JP4457379B2 - 電子ブレーカ - Google Patents

Description

本発明は、定格電力に応じた最適な電力供給を行う電子ブレーカに関する。

従来より、負荷への過電流を検出して遮断するブレーカが用いられている。特許文献１には、三相交流電源に適用されるブレーカが開示されている。特許文献１に開示されたブレーカは、負荷への通電電流をバイメタルなどの熱動素子で検知し、過電流が発生したときにバイメタルの応動によって電源供給を遮断する構成とされている。

ところで、電力会社と電力供給契約を行う場合、設置機器の定格容量の総計に応じた設備契約（回路契約）と、主ブレーカの容量に応じたブレーカ契約とがある。例えば、設置機器の定格電力の総計が４０ＫＷの場合は、４０ＫＷの設備契約が行われる。また、主ブレーカの定格電力が１０ＫＷの場合は、１０ＫＷのブレーカ契約が行われる。これにより、設備契約またはブレーカ契約で交わされた容量に応じた基本料金が課金されると共に、消費電力に応じた従量課金が行われる。

ここで、多数の電気設備を備えた工場などでは、全ての電気設備を一斉に稼働させることは少なく、同時に稼働される電気設備は全体の一部にすぎないことが多い。しかし、前記した設備契約では、実際に使用する電力が設備契約で定まる電力よりも少ないにも拘わらず、設備契約の基本料金が課金される。そこで、実使用電力に即した定格容量の主ブレーカを設置し、設備契約からブレーカ契約に切り換えて基本料金を抑える省コスト対策が講じられることが多い。
特開平０７−３３５１１２号公報

ところが、従来のブレーカは、前触れなく突然通電遮断されることから、電気設備によっては通電遮断によって支障が生じることもあり、主ブレーカの定格容量に余裕を持たせる必要があった。また、従来のブレーカは、通電が遮断される毎に再通電操作を行わなければならず、その上、通電が遮断されるとバイメタルに熱が蓄積され、再通電すると短時間に再度遮断される不具合があった。このため、通電の遮断が頻繁に繰り返されることとなり、主ブレーカの定格容量に余裕を持たせざるを得なかった。

更に、前記したように、従来のブレーカは定格電流を超える過電流に対してバイメタルなどの熱動素子を作動させ、規定時間内に通電遮断を行う構成が採られている。このため、バイメタルなどの熱動素子が周囲温度などの影響を受けることとなり、ブレーカによって通電が遮断される電力が安定しない問題があった。則ち、実使用電力に即して主ブレーカの定格容量を低減すると、電気設備の同一使用状態であっても、通電が遮断される場合と遮断されない場合とが生じて、安定した電力供給を行うことができなかった。
このため、安定した電力供給を行うために主ブレーカの定格容量を実使用電力に応じた値まで低減することができず、省コスト化を阻む要因となり改善が望まれていた。

本発明は、前記事情に鑑みて提案されるもので、規格に則った通電遮断性能を確保しつつ、定格容量に応じた最大限の電力を安定して供給可能な電子ブレーカを提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本発明者らは以下に述べる技術的手段を講じた。
則ち、請求項１に記載の発明は、負荷への通電電流から動作エネルギーを受けて過電流保護を行うブレーカに、負荷への通電電流を検知する電流検知回路と、負荷への通電を遮断する遮断回路と、電流検知回路の検知信号に応じて遮断回路を制御する制御回路とを付加して形成される電子ブレーカであって、制御回路は、定格電流を超える電流領域に設定された少なくとも１以上の過負荷判別閾値と、当該過負荷判別閾値毎に設定された過負荷判別時間とを対応させて格納したデータテーブルを備え、当該データテーブルを参照しつつ、負荷への通電電流値が過負荷判別閾値以上となる時間を過負荷判別閾値毎に個別に計測する構成とされ、制御回路は、いずれかの過負荷判別閾値に係る時間計測値が当該過負荷判別閾値に設定された過負荷判別時間に至ったときは、過負荷と判別して遮断回路を制御して負荷への通電を遮断する構成とされている。

ここで、遮断器（ブレーカ）は、交流６００Ｖ以下、直流２５０Ｖ以下の電路保護を目的とした装置であり、過電流値と作動時間との関係はＪＩＳ規格（JIS C 8370）の作動時間表として規定されている。表１にブレーカの作動時間表（JIS C 8370）を示す。

表１から分かるように、ＪＩＳ規格では、ブレーカの定格電流の125%および200%の電流を通電し、規定時間以内に通電遮断動作を行うことが規定されている。
従って、ＪＩＳ規格を満足するためには、例えば、定格電流５０Ａのブレーカにおいては、定格電流の125% (62.5A)の電流を通電したときに６０分以内で通電を遮断し、定格電流の200% (100A) の電流を通電したときに４分以内で通電を遮断する必要がある。

言い換えれば、ブレーカの定格電流が５０Ａの場合、６２．５Ａ（定格電流の125%) の電流を通電しても、通電時間が６０分以内であれば安全性は確保される。また、１００Ａ（定格電流の200%) の電流を通電しても、通電時間が４分以内であれば安全性は確保されることとなる。但し、定格電流以上の電流を通電する場合は、通電電流値に応じた配線を敷設する必要がある。

本発明によれば、制御回路は、定格電流を超える電流領域に設定された少なくとも１以上の過負荷判別閾値と、過負荷判別閾値毎に設定された過負荷判別時間とを対応させて格納したデータテーブルを備えている。則ち、例えば、定格電流を超える領域に定格電流の１２５％の過負荷判別閾値と定格電流の２００％の過負荷判別閾値とを設定し、１２５％の過負荷判別閾値に対する過負荷判別時間を５５分に設定すると共に、２００％の過負荷判別閾値に対する過負荷判別時間を２分に設定したデータテーブルを設けることができる。

上記データテーブルを設けることにより、制御回路は、通電中において負荷への通電電流が定格電流の１２５％の過負荷判別閾値以上となる時間を計測すると共に、定格電流の２００％の過負荷判別閾値以上となる時間を計測する。そして、１２５％の過負荷判別閾値以上となる時間が過負荷判別時間である５５分に至った場合、または、２００％の過負荷判別閾値以上となる時間が過負荷判別時間である２分に至った場合のいずれかの状態に至ると過負荷と判別して通電を遮断することが可能となる。これにより、ＪＩＳ規格に定められた作動時間を充分に満足しつつ、規格の最大限に近い電力供給を安定して行うことが可能となる。

