JP6930664B2 - 電子式回路遮断器 - Google Patents
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Description
また、その逆にOFF時間が短い過電流を想定し、放電用抵抗の抵抗値を小さくすると、OFF時間の長い過電流が流れた場合、OFF時間の間にコンデンサの充電電圧が放電により0となってしまい、熱エネルギーが蓄電できないこととなり、不動作となる可能性があった。
この発明の上記以外の目的、特徴、観点および効果は、図面を参照する以下のこの発明の詳細な説明から、さらに明らかになるであろう。
図1はこの発明の実施の形態1に係る電子式回路遮断器を示すブロック図、図2はサンプリングによる電流の実効値を得る方法を説明するための説明図、図3はマイクロコンピュータの処理を示すフローチャート、図4は図3に示す過電流検出処理の詳細を示すフローチャートである。
まず、時限特性演算部13での負荷電流の演算方法について図2により説明する。変流器3で検出された交流電路1の検出電流は、波形変換回路6で検出電流に基づくアナログ電圧信号に変換された後、第1のA/D変換11aでアナログ電圧信号からディジタル値へ変換される。この検出電流の検出周期、すなわち、サンプリング周期はΔtである。交流電路1を流れる負荷電流の実効値を得る必要から、交流電路1の交流電源周波数が、例えば、50Hzの場合には5周期に相当、60Hzの場合には6周期に相当する100msec間、サンプリングされるディジタル値の2乗移動平均、すなわち、ディジタル値の2乗を累積しサンプリング数mで割ることで算出されるI1 2=(Σi2)/mを求める。なお、実効値I2の演算は、例えば、10msec〜25msecの演算周期ΔTで行われる。また、実際には、実効値I2の平方根が負荷電流の実効値であるが、ここでは、I2を実効値として称し取り扱う。
図3に示すように、電源回路5からの電源によりマイコン10が起動すると、まず、ステップS101で、クロックや出力ポートなどマイコン10の初期設定を行い、ステップS102に進む。ステップS102では、時間計測用コンデンサ21のコンデンサ電圧VTIMEを第2のA/D変換11bによりディジタル信号に変換し、ステップS103に進む。
ステップS103では、以下に示す(1)式を用いて、負荷電流がOFFの周期におけるOFF時間t2を算出し、ステップS104に進む。ここで、τは放電抵抗24および時間計測用コンデンサ21の容量値により決定される時定数、V1は時間計測用コンデンサ21に充電される最大の電圧値(例えば3.3V)を指している。
LTD1=トリップ閾値×VTMAD/VMAXAD ・・・(2)
ここで、VMAXADは、時間計測用コンデンサ21に充電される最大の電圧値に対応するA/D変換後のディジタル値である。
t1 = LTD1/I1 2 ・・・(3)
ステップS107では、これまでに求めたON時間t1,OFF時間t2,ON電流としての実効値I1から、熱的等価電流Ieを式(4)によって求め、ステップS107に進む。
ステップS109では、時限特性演算部13の持つ累積電流値LTDへ暫定累積電流値LTD1をセットし、ステップS110では、累積電流値LTDを0にセットした後、ステップS111に進む。
LTD=前回LTD+(ΔT×I1 2) ・・・(5)
ステップS203では、実効値I1が定格電流設定値I0未満なので、式(6)に従い、累積電流値LTDの減算処理を行い、ステップS204に進む。
LTD=前回LTD−ΔT×(I0 2−I1 2) ・・・(6)
なお、ΔTは、前述の通り実効値演算部18aにおいて実効値I2が算出される演算周期であり、通常、固定値となるので、演算を簡略化するため、ΔT=1として処理しても良い。
Vref=VMAXAD×LTD/トリップ閾値 ・・・(7)
ステップS205では、熱エネルギー保存用コンデンサ31のコンデンサ電圧VTMを第3のA/D変換11cにより変換したディジタル信号VTMADが、充電予定値Vref以上かを判定する。ディジタル信号VTMADが充電予定値Vref以上の場合、ステップS206に進み、ディジタル信号VTMADが充電予定値Vref未満の場合、ステップS207に進む。
