JP2009261233A - トリップ装置に地絡トリップ関数を設定する方法と、地絡保護のために定義されたトリップ関数を有するトリップ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】トリップ装置の地絡保護モードを有効にすることと、複数のトリップ関数のうちの１つをトリップ装置に設定する方法の提供。
【解決手段】トリップ装置は、トリップ素子と作用的に結合されたプロセッサを含む。プロセッサは、複数のトリップ関数のうちの１つをトリップ装置に設定する。複数のトリップ関数のうちの少なくとも１つが、地絡の徴候を感知するとただちに電流を遮断するトリップ特性をＩ＾４ｔ反限時関数であるように設定する。
【選択図】図２

Description

本発明は、電気回路のトリップ装置の技術分野に関し、特に、トリップ装置に地絡トリップ関数を設定する方法に関する。

電気回路を、過負荷状態または比較的高いレベルの短絡状態に起因する損傷から保護するために、回路遮断器が用いられる。回路遮断器は、過負荷状態または短絡状態を感知すると、ただちに電気回路への給電を遮断して、回路部品の損傷を防ぐか、少なくとも最小限に抑える。多くの産業用回路遮断器が、特定のトリップ特性にプログラムされることが可能なトリップ装置を採用している。多くの場合、トリップ特性は、電流が増大するにつれて遮断器投入時間が短縮される反限時関数に基づく。

一般に、トリップ特性は、回路遮断器の反応時間を設定するスロープに基づく。トリップ特性は、いくつかの異なるスロープ形状に基づき、これらの形状は、システム保護要件／パラメータと合致するように選択される。これらのスロープ形状（反限時応答曲線）は、電流に反比例するトリップ応答時間を発生させる。つまり、電流が大きいほど、応答時間が短くなる。Ｉ＾２ｔ（電流二乗時間積）やＩ＾４ｔ（電流四乗時間積）のような一定スロープ形状（反限時関数）、または他の、より複雑な関数で記述される形状から、スロープ形状を選択することが可能である。多くのトリップ装置はさらに、地絡保護回路を採用しており、地絡保護回路は、望ましくない経路を介して電流が大地に流れるのを感知すると、ただちに関連の電気回路を遮断する。地絡が発生した場合は、回路が遮断されるまで、漏れ電流が存在していなければならない。この目的のために、地絡保護回路は、固定時間遅延（すなわち、有限時間応答）トリップを採用しているか、通常の過負荷保護のためのものであって、熱磁気回路遮断器でも示される回路遮断器短時間特性に採用されているものと同等のＩ＾２ｔ反限時関数に限定されている。

米国特許出願公開第２００５／００４７０４５号

本発明の一例示的実施形態によれば、トリップ装置に地絡トリップ関数を設定する方法が、トリップ装置の地絡保護モードを有効にすることと、複数のトリップ関数のうちの１つをトリップ装置に設定することを含む。これらの複数のトリップ関数のうちの少なくとも１つは、地絡の徴候を感知するとただちに電流を遮断するトリップ特性を設定するＩ＾４ｔ反限時関数である。本方法はさらに、電気回路の地絡を監視することを含む。

本発明の別の例示的実施形態によれば、回路遮断器のトリップ装置が、電気回路と作用的に結合された地絡感知装置を含む。地絡感知装置は、電気回路内の電流の流れに対応する地絡信号を発する。トリップ装置はさらに、電気回路と作用的に結合されたトリップ素子を含む。トリップ素子は、感知装置から発せられた地絡信号に基づいて、電気回路内の電流の流れを遮断する。さらに、トリップ装置は、トリップ素子と作用的に結合されたプロセッサを含む。プロセッサは、複数のトリップ関数のうちの１つをトリップ装置に設定する。複数のトリップ関数のうちの少なくとも１つは、Ｉ＾４ｔ反限時関数である。Ｉ＾４ｔ反限時関数は、地絡信号に基づいて電流の流れを遮断するトリップ特性をトリップ装置に設定する。

