JP2023003577A - 電子式回路遮断器 - Google Patents

Abstract

【課題】過電流引き外しを設定された時限特性で精度よく行うことができる電子式回路遮断器を得ること。【解決手段】電子式回路遮断器１００は、時限特性設定部８と、コンデンサ９１と、放電抵抗９５と、処理部１０とを備える。時限特性設定部８は、過電流引き外しの時限特性設定値を、可変抵抗８２の抵抗値により設定する。コンデンサ９１は、過電流に応じた充電が行われる。放電抵抗９５は、コンデンサ９１に並列に接続されコンデンサ９１の放電を行う。処理部１０は、電路１０３に流れる電流が定格電流を超える期間の電流の累積値である累積値が時限特性設定値を超えると判定した場合に過電流引き外し処理を行う。処理部１０は、処理部１０の動作開始時にコンデンサ９１の電圧に基づいて、過電流引き外し処理における累積値の初期値を設定する。可変抵抗８２は、逆流防止用ダイオード９３を介してコンデンサ９１に並列に接続される。【選択図】図１

Description

本開示は、過電流引き外しを行う電子式回路遮断器に関する。

従来、電路に過電流が流れた場合に、設定された時限特性で引き外し装置を動作させる過電流引き外し処理を行う処理部を備える電子式回路遮断器が知られている。この種の電子式回路遮断器では、電路に流れる電流から得られる電力で処理部が動作するため、負荷への電流である負荷電流が断続的に流れた場合、処理部が間欠的に動作する場合がある。そのため、特許文献１に記載されているように、過電流によって生じる熱エネルギーを模擬する熱エネルギー模擬回路が設けられている。

熱エネルギー模擬回路は、処理部によって過電流の大きさに応じた充電が行われるコンデンサとこのコンデンサの放電を行う放電抵抗とを含む。電子式回路遮断器の処理部は、電路に電流が流れて動作を再開する際に、過電流引き外し処理に用いる演算の初期値としてコンデンサの電圧を用いることで、過電流引き外しの精度を向上させている。

特開昭６０－１１３６１７号公報

しかしながら、従来の電子式回路遮断器では、負荷電流のオンオフ時間にかかわらず、放電抵抗の抵抗値が一定である。そのため、断続的な過電流が電路に流れる場合、設定された時限特性で過電流引き外しが適切に行われない場合がある。

例えば、１秒流れて１２秒流れないことを繰り返す過電流などのようにオフ時間が長い断続的な過電流を想定して放電抵抗の抵抗値を大きくしたとする。この場合、例えば、０．５秒流れて０．５秒流れないことを繰り返すオフ時間が短い断続的な過電流が電路に流れると、放電抵抗でコンデンサの電荷を放電しきれずに、コンデンサに充電電圧が加算され続ける可能性がある。コンデンサに電荷が加算され続けると、過電流引き外しの時限特性を下回る過電流でも、過電流引き外しが行われて、誤動作する。

また、オフ時間が短い断続的な過電流を想定して放電抵抗の抵抗値を小さくしたとする。この場合、オフ時間が長い断続的な過電流が電路に流れた場合、オフ時間の間にコンデンサの電圧が放電抵抗による放電によりゼロになり、過電流引き外しの時限特性以上の過電流でも、過電流引き外しが実行されない可能性がある。

本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、過電流引き外しを設定された時限特性で精度よく行うことができる電子式回路遮断器を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示の電子式回路遮断器は、開閉接点と、引き外し装置と、時限特性設定部と、コンデンサと、放電抵抗と、処理部とを備える。開閉接点は、電路を開閉する。引き外し装置は、開閉接点を閉状態から開状態にする。時限特性設定部は、電路に流れる過電流に応じて開閉接点を閉状態から開状態にする過電流引き外しの時限特性設定値を、可変抵抗の抵抗値により設定する。コンデンサは、過電流に応じた充電が行われる。放電抵抗は、コンデンサに並列に接続されコンデンサの放電を行う。処理部は、電路に流れる電流が定格電流を超える期間の電流の累積値が時限特性設定値を超えると判定した場合に、引き外し装置を制御して開閉接点を閉状態から開状態にする過電流引き外し処理を行う。処理部は、処理部の動作開始時にコンデンサの電圧に基づいて、過電流引き外し処理における累積値の初期値を設定する。可変抵抗は、逆流防止用ダイオードを介してコンデンサに並列に接続される。

本開示によれば、過電流引き外しを設定された時限特性で精度よく行うことができる、という効果を奏する。

実施の形態１にかかる電子式回路遮断器の構成の一例を示す図 実施の形態１にかかる電子式回路遮断器の実効値演算部による電流実効値の算出方法を説明するための図 実施の形態１にかかる電子式回路遮断器の熱エネルギー模擬回路におけるコンデンサの充放電を説明するための図 実施の形態１にかかる電子式回路遮断器の処理部による処理の一例を示すフローチャート 実施の形態１にかかる電子式回路遮断器の処理部のハードウェア構成の一例を示す図 実施の形態２にかかる電子式回路遮断器の構成の一例を示す図

以下に、実施の形態にかかる電子式回路遮断器を図面に基づいて詳細に説明する。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１にかかる電子式回路遮断器の構成の一例を示す図である。図１に示すように、実施の形態１にかかる電子式回路遮断器１００は、電源１０１と負荷１０２とを接続する電路１０３の開閉を行う。なお、電源１０１と負荷１０２とを接続する電路１０３は、例えば、３相３線式の電路、単相２線式の電路、単相３線式の電路、または３相４線式の電路などの交流電路である。負荷１０２は、例えば、１以上の電気機器または電気設備などを含む。以下において、電源１０１から電路１０３を介して負荷１０２へ流れる電流を負荷電流と記載する場合がある。

