(57)【要約】ＵＬ９４３の要件を満たす、地絡故障回路遮断器のためのマイクロコントローラ・ベースで温度補償がなされた回路である。この回路では、ただ１つのセンサを用いて、地絡故障回路ブレーカ又はレセプタクル装置の一部として、全波及び半波ＡＣ電源における地絡故障及び中性点接地の両方の条件を検出する。
2007525138.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
線路及び中性導体を有する配電システムにおいて地絡故障及び中性点接地の条件を検出するマイクロコントローラ・ベースのシステムであって、
前記配電システムの前記線路及び中性導体の両方における電流に応答して出力信号を生じる単一の変流器を含むセンサ回路と、
前記センサ出力信号を受け取り、前記配電システムにおける前記地絡故障又は前記中性点接地条件を検出するとトリップ信号の発生を開始するマイクロコントローラであって、前記センサ出力信号を用いて、離間した時間間隔の間に地絡故障条件を検出し、前記センサ出力信号を用いて、前記離間した時間間隔の間の介在時間間隔の間に中性点接地条件を検出するようにプログラムされているマイクロコントローラと、
前記トリップ信号に応答して前記配電システムにおける電流を遮断する回路遮断器と、
全波電源と半波電源との両方と共に動作して、前記離間した時間間隔と前記介在時間とを制御するタイミング機能と、前記回路遮断器が動作する前に電力が一時的に失われる場合に地絡故障又は中性点接地条件の検出に応答して回路トリップを再開するように設定されているメモリ機能とを提供するアナログ・メモリ回路と、
を備えていることを特徴とするマイクロコントローラ・ベースのシステム。
【請求項２】
線路及び中性導体を有する配電システムにおいて地絡故障及び中性点接地の条件を検出するマイクロコントローラ・ベースのシステムであって、
前記配電システムの前記線路及び中性導体の両方における電流に応答して出力信号を生じる、温度と共に非線形的に変動する単一の変流器を含むセンサ回路と、
前記センサ出力信号を受け取り、前記配電システムにおける前記地絡故障又は前記中性点接地条件を検出するとトリップ信号の発生を開始するマイクロコントローラと、
前記マイクロコントローラと関連した不揮発性メモリと、
を備えており、
前記マイクロコントローラは、
前記センサ出力信号を与えられた温度で受け取り、
前記センサ出力に基づいて所定の地絡故障スレショルド値を計算し、前記所定の地絡故障スレショルド値を前記不揮発性メモリに記憶し、
前記センサ出力に基づいて所定の中性点接地スレショルド値を計算し、前記所定の中性点接地スレショルド値を前記不揮発性メモリに記憶するように製造過程の間にプログラムされていることを特徴とするマイクロコントローラ・ベースのシステム。
【請求項３】
線路及び中性導体を有する配電システムにおいて地絡故障及び中性点接地の条件を検出するマイクロコントローラ・ベースのシステムであって、
前記配電システムの前記線路及び中性導体の両方における電流に応答して出力信号を生じる、温度と共に変動するインダクタンスを有する単一の変流器を含むセンサ回路と、
前記変流器の近傍に配置され、周囲温度条件と線形に変動する電圧を生じる周囲温度感知回路と、
不揮発性メモリに記憶された所定の地絡故障スレショルド値と所定の中性点接地スレショルド値とを有するプログラマブルなマイクロコントローラであって、
前記所定の地絡故障スレショルド値と前記周囲温度感知回路の出力とに基づいて修正された地絡故障スレショルド値を計算し、
前記所定の中性点接地スレショルド値と前記周囲温度感知回路の出力とに基づいて修正された中性点接地スレショルド値を計算し、
前記修正された地絡故障スレショルド値を用いて地絡故障条件を検出し、
前記修正された中性点接地スレショルド値を用いて中性点接地条件を検出し、
