JP7070940B2

JP7070940B2 - 端子過熱検出装置

Info

Publication number: JP7070940B2
Application number: JP2020077987A
Authority: JP
Inventors: 隆馬場
Original assignee: Tempearl Industrial Co Ltd
Current assignee: Tempearl Industrial Co Ltd
Priority date: 2020-04-27
Filing date: 2020-04-27
Publication date: 2022-05-18
Anticipated expiration: 2036-03-31
Also published as: JP2020115480A

Description

本発明は、回路遮断器の端子部の温度を検出して、接続している電線や回路遮断器の焼損並びに該回路遮断器の周囲の造営材や周辺機器などへの延焼を防止することを目的とした端子過熱検出装置に関する。

回路遮断器は、電路における過電流や短絡電流若しくは漏電電流などの事故電流を検出して、所定の動作条件に合致したときに、負荷側への電源の供給を絶つように遮断動作する。

回路遮断器には、電線や負荷機器と電気的接続を行うために、各極の端子部に端子が設けられている。住宅用分電盤や制御盤などの配電盤に組み込まれている回路遮断器は、施工現場にて電線が引き込まれ、電線は圧着端子にてカシメ接続され、圧着端子は端子ねじによって回路遮断器の端子とねじ締めで接続される。このとき、圧着端子と回路遮断器の端子とのねじ締め接続が不十分な状態であると、回路遮断器使用中に端子において異常過熱が発生するおそれがある。

また、長年に亘る使用中においても、周囲の振動や温度変化による膨張、収縮が繰り返し起こることによって、端子に取り付けている端子ねじのねじ緩みが生ずる可能性もあり、定期的な保守点検（端子ねじの増し締め）が行われなければ、ねじ緩みにより異常過熱が発生するおそれがある。

端子の異常過熱は、端子ねじの緩みにより電線を取り付けた圧着端子と端子の接触抵抗が増加し、大きなジュール熱が出ることで発生する。

その他、前記電線の圧着端子と回路遮断器の端子との接触面の酸化による接触抵抗の増加や異物の挟み込みに起因する接触抵抗の増加によっても異常過熱が発生する。

このような異常過熱の状態が継続すると、回路遮断器を構成する部品や接続している電線が発火する場合があり、回路遮断器周辺の造営材や周辺機器への延焼が懸念される。

しかしながら、通常の回路遮断器においては、これら端子の異常過熱を検出する機能を兼ね備えていない。一般的に端子の異常過熱の予防は、施工時の接続確認や定期的な保守点検（端子ねじの増し締め他）を行う方策がとられている。これらの予防策は異常過熱を予防する点では効果的であるものの、次回の保守点検までは異常過熱に気づくことができないため、経年的な使用に伴う焼損事故や延焼事故を完全に防ぐことはできない。

そこで、端子の異常過熱を検出し、異常過熱が発生した場合には負荷側への電源供給を遮断することで、異常過熱に伴う焼損事故を防止する機能を備えた過熱防止装置付の回路遮断器が開示されている。（特許文献１、特許文献２）

特許文献１においては、異常過熱の検出を行うものとして以下のものが開示されている。過熱検出用のバイメタル板２５及び２６を回路遮断器の電源側端子及び負荷側端子の夫々に固着し、この２枚のバイメタル板間にバイメタル板の変位に追随して変位する伝達板を懸架し、且つ常時は前記伝達板に係止されているが、過熱時、伝達板の変位により、前記伝達板との係止関係が解除されることにより移動して回路遮断器をトリップさせる作動棒を備えるものである。また、伝達板と作動棒との係止関係が解除されて、作動棒が動作したときには、回路遮断器の外部に作動棒が突出することにより動作表示を行い、且つ作動棒を押圧操作することにより回路遮断器のリセットを可能とする過熱防止装置を一般の回路遮断器に付加して備えたものである。

特許文献２においては、前述の特許文献１における機械的な構造を鑑みてなされたもので、電気的に異常過熱を検出し、該異常過熱が検出されたことにより出力される電気信号により、遮断器の接触子を開放する引外し装置を駆動させるものが開示されている。

具体的には、特許文献１に開示された機械的動作によるものでは、遮断器の内部機構を変えなければ適用できないことが多いことに鑑みてなされたもので、特に、遮断器単体の過熱防止に加えて給電系統内にある回路遮断器を集中管理したり、同一回路に併設された電磁開閉器等の他の機器の過熱保護に利用することができることを課題としてなされたものである。

