(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
故障電流が発生した電流経路（２）における電流を遮断するために電流経路に配設された電気開閉装置（１）を開放するのに最適な時間を決定するために、電流経路において故障電流が発生した後の交流のゼロ交差を予測する方法であって、電流経路における電流を検出すること、検出された交流値に基づいて、電流の直流レベルつまり交流のそのゼロレベルに対する対称線の配置と、直流レベルの経時的な減衰とを計算すること、少なくとも当該電流検出によって得られた電流値、計算された直流レベル、計算された直流減衰および交流の時間周期に基づいて交流の未来のゼロ交差の時間を予測すること、電流のゼロ交差の時間が上記電流検出の間に検出されること、および、検出されたゼロ交差時間は交流の未来のゼロ交差時間を予測するために考慮されることを特徴とする方法。
【請求項２】
故障電流発生後の交流の上記検出は交流の少なくとも一つの交流周期の時間周期の間に実施され、この時間周期中の交流検出の結果得られた電流値は上記直流減衰の計算に使用されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
予測されるのは、上記少なくとも一つの周期に続く交流の一周期内のゼロ交差であることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
電流の少なくとも２つのゼロ交差の時間が検出され、そのデータが未来のゼロ交差の上記予測に使用されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
交流は、第一の時間周期と、当該第一の周期と同一の長さであり実質的には交流の一周期である後続する第二の時間周期にわたって積分されること、および、これらの２つの電流積分値の指数が生成され、当該直流減衰の計算に使用されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
検出されたゼロ交差の交流の微分係数が上記の電流検出に基づいて計算されること、および、この微分係数値は交流の未来のゼロ交差を計算するために使用されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
上記微分係数は上記ゼロ交差の直前直後に検出された交流値に基づいて決定されることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
２つの連続する電流ピークの交流値は上記電流検出によって決定され、これら２つの電流値の平均値が算出され、当該平均値は予測時に上記直流成分として考慮されることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
交流が三相交流であり、各相の２つの連続する電流ピークの平均値を算出することによって、二相について直流レベルが計算されること、および、直流レベルの経時的減衰はこれら２つの直流レベルの関係に基づいて計算され、上記予測時に使用されることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
交流が一相交流であって、上記２つの電流ピークに続く第三の電流ピークの交流値は上記電流検出を通じて決定されること、および、第三の電流ピークの電流値とこの直前の電流ピークの平均値が第二の直流レベルを計算するために形成されること、および、経時的な直流レベルの減衰はこれらの２つの直流レベルの関係に基づいて計算され、予測時に使用されることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
未来のゼロ交差の時間は、検出されたゼロ交差の時間に、交流の時間周期と、検出されたゼロ交差の時間の直流レベルを上記微分係数で割り且つ（１−ｄ２）（ｄは上記指数である）を乗じた項とを足すことによって予測されることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
交流の交流減衰つまり交流の経時的な振幅の減少が上記予測時に考慮されることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
少なくとも一電流周期の間中交流値がメモリに記憶されること、および、直流レベルと直流減衰はメモリの積分により継続的に計算されること、および、電流の上記ゼロ交差は、各時間において最も支配的な値から既存の直流減衰を減じることよって、一周期前に該各時間の上記電流値を計算することで予測されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
交流値は少なくとも一電流周期の間中サンプル周波数でサンプリングされ、サンプリングされた値は記憶部材に記憶されること、および、任意の時間の直流レベルは、上記時間の一電流周期後の時間周期中に記憶された電流値の平均値を算出することによって計算され、この直流レベルは交流の未来のゼロ交差を予測するために使用されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
直流レベルの減衰は急激であって、その時間定数は、その時間微分係数による上記割り算で得られた直流レベルを割ることによって計算されることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
上記任意の時間について計算された直流レベルと経時的な直流レベルの減衰とに基づいて未来の時間の直流レベルを予測すること、および、上記に述べた時間以前の電流周期に測定された電流値から、未来の時間の一電流周期前に計算された直流レベルと、当該未来の時間の電流の予測された直流レベルとの差異を減じることによって交流値を予測することを特徴とする請求項１４または１５に記載の方法。
【請求項１７】
交流のピーク値の時間が検出され、該時間が交流の未来のゼロ交差を予測するための参考として使用されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
電流周期の１／４と第一の訂正要素とを当該ピーク値時間に付加することによって当該ピーク値に続く交流のゼロ交差時間を予測すること、および、定数ｄと（１−ｉｍａｘ／ｄｉｍａｘ）の計算結果によって当該訂正要素を形成することができ、ここでｄは半電流周期の後に残存する直流レベル部分であり、ｉｍａｘは電流の当該ピーク値であり、ｄｉｍａｘは電流のピーク値の時間の直前の半周期の間の電流の標準化された微分係数のピーク値であり、電流が純粋なサイン関数である時ｉｍａｘとｄｉｍａｘが同一の数値を得ることができるように標準化が選択されることを特徴する請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
上記電流ピーク値の二番目に続くゼロ交差の時間は、電流周期の１／２と第二の訂正要素とを上記電流ピーク値の直後に続く予測されたゼロ交差の時間に付加することによって予測され、第二の訂正要素は第一の訂正要素ｄと定数とによって生成されることを特徴する請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
検出された交流は上記計算前にアナログ／ディジタル変換を受けることを特徴とする請求項１ないし１９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２１】
検出された電流信号のフィルタリングは、高周波数ノイズ信号をフィルタ除去するために少なくとも上記変換前に実施されることを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
