JP4614794B2 - 劣化検出機能付き保安器 - Google Patents

Description

本発明は、例えば鉄道用信号回路や電源回路等に使用されて雷サージから機器や人体を保護するための保安器に関し、特にバリスタ等の保護素子の劣化検出機能を備えた保安器に関するものである。

サージ電流や電圧を吸収して各種機器を保護する保安器は、バリスタ、アレスタ等の保護素子を備えているが、これらの保護素子はサージ電圧等が繰り返して印加されることにより次第に劣化し、動作開始電圧が規格外になるなど、保護機能が経時的に減退することが知られている。
従って、これらの保護素子の劣化を早期に検出して交換等を行うために、従来から各種の劣化検出方法や劣化検出回路が提供されている。

例えば、本発明の先行技術としては、下記の特許文献１に記載された「保安器の劣化検出方法と劣化検出回路」、特許文献２に記載された「避雷装置及びその劣化検出方法」等が知られている。

特許文献１の「保安器の劣化検出方法と劣化検出回路」は、外来のサージ電圧または電流を検出して内部電子機器を保護するために、外線と内線との境界に設けられる保安器の保安機能の劣化を検出する劣化検出方法において、保安器を介して内線側に入力される電流を検出し、検出した電流が予め定められたしきい値を超過したときに劣化検出信号を出力することを要旨とする。

また、特許文献２の「避雷装置及びその劣化検出方法」は、サイリスタバルブとこのサイリスタバルブの点弧角を制御するバルブ制御装置とを備えた交直変換器に配設される避雷装置において、避雷装置が酸化亜鉛を主成分とする非直線抵抗体を備えた避雷器と、この避雷器の低圧側に接続される漏れ電流検出回路とからなり、この漏れ電流検出回路を保護素子と電流計とによるはしご形回路で構成したことを要旨としている。

特開２０００−２１５４９号公報（請求項１等） 特開平６−１８１１０９号公報（請求項１等）

上記特許文献１，２に記載された先行技術は、何れも保安器や避雷器を介した電流を検出して保護素子の劣化を検出するものであり、電流検出回路や比較回路、電流計等の専用の回路、測定器が不可欠であるため、装置の回路構成が複雑でコストも高くなるという問題があった。
また、保護素子の劣化を視覚によって簡単に認識できるものではないから、使い勝手も悪いものであった。

そこで本発明は、極めて低コストな構成で視覚により容易に保護素子の劣化を認識可能とし、しかもメンテナンス性も向上させた劣化検出機能付き保安器を提供しようとするものである。

上記課題を解決するため、本発明は、劣化が進行した保護素子は過熱状態になって正常時よりも高温になることに着目してなされたものである。
すなわち、請求項１に記載した発明は、
過電圧から各種機器を保護するための保護素子と、保護素子の劣化に関する状態を表示する状態表示部と、保護素子および状態表示部を覆う透明ケースと、を有する保護素子ユニットと、
保護素子ユニットを挿抜可能に連結する基台と、
を備える劣化検出機能付き保安器であって、
状態表示部は、
所定温度で溶融する材料で形成され、保護素子に生じる熱が伝熱する箇所に設けられる接続部と、
接続部に接続される移動部と、
接続部から離脱させる方向に前記移動部を付勢する付勢部と、
移動部とともに移動するようになされ、接続部が接続された通常状態を表す通常状態表示部、および、接続部が保護素子に生じる熱により所定温度になって溶融離脱した劣化状態を表す劣化状態表示部が設けられた表示部と、
表示部の通常状態表示部または劣化状態表示部のうちの何れかを表示させる表示窓と、
を有するものであり、
通常状態では状態表示部が通常状態表示部を表示窓から透明ケースを介して表示させ、また、接続部が溶融して付勢部からの付勢力により移動部が移動して劣化状態になったときでは保護素子の劣化状態を透明ケースを介して目視させるとともに状態表示部が劣化状態表示部を表示窓から透明ケースを介して表示させることを特徴とする。

