JP4353199B2

JP4353199B2 - 回路遮断器

Info

Publication number: JP4353199B2
Application number: JP2006095037A
Authority: JP
Inventors: 康浩杉本; 敏光野村
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-03-30
Filing date: 2006-03-30
Publication date: 2009-10-28
Anticipated expiration: 2026-03-30
Also published as: EP1841033A1; CN101047081A; EP1841033B1; JP2007273159A; DE602006017032D1; CN101047081B

Description

この発明は、配線用遮断器や漏電遮断器などの回路遮断器に関し、詳しくは該回路遮断器の定格電流の設定方法の改良に関するものである。

回路遮断器には、この回路遮断器に具備された操作ハンドルを操作することにより電路を開閉する機能、すなわち、スイッチ機能だけではなく、過電流が流れることによる電線や負荷機器の焼損を未然に防止するために電路を遮断するという大きな役目を担っている。この過電流の検出にあたっては、大別すると、熱動式、電磁式、電子式の各方式に分類されることは周知の通りであるが、このうち電子式においては、該回路遮断器に搭載した変流器によって得られる信号を、やはり内蔵するＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ、中央処理装置）にて演算処理し、この大きさが、ＣＰＵに記憶された、例えば、長限時・短限時・瞬時からなる時限回路にて設定された動作時限特性に到達した場合、該回路遮断器を引き外すようにしている。前述した熱動式あるいは電磁式にも、動作時限特性は当然ながら備えられているものの、変流器およびＣＰＵを採用しているが故に、該回路遮断器に具備された設定スイッチを操作すれば、この動作時限特性が使用者において可変できる、ということが、この電子式の最大のメリットとなっている。したがって、きめ細かい電流管理、具体的には、上位回路遮断器や上位ヒューズとの、あるいは下位回路遮断器や負荷機器（例えば電動機の始動電流）との協調を得るうえで威力を発揮している。

変流器およびＣＰＵを採用していることでのもう一つのメリットは、該回路遮断器の定格電流も容易に可変できることにある。一般に回路遮断器は、その回路遮断器が通電し得る最大値をＡＦ（アンペアフレーム）とし、このＡＦのなかで、各定格電流が決められている（例：２２５ＡＦの場合、定格電流は１２５Ａ・１５０Ａ・１７５Ａ・２００Ａ・２２５Ａ）。これら各定格電流が、１台の回路遮断器で使用者によって選定できることで、例えば、負荷の増加に伴い、定格電流を格上げしたいとき、回路遮断器の交換には至らず、該回路遮断器に具備された定格電流設定スイッチを操作するのみで済む場合があり、使い勝手の点で、また、メーカ側としては、在庫量の削減に繋がるなど、電子式による回路遮断器の効果は計り知れない。なお、この定格電流設定スイッチは、該スイッチの各設定ポジションが、各定格電流を表すことになるが、本明細書においては、このタイプの設定スイッチを、以降「ステップ調整式」と呼ぶこととする（例えば、特許文献１参照）。

ところで、前述した動作時限特性の設定値は、定格電流の倍率で可変設定させている場合が多く、必然的に、この動作時限特性は、定格電流の設定に追従することになる。したがって、隣り合った定格電流値の差分（前述した例では２５Ａ）が比較的大きいことから、得ようとする動作時限特性の、いわゆるメッシュが粗くなることは避けられず、例えば、上位と下位の特性曲線の間に、該回路遮断器の特性曲線を収めることは、場合によっては困難であった。そこで、定格電流設定スイッチをボリュームとし、このボリュームを回動させることで、抵抗値を変え、これによる電圧変動を定格電流の設定変更としてＣＰＵに認識させる方法が知られている。この方法によれば、例えば、１６２Ａ定格（２２５Ａ×７２％）の回路遮断器を実現させることができ、各機器間での協調がさらに得やすくなっている。なお、本明細書においては、このタイプの設定スイッチを、以降「連続調整式」と呼ぶこととする（例えば、特許文献２参照）。