交流のゼロ交差の予測は、電流経路に並行して接続された２つのブランチを具備した電気開閉装置（１）について行われ、当該電気開閉装置の第一のブランチは開閉のために互いに対して可動的な２つの接触部（５，７，８）を有する第一の接触部材を具備し、第二のブランチは少なくとも遮断方向に流れる電流を遮断する能力と少なくとも一方向に流れる電流を伝導する能力を有する部分（１１，１２）を具備し、開閉のために互いに対して可動的な２つの接触部を有する第二の接触部材が当該部分と直列接続されており、当該開閉装置はさらに、上記部分が伝導状態であるまたはそうなりつつある時は上記部分に電流を送るために当該第一の接触部材が開くように制御し、上記部分がそこを流れる電流を遮断する状態にある時は当該開閉装置の電流を遮断するために当該第二の接触部材が開くように制御することによって、当該予測に基づいて当該電流経路の開放を制御することができるユニット（２２）も具備することを特徴とする請求項１ないし２１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２３】
交流のゼロ交差の予測は、当該電気開閉装置（１）を通る電流経路に配設された少なくとも２つの接触部材と、少なくとも第一の遮断方向に向かってそこを流れる電流を遮断する能力を有する半導体装置（４０）と、半導体装置が伝導状態であるまたはそうなりつつある時は当該半導体装置に電流を送るために第一の接触部材が開くように制御し、半導体装置がそこを流れる電流を遮断する状態にある時は当該開閉装置の電流を遮断するために当該第二の接触部材が開くように制御することによって、当該開閉装置を通る電流経路の開放を制御することができるユニット（２２）とを具備する当該電気開閉装置（１）について行われること、および、電流経路は、開閉装置の第一と第二の端の間に並行して接続され且つ半導体装置を通じて互いに交差接続されている２つのブランチ（３４，３５）を有すること、および、開閉装置を流れる電流の方向と振幅が検出されること、および、電気開閉装置を通る電流経路の電流を遮断するために、第一の両ブランチが開放され、第一の端から見て、一方のブランチは半導体装置へブランチが接続される前に開放され、他方のブランチはその後に開放され、どのブランチがその接続の前および後に開放されるかは電流の検出に応じて決まり、その結果、半導体装置が伝導状態であるまたはそのような状態になりつつある時、一方のブランチの一部分、半導体装置および他方のブランチの一部分を通じて上記２つの端の間の一時的な電流経路に電流が転送され、半導体装置が一時的な電流経路の開放によってそこを流れる電流を遮断する状態にある時、開閉装置を流れる電流の遮断は永久化されること、および、電流経路の開放とそこを流れる電流の遮断は電流のゼロ交差の当該予測に基づいて制御されることを特徴とする請求項１ないし２１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２４】
交流は多相交流であり、それぞれの相について、別個に制御可能な電気開閉装置が１つ電流経路に配設されており、正確にその開閉装置を開放しそこを流れる電流を遮断するための最適時間を各開閉装置について個別に決定するために、上記交流の未来のゼロ交差は、交流の各相について個別に予測されることを特徴とする請求項１ないし２３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２５】
故障電流が発生した電流経路（２）における電流を遮断するために電流経路に配設された電気開閉装置（１）を開放するのに最適な時間を決定するために、電流経路において故障電流が発生した後の交流のゼロ交差を予測する装置であって、電流経路における電流を検出することができる部材（１５）を具備すること、および、電流の直流レベル、つまり０レベルに対する交流の対称線の配置および当該部材によって検出された交流値に基づく経時的な直流レベルの減衰を計算することができる構造（１９）を具備すること、当該構造は、少なくとも当該電流検出によって得られた電流値、計測された直流レベル、計測された直流減衰および交流の周期時間に関する情報に基づいて、未来の交流のゼロ交差時間を予測することができること、上記部材（１５）は電流のゼロ交差の時間を検出できること、および、当該構造（１９）は検出されたゼロ交差時間を交流の未来のゼロ交差時間の予測時に考慮することを特徴とする装置。
【請求項２６】
上記部材（１５）は、少なくとも一つの交流周期の時間周期の間に故障電流発生後に交流を検出できること、および、上記構造（１９）は、この時間周期中の交流検出の結果得られた電流値を上記直流減衰の計算に使用できることを特徴とする請求項２５に記載の装置。
【請求項２７】
上記構造（１９）は、上記少なくとも一つの周期に続く交流の一周期内の交流のゼロ交差を計算できることを特徴とする請求項２６に記載の装置。
【請求項２８】
上記部材（１５）は、交流の少なくとも２つのゼロ交差の時間を検出できること、および、構造（１９）は、これら２つのゼロ交差に関するデータを未来のゼロ交差時間を計算するために使用できることを特徴とする請求項２５ないし２７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２９】
第一の時間周期と、当該第一の周期と同一の長さであり実質的には交流の一周期である後続する第二の時間周期にわたり当該部材によって検出された交流を積分できる手段（２０）をさらに具備すること、および、構造（１９）は、これらの２つの電流積分値の指数を生成し、当該直流減衰の計算に使用できることを特徴とする請求項２５ないし２８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項３０】
上記の電流検出部材から受け取った情報を通じて、検出されたゼロ交差の交流の微分係数を計算することができる部材（２１）を具備すること、および、当該構造（１９）は交流の未来のゼロ交差の計算時にこの微分係数を使用できることを特徴とする請求項２５に記載の装置。
【請求項３１】
微分係数を計算する上記部材（２１）は、上記ゼロ交差の直前直後に検出された交流値に基づいて、微分係数を決定できることを特徴とする請求項３０に記載の装置。
【請求項３２】
上記電流交流検出部材（１５）は、２つの連続する電流ピーク（２８，２９）の交流値を上記構造（１９）へ伝送できること、および、当該構造は、交流の未来のゼロ交差の計算時に上記直流レベルとして使用するために、これら２つの電流値の平均値を算出できることを特徴とする請求項２５ないし３１のいずれか１項に記載の装置。
【請求項３３】
交流が三相交流であり、当該構造は、各相の２つの連続する電流ピーク（ｙ１，ｙ２）の平均値を決定することによって、二相についての直流レベルを計算できること、および、当該構造は、直流レベルの経時的減衰をこれら２つの直流レベルの関係に基づいて計算し、未来のゼロ交差を予測する時に使用できることを特徴とする請求項３２に記載の装置。
【請求項３４】
交流が一相交流であって、上記電流検出部材（１５）はさらに、上記２つの電流ピークに続く第三の電流ピークの交流値を上記構造に伝送できること、および、当該構造は、第二の直流レベルを計算するために第三の電流ピークの電流値とこの直前の電流ピークとの平均値を形成することもできること、および、当該構造は、経時的な直流レベルの減衰をこれらの２つの直流レベルの関係に基づいて計算し、未来のゼロ交差の予測時に使用できることを特徴とする請求項３２に記載の装置。
【請求項３５】
