JP5862600B2 - 発熱検出装置 - Google Patents

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Description

本発明は、発熱検出装置に関するものである。
電気回路を形成する配線の接続部では、経年変化、振動、ヒートサイクル等により接触抵抗が増加していく。接触抵抗が増加した接続部は、通電により発熱する。材質に銅が含まれる接続部には、発熱により銅酸化物が生成される。銅酸化物として亜酸化銅が生成された場合は、通電により亜酸化銅自体が発熱する。通電中は、亜酸化銅自体の発熱により、銅金属が亜酸化銅に変質しながら増殖していく。この現象を亜酸化銅増殖発熱現象と呼ぶ。亜酸化銅の発熱部は、局所的には1000℃程度となる。
下記特許文献1には、配線用遮断器が記載されている。この配線用遮断器は、電圧検出手段と、配線の遮断動作を行うための引き外し回路と、電圧検出回路の検出結果に基づいて引き外し回路を動作させる制御部と、を備えている。
特開2001−327065号公報 実公昭63−6833号公報
特許文献1に記載の配線用遮断器では、直流回路で発生した亜酸化銅増殖発熱現象を検出できないという課題があった。
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものである。その目的は、直流回路で発生した亜酸化銅増殖発熱現象を検出できる発熱検出装置を提供することである。
本発明に係る発熱検出装置は、直流回路を形成する配線の接続部にかかる電圧を検出する電圧検出部と、電圧検出部により検出される電圧が、続部で直流回路が遮断されているときの電圧として予め設定された第1の電圧及び直流回路が遮断されていないときの電圧として予め設定された第2の電圧のいずれとも異なる定電圧である場合に、直流回路を遮断する駆動部を動作させる制御部と、を備え、制御部は、電圧検出部により検出された電圧が予め設定された電圧域内であるか否かの判定を行う閾値回路と、閾値回路による判定結果に基づいて駆動部を動作させる出力回路と、を備え、電圧域の下限は第2の電圧よりも高く、電圧域の上限は第1の電圧よりも低いものである。
本発明に係る発熱検出装置は、直流回路中の負荷にかかる電圧を検出する電圧検出部と、電圧検出部により検出される電圧が、直流回路を形成する配線の接続部で直流回路が遮断されているときの電圧として予め設定された第1の電圧及び直流回路が遮断されていないときの電圧として予め設定された第2の電圧のいずれとも異なる定電圧である場合に、直流回路を遮断する駆動部を動作させる制御部と、を備え、制御部は、電圧検出部により検出された電圧が予め設定された電圧域内であるか否かの判定を行う閾値回路と、閾値回路による判定結果に基づいて駆動部を動作させる出力回路と、を備え、電圧域の下限は第1の電圧よりも高く、電圧域の上限は第2の電圧よりも低いものである。
本発明に係る発熱検出装置は、直流回路中の負荷にかかる電圧を検出する電圧検出部と、電圧検出部により検出される電圧が、直流回路を形成する配線の接続部で直流回路が遮断されているときの電圧として予め設定された第1の電圧及び直流回路が遮断されていないときの電圧として予め設定された第2の電圧のいずれとも異なる定電圧である場合に、直流回路を遮断する駆動部を動作させる制御部と、を備え、制御部は、電圧検出部により検出された電圧を第2の電圧から差し引いて差分を算出する差分回路と、差分が予め設定された電圧域内であるか否かの判定を行う閾値回路と、閾値回路による判定結果に基づいて駆動部を動作させる出力回路と、を備え、電圧域の下限は第1の電圧よりも高く、電圧域の上限は第2の電圧よりも低いものである。
本発明によれば、直流回路で発生した亜酸化銅増殖発熱現象を検出することができる。
直流電源、接続部及び負荷を備えた直流回路を示す回路図である。 図1に示す直流回路の接続部2にかかる電圧を示すグラフである。 本発明の実施の形態1における発熱検出装置を示す回路ブロック図である。 本発明の実施の形態2における発熱検出装置を示す回路ブロック図である。 本発明の実施の形態3における発熱検出装置を示す回路ブロック図である。
添付の図面を参照して、本発明を詳細に説明する。各図では、同一又は相当する部分に同一の符号を付している。重複する説明は、適宜簡略化あるいは省略する。
実施の形態1.
