JP4682103B2 - 電子式回路遮断器 - Google Patents

Description

この発明は電路を保護する電子式回路遮断器に関し、特に、回路遮断器の遮断性能の低下を防止するようにした電源装置を備えた電子式回路遮断器に関するものである。

従来の電子式回路遮断器の電源装置としては、たとえば、特開平７−３３６８６９号公報（以下、特許文献１と称す。）に示されるものがある。この特許文献１に示される電子式回路遮断器は、電路に設けられた接点、この接点を開路させる引き外し装置、電路に流れる電流に応動して引き外し装置を動作させる制御回路、この制御回路の作動状況を記録する不揮発性メモリ、および、制御回路に電源を供給する電源装置を備えている。
そして、この電源装置は、基準電位に対して正及び負の電圧を供給する直流電源を有し、この正及び負の直流電源間にダイオードを介してコンデンサを接続し、ダイオードとコンデンサの一方の端子との間に形成された電源供給端から制御回路へ電源を供給するように形成されている。また、制御回路による引き外し装置の制御に基づいて基準電位とコンデンサの他方の端子との間を開閉するスイッチング手段を有し、引き外し装置の動作により電路から変流器を通して得ている制御回路の電源がストップしたときに、制御回路用電源の基準電位と直流電源の一方の端子との間をスイッチング手段の閉合により接続するようにすることで、コンデンサの充電電圧を高くして、比較的長い時間制御回路に対し電源供給の維持が可能となるように構成されている。

特開平７−３３６８６９号公報（図１）

従来の電子式回路遮断器、特にその電源装置は、以上のように比較的大容量のコンデンサを用いて構成されており、例えば、電路において短絡事故が発生した状態で開閉接点をＯＮさせて電源装置を立上げた場合には、コンデンサが充電されるまで制御回路へ出力される電圧が上昇しないことから、マイコンから出力信号が出力され引外し装置が動作する迄の時間が長くなり、この間に開閉接点に長時間大電流が流れ、開閉接点が消耗し、遮断性能が低下するという問題があった。
この対応策として、電圧上昇の立上がりを良くするため、また、引き外し装置の動作により電路から変流器を通して得ている制御回路の電源がストップしたときの電源確保のために、外部電源を用いて長い時間電源供給を維持する方法があるが、外部電源を用いるとコスト高で外形寸法が大きくなるという問題があった。

この発明は、このような従来装置の課題を解決するためになされたもので、遮断性能が低下することなく、また、制御回路に対して外部電源を用いることなく長い時間電源供給を維持することができる電源装置を備えた電子式回路遮断器を得ることを目的とする。

この発明に係る電子式回路遮断器は、単相または複数相の電路に設けられた開閉可能な開閉接点、この開閉接点を開閉させる引き外し装置、電路に流れる電流に応動して引き外し装置を動作させる制御回路、電路に流れる電流に基づいて発生した電力を蓄積して前記制御回路に動作電圧を供給する電源装置を備え、この電源装置は、電路に流れる電流に基づいて発生した電力を蓄積し、少なくとも制御回路が動作する電力を供給可能な静電容量を有する第1のコンデンサと、制御回路から出力された信号によりスイッチング動作を行うスイッチング素子と、このスイッチング素子の動作に伴い、電路に流れる電流に基づいて発生した電力を蓄積し、蓄積した電力を第1のコンデンサに供給する第２のコンデンサと、第1のコンデンサから第２のコンデンサに流入する電流を阻止する電流阻止部材とを有し、前記制御回路は、第１のコンデンサの充電開始の所定の時間後に、前記スイッチング素子を動作させて第２のコンデンサを充電させる充電開始信号を出力し、前記制御回路からのトリップ信号出力後、前記開閉接点が開路するまでの時間を利用して、前記第２のコンデンサを充電するようにしたものである。

この発明の電子式回路遮断器によれば、第1のコンデンサと、この第１のコンデンサより静電容量の大きい第２のコンデンサを配設し、電路に電流が流れた直後は第1のコンデンサのみを充電させ、所定の時間後にスイッチング素子を動作させて第２のコンデンサを充電させるようにしたので、制御回路を動作させる第１のコンデンサが急速に充電されて、制御回路は逸早くスタンバイ状態となり、電路において短絡事故が発生し負荷電流が増加した状態で開閉接点をＯＮさせて電源装置を立上げた場合においても、制御回路が、引き外し装置を動作させるトリップ信号を速やかに出力することができるので、遮断器の遮断性能が低下することがない。

また、第２のコンデンサに充電された大容量の電荷により、電路が開路後も制御回路に対して長時間電源の供給を継続することができ、回路遮断器の遮断動作時の動作データを記憶部へ確実に書き込むことができる。

