JP4157224B2 - コード短絡・トラッキングによる短絡を検知できる電子式の回路遮断器 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子式の回路遮断器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
回路遮断器は、図1に示すように、過電流が電路10を流れたときに、引外し回路7からの駆動信号により、駆動部である引外しコイル8を動作させ、接点9を開極させるものである。従来、マイコンを搭載した電子式の回路遮断器において、電子回路を組み合わせて接点9を引外すには、電路10の電流を変流器1で検出し、電流−電圧変換回路2で電圧値に変換したのち、マイコン11の内部のA/D変換回路4でデジタル値に変換し、そのデジタル値を積算回路5で所定の時間だけ積算して積算値が所定の基準値を越したときに、遮断出力回路6より引外し回路7へ引外し信号を送信していた。
【0003】
【従来の技術課題】
しかし、前述した従来の技術からなる装置では、以下に示すような不都合があった。
【0004】
回路遮断器は、演算回路5で所定の時間だけ積算するため、コード短絡・トラッキング現象による短絡電流といった比較的低い事故電流を検出できるように前記所定の基準値を下げるだけでは、家電機器の負荷電流の変動を考慮していないために誤遮断を避けることができなかった。
【0005】
【発明の目的】
そこで、本発明では、かかる事由に鑑みてなしたもので、マイコンを搭載した電子式の回路遮断器において、電路に接続された家電機器の負荷電流とコード短絡・トラッキング現象による短絡電流を区別して、コード短絡・トラッキング現象が発生時には電路を遮断する回路遮断器を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するために、請求項1記載の回路遮断器は、電路に流れる電流を検出する変流器と、変流器から出力された交流電流を交流電圧に変換する電流−電圧変換回路と、前記交流電圧を全波整流して脈流電圧に変換する全波整流回路と、前記脈流電圧を数m秒以下の所定の時間幅毎にデジタル電圧値に変換するA/D変換回路と、演算回路は前記デジタル電圧値の大きさが閾値Aより大きい場合、判定値を加算し、商用周波数の半波分の長さに相当する所定の単位時間毎に判定値を出力すると同時に判定値をクリアして、Tを10以上の数として、レジスタ回路Tを10以上の数として、所定の単位時間毎に最も古い判定値を破棄すると同時に前記の演算回路の判定値を読み込み記憶して常に最新の過去T個分の判定値を記憶しておき、遮断出力回路は前記レジスタに記憶されている各判定値の合計が閾値Bより大きくなると検出信号を引外し回路に出力して、前記検出信号を受けて引外しコイルに駆動信号を出力する引外し回路と、を設けた構成としている。
【0007】
また、請求項2記載の回路遮断器は、請求項1記載の回路遮断器において、連続する3個のデジタル電圧値のうち2番目のデジタル電圧値が他の2つのデジタル電圧値よりも小さく、かつ2番目のデジタル電圧値の大きさが閾値Cよりも大きい場合、演算回路の判定値を加算するという条件を提供している。
【0008】
また、請求項3記載の回路遮断器は、請求項1、請求項2記載の回路遮断器において、所定の単位時間ごとに単位時間内のデジタル電圧値の最大値をレジスタ回路に出力させ、レジスタ回路は所定の単位時間毎に演算回路のデジタル電圧値の最大値を読み込み記憶すると同時にSを5以上の数として最も古いデジタル電圧値の最大値を破棄して常に最新の過去S個分のデジタル電圧値の最大値を記憶させ、レジスタ回路に記憶されている1番目から5番目に新しいデジタル電圧値のうちの最大値と最小値の差が閾値Dよりも大きい場合、演算回路の判定値を加算するという条件を提供している。
【0009】
また、請求項4記載の回路遮断器は、請求項1、請求項2、請求項3記載の回路遮断器において、レジスタ回路に記憶されている最新のデジタル電圧値とレジスタ回路に記憶されている2番目から5番目に新しいデジタル電圧値の中の最大値との差が閾値Eより大きくかつ閾値Fよりも小さい場合、演算回路の判定値を加算するという条件を提供している。
