JP5999989B2 - 過電流継電器 - Google Patents

Description

この発明は、過電流継電器に関し、より特定的には、遮断器トリップ時に内部接点の開放により変流器の二次電流を転流させることによって遮断器の励磁電流を確保する構成を有する過電流継電器の健全性の確認試験のための構成に関する。

高圧需要家の受配電設備に設置される電流引き外し形過電流継電器は、遮断器を励磁するための電源が不要であることから、経済的なシステムを構成することができる。

電流引き外し形過電流継電器では、配電線に設けられた変流器（ＣＴ：Current Transformer）の二次電流が過大になることに応じて、当該二次電流が通過する継電器内部のｂ接点が開放される。ｂ接点の開放によって遮断器の励磁コイルに二次電流が転流することにより、遮断器がトリップして、配電線の電力経路が遮断される。

配電線に短絡事故等が発生すると変流器の二次電流も大きくなる。したがって、遮断器をトリップさせる際には、継電器内部のｂ接点によって比較的大きな電流を遮断する必要があるため、ｂ接点が損傷する可能性がある。このため、過電流の発生により継電器が動作（トリップ）した場合には、過電流継電器の健全性を確認するための試験を実行することが推奨されている。

特開昭５９−１２３４１７号公報（特許文献１）では、電流引き外し形の過電流継電器に試験用端子を設ける構成が記載されている。具体的には、特許文献１の試験端子付き過電流継電器は、試験用端子に所定の電源を接続することで、動作確認試験を行なえるように構成されている。これにより、主変流器を接続した通常の使用状態（過電流の監視状態）のままで、簡単かつ短時間に動作確認試験を実行することができる。

特開昭５９−１２３４１７号公報

特許文献１の過電流継電器は、試験用端子に交流電流を入力することによって、制御回路の電源を発生させる。さらに、過電流検出が作動するレベルの電流を入力することにより、トリップ出力用接点（ｂ接点）の開放試験を実行できる。

比較的大きな電流を遮断した後のｂ接点では、開閉動作が可能であっても、接点の消耗や損傷によって、閉成（オン）時の接触抵抗（理想的にはほぼ零）が上昇していたり、開放（オフ）時の接触抵抗（理想的には∞）が低下している虞がある。

したがって、健全性を十分に確認するためには、ｂ接点の開閉動作が可能であるか否かに止まらず、接触抵抗についても測定することが好ましい。しかしながら、特許文献１の過電流継電器は、健全性の確認試験において接触抵抗を測定する機能を有するものではない。

また、ｂ接点の裏面等に接触抵抗測定用の端子台を設けておき、ユーザが抵抗測定器（テスター）によって抵抗値を測定する構成では、ユーザの利便性が低下することが懸念される。特に、ｂ接点が溶着していないことを確認するために、ｂ接点を励磁した状態で接触抵抗を測定することが必要になる。このケースでは、ｂ接点を励磁する電源確保のための電流を入力した上で、テスターによる測定が必要になるため、健全性の確認試験に手間が掛かることになる。

この発明は上述のような問題点を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、簡易な試験入力によって、遮断器トリップ時に動作する内部接点（ｂ接点）の健全性を接触抵抗に基づいて確認することが可能な過電流継電器の構成を提供することである。

この発明に係る過電流継電器において、配電線に過電流が生じたときに、当該配電線に介挿接続された遮断器のトリップ指令を生成するための過電流継電器は、第１および第２の端子と、第３および第４の端子と、ｂ接点と、制御回路と、制御電源回路と、試験用端子と、試験用回路と、検出手段と、測定手段と、表示部とを含む。第１および第２の端子は、配電線に設置された変流器と電気的に接続するために設けられる。第３および第４の端子は、遮断器の励磁コイルと電気的に接続するために設けられる。ｂ接点は、一端が第１および第３の端子と電気的に接続されるとともに、他端が第２および第４の端子と電気的に接続されるように配置される。制御回路は、ｂ接点の開閉を制御する。制御電源回路は、第１および第２の端子に入力された電流から制御回路の動作電源を生成する。試験用端子は、試験モードにおいて過電流継電器の外部の電源を接続するために設けられる。試験用回路は、試験モードにおいて、外部の電源とｂ接点との間に、試験用端子を経由して試験抵抗素子を含む試験電流経路を形成するように構成される。検出手段は、試験モードにおいて、試験電流経路においてｂ接点の両端間の電圧を検出する。測定手段は、試験モードにおいて、検出手段によって検出された電圧に基づいてｂ接点の接触抵抗を測定する。表示部は、試験モードにおいて、接触抵抗の測定結果に基づく情報を表示する。

電流引き外し形過電流継電器の動作を説明するための概略的な回路図である。 比較例として示される過電流継電器の構成を説明するための回路図である。 本発明の実施の形態１による過電流継電器の構成を説明するための回路図である。 実施の形態１による過電流継電器の試験モードにおける回路状態を説明するための第１の回路図である。 実施の形態１による過電流継電器の試験モードにおける回路状態を説明するための第２の回路図である。 トリップコイルの直流インピーダンスの設定例を示す概念図である。 実施の形態１による過電流継電器の試験モードにおける制御処理の手順を説明するフローチャートである。 実施の形態１の変形例による過電流継電器の試験モードにおける制御処理の手順を説明するフローチャートである。 実施の形態１の変形例による過電流継電器の試験モードにおける接触抵抗の測定結果の表示例を説明する図である。 実施の形態２による過電流継電器の試験モードにおけるトリップコイルの直流インピーダンスの設定方式を示す概念図である。 実施の形態３による過電流継電器におけるメモリの記憶内容を説明するための概念図である。 実施の形態４による過電流継電器の構成を説明するための回路図である。

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下では、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は原則的に繰返さないものとする。

