JP2001103657A - トラッキング短絡の検出方法 - Google Patents
トラッキング短絡の検出方法Info
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Abstract
荷電流が大きくなった場合などでも誤検出をすることな
く、トラッキング短絡による電流の発生を正確に検出で
きる検出方法を得る。 【解決手段】電路に流れる電流を検出し、所定時間内に
検出した電流値の変動量の度数分布を測定し、前記電流
変動量の度数分布のうち、所定の変動量区間の度数の分
布全体区間の度数に対する割合が設定した判定基準を満
たした場合に検出信号を出力し、トラッキングの発生を
検出する。
Description
るトラッキング短絡検出方法に関する。
法としては、電子回路を組み合わせて、変流器を使用し
て電流値を検出し、電流−電圧変換回路で電圧値に変換
した後、A/D変換回路で変換されたA/D変換値に基
づいて短絡の発生を検出する構成のものが知られてい
る。このような短絡検出装置においては、A/D変換後
のA/D変換値を積算回路で所定の時間だけ積算して積
算値が所定の基準値を越えたときに短絡検出信号を出力
し短絡を検出するよう構成してある。
してある範囲の検出単位時間毎に検出した電流値におい
て、例えば、1番目の検出値より2番目の検出値が小さ
く、2番目の検出値よりも3番目の検出値が大きい場合
に検出するなど、その電流値の絶対値の変化の仕方に基
づいてトラッキング短絡を検出するものが知られてい
る。
よる短絡の検出は、所定時間分の電流値を積算して行っ
ているために、トラッキング短絡のような比較的低い値
の短絡電流を検出するには前記所定の基準値を小さく抑
える必要がある。この場合、家電機器の突入電流や家電
機器を複数使用し負荷電流が大きくなった場合などで誤
検出を引き起こすことがある。
には検出した電流値の変化の仕方がトラッキングと類似
する場合があり、トラッキング短絡電流の発生を正確に
検出することが困難となる場合があった。
器の突入電流や、家電機器の複数使用による電流で誤検
出することなく、トラッキング短絡電流の発生を正確に
検出することができる検出方法を得ることを課題として
いる。
を解決するために、次のような手段を講じたものであ
る。すなわち、請求項1では本発明に係るトラッキング
短絡の検出方法は、電路に流れる電流を検出し、前記所
定時間内における電流値の変動量の絶対値の度数分布を
測定し、前記電流値の変動量の度数分布のうち、所定の
変動量区間の度数が分布全体区間の度数に対し、判定基
準以上の割合となった場合にトラッキング短絡が発生し
たと判定するものである。
出し、所定時間内を複数に分割した単位時間毎に得られ
る電流波形からトラッキング短絡の判定に用いる絶対値
化した電流値を抽出し、単位時間毎に抽出した電流値の
うち隣接した電流値の差をとって単位時間毎の変動量と
し、所定の変動量区間の度数が設定した判定基準を満た
した場合に、トラッキング短絡が発生したと判定するこ
とを特徴としたトラッキング短絡が発生したと判定する
ものである。
間の度数が設定した判定基準を満たしているかどうかの
判定は複数の所定の変動量区間の度数について各々に設
定した判定基準に対して行われ、すべての判定基準を満
たしたときにトラッキング短絡が発生したと判定するよ
うにしたものである。
割した単位時間毎に得られる電流波形からトラッキング
短絡の判定に用いる絶対値化した電流値を抽出して、隣
接した単位時間毎に抽出した電流値の差をとって単位時
間毎の変動量とし、単位時間が経過する毎に時系列にお
いて最古の変動量のデータを除外すると同時に、新たな
単位時間において抽出した電流値から計算した変動量の
データを追加して、常に単位時間ずつ更新される所定時
間内における電流値の変動量に基づきトラッキング短絡
の発生の判定を行うものである。
るトラッキング短絡の検出処理は、所定時間内を複数に
分割した単位時間をさらに時間分割し、分割した時間内
での絶対値化した電流ピーク値を抽出し、隣接した分割
