JP2509182B2 - 遮断器のデジタル固体引外し装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、遮断器のデジタル固体引外し装置に関する
ものである。マイクロプロセッサをベースとする固体引
外し装置の利点は周知であり、とくに多数の可能な機能
および設定を実現するために有利であることは良く知ら
れている。デジタル処理のために必要な時間はアナログ
処理のために必要な時間より長く、大電流短絡事故の場
合には、その遅れのために遮断器にとって有害な結果を
もたらすことがある。始動時、とくに遮断器が閉じてい
る場合の始動時には、装置は無視できない時間が経過し
た後で動作を開始し、障害時に閉じると、機器と遮断器
の保護が不十分となる。

本発明の目的は、アナログ装置の利点を有するデジタ
ル引外し装置を得ることである。

［発明の概要］ 本発明の引外し装置は、アナログ信号がデジタル処理
器とアナログ処理器へ並列に与えられ、そのアナログ処
理器は、ピックアップのレベルを越えた時に、瞬時引外
し命令を送り出すように構成され、その命令は前記引外
し装置へ送られる。

アナログ処理器は、センサと、デジタル引外し装置の
引外しリレーとを使用し、デジタル処理器のみがアナロ
グ処理器によりシャントされ、アナログ処理器はある瞬
時引外しのために動作する。このように、処理器を二重
に設けることにより引外し装置の安全性と信頼度が高く
なる。

本発明の別の実施例にしたがって、瞬時引外し機能を
デジタル処理器から得るように、始動期間中はアナログ
処理器のピックアップレベルは低くされる。このように
して機器と遮断器の両方が保護される。

（実施例） 以下、図面を参照して本発明を詳しく説明する。

（全体の構造） 第１図において、負荷（図示せず）に電力を供給する
４本の導線R,S,TおよびＮ（図示せず）を有する配電系
統が、回路を開放状態に遮断する遮断器10を有する。こ
の遮断器10の機構12は、永久磁石によりバイアスされて
いて励磁コイルにより永久磁石のバイアス磁界に対抗す
る磁界を形成することにより動作するリレー14によって
制御される。

そのリレーは、過負荷、短絡または地絡の場合に遮断
器を引外すことを指令する。各相導線R,S,Tに変流器16
が設けられる。その変流器16は、それが設けられている
導線を流れる電流に比例する信号を発生し、それらの信
号を全波整流ブリッジ18へ与える。

それら３個の整流ブリッジ18は、抵抗20と、ツェナー
ダイオード22と、ダイオード24とを含む直列回路に直列
接続され、抵抗20の端子に、導線R,S,Tを流れる電流の
最大値に比例する電圧信号を生じさせ、ツェナーダイオ
ード22とダイオード24との端子に電子回路への電源電圧
を生じさせる。前記電圧信号は、利得が異なる２つの増
幅器26,28の入力端子へ与えられる。それらの増幅器26,
28の出力端子は、マルチプレクサ29の入力端子1,3へそ
れぞれ接続されるとともに、分圧ブリッジ30,32へそれ
ぞれ接続される。それらの分圧ブリッジ30,32の中間点
は、マルチプレクサ29の入力端子2,4にそれぞれ接続さ
れる。増幅器26,28と分圧ブリッジ30,32は、電圧信号レ
ベル調整回路34に属する。

レベル調整回路34は、第３の増幅器36を有する。この
増幅器36は、３相変流器38からの信号を受ける。その３
相変流器38の１次巻線は、３相変流器38の環状鉄心の内
部を貫通する電源導線R,S,Tにより構成され、地絡事故
が生じた時に２次巻線40から信号が発生される。増幅器
36の出力端子は、マルチプレクサ29の入力端子５と分圧
ブリッジ41に接続される。その分圧ブリッジの中間点
は、マルチプレクサ29の入力端子６に接続される。マル
チプレクサ29の入力端子１〜６は、ダイオード44を介し
てトランジスタ42のエミッタへ並列に接続される。トラ
ンジスタ42のコレクタは接地され、ベースはマルチプレ
クサ29へ与えることができる最大値に対応する所定の電
圧、たとえば５ボルトにバイアスされる。

マルチプレクサ29は、４個の入力端子１〜４に相電流
を表す信号を受け、また入力端子5,6に地絡電流を表す
信号を受ける。それらの信号、とくに地絡電流を表す信
号はもちろん異る態様で発生でき、たとえば変流器16に
より供給される信号から発生される。

マルチプレクサ29、たとえばナショナル・セミコンダ
クタ社（National Semiconductor Corportion）製のADC
0808マルチプレクサは、マイクロプロセッサ48の出力端
子１に接続されているアドレスおよびモニタ線46により
制御される。マイクロプロセッサ48により与えられるア
ドレスに応じて、マルチプレクサ29の入力端子１〜６の
１つに与えられた信号が、マルチプレクサ29の出力端子
Ｓから８ビットのアナログ−デジタル（A-D）変換器50
へ与えられる。バス52がA-D変換器50の出力端子をマイ
クロプロセッサ48の入力端子２に接続する。

