JP2009163882A - 電子式過電流遮断器 - Google Patents

Abstract

【課題】複雑な配線を廃し、短絡時の電子式監視器が動作しない場合でも内蔵する電磁遮断器を機械的に動作して電路を遮断でき、負荷に応じた定格動作電流や瞬間動作電流の設定変更を自在に行える電子式過電流遮断器を提供する。
【解決手段】電磁遮断器１３と負荷２１との間の電路１１に設けた電流検出部１４，１５と、該電流検出部１４，１５からの検出信号に基づいて電磁遮断器１３をトリップさせる電子式監視器１６と、この電子式監視器１６に電源を供給する電源回路１７と、を備えるようにし、電磁遮断器１３は、電子式監視器１６の遮断信号に基づいて電路遮断を行う信号式遮断機構１８ａと、短絡時に電子式監視器１６とは独立して機械的に電路遮断する機械式遮断機構１８ｂと、を併有するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子式過電流遮断器に関する。

従来、電子式過電流遮断器は、図８に示すように、三相交流電路に配したブレーカー１と、電動モータ（負荷）２との間に事後的に別途配置されるようになっている。この電子式過電流遮断器は、変流器（検流器）３を介して設けられる電子式監視器４と、一次コイルと二次コイルとで成る変圧器５によって負荷電流から電源を取り出す電源回路６と、電子式監視器４によって過負荷が検出された際に電路を遮断する電磁接触器ＭＣと、を設けた構成である。この構成により、変流器３で検出した電流を電圧信号に変換し、電子式監視器４で過負荷を検出した場合には、上記電路を遮断するようにしている。

電子式過電流遮断器には、上記の他に、例えば、特許文献１〜特許文献４に記載された技術があり、過負荷および短絡が生じた場合に、適時に電路を遮断するようにしたものである。
特公平６−８１４０９号公報 特開平７−２１１２１７号公報 特開平７−３２６２７３号公報 特開２００５−１８３２２６号公報

しかしながら、上記の図８の従来技術にあっては、電子式過電流遮断器として、電子式監視器４、変流器３、電源回路６、および電磁接触器ＭＣ等の各要素間を配線を介して電気接続することが必要なため、配線が複雑化するという問題があった。

また、電子式監視器４内の電子回路を機能させるための電源回路６は、負荷短絡等の異常電流時に、十分に機能できないことから、別途、ブレーカー１を配置しなければならないという問題があった。なお、電子式監視器４の電源を独立して設けることにより、常に、負荷電流を監視することも可能だが、そのようにすると、電子式過電流遮断器が大型化し、利便性が低下するという問題があった。

また、上記従来技術では、遮断電流等の設定を調整する場合の多くは、可変抵抗器、押しボタンスイッチ、ＬＥＤ、ＬＣＤ等の表示器が使用される。

しかし、これらの調整方法では、設定状態が判断し難いと共に、環境変化に対応するために微調整を行うのが面倒であった。また、複数の電子式過電流遮断器を同一仕様とする場合に、個々に設定変更していく必要があるため、利便性が悪いという不都合があった。

また、係る従来技術のもの、および上記の特許文献１〜４に記載の技術においては、遮断特性に定限時特性が採用され、負荷電流が一瞬でも定格電流を下回れば、それまでの遅延カウント数は初期状態にリセットされてしまうので、きめ細かな遮断遅延特性を実現するのが困難であった。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、複雑な配線を廃し、短絡時等によって電子式監視器が動作しない場合でも、安全に電路を遮断でき、負荷に応じた定格動作電流や瞬間動作電流の設定変更を自在に行える電子式過電流遮断器を提供することを目的とする。

本発明は、以下の手段によって、上記課題を解決したものである。

（１）電源と負荷の間の電路に設けられる電磁遮断器と、前記電磁遮断器よりも負荷側の電路に設けられる電流検出部と、前記電流検出部からの検出信号に基づいて前記電磁遮断器をトリップさせるか否かを判定する電子式監視器と、前記電磁遮断器よりも負荷側の電路に設けられ、前記電源を利用して前記電子式監視器に電力を供給する電源回路と、を備え、前記電磁遮断器は、前記電子式監視器の遮断信号に基づいて電路遮断を行う信号式遮断機構と、短絡時に前記電子式監視器とは独立して機械的に電路遮断する機械式遮断機構と、を併有することを特徴とする電子式過電流遮断器。

