JP6392928B2 - 回路遮断器用トリップ制御回路 - Google Patents

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Description

本発明は、回路遮断器用トリップ制御回路に関し、回路に流れる交流電流のみでなく、従来の回路遮断器によっては検出できなかった、回路に流れる直流電流成分も検出し、交流及び直流の過電流や漏電の発生時に回路を遮断できるようにした回路遮断器用トリップ制御回路に関する。
回路遮断器は、多相（多極）、代表的には三相の交流電力回路（以下、回路という）において少なくとも１つの相の電流の過電流が発生したり漏電により各相（極）の電流間の不平衡が発生すると前記回路を遮断する電力機器である。
特に、漏電を遮断できる回路遮断器を漏電遮断器（Earth Leakage Circuit Breaker, ELCB）という。
このような回路遮断器においては、回路の相電流を検出する手段として変流器（Current Transformer）が用いられ、漏電遮断器の場合、零相変流器（Zero Phase Current Transformer, ZCT）が漏電電流量の検出に用いられる。回路遮断器は、前記変流器により検出された回路の相電流の値と予め設定された基準電流値とを比較し、前記検出された回路の相電流の値が前記基準電流値以上の場合に回路を遮断する。また、漏電遮断器は、前記零相変流器により検出された漏電電流の値と予め設定された基準漏電電流値とを比較し、前記検出された漏電電流の値が前記基準漏電電流値以上の場合に回路を遮断する。
以下、図８を参照して、従来技術による回路遮断器のトリップ制御回路の構成について説明する。
図８を参照すると、交流電源１０から供給された交流電流は回路を介して負荷５０に流れる。
なお、交流電流のみが流れる負荷はほとんど存在せず、ＬＥＤ照明、最先端制御装置、電力機器（electric power device）、変換装置（インバータ／コンバータ）などのような直流成分の非線形負荷が負荷全体の半分以上を占めている。よって、図８に示す負荷５０に流れる負荷電流ｉ1、ｉ2は交流電流と直流電流が同時に流れて形成される。
電流検出手段２０は、回路が貫通するように設けられる通常環状のコアと、前記コアに巻回され、前記回路に流れる相電流又は漏電電流に比例する電流検出信号を供給する２次コイル（セカンダリコイル）とを含む。制御部６０−１は、電流検出手段２０の２次コイルに接続され、前記２次コイルから電流検出信号（Ｉｃ）を受信し、前記電流検出信号（Ｉｃ）の相電流値又は漏電電流値が予め設定された基準電流値以上の場合にトリップ制御信号を出力する。前記トリップ制御信号は、磁気トリップ装置（Magnetic Trip Device, MTD）などのトリップ機構（trip mechanism）に含まれるコイルを磁化し、トリップ機構は、前記コイルの磁気駆動力を用いて出力部（例えば、プランジャ）を移動させることにより、開閉機構４０がトリップ動作するようにトリガする。すると、可動接点及び固定接点を含む開閉機構４０は、回路開放位置に動作して回路遮断、すなわちトリップ動作を行う。
しかし、図８に示すような回路遮断器において、電流検出手段２０は、一種の変圧器（transformer）であるので回路の交流成分を検出することはできるが、負荷５０に流れる直流成分は電流検出手段２０の２次コイルに誘導されないので検出することはできない。
よって、従来技術による回路遮断器のトリップ制御回路においては、負荷に流れる直流成分の過電流や漏電の発生時に回路を遮断できないという問題があった。
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、回路に流れる電流の直流成分と交流成分をどちらも検出することにより、交流成分の過電流や漏電の発生時に回路を遮断できるだけでなく、直流成分の過電流や漏電の発生時にも回路を遮断できる回路遮断器用トリップ制御回路を提供することを目的とする。
