WO2012160647A1 - 電子式回路遮断器 - Google Patents

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野村　敏光
貢 森
恵太 濱野
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Definitions

  • the present invention relates to an electronic circuit breaker provided with an alarm device for converting a tripped operation state into an electrical signal.
  • a current transformer for detecting the current of an AC circuit, a rectifier circuit for full-wave rectification of the secondary output of the current transformer, and a power circuit connected to the rectifier circuit are provided.
  • a detection resistor for outputting a voltage proportional to the current in the electric circuit, a time limit circuit for outputting a trip signal after a predetermined time when the level of the detected voltage signal exceeds a predetermined value, and an electromagnetic trip driven by the trip signal
  • a circuit breaker that includes a disconnecting device (for example, a trip coil) and is configured to interrupt an electric circuit through an opening / closing means (see, for example, Patent Document 1).
  • the present invention has been made to solve the above-described problems.
  • an electronic circuit breaker in which an electromagnetic trip device is mounted together with an electronic trip device, an excessive current flows in the AC circuit and the current value is correct.
  • An object of the present invention is to obtain an electronic circuit breaker in which it is possible to determine that measurement is not possible.
  • An electronic circuit breaker includes an open / close contact that opens and closes an AC circuit, a current detection unit that detects a current flowing through the AC circuit, and outputs a detection signal corresponding to the current, and Based on the output signal, when the current flowing in the AC circuit exceeds a predetermined value, a timed circuit that outputs a trip signal that opens the switching contact after a predetermined time, and is energized by the trip signal to open the switching contact
  • An electronic trip device an electromagnetic trip device that is electromagnetically energized by an excessive current flowing in the AC circuit, and opens the switching contact at a higher speed than the first trip device, and the electronic trip device.
  • an alarm device that generates an output signal when the switching contact is opened by a tripping device or an electromagnetic trip device, and the timing circuit receives an output signal of the alarm device, and outputs this signal. Based on the generation timing of the signal, the measurement of the fault current value by the output signal of said current detecting means is to accurately determine whether.
  • an electronic circuit breaker equipped with an electromagnetic trip device together with an electronic trip device by inputting the output signal of the alarm device to the timed circuit, an excessive current flows in the AC circuit and the current value is increased.
  • an electronic circuit breaker that can accurately determine this can be easily obtained.
  • FIG. 3 is a block diagram of a time limit circuit in the first embodiment.
  • FIG. 3 is a timing chart illustrating the operation of the electronic circuit breaker according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is an output waveform diagram of the current transformer in the first embodiment.
  • 3 is a flowchart showing the operation of the time limit circuit in the first embodiment.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an electronic circuit breaker according to Embodiment 1 of the present invention
  • FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a time limit circuit 11
  • FIG. 3 is an electronic circuit breaker according to Embodiment 1.
  • FIG. 4 is an output waveform diagram of the current transformer 6, and
  • FIG. 5 is a flowchart showing the operation of the discrimination circuit 117.
  • an electronic circuit breaker 100 includes an open / close contact 2 that opens and closes an AC circuit 1, a current transformer 6 that is provided in the AC circuit 1 and outputs a current signal proportional to a load current flowing through the AC circuit 1, A mechanical electromagnetic trip device 4 that is provided in the AC circuit 1 and opens the switching contact 2 due to an excessive current; a rectifier circuit 7 connected to the secondary side of the current transformer 6; and a transistor 10 described later.
  • the detection resistor 9 connected to the output side of the rectifier circuit 7, the power supply circuit 8 connected in parallel with the transistor 10, the power supply circuit 8 connected in parallel to supply the power supply voltage, and connected to the detection resistor 9.
  • a time limit circuit 11 that outputs an output signal after a predetermined time
  • a trip coil 3 that is driven by the output signal of the time limit circuit 11 to open the switching contact 2
  • a time limit circuit Connected to one and a display unit 12 for displaying the measured values, such as the fault current (e.g., including a liquid crystal display device).
  • the timing circuit 11 is connected to an alarm device (hereinafter referred to as AL) 5 that converts the electrical circuit breaker 100 tripped and the switching contact 2 into an electrical signal and outputs the electrical signal.
