JP5006123B2 - 端子の接続不良検出回路及び回路遮断器 - Google Patents

Description

本発明は、端子部の接続不良を検出する接続不良検出回路及びその接続不良検出回路を備えた回路遮断器に関する。

配電機器や電力機器の端子部では、ネジの緩み等により電線や銅バーの接続不良が発生することがある。その場合、アーク放電の発生や接触抵抗の増加等により発熱し、端子部や機器ハウジング等を劣化させることがあるため、これを検出する方法が考えられている。例えば、特許文献１では端子部に温度センサを取り付けて、温度が所定値以上になったら接続不良発生と判断させていた。
特開２００１−２８６０５２号公報

上記温度センサを使用した構成は、接続部の温度上昇を検出することで接続不良を検出することはできる。しかしながら、温度による接続不良の検出は誤動作を防ぐために設定温度を低くできず、高温にならなければ接続不良と判断できなかった。また、端子部に温度センサを設ける構成は大きな設計変更を伴い容易に実施できるものではなかった。
一方で、接続不良に伴う端子の劣化はアーク放電が主要因であることが知られている。そのためこのアーク放電を初期段階で検出できれば、端子が劣化する前に検出することが可能となる。

そこで、本発明はこのような点に鑑み、端子の接続不良を早期に検出でき、また大きな構造の変更を必要としない接続不良検出回路及びこの回路を備えた回路遮断器を提供することを目的とする。

上記課題を解決する為に、請求項１の発明に係る端子の接続不良検出回路は、機器側の端子或いは端子から延びた電路を構成する第１金具と、電線或いは導体を前記端子に連結するための連結部材の少なくとも一部を成す第２金具と、前記第１金具と前記第２金具とが直接導通状態と成らないように、双方の間に介在された絶縁体と、前記電線或いは導体と前記端子との間の連結状態が、高抵抗状態或いは非接触状態となった場合に、前記第１金具と前記第２金具との間に発生する電位差によりオンするフォトカプラと、該フォトカプラのオン動作を受けて接続不良検出信号を出力する信号出力回路とを備えたことを特徴とする。
この構成によれば、電線或いは導体と端子とが良好な接続状態にあれば、第１金具と第２金具とは導通状態になくても同電位状態にあるため、フォトカプラはオンしない。ところが、接続不良状態になりアーク放電が発生するような状況になった場合、電線或いは導体に印加されている電圧と端子電圧が異なる場合が発生する。その結果、第１金具と第２金具とが異なる電位になるため、フォトカプラがオンして接続不良検出回路から信号が出力される。こうして、接続不良を検出することができる。而も、このフォトカプラは金具間の電位差によりオンするので、発熱に関係なく早期の段階で接続不良を検出することができる。また、接続不良検出回路は、抵抗素子とフォトカプラ等の比較的小さな素子を組み合わせるだけで回路を形成でき、省スペースで構成できる。

請求項２の発明は、請求項１に記載の発明において、連結部材が、電線端部に取り付けた圧着端子を機器側端子に設けた座金に連結するための端子ネジ及びナットであり、第１金具が前記座金、第２金具が前記ナットであることを特徴とする。
この構成によれば、電線を端子に接続する従来の端子部の構成を大きく変更することなく接続不良検出回路を組み付けることができる。

請求項３の発明は、過電流或いは漏電の発生を受けて電路を遮断する遮断機構を備えた回路遮断器において、請求項１又は２に記載の端子の接続不良検出回路を備え、その出力信号により前記遮断機構を動作可能としたことを特徴とする。
この構成によれば、端子部が接続不良状態になると遮断動作するので、回路遮断器の端子部を保護できる。そして、接続不良検出回路は省スペースで構成できるので、回路遮断器ケースを特別大型化することなく組み込むことができる。

本発明によれば、接続不良が発生し、アーク放電が発生するような状況になると、第１金具と第２金具との間で電位差が発生するため、フォトカプラがオンして接続不良検出回路から信号が出力され、接続不良を検出することができる。而も、このフォトカプラは金具間の電位差によりオンするので、発熱に関係なく早期の段階で接続不良を検出することができる。
また、接続不良検出回路は、抵抗素子とフォトカプラ等の比較的小さな素子を組み合わせるだけで回路を形成でき、省スペースで構成できるのでケースを特別大型化することなく回路遮断器に組み込むことができる。

