JP7012872B2 - 電圧引き外し装置および遮断器 - Google Patents

電圧引き外し装置および遮断器 Download PDF

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Description

本発明は、遮断器に設けられたオフ機構に作用して遮断器をオフにするための電圧引き外し装置および遮断器に関する。
電圧引き外し装置は、一般にソレノイドと呼ばれる電磁アクチュエータを有しており、操作スイッチを導通状態にしてソレノイドを駆動することで遮断器内部のオフ機構に作用し遮断器をオフさせる。
ソレノイドは、ソレノイドコイルと、固定鉄心と、可動鉄心とを有しており、ソレノイドコイルに励磁電流が流れると可動鉄心が固定鉄心に引き寄せられる。そして、可動鉄心の移動に伴って可動鉄心に取り付けられたシャフトが移動し、シャフトが遮断器内部のオフ機構を押すことで、遮断器がオフになる。
このようにソレノイドを用いて遮断器をオフさせる装置において、ソレノイドを用いて遮断器をオフさせる前にソレノイドコイルの断線を監視する技術が知られている。例えば、特許文献1には、コイルに直列に接続されたスイッチング素子の制御端子にパルス電圧を印加して接触子が動作しない短い時間にコイルに電流を流し、流した電流が設定値以上であるか否かに基づいて、コイルおよびスイッチング素子が正常であるか異常であるかを判定する技術が開示されている。
特開平4-190618号公報
しかしながら、上記特許文献1に記載の技術は、プロセス量と設定値とを比較する比較器の出力でスイッチング素子を駆動する技術で、異常検出の範囲が限られており、スイッチング素子を駆動する駆動回路全体の健全性を監視することができないという問題があった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、制御電源が接続される電圧引き外し装置において、ソレノイドコイルおよびソレノイドコイルを駆動するための駆動回路全体の故障を監視することができる電圧引き外し装置を得ることを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の電圧引き外し装置は、第1端子と、第2端子と、第3端子と、第4端子と、スイッチング素子と、駆動部と、電源回路と、判定部とを備える。第1端子は、制御電源の一端が操作スイッチを介して接続される。第2端子は、制御電源の他端が接続される。第3端子は、制御電源の一端が接続される。第4端子は、ソレノイドコイルと固定鉄心と可動鉄心とを有するソレノイドのソレノイドコイルの断線を監視する監視回路を介して制御電源の一端が接続される。スイッチング素子は、第1端子と第2端子との間と、第2端子と第4端子との間とに、ソレノイドコイルに直列に接続された状態で配置される。駆動部は、制御電源の電圧が第1端子に印加される場合に、スイッチング素子を駆動することでソレノイドコイルに励磁電流を流し、可動鉄心を第1の位置から第2の位置に移動させた状態にする。電源回路は、第1端子または第3端子を介して制御電源から供給される電圧に基づいて駆動部の電源電圧を生成する。判定部は、制御電源の電圧が第1端子に印加されているか否かを判定する。電源回路は、制御電源の電圧が第1端子に印加されない場合に、第3端子を介して制御電源から供給される電圧に基づいて、電源電圧を生成する。駆動部は、判定部によって制御電源の電圧が第1端子に印加されていないと判定された場合、スイッチング素子にパルス電圧を出力して可動鉄心が第2の位置にならない電流をソレノイドコイルに流す。
本発明によれば、制御電源が接続される電圧引き外し装置において、ソレノイドコイルおよびソレノイドコイルを駆動するための電子部品の故障を監視することができる、という効果を奏する。
本発明の実施の形態1にかかる電圧引き外し装置の構成例を示す図 実施の形態1にかかる電圧引き外し装置を備える遮断器の構成の一部を示す図 実施の形態1にかかるマイクロコンピュータのハードウェア構成の一例を示す図 本発明の実施の形態2にかかる電圧引き外し装置の構成例を示す図 本発明の実施の形態3にかかる電圧引き外し装置の構成例を示す図 本発明の実施の形態4にかかる電圧引き外し装置の構成例を示す図
以下に、本発明の実施の形態にかかる電圧引き外し装置および遮断器を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1にかかる電圧引き外し装置の構成例を示す図である。図1に示すように、実施の形態1にかかる電圧引き外し装置1は、第1端子11と、第2端子12と、第3端子13と、第4端子14と、整流回路21,22と、ダイオード23,31,32と、ソレノイドコイル40と、フライホイールダイオード41と、スイッチング素子50と、電源回路60と、マイクロコンピュータ70と、電圧検出部80とを備える。