電子式回路遮断器１００は、開閉接点１と、変流器２と、整流回路３と、電源回路４と、波形変換回路５と、引き外し回路６と、引き外し装置７と、時限特性設定部８と、熱エネルギー模擬回路９と、処理部１０とを備える。

開閉接点１は、不図示の固定接点と不図示の可動接点とを含み、電路１０３を開閉する。開閉接点１における固定接点と可動接点との接触によって電路１０３が閉状態にされて電源１０１と負荷１０２とが接続され、固定接点と可動接点との開離によって電路１０３が開状態にされて電源１０１と負荷１０２との接続が遮断される。以下において、固定接点と可動接点との開離を開閉接点１の開離と記載する場合がある。

変流器２は、電路１０３に流れる電流を検出し、電路１０３に流れる電流に正比例する電流を出力する。変流器２は、例えば、電路１０３が挿通される環状鉄心と、環状鉄心に巻き付けられた二次側コイルとを有し、二次側コイルから電流を出力する。

整流回路３は、変流器２の二次側に接続され、変流器２の二次側から出力される電流を整流する。整流回路３は、例えば、ダイオードブリッジによって構成される。電源回路４は、整流回路３の出力側に接続され、整流回路３によって整流された電流から電子式回路遮断器１００の処理部１０などを動作させるための電源電圧を生成し、生成した電源電圧を出力する。

波形変換回路５は、整流回路３の出力側に接続され、整流回路３によって整流された変流器２の電流をアナログ電圧信号へ変換する。処理部１０は、波形変換回路５から出力されるアナログ電圧信号に基づいて、引き外し信号を引き外し回路６へ出力する引き外し処理を行う。

処理部１０は、過電流引き外し処理において、波形変換回路５から出力されるアナログ電圧信号に基づいて、電路１０３に流れる電流が電子式回路遮断器１００において設定された過電流引き外しの時限特性を満たすか否かを判定する。そして、処理部１０は、電路１０３に流れる電流が過電流引き外しの時限特性を満たすと判定した場合に、引き外し信号を引き外し回路６へ出力する。以下において、過電流引き外しの時限特性を引き外し時限特性と記載する場合がある。

引き外し回路６は、処理部１０から引き外し信号が出力された場合に、引き外し装置７を駆動して開閉接点１の開離を引き外し装置７に実行させる。引き外し装置７は、例えば、電磁アクチュエータを含む。この場合、引き外し回路６は、処理部１０から引き外し信号が出力された場合に、引き外し装置７の電磁アクチュエータを駆動することで、開閉接点１を開離させるトリップ動作を引き外し装置７に実行させることで、過電流引き外しを行う。

時限特性設定部８は、引き外し時限特性を設定する。時限特性設定部８は、固定抵抗８１と、可変抵抗８２とを備えており、時限特性設定部８において、可変抵抗８２の抵抗値に応じた引き外し時限特性が設定される。固定抵抗８１と可変抵抗８２とは、電源電位とグランド電位との間に直列に接続されている。

図１に示す例では、固定抵抗８１は、一端が電源回路４の正極に接続され、他端が可変抵抗８２の一端に接続されている。また、可変抵抗８２の他端は電源回路４の負極に接続されている。固定抵抗８１と可変抵抗８２との接続点の電圧値は、処理部１０によって読み込まれ、読み込まれた電圧値が処理部１０において引き外し時限特性の設定値である時限特性設定値として用いられる。

時限特性設定部８は、図１に示す構成に限定されない。例えば、時限特性設定部８は、固定抵抗８１と可変抵抗８２との接続点とグランド電位との間に固定抵抗８１とは異なる固定抵抗と可変抵抗８２とを直列に接続した構成であってもよい。

熱エネルギー模擬回路９は、電子式回路遮断器１００に接続された負荷１０２に供給される電流によって電路１０３を構成する電線に蓄積される熱エネルギーを模擬するために用いられる。図１に示す例では、熱エネルギー模擬回路９は、コンデンサ９１と、逆流防止用ダイオード９２，９３と、充電抵抗９４と、放電抵抗９５と、スイッチング素子９６とを備える。

コンデンサ９１の正極は、逆流防止用ダイオード９２および充電抵抗９４を介して処理部１０に接続されている。そして、処理部１０による過電流検出時に処理部１０から過電流に応じて出力されるパルス電圧が逆流防止用ダイオード９２および充電抵抗９４を介してコンデンサ９１へ印加される。これにより、熱エネルギー模擬回路９において、電路１０３に過電流が流れた場合に電路１０３を構成する電線に蓄積される熱エネルギーに対応する量の電荷がコンデンサ９１に蓄積される。

これにより、コンデンサ９１には、処理部１０によって検出された過電流に応じた量の電荷が蓄積されてコンデンサ９１が充電される。なお、コンデンサ９１の負極は電源回路４の負極に接続され、逆流防止用ダイオード９２は、コンデンサ９１に蓄積された電荷が処理部１０へ逆流しないように設けられている。

放電抵抗９５は、コンデンサ９１に並列に接続されている。放電抵抗９５は、処理部１０の電圧がコンデンサ９１に印加されていない状態で、コンデンサ９１に蓄積された電荷をコンデンサ９１から放出させ、コンデンサ９１の放電を行う。

