JP5042421B2 - 遮断器とその定格プラグ情報を変更するシステム及び方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の背景】
この発明は全般的に遮断器の電子式引き外し装置（trip unit）に対する定格プラグ（rating plug）、更に具体的に言えば、この発明は世界規模のウエブを通じて定格プラグを変更する為の世界規模のウエブによって付能される定格プラグ、及び倍率及びオプション・データを記憶するプログラマブル・メモリを持つディジタル定格プラグに関する。
【０００２】
遮断器は電気線路及び装置を保護する為に広く使われている。遮断器が、電気導体を通る電流を監視し、ある判断基準を満たした場合、電流を遮断する為に引き外される。このような１つの判断基準が、被保護回路に許される最大連続電流である。遮断器が通すように設計されている最大連続電流は、フレーム定格として知られている。しかし、遮断器は、最大連続電流が遮断器のフレーム定格未満であるような回路を保護する為にも使うことが出来、この場合、遮断器は、それを使っている特定の回路で定められた最大連続電流を電流が超えた場合、引き外されるように構成される。これは、遮断器の電流定格として知られている。勿論、遮断器の電流定格はフレーム定格より小さくすることが出来るが、フレーム定格を超えることは出来ない。
【０００３】
電子式引き外し装置（ＥＴＵ）は、電流対時間引き外し応答を制御する為に、電気機械的な遮断器と共に使われる装置である。時間対電流引き外し特性は、部分的には、遮断器が許す最大連続電流の関数である。この最大連続電流は遮断器の電流定格とも呼ばれる。電流がこの最大連続電流の定格より低い限り、遮断器は閉路したま丶である。定格電流より高い一時的な大きさの小さい振れは許容するが、持続的な過電流があると、遮断器が引き外される。引き外し信号の遅延時間と発生は、電流の大きさの逆関数である。故障によって発生するような大きさが非常に大きい過電流に対して、マイクロコンピュータは、瞬時的に引き外し信号を発生するようにプログラムされている。
【０００４】
電流対引き外し時間応答曲線を変えることは重大なことである。安全上の目的の為、遮断器は、顧客又はプラント技術者によって適切と判断されるような種類の保護をするように正しく構成されていなければならない。その為、この保護を変更することも、非常に重大な事象と見なし、誤りが起こらないような形で取扱わなければならない。
【０００５】
典型的には遮断器の電流定格は、被保護回路に許される最大連続電流に比例する電流がその定格抵抗を通ったときに予め定められた電圧を発生するように選ばれた定格抵抗（負荷抵抗）によって設定される。異なる最大連続電流を持つ回路を保護する為に遮断器を使うことが出来るように、電流定格を調節する為に、遮断器に選択的に挿入することの出来る交換可能な定格プラグに定格抵抗を取入れることが知られている。
【０００６】
現場で交換可能な定格プラグは公知である。こういうプラグは現場で取付けることが出来、熱磁気形引き外し装置に使う為の機械的なものであってもよいし、或いはＥＴＵ応答を変更する為にアナログ回路の倍率及びディジタル技術の組合せを使うものであってもよい。こういうプラグでは、ある範囲又はフレーム寸法に適さないプラグを機械的に排除するようにするが典型的である。
【０００７】
ＥＴＵの現在の設計では、電子式信号倍率方法を利用するのが典型的であり、これは完全にアナログであるか、或いはアナログ及びディジタル方法の組合せであった。抵抗を用いて電流センサ信号の倍率を決めることは、誤りを起こし易い方法である。こういう抵抗が、電気コネクタを使う差込み式モジュールの上に配置される。こういうコネクタは接触抵抗を持ち、それが回路の一部分になる。コネクタ抵抗の変動が、アナログ回路に誤りを招く原因になることがある。
【０００８】