第1端子11および第2端子12は、制御電源2の交流電圧Vacを入力するための入力端子である。第1端子11には、交流電圧Vacを出力する制御電源2の一端が操作スイッチ3を介して接続される。操作スイッチ3は、例えば、遠隔から操作可能な操作スイッチであり、遠隔からの操作によって非導通状態から導通状態になるオフ操作スイッチである。以下、操作スイッチ3が非導通状態である場合をオフ状態と呼び、操作スイッチ3が導通状態である場合をオン状態と呼ぶ場合がある。
第2端子12には、制御電源2の他端が接続される。操作スイッチ3の状態がオン状態である場合に、制御電源2の交流電圧Vacが電圧引き外し装置1に入力され、操作スイッチ3の状態がオフ状態である場合に、制御電源2の交流電圧Vacは、電圧引き外し装置1に入力されない。
第1端子11および第2端子12は、整流回路21と電圧検出部80とに接続される。整流回路21は、例えば、ブリッジ接続された4つのダイオードが1つのパッケージに収納されたダイオードスタックである。整流回路21の出力側は、ダイオード23,31のアノードに接続される。整流回路21は、操作スイッチ3の状態がオン状態である場合に第1端子11と第2端子12を介して入力される制御電源2の交流電圧Vacを全波整流し、全波整流した電圧をダイオード23,31に出力する。
ダイオード23のカソードは、電源回路60に接続されており、整流回路21によって全波整流された電圧は、ダイオード23を介して電源回路60に入力される。電源回路60は、ダイオード23を介して入力される電圧からマイクロコンピュータ70の電源電圧Vccを生成する。かかる電源電圧Vccは、直流電圧である。
ダイオード31のカソードは、ソレノイドコイル40の一端と、フライホイールダイオード41のカソードに接続される。ソレノイドコイル40の他端とフライホイールダイオード41のアノードは、スイッチング素子50に接続される。
図1に示すスイッチング素子50は、MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)である。なお、スイッチング素子50は、MOSFETに限定されず、例えば、接合型FETまたはバイポーラトランジスタであってもよい。
ソレノイドコイル40とスイッチング素子50とは、直列に接続されており、第1端子11と第2端子12との間に、整流回路21およびダイオード31を介して接続されている。そのため、ソレノイドコイル40とスイッチング素子50の直列体の両端には、操作スイッチ3の状態がオン状態である場合、第1端子11と第2端子12を介して入力される制御電源2の交流電圧Vacに基づく全波整流電圧が印加される。
マイクロコンピュータ70は、電源回路60で生成された電源電圧Vccによって動作する。かかるマイクロコンピュータ70は、駆動部71と、判定部72と、AD(Analog to Digital)変換部73とを備える。駆動部71は、スイッチング素子50の制御端子であるゲートに接続されており、スイッチング素子50を駆動する駆動信号Sgをスイッチング素子50のゲートに出力する。
電圧検出部80は、第1端子11と第2端子12との間の電圧に応じた電圧信号Svをマイクロコンピュータ70のAD変換部73に出力する。例えば、電圧検出部80は、第1端子11と第2端子12との間の電圧に正比例する電圧信号Svを出力することができる。なお、電圧検出部80は、第1端子11と第2端子12との間の電圧に応じた電圧信号Svを出力することができる構成であればよく、整流回路21の出力側に接続されてもよい。この場合、電圧検出部80は、例えば、整流回路21の出力電圧に正比例する電圧信号Svを出力する。
第3端子13および第4端子14は、ソレノイドコイル40の断線などを監視するために用いられる。第3端子13は、制御電源2の一端に接続されており、制御電源2の電圧が印加される。また、第3端子13は、整流回路22に接続される。かかる整流回路22は、整流回路21と同様の構成であり、例えば、ダイオードスタックである。整流回路22の出力側は、電源回路60に接続される。整流回路22によって全波整流された電圧は、電源回路60に入力される。
電源回路60は、整流回路21によって全波整流された電圧または整流回路22によって全波整流された電圧から電源電圧Vccを生成する。また、電源回路60は、整流回路21によって全波整流された電圧が入力されない場合、整流回路22によって全波整流された電圧から電源電圧Vccを生成する。
第4端子14は、制御電源2の一端が監視回路4を介して接続される。監視回路4は、ソレノイドコイル40の断線などを監視する回路であり、制御電源2から第4端子14を介して供給される電流Idを監視し、かかる電流Idに基づいてソレノイドコイル40の断線を検出する。