ここで、従来のバイメタルなどの熱動素子を用いて通電遮断を行うブレーカでは、機械的形状誤差や周囲温度変動による作動時間のばらつきが発生するため、作動時間の最大値をＪＩＳ規格に適合させるには、平均作動時間を低く設計する必要がある。このため、規格の最大限に近い電力供給を行うことは困難であり、更に、通電遮断特性のばらつきを補正するために、ブレーカ毎に調整作業を要する。

しかし、本発明によれば、制御回路によって、負荷への通電電流が過負荷判別閾値以上となる時間を過負荷判別閾値毎に精確に計測する。これにより、作動時間のばらつきが生じることがなく、しかも、調整作業を要することなく規格の最大限に近い電力供給を安定して行うことができ、通電の遮断の発生頻度を低減することが可能となる。

また、本発明によれば、制御回路によって遮断回路を制御する通電遮断に加えて、負荷への通電電流から動作エネルギーを受けて過電流保護を行う従来のブレーカ機能を備えている。従って、仮に本発明の電子ブレーカに不具合が生じた場合でも、従来のブレーカ機能によって過電流保護を行うことが可能となり、安全性を向上させることが可能となる。

本発明において、過負荷判別閾値および過負荷判別時間は、前記したＪＩＳ規格を満足する範囲内で適宜に設定することが可能である。また、ＪＩＳ規格の範囲内において、過負荷判別閾値および過負荷判別時間を自主的に設定することにより、安全性を一層向上させることが可能である。

本発明において、内部に避雷器を設けた構成を採ることができる。この構成によれば、直接雷などによるサージ電圧が負荷側へ印加されることを回避することができ、安全性、耐久性を向上させることが可能となる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電子ブレーカにおいて、制御回路は、過負荷判別閾値に係る時間計測値の積算値が、当該過負荷判別閾値に設定された過負荷判別時間に至ったときに過負荷と判別する構成とされている。

前記したように、ＪＩＳ規格では、規定の負荷電流を継続して通電した場合に規定時間内に通電遮断が行われるように規制している。しかし、実際の通電中は、負荷電流が上下に変動するため、通電電流値がいずれかの過負荷判別閾値以上となる状態は継続して発生せず、断続した状態で発生し易い。

ここで、通電電流値が過負荷判別閾値以上となる時間が継続して当該過負荷判別閾値に設定された過負荷判別時間に至ったときに過負荷と判別する制御を行うことも可能である。しかし、このような制御を行うと過負荷判別時間に至る直前に通電電流値が一旦過負荷判別閾値未満に低下し、再び増大することがある。通電電流がこのような変動を生じると、前記した検知では、過負荷を判別すべき状態に極めて近接しているにも拘わらず、過負荷が判別されないまま更に通電が継続されることとなり安全上好ましくない。

本発明によれば、通電電流値が過負荷判別閾値以上となる状態が断続して発生する場合でも、当該過負荷判別閾値以上となる時間計測値の積算値を過負荷判別時間と比較して過負荷の判別を行う。これにより、過負荷の発生を的確に判別して通電の遮断を行うことが可能となる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の電子ブレーカにおいて、制御回路は、警報信号を生成して外部へ出力する構成とされ、いずれかの過負荷判別閾値に係る時間計測値が、当該過負荷判別閾値に設定された過負荷判別時間内に設けられる警報開始時刻に至った後は、継続して外部へ警報信号を出力する構成とされている。

本発明によれば、警報開始時刻は過負荷判別時間内に定められるので、通電が遮断される前から警報信号の出力が開始される。従って、例えば、別置された警報装置を本発明の電子ブレーカへ接続すれば、通電が遮断される前から警報報知を行うことができ、警報報知に応じて通電が遮断される前に一部の負荷の駆動を手動で停止して通電の遮断を回避することができる。これにより、何の前触れもなく突然通電が遮断されることがなく、継続して駆動を要する負荷へ安定した電力供給を行うことが可能となる。

本発明において、警報開始時刻は過負荷判別時間内において適宜に設定することができる。則ち、警報開始時刻から過負荷判別時間が経過し終えるまで警報信号が継続して出力されるので、警報報知が開始されてから一部の負荷の駆動を停止するのに要する時間を考慮して、警報開始時刻を適宜に設定することが可能である。

また、本発明において、警報開始時刻から過負荷判別時間が経過し終えるまでの途中で警報信号を変化させる構成を採ることができる。この構成によれば、別置された警報装置によって報知音を変化させることができる。例えば、警報開始初期は周期の長い警報信号を出力し、通電の遮断直前には周期の短い警報信号を出力する構成とすれば、警報装置による鳴動音の変化によって通電の遮断が近づいていることを予知でき、通電の遮断を効果的に回避することが可能となる。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電子ブレーカにおいて、制御回路は、通電電流値が定格電流値未満に低下したときは、全ての過負荷判別閾値に係る時間計測値をリセットすると共に、警報信号の出力を停止する構成とされている。

ここで、通電電流値が定格電流値未満に低下すると過負荷状態は解消されている。従って、過負荷の判別は、再び通電電流値が定格電流値以上になった時点から開始すべきである。
本発明によれば、通電電流値が定格電流値未満に低下したときは、全ての過負荷判別閾値に係る時間計測値がリセットされ、当該時点から新たに過負荷の判別を開始することが可能となる。また、過負荷状態が解消された時点で、警報信号の出力が停止されるので、警報報知の停止に応じて負荷の駆動停止が不要であることを直ちに知ることが可能となる。

請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電子ブレーカにおいて、制御回路は、過負荷を判別して遮断回路によって負荷への通電を遮断したときは、手動による再通電操作に際して、所定の待機時間だけ遮断回路による遮断の解除を待機する構成とされている。

