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技術 回路遮断器用トリップ制御回路

出願人 エルエス産電株式会社
発明者 ソンチョンクク
出願日 2017年4月28日 (3年6ヶ月経過) 出願番号 2017-089811
公開日 2017年11月2日 (2年11ヶ月経過) 公開番号 2017-199676
状態 特許登録済
技術分野 ブレーカ
主要キーワード 飽和段階 基準傾き 矩形波発振回路 正弦波発振回路 漏電電流値 トリップ装置 回路遮断器用 直流波形
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図面 (9)

課題

回路に流れる交流電流直流電流成分をどちらも検出して異常発生時に回路を遮断できる回路遮断器用トリップ制御回路を提供する。

解決手段

本発明による回路遮断器用トリップ制御回路は、回路の貫通を許容する環状のコア20a、及びコア20aに巻回されて回路に流れる電流を検出して電流検出信号を供給する2次コイル20bを有する変流器20と、変流器20のヒステリシスループの傾きが大きくなるようにして2次コイル20bが回路に流れる交流電流と直流電流をどちらも検出できるように、電気信号を2次コイル20bに供給する発振回路部61と、2次コイル20bから出力された交流成分及び直流成分を有する前記電流検出信号の電流値と所定の基準電流値とを比較し、比較の結果、前記電流検出信号の電流値が前記基準電流値を超えれば、トリップ制御信号を出力するトリップ判断回路部63とを含む。

概要

背景

回路遮断器は、多相多極)、代表的には三相交流電力回路(以下、回路という)において少なくとも1つの相の電流過電流が発生したり漏電により各相(極)の電流間の不平衡が発生すると前記回路を遮断する電力機器である。

特に、漏電を遮断できる回路遮断器を漏電遮断器(Earth LeakageCircuit Breaker, ELCB)という。

このような回路遮断器においては、回路の相電流を検出する手段として変流器(Current Transformer)が用いられ、漏電遮断器の場合、零相変流器(Zero Phase Current Transformer, ZCT)が漏電電流量の検出に用いられる。回路遮断器は、前記変流器により検出された回路の相電流の値と予め設定された基準電流値とを比較し、前記検出された回路の相電流の値が前記基準電流値以上の場合に回路を遮断する。また、漏電遮断器は、前記零相変流器により検出された漏電電流の値と予め設定された基準漏電電流値とを比較し、前記検出された漏電電流の値が前記基準漏電電流値以上の場合に回路を遮断する。

以下、図8を参照して、従来技術による回路遮断器のトリップ制御回路の構成について説明する。

図8を参照すると、交流電源10から供給された交流電流は回路を介して負荷50に流れる。

なお、交流電流のみが流れる負荷はほとんど存在せず、LED照明最先端制御装置、電力機器(electric power device)、変換装置インバータコンバータ)などのような直流成分の非線形負荷負荷全体の半分以上を占めている。よって、図8に示す負荷50に流れる負荷電流i1、i2は交流電流と直流電流が同時に流れて形成される。

電流検出手段20は、回路が貫通するように設けられる通常環状のコアと、前記コアに巻回され、前記回路に流れる相電流又は漏電電流に比例する電流検出信号を供給する2次コイルセカンダリコイル)とを含む。制御部60−1は、電流検出手段20の2次コイルに接続され、前記2次コイルから電流検出信号(Ic)を受信し、前記電流検出信号(Ic)の相電流値又は漏電電流値が予め設定された基準電流値以上の場合にトリップ制御信号を出力する。前記トリップ制御信号は、磁気トリップ装置(Magnetic Trip Device,MTD)などのトリップ機構(trip mechanism)に含まれるコイルを磁化し、トリップ機構は、前記コイルの磁気駆動力を用いて出力部(例えば、プランジャ)を移動させることにより、開閉機構40がトリップ動作するようにトリガする。すると、可動接点及び固定接点を含む開閉機構40は、回路開放位置に動作して回路遮断、すなわちトリップ動作を行う。

概要

回路に流れる交流電流と直流電流成分をどちらも検出して異常発生時に回路を遮断できる回路遮断器用トリップ制御回路を提供する。本発明による回路遮断器用トリップ制御回路は、回路の貫通を許容する環状のコア20a、及びコア20aに巻回されて回路に流れる電流を検出して電流検出信号を供給する2次コイル20bを有する変流器20と、変流器20のヒステリシスループの傾きが大きくなるようにして2次コイル20bが回路に流れる交流電流と直流電流をどちらも検出できるように、電気信号を2次コイル20bに供給する発振回路部61と、2次コイル20bから出力された交流成分及び直流成分を有する前記電流検出信号の電流値と所定の基準電流値とを比較し、比較の結果、前記電流検出信号の電流値が前記基準電流値を超えれば、トリップ制御信号を出力するトリップ判断回路部63とを含む。

目的

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、回路に流れる電流の直流成分と交流成分をどちらも検出することにより、交流成分の過電流や漏電の発生時に回路を遮断できるだけでなく、直流成分の過電流や漏電の発生時にも回路を遮断できる回路遮断器用トリップ制御回路を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

