JP6930664B2

JP6930664B2 - 電子式回路遮断器

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Publication number: JP6930664B2
Application number: JP2020525307A
Authority: JP
Inventors: 雄介瀧川; 野村　敏光; 敏光野村; 幸樹原田; 聖崇近井
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2018-06-21
Filing date: 2019-04-22
Publication date: 2021-09-01
Anticipated expiration: 2039-04-22
Also published as: WO2019244467A1; CN112352363A; JPWO2019244467A1; WO2019244292A1; CN112352363B

Description

この発明は、マイクロコンピュータにより交流電路に流れる電流レベルに応じた引外し動作時間を演算し引外し動作を行う電子式回路遮断器に関するものである。

従来の電子式回路遮断器は、電路に流れる事故電流を検出してディジタル信号に変換する電流検出変換手段と、ディジタル信号のレベルを判別するマイクロコンピユータからなるレベル判別手段と、レベル判別手段により判別されたレベルに対応する所定の限時動作を行うマイクロコンピユータからなる時限発生手段と、時限発生手段の限時動作に応動する出力手段と、時限発生手段の限時動作中に事故電流により生じる熱エネルギーに応じたパルス幅を有するパルスを限時動作中の所定の時間ごとに発生させるマイクロコンピユータからなるパルス発生手段と、パルスによって充電されるコンデンサおよびこのコンデンサに蓄えられた電荷をCR時定数回路の態様で放電させる放電用抵抗を含み、かつマイクロコンピユータのリセット後の再スタート時もしくは事故電流の再発時にコンデンサの残留電圧を時限発生手段の発生時限算出の初期値としてマイクロコンピユータに入力する充放電回路手段と、を備えている。

特開昭６０−１１３６１７

従来の電子式回路遮断器では、充放電回路手段の放電用抵抗における抵抗値は単一であるため、負荷電流として電路にＯＦＦ時間が長い（例えば、１秒流れて１２秒流れない）断続的な過電流を想定し、放電用抵抗の抵抗値を大きくすると、ＯＦＦ時間の短い（例えば、０．５秒流れて０．５秒流れない）断続的な過電流が流れた場合、コンデンサの充電電圧を放電しきれず、充電電圧が加算され続けることによって動作特性を下回る電流値でも過電流として誤動作してしまうという問題があった。
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。

この発明は、マイクロコンピュータによって引外し特性を処理する電子式回路遮断器において、多様なＯＮ／ＯＦＦ周期の断続負荷電流に対しても電路の蓄熱放熱特性を考慮した正確な引外し特性を得ることができる電子式回路遮断器を提供するものである。

この発明に係る電子式回路遮断器は、交流電路に挿入された開閉接点と、交流電路に流れる電流を検出する変流器と、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、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、検出電流を所定の検出周期で検出し、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検出電流の実効値の２乗値と検出周期との電流積を積算累積した累積電流値を算出するとともに、累積電流値に基づいて開閉接点を開離させる制御装置とを備え、制御装置に接続され、電源回路の出力電圧が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、制御装置は、起動時に、ＯＦＦ時間計測回路から読み込んだＯＦＦ時間、断続負荷における通電電流に相当するＯＮ電流および断続負荷における通電時間に相当するＯＮ時間に基づき累積電流値の初期値を決定するものである。

この発明に係る電子式回路遮断器によれば、制御装置が動作不可になっていた時間であるＯＦＦ時間を計測するためのＯＦＦ時間計測回路を備えたので、正確な引外し動作を行うことが可能となる。
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。

本発明の実施の形態１における電子式回路遮断器を示すブロック図である。実施の形態１における電子式回路遮断器の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である。実施の形態１におけるマイクロコンピュータの処理を示すフローチャートである。図３に示す過電流検出処理のフローチャートである。本発明の実施の形態２に係る電子式回路遮断器を示すブロック図である。実施の形態２におけるマイクロコンピュータの処理を示すフローチャートである。図６に示す過電流検出処理のフローチャートである。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である。実施の形態３におけるマイクロコンピュータの処理を示すフローチャートである。図９に示す過電流検出処理のフローチャートである。

以下、この発明に係る電子式回路遮断器の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、各図において同一符号は同一、若しくは相当部分を示している。

