JP2008166273A - 回路遮断器引外しユニット定格選択プラグ - Google Patents

Abstract

【課題】回路遮断器用の定格プラグを提供する。
【解決手段】定格プラグは、演算増幅器帰還ループと直列のアナログ・スイッチにより演算増幅器利得を制御することによって、電圧調整（すなわち、利得／フィルタ）回路について定格低減率を設定することに加えて、遮断器フレーム及び／又はセンサ情報をマイクロプロセッサに供給する
【選択図】図１

Description

本発明は、回路遮断器の分野に関し、より具体的には、電子式センサ又は引外しユニットを持つ回路遮断器用の定格プラグの分野に関するものである。電子式引外しユニット（ＥＴＵ）は、電流（及び／又は電圧）対時間の引外し応答を制御するために電気機械式回路遮断器と共に使用される装置である。時間対電流の応答特性は、部分的に、回路遮断器によって許容される最大連続電流の関数である。

回路遮断器は電気線路及び電気機器を保護するために広く使用されている。回路遮断器は電気導体を通る電流を監視して、所定の判定基準を満たした場合に「引外し(trip)」を行うことにより、電気回路を開放して、該回路を通る電流の流れを遮断する。回路遮断器はまた、当然のこととして、電圧を監視して、不足電圧、過電圧及び電圧不平衡状態のような、予め設定された電圧状態についての何らかの異常がある場合に引外しを行うために使用できる。このように判定基準には、例えば、被保護回路で許容される最大連続電流が含まれる。回路遮断器が通すように設計されるこの最大連続電流は、回路遮断器の「フレーム定格」又は「電流定格」として知られている。電流が（長時間、短時間、接地事故、又は瞬時）保護定格以下に留まっている限り、遮断器は閉じた状態に留まる。時間遅延及び引外し信号の発生は、電流の大きさの逆関数である。地絡によって生じるような非常に大きい大きさの過電流に対しては、マイクロコンピュータが瞬時に引外し信号を発生するようにプログラムされる。

電流対引外し時間応答曲線の修正変更は重大な問題である。安全の問題で、回路遮断器は、顧客又はプラント技術者によって妥当であると判定される種類の保護を提供するように適切に構成しなければならない。従って、この保護に対する修正変更はまた非常に重大な事象であると考えて、エラーを抑制するやり方で取り扱わなければならない。

典型的には、回路遮断器電流定格は定格抵抗によって設定され、定格抵抗は、二次電流伝達電流と直列に配置された「負担抵抗」、又は利得回路演算増幅器の帰還ループ内の抵抗、又はこれらの両抵抗の組合せとすることができる。これらの抵抗は、被保護回路で許容されている最大連続電流に比例する電流が定格抵抗を通過するときに予め設定された電圧を発生するように選択される。異なる最大連続電流で回路を保護するために回路遮断器を使用できるように電流定格の調節を行えるようにするために、遮断器に選択的に挿入することのできる交換可能な定格プラグの中に定格抵抗を組み込むことが知られている。更に、この定格抵抗は、「負担」及び帰還ループ利得抵抗と並列に又は直列にセットすることができる。

電子式引外し回路断続器は広範囲のアンペア定格にわたって過電流を遮断するように設計されている。被保護電力回路を通る電流が変流器によって連続的に検知されて、電圧信号がＥＴＵ回路内の信号処理装置に供給される。この電圧は定格プラグ内の定格抵抗によって調整される。そのため、定格抵抗の大きさが、対応する回路断続器のアンペア定格を設定する。従って、共通の電子式回路断続器は、電子式引外し回路内の負担抵抗の値を単に変更することによって広範囲のアンペア定格にわたって動作することが可能になる。ここで重要なことは、配電回路に対して大き過ぎる定格を持つ電子式回路断続器を該配電回路内に挿入するのを防止することである。また、いわゆる「迷惑引外し」が生じる可能性のあるような、配電回路に対して定格不足の回路断続器を該配電回路内に挿入しないことも等しく重要であろう。更に、回路断続器が定格プラグを備えずに配電回路内に挿入されることのないように保証することも重要である。

