JPH0787668B2

JPH0787668B2 - 回路遮断器

Info

Publication number: JPH0787668B2
Application number: JP31963990A
Authority: JP
Inventors: 和宏石井
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1990-11-21
Filing date: 1990-11-21
Publication date: 1995-09-20
Anticipated expiration: 2010-09-20
Also published as: JPH04188532A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明は、電子式過電流引外し装置を備えた回路遮断
器に関するものである。

［従来の技術］第６図は例えばアメリカ合衆国特許（U.S.P.）第484984
8号公報に記載された従来の回路遮断器を示す回路図で
ある。図において、単相電源に接続されるべき電源側端
子（101,102）はそれぞれ負荷開閉接点（201,202）を介
して対応する負荷側端子（301,302）に接続されてい
る。

変流器（21,22）は電源側端子（101,102）と負荷側端子
（301,302）との間の各電路（11,12）に介挿され、各相
ごとの電流を検出する。

各変流器（21,22）の２次側には、２次出力電流を単一
方向に制限する整流回路（30）が接続され、この整流回
路（30）はダイオード（31）及び（32）の直列回路と、
ダイオード（33）及び（34）の直列回路と、ダイオード
（35）及び（36）の直列回路とにより構成されている。

直流電源を供給するための電源回路（500）は整流回路
（30）の正側出力端子に接続され、正側端子（5a）、基
準端子（5b）、中間端子（5c）及び負側端子（5d）を有
している。

第７図は上記電源回路（500）の一例を示し、図におい
て、インピーダンス回路（501）は第６図の電磁引外し
コイル（80）の動作を容易にするために用いられる。こ
のインピーダンス回路（501）は、抵抗体（R4）と抵抗
体（R5）との直列回路をトランジスタ（Tr1）のコレク
タに接続するとともに、上記抵抗体（R4）と抵抗体（R
5）の接続点と、上記トランジスタ（Tr1）のベースとの
間に抵抗体（R6）を接続し、さらに、上記抵抗体（R4）
と抵抗体（R5）の接続点と、上記トランジスタ（Tr1）
のエミッタとの間にツエナーダイオード（ZD1）を接続
して構成されている。

電圧制限素子（502）は上記インピーダンス回路（501）
に直列接続され、たとえばツエナーダイオードからな
る。インピーダンス回路（501）と電圧制限素子（502）
の接続点にはダイオード（503）のアノード側が接続さ
れる。ダイオード（503）のカソード側と電源回路（50
0）の負側端子（5d）との間には平滑用コンデンサ（50
4）が接続されている。上記ダイオード（503）のカソー
ドは電源回路（500）の正側端子（5a）に接続されてい
る。

基準電圧発生回路（505）は上記正側端子（5a）に接続
され、電圧制限素子（506）の一端は基準電圧発生回路
（505）に直列接続されるとともに中間端子（5c）へ接
続されている。この電圧制限素子（506）の他端は電源
回路（500）の負側端子（5d）に接続されている。さら
に、上記基準電圧発生回路（505）の出力端子は電源回
路（500）の基準端子（5b）に接続されている。

第６図に戻り、上記電源回路（500）の負側端子（5d）
は、電流検出抵抗体（40）に接続され、この電流検出抵
抗体（40）の他端は電流検出抵抗体（41,42）の一端に
接続されている。これら電流検出抵抗体（40），（41）
及び（42）の共通の接続点は整流回路（30）のダイオー
ド（36）のアノードに接続され、上記電流検出抵抗体
（41）及び（42）の他端は整流回路（30）内のダイオー
ド（32）及び（34）のアノードにそれぞれ接続されてい
る。上記構成によって、電流検出抵抗体（40）には各相
の負荷電流に対応する全波整流波形電流が流れ、電流検
出抵抗体（41）及び（42）には各相の負荷電流に対応す
る半波整流波形電流が流れる。

差動増幅回路（60），（61）及び（62）は電流検出抵抗
体（40），（41）及び（42）の電圧降下を電源回路（50
0）の中間端子（5c）の中間電位V_Oを基準とする信号に
それぞれ変換する。