回路の貫通を許容する環状のコア、及び前記コアに巻回されて前記回路に流れる電流を検出して電流検出信号を供給する2次コイルを有する変流器と、前記変流器のヒステリシスループの傾きが大きくなるようにして前記変流器の2次コイルが前記回路に流れる交流電流及び直流電流をどちらも検出できるように、電気信号を前記変流器の2次コイルに供給する発振回路部と、前記変流器の2次コイルから出力された交流成分及び直流成分を有する前記電流検出信号の電流値と所定の基準電流値とを比較し、比較の結果、前記電流検出信号の電流値が前記基準電流値を超えれば、トリップ制御信号を出力するトリップ判断回路部とを含む、回路遮断器用トリップ制御回路

請求項2

前記変流器の2次コイルに接続され、前記2次コイルから供給された電流検出信号としての電流信号電圧信号に変換して出力する検知抵抗をさらに含む、請求項1に記載の回路遮断器用トリップ制御回路。

請求項3

前記発振回路部により供給される前記電気信号は、矩形波信号を含む、請求項1又は2に記載の回路遮断器用トリップ制御回路。

請求項4

前記発振回路部により供給される前記電気信号は、高周波正弦波信号を含む、請求項1又は2に記載の回路遮断器用トリップ制御回路。

請求項5

前記トリップ判断回路部は、前記電流検出信号に基づいて、時間の変化に応じて回路に流れる電流量を決定し、前記発振回路部から前記2次コイルに供給される電気信号の波形及び周波数を決定するように構成される、請求項1〜4のいずれか一項に記載の回路遮断器用トリップ制御回路。

請求項6

前記トリップ判断回路部は、前記2次コイルに発生する時間帯毎磁界強度の変化及びそれに応じた磁束密度の変化の関係に基づいて、前記発振回路部により出力される波形の信号を決定するように構成される、請求項1〜5のいずれか一項に記載の回路遮断器用トリップ制御回路。

請求項7

前記発振回路部から前記2次コイルに供給される信号に対応する前記2次コイルの磁界強度及び磁束密度を表示する第1表示部をさらに含む、請求項1〜6のいずれか一項に記載の回路遮断器用トリップ制御回路。

請求項8

前記コアを貫通する回路に流れる直流成分が検出されると直流成分の検出を示す情報を表示する第2表示部をさらに含む、請求項1〜7のいずれか一項に記載の回路遮断器用トリップ制御回路。

請求項9

前記トリップ判断回路部は、回路に流れる直流成分及び交流成分の少なくとも一方からなる電流又は直流電流と交流電流の合成電流を検出した電流検出信号を前記2次コイルから受信するように構成される、請求項1〜8のいずれか一項に記載の回路遮断器用トリップ制御回路。

請求項10

前記トリップ判断回路部は、前記2次コイルに誘導された電流の信号に混入し得る高周波成分を除去するローパスフィルタ回路部を含む、請求項1〜9のいずれか一項に記載の回路遮断器用トリップ制御回路。

技術分野

0001

本発明は、回路遮断器用トリップ制御回路に関し、回路に流れる交流電流のみでなく、従来の回路遮断器によっては検出できなかった、回路に流れる直流電流成分も検出し、交流及び直流過電流漏電の発生時に回路を遮断できるようにした回路遮断器用トリップ制御回路に関する。

背景技術

0002

回路遮断器は、多相多極)、代表的には三相交流電力回路(以下、回路という)において少なくとも1つの相の電流の過電流が発生したり漏電により各相(極)の電流間の不平衡が発生すると前記回路を遮断する電力機器である。

0003

特に、漏電を遮断できる回路遮断器を漏電遮断器(Earth LeakageCircuit Breaker, ELCB)という。

0004

このような回路遮断器においては、回路の相電流を検出する手段として変流器(Current Transformer)が用いられ、漏電遮断器の場合、零相変流器(Zero Phase Current Transformer, ZCT)が漏電電流量の検出に用いられる。回路遮断器は、前記変流器により検出された回路の相電流の値と予め設定された基準電流値とを比較し、前記検出された回路の相電流の値が前記基準電流値以上の場合に回路を遮断する。また、漏電遮断器は、前記零相変流器により検出された漏電電流の値と予め設定された基準漏電電流値とを比較し、前記検出された漏電電流の値が前記基準漏電電流値以上の場合に回路を遮断する。

0005

以下、図8を参照して、従来技術による回路遮断器のトリップ制御回路の構成について説明する。

0006

図8を参照すると、交流電源10から供給された交流電流は回路を介して負荷50に流れる。

0007

なお、交流電流のみが流れる負荷はほとんど存在せず、LED照明最先端制御装置、電力機器(electric power device)、変換装置インバータコンバータ)などのような直流成分の非線形負荷負荷全体の半分以上を占めている。よって、図8に示す負荷50に流れる負荷電流i1、i2は交流電流と直流電流が同時に流れて形成される。