特開平７−２１１２１７号公報（第３頁左欄第８行〜第１４行、第２図）特開平５−１７４６９５号公報（第３頁右欄第４行〜第１３行、第１〜２図）

これまでの説明で明らかなように、従来の電子式の回路遮断器は、ステップ調整式と連続調整式とに分かれていたので、使用者側が、その電路の事情に応じて、適宜、使い分けしていたのが実情であった。したがって、ステップ調整式から連続調整式へ（あるいはその逆）変更が生じた場合、回路遮断器そのものを交換せねばならず、これまで述べた電子式の回路遮断器の効果が活かしきれていない、という側面は否定できなかった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ステップ調整式と連続調整式の定格電流設定スイッチを混載させた、電子式の回路遮断器を得ることを目的とするものである。

この発明に係る回路遮断器においては、電路に流れる負荷電流を検出、およびアナログ／ディジタル変換してディジタル信号にする電流検出変換手段と、上記電流検出変換手段により検出・変換された電流値から電流実効値を演算する電流実効値演算手段と、該回路遮断器の定格電流に対応し、上記負荷電流の大きさに応じた複数の動作時限特性を記憶保持する時限回路と、上記定格電流および動作時限特性が設定できる定格電流設定手段および動作時限特性設定手段と、上記負荷電流が上記動作時限特性のいずれかの動作レベルにある状態が所定の時間継続したとき、該回路遮断器を遮断動作させる信号を出力する遮断動作出力手段とを備え、上記定格電流設定手段は第１の定格電流設定手段および第２の定格電流設定手段よりなり、上記第１の定格電流設定手段によって、該回路遮断器の定格電流が最大値に設定されているときのみ、上記第２の定格電流設定手段によって設定された設定値に上記時限回路が対応するように構成したものである。

この発明は以上説明したように、使用者にとって、使い勝手が益々高まる、また、メーカ側にとっては、製品の標準化に一層貢献できる、電子式の回路遮断器を提供することができる。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における回路遮断器の正面図であり、（ａ）は全体を、（ｂ）は特性設定部の拡大図を、それぞれ示す。また、図２は、図１における回路遮断器のブロック回路図、図３は、図２のうち、特性設定部の一部の詳細回路図である。

図１（ａ）において、図示しない変圧器などの電源に接続されている電路２、および同じく図示しないモーターなどの負荷に接続されている電路３は、それぞれ絶縁性の筐体を有する電子式の回路遮断器（以下、回路遮断器と称す）１に具備された電源側端子１１および負荷側端子１２に接続されている。この電源から負荷へ、つまり電路２から電路３へ流れる電流（以下、負荷電流と称す）およびその負荷電流の通電時間が、特性設定部１０１で設定された所定の基準値に達した場合、電路接点１３（図２参照）を開放させ、負荷電流を断つことで、電路２および３で使用される電線などの焼損を未然に防いでいる。具体的に、この実施の形態１では、図１（ｂ）に示すように、４００ＡＦにおいて、この定格電流をステップ調整式となる第１の定格電流設定手段１０１ａより、４００Ａに設定していることから、負荷電流が定格電流に対し、
ａ．２倍（よって、８００Ａ）では長限時動作時間設定つまみ１０１ｃより１５０秒
後に、
ｂ．（短限時電流設定つまみ１０１ｄより）１０倍（よって４０００Ａ）では短限時
動作時間設定つまみ１０１ｅより０．３秒後に、
ｃ．（瞬時引き外し電流設定つまみ１０１ｆより）１６倍（よって６４００Ａ）では
０．０３秒後に
それぞれ回路遮断器１はトリップされることになる。なお、これら各つまみ１０１ｃ、１０１ｄ、１０１ｅおよび１０１ｆが動作時限特性設定手段を構成しているとともに、１０１ｂは連続調整式となる第２の定格電流設定手段、１０１ｇは負荷電流の上昇傾向を定格電流以下（７０〜１００％）で監視および警報を出力させるプレアラーム電流設定つまみである。また、１４は手動によって電路接点１３を投入および開放させる周知の操作ハンドル、１５は前述したトリップを模擬的に起こさせ、図示しない回路遮断器１に内蔵された警報接点の切り換わりを確認（いわゆるシーケンスチェック）するための、やはり周知のトリップボタンである。

