JP3744991B2 - 回路遮断装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は交流電気系統のデジタル式保護・計量装置に関し、さらに詳細には保護・計量機能を提供するため電気系統の波形をサンプリングし利用する態様に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
交流電気系統において保護及び／または計量機能を提供する現在の電気的装置には、電気系統を流れる電流のサンプル、また必要に応じ電圧のサンプルを用いて種々の所要機能を実行するために、マイクロコンピュータを組み込むのが一般的である。マイクロコンピュータは所要の保護・計量機能のための計算を行うだけでなく、波形をサンプリングして必要なデジタル情報を発生させる。マイクロコンピュータは、特に３相系統の電流及び電圧のサンプリングにかなりの時間を費やしている。従って、マイクロコンピュータに対する要求が競合する。
【０００３】
この問題は機能によってサンプリング条件が異なるためさらに複雑となる。例えば、瞬時、短時間遅延及び長時間遅延のような保護機能のための電流サンプリング条件または測定条件は、それらの機能間で異なるだけでなく、計量に必要とされる機能と著しく相違することがある。瞬時過電流保護と計量機能との間のサンプリング条件の違いが最も大きい。
【０００４】
瞬時保護では、電流がそのトリップレベルの設定を越える時点とトリップユニットが遮断装置を開く時点との間には遅延時間は意図的に挿入されない。このことから必然的に、ほんの数個のデータポイントだけで電流値の計算を行えることが必要があるが、これは電力ラインの１サイクル以下でトリップを行おうとすればサンプリング及びそれに続くデジタル計算にかかる時間を短縮しなければならないからである。
【０００５】
これとは対照的に、計量のための計算は時間が問題とならないから迅速に行う必要はない。例えば、情報をユニットに表示する必要がある場合、ディスプレイリフレッシュ更新時間が２５０ミリ秒よりも小さいと、レートが速すぎるため表示が読めなくなる恐れがあり問題である。さらに、測定中の電流に調波が多量に含まれている場合、サンプリングポイントを多数の用いる方が望ましい。このため、瞬時保護機能に適したサンプリングレートは、数サイクルに亘って多数のサンプルが採取されるまでただ待てばよいから計量機能にも適当であると言えるかも知れない。しかしながら、逐次サイクルの間波形の同一ポイントで繰り返しサンプリングを行っても計量機能に必要な情報は得られない。正確な計量を行うに必要な調波成分を捕えるためには、多数のサンプルを波形の１サイクルに亘り分布させる必要がある。一方、サンプリングレートを計量機能を満足させるに充分なほど速くした場合、かかる装置に経済的に使用可能な典型的なマイクロコンピュータでは必要な計算をリアルタイムで行うことができない。
【０００６】
この問題への１つのアプローチとして等価サンプリング方式が開発されている。
【０００７】
この等価サンプリング方式では、マイクロコンピュータがサンプリングと計算を実行するのに充分な時間的余裕があるように所定の数のサンプリング時点でサンプリングが行われるが、サンプルの逐次セットが波形の異なる点で採取されるように所定数のサンプルが繰り返される度に１サイクルの端数だけサンプリングが遅延される。所定数のサンプルが数回繰り返される間に採取したサンプルを単一の等価サイクルで生じたものとして取り扱うことによって、高い等価サンプリングレートを得る。例えば、繰り返しの度に１サイクルの６４分の１の遅延時間を挿入して波形１サイクルにつき１６個のサンプリングを行う場合、４回繰り返すと１サイクルにつきサンプル６４個の等価サンプリングレートが得られたことになる。事実、これは４サイクルではなく、４＋１／１６サイクルの間に起こるわけであるが、保護及び計量機能にとってはこれは大きな問題ではない。
【０００８】
純粋な正弦波形のＲＭＳ値は、例えば米国特許第５，０６０，１６６号に記載されているように、電気角９０°だけ離れたただ２つのサンプルから求めることができることが知られている。また、大きな故障電流は負荷でなくて電力系統の電源インピーダンスで制限されることも知られている。正弦波電圧を発生する発電機と抵抗性及び誘導性の線形ラインインピーダンスの組み合わせにより、故障電流の波形は正弦波に近い。従って、瞬時保護は９０°だけ離れた２つのサンプルを用いることにより実行できる。しかしながら、９０°だけ離れた（基本周波数につき）サンプルからは計量に必要な、そして事実上長時間遅延保護に必要な波形の調波を捕らえることができない。
【０００９】
従って、提供される種々の機能の競合条件をよりよく満足させるデジタルサンプリング方式を用いて電気系統のための改良型保護・計量装置を提供することが要望されている。
【００１０】
さらに、多岐に亘る保護・計量機能に必要な全ての計算を行うための充分な余裕ある比較的安価なマイクロコンピュータにより使用可能なサンプリング方式を用いるかかる保護・計量装置が要望されている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記及び他の要望は、瞬時保護機能には迅速な応答を可能にし、長時間遅延保護及び計量機能には高い精度を約束するサンプリング方式で被保護回路の波形をデジタル的にサンプリングする回路遮断装置に係わる本願発明により充足される。さらに詳説すると、本発明の回路遮断装置は、交流波形において各対が電気角９０°だけ離れたサンプリング時点を発生させる手段を含む。波形のこの対のサンプリング時点で得られるサンプル値は自乗され加算されて、その波形の基本周波数におけるＲＭＳ値を表わす信号となる。叙上のように、故障電流は本質的に正弦波形であるため、このサンプル対は瞬時保護機能のためのＲＭＳ電流値を迅速に表わす指標となる。本発明の好ましい実施例では、波形の異なる点で採取される２対のサンプルを瞬時保護に用いて波形に現れるスパイクに対する感度を軽減する。
【００１２】
本発明の実施にあたり、プロセッサー手段はサンプル値を自乗し加算して各サンプル対の自乗和を求める。その後、最も最近の２つのサンプル対の自乗和である移動和(running sum)を求め、それが瞬時保護ピックアップ値を表わすしきい値を越えると接点をトリップして開路させる。プロセッサー手段はまた、移動和が所定の短時間遅延保護ピックアップ値を表わすしきい値を所定の短時間遅延保護インターバルの間、隔対サンプルごとに越えると、接点をトリップして開路させる短時間遅延保護手段を含む。
【００１３】
プロセッサー手段はまた、所与数のサンプルにつき隔対サンプルごとにその移動和を累積することによって累積和を繰り返し発生させる手段を含む。このプロセッサー手段はさらに、所与数のサンプル採取後の累積和が所定時間の間長時間遅延保護ピックアップ値を表わすしきい値を越えると、接点をトリップして開路させる長時間遅延保護手段を含む。本発明の実施例では、この所定数のサンプルは６４個であり、累積和はサンプル６４個の各値の自乗の合計に等しい。好ましくは、これらのサンプルを、この所定数のサンプル採取後所定の等価サンプリングレートが得られるようにサンプルの逐次対間に遅延時間を挿入して、好ましくはその所定数のサンプルが等価サンプリングサイクルに亘ってほぼ均等に分布するように発生させる。長時間遅延保護機能に用いる累積和は等価サンプリングレートで採取したサンプルを用いて発生させるのが好ましい。また、等価サンプリングレートで採取するサンプルを計量機能に用いることができるが、これは等価サンプリング方式は高いサンプリングレートであるから波形をより高精度で測定できることによる。本発明の実施例では、等価サンプリングレートは１サイクルにつきサンプル６４個のレートである。
