JP6076499B2

JP6076499B2 - 電子式回路遮断器

Info

Publication number: JP6076499B2
Application number: JP2015548936A
Authority: JP
Inventors: 雄介瀧川; 野村　敏光; 敏光野村
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-11-22
Filing date: 2013-11-22
Publication date: 2017-02-08
Anticipated expiration: 2033-11-22
Also published as: WO2015075815A1; EP3073281B1; JPWO2015075815A1; KR20160039261A; CN105765393B; EP3073281A1; KR101699674B1; CN105765393A; EP3073281A4

Description

この発明は電子式回路遮断器に関し、特に、負荷への給電を中断することなく定期的且つ自動的に動作試験可能な自己診断機能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引き外し動作試験装置として、例えば特許文献１に示されるものがある。この特許文献１に示されるものは、内蔵された電池と、交流電源を編成する三角波発生回路と、この三角波発生回路の出力を正弦波に近づけるフィルタ回路と、このフィルタ回路からの擬似正弦波を被動作試験用の電子式回路遮断器の過電流および短絡、地絡事故相当の信号として、また、上記電池の直流を上記電子式回路遮断器の電子回路の作動用電源として、それぞれ電子式回路遮断器に供給する接続コネクタとを備えた動作試験装置を、電子式回路遮断器へ接続し、給電停止状態にて電子式回路遮断器の引き外し装置を駆動させ電子式回路遮断器をトリップさせることで動作試験を行っていた。

また、給電を停止していない状態の電子式回路遮断器へ誤って動作試験を行った場合、遮断器がトリップしアークが発生して危険である。これを防止するためには給電状態では遮断器をトリップさせないインターロック機能が必要であるが、従来の方式では動作試験装置が給電状態を判定する機能を持たないため、給電時には動作試験を強制停止させるといったインターロック機能を構成することができないという問題があった。

このような問題に対し、地絡を検出する零相変流器および引き外し装置を駆動させるための引き外し電流回路を備えた過電流継電器の動作試験装置において、動作試験時にはトリップ電流回路と引き外し装置との接続をアナログスイッチによって未接続とし、引き外し装置を不動作とすることで活線状態でも動作試験が可能な試験装置が提案されている。（例えば、特許文献２参照。）

特開平９−１６６６３４号公報特開２０００−２６１９５１公報

特許文献１に示される従来の引き外し動作試験装置では、点検をする場合に必ず給電を停止しなければならず、負荷側設備の停止を余儀なくされ、運転稼働率が低下するという問題があった。
また、特許文献２に示される装置では、動作試験中は引き外し装置を不動作とするため、動作試験中に地絡事故が起きた場合、経路を切り離すことができず、本来の目的である回路保護が達成できないという問題もあった。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、動作試験中であっても、過電流および短絡、地絡事故が起こった際は遮断器を引き外すことが可能で、更に定期的且つ自動的に動作試験可能な自己診断機能を備え、定常時から動作試験を行うことで運転稼働率と設備信頼性を向上させることのできる電子式回路遮断器を提供することを目的とするものである。

この発明に係る電子式回路遮断器は、主回路の電流を検出する変流器の二次出力を整流する整流回路、この整流回路から出力された電流により遮断器内部のマイコンである第１のマイコンおよび遮断器の引き外し装置を駆動するための定電圧電源を生成する定電圧回路を備え、上記第１のマイコンは、上記整流回路からの被測定信号が入力されるＡ／Ｄ変換部と、主回路に流れる過電流、瞬時電流、漏洩電流の閾値が設定され、上記Ａ／Ｄ変換部への入力信号が上記いずれかの閾値を超えたか否かを判定する閾値判定部と、この閾値判定部が上記過電流、瞬時電流、漏洩電流のいずれかの閾値を超えたと判定した場合に上記引き外し装置へ引き外し信号を出力する引き外し信号出力部とを備えた電子式回路遮断器において、上記変流器の二次出力を模擬した正弦波信号であって上記閾値判定部の設定閾値を超えたテスト信号を出力するテスト信号出力回路と、上記変流器と上記整流回路の間に直列接続され、上記第１のマイコンからの制御信号によって開閉時間が制御され、且つ上記整流回路に入力される信号を、上記変流器より出力された信号と上記テスト信号出力回路より出力されたテスト信号とに周期的に切り替える第１の切り替えスイッチ、および、上記引き外し信号出力部の出力状態と上記第１の切り替えスイッチの接続状態に基づいて、回路遮断器の動作状態を判定する引き外し出力判定回路を備え、更に上記第１の切り替えスイッチの前段にシュミットトリガ回路を接続し、上記第１の切り替えスイッチの前段の信号を、上記シュミットトリガ回路を介して上記マイコンの閾値判定部へ入力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、動作試験中であっても、過電流および短絡、地絡事故が起こった際は遮断器を引き外すことが可能で、更に定期的且つ自動的に動作試験可能な自己診断機能を備え、定常時から動作試験を行うことで運転稼働率と設備信頼性を向上させることができる。