第4端子14は、ダイオード32のアノードに接続される。ダイオード32のカソードは、ソレノイドコイル40とフライホイールダイオード41の並列体の一端に接続される。ソレノイドコイル40およびソレノイドコイル40に接続される電子部品が正常である場合、監視回路4に微小な電流Idが流れる。監視回路4は、かかる微小な電流Idを検出することで、ソレノイドコイル40の断線などの故障とソレノイドコイル40に接続される電子部品の故障などを検出することができる。なお、ソレノイドコイル40に接続される電子部品は、例えば、スイッチング素子50、マイクロコンピュータ70、および電源回路60である。
以下、電圧引き外し装置1の動作について具体的に説明する。図2は、実施の形態1にかかる電圧引き外し装置を備える遮断器の構成の一部を示す図である。図2に示すように、実施の形態1にかかる遮断器100は、電圧引き外し装置1と、電路をオフにするオフ機構110とを備える。電圧引き外し装置1は、実装基板101と、ソレノイド102とを有する。
実装基板101には、上述した整流回路21,22、ダイオード23,31,32、フライホイールダイオード41、スイッチング素子50、電源回路60、マイクロコンピュータ70、および電圧検出部80などが実装される。ソレノイド102は、上述したソレノイドコイル40と、固定鉄心103と、可動鉄心104とを備える。可動鉄心104には遮断器100のオフ機構110を押すためのシャフト105が取り付けられ、図示しない付勢手段により、固定鉄心103から離れる方向に付勢されている。
ソレノイドコイル40の内部には、固定鉄心103が配置される。ソレノイドコイル40に励磁電流が流れることによって生じる電磁力によって、可動鉄心104が固定鉄心103に引き寄せられ、可動鉄心104は、第1の位置から第2の位置に移動する。かかる可動鉄心104の動きに同期してシャフト105が動作し、シャフト105が遮断器100のオフ機構110を押すことによりオフ機構110のラッチが外れて遮断器100が電路を遮断するオフ動作を行う。なお、第1の位置は、電磁力が働いていない状態の可動鉄心104の位置であり、第2の位置は、固定鉄心103に引き寄せられた状態の可動鉄心104の位置であり、例えば、固定鉄心103に吸着した状態の可動鉄心104の位置である。
遮断器100が大型の遮断器である場合、オフ機構110のラッチを外すための荷重が大きいため、ソレノイドコイル40に大電流を流して、可動鉄心104を大きな電磁力で動かす必要がある。しかし、ソレノイドコイル40に大電流を流し続けるとソレノイドコイル40が焼けて断線してしまう可能性がある。そのため、図1に示すマイクロコンピュータ70の駆動部71は、可動鉄心104が固定鉄心103に吸着した後は、吸着を維持できる最小限の励磁電流が流れるように励磁電流を低減する制御を行う。
例えば、マイクロコンピュータ70の駆動部71は、スイッチング素子50を数百msの間だけ導通状態にする駆動信号Sgをスイッチング素子50の制御端子に出力することで、可動鉄心104を固定鉄心103に吸着させる。その後、駆動部71は、スイッチング素子50の状態が導通状態と非導通状態を繰り返すようにパルス電圧を駆動信号Sgとして出力する。スイッチング素子50の状態が導通状態と非導通状態を繰り返すことによって、ソレノイドコイル40にパルス電流が流れる。これにより、ソレノイドコイル40の発熱を抑制し、ソレノイドコイル40の断線を抑制することができる。
また、駆動部71が駆動信号Sgとしてパルス電圧をスイッチング素子50に出力している状態では、遮断器100のオフ機構110はシャフト105によって押され続けている状態である。そのため、遮断器100のオン操作は受け付けられず、遮断器100はオフ状態でロックされたオフロック状態となっている。かかるオフロック状態は、操作スイッチ3を非導通状態にすることで解除される。
なお、フライホイールダイオード41は、逆起電力を抑制し、且つ励磁電流を流し続けることを目的として設けられる。具体的には、フライホイールダイオード41によって、スイッチング素子50の状態が導通状態から非導通状態となった際に生じるソレノイドコイル40の逆起電力が抑制される。また、フライホイールダイオード41によって、スイッチング素子50の状態が非導通状態の間もソレノイドコイル40に生じる逆起電力でスイッチング素子50がソレノイドコイル40に励磁電流を流し続ける。
上述したように、制御電源2の一端は操作スイッチ3を介して第1端子11に接続され、制御電源2の他端は第2端子12に接続される。操作スイッチ3が操作されて操作スイッチ3が導通状態になると、第1端子11と第2端子12との間に制御電源2の交流電圧Vacが印加される。交流電圧Vacは、整流回路21によって整流された後、ダイオード23を介して電源回路60に印加されると同時にダイオード31を介してソレノイドコイル40にも印加される。電源回路60は、整流回路21によって整流された交流電圧Vacに基づいて電源電圧Vccを生成し、かかる電源電圧Vccをマイクロコンピュータ70に供給することができる。