当該構造（１９）は、検出されたゼロ交差の時間に、交流の時間周期と、検出されたゼロ交差の時間の直流レベルを上記微分係数で割り且つ（１−ｄ２）（ｄは上記指数である）を乗じた項とを足すことによって、未来のゼロ交差の時間を計算できることを特徴とする請求項２５ないし３４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項３６】
交流の交流減衰つまり交流の経時的な振幅の減少を上記交流検出部材によって伝送された電流値に基づいて計算できる部材を具備することを特徴とする請求項２５ないし３５のいずれか1項に記載の装置。
【請求項３７】
少なくとも一電流周期の間中電流検出部材（１５）によって検出された交流値を記憶できる記憶部材を具備すること、および、構造（１９）は、当該記憶部材によって記憶された電流データの積分によって直流レベルと直流減衰を継続的に計算できること、および、当該構造は、各時間において最も支配的な値から既存の直流減衰を減じることよって、一周期前に該各時間の上記電流値を計算することで上記電流のゼロ交差を計算できることを特徴とする請求項２５に記載の装置。
【請求項３８】
上記検出部材（１５）は交流値を少なくとも一電流周期の間中サンプル周波数でサンプリングでき、メモリ部材はサンプリングされた値を記憶できること、および、構造（１９）は、上記時間の一交流周期後の時間周期中に記憶された電流値の平均値を算出することによって任意の時間の直流レベルを計算でき、この直流レベルを交流の未来のゼロ交差を予測するために使用できることを特徴とする請求項２５に記載の装置。
【請求項３９】
上記構造（１９）は、直流レベルの減衰が急激であると仮定し、その時間微分係数による上記割り算で得られた直流レベルを割ることによってその減衰の時間定数を計算できることを特徴とする請求項３８に記載の装置。
【請求項４０】
上記構造（１９）は、上記任意の時間について計算された経時的な直流レベルの減衰と直流レベルに基づいて未来の時間の直流レベルを予測できること、および、上記構造は、上記に述べた時間以前の交流周期に測定された交流値から、未来の時間の一交流周期前に計算された直流レベルと、当該未来の時間の交流の予測された直流レベルとの差異を減じることによって交流値を予測できることを特徴とする請求項３８または３９に記載の装置。
【請求項４１】
上記検出部材（１５）は交流のピーク値時間を検出できること、および、上記構造（１９）は交流の未来のゼロ交差を予測するための参考として当該時間を使用できることを特徴とする請求項２５に記載の装置。
【請求項４２】
上記部材（１９）は、電流周期の１／４と第一の訂正要素とをピーク値時間に付加することによって当該ピーク値に続く交流のゼロ交差時間を予測すること、および、定数ｄと（１−ｉｍａｘ／ｄｉｍａｘ）の計算結果によって当該訂正要素を形成することができ、ここでｄは半電流周期の後に残存する直流レベル部分であり、ｉｍａｘは電流の当該ピーク値であり、ｄｉｍａｘは電流のピーク値の時間の直前の半周期の間の電流の標準化された微分係数のピーク値であり、電流が純粋なサイン関数である時ｉｍａｘとｄｉｍａｘが同一の数値を得ることができるように標準化が選択されることを特徴する請求項４１に記載の装置。
【請求項４３】
上記構造（１９）は、電流周期の１／２と第二の訂正要素とを上記電流ピーク値の直後に続く予測されたゼロ交差の時間に付加することによって上記電流ピーク値の二番目に続くゼロ交差の時間を予測でき、当該構造は、第一の訂正要素ｄと定数とによって第二の訂正要素を生成することができることを特徴する請求項４２に記載の装置。
【請求項４４】
電流検出部材（１５）から発生した電流値信号をディジタル形態に変換しこれをさらに上記構造（１９）へ送信することができるアナログ／ディジタル変換器（１６）を具備することを特徴とする請求項２５ないし４３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項４５】
ノイズ信号好適には高周波数ノイズ信号を電流信号から除去するために上記変換前後に電流検出部材から検出された電流信号を周波数フィルタリングするための部材（１７，１８）を具備することを特徴とする請求項４４に記載の装置。
【請求項４６】
電流経路に並行して接続された２つのブランチを具備した電気開閉装置（１）について交流のゼロ交差を予測でき、当該電気開閉装置の第一のブランチは開閉のために互いに対して可動的な２つの接触部（５，７，８）を有する第一の接触部材を具備し、第二のブランチは少なくとも遮断方向に流れる電流を遮断する能力と少なくとも一方向に流れる電流を伝導する能力を有する部分（１１，１２）を具備し、開閉のために互いに対して可動的な２つの接触部（５，８，９）を有する第二の接触部材が当該部分と直列接続されており、当該開閉装置はさらに、上記部分が伝導状態であるまたはそうなりつつある時は上記部分に電流を送るために当該第一の接触部材が開くように制御し、上記部分がそこを流れる電流を遮断する状態にある時は当該開閉装置の電流を遮断するために当該第二の接触部材が開くように制御することによって、当該予測に基づいて当該電流経路の開放を制御することができるユニット（２２）も具備することを特徴とする請求項２５ないし４５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項４７】
当該電気開閉装置を通る電流経路に配設された少なくとも２つの接触部材と、少なくとも第一の遮断方向に向かってそこを流れる電流を遮断する能力を有する半導体装置（４０）と、半導体装置が伝導状態であるまたはそうなりつつある時は当該半導体装置に電流を送るために第一の接触部材が開くように制御し、半導体装置がそこを流れる電流を遮断する状態にある時は当該開閉装置の電流を遮断するために当該第二の接触部材が開くように制御することによって、当該開閉装置を通る電流経路の開放を制御することができるユニット（２２）とを具備する当該電気開閉装置において交流のゼロ交差を予測すること、および電気開閉装置の接触部材の総数は、少なくとも４つであり、そのうち２つは上記電流経路に並行に接続された２つのブランチ（３４，３５）のそれぞれに直列接続されていること、および、半導体装置は各ブランチの２つの接触部材の間の中間点（４１，４２）を相互に接続させることができること、および、電気開閉装置は電気開閉装置を流れる電流の方向を検出できる少なくとも１つの部材（１５）を具備すること、および、制御ユニットは、半導体装置が伝導状態であるまたはそうなりつつある時は半導体装置を通じて一時的な電流経路に電流を転送するために、電流の流れる方向から見て中間点より手前に位置する第一のブランチの第一の接触部材が開くように制御し、且つ、半導体装置を通る一時的な電流経路に配設された開閉装置の少なくとも１つの接触部材を開放することによって半導体装置がそこを流れる電流を遮断する状態にある時は開閉装置を通る電流経路の電流の遮断を永久化するために、電流の流れる方向から見て中間点より後ろに位置する第二のブランチの第二の接触部材が開くように制御することによって、電流経路の電流の遮断を制御でき、および、当該制御ユニットは、どのブランチが第一のブランチであるべきかを電流検出部材からの情報に基づいて選択し、交流のゼロ交差の予測の結果に応じて電流経路の電流の遮断を制御することができることを特徴とする請求項２５ないし４５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項４８】
交流は多相交流であり、それぞれの相について、別個に制御可能な電気開閉装置（１）が１つ電流経路に配設されており、構造（１９）は、正確にその開閉装置を開放するための最適時間を各開閉装置について個別に決定するために、交流の各相について個別に上記交流の未来のゼロ交差を予測できることを特徴とする請求項２５ないし４７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項４９】