【００１４】
本発明の別の特徴は、それぞれ所与数のサンプルが等価サンプリングサイクルに亘って均等に分布した複数の等価サンプリングレートが得られることである。例えば、本発明の実施例では、１サイクル当たりサンプル１６個と１サイクル当たりサンプル６４個の２つの等価サンプリングレートが発生される。１サイクル当たりサンプル６４個の等価サンプリングレートは計量と長時間遅延保護機能に用いるのが好ましい。しかしながら、１サイクル当たりサンプル１６個の等価サンプリングレートは長時間遅延保護機能への使用が可能であり、１サイクル当たりサンプル６４個の等価サンプリングレートは計量機能だけに用いる。
【００１５】
以下、添付図面を参照して本発明を実施例につき詳細に説明する。
【００１６】
【実施例】
図１は、交流電気系統３の保護及び計量に用いる本発明の計量機能を備えた回路遮断装置を示す。図示の交流電気系統３は３つの相導体５Ａ，Ｂ，Ｃと、中性導体５Ｎ及び接地導体５Ｇを有する。変流器７Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｇがこれら各導体を流れる電流を感知し、変圧器９Ａ，Ｂ，Ｃが相−中性電圧を、また変圧器９Ｎが中性−接地電圧を感知する。レンジング回路１１はこれら電流及び電圧信号をアナログ−デジタルコンバータ１３による変換に適した範囲に調整し、その変換された信号がプロセッサーまたはデジタルプロセッサー１５へ入力される。アナログ−デジタルコンバータ１３は、以下に述べる態様でプロセッサー１５が発生する割込み信号により決まるサンプリングレートでアナログ電圧及び電流をサンプリングする。プロセッサー１５はデジタルサンプルにより発生されるデータを用いて交流電気系統３の保護、特に瞬時保護、短時間遅延保護及び長時間遅延保護を行うと共にこれらのサンプルを用いて計量を行う。
【００１７】
プロセッサー１５は入出力ポート１７を有し、このポートを通じてプロセッサー１５がフロントパネル１９と交信する。フロントパネル１９はユーザーとのインターフェイスとして働く。ユーザーはこのフロントパネルを介して計量機能付き回路遮断装置１の動作を制御し、交流電気系統３をモニターすることができる。この目的で、フロントパネル１９にはディスプレイ２１が備えられ、そのディスプレイ上で計量したパラメータがユーザーに提供される。
【００１８】
保護機能の実現にあたり、プロセッサー１５は保護機能の電流／時間特性のうちの任意のものがそのレベルを越えるとトリップ信号を発生させる。トリップ信号は入出力ポート１７を介してトリップ機構２３へ送られ、それにより交流電気系統３の相導体５Ａ，Ｂ，Ｃの開離可能な接点２５Ａ，Ｂ，Ｃが開路する。米国では通常、規制されていないが、中性導体５Ｎ及び接地導体５Ｇを流れる電流を遮断するために別の開離可能な接点を用いることができる。
【００１９】
入出力ポート１７はまた、プロセッサー１５と接点入力との間をデジタル入力を介してインターフェイスする。この入出力ポート１７を介してリレー出力及びアナログ出力も与えられる。プロセッサー１５は通信リンク２７を用いて遠隔のプロセッサーと交信可能であり、この通信リンクにより計量機能付き回路遮断装置１はその遠隔のプロセッサー（図示せず）へ情報を提供すると共に／またはそのプロセッサーにより制御される。
【００２０】
プロセッサー１５は、サンプリング時点を決定する割込み信号を発生することによりアナログ−デジタルコンバータ１３による種々の電流及び電圧波形のサンプリングを制御する。叙上のように、種々の保護・計量機能によりサンプリング条件が異なる。短絡状態に応答して回路遮断装置をトリップする瞬時保護機能は迅速な応答を必要とするが、長時間遅延保護及び計量機能では迅速な応答は必要ない。また、叙上のように、瞬時トリップ機能が応答する短絡電流は通常は正弦波形であるが、長時間遅延機能及び計量機能では波形の純粋な正弦波形からのひずみを考慮する必要がある。瞬時保護に必要な純粋な正弦電流波形への迅速な応答は、電気角９０°だけ離れた基本周波数波形のサンプル対により実現することができる。これは、以下のように示すことができる：
【数１】
従って、電気角９０°だけ離れた波形の任意の２点からの２つのサンプル値から交流波形の基本周波数のピーク値を計算できる。
【００２１】
式５から分かるように、電流のＲＭＳ値の計算には自乗したサンプル値の和の半分の平方根をとる必要があるから、サンプルの自乗値は正弦波形のＲＭＳ値に比例することが分かる。従って、保護機能には、プロセッサーにとってかなりの処理時間を必要とする平方根の計算は不要である。その代わり、サンプル対の自乗の和を瞬時保護ピックアップ値を表わすしきい値と比較することができる。
【００２２】
瞬時保護には１対のサンプルを用いることができるが、本発明の実施例では最も最近の２対のサンプルの自乗の和である移動和を求める。これにより、波形のスパイクによる誤トリップの危険が減少するが、依然として非常に迅速な応答を得ることができる。さらに、プロセッサー１５が行う計算は最小限必要なものであるためプロセッサーには他の機能のために余分の時間が得られる。また、最も最近の２対のサンプルの自乗の移動和を維持することにより、故障電流が大きくてサンプル４個の和が瞬時保護ピックアップのためのしきい値を越える場合、故障発生後の最初のサンプル対だけで瞬時保護のためのトリップを発生できる。これは、例えば１対のサンプル間で故障が発生し、後続の３個のサンプル、即ち故障が発生した対の第２のサンプルと、後続の１対のサンプルとによりサンプル４個の和がしきい値を越える場合に起こることがある。
【００２３】
この２対のサンプルを短時間遅延保護機能に用いることもできる。典型的な短時間遅延保護機能によるトリップが起こるには電流が瞬時保護機能のしきい値よりも幾分低いしきいレベルを越えた状態が、例えば約０．１乃至０．５秒継続することが必要であるため、電流の計算を瞬時保護機能に用いる場合程迅速に行う必要はない。従って、本発明の実施例では、最も最近の２対のサンプルの自乗和（Ｓ4）を、瞬時保護機能のようにサンプル対ごとにモニターするのでなくて、隔対のサンプルごとにモニターして短時間遅延保護に用いる。これによりプロセッサーには他の機能のための余分の時間が確保される。
【００２４】
本発明の重要な特徴は、サンプルの逐次対の間に遅延時間が挿入されることである。この遅延時間は、電気角９０°の倍数ではないため逐次対のサンプリング時点は基本周波数波形の異なる部分をサンプリングすることになる。実際、サンプルの逐次対間の遅延時間は一定でなくて、所与の数のサンプルを採取すると所望の等価サンプリングレートが得られるように調整される。等価サンプリング方式では、１つのサイクル上に重畳するとサンプルが均等に分布するように、波形の多数のサイクルのサンプリング時点で採取される所与数のサンプルを分布させる。１つのサイクルに全てのサンプルを集中させる作用効果は、その所与数のサンプルが採取されるまで繰り返し待った後、サンプルを使用することにより得られる。通常、この等価サンプリング方式では、１サイクルにつき所定数のサンプルを、それが繰り返される度に挿入される遅延時間を一定値にして採取する。本発明によると、サンプルの逐次対間の遅延時間は一定ではないが、その値は反復性パターンに従う。本発明の実施例では、サンプルの逐次対の間隔を、１サイクル６４個のサンプルが等間隔で分布する等価サンプリングレートが得られるように調整される。実施例の方式では、１サイクル１６個のサンプルが等間隔で分布する等価サンプリングレートも得られる。１サイクルにつきサンプル１６個の４つのパターンを逐次的に発生させ、パターン間で位相をシフトさせて、１サイクル６４個のサンプルが等間隔で分布する等価サンプリングレートが得られるようにする。