  • AL alarm device
  • the power supply circuit 8 includes a backflow prevention device such as a diode 81 connected between the positive output side of the rectifier circuit 7 and the trip coil 3, and a smoothing capacitor connected between the cathode of the diode 81 and the ground line of the power supply circuit 8. 82, a reference voltage generator 83 connected in parallel with the smoothing capacitor 82, and an output voltage Vout of the power supply circuit 8 and an output voltage of the reference voltage generator provided between the reference voltage generator 83 and the smoothing capacitor 82.
  • a pulse duty modulator 84 that compares Vref and outputs a pulse train signal having a pulse width corresponding to a period in which the output voltage Vout exceeds the output voltage Vref to the base of the transistor 10 is formed.
  • the time limit circuit 11 includes a waveform conversion circuit 111 that obtains an effective value of the output voltage signal induced in the detection resistor 9, an A / D conversion circuit 112 that converts an analog voltage signal from the waveform conversion circuit 111 into a digital signal, and the A A load current calculation unit 113 for calculating a current value flowing through the AC circuit 1 based on a digital signal from the / D conversion circuit 112, and an overcurrent trip characteristic and a rated current, which are related to a trip time with respect to the load current calculation value, A characteristic setting unit 114 to be set, and a microcomputer (CPU) that outputs an overcurrent trip signal based on the overcurrent trip characteristic set by the characteristic setting unit 114 and the current value by the load current calculation unit 113 are included.
  • a microcomputer CPU
  • a control device 115 a trip circuit 116 for energizing the trip coil 3 by a trip signal from the control device 115, and a control device 115.
  • a discriminating circuit that receives the trip signal and the AL signal output from AL5 as input, and discriminates whether the trip operation is performed by the electromagnetic trip device 4 or trip coil 3 when the switching contact 2 is tripped. 117.
  • control device 115 displays the calculation result of the load current calculation unit 113 on the connected display unit 12 (including a liquid crystal display device, for example).
  • the tripping operation when an overcurrent flows in the AC circuit 1 will be described with reference to the timing chart of FIG.
  • the trip coil 3 when energization of the AC circuit 1 is started, the trip coil 3 is energized after a predetermined time set in the time limit circuit 11 has elapsed, and the switching contact 2 is It is opened. After the switching contact 2 is actually opened, the AL5 output signal input to the timed circuit 11 is switched after the AL operation delay time.
  • the electromagnetic trip device 4 does not operate in an overcurrent region that can be normally measured.
  • the electromagnetic trip device 4 operates faster than the trip operation by the trip coil 3 and opens the switching contact 2. After the switching contact 2 is actually opened, the AL5 output signal input to the timed circuit 11 is switched after the AL operation delay time. In the excessive current region tripped by the electromagnetic trip device 4, as shown in FIG. 4, since the output waveform of the current transformer 6 becomes a distorted waveform, the fault current cannot be measured normally.
  • the discrimination circuit 117 receives the trip signal output from the control device 115 and the AL signal output from AL5 as inputs, and can discriminate the difference in the trip method according to the timing of each input.
  • step S102 the energization time determination 1 (step S102) is performed after the initialization process (step S101). Since T has not reached the predetermined time T1, the process proceeds to the integration process of the energization time T in step S103.
  • step S104 it is determined whether the input signal from AL5 is ON. If the input signal from AL5 is not ON, the process returns to step S102. When the input signal from AL5 is ON, the process proceeds to step S105, and it is determined whether the energization time T exceeds the predetermined time T2.
  • the electromagnetic trip device 4 When the energization time T exceeds the predetermined time T2, the electromagnetic trip device 4 does not operate, and it is determined that the trip coil 3 is driven and tripped by the trip signal of the time limit circuit 11. That is, since the current overcurrent is within a range that can be accurately measured by the CPU 115, the current value measured by the CPU 115 is set as an accident current (step S106). On the other hand, when the energization time T does not exceed the predetermined time T2, it is determined that the electromagnetic trip device 4 has operated and tripped.
  • the display unit 12 displays that the accident current is outside the measurement range.
