(57)【要約】      （修正有）【課題】回路遮断器に取り外し可能に固定する電子トリップユニット用の定格プラグに関し、定格プラグの定格値以上の定格の電流センサを有するあらゆる回路遮断器で使用可能な汎用の定格プラグを提供する。【解決手段】電子トリップユニット１００は定格プラグ１１０とマイクロプロセッサ１４０と利得制御ユニット１２０とを含み、当該定格プラグ１１０はハウジングと当該ハウジングに内蔵された複数のスイッチＳＷ１−ＳＷ８を有し、当該複数のスイッチＳＷ１−ＳＷ８はそれぞれ２つの値のうちいずれかをとり得、その設定に基づいて定格プラグに関連付けられたデジタル署名が発行される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
定格プラグをトリップユニットに取り外し可能に固定するように構成されたハウジングと、
前記ハウジングに内蔵され、それぞれが２つの値のいずれかをとり得る複数のスイッチとを備えた、電子トリップユニット用定格プラグであって、
該定格プラグに関連付けられたデジタル署名が前記スイッチの設定に基づいて発行される、定格プラグ。
【請求項２】
前記複数のスイッチの各々がトグルスイッチである、請求項１に記載の定格プラグ。
【請求項３】
前記複数のスイッチは８つである、請求項１または２に記載の定格プラグ。
【請求項４】
前記複数のスイッチの各々が第１及び第２の端子を有し、
前記第１の端子は、前記トリップユニットに装着されると電圧源に接続するように構成され、
前記第２の端子は、前記トリップユニットに論理信号を供給するように構成された、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の定格プラグ。
【請求項５】
前記８つのスイッチのうちの６つは前記定格プラグの電流定格を示すデジタル署名を行い、８つのスイッチのうちの２つはパリティチェックを行う、請求項３に記載の定格プラグ。
【請求項６】
増幅器と該増幅器内の電圧利得を変更する第１の複数のスイッチを備えた電圧利得回路を有するトリップユニットに取り付け可能な、回路遮断器のトリップユニット用定格プラグであって、
前記定格プラグを前記トリップユニットに取り外し可能に固定するように構成されたハウジングと、
前記トリップユニット用定格プラグに固有の定格低減百分比及び／又はセンサ定格及び／又はフレーム定格を示す、アナログスイッチのオン／オフ動作、及び前記第１の複数のスイッチの各々の動作を制御するように構成された第２の複数のスイッチを備える、回路遮断器のトリップユニット用定格プラグ。
【請求項７】
更に電圧を受けるように構成され、前記第２の複数のスイッチの各々からの信号をマイクロプロセッサに送るように構成された、請求項６に記載の回路遮断器のトリップユニット用定格プラグ。
【請求項８】
前記プラグに固有の定格低減百分比は、約４０％から１００％の間である、請求項６または７に記載の回路遮断器のトリップユニット用定格プラグ。
【請求項９】
前記電圧利得回路は、
前記第１の複数のスイッチのうちの少なくとも１つを制御することによって、フィードバックループを有する電圧調整回路上の利得レベルが定まるように構成されており、
前記少なくとも１つのスイッチは、前記フィードバックループと直列に設置されている、請求項６乃至８のいずれか１項に記載の回路遮断器のトリップユニット用定格プラグ。
【請求項１０】
電子トリップユニットを有する回路遮断器であって、
検知された一次電流に比例する二次アナログ信号を前記トリップユニットに供給するように構成された電流センサと、
前記電流センサと信号をやり取りする、増幅器の電圧利得を調整するように構成された第１の複数のスイッチを備えた増幅器と、
前記増幅器と信号をやり取りし、前記検知された一次電流が所定の限界閾値を超えるとトリップ信号を供給するように構成されたマイクロプロセッサであって、前記電流センサからの前記アナログ信号を処理するアナログ／デジタル変換器を内蔵したマイクロプロセッサと、
前記定格プラグを前記トリップユニットに取り外し可能に固定するように構成されたハウジングを有する定格プラグと、
前記プラグ用の特定の定格低減百分比及び／又はセンサ定格及び／又はフレーム定格を示す、前記第１の複数のスイッチのオン／オフ動作を制御するように構成された、前記定格プラグのハウジング内に配置された第２の複数のスイッチとを備え、
前記第２の複数のスイッチはそれぞれ、２つの値のいずれかをとり得る、回路遮断器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は回路遮断器に関し、特に、電子センサ又はトリップユニットを有する回路遮断器用の定格プラグに関する。
【背景技術】
【０００２】
