JP2510508B2 - 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。

（従来の技術） この種の引外し装置は、ある種の機器、たとえば過負
荷電流が供給された時に過熱するモータ、を保護するた
めに選択される長い遅延時間の引外し機能と、おそらく
は短い遅延時間の引外し機能とを有する。それらの機能
は、関係式I2t＝一定により表される反限時関数特性を
有するものである。ここでＩは電流、ｔは時間を表す。
この式の計算では、以前の状態、とくに保護される機器
の過熱を考慮に入れていないから、信頼度の高い保護は
行えない。

本発明の目的は、簡単なデジタル処理により反限時関
数特性を実行できるようにすることである。

（発明の概要） 本発明の引外し装置は、長時間遅延機能と短時間遅延
機能の少くとも一方が電流に対して反限時遅延機能を呈
し、バイメタル片すなわち遮断器により保護される機器
の発熱を表すデジタル温度を記録する手段を備え、記録
されている温度の値が所定のピックアップレベルを越え
た時に処理器が引外し命令を発生し、かつバイメタル片
の発熱と冷却の電流の値で表す値により温度を増加およ
び減少させる手段を更に備える。

電気機械的な引外し装置の従来のバイメタル片がデジ
タル的に再構成され、そのバイメタル片の刻々の発熱ま
たは冷却が、記録されている温度値の増加または減少に
より表される。発熱は電流の自乗の関数であり、温度値
の増加を電流の増加に適応させるために、処理器は電流
を自乗する操作を行う。全体のプログラムが1.84ミリ秒
ごとに実行され、温度の更新がこの速さで実行される。

本発明の別の実施例によれば、引外しカーブの選択
は、増加および減少の操作を周期的に省略させられ、後
者の操作はプログラムが実行される度には行われない
が、たとえば前者の操作の３回に１回ごと、あるいは設
定スイッチの位置により固定される他の比率の回数で実
行される。その比は、乗数により決定され、その乗数
は、設定スイッチの位置により所定の数に初期化され、
プログラムが実行されるたびに減少させられる。熱画像
の更新操作と乗数の初期化は、乗数の値が零であること
に対応する。

バイメタル片のシミュレーション技術は、長時間遅延
引外しと、おそらくは短時間引外しに対して反限時特性
曲線で使用できる。

（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って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。

リレー14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。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。この電圧信号は、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。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。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。MC146805型マ
イクロプロセッサはCPU、インターフェイス、揮発性RA
M、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レベルと比較し、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すな
わち表示灯90〜98と試験器コネクタ88とを含む。

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。

長い遅延時間のピックアップレベル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つまり定格により正規化された電流
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、I2t＝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２図のピックアップレベル、この場合に
は短い遅延時間のピックアップレベル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I2t＝T2により表さ
れる反限時部分102と一定時間T3の部分104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
間のピックアップレベルICRを調整し、スイッチ82は一
定の短い遅延時間T3のピックアップレベル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
値によりリセットされる。

ピックアップレベルICRより高く、かつスイッチ86に
より調整できる第３のピックアップレベル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のピックアップレベル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レベルIsも示されて
いる。この過負荷ピックアップレベルIsの横座標は、長
い遅延時間のピックアップレベルILRの横座標より僅か
に小さい。その過負荷ピックアップレベルIsを越えるこ
とは長い遅延時間のピックアップレベルに近接し、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
クアップレベルIsを調節する。このピックアップレベル
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、を簡単に行える。電流が
ピックアップレベル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レベ
ルIPと一定遅延時間T5を含む。ピックアップレベル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発光ダイオードすなわち表示
灯90〜98により、パネル64上に表示される。地絡保護ピ
ックアップレベルIP上の黒丸90で示されている表示灯90
は、地絡事故で遮断器10が引外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、表示灯90は点灯を続ける。白黒まだらの丸
で示されている表示灯92は、過負荷ピックアップレベル
Isを越えた時に点灯し、過負荷ピックアップレベルIs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レベルILRを越えた時に
表示灯94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ILR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、ピックアップレベル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図に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、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72,74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レベルILRより低い
負荷切離しピックアップレベルIDEの設定は、スイッチ7
2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レベルIDE
とは異って、それより低い負荷復旧ピックアップレベル
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10
8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
延ピックアップレベルに対する0.4In（In定格電流）か
ら、最高瞬時引外しピックアップレベルに対する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、そして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する。その結果が値12
8より大きいと、デジタル数つまりデジタル化された値
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が行
われ、結果が64より大きいと、デジタル数に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が
行われ、デジタル数が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図を参照して、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しなければなら
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てある。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が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、この分野で良く知られている。

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値を
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ｔ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、相電流値。