以下、本発明を具体化した実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る端子の接続不良検出回路の一例を示し、１は接続不良検出対象の端子部、２は信号出力部、３は電源入力部、４は接地部、５はフォトカプラである。
端子部１は、後述する第１金具１ａと第２金具１ｂとを有し、双方の金具は２つの抵抗素子（第１抵抗Ｒ１，第２抵抗Ｒ２）を介して接続されている。このうち、第２抵抗Ｒ２は、後段に設けられたフォトカプラ５の駆動電圧を生成するための分圧抵抗であり、フォトカプラ５の出力はトランジスタＴ１を備えた信号出力回路６に接続され、フォトカプラ５のオン動作により信号出力部２から電圧信号が出力される。

図２は端子部１の具体的構成を示し、（ａ）は分解図、（ｂ）は接続した状態を示している。但し、図２（ａ）は上記接続不良検出回路１９及び回路遮断器を遮断動作させる遮断駆動回路（図示せず）を動作させるための駆動信号生成回路２０のブロック図を合わせて記載している。端子部１は、電線１０の端部に圧着して取り付けた圧着端子１１と、端子に設けられた板状の座金１２と、双方に穿設された孔１１ａ，１２ａに挿通する端子ネジ１３と、端子ネジ１３に螺着するナット１４とで構成され、圧着端子１１が座金１２に端子ネジ１３及びナット１４から成る連結部材により圧接されて連結される。

そして、座金１２の端子ネジ１３を挿通する孔１２ａは絶縁体である絶縁膜１６が覆設され、挿通した端子ネジ１３とは導通状態とならないよう構成されている。また、ナット１４と座金１２の間には絶縁体である絶縁リング１７が配置され、ナット１４と座金１２の間も直接接触しないよう構成され、端子ネジ１３とナット１４の双方が直接座金に触れないように構成されている。尚、座金１２が図１に示す第１金具１ａ、ナット１４が第２金具１ｂとなっている。

一方、図２に示すように駆動信号生成回路２０は、平均値回路２０ａ、判定回路２０ｂ、出力回路２０ｃ等により構成され、誤動作を防ぎ確実に接続不良を検出するよう構成されている。

図３は上記接続不良検出回路１９及び駆動信号生成回路２０を備えた回路遮断器の要部回路図を示している。この図３において、２２は回路遮断器の電源側端子、２３は負荷側端子、２４は接続不良検出回路１９及び駆動信号生成回路２０に電源を供給する電源回路、２５は内部遮断機構を遮断動作させる遮断駆動回路、２６は遮断駆動回路２５のオン動作により電路を開操作する開閉接点である。接続不良検出回路１９は、一対の電源側接続端子２２の双方に設けられ、電源側接続端子２２が図１の端子部１を構成している。

上記構成の接続不良検出回路１９、及び回路遮断器の動作は以下のようである。電線１０が電源側端子２２に良好に接続された状態では、図２（ｂ）に示すように電線１０に取り付けられた圧着端子１１と座金１２とは密着した状態にあるため、端子ネジ１３により圧着端子１１と導通状態にあり、負荷電流は良好に通電されてナット１４と座金１２は同電位にある。よって、第２抵抗Ｒ２に電流は流れず電圧降下は発生しない。

ところが、端子ネジ１３が緩んで圧着端子１１と座金１２の接触が僅かで高抵抗状態にあるか、非接触の状態にある場合は、電源が印加されている圧着端子１１と座金１２の間には電位差が発生してアーク放電が発生しやすい状況となる。この場合、ナット１４と座金１２の間に電位差が発生する。この電位差は最大で電線１０に印加されている電源電圧に近い大きさで発生し、第１抵抗Ｒ１と第２抵抗Ｒ２にはこの電圧が印加される。その結果、第２抵抗Ｒ２の電圧降下分でフォトカプラ５がオンし、トランジスタＴ１がオンして信号出力部２から電圧信号が出力される。その結果、駆動信号生成回路２０がオン動作し、遮断駆動回路２５が図示しない遮断機構を動作させて開閉接点２６が開動作する。