８個の多重化されたスイッチ72〜86のブロック54が、
バス52によりマイクロプロセッサ48へ接続され、かつア
ドレスリンク56によりマイクロプロセッサ48の端子３に
接続される。各スイッチ72〜86は、引外しパラメータの
８個所の設定位置を有する。これについては後で説明す
る。

制御命令と合図命令を７個の出力チャンネルS1〜S7へ
送るために、出力レジスタ58が６ビットリンク60と１ビ
ットリンク62によりマイクロプロセッサ48へ接続され
る。出力端子S1がリレー14に接続されて遮断器10の引外
しを制御し、遮断器の前面、とくに制御および引外し用
の回路および部品を納めているケースの制御パネル64に
接続される。出力端子S7は、アナログ引外し制御器に接
続される。

マイクロプロセッサ48に、実行プログラムと、アレイ
の形で格納されている永久データとを与えるために、不
揮発性ROM66がマイクロプロセッサ48の端子４に接続さ
れる。記録されたプログラムは、引外し装置により実行
される機能に対応する。１台の引外し装置をいくつかの
範囲の機能に対して設計でき、各機能範囲はもちろん自
身の特殊なプログラムを有する。選択されるプログラム
は製作時に、または好適な実施例に従ってROMに格納で
きる。種々のプログラムが種々のメモリに格納され、引
外し装置の組込み時に、適切なメモリを選択することに
より、引外し装置を用途に合わせて構成する。マイクロ
プロセッサ48の入力端子５に接続されているブロック68
に含まれている制御回路が、マイクロプロセッサを動作
させるために必要な回路、特に命令の実行の順序づけを
行うクロックや、リセットおよびアナログ回路を含む。

マイクロプロセッサとしては、たとえばモトローラ社
（Motorola Corporation）により販売されている、MC14
6805型マイクロプロセッサを使用できる。そのMC146805
型マイクロプロセッサは、CPU、インターフェイス、揮
発性RAM、演算装置のような標準のリソースを含む。上
記のデジタル引外し制御器は、整流ブリッジ18からのア
ナログ位相信号を受ける通常の瞬時引外し装置70が組合
される。この引外し装置70は、その位相信号を予め設定
されているピックアップ値と比較し、ピックアップレベ
ルに達した時に引外し命令を発生してリレー14へ送る。
引外し装置70の引外し速度は、デジタル引外し装置の引
外し速度より高い。

第１図およびそれについての説明は、引外し装置の動
作のために必要な素子についてのものであって、説明を
不必要に冗長にしないように、電源、バイアス抵抗、コ
ンデンサ、レジスタ、メモリのようなアナログ型および
デジタル型の付属部品を省いたことに注意すべきであ
る。

引外し特性 制御パネル64は、８個のスイッチ72〜86を含む。それ
らのスイッチは、第１図に示すブロック54の８個のスイ
ッチである。８個の位置スイッチは、それぞれ抵抗回路
網に組合されて、ブロック54が情報を求められた時にマ
イクロプロセッサ48へ送られた８種類の値のうちの１つ
を選択する。パネル64には、５個の発光ダイオードまた
は表示灯90〜98と試験器コネクタ88も含む。

本発明の引外し装置は、相異常および地絡事故の保護
機能と、負荷切離し機能との２種類のために使用でき
る。

１）地絡保護 第３図は、相保護引外しカーブと地絡保護引外しカー
ブとを対数目盛で示す。

この第３図のカーブと上述した第２図のパネルに配さ
れた各要素との動作上の相関関係を説明する。

長い遅延時間のILR、すなわちそれを越えると長い遅
延時間の引外しサイクルがトリガされるような電流密
度、をスイッチ80により調整できる。その時間が経過し
た後で、遮断器が引外し動作を行う時間は、電流密度に
依存する。その関係は、時間の逆数に比例し、I2 t＝T1
＝一定である。この関係は、第３図の右側のカーブ100
で対数座標で示されている。定数T1を変えるスイッチ78
により長い遅延時間を調整できる。

電流密度が第３図のピックアップ、この場合には短い
遅延時間のピックアップICRを越えると、引外し装置は
短い遅延時間の引外しをトリガする。その引外しは、長
い遅延時間の引外しの前に起る。短い遅延時間の引外し
を表すカーブは、関係I2 t＝T2により表される反限時部
分102と、一定時間T3の部分104との連続する２つの部分
により表される。スイッチ84は、短い遅延時間のピック
アップICRを調整し、スイッチ82は一定の短い遅延時間T
3のピックアップICRを調整する。一定時間特性から反限
時特性への切換えは、定電流値によりセットされる。

