(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電路に流れる電流を検出する変流器と、変流器から出力された交流電流を交流電圧に変換する電流−電圧変換回路と、前記交流電圧を全波整流して脈流電圧に変換する全波整流回路と、前記脈流電圧を数ｍ秒以下の所定の時間幅毎にデジタル電圧値に変換するＡ／Ｄ変換回路と、前記デジタル電圧値の大きさが閾値Ａより大きい場合、判定値を加算し、商用周波数の半波分の長さに相当する所定の単位時間毎に、前記加算された判定値を出力した後に、前記判定値をクリアして、新たに判定値の加算を開始する演算回路と、前記所定の単位時間毎に前記演算回路から出力された判定値を記憶していき、Ｔを１０以上の数として、常に新しい過去Ｔ個分の判定値を記憶し、最も古い前記判定値を破棄するレジスタ回路とを備え、遮断出力回路は前記レジスタに記憶されている前記新しい過去Ｔ個分の判定値の合計が閾値Ｂより大きくなると検出信号を引外し回路に出力して、前記検出信号を受けて引外し回路は引外しコイルに駆動信号を出力して電路を遮断することを特徴とする回路遮断器。
【請求項２】
連続する３個のデジタル電圧値のうち２番目のデジタル電圧値が他の２つのデジタル電圧値よりも小さく、かつ２番目のデジタル電圧値の大きさが閾値Ｃよりも大きい場合、演算回路の判定値を加算することを特徴とする請求項１の回路遮断器。
【請求項３】
所定の単位時間ごとに単位時間内のデジタル電圧値の最大値をレジスタ回路に出力させ、レジスタ回路は所定の単位時間毎に演算回路の前記デジタル電圧値の最大値を読み込み記憶すると同時に、Ｓを５以上の数として最も古いデジタル電圧値の最大値を破棄して常に最新の過去Ｓ個分のデジタル電圧値の最大値を記憶させ、レジスタ回路に記憶されている１番目から５番目に新しいデジタル電圧値のうちの最大値と最小値の差が閾値Ｄよりも大きい場合、演算回路の判定値を加算することを特徴とする請求項１、請求項２の回路遮断器。
【請求項４】
レジスタ回路に記憶されている最新のデジタル電圧値とレジスタ回路に記憶されている２番目から５番目に新しいデジタル電圧値の中の最大値との差が閾値Ｅより大きくかつ閾値Ｆよりも小さい場合、演算回路の判定値を加算することを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３の回路遮断器。
【請求項５】
連続する３個のデジタル電圧値のうち２番目のデジタル電圧値が他の２つのデジタル電圧値よりも小さく、かつ２番目のデジタル電圧値の大きさが閾値Ｃよりも大きく、かつレジスタ回路に記憶されている１番目から５番目に新しいデジタル電圧値のうちの最大値と最小値の差が閾値Ｄよりも大きく、かつレジスタ回路に記憶されている最新のデジタル電圧値とレジスタ回路に記憶されている２番目から５番目に新しいデジタル電圧値の中の最大値との差が閾値Ｅより大きくかつ閾値Ｆよりも小さい場合、演算回路の判定値に閾値Ａ以上の数値を代入することを特徴とする請求項３、請求項４の回路遮断器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子式の回路遮断器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
回路遮断器は、図１に示すように、過電流が電路１０を流れたときに、引外し回路７からの駆動信号により、駆動部である引外しコイル８を動作させ、接点９を開極させるものである。従来、マイコンを搭載した電子式の回路遮断器において、電子回路を組み合わせて接点９を引外すには、電路１０の電流を変流器１で検出し、電流−電圧変換回路２で電圧値に変換したのち、マイコン１１の内部のＡ／Ｄ変換回路４でデジタル値に変換し、そのデジタル値を積算回路５で所定の時間だけ積算して積算値が所定の基準値を越したときに、遮断出力回路６より引外し回路７へ引外し信号を送信していた。
【０００３】
【従来の技術課題】
しかし、前述した従来の技術からなる装置では、以下に示すような不都合があった。
【０００４】