前記配電システムにおいて前記地絡故障又は中性点接地条件を検出すると、トリップ信号の発生を開始するようにプログラムされたマイクロコントローラと、
前記トリップ信号に応答して前記配電システムにおける電流を遮断する回路遮断器と、
を備えていることを特徴とするマイクロコントローラ・ベースのシステム。
【請求項４】
線路及び中性導体を有する配電システムにおいて地絡故障及び中性点接地の条件を検出するマイクロコントローラ・ベースのシステムであって、
温度と共に変動するインダクタンスを有する変流器と共振回路とを有し、出力信号を提供するセンサ回路と、
不揮発性メモリに記憶された所定の地絡故障スレショルド値と所定の中性点接地スレショルド値とを含むプログラマブルなマイクロコントローラであって、
中性点接地テストの間、前記センサ共振回路において共振振動を生じさせるピング信号を開始し、
前記共振振動の周波数を測定して前記変流器のインダクタンスの変化を決定し、
前記所定の地絡故障スレショルド値と前記変流器のインダクタンスの変化とに基づいて、修正された地絡故障スレショルド値を計算し、
前記中性点接地スレショルド値と前記変流器のインダクタンスの変化とに基づいて、修正された地絡故障スレショルド値を計算し、
前記修正された地絡故障スレショルド値を用いて地絡故障条件を検出し、
前記修正された中性点接地スレショルド値を用いて中性点接地条件を検出し、
前記配電システムにおいて前記地絡故障又は中性点接地条件を検出すると、トリップ信号の発生を開始するようにプログラムされたマイクロコントローラと、
前記トリップ信号に応答して前記配電システムにおける電流を遮断する回路遮断器と、
を備えていることを特徴とするマイクロコントローラ・ベースのシステム。
【請求項５】
線路及び中性導体を有する配電システムにおいて地絡故障及び中性点接地の条件を検出する方法であって、
前記配電システムの前記線路及び中性導体の両方における電流に応答して、単一の変流器を用いて信号を生じるステップと、
前記信号を用いて前記配電システムにおいて地絡故障又は中性点接地の条件を検出するようにプログラムされたマイクロコントローラに前記信号を供給し、前記地絡故障又は中性点接地の条件を検出するとトリップ信号の発生を開始するステップと、
前記トリップ信号に応答して前記配電システムにおける電流を遮断するステップと、
アナログ・メモリを用いて、地絡故障又は中性点接地の条件をテストする間隔を制御するタイミング機能と、前記配電システムにおける前記電流が遮断される前に電力が一時的に失われる場合に地絡故障又は中性点接地の条件の検出に応答して設定されるメモリ機能とを提供するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項６】
線路及び中性導体を有する配電システムにおいて地絡故障及び中性点接地の条件を検出する方法であって、
前記配電システムの前記線路及び中性導体の両方における電流に応答して、温度と共に非線形的に変動する単一の変流器を用いて、信号を生じるステップと、
前記信号をマイクロコントローラに供給するステップであって、前記マイクロコントローラは、
前記信号を基準温度で受け取り、前記基準温度に基づいて所定の地絡故障スレショルド値を計算し、前記所定の地絡故障スレショルド値をこのマイクロコントローラと関連する不揮発性メモリに記憶し、
基準温度で前記信号を受け取り、前記基準温度に基づいて所定の中性点接地スレショルド値を計算し、前記所定の中性点接地スレショルド値をこのマイクロコントローラと関連する不揮発性メモリに記憶する、
ように製造過程の間にプログラムされている、ステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項７】
線路及び中性導体を有する配電システムにおいて地絡故障及び中性点接地の条件を検出する方法であって、
前記配電システムの前記線路及び中性導体の両方における電流に応答して、温度と共に非線形的にセンサを用いて信号を生じるステップと、
