JP2018101549A - 電路異常検出装置、及びそれを備える開閉器 - Google Patents

Abstract

【課題】電源回路部の発熱を低減できる電路異常検出装置、及びそれを備える開閉器を提供する。【解決手段】電源回路部２０は、蓄電部３０と、スイッチ部４０と、電圧検出部５０とを備える。蓄電部３０は、異常検出部６０の検出対象の電路から入力端子部２１に入力される直流電圧によって充電される。蓄電部３０に充電された電圧は電源電圧Ｖ１として異常検出部６０に出力される。スイッチ部４０は、蓄電部３０の状態を、検出対象の電路から入力端子部２１を介して蓄電部３０に充電電流が流れる充電状態と、蓄電部３０に充電電流が流れない充電停止状態とのいずれかに切り替える。電圧検出部５０は、蓄電部３０から異常検出部６０に出力される電源電圧Ｖ１を検出する。スイッチ部４０は、電圧検出部５０の検出結果に応じて制御される。【選択図】図１

Description

本発明は、電路異常検出装置、及びそれを備える開閉器に関し、特に、検出対象の電路の異常の有無を検出する電路異常検出装置、及びそれを備える開閉器に関する。

従来、主回路に流れる漏電電流を検出するか、又は中性線の欠相を検出すると、主接点を強制開極する漏電遮断器が提案されている（例えば特許文献１参照）。特許文献１の漏電遮断器では、漏電電流を検出するための漏電保護用ＩＣと、中性線の欠相を検出するための欠相保護用ＩＣと、漏電保護用ＩＣと欠相保護用ＩＣとに動作電圧を供給する電源回路部とを備えている。電源回路部では、交流電圧をダイオードブリッジで整流し、ダイオードブリッジから出力される脈流電圧を複数の抵抗の直列回路で降圧する。さらに、電源回路部では、複数の抵抗の直列回路で降圧した電圧をツェナーダイオードで定電圧化し、平滑コンデンサで平滑することによって、漏電保護用ＩＣ及び欠相保護用ＩＣの動作電圧を得ている。

特開２００３−７１９１号公報

特許文献１の漏電遮断器の電源回路部では、ダイオードブリッジから出力される脈流電圧を複数の抵抗の直列回路で降圧しているので、抵抗の発熱によって漏電遮断器の内部温度が上昇する可能性がある。

本発明の目的は、電源回路部の発熱を低減できる電路異常検出装置、及びそれを備える開閉器を提供することにある。

本発明の一態様の電路異常検出装置は、検出対象の電路の異常の有無を検出する異常検出部と、前記異常検出部に電源電圧を出力する電源回路部とを備える。前記電源回路部は、入力端子部と、蓄電部と、出力端子部と、スイッチ部と、電圧検出部とを備える。前記入力端子部には、前記検出対象の電路が電気的に接続される。前記蓄電部は、前記入力端子部に入力される直流電圧によって充電される。前記出力端子部には、前記異常検出部が電気的に接続されている。前記出力端子部は、前記蓄電部に充電された電圧を前記電源電圧として前記異常検出部に出力するための端子部である。前記スイッチ部は、前記蓄電部の状態を、前記検出対象の電路から前記入力端子部を介して前記蓄電部に充電電流が流れる充電状態と前記蓄電部に充電電流が流れない充電停止状態とのいずれかに切り替える。前記電圧検出部は、前記蓄電部から前記異常検出部に出力される前記電源電圧を検出する。前記スイッチ部は、前記電圧検出部の検出結果に応じて制御されるように構成される。

本発明の一態様の開閉器は、前記電路異常検出装置と、前記検出対象の電路に電気的に接続される電力スイッチとを備え、前記電力スイッチは、前記異常検出部の検出結果に基づいて制御されることを特徴とする。

本発明によれば、電源回路部の発熱を低減できる電路異常検出装置、及びそれを備える開閉器を提供することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る電路異常検出装置を備えた開閉器の回路図である。 図２は、同上の変形例１に係る開閉器の回路図である。 図３は、同上の変形例２に係る開閉器の回路図である。

以下に説明する実施形態は、本発明の種々の実施形態の一つに過ぎない。本発明の実施形態は、下記実施形態に限定されることはなく、この実施形態以外も含み得る。また、下記の実施形態は、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。

（１）電路異常検出装置及び開閉器の構成
本実施形態に係る電路異常検出装置１０は、図１に示すように、漏電遮断機能付きの開閉器１に備えられている。開閉器１は、例えば住宅などの建物に設置される分電盤に収納され、主開閉器として使用される。開閉器１は、例えば三相交流電力を４本の電路２を用いて供給する三相４線式の配電方式において、４本の電路２に電気的に接続されている。開閉器１は、漏電遮断機能を有しており、地絡の発生時に負荷への電力供給を遮断するように機能する。

開閉器１には交流電源３からの４本の電路２が電気的に接続されている。開閉器１の内部には、４本の電路２にそれぞれ電気的に接続される導電部材４が収納されている。ここにおいて、４本の電路２は、Ｒ相の電路２Ｒと、Ｓ相の電路２Ｓと、Ｔ相の電路２Ｔと、Ｎ相の電路２Ｎとを含む。また、４つの導電部材４は、Ｒ相の導電部材４Ｒと、Ｓ相の導電部材４Ｓと、Ｔ相の導電部材４Ｔと、Ｎ相の導電部材４Ｎとを含む。以下の説明において、特定の電路について説明する場合は電路２Ｒ、２Ｓ、２Ｔ、２Ｎと記載し、電路２Ｒ、２Ｓ、２Ｔ、２Ｎを区別せずに説明する場合は電路２と記載する。同様に、特定の導電部材について説明する場合は導電部材４Ｒ、４Ｓ、４Ｔ、４Ｎと記載し、導電部材４Ｒ、４Ｓ、４Ｔ、４Ｎを区別せずに説明する場合は導電部材４と記載する。

