JP2006524028A - 電気回路ブレーカ - Google Patents

Abstract

電気回路ブレーカ（１）は、電気回路（３）に配置されるスイッチ（１１）と、トリッピング信号（１４）に応答してスイッチ（１１）に電気回路（３）を切断させる手段（１３）と、プログラム可能な電流閾値コマンド（ＣＣ）を受信し（ＩＦ）格納する（ＭＥＭ）手段（１７）と、電気回路（３）の電流レベル（ＣＬ）を検出する手段（１５）と、格納されたプログラム可能な電流閾値コマンド（ＣＣ）及び検出された電流レベル（ＣＬ）に依存するトリッピング信号（１４）を生成する処理手段（１６）とを含む。

Description

本発明は、電気回路を過剰な電流負荷から保護するための電気回路ブレーカに関する。

電気回路ブレーカは、通常、配電網の中を流れる電流レベルを監視し、電気回路ブレーカを流れる電流レベルが、ある閾値又は限界を超えた場合に、電流を遮断するために、配電網の様々な場所で使用される。

配電網の低圧部分において、適切な保護を実行するために、一般に、熱磁気回路ブレーカが使用される。電気回路に挿入される熱磁気回路ブレーカは、電気回路ブレーカを流れる電流レベルが危険レベルを超えた場合、すなわち、過負荷状態が発生した場合に、配電網の一部の接続を遮断するために、電気回路を自動的に切断する。この種の回路ブレーカにおいては、通常、この切断は、抵抗型感熱素子によって実行され、感熱素子は、電流レベルの増加による温度に応じて、素子の機械的な大きさを変化させる。しかし、感熱素子は、過負荷状態に対して瞬時に応答しない。感熱素子が機械的な大きさを変化させるのに要する時間は、素子の熱量と過負荷電流の量とに依存する。従って、感熱素子が特定の過負荷状態に応答するのに要する時間は、数分の１秒から約１時間まで様々である。また、周囲温度が、この応答時間に影響を及ぼすことも明らかである。感熱素子が瞬時に応答しないという特性は、例えば、電気回路に並列に接続された負荷の数が多すぎる等の状況によって引き起こされた連続する過負荷状態に対して、電気回路、従って、配電網全体を保護するためには適切であるが、その一方で、短い電流スパイクでは、電気回路ブレーカの不要なトリッピングが発生しない（不必要に外れない）。そのような電流スパイクは、テレビ又はモータ等の電気負荷が起動された時に生成される。

これに対し、瞬時に応答しないという特性により、従来の感熱素子のみを備える電気回路ブレーカは、例えば、短絡状態により引き起こされるような非常に高いレベルの過電流に対して、関連するネットワーク部分を保護するのには適さない。このような状況においては、回路ブレーカが迅速に応答することが要求される。

従って、そのような極度の過負荷状態において迅速な応答時間を得るために、ＬＶネットワークで使用する従来の電気回路ブレーカは、回路ブレーカを流れる電流の量に応じて、磁力を生成する電磁素子、例えば、コイルを更に備える。磁気素子により生成される力がある力閾値(force threshold)を超えると、ネットワークの瞬時の損傷を防止するために、磁気素子は、数ミリ秒の遅延で、電気回路ブレーカを外す(trip)。

この従来型の熱磁気回路ブレーカに加えて、従来の他の種類の電気回路ブレーカは、過負荷状態が発生した場合に電気回路を切断するために、感熱素子のみを備えるか、あるいは電磁素子のみを備える。

上記のような種類及びその他の種類の従来の電気回路ブレーカは、それぞれ、いわゆる定格電流を有する。このパラメータは、その値を超えると、回路ブレーカが電気回路を切断すると想定される電流レベルを表す。定格電流レベルを超える電流レベルは、過負荷状態を引き起こし、過負荷状態は、最終的には、電気回路ブレーカのトリッピングという結果に至る。定格電流は、回路ブレーカの設計、例えば、感熱素子及び電磁素子の少なくともいずれかの大きさ、熱量、機械的付勢力等により判定される。今日、既存の様々な種類の消費者、負荷レベル及びネットワーク負荷制約から生じる多様なニーズに合わせて、多様に異なる定格電流に適応する多種多様な電気回路ブレーカが市販されている。しかし、電気設備のそれらのパラメータのうちの１つ以上は、様々な理由によって変化することもある。配電網において、トリッピング電流レベル、又は回路ブレーカにより保護される回路の保護の程度を更新する必要が生じる可能性がある。従来の回路ブレーカによって、この目的を実現するためには、第１の定格電流を有する既存の電気回路ブレーカを、新たな状況に適合する別の定格電流を有する別の電気回路ブレーカと交換することが必要である。これは、煩雑であり、時間もかかり、特に、大規模な配電網においては、不都合である。回路ブレーカが動作を継続している間に、トリッピング電流レベルを変えることは、不可能である。多様な所定の定格電流を有する多様な異なる回路ブレーカを提供し、設置する必要があることは、融通性を損ない、配電網の保守管理にかかる費用の面で、悪影響を及ぼす。この点に関して、融通性を向上することが、極めて望ましい。

本発明は、従来の技術と関連する上記の問題及びその他の問題を解決するためになされた。本発明の一実施形態による電気回路ブレーカは、過剰な電流負荷から保護されるべき電気回路に配置されるスイッチを備える。回路ブレーカは、トリッピング信号に応答して、スイッチに電気回路を切断させる第１の手段を更に備える。プログラム可能な電流閾値コマンドを受信し、格納する手段が提供される。回路ブレーカは、電気回路における電流レベルを検出し、格納された電流閾値コマンド及び検出された電流レベルに応じて、トリッピング信号を生成する処理手段が提供される。

本発明による電気回路ブレーカのこの実施形態は、回路ブレーカの負荷保護特性がプログラム可能な状態で提供されるという点で、好ましい。このように、交換作業を実行する必要なく、又は多数の種類の異なる回路ブレーカを利用可能な状態に保持しておく必要なく、多様な消費者、負荷レベル及びネットワーク負荷制約に適する電気回路ブレーカが得られる。

電気回路ブレーカのプログラミングは、様々な異なる方法により実行できる。電気回路ブレーカは、回路ブレーカにより保護される電気回路を介して、電流閾値コマンドを受信する電力線通信手段を含むことが好ましい。そのように受信された電流閾値コマンドは、別の電流閾値コマンドが受信されるまで、電気回路ブレーカにより格納される。そのようなコマンドは、複数の消費者及び関連する電気回路ブレーカを備える所定のネットワーク部分を管理する中央設備により生成される。ネットワーク部分にある個々の回路ブレーカに対して、個別の電流閾値コマンドをアドレッシングできるように、中央設備を適応させると好都合である。これにより、ネットワークオペレータは、特定の電気回路ブレーカに接続された個別の消費者を、高度な融通性をもって、且つ安価な管理コストで、遠隔管理できる。例えば、最大許容電流消費に関連する給電契約の変更は、遠隔管理により、電気回路ブレーカを再プログラミングすることにより、迅速に実現できる。

これに加えて、又は、これに代わって、ネットワーク部分にある電気回路ブレーカの一部又は全てに対して、電流閾値コマンドをアドレッシングできるように、中央設備を提供することは、更に好ましい。例えば、中央機能により管理されるネットワーク部分の全体に、広域的な過負荷状態が発生したことに応答して、ネットワーク部分全体を遮断する必要なく、広域的な破壊又は停電を防止するために、多数の電気回路ブレーカに対して、適切な電流閾値、例えば、より低い電流閾値をプログラムできる。そのような広域的過負荷状態は、例えば、多数の消費者が、それらの消費者に適用可能な正規の電流閾値にごく近いが、それよりは低いレベルで、同時にネットワーク部分から電流を消費する場合に発生するであろう。同様に、ネットワーク部分における軽負荷状態の下では、その部分の消費者に対して、より高い個別電流消費レベルを許容するために、その部分の電気回路ブレーカの一部又は全てに対して、より高い電流閾値をプログラムするのが好ましい。