次に、トリップに至る過程を図２に基づき説明する。回路遮断器１には、電源側端子１１と負荷側端子１２を繋ぐ電力線１６が、この電力線１６を流れる負荷電流を入り切りする電路接点１３を介して、各相毎に設けられている（この場合は３組）とともに、この電力線１６に流れる負荷電流を検出するための変流器１７が、各電力線を挿通させるよう、やはり各相に設けられている。この変流器１７で得られた信号は、整流回路１０２を介して、各相の電流に対応した信号から最大相を検出し後述するＣＰＵ１０３に出力する相選択サンプリング回路１０４に送られる。一方、この信号は、瞬時回路１０５にも送られ、各相の最大瞬時値が瞬時引き外し電流設定つまみ１０１ｆで設定された所定の基準値を超えたとき、トリガー回路１０６を駆動させ、トリップコイル１８が励磁することで、回路遮断器１はトリップする。

相選択サンプリング回路１０４からの信号は、Ａ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ／Ｄｉｇｉｔａｌ）変換部１０３ａにてＡ／Ｄ変換されたのち、時限回路となる記憶部１０３ｂに記憶された長限時および短限時の引き外し基準値、あるいは事前警報部１０３ｃに記憶されたプレアラーム基準値に基づいて、電流実効値演算手段となる演算部１０３ｄにて演算される。その演算結果が、所定の基準値を超えたとき、長限時部１０３ｅ（あるいは短限時部１０３ｆ）からトリガー回路１０６を駆動させる信号を、もしくは事前警報部１０３ｃから、図示しない警報出力部を駆動させる信号を、それぞれ出力させ、回路遮断器１をトリップ（もしくは警報）させている。ここで、「各基準値」が特性設定部１０１で設定されていることは、前述した通りである。また、Ａ／Ｄ変換部１０３ａ、記憶部１０３ｂ、事前警報部１０３ｃ、演算部１０３ｄ、長限時部１０３ｅおよび短限時部１０３ｆはＣＰＵ１０３に組込まれていること、およびこのＣＰＵ１０３の動作源が、整流回路１０２を介して構成された定電圧回路１０７から得ていることは周知の通りである。なお、請求項で述べている「電流検出変換手段」は、相選択サンプリング回路１０４とＡ／Ｄ変換部１０３ａで、「遮断動作出力手段」は、長限時部１０３ｅ、短限時部１０３ｆ、瞬時回路１０５およびトリガー回路１０６で、それぞれ構成されている。

続いて、第１および第２の定格電流設定手段１０１ａ、１０１ｂによる記憶部１０３ｂに対する設定が、この発明の要部であるため、以下に詳しく説明する。図３に示すように、第１および第２の定格電流設定手段１０１ａ、１０１ｂは、ともに、可変抵抗１０１ａ１、１０１ｂ１、この可変抵抗１０１ａ１、１０１ｂ１に一端が接続され、他端が基準電圧Ｖｒに接続された固定抵抗１０１ａ２、１０１ｂ２、同様に一端が可変抵抗１０１ａ１、１０１ｂ１に接続され、他端が接地されている固定抵抗１０１ａ３、１０１ｂ３、および図示しないつまみで構成されており、このつまみを回動することで、可変抵抗１０１ａ１、１０１ｂ１の抵抗値、然るに、この可変抵抗１０１ａ１、１０１ｂ１と固定抵抗１０１ａ３、１０１ｂ３の接続点の電位（Ｖ１１、Ｖ１２）が変化する。この電位の変化が、記憶部１０３ｂに定格電流値として入力され、この定格電流を基に前述した動作時限特性設定手段の各設定値によって、回路遮断器１の動作時限特性が決定される。

