JPS6142491B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は故障電流の、例えば給電回路網におけ
る短絡の検出方法およびこの方法を実施する回路
に関する。

本発明はとくに鉄道、電車、トロリーバス、輪
送地下鉄等の交、直流電源回線のけん引関係に適
用される。

所定の値を電流の瞬時値が超えた場合、超速動
しや断器のような電流しや断手段によつて、短絡
のような故障の電流から生じた事故に対する電源
の不可欠な保護が確保されることは公知である
（レビユー・ジエネラル・ド・レレクトリシテ
誌、58巻、1949年３月号、103ページ以降のエ
ム・ペー・ブランシユ著、「交、直流電気けん引
電源回線の遠隔短絡検出」）。しかしこの種の方法
は、通常動作の場合の最大許容電流の大きさが、
短絡の場合に現われる電流の大きさよりも大きい
場合は、使用できない。このことは例えば、通常
の動作の場合の電流が、検出すべき故障電流の10
倍にもなることのある、地下鉄電車における給電
回路網の場合にあてはまる。

ドイツ連邦共和国特許出願公開公報第2338918
号に示されている電源網保護−トリガ装置におい
ては、監視されるべき電流信号の上昇勾配を検出
し、 求めたdi／dt−信号を積分して、監視されるべ
き電流ｉに所属する検査信号を発生させ、比較器
において所定の基準値と比較するようにしてい
る。この比較の結果として形成される差信号が限
界値を上回わるとこれをトリガの尺度として使用
する。積分時間は可調整の時限素子により設定さ
れその持続時間は20ｍｓ〜60ｍｓの値を有する。
この持続時間の後は積分器は零ヘリセツトされて
次の積分動作を開始する。所定の積分時間の間中
に、電流信号の上昇および下降か積分される。こ
の公知のトリガ装置の場合、積分器が急峻な電流
上昇の間中にリセツトされてしまうため、この急
峻な上昇を生ぜさせる短絡が確実には検出できな
い。

本発明の課題は次のような回路装置を提供する
ことである。即ち監視すべき線路における個個の
電流上昇を、この線路に流れる電流の絶対値に依
存することなくかつ電流上昇の持続時間に依存す
ることなく、限界値を越えたか否かを監視して簡
単な手段で確実に検出できるようにした、回路装
置を提供することである。

この課題は本発明の特許請求の範囲第１項、第
２項および第８項記載の構成により解決されてい
る。この場合、特許請求の範囲第１項において構
成要件(b)、(c)および(f)は上位概念であり、その他
の構成要件は特徴部分を形成する。さらに特許請
求の範囲第２項において構成要件(b)、(c)および(f)
は上位概念であり、その他の構成要件は特徴部分
を形成する。

本発明により、電流基準値は、電流信号上昇の
間だけ記憶される利点が得られる。記憶は上昇勾
配が所定の限界値を上回わる場合の電流信号上昇
の間だけ、行なわれる。これにより回路装置の著
しいダイナミツク安定性が得られる。回路費用は
著しく低減される、何故ならば時間遅延回路を必
要としないからである。検査信号の瞬時値が電流
基準値として記憶される時点を求めるために、簡
単な電流信号勾配−限界値比較器だけで十分であ
る。上昇−零検出器を設け、この上昇−零検出器
は、その入力側が追従回路の第１入力側と接続さ
れ、出力側がこの追従回路の第３入力線と接続さ
れており、電流信号の勾配がほぼ零になると上昇
−零検出器はその出力側に追従上昇信号を送出す
る。電流基準値の追従上昇は差信号ΔＩの最大値
に達するとその直後に行なわれる。これにより、
短時間に相次いて生ずる大きい値の電流上昇の場
合における保護装置の不所望のトリガから最適に
保護される。

本発明の有利な実施例によれば、上昇−零検出
器と追従回路の第３入力側との間にAND素子を
接続し、その一方の入力側に電流勾配−限回値比
較器の出力側をおよび上昇−零検出器の出力側を
接続し、出力側を追従回路の第３入力側と接続し
たのである。検査信号の瞬時値への基準信号の追
従上昇は、別の上昇信号が生ずるときに遮断され
る。これにより短時間に相次いで生ずる大きい電
流上昇の検出における著しい確実性が保証され
る。

