JP5884826B2 - 故障表示及び二次電源を備える回路遮断器 - Google Patents

Description

本発明は、電子式回路遮断器、及び、特に、故障表示及び回路遮断器が開いている間の故障表示のための二次電源を備える改良型回路遮断器に関する。

今日の住宅用電子式回路遮断器（ＡＦＣＩ）は、多くの異なる種類の故障状態を監視し、これら多くの異なる種類の故障状態から保護している。電子式回路がトリップしたとき、的確且つ迅速に故障状態を是正するために、回路遮断器がどんな種類の故障を遮断したかを知ることは有効である。このような回路遮断器内の電子モジュールは、電子部品に電力が供給される場合にのみ、遮断した故障を表示することができる。通常、これを行うには、回路遮断器を再び閉じて、電子モジュールに電力を供給する必要がある。しかしながら、遮断した故障の原因を表示するために回路遮断器を再び閉じるということは、その故障が存在し続けていれば、その故障に再び通電することも意味する。回路遮断器を安全に再び閉じるためには、電子技術者が、負荷中心を開き、回路遮断器から回線負荷及び中性負荷線を取除かなければならない。電子モジュールに遮断した故障を表示可能にさせるには、危険であると考えられるレベルにまで故障に再び通電することなく電子モジュールに電力を供給する第二の手段を取ることが望ましく、これにより回路遮断器から負荷線を取除く必要はなくなる。

一実施形態において、電子式回路遮断器は、交流電源を少なくとも一つの負荷に接続するように構成された制御可能な機械的接点と、前記交流電源から負荷への電力の流れを監視し、異なる種類の故障状態を検出し、故障状態の検出に応答して前記接点を自動的に開くための制御回路とを備える。一次電源は、接点が閉じているときに前記交流電源から電力を受け取り、電力を前記制御回路に供給する。前記制御回路により制御される故障インジケータは、前記制御回路が前記接点を開く原因となる故障状態の種類を表示し、二次電源は、接点が開いていて手動操作式スイッチが閉じているときに、制御回路に電力を供給する。遮断器接点が開いている間に二次電源から制御回路に電力を供給することにより、本遮断器システムは、回路遮断器がトリップした原因を決定するために、危険な故障に対して回路遮断器を閉じる必要はなくなる。また、トリップの原因を表示するため、ファームウェアをアップデートするため、又は診断を実行するために、回路遮断器から分岐回路配線を取除く必要も、又は負荷中心から回路遮断器を再び開く必要もなくなる。

一実施形態において、前記手動操作式スイッチは、前記制御可能な機械的接点の電源側で前記交流電源に接続され、スイッチの他端は前記制御回路に接続され、前記接点が開いているときにスイッチを閉じることで、前記交流電源が前記制御回路に接続されて前記制御回路に電力を供給することができるようにする。前記交流電源からの電力を前記制御回路のために直流電力に変換するために、整流器を前記手動操作式スイッチ及び前記制御回路に接続することができる。

前記制御回路は、望ましくは、接点が閉じているときに前記接点を通じて、又は前記接点が開いているときに前記手動操作式スイッチを通じて、電力を受け取るように構成されたマイクロコントローラを備える。マイクロコントローラは、故障状態を検出し、故障状態の検出に応答して前記接点を開き、前記接点が閉じているときの故障保護動作モードと前記接点が開いているときの故障表示動作モードとの間で自動的に切り替わるようにプログラムされている。マイクロコントローラは、前記交流電源が前記接点を通じてマイクロコントローラに接続していることを検出し、前記交流電源が前記接点を通じて前記マイクロコントローラに接続していないときに故障表示モードに自動的に切り替わるようにプログラムされている。

本発明は、添付図面と合わせて以下の説明を参照することにより、最も良く理解されるであろう。

図１は、回路遮断器のトリップの原因となる故障の種類を表示することができる回路遮断器内の電子式回路の一部分の回路図である。 図２は、回路遮断器がトリップしている間にマイクロコントローラ及び故障インジケータに電力を供給するために二次電源を活性化する、図１の回路内のマイクロコントローラにより実行されるルーチンのフローチャートである。

