JP2510507B2

JP2510507B2 - 遮断器のデジタル固体引外し装置

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Publication number: JP2510507B2
Application number: JP61038953A
Authority: JP
Inventors: ピエール、ドウメイエ
Original assignee: Merlin Gerin SA
Current assignee: Merlin Gerin SA
Priority date: 1985-02-25
Filing date: 1986-02-24
Publication date: 1996-06-26
Anticipated expiration: 2011-06-26
Also published as: EP0195693A1; DE3661167D1; FR2578092A1; ATE38594T1; AU583769B2; ES8704669A1; PT82083B; PT82083A; JPS61240815A; ZA861152B; EP0195693B1; AU5407086A; CN1010526B; CA1241729A; CN86100382A; FR2578092B1; US4710845A; ES552339A0

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は、遮断器のデジタル固体引外し装置に関す
る。

（従来の技術）マイクロプロセッサをベースとする上記のような種類
の引外し装置は、電流を表すアナログ信号標本化により
得られたデジタル信号を処理する。連続アナログ信号の
代りに分離したデジタル信号を用いると、それらの信号
のピーク値の測定に誤差を生ずる。その誤差は、測定す
べき信号の周期と比較して標本化周期が長くなるほど大
きくなる。信号の周期は商用電源の周期に対応し、マイ
クロプロセッサの特性により標本化周期は限定される。

（発明が解決しようとする問題点）保護装置の弁別を確実に行うため、換言すれば配電系
統の故障点のすぐ前すなわち上流側に設けられている遮
断器によって故障をなくし、かつ遮断器自体の故障をな
くすために確実に向上させることが重要である。遮断器
の非引外し時間および引外し時間の違いにより識別が行
われる。２台の遮断器を直列に設けると、故障電流の値
がどのようなものであっても、故障点の後すなわち下流
側の遮断器の引外し時間が上流側遮断器の非引外し時間
より短かければ、両方の遮断器が識別される。それらの
時間が不確実であると識別が制限されるか、安全のため
の余裕を大きく見込まなければならないが、そうすると
故障電流の遮断が遅れることになる。

本発明の目的は、与えられた標本化周期に対して標本
化される信号の精度を向上し、引外し時間と非引外し時
間との差を非常に小さくすることである。

〔発明の構成〕

（問題点を解決する手段）本発明の引外し装置は、最後のピークすなわち所定時
間内に得られる最大のピーク値において標本化およびデ
ジタル化された前記信号を保持する手段と、カウントダ
ウンが終った時に保持されているピーク値を消去するカ
ウントダウン装置とを備え、信号の保持されたピーク値
はメモリに格納され、引外し機能を行わせるためにデジ
タル処理器へ与えられ、カウントダウン時間は、前記信
号が連続する２つのピークを通る時間に少くとも等し
く、前記信号が保持されている前記ピーク値を越えるた
びにカウントダウンが再開されるように構成される。

標本化され、保護機能を行わせるために処理された信
号は、ここで考えている交番状態中の信号の最大値はも
はやないが、２つまたはそれ以上の引き続く交番状態中
の最大値または最後のピーク値である。対象とする交番
状態の数が増すと、保持されるピーク値はアナログ信号
の最大値に近づき、２つの交番状態により良い近似が直
ちに得られる。

保持時間は、修正トリッピング時間を形成するための
信号の２つのピーク値間の時間よりも長い。しかし、保
持時間は長すぎてはならない。仮に保持時間が非常に長
いとすると、故障電流を表すピークは故障の発生後長時
間ラッチ（記憶）され、トリップ指令が過度に発生する
ことになる。したがって、保持時間はトリッピング時間
と非トリッピング時間との間の差を決定する。この差
は、かなり改良されたトリッピング機能を改善するため
に減じられなければならない。カウントダウン装置で決
定された保持時間は、望ましくは20ないし40ミリ秒であ
る。

保持時間は、引外し時間と非引外し時間の差を決定
し、その時間差はできるだけ小さくしなければならない
から、その保持時間を制限しなければならないことは明
らかである。その保持時間は妥協の産物であり、本発明
ではその保持時間は20〜40ミリ秒のカウントダウンによ
り決定され、その時間は２〜４の交番状態に拡張され
る。

本発明にしたがって、最後にピークにおいて保持する
方法は短い遅延および長い遅延において故障の保護およ
び地絡保護に用いると有利である。

本発明の一実施例によれば、カウントダウンが終った
時には格納されているピーク値はリセットされないが、
保持されているピーク値より低い最後の信号ピークに対
応する値に代えられる。したがって、動作を満足に行わ
せるために欠くことができない連続性が確保される。

（実施例）以下、図面を参照して本発明を詳しく説明する。

（全体の構造）第１図において、負荷（図示せず）に電力を供給する
４本の導線R,S,TおよびＮ（図示せず）を有する配電系
統が、回路を開放状態に遮断する遮断器10を有する。こ
の遮断器10の機構12は、永久磁石によりバイアスされて
いて励磁コイルによって永久磁石のバイアス磁界に対抗
する磁界を形成することにより動作するリレー14によっ
て制御される。

リレー14は、過負荷、短絡または地絡の場合に遮断器
を引外すことを指令する。各相導線R,S,Tに変流器16が
設けられる。変流器16は、それが設けられている導線を
流れる電流に比例する信号を発生し、それらの信号を全
波整流ブリッジ18へ与える。