実施の形態１．
この発明の実施の形態１の電子式回路遮断器について、図１、図２を参照して説明する。
図１はこの発明の実施形態１における電子式回路遮断器の全体構成を示すブロック図、図２は図１の動作を示すタイムチャートである。
図１において、１００は電子式回路遮断器で電路１に配設されている。電子式回路遮断器１００は、電路１に接続された開閉接点２、電路１に流れる電流を変流する変流器３、変流器３で検出された電流を整流し直流電圧に変換する整流回路４、整流回路４から出力された直流電圧を所定の電圧に変換する電源装置５、この電源装置５から電力が供給されて動作する制御回路６、制御回路６から出力された信号で動作して開閉接点２を開路させる引外し装置７により構成されている。

電源装置５は、整流回路４から出力された電流を平滑する平滑回路５ａ、電路１に流れる電流に基づいて発生した電力を蓄積すると共に、少なくとも制御回路６が動作する電力を供給可能な静電容量を有する第1のコンデンサ５ｂ、制御回路６から出力された信号によりスイッチング動作を行うスイッチング素子５ｃ、このスイッチング素子５ｃの動作に伴い電路１に流れる電流に基づいて発生した電力を蓄積すると共に、蓄積した電力を第1のコンデンサ５ｂに供給する第２のコンデンサ５ｄ、第1のコンデンサ５ｂから第２のコンデンサ５ｄに流入する電流を阻止する電流阻止部材であるダイオード５ｅを有している。

また、制御回路６は、電路１を流れる電流を検出する変流器６ａと、この変流器６ａの出力信号を所定の信号に変換する電流変換回路６ｂと、この電流変換回路６ｂの出力信号に基づいて電路１の電流の大きさが所定値以上の場合、この電流の大きさに応じた動作時限で引き外し装置７を作動させて、開閉接点２を開離させる制御演算部であるマイコン６ｃ、および、マイコン６ｃの動作状態を記憶する記憶部であるメモリ６ｄとを有している。

次に、以上のように構成された電子式回路遮断器の動作について、図２のタイムチャートを用いて説明する。
（１） 電路１に接続された開閉接点２を図示しない開閉操作手段により閉路させると、図２（ａ）に示すように、電路１に流れた電流を変流器３が検出し（Ｓｔｅｐ１）、整流回路４に入力される。
（２） 整流回路４に入力された電流は、図２（ｂ）に示すように、整流回路４で整流（Ｓｔｅｐ２）された後、平滑回路５ａで平滑される。

（３） 平滑回路５ａで平滑された電流によって、図２（ｃ）に示すように、第１のコンデンサ５ｂが充電され、Ａ部（図１参照）の電位が上昇（Ｓｔｅｐ３）する。
このときスイッチング手段５ｃはＯＦＦしており、第２のコンデンサ５ｄを充電することなく、第１のコンデンサ５ｂは急速に充電される。
ここで、第1のコンデンサの静電容量は、例えば、１０μＦから１００μＦ、第２のコンデンサの静電容量は１０００μＦから５０００μＦに設定されている。
なお、図２（ｃ）において、点線Ｖ１で示す特性は、後述する第２のコンデンサ５ｄが無い場合のＡ部の電位を示している。
第１のコンデンサ５ｂが充電されると、マイコン６ｃおよびメモリ６ｄを内蔵する制御回路６に電力が供給され、制御回路６はスタンバイ状態となる。

（４） 上記（１）〜（３）の動作において、例えば、電路１において短絡事故が発生し負荷電流が増加した状態の時に開閉接点２を閉路させた場合は、電路１を流れる電流を制御回路６の変流器６ａが検出し、この変流器６ａの出力信号が電流変換回路６ｂで所定の信号に変換されてマイコン６ｃに入力され、マイコン６ｃは、図２（ｄ）に示すように、電路１の電流の大きさに応じた動作時限でトリップ信号を出力（Ｓｔｅｐ４）する。
（５） これによって、図２（ｅ）に示すように、引き外し装置７が作動して開閉接点２が開路（Ｓｔｅｐ５）する。