電子ブレーカを介して電力が供給される負荷には種々のものがある。例えば、エアーコンディショナー（以下、エアコンと記載）や製造ラインに使用される電動機、溶接機などの種々の電気機器が負荷として接続される。ところで、エアコンなどのコンプレッサを備えた電気機器では、通電を停止した後に直ちに再通電を行うと、液相状態の熱媒体がコンプレッサで圧縮される所謂液圧縮が生じてコンプレッサに加わる機械負荷が著しく増大する。このような液圧縮に伴う問題は、通電を停止して所定時間が経過した後に再通電することにより回避することができる。

本発明によれば、通電が遮断されたときに、直ちに手動による再通電操作を行っても、待機時間が経過するまでは負荷への通電が再開されない。これにより、エアコンなどで発生する故障を回避することが可能となる。

請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電子ブレーカにおいて、制御回路は、少なくとも一部の負荷の駆動を停止させる停止信号を外部へ出力する構成とされ、いずれかの過負荷判別閾値に係る時間計測値が当該過負荷判別閾値に設定された過負荷判別時間内に定められる遮断回避時刻に至った後は、所定の停止時間だけ停止信号を外部へ出力して、少なくとも一部の負荷の駆動を停止させる遮断回避制御を行う構成とされている。

本発明によれば、遮断回避時刻は過負荷判別時間内に定められるので、遮断回避制御によって通電が遮断される前から停止信号が出力される。従って、例えば、制御回路から出力される停止信号を一部の負荷に伝送することにより、通電が遮断される前に一部の負荷の駆動を自動的に強制停止させて通電電流を定格電流値未満に低減させることができる。これにより、通電の遮断の発生を自動的に回避して必要な負荷への電力供給を安定して継続することが可能となる。

本発明において、例えば、負荷として製造ラインに用いられる製造機器やエアコンなどが接続される場合、停止信号によって強制停止させる負荷としてはエアコンなどを選択するのが良い。エアコンは一時的に運転を停止させても支障が生じ難い。従って、過負荷が判別される前にエアコンの通電を強制停止させることにより、通電電流を低減させて他の製造機器への通電を継続させることができ、自動的に通電の遮断を回避することが可能となる。

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の電子ブレーカにおいて、制御回路は、遮断回避制御によって通電電流が定格電流値未満に低下したときは停止信号の出力を解除する一方、遮断回避制御によっても通電電流が定格電流値未満に低下しないときは、繰り返し停止信号を出力して一部の負荷の駆動を停止時間だけ繰り返して停止させる構成とされている。

本発明は、請求項６に記載の電子ブレーカにおいて、一部の負荷の駆動を停止した後の制御を規定したものである。請求項６に記載した遮断回避制御の結果、通電電流値が定格電流値未満に低下することもあれば、通電電流値が定格電流値以上のまま継続する場合もある。

本発明によれば、遮断回避制御によって通電電流が定格電流未満に低下したときは、停止信号の出力を解除する。これにより、駆動が停止されていたエアコンなどを自動的に再駆動することができ、通電の遮断を自動的に回避しつつ負荷への通電を安定して継続することが可能となる。また、停止信号は停止時間だけ継続されるので、停止時間を適宜に設定することにより、前記したエアコンなどで生じ易い液圧縮などの問題を未然に防止することが可能となる。

また、本発明によれば、遮断回避制御によっても通電電流が定格電流未満に低下しないときは、繰り返し停止信号を出力して一部の負荷の駆動を停止時間だけ繰り返して停止させる。これにより、一部の負荷の駆動を継続停止しつつ通電の遮断の発生を抑制することが可能となる。

請求項８に記載の発明は、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の電子ブレーカにおいて、制御回路は、過負荷判別閾値毎の過負荷の判別時刻または判別回数または少なくとも最新の過負荷判別時近傍における各相の通電電流値のうちのいずれかを記憶可能な構成とされている。

本発明によれば、制御回路に記憶された過負荷判別閾値毎の過負荷の判別時刻や判別回数のデータ、あるいは、最新の過負荷判別時近傍における各相の通電電流値のデータを、別置された上位制御装置に転送して解析することにより、負荷への通電状態を把握することができる。これにより、例えば、遮断回避制御において停止信号によって停止すべき負荷の選定や、負荷が集中する時間帯を把握して効率的な負荷の分散を行うことができ、通電の遮断を回避した電力供給計画を策定することが可能となる。

請求項９に記載の発明は、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の電子ブレーカにおいて、制御回路は、力率補正信号を生成して外部へ出力する構成とされ、定格電流値に対する負荷率が所定の補正開始値以上に至ったときに力率補正信号の出力を開始し、負荷率が補正開始値よりも低い補正終了値以下に低下したときに出力を停止する構成とされている。

ここで、電子ブレーカを介して接続される負荷は、電熱器や白熱電灯などの純抵抗負荷に近いものもあれば、電動機や溶接機などの誘導性負荷のものもある。このような誘導性負荷が接続されると、無効電流が生じて力率が低下し無駄な電力消費が増大する。このため、力率補正手段を設けて力率の改善を行うのが一般的である。

ところが、例えば、固定容量の進相コンデンサを負荷として接続する力率補正装置を採用する場合、定格電流値に対する負荷率が所定値よりも低いときに進相コンデンサを接続すると、力率の過剰補正となって逆に皮相電力が増大することがある。

本発明によれば、制御回路は、定格電流値に対する負荷率が所定の補正開始値以上のときに、力率補正信号の出力を開始する。従って、力率補正装置は力率補正信号を受けて進相コンデンサを負荷に接続することにより、電力供給が大きい場合の皮相電流の増大を抑えて通電電流値を低減させることが可能となる。

また、本発明によれば、力率補正信号を出力するときの負荷率と停止するときの負荷率とを異ならせることにより、特定の負荷率において力率補正信号が出力される状態と停止する状態とが頻繁に変動することを効果的に防止している。

