JP2002513989A - 熱感知ユニットを備える回路遮断器 - Google Patents

熱感知ユニットを備える回路遮断器

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JP2002513989A JP2000547636A JP2000547636A JP2002513989A JP 2002513989 A JP2002513989 A JP 2002513989A JP 2000547636 A JP2000547636 A JP 2000547636A JP 2000547636 A JP2000547636 A JP 2000547636A JP 2002513989 A JP2002513989 A JP 2002513989A
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Abstract

(57)【要約】 保護すべき回路と直列に結合した回路遮断器を含む回路保護装置。この回路遮断器は、始動入力を有し、該始動入力での始動信号に反応して閉回路状態から開回路状態へ変り、それによって保護すべき回路から電流を除去する。熱始動素子を保護すべき回路と直列に結合し、それがこの回路を流れる電流の所定の電流／時間特性に反応して始動入力へ始動信号を送出する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （発明の分野） 本発明は、回路遮断器のような電気回路保護装置に関し、更に詳しくは、熱を
感知し、または回路遮断の引外しを始動するユニットを使用する回路遮断器装置
に関する。
【０００２】 （発明の背景） 住宅用、商業用および産業用の電気システムには、通常、公益供給源から電力
を受けるための配電盤がある。そして当該電力は、配電盤から、１つ以上の負荷
を備える指示された分岐回路へ配給される。典型的には、種々の型式の保護装置
がこれらの分岐回路に接続されている。これらの保護装置は、配電盤内に取付け
ても、外に取付けてもよい。
【０００３】 回路遮断器は、過負荷および短絡の検出に応じて電気回路の開放を始動し、遮
断するように設計した、よく知られる種類の保護装置である。過負荷保護は、屡
々、電流増加によって加熱すると、回路遮断器を始動して電力を遮断する感熱素
子によってもたらされる。これは、同じ分岐回路から同時に電力を引出す負荷が
多過ぎるとき、または単一負荷が当該分岐回路の設計容量を超える電力を引出す
ときに起る。短絡保護は、屡々、高電流がコイルを流れると、遮断器を始動して
電力を遮断する電磁的または“磁気的”コイル素子によってもたらされる。その
上、多くの回路遮断器は、活線からアースへ電流が流れることと定義する、地絡
事故に対して保護するための地絡遮断（ＧＦＩ）回路装置を含む。
【０００４】 多くの回路遮断器設計では、感熱素子が、電流過負荷状態の場合に、回路遮断
器のラッチを外すための機械的エネエルギーまたは仕事を供給するバイメタル素
子を含む。即ち、このバイメタル素子は、回路遮断器のラッチを外して開くため
に、この回路遮断器のラッチ力に抗して仕事をしなければならない。この回路遮
断器を開くために要する力は、ラッチ負荷およびラッチの表面摩擦に依る。この
ラッチ負荷は、回路遮断器接点で要する力の関数である。従って、このバイメタ
ル素子は、この回路遮断器機構のラッチを外すために必要な力および撓みを供給
するような大きさに作り、設計しなければならない。
【０００５】 ラッチ表面摩擦およびラッチ負荷は、回路遮断器の種類毎には勿論、同じ種類
間でも変るので、多くの製造上の問題が起きる。例えば、回路遮断器の異なる形
式に対して特別に設計した、多数の異なるバイメタル素子を設計・製造しなけれ
ばならない。更に、同じ種類の回路遮断器の較正が個々のユニット間で機械的公
差が異なるために複雑になる。与えられた回路遮断器内でも、この回路遮断器を
始動し、再ラッチする度毎に、これらの機械的力に幾らかの変動が起るので、ラ
ッチ力がこのユニットの有効寿命で幾らか変動する。また、ラッチ表面が時間が
経つと埃およびその他のごみで屡々汚染される。
【０００６】 短絡保護のための電磁素子は、通常所謂磁気コイルを使用する。しかし、多く
のユニットでは、熱始動システムの正常な動作が磁気始動システムの正常な動作
に直接影響し、通常その逆には影響しないが、熱始動機構と磁気始動機構が高度
に一体化されている。それで、例えば、熱始動機構に対する環境補償が磁気始動