本発明の上記目的は、回路の貫通を許容する環状のコア、及び前記コアに巻回されて前記回路に流れる電流を検出して電流検出信号を供給する２次コイル（セカンダリコイル）を有する変流器と、前記変流器のヒステリシスループ（hysteresis loop）の傾きが大きくなるようにして前記変流器の２次コイルが前記回路に流れる交流電流と直流電流をどちらも検出できるように、電気信号を前記変流器の２次コイルに供給する発振回路部と、前記変流器の２次コイルから出力された交流成分及び直流成分を有する前記電流検出信号の電流値と所定の基準電流値とを比較し、比較の結果、前記電流検出信号の電流値が前記基準電流値を超えれば、トリップ制御信号を出力するトリップ判断回路部とを含む、本発明による回路遮断器用トリップ制御回路を提供することにより達成することができる。
本発明の好ましい一態様によれば、前記回路遮断器用トリップ制御回路は、前記変流器の２次コイルに接続され、前記２次コイルから供給された電流検出信号としての電流信号を電圧信号に変換して出力する検知抵抗をさらに含む。
本発明の好ましい他の態様によれば、前記発振回路部により供給される前記電気信号は、矩形波信号（square wave signal）を含む。
本発明の好ましいさらに他の態様によれば、前記発振回路部により供給される前記電気信号は、高周波の正弦波信号（sine wave signal）を含む。
本発明の好ましいさらに他の態様によれば、前記トリップ判断回路部は、前記電流検出信号に基づいて、時間の変化に応じて回路に流れる電流量を決定し、前記発振回路部から前記２次コイルに供給される電気信号の波形及び周波数を決定するように構成される。
本発明の好ましいさらに他の態様によれば、前記トリップ判断回路部は、前記２次コイルに発生する時間帯毎の磁界強度の変化及びそれに応じた磁束密度の変化の関係に基づいて、前記発振回路部により出力される波形の信号を決定するように構成される。
本発明の好ましいさらに他の態様によれば、前記回路遮断器用トリップ制御回路は、前記発振回路部から前記２次コイルに供給される信号に対応する前記２次コイルの磁界強度及び磁束密度を表示する第１表示部をさらに含む。
本発明の好ましいさらに他の態様によれば、前記回路遮断器用トリップ制御回路は、前記変流器の鉄心を貫通する回路に流れる直流成分が検出されると直流成分の検出を示す情報を表示する第２表示部をさらに含む。
本発明の好ましいさらに他の態様によれば、前記トリップ判断回路部は、回路に流れる直流成分と交流成分の少なくとも一方からなる電流又は直流電流と交流電流の合成電流を検出した電流検出信号を前記２次コイルから受信するように構成される。
本発明の好ましいさらに他の態様によれば、前記トリップ判断回路部は、前記２次コイルに誘導された電流の信号に混入し得る高周波成分を除去するローパスフィルタ回路部を含む。
本発明による回路遮断器用トリップ制御回路においては、電気信号を変流器の２次コイルに供給する発振回路部を含むことにより、前記変流器のヒステリシスループの傾きが大きくなるようにして前記２次コイルが回路に流れる交流電流と直流電流をどちらも検出できるようにするという効果が得られる。
本発明による回路遮断器用トリップ制御回路においては、前記変流器の２次コイルから供給された電流検出信号としての電流信号を電圧信号に変換して出力する検知抵抗をさらに含むことにより、電流検出信号を電圧信号に変換してトリップ判断回路部に出力し、トリップ決定のための基準電圧と比較できるようにするという効果が得られる。
本発明による回路遮断器用トリップ制御回路において、前記発振回路部により供給される前記電気信号は、エッジ（edge）で急激に変化する矩形波信号又は高周波の正弦波信号を含むので、前記電気信号を前記発振回路部から前記２次コイルに供給することにより、前記変流器の磁界強度及び磁束密度を変化させることができ、前記変流器のヒステリシスループ特性を変化させることができる。特に、時間の経過に応じて急激な変化を示す矩形波信号又は高周波の正弦波信号により、前記変流器のヒステリシスループの傾きが大きくなるという効果が得られる。
本発明による回路遮断器用トリップ制御回路において、前記トリップ判断回路部は、前記電流検出信号に基づいて時間の変化に応じて回路に流れる電流量を決定するように構成されるので、時間の変化に応じた前記電流検出信号の波形の変化に応じて、前記電流検出信号による回路に流れる電流が純粋な交流であるか、純粋な直流であるか、交流と直流の混合波であるかを決定することができ、前記電流検出信号に基づいて、前記発振回路部から前記２次コイルに供給される電気信号の波形及び周波数を決定することができるという効果が得られる。