実施例の説明 次の本発明の実施例を図面を用いて説明する。
第１図に直流電源網に用いられている回路が示さ
れている。信号の流れ方向が矢印で示されてい
る。分流抵抗２が電気線路１に設けられている。
分流抵抗２から取り出される電圧は、図示されて
いない主線路の電流に比例する。この電圧は変換
器３に加えられる。この変換器はこの実施例では
直流分離形のコンバータでありかつ電圧を増幅す
る。分流抵抗２から取り出される電圧が後置接続
される回路に対して十分大きい時は、もちろんこ
のコンバータは省略することができる。信号Ｉは
次にフイルタ４を通過する。フイルタはこの実施
例では20Hz−低域通過フイルタである。これによ
り、整流器（図示されていない）を用いた場合に
現われるリツプルの問題が解決される。しかしこ
の場合信号の損失は生じない。フイルタ４を通過
した信号が、評価されるべき電流信号（負荷電流
信号）ないし検査信号７を形成する。この検査信
号はこの回路装置の中心装置である追従回路５へ
達する。追従回路５は遮断装置５′と追従上昇装
置５″を有する。この追従回路５は次の動作を行
なう。

(a) 検査信号７の上昇の場合は、追従回路５の出
力信号すなわち電流基準信号７′は緩慢に追従
する。この出力信号は、例えば相応の積分器を
用いる場合、緩慢に電流上昇に追従する。

(b) 電流低下の場合は、電流基準信号７′は迅速
に追従する。追従回路５の入力信号７が迅速に
低下すると、積分器の電圧も迅速に低下し、追
従回路は次の電流上昇の測定に備える。

(c) 追従動作の遮断。このことは外部命令を用い
て行なわれる。この場合入力信号が即ち電流信
号７の瞬時値が、電流基準値として記憶され
る。

(d) 追従上昇：遮断−ないし記憶命令に続く別の
外部命令により、 電流基準信号７′の迅速な追従上昇が開始さ
れ、入力信号７が出力信号７′と同じ値になる
ようにされる。この目的のため追従回路は上昇
過程の前の電流信号値を記憶して、次に上昇す
べき振幅差を測定できるようにする。

第１図に示されているように、追従回路５の入
力信号と出力信号とは相互に逆の極性を有する。
加算回路ないし差形成器６において、電流信号７
の瞬時値と追従回路５の出力側に現われる遅延さ
れた（積分器−）電流信号との差信号ΔＩが形成
される。次にこの差信号ΔＩは信号電流勾配−閾
値比較器９へ達する。この差信号ΔＩの値が設定
可能な最少の閾値ないし限界値１８を上回わる
と、比較器９の出力側における２進の遮断信号１
０が、追従回路５の遮断−ないし記憶装置５′を
作動する値を有する。そのためこの遮断信号１０
は電流信号７が、追従回路５が追従不可能の速さ
で上昇する時に、その上昇開始を検出するために
用いられる。差信号ΔＩの値が最小限界値１８に
達すると、−この最小限界値１８に相応する小さ
い差の値まで−電流信号７の瞬時値が電流基準値
として記憶される。必要に応じて遮断作用ないし
記憶作用も別の構成の上昇検出器によりトリガす
ることができる。電流信号７はさらに上昇−零検
出器１１へ達する。この上昇−零検出器は、微分
素子および設定可能な比較素子により上昇勾配を
検出する装置である。この目的のために著しく正
確で安定な装置を用いると有利である、何故なら
ば電流信号の上昇が零の方向へ緩慢に経過するか
らである。この検出器により所定の信号の場合
に、上昇が零になる時点が検出される。この値が
生じるという検出器は２進出力信号１２により、
電流信号７′から電流信号７への追従上昇を作動
する。そのため回路装置は、再び後続の上昇に対
する測定準備状態になる。