時間毎に、電流ピーク値の差をとって、変動量とし、そ
の変動量が個々に一定量以上の場合にトラッキング短絡
検出処理を継続し、一定量以下の変動量があった場合に
はトラッキング短絡検出処理を初期化し、新たに処理を
開始するものである。
定時間内における電流変動量の度数分布を測定するた
め、度数分布のそれぞれの区間における電流変動量の度
数を把握でき、前記電流値の変動量の度数分布のうち、
所定の変動量区間の度数の分布全体区間の度数に対する
割合を監視するため、トラッキング短絡と家電の使用に
よる電流変動量の違いを区別でき、判定基準の設定値と
所定の変動量区間を適切に定めることで誤動作なくトラ
ッキング短絡の発生を判定することができる。
検出する所定時間内を複数に分割した単位時間毎に得ら
れる電流波形からトラッキング短絡の判定に用いる絶対
値化した電流値を抽出し、単位時間毎に抽出した電流値
のうち隣接した電流値の差をとって単位時間毎の変動量
とし、所定の変動量区間の度数が設定した判定基準を満
たしたかどうかを判定するため、所定の変動量区間の度
数のみでトラッキング短絡が発生したと判定でき、判定
処理を簡素化できるとともに、単位時間と所定の変動量
区間と、判定基準を適切に定めることで、家電の負荷電
流波形とトラッキング短絡の波形の違いを正しく区別す
ることができる。
数が、所定の判定基準を満たしているかどうかという条
件を複数設けることで、トラッキング短絡の発生をより
正確に検出することができる。
分割した単位時間毎に得られる電流波形からトラッキン
グ短絡の判定に用いる絶対値化された電流値を抽出し
て、単位時間毎に抽出した電流値のうち隣接した電流値
の差をとって単位時間毎の変動量とし、単位時間が経過
する毎に時系列において最古の変動量のデータを除外す
ると同時に、新たな単位時間において抽出した電流変動
量を新たに追加して、常に単位時間ずつ更新される所定
時間内における電流値の変動量に基づき判定を行うた
め、常に最新の電流波形を監視することができ、また、
回路に使用するマイコンのメモリを必要最小限に抑える
ことができる。
けるトラッキング短絡検出処理は、所定時間内を複数に
分割した単位時間をさらに時間分割し、分割した時間内
での絶対値化された電流ピーク値を抽出し、隣接した分
割時間毎に、電流ピーク値の差をとって、変動量とし、
その変動量が個々に一定量以上の場合にトラッキング短
絡検出処理を継続し、一定量以下の変動量があった場合
にはトラッキング短絡検出処理を初期化し、新たに処理
を開始するため、所定時間内における単位時間全てを連
続して、トラッキング短絡の判定処理を継続した場合以
外は、最終的にトラッキング短絡であると判定せず、誤
検出を防ぐことができる。
し、所定時間内に検出した電流値の変動量に基づいてト
ラッキングの発生を検出することを特徴としたのトラッ
キング短絡検出方法である。
器に適用した実施例について図面を参照して説明する。
た回路遮断器の一実施例の回路のブロック図である。本
実施例のトラッキング短絡の検出方法を用いた回路は図
1に示すように、変流器1と、電流−電圧変換回路2
と、整流回路3と、判定回路11とを含んで構成され
る。
て交流電流を出力するものである。
力された交流電流を交流電圧に変換するものであり、具
体的には、抵抗を介して電圧値に変換する。
力電圧を、ダイオードなどを用いて整流するもので、監
視電圧範囲を整流しない場合の半分にできA/D変換回
路4によって入力電圧をデジタル化する際にA/D変換
値の分解能を高めることができるとともに、電流値を絶
対値化している。
電圧値を常時監視し、監視電流がトラッキング短絡に相
当するかどうかを判定し、トラッキング短絡であると判
定した場合には引き外し回路に遮断指示信号を出力し、
引き外しコイルで、遮断器接点を引き外すよう構成され
る。
演算回路12と、レジスタ回路13と、判定出力回路6
とを含んで構成される。
圧を数ミリ秒以下の所定の時間幅(サンプリング時間)
で分割して、電圧の大きさをデジタル信号のA/D変換
値に変換するものである。サンプリング時間は例として
0.25ミリ秒程度とする。