請求項２に記載した発明は、
請求項１に記載した劣化検出機能付き保安器において、
前記保護素子がバリスタであることを特徴とする。

本発明によれば、前記保護素子に生じる熱により接続部が所定温度になって溶融離脱した状態を検出して劣化状態として表示することで、劣化が進行して保護素子が過熱状態となったことを一見して認識することができる。このため、電流検出回路や測定器等を用いなくても保護素子の劣化を低コストかつ容易に検出することが可能である。

以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明を鉄道用の保安器に適用した場合の実施形態であり、図１（ａ）は上面図、図１（ｂ）は正面図である。図２は、分解した保安器の説明図であり、図２（ａ）は正面図、図２（ｂ）は側面図である。図３は、基台の平面図である。
劣化検出機能付き保安器１は、図１（ａ），（ｂ）で示すように、基台１０、保護素子ユニット２０を備えている。基台１０は、さらにライン端子Ｌ１，Ｌ２、および、接地端子Ｅを備える。
保護素子ユニット２０は、さらにユニットベース２１、透明ケース２２、バリスタ２３，２４、アレスタ２５、状態表示部２６，２７を備える。
また、基台１０および保護素子ユニット２０は、図２（ａ），（ｂ）で示すように、基台１０に対し保護素子ユニット２０が抜き差し可能となるように構成されている。

続いて、各部構成の詳細および機械的な特徴について説明する。１０は基台であり、その上面ほぼ中央部には、図２（ａ），（ｂ）や図３で示すように、上面視略四角状で四辺中央に円弧状の切り欠きが設けられた台座部１１が形成され、さらにこの台座部１１内には、挿入された接続端子を保持するホルダ１２が設けられている。基台１０には、端子Ｌ１，Ｌ２，Ｅが設けられ、後述するが個々のホルダ１２に電気的に接続されている。各端子Ｌ１，Ｌ２，Ｅには外界から絶縁を確保するための端子カバー３０が装着される。

２０は保護素子ユニットである。図１（ａ），（ｂ）で示すように、ユニットベース２１は箱状に形成され、このユニットベース２１内には保護素子としての２個のバリスタ２３，２４、アレスタ２５、状態表示部２６，２７が配置される。ユニットベース２１の下側には、図２（ａ），（ｂ）で示すように、ホルダ１２に接続される接続端子２８が設けられている。透明ケース２２はこのユニットベース２１、バリスタ２３，２４、アレスタ２５、状態表示部２６，２７を包囲するように装着されるプラスチック製のケースである。このようなユニットベース２１に透明ケース２２をかぶせて略立方体状の保護素子ユニット２０が完成する。このような保護素子ユニット２０では透明ケース２２により内部状態が確認できるように配慮されている。特に状態表示部２６，２７の表示窓２６ｅ，２７ｅが透明ケース２２を介して目視できるようになされている。

このような保護素子ユニット２０の接続端子２８を、図２（ａ），（ｂ）や図３で示すような基台１０のホルダ１２に差し込んで固定する。
ここに基台１０のホルダ１２および保護素子ユニット２０の接続端子２８の配置を、例えば、図３でも明らかなように上下で数（本形態では上側で二個、下側で一個）を異ならせて、接続位置が間違わないように配慮するようにしてもよい。

続いて、劣化検出機能付き保安器１の回路構成および動作について説明する。図４は劣化検出機能付き保安器の回路構成図である。図５は状態表示動作の説明図であり、図５（ａ）は通常状態の説明図、図５（ｂ）は溶融時の説明図、図５（ｃ）は劣化状態の説明図である。
図４で示すように、バリスタ２３，２４の各一端は電源線路や信号線路側のライン端子Ｌ１，Ｌ２にそれぞれ接続され、バリスタ２３，２４の各他端と接地端子Ｅとはアレスタ（３極アレスタ）２５の各端子にそれぞれ接続されている。
さらに、バリスタ２３とアレスタ２５との間には状態表示部２６が、また、バリスタ２４とアレスタ２５との間には状態表示部２７が、それぞれ設けられている。