本発明は、特定の望ましい実施形態と関連して記載されるが、本発明は、これら特定の実施形態に限定されないものと理解されたい。それどころか、本発明は、添付の特許請求の範囲において特定される本発明の要旨及び範囲に含まれうる全ての代替、改良及び均等構成を包含することが意図される。

図１は、１２０ボルトの交流電源等のライン電源１０から一以上の負荷１１に供給される電力を監視する回路遮断器を示すものである。通常動作中、すなわち、故障が発生していない場合、電源１０は、制御可能な機械的接点、すなわち、本技術分野において周知であるように、負荷１１を保護するために自動的に開くトリップ回路１３の、通常閉じている遮断器接点１２を通して、交流電力を負荷１１に供給する。加えて、全波整流器１５（例えばダイオードブリッジ）、前置電圧調整回路１６及び電圧調整器１７を備える一次電源から、遮断器内のマイクロコントローラ１４に、直流電力が供給される。ダイオードブリッジ１５は、前置電圧調整回路１６に供給する直流出力を生成するために、電源１０からの交流電力を整流する。前置電圧調整回路１６は、次に電圧調整器１７に電力を供給し、電圧調整器１７は、調整された直流入力電圧をマイクロコントローラ１４に供給する。プッシュツーテストボタン１８は、例えば、本発明と同一の出願人による米国特許第７１５１６５６号明細書に記載されているように、本回路遮断器の様々なパラメータのテストの手動開始を可能にするために、マイクロコントローラ１４のＰＴＴ入力に接続されている。

回路遮断器により故障が検出されたとき、マイクロコントローラ１４はトリップ信号を生成し、この信号はトリップ回路１３に提供され、電流の負荷への流れを遮断するために、自動的に遮断器接点を開く。マイクロコントローラは、また、トリップの原因を特定する情報、例えば接地故障又はアーク故障等の検出情報も格納する。トリップの後、ユーザが格納された情報を検索したいときは、マイクロコントローラが、格納された情報を検索し、この情報を表示する又はそうでなければユーザにこの情報を通信することを可能とするために、マイクロコントローラに電力を供給することが必要である。遮断器接点１２を再び閉じることにより、交流電源１０が整流器１５に再接続される場合、トリップの原因となった故障に、再び通電する危険が存在する。そのため、最初にトリップの原因となった故障に再び通電するのを避けるために、マイクロコントローラ１４は、遮断器接点１２を閉じることなく電力を供給されるのが好ましい。

図示する回路において、遮断器接点１２が開いている間に、交流電源１０のライン側を電圧調整器１７の入力に接続するためにプッシュツーテストボタン１８を押すことで、二次電源をマイクロコントローラ１４に結合することができる。ＰＴＴボタン１８を押すことで閉じられるＰＴＴスイッチから、電源１０からの交流信号は、電流制限抵抗器Ｒ１を通過し、ツェナーダイオードＺ１によりクランプされる。ダイオードＤ１により形成される半波整流器により、電流をダイオードＤ１と抵抗器Ｒ１との間のノードＮ１から電圧調整器１７へ流すことができ、この電流は入力キャパシタＣ１を充電し、電圧調整器１７に電力を供給するのに十分である。その後、電圧調整器１７は、マイクロコントローラ１４がトリップの原因となった故障の種類を検索し、表示することができるように、必要な電圧および電流をマイクロコントローラ１４に供給する。マイクロコントローラ１４が、いつＰＴＴスイッチが閉じられたかを検出できるように、ダイオードＤ１に供給された信号と同一の信号が、抵抗器Ｒ２を通ってマイクロコントローラのＰＴＴ入力にも供給される。

そのため、どのような種類の故障が回路遮断器のトリップの原因となったかを確認するためには、ユーザは、抵抗器Ｒ１及びダイオードＤ１を通して交流電源を一時的に電圧調整器１７に接続するために、単にＰＴＴボタン１８を押せばよい。調整器１７がＣ１からマイクロコントローラ１４に電力を供給するため、トリップの原因となった故障の種類を特定する情報が、マイクロコントローラ１４により検索され、例えばインジケータライト１９又は他の好ましい種類のインジケータ等によりユーザに表示される。ユーザは、表示された故障表示を理解するまでＰＴＴボタン１８を押し続け、その後、ユーザは、ＰＴＴボタン１８を離すことで、マイクロコントローラ１４の電源を切る。

