JP4462870B2 - 回路遮断器 - Google Patents

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本発明は，電路における，トラッキング短絡やコード短絡を検出・判定することにより回路を遮断し，事故の発生を未然に防止する回路遮断器において，判定回路や開閉機構の動作確認を行うチェック装置を備えた回路遮断器に関するものである。
電気機器の電源コードの被覆が溶融したり，すり切れたりした場合，電線の芯線間の絶縁が劣化し短絡状態となった場合（コード短絡という）や，電源プラグの両刃間で両刃を保持する樹脂の絶縁が劣化したことが起因して，トラッキング現象が発生し短絡状態となった場合（トラッキング短絡という）には、通常の正弦波でなく特殊な電流波形が見られる（特許文献１ 図２，図３参考）。この特殊な電流波形は，数Ａから数１００Ａ程度とバラツキ，また断続的あるいは継続的に流れ，一定とならない。従来のトラッキング短絡や，コード短絡時に回路を遮断する機能をもった回路遮断器は，この特殊な電流波形をマイコンにより解析および判定し，トラッキング短絡やコード短絡であると判定した場合，遮断信号をトリップコイルに出力し開閉機構部で遮断させている。
このような回路遮断器において正常な動作を行うかどうか確認をする場合，特許文献２によれば，動作確認用のテスト回路を，テスト回路をオン・オフするためのテストボタン１０と，ＭＰＵ４の制御によりメモリ５に記憶されたテスト回路条件のパルスを発生させるパルス回路１１と，直列接続した第１接点Ｃ１と限流抵抗Ｒ１を変流器２に貫通して成る瞬時開閉回路１２と，変流器２の出力端間に第２接点Ｃ２と検出抵抗Ｒ２を直列に接続して変流器２の出力特性を高出力に維持するための維持回路１３とで構成し，擬似トラッキング電流を実際に発生させることで変流器を介して検出させるものがある。
尚，電気機器の電源コードの被覆が溶融したり，すり切れたりした場合，電線の芯線間の絶縁が劣化し短絡状態となった場合に起きるコード短絡とは，住宅内などにおける，コンセント回路以降の電源コードなどで短絡が生じた場合に発生する比較的低い電流レベルの短絡を指す。
特開２００１−４１９９３号（図２，図３） 特開２００３−１３２７７９号（図１）
しかしながら，トラッキング短絡電流は，特許文献１の図３にあるように，漏電電流とは異なり，電流の流れる時間，電流の波高値，幅とも一定でなく，断続的あるいは継続的に不規則に流れるため，テスト回路で，擬似的にトラッキング短絡電流を発生させて遮断することは困難であり，仮に実現できたとしてもその構造は複雑であり高いコストがかかる。さらに，漏電の場合は電路に流れる電流は数ｍＡから数十ｍＡであるが，トラッキング短絡の場合は電路に流れる電流が数Ａから数１００Ａに達する場合もあり，テスト回路の電子回路に使用する抵抗などの電子部品が大きくなるため小型化できないという問題があった。また，テスト回路条件のパルスを記憶するメモリ等が必要になるなど使用部品が増加し，小型化が難しくコストが高くなるという問題があった。従って，電子回路が正常に動作するかどうかの確認には，検査設備が必要であり，回路遮断器の動作は容易には確認できない。
これに対しコード短絡の場合は，トラッキング短絡と比べると，特許文献１の図２に示されたように，電流波形のピーク値は，比較的一定レベルで，かつ高い電流値が連続して発生する。家電機器などのような，電源入力時に突入電流から定常電流に移行する電流波形のピーク値は，徐々に減少する変化となるため，コード短絡の場合とは判別が可能である。
そこで本件の発明は，電流検出手段に擬似的にトラッキング短絡時に流れる電流を流す方式ではなく，判定手段にコード短絡電流に相当するマイコンの判定条件となるような電圧値をマイコンに直接入力することで，小型化，低コストでトラッキング短絡およびコード短絡発生時のマイコンを含んだ判定回路，引外し手段および開閉機構の動作確認が行えるチェック装置を備えた回路遮断器を提供することを目的としている。