それら３個の整流ブリッジ18は、抵抗20と、ツェナー
ダイオード22と、ダイオード24とを含む直列回路に直列
接続され、抵抗20の端子に、導線R,S,Tを流れる電流の
最大値に比例する電圧信号を生じさせ、ツェナーダイオ
ード22とダイオード24との端子に電子回路への電源電圧
を生じさせる。この電圧信号は、利得が異なる２つの増
幅器26,28の入力端子へ与えられる。それらの増幅器26,
28の出力端子は、マルチプレクサ29の入力端子1,3へそ
れぞれ接続されるとともに、分圧ブリッジ30,32へそれ
ぞれ接続される。それらの分圧ブリッジ30,32の中間点
は、マルチプレクサ29の入力端子2,4にそれぞれ接続さ
れる。増幅器26,28と分圧ブリッジ30,32は、電圧信号レ
ベル調整回路34に属する。

レベル調整回路34は、第３の増幅器36を有する。この
増幅器36は、３相変流器38からの信号を受ける。３相変
流器38の１次巻線は、３相変流器38の環状鉄心の内部を
貫通する電源導線R,S,Tにより構成され、地絡事故が生
じた時に２次巻線40から信号が発生される。増幅器36の
出力端子は、マルチプレクサ29の入力端子５と分圧ブリ
ッジ41に接続される。分圧ブリッジ41の中間点は、マル
チプレクサ29の入力端子６に接続される。マルチプレク
サ29の入力端子１〜６は、ダイオード44を介してトラン
ジスタ42のエミッタへ並列に接続される。トランジスタ
42のコレクタは接地され、ベースはマルチプレクサ29へ
与えることができる最大値に対応する所定の電圧、たと
えば５ボルトにバイアスされる。

マルチプレクサ29は、４個の入力端子１〜４に相電流
を表す信号を受け、また入力端子5,6に地絡電流を表す
信号を受ける。それらの信号、とくに地絡電流を表す信
号はもちろん異る態様で発生でき、たとえば変流器16に
より供給される信号から発生される。

マルチプレクサ29、たとえばナショナル・セミコンダ
クタ社（National Semiconductor Corportion）製のADC
0808マルチプレクサは、マイクロプロセッサ48の出力端
子１に接続されているアドレスおよびモニタ線46により
制御される。マイクロプロセッサ48により与えられるア
ドレスに応じて、マルチプレクサ29の入力端子１〜６の
１つに与えられた信号が、マルチプレクサ29の出力端子
Ｓから８ビットのアナログ−デジタル（Ａ−Ｄ）変換器
50へ与えられる。バス52がＡ−Ｄ変換器50の出力端子を
マイクロプロセッサ48の入力端子２に接続する。

８個の多重化されたスイッチ72〜86のブロック54が、
バス52によりマイクロプロセッサ48へ接続され、かつア
ドレスリンク56によりマイクロプロセッサ48の端子３に
接続される。各スイッチ72〜86は、引外しパラメータの
８個所の設定位置を有する。これについては後で説明す
る。

制御命令と合図命令を７個の出力チャンネルS1〜S7へ
送るために、出力レジスタ58が６ビットリンク60と１ビ
ットリンク62によりマイクロプロセッサ48へ接続され
る。出力端子S1がリレー14に接続されて遮断器10の引外
しを制御し、遮断器の前面、とくに制御および引外し用
の回路および部品を納めているケースの制御パネル64に
接続される。出力端子S7は、アナログ引外し制御器に接
続される。

マイクロプロセッサ48に、実行プログラムと、アレイ
の形で格納されている永久データとを与えるために、不
揮発性ROM66がマイクロプロセッサ48の端子４に接続さ
れる。記録されたプログラムは、引外し装置により実行
される機能に対応する。１台の引外し装置をいくつかの
範囲の機能に対して設計でき、各機能範囲はもちろん自
身の特殊なプログラムを有する。選択されるプログラム
は製作時に、または好適な実施例にしたがってROMに格
納できる。種々のプログラムが種々のメモリに格納さ
れ、引外し装置の組込み時に、適切なメモリを選択する
ことにより、引外し装置を用途に合わせて構成する。マ
イクロプロセッサ48の入力端子５に接続されているブロ
ック68に含まれている制御回路が、マイクロプロセッサ
を動作させるために必要な回路、特に命令の実行の順序
づけを行うクロックや、リセットおよびアナログ回路を
含む。

マイクロプロセッサとしては、たとえばモトローラ社
（Motorola Corporation）により販売されている、MC14
6805型マイクロプロセッサを使用できる。MC146805型マ
イクロプロセッサは、CPU、インターフェイス、揮発性R
AM、演算装置のような標準のリソースを含む。上記のデ
ジタル引外し制御器は、整流ブリッジ18からのアナログ
位相信号を受ける通常の瞬時引外し装置70が組合され
る。この引外し装置70は、その位相信号を予め設定され
ているピックアップレベルと比較し、ピックアップレベ
ルに達した時に引外し命令を発生してリレー14へ送る。
引外し装置70の引外し速度は、デジタル引外し装置の引
外し速度より高い。

第１図およびそれについての説明は、引外し装置の動
作のために必要な素子についてのものであって、説明を
不必要に冗長にしないように、電源、バイアス抵抗、コ
ンデンサ、レジスタ、メモリのようなアナログ型および
デジタル型の付属部品を省いたことに注意すべきであ
る。