DERCRE＝電流値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
された標本化された測定値MESURI（第６図ａ）を処理す
る。この測定値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値INTPHA（第６図ｄ）と比較
される。測定値MESURIが電流値INTPHAより大きいとピー
ク値が増大しているのであるから、電流値INTPHA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
ようにして電流値INTPHA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、測定値MESURIが電流
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MESU
RI−１より大きくなく、MESURI−１メモリに入れられ
る。それから、TEMPEC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。
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はより依然として小さいが、MESURI−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、測定
値MESURIがピーク値DERCREより大きいと、測定値MESURI
をMESRUI−１メモリに入れる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た格納されている電
流値INTPHA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際は標本化処理の結果として生
ずるものである。本発明に従って、最後のピークにおい
て（この場合には第２のピークの代りに、より大きい第
１のピークを保持することによって）保持することによ
り、誤差は著しく減少する。第２のピークの値は、DERC
REメモリに一時的に格納される。第３の交番波形の時刻
t4においては測定値MESURIが電流値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ピーク値DE
RCREが零リセットされ、測定値MESURIが値MESURI−１の
代りに用いられ、電流値INTPHAがメモリに格納される。
TEMPECは最大値にリセットされ、新に標本化された電流
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、ピーク値DERCREが零とは異なる（これはt5の場合
である）ものとすると、メモリにおいて電流値INTPHAが
ピーク値DERCREで代えられ、ピーク値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た処理される値
は、最後のピークにおける値に対応すること、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電流値INTPHAより小さい
ままであるとすると、電流値INTPHAより小さい最後の保
持されたピーク値である値DERCREが電流値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のピックアップレベルより多い
時に加熱し、そのピックアップレベルより電流が少い時
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。電流値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は電流値INTPHAを、ス
イッチ80により表示されているピックアップレベルILR
と比較する。その電流値INTPHAがピックアップレベルIL
R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に格納されている係数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。係数MULRRは初期化されてRAMに格納される。も
し電流値INTPHAがピックアップILRより低く、係数MULRR
が零に等しくなければ、長時間関数プログラムの間中係
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、係数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係
数と考えられる。仮に係数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。

電流値INTPHAがピックアップレベル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、係数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、係数MULREは減少させられて、プログラム
は循環させられる。また、係数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係数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。

係数MULRRおよび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。電流値INTPHAがピックアップレベル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。電流値INTPHAがピックアップレベルICRより大きい
と、最後のピークDTETACR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
ックアップレベルTETACRMAX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
ピックアップレベル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レベル
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、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レベルを越えた時
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
参照すると、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116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。
抵抗120、122により構成される分圧ブリッジと抵抗124
およびトランジスタ126により構成されるシャント回路
は、トランジスタ126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レベルIR,IR1を
決定し、比較器116は信号をそれらのピックアップレベ
ルと比較して、その信号がそれらのピックアップレベル
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、ピックアップレベルIRはデジタ
ル瞬時引外しピックアップレベルIINより大きく、ピッ
クアップレベルIR1はピックアップレベル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
ップレベル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レベルが値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動作ピックアップレベルは値IR
にセットされ、ピックアップレベル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
アップレベルは小さい値IR1まで自動的に小さくされ
る。短絡、とくに障害時の閉成による短絡が起ると、ピ
ックアップレベル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
置のピックアップレベルの変更は、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
ークにおける保護機能の流れ図、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
……変流器、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アナログ信号を発生する電流セン
   サ（16）と、前記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（INTPHA）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、反
   限時特性の、長い遅延時間（LR）の引外し機能と短い遅
   延時間（CR）の引外し機能を得るためにデジタル化電流
   信号（INTPHA）が与えられ、前記長い遅延時間または短
   い遅延時間の後の、予め設定されているピックアップレ
   ベルを越えた時に、遮断器引外し命令を発生するマイク
   ロプロセッサをベースとするデジタル処理器（48）とを
   そなえた電気回路遮断器用のデジタル固体引外し装置で
   あって、 前記デジタル処理器は、前記デジタル化電流信号により
   表される電流の自乗に比例する係数（DTETAE、DTEACR）
   を計算する手段、前記回路遮断器により保護される装置
   要素の加熱による温度を表すデジタル値（TETALR、TETA
   CR）を記録する手段、前記温度を表す前記記録されたデ
   ジタル値が予め設定されたピックアップレベル（TETAMA
   X、TETACRMAX）を越えるとき前記遮断器引き外し命令を
   送出する手段、前記回路遮断器により保護される装置の
   加熱または冷却を表す値により前記温度を表す前記記録
   されたデジタル値（TETALR、TETACR）を増加させる手段
   および減少させる手段、前記デジタル化電流信号（INTP
   HA）を所定の限界値（ILR、ICR）と比較する手段をそな
   え、前記増加させる手段は、前記デジタル化電流信号
   （INTPHA）が前記限界値（ILR、ICR）より大きいとき前
   記電流の自乗に比例する係数（DTETAE,DTEACR）を前記
   温度を表す前記記録されたデジタル値（TETALR、TETAC
   R）に加算する手段をそなえ、前記減少させる手段は前
   記デジタル化電流信号が前記限界値より低いとき動作す
   るように構成されたデジタル固体引外し装置において、 前記減少させる手段は、所定の減少係数と前記温度を表
   す前記記録されたデジタル値（TETALR、TETACR）とを乗
   算する手段と、 前記増加および減少動作を周期的に禁止する調整回路な
   禁止手段と、 をそなえたことを特徴とする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項記載のデジタル固体
   引き外し装置において、 組み合わされた蓄積係数（MULRE,MULRR）がゼロに等し
   くないとき対するプログラムサイクル期間中の増加もし
   くは減少動作が禁止され、前記デジタル処理ユニットに
   より各対応プログラムサイクルで減じられ、かつ前記動
   作は前記組み合わされた係数がゼロを通過するとき対応
   するプログラムサイクル期間中に行われ、前記係数はゼ
   ロを通過したのち前記係数が時間遅れ設定スイッチ（7
   8）により決定される数で初期化されるデジタル固体引
   き外し装置。