上述した、またその他の、この発明の目的、特徴、効果は、以下の実施の形態における詳細な説明および図面の記載からより明らかとなるであろう。

この発明の実施の形態１における電子式回路遮断器の構成を示すブロック図である。図１における第１の切り替えスイッチの切り替えタイミングチャートを示す図である。この発明の実施の形態２における電子式回路遮断器の構成を示すブロック図である。この発明の実施の形態３における電子式回路遮断器の構成を示すブロック図である。この発明の実施の形態４における電子式回路遮断器の構成を示すブロック図である。図５における外部付属装置のブロック図である。

以下、この発明の実施の形態につき、図面を参照して説明する。なお、各図中、同一符号は、同一または相当部分を示すものとする。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１の電子式回路遮断器の構成を示すブロック図、図２は図１における第１の切り替えスイッチの切り替えタイミングチャートを示した図である。
図１において、回路遮断器１００の図示しないベースは、変流器１を格納している。変流器１は、主回路に電流が流れた場合、その電流に比例した出力電流を変流器１の二次側に出力する。出力された電流は整流回路２を介して、定電圧回路４に入力され、定電圧回路４は遮断器内部のマイコン６や遮断器の引き外し装置３を駆動させるための電源を生成する。それと同時に、整流回路２から出力された電流は、整流回路２にて電流信号から電圧信号へ変換され、マイコン６のＡ／Ｄ変換部７へそれぞれ入力されることで、回路遮断器１００の主回路に流れる電流値を検知する。第１の切り替えスイッチ５は、変流器１と整流回路２の間に直列に接続され、マイコン６の制御信号出力回路９からの切り替えスイッチ制御信号により常時周期的に切り替えが行われ、変流器１からの信号とテスト信号出力回路１１からのテスト信号との切替を行う。

図２に第１の切り替えスイッチ５の切り替えタイミングの一例を示す。
第１の切り替えスイッチ５は、マイコン６の制御信号出力回路９からの制御信号がＨレベルのときには変流器１からの信号を検知し、Ａ／Ｄ変換部７によってそのデータをマイコン６が取得する。
制御信号がＬレベルになると、第１の切り替えスイッチ５が切り替わり、テスト信号出力回路１１からの信号を検知し、Ａ／Ｄ変換部７によってそのデータをマイコン６が取得する。この操作を常時繰り返すことで変流器１からの信号とテスト信号出力回路１１からのテスト信号を交互に検知する。

マイコン６の演算部では、Ａ／Ｄ変換部７に入力された変流器１からの信号およびテスト信号出力回路１１からのテスト信号の値が、主回路を流れる過電流、瞬時電流、漏洩電流の所定の閾値を超えているか否かの判定を閾値判定部６１で行い、閾値を超えていれば引き外し信号出力部６２から引き外し信号を出力する。引き外し信号出力部６２から引き外し装置３までの間には、第１の切り替えスイッチ５とは別の第２の切り替えスイッチ８が接続されている。
第２の切り替えスイッチ８の開閉は、第１の切り替えスイッチ５と同様に、マイコン６の制御信号出力回路９からの制御信号によって行われる。引き外し信号出力部６２には引き外し出力判定回路１０が接続されており、引き外し出力判定回路１０は、制御信号出力回路９からの制御信号と併せ、回路遮断器１００が正常動作しているか否の判定を行う。

