JP6253747B2 - 過電流検知装置 - Google Patents

Description

本発明は、過電流検知装置に関する。

過電流を検知する多数の装置が先行技術から知られている。
これに関して起こる１つの難点は、真の短絡を仮想の短絡から識別することである。仮想の短絡は、容量性負荷の結果として発生し、特にスイッチをオンしたときに、短絡のように挙動する。つまり、容量性負荷が適切に荷電されるまで、実質的な電流が流れることがある。
この理由から、過去に何度もこれらの仮想の短絡を識別することが試みられてきた。
例えば、独国特許出願公開第１０２０１２１０３５５１号明細書から電子保護装置が知られ、それは過電流に応じて制御可能なスイッチをオフにし、出力での電圧の変化に応じて再びオンにする。

これらの装置の欠点は、それらがまず動作し、過電流の想定でスイッチをオフにし、再投入条件に応じて一定時間後に接続を可能にするのみということである。その結果、多くの場合、容量性負荷を荷電するのに不要に長い時間を要する。加えて、「履歴」値の記憶装置が必要なので、識別は比較的複雑になる。さらに、そのような構成では、多くの場合、スイッチの開放に際して、容量性負荷が並列の抵抗性負荷を通じて放電され、その結果、容量性（部分的）負荷は、それにも拘わらず、幾つかの状況で短絡であると誤識別されることがあることが問題である。特に、スイッチオフ条件がスイッチをオンしたときに既に満たされているので、その特許請求の範囲に記載される装置は、容量性負荷をオンにしたときに、問題であると分かる。したがって、履歴電圧値は、比較に利用可能ではない。

本発明の目的は、先行技術の欠点のうちの一または複数を回避する、短絡を検知する改善されたコスト効率の良い装置を提供することにある。
本発明によれば、上記目的は、独立請求項の特徴事項によって達成される。本発明の有利な実施形態は、従属項に示されている。
下記では、本発明は、好ましい実施形態に基づいて、添付図面を参照してさらに詳細に記述される。

本発明にかかる実施形態の概要を示している。 本発明の第１実施形態のフローチャートを示している。 本発明の第２実施形態のフローチャートを示している。

本発明は、図面を参照してさらに詳細に下に記述される。なお、様々な態様が記述され、それぞれが個々にまたは組み合わせて利用されることがある。つまり、何れの態様も本発明の様々な実施形態と共に使用されることがあるが、単なる代替物として明示的に描写されているわけではない。
さらに、単純化のために、下記では、概して１つの実体のみ参照される。しかしながら、明示しない限り、本発明は、当該実体の幾つかを有することもできる。したがって、不定冠詞の使用は、少なくとも１つの実体が単一の実施形態で使用されるという意味の表示としてのみ理解される。

例として図１に含まれる本発明の１つの実施形態では、過電流を検知する装置１は、電流計Ｕ_Ｒと、第１カウンタＺ_Ｉと、スイッチＳＷとを有している。より良好な概要を提供すべく、装置１は、本例示では、一点鎖線の枠によって囲まれている。
電流計Ｕ_Ｒは、装置１を通る電流の値Ｉを計測する。原理的にはこの目的に対して、誘起磁場（例えば、ロゴスキーコイル、ホールセンサ）を通じた、または分流抵抗器Ｒなどを使用した電流計測を通じた、任意のタイプの電流計測が可能である。
スイッチＳＷは、装置１を通る電流を遮断可能である。原理的には、例えば、機械式スイッチ、または制御（電界効果）トランジスタのような電気式スイッチなどの、任意のタイプのスイッチをここでは使用することができる。

電流計Ｕ_Ｒが第１電流閾値Ｉ_{ｒｅｆ，１}を超える電流値Ｉ（つまり、Ｉ＞Ｉ_{ｒｅｆ，１}）を計測した場合には、第１カウンタＺ_Ｉは、第１方向に第１増分ＩＮＣ_１だけ変更される。本例では、第１増分は１であり、例えば、上記方向は、加算「＋」に対応するものとする。さらに、第１電流閾値Ｉ_{ｒｅｆ，１}は、例えば、装置１が設計されている定格電流値の１．１倍に対応するものとする。
しかしながら、当業者には、例えば、上記方向が減算に対応する他の等価な実施を選択可能であることは容易に明白である。