開閉器１は、漏電検知機能を有する漏電遮断器である。開閉器１は、電路異常検出装置１０と、４つの導電部材４にそれぞれ電気的に接続される４つの接点５ｂ（電力スイッチ）とを備えている。電路異常検出装置１０は検出対象の電路２での異常の有無を検出しており、接点５ｂは電路異常検出装置１０による異常の検出結果に基づいて制御される。

以下に、電路異常検出装置１０及び開閉器１の各部の構成を説明する。

電路異常検出装置１０は、電源回路部２０と、異常検出部６０とを備えている。

異常検出部６０は、交流電源３に電気的に接続された４本の電路２を検出対象とし、検出対象である４本の電路２の異常の有無を検出する。本実施形態の異常検出部６０は、４本の電路２のいずれかで漏電電流を検出すると、電路２に異常があると検出する。

電源回路部２０は、検出対象の電路２から電力を得て、異常検出部６０に電源電圧Ｖ１を出力する。

電源回路部２０は、入力端子部２１と、出力端子部２２と、蓄電部３０と、スイッチ部４０と、電圧検出部５０とを備える。

入力端子部２１には、検出対象の電路２に電気的に接続された導電部材４が電気的に接続される。入力端子部２１は一対の入力端子２１ａ，２１ｂを備えている。入力端子２１ａは、ソレノイドコイル５ａを介して、全波整流器１１，１２の正極側の直流出力端子に電気的に接続されている。入力端子２１ｂは全波整流器１１，１２の負極側の直流出力端子に電気的に接続されている。また、全波整流器１１の一対の交流入力端子のうち、一方の交流入力端子にはＴ相の導電部材４Ｔが電気的に接続され、他方の交流入力端子にはＳ相の導電部材４Ｓが電気的に接続されている。全波整流器１２の一対の交流入力端子のうち、一方の交流入力端子にはＲ相の導電部材４Ｒが電気的に接続され、他方の交流入力端子にはＮ相の導電部材４Ｎが電気的に接続されている。つまり、電源回路部２０は、Ｒ相−Ｔ相間の約２２０Ｖの交流電圧、及び、Ｓ相−Ｎ相間の約２２０Ｖの交流電圧のいずれかから、異常検出部６０などの電源電圧を生成する。ここで、入力端子２１ａ，２１ｂは、電線などを接続するための部品（端子）でもよいが、例えば電子部品のリードや、回路基板に配線として形成された導電体の一部でもよい。また、全波整流器１１，１２の交流入力端子に接続されるＲ相の導電部材４Ｒ、Ｓ相の導電部材４Ｓ、Ｔ相の導電部材４Ｔ、及びＮ相の導電部材４Ｎの各相間にはサージ保護素子などが接続されていてもよい。

蓄電部３０は例えばコンデンサであり、電路２から入力端子２１ａ，２１ｂを介して入力される直流電圧によって充電される。

出力端子部２２には異常検出部６０が電気的に接続される。出力端子部２２は一対の出力端子２２ａ，２２ｂを備えている。出力端子２２ａと出力端子２２ｂとの間には異常検出部６０が電気的に接続されている。また、出力端子２２ａと出力端子２２ｂとの間には蓄電部３０が電気的に接続されており、蓄電部３０に充電された電圧が電源電圧Ｖ１として異常検出部６０に出力される。なお、出力端子２２ａと出力端子２２ｂとの間には過電圧保護のためのツェナーダイオード３３が電気的に接続されている。

スイッチ部４０は、蓄電部３０の状態を、検出対象の電路２から蓄電部３０に充電電流が流れる充電状態と、蓄電部３０に充電電流が流れない充電停止状態とのいずれかに切り替える。本実施形態ではスイッチ部４０は、電圧検出部５０によって充電状態と充電停止状態とのいずれかに制御される。

本実施形態のスイッチ部４０は第１スイッチング素子４１と第２スイッチング素子４２とを備えている。入力端子２１ａと入力端子２１ｂとの間には、第１スイッチング素子４１と蓄電部３０とが電気的に直列に接続されている。また、入力端子２１ａと入力端子２１ｂとの間には、第１インピーダンス要素である抵抗器３１と、第２スイッチング素子４２とが電気的に直列に接続されている。具体的には、第１スイッチング素子４１及び第２スイッチング素子４２はそれぞれＮチャンネル・エンハンスメント形のＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）である。第１スイッチング素子４１のドレイン電極は入力端子２１ａに電気的に接続されている。第１スイッチング素子４１のソース電極と入力端子２１ｂとの間には蓄電部３０が電気的に接続されている。また、入力端子２１ａと第２スイッチング素子４２のドレイン電極との間には抵抗器３１が電気的に接続されている。第２スイッチング素子４２のソース電極は入力端子２１ｂに電気的に接続されている。第１スイッチング素子４１のゲート電極は、抵抗器３１と第２スイッチング素子４２との接続点に電気的に接続されている。第２スイッチング素子４２のゲート電極は電圧検出部５０の出力端子に電気的に接続されている。なお、入力端子２１ａと入力端子２１ｂの間にはノイズ防止のためのコンデンサ３２が電気的に接続されている。