状態表示部２６は、低融点接続部２６ａ、移動部２６ｂ、付勢部２６ｃ、表示部２６ｄ、および、表示窓２６ｅ（図１（ａ）参照）を備える。同様に状態表示部２７は、低融点接続部２７ａ、移動部２７ｂ、付勢部２７ｃ、表示部２７ｄ、および、表示窓２７ｅ（図１（ａ）参照）を備える。以下、バリスタ２３の状態を表示する状態表示部２６についてのみ説明し、バリスタ２４の状態を表示する状態表示部２７については同様の動作をするものとして重複する説明を省略する。

低融点金属２６ａは、例えばいわゆる低温はんだと呼ばれるものであり、温度が所定温度（約７５℃〜９０℃）まで上昇したときに溶融する。この低融点金属２６ａがバリスタ２３とアレスタ２５との間の電気経路上であって、バリスタ２３に生じる熱が伝熱するようになされている。
移動部２６ｂは、この低融点接続部２６ａにより固化接続され、通常時では移動できないように固定されている。
付勢部２６ｃは、この移動部２６ｂに対し付勢するバネやゴムなどの弾性体であり、低融点接続部２６ａから移動部２６ｂを離脱させる方向に付勢している。
表示部２６ｄは、移動部２６ｂとともに移動するようになされ、また、通常状態表示部である白色部、および、劣化状態表示部である赤色部が設けられる。
表示窓２６ｅは、表示部２６ｄの通常状態表示部または劣化状態表示部の何れか一方のみを表示させる。先に図１（ａ）を用いて説明したように、透明ケース２２を介して見えるものである。

続いて劣化による状態表示について図５（ａ），（ｂ），（ｃ）を参照しつつ説明する。
初期における表示部２６ｄは、表示窓２６ｅを介して、通常状態表示部である白色部を表示している。
通常時では、図５（ａ）で示すように、バリスタ２３で発生するジュール熱が電気経路を伝わって、各部を加熱するが、バリスタ２３は劣化しておらず、雷電流のようなサージ電流や電圧が流れるときの抵抗値が十分低いため、ジュール熱が低く、低融点接続部２６ａは変化がなく、表示部２６ｄは、表示窓２６ｅを介して、通常状態表示部である白色部を表示し続ける。

このような劣化検出機能付き保安器１に対し、長期間にわたり単発的に複数回（例えば３〜６回）サージ電流や電圧が印加された場合、一時に過大なサージ電流や電圧が印加された場合、または、短時間に繰り返しサージ電流や電圧が印加された場合、バリスタ２３の劣化が進行して抵抗値が上昇し、バリスタ２３で発生するジュール熱の温度が上昇する。そして、さらにサージ電流や電圧が印加されると、図５（ｂ）で示すように、伝熱するジュール熱が低融点接続部２６ａを溶融させる所定温度（約７５℃〜９０℃）となり、低融点接続部２６ａが溶融する。

すると、図５（ｃ）で示すように、付勢部２６ｃが低融点接続部２６ａから移動部２６ｂを移動方向（図５（ｃ）中の黒色の矢印方向）へ引き外し、移動部２６ｂとともに状態表示部２６ｄも移動させる。移動した表示部２６ｄは、表示窓２６ｅを介して、劣化状態表示部である赤色部を表示する。

保守点検要員は、透明ケース２２を介して状態表示部２６の表示窓２６ｅを観察するだけで、劣化状態を視覚的に認識することができる。そして、保守点検要員は、必要に応じて、劣化した保護素子であるバリスタ２３が搭載された保護素子ユニット２０を取り外し、携帯している未使用の保護素子ユニット２０を差し込んでメンテナンスを完了する。この場合、基台１０側のライン端子Ｌ１，Ｌ２や接地端子Ｅの接続を変える必要がない。このように本発明の劣化検出機能付き保安器１では、極めて簡単に異常検出と保守とを行うことが可能となる。