第２電流閾値Ｉ_{ｒｅｆ，２}を超える電流値Ｉを電流計Ｕ_Ｒが計測した場合には、第１カウンタＺ_Ｉは、第１方向＋に第２増分ＩＮＣ_２だけ変更される。第２閾値Ｉ_{ｒｅｆ，２}は、第１閾値Ｉ_{ｒｅｆ，１}よりも定量的に大きく、第２増分ＩＮＣ_２は、第１増分ＩＮＣ_１よりも定量的に大きい。本例では、第１増分が１であり、例えば、上記方向は、加算「＋」に対応するものとする。本例では、例えば、第２増分が５であるものとする。さらに、第２電流閾値Ｉ_{ｒｅｆ，２}は、例えば、装置１が設計されている定格電流値の１．５倍に対応するものとする。
カウンタの変更後、第１カウンタＺ_Ｉは、カウンタ閾値Ｚ_ｒｅｆと比較され、カウンタ閾値Ｚ_ｒｅｆに達しているかまたは超えている場合には、スイッチＳＷは、電流を遮断するように連続的に作動される。そうでなければ、スイッチＳＷは、電流を遮断するように所定時間ｔ_ｏｆｆ作動される。

換言すれば、スイッチオフ条件は次のようになる。正常なケースでは電流が流れ、連続的なスイッチオフは、短絡が確実であると識別された場合にのみ開始される。過電流が流れる他の全てのケースでは、短時間の電流遮断のみとなる。
本制御は、能動的な作動（開）または受動的な非作動（非閉）であることができ、スイッチＳＷのタイプに依存する。つまり、スイッチＳＷは、開放器および閉鎖器として設計されることができる。

本発明の別の有利な実施形態では、電流計Ｕ_Ｒが、一時的な遮断に続いて、第１電流閾値Ｉ_{ｒｅｆ，１}を超えない電流値Ｉを計測した場合には、第１カウンタＺ_Ｉは、第１方向とは異なる第２方向に第３増分ＩＮＣ_３だけ変更される。本例では、第３増分もまた１であり、例えば、上記方向は、減算「−」に対応するものとする。
本発明の別の有利な実施形態では、装置１は、さらに、動作開始時に所定のカウンタ値に第１カウンタＺ_Ｉを設定する、カウンタ用の設定手段を備えている。例えば、第１カウンタＺ_Ｉは、０に設定されることができる。

図２に示されるような対応する方法を、例えば、その後に実施することができる。
第１ステップ２５では、第１カウンタは、所定の（初期）値に設定される。
その後、ステップ５０では、スイッチＳＷが作動され、その結果、電流が負荷Ｖに流れる。所定時間ｔ_ｏｎの経過後（ステップ７５）、第１カウンタは、所定の（初期）値と等しくないか否かをステップ１００でチェックされる。ここでは、所定の（初期）値が０であるものとする。
カウンタが所定の（初期）値と等しくない場合には、第１カウンタＺ_Ｉは、第３増分ＩＮＣ_３だけデクリメントされる（本例では、当初は１ずつ）。

続いて、または、第１カウンタが所定の（初期）値に対応する場合には、電流値Ｉがステップ２００で計測される。
計測された電流値Ｉは、ステップ３００で第１電流閾値Ｉ_{ｒｅｆ，１}と比較される。本例では、第１電流閾値は、例えば、本装置を通る公称電流の１．１倍に対応するものとする。
計測された電流値Ｉが第１電流閾値Ｉ_{ｒｅｆ，１}以下である場合には、本処理はステップ１００に戻る。
計測された電流値Ｉが第１電流閾値Ｉ_{ｒｅｆ，１}よりも大きい場合には、第１カウンタＺ_Ｉは、第１増分ＩＮＣ_１だけステップ４００でインクリメントされる（本例では、当初は１ずつ）。
計測された電流値Ｉは、ステップ５００で第２電流閾値Ｉ_{ｒｅｆ，２}と比較される。
計測された電流値Ｉが第２電流閾値Ｉ_{ｒｅｆ，２}よりも大きい場合には、第１カウンタＺ_Ｉは、第２増分ＩＮＣ_２だけステップ５５０でインクリメントされる（本例では、当初は５ずつ）。