異常過熱検出のための構成として、電線接続用端子の温度に対応して電気的出力が変化する感温素子と、該感温素子の電気的出力を正常レベルと比較して異常過熱を検知する判定回路とを備えている。

感温素子としては、サーミスタ、熱起電力を利用した熱電対、放射熱を検出する赤外線センサなどが挙げられており、感温素子の配置形態として、該感温素子をモールドケースの端子近傍に埋め込んで配置する形態、モールドケースとは独立して樹脂成形された絶縁支持体に保持させて一体化した温度センサユニットを構成し、該温度センサユニットを極間バリアの取付用溝を利用してモールドケースに取り付けた形態、温度センサユニットを板状に形成してモールドケースの裏面と盤面との間に挟んで装着できるようにした形態、感温素子を遮断器端子部の絶縁に用いられる端子カバーに取り付けた形態、熱伝導率の高いセラミック等の絶縁体に感温素子を埋め込み、温度センサユニットの絶縁支持体に設けた穴に挿入して、ばねにより長さ方向に移動可能なように弾性的に保持し、遮断器端子部に絶縁体の先端を接触させる形態などが開示されている。

実公昭５６－２５１５６号公報特開昭６２－８４１９号公報

これら特許文献１及び特許文献２に開示されたように、通常の回路遮断器に端子の異常過熱を検出する機能を追加することは可能である。しかし、特許文献１においては、異常過熱を検出する機能を追加するにあたり、回路遮断器の裏面側全体に、異常過熱を検出するための機械的機構を配置するためのスペースを別途設ける必要があり、回路遮断器の外形が大きく変わるなど、回路遮断器の大幅な改造が伴うため、工数の増加やコストの増加という課題を有する。

また、特許文献２においては、電気的装置を配置するにあたり、感温素子などの温度センサ及び判定回路を備えたユニットを別途設けて、該ユニットを回路遮断器に取付ける必要がある。追加のための部品が多く、また、温度計測システムとしての導入が必要となることから機能追加のために複雑さを伴う。また、感温素子などの電気的素子を用いるため、長期に亘る使用において故障が生じているか否か一見して分かりづらいという課題を有する。

そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、回路遮断器の改造の必要なく、端子の異常過熱を簡単な構成で検出可能で、なおかつテスト動作によって正常な出力が得られるか否か確認を行うことができる端子過熱検出装置を提供することを目的とする。

本発明に係る端子過熱検出装置は、上述の課題を解決すべく構成されたもので、電気機器の端子に、電線とともに外方から取付けて該端子の温度を検出する端子過熱検出装置であって、前記端子に接続されて該端子の熱が伝導される接続部と、前記接続部に一端が固着されるとともに他端が前記熱の変化に応動して変位自在に配設される熱動素子と、前記熱動素子の変位が伝達されるとともに応動に対応して往復変位する変位伝達部と、前記変位伝達部の変位が伝達されて所定の閾値を超えた場合に駆動される信号出力部と、前記接続部の一部が外部に露出されて、前記熱動素子と、前記変位伝達部と、前記信号出力部を収納する略直方体形状の筐体を備える一方、前記筐体の外部から操作することによって前記変位伝達部を変位させて、前記信号出力部を駆動するテスト操作部を備えたことを特徴として端子過熱検出装置を構成したものである。

かかる構成によれば、回路遮断器の端子に端子過熱検出装置の熱を伝導させることによって変位伝達部の変位が伝達されて、変位が所定の閾値を超えた場合に信号出力部が駆動される構成としたから、回路遮断器の改造の必要なく、端子の異常過熱を簡単な構成で検出できる端子過熱検出装置を提供できる。

また、前記熱動素子が配設される前記接続部は回路遮断器の端子の数に対応して配設される一方、前記変位伝達部は夫々の熱動素子に共通して設けられることにより、夫々の熱動素子における最大の変位が前記変位伝達部に伝達されて、前記信号出力部を駆動することを特徴とする構成としてもよい。

かかる構成によれば、回路遮断器の複数の端子の中から、最も発熱している端子の発熱をとらえて信号出力部を駆動できるから、端子ごとにスイッチ手段を配置する必要がない。よって少ない部品点数で複数の端子を一括監視できる。

