JPS6059915A - 事故電流保護装置および事故電流保護システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕　本発明は配線系統の保護協調を得
るのに好適なシステム構成を備えた事故電流保護装置に
関する。

〔発明の背景〕　通常、配線系統の事故電流保護は、電
動機等の負荷の保護を目的とする下位負荷側の保護器（
たとえば電磁接触器とサーマルリレー）と電路の保護を
目的とする上位電源側の保護器（たとえば配線用遮断器
）との組合わせによって行なわれる。この場合、事故電
流の全領域で負荷および電路の保護を確実に行ない、か
つ不必要な遮断動作をしないよう上位保護器と下位保護
器との保護協調を得ることが望ましいが、従来は系統内
の」二位保護器と下位保護器がそれぞれ事故電流を検出
し、固有の電流時間特性に従って独立して動作する構成
となっていたため、回路条件によっては保護協調を得に
くい場合があった。

事故電流が過電流である場合、第１図に電動機回路を対
象とした従来の過電流保護装置の代表的な例を示す。１
は電動機、２は配線用遮断器、３は電磁接触器、４はサ
ーマルリレーである。

第２図は上記装置の動作特性図で、５は電動機始動電流
の時間的変化を示し、６はサーマルリレ−の動作特性、
７はサーマルリレーのヒータ溶断特性、８は配線用遮断
器の動作特性、９は電動機の許容負荷特性、１０．１０
′は主回路用電線の許容負荷特性を示す。

同図に示すように電動機始動電流による配線用遮断器２
の不必要な動作を避けるためには、配線用遮断器動作特
性曲線８の反限時動作から瞬時動作に移る点Ｂの電流値
を電動機１の拘束電流値上ｓより大きく整定しなければ
ならないが、このようにすると、拘束電流値ＩＳが大き
い場合、サーマルリレー動作特性曲線６のヒータ溶断特
性曲線７と交わる点ａ２の電流値より大きく、上記Ｂ点
の電流値より小さい第２図■で示す中間領域の過電流（
電動機の巻線内短絡等によって生じる中位短絡電流）＃
こよってサーマルリレー４のヒータ溶断が発生し、また
、主回路の電線径が細く、電線の許容負荷特性曲線が第
２図１０′のように左側に寄っている場合、上記中間領
域■の過電流によって電線が過熱される恐れがある等、
第１図に示す従来の過電流保護装置では保護協調に欠け
る事態がしばしば生じていた。

近年、サーマルリレーに代わって変流器により過電流を
検出する電子式保護継電器も使用されるようになり、こ
の場合、サーマルリレーに比べ継電器自体の過電流耐量
は大きくなるが、それにも限界があり、またこの電子式
保護継電器と電磁接触器を組合わせた下位保護器の遮断
可能電流値は電磁接触器の遮断容量（定格電流値の１０
倍程度）で決まってしまうため、すべての回路条件にお
いて適切な保護協調が得られるまでには至っていない。

〔発明の目的〕　本発明の目的は、どのような事故電流
に対しても系統内の上位保護器と下位保護器との保護協
調を確実に得ることが可能な事故電流保護装置を提供す
ることにある。

〔発明の概要〕　本発明は、事故電流を遮断するため配
線系統内に設置された上位および下位保護器と、これら
保護器に組合わされた信号発生手段を有し、上記信号発
生手段は電流を検出する第１の手段と、検出された電流
のレベル判定を行なう第２の手段と、電流値が下位保護
器の遮断可能電流値近傍の整定値未満と判定された場合
は第１の出力信号を、また電流値が上記整定値以上と判
定された場合は少なくとも第２の出力信号をそれぞれ電
流値に応じた遅延時間後に発生する第３の手段とから構
成され、その第１の出力信号により下位保護器を遮断動
作させ、第２の出力信号により上位保護器を遮断動作さ
せるようになっている事故型□流保護装置である。

〔発明の実施例〕　以下、本発明の一実施例を図面によ
り説明する。

本実施例は事故電流として過電流を検出するものである
。第３図は電動機回路に適用した場合の概要図で、電動
機１を負荷とする配線系統に」二位保護器として配線用
遮断器２を設置するとともに。

