JP3563652B2

JP3563652B2 - 計測機能付回路遮断器

Info

Publication number: JP3563652B2
Application number: JP34166899A
Authority: JP
Inventors: 和哉藍原; 栄悦佐藤; 英樹早川
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 1999-12-01
Filing date: 1999-12-01
Publication date: 2004-09-08
Anticipated expiration: 2019-12-01
Also published as: JP2001161023A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、計測機能付回路遮断器であり、特に電力量等の計測が可能な計測機能付回路遮断器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電力量等の計測が可能な回路遮断器として電子式回路遮断器が知られており、その電源回路としては、図３に示すように、変流器出力を利用し、ツェナーダイオード６１ｂ及びトランジスタ６２ｂにて構成した電圧降下形電源回路が一般的である。本方式は、技術的観点及びコストの点からメリットがあるが、変流器３ｂが常に電源電圧を負担する必要があり、ツェナーダイオード６１ｂ分の電圧だけ変流器出力電圧が高くなって、変流器出力絶対精度及びリニアリティーが悪く、電力量等の計測データ精度を低下させていた。
【０００３】
そこで、図４に示すように、遮断器の限時特性制御用の変流器３ｃと、電流、電力量等の計測用の変流器３１ｃとに分け、計測用変流器３１ｃの負担電圧を軽減することで計測精度の向上を図ることが提案されている（特開平１１−８９３０３号公報参照）。しかしながら、この方式は、計測精度を高めるよう変流器３ｃ、３１ｃを１相当たり２個使用するため、変流器の実装スペースを大きく確保する必要があり、回路遮断器自体の小型化が困難であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来技術の問題を解決するものであり、回路遮断器における限時特性用の変流器の精度を向上させることにより、計測用の変流器としても併用し、遮断器自体の小形化及び低コスト化を容易とする計測機能付回路遮断器を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、主回路を接続する主回路接点と、該主回路を流れる負荷電流を検出する変流器と、前記主回路間の電圧を検出する変圧器と、前記変流器の出力信号を基に、実効値演算及び限時特性制御を行い、主回路の接点を開極させる引外し装置の動作制御を行う限時特性制御部と、前記変流器及び前記変圧器により検出された電流値及び電圧値から電流、電圧、電力、電力量を算出する計測データ演算部と、前記変流器の出力信号を基に、前記限時特性制御部と前記計測データ演算部とを駆動する電源電圧を生成するツェナーダイオード及びトランジスタで構成する電圧降下形の電源回路と、遮断器外部より供給される電源電圧から、負荷電流の検出回路を駆動する電源電圧を生成する外部入力用電源回路と、該外部入力用電源回路の出力電圧の有無を判定する外部電源判定回路と、を備え、該外部電源判定回路にて外部入力電源が有りと判定した場合、ダイオード及び抵抗器を介して、前記電圧降下形の電源回路を短絡することを特徴とするものである。
【０００９】
更に、本発明は、算出された電流、電圧、電力等の信号の送受信を上位電源監視装置と行う通信部を備える計測機能付回路遮断器である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の発明の実施の形態を説明する。
本発明の計測機能付回路遮断器の一実施例について、図１及び図２を用いて説明する。図１は、実施例の計測機能付回路遮断器の回路構成ブロック図である。図２は、変流器負担電圧と変流器出力の関係説明図である。
【００１１】
実施例１を説明する。本実施例の計測機能付回路遮断器は、図１に示すように、主回路１、整流回路５、電源回路部６、電流信号増幅部７、電圧信号増幅部８、電圧変換部９、マイコン１０、引外し装置１１、トリガ回路１２、位相判定回路１３、通信データ作成回路１４、外部電源判定回路１５、等を備えている。主回路１は、開閉用接点２、主回路を流れる負荷電流を検出、変換する変流器３、相間電圧を測定する変圧器４等で構成される。電源回路部６は、ツェナーダイオード６１、トランジスタ６２、平滑用コンデンサ６３、逆流防止ダイオード６４、を有しており、そして、変流器出力及び変流器負担軽減信号が入力され、電圧変換部９及びマイコン１０内部のマイコン電源回路（図示していない。）に回路遮断動作に必要な電源電圧等が出力される。変流器負担軽減信号は、トランジスタ６２のゲートに供給される。通信データ作成回路１４は、上位電源監視装置と計測データ等の送受信を行う通信部である。外部電源判定回路１５は、外部制御電源からの電源供給の有無を識別し、そして、電源供給があると判定されると、変流器負担軽減信号が電源回路部６に供給される。変流器負担軽減信号については、後述する。
【００１２】
