(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路遮断器（１０）であって、
前記回路遮断器（１０）に取り付け可能な電子トリップユニット（３１）であって、
前記回路遮断器（１０）の電流定格を変更する定格プラグ（３２）と、
プロセッサ（３１．１）と、
前記プロセッサ（３１．１）と動作可能に通信する第一のメモリ（１３）と、
を備える前記電子トリップユニット（３１）と、
前記回路遮断器（１０）に取り付け可能であり、前記プロセッサ（３１．１）と通信し、前記プロセッサ（３１．１）に、前記回路遮断器（１０）の構成データを提供するように構成された第二のメモリを含む交換可能な構成モジュール（１１）と、
を備え、
前記第一のメモリと前記第二のメモリとは、固有の識別番号を含み、
前記プロセッサ（３１．１）は、前記第一のメモリの識別番号と前記第二のメモリの識別番号が一致することを検証し、一致が得られない場合に偽造モジュールを検出する、
回路遮断器（１０）。
【請求項２】
前記固有の識別番号は製造元の情報を含み、
前記プロセッサ（３１．１）は、前記回路遮断器（１０）の過電流状態を判定するようにプログラムされる、請求項１記載の回路遮断器（１０）。
【請求項３】
前記構成モジュール（１１）は、前記電子トリップユニット（３１）と解放可能に係合される、請求項１又は２に記載の回路遮断器（１０）。
【請求項４】
前記構成モジュール（１１）は、前記回路遮断器（１０）の差し込み口に結合する機械的インタフェース（１２）を含む、請求項３記載の回路遮断器（１０）。
【請求項５】
前記第一のメモリは、不揮発性メモリを含み、
前記第二のメモリは、同じく不揮発性メモリ（１３）を含み、前記第二のメモリは、前記プロセッサ（３１．１）と通信し、前記プロセッサ（３１．１）は、前記第二のメモリから前記回路遮断器（１０）の構成データを読み出し、その後、この構成データに基づいて、前記第一のメモリ内の特定の複数のプログラムにアクセスする、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の回路遮断器（１０）。
【請求項６】
前記複数のプログラムの一つは、前記電子トリップユニット（３１）の電流対時間特性を変更するように前記プロセッサ（３１．１）に命令する、請求項５記載の回路遮断器（１０）。
【請求項７】
前記プロセッサ（３１．１）は、前記プロセッサ（３１．１）及び前記構成モジュール（１１）間での通信用に暗号化された鍵により実現される暗号化方式により命令を受け、当該プロセッサ（３１．１）は、前記構成モジュール（１１）内に暗号鍵が存在しない場合に偽造モジュールを検出するように命令される、請求項５記載の回路遮断器（１０）。
【請求項８】
前記構成モジュール（１１）には、ユーザにより構成データが挿入される、請求項５記載の回路遮断器（１０）。
【請求項９】
回路遮断器（１０）を構成する方法であって、
前記回路遮断器（１０）の電流定格を変更する定格プラグ（３２）と、プロセッサ（３１．１）と、前記プロセッサ（３１．１）と通信する第一のメモリ（１３）とを備える電子トリップユニット（３１）を提供するステップと、
前記回路遮断器（１０）の差し込み口に結合するように機械的に構成された交換可能な構成モジュール（１１）であって、前記回路遮断器（１０）の構成データを提供するように構成された第二のメモリを含む前記構成モジュール（１１）を提供するステップと、
前記構成モジュール（１１）により提供された前記構成データを点検するように前記プロセッサ（３１．１）をプログラムするステップと、を含み、
前記第一のメモリと前記第二のメモリとは、固有の識別番号を含み、前記プロセッサ（３１．１）は、前記第一のメモリの識別番号と前記第二のメモリの識別番号が一致することを検証し、一致が得られない場合に偽造モジュールを検出する、方法。
【請求項１０】
前記プロセッサ（３１．１）は、前記回路遮断器（１０）の過電流状態を判定するようにプログラムされる、請求項９記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