分岐して設けられた下位保護器の一つとして電磁接触器
３を設置し、信号発生手段である保護継電器１１の出力
信号■を電磁接触器３の操作コイルに接続された接点を
開放して電磁接触器３を遮断動作させる信号として用い
、保護継電器１１の出力信号■を配線用遮断器２の電圧
引はずし装置を駆動して配線用遮断器２を遮断動作させ
る信号として用いた例である。保護継電器１１を設置す
る位置は電磁接触器３の前後いずれであってもよい。

第４図は保護継電器１１の動作特性図で、たとえば電磁
接触器３の遮断可能電流値近傍に整定されたＡ点の電流
値を境にして、過電流値がＡ点の電流値未満であれば出
力信号Ｉのみを、過電流値がＡ点の電流値以上であれば
出力信号ＩおよびＩ＋を、それぞれ同図の曲線１２で示
すように過電流値に応じた遅延時間後に発信する。この
動作特性曲線１２は、保護対象（負荷および電路）の過
電流耐量に合せて電流値が犬になるほど短かい時間で配
線用遮断器２および電磁接触器３を遮断動作させるよう
に設定しである。

このようにすると、定格電流値からＡ点までの過電流域
では、出力信号Ｉにより電磁接触器３のみを遮断動作さ
せて負荷（本例では電動機）の保護を行ない、Ａ点を越
え配線用遮断器２の瞬時用はずし電流値に達するまでの
過電流域では、出力信号■により配線用遮断器２を通常
の動作特性よりも短かい時間で遮断動作させて電路の保
護を行なうことができるので、第２図■のような上位配
線用遮断器、下位電磁接触器のいずれによっても保護さ
れない中間領域を生じることがない。

第５図は上記した出力信号Ｉ、■を得るための保護継電
器１１の回路例を示す。

過電流の検出は、三相回路Ｒ，Ｓ、　Ｔに挿入した変流
器１３．１４．１５の出力を整流回路１６に入れ、その
三相余波整流出力または三相□半波整流出力をコンデン
サ１７で平滑化し、抵抗１８により電流−電圧変換して
行なう。この平滑された電圧Ｖを比較器１９．２０の非
反転入力とし、別電源からの直流電圧Ｖ。Ｃを抵抗２１
．２２．２３で分圧して得た二つの異なる基準電圧Ｖｎ
　、Ｖｒ２　（’Ｖｒ＋＜Ｖｒ２）を比較器１９．２０
の反転入力として検出された過電流のレベル判定を行な
う。ここで、Ｖｆｌの値は定格電流値に対応して設定さ
れ、Ｖｆ２の値は第４図のＡ点の電流値に対応して設定
されており、Ｖ）Ｖｆｌになると比較器１９の出力がＨ
ＩＧＨレベルとなり、ｖ＞Ｖｆ２になると比較器２０の
出力がＨＩＧＨレベルとなる。

２４は第４図の曲線１２で表わされた動作特性を得るた
めの限時回路で、これはたとえば、前記平滑電圧Ｖを電
圧−周波数変換し、その出力パルス数を整定値に達する
までカウンタでカウントする等の公知の回路で構成でき
るので、詳細は図示省略する。この限時回路２４の出力
と前記比較器１９．２０の出力とをそれぞれＡＮＤ回路
２５．２６；こ入れて論理積をとれば、第４図Ｉ、Ｈに
対応した出力信号Ｉ、■が得られる。

本実施例は出力信号Ｉ、出力信号１１の２出力を得る例
であるが、第５図に示す比較器１９．２ｏのほかに基準
電圧の異なるレベル判定用比較器を増設し、それぞれの
出力と限時回路出力との論理積をとれば、出力数をさら
にふやすことも可能であり、この増加した出力は、たと
えば電路を遮断する以前に過電流状態を報知する警報装
置の動作信号や、負荷の制御装置に対する電流負帰還信
号として利用することができる。