スイッチング素子９６の入力は処理部１０に接続され、スイッチング素子９６の出力は、コンデンサ９１に並列に接続されている。スイッチング素子９６は、処理部１０から出力される電圧によってオン状態になり、コンデンサ９１を瞬時に放電する。スイッチング素子９６は、例えば、バイポーラトランジスタである。この場合、スイッチング素子９６の入力は、ベースであり、スイッチング素子９６の出力は、コレクタおよびエミッタである。

逆流防止用ダイオード９３は、固定抵抗８１と可変抵抗８２との接続点と、コンデンサ９１の正極との間に接続され、固定抵抗８１と可変抵抗８２との接続点からコンデンサ９１の正極への電荷の逆流を防止する。コンデンサ９１は、逆流防止用ダイオード９３を介して、可変抵抗８２に並列接続されているため、処理部１０からコンデンサ９１への充電が行われていない期間において、放電抵抗９５と可変抵抗８２とによってコンデンサ９１の放電が行われる。

放電抵抗９５および可変抵抗８２は、電路１０３を構成する電線から過電流によって放出される熱エネルギーに対応する量の電荷がコンデンサ９１から放出されるように抵抗値が選択される。これにより、電路１０３に流れる電流が過電流でなくなった場合に電路１０３を構成する電線から放出される熱エネルギーに対応する量の電荷がコンデンサ９１から放出される。

処理部１０は、第１のＡＤ(Analog to Digital)変換部１１と、第２のＡＤ変換部１２と、第３のＡＤ変換部１３と、実効値演算部１４と、時限特性演算部１５と、充電ポート１６と、引き外し出力ポート１７と、放電ポート１８とを備える。処理部１０は、例えば、マイクロコンピュータである。

第１のＡＤ変換部１１は、波形変換回路５から出力されるアナログ電圧信号を予め設定された周期でデジタル信号に変換し、変換したデジタル信号を出力する。第１のＡＤ変換部１１から出力されるデジタル信号は、電路１０３に流れる電流の瞬時値を示すデジタル信号である。

第２のＡＤ変換部１２は、熱エネルギー模擬回路９におけるコンデンサ９１の電圧値を検出し、検出したコンデンサ９１の電圧値をデジタル信号に変換する。第２のＡＤ変換部１２は、変換したデジタル信号を出力する。

第３のＡＤ変換部１３は、時限特性設定部８における固定抵抗８１と可変抵抗８２との接続点の電圧値を検出し、かかる接続点の電圧値をデジタル信号に変換する。第３のＡＤ変換部１３は、変換したデジタル信号を出力する。第３のＡＤ変換部１３から出力されるデジタル信号は、引き外し時限特性の設定値である時限特性設定値を示すデジタル信号である。

なお、図１に示す例では、第３のＡＤ変換部１３は、時限特性設定部８における可変抵抗８２の両端電圧値を検出するが、かかる例に限定されない。例えば、固定抵抗８１と可変抵抗８２との接続点とグランド電位との間に固定抵抗８１とは異なる固定抵抗と可変抵抗８２とが直列に接続されているとする。この場合、固定抵抗８１とは異なる固定抵抗の両端電圧値と可変抵抗８２の両端電圧値とを加算した値が第３のＡＤ変換部１３によって検出される。

第１のＡＤ変換部１１は、予め設定されたサンプリング周期Δｔで波形変換回路５のアナログ電圧信号をサンプリングしてデジタル信号へ変換する。そして、実効値演算部１４は、予め設定された期間ＴＡにおいて第１のＡＤ変換部１１から出力されるデジタル信号に基づいて、電路１０３に流れる電流の実効値である電流実効値をサンプリング周期Δｔ毎に算出する。

実効値演算部１４は、例えば、下記式（１）の演算によって、電流実効値の２乗値を便宜的に電流実効値Ｉとして算出する。下記式（１）において、「Ｉ^２」は、電流実効値の２乗値であり、「ｉ」は、第１のＡＤ変換部１１から出力されるデジタル信号で示される電流瞬時値であり、「ｍ」は、第１のＡＤ変換部１１による電流瞬時値のサンプリング数である。

図２は、実施の形態１にかかる電子式回路遮断器の実効値演算部による電流実効値の算出方法を説明するための図である。図２に示す例では、実効値演算部１４は、予め設定された期間ＴＡにおいて第１のＡＤ変換部１１からサンプリング周期Δｔで出力されるデジタル信号で示される電流瞬時値を２乗移動平均することで、電流実効値の２乗値を求める。なお、実効値演算部１４は、電流実効値の２乗値の平方根を算出して、電流実効値を求めることもできる。以下において、電流実効値の２乗値を電流実効値Ｉ^２と記載する場合がある。

予め設定された期間ＴＡは、電路１０３に流れる交流電流の周波数が５０Ｈｚである場合、電路１０３に流れる交流電流の２．５周期分の期間であり、電路１０３に流れる交流電流の６０Ｈｚの場合、電路１０３に流れる交流電流の３周期分の期間である。図２に示す例では、予め設定された期間ＴＡにおけるサンプリング数ｍは、３０であるが、かかる例に限定されない。

図１に示す時限特性演算部１５は、実効値演算部１４によって算出された電流実効値Ｉ^２と定格電流値Ｉｃ^２とを比較し、電流実効値Ｉ^２が定格電流値Ｉｃ^２を超えたか否かを処理周期毎に判定する。時限特性演算部１５の処理周期は、サンプリング周期Δｔと同じである。また、定格電流値Ｉｃ^２は、定格電流値Ｉｃの２乗値である。