回路遮断器は、電気回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、特定の基準を満たした場合にトリップして電流を遮断する。こうした基準の一つは、保護回路で許容される最大連続電流である。回路遮断器が伝達するように設計された最大連続電流は、フレーム定格として知られている。しかしながら、遮断器は、最大連続電流が回路遮断器のフレーム定格未満である回路を保護するために使用可能であり、この場合、回路遮断器は、使用された特定の回路に対して設定された最大連続電流を電流が超えた時にトリップするように構成される。これは、回路遮断器電流定格として知られている。当然ながら、回路遮断器電流定格は、フレーム定格未満にすることは可能だが、これを超えることはできない。
【０００２】
電子トリップユニット（「ＥＴＵ」）は、電流対時間トリップ応答（及び電圧）を制御するために電気機械式回路遮断器と連動して使用されるデバイスである。電流対時間トリップ特性は、部分的には、回路遮断器が許容する最大連続電流の関数である。この最大連続電流は、回路遮断器の電流定格とも呼ばれる。電流が、この最大連続電流定格を下回り続ける限り、遮断器は、閉状態を維持する。定格電流を上回る瞬間的な低度の超過は許容されるが、持続的な過電流状態は、遮断器のトリップを発生させる。トリップ信号の時間遅延及び生成は、電流の大きさの逆関数となる。故障によって生じるような非常に規模の大きな過電流に対して、マイクロコントローラは、トリップ信号を瞬時に発生させるようにプログラムされる。
【０００３】
電流対トリップ時間応答曲線の変更は、重大な問題である。安全の目的で、回路遮断器とトリップユニットとの組み合わせは、顧客又は設備技師がしかるべきものと判断した種類の保護を提供するように正しく構成する必要がある。したがって、この保護に対する変更も、非常に重大な事象であると見做すべきであり、誤りを防止する方法で扱う必要がある。
【０００４】
通常、遮断器電流定格は、二つの部分で定義される。遮断器内に設置された電流センサは、遮断器のフレーム定格以下の定格を有する。これは、遮断器センサ定格と呼ばれる。電流定格は、更に、保護回路において許容される最大連続電流に比例する電流が通過した時にプリセット電圧を発生させるように選択された定格レジスタの設置により変更される。様々な最大連続電流を備えた回路を保護する目的で回路遮断器を使用できるように、電流定格の調整を提供するために、遮断器に選択的に挿入し得る交換可能な定格プラグ内に定格レジスタを組み込むことが知られている。
【０００５】
電子トリップ回路（ＥＴＵ）遮断器は、広範囲のアンペア定格で過電流状態を遮断するように設計される。変流器を用いて、保護電気回路を通る電流を継続的に検知し、ＥＴＵ内の信号プロセッサに電圧信号を供給する。通常の電子回路遮断器は、単に定格プラグを変更することで、広範囲のアンペア定格において動作可能となる。センサ定格又はフレーム定格より大きな電流定格を発生させる電子回路の回路遮断器への挿入を防止することが重要である。これは、配電回路が保護されない状態を発生させる場合がある。同様に、所謂「迷惑なトリッピング」を発生させる意図しない低トリップレベルをもたらす回路遮断器へ、電子回路を挿入しないことが重要である。最後に、標準規格では、交換可能な電流定格（定格プラグ等）を備えた回路遮断器に対して、定格プラグを挿入していない場合、最小の公表電流トリップレベル以下では閉鎖又はトリップしないことを求めている。
【０００６】
フィールド交換可能な定格プラグは公知である。こうした定格プラグは、フィールド設置可能であり、熱磁気トリップユニットで使用するために機械的に構成するか、或いは、アナログ回路のスケーリング及びデジタル手法の組み合わせを使用して、ＥＴＵ応答を変更し得る。通常、ＥＴＵ筐体は、特定の範囲又はフレームサイズに適していないプラグを機械的に拒絶する。
【０００７】
不適合なＥＴＵ／定格プラグの組み合わせを防止する一般的な方法は、小片を割り取る二次製造プロセスにより機械的に修正可能な連結ピンを提供する第一の製造プロセスを含む。二次製造プロセスでは、定格プラグの筐体においてプラスチックの小片を割り取り、ＥＴＵの筐体において相補的な小片を割り取る。
【０００８】
