JP6880329B2 - 電子式遮断器およびブレーカテスタ - Google Patents

Description

本発明は、変流器からの信号を用い、電子制御で引外し動作を行う電子式遮断器において、変流器の故障診断が容易な構成と、その構成に対応したブレーカテスタに関する。

電子式遮断器は、本体内部の主回路導体に取り付けた変流器（ＣＴとも称する。）からの信号（ＣＴ出力）を、電子回路で処理して過電流の有無を判定し、引外し動作を実行するものである。そのため、過電流の有無の判断が適切に行えるか否かを、遮断器本体内の回路基板に対して過電流発生時のＣＴ出力の模擬信号を入力して診断するブレーカテスタ（例えば、特許文献１参照。）が用いられてきた。

特開平９−２１１０８９号公報（段落００２０〜００３４、図２、図３）

しかしながら、ブレーカテスタは、遮断器本体に内蔵された変流器に対して、電気的に直接アクセスしておらず、変流器自体の健全性を外部から確認する手段はなかった。なお、変流器が層間短絡に陥った場合や断線による開放故障にある場合には、ＣＴ抵抗が正常値から外れるため、遮断器本体を分解して変流器を取り出し、ＣＴ抵抗を測定すれば検出可能である。しかし、遮断器本体を分解するためには、故障が疑われる電子式遮断器を設置場所から取り外し、製造工場等へ返却の上、分解調査を実施する必要がある。

そこで、遮断器本体を設置したまま、内蔵された変流器に対して、外部から電気的にアクセスすることが考えられる。しかし、電子式遮断器には、最大で４つの変流器が内蔵されており、全ての変流器にアクセスしようとすると、多数のテストピンを設置する必要があり、部品実装面積が過大になり、小型化が困難になるとともに、部品点数も増大する。

本発明は、かかる問題点を解決するためになされたもので、小型化を阻害することなく、変流器の健全性を容易に確認できる電子式遮断器、およびそれに対応するブレーカテスタを得ることを目的としている。

本発明の電子式遮断器は、複数極のそれぞれに対応し、中間部分に接点が設けられた主回路導体と、前記主回路導体のそれぞれに流れる電流を計測する極ごとの変流器と、前記極ごとの変流器からの信号に基づいて、前記接点を引き外すか否かを判定する引外し判定回路と、前記主回路導体と前記変流器を内部に収容する筐体と、を備え、前記極ごとの変流器の一方の端子同士は短絡され、前記引外し判定回路と、前記筐体の外部からアクセス可能な第一端子と、に接続されるとともに、前記極ごとの変流器の他方の端子のそれぞれの接続先を、前記引外し判定回路から、短絡して前記筐体の外部からアクセス可能な第二端子へ切り替える切替装置をさらに備えたことを特徴とする。

本発明のブレーカテスタは、上述した電子式遮断器の診断を行うブレーカテスタであって、複数の電子式遮断器の機種ごとの変流器の抵抗値の判定基準値を記憶するデータテーブルと、前記第一端子と前記第二端子のそれぞれに電気接続するコネクタと、前記第一端子と前記第二端子との間の抵抗値を測定する抵抗測定部と、前記抵抗測定部が測定した抵抗値を、前記データテーブルから読み出した診断対象の電子式遮断器の判定基準値と比較し、前記診断対象の電子式遮断器の変流器に異常があるか否かを判定する判定部と、を備えたことを特徴とする。

本発明の電子式遮断器およびブレーカテスタによれば、内蔵された複数の変流器の抵抗値をまとめて測定するように構成したので、小型化を阻害することなく、変流器の健全性を容易に確認することができる。

本発明の実施の形態１にかかる電子式遮断器の構成を示す回路図である。 本発明の実施の形態１にかかる電子式遮断器の平面図と部分拡大図である。 本発明の実施の形態１にかかるブレーカテスタの斜視図である。 本発明の実施の形態１にかかるブレーカテスタの構成を示す回路図である。 本発明の実施の形態１にかかる電子式遮断器にブレーカテスタを接続した際の接続状態を示す回路図である。