上記目的を達成するために，請求項１の発明においては，電路に流れる電流を検出する電流検出手段と，該電流検出手段から出力される電流値を電流電圧変換手段にて電圧値に変換した電圧信号により，プラグのトラッキング現象による短絡や絶縁劣化によるコード短絡の発生を判定するプログラムを予め記憶させたマイコンを内蔵した判定手段と，該判定手段の出力により駆動する引き外し手段と，該引き外し手段の駆動により電路を遮断する開閉手段と動作確認手段を備えた回路遮断器において，動作確認手段は，テストボタンと，前記マイコンの駆動電圧を利用することにより，コード短絡時に電流検出手段から出力される電流値に相当する電圧であって，前記マイコンに記憶されたコード短絡を検出するためのプログラムの判定条件に合う電圧を生成する分圧抵抗を前記マイコンに接続して構成し，テストボタンを押圧すると，前記分圧抵抗で生成されたプログラムの判定条件に合う電圧が，電流検出手段を介さずに前記判定手段のマイコンに入力されることにより，回路遮断器における判定手段，
引き外し手段，および開閉手段の動作確認を行うものであり電流検出手段の動作確認は含まないことを特徴として回路遮断器を提供したものである。
第一の課題解決手段による効果は，電路に流れる電流を検出する電流検出手段と，該電流検出手段から出力される電流値を電流電圧変換手段にて電圧値に変換した電圧信号により，プラグのトラッキング現象による短絡や絶縁劣化によるコード短絡の発生を判定するプログラムを予め記憶させたマイコンを内蔵した判定手段と，該判定手段の出力により駆動する引き外し手段と，該引き外し手段の駆動により電路を遮断する開閉手段と動作確認手段を備えた回路遮断器において，該動作確認手段は判定手段，引き外し手段，および開閉手段の動作確認を行うものであり電流検出手段の動作確認は含まないことを特徴として回路遮断器を構成したために小型で低コストのトラッキング短絡やコード短絡の検出機能を設けた回路遮断器を提供できるという効果がある。
第二の課題解決手段による効果は，前記動作確認手段は前記判定手段に信号入力するものであり，入力する信号は，前記判定手段のマイコンに記憶されたプログラムにおける判定条件に相当する電圧であることを特徴としたために，請求項１記載の，回路遮断器のテスト動作確認の効果をより具体的な手段を提供することで確実なものとし，マイコンの動作確認，引き外し手段，開閉手段の動作確認を同時に行うことができるという効果がある。
第三の課題解決手段による効果は，前記動作確認手段から前記判定手段に入力される動作電圧は，前記マイコンに記憶されたプログラムにおける，コード短絡の判定条件に相当する電圧値であることを特徴としたために，複雑な回路を形成せずに簡易な部品追加でトラッキング短絡やコード短絡の検出機能を設けた回路遮断器の動作確認を行うことができるという効果がある。
以下，本発明を具現化した実施の形態を，図面を用いて詳細に説明する。本実施例では，回路遮断器が２極である場合を示す。
図１は，本件発明の配線用遮断器において，ケースを外した斜視図を示す。
図２は本件発明の配線用遮断器がＯＦＦ状態でケース１ａ側からみた内部構造を示している。図３は同じくＯＦＦ状態でケース１ｂ側からみた内部構造を示している。図４はテスト動作に着目した回路遮断器のブロック図を示している。
図１，図２，図３に示すように，遮断器の外部はケース１ａとケース１ｂ及び、絶縁壁２から構成されている。３は操作ハンドル，４は回動部材，５，６は可動接触子，７は開閉機構部，８，９は固定接触子，１０，１１は可動接点，１２，１３は固定接点，１４は過電流引き外し装置，１５，１６は負荷側端子，１７，１８は電源側端子，１９は固定電磁片，２０は可動電磁片，２１は引き外し手段（以後トリップコイルという），２２は電流検出手段である零相変流器（以後ＣＴという）を示している。