このように、従来では、回路遮断器引外しユニットの定格は、例えば、着脱可能な定格プラグの通常の取外し及び交換によるような多数の方法で設定されている。多くの場合、定格プラグは、各々の個別の相についての利得を設定する抵抗か、又は電源を入れている間に遮断器内のマイクロプロセッサによって読み取られるプログラムされた定格値を持つＮＭＶ（すなわち、回路から電源をオフにしたときにデータを保持するメモリである不揮発性メモリ）のいずれかを含む。しかしながら、このような方法は用途によっては完全に許容できるものではない。

電子式引外しユニットを持つ回路遮断器用の定格プラグは前に述べたように当該技術分野で知られている。この定格プラグは電子式回路断続器（引外しユニット）を遮断器の作動のための動作曲線を変更し、従って、遮断器のアンペア定格を変更する。全ての定格プラグが全ての電子式引外しユニットに適合できるとは限らない。従って、既知の問題は、定格プラグがそれを挿入すべき電子式引外しユニットに適合することを保証することである。

安全性のため、交換可能な定格プラグを持つ全ての電子式引外しユニットは、定格プラグ及び引外しユニットの不適当な組合せを拒絶することが必要である。このような拒絶を行うには、典型的には、定格プラグを挿入すべき引外しユニット内のレセプタクルの中にピンを設置する。これらピンは、通常は引外しユニット・ハウジングの側部上に配置されるが、定格プラグ・ハウジングの側部上の突起と干渉する。従って、特定の回路遮断器に適合しない定格プラグの取り付けの防止は、定格プラグ・ハウジング及び定格プラグ・レセプタクルをキー止めすることによって防止され、これによって不適合の定格プラグが回路遮断器内に取り付けられるのを防止する。

この従来のシステムは、実行可能であるが、幾つかの欠点及び不利な点を有する。これらの内の１つは、定格プラグを引外しユニットの中へ殆ど完全に挿入するまでピンと突起との間の干渉が生じないことであり、この結果、ユーザがしばしば定格プラグの挿入を適切に行ったと誤解することがある。別の問題は、ピンが独立した部材であること、すなわち、ピンが定格プラグ・ハウジング又は引外しユニット・ハウジングの一部ではないことであり、このため、ピンは誰かが不正にユニットを扱うことによって取り除かれることがあり、その場合、ユーザは、ピンが存在しているはずの物であるのか否か分からない。

本発明の一面は、製造時に任意選択された単一の定格プラグを全ての遮断器フレーム及びセンサについて使用できるようにすることができるスイッチ論理レベル定格プラグを開示することである。

本発明の別の一面は、電圧調整（すなわち、利得／フィルタ）回路で定格低減率(percentage de-rating)を設定することに加えて、演算増幅器帰還ループと直列のアナログ・スイッチにより演算増幅器の利得を制御することによって、遮断器フレーム及び／又はセンサ情報をマイクロプロセッサに供給する定格プラグ（この能力は５ボルトの論理レベル信号入力であることに起因する）を開示することである。

本発明の更に別の一面は、マイクロプロセッサの電源を入れる前に電圧調整（利得／フィルタ）回路で利得レベルを自動的に設定し、これにより遮断器保護を素早く提供することができ、従って、より高速の引外し時間帯及びより良好な協調を可能にする定格プラグを開示することである。