回路遮断器は、演算回路５で所定の時間だけ積算するため、コード短絡・トラッキング現象による短絡電流といった比較的低い事故電流を検出できるように前記所定の基準値を下げるだけでは、家電機器の負荷電流の変動を考慮していないために誤遮断を避けることができなかった。
【０００５】
【発明の目的】
そこで、本発明では、かかる事由に鑑みてなしたもので、マイコンを搭載した電子式の回路遮断器において、電路に接続された家電機器の負荷電流とコード短絡・トラッキング現象による短絡電流を区別して、コード短絡・トラッキング現象が発生時には電路を遮断する回路遮断器を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するために、請求項１記載の回路遮断器は、電路に流れる電流を検出する変流器と、変流器から出力された交流電流を交流電圧に変換する電流−電圧変換回路と、前記交流電圧を全波整流して脈流電圧に変換する全波整流回路と、前記脈流電圧を数ｍ秒以下の所定の時間幅毎にデジタル電圧値に変換するＡ／Ｄ変換回路と、演算回路は前記デジタル電圧値の大きさが閾値Ａより大きい場合、判定値を加算し、商用周波数の半波分の長さに相当する所定の単位時間毎に判定値を出力すると同時に判定値をクリアして、Ｔを１０以上の数として、レジスタ回路Ｔを１０以上の数として、所定の単位時間毎に最も古い判定値を破棄すると同時に前記の演算回路の判定値を読み込み記憶して常に最新の過去Ｔ個分の判定値を記憶しておき、遮断出力回路は前記レジスタに記憶されている各判定値の合計が閾値Ｂより大きくなると検出信号を引外し回路に出力して、前記検出信号を受けて引外しコイルに駆動信号を出力する引外し回路と、を設けた構成としている。
【０００７】
また、請求項２記載の回路遮断器は、請求項１記載の回路遮断器において、連続する３個のデジタル電圧値のうち２番目のデジタル電圧値が他の２つのデジタル電圧値よりも小さく、かつ２番目のデジタル電圧値の大きさが閾値Ｃよりも大きい場合、演算回路の判定値を加算するという条件を提供している。
【０００８】
また、請求項３記載の回路遮断器は、請求項１、請求項２記載の回路遮断器において、所定の単位時間ごとに単位時間内のデジタル電圧値の最大値をレジスタ回路に出力させ、レジスタ回路は所定の単位時間毎に演算回路のデジタル電圧値の最大値を読み込み記憶すると同時にＳを５以上の数として最も古いデジタル電圧値の最大値を破棄して常に最新の過去Ｓ個分のデジタル電圧値の最大値を記憶させ、レジスタ回路に記憶されている１番目から５番目に新しいデジタル電圧値のうちの最大値と最小値の差が閾値Ｄよりも大きい場合、演算回路の判定値を加算するという条件を提供している。
【０００９】
また、請求項４記載の回路遮断器は、請求項１、請求項２、請求項３記載の回路遮断器において、レジスタ回路に記憶されている最新のデジタル電圧値とレジスタ回路に記憶されている２番目から５番目に新しいデジタル電圧値の中の最大値との差が閾値Ｅより大きくかつ閾値Ｆよりも小さい場合、演算回路の判定値を加算するという条件を提供している。
【００１０】
また、請求項５記載の回路遮断器は、請求項１、請求項２、請求項３、請求項４記載の回路遮断器において、連続する３個のデジタル電圧値のうち２番目のデジタル電圧値が他の２つのデジタル電圧値よりも小さく、かつ２番目のデジタル電圧値の大きさが閾値Ｃよりも大きく、かつレジスタ回路に記憶されている１番目から５番目に新しいデジタル電圧値のうちの最大値と最小値の差が閾値Ｄよりも大きく、かつレジスタ回路に記憶されている最新のデジタル電圧値とレジスタ回路に記憶されている２番目から５番目に新しいデジタル電圧値の最大値との差が閾値Ｅより大きくかつ閾値Ｆよりも小さい場合、演算回路の判定値に閾値Ａ以上の数値を代入するという条件を提供している。
【００１１】
【作用】
請求項１に述べた手段により、コード短絡時の電流を検出して電路を遮断することができる。
【００１２】
請求項２に述べた手段により、トラッキングによる短絡電流波形とインバータ機器によって電流波形にノイズが重畳した電流波形は類似しているが、連続する３つのデジタル電圧値の２番目に着目することで、家電機器の負荷電流波形とトラッキング現象による短絡波形を区別して、トラッキング現象による短絡電流波形を検出した場合、演算回路の判定値を加算することによって電路を遮断しやすくすることができる。