また、第1端子11と第2端子12との間に入力される交流電圧Vacは、電圧検出部80にも印加されるため、電圧検出部80は、交流電圧Vacに応じた電圧信号Svをマイクロコンピュータ70のAD変換部73に出力する。AD変換部73は、電圧信号Svをアナログからデジタルに変換し、判定部72に出力する。
判定部72は、電圧信号Svが予め設定された設定範囲Rv内になった場合に、スイッチング素子50を数百msの間だけ導通状態にする駆動信号Sgをスイッチング素子50の制御端子に出力する。これにより、ソレノイドコイル40に励磁電流が流れて可動鉄心104が動き、かかる可動鉄心104に固定されたシャフト105がオフ機構110を押して電路を遮断する。その後、判定部72は、駆動信号Sgとしてパルス電圧をスイッチング素子50に出力することで、遮断器100をオフロック状態にする。
電圧引き外し装置1には、上述した第3端子13と第4端子14とが設けられており、操作スイッチ3が非導通状態で、監視回路4を用いたテストを行うことができる。かかるテストによって、ソレノイドコイル40の断線などの故障に加え、スイッチング素子50およびマイクロコンピュータ70などの電子部品の故障も検出することが可能になる。
第3端子13には、制御電源2の交流電圧Vacが印加され、かかる交流電圧Vacは、整流回路22によって整流された後、電源回路60に供給される。そのため、電源回路60は、操作スイッチ3が非導通状態であっても、整流回路22によって交流電圧Vacが整流されて得られる電圧から電源電圧Vccを生成することができる。なお、ダイオード23によって、電源回路60からダイオード31を介して電圧が流れることが防止される。
操作スイッチ3が非導通状態の場合、第1端子11と第2端子12との間に交流電圧Vacが印加されないため、電圧検出部80には交流電圧Vacが印加されない。そのため、電圧検出部80は、検出した電圧の大きさがゼロであることを示す電圧信号Svを出力する。したがって、AD変換部73が判定部72に出力するデジタル信号は検出された電圧の大きさがゼロであることを示す信号である。
マイクロコンピュータ70の判定部72は、電圧信号Svが設定範囲Rv外になった場合、操作スイッチ3が非導通状態になって第1端子11と第2端子12との間に交流電圧Vacが印加されなくなったと判定し、駆動部71の状態を通常モードからテストモードに変更する。
駆動部71は、テストモードにおいて、スイッチング素子50の状態が導通状態と非導通状態を繰り返すように駆動信号Sgとしてパルス電圧を出力する。テストモードにおけるパルス電圧は、可動鉄心104と固定鉄心103が吸着状態にならないように、微小な励磁電流をソレノイドコイル40に流すパルス幅に設定される。これにより、テストモードにおいて、可動鉄心104と固定鉄心103が吸着していない場合にはソレノイドコイル40の可動鉄心104が動かず、可動鉄心104と固定鉄心103が吸着している場合には、かかる吸着が解除される。したがって、テストモードにおいて、遮断器100がオフロック状態になることを防止することができる。
監視回路4は第4端子14に接続され、第4端子14は、ダイオード33を介してソレノイドコイル40に接続される。そのため、テストモードにおけるパルス電圧によってスイッチング素子50の状態が導通状態と非導通状態を繰り返すことによって、監視回路4を介してソレノイドコイル40に電流が流れる。
ソレノイドコイル40が断線している場合、ソレノイドコイル40に電流が流れず、監視回路4に電流Idが流れないため、監視回路4は、ソレノイドコイル40の断線を検出することができる。なお、ダイオード31は、監視回路4を介して流れる電流Idが電源回路60および整流回路21などに流れないようにする役割を果たしている。
また、スイッチング素子50の故障によってソレノイドコイル40に電流が流れない場合、電源回路60が故障して電源電圧Vccを生成できない場合、またはマイクロコンピュータ70が故障してスイッチング素子50を駆動できない場合などにおいても、監視回路4を介して電流Idが流れない。そのため、監視回路4は、スイッチング素子50の故障、電源回路60、およびマイクロコンピュータ70の故障も検出することができる。
また、スイッチング素子50の故障が短絡故障である場合、またはマイクロコンピュータ70の故障によって駆動信号Sgがスイッチング素子50を駆動できる程度の電圧で固定された場合、監視回路4に流れる電流Idは大きい。そのため、監視回路4は、電流Idが閾値以上である場合には、スイッチング素子50またはマイクロコンピュータ70の故障を検出することもできる。
このように、電圧引き外し装置1は、監視回路4によって、ソレノイドコイル40のみならず、スイッチング素子50、電源回路60、およびマイクロコンピュータ70の故障も検出することができる。