電気開閉装置を開放することができる電気的に制御可能な駆動部材（１３）と連携できる手段を具備することを特徴とする請求項２５ないし４８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５０】
上記駆動部材（１３）が電磁機械であることを特徴とする請求項４９に記載の装置。
【請求項５１】
上記駆動部材（１３）が電気モータであることを特徴とする請求項５０に記載の装置。
【請求項５２】
上記連携手段は、上記駆動部材（１３）を制御できる電気ユニットの形態の制御ユニット（２２）を具備することを特徴とする請求項４９ないし５１のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５３】
工場内、供給網ないしは送電網への電気供給のための開閉装置の電流経路の交流のゼロ交差を予測するために請求項２５ないし５２のいずれか1項に記載の装置を使用する方法。
【請求項５４】
１ないし５２ｋＶの間の電圧を有する電流経路における電流のゼロ交差を予測するために請求項２５ないし５２のいずれか1項に記載の装置を使用する方法。
【請求項５５】
１ｋＡ、好適には少なくとも２ｋＡの作業電流を受け取ることができる電気開閉装置を通る電流経路における交流のゼロ交差を予測するために請求項２５ないし５２のいずれか１項に記載の装置を使用する方法。
【請求項５６】
発電機に接続された電流経路における交流のゼロ交差を予測するために請求項２５ないし５２のいずれか１項に記載の装置を使用する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電流経路において故障電流が発生した後に当該電流回路における当該電流を遮断するために電流経路に設けられた電気開閉装置を開放する適当な時刻を決定するために、交流のゼロ交差を予測するための装置とそれを予測するための方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
「電気開閉装置」とは、広義の意味で使用しており、電流経路において２つの部分を物理的に分離して開放するために異なる部分間を機械的に移動する電気開閉装置や、停止状態となってそこを流れる電流を遮断することによって開放するＩＧＢＴまたはこれと同種なものその他の半導体装置も含まれる。「電気開閉装置」は、いわゆる切り替えスイッチを具備する。電流経路における故障電流の発生時には、このスイッチによって電流経路における電流を遮断し、他の電流経路において負荷等へ切り替えることができる。
【０００３】
電気分野では、この種類の装置と方法が永年にわたり要請されてきた。そのような故障電流が発生した場合には、当該電流経路に接続された様々な種類の装置に損傷を与えないように、電気開閉装置はできるだけ速やかに電流経路を開放し当該電流を遮断する必要が生じる一方で、交流が遮断される前に、当該交流の方向を変更しゼロ交差を発生させることが不可欠である。しかし、当該故障の発生時、交流は通常、当該故障の発生時刻に応じて定まる振幅を有する直流成分を受け取り、この直流成分は交流に重畳するために、最悪の場合、ゼロ交差が発生する前に交流が数周期持続する場合がある。このため、例えば直流成分との関係で最も望ましくない時刻に故障が発生した場合などは、故障が発生してから交流のゼロ交差に関連する遮断が遂行されるまでに長時間の待ち時間が生じていた。当然、このように待ち時間が長いことは、遮断がより早期に発生した場合に比べて当該装置が損傷を受ける差し迫った危険がより大きいことを意味している。早期すぎる遮断も避けねばならずそのためかなりの安全域がなくてはならないため、交流を遮断するための当該遮断は、当然、ほとんどの場合複数のゼロ交差が発生した後に発生するものである。
【０００４】
従って、交流遮断は、それが可能な適時になるべく早く実施することが望ましい。つまり、個々の場合に応じて適時に遮断を実施するために交流のゼロ交差を予測できることが望ましい。このため、第一のゼロ交差が発生した時点で交流を遮断することが常に望まれているとは限らない。なぜなら、直流成分が依然として大きいために、接触点でのアークのエネルギーが高くなりすぎたり、大量に材料が焼け落ちるかもしれず、遮断器または開閉装置が部分的に破壊されるか故障するかもしれないからである。
【０００５】
ゼロ交差の予測が望まれている更なる理由は、接触分離によって遮断する開閉装置において、このような開閉装置では接触システムに機械的な遅延時間間隔が存在するために、ゼロ交差時に遮断が行われるようにゼロ交差の一定時間前に機械的な動作を開始させなければならないためである。
【０００６】
上記の予測によって従来の遮断器の遮断チャンバにおいてアーク時間を十分に制御することが可能となることは興味深く、本発明が全ての種類の電気開閉装置の電流経路を開放するために使用することができる点は留意されるべきであるが、本発明が対象とするのは、特にスウェーデン特許出願第９９０４１６４−２号（出願未公開、本願出願人が出願）に記載された種類のいわゆるハイブリッド遮断器である。注目すべきは、当該開閉装置を通る通常の電流経路において整流子を具備する一のブランチと、少なくとも一つの遮断方向に流れる電流を遮断する能力と少なくとも一つの方向に流れる電流を伝導する能力とを有する部分を具備する他のブランチとからなる電流経路に並行して接続された２つのブランチと、当該部分と直列接続された遮断接触部材とを有する当該ハイブリッド遮断器において、アークを避けるために、交流のゼロ交差のために整流子の接触開放を制御することができるという点である。当該部分は、無電流で接触部材を開離できるような遮断をなす必要があるから、整流ダイオードの形態で当該部分を使用する場合には、交流のゼロ交差が発生するまで整流子を開放してはならないことが条件となる。類似の問題は、スウェーデン特許出願第９９０４１６６−７号（出願未公開、本願出願人が出願）に記載のハイブリッド遮断器にも該当する。従って、確実に遮断を発生させ、且つ当該遮断に最適な時間を決定するために、ゼロ交差を予測し、例えば遮断を予測されたゼロ交差の時間と同時に発生させることが望まれている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、電流経路において故障電流が発生した後に、交流の早期のゼロ交差を非常に正確に予測することを可能にする、冒頭部において定義された種類の装置と方法を提供することである。
【０００８】
当該目的は、本発明に従って、電流経路の電流を検出することができる部材と、電流の直流レベル、つまり０レベルに対する交流の対称線の配置および当該部材によって検出された交流値に基づく経時的な直流レベルの減衰を計算することができる構造とを有する上記種類の装置を提供することによって達成される。当該構造は、少なくとも当該電流検出によって得られた電流値、計測された直流レベル、計測された直流減衰および交流の周期時間に関する情報に基づいて、未来の交流のゼロ交差時間を予測することができる。当該目的は、上記の独立請求項に係る方法によっても達成される。
【０００９】
そのように設計された本発明の装置では、信頼性のある未来のゼロ交差の予測を行える。というのも、交流の直流レベルとこれがどの程度急激に下降するかを考慮して検出された電流値に基づいて未来のゼロ交差を計算しているためである。これにより、ゼロ交差の瞬間に遮断を遂行したい場合、未来のゼロ交差の一定時間前に接触部材の機械的動作が開始されるように遮断器を制御することが可能となる。ゼロ交差は最初に予測されるので、ゼロ交差が発生する前に遮断が試みられるという危険性もない。