前記センサの周囲温度の読取値を生じるステップと、
前記信号を、所定の地絡故障スレショルド値と所定の中性点接地スレショルド値とを有するマイクロコントローラに供給するステップであって、前記マイクロコントローラは、
前記周囲温度読取値を用い、前記所定の地絡故障スレショルド値に基づいて、修正された地絡故障スレショルド値を計算し、
前記周囲温度読取値を用い、前記所定の中性点接地スレショルド値に基づいて、修正された中性点接地スレショルド値を計算し、
前記信号を用い、前記修正された地絡故障スレショルド値に基づいて、地絡故障条件を検出し、
前記信号を用い、前記修正された中性点接地スレショルド値に基づいて、中性点接地条件を検出し、
地絡故障又は中性点接地条件を検出すると、トリップ信号の発生を開始し、
前記トリップ信号に応答して前記配電システムにおける電流を遮断する、
ようにプログラムされている、ステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項８】
線路及び中性導体を有する配電システムにおいて地絡故障及び中性点接地の条件を検出する方法であって、
前記配電システムの前記線路及び中性導体の両方における電流に応答して、温度と共に変動するインダクタンスを有する変流器と共振回路とを含むセンサを用いて信号を生じるステップと、
前記信号を、所定の地絡故障スレショルド値と所定の中性点接地スレショルド値とを有するマイクロコントローラに供給するステップであって、前記マイクロコントローラは、
中性点接地テストの間、センサ出力信号において減衰振動を生じさせるピング信号を開始し、
前記減衰振動の周波数を測定して前記変流器のインダクタンスの変化を決定し、
前記所定の地絡故障スレショルド値と前記変流器のインダクタンスの変化とに基づいて、修正された地絡故障スレショルド値を計算し、
前記中性点接地スレショルド値と前記変流器のインダクタンスの変化とに基づいて、修正された地絡故障スレショルド値を計算し、
前記修正された地絡故障スレショルド値を用いて地絡故障条件を検出し、
前記修正された中性点接地スレショルド値を用いて中性点接地条件を検出し、
前記配電システムにおいて前記地絡故障又は中性点接地条件を検出すると、トリップ信号の発生を開始する、
ようにプログラムされている、ステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野及び背景技術】
【０００１】
回路ブレーカやレセプタクルなどの地絡保護装置のための既存のデザインでは、典型的に、アナログ回路と２つの電流センサとを用いて、ＵＬ９４３規格の要件を満たしている。第１のセンサは地絡故障の電流不平衡特性を検出するのに必要であり、第２のセンサは地絡故障検出能力を低下させる可能性がある中性点接地（grounded-neutral）条件を検出する潜在的発振器（dormant oscillator）の一部として用いられる。アナログ回路は補償又は校正（キャリブレーション）能力をほとんど有していないため、これらのセンサには、広範囲の温度での高精度とパーツ間での変動が小さいこととが要求される。更に、不揮発性メモリ機能を用いることができないため、供給が不連続である場合には、アナログ・アプローチは、うまくいかない場合がある。
【発明の開示】
【０００２】
簡単に言うと、本発明は、地絡故障回路ブレーカ又はレセプタクル装置の一部として用いるように設計された単一の低コスト電流センサと小型で低コストのマイクロコントローラとの組合せを用いて、既存のデザインによる問題にすべて対処しながらＵＬ９４３のすべての要件を満足する。
【０００３】
本発明の別の実施例によると、地絡故障検出と中性点接地検出との機能を１つのセンサの中で組み合わせることによって、２センサ型のアプローチと比較してコストを低減させる。
【０００４】
