JPH031887B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は配線用しや断器として最適な回路しや
断器に関するものである。

第１図に従来の電子式配線用しや断器の回路構
成を示す。

第１図において、電源１からしや断器の主回路
部（接点部）２、変流器３（３−１，３−２，３
−３）を介して、負荷４に電力を供給している。
主回路のＲ相の電流をＲ相に接続した変流器３−
１により、主回路のＳ相の電流をＳ相に接続した
変流器３−２により、主回路のＴ相の電流をＴ相
に接続した変流器３−３によりそれぞれ検出して
ダイオード５−１，５−２，５−３，５−４，５
−５，５−６からなる３相全波の整流器５に導き
整流した後、定電圧ダイオード７を介して抵抗器
６に電流を流して電圧信号に変換し、この電圧信
号を制御回路８に供給している。主回路の電流が
異常値になつた時は、制御回路８で異常と判定
し、NPNトランジスタ９にベース信号を供給し
て、NPNトランジスタ９をオンにスイツチング
させ、引きはずしコイル１０を励磁させて、しや
断器の主回路部２を開路するようにしていた。ま
た３相全波の整流器５の出力を電源回路１１の入
力として供給し、電源回路１１の出力を制御回路
８の制御電源として供給していた。

しかるに、この場合主回路の電流検出に電流器
３を使用しているために、主回路の定格電流が例
えば3000Aで、変流器の２次定格電流として普通
使用される50mAを採用する場合を考えると、変
流器の１次側は導体のブスであるため巻回数は１
となる。このために２次巻線の巻回数は６万回と
なり、巻線工数が大幅に増加して、経済性が著し
く低下し、また、２次巻線の巻回数が多いため所
要スペースが大となる欠点がある。更に、２次巻
線の巻回数が多いため、２次巻線の抵抗値が数キ
ロオームと大きくなり、電流器自体で消費される
電力が大きく、主回路電流の４〜５倍迄しか１次
側と２次側の電流が比例しないという欠点があつ
た。このため、本来この場合に必要な主回路電流
の10〜16倍までのリニアリテイーはどうしても得
られないという欠点があつた。

これに対して、２次側の電流値を大きくして、
巻回数を減らすようにしても、２次側は抵抗負荷
が接続されているため２次側の負担分はI²Rで決
まり、電流大の領域では、やはり負担が大きくな
るため変流器の鉄心が大きくなり、また主回路に
短絡故障が生じた場合、変流器の２次側に非常に
大きな過電圧が発生するという問題があつた。こ
のため結局前述のごとく２次巻線の巻回数を多く
して、２次電流を小さくして使用せざるを得なか
つた。また、変流器に代えてホール素子により電
流検出を行う電流センサを用いても、この場合に
も矢張り必要とする主回路電流の10〜16倍までの
リニアリテイーはどうしても得られないという問
題があつた。

従つて、上述した欠点をさけることができなか
つた。

本発明は、上述した事情に鑑みてされたもの
で、広範囲の主回路電流に対して主回路電流と検
出電流が確実に比例し、コンパクトでしかも経済
性のよい電子式の回路しや断器を提供することを
目的としている。

すなわち、本発明の特徴とするところは、ホー
ル素子を用いて小電流領域用と大電流領域用の２
種の電流センサを構成しこれら電流センサを主回
路の導体に付設し、該ホール素子によつて主回路
の過電流検出を行なうようにすることにある。