本発明による回路遮断器用トリップ制御回路において、前記トリップ判断回路部は、前記２次コイルに発生する時間帯毎の磁界強度の変化及びそれに応じた磁束密度の変化の関係に基づいて、前記発振回路部により出力される波形の信号を決定するように構成されるので、前記発振回路部が前記変流器のヒステリシスループの傾きに対応する周波数の矩形波信号又は高周波の正弦波信号を出力できるように、前記トリップ判断回路部はそれに対応する選択制御信号を前記発振回路部に出力することができるという効果が得られる。
本発明による回路遮断器用トリップ制御回路においては、第１表示部をさらに含むことにより、前記発振回路部から前記２次コイルに供給される信号に対応する前記２次コイルの磁界強度及び磁束密度を表示することができるという効果が得られる。
本発明による回路遮断器用トリップ制御回路においては、第２表示部をさらに含むことにより、前記変流器の鉄心を貫通する回路に流れる直流成分が検出されると直流成分の検出を示す情報を表示することができるという効果が得られる。
本発明による回路遮断器用トリップ制御回路において、前記トリップ判断回路部は、回路に流れる交流電流、直流電流又は直流電流と交流直流の合成電流を検出した電流検出信号を前記２次コイルから受信するので、回路に流れる純粋な交流信号、純粋な直流信号又は直流電流と交流直流の合成信号のそれぞれを全て受信することができ、受信した信号に基づいて交流信号、直流信号及び合成信号の異常発生時に回路を遮断することができるという効果が得られる。
本発明による回路遮断器用トリップ制御回路において、前記トリップ判断回路部は、ローパスフィルタ回路部を含むので、前記２次コイルに誘導された電流の信号に混入し得る高周波成分を除去することができ、高周波ノイズによるトリップ決定のエラー発生を最小限に抑えることができるという効果が得られる。
本発明の好ましい第１実施形態による回路遮断器用トリップ制御回路の構成を示すブロック図である。 本発明の好ましい第２実施形態による回路遮断器用トリップ制御回路の構成を示すブロック図である。 本発明の好ましい第３実施形態による回路遮断器用トリップ制御回路の構成を示すブロック図である。 本発明による回路遮断器用トリップ制御回路の信号処理動作及び信号波形を示す図である。 本発明による回路遮断器用トリップ制御回路における変流器の２次コイルに電気信号が供給されていない状態での変流器のヒステリシスループ（ＨＬ１）と変流器の２次コイルに電気信号が供給されている状態での変流器のヒステリシスループ（ＨＬ２）とを比較して示す図である。 本発明による回路遮断器用トリップ制御回路における変流器の入力信号としての回路に流れる直流成分の波形及び発振回路部により供給される矩形波信号の波形を示す波形図である。 本発明による回路遮断器用トリップ制御回路における回路に流れる電流に直流成分が含まれている場合に変流器の２次コイルから出力される検出出力電流の波形図である。 従来技術による回路遮断器のトリップ制御回路の構成を示すブロック図である。
前述した本発明の目的とそれを達成する本発明の構成及びその作用効果は、添付図面を参照した本発明の好ましい実施形態についての以下の説明によりさらに明確に理解できるであろう。
本発明の好ましい第１実施形態による回路遮断器用トリップ制御回路は、図１に示すように、変流器２０、発振回路部６１及びトリップ判断回路部６３を含む。
図１〜図３において、符号６０は変流器２０を除くトリップ制御回路部を示す。
変流器２０は、回路の貫通を許容する環状のコア２０ａと、コア２０ａに巻回され、回路に流れる電流ｉ1、ｉ2を検出して電流検出信号を供給する２次コイル２０ｂとを有する。
ここで、変流器２０は、前記回路遮断器が漏電遮断器の場合、零相変流器（ＺＣＴ）で代替してもよい。
一方、図５は本発明による回路遮断器用トリップ制御回路における変流器の２次コイルに電気信号が供給されていない状態での変流器のヒステリシスループ（ＨＬ１）と変流器の２次コイルに電気信号が供給されている状態での変流器のヒステリシスループ（ＨＬ２）とを比較して示す図である。
図５に点線の波形で示すように、変流器の２次コイルに電気信号が供給されていない状態での変流器のヒステリシスループ（ＨＬ１）は、第１傾き（Ｓ１）を有し、傾きが小さいので、磁界強度（Ｈ）の増加又は減少の変化による磁束密度（Ｂ）の変化が大きくない。
また、ヒステリシスループ（ＨＬ１）の飽和点（Ｐ１）を参照すると、ヒステリシスループ（ＨＬ２）に比べて大きい磁界強度と低い磁束密度で飽和することが分かる。
