JPH01170311A - 感電保護装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、電気負荷の異常状態を検知してその負荷への
電力の供給を断ち、感電防止を図る保護装置に圓する。

（従来技術） 従来のかかる感電保護装置として常擾１接点（ノーマル
クローズ）の接点を持つラッチングリレーを使用した感
電保護装置がある〈例えば、公表特許公報昭６１−５０
０５８５号公報）。この装置は、異常状態を検知して動
作する制御回路とリレーを用い、そのため、これらの回
路や部品が一つでも故障すると、負荷装Ｍ（器具）とし
ては使用可能であるが、負荷が異常状態となっても保護
装置は作動せず、感電保護を充分に果たすことができな
い。また、雷サージなどのノイズによっても動作し、そ
の場合には負荷装置のリセットボタンを操作するまで負
荷動作は停止したままであり、使い勝手が悪い。

さらに、感電保護装置の他の例として常開接点（ノーマ
ルオープン）を持つリレーを使用したものがある（例え
ば、米国特許第４２７０１５８号明細よ）。この保護装
置によれば、保護装置の故障ではリレーがオンせず、器
具としても使用できず、安全であるが、このように常開
接点を持つリレーを使用した保護装置は初期状態では接
点がオフしている必要がある。したがって、電源コンセ
ントからプラグを抜いた状態では必ず接点がオフである
必要がある。このため、リレーそのもので、接点を保持
するものは使用できない。そのため、器具が浸水して保
護ｉ置が作動しても、その原因となる水を取除けば再び
器具として使用できる。

ところが、−度浸水した器具は水による劣化を伴なうた
め絶縁劣化などの他の異常状態を発生し、雷サージなど
のノイズによっても誤動作し器具のリセットボタンを押
すまで動作が停止し続は使い勝手が良くない。

さらに他の感電保護装置として電源と負荷の開放をヒユ
ーズで行うものがある（例えば米国特許第４５５０３５
８号明細書）。ところがこの装置では負荷Ｍ流の大きい
ものについては、ヒユーズも大型となり、溶断するため
のエネルギーも多く要し、結果として動作時間が良くか
かり感電の保護としては適さず、また周囲の気温やヒユ
ーズの形態の仕上がり寸法などによっても動作時間が不
安定となるといった問題を有していた。

（５＠明の目的） 本発明は、保護装置が故障しているときには器具として
動作しないフェイルセーフの機能を奏し、また雷サージ
などの短時間性のノイズによる誤動作では器具の動作が
停止したままとならず、使い勝手が良好で、また−度危
険状態を検知して保護装置が作動すると、その状態が保
持され器具の再使用を防止して保護機能の向上を図った
感電保護装置を提供することを目的とする。

（発明の構成） 本発明は、電源と負荷の間に介設された常開接点を有す
るリレーと、前記負荷の異常状態を検知する異常検知手
段と、前記リレーのコイルと直列に接続されたヒユーズ
手段と、前記負荷の異常時に前記異常検知手段に対応し
て前記リレー接点を開放するとともに前記ヒｌ−ズを溶
断させる制御回路とから構成された感電保護装置にある
。

この構成により、負荷が異常状態になると、ヒユーズが
溶断され、リレーの接点の開放状態を保持することがで
きる。

（実施例） 第１図（ａ）は、本発明の第１実施例構成を示す。

同図において、１は電源、２は負荷、３，３′は前記電
源１と負荷２の間に設けられたリレーの常開（ノーマル
オープン）接点、４は制御回路、５は負荷２の異常状態
を検知する異常検知手段、６は前記接点３．３′を作動
させるリレーコイル、７はヒユーズであり、前記制御回
路４は負荷２の異常状態を異常検知手段５が検知すると
、リレーコイル６への通電を断ち、リレー接点３，３′
を開放するとともに、ヒユーズ７に通電し、このヒユー
ズを溶断させるよう作動する。なお、制御回路４の電源
口路は図示を省略している。

本実施例の動作を説明すると、まず電源１を投入すると
、負荷２が正常な状態で異常検知手段５が異常を検知し
ていないならば、υ制御回路４はその端子Ａ−ＣＦｒ！
Ｊにエネルギーを与え、電流はリレーコイル６とヒユー
ズ７に流れ、ノーマルオーブンの接点３．３′を閉じ負
荷２に電力が供給され、ｅｉｉは使用可能な状態となる
。このときヒユーズ７への電流はリレーコイル６の抵抗
によりυ１限されるため、ヒユーズ７は溶断することは
ない。