図1は、負荷1を動作させるための直流回路を示す回路図である。ここでは、簡単のために、負荷1、直流回路を形成する配線の接続部2及び直流電源3から成る単純な直流回路とした。また、図2は、図1に示す直流回路の接続部2にかかる電圧を示すグラフである。図2において、波形Aは、回路遮断状態での電圧を示している。波形Bは、通電状態で、亜酸化銅発熱が発生していない場合の電圧を示している。波形Cは、通電状態で、亜酸化銅発熱が発生している場合の電圧を示している。なお、亜酸化銅発熱とは、通電により亜酸化銅自体が発熱することをいう。以下、図1及び図2を参照して、本発明の原理を説明する。
図1において、接続部2がオープンの場合、直流回路は回路遮断状態となる。オープンとは、接続部2を開路又は断線等した状態をいう。接続部2がオープンのとき、負荷1は、電圧がかからないため動作しない。このとき、直流電源3からの供給電圧は、図2に示す波形Aのように、そのまま接続部2にかかる。例えば、供給電圧がDC100Vの直流回路であれば、接続部2がオープンのときは、接続部2にDC100Vがかかることになる。
また、図1において、接続部2がショートの場合、直流回路は通電状態となる。ショートとは、回路が遮断されていない状態をいう。接続部2がショートのとき、負荷1は、直流電源3から電圧を供給されて動作する。このとき、図2に示す波形Bのように、接続部2にかかる電圧はほぼ0Vとなる。
このように、通常は、接続部2にかかる電圧は図2に示す波形A又は波形Bのどちらかを示す。一方、経年劣化、接続不良等により接続部2において亜酸化銅増殖発熱現象が発生していると、接続部2がショートであっても、図2に示す波形Cのように、接続部2に電圧が発生する。この電圧は、亜酸化銅が一定の抵抗値を持っているため波形Cのような定電圧となり、直流回路が通電状態である限り安定して継続する。波形Cは、発熱した亜酸化銅に特徴的な電圧の波形であり、接続不良、回路の入切のみではこのような安定した定電圧は現れない。この定電圧値は、直流電源3からの供給電圧、直流回路に流れる電流、接続部2の構造等の各種条件によって決定可能な値である。このため、この定電圧値を予め算出し、亜酸化銅発熱時に接続部2に発生する電圧として設定することができる。これにより、本発明では、接続部2に発生する電圧に基づいて、通電中に直流回路の接続部2において発生する亜酸化銅発熱を検出する。
図3は、直流回路に取り付けられた本実施の形態における発熱検出装置を示す回路ブロック図である。以下、図3を参照して発熱検出装置の構成を説明する。
図3に示す回路図は、負荷1を動作させるための直流回路を示している。この直流回路は、図1と同様に、直流回路を形成する配線の接続部2を備えている。また、この直流回路中には、動作することで直流回路の通電を遮断する駆動部4が配置されている。
図3に示すように、発熱検出装置は、回路中の2点間にかかる電圧を検出する電圧検出部5を備えている。ここでは、電圧検出部5は、直流回路の接続部2にかかる電圧を検出するように設けられている。また、発熱検出装置は、電圧検出部5と接続された制御部6を備えている。制御部6は、閾値回路7及び出力回路8を備えている。また、制御部6は、駆動部4と接続されている。
次に、各部の動作について説明する。電圧検出部5は、接続部2にかかっている電圧を検出する。電圧検出部5により検出された電圧値は、制御部6の閾値回路7に入力される。閾値回路7は、入力された電圧値が設定電圧域内のときに、信号を出力する。換言すれば、閾値回路7は、入力された電圧値が設定電圧域内でないときは、信号を出力しない。つまり、閾値回路7は、電圧検出部5により検出された電圧値が設定電圧域内であるか否かを判定する。そして、閾値回路7から出力された信号は、出力回路8に入力される。なお、設定電圧域とは、亜酸化銅発熱時に接続部2に発生する電圧に基づいて予め設定された電圧域である。
出力回路8は、閾値回路7からの信号の入力が設定時間以上継続した場合に、信号を出力する。換言すれば、出力回路8は、閾値回路7からの信号の入力が設定時間以上継続しなかった場合には、信号を出力しない。そして、出力回路8から出力された信号は、駆動部4に入力される。駆動部4は、出力回路8からの信号が入力されると動作し、直流回路の通電を遮断する。なお、設定時間とは、予め設定された時間である。