記憶部１０３ｂでは、入力された接続点の電位（Ｖ１１、Ｖ１２）のうち、まずはＶ１１に基づき、定格電流値を記憶していくが、このとき、この定格電流値が最大値（この実施の形態１では４００Ａ）と一旦記憶した場合に限り、Ｖ１２に基づいて定格電流値を最終的に記憶するように形成させている。つまり、第１の定格電流設定手段１０１ａが３００Ａに設定されていた場合は、仮に第２の定格電流設定手段１０１ｂを０．８に設定させようとも、定格電流値をあくまで３００Ａと記憶する。一方、第１の定格電流設定手段１０１ａを４００Ａ、第２の定格電流設定手段１０１ｂを０．８と、それぞれ設定した場合は、定格電流値は３２０Ａ（＝４００×０．８）と記憶する。このように、第１および第２の定格電流設定手段１０１ａ、１０１ｂを、特性設定部１０１内に混載させ、第１の定格電流設定手段１０１ａを最大値に設定したときに限り、第２の定格電流設定手段１０１ｂによる電位の変化に有効性を持たせので、１台の回路遮断器にて「ステップ調整式」および「連続調整式」による定格電流の設定が可能となり、電路の負荷状況の変化に柔軟に対応、すなわち、交換の必要が軽減される電子式の回路遮断器を提供することが可能である。

なお、第１の定格電流設定手段１０１ａは、前述したように、「ステップ調整式」であるが故に、電位Ｖ１１の変化を、あるバンド幅で区切り、そのバンド幅において任意の定格電流値としているが、これは、背景技術の項で述べた「スイッチの各設定ポジションが、各定格電流を表す（特許文献１）」が、特許文献２において、「（このスイッチは）信号線が増大し、組立性が悪い」と指摘していることに起因している。ただし、現在、このタイプのスイッチは、いわゆるコードタイプ（０００：１２５Ａ、００１：１５０Ａ、・・・、というように、例えば、４本の配線で８ポジションが設定可能）が広く普及しており、組立性が必ずしも劣る、とは言い切れない。したがって、第１の定格電流設定手段１０１ａは、図３で示した可変抵抗を中心に構成する必然性はなく、前述したコードタイプを用い、このコードタイプの接点の入り切りによる、信号線の「Ｌ」「Ｈ」で定格電流値を記憶するようにしてもよい。

実施の形態２．
実施の形態１では、例えば、使用者が「ステップ調整式」を好み、かつ、最大値に設定したいとき、第２の定格電流設定手段１０１ｂも正しく最大値（１．０）に設定させたつもりであっても、例えば、つまみのわずかな回動によって、定格電流値を記憶部１０３ｂが誤って認識してしまう（例：４００Ａ×０．９８＝３９２Ａ）可能性が考えられる。この点を改善したものを実施の形態２として説明する。なお、図４はこの発明の実施の形態２における、Ｖ１２の入出力特性を示すグラフ、図５は図４の入出力特性を具現化するための回路図である。

図４に示すように、Ｖ１２は、可変抵抗１０１ｂ１の抵抗値の増加に伴い、上昇をこの可変抵抗１０１ｂ１の最大抵抗値まで続けるが、図中、一点鎖線で示すように、実施の形態１では、この最大抵抗値までリニアに上昇していることが、前述した定格電流の最大値設定（４００Ａ）を困難にしていることに繋がっている。そこで、実線で示すように、最大抵抗値近辺では、この入出力特性を飽和させ、任意の抵抗値以上では、Ｖ１２を一定とした。こうすることで、第２の定格電流設定手段１０１ｂのつまみが最大値近辺において多少ずれたとしても、常に記憶部１０３ｂは最大値と認識するので、使用者は回路遮断器１の定格電流の最大値設定を容易に行うことが可能となる。なお、入出力特性に飽和領域を持たせることで、この入出力特性のリニア部分については、実施の形態１に対し、例えば、記憶部１０３ｂで補正（図中α）が必要となることは言うまでもない。