そのため個々の各上昇が個別的に測定できる；
さらにΔＩの最高値を正確に求めることができ
る。

AND−素子１３の入力側に論理信号１０およ
び１２が加えられる；出力−ないし追従上昇信号
１４が、この目的のために設けられている、追従
回路５の追従上昇装置５″へ追従上昇命令を供給
する。

差形成器６の出力信号ΔＩはさらに故障信号−
限界値比較器１５へ導びかれる。この故障信号−
限界値比較器１５は、所定の最大許容故障信号−
限界値１９が上回われると、故障遮断用のトリガ
信号１６を供給する。限界値はポテンシヨメータ
１７により設定される。

前述の回路の、特に回路段５，９および１１の
動作を、第２図のダイヤグラムを用いて説明す
る。４つのダイヤグラムにおいて信号Ｉ（７），
Ｉ（７′），ΔＩ，（１６）は電流信号７の経過、
追従上昇回路５の遅延または遮断または追従制御
される出力信号７′の経過、差信号ΔＩの経過、
時間Ｔにわたる故障遮断用のトリガ信号を、それ
ぞれ示す。

動作経過が相続く時点において次のように行な
われる。

Ｔ０： 図示の実施例において、最初は電流が流れずそ
のため相応の信号Ｉ（７）は値０を有する。この
回路装置の作用ないし動作は、この時点において
既に基本電力負荷が前もつて存在していない場合
と同じである。

Ｔ１： ダイヤグラムＩ（７）：故障を示す電流上昇、例
えば電源網における短絡による電流上昇。

ダイヤグラムＩ（７′）：追従回路５の出力信号
７′の値が緩慢に上昇する。ダイヤグラムΔ
Ｉ：信号Ｉ（７）の上昇が信号Ｉ（７′）の上
昇よりも迅速であるため、差ΔＩが生じる。こ
の差が時点Ｔ１′において、設定された最小限
界値１８を上回わる。

Ｔ１′： ダイヤグラムＩ：限定値１８が上回われると追従
回路５の遮断が行なわれる。時点Ｔ１′から信
号Ｉ（７′）の値が基準値として記憶される。

Ｔ１′〜Ｔ２： ダイヤグラムΔＩ：最大限界値１９が信号ΔＩに
より上回わられる。

ダイヤグラム（１６）：そのため、図示されてい
ないスイツチング装置に対するトリガ信号１６
が発生される。

Ｔ２：ダイヤグラムＩ（７）：この場合電流上昇
が終了している。

ダイヤグラムＩ（７′）：急速な追従上昇過程が
開始される。

Ｔ２〜Ｔ２′： ダイヤグラムＩ（７′）：追従上昇が、長くても
10ｍｓ以内に、行なわれる。回路が急速に再び
測定準備状態になることができるように、例え
ば２ｍｓが選定される。

ダイヤグラムΔＩ：信号ΔＩは追従回路５の入力
信号と出力信号との差であるため、追従上昇過
程が行なわれると信号ΔＩは値零へ向つて低下
する。この場合信号ΔＩは故障信号−限界値１
９を下回わる。

ダイヤグラム１６：故障信号−限界値比較値１５
が零へセツトされる。

Ｔ２′： 限界値１８に達すると迅速な追従上昇が設定さ
れる。ΔＩ＝０になるようにするため、追従上昇
の最後の部分が追従回路の、緩慢な上昇に対して
設けられている回路部分により処理される。この
ことが回路装置の安定性を保証する。

Ｔ２′〜Ｔ３： 回路装置は、時点Ｔ０とＴ１との間のように、
待機状態となる。しかし高められた基本電力負荷
を有する。

Ｔ３〜Ｔ４： 迅速な電力低下。追従回路５の出力信号７′が
この低下に正確に追従する；そのためΔＩ＝０と
なる。

Ｔ４〜Ｔ５： 別の値の基本電力負荷の場合の待機状態。

Ｔ５〜Ｔ６： 緩慢な負荷上昇。回路段５の出力信号７′がこ
の上昇に急速に追従できるため、ΔＩが限界値１
８に達しない（遮断および記憶が行なわれな
い）。

Ｔ６： 通常の運転動作を示す負荷上昇の開始。

Ｔ７：信号Ｉの上昇終り。

Ｔ６〜Ｔ７′ 遮断−および追従上昇過程が、故障のためにト
リガの行なわれたＴ１〜Ｔ２′の領域と同様に、
行なわれる；遮断過程はダイヤグラムＩ（７′）
に図示されていない。