【００１０】
当該装置は短絡等の電流経路における故障の発生時にゼロ交差を予測するために設置されているが、いずれにしろ設置されている以上は、電流経路における電流遮断を通常の負荷電力で最適化するために使用することもできる点を指摘しておく。
【００１１】
本発明の好適な実施態様によると、当該電流検出部材によって電流のゼロ交差の時間を検出し、当該構造によって交流の未来のゼロ交差の時間を考えることができる。このようにまずゼロ交差を検出し、この時間を基礎として未来のゼロ交差を計算するので、信頼性のある未来のゼロ交差が予測される。
【００１２】
本発明の好適な実施態様によると、当該部材は、故障電流の発生の後、交流の少なくとも一周期の間、交流を検出することができ、当該構造は、この時間中における交流の検出によって得られた電流値を上記の直流減衰の計算に使用することができる。少なくとも一周期の間、交流を検出することによって、交流の存在に対して高調波が及ぼし得る影響および予測されたゼロ交差時間に対して高調波が及ぼし得る影響を消去することができる。一周期全体にわたって発生する高調波は、次の一周期全体にわたって発生する高調波と同一であるので、このように検出を実施することによって、予測されたゼロ交差時間がこの高調波から影響を受けることはなくなる。よって、当該予測は高調波の影響をほぼ受けないこととなる。
【００１３】
本発明の更なる好適な実施態様によると、本装置は、第一の時間周期と、該第一の時間周期と同一の長さであり実質的には交流の一周期である第二の時間周期とにわたり、当該部材によって検出される交流を積分することができる手段を具備し、当該構造は、これら２つの電流積分値の指数を生成し直流減衰の計算に使用することができる。これにより信頼可能な直流減衰の計算方法が構成される。なお、第二の時間周期は、第一の時間周期後に始まるが、その２つは部分的に互いに重複する場合が多い。
【００１４】
本発明の他の好適な実施態様によると、本装置は、上記電流検出部材から受け取った情報によって検出されたゼロ交差の交流の微分係数を計算することができる部材を具備し、当該構造は、この微分係数を使用して交流の未来のゼロ交差を計算することができる。微分係数は、好適には当該ゼロ交差の前後すぐに検出された交流値に基づいて決定される。
【００１５】
本発明の更なる好適な実施態様によると、当該電流検出部材は、２つの連続した電流ピーク時の交流値を当該構造へ伝送することができ、当該構造は、これら２つの電流値の平均値を算出して当該直流レベルとして使用し、交流の未来のゼロ交差を計算することができる。
【００１６】
本発明の他の実施態様によると、本装置は、三相交流の形態での交流用に設計され、当該構造は、各相の交流の２つの連続するピーク値の平均値を決定することによって二相の直流レベルを計算することができ、および、これらの２つの直流レベルの関係に基づいて直流レベルの経時的な減衰を計算し、且つ未来のゼロ交差を予測するときにこれを使用することができる。直流減衰は、このように三相故障では、非常に迅速に計算され、交流の未来のゼロ交差の早期予測のための条件がこれにより充足される。
【００１７】
本発明の他の実施態様によると、本装置は、当該電流検出部材によって伝送された電流値に基づいて、交流の交流減衰つまり交流の経時的な振幅減少を計算することができ、これにより予測の正確性が向上するが、未来のゼロ交差時間を予測するためにより長い時間が必要となる場合もある。
【００１８】
本発明のさらなる好適な実施態様によると、検出部材は、少なくとも一交流周期の間中サンプリング周波数で交流値をサンプリングすることができ、記憶部材はサンプリングされた値を記憶し、構造は、当該時間の一交流周期後の時間周期中に記憶された電流値の平均値を算出することによって任意の時間の直流レベルを計算することができ、当該予測にこの直流成分を使用することができる。好適には、直流レベルの減衰は急激で、構造は、その時間微分係数による上記割り算で得られた直流レベルを割ることによって、その時間定数を計算することができる。これによって、最初にゼロ交差を検出する必要なく、交流の未来のゼロ交差を予測することができる。より正確には、本発明の他の好適な実施態様によると、当該構造は、当該任意の時間について計算された経時的に変化する直流レベルの減衰と直流レベルに基づいて未来の時間の直流レベルを予測し、当該構造は、上記に述べた時間以前の交流周期に測定された交流値から、未来の時間以前の交流周期の計算された直流レベルと、当該未来の時間の交流の予測された直流レベルとの差異を減じることによって交流値を予測することができる。このように予測された電流によって、その未来のゼロ交差を、間隔を半分にする方法を利用するなど様々な方法によって検索しうる。
【００１９】
本発明の他の好適な実施態様によると、当該検出部材は、交流のピーク値の時間を検出することができ、当該構造は、交流の未来のゼロ交差を予測する参考としてこの時間を使用することができる。未来のゼロ交差の予測はこれによってより早期になされ、より正確には、このことは、本実施態様が更に発展した態様では、そのような装置の構造が、電流周期の１／４と第一の訂正要素とを当該ピーク値時間に付加することによって、当該ピーク値に続く交流のゼロ交差時間も予測することができ、且つ、定数ｄと（１−ｉｍａｘ／ｄｉｍａｘ）の結果によって当該訂正要素を形成することができることによる。ここで、ｄは半電流周期の後に残存する直流レベル部分であり、ｉｍａｘは電流のピーク値であり、ｄｉｍａｘは電流のピーク値の時間の直前の半周期の間の電流の標準化された微分係数のピーク値であり、電流が純粋なサイン関数である場合ｉｍａｘとｄｉｍａｘが同一の数値を得ることができるように標準化が選択される。
【００２０】
本発明の他の好適な実施態様によると、本装置は、電流経路と並行に接続された２つのブランチを具備した電気開閉装置における交流のゼロ交差を予測することができ、第一のブランチは開閉のために互いに対して可動的な２つの接触部を有する第一の接触部材を具備し、第二のブランチは少なくとも遮断方向に流れる電流を遮断する能力と少なくとも一方向に流れる電流を伝導する能力を有する部分を具備し、開閉のために互いに対して可動的な２つの接触部を有する第二の接触部材が当該部分と直列接続されており、当該開閉装置はさらに、伝導状態であるまたはそうなりつつある時は当該部分に電流を送るために当該第一の接触部材が開くように制御し、当該部分がそこを流れる電流を遮断する状態にある時は当該開閉装置の電流を遮断するために当該第二の部材が開くように制御することによって、当該予測に基づいて当該電流経路の開放を制御することができるユニットも具備する。本発明に係る装置は、上記のような電気開閉装置を伴うと特に有利である。というのは、それは、アーク回避のために電流のゼロ交差時に第一の接触部材の接触開放を可能とし、第二の接触部材は当該部分が遮断状態の時に開放することができ、これはダイオードを調整する場合には次のゼロ交差の後に起こるためである。これはまた、本出願人のスウェーデン特許出願第９９０４１６６−７号（未公開）に記載された種類の電気開閉装置の交流のゼロ交差の予測に関する請求項５１に記載の装置にも妥当する。予測されたゼロ交差について電流の方向を「予測」または予め決定することは重要であることを指摘する。これは、任意の時に電流の微分係数を決定する、電流ピーク値を検出する等、様々な方法でなしうる。
【００２１】