電圧検出部５０は、蓄電部３０に充電された電圧（つまり異常検出部６０の電源電圧）Ｖ１を検出する。本実施形態のスイッチ部４０は、電圧検出部５０の検出結果に応じて制御される。すなわち、スイッチ部４０は、電圧検出部５０によって検出された電源電圧Ｖ１と所定の基準電圧（充電開始電圧及び充電停止電圧）との高低に応じて、蓄電部３０の状態を充電状態と充電停止状態とのいずれかに切り替えるように制御される。充電停止電圧は充電開始電圧よりも高い電圧に設定されている。充電停止電圧及び充電開始電圧の電圧値は両方ともに異常検出部６０が動作可能な電圧値であり、本実施形態では充電停止電圧は約５．３Ｖに設定され、充電開始電圧は約４．６Ｖに設定されている。

電圧検出部５０は、電源電圧Ｖ１が充電停止電圧を超えると、第２スイッチング素子４２のゲート電極にスレショルド電圧よりも高い電圧を印加し、第２スイッチング素子４２をオン、第１スイッチング素子４１をオフにして、蓄電部３０を充電停止状態とする。電圧検出部５０は、電源電圧Ｖ１が充電開始電圧以下になると、第２スイッチング素子４２をオフ、第１スイッチング素子４１をオンにして、蓄電部３０を充電状態とする。

ここにおいて、電圧等の２値間の比較において、「超える」としているところは、２値の一方が他方を超えている場合を含む。ただし、これに限らず、ここでいう「超える」は、２値が等しい場合、及び２値の一方が他方を超えている場合の両方を含む「以上」と同義であってもよい。つまり、２値が等しい場合を含むか否かは、基準電圧等の設定次第で任意に変更できるので、「超える」か「以上」かに技術上の差異はない。同様に、「以下」においても「未満」と同義であってもよい。

また、電圧検出部５０は、第２スイッチング素子４２がオフからオンになるときの電源電圧Ｖ１（充電開始電圧）と、第２スイッチング素子４２がオンからオフになるときの電源電圧Ｖ１（充電停止電圧）との間にヒステリシスを設けている。つまり、第２スイッチング素子４２がオフからオンになるときの基準電圧と、第２スイッチング素子４２がオンからオフになるときの基準電圧との間に所定の電圧差を設けており、スイッチ部４０の動作が安定する。本実施形態では充電停止電圧は充電開始電圧よりも高い電圧に設定されているが、充電停止電圧と充電開始電圧とは同じ電圧に設定されていてもよい。

電圧検出部５０は、例えばオペアンプを用いたヒステリシス・コンパレータ回路であり、オペアンプは蓄電部３０の電源電圧Ｖ１で動作する。蓄電部３０の電源電圧Ｖ１がオペアンプの動作可能な電圧を超えると、電圧検出部５０は動作を開始するので、開閉器１に電力が供給された時点から電圧検出部５０が動作を開始するまでの時間は、初期化などの処理が必要なマイクロコンピュータに比べて短くなる。

異常検出部６０は、集積回路で構成される信号処理部６１と、零相変流器である変流器６２と、抵抗器６３と、ダイオード回路６４と、ローパスフィルタ６５とを備える。

変流器６２は、コア６２ａと、コア６２ａに設けられた出力巻線６２ｂとを備えている。コア６２ａは、フェライトなどの強磁性体材により環状に形成されている。コア６２ａには、４本の電路２Ｒ，２Ｓ，２Ｔ，２Ｎにそれぞれ電気的に接続された導電部材４Ｒ，４Ｓ，４Ｔ，４Ｎが挿入されている。４本の電路２のいずれかが地絡すると、コア６２ａを貫通する導電部材４Ｒ，４Ｓ，４Ｔ，４Ｎに流れる電流間で不平衡が発生し、出力巻線６２ｂに電流が流れる。

抵抗器６３は、変流器６２の出力巻線６２ｂの両端間に電気的に接続されている。抵抗器６３の両端間には、出力巻線６２ｂに流れる電流の大きさに比例した電圧値の出力電圧Ｖ２が発生する。

ダイオード回路６４は、抵抗器６３と並列に接続された２個のダイオードを備える。ダイオード回路６４が備える２個のダイオードは互いに逆向きに接続されている。ダイオード回路６４の２個のダイオードは、所定の順方向電圧（スライス電圧、例えば１Ｖ）以上のときにのみ、アノードからカソードへ一方向にのみ電流を流す。したがって、通常漏電など変流器６２の出力電圧Ｖ２がダイオードの順方向電圧よりも低い場合には、ダイオード回路６４は電流を流さない。また、重地絡や雷サージなど変流器６２の出力電圧Ｖ２がダイオードの順方向電圧以上になる場合には、ダイオード回路６４のダイオードに電流が流れる。この結果、重地絡や雷サージなどの場合には、信号処理部６１に入力される電圧が、変流器６２の出力電圧Ｖ２よりも低くなる。