時限特性演算部１５は、電流実効値Ｉ^２が定格電流値Ｉｃ^２を超えている期間は、電流実効値Ｉ^２を累積することで、電流累積値を算出する。時限特性演算部１５は、電流実効値Ｉ^２が定格電流値Ｉｃ^２を超えていない期間は、電流累積値から予め設定された値を処理周期毎に減算する。予め設定された値は、電路１０３に流れる電流が過電流の状態から定格電流値以下になったことによる電路１０３を構成する電線の熱エネルギーの減少を模擬した値に設定される。

なお、実効値演算部１４は、電流実効値Ｉ^２に代えて、電流実効値Ｉを算出することができる。この場合、時限特性演算部１５は、電流実効値Ｉ^２が定格電流値Ｉｃ^２を超えているか否かに代えて、電流実効値Ｉが定格電流値Ｉｃを超えているか否かを判定して、電流累積値を算出する。

時限特性演算部１５は、例えば、電流実効値Ｉ^２を累積するための累積加算カウンタを有しており、かかる累積加算カウンタによって電流累積値の算出が行われる。この場合、時限特性演算部１５は、電流実効値Ｉ^２が定格電流値Ｉｃ^２を超えている期間において、処理周期毎の電流実効値Ｉ^２を累積加算カウンタで累積する。また、時限特性演算部１５は、電流実効値Ｉ^２が定格電流値Ｉｃ^２を超えていない期間において、累積加算カウンタから電流累積値から予め設定された値を処理周期毎に減算する。

また、時限特性演算部１５は、電流実効値Ｉ^２が定格電流値Ｉｃ^２を超えている期間において、定格電流値Ｉｃ^２に対応するパルス電圧を充電ポート１６から出力させてコンデンサ９１を充電する。これにより、電路１０３を構成する電線から放出される熱エネルギーを模擬したコンデンサ９１への充電が行われる。

充電ポート１６から出力されるパルス電圧は、電路１０３を構成する電線から放出される熱エネルギーを模擬できるパルス長のパルス電圧であり、例えば、定格電流値Ｉｃ^２に正比例するパルス電圧である。なお、充電ポート１６の出力電圧が可変である場合、時限特性演算部１５は、算出した電流累積値に応じた電圧を充電ポート１６から出力させることもできる。

時限特性演算部１５は、第３のＡＤ変換部１３から出力されるデジタル信号で示される時限特性設定値と累積電流値とを比較し、累積電流値が時限特性設定値以上になった場合に、引き外し出力ポート１７から引き外し回路６へ引き外し信号を出力させる。これにより、引き外し装置７によってトリップ動作として過電流引き外しが実行される。

また、時限特性演算部１５は、例えば、累積電流値が時限特性設定値以上になった場合に、放電ポート１８からスイッチング素子９６のベースへ放電信号を出力させる。スイッチング素子９６のコレクタとエミッタとはコンデンサ９１の両端に接続されており、放電ポート１８から出力されると、スイッチング素子９６がオン状態になるため、コンデンサ９１の電圧が瞬間的に０［Ｖ］になる。

処理部１０は、電源回路４から出力される電圧で動作するが、電路１０３に負荷電流が流れていない場合、変流器２から電流が出力されないため、整流回路３から電流が供給されないことから、処理部１０を動作させるための電圧が電源回路４から供給できない。そのため、電路１０３に負荷電流が断続的に流れる場合、処理部１０は、間欠的に動作し、オンオフを繰り返す。処理部１０がオフ状態になった後に処理部１０がオン状態になるまでの期間は処理部１０によって把握できず、電路１０３を構成する電線に過電流によって蓄積された熱エネルギーの変化が不明になる。

そこで、上述したように、処理部１０は、電源回路４からの電源電圧の供給が開始されて動作を開始する際に、熱エネルギー模擬回路９のコンデンサ９１の電圧を読み取り、読み取ったコンデンサ９１の電圧を用いて電流累積値の初期値を設定する。例えば、処理部１０は、コンデンサ９１の電圧値を電流累積値の初期値として設定することができる。

電子式回路遮断器１００では、上述したように、時限特性設定部８の可変抵抗８２は、逆流防止用ダイオード９３を介してコンデンサ９１と並列に接続され、コンデンサ９１への充電が行われていない期間において、放電抵抗９５と共にコンデンサ９１の放電を行う。

そのため、電子式回路遮断器１００では、時限特性設定部８で設定される時限特性設定値に対応してコンデンサ９１の放電特性を変化させることができ、様々な断続的な負荷電流に対しても設定された時限特性設定値で精度よく過電流引き外しを行うことができる。以下、精度よく過電流引き外しをすることができる点について、具体的に説明する。

図３は、実施の形態１にかかる電子式回路遮断器の熱エネルギー模擬回路におけるコンデンサの充放電を説明するための図である。図３に示す例では、ｔ_１秒間の過電流オン期間とｔ_２秒間の過電流オフ期間とを交互に繰り返す負荷１０２が電子式回路遮断器１００に接続されている場合のコンデンサ９１の電圧の変化を示している。過電流オン期間は、電路１０３に過電流が流れる期間であり、過電流オフ期間は、電路１０３に過電流が流れない期間である。

充電ポート１６から出力されるパルス電圧が「Ｖ_Ｐ」であるとすると、最初の過電流がｔ_１秒間流れたときのコンデンサ９１の充電後の電圧Ｖ_ＣＨ１は、下記式（２）で表される。下記式（２）において、「Ｃ_ＴＭ」はコンデンサ９１の静電容量であり、「Ｒ_ＣＨ」は、充電抵抗９４の抵抗値である。

