JP3302954B2 - トラッキング短絡の検出方法 - Google Patents

トラッキング短絡の検出方法

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JP3302954B2
JP3302954B2 JP27620799A JP27620799A JP3302954B2 JP 3302954 B2 JP3302954 B2 JP 3302954B2 JP 27620799 A JP27620799 A JP 27620799A JP 27620799 A JP27620799 A JP 27620799A JP 3302954 B2 JP3302954 B2 JP 3302954B2
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    • G01R31/58Testing of lines, cables or conductors

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は主として電路におけ
るトラッキング短絡検出方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、電路に発生する短絡を検出する方
法としては、電子回路を組み合わせて、変流器を使用し
て電流値を検出し、電流−電圧変換回路で電圧値に変換
した後、A/D変換回路で変換されたA/D変換値に基
づいて短絡の発生を検出する構成のものが知られてい
る。このような短絡検出装置においては、A/D変換後
のA/D変換値を積算回路で所定の時間だけ積算して積
算値が所定の基準値を越えたときに短絡検出信号を出力
し短絡を検出するよう構成してある。
【0003】また、トラッキング短絡を検出する方法と
してある範囲の検出単位時間毎に検出した電流値におい
て、例えば、1番目の検出値より2番目の検出値が小さ
く、2番目の検出値よりも3番目の検出値が大きい場合
に検出するなど、その電流値の絶対値の変化の仕方に基
づいてトラッキング短絡を検出するものが知られてい
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来技術に
よる短絡の検出は、所定時間分の電流値を積算して行っ
ているために、トラッキング短絡のような比較的低い値
の短絡電流を検出するには前記所定の基準値を小さく抑
える必要がある。この場合、家電機器の突入電流や家電
機器を複数使用し負荷電流が大きくなった場合などで誤
検出を引き起こすことがある。
【0005】また、家電機器を同時に複数使用した場合
には検出した電流値の変化の仕方がトラッキングと類似
する場合があり、トラッキング短絡電流の発生を正確に
検出することが困難となる場合があった。
【0006】本発明は、以上の不具合を解消し、家電機
器の突入電流や、家電機器の複数使用による電流で誤検
出することなく、トラッキング短絡電流の発生を正確に
検出することができる検出方法を得ることを課題として
いる。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明はこのような課題
を解決するために、次のような手段を講じたものであ
る。すなわち、請求項1では本発明に係るトラッキング
短絡の検出方法は、電路に流れる電流を検出し、所定時
間内に検出した電流値からトラッキング短絡の発生を検
出するトラッキング短絡の検出方法であって、前記所定
時間内を複数に分割した単位時間毎に電流の大きさを抽
出するとともに直前の単位時間に抽出した電流の大きさ
との変化の大きさを抽出し、該変化の大きさが所定の範
囲である度数の前記所定時間内に抽出した変化の大きさ
の全部の度数に対する割合が判定基準を超えた場合に、
トラッキング短絡が発生したと判定するものである。
【0008】また、請求項2では電路に流れる電流を検
出し、所定時間内に検出した電流値からトラッキング短
絡の発生を検出するトラッキング短絡の検出方法であっ
て、前記所定時間内を複数に分割した単位時間毎に電流