電子式引き外し装置を用いた遮断器は、アンペア定格の広い範囲に互って過電流状態を遮断するように設計されている。被保護電力回路を通る電流を変流器によって連続的に感知し、電圧信号を、定格プラグ内にある定格抵抗のような所謂「負荷抵抗」によって、ＥＴＵ回路内にある信号プロセッサに供給する。この為、負荷抵抗の寸法が、対応する遮断器のアンペア定格を定める。この為、普通の電子式遮断器は、単に電子式引き外し装置内にある負荷抵抗の値を変えることにより、アンペア定格の広い範囲に互って動作することが出来る。電子式遮断器が、この遮断器にとって過大定格であるような配電回路内に挿入されるのを防ぐことが重要である。遮断器が過小定格であるような配電回路内に遮断器を挿入することも、所謂「迷惑引き外し」が起こるので、同じく重要であると言えよう。更に、遮断器が、定格プラグ又は負荷抵抗を全く持たない配電回路内に挿入されないように保証することも重要である。
【０００９】
抵抗回路を用いて倍率を決める場合のもう１つの問題は、範囲毎に異なる値の抵抗に伴って、多くの異なる回路の変更を必要とすることである。現在、倍率回路に特定の値を持つ抵抗があることをマイクロプロセッサに知らせる、アナログ回路倍率及びディジタル方式に抵抗を使うことが知られている。その場合、マイクロプロセッサは、この抵抗の値に基づいて、自分の応答を較正し直すことが出来る。しかし、抵抗を使うアナログ方法では、誤りが起こることは普通のことである。
【００１０】
米国特許第４、９５８、２５２号（マーフィー）は、メモリを持つ着脱自在の定格プラグを開示している。メモリを使って、その機械的な疲労及び電気的な損傷を決定する為の遮断器の仕様データを記憶する。作動機構の作動回数及び遮断器の引き外しの経過を読取る為、又は定格プラグに入っている情報を変更する為には、定格プラグを遮断器から取出し、プログラム装置に差込まなければならない。これは遮断器の使用状態を中断するだけでなく、熟練した現場の技術者の手当てを必要とする。
【００１１】
【発明の簡単な要約】
上に述べた並びにその他の欠点が、遮断器の定格プラグ情報を変更するシステムによって解決され又は軽減される。このシステムは、電子式引き外し装置、この電子式引き外し装置内にあるマイクロコンピュータ、及び遮断器の電流定格及びフレーム定格を記憶する不揮発性メモリを持つ定格プラグを持つ遮断器と、遮断器を世界規模のウエブに接続する第１のインターネット接続部と、ベンダー・サブシステムと、ベンダー・サブシステムを世界規模のウエブに接続する第２のインターネット接続部とを有し、ベンダー・サブシステム及びマクロコンピュータが、ベンダー・サブシステムからマイクロコンピュータへ、そしてそこから不揮発性メモリへ新しいデータを送ることにより、遮断器の電流定格を変更する為に、第１及び第２のインターネット接続部を介して通信可能である。
【００１２】
更に、上に述べた並びにその他の欠点が、遮断器の電子式引き外し装置に対する差込み式ディジタル定格プラグによって軽減される。この差込み式ディジタル定格プラグは、ハウジングと、定格プラグを電子式引き外し装置に接続するコネクタと、遮断器の電流定格を記憶する不揮発性メモリとを有し、定格プラグはディジタル情報だけを電子式引き外し装置に送る。
【００１３】
この発明の上に述べた並びにその他の特長及び利点は、以下図面について詳しく説明するところから、当業者に理解されよう。
【００１４】
【好ましい実施例の詳しい説明】
図１に示す遮断器１０が電子式引き外し装置２７を持っている。遮断器は、電気的に絶縁されたケース１１を持ち、これに同じ絶縁材料のカバー１２が取付けられている。外部把手１４により、カバー内にある電子式引き外し装置１７とは独立に、遮断器をターンオン及びターンオフすることが出来る。内部の電流を通す部品との電気接続は、ケース１１の片側から伸びる負荷端子ストラップ１５及び反対側から伸びる線路端子ストラップ１３（図に示していない）を通じて行われる。１対の付属品ドア１８、１６により現場で取付け可能な付属品を設けることが出来るようになっている。定格プラグ７が、遮断器付属品カバー２０内にある定格プラグ・ソケット８の中を伸びており、遮断器の引き外し装置２７と接続されて、遮断器のアンペア定格を定める。３相成形ケース遮断器を図面に示したが、この発明が相数がこれより多い又は少ないものを含めて、他の遮断器にも用いることが出来ることを承知されたい。