ピックアップICRより高く、かつスイッチ86により調
整できる第３のピックアップIINが瞬時引外しサイクル
をトリガする。その瞬時引外しサイクルの遅延時間T4
は、調整できない引外し装置の応答時間に対応する。

第４のピックアップIRより上では、瞬時アナログ引外
し装置70は正常な動作条件の下に動作して、遮断器10が
一層高速で開く。

第３図には、過負荷ピックアップIsも示されている。
この過負荷ピックアップIsの横座標は、長い遅延時間の
ピックアップILRの横座標より僅かに小さい。その過負
荷ピックアップを越えることは長い遅延時間のピックア
ップに近接し、引外しの危険があることを示す。スイッ
チ76は、過負荷ピックアップ設定Isを調節する。このピ
ックアップIsオーバーシュート信号を用いて、負荷切離
し制御、たとえば非優先回路を断つこと、を簡単に使用
できる。電流がピックアップIsより少い値に戻ると、出
力が直ちに無くなって、切離された回路が再び接続され
る。

地絡保護を表すカーブは、地絡保護ピックアップIPと
一定遅延時間T5を含む。ピックアップIPの設定はスイッ
チ74により調整でき、遅延時間T5の設定はスイッチ72に
より調整できる。

与えられた時刻における引外し装置の状態が、第３図
のカーブ上に表されている点90〜98に対応する発光ダイ
オードすなわち表示灯90〜98（第２図）により、パネル
64上に表示される。地絡保護ピックアップIP上の黒丸90
に対応する表示灯90は、地絡事故で遮断器10が引外しさ
れた時に点灯する。たとえばリセットボタンを押すとい
うような外部操作が行われるまで、その表示灯90は点灯
を続ける。第３図の過負荷ピックアップIsを越えた時に
表示灯92が点灯し、そのピックアップレベル以下に電流
が減少すると自動的に消灯する。

長い遅延時間のピックアップILRを越えた時に表示灯9
4が点灯し、その遅延時間が経過する前に、電流がその
ピックアップレベルより減少すると消灯する。長い遅延
時間回路により制御される過負荷引外しは表示灯96によ
り表示され、短い遅延および瞬時引外しにより表示灯98
が点灯する。表示灯96,98を消灯するには外部からの消
灯操作を必要とする。それらの設定技術と表示技術は、
この分野で良く知られているものであるから、それらに
ついて詳しく説明することは不要である。

多数の位置を有するスイッチ72〜86を用いることによ
り、または２個の設定手段の組合せを用いることによ
り、具体的にいえばスイッチ76とその他の設定スイッチ
を用いることにより、設定確度を高くできる。この種の
組合せにより64種類の設定位置が得られ、スイッチ76は
二重の機能を果し、ピックアップIsとILRの間隔を十分
に広くできる。この種の組合せを行うために独立したス
イッチを付加できる。

２）負荷切離し（Load-Shedding） 引き外しユニットが地絡事故機能を持たないとき、ス
イッチ72,74およびランプ90,92は、他の機能たとえば負
荷切り離しに用いることができる。

第４図のカーブで示されているように、同じ引外し装
置を別の保護のために使用できる。この保護において
は、位相保護引外しカーブは第３図に示す相保護引外し
カーブと同じであるが、地絡事故保護は行われない。こ
の機能に関連するスイッチ72と74および表示灯90,92を
利用でき、カーブ106,108により示されている負荷切離
し機能および復旧機能を行わせるためにソフトウェアが
修正される。長い遅延時間ピックアップILRより低い負
荷切離しピックアップIDE設定は、スイッチ72により調
整できる。その負荷切離し動作は、表示灯90により表示
される。負荷切離しピックアップIDEとは異って、それ
より低い負荷復旧ピックアップIREはスイッチ74により
調整でき、表示灯92により表示される。負荷切離しカー
ブ106は長い遅延時間保護カーブに平行な反限時特性カ
ーブであり、負荷復旧カーブ108は一定時間カーブであ
る。それらの設定は、長い遅延時間の引外しの前に負荷
切離しを常に行わせなければならない。

レベル調整回路 この引外し装置の種々の保護および機能を行わせるた
めには、広い電流測定範囲を必要とする。最低の長い遅
延ピックアップに対する0.4In（Inは定格電流）から、
最高瞬時引外しピックアップに対する12Inまでの全範囲
が達成される。すなわち、その電流測定範囲は30対１の
比である。十分に高い確度、とくに１％の分解能を得る
ために、0.4Inを表す数は少くとも値100を有しなければ
ならない。そうすると、最大電流12Inを表す数は3000と
なる。3000という数の符号化には12ビットを必要とする
が、12ビットA-D変換器は低速で、しかも高価である。