実施の形態１．
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。

図１に示すように、本実施の形態における電子式回路遮断器１００は、交流電路１に挿入され交流電路１を開閉する開閉接点２と、交流電路１に設けられ、交流電路１に流れる負荷電流に比例した検出電流を出力する変流器３と、この変流器３の二次側に接続され、検出電流を整流する整流回路４と、この整流回路４から出力された電流により電子式回路遮断器内部の動作に用いる一定の電圧を出力する電源回路５と、整流回路４の出力側に接続され、変流器３の検出電流をアナログ電圧信号に変換する波形変換回路６と、この波形変換回路６のアナログ電圧信号に基づき引外し特性の処理を行う制御装置としてのマイクロコンピュータ１０（以下、マイコン１０という）と、マイコン１０からの各引外し信号により引外し装置８を駆動し開閉接点２を開離させる引外し回路７と、交流電路１に流れる負荷電流が減少して電源回路５の出力電圧が低下することによりマイコン１０が動作していない時間を計測するためのＯＦＦ時間計測回路２０と、負荷電流によって電線に蓄積される熱エネルギーを模擬する熱エネルギー保存回路３０と、から構成されている。

マイコン１０は、波形変換回路６のアナログ電圧信号をディジタル信号に変換する第１のＡ／Ｄ変換１１ａと、第１のＡ／Ｄ変換１１ａが出力するディジタル信号に基づき交流電路１を流れる電流の実効値を演算する実効値演算部１２と、実効値演算部１２が算出した電流の実効値に基づき、時限特性の処理を行い過電流発生時に開閉接点２を開離させる時限特性演算部１３と、時限特性演算部１３からの引外し信号の出力に基づき、引外し回路７を駆動する引外し出力ポート１４と、ＯＦＦ時間計測回路２０のコンデンサ電圧Ｖ_ＴＩＭＥをディジタル信号に変換する第２のＡ／Ｄ変換１１ｂと、ＯＦＦ時間計測回路２０の時間計測用コンデンサ２１を充電するために電圧を出力する時間計測用出力ポート１５と、熱エネルギー保存回路３０におけるコンデンサ電圧Ｖ_ＴＭをディジタル信号に変換する第３のＡ／Ｄ変換１１ｃと、熱エネルギー保存回路３０の熱エネルギー保存用コンデンサ３１を充電するために出力を行う充電用出力ポート１６と、遮断時に熱エネルギー保存用コンデンサ３１を瞬時に完全放電させるための出力を行う即時放電用出力ポート１７と、熱エネルギー保存用コンデンサ３１を所定の電圧まで放電させるための出力を行う放電用出力ポート１８と、から構成されている。

ＯＦＦ時間計測回路２０は、一端が第２のＡ／Ｄ変換１１ｂに接続され、他端がグランドに接続された時間計測用コンデンサ２１と、カソードが時間計測用コンデンサ２１の一端に接続され、アノードが抵抗２２を介して時間計測用出力ポート１５に接続されたダイオード２３と、一端が時間計測用コンデンサ２１の一端に接続され、他端がグランドに接続された放電抵抗２４と、から構成されている。

熱エネルギー保存回路３０は、一端が第３のＡ／Ｄ変換１１ｃに接続され、他端がグランドに接続された熱エネルギー保存用コンデンサ３１と、カソードが熱エネルギー保存用コンデンサ３１の一端に接続され、アノードが抵抗３２を介して充電用出力ポート１６に接続されたダイオード３３と、コレクタが熱エネルギー保存用コンデンサ３１の一端に接続され、ベースが抵抗３４を介して即時放電用出力ポート１７に接続され、エミッタがグランドに接続されたトランジスタ３５と、一端がトランジスタ３５のベースに接続され、他端がグランドに接続された抵抗３６と、一端が熱エネルギー保存用コンデンサ３１の一端に接続された抵抗３７と、コレクタが抵抗３７の他端に接続され、ベースが抵抗３８を介して放電用出力ポート１８に接続され、エミッタがグランドに接続されたトランジスタ３９と、一端がトランジスタ３９のベースに接続され、他端がグランドに接続された抵抗３１０と、から構成されている。