本発明の他の好適な実施態様によると、本装置は、複数相交流の形態での交流のゼロ交差を予測するように設計されており、各相につき、独立して制御可能な電気開閉装置が前記電流経路に配設されている。本発明によると、当該構造は、この場合、各開閉装置が当該開閉装置を開放するのに最適な時間を決定するために交流の各相につき個別に交流の未来のゼロ交差を計算することができる。これによって、問題の相にとって最適な時間に各相の交流を遮断させることが可能となり、希望があれば、異なる層の交流の遮断を調整することも可能となる。これは、全ての相が同時にまたは一定の固定された位相シフトで、ゼロ交差が全ての相に関して確実に起こったことが断言できるように遅延して遮断されていた従来の処理方法を大きく改善することを意味する。位相は本発明を通じてそれらが含む直流成分に応じて異なる時間に遮断することもできる。電流検出部材によって伝送された電流値に応じて位相の遮断の順序を決定することも可能となる。
【００２２】
本発明の好適な実施態様によると、本装置は電気開閉装置を開放することができる電気的に制御可能な駆動部材と連携できる手段を具備し、当該駆動部材が電気モータの形態の電磁機械である場合特に有利である。そのような駆動部材を使用することによって、遮断を実施するための電気開閉装置の可動部分の動作を非常に正確に制御し、例えば２つの接触部を交流の特定の位相位置において確実に分離させることができる。これは、本発明の交流のゼロ交差の予測を十分利用している。このような連携手段が当該駆動部材を制御することができる電気ユニットの形態の制御ユニットを具備しているということによって、ゼロ交差値を新しく予測することが可能となり始めた場合には、電気開閉装置の可動部分の動作に影響を及ぼすことも可能である。
【００２３】
本発明はまた、特許請求の範囲に係る装置、コンピュータプログラム、およびコンピュータプログラム製品に関する。方法請求項に記載の本発明に係る方法は、問題のプログラムステップが提供されたコンピュータプログラムによって影響されうるプロセッサからのプログラム指示により実施されるのに適している。請求項には明示的に記載されていないが、本発明は、添付の方法請求項のいずれかに記載の方法と組み合わされた、装置、コンピュータプログラム、およびコンピュータプログラム製品を具備する。
【００２４】
本発明の利点および有利な特徴は特許請求の範囲および以下の詳細な説明から明らかになる。
【００２５】
以下においては、図面を参照しながら例示的にすぎない実施例について説明し、本発明について詳述する。
【００２６】
【発明の実施の形態】
図１には、本発明が特に適用可能な種類の交流用電気開閉装置、つまり上記のスウェーデン特許出願第９９０４１６４−２号に記載されたような装置であって且つ本発明の好適な実施態様に従って交流のゼロ交差を予測するための装置が設けられた装置を概略的に図示している。電気開閉装置１は、電流経路２を迅速に開閉し当該電流経路の電流を遮断および確立することができるように電流経路２に接続されている。位相ごとにそのような開閉装置１つが設けられているので、三相のネットワークは、全く同一の場所にそのような開閉装置を３つ有する。当該開閉装置は、軸４の周りに回転し可動接触部分５を有する内側シリンダ３を具備する。第二シリンダ６は、シリンダ３の外側に配置されており、可動部分５の動作経路に沿って設けられ且つ可動部分５と接触している間良好な電気接触を生じさせる４つの接触部７ないし１０を具備する。開閉装置には各２つの外側接触部７と１０を通じて電流が導通される。
【００２７】
外側接触部から隣接接触部の方向に伝導するダイオード１１、１２の形態の半導体装置が２つの外側接触部と次の隣接内側接触部との間に接続されている。また、両ダイオードを外側接触部の方向へ伝導させてもよい。
【００２８】
さらに、開閉装置は、内側シリンダ３を回転させて可動接触部分５を他の接触部分７ないし１０に対して移動させるための駆動構造を有する。当該駆動構造は、本事例の場合、概略的に図示された統合電気モータ１３によって構成されているが、他の異なる種類のものであってもよい。
【００２９】
電流経路２の交流のゼロ交差を予測するための装置１４が、開閉装置に接続されている。当該装置は、電流経路における電流の方向と大きさを検出し、それにより電流のゼロ交差の時間を検出することもできる部材１５（概略的に図示）を有する。当該検出部材は、アナログ信号をディジタル信号に変換するためのアナログ／ディジタル変換器１６へ、電流に関する情報を有する信号を送信することができる。ノイズ信号、特に高周波のノイズ信号を検出部材１５からの信号から除去するために、フィルタ１７および１８が変換器の前後の信号経路に設けられている。電流情報は、交流の１または複数の未来のゼロ交差の時間を該情報に基づいて計算することができる部材１９へさらに送信される。さらに当該構造には、第一の時間周期と、該第一の時間周期と同一の長さであり実質的には電流周期である第二の時間周期とにわたり検出部材１５が検出した交流を積分することができる手段２０が接続されており、当該手段はさらに、これらの２つの電流積分値の指数を生成し、この時間を交流の直流減衰を計算するために、つまり経時的に交流の直流成分を変化させるために使用することができる構造１９へ当該情報を送信することができる。
【００３０】
当該装置は、電流検出部材１５からの情報を通じて検出されたゼロ交差時の交流の微分係数を計算し、この微分係数値を未来のゼロ交差時間を計算するために使用することができる部材１９へ当該情報を送信することができる部材２１も有する。
【００３１】
当該構造１９はまた、電流検出部材１５からの信号に基づいて、検出されたゼロ交差時等の任意の時間の交流の直流レベルを計算することができる。当該構造は、好適には、交流の２つの連続する電流ピーク値の平均値を算出することによって当該計算を実行し、これが当該直流レベルを構成しているとみなす。
【００３２】
当該構造がこのようにして未来のゼロ交差を予測した場合、予測されたゼロ交差時間に即した遮断手続きを実施するために、モータ１３の制御を通じて可動接触部分５の動作を制御することができる制御ユニット２２へ制御信号を送信する。多くの他の条件も考慮し、モータ１３が始動される前に他の相との調整を実施する。制御ユニット２２は、ここでは、電気モータの形態の電気的に制御可能な駆動部材１３の制御を通じて可動部分５を軸４の周りに回転させることができる電気ユニットからなる。そのような電気モータの形態の電気的に制御可能な駆動部材およびこれと連携する電気ユニットを使用することによって、可動部分５の動作を非常に正確に制御することが可能であって、その動作が続く限り当該動作を調整または中断することができる。
【００３３】
図示された種類の開閉装置の機能は、上記に記載のスウェーデン特許出願により詳細に記載されているが、ここで概要を示す：電流経路２に沿った短絡が原因で発生する電流経路２の非常に高い電流を検出部材１５が検出したことなどによって電流経路２で遮断要請が生じた場合、交流の方向を検出し、シリンダ３を回転させることによりこの回転に従属する可動接触部分５も回転させることによって、できる限り早く遮断を実施することができるけれども、本発明においては、速度よりも遮断する瞬間の非常に高い正確性を優先させている。図１の閉鎖状態では、開閉装置を通じた電流の全体は、外側接触部７と１０との間を、ガルバニックにこれらを相互接続している可動部分５を通じて流れる。図１に図示された時計周りの方向に内側シリンダ３を回転させることによって遮断を実施すると決めた場合には、アークを全く生じずに遮断をするために、接触部７と８によって形成された接触部材を交流のゼロ交差時に開放しなくてはならない。且つ、交流をダイオード１１へ切り替えるためにダイオードが順方向にバイアスされた時に遮断を実施しなくてはならない。
【００３４】