即ち、テスト信号出力回路１１からは常に、過電流、瞬時電流、漏洩電流の所定の閾値が設定された閾値判定部６１の閾値を超えた信号を順次繰り返し出力させており、引き外し出力判定回路１０は、第１の切り替えスイッチ５がテスト信号出力回路１１と接続されており、且つ引き外し信号出力部６２から引き外し信号が出力されている間は、正常動作として判定する。また、第１の切り替えスイッチ５がテスト信号出力回路１１と接続されているが引き外し信号出力部６２から引き外し信号が出力されていない、もしくは、第１の切り替えスイッチ５がテスト信号出力回路１１と接続されていないが引き外し信号出力部６２から引き外し信号が出力されているという場合には、異常動作と判定し、引き外し出力判定回路１０より、回路遮断器１００の外部へ警報出力を行う。

この第１の切り替えスイッチ５の開閉時間はマイコン６の制御信号出力回路９からの制御信号によって調整するため、マイコン６のＡ／Ｄ変換部７へ入力された信号が、変流器１より出力された主回路の電流に比例する信号か、テスト信号出力回路１１より出力されたテスト信号かを判別することが可能であり、信号の混合による回路遮断器１００の誤動作を防止することができる。

また、引き外し信号出力部６２と引き外し装置３との間に直列に第２の切り替えスイッチ８が接続されている。この第２の切り替えスイッチ８は、第１の切り替えスイッチ５と同様にマイコン６の制御信号出力回路９からの制御信号によって開閉が行われ、引き外し信号が変流器１より出力された信号である場合は、この第２の切り替えスイッチ８を閉じ、引き外し装置３を駆動させて遮断器をトリップさせる。一方、引き外し信号がテスト信号出力回路１１より出力された信号であれば、第２の切り替えスイッチ８を開き、引き外し装置３を不動作とする。

上記いずれの場合でも、Ａ／Ｄ変換部７へ入力された信号が閾値判定部６１の閾値を超えた際には引き外し信号出力部６２から引き外し信号が出力されるため、この引き外し信号を引き外し出力判定回路１０へフィードバックし、マイコン６の制御信号出力回路９からの制御信号と併せて、遮断器が正常に動作しているか否かの判定を行うものである。

以上のように構成されたこの発明の実施の形態１によれば、テスト信号出力回路１１からのテスト信号がマイコン６のＡ／Ｄ変換部７へ入力される経路は、変流器１からの二次出力が入力される経路と同一であるため、実際の使用条件に近い状態で動作試験ができ、且つマイコン６の入力部であるＡ／Ｄ変換部７を増やすことなく構成することが可能である。

また、常時、テスト信号出力回路１１からテスト信号をマイコン６のＡ／Ｄ変換部７へ入力し、引き外し信号出力部６２から引き外し信号を引き外し信号判定回路１０へフィードバックすることにより、変流器１から引き外し信号出力部６２までの機能について、特別な試験器を必要とせず、自動的に動作試験を行い、自己診断機能を持たせることができる。

また、動作試験の結果、異常があった場合には、引き外し信号判定回路１０から警報を外部へ出力し、使用者に対し異常を知らせることができるため、異常のある遮断器を使用し続けることがなく設備の信頼性が向上する。

更に、実施の形態１の構成によれば、第１の切り替えスイッチ５の切り替えを常時周期的に行い、常に主回路の電流を変流器１から検出しているため、動作試験中に過負荷および短絡、地絡事故等が起こったとしても通常通り回路遮断器１００を動作させることができ、回路遮断器１００に接続されている負荷機器を保護することが可能である。

実施の形態２．
図３は、この発明の実施の形態２の電子式回路遮断器の構成を示すブロック図である。
実施の形態１では第１の切り替えスイッチ５によって、変流器１の出力とテスト信号出力回路１１からのテスト信号を周期的に切替えている関係上、短い時間ではあるが変流器１と整流回路２が接続されていない時間帯がある。その時間帯に短絡、地絡事故のような瞬間的な大電流が流れた場合、変流器１からの出力を検出できない可能性がある。
この実施の形態２はこのような場合に対処するもので、図３に示すように、第１の切り替えスイッチ５の前段の信号を、シュミットトリガ回路１２を介してマイコン演算部へ入力するようにしたものである。

即ち、瞬間的な大電流が流れた場合には、第１の切り替えスイッチ５の開閉に関わらずシュミットトリガ回路１２からの出力を瞬時電流の閾値判定回路６１へ入力し、引き外し信号出力部６２からの引き外し信号により、引き外し装置３を駆動させるものである。
なお、その他の構成については、実施の形態１と同様であるので、説明を省略する。