の大きさを抽出するとともに直前の単位時間に抽出した
電流の大きさとの変化の大きさを抽出し、該変化の大き
さが所定の範囲である度数が判定基準を超えた場合に、
トラッキング短絡が発生したと判定することを特徴とし
たトラッキング短絡が発生したと判定するものである。
【0009】また、請求項3では、請求項2における変
化の大きさに関する所定の範囲が複数あって、該複数の
所定の範囲毎に判定基準を有し、全ての所定の範囲にお
いて度数が判定基準を超えた場合にトラッキング短絡が
発生したと判定するようにしたものである。
【0010】また、請求項4ではトラッキング短絡の検
出は、単位時間が経過する毎に時系列において最古の変
化の大きさのデータを削除すると同時に、新たな変化の
大きさのデータを追加して、常に単位時間毎に更新され
る所定時間内のデータで行われることを特徴として請求
項2または請求項3のトラッキング短絡の 検出方法を構
成したものである。
【0011】また、請求項5ではトラッキング短絡の検
出は、単位時間をさらに時間分割し、分割した時間内で
絶対値化した電流のピーク値を抽出し、直前の分割した
時間内に抽出したピーク値との変化の大きさが所定の値
に達しない場合はその単位時間を含めてそれ以前に抽出
した請求項2記載の変化の大きさのデータを破棄し、次
の単位時間から改めて所定時間内の電流値からトラッキ
ング短絡を検出するように請求項4記載のトラッキング
短絡の検出方法を構成するものである。
【0012】
【作用】以上の手段において、請求項1は、所定時間内
を複数に分割した単位時間毎に電流の大きさを抽出する
とともに直前の単位時間に抽出した電流の大きさとの変
化の大きさを抽出し、該変化の大きさが所定の範囲であ
る度数の前記所定時間内に抽出した変化の大きさの全部
の度数に対する割合を監視するため、トラッキング短絡
による電流変動と家電機器の使用による電流変動の違い
を区別でき、変化の大きさの範囲と割合の判定基準を適
切に定めることで誤動作なくトラッキング短絡の発生を
判定することができる。
【0013】請求項2においては、所定時間内を複数に
分割した単位時間毎に電流の大きさを抽出するとともに
直前の単位時間に抽出した電流の大きさとの変化の大き
さを抽出し、該変化の大きさが所定の範囲である度数
みでトラッキング短絡が発生したと判定でき、判定処理
を簡素化できるとともに、変化の大きさの範囲と度数の
判定基準を適切に定めることで、家電の負荷電流波形と
トラッキング短絡の波形の違いを正しく区別することが
できる。
【0014】請求項3では、変化の大きさに関する所定
の範囲が複数あって、該複数の所定の範囲毎に判定基準
を有し、全ての所定の範囲において度数が判定基準を超
えた場合にトラッキング短絡が発生したと判定するよう
にしたのでトラッキング短絡の発生をより正確に検出す
ることができる。
【0015】請求項4においては、単位時間が経過する
毎に時系列において最古の変化の大きさのデータを削除
すると同時に、新たな変化の大きさのデータを追加し
て、常に単位時間毎に更新される所定時間内の変化の大
きさのデータで行わ れるようにしたので常に最新の電流
波形を監視することができ、また、回路に使用するマイ
コンのメモリを必要最小限に抑えることができる。
【0016】請求項5においては、単位時間をさらに時
間分割し、分割した時間内で絶対値化した電流のピーク
値を抽出し、直前の分割した時間内で抽出したピーク値
との変化の大きさが所定の値に達しない場合はその単位
時間を含めてそれ以前に抽出した請求項2記載の変化の
大きさのデータを破棄し、次の単位時間から改めて所定
時間内の電流値からトラッキング短絡を検出するように
したので所定時間内における単位時間全部のピーク値の
変化の大きさが所定の値以上ない場合以外は最終的にト
ラッキング短絡であると判定せず、誤検出を防ぐことが
できる。
【0017】
【発明の実施の形態】本発明は電路に流れる電流を検出
し、所定時間内に検出した電流値の変動量に基づいてト
ラッキングの発生を検出することを特徴としたトラッキ
ング短絡検出方法である。
【0018】以下、本発明による検出方法を、回路遮断