次に、本実施の形態における発熱検出装置による検出動作について、具体例を用いて説明する。ここでは、供給電圧がDC100Vの直流回路の接続部2において、亜酸化銅発熱時に10V程度の電圧が発生するものとする。また、閾値回路7での設定電圧域を5〜15Vとする。
接続部2において亜酸化銅発熱が発生していると、電圧検出部5が10Vの定電圧を検出する。この電圧値10Vは、閾値回路7に入力される。このとき、閾値回路7での設定電圧域は5〜15Vであるため、閾値回路7は信号を出力する。閾値回路7から出力された信号は、出力回路8に入力される。電圧検出部5が検出する10Vの定電圧は通電状態である限り安定して継続するため、出力回路8への信号の入力も継続される。そして、出力回路8は、閾値回路7からの信号の入力が設定時間以上継続すると、駆動部4に信号を入力する。駆動部4は、信号が入力されると動作し、直流回路の通電を遮断する。これにより、接続部2に形成された亜酸化銅は通電されなくなり、発熱現象は終了する。
上述した具体例では、閾値回路7での設定電圧域を5〜15Vとして説明している。しかし、設定電圧域は、直流回路の各種条件、接続部2に発生する電圧のマージン等を鑑みて変更可能である。また、出力回路8での設定時間を短くすれば、より迅速に亜酸化銅増殖発熱現象の検出及び直流回路の遮断を行うことができる。
上述したとおり、本実施の形態における発熱検出装置は、直流回路中の接続部2にかかる電圧を検出することで、接続部2において発生した亜酸化銅増殖発熱現象を検出することができる。その結果、直流回路の遮断動作を行い、接続部2の焼損を未然に防止することができる。
また、上述したとおり、本実施の形態では、発熱した亜酸化銅に特徴的な定電圧を検出することで亜酸化銅増殖発熱現象を検出している。このため、配線の接続不良、回路の入切等によって発生する電圧を誤検出することを防止できる。その結果、高い精度で亜酸化銅増殖発熱現象を検出することができる。
実施の形態2.
図4は、直流回路に取り付けられた本実施の形態における発熱検出装置を示す回路ブロック図である。以下、実施の形態1との相違点を中心に説明し、実施の形態1と同じ部分にはこれと同じ符号を付して、一部の説明を省略する。
実施の形態1では、電圧検出部5が接続部2にかかる電圧を検出している。一方、本実施の形態では、図4に示すように、直流回路が接続部2a及び接続部2bを備えている。このように、同一回路中に複数の接続部が存在する場合、どの接続部で亜酸化銅増殖発熱現象が発生するかは不明である。このため、実施の形態1の方法では、各接続部に対して別個に電圧検出部5及び制御部6を設けなければならない。
この問題を解決するため、本実施の形態では、発熱検出装置の電圧検出部5が、接続部2a及び接続部2bではなく負荷1にかかる電圧を検出するように設けられている。接続部2a及び接続部2bの電気抵抗は極めて小さいため、通常は、接続部2a及び接続部2bにかかる電圧はいずれもほぼ0Vである。しかし、例えば、接続部2aで亜酸化銅発熱が発生した場合、亜酸化銅が一定の抵抗を持っているため、接続部2aにかかる電圧が上昇する。これにより、負荷1にかかる電圧は、接続部2aにかかる定電圧分だけ供給電圧よりも降下する。このとき、接続部2aにかかる定電圧値は各種条件によって決定可能であるから、負荷1にかかる電圧を予め算出することができる。このため、本実施の形態では、亜酸化銅発熱時に接続部にかかる電圧を供給電圧から差し引いた値に基づいて、閾値回路7での設定電圧域が設定される。つまり、亜酸化銅発熱の発生を判断するために、実施の形態1では接続部2にかかる電圧の上昇を検出するが、本実施の形態では負荷1にかかる電圧の降下を検出する。
次に、本実施の形態の発熱検出装置による検出動作について、具体例を用いて説明する。ここでは、供給電圧がDC100Vである直流回路の接続部2aにおいて、亜酸化銅発熱時に10V程度の電圧が発生するものとする。また、閾値回路7での設定電圧域を85〜95Vとする。
