JP4339668B2

JP4339668B2 - 遮断器

Info

Publication number: JP4339668B2
Application number: JP2003383019A
Authority: JP
Inventors: 宏明四方; 大輔佐藤
Original assignee: 大阪ヒューズ株式会社; 信明電機株式会社
Priority date: 2003-11-12
Filing date: 2003-11-12
Publication date: 2009-10-07
Anticipated expiration: 2023-11-12
Also published as: JP2005149813A

Description

本発明は、雷サージ、漏電、過負荷、短絡といった異常を検出したとき、ブレーカを動作させて、電源を遮断する遮断器に関する。

従来の遮断器として、特許文献１に記載された遮断器では、変流器により漏電を検出したときに電源を遮断するとともに、雷サージに対しても、変流器により接地線に流れる放電電流を検出して、電源を遮断する。そして、遮断動作をカウントして、一定回数になると、警告を発する。
特開平１０−１４０９２号公報（段落００１３、００１５、００１８）

上記の遮断器では、１つの変流器によって、雷サージによる異常電流あるいは漏電による異常電流を検出して、遮断動作をカウントしている。しかしながら、遮断がいずれの原因によって発生したのか判別することができない。そのため、遮断の原因を特定することができず、異常の原因を究明することが著しく困難となる。特に、遠隔地に遮断器が設置されている場合には、異常解消のために多大な労力を費やすことになる。

本発明は、上記に鑑み、１つの変流器で異常電流を検出しても、その原因を容易に特定できるようにした遮断器の提供を目的とする。

本発明は、電源線に流れる電流を検出する変流器と、該変流器の出力電流に基づいて漏電を検出する漏電検出部と、前記変流器の出力電流に基づいて雷サージを検出する雷サージ検出部と、前記電源線を遮断するブレーカと、漏電あるいは雷サージを検出したときに前記ブレーカを動作させる制御部とを備え、前記変流器と前記雷サージ検出部との間に、漏電が発生したときの前記変流器の出力電流の導通を阻止し、雷サージが発生したときの前記変流器の出力電流の導通を許容する導通制限素子が設けられ、前記変流器と前記漏電検出部との間に、雷サージが発生したときの前記変流器の出力電流を短絡させる保護素子が設けられたものである。

これによって、漏電発生時の変流器の出力電流は雷サージ検出部には流れない。また、雷サージ発生時の変流器の出力電流は、雷サージ検出部には流れるが、漏電検出部に対しては短絡した状態となり、漏電検出部を雷サージ電流から保護することができる。したがって、１つの変流器からの出力電流の大きさおよび継続時間の違いによって、雷サージ検出部は雷サージの発生を検出でき、漏電検出部は漏電の発生を検出できる。

この出力電流の違いを電圧差として検出するために、漏電発生時の変流器の出力電流によって形成される電気回路の抵抗値が、雷サージ発生時の変流器の出力電流によって形成される電気回路の抵抗値より大とされる。すなわち、漏電発生時の変流器の出力電流は雷サージ発生時の変流器の出力電流よりも小さいが、上記のように抵抗値を設定することにより、変流器の出力電流によって発生する電圧を各検出部が検出できるレベルに合わせることが可能となる。

具体的には、変流器と前記雷サージ検出部との間に、変流器の出力電流から漏電検出電圧を生成する漏電電流検出回路部が設けられ、漏電電流検出回路部は、直列に接続された第１抵抗および第２抵抗と、該第２抵抗と並列に接続された保護素子とからなる。漏電電流検出回路部と並列に、変流器の出力電流から雷サージ検出電圧を生成する雷サージ電流検出回路部が設けられ、雷サージ電流検出回路部は、直列に接続された導通制限素子と第３抵抗とからなる。