電気回路ブレーカが接続される電気回路を介する電力線通信を経て、プログラム可能な電流閾値コマンドを受信する手段を設ける代わりに、又はその手段に加えて、オペレータから、例えば、キーボードを介してプログラム可能な電流閾値コマンドを受信するか、あるいは、ＲＳ２３２、ＵＳＢ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ等の適切な標準インタフェースを介して、プログラマ装置、例えば、適切にプログラムされたパーソナルコンピュータから、プログラム可能な電流閾値コマンドを受信するためのユーザインタフェースを、電気回路ブレーカに設けることが好ましい。フラグポート装置等の高レベルの電気的分離を備えるか、又はＩＥＣ６１１０７／ＥＮ６１１０７／ＩＥＣ６２０５６‐２１に従ったインタフェースは、特に有利である。

プログラム可能な電流閾値コマンドを受信する前記手段は、受信される電流閾値コマンドにより指定される複数の電流閾値及び関連する応答時間を格納するのが好ましい。処理手段は、電気回路ブレーカにより保護される電気回路における検出電流レベルが、関連するプログラム応答時間により判定される持続時間にわたり、格納されたプログラム電流閾値を連続して超えた時に、トリッピング信号を生成するのが好ましい。このように、電気回路ブレーカの応答時間は、プログラム可能であり、電気回路を流れる過電流のレベルに依存させることができる。深刻な過負荷状態に対する応答時間が、それより深刻度の低い過負荷状態に対する応答時間より短くなるように、応答時間は、関連する電流閾値が増加するにつれて短くなるようにプログラムされるのが好ましい。プログラム可能な電流閾値コマンドにおいて、プログラム可能な電流閾値及び関連する応答時間の少なくともいずれかを指定する代わりに、多様な電流レベルに対して、関連する応答時間を定義する複数の所定の関数関係(functional relation)を格納する手段を提供し、受信及び格納されたプログラム可能な電流閾値コマンドに従って、それらの所定の関係のうちの１つを選択するために処理手段を提供することが好都合である。

更に、これに代わる方法として、前記処理手段が、前記スイッチに電気回路を切断させるためのトリッピング信号を生成することにより、格納された１つ以上の所定の電流閾値に応答するまで、前記電流閾値コマンドは、応答時間のみを指定するために使用される。

電気回路ブレーカは、開路コマンド又は閉路コマンドであるスイッチコマンドを受信する手段と、受信したスイッチコマンドに従って、電気回路を開閉するように、前記スイッチを動作させる手段とを備えるのが好都合である。そのようなスイッチコマンドは、電力線通信を介して伝送可能であり、スイッチコマンドにより、中央管理制御設備から、個別の消費者又は消費者グループの電気回路ブレーカを遠隔制御することができる。

電気回路ブレーカは、電気回路を流れる電流が、所定の定格電流を超えた場合に、スイッチに電気回路を切断させる第２の手段を更に備えることが好ましい。この実施形態によると、電気回路ブレーカを流れる電流が、所定の持続時間を超える時間にわたり、所定の定格電流を超えた場合、スイッチは、電気回路を切断する。電気回路ブレーカの通常の条件下では、外部から電気回路ブレーカにプログラムできる可変電流閾値に従って、処理手段により生成されるトリッピング信号に応答して、スイッチが外される。第２の手段は、電気回路ブレーカにおいて障害が起こり、プログラムされた閾値を超える負荷状態の下でのトリッピングが機能しない可能性を考慮に入れるために、電気回路を切断するように、電気回路ブレーカの定格電流を超える電流レベルと関連する応答上限を提供するのが好ましい。スイッチに電気回路を切断させる第２の手段と、スイッチとは、一体型ユニットを形成するのが好ましい。また、この一体型ユニットに、前記第１の手段を組み込むと、特に好ましい。

本発明による電気回路ブレーカは、消費者の電気エネルギー消費を測定するための電力計(power meter)又はエネルギー計(energy meter)に組み込まれるのが好ましい。電気回路ブレーカは、オペレータが電気回路を手動で切断又は閉成することを可能にするためのレバー又はボタン等の手段を備えることが好ましい。

本発明のその他の好適な実施形態は、添付の特許請求の範囲において定義される。

以下において、本発明の特定の実施形態を、添付の図を参照して説明する。図中、同様の素子又は対応する素子は、同一の符号で示されている。

図１は、発電所（不図示）で生成された電力量を、複数の消費者（Ｈ１，Ｈ２，．．．，Ｈｎ）に配給する典型的な配電網を示す。電気は、いわゆる高圧ネットワークＨＶにより、地理的に広い範囲に渡り配給される。高圧ネットワークＨＶは、この高圧ネットワークＨＶを供給する１つ以上の発電所を、複数のいわゆる一次変電所Ｔｐに接続する。一次変電所Ｔｐは、地域全体への電力量の配給のために、ＨＶネットワークを介して搬送された高圧（例えば、欧州においては、３８０ｋＶ）を、例えば２０ｋＶの中圧に変換する。中圧配電ネットワークＭＶは、１つ以上の一次変電所Ｔｐを、１つ以上の二次変電所Ｔｓに接続する。１つ以上の二次変電所は、多数の消費者Ｈ１，Ｈ２，．．．，Ｈｎに配電するために、ＭＶネットワークを介して搬送される中圧を、低圧ネットワークＬＶを介して搬送される低圧に変換する。欧州において、典型的な低圧レベルは２２０〜２４０ボルトであり、これは国毎の規定による。ネットワークの破壊を引き起こす短絡又は一時的な過負荷状態等の異常時に対して、ネットワークが適切に対応するために、３つの配電サブネットワーク、すなわち、ＨＶネットワーク、ＭＶネットワーク及びＬＶネットワークは、いくつかの場所において、電気回路ブレーカを必要とする。符号１は、消費者Ｈｎの構内に位置する電気回路ブレーカを示す。

符号２は、消費者ＨｎをＬＶネットワークに接続する電源線を示す。Ｆは、過電流ＩがＬＶネットワークの損傷の原因となることを防止するため、安全上の理由により、線２に提供されるヒューズを示す。符号３は、消費者の構内Ｈｎにおける電源線、例えば、建物内に敷設される電源線を示す。電源線３は、電気回路ブレーカ１を介して、電源線２と接続される。電源線３は、適宜、スイッチを介して、複数の電気負荷Ｌ１，Ｌ２，．．．，Ｌｋを供給する。Ｌは、電源３と電源線２とを手動で接続又は切断するために、オペレータが外部からアクセスできるように、電気回路ブレーカ１に配置されたレバーを示す。詳細に示された消費者Ｈｎに対する構成は、他の消費者Ｈ１，Ｈ２，．．．，において、同様であってもよい。