差動増幅回路（60）は演算増幅器（63）と４つの抵抗体
（64），（65），（66）及び（67）とによって構成され
ている。また、差動増幅回路（61）は演算増幅器（63
1）と４つの抵抗体（641），（651），（661）及び（67
1）とによって構成されている。さらに、差動増幅回路
（62）は演算増幅器（632）と４つの抵抗体（642），
（652），（662）及び（672）とによって構成されてい
る。

時限回路（70）は瞬時引外し回路（230）、短限時引外
し回路（220）及び長限時引外し回路（170）を備え、各
回路（230），（220）及び（170）の出力端子は並列接
続されて、時限回路（70）の出力端子（70a）へと接続
されている。

差動増幅回路（60）の出力端子には、瞬時引外し回路
（230）が接続され、この瞬時引外し回路（230）にはピ
ーク値変換回路（210）と短限時引外し回路（220）との
直列回路が並列接続されている。最大相選択回路（16
0）は差動増幅回路（61）及び（62）の出力端子に接続
されている。実効値変換回路（91）は最大相選択回路
（160）の出力端子に接続され、長限時引外し回路（17
0）は実効値変換回路（91）の出力端子に接続されてい
る。

電磁引外しコイル（80）の一端は整流回路（30）の正側
出力端子に接続されている。開閉回路（120）は電磁引
外しコイル（80）の他端に直列接続され、この開閉回路
（120）の他端は電源回路（500）の負側端子（5d）に接
続されている。電磁引外しコイル（80）は開閉接点（20
1）及び（202）と遮断機構（100）とを介して機械的に
連動しており、開閉回路（120）が開より閉に切換るこ
とにより、上記開閉接点（201）及び（202）が開放され
るように構成されている。

不足電圧動作禁止回路（50）は時限回路（70）の出力端
子（70a）と開閉回路（120）の制御入力端子との間に接
続されている。この不足電圧動作禁止回路（50）は、第
７図に示すように、比較器（53）と電圧分割回路（51）
とから構成される。抵抗体（R7）及び（R8）からなる電
圧分割回路（51）は電源回路（500）の正側端子（5a）
と中間端子（5c）とに接続されるとともに、抵抗体（R
7）と（R8）との接続点が比較器（53）の一方の入力端
子に接続され、比較器（53）の他方の入力端子は基準端
子（5b）に接続されている。出力接点（54）は不足電圧
動作禁止回路（50）の出力として開閉される。

つぎに、上記従来例の動作について説明する。

交流電路（11,12）に電流が流れると、変流器（21,22）
の２次巻線に、固有の変流比で定まった２次電流が流れ
る。この２次電流は整流回路（30）によって単一方向の
電流に整流され、整流回路（30）の出力電流は電源回路
（500）と検出抵抗体（40,41,42）とを通って整流回路
（30）に帰る閉回路を流れる。この時、電源回路（50
0）と検出抵抗体（40）とには交流電路（11,12）におけ
る各相の負荷電流に対応する全波整流波形電流が流れ
る。また、他の検出抵抗体（41,42）には各相の負荷電
流に対応する半波整流波形電流が流れる。

上記電源回路（500）に全波整流波形電流が流れ込む
と、第７図に示す出力端子（5a），（5b）及び（5d）に
は、接地された中間端子（5c）の電位V_Oを基準とした電
圧（＋Ｖ），（Vref）及び（−Ｖ）がそれぞれ発生す
る。その場合、出力端子（5a）の出力電圧（＋Ｖ）には
リップル分が含まれていてもよい。出力電圧（＋Ｖ）と
出力電圧（Verf）との関係は、＋Ｖ＞Vref である。第８図中段のグラフはこれらの電圧の時間的な
変化を示すグラフである。なお、上段のグラフは電源回
路（500）に流れ込む電流波形を示し、また下段のグラ
フは出力スイッチ（54）のオン・オフ状態変化を示して
いる。

また、第７図において、電源回路（500）の出力電圧は
不足電圧動作禁止回路（50）に供給されるが、不足動作
禁止回路（50）は、ヒステリシスを持った比較器（53）
のため出力電圧（＋Ｖ）が第８図に示すオンレベルより
大きくなれば出力接点（54）を閉じ、出力電圧（＋Ｖ）
がオフレベルより小さくなれば出力接点（54）を開く。