最初の過電流がｔ_１秒間流れた後に電流がｔ_２秒間流れない場合、コンデンサ９１の放電がｔ_２秒間行われる。ｔ_２秒間の放電後におけるコンデンサ９１の電圧を「Ｖ_ＴＭ１」とし、放電抵抗９５と可変抵抗８２との合成抵抗の抵抗値を「Ｒ_ＴＭ」とすると、ｔ_２秒間の放電が行われたコンデンサ９１の放電後の電圧Ｖ_ＴＭ１は、下記式（３）で表される。

さらに２回目の過電流がｔ_１秒間流れた後のコンデンサ９１の充電後の電圧Ｖ_ＣＨ２は、図３に示すように０Ｖから放電後の電圧Ｖ_ＴＭ１までの充電時間をｔ_３秒とすると、下記式（４）で表される。

また、放電後の電圧Ｖ_ＴＭ１は、充電時間ｔ_３を用いて、下記式（５）で表される。

０Ｖから放電後の電圧Ｖ_ＴＭ１までの充電時間ｔ_３は、上記式（５）を変形することで、下記式（６）で表される。かかる充電時間ｔ_３を上記式（４）に代入することで、２回目の過電流がｔ_１秒間流れた後のコンデンサ９１の充電後の電圧Ｖ_ＣＨ２を算出することができる。

２回目の過電流がｔ_１秒間流れた後に電流がｔ_２秒間流れない場合、コンデンサ９１の放電がｔ_２秒間行われる。２回目の放電後におけるコンデンサ９１の電圧を「Ｖ_ＴＭ２」とすると、２回目の放電後の電圧Ｖ_ＴＭ２は、２回目の充電後の電圧Ｖ_ＣＨ２を上記式（３）に代入することで算出することができる。この場合、上記式（３）において、電圧Ｖ_ＣＨ１が電圧Ｖ_ＣＨ２に置き換えられ、電圧Ｖ_ＴＭ１が電圧Ｖ_ＴＭ２に置き換えられる。

２回目の放電後の電圧Ｖ_ＴＭ２から、上記式（６）を用いて、ｔ_３を算出することで、上記式（４）を用いて、３回目の充電後の電圧Ｖ_ＣＨ３を算出することができる。この場合、上記式（６），（５）において、電圧Ｖ_ＴＭ１が電圧Ｖ_ＴＭ２に置き換えられ、上記式（４）において、電圧Ｖ_ＣＨ２が電圧Ｖ_ＣＨ３に置き換えられる。このような算出を繰り返すことで、ｎ回目の充電後の飽和電圧Ｖ_ＣＨｎを算出することができる。実際には、充電後の電圧Ｖ_ＣＨが高くなってくると、放出される電荷も多くなるため、図３に示すように、ｎ回目の充電後の飽和電圧Ｖ_ＣＨｎは、ある電圧で飽和することとなる。

ここで、ｔ_１＝１［秒］とし、ｔ_２＝３［秒］とし、Ｖ_Ｐ＝３．３［Ｖ］とし、Ｒ_ＣＨ＝１５０［ｋΩ］とし、Ｃ_ＴＭ＝４７［μＦ］とする。「Ｖ_Ｐ」は、充電ポート１６から出力されるパルス電圧であり、「Ｒ_ＣＨ」は、放電抵抗９５と可変抵抗８２との合成抵抗の抵抗値であり、「Ｃ_ＴＭ」はコンデンサ９１の静電容量である。

また、可変抵抗８２の抵抗値Ｒ_ｆ＝１［ＭΩ］のときの時限特性設定値がカウンタ値換算で２［Ｖ］であるとし、可変抵抗８２の抵抗値Ｒ_ｆ＝１３［ＭΩ］のときの時限特性設定値がカウンタ値換算で３［Ｖ］であるとする。また、計算を簡略化するため、電路１０３に過電流が流れているときは常に充電ポート１６から電圧を出力しているものとする。

上述した条件において、従来の電子式回路遮断器の場合の動作と、実施の形態１にかかる電子式回路遮断器１００の場合の動作とを説明する。まず、従来の電子式回路遮断器の場合の動作について説明する。なお、Ｒ_ＤＣＨ＝１［ＭΩ］とする。「Ｒ_ＤＣＨ」は、放電抵抗９５の抵抗値である。

従来の電子式回路遮断器の場合、放電抵抗９５と可変抵抗８２とは互いに独立している。そのため、合成抵抗の抵抗値Ｒ_ＴＭを放電抵抗９５の抵抗値Ｒ_ＤＣＨに置き換えた上記式（２）～（６）の演算により、コンデンサ９１の飽和電圧Ｖ_ＣＨｎは、約２．３［Ｖ］であり、約２．３［Ｖ］までコンデンサ９１の充電が可能である。

そして、可変抵抗８２の抵抗値Ｒ_ｆが１［ＭΩ］のときは、コンデンサ９１の飽和電圧Ｖ_ＣＨｎが時限特性設定値を超えるため、時限特性演算部１５は、過電流引き外しを実行することができる。しかし、可変抵抗８２の抵抗値Ｒ_ｆが１３［ＭΩ］のとき、時限特性設定値は３［Ｖ］であるのに対して、コンデンサ９１の飽和電圧Ｖ_ＣＨｎは、約２．３［Ｖ］で時限特性設定値を超えないため、時限特性演算部１５は、過電流引き外しを実行することができない。