引外し特性制御パネル64は、８個のスイッチ72〜86を含む。それ
らのスイッチは、第１図に示すブロック54の８個のスイ
ッチである。８個の位置スイッチは、それぞれ抵抗回路
網に組合されて、ブロック54が情報を求められた時にマ
イクロプロセッサ48へ送られた８種類の値のうちの１つ
を選択する。パネル64には、５個の発光ダイオードすな
わち表示灯90〜98と試験器コネクタ88とを含む。

本発明の引外し装置は、相異常および地絡事故の保護
機能と、負荷切離し機能との２種類のために使用でき
る。

１）地絡保護第３図は、相保護引外しカーブと地絡保護引外しカー
ブとを対数目盛で示す。

長い遅延時間のピックアップレベルILR、すなわちそ
れを越えると長い遅延時間の引外しサイクルがトリガさ
れるような電流密度つまり定格により正規化された電
流、をスイッチ80により調整できる。その時間が経過し
た後で、遮断器が引外し動作を行う時間は、電流密度に
依存する。その関係は、時間の逆数に比例し、I2t＝T1
＝一定である。この関係は、第３図の右側のカーブ100
で対数座標で示されている。定数T1を変えるスイッチ78
により長い遅延時間を調整できる。

電流密度が第２図のピックアップレベル、この場合に
は短い遅延時間のピックアップレベルICRを越えると、
引外し装置は短い遅延時間の引外しをトリガする。その
引外しは、長い遅延時間の引外しの前に起る。短い遅延
時間の引外しを表すカーブは、関係I2t＝T2により表さ
れる反限時部分102と一定時間T3の部分104との、連続す
る２つの部分により表される。スイッチ84は、短い遅延
時間のピックアップレベルICRを調整し、スイッチ82は
一定の短い遅延時間T3のピックアップレベルICRを調整
する。一定時間特性から反限時特性への切換えは、定電
流値によりリセットされる。

ピックアップレベルICRより高く、かつスイッチ86に
より調整できる第３のピックアップレベルIINが瞬時引
外しサイクルをトリガする。その瞬時引外しサイクルの
遅延時間T4は、調整できない引外し装置の応答時間に対
応する。第４のピックアップレベルIRより上では、瞬時
アナログ引外し装置70は正常な動作条件の下に動作し
て、遮断器10が一層高速で開く。

第３図には、過負荷ピックアップレベルIsも示されて
いる。この過負荷ピックアップレベルIsの横座標は、長
い遅延時間のピックアップレベルILRの横座標より僅か
に小さい。その過負荷ピックアップレベルを越えること
は長い遅延時間のピックアップレベルに近接し、引外し
の危険があることを示す。スイッチ76は、過負荷ピック
アップレベル設定Isを調節する。このピックアップレベ
ルIsオーバーシュート信号を用いて、負荷切離し制御、
たとえば非優先回路を断つこと、を簡単に行うことがで
きる。電流がピックアップレベルIsより少い値に戻る
と、出力が直ちに無くなって、切離された回路が再び接
続される。

地絡保護を表すカーブは、地絡保護ピックアップレベ
ルIPと一定遅延時間T5を含む。ピックアップレベルIPの
設定はスイッチ74により調整でき、遅延時間T5の設定は
スイッチ72により調整できる。

与えられた時刻における引外し装置の状態が、第３図
のカーブ上に表されている発光ダイオードすなわち表示
灯90〜98により、パネル64上に表示される。地絡保護ピ
ックアップレベルIP上の黒丸90で示されている表示灯90
は、地絡事故で遮断器10が引外しされた時に点灯する。
たとえばリセットボタンを押すというような外部操作が
行われるまで、その表示灯90は点灯を続ける。白黒まだ
らの丸で示されている表示灯92は、過負荷ピックアップ
レベルIsを越えた時に点灯し、そのピックアップレベル
以下に電流が減少すると自動的に消灯する。

長い遅延時間のピックアップレベルILRを越えた時に
表示灯94が点灯し、その遅延時間が経過する前に、電流
がそのピックアップレベルより減少すると消灯する。長
い遅延時間回路により制御される過負荷引外しは表示灯
96により表示され、短い遅延および瞬時引外しにより表
示灯98が点灯する。表示灯96,98を消灯するには外部か
らの消灯操作を必要とする。それらの設定技術と表示技
術は、この分野で良く知られているものであるから、そ
れらについて詳しく説明することは不要である。

多数の位置を有するスイッチ72〜86を用いることによ
り、または２個の設定手段の組合せを用いることによ
り、具体的にいえばスイッチ76とその他の設定スイッチ
を用いることにより、設定確度を高くできる。この種の
組合せにより64種類の設定位置が得られ、スイッチ76は
二重の機能を果し、ピックアップレベルIsとILRの間隔
を十分に広くできる。この種の組合せを行うために独立
したスイッチを付加できる。

２）負荷切離し（Load−Shedding）引外しユニットが地絡事故機能を持たないとき、スイ
ッチ72,74およびランプ90,92は、他の機能たとえば負荷
切り離しに用いることができる。