レベルを変える。更に詳しくは、周囲温度が上昇または低下すると、熱始動シス
テムの一部である、熱補償器の熱調整のために、磁気間隙が増加または減少する
。
【０００７】 熱過負荷保護または始動システムに使用するバイメタル素子は、通常片持ち梁
型のバイメタル素子である必要がある。スナップ作用するバイメタル素子が比較
的低電力の回路遮断器に使われている。スナップ作用するバイメタル素子を使う
主な利点の一つは、そのようなスナップ作用するバイメタル素子のバイメタル製
造工程中に熱較正が出来ることである。これは、組立後に較正が必要ない、回路
遮断器用熱始動システムの製造を可能にでき、従って、製造コストを低減する。
しかし、スナップ作用するバイメタル素子で利用できる撓み量が制限されるため
に、そのような素子の使用は、これまで低電流、低電圧用途に限られていた。撓
み量が比較的小さいために、スナップ作用するバイメタル素子にもたらされる空
隙は、高電流、高電圧および高遮断定格の回路遮断器に使えないと考えられてい
た。
【０００８】 熱始動ユニットと磁気始動ユニットを統合する、前記の現在の設計では、素子
のこの統合によって、打抜いて２次成形した部品が必要であった。しかし、我々
は、熱始動素子の統合の必要がない、磁気始動ユニットだけの設計が、打抜いて
２次成形した部品を無くし、成形した形態の使用を可能にすることを発見した。
成形形態は、典型的には、打抜いて２次成形した部品よりも精度がよく、反復可
能である。この磁気ユニットに成形した形態を使用し、熱始動ユニットにスナッ
プ作用するバイメタル素子を使うことは、この始動システムの耐久性、例えば、
耐衝撃性を改善する傾向にもなろう。このニュートラル線は、通常、熱始動素子
と磁気始動素子を使用する従来の設計の遮断器には持込まれない。
【０００９】 電子回路遮断器装置も知られ、使用されている。そのような電子回路遮断器で
は、変流器コイルのような検知素子がこのセンサコイルを通過する線を流れる電
流を検知する。電子回路が、このセンサコイルまたはその他のセンサ素子によっ
て生ずる信号がある所定の特性を有するならば、回路遮断器を始動するために当
該信号に反応する。そのような電子回路遮断器は、過負荷または短絡保護のため
だけでなく、アーク事故遮断のためにも使ってもよい。即ち、この電子回路は、
アーク事故の存在を示す、入来センサ信号の特性を検知し、そのような信号条件
に応じて回路遮断器を始動するための始動信号を発生するようにすることが出来
る。
【００１０】 （発明の目的） 従って、この発明の一般的目的は、先行技術の上に議論した問題を克服する、
新規にして改良した回路遮断器を提供することである。
【００１１】 関連する目的は、独立した熱始動システムおよび磁気始動システムを有する、
新規にして改良した回路遮断器を提供することである。
【００１２】 関連する目的は、熱始動装置を使用する、改良した回路遮断器を提供すること
である。
【００１３】 手短に言えば、および前記に従えば、与えられたライン電圧を有する回路のた
めの熱的に作動する回路保護装置が、保護すべき回路と直列に結合された回路遮
断器で、始動入力を有し、この始動入力での所定の信号に反応して閉回路状態か
ら開回路状態へ変り、それによって前記保護すべき回路から電流を除去する遮断
器、および前記保護すべき回路と直列に結合され、前記回路を流れる電流の所定
の電流／時間特性に応じて前記所定の電気信号を前記始動入力へ結合するための
熱始動素子を含む。
【００１４】 （実施例の詳細な説明） 本発明は、種々の修正および代替形が可能であるが、特定の実施形態を例とし
て図面に示し、ここに詳細に説明する。しかし、本発明は、開示した特別な詳細
に限定されることを意図しないことを理解すべきである。そうではなくて、本発
明は、前記の請求項によって定義する本発明の精神および範囲に入る全ての修正
、均等物および代替形を含める意図である。
【００１５】 さて、図面を参照すると、本発明による回路保護装置を回路図形で示し、全体
を参照番号１０で指す。この保護装置１０は、一般的に保護すべき回路、例えば
、電源１６および負荷１８を有する交流１２０Ｖの回路、と直列の遮断器接点１
４を有する回路遮断器１２を含む。遮断器接点１４は、電源１６と負荷１８の間
に直列である。
【００１６】 回路遮断器１２は、遮断器接点を、電源１６から負荷１８までの回路を遮断す
るため開回路位置へ始動させるための機構を含む。図示する実施例では、電磁始