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明す
る。

第２図は、本発明の第１の実施例による回路し
や断器の回路構成を示すものである。

第２図において、３相電源１にはしや断器の主
回路部２が接続され、この主回路部２には、ホー
ル素子を用いた電流センサ１２が接続される。こ
の電流センサ１２は、外被絶縁ブス１２−１，１
２−２，１２−３，１２−７，１２−８，１２−
９およびホール素子１２−４，１２−５，１２−
６，１２−１０，１２−１１，１２−１２から構
成され、外被絶縁ブス１２−１，１２−２，１２
−３とホール素子１２−４，１２−５，１２−６
とで小電流領域用の第１の電流センサ１２Ａを構
成し、外被絶縁ブス１２−７，１２−８，１２−
９とホール素子１２−１０，１２−１１，１２−
１２とで大電流領域用第２の電流センサ１２Ｂを
構成する。外被絶縁ブス１２−１，１２−２，１
２−３にはそれぞれ前記外被絶縁ブス１２−７，
１２−８，１２−９が接続され、さらに外被絶縁
ブス１２−７，１２−８，１２−９は変流器１
３，１４，１５の１次側導体に接続され、これら
変流器１３，１４，１５の１次側導体にはさらに
３相負荷４が接続される。変流器１３，１４，１
５の各第１の出力巻線１３−１，１４−１，１５
−１にはそれぞれダイオード１６−１，１６−
２，１６−３，１６−４，１６−５，１６−６か
ら構成される３相全波の整流器１６が接続され
る。この整流器１６の出力端間には、定電圧ダイ
オード１７が接続される。この定電圧ダイオード
１７の両端はセンサ用電源回路としての安定化電
源回路１８の入力端に接続される。安定化電源回
路１８の出力は抵抗器１９を介してホール素子１
２−４，１２−１０，１２−５，１２−１１，１
２−６，１２−１２にそれぞれ制御電流を供給す
るように順次直列に接続される。変流器１３，１
４，１５の各第２の出力巻線１３−２，１４−
２，１５−２には、ダイオード５−１，５−２，
５−３，５−４，５−５，５−６から構成された
３相全波の整流器５が接続される。この整流器５
の出力端間には、定電圧ダイオード２０と定電圧
ダイオード２１の直列回路が接続される。この定
電圧ダイオード２０，２１の直列回路の両端つま
り整流器５の出力は制御回路用の電源回路２２の
入力端に接続される。電源回路２２の出力端は制
御回路８の電源入力端に接続される。電流センサ
１２のホール素子１２−４，１２−５，１２−
６，１２−１０，１２−１１，１２−１２の各出
力は制御回路８の入力端に接続される。制御回路
８の第１の出力はNPNトランジスタ９のベース
−エミツタ間に印加される。制御回路８の第２の
出力は引はずしコイル１０と直列接続された
NPNトランジスタ９のコレクターエミツタ間に
より閉回路を構成するように接続される。なお、
上述の第２図の構成における電流センサ１２を構
成する小電流領域用の第１の電流センサ１２Ａと
大電流領域用の第２の電流センサ１２Ｂとを入れ
換えた構成としてもよい。すなわち、外被絶縁ブ
ス１２−１，１２−２，１２−３と１２−７，１
２−８，１２−９とをそれぞれ入れ換えてもよ
く、もちろんホール素子１２−４，１２−５，１
２−６と１２−１０，１２−１１，１２−１２と
をそれぞれ入れ換えてもよい。このようにして、
回路しや断器が構成される。