実施の形態１．
図１〜図５は、本発明の実施の形態１にかかる電子式遮断器およびブレーカテスタの構成を説明するためのもので、図１は電子式遮断器の構成を示す回路図、図２（ａ）は電子式遮断器を操作面側から見たときの平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）の領域Ｒ部分を拡大した部分拡大図である。また、図３は電子式遮断器の健全性を診断するブレーカテスタの斜視図、図４はブレーカテスタの構成を示す回路図である。そして、図５は電子式遮断器にブレーカテスタを接続した際の変流器からの接続先の切替状態を示す回路図である。

本発明の実施の形態１にかかる電子式遮断器は、診断時に、内蔵された複数の変流器のそれぞれを並列接続するように接続を切り替えることを特徴とする。ただし、その特徴部分の説明の前に、電子式遮断器としての基本構成について説明する。

電子式遮断器１は、図２（ａ）に示すように、箱状の筐体７の長手方向の一端（図中上側）に、電源側の電線を接続するための端子（電源端子６１ｓ）が、他端（図中下側）に、負荷側の電線を接続するための端子（負荷端子６１ｄ）が形成されている。本実施の形態１にかかる電子式遮断器１は４極対応であり、４つの電源端子６１ｓと４つの負荷端子６１ｄが、図中横方向に並んでいる。

なお、電子式遮断器１を含む回路遮断器は、壁面等に固定設置されることが想定され、壁面に固定する面の反対側である操作面７ｆｏから、開閉操作用のハンドル３３が突出している。そして、操作面７ｆｏには、後述するブレーカテスタ９を接続するためのテストポート４が形成されている。

筐体７の内部には、図１に示すように、電源端子６１ｓと負荷端子６１ｄを結ぶ主回路導体６に対し、極毎に流れる電流を検出するための４つの変流器（ＣＴ２１、ＣＴ２２、ＣＴ２３、ＣＴ２４：まとめて、変流器２）が設置されている。ＣＴ２１〜２４の負極側端子は短絡され、正極側のそれぞれの端子と短絡された負極側の共通端子が、整流回路１５に接続されている。このようにして変流器２から出力される信号は、それぞれ整流回路１５で整流され、電源回路１２で、瞬時引外し判定回路１３と時限引外し判定回路１４が作動できる電圧に調整される。

分圧抵抗１７は、整流回路１５の出力を瞬時引外し判定回路１３が判定する検知電圧として与えるようにするもので、主回路導体６の電流に比例した検知電圧を瞬時引外し判定回路１３にてレベル判定し、所定値以上になればサイリスタ１６をオンにさせる。サイリスタ１６がＯＮになると、引外しコイル３１により接点３２が開き、主回路導体６の電源側導体６ｓと負荷側導体６ｄが切り離され、瞬時引外し動作が完了する。

分流抵抗１８は、整流回路１５の各相の電流に比例した電圧を時限引外し判定回路１４に与えるもので、各相の電流に比例した電圧を時限引外し判定回路１４にて時間を考慮したレベル判定を行い、所定値以上になればサイリスタ１６をオンさせる。サイリスタ１６がＯＮになった際の引外し動作は、上述した瞬時引外し動作と同様であり、引外しコイル３１により接点３２が開き、主回路導体６の電源側導体６ｓと負荷側導体６ｄが切り離される。

上述した基本構成を踏まえ、本発明の実施の形態にかかる電子式遮断器の特徴部分について説明する。
図１で説明したように、電子式遮断器１の筐体７には、４つの変流器（ＣＴ２１、２２、２３、２４）が内蔵されている。ここで、ＣＴ２１、２２、２３、２４の正極側端子２１ａ、２２ａ、２３ａ、２４ａは、各極の接続先を一斉に切り替える切替装置５を介して、それぞれ整流回路１５へ接続されている。切替装置５において、正極側端子２１ａ〜２４ａのそれぞれに対応して、設けられた切替スイッチ５１ａ〜５１ｄは、例えば、ｃ接点であり４極双投式スイッチを構成することになる。通常は、各極が、整流回路１５に電気接続するように設定されている。

