JPH0359656B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は交流電路の最適な保護・監視を行うた
め電路の事故電流を検出する静止形過電流検出装
置に関する。

〔従来技術〕

従来この種の装置として第１図に示されたよう
な各相の電流の最大値を検出する装置や、第２図
に示されたような各相の電流の実効値または平均
値を検出する装置等があつた。

第１図に示された最大値検出形の従来の装置の
構成において、３相の交流電路１０にはＲ、Ｓ、
Ｔの各相毎に電流センサ手段としての変流器２
１，２２，２３がそれぞれ設けられている電路１
０に事故電流が流れると、各変流器２１，２２，
２３の二次側に設けられた全波整流回路３１，３
２，３３が同極性に直列接続されてなる最大値検
出回路３０によつて、事故電流の最大値が直流化
されて検出される。全波整流回路３１，３２，３
３による出力信号波形を第３図に示す。最大値検
出回路３０の出力側には負担回路４０が接続され
ている。この負担回路４０は変流器２１，２２，
２３の出力電流を電圧信号に変換するとともに所
定のレベル範囲内で出力信号を得るためのレベル
調整回路（側えば適当な分圧比のポテンシヨメー
タの態様の回路）を兼ねている。負担回路４０の
出力電圧波形を第４図に実線で示す。前記負担回
路４０の出力側に接続されたレベル判別回路５０
により負担回路４０の出力信号レベルが所定値以
下か否かが判別される。入力信号レベルに応じた
所定の限時動作を行なう時限発生回路６０が接続
されている。レベル判別回路５０は負担回路４０
の出力信号レベルが所定値以上であることを判別
すると時限発生回路６０に信号を発する。時限発
生回路６０はレベル判別回路５０の発した信号を
受けた時点から入力信号レベル（即ち負担回路４
０の出力信号レベル）に応じた所定の限時動作を
行なう。一般にこの入力信号レベルと発生時限と
の関係は、保護すべき配電線（電路）の熱耐量を
考慮した第５図に示すような反限時特性を持たせ
ている。時限発生回路６０が上述のように限時動
作を開始してから所定の時限特性に基づく時限が
経過すると、時限発生回路６０は出力回路７０に
出力信号を与える。出力回路７０はこの信号に応
動し、出力装置８０を駆動する。

上述のように、第１図の装置では、どの相とは
判別せずにある相の事故電流の存在を検出する。
一般に前述のような最大値検出回路３０の出力側
に接続された負担回路４０に誘起される電圧は第
４図に示されたような波形となる。最大値検出回
路３０の構成上必然的に、各相の電流の大きさに
応じて負担回路４０に誘起される電圧波形は異な
る。また上述のような回路構成では実効値又は平
均値に対応する信号への波形変換は本質的に不可
能であり、最大値のピークのみが検出される。す
なわち第１図の装置の構成は本質的にピーク検出
形である。このため電路の各相毎に電流の平均値
又は実効値を得るための波形変換を行なつて正確
な事故電流の検出を行なうことはできない。

そこで各相毎の電流を電圧に変換してそれらの
内のたとえ一つの相中においても過電流が生じた
ときに、その過電流を生じた相からの出力のみに
よつても検出信号を取り出すために第２図に示す
各相毎検出回路が考案された。

次に第２図に示された各相毎実効値又は平均値
検出形の構成の従来の装置について説明する。第
２図において第１図との対応部には同一符号を用
いて示してある。交流電路１０に事故電流が流れ
ると各相の変流器２１，２２，２３はそれらに固
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。この各出力電流はそれぞれ全波
整流回路３１，３２，３３により直流化される。
この直流化された全波整流回路３１，３２，３３
の出力電流は各対応する負担回路４１，４２，４
３にそれぞれ供給される。この時負担回路４１，
４２，４３に誘起する信号電圧波形は第３図に示
すような形になる。各負担回路４１，４２，４３
の出力信号は各相毎に波形変換回路９０によつて
それらの実効値または平均値に対応する信号に変
換される。波形変換回路９０の出力信号は各相毎
にレベル判別回路５０に入力される。レベル判別
回路５０は入力信号レベルが所定値以上であるこ
とを判別すると時限発生回路６０に信号を発す
る。時限発生回路６０はレベル判別回路５０の発
した信号を受けた時点から入力信号レベル（即ち
レベル判別回路５０の入力信号レベル）に応じた
所定の限時動作を開始する。この入力信号レベル
と発生時限との関係は、第１図の装置につき説明
したのと同様、保護すべき配電線（電路）の熱耐
量を考慮した第５図に示すような反限時特性を持
たせている。時限発生回路６０が上述のように限
時動作を開始してから所定の時限特性に基づく時
限が経過すると、時限発生回路６０は出力回路７
０に出力信号を与える。出力回路７０はこの信号
に応動し、出力装置８０を駆動する。

