JP4353620B2

JP4353620B2 - トラッキング短絡の検出方法

Info

Publication number: JP4353620B2
Application number: JP2000197595A
Authority: JP
Inventors: 保徳濱井; 武鎌田; 秀樹宮本
Original assignee: Tempearl Industrial Co Ltd
Current assignee: Tempearl Industrial Co Ltd
Priority date: 2000-06-30
Filing date: 2000-06-30
Publication date: 2009-10-28
Anticipated expiration: 2020-06-30
Also published as: JP2002014136A

Description

【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

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。