ローパスフィルタ６５は抵抗とコンデンサとで構成される。抵抗器６３の両端間の電圧（変流器６２の出力電圧）Ｖ２がローパスフィルタ６５を介して信号処理部６１に入力される。ローパスフィルタ６５は所定のカットオフ周波数以下の信号成分を通過させ、カットオフ周波数よりも高い周波数の信号成分（ノイズ成分）を減衰させるので、ローパスフィルタ６５によって信号処理部６１に入力されるノイズ成分が抑制される。

信号処理部６１は、変流器６２の出力電圧Ｖ２に基づいて、サイリスタ７０を制御する。ここで、全波整流器１１，１２の直流出力端子間に、ソレノイドコイル５ａとダイオード７１とサイリスタ７０とが電気的に直列に接続されている。サイリスタ７０の両端間には、抵抗とコンデンサとで構成されるスナバ回路７２が接続されている。

信号処理部６１は、変流器６２の出力電圧Ｖ２が所定のしきい値電圧以下であれば、漏電電流が流れていないと判断して、サイリスタ７０をオフにする。サイリスタ７０がオフであれば、ソレノイドコイル５ａに流れる電流は、接点５ｂをオンからオフにするのに必要な電流値よりも小さくなり、接点５ｂはオンになっているので、交流電源３から開閉器１を介して負荷側に交流電力が供給される。

信号処理部６１は、変流器６２の出力電圧Ｖ２が所定のしきい値電圧を超えると、漏電電流が流れたと判断して、サイリスタ７０をオンにする。サイリスタ７０がオンになり、ソレノイドコイル５ａに流れる電流が、接点５ｂをオンからオフにするのに必要な電流値よりも大きくなると、ソレノイドコイル５ａの電磁力で鉄心が駆動され、鉄心によって接点５ｂの開閉機構が駆動される。これにより、接点５ｂがオフになり、交流電源３からの電力供給が遮断される。

また、変流器６２のコア６２ａには、疑似的に不平衡状態を発生させるために導電部材１３が挿入されている。導電部材１３の一端は、Ｎ相の導電部材４Ｎに電気的に接続されている。導電部材１３の他端は、動作確認用のスイッチ１４と抵抗器１５とを介して、Ｒ相の導電部材４Ｒに電気的に接続されている。

（２）動作説明
以下に、本実施形態の異常検出装置１０及び開閉器１の動作について説明する。

（２．１）電源回路部の動作
開閉器１に電路２が接続されて、交流電源３からの交流電力が開閉器１に供給されると、全波整流器１１，１２の直流出力端子間に交流電源３からの交流電圧を全波整流した脈流電圧が発生する。ここで、サイリスタ７０がオフの状態では、ソレノイドコイル５ａには接点５ｂをオフにするのに必要な電流が流れず、接点５ｂはオンになる。

全波整流器１１，１２の直流出力端子間に発生する脈流電圧によって、電源回路部２０の入力端子２１ａの電圧が増加し、第１スイッチング素子４１のゲート電極の電圧レベルがスレショルド電圧を超えると、第１スイッチング素子４１がオンになる。第１スイッチング素子４１がオンになると、蓄電部３０に充電電流が流れ、蓄電部３０の両端間の電圧（電源電圧Ｖ１）が増加する。

蓄電部３０の両端間の電圧（電源電圧Ｖ１）は電圧検出部５０と異常検出部６０とに出力される。

電源電圧Ｖ１の電圧値が、異常検出部６０が動作するのに必要な電圧値を超えると、異常検出部６０が動作を開始する。

また、電源電圧Ｖ１の電圧値が、電圧検出部５０が動作可能な電圧範囲の最小値を超えると、電圧検出部５０は動作を開始し、蓄電部３０の電源電圧Ｖ１の電圧値と所定の基準電圧（充電停止電圧及び充電開始電圧）との高低を比較する。

電源電圧Ｖ１の電圧値が充電停止電圧以下であれば、電圧検出部５０は、第２スイッチング素子４２をオフ、第１スイッチング素子４１をオンにして、蓄電部３０の状態を蓄電部３０に充電電流が流れる充電状態とする。このとき、蓄電部３０に充電電流が流れることによって、蓄電部３０の両端の電圧（電源電圧Ｖ１）が徐々に増加する。

電源電圧Ｖ１の電圧値が充電停止電圧を超えると、電圧検出部５０は、第２スイッチング素子４２のゲート電極に、スレショルド電圧よりも電圧値が高い制御信号を出力し、第２スイッチング素子４２をオンにする。第２スイッチング素子４２がオンになると、第１スイッチング素子４１がオフになり、蓄電部３０に充電電流が流れない充電停止状態となる。蓄電部３０に充電電流が流れない充電停止状態で、蓄電部３０が放電して異常検出部６０に動作電力が供給されると、蓄電部３０の両端間の電圧（電源電圧Ｖ１）が徐々に低下する。

その後、蓄電部３０の電源電圧Ｖ１が充電開始電圧以下になると、電圧検出部５０は、第２スイッチング素子４２をオフにする。このとき、入力端子２１ａの電圧値が第１スイッチング素子４１のスレッショルド電圧を超えると、第１スイッチング素子４１がオンになり、蓄電部３０の状態が充電状態となるので、蓄電部３０に充電電流が流れて、蓄電部３０の電源電圧Ｖ１が徐々に増加する。

電源回路部２０が上記のような動作を繰り返すことによって、蓄電部３０に充電された電圧（電源電圧Ｖ１）が充電開始電圧と充電停止電圧との間に制御され、異常検出部６０が動作可能な電源電圧Ｖ１が異常検出部６０に供給される。