本発明のさらに別の例示的実施形態によれば、電気回路の地絡の徴候を監視するシステムが、中央プロセッサを含むトリップ装置を含む。中央プロセッサは、システムバスを介して、地絡センサ、ユーザインタフェースアダプタ、および命令セットが記憶されている少なくとも１つのメモリ素子と、機能的に相互接続される。この命令セットは、前記プロセッサによって実行された場合に、電気回路の地絡の徴候を監視することと、地絡状態を感知するとただちにトリップ関数に基づいて電気回路を遮断することを前記システムに行わせる。トリップ関数は、ユーザインタフェースを経由してプロセッサ内に設定された、少なくとも１つのＩ＾４ｔ反限時関数オプションを含む。

本発明の例示的実施形態による、Ｉ^４ｔ地絡トリップ関数を含むトリップ装置を概略的に表した図である。 本発明の例示的実施形態による、トリップ装置にＩ^４ｔ地絡トリップ関数を設定する方法を示すフローチャートである。 図１のトリップ装置に関して対数目盛にプロットされたＩ^４ｔ地絡トリップ関数を示すグラフである。 対数目盛にプロットされた、Ｉ^４ｔ地絡トリップ関数と典型的なヒューズトリップ関数との比較を示すグラフである。 対数目盛にプロットされた、Ｉ^４ｔ地絡トリップ関数と典型的な回路遮断器トリップ関数との比較を示すグラフである。

まず、図１を参照すると、回路の地絡を監視するシステムの全体が２で表されている。地絡（ＧＦ）監視システム２は、トリップ素子６と、関連付けられたメモリ９を有するプロセッサ（ＣＰＵ）８とを有する回路遮断器トリップ装置４を含んでいる。トリップ装置４は、電気回路１０および地絡感知装置１２と作用的に結合されている。地絡感知装置１２は、電気回路１０から大地への電流漏れを監視する。感知装置１２は、電流漏れを感知すると、ただちに、トリップ素子６を作動させて電気回路１０内の電流の流れを遮断するように、プロセッサ８に信号で伝える。後に詳述するように、トリップ素子６は、地絡トリップ関数によって設定されたトリップ特性に基づいて、電気回路１０への電流を遮断する。採用される個々の地絡トリップ関数は、電気回路１０の保護要件に合致するようにユーザが選択することが可能である。すなわち、トリップ装置４は、ユーザインタフェースアダプタ（入出力装置）１４と結合されており、入出力装置１４は、トリップ素子６の各種の動作パラメータをユーザが選択することを可能にする。これらの動作パラメータは、所望の応答／トリップ時間を設定し、また、下流ヒューズおよび／または回路遮断器（図示せず）との調整を行う。入出力装置１４はまた、回路が遮断された場合に、電気回路１０に関する問題を要員に通知する警報を発する。警報を発することに加えて、トリップ装置４は、感知された漏れおよび／または回路遮断のそれぞれをイベントログ１６に記録する。

次に、図２および３を参照して、トリップ装置４の監視アルゴリズムを選択する方法２０について説明する。最初に、ブロック４０に示すように、トリップ装置４に関して地絡保護が有効になっているかどうかを判定する。地絡保護が有効になっていない場合は、ブロック４２に示すように、監視アルゴリズムは実行されない。一方、地絡保護が有効になっている場合は、ブロック４４に示すように、地絡ピックアップレベル（閾値）を設定する。地絡ピックアップは、一般に、遮断器のセンサパラメータに応じて、０．１〜１ミリアンペアである。地絡ピックアップ閾値を選択した後、ブロック４６に示すように、地絡バンドを設定する。

ブロック４６で地絡バンドを選択した後、ブロック４８に示すように、地絡トリップ関数（スロープ）を選択する。トリップ装置４は、複数の地絡トリップ関数オプションを含んでいる。具体的にどのオプションを選択するかは、電気回路１０の回路部品および／または遮断器パラメータに依存する。図３から最もよくわかるように、プロセッサ８を、全体が６０で示されている複数の一定地絡トリップ関数のうちの１つ、複数の反限時関数（たとえば、Ｉ＾２ｔ関数８０）のうちの１つ、および（本発明の一例示的実施形態によれば）Ｉ＾４ｔ（電流四乗時間積）関数を用いてプログラムすることが可能であり、これらのうちの２つが、全体を１００として図示されている。Ｉ＾４ｔ時間（トリップ）関数を選択した場合は、ピックアップ閾値が次式で求められる。