いま、ここで負荷２が浸水などの異常状態になれば、異
常検知手段５が異常状態を検知し、制御回路４を異常状
態に転じ、その端子Ａ−Ｃ間のエネルギーの供給を停止
し、端子Ｂ−ＣＩ２ｆｌへのエネルギー供給に変わる。

このため、リレーコイル６への電力供給は断たれ、リレ
ー接点３．３′は直ちに開放され、よって電源１から負
荷２への電力の供給は断たれ、もって負荷２での漏電等
の危険から保護される。１ＪｉｌＪ御回路４の端子Ｂ−
Ｃ間に接続されたヒユーズ７には電流を制限するものが
小さいために正常時よりも大きい電流が流れ、ヒユーズ
７は溶断する。したがうて、例えば浸水などの場合には
、器具が水から引き上げられ、異常検知手段５が異常状
態を検知しなくなり、ｔ、１１１１１回路４からの電力
供給が端子８−Ｃ＠から端子Ａ−Ｃ間に変わってもヒユ
ーズ７が溶断されているためにリレーコイル６へ′１１
流は供給されず、リレー接点３．３′の開放状態は保持
される。

かくして、−度異常状態となった負荷は再使用すること
ができないが、−度異常状態となったことに起因する他
の異常状態による危険を回避することができる。また、
リレーコイル６の電流を切換えることによるリレー接点
３．３′の可逆性のある即時開放と、それより遅い応答
時間でのヒユーズ７の溶断によるリレーコイル６への電
流遮断による永久開放との２段方式をとっているため、
応答時間は充分早い（５ｍＳ以下）にも拘らず、雷サー
ジなどの単時間性のノイズ（５０ｍｓ０ｍＳ以下る誤動
作では異常状態が保持されることはない。さらにはノー
マルオープンリレーを使用し、リレーコイル６、ヒユー
ズ７が直列に接続されているため、リレーコイル６の短
絡、切断などによる保護装置の故障があった場合はリレ
ー接点３゜３′は閉じることがなく、負荷装置としても
作動することがなく安全である。

第１図（ｂ）は、前記第１実施例の一部構成の変髪例を
示し、同図に示すようにヒユーズ７に直列にヒータ８を
設け、このヒータ８からの熱をヒユーズ７に与えるよう
に構成したものである。このように構成することによっ
て、異常状態時にヒユーズ７をより確実に、かつ早期に
溶断することができる。

第２図は本発明の第２実施例構成を示す。この実ＩＭ例
においてはリレーコイル６とヒｌ−ズ７とヒータ８とを
直列に接続し、リレーコイル６に並列に双方向性３端子
サイリスタ９を接続し、このサイリスタ９の一電極とゲ
ート端子との間に導体２０ａ、２０ｂを介して負荷２の
中に設けた一対の導体を対向配設した電極１０を接続し
ている。

なお、１１は制御回路４およびリレーコイル６゜ヒユー
ズ７、ヒータ８の直列回路に対する電源トランスである
。

本実施例構成において、まず正常状態での動作を説明す
る。

電源１を導入すると、トランス１１を通してリレーコイ
ル６、ヒユーズ７、ヒータ８にＮ２１ｉＥｔｆｉ流れ、
リレー接点３．３′はオフからオンに切換ねり、負荷２
は動作可能な状態となる。なお、このときヒユーズ７お
よびヒータ８へのｉＪｔはリレーコイル６の抵抗により
制限されているために溶断することはない。

また、リレーコイル６やトランス１１のコイルの短絡や
切断、ヒユーズ７、ヒータ８の切断、サイリスタ９の故
障として多い短絡故ｌｌ！５等が存在する場合は、リレ
ー接点３．３′はオンに切換わることがなく、負荷２は
動作しない。したがって、保護装置が故障している場合
は、機器としても使用できないため安全である。