本発明では、負荷短絡故障が生じた場合でも、電子式過電流遮断器に内蔵される電磁遮断器を機械式の遮断機構として動作することで電路をトリップするので、負荷を適切に保護することができるようになる。

（２）前記電子式監視器は、遮断電流値を格納する仕様テーブル、及び遅延加減値をカウントするタイマ部を有するマイクロコントローラユニットを備え、更に、前記マイクロコントローラユニットの前記仕様テーブルを外部端末から自在に設定変更可能な通信回路を備えることことを特徴とする（１）記載の電子式過電流遮断器。

本発明では、マイクロコントローラユニットは外部端末との間でデータを双方向に送受信できるので、マイクロコントローラユニットに内蔵される仕様テーブルを、外部端末から自在に設定変更したり、遠隔地から仕様テーブルを閲覧したりできる、すなわち、通信機能を利用することで、電子式過電流遮断器に対する遮断指令を遠隔操作できて便利である。

（３）前記仕様テーブルは、定格電流値と、前記定格電流値のＮ倍で算出される瞬間動作電流値が格納され、前記定格電流値及び前記Ｎ倍の値を自在に設定変更できるように構成されたことを特徴とする（２）記載の電子式過電流遮断器。

本発明では、負荷状況に応じて、前記定格電流値や瞬間動作電流値を設定変更できるので、適切な負荷保護を図ることができるようになる。

（４）前記仕様テーブルは、遮断遅延特性情報として、定限時方式または反限時方式のいずれか一方の特性を選択可能に備えることを特徴とする（２）又は（３）のいずれか一項に記載の電子式過電流遮断器。

本発明では、負荷の状況に応じて、定限時方式による遮断遅延特性か、または、反限時方式による遮断遅延特性か、いずれか一方の遅延特性を選択することができる。これにより、効率的に負荷電路の遮断を行うことができるようになる。

（５）前記反限時方式は、定格電流値に対する負荷電流の比率に対応させて、前記タイマ部でカウントされる遅延加減値を決定するように構成されたことを特徴とする（２）ないし（４）のいずれか一項に記載の電子式過電流遮断器。

本発明では、反限時方式が選択された場合に、遅延加減値を、負荷電流の定格電流に対する比率（例えば％）に対応させて決定することで、疑似反限時遅延曲線を色々に変えることができ、その結果、反限時方式による回路遮断を効率的に行うことができるようになる。

本発明によれば、無駄な配線を廃し、短絡時でも電磁遮断器を機械的動作により回路（電路）を遮断でき、負荷に応じた定格動作電流や瞬間動作電流の設定変更を自在に行え、また、疑似反限時特性曲線を変えることで、負荷電流の大きさ、履歴状態に応じて従来の電磁遮断器に近似する特性を有する電子式過電流遮断器を得ることができる。

以下、本発明に係る電子式過電流遮断器の一実施形態を、図を参照して詳述する。図１は本実施形態の電子式過電流遮断器における概要構成図、図２はその機能ブロック図である。電子式過電流遮断器１０の主要な構成要素は、三相交流電路（以下「電路」と称する）１１に設けられ、その本体ケース１２は適宜の絶縁性素材を使用して形成される。ケース１２の内部には、電磁遮断器１３と、電流センサとしての機能を有する変流器１４，１５と、電子式監視器１６と、電源回路１７と、電子式監視器１６から出力される演算処理された制御信号を電磁遮断器１３へ入力する出力回路１８とで成る。なお、電源回路１７は、測定対象である電路１１に入力側が接続され、出力側が電子式監視器１６に接続されて、この電子式監視器１６に駆動電流を供給する。