他方、テストポート４に設置した押ボタンスイッチ４５が押下されると、切替装置５は、正極側端子２１ａ、２２ａ、２３ａ、２４ａが短絡状態になるように、各切替スイッチ５１ａ〜５１ｄの接続先を切り替える。切り替えによって短絡状態となった正極側端子２１ａ〜２４ａは、テストポート４から露出するひとつのテストピン４２ｂにまとめて接続されている。さらに、短絡された負極側の共通端子は、上述した整流回路１５への接続に加え、逆流防止ダイオード５３を介して、テストポート４から露出するもうひとつのテストピン４２ａに接続されている。つまり、押ボタンスイッチ４５の押下によって、各変流器２が並列接続の状態になる。

テストポート４には、図２（ｂ）に示すように、背景技術で説明した模擬信号を用いた診断を行うため、符号を付さない部品も含め、内部の電子回路を診断するための３本の電子回路用テストピン４３が設けられている。さらに、各変流器２の短絡された正極と、短絡された負極のそれぞれと電気接続するための、２つのテストピン（４２ａ、４２ｂ：まとめて変流器用テストピン４２）も設けられ、計５つのテストピン４１が配置されている。また、変流器用テストピン４２と、電子回路用テストピン４３（まとめてテストピン４１）の配置部分から離れた部分には、切替装置５に接続先の切替動作をさせるための押ボタンスイッチ４５が、誤操作防止のために操作面７ｆｏから引き込むように設けられている。

一方、ブレーカテスタ９は、図３に示すように、表示部９１ｄ等が設けられた本体９１から延びるケーブル９３の先に、テストポート４に接続するためのコネクタ部９２が形成されている。コネクタ部９２には、５つのテストピン４１のそれぞれと電気接続するための端子が形成されているコネクタ９２ｃと、押ボタンスイッチ４５を押下するための突起部９２ｐが設けられている。

ブレーカテスタ９の本体９１内には、ケーブル９３のうち、図４に示すように、電子回路用テストピン４３と接続される配線９３ｂに接続され、一般的なブレーカテスタが有する電子回路を診断するための動作テスト回路９７が形成されている。

そして、変流器２自体を診断するために、変流器用テストピン４２と接続される配線９３ａに接続され、並列接続された変流器２の抵抗値を測定するための定電流回路９５を備えている。さらに、診断対象となる複数の電子式回路遮断器に対し、機種ごとのＣＴ抵抗値の判定基準値を記憶したデータテーブル９４を有している。そして、ＣＰＵ９６には、定電流回路９５から出力されたアナログ測定値をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄコンバータ９６ａと、Ａ／Ｄコンバータ９６ａから出力されたデジタル測定値と、データテーブル９４に記憶された判定基準値とを比較する比較器９６ｂが形成されている。そして、比較器９６ｂの比較結果に基づいて、変流器２が正常か否かを判定する判定部９６ｃが形成されている。

その他、判定の結果、異常と判定した際に警報を表示するためのＬＥＤ９１ｅやブザー９１ｂ、あるいは表示部９１ｄによる警告表示などにより判定結果を出力する機能を有する。また、ＣＰＵ９６には、操作ボタン９１ｏの操作により、表示部９１ｄに、例えば、診断対象となる電子式遮断器１の機種情報を表示させ、選択された機種に応じた判定基準値を選択するための図示しない回路が形成されている。なお、判定基準値としては、設計上の抵抗値に公差を含め、正常と判断される範囲（例えば、上限値と下限値）として記憶されている。また正常と判断される範囲は、設計上の抵抗値と公差だけではなく、並列数（変流器２の数）によっても定められ、並列数が多いほど、範囲は狭くなる。

つぎに、動作について説明する。
診断対象となる電子式遮断器１のテストポート４に、ブレーカテスタ９のコネクタ部９２を挿入すると、図５に示すように、変流器用テストピン４２と電子回路用テストピン４３のそれぞれに、配線９３ａと配線９３ｂとが接続される。さらに、コネクタ部９２の突起部９２ｐが、押ボタンスイッチ４５を押下する。これにより、各変流器２（ＣＴ２１〜２４）は並列接続され、負極端子がテストピン４２ａに、正極側端子２１ａ〜２４ａがテストピン４２ｂにまとめて接続される。