第１抵抗と第２抵抗の直列接続体の抵抗値は、第１抵抗と第３抵抗とによって形成される並列接続体の抵抗値より大とされる。前者は、漏電発生時の変流器の出力電流によって形成される電気回路を構成する。後者は、雷サージ発生時の変流器の出力電流によって形成される電気回路を構成する。また、第１抵抗の抵抗値は第３抵抗の抵抗値より大とされる。

さらに、過負荷あるいは短絡を検出する異常検出部が設けられ、制御部は、過負荷、短絡、漏電を検出したとき、ブレーカを動作させたままの状態に保持し、雷サージあるいはその他の原因を検出したとき、ブレーカを動作させた後に復帰させ、その他の原因を連続して検出したとき、ブレーカを動作させたままの状態に保持する。

制御部は、ブレーカが動作したときの発生原因と回数を記憶し、これらを報知する。また、ブレーカが動作したときの発生原因として、過負荷あるいは短絡、漏電、雷サージ、その他の順に優先度を決め、発生原因を２つ以上検出したとき、優先度の高い発生原因を記憶する。

このように、各種の異常を判別して、それぞれの異常に適したブレーカの動作が行われる。そして、ブレーカが動作したときの発生原因や回数を異常情報として記憶することにより、異常の原因究明に役立つ。

本発明によると、１つの変流器によって漏電あるいは雷サージといった流れる電流が極端に異なる異常をそれぞれ検出でき、その原因を容易に特定できる。したがって、漏電あるいは雷サージを検出するための回路構成を簡単にでき、変流器も１つですむので、省スペース、低コストを図れる。

本実施形態の遮断器は、図１に示すように、単相２線式の電源線１に流れる電流を検出する変流器２と、該変流器２の出力電流から漏電あるいは雷サージを検出する漏電雷サージ検出部３と、電源線１のうち電圧線側に流れる電流を検出する変流器４と、該変流器４の出力電流から過負荷あるいは短絡を検出する過負荷短絡検出部５と、電源線１を遮断するブレーカ７と、過負荷、短絡、漏電あるいは雷サージを検出したときにブレーカ７を動作させる制御部８とを備えている。図中、９は保安器、１０は表示部、１１は履歴スイッチ、１２はリセットスイッチ、１３はヒューズ、１４は電源スイッチである。

変流器２は、電源線１が貫通する零相変流器を用いる。漏電雷サージ検出部３は、図２に示すように、変流器２の出力電流から漏電検出電圧を生成する漏電電流検出回路部２０と、漏電検出電圧に基づいて漏電を検出する漏電電流処理部（漏電検出部）２１と、変流器２の出力電流から雷サージ検出電圧を生成する雷サージ電流検出回路部２２と、雷サージ検出電圧に基づいて雷サージを検出する雷サージ電流処理部（雷サージ検出部）２３とから構成される。漏電電流検出回路部２０と雷サージ電流検出回路部２２とは並列とされる。図中、２４は変流器２からの入力電圧を抑える回路保護素子であり、バリスタが使用される。

図３に示すように、漏電電流検出回路部２０は、変流器２の２次側端子と漏電電流処理部２１との間に配され、第１抵抗Ｒ１、第２抵抗Ｒ２、保護素子２５から構成される。第１抵抗Ｒ１と第２抵抗Ｒ２とは直列に接続され、第２抵抗Ｒ２に保護素子２５が並列に接続される。第１抵抗Ｒ１と第２抵抗Ｒ２との中間点が漏電電流処理部２１に接続される。

保護素子２５は、バリスタからなり、その特性により雷サージが漏電電流処理部２１に影響するのを防いでいる。すなわち、バリスタは、所定以上の電流が流れると、導通状態となる特性を有する。そのため、雷サージが発生したときの変流器２の出力電流によって、保護素子２５は導通状態となり、変流器２の出力電流は、第２抵抗Ｒ２を流れず、短絡する。したがって、第２抵抗Ｒ２や漏電電流処理部２１に過大な電流が流れることを防いで、これらを保護できる。