第２図の装置では、各相の事故電流はそれぞれ
実効値または平均値に波形変換がなされて正確に
検出される。この反面波形変換回路９０を介して
事故電流の検出がなされるため応答に遅れを生ず
る。これは波形変換回路９０が本質的に積分要素
を含まざるを得ないため、比較的長い時定数を有
する応答特性を持つことになるからである。従つ
て第２図の装置は短絡電流等のような瞬時的に増
大する大電流の検出には不向きである。

［発明が解決しようとする問題点］ 第１の従来例では商用周波数以外の電流を含む
歪んだ電流が交流電路に流れているときには原理
的に熱的に正確な検出ができなかつたという欠点
があつた。

第２の従来例では時定数が長いので瞬時的過電
流等の検出ができない欠点があつた。

［発明の概要］ 本発明は上述のような従来の装置における問題
点を解決した新規なこの種の装置を提供しようと
するものである。即ち、過電流の大きさが所定の
範囲内である場合は、第２の従来例と同様の方法
で各相の過電流をそれらの実効値又は平均値に対
応する信号に変換する。その上でそれらの信号の
うちの最大値に基づいて比較的敏感に過電流の検
出をする。一方いずれかの相に短絡電流等のよう
に所定の範囲を大幅に超えた過電流が生じた場合
は、その最大値に速やかに応動して短絡電流等を
検出する。

〔発明の実施例〕

以下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６図は本発明の一実施例としての静止形過電
流検出装置を示すブロツク図である。第６図にお
いて複数相（本例ではＲ、Ｓ、Ｔの３層）の電路
の各相毎に電流検出用の変流器２１，２２，２３
がそれぞれ設けられている。各変流器２１，２
２，２３の二次側には二次出力の絶対値を得るた
めの全波整流回路３１，３２，３３がそれぞれ接
続されている。各全波整流回路３１，３２，３３
の出力側に負担回路４１，４２，４３がそれぞれ
接続されている。負担回路４１，４２，４３は変
流器２１，２２，２３の出力電流を電圧信号に変
換するとともに、所定のレベル範囲内で出力信号
を得るためのレベル調整回路を兼ねている。前記
各負担回路４１，４２，４３の各第１の出力端子
（レベル調整された信号の出力端子）は各対応す
る波形変換回路９１，９２，９３にそれぞれ接続
されている。波形変換回路９１，９２，９３は各
負担回路４１，４２，４３に誘起する出力信号の
実効値または平均値を得るためのものである。波
形変換回路９１，９２，９３の各出力信号は各対
応するダイオード１６１，１６２，１６３よりな
る第１の最大値検出手段としてのOR回路１６０
に入力されるようになされている。前記負担回路
４１，４２，４３の各第２の出力端子はそれぞれ
ダイオード１３１，１３２，１３３よりなる電流
センサ手段の第２の出力信号を得るための最大値
検出手段としてのOR回路１３０の各入力端子に
接続されている。尚、前記各負担回路４１，４
２，４３の前記第２の出力端子とは反対側の端部
は共通電位点（接地点）に接続されている。ここ
で上記整流器２１，２２，２３、全波整流回路３
１，３２，３３、負担回路４１，４２，４３、波
形変換回路９１，９２，９３、並びにOR回路１
３０（１３１＋１３２＋１３３）は交流電路１０
の電流を検出する電流センサ手段２００を構成し
ている。OR回路１３０は、交流電路１０に流れ
る電流の最大値に対応する信号を出力する。OR
回路１３０の出力側は第２のレベル判別手段とし
てのツエナーダイオード１４０を介して第２の時
限発生手段としての時限発生回路１５０に接続さ
れている。時限発生回路１５０の出力端子はサイ
リスタ１２０のゲートに接続されている。また、
前記波形変換回路９１，９２，９３の各出力信号
のうち最大のものを前記OR回路１６０を介して
受けデイジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路１
００が設けられている。Ａ／Ｄ変換回路１００の
各出力はマイクロコンピユータ１１０に入力され
るようになされている。マイクロコンピユータ１
１０の出力信号がサイリスタ１２０のゲートに与
えられるように構成されている。サイリスタ１２
０に直列に出力端子８１を有する出力装置８０が
接続されている。尚、前述の第１及び第２の時限
発生手段に各別に第１及び第２の出力手段を設け
てもよいが、本例では上述のようにこれらの出力
手段は単一の出力装置８０にまとめられている。