  • step S102 since time has elapsed since the start of energization, the energization time T has reached the predetermined time T1 in energization time determination 1 (step S102), and thus the process proceeds to step S108 and subsequent steps.
  • An instantaneous current value detection process is performed (step S108), and it is determined whether the instantaneous current value is an overcurrent leading to a trip operation (step S109).
  • step S108 When the instantaneous current value is not an overcurrent, the process returns to the instantaneous current value detection process (step S108).
  • the energization time T is initialized (step S108), and the energization time T is integrated again (step S111).
  • step S112 it is determined whether the input signal from AL5 is ON. If the input signal from AL5 is not ON, the process returns to step S111, and the energization time T is integrated.
  • the process proceeds to step S105, and it is determined whether the energization time T exceeds the predetermined time T2.
  • the subsequent processing is the same as when an excessive current such as a short circuit flows at the start of energization by turning on the circuit breaker.
  • the operation of the electromagnetic trip device 4 or the trip coil 3 depends on the switching timing of the AL5 output signal. It is possible to identify whether or not the tripping operation is performed, and it is possible to display that an excessive current flows through the AC circuit and the current value cannot be measured correctly.
  • the display unit 12 since the display unit 12 is connected to the timing circuit 11, when an excessive current flows through the AC circuit and the current value cannot be measured correctly, a predetermined value larger than the measurable value is displayed as an accident current, You can show that it has flowed.

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Abstract