このように、本実施形態では、電圧検出部５０によって検出された蓄電部３０の電源電圧Ｖ１に基づいてスイッチ部４０が充電状態と充電停止状態とのいずれかに制御されることで、異常検出部６０が動作可能な電源電圧Ｖ１が異常検出部６０に供給される。したがって、電源回路部が入力電圧を抵抗器で降圧する回路の場合に比べて、電力損失が少なくなり、電源回路部２０の発熱を抑制できる。

開閉器１においても小型化の要求があるが、開閉器１を小型化した場合、導電部材４の断面積が小さくなるため、導電部材４の温度上昇により開閉器１の内部温度が上昇する可能性がある。本実施形態の電源回路部２０を備えた開閉器１では、電源回路部２０の発熱が抑制されているので、開閉器１の内部温度の上昇が抑制され、開閉器１の小型化を図ることができる。

また、開閉器１が過電流保護機能を備える場合、導電部材４の途中にバイメタルが接続されており、導電部材４に過電流が流れることで発生するジュール熱でバイメタルが湾曲すると、バイメタルが開閉機構を動かして接点５ｂをオフにするように構成されている。過電流保護機能を備える開閉器１では、電源回路部２０の発熱によって開閉器１の内部温度が上昇すると、バイメタルが開閉機構を動かして接点５ｂをオフにするときの電流値がばらつく可能性がある。このような過電流保護機能を備える開閉器１に本実施形態の電源回路部２０が適用された場合、電源回路部２０の発熱が抑制されることで、開閉器１の内部温度の上昇が抑制されるので、バイメタルが接点５ｂをオフにするときの電流値のばらつきを低減できる。

また、電源回路部が入力電圧を抵抗器で降圧する回路の場合、入力電圧が低すぎると、抵抗器に流れる電流が小さくなり、十分な出力が得られない可能性がある。それに対して、本実施形態の電源回路部２０では入力電圧が低い場合でも蓄電部３０に充電することで、所望の出力を得ることができる。

また、開閉器１に交流電力が供給されると、第１スイッチング素子４１を介して蓄電部３０に充電電流が流れるので、電源が必要な制御回路を備えるスイッチング電源回路に比べて、蓄電部３０の電源電圧Ｖ１の立ち上がりが早くなるという利点もある。

また、第１スイッチング素子４１及び第２スイッチング素子４２のスイッチングの周期は数十Ｈｚ程度であり、一般的なスイッチング電源回路に比べてスイッチング周波数が低いので、スイッチングによる損失を低減できる。

（２．２）異常検出部の動作
異常検出部６０が動作可能な電源電圧Ｖ１が電源回路部２０から異常検出部６０に出力されると、異常検出部６０は、検出対象の電路２における異常の有無を検出する動作を行う。

異常検出部６０は、電路２において漏電電流が流れる漏電状態が発生しているか否かを検出する。

漏電電流が流れていない状態では、変流器６２の出力電圧Ｖ２がしきい値電圧よりも低くなるので、信号処理部６１はサイリスタ７０をオフにする。このとき、ソレノイドコイル５ａに流れる電流の電流値は、接点５ｂをオンからオフにするのに必要な電流値よりも小さいので、接点５ｂはオンになり、開閉器１は交流電力の供給を遮断していない。

一方、電路２のいずれかが地絡して漏電電流が流れると、電路２に流れる電流が不平衡状態になり、変流器６２の出力電圧Ｖ２がしきい値電圧以上になるので、信号処理部６１はサイリスタ７０をオンにする。このとき、ソレノイドコイル５ａに流れる電流の電流値は、接点５ｂをオンからオフにするのに必要な電流値以上になるので、接点５ｂがオフになり、開閉器１は交流電力の供給を遮断する。

このように、本実施形態の開閉器１は、異常検出部６０が異常有りと検出すると、接点５ｂをオフにするので、電力供給を遮断することができる。

（３）変形例
以下に、上記実施形態の変形例に係る電路異常検出装置及びそれを備える開閉器を列記する。なお、以下に説明する変形例の各構成は、上記実施形態で説明した各構成と適宜組み合わせて適用可能である。

（３．１）変形例１
上記の実施形態において、図２に示すように、第１スイッチング素子４１と蓄電部３０との間に第２インピーダンス要素である抵抗器３４が電気的に接続されていてもよい。第１スイッチング素子４１と蓄電部３０との間に抵抗器３４が電気的に接続されているので、抵抗器３４によって電源部３０に流れる充電電流が制限される。したがって、第１スイッチング素子４１がオフからオンに切り替わったときに、蓄電部３０に流れる電流が急激に増加するのを抑制できる。図２の回路例では第２インピーダンス要素は抵抗器３４であるが、所定のインピーダンスを有する回路部品（例えばサーミスタなど）でもよい。

また、上記の実施形態において、図２に示すように、電圧検出部５０の出力端と第２スイッチング素子４２の制御端子（ゲート電極）との間に、ローパスフィルタ５１が電気的に接続されてもよい。ローパスフィルタ５１によって、電圧検出部５０から第２スイッチング素子４２を介して入力端子部２１に流出するノイズ成分を低減できる。ここにおいて、図２に示すローパスフィルタ５１は、抵抗器とコンデンサとで構成されるＲＣフィルタ回路であるが、所定のカットオフ周波数が得られるのであれば、他の回路構成でもよい。

