JP5322545B2 - 回路遮断器 - Google Patents

Description

本発明は事故電流を検出して電路の保護を行う回路遮断器に関するもので、特に回路遮断器の過電流の検出と引きはずし動作の高速化に関するものである。

従来の回路遮断器における過電流の検出は、各相に配置された変流器の二次出力となる電流を整流して形成した定電圧回路を、引きはずし回路を動作させるための定電圧エネルギー源とすると共に、上記引きはずし回路を構成するマイクロコンピュータで演算、判定を行い、所定の反限時特性に従って引き外しコイルを付勢して各相に挿入された遮断器の引きはずし動作を行うものが知られている。（例えば特許文献１を参照）

特開２００１−１６５９６４号公報

ところが、上記のようなマイクロコンピュータにより遮断器の引きはずし回路を動作させる方式では、所定の反限時特性に従う動作領域では問題ないが、例えば最大瞬時電流設定値を超えるような短絡大電流が流れたようなときには、遮断器の引きはずし動作を開始して遮断動作が完了するまでには、例えば約２０数ｍｓの時間を要しているのが実情である。具体的には、短絡が発生してから定電圧回路による電圧源が形成されるまでに例えば１ｍｓ以下、マイクロコンピュータの初期設定時間を含む演算・判定時間とトリガー回路の動作に例えば約１０ｍｓ、引きはずし機構の動作時間に例えば約１５ｍｓと合計約２６ｍｓの時間が必要となる。

このため、最大瞬時電流設定値を超えるような短絡大電流が流れた場合は、遮断器の引きはずし動作を開始して遮断動作が完了するまでには遮断器の開閉接点に大電流が流れてしまい、アークが接点間に長時間に亘って発生し、このため接点が消耗して通電性能を損なうまでに至ることがあった。また、接点間の発弧により、通常より多くの短絡電流が流れるため、両接点間で溶着を引き起こす恐れもあった。

本発明は上記のような問題を解決するためになされたもので、大電流発生時における遮断器引きはずし動作開始までの時間を短くすることにより、接点の損耗、溶着をなくして、長期に亘って通電性能が良好で、信頼性の高い回路遮断器を提供することを目的とする。

この発明に係る回路遮断器は、配線電路に配置された電源供給変流器の二次電流を整流して形成した定電圧回路を、引きはずし回路を動作させるための定電圧エネルギー源とすると共に、上記引きはずし回路には上記配線電路に流れる負荷電流に応じて所定の反限時動作特性を得るよう演算・判定を行うマイクロコンピュータと、上記反限時動作特性に従って遮断器の引きはずし動作を行う第１の引きはずし機構と、上記負荷電流が当該遮断器の最大瞬時電流設定値を超えた場合、遮断器の開閉接点間に発弧が生じるまでに上記遮断器の引きはずし動作を行う第２の引きはずし機構を備え、上記第２の引きはずし機構による遮断器の引きはずし動作が上記第１の引きはずし機構による引きはずし動作より早くなるように構成した回路遮断器において、
上記配線電路に配置された第１の電源供給変流器により上記第１の引きはずし機構に整流電圧を供給する第一の整流回路と、上記配線電路あるいは上記第１の電源供給変流器の二次側に配置された第２の電源供給変流器により上記第２の引きはずし機構に整流電圧を供給する第二の整流回路とを備え、
上記第２の引きはずし機構は、ボビンの芯部に巻回された引きはずしコイル、上記ボビン内に互いに対向して配置された固定鉄心と可動鉄心、および上記固定鉄心と可動鉄心間に配置され上記固定鉄心と可動鉄心間に所定のバネ荷重を与えるスプリングにて構成されており、上記負荷電流が上記遮断器の定格電流を超え最大瞬時電流設定値までの値である場合は、上記引きはずしコイルの起磁力は上記スプリングのバネ荷重より小さく設定され、上記負荷電流が当該遮断器の最大瞬時電流設定値を超えた場合、上記遮断器の開閉接点間に発弧が生じるまでに上記引きはずしコイルの起磁力が上記スプリングのバネ荷重を上回るように設定されたことを特徴とするものである。

本発明によれば、最大瞬時電流設定値を超え、遮断器の接点間に発弧が生じるような恐れのある大電流が流れた場合に、直ちに遮断器の引きはずし動作を行う第二の引きはずし機構設けたので、大電流が流れてから遮断器の引きはずし動作開始までの時間が短くなり、両接点間の発弧が生じるまでに遮断動作を完了することができることから、接点の損耗をなくし、通電性能の良好な回路遮断器を得ることができる効果を有する。