［実施の形態１］
図１は、電流引き外し形過電流継電器の動作を説明するための概略的な回路図である。

図１（ａ）には過電流継電器の不動作時の回路状態が示され、図１（ｂ）には、過電流継電器の動作時（トリップ時）における回路状態が示される。

図１（ａ）を参照して、過電流継電器１００は、遮断器５０が設けられた配電線１０の過電流を検出するように構成される。過電流継電器１００の入力端子１０１，１０２は、配電線１０に設けられた主変流器３０と接続される。主変流器３０の二次電流Ｉ２は、入力端子１０１，１０２に入力される。過電流継電器１００は、さらに、遮断器５０を励磁するためのトリップコイル６０と接続される端子１０３，１０４を有する。

過電流継電器１００は、入力変換器１１０および、出力接点としてのｂ接点１２０を有する。ｂ接点１２０は、非励磁状態において閉成される一方で、励磁状態において開放される。入力変換器１１０は、二次電流Ｉ２に応じた電圧を出力する。すなわち、入力変換器１１０の出力に基づいて、二次電流Ｉ２、すなわち、配電線１０の電流Ｉｓを検知することができる。

事故による短絡電流が発生していない通常時には、二次電流Ｉ２が小さいため、ｂ接点１２０が非励磁状態に維持される。このとき、主変流器３０の二次電流Ｉ２は、入力変換器１１０および、非励磁状態（すなわち、閉状態）のｂ接点１２０を通過する。したがって、端子１０３，１０４を経由してトリップコイル６０を含む経路には、電流が流れない。このため、過電流継電器１００は、遮断器５０を非励磁とする非動作状態を維持するので、遮断器５０はトリップされず閉成を維持する。

図１（ｂ）を参照して、配電線１０に短絡事故等が発生して電流Ｉｓが過大になると、図示しない制御回路が、二次電流Ｉ２の上昇に応じて、ｂ接点１２０を励磁する。これにより、ｂ接点１２０が開放されるため、二次電流Ｉ２は、端子１０３，１０４を経由してトリップコイル６０を流れる経路に転流される。この結果、過電流継電器１００が動作状態となって遮断器５０を励磁するので、遮断器５０がトリップする。

このように、電流引き外し形の過電流継電器１００の動作時には、トリップコイル６０を流れる励磁電流を、主変流器３０の二次電流Ｉ２によって発生することができる。このため、励磁電流のための電源が不要である。また、過電流継電器１００の動作時（遮断器５０のトリップ時）には、ｂ接点１２０は、短絡電流に応じた二次電流Ｉ２を遮断するので、接点に溶着等の損傷が発生する虞がある。

図２を用いて、一般的な過電流継電器１００＃の概略構成を比較例として説明する。なお、以下では、１本の配電線に対応する過電流継電器の構成を説明する。三相交流系統では、１回線毎に３本の配電線が設けられるので、三相のうちの少なくとも二相分の配電線の各々に対して、同様の過電流検出および遮断器動作制御のための構成が必要となる。

図２に示された過電流継電器１００＃は、本発明の実施の形態１による過電流継電器から、遮断器トリップ後の健全性確認試験のための構成を除去したものである。すなわち、過電流継電器１００＃は、過電流検出および遮断器動作制御のための機能部分に対応する。

図２を参照して、過電流継電器１００＃は、入力端子１０１，１０２と、端子１０３，１０４と、入力変換器１１０と、ｂ接点１２０と、ｂ接点の励磁部１２５と、アナログフィルタ回路１３０と、演算処理部１５０と、スイッチ１６０と、表示部１７０と、トランジスタ１８０と、制御電源回路１９０と、配線１９１，１９２と、電源ライン１９５とを含む。

入力端子１０１，１０２は、図１（ａ），（ｂ）に示したように、配電線１０に設けられた主変流器３０と接続するために設けられる。同様に、端子１０３，１０４は、図１（ａ），（ｂ）に示したトリップコイル６０と接続するために設けられる。

入力端子１０１と電気的に接続された配線１９１には、入力変換器１１０が設けられる。さらに、配線１９１は、ｂ接点１２０および端子１０３と電気的に接続される。入力端子１０２と電気的に接続された配線１９２は、ｂ接点１２０および端子１０４と電気的に接続される。ｂ接点１２０の一端は、入力端子１０１および端子１０３と電気的に接続され、他端は入力端子１０２および端子１０４と電気的に接続される。ｂ接点１２０は、配線１９１，１９２に対して、トリップコイル６０と並列に接続される。

入力変換器１１０は、トランス等によって構成されて、二次電流Ｉ２に応じた交流電圧を発生する。入力変換器１１０の出力は、アナログフィルタ回路１３０によって高周波成分を除去されて、演算処理部１５０へ入力される。

制御電源回路１９０は、入力変換器１１０の出力電圧を、過電流継電器内部の回路群の動作電源電圧に変換して、電源ライン１９５へ出力する。演算処理部１５０の動作電源および、ｂ接点１２０の励磁電流は、電源ライン１９５から供給される。制御電源回路１９０は、一般的なスイッチングレギュレータを含むように構成することができる。

演算処理部１５０は、二次電流Ｉ２に応じて、ｂ接点１２０の励磁指令Ｓｏを生成する。励磁指令Ｓｏの発生時には、トランジスタ１８０の導通により励磁部１２５に電流を供給することによって、ｂ接点１２０が開放（オフ）される。一方、励磁指令Ｓｏの非発生時には、トランジスタ１８０がオフされて、励磁部１２５には電流が供給されないため、ｂ接点１２０は閉成（オン）される。

演算処理部１５０は、マルチプレクサ１５２と、アナログ／ディジタル変換部（Ａ／Ｄ変換部）１５４と、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１５５と、メモリ１５６とを有する。メモリ１５６は、ＲＡＭ（Random Access Memory）および／またはＲＯＭ（Read Only Memory）によって構成される。