0008

電流検出手段20は、回路が貫通するように設けられる通常環状のコアと、前記コアに巻回され、前記回路に流れる相電流又は漏電電流に比例する電流検出信号を供給する2次コイルセカンダリコイル)とを含む。制御部60−1は、電流検出手段20の2次コイルに接続され、前記2次コイルから電流検出信号(Ic)を受信し、前記電流検出信号(Ic)の相電流値又は漏電電流値が予め設定された基準電流値以上の場合にトリップ制御信号を出力する。前記トリップ制御信号は、磁気トリップ装置(Magnetic Trip Device,MTD)などのトリップ機構(trip mechanism)に含まれるコイルを磁化し、トリップ機構は、前記コイルの磁気駆動力を用いて出力部(例えば、プランジャ)を移動させることにより、開閉機構40がトリップ動作するようにトリガする。すると、可動接点及び固定接点を含む開閉機構40は、回路開放位置に動作して回路遮断、すなわちトリップ動作を行う。

発明が解決しようとする課題

0009

しかし、図8に示すような回路遮断器において、電流検出手段20は、一種変圧器(transformer)であるので回路の交流成分を検出することはできるが、負荷50に流れる直流成分は電流検出手段20の2次コイルに誘導されないので検出することはできない。

0010

よって、従来技術による回路遮断器のトリップ制御回路においては、負荷に流れる直流成分の過電流や漏電の発生時に回路を遮断できないという問題があった。

0011

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、回路に流れる電流の直流成分と交流成分をどちらも検出することにより、交流成分の過電流や漏電の発生時に回路を遮断できるだけでなく、直流成分の過電流や漏電の発生時にも回路を遮断できる回路遮断器用トリップ制御回路を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0012

本発明の上記目的は、回路の貫通を許容する環状のコア、及び前記コアに巻回されて前記回路に流れる電流を検出して電流検出信号を供給する2次コイル(セカンダリコイル)を有する変流器と、前記変流器のヒステリシスループ(hysteresis loop)の傾きが大きくなるようにして前記変流器の2次コイルが前記回路に流れる交流電流と直流電流をどちらも検出できるように、電気信号を前記変流器の2次コイルに供給する発振回路部と、前記変流器の2次コイルから出力された交流成分及び直流成分を有する前記電流検出信号の電流値と所定の基準電流値とを比較し、比較の結果、前記電流検出信号の電流値が前記基準電流値を超えれば、トリップ制御信号を出力するトリップ判断回路部とを含む、本発明による回路遮断器用トリップ制御回路を提供することにより達成することができる。

0013

本発明の好ましい一態様によれば、前記回路遮断器用トリップ制御回路は、前記変流器の2次コイルに接続され、前記2次コイルから供給された電流検出信号としての電流信号電圧信号に変換して出力する検知抵抗をさらに含む。

0014

本発明の好ましい他の態様によれば、前記発振回路部により供給される前記電気信号は、矩形波信号(square wave signal)を含む。

0015

本発明の好ましいさらに他の態様によれば、前記発振回路部により供給される前記電気信号は、高周波正弦波信号(sine wave signal)を含む。

0016

本発明の好ましいさらに他の態様によれば、前記トリップ判断回路部は、前記電流検出信号に基づいて、時間の変化に応じて回路に流れる電流量を決定し、前記発振回路部から前記2次コイルに供給される電気信号の波形及び周波数を決定するように構成される。

0017

本発明の好ましいさらに他の態様によれば、前記トリップ判断回路部は、前記2次コイルに発生する時間帯毎磁界強度の変化及びそれに応じた磁束密度の変化の関係に基づいて、前記発振回路部により出力される波形の信号を決定するように構成される。

0018

本発明の好ましいさらに他の態様によれば、前記回路遮断器用トリップ制御回路は、前記発振回路部から前記2次コイルに供給される信号に対応する前記2次コイルの磁界強度及び磁束密度を表示する第1表示部をさらに含む。

0019

本発明の好ましいさらに他の態様によれば、前記回路遮断器用トリップ制御回路は、前記変流器の鉄心を貫通する回路に流れる直流成分が検出されると直流成分の検出を示す情報を表示する第2表示部をさらに含む。

0020

本発明の好ましいさらに他の態様によれば、前記トリップ判断回路部は、回路に流れる直流成分と交流成分の少なくとも一方からなる電流又は直流電流と交流電流の合成電流を検出した電流検出信号を前記2次コイルから受信するように構成される。

0021

本発明の好ましいさらに他の態様によれば、前記トリップ判断回路部は、前記2次コイルに誘導された電流の信号に混入し得る高周波成分を除去するローパスフィルタ回路部を含む。

発明の効果

0022

本発明による回路遮断器用トリップ制御回路においては、電気信号を変流器の2次コイルに供給する発振回路部を含むことにより、前記変流器のヒステリシスループの傾きが大きくなるようにして前記2次コイルが回路に流れる交流電流と直流電流をどちらも検出できるようにするという効果が得られる。

