JP2008153215A - 調節可能なアーク閃絡保護及び無線センサを備えた回路遮断器、並びに使用方法 - Google Patents

Abstract

【課題】調節可能なアーク閃絡保護を備えた回路遮断器を提供する。
【解決手段】回路遮断器は、マイクロプロセッサと、該マイクロプロセッサと通信関係にある無線センサとを有する。無線センサは、回路遮断器の周囲の所定の区域内における人の存在を検出するように構成されており、無線センサによって所定の区域内における人の存在が検出されたとき、回路遮断器の保護レベルがマイクロプロセッサによって変更される。回路遮断器のアーク閃絡保護のレベルを低くする方法も本発明の範囲内にある。
【選択図】図２

Description

本発明は、一般的に云えば、回路遮断器に関し、より具体的には、無線センサ及び調節可能なアーク閃絡保護を備えた回路遮断器に関するものである。

回路遮断器は一般によく知られていて、或る特定の所定の条件が満たされたときに電気回路を遮断するために多数の用途で使用されているが、それらは他の目的で使用することもできる。典型的には、所定の条件は、回路遮断器が取り付けられた回路に流れる電流レベルに基づくものであり、該レベルは、用途に依存して、数アンペアから数百アンペア、さらには数千アンペアにも変化することがある。典型的な回路遮断器は一組の分離可能な接点を含むことができ、それらの接点は、回路を開くための一組の所定の条件に達したときに分離することができる。分離可能な接点が互いから離れるように動き始めるとき、しばしば分離可能な接点の間に電気アーク閃絡が形成される。当業者には明確に理解されるように、電気アーク閃絡は、電流レベルに依存して約３０００Ｋ〜３００００Ｋにもなり得る高い温度に達することがあるので、通電中の装置を保守点検し又は試験する者にとって安全上危険である。このように、少なくとも安全性の理由のため、調節可能なレベルのアーク閃絡保護を持つ回路遮断器の必要性が認識されている。

例えば、２００５年１０月６日に公開された米国特許出願公開第２００５／０２１９７７５号には、より素早い引外し(trip)が行われるようにピックアップ電流及び／又は時間遅延を小さくし、これによって通電中の回路遮断器についての保守点検又は試験中に事故によって生じるアーク・エネルギを低減するために、遮断器の正規の又は指定された引外し機能を無効にする保守点検用引外し機能を持つ低電圧回路遮断器が開示されている。上記の開示された装置においては、正規の引外し機能は、引外し装置に直接結線されていて回路遮断器の正面から接近できる保守点検用スイッチを作動することにより開始される保守点検用引外し機能によって、無効にされる。それでもなお、上記米国特許出願に開示されている装置は事故レベルの調節を行えるが、重大な欠点があり、その少なくとも１つは、保守点検用スイッチが回路遮断器に結線で接続されていて、オペレータの介在を必要とすることに関係する。換言すると、通電中の装置を保守点検及び／又は試験する保守及び／又は試験要員が保護レベルを下げるために保守点検用引外し機能に切り換えるのを忘れた場合、何ら保護が提供されず、使用者は偶発的な事故に伴うアーク閃絡に曝される可能性がある。更に、スイッチは回路遮断器に結線されているので、オペレータが遮断器に直接接触して物理的に変更することができるのみであり、該遮断器は保守点検又は試験が実施される場所とは異なる場所に配置されることがあり、このため保護レベルを必要なときに下げられないという可能性が増大する。

従って、提供される保護を増大し且つオペレータの介在をなくすために遠隔の無線検知機構を使用して遮断器の周囲の指定された区域内に人が存在している際にアーク・エネルギを低減することのできる回路遮断器の引外し装置を開発することが望ましい。所定の区域内での人の存在を無線センサにより検知することによって、オペレータの介在無しに、例えば、それらに限定されないが、瞬時ピックアップ電流、短遅延ピックアップ、短時間遅延、接地事故遅延、及び接地事故時間遅延を含む異なる保護レベルに調節することが可能になる。
米国特許出願公開第２００５／０２１９７７５号