このように傾きが小さいヒステリシスループ（ＨＬ１）の特性を有する変流器のコアの内部を貫通して直流成分と交流成分が混合された負荷電流が流れる場合、変流器において出力部に相当する２次コイルには交流成分のみ誘導されて交流成分のみ出力され、直流成分は誘導されないので出力されない。
それに対して、発振回路から変流器の２次コイルに例えば矩形波などの波形の電気信号が供給されている状態での変流器のヒステリシスループ（ＨＬ２）は、第１傾き（Ｓ１）より大きい第２傾き（Ｓ２）を有し、磁界強度（Ｈ）の増加又は減少の変化による磁束密度（Ｂ）の変化が大きい。
また、ヒステリシスループ（ＨＬ２）の飽和点（Ｐ２）を参照すると、ヒステリシスループ（ＨＬ１）に比べて小さい磁界強度と高い磁束密度で飽和することが分かる。すなわち、発振回路から変流器の２次コイルに例えば矩形波などの波形の電気信号が供給されると、飽和点が移動することが分かる。
このように傾きが大きいヒステリシスループ（ＨＬ２）の特性を有する変流器のコアの内部を貫通して直流成分と交流成分が混合された負荷電流が流れる場合、変流器において出力部に相当する２次コイルには交流成分と直流成分がどちらも誘導され、交流成分と直流成分がどちらも出力される。
このような特性は、図６及び図７の波形図からも確認することができ、図６及び図７を参照してさらに説明する。
図６において、回路に流れる電流、すなわち負荷に流れる電流をＩｐとすると、直流成分のＩｐ（ＤＣ）の波形は図示のように時間が経過しても一定の電流値を有し、発振回路部により供給される矩形波の波形は直流成分のＩｐ（ＤＣ）の波形の下方に示すものであると仮定する。
ここで、変流器の２次コイルの出力波形は、オシロスコープにより確認すると、図７に示す通りである。
図６及び図７を参照すると、時点ｔ１、ｔ２、ｔ３のように前記矩形波のエッジで歪みが発生するが、歪みの発生時点を除くほとんどの時間では一定の電流値を有する直流波形が検出されることが分かる。
また、前記歪みは、トリップ判断回路部６３に含まれるローパスフィルタ回路部６３−１（図２又は図３参照）により除去することができるので、回路に流れる直流成分の検出には問題がない。
本発明は、前述したように、変流器の２次コイルに電気信号が供給されると、変流器のヒステリシスループの傾きが大きくなり、回路に流れる交流成分と直流成分をどちらも検出できるようになることに着目したものである。
本発明による回路遮断器用トリップ制御回路における変流器２０のヒステリシスループ特性を数式で表すと次の通りである。
２次コイル２０ｂにおける磁束密度（Ｂ）と磁界強度（Ｈ）の関係は下記数式１のように表される。
Figure 0006392928
Figure 0006392928
また、上記数式１における比例定数ｋは、下数数式２のように定義される。
Figure 0006392928
ここで、μ0はコア２０ａの透磁率を示し、μmはコア２０ａの透磁率の最大値を示し、Ｂsはコア２０ａの飽和段階での磁束密度を示す。
Figure 0006392928
Figure 0006392928
Figure 0006392928
Figure 0006392928
すなわち、発振回路部６１から２次コイル２０ｂに電気信号を供給すると、変流器２０の磁界強度及び磁束密度を変化させることができ、それにより変流器２０のヒステリシスループ特性を変化させることができる。特に、時間に応じて急激な変化を示す矩形波信号又は高周波の正弦波信号を２次コイル２０ｂに供給すると、変流器２０のヒステリシスループの傾きが大きくなる。
図１を参照すると、発振回路部６１は、変流器２０のヒステリシスループの傾きが大きくなるようにして変流器２０の２次コイル２０ｂが回路に流れる交流電流と直流電流をどちらも検出できるように、電気信号を変流器２０の２次コイル２０ｂに供給する。
本発明の好ましい一態様において、発振回路部６１により供給される前記電気信号は、矩形波信号を含む。よって、本発明の好ましい一態様において、発振回路部６１は、矩形波発振回路部で構成されてもよい。
本発明の好ましい他の態様において、発振回路部６１により供給される前記電気信号は、高周波の正弦波信号を含む。よって、本発明の好ましい他の態様において、発振回路部６１は、正弦波発振回路部で構成されてもよい。