図3は、実施の形態1にかかるマイクロコンピュータのハードウェア構成の一例を示す図である。図3に示すように、マイクロコンピュータ70は、プロセッサ201と、メモリ202と、インタフェース回路203とを備えるコンピュータを含む。
プロセッサ201、メモリ202およびインタフェース回路203は、バス204によって互いにデータの送受信が可能である。駆動部71の一部とAD変換部73は、インタフェース回路203によって実現される。プロセッサ201は、メモリ202に記憶されたプログラムを読み出して実行することによって、駆動部71の一部の機能および判定部72の機能を実行する。プロセッサ201は、処理回路の一例であり、CPU(Central Processing Unit)、DSP(Digital Signal Processer)、およびシステムLSI(Large Scale Integration)のうち一つ以上を含む。
メモリ202は、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、フラッシュメモリ、EPROM(Erasable Programmable Read Only Memory)、およびEEPROM(登録商標)(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)のうち一つ以上を含む。なお、上述した例では、駆動部71、判定部72、およびAD変換部73は、マイクロコンピュータ70に形成されるが、各々独立したIC(Integrated Circuit)などで構成してもよい。
なお、上述した電圧引き外し装置1では、電源回路60はダイオード23と整流回路22の出力側に接続されているが、電源回路60はダイオード23に接続されずに整流回路22の出力側のみに接続された構成であってもよい。
以上のように、実施の形態1にかかる電圧引き外し装置1は、第1端子11と、第2端子12と、第3端子13と、第4端子14と、スイッチング素子50と、駆動部71と、電源回路60と、判定部72とを備える。第1端子11は、制御電源2の一端が操作スイッチ3を介して接続される。第2端子12は、制御電源2の他端が接続される。第3端子13は、制御電源2の一端が接続される。第4端子14は、ソレノイドコイル40と固定鉄心103と可動鉄心104とを有するソレノイド102のソレノイドコイル40の断線を監視する監視回路4を介して制御電源2の一端が接続される。スイッチング素子50は、第1端子11と第2端子12との間と、第2端子12と第4端子14との間とに、ソレノイドコイル40に直列に接続された状態で配置される。駆動部71は、制御電源2の電圧が第1端子11に印加される場合に、スイッチング素子50を駆動することでソレノイドコイル40に励磁電流を流し、可動鉄心104を第1の位置から第2の位置に移動させた状態にする。電源回路60は、第1端子11または第3端子13を介して制御電源2から供給される電圧に基づいて駆動部71の電源電圧Vccを生成する。判定部72は、制御電源2の電圧が第1端子11に印加されているか否かを判定する。電源回路60は、制御電源2の電圧が第1端子11に印加されない場合に、第3端子13を介して制御電源2から供給される電圧信号Svに基づいて、電源電圧Vccを生成する。駆動部71は、判定部72によって制御電源2の電圧が第1端子11に印加されていないと判定された場合、スイッチング素子50にパルス電圧を出力して可動鉄心104が第2の位置にならない電流をソレノイドコイル40に流す。これにより、ソレノイドコイル40およびソレノイドコイル40を駆動するための電子部品の故障を監視することができる。
また、電圧引き外し装置1は、第1端子11と第2端子12との間の電圧に応じた電圧信号Svを出力する電圧検出部80を備える。判定部72は、電圧信号Svに基づいて、制御電源2の電圧が第1端子11に印加されているか否かを判定する。これにより、制御電源2の電圧が第1端子11に印加されているか否かを精度よく判定することができる。
また、電圧引き外し装置1は、整流回路21,22を備える、整流回路21は、第1整流回路の一例であり、第1端子11と第2端子12との間に接続され、制御電源2の電圧である交流電圧Vacを整流する。整流回路22は、第2整流回路の一例であり、第2端子12と第3端子13との間に接続され、交流電圧Vacを整流する。電源回路60は、整流回路21または整流回路22によって整流された電圧から電源電圧Vccを生成すると共に、制御電源2の電圧が第1端子11に印加されない場合、整流回路22によって整流された電圧に基づいて、電源電圧Vccを生成する。これにより、制御電源2の電圧が交流電圧Vacである場合において、制御電源2の電圧が第1端子11に印加されていない状態において、駆動部71および判定部72を動作させることができる。
実施の形態2.