前述した飽和領域は、例えば、図５に示すように、第２の定格電流設定手段１０１ｂと記憶部１０３ｂの間に、Ｖｌｉｍｉｔおよびオン電圧Ｖｆを持つダイオード１０８ａで構成されるリミッタ回路１０８を設けることで実現できる。つまり、リニアから飽和への屈曲点がＶｆ相当、およびＶｌｉｍｉｔ−Ｖｆを定格電流の最大値相当のＶ１２になるように各定数を設定しておけば、リニア領域ではリミッタ回路１０８はダイオード１０８ａがオンしないので働かず、可変抵抗１０１ｂ１の抵抗値がそのままＶ１２として記憶部１０３ｂで認識され、飽和領域ではダイオード１０８ａがオンすることで、可変抵抗１０１ｂ１の抵抗値の増加に関係なく、記憶部１０３ｂはＶ１２を一定電圧（Ｖｌｉｍｉｔ−Ｖｆ）として認識する。なお、リニアから飽和への屈曲が実現できるのであれば、ダイオード以外の素子、例えば、ツェナーダイオードであっても、発明の範囲を逸脱したことにはならない。また、この実現は、前述した補正ともども、ＣＰＵ１０３内における、いわゆるソフトフェア処理によって行われるように構成してもよい。

この発明の実施の形態１における回路遮断器の正面図であり、（ａ）は全体を、（ｂ）は特性設定部の拡大図を、それぞれ示す。図１における回路遮断器のブロック回路図である。図２のうち、特性設定部の一部の詳細回路図である。この発明の実施の形態２における、Ｖ１２の入出力特性を示すグラフである。図４の入出力特性を具現化するための回路図である。

符号の説明

１回路遮断器、２・３電路、１０１特性設定部、
１０１ａ第１の定格電流設定手段、１０１ｂ第２の定格電流設定手段、
１０１ｃ長限時動作時間設定つまみ、１０１ｄ短限時電流設定つまみ、
１０１ｅ短限時動作時間設定つまみ、１０１ｆ瞬時引き外し電流設定つまみ、
１０３ＣＰＵ、１０３ａＡ／Ｄ変換部、１０３ｂ記憶部、１０３ｄ演算部、
１０３ｅ長限時部、１０３ｆ短限時部、１０４相選択サンプリング回路、
１０５瞬時回路、１０６トリガー回路。

Claims

電路に流れる負荷電流を検出、およびアナログ／ディジタル変換してディジタル信号にする電流検出変換手段と、上記電流検出変換手段により検出・変換された電流値から電流実効値を演算する電流実効値演算手段と、該回路遮断器の定格電流に対応し、上記負荷電流の大きさに応じた複数の動作時限特性を記憶保持する時限回路と、上記定格電流および動作時限特性が設定できる定格電流設定手段および動作時限特性設定手段と、上記負荷電流が上記動作時限特性のいずれかの動作レベルにある状態が所定の時間継続したとき、該回路遮断器を遮断動作させる信号を出力する遮断動作出力手段とを備えた回路遮断器において、
上記定格電流設定手段は第１の定格電流設定手段および第２の定格電流設定手段よりなり、上記第１の定格電流設定手段によって、該回路遮断器の定格電流が最大値に設定されているときのみ、上記第２の定格電流設定手段によって設定された設定値に上記時限回路が対応することを特徴とする回路遮断器。
上記第２の定格電流設定手段によって設定された設定値が最大値近辺のとき、上記時限回路に該回路遮断器の定格電流が最大値であると認識させる機能を持たせたことを特徴とする請求項１に記載の回路遮断器。
上記機能が、上記電流実効値演算手段や時限回路などを構成するＣＰＵの外部に配設された電子部品によって得られていることを特徴とする請求項２に記載の回路遮断器。
上記機能が、上記電流実効値演算手段や時限回路などを構成するＣＰＵに内蔵されていることを特徴とする請求項２に記載の回路遮断器。