JP4353620B2 - トラッキング短絡の検出方法 - Google Patents
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Description
【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な構成であった。
【0003】
また、トラッキング短絡を検出する方法としてある時間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うものにおいては、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に誤検出を引き起こすことがある。
【0005】
また、電流値の絶対値の変化の仕方に基づき行うものにおいては、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、電路に流れる電流の検出を行い、ある所定時間を設定し、その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し、単位時間毎に抽出した電流の大きさのうちピーク電流値を代表する電流値をとして選択し、隣接した単位時間毎の代表する電流値の差をとって、単位時間毎に電流の変化の大きさである電流変動量を求め、電流変動量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はトラッキング短絡であるとしてトラッキング短絡の判定を行うが、時系列順の電流変動量が単調に増加又は単調に減少を伴う変化を所定回行うときには、トラッキング短絡の検出処理を行わないようにしたものを含むようにしたものである。
【0008】
また、請求項2では、請求項1に記載した単位時間をさらに時間分割して得た単位分割時間内において、単位分割時間内に生じた電流の大きさを抽出し、抽出した電流値うちピーク電流値を代表する電流値をとして選択し、隣接した単位分割時間毎に、代表する電流値の差を取って単位分割時間毎の電流の変化の大きさである単位電流変動量とし、その単位電流変動量が個々に一定量以上の場合に前記トラッキング短絡の検出処理を継続するが、一定量に満たない単位電流変動量があった場合には、一定時間の間の前記単位時間毎の電流変動量をトラッキング短絡の検出処理に用いないようにしたものを含むようにしたものである。
【0009】
また、請求項3では、電路に流れる電流を検出し、前記記載の単位電流変動量が一定量に満たない大きさであった場合には、その時点から以前の一定時間分の単位時間毎の電流変動量、及び以後の一定時間分の単位時間毎の電流変動量はトラッキング短絡検出処理に用いないようにしたものを含むようにしたものである。
【0010】
【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から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。
【0011】
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詳細に説明する。
【0012】
図1は本発明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。
【0013】
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。
【0014】
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。
【0015】
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整流するもので、電流値を絶対値化することにより電流の大きさを求められるとともに、監視電圧範囲を整流しない場合の半分にでき、判定回路11内のA/D変換回路4によって入力電圧をデジタル化する際のA/D変換の分解能を高めている。
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
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。
【0019】
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。
【0020】
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、電流変動量のデータを数値演算処理し、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に記憶された電流変動量の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。
【0021】
レジスタ回路13は、単位時間毎、単位分割時間毎の代表する電流値のデータや電流変動量のデータを、ある一定の量を記憶しておくもので、中央演算回路12から新しい電流変動量のデータが出力される毎に、最も古い電流変動量のデータを除外すると同時に、最も新しい電流変動量のデータ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データ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データの数は一例として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。
【0022】
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。
【0023】
中央演算回路12のトラッキング短絡の判定方法は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。所定時間は本実施例の場合は0.2秒程度としている。
【0024】