続いて、または、計測された電流値Ｉが第２電流閾値Ｉ_{ｒｅｆ，２}以下であった場合には、ステップ６００（随意）で所定時間待機するか、または、ステップ６５０で直ちにスイッチＳＷを開放するように作動させる。
これで、第１カウンタが或る第１カウンタ閾値Ｚ_{Ｉ，ＭＡＸ}に達したか否かをステップ７００でチェックすることができる。例えば、本例では、この値は４０であることができる。
一旦、上記値に達すると、スイッチは、再びオンにはされず、本処理は終了する。
一方、第１カウンタ閾値Ｚ_{Ｉ，ＭＡＸ}に達しない場合には、ステップ８００で所定時間ｔ_ｏｆｆオフ状態を保持した後電流が遮断されないようにし、次いで、本処理はステップ２００に移行する。ステップ５０へ移行することもできる。
オーバーシュート条件が等しく他の条件に代えられることもできることは、容易に理解される。

本発明の別の実施形態では、装置１は、再び、電流計Ｕ_Ｒと、第１カウンタＺ_Ｉと、第２カウンタＺ_Ｕ、電圧計Ｕ_ＳＷと、スイッチＳＷとを有している。関連する方法が図３を参照して記述される。
電流計Ｕ_Ｒは、装置１を通る電流値Ｉを計測する。原理的にはこの目的に対して、誘起磁場（例えば、ロゴスキーコイル、ホールセンサ）、または分流抵抗器Ｒなどを使用した電流計測を通じた、任意のタイプの電流計測が可能である。
スイッチＳＷは、装置１を通る電流を遮断可能である。原理的には、例えば、機械式スイッチ、または制御（電界効果）トランジスタのような電気式スイッチなどの、任意のタイプのスイッチをここでは使用することができる。

さらに、本装置は、スイッチＳＷを介して電圧を計測する電圧計Ｕ_ＳＷを使用する。スイッチＳＷが理想的な状況における短絡を表わすので、スイッチＳＷの開状態で電圧を計測すれば十分である。スイッチＳＷが閉じているときには、電圧が０であるべきだからである。
しかしながら、スイッチＳＷのタイプによっては、例えば、スイッチＳＷはそれ自体低抵抗を表わすようにすることもでき、その結果、例えば、電流計測は、分流抵抗器Ｒとして、閉じたスイッチ（closed switch）を使用することができる。そのようなケースは、例えば、半導体スイッチ（例えば、制御（電界効果）トランジスタ）を使用する場合に生じることがある。
したがって、先に記述した区分けは、機能的なものであり、実際の実施を限定するものではないと理解されなければならない。

電流計がステップＳ１００で電流値Ｉを計測し、第１閾値Ｉ_{ｒｅｆ，１}を超えた場合には（ステップＳ１５０）、第１カウンタＺ_Ｉは、第１方向に第１増分ＩＮＣ_１だけステップＳ２００で変更され、スイッチは、電流を遮断するようにステップＳ３００で作動される。
明らかに、図２にかかる幾つかの電流閾値を提供することもできる。２つ以上の閾値との実際の比較を１処理ステップで実行することもできる。

カウンタの変更後、第１カウンタＺ_Ｉは、ステップＳ４００で第１カウンタ閾値Ｚ_{Ｉ，ＭＡＸ}と比較され、第１カウンタ閾値Ｚ_{Ｉ，ＭＡＸ}に達したかまたは超えた場合には、スイッチは、電流を遮断するように連続的に作動され、本処理は終了する。
そうでなければ、第２カウンタＺ_Ｕは、ステップＳ７００で第３方向＋に第２増分ＩＮＣ_２だけ変更される。第２増分ＩＮＣ_２は、例えば、電圧計によって計測された電圧に対応する場合がある。

この目的に対して、電圧計Ｕ_ＳＷの電圧は、ネットワーク側の実際の電源電圧Ｕ_Ｎと比較されるようにすることもできる。このように、ネットワーク上の電圧のいかなる変動は、より良く考慮されうる。
そのうえ、第２増分ＩＮＣ_２は、偏差の大きさに依存することもできる。例えば、比較により（期待または計測された）電源電圧Ｕ_Ｎの９５％を超えていることが明らかになった場合には、第２カウンタＺ_Ｕは、第１値（例えば１００）だけインクリメントされることができるが、（期待または計測された）電源電圧Ｕ_Ｎの９５％がアンダーシュートしている場合には、第２カウンタＺ_Ｕは、第２値（例えば、１０）だけインクリメントされる。

明らかに、幾つかの電流閾値を設けることもできる。２つ以上の閾値との実際の比較を１処理ステップで実行することもできる。
カウンタの変更後、第２カウンタＺ_Ｕは、続くステップＳ８００で第２カウンタ閾値Ｚ_{Ｕ，ＭＡＸ}と比較され、第２カウンタ閾値Ｚ_{Ｕ，ＭＡＸ}に達したかまたは超えた場合には、スイッチＳＷは、電流を遮断するように連続的に作動され、本処理は終了する。
そうでなければ、ステップＳ９００で待機が行なわれ、本処理はステップ５０に戻る。