【００２５】
長時間遅延保護と計量の両機能のために１サイクルにつきサンプル６４個の等価サンプリングレートを用いる代わりに、長時間遅延保護のための計算を１サイクルにつきサンプル１６個の等価サンプリングレートを用いて行うこともできる。等価サンプリングレートとしては１サイクルにつきサンプル６４個の高いレートが好ましいが、これは長時間遅延保護機能にとって時間は重要でなく、多くの調波を考慮できるからである。
【００２６】
【表１】
【表２】
【表３】
上記表１〜３は結合して１つの表を構成し、６０Ｈｚの波形に用いるこのサンプリング法を説明するものである。上表から明らかなように、各対のサンプル、即ち０−１，２−３は６０Ｈｚでは９０°または４．１６６６６７ミリ秒だけ離れている。各サンプル対間の遅延時間は４つの値のうちの１つを取り、この４つの値が順次繰り返されて、１６個のサンプル採取後１サイクルあたりサンプル１６個の等価サンプリングレートが、また６４個のサンプル採取後１サイクルあたりサンプル６４個が均等に離れた等価サンプリングレートが得られる。上表において、サンプルのカウントは「サンプル番号」を示す。「６４*等価」は等価サンプリングサイクルにおける各サンプルの位置を示す。例えば、サンプル１は１サイクルにつきサンプル６４個の等価サンプリングレートでは等価サンプリングサイクルの位置１６に来る。「遅延時間」の欄はサンプル間の時間遅延を表わす。サンプル間の時間遅延は１つおきに４．１６６６６７ミリ秒となるが、これは６０Ｈｚにおいて対を構成するサンプルの間隔が９０°であることを示す。「時間」の欄は最初のサンプルの後その特定のサンプルが採取される時間を示す。６０Ｈｚ波形の６４個のサンプルを採取するために要する時間は３１９．０１０４秒であり、これは１９サイクルよりも僅かに多いことが分かる。
【００２７】
図２は上表に示すサンプルパターンのうちの最初の４個のサンプルの分布を角度で示したものであり、最初の２対のサンプルをＰ1及びＰ2で表わす。これら４個のサンプルは１サイクルの波形に亘って均等に分布していないが、各対のサンプルは波形のどこで採取されようがその波形の大きさを表わすことを想起されたい。
【００２８】
図３乃至６は１サイクルにつきサンプル１６個の等価サンプリングレートが４回繰り返される態様を示す。１セット１６個のサンプルが各等価サンプリングサイクルに亘って均等に分布している。サンプルが採取される順番を示す番号を各サンプルの横に示す。この４回の繰り返しは互いに位相がシフトしていることが分かる。
【００２９】
図７は１サイクルにつきサンプル６４個の等価サンプリングレートを図解するために上表に従って採取した６４個のサンプルを単一のサイクル上に重畳した分布状況を示す。図７に示す各サンプルは上表から識別可能である。例えば、第１のサンプルはサンプル番号が「０」のサンプルであり、図示の第２のサンプルはサンプル番号「５３」、第３のサンプルはサンプル番号「４６」等である。図７の１サイクルにつきサンプル６４個の等価サンプリングレートは、図３乃至６に示す１サイクルにつきサンプル１６個の等価サンプリングレートで４回繰り返し採取したものを合成したものである。１サイクルにつきサンプル６４個の等価サンプリングレートは長時間遅延保護及び計量機能のため実施例に用いる。図７に最もよく示されるように、１サイクルにつきサンプル６４個の等価サンプリングレートを用いるとひずんだ波形に応答できる。上表の「時間」の欄から、この高い等価サンプリングレートはプロセッサーに不当な負担をかけずにサンプルを発生させるが、これは個々のサンプル間の最短インターバルが各対のサンプルの間隔の４．１６６６７ミリ秒であるからである。
【００３０】
１サイクルにつきサンプル６４個の等価サンプリングレート及び１６個の等価サンプリングレートを６０Ｈｚの基本周波数波形について説明した。サンプルの分布は上表の「SIN」の欄に示す電気角からも分かる。この電気角の分布を用いて任意の周波数、例えば５０Ｈｚについてサンプリングのタイミングを発生することができる。
【００３１】
図８及び９は、上述したサンプリング方式により保護及び計量機能を提供するためにプロセッサー１５が用いる割込みルーチン２９を示す。ルーチン２９がコールされるたびに、３１において波形がサンプリングされ、その結果得られるサンプル値が自乗され加算されて各対の自乗和（Ｓ2）が得られる。３３においてサンプルが奇数でなく対の第１サンプルであることが分かると、ルーチンは主要プログラムへ戻る。３５において対の第２サンプル（奇数サンプル）であることが分かればカウントがインクリメントされる。３７においてカウントが偶数であることが分かると、３９においてその対の自乗和（Ｓ2）が偶数レジスターに記憶される。カウント１つおきに、４１においてＳ2が奇数レジスターに記憶される。４３において対の自乗和がクリアされる。その後４５において奇数及び偶数レジスターの内容が加算され、最も最近のサンプル４個につき自乗和が得られる。この値はＳ4に記憶され、量Ｓ64に加算される。この量Ｓ64は、１サイクルにつきサンプル６４個の等価サンプリングレートで採取した６４個のサンプルの累積和である。
【００３２】
４７においてカウントが偶数であることが分かると、４９において偶数レジスターが０にセットされる。奇数のカウントであれば、５１において奇数レジスターが０にセットされる。５３において最も最近の２対のサンプルの自乗和（Ｓ4）が瞬時保護ピックアップ電流値を表わすしきい値を越えると、５５において瞬時保護トリップルーチンがコールされる。５７において隔対のカウント、即ち１つおきのサンプル対であることが分かると、５９において最も最近の２対のサンプルの自乗和が短時間遅延保護ピックアップ電流値を表わすしきい値と比較される。この短時間遅延ピックアップ電流値を越えると、６１において短時間遅延保護ルーチンがコールされる。このルーチンは電流が短時間遅延ピックアップ電流値よりも高いインターバルを測定し、このインターバルが所定の短時間遅延インターバルを越えるとトリップ信号を発生させる。
【００３３】
瞬時及び短時間遅延保護機能のチェックを行った後、６３においてレジスターのＳ4がクリアされる。６５において６４個のサンプル値が採取されたことが分かると（カウントがサンプル対の数を記録する）、６７において６４個のサンプルの自乗の累積和Ｓ64が長時間遅延保護ピックアップ値を表わすしきい値と比較される。この長時間遅延保護ピックアップ値を越えると、６９において長時間遅延保護サブルーチンがコールされる。このサブルーチンは長時間遅延保護のタイムアウト値が越えるとトリップ信号を発生する。
【００３４】
長時間遅延保護機能の後、７１において計量機能が実行される。この計量機能は、電流及び電圧のＲＭＳ値の発生、所望であれば電力及びエネルギー計算のような他の計量機能を実行を含むものである。その後７３においてレジスタからＳ64がクリアされ、７５においてプログラムがエグジットする前にカウントが０にリセットされる。
【００３５】