一方、ステップS207では、ディジタル信号VTMADが充電予定値Vref未満なので、放電用出力ポート18の出力信号S3を所定の時間Hレベルに制御することで、抵抗38を介してトランジスタ39のコレクタ−エミッタ間を導通させ、抵抗37を介して熱エネルギー保存用コンデンサ31を充電予定値Vrefまで放電させ、ステップS208に進む。
ステップS209では、即時放電用出力ポート17の出力信号S2をHレベルに制御し、抵抗34を介してトランジスタ35のコレクタ−エミッタ間を導通させることで、熱エネルギー保存用コンデンサ31を急速に放電させ、ステップS210に進む。
次に、この発明の実施の形態2における電子式回路遮断器200について説明する。
図5は実施の形態2における電子式回路遮断器のブロック図、図6はマイクロコンピュータの処理を示すフローチャート、図7は図6に示す過電流検出処理の詳細を示すフローチャートである。
実施の形態1と本実施の形態の差異は、図5に示すように、熱エネルギー保存回路30に換えて不揮発性メモリ40を設け、不揮発性メモリ40のデータを通信によって取得するためにマイコン10内部へ通信部19を設けたものある。ここで、不揮発性メモリ40には、強誘電体メモリ(Ferroelectric Random Access Memory)や、抵抗変化型メモリ(Resistive Random Access Memory)等の使用を想定している。
本実施の形態における電子式回路遮断器200では、不揮発性メモリ40に累積電流値LTDおよびON時間カウンタを常に書き込みしておき、断続負荷の環境においてマイコン10が再起動した場合には、時限特性演算部13が、通信部19を介して不揮発性メモリ40から累積電流値LTDおよびON時間カウンタを読み出し、処理を行うものである。
例えば、前回周期のON時の電流の実効値I1=100A,現在周期のON時の電流の実効値I1’=80A,ON時間t1=1sec,OFF時間t2=3secの断続負荷を想定する。実施の形態1では、マイコン10が再起動した直後の電流の実効値I1’=80Aを使用し、式(4)を用いて熱的等価電流Ieを計算するので、熱的等価電流Ieは、次の式(8)で算出され、40Aとなる。
図6に示すように、電源回路5からの電源によりマイコン10が起動すると、まず、ステップS301から処理を開始するが、ステップS301〜ステップS303は、図3に示すステップS101〜ステップS103とそれぞれ同じ処理内容なので、説明は省略する。
ステップS304では、不揮発性メモリ40から、前回通電があったときに記録した累積電流値LTDを暫定累積電流値LTD1として読み出し、ON時間カウンタの値をON時間t1として読み出した後、ステップS305に進む。
ION=√(LTD1/t1) ・・・(9)
ステップS306では、ステップS305で算出したON電流ION、ステップS303で読み出したOFF時間t2、およびステップS304で読み出したON時間t1から、式(10)を用いて熱的等価電流Ieを計算し、ステップS307に進む。
また、ステップS403では、図3に示すステップS203と同じ処理を行い、ステップS405に進む。
ステップS404では、ON時間カウンタの加算処理を行い、ステップS406に進む。ON時間カウンタの加算処理は、過電流検出処理が、例えば、1.25msecごとに行われる定周期のループ処理である場合には、単純にカウンタ値を1だけ加算する処理とすることができる。過電流検出処理が、定周期のループ処理でない場合には、前回処理時からの経過時間に比例した値を加算する処理とする必要がある。
ステップS409では、ステップS210と同じく、引外し出力ポート14の電圧信号S4をHレベルとすることで、引外し回路7を駆動し引外し装置8を動作させることにより開閉接点2を開離し交流電路1を開放する。
図8は本発明の実施の形態3に係る電子式回路遮断器を示すブロック図、図9はマイクロコンピュータの処理を示すフローチャート、図10は図9に示す過電流検出処理のフローチャートである。
実施の形態2では、不揮発性メモリに累積電流値LTDとON時間カウンタの値を書き込む例を示したが、本実施の形態は、ON時間カウンタの値だけを不揮発性メモリに書き込むようにし、ON電流は実効値演算部12により得られた変流器の二次出力電流の実効値I1を使用するものである。よって、本実施の形態の電子式回路遮断器300の構成を示す図8は、実施の形態2で説明した図5と同じなので、説明を省略する。