レベル調整回路34はアナログループの範囲を、１％の
確度を保ちながら、８ビットA-D変換器の範囲に適応さ
せる。そのために、14Inの最大電流に対応し、かつ最大
信号として入力端子に加えられた、たとえば５ボルトの
アナログ信号を変換するために増幅器26の利得が選択さ
れる。その最大信号はマルチプレクサ29の入力チャンネ
ル２に生じ、A-D変換器50の出力端子に値256としてデジ
タル化される。分圧比が２である分圧ブリッジ30が２倍
の信号をチャネル１へ与え、増幅器26の入力端子におけ
るアナログ信号が7Inより小さい間は最大値の５ボルト
は越えない。

同様に、増幅器28は1.7Inの電流値に対する最大信号
をマルチプレクサ29の入力端子４に与え、電流値0.85In
に対する最大信号を入力端子３へ与える。増幅器26,28
の利得の比は８であることが容易に分かる。マイクロプ
ロセッサ48は電流値に関してチャネル１〜４のうちの１
つを選択する。この例では、７〜14Inの電流に対してチ
ャネル２を、1.7〜7Inの電流に対してチャネル１を、0.
85〜1.7Inの電流に対してチャネル４を、0.85Inより少
い電流に対してチャネル３を選択する。マイクロプロセ
ッサ48は、信号の最初のレベルを再び設定するために、
選択したチャネルを考慮に入れた係数だけデジタル化を
増倍する。このレベル調整回路の動作が第５図の流れ図
に述べられている。

マイクロプロセッサ48は、チャネル２（14In）を作動
させ、対応する信号をデジタル化値する。その結果が値
128より大きいと、デジタル化値に16が乗ぜられてRAMに
格納される。その結果が128より小さいと、チャネル１
（7In）に対してデジタル化値が行われ、結果が64より
大きいと、デジタル化値に８が乗ぜられて、その結果が
RAMに格納される。その結果が64より小さいと、チャネ
ル４（1.7In）に対してデジタル化値が行われ、デジタ
ル化値が128より大きいとそれに２が乗ぜられてからメ
モリに格納される。結果が128より小さいと、チャネル
３（0.85In）に対してデジタル化が行われ、その結果が
そのままメモリに格納される。したがって、８ビットA-
D変換器50の範囲が0.4〜12Inの電流変化範囲に適合させ
られて、十分に高い確度が得られるようにする。チャネ
ルの数、したがって定格の数を増して確度を高くでき、
したがって振幅範囲を広くできること、または確度を低
くするためにチャネルの数を減少できることに注意すべ
きである。

再び第１図を参照すると、地絡事故信号がチャネル５
と６のみへ与えられることが分かるであろう。この信号
の範囲は相事故の信号の範囲より小さく、２つの定格で
十分である。マイクロプロセッサ48によるチャネル5,6
の選択は先に述べたようにして行われるから、ここでは
繰返さない。本発明に従ってマイクロプロセッサ29とレ
ベル調整回路34を使用することにより、アナログループ
の範囲とデジタルループの範囲を簡単に一致させること
ができる。アナログループは、変流器16とアナログデジ
タル変換器50との間を接続する引き外しユニットの全て
の要素を含んでいる。デジタルループはコンバータ50お
よびマイクロプロセッサ、さらにその組み合わせ回路を
持っている。パスを用いてループを置き換えるとより適
当である。

最後のピークにおける標本化および保持 アナログループからデジタルループへの切換えは、処
理された信号の標本化により表される。デジタル信号の
値は標本化期間全体を通じて一定で、その期間はマイク
ロプロセッサ48により設定される標本化周波数により決
定される。たとえば1.84ミリ秒であることの期間を、交
番周期が10ミリ秒である交番信号と比較せねばならな
い。そうすると、標本化により発生される誤差は無視で
きないことが明らかである。

第６図ａに示す波形は、全波整流されたアナログ信号
の時間に対する変化カーブ110と、A-D変換器50の出力端
子で得られる対応する標本のカーブ112とを示す。それ
らのカーブ110と112は上記誤差、とくに信号のピーク値
における、10％に達することもある誤差を示す。引外し
および引外し時間遅れを決定する、そのピーク値のレベ
ルは上記説明から明らかである。ピーク値測定における
誤差は引外し遅延時間に影響し、この不確実性は選択的
引外しをとくに妨げる。配電系統にはいくつかの遮断器
が直列に接続され、選択的引外しを行えるようにするた
めに、それらの遮断器の引外し特性が異ならせてあり、
障害点のすぐ前すなわちすぐ上流側の遮断器のみが開い
て障害点を遮断し、他の遮断器は閉じたままで、健全な
分岐へは電力供給が続けられることが知られている。