次に、このような構成における動作について述
べる。

第２図において、電源１からしや断器の主回路
部２、電流センサ１２の外被絶縁ブス１２−１，
１２−２，１２−３，１２−７，１２−８，１２
−９および変流器１３，１４，１５の１次側導体
を介して３相負荷４に電力が供給される。変流器
１３，１４，１５の第１の出力巻線１３−１，１
４−１，１５−１（図示のごとく星形に接続され
ている）の出力は３相全波の整流器１６に導か
れ、変流器１３，１４，１５の第１の出力巻線１
３−１，１４−１，１５−１の出力信号は直流に
変換されて、安定化電源回路１８の入力に供給さ
れる。定電圧ダイオード１７は、主回路に短絡故
障などにより大電流が発生した時に変流器１３，
１４，１５の第１の出力巻線１３−１，１４−
１，１５−１に発生する過電圧を抑制する作用を
する。安定化電源回路１８は、抵抗器１９を介し
て、電流センサ１２のホール素子１２−４，１２
−５，１２−６，１２−１０，１２−１１，１２
−１２に制御電流を供給する。変流器１３，１
４，１５の第２の出力巻線１３−２，１４−２，
１５−２（図示のように星形に接続されている）
の出力は３相全波の整流器５に導かれ、変流器１
３，１４，１５の第２の出力巻線１３−２，１４
−２，１５−２の出力信号は直流に変換されて、
電流回路２２の入力側に供給される。定電圧ダイ
オード２０，２１は主回路に短絡故障などによる
大電流が発生したときに変流器１３，１４，１５
の第２の出力巻線１３−２，１４−２，１５−２
に発生する過電圧を抑制する作用をする。電源回
路２２の出力側から制御回路８に電力を供給す
る。ホール素子１２−４，１２−５，１２−６，
１２−１０，１２−１１，１２−１２に制御電流
を供給すると、ホール素子１２−４，１２−５，
１２−６，１２−１０，１２−１１，１２−１２
にはＲ相，Ｓ相，Ｔ相の各主回路電流により生ず
る磁界により、制御電流および主回路電流による
磁界を垂直の方向に主回路電流に比例した出力電
圧を発生する。ホール素子１２−４，１２−５，
１２−６，１２−１０，１２−１１，１２−１２
の出力電圧は制御回路８に送られて、増幅され
る。主回路に異常電流が流れた時は、第１の電流
センサ１２Ａのホール素子１２−４，１２−５，
１２−６または第２の電流センサ１２Ｂのホール
素子１２−１０，１２−１１，１２−１２のいず
れかの出力にその電流値に比例した出力電圧が得
られ、制御回路８で異常と判定されると制御回路
８からNPNトランジスタ９にベース信号を供給
して、NPNトランジスタ９をオンとし、引はず
しコイル１０を励磁させて、しや断器の主回路部
２を開路する。

前述のホール素子を用いた電流センサ１２の第
１の具体例の構成を第３図に示す。

第３図において、３１はホール素子、３２はホ
ール素子３１をほぼ環状をなす鉄心３５に設けら
れたギヤツプに取付ける絶縁コンパウンド、３３
は鉄心３５の中空部を貫通する主回路導体、３４
は主回路導体３３と鉄心３５とを絶縁するための
絶縁スペーサである。この例は小電源領域用の第
１の電流センサ１２Ａに使用する。

このような磁気リングからなる電流センサを用
いると、小さい電流領域でも確実に主回路電流を
検出できる。また、回路しや断器全体としても、
主回路に大電流が流れた場合でも、ホール素子３
２を用いた検出方式であるために変流器を用いた
時のように変流器の２次側に過電圧が生ずるとい
うことがないため回路構成が簡単となる。更に安
全性も向上する。

またホール素子を用いた電流センサ１２の第２
の具体例の構成を第４図に示す。

第４図において、４１はホール素子、４２はホ
ール素子４１を絶縁物４４に取りつけるコンパウ
ンド、４３は主回路導体である。この例は大電流
領域の第２の電流センサ１２Ｂに使用する。

主回路電流が数百アンペアになると磁気リング
がなくとも主回路電流を検出できるため第４図の
ような構成とすることができ、第３図の場合より
更にコンパクトで且つ安価となる。また、磁気リ
ングがないため周波数、直流分の含有率の大小に
関係なく主回路電流を確実に検出できる。

さらにホール素子を用いた電流センサ１２の第
３の例の構成を第５図に示す。

これは第３図の電流センサ１２の導体３３を断
面円形の導体でなく断面長方形の導体としたもの
である。１次導体が断面長方形の導体の時に対応
するものである。

またホール素子を用いた電流センサ１２の第４
の構成を第６図に示す。

これは第４図の電流センサ１２の導体４３を断
面円形の導体でなく断面長方形の導体としたもの
である。これも、１次導体が断面長方形の導体の
時に対応するものである。

そして、本実施例においては主回路の１次導体
の断面形状が円形の時は、第３図と第４図の構成
をそれぞれ第１，第２の電流センサ１２Ａ，１２
Ｂとして組合わせて使用して電流センサ１２を構
成し、主回路の１次導体の断面形状が長方形の時
は、第５図と第６図の構成をそれぞれ第１，第２
の電流センサ１２Ａ，１２Ｂとして組合せて使用
して電流センサ１２を構成する。