請求項１，２に記載の発明によれば、規格に則った通電遮断性能を確保しつつ、定格容量に応じた最大限の電力を安定して供給可能な電子ブレーカを提供できる。
請求項３に記載の発明によれば、通電が遮断される前に警報報知に応じて一部の負荷の駆動を手動停止して通電の遮断を回避することができる電子ブレーカを提供できる。
請求項４に記載の発明によれば、通電電流に則した過負荷判別を行う電子ブレーカを提供できる。
請求項５に記載の発明によれば、遮断直後の再通電を禁止することにより、負荷に生じる負担を軽減し故障の発生を未然に防止することのできる電子ブレーカを提供できる。
請求項６，７に記載の発明によれば、遮断回避制御によって自動的に通電電流を低減することができ、定格容量に応じた最大限の電力供給を行いつつ頻繁な通電の遮断を回避することのできる電子ブレーカを提供できる。
請求項８に記載の発明によれば、記憶データを解析することにより、負荷の集中を回避して安定した電力供給を行う電子ブレーカを提供できる。
請求項９に記載の発明によれば、力率補正を適切に施すことにより、供給電力の低減を図ることのできる電子ブレーカを提供できる。

以下に、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１は本実施形態に係る電子ブレーカ１の側面図、正面図および通電遮断時におけるレバースイッチの作動状態を示す説明図、図２は図１に示す電子ブレーカ１の内部構成を示すブロック図、図３および図４は図２に示す電子ブレーカ１に内蔵される過負荷計測タイマの動作を通電電流に対応させて示す説明図である。また、図５は図２に示す電子ブレーカ１から出力される停止信号の出力タイミングを通電電流に対応させて示す説明図、図６および図７は図２に示す電子ブレーカ１から出力される警報信号の出力タイミングを通電電流に対応させて示す説明図および警報信号の波形を示す説明図、図８は図２に示す電子ブレーカ１の接続例を示す回路図である。

本実施形態の電子ブレーカ１は、図１の様に、本体ケース２の内部および外面に部材を配置して形成されるもので、従来のブレーカのように三相交流電源の過負荷を判別して通電遮断を行う基本機能に加えて、電子的に通電電流を監視して通電遮断を行う機能を追加した装置である。

本体ケース２は、略直方体形の容器であり、本実施形態では難燃性樹脂材やアルミニウムなどを用いて製している。
本体ケース２の上部は、前面側が幅方向全長に渡って切り欠かれて段部２ａが形成され、当該段部２ａに屋外から引き込まれる電源線を接続する３個の電源接続端子１０（１０ａ〜１０ｃ）が幅方向へ並べて配されている。また、本体ケース２の底面２ｂには、負荷へ繋がる負荷側電源線を接続する３個の負荷接続端子１１（１１ａ〜１１ｃ）が下方へ突出させて幅方向へ並べて配されている。

本体ケース２の前面２ｃの中央部には、後述するバイメタル遮断回路２０に設けられるレバースイッチ３が配され、当該レバースイッチ３の左方には後述する電磁遮断回路２３の通電遮断を復旧させる機械式のリセットスイッチ４が配されている。また、レバースイッチ３の下方には、４個の過負荷表示灯５ａ〜５ｄを備えた過負荷表示部５が配されている。また、本体ケース２の左側面２ｄの下方には、信号出力コネクタ６、上位接続コネクタ７および外部電源コネクタ８が上下に並べて配されている。

本実施形態の電子ブレーカ１は、図２の様に、大別して、バイメタル遮断回路２０と避雷回路２１とで形成される従来のブレーカに、負荷への通電電流を検知する電流検知回路２２と、負荷への通電を遮断する電磁遮断回路（遮断回路）２３と、電流検知回路２２の検知信号に応じて電磁遮断回路２３を制御する制御回路３０を付加した構成である。これらのバイメタル遮断回路２０、避雷回路２１、電流検知回路２２および電磁遮断回路２３は、電源接続端子１０と負荷接続端子１１との間を繋ぐ通電路９（９ａ〜９ｃ）上に直列に配されている。

順に説明すると、バイメタル遮断回路２０は、通電路９を流れる電流をバイメタルによって熱エネルギーとして検知することにより、過負荷状態に至ったときに機械的に通電を遮断する動作を行う。バイメタル遮断回路２０は、前記したレバースイッチ３を備えており、図１（ｃ）の様に、レバースイッチ３を上端まで移動させることにより機械的にラッチされて通電状態（ＯＮ）となる。また、過負荷によってバイメタルが作動しラッチが解除されると、図１（ｄ）の様に、レバースイッチ３は、上端から中央部へ移動したトリップ状態となり通電が遮断される。通電を再開する場合は、図１（ｅ）の様に、レバースイッチ３を一旦下端（ＯＦＦ）まで移動させた後に再度上端まで移動させてラッチさせる。
尚、バイメタル遮断回路２０の遮断特性は、制御回路３０による電磁遮断回路２３の遮断特性に比べて大きく設定している。これにより、電磁遮断回路２３による通電の遮断が発生する以前にバイメタル遮断回路２０が作動することを防止している。

避雷回路２１は、内部に放電素子を有し、通電路９に雷などの高圧のサージ電圧が印加されると通電路９を接地側に接続してサージ電流を接地し、サージ電圧の印加が解除されると絶縁を回復保持する機能を有する。これにより、負荷へサージ電圧が印加されて破壊されることを防止する機能を備える。

電流検知回路２２は、３個の変流器２２ａ〜２２ｃを各々通電路９ａ〜９ｃに接続して形成され、各通電路９ａ〜９ｃとの絶縁を維持しつつ各通電路９ａ〜９ｃを流れる電流に応じた検知信号を取り出す回路である。

電磁遮断回路２３は、電磁力によって機械的なラッチを解除して通電を遮断する回路であり、制御回路３０から出力される制御信号によって作動する。この電磁遮断回路２３は、通電遮断状態から通電状態に復旧させる手動押圧式のリセットスイッチ４を備えている。

制御回路３０は、各部の制御を統括するＣＰＵを用いた信号処理部３１を中心に構成される。則ち、制御回路３０は、信号処理部３１に加えて、データテーブル３２、メモリ部３３、過負荷計測タイマ３４、表示駆動部３５、信号出力部３６、シリアル伝送部３７および電源回路３８を備えて構成され、各部を信号処理部３１で統括して制御する構成とされている。

信号処理部３１は、デジタル処理を行うＣＰＵ（中央処理装置）を用いて構成され、メモリ部３３のＲＯＭに格納されたプログラムに従って各部の検知信号を取り込んで必要な信号処理を行うと共に、生成した制御信号を各部に出力する制御処理を行う。