上流遮断器の非引外し時間が引外し時間、つまり障害
点の後すなわち下流側遮断器の全遮断時間より長い時
に、時間の識別が行われる。直列に設けられている遮断
器の第３図および第４図に示すような種類の引外しカー
ブおよび非引外しカーブは、それらのカーブの交差を避
けるために十分移動させねばならない。それらの識別の
問題、および事故を起していない設備は依然として電力
を供給しつつ、障害電流をできる限り迅速に遮断するた
めに、引外し時間と非引外し時間の差をできるだけ小さ
くすることが好ましいのは、この分野において良く知ら
れている。

本発明にしたがって、最後のピークすなわち所定時間
内に得られる最大のピーク値（MESURI、第６図ｄ参照）
を保持および格納し、最後のピークにおいて保持された
この値を処理することにより、標本化されたピーク側の
確度を高くして保護機能を行う。

第６図a,b,c,d,eのカーブで表されている５つの値
が、RAMに格納される。それらの値は次の通りである。

MESURI＝時刻において処理された標本電流の測定値。

MESURI-1＝時刻t-1において処理された標本電流の測定
値。

INTPHA＝最後のピークにおいて保持された、相電流の標
本化された値。

DERCRE＝値INTPHAより小さい最後のピークの値。

TEMPEC＝カウントダウンとして管理されることにより経
過した時間。

第７図は、処理の流れ図を表す。時刻t1においてマイ
クロプロセッサが呼出され、A-D変換器50により供給さ
れ標本化された電流測定信号MESURI（第６図ａ）を処理
する。この信号MESURIは、最後のピークにおいて保持さ
れた格納されている相電流信号INTPHA（第６図ｄ）と比
較される。MESURIがINTPHAより大きいとピーク値が増大
しているのであるから、INTPHA信号より小さい最後のピ
ーク値を表すDERCRE値がリセットされる。

MESURI値は、MESURI-1メモリ（第６図ｃ）とINTPHAメ
モリ（第６図ｄ）に格納される。カウントダウンを管理
するTEMPEC値（第６図ｅ）は最大値にセットされ、保護
機能を行うためにマイクロプロセッサ48により上記のよ
うにしてINTPHA値が処理される。

たとえば、アナログ信号の下降相すなわち減少してい
く期間に対応する時刻t2において、値MESURIが値INTPHA
より小さいとすると、測定値MESURIとMESURI-1が比較さ
れる。時刻t2においては測定値MESURIはMESURI-1より大
きくなく、MESURI-1メモリに入れられる。それから、TE
MPECが零に等しいかどうかについての検査が行われる。
TEMPECが零に等しいというのは時刻t2における場合では
ないから、TEMPECが減少させられる。電流INTPHAが処理
されて保護機能を行う。

次の交番波形の上昇相に対応する時刻t3においては、
測定値MESURIは電流INTPHAより依然として小さいが、ME
SURI-1より大きい（増加相すなわちアナログ信号の増加
する期間）。測定値MESURIがピーク値DERCREと比較さ
れ、MESURIがDERCREより大きいと、値MESURIをMESURI-1
メモリに入れる前記プログラムおよびその他のオペレー
ションを続行する前に、その値MESURIはメモリに入れら
れる。第６図に示す例については、第２の交番波形の標
本化されたピーク値は第１の交番波形のそれよりも小さ
く、処理のために保持され格納されているINTPHA値はそ
れより大きいピーク値であることが分かる。

実際には、アナログ信号の２つの交番波形は同一で、
標本化されたピーク値の場合は標本化処理の結果として
生じるものである。本発明に従って、最後のピークにお
いて保持することにより（この場合には第２のピークの
代わりに、より大きい第１のピークを保持することによ
って）、誤差は著しく減少する。第２のピークの値は、
DERCREメモリに一時的に格納される。

第３の交番波形の時刻t4においてはMESURIがINTPHAよ
り再び大きく、第１の交番波形について述べたやり方で
DERCREが零リセットされ、MESURIが値MESURI-1の代りに
用いられ、INTPHAがメモリに格納される。TEMPECは最大
値にリセットされ、新に標本化されたピーク値INTPHAが
保持される。

交番波形4,5の振幅は第３の交番波形の振幅より小さ
く、時刻t5において零に達するまでカウントダウンが正
常に続けられる。流れ図を参照すると、TEMPECが零に等
しく、DERCREが零とは異なる（これはt5の場合である）
ものとすると、メモリにおいて値INTPHAが値DERCREで代
えられ、DERCREは零リセットされる。

カウントダウン期間TEMPEC（この期間はたとえば22ミ
リ秒である）中は、メモリーに格納されている処理され
る値は、最後のピークにおいて保持され標本化された値
に対応すること、およびピーク値を再び越えるたびにカ
ウントダウンが再開されることを容易に理解できる。こ
の保持されている値は、それぞれの持続時間が10ミリ秒
である50Hzの交番電流に対して少くとも２つのピーク値
を考慮する。22ミリ秒の間、ピーク値が保持されている
ピーク値INTPHAより小さいままであるとすると、INTPHA
より小さい最後の保持されたピーク値である値DERCREが
値INTPHAの代りに用いられる。