すなわち、主回路の過電流検出において、比較
的主回路電流の値の値の小さい領域、例えば定格
電流の７倍程度迄の場合は、第３図または第５図
に示す構成を用いた電流センサを使用することが
できる。第５図の構成は、第３図における断面円
形の導体を断面長方形の導体にしたものであり、
機能は全て第３図のものと同一である。この場合
（第３図または第５図の場合）磁気リングの磁気
抵抗を小さくすることができるので主回路電流が
数アンペアでもホール素子を用いて検出すること
ができる。過負荷保護の領域では、定格電流の、
例えば1.5倍で約80秒、６倍で約８秒で回路しや
断器のひき外し動作をさせるのが一般的である。
このため主回路電流の、この領域での最初の波形
に直流分が含まれていても回路しや断器のひき外
し動作時間が比較的長いので回路しや断器のひき
外し動作特性に影響を与えることは、ほとんどな
い。また、主回路電流値が、比較的、定格電流に
対する割合の大きい領域、例えば７倍から20倍ま
での場合は第４図、または第６図に示す構成を用
いた電流センサ１２を使用することができる。第
６図の構成は長方形の主回路導体４３に絶縁材４
２，４４を介して、ホール素子４１をとりつけた
場合であり、これは第４図の構成と全く同一の機
能である。第３図または第５図に示した構成で磁
気回路の磁気抵抗を小さくするために磁気回路の
磁気ギヤツプを小さくし、且つコンパクト化のた
め磁気回路の鉄心の体積を小さくしているとき
は、主回路に短絡故障が発生した場合は大電流が
流れるので、磁気回路が飽和し主回路の大きな電
流領域では、大きな電流値に比例したホール素子
の出力電圧が得られなくなる。また、この主回路
の短絡事故時の故障電流には、大きな直流分が含
まれているため、一層磁気リングは飽和しやすく
なる。これに対し、第４図および第６図構成では
鉄心による磁気回路がないため、大きな直流分を
含み、且つ大きな故障電流に対しても全く飽和す
ることはなく、主回路電流に比例したホール素子
の出力電圧が得られる。

従つて、過電流整定の可調整範囲が広い場合、
例えば数十アンペアから数千アンペアまでの幅の
広い可調整範囲の場合、電流の小さい領域は、第
３図または第５図に示す磁気リング付の構成によ
り電流を検出し、比較的大きな電流領域では第４
図または第６図に示す磁気リングなしの構成によ
り電流を検出すように２種の構成を組合わせて電
流検出をする方が、電流センサの経済性もよく、
且つコンパクトな電流センサとなるという利点が
ある。第３図または第５図もしくは、第４図また
は第６図構成のそれぞれ単独使用による過電流検
出範囲と第３図または第５図と第４図または第６
図の構成の電流センサを組合せた本実施例を比較
した場合、本実施例の方が数倍広い過電流検出範
囲が得られる。またそのため回路しや断器のフレ
ームサイズ数を従来に比し数分の１に減らすこと
ができ、標準化が極めて容易となる。また第３図
または第５図および第４図または第６図の構成の
電流センサのホール素子の出力電圧レベルの調整
は制御回路８内のそれぞれの電流センサの検出出
力を増幅するための増幅器の増幅度を調整して容
易に行なうことができる。このためさらに電流セ
ンサの構成も簡単となり過電流検出の可調整範囲
も広く且つコンパクトで信頼性が高くなり、経済
性も向上する。

このような（第２図に示したような）構成の回
路しや断器とそれば、電流器１３，１４，１５は
主回路に比例した２次出力を得る必要はなく単に
電源電力を得るだけでよい。このため変流器１
３，１４，１５の鉄心は、安価な鉄心を使用でき
る。また、仮に半サイクル中の１部分が飽和して
いても、電源パワーさえ取り出せればよいので、
鉄心を小さくすることができ、従来のように変流
器にて信号と電源電力の両方を得る方式に比し
て、極めてコンパクトで且つ安価となる。鉄心も
従来のけい素鋼板による積層鉄心よりも安価でし
かも成型のしやすい圧粉鉄心が使用可能となり、
著しい工数低数が実現できる。このため、極めて
安価に製造できるという利点もある。さらに電源
電力を得るだけの目的で変流器を使用するため変
流器の出力には非直線サージ吸収素子または定電
圧ダイオードを用いて必要な電源電圧に抑制する
ことができる。このため、大電流領域での変流器
の２次インピーダンスが小さくなり、大電流領域
でも、従来の変流器の出力から信号と電源電力を
得る方法に比し、通電幅が数倍大きくとれるた
め、安定化電源回路１８、電源回路２２のフイル
タ等もコンパクトになるという利点がある。ま
た、ホール素子１２−４，１２−５，１２−６，
１２−１０，１２−１１，１２−１２への制御電
流の供給は変流器１３，１４，１５の第１の出力
巻線から供給し、ホール素子１２−４，１２−
５，１２−６，１２−１０，１２−１１，１２−
１２の出力は変流器１３，１４，１５の第２の出
力巻線側の回路に接続するため入力端子と検出信
号の出力端子の間の絶縁が容易にでき、電位の混
触が確実に防止できる。