0023

本発明による回路遮断器用トリップ制御回路においては、前記変流器の2次コイルから供給された電流検出信号としての電流信号を電圧信号に変換して出力する検知抵抗をさらに含むことにより、電流検出信号を電圧信号に変換してトリップ判断回路部に出力し、トリップ決定のための基準電圧と比較できるようにするという効果が得られる。

0024

本発明による回路遮断器用トリップ制御回路において、前記発振回路部により供給される前記電気信号は、エッジ(edge)で急激に変化する矩形波信号又は高周波の正弦波信号を含むので、前記電気信号を前記発振回路部から前記2次コイルに供給することにより、前記変流器の磁界強度及び磁束密度を変化させることができ、前記変流器のヒステリシスループ特性を変化させることができる。特に、時間の経過に応じて急激な変化を示す矩形波信号又は高周波の正弦波信号により、前記変流器のヒステリシスループの傾きが大きくなるという効果が得られる。

0025

本発明による回路遮断器用トリップ制御回路において、前記トリップ判断回路部は、前記電流検出信号に基づいて時間の変化に応じて回路に流れる電流量を決定するように構成されるので、時間の変化に応じた前記電流検出信号の波形の変化に応じて、前記電流検出信号による回路に流れる電流が純粋な交流であるか、純粋な直流であるか、交流と直流の混合波であるかを決定することができ、前記電流検出信号に基づいて、前記発振回路部から前記2次コイルに供給される電気信号の波形及び周波数を決定することができるという効果が得られる。

0026

本発明による回路遮断器用トリップ制御回路において、前記トリップ判断回路部は、前記2次コイルに発生する時間帯毎の磁界強度の変化及びそれに応じた磁束密度の変化の関係に基づいて、前記発振回路部により出力される波形の信号を決定するように構成されるので、前記発振回路部が前記変流器のヒステリシスループの傾きに対応する周波数の矩形波信号又は高周波の正弦波信号を出力できるように、前記トリップ判断回路部はそれに対応する選択制御信号を前記発振回路部に出力することができるという効果が得られる。

0027

本発明による回路遮断器用トリップ制御回路においては、第1表示部をさらに含むことにより、前記発振回路部から前記2次コイルに供給される信号に対応する前記2次コイルの磁界強度及び磁束密度を表示することができるという効果が得られる。

0028

本発明による回路遮断器用トリップ制御回路においては、第2表示部をさらに含むことにより、前記変流器の鉄心を貫通する回路に流れる直流成分が検出されると直流成分の検出を示す情報を表示することができるという効果が得られる。

0029

本発明による回路遮断器用トリップ制御回路において、前記トリップ判断回路部は、回路に流れる交流電流、直流電流又は直流電流と交流直流の合成電流を検出した電流検出信号を前記2次コイルから受信するので、回路に流れる純粋な交流信号、純粋な直流信号又は直流電流と交流直流の合成信号のそれぞれを全て受信することができ、受信した信号に基づいて交流信号、直流信号及び合成信号の異常発生時に回路を遮断することができるという効果が得られる。

0030

本発明による回路遮断器用トリップ制御回路において、前記トリップ判断回路部は、ローパスフィルタ回路部を含むので、前記2次コイルに誘導された電流の信号に混入し得る高周波成分を除去することができ、高周波ノイズによるトリップ決定のエラー発生を最小限に抑えることができるという効果が得られる。

図面の簡単な説明

0031

本発明の好ましい第1実施形態による回路遮断器用トリップ制御回路の構成を示すブロック図である。
本発明の好ましい第2実施形態による回路遮断器用トリップ制御回路の構成を示すブロック図である。
本発明の好ましい第3実施形態による回路遮断器用トリップ制御回路の構成を示すブロック図である。
本発明による回路遮断器用トリップ制御回路の信号処理動作及び信号波形を示す図である。
本発明による回路遮断器用トリップ制御回路における変流器の2次コイルに電気信号が供給されていない状態での変流器のヒステリシスループ(HL1)と変流器の2次コイルに電気信号が供給されている状態での変流器のヒステリシスループ(HL2)とを比較して示す図である。
本発明による回路遮断器用トリップ制御回路における変流器の入力信号としての回路に流れる直流成分の波形及び発振回路部により供給される矩形波信号の波形を示す波形図である。
本発明による回路遮断器用トリップ制御回路における回路に流れる電流に直流成分が含まれている場合に変流器の2次コイルから出力される検出出力電流の波形図である。
従来技術による回路遮断器のトリップ制御回路の構成を示すブロック図である。

実施例

0032

前述した本発明の目的とそれを達成する本発明の構成及びその作用効果は、添付図面を参照した本発明の好ましい実施形態についての以下の説明によりさらに明確に理解できるであろう。

0033

本発明の好ましい第1実施形態による回路遮断器用トリップ制御回路は、図1に示すように、変流器20、発振回路部61及びトリップ判断回路部63を含む。

0034

図1図3において、符号60は変流器20を除くトリップ制御回路部を示す。

0035

変流器20は、回路の貫通を許容する環状のコア20aと、コア20aに巻回され、回路に流れる電流i1、i2を検出して電流検出信号を供給する2次コイル20bとを有する。