【0010】
また、請求項5記載の回路遮断器は、請求項1、請求項2、請求項3、請求項4記載の回路遮断器において、連続する3個のデジタル電圧値のうち2番目のデジタル電圧値が他の2つのデジタル電圧値よりも小さく、かつ2番目のデジタル電圧値の大きさが閾値Cよりも大きく、かつレジスタ回路に記憶されている1番目から5番目に新しいデジタル電圧値のうちの最大値と最小値の差が閾値Dよりも大きく、かつレジスタ回路に記憶されている最新のデジタル電圧値とレジスタ回路に記憶されている2番目から5番目に新しいデジタル電圧値の最大値との差が閾値Eより大きくかつ閾値Fよりも小さい場合、演算回路の判定値に閾値A以上の数値を代入するという条件を提供している。
【0011】
【作用】
請求項1に述べた手段により、コード短絡時の電流を検出して電路を遮断することができる。
【0012】
請求項2に述べた手段により、トラッキングによる短絡電流波形とインバータ機器によって電流波形にノイズが重畳した電流波形は類似しているが、連続する3つのデジタル電圧値の2番目に着目することで、家電機器の負荷電流波形とトラッキング現象による短絡波形を区別して、トラッキング現象による短絡電流波形を検出した場合、演算回路の判定値を加算することによって電路を遮断しやすくすることができる。
【0013】
請求項3に述べた手段により、家電機器の負荷電流の変動に比べてトラッキング現象による短絡電流の変動の方が大きいことを利用して、家電機器の負荷電流波形とトラッキング現象による短絡波形を区別し、トラッキング現象による短絡電流波形と判断した場合、演算回路の判定値を加算することによって電路を遮断しやすくすることができる。
【0014】
請求項4に述べた手段により、トラッキング現象による短絡電流の発生し、かつ家電機器停止時の負荷電流の変化量に比べてトラッキング現象による短絡電流の変化量の方が小さいことを利用して、家電機器の負荷電流とトラッキング現象による短絡電流を区別し、トラッキング現象による短絡電流波形と判断した場合、演算回路の判定値を加算することによって電路を遮断しやすくすることができる。
【0015】
請求項5に述べた手段により、トラッキング現象による短絡電流波形と判断した場合、トラッキング現象による短絡電流特有の波形を複数検出したことになり、演算回路の判定値に重みをつけて加算することによって短時間で電路を遮断することができる。
【0016】
【実施例の説明】
以下に本件発明について図面を用いて詳細に説明する。
【0017】
図3に本件発明請求項1の実施例を示す。
【0018】
まず、図3は回路遮断器14の構成を示すブロック図であり、変流器1、電流−電圧変換回路2、全波整流回路3、演算回路12と、遮断出力回路6、引外し回路7、引外しコイル8等を主要部材、回路遮断器14と接続されている電路10は単相2線式の場合を示している。なお、電路10 は単相2線式に特に限定するものではない。
【0019】
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。変流器1は、たとえば、図4に示すような電流波形を検出する。
【0020】
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。
【0021】
全波整流回路3では、電流−電圧変換回路2の出力電圧を、ダイオードを用いて図5に示すような波形に整流化することによって、A/D変換回路4の入力電圧の精度を高めることができる。
【0022】
次にマイコン11の内部を説明する。マイコン11は、A/D変換回路4と演算回路12とレジスタ回路13と遮断出力回路6を有する。
【0023】