第４図にカーブで示されているように、同じ引外し装
置を別の保護のために使用できる。この保護において
は、相保護引外しカーブは第３図に示す相保護引外しカ
ーブと同じであるが、地絡事故保護は行われない。この
機能に関連するスイッチ72,74および表示灯90,92を利用
でき、カーブ106,108により示されている負荷切離し機
能および復旧機能を行わせるためにソフトウェアが修正
される。長い遅延時間ピックアップレベルILRより低い
負荷切離しピックアップレベルIDEの設定は、スイッチ7
2により調整できる。その負荷切離し動作は、表示灯90
により表示される。負荷切離しピックアップレベルIDE
とは異って、それより低い負荷復旧ピックアップレベル
IREはスイッチ74により調整でき、表示灯92により表示
される。負荷切離しカーブ106は長い遅延時間保護カー
ブに平行な反限時特性カーブであり、負荷復旧カーブ10
8は一定時間カーブである。それらの設定は、長い遅延
時間の引外しの前に負荷切離しを常に行わせなければな
らない。

レベル調整回路この引外し装置の種々の保護および機能を行わせるた
めには、広い電流測定範囲を必要とする。最低の長い遅
延ピックアップレベルに対する0.4In（In定格電流）か
ら、最高瞬時引外しピックアップレベルに対する12Inま
での全範囲が達成される。すなわち、その電流測定範囲
は30対１の比である。十分に高い確度、とくに１％の分
解能を得るために、0.4Inを表す数は少くとも値100を有
しなければならない。そうすると、最大電流12Inを表す
数は3000となる。3000という数の符号化には12ビットを
必要とするが、12ビットＡ−Ｄ変換器は低速で、しかも
高価である。

レベル調整回路34はアナログループの範囲を、１％の
確度を保ちながら、８ビットＡ−Ｄ変換器の範囲に適応
させる。そのために、14Inの最大電流に対応し、かつ最
大信号として入力端子に加えられた、たとえば５ボルト
のアナログ信号を変換するために増幅器26の利得が選択
される。その最大信号はマルチプレクサ29の入力チャン
ネル２に生じ、Ａ−Ｄ変換器50の出力端子に値256とし
てデジタル化される。分圧比が２である分圧ブリッジ30
が２倍の信号をチャネル１へ与え、増幅器26の入力端子
におけるアナログ信号が7Inより小さい間は最大値の５
ボルトは越えない。

同様に、増幅器28は1.7Inの電流値に対する最大信号
をマルチプレクサ29の入力端子４に与え、電流値0.85In
に対する最大信号を入力端子３へ与える。増幅器26,28
の利得の比は８であることが容易に分かる。マイクロプ
ロセッサ48は電流値に関してチャネル１〜４のうちの１
つを選択する。この例では、７〜14Inの電流に対してチ
ャネル２を、1.7〜71nの電流に対してチャネル１を、0.
85〜1.7Inの電流に対してチャネル４を、0.85Inより少
い電流に対してチャネル３を選択する。マイクロプロセ
ッサ48は、信号の最初のレベルを再び設定するために、
選択したチャネルを考慮に入れた係数だけデジタル化を
増倍する。このレベル調整回路の動作が第５図の流れ図
に示されている。

マイクロプロセッサ48は、チャネル２（14In）を作動
させ、対応する信号をデジタル化する。その結果が値12
8より大きいと、デジタル数つまりデジタル化された値
に16が乗ぜられてRAMに格納される。その結果が128より
小さいと、チャネル１（7In）に対してデジタル化が行
われ、結果が64より大きいと、デジタル数に８が乗ぜら
れて、その結果がRAMに格納される。その結果が64より
小さいと、チャネル４（1.7In）に対してデジタル化が
行われ、デジタル数が128より大きいとそれに２が乗ぜ
られてからメモリに格納される。結果が128より小さい
と、チャネル３（0.85In）に対してデジタル化が行わ
れ、その結果がそのままメモリに格納される。したがっ
て、８ビットＡ−Ｄ変換器50の範囲が0.4〜12Inの電流
変化範囲に適合させられて、十分に高い確度が得られる
ようにする。チャネルの数、したがって定格の数を増し
て確度を高くでき、したがって振幅範囲を広くできるこ
と、または確度を低くするためにチャネルの数を減少で
きることに注意すべきである。

再び第１図を参照して、地絡事故信号がチャネル５と
６のみへ与えられることが分かるであろう。この信号の
範囲は相事故の信号の範囲より小さく、２つの定格で十
分である。マイクロプロセッサ48によるチャネル5,6の
選択は先に述べたようにして行われるから、ここでは繰
返さない。

本発明にしたがってマイクロプロセッサ29とレベル調
整回路34を使用することにより、アナログループの範囲
とデジタルループの範囲を簡単に一致させることができ
る。アナログループは、変流器16とアナログデジタル変
換器50との間を接続する引き外しユニットの全ての要素
を含んでいる。デジタルループは、コンバータ50および
マイクロプロセッサ、さらにその組み合わせ回路を持っ
ている。「パス」によってループを置き換えると、より
適当である。

最後のピークにおける標本化および保持アナログループからデジタルループへの切換えは、処
理された信号の標本化により表される。デジタル信号の
値は標本化期間全体を通じて一定で、その期間はマイク
ロプロセッサ48により設定される標本化周波数により決
定される。たとえば1.84ミリ秒であることの期間を、交
番周期が10ミリ秒である交番信号と比較せねばならな
い。そうすると、標本化により発生される誤差は無視で
きないことが明らかである。

