JPS6032513A - 過電流検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は電路の事故電流を検出し、最適な保護を可能に
する過電流検出装置に関する。

［従来技術］ 一般に、マイクロコンピュータを塔載した静止形過電流
検出装置においては、電路の事故電流に対する検出特性
（保護特性）は、マイクロコンピュータ内のＲＯＭに書
き込まれた所定のプログラムを実行することにより得ら
れるように構成されている。上記検出特性は、通常電路
や負荷を保護する為に例えば、第１図に示されたような
反限時特性が得られるようになっている。一般に第１図
におけるような検出特性は配電線の熱＃量、上位ヒユー
ズの溶断特性などを考慮して設定される。従来のこの種
の装Ｍは、事故電流を検出する電流センサ手段、所定の
サンプリングレートで検出信号をサンプリングする手段
、検出信号のレベル判別を行なう手段、そのレベルに相
応した第１図に示すような反限時特性に基づく限時動作
を行なう手段等を具備して構成されていた。上記のよう
な従来の装置においても、事故電流が変化する場合や事
故電流が設定された時限内に正常な状態に復帰した場合
に対応すべく、電路や負荷の放熱特性を考慮して前述の
プログラムの中に放熱特性を納めておくことは可能であ
る。一般に、配電線や負荷の放熱特性は、温度が指数関
数的に減衰するような特性を有することが知られている
。従ってこの減衰特性に基づいてマイクロコンピュータ
内で演算するか、或いは既に知られた演算結果を前もっ
て前記ＲＯＭ内にデータテーブルとしてもつことによっ
て、事故電流の変動等にも応じられる装置が実現できる
。

しかしながら、プログラム上で上記のような放熱特性を
考慮に入れた処理を行なう場合には次のような問題が生
じる。即ち、プログラム上で演算する場合、精度よく放
熱特性を得るためには複雑且つ膨大なプログラムが必要
となる。従ってその処理時間が非常に長くなり最適な保
護が困難となる。また一方、事前に上記演算結果をＲＯ
Ｍ内にデータテーブルとしてもつ場合、プログラムその
ものは短かくできるが、精度よく放熱特性を得るために
は、データ数が膨大となり、大容量のＲＯＭが必要にな
る。特にフンチップマイクロコンピュータなどを使用す
る場合、ＲＯＭの容量が極めて限定されるので十分なデ
ータが収納できず、従って最適な特性を得ることは困難
である。

また更に重大な問題がある。即ち、電源が一時的にトリ
ップしたり、サージ・ノイズ等の外乱が侵入シたりする
と、マイクロコンピュータに！Ｊ−！！ノドがかかる。

このような不慮のリセット動作の後にマイクロコンピュ
ータが再びスタートした時には、従来の装置では初めか
ら全ての処理がやり直されるためそれまでの蓄積データ
も消去されてしまう。これは過電流検出装置の基本機能
に関する大きな問題である。また、電流センサ手段の二
次出力をマイクロコンピュータの電源に用いる場合は、
この問題が特に重大な影響をもたらす。即ち、事故電流
及び正常電流が全く流れない場合にはマイクロコンピュ
ータの作動電源が無くなるため、断続的な電流に対して
上述の再スタート処理がその都度実行される。従って熱
的な保護（即ち、過大電流による発熱量に応じて検出信
号を出力する動作）が全く行なえない欠点を持つ。

本発明は、上述のような従来の装置における問題点を解
決すべくなされたものである。即ち、放熱特性に基づく
指数関数的な減衰特性をコンデンサの放電特性を利用し
て発生させ、事故電流が正常な状態に戻った時、所定の
時限に対する事故電流の継続時間の割合で上記コンデン
サの交流電圧を変化させる。このようにすることにより
、放熱特性に沿った演算を実行するだめの時間を短縮す
ると共に、膨大なデータテーブル用の記憶手段も必要と
せずに理想的な放熱特性が得られる小形で安価なこの種
の装置を提供しようとするものでろる。また、再び事故
電流が流れた場合に、上記コンデンサの残留電圧を初期
値としてマイクロコンピュータに読み込むことにより、
間知事故電流に対し、蓄積熱量のメモリー効果をもたせ
た理想的な過電流検出装置を提供することを目的とする
ものである。