まず始めに、実施例１の計測機能付回路遮断器の回路遮断動作を説明する。変流器３により変換された電流は、整流ダイオード等で構成される整流回路５により全波整流され、電源回路部６にて、ＩＣ、マイコン１０等の駆動電源を生成する。電源回路部６と直列に接続された電圧変換部９の抵抗器により、変流器出力は電圧変換され、電流信号増幅部７により最適な大きさに増幅され、マイコン１０のＡ／Ｄ変換器に入力され、実効値変換される。その実効値変換された信号が、所定のレベル以上の場合、その信号の大きさに応じた時延時間を持たせ、引外し装置１１をサイリスタ等で構成するトリガ回路１２を介し、接点２を開極させて、引外し動作を実行する。
【００１３】
次に、実施例１の計測機能付回路遮断器の計測機能について説明する。変流器３により検出された負荷電流値及び変圧器４により小さく変換された相間電圧値は、それぞれ最適な大きさに増幅され、マイコン１０内部のＡ／Ｄ変換器に入力され、デジタル変換される。マイコン１０のＡ／Ｄ変換器は、マイナス電位を入力できないため、変流器３及び変圧器４の出力の位相状態を識別するために、各々の整流回路後段に、コンパレータ等で構成される位相判定回路１３で位相を判定し、マイコン１０の入出力ポート１へ入力する。デジタル変換された電流値及び電圧値、それと入出力ポート１に入力された各測定値の位相状態を基に計測データ演算部にて、電流値、電圧値、高調波電流成分、電力、電力量等を算出する。算出したデータは入出力ポート５を介し、通信データ作成回路１４にて通信可能なデータとし、上位電源監視装置及び電源監視ソフトへ送られ、表示し、集計される。
【００１４】
最後に、実施例１の計測機能付回路遮断器における変流器負担軽減信号について、説明する。従来の一般的な回路遮断器の場合、図３に示すように、外部電源は供給されないため、変流器出力からツェナーダイオード６１ｂとトランジスタ６２ｂとで電圧降下形の電源回路を構成し、ＩＣ、マイコン１０ｂ等の電源電圧を生成している。そのため、主回路１ｂを流れる負荷電流がない場合、電源電圧を生成することが不可能であるが、負荷電流が流れていない場合において、接点２ｂを引外す処理も不要であるため、特に問題は無い。しかし、電力量等の計測機能が付加された場合、そのデータを計測、処理し、上位電源監視装置等に伝送する必要がある。そこで負荷電流が流れていない場合においても、ＩＣ、マイコン１０ｃ等を駆動する必要があるため、外部から制御電源を供給されるのが一般的である。
【００１５】
実施例１においては、外部制御電源が供給され、そして、外部電源判定回路１５で、外部電源の有無情報をマイコンの入出力ポート２へ入力する。その入力された信号を基に、外部電源供給がある場合は、入出力ポート３よりＨＩレベル信号（変流器負担軽減信号）を出力する。その信号により電源回路６のトランジスタ６２がＯＮするため、ａ点の電位はほぼゼロとなるため、変流器出力電圧は高くならず、そして、ｂ点の電位は外部供給電源により、所定の電圧を維持し、ＩＣ、マイコン１０等へ電源供給する。この時逆流防止ダイオード６４により、トランジスタ６２を通しての平滑用コンデンサ６３の充電電荷の放電及び外部制御電源の短絡は防止することが出来る。
【００１６】
通常、マイコン等の電源電圧は５〜１０Ｖ程度に設定され、定格電流通電時の電圧変換部９における電圧降下は０．５〜１Ｖ程度であるため、従来方式においては変流器３自体の負担電圧は５〜１１Ｖ程度となるが、本実施例の方式においては、変流器負担軽減信号が入力されるため、変流器３自体の負担電圧は０．５〜１Ｖ程度、約１／１０〜１／２０に軽減され、変流器の出力精度は大幅に向上する。図２に示す変流器負担電圧と変流器出力の関係の実験結果を用いて説明する。従来技術（図３参照）では、変流器負担電圧は点２の約１０Ｖとなるが、実施例１（図１参照）では、変流器負担軽減信号が入力されるため、変流器負担電圧は点１の約１Ｖのほぼ理想出力となり、両者を比較すると、変流器のコイル巻き仕様及びコア寸法等により異なるが、回路遮断器内に収納可能な大きさの変流器の場合、実施例１の変流器出力性能は、１６％程度向上し、リニアリティーも向上するため、回路遮断器本来の限時特性制御用の変流器を電力量等の計測用の変流器として使用することが可能となる。
【００１７】
実施例１においては、計測機能を付加しているということで、制御電源を外部から供給することが可能となるため、外部電源供給時は電源回路部のトランジスタをＯＮさせることにより、変流器出力からの電源電圧生成を停止し、変流器の負担電圧を軽減することにより、電流検出精度向上を図り、１相当たり１個の変流器で限時特性用、計測用を兼用することを可能とする。
【００１８】
【発明の効果】
本発明によれば、外部制御電源が供給される場合において、変流器の負担電圧を小さくして、変流器出力の精度を向上させることにより、限時特性制御用の変流器を電力量等の計測用の変流器として使用することが可能となるため、省スペース化、及び低コスト化を図った計測機能付回路遮断器を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の計測機能付回路遮断器の回路構成ブロック図。
【図２】変流器負担電圧と変流器出力の関係説明図。
【図３】従来例１の電子式回路遮断器の電源回路構成ブロック図。
【図４】従来例２の計測機能付回路遮断器の回路構成ブロック図。
【符号の説明】
１主回路
２接点
３変流器
４変圧器
５整流回路
６電源回路部
７電流信号増幅部
８電圧信号僧服部
９電圧変換部
１０マイコン
１１引外し装置
１２トリガ回路
１３位相判定回路
１４通信データ作成回路
１５外部電源判定回路
６１ツェナーダイオード
６２トランジスタ
６３平滑用コンデンサ
６４逆流防止ダイオード