この実施の形態２によれば、シュミットトリガ回路１２を設け、瞬間的な大電流が流れた場合に、変流器１からの出力を第１の切り替えスイッチ５の切替えタイミングに関わらず検出するようにしたため、動作試験中に短絡、地絡事故が起こったとしてもより確実に回路遮断器１００を動作させることができ、回路遮断器に接続されている負荷機器を保護することが可能である。

実施の形態３．
図４は、この発明の実施の形態３の電子式回路遮断器の構成を示すブロック図である。
この実施の形態３は、実施の形態２において、引外し出力判定回路１０より警報を外部に出力するのではなく、引外し出力判定回路１０より引き外し装置３へトリップ命令を出力するようにしたものである。
なお、その他の構成については、実施の形態２と同様であるので、説明を省略する。

この実施の形態３によれば、引き外し出力判定回路１０が異常動作と判定した場合、引き外し装置３へトリップ命令を出力し、回路遮断器１００を動作させるようにしたので、異常動作している一部の回路遮断器１００を自動的且つ速やかに解列し、その遮断器に接続されている負荷機器が保護できていない状態を回避することが可能で、更に設備の信頼性を向上することができる。

実施の形態４．
図５は、この発明の実施の形態４における電子式回路遮断器の構成を示すブロック図、図６は、図５に示す外部付属装置の構成を示すブロック図である。
上述の実施の形態１〜３の構成では変流器１から全ての回路を駆動させるための電源を得ているため、主回路に電流が流れていない状態では動作試験を行うことができない。
この実施の形態４は、実施の形態２において、テスト信号出力回路の制御を回路遮断器だけではなく、外部付属装置でも行うようにしたものである。

図５、図６において、外部付属装置１８は回路遮断器１００とは別に直流電源１６、定電圧回路１５、回路遮断器動作用電源１４、マイコン１３、表示モジュール１７を備える独立した筐体であり、可搬式とすることで、使用者の意思により任意の遮断器に取り付けることができる装置である。ここで直流電源１６は持ち運び可能な電源、例えば乾電池であり、定電圧回路１５によってマイコン１３、表示モジュール１７を駆動する電源を生成する。また、定電圧回路１５は遮断器の外部付属装置検出回路１９へ接続され、遮断器内部マイコン６へ外部付属装置１８が接続されていることを認識させる。

主回路に電流が流れており、自動的に動作試験が行われている場合には、遮断器内部マイコン６から外部付属装置内部マイコン１３へ情報が送信され、表示モジュール１７は主回路の電流値や自己診断機能の正常・異常判定結果などの動作状態を表示する。
主回路に電流が流れていない状態で、使用者が意図的に外部付属装置１８を介して動作試験を行う場合には、操作部２０および表示モジュール１７によって試験電流値を決定し、マイコン１３によって、テスト信号出力回路１１が試験電流値に該当するテスト信号を出力するよう制御する。テスト信号が閾値判定部６１の閾値を超えた場合、回路遮断器動作用電源１４から引き外し装置３を駆動させる電源を供給し、回路遮断器をトリップさせる。もちろん外部付属装置１８の電源１６は乾電池のような直流電源に限るものではなく、外部付属装置１８内に交直流変換回路を備えさせ、外部から交流電圧を印加することで駆動させるような形態でも構わない。

この実施の形態４によれば、外部付属装置１８が接続されており、且つ主回路に電流が流れていない場合の動作試験では、外部付属装置１８に備えられた回路遮断器動作用電源１４で引き外し装置３を駆動させるようにしたため、引き外し装置３が正常に駆動し、遮断器がトリップするといった機械的な動作まで確認することが可能である。また、外部付属装置１８のマイコン１３からテスト信号出力回路１１へ任意のタイミングでテスト信号を出力するよう指示ができるため、設備が停止しているような定期点検時に自由に動作試験を行うことが可能である。

この発明は、負荷への給電を中断することなく定期的且つ自動的に動作試験可能な自己診断機能を備えた電子式回路遮断器に関するものであり、運転稼働率と設備信頼性を向上させた回路遮断器として有益なものである。