A/D変換回路4は、全波整流回路3の出力電圧を数m秒以下の所定の時間幅で分割して、デジタル電圧値に変換するものである。たとえば、出力電圧を分割時間幅となるサンプリング時間である1m秒ごとにデジタル化する。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の出力は、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−電圧変換回路を調整すると、A/D変換回路8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、このA/D変換回路4を内蔵したマイコン11を用いてもよい。
【0024】
演算回路12では、商用周波数の半波分の長さに相当する所定の単位時間あたりに発生するデジタル電圧値の大きさと閾値Aを比較して、前記デジタル電圧値の方が閾値Aより大きいものがあった場合、演算回路12の内部にある判定値を加算する。加算方法は、所定の単位時間あたりに発生するデジタル電圧値の大きさと閾値Aを比較して、前記デジタル電圧値の方が閾値Aより大きいものの発生回数を判定値を加えてもよく、また所定の単位時間あたりに発生するデジタル電圧値の大きさと閾値Aを比較して、前記デジタル電圧値の方が閾値Aより大きいものが発生したということから判定値を1加算してもよい。
【0025】
また、演算回路12は、前記商用周波数の半波分の長さに相当する所定の単位時間毎に判定値を出力して、レジスタ回路に書き込まれた後に、演算回路内の判定値をクリアして、次の所定の単位時間の加算を開始する。閾値Aの大きさは、コード短絡時に流れる電流の大きさに相当するデジタル電圧値を設定する。演算回路12の処理は、マイコン11の内部で処理してもよい。
【0026】
レジスタ回路13は、前記の所定の単位時間毎に最も古い判定値を破棄すると同時に、前記の演算回路12の判定値を読み込み記憶して、Tを10以上の数として、常に新しい過去T個分の判定値を記憶する。また、判定精度を高めるために過去の判定値の数Tは10以上必要あるが、マイコン内部のメモリー容量に合わせて、できる限り多くの判定値を記憶できるようにする。
【0027】
遮断出力回路6は、随時、前記レジスタに記憶されている各判定値を読み出して和を求めて、その合計が閾値Bより大きくなると検出信号を引外し回路に出力する。なお、閾値Bは、動作感度の調整のために任意値に設定でき、かつ変更可能である。
【0028】
引外し回路7は、前記検出信号を受けて引外しコイル8に駆動信号を出力する。引外し方法としては、変流器の取り付けてある電路に引外しコイル8を接続し、引外し回路7を経由して変流器の取り付けられていない電路の一端に接続して、引外し回路7が動作すると引き外しコイル8に電流が流れて接点9を切り離して遮断動作する。
【0029】
閾値A,閾値Bの設定値については、コード短絡で動作し、かつ家電機器等によって誤動作しない程度の電流の大きさに相当するデジタル電圧値を設定する。
【0030】
以上の処理を具体例で説明すると、図6に示すようなコード短絡波形の場合、T個分の半波波形のうち閾値Aの電流値をこえる半波の波形が閾値B個以上あることから遮断動作する。
【0031】
次に、本件発明の請求項2の実施例を示す。図3に基づいて説明する。この実施例は、演算回路12に追加する機能であり、演算回路12は所定の時間毎にデジタル電圧値を1つずつ更新して、常に新しい連続する3つのデジタル電圧値を記憶しておく。
【0032】
演算回路12は、前記連続する3個のデジタル電圧値のうち2番目のデジタル電圧値が他の2つのデジタル電圧値よりも小さい場合は、トラッキングによる短絡電流波形とインバータ機器によって電流波形にノイズが重畳した場合と区別がつかない。
【0033】
しかし、前記2番目のデジタル電圧値の大きさが閾値Cよりも大きいかどうかという条件を加えることで、デジタル電圧値の大きさが閾値Cよりも大きい場合はトラッキングによる短絡特有の波形を検出したと判断できて、演算回路12の判定値を加算するという条件の追加が請求項1の実施例とは異なっており、他の部分はほぼ共通なので、共通部分の説明は省略する。
【0034】
閾値Cの設定値については、トラッキング現象による短絡電流で動作し、かつ家電機器等によって誤動作しない程度の電流の大きさに相当するデジタル電圧値を設定する。
