JP2812626B2 - 事前警報付回路遮断器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、事前警報付回路遮断
器に関し、特に事前警報特性と過電流引外し特性との精
度を向上させる事前警報付回路遮断器に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】図３は従来の事前警報付回路遮断器の構
成をを示す回路図である。図において、Ｕ，Ｖ，Ｗ，Ｎ
は交流電源（図示しない）の各相、１は各相と負荷を結
ぶ相導体から成る主回路、、２はこの主回路１に設けら
れた遮断器接点、３は励磁された時に遮断機構３Ａを介
して遮断器接点２を開かせ、また消磁された時に遮断器
接点２を閉じさせるトリップコイル、４は主回路１の各
相導体を１次巻線とする変流器、５はこれら変流器４の
２次巻線に接続された事前警報付遮断器である。

【０００３】６は変流器４に接続された主回路１の交流
出力を直流出力に変換する整流回路、７はこの整流回路
６に接続され後述する諸回路に所要の電圧を供給する電
源回路、８はこの電源回路７の両端間でトリップコイル
３と直列に接続された電子式スイッチ、９は電源回路７
の両端間に接続され警報信号（以下、ＡＬと記載する）
を出力するＡＬ出力回路、１０はこのＡＬ出力回路９に
接続されてＡＬで動作されるＡＬ出力リレーである。

【０００４】１１は主回路１の各相導体に結合された空
心コイル、１２はこれら空心コイル１１に接続されて主
回路１の過電流および過電流に至る前の電流に比例する
電流信号を再生する電流信号再生回路、１３はこの電流
信号再生回路１２と並列に空心コイル１１に接続され、
主回路１の地絡電流に比例する地絡信号を再生する地絡
信号再生回路、１４は電流信号再生回路１２によって再
生された電流信号を整流する整流信号回路である。

【０００５】１５Ａ，１５Ｂはこの整流信号回路１４の
出力側で互いに並列に接続されて各相の整流信号のうち
最大相の整流信号を選択する最大相選択回路、１６，１
７は最大相選択回路１５Ａ，１５Ｂによって選択された
整流信号をそれぞれピーク値、実効値に変換するピーク
値変換回路、実効値変換回路である。

【０００６】１８は実効値変換回路１７からの実効値変
換された整流信号即ち検出電圧が図５の過電流引外し特
性のうち長限時引外し特性を超えるとトリップ信号を出
力する長限時引外し回路である。１９は長限時引外し回
路１８からのトリップ信号によって作動される長限時動
作表示回路である。

【０００７】２０は長限時引外し回路１８を含む各引外
し回路および事前警報回路の特性を設定する特性設定回
路、２１は実効値変換回路１７、長限時引外し回路１８
および特性設定回路２０に接続され、実効値変換回路１
７からの上述した検出電圧が図５の事前警報特性を超え
ると事前警報信号を出力する事前警報回路、そして２２
はこの事前警報回路２１からの事前警報信号によって作
動されてＬＥＤやランプを点灯させる事前警報出力回路
である。なお、これ以外の諸回路はこの発明に直接関係
しないので、ここではその説明を省略する。

【０００８】図４は特性設定回路２０及び長限時引外し
回路１８の内部構成を示す回路図である。特性設定回路
２０は基準電源２０ａ、利得１のバッファ・アンプ２０
ｂ、および可変抵抗２０ｃ〜２０ｅを有する。可変抵抗
２０ｃは基準電源２０ａとアースの間に接続され、その
タップがバッファ・アンプ２０ｂの一方の＋入力端子に
接続されている。バッファ・アンプ２０ｂの出力端子
は、バッファ・アンプ２０ｂの他方の−入力端子に接続
されると共に、可変抵抗２０ｄを介してアースされてい
る。可変抵抗２０ｅは基準電源２０ａの出力端子とアー
スの間に接続されている。

【０００９】一方、長限時引外し回路１８はＶ／Ｉ²変
換器１８ａ、長限時（ＬＴＤ）ピックアップ用比較器１
８ｂ、時限動作用トランジスタ１８ｃ、ダイオード１８
ｄ、コンデンサ１８ｅ、放電抵抗１８ｆ、スイッチ１８
ｇ、および長限時（ＬＴＤ）タイマ用比較器１８ｈを含
み、Ｖ／Ｉ²変換器１８ａは更に実効値変換回路１７か
らの検出電圧ＶをＶ²に変換する電圧変換器１８ａ１、
トランジスタ１８ａ２及び１８ａ３から構成されるペア
トランジスタ１８ａ４から成り、このペアトランジスタ
１８ａ４の各ベースは電圧変換器１８ａ１のＶ²出力側
に接続され、各エミッタと電源の間にはそれぞれエミッ
タ抵抗１８ａ５，１８ａ６が接続されている。