また、抵抗２１．２２．２３の値を可変とすることによ
り、レベル判定の基準値の調整が可能なことは言うまで
もない。

第６図、第７図は保護継電器１１の他の回路例を示し、
過電流を検出して電流−電圧変換するまでの回路は第５
図と変わりがないので図示を省略する。第６図では、Ａ
ＮＤ回路２５．２６によりレベル判定用比較器１９．２
０の出力と平滑電圧Ｖの論理積をとり、それぞれの出力
を＃１限時回路２４−１、＃２限時回路２４−２に入力
して、町限時回路２４−１から出力信号■を取り出し、
＃２限時回路２４−２から出力信号■を取り出している
。この構成によると、＃１限時回路２４−１、＃２限時
回路２４−２を電圧−周波数変換特性の異なったものと
することにより、出力信号Ｉと出力信号■の電流時間特
性を変え、出力信号■の電流時間特性を第４図の曲線１
２′で示すようなより傾きの急峻な特性とすることがで
きる。

また第７図では、限時回路２４に整定値の異なる２組の
カウンタ２８−１．２８−２を設け、ＡＮＤ回路２５．
２６によりレベル判定用比較器１９．２０の出力とＶ−
Ｆ変換器２７の出力との論理積をとって、それぞれの出
力を　１カウンタ２８−１、＃２カウンタ２８−２に入
力し、＃１カウンタ２８−１から出力信号ｌを、　２カ
ウンタ２８−２から出力信号■を取り出している。

この構成でも、町カウンタ２８−１と＃２カウンタ２８
−２のカウント数の整定値を変えることにより、出力信
号Ｉと出力信号■の電流時間特性を異なったものとする
ことができ、たとえば第４図の曲線１２″で示すように
出力信号■をより短かい時間に発生させることが可能と
なる。

第８図は、たとえば第６図に示す保護継電器を用いた場
合の過電流保護装置の動作特性図である。

この図に示すように保護継電器１１の動作特性曲線１２
は電動機１の許容負荷特性曲線９より下側に整定され、
電磁接触器３の遮断可能電流値近傍のＡ点までの過電流
域では保護継電器１］の出力信列Ｉにより電磁接触器３
が遮断動作して確実に電動機■の過負荷保護を行なうと
ともに、電動機始動電流曲線５からは離れていて始動時
に誤動作することはない。

８は配線用遮断器２の通常の動作特性を示し、電動機始
動電流による誤動作を防止するため、反限時動作から瞬
時動作に移る点Ｂの電流値は電動機の拘束電流値■ｓよ
り低くすることはできない。

したがって、保護継電器１１の出力信号■による保護動
作特性曲線１２′がない場合には、電動機主回路用電線
として第８図１０で示すような許容負荷特性を持ったも
のを使用する必要があり、これより許容負荷特性曲線を
左側に移すこと、つまり電線径を細くすることはできな
い。

保護継電器１１の出力信号Ｈによる保護動作特性曲線１
２′は、出力信号■による保護動作特性曲線１２が保護
継電器過電流耐量曲線７′と交わる点ａ２よりも左側の
Ａ点から前記Ｂ点までの中位短絡電流が流れる領域内で
過電流耐量曲線７′の下側にあるように整定される。こ
うすることにより、出力信号■による配線用遮断器２の
遮断動作が配線用遮断器２の通常の反限時動作よりも早
く行なわれ、配線用遮断器２の動作特性をす、−Ｃ−Ａ
−Ｂ−ｂ２のようにすることができるので、主回路用電
線の許容負荷特性を第８図１０′で示すように出力信号
Ｈによる保護動作特性曲線１２′の近くまで移しても電
線の保護が確実に行なえるようになる。したがって、主
回路用電線としてより細径の電線を使用でき、配線費用
を大幅に低減できる。同時に、′この出力信号１１によ
る保護動作特性曲線１２′によって保護継電器自体の過
電流耐量を越える過電流領域をなくすことができる。

上記実施例では分岐回路内の上位配線用遮断器と下位電
磁接触器との保護協調を得る例について述べてきたが、
幹線用上位遮断器と分岐回路用下位遮断器との保護協調
等に応用することも可能である。