データテーブル３２は不揮発性メモリで構成され、電子ブレーカ１の定格電流を超える電流領域に設定された５個の過負荷判別閾値と、当該過負荷判別閾値毎に設定された過負荷判別時間とを対応させて格納している。また、本実施形態では、各々の過負荷判別時間内に定められる警報開始時刻および遮断回避時刻をも対応させてデータテーブル３２に格納している。本実施形態では、各々の過負荷判別閾値に対応させた過負荷判別時間、警報開始時刻および遮断回避時刻を表２に示す値に設定してデータテーブル３２に格納している。

尚、本実施形態では、表２に示すように、過負荷判別閾値の一つを定格電流値の１９１％に設定している。これは、前記したＪＩＳ規格の検査に際して、電子ブレーカ１の各相毎に２００％の負荷率の試験電流を通電して検査が行われるが、過負荷判別閾値を定格電流値の２００％に設定すると、試験電流値が下方に変動した場合に規定時間内に遮断を行うことができなくなる不具合を避けるためである。

メモリ部３３は、信号処理部３１で実行されるプログラムデータなどを格納したＲＯＭと、信号処理中のデータなどを一時的に格納するＲＡＭを備えて構成される。

過負荷計測タイマ３４は、電流検知回路２２で検知された通電電流値（実効値）を前記した過負荷判別閾値と比較し、通電電流値が過負荷判別閾値以上となる時間を計測するタイマである。本実施形態では、過負荷計測タイマ３４に、前記した５個の過負荷判別閾値に対応させて５個のタイマを内蔵している。則ち、過負荷計測タイマ３４は、１２５％計測タイマ、１５０％計測タイマ、１９１％計測タイマ、４００％計測タイマおよび５００％計測タイマの５個のタイマを内蔵して形成される。

更に詳細に説明すると、過負荷計測タイマ３４の１２５％計測タイマは、図３の様に、負荷率が１２５％以上の時間を積算するタイマであり、計測中に負荷率が１００％以上１２５％未満に低下した場合には、計測した時間を保持する。そして、負荷率が再度１２５％以上になると、保持された時間から再度計測を再開する動作を行う。また、負荷率が１００％未満に低下したときは、信号処理部３１によって時間計測値がリセットされる動作を行う。また、図３の波線ａに示すように負荷率が変動して、１２５％計測タイマの計測時間が過負荷判別時間である５５分に至ると、信号処理部３１から電磁遮断回路２３へ制御信号を出力して通電の遮断が行われる。

１５０％計測タイマは、図３の様に、負荷率が１５０％以上の時間を積算するタイマであり、計測中に負荷率が１００％以上１５０％未満に低下した場合には、計測した時間を保持する。また、通電電流値が定格電流値未満に低下したときは、信号処理部３１によって時間計測値がリセットされる。また、図３の波線ｂに示すように負荷率が変動して、１５０％計測タイマの計測時間が過負荷判別時間である３０分に至ると、信号処理部３１から電磁遮断回路２３へ制御信号を出力して通電の遮断が行われる。

１９１％計測タイマは、図４の様に、負荷率が１９１％以上の時間を積算するタイマであり、計測中に負荷率が１００％以上１９１％未満に低下した場合には、計測した時間を保持する。また、通電電流値が定格電流値未満に低下したときは、信号処理部３１によって時間計測値がリセットされる。また、図４の波線ａに示すように負荷率が変動して、１９１％計測タイマの計測時間が過負荷判別時間である１分５０秒に至ると、信号処理部３１から電磁遮断回路２３へ制御信号を出力して通電が遮断される。

４００％計測タイマは、図４の様に、負荷率が４００％以上の時間を積算するタイマであり、計測中に負荷率が１００％以上４００％未満に低下した場合には、計測した時間を保持する。また、通電電流値が定格電流値未満に低下したときは、信号処理部３１によって時間計測値がリセットされる。また、図４の波線ｂに示すように負荷率が変動して、４００％計測タイマの計測時間が過負荷判別時間である２０秒に至ると、信号処理部３１から電磁遮断回路２３へ制御信号を出力して通電の遮断を行う。

更に、５００％計測タイマは、図４の様に、負荷率が５００％以上の時間を積算するタイマであり、計測中に負荷率が１００％以上５００％未満に低下した場合には、計測した時間を保持する。また、通電電流値が定格電流値未満に低下したときは、信号処理部３１によって時間計測値がリセットされる。また、図４の波線ｃで示すように負荷率が変動して、５００％計測タイマの計測時間が過負荷判別時間である３秒に至ると、信号処理部３１から電磁遮断回路２３へ制御信号を出力して通電の遮断を行う。

尚、図４では、１２５％計測タイマおよび１５０％計測タイマの計測値を表示の都合上図示していないが、これらのタイマの計測も並行して行われている。
また、図２では、過負荷計測タイマ３４を信号処理部３１と別の構成として示しているが、過負荷計測タイマ３４の処理を信号処理部３１によるプログラム処理によって行うことも可能である。

表示駆動部３５は、信号処理部３１から出力される制御信号によって過負荷表示灯５ａ〜５ｄを点灯駆動する回路であり、１２５％過負荷表示灯５ａ、１５０％過負荷表示灯５ｂ、１９１％過負荷表示灯５ｃおよび４００％過負荷表示灯５ｄの４個の過負荷表示灯を備えている。表示駆動部３５は、信号処理部３１の制御信号を受けて過負荷表示灯５ａ〜５ｄを点灯駆動するもので、電流検知回路２２で検知した通電電流とデータテーブル３２に格納された各過負荷判別閾値（負荷率１２５％〜４００％）とを信号処理部３１で比較し、通電電流値が過負荷判別閾値以上の過負荷表示灯５ａ〜５ｄの制御信号が表示駆動部３５に伝送されて点灯駆動される。

信号出力部３６は、信号処理部３１の制御によって外部へ制御信号を送出する回路である。信号出力部３６は、信号出力コネクタ６を介して５種類の制御信号を外部へ出力する。則ち、負荷の一部の駆動を強制的に停止させる停止信号を信号出力コネクタ６の端子６ａを介して出力すると共に、負荷の力率補正信号を端子６ｂを介して出力する。更に、後述する１２５％警報信号、１５０％警報信号および１９１％警報信号を各々端子６ｃ，６ｄ，６ｅを介して外部へ出力する機能を有する。