【００１０】ペアトランジスタ１８ａ４中の一方のトラ
ンジスタ１８ａ２のコレクタは、時限動作用トランジス
タ１８ｃのコレクタ、エミッタ回路、ダイオード１８ｄ
およびコンデンサ１８ｅから成る直列回路、かつスイッ
チ１８ｇおよび放電抵抗１８ｆから成る直列回路の３つ
のループを介して並列にアースされている。ＬＴＤピッ
クアップ用比較器１８ｂは、その一方の＋入力端子に上
述の実効値変換回路１７による検出電圧が印加され、そ
の他方の−入力端子に特性設定回路２０中の可変抵抗２
０ｃのタップからＬＴＤピックアップ基準電圧が印加さ
れ、かつその出力端子が時限動作用トランジスタ１８ｃ
に接続されてこのトランジスタ１８ｃは通常オンに保持
している。

【００１１】更に、ダイオード１８ｄとコンデンサ１８
ｅの接続点およびスイッチ１８ｇと放電抵抗１８ｆの接
続点は両方共ＬＴＤタイマ用比較器１８ｈの一方の入力
端子＋に接続され、かつその他方の入力端子ーは特性設
定回路２０中の基準電源２０ａの出力端子に接続されて
いる。

【００１２】同様に、事前警報回路２１は事前（ＰＡ
Ｌ）ピックアップ用比較器２１ａ、時限動作用トランジ
スタ２１ｂ、ダイオード２１ｃ、コンデンサ２１ｄ、放
電抵抗２１ｅ、スイッチ２１ｆ、および事前（ＰＡＬ）
タイマ用比較器２１ｇを含んでいる。

【００１３】ペアトランジスタ１８ａ４中の一方のトラ
ンジスタ１８ａ３のコレクタは、時限動作用トランジス
タ２１ｂのコレクタ、エミッタ回路、ダイオード２１ｃ
およびコンデンサ２１ｄから成る直列回路、かつスイッ
チ２１ｆおよび放電抵抗２１ｅから成る直列回路の３つ
のループを介して並列にアースされている。

【００１４】ＰＡＬピックアップ用比較器２１ａは、そ
の一方の入力端子＋に上述の検出電圧が印加され、その
他方の入力端子ーに特性設定回路２０中の可変抵抗２０
ｄのタップからＰＡＬピックアップ基準電圧が印加さ
れ、かつその出力端子が時限動作用トランジスタ２１ｂ
のベースに接続されてこのトランジスタ２１ｂの通常オ
ンに保持している。

【００１５】更に、ダイオード２１ｃとコンデンサ２１
ｄの接続点、及びスイッチ２１ｆと放電抵抗２１ｅの接
続点は両方共ＰＡＬタイマ用比較器２１ｇの一方の入力
端子＋に接続され、かつその他方の入力端子ーは特性設
定回路２０中の可変抵抗２０ｅのタップに接続されてい
る。

【００１６】次に、従来の事前警報付回路遮断器の動作
について説明する。主回路１に電流が流れかつその値が
小さい場合には、この小電流に対応する検出電圧Ｖが電
圧変換器１８ａ１によってＶ²に変換され、これにより
ペアトランジスタ１８ａ４がターンオンされる。なお、
このペアトランジスタ１８ａ４のエミッタ抵抗１８ａ５
と１８ａ６の相対値により図５の長限時引外し特性に対
する事前警報特性の時間の割合が決定される。

【００１７】また検出電圧ＶがＰＡＬピックアップ用比
較器２１ａおよびＬＴＤピックアップ用比較器１８ｂの
基準電圧よりも小さいので時限動作用トランジスタ２１
ｂおよび１８ｃは両方共ターンオンされ、ペアトランジ
スタ１８ａ４のＩ²コレクタ電流はこれら時限動作用ト
ランジスタ２１ａおよび１８ｃを通ってアースに流れ、
従って事前警報回路２１は事前警報信号を発生せず、か
つ長限時引外し回路１８もトリップ信号を発生しない。