また、前記接続部の一部が外部に露出されて、熱動素子と、変位伝達部と、信号出力部を収納する略直方体形状の筐体を備える一方、

前記筐体の外部から操作することによって変位伝達部を変位させて、前記信号出力部を駆動するテスト操作部を備えたことを特徴として構成してもよい。

かかる構成によれば、テスト操作部によって信号出力部の駆動を確認できるから、信号出力部が正常に信号を出力できるか否かをテストすることができる。

以上の如く、本発明によれば、回路遮断器の改造の必要なく、端子の異常過熱を簡単な構成で検出可能で、なおかつテスト動作によって正常な出力が得られるか否か確認を行うことができる端子過熱検出装置を提供することができる。

本発明の実施形態を示す端子過熱検出装置を回路遮断器に取付けた状態の概略図を示す。上記の端子過熱検出装置の取付方法の概略図を示す。上記の端子過熱検出装置を示す。上記の端子過熱検出装置の内部組立図を示す。図４で示した断面図ＡＡ（スイッチ手段の組立構造）を示す。上記の端子過熱検出装置のテスト操作手段の外観を示す。図６で示した断面図ＢＢ（テスト操作手段の組立構造）を示す。従来例における端子の接続不良を検出する構造を示す。

次に本発明の実施形態を、図面を用いて詳細に説明する。

図１には、本実施形態に係る端子過熱検出装置２を回路遮断器１に取付けた状態の概略構成図を示している。図２には、端子過熱検出装置の取付方法の概略図を示している。図３には、端子過熱検出装置を示している。図４には、端子過熱検出装置の内部組立図を示している。図５には、端子過熱検出装置のスイッチ手段の組立構造を示している。図６には、端子過熱検出装置のテスト操作手段を示している。図７には、テスト操作手段の組立構造を示している。図８には、従来例における端子の接続不良を検出する構造を示している。

まず、図１および図２に示す回路遮断器１の基本構造について説明を行う。図１および図２において、回路遮断器１は、外郭がモールドケースからなる回路遮断器筐体により構成されている。回路遮断器筐体は回路遮断器の内部部品を取付ける基台１０１と、該基台に被せられて内部部品を覆うカバー１０２とからなる。前記回路遮断器１の内部には、電源側の電路と負荷側の電路とを入切するために、端子１２と一体化した固定接触子（図示しない）と、可動接触子（図示しない）とが配設される。また、前記固定接触子と前記可動接触子を開閉駆動させる開閉機構部（図示しない）と、電路に流れる異常電流を検出することにより前記開閉機構部に作用して該開閉機構部の引外し動作を行わせ、前記固定接触子と前記可動接触子とを開駆動させる引外し装置部（図示しない）とが設けられている。

前記回路遮断器１には、外部の導体と接続される前記端子１２が各極の電源に対応して複数設けられており、夫々外部に露出している。

前記端子１２には、外方から電線３が接続される。電線３の先端部には、圧着端子３１がカシメにより取り付けられており、前記端子１２には、該圧着端子３１が端子ねじ１１によってねじ締め固定される。

次に、回路遮断器１に取り付けられる端子過熱検出装置２について図１および図２を用いて説明を行う。端子過熱検出装置２の、端子１２に接続されて端子１２の熱が伝導される接続部である熱伝導端子２１は、回路遮断器１の端子ねじ１１を貫通させる貫通孔を有しており、電線３の圧着端子３１と端子１２との間に挟まれるようにして、端子ねじ１１により熱伝導端子２１が締付固定される。端子過熱検出装置２は、取付け時に、回路遮断器１の取付面、つまり回路遮断器１の底面と端子１２に接続される電線３との間に位置する。

次に、端子１２の異常過熱を検出する機能を有する端子過熱検出装置２の構成について図３、図４および図５を用いて説明を行う。

図３、図４および図５に示すとおり、端子過熱検出装置２は、回路遮断器１の各極の端子１２に接続されて端子１２の熱が伝導される接続部である熱伝導端子２１と、熱伝導端子２１に固着した熱動素子２２と、熱動素子２２の近傍に配置され、熱動素子２２の変位が伝達されるとともに応動に対応して往復変位する変位伝達部である第一の作動体２３と、第一の作動体２３の近傍に配置され、第一の作動体２３の往復変位に対応して往復変位する同じく変位伝達部である第二の作動体２４と、変位伝達部の変位が伝達されて所定の閾値を超えた場合に駆動される信号出力部であるマイクロスイッチ２５と、これら熱動素子２２、第一の作動体２３、第二の作動体２４、マイクロスイッチ２５を収納する筐体２６とを備えて構成される。