このとき、通常は、供給電圧であるDC100Vが負荷1にかかる。しかし、接続部2aにおいて亜酸化銅発熱が発生していると、電圧検出部5は、亜酸化銅にかかる10V分が降下したDC90Vを検出する。この電圧値90Vは、閾値回路7に入力される。閾値回路7での設定電圧域は85〜95Vであるため、閾値回路7は信号を出力する。閾値回路7から出力された信号は、出力回路8に入力される。そして、出力回路8は、閾値回路7からの信号の入力が設定時間以上継続すると、駆動部4に信号を入力する。駆動部4は、信号が入力されると動作し、直流回路の通電を遮断する。これにより、接続部2aに形成された亜酸化銅は通電されなくなり、発熱現象は終了する。
上述した具体例では、閾値回路7での設定電圧域を85〜95Vとして説明している。しかし、亜酸化銅発熱時に接続部2aにかかる電圧は、供給電圧、直流回路に流れる電流、接続部2aの構造等の各種条件によって決定可能な値である。そして、負荷1にかかる電圧の降下量は、接続部2aにかかる電圧と供給電圧によって算出することができる。このため、閾値回路7には、負荷1にかかる電圧の降下量に基づいて予め最適な電圧域を設定する必要がある。
上述したとおり、本実施の形態における発熱検出装置は、負荷1にかかる電圧を検出することで、直流回路中の接続部において発生した亜酸化銅増殖発熱現象を検出する。このため、同一回路中に複数の接続部が存在し、そのいずれかにおいて亜酸化銅増殖発熱現象が発生した場合でも、1つの電圧検出部5のみで検出することができる。その結果、複数の接続部を備える直流回路に対して遮断動作を行い、接続部の焼損を未然に防止することができる。
なお、本実施の形態では、接続部2aにおいて亜酸化銅発熱が発生した場合を例に挙げたが、接続部2bにおいて発生した場合でも検出可能である。また、ここでは接続部が2つの場合を示したが、接続部がさらに多くても亜酸化銅増殖発熱現象の検出は可能である。つまり、接続部が複数ある場合でも、負荷1にかかる電圧の変化を検出することで、直流回路中での亜酸化銅増殖発熱現象の発生を判断できる。
実施の形態3.
図5は、直流回路に取り付けられた本実施の形態における発熱検出装置を示す回路ブロック図である。以下、実施の形態2との相違点を中心に説明し、実施の形態2と同じ部分にはこれと同じ符号を付して、一部の説明を省略する。
実施の形態2では、電圧検出部5は負荷1にかかる電圧を検出している。また、閾値回路7での設定電圧域は、亜酸化銅発熱時に接続部にかかる電圧を供給電圧から差し引いた値に基づいて設定されている。しかし、電源電圧の切り替え等により供給電圧が変更された場合には、正確に亜酸化銅発熱を検出することができない。
この問題を解決するため、本実施の形態における制御部6は、直流電源3からの供給電圧値と負荷1にかかる電圧値との差分を求める差分回路9を備えている。また、本実施の形態では、直流電源3と制御部6とが接続され、直流電源3からの供給電圧値が差分回路9及び閾値回路7に対して入力される。閾値回路7では、接続部2a及び接続部2bのいずれかで発生する亜酸化銅発熱を検出するための設定電圧域が、直流電源3から入力された供給電圧値に基づいて設定される。つまり、供給電圧が変更された場合、それに伴って設定電圧域も変更される。差分回路9は、供給電圧値と負荷1にかかる電圧値との差分を算出し、閾値回路7に入力する。閾値回路7は、差分回路9から入力された差分が設定電圧域内のときに信号を出力し、差分が設定電圧域内でないときは信号を出力しない。
次に、本実施の形態の発熱検出装置による検出動作について、具体例を用いて説明する。ここでは、直流電源3からDC100V又はDC200Vの電圧が供給される直流回路について説明する。なお、供給電圧がDC100Vの場合、閾値回路7での設定電圧域は5〜15Vであり、亜酸化銅発熱時の接続部2aには10Vの電圧が発生するものとする。また、供給電圧がDC200Vの場合、閾値回路7での設定電圧域は15〜25Vであり、亜酸化銅発熱時の接続部2aには20Vの電圧が発生するものとする。
