JP4380451B2 - 双方向電流検出装置 - Google Patents
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Description
このような船舶用電気推進システムにおいて短絡事故が発生した場合、従来技術では、電気回路網に配置した気中遮断器(ACB)又はヒューズ等の保護装置によって短絡保護及び後述で詳細に説明する選択遮断動作(=保護協調動作)が行われる。
特許文献1には、リードスイッチ式過電流検出部と爆発式超限流ヒューズとを組合せた電流遮断装置が記載されている。特許文献2には、リードスイッチ式過電流検出装置の構成及び、この検出装置を爆発式超限流ヒューズと組合せる内容が記載されている。特許文献3には、リードスイッチ式過電流検出回路が記載されている。
その正方向及び逆方向の各過電流検出レベルを個別に設定できる構成としては、特許文献6に記載のものがある。
第5及び第6接続点a5,a6により第1発電機5が接続されており、第7及び第8接続点a7,a8により第2発電機6が接続されており、第9及び第10接続点a9,a10により電動機7が接続されている。これにより直流給電回路網が構成されている。
(B1又はB2)>M>(G1又はG2)>(MA1又はMA2)
これによって、各構成機器要素1〜7の電流規模の関係は次のような関係になっている。
(B1又はB2)>M>(G1又はG2)>(MA1又はMA2)
ここで、第1〜第8遮断器11〜18は、各回路の定格電流に応じて選定されている。また、第1〜第16超限流遮断器31〜46はそれぞれ、当該第1〜第16超限流遮断器31〜46を通る電流を検出する変流器(電流検出器)31a〜46aと、変流器31a〜46aの電流検出結果に基づいて動作する超限流ヒューズ31c〜46cとを備えている。
このように回路網に第1〜第8遮断器11〜18及び第1〜第16超限流遮断器31〜46を配置することで、回路網の任意の点で短絡事故があった場合に各回路及び構成機器要素1〜7の保護を行っている。なお、遮断器11〜18や超限流遮断器31〜46を備える一方で、個々の構成機器要素1〜7は、個別に保護装置を備えており、その保護装置によって独自に保護されている。
まず、図8は、正常運転状態での電流の流れ方向(正方向の流れ方向)を示す。この図8において、実線として示す電流の矢印の方向(正方向の流れ方向)は正常運転状態での電流の流れ方向となる。また、点線として示す電流の矢印の方向(逆方向の流れ方向)は充電や回生時の電流の流れ方向となる。
ここで、図9に示すように、短絡点1BPと短絡点1BNとの間で短絡事故が発生した場合、各々の回路網からは当該回路網の回路定数によって決まる短絡電流がそれぞれ流出し、短絡点1BP〜1BN間に短絡電流(合計電流)IΣが流れる。
このように各短絡電流が変化するときに、第9及び第10超限流遮断器39,40に流れる正方向短絡電流I1aΣ(正I1aΣ又は+I1aΣ)は、短絡発生から所定時間後にその第9及び第10超限流遮断器39,40の正方向過電流設定値になり(動作点に達し)、この時に第9及び第10超限流遮断器39,40が遮断動作を開始する。
これら第9及び第10超限流遮断器39,40並びに第13及び第14超限流遮断器43,44の遮断動作により、短絡点1BP,1BNが切り離される。
このとき、短絡点CP,CNの近傍に配置されている第13〜第16超限流遮断器43〜46には、正方向短絡電流I1cΣ,I2cΣ(正I1cΣ又は+I1cΣ,正I2cΣ又は+I2cΣ)が流れる。これら短絡電流が変化するとき、第13〜第16超限流遮断器43〜46に流れる正方向短絡電流I1cΣ,I2cΣ(正I1cΣ又は+I1cΣ,正I2cΣ又は+I2cΣ)は共に、短絡発生から所定時間後にその第13〜第16超限流遮断器43〜46の正方向過電流設定値に達し(動作点に達し)、この時に第13〜第16超限流遮断器43〜46が遮断動作を開始する。
このとき、短絡点1AP,1ANの近傍に配置されている第1及び第2超限流遮断器31,32には、短絡電流IΣが流れる。ここで、短絡点1AP,1ANが第1蓄電池1に近いためインピーダンスが小さくなることから、短絡電流IΣは、高電流突進率短絡電流、過大短絡電流となる。
