TWI472115B - 保護繼電器 - Google Patents

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TWI472115B TW99141252A TW99141252A TWI472115B TW I472115 B TWI472115 B TW I472115B TW 99141252 A TW99141252 A TW 99141252A TW 99141252 A TW99141252 A TW 99141252A TW I472115 B TWI472115 B TW I472115B
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Description

保護繼電器
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。
例如，保護電力系統的保護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，利用接點輸入信號來將外部設備的狀態予以輸入，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。
先前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耦合器(photo-coupler)的電阻來對流入至光耦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，參照日本專利特開2008-152309號公報(以下稱為「專利文獻1」))。
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，參照日本專利特開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言，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，導致設備的溫度上升。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整。
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圍的輸入電壓的臨限值電壓進行調整。又，對於專利文獻2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入電路來對大範圍的輸入電壓的臨限值電壓進行調整，但電路構成變得複雜。
因此，希望提供一種包括輸入電路的保護繼電器，可不形成複雜的電路構成而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，而且可使發熱量減少。
根據本發明的一個實施形態，提供一種保護繼電器，包括：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；以及運算部，讀取上述輸入電路所檢測的檢測信號且進行保護繼電器(relay)運算，於該保護繼電器中，上述輸入電路包括：開關單元，於上述外部輸入電壓為上述臨限值電壓以上時，藉由對上述外部輸入電壓進行分壓的分壓電阻所獲得的分壓電壓而導通；以及光耦合器，於上述開關單元導通時，藉由供給定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。
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的正極線與負極線之間，由電阻Rf、Rb、Rs來分壓。而且，分壓電阻Rf、Rb的連接點處的分壓電壓輸入至作為開關單元14的電晶體的基極(base)。於開關單元14的基極與負極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，於開關單元14的集極(collector)與正極線之間，經由電阻Rx而連接有光耦合器16的發光二極體。
另一方面，利用光耦合器16的發光二極體的光來進行動作的光電晶體(photo-transistor)是經由電阻Ry而連接於正極線與負極線之間，當光耦合器16的光電晶體動作時，將輸出電壓Vo輸出至運算部13。
亦即，輸入電路12根據相對於外部輸入電壓Vi的電阻Rf與電阻Rb的分壓值以及齊納二極體15的齊納電壓，對開關單元14的基極電流進行調整，從而對開關單元14進行開關控制。因此，可根據電阻Rf與電阻Rb的連接點的分壓值來設定檢測臨限值電壓。
當進行開關控制的開關單元14為接通狀態時，定電流會流入至光耦合器16，該光耦合器16的發光二極體發光。藉此，自輸入電路12朝運算部13發送檢測信號。根據開關單元14的基極與射極之間的電壓、齊納二極體15的齊納電壓、以及電阻Rs來對定電流值進行調整，將該定電流值設定為使光耦合器16穩定地動作的電流值。
因此，當外部輸入電壓Vi為臨限值電壓以上時，藉由對外部輸入電壓Vi進行分壓的分壓電阻Rf、Rb的連接點的分壓電壓來將開關單元14予以導通。供給定電流的定電流輸出電路於開關單元14的基極與射極之間，由齊納二極體15、電阻Rs所形成，光耦合器16於開關單元14導通時，藉由定電流輸出電路的定電流來動作，將動作信號輸出至運算部13。
藉此，與先前的限流電阻方式的輸入電路相比較，可不依賴於光耦合器16的順向電流而藉由電阻分壓來設定臨限值電壓，消耗電力不會集中於一個點的電阻，可減少發熱量。而且，由於為定電流動作，因此，可於例如1.5 mA左右的光耦合器16的穩定動作電流下使用。再者，將電阻Rf的常數予以變更來變更臨限值電壓。例如，設置必需的常數的電阻，且利用短路連接器(connector)等進行切換，藉此來變更臨限值電壓。
又，如圖2所示，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Rf1～Rfn構成，旁路用開關元件18並聯地設置於各個電阻Rf1～電阻Rfn。而且，根據來自運算部13的臨限值電壓的變更指令D，對旁路用開關元件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，分壓電阻Rf、Rb的連接點的分壓電壓維持為使開關單元14導通的電壓，對分壓電阻Rf、Rb的分壓比進行調整來對相對於外部輸入電壓Vi的臨限值電壓進行調整，從而變更臨限值電壓。
亦即，將旁路用開關元件18連接於多個串聯連接的電阻Rf1～電阻Rfn中的各個電阻而形成電阻Rf的電阻值的調整電路。於圖2中表示了將光耦合器用作旁路用開關元件18的情形。
對旁路用開關元件18的接通/斷開進行控制，藉此來對電阻Rf的整體的電阻值進行調整，對輸入電路12的臨限值電壓進行切換。亦即，將臨限值電壓的變更指令D自保護繼電器的運算部13發送至作為旁路用開關元件18的光耦合器，藉此，可對串聯電阻的合成電阻值進行調整，使用者(user)不直接與基板發生接觸，可藉由上述運算部13的軟體(software)來對臨限值電壓進行切換。