まず、直流電源3からの供給電圧がDC100Vで、接続部2a及び接続部2bにおいて亜酸化銅発熱が発生せず、負荷1に通常通り通電される場合について説明する。この場合、閾値回路7では、直流電源3から供給電圧値が入力されると、設定電圧域が5〜15Vとなる。これに対して、差分回路9では、直流電源3から入力される供給電圧値と、電圧検出部5により検出される電圧値がともに100Vであるため、算出される差分は0Vとなる。この差分が閾値回路7に入力されるが、設定電圧域である5〜15Vに該当しないため、閾値回路7は信号を出力しない。また、供給電圧がDC200Vに変更された場合も、設定電圧域が15〜25Vに変わるのみで、差分回路9により算出される差分は0Vである。このため、閾値回路7は信号を出力しない。
次に、直流電源3からの供給電圧がDC100Vのとき、接続部2aにおいて亜酸化銅発熱が発生した場合について説明する。この場合、閾値回路7では、直流電源3から供給電圧値が入力されると、設定電圧域が5〜15Vとなる。また、接続部2aにおいて亜酸化銅発熱によるDC10Vの電圧降下が発生するため、負荷1にかかる電圧は90Vとなる。このため、差分回路9では、供給電圧100Vと電圧検出部5により検出される電圧値90Vとの差分である10Vが算出される。この差分が閾値回路7に入力されると、設定電圧域である5〜15Vに該当するため、閾値回路7は信号を出力する。閾値回路7から出力された信号は、出力回路8に入力される。そして、出力回路8は、閾値回路7からの信号の入力が設定時間以上継続すると、駆動部4に信号を入力する。駆動部4は、信号が入力されると動作し、直流回路の通電を遮断する。これにより、接続部2aに形成された亜酸化銅は通電されなくなり、発熱現象は終了する。
一方、供給電圧がDC200Vに変更されると、設定電圧域が15〜25Vに変更される。この場合、接続部2aにおいて亜酸化銅発熱によるDC20Vの電圧降下が発生するため、負荷1にかかる電圧は180Vとなる。このため、差分回路9では、供給電圧200Vと電圧検出部5により検出される電圧値180Vとの差分である20Vが算出される。この差分は、設定電圧域である15〜25Vに該当するため、閾値回路7は信号を出力する。その後、供給電圧がDC100Vのときと同様にして、直流回路の通電は遮断され、発熱現象は終了する。
上述したとおり、本実施の形態における発熱検出装置は、直流電源3からの供給電圧値と負荷1にかかる電圧値との差分を求める差分回路9を備えている。これにより、電源電圧の切り替え等により供給電圧が変更された場合であっても、正確に亜酸化銅発熱を検出することができる。その結果、直流回路の遮断動作を行い、接続部2の焼損を未然に防止することができる。
なお、本実施の形態では、接続部2aにおいて亜酸化銅発熱が発生した場合を例に挙げたが、接続部2bにおいて発生した場合でも検出可能である。また、ここでは接続部が2つの場合を示したが、接続部がさらに多くても亜酸化銅増殖発熱現象の検出は可能である。つまり、接続部が複数ある場合でも、負荷1にかかる電圧の変化を検出することで、直流回路中での亜酸化銅増殖発熱現象の発生を判断できる。
実施の形態1、2及び3では、閾値回路7は、入力された電圧値が設定電圧域のときは信号を出力し、設定電圧域内でないときは信号を出力しない。しかし、閾値回路7が信号を出力する条件と、信号を出力しない条件とを逆にすることも可能である。つまり、入力された電圧値が設定電圧域のときは信号を出力せず、設定電圧域内でないときに信号を出力することとしてもよい。ただし、この場合、出力回路8は、閾値回路7からの信号の入力がない状態が設定時間以上継続した場合に信号を出力し、入力がない状態が設定時間以上継続しなかった場合には信号を出力しないように設定される。
また、実施の形態1、2及び3では、出力回路8は、閾値回路7からの信号の入力が設定時間以上継続した場合に信号を出力し、設定時間以上継続しなかった場合には信号を出力しない。しかし、出力回路8が信号を出力する条件と、信号を出力しない条件とを逆にすることも可能である。つまり、閾値回路7からの信号の入力が設定時間以上継続していない場合は信号を出力し続け、設定時間以上継続した場合は信号の出力をやめることとしてもよい。ただし、この場合、駆動部4は、出力回路8からの信号の入力がなくなった場合に動作するように設定される。