この第1及び第2超限流遮断器31,32の遮断動作は、それら以外の超限流遮断器33〜46の遮断動作よりも先に開始されるので、他の超限流遮断器33〜46が遮断動作する前に短絡点1AP,1ANが切り離される。これによって短絡点1AP〜1AN間で短絡事故が発生しても、他の超限流遮断器33〜46が遮断動作(保護動作)しないので、それら超限流遮断器に保護されている他の健全回路への給電を継続させることができ、システムの安全を確保することができる。
このとき、短絡点1GP,1GNの近傍に配置されている第5及び第6超限流遮断器35,36には、短絡電流IΣが流れる。この短絡電流IΣは、短絡発生から所定時間後にその第5及び第6超限流遮断器35,36の逆方向過電流設定値に達し(動作点に達し)、この時に第5及び第6超限流遮断器35,36が遮断動作を開始する。
この構成によれば、コイルに供給される励磁電流を出力する能動素子としてのトランジスタをエミッタホロワ回路を構成する状態に導電線に接続したので、そのエミッタホロワ回路によって、導電線の電圧が変動した場合、又は温度変化でコイルの巻線抵抗値が変化した場合においても、常に励磁電流を一定量に制御することができ、これによって、コイルで発生する磁束ΦBを安定させることができる。
(実施の形態)
図1は、本発明の実施の形態に係る双方向電流検出装置の構成を示す回路図である。
図1に示す双方向電流検出装置100は、正方向電流検出部101と、逆方向電流検出部102と、励磁制御回路103とを備えて構成されている。
正方向電流検出部101は、コ字状の鉄芯105と、この鉄芯105の対向する先端の間隙部分に配置され、鉄芯105に発生する磁束でオン動作するリードスイッチ106とを備えて構成されている。また、鉄芯105の間隙部分では、鉄芯105の一方の先端の角部に、磁性材料からなる磁気シャント105Aが、他方の先端との間のギャップg1が調整可能なように取り付けられている。さらに、リードスイッチ106は、図示されない支持手段により、鉄芯105の対向する先端同士を結ぶ軸線に対する角度θ1が調整可能なように支持されている。
励磁制御回路103は、電源の+側導電線110と−側導電線111との間に抵抗器112と定電圧ダイオード113とを直列に接続し、互いに接続された抵抗器112及び定電圧ダイオード113のカソード端間と−側導電線111との間に、可変抵抗器による設定器114の両端を接続し、また、コイル109の一端と−側導電線111との間に、トランジスタ115と抵抗器116とを当該トランジスタ115及び抵抗器116がエミッタホロワ回路を構成する状態に接続し、トランジスタ115のベース端に抵抗器118を介して設定器114の可動部分を接続し、更に、コイル109の他端に抵抗器112及び+側導電線110の間を接続して構成されている。
図1に矢印で示す正方向電流IFが流れた場合、正方向側の鉄芯105には磁束ΦF1が、逆方向側の鉄芯107には磁束ΦF2が発生する。図2において、Y軸上に示す正方向電流検出レベルのOCFを正方向過電流設定値とした場合、正方向電流IFが増加してX軸上のIFO点に達すると、正方向側の鉄芯105には、磁束ΦF1が発生して、OCF点とIFO点とを通って直交する直線の交点FFでリードスイッチ106がオンとなって信号を発生する。なお、正方向電流検出部101では、あらかじめ、正方向電流IFがIFOに達し、鉄芯105に磁束ΦF1が発生したときにリードスイッチ106がオンとなるように、電流検出感度を調整しておくものとする。この電流検出感度の調整は、鉄芯105の対向する先端同士を結ぶ軸線方向、すなわち、鉄芯105の間隙部分における磁束ΦF1の方向に対するリードスイッチ106の角度θ1、または、磁気シャント105Aと鉄芯105の他方の先端との間のギャップg1を調整することにより行うことができ、また、角度θ1およびギャップg1の両方を調整するようにしてもよい。
このように、正方向電流検出部101はオン信号を発するが、逆方向電流検出部102はオン信号を発しない。
このように、逆方向電流検出部102はオン信号を発するが、正方向電流検出部101はオン信号を発しない。
第1〜第4の超限流遮断器31〜34においては、正方向過電流設定値Ima1oc,Ima2oc=+2.2、逆方向過電流設定値Ima1R,Ima2R=−2.2(又は0)に設定されている。但し、逆方向過電流設定値Ima1R,Ima2R=−2.2(又は0)での設定は、逆方向電流IRに対して検出しないようにするか、正方向過電流設定と同程度の検出を行うためのものである。