発振回路部６１から前記２次コイルに低周波の正弦波信号が供給されている状態での変流器２０のヒステリシスループの傾きは、低周波の正弦波信号が前記２次コイルに供給されるのではなく、回路に流れる交流成分のみ前記２次コイルに誘導されている状態での変流器２０のヒステリシスループの傾きとほぼ同じである。従って、回路に流れる直流成分を検出できるという効果が得られない。よって、発振回路部６１が正弦波信号を出力して前記２次コイルに供給する場合、必ず高周波の正弦波信号を出力するようにし、回路に流れる交流成分と直流成分をどちらも変流器により検出できるようにする。
また、本発明の好ましいさらに他の態様において、発振回路部６１は、予め定められた複数の異なる周波数を有する矩形波信号又は正弦波信号の波形を出力するように構成されてもよく、また、発振回路部６１は、トリップ判断回路部６３からの選択制御信号に応答して矩形波と正弦波のうち対応する波形及び対応する周波数の電気信号を出力するように構成されてもよい。さらに、発振回路部６１は、トリップ判断回路部６３から選択制御信号が受信されないと前記電気信号の出力を中止するように構成されてもよい。
トリップ判断回路部６３は、変流器２０の２次コイル２０ｂから出力された交流成分及び直流成分を有する前記電流検出信号の電流値と所定の基準電流値とを比較し、比較の結果、前記電流検出信号の電流値が前記基準電流値を超えれば、トリップ制御信号を出力する。
トリップ判断回路部６３は、アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）と中央処理装置（ＣＰＵ）とを含むようにしてもよい。前記中央処理装置は、前記アナログデジタル変換器により任意の時点でサンプリングされてデジタル変換された前記電流検出信号に基づいて、回路に流れる電流量を決定するようにしてもよい。
トリップ判断回路部６３は、前記電流検出信号に基づいて、発振回路部６１から２次コイル２０ｂに供給される電気信号の波形及び周波数を決定するように構成されてもよい。より詳細には、前記電流検出信号の電流値は、経時変化のない一定値を有する直流特性を示すこともある。また、前記電流検出信号の電流値が交流と直流の混合波形の特徴を示す場合、すなわち前記電流検出信号が交流と直流の混合波形の信号である場合、当該波形において正の最大値の絶対値と負の最小値の絶対値が異なるので、１サイクルの波形の半分が非対称となる。トリップ判断回路部６３は、前記電流検出信号の電流値に基づいて直流特性又は交流と直流の混合波形であることが判断されると、予め定められた複数の周波数のうちいずれかの周波数を有する矩形波又は高周波の正弦波を出力するように、発振回路部６１に選択制御信号を送るようにしてもよい。
また、トリップ判断回路部６３は、正の最大値の絶対値と負の最小値の絶対値が同じであるので、１サイクルの波形において半サイクルの波形が対称となり、前記電流検出信号の電流値の波形が純粋な交流成分の波形を示すと判断されると、発振回路部６１に選択制御信号を出力せず、発振回路部６１は、それに応じて電気信号の出力を中止するようにしてもよい。
また、トリップ判断回路部６３は、２次コイル２０ｂに発生する時間帯毎の磁界強度の変化及びそれに応じた磁束密度の変化の関係に基づいて、発振回路部６１により出力される波形の信号を決定するように構成されてもよい。
このために、トリップ判断回路部６３は、磁界センサ（図示せず）及び／又はホールセンサ（図示せず）を備え、前記磁界センサ及び／又は前記ホールセンサから２次コイル２０ｂに発生する時間帯毎の磁界強度の変化及びそれに応じた磁束密度の変化に応じた信号を前記アナログデジタル変換器を介してデジタル信号として受信し、受信したデジタル信号に基づいて現在のヒステリシスループの形状及び傾きを決定するようにしてもよい。
よって、トリップ判断回路部６３は、決定された現在のヒステリシスループの傾きと予め設定された基準傾きとを比較し、現在のヒステリシスループの傾きが基準傾きより大きければ、発振回路部６１に選択制御信号を出力せず、発振回路部６１は、それに応じて電気信号の出力を中止するようにしてもよい。ここで、予め設定された基準傾きは、変流器２０が回路に流れる直流成分と交流成分をどちらも検出できるようにするヒステリシスループの傾きの閾値であり、使用者がデータ入力手段によりトリップ判断回路部６３に含まれるメモリ手段に予め設定するようにしてもよい。