図１０は、９０°離れたサンプル対を発生させ、本発明に従ってサンプル対間の時間インターバルを調整するためにプロセッサ１５が用いるルーチン７７のフローチャートである。これは割込みタイマーをロードすることにより実行される。図示のフローチャートに示す時間は６０Ｈｚの波形に関するものである。サンプルのカウントが維持される。７９において採取したばかりのサンプルが１５に等しいことが分かると、８１においてタイマーに４．９４ミリ秒が加えられる。８３においてカウントが３または１１であることが分かると、８５においてタイマーに５．２０８ミリ秒が加えられる。そして８７においてカウントが７に等しいことが分かると、８９においてタイマーに７．２９１ミリ秒が加えられる。９１においてカウントが偶数であることが分かると、９３においてタイマーに４．１６７ミリ秒が加えられる。９１においてカウントが偶数でないことが分かると、９５においてタイマーに６．２５ミリ秒が加えられる。ルーチンが最初にコールされたとき、カウントは０である。９１においてこのカウントが偶数カウントであることが分かるため、９３においてタイマーに電気角９０°と等価の４．１６７ミリ秒が加えられ、次のサンプルが第１サンプルから９０°経過後採取される。サンプルは１つおきに偶数となるため順次採取されるサンプル対は９０°離れていることが分かる。９７においてカウントがインクリメントされて次のサンプルが採取されると、９５においてタイマーに６．２５ミリ秒が加えられ、サンプル対間に遅延時間が挿入される。８３においてカウントが３及び１１であることが分かると、８５に示すように遅延時間は５．２０８ミリ秒である。カウント７では、遅延時間は８９で示すように７．２９１ミリ秒である。カウント１５では、８１においてタイマーに４．９４ミリ秒が加えられ、９９においてカウントが０にセットされる。従って、サンプル対間の調整は１６個のサンプルごとに繰り返されることが分かる。しかしながら、１６個のサンプルが４回繰り返されるまでその繰り返しは最初の同じ点から始まらない。かくして、等価サンプリングサイクルに亘って６４個のサンプルが全て均等に離れることになる。
【００３６】
本発明の特異なサンプリング方式によると、採取されるサンプルの最も近い間隔は電気角９０°であるため、プロセッサーが総合的な保護・計量機能に必要な多くの計算を行うために充分な時間が提供される。同時に、実行される多岐に亘る機能のうちその各々について適当な精度が得られる。瞬時保護機能は正弦波形となる傾向の故障電流に対して行われるため、電気角９０°だけ離れたサンプル対を用いることによって所要の精度が得られる。一方、計量及び長時間遅延保護機能に必要な高い精度はサンプル対間に遅延時間を挟んで高い等価サンプリングレートを発生させることにより得られる。
【００３７】
本発明の特定実施例を詳細に説明したが、本願の開示全体から当業者にとっては種々の変形例及び設計変更が可能であることが分かる。従って、開示した特定の構成は例示の目的をもつものに過ぎず、本願発明の技術的範囲を限定するものではなくて、これは頭書した特許請求の範囲の全幅及び全均等範囲が与えられるべきである。
【００３８】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による回路遮断装置を示すブロック図。
【図２】本発明の等価サンプリング方式により採取した２対のサンプルの分布を示す図。
【図３】本発明により、サンプル対を用いて１サイクルにつきサンプル１６個の等価サンプリングレートでのサンプル採取を４回繰り返す際の第１回目の繰り返しを示す図。
【図４】本発明により、サンプル対を用いて１サイクルにつきサンプル１６個の等価サンプリングレートでのサンプル採取を４回繰り返す際の第２回目の繰り返しを示す図。
【図５】本発明により、サンプル対を用いて１サイクルにつきサンプル１６個の等価サンプリングレートでのサンプル採取を４回繰り返す際の第３回目の繰り返しを示す図。
【図６】本発明により、サンプル対を用いて１サイクルにつきサンプル１６個の等価サンプリングレートでのサンプル採取を４回繰り返す際の第４回目の繰り返しを示す図。
【図７】本発明の等価サンプリング方式により採取したサンプルの全等価サンプリングサイクルを示す図。
【図８】本発明を実施するにつき図１の回路遮断装置が用いるコンピュータのルーチンを示すフローチャート。
【図９】本発明を実施するにつき図１の回路遮断装置が用いるコンピュータのルーチンを示すフローチャート。
【図１０】本発明に従ってサンプルを分布させるために図１の回路遮断装置が用いるルーチンのフローチャートである。
【符号の説明】
１ 回路遮断装置
３ 交流電気系統
５Ａ，Ｂ，Ｃ 相導体
５Ｎ 中性導体
５Ｇ 接地導体
７Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｇ 変流器
９Ａ，Ｂ，Ｃ 変圧器
１１ レンジング回路
１３ アナログ−デジタルコンバータ
１５ プロセッサ
１７ 入出力インターフェイス
１９ フロントパネル
２１ ディスプレイ
【産業上の利用分野】
本発明は交流電気系統のデジタル式保護・計量装置に関し、さらに詳細には保護・計量機能を提供するため電気系統の波形をサンプリングし利用する態様に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
交流電気系統において保護及び／または計量機能を提供する現在の電気的装置には、電気系統を流れる電流のサンプル、また必要に応じ電圧のサンプルを用いて種々の所要機能を実行するために、マイクロコンピュータを組み込むのが一般的である。マイクロコンピュータは所要の保護・計量機能のための計算を行うだけでなく、波形をサンプリングして必要なデジタル情報を発生させる。マイクロコンピュータは、特に３相系統の電流及び電圧のサンプリングにかなりの時間を費やしている。従って、マイクロコンピュータに対する要求が競合する。
【０００３】
この問題は機能によってサンプリング条件が異なるためさらに複雑となる。例えば、瞬時、短時間遅延及び長時間遅延のような保護機能のための電流サンプリング条件または測定条件は、それらの機能間で異なるだけでなく、計量に必要とされる機能と著しく相違することがある。瞬時過電流保護と計量機能との間のサンプリング条件の違いが最も大きい。
【０００４】
瞬時保護では、電流がそのトリップレベルの設定を越える時点とトリップユニットが遮断装置を開く時点との間には遅延時間は意図的に挿入されない。このことから必然的に、ほんの数個のデータポイントだけで電流値の計算を行えることが必要があるが、これは電力ラインの１サイクル以下でトリップを行おうとすればサンプリング及びそれに続くデジタル計算にかかる時間を短縮しなければならないからである。
【０００５】
これとは対照的に、計量のための計算は時間が問題とならないから迅速に行う必要はない。例えば、情報をユニットに表示する必要がある場合、ディスプレイリフレッシュ更新時間が２５０ミリ秒よりも小さいと、レートが速すぎるため表示が読めなくなる恐れがあり問題である。さらに、測定中の電流に調波が多量に含まれている場合、サンプリングポイントを多数の用いる方が望ましい。このため、瞬時保護機能に適したサンプリングレートは、数サイクルに亘って多数のサンプルが採取されるまでただ待てばよいから計量機能にも適当であると言えるかも知れない。しかしながら、逐次サイクルの間波形の同一ポイントで繰り返しサンプリングを行っても計量機能に必要な情報は得られない。正確な計量を行うに必要な調波成分を捕えるためには、多数のサンプルを波形の１サイクルに亘り分布させる必要がある。一方、サンプリングレートを計量機能を満足させるに充分なほど速くした場合、かかる装置に経済的に使用可能な典型的なマイクロコンピュータでは必要な計算をリアルタイムで行うことができない。
【０００６】
この問題への１つのアプローチとして等価サンプリング方式が開発されている。
【０００７】