１００，１０１は接点装置である。接点装置は可動接触子５と固定接触子８，および可動接触子６と固定接触子９がそれぞれ組をなして構成されている。また，可動接触子５，６の端部には可動接点１０，１１が配設され，固定接触子には，固定接点１２，１３が配設されている。
開閉機構部７は接点装置１００，１０１を開閉するものである。開閉機構部はリンク２３と係合片２４，作動片２５，操作ハンドル３および回動部材４から構成されており，回動部材４には，可動接触子５，６が装着保持されている。操作ハンドル３の操作により，係合片２４が，作動片２５に係止し，回動部材４が回動し，前記可動接点１０，１１が固定接点１２，１３に対して開閉するよう作用する。
過電流引き外し装置１４は導体により一端が可動接触子５と接続され，電路の一部を形成している。過電流引き外し装置１４は引き外し素子であるバイメタル２６や固定電磁片１９，可動電磁片２０で構成されている。過電流引き外し装置は過電流が発生した場合には開閉機構部７に作用して前記可動接点１１，１２を固定接点１２，１３から開極させるように働く。
電源側端子１７，１８は電源側の母線と接続されるものであり，プラグイン端子が用いられている。
負荷側端子１５，１６は負荷側の電線を接続する端子であり，速結ばね２７，とともに構成されている。ＣＴ２２には右極の負荷側端子１６と可動接触子６とを接続する接続導体を貫通させており，導体を流れる電流量に応じて電流を出力する。動作確認手段であるテスト装置４０は，テストボタン４１と接触板４２，固定接触板４３で構成され，テストボタン４１を操作することで，接触板４２と固定接触板４３が接触し，判定手段５０１へ電圧信号を出力する構造となっている。
図４には本実施例における動作確認のブロック図を示している。５０１は判定手段であり，ＣＴ２２からの出力を受けてトラッキング短絡やコード短絡の発生の判定を行うもので，マイコンやサイリスタ（ＳＣＲという）や抵抗等で構成された電子回路が設けられている（図示しない）。マイコンには，トラッキング短絡やコード短絡を検出判定するためのプログラムが予め記憶されており，回路遮断器に電源が供給されている間はプログラムが実行されている。ＣＴ２２は該ＣＴに貫入された電線を流れる電流により発生する磁界を検出し誘導電流を生ずる。トラッキング短絡電流やコード短絡電流の場合には，特許文献１に示したように特殊な断続的もしくは継続的な電流が電線に流れ，ＣＴには，不規則に時間変化する誘導電流を生ずる。
判定手段５０１には誘導電流を電圧に変換する電流電圧変換回路が設けられており，該電流電圧変換回路からの出力信号，即ち時間変化する電圧信号がマイコンに入力されるようになっている。この電圧信号をマイコンで実行されるプログラムに基づいて検出し，トラッキング短絡またはコード短絡であると判定がなされた場合には引き外し手段であるトリップコイル２１へ引き外し信号が出力される。これによりトリップコイル２１が駆動動作するとともに開閉機構部７に作用し，接点装置を開極するよう動作し，電路を遮断する。先の，マイコンに記憶されたプログラムはトラッキング短絡を検出するルーチンと，コード短絡を検出するルーチンとが設けられている。プログラムはマイコンにひとつの実行体として記憶されている。
トラッキング短絡の場合には，先に述べたように通常の正弦波とは異なり特殊な断続的もしくは継続的な電流が発生するため，様々な波形パターンを想定し，種々の判定条件をプログラム内に設けている（詳しくは特開２００１−１０３６５７号を参照願いたい）。
これに対し，コード短絡の場合には，特許文献１の図２に示したように比較的一定レベルで高い電流波高値が連続して発生する。コード短絡を検出するためのプログラムは，所定の閾値を設定し，一定の時間以上その閾値を超えた出力がある場合にコード短絡が発生したと判定するよう構成している。
これらのプログラムをマイコンで実行できるようコンパイルし，ひとつの実行体としてマイコンの記憶領域に記憶させ実行処理を行っている。