上記に概説した要求及び当該分野で知られている他の要求の１つ以上に対処するため、マイクロプロセッサ及び該マイクロプロセッサと通信関係にある無線センサを含む回路遮断器を提供する。無線センサは、回路遮断器の周囲の所定の区域内で人の存在を検出するように構成されており、無線センサによって所定の区域内での人の存在が検出されたとき、回路遮断器の保護レベルがマイクロプロセッサによって変更される。

回路遮断器のアーク閃絡保護のレベルを低くする方法も本発明の範囲内にあり、このような方法は、回路遮断器のマイクロプロセッサと通信関係にある無線センサにより、回路遮断器の周囲の所定の区域内で人の存在を検出する段階と、無線センサによって所定の区域内で人の存在が検出されたとき、回路遮断器の保護レベルを変更する段階とを含む。

以上の要約した記載は本発明の特徴を述べたもので、これは、以下の詳しい説明をより良く理解できるようにするためであり、また当該技術分野における本発明の寄与をより良く評価され得るようにするためである。勿論、本発明の他の特徴もこの後で記述し、また特許請求の範囲の対象とする。

このことに関連して、本発明の幾つかの好ましい実施形態を詳しく説明する前に、本発明がその用途において構成の細部に限定されず、また以下の説明で列挙し又は図面に例示する構成要素の配置に限定されないことを理解されたい。本発明は他の実施形態も可能であり、様々なやり方で具体化し実施することができる。また、本書で用いる表現及び専門用語は説明のためであって、制限するものと見なすべきでないことを理解されたい。

そこで、当業者には、本開示の基を成す概念が本発明の幾つかの目的を実施するために他の構造、方法及びシステムを設計するための基準として容易に利用され得ることが理解されよう。従って、重要なことは、特許請求の範囲が、本発明の精神及び範囲から逸脱しない限りこのような等価な構成を含むものとして考えられることである。

更に、上述の要約した記載の目的は、特許庁や一般の人々、特に特許又は法律の用語又は表現に精通していない科学者、技術者及び実務者が、大ざっぱに見ただけで本願の開示内容の性質及び要点を素早く判別できるようにするためである。したがって、要約した記載は、発明又は出願（これは、特許請求の範囲によって判定されるだけである）を定義しようとするものでもなく、また発明の範囲を限定しようとするものでもない。

以下の詳しい説明を添付の図面と共に考察することによって本発明がより良く理解されたとき、本発明のより完全な評価がそれに伴う多数の利点と共に容易に得られよう。

その中の幾つかの図にわたって同じ又は対応する要素に同じ参照符号を付した図面を参照して、本発明による調節可能な閃絡保護及び無線センサを備えた回路遮断器の実施形態の一つを以下に説明する。図１は、回路遮断器１０の概略図を示す。図示のように、被保護回路（図示せず）からの電流信号１２が回路遮断器１０の電圧処理回路１４に供給され、電圧処理回路１４は電流信号１２を濾波し且つその利得を調節する。このように処理された信号は次いで回路遮断器１０のマイクロプロセッサ１６に供給される。マイクロプロセッサ１６には無線センサ１８及びフラックス・シフト回路２０も接続されている。

動作について説明すると、回路遮断器１０は最初に、正規の保護レベルで動作するようにプログラムされる。回路遮断器１０が接続されている回路に過負荷が生じた場合、マイクロプロセッサはフラックス・シフト回路２０に信号を送り、回路遮断器１０の引外し装置（図示せず）が引外しを行う。更に、無線センサ１８の範囲は所定の区域として特徴付けられており、このため、その区域内で人の存在が検出されたときは何時でも、その検出をマイクロプロセッサ１６に知らせて、回路遮断器１０によって与えられる保護レベルを低減する。そこで、電流信号１２が、このように所定の区域内で人が検出されたことによりマイクロプロセッサ１６で設定された上記の低くしたレベルに達したとき、フラックス・シフト回路２０が回路遮断器１０の引外しを作動する。人が安全な区域へ出て行ったとき、マイクロプロセッサ１６は保護レベルを正規のレベル又は任意の他の所望のレベルへ再設定するようにプログラムすることができる。

