説明

回路遮断器

【課題】別途の制御電源を必要とすることなく遮断時の動作電流を外部から把握可能にするとともに、遮断の発生原因を判別することが可能な回路遮断器を提供する。
【解決手段】マイクロコンピュータ110で実現されるIt計算手段111で得られたIt値を電荷として記憶する通電状態記憶用コンデンサ170を設け、マイクロコンピュータ110の電源確立時に、通電状態記憶用コンデンサ170に蓄積された電荷を読み取り、遮断電流換算手段112は、当該電荷が0か否かによって電流検出手段120に結合する主導体に瞬時停電が発生したか否かを判別し、この判別結果に基づいて、外部に出力する遮断電流として、電流検出手段120にて検出された主導体の電流が0でない区間の平均電流値を遮断電流とするか、遮断直前の電流値を遮断電流として出力するかを決定する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、遮断電流の設定を変更できる回路遮断器等に適用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【0002】
たとえば、特許文献1に開示されているように、電子式の回路遮断器は、電子回路を動作させる電源を、監視対象の配線電路(主導体)に誘導結合したCT(電流センサ)の二次電流から作成している。そのため、主導体に十分な電流が流れて、始めて電子回路が動作する。回路遮断器として動作させる場合は、主導体に過大な電流が流れているため、電子回路を動作させる十分なエネルギーが得られるので、回路遮断器の動作として全く問題が無い。
【0003】
スイッチやボリューム等で実現している定格電流を設定する電流選択の値が回路に不適切であると、過負荷により回路遮断器が不用意に遮断してしまう。定格電流の設定が適切であるかは、遮断時の動作電流を知れば判断できる。遮断時の動作電流を、通信ラインを通じて外部に伝送したり、外部の表示器に表示したりすれば良い(たとえば特許文献2)。
【0004】
従来の技術では、遮断時に主導体の通電が遮断されるため、回路遮断器の内部の電子回路を動作させる電源がなくなるので、遮断時の動作電流を外部に伝送して表示するための専用の外部電源が必要となる場合があった。この場合、主導体の通電電流を常にモニタできるため、遮断にいたるまでの最大電流や平均電流といったパラメータを遮断時の動作電流の値とすることができる。
【0005】
また、変動負荷でも遮断するために、主導体の通電が無くなる直前の通電状態を記憶するように、例えばコンデンサに電荷蓄積するなどで通電状態を記憶するなどしているが、遮断に至るまでの通電電流自体や遮断時の動作電流を記憶するわけではない。
【0006】
そのため、通信機能をつけて取り外し可能なオプション表示器で、遮断した後に遮断時の動作電流を読み出そうとすると、専用の外部電源は要らなくなるが、遮断時の動作電流を記憶していないため、動作電流の読み出しができない、という技術的課題があった。
【0007】
このため、たとえば、定格電流の設定が不適切なために遮断が発生したのか、実際に主導体における過電流によって遮断が発生したのか等の判別もできない。
【特許文献1】特開2002−8511号公報
【特許文献2】特開2001−128354号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
本発明の目的は、別途の制御電源を必要とすることなく遮断時の動作電流を外部から把握可能にするとともに、遮断の発生原因を判別することが可能な回路遮断器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明の第1の観点は、電流検出手段により検出した主導体の通電状態から遮断特性を実現するIt計算手段と、前記It計算手段により計算したIt値がしきい値を超えることで前記主導体を遮断する遮断手段を含む回路遮断器であって、
前記It値を電荷として保持する容量素子と、
前記電荷の値が0か否かによって、前記主導体に瞬時停電が発生したか否かを判別して、前記回路遮断器を遮断した時の遮断電流を求める遮断電流換算手段と、
前記遮断電流を記録する遮断電流記録手段と、
を含む回路遮断器を提供する。
【0010】
本発明の第2の観点は、第1の観点に記載の回路遮断器において、
前記遮断電流換算手段は、
前記主導体に前記瞬時停電が発生しなかった場合には、前記It計算手段により計算した前記It値が前記しきい値を超えた時点での、前記電流検出手段にて検出した実際の電流値を前記遮断電流として出力し、
前記主導体に前記瞬時停電が発生した場合には、前記電流検出手段における通電時間と前記It計算手段で計測した前記It値とから得られる通電電流の平均値を前記遮断電流として出力する回路遮断器を提供する。
【0011】
本発明の第3の観点は、第1の観点に記載の回路遮断器において、
