JP2000048703A - 回路遮断器 - Google Patents

回路遮断器

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JP2000048703A
JP2000048703A JP11059538A JP5953899A JP2000048703A JP 2000048703 A JP2000048703 A JP 2000048703A JP 11059538 A JP11059538 A JP 11059538A JP 5953899 A JP5953899 A JP 5953899A JP 2000048703 A JP2000048703 A JP 2000048703A
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Edward Eungyun Kim
エドワード・ユンジュン・キム
John James Dougherty
ジョン・ジェイムズ・ドウーティ
Esteban Santos
エステバン・サントス
David Arnold
デイヴィッド・アーノルド
Richard Everett Saunders
リチャード・エヴァリット・ソーンダース
Ronald David Ciarcia
ロナルド・デイヴィッド・シアーシア
James Ilsley Smith
ジェイムズ・イルズリィ・スミス
Richard Anthony Menelly
リチャード・アンソニー・メニリー
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】電子式トリップ装置をもつと共に、電子式トラ
ンスジューサーを備え、廉価でスマートな回路遮断器を
提供する。 【解決手段】過電流判定のための電子式トリップ装置を
含む形式の回路遮断器１０は、被保護回路内の電流の流
れを検知するためのホール効果装置又はＧＭＲ装置と共
に、トリップ装置１９に電力を供給するための別個の回
路を含んでいる。接地事故及びアーク発生事故保護を可
能にするために取外し可能なオプションのプラグ２０が
トリップ装置１９と電気的に相互接続される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の背景】「回路遮断器及び保護継電器装置」と題
する米国特許第４，６７２，５０１号に記載されている
ような最新の回路遮断器は、過電流保護と共に補助保護
機能を実行するためにディジタル回路を採用している。
このような回路遮断器内のいわゆる「電子式トリップ装
置」は、従来、電子式トリップ装置構成部品に関連した
コストの増加の観点から工業用途に限定されていた。関
連の電気設備から回路遮断器へ電子的入力を供給するた
めに、「電流検知変成器組立体」と題する米国特許第
４，５９１，９４２号に記載されている変流器、「回路
遮断器用のＡＣ／ＤＣ電流センサ」と題する米国特許第
５，６１５，０７５号に記載されているようなホール効
果装置、及び「改良電流検知装置を持つ回路遮断器」と
題する米国特許出願第０９／００６，７９４号に記載さ
れているようなＧＭＲ装置などのトランスジューサがし
ばしば必要とされている。
【０００２】典型的には、変流器は通常は電子式トリッ
プ装置内に２つの機能を提供する。第１の機能は、トリ
ップ装置内の電子回路に動作電力を供給することであ
り、また第２の機能は、多相配電系統内の各相に流れる
電流の大きさを表す電子信号を供給することである。
「電子式回路遮断器用のモジュール型変流器」と題する
米国特許第５，５８３，７３２号には、材料費と製造組
み立て費の両方を節約するために単一のモジュール構造
内に２つの機能を組み合わせる最新の方策が記載されて
いる。多相電気回路の各相内に別々の変流器が必要とさ
れている。
【０００３】住居用に過電流保護が設けられるとき、熱
動電磁式トリップ装置を採用する回路遮断器が、住居の
負荷センターに接続される主及び分岐回路を保護するた
めに該負荷センター内に取り付けられる。「自動Ｑライ
ン回路遮断器」と題する米国特許第４，５１３，２６８
号には、過電流保護のために熱動電磁式トリップ装置を
含む住居用回路遮断器の例が記載されている。
【０００４】「分割型中性コネクタを持つ回路遮断器支
持サドル」と題する米国特許第４，６６７，２６９号及
び「配線用回路遮断器モジュール型支持組立体」と題す