チェック動作においては，先に説明したように，テストボタン４１を押圧することで，マイコンにテスト用の電圧信号が入力されるようになっている。テスト動作信号は，マイコンの駆動電圧を利用しているが，マイコンの駆動電圧を直接印加するのではなく，本発明の回路遮断器がコード短絡時にＣＴから出力される電流値に相当する電圧を分圧抵抗（図示しない）で作り出し，その後マイコンに入力するようにしている。即ち，前記電流電圧変換回路によりマイコンに入力される一定の電圧値をマイコンのプログラムの判定条件に合うように分圧抵抗を用いて作成し，プログラムの判定処理を行わせている。尚，テスト動作信号はＣＴを介さずにマイコンへ入力するようにしている。また他の例として，直接マイコンへ動作電圧を印加する方法も容易に考えられる。
プログラムはひとつの実行体であるため，プログラムが正常である場合にはチェック動作において，コード短絡の判定ルーチンが実行され判定動作を行う。プログラムが正常でない場合，例えばマイコンへの書き込みが仮に正しくない場合やマイコンが故障している場合などには，チェック動作時にはプログラムは正常に実行されない。マイコンが動作しない場合には，引き外し装置に引き外し信号が出力されず結果として開閉動作は行われない。
このように，テスト用の電圧信号を入力することによりマイコンの動作確認が行えるとともに，それに付随するトリップコイル（引き外し手段）と，開閉装置の動作確認が行うことができる。
以上のように，トラッキング短絡電流そのものを擬似的に発生させて回路遮断器の動作確認を行う場合と比較し，判定手段に動作条件に相当する電圧信号を入力して動作の確認を行う場合，部品の追加がほとんどなく，簡単な回路で引外し機構，開閉機構の動作確認に加えて，マイコンの動作確認を安いコストで確実に行うことができ，しかも小型化を可能とすることができる。
マイコンにテスト動作の電圧信号を入力してマイコンと開閉機構の両方の動作確認を行えるため，回路遮断器のみならず，過電流警報付きの回路遮断器等，電路の遮断機能と，マイコン回路とを組合わせた機器に使用が可能である。
本発明の回路遮断器の内部構造図 ケース１ａ側からみた内部構造図 ケース１ｂ側からみた内部構造図 テスト動作に関するブロック構成図 従来例を示した図 従来例を示した図
符号の説明
１a ケースＡ
１b ケースＢ
２ 絶縁壁
３ ハンドル
４ 回動部材
５ 可動接触子Ａ
６ 可動接触子Ｂ
７ 開閉機構部
８ 固定接触子Ａ
９ 固定接触子Ｂ
１０可動接点Ａ
１１可動接点Ｂ
１２固定接点Ａ
１３固定接点Ｂ
１４過電流引外し装置
１５負荷側端子Ａ
１６負荷側端子Ｂ
１７電源側端子Ａ
１８電源側端子Ｂ
１９固定電磁片
２０可動電磁片
２１トリップコイル
２２ＣＴ
２３リンク
２４係合片
２５作動片
２６バイメタル
２７速結ばね
４０テスト装置
４１テストボタン
４２接触板
４３固定接触板
１００，１０１接点装置
５０１ 判定手段








Claims (1)

  1. 電路に流れる電流を検出する電流検出手段と，該電流検出手段から出力される電流値を電流電圧変換手段にて電圧値に変換した電圧信号により，プラグのトラッキング現象による短絡や絶縁劣化によるコード短絡の発生を判定するプログラムを予め記憶させたマイコンを内蔵した判定手段と，該判定手段の出力により駆動する引き外し手段と，該引き外し手段の駆動により電路を遮断する開閉手段と動作確認手段を備えた回路遮断器において，動作確認手段は，テストボタンと，前記マイコンの駆動電圧を利用することにより，コード短絡時に電流検出手段から出力される電流値に相当する電圧であって，前記マイコンに記憶されたコード短絡を検出するためのプログラムの判定条件に合う電圧を生成する分圧抵抗を前記マイコンに接続して構成し，テストボタンを押圧すると，前記分圧抵抗で生成されたプログラムの判定条件に合う電圧が，電流検出手段を介さずに前記判定手段のマイコンに入力されることにより，回路遮断器における判定手段，引き外し手段，および開閉手段の動作確認を行うことを特徴とした回路遮断器。
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