ここで、例えば、操作ボタン９１ｏによる手動操作などによって、接続した電子式遮断器１の機種情報を選択すると、その機種に応じたＣＴ抵抗の判定基準値をデータテーブル９４から選択できる。さらに、ブレーカテスタ９の操作で変流器２の診断を選択し、開始すると、ブレーカテスタ９が内蔵する定電流回路９５から電流値が既知の試験電流が出力される。試験電流が流れた際のテストピン４２ａとテストピン４２ｂ間の電圧降下を計測することで、電子式遮断器１に内蔵された変流器２を並列接続した抵抗値をＣＴ抵抗値の測定値として取得することができる。

ブレーカテスタ９は、今回取得されたＣＴ抵抗値と、機種に応じた判定基準値とを、ＣＰＵ９６内に構成する比較器９６ｂにて比較し、比較結果を判定部９６ｃに出力する。判定部９６ｃでは、例えば、９００〜１１００Ωの判定基準値に対し、取得したＣＴ抵抗値が判定基準値の範囲を下回る８００Ωであった場合、いずれかの変流器２で層間短絡が疑われ、使用者に警告を行う。逆に例えば、ＣＴ抵抗値が判定基準値の範囲を上回る１２００Ωであった場合、いずれかの変流器２で断線が疑われ、使用者に警告を行う。

このように構成することにより、電子式遮断器１への配線の取り外しや設置面からの取り外しをすることなく、内蔵された複数の変流器２のいずれかに異常があるか否かを判定できるようになる。変流器２に異常がある場合は、それが一つであっても複数であっても、電子式遮断器１に接続された配線の取り外しと、設置面からの取り外しをした上で筐体７の操作面７ｆｏ側の部分（例えば前面カバー）を外す必要がある。前面カバーを外してしまえば、複数の変流器２のそれぞれが露出するので、異常のある変流器２を特定し、修理あるいは交換等の対処を容易に行うことができる。

一方、変流器２のいずれにも異常がない場合、ブレーカテスタ９の接続だけで、異常がないと確認できるので、上記のような煩雑な取り外し作業を行う必要がなくなる。つまり、実作業においては、設置状態の電子式遮断器１に対して、異常がある変流器２を特定しなくても、いずれかの変流器２に異常があるか否かさえわかれば、作業効率を著しく改善できることを本発明者は見出した。その結果、変流器２の数に関わらず、たった２つのテストピン４２ａ、４２ｂを追加するだけで、外部から変流器２の診断を行う電子式遮断器１およびブレーカテスタ９を構成することができた。つまり、小型化を阻害することなく、変流器２の健全性を容易に確認できる。

なお、本実施の形態では、テストポート４には、変流器用テストピン４２と一般的なブレーカテスタが使用する電子回路用テストピン４３を集約させ、テストピン４１の近傍に押ボタンスイッチ４５を配置した例について説明した。これにより、例えば、ブレーカテスタ９のコネクタ部９２に突起部９２ｐを形成し、電子式遮断器１のテストポート４にコネクタ部９２を挿入したときのみ、押ボタンスイッチ４５が押下される構成が可能となる。すなわちブレーカテスタ９が電子式遮断器１に接続している間は、変流器２の出力を２端子（変流器用テストピン４２）に集約した状態を維持し、ブレーカテスタ９が非接続の時には変流器２が通常(＝短絡していない)状態を維持することが可能である。

なお、本実施の形態においては、切替装置５による正極側端子２１ａ〜２４ａの短絡動作のために、押ボタンスイッチ４５を用いる例を示したが、短絡動作は必ずしも機械的なスイッチである必要は無い。例えば、電子式遮断器１がブレーカテスタ９との接続を検出し、半導体素子で構成されたソリッドステートリレーによるスイッチ切替においても同様の機能を果たすことが可能である。つまり、電子式遮断器１には、ブレーカテスタ９が接続されたことを検知して、切替装置５を動作させる機構が設けられていればよい。同様に、ブレーカテスタ９のコネクタ部９２、あるいは本体９１内部の電子回路等には、切替装置５に切り替え動作を行わせるスイッチ機構が形成されていればよい。