さらに、前記遮断電流記録手段に記録されている前記遮断電流と、前記主導体に前記瞬時停電が発生したか否かを示すフラグ情報を外部に通知する遮断電流通知手段を含む回路遮断器を提供する。
【0012】
すなわち、本発明の回路遮断器では、一例として、遮断時の動作電流を読み出して表示するため、遮断電流通知手段として、取り外し可能なオプション表示器あるいはパーソナルコンピュータ等の端末等と通信する機能を設ける。また、別途の制御電源が無くても遮断時の動作電流を記憶するための遮断電流記録手段として不揮発性メモリを取り付ける。
【0013】
また、負荷が変動して電子回路を動作させる電源が途切れ途切れになる場合でも、適切な遮断時の動作電流を見いだすことが可能なように、容量素子を通電状態記憶手段として設ける。
【0014】
容量素子からなる通電状態記憶手段に記録している通電状態(電荷)がゼロならば、電子回路の電源が途切れる前に定格を超えた通電がないと判断して通電電流の平均値を遮断時の動作電流として不揮発性メモリに記憶する。
【0015】
また、記録している通電状態(電荷)がゼロでなければ、たとえば瞬時停電等の原因で負荷が変動して電子回路の動作が途切れたと判断し、遮断する直前の電流を遮断時の動作電流として不揮発性メモリに記憶する。
【0016】
また、不揮発性メモリには、瞬時停電の有無をフラグ情報として記憶する。
【発明の効果】
【0017】
本発明によれば、別途の制御電源を必要とすることなく遮断時の動作電流を外部から把握可能にするとともに、遮断の発生原因を判別することが可能な回路遮断器を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0018】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施の形態であるの回路遮断器の機能構成の一例を示すブロック図であり、図2は、本発明の一実施の形態である回路遮断器の構成の一例を示す概念図である。
【0019】
図2に例示されるように、本実施の形態の回路遮断器100は、マイクロコンピュータ
110、電流検出手段120、遮断機構130、定格選択スイッチ140、遮断電流記憶手段150、遮断電流通知手段160、通電状態記憶用コンデンサ170(容量素子)を含んでいる。
【0020】
電流検出手段120は、電流センサ121、整流回路122、負荷抵抗123、A/D変換器124、電源回路125で構成されている。
電流センサ121は、監視対象の主導体200に誘導結合するコイル等で構成されている。
【0021】
整流回路122は、主導体200を流れる交流電流から電流センサ121に誘起された交流の誘導電流Iを全波整流する。
負荷抵抗123は、整流回路122から出力される誘導電流を電圧Vに変換してA/D変換器124に入力する。
【0022】
電源回路125は、整流回路122から出力される全波整流された誘導電流Iから、マイクロコンピュータ110等の電子回路を作動させるための動作電力を生成する。
A/D変換器124は、負荷抵抗123を介して整流回路122から入力される全波整流の整流電流を後述のような所定のサンプリング間隔にデジタル値に変換して電流検出手段120に入力する。
【0023】
遮断機構130は、マイクロコンピュータ110からの指令に基づいて、主導体200を開閉する開閉器210の開閉動作を制御することで、主導体200の遮断を行う。
定格選択スイッチ140は、外部から操作されることによって、遮断動作の複数の定格電流を設定する。本実施の形態の場合には、後述のように、100Aと200Aの二つの定格電流を設定することが可能になっている。
【0024】
遮断電流記憶手段150は、たとえば、EEPROM等の不揮発性メモリで構成され、後述のように、遮断時の遮断電流の値や、フラグが記憶される。
遮断電流通知手段160は、後述のように、通信端子161および通信線162を介して、外部のパーソナルコンピュータ等からなる端末300に遮断電流記憶手段150の記憶内容を送信する。
【0025】
通電状態記憶用コンデンサ170は、後述のように、マイクロコンピュータ110から入出力される微小な電流Isによって充電または放電されることにより、主導体200における定格電流を超えた通電状態を記憶する。
【0026】
マイクロコンピュータ110は、ハードウェア回路、ソフトウェア、ファームウェア等により、図1に例示されるIt計算手段111、遮断電流換算手段112、通電時間計測手段113、遮断電流通知手段160における後述の機能を実現する。
【0027】
図3のように、電流センサ121(CT)で検出した誘導電流Iの信号は正弦波となっており、これを整流回路122で整流する。