また、実施の形態2及び3では、電圧検出部5は、直流回路中の負荷1全体にかかる電圧を検出しているが、負荷1の一部にかかる電圧を検出することとしてもよい。直流回路の正常動作時に負荷1の一部にかかる電圧が明らかであれば、実施の形態2及び3と同様の方法で亜酸化銅増殖発熱現象を検出することが可能である。
また、実施の形態1、2及び3の駆動部4に報知手段を設けることとしてもよい。例えば、表示灯、LED等を設け、駆動部4の動作時に点灯させることで使用者に異常状態を報知し、亜酸化銅の除去等の復旧を促すことができる。
1 負荷、2,2a,2b 接続部、3 直流電源、4 駆動部、5 電圧検出部、6 制御部、7 閾値回路、8 出力回路、9 差分回路

Claims (6)

  1. 直流回路を形成する配線の接続部にかかる電圧を検出する電圧検出部と、
    前記電圧検出部により検出される電圧が、前記接続部で前記直流回路が遮断されているときの電圧として予め設定された第1の電圧及び前記直流回路が遮断されていないときの電圧として予め設定された第2の電圧のいずれとも異なる定電圧である場合に、前記直流回路を遮断する駆動部を動作させる制御部と、
    を備え
    前記制御部は、
    前記電圧検出部により検出された電圧が予め設定された電圧域内であるか否かの判定を行う閾値回路と、
    前記閾値回路による判定結果に基づいて前記駆動部を動作させる出力回路と、
    を備え、
    前記電圧域の下限は前記第2の電圧よりも高く、前記電圧域の上限は前記第1の電圧よりも低い発熱検出装置。
  2. 流回路中の負荷にかかる電圧を検出する電圧検出部と、
    前記電圧検出部により検出される電圧が、前記直流回路を形成する配線の接続部で前記直流回路が遮断されているときの電圧として予め設定された第1の電圧及び前記直流回路が遮断されていないときの電圧として予め設定された第2の電圧のいずれとも異なる定電圧である場合に、前記直流回路を遮断する駆動部を動作させる制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、
    前記電圧検出部により検出された電圧が予め設定された電圧域内であるか否かの判定を行う閾値回路と、
    前記閾値回路による判定結果に基づいて前記駆動部を動作させる出力回路と、
    を備え、
    前記電圧域の下限は前記第1の電圧よりも高く、前記電圧域の上限は前記第2の電圧よりも低い発熱検出装置。
  3. 流回路中の負荷にかかる電圧を検出する電圧検出部と、
    前記電圧検出部により検出される電圧が、前記直流回路を形成する配線の接続部で前記直流回路が遮断されているときの電圧として予め設定された第1の電圧及び前記直流回路が遮断されていないときの電圧として予め設定された第2の電圧のいずれとも異なる定電圧である場合に、前記直流回路を遮断する駆動部を動作させる制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、
    前記電圧検出部により検出された電圧を前記第2の電圧から差し引いて差分を算出する差分回路と、
    前記差分が予め設定された電圧域内であるか否かの判定を行う閾値回路と、
    前記閾値回路による判定結果に基づいて前記駆動部を動作させる出力回路と、
    を備え、
    前記電圧域の下限は前記第1の電圧よりも高く、前記電圧域の上限は前記第2の電圧よりも低い発熱検出装置。
  4. 前記閾値回路は、前記第2の電圧に基づいて前記電圧域を設定する請求項に記載の発熱検出装置。
  5. 前記電圧検出部は、前記接続部にかかる電圧を検出せず、前記直流回路中の負荷の一部にかかる電圧を検出する請求項乃至のいずれか1項に記載の発熱検出装置。
  6. 前記電圧検出部は、前記接続部にかかる電圧を検出せず、前記直流回路中の負荷全体にかかる電圧を検出する請求項乃至のいずれか1項に記載の発熱検出装置。
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