0036

ここで、変流器20は、前記回路遮断器が漏電遮断器の場合、零相変流器(ZCT)で代替してもよい。

0037

一方、図5は本発明による回路遮断器用トリップ制御回路における変流器の2次コイルに電気信号が供給されていない状態での変流器のヒステリシスループ(HL1)と変流器の2次コイルに電気信号が供給されている状態での変流器のヒステリシスループ(HL2)とを比較して示す図である。

0038

図5点線の波形で示すように、変流器の2次コイルに電気信号が供給されていない状態での変流器のヒステリシスループ(HL1)は、第1傾き(S1)を有し、傾きが小さいので、磁界強度(H)の増加又は減少の変化による磁束密度(B)の変化が大きくない。

0039

また、ヒステリシスループ(HL1)の飽和点(P1)を参照すると、ヒステリシスループ(HL2)に比べて大きい磁界強度と低い磁束密度で飽和することが分かる。

0040

このように傾きが小さいヒステリシスループ(HL1)の特性を有する変流器のコアの内部を貫通して直流成分と交流成分が混合された負荷電流が流れる場合、変流器において出力部に相当する2次コイルには交流成分のみ誘導されて交流成分のみ出力され、直流成分は誘導されないので出力されない。

0041

それに対して、発振回路から変流器の2次コイルに例えば矩形波などの波形の電気信号が供給されている状態での変流器のヒステリシスループ(HL2)は、第1傾き(S1)より大きい第2傾き(S2)を有し、磁界強度(H)の増加又は減少の変化による磁束密度(B)の変化が大きい。

0042

また、ヒステリシスループ(HL2)の飽和点(P2)を参照すると、ヒステリシスループ(HL1)に比べて小さい磁界強度と高い磁束密度で飽和することが分かる。すなわち、発振回路から変流器の2次コイルに例えば矩形波などの波形の電気信号が供給されると、飽和点が移動することが分かる。

0043

このように傾きが大きいヒステリシスループ(HL2)の特性を有する変流器のコアの内部を貫通して直流成分と交流成分が混合された負荷電流が流れる場合、変流器において出力部に相当する2次コイルには交流成分と直流成分がどちらも誘導され、交流成分と直流成分がどちらも出力される。

0044

このような特性は、図6及び図7の波形図からも確認することができ、図6及び図7を参照してさらに説明する。

0045

図6において、回路に流れる電流、すなわち負荷に流れる電流をIpとすると、直流成分のIp(DC)の波形は図示のように時間が経過しても一定の電流値を有し、発振回路部により供給される矩形波の波形は直流成分のIp(DC)の波形の下方に示すものであると仮定する。

0046

ここで、変流器の2次コイルの出力波形は、オシロスコープにより確認すると、図7に示す通りである。

0047

図6及び図7を参照すると、時点t1、t2、t3のように前記矩形波のエッジで歪みが発生するが、歪みの発生時点を除くほとんどの時間では一定の電流値を有する直流波形が検出されることが分かる。

0048

また、前記歪みは、トリップ判断回路部63に含まれるローパスフィルタ回路部63−1(図2又は図3参照)により除去することができるので、回路に流れる直流成分の検出には問題がない。

0049

本発明は、前述したように、変流器の2次コイルに電気信号が供給されると、変流器のヒステリシスループの傾きが大きくなり、回路に流れる交流成分と直流成分をどちらも検出できるようになることに着目したものである。

0050

本発明による回路遮断器用トリップ制御回路における変流器20のヒステリシスループ特性を数式で表すと次の通りである。

0051

2次コイル20bにおける磁束密度(B)と磁界強度(H)の関係は下記数式1のように表される。

0052

0053

0054

また、上記数式1における比例定数kは、下数数式2のように定義される。

0055

0056

ここで、μ0はコア20aの透磁率を示し、μmはコア20aの透磁率の最大値を示し、Bsはコア20aの飽和段階での磁束密度を示す。

0057

0058

0059

0060

0061

すなわち、発振回路部61から2次コイル20bに電気信号を供給すると、変流器20の磁界強度及び磁束密度を変化させることができ、それにより変流器20のヒステリシスループ特性を変化させることができる。特に、時間に応じて急激な変化を示す矩形波信号又は高周波の正弦波信号を2次コイル20bに供給すると、変流器20のヒステリシスループの傾きが大きくなる。

0062

図1を参照すると、発振回路部61は、変流器20のヒステリシスループの傾きが大きくなるようにして変流器20の2次コイル20bが回路に流れる交流電流と直流電流をどちらも検出できるように、電気信号を変流器20の2次コイル20bに供給する。

0063

本発明の好ましい一態様において、発振回路部61により供給される前記電気信号は、矩形波信号を含む。よって、本発明の好ましい一態様において、発振回路部61は、矩形波発振回路部で構成されてもよい。