電子トリップユニット（ＥＴＵ）及び回路遮断器の定格電流を設定する取り外し可能な定格プラグを有する回路遮断器が、例えば、米国特許第４，６７２，５０１号、４，１８１，９２２号、６，８０４，１０１号、及び６，６７８，１３５号に開示されている。
【０００３】
回路遮断器は、電流を測定することによって電気回路内のケーブル、モータ及びその他の負荷等の電線及び機器を保護するために広く使用されている。回路遮断器は導電体を通る電流を監視し、或る所定の基準に達すると「トリップ」して電気回路を開き、回路を流れる電流を遮断する。
【０００４】
電子トリップユニットは、回路遮断器の電流（及び／又は電圧）対時間トリップ応答を制御するために回路遮断器と共に従来から使用されている装置である。トリップユニットの機能は、典型的に、変流器（「ＣＴ」）及び／又はロゴスキー式電流センサ等の電流センサを介して、回路遮断器を流れる電流に関する情報を受け、この情報を処理してユーザーにフィードバックを行ったり、関連する回路遮断器にトリップ機能を付与したりする。検知された電流が所定の閾値を超えると、トリップユニットは、場合によっては所定の時間遅延の後にトリップ信号を発する。一般に、トリップ信号は、回路遮断器の接点を分離し、保護されている回路内の電流を遮断するトリップ機構と協働するように構成された回路遮断器のフラックスシフタ、又はその他の適宜の装置等のソレノイドに送られる。
【０００５】
時間対電流トリップ特性は部分的には、回路遮断器によって許容される最大連続電流の関数である。所定の時間遅延及びトリップ信号の発信は、検知された電流の大きさの逆関数である。例えば故障により発生することがある極めて大きい過電流用には、マイクロコンピュータ等、トリップユニットの中央処理ユニット（「ＣＰＵ」）もトリップ信号を瞬時に発するようにプログラムされている。
【０００６】
勿論、電圧を監視するために回路遮断器を使用してもよく、電圧不足、過電圧、及び電圧が不均衡な状態といった所定の電圧状態において障害が生じると、トリップが生じる。
【０００７】
従来の回路遮断器のトリップ基準には、例えば保護回路内の許容最大連続電流量がある。回路遮断器が許容する最大連続電流量は、回路遮断器のフレーム定格又は電流定格として知られている。検知された電流が、（長時間電流、短時間電流、地絡故障電流、又は瞬間電流等の）所定の保護定格未満に留まっている限り、遮断器はトリップしない状態に留まる。
【０００８】
典型的には、ＥＴＵは電流センサ、位相増幅器、及びＡ／Ｄ変換器を介して回路遮断器又はモータ過負荷継電器を流れる電流を記録する。電流センサはトリップユニットに電力も供給し得る。保護されている電力回路を流れる電流は典型的には、変流器によって検知され、対応する電圧信号がＥＴＵ回路内の信号プロセッサに供給される。ＥＴＵ用の従来の電流検知システムは、電流センサが使用される場合は、各位相の、又、ニュートラルの電流センサを使用する。対応する電圧信号の状態は、以下に記載するように、定格プラグ内の定格抵抗によって調整されることが多い。
【０００９】
従来のトリップユニットは、電子回路内で許容される最大連続電流である電流定格（すなわち利得）を設定する所定の抵抗値を備える定格抵抗又は抵抗のセットを有する定格プラグを使用している。典型的には、少なくとも１つの定格抵抗は、二次電流転移電流と直列に配置された「負荷抵抗」として、又は利得回路演算増幅器のフィードバックループ内の抵抗として、又は両方の組み合わせとして機能する。定格抵抗は、保護されている回路内で検知された電流に比例するアナログ電圧利得をもたらす。定格抵抗値は、保護されている回路内で許容される最大連続電流に比例する電流がその回路を通過すると、所定の電圧をもたらすように選択される。従って、定格抵抗の値は、対応する回路遮断器の定格電流を設定する。従って、一般的な電子回路遮断器は、電子トリップ回路内の負荷抵抗の値を変更するだけで広範囲の電流定格にわたって動作可能であった。
【００１０】
最大連続電流量が異なる回路を保護するために回路遮断器を使用できるように電流定格を調整するため、任意で、遮断器に挿入される交換可能な定格プラグに定格抵抗を組み込むことが知られている。定格プラグを注意深く選択することによって、各々のトリップユニット回路を各々の回路遮断器の定格電流に合わせて特別に調整しなくても定格抵抗を選択することが可能になる。このように、一般的なＥＴＵは定格プラグを変更するだけで回路遮断器を、広範囲の電流定格にわたって動作させることができる。
【００１１】
しかし実際には、回路遮断器のオペレータは様々な種類の回路遮断器を使用することがあるので、特定の種類の回路遮断器用の特定のトリップユニットがない場合に備えて、トリップユニットの多数のスペアをストックする必要がある。必要なトリップユニットの多数のスペアをストックすることは、在庫スペースと関連コストに関してコスト高であろう。