本発明の更に別の実施例によると、温度変動によるセンサの非線形性を訂正するのに単純な温度測定及び補償方式を用いることで、センサを、低コストの材料と製造が容易なプロセスとを用いるように設計することを可能にする。
【０００５】
本発明の別の実施例では、プログラマブルな装置を用い、そのプログラマブルな装置が電子的組立プロセスの間にソフトウェア・ベースの校正を提供することにより、センサ回路でのパーツ間の変動が克服される。これにより、センサ回路コンポーネントについて受け入れ可能な公差の範囲がより広くなり、使用できないコンポーネント材料の量を減らすことができる。
【０００６】
本発明の別の実施例によると、トリップ回路が機能する時間を有する前に電力が一次的に失われた場合であっても、アナログ・メモリ機能が提供されることにより、検出された故障に対して回路トリップ機能が働く。この特徴により、本発明による回路は、半波整流又はそれ以外の不連続的な電源によっても動作することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下では図面を参照するが、最初に図１を参照すると、マイクロコントローラ・ベースの地絡故障回路遮断器（ＧＦＣＩ）回路１０は、単一の変流器Ｔ１をセンサとして用いて線路及び中性導体３０及び３２における地絡故障と中性点接地条件とを感知するように構成されている。
【０００８】
デジタル・マイクロコントローラＵ１は、ＰＩＣ１２ＣＥ６７３マイクロコントローラや、デジタル信号プロセッサや、ＡＳＩＣのような装置であり、オンボードＲＡＭ、不揮発性メモリ、内部タイマ、内部アナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ及びアナログ及びデジタル・ポートなどの機能を備えている。
【０００９】
ＧＦＣＩ回路１０へのＤＣ電力は電源回路２０から供給され、電源回路２０は、線路導体３０及び中性導体３２と、要求されるＤＣ電圧レベルを生じる基準回路２２とから電力を得る。電源全体は、トリップ・ソレノイドＬ１と、バリスタＭＯＶ１と、整流器ＣＲ１と、コンデンサＣ１と、降下用抵抗Ｒ１と、ダイオード・ストリングＣＲ２−ＣＲ５と、基準ダイオードＣＲ６と、出力コンデンサＣ３とから構成されている。トリップ・ソレノイドＬ１とコンデンサＣ１とバリスタＭＯＶ１とは、入力フィルタリングとサージ制限とを実行する。トリップ・ソレノイドＬ１は、入力フィルタリングすなわちサージ及びノイズ抑制のための直列インピーダンスを提供することによって複数の機能を有し、更に、地絡故障条件や中性点接地条件が検出された場合に電源における短絡故障に関する又は意図されているトリップ機能のための主な接点（図示せず）を開放する手段として機能する。整流器ＣＲ１は入力されるＡＣ電流を整流し、コンデンサＣ１は追加的なエネルギの蓄積を行い高周波過渡電流を抑制する。電圧降下用の抵抗Ｒ１は、電圧基準回路２２の中のダイオード・ストリングＣＲ２−ＣＲ６を順バイアスするのに十分な電流を維持し、更に、最小入力電圧において回路に要求される動作電流を提供するのに適切なサイズを有する。マイクロコントローラ及びそれ以外の回路の動作に要求されるＤＣ電圧レベルは、ダイオード・ストリングＣＲ２−ＣＲ６によって規制される。感知回路２４の安定的な動作に必要な基準電圧は、ＣＲ６及びＣ３によって提供される。コンデンサＣ３は、過渡条件の下で少量のエネルギ蓄積を提供する。規制されたＶｒｅｆ出力は、６６までから１３２までのＶＡＣの入力範囲で入手可能である。出力電圧Ｖｒｅｆと入力範囲とは、この技術分野の当業者であれば容易に理解するように、素子の値を変化させることによって調整することができる。
【００１０】