電圧を5Vとし、デジタル変換の分解能を8ビットとす
ると、A/D変換回路4に入力される電圧と出力の関係
は、0Vのときが0、2.5Vのときが127、5Vの
ときが255となる。ここで、A/D変換時の1ビット
の電流値が1Aに対応するように電流−電圧変換回路2
を調整すると、A/D変換回路4の性能として、0A〜
+255Aまでの電流波形の計測が可能となる。また、
デジタル信号に変換する手段として、このA/D変換回
路4を内蔵した中央演算回路12を用いてもよい。
4で得られたA/D変換値に基づいて、電流変動量を数
値演算処理し、レジスタ回路13に電流変動量データを
出力する。また、レジスタ回路13に記憶された変動量
データを読み込んで、内蔵されたプログラムによりトラ
ッキング短絡の判定を行い、トラッキング短絡であると
判定した場合は判定出力回路6に判定信号の出力を行
う。
ら新しい電流変動量の値が出力される毎に、最も古い電
流変動量の値を除外すると同時に、最も新しい電流変動
量の値を読み込み追加記憶して、常に新しい所定時間内
の複数の電流変動量の値を時系列順に記憶しておく。ま
た、判定精度を高めるため、記憶する常に新しい電流変
動量の値の数は一例として7個以上設けるとよい。マイ
コン内部のメモリー容量に合わせて、また、判定時間の
長さに合わせて可能な数を記憶できるようにするとよ
い。
出力される判定信号を受けて、引外し回路に信号の出力
を行う。
判定方法は、請求項1による方法の場合次のように行わ
れる。
リング時間毎のデータに対し中央演算回路12は半波毎
のピーク電流値を抽出して、すぐ前の半波のピーク電流
値と比較し、差を電流変動量として、レジスタ回路13
に送出する。レジスタ回路13は所定時間分の電流変動
量をデータとして記憶し、新たに中央演算回路12から
データの送出を受けた場合は、最古のデータを破棄し、
最新のデータを1つ取り込む。なお、所定時間は0.2
秒程度である。
タ回路13に送出すると同時に、所定時間分の電流変動
量データをレジスタ回路13から取り込み、個々のデー
タの変動量に対して相応する区間の度数から、図2に示
すような変動量の度数分布を計算し、この度数分布か
ら、適当に定めた所定の変動量区間の度数と、分布全体
区間の度数を計算し、分布全体区間の度数に対する、所
定の変動量区間の度数の割合を計算し、その割合が判定
基準以上であるかどうかを計算して判定する。
である場合の、前記図2に相当する電流の変動量の度数
分布の一例であり、変動量が0〜4Aの区分に度数が集
中していることが分かる。一方、図2は、トラッキング
短絡の場合の電流の変動量の度数分布の一例であるが、
変動量が5〜30Aの区間に度数が多く現れていること
が分かる。したがって、所定時間内の電流変動量の度数
分布から5〜30Aの変動量区間の度数が、分布全体区
間の度数に対し何パーセントにあたるかを計算し、それ
が所定の判定基準値以上であるかどうかを判定すれば、
流れている電流の大きさそのものは家電機器とトラッキ
ング短絡でほぼ同一であって区別がつかなくても、電流
変動量からその電流が家電機器の使用によるものかトラ
ッキング短絡によるものかが正確に判別できる。
定方法は、請求項2による方法の場合、次のように行わ
れる。中央演算回路12の判定は所定時間内のデータに
基づいて行われる。所定時間は本例の場合は0.2秒程
度としている。
時間毎の抽出電流IPA(i)、電流変動量デルタIP
A(i)の概念図である。所定時間は単位時間A(i)
(i=1〜n)(nは正の整数)に分割されている。
IPA(i)は、図1のA/D変換回路4から、サンプ
リング時間毎にデータ送出を受けて、中央演算回路12
が単位時間A(i)内に抽出した電流値であり、本例で
は、単位時間A(i)内のピーク電流値としているが、
単位時間A(i)内の平均値でも差し支えない。デルタ
IPA(i)は、単位時間毎に抽出した電流値のうち、
隣接した電流値の差をとって計算した変動量で、IPA
(i)とIPA(i−1)の差で表される。
13にはデルタIPA(1)〜デルタIPA(n)のn
個と、IPA(n)のデータを記憶している。初期状態