熱伝導端子２１に固着される熱動素子２２は、端子１２と接続された熱伝導端子２１からの熱伝導を受けて定量的に変位するバイメタルを用いて構成している。図４および図５では、熱動素子２２は熱伝導端子２１に対してねじ締めで固着されているが、ねじ締めに限らず、溶接やリベットによる固着でもよい。

第一の作動体２３は、第一の作動体２３を付勢する弾性部材（図示しない）により、筐体２６の位置規制部２６１に当接するよう付勢され、熱動素子２２と一定のギャップを設けた状態で配置される。

図５に示す通り、第二の作動体２４は、マイクロスイッチ２５に当接するように、弾性部材２４１によって付勢されている。第二の作動体２４は、熱動素子２２が熱伝導端子２１からの熱伝導によって変位したとき、熱動素子２２の変位を受けて図５に示すＡ方向へ回動する第一の作動体２３に連動して、弾性部材２４１に抗して図５に示すＢ方向へ回動する。端子１２が異常過熱したとき、即ち熱動素子２２の変位の大きさが一定量を超えたとき、第二の作動体２４によってマイクロスイッチ２５の接点操作部が操作されることで、マイクロスイッチ２５は端子１２の異常過熱を知らせる信号を出力するよう操作される。

端子１２の発熱が治まれば、熱動素子２２の変位が小さくなる。熱動素子２２の変位が小さくなることで、第一の作動体２３と第二の作動体２４は、第一の作動体２３を付勢する弾性部材（図示しない）や第二の作動体２４を付勢する弾性部材２４１によって、端子１２が発熱する前の位置まで回動する。端子１２の異常過熱が治まったとき、即ち熱動素子２２の変位の大きさが一定量以下となったとき、マイクロスイッチ２５の接点操作部が第二の作動体２４によって操作されることで、マイクロスイッチ２５は端子１２の異常過熱を知らせる信号を出力しないよう操作される。

端子１２の発熱は、熱伝導端子２１を介して熱伝導する。その熱量に応じて熱動素子２２が定量的に変位するため、第一の作動体２３と第二の作動体２４は熱動素子２２の変位量に応じた回動をする。よって、端子１２の発熱量と熱動素子２２の変位量と第一の作動体２３と第二の作動体２４の回動量は相関のとれたものとなるため、端子１２が異常過熱したとき、即ち熱動素子２２の変位の大きさが一定量を超えたときと、端子１２が異常過熱していないとき、即ち熱動素子２２の変位の大きさが一定量以下であるときとで、マイクロスイッチ２５の接点操作部の状態が切り替わるように構成することができる。

このような構成により、端子過熱検出装置２の熱伝導端子２１を、既存の回路遮断器の端子１２に、端子ねじ１１で取り付けることで、回路遮断器１の改造の必要なく、端子過熱検出装置２を取付けることができる。また、熱伝導端子２１に固着された熱動素子２２の変位の大きさが一定量を超えたときにマイクロスイッチ２５の接点操作部が操作されるように構成することで、簡単な構成で端子１２の異常過熱状態を出力することができる。

なお、図４、図５および図６ではマイクロスイッチ２５は第一の作動体２３と第二の作動体２４を介して操作される構成となっているが、これに限らず、例えば熱動素子２２がマイクロスイッチ２５の接点操作部に直接当接することでマイクロスイッチ２５を操作する構成としてもよい。

また、マイクロスイッチ２５の接点操作部の操作は、本実施例では熱動素子２２が変位した時に接点操作部に当接した状態から当接していない状態となる構成としたが、反対に、熱動素子２２が変位した時に当接していない状態から当接する状態となる構成としてもよいことは言うまでもない。

次に、複数の端子１２を一括監視でき、最も発熱している端子１２によって異常過熱を検出できる端子過熱検出装置２について図４および図５を用いて説明を行う。
図４に示す第一の作動体２３は、各極の端子１２にわたる形で筐体２６に回動可能に固定されている。

このような構成により、第一の作動体２３がわたっている極の端子１２に固着された熱動素子２２のうち、最も高い温度で変位している熱動素子２２のみに第一の作動体２３が連動して、第一の作動体２３を付勢する弾性部材（図示しない）に抗して図５に示すＡ方向へ回動し、第一の作動体２３によって第二の作動体２４が弾性部材２４１に抗して図５に示すＢ方向へ回動することで、マイクロスイッチ２５の接点操作部を操作することができる。よって第一の作動体２３がわたっている複数の端子１２の発熱状態を一括監視でき、最も発熱している端子１２に基づいて異常過熱を検出できる。これにより、各端子１２に端子過熱検出装置２を配置するよりも少ない部品点数で、各端子１２の異常過熱を検出することができる。