停止信号は、過負荷判別閾値に設定された過負荷判別時間内に定められる遮断回避時刻に至ったときに、所定の停止時間だけ出力される。則ち、前記表２で示したように、１２５％の過負荷判別閾値に設定された過負荷判別時間は５５分であり、遮断回避時刻は過負荷判別時間の５分前である。従って、図５の様に、負荷率が１２５％以上となる時間が、１２５％計測タイマの計測によって５０分に至ると、信号出力部３６から停止信号が３分間出力される。

同様に、１５０％の過負荷判別閾値に設定された過負荷判別時間は３０分であり、遮断回避時刻は過負荷判別時間の５分前である。従って、負荷率が１５０％以上となる時間が、１５０％計測タイマの計測によって２５分に至ると、信号出力部３６から停止信号が３分間出力される。
また、負荷率が１９１％以上の範囲では、負荷率が１９１％以上となった時点を遮断回避時刻に設定されているので、負荷率が１９１％以上になった時点で直ちに停止信号が出力される。

停止信号が出力されると、一部の負荷の駆動が強制的に停止され、これによって、図５の様に、通電電流値が定格電流値未満に低下すると、３分後に停止信号の出力が解除されて駆動が強制停止された負荷への通電が再開される。しかし、図５の波線ａで示すように、停止信号の出力によっても通電電流値が定格電流値未満に低下しないときは、３分後に繰り返して停止信号が出力され、過負荷判別時間（５５分）に至るまでに通電電流値が定格電流値未満に低下しないときは、信号処理部３１から電磁遮断回路２３へ制御信号を出力して通電が遮断される。

尚、本実施形態では、電磁遮断回路２３の通電が遮断されたときに、リセットスイッチ４を操作して通電再開操作を行うと、３分間の待機時間が経過した後に通電が再開される構成としている。これにより、エアコンなどのように、通電停止後に直ちに通電を再開すると内部機器の破損を生じ易い装置に対する保護を行っている。

力率補正信号は、負荷率が１００％以上になったことを信号処理部３１で検知したときに出力が開始され、負荷率が９０％以下になったときに出力が停止される。この力率補正信号は、後述するように、負荷に並列に進相コンデンサを接続するための制御信号として用いられ、負荷率が高い場合の消費電力を効果的に削減することが可能である。

警報信号は、過負荷計測タイマ３４の時間計測値が過負荷判別閾値に設定された過負荷判別時間内に定められる警報開始時刻に至った後に継続して出力される。則ち、前記表２で示したように、１２５％の過負荷判別閾値に設定された過負荷判別時間は５５分であり、警報開始時刻は過負荷判別時間の５分前である。従って、図６（ａ）の様に、負荷率が１２５％以上となる時間が１２５％計測タイマの計測によって５０分に至った時点で信号出力部３６から１２５％警報信号が出力される。

この警報信号は、１５０％の過負荷判別閾値についても同様に出力される。則ち、負荷率が１５０％以上となる時間が、１５０％計測タイマの計測によって２５分に至った時点で信号出力部３６から１５０％警報信号が出力される。
１２５％警報信号は、図６（ｂ）の様に、最初の４分間は１秒毎にオン・オフが繰り返される２秒周期の矩形波信号であり、通電遮断直前の１分間は、０．５秒ごとにオン・オフが繰り返される１秒周期の矩形波に切り換えられる。１５０％警報信号についても同一のものである。このように、通電遮断直前の警報信号を変化させることにより、警報報知音の変化させて遮断を予知することができ、一部の負荷の駆動停止を速やかに行うことが可能である。

一方、１９１％の過負荷判別閾値については、前記表２で示したように、警報開始時刻は過負荷判別時間の１分前である。従って、図７（ａ）の様に、負荷率が１９１％以上となる時間が、１９１％計測タイマの計測によって１分に至った時点で信号出力部３６から１９１％警報信号が出力される。
この１９１％警報信号は、図７（ａ）の様に、警報信号の出力が開始されてから通電が遮断されるまでの時間が５０秒であるため、警報信号の出力時点から０．５秒ごとにオン・オフが繰り返される１秒周期の矩形波とされている。これにより、通電遮断が直ちに行われることを警報音で予知させて、一部の負荷の駆動停止を速やかに行なわせることが可能である。

シリアル伝送部３７は、信号処理部３１の処理によってメモリ部３３に記憶された過負荷判別閾値毎の過負荷の判別時刻、および、過負荷判別時前の通電電流値データを、シリアル伝送によってコンピュータなどの上位制御装置へ出力する機能を有する。則ち、信号処理部３１は、警報信号を出力した時刻および停止信号を出力した時刻を逐次メモリ部３３に記憶すると共に、電流検知回路２２で検知された通電電流値を略１秒周期で逐次メモリ部３３に記憶する構成としている。本実施形態では、これらの記憶データは、古いデータから順次消去される構成としており、通電電流値データは三相電源の各相毎に８０データ格納可能としている。これらのデータを上位制御装置へ出力して解析することにより、負荷が集中する時間帯や過負荷の程度を容易に判別することができ、負荷駆動の計画や変更を容易に行うことが可能となる。

また、電源回路３８は、制御回路３０および電磁遮断回路２３へ直流電圧を供給する回路であり、通電路９ａ，９ｃに供給される電源をトランスで降圧し、整流・平滑して直流電圧を得ている。本実施例では、略２４Ｖの平滑された直流電圧を出力する構成としている。

次に、図８を参照して、本実施形態の電子ブレーカ１を採用した敷設例を示す。
まず、図８の様に、外部から引き込まれる三相交流電源の電源線１２（１２ａ〜１２ｃ）を電子ブレーカ１の電源接続端子１０に各々接続すると共に、負荷側に繋がる負荷電源線１３（１３ａ〜１３ｃ）を電子ブレーカ１の負荷接続端子１１に各々接続する。また、負荷電源線１３には、複数の負荷Ｌ１〜Ｌ４を接続する。これにより、電源線１２から電子ブレーカ１を介して負荷電源線１３へ供給される三相電源を各負荷Ｌ１〜Ｌ４に供給可能となる。