一方、漏電が発生したときの変流器２の出力電流は、雷サージ発生時の出力電流より小さいので、保護素子２５は非導通状態である。変流器２の出力電流は、第２抵抗Ｒ２を流れ、第１抵抗Ｒ１と第２抵抗Ｒ２との分圧比に応じた漏電検出電圧が発生する。

雷サージ電流検出回路部２２は、変流器２の２次側端子と雷サージ電流処理部２３との間に配され、第３抵抗Ｒ３と導通制限素子２６から構成される。第３抵抗Ｒ３と導通制限素子２６とは直列に接続され、その中間点が雷サージ電流処理部２３に接続される。

導通制限素子２６は、バリスタからなる。バリスタの特性により、漏電が発生したときの変流器２の出力電流の導通を阻止し、雷サージが発生したときの変流器２の出力電流の導通を許容する。すなわち、漏電発生時の変流器２の出力電流に対して、導通制限素子２６は高抵抗となって、出力電流が流れない。一方、雷サージ発生時の変流器２の出力に対して、導通制限素子２６は低抵抗となって、出力電流が流れる。

漏電電流処理部２１は、入力された検出電圧を整流する整流回路３０と、増幅器３１と、時間幅を有する出力とする積分回路からなる遅延回路３２と、遅延回路３２からの出力電圧を基準電圧と比較して、漏電が発生したときにパルス信号を出力する電圧判定回路３３とからなる。雷サージ電流処理部２３は、入力された検出電圧を整流する整流回路３４と、入力された電圧を基準電圧と比較する電圧判定回路３５と、入力された電圧が基準電圧より大きいとき、パルス信号を出力する出力回路３６とからなる。これらの電流処理部２１，２３は、公知のものであり、漏電あるいは雷サージを検出したときに、制御部８に検出信号を出力する。

なお、漏電電流処理部２１に、雷サージによって発生した出力電流による検出電圧が入力する場合がある。制御部８では、電圧判定回路３３から出力された一定時間中の検出信号をカウントして、継続的に入力されるかを検出している。継続した検出信号であれば、漏電によるものと判断する。１回だけの検出信号であれば、雷サージあるいはノイズによるものと判断する。この場合には、制御部８は、その他の原因として処理する。

以上のように、漏電が発生したときには、導通制限素子２６の働きにより、変流器２の出力電流は雷サージ電流検出回路部２２には流れないので、図４に示すような第１抵抗Ｒ１と第２抵抗Ｒ２が直列になった漏電用等価回路が形成される。雷サージが発生したときには、変流器２の出力電流は、第１抵抗Ｒ１から保護素子２５を通って流れるとともに、導通制限素子２６から第３抵抗Ｒ３を通って流れる。図５に示すような第１抵抗Ｒ１と第３抵抗Ｒ３が並列となった雷サージ用等価回路が形成される。

ここで、第１〜第３抵抗Ｒ１〜Ｒ３の抵抗値をそれぞれｒ１、ｒ２、ｒ３とする。漏電用等価回路の抵抗値ｒ４は、ｒ１＋ｒ２となる。雷サージ用等価回路の合成抵抗値ｒ５は、ｒ１・ｒ３／（ｒ１＋ｒ３）となる。

ところで、１つの変流器２によって漏電あるいは雷サージを検出するとき、それぞれの異常に対する変流器２の出力電流には大きな差がある。そのため、各出力電流に応じて等価回路の抵抗値を設定しなければならない。すなわち、ｒ４＞ｒ５とする。このように、第１抵抗Ｒ１と第２抵抗Ｒ２の直列接続体の抵抗値ｒ４を、第１抵抗Ｒ１と第３抵抗Ｒ３とによって形成される並列接続体の抵抗値ｒ５より大とすることにより、それぞれの検出部２１，２３に入力される検出電圧を、電圧判定を行うために適正な値とすることができる。