【００１５】
図２は遮断器の可動及び固定接点１７を分離する一例の作動機構の一部分を示す。一例の定格プラグ７が遮断器の引き外し装置２７と接続されることが示されている。駆動軸又は引き外しバー２３が、クランク８２を介して開路リンク８０に接続される。この発明では、接点担持駆動リンク機構８４（以下「リンク機構」と呼ぶ）が枢軸ピン８６を介してクランク８２に接続されると共に、枢軸ピン９０を介して可動接点アーム８８と接続される。接点１７及びその他の電流を通す部品が遮断器の基部１１内に収容されていて、上側カバー１５内にある作動機構の部品からは絶縁されている。図に示していないが、リンク機構８４内に収容されている部品の配置により、作動機構２５と可動接点アーム８８の間の電気的な隔離が確実にされている。これに限らないが、回転形接点配置を含めて、この他の形式の作動機構もこの発明の範囲内にある。
【００１６】
図３に示すように、遮断器１０が３相交流電力源（Ａ、Ｂ及びＣ相）に接続する為の線路端子１３及び対応する負荷端子１５を持っている。遮断器１０は、各相Ａ、Ｂ、Ｃに対し、リード１９によって線路端子に接続されると共に、導体２１によって負荷端子に接続された１組の接点１７を有する。接点１７が引き外しバー２３によって作動され、このバーが引き外し機構２５によって作動される。引き外し機構がマイクロコンピュータを基本とした引き外し装置２７によって制御される。マイクロコンピュータを基本とした引き外し装置２７が、電流モニタ２９を通る各相電流を監視し、予定の時間対電流引き外し特性を実現するようにプログラムされており、この結果、引き外し機構２５が作動されて接点１７を開路する。遮断器１０の引き外しバー２３にあるカム５３によって作動される作動アーム５１を持つマイクロスイッチ４９が、遮断器１０が受けた疲労に比例する、作動機構の機械的な作動回数を計数する信号をマイクロコンピュータを基本とした引き外し装置２７に送ることが出来る。
【００１７】
更に図３に示すように、定格プラグ７は、定格プラグ７をマイクロコンピュータを基本とする引き外し装置２７に接続するピンを持っていてよい。ピン６１は共通のアースであってよい。ピン６２は着脱自在のジャンパー３１に接続することが出来る。これが存在すれば、それは遮断器が例えば６０ Ｈｚの設備に接続されていることを示し、それがなければ例えば５０ Ｈｚの設備であることを確認する。着脱自在の定格プラグ７は蓄電池３３をも具えていてよく、この蓄電池は、ピン６３を通じてマイクロコンピュータを基本とした引き外し装置２７に接続された阻止ダイオードによって保護される。この蓄電池３３は、遮断器１０が引き外されたとき、マイクロコンピュータを基本とする引き外し装置２７によって制御されるＬＥＤ表示装置（図に示していない）に対する電力を供給することが出来る。更にこの蓄電池３３は、遮断器１０が被保護回路から給電され、この為、遮断器１０が引き外されると電力が送られなくなるような設備で必要になることがある。定格プラグ７内にあるＬＥＤ ３７は、試験ボタン３９を押したとき、蓄電池３３の状態を表示することが出来る。抵抗４１がＬＥＤ ３７を通る電流を制限する。ピン６２及び６３及びそれに関連した素子は随意選択によって設けられる。
【００１８】
定格プラグ７は、共通のアースに接続されると共に夫々ピン６４、６５、６６を介してマイクロコンピュータを基本とする引き外し装置２７に接続された３つの精密級抵抗４３、４５、４７をも含んでいてよい。抵抗４３は、遮断器のフレーム定格に関する基準をマイクロコンピュータに供給する。抵抗４５は、最大連続電流に対する基準をマイクロコンピュータに供給することにより、遮断器の電流定格を定める。この抵抗の値は、その後の電流定格を定めるように選択可能である。抵抗４７は、マイクロコンピュータを基本とした引き外し装置２７の較正用抵抗である。