また、電子ブレーカ１の信号出力コネクタ６の端子６ａに繋がる配線を負荷（エアコン）Ｌ１，Ｌ２に並列に接続する。これにより、制御回路３０から出力される停止信号によって負荷（エアコン）Ｌ１，Ｌ２が駆動中であっても強制停止可能となる。尚、停止信号によって直接負荷Ｌ１，Ｌ２を停止できない構成の場合は、負荷Ｌ１，Ｌ２と負荷電源線１３との間にリレーなどを用いた通電停止装置（不図示）を介在させ、当該通電停止装置に停止信号を加えて負荷Ｌ１，Ｌ２の駆動を強制停止させる構成を採ることができる。

更に、負荷電源線１３に力率補正装置１５を接続し、電子ブレーカ１の信号出力コネクタ６の端子６ｂに繋がる配線を当該力率補正装置１５に接続する。本実施形態に採用する力率補正装置１５は、同一容量の３個の進相コンデンサを用いて構成され、負荷電源線１３ａ，１３ｂ、負荷電源線１３ｂ，１３ｃおよび負荷電源線１３ｃ，１３ａの間に各進相コンデンサを同時に着脱する制御を行う。これらの進相コンデンサの着脱は、制御回路３０から出力される力率補正信号に応じて行われ、力率補正信号が出力される期間は、各進相コンデンサが負荷電源線１３に接続され、力率補正信号が停止する期間は、進相コンデンサが切り離される。

また、本実施形態の電子ブレーカ１は、信号出力コネクタ６の端子６ｃ〜６ｅを介して警報信号を出力可能な構成としている。従って、図８に示す様に、必要に応じて端子６ｃ〜６ｅに繋がる配線を警報装置１４に接続することにより、通電の遮断前から警報報知を行うことが可能である。尚、本実施形態に採用する警報装置１４は、制御回路３０から出力される警報信号によってブザーを駆動する構成を採用している。

次に、図２，図８，図９を参照して、本実施形態の電子ブレーカ１の制御動作を説明する。図９は、負荷率が１９１％未満の範囲で変動した場合の電子ブレーカ１の動作を示す説明図である。尚、以下の説明では、図８に示した警報装置１４を接続せず、負荷Ｌ１，Ｌ２へ停止信号を出力して遮断回避制御を行う場合について述べる。

図９の様に、負荷率が１００％未満の状態では、１２５％計測タイマおよび１５０％計測タイマは時間計測を行わない。負荷率が１２５％以上になると、１２５％計測タイマは時間計測を開始し、１２５％以上の負荷率の継続に伴って計測時間は増大する。しかし、負荷率が一旦１００％未満に低下すると、信号処理部３１によって１２５％計測タイマの計測値はリセットされる。続いて負荷率が再度１２５％以上になると、１２５％計測タイマはリセットされた状態から時間計測を再び開始し、その後、負荷率が１００％以上１２５％未満になるとそれまでの時間計測値を保持する。

続いて負荷率が１５０％以上になると、１２５％計測タイマは保持された時間計測値から引き続いて時間計測を再開すると共に、１５０％計測タイマも時間計測を開始する。その後、負荷率が１００％以上１２５％未満に低下すると、１２５％計測タイマおよび１５０％計測タイマは各々の時間計測値を保持する。

このように、１２５％計測タイマは、負荷率が１２５％以上の時間を計測し、負荷率が１００％以上１２５％未満に低下したときは時間計測値を保持する積算動作を行う。また、１５０％計測タイマは、負荷率が１５０％以上の時間を計測し、負荷率が１００％以上１５０％未満に低下したときは時間計測値を保持する積算動作を行う。

この後、１２５％計測タイマの時間計測値が５０分に至ると、信号処理部３１は信号出力部３６を制御して停止信号を出力する。すると、負荷（エアコン）Ｌ１，Ｌ２の駆動が強制的に停止され、負荷率が１００％未満に低下することとなる。これにより、１２５％計測タイマおよび１５０％計測タイマは信号処理部３１によって各々の時間計測値がリセットされる。

停止信号は、３分間継続して出力され、その期間は負荷Ｌ１，Ｌ２は駆動を停止されたままである。そして、３分後に停止信号の出力が解除されると、負荷Ｌ１，Ｌ２は直ちに停止が解除されて駆動が開始される。この場合、負荷（エアコン）Ｌ１，Ｌ２は停止信号によって３分間だけ強制的に停止されるので、停止信号の解除に伴って直ちに駆動を開始しても、コンプレッサなどに負担がかかることがなく、故障の発生を未然に防止することが可能である。

尚、上記説明では、過負荷計測タイマ３４のいずれかのタイマが遮断回避時刻に至った時点で停止信号を出力して自動的に負荷の一部を停止させる遮断回避制御の構成について述べた。しかし、このような自動による遮断回避制御に代えて、前記したように、電子ブレーカ１に警報装置１４を接続して通電遮断前から警報報知を行うことにより、警報報知に応じて一部の負荷の駆動を手動停止して電磁遮断回路２３による通電の遮断を回避することも可能である。

このように、本発明の電子ブレーカ１によれば、通電が遮断される状態に至る前に、遮断回避制御によって自動的に負荷の一部を停止させて通電の遮断を回避することができる。また、警報装置を付加することにより、通電が遮断される状態に至る前から警報報知を行うことができ、警報報知に応じて負荷の一部を停止させて通電の遮断を効果的に回避することが可能となる。また、力率補正装置を付加することにより、負荷率に応じた力率補正を容易に行うことができ、高負荷率における電力消費を効果的に削減することができる。これにより、ＪＩＳ規格を遵守しつつ最大限に近い電力を負荷へ安定して供給することができ、しかも、省コスト化を図ることが可能となる。

ところで、製造された本実施形態の電子ブレーカ１に対しては、前記表１で示した作動時間を満足するものであるかについて全数検査が行われる。ところが、検査に際しては、電源接続端子１０と負荷接続端子１１との間に１相毎に試験器を接続して規定電流を通電する手順で行われる。このため、本実施形態の電子ブレーカ１のように、通電路９ａ，９ｃから得られる電圧を電源回路３８で直流に変換して内部回路に供給する構成では、検査に際して、電源供給を行うことが不可能となる。