第６図ａに示す波形は、全波整流されたアナログ信号
の時間に対する変化カーブ110と、Ａ−Ｄ変換器50の出
力端子で得られる対応する標本のカーブ112とを示す。
それらのカーブ110と112は上記誤差、とくに信号のピー
ク値における、10％に達することもある誤差を示す。引
外しおよび引外し時間遅れを決定する、そのピーク値の
レベルは上記説明から明らかである。ピーク値測定にお
ける誤差は引外し遅延時間に影響し、この不確実性は選
択的引外しをとくに妨げる。配電系統にはいくつかの遮
断器が直列に接続され、選択的引外しを行えるようにす
るために、それらの遮断器の引外し特性が異ならせてあ
り、障害点のすぐ前すなわちすぐ上流側の遮断器のみが
開いて障害点を遮断し、他の遮断器は閉じたままで、健
全な分岐へは電力供給が続けられることが知られてい
る。上流遮断器の非引外し時間が引外し時間、つまり後
すなわち下流側遮断器の全遮断時間より長い時に、時間
の識別が行われる。直列に設けられている遮断器の第３
図および第４図に示すような種類の引外しカーブおよび
非引外しカーブは、それらのカーブの交差を避けるため
に十分移動させねばならない。それらの識別の問題、お
よび事故を起していない設備は依然として電力を供給し
つつ、障害電流をできる限り迅速に遮断するために、引
外し時間と非引外し時間の差をできるだけ小さくするこ
とが好ましいのは、この分野において良く知られてい
る。

本発明にしたがって、最後のピークすなわち所定時間
内に得られる最大のピーク値（MESURI、第６図ｄ参照）
を保持および格納し、最後のピークにおいて保持された
値を処理することにより、標本化されたピーク値を確度
を高くして保護機能を行う。

第６図a,b,c,d,eのカーブで表されている５つの値
が、RAMに格納される。それらの値は次の通りである。

MESURI＝時刻ｔにおいて処理された標本電流の測定値。

MESURI−１＝時刻ｔ−１において処理された標本電流の
測定値。

INTPHA＝最後のピークにおいて保持された、相電流値。

DERCRE＝電流値INTPHAより小さい最後のピークの値。

TEMPEC＝カウントダウンとして管理されることにより経
過した時間。

第７図は、処理の流れ図を表す。時刻t1においてマイ
クロプロセッサが呼出され、Ａ−Ｄ変換器50により供給
される標本化された電流測定値MESURI（第６図ａ）を処
理する。この測定値MESURIは、最後のピークにおいて保
持された格納されている相電流値INTPHA（第６図ｄ）と
比較される。測定値MESURIが電流値INTPHAより大きいと
ピーク値が増大しているのであるから、電流値INTPHAよ
り小さい最後のピーク値を表すDERCRE値がリセットされ
る。

測定値MESURIは、MESURI−１メモリ（第６図ｃ）とIN
TPHAメモリ（第６図ｄ）に格納される。カウントダウン
を管理するTEMPEC値（第６図ｅ）は最大値にセットさ
れ、保護機能を行うためにマイクロプロセッサ48により
上記のようにして電流値INTPHAが処理される。

たとえば、アナログ信号の下降相すなわち減少してい
く期間に対応する時刻t2において、測定値MESURIが電流
値INTPHAより小さいとすると、測定値MESURIとMESURI−
１が比較される。時刻t2においては測定値MESURIはMESU
RI−１より大きくなく、MESURI−１メモリに入れられ
る。それから、TEMPECが零に等しいかどうかについての
検査が行われる。TEMPECが零に等しいというのは時刻t2
における場合ではないから、TEMPECが減少させられる。
電流値INTPHAが処理されて保護機能を行う。

次の交番波形の上昇相に対応する時刻t3においては、
測定値MESURIは電流値INTPHAより依然として小さいが、
MESURI−１よりは大きい（増加相すなわちアナログ信号
の増加する期間）。測定値MESURIがピーク値DERCREと比
較され、測定値MESURIがピーク値DERCREより大きいと、
測定値MESURIをMESRUI−１メモリに入れる前記プログラ
ムおよびその他のオペレーションを続行する前に、測定
値MESURIはメモリに入れられる。第６図に示す例につい
ては、第２の交番波形の標本化されたピーク値は第１の
交番波形のそれよりも小さく、処理のために保持された
格納されている電流値INTPHAはそれより大きいピーク値
であることが分かる。

実際には、アナログ信号の２つの交番波形は同一で、
標本化されたピーク値の際は標本化処理の結果として生
ずるものである。本発明にしたがって、最後のピークに
おいて（この場合には第２のピークの代りに、より大き
い第１のピークを保持することによって）保持すること
により、誤差は著しく減少する。第２のピークの値は、
DERCREメモリに一時的に格納される。第３の交番波形の
時刻t4においては測定値MESURIが電流値INTPHAより再び
大きく、第１の交番波形について述べたやり方でピーク
値DECREが零リセットされ、測定値MESURIが値MESURI−
１の代りに用いられ、電流値INTPHAがメモリに格納され
る。TEMPECは最大値にリセットされ、新に標本化された
電流値INTPHAが保持される。

交番波形4,5の振幅は第３の交番波形の振幅より小さ
く、時刻t5において零に達するまでカウントダウンが正
常に続けられる。流れ図を参照すると、TEMPECが零に等
しく、ピーク値DERCREが零とは異なる（これはt5の場合
である）ものとすると、メモリにおいて電流値INTPHAが
値DERCREで代えられ、ピーク値DERCREは零リセットされ
る。