【００１３】
請求項３に述べた手段により、家電機器の負荷電流の変動に比べてトラッキング現象による短絡電流の変動の方が大きいことを利用して、家電機器の負荷電流波形とトラッキング現象による短絡波形を区別し、トラッキング現象による短絡電流波形と判断した場合、演算回路の判定値を加算することによって電路を遮断しやすくすることができる。
【００１４】
請求項４に述べた手段により、トラッキング現象による短絡電流の発生し、かつ家電機器停止時の負荷電流の変化量に比べてトラッキング現象による短絡電流の変化量の方が小さいことを利用して、家電機器の負荷電流とトラッキング現象による短絡電流を区別し、トラッキング現象による短絡電流波形と判断した場合、演算回路の判定値を加算することによって電路を遮断しやすくすることができる。
【００１５】
請求項５に述べた手段により、トラッキング現象による短絡電流波形と判断した場合、トラッキング現象による短絡電流特有の波形を複数検出したことになり、演算回路の判定値に重みをつけて加算することによって短時間で電路を遮断することができる。
【００１６】
【実施例の説明】
以下に本件発明について図面を用いて詳細に説明する。
【００１７】
図３に本件発明請求項１の実施例を示す。
【００１８】
まず、図３は回路遮断器１４の構成を示すブロック図であり、変流器１、電流−電圧変換回路２、全波整流回路３、演算回路１２と、遮断出力回路６、引外し回路７、引外しコイル８等を主要部材、回路遮断器１４と接続されている電路１０は単相２線式の場合を示している。なお、電路１０ は単相２線式に特に限定するものではない。
【００１９】
変流器１は、電路１０に流れる電流を検出して交流電流を出力するものである。変流器１は、たとえば、図４に示すような電流波形を検出する。
【００２０】
電流−電圧変換回路２は、変流器1 より出力された交流電流を交流電圧に変換するものであり、具体的には、抵抗を介して電圧値に変換する。
【００２１】
全波整流回路３では、電流−電圧変換回路２の出力電圧を、ダイオードを用いて図５に示すような波形に整流化することによって、Ａ／Ｄ変換回路４の入力電圧の精度を高めることができる。
【００２２】
次にマイコン１１の内部を説明する。マイコン１１は、Ａ／Ｄ変換回路４と演算回路１２とレジスタ回路１３と遮断出力回路６を有する。
【００２３】
Ａ／Ｄ変換回路４は、全波整流回路３の出力電圧を数ｍ秒以下の所定の時間幅で分割して、デジタル電圧値に変換するものである。たとえば、出力電圧を分割時間幅となるサンプリング時間である１ｍ秒ごとにデジタル化する。Ａ／Ｄ変換回路４の最大入力電圧を５Ｖとし、デジタル変換の分解能を８ビットとすると、Ａ／Ｄ変換回路４の出力は、０Ｖのときが０、２．５Ｖのときが１２７、５Ｖのときが２５５となる。ここで、Ａ／Ｄ変換時の１ビットの電流値が１Ａに対応するように電流−電圧変換回路を調整すると、Ａ／Ｄ変換回路８の性能として、０Ａ〜＋２５５Ａまでの電流波形の計測が可能となる。また、このＡ／Ｄ変換回路４を内蔵したマイコン１１を用いてもよい。
【００２４】
演算回路１２では、商用周波数の半波分の長さに相当する所定の単位時間あたりに発生するデジタル電圧値の大きさと閾値Ａを比較して、前記デジタル電圧値の方が閾値Ａより大きいものがあった場合、演算回路１２の内部にある判定値を加算する。加算方法は、所定の単位時間あたりに発生するデジタル電圧値の大きさと閾値Ａを比較して、前記デジタル電圧値の方が閾値Ａより大きいものの発生回数を判定値を加えてもよく、また所定の単位時間あたりに発生するデジタル電圧値の大きさと閾値Ａを比較して、前記デジタル電圧値の方が閾値Ａより大きいものが発生したということから判定値を１加算してもよい。
【００２５】
また、演算回路１２は、前記商用周波数の半波分の長さに相当する所定の単位時間毎に判定値を出力して、レジスタ回路に書き込まれた後に、演算回路内の判定値をクリアして、次の所定の単位時間の加算を開始する。閾値Ａの大きさは、コード短絡時に流れる電流の大きさに相当するデジタル電圧値を設定する。演算回路１２の処理は、マイコン１１の内部で処理してもよい。
