JP4146063B2 - Circuit breaker for wiring - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、配線路に異常電流が流れた際に配線路を電路から遮断する配線用遮断器に関し、詳しくは配線用遮断器の端子部の発熱やトラッキング短絡に対しても、それらを検知して遮断動作する配線用遮断器に関する。
【0002】
【従来の技術】
配線用遮断器等の電源ラインに介在させる機器は、電源側端子或いは負荷側端子など外部導体を接続する端子の接続が不完全であると、亜酸化銅増殖現象により発熱し、端子部やモールドケースが焼損することがあり、モールドケースが著しく焼損した場合には電源短絡を誘発することもあった。また、電線傷や加熱により皮膜が溶融する心線短絡や、埃と水分が端子に付着して発生するトラッキング短絡により発熱して、電源短絡を誘発して火災に至る場合もあった。
そのため、このような発熱に対しても回路を遮断動作する遮断器として、実公昭63−6833号公報に開示されている技術がある。これは、電源側端子や負荷側端子にサーミスタを取り付け、更に各相に加熱子を介在させてその加熱子に対してもサーミスタを取り付け、各相に取り付けられたサーミスタ間の温度上昇と加熱子の温度上昇を比較して検出して、異常を検知して遮断動作させている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記遮断器においては、端子の接続が不完全である時に発生する亜酸化銅増殖発熱現象を検出することはできるがサーミスタを6個以上必要としている。また、他の原因による発熱や短絡、即ちトラッキング短絡による発熱或いは心線傷、また被覆溶融から完全短絡に至るまでの短絡電流は図6(a)に示すような不連続な電流であり、多くが数アンペアから200アンペア程度の非連続な放電電流であるため、瞬時に遮断動作させることはできず、遮断まで時間がかかり、最悪の場合は短絡部より出火する事にもなる。
これは、図6(b)に示すような越流や突入電流による誤動作を避けるために瞬時遮断の検出電流はこれらの電流より小さくすることができないことによる。例えば、一般住宅に用いる配線用遮断器の定格は少なくとも20Aであるため、その10倍以上の電流を遮断電流とせざる終えないためで、上記短絡時の数アンペアから200アンペアの間の異常電流に対しては遮断動作させることができない。
【0004】
そこで、本発明は上記問題点に鑑み、端子部の亜酸化銅増殖現象による発熱だけではなく、200アンペア以下の短絡電流も検知して遮断動作する配線用遮断器を提供することを課題とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項1の発明は、配線路に異常電流が流れた際に引き外し回路を作動させて接点を開放し、配線路を電源回路から遮断する配線用遮断器であって、配線路の電流を検出する電流検出手段と、電源電圧を検出する電圧検出手段と、前記電流検出手段と前記電圧検出手段の出力を受けて前記引き外し回路を動作させる制御手段とを具備し、前記制御手段が、配線路電流波形のピーク値が所定時間に渡り設定値を越えた場合、或いは亜酸化銅増殖現象により電圧が歪み、歪みのない波形を基準として電源電圧波形の0点からの立ち上がり或いは0点からの立ち下がりに発生する位相ずれ量が、所定時間に渡り設定値を越えた場合に遮断信号を出力し、引き外し回路を作動させることを特徴とする。
【0006】
請求項2の発明は、配線路に異常電流が流れた際に引き外し回路を作動させて接点を開放し、配線路を電源回路から遮断する配線用遮断器であって、配線路の電流を検出する電流検出手段と、電源電圧を検出する電圧検出手段と、端子部の温度を検出する温度検出手段と、前記電流検出手段と前記電圧検出手段及び前記温度検出手段の出力を受けて前記引き外し回路を作動させる制御手段とを具備し、前記制御手段が、配線路電流波形のピーク値が所定時間に渡り設定値を越えた場合、前記端子部の温度が所定時間に渡り設定値を越えた場合、亜酸化銅増殖現象により電圧が歪み、歪みのない波形を基準として電源電圧波形の0点からの立ち上がり或いは0点からの立ち下がりに発生する位相ずれ量が、所定時間に渡り設定値を越えた場合、の何れかで遮断信号を出力し、引き外し回路を作動させることを特徴とする。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。図1は本発明に係る配線用遮断器の1例を示す回路ブロック図を示し、2は配線路16を電路15から開放する接点、3は接点の引き外し動作をする引き外しコイル、4は引き外し回路である。また、5は配線路電流を検出する変流器、6は検出電流を電圧に変換する電流−電圧変換回路、13は電圧検出回路、7は制御部である。制御部7は、閾値回路10、積算回路11、出力回路12を有する演算部8、及び演算部8に制御信号を入力するA/D変換回路9とから成るマイクロコンピュータで構成されている。
【0008】
回路動作を説明すると、変流器5により例えば図3(a)に示すような電流を検出すると、電流/電圧変換回路6により検出電流波形が電圧波形に変換されて、制御部7のA/D変換回路9に入力される。A/D変換回路9では、入力された電圧波形を所定の時間で時分割し演算部8へ出力する。演算部8は、閾値回路10でA/D変換回路9からの信号を受けて所定の閾値と比較し、例えば図3(b)に示すように波形ピーク値が予め設定した所定の閾値Sを越えたら、積算回路11に図3(c)に示すような閾値を越えた時間に応じたデジタル信号を出力する。積算回路11では、その信号を所定の時間積算し、出力回路12はその積算回路の計算結果を受け、積算値が所定の設定値を越えたときに信号を出力し、引き外しコイル3を動作させている。
【0009】