ピックアップ閾値＝Ｐ_ＧＦ＊Ｉ_ＧＮ＾４
ここで、Ｐ_ＧＦは地絡ピックアップであり、Ｉ_ＧＮは地絡電流である。

トリップ装置４にＩ＾４ｔトリップ関数が与えられると、ＧＦ監視システム２において、要員が回路保護方式の設計を非常に柔軟に行うことが可能になる。ブロック４８で特定のトリップ関数を選択した後、ブロック１０４に示すように、監視アルゴリズムが実行され、ＧＦ監視システム２では、電気回路１０に地絡保護を与えることが有効になる。この時点で、地絡保護が、半周期ごと（たとえば、５０Ｈｚの場合は１０ミリ秒ごと、６０Ｈｚの場合は８．３３ミリ秒ごと）に実行される。地絡保護の間は、選択された地絡トリップ関数に応じてアキュムレータ加熱が発生する。Ｉ＾４ｔ関数が選択された場合は、アキュムレータ閾値が次式で求められる。

アキュムレータ閾値＝２＊Ｋ_ＧＦ＊ｆ＊ピックアップ閾値
ここで、Ｋ_ＧＦはトリップ関数Ｉ＾４ｔであり、ｆは周波数である。
アキュムレータがアキュムレータ閾値を超えると、トリップまたは回路遮断が発生する。

ここで、本発明は、既存の回路保護方式でこれまで可能であった柔軟性より大きな柔軟性を有する地絡回路監視システムを提供することを理解されたい。Ｉ＾４ｔ反限時関数を含む複数の地絡トリップ関数の中から要員が選択することを可能にすることにより、本発明は、過負荷および短絡の保護スピードに合致するレベルの回路保護を必要なときに行うシステムを提供する。すなわち、図４および５から最もよくわかるように、地絡トリップ装置に、２００で示すようなＩ＾４ｔ反限時関数を与えることにより、図４の２１０で示すような下流ヒューズトリップ関数、および図５の２２０で示すような回路遮断器トリップ関数との、より緊密な調整が可能である。

以上、本発明を最良の実施形態を含めた様々な例を用いて説明した。これにより当業者が、本発明が包含するデバイスまたはシステムを作製および利用すること、および方法を実施することを含め、本発明を実施することが可能になる。添付の特許請求の範囲において定義する本発明の特許可能な範囲は、当業者に想起可能なその他の例も包含し得る。かかるその他の例は、本発明の特許請求の範囲に記載の文言と相違ない構成要素を有する場合、または本発明の特許請求の範囲に記載の文言と実質的に同等な構成要素を有する場合、本発明の例示的実施形態に含まれるものとする。

２ 回路の地絡を監視するシステム
４ トリップ装置
６ トリップ素子
８ プロセッサ（ＣＰＵ）
９ メモリ
１０ 電気回路
１２ 地絡感知装置
１４ 入出力装置
１６ イベントログ
２０ 方法
４０ ＧＦが有効か
４２ 実行しない
４４ ＧＦピックアップレベルを設定する
４６ ＧＦバンドを選択する
４８ ＧＦトリップ関数を選択する
６０ 一定ＧＦトリップ関数
８０ 反限時関数Ｉ^２ｔ
１００ Ｉ^４ｔ
１０４ 監視アルゴリズムを実行する
２００ 反限時関数
２１０ ヒューズトリップ関数
２２０ 回路遮断器トリップ関数

Claims (3)

1. トリップ装置（４）に地絡トリップ関数を設定する方法（２０）であって、
   前記トリップ装置（４）の地絡保護モードを有効にすることと、
   複数のトリップ関数（６０、８０）のうちの１つを前記トリップ装置（４）に設定することであって、前記複数のトリップ関数のうちの少なくとも１つが、地絡の徴候を感知するとただちに電流を遮断するトリップ特性を設定するＩ^４ｔ反限時関数（１００）であるように前記設定することと、
   電気回路（１０）の地絡を監視することと、を含む方法。
2. 前記複数のトリップ関数（６０、８０）のうちの１つを前記トリップ装置に設定することは、前記トリップ特性を設定する複数のＩ^４ｔ反限時関数（１００）のうちの１つを選択することを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記複数のトリップ関数のうちの１つを設定することは、前記トリップ装置（４）内に設けられたプロセッサ（８）を、前記複数のトリップ関数（６０、８０）のうちの１つを設定するようにプログラムすることを含む、請求項１に記載の方法。

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