この等価サンプリング方式では、マイクロコンピュータがサンプリングと計算を実行するのに充分な時間的余裕があるように所定の数のサンプリング時点でサンプリングが行われるが、サンプルの逐次セットが波形の異なる点で採取されるように所定数のサンプルが繰り返される度に１サイクルの端数だけサンプリングが遅延される。所定数のサンプルが数回繰り返される間に採取したサンプルを単一の等価サイクルで生じたものとして取り扱うことによって、高い等価サンプリングレートを得る。例えば、繰り返しの度に１サイクルの６４分の１の遅延時間を挿入して波形１サイクルにつき１６個のサンプリングを行う場合、４回繰り返すと１サイクルにつきサンプル６４個の等価サンプリングレートが得られたことになる。事実、これは４サイクルではなく、４＋１／１６サイクルの間に起こるわけであるが、保護及び計量機能にとってはこれは大きな問題ではない。
【０００８】
純粋な正弦波形のＲＭＳ値は、例えば米国特許第５，０６０，１６６号に記載されているように、電気角９０°だけ離れたただ２つのサンプルから求めることができることが知られている。また、大きな故障電流は負荷でなくて電力系統の電源インピーダンスで制限されることも知られている。正弦波電圧を発生する発電機と抵抗性及び誘導性の線形ラインインピーダンスの組み合わせにより、故障電流の波形は正弦波に近い。従って、瞬時保護は９０°だけ離れた２つのサンプルを用いることにより実行できる。しかしながら、９０°だけ離れた（基本周波数につき）サンプルからは計量に必要な、そして事実上長時間遅延保護に必要な波形の調波を捕らえることができない。
【０００９】
従って、提供される種々の機能の競合条件をよりよく満足させるデジタルサンプリング方式を用いて電気系統のための改良型保護・計量装置を提供することが要望されている。
【００１０】
さらに、多岐に亘る保護・計量機能に必要な全ての計算を行うための充分な余裕ある比較的安価なマイクロコンピュータにより使用可能なサンプリング方式を用いるかかる保護・計量装置が要望されている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記及び他の要望は、瞬時保護機能には迅速な応答を可能にし、長時間遅延保護及び計量機能には高い精度を約束するサンプリング方式で被保護回路の波形をデジタル的にサンプリングする回路遮断装置に係わる本願発明により充足される。さらに詳説すると、本発明の回路遮断装置は、交流波形において各対が電気角９０°だけ離れたサンプリング時点を発生させる手段を含む。波形のこの対のサンプリング時点で得られるサンプル値は自乗され加算されて、その波形の基本周波数におけるＲＭＳ値を表わす信号となる。叙上のように、故障電流は本質的に正弦波形であるため、このサンプル対は瞬時保護機能のためのＲＭＳ電流値を迅速に表わす指標となる。本発明の好ましい実施例では、波形の異なる点で採取される２対のサンプルを瞬時保護に用いて波形に現れるスパイクに対する感度を軽減する。
【００１２】
本発明の実施にあたり、プロセッサー手段はサンプル値を自乗し加算して各サンプル対の自乗和を求める。その後、最も最近の２つのサンプル対の自乗和である移動和(running sum)を求め、それが瞬時保護ピックアップ値を表わすしきい値を越えると接点をトリップして開路させる。プロセッサー手段はまた、移動和が所定の短時間遅延保護ピックアップ値を表わすしきい値を所定の短時間遅延保護インターバルの間、隔対サンプルごとに越えると、接点をトリップして開路させる短時間遅延保護手段を含む。
【００１３】
プロセッサー手段はまた、所与数のサンプルにつき隔対サンプルごとにその移動和を累積することによって累積和を繰り返し発生させる手段を含む。このプロセッサー手段はさらに、所与数のサンプル採取後の累積和が所定時間の間長時間遅延保護ピックアップ値を表わすしきい値を越えると、接点をトリップして開路させる長時間遅延保護手段を含む。本発明の実施例では、この所定数のサンプルは６４個であり、累積和はサンプル６４個の各値の自乗の合計に等しい。好ましくは、これらのサンプルを、この所定数のサンプル採取後所定の等価サンプリングレートが得られるようにサンプルの逐次対間に遅延時間を挿入して、好ましくはその所定数のサンプルが等価サンプリングサイクルに亘ってほぼ均等に分布するように発生させる。長時間遅延保護機能に用いる累積和は等価サンプリングレートで採取したサンプルを用いて発生させるのが好ましい。また、等価サンプリングレートで採取するサンプルを計量機能に用いることができるが、これは等価サンプリング方式は高いサンプリングレートであるから波形をより高精度で測定できることによる。本発明の実施例では、等価サンプリングレートは１サイクルにつきサンプル６４個のレートである。
【００１４】
本発明の別の特徴は、それぞれ所与数のサンプルが等価サンプリングサイクルに亘って均等に分布した複数の等価サンプリングレートが得られることである。例えば、本発明の実施例では、１サイクル当たりサンプル１６個と１サイクル当たりサンプル６４個の２つの等価サンプリングレートが発生される。１サイクル当たりサンプル６４個の等価サンプリングレートは計量と長時間遅延保護機能に用いるのが好ましい。しかしながら、１サイクル当たりサンプル１６個の等価サンプリングレートは長時間遅延保護機能への使用が可能であり、１サイクル当たりサンプル６４個の等価サンプリングレートは計量機能だけに用いる。
【００１５】
以下、添付図面を参照して本発明を実施例につき詳細に説明する。
【００１６】
【実施例】
図１は、交流電気系統３の保護及び計量に用いる本発明の計量機能を備えた回路遮断装置を示す。図示の交流電気系統３は３つの相導体５Ａ，Ｂ，Ｃと、中性導体５Ｎ及び接地導体５Ｇを有する。変流器７Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｇがこれら各導体を流れる電流を感知し、変圧器９Ａ，Ｂ，Ｃが相−中性電圧を、また変圧器９Ｎが中性−接地電圧を感知する。レンジング回路１１はこれら電流及び電圧信号をアナログ−デジタルコンバータ１３による変換に適した範囲に調整し、その変換された信号がプロセッサーまたはデジタルプロセッサー１５へ入力される。アナログ−デジタルコンバータ１３は、以下に述べる態様でプロセッサー１５が発生する割込み信号により決まるサンプリングレートでアナログ電圧及び電流をサンプリングする。プロセッサー１５はデジタルサンプルにより発生されるデータを用いて交流電気系統３の保護、特に瞬時保護、短時間遅延保護及び長時間遅延保護を行うと共にこれらのサンプルを用いて計量を行う。
【００１７】
プロセッサー１５は入出力ポート１７を有し、このポートを通じてプロセッサー１５がフロントパネル１９と交信する。フロントパネル１９はユーザーとのインターフェイスとして働く。ユーザーはこのフロントパネルを介して計量機能付き回路遮断装置１の動作を制御し、交流電気系統３をモニターすることができる。この目的で、フロントパネル１９にはディスプレイ２１が備えられ、そのディスプレイ上で計量したパラメータがユーザーに提供される。
【００１８】
保護機能の実現にあたり、プロセッサー１５は保護機能の電流／時間特性のうちの任意のものがそのレベルを越えるとトリップ信号を発生させる。トリップ信号は入出力ポート１７を介してトリップ機構２３へ送られ、それにより交流電気系統３の相導体５Ａ，Ｂ，Ｃの開離可能な接点２５Ａ，Ｂ，Ｃが開路する。米国では通常、規制されていないが、中性導体５Ｎ及び接地導体５Ｇを流れる電流を遮断するために別の開離可能な接点を用いることができる。
【００１９】