る米国特許第４，６４６，１９８号には、主回路遮断器
及び該主回路遮断器と直列に電気接続された複数の分岐
回路遮断器を収容するために構成された隔室が開示され
ている。
【０００５】このような熱動電磁式回路遮断器が住居用
負荷センターに採用されるとき、その使用は過電流回路
保護に制限される。接地事故及びアーク発生事故用機能
を回路遮断器に付加するには、余分の経費がかかる接地
事故及びアーク発生事故用モジュールを遮断器外被に取
り付けることが必要である。このようなアーク発生事故
用モジュールが「アーク発生事故検出モジュール」と題
する米国特許出願第０９／００６，７９６号に記載され
ている。
【０００６】従って、負荷センターに追加の保護機能を
設けるために住居用負荷センターに電子式トリップ装置
を持ついわゆる「スマート」回路遮断器を組み込む試み
は、現在まで経済的に実現可能であると証明されていな
い。電子式トリップ装置に動作電力を供給し且つ検知機
能を与えるために変流器を必要とすることは、変流器が
遮断器操作機構、接点及びトリップ装置と共に遮断器外
被内に通常収容されるので、回路遮断器の大きさを増大
させると共に全体のコストを増大させる。
【０００７】そこで、住居用負荷センター内に使用され
る２極回路遮断器に関するコスト及び大きさの制約を考
慮して、電流の大きさを決定するための小形の電子式ト
ランスジューサと組み合わせて、トリップ装置に電力を
供給するための別個の回路を設けることは有益であると
考えられる。更に、トリップ装置が接地事故、アーク発
生事故及びそれらの組合せに対処し得るように、取外し
可能な電子回路の形態のオプションのプラグを使用する
ことも有益である。
【０００８】従って、本発明の目的は、電子式トリップ
装置を持つと共に、２極回路遮断器の各極内に電子式ト
ランスジューサを備え且つトリップ装置に電力を供給す
るための等価回路を少なくとも１つの極内に備える、廉
価でスマートな回路遮断器を供給することである。
【０００９】
【発明の概要】過電流判定のための電子式トリップ装置
を含む形式の回路遮断器は、被保護回路内の電流の流れ
を検知するためのホール効果装置又はＧＭＲ装置と共
に、トリップ装置に電力を供給するための別個の回路を
含んでいる。別個のホール効果装置又はＧＭＲ装置が２
極電気回路の各極内に使用されるが、トリップ装置及び
ホール効果装置又はＧＭＲ装置に電力を供給するために
１つ以上の等価回路が実効的に採用される。接地事故及
びアーク発生事故保護を可能にするための取外し可能な
オプションのプラグがトリップ装置と電気的に相互接続
される。
【００１０】
【好ましい実施態様の説明】図１には、モールド成形プ
ラスチック製ケース１１と該ケースに取り付けられた同
様な材料のカバー１２とを有する電子式回路遮断器１０
が示されている。回路遮断器は、その下に収容されてい
る電子式トリップ装置１９に対してアクセスできるよう
にする、「配線用回路遮断器アクセサリ外被」と題する
米国特許第４，７５４，２４７号に記載されている形式
の中間カバー１３を含んでいる。一対の接点支持体１５
及び１６の端部にある一対の開離可能な接点１４が、遮
断器カバー中の開口１８を通り抜ける外部の操作ハンド
ル１７によってオン及びオフ位置に切り換えられる。本
発明によれば、「配線用回路遮断器アクセサリ外被」と
題する米国特許第４，７５４，２４７号に記載されてい
るものと同様な構成を持つ電子式オプショナル機能プラ
グ２０が、アーク発生事故判定、地絡事故判定、又はそ
れらの両方の間の選択を可能にするようにアクセサリ・
カバー内に挿入される。トリップ装置１９とオプショナ
ル機能プラグ２０との間の接続は、「配線用回路遮断器
用定格プラグ外被」と題する米国特許第４，７２８，９
１４号に記載されている態様で行われ、また接地事故検
出回路については「サイリスタのトリガを改善した接地
事故回路遮断装置」と題する米国特許第４，３４５，２
８９号に記載されており、アーク発生事故検出回路につ
いては前掲の米国特許出願第０９／００６，７９６号の
中にに記載されている。ケース１１の一端部に配置され
た線路側ストラップ９が被保護配電回路内への接続のた
めに設けられており、ケース１１の反対側の端部に配置
された対応する負荷側ストラップ２１が被保護配電回路
内に配置された被保護負荷との接続のために設けられて
いる。ホール効果又はＧＭＲ半導体装置２３が、各負荷
側ストラップ２１上の凹部２２内に配置されていて、該