【００１２】
定格プラグは電子回路遮断器を有する遮断器の作動の動作曲線を変化させる。安全目的のため、回路遮断器は顧客又はプラントの技術者が適切であると判断する種類の保護を行うように適切に構成されなければならない。従って、電流の保護定格対トリップ時間応答曲線の修正は極めて重大な問題であり、適切且つエラーを防止するように対処される必要がある。全ての定格プラグが全ての電子トリップユニットと互換性があるわけではない。従って、周知の課題は、定格プラグに、定格プラグが挿入される電子トリップユニットとの互換性を確実に持たせることである。
【００１３】
電子回路遮断器を、その定格を超える配電回路内に挿入しないことが重要である。回路遮断器を、その定格を下回る配電回路内に挿入しないことも恐らく同様に重要であるが、それはいわゆる「誤トリップ」が生ずることがあるからである。また、定格プラグの無い配電回路内に回路遮断器を挿入しないことも重要である。
【００１４】
安全目的において、互換可能な定格プラグを有する電子トリップユニットでは、常に、定格プラグとトリップユニットを適切に組み合わせる必要がある。そのためには、定格プラグが挿入されるべきトリップユニット内の受け口にピンを配置するのが一般的である。トリップユニットのハウジングの両側に位置するピンは、通常、定格プラグのハウジングの片側の突起部とぶつかる。従って、定格プラグのハウジングと定格プラグの受け口とを施錠することによって、回路遮断器との互換性を持たない定格プラグの装着を防止する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】米国特許第５，１３６，４５４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
この従来のシステムは有用ではあるが、幾つかの短所と欠点がある。その１つは、定格プラグがトリップユニットにほぼ完全に挿入されるまで、ピンと突起部とが抵触せず、その結果、ユーザーは定格プラグの挿入が適切に完了したと誤解することが多いことである。別の問題点は、ピンが独立した部材であること、すなわち、定格プラグのハウジング又はトリップユニットのハウジングの一部ではないことである。従って、誰かがユニットを改ざんしてピンを取り外してしまうことがあっても、ユーザーにはピンがあるかが分からない。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
電子トリップユニット用の定格プラグを開示する。定格プラグは、これをトリップユニットに取り外し可能に固定するように構成されたハウジングと、ハウジングに内蔵された複数のスイッチとを有しており、各々のスイッチはそれぞれ、１つ又は２つの値をとり得る。スイッチの設定に基づいて、定格プラグに関連付けられたデジタル署名が発行される。
【００１８】
増幅器内の電圧利得を変更するための第１の複数のスイッチを備えるトリップユニットに取り付け可能な回路遮断器のトリップユニット定格プラグを開示する。回路遮断器のトリップユニット定格プラグは、定格プラグをトリップユニットに取り外し可能に固定するように構成されたハウジングと、アナログスイッチのオン／オフ動作、及び第１の複数のスイッチの動作を制御して、定格プラグの特定に定められたパーセンテージの定格低減、及び／又はセンサ及び／又はフレーム定格を示すように構成された第２の複数のスイッチとを備えている。
【００１９】
電子トリップユニットを有する回路遮断器を開示する。回路遮断器は、検知された一次電流に比例する二次アナログ信号をトリップユニットに供給するように構成された電流センサと、増幅器の電圧利得を調整するように構成された第１の複数のスイッチを備える電流センサと信号をやり取りする前記増幅器と、前記検知された一次電流が所定の限界閾値を超えるとトリップ信号を供給するように構成された、前記増幅器と信号をやり取りするマイクロプロセッサであって、前記電流センサからの前記アナログ信号を処理するように構成された内部のアナログ−デジタル変換器と、所定の限界閾値を格納した不揮発メモリとを備えるマイクロプロセッサと、前記定格プラグを前記トリップユニットに取り外し可能に固定するように構成されたハウジングを有する定格プラグと、前記第１の複数のスイッチのオン／オフ動作を制御して、前記プラグの特定に定められたパーセンテージの定格低減、及び／又はセンサ及び／又はフレーム定格を示す、前記定格プラグ内に配置され、それぞれが２つ値のいずれかをとり得る第２の複数のスイッチとを備えている。
【００２０】