図4のように整流した誘導電流Iの信号を負荷抵抗123で電圧Vに変換し、A/D変換器124を使って、定周期にサンプリングして、デジタル値に変換する。例えば、主導体200を流れる電流が商用周波数50Hzの場合、1msの定周期でA/D変換サンプリングすると、1周期で20回のデジタル・データが得られる。この20個のデジタル・データを、それぞれ{d,d,..,d20}とおくと、電流の実効値Iは次の式1で求めることができる。
【0028】
【数1】

【0029】
図2に例示した定格選択スイッチ140で定格選択を実現するとき、定格選択スイッチ140がオフなら100A、オンなら200Aの定格で動作する場合、本実施の形態の回路遮断器100の動作特性は図5に例示される線図のようになる。
【0030】
この図5の例では、定格の6倍での回路遮断器100の動作時間が10秒となり、100A定格だと600Aを10秒通電すると遮断し、200A定格だと1200Aを10秒通電すると遮断する。また、定格の8倍以上の電流を通電すると、即時遮断する。
【0031】
この動作特性はIt特性となっているので、主導体200の電流の実効値Iを求める周期が0.02秒(商用周波50Hzの場合)であるので、0.02秒ごとに、次の式2で得られる値eを求める。
【0032】
【数2】

【0033】
電流の実効値Iが定格選択スイッチ140で設定された電流値以上の場合、上記式2の値eを、マイクロコンピュータ110の内部に持つIt値に加算する。
一方、電流の実効値Iが定格電流未満の場合、定格選択スイッチ140で設定された定格電流に基づいて、次の式3の値eをマイクロコンピュータ110の内部に持つIt値から減算する。
【0034】
【数3】

【0035】
こうして計算したIt値がしきい値ethを超えると遮断機構130を動作させて、開閉器210を開いて主導体200を遮断させる。
このしきい値ethは、定格選択スイッチ140で設定される定格電流で決まる値である。
【0036】
定格電流が100Aの場合では、600Aを10秒通電すると遮断するため、It=600×600×10=3600000がしきい値ethとなる。
定格電流が200Aの場合では、1200Aを10秒通電すると遮断するため、It=1200×1200×10=14400000、がしきい値ethとなる。
【0037】
このIt値を、定格を超えた通電状態を記憶するための通電状態記憶用コンデンサ170に記憶させる。計算したIt値と、A/D変換器124で変換された、通電状態記憶用コンデンサ170に充電している電位Vcを比較して、It値が電位Vcよりも大きければマイクロコンピュータ110の図示しない入出力ポートから微小の電流Isを通電状態記憶用コンデンサ170に流して充電して定格を超えた通電の値を積算し、I
値が電位Vcよりも小さければ通電状態記憶用コンデンサ170からマイクロコンピュータ110のポートへ微小の電流Isを放電して、当該通電状態記憶用コンデンサ170内の電荷から、定格を超えた通電の値を減算する。
【0038】
マイクロコンピュータ110の内部のIt値の初期値は、回路遮断器100の電源確立でマイクロコンピュータ110が動作を開始したとき、通電状態記憶用コンデンサ170に充電している電位VcをA/D変換器124で変換し、その値(充電している電位Vc)で、マイクロコンピュータ110の内部に持つIt値を初期化する。すなわち、It値に電位Vcを代入してそれを初期値とする。
【0039】
また、遮断機構130を動作させたとき、次に復帰通電したときにIt値があると動作時間が短くなるため、遮断機構130を動作させるタイミングで、通電状態記憶用コンデンサ170からマイクロコンピュータ110のポート制御で十分大きい放電電流を流して、通電状態記憶用コンデンサ170の電荷を「0」状態にしておくとともに、通電状態記憶用コンデンサ170の内部のIt値をクリアする。
【0040】
ここまでの回路遮断器100の動作を、図6のフローチャートを参照してまとめて説明すると以下のようになる。
回路遮断器100における電源確立時に、まず、通電状態記憶用コンデンサ170が保持する電荷をA/D変換器124でデジタル値に変換し、マイクロコンピュータ110の内部のIt値の初期値とする(ステップ401)。
【0041】
次に、It値が0か否かを判定し(ステップ402)、0ならば、フラグをオンし(ステップ403)、0でないならばフラグをオフにする(ステップ404)。
その後、定格選択スイッチ140の設定状態を判別し(ステップ405)、オフ設定ならば定格電流として100A、しきい値ethとして3600000をマイクロコンピュータ110の内部に設定する(ステップ406)。
【0042】
また、定格選択スイッチ140がオン設定ならば定格電流として200A、しきい値ethとして14400000、をマイクロコンピュータ110の内部に設定する(ステップ407)。
【0043】