こうして、電子式過電流遮断器１０はその入力端子１９を三相電源側に接続され、その出力端子２０を負荷としてのモータ２１に接続される。

上記電磁遮断器１３には、信号式遮断機構１８ａと機械式遮断機構１８ｂが内蔵されている。信号式遮断機構１８ａは、電磁式の遮断構造であって、電子式監視器１６の制御信号によって電磁コイルを印加して、電磁遮断器１３をトリップさせる。また、機械式遮断機構１８ｂも同様に、電路上の負荷電流そのものによって電磁コイルが印加されて、共通の電磁遮断器１３をトリップさせる。即ち、この機械式遮断機構１８は、負荷短絡時における電源喪失により、電子式監視器１６が動作しない遮断不能状態に陥った場合でも、機械的に短絡遮断ができるようになっている。なお、機械式遮断機構１８は、電子式監視器１６（電源回路１７）に過電流が流れることも同時に防止する。

また、電子式監視器１６は、図２の機能ブロック図に示すように、変流器１４，１５で検出した電路１１の電流を増幅する増幅器２２，２３と、これら増幅器２２，２３で増幅された信号が入力されるマイクロコントローラユニット（Micro Controller Unit、以下「ＭＣＵ」という）２４と、外部端末であるパーソナルコンピュータ２５との間で双方向にデータ送信が可能な通信回路２６と、外部へ信号を出力する信号出力部２７とを備える。

上記ＭＣＵ２４には、一つの集積回路に、増幅器２２，２３で増幅されたアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器２８と、遮断電流等の各種データを格納する仕様テーブル２９と、遅延加減値をカウントするタイマ部３０等との電子回路要素が一体に組み込まれ、コンピュータシステムとして構成されている。このＭＣＵ２４により、後述する瞬時特性や遮断遅延特性の設定・管理が実行可能となり、ＭＣＵ２４からの出力信号が遮断回路１８を通じて引き外しソレノイド１８ａを励磁することで、電路１１が遮断されるようになっている。

パーソナルコンピュータ２５は、ＬＡＮ、ＷＡＮ、インターネット等の情報通信回線を介して通信回路２６に双方向通信可能に接続され、これにより上記の仕様テーブル２９のデータを外部から設定変更をできるようにしている。換言すると、パーソナルコンピュータ２５が有する通信機能により、パーソナルコンピュータ２５から通信回路２６を介して遮断電流、遮断時間、瞬間遮断電流（瞬間動作電流）倍数等の電子式監視器１６の動作仕様を直接に設定できるように構成される。また、パーソナルコンピュータ２５により、同一仕様の複製設定も容易に行えるように構成される。

また、電子式監視器１６では常に、負荷電流の監視が行われるが、その結果である負荷電流値、遮断信号、現在の状態等のデータが通信回路２６を通じて外部へ出力され、外部機器による再利用に役立てられるようになっている。

ところで、上記の仕様テーブル２９には、遮断電流特性としての定格動作電流（定格遮断電流）及び瞬間動作電流（瞬間遮断電流）特性と、遮断遅延特性の一つである定限時遅延特性と、同じく遮断遅延特性の他の一つである電流・遅延加算値特性、および、疑似反限時遅延特性に関するデータが格納されている。以下、これらについて、順次説明する。

瞬間動作電流特性は、図３の遮断電流特性図に示されるように、定格動作電流をＮ倍することで得られる瞬間動作電流に基づいて瞬時特性を可変できる構成としたものである。これにより、従来では固定されていた瞬間動作電流が、そのときどきの負荷に応じて、適宜に設定変更できるようになっている。

次に、定格遮断電流時の上記遮断遅延特性であるが、これは状況に応じて、定限時遅延特性と反限時遅延特性のいずれか一方の特性を選択して遮断遅延特性に基づいて動作できるようになっている。すなわち、定限時遅延特性を選択した場合には、図４の定限時遅延特性図に示すように、負荷電流が定格電流を超えた場合には、一定時間毎に電流値の大きさに関わらず一定値を遅延タイマに加算し、指定時間に該当する値になった時点で遮断信号を出力する。途中で負荷電流が定格電流を下回った場合には、それまでの値に関わらず遅延タイマ（「遅延カウンタ」ともいう）は０にリセットされる。