同様に、回路遮断器１０を含む通電中の装置を保守点検及び／又は試験する保守及び／又は試験要員が、無線センサ１８によって検出されるような所定の区域に入った場合、該要員が回路遮断器１０又はそれに結線された任意の他のスイッチに到達することを必要とせずに、アーク閃絡保護のレベルが自動的に下げられ、これにより使用者が偶発的な事故に伴って起きる可能性のあるアーク閃絡に曝される危険性が最小限にされ又は除かれる。同様に、本発明による回路遮断器１０は、遠隔の無線検知機構の使用を特徴とする遮断器の周囲の区域内に個人が存在している際にオペレータの介在を必要とせずに、アーク閃絡保護のレベルを増大する。危険な区域内での人の存在を無線センサにより検知することによって、例えば、それらに限定されないが、瞬時ピックアップ電流、短遅延ピックアップ、短時間遅延、接地事故／地絡遅延、接地／地絡事故時間遅延、長時間ピックアップ、長時間遅延、保護継電器保護（過電圧、不足電圧、不足電流、電圧不平衡）ピックアップ及び遅延を含む異なる保護レベルに調節することができる。

図２に示されているような、本発明による別の実施形態の回路遮断器３０では、回路遮断器３０によって保護される電気回路（図示せず）が点３２で遮断器に接続されて、複数の相変流器３４を介してそれぞれの電圧処理回路３６に接続され、これらの電圧処理回路３６は濾波し及び利得調節した信号を回路遮断器３０のアナログ−ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器３８に供給する。マイクロプロセッサ利用の引外し装置が回路遮断器３０又はモータ過負荷継電器に流れる電流を、変流器３４、電圧処理回路３６及びＡ／Ｄ変換器３８を介して記録する。変流器３４はまた、引外し装置に電力を供給するように構成することができる。低減エネルギ保護モードを実現するために、マイクロプロセッサ４０が無線センサ４２からの無線入力によって予め設定された区域内での使用者の存在を検知し、次いで、それらに限定されないが、標準の保護設定点／遅延、事前定義の保護設定点／遅延、並びに使用者定義の保護設定点／遅延の使用を含むどんな保護レベルに回路遮断器３０を設定すべきであるかを決定するようにプログラムされる。適用可能な技術分野のおける当業者に理解されるように、無線センサ４２の入力は、標準の値から事前定義の値への遷移時間を増大させるためにマイクロプロセッサ４０の割り込みに接続することができる。また更に、無線検知機構には、電池、現在の及び／又は外部の２４Ｖｄｃ電源装置、分路引外し（ＳＴ）モジュール２４Ｖｄｃ、不足電圧解放（ＵＶＲ）モジュール２４Ｖｄｃ、スーパーコンデンサ、及びそれらの組合せより成る群から選択された電源によって給電することができる。適用可能な技術分野のおける当業者に理解されるように、分路引外しモジュールでは、電圧（例えば、１２〜６００Ｖａｃ／ｄｃ）が印加されたとき、遮断器の引外しを行うために引外し装置に信号を送る。それはまた、遮断器のフラックス・シフト回路に直接に信号を送ることもできる。それはまた、引外しを生じさせたＳＴに対する入力電圧を表示するために状態表示装置を持つこともできる。不足電圧解放モジュールでは、電圧が事前定義のプログラムされた電圧よりも低下したとき、その装置は、遮断器の引外しを行うために引外し装置に信号を送る。それはまた、遮断器のフラックス・シフト回路に直接に信号を送ることもできる。それはまた、引外しを生じさせたＵＶＲに対する入力電圧を表示するために状態表示装置（継電器接点）を持つこともできる。