実施の形態2では、入力ポートを用いて第1端子に制御電源の電圧が印加されているか否かを判定することができる点で、実施の形態1と異なる。以下においては、実施の形態1と同様の機能を有する構成要素については同一符号を付して説明を省略し、実施の形態1の電圧引き外し装置1と異なる点を中心に説明する。
図4は、本発明の実施の形態2にかかる電圧引き外し装置の構成例を示す図である。図4に示すように、実施の形態2にかかる電圧引き外し装置1Aは、電圧引き外し装置1の構成に加え、ダイオード24と、ポート駆動抑制部81と、ポート駆動部82とを備える。また、電圧引き外し装置1Aは、マイクロコンピュータ70に代えて、マイクロコンピュータ70Aを備える。マイクロコンピュータ70Aは、マイクロコンピュータ70の構成に加え、入力ポート74を有する。また、マイクロコンピュータ70Aは、判定部72に代えて判定部72Aを有する。
ダイオード24は、整流回路21によって交流電圧Vacが整流された電圧が電源回路60に印加された際に、電源回路60を介してポート駆動部82に電流が流れないようにするために設けられる。これにより、ポート駆動部82が電源回路60を介して動作することを防止することができる。
ポート駆動抑制部81は、整流回路21の出力側に接続される。かかるポート駆動抑制部81は、第1端子11と第2端子12との間に制御電源2の交流電圧Vacが印加された場合に、整流回路21によって整流された電圧によって動作し、ポート駆動部82の動作を抑制するためのポート駆動抑制信号Ssを出力する。ポート駆動抑制部81は、第1端子11と第2端子12との間に制御電源2の交流電圧Vacが印加されていない状態では、動作せず、ポート駆動抑制部81からポート駆動抑制信号Ssは出力されない。ポート駆動抑制信号Ssは、ハイレベルの信号である。
ポート駆動部82は、整流回路22の出力側に接続される。ポート駆動部82は、第2端子12と第3端子13との間に制御電源2の交流電圧Vacが印加された場合に整流回路22によって整流された電圧によって動作する。かかるポート駆動部82は、整流回路22によって整流された電圧が印加され、且つポート駆動抑制部81からポート駆動抑制信号Ssが出力されない場合、ポート駆動信号Sdを入力ポート74に出力する。また、ポート駆動部82は、ポート駆動抑制部81からポート駆動抑制信号Ssが出力される場合、ポート駆動信号Sdを入力ポート74に出力しない。ポート駆動信号Sdは、ハイレベルの信号である。
判定部72Aは、判定部72の機能に加え、ポート駆動部82から入力ポート74にポート駆動信号Sdが入力された場合に、操作スイッチ3の状態が非導通状態であると判定し、駆動部71にテストモードの動作を実行させる機能を有する。駆動部71は、テストモードにおいて、スイッチング素子50の状態が導通状態と非導通状態を繰り返すように駆動信号Sgとしてパルス電圧を出力する。これにより、監視回路4がソレノイドコイル40の断線およびソレノイドコイル40に接続された電子部品の故障を検出することが可能になる。
また、ポート駆動部82は、整流回路22によって整流された電圧が印加され、且つポート駆動抑制部81からポート駆動抑制信号Ssが出力されている場合、ポート駆動信号Sdを入力ポート74に出力しない。判定部72Aは、ポート駆動部82からポート駆動信号Sdが入力されない場合、通常モードであると判定し、駆動部71に通常モードの動作を実行させる。
電圧引き外し装置1Aは、緊急時に遮断器100をオフするためにも用いられるため、操作スイッチ3の状態が非導通状態から導通状態になったタイミングから遮断器100がオフ状態になるタイミングまでの時間が短い短時間動作仕様の電圧引き外し装置であることが求められることがある。そこで、電圧引き外し装置1Aの判定部72Aは、短時間動作仕様の動作が行えるように、入力ポート74にポート駆動信号Sdが入力された状態から入力ポート74にポート駆動信号Sdが入力されなくなった状態に変化したと判定した場合、AD変換部73の情報を読み込む前に、駆動部71によってスイッチング素子50を数百ms間導通状態にさせる。これにより、可動鉄心104が固定鉄心103に吸着するため、遮断器100は電路を遮断するオフ動作を行う。
その後、判定部72Aは、AD変換部73から電圧信号Svの情報を読み込み、読み込んだ電圧信号Svが設定範囲Rv内であるか否かを判定する。駆動部71は、判定部72Aによって電圧信号Svが設定範囲Rv外であると判定された場合、スイッチング素子50への駆動信号Sgの出力を停止する。
