壓時的 輸入信號。 分別並聯itK邊姐你於λ 丨& . ^

自保護繼電器U的運算部 u而將選擇信號S 如此，各個輸入檢測部19a〜19c將外部輸入電壓yi 予以分壓而輸人’且對多個不同的臨限值電壓進行檢測， 201140985. 發达至夕工器2卜糟此’僅切換至預期的應檢測的臨限值 電壓的輸出值’但亦可省略多m而料個光輕合哭 20a〜20c的輸出信號全部輸出至運算部13。於該情形時， 運算部13自輸入的各個光叙合器2如〜2〇/的/^出/信贫 中，僅選擇預期的應檢測的臨限值電壓的輸出值。°〜 又’運算部13亦可基於輸入的各個光耗合器2〇a〜2〇c 的輸出信號（動作信號以及非動作信號）來對光耦合器2〇a 〜20c的動作以及非動作的組合進行判定，從:視: 入電路12的不良。光輕合器2〇a〜2〇e的動作以及非動= 的組合表示於表1中。 表1 輸入電壓Vi 110 V 臨限值電壓彳n __^態 1 狀態2 34 V以上 接通 斷開 77 V以上 接通 接通 154 V以上 開 斷開 ------- 異常 光耦合器20a 光耦合器20b 光耦合器20c 判定 如表1所不，臨限值電壓的條件設為 上時，光耦合器20a接通，當達到77 v以；;f到34 V以 20b接ϋ，〜h丨… 上時，光耦合器 20b接通，/達到154 v以上時，光麵合器2 表1中表V 了相對於上述三舰 ^ 壓Vi為110 V的情形。 ㈣件’輸入電 時，電路12正常’則當輸入電壓％為110v 相對於此，例如，若獲得表1的狀 12 201140985^ 態2的結果，則可診斷為34 V的臨限值的輸入檢测部19a 以及光耦合器20a的輸出發生異常。 如此，不僅將特定的臨限值電壓的判定結果予以輸 入，而且根據多個臨限值電壓而將判定結果全部予以輸 入’對這些狀料的組合騎騎，藉此，可監視該輸 入電路12。亦即，可根據外部輸入電壓Vi來判斷各個光 耦合器20a〜20c是否發光等，且可交互地藉由運算部 的軟體來經常監視光耦合器2〇a〜2〇c的發光狀態以及上 述光耦合器的周邊電路的健全性。 根據第2實施形態’可使用先前的限流電阻方式且 利用:個輸人電壓值的輸人電路12來對乡伽限值電壓進 打設定。又，亦可利用各個輸入檢測部的檢測結果來交互 地監視各輸入檢測部19a〜19e以及光耗合器2〇a〜2〇c等。 如上所詳述，根據本發明的實施形態，可提供一種包 括輸入電路的保護繼電H，可不形成複雜的電路構成而利 用:個接點輸人電路來對大範_輸人輕_限值電壓 進行調整，而且可使發熱量減少。 本發明並不限定於上述實施形態，於實施階段，可在 不脫離本發明巧旨的範_，對構成要素加以變形而具 體=又’可n由上述實施形態所揭示的多個構成要素的 適备組合來形成各種發明。例如，亦可自實施形態所示的 全部的構成要素巾騎若干的構成要素。而且，亦可將不 同的實施形態的構成要素適當地加以組合。 j然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以 限疋本發明’任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神

S 13 201140985. 和範本發明· 【圖式簡單說明】 ^ ° 圖1是本發明的第丨實施形態 圖2是本發_第丨實鬚彡態的保的構成圖。 路中的將臨限值電壓予以變更的臨限值%電器的輸入電 明圖。 电®調整單元的說 圖3是本發明的第2實施形態的保護 【主要元件符號說明】 til的構成圖 11 保護繼電器 12 輸入電路 13 運算部 14 開關單元 15 齊納二極體 16、20a〜20c :光耦合器 17 :臨限值電壓調整單元 18 :旁路用開關元件 19a〜19c :輸入檢測部 21 :多工器 D:變更指令 R1〜R4 :串聯電阻

Rb、Rf、Rfl 〜Rfn、Rs、Rx、Ry :電陡 S:選擇信號 Vi :輸入電壓 Vo :輸出電壓

Claims (1)

1. 201140985. 七、申請專利範圍： L 一種保護繼電器，包括··輸入電路（12)，根據外 部輸入電壓是歓於預先奴的臨紐電壓來料部設備 的狀態進行檢測；以及運算部（13)，讀取上述輸入電路（12) 所檢測的檢測信號且進行保護繼電器運算，該 的特徵在於： ’、咬堪电裔 上述輸入電路（12)包括：開關單元（14)，於上述 部輸^電壓為上述臨限值糕以上時，藉由對上述外部輸 入電壓進行分壓的分㈣阻所獲得的錢電壓而導通 ==器（16)’於上述開關單元（14)導通時，藉由供 二電流輸出電路的定電流而進行動作，且將動 作k唬輸出至上述運算部（13)。 2.如申請專利範圍第1項所述之保護繼電器，其中 〜設置有臨限值電壓調整單元⑼，該臨限值電壓調整 早疋（17)將由上述分壓修所獲得的分 =開^元（14)導通的電壓，對上述分壓電阻的= 值對相對於上述外部輸入電壓的上述臨限 “3. _種保護繼電器，包括：輸入電路（12)，根據外 電壓是否大於預先設定的臨限值電壓來對外部設備 =態進行制；叹縣部⑼，觀上錄人電路 的測信號且進行保護繼電器運算，該保護繼電器 上述輸入電路（12)包括：多個輸人檢測部（19a〜 S 15 201140985l 19c) ’將上述外部輸人麵予以分壓而輸入 ，且對多個不 同的臨限值電壓騎檢測；以及光耦合器〇6)，分別並聯 地連接於上述輸人檢測部（19a〜19e)，且於上述外部輸入 電壓為自紐測誠限值電壓以上時，將動作信號輸出至 上述運算部（13)。 4. 如申請專利範圍第3項所述之保護繼電裝置，其中 上述輸入電路（12)包括多工器（21)，該多工器（/21) 將上，光耦合器（16)的動作信號予以輸入，且將來自上 述運鼻部（13)的選擇信號所指定的上述光耦合器（μ) 的動作信號予以輸出。 5. 如申請專利範圍第3項或第4項所述之保護繼電 器，其中 、 r上述運算部（13)將上述光耦合器（16)的動作信號 以及非動作信號予以輸入，且基於上述光耦合器（16)的 動作以及非動作的組合來監視上述輸入電路（12)的不良。 16