マルチプレクサ１５２は、複数の入力信号のうちの１つの信号を選択して、Ａ／Ｄ変換部１５４に出力する。Ａ／Ｄ変換部１５４は、マルチプレクサ１５２からの出力信号をサンプリングして、ディジタル信号を出力する。Ａ／Ｄ変換部１５４が出力するディジタル信号に基づいて、二次電流Ｉ２の大きさ（振幅・実効値等）を検出することができる。

ＣＰＵ１５５は、メモリ１５６に予め記憶されたプログラムおよびデータに従った演算処理を実行する。この演算処理により、二次電流Ｉ２の大きさが所定の閾値を超えたときに過電流を検出するとともに、過電流の検出時に励磁指令Ｓｏが生成される。一方で、過電流の非検出時（通常時）には、励磁指令Ｓｏは発生されない。

励磁指令Ｓｏの発生時には、ｂ接点１２０の開放に応じてトリップコイル６０が通電されることにより（図１（ｂ）参照）、遮断器５０がトリップして配電線１０の電路を遮断する。一方で、励磁指令Ｓｏの非発生時には、ｂ接点１２０の閉成に応じてトリップコイル６０が通電されないため（図１（ａ）参照）、遮断器５０はトリップしない。このようにして、過電流検出および遮断器動作制御が実行される。

上述のように、配電線毎に過電流検出および遮断器動作制御が必要であるが、図中に点線で示すように、他の配電線の二次電流を同一のマルチプレクサ１５２に入力することにより、演算処理部１５０を構成するハードウェアを複数の配電線間で共有できる。この場合には、いずれか１相の過電流継電器に配置された演算処理部１５０によって、複数の配電線の各々における過電流検出およびｂ接点の励磁指令生成のための機能を実行できる。

スイッチ１６０は、ユーザからの操作指示を入力するために設けられる。スイッチ１６０に入力された操作指示を示す信号は、ＣＰＵ１５５へ送られる。そして、演算処理部１５０は、当該ユーザ指示に従った演算処理を実行する。

表示部１７０は、ＣＰＵ１５５から指示された表示データを表示する。たとえば、表示部１７０は、セグメントＬＥＤ（Light Emitting Diode）表示器によって構成される。

図３には、本発明の実施の形態１による過電流継電器１００Ａの構成が示される。過電流継電器１００Ａでは、図２に示した過電流継電器１００＃の構成に加えて、遮断器トリップ動作後における健全性を確認する試験のための構成が追加されている。

図３を参照して、過電流継電器１００Ａは、図２に示した過電流継電器１００＃と比較して、試験用回路２００と、試験用端子２０１，２０２とをさらに含む。試験用端子２０１，２０２は、試験モード時に、過電流継電器１００Ａの外部電源２９０を接続するために設けられる。外部電源２９０は直流電源であり、たとえば、乾電池パックによって構成することができる。

図３の構成において、入力端子１０１，１０２は「第１および第２の端子」に対応し、端子１０３，１０４は「第３および第４の端子」に対応する。また、トリップコイル６０は、「遮断器の励磁コイル」に対応する。

試験用回路２００は、試験抵抗素子２１０と、配線２２０，２３０と、ツェナーダイオード２４０と、電源供給部２５０とを含む。試験抵抗素子２１０の抵抗値Ｒ１は、既知であり、予めメモリ１５６に記憶される。

配線２２０は、試験用端子２０１およびｂ接点１２０の一端の間を電気的に接続するために設けられる。配線２３０は、ｂ接点１２０の他端および配線２２０の間を電気的に接続するために設けられるとともに、接地される。配線２３０は、さらに、配線１９２とも電気的に接続される。試験抵抗素子２１０は、配線２２０上のノードＮ１およびＮ２の間に接続される。

ノードＮ２は、マルチプレクサ１５２の入力ノードと電気的に接続されている。したがって、マルチプレクサ１５２を経由してノードＮ２の電圧をＡ／Ｄ変換部１５４によって取り込むことができる。すなわち、演算処理部１５０は、ノードＮ２の電圧Ｖ２を検知することが可能である。配線１９２が接地されているため、電圧Ｖ２によってｂ接点１２０の両端間の電圧を検出することができる。あるいは、ｂ接点１２０の両端の電圧を直接検出してもよい。このような電圧Ｖ２を検知するための構成によって、「検出手段」が実現される。

電源供給部２５０は、試験用端子２０１，２０２に接続された外部電源２９０からの電力を電源ライン１９５へ供給するように構成される。たとえば、配線およびダイオードの組み合わせによって、電源供給部２５０を構成することができる。これによって、試験モードにおいても、演算処理部１５０の動作電源、および、ｂ接点１２０の励磁電源を確保することができる。

ツェナーダイオード２４０は、ノードＮ１および配線２３０（ＧＮＤ）の間に接続される。これにより、ノードＮ１の電圧Ｖ１は、ツェナーダイオード２４０によって一定化される。なお、ノードＮ１を定電圧にすることが可能であれば、ツェナーダイオード２４０の代わりに他の回路要素（たとえば、三端子レギュレータ）を設けてもよい。すなわち、試験時において、電圧Ｖ１は、一定レベルに維持される。電圧Ｖ１は、ツェナーダイオードの降伏電圧あるいはレギュレータの出力電圧に相当するため既知の定数として扱うことができる。したがって、電圧Ｖ１を予めメモリ１５６に記憶することができる。

あるいは、高精度化のために、ノードＮ１とマルチプレクサ１５２との間を電気的に接続することによって、ノードＮ２の電圧Ｖ２と同様に、試験モード時に電圧Ｖ１を検出することも可能である。

さらに、スイッチ１６０は、試験モードに関連するユーザ指示を入力可能に構成される。たとえば、スイッチ１６０は、試験モードの開始指示、および、試験モード中におけるｂ接点１２０の励磁指示（開放指示）を入力可能に構成される。