ピーク値が増大しているものとすると、処理される信
号はその増加を直ちに考慮に入れるが、ピーク値が減少
している場合には、22ミリ秒の遅延時間が生ずる。最後
のピークにおける保持は瞬時引外しに何の効果も及ぼさ
ないが、短い遅延時間および長い遅延時間の引外しに対
しては、最後のピークにおける保持は標本化誤差を小さ
くできる。22ミリ秒の遅延時間では不当な引外しがひき
起されるかもしれないが、そのような引外しの秒のオー
ダーの遅延時間を考慮に入れると、それの影響は小さ
い。この22ミリ秒という時間は、ピーク値における確度
を高くすることと、引外し時間と非引外し時間の差をで
きるだけ小さくすることとの妥協の結果である。とく
に、遮断器の制御とは独立にピーク値を測定または表示
する時には、多数の交番波形を含んで遅延時間を長く
し、確度を高くできることが明らかである。最後のピー
クにおいて保持する操作を相障害について以上説明した
が、地絡事故保護にもそれを用いて同じ効果を得ること
ができる。

長時間遅延の温度 第３図に直線で表される長時間遅延反限時関数特性I2
t＝一定は、電流が第１のピックアップより多い時に加
熱し、そのピックアップより電流が少い時に冷える、従
来の遮断器のバイメタルによる引外しの機能に等しい。

本発明に従って、格納されているデジタル値により表
されるバイメタル片の温度を計算することにより、その
反限時関数特性が実行される。加熱中は、温度上昇を表
すために、その格納されている値が予め設定されている
係数だけ増加させられるが、冷却中はその格納されてい
る値は減少させられる。格納されている値があるピック
アップレベルを越えた時に、引外しが行われる。この温
度により、以前の状態を考慮に入れること、およびバイ
メタル片の温度、または遮断器により保護される機器の
温度を正確に考慮に入れることが可能になる。

長時間遅延反限時関数特性は、マイクロプロセッサ48
の第８図に示されているプログラムにより実行される。
そのプログラムについては後で説明する。電流INTPHA
は、最後のピークにおいて保持された相電流の前記した
値である。マイクロプロセッサ48は値INTPHAを、スイッ
チ80により表示されているピックアップILRと比較す
る。その値INTPHAがピックアップILRより大きくないと
すると、表示灯94に供給される過負荷ビットがリセット
される。それにより表示灯94が消灯される。そうする
と、RAMに格納されている乗数MULRR（冷却時間遅延乗
数）が零に等しいかどうかの検査が行われる。MULRRは
初期化されてRAMに格納される。もし値INTPHAが長時間
遅れ値ILRより低く、MULRRが零に等しくなければ、長時
間関数プログラムの間中乗数MULRRは減少させられ（第
８図）、プログラムは循環つまり次の機能に移行させら
れる。

また、乗数MULRRが零に等しいと、長時間遅延スイッ
チ78の位置により決定される数にその乗数は初期化さ
れ、RAMに格納されている値TETALR（長時間遅延機能に
対するシミュレートされたバイメタル片の温度TETA）
に、等しいバイメタル片の冷却を表す減少係数が乗ぜら
れ、それにより得られた新しい値TETALRがメモリ内の以
前の値の代りに用いられる。この動作はバイメタル片の
冷却に対応する。MULRRは時間遅れに乗ぜられるから乗
算係数と考えられる。仮のMULRRが３に初期化される
と、減少ステップの前に３サイクルが必要である。

電流INTPHAがピックアップILRより大きくなった時
に、加熱段階が開始される。冷却段階におけるのと同様
にして、乗数MULRE（加熱用の長い遅延時間乗数）が零
に等しいかどうかの検査が行われる。もし等しくなけれ
ば、乗数MULREは減少させられて、プログラムは循環さ
せられる。また、乗数MULREが零に等しいと、過負荷ビ
ットが値１をとって表示灯94を点灯させ、スイッチ78に
より決定される数に乗数MULREが初期化される。マイク
ロプロセッサ48の算術論理装置が電流自乗オペレーショ
ンを実行して、加熱を表す値DTETAE（デルタTETA加熱）
を計算する。新しい画像の温度を決定するために、その
値DTETAEが以前に格納されている値TETALRに加え合わさ
れる。それが最大値TETAMAXより大きいとすると、引外
しビットは１となって遮断器を引外しさせる。また、そ
れが値TETAMAXより大きくなければプログラムは循環さ
せられる。

乗数MULRRとMULREの役割は、デジタル化された温度の
増加と減少のリズムを調整することである。乗数を３に
設定すると、３回のうち１回動作させることになり、そ
の結果として遅延時間が３倍長くなる。それらの乗数に
より長い遅延時間の引外しカーブを選択できる。