器に適用した実施例について図面を参照して説明する。
【0019】図1は本発明の請求項1の検出方法を用い
た回路遮断器の一実施例の回路のブロック図である。本
実施例のトラッキング短絡の検出方法を用いた回路は図
1に示すように、変流器1と、電流−電圧変換回路2
と、整流回路3と、判定回路11とを含んで構成され
る。
【0020】変流器1は電路10に流れる電流を検出し
て交流電流を出力するものである。
【0021】電流−電圧変換回路2は、変流器1より出
力された交流電流を交流電圧に変換するものであり、具
体的には、抵抗を介して電圧値に変換する。
【0022】整流回路3は、電流−電圧変換回路2の出
力電圧を、ダイオードなどを用いて全波整流するもの
で、監視電圧範囲を整流しない場合の半分にできA/D
変換回路4によって入力電圧をデジタル化する際にA/
D変換値の分解能を高めることができるとともに、電流
値を絶対値化している。
【0023】判定回路11は整流回路3より出力された
電圧値を常時監視し、監視電流がトラッキング短絡に相
当するかどうかを判定し、トラッキング短絡であると判
定した場合には引き外し回路に遮断指示信号を出力し、
引き外しコイルで、遮断器接点を引き外すよう構成され
る。
【0024】判定回路11はA/D変換回路4と、中央
演算回路12と、レジスタ回路13と、判定出力回路6
とを含んで構成される。
【0025】A/D変換回路4は、整流回路3の出力電
圧を数ミリ秒以下の所定の時間幅(サンプリング時間)
で分割して、電圧の大きさをデジタル信号のA/D変換
値に変換するものである。サンプリング時間は例として
0.25ミリ秒程度とする。
【0026】一例として、A/D変換回路4の最大入力
電圧を5Vとし、デジタル変換の分解能を8ビットとす
ると、A/D変換回路4に入力される電圧と出力の関係
は、0Vのときが0、2.5Vのときが127、5Vの
ときが255となる。ここで、A/D変換時の1ビット
の電流値が1Aに対応するように電流−電圧変換回路2
を調整すると、A/D変換回路4の性能として、0A〜
+255Aまでの電流波形の計測が可能となる。また、
デジタル信号に変換する手段として、このA/D変換回
路4を内蔵した中央演算回路12を用いてもよい。
【0027】中央演算回路12は、前記A/D変換回路
4で得られたA/D変換値に基づいて、電流変動量を数
値演算処理し、レジスタ回路13に電流変動量データを
出力する。また、レジスタ回路13に記憶された変動量
データを読み込んで、内蔵されたプログラムによりトラ
ッキング短絡の判定を行い、トラッキング短絡であると
判定した場合は判定出力回路6に判定信号の出力を行
う。
【0028】レジスタ回路13は、中央演算回路12か
ら新しい電流変動量の値が出力される毎に、最も古い電
流変動量の値を除外すると同時に、最も新しい電流変動
量の値を読み込み追加記憶して、常に新しい所定時間内
の複数の電流変動量の値を時系列順に記憶しておく。ま
た、判定精度を高めるため、記憶する常に新しい電流変
動量の値の数は一例として7個以上設けるとよい。マイ
コン内部のメモリー容量に合わせて、また、判定時間の
長さに合わせて可能な数を記憶できるようにするとよ
い。
【0029】判定出力回路6は、中央演算回路12から
出力される判定信号を受けて、引外し回路に信号の出力
を行う。
【0030】中央演算回路12の、トラッキング短絡の
判定方法は、請求項1による方法の場合次のように行わ
れる。
【0031】A/D変換回路4から送られてくるサンプ
リング時間毎のデータに対し中央演算回路12は単位時
毎のピーク電流値を抽出して、直前の単位時間に抽出
したピーク電流値と比較し、差を電流変化の大きさとし
て、レジスタ回路13に送出する。レジスタ回路13は
所定時間分、単位時間毎の電流変化の大きさをデータと
して記憶し、新たに中央演算回路12からデータの送出
を受けた場合は、最古のデータを破棄し、最新のデータ
を1つ取り込む。なお、所定時間は0.2秒程度であ
る。また、単位時間は、商用交流の半サイクルの時間程
度に選ぶと都合がよい。
【0032】中央演算回路12は最新のデータをレジス