一方、電子式遮断器１が活線状態で各変流器２を短絡すると、電子式遮断器１がトリップする危険性があるが、ブレーカテスタ９を使用する際は、そもそも活線での作業を禁止しているため、変流器２の診断において、トリップする危険はない。一方、ブレーカテスタ９を使用しない時に、誤って、押ボタンスイッチ４５を押してしまうことの無いよう、押ボタンスイッチ４５は操作面７ｆｏから引っ込んでいるように構成したが、さらに、蓋を設けるなどしてもよい。

一方、本実施の形態においては、コネクタ部９２を差し込むことで、変流器２の診断も行えるような構成にしたが、これに限ることはない。例えば、一般的なブレーカテスタにも対応できるよう、例えば、変流器用テストピン４２と押ボタンスイッチ４５にアクセスする部分については、電子回路用テストピン４３にアクセスするテストポートとは別に設けるようにしてもよい。また、例えば、押ボタンスイッチ４５を手動で押下し、一般的な抵抗測定器を用いてテストピン４２ａとテストピン４２ｂ間の抵抗を測り、その抵抗値から変流器２の診断を行うことも可能である。

また、ブレーカテスタ９についても、コネクタを電子回路用と変流器用とが別れて設けるようにすれば、一般的な電子式回路遮断器の（電子回路の）診断を行うことが可能になる。なお、図４においては、電子回路を診断する部分と変流器２を診断する部分が、分離して記載されているが、一つの部分（例えば、ＣＰＵ９６）の中に形成されていてもよいことは言うまでもない。

以上のように、本発明の実施の形態にかかる電子式遮断器１によれば、複数極のそれぞれに対応し、中間部分に接点３２が設けられた主回路導体６と、主回路導体６のそれぞれに流れる電流を計測する極ごとの変流器２と、記極ごとの変流器２（ＣＴ２１〜ＣＴ２４）からの信号に基づいて、接点３２を引き外すか否かを判定する引外し判定回路（瞬時引外し判定回路１３、時限引外し判定回路１４）と、主回路導体６と変流器２を内部に収容する筐体７と、を備え、極ごとの変流器２の一方の端子（例えば、負極側端子）同士は短絡され、引外し判定回路と、筐体７の外部からアクセス可能な第一端子（テストピン４２ａ）と、に接続されるとともに、極ごとの変流器２の他方の端子（例えば、正極側端子２１ａ〜２４ａ）のそれぞれの接続先を、引外し判定回路から、短絡して筐体７の外部からアクセス可能な第二端子（テストピン４２ｂ）へ切り替える切替装置５をさらに備えるように構成したので、小型化を阻害することなく、そして取り外しを行わず、容易に変流器２の健全性を確認することができる。

とくに、筐体７には第一端子（テストピン４２ａ）と第二端子（テストピン４２ｂ）が配置されたテストポート４が設けられ、テストポート４の近傍には、切替装置５に接続先を切り替えさせるためのスイッチ（例えば、押ボタンスイッチ４５）が設けられているようにすれば、ブレーカテスタ９をテストポート４に接続するだけで、スイッチを投入することが可能になる。

さらに、スイッチは、筐体７から窪むように設けられた押ボタンスイッチ４５であれば、例えば、コネクタ部９２に突起を形成することで、スイッチを投入することが可能になる。

テストポート４には、引外し判定回路（瞬時引外し判定回路１３、時限引外し判定回路１４）の診断を行うための端子（電子回路用テストピン４３）が、第一端子（テストピン４２ａ）および第二端子（テストピン４２ｂ）と並んで設けられているようにすれば、ブレーカテスタ９を接続するだけで、電子回路の診断と変流器２の診断を両方行うことができる。

一方、上述した電子式遮断器１の診断を行うブレーカテスタ９であって、複数の電子式遮断器１の機種ごとの変流器２の抵抗値の判定基準値を記憶するデータテーブル９４と、第一端子（テストピン４２ａ）と第二端子（テストピン４２ｂ）のそれぞれに電気接続するコネクタ（コネクタ部９２）と、第一端子と第二端子との間の抵抗値を測定する抵抗測定部（定電流回路９５）と、抵抗測定部が測定した抵抗値を、データテーブル９４から読み出した診断対象の電子式遮断器１の判定基準値と比較し、診断対象の電子式遮断器１の変流器２に異常があるか否かを判定する判定部（比較器９６ｂ、判定部９６ｃ）と、を備えれば、設置状態の電子式遮断器１を取り外したりすることなく、変流器２に異常があるか否かを即座に診断することができる。