短い遅延時間の反限時関数特性が、第９図に示されて
いる流れ図に記されているのに類似するやり方で実行さ
れる。INTPHAがピックアップICRより小さいと、短い遅
延時間機能TETACRについてシミュレートされるバイメタ
ル片の温度に、冷却を表す減少係数が乗ぜられて、それ
により得られた新しい値がRAMに格納される。電流INTPH
AがピックアップICRより大きいと、最後のピークDTETAC
Rにおいて保持され標本化された電流の自乗、これは加
熱に対応するが、反限時引外しから短い遅延時間機能の
一定時間引外しへの切換えに対応する、与えられた最大
ストップ値BUTCRより大きいかどうかについての検査が
行われる。もし大きくなければ、メモリに格納されてい
る値TETACRの代りに増加値TETACR＋DTETACRが用いら
れ、その新しい値TETACRが引外しピックアップTETACRMA
Xより大きいかどうかについての検査が行われる。

もし大きいと、引外し命令がリレー14へ送られて反限
時短遅延時間保護を行う。温度上昇DTETACRがストップ
値BUTCRより大きいと、その値がDTETACRの代りに用いら
れ、前記したようにして値TETACRに加えられ、バイメタ
ル片のシミュレートされた温度を表す新しい値TETACRが
ピックアップTETACRMAXより大きいか否かに応じて、引
外しを行ったり、行わなかったりする。

ソフトウェアの構成 第10図は、本発明の主な遮断器プログラムを示すもの
である。リセットの後で、マイクロプロセッサ48は、ブ
ロック54のスイッチ72〜86により入力される設定パラメ
ータを得る。それから、マイクロプロセッサはマルチプ
レクサ29により供給される相電流の値とアース電流の値
を読取る。それらのデータは、全てRAMに格納される。
それから、マイクロプロセッサは相電流とアース電流の
最後のピークにおける保持を前記のようにして標本化す
る。次に、マイクロプロセッサ48は、最後のピークにお
いて保持された相電流が、瞬時引外しピックアップIIN
より大きいか否かを検査する瞬時機能を処理する。それ
から、プログラムを交互に実行する２つの分岐に分割す
る。

第１の分岐は、反限時関数特性を決定するために必要
な電流の自乗を計算することであり、第２の分岐は、長
時間遅延機能、短時間遅延機能および地絡事故保護機能
を連続して処理することである。処理オペレーションを
このように分離することにより、プログラム時間を1.84
ミリ秒まで短縮できる。合図命令および引外し命令が発
生され、1.8ミリ秒のサイクル時間に関する同期待機時
間の後で新たなサイクルが実行される。

アナログ瞬時引外し 大きな短絡が生じた時、またはスタート期間中は、上
記デジタル処理引外し装置の動作は完全である。デジタ
ル処理は高速であるが、瞬時には行われず、その遅れに
よりある場合には保護される機器や遮断器自体が破壊さ
れることがある。本発明に従って、瞬時保護を行うため
に、デジタル処理ループをアナログ処理ループでシャン
トする。導線R,S,Tを流れる電流に比例し、整流ブリッ
ジ18の出力端子に現われる整流された信号は、アナログ
装置170において処理されて瞬時引外し命令が発生され
る。予め設定されているピックアップを越えた時に、そ
の瞬時引外し命令がリレー14へ送られる。その瞬時引外
し命令がリレー14へ送られる。ここで、第11図を参照し
て、アナログ装置70に与えられた信号は演算増幅器114
により増幅される。この増幅器の出力端子は、比較器11
6の入力端子に接続される。比較器116の他の入力端子
は、直列120,122で構成されている分圧ブリッジの点188
に接続される。直列接続されている抵抗124とトランジ
スタ126に構成されたシャント回路が抵抗122に並列接続
される。

トランジスタ126は、レジスタ58の出力端子S7に発生
された命令により制御されて、シャント回路を閉じる。
分圧ブリッジ120,122とシャント回路（124,126）は、ト
ランジスタ124が非導通状態であるか、導通状態である
かに応じて２種類のピックアップIR,IR1を決定し、比較
器116は信号をそれらのピックアップと比較して、その
信号がそれらのピックアップより大きい時に引外し命令
を発生することが容易に分かる。第３図を参照して、ピ
ックアップIRはデジタル瞬時引外しピックアップIINよ
り大きく、ピックアップIR1はピックアップIINより少し
小さいか、等しいことが分かる。出力S7が選択された
時、すなわち、デジタル処理ループが機能する時にピッ
クアップIRが選択される。デジタルループが機能しない
と、アナログループ介入ピックアップが値IR1まで減少
させられる。