負荷側ストラップを通る電流を検知して、それを表す信
号を一対の導体２４を介してトリップ装置１９に送る。
ホール効果装置（以後、「ホール・センサ」と呼ぶ）
は、Ｆ．Ｗ．Ｂｅｌｌ社から入手できるＧＨ６００−Ｇ
Ｈ８００型装置であり、「接地事故検出モジュールを持
つ回路遮断器」と題する米国特許出願第０９／００６，
７９５号に記載されているものと同様であり、また該ホ
ール・センサと関連する負荷側ストラップ２１との間の
電気絶縁を維持しながら電子的検知を行うことが出来
る。
【００１１】住居用回路内の相導体２５及び２６並びに
中性導体３０と回路遮断器トリップ装置１９との間の電
気接続が図２及び３に示されている。遮断器接点１４
が、導体２５及び２６によって表される２つの相内に直
列に接続され、ホール・センサ２３Ａ及び２３Ｂが図２
に示されているように導体２５及び２６に接して位置決
めされ、これらの導体２５及び２６は共通の中性導体３
０に対して枝路１及び２を構成する。トリップ装置１９
の電子回路に対する動作電力が、各相に設けられた整流
ダイオードＤ1 及びＤ2 で構成された電源回路２８によ
って、電流制限抵抗２８及び電圧調整用ツェナーダイオ
ードＺ1 を通って端子Ｃを介してトリップ装置の電力導
体３９に供給される。ホール又はＧＭＲセンサ及び演算
増幅器に必要な動作電力はまた端子Ｃとの接続により供
給される。ホール・センサ２３Ａ及び２３Ｂの出力は導
体２４Ａ及び２４Ｂ並びに電流制限抵抗Ｒ1 −Ｒ4 を介
して演算増幅器２７及び２８の入力に接続され、これら
の演算増幅器は検知された電流値を増幅する。増幅器は
接地抵抗Ｒ5 及びＲ6 を介してアースに接続され、また
それらの入力と出力との間が期間抵抗Ｒ7 及びＲ8 を介
して相互接続されている。電流値がダイオードＤ3 及び
Ｄ4 によって組み合わされて整流され、次いで端子Ｂと
の接続によりトリップ装置信号導体３８に供給される。
オプショナル回路中性導体３１とトリップ装置中性導体
４２との間の接続が端子Ｄを介して行われ、またオプシ
ョナル回路中性導体３１と遮断器オプショナル信号入力
３７との間の接続が端子Ａを介して行われる。
【００１２】動作中、コイル３４及びコア３５で構成さ
れたトリップ・ソレノイド３３が、３６で示す制御接続
を介して遮断器接点１４と相互作用する。ＳＣＲがター
ンオンされたとき、電力導体３９との接続により動作電
力がソレノイドに供給されて、ソレノイドの制御接続に
より接点を開離させて、指令時に回路電流を遮断するこ
とが出来る。短絡電流が生じたとき、信号導体３８上の
高い突入電流が逆向きのツェナーダイオードＺ3 をター
ンオンして、分圧抵抗Ｒ33及びＲ34の接続点からＳＣＲ
のゲートへ電流を流れさせる。フィルタ・コンデンサＣ
5 が、電力導体３９上に生じる疑似ノイズの影響からＳ
ＣＲを保護する。遮断器接点を開離させるトリップ・ソ
レノイドの動作は、前掲の米国特許第４，６７２，５０
１号に記載されている。
【００１３】オプショナル機能プラグ２０（図１）内で
検出されるアーク発生事故又は接地事故が生じたとき、
中性導体３０からの信号出力が、オプショナル信号入力
３７を経由して整流ダイオードＤ6 を通ってプログラマ
ブル・ユニジャンクション・トランジスタＱ1 のベース
に入力され、次いでＱ1 のカソードからＳＣＲのベース
に入力されて、ＳＣＲをターンオンしてトリップ・ソレ
ノイドを作動し、これにより接点１４を開離させて回路
電流を遮断する。
【００１４】短時間過電流状態は次のようにして判定さ
れる。信号導体３８上に生じる信号が、ツェナーダイオ
ードＺ2 、次いで抵抗Ｒ10及びＲ11より成る分圧器を通
って、導体４１を介してダイオードＤ7 のアノード及び
短時間較正コンデンサＣ3 の一方の極板に接続される。
Ｃ3 の両端間の電圧がプログラマブル・ユニジャンクシ
ョン・トランジスタＱ1 の基準電圧を越えたとき、電流
がＤ7 を通ってＱ1 のアノードへ流れてＳＣＲをターン
オンして、前に述べたようにトリップ・ソレノイド３３
を作動して接点１４を開離させる。
【００１５】長時間過電流状態は次のようにして判定さ
れる。信号導体３８上に生じる信号が、分圧抵抗Ｒ12及
びＲ13の接続点にあるダイオードＤ5 のアノードに現れ
て、電流が所定の値を超えたときにスイッチング・トラ
ンジスタＱ2 をターンオンし、これにより電流を電力導
体３９から分圧抵抗Ｒ14−Ｒ17の接続点にある逆バイア