次に、マイコン１０内の実効値演算部１２および時限特性演算部１３の処理について説明する。
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Ｉ_１ ^２＝（Σｉ^２）／ｍを求める。なお、実効値Ｉ^２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Ｉ^２の平方根が負荷電流の実効値であるが、ここでは、Ｉ^２を実効値として称し取り扱う。

次に、時限特性演算部１３の処理について、図３〜図４を用いて説明する。
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Ｖ_ＴＩＭＥ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ｔ_２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、Ｖ_１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。

ステップＳ１０４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Ｖ_ＴＭを第３のＡ／Ｄ変換１１ｃによりディジタル信号Ｖ_ＴＭＡＤに変換し、ステップＳ１０５に進む。ステップＳ１０５では、前回、負荷電流がＯＮの周期時に負荷へ給電する電線に蓄積されていた熱エネルギーに相当する暫定累積電流値ＬＴＤ_１を式（２）により算出し、ステップＳ１０６に進む。
ＬＴＤ_１＝トリップ閾値×Ｖ_ＴＭＡＤ／Ｖ_ＭＡＸＡＤ・・・（２）
ここで、Ｖ_ＭＡＸＡＤ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。

ステップＳ１０６では、これまで求めた暫定累積電流値ＬＴＤ_１、およびＯＮ電流としての実効値Ｉ_１から式（３）により前回周期のＯＮ時間ｔ_１を求め、ステップＳ１０７に進む。
ｔ_１＝ＬＴＤ_１／Ｉ_１ ^２・・・（３）
ステップＳ１０７では、これまでに求めたＯＮ時間ｔ_１，ＯＦＦ時間ｔ_２，ＯＮ電流としての実効値Ｉ_１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Ｓ１０８では、熱的等価電流Ｉｅが所定の閾値（例えば定格電流設定値Ｉ_０）以上かどうかの判定を行い、所定の閾値以上の場合には、ステップＳ１０９に進み、所定の閾値未満の場合には、ステップＳ１１０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ＬＴＤ_１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。

ステップＳ１１１において、マイコン１０の時間計測用出力ポート１５は、交流電路１に過電流もしくは正常な電流が流れている間、出力信号Ｓ０をＨレベルで出力し続け、時間計測用コンデンサ２１を常に最大のエネルギー量が充電された状態とし、ステップＳ２００の過電流検出処理に進む。

定周期のループ処理である過電流検出処理は、図４に示すように、ステップＳ２０１で、ＯＮ電流として実効値演算部１２により得られた変流器の二次出力電流の実効値Ｉ_１が過電流状態であるかどうか、すなわち、実効値Ｉ_１が定格電流設定値Ｉ_０以上かを判定する。実効値Ｉ_１が定格電流設定値Ｉ_０以上の場合には、ステップＳ２０２に進み、実効値Ｉ_１が定格電流設定値Ｉ_０未満の場合には、ステップＳ２０３に進む。ここで、定格電流設定値Ｉ_０が、請求の範囲に記載の所定値である。

ステップＳ２０２では、実効値Ｉ_１が定格電流設定値Ｉ_０以上なので、式（５）に従い、累積電流値ＬＴＤの加算処理を行い、ステップＳ２０４に進む。
ＬＴＤ＝前回ＬＴＤ＋（ΔＴ×Ｉ_１ ^２）・・・（５）
ステップＳ２０３では、実効値Ｉ_１が定格電流設定値Ｉ_０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×（Ｉ_０ ^２−Ｉ_１ ^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Ｉ^２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。

ステップＳ２０４では、ステップＳ２０２もしくはステップＳ２０３で求めた累積電流値ＬＴＤより熱エネルギー保存用コンデンサ３１の充電予定値Ｖ_ｒｅｆを式（７）に従い算出し、ステップＳ２０５に進む。
Ｖ_ｒｅｆ＝Ｖ_ＭＡＸＡＤ×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Ｖ_ＴＭを第３のＡ／Ｄ変換１１ｃにより変換したディジタル信号Ｖ_ＴＭＡＤが、充電予定値Ｖ_ｒｅｆ以上かを判定する。ディジタル信号Ｖ_ＴＭＡＤが充電予定値Ｖ_ｒｅｆ以上の場合、ステップＳ２０６に進み、ディジタル信号Ｖ_ＴＭＡＤが充電予定値Ｖ_ｒｅｆ未満の場合、ステップＳ２０７に進む。