図2は所定時間と単位時間A(i)、単位時間毎の抽出電流のうちの代表する電流値IPA(i)、電流変動量ΔIPA(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)で分割されている。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のうちの代表する電流値であり、本例では、単位時間A(i)内のピーク電流値としている。IPA(i)を単位時間A(i)内の平均値としても差し支えない。ΔIPA(i)は、単位時間毎に抽出した電流値のうちの代表する電流値において、隣接した単位時間毎の代表する電流値の差をとって計算した電流変動量で、IPA(i)とIPA(i−1)の差で表される。
【0025】
上記図2の概念図において、レジスタ回路13はΔIPA(1)〜ΔIPA(n)のn個のデータと、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。
【0026】
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から一つ前の単位時間A(i)内でのピーク電流IPA(n)を受け取り、
ΔIPA(n+1)=IPA(n+1)−IPA(n)を計算し、ΔIPA(n+1)を新たにレジスタ回路13に送出する。ただし、ΔIPA(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。
【0027】
レジスタ回路13へのΔIPA(n+1)送出以前には、レジスタ回路13には、図3のように、単位時間A(i)毎の電流変動量ΔIPA(1)〜ΔIPA(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ΔIPA(n+1)のデータを受け取ると、一番古いデータΔIPA(1)を破棄すると同時にΔIPA(2)をΔIPA(1)、ΔIPA(3)をΔIPA(2)、・・、ΔIPA(n+1)をΔIPA(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ΔIPA(1)〜ΔIPA(n)を受け取り、ΔIPA(i)が5A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。
【0028】
ここで単位時間毎に抽出した電流値のデータのうち代表する電流値のデータを選択し、隣接した単位時間毎の代表する電流値のデータの差をとって得られた単位時間毎の電流変動量ΔIPA(i)において、時系列順に見たときのΔIPA(i)が単調に増加する変化を伴う場合、すなわち
ΔIPA(2)−ΔIPA(1)>0 ΔIPA(3)−ΔIPA(2)>0・・ ΔIPA(i+1)−ΔIPA(i)>0の場合には中央演算回路12はこれらの電流変動量のデータをトラッキング短絡に用いない。
【0029】
また同様に、単位時間毎に抽出した電流値のデータのうち代表する電流値のデータを選択し、隣接した単位時間毎の代表する電流値のデータの差をとって得られた単位時間毎の電流変動量ΔIPA(i)において、時系列順に見たときのΔIPA(i)が単調に減少する変化を伴う場合、すなわち
ΔIPA(2)−ΔIPA(1)<0 ΔIPA(3)−ΔIPA(2)<0・・ ΔIPA(i+1)−ΔIPA(i)<0の場合には中央演算回路12はこれらの電流変動量のデータをトラッキング短絡に用いない。本例では電流変動量の変化が同符号の変化を伴う場合が4回続いたときにはその時点から以前の所定時間の間に蓄えられたレジスタ回路13のデータを初期化し、トラッキング短絡の検出処理を行わないようにしている。
【0030】
単位時間A(i)は、図4に示すように、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。交流周波数は地域により50Hzと60Hzで周期が異なるので、中間をとって9ms程度に設定している。
【0031】
図4において、単位分割時間毎の電流の変化の大きさである単位電流変動量、即ちIPT(i,j)は分割時間Ta(i,j)において代表する電流値であり、本例では分割時間Ta(i,j)内のピーク電流値としている。ΔIPT(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、単位電流変動量である
ΔIPT(i,j)=IPT(i,j)−IPT(i,j−1)を計算する。なお、ΔIPT(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。
【0032】
中央演算回路12は前述の、単位時間A(i)毎にピーク電流値ΔIPA(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、単位分割時間Ta(i,1)〜Ta(i,m)について、前述のΔIPT(i,j)を計算し、単位電流変動量である計算したΔIPT(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ΔIPT(i,j)の計算に入り、次のΔIPT(i,j)が一定の値に満たない電流変動量データであった時は、所定時間の間に取得されるデータΔIPA(1)〜ΔIPA(n)は判定データとして用いない。所定時間が経過する間に、レジスタ回路13に記憶されていた電流変動量のデータは新しいデータと入れ替わる。
【0033】
また、中央演算回路12の設定により、前記ΔIPT(i,j)が一定の値に満たない時には、図5に示すように、その時点(x点)から以前の所定時間分の電流変動量のデータと、x点から以後の所定時間分の電流変動量のデータはトラッキング短絡の判定に用いない。所定時間が経過する間に、レジスタ回路13に記憶されていた電流変動量のデータは新しいデータと入れ替わるとともに、x点から以後の所定時間の間の電流変動量のデータはトラッキング短絡の判定に用いない。
【0034】
すなわち、単位時間A(i)内のΔIPT(i,2)〜ΔIPT(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)内のピーク電流値IPA(i)を抽出して、隣接したピーク電流値IPA(i−1)との差をとって電流変動量ΔIPA(i)として、レジスタ回路13に抽出するが、単位時間A(i)内のΔIPT(i,2)〜ΔIPT(i,m)のうち、一定量に満たない満たないものがある場合には、電流変動量のデータは収集するが、一定時間の間はそのデータをトラッキング短絡検出のための処理に用いないために、トラッキング短絡波形に類似した特徴的な家電による電流が発生し、それが一定時間継続するような誤検出を防ぐルーチンとして有効である。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4に示したΔIPT(i,2)〜ΔIPT(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る。トラッキング短絡においては、前記ΔIPT(i,j)が一定量以上で継続することが多く、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、誤動作を極小にすることができる。