次に、実施の形態１にかかる電子式回路遮断器１００の場合の動作について説明する。可変抵抗８２の抵抗値Ｒ_ｆが１［ＭΩ］であり、放電抵抗９５の抵抗値Ｒ_ＤＣＨが３０［ＭΩ］であるとすると、可変抵抗８２と放電抵抗９５との合成抵抗の抵抗値Ｒ_ＴＭは、約１［ＭΩ］である。この場合、コンデンサ９１の飽和電圧Ｖ_ＣＨｎは、約２．３［Ｖ］であり、約２．３［Ｖ］までコンデンサ９１の充電が可能である。したがって、電子式回路遮断器１００は、従来の電子式回路遮断器の場合と同様に、時限特性演算部１５は、過電流引き外しを実行することができる。

また、可変抵抗８２の抵抗値Ｒ_ｆが１３［ＭΩ］であり、放電抵抗９５の抵抗値Ｒ_ＤＣＨが３０［ＭΩ］であるとすると、可変抵抗８２と放電抵抗９５との合成抵抗の抵抗値Ｒ_ＴＭは、約９［ＭΩ］である。この場合、上記式（２）～（６）により、コンデンサ９１の飽和電圧Ｖ_ＣＨｎは、約３．１［Ｖ］であり、約３．１［Ｖ］までコンデンサ９１の充電が可能である。上述したように、可変抵抗８２の抵抗値Ｒ_ｆが１３［ＭΩ］のときの時限特性設定値はカウンタ値換算で３［Ｖ］であるため、コンデンサ９１の飽和電圧Ｖ_ＣＨｎが閾値を超えるため、時限特性演算部１５は、過電流引き外しを実行することができる。

このように、電子式回路遮断器１００では、可変抵抗８２は、逆流防止用ダイオード９３を介してコンデンサ９１と並列に接続され、コンデンサ９１への充電が行われていない期間において、放電抵抗９５と共にコンデンサ９１の放電を行う。そのため、電子式回路遮断器１００では、時限特性設定部８で設定される時限特性設定値に対応してコンデンサ９１の放電特性を変化させることができる。これにより、電子式回路遮断器１００は、様々な断続的な負荷電流に対しても設定された時限特性設定値で精度よく過電流引き外しを実行することができる。

つづいて、フローチャートを用いて電子式回路遮断器１００の処理部１０による処理を説明する。図４は、実施の形態１にかかる電子式回路遮断器の処理部による処理の一例を示すフローチャートである。

図４に示すように、電子式回路遮断器１００の処理部１０は、電源回路４からの電源電圧の供給が開始されると、各種の初期設定を行い（ステップＳ１０）、コンデンサ９１の電圧値であるコンデンサ電圧値を読み込む（ステップＳ１１）。そして、処理部１０は、読み込んだコンデンサ電圧値または読み込んだコンデンサ電圧値に応じた値を電流累積値の初期値としてセットする（ステップＳ１２）。

次に、処理部１０は、電流実効値Ｉ^２を算出し（ステップＳ１３）、算出した電流実効値Ｉ^２が定格電流値Ｉｃ^２を超えているか否かを判定する（ステップＳ１４）。処理部１０は、電流実効値Ｉ^２が定格電流値Ｉｃ^２を超えていないと判定した場合（ステップＳ１４：Ｎｏ）、累積加算カウンタの値である累積加算カウンタ値を減算し（ステップＳ１５）、処理をステップＳ１３に移行する。

また、処理部１０は、電流実効値Ｉ^２が定格電流値Ｉｃ^２を超えていると判定した場合（ステップＳ１４：Ｙｅｓ）、ステップＳ１３で算出した電流実効値Ｉ^２を累積加算カウンタ値に加算する（ステップＳ１６）。

次に、処理部１０は、累積加算カウンタ値が時限特性設定値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１７）。処理部１０は、累積加算カウンタ値が時限特性設定値以上であると判定した場合（ステップＳ１７：Ｙｅｓ）、引き外し信号を引き外し回路６へ出力する（ステップＳ１８）。

処理部１０は、累積加算カウンタ値が時限特性設定値以上ではないと判定した場合（ステップＳ１７：Ｎｏ）、累積加算カウンタ値がコンデンサ電圧値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１９）。処理部１０は、累積加算カウンタ値がコンデンサ電圧値以上ではないと判定した場合（ステップＳ１９：Ｎｏ）、処理をステップＳ１３に移行する。また、処理部１０は、累積加算カウンタ値がコンデンサ電圧値以上であると判定した場合（ステップＳ１９：Ｙｅｓ）、コンデンサ９１にパルス電圧を出力してコンデンサ９１を充電する（ステップＳ２０）。

処理部１０は、動作終了タイミングになったか否かを判定する（ステップＳ２１）。処理部１０は、電源回路４から出力される電圧が閾値以下になった場合に、動作終了タイミングになったと判定する。処理部１０は、動作終了タイミングになっていないと判定した場合（ステップＳ２１：Ｎｏ）、処理をステップＳ１３に移行する。また、処理部１０は、ステップＳ１８の処理が終了した場合、または動作終了タイミングになったと判定した場合（ステップＳ２１：Ｙｅｓ）、動作を停止し、図４に示す処理を終了する。

図５は、実施の形態１にかかる電子式回路遮断器の処理部のハードウェア構成の一例を示す図である。図５に示すように、電子式回路遮断器１００の処理部１０は、プロセッサ２０１と、メモリ２０２と、入出力部２０３とを備えるコンピュータを含む。