上述の説明において、本発明の主な特徴を大まかに説明した。これにより、以下の詳細な説明の理解が深まり、本発明の産業上の利用可能性が明らかとなる。本発明の更なる利点を以下に示す。また、本発明のこれらの特徴は添付の特許請求の範囲に含まれている。
【００２１】
本発明の実施形態を説明するにあたり、本発明の実施形態は、本明細書又は図面に記載の特定の構成及び部材に限定されないことを理解されたい。本明細書に記載の実施形態は、様々な方法で実行及び実施可能である。また、本明細書における用語及び表現は、あくまでも説明目的で用いられており、本発明の企図を限定するものではない。
【００２２】
本発明の上述及びその他の特徴及び利点は、当業者に理解できるよう、以下の詳細な説明、図面、並びに添付の特許請求の範囲に記載されている。
【００２３】
次に、添付図面について簡単に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施形態による電子トリップユニットの主要部品を示すブロック図である。
【図２】図１の定格プラグと利得／フィルタ調整インターフェースのより詳細な図である。
【図３】本発明の実施形態による定格プラグの上面図である。
【図４】本発明の実施形態により実装可能な回路遮断器の電子トリップユニットの概略図である。
【図５】図４の電子トリップユニットと共に実装可能な本発明の実施形態による定格プラグの概略図である。
【図６】図４の電子トリップユニットの利得制御ユニットの利得回路の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本明細書において、構成要素又は機能が単数名詞として記載されている場合、特に明記しない限り、それらの構成要素又は機能が複数存在し得ることを理解されたい。また、本発明には、本明細書に「一実施形態」として記載した以外にも、本発明に係る構成要素を有する実施形態が存在し得ることを理解されたい。
【００２６】
以下に図１〜６及び対応の参照符号を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００２７】
様々な図面及び本文を用いて本発明の実施形態を説明する。一実施形態において、一連のスイッチと、プラグをトリップユニットに固定するためのコネクタとを含む定格プラグを開示する。例えばトグルスイッチ等のスイッチは、（例えば８０アンペア〜６４００アンペア等の）定格プラグの定格値、及び／又は定格低減率を特定するために、製造の時点で所定の状態に設定される。それによって、回路遮断器の定格を低減することができる（すなわち、有効電流容量を例えば２０００アンペアの容量、又は同様のパラメータのセットからその４０％に定格低減する）。この定格プラグ方式を用いることによって、位相利得は即座に保護用に設定され、トリップユニット内のマイクロプロセッサは、スイッチの設定を読み取り、計量を行うことができる。例えば、回路遮断器のユーザーが２０００アンペアの回路遮断器を購入し、取り付けようとし、その後、意図する負荷用に適する回路遮断器が８００アンペアであるべきであることが分かると、ユーザーは８００アンペアの負荷用の新たな回路遮断器を購入し、取り付けるのではなく、今ある定格プラグを取り外し、４０％に定格低減された（すなわち２０００の４０％は８００）定格プラグに交換するだけでよい。
【００２８】
この方法によって、汎用の定格プラグ、すなわち定格プラグの定格値に等しい又はそれよりも大きい定格の電流センサを有するどの回路遮断器でも使用できる定格プラグを作製することができる。例えば、１０００Ａ又はそれ以上で使用されるどの回路遮断器のセンサでも定格が１０００アンペアの定格プラグを使用することができる。
【００２９】
定格プラグは、「定格プラグの電流定格」と呼ばれる公称最大トリップ電流を数字で表して、情報をトリップユニットの中央処理ユニット（「ＣＰＵ」）に供給する。この定格プラグの定格の電流定格は、別の回路遮断器に対して調整がなされるアンペア値を表し、この調整は定格プラグの定格電流に「比例」して行われる。回路遮断器に関連する各々の電流センサ（例えば三相回路遮断器用には３つのセンサ）はセンサの電流定格を表す独自の検知率を有している。
【００３０】
電源が入ると、ＣＰＵは定格プラグのスイッチの設定を読み取って「定格プラグの電流定格」を判定し、回路遮断器の電流センサのセンサ値（センサの電流定格）を読み取る。センサ値はトリップユニットのメモリに格納されている。ＣＰＵはトリップユニット内に適宜のアナログ利得を設定し、一意的な定数を用いて定格プラグの電流定格値をセンサ値に適合させる。例えば、センサの検知率が１０００対１であり、定格プラグの公称定格が５００アンペアである場合は、ＣＰＵは５００アンペアを表すスイッチの設定を読み取り、センサ値１０００を表すセンサの検知率を読み取って、センサの検知率（１０００）をスイッチの設定（５００）で除算することによってトリップユニットの利得率を計算し、利得２（２）を得る。これは、定格プラグの電流定格によって示されるように、５００対１の比率にするにはセンサの出力信号が２で乗算されなければならないことを意味する（１０００：１ではなく１０００：２）。