過電流継電器１００Ａのその他の部分の構成は、図２に示した過電流継電器１００＃と同様である。すなわち、過電流継電器１００Ａにおいても、試験モード以外における過電流検出および遮断器動作制御は、図１および図２で説明したのと同様に実行される。

過電流継電器１００Ａが動作すると、遮断器５０（図１）がトリップされて配電線１０の電路が遮断される。遮断器５０を再投入して送電を再開する前の確認作業の一環として、過電流継電器１００Ａの健全性を確認するための試験モードが実行される。すなわち、配電線１０には電流が流れておらず、二次電流Ｉ２＝０の状態から、試験用端子２０１，２０２に外部電源（乾電池パック）２９０が接続されることによって、ｂ接点の接触抵抗を測定するための試験モードが開始可能な状態となる。

図４および図５には、過電流継電器１００Ａの試験モード時における回路状態が示される。

図４を参照して、遮断器５０のトリップ後、二次電流Ｉ２が流れなくなるので、ｂ接点１２０は非励磁となる。この結果、ｂ接点１２０は閉成される。この状態で、外部電源２９０が接続されることにより、図４の回路状態となる。

図４を参照して、外部電源２９０とｂ接点１２０との間に、試験用端子２０１，２０２および試験抵抗素子２１０を経由した試験電流Ｉｔ１の経路が形成される。正常なｂ接点１２０では、閉状態での接触抵抗値Ｒｂはほぼ零である。したがって、端子１０３，１０４にトリップコイル６０が接続されていても、試験電流Ｉｔ１は、図４に示されるように、ｂ接点１２０のみを通過する。

ただし、厳密には、端子１０３，１０４にトリップコイル６０が接続されている状態では、ｂ接点１２０の接触抵抗値Ｒｂおよびトリップコイル６０の直流抵抗成分を示す直流インピーダンス（インピーダンス値Ｒｔ）を並列接続した回路（直流抵抗値Ｒ２）を、試験電流Ｉｔ１が通過する。配線２３０が接地されているため、電圧Ｖ２は、直流抵抗値Ｒ２による電圧降下と等しくなる。なお、一般的にはＲｔ＝３０Ω程度である。直流インピーダンス値Ｒｔについては、遮断器の種類や接続されるケーブルの長さ等で異なってくるため、トリップコイル６０に固有の値となる。

たとえば、図６に示すように、メモリ１５６のうちの不揮発性メモリ１５７に、予め設定あるいは計測された直流インピーダンス値Ｒｔを記憶させることができる。このようにすると、過電流継電器１００Ａの起動時、あるいは、試験モードの開始時に直流インピーダンス値Ｒｔを不揮発性メモリ１５７から読出すことができる。

直流抵抗値Ｒ２と試験電流Ｉｔ１との間には、Ｉｔ１＝Ｖ１／（Ｒ１＋Ｒ２）の関係が成立する。直流抵抗値Ｒ２による電圧降下に相当する電圧Ｖ２は、Ｉｔ１×Ｒ２によって示されるので、Ｖ１／（Ｒ１＋Ｒ２）×Ｒ２＝Ｖ２を解くことにより、直流抵抗値Ｒ２の算出式として下記（１）式が得られる。

Ｒ２＝Ｖ２／（Ｖ１−Ｖ２）×Ｒ１ …（１）
（１）式において、電圧Ｖ１および抵抗値Ｒ１と、電圧Ｖ２の検出値に基づいて、ｂ接点の接触抵抗の測定結果として直流抵抗値Ｒ２を算出することができる。

正常なｂ接点１２０では、閉状態の接触抵抗値Ｒｂはほぼ零であるので、直流抵抗値Ｒ２もほぼ零（Ｒｂ＝Ｒ２）である。これに対して、接点の損傷等によって接触抵抗値Ｒｂが増大すると、直流抵抗値Ｒ２は、直流インピーダンス値Ｒｔへ向けて上昇する。

したがって、直流抵抗値Ｒ２から、ｂ接点１２０の閉状態における接点の健全性を、接触抵抗に基づいて確認することができる。特に、並列接続された直流インピーダンス（Ｒｔ）および許容される接触抵抗の上限値（閉状態）に従って、直流抵抗値Ｒ２の許容上限値を求めることが可能である。

また、接触抵抗（Ｒｂ）および直流インピーダンス（Ｒｔ）が並列接続された直流抵抗値Ｒ２は、Ｒ２＝Ｒｂ×Ｒｔ／（Ｒｂ＋Ｒｔ）で示される。これを、Ｒｂについて解くことによって、下記（２）式が得られる。

Ｒｂ＝Ｒ２×Ｒｔ／（Ｒｔ−Ｒ２） …（２）
したがって、式（１）および（２）の両方を用いることにより、電圧Ｖ２の検出値から、メモリ１５６から読み出した既知のＶ１，Ｒ１，Ｒｔに従って、ｂ接点１２０の接触抵抗値Ｒｂそのものを算出することも可能である。

なお、仮に、トリップコイル６０が端子１０３，１０４から切り離された状態で試験モードが実施された場合には、（１）式によって算出された直流抵抗値Ｒ２は、接触抵抗値Ｒｂそのものを示す。

図５には、ｂ接点１２０を開状態としたときの試験モード時における回路状態が示される。

図５を参照して、スイッチ１６０のユーザ操作に応じて演算処理部１５０が励磁指令Ｓｏを生成することによって、ｂ接点１２０が開放される。図４で説明したように、実際には、ｂ接点１２０の接触抵抗（抵抗値Ｒｂ）およびトリップコイル６０の直流インピーダンス（Ｒｔ）を並列接続した回路（直流抵抗値Ｒ２）を、試験電流Ｉｔ２が通過する。配線２３０が接地されているため、電圧Ｖ２は、直流抵抗値Ｒ２による電圧降下と等しくなる。