カウントダウン期間TEMPCEC（この期間はたとえば22
ミリ秒である）中は、メモリーに格納されている処理さ
れる値は、最後のピークにおいて保持され標本化された
値に対応すること、およびピーク値を再び越えるたびに
カウントダウンが再開されることを容易に理解できる。
この保持されている値は、それぞれの持続時間が10ミリ
秒である50Hzの交番電流に対して少くとも２つのピーク
値を考慮する。22ミリ秒の間、ピーク値が保持されてい
る電流値INTPHAより小さいままであるとすると、電流値
INTPHAより小さい最後の保持されたピーク値である値DE
RCREが電流値INTPHAの代りに用いられる。

ピーク値が増大しているものとすると、処理される信
号はその増加を直ちに考慮に入れるが、ピーク値が減少
している場合には、22ミリ秒の遅延時間が生ずる。最後
のピークにおける保持は瞬時引外しに何の効果も及ぼさ
ないが、短い遅延時間および長い遅延時間の引外しに対
しては、最後のピークにおける保持は標本化誤差を小さ
くできる。22ミリ秒の遅延時間では不当な引外しがひき
起されるかもしれないが、そのような引外しの秒のオー
ダーの遅延時間を考慮に入れると、それの影響は小さ
い。この22ミリ秒という時間は、ピーク値における確度
を高くすることと、引外し時間と非引外し時間の差をで
きるだけ小さくすることとの妥協の結果である。とく
に、遮断器の制御とは独立にピーク値を測定または表示
する時には、多数の交番波形を含んで遅延時間を長く
し、確度を高くできることが明らかである。最後のピー
クにおいて保持する操作を相障害について以上説明した
が、地絡事故保護にもそれを用いて同じ効果を得ること
ができる。

長時間遅延の温度第３図に直線で表される長時間遅延反限時関数特性I2
t＝一定は、電流が第１のピックアップレベルより多い
時に加熱し、そのピックアップレベルより電流が少い時
に冷える、従来の遮断器のバイメタルによる引外しの機
能に等しい。

本発明にしたがって、格納されているデジタル地によ
り表されるバイメタル片の温度を計算することにより、
その反限時関数特性が実行される。加熱中は、温度上昇
を表すために、その格納されている値が予め設定されて
いる係数だけ増加させられるが、冷却中はその格納され
ている値は減少させられる。格納されている値があるピ
ックアップレベルを越えた時に、引外しが行われる。こ
の温度により、以前の状態を考慮に入れること、および
バイメタル片の温度、または遮断器により保護される機
器の温度を正確に考慮に入れることが可能になる。

長時間遅延反限時関数特性は、マイクロプロセッサ48
の第８図に示されているプログラムにより実行される。
そのプログラムについては後で説明する。電流値INTPHA
は、最後のピークにおいて保持された相電流の前記した
値である。マイクロプロセッサ48は電流値INTPHAを、ス
イッチ80により表示されているピックアップレベルILR
と比較する。電流値INTPHAがピックアップレベルILRよ
り大きくないとすると、表示灯94に供給される過負荷ビ
ットがリセットされる。それにより、表示灯94が消灯さ
れる。そうすると、RAMに格納されている係数MULRR（冷
却時間遅延乗数）が零に等しいかどうかの検査が行われ
る。係数MULRRは、初期化されてRAMに格納される。もし
電流値INTPHAがピックアップILRより低く、係数MULRRが
零に等しくなければ、長時間関数プログラムの間中係数
MULRRは減少させられ（第８図）、プログラムは循環つ
まり次の機能に移行させられる。

また、係数MULLRRが零に等しいと、長時間遅延スイッ
チ78の位置により決定される数にその乗数は初期化さ
れ、RAMに格納されている値TETALR（長時間遅延機能に
対するシミュレートされたバイメタル片の温度TETA）
に、等しいバイメタル片の冷却を表す減少係数が乗ぜら
れ、それにより得られた新しい値TETALRがメモリ内の以
前の値の化りに用いられる。この動作は、バイメタル片
の冷却に対応する。MULRRは時間遅れに乗ぜられるから
係数と考えられる。仮に係数MULRRが３に初期化される
と減少ステップの前に３サイクルが必要である。

電流値INTPHAがピックアップレベルILRより大きくな
った時に、加熱段階が開始される。冷却段階におけるの
と同様にして、係数MULRE（加熱用の長い遅延時間乗
数）が零に等しいかどうかの検査が行われる。もし等し
くなければ、係数MULREは減少させられて、プログラム
は循環させられる。また、係数MULREが零に等しいと、
過負荷ビットが値１をとって表示灯94を点灯させ、スイ
ッチ78により決定される数に係数MULREが初期化され
る。マイクロプロセッサ48の算術論理装置が電流自乗オ
ペレーションを実行して、加熱を表す値DTETAE（デルタ
TETA加熱）を計算する。新しい画像の温度を決定するた
めに、その値DTETAEが以前に格納されている値TETALRに
加え合わされる。それが最大値TETAMAXより大きいとす
ると、引外しビットは１となって遮断器を引外しさせ
る。また、それが値TETAMAXより大きくなければプログ
ラムは循環させられる。

係数MULRRおよびMULREの役割は、デジタル化された温
度の増加と減少のリズムを調整することである。乗数を
３に設定すると、３回のうち１回動作させることにな
り、その結果として遅延時間が３倍長くなる。それらの
乗数により長い遅延時間の引外しカーブを選択できる。