プロセッサ２０１、メモリ２０２、および入出力部２０３は、例えば、バス２０４によって互いに情報の送受信が可能である。第１のＡＤ変換部１１、第２のＡＤ変換部１２、第３のＡＤ変換部１３、充電ポート１６、引き外し出力ポート１７、および放電ポート１８などは、入出力部２０３で実現される。プロセッサ２０１は、メモリ２０２に記憶されたプログラムを読み出して実行することによって、処理部１０の機能を実行する。プロセッサ２０１は、例えば、処理回路の一例であり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、およびシステムＬＳＩ（Large Scale Integration）のうち一つ以上を含む。

メモリ２０２は、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）、およびＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）のうち一つ以上を含む。また、メモリ２０２は、コンピュータが読み取り可能なプログラムが記録された記録媒体を含む。かかる記録媒体は、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルメモリ、光ディスク、コンパクトディスク、およびＤＶＤ（Digital Versatile Disc）のうち一つ以上を含む。なお、電子式回路遮断器１００の処理部１０は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）およびＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などの集積回路を含んでいてもよい。

以上のように、実施の形態１にかかる電子式回路遮断器１００は、開閉接点１と、引き外し装置７と、時限特性設定部８と、コンデンサ９１と、放電抵抗９５と、処理部１０とを備える。開閉接点１は、電路１０３を開閉する。引き外し装置７は、開閉接点１を閉状態から開状態にする。時限特性設定部８は、電路に流れる過電流に応じて開閉接点１を閉状態から開状態にする過電流引き外しの時限特性設定値を、可変抵抗８２の抵抗値により設定する。コンデンサ９１は、過電流に応じた充電が行われる。放電抵抗９５は、コンデンサ９１に並列に接続されコンデンサ９１の放電を行う。処理部１０は、電路１０３に流れる電流が定格電流を超える期間の電流の累積値である電流累積値が時限特性設定値を超えると判定した場合に、引き外し装置７を制御して開閉接点１を閉状態から開状態にする過電流引き外し処理を行う。処理部１０は、処理部１０の動作開始時にコンデンサ９１の電圧に基づいて、過電流引き外し処理における電流累積値の初期値を設定する。可変抵抗８２は、逆流防止用ダイオード９３を介してコンデンサ９１に並列に接続される。これにより、電子式回路遮断器１００は、過電流引き外しを設定された時限特性で精度よく行うことができる。

実施の形態２．
実施の形態２にかかる電子式回路遮断器は、熱エネルギー模擬回路のコンデンサへの充電用電源回路をさらに備える点、および熱エネルギー模擬回路のコンデンサへの充電回路を複数系統備える点で、実施の形態１にかかる電子式回路遮断器１００と異なる。以下においては、実施の形態１と同様の機能を有する構成要素については同一符号を付して説明を省略し、実施の形態１の電子式回路遮断器１００と異なる点を中心に説明する。

図６は、実施の形態２にかかる電子式回路遮断器の構成の一例を示す図である。図６に示す電子式回路遮断器１００Ａは、電源回路４、熱エネルギー模擬回路９、および処理部１０に代えて、第１の電源回路４Ａ、第２の電源回路４Ｂ、熱エネルギー模擬回路９Ａ、および処理部１０Ａを備える点で、電子式回路遮断器１００と異なる。

第１の電源回路４Ａは、処理部１０Ａおよび時限特性設定部８へ電圧を供給する。第２の電源回路４Ｂは、熱エネルギー模擬回路９Ａのコンデンサ９１への充電用電源回路であり、熱エネルギー模擬回路９Ａへ電圧を供給する。第２の電源回路４Ｂから出力される電圧は、第１の電源回路４Ａから出力される電圧よりも高いため、熱エネルギー模擬回路９Ａのコンデンサ９１への充電を高速で行うことができる。

処理部１０Ａは、充電ポート１６に代えて、第１の充電ポート１６Ａおよび第２の充電ポート１６Ｂを備える。時限特性演算部１５は、電流実効値Ｉ^２が定格電流値Ｉｃ^２を超えている期間において、定格電流値Ｉｃ^２に対応するパルス電圧を第１の充電ポート１６Ａおよび第２の充電ポート１６Ｂから出力させる。

熱エネルギー模擬回路９Ａは、充電抵抗９４および逆流防止用ダイオード９２に代えて、第１の充電抵抗９４Ａ、第２の充電抵抗９４Ｂ、第１のスイッチング素子９７Ａ、第２のスイッチング素子９７Ｂ、および逆流防止用ダイオード９８を備える点で、熱エネルギー模擬回路９と異なる。第１のスイッチング素子９７Ａおよび第２のスイッチング素子９７Ｂは、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）であるが、バイポーラトランジスタなどであってもよい。

逆流防止用ダイオード９８のアノードは、第２の電源回路４Ｂに接続され、第２の電源回路４Ｂから出力される電源電圧が印加される。逆流防止用ダイオード９８のカソードは、第１のスイッチング素子９７Ａおよび第２のスイッチング素子９７Ｂのドレインに接続されている。第１のスイッチング素子９７Ａのソースは、第１の充電抵抗９４Ａの一端に接続されている。

第２のスイッチング素子９７Ｂのソースは、第２の充電抵抗９４Ｂの一端に接続され、第１の充電抵抗９４Ａの他端および第２の充電抵抗９４Ｂの他端はコンデンサ９１の一端に接続されている。第１のスイッチング素子９７Ａのゲートは、第１の充電ポート１６Ａに接続されており、第２のスイッチング素子９７Ｂのゲートは、第２の充電ポート１６Ｂに接続されている。