第９図には本発明の他の実施例を示す。

本実施例は保護継電器を過電流保護と三相電流不平衡保
護の可能な多機能形としたもので、変流器１３．１４．
１５により三相回路ＲＳＳ、　Ｔの電流を検出し、それ
ぞれの出力を整流回路１６のダイオード２９〜３４によ
り三相余波整流した後、抵抗１８により電流−電圧変換
する。変換された電圧信号は、比較器３６、抵抗３７、
ダイオード３８、コンデンサ３９からなるピークホール
ド回路３５により、その最大値がコンデンサ３９の電圧
■として保持される。

過電流保護要素４０は第５図と同様に比較器１９．２０
、抵抗２１．２２．２３、限時回路２４、ＡＮＤ回路２
５．２６から構成され、前記コンデンサ３９の電圧Ｖを
入力して過電流値の大小により出力信号１と出力信号■
を発信する。この場合、過電流保護要素４０の入力信号
はピークホールド回路３５から取っているため、三相電
流の波形に関係なく過電流保護が可能となる。

三相電流不平衡保護要素４１は次のように構成されてい
る。まず、前記コンデンサ３９の電圧Ｖを別電源からの
直流電圧Ｖ。Ｃを抵抗４２．４３により分圧して得た基
準電圧Ｖｆ３と比較器４４で比較し、その出力を抵抗４
５．４６を介してトランジスタ４７のベース電極に入力
する。さらに、前記コンデンサ３９の電圧■を分圧する
抵抗４９．５０の接続点と前記トランジスタ４７のコレ
クタ電極との間に抵抗４８を接続し、この接続点の電圧
を比較器５４の非反転入力とする。一方、前記抵抗１８
により電流−電圧変換された信号をＯＰアンプからなる
ボルテージホロワ５１を介して抵抗５２、コンデンサ５
３により平滑し、比較器５４０反転入力とする。ボルテ
ージホロワ５１はコンデンサ５３の充電電流により抵抗
１８の両端間電圧、すなわち電圧変換された信号レベル
が影響を受けないようインピーダンス変換するためのも
のである。

第１０図、第１１図は三相電流不平衡保護要素４１の動
作説明図である。

まず、第９図中の回路素子４２〜４８がない場合を考え
る。第１０図には三相電流平衡時の第９図■点。

０点、０点、０点の各部波形を示す。この場合、■点電
位は■点電位の最大値Ｖを抵抗４９と抵抗５０で分圧し
た値であり、■点電位は■点電位をボルテージホロワ５
１を介して抵抗５２、コンデンサ５３により平滑した値
であるから、三相電流平衡時には三相電流の大小に関係
なく■点電位は■点電位より常に低い値となり、したが
って比較器５４の出力側０点の電位は常にＬＯＷレベル
である。

第１１図は三相電流不平衡時の第９図■点、０点、０点
、０点の各部波形を示す。三相電流不平衡時には、同図
に示すように０点波形に大きなディップが生じるため、
■点電位が■点電位より低い値となり、したがって■点
電位はＨＩＧＨレベルとなる。この比較器５４の出力信
号を第９図に破線で示すように過電流保護要素４０の出
力信号ＩとワイヤードＯＲで結合して出力信号Ｉ′を得
るようにしてもよく、これによれば■点電位がＨＩＧＨ
レベルとなったときにも第３図中の電磁接触器３が詠断
動作し、三相不平衡電流から電動機］を保護することが
できる。すなわち、本実施例においては電流不平衡を第
１の出力信号とし、過電流を第２の出力信号とすること
ができる。

このように本例では、変流器出力を整流し電流−電圧変
換した信号の最大値を分圧して得た■点電位と、上記電
流−電圧変換した信号を抵抗５２、コンデンサ５３で平
滑して得た■点電位を比較して三相電流不平衡の検出を
行なっているため、三相電流の大小に依存せずに不平衡
の検出ができ、また三相不平衡電流の正相分、逆相分の
位相差により第９図の０点波形が変化しても、抵抗５２
．コンデンサ５３がローパスフィルタとなって波形の変
化が検出不平衡率に及ぼす影響を少なくすることができ
る。