電流センサは、通常、製造中に回路遮断器の一部として設置される。回路遮断器には、フレーム定格とセンサ定格とを定義する一意の識別番号を割り当てる。電子トリップユニットは、適合する回路遮断器又は回路遮断器群のフレーム及びセンサ定格を示すように、製造時に構成される。一意の識別部品番号を、構成されたトリップユニットに割り当てる。指定する技師は、電力系統の設置要件を満足させるトリップユニット及び回路遮断器の特定の組み合わせを指示する。適切な組み合わせは、機械的又は電子的な拒絶により強化される。
【０００９】
プラグ及びトリップユニットの機械的拒絶に関する問題は、二次工程に伴うコスト、及び拒絶可能な組み合わせ数の限界である。大きな力を用いる一部の操作者により、誤った定格プラグの挿入又は誤ったトリップユニットの設置が可能になることから、機械的拒絶方法は、場合によっては信頼できない。
【００１０】
製造者は、トリップユニットと、トリップユニット用の回路遮断器の取り付け点との間のインタフェースにおいても機械的拒絶を使用する。トリップユニットは、部分的には、基礎となる回路遮断器のセンサ定格、追加センサの有無、フレーム定格、及び遮断器の種類の特性と一致するように構成される。定格プラグに関して説明したものと類似する拒絶方法は、適切に一致したトリップユニットのみが回路遮断器への設置に成功する状態を確保するために採用される。同様に、機械的拒絶手段は、過度な力を加えることで乗り越えられ、不正且つ潜在的に危険な構成が生じる恐れがある。
【００１１】
使用中、電子トリップユニットは、配電システムの保守の過程中、或いは、数年間使用した遮断器内のトリップユニットをアップグレードする時に、ある回路遮断器から別のものへ交換してよく、この作業は「レトロフィット」として知られる。新たに設計されたトリップユニットでは、既存のトリップシステム、場合によっては数種の異なるトリップシステムに対して、「後方互換性」のある機械的及び電気的インタフェースを維持することが求められる場合が多く、新たな設計には費用と複雑性とが付加される。
【００１２】
古い回路遮断器に対して新たなトリップユニットをレトロフィットする時、回路遮断器が採用した機械的拒絶手段は、新たなトリップユニットへ受け継がれる必要がある。トリップユニットが数種の異なる遮断器製品での使用を対象とする場合、拒絶の順列の数は、管理不能なほど大きくなる可能性がある。指定する技師は、正しい遮断器、トリップユニット、及び定格プラグの組み合わせだけでなく、トリップシステムをアップグレードするために適切な「レトロフィットキット」を正確に特定しなければならない場合がある。
【００１３】
電子トリップユニットを有する回路遮断器は、この技術において周知である。こうした電子トリップユニットを有する回路遮断器の特許開示は、例えば、米国特許第４，６７２，５０１号、第６，６７８，１３５号、及び第６，５３４，９９１号に存在する。
【００１４】
市販の回路遮断器は、永久電気開閉装置設備において数十年に渡って動作するように構成される。こうした回路遮断器が動作するシステムは、当初の設計時に想定された施設の電気的必要性を満たすように構築される。しかしながら、時間と共に、こうした当初の必要性は変化する場合、又は規制命令により修正を強いられる場合も多く、或いは、保護技術の経時的な進歩により、開閉装置の当初の役割を更新せざるを得ない理由が生じる場合もある。通常の電気開閉装置設備のサイズ及び複雑性と、回路遮断器の頑丈な性質とから、電気システムの保護機能を変更又はアップグレードするために、開閉装置又は遮断器を交換することが必要或いは経済的である場合は希である。
【００１５】
保護技術における新たな進歩は、遮断器の動作を制御するトリップユニットをアップグレードすることで既存の開閉装置に配備し得る（配備される場合が多い）。こうした電子「頭脳」は、遮断器と、それに取り付けられた負荷との電気状態を継続的に監視し、設定された電気的動作限界に違反した場合、遮断機機構に開放を命令する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