0064

本発明の好ましい他の態様において、発振回路部61により供給される前記電気信号は、高周波の正弦波信号を含む。よって、本発明の好ましい他の態様において、発振回路部61は、正弦波発振回路部で構成されてもよい。

0065

発振回路部61から前記2次コイルに低周波の正弦波信号が供給されている状態での変流器20のヒステリシスループの傾きは、低周波の正弦波信号が前記2次コイルに供給されるのではなく、回路に流れる交流成分のみ前記2次コイルに誘導されている状態での変流器20のヒステリシスループの傾きとほぼ同じである。従って、回路に流れる直流成分を検出できるという効果が得られない。よって、発振回路部61が正弦波信号を出力して前記2次コイルに供給する場合、必ず高周波の正弦波信号を出力するようにし、回路に流れる交流成分と直流成分をどちらも変流器により検出できるようにする。

0066

また、本発明の好ましいさらに他の態様において、発振回路部61は、予め定められた複数の異なる周波数を有する矩形波信号又は正弦波信号の波形を出力するように構成されてもよく、また、発振回路部61は、トリップ判断回路部63からの選択制御信号に応答して矩形波と正弦波のうち対応する波形及び対応する周波数の電気信号を出力するように構成されてもよい。さらに、発振回路部61は、トリップ判断回路部63から選択制御信号が受信されないと前記電気信号の出力を中止するように構成されてもよい。

0067

トリップ判断回路部63は、変流器20の2次コイル20bから出力された交流成分及び直流成分を有する前記電流検出信号の電流値と所定の基準電流値とを比較し、比較の結果、前記電流検出信号の電流値が前記基準電流値を超えれば、トリップ制御信号を出力する。

0068

トリップ判断回路部63は、アナログデジタル変換器ADC)と中央処理装置(CPU)とを含むようにしてもよい。前記中央処理装置は、前記アナログデジタル変換器により任意の時点でサンプリングされてデジタル変換された前記電流検出信号に基づいて、回路に流れる電流量を決定するようにしてもよい。

0069

トリップ判断回路部63は、前記電流検出信号に基づいて、発振回路部61から2次コイル20bに供給される電気信号の波形及び周波数を決定するように構成されてもよい。より詳細には、前記電流検出信号の電流値は、経時変化のない一定値を有する直流特性を示すこともある。また、前記電流検出信号の電流値が交流と直流の混合波形の特徴を示す場合、すなわち前記電流検出信号が交流と直流の混合波形の信号である場合、当該波形において正の最大値の絶対値と負の最小値の絶対値が異なるので、1サイクルの波形の半分が非対称となる。トリップ判断回路部63は、前記電流検出信号の電流値に基づいて直流特性又は交流と直流の混合波形であることが判断されると、予め定められた複数の周波数のうちいずれかの周波数を有する矩形波又は高周波の正弦波を出力するように、発振回路部61に選択制御信号を送るようにしてもよい。

0070

また、トリップ判断回路部63は、正の最大値の絶対値と負の最小値の絶対値が同じであるので、1サイクルの波形において半サイクルの波形が対称となり、前記電流検出信号の電流値の波形が純粋な交流成分の波形を示すと判断されると、発振回路部61に選択制御信号を出力せず、発振回路部61は、それに応じて電気信号の出力を中止するようにしてもよい。

0071

また、トリップ判断回路部63は、2次コイル20bに発生する時間帯毎の磁界強度の変化及びそれに応じた磁束密度の変化の関係に基づいて、発振回路部61により出力される波形の信号を決定するように構成されてもよい。

0072

このために、トリップ判断回路部63は、磁界センサ(図示せず)及び/又はホールセンサ(図示せず)を備え、前記磁界センサ及び/又は前記ホールセンサから2次コイル20bに発生する時間帯毎の磁界強度の変化及びそれに応じた磁束密度の変化に応じた信号を前記アナログデジタル変換器を介してデジタル信号として受信し、受信したデジタル信号に基づいて現在のヒステリシスループの形状及び傾きを決定するようにしてもよい。

0073

よって、トリップ判断回路部63は、決定された現在のヒステリシスループの傾きと予め設定された基準傾きとを比較し、現在のヒステリシスループの傾きが基準傾きより大きければ、発振回路部61に選択制御信号を出力せず、発振回路部61は、それに応じて電気信号の出力を中止するようにしてもよい。ここで、予め設定された基準傾きは、変流器20が回路に流れる直流成分と交流成分をどちらも検出できるようにするヒステリシスループの傾きの閾値であり、使用者データ入力手段によりトリップ判断回路部63に含まれるメモリ手段に予め設定するようにしてもよい。

0074

また、トリップ判断回路部63は、決定された現在のヒステリシスループの傾きと予め設定された基準傾きとを比較し、現在のヒステリシスループの傾きが基準傾きより小さければ、例えば第1周波数を有する矩形波信号を選択する選択制御信号を発振回路部61に出力し、発振回路部61は、それに応答して矩形波信号を2次コイル20bに出力するようにすることにより、変流器のヒステリシスループの傾きが大きくなり、回路に流れる交流成分と直流成分をどちらも検出できるようにしてもよい。