入出力ポート１７はまた、プロセッサー１５と接点入力との間をデジタル入力を介してインターフェイスする。この入出力ポート１７を介してリレー出力及びアナログ出力も与えられる。プロセッサー１５は通信リンク２７を用いて遠隔のプロセッサーと交信可能であり、この通信リンクにより計量機能付き回路遮断装置１はその遠隔のプロセッサー（図示せず）へ情報を提供すると共に／またはそのプロセッサーにより制御される。
【００２０】
プロセッサー１５は、サンプリング時点を決定する割込み信号を発生することによりアナログ−デジタルコンバータ１３による種々の電流及び電圧波形のサンプリングを制御する。叙上のように、種々の保護・計量機能によりサンプリング条件が異なる。短絡状態に応答して回路遮断装置をトリップする瞬時保護機能は迅速な応答を必要とするが、長時間遅延保護及び計量機能では迅速な応答は必要ない。また、叙上のように、瞬時トリップ機能が応答する短絡電流は通常は正弦波形であるが、長時間遅延機能及び計量機能では波形の純粋な正弦波形からのひずみを考慮する必要がある。瞬時保護に必要な純粋な正弦電流波形への迅速な応答は、電気角９０°だけ離れた基本周波数波形のサンプル対により実現することができる。これは、以下のように示すことができる：
【数１】
【００２１】
式５から分かるように、電流のＲＭＳ値の計算には自乗したサンプル値の和の半分の平方根をとる必要があるから、サンプルの自乗値は正弦波形のＲＭＳ値に比例することが分かる。従って、保護機能には、プロセッサーにとってかなりの処理時間を必要とする平方根の計算は不要である。その代わり、サンプル対の自乗の和を瞬時保護ピックアップ値を表わすしきい値と比較することができる。
【００２２】
瞬時保護には１対のサンプルを用いることができるが、本発明の実施例では最も最近の２対のサンプルの自乗の和である移動和を求める。これにより、波形のスパイクによる誤トリップの危険が減少するが、依然として非常に迅速な応答を得ることができる。さらに、プロセッサー１５が行う計算は最小限必要なものであるためプロセッサーには他の機能のために余分の時間が得られる。また、最も最近の２対のサンプルの自乗の移動和を維持することにより、故障電流が大きくてサンプル４個の和が瞬時保護ピックアップのためのしきい値を越える場合、故障発生後の最初のサンプル対だけで瞬時保護のためのトリップを発生できる。これは、例えば１対のサンプル間で故障が発生し、後続の３個のサンプル、即ち故障が発生した対の第２のサンプルと、後続の１対のサンプルとによりサンプル４個の和がしきい値を越える場合に起こることがある。
【００２３】
この２対のサンプルを短時間遅延保護機能に用いることもできる。典型的な短時間遅延保護機能によるトリップが起こるには電流が瞬時保護機能のしきい値よりも幾分低いしきいレベルを越えた状態が、例えば約０．１乃至０．５秒継続することが必要であるため、電流の計算を瞬時保護機能に用いる場合程迅速に行う必要はない。従って、本発明の実施例では、最も最近の２対のサンプルの自乗和（Ｓ4）を、瞬時保護機能のようにサンプル対ごとにモニターするのでなくて、隔対のサンプルごとにモニターして短時間遅延保護に用いる。これによりプロセッサーには他の機能のための余分の時間が確保される。
【００２４】
本発明の重要な特徴は、サンプルの逐次対の間に遅延時間が挿入されることである。この遅延時間は、電気角９０°の倍数ではないため逐次対のサンプリング時点は基本周波数波形の異なる部分をサンプリングすることになる。実際、サンプルの逐次対間の遅延時間は一定でなくて、所与の数のサンプルを採取すると所望の等価サンプリングレートが得られるように調整される。等価サンプリング方式では、１つのサイクル上に重畳するとサンプルが均等に分布するように、波形の多数のサイクルのサンプリング時点で採取される所与数のサンプルを分布させる。１つのサイクルに全てのサンプルを集中させる作用効果は、その所与数のサンプルが採取されるまで繰り返し待った後、サンプルを使用することにより得られる。通常、この等価サンプリング方式では、１サイクルにつき所定数のサンプルを、それが繰り返される度に挿入される遅延時間を一定値にして採取する。本発明によると、サンプルの逐次対間の遅延時間は一定ではないが、その値は反復性パターンに従う。本発明の実施例では、サンプルの逐次対の間隔を、１サイクル６４個のサンプルが等間隔で分布する等価サンプリングレートが得られるように調整される。実施例の方式では、１サイクル１６個のサンプルが等間隔で分布する等価サンプリングレートも得られる。１サイクルにつきサンプル１６個の４つのパターンを逐次的に発生させ、パターン間で位相をシフトさせて、１サイクル６４個のサンプルが等間隔で分布する等価サンプリングレートが得られるようにする。
【００２５】
長時間遅延保護と計量の両機能のために１サイクルにつきサンプル６４個の等価サンプリングレートを用いる代わりに、長時間遅延保護のための計算を１サイクルにつきサンプル１６個の等価サンプリングレートを用いて行うこともできる。等価サンプリングレートとしては１サイクルにつきサンプル６４個の高いレートが好ましいが、これは長時間遅延保護機能にとって時間は重要でなく、多くの調波を考慮できるからである。
【００２６】
【表１】
【００２７】
図２は上表に示すサンプルパターンのうちの最初の４個のサンプルの分布を角度で示したものであり、最初の２対のサンプルをＰ1及びＰ2で表わす。これら４個のサンプルは１サイクルの波形に亘って均等に分布していないが、各対のサンプルは波形のどこで採取されようがその波形の大きさを表わすことを想起されたい。
【００２８】
図３乃至６は１サイクルにつきサンプル１６個の等価サンプリングレートが４回繰り返される態様を示す。１セット１６個のサンプルが各等価サンプリングサイクルに亘って均等に分布している。サンプルが採取される順番を示す番号を各サンプルの横に示す。この４回の繰り返しは互いに位相がシフトしていることが分かる。
【００２９】
図７は１サイクルにつきサンプル６４個の等価サンプリングレートを図解するために上表に従って採取した６４個のサンプルを単一のサイクル上に重畳した分布状況を示す。図７に示す各サンプルは上表から識別可能である。例えば、第１のサンプルはサンプル番号が「０」のサンプルであり、図示の第２のサンプルはサンプル番号「５３」、第３のサンプルはサンプル番号「４６」等である。図７の１サイクルにつきサンプル６４個の等価サンプリングレートは、図３乃至６に示す１サイクルにつきサンプル１６個の等価サンプリングレートで４回繰り返し採取したものを合成したものである。１サイクルにつきサンプル６４個の等価サンプリングレートは長時間遅延保護及び計量機能のため実施例に用いる。図７に最もよく示されるように、１サイクルにつきサンプル６４個の等価サンプリングレートを用いるとひずんだ波形に応答できる。上表の「時間」の欄から、この高い等価サンプリングレートはプロセッサーに不当な負担をかけずにサンプルを発生させるが、これは個々のサンプル間の最短インターバルが各対のサンプルの間隔の４．１６６６７ミリ秒であるからである。
【００３０】
１サイクルにつきサンプル６４個の等価サンプリングレート及び１６個の等価サンプリングレートを６０Ｈｚの基本周波数波形について説明した。サンプルの分布は上表の「SIN」の欄に示す電気角からも分かる。この電気角の分布を用いて任意の周波数、例えば５０Ｈｚについてサンプリングのタイミングを発生することができる。
【００３１】