上記のように、回路遮断器トリップユニットをアップグレードする際に直面する問題は、回路遮断器機構と、トリップユニットとの間の機械的及び電気的インタフェースは、たとえ同じ製造者の遮断器であっても、遮断器によって大きく異なる場合が多いことである。加えて、規制要件のため、正確に構成されたトリップユニット／遮断器の組み合わせのみが許容される。複雑な機械的及び電気的「拒絶」の特徴は、不適合なトリップユニット／遮断器ペアの設置を防止するために配置される。こうした拒絶機能は、通常、各遮断器及びトリップユニットファミリに固有であり、可能な順列は数千種類に及ぶ。
【００１７】
新たなトリップユニット、即ち、初期のモデルより新しい機能と優れた性能とを提供するユニットが形成され、市販される場合、無数の既存インタフェースに新デバイスを適合させる作業は、困難であり時間がかかる。要するに、様々な既存の回路遮断器は、その回路遮断器のみを対象として設計された独自の遮断器インタフェースを含む場合があり、その特定の独自インタフェース向けに設定されたトリップユニットは、別の特定の回路遮断器向けに設計されたトリップユニットとは交換できない場合がある。
【００１８】
回路遮断器業界で公知の別の問題は、偽造電子トリップユニットの一種である。電子トリップユニットの形態及び回路を複製することで、偽造者は、公知の回路遮断器企業が製造したものと偽ったラベルを貼った、劣悪な品質の電子トリップユニットを開発販売する。定格プラグ及びトリップユニットの機械的特徴は、目で見て複製することが容易である。
【００１９】
現在、レトロフィットが可能であると共に望まれる様々な遮断器設備を充足するためには、数十種の様々な基本トリップユニットが必要となる場合がある。したがって、回路遮断器技術のために現在利用される装置は、更なる技術進歩を必要とする多数の欠点及び不足を有する。本明細書において説明した方法及び装置は、こうした進歩に対応する。
【００２０】
ここで説明する発明の態様は、以下の各図及び詳細な説明により、読者には更に容易に明らかとなろう。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記及び他の欠点及び欠陥は、プロセッサと、回路遮断器の明細を特定する構成データを備え、プロセッサと適切に動作可能に通信する構成モジュールとを含む、回路遮断器構成の自動識別のための方法及び装置により克服又は軽減される。任意の実施形態において、プロセッサは、更に、回路遮断器の過電流状態を判定するようにプログラムし得ると共に、第一のメモリは、プロセッサと適切に動作可能に通信し得る。構成モジュールは、プロセッサに基づく構成モジュールと解放可能に係合し得るものであり、構成モジュールは、プロセッサと適切に動作可能に通信させることが可能な第二のメモリを含み、プロセッサは、第二のメモリから回路遮断器の構成を読み出し得ると共に、その後、この特性データに基づいて第一のメモリ内の複数のプログラムにアクセスし、複数のプログラムの一つは、電子構成モジュールの電流対時間構成を変更するようにマイクロプロセッサに命令し、構成モジュールと構成モジュールとの組み合わせは、回路遮断器路チップユニットを備える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の一実施形態によれば、機械的及び電気的拒絶及び遮断器取り付け方法は、トリップユニットパーソナリティモジュール、又は構成モジュールの使用により、トリップユニットの機能から分離される。説明した構成モジュールは、任意の独特な機械的取り付け要件を取り入れて、特定の遮断器用途向けに構成し得る。構成モジュールは、特定の回路遮断器に固有の情報を格納する、不揮発性メモリ又は「ＮＶＭ」デバイス等のメモリを備える。例えば、遮断器のフレームサイズ、遮断器のセンサ定格、遮断器のセンサの種類、遮断器の能力データ、中立位置、遮断定格、機関標準規格、保護オプション、保護の設定点、及び／又は遮断器の種類を、それぞれ格納し得る。これにより、構成モジュールは、旧世代のトリップユニットの機械的拒絶の特徴に置き換わる。
【００２３】
構成モジュールは、電子プロトコルと共に機械的及び電気的インタフェースを提供し、回路遮断器に取り付け可能である。
【００２４】