短い遅延時間の反限時関数特性が、第９図に示されて
いる流れ図に記されているのに類似するやり方で実行さ
れる。電流値INTPHAがピックアップレベルICRより小さ
いと、短い遅延時間機能TETACRについてシミュレートさ
れるバイメタル片の温度に、冷却を表す減少係数が乗ぜ
られて、それにより得られた新しい値がRAMに格納され
る。電流値INTPHAがピックアップレベルICRより大きい
と、最後のピークDTETACRにおいて保持され標本化され
た電流の自乗、これは加熱に対応するが、反限時引外し
から短い遅延時間機能の一定時間引外しへの切換えに対
応する与えられた最大ストップ値BUTCRより大きいかど
うかについての検査が行われる。もし大きくなければ、
メモリに格納されている値TETACRの代りに増加値TETACR
＋DTETACRが用いられ、その新しい値TETACRが引外しピ
ックアップレベルTETACRMAXより大きいかどうかについ
ての検査が行われる。

もし大きいと、引外し命令がリレー14へ送られて反限
時短遅延時間保護を行う。温度上昇DTETACRがストップ
値BUTCRより大きいと、その値がDTETACRの代りに用いら
れ、前記したようにして値TETACRに加えられ、バイメタ
ル片のシミュレートされた温度を表す新しい値TETACRが
ピックアップレベルTETACRMAXより大きいか否かに応じ
て、引外しを行ったり、行わなかったりする。

ソフトウェアの構成第10図は、本発明の主な遮断器プログラムを示すもの
である。リセットの後で、マイクロプロセッサ48は、ブ
ロック54のスイッチ72〜86により入力される設定パラメ
ータを得る。それから、マイクロプロセッサはマルチプ
レクサ29により供給される相電流の値とアース電流の値
を読取る。それらのデータは、全てRAMに格納される。
それから、マイクロプロセッサは相電流とアース電流の
最後のピークにおける保持を前記のようにして標本化す
る。次に、マイクロプロセッサ48は、最後のピークにお
いて保持された相電流が瞬時引外しピックアップレベル
IINより大きいか否かを検査する瞬時機能を処理する。
それから、プログラムを交互に実行する２つの分岐に分
割する。

第１の分岐は、反限時関数特性を決定するために必要
な電流の自乗を計算することであり、第２の分岐は、長
時間遅延機能、短時間遅延機能および地絡事故保護機能
を連続して処理することである。処理オペレーションを
このように分離することにより、プログラム時間を1.84
ミリ秒まで短縮できる。合図命令および引外し命令が発
生され、1.8ミリ秒のサイクル時間に関する同期待機時
間の後で、新たなサイクルが実行される。

アナログ瞬時引外し大きな短絡が生じた時、またはスタート期間中、上記
デジタル処理引外し装置の動作は完全である。デジタル
処理は高速であるが、瞬時には行われず、その遅れによ
りある場合には保護される機器や遮断器自体が破壊され
ることがある。本発明にしたがって、瞬時保護を行うた
めに、デジタル処理ループをアナログ処理ループでシャ
ントする。導線R,S,Tを流れる電流に比例し、整流ブリ
ッジ18の出力端子に現われる整流された信号は、アナロ
グ装置170において処理されて瞬時引外し命令が発生さ
れる。予め設定されているピックアップレベルを越えた
時に、その瞬時引外し命令がリレー14へ送られる。その
瞬時引外し命令がリレー14へ送られる。ここで、第11図
を参照すると、アナログ装置70に与えられた信号は演算
増幅器114により増幅される。この増幅器の出力端子
は、比較器116の入力端子に接続される。比較器116の他
の入力端子は、直列120,122で構成された分圧ブリッジ
の点188に接続される。直列接続されている抵抗124とト
ランジスタ126により構成されたシャント回路が抵抗122
に並列接続される。

トランジスタ126は、レジスタ58の出力端子S7に発生
された命令により制御されて、シャント回路を閉じる。
抵抗120、122により構成される分圧ブリッジと抵抗124
およびトランジスタ126により構成されるシャント回路
は、トランジスタ126が非導通状態であるか、導通状態
であるかに応じて２種類のピックアップレベルIR,IR1を
決定し、比較器116は信号をそれらのピックアップレベ
ルと比較して、その信号がそれらのピックアップレベル
より大きい時に引外し命令を発生することが容易に分か
る。第３図を参照して、ピックアップレベルIRはデジタ
ル瞬時引外しピックアップレベルIINより大きく、ピッ
クアップレベルIR1はピックアップレベルIINより少し小
さいか、等しいことが分かる。出力S7が選択された時、
すなわち、デジタル処理ループが機能する時にピックア
ップレベルIRが選択される。デジタルループが機能しな
いと、アナログループ介入ピックアップレベルが値IR1
まで減少させられる。

この瞬時アナログ引外し装置は、次のように動作す
る。

正常な動作においては、アナログ引外し装置は介入せ
ず、過負荷および短絡はデジタル引外し装置で取扱われ
る。アナログ引外し装置のピックアップレベルは値IRに
セットされ、ピックアップレベルIRより大きい例外的な
値の短絡のみが両方のループにより取扱われ、アナログ
ループがデジタルループに先行して引外しを命令する。