また、トリップ判断回路部６３は、決定された現在のヒステリシスループの傾きと予め設定された基準傾きとを比較し、現在のヒステリシスループの傾きが基準傾きより小さければ、例えば第１周波数を有する矩形波信号を選択する選択制御信号を発振回路部６１に出力し、発振回路部６１は、それに応答して矩形波信号を２次コイル２０ｂに出力するようにすることにより、変流器のヒステリシスループの傾きが大きくなり、回路に流れる交流成分と直流成分をどちらも検出できるようにしてもよい。
トリップ判断回路部６３は、回路に流れる直流成分と交流成分の少なくとも一方からなる電流又は直流電流と交流電流の合成電流に対する前記電流検出信号を２次コイル２０ｂから受信する。
本発明の好ましい第２及び第３実施形態による回路遮断器用トリップ制御回路において、トリップ判断回路部６３は、図２又は図３に示すように、ローパスフィルタ回路部６３−１を含む。ローパスフィルタ回路部６３−１は、前記電流検出信号に混入し得る高周波成分を除去する。よって、ローパスフィルタ回路部６３−１により、２次コイル２０ｂから供給される前記電流検出信号に混入した高周波成分である歪み（図７参照）が除去される。
本発明の好ましい第２及び第３実施形態による回路遮断器用トリップ制御回路は、図２又は図３に示すように、検知抵抗６２をさらに含む。
検知抵抗６２は、変流器２０の２次コイル２０ｂに接続され、２次コイル２０ｂから供給された電流検出信号としての電流信号にその抵抗を適用して、すなわち前記電流信号の値に抵抗値を乗算する効果により、前記電流信号を電圧信号に変換して出力する。
本発明の好ましい第３実施形態による回路遮断器用トリップ制御回路は、図３に示すように、第１表示部６４と第２表示部６５とをさらに含む。
第１表示部６４は、発振回路部６１から２次コイル２０ｂに供給される信号に対応する２次コイル２０ｂの磁界強度及び磁束密度を表示する。前述したように、トリップ判断回路部６３は、前記磁界センサ及び／又は前記ホールセンサから２次コイル２０ｂに発生する時間帯毎の磁界強度の変化及びそれに応じた磁束密度の変化に応じた信号を前記アナログデジタル変換器を介してデジタル信号として受信し、２次コイル２０ｂの磁界強度及び磁束密度に関する情報を第１表示部６４に送って表示させるようにしてもよい。
第２表示部６５は、前記変流器の鉄心を貫通する回路に流れる直流成分が検出されると直流成分の検出を示す情報を表示する。
前述したように、トリップ判断回路部６３は、前記電流検出信号の電流値が経時変化のない一定値を有する純粋な直流特性を示す場合、又は前記電流検出信号の電流値が交流と直流の混合波形の特徴を示す場合、回路に流れる電流に直流成分が検出されたものと判断し、それを示す情報を第２表示部６５に送って表示させるようにしてもよい。ここで、前記情報は、例えば「直流成分検出あり」などのメッセージ内容の情報であってもよい。
また、トリップ判断回路部６３は、前記電流検出信号の１サイクルの波形において半サイクルの波形が対称であり、前記電流検出信号の電流値の波形が純粋な交流成分の波形を示す場合、回路に流れる電流に直流成分が検出されていないものと判断し、それを示す情報を第２表示部６５に送って表示させるようにしてもよい。ここで、前記情報は、例えば「直流成分検出なし」などのメッセージ内容の情報であってもよい。
本発明の好ましい一態様において、第１表示部６４と第２表示部６５とは、１つの液晶表示装置で構成されてもよく、また、前記液晶表示装置は、キースイッチ（key switch）や選択ボタンスイッチなどの選択入力手段（図示せず）によりその表示情報の選択入力がインタフェースされるように構成されてもよい。
なお、図１において、符号３０は磁気トリップ装置（ＭＴＤ）などのトリップ機構を示す。
トリップ機構３０は、コイルと、出力部（例えば、プランジャ）とを含むようにしてもよい。
図１において、符号４０は回路遮断器における可動接点、固定接点及び可動接点を駆動する機構部（mechanical parts）を含む開閉機構を示し、符号５０は負荷を示す。
以下、図１〜図７を参照して、前述したように構成される本発明の好ましい実施形態による回路遮断器用トリップ制御回路の動作について説明する。
第１実施形態
図１又は図４を参照すると、変流器２０のコア２０ａを貫通する回路に流れる電流を１次電流（ｉ1、ｉ2又はＩｐ）とすると、１次電流（ｉ1、ｉ2又はＩｐ）は交流成分と直流成分を含む。
前記回路に流れる１次電流（ｉ1、ｉ2又はＩｐ）は、変流器２０の２次コイル２０ｂにより検出され、前記電流検出信号としてトリップ判断回路部６３に供給される。