コネクタ（コネクタ部９２）には、切替装置５に接続先を切り替えさせるためのスイッチ機構（例えば、突起部９２ｐ）が設けられているので、コネクタ部９２を対象の電子式遮断器１に接続するだけで、変流器２を診断モードに変更することができる。

１：電子式遮断器、
２：変流器（ＣＴ）、 ４：テストポート、 ５：切替スイッチ、 ６：主回路導体、
７：筐体、 ７ｆｏ：操作面、
１３：瞬時引外し判定回路（引外し判定回路）、 １４：時限引外し判定回路（引外し判定回路）、 １５：整流回路（引外し判定回路）、
２１：ＣＴ（極ごとの変流器）、 ２１ａ：正極側端子、 ２２：ＣＴ（極ごとの変流器）、 ２２ａ：正極側端子、 ２３：ＣＴ（極ごとの変流器）、 ２３ａ：正極側端子、 ２４：ＣＴ（極ごとの変流器）、 ２４ａ：正極側端子、
３２：接点、
４１：テストピン、 ４２：変流器用テストピン、 ４３：電子回路用テストピン、
４５：押ボタンスイッチ、
９：ブレーカテスタ、
９２：コネクタ部、 ９２ｂ：コネクタ、 ９２ｐ：突起部、
９４：データテーブル、 ９５：定電流回路（抵抗測定部）、 ９６：ＣＰＵ、 ９６ａ：Ａ／Ｄコンバータ、 ９６ｂ：比較器（判定部）、 ９６ｃ：判定部、 ９７：動作テスト回路。

Claims (6)

1. 複数極のそれぞれに対応し、中間部分に接点が設けられた主回路導体と、
   前記主回路導体のそれぞれに流れる電流を計測する極ごとの変流器と、
   前記極ごとの変流器からの信号に基づいて、前記接点を引き外すか否かを判定する引外し判定回路と、
   前記主回路導体と前記変流器を内部に収容する筐体と、を備え、
   前記極ごとの変流器の一方の端子同士は短絡され、前記引外し判定回路と、前記筐体の外部からアクセス可能な第一端子と、に接続されるとともに、
   前記極ごとの変流器の他方の端子のそれぞれの接続先を、前記引外し判定回路から、短絡して前記筐体の外部からアクセス可能な第二端子へ切り替える切替装置をさらに備えたことを特徴とする電子式遮断器。
2. 前記筐体には前記第一端子と前記第二端子が配置されたテストポートが設けられ、
   前記テストポートの近傍には、前記切替装置に前記接続先を切り替えさせるためのスイッチが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の電子式遮断器。
3. 前記スイッチは、前記筐体から窪むように設けられた押ボタンスイッチであることを特徴とする請求項２に記載の電子式遮断器。
4. 前記テストポートには、前記引外し判定回路の診断を行うための端子が、前記第一端子および前記第二端子と並んで設けられていることを特徴とする請求項２または３に記載の電子式遮断器。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の電子式遮断器の診断を行うブレーカテスタであって、
   複数の電子式遮断器の機種ごとの変流器の抵抗値の判定基準値を記憶するデータテーブルと、
   前記第一端子と前記第二端子のそれぞれに電気接続するコネクタと、
   前記第一端子と前記第二端子との間の抵抗値を測定する抵抗測定部と、
   前記抵抗測定部が測定した抵抗値を、前記データテーブルから読み出した診断対象の電子式遮断器の判定基準値と比較し、前記診断対象の電子式遮断器の変流器に異常があるか否かを判定する判定部と、
   を備えたことを特徴とするブレーカテスタ。
6. 前記コネクタには、前記切替装置に前記接続先を切り替えさせるためのスイッチ機構が設けられていることを特徴とする請求項５に記載のブレーカテスタ。

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