このオンレベルとオフレベルとの差は、出力電圧（＋
Ｖ）のリップル分より大きく設定されており、リップル
分により出力接点（54）がオン、オフを繰返さないよう
に設定されている。

すなわち、出力電圧（＋Ｖ）が規定値以上であって、出
力電圧（Vref）が十分安定し、さらに出力電圧（−Ｖ）
が規定値のときのみ、不足電圧動作禁止回路（50）の出
力接点（54）が閉じる。

第６図に戻って、差動増幅器（60），（61）及び（62）
はその所要電力を電源回路（500）から供給され、電流
検出抵抗体（40），（41）及び（42）のそれぞれに生じ
る電圧信号を入力とする。これらの電圧信号はそれぞれ
差動増幅器（60），（61）及び（62）の所定の利得で増
幅され、時限回路（70）に入力される。

第９図は回路遮断器の引外し特性を示すグラフである。
第６図の差動増幅器（60）の出力の瞬時値によって表わ
されるその時の負荷電流が瞬時引外し領域のカーブを越
えたとき、瞬時引外し回路（230）から時限回路（70）
としての出力信号を出す。

また、差動増幅器（60）の出力はピーク値変換回路（21
0）にも入力され、そのピーク値に等しい直流電圧信号
に変換される。この直流電圧信号は短限時引外し回路
（220）に入力され、その直流電圧によって示される負
荷電流が第９図に示す短限時引外し電流領域のカーブを
越えたとき、引外し回路（220）から時限回路（70）と
しての出力信号を出す。

さらに、差動増幅回路（61,62）の出力は、それぞれ最
大相選択回路（160）の入力となり、その内の最大値を
有する方の相の信号が実効値変換回路（91）へ出力され
る。

最大相選択回路（160）で選択された相の信号は、実効
値変換回路（91）に入力され、その出力は直流信号に変
換される。実効値変換回路（91）の出力信号は長限時引
外し回路（170）に入力され、その出力信号によって示
される負荷電流が第９図で示す長限時引外し電流領域の
カーブを越えたとき、上記引外し回路（170）から時限
回路（70）としての出力信号を出す。

時限回路（70）の出力は不足電圧動作禁止回路（50）の
出力スイッチ（54）を経由して開閉回路（120）の制御
入力をトリガし、開閉回路（120）の出力を開より閉に
し、電磁引外し装置（80）を励磁する。電磁引外し装置
（80）は開閉接点（201,202）を閉より開に操作し、事
故電流等を遮断する。

なお、開閉接点（201,202）を流れる電流が定格電流の1
0％〜20％程度の小さい電流のときには、そのときの電
源回路（500）の出力電圧は時限回路（70）を動作させ
るに不十分な状態がある。その状態で時限回路（70）が
誤った出力を出すのを防ぐため、このような場合には不
足電圧動作禁止回路（50）の出力スイッチ（54）が開と
なって開閉回路（120）が動作するのを防いでいる。

［発明が解決しようとする課題］上記のような従来の回路遮断器では、回路遮断器の負荷
電流が零になると、第７図の電流Ｉは第８図に示すよう
に時刻T0で零になる。しかし、入力電流Ｉが零になって
も電源回路（500）の出力電圧（＋Ｖ）は、内部のコン
デンサ（504）に蓄えられた電荷によって、すぐにはオ
フレベルにまで下がらず、徐々に低下する。時刻T0から
時間遅れTdを伴って電圧はやっとオフレベルに達し、そ
の時点で出力接点（54）はオフ状態となる。長限時引外
し回路（170）も同様に、電流Ｉが零になってもしばら
くの間は内部に蓄えている電荷によって動作できる状態
にある。

そこで、上記のような時間遅れTdの間に長限時引外し回
路（170）が出力信号を出すと、不足動作禁止回路（5
0）の出力接点（54）がオンの状態のままであるため、
開閉回路（120）は閉路する。ところが、その時既に回
路遮断器の負荷電流は零であるため変流器（21,22）の
２次電流がなく、すなわちエネルギー源がないため大き
な動作エネルギーを必要とする電磁引外し装置（80）は
動作しない。また、一旦は出力信号を出して開閉回路
（120）を駆動した長限時引外し回路（170）もそのこと
によって電荷を放電させ、完全に停止してしまうので、
負荷電流が復活するまで出力信号を出し続けることは期
待できない。