タ回路13に送出すると同時に、所定時間分の電流変
の大きさのデータをレジスタ回路13から取り込み、個
々のデータから所定の範囲のデータ度数(個数)を計算
し、全てのデータ度数(個数)に対する割合を計算す
る。その割合が判定基準を超えるかどうかを計算して判
定する。例えば図2は、個々のデータの電流変化の大き
さと度数の分布状況でトラッキング短絡が発生している
場合を示している。
【0033】図6は、電流が家電機器の使用によるもの
である場合の、前記図2に相当する電流の変化の大きさ
度数分布状況であり、変化の大きさが0?4Aの
に集中していることが分かる。一方、図2では化の
大きさが5?30Aの範囲に多く現れていることが分か
る。したがって、電流の変化の大きさの範囲を5〜30
に設定しその範囲に含まれるデータの度数が所定時間
内の全部のデータの度数に対し何パーセントにあたるか
を計算し、それが所定の判定基準値を超えているかどう
かを判定すれば、流れている電流の大きさそのものは家
電機器の使用によるものとトラッキング短絡でほぼ同一
であって区別がつかなくても、その電流が家電機器の使
用によるものかトラッキング短絡によるものかが正確に
判別できる。
【0034】中央演算回路12のトラッキング短絡の判
定方法は、請求項2による方法の場合、次のように行わ
れる。中央演算回路12の判定は所定時間内のデータに
基づいて行われる。所定時間は本例の場合は0.2秒程
度としている。
【0035】図3は所定時間と単位時間A(i)、単位
時間毎の抽出電流の大きさIPA(i)、電流変化の大
きさデルタIPA(i)の概念図である。所定時間は単
位時間A(i) (i=1?n)(nは正の整数)に分
割されている。IPA(i)は、図1のA/D変換回路
4から、サンプリング時間毎にデータ送出を受けて、中
央演算回路12が単位時間A(i)内に抽出した電流値
であり、本例では、単位時間A(i)内のピーク電流値
としているが、単位時間A(i)内の平均値でも差し支
えない。デルタIPA(i)は、個々の単位時間毎に抽
出した電流の大きさと直前の単位時間に抽出した電流の
大きさとの差でIPA(i)とIPA(i−1)の差で
表される。
【0036】上記図3の概念図において、レジスタ回路
13にはデルタIPA(1)〜デルタIPA(n)のn
個と、IPA(n)のデータを記憶している。初期状態
では記憶されている個々のデータ値はゼロである。
【0037】次にA/D変換回路4からサンプリング時
間毎にデータ送出を受けた中央演算回路12は、単位時
間A(n+1)内でのピーク電流値IPA(n+1)を
抽出すると同時に、レジスタ回路13から一つ前の抽出
電流値(ピーク電流値)IPA(n)を受け取り、 デルタIPA(n+1)=IPA(n+1)−IPA(n) を計算し、デルタIPA(n+1)を新たにレジスタ回
路13に送出する。ただし、デルタIPA(n+1)が
マイナスとなった場合はプラスの値に置き換えて送出す
る。
【0038】レジスタ回路13へのデルタIPA(n+
1)送出以前には、レジスタ回路13には、図4のよう
に、単位時間A(i)毎の電流変動量デルタIPA
(1)〜デルタIPA(n)のn個のデータを記憶して
いるが、中央演算回路12から、新たな電流変動量デル
タIPA(n+1)のデータ送出を受け取ると、一番古
いデータデルタIPA(1)を破棄すると同時にデルタ
IPA(2)をデルタIPA(1)、デルタIPA
(3)をデルタIPA(2)・・デルタIPA(n+
1)をデルタIPA(n)として、記憶しなおす。と同
時に中央演算回路12はレジスタ回路13から、更新さ
れたn個の電流変動量のデータデルタIPA(1)〜デ
ルタIPA(n)を受け取り、デルタIPA(i)が5
A以上30A未満であるデータ個数を合計して度数と
し、その度数がn×0.7個以上である場合に、トラッ
キング短絡であるという判定信号を判定出力回路に送出
する。なお、単位時間は交流の半波3個分程度の時間と
してある。
【0039】以上によるトラッキング短絡の検出方法に
よれば、請求項1による方法では、中央演算回路12は
設定した電流変化の大きさの範囲に含まれるデータ度数