図9に示すように、電源回路5からの電源によりマイコン10が起動すると、まず、ステップS501から処理を開始するが、ステップS501〜ステップS503は、図6に示すステップS301〜ステップS303とそれぞれ同じ処理内容なので、説明は省略する。
ステップS504では、不揮発性メモリ40から、前回通電があったときに記録したON時間t1を読み出し、ステップS505に進む。
LTD1=Ie 2(t1+t2) ・・・(11)
ステップS606では、ステップS606にくる直前にステップS604もしくはステップS605で算出したON時間カウンタの値をON時間t1として不揮発性メモリ40に書き込む処理を行い、ステップS607に進む。
ステップS609では、ステップS409と同じく、引外し出力ポート14の電圧信号S4をHレベルとすることで、引外し回路7を駆動し引外し装置8を動作させることにより開閉接点2を開離し交流電路1を開放する。
7 引外し回路、8 引外し装置、10 マイクロコンピュータ、
20 OFF時間計測回路、30 熱エネルギー保存回路、40 不揮発性メモリ、
100 電子式回路遮断器。
Claims (5)
- 交流電路に挿入された開閉接点と、
前記交流電路に流れる電流を検出する変流器と、
前記変流器の二次側に接続され、検出電流を整流する整流回路と、
前記整流回路の出力側に接続され、一定の電圧を出力する電源回路と、
前記検出電流を所定の検出周期で検出し、前記検出電流が定格電流に対応する所定値を超えた期間における前記検出電流の実効値の2乗値と前記検出周期との積を累積した累積電流値を算出するとともに、前記累積電流値に基づいて前記開閉接点を開離させる制御装置と、を備え、
前記制御装置に接続され、前記電源回路の出力電圧が前記制御装置の動作可能電圧未満になっていた時間であるOFF時間を計測するためのOFF時間計測回路を有し、
前記制御装置は、起動時に、前記OFF時間計測回路から読み込んだ前記OFF時間、断続負荷における通電電流に相当するON電流および前記断続負荷における通電時間に相当するON時間に基づき前記累積電流値の初期値を決定することを特徴とする電子式回路遮断器。 - 前記制御装置に接続された不揮発性メモリを備え、
前記制御装置は、前記所定値以上の場合には加算し、前記検出電流の実効値が前記所定値未満の場合には減算することで前記ON時間を算出し、前記累積電流値および前記ON時間を前記不揮発性メモリに書き込むとともに、
前記制御装置の起動時に、前記ON時間は前記不揮発性メモリから読み込み、前記ON電流は前記不揮発性メモリから読み込んだ前記累積電流値および前記不揮発性メモリから読み込んだ前記ON時間から算出することを特徴とする請求項1に記載の電子式回路遮断器。 - 前記制御装置から前記累積電流値に対応する電圧に充電されるコンデンサと、前記コンデンサの充電電圧が前記制御装置に読み込み可能に接続された熱エネルギー保存回路とを備え、
前記ON電流は前記制御装置の起動時に算出した前記検出電流の実効値を使用し、前記ON時間は前記熱エネルギー保存回路の前記充電電圧および前記制御装置の起動時に算出した前記検出電流の実効値から算出することを特徴とする請求項1に記載の電子式回路遮断器。 - 前記制御装置に接続された不揮発性メモリを備え、
前記制御装置は、前記所定値以上の場合には加算し、前記検出電流の実効値が前記所定値未満の場合には減算することで前記ON時間を算出し、前記ON時間を前記不揮発性メモリに書き込むとともに、
前記ON電流は前記制御装置の起動時に算出した前記検出電流の実効値を使用し、前記ON時間は前記不揮発性メモリから読み込むことを特徴とする請求項1に記載の電子式回路遮断器。 - 前記制御装置が算出する前記累積電流値は、前記所定値を超えた期間における前記検出電流の実効値の2乗値を累積したものであることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の電子式回路遮断器。
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