次に正常状態で使用中に浸水等の異常状態になったとき
の動作を説明する。

負荷２が浸水すると、その中に設けられた電極１０に水
が付着し、この電極１０間の抵抗が減少し、サイリスタ
９のゲートに電流が流れ、トリガーされ、サイリスタ９
は導通し、したがってリレーコイル６は短絡され、リレ
ーコイル６の電流が断たれ、リレー接点３，３′は即時
に開放される。

さらにリレーコイル６がサイリスタ９に短絡されること
により、ヒユーズ７やヒータ８の電流は正常状態時のよ
うにリレーコイル６の抵抗によるｔ１１１限がなくなる
ため、より大きい′Ｒ流が流れ、ヒータ８の発熱が増大
し、この熱でもってヒユーズ７は溶断される。

このため負荷２が水より引上げられ、電極１０間の水が
取り去られた後もヒユーズ７は溶断しているため、リレ
ーコイル６に電流が流れることはなく、リレー接点３．
３′の開放状態は保持される。したがって、負荷２の浸
水が原因して器真の変質、異常を来し、これらから派生
する危険を回避することができる。

また、ヒユーズ７の溶断時間はヒータ８からの熱の伝わ
り方にによって調整でき、ヒユーズ７の溶断時間を、例
えば２０ｍ５以上としておけば雷サージのような短時間
性のノイズによるサイリスタ９の誤動作によるリレー接
点３．３′の開放が保持されることはない。

第３図は本発明の第３実施例構成を示す。本実施例は前
記第２実施例とほぼ同様であるが、異常状態の検知手段
が相違する。すなわち、異常検知手段としては、ｉ！＋
１１１から負荷２への電源ラインＮ１．Ｎ２とそれを貫
通させた変流器（ＺＣＴ）１２によって構成している。

この変流器１２に生じる起電力はｔ源うインＮ１．Ｎ２
の２本の導体に流れる電流差に比例して発生する。

この構成において、正常状態では電源ラインＮ１、Ｎ２
に流れる電流は等しい。したがって、変流器１２のコイ
ルＣに起電力は発生せず、サイリスタ９はトリガーされ
ない。したがって、リレー」イル６に電流が流れリレー
接点３．３′は閉じられる。

次に負荷２が浸水して異常状態になると、負荷２とグラ
ンド（アース）との間に電流の漏れが生じる。すると、
電源ラインＮ１．Ｎ２の電流に漏電電流の分だけ差が生
じ、変流器１２のコイルＣに起電力が発生し、サイリス
タ９が導通し、以下、前記第２実施例と同様の動作を行
う。

第４図は本発明の第４実施例構成を示す。本実施例にお
いて、１３は整流器、１４は平滑コンデンサ、１５は定
電圧ダイオードであり、これらは保護回路の電源部を構
成するものである。１６はリレーコイル６に並列接続さ
れたトランジスタ、１７ａ、１７ｂはオペアンプ、１８
は電極１０間に接続されたセンサ基準抵抗器、１９ａ、
１９ｂ。

１９ｃ、１９ｄは抵抗器、２０ａ、２０ｂは制御回路４
と負荷２内の電極１０とを接続する導体である。

制御回路４は前記トランジスタ１６、オペアンプ１７ａ
、１７ｂ等から構成され、本実施例では導体２０ａ、２
０ｂが切断故障を起こした場合にも制御回路４は異常状
態に転じ、リレー接点３゜３′を開放し、負荷２への電
力の供給を断つ機能をも備えている。すなわち、オペア
ンプ１７ａ。

１７ｂと抵抗器１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｃｌで構
成される回路は導体２０ａ、２０ｂの間の抵抗がセンサ
基準抵抗１８で設定された抵抗値よりも大きいか、また
は小さくなった場合に、トランジスタ１６のベースにバ
イアスを惇え得るように構成されている。

次にその動作を説明すると、正常状態では電極１０１！
ｌの抵抗はセンサ基準抵抗１８の値となる。

このとき図示Ａ、Ｂ、Ｃの各点の電位ＶＡ、ＶＢ。

ＶｃはＶＡ＞ＶＣ＞ＶＢとなり、オペアンプ１７ａ、１
７ｂのそれぞれの出力はＬｏｗとなり、トランジスタ１
６のペースはＬＯＷで、トランジスタ１６はオフする。

したがって、電流はヒユーズ７、ヒータ８を通り、リレ
ーコイル６に流れ、リレー接点３．３′は閉じて負荷２
に電力を供給し得る状態となる。ここでヒユーズ７、ヒ
ータ８への電流はリレーコイル６の抵抗によって制限さ
れるため、溶断するに至らない。