【0035】
図6は、所定時間内における個々の電流変動量のデータに対して統計処理を行い度数分布として表した図である。本図は、家電機器を使用した場合の、電流の変動量の度数分布の一例であり、電流変動量が0〜4Aの区分に度数が集中していることが分かる。一方、図7は、トラッキング短絡の場合の電流の変動量の度数分布の一例であるが、変動量が5〜30Aの区間に度数が多く現れていることが分かる。したがって、所定時間内の電流変動量の度数分布から5〜30Aの電流変動量区間の度数が、分布全体区間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以上であ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、電流変動量から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。このように、トラッキング判定方法に対し、本件の発明による方法を加えて実施することで、より家電機器の負荷電流波形が、トラッキング短絡の電流波形に類似していても、誤動作しにくいトラッキング短絡の検出方法を得ることができる。
【0036】
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。
【0037】
【発明の効果】
以上のように本件請求項1の発明によれば、単位時間毎の電流変動量が、時系列順に単調に増加又は単調に減少を伴う変化を行うときには、トラッキング短絡の検出処理を行わないようにしたので、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でも有効的にトラッキング短絡を誤検出を引き起こすことなく検出できる効果がある。また、請求項2の発明においては、単位分割時間内で得られた電流の絶対値を抽出し、抽出した電流値の中から代表する電流値を選択し、隣接した単位分割時間毎に、代表する電流値の差を取って単位電流変動量とし、その単位電流変動量が個々に一定量以上の場合にトラッキング短絡検出処理を継続するとともに、一定量に満たない単位電流変動量があった場合には、一定時間の間の電流変動量をトラッキング短絡検出処理に用いないようにしたために、家電機器を同時に複数使用し、電流値の変化の仕方がトラッキングと類似した場合でも誤作動せず、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という効果がある。また、請求項3の発明によれば、前記単位電流変動量が一定量に満たない大きさであった場合には、その時点から以前の一定時間分の電流変動量、及び以後の一定時間分の電流変動量はトラッキング短絡検出処理に用いないようにしたために、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という効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示す回路構成説明図
【図2】本発明の実施例の所定時間内の分割を示す概念図
【図3】本発明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4】本発明の実施例の単位時間内の分割を示す概念図
【図5】本発明の実施例のx点の以前以後を示す概念図
【図6】家電製品の負荷電流の所定時間における電流変動量の度数分布の一例を示したグラフ
【図7】トラッキング短絡電流の所定時間における電流変動量の度数分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
Claims (3)
- 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判定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値の大きさを抽出し、単位時間毎に抽出した電流の大きさのうちピーク電流値を代表する電流値として選択し、隣接した単位時間毎の代表する電流値の差をとって、単位時間毎に電流の変化の大きさである電流変動量を求め、電流変動量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はトラッキング短絡であるとしてトラッキング短絡の判定を行うが、時系列順の電流変動量が単調に増加又は単調に減少を伴う変化を所定回行うときには、トラッキング短絡の検出処理を行わないことを含むことを特徴としたトラッキング短絡の検出方法。
- 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判定するトラッキング短絡の検出方法であって、請求項1記載の単位時間をさらに時間分割して得た単位分割時間内において、単位分割時間内で得られた電流の大きさを抽出し、抽出した電流値のうちピーク電流値を代表する電流値として選択し、隣接した単位分割時間毎に、代表する電流値の差を取って単位分割時間毎の電流の変化の大きさである単位電流変動量とし、その単位電流変動量が個々に一定量以上の場合に前記トラッキング短絡の検出処理を継続するが、一定量に満たない単位電流変動量があった場合には、一定時間の間の前記単位時間毎の電流変動量をトラッキング短絡の検出処理に用いないことを含むことを特徴とする請求項1記載のトラッキング短絡の検出方法。
- 前記単位電流変動量が一定量に満たない大きさであった場合には、その時点から以前の一定時間分の単位時間毎の電流変動量、及び以後の一定時間分の単位時間毎の電流変動量はトラッキング短絡検出処理に用いないことを含むことを特徴とする請求項2記載のトラッキング短絡の検出方法。
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