このように、従来の回路遮断器は遮断指令信号が出ても
トリップしないことがあるという問題点があった。これ
は、回路遮断器に、断続的に過負荷電流が流れる場合に
特に問題であり、このような場合には配電路を過負荷か
ら確実に保護できなかった。

この発明は、上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、断続的過負荷電流に対しても確実に配電路
を保護することのできる回路遮断器を提供することを目
的とする。

［課題を解決するための手段］この発明に係る回路遮断器は、交流電路に挿入された負荷開閉接点と、上記交流電路に流れる電流を検出する変流器と、上記変流器の２次巻線に接続された整流回路と、上記整流回路の出力端子に接続され、所定の直流電圧を
発生する電源回路と、上記整流回路の出力端子に接続され、上記交流電路の各
相の負荷電流に対応する電流を検出し、この検出値を上
記電源回路の出力の所定の電位を基準とする信号に変換
する電流検出手段と、上記電源回路によって電源を供給され、上記信号を受け
て所定の引外し特性に従って引外し信号を出力する時限
回路と、上記整流回路の出力によって駆動される電磁引外し装置
を有し、上記負荷開閉接点を開路する引外し手段と、上記電磁引外し装置と直列に接続され、上記引外し信号
を受けて閉路することにより上記電磁引外し装置を駆動
するスイッチ手段と、上記電源回路の出力端子に接続され、該電源回路の出力
電圧が所定の値に達していないとき上記時限回路の出力
電路を開路する第１の不足電圧動作禁止回路と、上記整流器の出力端子に接続され、上記変流器の２次電
流が所定の値に達していないとき上記スイッチ手段の閉
路を阻止する第２の不足電圧動作禁止回路と、を備えたものである。

［作用］この発明における第１の不足電圧動作禁止回路は、電源
回路の出力電圧が所定の値に達していないとき時限回路
の出力電路を開路する。第２の不足電圧動作禁止回路は
変流器の２次電流が所定の値に達していないとき、スイ
ッチ手段の動作を阻止する。

［実施例］第１図はこの発明の一実施例を示す回路図である。従来
例と同一部分には同一符号を付してその説明は省略す
る。また、回路遮断器としては、説明を簡略化するため
に、２相の交流電路（11,12）を遮断するものについて
説明するが、３相用についても同様である。

図において、コンデンサ（171）及びそれに並列にコレ
クターエミッタ間が接続された放電用トランジスタ（17
2）は、長限時引外し回路（170）の一部を構成してい
る。コンデンサ（171）は従来例においても存在してい
る（図示せず）が、トランジスタ（172）は本実施例に
おいて設けたものである。第２の不足電圧動作禁止回路
（700）は整流回路（30）の＋側電路（13）に接続さ
れ、その出力接点（710）は第１の不足電圧動作禁止回
路（50）の出力接点（54）と開閉回路（120）との間に
接続されている。出力接点（710）の開閉回路（120）側
端子部はトランジスタ（172）のベースに接続されてい
る。

第２図は、第１図に示した不足電圧動作禁止回路（70
0）及び開閉回路（120）の具体的回路例を示したもので
ある。図において、不足電圧動作禁止回路（700）は抵
抗（701）及び（702）の各一端とダイオード（703）の
カソードを互いに接続して成り、抵抗（701）の他端は
＋側電路（13）に、抵抗（702）の他端は電源回路（50
0）からの出力端子（5d）に、ダイオード（703）のアノ
ードは不足動作禁止回路（50）の出力端子（54）に、そ
れぞれ接続されている。開閉回路（120）はサイリスタ
（121）とツエナーダイオード（122）との直列体によっ
て構成されている。