【００１９】
定格プラグ７には、消去可能で電気的にプログラム可能な固定メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）のような不揮発性メモリ５５が設けられている。ＥＥＰＲＯＭ ５５は、入力Ｖ_DDから給電され、入力Ｖ_SSを通じて共通のアースに接続されている。ＥＥＰＲＯＭ ５５は、チップ選択入力ＣＳ、直列クロック入力ＳＫ、ＥＥＰＲＯＭがマイクロコンピュータからのデータを受取る為の入力端子ＤＩ、及びＥＥＰＲＯＭにあるデータがマイクロコンピュータによって読取られるときのデータ出力端子ＤＯをも持っていてよい。ＣＳ、ＳＫ、ＤＩ及びＤＯ端子が、夫々定格プラグ７のピン６７、６８、６９、７０を介してマイクロコンピュータに接続される。
【００２０】
更に抵抗４３及び４５に関する情報がリード１００及び１０２を介してＥＥＰＲＯＭ ５５に送られる。即ち、遮断器のフレーム定格及び遮断器の電流定格をＥＥＰＲＯＭ ５５が利用出来るようになっているが、この理由は後で説明する。この代わりに、後で図５について説明するように、ピン６４、６５はマイクロコンピュータ２７をＥＥＰＲＯＭ ５５に直接的に接続してもよく、電流定格及びフレーム定格の情報が、顧客に出荷された時点で、ＥＥＰＲＯＭ ５５に記憶される。この実施例では、定格プラグ７内に抵抗を設ける必要がない。電流定格及びフレーム定格の情報をＥＥＰＲＯＭ ５５から転送する為の別々のピンを説明したが、こういう転送は例えばピン６９、７０を介して行い、こうして定格プラグ７から伸びるピンの数を減らし、こうして断線の惧れを少なくすることが出来る。
【００２１】
ブロック１１０で例示したワールド・ウィド・ウエブ（ＷＷＷ）を使って、マイクロコンピュータを基本とした引き外し装置又はＥＴＵ ２７にある定格プラグ７を変更することが出来る。ＷＷＷ １１０は、この発明では、顧客のＥＴＵ２７に情報を伝える為に使うことが出来、この情報が顧客の希望に従って、ＥＴＵ ２７の応答曲線を正しく変更する。この方法は、誤りを検出し、誤りを検出したとき、ＥＴＵ ２７を安全な動作モードに復帰させる方法になる。従来の定格プラグの現在の設計に於ける機械的な排除と同じく、ＥＴＵ ２７に正しくない定格プラグが取付けられることを許さないディジタル又はファームウエアの排除方式を設けることが好ましい。例えば、ＥＥＰＲＯＭ ５５に遮断器の電流定格及びフレーム定格が記憶されていれば、ＥＴＵ ２７により、選択された電流定格が遮断器のフレーム定格を超えるかどうかを、比較によって決定することが出来、その場合、ＥＴＵ ２７は取付けようとした定格プラグを排除することが出来、その場合は安全な動作モードに復帰することが好ましい。
【００２２】
ＥＴＵ ２７は、顧客に対して新しい並びに／又は古い定格を表示する方法をも持つことが好ましい。これは表示装置１１２にすることが出来る。これは、定格情報の表示に専用であってもよいし、或いは他の目的に使われているが、定格情報を表示することが出来るモードに入るようにしたものであってもよい。
【００２３】
次に図４について説明すると、この発明のＥＴＵ ２７は、ＷＷＷ １１０に直接的に接続されるように設計してもよいし、或いは別のネットワーク１１４に接続され、それがＷＷＷ １１０に接続されるようにしてもよい。ＥＴＵのファームウエアは、ベンダー・システム１１６とのセッションを持っていて、新しい定格プラグの情報を知らせる。この通知の際、データの交換が行われ、それによってＥＴＵ ２７が正しくない定格プラグ情報を排除することが好ましい。
【００２４】
この発明の方法の別の一面では、最近に通知された定格プラグ情報を有効かどうか検証し、認証されたベンダーから来たものであるかを判断することが好ましい。この方法はベンダー検証用のディジタル・キーと同様であるが、それに限らない。この通知は両方向の交換であって、ベンダー側で料金請求システム１１８に接続されていることが好ましい。