本実施形態の利点の一つは、構成モジュールを交換できることである。各遮断器用途向けに独自の電子トリップユニットを形成するのではなく、ユーザの構成データを挿入し得ると共に、遮断器と電子トリップユニットとに接続して完全な統合システムを形成可能な一般的構成モジュールを採用する。特定の一実施形態において、電子トリップユニットは、電子トリップユニットのメモリに格納された構成データを読み出し、どの回路遮断器の種類、製造元、又はモデルと、中立位置と、遮断定格と、機関標準規格と、保護オプションと、設定点と、センサとが、その電子トリップユニットに関係するかを特定し得る電子トリップユニット固有の識別情報又はＩＤを判定し得る。読み出した電子トリップユニットＩＤが構成モジュールＮＶＭに保存されたＩＤと一致する場合、構成モジュールは、構成モジュールＮＶＭに格納されたオプション及び設定点の特定の組を使用する。これは、ユーザが動作設定点を入力した後、構成済みの電子トリップユニット及び構成モジュールの電源を入れた際に、毎回の通常動作となる。ＩＤが一致しない場合、或いは、構成モジュールが電子トリップユニットＩＤを有していない場合（初期設置）、電子トリップユニットには、ファームウェア又はソフトウェアを介して、ユニット自体の構成を行うこと、例えば、電子トリップユニットＩＤが示す特定の遮断器フレーム及びセンサに適したデフォルトのオプション及び設定点で動作することを命令し得る。こうした場合、ユーザには、トリップユニットの構成が行われていないことを示すアラーム表示（ＬＣＤディスプレイ上の警告、接点の閉鎖、通信警告）を与えてよい。顧客は、その後、構成モジュールからのパラメータ（オプション、設定点、フレーム、センサ等）を使用するために、現場で電子トリップユニットを再構成できる。トリップユニットが構成モジュールからトリップユニットＩＤを読み出せない場合、或いはＩＤにおいて暗号化されたセキュリティが一致しない場合、トリップユニットは、回路遮断器をトリップさせ、危険な配電状況が形成されない状態を確保する。
【００２５】
図１に示したように、回路遮断器「Ａ」１０は、本発明の一実施形態による回路遮断器パーソナリティモジュール又は構成モジュール１１を備える。構成モジュール１１は、回路遮断器１０内において適切に機械的に構成された差し込み口に結合するように独自に設計された機械的インタフェース１２を備え得ると共に、特定の一実施形態において、（図３に関連して以下に説明する）電子トリップユニットと解放可能に係合し得る。インタフェース１２に加えて、構成モジュール１１は、更に、構成データを電子的に挿入し得る不揮発性電子メモリ等のメモリ１３を備える。構成データの電子的挿入のための処理例は、図１に示したように、個別の必要性に固有の遮断器オプションをユーザ１４が選択することで開始され、こうしたオプションは、その後、広範囲の条件に対応する製造者が提供した遮断器オプション設定のデータベース１６と、オプション提供プロセス１５において組み合わせて、電子オプション１７に変換され、構成モジュールに所望のパラメータについてのオプションを与えるために提供される。選択されたオプション及びデータコード、或いは、構成モジュールのバージョン番号に応じて、オプション提供プロセスにおいて暗号鍵を作成し、この鍵を、セキュリティ手段として、関連する電子トリップユニットＩＤに付加し得る。
【００２６】
次に、図３を更に参照すると、回路遮断器１０は、プロセッサ３１．１と、不揮発性メモリを含み得るメモリユニット３３とを備える電子トリップユニット３１と共に、構成モジュール１１及びメモリ１３を備えて図示されている。上記のような取り外し可能な定格プラグ３２は、回路遮断器１０の電流定格を変更するためにトリップユニット３１へ挿入し得る。電子トリップユニット３１のプロセッサ３１．１は、構成モジュール１１と適切に動作可能に通信する。
【００２７】
遮断器自体の内部の仕組み及び電流から外部環境を分離する保護カバーの無い状態で、一般的な組み立て済み回路遮断器を図４に示している。一般的な遮断器１０は、ユーザ設置可能な付属物３００と、回路遮断器を通る電流の流れを手動で許可又は停止する手動トリップレバー４１とのように、遮断器フレーム１１に取り付けられた多数の機械的装置を含む。更に図４は、フレームに取り付けた遮断器装着ユニット４３を図示しており、遮断器装着ユニット４３には、本実施形態による構成モジュール１１を恒久的に取り付けた遮断器装着プレート４４が取り付けられる（４５の仮想線により図示）。