図２を参照すると、いずれかの電源により電力が供給されると、ステップ２０において、ファームウェアは、いずれの動作モードに入るべきかを決定するまで、低電力状態に初期化する。この低電力状態の間、ステップ２１において、ファームウェアは、一次電源（すなわち、標準電圧監視回路）を監視し、一次電源が存在するか否かを決定する。応答が肯定的であれば、マイクロコントローラは、標準動作モードが初期化されるステップ２３に進む。ステップ２２における応答が否定的であれば、システムは、ユーザ入力（すなわち、ＰＴＴスイッチが閉じられるか）を監視するステップ２４、及びユーザ入力が存在するか否かを決定するステップ２５に進む。ステップ２５における応答が否定的であれば、システムは、標準動作モードが初期化されるステップ２３に進む。ステップ２５における応答が肯定的な場合、システムは、一方の経路がステップ２６及びステップ２７により示され、他方の並列経路がステップ２８により示される一組の並列処理過程に進む。ステップ２６は、一次電源を監視し、ステップ２７は、一次電源が存在するか否かを決定する。ステップ２７における応答が否定的な場合、システムはステップ２６に戻り、一次電源が検出されない限りこのループが続く。一方、並列経路において、ステップ２８は代替動作モードを開始し、その後、システムは、代替動作を終了するためにステップ２９に進み、トリップの原因となった故障の種類を示す。

図２から、ファームウェアは、（１）一次電源から電力が検出されない場合で、（２）ＰＴＴスイッチが閉じられていることが検出される場合に限り、代替モードに入ることが理解できる。ファームウェアは、一次電源からの電力が検出された場合は、ＰＴＴスイッチが開いているか又は閉じているかにかかわらず、常に標準動作モードに入るか、又は標準動作モードのままである。

一次電源から（閉じている遮断器接点１２を通って）マイクロコントローラ１４に電力が供給される標準動作モードの間、マイクロコントローラ１４内のファームウェアは、遮断器接点を開く原因となったトリップ信号を発信する前に、電子トリップ事象の原因を、モジュールの内部メモリに記録する。二次電源からマイクロコントローラに電力が供給される代替動作モードの間、ファームウェアは、トリップ事象の記録をメモリから呼び戻し、ユーザにその情報を表示する。代替モードの間、ファームウェアは、常に一次電源を監視し、一次電源からの電力が検出されたとき、標準モードに切り替える。通信／記憶ポートを加えることにより、代替動作モードは、自己更新特性及び／又は回路診断も実行することができる。

遮断器接点１２が開いている間に二次電源からマイクロコントローラ１４に電力を供給することにより、前述のシステムは、回路遮断器がトリップした原因を決定するために、危険な故障に対して回路遮断器を閉じる必要はなくなる。このシステムは、また、トリップの原因を表示する、ファームウェアをアップデートする、又は診断を実行するために、回路遮断器から分岐回路配線を取除く必要も、負荷中心から回路遮断器を再び開く必要もなくなる。

本発明の特定の実施形態及び適用例が示され、記載されているが、本発明は、本明細書において開示されたものと同一の構造及び構成に限定されず、種々の修正、変更及び変形が、添付の特許請求の範囲において特定される本発明の要旨及び範囲から逸脱することなく、上記の記載から明確であるものと理解されたい。

Claims (14)