このようにすれば、主回路の電流が大電流（例
えば5000A程度）になつても、主回路の電流と電
流センサの検出電流が確実に比例し、過電流の検
出範囲も広く、短絡事故電流のような大電流領域
でも直流分の含有により、ホール素子の出力電圧
に大きな誤差が生じるということがなく過電流検
出の精度も向上し、また可調整範囲も広くとるこ
とができるため回路しや断器のアンペアフレーム
数を極力少なくすることができ、標準化がし易
く、且つ信頼性が高くコンパクトでしかも経済性
のよい回路しや断器とすることが可能となる。

なお、本発明は上述し且つ図面に示す実施例に
のみ限定されることなくその要旨を変更しない範
囲内で種々変形して実施することができる。

例えば第７図は本発明の第２実施例の要部構成
を示すものである。これは、第２図の構成におけ
る変流器１３，１４，１５の鉄心にギヤツプを設
けてこのギヤツプ内にホール素子を設けて小電流
領域の第１の電流センサを構成したものである。

第７図において５１はホール素子、５２はコン
パウンド、５３は主回路導体、５４は絶縁スペー
サ、５５は鉄心、５６は変流器の第１の出力巻
線、５７は変流器の第２の出力巻線である。

この場合、第１の電流センサの磁気リングと変
流器の鉄心を１つにして共用するため極めてコン
パクトとなり、このため構成も簡単となり経済性
も著しく向上するという点がある。

また第８図は本発明の第３の実施例の要部構成
を示すものである。これは、第２図の構成におけ
る変流器１３，１４，１５の鉄心にギヤツプを設
けこのギヤツプ内に第１のホール素子を設けて小
電流領域用の第１の電流センサを構成し、さらに
１次導体の上に絶縁スペーサを設け、この絶縁ス
ペーサの上に第２のホールセンサをコンパウンド
を用いて取付けて大電流領域用の第２の電流セン
サを構成したものである。

第８図において６１は第２のホール素子、６２
はコンパウンド、６３は絶縁スペーサ、６４は第
１のホール素子、６５はコンパウンド、６６は主
回路導体、６７は絶縁スペーサ、６８は鉄心、６
９は変流器の第１の出力巻線、７０は変流器の第
２の出力巻線である。

この場合も、磁気リングと変流器の鉄心を１つ
にして共用し且つ第２のホール素子６１も一緒に
取付けるので極めてコンパクトとなる利点があ
る。このため、構成も簡単で経済性も極めて向上
するという利点がある。

これら第２または第３の実施例のごとく、磁気
リングと変流器の鉄心の１つにして共用した電流
のセンサの場合、短絡事故電流のような比較的大
きな電流域では、磁気回路の鉄心の体積が小さい
と磁気回路が飽和し、主回路電流に比例したホー
ル素子の出力電圧は得られないが変流器の２次巻
線の出力電流は、波形はシヤープとなるが制御電
源電力は充分に供給することができる。比較的大
きな主回路電流領域では、第４図，第６図または
第８図に示す磁気リングのない電流センサを用い
て主回路電流の検出を行なつて主回路電流に比例
したホール素子の出力電圧を得る。このため精度
が高く検出範囲の広い過電流検出保護ができる。
また、この場合でも、変流器は主回路検出電流範
囲全域にわたつて比例した２次出力を得る必要は
なく、磁気リングのギヤツプに取付けたホール素
子の検出範囲で飽和しなければよく、それより大
きい範囲では単に電源を供給するだけでよい。こ
れは比較的大きな電流値を検出する大電流領域用
の電流センサとしては、磁気リングを用いない方
式を使用しているためである。