　電子回路での引外し装置と共に電磁引外し装置を搭載した電子式回路遮断器において、交流電路に過大電流が流れ電流値が正しく計測できていないことを判別可能にした電子式回路遮断器を得る。 交流電路１に流れる電流が所定値を越えると、所定の時間後に開閉接点２を開路するトリップ信号を出力する時限回路１１と、トリップ信号により付勢され、開閉接点２を開路させる電子式引外し装置３と、交流電路１に流れる過大電流により電磁的に付勢され、第１の引外し装置３よりも高速で開閉接点２を開路させる電磁引外し装置４と、電子式引外し装置３または電磁引外し装置４により開閉接点が開路したとき出力信号を発生する警報装置５とを備え、時限回路１１は、警報装置５の出力信号が入力され、この出力信号の発生タイミングに基づき、電流検出手段６の出力信号による事故電流値の計測が正確か否か判別する。

Description

電子式回路遮断器
　この発明は、引外し動作した状態を電気的信号に変換するための警報装置を備えた電子式回路遮断器に関するものである。
　従来、電子式回路遮断器として、交流電路の電流を検出する変流器と、この変流器の２次出力を全波整流する整流回路と、整流回路に接続された電源回路を備え、交流電路の電流に比例した電圧を出力するための検出抵抗と、検出された電圧信号のレベルが所定値を越えると所定の時間後に引外し信号を出す時限回路と、引外し信号により駆動する電磁引外し装置（例えばトリップコイル）を備え、開閉手段を介して電路を遮断するように構成した回路遮断器がある（例えば、特許文献１参照）。
この種の回路遮断器において、引外し動作した事故電流を計測する場合は、時限回路にて計測した電流値を事故電流とすることで計測可能である。
また、短絡などにより大電流が電路に流れたときに瞬時に遮断するため電子回路での引外し装置（長時限及び短時限特性）と瞬時特性の機械的な電磁引外し装置を搭載することが一般的である（例えば、特許文献２参照）。
特許第２８５１４８５号公報 特開平７－３２６２７３号公報
　従来の回路遮断器を小型化するため、交流電路の電流を検出する変流器を小型化することが必要であるが、変流器を小型化すると変流器のコアの断面積を減らすこととなり、短絡などによる過大電流領域では磁気飽和のため変流器の出力が歪波形となり、電流値が正しく計測できない。また、このような過大電流領域では、時限回路が引外し信号を出す前に電磁引外し装置が動作し開閉接点を開路するので、電流値を正しく計測できない場合があり、不正確な電流値が表示されるという問題があった。
　この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、電子式引外し装置と共に電磁引外し装置を搭載した電子式回路遮断器において、交流電路に過大電流が流れ電流値が正しく計測できていないことを判別可能にした電子式回路遮断器を得ることを目的としたものである。
　この発明に係る電子式回路遮断器は、交流電路を開閉する開閉接点と、前記交流電路に流れる電流を検出し、前記電流に応じた検出信号を出力する電流検出手段と、この電流検出手段の出力信号に基づき、前記交流電路に流れる電流が所定値を越えると、所定の時間後に前記開閉接点を開路するトリップ信号を出力する時限回路と、前記トリップ信号により付勢され、前記開閉接点を開路させる電子式引外し装置と、前記交流電路に流れる過大電流により電磁的に付勢され、前記第１の引外し装置よりも高速で前記開閉接点を開路させる電磁引外し装置と、前記電子式引外し装置または電磁引外し装置により前記開閉接点が開路したとき出力信号を発生する警報装置とを備え、前記時限回路は、前記警報装置の出力信号が入力され、この出力信号の発生タイミングに基づき、前記電流検出手段の出力信号による事故電流値の計測が正確か否か判別するものである。
　この発明によれば、電子式引外し装置と共に電磁引外し装置を搭載した電子式回路遮断器において、警報装置の出力信号を時限回路に入力することにより、交流電路に過大電流が流れ電流値が正しく計測できていない場合には、このことを正確に判別できる電子式回路遮断器を容易に得ることができる。
この発明の実施の形態１における電子式回路遮断器の構成を示すブロック図である。 実施の形態１における時限回路のブロック図である。 実施の形態１における電子式回路遮断器の動作を示すタイミングチャートである。 実施の形態１における変流器の出力波形図である。 実施の形態１における時限回路の動作を示すフローチャートである。
実施の形態１．
　図１はこの発明の実施の形態１における電子式回路遮断器の構成を示すブロック図、図２は、時限回路１１の構成を示すブロック図、図３は、実施の形態１における電子式回路遮断器の動作を示すタイミングチャート、図４は、変流器６の出力波形図、図５は、判別回路１１７の動作を表すフローチャートである。