ダイヤグラムΔＩ：故障信号−限界値１９には達
しない。

Ｔ７′： 通常の運転動作により示される第２の負荷上
昇。

Ｔ７′〜Ｔ８′： Ｔ６〜Ｔ７′の場合と同様の経過。

Ｔ５〜Ｔ８間の信号Ｉ（７）の全体の上昇がＴ
１〜Ｔ２間のそれよりも大きいにもかかわらず、
限界値１９には達しない；保護装置のトリガが行
なわれない。Ｔ６およびＴ７′における信号の相
続く上昇は実際に、段階的負荷の場合たとえば電
気機関車または複数個の電動車輛を有する列車の
始動の場合に生ずる。

Ｔ８′〜Ｔ９： 信号Ｉ（７）が迅速に零へ低下し、追従回路５
がこの低下に正確に追従する；ΔＩ＝０、Ｔ３〜
Ｔ４の間と同じ状態。

本発明は前述の図示され詳述された実施例だけ
に限定されるものではない。変形実施例において
信号Ｉを、帰還電流に所属する分流器から発生さ
せることもできる。本発明の方法および装置を交
流電源網に用いることもできる。この場合は分流
器から取り出される信号はもちろん整流する必要
がある。

【図面の簡単な説明】

図面の第１図は本発明の方法を実施する回路装
置のブロツク図、第２図はこの回路装置の動作の
説明に供する信号波形図を示す。 １……電気線路、２……分流抵抗、３……変換
器、４……フイルタ、５……追従回路、５′……
遮断装置、５″……追従上昇装置、６……差形成
器、７……検査信号、９……勾配閾値比較器、１
１……上昇−零検出器、１５……故障信号−限界
値比較器、１７……ポテンシヨメータ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 給電回路網における故障電流の検出方法にお
   いて、 (a) 給電回路網における監視すべき負荷電流に比
   例する負荷電流信号７を発生し、 (b) 該負荷電流信号７の上昇勾配を検出し、 (c) 上昇勾配限界値を上回わるか否かを監視し、 (d) 負荷電流信号７の上昇勾配が上昇勾配限界値
   を上回わると、 該負荷電流信号７を記憶することにより電流
   基準値７′を形成するようにし、 (e) 負荷電流信号７を該電流基準値７′と比較し
   て、負荷電流信号と電流基準値との間の電流差
   信号ΔＩを形成し、 (f) 電流差信号ΔＩが所定の故障信号限界値１９
   を上回わると、故障信号を発生する ことを特徴とする、給電回路網における故障電流
   の検出方法。 ２ 給電回路網における故障電流の検出方法にお
   いて、 (a) 給電回路網における監視すべき負荷電流に比
   例する負荷電流信号７を発生し、 (b) 該負荷電流信号７の上昇勾配を検出し、 (c) 上昇勾配限界値を上回わるか否かを監視し、 (d) 負荷電流信号７の上昇が終了すると該負荷電
   流信号７を記憶することにより電流基準値７′
   を形成するようにし、 (e) 負荷電流信号７を該電流基準値７′と比較し
   て、負荷電流信号と電流基準値との間の電流差
   信号ΔＩを形成し、 (f) 電流差信号ΔＩが所定の故障信号限界値１９
   を上回わると、故障信号を発生する ことを特徴とする、給電回路網における故障電流
   の検出方法。 ３ 負荷電流信号７の上昇が近似的に零になるま
   で電流基準値７′の記憶を継続するようにし、 その後に、電流基準値７′を負荷電流信号７の
   瞬時値に追従させるようにした、特許請求の範囲
   第１項または第２項に記載の方法。 ４ 電流差信号ΔＩと故障信号限界値１９との比
   較を常時行なうようにした特許請求の範囲第１項
   または第２項記載の方法。 ５ 重畳される上昇信号による不所望のトリガを
   回避するために、電流基準値７′をそれの蓄積後
   は10ｍｓよりも短かい時間内に負荷電流信号７の
   瞬時値に移行させるようにし、さらに負荷電流信