以下に図面を用いて本発明の実施例につき詳述すること
により本発明を明らかにする。

第２図は本発明の一実施例としての過電流検出装置を示
すブロック図である。第２図において交流電路１０に電
流検出用の変流器２０が設けられている。変流器２０の
二次側には二次出力の絶対値を得るだめの整流回路３０
が接続されている。整流回路３０の出力側に負担回路４
０が接続されている。負担回路４０け変流器２０の出力
電流を電圧信号に変換すると共に、所定のレベル範囲内
で出力信号を得るだめのレベル調整回路を兼ねている。

前記負担回路４０の出力側は波形変換回路９０に接続さ
れている。

波形変換回路９０は負担回路４０に誘起する出力信号の
失効値を得るだめのものである。波形変換回路９０の出
力端子はそのアナログ出力信号をディジタル信号に変換
するＡ／Ｄ変換回路１００の第１の入力端子１０１に接
続されている。ｂ変換回路１００の出カバマイクロコン
ピュータ１１０に入力されるようになされている。マイ
クロコンピュータ１１０にけ出カポ−）　１１７ａ及び
１１７ｂが設けられている。この出カポ−）　１１７ａ
には出力端子８１を有する出力装置８０が接続されてい
る。また、一端が接地され他・Ａ 端か／１）変換回路１００の第２の入力端子１０２に接
続されたコンデンサ５０が設けられている。壬会社この
コンデンサ５０ には抵抗６１（放電用）が並設されている。ｈｔＩ記マ
イクロコンピュータ１１０の出力ポート１１７ｂと前Ｅ
コンデンサ５０の他端との間にダイオード７０が該コン
デンサ５０（逆流防止用）に向って順方向に接続されて
いる。ダイオード７０のアノード側に充電用の抵抗６２
が接続されている。

１ｉｆＪ記マイクロコンピユータ１１０の構成を第３図
のブロック図に基づき概説する。第３図においてマイク
ロコンピュータ１１０け、　ＣＰＵＩＩＩのデータノく
ス１１２及びアドレスバス１１３を介してＲＯＭ１１４
゜ＲＡＭ１１５及びＩ１０ボート１１６を有して構成さ
れている。１１０ポート１１６の出力ボート１１７ａ、
１１７ｂけ前述の通り′、出力装置８０．ダイオード７
０のアノードに接続されている。データバス１１２及び
アドレスバス１１３の一部は前記Ａ／Ｉｌ）変換回路１
００に接続されている。一般にＲＯＭ１１４には所定の
信号処理を実行するためのプログラムを含みＣＰＵＩＩ
Ｉは所定のクロンク信号に同期してプログラムを実行す
る。またＲＡＭ１１５　は信号処理に必要なレジスタと
して機能する。

上述のマイクロコンピュータ１１０における信号処理過
程を第６図のメインフローチャートに示す。

このフローチャートには、基本的な機能として、少くと
も入力信号のレベルを判別するレベル判別手段１００１
及びレベル判別された値により所定の限時動作を実行す
る時限発生手段１００２が含まれている。またこのフロ
ーチャートには、前述のような放電特性及びこれに蓄熱
特性を合わせた特性に沿って過電流検出装置を動作させ
るため、過電流状１ｇが継続し且つその電流値が変動し
ている場合の正確な蓄熱特性を発生するだめの手段１０
０３が含まれている。

上述のような構成の本発明装置の動作を以下に説明する
。

交流電路１０に事故電流が流れると、変流器２０はそれ
に固有の変流比で上記事故電流を検出し二次側に出力電
流を誘起する。この出力電流は整流回路３０により直流
化される。この直流化された整流回路３０の出力電流は
負担回路４０に供給される。負担回路４０の出力信号は
波形変換回路９０によってその実効値に対応する信号に
変換される。波形変換回路９０の実効値出力はＡ／／Ｄ
ｔ、換回路１００に入力される。Ａ／Ｄ変換回路１００
はマイクロコンピュータ１１０によって制御され入力信
号を時分割的にディジクル信号に変換する。これらのデ
ィジタル信号はマイクロコンピュータ１１０のデータノ
ぐス１１２に供給すれる。マイクロコンピュータ１１０
は所定のプログラムに従いこれらディジタル入力信号の
レベル判別を実行する。更にこのレベル判別の結果に基
づいて所定の限時動作を行ないその出カポ−）　１１７
ａから出力信号を発する。この場合の限時動作は、例え
ば第３図の特性曲線に沿って実行される。マイクロコン
ピュータ１１０の出力ポート１１７ａから発せられた出
力信号により出力装置８０が駆動される。出力装置８０
の出力端子８１からは事故電流の表示用または電路保護
用等の出力信号が得られる。