上記図3(a)の電流波形は、コード短絡やトラッキングが発生した場合の波形を模式化して示すもので、このように変流器と電流−電圧変換回路から成る電流検出手段とマイクロコンピュータから成る制御手段とにより、電流ピーク値をホールドして図3(b)に示すように閾値と比較し、電流波形が閾値を越えた場合に図3(c)に示すようにパルスを発生させて閾値を越えた状態が所定時間継続した場合を検出することで、非連続なひげ状の放電を検出することができ、コード被覆の絶縁劣化や破壊等により発生する200アンペア以下の放電短絡が発生した場合、或いはコンセントソケット部の埃、水分によるトラッキング現象でも瞬時遮断し、コンセント、ソケットを保護し、火災発生を防止することができる。
【0010】
また、電圧検出回路13による検出波形は、通常図2(a)に示すA波形であるが、亜酸化銅増殖現象が発生するとその高調波成分であるB波が発生し、特にそのC部に大きな歪みが発生する。そのため、例えば図2(b)に示すような電圧波形となり、電圧検出回路13がこの波形を検出すると、A/D変換回路9で所定の時間幅で分割してデジタル値に変換され、電圧波形に歪を有する場合、閾値回路10で歪みによる0点位相ずれを検出し、図2(c)に示すような位相ずれの大きさに応じたパルス波形を積算回路11に出力している。積算回路11では、上記変流器5からの信号と同様に所定時間パルス波を積算し、その積算値が所定の基準値を越えたら出力回路12から出力信号を発して、引き外しコイル3を作動させている。
【0011】
このように、電圧検出回路(電圧検出手段)と制御手段とにより、締め付け不良や、ねじの緩みによる接触不良から発生する亜酸化銅増殖現象に対して、遮断動作させることができ、端子部の焼損や電源短絡事故を未然に防止することができる。
尚、上記電流波形から得る情報と、電圧波形から得る情報の双方から亜酸化銅増殖現象やトラッキング現象を判断しても良く、複数の情報を基に判断させることで、更に高精度にまた短時間に異常を検出することが可能である。
【0012】
図4は本発明の他の形態を示し、20は電源側端子部に設けられたサーミスタ、21はサーミスタからの温度情報を電気信号に変換する温度−電圧変換回路であり、図1と同一の構成要素には同一の符号を付してある。基本波に高調波成分が発生することによって生じる電圧歪みは、端子部の亜酸化銅増殖現象による発熱以外でも発生することから、端子部の亜酸化銅増殖現象を予想するため、端子部にサーミスタを設けて、その温度も検出する構成となっている。
【0013】
この回路の動作を説明すると、温度−電圧変換回路21により、温度を電圧に変えて、A/D変換回路9で、所定の時間幅で分割して各分割電圧をデジタル値に変換し、そのデジタル出力を閾値回路10で設定値と比較し、設定を越えている場合、積算回路11で積算し、積算値が所定値を越えたら出力回路12が引き外し回路の動作信号を出力し、引き外しコイル3を作動させる。
こうして、端子部温度と電圧波形とから判断して遮断動作させるものであるから、確実に端子部の亜酸化銅増殖現象を検知し、遮断動作させることができるし、変流器による電流検出で、コード被膜の絶縁劣化による放電短絡やコンセント部のトラッキング現象を検出して遮断することができる。
尚、図5はサーミスタ温度−出力電圧特性を示し、閾値温度をt3からt2,t1と下げることで、端子部の亜酸化銅増殖現象を早期に予想できる。また、図4においてサーミスタを電源側端子に設けているが、負荷側端子に設けても良いし、双方に設けても良い。
【0014】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、締め付け不良や、ねじの緩みによる接触不良により亜酸化銅増殖現象が発生した際に、遮断動作させることができ、端子部の焼損や電源短絡事故を未然に防止することができるし、コード被覆の絶縁劣化や破壊等により発生する心線短絡、或いは、コンセントソケット部の埃、水分によるトラッキング現象による200アンペア以下の短絡電流でも瞬時遮断することが可能で、コード、コンセントやソケットを保護し、火災発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の1例を示す配線用遮断器の回路ブロック図である。
【図2】検出電圧波形及びその加工波形を示し、(a)は基本電圧波形と亜酸化銅増殖現象が発生した際に生ずる高調波成分波形、(b)は亜酸化銅増殖現象が発生した場合の電圧波形、(c)は閾値回路出力波形である。
【図3】トラッキング短絡発生による各ブロックの波形を示し、(a)は検出電流波形、(b)は閾値回路におけるピークホールドの説明波形及び閾値、(c)は閾値回路出力波形である。
【図4】本発明の他の形態を示す回路ブロック図である。
【図5】図4のサーミスタ部の出力電圧−温度特性の説明図である。
【図6】(a)は非連続な放電状の短絡電流の説明図、(b)は突入電流の説明図である。
【符号の説明】
2・・接点、3・・引き外しコイル、4・・引き外し回路、5・・変流器、6・・電流−電圧変換回路、7・・制御部、8・・演算部、9・・A/D変換回路、10・・閾値回路、11・・積算回路、12・・出力回路、13・・電圧検出回路、15・・電路、16・・配線路、20・・サーミスタ、21・・温度−電圧変換回路。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a circuit breaker for wiring that shuts off the wiring path from the electric circuit when an abnormal current flows in the wiring path. Specifically, the circuit breaker detects the heat generation and tracking short circuit of the terminal part of the circuit breaker. It is related with the circuit breaker for wiring which carries out interruption | blocking operation.