本発明に関してより詳しく述べると、引外しユニットは定格プラグを持ち、定格プラグは、一連のスイッチと、当該プラグを引外しユニットに取り付けるためのコネクタとを含んでいる。これらのスイッチは、製造時にプログラムされていて、遮断器フレーム及び／又はセンサ定格及び／又は遮断器を定格低減することのできる定格低減係数（すなわち、実効電流容量の低下、例えば、２０００アンペアの容量を４０％に又は一組の同様なパラメータに低減すること）を特定する。この定格プラグ法を利用することによって、相利得が保護のために直ちに設定されて、マイクロプロセッサは計量の目的のためにスイッチ設定値を読み取ることができる。例えば、回路遮断器の最終的なユーザが２０００アンペアの回路遮断器を購入して設置した後に、意図した負荷に対する適正な回路遮断器が８００アンペアであると気付いた場合、８００アンペアの意図した負荷のために新しい回路遮断器を購入して設置する代わりに、単に既存の定格プラグを取り外して４０％（すなわち、８００は２０００の４０％）の定格低減プラグに入れ換えるだけでよい。

当業者には、本発明による定格プラグについてのより詳細な完全な理解が以下の図面を参照した詳しい説明から得られよう。

図１をについて説明すると、電子式引外しユニット（ＥＴＵ）の主要構成部品に給電する変流器が、それを通って流れる一次電流に比例する交流二次電流出力を供給する。例えば、１０００Ａの電流が変流器の一次コイルに流れる場合、より小さい電流、例えば２００ｍＡが、変流器から引外しユニットへ供給される。引外しユニットはこの二次出力を動作電力として且つ電流量を検知するために使用する。勿論、引外しユニットが変流器センサを使用する場合、負担抵抗が利得／フィルタ回路に供給する電圧を発生するために必要である（図１には、このような負担抵抗へ向けて延在する給電線を利得／フィルタ回路内に概略して示している）。代替態様として、ロゴスキー(Rogowski)センサを検知のために変流器の代わりに用いることができ、ロゴスキー・センサは、それを通って流れる高レベルの一次電流に比例する誘導二次電圧出力を供給する。ロゴスキー・センサ又はコイルは、交流又は高速電流パルスを測定するための装置であって、ワイヤの螺旋状コイルで構成され、リード線が一方の端部からコイルの中心を通って他方の端部へ戻って、両端子を同じ端部に形成している。次いで、完全なコイルが、電流を測定すべき給電線の周りに巻装される。電圧が給電線に流れる電流の変化率に比例するので、コイルからの出力信号は電流の流量に比例する。

図１に更に示されているように、変流器負担抵抗又はロゴスキー・コイル出力の電圧は利得／フィルタ回路に通される。利得／フィルタ回路は、何らかのスプリアス電気ノイズを除去するための濾波動作、ロゴスキー・コイル入力の場合にはアナログ積分を行うように設計されると共に、遮断器定格においてマイクロプロセッサのアナログ／ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器で同じ電圧値を得るために回路内の演算増幅器の利得を設定するように定格プラグ選択（遮断器の４０％〜１００％）を使用する。以下の実施例は、演算増幅器の利得を設定するための定格プラグ選択の間の関係をより詳しく説明するためである。

図１に示された利得／フィルタ回路をより明瞭に実証するための一例として、定格１０００Ａの回路遮断器と、１０００Ａの遮断器定格の１００％を定格とする定格プラグとを設けた場合を想定する。１０００Ａの電流を供給することによって、Ａ／Ｄ変換器からの電圧は２ボルトになる。次いで、ユーザが遮断器定格を変更することを希望して、定格プラグを１００％よりも４０％定格のものに変更したと想定する。この変更により、実効的に、１０００Ａの４０％を定格とする４００Ａ遮断器と等価な遮断器が得られる。この場合、供給される電流が４００Ａであると、Ａ／Ｄ変換器出力電圧は２ボルトに留まる。このように、遮断器が１０００Ａ（１００％）の定格にされている場合、定格電流が供給されたとき、２ボルトが得られ、また、遮断器を４００Ａの定格にした場合、定格電流（４００Ａ）が供給されたとき、この場合も２ボルトが得られる。これらの２つの場合の各々で、電流が定格電流を越えたときに回路遮断器は引外しを行う。