その後、電流の実効値Iを求める(ステップ408)。そして、実効値Iの値が設定された定格電流未満の場合には(ステップ409)、It値から値eを減算する(ステップ410)。また、実効値Iの値が設定された定格電流以上の場合には、It値にe(=I×0.02)を加算する(ステップ411)。
【0044】
そして、これらの演算結果のIt値を通電状態記憶用コンデンサ170に電荷として記憶させる(ステップ412)。
さらに、このIt値が0か否かを判別し(ステップ413)、0の場合には、平均電流および通電時間に0を代入し、フラグをオン(瞬時停電有り)にして(ステップ414)、ステップ405に戻る。
【0045】
また、It値が0でない場合には、平均電流に現在の実効値Iを加算するとともに、通電時間に0.02を加算した後(ステップ415)、さらに、It値がしきい値eth以上か、または実効値Iが定格電流の8倍か否かを判別する(ステップ416)。
【0046】
そして、ステップ416の判定条件が成立しない場合には、ステップ405に戻る。
一方、ステップ416の判定条件が成立する場合には、後述の図7のフローチャートに例示されるように、遮断電流を記録した後(ステップ500)、通電状態記憶用コンデン
サ170の電荷が0になるように放電させるとともに、遮断機構130を介して、開閉器210を開いて主導体200を遮断し(ステップ417)、ステップ405に戻る。
【0047】
次に、図7のフローチャートを参照して、上述のステップ500における遮断電流の記録動作を説明する。
遮断時の動作電流を求める方法は、It値の値がゼロになったか、最初からゼロにならずに動作したか(フラグの状態がオンかオフか)、すなわち瞬時停電の有無によって、動作電流の計算方法を変える(ステップ501)。
【0048】
瞬時停電の発生によってIt値の値がゼロになったことがあれば(フラグがオン)、It値がゼロで無い期間の平均電流(=平均電流÷通電時間)を遮断動作電流とする(ステップ502)。
【0049】
また、It値の値がゼロにならずに遮断動作した場合(フラグがオフ)、直前の商用周波周期の電流の実効値Iを遮断動作電流とする(ステップ503)。
そして、EEPROM等の遮断電流記憶手段150に、動作電流とフラグを記録する(ステップ504)。フラグは、動作電流の値が平均電流であること示すために記録する。
【0050】
遮断時の動作電流を通知する遮断電流通知手段160は、通信を通じで外部の装置に通知する。
例えば図8の例のように、たとえば、USBのような電源と通信信号を同時に供給できるような通信線162を使って、パーソナルコンピュータ等の端末300と回路遮断器100の通信端子161とを結び、端末300から回路遮断器100の内部のマイクロコンピュータ110等の電子回路を動作させる電源を供給するとともに、マイクロコンピュータ110の遮断電流通知手段160が通信線162を介してシリアル通信で送ってくる遮断電流とフラグの状態を端末300のディスプレイ301に表示する。
【0051】
定格選択スイッチ140による定格電流の設定状態が100Aならば図9の例のように、通電開始時点でIt値の値がゼロで通電を開始した後にトリップ(遮断状態に移行)して、内部の遮断電流記憶手段150に遮断電流が160Aでフラグがオンで記録されていた場合、遮断電流通知手段160は、通信端子161、通信線162を経由して、この記録情報を端末300に送り、端末300のディスプレイ301上に「動作電流 平均160A」と表示する。
【0052】
この場合、負荷に対して、定格選択スイッチ140による定格電流の設定値が低いことが原因で、遮断動作が実行されたことが、「動作電流 平均160A」の表示から分かる。
【0053】
また、図10の表示例のように、主導体200に、定格電流を遥かに超える大電流が流れて遮断した場合、端末300のディスプレイ301上に表示される動作電流が「平均800A」と大きく表示されるため、回路遮断器100の定格選択スイッチ140による定格電流の設定に問題がある(この場合、低すぎる)わけではなく、主導体200に接続された図示しない負荷側で何らかの異常が発生して大電流が流れたことがわかる。
【0054】
一方、図11の例のように遮断に至る途中まで主導体200に定格電流以上の電流が流れ、瞬時停電でゼロになった場合、本実施の形態の回路遮断器100では、通電状態記憶用コンデンサ170にIt値が記録されているため、内部の遮断電流記憶手段150の記録しているフラグがオフになっている。そのため、マイクロコンピュータ110は、端末300のディスプレイ301の表示に「平均」の文字列が無く「動作電流 180A」となるように表示するので、管理者は、主導体200に接続される負荷側で障害が発生し
たのでは無く、定格電流の設定が不適切なために遮断が発生したことが分かる。
【0055】