また、反限時特性を選択した場合には、図５に示すように、加算値を負荷電流の定格電流に対する比率（例えば％）に対応させて決定する。そして、定格値以上では＋値（加算値）を、定格値以下では−値（減算値）とする。こうして、比率に応じた加算値の増加分を変えることで、図６の疑似反限時遅延特性図で示す特性曲線Ａを変え、これに基づいて反限時遅延特性をもたせるようにしている。とりわけ、定格電流に対する負荷電流の差が大きいほど、加減算値を大きくすることで、疑似的に特性曲線Ａと同様な応答にすることが可能である。

上記ＭＣＵ２４で実行される反限時遅延特性における遅延時間加算の処理を図７に示すフロー図に基づいて説明すると、ステップ１で定格電流に対する負荷電流の％を負荷電流％とする。求められた負荷電流％から遅延加算値テーブルを検索し（ステップ２）、検索して得られた遅延加算値に遅延カウンタを加算した数値を新たな遅延カウンタとして更新する（ステップ３）。ステップ４において、更新された遅延カウンタが設定時間、すなわち、設定カウント数との大小を比較され、遅延カウンタが設定カウント数よりも大きいと判定された場合には、電磁遮断器１３は遮断され（ステップ５）、遅延カウンタが設定カウント数よりも小さいと判定された場合には、ステップ６で遅延カウンタが０より小さいか否かが判断される。遅延カウンタが０よりも小さいと判定された場合には、遅延カウンタは０にクリアされ（ステップ７）、ステップ６で遅延カウンタが０より大きいと判定された場合には、遅延カウンタを０にクリアすることなく、それぞれ上記各ステップ８に進んでリターン処理がなされてステップ１に戻る。このようにして、上記各ステップ１〜８の遅延時間加算の演算処理が繰り返して実行される。

このように、疑似反限時特性を用いることで、負荷電流の大きさ、履歴状態に応じて、従来の電磁遮断器１３に近似の特性を与えることができるようになる。

本実施形態に係る電子式過電流遮断器１０によれば、変流器（センサ部）２２，２３、電子式監視器１６、電源回路（電源部）１７、電磁遮断器１３を一体に構成したので、他機器の設置および配線を不要化でき、構造のシンプルな電子式過電流遮断器１０を得ることができる。

また、短絡電流対応の観点においては、従来、電源投入時の負荷短絡等の異常電流に対応するため、負荷と電子監視機器の電源を別電源とするか、電源を共通化する場合には、２つ以上の過電流遮断器を必要としていた。しかし本実施形態の電磁遮断器１３が、信号式遮断機構１８ａと機械式遮断機構１８ｂも併せ持ち、通常は、信号式遮断機構１８ａによって遮断が実行され、且つ、電子式監視器１６の電源が失われているときでも、機械式遮断機構１８ｂ負荷短絡等の異常電流に対処できる利点がある。

また、機能仕様設定の観点においては、本実施形態では通信回路２６を設けているので、通信機能を利用した仕様設定により、従来、可変抵抗等によって行っていた物理的調整機構が不要となり、設定が簡略化され、かつ、外部環境に左右されることなく長期間に亘り安定して設定値を維持できる利点がある。

また、複数の機器の設定に際しても、同一の仕様内容を容易にコピーすることで設定が容易に行える。また、仕様テーブルの数値を管理する面においても、機器本体内のみでなく、通信回路２６から外部へ取り出すことで仕様テーブルのデータを把握して管理し、他の用途に利用することができる利点もある。

また、定格遮断電流及び瞬間遮断電流の定格遮断電流に対するＮ倍数を任意に可変して設定でき、この結果、負荷に応じた瞬間遮断電流の設定が可能となり、適切な負荷保護に対応できる効果を有する。

また、監視負荷電流等の外部出力の観点では、負荷電流、遮断状態等を通信回路２６または信号出力部２７を通じて外部へ出力することにより、対象負荷の電流変動等を簡単に把握でき、電子式過電流遮断器１０を設定するときの利用、および、外部機器での再利用が可能となる。また、通信回路２６とパーソナルコンピュータ２５との間で通信を行うことで、遠隔地からモニタを行い、電路遮断の指令を実行することもできる。