本発明の別の有利な実施形態では、電流計が、電流の一時的な遮断に続いて、ステップ１００で第１電流閾値Ｉ_{ｒｅｆ，１}を超えない電流値を計測した場合に、第１カウンタＺ_Ｉは、ステップＳ１０００で第２方向に第３増分ＩＮＣ_３だけ変更される。第２方向は、第１方向とは異なっている。さらに、ステップＳ１１００では、第２カウンタＺ_Ｕは、第３方向とは異なる第４方向に第４増分ＩＮＣ_４だけ変更される。
カウンタのタイプによっては、ステップＳ９５０およびＳ１０５０でのチェックは、例えば、カウンタのオーバーフローなどを回避すべく、Ｓ１０００およびＳ１１００の２つの「戻る」動作に先行することがある。

本発明の別の有利な実施形態では、装置１は、さらに、ステップＳ２５の動作開始時に第１カウンタＺ_Ｉを所定のカウンタ値に設定するカウンタ用の設定手段を備えている。例えば、第１カウンタＺ_Ｉおよび第２カウンタＺ_Ｕは、それぞれ０に設定されることができる。
個々のステップは、容易に、別の良識ある方法でグループ化されるか、または、サブステップに統合されるか、もしくは、幾つかのサブステップに分割されることができる。したがって、記述されたステップは、典型的なものである。図２および図３に関して議論された態様は、それぞれの他の実施形態で使用されることもできる。
上述のステップおよび手段は、制御装置ＳＥの構成要素であるか、または、制御装置ＳＥによって実行されることができる。制御装置は、例えば、マイクロコントローラ、ＡＳＩＣ、またはＦＰＧＡであることができる。

１ 装置
Ｕ_Ｒ 電流計
Ｕ_ＳＷ 電圧計
ＳＷ スイッチ
Ｉ_{ｒｅｆ，２}、Ｉ_{ｒｅｆ，１} 第１／第２電流閾値
Ｚ_Ｉ、Ｚ_Ｕ 第１／第２カウンタ
Ｚ_{Ｉ，ＭＡＸ}、Ｚ_{Ｕ，ＭＡＸ} 第１／第２カウンタ閾値
ｔ_ｏｆｆ 所定時間
Ｕ_ｒｅｆ 閾値
Ｉ 計測された電流の値（電流値）
Ｒ 分流抵抗器
ＳＥ 演算部
Ｖ 負荷
ＩＮＣ_１、ＩＮＣ_２、ＩＮＣ_３、ＩＮＣ_４ 第１／第２／第３／第４増分

Claims (7)