では記憶されている個々のデータ値はゼロである。
間毎にデータ送出を受けた中央演算回路12は、単位時
間A(n+1)内でのピーク電流値IPA(n+1)を
抽出すると同時に、レジスタ回路13から一つ前の抽出
電流値(ピーク電流値)IPA(n)を受け取り、 デルタIPA(n+1)=IPA(n+1)−IPA(n) を計算し、デルタIPA(n+1)を新たにレジスタ回
路13に送出する。ただし、デルタIPA(n+1)が
マイナスとなった場合はプラスの値に置き換えて送出す
る。
1)送出以前には、レジスタ回路13には、図4のよう
に、単位時間A(i)毎の電流変動量デルタIPA
(1)〜デルタIPA(n)のn個のデータを記憶して
いるが、中央演算回路12から、新たな電流変動量デル
タIPA(n+1)のデータ送出を受け取ると、一番古
いデータデルタIPA(1)を破棄すると同時にデルタ
IPA(2)をデルタIPA(1)、デルタIPA
(3)をデルタIPA(2)・・デルタIPA(n+
1)をデルタIPA(n)として、記憶しなおす。と同
時に中央演算回路12はレジスタ回路13から、更新さ
れたn個の電流変動量のデータデルタIPA(1)〜デ
ルタIPA(n)を受け取り、デルタIPA(i)が5
A以上30A未満であるデータ個数を合計して度数と
し、その度数がn×0.7個以上である場合に、トラッ
キング短絡であるという判定信号を判定出力回路に送出
する。
よれば、請求項1による方法では、中央演算回路12は
度数分布表を作成し、割合を計算していたのに対し、請
求項2では、電流変動量が所定の区間にあるデータ個数
の合計値のみの簡単な判定処理でトラッキング短絡が発
生しているかどうかとを判定できる。
5〜30Aの区間にある判定に加え、更に電流変動量が
11A〜30Aの区間にある度数がn×0.4個以上で
あるかどうかという条件を加えて、両方の条件を満たし
た時にトラッキング短絡が発生したと判定するようにし
たものである。このようにすれば、更に家電機器の使用
による電流とトラッキング短絡による電流の判定精度を
向上させることができる。
行う概念図である。単位時間A(i)は、更にm個(m
は正の整数)でTa(i,1)〜Ta(i,m)の時間
に分割される。本実施例では、Ta(i,j)はほぼ商
用交流電力の周波数の半波分の時間としている。地域に
より50Hzと60Hzで周期も異なるので、中間をと
って9ms程度に設定している。
間Ta(i,j)におけるピーク電流値であり、デルタ
IPT(i,j)=IPT(i,j)−IPT(i,j
−1)である。A/D変換回路4から、サンプリング時
間毎にデータを送出された中央演算回路12は、分割さ
れた時間内の、ピーク電流値IPT(i,j)を抽出
し、一つ前の、IPT(i,j−1)のデータとから、 デルタIPT(i,j)=IPT(i,j)−IPT
(i,j−1) を計算する。なお、デルタIPT(i,j)がマイナス
となった場合はプラスの値に置き換える。
(i)毎にピーク電流値デルタIPA(i)を抽出する
のと並行して、単位時間A(i)をm個に分割した時間
Ta(i,1)〜Ta(i,m)について、前述のデル
タIPT(i,j)を計算し、計算したデルタIPT
(i,j)が一定の値以上(本実施例では5Aに設定し
てある。)であれば、次のデルタデルタIPT(i,
j)の計算に入り、次のデルタIPT(i,j)が一定
の値に満たない時は、先の請求項2、3の処理も含め、
全ての処理を初期化し、改めて、判定処理をやり直すよ
うに働く。
PT(i,2)〜デルタIPT(i,m)が全て一定の
値以上であれば、処理を継続し、単位時間A(i)内の
ピーク電流値デルタIPA(i)を抽出して、隣接した
ピーク電流値IPA(i−1)との差をとって電流変動
量デルタIPA(i)として、レジスタ回路13に抽出
するが、そうでない場合、レジスタ回路13内のデータ
も初期化してしまうので、中央演算回路12が最終的
に、流れている電流がトラッキング短絡であるという判
定を、図1の判定出力回路に出力するには、所定時間内
の単位時間A(1)〜A(n)全てにおいて、図5で説