【0035】
次に、本件発明の請求項3の実施例を示す。図3に基づいて説明する。この実施例は、演算回路12に追加する機能であり、所定の単位時間ごとに単位時間内のデジタル電圧値の最大値を前記レジスタ回路13に出力させ、レジスタ回路13は所定の単位時間毎に演算回路のデジタル電圧値の最大値を読み込み記憶すると同時に最も古いデジタル電圧値の最大値を破棄して常に最新の過去S個分のデジタル電圧値の最大値を記憶させる。
【0036】
演算回路12は、前記レジスタ回路13に記憶されている1番目から5番目に新しいデジタル電圧値のうちの最大値と最小値の差が閾値Dよりも大きい場合は、家電機器の負荷電流の変動に比べてトラッキング現象による短絡電流の変動の方が大きいという現象に相当し、トラッキングによる短絡時に発生する特有の現象を検出したことになり、演算回路12の判定値を加算するという条件が請求項1、請求項2の実施例とは異なっている。他の部分はほぼ共通なので、共通部分の説明は省略する。なお閾値Dについては、トラッキング現象による短絡電流で動作し、かつ家電機器等によって誤動作しない程度の電流の大きさに相当するデジタル電圧値を設定する。また、過去S個分の判定値は十数個以上記憶しておく必要があり、マイコン内部のメモリー容量に合わせて記憶できる数を増加させるとよい。
【0037】
次に、本件発明の請求項4の実施例を示す。図3に基づいて説明する。この実施例は、演算回路12に追加する機能であり、レジスタ回路13に記憶されている最新のデジタル電圧値とレジスタ回路に記憶されている2番目から5番目に新しいデジタル電圧値の中の最大値との差が閾値Eより大きくかつ閾値Fよりも小さい場合、トラッキング現象による短絡電流が発生し、かつ家電機器停止時の負荷電流の変化量に比べてトラッキング現象による短絡電流の変化量の方が小さい現象に相当し、トラッキングによる短絡時に発生する特有の現象を検出したことになり、演算回路12の判定値を加算するという条件が請求項1、請求項2、請求項3の実施例とは異なっており、他の部分はほぼ共通なので、共通部分の説明は省略する。
【0038】
閾値E、閾値Fの設定値については、トラッキング現象による短絡電流で動作し、かつ家電機器の電源入切等の操作によって誤動作しない程度の電流の大きさに相当するデジタル電圧値を設定する。
【0039】
次に、本件発明の請求項5の実施例を示す。図3に基づいて説明する。この実施例は、演算回路12に追加する機能であり、連続する3個のデジタル電圧値のうち2番目のデジタル電圧値が他の2つのデジタル電圧値よりも小さく、かつ2番目のデジタル電圧値の大きさが閾値Cよりも大きく、かつレジスタ回路に記憶されている1番目から5番目に新しいデジタル電圧値の最大値の中の差が閾値Dよりも大きく、かつレジスタ回路に記憶されている最新のデジタル電圧値とレジスタ回路に記憶されている2番目から5番目に新しいデジタル電圧値の中の最大値との差が閾値Eより大きくかつ閾値Fよりも小さい場合、トラッキングによる短絡時に発生する特有の現象を複数個検出したことになり、電気火災につながる可能性が最も高いので演算回路12の判定値に閾値A以上の数値を代入するという条件が請求項1の実施例とは異なっており、他の部分はほぼ共通なので、共通部分の説明は省略する。
【0040】
【発明の効果】
以上のように請求項1の発明によれば、コード短絡時の比較的低い事故電流を検出して電路を遮断することができるようになり、電気火災を未然に防止することができる。
【0041】
また、請求項2の発明によれば、インバータ機器のノイズの多い負荷電流のとトラッキング現象による短絡電流を区別できるようになり、トラッキング現象による短絡を精度よく検出して、演算回路のパラメータを加算することによって、電路を遮断しやすくすることができる。
【0042】
また、請求項3の発明によれば、家電機器の負荷電流の変動とトラッキング現象による短絡電流の区別できるようになり、トラッキング現象による短絡を精度よく検出して、演算回路のパラメータを加算によって、電路を遮断しやすくすることができる。