【００２８】
プロセッサ３１．１内のファームウェア又はソフトウェアの実行論理は、図２に示しており、プロセッサが最初に通電され、オペレーティングシステムを起動し、プログラム命令の実行を開始した時に、起動シーケンス２１により開始される。こうした命令は、２２において、構成モジュール１１の不揮発性メモリ１３に格納された回路遮断器１０の構成を読み出すことと、２３において、製造プロセス中にモジュールに提供された構成データ（電子ＩＤ）とトリップユニットの不揮発性メモリ内に格納されたものとを比較することと、データ（構成モジュールＩＤ及びトリップユニットＩＤ）が一致するかを判断することとを含み得る。プロセッサ３１．１は、これらの識別番号が一致することを検証し、一致が得られない場合に偽造モジュールを検出する。工場において構成モジュールに格納されたＩＤは、ここでも、構成モジュールＩＤ鍵をデコードし、構成モジュールと電子トリップユニットとを、一致した偽造のないユニットと見做すためにマイクロプロセッサのソフトウェアが使用するバージョン番号及びデータコードに応じて、第二の暗号鍵を含むことが可能である。プロセッサ３１．１によりＩＤが一致すると判断された場合、トリップユニットは、ＮＶＭ内のオプション及び設定点を使用し（２６）、所定の時間間隔で（２７）、構成モジュール１１のタスクと一般的なトリップユニットのタスクとを継続的にチェックする（２８）。こうした実行論理プログラムは、一般に業界内で標準化されている。マイクロプロセッサによりＩＤが一致しないと判断された場合には、デフォルトで保護オプション及び設定点を保存し、更に、アラーム及び／又はＬＣＤ表示の提供及び／又は遮断器２５のトリップを行う。
【００２９】
プロセッサ３１．１が構成モジュール１１からＩＤを読み出せない場合、或いは、ＩＤが（暗号化又は当業者に公知の他のセキュリティ手段により）無効とされた場合、プロセッサは、トリップ信号を発行し、危険な動作又は偽造による動作を防止する。
【００３０】
本発明による構成モジュール１１は、多数の利点を提供し、第一に、新たなトリップユニットの開発を、独自の機械的インタフェースの開発から分離させ、これにより多数の異なる特異的組立体ではなく単一の複合トリップユニット組立体の製造を可能にし、第二に、共通の機械的及び電気的インタフェースを確立し、保護技術の進歩又は顧客のニーズの変化に応じた、より迅速且つ単純で費用効率に優れたアップグレードのための道を開き、第三に、一貫した電気的拒絶方法を確立することは、将来のプロジェクトにおいて多数の機械的拒絶方法を複製する必要がなくなることを意味し、第四に、構成モジュールは、電子構成モジュールの偽造バージョンを根絶又は厳しく制限する暗号化の手段を提供し、最後に、上述の汎用パーソナリティモジュールを実現し、モジュール内のソフトウェアを必要に応じて変更することで、新たな遮断器用途を容易に実現できる。
【００３１】
以上、本発明の好適な実施形態を図示及び説明してきたが、本発明は、変更及び変形が可能であると理解されるべきであるため、記載の正確な用語に限定されるのではなく、本発明を様々な用途及び条件に適合させ得るこうした変更及び改変を利用することを希望する。そのため、こうした変更及び改変は、あらゆる等価物の範囲内に含まれ、したがって添付特許請求の範囲内に含まれることが適切なものである。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】製造プロセスの描写を含む、装置の一般化された図である。
【図２】通常のトリップユニットプログラム実行論理を示す一般的なフロー図である。
【図３】図２に示したようなパーソナリティモジュールの一般化された図である。
【図４】保護カバーを外した従来の回路遮断器の一般化された図である。
【図１】
0005438305.tif 000002
【図２】
0005438305.tif 000003
【図３】
0005438305.tif 000004
【図４】
0005438305.tif 000005