コンデンサＣ２とシリコン制御整流器（ＳＣＲ）Ｑ１とが、トリップ機能を実行する。マイクロコントローラＵ１によって故障が検出されると、マイクロコントローラＵ１のデジタル出力「トリップ」ピンがセットされ、それにより、ＳＣＲＱ１がオンされ、ソレノイドＬ１と整流器ＣＲ１とＳＣＲＱ１とを通る電流経路が生じる。結果的に得られる電流は、トリップ・ソレノイドＬ１を付勢し主な接点（図示せず）を開放するのに十分なレベルにある。コンデンサＣ２は、ＳＣＲＱ１のゲートに対するノイズ抑制を提供し、トリップ動作の間に電圧を蓄積してＱ１の「オン」状態をより長い時間の間維持する。
【００１１】
手動のテスト回路１８は、手動のプッシュ・ツー・テストスイッチＰＴＴと１対の抵抗Ｒ１１及びＲ１２とで構成される。スイッチＰＴＴが押下されると、ＧＦＣＩ回路１０が故障を検出しトリップ機能を用いて主な接点（図示せず）を開放するのに十分な電流が生じる。
【００１２】
電流感知回路２４は、線路導体３０及び中性導体３２に結合された変流器Ｔ１と、演算増幅器Ｕ２と１対の抵抗Ｒ７及びＲ８とで構成された増幅器回路と、から構成されている。バイアス電圧抵抗分割回路は、１対の抵抗Ｒ３及びＲ４で形成され、Ｖｒｅｆの２分の１である回路電圧を設定する。これにより、センサ回路の「ゼロ」レベルがマイクロコントローラＵ１のＡ／Ｄ入力のレールの間の半分の位置にあることが保証され、エンベロープの検出が容易になる。
【００１３】
変流器Ｔ１の透磁性は環境温度の変化に影響されるが、この変化は、地絡故障及び中性点接地スレショルドの両方のレベルに関して補償されているのが好ましい。
【００１４】
オプショナルである温度感知回路２６が、小信号バイポーラ接合トランジスタＱ３のベース・エミッタ電圧を用いて、変流器Ｔ１の近くの周囲温度条件の読取りを提供する。トランジスタＱ３の接合バイアス電流は、基準供給電圧Ｖｒｅｆに接続された抵抗Ｒ１３によって設定される。基準電圧ＶｒｅｆとトランジスタＱ３のベースにおける電圧とは、マイクロコントローラＵ１によってサンプリングされ、サンプリングされた値は、地絡故障スレショルド値と中性点接地検出基準値とを調整するのに用いられ、温度変動による変流器Ｔ１の性能変化を補償する。
【００１５】
製造プロセスの間に、マイクロコントローラは、ある与えられた温度における地絡故障及び中性点接地スレショルド値を計算しそれらのスレショルドを不揮発性メモリに記憶するようにプログラムすることができる。他の温度補償方法については、図５及び６を参照して後述する。
【００１６】
アナログの短期間メモリ回路２８は、コンデンサＣ６と負荷抵抗Ｒ９とブリード抵抗Ｒ１０とで構成される。マイクロコントローラＵ１は、双方向ピンＭｅｍ＿ｃａｐを、メモリ回路２８の電圧を読み取るアナログ入力として、そして、メモリ回路２８のコンデンサＣ６を充電するデジタル出力として、用いる。故障が検出される場合には、マイクロコントローラＵ１で動作しているソフトウェアにより、コンデンサＣ６に対して電荷が与えられる。とりっぴ・ソレノイドが接点を開放する前に電力が失われる場合には、トリップ・メモリ（すなわち、コンデンサＣ６上の電圧）は短時間残存し、供給電圧が再開されたときに（マイクロコントローラＵ１による）トリップ機能の再付勢を生じさせる。メモリ回路２８により、ＧＦＣＩ回路１０は、半波整流又はそれ以外の不連続電源による動作が可能になる。
【００１７】
次に図２を参照すると、タイミング図が、中性点接地及び地絡故障のチェックをいつ実行すべきかを判断するというタイミング目的での、通常動作（故障検出なし）の間のアナログ・メモリの使用を示している。メモリ回路２８により、中性点接地チェックのタイミングが、半波整流（不連続）電源が用いられている場合であっても一貫していることが可能になる。メモリ回路の電圧が放電状態の近傍に達すると、マイクロコントローラＵ１は、上述したように、トリップがペンディングであることを示すのに要求される量未満の電圧レベルまでコンデンサＣ６を充電し、電圧コンデンサＣ６が放電状態の近傍に再度達するまでの時間間隔の間、連続的な地絡故障検出モードを実行する。マイクロコントローラＵ１によってサンプリングされるメモリ回路２８の電圧が放電状態の近傍に達すると、中性点接地チェックが、介入時間又は空間間隔の間、実行される。このサイクルは、図解されているように毎秒数回生じ、メモリ・コンデンサＣ６及びブリード抵抗Ｒ１０の値を変動させることにより調整が可能である。