開閉装置上の電圧が方向を変更させた時、ここを通じて電流は全く流れないが、電圧がダイオード１１上に増加し、そして逆方向にバイアスされ、可動接触部分５の回転動作が以前と同じ方向に継続されるので、接触部８と接触部１０の間のガルバニック接続が遮断される。ここで、遮断の瞬間、接触部を通じて交流は流れないので、この遮断はアークを全く起こさずに実施しうる。これにより図３の完全に開放した状態が得られる。
【００３５】
上記に記載のスウェーデン特許出願第９９０４１６６−７号の電気開閉装置の概略的な構造が、図４に図示されている。この装置は電流経路２に接続されこれを迅速に開閉する。相ごとにそのような開閉装置１つが設けられているので、三相のネットワークは、全く同一の位置にそのような開閉装置を３つ有する。開閉装置は、電流経路と並行して接続され、それぞれが、直列に接続された少なくとも２つの機械的接触部材３６−３９を有する、２つのブランチ３４、３５を具備する。ダイオードの形態の半導体装置４０は、各ブランチの２つの接触部材の間の中間点４１と４２を相互に接続させることができる。
【００３６】
電気開閉装置を制御および操作するための本発明の装置１４は開閉装置に接続されており、その構造は、図１ないし３の実施態様について上記に記載されたものと同一である。
【００３７】
当該電気開閉装置の機能は、以下のとおりである：電流経路２における短絡が原因の非常に高い電流を検出部材１５が検出することなどによって、電流経路２で遮断要請が生じた場合、各電気開閉装置によって電流を遮断する最適時は、検出結果を通じて上記に記載の方法によって決定される。任意の電気開閉装置を開放しなければならないと判断されると、制御ユニット２２はまず、半導体装置４０を通じて一時的な電流経路を確立するために、どの２つの接触部材（ここでは接触部材３７および３８（図５参照））が開放されるべきかについて決定を行う。従って、この決定は、その時に電流が電流経路のどの地点を流れているのかに応じて異なる。図４の状態では、開閉装置を通じた電流全体は、２つのブランチ３４と３５を通じて流れ、ダイオードを通ってはいない。遮断を実施しなければならない場合には、電流は代わりにダイオードを通じて流れるようにできるだけ早く転送されなくてはならない。ダイオードをその方向に順方向バイアスさせる直前とダイオードを次回に逆方向バイアスさせる時との間の交流周期の間に、電流を、ある方向からダイオードへ切り替えることができる。実際は約２０ミリ秒の全一周期の間に、ゼロ交差の約２ミリ秒前から次のゼロ交差時まで、図５のような前方導電方向への接触部材の開放が続く。この仮定に従って接触部材３７と３８を開放するために交流電圧の誤った半周期が存在する場合、接触部材３６と３９は代わりにその一時的な電流経路を確立するために直ちに開放されうる。従って、そこを流れる電流を止めるために開閉装置を開放する必要性と可能性を検出した後、この一時的な電流経路は即時に確立される。図５に図示された一時的な閉状態は、接触部材３７と３８を開放することによって得られ、小さな火花がそれぞれの接触部材の接触部の間の間隙に発生し、この結果、通常１２ないし１５Ｖの電圧が発生し、ダイオード４０を通じて電流が転流する。開閉装置を流れる電流が方向を変更した時、そこには電流は一切流れないが、電圧はダイオード４０に増加し、逆方向にバイアスされる。そして、今、他の２つの接触部材３６と３９の少なくとも１つは開放されているので、一時的な電流経路は開放され、ここで、開放の瞬間に電流が接触場所を流れることはないので、当該開放は、アークを発生させることなく起こる。図６に示した、開閉装置が完全に開放した状態はこのようにして得られ、この状態では、そこを流れる電流は永久に遮断される。当該開放の永久化で重要なことは、それが非常に早く起こるため、ダイオード４０の電圧は再び方向を変更せずに、該ダイオードが伝導を開始する点である。同一の半導体装置を、一時的電流経路において、電流が開閉装置を流れる方向とは関係なく使用することによって、この種類のすでに知られた開閉装置に対して、半導体装置の数を大幅に減少させることができるので、費用を非常に節約できる。
【００３８】
本発明の装置は、タイムスケールにおけるその位置に対して最適な上記遮断手続きを達成するために、交流の一または複数の未来のゼロ交差を予測することを目的とする。これが実際にはどのようになされるかを、図７と８を参照しながら説明する。これらの図では、当該電流経路に沿って短絡が発生した後、時間ｔにわたる経時的な交流Ｉの推移が図示されている。
【００３９】
時間ｔ１において当該電流経路で短絡が発生した後、一相の交流がどのように推移するのかが図７に図示されている。交流の対称線と電流ゼロを示す線とを比較することによって、交流が経時的に減衰した直流成分を大量に受け取ることがわかる。これは、連続的なゼロ交差の間の距離もまた経時的に変化することを意味する。これは、連続するゼロ交差間の距離もまた経時的に変化することを意味するので、それぞれ二つ目のゼロ交差つまり一周期後のゼロ交差は、交流の一周期（５０Ｈｚの場合には２０ミリ秒）後に生じるわけではない。
【００４０】
交流の一周期全体の時間ｔ２の間、つまり短絡が検出された後の約２０ミリ秒以上の間に、交流値が検出および登録され、２つのゼロ交差２３と２４が検出される。次いで未来のゼロ交差２５ないし２７の最初の予測が時間ｔ３になされる。ゼロ交差２５と２７の予測は測定されたゼロ交差２３に基づいてなされ、ゼロ交差２６の予測は、測定されたゼロ交差２４に基づいてなされる。（半周期でなく）全周期に基づいて予測するため、予測は奇数及び偶数高調波から独立する。
【００４１】
図８には、交流の直流レベルと直流減衰が当該予測においてどのように考慮されうるのかが図示されている。構造１９は、交流の２つの連続するピーク値２８と２９の平均値を出すことによって、電流検出信号に基づいて、時間ｔ４での直流レベルの値を伝送することができる。
【００４２】
検出されたゼロ交差における交流の微分係数が、地点３０と３１を通じて図示されたように、時間ｔ４でのゼロ交差に近い２つの時間で電流を測定し、その２つの電流レベルの差を時間で割ることによってさらに計算される。従って、電流の読み取りは、交流の長い半波が存在する交流ゼロの側、つまり積極的な直流追加（ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｄｃ−ａｄｄｉｔｉｏｎ）を有する側で常に発生する。交流の直流減衰を判断するため、交流は、第一の時間周期と、該第一の時間周期と同一の長さであり実質的には交流の一周期である（おそらく一部重複して）後続する時間周期とにわたって積分され、その後これら２つの電流積分値の指数が生成され、直流減衰の計算時に使用される。
【００４３】
以下の計算式は、好適には、未来のゼロ交差を予測するために使用される。
【式１】
ｔｐｒｅｄ＝ｔｍ＋Ｔ＋ｄｃ×（１−ｄ２）／ｓ
ここで、
ｔｐｒｅｄは、ゼロ交差の予測時間を示し、
ｔｍは、ゼロ交差の登録時間を示し、
Ｔは、交流の時間周期を示し、
ｄｃは、時間ｔｍでの直流レベルを示し、
ｄは、直流減衰（半周期以降に残留する部分）を示し、
１−ｄ２は、一周期にわたって消える部分がどれほど大きいかを示し、
ｓは、（直流符号に応じた電流ゼロ前後の）ゼロ交差での電流微分係数を示す。
【００４４】
ｄは、一周期の間の電流の積分によって得られた値であり、同一長さである先行する周期の間になされた積分を有する指数を生成する。ｓは、ゼロ交差の一定時間周期（例えば１ミリ秒）前後に電流値を読み取ることによって判断されうる電流微分係数である。図８には、予測されたゼロ交差の時間ｔ６がどのように最初に得られ、ｄｃ（１−ｄ２）である項３２を考慮することによって、これがどのようにｔ５に訂正されるかが図示されている。これは、３２／ｓ＝ｔ６−ｔ５である、時間訂正３３を導入することによってなされる。
【００４５】