正常なｂ接点１２０では、閉状態での接触抵抗値Ｒｂ＝∞である。したがって、試験電流Ｉｔ２は、図５に示されるように、端子１０３，１０４に接続されたトリップコイル６０を通過するので、Ｒ２＝Ｒｔとなる。一方、溶着等の損傷によりｂ接点１２０の接触抵抗が上昇すると、Ｒ２はＲｔよりも低下する。

したがって、算出された直流抵抗値Ｒ２から、ｂ接点１２０の開状態における接点の健全性を知ることができる。さらに、並列接続された直流インピーダンス（Ｒｔ）および許容される接触抵抗の下限値（開状態）に従って、直流抵抗値Ｒ２の許容上限値を求めることが可能である。

また、上述のように、式（２）をさらに用いることにより、電圧Ｖ２の検出値から、メモリ１５６から読み出した既知のＶ１，Ｒ１，Ｒｔに従って、ｂ接点１２０の接触抵抗値Ｒｂを算出することも可能である。

なお、トリップコイル６０が端子１０３，１０４から切り離された状態で試験モードが実施された場合には、（１）式によって算出された直流抵抗値Ｒ２は、ｂ接点１２０の接触抵抗値Ｒｂそのものを示す。

ここで、図５の回路状態では、ｂ接点１２０の正常時に、試験電流Ｉｔ２がトリップコイル６０を流れることになる。試験モードでは、過電流継電器単体の確認試験とするために、このときの試験電流Ｉｔ２によって遮断器５０のトリップが発生しないようにする必要がある。すなわち、Ｉｔ２＝Ｖ１／（Ｒ１＋Ｒｔ）が、遮断器５０を励磁できないレベルであることが必要である。したがって、電圧Ｖ１および直流インピーダンス値Ｒｔを考慮した上で、試験抵抗素子２１０の抵抗値Ｒ１を適切に設計する必要がある。たとえば、Ｖ１＝４．５Ｖ、Ｒｔ＝３０Ωとすると、Ｒ１を数十Ωとすれば、試験電流Ｉｔ１を、通常、一般的な遮断器が動作することがない、０．５Ａ以下の電流とすることができる。

一方で、電圧Ｖ１を抵抗値Ｒ１およびＲ２によって分圧して得られる電圧Ｖ２に基づいて、ｂ接点１２０の接触抵抗が測定されるため、抵抗値Ｒ１が大きすぎると、Ｖ２が低下して測定精度の確保が困難となる。試験抵抗素子２１０の抵抗値Ｒ１については、これらの点を考慮して設計する必要がある。

なお、図４および図５の状態において、入力端子１０１，１０２に主変流器３０が接続されていると、主変流器３０がｂ接点１２０に対して並列に接続されることになる。しかしながら、過電流継電器１００Ａ側から見た主変流器３０の入力インピーダンスは非常に大きいので、主変流器３０に流れ込む試験電流Ｉｔ１，Ｉｔ２は無視できる。すなわち、試験電流Ｉｔ１，Ｉｔ２によって生じる電圧Ｖ２に基づく抵抗値の測定精度に及ぼす影響についても無視することができる。

図７は、実施の形態１による過電流継電器１００Ａの試験モードにおける制御処理の手順を説明するフローチャートである。図７に示すフローチャートの各ステップは、主に、演算処理部１５０によるソフトウェア処理によって実行される。

図７を参照して、演算処理部１５０は、ステップＳ１００により、ユーザからの試験モード開始指示の入力を受ける。当該指示は、外部電源２９０が試験用端子２０１，２０２に接続されていることを条件として、受け付けられる。

演算処理部１５０は、ステップＳ１１０により、マルチプレクサ１５２およびＡ／Ｄ変換部１５４によって、電圧Ｖ２をディジタル信号に変換する。これにより、電圧Ｖ２が検出される。ステップＳ１１０による処理によって「検出手段」が実現される。

さらに、演算処理部１５０は、ステップＳ１２０により、検出された電圧Ｖ２に基づいて、ｂ接点１２０の接触抵抗を測定する。具体的には、既知の電圧Ｖ１および抵抗値Ｒ１を用いた式（１）に従って、電圧Ｖ２に基づいて、接触抵抗を含む直流抵抗値Ｒ２が算出される。あるいは、トリップコイル６０の直流インピーダンス値Ｒｔをさらに用いた式（２）に従って、ｂ接点１２０の接触抵抗値Ｒｂをさらに算出することも可能である。ステップＳ１１０による処理によって「測定手段」が実現される。

演算処理部１５０は、ステップＳ１３０により、ステップＳ１２０によるｂ接点１２０の接触抵抗の測定結果として、算出した電気抵抗値（Ｒ２またはＲｂ）を表示するための指示を表示部１７０へ発する。これにより、接触抵抗の測定結果に基づく情報として、電気抵抗値（Ｒ２またはＲｂ）が、表示部１７０によってユーザに視認される。

なお、スイッチ１６０によって、ｂ接点１２０の励磁指示（開放指示）をさらに入力すれば、演算処理部１５０がｂ接点１２０の励磁指令を発することにより、図５の回路状態における接触抵抗を測定することができる。一方で、励磁指示を入力しない状態では、ｂ接点１２０は閉状態であるので、図４の回路状態における接触抵抗が測定される。すなわち、図６のフローチャートに従う一連の処理によって、ｂ接点１２０の励磁時および非励磁時の各々について別個に、接触抵抗の測定結果を示す電気抵抗値をユーザに対して表示することができる。

このように、実施の形態１による過電流継電器によれば、試験用端子２０１，２０２および試験用回路２００を追加した簡単な回路構成により、外部電源２９０を接続した試験モードによって、ｂ接点１２０の接触抵抗を測定することができる。この結果、遮断器トリップ発生後の試験モードによって、遮断器トリップ時に動作する内部接点（ｂ接点）の健全性をｂ接点の接触抵抗に基づいて確認することができる。