   号７の上昇勾配が所定の上昇勾配限界値を上回わ
   る時に、負荷電流信号７の瞬時値の新しい記憶を
   電流基準値７′として行なうようにした特許請求
   の範囲第３項記載の方法。 負荷電流信号７の緩慢な上昇の場合たとえば給
   電電源の負荷の変動の場合、電流基準値７′を負
   荷電流信号７の瞬時値に追従させるようにした特
   許請求の範囲第１項から第５項までのいずれか１
   項に記載の方法。 ７ 急激な電流低下の場合、電流基準値７′を次
   の測定に備えて負荷電流信号７に迅速に追従させ
   るようにした、特許請求の範囲第１項から第５項
   までのいずれか１項に記載の方法。 ８ 給電回路網における故障電流の検出回路装置
   において、該検出回路装置は、監視すべき給電回
   路網における負荷電流に相応する信号を形成する
   第１装置を備え、さらに該負荷電流信号の上昇を
   検出しその上昇勾配が所定の上昇勾配限界値を上
   回わると負荷電流信号の瞬時値を電流基準値とし
   て記憶する第２装置を備え、さらに負荷電流信号
   の瞬時値と前記の記憶された電流基準値との差で
   ある電流差信号を形成する第３装置を備え、さら
   に該電流差信号を所定の故障限界値と比較して該
   故障信号限界値を上回わると故障信号を送出する
   第４装置を備えたことを特徴とする給電回路網に
   おける故障電流の検出回路装置。 ９ 第２装置が追従回路を備え、該追従回路は監
   視すべき負荷電流に相応する負荷電流信号の供給
   される第１入力側と、電流基準値の送出される出
   力側とを有し、さらに追従回路の回路構成は、電
   流基準値が負荷電流信号の上昇する瞬時値に追従
   するように回路構成し、さらに遮断信号が追従回
   路の第２入力側に加えられている間に電流基準値
   を記憶するように回路構成し、さらに追従信号が
   追従回路の第３入力側に供給されると電流基準値
   が負荷電流信号の瞬時値に迅速に追従するように
   回路構成し、さらに第３装置として電流差信号形
   成回路を設け、該電流差信号形成回路において前
   記追従回路の入力側の信号値と出力側の信号値と
   から電流差信号を形成するようにし、この場合電
   流差信号形成回路の第１入力側を追従回路の前記
   第１入力側と接続し、電流差信号形成回路の第２
   入力側を追従回路の出力側と接続し、電流差信号
   形成回路の出力側から電流差信号が送出されるよ
   うにし、さらに第２装置が電流信号勾配閾値比較
   器である第１閾値比較器を備え、該第１閾値比較
   器の入力側を前記電流差信号形成回路の出力側と
   接続し、該第１閾値比較器の入力側へ加えられる
   前記電流差信号が所定の閾値を上回わると出力側
   に遮断信号が送出されるようにし、さらに第２装
   置が上昇零検出器を備え、該上昇零検出器の入力
   側を前記追従回路の第１入力側と接続し、負荷電
   流信号の上昇勾配が実質的に零である場合に該上
   昇零検出器の出力側へ信号が供給されるように
   し、該供給される信号の制御の下に前記追従回路
   のための追従信号がトリガされるようにし、さら
   に第４装置として故障信号−限界値比較器である
   第２閾値比較器を設け、該第２閾値比較器の入力
   側を前記の電流差信号形成回路の出力側と接続
   し、該第２閾値比較器の入力側へ供給される前記
   電流差信号が所定の故障信号限界値を上回わると
   第２閾値比較器の出力側に故障信号が送出される
   ようにした特許請求の範囲第８項記載の故障電流
   の検出回路装置。 １０ 負荷電流信号の形成のために、直流分離形
   のコンバータを設けた特許請求の範囲第９項記載
   の故障電流の検出回路装置。