なお、上記実施形態では本発明を鉄道用の保安器に適用した場合を説明したが、本発明の用途はこれに限定されるものではなく、バリスタ、アレスタ等の保護素子を構成要素とする各種保安器に適用可能であることは言うまでもない。
また、表示として通常状態表示部を白色で、また、異常状態表示部を赤色で表すものとしたが、例えば白色に加えて「正常」という文字や「○」のような記号を、また、赤色に加えて「異常」という文字や「×」のような記号を加えて、よりわかりやすくするように構成しても良い。通常状態表示部や異常状態表示部は、各種の選択が可能である。

このような本発明の劣化検出機能付き保安器１では劣化を表示する状態表示部を内蔵することで、バリスタ２３に過度なサージ電流や電圧が印加されたり、多重雷によって短時間に繰り返しサージ電流や電圧が印加されることでバリスタ２３の劣化が進行し、最終的にバリスタ２３のジュール熱が、低融点接続部２６ａの融点を超えるようなときに、低融点接続部２６ａが溶融することを利用して劣化を検知し、バリスタ２３が劣化したことを表示させる構造となっている。このようにバリスタ２３の劣化状況等を目視で確認することで交換時期を判断して適切に管理することができ、保安器の耐量以上の雷サージ侵入のため保護素子が破損した場合でも、破損保安器の確認が素早くでき、復旧時間が短縮できる。
また、本発明の劣化検出機能付き保安器１の状態表示部２６，２７では、特に電気的な構成を用いていないため、雷電流等に影響を受ける事態をなくし、極めて信頼性を高めている。

本発明を鉄道用の保安器に適用した場合の実施形態であり、図１（ａ）は上面図、図１（ｂ）は正面図である。 分解した保安器の説明図であり、図２（ａ）は正面図、図２（ｂ）は側面図である。 基台の平面図である。 劣化検出機能付き保安器の回路構成図である。 状態表示動作の説明図であり、図５（ａ）は通常状態の説明図、図５（ｂ）は溶融時の説明図、図５（ｃ）は劣化状態の説明図である。

符号の説明

１０：基台
１１：台座部
１２：ホルダ
Ｌ１，Ｌ２：ライン端子
Ｅ：接地端子
２０：保護素子ユニット
２１：ユニットベース
２２：透明ケース
２３，２４：バリスタ
２５：アレスタ
２６，２７：状態表示部
２６ａ，２７ａ：低融点接続部
２６ｂ，２７ｂ：移動部
２６ｃ，２７ｃ：付勢部（ばね）
２６ｄ，２７ｄ：表示部
２６ｅ，２７ｅ：表示窓
２８：接続端子
３０：端子カバー

Claims (2)

1. 過電圧から各種機器を保護するための保護素子と、保護素子の劣化に関する状態を表示する状態表示部と、保護素子および状態表示部を覆う透明ケースと、を有する保護素子ユニットと、
   保護素子ユニットを挿抜可能に連結する基台と、
   を備える劣化検出機能付き保安器であって、
   状態表示部は、
   所定温度で溶融する材料で形成され、保護素子に生じる熱が伝熱する箇所に設けられる接続部と、
   接続部に接続される移動部と、
   接続部から離脱させる方向に前記移動部を付勢する付勢部と、
   移動部とともに移動するようになされ、接続部が接続された通常状態を表す通常状態表示部、および、接続部が保護素子に生じる熱により所定温度になって溶融離脱した劣化状態を表す劣化状態表示部が設けられた表示部と、
   表示部の通常状態表示部または劣化状態表示部のうちの何れかを表示させる表示窓と、
   を有するものであり、
   通常状態では状態表示部が通常状態表示部を表示窓から透明ケースを介して表示させ、また、接続部が溶融して付勢部からの付勢力により移動部が移動して劣化状態になったときでは保護素子の劣化状態を透明ケースを介して目視させるとともに状態表示部が劣化状態表示部を表示窓から透明ケースを介して表示させることを特徴とする劣化検出機能付き保安器。
2. 請求項１に記載した劣化検出機能付き保安器において、
   前記保護素子がバリスタであることを特徴とする劣化検出機能付き保安器。

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