【００１８】
次に図３を参照すると、電源オンから半波整流電源に基づく回路トリップまでの地絡故障検出動作が図解されている。１００ａでは電源がオンされ、１０２ａではマイクロコントローラＵ１が初期化され、上述したようにそれまでのサイクルからの満足されていないトリップ条件が存在するかどうかを判断するためにメモリ・コンデンサＣ６が読み出される。１０４では、地絡故障感知機能によるスイッチＱ２がオンになり、この回路における低インピーダンス負担抵抗Ｒ６を、Ｔ１の二次側を挟むように配置する。演算増幅器Ｕ２は、抵抗Ｒ６の両端の電圧を、マイクロコントローラＵ１上のＡ／Ｄコンバータによって５ｍＡの地絡故障電流が読み出されることが可能になるレベルまで増幅する。その結果は、ソフトウェアにおいて、基準地絡故障スレショルド値と比較され、トリップ・スレショルドが超えられ故障が示されるのかどうかが判断される。故障が存在しない場合には、１０６において、メモリ・コンデンサＣ６が充電されてトリップ条件がペンディングであることが指示され、１０８ａにおいて、その時点での回路トリップを残存させることを試みるためにトリップ機能が付勢される。しかし、１１０では、半波電源が遮断される。１００ｂでは、電源は再度オンされ、マイクロコントローラＵ１が１０２ｂにおいて再度初期化されるが、メモリ・コンデンサＣ６上の電荷がトリップ条件はペンディングであることを示し、従って、トリップ機能が１０８ｂで付勢されて直ちに回路トリップを生じさせる。
【００１９】
図４に示されているように全波電源を用いて連続的に給電されているときには、回路のトリップがより迅速に生じ得るが、その理由は、負の半ライン・サイクルの間もトリップ機能を付勢させる電力が入手可能であるからである。全波電源を用いると、図３の開始サイクル１００及び１０２は、電源オン及びリセットの際に一度だけ実行されるが、これは、図４に示されていない。地絡故障感知の間は、マイクロコントローラＵ１は、スイッチＱ２をオンに保ち、回路の低インピーダンス負担抵抗Ｒ６をＴ１の二次側の両端に配置する。演算増幅器Ｕ２は、この信号を、マイクロコントローラＵ１上のＡ／Ｄコンバータによって５ｍＡの地絡故障電流が読み出されることが可能になるレベルまで増幅する。その結果は、ソフトウェアにおいて、基準地絡故障スレショルド値と比較され、トリップ・スレショルドが超えられたかどうかが判断される。故障が存在しない場合には、１０６において、メモリ・コンデンサが充電されてトリップ条件がペンディングであることが指示され、１０８においてトリップ機能が付勢され直ちに回路トリップを生じさせる。回路がトリップされる前に主な線路回路が遮断される場合には、メモリ機能が、短時間の間、電力の復旧の際に直ちにトリップが実行されることの補助を行う。
【００２０】
次に図５及び図６を参照すると、電流感知回路２４の出力の波形が、中性点接地条件が存在しない場合と１オームの中性点接地が存在する場合とのそれぞれについて、中性点接地検出機能の動作に関して図解されている。
【００２１】
中性点接地検出モードは、メモリ・コンデンサＣ６上の電圧が放電状態の近傍に達すると開始する。これは、回路が最初に電源がオンされたときと、全波及び半波の両方の電源に対してメモリ回路２８によって決定されるように、その後の数百ミリ秒ごとに生じる。中性点接地感知モードでは、スイッチＱ２がマイクロコントローラＵ１のピング出力によってオフにされ、これによって、スイッチＱ２のゲート電圧がハイからローにスイッチされ、コンデンサＣ５を介して変流器Ｔ１の二次側の上に外乱を生じさせる。Ｒ６が回路の外部に切り替えられているので、変流器Ｔ１の二次側とコンデンサＣ４とは、図５ｂに示されているように、高インピーダンス負担の抵抗Ｒ５によって提供される少量の減衰と共振する。図６ｂに示されているように、中性点接地条件が、変流器Ｔ１の二次巻線のインピーダンスを変化させ、振動を急に減衰させる。減衰された振動波形のエンベロープすなわちピーク・ピーク振幅は、時間経過と共に変化するにつれて、演算増幅器Ｕ２によって増幅され、予め設定されている遅延の後で、マイクロコントローラＵ１のＡ／Ｄ入力によって測定される。