將光耦合器用作旁路用開關元件18的原因在於：例如，相對於外部輸入電壓為24 V、48 V、110 V、以及220 V等的輸入電路12的輸入，實現與3.3 V或5 V的弱電電路即運算部13絕緣。
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並不限定於光耦合器。如圖1所示，輸入電路12為定電流輸入電路，且藉由分壓電阻來設定臨限值電壓，因此，可相對於例如24 V、48 V、110 V、以及220 V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，無需將短路連接器等安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11的內部的溫度上升減小，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的情形時，可利用一個輸入電路12來容易地對多個臨限值電壓進行設定。
接著，對本發明的第2實施形態進行說明。圖3是本發明的第2實施形態的保護繼電器的構成圖。該第2實施形態包括輸入電路12，該輸入電路12利用限流電阻電路來對多個臨限值電壓進行切換。
如圖3所示，輸入電路12將外部輸入電壓Vi輸入至限流電阻電路的串聯電阻R1～R4。而且，限流電阻電路的電阻R2～R4分別構成對多個不同的臨限值電壓進行檢測的輸入檢測部19a～19c。此外，光耦合器20a～20c分別並聯地連接於輸入檢測部19a～19c的電阻R2～R4。光耦合器20a～20c於外部輸入電壓Vi為自我檢測的臨限值電壓以上時進行動作，經由多工器(multiplexer)21而將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及與各個光耦合器20a～20c並聯的電阻R2～R4來對各個光耦合器20a～20c的順向電流進行調整，從而對檢測用的臨限值電壓進行調整。
利用多個光耦合器20a～20c來對輸入信號進行檢測，藉此，可藉由一個輸入電路12(一個輸入電壓Vi)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20a產生臨限值為48 V的判定結果，使光耦合器20b產生臨限值為110 V的判定結果，使光耦合器20c產生臨限值220 V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。
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110 V的範圍的50 V時，光耦合器20a將動作，而光耦合器20b、20c不動作。又，當外部輸入電壓Vi為處於中間的臨限值110 V～最大的臨限值220 V的範圍的120 V時，光耦合器20a、20b將動作，而光耦合器20c不動作，當外部輸入電壓Vi為最大的臨限值以上的230 V時，光耦合器20a～20c將全部動作。藉此，可檢測出達到預期的臨限值電壓時的輸入信號。
如此，各個輸入檢測部19a～19c將外部輸入電壓Vi予以分壓而輸入，且對多個不同的臨限值電壓進行檢測，分別並聯地連接於輸入檢測部19a～19c的光耦合器20a～20c於外部輸入電壓Vi為自我檢測的臨限值電壓以上時，經由多工器21而將動作信號輸出至運算部13。
多工器21將光耦合器20a～20c的動作信號予以輸入，且使來自運算部13的選擇信號S所指定的光耦合器20a～20c的動作信號輸出至運算部13。亦即，多工器21利用來自運算部13的選擇信號S來選擇各個光耦合器20a～20c的輸出信號，藉此，可自一個輸入電路12(一個輸入電壓Vi)上所設定的多個應檢測的臨限值電壓中，獲得必需的條件的臨限值判定結果。
再者，自保護繼電器11的運算部13而將選擇信號S發送至多工器21，藉此，僅切換至預期的應檢測的臨限值電壓的輸出值，但亦可省略多工器21而將各個光耦合器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自輸入的各個光耦合器20a～20c的輸出信號中，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耦合器20a～20c的輸出信號(動作信號以及非動作信號)來對光耦合器20a～20c的動作以及非動作的組合進行判定，從而監視該輸入電路12的不良。光耦合器20a～20c的動作以及非動作的組合表示於表1中。
如表1所示，臨限值電壓的條件設為：當達到34 V以上時，光耦合器20a接通，當達到77 V以上時，光耦合器20b接通，當達到154 V以上時，光耦合器20c接通。於表1中表示了相對於上述三個臨限值電壓的條件，輸入電壓Vi為110 V的情形。
若圖3的輸入電路12正常，則當輸入電壓Vi為110 V時，光耦合器20a～20c的輸出信號的接通/斷開狀態成為表1的狀態1的判定。相對於此，例如，若獲得表1的狀態2的結果，則可診斷為34 V的臨限值的輸入檢測部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，對這些判定結果的組合進行判斷，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13的軟體來經常監視光耦合器20a～20c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，且利用一個輸入電壓值的輸入電路12來對多個臨限值電壓進行設定。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～19c以及光耦合器20a～20c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器，可不形成複雜的電路構成而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，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，可在不脫離本發明的宗旨的範圍內，對構成要素加以變形而具體化。又，可藉由上述實施形態所揭示的多個構成要素的適當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中刪除若干的構成要素。而且，亦可將不同的實施形態的構成要素適當地加以組合。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
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、Rf1～Rfn、Rs、Rx、Ry．．．電阻
S．．．選擇信號
Vi．．．輸入電壓
Vo．．．輸出電壓
圖1是本發明的第1實施形態的保護繼電器的構成圖。
圖2是本發明的第1實施形態的保護繼電器的輸入電路中的將臨限值電壓予以變更的臨限值電壓調整單元的說明圖。
圖3是本發明的第2實施形態的保護繼電器的構成圖。
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．．．光耦合器
Rb、Rf、Rs、Rx、Ry．．．電阻
Vi．．．輸入電壓
Vo．．．输出电壓