実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１について図１乃至図３を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態１における回路遮断器の引きはずし回路構成図、図２はこの発明の回路遮断器の引きはずし動作特性図、図３は第２の引きはずし機構の断面図である。図１において、１は配線電路、２は遮断器の開閉接点、３a、３b、３cは上記各電路１に配置された第１の電源供給変流器、４a、４b、４cは電流検出コイル、５は上記第１の電源供給変流器３a、３b、３cからの二次出力電流を整流する第一の整流回路、６は上記第一の整流回路５の整流出力を受け安定化された定電圧源を構成する定電圧回路、７は上記定電圧回路６の出力を電圧源とし、上記電流検出コイル４a、４b、４cの二次電流を入力信号とする制御回路で、図示しないＡ／Ｄ変換回路、積分回路等からなる専用ＩＣ８と、遮断器の反限時動作を制御する特性を内蔵し、所定の演算、判定を行うマイクロコンピュータ９とからなる。

マイクロコンピュータ９には図示していないが、特許文献１に記載のように、定格電流の１１５％〜短限時電流設定値までを検出する長限時特性検出部と、短限時電流設定値〜
瞬時電流設定値までを検出する短限時特性検出部と、瞬時電流設定値以上を検出する瞬時特性検出部とを備えており、電流値と引きはずし時限の関係をそれぞれ異なる指数関数的な特性によりコントロールしている。更に、１０は上記マイクロコンピュータ９の出力信号で動作するサイリスタ等のトリガー回路、１１は上記トリガー回路１０が導通することで励磁される第１の引きはずしコイル、１２a、１２b、１２cは上記各電路１に配置された第２の電源供給変流器、１３は上記第２の電源供給変流器１２a、１２b、１２cからの二次出力電流を整流する第二の整流回路、１４は上記第二の整流回路１３の出力を受けて励磁される第２の引きはずしコイルである。

次に、この実施の形態１における回路遮断器の引きはずし動作を図２の引きはずし動作特性図に従って説明する。図２に示すように、配線電路１に定格電流以上の電流が流れ、その大きさが大きくなるに従って遮断器の開閉接点２が開路する動作時間が短くなる反限時特性を有しており、定格電流の１１５％〜短限時電流設定値までを長限時動作領域、短限時電流設定値〜瞬時電流設定値（最大）までを短限時動作領域、瞬時電流設定値以上を瞬時動作領域とそれぞれ定義する。また、図２には理解を助けるため、特定の遮断器（例えば定格電流が２０００Ａ）の引き外し動作を想定した具体的電流値を定格電流との比で示しており、遮断器の定格電流が変わるとこの特性値も変化するものである。

今、配線電路１に負荷電流が流れると第１の電源供給変流器３a、３b、３cの二次出力電流は第一の整流回路５で整流され定電圧回路６で安定化され、制御回路７を動作させる電源となる。一方、電流検出コイル４a、４b、４cにて配線電路１に流れる電流の大きさを検出して、上記制御回路７の専用ＩＣ８を介してマイクロコンピュータ９で監視している。マイクロコンピュータ９では配線電路１に流れる負荷電流の大きさに応じて、図２の長限時動作領域、短限時動作領域、あるいは瞬時動作領域かどうかを判断し、それぞれの反限時特性に従って計算結果を出力し、サイリスタからなるトリガー回路１０を動作させて第１の引きはずしコイル１１を励磁して遮断器の引きはずし動作が行われる。この第一の引き外し機構による動作完了までに、前述したように約２０数ｍｓの時間を要することになる。

なお、実際には負荷電流が最大瞬時電流設定値を超え、遮断器本体が発弧する恐れがある電流に到達するまでの範囲Ａで、上記第２の引き外し機構による動作が上記第１の引き外し機構による動作に先立って開始される。
すなわち、図２の遮断器本体が発弧する領域をＢとすると、本発明では上記最大瞬時電流設定値Ｘ（定格電流の例えば約１６倍）を超え、しかも遮断器本体の接点間に発弧が生じる電流Ｙ（定格電流の例えば約３０倍）までの過電流が配線電路１に流れた場合には、第２の電源供給変流器１２a、１２b、１２cから第二の整流回路１３を介して第２の引きはずしコイル１４が励磁され、第１の引きはずしコイル１１の動作より早く遮断器の開路動作を行うものである。このときの第２の引き外しコイルの動作電流は図２のＺ点で示しており、定格電流の例えば約１５倍の値で遮断器本体が発弧するに至るまでにトリップ動作がなされることとなる。