次に、電路の電流が所定の時限内に定格値以下の正常な
状態に復帰した場合について、第４図及び第５図に基づ
いて説明する。第４図は電路を流れる電流の変化の状態
及び本発明の過電流検出装置の動作特性を示す特性図で
ある。また第５図は前記コンデンサ５０の充放電の様子
を示す波形図である。第４図及び第５図に示すように、
事故電流１１が所定の動作時間（即ち時限）が経過する
以前に正常な電流Ｉ２に復帰すると、マイクロコンピュ
ータ１１０は所定のプログラムに従って、出カポ−１−
１１７ｂから第５図（ａ）に示すような方形波電圧出力
（ワンショットパルス）を出力する。この方形波は、事
故電流Ｉ工の大きさにより決まる動作時間Ｔ１に対する
事故電流の実際の継続時間Ｔ。の比率％。

と所定の関係を有するパルス幅を持つ。このような方形
波電圧出力により、充電用の抵抗６２及びダイオード７
０を通してコンデンサ５０が充電される。

コンデンサ５０は、第５図（ｂ）に示されたように、充
電が一旦終了した後人に事故電流が検出されるまで放電
用の抵抗６１を通して所定の時定数で放電する。次に、
再度事故電流が流れると、マイクロコンピュータ１１０
は、Ａ／／Ｄ変換回路１００からの入力信号レベルを判
別し、再び所定の限時動作を行うべくプログラムを実行
する。このときマイクロコンピュータ１１０は、前記コ
ンデンサ５０の残留電圧を、Ａ／／Ｄ変換回路１００を
介して読み込み、この読み込まれた電圧レベルを新たな
時限発生のだめの初期値として処理する。尚第５図（ｂ
）に示すように、上述の充電動作中におけるコンデンサ
５０の電圧波形は、一定の時定数を有する曲線となる。

この非線形特性は、充電電圧を逆指数関故的に変化させ
て補正するか、コンデンサ５０の電圧を読み込んだ時の
データをマイクロコンピュータ１１０内で補正処理する
ことにより容易に直線化できる。また、定電流によって
コンデンサ５０を充電することにより第５図（ｃ）に示
すような、直線的な充電特性を得ることもできる。この
場合は、コンデンサ５０の電圧出力をそのまま利用して
も十分実用的な過電流検出特性が得られる。

上述のマイクロコンピュータ１１０における信号処理過
程を、第６図のメインフローチャートに沿って詳述する
。

マイクロコンピュータ１１０が起動され動作可能状態に
なるとプログラムがスタートし、システムの初期化（即
ち１１０ボートの設定、７ラグのセット、リセットなど
）が実行され、過電流検出のメイン処理フローに入る。

次に／／Ｄ変換回路１００の制御動作（Ａ／Ｄ変換処理
）を実行する。この制御動作によって、波形変換回路９
ｏより出力される電路の電流の実効値の信号を時分割的
に選択してディジｐ　ルＭ　号ｉＣＬ換し、マイクロコ
ンピュータ１１０内のＲＡＭ１１５に書き込む。次に、
上述のようにしてＲＡＭ１１５に書き込まれた入力信号
データに関し、その値が過電流値であるが否かの判別動
作を実行する。その結果過電流でない場合は第６図にお
ける蓄熱ルーチンから外れて再び上述のｂ変換処理に戻
る。次に、過電流である場合は、先ず蓄熱フラグＨをセ
ットし、入力信号のレベルに応じた時限の計時動作を実
行すべく　ＣＰＵ内のレジスタまたはＲＡＭ　１１５を
用いて所定の単位時間毎に所定のビット数の加算を行な
う。上記所定のビット数は第１図の特性曲線に沿った限
時動作を実現すべく選択されたものである。次に、上述
のように加算されたピント数が所定の時限に対応する値
に達したか否かの判別動作を実行する。この結果加算さ
れたビット数が所定の時限に対応する値に達していない
場合は、第６図におけるメインフローから外れて上述の
Ａ／Ｄ変換処理に戻る。次に、上述の加算されたビット
数が所定の時限に対応する値に達した場合は、出カポ−
）　１１７ａを介して出力信号を発し、出力装置８０を
駆動させる。