図２は、本発明による電気回路ブレーカの第１の実施形態を示す。図２のブロック図において、符号１は、図１に示される電源線２と電源線３との間に接続される電気回路ブレーカを示す。電源線２及び３、並びに、電気回路ブレーカ内の他の線に交差して記載されている文字ｎは、図では簡略化の理由から単相構造を示しているが、多相設計が本発明の図２及び他の図において示される単相設計と原理的に相違はないこと、更には、本記載が単相電源システム（ｎ＝１）はもちろんのこと、例えばｎ＝３の多相電源システムにも適用されることを示すものである。図２中の符号１１は、電源線３を流れる電流Ｉのレベルを熱磁気的に検出する第１の手段１２と直列に接続されるスイッチを示す。そのような熱磁気電流検出手段１２は、本技術分野において周知であるため、熱電流検出器１２の詳細な説明は必要ない。熱磁気電流検出器手段１２は、図２の点線で示されるように、スイッチ１１に機械的に結合され、電源線３及び電源線３の電気的に接続された負荷により確立された電気回路、要するに電気回路３を流れる電流Ｉが所定の定格電流を超えた場合に、、電気回路３をスイッチ１１により切断する。、この所定の定格電流は、熱磁気電流検出器１２の設計に応じて決定される。この素子１２は通常、例えば、図２には示されない抵抗素子を備え、抵抗素子は、電流負荷Ｉに応じて、自身の温度を変化させる。バイメタル構造は、従来、温度変化を機械的な変位に変換するために使用される。その変位により、スイッチ１１を外し、電気回路３を切断する。電流検出器１２は、図２の点線で示されるように、スイッチ１１に機械的に結合される電磁気電流検出手段を更に備える。この電磁気電流検出手段は、例えば、スイッチ１１に直列に接続されるコイルにより実現され、電気回路３を流れる電流Ｉのレベルに応じて、そのコイルにより電磁気力が生成される。電流検出器１２により生成される磁力が、電流検出器１２の設計及びスイッチ１１の少なくともいずれにおいて決定される所定の力閾値を超える場合、スイッチ１１により電気回路３が切断される。Ｌは、ユーザが手動でスイッチ１１を外せるようにするための、外部からアクセス可能なレバーＬを示す。スイッチ１１、熱磁気電流検出器１２、並びに、素子１１と素子１２との間の電気的及び機械的結合の種々のデザインは、当該技術において周知であり、本発明にも好適なものである。

符号１５は、電気回路３を流れる電流Ｉのレベルを検出する第２の手段を示す。図２において、電流レベルＩを検出する手段１５は、スイッチ１１及び熱磁気電流検出手段１２と直列に接続されるように示される。Ｒは、電気回路３と直列な抵抗素子を示す。符号１５１は、抵抗素子Ｒの両端で、電流レベルＩに比例して発生する電圧降下を検出し、対応する電流レベル検出信号ＣＬを出力する増幅手段を示す。ここにおいて、周知の電流検出回路及び技術は種々存在するものであって、電流検出手段１５の実施方法が、図２に示すものに過電流レベルＩの場合にスイッチ１１を外す磁力を生成する、電流検出器１２のコイルに磁気結合される追加の巻線により実現される変流器を、分流器Ｒの代わりに採用することも可能である。電流検出器１５を実現するために、この追加の巻線は、コイルと共に、変圧器を構成する。電流検出器１５を実現する他の例は、ホール効果デバイス、磁気抵抗器及びロゴスキーコイル（Rogosky coils）を含み、これら全てが、電流検出手段の設計に好適であることは周知である。

符号１３は、トリッピング信号１４に応答して、スイッチ１１に電気回路３を切断させる手段を示す。手段１３は、トリッピング信号１４に応じて、軟鉄製の可動部材を磁化する電磁気コイルを備えることが好ましい。磁化することにより、素子１３の軟鉄部材に磁力が作用することとなる。この部材は、図２の点線で示されるように、スイッチ１１に機械的に結合され、素子１３は、トリッピング信号１４に応答して、スイッチ１１に電気回路３を切断させる。素子１３は、所望の機能を達成するために、種々の方法で実現され、トリッピング信号１４に応答して、スイッチ１１を外す。素子１３の別の実現方法は、周知の磁気歪の効果を利用し、また、磁気歪材料から製造された部材を備える。磁気歪材料は、トリッピング信号１４を受信する素子１３のコイルにより生成される磁界の影響を受ける。従って、トリッピング信号１４を受信すると、磁気歪素子は、自身の機械的な大きさを変化させる。この素子は、スイッチ１１に機械的に結合され、トリッピング信号１４が素子１３に印加されると、スイッチ１１が外れる。

符号１７は、プログラム可能な電流閾値コマンドＣＣを受信する手段を示す。この電流閾値コマンドは、外部コマンド、すなわち、電気回路ブレーカ１により自律的に生成されないコマンドである。この電流閾値コマンドＣＣは、手段１７の適切な通信インタフェースＩＦにより受信され、受信された電流閾値コマンドが格納されるメモリＭＥＭに渡される。通信インタフェースＩＦは、電源線２と電源線２に接続されるＬＶネットワークとを介して、電流閾値コマンドＣＣを受信する電源通信インタフェースであってもよい。通信インタフェースＩＦは、ＲＦ２３２、ＵＳＢ、あるいは、携帯式プログラミングデバイス又はパーソナルコンピュータ（ＰＣ）と通信するための独自の有線インタフェース、又は赤外線インタフェース、又はＢｌｕｅｔｏｏｔｈインタフェース等の標準通信インタフェースを介して、電流閾値コマンドＣＣを受信するように設計される。それに代わって、又はそれに加えて、通信インタフェースＩＦは、プログラム可能な電流閾値コマンドを受信する手段１７への不正又は不法なアクセスを回避するため、好ましくは、暗号化された形式で、又は正常なユーザ認証を受けて、ユーザの手動入力を介して電流閾値コマンドＣＣを受信するためのキーパッドを備えることができる。

符号１６は、電流検出手段１５から、検出された電流レベルに関する情報ＣＬを受信する処理手段を示す。この処理手段は、電流閾値コマンドを受信し格納する手段１７のメモリＭＥＭに格納された電流閾値コマンドに関する情報を更に受信する。処理手段１６は、電流レベル情報ＣＬの入力及びメモリＭＥＭに格納された電流閾値コマンドに依存し、好ましくは、以下に更に詳細を説明するような、検出された電流レベルＣＬの時間特性に更に依存する処理動作の結果として、トリッピング信号１４を出力する。処理手段１６は、ハードウェアにおいて実現されてもよく、又は、マイクロ制御器を適切にプログラミングすることにより実現されてもよい。処理手段１６は、素子１３を駆動する駆動回路を更に備え、その特定の実施形態は以下に示す通りである。マイクロ制御器が処理手段１６を実現するために採用される場合、マイクロ制御器は、電流閾値コマンドを受信し格納する手段１７の少なくともいくつかの機能を引き継ぐことができる。組込みマイクロ制御器のソリューションは市場に出ており、素子１７のコマンド受信インタフェースＩＦを実現するために利用可能なオンチップインタフェースを備えている。

例として、処理手段１６により実行される動作を更に詳細に説明するため、以下では図３ａに示すグラフを参照する。

図３ａは、様々な負荷状態、すなわち、電気回路ブレーカを流れる電流レベルに対する電気回路ブレーカの反応を示すためのｔ-Ｉグラフである。このグラフの横軸は、電流レベルＩを示し、このグラフの縦軸は、所定の電流レベルＩに対する回路ブレーカの応答時間ｔを示す。

図３ａにおいて、符号３１は、Ｉ_Ｒ及びＩ_２の間の電流間隔における電流レベルと、関連する応答時間との関数関係を表す曲線の第１区間を示す。符号３２は、Ｉ_２より大きい電流レベルに対する曲線の第２区間を示す。曲線３１、３２は、熱磁気電流検出器１２の動作を表し、Ｉ_Ｒは、電流検出器１２の定格電流を示す。Ｉ_３及びＩ_１、Ｉ_４及びＩ_１、Ｉ_５及びＩ_１の各々の間における電流についての曲線部３３１〜３３３、並びに、Ｉ_１及びＩ_２の間の電流についての曲線部３３４は、電流検出器１５、処理手段１６及びトリガ手段１３の動作を表す。以下において、図２に示される回路ブレーカの動作を、図３ａに示すこれら曲線を参照して説明する。