従って、上記第２の引き外し機構が存在せず第１の引きはずし機構だけの場合は、動作完了までに前述したように例えば約２０数ｍｓを要するのに対し、第２の引きはずし機構を併用した場合はマイクロコンピュータ９を含む制御回路７やサイリスタからなるトリガー回路１０を介さないため、その動作完了までの時間はマイクロコンピュータ９の初期設定を含む演算・判定時間（例えば約１０ｍｓ）だけ短い例えば約１０数ｍｓとなるからである。なお、第２の引きはずしコイル１４の励磁時点は、下記するように上記Ｚ点が最大瞬時電流設定値Ｘから遮断器本体の接点間に発弧が生じる電流Ｙまでの間（Ａ区間）に来るように調整される。

図３は第二の引きはずし機構の概略構成図であり、上記第２の引きはずしコイル１４の励磁時点の調整方法と併せて説明する。図において、１４はボビン２１の芯部に巻回されたコイルで図１の第２の引きはずしコイル１４に相当する。上記ボビン２１内には固定鉄心２２と可動鉄心２３とが互いに対向して配設されており、また上記固定鉄心２２と可動鉄心２３との間には両者が所定の間隙２７を保って配置されるようにリターンスプリング２４が存在している。ヨーク２５は上記コイル１４にて発生した磁束を上記固定鉄心２２、可動鉄心２３を通して磁気的に結合するためのものであり、シャフト２６は上記最大瞬時電流設定値を超え、しかも遮断器本体の接点間に発弧が生じるまでの過電流が配線電路１に流れた場合に遮断器の開閉接点２を動作させる（図示していない）ものである。

上記のように第２の引きはずし機構はコイル１４、固定鉄心２２、可動鉄心２３、リターンスプリング２４等で構成されており、リターンスプリング２４のばね力により可動鉄心２３と固定鉄心２２とは互いに相離れる方向に付勢されていることは上述したとおりである。上記負荷電流が定格電流を超え最大瞬時電流設定値Ｘまでの値である場合は、コイル１４の起磁力はリターンスプリング２４のバネ荷重より小さく設定されており、可動鉄心２３は固定鉄心２２に吸着されないため、遮断器をトリガーさせることはない。
しかし、最大瞬時電流設定値Ｘを超える大電流が流れた場合は、コイル１４の起磁力が上記バネ荷重を上回るように設定されており、可動鉄心２３が固定鉄心２２に吸着され、シャフト２６が突出して第２の引きはずし機構を動作させる。

この可動鉄心２３が固定鉄心２２に吸着される動作点が最大瞬時電流設定値Ｘを超え、遮断器の接点間に発弧が生じる電流未満となるように上記リターンスプリング２４のバネ荷重およびコイル１４の起磁力を調整・設定されている。
以上のように、最大瞬時電流設定値以下の電流では、第一の引きはずし機構により精度良く動作させ、また最大瞬時電流設定値を超え遮断器の接点間に発弧が生じる電流未満では、第二の引き外し機構を動作させるようにしたので、マイクロコンピュータを含む制御回路による演算・判定時間を短縮でき、大電流領域での発弧を抑制することができる。

実施の形態２．
図４はこの発明の実施の形態２における回路遮断器の引きはずし回路構成図であり、実施の形態１について説明した図１のものと同一または相当部分には同一符号を付している。この発明の実施の形態２は、実施の形態１の第２の電源供給変流器１２a、１２b、１２cおよび第二の整流回路１３を省略して、第２の引きはずしコイル１４を整流回路５と定電圧回路６との間に挿入したものである。このようにすることにより、実施の形態１のものと比較して、電源供給変流器および整流回路がそれぞれ一組でよいので、回路構成が簡単になるものである。