次に、過電流が正常な範囲内の電流に復帰した場合につ
いて説明する。前述□のように、蓄熱７ラグＨがセント
されである程度時限の計時動作が進行している時点で、
Ａ／／Ｉｌ）変換されたデータの最大値が所定のレベル
以下に低下した場合、過電流か否かの判別ルーチンより
外れ、当該段階の直前の段階における状態を示す蓄熱７
ラグＨがセットされているか否かの判別動作を実行する
。この結果蓄熱フラグＨ力；セットされていない場合は
、そのままＡ／Ｄ変換処理に戻る。次に、蓄熱フラグＨ
がセントされている場合は、それまで加算してきたカウ
ント用レジスタのビット数（即チ計時された時間に対応
するビット数）に相当するパルス幅の方形波電圧出力を
発生し、コンデンサ５ｏを充電する。次に、カウント用
レジスタをリセットし、更に、蓄熱７う×グＨもリセッ
トして、再びｖＤ変換処理に戻る。

以上のようにしてプログラムが構成され、処理が実行さ
れるが、マイクロコンピュータ１１０はＡ／Ｄ変換処理
の際、常時コンデンサ５ｏの電圧を読み込んでいる。こ
のようにするこ（！：により、過電ている。事故電流が
断続して流れた場合も、或いはマイクロコンピュータ１
１０が何等かの原因でリセットされ再スタートした場合
も、コンデンサ５゜にはそれまで電路に蓄積されていた
熱エネルギーに相当する残留電圧が保持されている。従
って本発明の装置では電路の放熱特性に沿った動作が実
現できる。