使用中においては、回路遮断器３０の引外し装置（図示せず）は、無線センサ４２から指定された範囲内（例えば、２００メートル以内）での人の動きを検出したとき、その瞬時保護設定点を下げて、回路遮断器３０がより素早く引外しを行えるようにする。室内での人の存在を表示するために、マイクロプロセッサ４０によって制御される所定の周波数で点滅するように構成されたフロントパネルＬＥＤを使用することができる。引外し装置が標準の保護モードにあるか又は低エネルギ保護モードにあるかをオペレータに対して表示するために、ＬＣＤ，ＬＥＤ及び／又は継電器出力を使用することもできる。また、引外し装置は、この特徴を実現するように構成することのできる内部のプログラム可能な継電器を含むこともできる。作動可能にされている場合、その接点は、無線センサ４２が配置されている室内で人の存在が検出されたときに状態を変えるように構成することができる。接点はアラーム・システムに接続することができ、また遮断器は引外し装置上のキー・パッド（図示せず）及び／又はスイッチ（図示せず）のいずれかによってこの保護をオフにする能力を使用者に許可するように構成することができる。引外し装置は回路遮断器室内（又は所定の危険な区域内）での人の存在を、室内の適切な場所に配置された無線センサ４２を介して検知したとき、メイク（閉路）電流解放（ＭＣＲ）、高瞬時（ＨＳＥＴ）及び／又は他の保護設定点及び遅延を使用者による事前定義の値へ自動的に変更する。また、使用者は、キーパッド、通信及びハードワイヤ入力、又はこれらの組合せのいずれかによってこの保護を無効にする能力を持つ。図２の実施形態と同様に、例えば、それらに限定されないが、瞬時ピックアップ電流、短遅延ピックアップ、短時間遅延、接地事故遅延、及び接地事故時間遅延を含む異なる保護レベルに調節することができる。不揮発性メモリ４６を使用することにより、引外し装置のパラメータ（例えば、保護の種類（長時間、短時間、瞬時、接地事故など）、遮断器情報（センサ定格、フレーム・サイズ、中性点位置など）、保護設定点及び遅延）を保存することができ、それらの値は、引外し装置の停電の場合に維持されて変更されない。

無線センサを含む回路遮断器でアーク閃絡保護を低くする方法もまた本発明の実施形態の範囲内にある。図３は、本発明の実施形態に従った回路遮断器の動作方法５０についての一般化された流れ図を示す。段階６０で、無線センサは先ず、回路遮断器の動作区域内での使用者の存在を検出する。無線センサが動作区域内で人を検出しない場合、段階７０で引外し装置の正規の保護レベルが維持される。無線センサが動作区域内で人を検出した場合、段階８０で引外し装置の保護レベルは予めプログラムされたレベルへ下げられる。引外し装置の動作が、この低くした保護レベルで実施されている間、段階９０で動作区域内での人の存在が回路遮断器の無線センサによって監視され続け、また段階１１０で低くした保護レベルが低いレベルに維持される。動作区域内で人がもはや検出されなくなったとき、段階１００で回路遮断器の保護レベルが回路遮断器のマイクロプロセッサにおいて正規のレベル又は使用者によって予めプログラムされた任意の他のレベルに再設定される。

上記の説明に関して、サイズの変動、形状関数、並びに動作、組み立て及び使用法の態様を含めて、本発明のパーツについての最適な寸法関係が当業者にとって容易に明らかであり、また自明であると考えられ、従って、図面に例示し明細書で説明したものと等価な全ての関係が特許請求の範囲によって包含されることを認識されたい。

更に、本発明を、実用的と考えられるもの及び本発明の幾つかの実施形態に関連して入念に且つ詳細に、図面に示し且つ充分にこれまで説明したが、当業者には、本書で述べた原理及び概念から逸脱することなく、様々な変更を為すことができることは明らかであろう。従って、本発明の適正な範囲は、このような変更及び等価物の全てを包含するように特許請求の範囲を最も広義に解釈することによって決定すべきである。