図８及び９は、上述したサンプリング方式により保護及び計量機能を提供するためにプロセッサー１５が用いる割込みルーチン２９を示す。ルーチン２９がコールされるたびに、３１において波形がサンプリングされ、その結果得られるサンプル値が自乗され加算されて各対の自乗和（Ｓ2）が得られる。３３においてサンプルが奇数でなく対の第１サンプルであることが分かると、ルーチンは主要プログラムへ戻る。３５において対の第２サンプル（奇数サンプル）であることが分かればカウントがインクリメントされる。３７においてカウントが偶数であることが分かると、３９においてその対の自乗和（Ｓ2）が偶数レジスターに記憶される。カウント１つおきに、４１においてＳ2が奇数レジスターに記憶される。４３において対の自乗和がクリアされる。その後４５において奇数及び偶数レジスターの内容が加算され、最も最近のサンプル４個につき自乗和が得られる。この値はＳ4に記憶され、量Ｓ64に加算される。この量Ｓ64は、１サイクルにつきサンプル６４個の等価サンプリングレートで採取した６４個のサンプルの累積和である。
【００３２】
４７においてカウントが偶数であることが分かると、４９において偶数レジスターが０にセットされる。奇数のカウントであれば、５１において奇数レジスターが０にセットされる。５３において最も最近の２対のサンプルの自乗和（Ｓ4）が瞬時保護ピックアップ電流値を表わすしきい値を越えると、５５において瞬時保護トリップルーチンがコールされる。５７において隔対のカウント、即ち１つおきのサンプル対であることが分かると、５９において最も最近の２対のサンプルの自乗和が短時間遅延保護ピックアップ電流値を表わすしきい値と比較される。この短時間遅延ピックアップ電流値を越えると、６１において短時間遅延保護ルーチンがコールされる。このルーチンは電流が短時間遅延ピックアップ電流値よりも高いインターバルを測定し、このインターバルが所定の短時間遅延インターバルを越えるとトリップ信号を発生させる。
【００３３】
瞬時及び短時間遅延保護機能のチェックを行った後、６３においてレジスターのＳ4がクリアされる。６５において６４個のサンプル値が採取されたことが分かると（カウントがサンプル対の数を記録する）、６７において６４個のサンプルの自乗の累積和Ｓ64が長時間遅延保護ピックアップ値を表わすしきい値と比較される。この長時間遅延保護ピックアップ値を越えると、６９において長時間遅延保護サブルーチンがコールされる。このサブルーチンは長時間遅延保護のタイムアウト値が越えるとトリップ信号を発生する。
【００３４】
長時間遅延保護機能の後、７１において計量機能が実行される。この計量機能は、電流及び電圧のＲＭＳ値の発生、所望であれば電力及びエネルギー計算のような他の計量機能を実行を含むものである。その後７３においてレジスタからＳ64がクリアされ、７５においてプログラムがエグジットする前にカウントが０にリセットされる。
【００３５】
図１０は、９０°離れたサンプル対を発生させ、本発明に従ってサンプル対間の時間インターバルを調整するためにプロセッサ１５が用いるルーチン７７のフローチャートである。これは割込みタイマーをロードすることにより実行される。図示のフローチャートに示す時間は６０Ｈｚの波形に関するものである。サンプルのカウントが維持される。７９において採取したばかりのサンプルが１５に等しいことが分かると、８１においてタイマーに４．９４ミリ秒が加えられる。８３においてカウントが３または１１であることが分かると、８５においてタイマーに５．２０８ミリ秒が加えられる。そして８７においてカウントが７に等しいことが分かると、８９においてタイマーに７．２９１ミリ秒が加えられる。９１においてカウントが偶数であることが分かると、９３においてタイマーに４．１６７ミリ秒が加えられる。９１においてカウントが偶数でないことが分かると、９５においてタイマーに６．２５ミリ秒が加えられる。ルーチンが最初にコールされたとき、カウントは０である。９１においてこのカウントが偶数カウントであることが分かるため、９３においてタイマーに電気角９０°と等価の４．１６７ミリ秒が加えられ、次のサンプルが第１サンプルから９０°経過後採取される。サンプルは１つおきに偶数となるため順次採取されるサンプル対は９０°離れていることが分かる。９７においてカウントがインクリメントされて次のサンプルが採取されると、９５においてタイマーに６．２５ミリ秒が加えられ、サンプル対間に遅延時間が挿入される。８３においてカウントが３及び１１であることが分かると、８５に示すように遅延時間は５．２０８ミリ秒である。カウント７では、遅延時間は８９で示すように７．２９１ミリ秒である。カウント１５では、８１においてタイマーに４．９４ミリ秒が加えられ、９９においてカウントが０にセットされる。従って、サンプル対間の調整は１６個のサンプルごとに繰り返されることが分かる。しかしながら、１６個のサンプルが４回繰り返されるまでその繰り返しは最初の同じ点から始まらない。かくして、等価サンプリングサイクルに亘って６４個のサンプルが全て均等に離れることになる。
【００３６】
本発明の特異なサンプリング方式によると、採取されるサンプルの最も近い間隔は電気角９０°であるため、プロセッサーが総合的な保護・計量機能に必要な多くの計算を行うために充分な時間が提供される。同時に、実行される多岐に亘る機能のうちその各々について適当な精度が得られる。瞬時保護機能は正弦波形となる傾向の故障電流に対して行われるため、電気角９０°だけ離れたサンプル対を用いることによって所要の精度が得られる。一方、計量及び長時間遅延保護機能に必要な高い精度はサンプル対間に遅延時間を挟んで高い等価サンプリングレートを発生させることにより得られる。
【００３７】
本発明の特定実施例を詳細に説明したが、本願の開示全体から当業者にとっては種々の変形例及び設計変更が可能であることが分かる。従って、開示した特定の構成は例示の目的をもつものに過ぎず、本願発明の技術的範囲を限定するものではなくて、これは頭書した特許請求の範囲の全幅及び全均等範囲が与えられるべきである。
【００３８】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による回路遮断装置を示すブロック図。
【図２】本発明の等価サンプリング方式により採取した２対のサンプルの分布を示す図。
【図３】本発明により、サンプル対を用いて１サイクルにつきサンプル１６個の等価サンプリングレートでのサンプル採取を４回繰り返す際の第１回目の繰り返しを示す図。
【図４】本発明により、サンプル対を用いて１サイクルにつきサンプル１６個の等価サンプリングレートでのサンプル採取を４回繰り返す際の第２回目の繰り返しを示す図。
【図５】本発明により、サンプル対を用いて１サイクルにつきサンプル１６個の等価サンプリングレートでのサンプル採取を４回繰り返す際の第３回目の繰り返しを示す図。
【図６】本発明により、サンプル対を用いて１サイクルにつきサンプル１６個の等価サンプリングレートでのサンプル採取を４回繰り返す際の第４回目の繰り返しを示す図。
【図７】本発明の等価サンプリング方式により採取したサンプルの全等価サンプリングサイクルを示す図。
【図８】本発明を実施するにつき図１の回路遮断装置が用いるコンピュータのルーチンを示すフローチャート。
【図９】本発明を実施するにつき図１の回路遮断装置が用いるコンピュータのルーチンを示すフローチャート。
【図１０】本発明に従ってサンプルを分布させるために図１の回路遮断装置が用いるルーチンのフローチャートである。
【符号の説明】
１ 回路遮断装置
３ 交流電気系統
５Ａ，Ｂ，Ｃ 相導体
５Ｎ 中性導体
５Ｇ 接地導体
７Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｇ 変流器
９Ａ，Ｂ，Ｃ 変圧器
１１ レンジング回路
１３ アナログ−デジタルコンバータ
１５ プロセッサ
１７ 入出力インターフェイス