1. 電源を負荷に接続及び切断するように構成された制御可能な機械的接点と、
   前記電源から前記負荷への電力の流れを監視し、異なる種類の故障状態を検出し、故障状態の検出に応答して前記接点を自動的に開くための制御回路と、
   前記接点が閉じているときに前記電源から電力を受け取り、電力を前記制御回路に供給する一次電源と、
   前記制御回路により制御される故障インジケータであって、前記制御回路が前記接点を開く原因となる故障状態の種類を表示するための故障インジケータと、
   前記接点が開いているときに前記制御回路に電力を供給するための二次電源であって、前記接点が開いているときに前記電源から前記制御回路に電力を供給するために、前記制御回路に接続されたスイッチを備える二次電源と
   を備える電子式回路遮断器。
2. 請求項１に記載の回路遮断器において、前記スイッチは、前記制御回路に接続され、さらに、前記スイッチが閉じているときに、前記制御回路に前記回路遮断器の様々なパラメータをテストさせる回路遮断器。
3. 請求項１に記載の回路遮断器において、前記スイッチは、前記制御可能な機械的接点の電源側で前記電源に接続された手動操作式スイッチであって、前記スイッチの他端は、前記制御回路に接続され、
   前記制御可能な機械的接点が開いているときに、前記スイッチを閉じることで、前記電源を前記二次電源を通して前記制御回路に接続することができる回路遮断器。
4. 請求項３に記載の回路遮断器において、前記電源は交流電源であり、前記一次電源は、前記手動操作式スイッチ及び前記制御回路の両方に接続された整流器であって、前記制御回路のために、前記交流電源からの電力を直流電力に変換する整流器を備える回路遮断器。
5. 請求項１に記載の回路遮断器において、前記制御回路は、前記接点が閉じているときに前記制御可能な機械的接点を通って、又は前記接点が開いているときに前記手動操作式スイッチを通って、電力を受け取るように構成されたマイクロコントローラであり、
   前記マイクロコントローラは、故障状態を検出し、故障状態の検出に応答して前記接点を開き、前記接点が閉じているときの故障保護動作モードと前記接点が開いているときの故障の種類表示動作モードとの間を自動的に切り替わるようにプログラムされている回路遮断器。
6. 請求項５に記載の回路遮断器において、前記マイクロコントローラは、前記電源が前記制御可能な機械的接点を通って前記マイクロコントローラに接続していることを検出し、前記電源が前記接点を通って前記マイクロコントローラに接続していないときに前記故障表示モードに自動的に切り替わるようにプログラムされる回路遮断器。
7. 請求項１に記載の回路遮断器において、前記手動操作式スイッチは、前記制御可能な機械的接点が閉じているときに、前記回路遮断器の様々なパラメータの自動テストを開始するために通常使用されているプッシュツーテストスイッチである回路遮断器。
8. 請求項１に記載の回路遮断器において、前記電源は交流電源であり、前記一次電源は、前記手動操作式スイッチを前記制御回路に接続し、前記制御回路に直流電力を供給する整流器を備える回路遮断器。
9. 少なくとも一つの負荷に電源を接続及び切断するように構成された制御可能な機械的接点を備える電子式回路遮断器に、電力を供給する方法であって、
   前記回路遮断器内の制御回路において、前記電源から前記負荷への電力の流れを監視し、異なる種類の故障状態を検出し、故障状態の検出に応答して自動的に前記接点を開くステップと、
   前記接点が閉じているときに前記電源から一次電源で電力を受け取るステップと、前記制御回路に前記一次電源で電力を供給するステップと、
   前記制御回路が前記接点を開く原因となる故障状態の種類を特定する情報を格納するステップと、
   前記接点が開いているときに前記制御回路に電力を供給するために、前記電源を前記制御回路に接続するように手動でスイッチを閉じることで、前記接点が開いているときに前記制御回路に電力を供給するステップと
   を有する方法。
10. 請求項９に記載の方法において、前記制御回路のために交流電源からの電力を直流電力に変換するステップを有する方法。
11. 請求項９に記載の方法において、マイクロコントローラである前記制御回路は前記接点が閉じているときの故障保護動作モードと前記接点が開いているときの故障表示動作モードとの間で自動的に切り替えるステップを有する方法。
12. 請求項１１に記載の方法において、（１）前記電源が前記接点を通って前記マイクロコントローラに接続されていないときで、（２）前記スイッチが手動で閉じられるときに、前記故障表示動作モードに自動的に切り替えるステップを有する方法。
13. 請求項１２に記載の方法において、前記スイッチは、前記回路遮断器の様々なパラメータの自動テストを開始するために通常使用されるプッシュツーテストスイッチであって、前記プッシュツーテストスイッチは、前記二次電源を活性化するステップを有する方法。
14. 請求項９に記載の方法において、前記電源は交流電源であり、前記回路遮断器内で、前記電源からの交流電力を前記制御回路駆動用の直流電力に変換するステップを有する方法。

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