【００１８】しかしながら、主回路１に流れる電流の値
が大きくなり（図５中の点Ａに相当する）、対応する検
出電圧ＶがＰＡＬピックアップ基準電圧を超えると、Ｐ
ＡＬピックアップ用比較器２１ａの出力によって時限動
作用トランジスタ２１ｂがターンオフされるので、ペア
トランジスタ１８ａ４中の他方のトランジスタ１８ａ３
からのＩ²コレクタ電流はダイオード２１ｃを通してコ
ンデンサ２１ｄを充電し、その充電々圧がＰＡＬタイマ
用比較器２１ｇの基準電圧を超えると、ＰＡＬタイマ用
比較器２１ｇは事前警報信号を発生する。

【００１９】同様に、主回路１に流れる電流の値が更に
大きくなり（図５中の点Ｂに相当する）、対応する検出
電圧ＶがＬＴＤピックアップ基準電圧を超えると、ピッ
クアップ用ＬＴＤ比較器１８ｂの出力によって時限動作
用トランジスタ１８ｃがターンオフされるので、ペアト
ランジスタ１８ａ４中の一方のトランジスタ１８ａ２か
らのＩ²コレクタ電流はダイオード１８ｄを通してコン
デンサ１８ｅを充電し、その充電々圧がＬＴＤタイマ用
比較器１８ｈの基準電圧を超えると、ＬＴＤタイマ用比
較器１８ｈはトリップ信号を発生する。

【００２０】逆に、主回路１に流れる電流の値が小さく
なり（図５中の点Ｂ，Ａに相当する）、コンデンサ１８
ｅ、２１ｄの充電々圧がそれぞれＬＴＤタイマ用比較器
１８ｈ、ＰＡＬタイマ用比較器２１ｇの基準電圧より低
くなると、ＬＴＤタイマ用比較器１８ｈはトリップ信号
を発生せず、またＰＡＬタイマ用比較器２１ｇも事前警
報を発生しない。

【００２１】そして上述したコンデンサ充電々圧はそれ
ぞれ放電抵抗１８ｆ、２１ｅを通って放電する。この
時、時限動作用トランジスタ１８ｃ、２１ｂはターンオ
ンされているので、ここでスイッチ１８ｇ、２１ｆを閉
じれば、コンデンサ１８ｅ、２１ｄはそれぞれ時限動作
用トランジスタ１８ｃ、２１ｂを通して急速に放電す
る。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】従来の事前警報付回路
遮断器においては、ペアトランジスタのエミッタ抵抗の
相対値により図５の長限時引外し特性に対する事前警報
特性の時間の割合が決定されるが、実際この事前警報付
回路遮断器が取り扱う負荷電流の範囲は広いためこの負
荷電流値に相応する電圧をペアトランジスタの動作用電
圧とした場合にエミッタ抵抗の値を固定値にすると、動
作電圧の増加によりコレクタ電流が増加した時にエミッ
タ抵抗による電圧降下が増大し、長限時引外し回路自体
の電源電圧に影響し回路が正常に動作しなくなるという
問題点があった。

【００２３】この発明は上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、負荷電流値に応じてエミッタ抵
抗の値を換えることができる事前警報付回路遮断器を得
ることを目的とする。

【００２４】

【課題を解決するための手段】この発明に係る事前警報
付回路遮断器は、過電流基準電圧および事前警報基準電
圧を設定する基準電圧設定手段と、前記主回路電流に相
応する電圧を検出する電圧検出手段と、この電圧検出手
段によって検出された検出電圧によってオン動作し電流
を出力するペアトランジスタと、このペアトランジスタ
を構成する各トランジスタの主電流路間に挿入された抵
抗の値を前記主回路電流の値に応じて切り換える抵抗切
換手段と、前記検出電圧が前記過電流基準電圧を超えた
時に前記ペアトランジスタより出力された電流を充放電
回路へ導き、所定時間後にトリップ信号を発生する過電
流引外し手段と、前記検出電圧が前記事前警報基準電圧
を超えた時に前記ペアトランジスタより出力された電流
を充放電回路へ導き、所定時間後に警報信号を発生する
事前警報発生手段とを備えたものである。