この他、変流器１３，１４，１５として出力巻
線が単一のものを用い、この出力に基づいて制御
回路への電力供給および電流センサへの制御電流
供給等を一括して行なうようにするなど各種の変
形実施が考えられる。

以上、詳述したように本発明によれば、小電流
領域用の電流センサはほぼ環状をなす磁性体の一
部に磁気ギヤツプを形成しこの磁気ギヤツプにホ
ール素子を設けて主回路の導体が環状の中空部を
貫通するようにし、大電流領域用の電流センサは
主回路の導体に絶縁材を介してホール素子を添設
したので、広範囲の主回路電流に対して主回路電
流と検出電流が確実に比例し、コンパクトでしか
も経済性のよい電子式の回路しや断器を提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の電子式配線用しや断器の一例の
構成を示す回路図、第２図は本発明の第１の実施
例の構成を示す回路図、第３図は第２図における
第１の電流センサの具体的な構成の第１の例を示
す図、第４図は第２図における第２の電力センサ
の具体的な構成の第１の例を示す図、第５図は第
２図における第１の電流センサの具体的な構成の
第２の例を示す図、第６図は第２図における第２
の電流センサの具体的な構成の第２の例を示す
図、第７図は本発明の第２の実施例における第１
を電流センサの具体的な構成の一例を示す図、第
８図は本発明の第３の実施例における第２の電流
センサの具体的な構成の一例を示す図である。 １……電源、２……しや断器の主回路部（接点
部）、４……負荷、５，１６……３相全波整流器、
８……制御回路、９……NPNトランジスタ、１
０……引きはずしコイル、１２……電流センサ、
１２Ａ……第１の電流センサ、１２Ｂ……第２の
電流センサ、１２−１，１２−２，１２−３，１
２−７，１２−８，１２−９……外被絶縁ブス、
１２−４，１２−５，１２−６，１２−１０，１
２−１１，１２−１２，３１，４１，５１，６
１，６４……ホール素子、１３，１４，１５……
変流器、１７，２０，２１，……定電圧ダイオー
ド、１８……安定化電源回路、１９……抵抗器、
２２……電源回路、３５，５５，６８……鉄心。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 主回路の導体に過電流が流れたことを判定し
   たときに制御信号を出力する制御回路を有し、こ
   の制御回路から制御信号が与えられると引外しコ
   イルが励磁されることによつて開路する接点部を
   主回路の導体に介挿してなり、この主回路の導体
   には、前記主回路に流れる電流を検出し該検出信
   号を前記制御回路に過電流であるか否かの被判定
   信号として与えるための電流センサと、この電流
   センサおよび前記制御回路に電源電流を与える変
   流器とが付設された回路しや断器において、前記
   電流センサは第１の主回路電流領域の電流を検出
   する第１の電流センサと前記第１の主回路電流領
   域より大きな第２の主回路電流領域の電流を検出
   する第２の電流センサとからなり、前記第１の電
   流センサはほぼ環状をなす磁性体の一部に磁気ギ
   ヤツプを形成しこの磁気ギヤツプにホール素子を
   設けてなる磁気リングを、主回路の導体に前記導
   体が環状の中空部を貫通するようにして設けて構
   成し、前記第２の電流センサは主回路の導体に絶
   縁材を介してホール素子を添設して構成したこと
   を特徴とする回路しや断器。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載の回路しや断器
   において、前記変流器の鉄心にギヤツプを形成し
   このギヤツプにホール素子を設けて第１の電流セ
   ンサを構成したことを特徴とする回路しや断器。 ３ 特許請求の範囲第２項に記載の回路しや断器
   において、前記変流器の鉄心の中空部を貫通する
   主回路の導体部に絶縁材を介してホール素子を添
   設して第２の電流センサを構成したことを特徴と
   する回路しや断器。