本発明の実施形態に従った回路遮断器の概略図である。 本発明の実施形態に従った別の回路遮断器の概略図である。 本発明の実施形態に従った回路遮断器の動作方法の一般化した流れ図である。

符号の説明

１０ 回路遮断器
１２ 電流信号
１４ 電圧処理回路
１６ マイクロプロセッサ
１８ 無線センサ
２０ フラックス・シフト回路
３０ 回路遮断器
３２ 接続点
３４ 変流器
３６ 電圧処理回路
３８ アナログ−ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器
５０ 回路遮断器の動作方法

Claims (10)

1. マイクロプロセッサと、
   前記マイクロプロセッサと通信関係にある無線センサであって、回路遮断器の周囲の所定の区域内で人の存在を検出するように構成されている無線センサとを有し、
   前記所定の区域内での人の存在が前記無線センサによって検出されたとき、回路遮断器の保護レベルが前記マイクロプロセッサによって変更されることを特徴とする、回路遮断器。
2. 前記保護レベルは、瞬時ピックアップ電流、短遅延ピックアップ、短時間遅延、接地事故／地絡遅延、接地／地絡事故時間遅延、長時間ピックアップ、長時間遅延、保護継電器保護、及びそれらの組合せより成る群から選択され、
   前記保護レベルは使用者定義の設定点又は遅延であり、
   更に、前記無線センサは、保護レベルの変更のための遷移時間を増加するように前記マイクロプロセッサの割り込みに接続される、請求項１記載の回路遮断器。
3. 更に、前記マイクロプロセッサに接続されたアナログ−ディジタル変換器と、
   前記アナログ−ディジタル変換器に接続された電圧処理回路と、
   前記電圧処理回路に接続されていて、前記回路遮断器に給電するように構成されている相変流器と、
   前記マイクロプロセッサに接続されたフラックス・シフト回路と、
   前記無線センサが前記所定の区域内で人の存在を検出したときに作動されるように構成されている警告灯と、
   前記所定の区域内での人の存在を表示するように構成されているＬＣＤ、ＬＥＤ又は継電器出力と、
   前記無線センサを不作動にする手段と、
   を含んでいる請求項１記載の回路遮断器。
4. 前記無線センサは、無線通信、インターネット通信、手持ち形コンピュータ無線装置、及びそれらの組合せより成る群から選択された手段によって前記マイクロプロセッサと通信するように構成されている、請求項１記載の回路遮断器。
5. 回路遮断器のアーク閃絡保護のレベルを低くする方法であって、
   前記回路遮断器のマイクロプロセッサと通信関係にある無線センサにより、前記回路遮断器の周囲の所定の区域内で人の存在を検出する段階と、
   前記無線センサによって前記所定の区域内で人の存在が検出されたとき、前記回路遮断器の保護レベルを変更する段階と、
   を有している方法。
6. 更に、前記保護レベルを正規のレベルから低くしたレベルへ変更する段階を含んでいる請求項５記載の方法。
7. 更に、前記無線センサによって検出されていた人が前記所定の区域から出て行ったときに前記保護レベルを前記低くしたレベルから前記正規のレベルへ変更する段階を含んでいる請求項６記載の方法。
8. 前記保護レベルは、瞬時ピックアップ電流、短遅延ピックアップ、短時間遅延、接地事故遅延、接地事故時間遅延、及びそれらの組合せより成る群から選択され、また、前記保護レベルは使用者定義の設定点又は遅延である、請求項６記載の方法。
9. 更に、前記無線センサが前記所定の区域内で人の存在を検出したとき、前記回路遮断器上に配置された灯を作動する段階と、
   前記所定の区域内での人の存在を、前記回路遮断器上に配置されたＬＣＤ、ＬＥＤ又は継電器出力で表示する段階と、
   を含んでいる請求項６記載の方法。
10. 更に、人の存在を検出した後で前記無線センサを不作動にする段階を含んでいる請求項５記載の方法。

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