【００２５】

【作用】この発明における事前警報付回路遮断器は、ペ
アトランジスタの主電流路間に接続される抵抗の値を、
主回路電流に相応する検出電圧の大きさに応じて低い値
に切り換えることで、ペアトランジスタの制御電流路に
大きな値の検出電圧が印加されても抵抗間に発生する電
圧降下を下がるため回路遮断器の回路電源に悪影響が及
ぼされることはない。

【００２６】

【実施例】実施例１．図１は本実施例による事前警報付
回路遮断器の全体構成を示すブロック図である。尚、図
中図３と同一符号は同一または相当部分を示す。図にお
いて、１８Ａは本実施例における長限時引外し回路であ
る。図２は図１における特性設定回路２０、長限時引外
し回路１８Ａおよび事前警報回路２１の内部構成を示す
回路図である。各回路中図４と同一符号は同一又は相当
部分を示す。尚、長限時引外し回路１８ＡにおけるＶ／
Ｉ²変換器１８０は以下のような構成を採っている。

【００２７】実効値変換回路１７からの検出電圧ＶをＶ
２に変換する電圧変換噐１８ａ１と、電圧変換器１８ａ
１の変換出力と基準電源１８ａ１１で設定され可変抵抗
１８ａ１２で分圧出力された基準電圧Ｖ_ＲＥＦとを比較
し、変換電圧Ｖ２＞基準電圧Ｖ_ＲＥＦの時Ｈｉｇｈレベ
ル信号を出力する比較器１８ａ１３とを備えている。ま
た、ペアトランジスタ１８ａ４の各エミッタと＋Ｖ電源
端子の間にエミッタ抵抗１８ａ５，１８ａ６を有すると
共に、エミッタ抵抗１８ａ５にはＦＥＴ１８ａ１３ａと
抵抗１８ａ５１から構成される直列回路が並列接続さ
れ，またエミッタ抵抗１８ａ６にはＦＥＴ１８ａ１３ｂ
と抵抗１８ａ６１から構成される直列回路が並列接続さ
れている。尚、各ＦＥＴはそのゲートに比較器１８ａ１
３の出力信号を入力すると共に、ソースには抵抗を接続
し、ドレインには＋Ｖ電源端子とエミッタ抵抗の接続点
が接続されている。更にゲートードレイン間には抵抗Ｒ
によってバイアスがかけられている。

【００２８】本実施例においては、特性設定回路２０が
基準電圧設定手段を、実効値変換回路１７が電圧変換手
段を、長限時引外し回路１８Ａが過電流引外し手段を、
事前警報回路２１が事前警報手段を、基準電源１８ａ１
１、可変抵抗１８ａ１２、比較器１８ａ１３が抵抗切換
手段を、そしてトランジスタ１８ｃ，２１ｂ、ダイオ−
ド１８ｄ，２１ｃ，コンデンサ１８ｅ，２１，抵抗１８
ｆ，２１ｅ、スイッチ１８ｇ，２１ｆによって各充放電
回路を構成している。

【００２９】次に、図１に示した本実施例の動作を図２
に従って説明する。先ず、従来どおり事前警報回路２１
より事前警報信号が発生した後に、長限時引外し回路１
８より電子式スイッチ９へトリップ信号を出力する場合
は、ＰＡＬピックアップ用比較器２１ａに与える基準電
圧をＬＴＤピックアップ用比較器２１ａに与える基準電
圧に対して低く設定するように、特性設定回路２０の各
可変抵抗２０ｃ，２０ｄを調整する。

【００３０】このように、各可変抵抗２０ｃ、２０ｄを
調整した後に、電圧変換器１８ａ１は主回路１に流れる
負荷電流に相当する検出電圧ＶをＶ²電圧に変換してペ
アトランジスタ１８ａ４のベースに印加すると共に、比
較器１８ａ１３の＋入力端子に入力しそこでー入力端子
に入力されている基準電圧Ｖ_REFと電圧レベルを比較す
る。

【００３１】しかしながら、主回路１に流れる負荷電流
が大きくなりその負荷電流の２乗に比例した変換電圧Ｖ
²が電圧変換噐１８ａ１よりペアトランジスタ１８ａ４
に印加されると、トランジス１８ａ２，１８ａ３の特性
を揃えるためにエミッタに接続した各エミッタ抵抗１８
ａ５，１８ａ６に流れる電流が大きくなる。その結果、
各エミッタ抵抗１８ａ５，１８ａ６間に発生する電圧降
下が大きくなり回路遮断器の回路電源に悪影響を及ぼす
ことになる。