［発明の効果］ 本発明によれば、上述のコンデンサ５０の放′眞時定数
を適切に選択する（上述の例では放電用抵抗６１の値を
適切に選ぶ）ことにより、実際の配電線や負荷の放熱特
性に極めて良く近似した減衰特性（動作特性）が得られ
る。またプログラムも簡単になり、記憶手段の容量も少
くて済み、演算処理時間も短縮できる。更に、間欠事故
電流に対し、配電線や負荷の熱耐量に応じた保護を行う
という見地からも、精度の高い理想的な過電流検出袋ｆ
ｉｌが実現できる。また、電源電圧の低下やサージ・ノ
イズ等の外乱により検出動作が一旦停止した後再スター
トした場合も、それまでの蓄熱データを保持しているの
で、適切な保護を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は過電流検出装置の一般的々特性を示す図、＠２
図は本発明の過電流検出装置の実施例を示すブロック図
、第３図は第２図の過電流検出装置におけるマイクロコ
ンピュータ及びその周辺の要素のブロック図、第４図は
電路を流れる電流の変化の状態及び本発明の過電流検出
装置の動作特性を示す特性図、第５図は第２図の過電流
検出装置におけるコンデンサ５０の充放電の様子を示す
波形図、第６図は本発明の過電流検出装置におけるマイ
クロコンピュータの基本動作のフローチャートである。 １０・・・交流電路、２０・・・変流器、３０・・・整
流回路、４０・・・負担回路、５０・・コンデンサ、６
１．６２・・・抵抗、７０・・・ダイオード、８０・・
・出力装置、９０・・・波形変換袋ａ、１００・・・ｂ
変換回路、１１０・・・マイクロコンピュータ 代理人　弁理士　大　岩　増　雄 第３図 第４図 一一電メたＩ　（Ａ） 第５図 第６図 手続補正書（、自発） １ ） ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 住　所　東京都千代田区丸の内二丁目２番３号名　称　
（６０１）三菱電機株式会社 代表者片山仁八部 ４、代理人 住　所　東京都千代田区丸の内二丁目２番３号５、補正
の対象 「明細書の特許請求の範囲の欄」及び明細書の発明の詳
細な説明の欄」 ６、補正の内容 （１）明細書の特許請求の範囲を別紙のとおり補正する
。 （２）明細書第５頁、第８行の「トリツプしたり」を「
停電したり」に訂正する。 （３）同第６頁、第９行の「交流電圧」を「充電電圧」
に訂正する。 （４）同第１４頁、第８行ないし第４行「ビット」を「
蓄熱ビット」に訂正する。 （５）同第１６頁、第９行の「・・・が得られる。」の
後に次の文を加入する。「ここで本発明の実施例ではコ
ンデンサの充放電特性を直接用いているが、基本的には
直接的にコンデンサを用いずとも、いわゆる充放電特性
を有する回路構成（ミラー積分回路など）であっても、
同等の効果を奏する仁とは明白である。」 ７、　添付書類の目録 補正後の特許請求の範囲の全文を記載した書面１通 （１）電路に流れる事故電流を検出する電流センサ手段
、前記電流センサ手段の二次出力のレベルを判別するレ
ベル判別手段、前記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なう時限発生手段、
前記時限発生手段の限時動作に応動する出力手段、及び
前記時限発生手段の限時動作中に事故電流が正常電流に
復帰した場合事故電流の継続中にその電流により生じる
熱エネルギーに対応する電荷を充電しておきその後正常
電流の継続中所定の時定数で放電する充放電回路手段を
具備し且つ少くとも前記レベル判別手段及び時限発生手
段がマイクロコンピュータで構成されており、事故電流
が再度発生した場合前記充放電回路手段の残留電圧を前
記時限発生手段の発生時限を算出するための初期値とし
て前記マイクロコンピュータに読み込むようになされて
いることを特徴とする過電流検出装置。 （２）前記充放電回路手段が、コンデンサと、前記マイ
クロコンピュータにより制御されたパルス幅を有するワ
ンショットパルスを発生する充電手段と、抵抗によるＣ
Ｒ時定数回路の態様の放電手段とを含んで構成されたも
のである特許請求の範囲第（１）項記載の過電流検出装
置。 （３）前記充放電回路手段が、コンデンサと、前記マイ
クロコンピュータにより制ｆｉ１ｓれたパルス幅を有す
るワンショットパルスにより駆動されて定電流発生する
充電手段とを含んで構成されたものである特許請求の範
囲第（１）または（２）項の何れかに記載の過電流検出
装置。 （４）前記電流センサ手段が変流器を含んで構成され、
前記レベル判別手段、時限発生手段、出力手段及び充放
電回路手段は前記変流器の二次側からそれらの作動用電
源が供給されるように構成されたものである特許請求の
範囲第（１）　、　（２）または（３）項の何れかに記
載の過電流検出装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｉｌ＋電路に流れる事故電流を検出する電流センサ手段
   、前記電流センナ手段の二次出力のレベルを判別するレ
   ベル判別手段、前記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なう時限発生手段、
   前記時限発生手段の限時動作に応動ず、る出力手段、及
   び前記時限発生手段の限時動作中に事故電流が正常電流
   に復帰した場合事故電流の継続中にその電流に（より生
   じる熱工を具備し且つ少くとも前記レベル判別手段及び
   時限発生手段がマイクロコンピュータで構成されており
   、事故電流が再度発生した場合前記充放電回路の残留電
   圧を前記時限発生手段の発生時限を算出するだめの初期
   値として前記マイクロコンピュータに読み込むようにな
   されていることを特徴とする過電流検出装置。 （２）前記充放電手段が、コンデンサと、前記マイクロ
   コンピュータにより制御されたパルス幅を有するワンシ
   ョットパルスを発生する充電手段々、抵抗によるＣＲ時
   定数回路の態様の放電手段とを含んで構成されたもので
   ある特許請求の範囲第＋１１項記載の過電流検出装置。 （３）前記充放電回路が、コンデンサと、前記マイクロ
   コンピュータにより制御されたパルス幅を有するワンシ
   ョットパルスにより駆動されて定電流発生する充電手段
   とを含んで構成されたものである特許請求の範囲第ｔｉ
   ｔまたは（２）項の何れかに記載の過電流検出装置。 イ４）前記電流センサ手段が変流器を含んで構成され、
   前記レベル判別手段、時限発生手段、出力手段及び充放
   電回路は前記変流器の二次側からそれらの作動用電源が
   供給されるように構成されたものである特許請求の範囲
   第ＬＬＩ　、　＋２１　またけ（３）項の何れかに記載
   の過電流検出装置。