（３．２）変形例２
上記の実施形態及び変形例１において、図３に示すように、スイッチ部４０が１つのスイッチング素子４３で構成されていてもよい。

スイッチング素子４３はＮチャンネル・エンハンスメント形のＭＯＳＦＥＴである。スイッチング素子４３のドレイン電極は入力端子２１ａに電気的に接続されている。スイッチング素子４３のソース電極と入力端子２１ｂとの間には蓄電部３０が電気的に接続されている。スイッチング素子４３のドレイン電極とゲート電極との間には抵抗器３１が電気的に接続されている。スイッチング素子４３のゲート電極は電圧検出部５０の出力端子に電気的に接続されている。

ここで、電源回路部２０の動作について説明する。

開閉器１に電路２が接続されて、交流電源３からの交流電力が開閉器１に供給されると、全波整流器１１，１２の直流出力端子間に交流電源３からの交流電圧を全波整流した脈流電圧が発生する。ここで、サイリスタ７０がオフの状態では、ソレノイドコイル５ａには接点５ｂをオフにするのに必要な電流が流れず、接点５ｂはオンになる。

全波整流器１１，１２の直流出力端子間に発生する脈流電圧によって、電源回路部２０の入力端子２１ａの電圧が増加し、スイッチング素子４３のゲート電極の電圧レベルがスレショルド電圧を超えると、スイッチング素子４３がオンになる。ここで、電圧検出部５０の出力は例えばオープンコレクタ出力であり、電源電圧Ｖ１の電圧値が充電停止電圧以下であれば、電圧検出部５０の出力端子はオープン状態となっている。

スイッチング素子４３がオンになると、蓄電部３０に充電電流が流れ、蓄電部３０の両端間の電圧（電源電圧Ｖ１）が増加する。

その後、電源電圧Ｖ１の電圧値が充電停止電圧を超えると、電圧検出部５０の出力端子はグランドに短絡された状態となり、スイッチング素子４３がオフになる。これにより、スイッチ部４０は、蓄電部３０を充電停止状態とするように制御され、蓄電部３０の電源電圧Ｖ１は徐々に低下する。

その後、電源電圧Ｖ１の電圧値が充電開始電圧を下回ると、電圧検出部５０の出力端子がオープン状態となるので、スイッチング素子４３のゲート電極の電圧値がスレショルド電圧よりも高い電圧値になれば、スイッチング素子４３がオンになる。これにより、スイッチ部４０は、蓄電部３０を充電状態とするように制御され、蓄電部３０の電源電圧Ｖ１が徐々に増加する。

電源回路部２０は、上記のような動作を繰り返すことで、蓄電部３０に充電された電圧（電源電圧Ｖ１）は充電開始電圧と充電停止電圧との間に制御され、異常検出部６０が動作可能な電源電圧Ｖ１が異常検出部６０に供給される。

（３．３）その他の変形例
上記の実施形態及び変形例１では、第１スイッチング素子４１及び第２スイッチング素子４２はそれぞれＭＯＳＦＥＴであるが、例えばバイポーラトランジスタなどの半導体スイッチング素子でもよい。

上記の実施形態及び変形例１において、第２スイッチング素子４２と直列に接続された第１インピーダンス要素は抵抗器３１であるが、所定のインピーダンスを有する回路部品（例えばサーミスタなど）でもよい。

上記の実施形態及び変形例１、２では、異常検出部６０が、電路２に漏電電流が流れる状態を検出しているが、異常検出部６０の検出対象は電路２の漏電に限定されない。

異常検出部６０は、電路２の異常として、中性線の欠相によって発生する過電圧を検出してもよい。中性線が欠相した場合、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相にそれぞれ接続されている負荷のアンバランスによって、Ｒ相−Ｎ相間、Ｓ相−Ｎ相間、Ｔ相−Ｎ相間に過大な電圧が発生する可能性がある。異常検出部６０は、Ｒ相−Ｎ相間、Ｓ相−Ｎ相間、Ｔ相−Ｎ相間の電圧を監視し、各相の電圧が所定の上限値を超えると、サイリスタ７０をオンにして、接点５ｂをオフにする。これにより、異常検出部６０は、電路２の異常として、検出対象の電路２の電圧が所定の上限値を超える過電圧状態を検知することができる。

また、異常検出部６０は、電路２の異常として、検出対象の電路２の電圧が所定の下限値を下回る低電圧状態を検出してもよい。交流電源３から供給される交流電圧は変動する可能性があり、交流電源３から供給される交流電圧が、負荷が動作するのに必要な電圧よりも低下すると、負荷の動作が不安定になる可能性がある。ここで、異常検出部６０は、Ｒ相−Ｎ相間、Ｓ相−Ｎ相間、Ｔ相−Ｎ相間の電圧を監視し、各相の電圧が所定の下限値を下回ると、サイリスタ７０をオフにして、接点５ｂをオフにしてもよい。これにより、異常検出部６０は、電路２の異常として、検出対象の電路２の電圧が所定の下限値を下回る低電圧状態を検知することができる。