[0002]
[Prior art]
Equipment that intervenes in the power line, such as a circuit breaker for wiring, generates heat due to the growth of cuprous oxide when terminals for connecting external conductors such as power supply terminals or load terminals are incomplete. The case may be burned out, and when the mold case is significantly burned out, a power supply short circuit may be induced. In addition, there is a case where a wire short circuit in which the film melts due to an electric wire flaw or heating, or a tracking short circuit generated when dust and moisture adhere to the terminal generate heat to induce a power short circuit and cause a fire.
For this reason, there is a technique disclosed in Japanese Utility Model Publication No. 63-6833 as a circuit breaker that shuts off the circuit against such heat generation. This is because a thermistor is attached to the power supply side terminal and the load side terminal, a heater element is interposed in each phase, a thermistor is also attached to the heater element, and the temperature rise between the thermistors attached to each phase and the heater element The temperature rise is compared and detected, and the abnormality is detected and the shut-off operation is performed.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above circuit breaker, although it is possible to detect the cuprous oxide growth exothermic phenomenon that occurs when the terminal connection is incomplete, six or more thermistors are required. In addition, heat generation or short circuit due to other causes, that is, heat generation due to tracking short circuit or scar damage, short circuit current from coating melting to complete short circuit is a discontinuous current as shown in FIG. Is a discontinuous discharge current of several amperes to about 200 amperes, so that the interruption operation cannot be instantaneously performed, it takes time until the interruption, and in the worst case, a fire breaks out from the short circuit portion.
This is because the detection current for instantaneous interruption cannot be made smaller than these currents in order to avoid malfunction due to overflow or inrush current as shown in FIG. For example, since the rating of a circuit breaker used for a general house is at least 20A, it is impossible to end up with a current that is 10 times or more of that as a breaking current. On the other hand, the shut-off operation cannot be performed.