ステップＳ２０６では、ディジタル信号Ｖ_ＴＭＡＤが充電予定値Ｖ_ｒｅｆ以上なので、充電用出力ポート１６の出力信号Ｓ１を所定の時間Ｈレベルに制御することで、抵抗３２およびダイオード３３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Ｖ_ｒｅｆまで充電し、ステップＳ２０８に進む。
一方、ステップＳ２０７では、ディジタル信号Ｖ_ＴＭＡＤが充電予定値Ｖ_ｒｅｆ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Ｖ_ｒｅｆまで放電させ、ステップＳ２０８に進む。

ステップＳ２０８では、累積電流値ＬＴＤが、トリップ閾値以上かを判定する。累積電流値ＬＴＤがトリップ閾値以上の場合、ステップＳ２０９に進み、累積電流値ＬＴＤがトリップ閾値未満の場合、ステップＳ２０１に戻りステップＳ２０１以降の処理を再度行う。
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。

ステップＳ２１０では、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。

断続負荷がＯＦＦ周期となり、マイコン１０の駆動電源が喪失した場合は、時間計測用コンデンサ２１の充電電圧が、その容量値と並列に接続された放電抵抗２４で決定される時定数をもって緩やかに放電されていく。一方、熱エネルギー保存用コンデンサ３１に接続されている放電用の抵抗３７はトランジスタ３９に接続されており、その他に放電する経路がないため、熱エネルギー保存用コンデンサ３１自身の漏れ電流およびトランジスタ３５、３９の漏れ電流のみに従い非常に緩やかに放電されていくため、負荷への電線の蓄熱エネルギーを長期間保持することができる。

なお、本実施の形態では、ＯＦＦ時間計測回路２０として時間計測用コンデンサ２１と放電用の放電抵抗２４を用いた回路例を示したが、電池もしくはスーパーキャパシター等から電源を供給されるようにした時計ＩＣ（Integrated Circuit）を用いてもよい。

本実施の形態によれば、交流電路１に挿入された開閉接点２と、交流電路１に流れる電流を検出する変流器３と、変流器３の二次側に接続され、検出電流を整流する整流回路４と、整流回路４の出力側に接続され、一定の電圧を出力する電源回路５と、検出電流を所定の検出周期で検出し、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検出電流の実効値の２乗値と検出周期との電流積を積算累積した累積電流値を算出するとともに、累積電流値に基づいて開閉接点２を開離させるマイコン１０と、を備え、電源回路５の出力電圧がマイコン１０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２０を有し、マイコン１０は、起動時に、ＯＦＦ時間計測回路から読み込んだＯＦＦ時間ｔ_２、断続負荷における通電電流に相当するＯＮ電流Ｉ_ＯＮおよび断続負荷における通電時間に相当するＯＮ時間ｔ_１に基づき累積電流値の初期値を決定するので、正確な引外し動作を行うことが可能となる。

また、マイコン１０から累積電流値に対応する電圧に充電される熱エネルギー保存用コンデンサ３１と、熱エネルギー保存用コンデンサ３１の充電電圧がマイコン１０に読み込み可能に接続された熱エネルギー保存回路３０とを備え、ＯＮ電流Ｉ_ＯＮはマイコン１０の起動時に算出した変流器３からの検出電流の実効値Ｉ_１を使用し、ＯＮ時間ｔ_１は熱エネルギー保存回路３０の充電電圧およびマイコン１０の起動時に算出した変流器３からの検出電流の実効値Ｉ_１から算出するので、正確な引外し動作を行うことが可能となる。

また、マイコン１０が算出する累積電流値ＬＴＤは、所定値を超えた期間における検出電流の実効値の２乗値を累積したものなので、マイコン１０による累積電流値の演算負荷を減らすことができる。

また、引外し動作時には即時放電用出力ポート１７の出力信号Ｓ２をＨレベルとすることで熱エネルギー保存用コンデンサ３１のエネルギーを瞬時に放電するため、過電流動作後の再投入時にも即時動作することなく、連続給電が可能となる。