次に第９図の回路素子４２〜４８を付加した場合の動作
を説明する。回路素子４２〜４８は電流不均衡率の大き
い電動機始動電流等による誤動作を防止するために設け
られたもので、比較器４４はコンデンサ３９の電圧Ｖを
基準電圧ｖｆ３と比較し三相電流の大小の判別を行なっ
ている。三相電流が比較的小さく、比較器４４の出力が
ＬＯＷレベルにあるときは、トランジスタ４７はＯＦＦ
状態にあるので、電圧Ｖを抵抗４９．５０で分圧した電
圧が■点電位として比較器５４に入力される。電動機始
動時のように三相型・流が大きいときには、比較器４４
の出力がＨＩＧＨレベルとなるため、トランジスタ４７
がＯＮになる。

このとき、コンデンサ３９の電圧Ｖは抵抗４８と抵抗４
９．５０の直並列回路で分圧される（トランジスタ４７
の飽和電圧は無視する）されることになり、その分圧さ
れた電圧０は前記■点電位よりも低い値になる。

三相電流平衡時には、第１０図に示すように三相電流の
大小によらず、■点電位は■、■点電位よりも常に高い
ので、比較器５４の出力■、■は常にＬＯＷレベルであ
る。これに対し、三相電流不平衡時には、第１１図に示
すように三相電流の大小により、比較器５４の非反転入
力が■の場合は■〉■であるため、出力■はＨＩＧＨレ
ベルとなるが、比較器５４の非反転入力が０の場合は■
〈■であるため出力■はＬＯＷレベルとなる。つまり、
同一不平衡電流波形であっても、三相電流が比較的小さ
い定常時には保護動作を行ない、電動機始動時のように
定常時に比べ三相電流が大きいときには動作しないこと
になる。

このように三相電流の大きさにより不平衡検出レベルを
切換える構成とすれば、たとえば−相にのみリアクタま
たは抵抗を挿入して始動するクザ始動や、Ｙ−Δ始動な
どを採用したモータ負荷のように電流不平衡が定常時よ
りも大きな負荷電流域において生ずることが多い場合、
従来の三相電流不平衡保護継電器にあったような誤動作
を生じることなく、定常時の三相電流不平衡事故に対し
てのみ確実な保護動作を行なわせることができる。

以」ユの実施例においては事故電流として過電流と電流
不平衡について述べたが、これらに限るものではなく、
地絡電流検出手段を備え、地絡電流の大小により系統の
保護器を切換えるように構成してもよく、さらには電圧
不平衡の検出手段を設け、不平衡の度合いにより系統の
保護器を切換えるように構成してもよい。

〔発明の効果〕　以上のように本発明によれば、どのよ
うな事故電流に対しても上位保護器と下位保護器の確実
な保護協調を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の過電流保護装置を示す概要図、第２図は
その動作特性図、第３図は本発明の一実施例を示す概要
図、第４図は第３図中の保護継電器の動作特性図、第５
図〜第７図は保護継電器の回路例を示す図、第８図は本
実施例による過電流保護装置の動作特性図、第９図は過
電流保護要素と三相電流不平衡保護要素を有する保護継
電器の他の例を示す回路図、第１０図、第１１図は三相
電流不平衡保護要素の動作説明図である。 ２・・・」二位保護器　３・・下位保護器１１・・・信
号発生手段　１鵠第１の出方信号■・・・第２の出力信
号 １３、１４．１５．１６．１７．１８．３５・・・第１
の手段１９、２０．２１．２２．２３・・・第２の手段
２４、２５．２６・・・第３の手段 代理人弁理士　中村純之助 ｔ３１　第４図 ′５ＩＰ５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 事故電流を遮断するため配線系統内に設置された上位お
   よび下位保護器と、これら保護器に組合わされた信号発
   生手段を有し、上記信号発生手段は電流を検出する第１
   の手段と、検出された電流のレベル判定を行なう第２の
   手段と、電流値が下位葆護器あ遮断可能電流値近傍の整
   定値未満と判定された場合は第１の出力信号を、また電
   流値が上艷整定値以上と判定された場合は少なくとも第
   ２の出力信号をそれぞれ電流値に応じた遅延時間後に発
   生する第３の手段とから構成され、その第１の出力信号
   により下位保護器を遮断動作させ、るようになっている
   事故電流保護装置。