なお、図４および図５では、マイクロスイッチ２５は第一の作動体２３と第二の作動体２４を介して操作される構成となっているが、これに限らず、例えば第一の作動体２３がマイクロスイッチ２５の操作部２５１に直接当接することでマイクロスイッチ２５を操作する構成としてもよい。

次に、テスト操作手段によってスイッチ手段であるマイクロスイッチ２５を意図して操作することで、マイクロスイッチ２５が正常に信号を出力できることをテストすることができる端子過熱検出装置２について図５、図６および図７を用いて説明を行う。

図６に示す通り、マイクロスイッチ２５が配置された筐体２６において、マイクロスイッチ２５近傍の面にはテスト操作手段２７が挿入されている。

図７に示す通り、テスト操作手段２７の一端側は筐体２６の外部に露出しており、テスト操作手段２７の他端側はマイクロスイッチ２５の操作手段を操作できるように筐体２６の内部に向かってテスト用弾性部材２７１とともに挿入されている。本実施形態の場合は、テスト操作手段２７の他端側は、第二の作動体２４を回動させるように配設されている。

筐体２６の外部に露出しているテスト操作手段２７の一端側を操作すると、テスト操作手段２７の他端側は、マイクロスイッチ２５の操作部を、熱動素子２２の変位の大きさが一定量を超えた場合と同じように操作させる。例えば図５、図６および図７の場合、テスト操作手段２７の一端側を押すと、テスト操作手段２７がテスト用弾性部材２７１に抗して筐体２６の内部に向かって移動することで、テスト操作手段２７の他端側が、第二の作動体２４を図５に示すＢ方向に回動させるように構成される。

このような構成により、テスト操作手段２７を操作することで、マイクロスイッチ２５の操作部を意図的に操作することができる。これにより、マイクロスイッチ２５が正常に動作することを、テスト操作手段２７を操作したときのマイクロスイッチ２５の信号出力の有無によって確認できるため、マイクロスイッチ２５のテスト動作確認が容易に可能な端子過熱検出装置２を提供できる。

なお、図５、図６および図７では、テスト操作手段２７を押すことで第二の作動体２４を回動させる構成となっているが、これに限らず、テスト操作手段２７を何らかの方法で操作することで、マイクロスイッチ２５の操作部が操作される構成であればよいことは言うまでもない。例えば、テスト操作手段は押しボタン式に限らず、スライドボタン式としてもよいし、テスト操作手段２７は第二の作動体２４を回動させる構成に限らず、第一の作動体２３を回動させる構成や、マイクロスイッチ２５の操作部を直接操作する構成としてもよい。

尚、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

１回路遮断器
１１端子ねじ
１２端子
２端子過熱検出装置
２１熱伝導端子
２２熱動素子
２３第一の作動体
２４第二の作動体
２４１弾性部材
２５スイッチ手段（マイクロスイッチ）
２６筐体
２６１位置規制部
２７テスト操作手段
２７１テスト用弾性部材
３電線
３１圧着端子

Claims

回路遮断器の端子に、電線とともに外方から取付けて該端子の温度を検出する端子過熱検出装置であって、
前記端子に接続されて該端子の熱が伝導される接続部と、
前記接続部に一端が固着されるとともに他端が前記熱の変化に応動して変位自在に配設される熱動素子と、
前記熱動素子の変位が伝達されるとともに応動に対応して往復変位する変位伝達部と、
前記変位伝達部の変位が伝達されて所定の閾値を超えた場合に駆動される信号出力部と、
前記接続部の一部が外部に露出されて、前記熱動素子と、前記変位伝達部と、前記信号出力部を収納する略直方体形状の筐体を備える一方、
前記筐体の外部から操作することによって前記変位伝達部を変位させて、
前記信号出力部を駆動するテスト操作部を備えたことを特徴とする端子過熱検出装置。
前記熱動素子が配設される前記接続部は前記回路遮断器の前記端子の数に対応して配設される一方、
前記変位伝達部は夫々の前記熱動素子に共通して設けられることにより、
夫々の前記熱動素子における最大の変位が前記変位伝達部に伝達されて、
前記信号出力部を駆動することを特徴とする請求項１記載の端子過熱検出装置。