の所定時間内の全てのデータ度数に対する割合を計算し
ていたのに対し、請求項2では、電流変化の大きさが所
定の範囲にあるデータ度数でトラッキング短絡が発生し
ているかどうかを判定できる。
【0040】請求項3においては、前述の電流変化の大
きさが5〜30Aの範囲にある度数の判定に加え、更に
電流変化の大きさが11A〜30Aの範囲にある度数が
n×0.4個以上であるかどうかという条件を加えて、
両方の条件を満たした時にトラッキング短絡が発生した
と判定するようにしたものである。このようにすれば、
更に家電機器の使用による電流とトラッキング短絡によ
る電流の判定精度を向上させることができる。
【0041】図5は本発明の請求項5の実施例の説明を
行う概念図である。単位時間A(i)は、更にm個(m
は正の整数)でTa(i、1)〜Ta(i、m)の時間
に分割される。本実施例では、Ta(i、j)はほぼ商
用交流電力の周波数の半波分の時間としている。地域に
より50Hzと60Hzで周期も異なるので、中間をと
って9ms程度に設定している。
【0042】図5において、IPT(i、j)は分割時
間Ta(i、j)におけるピーク電流値であり、デルタ
IPT(i、j)=IPT(i、j)−IPT(i、j
−1)である。A/D変換回路4から、サンプリング時
間毎にデータを送出された中央演算回路12は、分割さ
れた時間内の、ピーク電流値IPT(i、j)を抽出
し、一つ前の、IPT(i、j−1)のデータとから、 デルタIPT(i、j)=IPT(i、j)−IPT(i、j−1) を計算する。なお、デルタIPT(i、j)がマイナス
となった場合はプラスの値に置き換える。
【0043】中央演算回路12は前述の、単位時間A
(i)毎にIPA(i)を抽出するのと並行して、単位
時間A(i)をm個に分割した時間Ta(i、1)〜T
a(i、m)について、前述のデルタIPT(i、j)
を計算し、計算したデルタIPT(i、j)が一定の値
以上(本実施例では5Aに設定してある。)であれば、
次のデルタIPT(i、j)の計算に入り、次のデルタ
IPT(i、j)が一定の値に満たない時は、先の請求
項2、3の処理も含め、全ての処理を初期化し、改め
て、判定処理をやり直すように働く。
【0044】すなわち、単位時間A(i)内のデルタI
PT(i、2)〜デルタIPT(i、m)が全て一定の
値以上であれば、処理を継続し、単位時間A(i)内の
IPA(i)を抽出して、隣接したIPA(i−1)
の差をとって電流変化の大きさとしてレジスタ回路13
に抽出するが、そうでない場合、レジスタ回路13内の
データも初期化してしまうので、中央演算回路12が最
終的に、流れている電流がトラッキング短絡であるとい
う判定を、図1の判定出力回路に出力するには、所定時
間内の単位時間A(1)〜A(n)全てにおいて、図5
で説明したデルタIPT(i、2)〜デルタIPT
(i、m)が一定の値以上であり処理を継続していると
いう条件が必要となり、且つ、単位時間A(i)〜A
(n)毎の電流変化の大きさが請求項2、または請求項
3の条件を満たす必要がある。トラッキング短絡におい
ては、前記デルタIPT(i、j)が一定量以上で継続
することが多く、請求項5による発明では、より回路に
流れている電流がトラッキング短絡によるものかどうか
を正確に判定できるようになり、誤動作がなくなる。
【0045】なお、実施例の説明は、回路遮断器に適用
した場合で説明したが、判定回路11の出力により、警
報を出すようなものや、組み込み対象物としてコンセン
トなどにも適用でき、回路遮断器に限定するものではな
い。
【0046】
【発明の効果】以上のように本件発明によれば、トラッ
キング短絡を検出する判定に際して、電流の変化の大き
に基づいて行うようにしたので、トラッキング短絡に
より流れる電流の大きさが、通常の遮断器が動作する電
流に満たない場合でも、短時間にトラッキング短絡の判
定が行えるようになるとともに、家電製品の負荷電流や
突入電流では誤動作せず、また家電製品を複数同時に使
用していても、トラッキング短絡が並行して発生した場
合は、トラッキング短絡により発生する特徴的な電流の