本実施形態において、電気回路ブレーカは、コマンドを受信し格納する手段１７のメモリＭＥＭに、電流閾値コマンドＣＣを格納する。電流閾値コマンドＣＣは、電流閾値Ｉ_３、Ｉ_４及びＩ_５にそれぞれ関連付けられた曲線３３１、３３２及び３３３のうちの１つを識別する。この電流閾値コマンドは、電気回路ブレーカのコマンドインタフェースＩＦを介して、外部から事前に受信されたものである。電気回路ブレーカの動作を説明するため、まずは動作状態を、電気回路ブレーカを流れる負荷電流Ｉが、メモリＭＥＭに現に格納されているプログラムされた電流閾値よりも小さいと仮定する。ここでは、このプログラムされた電流閾値を、仮に、図３ａのＩ_４としておく。この場合、処理手段１６は、格納されている電流閾値コマンドＩ_４により定義される特性曲線３３２を適用する。電流負荷が電流閾値Ｉ_４より小さいため、処理手段１６はトリッピング信号を生成せず、スイッチ１１は電流Ｉが流れ続けるように閉じたままとなる。次に、電流Ｉがプログラムされた電流閾値Ｉ_４より大きくなる過負荷状態が発生すると仮定する。処理手段は、この過負荷状態が継続する時間を計測することにより、プログラムされた電流閾値Ｉ_４に応じて、電流検出器１５から報告される検出された電流レベルを処理する。曲線３３２により示されるように、過負荷状態の持続時間が、検出された電流レベルＩに関連付けられた応答時間に到達する場合、処理手段は、スイッチ１１に電気回路を切断させ、電気回路３の電流の流れを終了するトリッピング信号１４を生成する。図３ａに示される例において、Ｉ_４とＩ_１との間の過負荷状態では、応答時間が、プログラムされた閾値Ｉ_４をちょうど上回る電流レベルに対する約２００秒と、電流レベルがＩ_１に接近する場合の約１００秒との間になる。言い換えれば処理手段１６は、応答時間が過負荷の量にも依存するように、検出された過負荷状態に応答してトリッピング信号を生成するように適合化される。図３ａのグラフの例において、３つの全ての曲線３３１、３３２及び３３３は、電流レベルＩ_１において、曲線３３４に合流する。閾値Ｉ_１を上回る過負荷状態が図１の電流検出器１５により検出される場合、曲線の区間３３４により示されるように、閾値Ｉ_１を上回る過負荷状態が約１秒以上継続すると、処理手段１６はトリッピング信号１４を生成する。様々な電流レベルに関連付けられた応答時間ｔは、予め定められていてもよいし、あるいは、電流閾値コマンドＣＣによりプログラム可能な状態で提供されてもよい。

曲線部３１は、図２に示される熱磁気電流検出器１２の熱素子の関数を表す。図３ａから明らかなように、電流検出器１５及びトリッピング手段１３と連携した処理手段１６の上述の動作によれば、熱磁気電流検出器１２によりスイッチ１１に電気回路を切断させるべきではない。というのも、所定の過負荷状態について、処理手段１６は熱磁気電流検出器１２の曲線部３１により示される熱応答時間より短い応答時間でトリッピング信号１４を生成するからである。図３ａに示される実施形態において、熱磁気電流検出器１２の磁力閾値Ｉ_２に接近する非常に高い過負荷状態の場合にのみ、熱磁気電流検出器１２の応答時間、及び、特に電流検出器１２の電磁部品の応答時間は、処理手段１６の応答時間より短くなる。従って、図２に示される素子１３〜１７のいずれかに不良が発生した場合でも、熱磁気電流検出器１２がバックアップ機能を提供することで、電気回路ブレーカは過負荷状態に応答して電気回路３を確実に遮断できる。

図３ａに示される特定の例において、電流閾値Ｉ_１は、電流の上限を固定的なものとするために、予め定められてもよい。ここで、電流閾値Ｉ_１を、熱磁気電流検出器１２の定格電流Ｉ_Ｒに一致させてもよい。というのもこの例では、処理手段１６がスイッチ１１を先に外してしまわない限り、電流レベルＩ_Ｒを超えるいかなる負荷状態が生じた場合も、熱磁気電流検出器１２がスイッチ１１により電気回路３を切断するためである。尚、この特定の例は、本発明を限定するものとして解釈されるべきではない。当然、本発明の原理から逸脱することなく、特定の設計に従った様々な異なる要求に対して、図３に示す電流閾値Ｉ_１〜Ｉ_５を適応させることが可能である。但し、プログラムされたｔ-Ｉ曲線が熱磁気電流検出器１２の曲線の区間３１、３２より下方に存続するように、電気回路ブレーカをプログラムすることが好ましい。

図３ａの実施形態は、単一のプログラム可能な電流閾値のみを提供したが、検出された電流レベルＣＬに関する情報を処理する際に、処理手段１６により適用される個々のｔ-Ｉ曲線を電流閾値コマンドＣＣが識別するように、処理手段１６を適合させても好ましい。選択可能な複数の曲線は、処理手段１６又は電流閾値コマンドを受信し格納する手段１７において、パラメータ化された形式の曲線の集合を特徴付けるテーブルの形式又は数式の形式で定義することができる。

図３ｂは、処理手段１６により採用されるｔ-Ｉ曲線の別の例を示す。本実施形態において、図３ｂに示されるように、電流閾値Ｉ_１、Ｉ_３、Ｉ_４、Ｉ_５に加え、隣接する閾値の間の電流に関連付けられた応答時間ｔ１、ｔ３、ｔ４、ｔ５が、プログラム可能に提供される。本実施形態において、電流閾値コマンドＣＣは、少なくとも１つの電流閾値Ｉ_ｊと少なくとも１つの関連する応答時間ｔｊとを含む。全ての電流閾値Ｉ_１、Ｉ_３、Ｉ_４、Ｉ_５は、Ｉ_Ｒより小さい値として示されているが、これは、必須ではない。Ｉ_Ｒを超える電流閾値は、図３ｂの曲線３１、３２より下方で、関連する応答時間を使用してプログラムされる。

図４は、電流閾値コマンドＣＣを生成する中央制御設備(central control facilities)を含む配電網の実施形態を示す。図４において、図１に示される素子と同様の素子は、同一の符号で示される。これら素子に関しては、繰り返しを回避するため、図１の説明を参照されたい。

図４において、Ｓは、中圧ネットワークＭＶ上を搬送される電圧を、低圧ネットワークＬＶ上を搬送される低圧に変換する二次変電所を示す。このため二次変電所Ｓは、上述のように変圧器Ｔｓを備える。ＣＢＴは、二次変電所Ｓと関連付けられた通信手段を示す。通信手段ＣＢＴは、二次変電所Ｓにより供給されるＬＶネットワーク部分に接続される消費者の構内Ｈ１，Ｈ２，．．．，Ｈｎにおける個々の電気回路ブレーカ１又は特定グループの電気回路ブレーカ１にアドレッシングされる電流閾値コマンドを生成することができる。符号２４は、通信手段ＣＢＴにより生成された電流閾値コマンドＣＣを、ＬＶネットワークの電源線２に結合する結合手段、例えば、結合キャパシタを示す。従って、図４に示される実施形態において、二次変電所Ｓにより供給されるＬＶネットワーク部分は、消費者Ｈ１，Ｈ２，．．．，Ｈｎに配電する役割だけでなく、電流閾値コマンドＣＣを個々の電気回路ブレーカ１に伝送する通信媒体としての役割も果たす。本実施形態において、通信手段ＣＢＴは、ネットワーク部分の現在の負荷状態を検出する手段を備える。ＬＶネットワーク部分の消費者の構内Ｈ１，Ｈ２，．．．，Ｈｎにおける選択された電気回路ブレーカ１又は全ての電気回路ブレーカ１に対して、適切な電流閾値コマンドを生成するために、通信手段ＣＢＴは、検出された負荷状態、すなわち、二次変電所ＳによりＬＶネットワーク部分に現在供給される電力を処理する適切な処理機能を備える。全体の負荷状態が、例えば、二次変電所Ｓの電流限界又は電力限界に接近する場合、通信手段ＣＢＴは電流閾値コマンドを生成し、それらコマンドをＬＶネットワーク部分を介して、ネットワーク部分の消費者Ｈ１，Ｈ２，．．．，Ｈｎに同報するようにプログラムされる。消費者の構内における電気回路ブレーカ１は、同報電流閾値コマンドを受信し、自身のメモリＭＥＭに格納する。このように、二次変電所ＳのＬＶネットワーク部分全体における臨界負荷状態に対する反応として、全ての電気回路ブレーカ１は、現在多くの電流を消費している消費者のみがＬＶネットワーク部分から切断されるように、自身の電流閾値を低下させることができる。このようにして、ＬＶネットワーク部全体の完全な遮断は回避される。切断された消費者が電源線３の負荷Ｌ１，Ｌ２，．．．，ＬＫのうちのいくつかを切断すると、消費者は、電気回路ブレーカ１のレバーＬの動作後、ＬＶネットワークに再接続できる。従って、図４の実施形態において、通信手段ＣＢＴは、現在の全体の負荷状態に応じて各消費者がネットワークから引き出せる最大電力を適応的に制御し、ＬＶネットワーク部分全体の遮断を必要とする深刻な過負荷状態の発生を防止できる。軽負荷状態において、ＣＢＴは、種々の消費者の構内Ｈ１，Ｈ２，．．．，Ｈｎにおける電気回路ブレーカ１にプログラムされた電流閾値を増加させるため、適切な同報電流閾値コマンドを生成する。