[0004]
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above problems, the present invention has an object to provide a circuit breaker for detecting a short circuit current of 200 amperes or less as well as heat generated by a cuprous oxide proliferation phenomenon in a terminal portion. .
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, the invention of claim 1 is a circuit breaker for wiring which operates a tripping circuit to open a contact when an abnormal current flows in the wiring path, and disconnects the wiring path from the power supply circuit. Te, comprising: a current detecting means for detecting a current of the wiring path, a voltage detector for detecting a power supply voltage, and a control means for operating the trip circuit receives the output of said voltage detecting means and said current detecting means and, said control means, when the peak value of the wiring path current waveform exceeds the set value over a predetermined time, or nitrous distortion voltage by a copper oxide growth behavior, zero point of the supply voltage waveform without distortion waveform as a reference When the amount of phase shift that occurs at the rise from 0 or the fall from the zero point exceeds a set value for a predetermined time, a cutoff signal is output and the trip circuit is activated.
[0006]
The invention of
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit block diagram showing an example of a circuit breaker according to the present invention, in which 2 is a contact for opening the
[0008]
The circuit operation will be described. When a current as shown in FIG. 3A is detected by the
[0009]
The current waveform in FIG. 3 (a) schematically shows a waveform when a cord short circuit or tracking occurs. Thus, from the current detection means and the microcomputer comprising a current transformer and a current-voltage conversion circuit. The control means holds the current peak value, compares it with the threshold value as shown in FIG. 3B, and generates a pulse as shown in FIG. 3C when the current waveform exceeds the threshold value. By detecting when the state exceeding the threshold value continues for a predetermined time, a discontinuous whisker-like discharge can be detected, and a discharge short-circuit of 200 amperes or less that occurs due to insulation deterioration or destruction of the cord coating occurs. In such a case, a tracking phenomenon caused by dust or moisture in the outlet socket portion can be instantly interrupted to protect the outlet socket and the socket and prevent a fire from occurring.
[0010]
Further, the detection waveform by the
[0011]
In this way, the voltage detection circuit (voltage detection means) and the control means can perform a shut-off operation against a cuprous oxide proliferation phenomenon that occurs due to poor tightening or poor contact due to loose screws. Burnout and power supply short-circuit accidents can be prevented in advance.
It should be noted that the cuprous oxide growth phenomenon and tracking phenomenon may be judged from both the information obtained from the current waveform and the information obtained from the voltage waveform. It is possible to detect anomalies in time.
[0012]
FIG. 4 shows another embodiment of the present invention, in which 20 is a thermistor provided in the power supply side terminal section, 21 is a temperature-voltage conversion circuit for converting temperature information from the thermistor into an electrical signal, and is the same as FIG. Components are given the same reference numerals. The voltage distortion caused by the generation of harmonic components in the fundamental wave is generated in addition to the heat generation due to the cuprous oxide growth phenomenon in the terminal section. And the temperature is also detected.
[0013]
The operation of this circuit will be described. The temperature-
In this way, the terminal block temperature and voltage waveform are used to determine the shut-off operation. Therefore, it is possible to reliably detect and stop the cuprous oxide growth phenomenon in the terminal section, and to detect current with a current transformer. In addition, it is possible to detect and block discharge short-circuit due to insulation deterioration of the cord film and tracking phenomenon of the outlet.
FIG. 5 shows the thermistor temperature-output voltage characteristics. By reducing the threshold temperature from
[0014]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, when a cuprous oxide multiplication phenomenon occurs due to poor tightening or poor contact due to loose screws, the terminal portion can be burned out or a power supply short circuit accident occurs. Can be prevented in advance, and can be instantaneously interrupted even with a short-circuit current of 200 ampere or less due to a tracking phenomenon caused by dust or moisture in the outlet socket part due to a short-circuiting of the cord sheath due to insulation deterioration or destruction of the cord coating. Yes, it can protect cords, outlets and sockets and prevent fires.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit block diagram of a circuit breaker showing an example of an embodiment of the present invention.
FIG. 2 shows a detected voltage waveform and a processed waveform thereof; (a) shows a fundamental voltage waveform and a harmonic component waveform generated when a cuprous oxide proliferation phenomenon occurs; (b) shows a cuprous oxide proliferation phenomenon. (C) is a threshold circuit output waveform.