１９ フロントパネル
２１ ディスプレイ
Claims (18)
- 交流電気系統を流れる電流を開くと遮断する開離可能な接点と、
少なくとも１つの電流波形を含む交流電気系統の波形を感知する感知手段と、
感知手段が感知した交流波形をサンプリング時点においてサンプリングすることにより波形のデジタルサンプルを発生させるサンプリング手段と、
交流波形のサンプリング時点として、各対が電気角９０°だけ離れ、逐次対間の遅延時間が所与数のデジタルサンプルが採取されると交流波形１サイクルにつき所定の等価サンプリングレートが得られるように調整された、サンプリング時点を発生させる手段と、
等価サンプリングレートで採取した所与数の電流波形デジタルサンプルから繰り返し求められる電流波形が所定の電流／時間特性を呈するのに応答して開離可能な接点をトリップすることにより開路するプロセッサー手段とよりなることを特徴とする回路遮断装置。 - 電流波形の前記所定の電流／時間特性が長時間遅延保護電流／時間特性であり、プロセッサー手段が、前記対のサンプリング時点で繰り返し求められるデジタルサンプルに基づく電流波形が瞬時保護電流／時間特性を呈するのに応答して開離可能な接点をトリップすることにより開路する瞬時トリップ手段を含んでなることを特徴とする請求項１の回路遮断装置。
- プロセッサー手段がさらに、等価サンプリングレートで採取した所与数のデジタルサンプルに基づく波形の電力に関連するパラメータを表わす出力を発生させる計量手段を含んでなることを特徴とする請求項２に記載の回路遮断装置。
- 瞬時トリップ手段が、最も最近の２対のサンプリング時点で繰り返し求められるデジタルサンプルに基づく電流波形が瞬時保護電流／時間特性を呈するのに応答して開離可能な接点をトリップすることにより開路させる手段を含んでなることを特徴とする請求項２に記載の回路遮断装置。
- プロセッサー手段がさらに、所定数の前記対のサンプリング時点で繰り返し求められるデジタルサンプルに基づく電流波形が短時間遅延保護電流／時間特性を呈するのに応答して開離可能な接点をトリップすることにより開路させる短時間遅延保護手段を含んでなることを特徴とする請求項４に記載の回路遮断装置。
- 少なくとも２対のサンプリング時点で繰り返し求められるデジタルサンプルに基づく電流波形が短時間遅延保護電流／時間特性を呈するのに応答して開離可能な接点をトリップすることにより開路させることを特徴とする請求項５に記載の回路遮断装置。
- プロセッサー手段がさらに、等価サンプリングレートで採取した所与数のデジタルサンプルに基づく波形の電力に関連するパラメータを表わす出力を発生させる計量手段を含んでなることを特徴とする請求項６に記載の回路遮断装置。
- サンプリング時点を発生させる前記手段が第１及び第２の所与数のデジタルサンプルが採取されると第１及び第２の等価サンプリングレートが得られるように逐次対のサンプリング時点間の遅延時間を調整する手段よりなり、プロセッサー手段が第１の等価サンプリングレートで採取した第１の所与数のデジタルサンプルに基づく電流波形が所定の電流／時間特性を呈するのに応答して開離可能な接点をトリップすることにより開路させ、プロセッサー手段がさらに、第２の等価サンプリングレートで採取した第２の所与数のデジタルサンプルに基づく波形の電力に関連するパラメータを表わす出力を発生させる計量手段を含んでなることを特徴とする請求項１に記載の回路遮断装置。
- 交流電気系統を流れる電流を開くと遮断する開離可能な接点と、
少なくとも１つの電流波形を含む交流電気系統の波形を感知する感知手段と、
感知手段が感知した交流波形をサンプリング時点においてサンプリングすることにより波形のデジタルサンプルを発生させるサンプリング手段と、
交流波形のサンプリング時点として各対が電気角９０°だけ離れたサンプリング時点を発生させるタイミング手段と、
前記各対のサンプリング時点で採取したデジタルサンプルの値を自乗し加算してデジタルサンプルの各対の自乗和を求める手段、最も最近の２対のサンプリング時点で採取したデジタルサンプルの各対の自乗和である移動和を維持する手段、及び移動和が瞬時保護ピックアップ値を表わすしきい値を越えると開離可能な接点をトリップすることにより開路させる手段を含むプロセッサー手段とよりなることを特徴とする回路遮断装置。 - プロセッサー手段が、所与数のデジタルサンプルにつきその隔対サンプルの移動和の和を累積した累積和を繰り返し発生させる手段と、累積和が所定期間の間所与数のデジタルサンプル採取後に長時間遅延保護ピックアップ値を表わす長時間遅延保護しきい値を越えると、開離可能な接点をトリップすることにより開路させる長時間遅延保護手段とを含むことを特徴とする請求項９に記載の回路遮断装置。
- タイミング手段が、所与数のデジタルサンプル採取後に所定の等価サンプリングレートが得られるように逐次対のサンプリング時点間の遅延時間が調整されたサンプリング時点を発生させ、前記所与数のデジタルサンプルが等価サンプリングサイクルに亘って均等に分布していることを特徴とする請求項１０に記載の回路遮断装置。
- タイミング手段が、６４個のデジタルサンプル採取後に１サイクルにつきデジタルサンプル６４個の等価サンプリングレートが得られ、その６４個のデジタルサンプルが等価サンプリングサイクルに亘って均等に分布するように、逐次対のサンプリング時点間の遅延時間を調整することを特徴とする請求項１１に記載の回路遮断装置。
- タイミング手段が、各１６個のデジタルサンプルが等価サンプリングサイクルに亘って均等に分布するように逐次対のサンプリング時点間の遅延時間を調整することを特徴とする請求項１２に記載の回路遮断装置。
- プロセッサー手段がさらに、移動和が所定の短時間遅延保護インターバルの間、隔対のデジタルサンプルごとに所定の短時間遅延保護ピックアップ値を表わすしきい値を越えると開離可能な接点をトリップすることにより開路させる短時間遅延保護手段を含んでなることを特徴とする請求項４に記載の回路遮断装置。
- プロセッサー手段がさらに、等価サンプリングレートで採取した所与数のデジタルサンプルに基づく波形の電力に関連するパラメータを表わす出力を発生させる計量手段を含んでなることを特徴とする請求項１１に記載の回路遮断装置。
- 交流電気系統を流れる電流を開くと遮断する開離可能な接点と、
少なくとも１つの電流波形を含む交流電気系統の波形を感知する感知手段と、
感知手段が感知した交流波形をサンプリング時点においてサンプリングすることにより波形のデジタルサンプルを発生させるサンプリング手段と、
交流波形のサンプリング時点として各対が電気角９０°だけ離れたサンプリング時点を発生させるタイミング手段と、
前記各対のサンプリング時点で採取したデジタルサンプルの値を自乗し加算してデジタルサンプルの各対の自乗和を求める手段、及び複数対のデジタルサンプルにつき前記自乗和が瞬時保護ピックアップ値を表わすしきい値を越えると開離可能な接点をトリップすることにより開路させるトリップ手段を含むプロセッサー手段とよりなることを特徴とする回路遮断装置。 - トリップ手段が、複数逐次対のデジタルサンプルにつき前記自乗和が瞬時保護ピックアップ値を越えると開離可能な接点をトリップすることにより開路させることを特徴とする請求項１６に記載の回路遮断装置。
- トリップ手段が、２つの逐次対のデジタルサンプルにつき前記自乗和が瞬時保護ピックアップ値を越えると開離可能な接点をトリップすることにより開路させることを特徴とする請求項１７に記載の回路遮断装置。
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