【００３２】そのために変換電圧Ｖ²＞基準電圧Ｖ_REFに
なると比較器１８ａ１３のＨｉｇｈレベル出力を各ＦＥ
Ｔ１８ａ１３ａ，１８ａ１３ｂのゲートに印加しオン動
作させて各エミッタ抵抗１８ａ５，１８ａ６のそれぞれ
に抵抗１８ａ５１，１８ａ６１を並列接続し、各エミッ
タに接続された抵抗の値を下げて抵抗間の電圧降下を低
下させる。従って、長限時引外し特性、事前警報特性の
精度を上げるためペアトランジスタ１８ａ４のベースに
印加する電圧のレベルを上げてもペアトランジスタ１８
ａ４のエミッタに接続される抵抗の値が下がるため、抵
抗間に必要以上の電圧降下は生じない。

【００３３】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、過電流
基準電圧および事前警報基準電圧を設定する基準電圧設
定手段と、前記主回路電流に相応する電圧を検出する電
圧検出手段と、この電圧検出手段によって検出された検
出電圧によってオン動作し電流を出力するペアトランジ
スタと、このペアトランジスタを構成する各トランジス
タの主電流路間に挿入された抵抗の値を前記主回路電流
の値に応じて切り換える抵抗切換手段と、前記検出電圧
が前記過電流基準電圧を超えた時に前記ペアトランジス
タより出力された電流を充放電回路へ導き、所定時間後
にトリップ信号を発生する過電流引外し手段と、前記検
出電圧が前記事前警報基準電圧を超えた時に前記ペアト
ランジスタより出力された電流を充放電回路へ導き、所
定時間後に警報信号を発生する事前警報発生手段とを備
えたので、ペアトランジスタの制御電流路に大きな値の
検出電圧が印加されてもペアトランジスタの主電流路に
接続された抵抗の値がさがるため、その抵抗間に発生す
る電圧降下は下がり回路遮断器の回路電源に悪影響が及
ぼされることがないという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による事前警報付回路遮断器の一実施
例の構成を示すブロック図である。

【図２】本実施例における特性設定回路、長限時引外し
回路、及び事前警報回路の構成を示す回路図である。

【図３】従来の事前警報回路遮断器の構成を示すブロッ
ク図である。

【図４】従来の特性設定回路、長限時引外し回路、及び
事前警報回路の構成を示す回路図である。

【図５】事前警報付回路遮断器の一般的な特性を示した
特性曲線である。

【符号の説明】

１７ 実効値変換回路 １８Ａ 長限時引外し回路 １８ａ４ ペアトランジスタ １８ａ５，６ エミッタ抵抗 １８ａ１１ 基準電源 １８ａ１２ 可変抵抗 １８ａ１３ 比較器 １８ａ１３ａ，ｂ ＦＥＴ １８ａ５１、６１ 並列抵抗 １８ｅ、２１ｄ コンデンサ ２０ 特性設定回路 ２１ 事前警報回路

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H02H 3/08 - 3/253 H02H 3/04

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流電源と負荷の間の主回路に流れる過
   電流を検出して前記主回路を遮断するための過電流引外
   し特性、および前記過電流に至る前の電流を検出して事
   前に警報を発生させるための事前警報特性を有した事前
   警報付回路遮断器おいて、 過電流基準電圧および事前警報基準電圧を設定する基準
   電圧設定手段と、 前記主回路電流に相応する電圧を検出する電圧検出手段
   と、 この電圧検出手段によって検出された検出電圧によって
   オン動作し電流を出力するペアトランジスタと、 このペアトランジスタを構成する各トランジスタの主電
   流路間に挿入された抵抗の値を前記主回路電流の値に応
   じて切り換える抵抗切換手段と前記検出電圧が前記過電
   流基準電圧を超えた時に前記ペアトランジスタより出力
   された電流を充放電回路へ導き、所定時間後にトリップ
   信号を発生する過電流引外し手段と、 前記検出電圧が前記事前警報基準電圧を超えた時に前記
   ペアトランジスタより出力された電流を充放電回路へ導
   き、所定時間後に警報信号を発生する事前警報発生手段
   とを備えたことを特徴とする事前警報付回路遮断器。