0075

トリップ判断回路部63は、回路に流れる直流成分と交流成分の少なくとも一方からなる電流又は直流電流と交流電流の合成電流に対する前記電流検出信号を2次コイル20bから受信する。

0076

本発明の好ましい第2及び第3実施形態による回路遮断器用トリップ制御回路において、トリップ判断回路部63は、図2又は図3に示すように、ローパスフィルタ回路部63−1を含む。ローパスフィルタ回路部63−1は、前記電流検出信号に混入し得る高周波成分を除去する。よって、ローパスフィルタ回路部63−1により、2次コイル20bから供給される前記電流検出信号に混入した高周波成分である歪み(図7参照)が除去される。

0077

本発明の好ましい第2及び第3実施形態による回路遮断器用トリップ制御回路は、図2又は図3に示すように、検知抵抗62をさらに含む。

0078

検知抵抗62は、変流器20の2次コイル20bに接続され、2次コイル20bから供給された電流検出信号としての電流信号にその抵抗を適用して、すなわち前記電流信号の値に抵抗値乗算する効果により、前記電流信号を電圧信号に変換して出力する。

0079

本発明の好ましい第3実施形態による回路遮断器用トリップ制御回路は、図3に示すように、第1表示部64と第2表示部65とをさらに含む。

0080

第1表示部64は、発振回路部61から2次コイル20bに供給される信号に対応する2次コイル20bの磁界強度及び磁束密度を表示する。前述したように、トリップ判断回路部63は、前記磁界センサ及び/又は前記ホールセンサから2次コイル20bに発生する時間帯毎の磁界強度の変化及びそれに応じた磁束密度の変化に応じた信号を前記アナログデジタル変換器を介してデジタル信号として受信し、2次コイル20bの磁界強度及び磁束密度に関する情報を第1表示部64に送って表示させるようにしてもよい。

0081

第2表示部65は、前記変流器の鉄心を貫通する回路に流れる直流成分が検出されると直流成分の検出を示す情報を表示する。

0082

前述したように、トリップ判断回路部63は、前記電流検出信号の電流値が経時変化のない一定値を有する純粋な直流特性を示す場合、又は前記電流検出信号の電流値が交流と直流の混合波形の特徴を示す場合、回路に流れる電流に直流成分が検出されたものと判断し、それを示す情報を第2表示部65に送って表示させるようにしてもよい。ここで、前記情報は、例えば「直流成分検出あり」などのメッセージ内容の情報であってもよい。

0083

また、トリップ判断回路部63は、前記電流検出信号の1サイクルの波形において半サイクルの波形が対称であり、前記電流検出信号の電流値の波形が純粋な交流成分の波形を示す場合、回路に流れる電流に直流成分が検出されていないものと判断し、それを示す情報を第2表示部65に送って表示させるようにしてもよい。ここで、前記情報は、例えば「直流成分検出なし」などのメッセージ内容の情報であってもよい。

0084

本発明の好ましい一態様において、第1表示部64と第2表示部65とは、1つの液晶表示装置で構成されてもよく、また、前記液晶表示装置は、キースイッチ(key switch)や選択ボタンスイッチなどの選択入力手段(図示せず)によりその表示情報の選択入力がインタフェースされるように構成されてもよい。

0085

なお、図1において、符号30は磁気トリップ装置(MTD)などのトリップ機構を示す。

0086

トリップ機構30は、コイルと、出力部(例えば、プランジャ)とを含むようにしてもよい。

0087

図1において、符号40は回路遮断器における可動接点、固定接点及び可動接点を駆動する機構部(mechanical parts)を含む開閉機構を示し、符号50は負荷を示す。

0088

以下、図1図7を参照して、前述したように構成される本発明の好ましい実施形態による回路遮断器用トリップ制御回路の動作について説明する。

0089

第1実施形態
図1又は図4を参照すると、変流器20のコア20aを貫通する回路に流れる電流を1次電流(i1、i2又はIp)とすると、1次電流(i1、i2又はIp)は交流成分と直流成分を含む。

0090

前記回路に流れる1次電流(i1、i2又はIp)は、変流器20の2次コイル20bにより検出され、前記電流検出信号としてトリップ判断回路部63に供給される。

0091

トリップ判断回路部63は、前記電流検出信号の電流値に基づいて直流特性又は交流と直流の混合波形であることが判断されると、予め定められた複数の周波数のうちいずれかの周波数を有する矩形波又は高周波の正弦波を出力するように、発振回路部61に選択制御信号を送るようにしてもよい。

0092

トリップ判断回路部63は、前記電流検出信号の電流値の波形が純粋な交流成分の波形を示すと判断されると、発振回路部61に選択制御信号を出力せず、発振回路部61は、それに応じて電気信号の出力を中止するようにしてもよい。