　図１において、電子式回路遮断器１００は、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電流信号を出力する変流器６と、交流電路１に設けられ、過大電流により開閉接点２を開路させる機械的な電磁引外し装置４と、変流器６の２次側に接続された整流回路７と、後述するトランジスタ１０を介して整流回路７の出力側に接続された検出抵抗９と、トランジスタ１０と並列接続された電源回路８と、電源回路８に並列接続されて電源電圧を供給されると共に、検出抵抗９と接続されて検出された電圧信号のレベルが所定値を超えると所定の時間後に出力信号を出す時限回路１１と、時限回路１１の出力信号により駆動され、開閉接点２を開路させるトリップコイル３と、時限回路１１に接続され、事故電流などの計測値を表示する表示部１２（例えば液晶表示装置を含む）とを有する。
　また、時限回路１１には、電子式回路遮断器１００がトリップし開閉接点２が開路した状態を電気的信号に変換して出力する警報装置（以下ＡＬという）５が接続されている。
　電源回路８は、整流回路７の正の出力側とトリップコイル３の間に接続された逆流防止装置例えばダイオード８１と、このダイオード８１のカソードと電源回路８のアース線間に接続された平滑コンデンサ８２と、この平滑コンデンサ８２と並列接続された基準電圧発生装置８３と、この基準電圧発生装置８３と平滑コンデンサ８２の間に設けられ、電源回路８の出力電圧Ｖｏｕｔと基準電圧発生装置の出力電圧Ｖｒｅｆとを比較し、出力電圧Ｖｏｕｔが出力電圧Ｖｒｅｆより超えている期間に応じたパルス幅のパルス列信号をトランジスタ１０のベースに出力するパルスデューティ変調器８４とから構成されている。
　時限回路１１は、検出抵抗９に誘起する出力電圧信号の実効値を得る波形変換回路１１１と、波形変換回路１１１からのアナログ電圧信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路１１２と、このＡ／Ｄ変換回路１１２からのデジタル信号に基づいて交流電路１に流れる電流値を演算する負荷電流演算部１１３と、負荷電流演算値に対する引外し時間の関係からなる過電流引外し特性及び定格電流を設定する特性設定部１１４と、この特性設定部１１４で設定された過電流引外し特性と負荷電流演算部１１３による電流値とに基づき過電流引外し信号を出力するマイクロコンピュータ（ＣＰＵ）を含んだ制御装置１１５と、この制御装置１１５からの引外し信号によりトリップコイル３を付勢する引外し回路１１６と、制御装置１１５からの引外し信号とＡＬ５より出力されるＡＬ信号を入力とし、開閉接点２が引外された際に、電磁引外し装置４による引外し動作か、トリップコイル３による引外し動作かを判別する判別回路１１７とから構成される。
　また、制御装置１１５は、接続されている表示部１２（例えば液晶表示装置を含む）に負荷電流演算部１１３の演算結果を表示させる。
　次に、交流電路１に過電流が流れた場合の引外し動作について、図３のタイミングチャートを参照しながら説明する。
電子回路（トリップコイル３）による引外しの場合、交流電路１に通電が開始されると、時限回路１１に設定された所定の時間が経過後、トリップコイル３が付勢され、開閉接点２が開路される。開閉接点２が実際に開路してから、ＡＬ動作遅れ時間の後に、時限回路１１に入力されているＡＬ５の出力信号が切替わる。また、正常に計測可能な過電流領域では、電磁引外し装置４は動作しない。
　一方、短絡などにより過大電流が流れた場合には、電磁引外し装置４による引外し動作が行われる。この場合、電磁引外し装置４がトリップコイル３による引外し動作よりも早く動作し、開閉接点２を開路する。
開閉接点２が実際に開路してから、ＡＬ動作遅れ時間の後に、時限回路１１に入力されているＡＬ５の出力信号が切替わる。
電磁引外し装置４によりトリップする過大電流領域では、図４に示すように、変流器６の出力波形が歪波形となるため、事故電流を正常に計測することができない。
　上記の理由により、過大電流領域において、電磁引外し装置４による引外し動作とトリップコイル３による引外し動作では、引外し時間に差が生じるため、ＡＬ５の出力信号の切替わりにも時間の差が生じる。
判別回路１１７は、制御装置１１５より出力される引外し信号とＡＬ５より出力されるＡＬ信号を入力とし、それぞれの入力のタイミングにより引外し方法の違いを識別することができる。
　図５に示すフローチャートを用いて、事故電流の表示処理について説明する。
　まず、回路遮断器の投入による通電開始時に短絡等の過大電流が流れた場合について、説明する。
この場合、制御装置１１５による通電電流計測処理は、時間的に間に合わない可能性があるので、初期化処理（ステップＳ１０１）を行った後、通電時間判定１（ステップＳ１０２）を行うが、通電時間Ｔが所定時間Ｔ１に達していないので、ステップＳ１０３の通電時間Ｔの積算処理に進む。
次にステップＳ１０４でＡＬ５からの入力信号がＯＮしているかどうかを判定する。ＡＬ５からの入力信号がＯＮでない場合には、ステップＳ１０２に戻る。ＡＬ５からの入力信号がＯＮの場合、ステップＳ１０５に進み、通電時間Ｔが所定時間Ｔ２を超えているかの判定を行う。