トリップ判断回路部６３は、前記電流検出信号の電流値に基づいて直流特性又は交流と直流の混合波形であることが判断されると、予め定められた複数の周波数のうちいずれかの周波数を有する矩形波又は高周波の正弦波を出力するように、発振回路部６１に選択制御信号を送るようにしてもよい。
トリップ判断回路部６３は、前記電流検出信号の電流値の波形が純粋な交流成分の波形を示すと判断されると、発振回路部６１に選択制御信号を出力せず、発振回路部６１は、それに応じて電気信号の出力を中止するようにしてもよい。
すると、発振回路部６１は、前記選択制御信号に対応する、複数の周波数のうちいずれかの周波数を有する矩形波又は高周波の正弦波の電気信号を出力し、当該電気信号は２次コイル２０ｂに供給される。図５を参照すると、前記矩形波又は高周波の正弦波の電気信号は、変流器２０のヒステリシス特性を変化させ、点線で示す第１ヒステリシスループ（ＨＬ１）の第１傾き（Ｓ１）から第２ヒステリシスループ（ＨＬ２）の第２傾き（Ｓ２）へヒステリシスループの傾きが大きくなるようにする。
従って、変流器２０の２次コイル２０ｂにおいては回路に流れる交流電流と直流電流（直流電流成分）がどちらも検出される。
トリップ判断回路部６３は、変流器２０の２次コイル２０ｂから出力された交流成分及び直流成分を有する前記電流検出信号の電流値と所定の基準電流値とを比較し、比較の結果、前記電流検出信号の電流値がトリップを決定する前記基準電流値を超えれば、トリップ制御信号を出力する。
また、トリップ判断回路部６３は、前記比較の結果、前記電流検出信号の電流値がトリップを決定する前記基準電流値より小さければ、トリップ制御信号を出力しない。
前記トリップ制御信号は、磁気トリップ装置３０などのトリップ機構に含まれるコイルを磁化し、磁気トリップ装置３０は、前記コイルの磁気駆動力を用いて出力部（例えば、プランジャ）を移動させることにより、開閉機構４０がトリップ動作するようにトリガする。すると、可動接点及び固定接点を含む開閉機構４０は、回路開放位置に動作して回路遮断、すなわちトリップ動作を行う。
第２実施形態
一方、図２に示すような本発明の好ましい第２実施形態は、上記第１実施形態とは異なり、検知抵抗６２とローパスフィルタ回路部６３−１とをさらに含む。
なお、説明の重複を避けるために、検知抵抗６２及びローパスフィルタ回路部６３−１に関連する動作についてのみ説明する。
検知抵抗６２は、２次コイル２０ｂから供給された電流検出信号としての電流信号に対してその抵抗で電圧を形成することにより前記電流信号を電圧信号に変換し、トリップ判断回路部６３に供給する。
ローパスフィルタ回路部６３−１は、前記電流検出信号に混入し得る高周波成分を除去する。よって、ローパスフィルタ回路部６３−１により、２次コイル２０ｂから供給される前記電流検出信号に混入した高周波成分である歪み（図７参照）が除去される。
第３実施形態
一方、図３に示すような本発明の好ましい第３実施形態は、上記第１及び第２実施形態とは異なり、第１表示部６４と第２表示部６５とをさらに含む。
なお、説明の重複を避けるために、第１表示部６４及び第２表示部６５に関連する動作についてのみ説明する。
前述したように、トリップ判断回路部６３は、前記磁界センサ及び／又は前記ホールセンサから２次コイル２０ｂに発生する時間帯毎の磁界強度の変化及びそれに応じた磁束密度の変化に応じた信号を前記アナログデジタル変換器を介してデジタル信号として受信する。よって、前記２次コイルの磁界強度及び磁束密度に関する情報は、トリップ判断回路部６３から第１表示部６４に送られる。
第１表示部６４は、トリップ判断回路部６３から送られた前記２次コイルの磁界強度及び磁束密度を表示する。
前記電流検出信号の電流値が経時変化のない一定値を有する純粋な直流特性を示す場合、又は前記電流検出信号の電流値が交流と直流の混合波形の特徴を示す場合、トリップ判断回路部６３は、回路に流れる電流に直流成分が検出されたものと判断し、それを示す情報を第２表示部６５に送る。すると、第２表示部６５は、前記直流成分が検出されたことを示す情報を、例えば「直流成分検出あり」などの内容のメッセージで表示する。
また、前記電流検出信号の電流値の波形が純粋な交流成分の波形を示すと判断された場合、トリップ判断回路部６３は、回路に流れる電流に直流成分が検出されていないものと判断し、それを示す情報を第２表示部６５に送る。すると、第２表示部６５は、前記直流成分が検出されていないことを示す情報を、例えば「直流成分検出なし」などの内容のメッセージで表示する。