いま、負荷２が浸水すると、電極１０間に水が付着する
。すると、水によって電極１０間は短絡し、導体２０８
．２０ｂ間の抵抗が小さくなる。

すると、ＶＡ、ＶＢ、ＶＣの電圧はＶＡ＞ＶＢ＞Ｖｃと
なり、一方のオペアンプ１７ｂの出力はＨｌｑｈとなり
、トランジスタ１６のベースにバイアスが付与されてコ
レクタ・Ｉミッタ間が導通し、リレーコイル６が短絡さ
れる。これにより、リレー接点３は開放され、負荷２へ
の電力供給は遮断される。

上記とは別の異常状態として電極１０と制御回路４を結
ぶ導体２０ａ、２０ｂのいずれか一方が切りるとＶＡ、
Ｖａ、ＶＣ＋７）電圧ＬｔＶｃ＞ＶＡ＞■８となり、オ
ペアンプ１７ａの出力がＨｉ　Ｑ　ｈとなり、同様にト
ランジスタ１６のベースにバイアスが付与されて前記と
同様にしてリレー接点３゜３′が開き、負荷２への電力
が遮断される。また、ここで浸水、または導体２０ａあ
るいは２０ｂが切れることによって制御回路４が作動す
ると、ヒユーズ７およびヒータ８にはより大きな電流が
流れ、前述の実施例と同様にヒユーズ７が溶断してリレ
ーコイル６への電流が永久に断たれ負荷２への電流が遮
断された状態は保持される。

第５図はノーマルオープン接点を有するリレーの構成例
を示す。

同図において、２１はリレーコイル６の巻かれた鉄心、
２２は可動鉄片で、軸２３でもって固定台２４に回転可
能に軸支され、かつ引張りばね２５により一方向に回動
付勢されている。そして、可動鉄片２２側と固定台２４
側とに相対向フる接点３が設けられている。

このリレーの動作を説明すると、リレーコイル６に電流
が流れていない状態ではリレー接点３は引張りばね２５
によって開放されている。リレーコイル６に電流が流れ
ると鉄心２１が励磁され、可動鉄片２２が吸引され軸２
３を支点に回転し、可動鉄片２２と連動して接点３は関
しる。

ここで再びリレーコイル６の電流が断たれると、引張り
ばね２５で可動鉄片２２は逆転し、接点３は開放される
。

かくして、リレーコイル６に電流が流れている間は接点
３は閉じ、電流が流れていない間は接点３は開くことに
なる。

第６図（ａ）　（ｂ）はヒユーズ７とヒータ８の構成例
を示す。

ヒユーズ７とヒータ８は、その間は電気的に絶縁され、
またヒータ８の熱で確実に早くヒユーズ７を溶断する必
要から熱伝導性が良く、かつ熱容量が小さいものが望ま
しい。そこで電気的絶縁性を有し、かつ熱伝導の良い、
例えばアルミナや表面に酸化膜の施された金属の基板２
６の一方の面に低融点の例えば半田等の電気的導体でな
るヒユーズ２７を印刷等にて形成し、また前記基板２６
の他方の面に抵抗体からなるヒータ２８を印刷等により
形成し、ざらに、これらヒユーズ２７およびヒータ２８
に電気的接続を行うための電極パターン２９を形成し、
また外部回路との電気接続を行うためのリード線３０を
前記電極パターン２９に取付けている。

このような構成により、仁−夕２８の熱を効率良くしか
も早くヒユーズ２７に与えることが可能となる。

（発明の効果） 以上のように本発明によれば、リレーコイルと直列にヒ
ユーズを挿入しているために、異常検知手段が一度危険
状態を検知して保護装置が作動すると、その状態を保持
し、−・度危険状態となった器具の再使用を防止するこ
とができ、また、常開（ノーマルオープン）の接点を有
するリレーを用い、制御回路としてリレーコイルとヒユ
ーズとヒータを直列に配しているので、制御回路が故障
すると、器具が動作せずフェイルセーフとなる。