【００３１】
定格プラグのこれまでの実施形態では、プラグは、デジタルプロセッサから必要な比率を計算できるようにする電流定格を表す絶対値を受け取っていたのではなく、（例えば負荷抵抗等の）アナログ手段を介して定格プラグ／センサの検知率を取得していたため、プラグはどのセンサ値に関連しているかを知る必要があった。従って、本発明によるスイッチを有する定格プラグの実施形態は、定格プラグの電流定格にアナログ署名ではなく、デジタル署名を用いる。それによって、５００アンペアの公称電流定格値を有する同じ定格プラグを、異なるセンサ電流値を有する様々なセンサと組み合わせて使用することが可能になり、使用されるセンサにかかわらず、全ての組み合わせにおいて５００アンペアの公称電流定格でトリップ動作状態を生ずる。
【００３２】
図１に示す例示的実施形態では、電子トリップユニット１００は、電子トリップユニット１００と結合された定格プラグ１１０と、（以下マイクロプロセッサと呼ぶ）処理ユニット１４０と、利得制御ユニット１２０とを含んでいる。利得制御ユニット１２０とマイクロプロセッサ１４０とは制御盤（図示せず）上に配置されている。変流器（ＣＴ）等の電流センサ２１５は電子トリップユニット（「ＥＴＵ」）の主要部品に電力を供給する。典型的には、ＣＴ２１５はこれを通って流れる一次電流に比例する交流二次電流出力を供給する。例えば、１０００Ａの電流が変流器の一次コイルを流れる場合、例えば２００ｍＡのより少ない電流がＣＴ２１５からＥＴＵ１００へと出力する。或る実施形態では、ＥＴＵ１００はこの二次出力を動作用の電力と電流の流れを検知するための電力の両方のために使用する。勿論、ＥＴＵ１００が変流器を電流センサ２１５として使用する場合は、負荷抵抗２２０は利得／フィルタ回路１２０に給電される電圧を生成する必要がある（図１に示すように、このような負荷抵抗２２０に向かう総合給電線は利得／フィルタ回路内に示されている）。
【００３３】
あるいは、検知のために変流器の代わりにロゴスキーコイル式センサ２１５を使用して、これを流れる高レベルの一次電流に比例する派生二次電圧出力を供給してもよい。ロゴスキー式電流センサ２１５は交流電流又は高速電流パルスを測定する装置であり、コイルの一端から中心を通ってコイルの他端に戻るリードを有するヘリカルコイル線から構成され、そのため両方の端末は同じ端部にある。次いで電流が測定されるべき給電線の周囲にコイル全体が巻回され、電圧が給電線内の電流の変化率に比例するため、コイルからの出力信号は電流の流れに比例する。
【００３４】
図１に更に示すように、変流器の負荷抵抗２２０又はロゴスキーコイル式センサ２１５の出力からの電圧は利得／フィルタ回路１２０に通される。利得／フィルタ回路１２０は、信号からいずれかの電気的疑似「ノイズ」をフィルタで除去し、ロゴスキーコイル式センサ２１５の入力の場合はアナログ積分を行い、定格プラグ１１０の選択（遮断器の４０％から１００％）を行って、マイクロプロセッサ１４０のアナログ／デジタル変換器１３０（「Ａ／Ｄ」）上で回路遮断器の定格と同じ電圧値を得るために演算増幅器（「ｏｐ−ａｍｐ」）（図示せず）の利得を設定するように設計されている。以下の例は、演算増幅器の利得を設定するための定格プラグの選択の関係をより詳細に説明するためのものである。
【実施例１】
【００３５】
図１に示した利得／フィルタ回路をより明瞭に説明するための例として、定格が１０００Ａの回路遮断器を用い、定格プラグの定格が遮断器の定格の１００％であるものと想定する。１０００Ａの負荷電流を印加することによって、Ａ／Ｄ変換器を流れる電圧は２ボルトになる。ここで、ユーザーが定格プラグを１００％ではなく４０％の定格の定格プラグに変更することによって回路遮断器の定格を変更したい場合を想定する。この変更の結果、この時点で定格は１０００Ａの４０％になるので、この変更の結果、回路遮断器の定格は効果的に４００Ａになる。印加される電流はこの時点で４００Ａとなり、Ａ／Ｄ変換器の出力電圧は２ボルトのままである。従って、回路遮断器の定格が１０００Ａ（１００％）である場合、定格電流が印加されると２ボルトの電圧が得られる。又、遮断器の定格が４００Ａである場合は、定格電流（４００Ａ）が印加されると依然として２ボルトのＡ／Ｄ変換器の出力が得られる。これらの２つの例のいずれの場合も、定格電流を超えると回路遮断器はトリップする。
【００３６】