異なる種別の消費者を互いに区別することは、特に利点がある。ここでは、いくつかの種別の消費者が存在する。例えば、病院ではいかなる場合にも電力の供給を必要となる。他の種別の消費者、例えば一般世帯の場合、電流閾値の一時的低下による深刻な影響はより少ないと仮定してもよい。従って、通信手段ＣＢＴからのプログラム可能な電流閾値コマンドＣＣと共に消費者種別の指示を提供し、また、各電気回路ブレーカにおいて、予め定義された対応する種別の指示を消費者種別に応じて格納しておくことは、好適であろう。この消費者種別の指示により、深刻な負荷状態における完全な停電を防止するため、ＣＢＴは、まず、保証された契約電力レベルへの依存がより少ない種別の消費者について電流閾値を低下させ、完全な停電を防止するために不可欠な場合には、他の種別の消費者についても電流閾値を徐々に低下させることができる。

尚、この概念は、二次変電所Ｓにより供給されるＬＶネットワーク部に接続される消費者について示し、記述したものたが、同一の概念を、ネットワーク階層の更に上位の他のネットワーク部に適用することも可能である。例えば、上述のプログラム可能な電気回路ブレーカを、ＭＶネットワークのセクションを保護するために提供することができる。この場合、現在の負荷状態を監視し、ＭＶネットワークの電気回路ブレーカ、及び影響を受けるＭＶネットワーク部により供給される消費者の構内における電気回路ブレーカ、の少なくともいずれかに対する適切な電流閾値コマンドを生成する一次変電所Ｔｐに、通信手段が配置される。

図４の符号２３は、公衆無線通信網２０を介して、通信手段ＣＢＴを中央管理制御設備２１に接続する手段を示す。中央管理制御機能２１は、二次変電所Ｓと関連付けられた通信手段ＣＢＴを中間通信ノードとして使用し、階層型のネットワークのより多くの部分を管理するために提供される。機能２１は、例えば、個人消費者Ｈｉにより契約された最大電力に関する給電契約を管理するために使用され、また、サービススタッフが消費者の構内を訪問する必要なしに、個人消費者Ｈｉが同意した契約規定に従って、消費者Ｈｉの電気回路ブレーカ１に、対応する電流閾値及び応答時間の少なくともいずれかをプログラムするために使用される。

図５は、図４に示される配電網における電気回路ブレーカ１の実施形態を示す。図５の電気回路ブレーカ１において、図１に示される素子と同様の素子は、同一の符号で示されおり、これら素子に関しては、図１の説明を参照されたい。

図５の実施形態において、電流閾値コマンドを受信し格納する手段１７は、消費者ＨｎをＬＶネットワークに接続する電源線２から、電源線通信を介して、電流閾値コマンドＣＣを受信するように適合されている。符号１７１は、図４の通信手段ＣＢＴにより生成された電源線通信信号を、電源線２から取得する容量結合手段を示す。上述のように、電流閾値コマンドＣＣを搬送するこれら電源線通信信号は、コマンドインタフェースＩＦにより受信され、電流閾値コマンドメモリＭＥＭに格納される。電源線通信システムを実現するための多種多様な既製品及びソリューションは、市場において入手可能である。これら電源線通信のソリューションは、いずれも、電流閾値コマンドＣＣを電気回路ブレーカ１に伝送するために採用でき、電源線通信技術の詳細な説明は、本明細書では省略する。

図６は、本発明による電気回路ブレーカ１の第３の実施形態を示す。本実施形態では、電源線２を介して配電網から消費者が引き出すエネルギーを測定し計算するエネルギー計測手段１８が提供される点で、図５の実施形態と異なる。図６に示される実施形態において、エネルギー計測手段１８は、電流検出器１５から、電流レベル検出信号ＣＬを受信する。エネルギー計測手段１８は、検出された電流レベルＣＬ及び検出された電源電圧uから、エネルギーを計算し、少なくとも、電源網から消費される有効エネルギーを累算する。累算されたエネルギー量は、表示装置１９に表示される。図６の実施形態の電気回路ブレーカ１における他の全ての構成要素は、図５の第２の実施形態に示される構成要素に対応する。この点においては、上述した説明を参照されたい。

図７は、トリッピング信号に応答して、スイッチに電気回路を切断させる手段１３の好適な実施形態を示す。本実施形態は、本明細書に説明される回路ブレーカのいずれの実施形態にも好適である。図７において、上述の図に示される素子と同様又は同一の素子は、同一の符号で示されている。これらの素子に関しては上述の説明を参照されたい。図７の実施形態において、手段１３は、処理手段１６からトリッピング信号１４を受信するために接続された電磁気コイル１３１を備える。コイル１３１は、スイッチ１１のコンタクト１１１に機械的に結合された可動素子１３２を磁化する。可動素子１３２は更に、スイッチ１１を手動で動作するためのレバーLと結合される。符号１３３は、可動素子１３２と機械的に結合された補助スイッチを示す。補助スイッチ１３３の状態に依存してトリッピング信号１４によりコイル１３１が通電するように、補助スイッチ１３３はコイル１３１と直列に接続される。符号θ１１は、スイッチ１１のコンタクトを開成するのに必要な可動素子１３２の変位、例えば角度を示す。同様に、θ１３３は、補助スイッチ１３３を開成するのに必要な可動素子１３２の変位、例えば角度を示す。図７に示す実施形態では、スイッチ１１及び補助スイッチ１３３は、補助スイッチ１３３を開成するのに必要な変位θ１３３がスイッチ１１を開成するのに必要な変位θ１１より大きくなるように構成される。処理手段１６がトリッピング信号１４を生成すると、可動素子１３２の変位が補助スイッチ１３３を開成するのに十分な大きさになるまで、コイル１３１がトリッピング信号１４により通電される。その後、これによる変位は、スイッチ１１のコンタクト１１１を確実に開成するのに十分な大きさとなる。このとき、コイル１３１には必要以上の電流も必要以下の電流も流れず、また、スイッチ１１を確実に開成するために必要な時間より長く電流が流れることはないであろう。処理手段１６がトリッピング信号１４を生成する持続時間は、重要ではない。