実施の形態３．
図５はこの発明の実施の形態３における回路遮断器の引きはずし回路構成図である。図１のものと同一または相当部分には同一符号を付しており、図１と異なる部分についてのみ説明する。この発明の実施の形態３は、実施の形態１の第２の電源供給変流器１２a、１２b、１２cおよび第二の整流回路１３を第１の電源供給変流器３a、３b、３cの二次側電路に挿入したものである。このようにすることにより、実施の形態１のものと比較して、貫通する導体の外形、電流の大きさとも小さくできるので、第２の電源供給変流器１２a、１２b、１２cおよび整流回路を小容量に構成することができる。

実施の形態４．
図６はこの発明の実施の形態４における回路遮断器の引きはずし回路構成図である。図１のものと同一または相当部分には同一符号を付しており、図１と異なる部分についてのみ説明する。この発明の実施の形態４は、実施の形態１の第２の引きはずしコイル１４と並列に可変抵抗器１５を挿入したものである。
このようにすることにより、第２の電源供給変流器１２a、１２b、１２cから上記第２の引きはずしコイル１４に供給する電流を分流させることができるため、この可変抵抗器１５の値を調整することにより、第２の引きはずしコイル１４が動作する短絡電流の大きさを遮断器の定格電流などに応じて設定することが可能となるものである。

本発明の実施の形態１における回路遮断器の引きはずし回路構成図である。 この発明の回路遮断器の引きはずし動作特性の一例を示す図である。 第２の引きはずし機構の概略断面図である。 この発明の実施の形態２における回路遮断器の引きはずし回路構成図である。 この発明の実施の形態３における回路遮断器の引きはずし回路構成図である。 この発明の実施の形態４における回路遮断器の引きはずし回路構成図である。

符号の説明

１ 配線電路、 ２ 遮断器の開閉接点、
３a、３b、３c 第１の電源供給変流器、 ４a、４b、４c 電流検出コイル、
５ 第一の整流回路、 ６ 定電圧回路、 ７ 制御回路、
８ 専用ＩＣ、 ９ マイクロコンピュータ９、 １０ トリガー回路、
１１ 第１の引きはずしコイル、 １２a、１２b、１２c 第２の電源供給変流器、
１３ 第二の整流回路、 １４ 第２の引きはずしコイル、
１５ 可変抵抗器、 ２１ ボビン、 ２２ 固定鉄心、
２３ 可動鉄心、 ２４ リターンスプリング、２５ ヨーク、
２６ シャフト。

Claims (2)

1. 配線電路に配置された電源供給変流器の二次電流を整流して形成した定電圧回路を、引きはずし回路を動作させるための定電圧エネルギー源とすると共に、上記引きはずし回路には上記配線電路に流れる負荷電流に応じて所定の反限時動作特性を得るよう演算・判定を行うマイクロコンピュータと、上記反限時動作特性に従って遮断器の引きはずし動作を行う第１の引きはずし機構と、上記負荷電流が当該遮断器の最大瞬時電流設定値を超えた場合、遮断器の開閉接点間に発弧が生じるまでに上記遮断器の引きはずし動作を行う第２の引きはずし機構を備え、上記第２の引きはずし機構による遮断器の引きはずし動作が上記第１の引きはずし機構による引きはずし動作より早くなるように構成した回路遮断器において、
   上記配線電路に配置された第１の電源供給変流器により上記第１の引きはずし機構に整流電圧を供給する第一の整流回路と、上記配線電路あるいは上記第１の電源供給変流器の二次側に配置された第２の電源供給変流器により上記第２の引きはずし機構に整流電圧を供給する第二の整流回路とを備え、
   上記第２の引きはずし機構は、ボビンの芯部に巻回された引きはずしコイル、上記ボビン内に互いに対向して配置された固定鉄心と可動鉄心、および上記固定鉄心と可動鉄心間に配置され上記固定鉄心と可動鉄心間に所定のバネ荷重を与えるスプリングにて構成されており、上記負荷電流が上記遮断器の定格電流を超え最大瞬時電流設定値までの値である場合は、上記引きはずしコイルの起磁力は上記スプリングのバネ荷重より小さく設定され、上記負荷電流が当該遮断器の最大瞬時電流設定値を超えた場合、上記遮断器の開閉接点間に発弧が生じるまでに上記引きはずしコイルの起磁力が上記スプリングのバネ荷重を上回るように設定されたことを特徴とする回路遮断器。
2. 上記第２の電源供給変流器が配線電路に配置されたものにおいて、上記第２の引きはずし機構の引きはずしコイルに並列に可変抵抗器を接続したことを特徴とする請求項１に記載の回路遮断器。

Images