第5〜第8の超限流遮断器35〜38においては、正方向過電流設定値Ig1oc,Ig2oc=+6、逆方向過電流設定値Ig1R,Ig2R=−0.2に設定されている。
第13〜第16の超限流遮断器43〜46においては、正方向過電流設定値I1coc,I2coc=+11、逆方向過電流設定値I1cR,I2cR=−6に設定されている。
このように、本実施の形態の双方向電流検出装置100を各超限流遮断器31〜46に用いれば、正方向及び逆方向の各方向の過電流設定を個別に行うことができる。
図4は、双方向電流検出装置100において逆方向電流検出を必要としない場合、即ち正方向電流検出部101のみを超限流ヒューズ120と組み合わせた超限流遮断器121の構成図である。
この超限流遮断器121は、正方向電流検出部101のリードスイッチ106に抵抗器R1を介してパルストランスPTrの一次側を接続し、二次側に抵抗器R2を介して通電筒CCの点火部FLを接続し、+側導電線110に接続された通電筒CCの通電部TEの両端に限流ヒューズFを並列接続して構成されている。
この超限流遮断器123は、上記超限流遮断器121に加え、逆方向電流検出部102のリードスイッチ108が抵抗器R1を介してパルストランスPTrの一次側に接続されて構成されている。
このような構成の超限流遮断器123において、正方向電流IFでは上記超限流遮断器121の場合と同様の動作が行われる。一方、逆方向電流IRでは逆方向過電流設定値OCRでリードスイッチ108がオンとなって、上記同様の動作によって超限流ヒューズ120が動作され、事故電流が遮断される。
超限流遮断器125が上記超限流遮断器123と異なる点は、逆方向電流検出部102のリードスイッチ108の両端をパルストランスPTrの一次側に接続した点にある。即ち、正方向電流IFではリードスイッチ106で超限流ヒューズ120を動作させるが、逆方向電流ではリードスイッチ108でパルストランスPTrの一次側を短絡して動作させないようにした。
この接続によって、正方向電流IFでは、上記超限流遮断器121と同じ動作で過電流保護動作を行うが、逆方向電流IRでは、パルストランスPTrの一次側が短絡されているので保護動作しない。なお、リードスイッチには、一般的にb接点が無いので図6の構成とした。
このような設定の双方向電流検出装置100を用いた超限流遮断器(保護装置)を、例えば電気推進システムの回路網の要所に配置しておけば、短絡事故が発生した際に、この事故発生点近傍の保護装置のみを遮断動作させて事故発生点を切り離し、他の健全回路の保護装置は動作しないような選択遮断動作を得てシステムの全停電を防止することができる。
101 正方向電流検出部
102 逆方向電流検出部
103 励磁制御回路
105,107 鉄芯
106,108 リードスイッチ
109 コイル
110 +側導電線
111 −側導電線
112 抵抗器
113 定電圧ダイオード
114 設定器
115 トランジスタ
116,118,R1,R2 抵抗器
120 超限流ヒューズ
121,123,125 超限流遮断器
PTr パルストランス
CC 通電筒
TE 通電部
FL 点火部
F 限流ヒューズ
Claims (2)
- 直流電源に導電線で接続された複数の電気機器に流れる過電流を検出する双方向電流検出装置において、
ループ形状の途中に間隙を有すると共に当該ループ形状の中空部分に前記導電線が挿通された少なくとも2つの鉄芯と、
前記鉄芯の間隙に配置され、当該鉄芯に発生する磁束で動作するスイッチと、
前記鉄芯の1つに巻き付けられたコイルと、
前記コイルに励磁電流を供給する電流供給手段と、この電流供給手段から供給する励磁電流を任意に設定する電流設定手段とを有する励磁制御回路と
を備えたことを特徴とする双方向電流検出装置。 - 前記電流供給手段が能動素子を備え、この能動素子から前記励磁電流を出力するとともに、前記能動素子にトランジスタを用い、このトランジスタをエミッタホロワ回路を形成する状態に前記導電線に接続した
ことを特徴とする請求項1に記載の双方向電流検出装置。
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