【００２２】
マイクロコントローラＵ１によって測定される波形のピーク・ピーク振幅、すなわちエンベロープは、中性点接地条件のための記憶されているスレショルドと比較される。ピーク・ピーク振幅がスレショルドよりも大きい場合には、一次インピーダンスは例えば＞２．５オームである中性点接地スレショルドのレベルよりも上にある。この場合には、メモリ・コンデンサＣ６は次の時間間隔のために充電され、低インピーダンス負担抵抗Ｒ６はスイッチＱ２によって回路の中に再び切り替えられ、ソフトウェア・プログラムは地絡故障条件のチェックを開始する。測定されたピーク・ピーク振幅が中性点接地スレショルド・レベルよりも小さい場合には、中性点接地条件が存在し、メモリ・コンデンサＣ６がペンディングであるトリップ条件を示し、トリップ機能が付勢される。図６ｂは、１オームの中性点接地によって生じる中性点接地条件３４の減衰効果を図解しており、これにより、振動波形のエンベロープは、中性点接地条件が存在しない図５ｂに図解されたエンベロープと比較して、急速に減衰する。
【００２３】
上述した減衰振動は、Ａｓｉｎ（ωτ）ｘｅ−αｔというように、指数関数にシヌソイドを乗じた形式で表現することができる。
【００２４】
Ａはシヌソイドの初期振幅を表し、ωは振動の周波数を表し、τは時間を表し、αは崩壊因数（減衰係数）である。このαは、振動を減衰させる複数の要素の組合せである。中性点から接地の抵抗値（neutral-to-ground resistance）は、このαに直接に関係している。中性点から接地の抵抗値が減少すると、αが増加し、減衰を加速する。中性点接地抵抗値の所定の値の存在を決定するために、このαパラメータは、複数の方法を用いて計算又は評価することができる。それぞれの方法に、処理要件やノイズ感受性（susceptibility to noise）の点で、長所と短所とがある。いったん評価がなされると、その評価は、中性点接地故障の検出のための設定点と比較されうる。以下の方法は、それぞれが、振動サイクルの正、負、正負の両方、又は絶対値を用いて実現することができる。これらの方法について以下で述べる。
【００２５】
方法１：ピークのエンベロープ。減衰振動を記述する表現形式がシヌソイドと指数関数とを含むことを観察して、この方法は、エンベロープ指数関数を見つけようとする。振動のピークは、信号を高速でサンプリングすることによって見つけることができる。このピーク・ピーク振幅を測定することで、波形のエンベロープを決定することができる。次に、振動波形の開始からの特定の時間において測定されたエンベロープを用いて、指数関数の減衰速度を測定することができる。
【００２６】
方法２：ピークの多項式エンベロープ。この方法は方法１に類似しているが、ｙ＝Ａｘ２＋Ｂｘ＋Ｃという形式の二次方程式を用いる。Ａは、αの評価に用いられる。また、多次の多項式を用いることもできる。
【００２７】
方法３：線形エンベロープ評価。この方法は、ピーク値の線形適合が見つけられる点を除いて、方法１に類似する。最適適合線の結果的な勾配を用いて、αの評価がなされる。
【００２８】
方法４：サイクルの面積。この方法は方法１に類似するが、ピーク値ではなく、信号波形のしたの面積の評価を用いる。結果として得られる点は、あるモデルに適合される。このモデルのパラメータは、αを評価するのに用いられる。この方法は、上述した方法１、２及び３の場合のように、指数、線形又は多項式モデルを用いることができる。