（４）まとめ
以上説明したように、第１の態様の電路異常検出装置１０は、検出対象の電路２の異常の有無を検出する異常検出部６０と、異常検出部６０に電源電圧を出力する電源回路部２０とを備える。電源回路部２０は、入力端子部２１と、蓄電部３０と、出力端子部２２と、スイッチ部４０と、電圧検出部５０とを備える。入力端子部２１には検出対象の電路２が電気的に接続される。蓄電部３０は、入力端子部２１に入力される直流電圧によって充電される。出力端子部２２には異常検出部６０が電気的に接続される。出力端子部２２は、蓄電部３０に充電された電圧を電源電圧Ｖ１として異常検出部６０に出力するための端子部である。スイッチ部４０は、蓄電部３０の状態を、検出対象の電路２から入力端子部２１を介して蓄電部３０に充電電流が流れる充電状態と蓄電部３０に充電電流が流れない充電停止状態とのいずれかに切り替える。電圧検出部５０は、蓄電部３０から異常検出部６０に出力される電源電圧Ｖ１を検出する。スイッチ部４０は、電圧検出部５０の検出結果に応じて制御されるように構成される。

このように、スイッチ部４０は、電圧検出部５０の検出結果に応じて蓄電部３０の状態を充電状態と充電停止状態とのいずれかに切り替えることで、蓄電部３０を充電している。したがって、電路異常検出装置１０は、入力電圧を抵抗器で降圧する場合に比べて電力損失を低減でき、電源回路部２０の温度上昇を抑制できる。

第２の態様の電路異常検出装置１０では、第１の態様において、スイッチ部４０は、電圧検出部５０によって検出された電源電圧Ｖ１が所定の充電停止電圧を超えると、蓄電部３０の状態を充電停止状態とするように制御されてもよい。

このように、電源電圧Ｖ１が充電停止電圧を超えると、蓄電部３０の状態が充電停止状態に制御されるので、蓄電部３０の電源電圧Ｖ１を充電停止電圧以下に制御できる。

第３の態様の電路異常検出装置１０では、第１又は第２の態様において、スイッチ部４０が第１スイッチング素子４１と第２スイッチング素子４２とを備えてもよい。第１スイッチング素子４１は、入力端子部２１の間に蓄電部３０と電気的に直列に接続され、第２スイッチング素子４２は、第１スイッチング素子４１の制御端子に電気的に接続される。スイッチ部４０は、第１スイッチング素子４１及び第２スイッチング素子４２の一方がオンになると、第１スイッチング素子４１及び第２スイッチング素子４２の他方がオフになるように制御される。

これにより、第２スイッチング素子４２を制御することによって、蓄電部３０と電気的に直接に接続された第１スイッチング素子４１を制御して、蓄電部３０の状態を充電状態と充電停止状態とのいずれかに切り替えることができる。

第４の態様の電路異常検出装置１０では、第３の態様において、入力端子部２１の間に蓄電部３０と第１スイッチング素子４１とが電気的に直列に接続されていてもよい。スイッチ部４０は、電圧検出部５０によって検出された電源電圧Ｖ１が所定の充電開始電圧以下であれば、第２スイッチング素子４２がオフになるように制御される。

これにより、電源電圧Ｖ１が充電開始電圧以下であれば、第２スイッチング素子４２がオフになって、第１スイッチング素子４１がオンになるので、蓄電部３０の状態を充電状態とすることができる。

第５の態様の電路異常検出装置１０では、第３の態様において、入力端子部２１の間に第１インピーダンス要素（抵抗器３１）と第２スイッチング素子４２とが電気的に直列に接続されてもよい。第１スイッチング素子４１の制御端子（ゲート電極）が、第１インピーダンス要素と第２スイッチング素子４２との接続点に電気的に接続されてもよい。スイッチ部４０は、電圧検出部５０によって検出された電源電圧Ｖ１が所定の充電停止電圧を超えると、第２スイッチング素子４２がオンになり、電源電圧Ｖ１が所定の充電開始電圧以下であれば、第２スイッチング素子４２がオフになるように制御されてもよい。

これにより、電源電圧Ｖ１が充電停止電圧を超えると、蓄電部３０を充電停止状態とし、電源電圧Ｖ１が充電開始電圧以下になると、蓄電部３０を充電状態とすることができる。充電停止状態では、第１インピーダンス要素を介して第２スイッチング素子４２に電流が流れるので、第２スイッチング素子４２に流れる電流を第１インピーダンス要素で低減することができ、電力消費を低減し、電源回路部２０での温度上昇を抑制できる。

第６の態様の電路異常検出装置１０では、第３〜第５のいずれか１つの態様において、電源回路部２０が、第１スイッチング素子４１と蓄電部３０との間に電気的に接続された第２インピーダンス要素（抵抗器３４）を、更に備えてもよい。

これにより、第１スイッチング素子４１がオフからオンになったときに、蓄電部３０に流れる充電電流が第２インピーダンス要素によって低減されるので、蓄電部３０に急激に電流が流れ込むのを抑制できる。

第７の態様の電路異常検出装置１０では、第３〜第６のいずれか１つの態様において、電圧検出部５０は、電源電圧Ｖ１の検出結果に応じて第２スイッチング素子４２を制御する制御信号を出力してもよい。電源回路部２０は、電圧検出部５０と第２スイッチング素子４２の制御端子との間に電気的に接続されたローパスフィルタ５１を、更に備えてもよい。