前記マイクロコンピユータ１１０の構成を第７
図のブロツク図に基づき概説する。第７図におい
てマイクロコンピユータ１１０は、CPU１１１
のデータバス１１２及びアドレスバス１１３を介
してROM１１４、RAM１１５及びＩ／Ｏポー
ト１１６を有して構成され、データバス１１２及
びアドレスバス１１３の一部は前記Ａ／Ｄ変換回
路１００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CPU１１１は所定のクロツク信号に同期
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ユータ１１０における信
号処理過程を第９図のメインフローチヤートに示
す。このフローチヤートには、基本的な機能とし
て、少くとも入力信号の第１のレベル判別手段１
００１及びレベル判別された値により所定の限時
動作を実行する第１の時限発生手段１００２が含
まれている。またこのフローチヤートでは前述の
第１の時限発生手段１００２または第２の時限発
生手段１５０（第６図）のうち少くとも一方に対
する入力信号が所定のレベル以下になつた時所定
の放熱特性（電路及び負荷の放熱特性）に沿つた
低減率をもつて経時的にリセツト動作を実行する
ように構成されたリセツト手段１００３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、各相の変
流器２１，２２，２３はそれらに固有の変流比で
上記事故電流を検出し二次側に出力電流を誘起す
る。この各出力電流はそれぞれ全波整流回路３
１，３２，３３により直流化される。この直流化
された全波整流回路３１，３２，３３の出力電流
は各対応する負担回路４１，４２，４３にそれぞ
れ供給される。この時負担回路４１，４２，４３
に誘起する信号電圧波形は第３図に示すような形
になる。各負担回路４１，４２，４３の出力信号
は各相毎に波形変換回路９１，９２，９３によつ
てそれらの実効値または平均値に対応する信号に
変換される。波形変換回路９１，９２，９３の実
効値または平均値出力は、前記OR回路１６０を
介してそれらの最大値がＡ／Ｄ変換回路１００に
入力される。Ａ／Ｄ変換回路１００はこのように
して入力された信号をデイジタル信号に変換す
る。これらのデイジタル信号はマイクロコンピユ
ータ１１０に供給される。マイクロコンピユータ
１１０は所定のプログラムに従いこれらデイジタ
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
いその出力ポート１１６から出力信号を発する。
即ちマイクロコンピユータ１１０は第１のレベル
判別手段及び第１の時限発生手段として機能す
る。この場合の限時動作は、例えば第８図の特性
曲線における長限時用反限時特性に沿つて実行さ
れる。マイクロコンピユータ１１０の出力ポート
１１６から発せられた出力信号はサイリスタ１２
０のゲートに印加される。サイリスタ１２０はこ
の信号によりトリガされターンオンして出力装置
８０を駆動する。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。

また一方、負担回路４１，４２，４３に誘起さ
れた事故電流に対応した電圧信号は、ダイオード
１３１，１３２，１３３よりなるOR回路１３０
に入力される。OR回路１３０の出力側は第２の
レベル判別回路としてのツエナーダイオード１４
０を介して時限発生回路１５０に接続されている
ので、OR回路１３０の出力レベルがツエナーダ
イオード１４０のツエナー電圧を越えると時限発
生回路１５０に信号が入力される。時限発生回路
１５０はこの信号に基づき所定の限時動作を行な
い、サイリスタ１２０のゲートをトリガする。こ
の場合の限時動作は、例えば第８図の特性曲線に
おける短限時用反限時特性及び瞬時特性に沿つて
行なわれる。サイリスタ１２０は上述のようにし
てトリガされターンオンして出力装置８０を駆動
する。この場合も前述同様、出力装置８０の出力
端子８１から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。この出力装置８０とし
て低消費電力の釈放形素子を適用することも推奨
できる。尚、上述においてはOR回路としてダイ
オードを用いたものを適用した例につき詳述した
が、マイクロコンピユータの一部を利用して実質
的にOR回路を形成すべく（Ｃ−MOS等の低消費
電力形素子で構成）してもよいことは勿論であ
る。