ス・ダイオードＤ8 へ流れさせて、スイッチング・トラ
ンジスタＱ2 を通る電流に変換して、長時間遅延回路４
３へ信号を供給する。抵抗Ｒ３５はＱ2 のベース・エミ
ッタ間接合に対する温度補償を行う。トランジスタ
Ｑ4 、Ｑ5 及びＱ6と直列抵抗Ｒ20−Ｒ23及びＲ25−Ｒ
29との構成が、所定の値を超えたときにトランジスタ・
スイッチＱ7 をターンオンする電流の流れに対して対数
時間関数を提供する。分圧抵抗Ｒ12及びＲ13の接続点に
現れる信号がトランジスタＱ3 をターンオンして、電流
信号の対数値に比例して長時間コンデンサＣ2 に充電電
圧を供給する。コンデンサを越えたとき、動作電流が電
流制限抵抗Ｒ24及びダイオードＤ9 を介してプログラマ
ブル・ユニジャンクション・トランジスタＱ1 へ転送さ
れて、前に述べたようにトリップ・ソレノイド３３を作
動して回路電流を遮断する。
【００１６】回路部品を周囲の過大温度状態による熱的
損傷から保護するために、サーミスタ４０が電力導体と
中性導体４２との間に抵抗Ｒ31と直列に接続されると共
に、ダイオードＤ10を介してＳＣＲに接続されて、周囲
温度が所定の値を越えたときにＳＣＲをターンオンさせ
る。コンデンサＣ4 は、関連する電気回路内で酷い過電
流状態が生じたときに電力導体と中性導体との間に起こ
り得る電圧スパイクからバリスタを保護する。
【００１７】ホール又はＳＭＲセンサの寸法が小さいこ
とと、トリップ・ソレノイドへ動作電力を供給するため
の電子式トリップ回路との直接的な回路接続の使用とに
よって、従来の熱動電磁式トリップ装置を持つ回路遮断
器が採用されていた住居等の用途に、スマート電子回路
を持つ廉価な遮断器が使用可能になったと信じられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるホール効果又はＧＭＲセンサを含
む回路遮断器の前側斜視図である。
【図２】図１の回路遮断器内の電子式トリップ装置構成
部品を表す線図である。
【図３】図１の回路遮断器内の電子式トリップ装置構成
部品を表す線図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジョン・ジェイムズ・ドウーティ アメリカ合衆国、ペンシルヴェニア州、カ レッジヴィル、モーガン・レーン、1736番 (72)発明者 エステバン・サントス アメリカ合衆国、コネチカット州、ファー ミントン、ボールドウィン・ドライブ、39 番 (72)発明者 デイヴィッド・アーノルド アメリカ合衆国、コネチカット州、チェス ター、ヒッコリー・ヒル・ドライブ、10番 (72)発明者 リチャード・エヴァリット・ソーンダース アメリカ合衆国、コネチカット州、グラン ビー、アーチェ・レーン、12番 (72)発明者 ロナルド・デイヴィッド・シアーシア アメリカ合衆国、コネチカット州、ブリス トル、マノ・レーン、５番 (72)発明者 ジェイムズ・イルズリィ・スミス アメリカ合衆国、コネチカット州、エイヴ ォン、クレイグモア・サークル、89番 (72)発明者 リチャード・アンソニー・メニリー アメリカ合衆国、コネチカット州、バーリ ントン、ベルデン・ロード、87番

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電気回路内に接続するために設けられて
    いる一対の開離可能な接点と、 前記電気回路内に過電流状態が生じたときに前記接点を
    開離する手段を含んでいる電子式トリップ装置と、 前記電子式トリップ装置と接続されていると共に、前記
    電気回路の１つの相の回路電流を通すように設けられて
    いる電気導体に磁気結合されているホール効果素子であ
    って、前記回路電流を表す電流信号を前記トリップ装置
    に供給するホール効果素子と、 前記ホール効果素子又はＧＭＲ素子及び前記トリップ装
    置に接続されていて、前記ホール効果素子及び前記トリ
    ップ装置に動作電力を供給する電源回路と、 前記ホール効果素子又はＧＭＲ素子に接続されていて、
    前記回路電流を表す前記ホール効果素子からの信号出力
    を受けて、マイクロプロセッサの入力へ信号を供給する
    調整回路とを有している回路遮断器。
  2. 【請求項２】 前記ホール効果素子又はＧＭＲ素子と前
    記トリップ装置との間に演算増幅器が接続されており、