判定部72Aは、読み込んだ電圧信号Svが設定範囲Rv内であれば、可動鉄心104を固定鉄心103に吸着させるようにスイッチング素子50を数百ms間導通状態にする。これは、例えば、操作スイッチ3の状態が非導通状態から導通状態になった後において、ポート駆動信号Sdが入力ポート74に入力されなくなるタイミングと、電圧信号SvがAD変換部73から読み込まれるタイミングとの時間間隔が短い場合、可動鉄心104と固定鉄心103が吸着できていない可能性があるためである。また、制御電源2が起動したときに操作スイッチ3が導通状態である場合、マイクロコンピュータ70Aの起動後のソレノイドコイル40の通電だけでは制御電源2の電圧が動作電圧に達しない場合があり、この場合も、可動鉄心104と固定鉄心103が吸着できていない可能性がある。その後、駆動部71は、スイッチング素子50の状態が導通状態と非導通状態を繰り返すように駆動信号Sgをパルス電圧にして出力し、遮断器100をオフロック状態にする。
実施の形態1にかかる電圧引き外し装置1では、AD変換部73から読み込んだ電圧信号Svが設定範囲Rv内であるか否かに基づいて、動作モードの切り替えを行う。そのため、電圧引き外し装置1では、AD変換部73のサンプリング周期が例えば商用周波数50Hzの半サイクル分の周期である場合、操作スイッチ3の状態が非導通状態から導通状態になってから最大で10msの間、動作モードを切り替える制御ができない期間がある。
実施の形態2にかかる電圧引き外し装置1Aは、AD変換部73の読み込み前において入力ポート74への信号のレベル変化に基づいて、動作モードの切り替えを行う。そのため、電圧引き外し装置1Aは、電圧引き外し装置1に比べて、オフ機構110に作用する時間を短縮することができる。
なお、判定部72Aは、ポート駆動部82から入力ポート74にポート駆動信号Sdが入力され、且つ電圧信号Svが予め設定された設定範囲Rv外である場合に、駆動部71にテストモードの動作を実行させることができる。また、判定部72Aは、入力ポート74の状態とは無関係に、電圧信号Svが予め設定された設定範囲Rv外である場合に、駆動部71にテストモードの動作を実行させることができる。
また、上述した電圧引き外し装置1Aでは、電源回路60はダイオード23とダイオード24に接続されているが、電源回路60はダイオード23,24に接続されずに整流回路22の出力側に直接接続された構成であってもよい。
また、実施の形態2にかかる電圧引き外し装置1Aのマイクロコンピュータ70Aについてのハードウェア構成例は、図3に示すハードウェア構成例と同じである。入力ポート74は、インタフェース回路203によって実現される。プロセッサ201は、メモリ202に記憶されたプログラムを読み出して実行することによって、駆動部71の一部および判定部72Aの機能を実行することができる。
以上のように、実施の形態2にかかる電圧引き外し装置1Aは、ポート駆動抑制部81と、ポート駆動部82とを備える。ポート駆動抑制部81は、制御電源2の電圧が第1端子11に印加される場合にポート駆動抑制信号Ssを出力し、制御電源2の電圧が第1端子11に印加されない場合にポート駆動抑制信号Ssを出力しない。ポート駆動部82は、ポート駆動抑制部81からポート駆動抑制信号Ssが出力されない場合に、ポート駆動信号Sdを出力し、ポート駆動抑制部81からポート駆動抑制信号Ssが出力される場合に、ポート駆動信号Sdを出力しない。判定部72Aは、入力ポート74に入力されるポート駆動信号Sdが入力される場合に、制御電源2の電圧が第1端子11に印加されていないと判定し、入力ポート74にポート駆動信号Sdが入力されない場合に、制御電源2の電圧が第1端子11に印加されていると判定する。これにより、電圧引き外し装置1に比べ、オフ機構110に作用する時間を短縮することができる。
実施の形態3.
実施の形態3では、制御電源が直流電源である点で、制御電源が交流電源である実施の形態1と異なる。以下においては、実施の形態1と同様の機能を有する構成要素については同一符号を付して説明を省略し、実施の形態1の電圧引き外し装置1と異なる点を中心に説明する。
図5は、本発明の実施の形態3にかかる電圧引き外し装置の構成例を示す図である。図5に示すように、実施の形態3にかかる電圧引き外し装置1Bは、制御電源2が直流電源であり、制御電源2は、直流電圧Vdcを出力する。
電圧引き外し装置1Bには、図1に示す整流回路21,22に代えて、ダイオード25,26が設けられる。電源回路60は、第1端子11からダイオード25を介して入力される直流電圧Vdcまたは第3端子13からダイオード26を介して入力される直流電圧Vdcに基づいて電源電圧Vccを生成する。また、電圧引き外し装置1Bには、ダイオード26が設けられているため、ダイオード24が設けられていない。このように、電圧引き外し装置1Bは、電圧引き外し装置1と同様の効果を有しつつ、電圧引き外し装置1に比べて部品削減を行うことができる。
なお、図5に示す電圧引き外し装置1Bは、電源回路60が第1端子11にダイオード23,25を介して接続されているが、電源回路60は、ダイオード23を設けずに、ダイオード25を介して第1端子11に接続されない構成であってもよい。
実施の形態4.