トリップユニットは、両方の定格がマイクロプロセッサのＡ／Ｄに２ボルトを供給した場合でも、一方又は他方のアンペア数のどちらに設定されているかを認識する（この例では４００Ａ又は１０００Ａ、但し別の定格低減された百分比も可能）。このことが可能であるのは、計量が保護、すなわちトリッピングほど決定的ではない比較的遅い速度のプロセスであるからである。マイクロプロセッサは計量のために、遮断器が何を読み取っているかを判定するために定格プラグにプログラムされたスイッチを読み取る。
【００３７】
図２に示すように、定格プラグには、一連のスイッチ（ＳＷ１〜ＳＷ８）を含むプラグに給電するための５ボルトの入力線を備えており、これらのスイッチは定格低減率（例１では４０％と１００％とが例示されているが、例えば表１に示すようなその他の百分比を選択してもよい）及び／又はセンサの定格及び／又はフレーム及び／又は追加の関連する遮断器／トリップユニットの機能を選択し、特定するために使用される。スイッチ（ＳＷ１〜ＳＷ８）が提供する情報は信号（図２に示す信号０、信号１、信号２及びＦＲＡＭＥ）をマイクロプロセッサに送られ、マイクロプロセッサはこの信号を利用して計量のために用いられる定格低減率を決定する。個々のスイッチ設定（信号０、信号１、信号２．．．
はアナログスイッチ１２４のオン／オフ動作を制御する。このようにしてアナログスイッチ１２４の動作を制御することによって、表１に概略的に示すように各々の定格低減率で異なる利得を設定することができる。以下に記載するように、定格プラグのスイッチ（ＳＷ１〜ＳＷ８）は、特定の定格低減率及び／又はセンサ及び／又はフレームの定格を示すようにプラグの製造時にプリセットされる。図２に示して利得／フィルタ調整回路１２０のインターフェース部分は、信号を定格プラグ１１０から受信するアナログスイッチの他に抵抗（Ｒ１、Ｒ２及びＲ３）、演算増幅器（Ｕ１）を含んでいる。図１及び２の両方に示すように、利得／フィルタ１２０の出力はＡ／Ｄ変換器１３０に送られる。
【００３８】
スイッチ（ＳＷ１〜ＳＷ８）は例えば、特定の定格低減率を得るために以下の表１に記載のように構成されてもよい。この例では、７つの定格プラグトグルスイッチだけを使用している。
【００３９】
【表１】
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図１に示す電源２５０は、フラックスシフタ１６０（図４）、演算増幅器、及びこの電圧を必要とする回路内の他の部品に１８〜２０ボルトを供給し、且つマイクロプロセッサ及びこの電圧を必要とする回路内の他の部品に５ボルトを供給する。
【００４０】
電子トリップユニット用に使用されるマイクロプロセッサ１４０は、電流センサ２１５からのアナログ信号を処理するように設計された内部Ａ／Ｄ１３０を有する。マイクロプロセッサ１４０は更に、例えばトリップユニットの設定ポイント及びオプション、すなわち停電中に失ってはならないパラメータを格納する不揮発メモリ１５０（図４）を含む。マイクロプロセッサ１４０は更に、フラックスシフタ１６０（図４）、すなわちマイクロプロセッサ１４０から送られるトリップ信号により回路遮断器を開路又はトリップさせるコイル及びレバーを含む電気機械装置を使用することによって、検知された電流がプログラムされた限界閾値を超えるとトリップ信号を供給するように構成されている。
【００４１】
図４には、ニュートラル接続部を有する三相回路遮断器（図示せず）用の電子トリップユニット１００を示す。例示的実施形態では、図４に示すように、電子トリップユニット１００は、電子トリップユニット１００に結合された定格プラグ１１０と、（以下でマイクロプロセッサと呼ぶ）処理ユニット１４０と、利得制御ユニット１２０とを備えている。利得制御ユニット１２０と、マイクロプロセッサ１４０と、不揮発性メモリ１５０とが制御盤１５５上に配置されている。４つの電流センサ２１５（図１）からの二次電流信号は導体１３２、１３４、１３６及び１３８を介して利得制御ユニット１２０と通信している。
【００４２】
図４を更に参照すると、選択された電流定格がマイクロプロセッサ１４０の入力に送られる。マイクロプロセッサ１４０は、電力が供給されると定格プラグ１１０から選択された電流の定格値を受け取り、これを読み取る。
【００４３】
利得制御ユニット１２０は、回路遮断器の各位相用の複数の利得回路１２２を備えている。各々の利得回路１２２は、電子トリップユニット１００の入力電流の利得を再御するため、定格プラグ１１０のスイッチ（ＳＷ１〜ＳＷ８）のプリセットされた値に基づいて読み取られた選択された電流定格に基づいてマイクロプロセッサ１４０によって設定された複数の利得スイッチ１２４（図６）を含んでいる。
【００４４】