実施の形態２．
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。

また、実施の形態１では、マイコン１０の内部に設けられていた第３のＡ／Ｄ変換１１ｃ、充電用出力ポート１６、即時放電用出力ポート１７、および放電用出力ポート１８は廃止されている。その他の構成については、実施の形態１と同様であるので、詳細説明は省略する。
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。

実施の形態１における電子式回路遮断器１００では、ＯＮ電流として現在周期における変流器３の二次出力電流の実効値Ｉ_１を用いて熱的等価電流Ｉ_ｅの算出を行うため、断続負荷の電流値がその周期内で常に一定であることを前提にしている。そのため、断続負荷の電流値が周期によって大きく異なった場合、正確な熱的等価電流Ｉ_ｅの算出ができないこととなる。
例えば、前回周期のＯＮ時の電流の実効値Ｉ_１＝１００Ａ，現在周期のＯＮ時の電流の実効値Ｉ_１’＝８０Ａ，ＯＮ時間ｔ_１＝１ｓｅｃ，ＯＦＦ時間ｔ_２＝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Ｉ_１’＝８０Ａを使用し、式（４）を用いて熱的等価電流Ｉ_ｅを計算するので、熱的等価電流Ｉ_ｅは、次の式（８）で算出され、４０Ａとなる。

一方、本来の前回周期のＯＮ時の電流の実効値Ｉ_１＝１００Ａを使用して計算した場合、熱的等価電流Ｉ_ｅは５０Ａとなり一致しないこととなるので、所定の閾値を超えていないという誤った処理となり、熱エネルギー保存用コンデンサ３１の充電電圧が累積電流値ＬＴＤに反映されず不動作となってしまう可能性があった。

次に、電子式回路遮断器２００における時限特性演算部１３の処理について、図６、図７を用いて説明する。
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ＬＴＤ_１として読み出し、ＯＮ時間カウンタの値をＯＮ時間ｔ_１として読み出した後、ステップＳ３０５に進む。

ステップＳ３０５では、不揮発性メモリ４０から読み出した暫定累積電流値ＬＴＤ_１およびＯＮ時間ｔ_１を用いて、式（９）によりＯＮ電流Ｉ_ＯＮを算出し、ステップＳ３０６に進む。
Ｉ_ＯＮ＝√（ＬＴＤ_１／ｔ_１）・・・（９）
ステップＳ３０６では、ステップＳ３０５で算出したＯＮ電流Ｉ_ＯＮ、ステップＳ３０３で読み出したＯＦＦ時間ｔ_２、およびステップＳ３０４で読み出したＯＮ時間ｔ_１から、式（１０）を用いて熱的等価電流Ｉ_ｅを計算し、ステップＳ３０７に進む。

ステップＳ３０７〜ステップＳ３１０は、図３に示すステップＳ１０８〜ステップＳ１１１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Ｓ３１０では、ステップＳ１１１と同じ処理を行った後、ステップＳ４００の過電流検出処理に進む。

定周期のループ処理である過電流検出処理は、図７に示すように、ステップＳ４０１で、実効値演算部１２により得られた変流器３の二次出力電流の実効値Ｉ_１が過電流状態であるかどうか、すなわち、実効値Ｉ_１が定格電流設定値Ｉ_０以上かどうかを判定する。実効値Ｉ_１が定格電流設定値Ｉ_０以上の場合には、ステップＳ４０２に進み、実効値Ｉ_１が定格電流設定値Ｉ_０未満の場合には、ステップＳ４０３に進む。ここでの定格電流設定値Ｉ_０が、請求の範囲に記載の所定値である。

ステップＳ４０２では、図３に示すステップＳ２０２と同じ処理を行い、ステップＳ４０４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Ｓ４０５では、ＯＮ時間カウンタの減算処理を行い、ステップＳ４０６に進む。ＯＮ時間カウンタの減算処理は、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だけ減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減算する処理とする必要がある。