引外しユニットは、いずれの定格でもマイクロプロセッサのＡ／Ｄ変換器で２ボルトが得られるとしても、定格プラグが一方又は他方のアンペア数（本実施例では４００Ａ又は１０００Ａのいずれかであるが、他の定格低減率も可能である）に設定されたかどうか認識する。これが可能であるのは、計量が比較的ゆっくりした処理であり、保護（すなわち、引外し）の場合ほどに重大でないからである。計量のため、マイクロプロセッサは、定格プラグに予めプログラムされているスイッチを読み取って、遮断器読取り値が何であるか決定する。

図２に示されているように、定格プラグには該プラグを付勢するための５ボルトの入力線路が設けられていると共に、一連のスイッチが含まれており、これらのスイッチは、百分率（実施例では４０％及び１００％としたが、例えば、表１に示されるように他の百分率を選択することができる）を選択し特定し、及び／又はセンサ定格及び／又はフレーム及び／又は別の関連した遮断器／引外しユニットの機能を選択し特定するために使用される。これらのスイッチが提供する情報は、信号（図２には、信号０、信号１、信号２、及びフレームが示されている）としてマイクロプロセッサに供給され、マイクロプロセッサはこの信号を使用して、計量の目的で使用される定格低減率（百分率）を決定する。個々のスイッチ設定値（信号０、信号１、信号２など）はアナログ・スイッチのオン／オフ動作を制御する。このようにアナログ・スイッチの動作を制御することによって、表１に一般的に示されているように各々の定格低減率について異なる利得を設定することができる。以下に説明するように、定格プラグの各スイッチは、特定の定格低減率及び／又はセンサ及び／又はフレーム定格を指示するためにプラグの製造時に予め設定される。図２に示されている利得／フィルタ調整回路インターフェースの一部分は、定格プラグから信号を受け取るアナログ・スイッチに加えて、抵抗（Ｒ１、Ｒ２及びＲ３）、演算増幅器（Ｕ１）を含む。利得／フィルタ回路の出力は、図１及び図２の両方に示されているように、Ａ／Ｄ変換器に供給される。

定格プラグのスイッチ（図示の例では０〜７又はそれ以上）は、例えば、指定された定格低減率を提供するために以下の表１に従って構成することができる。

図１に示されている電源装置は、１８〜２４ボルトを、フラックス・シフト回路、演算増幅器、及び回路内のこの電圧を必要とする他の構成部品の動作のために供給すると共に、５ボルトを、マイクロプロセッサ及び回路内のこの電圧を必要とする他の構成部品を動作させるために供給するように構成されている。

電子式引外しユニットのために使用されるマイクロプロセッサは、変流器及び／又はロゴスキー・コイル・ユニットからのアナログ信号を処理するように設計された内部Ａ／Ｄ変換器を持つように製造される。マイクロプロセッサはまた、引外しユニット設定値及びオプション（停電時に失うべきでないパラメータ）を記憶するための不揮発性メモリを含むように製造される。マイクロプロセッサは更に、フラックス・シフト回路の使用を介して電流が予めプログラムされた閾値を越えたときに引外し信号を供給するように構成されており、コイル及びレバーを含む電気機械装置が、マイクロプロセッサから供給される引外し信号によって作動されたとき、遮断器を開放させる、すなわち、引外しを行う。

本書で開示した電子式引外しユニットは、本発明以前に知られていた引外しユニットでは得られない幾つかの利点を有する。それらの中の１つの利点は、従来では利得を設定するために定格プラグ上に帰還抵抗を使用することが必要であったのに対して（この状態では、訂正又は小さい不整合に起因した定格プラグ接続問題により利得が変更され、これは、最終的にマイクロプロセッサのＡ／Ｄ変換器に期待されるものとは異なる値を生じさせるので非常に望ましくない。）、本発明では、論理レベル信号（５ボルト）で利得／フィルタ回路の利得を制御することができることである。別の利点は、論理レベル信号であるので、マイクロプロセッサが定格プラグから定格低減率（又は遮断器定格）フレームを何ら遅延なく読み取りできることである。従来の技術に対する更に別の利点は、定格プラグＮＶＭに定格低減値が保存されている場合に定格プラグが不揮発性メモリと組み合わせて使用されていたのに対し（この場合、引外しユニットのマイクロプロセッサが定格プラグ不揮発性メモリから遮断器定格の読取り値を得て、この値に基づいて引外しの決定を行うことを必要とし、これは非常に時間のかかる機構であり、遮断器は適時に引外しを行うことができない。）、本発明では、ユニットに電源を入れるや否や、利得が（マイクロプロセッサが動作する前でさえも）自動的に決定され設定されて、マイクロプロセッサが計量の目的にのみスイッチを読み取ることができるようにする。