特に、主変流器３０およびトリップコイル６０が接続された状態であっても、過電流継電器１００Ａの試験モードを実行できる。さらに、トリップコイル６０の直流インピーダンス値Ｒｔを予め求めておくことで、ｂ接点１２０の接触抵抗値Ｒｂを直接算出することができる。

また、乾電池パックが適用可能な直流電源を用いて試験モードを実行できるので、交流電流入力を必要とする構成（たとえば、特許文献１）と比較して、より簡便に確認試験をすることができる。

［実施の形態１の変形例］
実施の形態１では、ｂ接点の接触抵抗の測定結果として電気抵抗値（Ｒ２またはＲｂ）そのものを、表示部１７０に表示する例を説明した。しかしながら、この例では、ｂ接点の接触抵抗値が正常値か否かについて、ユーザが取扱説明書などの記載値を参照する作業がさらに必要となることが懸念される。特に、継電器のような交換周期が長い製品では、当該参照作業によるユーザの利便性低下が懸念される。したがって、実施の形態１の変形例では、ｂ接点の接触抵抗の測定結果として、異常／正常の判定結果を表示部１７０に出力する。

図８は、実施の形態１の変形例による過電流継電器における制御処理手順を説明するフローチャートである。

図８を参照して、演算処理部１５０は、図６と同様のステップＳ１００により、ユーザからの試験モード開始指示の入力を受ける。この際に、スイッチ１６０によって、ｂ接点１２０の励磁指示（開放指示）がさらに入力され得る。

演算処理部１５０は、図６と同様のステップＳ１１０，Ｓ１２０により、電圧Ｖ２の検出および、電圧Ｖ２に基づくｂ接点１２０の接触抵抗の測定を実行する。これにより、図６と同様に、ｂ接点１２０の接触抵抗の測定結果として、接触抵抗を含む直流抵抗値Ｒ２または接触抵抗値Ｒｂが算出される。

ｂ接点１２０に対する励磁指示が入力されている場合には、ｂ接点１２０が開放されるので、図５の回路状態において接触抵抗が測定される。一方で、ｂ接点１２０に対する励磁指示が入力されていない場合には、ｂ接点１２０が閉成されるので、図４の回路状態において接触抵抗が測定される。したがって、ｂ接点１２０の励磁時と非励磁時とでは、接触抵抗の正常範囲が異なる。

演算処理部１５０は、ステップＳ１５０により、ｂ接点１２０が励磁中か否かを判定する。

演算処理部１５０は、ｂ接点１２０の励磁時（Ｓ１５０のＹＥＳ判定時）には、ステップＳ１６０により、測定された接触抵抗値が、励磁時における正常範囲内であるか否かを判定する。励磁時にはＲｂ＝∞の状態が理想である接触抵抗値Ｒｂについて、実用上支障が出ない範囲に対応させて、上記正常範囲を予め設定することができる。さらに、トリップコイル６０の直流インピーダンス（Ｒｔ）をさらに考慮すると、直流抵抗値Ｒ２についても、接触抵抗値Ｒｂの正常範囲に対応させた、非励磁時の正常範囲を予め設定することができる。あるいは、より簡易には、電圧Ｖ２について、上記（１），（２）式からの逆算によって、接触抵抗値Ｒｂの正常範囲に対応させた、非励磁時の正常範囲を予め設定することも可能である。

ステップＳ１６０では、接触抵抗値Ｒｂ、直流抵抗値Ｒ２および電圧Ｖ２のいずれかについて、測定値ないし算出値が非励磁時におけるそれぞれ正常範囲内であるか否かが判定される。

演算処理部１５０は、ｂ接点１２０の非励磁時（Ｓ１５０のＮＯ判定時）には、ステップＳ１７０により、測定された接触抵抗値が、非励磁時における正常範囲内であるか否かを判定する。非励磁時にはＲｂ＝０の状態が理想である接触抵抗値Ｒｂについて、実用上支障が出ない範囲に対応させて、上記正常範囲を予め設定することができる。さらに、トリップコイル６０の直流インピーダンス（Ｒｔ）を考慮すると、直流抵抗値Ｒ２についても、接触抵抗（Ｒｂ）の正常範囲に対応させた、非励磁時の正常範囲を予め設定することができる。あるいは、より簡易には、電圧Ｖ２について、上記（１），（２）式からの逆算によって、接触抵抗（Ｒｂ）の正常範囲に対応させた、非励磁時の正常範囲を予め設定することも可能である。

ステップＳ１７０では、接触抵抗値Ｒｂ、直流抵抗値Ｒ２および電圧Ｖ２のいずれかについて、測定値ないし算出値が非励磁時におけるそれぞれ正常範囲内であるか否かが判定される。

演算処理部１５０は、ステップＳ１８０により、ステップＳ１６０またはＳ１７０での判定結果を確認する。そして、演算処理部１５０は、接触抵抗が正常範囲内であることを示す測定結果が得られた場合（Ｓ１８０のＹＥＳ判定時）には、ステップＳ１９０に処理を進めて、「接触抵抗が正常である」ことを、接触抵抗の測定結果に基づく情報として、表示部１７０に出力する。

反対に、演算処理部１５０は、接触抵抗が正常範囲内であることを示す測定結果が得られなかった場合（Ｓ１８０のＮＯ判定時）には、ステップＳ１９５に処理を進めて、「接触抵抗が異常である」ことを、接触抵抗の測定結果に基づく情報として、表示部１７０に出力する。

図９には、ステップＳ１９０，Ｓ１９５による表示部１７０での表示例が示される。
図９（ａ）には、接触抵抗が正常範囲内である場合（ステップＳ１９０）の表示例が示される一方で、図９（ｂ）には、接触抵抗が正常範囲内でない場合（ステップＳ１９５）の表示例が示される。