動コイル素子２０が遮断器接点を閉回路状態から開回路状態へ変えるために始動
信号入力２２での所定の信号に反応する。本発明から逸脱することなく、この目
的に他の特定の機構を利用することが出来る。それで、図示する実施例では、始
動コイル２０の一端がこの回路のニュートラル線または帰線２４に結合し、その
反対端が回路遮断器１２用の始動入力２２を含むようにする。図示する実施例で
は、入力２２へのライン電圧での所定電流（始動コイル２０のインピーダンスの
選択によって決る）の印加が始動コイルを付勢し、遮断器接点１４を開かせる。
【００１７】 図示する実施例ではバイメタル素子を含む、熱素子２６が保護すべき回路のラ
イン側２８と直列に、即ち、電源１６および負荷１８と直列に結合されている。
熱素子２６は、回路遮断器１２のライン２８から始動入力２２までの回路を完成
するように変形するために、ライン回路２８を流れる電流の所定の電流／時間特
性に反応する。これに関して、始動素子は、多種多様な設計でよいが、図示の実
施例では、熱素子２６を流れる与えられた電流／時間特性に反応して接点部また
は素子３２と係合するように撓める、変形可能部材またはブレード３０を有する
、スナップ作用するバイメタル素子を含む。接点素子３２は、始動入力２２に結
合する。素子３０と３２の間の当該係合は、遮断器接点を開回路状態にするため
に、ライン電圧を始動コイル２０の入力２２へ送出する。ひとつの実施例では、
遮断器接点をそれがその後、遮断器接点１４を再び閉じるために機械的力を加え
るまで、開回路状態にラッチされたままであるように配設してもよい。例えば、
接点１４は、熱素子に最初に始動信号を始動コイル２０へ送出させた、回路故障
またはその他の状態を確認し、是正すると再び閉じることが出来る。
【００１８】 熱素子２６は、本発明から逸脱することなく多種多様な形を採ることが出来る
。例えば、米国ロードアイランド州ジョンストン市ミルストリート７０のデマイ
ッヒ産業から入手できる多数のバイメタルスナップ作用素子の何れか一つを特定
の用途に選択してもよい。これらの素子には、スナップ円板、スナップブレード
、テイラーブレードおよび関連する組立体がある。図面に示す熱またはバイメタ
ル素子２６は、説明のために概略形で示すに過ぎないことが分るだろう。（スナ
ップ作用またはその他の）バイメタル素子の実際の機械的詳細および特徴並びに
当該回路および当該遮断器の他の素子に対する配置および相互作用の方法は、か
なり変るかも知れない。そのような詳細は、本発明の範囲内に入ると考えるべき
である。
【００１９】 熱素子の前記の配置および作用は、熱素子それ自体が遮断器接点１４のラッチ
を外すための機械的力をもたらす多くの現在の回路遮断器設計と対照的である。
本設計では、上に説明したような、回路遮断器および熱始動装置の新規な構成の
ために、スナップ作用するバイメタル素子を熱素子２６として使うことができる
。
【００２０】 図示する実施例は、磁気コイル４０の形の電磁過電流始動素子も含む。都合よ
く、この電磁過電流始動装置は、現在使われている、磁気素子と熱素子を一体化
した多くの回路遮断器と違って、熱素子２６と独立である。それで、磁気コイル
４０も回路２８のライン側で電源１６と負荷１８の間に電気的に直列である。磁
気コイル４０を通る与えられた大きさの電流に反応して、磁気コイル４０は、遮
断器１２をその開回路状態へラッチを外すように遮断器接点１４を直接作動する
。これに関して、磁気コイル４０は、もし望むなら、始動コイル２０と物理的に
同心に巻いてもよい。
【００２１】 磁気コイル４０と熱素子２６の前記の配置は、電子回路５０が電流検知コイル
または変流器５２から入力信号を受け、この入力信号に基づいて出力５４に始動
信号を出すかどうかを決める、電子回路遮断器または保護システムに関連しても
都合よく使える。この始動信号出力を使って、以下に説明する方法で、回路遮断
器１２の始動入力２２を付勢するための信号を作る。
【００２２】 図示する実施例では、上に説明したように、この始動入力２２が始動コイル２
０の一端を含み、それが遮断器接点１４のラッチを外すためにライン電流の印加
に反応する。図示する実施例では、トライアック（ｔｒｉａｃ）５６のようなス
イッチング素子または装置をライン回路２８と始動入力２２の間に結合し、それ
が電子回路５０の始動信号出力５４に結合したゲートまたは制御入力５８を有す
る。それで、このスイッチング装置５６のゲートまたは制御入力５８を始動信号