ステップＳ４０６では、ステップＳ４０６にくる直前にステップＳ４０２もしくはステップＳ４０３で算出した累積電流値ＬＴＤと、同じくステップＳ４０６にくる直前にステップＳ４０４もしくはステップＳ４０５で算出したＯＮ時間ｔ_１としてのＯＮ時間カウンタの値とを不揮発性メモリ４０に書き込む処理を行い、ステップＳ４０７に進む。

ステップＳ４０７では、ステップＳ４０７にくる直前にステップＳ４０２もしくはステップＳ４０３で算出した累積電流値ＬＴＤがトリップ閾値以上かを判定する。累積電流値ＬＴＤがトリップ閾値以上である場合には、ステップＳ４０８に進み、累積電流値ＬＴＤがトリップ閾値未満である場合にはステップＳ４０１に戻り、ステップＳ４０１移行の処理を定周期で行う。

ステップＳ４０８では、不揮発性メモリ４０の累積電流値ＬＴＤの値およびＯＮ時間カウンタの値として“０”を書き込む処理を行い、ステップＳ４０９に進む。
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。

なお、本実施の形態の例では、累積電流値ＬＴＤとＯＮ時間カウンタの値を過電流検出処理のステップＳ４０６で、毎回、不揮発性メモリ４０に書き込む処理としたが、使用する不揮発性メモリへの書き込み回数に制限がある場合には、ステップＳ４０８に進んだ場合、すなわち、開閉接点２を引外す前に不揮発性メモリ４０へ書き込むようにしてもよい。

本実施の形態によれば、交流電路１に挿入された開閉接点２と、交流電路１に流れる電流を検出する変流器３と、変流器３の二次側に接続され、検出電流を整流する整流回路４と、整流回路４の出力側に接続され、一定の電圧を出力する電源回路５と、検出電流を所定の検出周期で検出し、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検出電流の実効値の２乗値と検出周期との電流積を積算累積した累積電流値を算出するとともに、累積電流値に基づいて開閉接点２を開離させるマイコン１０と、を備え、電源回路５の出力電圧がマイコン１０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２０を有し、マイコン１０は、起動時に、ＯＦＦ時間計測回路から読み込んだＯＦＦ時間ｔ_２、断続負荷における通電電流に相当するＯＮ電流Ｉ_ＯＮおよび断続負荷における通電時間に相当するＯＮ時間ｔ_１に基づき累積電流値ＬＴＤの初期値を決定するので、正確な引外し動作を行うことが可能となる。

また、マイコン１０に接続された不揮発性メモリ４０を備え、マイコン１０は、検出電流の実効値が定格電流に対応する所定値以上の場合には加算し、検出電流の実効値が所定値未満の場合には減算することでＯＮ時間ｔ_１を算出し、累積電流値ＬＴＤおよびＯＮ時間ｔ_１を不揮発性メモリ４０に書き込むとともに、マイコン１０の起動時には、ＯＮ時間ｔ_１は不揮発性メモリ４０から読み込み、ＯＮ電流Ｉ_ＯＮは不揮発性メモリ４０から読み込んだ累積電流値ＬＴＤおよび不揮発性メモリから読み込んだＯＮ時間ｔ_１から算出するので、正確なＯＮ時間ｔ_１およびＯＮ電流Ｉ_ＯＮを得ることが可能となる。

実施の形態３．
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Ｉ_１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。

本実施の形態の電子式回路遮断器３００における時限特性演算部１３の処理について、図９、図１０を用いて説明する。
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ｔ_１を読み出し、ステップＳ５０５に進む。

ステップＳ５０５では、変流器３の検出電流より実効値Ｉ_１をＯＮ電流として算出し、ステップＳ５０６に進む。ステップＳ５０６では、ステップＳ５０４で読み出したＯＮ時間ｔ_１、ステップＳ５０３で求めたＯＦＦ時間ｔ_２およびステップＳ５０５で算出したＯＮ電流としての実効値Ｉ_１より、熱的等価電流Ｉ_ｅを式（４）によって求め、ステップＳ５０７に進む。