また、第１抵抗Ｒ１の抵抗値を第３抵抗Ｒ３の抵抗値より大とする。すなわち、ｒ１＞ｒ３とする。これによって、雷サージ発生時の変流器２の出力電流の大部分が第３抵抗Ｒ３に流れ、適正な検出電圧を入力できる。このとき、雷サージ用等価回路に流れる出力電流ｉ０は、第３抵抗Ｒ３に流れる電流ｉ２とほぼ等しい（ｉ０≒ｉ２）とみなせる。したがって、ｒ１＞ｒ３であるから、ｒ５≒ｒ３とすることができる。これによって、第３抵抗Ｒ３によって雷サージ用等価回路の抵抗値を設定できることになり、所望の特性が得られる電気回路の設計を容易に行える。

具体的には、遮断器の漏電に対する定格不動作電流を１５ｍＡにした場合、漏電電流処理部２１によって１５ｍＡを検出するためには、変流器２の２次側抵抗は１ｋΩ程度がよい。もし漏電用等価回路の抵抗値ｒ４が小さい抵抗値であれば、検出電圧が非常に小さくなり、ノイズに埋もれてしまう。そして、雷サージに対して、例えば８００〜１０００Ａを検出する場合、雷サージ検出部２３において電圧判定を行うのに適正な１０Ｖ程度にするには、抵抗値は１０Ωとなる。すなわち、第１抵抗Ｒ１の抵抗値は１ｋΩ、第３抵抗Ｒ３の抵抗値は１０Ωとなる。このようにすれば、ｒ４＞ｒ５を満たす。なお、第２抵抗Ｒ２の抵抗値Ｒ２は、第１抵抗Ｒ１の抵抗値ｒ１の約１／１０とする。

雷サージに対して、例えば１００Ａ程度を検出する場合、雷サージ電流処理部２３において電圧判定を行うのに適正な１０Ｖ程度にするには、２次側抵抗は１００Ω程度が必要となる。この場合、雷サージ用等価回路では、出力電流に対して第１抵抗Ｒ１と第２抵抗Ｒ２との並列抵抗となるので、第３抵抗Ｒ３は１１０Ω程度にしておけば、ｒ４＞ｒ５を満たし、所望の特性を実現できる。

また、雷サージに対して、例えば１０Ａ程度を検出したい場合、２次側抵抗は１ｋΩとなる。この場合には、漏電電流検出回路部２０の第１抵抗Ｒ１と第２抵抗Ｒ２とによる分圧比を下げるか、あるいは漏電電流処理部２１の増幅器３１の増幅率を上げる。これによって、漏電発生時の出力電流に対する２次側抵抗を１０ｋΩ程度とすることができ、ｒ４＞ｒ５を満たす。

このように、変流器２の２次側抵抗を構成する第１抵抗Ｒ１、第２抵抗Ｒ２、第３抵抗Ｒ３の抵抗値をｒ４＞ｒ５の条件を満たすように設定することにより、１つの変流器２によって出力電流に大きな違いがある漏電と雷サージとを検出することが可能となる。

なお、雷サージ電流処理部２３に対する等価回路において、図６に示すように、Ａ点での電圧Ｖ２が整流回路３４に入力する。整流後、次段の２つの抵抗Ｒ６，Ｒ７によって分圧され、分圧された電圧Ｖ３が電圧判定回路３５に入力される。なお、２つの抵抗Ｒ６，Ｒ７の抵抗値の和（ｒ６＋ｒ７）は、第３抵抗Ｒ３の抵抗値ｒ３より大とする。ところが、導通制限素子２６が設けられているので、実際には図６に示すような回路構成とされる。変流器２の出力電流による電流ｉ２は、導通制限素子２６を流れるため、これによるＶ１の電圧降下が生じる。第３抵抗Ｒ３の両端に発生する電圧Ｖ２が、第３抵抗Ｒ３と導通制限素子２６との中間点であるＢ点から雷サージ電流処理部２３の整流回路３４に入力する。この電圧は、等価回路における整流回路３４に入力される検出電圧と等しい。ここで、図７におけるＡ点から整流回路３４に入力するようにすると、導通制限素子２６にかかる電圧分を含んだ入力電圧を分圧することになる。そのため、正確な検出電圧とならず、電圧判定の精度が悪くなる。したがって、中間点であるＢ点から入力するようにすれば、正確な検出電圧が得られ、検出精度を高めることができる。