この瞬時アナログ引外し装置は、次のように動作す
る。

正常な動作においては、アナログ引外し装置は介入せ
ず、過負荷および短絡はデジタル引外し装置で取扱われ
る。アナログ引外し装置のピックアップは値IRにセット
され、ピックアップIRより大きい例外的な値の短絡のみ
が両方のループにより取扱われ、アナログループがデジ
タルループに先行して引外しを命令する。

スタート期間中、とくに遮断器が閉じている時は、出
力端子S7に信号が生じないために、短いスタート期間中
はデジタルループは機能せず、アナログ引外し装置ピッ
クアップは小さい値IR1まで自動的に小さくされる。短
絡、とくに障害時に閉成による短絡が起ると、ピックア
ップIRが越えられたときアナログ引外しの介入が直ちに
行われて遮断器と機器の両方を保護する。また、アナロ
グループは、デジタルループが故障した時にバックアッ
プとして機能し、とくに複雑にすることなしに引外し装
置の信頼度を高くする。アナログ引外し装置のピックア
ップの変更は、異なるやり方で実行できることに注意す
べきである。

本発明の引外し装置は、構成をとくに複雑にすること
なしに、アナログ引外し装置の利点とデジタル引外し装
置の利点を組合せたものである。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の引外し装置のブロック図、第２図は設
定器と合図装置を有する引外し装置の前面パネルを示す
図、第3,4図は本発明の引外し装置の２つの実施例の引
外しカーブを示す図、第５図は定格変更機能の流れ図、
第６図は反限時関数特性のためにマイクロプロセッサに
より処理される種々の信号の波形図、第７図は最後のピ
ークにおける保持機能の流れ図、第８図は長い反限時遅
延機能の流れ図、第９図は短い反限時遅延機能の流れ
図、第10図は全体の引外し機能の流れ図で、第11図はア
ナログ処理ループのブロック回路図である。 10……遮断器、12……遮断器の機構、14……リレー、16
……変換器、18……全波整流ブリッジ、29……マルチプ
レクサ、30,32……分圧ブリッジ、34……電圧信号構成
回路、36……加算トランス、48……マイクロプロセッ
サ、58……出力レジスタ、70……アナログ引外し装置。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】遮断器により保護される導体（R,S,T）を
   流れる電流に比例する電流アナログ信号を発生する電流
   センサ（16）と、前記電流アナログ信号を整流して前記
   電流の最大値を表す連続アナログ信号を発生する整流回
   路（18）と、前記連続アナログ信号を受ける入力端子お
   よび対応する標本化されたデジタル化電流信号を発生す
   る出力端子を有するアナログ−デジタル変換器（50）
   と、長い遅延時間（LR）の引外し機能および短い遅延時
   間の（CR）の引外し機能を得るために、前記デジタル化
   電流信号が与えられて遮断器引外し命令を発し、前記デ
   ジタル化電流信号が予め設定されているピックアップを
   越えた時に前記遮断器引外し命令が前記デジタル化電流
   信号の値に関して時間的に遅らされ、デジタル処理ユニ
   ット（29,50,48）は前記電流が第１の瞬時ピックアップ
   （IIN）を越える時に瞬時引外し機能を行うマイクロプ
   ロセッサをベースとするデジタル処理ユニット（48）
   と、前記遮断器引外し命令により作動させられる遮断器
   引外し手段（12,14）とをそなえた遮断器のデジタル固
   体引外し装置において、 前記電流の最大値を表す前記電流アナログ信号が与えら
   れ、前記電流の最大値を表す前記電流アナログ信号が第
   ２の瞬時値ピックアップ（IR,IR1）を越える時に瞬時引
   外し命令を発するアナログ処理器（70）と、 前記デジタル処理器（48）の動作に応じて前記第２の瞬
   時値ピックアップを制御することにより、前記デジタル
   処理器（48）が動作するとき前記第２の瞬時値ピックア
   ップ（IR）は前記第１の瞬時値ピックアップ（IIN）よ
   り大きく、かつ前記デジタル処理器が動作していないと
   き前記第２の瞬時値ピックアップ（IR1）は前記第１の
   瞬時値ピックアップより小さいかまたは等しくなる手段
   （S7）と、 をそなえたことを特徴とする遮断器のデジタル固体引外
   し装置。
2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項記載の引外し装置で
   あって、 前記アナログ処理器（70）は、前記連続アナログ信号を
   受領する第１の入力端子、および可変比の抵抗分割ブリ
   ッジの中点に接続された第２入力端子を持ったコンパレ
   ータ（116）をそなえ、 前記可変比は、前記デジタル処理器の動作を検出する手
   段（S7）により制御されて前記第２の瞬時値ピックアッ
   プを修正し、前記コンパレータ（116）は前記遮断器引
   外し手段（12,14）に接続された出力端子を有する遮断
   器のデジタル固体引外し装置。