化の大きさを検出して、確実にトラッキング短絡を判
別でき、誤動作の少ない検出方法を得ることができると
いう効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の請求項1の実施例を示す回路構成説明
【図2】トラッキング短絡電流の変化の大きさと度数
分布の一例を示したグラフ
【図3】本発明の請求項2の実施例の検出方法を示す概
念図
【図4】本発明の請求項4の実施例のレジスタ回路13
内のデータ移動を示す概念図
【図5】本発明の請求項5の実施例の検出方法を示す概
念図
【図6】家電製品の負荷電流の変化の大きさと度数
布の一例を示したグラフ
【符号の説明】
1 変流器 2 電流−電圧変換回路 3 整流回路 4 A/D変換回路 6 遮断信号出力回路 10 電路 11 判定回路 12 中央演算回路 13 レジスタ回路
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭54−68950(JP,A) 特開 平7−79718(JP,A) 特開 平9−5379(JP,A) 特開 平10−117429(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02H 3/50 G01R 31/02 H02H 3/08 H02H 7/26

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電路に流れる電流を検出し、所定時間内に
    検出した電流値からトラッキング短絡の発生を検出する
    トラッキング短絡の検出方法であって、前記所定時間内
    を複数に分割した単位時間毎に電流の大きさを抽出する
    とともに直前の単位時間に抽出した電流の大きさとの変
    化の大きさを抽出し、該変化の大きさが所定の範囲であ
    る度数の前記所定時間内に抽出した変化の大きさの全部
    の度数に対する割合が判定基準を超えた場合に、トラッ
    キング短絡が発生したと判定することを特徴としたトラ
    ッキング短絡の検出方法。
  2. 【請求項2】電路に流れる電流を検出し、所定時間内に
    検出した電流値からトラッキング短絡の発生を検出する
    トラッキング短絡の検出方法であって、前記所定時間内
    を複数に分割した単位時間毎に電流の大きさを抽出する
    とともに直前の単位時間に抽出した電流の大きさとの変
    化の大きさを抽出し、該変化の大きさが所定の範囲であ
    る度数が判定基準を超えた場合に、トラッキング短絡が
    発生したと判定することを特徴としたトラッキング短絡
    の検出方法。
  3. 【請求項3】請求項2における変化の大きさに関する所
    定の範囲が複数あって、該複数の所定の範囲毎に判定基
    準を有し、全ての所定の範囲において度数が判定基準を
    超えた場合にトラッキング短絡が発生したと判定するこ
    とを特徴とするトラッキング短絡の検出方法。
  4. 【請求項4】前記トラッキング短絡の検出は、単位時間
    が経過する毎に時系列において最古の変化の大きさのデ
    ータを削除すると同時に、新たな変化の大きさのデータ
    を追加して、常に単位時間毎に更新される所定時間内の
    変化の大きさのデータで行われることを特徴とする請求
    項2または3記載のトラッキング短絡の検出方法。
  5. 【請求項5】前記トラッキング短絡の検出は、単位時間
    をさらに時間分割し、分割した時間内で絶対値化した電
    流のピーク値を抽出し、直前の分割した時間内に抽出し
    たピーク値との変化の大きさが所定の値に達しない場合
    はその単位時間を含めてそれ以前に抽出した請求項2記
    載の変化の大きさのデータを破棄し、次の 単位時間から
    改めて所定時間内の電流値からトラッキング短絡を検出
    する請求項4記載のトラッキング短絡の検出方法。
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