Claims (5)

  1. 一種保護繼電器，包括：輸入電路(12)，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；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，該保護繼電器的特徵在於：上述輸入電路(12)包括：開關單元(14)，於上述外部輸入電壓為上述臨限值電壓以上時，藉由對上述外部輸入電壓進行分壓的分壓電阻所獲得的分壓電壓而導通；以及光耦合器(16)，於上述開關單元(14)導通時，藉由供給定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(13)，且上述臨限值電壓藉由變更上述分壓電阻中其中一個電阻的常數來調整，其中上述定電流輸出電路包括：齊納二極體，其陰極連接至上述開關單元的基極；第二電阻，其一端連接至上述開關單元的射極，其另一端連接至上述齊納二極體的陽極。
  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(17)，該臨限值電壓調整單元(17)將由上述分壓電阻所獲得的分壓電壓維持為使上述開關單元(14)導通的電壓，對上述分壓電阻的分壓比進行調整，從而對相對於上述外部輸入電壓的上述臨限值電壓進行調整。
  3. 一種保護繼電器，包括：輸入電路(12)，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；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，該保護繼電器的特徵在於：上述輸入電路(12)包括：多個輸入檢測部(19a~19c)，上述輸入檢測部分別由分壓電阻構成，上述輸入檢測部將上述外部輸入電壓予以分壓而輸入，且對多個不同的臨限值電壓進行檢測；以及光耦合器(16)，分別並聯地連接於上述輸入檢測部(19a~19c)，且於上述外部輸入電壓為自我檢測的臨限值電壓以上時，將動作信號輸出至上述運算部(13)，且上述臨限值電壓藉由變更將上述外部輸入電壓予以分壓的所述分壓電阻中其中一個的常數來調整。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之保護繼電器，其中上述輸入電路(12)包括多工器(21)，該多工器(21)將上述光耦合器(16)的動作信號予以輸入，且將來自上述運算部(13)的選擇信號所指定的上述光耦合器(16)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。
TW99141252A 2009-11-30 2010-11-29 保護繼電器 TWI472115B (zh)

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