そこで、本実施形態の電子ブレーカ１では、検査に際して、図１０に示す外部電源ユニット８０を用いて電源供給を行う構成を採用している。
外部電源ユニット８０は、交流１００Ｖ電源を用いて整流・平滑された直流電圧を得るもので、本実施形態では、略２４Ｖの直流電圧を出力する。この外部電源ユニット８０は、図１１に示すように、電源トランス８１の１次側に交流１００Ｖ電圧を印加し、電源トランス８１の二次側の降圧された交流電圧をブリッジダイオード８２で整流し、電解コンデンサ８３で平滑して電源コネクタ８４へ出力する構成としている。

従って、電子ブレーカ１の検査に際しては、電子ブレーカ１の外部電源コネクタ８（図１，図２参照）に外部電源ユニット８０の電源コネクタ８４を接続することにより、電子ブレーカ１に内蔵される制御回路３０を含む各部へ直流電圧を供給することが可能となる。尚、外部電源ユニット８０に代えて、専用のバッテリーユニットなどを接続して電源供給を行うことも可能である。

（ａ）は本実施形態に係る電子ブレーカの側面図、（ｂ）はその電子ブレーカの正面図、（ｃ）〜（ｅ）はその電子ブレーカのレバースイッチの作動状態を示す説明図である。 図１に示す電子ブレーカの内部構成を示すブロック図である。 電子ブレーカに内蔵される過負荷計測タイマのうち、１２５％計測タイマおよび１５０％計測タイマの動作を通電電流に対応させて示す説明図である。 電子ブレーカに内蔵される過負荷計測タイマのうち、１９１％計測タイマ、４００％計測タイマおよび５００％計測タイマの動作を通電電流に対応させて示す説明図である。 電子ブレーカから出力される停止信号の出力タイミングを通電電流に対応させて示す説明図である。 （ａ）は図２に示す電子ブレーカから出力される警報信号の出力タイミングを通電電流に対応させて示す説明図、（ｂ）は出力される警報信号の波形を示す説明図である。 （ａ）は図２に示す電子ブレーカから出力される警報信号の出力タイミングを別の通電電流に対応させて示す説明図、（ｂ）は出力される警報信号の波形を示す説明図である。 電子ブレーカの接続例を示す回路図である。 負荷率が１９１％未満の範囲で変動した場合の電子ブレーカの動作を示す説明図である。 電子ブレーカに接続可能な外部電源ユニットの回路図である。

符号の説明

１ 電子ブレーカ
２０ ブレーカ（バイメタル遮断回路）
２２ 電流検知回路
２３ 遮断回路（電磁遮断回路）
３０ 制御回路
３２ データテーブル
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４ 負荷

Claims (9)

1. 負荷への通電電流から動作エネルギーを受けて過電流保護を行うバイメタル遮断回路を備えたブレーカに、負荷への通電電流を検知する電流検知回路と、負荷への通電を遮断する遮断回路と、前記電流検知回路の検知信号に応じて前記遮断回路を制御する制御回路とを付加して形成される電子ブレーカであって、前記制御回路は、定格電流を超える電流領域に設定された少なくとも１以上の過負荷判別閾値と、当該過負荷判別閾値毎に設定された過負荷判別時間とを対応させて格納したデータテーブルを備え、当該データテーブルを参照しつつ、負荷への通電電流値が過負荷判別閾値以上となる時間を過負荷判別閾値毎に個別に計測する構成とされ、前記制御回路は、いずれかの過負荷判別閾値に係る時間計測値が当該過負荷判別閾値に設定された過負荷判別時間に至ったときは、過負荷と判別して前記遮断回路を制御して負荷への通電を遮断するようにし、さらに、前記バイメタル遮断回路を備えたブレーカの遮断特性を、前記制御回路による遮断回路に比べて大きく設定し、前記制御回路による通電の遮断が発生する以前にバイメタル遮断回路が作動することが防止されるようにしたことを特徴とする電子ブレーカ。
2. 前記制御回路は、過負荷判別閾値に係る時間計測値の積算値が、当該過負荷判別閾値に設定された過負荷判別時間に至ったときに過負荷と判別することを特徴とする請求項１に記載の電子ブレーカ。
3. 前記制御回路は、警報信号を生成して外部へ出力する構成とされ、いずれかの過負荷判別閾値に係る時間計測値が、当該過負荷判別閾値に設定された過負荷判別時間内に定められる警報開始時刻に至った後は、継続して外部へ警報信号を出力することを特徴とする請求項１または２に記載の電子ブレーカ。
4. 前記制御回路は、通電電流値が定格電流値未満に低下したときは、全ての過負荷判別閾値に係る時間計測値をリセットすると共に、警報信号の出力を停止することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電子ブレーカ。
5. 前記制御回路は、過負荷を判別して遮断回路によって負荷への通電を遮断したときは、手動による再通電操作に際して、所定の待機時間だけ遮断回路による遮断の解除を待機することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電子ブレーカ。
6. 前記制御回路は、少なくとも一部の負荷の駆動を停止させる停止信号を外部へ出力する構成とされ、いずれかの過負荷判別閾値に係る時間計測値が当該過負荷判別閾値に設定された過負荷判別時間内に定められる遮断回避時刻に至った後は、所定の停止時間だけ停止信号を外部へ出力して、少なくとも一部の負荷の駆動を停止させる遮断回避制御を行うことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電子ブレーカ。
7. 前記制御回路は、前記停止信号の出力によって通電電流値が定格電流値未満に低下したときは停止信号の出力を解除する一方、前記停止信号の出力によっても通電電流値が定格電流値未満に低下しないときは、繰り返し停止信号を出力して一部の負荷の駆動を停止時間だけ繰り返して停止させることを特徴とする請求項６に記載の電子ブレーカ。
8. 前記制御回路は、過負荷判別閾値毎の過負荷の判別時刻または判別回数または少なくとも最新の過負荷判別時近傍における各相の通電電流値のうちの少なくともいずれかを記憶可能であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の電子ブレーカ。
9. 前記制御回路は、力率補正信号を生成して外部へ出力する構成とされ、定格電流値に対する負荷率が所定の補正開始値以上に至ったときに前記力率補正信号の出力を開始し、前記負荷率が前記補正開始値よりも低い補正終了値以下に低下したときに出力を停止することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の電子ブレーカ。

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