【００２６】
レジスタ回路１３は、前記の所定の単位時間毎に最も古い判定値を破棄すると同時に、前記の演算回路１２の判定値を読み込み記憶して、Ｔを１０以上の数として、常に新しい過去Ｔ個分の判定値を記憶する。また、判定精度を高めるために過去の判定値の数Ｔは１０以上必要あるが、マイコン内部のメモリー容量に合わせて、できる限り多くの判定値を記憶できるようにする。
【００２７】
遮断出力回路６は、随時、前記レジスタに記憶されている各判定値を読み出して和を求めて、その合計が閾値Ｂより大きくなると検出信号を引外し回路に出力する。なお、閾値Ｂは、動作感度の調整のために任意値に設定でき、かつ変更可能である。
【００２８】
引外し回路７は、前記検出信号を受けて引外しコイル８に駆動信号を出力する。引外し方法としては、変流器の取り付けてある電路に引外しコイル８を接続し、引外し回路７を経由して変流器の取り付けられていない電路の一端に接続して、引外し回路７が動作すると引き外しコイル８に電流が流れて接点９を切り離して遮断動作する。
【００２９】
閾値Ａ，閾値Ｂの設定値については、コード短絡で動作し、かつ家電機器等によって誤動作しない程度の電流の大きさに相当するデジタル電圧値を設定する。
【００３０】
以上の処理を具体例で説明すると、図６に示すようなコード短絡波形の場合、Ｔ個分の半波波形のうち閾値Ａの電流値をこえる半波の波形が閾値Ｂ個以上あることから遮断動作する。
【００３１】
次に、本件発明の請求項２の実施例を示す。図３に基づいて説明する。この実施例は、演算回路１２に追加する機能であり、演算回路１２は所定の時間毎にデジタル電圧値を１つずつ更新して、常に新しい連続する３つのデジタル電圧値を記憶しておく。
【００３２】
演算回路１２は、前記連続する３個のデジタル電圧値のうち２番目のデジタル電圧値が他の２つのデジタル電圧値よりも小さい場合は、トラッキングによる短絡電流波形とインバータ機器によって電流波形にノイズが重畳した場合と区別がつかない。
【００３３】
しかし、前記２番目のデジタル電圧値の大きさが閾値Ｃよりも大きいかどうかという条件を加えることで、デジタル電圧値の大きさが閾値Ｃよりも大きい場合はトラッキングによる短絡特有の波形を検出したと判断できて、演算回路１２の判定値を加算するという条件の追加が請求項１の実施例とは異なっており、他の部分はほぼ共通なので、共通部分の説明は省略する。
【００３４】
閾値Ｃの設定値については、トラッキング現象による短絡電流で動作し、かつ家電機器等によって誤動作しない程度の電流の大きさに相当するデジタル電圧値を設定する。
【００３５】
次に、本件発明の請求項３の実施例を示す。図３に基づいて説明する。この実施例は、演算回路１２に追加する機能であり、所定の単位時間ごとに単位時間内のデジタル電圧値の最大値を前記レジスタ回路１３に出力させ、レジスタ回路１３は所定の単位時間毎に演算回路のデジタル電圧値の最大値を読み込み記憶すると同時に最も古いデジタル電圧値の最大値を破棄して常に最新の過去Ｓ個分のデジタル電圧値の最大値を記憶させる。
【００３６】
演算回路１２は、前記レジスタ回路１３に記憶されている１番目から５番目に新しいデジタル電圧値のうちの最大値と最小値の差が閾値Ｄよりも大きい場合は、家電機器の負荷電流の変動に比べてトラッキング現象による短絡電流の変動の方が大きいという現象に相当し、トラッキングによる短絡時に発生する特有の現象を検出したことになり、演算回路１２の判定値を加算するという条件が請求項１、請求項２の実施例とは異なっている。他の部分はほぼ共通なので、共通部分の説明は省略する。なお閾値Ｄについては、トラッキング現象による短絡電流で動作し、かつ家電機器等によって誤動作しない程度の電流の大きさに相当するデジタル電圧値を設定する。また、過去Ｓ個分の判定値は十数個以上記憶しておく必要があり、マイコン内部のメモリー容量に合わせて記憶できる数を増加させるとよい。
【００３７】