【0043】
また、請求項4の発明によれば、家電機器の停止時の負荷電流の急激な減少とトラッキング現象による短絡電流を区別しながら、トラッキング現象による短絡を精度よく検出して、演算回路のパラメータを加算することによって電路を遮断しやすくすることができる。
【0044】
また、請求項5の発明によれば、トラッキング現象による短絡の条件を同時に満たすとすぐに電路を遮断できるようになり、電気火災を未然に防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のマイコンを搭載した電子式の回路遮断器の回路概略例
【図2】本件発明の回路遮断器の回路概略例
【図3】本件発明の実施例
【図4】電流波形の例
【図5】電流−電圧変換回路2の出力電圧を、ダイオードを用いて整流化した波形の例
【図6】コード短絡波形の例
【符号の説明】
1 変流器
2 電流−電圧変換回路
3 全波整流回路
4 A/D変換回路
5 積算回路
6 接点
7 引外し回路
8 引外しコイル
9 接点
10 電路
11 マイコン
12 演算回路
13 レジスタ回路
14 回路遮断器
Claims (5)
- 電路に流れる電流を検出する変流器と、変流器から出力された交流電流を交流電圧に変換する電流−電圧変換回路と、前記交流電圧を全波整流して脈流電圧に変換する全波整流回路と、前記脈流電圧を数m秒以下の所定の時間幅毎にデジタル電圧値に変換するA/D変換回路と、前記デジタル電圧値の大きさが閾値Aより大きい場合、判定値を加算し、商用周波数の半波分の長さに相当する所定の単位時間毎に、前記加算された判定値を出力した後に、前記判定値をクリアして、新たに判定値の加算を開始する演算回路と、前記所定の単位時間毎に前記演算回路から出力された判定値を記憶していき、Tを10以上の数として、常に新しい過去T個分の判定値を記憶し、最も古い前記判定値を破棄するレジスタ回路とを備え、遮断出力回路は前記レジスタに記憶されている前記新しい過去T個分の判定値の合計が閾値Bより大きくなると検出信号を引外し回路に出力して、前記検出信号を受けて引外し回路は引外しコイルに駆動信号を出力して電路を遮断することを特徴とする回路遮断器。
- 連続する3個のデジタル電圧値のうち2番目のデジタル電圧値が他の2つのデジタル電圧値よりも小さく、かつ2番目のデジタル電圧値の大きさが閾値Cよりも大きい場合、演算回路の判定値を加算することを特徴とする請求項1の回路遮断器。
- 所定の単位時間ごとに単位時間内のデジタル電圧値の最大値をレジスタ回路に出力させ、レジスタ回路は所定の単位時間毎に演算回路の前記デジタル電圧値の最大値を読み込み記憶すると同時に、Sを5以上の数として最も古いデジタル電圧値の最大値を破棄して常に最新の過去S個分のデジタル電圧値の最大値を記憶させ、レジスタ回路に記憶されている1番目から5番目に新しいデジタル電圧値のうちの最大値と最小値の差が閾値Dよりも大きい場合、演算回路の判定値を加算することを特徴とする請求項1、請求項2の回路遮断器。
- レジスタ回路に記憶されている最新のデジタル電圧値とレジスタ回路に記憶されている2番目から5番目に新しいデジタル電圧値の中の最大値との差が閾値Eより大きくかつ閾値Fよりも小さい場合、演算回路の判定値を加算することを特徴とする請求項1、請求項2、請求項3の回路遮断器。
- 連続する3個のデジタル電圧値のうち2番目のデジタル電圧値が他の2つのデジタル電圧値よりも小さく、かつ2番目のデジタル電圧値の大きさが閾値Cよりも大きく、かつレジスタ回路に記憶されている1番目から5番目に新しいデジタル電圧値のうちの最大値と最小値の差が閾値Dよりも大きく、かつレジスタ回路に記憶されている最新のデジタル電圧値とレジスタ回路に記憶されている2番目から5番目に新しいデジタル電圧値の中の最大値との差が閾値Eより大きくかつ閾値Fよりも小さい場合、演算回路の判定値に閾値A以上の数値を代入することを特徴とする請求項3、請求項4の回路遮断器。
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