第１のスイッチング素子９７Ａおよび第１の充電抵抗９４Ａによって、第１の充電回路が構成され、第２のスイッチング素子９７Ｂおよび第２の充電抵抗９４Ｂによって、第２の充電回路が構成される。このように、電子式回路遮断器１００Ａには２系統の充電回路が構成される。

時限特性演算部１５は、第３のＡＤ変換部１３によってデジタル信号に変換された時限特性設定値に応じてパルス電圧を第１の充電ポート１６Ａまたは第２の充電ポート１６Ｂ、またはその両方から出力させることで、第１の充電回路および第２の充電回路の一方または両方からコンデンサ９１へ電流を供給させることができる。これにより、第１の充電回路および第２の充電回路は、第１の充電ポート１６Ａおよび第２の充電ポート１６Ｂの出力特性によらず、過電流に応じたコンデンサ９１への充電を高速に行うことができる。

なお、電子式回路遮断器１００Ａにおいて、第２の充電ポート１６Ｂおよび第２の充電回路を設けない構成であってもよい。この場合であっても、第１の電源回路４Ａよりも電圧が高い第２の電源回路４Ｂの電圧を使用してコンデンサ９１の充電を行うことができるため、過電流に応じたコンデンサ９１への充電を高速に行うことができる。

また、図６に示す電子式回路遮断器１００Ａでは、充電回路が第１の充電回路および第２の充電回路の２系統であるが、充電回路は３系統以上であってもよい。

実施の形態２にかかる電子式回路遮断器１００Ａの処理部１０Ａのハードウェア構成例は、図５に示す電子式回路遮断器１００の処理部１０のハードウェア構成と同じである。プロセッサ２０１は、メモリ２０２に記憶されたプログラムを読み出して実行することによって、処理部１０Ａの機能を実行することができる。

以上のように、実施の形態２にかかる電子式回路遮断器１００Ａは、処理部１０Ａを動作させるための第１の電源回路４Ａと、コンデンサ９１を充電するための第２の電源回路４Ｂとを備える。第２の電源回路４Ｂの出力電圧は、第１の電源回路４Ａの出力電圧より高い。これにより、電子式回路遮断器１００Ａは、過電流に応じたコンデンサ９１への充電を高速に行うことができ、過電流引き外しを設定された時限特性で精度よく行うことができる。

また、電子式回路遮断器１００Ａは、コンデンサ９１を充電する複数系統の充電回路を備える。これにより、電子式回路遮断器１００Ａは、過電流に応じたコンデンサ９１への充電をより高速に行うことができ、過電流引き外しを設定された時限特性で精度よく行うことができる。

以上の実施の形態に示した構成は、一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、実施の形態同士を組み合わせることも可能であるし、要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１ 開閉接点、２ 変流器、３ 整流回路、４電源回路、４Ａ 第１の電源回路、４Ｂ 第２の電源回路、５ 波形変換回路、６ 引き外し回路、７ 引き外し装置、８ 時限特性設定部、９，９Ａ 熱エネルギー模擬回路、１０，１０Ａ 処理部、１１ 第１のＡＤ変換部、１２ 第２のＡＤ変換部、１３ 第３のＡＤ変換部、１４ 実効値演算部、１５ 時限特性演算部、１６ 充電ポート、１６Ａ 第１の充電ポート、１６Ｂ 第２の充電ポート、１７ 引き外し出力ポート、１８ 放電ポート、８１ 固定抵抗、８２ 可変抵抗、９１ コンデンサ、９２，９３，９８ 逆流防止用ダイオード、９４ 充電抵抗、９４Ａ 第１の充電抵抗、９４Ｂ 第２の充電抵抗、９５ 放電抵抗、９６ スイッチング素子、９７Ａ 第１のスイッチング素子、９７Ｂ 第２のスイッチング素子、１００，１００Ａ 電子式回路遮断器、１０１ 電源、１０２ 負荷、１０３ 電路。

Claims (3)

1. 電路を開閉する開閉接点と、
   前記開閉接点を閉状態から開状態にする引き外し装置と、
   前記電路に流れる過電流に応じて前記開閉接点を閉状態から開状態にする過電流引き外しの時限特性設定値を、可変抵抗の抵抗値により設定する時限特性設定部と、
   前記過電流に応じた充電が行われるコンデンサと、
   前記コンデンサに並列に接続され前記コンデンサの放電を行う放電抵抗と、
   前記電路に流れる電流が定格電流を超える期間の前記電流の累積値が前記時限特性設定値を超えると判定した場合に、前記引き外し装置を制御して前記開閉接点を閉状態から開状態にする過電流引き外し処理を行う処理部と、を備え、
   前記処理部は、
   当該処理部の動作開始時に前記コンデンサの電圧に基づいて、前記過電流引き外し処理における前記累積値の初期値を設定し、
   前記可変抵抗は、
   逆流防止用ダイオードを介して前記コンデンサに並列に接続される
   ことを特徴とする電子式回路遮断器。
2. 前記処理部を動作させるための第１の電源回路と、
   前記コンデンサを充電するための第２の電源回路と、を備え、
   前記第２の電源回路の出力電圧は、
   前記第１の電源回路の出力電圧より高い
   ことを特徴とする請求項１に記載の電子式回路遮断器。
3. 前記コンデンサを充電する複数系統の充電回路を備える
   ことを特徴とする請求項２に記載の電子式回路遮断器。

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