ステップＳ５０７では、ステップＳ５０４で読み出したＯＮ時間ｔ_１、ステップＳ５０３で求めたＯＦＦ時間ｔ_２およびステップＳ５０６算出した熱的等価電流Ｉ_ｅより式（１１）により暫定累積電流値ＬＴＤ_１求め、ステップＳ５０８に進む。
ＬＴＤ_１＝Ｉ_ｅ ^２（ｔ_１＋ｔ_２）・・・（１１）

ステップＳ５０８〜ステップＳ５１１は、図６に示すステップＳ３０７〜ステップＳ３１０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Ｓ５１１では、ステップＳ３１０と同じ処理を行った後、ステップＳ６００の過電流検出処理に進む。

定周期のループ処理である過電流検出処理は、図１０に示すように、ステップＳ６０１で、実効値演算部１２により得られた変流器３の二次出力電流の実効値Ｉ_１が過電流状態であるかどうか、すなわち、実効値Ｉ_１が定格電流設定値Ｉ_０以上かどうかを判定する。実効値Ｉ_１が定格電流設定値Ｉ_０以上の場合には、ステップＳ６０２に進み、実効値Ｉ_１が定格電流設定値Ｉ_０未満の場合には、ステップＳ６０３に進む。ここでの定格電流設定値Ｉ_０が、請求の範囲に記載の所定値である。

ステップＳ６０２〜ステップＳ６０５は、図７に示すステップＳ４０２〜ステップＳ４０５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Ｓ６０４もしくはステップＳ６０５の処理をおこなった後、ステップＳ６０６に進む。
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ｔ_１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Ｓ６０７では、ステップＳ６０７にくる直前にステップＳ６０２もしくはステップＳ６０３で算出した累積電流値ＬＴＤがトリップ閾値以上かを判定する。累積電流値ＬＴＤがトリップ閾値以上である場合には、ステップＳ６０８に進み、累積電流値ＬＴＤがトリップ閾値未満である場合にはステップＳ６０１に戻り、ステップＳ６０１移行の処理を定周期で行う。

ステップＳ６０８では、不揮発性メモリ４０にＯＮ時間ｔ_１の値として“０”を書き込む処理を行い、ステップＳ６０９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。

なお、本実施の形態の例では、ＯＮ時間カウンタの値を過電流検出処理のステップＳ６０６で、毎回、不揮発性メモリ４０に書き込む処理としたが、使用する不揮発性メモリへの書き込み回数に制限がある場合には、ステップＳ６０８に進んだ場合、すなわち、開閉接点２を引外す前に不揮発性メモリ４０へ書き込むようにしてもよい。

本実施の形態によれば、交流電路１に挿入された開閉接点２と、交流電路１に流れる電流を検出する変流器３と、変流器３の二次側に接続され、検出電流を整流する整流回路４と、整流回路４の出力側に接続され、一定の電圧を出力する電源回路５と、検出電流を所定の検出周期で検出し、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検出電流の実効値の２乗値と検出周期との電流積を積算累積した累積電流値を算出するとともに、累積電流値に基づいて開閉接点２を開離させるマイコン１０と、を備え、電源回路５の出力電圧がマイコン１０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２０を有し、マイコン１０は、起動時に、ＯＦＦ時間計測回路から読み込んだＯＦＦ時間ｔ_２、断続負荷における通電電流に相当するＯＮ電流および断続負荷における通電時間に相当するＯＮ時間ｔ_１に基づき累積電流値ＬＴＤの初期値を決定するので、正確な引外し動作を行うことが可能となる。

また、不揮発性メモリ４０に保存された前回周期におけるＯＮ時間ｔ_１と、ＯＦＦ時間計測回路２０から読み込んだＯＦＦ時間ｔ_２と、変流器３の二次出力電流から算出したＯＮ電流Ｉ_ＯＮとしての実効値Ｉ_１と、から熱的等価電流Ｉ_ｅと暫定累積電流値ＬＴＤ_１を算出するため、正確な引外し動作を行うことが可能となる。

また、マイコン１０が算出する累積電流値は、所定値を超えた期間における検出電流の実効値の２乗値を累積したものなので、マイコン１０による累積電流値の演算負荷を減らすことができる。

２開閉接点、３変流器、４整流回路、５電源回路、６波形変換回路、
７引外し回路、８引外し装置、１０マイクロコンピュータ、
２０ＯＦＦ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

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。