1. 過電流を検知する装置（１）であって、
   電流計（Ｕ_Ｒ）と、第１カウンタ（Ｚ_Ｉ）と、スイッチ（ＳＷ）とを備え、
   前記電流計（Ｕ_Ｒ）は、前記装置（１）を通る電流の値（Ｉ）を計測し、前記スイッチ（ＳＷ）は、前記装置（１）を通る電流を遮断可能であり、
   前記電流計（Ｕ_Ｒ）が第１電流閾値（Ｉ_{ｒｅｆ，１}）を超える前記電流の値（Ｉ）を計測した場合には、前記第１カウンタ（Ｚ_Ｉ）は、第１方向（＋）に第１増分（ＩＮＣ_１）だけ変更され、
   前記電流計（Ｕ_Ｒ）が第２電流閾値（Ｉ_{ｒｅｆ，２}）を超える前記電流の値（Ｉ）を計測した場合には、前記第１カウンタ（Ｚ_Ｉ）は、前記第１方向（＋）に第２増分（ＩＮＣ_２）だけ変更され、前記第２電流閾値（Ｉ_{ｒｅｆ，２}）は、前記第１電流閾値（Ｉ_{ｒｅｆ，１}）よりも定量的に大きく、前記第２増分（ＩＮＣ_２）は、前記第１増分（ＩＮＣ_１）よりも定量的に大きく、
   前記カウンタの変更後、前記第１カウンタ（Ｚ_Ｉ）は、第１カウンタ閾値（Ｚ_{Ｉ，ＭＡＸ}）と比較され、該カウンタ閾値（Ｚ_{Ｉ，ＭＡＸ}）に達しているかまたは超えている場合には、前記スイッチ（ＳＷ）は、前記電流を遮断するように連続的に作動され、そうでなければ、前記スイッチ（ＳＷ）は、前記電流を遮断するように所定時間（ｔ_ｏｆｆ）作動される装置。
2. 前記電流計（Ｕ_Ｒ）が、前記電流の一時的な遮断に続いて、前記第１電流閾値（Ｉ_{ｒｅｆ，１}）を超えない前記電流の値（Ｉ）を計測した場合には、前記第１カウンタ（Ｚ_Ｉ）は、第２方向（−）に第３増分（ＩＮＣ_３）だけ変更され、前記第２方向（−）は、前記第１方向（＋）とは異なる請求項１記載の装置。
3. 前記第１カウンタ（Ｚ_Ｉ）を動作開始時に所定のカウンタ値に設定するカウンタ用の設定手段をさらに備える請求項１または２記載の装置。
4. 過電流を検知する装置（１）であって、
   電流計（Ｕ_Ｒ）と、第１カウンタ（Ｚ_Ｉ）と、第２カウンタ（Ｚ_Ｕ）と、電圧計（Ｕ_ＳＷ）と、スイッチ（ＳＷ）とを備え、
   前記電流計（Ｕ_Ｒ）は、前記装置（１）を通る電流の値（Ｉ）を計測し、前記スイッチ（ＳＷ）は、前記装置（１）を通る電流を遮断可能であり、前記電圧計（Ｕ_ＳＷ）は、前記スイッチ（ＳＷ）を介して電圧を計測し、
   前記電流計が第１閾値（Ｉ_{ｒｅｆ，１}）を超える前記電流の値（Ｉ）を計測（Ｓ１００）した場合には、前記第１カウンタ（Ｚ_Ｉ）は、第１方向（＋）に第１増分（ＩＮＣ_１）だけ変更され（Ｓ２００）、前記スイッチは、前記電流を遮断するように作動され（Ｓ３００）、
   前記第１カウンタ（Ｚ _Ｉ ）の変更後、前記第１カウンタ（Ｚ_Ｉ）は、第１カウンタ閾値（Ｚ_{Ｉ，ＭＡＸ}）と比較され（Ｓ４００）、前記第１カウンタ閾値（Ｚ_{Ｉ，ＭＡＸ}）に達しているかまたは超えている場合には、前記スイッチは、前記電流を遮断するように連続的に作動され、そうでなければ（Ｓ７００）、前記第２カウンタ（Ｚ_Ｕ）は、前記電圧計によって計測された電圧に対応して、第３方向（＋）に第２増分（ＩＮＣ_２）だけ変更され、
   前記第２カウンタ（Ｚ _Ｕ ）の変更後、前記第２カウンタ（Ｚ_Ｕ）は、第２カウンタ閾値（Ｚ_{Ｕ，ＭＡＸ}）と比較され（Ｓ８００）、前記第２カウンタ閾値（Ｚ_{Ｕ，ＭＡＸ}）に達しているかまたは超えている場合には、前記スイッチ（ＳＷ）は、前記電流を遮断するように連続的に作動され、そうでなければ、前記スイッチ（ＳＷ）は、所定時間（ｔ_ｏｆｆ）後に、それ以降前記電流が遮断されないように作動される（Ｓ９００）、装置。
5. 前記電流の一時的な遮断に続いて、前記電流計が前記第１閾値（Ｉ_{ｒｅｆ，１}）を超えない前記電流の値を計測（Ｓ１００）した場合には、第１カウンタ（Ｚ_Ｉ）は、第２方向（−）に第３増分（ＩＮＣ_３）だけ変更され（Ｓ１０００）、前記第２方向（−）は、前記第１方向（＋）とは異なり、
   前記第２カウンタ（Ｚ_Ｕ）は、第４方向（−）に第４増分（ＩＮＣ_４）だけ変更され（Ｓ１１００）、前記第４方向（−）は、前記第３方向（＋）とは異なる請求項４記載の装置。
6. 動作開始時に前記第１カウンタ（Ｚ_Ｉ）を所定のカウンタ値に設定する（Ｓ２５）前記第１カウンタ（Ｚ_Ｉ）用の設定手段をさらに備える請求項４または５記載の装置。
7. 動作開始時に前記第２カウンタ（Ｚ_Ｕ）を所定のカウンタ値（「０」）に設定する（Ｓ２５）前記第２カウンタ（Ｚ_Ｕ）用の設定手段をさらに備える請求項４、５または６記載の装置。

Images