0093

すると、発振回路部61は、前記選択制御信号に対応する、複数の周波数のうちいずれかの周波数を有する矩形波又は高周波の正弦波の電気信号を出力し、当該電気信号は2次コイル20bに供給される。図5を参照すると、前記矩形波又は高周波の正弦波の電気信号は、変流器20のヒステリシス特性を変化させ、点線で示す第1ヒステリシスループ(HL1)の第1傾き(S1)から第2ヒステリシスループ(HL2)の第2傾き(S2)へヒステリシスループの傾きが大きくなるようにする。

0094

従って、変流器20の2次コイル20bにおいては回路に流れる交流電流と直流電流(直流電流成分)がどちらも検出される。

0095

トリップ判断回路部63は、変流器20の2次コイル20bから出力された交流成分及び直流成分を有する前記電流検出信号の電流値と所定の基準電流値とを比較し、比較の結果、前記電流検出信号の電流値がトリップを決定する前記基準電流値を超えれば、トリップ制御信号を出力する。

0096

また、トリップ判断回路部63は、前記比較の結果、前記電流検出信号の電流値がトリップを決定する前記基準電流値より小さければ、トリップ制御信号を出力しない。

0097

前記トリップ制御信号は、磁気トリップ装置30などのトリップ機構に含まれるコイルを磁化し、磁気トリップ装置30は、前記コイルの磁気駆動力を用いて出力部(例えば、プランジャ)を移動させることにより、開閉機構40がトリップ動作するようにトリガする。すると、可動接点及び固定接点を含む開閉機構40は、回路開放位置に動作して回路遮断、すなわちトリップ動作を行う。

0098

第2実施形態
一方、図2に示すような本発明の好ましい第2実施形態は、上記第1実施形態とは異なり、検知抵抗62とローパスフィルタ回路部63−1とをさらに含む。

0099

なお、説明の重複を避けるために、検知抵抗62及びローパスフィルタ回路部63−1に関連する動作についてのみ説明する。

0100

検知抵抗62は、2次コイル20bから供給された電流検出信号としての電流信号に対してその抵抗で電圧を形成することにより前記電流信号を電圧信号に変換し、トリップ判断回路部63に供給する。

0101

ローパスフィルタ回路部63−1は、前記電流検出信号に混入し得る高周波成分を除去する。よって、ローパスフィルタ回路部63−1により、2次コイル20bから供給される前記電流検出信号に混入した高周波成分である歪み(図7参照)が除去される。

0102

第3実施形態
一方、図3に示すような本発明の好ましい第3実施形態は、上記第1及び第2実施形態とは異なり、第1表示部64と第2表示部65とをさらに含む。

0103

なお、説明の重複を避けるために、第1表示部64及び第2表示部65に関連する動作についてのみ説明する。

0104

前述したように、トリップ判断回路部63は、前記磁界センサ及び/又は前記ホールセンサから2次コイル20bに発生する時間帯毎の磁界強度の変化及びそれに応じた磁束密度の変化に応じた信号を前記アナログデジタル変換器を介してデジタル信号として受信する。よって、前記2次コイルの磁界強度及び磁束密度に関する情報は、トリップ判断回路部63から第1表示部64に送られる。

0105

第1表示部64は、トリップ判断回路部63から送られた前記2次コイルの磁界強度及び磁束密度を表示する。

0106

前記電流検出信号の電流値が経時変化のない一定値を有する純粋な直流特性を示す場合、又は前記電流検出信号の電流値が交流と直流の混合波形の特徴を示す場合、トリップ判断回路部63は、回路に流れる電流に直流成分が検出されたものと判断し、それを示す情報を第2表示部65に送る。すると、第2表示部65は、前記直流成分が検出されたことを示す情報を、例えば「直流成分検出あり」などの内容のメッセージで表示する。

0107

また、前記電流検出信号の電流値の波形が純粋な交流成分の波形を示すと判断された場合、トリップ判断回路部63は、回路に流れる電流に直流成分が検出されていないものと判断し、それを示す情報を第2表示部65に送る。すると、第2表示部65は、前記直流成分が検出されていないことを示す情報を、例えば「直流成分検出なし」などの内容のメッセージで表示する。

0108

さらに、使用者がトリップ判断回路部63に電気的に接続された前記選択入力手段により表示情報の選択入力を行った場合、トリップ判断回路部63は、使用者の表示情報の選択入力に基づいて、第1表示部64及び第2表示部65を構成する、例えば液晶表示装置により当該表示情報を表示する。

0109

一例として、使用者が前記選択入力手段により、回路に流れる電流に応じた変流器20の磁界強度及び磁束密度に関する情報を表示することを要求した場合、第1表示部64を構成する、例えば液晶表示装置により当該情報を表示する。

0110

他の例として、使用者が前記選択入力手段により、回路に流れる電流に直流成分があるかどうかを示す情報を表示することを要求した場合、第2表示部65を構成する、例えば液晶表示装置により当該情報を表示する。

0111

20変流器
20aコア
20b 2次コイル
30トリップ機構
40開閉機構
50負荷
60トリップ制御回路部
61発振回路部
62検知抵抗
63トリップ判断回路部
63−1ローパスフィルタ回路部
64 第1表示部
65 第2表示部

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