また、リレーコイルの短絡によるリレー接点の復帰可能
な即時開放と、作動までの時間的応答の遅いヒユーズ溶
断によるリレー接点の永久開放との２段方式を取ってい
るため、雷サージなどの短時間性のノイズによる誤動作
では異常状態が保持されないため、使い勝手が良好とな
る。また、制御回路は異常検知手段における、例えば電
極間の抵抗が絶縁状態から電流が流れる状態への変化の
判断のみでよいため、回路構成を簡素化することかでき
低コスト化が図れる。

また、異常検知手段における例えば電極とｌｌＮ１１回
路とを結ぶ導線が切断して、異常状態例えば漏水を検知
できなくなった場合であっても、制御回路はその故障を
検知し、異常であると判断して電源から負荷への給電を
断ち機器を動作させない。

したがって保護装置が故障したまま、機器を使用すると
いったことがなく、より一層安全性を高めることができ
る。

さらには機器が浸水して漏電した場合の異常検知に限ら
れず、機器の充電部に触れた場合の漏電についても対応
が可能で感電防止の機能を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の第１実施例による感電保護装置
の構成図、第１図（ｂ）はその一部の変形例を示す図、
第２図は本発明の第２実施例を示す構成図、第３図は本
発明の第３実施例を示す構成図、第４図は本発明の第４
実施例を示す構成図、第５図は本実流例に用いた常開接
点を持つリレーの一例を示す構成図、第６図　（ａ）　
（ｂ）は本実施例に用いたヒユーズとヒータの一例を示
す構成図である。 １・・・電源、２・・・負荷、３．３′・・・常開接点
、４・・・制御回路、５・・・異常検知手段、６・・・
リレーコイル、７・・・ヒユーズ、８・・・ヒータ、９
・・・サイリスタ、１０・・・７４極、１２・・・変流
器、１８・・・センサ基準抵抗器（抵抗体）、２０ａ、
２０ｂ・・・導体。 特許出願人　　　　　　松下電工株式会社代　埋　人　
　　　　　弁理士　小谷悦司同　　　　　　　　弁理士
　長１）正 向　　　　　　　　弁理士　板谷康夫 第　　１　　図 第　　２　　図 第　　５　　図 （ｂ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電源と負荷の間に介設された常開接点を有するリレ
   ーと、前記負荷の異常状態を検知する異常検知手段と、
   前記リレーのコイルと直列に接続されたヒューズ手段と
   、前記負荷の異常時に前記異常検知手段に対応して前記
   リレー接点を開放するとともに前記ヒューズを溶断させ
   る制御回路とから構成されたことを特徴とする感電保護
   装置。 ２、前記負荷の異常時に前記ヒューズに熱を与えて溶断
   させるヒータを備えたことを特徴とする特許請求の範囲
   １項記載の感電保護装置。 ３、前記ヒューズとヒータの構成として、良熱伝導、か
   つ電気絶縁性の基板の一方の面に低融点の電気的導体を
   設け、前記基板の他方の面に抵抗体からなるヒータを設
   けたことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の感電
   保護装置。 ４、前記制御回路は負荷の異常時にヒューズに正常時よ
   りも大きい電流を流すよう構成され、かつ前記ヒューズ
   を電流ヒューズで構成したことを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の感電保護装置。 ５、前記異常検知手段は負荷の中に一対の導体を対向、
   配設した電極により構成されていることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の感電保護装置。 ６、前記制御回路は前記異常検知手段の電極間の抵抗が
   小さくなると正常状態から異常状態となるよう構成され
   たことを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の感電保
   護装置。 ７、前記異常検知手段は、負荷の中に一対の導体を絶縁
   状態で対向させた電極と、前記電極の各々と前記制御回
   路とを電気的に接続する２本の導体と、前記電極間また
   は電極に近い側の２本の導体間に接続した抵抗体とから
   なり、前記制御回路は前記異常検知手段の抵抗が前記抵
   抗体の抵抗値よりも大きく、または小さくなった場合に
   正常状態から異常状態となるよう構成されていることを
   特徴とする特許請求の範囲第５項記載の感電保護装置。 ８、前記異常検知手段は電源ラインの２本の導体に流れ
   る電流差を検知する変流器により構成されていることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の感電保護装置。