上述のマイクロコンピユータ１１０における信
号処理過程を、第９図のメインフローチヤートに
沿つて詳述する。

マイクロコンピユータ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、Ｉ／Ｏポートの設定、フラグ
のセツト、リセツトなど）が実行され、過電流検
出のメイン処理フローに入る。次にＡ／Ｄ変換回
路１００を制御して、各波形変換回路９１，９
２，９３から出力された各相に対応する電流の実
効値又は平均の最大値の信号をデイジタル信号に
変換し、マイクロコンピユータ１１０内のRAM
１１５に書き込む（Ａ／Ｄ変換処理）。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か否
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９図における蓄熱ルーチンから外れて再
び上述のＡ／Ｄ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をセツトし、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RAM１１５を用いて
所定の単位時間毎に所定の蓄熱ビツト数の加算を
行なう。上記所定の蓄熱ビツト数は第８図の特性
曲線に沿つ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ビツト
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ツト数
の所定の時限に対応する値に達していない場合
は、第９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
たビツト数が所定の時限に対応する値に達した場
合は、Ｉ／Ｏポート１１６を介してサイリスタ１
２０をトリガし出力装置８０を駆動させる。

次に、時限のリセツト手法（冷却ルーチン）に
ついて説明する。前述のように、蓄熱フラグＨが
セツトされてある程度時限の計時動作が進行して
いる時点で、Ａ／Ｄ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フラグＨがセツトされて
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がセツ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
ツトされている場合は、前述のように蓄熱ルーチ
ンにおいて加算計数されたビツト数から、所定の
単位時間毎に所定の放熱ビツト数を減算する。こ
の減算の結果ビツトの計数値が０になつた場合
は、蓄熱フラグＨをリセツトしてＡ／Ｄ変換処理
に戻る。また、ビツトの計数値が完全にリセツト
されない時は、蓄熱フラグＨをリセツトせず、そ
のままＡ／Ｄ変換処理に戻る。上述のようにして
最適な熱特性が得られるようになされている。
尚、蓄熱・放熱の加算及び減算は上述とは逆に実
行しても同様の機能を果し得ることは勿論であ
る。

上記実施例におけるマイクロコンピユータ１１
０の機能をアナログ回路によつて実現しようとす
る場合は、例えば、通常の積分回路において充放
電の時定数を制御するように構成すれば理論的に
は実現可能である。

本実施例では、第８図からも了解される通り、
電路の事故電流が比較的小さい領域では各相の電
流の実効値または平均値に基づいて比較的長限時
の動作特性に沿つて検出動作がなされ、電路及び
負荷の最適な保護がなされ得る。一方事故電流が
比較的大きい領域では、電路の上位に設けられた
ヒユーズの溶断特性等を考慮して比較的短限時の
動作特性に沿つてより速やかな検出動作がなさ
れ、電路の適切な保護がなされ得る。更にまた、
短絡電流等の急峻に増大する大電流が流れた場合
は、これに対し瞬時に確実に応動し得る。

尚上述の実施例では、電流センサ手段として変
流器を利用する構成をとつたがこれに代えてホー
ル素子、磁気抵抗素子及び要するにこれらと増幅
器を組み合わせたものを適用することも可能であ
る。また検出電流の絶対値を得る手段として、オ
ペレーシヨナルアンプを用いた公知の手段を適用
し得る。前述の第１の時限発生手段及び第２の時
限発生手段の出力信号を各別に利用して動作原因
の判別に利用する構成をとることも任意に可能で
ある。