本実施形態の好適な変形によると、レバーＬのスイッチ１１に対する機械的な結合は、コイル１３１が通電されるか否かに依存する。コイル１３１が通電磁される場合、レバーＬは、スイッチ１１から分離される。そこで、電磁結合素子（不図示）が、選択的に、レバーＬをスイッチコンタクト１１１に結合又は分離するために提供される。電磁結合素子は、可動フック、カム、タペット、又は、例えばバネにより付勢される他の係合手段を、レバーＬをスイッチ１１のコンタクト１１１に機械的に結合するために有することができる。コイル１３１に通電されると、電磁結合素子は、係合手段を電磁的に取り外し、レバーＬをスイッチコンタクト１１１から分離する。処理手段１６が、例えば外部回路割込みコマンド（これは、スイッチ１１に電気回路３を切断させる）に応答して、連続的なトリッピング信号を出力し、ユーザがその後、スイッチ１１の閉成位置にレバーＬを移動して、電気回路３を再確立しようとする。この結果、スイッチ１１が閉成する前に補助スイッチ１３３は閉成する。これは、補助スイッチ１３３を開成するのに必要な変位がスイッチ１１を開成するのに必要な変位より大きく、スイッチ１１が閉成するより早くスイッチ１３３が閉成するためである。これにより、コイル１３１を通電し、スイッチコンタクト１１１が電気回路を閉成する前に、レバーＬをスイッチコンタクト１１１から分離する。通電されたコイルは、ユーザが認識可能なレバーＬに更に力を加え、レバーを開成位置に戻す。一方で、処理手段１６からトリッピング信号が出力されなくなると、レバーは閉成位置に戻される。

電磁結合素子（不図示）は、コイル１３１に電気的に直列に接続された自身のアクチュエータ（例えば、コイル）を備えることができる。あるいは、電磁結合素子は、コイル１３１により通電された磁気回路に接続される。これにより、コイル１３１が可動素子１３２を磁化すると、スイッチコンタクト１１１との係合を解除するために磁力が係合手段にも作用する。

図８は、処理手段の実施形態の動作を示すフローチャートである。本実施形態において、処理手段は、入出力ポート設備に加え、マイクロプロセッサ、関連するプログラム及びデータメモリを備える。そのようなハードウェア構成は、例えば、マイクロプロセッサ、並びに、メモリ及びＩ／Ｏポート等の必要な周辺装置がシングルチップに集積される組込みマイクロ制御器の構成形態で、市場において入手が可能である。当業者には明らかであるように、図８に示される実施形態は、電気回路ブレーカ１の上述した実施形態のいずれかにおける処理手段１６の、多数ある実現可能な形態のうちの１つにすぎない。本実施形態では、処理手段１６のマイクロプロセッサは、図８に示す動作フローを実行するようにプログラムされる。この動作フローでは、プログラムされた電流閾値Ｉｊ及び関連する応答時間Ｔｊを示す、メモリＭＥＭに格納されたプログラムされた電流閾値コマンドに応じて、検出された電流レベルＣＬが処理され、トリッピング信号１４が生成される。検出された電流レベルＣＬが電流閾値Ｉｊを超える場合、図８のフローでは、再トリガ可能な(retriggerable)過負荷状態の持続時間が測定される。なお、以下に説明するように、不安定な過負荷状態ではトリッピングコマンド１４は生成されない。

図８のＳ１は、増分指標(incremental index)ｉが値１をとるように初期化する動作を示す。この増分指標は、プログラムされた応答時間ＴｊのＫ個の部分間隔Ｔｉのうちの１つを識別するために使用される。図８の動作フローは、Ｋ個の部分間隔Ｔｉの各々に対して、過負荷状態であるかを問い合わせる。過負荷状態がＫ個の連続する部分間隔Ｔｉに対して存在した場合に限り、トリッピング信号１４が、電気回路３を切断するために生成される。

図８の動作Ｓ２において、タイマが、値Ｔｉと共にロードされる。動作Ｓ３は、動作Ｓ２において設定されたタイマが終了したか（分岐ＹＥＳ）否か（分岐ＮＯ）をチェックする。部分間隔Ｔｉの有効期間の後、動作Ｓ４へ進み、電流レベルＣＬがプログラムされた電流閾値Ｉｊより大きいかどうかをチェックする。大きくない場合（分岐ＮＯ）、動作Ｓ１に戻って、増分指標ｉを再度初期化する。大きい場合（動作Ｓ４の分岐ＹＥＳ）、指標ｉを増分するために動作Ｓ５に進む。その後、動作Ｓ６において、増分指標が条件：Ｋ×Ｔｉ＝プログラムされた応答時間Ｔｊを満足する値Ｋを超えるかがチェックされる。増分指標ｉが値Ｋを超えない場合、過負荷状態の期間は、プログラムされた応答時間Ｔｊより長くないので動作Ｓ２に戻る。値Ｋを超える場合（分岐ＹＥＳ）、動作Ｓ７に進んで、トリッピングコマンド、即ち処理手段１６のトリッピング信号１４を生成する。

図８に示される動作フローは、電流検出器１５がプログラムされた電流閾値Ｉｊを超えたことを示す度に実行される割込みルーチンとして、開始される。あるいは、図８のフローは、例えば、タイマ割込みによりトリガされる一定の時間間隔で、繰り返し実行可能であり、又は、動作Ｓ１〜Ｓ７のフローは、例えば、ポーリングモードで、マイクロ制御器上で実行するために実現された他のソフトウェアルーチンにより、繰り返し呼び出されるサブルーチンとして実現可能である。例えば、図３ｂに示すように、電流閾値コマンドが複数の電流閾値Ｉｊ及び関連する応答時間Ｔｊを示す場合、図８の動作フローは、電流閾値Ｉｊ及び関連する応答時間Ｔｊのプログラム可能な各組合せについて実行される。

図９は、検出された電流レベルＣＬがゼロに到達したことを確認して、トリッピング信号生成時の安全性チェックを提供する、好適な拡張機能を示す。動作Ｓ８において、アクティブなトリッピング信号が存在するかがチェックされる。トリッピング信号が存在する場合（動作Ｓ８の分岐ＹＥＳ）には、電流レベルＣＬがゼロに到達したかをチェックする。ゼロに到達していない場合（動作Ｓ９の分岐ＮＯ）、動作Ｓ１０に進んで、スイッチ１１に対してトリッピングコマンドを生成したにも関らずゼロより大きい電流レベルを検出したため、警告状態を設定する。この警告状態は、電気回路ブレーカ１において、音声及び画像の少なくともいずれかにより指示される。電気回路ブレーカ１は、適切な対処を行う通信手段ＣＢＴ及び中央管理制御設備２１の少なくともいずれかに、この警告状態を報告する手段を含むことが、更に好ましい。

図１０は、図２、図５及び図６のいずれかにおける電流検出器１５及び処理手段１６の更なる実施形態を示す。図１０の実施形態において、符号１５２は、電源線２を流れる電流を変換する電流変換器を示す。１５３は、電流変換器１５２により検出された電流を二乗平均平方根に変換し、電流レベル検出信号ＣＬを生成する変換器を示す。１６３は、ＲＣ素子を備え、電流レベル検出信号ＣＬを平均化し遅延させるための、フィルタリング及び平均化を行う回路を示す。１６４は、例えば、デジタル電位差計を使用することにより、プログラム可能な電流閾値を基準電圧Ｖｒｅｆに変換する回路を示す。尚、当該技術分野において周知のように、デジタル電位差計は、デジタル電流閾値をデジタル電位差計のタップの位置に変換する。１６５は、フィルタリング及び平均化を行う回路１６３の出力信号を、プログラムされた基準電圧Ｖｒｅｆと比較する比較器を示す。１６６は、比較器１６５から、出力信号をゲートで受信するＭＯＳＦＥＴトランジスタ又はバイポーラトランジスタ等の駆動回路を示す。回路１６３の出力信号がプログラムされた基準電圧Ｖｒｅｆを超えると、トランジスタ１６６を導通状態とし、トリッピング電流を手段１３に流すために、比較器１６５がゲート信号を生成する。手段１３は、その後、スイッチ１１に電気回路を切断させる。本実施形態において、素子１６３、１６４、１６５は、ハードウェア構成要素を使用して、処理手段１６を実現する。