このように、本実施の形態の回路遮断器100によれば、主導体200から電源をとる電源回路125の他に別途電源を設けることなく、遮断電流記憶手段150に記憶されている遮断電流と、通電状態記憶用コンデンサ170の電荷の状態によって瞬時停電の発生の有無を判別するフラグの情報を読み出すことで、遮断時の遮断電流を外部から把握することが可能になる。
【0056】
また、フラグの状態によって、回路遮断器100の電源確立から遮断状態に至るまでの間における瞬時停電の有無を判別することで、遮断の発生原因が、定格選択スイッチ140における定格電流の不適切な設定に起因するものか、主導体200における過電流に起因するものかを的確に判別できる。
【0057】
なお、本発明は、上述の実施の形態に例示した構成に限らず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【0058】
【図1】本発明の一実施の形態であるの回路遮断器の機能構成の一例を示すブロック図である。
【図2】本発明の一実施の形態である回路遮断器の構成の一例を示す概念図である。
【図3】本発明の一実施の形態である回路遮断器において主導体から検出された電流の整流状態を示す線図である。
【図4】本発明の一実施の形態である回路遮断器において主導体から検出された電流のデジタル値への変換例を示す概念図である。
【図5】本発明の一実施の形態である回路遮断器における動作特性の一例を示す線図である。
【図6】本発明の一実施の形態である回路遮断器の作用の一例を示すフローチャートである。
【図7】本発明の一実施の形態である回路遮断器の作用の一例を示すフローチャートである。
【図8】本発明の一実施の形態である回路遮断器を外部の端末に接続して使用する例を示す概念図である。
【図9】本発明の一実施の形態である回路遮断器を外部の端末に接続して使用する場合の遮断電流の表示例を示す概念図である。
【図10】本発明の一実施の形態である回路遮断器を外部の端末に接続して使用する場合の遮断電流の表示例を示す概念図である。
【図11】本発明の一実施の形態である回路遮断器を外部の端末に接続して使用する場合の遮断電流の表示例を示す概念図である。
【符号の説明】
【0059】
100 回路遮断器
110 マイクロコンピュータ
111 It計算手段
112 遮断電流換算手段
113 通電時間計測手段
120 電流検出手段
121 電流センサ
122 整流回路
123 負荷抵抗
124 A/D変換器
125 電源回路
130 遮断機構
140 定格選択スイッチ
150 遮断電流記憶手段
160 遮断電流通知手段
161 通信端子
162 通信線
170 通電状態記憶用コンデンサ
200 主導体
210 開閉器
300 端末
301 ディスプレイ

【特許請求の範囲】
【請求項1】
電流検出手段により検出した主導体の通電状態から遮断特性を実現するIt計算手段と、前記It計算手段により計算したIt値がしきい値を超えることで前記主導体を遮断する遮断手段を含む回路遮断器であって、
前記It値を電荷として保持する容量素子と、
前記電荷の値が0か否かによって、前記主導体に瞬時停電が発生したか否かを判別して、前記回路遮断器を遮断した時の遮断電流を求める遮断電流換算手段と、
前記遮断電流を記録する遮断電流記録手段と、
を含むことを特徴とする回路遮断器。
【請求項2】
請求項1記載の回路遮断器において、
前記遮断電流換算手段は、
前記主導体に前記瞬時停電が発生しなかった場合には、前記It計算手段により計算した前記It値が前記しきい値を超えた時点での、前記電流検出手段にて検出した実際の電流値を前記遮断電流として出力し、
前記主導体に前記瞬時停電が発生した場合には、前記電流検出手段における通電時間と前記It計算手段で計測した前記It値とから得られる通電電流の平均値を前記遮断電流として出力することを特徴とする回路遮断器。
【請求項3】
請求項1記載の回路遮断器において、
さらに、前記遮断電流記録手段に記録されている前記遮断電流と、前記主導体に前記瞬時停電が発生したか否かを示すフラグ情報を外部に通知する遮断電流通知手段を含むことを特徴とする回路遮断器。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【図11】
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【図5】
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【公開番号】特開2009−16274(P2009−16274A)
【公開日】平成21年1月22日(2009.1.22)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−179042(P2007−179042)
【出願日】平成19年7月6日(2007.7.6)
【出願人】(503361927)富士電機アセッツマネジメント株式会社 (402)
【Fターム(参考)】