次に、上記実施例の動作について説明する。第１図にお
いて、交流電路（11,12）に回路遮断器の定格電流以上
の負荷電流が流れると、従来の回路遮断器と同様に実効
値変換回路（91）は、負荷電流に比例した直流電圧信号
を出力する。それによって長限時引外し回路（170）
は、長限時引外しコンデンサ（171）に充電を開始し、
所定の時間後、長限時引外し回路（170）から時限回路
（70）としての出力信号を出す。第１の不足電圧動作禁
止回路（50）と第２の不足電圧動作禁止回路（700）と
の双方が動作禁止状態を解除されていれば、時間回路
（70）の出力信号は出力接点（54）及び（710）を介し
て開閉回路（120）を閉路し、電磁引外し装置（80）を
励磁して回路遮断器を引外す。出力接点（54）及び（71
0）の閉路によってトランジスタ（172）がオン状態とな
り、コンデンサ（172）に蓄えられた電荷を放電させ
る。

次に、上記の動作を第２図にもとづいてさらに具体的に
説明する。図において、電源回路（500）の入力端子電
圧が高い場合には抵抗（701）と抵抗（702）との接続点
（704）の電位はV_Oより高くなり、ダイオード（703）は
逆バイアスされる。従って、時限回路（70）の出力信号
によってサイリスタ（121）及びトランジスタ（172）は
駆動され得る状態である。

第３図は第２図中の各部分の電流、電圧又は接点の開閉
状態の時間的変化を示すグラフである。グラフの最上段
は電源回路（500）へ流れ込む電流Ｉの波形を示す。
又、電圧波形のうちＡは電源回路（500）の入力端子電
圧、Ｂは電源回路（500）の出力端子（5a）の電圧＋
Ｖ、Ｃは抵抗（701）及び（702）の間の接続点（704）
の電圧、Ｄ及びＥはそれぞれ電源回路（500）の出力端
子（5c）の電圧V_O及び（5d）の電圧−Ｖを示す。Ｆは不
足電圧動作禁止回路（50）の出力接点（54）の開閉状態
を示す。

電源回路（500）の入力端子電圧（Ａ）が時刻t1におい
て急に零になると、接続点（704）の電位（ｃ）は−Ｖ
近傍まで低下する。一方、出力端子（5a）の電圧（Ｂ）
は急には下がらず、時間遅れTdを伴ってやっとオフレベ
ルに達する。不足電圧動作禁止回路（50）の出力接点
（54）の状態（Ｆ）はこのとき初めてオンからオフに転
じる。上記の時間遅れTdの間に時限回路（70）から回路
遮断器の引外し信号が出力された場合、電流はダイオー
ド（703）と抵抗（702）を介して−Ｖ側電路へ流れ込
む。従って、サイリスタ（121）及びトランジスタ（17
2）は引外し信号による駆動が行われず、結果的に動作
を禁止される。結局、電磁引外し装置（80）は働かず、
また長限時引外しコンデンサ（171）の充電電圧は変化
しない。次に、時刻t2において負荷電流が流れ始める
と、前記各部の電圧（A,B,C,D,E）がそれぞれ復活し、
時刻t3で電圧＋Ｖ（Ｂ）がオンレベルに達して不足電圧
動作禁止回路（50）の出力接点（54）もオフからオンに
転じる。長限時引外し回路（170）は動作を開始し、長
限時引外しコンデンサ（171）をさらに充電する。長限
時引外しコンデンサ（171）の電圧が所定の値に達する
と、時限回路（70）としての出力信号（引外し信号）を
出す。接続点（704）の電圧はこのとき既に所定のプラ
ス電位に達しているので上記出力信号によってサイリス
タ（121）及びトランジスタ（172）がターンオンする。
その結果、電磁引外し装置（80）は励磁され、回路遮断
器が引外される。又、長限時引外しコンデンサ（171）
はその電荷をトランジスタ（172）によって放電させら
れる。

第４図は本発明の第２の実施例を一部ブロック回路によ
って示した回路図である。

第１の実施例と基本的に同様の回路構成要素を有する
が、信号の流れが異なる。すなわち、時限回路（70）の
出力は出力接点（54）のみを通して開閉回路（120）を
閉路する。それと同時に、出力接点（710）が閉じてい
ればトランジスタ（172）も駆動させ、長限時引外しコ
ンデンサ（172）の電荷を放電させる。