図１１は、電流検出器１５及び処理手段１６の更に別の実施形態を示す。図１０に示される素子と同様の素子は、同一の符号で示される。これら素子に関しては、図１０の説明を参照されたい。図１１において、１６３１は、電流レベル検出信号ＣＬを対応する周波数に変換する電圧周波数変換器を示す。１６３２は、電流周波数変換器１６３１により提供される周波数を、電気回路ブレーカ１のメモリＭＥＭに格納されたプログラム電流閾値により決定される係数(factor)で除算する周波数分割器を示す。周波数分割器は、カウンタ１６５１を計時する分割信号ｃｋを出力する。１６４２は、メモリＭＥＭに格納されたデジタル値(digital representation)から、プログラム電流閾値に関連付けられたプログラム時間間隔を、発振器１６４１の周波数を制御する信号に変換する回路を示す。発振器１６４１は、プログラム時間間隔Ｔｊに応じた周波数で、カウンタ１６５１に対してリセット信号を出力する。周波数分割器の出力信号ＣＫが、リセット信号の周波数よりある割合だけ大きい周波数で発生する場合、カウンタ１６５１は、トリッピング信号を生成するため、オーバフロー信号を駆動トランジスタ１６６に出力する。

従って、処理手段１６が電流閾値Ｉｊ及び関連する応答時間間隔Ｔｊを示す格納されたプログラム可能な電流閾値コマンドに依存し、且つ、電気回路３を流れる検出電流レベルに依存するトリッピング信号１４を生成できるように、図１１に示される実施形態では処理手段１６をハードウェアで実現する。

以上、説明した実施形態は、第１の手段１３及びバックアップとして好ましく提供される第２の手段１２によりトリッピングされるスイッチ１１を含む。スイッチ１１は、電気回路を切断又は接続する可動コンタクト１１１を有する機械スイッチでもよい。あるいは、スイッチ１１は、例えば、トライアックのように、機械スイッチ及び固体スイッチの直列接続により構成されてもよい。機械スイッチは、第２の手段１２に機械的に結合し、固体スイッチは、処理手段１６からのトリッピング信号１４に応じて、第１の手段１３から制御信号を受信する。

上述の実施形態では、電気ブレーカを流れる電流を検出し、１つ以上のプログラム可能な電流閾値及び関連する応答時間間隔に応じて、ブレーカスイッチを制御することにより、ブレーカ特性が獲得される。ブレーカの熱磁気特性は、安全限界として提供され、実際の動作閾値は、電気ブレーカにプログラムされる。これにより、トリガ閾値を、例えば、配電網の現在の負荷、時刻、又は、消費者の種別（例えば、病院対個人消費者）等の更に複雑なパラメータ及び配電網の現在の負荷状況に依存させることができる。従って、例えば、ネットワークが耐えられる最大負荷に近づくと、プログラム可能な電気ブレーカにより、給電契約における変更、及び、非常時の効果的な対策の少なくともいずれかについて、遠隔からの適応が可能となる。

上述の実施形態は、電気回路３を流れる電流の検出に基づくが、回路３を流れる電流の検出の代わりに、又は、その検出に加えて、電気回路３に供給される有効電力及び無効電力の少なくともが検出される場合にも、実質的には同一の効果を達成できることは、当業者には理解されるであろう。同様に、上述のプログラム可能な電流閾値は、電流閾値、又は電力閾値、又は電流及び電力から構成される適切な複合体を規定してもよい。上述の説明が電流レベルの検出又は電流閾値のプログラミングについて行なわれる時、用語「電流」は、より一般的な意味で理解される。特許請求の範囲中の符号は、その範囲を制限するものとして解釈されるべきではない。

複数の電気回路ブレーカを含む配電網の概要を示す図である。 本発明による電気回路ブレーカの第１の実施形態を示すブロック図である。 、 本発明による電気回路ブレーカの実施形態の動作を示すｔ-Ｉグラフである。 中央制御設備を含む配電網の実施形態を示す図である。 本発明による電気回路ブレーカの第２の実施形態を示す図である。 本発明による電気回路ブレーカの第３の実施形態を示す図である。 トリッピング信号に応答して、スイッチに電気回路を切断させる素子１３の好適な実施形態を示す図である。 電気回路ブレーカの処理手段の実施形態の動作を示すフローチャートである。 図８に示されるフローチャートの拡張機能を示すフローチャートである。 処理手段のハードウェアの実現の第１の実施形態を示す図である。 処理手段のハードウェアの実現の第２の実施形態を示す図である。

Claims (27)