過負荷短絡検出部５は、整流回路、増幅器、Ａ／Ｄコンバータ、比較器から構成される一般的なものである。

ブレーカ７は、マイコンからなる制御部８の指令によって動作し、電源を遮断する。そして、ブレーカ７を復帰させるためにソレノイドが用いられ、ソレノイドを作動する駆動部４０が設けられる。制御部８からの駆動信号によって、駆動部４０はソレノイドを作動させる。すなわち、本遮断器は、自動復帰型の遮断器である。

制御部８は、雷サージやその他の原因によってブレーカ７が動作したとき、ソレノイドを作動させて、設定された時間が経過したら自動的に復帰させる。漏電、過負荷、短絡といった異常が発生して、ブレーカ７が動作したときには、ソレノイドを作動させず、ブレーカ７を動作させたままの状態に保持する。また、漏電、過負荷、短絡、雷サージ以外のその他の原因によってもブレーカ７は動作し、設定された時間が経過したら自動的に復帰される。その他の原因としては、無線等による電磁ノイズがある。その他の原因によって、所定時間内に連続してブレーカ７が動作したとき、負荷側の異常等が考えられる。このような場合には、ブレーカ７の動作が所定時間内において所定回数に達したとき、ブレーカ７を動作させたままの状態に保持する。

そして、制御部８は、ブレーカ７が動作したときの発生原因と回数を不揮発性のメモリに記憶して、これらの異常情報を報知する。また、ブレーカ７が動作したときの発生原因である過負荷あるいは短絡、漏電、雷サージ、その他の順に優先度を決め、発生原因を２つ以上検出したとき、優先度の高い発生原因を記憶する。

制御部８は、ブレーカ７が動作したままの状態にあるとき、その発生原因を表示部１０に表示する。また、履歴スイッチ１１がオンされたとき、それぞれの発生原因でブレーカ７が何回動作したかといった異常情報を表示する。なお、表示する代わりに、異常情報を音声で報知してもよく、あるいは監視センタに異常情報を送信することによって報知してもよい。

リセットスイッチ１２は、制御部８を再起動するものである。リセットスイッチ１２がオンされると、制御部８は、メモリに記憶されている異常情報を削除する。

制御部８は、停電、電源スイッチのオフ等によって電源が切断される前のブレーカ７の状態を不揮発性のメモリに記憶する。そして、電源が供給されたとき、電源が切断される前の状態に戻す。例えば、ブレーカ７が動作したままの状態にあるときに、停電した後、復旧したとき、あるいは電源スイッチ１３がオフされてからオンされたとき、制御部８は、ブレーカ７を動作させる。これによって、異常がある状態で負荷に電源を供給してしまうことを防止できる。なお、制御部８が再起動された場合には、ブレーカ７は、動作した状態にあっても動作していない状態となる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で上記実施形態に多くの修正および変更を加え得ることは勿論である。上記実施形態では、単相２線式の電源線に遮断器を適用したが、図８に示す単相３線式の電源線に適用してもよい。この場合、中性線欠相によってブレーカが動作した場合、その他の原因として処理する。ここで、所定回数を０回に設定しておけば、ブレーカが１回動作したときに、そのまま動作したままの状態に保持できる。

保護素子や導通制限素子に用いるバリスタの代わりに、同様の特性を有するものを用いてもよい。この特性を有するものとして、例えばツェナーダイオードを逆方向に並列に接続した接続体、あるいは２方向２端子サイリスタがあげられる。