このように実施の形態１の変形例による過電流継電器によれば、実施の形態１と同様の試験モードを実行するとともに、接触抵抗の測定結果に基づく情報として、ｂ接点の接触抵抗が正常／異常のいずれであるかの結果を、ｂ接点の励磁時／非励磁時のそれぞれについて別個に、ユーザに対して明確に報知することができる。

［実施の形態２］
実施の形態２では、実施の形態１またはその変形例１における、トリップコイル６０の直流インピーダンス値Ｒｔの記憶方式の他の例について説明する。

図１０は、実施の形態２による過電流継電器の試験モードにおけるトリップコイルの直流インピーダンスの設定方式を示す概念図である。

図１０を参照して、実施の形態２による過電流継電器では、不揮発性メモリ１５７の少なくとも一部を、記憶内容を更新可能なメモリ領域（たとえば、フラッシュＲＯＭ等）１５７♯で構成する。さらに、メモリ領域１５７♯に、直流インピーダンス値Ｒｔの記憶領域が設けられる。

このような構成とすることにより、直流インピーダンス値Ｒｔの記憶値を、過電流継電器の設置後の試験による測定値に基づいて更新することが可能となる。たとえば、トリップコイル６０が端子１０３，１０４に接続された状態で、ｂ接点１２０の健全性が確認できたときに、ｂ接点１２０に励磁指示を入力した試験モードを実行すると、測定された直流抵抗値Ｒ２を直流インピーダンス値Ｒｔとして用いることが可能である。すなわち、正常時の測定による直流インピーダンス値Ｒｔを、メモリ領域１５７♯に予め格納することができる。

以降の遮断器トリップ発生後の試験モードでは、メモリ領域１５７♯に予め格納された直流インピーダンス値Ｒｔを読出すことによって、式（２）に関連する演算に用いることができる。

したがって、実施の形態２による過電流継電器では、実施の形態１またはその変形例１における、ｂ接点１２０の接触抵抗値Ｒｂの算出、あるいは、測定結果の正常範囲の設定に必要となる直流インピーダンス値Ｒｔをより高精度に設定できる。この結果、接触抵抗の測定および正常／異常の判定を高精度で実行することが可能となる。

［実施の形態３］
実施の形態１およびその変形例、ならびに、実施の形態２による過電流継電器では、試験モードの実行毎に、ｂ接点の励磁時（開状態）および非励磁時（閉状態）のそれぞれについて、ｂ接点１２０の接触抵抗を測定することができる。

実施の形態３による過電流継電器では、これらの試験モードでのｂ接点１２０の接触抵抗の測定結果の推移が蓄積される。

図１１は実施の形態３に従う過電流継電器における、メモリの記憶内容を説明するための概念図である。

図１１を参照して、実施の形態３による過電流継電器では、メモリ領域１５７♯を用いて、試験モード実行時における接触抵抗の測定結果として算出された、接触抵抗を含む直流抵抗値Ｒ２または接触抵抗値Ｒｂが逐次記憶される。たとえば、最新のＮ回分（Ｎ：所定の自然数）の試験モードについて、接触抵抗の測定結果を示す電気抵抗値（Ｒ２またはＲｂ）が、メモリ領域１５７＃に記憶される。

これらの記憶データに基づいて、電気抵抗値の変化量あるいは変化率に基づいて、ｂ接点１２０の劣化管理を行なうことができる。たとえば、最新の試験モード実行時において、ｂ接点１２０の接触抵抗は正常範囲内であっても、電気抵抗値の変化量あるいは変化率に基づいて「部品の交換時期が近づいている」等の情報をユーザに知らせることができる。

このように、実施の形態３による過電流継電器によれば、実施の形態１およびその変形例ならびに実施の形態２による過電流継電器と同様の試験モードによって、遮断器トリップ時に動作する内部接点（ｂ接点）の健全性を確認することができるのに加えて、接触抵抗に基づいて接点の劣化進行を管理することがさらに可能となる。

［実施の形態４］
図１２は、実施の形態４による過電流継電器１００Ｂの構成を示す回路図である。

図１２を参照して、実施の形態４による過電流継電器１００Ｂは、実施の形態１による過電流継電器１００Ａ（図３）と比較して、試験モード時に制御電源回路１９０が出力した電源電圧を配線２２０へ供給するための電源供給部２３５がさらに設けられる点で異なる。たとえば、電源供給部２３５は、配線および試験モード時にオンするスイッチ素子の組み合わせによって構成することができる。過電流継電器１００Ｂのその他の部分の構成は、過電流継電器１００Ａ（図３）と同様であるので、詳細な説明は繰り返さない。

図３で説明したように、制御電源回路１９０は、入力端子１０１，１０２に入力された交流電流を、過電流継電器内部の動作電源に変換する機能を有する。したがって、実施の形態４による過電流継電器１００Ｂでは、入力端子１０１，１０２に交流電流を入力することによって、試験用回路２００を流れる試験電流Ｉｔ１（図４）およびＩｔ２（図５）を確保できる。

すなわち、実施の形態４による過電流継電器１００Ｂでは、試験用端子２０１，２０２に外部電源２９０が接続されていない場合でも、入力端子１０１，１０２に交流電流が入力されることによって、試験モードを実行することが可能である。

なお、ツェナーダイオード２４０が設けられることにより、入力端子１０１，１０２（交流電流）および試験用端子２０１，２０２（乾電池パック）のいずれから電源が供給された場合にも、試験モードにおけるノードＮ１の電圧Ｖ１を同一の値に維持することが可能である。また、試験モードにおける演算処理および測定結果の管理については、実施の形態１およびその変形例ならびに実施の形態２，３と同等とすればよいので、詳細な説明は繰返さない。