（６） また、制御回路６のマイコン６ｃは、第１のコンデンサ５ｂの充電開始（電路１への電流通電開始と同じ）の所定の時間Ｔ１（図２（ｃ）参照）後に、図２（ｆ）に示すように、スイッチング素子５ｃを動作させる充電開始信号を出力（Ｓｔｅｐ６）する。
（７） スイッチング素子５ｃが動作すると、図２（ｇ）に示すように、第２のコンデンサ５ｄの充電が行われ、Ｂ部（図１参照）の電位が上昇（Ｓｔｅｐ７）する。
なお、マイコン６ｃのトリップ信号出力後、開閉接点２が開路するまでの時間は、約２０ｍｓ（図２（ｄ）、（ｅ）参照）であり、この間を利用して、第２のコンデンサ５ｄを充電するものである。
（８） 次に、マイコン６ｃは、図２（ｈ）に示すように、第２のコンデンサ５ｄに充電された電荷により、電子式回路遮断器１００の遮断動作時の動作データ（トリップ原因、トリップ電流、トリップ時刻など）をメモリ６ｄへ書込（Ｓｔｅｐ８）ませ、書き込まれたこのデータは電路事故を復旧する際の原因調査の有効な情報となる。
すなわち、開閉接点２が開路後も、第２のコンデンサ５ｄに充電された電荷によりＡ部の電位が所定値に維持され（図２（ｃ）参照）、図２（ｈ）に示すように、少なくとも上記の書込み完了までの期間Ｔ２中は、制御回路６に対して電源供給が継続・維持されるものである。

以上のように、この発明の実施の形態１の電子式回路遮断器によれば、第1のコンデンサ５ｂと第２のコンデンサ５ｄとを配設し、電路１に電流が流れた直後は第1のコンデンサ５ｂのみを充電させ、所定の時間後にスイッチング素子５ｃを動作させて第２のコンデンサ５ｄを充電させるようにしたので、制御回路６を動作させる第１のコンデンサは急速に充電され、制御回路は逸早くスタンバイ状態となる。したがって、電路において短絡事故が発生した状態で開閉接点をＯＮさせて電源装置を立上げた場合においても、制御回路は開閉接点を開閉させる引き外し装置へのトリップ信号を遅延することなくタイムリーに出力するので、遮断器の遮断性能が低下することがない。

また、第２のコンデンサ５ｄの静電容量を第1のコンデンサ５ｂの静電容量よりも大容量とし、制御回路からのトリップ信号出力後、開閉接点２が開路するまでの時間を利用して、大容量の第２のコンデンサ５ｄを充電するように構成されているので、第２のコンデンサ５ｄに充電された大容量の電荷により、制御回路に対して長い時間電源供給を継続することができ、電子式回路遮断器１００の遮断動作時の動作データ（トリップ原因、トリップ電流、トリップ時刻など）をメモリ６ｄへ確実に書込むことができる。

この発明の実施の形態１における電子式回路遮断器の全体構成を示すブロック図である。 図１の動作を示すタイムチャートである。

符号の説明

１ 電路、２ 開閉接点、５ 電源装置、 ５ｂ 第1のコンデンサ、
５ｃ スイッチング素子、５ｄ 第２のコンデンサ、５ｅ 電流阻止部材、
６ 制御回路、６ｃ マイコン、６ｄ メモリ、７ 引き外し装置、
１００ 電子式回路遮断器。

Claims (3)

1. 単相または複数相の電路に設けられた開閉可能な開閉接点、この開閉接点を開閉させる引き外し装置、前記電路に流れる電流に応動して前記引き外し装置を動作させる制御回路
   、前記電路に流れる電流に基づいて発生した電力を蓄積して前記制御回路に動作電圧を供給する電源装置を備え、前記電源装置は、前記電路に流れる電流に基づいて発生した電力を蓄積し、少なくとも前記制御回路が動作する電力を供給可能な静電容量を有する第1のコンデンサと、前記制御回路から出力された信号によりスイッチング動作を行うスイッチング素子と、このスイッチング素子の動作に伴い、前記電路に流れる電流に基づいて発生した電力を蓄積し、蓄積した電力を前記第1のコンデンサに供給する第２のコンデンサと
   、前記第1のコンデンサから前記第２のコンデンサに流入する電流を阻止する電流阻止部材とを有し、前記制御回路は、前記第１のコンデンサの充電開始の所定の時間後に、前記スイッチング素子を動作させて前記第２のコンデンサを充電させる充電開始信号を出力し
   、前記制御回路からのトリップ信号出力後、前記開閉接点が開路するまでの時間を利用して、前記第２のコンデンサを充電するようにしたことを特徴とする電子式回路遮断器。
2. 前記第２のコンデンサの静電容量を、前記第1のコンデンサの静電容量よりも大容量としたことを特徴とする請求項１に記載の電子式回路遮断器。
3. 前記制御回路は、前記電路を流れる電流の大きさが所定値以上のとき、電流の大きさに応じた動作時限で前記引き外し装置を動作させる制御演算部と、遮断動作時の動作情報を記憶する記憶部を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電子式回路遮断器。

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