    該演算増幅器は一対の入力と出力とを持ち、前記ホール
    効果素子又はＧＭＲ素子からの前記入力信号が前記入力
    の一方に供給され、前記出力が前記トリップ装置に接続
    されている請求項１記載の回路遮断器。
  3. 【請求項３】 前記入力の一方と前記出力との間に帰還
    抵抗が接続されている請求項２記載の回路遮断器。
  4. 【請求項４】 前記電源回路が、前記電気回路と前記ト
    リップ装置との間に接続された第１の整流ダイオードを
    含んでいる請求項１記載の回路遮断器。
  5. 【請求項５】 前記電気回路が多相電気回路で構成され
    ている請求項１記載の回路遮断器。
  6. 【請求項６】 更に、前記多相電気回路の追加の相に接
    続された追加の電気導体と磁気結合されている追加のホ
    ール効果素子又はＧＭＲ素子を含んでいる請求項５記載
    の回路遮断器。
  7. 【請求項７】 更に、前記演算増幅器と前記トリップ装
    置との間に接続された第１の整流ダイオードを含んでい
    る請求項２記載の回路遮断器。
  8. 【請求項８】 前記回路遮断器内に、取外し可能な接地
    事故用回路カードと電気接続するための手段を含んでい
    る請求項１記載の回路遮断器。
  9. 【請求項９】 前記回路遮断器内に、取外し可能なアー
    ク発生事故用回路カードと電気接続するための手段を含
    んでいる請求項８記載の回路遮断器。
  10. 【請求項１０】 前記接点を開離する前記手段がＳＣＲ
    及びトリップ・ソレノイドを有し、これらのＳＣＲ及び
    トリップ・ソレノイドが直列に接続されている請求項９
    記載の回路遮断器。
  11. 【請求項１１】 前記接地事故用回路カードが、前記電
    気回路内に接地事故状態が生じたときに前記ＳＣＲ及び
    トリップ・ソレノイドをスイッチングするために第３の
    ダイオードを介して前記ＳＣＲに接続されている請求項
    １０記載の回路遮断器。
  12. 【請求項１２】 前記アーク発生事故用回路カードが、
    前記電気回路内にアーク発生事故状態が生じたときに前
    記ＳＣＲ及びトリップ・ソレノイドをスイッチングする
    ために前記第３のダイオードを介して前記ＳＣＲに接続
    されている請求項１１記載の回路遮断器。
  13. 【請求項１３】 前記トリップ装置が、前記電気回路内
    に長時間過電流状態が生じたときに前記ＳＣＲ及びトリ
    ップ・ソレノイドをスイッチングするために長時間過電
    流回路手段を含んでいる請求項１２記載の回路遮断器。
  14. 【請求項１４】 前記トリップ装置が、前記電気回路内
    に短時間過電流状態が生じたときに前記ＳＣＲ及びトリ
    ップ・ソレノイドをスイッチングするために短時間過電
    流回路手段を含んでいる請求項１３記載の回路遮断器。
  15. 【請求項１５】 前記長時間過電流回路手段が対数時間
    関数回路を含んでいる請求項１４記載の回路遮断器。
  16. 【請求項１６】 前記長時間過電流回路手段が、所定の
    長時間電圧値を持つ第１のコンデンサを含んでいる請求
    項１４記載の回路遮断器。
  17. 【請求項１７】 前記短時間過電流回路手段が、所定の
    短時間電圧値を持つ第２のコンデンサを含んでいる請求
    項１５記載の回路遮断器。
  18. 【請求項１８】 前記アーク発生事故用カードがアーク
    発生事故検出自己相関回路を含んでいる請求項１３記載
    の回路遮断器。
JP11059538A 1998-03-10 1999-03-08 回路遮断器 Withdrawn JP2000048703A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US09/037,689 US6141197A (en) 1998-03-10 1998-03-10 Smart residential circuit breaker
US09/037689 1998-03-10

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Publication Number Publication Date
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