スタート期間中、とくに遮断器が閉じている時は出力
端子S7に信号が生じないために、短いスタート期間中は
デジタルループは機能せず、アナログ引外し装置ピック
アップレベルは小さい値IR1まで自動的に小さくされ
る。短絡、とくに障害時の閉成による短絡が起ると、ピ
ックアップレベルIRが越えられたときアナログ引外しの
介入が直ちに行われて遮断器と機器の両方を保護する。
また、アナログループは、デジタルループが故障した時
にバックアップとして機能し、とくに複雑にすることな
しに引外し装置の信頼度を高くする。アナログ引外し装
置のピックアップレベルの変更は、異なるやり方で実行
できることに注意すべきである。

本発明の引外し装置は、構成をとくに複雑にすること
なしに、アナログ引外し装置の利点とデジタル引外し装
置の利点を組合せたものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の引外し装置のブロック図、第２図は設
定器と合図装置を有する引外し装置の前面パネルを示す
図、第3,4図は本発明の引外し装置の２つの実施例の引
外しカーブを示す図、第５図は定格変更機能の流れ図、
第６図は反限時関数特性のためにマイクロプロセッサに
より処理される種々の信号の波形図、第７図は最後のピ
ークにおける保護機能の流れ図、第８図は長い反限時遅
延機能の流れ図、第９図は短い反限時遅延機能の流れ
図、第10図は全体の引外し機能の流れ図で、第11図はア
ナログ処理ループのブロック回路図である。 10……遮断器、12……遮断器の機構、14……リレー、16
……変流器、18……全波整流ブリッジ、29……マルチプ
レクサ、30,32……分圧ブリッジ、34……電圧信号構成
回路、36……加算トランス、48……マイクロプロセッ
サ、58……出力レジスタ、70……アナログ引外し装置。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】保護すべき導体（R,S,T）を通して流れる
電流に比例するアナログ電流信号を発生する電流センサ
（16）と、前記アナログ電流信号を整流して前記電流の
最大値を表す連続アナログ信号を生じる整流回路（18）
と、前記連続アナログ信号を受領する入力端子および対
応する標本化デジタル信号を生じる出力端子を有するア
ナログ・デジタル変換器（50）と、デジタル化された信
号が与えられてピーク値が各所定レベルを越えるとき長
時間遅れ（LR）または短時間遅れ（CR）の後に回路遮断
器トリップ指令を生じるマイクロプロセッサによるデジ
タル処理ユニット（48）と、前記トリップ指令により動
作する回路遮断器トリップ手段（12、14）とをそなえた
電気回路遮断器用のデジタル固体引外し装置において、前記デジタル処理ユニットに保持されたピーク値（INTP
HA）と前記標本化デジタル信号とを前記処理手段の各処
理サイクル中に一度比較する手段と、この比較する手段が、前記標本化デジタル信号が保持さ
れたピーク値より大きいと決定すると、前記標本化デジ
タル信号（MESURI）により前記蓄積された値を置き換
え、かつ蓄積されたカウントダウン期間（TEMPEC）を前
記アナログ電流信号の１周期より大きい所定最大値に設
定する手段と、カウントダウン期間がゼロに等しくなく、また前記標本
化デジタル信号が前記保持されたピーク値より小さいこ
とを前記比較する手段が決定すると蓄積されたカウント
ダウン期間（TEMPEC）を減じる手段と、蓄積されたカウントダウン期間がゼロに等しく、かつ前
記比較する手段が前記標本化されラッチされたピーク値
より小さいことを決定すると、保持されたピーク値を消
去する手段と、をそなえたことを特徴とする電気回路遮断器用のデジタ
ル固体引外し装置。
【請求項２】特許請求の範囲第１項記載のデジタル固体
引外し装置であって、保持されている前記ピーク値（INTPHA）より低い前記標
本化デジタル信号（MESURI）の最後の信号ピーク（DERC
RE）を格納する手段を更に備え、保持されている前記ピーク値（INTPHA）が、前記格納さ
れている最後のピーク値（DERCRE）が消去された時に、
前記格納された最後のピーク値により置き換えられるこ
とを特徴とする固体引外し装置。
【請求項３】特許請求の範囲第１項記載の固体引外し装
置であって、前記アナログ・デジタル変換手段の標本化時間は、５ミ
リ秒より短いことを特徴とする固体引外し装置。
【請求項４】特許請求の範囲第１項記載の固体引外し装
置であって、前記カウントダウン期間（TEMPEC）は、20〜100ミリ秒
であることを特徴とする固体引外し装置。
【請求項５】特許請求の範囲第４項記載の固体引外し装
置であって、前記デジタル処理手段は、前記アナログ・デジタル変換
手段の標本化周期を制御するようにした固体引き外し装
置。
【請求項６】特許請求の範囲第３項記載の固体引外し装
置において、前記カウントダウン期間の前記所定最大値は20ないし60
ミリ秒の間であり、前記デジタル処理手段は、40ミリ秒
と１秒との間の第２の所定の最大値を有する第２のカウ
ントダウン期間を蓄積する手段、および前記回路遮断器
を流れる電流の表示を制御する手段をさらにそなえた固
体引外し装置。
【請求項７】特許請求の範囲第１項記載の固体引外し装
置において、位相故障電流を表す第１のアナログ信号を形成する手段
と、接地故障電流を表す第２のアナログ信号を形成する手段
とをそなえ、前記デジタル処理手段が、前記移動故障電流の各ピーク
値および前記接地故障電流を蓄積する手段をさらにそな
えた固体引外し装置。