さらに、使用者がトリップ判断回路部６３に電気的に接続された前記選択入力手段により表示情報の選択入力を行った場合、トリップ判断回路部６３は、使用者の表示情報の選択入力に基づいて、第１表示部６４及び第２表示部６５を構成する、例えば液晶表示装置により当該表示情報を表示する。
一例として、使用者が前記選択入力手段により、回路に流れる電流に応じた変流器２０の磁界強度及び磁束密度に関する情報を表示することを要求した場合、第１表示部６４を構成する、例えば液晶表示装置により当該情報を表示する。
他の例として、使用者が前記選択入力手段により、回路に流れる電流に直流成分があるかどうかを示す情報を表示することを要求した場合、第２表示部６５を構成する、例えば液晶表示装置により当該情報を表示する。
２０ 変流器
２０ａ コア
２０ｂ ２次コイル
３０ トリップ機構
４０ 開閉機構
５０ 負荷
６０ トリップ制御回路部
６１ 発振回路部
６２ 検知抵抗
６３ トリップ判断回路部
６３−１ ローパスフィルタ回路部
６４ 第１表示部
６５ 第２表示部

Claims (9)

  1. 回路の貫通を許容する環状のコア、及び前記コアに巻回されて前記回路に流れる電流を検出して電流検出信号を供給する２次コイルを有する変流器と、
    前記変流器のヒステリシスループの傾きが大きくなるようにして前記変流器の２次コイルが前記回路に流れる交流電流及び直流電流をどちらも検出できるように、電気信号を前記変流器の２次コイルに供給する発振回路部と、
    前記変流器の２次コイルから出力された交流成分及び直流成分を有する前記電流検出信号の電流値と所定の基準電流値とを比較し、比較の結果、前記電流検出信号の電流値が前記基準電流値を超えれば、トリップ制御信号を出力するトリップ判断回路部とを含み、
    前記トリップ判断回路部は、前記電流検出信号に基づいて、時間の変化に応じて前記回路に流れる電流量を決定し、前記発振回路部から前記２次コイルに供給される前記電気信号の波形及び周波数を決定するように構成される、回路遮断器用トリップ制御回路。
  2. 前記変流器の２次コイルに接続され、前記２次コイルから供給された電流検出信号としての電流信号を電圧信号に変換して出力する検知抵抗をさらに含む、請求項１に記載の回路遮断器用トリップ制御回路。
  3. 前記発振回路部により供給される前記電気信号は、矩形波信号で構成される、請求項１又は２に記載の回路遮断器用トリップ制御回路。
  4. 前記発振回路部により供給される前記電気信号は、高周波の正弦波信号で構成される、請求項１又は２に記載の回路遮断器用トリップ制御回路。
  5. 前記トリップ判断回路部は、前記２次コイルに発生する時間帯毎の磁界強度の変化及びそれに応じた磁束密度の変化の関係に基づいて、前記発振回路部により出力される波形の信号を決定するように構成される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の回路遮断器用トリップ制御回路。
  6. 前記発振回路部から前記２次コイルに供給される信号に対応する前記２次コイルの磁界強度及び磁束密度を表示する第１表示部をさらに含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の回路遮断器用トリップ制御回路。
  7. 前記変流器の前記コアを貫通する回路に流れる直流成分が検出されると直流成分の検出を示す情報を表示する第２表示部をさらに含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の回路遮断器用トリップ制御回路。
  8. 前記トリップ判断回路部は、回路に流れる直流成分及び交流成分の少なくとも一方からなる電流又は直流電流と交流電流の合成電流を検出した電流検出信号を前記２次コイルから受信するように構成される、請求項１〜７のいずれか一項に記載の回路遮断器用トリップ制御回路。
  9. 前記トリップ判断回路部は、前記２次コイルに誘導された電流の信号に混入し得る高周波成分を除去するローパスフィルタ回路部を含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載の回路遮断器用トリップ制御回路。
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