【００２９】
方法５：半サイクルの勾配。この方法は、２以上の点を測定することにより半サイクルの立上エッジ又は立下エッジの勾配を評価する。ベースへのパラメータの決定は、Ｎを１，２，３，４，・・・として、半サイクルＮの勾配であり得る。
【００３０】
方法６：半サイクルの勾配の関数。この方法は、Ｍ個の半サイクルの勾配の計算とし、次いで、結果として得られるＭ個の半サイクル勾配の勾配などのパラメータの使用を必要とする。
【００３１】
方法７：半サイクルの勾配上のスレショルド。この方法は、Ｍ個の半サイクルの勾配の計算を必要とし、更に、スレショルドを用いて予め定められたスレショルドの上にある半サイクルの数をカウントすることを必要とする。スレショルドの上にある勾配を有する半サイクルの数は、決定パラメータとして用いられる。
【００３２】
方法８：スレショルドの上にあるピークをカウントする。半サイクル又は固定タイマ周期の固定数をモニタする。この時間の間に、予め定められたスレショルドの上に交差する半サイクルの数がカウントされる。スレショルドの上にあるピークの数に基づく決定パラメータが用いられる。
【００３３】
本発明の別の実施例によると、変流器Ｔ１の動作に対する温度の影響は、中性点接地故障条件の間は、変流器Ｔ１の減衰振動波形の周波数を測定することによって決定することができる。キャパシタンスの既知の値との共振周波数を測定することによって、周波数の変化は、変流器Ｔ１のインダクタンスの変化と直接に関係付けることができる。インダクタンスの変化は、変流器のコア材料の透磁率の変化を直接に示しており、また、変流器Ｔ１の出力特性とも関係する。
【００３４】
本発明の別の実施例によると、マイクロコントローラは、ベースライン温度での製造プロセスの間に、減衰振動波形を生じさせることを開始して基準周波数値を生じさせ、その基準周波数値を不揮発性メモリに記憶するようにプログラムされる。得られた基準周波数値は、ベースライン温度における変流器Ｔ１のインダクタンスと直接に関係する。本発明の通常動作の間には、基準周波数値は動作的に測定された共振周波数と比較され、故障検出プロセスで用いられる修正された地絡故障及び中性点接地スレショルド値が計算される。このようにして、ある温度範囲における変流器Ｔ１の性能変化を、オプショナルである温度感知回路２６の代わりに、共振周波数の観測によて生じさせることが可能になる。
【００３５】
以上では本発明の特定の実施例及び応用例を図解し説明してきたが、本発明はここで開示された構成にはそのまま限定されるということはなく、また、冒頭の特許請求の範囲において定義された本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、修正や変更や改変を行うことが可能であることが以上の記載から明らかであることを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明を実現する地絡故障回路遮断器の回路図である。
【図２】図１の回路におけるメモリ・コンデンサの使用を図解するタイミング図である。
【図３】半波電源を用いた地絡故障検出を図解する一連の波形である。
【図４】全波電源を用いた地絡故障検出を図解する一連の波形である。
【図５】図５ａ及び図５ｂは、中性点接地が存在しない条件の検出を図解している。
【図６】図６ａ及び図６ｂは、中性点接地条件の検出を図解している。
【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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【国際調査報告】
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