1. 電気回路（３）を過剰な電流負荷から保護するための電気回路ブレーカ（１）であって、
   前記電気回路（３）内に配置されるべきスイッチ（１１）と、
   トリッピング信号（１４）に応答して、前記スイッチ（１１）に前記電気回路（３）を切断させる第１の手段（１３）と、
   プログラム可能な電流閾値コマンド（ＣＣ）を受信し（ＩＦ）、格納する（ＭＥＭ）手段（１７）と、
   前記電気回路（３）における電流レベル（ＣＬ）を検出する手段（１５）と、
   前記格納されたプログラム可能な電流閾値コマンド（ＣＣ）及び前記検出された電流レベル（ＣＬ）に応じて、前記トリッピング信号（１４）を生成する処理手段（１６）とを備えることを特徴とする電気回路ブレーカ（１）。
2. 前記電気回路における電流レベルを検出する前記手段（１５）は、
   前記電気回路を流れる電流を電圧に変換する手段（Ｒ）と、
   前記電圧を検出し、対応する電流レベル検出信号（ＣＬ）を出力する手段（１５１）とを備えることを特徴とする請求項１に記載の電気回路ブレーカ（１）。
3. 電流を電圧に変換する前記手段（１５）は、シャントインピーダンス（Ｒ）、変圧器を構成するように磁気結合されたコイル配列、ホール効果デバイス、磁気抵抗器、又は、ロゴスキーコイルを備えることを特徴とする請求項２に記載の電気回路ブレーカ（１）。
4. 前記処理手段（１６）は、指定された持続時間Ｔｊにわたり、前記検出された電流レベル（ＣＬ）が、前記プログラムされた電流閾値（Ｉ_３、Ｉ_４、Ｉ_５）を連続して超えた後に、前記トリッピング信号（１４）を生成するように適合されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電気回路ブレーカ（１）。
5. 前記指定された持続時間は、前記電気回路（３）において検出された電流のレベル（ＣＬ）に依存するようにプログラム可能であることを特徴とする請求項４に記載の電気回路ブレーカ（１）。
6. 前記持続時間Ｔｊを指定するコマンドを受信し、格納する手段（１７）を備えることを特徴とする請求項４又は５に記載の電気回路ブレーカ。
7. 前記プログラムされた電流閾値（Ｉ_３、Ｉ_４、Ｉ_５）より高い第２の電流閾値（Ｉ_１）を格納する手段を備え、
   前記検出された電流レベル（ＣＬ）が、前記プログラムされた電流閾値（Ｉ_３、Ｉ_４、Ｉ_５）より高く、前記第２の電流閾値（Ｉ_１）より低い場合に、前記指定された持続時間は、所定の又はプログラムされた第１の持続時間であり、前記検出された電流レベル（ＣＬ）が、前記第２の電流閾値（Ｉ_１）を超える場合には、前記指定された持続時間は、前記第１の持続時間より短い所定の又はプログラムされた第２の持続時間であることを特徴とする請求項５又は６に記載の電気回路ブレーカ（１）。
8. 第２の電流閾値コマンドを受信する手段を備え、
   前記第２の電流閾値を格納する手段は、前記受信された第２の電流閾値コマンドに従って、前記第２の電流閾値を格納するように適合されていることを特徴とする請求項７に記載の電気回路ブレーカ（１）。
9. 前記プログラム可能な電流閾値（Ｉ_３、Ｉ_４、Ｉ_５）は、前記定格電流レベル（Ｉ_１）より低く、
   前記第２の電流閾値（Ｉ_１）は、前記力閾値に対応する電流レベル（Ｉ_２）より低いことを特徴とする請求項７又は８に記載の電気回路ブレーカ（１）。
10. 前記処理手段（１６）は、
    各々が、複数の電流レベル（Ｉ）のそれぞれに関連づけられた持続時間（ｔ）を指定する、複数の関数関係（３３１、３３２、３３３）を提供し、
    前記電流閾値コマンド（ＣＣ）に従って、前記関数関係（３３１、３３２、３３３）のうちの１つを選択するように適合されていることを特徴とする請求項４に記載の電気回路ブレーカ（１）。
11. 前記関数関係は、テーブルの形式又は前記関数関係を計算するためのソフトウェアルーチンの形式で、前記処理手段（１６）に格納されることを特徴とする請求項１０に記載の電気回路ブレーカ（１）。
12. 閉路コマンドを受信する手段（１７）と、
    前記閉路コマンドに応答して、前記電気回路を閉成するように、前記スイッチ（１１）を動作させる手段（１３）と
    を備えることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の電気回路ブレーカ（１）。
13. 回路割込みコマンドを受信する手段（１７）と、
    前記回路割込みコマンドに応答して、前記電気回路（３）を切断するように、前記スイッチ（１１）を動作させる手段（１３）と
    を備えることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の電気回路ブレーカ（１）。
14. 前記スイッチ（１１）を介して前記電気回路（３）に給電する公衆電力線（ＬＶ、２）を介して、前記コマンドを受信する電力線通信手段（１７１、ＩＦ）を備えることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の電気回路ブレーカ（１）。
15. 前記電気回路を流れる電流が、指定された持続時間（３１、３２）よりも長く、所定の定格電流（Ｉ_Ｒ）を超えた場合、前記スイッチ（１１）に前記電気回路（３）を切断させる第２の手段（１２）を備えることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の電気回路ブレーカ。
16. 前記第２の手段（１２）は、
    熱電流レベル検出素子と、
    前記熱電流レベル検出素子が温度閾値を超えた場合に、前記スイッチ（１１）に前記電気回路（３）を切断させる手段と
    を備えることを特徴とする請求項１５に記載の電気回路ブレーカ（１）。
17. 前記第２の手段（１２）は、
    コイルを含む電磁電流レベル検出手段と、
    前記コイルにより生成される磁力が閾値を超えた場合に、前記スイッチ（１１）に前記電気回路（３）を切断させる手段と
    を備えることを特徴とする請求項１５又は１６に記載の電気回路ブレーカ。
18. 前記第２の手段（１２）は、
    前記電気回路を流れる電流量（Ｉ）を、熱に基づいて検出する熱電流レベル検出手段と、
    前記熱電流レベル検出手段が、前記電気回路ブレーカ（１）の定格電流（Ｉ１）を確定する温度閾値を超えた場合に、前記スイッチに前記電気回路（３）を切断させる手段と、
    前記電気回路（３）を流れる電流量（Ｉ）に従って磁力を生成する、コイルを含む電磁電流レベル検出手段と、
    前記コイルにより生成される前記磁力が力閾値（Ｉ_２）を超えた場合に、前記スイッチ手段に前記電気回路を切断させる手段と
    を備え、
    前記電磁電流検出手段及び前記熱電流レベル検出手段は、前記力閾値に対応する電流レベル（Ｉ_２）が、前記定格電流レベル（Ｉ_１）より高くなるような大きさに定められることを特徴とする請求項１５に記載の電気回路ブレーカ（１）。
19. 前記スイッチ（１１）は、固体遮断素子と直列の機械的遮断素子を備え、
    前記電気回路（３）を流れる電流（Ｉ）が所定の定格電流（Ｉ_１）を超えた場合に、前記スイッチに前記電気回路を切断させる前記第２の手段（１２）は、前記機械遮断素子を外すように配置され、
    トリッピング信号（１４）に応答して前記スイッチに前記電気回路を切断させる前記第１の手段（１３）は、前記固体遮断素子を外すように配置されることを特徴とする請求項１５乃至１８のいずれか１項に記載の電気回路ブレーカ（１）。
20. 前記第１の手段（１３）、前記第２の手段（１２）及び前記スイッチ（１１）が、単一のユニット内に一体化されていることを特徴とする請求項１５乃至１９のいずれか１項に記載の電気回路ブレーカ。
21. 前記第１の手段（１３）は、可動部材（１３２）を電磁駆動するコイル（１３１）と、前記コイル（１３１）と直列に接続された補助スイッチ（１３３）とを備え、 前記スイッチ（１１）及び前記補助スイッチ（１３３）は、前記可動部材（１３２）により作動されるように、前記可動部材（１３２）と機械的に結合され、
    前記補助スイッチ（１３３）を開成するために必要な変位（θ１３３）は、前記スイッチ（１１）を開成するために必要な変位（θ１１）より大きいことを特徴とする請求項１乃至２０のいずれか１項に記載の電気回路ブレーカ。
22. 電気回路（３）を介して、電気消費者（Ｈｎ）に供給される電力量を測定する電気メータ（１００）であって、
    請求項１乃至２１のいずれか１項に記載の電気回路ブレーカ（１）を備えることを特徴とする電気メータ（１００）。
23. 前記電気回路（３）に供給される瞬時有効電力レベル及び瞬時無効電力レベルを測定するために、前記検出された電流レベル（ＣＬ）に、前記電気回路（３）の供給電圧（Ｕ）を乗算する手段（１８）と、
    前記電気回路（３）に供給される有効電力及び無効電力を求めるために、前記得られた瞬時電力レベルを時間的に積分する手段（１８）とを備えることを特徴とする請求項２２に記載の電気メータ（１００）。
24. 複数の消費者（Ｈ１，Ｈ２，．．．，Ｈｎ）に対して配給されるべき電力を生成する少なくとも１つの発電所と、
    前記少なくとも１つの発電所により生成された電力を、前記消費者（Ｈ１，Ｈ２，．．．，Ｈｎ）に対して配給する電力分配網（ＨＶ、ＭＶ、ＬＶ）と、
    請求項１乃至１８のいずれか１項に記載の複数の電気回路ブレーカ（１）及び請求項２１又は２２に記載の複数の電気メータ（１００）の少なくともいずれかと
    を備えることを特徴とする配電網。
25. 前記電力分配網（ＨＶ、ＭＶ、ＬＶ）における負荷状態を監視し、監視された前記負荷状態に従って、前記電気回路ブレーカ（１）に対する前記コマンドのうちの少なくとも１つを生成する管理制御設備（２１）を備えることを特徴とする請求項２４に記載の配電網。
26. 前記配電網の高圧部分（ＨＶ）と中圧部分（ＭＶ）との間に配置された複数の一次変電所（Ｔｐ）と、
    前記配電網の中圧部分（ＭＶ）と低圧部分（ＬＶ）との間に配置された複数の二次変電所（Ｔｓ）と、
    前記二次変電所のうちの少なくとも１つに配置され、前記管理制御設備（２１）からコマンドを受信し、前記管理制御設備（２１）から受信されたコマンドに従って、前記電流閾値コマンド（ＣＣ）閉路コマンド及び回路割込みコマンドの少なくともいずれかを生成する通信手段（ＣＢＴ）と、
    前記電気消費者（Ｈ１，．．．，Ｈｎ）のうちの少なくとも１つへ伝送するために、前記通信手段（ＣＢＴ）により生成された前記コマンドを、前記配電網の低圧部分（ＬＶ、２）に投入する電力線通信手段（２４）と
    を備え、
    前記管理制御設備（２１）及び前記通信手段（ＣＢＴ）は、公衆電話網（２０）を介して、互いに通信するように配置されることを特徴とする請求項２５に記載の配電網。
27. 前記公衆電話網は、無線移動電話網（２０、２３）であることを特徴とする請求項２６記載の配電網。

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