第５図は第４図に示した信号の流れを達成するための具
体的な回路例である。第１の実施例における回路（第２
図）と異なるのは開閉回路（120）内にツェナーダイオ
ード（第２図（122））がなく、代わりに抵抗（123）が
サイリスタ（121）のゲート回路に接続されていること
である。この抵抗（123）はサイリスタ（121）のカソー
ド電位−Ｖとトランジスタ（172）のエミッタ電位V_Oと
の電位差を補償することによってサイリスタ（121）と
トランジスタ（172）とを同時に駆動できるようにする
働きをしている。

不足電圧動作禁止回路（700）に電圧が印加されていな
いときは、ダイオード（703）のカソード電位は−Ｖと
なるため出力接点（54）を通った時限回路（70）の出力
信号はダイオード（703）を通って流れ、トランジスタ
（172）は駆動されない。不足電圧動作禁止回路（700）
に十分な電圧が印加されているときは、ダイオード（70
3）のカソード電位は電位V_Oより高くなり、従って、時
限回路（70）の出力はダイオード（703）を通らずトラ
ンジスタ（172）及びサイリスタ（121）を駆動できる状
態となる。

［発明の効果］以上のように、この発明によれば、時限回路に与えられ
る電源電圧が所定の値以上である場合にのみ時限回路の
出力電路を閉路する第１の不足電圧動作禁止回路に加え
て、電磁引外し装置の動作エネルギー、すなわち変流器
の２次電流が所定値以上であるときのみスイッチ手段
（開閉回路）の閉路を行わせる第２の不足電圧動作禁止
回路を設けたので、引外しを行うに足るエネルギーがあ
り且つ引外し信号が出たときのみスイッチ手段を閉路す
る。従って、断続的に過負荷電流が流れても引外し動作
エネルギーのあるときにのみ引外しを行って確実に電路
の保護を行うことができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す、一部機能的ブロッ
ク図を含む回路図、第２図は第１図をさらに具体的に示
した回路図、第３図は第２図に示す回路の各部の電流・
電圧波形等を示すグラフ、第４図はこの発明の他の実施
例を示す、一部機能的ブロック図を含む回路図、第５図
は第４図をさらに具体的に示した回路図、第６図は従来
の回路遮断器を示す回路図、第７図は本発明及び従来例
に共通する図面であり、電源回路（500）と不足電圧動
作禁止回路（50）の内部回路図、第８図は第６図に示す
従来例の回路の各部の電流・電圧波形等を示すグラフ、
第９図は本発明及び従来例に共通する図面であり、回路
遮断器の過電流引外し特性を示すグラフである。図において、（21,22）は変流器、（30）は整流回路、
（40〜42）は電流検出抵抗体、（50）は第１の不足電圧
動作禁止回路、（60〜62）は差動増幅回路、（70）は時
限回路、（80）は電磁引外しコイル、（120）は開閉回
路、（201,202）は開閉接点、（500）は電源回路、（70
0）は第２の不足電圧動作禁止回路である。なお、各図中同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】交流電路に挿入された負荷開閉接点と、上記交流電路に流れる電流を検出する変流器と、上記変流器の２次巻線に接続された整流回路と、上記整流回路の出力端子に接続され、所定の直流電圧を
発生する電源回路と、上記整流回路の出力端子に接続され、上記交流電路の各
相の負荷電流に対応する電流を検出し、この検出値を上
記電源回路の出力の所定の電位を基準とする信号に変換
する電流検出手段と、上記電源回路によって電源を供給され、上記信号を受け
て所定の引外し特性に従って引外し信号を出力する時限
回路と、上記整流回路の出力によって駆動される電磁引外し装置
を有し、上記負荷開閉接点を開路する引外し手段と、上記電磁引外し装置と直列に接続され、上記引外し信号
を受けて閉路することにより上記電磁引外し装置を駆動
するスイッチ手段と、上記電源回路の出力端子に接続され、該電源回路の出力
電圧が所定の値に達していないとき上記時限回路の出力
電路を開路する第１の不足電圧動作禁止回路と、上記整流器の出力端子に接続され、上記変流器の２次電
流が所定の値に達していないとき上記スイッチ手段の閉
路を阻止する第２の不足電圧動作禁止回路と、を備えた回路遮断器。