本実施形態の遮断器の全体構成を示すブロック図漏電雷サージ検出部の全体構成図漏電雷サージ検出部の概略図漏電電流検出回路部の等価回路を示す図雷サージ電流検出回路部の等価回路を示す図雷サージ電流検出回路部の等価回路における検出電圧の生成を説明するための図雷サージ電流検出回路部における検出電圧の生成を説明するための図単相３線式の電源線に適用された遮断器の全体構成を示すブロック図

符号の説明

１電源線
２変流器
３漏電雷サージ検出部
５過負荷短絡検出部
７ブレーカ
８制御部
２０漏電電流検出回路部
２１漏電電流処理部
２２雷サージ電流検出回路部
２３雷サージ電流処理部
２５保護素子
２６導通制限素子

Claims

電源線に流れる電流を検出する変流器と、該変流器の出力電流に基づいて漏電を検出する漏電検出部と、前記変流器の出力電流に基づいて雷サージを検出する雷サージ検出部と、前記電源線を遮断するブレーカと、漏電あるいは雷サージを検出したときに前記ブレーカを動作させる制御部とを備え、前記変流器と前記雷サージ検出部との間に、漏電が発生したときの前記変流器の出力電流の導通を阻止し、雷サージが発生したときの前記変流器の出力電流の導通を許容する導通制限素子が設けられ、前記変流器と前記漏電検出部との間に、雷サージが発生したときの前記変流器の出力電流を短絡させる保護素子が設けられたことを特徴とする遮断器。
漏電発生時の変流器の出力電流によって形成される電気回路の抵抗値が、雷サージ発生時の変流器の出力電流によって形成される電気回路の抵抗値より大とされたことを特徴とする請求項１記載の遮断器。
電源線に流れる電流を検出する変流器と、前記変流器の出力電流から漏電検出電圧を生成する漏電電流検出回路部と、漏電検出電圧に基づいて漏電を検出する漏電検出部と、前記変流器の出力電流から雷サージ検出電圧を生成する雷サージ電流検出回路部と、雷サージ検出電圧に基づいて雷サージを検出する雷サージ検出部と、前記電源線を遮断するブレーカと、漏電あるいは雷サージを検出したときに前記ブレーカを動作させる制御部とを備え、前記雷サージ電流検出回路部は、漏電が発生したときの前記変流器の出力電流の導通を阻止し、雷サージが発生したときの前記変流器の出力電流の導通を許容する導通制限素子を有し、前記漏電電流検出回路部は、雷サージが発生したときの前記変流器の出力電流を短絡させる保護素子を有することを特徴とする遮断器。
漏電電流検出回路部と雷サージ電流検出回路部とは並列に接続され、前記漏電電流検出回路部は、直列に接続された第１抵抗および第２抵抗と、該第２抵抗と並列に接続された保護素子とからなり、前記雷サージ電流検出回路部は、直列に接続された導通制限素子と第３抵抗とからなり、前記第１抵抗と第２抵抗の直列接続体の抵抗値は、前記第１抵抗と前記第３抵抗とによって形成される並列接続体の抵抗値より大とされたことを特徴とする請求項３記載の遮断器。
第１抵抗の抵抗値は前記第３抵抗の抵抗値より大とされたことを特徴とする請求項４記載の遮断器。
過負荷あるいは短絡を検出する異常検出部が設けられ、制御部は、過負荷、短絡、漏電を検出したとき、ブレーカを動作させたままの状態に保持し、雷サージあるいはその他の原因を検出したとき、ブレーカを動作させた後に復帰させ、その他の原因を連続して検出したとき、ブレーカを動作させたままの状態に保持することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の遮断器。
制御部は、ブレーカが動作したときの発生原因と回数を記憶し、これらを報知することを特徴とする請求項６記載の遮断器。
制御部は、ブレーカが動作したときの発生原因として、過負荷あるいは短絡、漏電、雷サージ、その他の順に優先度を決め、発生原因を２つ以上検出したとき、優先度の高い発生原因を記憶することを特徴とする請求項７記載の遮断器。