これにより、ローパスフィルタ５１によって電圧検出部５０から第２スイッチング素子４２を介して入力端子部２１に流出するノイズ成分を低減できる。

第８の態様の電路異常検出装置１０では、第１〜第７のいずれか１つの態様において、異常検出部６０が検出する異常が、検出対象の電路２に漏電電流が流れる状態、過電圧状態、及び低電圧状態の少なくとも１つであればよい。ここで、過電圧状態は、検出対象の電路２の電圧が所定の上限値を超える状態であり、低電圧状態は、検出対象の電路２の電圧が所定の下限値を下回る状態である。

例えば、中性線欠相が発生すると各相の電路２の電圧が通常時の倍の電圧となる可能性がある。また、交流電源３の異常によって各相の電路２の電圧が不足する可能性もある。第８の態様によれば、異常検出部６０により、検出対象の電路２に漏電電流が流れる状態、過電圧状態、定電圧状態の少なくとも１つを検出することができる。

一態様の開閉器１は、第１〜第８のいずれか１つの態様の電路異常検出装置１０と、検出対象の電路２に電気的に接続される電力スイッチ（接点５ｂ）とを備え、電力スイッチは、異常検出部６０の検出結果に基づいて制御される。

これにより、電源回路部２０の発熱を抑制した開閉器１を提供することができる。

１ 開閉器
２，２Ｒ，２Ｓ，２Ｔ，２Ｎ 電路
５ｂ リレー接点（電力スイッチ）
１０ 電路異常検出装置
２０ 電源回路部
２１ 入力端子部
２２ 出力端子部
３０ 蓄電部
３１ 抵抗器（第１インピーダンス要素）
３４ 抵抗器（第２インピーダンス要素）
４０ スイッチ部
４１ 第１スイッチング素子
４２ 第２スイッチング素子
４３ スイッチング素子
５０ 電圧検出部
５１ ローパスフィルタ
６０ 異常検出部

Claims (9)

1. 検出対象の電路の異常の有無を検出する異常検出部と、前記異常検出部に電源電圧を出力する電源回路部とを備え、
   前記電源回路部は、
   前記検出対象の電路が電気的に接続される入力端子部と、
   前記入力端子部に入力される直流電圧によって充電される蓄電部と、
   前記異常検出部が電気的に接続され、前記蓄電部に充電された電圧を前記電源電圧として前記異常検出部に出力するための出力端子部と、
   前記蓄電部の状態を、前記検出対象の電路から前記入力端子部を介して前記蓄電部に充電電流が流れる充電状態と前記蓄電部に充電電流が流れない充電停止状態とのいずれかに切り替えるスイッチ部と、
   前記蓄電部から前記異常検出部に出力される前記電源電圧を検出する電圧検出部とを備え、
   前記スイッチ部は、前記電圧検出部の検出結果に応じて制御されるように構成された
   ことを特徴とする電路異常検出装置。
2. 前記スイッチ部は、前記電圧検出部によって検出された前記電源電圧が所定の充電停止電圧を超えると、前記蓄電部の状態を前記充電停止状態とするように制御される
   ことを特徴とする請求項１に記載の電路異常検出装置。
3. 前記スイッチ部が、前記入力端子部の間に前記蓄電部と電気的に直列に接続された第１スイッチング素子と、前記第１スイッチング素子の制御端子に電気的に接続された第２スイッチング素子とを備え、
   前記スイッチ部は、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子の一方がオンになると、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子の他方がオフになるように制御される
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の電路異常検出装置。
4. 前記入力端子部の間に前記蓄電部と前記第１スイッチング素子とが電気的に直列に接続されており、
   前記スイッチ部は、前記電圧検出部によって検出された前記電源電圧が所定の充電開始電圧以下であれば、前記第２スイッチング素子がオフになるように制御される
   ことを特徴とする請求項３に記載の電路異常検出装置。
5. 前記入力端子部の間に第１インピーダンス要素と前記第２スイッチング素子とが電気的に直列に接続されており、
   前記第１スイッチング素子の制御端子が、前記第１インピーダンス要素と前記第２スイッチング素子との接続点に電気的に接続されており、
   前記スイッチ部は、前記電圧検出部によって検出された前記電源電圧が所定の充電停止電圧を超えると、前記第２スイッチング素子がオンになるように制御され、前記電圧検出部によって検出された前記電源電圧が前記充電開始電圧以下であれば、前記第２スイッチング素子がオフになるように制御される
   ことを特徴とする請求項３に記載の電路異常検出装置。
6. 前記電源回路部が、前記第１スイッチング素子と前記蓄電部との間に電気的に接続された第２インピーダンス要素を、更に備える
   ことを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の電路異常検出装置。
7. 前記電圧検出部は、前記電源電圧の検出結果に応じて前記第２スイッチング素子を制御する制御信号を出力しており、
   前記電源回路部は、前記電圧検出部と前記第２スイッチング素子の制御端子との間に電気的に接続されたローパスフィルタを、更に備える
   ことを特徴とする請求項３〜６のいずれか１項に記載の電路異常検出装置。
8. 前記異常検出部が検出する異常が、前記検出対象の電路に漏電電流が流れる状態、前記検出対象の電路の電圧が所定の上限値を超える過電圧状態、及び前記検出対象の電路の電圧が所定の下限値を下回る低電圧状態の少なくとも１つである
   ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の電路異常検出装置。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の電路異常検出装置と、前記検出対象の電路に電気的に接続される電力スイッチとを備え、
   前記電力スイッチは、前記異常検出部の検出結果に基づいて制御される
   ことを特徴とする開閉器。

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