実施の形態4では、制御電源が直流電源である点で、制御電源が交流電源である実施の形態2と異なる。以下においては、実施の形態2と同様の機能を有する構成要素については同一符号を付して説明を省略し、実施の形態2の電圧引き外し装置1Aと異なる点を中心に説明する。
図6は、本発明の実施の形態4にかかる電圧引き外し装置の構成例を示す図である。図5に示すように、実施の形態4にかかる電圧引き外し装置1Cは、制御電源2が直流電源であり、制御電源2は、直流電圧Vdcを出力する。
電圧引き外し装置1Cには、図4に示す整流回路21,22に代えて、ダイオード25,26が設けられる。電源回路60は、第1端子11からダイオード25を介して入力される直流電圧Vdcまたは第3端子13からダイオード26を介して入力される直流電圧Vdcに基づいて電源電圧Vccを生成する。また、電圧引き外し装置1Cには、ダイオード26が設けられているため、ダイオード24が設けられていない。そのため、電圧引き外し装置1Cは、電圧引き外し装置1Aと同様の効果を有しつつ、電圧引き外し装置1Aに比べて部品削減を行うことができる。
なお、図6に示す電圧引き外し装置1Cは、電源回路60が第1端子11にダイオード23,25を介して接続されているが、電源回路60は、ダイオード23を設けずに、ダイオード25を介して第1端子11に接続されない構成であってもよい。
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
1,1A,1B,1C 電圧引き外し装置、2 制御電源、3 操作スイッチ、4 監視回路、11 第1端子、12 第2端子、13 第3端子、14 第4端子、21,22 整流回路、23,24,25,26,31,32 ダイオード、40 ソレノイドコイル、41 フライホイールダイオード、50 スイッチング素子、60 電源回路、70,70A マイクロコンピュータ、71 駆動部、72,72A 判定部、73 AD変換部、74 入力ポート、80 電圧検出部、81 ポート駆動抑制部、82 ポート駆動部、100 遮断器、101 実装基板、102 ソレノイド、103 固定鉄心、104 可動鉄心、105 シャフト、110 オフ機構、201 プロセッサ、202 メモリ、203 インタフェース回路、204 バス、Id 電流、Rv 設定範囲、Sd ポート駆動信号、Sg 駆動信号、Ss ポート駆動抑制信号、Sv 電圧信号、Vac 交流電圧、Vcc 電源電圧、Vdc 直流電圧。

Claims (6)

  1. 制御電源の一端が操作スイッチを介して接続される第1端子と、
    前記制御電源の他端が接続される第2端子と、
    前記制御電源の一端が接続される第3端子と、
    ソレノイドコイルと固定鉄心と可動鉄心とを有するソレノイドの前記ソレノイドコイルの断線を監視する監視回路を介して前記制御電源の一端が接続される第4端子と、
    前記第1端子と前記第2端子との間と、前記第2端子と前記第4端子との間とに、前記ソレノイドコイルに直列に接続された状態で配置されるスイッチング素子と、
    前記制御電源の電圧が前記第1端子に印加される場合に、前記スイッチング素子を駆動することで前記ソレノイドコイルに励磁電流を流し、前記可動鉄心を第1の位置から第2の位置に移動させた状態にする駆動部と、
    前記第1端子または前記第3端子を介して前記制御電源から供給される電圧に基づいて前記駆動部の電源電圧を生成する電源回路と、
    前記制御電源の電圧が前記第1端子に印加されているか否かを判定する判定部と、を備え、
    前記電源回路は、
    前記制御電源の電圧が前記第1端子に印加されない場合に、前記第3端子を介して前記制御電源から供給される電圧に基づいて、前記電源電圧を生成し、
    前記駆動部は、
    前記判定部によって前記制御電源の電圧が前記第1端子に印加されていないと判定された場合、前記スイッチング素子にパルス電圧を出力して前記可動鉄心が前記第2の位置にならない電流を前記ソレノイドコイルに流す
    ことを特徴とする電圧引き外し装置。
  2. 前記第1端子と前記第2端子との間の電圧に応じた電圧信号を出力する電圧検出部を備え、
    前記判定部は、
    前記電圧検出部から出力される前記電圧信号に基づいて、前記制御電源の電圧が前記第1端子に印加されているか否かを判定する
    ことを特徴とする請求項1に記載の電圧引き外し装置。
  3. 前記制御電源の電圧が前記第1端子に印加される場合にポート駆動抑制信号を出力し、前記制御電源の電圧が前記第1端子に印加されない場合に前記ポート駆動抑制信号を出力しないポート駆動抑制部と、
    前記ポート駆動抑制部から前記ポート駆動抑制信号が出力されない場合に、ポート駆動信号を出力し、前記ポート駆動抑制部から前記ポート駆動抑制信号が出力される場合に、前記ポート駆動信号を出力しないポート駆動部と、
    前記ポート駆動部に接続される入力ポートと、を備え、
    前記判定部は、
    前記入力ポートに入力される前記ポート駆動信号が入力される場合に、前記制御電源の電圧が前記第1端子に印加されていないと判定し、前記入力ポートに前記ポート駆動信号が入力されない場合に、前記制御電源の電圧が前記第1端子に印加されていると判定する
    ことを特徴とする請求項1または2に記載の電圧引き外し装置。
  4. 前記第1端子と前記第2端子との間に接続され、前記制御電源の電圧である交流電圧を整流する第1整流回路と、
    前記第2端子と前記第3端子との間に接続され、前記交流電圧を整流する第2整流回路と、を備え、
    前記電源回路は、
    前記第1整流回路または前記第2整流回路によって整流された電圧に基づいて、前記電源電圧を生成すると共に、前記制御電源の電圧が前記第1端子に印加されない場合、前記第2整流回路によって整流された電圧に基づいて、前記電源電圧を生成する
    ことを特徴とする請求項1から3のいずれか一つに記載の電圧引き外し装置。
  5. 前記制御電源の電圧は、直流電圧である
    ことを特徴とする請求項1から3のいずれか一つに記載の電圧引き外し装置。
  6. 請求項1から5のいずれか一つに記載の電圧引き外し装置と、
    前記電圧引き外し装置によってオフされるオフ機構と、を備える
    ことを特徴とする遮断器。
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