Claims

主回路を接続する主回路接点と、
該主回路を流れる負荷電流を検出する変流器と、
前記主回路間の電圧を検出する変圧器と、
前記変流器の出力信号を基に、実効値演算及び限時特性制御を行い、主回路の接点を開極させる引外し装置の動作制御を行う限時特性制御部と、
前記変流器及び前記変圧器により検出された電流値及び電圧値から電流、電圧、電力、電力量を算出する計測データ演算部と、
前記変流器の出力信号を基に、前記限時特性制御部と前記計測データ演算部とを駆動する電源電圧を生成するツェナーダイオード及びトランジスタで構成する電圧降下形の電源回路と、
遮断器外部より供給される電源電圧から、負荷電流の検出回路を駆動する電源電圧を生成する外部入力用電源回路と、
該外部入力用電源回路の出力電圧の有無を判定する外部電源判定回路と、を備え、
該外部電源判定回路にて外部入力電源が有りと判定した場合、ダイオード及び抵抗器を介して、前記電圧降下形の電源回路を短絡することを特徴とした計測機能付回路遮断器。
請求項１記載の計測機能付回路遮断器において、
前記算出された電流、電圧、電力の信号の送受信を上位電源監視装置と行う通信部を備えることを特徴とする計測機能付回路遮断器。