例示的実施形態によれば、マイクロプロセッサ１４０は、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器１３０を備える。変換器１３０は、利得制御ユニット１２０からの信号を受信し、電流センサ２１５からの二次電流レベルの出力をアナログ信号からデジタル信号に変換して、これをマイクロプロセッサ１４０で解析する。
【００４５】
利得回路１２２は、それぞれの利得回路１２２の部分を通して位相Ａ、Ｂ、Ｃの各位相を増幅し、マイクロプロセッサ１４０はＡ／Ｄ変換器１３０を使用して、それらの位相から増幅された各信号を計量する。利得制御ユニット１２０は更に、信号から電気的ノイズをフィルタで除去し、量子化誤差を最小限にする。
【００４６】
図５は、図４の電子トリップユニット１００の定格プラグの概略図である。図５に示すように、定格プラグ１１０には入力電圧Ｖｉｎが供給され、定格プラグ１１０は、各々が定格プラグ１１０用に特定された電流定格を示すように構成された複数のスイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４、ＳＷ５、ＳＷ６、ＳＷ７及びＳＷ８を備えている。すなわち、例示的実施形態によれば、スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４、ＳＷ５、ＳＷ６、ＳＷ７及びＳＷ８のオン−オフ状態は製造時にプリセットされる。定格プラグ１１０のスイッチ数は、いずれかの特定の数に限定されるものではなく、必要に応じて変更可能である。スイッチを固定値にプリセットすることで、定格プラグ１１０は電子トリップユニット１００用に特定された電流定格を供給するように選択的に構成される。
【００４７】
図６は図４の利得制御ユニットの利得回路の概略図である。図６に示すように、利得制御ユニット１２０の各制御回路１２２は、一連の抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３及びＲ４と、複数の利得（すなわちアナログ）スイッチ１２４と、（以下で利得増幅器を呼ぶ）演算増幅器１２６とを備えている。利得スイッチ１２２は、電子トリップユニット１００の入力回路の利得を制御するため、マイクロプロセッサ１４０によって読み取られた電流定格に基づいてマイクロプロセッサ１４０によって選択的にイネーブルとディセーブルにされる。入力電流のこの能動的利得操作は「定格低減」と呼ばれる。より具体的には、定格低減が起こるのは、定格プラグの値が回路遮断器の最大定格以下であるためである。例えば、回路遮断器の定格が１０００アンペアである場合、顧客はこの値以下の定格プラグの値を選択し得る。尾の例では、５００アンペアの定格プラグが選択される。定格低減は５０％であり、マイクロプロセッサ１４０で最大のアナログ／デジタル変換を行うには対応する利得２が必要となろう。
【００４８】
更に、マイクロプロセッサ１４０はそれぞれの利得スイッチ１２４に制御信号１２８を供給することによって利得スイッチ１２４を制御する。すなわち、マイクロプロセッサ１４０は、利得スイッチ１２４を対応する保護定格に適切に設定するため、選択された電流定格に基づいて利得制御ユニット１２２の複数の利得スイッチ１２４のうちのどの利得スイッチをイネーブルにし、ディセーブルにするかを判定する。加えて、利得増幅器１２６の利得は、利得スイッチ１２４から受信した信号及びマイクロプロセッサ１４０から受信した信号を用いて、マイクロプロセッサ１４０によって制御される。図４に示すように、利得増幅器１２６から入力電流が出力されるレベルの３０倍の保護レベルに対応する定格低減された信号がマイクロプロセッサ１４０のＡ／Ｄ変換器１３０に送られる。
【００４９】
図４を再び参照すると、マイクロプロセッサ１４０のＡ／Ｄ変換器１３０は利得回路１２２からの定格低減された信号を受信し、それによって入力電流の利得を制御する。本発明の例示的実施形態によれば、マイクロプロセッサ１４０のＡ／Ｄ変換器１３０によって読み取られた定格低減された信号は、ノイズ誤差と量子化誤差の両方の作用を軽減するために最大化される。
【００５０】
本発明の例示的実施形態の利点は、マイクロプロセッサ１４０によって読み取られる特定の電流定格に基づいて、対応する保護レベル用に電子トリップユニット１００の入力電流の電流利得を制御できることである。
【００５１】
本発明の例示的実施形態の利点は、誤差を低減するための利得スイッチ１２４を通る入力電流信号を最大化することによって、保護のピックアップレベルが極めて高レベル（すなわち、例えば２０倍）に高まることである。定格プラグのスイッチＳＷ１~ＳＷ８を読み取り、それに対応する定格値を決定し、次いで利得スイッチ１２４を適切に設定することによって、各々の利得段用の最大の信号が得られ、保護定格が最大限にされる。