尚、上記動作は何れも、負荷側端子２３に接続されている負荷がオン状態にあり、電路に電流が流れている場合の動作であり、負荷がオフの場合は、接続不良状態にあっても電位差は発生せずフォトカプラはオンしない。

このように、電線と端子とが良好な接続状態にあれば、フォトカプラはオンしない。ところが、接続不良状態になりアーク放電が発生するような状況になった場合、座金とナットとが異なる電位になるため、フォトカプラがオンして接続不良検出回路から信号が出力される。こうして、接続不良を検出することができる。而も、このフォトカプラは金具間の電位差によりオンするので、発熱に関係なく早期の段階で接続不良を検出することができる。
また、接続不良検出回路は、抵抗素子とフォトカプラ等の比較的小さな素子を組み合わせるだけで回路を形成できるので、省スペースで構成できるし、端子部は従来の構成に絶縁部材を設ける簡易な変更で済み、従来の端子構造を大きく変更しなくて済む。
そのため、回路遮断器ケースを特別大型化することなくこの接続不良検出回路を回路遮断器に組み込むことが可能となり、接続不良状態になると遮断動作するので、回路遮断器の端子部を保護できる。

上記端子の接続不良検出回路は、分電盤や制御盤等の内部にあるネジ締めによる接続部、速結端子、プラグ等に対して適用できるし、電線の接続だけではなく板状の導体等の接続に対しても適用でき、接続不良によるアーク放電の発生や発熱等による端子部の劣化を防止することができる。例えば速結端子の場合は、第１金具１ａを端子金具、第２金具１ｂを挿入した電線を係止するバネ部材とすることで接続不良検出回路を構成できる。但し、この場合は端子金具と速結バネとが導通状態に成らないように絶縁部材が配置される。

尚、座金１２に形成した絶縁膜１６、ナット１４上に配置した絶縁リング１７は、抵抗Ｒ２に比べて高抵抗特性を示すものであれば良く、完全な絶縁特性を持たなくても良い。また、上記回路遮断器は、２つの電源側端子２２に接続不良検出回路１９を設けているが、負荷側端子２３に設けても良い。更に、３線式電路の場合は、接続不良検出回路１９を３回路並列に設ければよい。
また、電源側端子２２が接続不良状態に有る場合、電源回路２４も不安定になるため、回路遮断器の小型化を図ることも考慮して、電源回路２４を遮断器外に設けて電源線を別途引き込んでも良い。

本発明に係る接続不良検出回路の一例を示す回路図である。 図１の回路を適用する端子部の構成を示す説明図である。 図１の接続不良検出回路を備えた回路遮断器の要部回路図である。

符号の説明

１・・端子部、１ａ・・第１金具、１ｂ・・第２金具、２・・信号出力部、５・・フォトカプラ、６・・信号出力回路、１０・・電線、１１・・圧着端子、１２・・座金（第１金具）、１３・・端子ネジ、１４・・ナット（第２金具）、１６・・絶縁膜（絶縁体）、１７・・絶縁リング（絶縁体）、１９・・接続不良検出回路、２０・・駆動信号生成回路、２２・電源側端子、２３・・負荷側端子、２５・・遮断駆動回路、２６・・開閉接点。

Claims (3)

1. 機器側の端子或いは端子から延びた電路を構成する第１金具と、
   電線或いは導体を前記端子に連結するための連結部材の少なくとも一部を成す第２金具と、
   前記第１金具と前記第２金具とが直接導通状態と成らないように、双方の間に介在された絶縁体と、
   前記電線或いは導体と前記端子との間の連結状態が、高抵抗状態或いは非接触状態となった場合に、前記第１金具と前記第２金具との間に発生する電位差によりオンするフォトカプラと、
   該フォトカプラのオン動作を受けて接続不良検出信号を出力する信号出力回路とを備えたことを特徴とする端子の接続不良検出回路。
2. 連結部材が、電線端部に取り付けた圧着端子を機器側端子に設けた座金に連結するための端子ネジ及びナットであり、第１金具が前記座金、第２金具が前記ナットである請求項１記載の端子の接続不良検出回路。
3. 過電流或いは漏電の発生を受けて電路を遮断する遮断機構を備えた回路遮断器において、請求項１又は２に記載の端子の接続不良検出回路を備え、その出力信号により前記遮断機構を動作可能としたことを特徴とする回路遮断器。

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