【００２５】
この発明のＥＴＵ ２７は、定格プラグ７内にあるＥＥＰＲＯＭ ５５と同様に、それと通信可能な、何らかの不揮発性メモリに貯蔵される定格プラグ倍率情報を供給する回路を持つことが好ましい。この情報がＥＴＵ ２７の動作にとって決め手となるものであるから、電源投入時並びにＥＴＵの動作中のこのデータの完全さを確かめることが好ましい。
【００２６】
顧客はＥＴＵ ２７の動作を変更することによって、利益を受けるのであるから、この過程は売上げを構成することが出来る。顧客は、現物に対する典型的な注文と配達の過程に伴う時間的な遅延を伴わずに、定格プラグ機能の変更を受取ることが出来るのであるから、この過程から利益を得る。売手側にとって重要な利点は、現物のやり取りがないことである。売上げを構成する為にやり取りされるのは電子情報だけである。
【００２７】
更にこの発明では、現場で遮断器応答曲線の倍率を定める完全にディジタルな方法が提供される。図５について説明すると、不揮発性メモリ１２５に倍率及びオプション・データをプログラムした定格プラグのような差込み式デバイス１２５を使う。ＥＴＵ ２７は、制御の為にマイクロプロセッサを使うことが好ましい。マイクロプロセッサが、差込み式メモリ１２６からディジタル・データを読取り、それを使って、引き外し応答曲線を数学的に変更する。
【００２８】
現場の技術者が遮断器に使われるＥＴＵ ２７の倍率を定める為に完全にディジタルな方法を使うことにより、抵抗を用いていたアナログ方法では普通であった誤りがなくなり、多くの抵抗回路をプログラムすることが出来る１個のメモリに置き換えることにより、工場で扱わなければならない回路の変更の数が最小限に抑えられる。
【００２９】
図５及び６に示したように、全部ディジタルの定格プラグ１２５は、プログラマブルの不揮発性メモリ１２６、ＥＴＵ ２７内に設ける為のピンを持っていてよいコネクタ１２９及びラベル１３１しか必要としない、プラスチック殻体１２７内の小さな回路であることが好ましい。このプラグ１２５には、電圧の倍率に使われるような抵抗の必要がない。定格プラグ・メモリ１２６が工場でプログラムされ、そこでバーコード１３３及び／又は標識を表すその他の英数字ような標識を持つラベル１３１と共に組立てて確認することが好ましい。定格プラグ１２５は現場で取付け可能であることが好ましい。電源を投入したとき、ＥＴＵ ２７内のマイクロプロセッサが、不揮発性のプログラマブル・メモリ１２６から倍率情報を読取り、このデータを使って、その電流対時間応答曲線を定める。この方法は、アナログ・ディジタル変換器及びレジスタに基づく算術の有限の分解能の数字によって生ずる誤りを予測する特定の解析を必要とする。
【００３０】
全部ディジタルの定格プラグ１２５は、遮断器の定格プラグ情報を変更するシステム並びに図４について述べたような定格プラグ情報を遠隔から変更する方法に使うことが出来る。
【００３１】
この発明を好ましい実施例について説明したが、当業者であれば、この発明の範囲を逸脱せずに、種々の変更を加え、その素子を均等物に置き換えることが出来ることは明らかであろう。更に、この発明の本質的な範囲を逸脱せずに、この発明の考えを特定の場合又は材料に合わせるような色々な変更を行うことが出来る。従って、この発明はこの発明を実施する為に考えられる最善の態様として開示した特定の実施例に制限されるのではなく、この発明が特許請求の範囲内に属する全ての実施例を含むことを承知されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の電子式遮断器の上から見た斜視図。
【図２】図１の遮断器を上から見た斜視図で、遮断器の作動機構が見えるように示されている。
【図３】図１の遮断器に使うことが出来るこの発明の回路図。
【図４】この発明の定格プラグ及びＥＴＵを用いた方法によるシステムの略図。