［発明の効果］ 以上を要するに、本発明の装置では、過負荷時
等に流れる比較的小さな事故電流に対しては、各
相に流れる電流の実効値又は平均値のうちの最大
値に基づいて、各相のうち何れか１相のみに歪ん
だ事故電流が流れている場合にも過電流により過
大に発生した線路又は負荷の蓄積熱量を考慮した
適切で正確な検出動作をする。一方短絡電流のよ
うな緊急な遮断などを要する大過電流に対しては
波形処理等の長時定数の回路を介さず直接その最
大値を検出し、この検出値に基づいて（波形処理
等に起因する遅れ時間を生ずる事なく）速やかに
回路遮断などのための検出動作をする。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はそれぞれ従来の静止形過電
流検出装置を示すブロツク図、第３図及び第４図
はそれぞれ静止形過電流検出装置の動作説明に供
する信号波形図、第５図は電路の耐熱量特性と静
止形過電流検出装置の反限時特性を示す特性図、
第６図は本発明の一実施例としての静止形過電流
検出装置を示すブロツク図、第７図は第６図の静
止形過電流検出装置に適用するマイクロコンピユ
ータの構成を示すブロツク図、第８図は電路及び
負荷の耐熱量特性並びに本発明の静止形過電流検
出装置の検出特性を示す特性図、第９図は本発明
の静止形過電流検出装置におけるマイクロコンピ
ユータの基本動作のフローチヤートである。 １０……交流電路、２１，２２，２３……変流
器、３１，３２，３３……全波整流回路、４０，
４１，４２，４３……負担回路、５０……レベル
判別回路、６０……時限発生回路、７０……出力
回路、８０……出力装置、９１，９２，９３……
波形変換回路、１００……アナログマルチプレク
サ・Ａ／Ｄ変換回路、１１０……マイクロコンピ
ユータ、１２０……サイリスタ、１３０……OR
回路、１４０……ツエナーダイオード、１５０…
…時限発生回路、１６０……OR回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 複数相の交流回路の各相に対応して設けら
   れ、各相毎に整流出力を出力する手段、 (ア) 前記各整流出力を各相毎に実効化又は平均化
   し、各相毎の電流の実効値又は平均値に対応す
   るところの第１の出力信号、と (イ) 前記各整流出力の電圧OR作用を行つて前記
   各相毎の電流の最大値に対応するところの電圧
   OR出力である第２の出力信号、 をそれぞれ出力する電流センサ手段、 前記電流センサ手段の第１の出力信号のレベル
   の最大値を検出する第１の最大値検出手段、 前記第１の最大値検出手段の出力レベルを判別
   する第１のレベル発生手段、 前記第１のレベル判別手段の出力信号に基づい
   て所定の限時動作を行なう第１の時限発生手段、 前記第１の時限発生手段の出力信号に基づいて
   動作し電路保護のための信号を発する第１の出力
   手段、 前記電流センサ手段の第２の出力信号のレベル
   を判別する第２のレベル判別手段、 前記第２のレベル判別手段の出力信号に基づい
   て瞬時的動作を行なう第２の時限発生手段、 前記第２の時限発生手段の出力信号に基づいて
   動作し電路保護のための信号を速やかに発する第
   ２の出力手段、 を具備した静止形過電流検出装置。 ２ 前記第１の最大値検出手段がダイオードOR
   回路で構成された特許請求範囲の第１項記載の静
   止形過電流検出装置。 ３ 前記第１及び第２の時限発生手段の少なくと
   も一方はリセツト手段を具備し、このリセツト手
   段は前記時限発生手段のうちの対応する方に対す
   る入力信号が所定のレベル以下になつた時に所定
   の放熱特性により放熱が完了したか否かを判断し
   てリセツト動作を実行するように構成されたもの
   である特許請求の範囲第１項記載の静止形過電流
   検出装置。 ４ 少なくとも前記第１のレベル判別手段及び第
   １の時限発生手段がマイクロコンピユータにより
   構成されたものである特許請求の範囲第１項記載
   の静止形過電流検出装置。 ５ 前記第２のレベル判別手段及び第２の時限発
   生手段がマイクロコンピユータの信号処理を介さ
   ずに構成されて結合され、前記第２の時限発生手
   段の出力が直接前記出力手段に接続されたもので
   ある特許請求の範囲第４項記載の静止形過電流検
   出装置。