明したデルタIPT(i,2)〜デルタIPT(i,
m)が一定の値以上であり処理を継続しているという条
件が必要となり、且つ、単位時間A(i)〜A(n)毎
の電流変動量が請求項2、または請求項3の条件を満た
す必要がある。トラッキング短絡においては、前記デル
タIPT(i,j)が一定量以上で継続することが多
く、請求項5による発明では、より回路に流れている電
流がトラッキング短絡によるものかどうかを正確に判定
できるようになり、誤動作がなくなる。
した場合で説明したが、判定回路11の出力により、警
報を出すようなものや、組み込み対象物としてコンセン
トなどにも適用でき、回路遮断器に限定するものではな
い。
キング短絡を検出する判定に際して、電流の変動量に基
づいて行うようにしたので、トラッキング短絡により流
れる電流の大きさが、通常の遮断器が動作する電流に満
たない場合でも、短時間にトラッキング短絡の判定が行
えるようになるとともに、家電製品の負荷電流や突入電
流では誤動作せず、また家電製品を複数同時に使用して
いても、トラッキング短絡が並行して発生した場合は、
トラッキング短絡により発生する特徴的な電流の変動量
を検出して、確実にトラッキング短絡を判別でき、誤動
作の少ない検出方法を得ることができるという効果を有
する。
図
例を示したグラフ
念図
内のデータ移動を示す概念図
念図
を示したグラフ
Claims (5)
- 【請求項1】電路に流れる電流を検出し、所定時間内に
検出した電流値からトラッキング短絡の発生を検出する
トラッキング短絡の検出方法であって、前記所定時間内
における電流値の変動量の絶対値の度数分布を測定し、
前記変動量の度数分布のうち、所定の変動量区間の度数
が分布全体区間の度数に対し判定基準以上の割合となっ
た場合にトラッキング短絡が発生したと判定することを
特徴としたトラッキング短絡の検出方法。 - 【請求項2】電路に流れる電流を検出し、所定時間内に
検出した電流値からトラッキング短絡の発生を検出する
トラッキング短絡の検出方法であって、前記所定時間内
を複数に分割した単位時間毎に得られる電流波形からト
ラッキング短絡の判定に用いる絶対値化した電流値を抽
出し、単位時間毎に抽出した電流値のうち隣接した電流
値の差をとって単位時間毎の変動量とし、所定の変動量
区間の度数が設定した判定基準を満たした場合に、トラ
ッキング短絡が発生したと判定することを特徴としたト
ラッキング短絡の検出方法。 - 【請求項3】前記所定の変動量区間の度数が設定した判
定基準を満たしているかどうかの判定は複数の所定の変
動量区間の度数について各々に設定した判定基準に対し
て行われ、すべての判定基準を満たしたときにトラッキ
ング短絡が発生したと判定することを特徴とする請求項
2記載のトラッキング短絡の検出方法。 - 【請求項4】所定時間内を複数に分割した単位時間毎に
得られる電流波形からトラッキング短絡の判定に用いる
絶対値化した電流値を抽出して、隣接した単位時間毎に
抽出した電流値の差をとって単位時間毎の変動量とし、
単位時間が経過する毎に時系列において最古の変動量の
データを除外すると同時に、新たな単位時間において抽
出した電流値から計算した変動量のデータを追加して、
常に単位時間ずつ更新される所定時間内における電流値
の変動量に基づきトラッキング短絡の発生の判定を行う
ことを特徴とする請求項2または3記載のトラッキング
短絡の検出方法。 - 【請求項5】前記所定時間内におけるトラッキング短絡
の検出処理は、所定時間内を複数に分割した単位時間を
さらに時間分割し、分割した時間内での絶対値化した電
流ピーク値を抽出し、隣接した分割時間毎に、電流ピー
ク値の差をとって、変動量とし、その変動量が個々に一
定量以上の場合にトラッキング短絡検出処理を継続し、
一定量以下の変動量があった場合にはトラッキング短絡
検出処理を初期化し、新たに処理を開始してトラッキン
グ短絡の発生を判定することを特徴とする請求項2また
は3または4記載のトラッキング短絡の検出方法。
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