【図５】図１の遮断器に使うことが出来るこの発明の別の実施例の回路図。
【図６】図５の実施例に使われる定格プラグの平面図。

Claims (10)

1. 電気回路に対する遮断器に於て、
   作動されたとき、前記電気回路の電流を遮断する作動機構（２５）と、
   前記電気回路の電流を監視し、該電流が選択可能な値を超えたときに、前記作動機構（２５）を自動的に作動して前記電気回路の電流を遮断することによって引き外しを行うマイクロコンピュータを含む電子式引き外し装置（２７）と、
   該電子式引き外し装置（２７）が前記作動機構（２５）を引き外すときの電流の選択可能な値を設定する手段、及び遮断器（１０）のフレーム定格及び電流定格を記憶するための前記不揮発性メモリ（５５、１２６）を持つ定格プラグ（７、１２５）と
   を有し、
   前記遮断器（１０）の電流定格をインターネット接続部を介して変更することが出来るよう構成されたことを特徴とする、遮断器。
2. 更に、前記マイクロコンピュータ内にある誤り検出プログラムを有し、該誤り検出プログラムは、前記電子式引き外し装置に送られた、前記フレーム定格より大きい電流定格を排除する請求項１記載の遮断器。
3. 更に、電流定格を表示する表示装置（１１２）を有する請求項１記載の遮断器。
4. 遮断器（１０）の電子式引き外し装置（２７）に対する差込み式ディジタル定格プラグに於て、
   ハウジング（１２７）と、
   前記定格プラグ（１２５）を電子式引き外し装置（２７）に接続するコネクタ（１２９）と、
   遮断器の電流定格を記憶する不揮発性メモリ（１２６）と
   を有し、
   電流定格に関する情報が前記定格プラグ（１２５）によってディジタル・フォーマットでだけ電子式引き外し装置（２７）に送られ、
   前記差込み式ディジタル定格プラグが、更に、電流定格を表示する為にハウジング（１２７）に取り付けられたラベル（１３１）を有し、該ラベルがバーコード（１３３）を含む
   ことを特徴とする、差込み式ディジタル定格プラグ。
5. 前記コネクタ（１２９）が複数個の接続ピン（６４、６５、６６、６７、６８、６９、７０）を含む請求項４記載の差込み式ディジタル定格プラグ。
6. 遮断器（１０）の電子式引き外し装置（２７）に対する差込み式ディジタル定格プラグに於て、
   プラスチック・ハウジング（１２７）と、
   前記定格プラグ（１２５）を電子式引き外し装置（２７）に接続するコネクタ（１２９）と、
   遮断器の電流定格を記憶する不揮発性メモリ（１２６）と
   を有し、
   電流定格に関する情報が前記定格プラグ（１２５）によってディジタル・フォーマットでだけ電子式引き外し装置（２７）に送られ、
   前記定格プラグ（１２５）が、遮断器（１０）の電流定格又はフレーム定格に関係する抵抗（４３、４５）を持っていない
   ことを特徴とする、差込み式ディジタル定格プラグ。
7. 電気回路に対する遮断器に於て、
   マイクロコンピュータを含む電子式引き外し装置（２７）と、
   前記遮断器（１０）の電流定格を記憶する不揮発性メモリ（１２６）を持つ着脱自在のディジタル定格プラグ（１２５）と、
   前記定格プラグ（１２５）を電子式引き外し装置（２７）に接続するコネクタ（１２９）と、
   を有し、
   前記遮断器（１０）の電流定格が前記定格プラグ（１２５）の不揮発性メモリ（１２６）によって排他的に決定され、
   前記遮断器（１０）の電流定格をインターネット接続部を介して変更することが出来るよう構成されたことを特徴とする、遮断器。
8. 前記定格プラグ（１２５）がプラスチック・ハウジング（１２７）を含む請求項７記載の遮断器。
9. 前記定格プラグ（１２５）が電流定格を表示するラベル（１３１）を有する請求項７記載の遮断器。
10. 前記ラベル（１３１）がバーコード（１３３）を含む請求項９記載の遮断器。

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