本発明の他のさらなる実施態様によると、電流の全一周期は、バッファメモリに保存される。直流レベルとその減衰は、バッファメモリの積分を通じて継続的に計算される。電流の周期は、電流は一周期前の電流から現在の直流減衰を減じたものに等しいと想定して、各時間に予測される。
【００４６】
本発明に係る予測は、高い正確性を有し、各層に最適な時間に別々に相の遮断を行えるため、特に、各相のために電流経路に設けられた、独立して制御可能な開閉装置を有する複数相交流に適している。
【００４７】
本発明のさらなる好適な実施態様による、未来のゼロ交差を予測する方法を図９を参照しながら説明する。この方法は、故障電流の発生時の電流の少なくとも一周期をサンプリングし、保存部材に保存することに基づく。曲線４３は、積分を通じて計算された電流の直流レベルを図示し、これは、この場合予測のための時間である時間ｔにおいて、当該時間から一電流周期後退した時間周期の間に、いわゆる「ローリング平均」フィルタによって帰納的に、当該記憶部材に保存された電流値の平均値を算出することによって、計算される。このことは、最も古いサンプル値は、常に除去され、新しい値が追加されることを意味する。時間ｔについて、ｉｄｃ※に関して得られるのは：
【式２】
Ｉｄｃ※＝ｉｄｃ※（ｔ−１）＋（ｉｍｅｓｕ（ｔ）−ｉｍｅｓｕ（ｔ−Ｔ））／Ｔ
Ｔは、電流周期のサンプル数を示す。
【００４８】
直流レベルの減衰は、急激であると想定し、時定数τは、
【式３】
τ＝−ｉｄｃ※（ｔ）／（ｄｉｄｃ※（ｔ）／ｄｔ）
に従って、その時間微分係数による割り算で得られた直流レベルを割ることによって計算する。
電流の直流レベルは、任意の時間にこれによって計算され、サンプルｔ＋ｔ１に関して、
【式４】
ｉｄｃ（ｔ＋ｔ１）＝ｉｄｃ（ｔ）※ｅｘｐ（−ｔ１／τ）
が得られる。
【００４９】
サンプルｔ＋ｔ１での電流は、これによって、
【式５】
ｉｐｒｅｄ（ｔ＋ｔ１）＝ｉｍｅｓｕ（ｔ＋ｔ１−Ｔ）−（ｉｄｃ（ｔ＋ｔ１−Ｔ）−ｉｄｃ（ｔ＋ｔ１））
に従って予測されうる。
【００５０】
このように、未来の時間の交流値は、上記の最後に述べた時間の一電流周期前に測定された電流値から、未来の時間の一電流周期前に計算された直流レベルと当該未来の時間の電流の予測された直流レベルとの差を減じることによって予測される。予測された電流を使用することによって、例えば、間隔を半分にする方法等の手段により未来のゼロ交差を検索することができる。
【００５１】
図１０には、未来のゼロ交差が、本発明の更なる好適な実施態様による方法に従ってどのように予測されうるかが概略的に図示されている。この方法は、検出部材が周期の１／４時間の間電流を検出するだけでよいので、「クイック」タイプである。この方法は、交流のピーク値である時間ｔ０を検出し、これを、交流の未来のゼロ交差を予測するための参考として利用する。従って、時間ｔ１とｔ２におけるこの後の２つのゼロ交差を予測するために、以下の公式を使うことは妥当である。
【式６】
ｔ１ｐｒｅｄ＝ｔ０＋Ｔ／４＋ｋｏｒｒ１
【式７】
ｔ２ｐｒｅｄ＝ｔ１ｐｒｅｄ＋Ｔ／２＋ｋｏｒｒ２
【００５２】
ｋｏｒｒ１とｋｏｏｒ２は、直流レベルの経時的な減衰と、図１０の最後の半周期の間の最大電流（ｉｍａｘ）と最大微分係数（ｄｉｍａｘ）の指数によって計算される。
【式８】
ｋｏｒｒ１＝Ａｄ（１−ｉｍａｘ／ｄｉｍａｘ）
【式９】
ｋｏｒｒ２＝Ｂｋｏｒｒ１ｄ
ここで、ＡとＢは、定数と、標準化が純粋なサイン関数ｉｍａｘ＝ｄｉｍａｘとなるような、直接半周期前の標準化された微分係数４４のピーク値ｄｉｍａｘであることを示す。ｄは、半周期後に残存する直流レベルの部分であることを示す。
【００５３】
最後に図１１には、経時的な直流レベルの減衰が三相交流についてどのように計算されるのかが概略的に図示されている。直流レベルは二相ｒとｓに関して、各相の２つの連続した電流ピーク４５と４６の平均値を決定することによって計算される。経時的な直流レベル減衰は、これらの２つの直流レベルの関係に基づいて計算され、それは、交流のゼロ交差を測定する時に使用される。より正確には、計算式は以下のように示される。
【式１０】
0004666880.tif 000002
ここで、ｄは、１／２電流周期後にどの程度の直流レベルが残るのかを示し、２ｙｍａｘは、直流減衰がない場合の２つの連続した電流ピークの距離を示す。ｄは、この式から除外されてもよく、それによって直流減衰を計算することができる。
【００５４】
経時的な直流レベルの減衰は、一相の交流において故障電流が発生した時に対応する方法で、当該電流検出によって３つの連続した電流ピークの交流値を決定し、次に、第一の方程式における第一の２つの電力ピークと、第二の方程式における第二および第三の電力ピークとを比較して対応する方程式を作ることによって、計算することができる。
【００５５】
交流のゼロ交差を予測するための本発明の方法は大量の高調波を許容することによって、発電機の一または二相の短絡時や、故障箇所がアークを含む場合等に、非常に正確な予測を実施しうる。有利には、本発明の装置は、工場内、供給網ないしは送電網への電気供給のための開閉装置の電流経路の交流のゼロ交差を予測するために使用され、好適には、当該予測は、中間電圧レベルの電圧、つまり１ないし５２ｋＶの間の電圧を有する電流経路における交流に関して行われる。しかし、本発明は、これらのレベルの交流電圧に限定されない。
【００５６】
さらに、本発明は、特に１ｋＡ好適には少なくとも２ｋＡの作業電流を受け取ることができる電気開閉装置を通る、電流経路の交流のゼロ交差の予測に使用できる。
【００５７】
本発明は、上記に記載の好適な実施態様に制限されないが、上記の特許請求の範囲に定義された本発明の基本的な概念から逸脱することなくこれらを変更しうることは、当業者にとって明らかであろう。
【００５８】
本発明は、すでに記載したように、全ての種類の電気開閉装置に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  第一の種類の開閉装置に適用された本発明の好適な実施態様の、交流電流のゼロ交差を予測するための装置の概略図である。
【図２】  第一の種類の開閉装置に適用された本発明の好適な実施態様の、交流電流のゼロ交差を予測するための装置の概略図である。
【図３】  第一の種類の開閉装置に適用された本発明の好適な実施態様の、交流電流のゼロ交差を予測するための装置の概略図である。
【図４】  第二の種類の開閉装置に適用された本発明の装置の、図１ないし３に対応する図である。
【図５】  第二の種類の開閉装置に適用された本発明の装置の、図１ないし３に対応する図である。
【図６】  第二の種類の開閉装置に適用された本発明の装置の、図１ないし３に対応する図である。
【図７】  本発明の第一の実施態様に係るゼロ交差予測方法がどのように実施されるかを概略的に図示する。
【図８】  本発明の第二の好適な実施態様に係るゼロ交差予測方法がどのように実施されるかを概略的に図示する。
【図９】  本発明の第三の好適な実施態様に係るゼロ交差予測方法がどのように実施されるかを概略的に図示する。
【図１０】  発明の第四の好適な実施態様に係るゼロ交差予測方法がどのように実施されるかを概略的に図示する。
【図１１】  三相交流供給での故障発生時に電流減衰がどのように急速に計算されうるかを図示する。
【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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【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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