　通電時間Ｔが所定時間Ｔ２を超えている場合には、電磁引外し装置４は動作せず、時限回路１１のトリップ信号によりトリップコイル３が駆動されトリップしたと判断する。
すなわち、今回の過大電流はＣＰＵ１１５により正確に計測できる範囲内であったので、ＣＰＵ１１５の計測した電流値を事故電流としてセットする（ステップＳ１０６）。
一方、通電時間Ｔが所定時間Ｔ２を超えていない場合には、電磁引外し装置４が動作しトリップしたと判断する。つまり、今回の過大電流はＣＰＵ１１５により正確に計測できないほど大きい値だったので、ＣＰＵ１１５の計測した電流値は正確ではないと考えられるので、事故電流として計測可能値より大きな所定の値をセットする（ステップＳ１０７）。もしくは、表示部１２に事故電流が計測範囲外であったことを示す表示を行う。
　次に回路遮断器の投入した後に短絡等の過大電流が流れた場合について説明する。
　この場合、通電開始から、時間が経過しているので、通電時間判定１（ステップＳ１０２）で、通電時間Ｔが所定時間Ｔ１に達しているので、処理はステップＳ１０８以降に進む。瞬時電流値の検出処理を行い（ステップＳ１０８）、その瞬時電流値がトリップ動作にいたる過電流かどうかの判定を行う（ステップＳ１０９）。
　瞬時電流値が過電流ではないときには、瞬時電流値の検出処理（ステップＳ１０８）に戻る。一方、瞬時電流値が過電流だった場合には、通電時間Ｔを初期化し（ステップＳ１０８）、再度、通電時間Ｔの積算処理を行う（ステップＳ１１１）。
次にステップＳ１１２でＡＬ５からの入力信号がＯＮしているかどうかを判定する。ＡＬ５からの入力信号がＯＮでない場合には、ステップＳ１１１に戻り、通電時間Ｔの積算処理を行う。ＡＬ５からの入力信号がＯＮの場合、ステップＳ１０５に進み、通電時間Ｔが所定時間Ｔ２を超えているかの判定を行う。
後の処理は、回路遮断器の投入による通電開始時に短絡等の過大電流が流れた場合と同じである。
　以上のように、本実施の形態によれば、ＡＬ５の出力信号を時限回路１１に入力しているので、ＡＬ５の出力信号の切替わりタイミングによって、電磁引外し装置４による動作か、トリップコイル３による引外し動作かを識別でき、交流電路に過大電流が流れ電流値が正しく計測できていないことを表示できる。
　また、時限回路１１に表示部１２を接続しているので、交流電路に過大電流が流れ電流値が正しく計測できていないときに、計測可能値より大きい所定値を事故電流として表示させ過大電流が流れたことを表示できる。
１　交流電路、２　開閉接点、３　トリップコイル、４　電磁引外し装置、
５　ＡＬ（警報装置）、６　変流器、７　整流回路
８　電源回路、　８１　ダイオード、８２　平滑コンデンサ、
８３　基準電圧発生装置、８４　パルスデューティ変調器
９　検出抵抗、１０　トランジスタ
１１　時限回路、１１１　波形変換回路、１１２　Ａ／Ｄ変換回路、
１１３　負荷電流演算部、１１４　特性設定部、
１１５　制御装置（ＣＰＵ）、１１６　引外し回路、１１７　判別回路
１２　表示部

Claims (4)

  1. 　交流電路を開閉する開閉接点と、前記交流電路に流れる電流を検出し、前記電流に応じた検出信号を出力する電流検出手段と、この電流検出手段の出力信号に基づき、前記交流電路に流れる電流が所定値を越えると、所定の時間後に前記開閉接点を開路するトリップ信号を出力する時限回路と、前記トリップ信号により付勢され、前記開閉接点を開路させる電子式引外し装置と、前記交流電路に流れる過大電流により電磁的に付勢され、前記第１の引外し装置よりも高速で前記開閉接点を開路させる電磁引外し装置と、前記電子式引外し装置または電磁引外し装置により前記開閉接点が開路したとき出力信号を発生する警報装置とを備え、
    前記時限回路は、前記警報装置の出力信号が入力され、この出力信号の発生タイミングに基づき、前記電流検出手段の出力信号による事故電流値の計測が正確か否か判別することを特徴とする電子式回路遮断器。
  2. 　前記時限回路に接続された表示部を有し、前記時限回路は前記事故電流値の計測が正確でないと判別したとき、前記表示部に前記事故電流値の計測が正確でないことを示す表示を行うことを特徴とする請求項１記載の電子式回路遮断器。
  3. 　前記事故電流値の計測が正確でないことを示す表示として、計測範囲より大きい値を表示することを特徴する請求項２記載の電子式回路遮断器。
  4. 　前記時限回路は、前記警報装置の出力信号および前記トリップ信号により、前記事故電流値の計測が正確か否か判別する判別回路と、前記電流検出手段の出力信号に基づき前記事故電流値を演算する負荷電流演算部とを備え、前記時限回路は、前記判別回路が前記事故電流値の計測が正確でないと判別したとき、前記表示部に前記事故電流値として所定値を表示させることを特徴とする請求項２記載の電子式回路遮断器。
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