また、遮断遅延特性の観点からは、従来の定限時特性に対して、疑似反限時特性を用いることで、負荷電流の大きさ、履歴状態に応じて、従来の電磁（又はサーマル）遮断器に近似の特性を得ることができる。

以上、本発明を実施形態により詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も本発明の範囲に含まれるものである。

上記では、外部端末としてパーソナルコンピュータ２５を用いた場合を例に挙げて説明したが、この代わりに、携帯電話等の移動通信可能な端末であってもよい。

また、上記実施形態に、電磁遮断器１３がトリップした場合に警報を発する警報手段、電磁遮断器１３のＯＮ−ＯＦＦを表示する補助表示手段等を適宜に設けることも可能である。

本発明は、負荷系統の過負荷、短絡故障を検出して電路遮断を効率的に行ない、正常な負荷系統を保護する電子式過電流遮断器の製作に利用できる。

本発明の実施形態に係る電子式過電流遮断器の概要構成を示すシステム構成図である。 同じく、上記電子式過電流遮断器の機能を示すブロック図である。 同じく、負荷電流と遮断との関係を示す遮断電流特性図である。 同じく、負荷電流と遮断時間との関係を示す定限時遅延特性図である。 同じく、遅延加減値と電流（％）との関係を示す電流―遅延加算値特性図である。 同じく、疑似反限時遅延特性図である。 同じく、疑似反限時の遅延時間の加算を説明するフロー図である。 従来技術におけるシステム構成図である。

符号の説明

１０ 電子式過電流遮断器
１１ 電路
１２ 本体ケース
１３ 電磁遮断器
１４、１５ 変流器（電流検出部）
１６ 電子式監視器
１７ 電源回路
１８ 遮断回路
１８ａ 引き外しソレノイド
２１ 負荷
２４ マイクロコントローラユニット（ＭＣＵ）
２５ パーソナルコンピュータ（外部端末）
２６ 通信回路
２７ 信号出力部
２９ 仕様テーブル
３０ タイマ部
Ａ 特性曲線

Claims (5)

1. 電源と負荷の間の電路に設けられる電磁遮断器と、前記電磁遮断器よりも負荷側の電路に設けられる電流検出部と、前記電流検出部からの検出信号に基づいて前記電磁遮断器をトリップさせるか否かを判定する電子式監視器と、前記電磁遮断器よりも負荷側の電路に設けられ、前記電源を利用して前記電子式監視器に電力を供給する電源回路と、を備え、
   前記電磁遮断器は、前記電子式監視器の遮断信号に基づいて電路遮断を行う信号式遮断機構と、短絡時に前記電子式監視器とは独立して機械的に電路遮断する機械式遮断機構と、を併有することを特徴とする電子式過電流遮断器。
2. 前記電子式監視器は、遮断電流値を格納する仕様テーブル、及び遅延加減値をカウントするタイマ部を有するマイクロコントローラユニットを備え、
   更に、前記マイクロコントローラユニットの前記仕様テーブルを外部端末から自在に設定変更可能な通信回路を備えることことを特徴とする請求項１記載の電子式過電流遮断器。
3. 前記仕様テーブルは、定格電流値と、前記定格電流値のＮ倍で算出される瞬間動作電流値が格納され、前記定格電流値及び前記Ｎ倍の値を自在に設定変更できるように構成されたことを特徴とする請求項２記載の電子式過電流遮断器。
4. 前記仕様テーブルは、遮断遅延特性情報として、定限時方式または反限時方式のいずれか一方の特性を選択可能に備えることを特徴とする請求項２又は３のいずれか一項に記載の電子式過電流遮断器。
5. 前記反限時方式は、定格電流値に対する負荷電流の比率に対応させて、前記タイマ部でカウントされる遅延加減値を決定するように構成されたことを特徴とする請求項２ないし４のいずれか一項に記載の電子式過電流遮断器。

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