このように、実施の形態４による過電流継電器によれば、試験モードを実行するための外部電源の適用範囲を広げることが可能となるので、ユーザの利便性が向上する。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０ 配電線、３０ 主変流器、５０ 遮断器、６０ トリップコイル、１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００♯ 過電流継電器、１０１，１０２ 入力端子、１０３，１０４ 端子、１１０ 入力変換器、１２０ 接点、１２５ 励磁部、１３０ アナログフィルタ回路、１５０ 演算処理部、１５２ マルチプレクサ、１５４ 変換部、１５４ ディジタル変換部、１５６ メモリ、１５７ 不揮発性メモリ、１５７♯ メモリ領域、１６０ スイッチ、１７０ 表示部、１８０ トランジスタ、１９０ 制御電源回路、１９１，１９２，２２０，２３０ 配線、１９５ 電源ライン、２００ 試験用回路、２０１，２０２ 試験用端子、２１０ 抵抗素子、２４０ ツェナーダイオード、２５０ 電源供給部、２９０ 外部電源、Ｉ２ 二次電流、Ｉｓ 電流、Ｉｔ１，Ｉｔ２ 試験電流、Ｎ１，Ｎ２ ノード、Ｒ１，Ｒｂ 抵抗値、Ｒ２ 直流抵抗値、Ｒｂ 接触抵抗値（ｂ接点）、Ｒｔ 直流インピーダンス値（トリップコイル）、Ｓｏ 励磁指令、Ｖ１，Ｖ２ 電圧。

Claims (8)

1. 配電線に過電流が生じたときに、当該配電線に介挿接続された遮断器のトリップ指令を生成するための過電流継電器であって、
   前記配電線に設置された変流器と電気的に接続するための第１および第２の端子と、
   前記遮断器の励磁コイルと電気的に接続するための第３および第４の端子と、
   一端が前記第１および第３の端子と電気的に接続されるとともに、他端が前記第２および第４の端子と電気的に接続されるように配置されたｂ接点と、
   前記ｂ接点の開閉を制御するための制御回路と、
   前記第１および第２の端子に入力された電流から前記制御回路の動作電源を生成するための制御電源回路と、
   試験モードにおいて前記過電流継電器の外部の電源を接続するための試験用端子と、
   前記試験モードにおいて、前記外部の電源と前記ｂ接点との間に、前記試験用端子を経由して試験抵抗素子を含む試験電流経路を形成するように構成される試験用回路と、
   前記試験モードにおいて、前記試験電流経路において前記ｂ接点の両端間の電圧を検出するための検出手段と、
   前記試験モードにおいて、前記検出手段によって検出された電圧、前記試験抵抗素子での電圧降下量、および前記試験抵抗素子の既知抵抗値に基づいて前記ｂ接点の接触抵抗を測定するための測定手段と、
   前記試験モードにおいて、前記接触抵抗の測定結果に基づく情報を表示するための表示部とを備える、過電流継電器。
2. 前記ｂ接点が閉状態の場合に測定された前記接触抵抗が第１の正常範囲に入っているか否かを判定する手段をさらに備え、
   前記表示部は、前記ｂ接点が閉状態の場合に測定された接触抵抗が第１の正常範囲に入っているときに第１の表示内容を表示する一方で、前記ｂ接点が閉状態の場合に測定された接触抵抗が前記第１の正常範囲に入っていないときには第２の表示内容を表示する、請求項１記載の過電流継電器。
3. 前記試験モードにおいて、前記試験用端子に接続された前記外部の電源からの電力によって前記制御回路の動作電源を供給するための手段をさらに備える、請求項１記載の過電流継電器。
4. 前記ｂ接点が閉状態の場合に測定された前記接触抵抗が第１の正常範囲に入っているか否かを判定する手段と、
   前記ｂ接点が開状態の場合に測定された前記接触抵抗が第２の正常範囲に入っているか否かを判定する手段とをさらに備え、
   前記表示部は、前記ｂ接点が閉状態の場合に測定された第１の接触抵抗が第１の正常範囲に入っているとき、あるいは、前記ｂ接点が開状態の場合に測定された第２の接触抵抗が第２の正常範囲に入っているときに第１の表示内容を表示する一方で、前記第１の接触抵抗が前記第１の正常範囲に入っていないとき、あるいは、前記第２の接触抵抗が前記第２の正常範囲に入っていないときには第２の表示内容を表示する、請求項３記載の過電流継電器。
5. 前記励磁コイルの直流インピーダンス値を予め記憶するための第１の記憶手段をさらに備え、
   前記測定手段は、前記ｂ接点が開状態の場合に、前記直流インピーダンス値と、前記検出手段によって検出された電圧とに基づいて、前記ｂ接点の接触抵抗値を算出する手段を含む、請求項３記載の過電流継電器。
6. 前記外部の電源は、前記遮断器のトリップ後に前記試験用端子に接続され、
   前記過電流継電器は、
   前記遮断器のトリップ前において、前記ｂ接点が開放された状態における前記励磁コイルの直流インピーダンス値を記憶するための第１の記憶手段をさらに備え、
   前記測定手段は、前記ｂ接点が開状態の場合に、前記直流インピーダンス値と、前記検出手段によって検出された電圧とに基づいて、前記ｂ接点の接触抵抗値を算出する手段を含む、請求項３記載の過電流継電器。
7. 前記測定手段は、前記試験モードが実行される毎に、前記ｂ接点が開状態の場合の接触抵抗と、前記ｂ接点が閉状態の場合の接触抵抗とを測定する手段を含み、
   前記過電流継電器は、
   過去の前記試験モードで測定された、前記ｂ接点が開状態の場合の接触抵抗および前記ｂ接点が閉状態の場合の接触抵抗の履歴を記憶するための第２の記憶手段をさらに備える、請求項３〜６のいずれか１項に記載の過電流継電器。
8. 前記試験モードにおいて、前記制御電源回路の出力電圧を前記試験電流経路へ導くための手段をさらに備える、請求項１〜７のいずれか１項に記載の過電流継電器。

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