出力５４でこの電子回路に与えられる始動信号によって付勢すると、スイッチン
グ素子５６が始動コイル２０の始動入力２２にライン電圧を与えて、始動コイル
に遮断器接点１４のラッチを外させる。
【００２３】 従来の設計によれば、この電子回路は、テスト押し（ＰＴＴ）スイッチ６０お
よび電子始動回路５０の他の特徴に関連して使用するための分路始動信号出力６
２も含んでよい。手短に言えば、テスト押しスイッチ６０を閉じると、この電子
回路および他の回路部品の完全性をテストすることが出来る。この電子回路は、
テスト押しスイッチ６０を作動すると、該電子回路にその始動信号出力５４に始
動信号を出させ、それによって遮断器接点１４を、上に説明した方法で、その開
回路状態にラッチさせるように配設する。
【００２４】 ここに図示し且つ説明したものは、熱的に作動する特徴を使用する新規な回路
保護装置である。電磁始動素子および電流センサおよび電子回路を含む種々の他
の特徴も、本発明の熱始動装置と組合わせて使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による回路保護装置の回路図である。

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 与えられたライン電圧を有する回路のための熱的に作動する
    回路保護装置であって： 保護すべき回路と直列に結合された回路遮断器で、始動入力を有し、該始動入
    力での所定の電気信号に反応して閉回路状態から開回路状態へ変り、それによっ
    て前記保護すべき回路から電流を除去する遮断器；および 前記保護すべき回路と直列に結合され、前記回路を流れる電流の所定の電流／
    時間特性に応じて前記所定の電気信号を前記始動入力へ結合するための熱始動素
    子を含む回路保護装置。
  2. 【請求項２】 請求項１の装置に於いて、前記所定の信号が前記与えられた
    ライン電圧を有し、並びに前記熱始動素子が前記保護すべき回路のライン側と前
    記始動入力の間の回路を完成するために前記所定の電流／時間特性に応じて変形
    可能な装置。
  3. 【請求項３】 請求項１の装置に於いて、前記熱始動素子がバイメタル素子
    を含む装置。
  4. 【請求項４】 請求項１の装置に於いて、前記回路遮断器が、前記保護すべ
    き回路と直列の１組の遮断器接点、および前記遮断器接点と作動するように結合
    され、前記始動入力を形成する始動コイルを含み、前記遮断器接点が前記始動コ
    イルの前記ライン電圧での所定の電流による付勢に応じて開回路状態へラッチさ
    れる装置。
  5. 【請求項５】 請求項４の装置に於いて、前記熱始動素子が、前記保護すべ
    き回路を流れる電流の前記所定の電流／時間特性に応じて、前記ライン電圧での
    前記所定の電流を前記始動コイルへ送出するように構成されている装置。
  6. 【請求項６】 請求項５の装置に於いて、前記熱始動素子が前記保護すべき
    回路のライン側と前記始動入力の間の回路を完成するために前記所定の電流／時
    間特性に応じて変形可能な装置。
  7. 【請求項７】 請求項６の装置に於いて、前記熱始動素子がバイメタル素子
    を含む装置。
  8. 【請求項８】 請求項２の装置に於いて、前記熱始動素子がバイメタル素子
    を含む装置。
  9. 【請求項９】 請求項５の装置に於いて、前記熱始動素子がバイメタル素子
    を含む装置。
  10. 【請求項１０】 請求項４の装置であって、更に、前記保護すべき回路と直
    列回路に、前記保護すべき回路を流れる所定の大きさの電流に応じて前記遮断器
    接点を開回路状態へラッチするために前記組の遮断器接点と作動するように関連
    する磁気コイルを含む装置。
  11. 【請求項１１】 請求項１０の装置であって、更に、前記保護すべき回路の
    電流を検知するための、および対応するセンサ出力信号を発生するための電流セ
    ンサ、前記保護すべき回路のライン側と前記始動コイルの間に結合され、および
    前記始動コイルを付勢するために閉回路状態へ切換えるための制御信号に反応す
    る制御入力を有するスイッチング手段、並びに 前記電流センサと作動するように結合され、および前記スイッチング装置の前
    記制御入力に前記制御信号を発生するために与えられたレベル以上である前記電