これまで本発明の好ましい実施形態を例示し説明したが、本発明は変形及び修正が可能であること、従って記載の用語通りに限定されるのではなく、本発明を様々な使用法及び条件に適合させるためにこのような変形及び修正を行うことができることを理解されたい。このような変形及び修正は、例えば、これまで詳しく述べたものと実質的に同様な結果をもたらすように機能する上述の構成部品と構造的に同様なものと置換することを含む。従って、これまで詳しく述べた構成部品の機能及びそれらの使用法を実質的に変えないそれらの変更は、本発明の範囲内にあると考えられる。それ故、このような変更及び修正は全ての等価なものの範囲内、従って特許請求の範囲内に適正に入るものである。

以上、本発明及びその態様、並びにそれを作る方法及び使用法を、該当する又はほぼ関連した技術分野における当業者が製作し使用できるように、全て明瞭で簡潔で正確な用語を使用して説明した。

本発明による電子式引外しユニットの主要な構成部品を示す概略図である。 図１に一般的に示した定格プラグ及び利得／フィルタ調整インターフェースのより詳しい構成図である。

Claims (5)

1. 回路遮断器引外しユニット定格プラグであって、
   当該プラグを引外しユニットに取り付けるための手段と、
   アナログ・スイッチのオン／オフ動作を制御し且つ当該プラグのための特定の定格低減率及び／又はセンサ及び／又はフレーム定格を指示するように構成されている一連のスイッチと、
   を有する回路遮断器引外しユニット定格プラグ。
2. 更に、前記プラグを付勢するために前記プラグに電圧を供給するための手段と、前記一連のスイッチの内の各スイッチからの電気信号を前記プラグからマイクロプロセッサへ転送するための手段と、を含んでいる請求項１記載の回路遮断器引外しユニット定格プラグ。
3. 前記プラグの定格低減率が４０％〜１００％である、請求項１記載の回路遮断器引外しユニット定格プラグ。
4. 前記プラグは、前記一連のスイッチの内の少なくとも１つにより電圧調整回路内の演算増幅器の利得を制御することによって該電圧調整回路についての利得レベルを自動的に設定するように構成されており、前記スイッチは演算増幅器内に含まれている帰還ループと直列になるように構成されている、請求項１記載の回路遮断器引外しユニット定格プラグ。
5. １）変流器及び／又はロゴスキー・コイルであって該変流器及び／又はロゴスキー・コイルに流れる一次電流に比例する二次出力を供給するために構成された変流器及び／又はロゴスキー・コイルと、
   ２）回路遮断器引外しユニット定格プラグであって、当該プラグを引外しユニットに取り付けるための手段と、アナログ・スイッチのオン／オフ動作を制御し且つ当該プラグのための特定の定格低減率及び／又はセンサ及び／又はフレーム定格を指示するように構成されている一連のスイッチと、を有している回路遮断器引外しユニット定格プラグと、
   ３）（ａ）変流器及び／又はロゴスキー・コイル並びにユニットからのアナログ信号を処理するように設計されている内部アナログ／ディジタル変換器、及び（ｂ）引外しユニット設定値及びオプションを記憶するための不揮発性メモリを持っていて、（ｃ）遮断器を通る電流が予めプログラムされた閾値を越えたときに引外し信号を供給するように構成されているマイクロプロセッサと、
   を有する回路遮断器。

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