FIGS. 3A and 3B show waveforms of respective blocks due to occurrence of a tracking short circuit, in which FIG. 3A shows a detected current waveform, FIG. 3B shows a peak hold explanatory waveform and threshold in the threshold circuit, and FIG. 3C shows a threshold circuit output waveform;
FIG. 4 is a circuit block diagram showing another embodiment of the present invention.
5 is an explanatory diagram of output voltage-temperature characteristics of the thermistor section of FIG. 4. FIG.
6A is an explanatory diagram of a discontinuous discharge-like short-circuit current, and FIG. 6B is an explanatory diagram of an inrush current.
[Explanation of symbols]
2 .... Contact, 3 .... Trip coil, 4 .... Trip circuit, 5 .... Current transformer, 6 .... Current-voltage conversion circuit, 7 .... Control unit, 8 .... Calculation unit, ... A / D conversion circuit, 10 .... threshold circuit, 11 .... accumulation circuit, 12 .... output circuit, 13 .... voltage detection circuit, 15 .... electric circuit, 16 .... wiring route, 20 .... thermistor, 21 ... Temperature-voltage conversion circuit.
Claims (2)
配線路の電流を検出する電流検出手段と、電源電圧を検出する電圧検出手段と、前記電流検出手段と前記電圧検出手段の出力を受けて前記引き外し回路を動作させる制御手段とを具備し、
前記制御手段が、配線路電流波形のピーク値が所定時間に渡り設定値を越えた場合、或いは亜酸化銅増殖現象により電圧が歪み、歪みのない波形を基準として電源電圧波形の0点からの立ち上がり或いは0点からの立ち下がりに発生する位相ずれ量が、所定時間に渡り設定値を越えた場合に遮断信号を出力し、引き外し回路を作動させることを特徴とする配線用遮断器。A circuit breaker for disconnecting the wiring path from the power circuit by operating the trip circuit when an abnormal current flows in the wiring path, opening the contact,
Comprising a current detector for detecting a current of the wiring path, a voltage detector for detecting a power supply voltage, and a control means for operating the trip circuit receives the output of said voltage detecting means and said current detecting means,
When the peak value of the wiring current waveform exceeds the set value for a predetermined time or when the voltage is distorted due to a cuprous oxide proliferation phenomenon , the control means starts from the zero point of the power supply voltage waveform on the basis of the waveform without distortion. A circuit breaker for wiring, which outputs a cut-off signal and activates a trip circuit when the amount of phase shift occurring at the rise or the fall from the zero point exceeds a set value for a predetermined time.
配線路の電流を検出する電流検出手段と、電源電圧を検出する電圧検出手段と、端子部の温度を検出する温度検出手段と、前記電流検出手段と前記電圧検出手段及び前記温度検出手段の出力を受けて前記引き外し回路を作動させる制御手段とを具備し、
前記制御手段が、配線路電流波形のピーク値が所定時間に渡り設定値を越えた場合、前記端子部の温度が所定時間に渡り設定値を越えた場合、亜酸化銅増殖現象により電圧が歪み、歪みのない波形を基準として電源電圧波形の0点からの立ち上がり或いは0点からの立ち下がりに発生する位相ずれ量が、所定時間に渡り設定値を越えた場合、の何れかで遮断信号を出力し、引き外し回路を作動させることを特徴とする配線用遮断器。A circuit breaker for disconnecting the wiring path from the power circuit by operating the trip circuit when an abnormal current flows in the wiring path, opening the contact,
Current detecting means for detecting a current of the wiring path, a voltage detector for detecting a power supply voltage, and temperature detection means for detecting a temperature of the terminal portion, an output of said current detecting means and the voltage detecting means and the temperature detecting means And a control means for operating the trip circuit in response to
When the peak value of the wiring current waveform exceeds a set value for a predetermined time, or when the temperature of the terminal exceeds the set value for a predetermined time, the control means distorts the voltage due to a cuprous oxide proliferation phenomenon. If the amount of phase shift that occurs at the rising edge from the zero point of the power supply voltage waveform or the falling edge from the zero point exceeds the set value for a predetermined time with reference to the waveform without distortion , the cutoff signal is sent either A circuit breaker for output, which operates and operates a tripping circuit.
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