１変流器、２整流回路、３引き外し装置、４定電圧回路、
５第１の切り替えスイッチ、６遮断器内部マイコン、
７Ａ／Ｄ変換部、８第２の切り替えスイッチ、
９制御信号出力回路、１０引き外し出力判定回路、
１１テスト信号出力回路、１２シュミットトリガ回路、
１３外部付属装置内部マイコン、１４回路遮断器動作用電源、
１５定電圧回路、１６直流電源、１７表示モジュール、
１８外部付属装置、１９外部付属装置検出回路、
２０操作部、６１閾値判定部、６２引き外し信号出力部、
１００回路遮断器。

Claims

主回路の電流を検出する変流器の二次出力を整流する整流回路、この整流回路から出力された電流により遮断器内部のマイコンである第１のマイコンおよび遮断器の引き外し装置を駆動するための定電圧電源を生成する定電圧回路を備え、上記第１のマイコンは、上記整流回路からの被測定信号が入力されるＡ／Ｄ変換部と、主回路に流れる過電流、瞬時電流、漏洩電流の閾値が設定され、上記Ａ／Ｄ変換部への入力信号が上記いずれかの閾値を超えたか否かを判定する閾値判定部と、この閾値判定部が上記過電流、瞬時電流、漏洩電流のいずれかの閾値を超えたと判定した場合に上記引き外し装置へ引き外し信号を出力する引き外し信号出力部とを備えた電子式回路遮断器において、
上記変流器の二次出力を模擬した正弦波信号であって上記閾値判定部の設定閾値を超えたテスト信号を出力するテスト信号出力回路と、上記変流器と上記整流回路の間に直列接続され、上記第１のマイコンからの制御信号によって開閉時間が制御され、且つ上記整流回路に入力される信号を、上記変流器より出力された信号と上記テスト信号出力回路より出力されたテスト信号とに周期的に切り替える第１の切り替えスイッチ、および、上記引き外し信号出力部の出力状態と上記第１の切り替えスイッチの接続状態に基づいて、回路遮断器の動作状態を判定する引き外し出力判定回路を備え、更に上記第１の切り替えスイッチの前段にシュミットトリガ回路を接続し、上記第１の切り替えスイッチの前段の信号を、上記シュミットトリガ回路を介して上記マイコンの閾値判定部へ入力するようにしたことを特徴とする電子式回路遮断器。
上記第１の切り替えスイッチの開閉時間を上記遮断器内部の第１のマイコンの制御信号によって制御することにより、上記整流回路の出力が、上記変流器からの二次出力信号か、上記テスト信号出力回路からのテスト信号かを判別するように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。
上記引き外し信号出力部から引き外し装置までの間へ直列に、上記第１のマイコンからの制御信号によって開閉が制御される第２の切り替えスイッチを設け、上記引き外し信号出力部から出力される引き外し信号が、上記変流器より出力された信号に基づく場合は第２の切り替えスイッチを閉じ、引き外し装置を駆動させて遮断器をトリップさせ、上記テスト信号出力回路より出力されたテスト信号に基づく場合は第２の切り替えスイッチを開き引き外し装置を不動作とする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。
上記引き外し信号出力部からの引き外し信号を上記引き外し出力判定回路にフィードバックすることで、遮断器自身が動作状態を判定する自己診断機能を有し、上記引き外し出力判定回路は、動作の異常が認められた場合には外部へ警報を出力するようにしたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電子式回路遮断器。
上記引き外し信号出力部からの引き外し信号を上記引き外し出力判定回路にフィードバックすることで、遮断器自身が動作状態を判定する自己診断機能を有し、上記引き外し出力判定回路は、動作の異常が認められた場合には上記引き出し装置への引き外し信号を出力し、自動トリップするようにしたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電子式回路遮断器。
回路遮断器動作用電源、表示部、及び上記テスト信号出力回路の出力を制御する第２のマイコンを備えた外部付属装置を回路遮断器に接続し、回路遮断器内部に上記外部付属装置の接続状態を検出する外部付属装置検出回路を設け、主回路に電流が流れている場合には、上記外部付属装置の表示部に回路遮断器の動作状態を表示し、主回路に電流が流れていない場合は、上記回路遮断器動作用電源から引き外し装置へ動作用の電源を供給すると共に、上記第２のマイコンにより上記テスト信号出力回路を駆動してテスト信号を上記回路遮断器に入力し、遮断器のトリップ動作まで試験可能としたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電子式回路遮断器。