次に、本件発明の請求項４の実施例を示す。図３に基づいて説明する。この実施例は、演算回路１２に追加する機能であり、レジスタ回路１３に記憶されている最新のデジタル電圧値とレジスタ回路に記憶されている２番目から５番目に新しいデジタル電圧値の中の最大値との差が閾値Ｅより大きくかつ閾値Ｆよりも小さい場合、トラッキング現象による短絡電流が発生し、かつ家電機器停止時の負荷電流の変化量に比べてトラッキング現象による短絡電流の変化量の方が小さい現象に相当し、トラッキングによる短絡時に発生する特有の現象を検出したことになり、演算回路１２の判定値を加算するという条件が請求項１、請求項２、請求項３の実施例とは異なっており、他の部分はほぼ共通なので、共通部分の説明は省略する。
【００３８】
閾値Ｅ、閾値Ｆの設定値については、トラッキング現象による短絡電流で動作し、かつ家電機器の電源入切等の操作によって誤動作しない程度の電流の大きさに相当するデジタル電圧値を設定する。
【００３９】
次に、本件発明の請求項５の実施例を示す。図３に基づいて説明する。この実施例は、演算回路１２に追加する機能であり、連続する３個のデジタル電圧値のうち２番目のデジタル電圧値が他の２つのデジタル電圧値よりも小さく、かつ２番目のデジタル電圧値の大きさが閾値Ｃよりも大きく、かつレジスタ回路に記憶されている１番目から５番目に新しいデジタル電圧値の最大値の中の差が閾値Ｄよりも大きく、かつレジスタ回路に記憶されている最新のデジタル電圧値とレジスタ回路に記憶されている２番目から５番目に新しいデジタル電圧値の中の最大値との差が閾値Ｅより大きくかつ閾値Ｆよりも小さい場合、トラッキングによる短絡時に発生する特有の現象を複数個検出したことになり、電気火災につながる可能性が最も高いので演算回路１２の判定値に閾値Ａ以上の数値を代入するという条件が請求項１の実施例とは異なっており、他の部分はほぼ共通なので、共通部分の説明は省略する。
【００４０】
【発明の効果】
以上のように請求項１の発明によれば、コード短絡時の比較的低い事故電流を検出して電路を遮断することができるようになり、電気火災を未然に防止することができる。
【００４１】
また、請求項２の発明によれば、インバータ機器のノイズの多い負荷電流のとトラッキング現象による短絡電流を区別できるようになり、トラッキング現象による短絡を精度よく検出して、演算回路のパラメータを加算することによって、電路を遮断しやすくすることができる。
【００４２】
また、請求項３の発明によれば、家電機器の負荷電流の変動とトラッキング現象による短絡電流の区別できるようになり、トラッキング現象による短絡を精度よく検出して、演算回路のパラメータを加算によって、電路を遮断しやすくすることができる。
【００４３】
また、請求項４の発明によれば、家電機器の停止時の負荷電流の急激な減少とトラッキング現象による短絡電流を区別しながら、トラッキング現象による短絡を精度よく検出して、演算回路のパラメータを加算することによって電路を遮断しやすくすることができる。
【００４４】
また、請求項５の発明によれば、トラッキング現象による短絡の条件を同時に満たすとすぐに電路を遮断できるようになり、電気火災を未然に防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のマイコンを搭載した電子式の回路遮断器の回路概略例
【図２】本件発明の回路遮断器の回路概略例
【図３】本件発明の実施例
【図４】電流波形の例
【図５】電流−電圧変換回路２の出力電圧を、ダイオードを用いて整流化した波形の例
【図６】コード短絡波形の例
【符号の説明】
１    変流器
２    電流−電圧変換回路
３    全波整流回路
４    Ａ／Ｄ変換回路
５    積算回路
６    接点
７    引外し回路
８    引外しコイル
９    接点
１０  電路
１１  マイコン
１２  演算回路
１３  レジスタ回路
１４  回路遮断器
【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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