    流センサからの前記出力信号に反応する制御回路を含む装置。
  12. 【請求項１２】 請求項１の装置であって、更に、前記保護すべき回路の電
    流を検知するための、および対応するセンサ出力信号を発生するための電流セン
    サ、前記所定の信号の源と前記始動入力の間に結合され、かつ前記所定の信号を
    前記始動入力へ結合するために閉回路状態へ切換えるための制御信号に反応する
    制御入力を有するスイッチング手段、並びに 前記電流センサと作動するように結合され、および前記スイッチング装置の前
    記制御入力に前記制御信号を発生するために与えられたレベル以上である前記電
    流センサからの前記出力信号に反応する制御回路を含む装置。
  13. 【請求項１３】 与えられたライン電圧を有する回路のための回路保護装置
    であって： 保護すべき回路と直列に結合された回路遮断器で、始動入力を有し、前記始動
    入力での前記与えられたライン電圧に応じて閉回路状態から開回路状態へ変り、
    それによって前記保護すべき回路から電流を除去する遮断器；および 前記保護すべき回路と直列に結合され、前記回路を流れる電流の所定の電流／
    時間特性に応じて前記ライン電圧を前記始動入力へ結合するための熱始動素子を
    含む回路保護装置。
  14. 【請求項１４】 請求項１３の装置に於いて、前記回路遮断器が、前記保護
    すべき回路と直列の１組の遮断器接点、および前記遮断器接点と作動するように
    結合され、前記始動入力を形成する始動コイルを含み、前記接点が始動コイルの
    前記ライン電圧での所定の電流による付勢に応じて開回路状態へラッチされる装
    置。
  15. 【請求項１５】 請求項１４の装置であって、更に、前記保護すべき回路と
    直列回路に、前記保護すべき回路を流れる所定の大きさの電流に応じて前記遮断
    器接点を開回路状態へラッチするために前記組の遮断器接点と作動するように関
    連する磁気コイルを含む装置。
  16. 【請求項１６】 請求項１３の装置であって、更に、前記保護すべき回路の
    電流を検知するための、および対応するセンサ出力信号を発生するための電流セ
    ンサ、前記保護すべき回路のライン側と前記始動入力の間に結合され、および前
    記ライン電圧を前記始動入力へ結合するために閉回路状態へ切換えるための制御
    信号に反応する制御入力を有するスイッチング手段、並びに 前記電流センサと作動するように結合され、および前記スイッチング装置の前
    記制御入力に前記制御信号を発生するために与えられたレベル以上である前記電
    流センサからの前記出力信号に反応する制御回路を含む装置。
  17. 【請求項１７】 請求項１４の装置であって、更に、前記保護すべき回路の
    電流を検知するための、および対応するセンサ出力信号を発生するための電流セ
    ンサ、前記保護すべき回路のライン側と前記始動コイルの間に結合され、および
    前記始動コイルを付勢するために閉回路状態へ切換えるための制御信号に反応す
    る制御入力を有するスイッチング手段、並びに 前記電流センサと作動するように結合され、および前記スイッチング装置の前
    記制御入力に前記制御信号を発生するために与えられたレベル以上である前記電
    流センサからの前記出力信号に反応する制御回路を含む装置。
  18. 【請求項１８】 請求項１５の装置であって、更に、前記保護すべき回路の
    電流を検知するための、および対応するセンサ出力信号を発生するための電流セ
    ンサ、前記保護すべき回路のライン側と前記始動コイルの間に結合され、かつ前
    記始動コイルを付勢するために閉回路状態へ切換えるための制御信号に反応する
    制御入力を有するスイッチング手段、並びに 前記電流センサと作動するように結合され、および前記スイッチング装置の前
    記制御入力に前記制御信号を発生するために与えられたレベル以上である前記電
    流センサからの前記出力信号に反応する制御回路を含む装置。
  19. 【請求項１９】 請求項１３の装置に於いて、前記熱始動素子がバイメタル
    素子を含む装置。
  20. 【請求項２０】 請求項１４の装置に於いて、前記熱始動素子がバイメタル
    素子を含む装置。
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