【００５２】
次に図３及び５を参照すると、定格プラグ１１０は、デジタル施錠された定格プラグの電流定格に工場でプリセットされた定格プラグの上部からアクセス可能なトグルスイッチ（ＳＷ１〜ＳＷ８）を含んでいる。本明細書で用いるデジタル施錠とは、０／１のデジタル表現をもたらすために機械的に設定することを意味する。例えば、デジタルキー「１０１００１１０」による一連のスイッチＳＷ１〜ＳＷ８の設定は、定格プラグの電流定格が２０００アンペアであることを表している。或る実施形態では、最初の６つの２進数字は電流定格を表し、最後の２つの２進数字はチェックサムパリティチェックとして用いられる。スイッチが施錠されると、スイッチを隠し、それに対するアクセスを防止するため、定格プラグ１１０の上にラベルが貼られる。或る実施形態において、ラベルはそれを剥がそうとすると自己損傷する不正剥離防止ラベルであり、スイッチ設定を改ざんしようとするとそれが視覚化される。
【００５３】
各スイッチ１１０の片側はトリップユニット１００に挿入されると５ボルトの電源に接続され、他方の側はマイクロプロセッサ１４０に接続されてこれに論理信号を供給する。
【００５４】
本発明による電子トリップユニットの実施形態は、本発明がなされる前にはトリップユニットには見られなかった幾つかの利点を有する。これらの利点には、例えば利得／フィルタ回路の利得を制御するために（５ボルトでの）論理レベル信号を使用することが可能になることが含まれており、これに対して、従来は利得を設定するために定格プラグにフィードバック抵抗を使用することが必要であった。（このような条件下では、修正又は僅かなミスアラインメントによる定格プラグの接続の問題によって、マイクロプロセッサのＡ／Ｄの値が予期される値とは異なる結果を招くため、利得の変化が生じ、これは極めて不都合である。）その他の利点は、利得／フィルタ回路を制御するために論理レベル信号を利用できるため、マイクロプロセッサはいかなる遅延もなく定格プラグから定格低減（又は遮断器の定格）の百分比フレームを読み取ることができることである。従来の技術と比較した更に別の利点は、これまでは定格プラグは定格低減が定格プラグのＮＶＭに格納される不揮発メモリと共に使用されてきたことである（すなわち、この場合は、トリップユニットのマイクロプロセッサは定格プラグの不揮発メモリから遮断器の定格を読み取り、次いでこの値に基づいてトリップの決定を下す必要があり、これは極めて時間がかかる機構であり、遮断器が定時にトリップしないことがある）。
【００５５】
しかし、本発明の場合は、ユニットに電流が供給されると即座に、（マイクロプロセッサに給電される前でさえ）利得が自動的に求められ、設定されるので、マイクロプロセッサは計量のためだけにスイッチを読み取るだけでよい。
【００５６】
開示したように、本発明の幾つかの実施形態により、以下の利点の１つまたは幾つかがもたらされる。すなわち、異なる電流定格／検知値を有する電流センサを受け入れ可能な電子トリップユニット用の汎用定格プラグ、アナログ署名ではなくデジタル署名を用いることによって、アナログ署名の読み取り値に影響を及ぼし得るノイズ作用を低減させた汎用定格プラグ、回路遮断器のセンサ電流定格、又は定格プラグを挿入する回路遮断器の電流フレームを特定せずにトリップユニットを注文できる汎用定格プラグ、ユーザーが工場で指定された定格電流（デジタル署名）の定格プラグを購入し、この定格プラグを現場でトリップユニットに挿入できる汎用定格プラグ、在庫管理単位（「ＳＫＵ」）を縮減し、供給業者の在庫が少なくて済む汎用定格プラグ、及び、定格プラグを受け入れ、定格プラグの定格電流以上のセンサ値を有するどの回路遮断器にも使用できる汎用定格プラグである。
【００５７】
以上、本発明の実施形態を例示したが、実施形態の構成要素には、当業者に想起可能な様々な改変及び等価の措置を加えることができ、このような形態も本発明の実施形態として認められる。また、条件又は材料に合わせて、本発明の実施形態に多様な修正を加えることもでき、このような形態も本発明の実施形態として認められる。すなわち、本発明の実施形態には、本発明を実施するための最良の態様として本明細書に例示した実施形態だけでなく、上記のような実施形態も含まれており、これらの実施形態は全て、添付の特許請求の範囲に含まれるものとする。
【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５】
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【図６】
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【外国語明細書】
2010157507000001.pdf