JPS5916670A - 溶接電源の溶接電流回路のための保護装置 - 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】 本発明は、溶接電源の溶接電流回路のための保護装置に
関する。

故障もしくは事故発生時に、電気装置、電気機械および
電気設備の接触し得る導電性の部分に過度に高い接触電
圧が存続するととに対し保護対策が採られている国々に
おいては、一般に知られている規定もしくは規格が定め
られている。この種の規定は、溶接電源、可動のワイヤ
送り装置等のようなアーク溶接作業機器ならびにアーク
溶接装置全体にも適用される。

ＶＤＥ規格０５４１／９．７１［交流アーク溶接用電源
に関する規定（Ｂｅｓｔｉｍｍｕｎｇｅｎ　ＦｉｉｒＳ
ｔｒｏｍｑｕｅｌｌ、ｅｎ　ｚｕｍ　Ｌｉｃｈｔｂｏｇ
ｅｎｓｃｈｗｅｉβｅｎｍｉｔ。

Ｗｅｃｈｓｅｌ’ｓｔｒｏｍ　）　Ｊおよび第０５４４
部９９／７月１９７９の（０ＥＮＩＬＥＣ勧告文書ＨＤ
、７月７７に基づく）「アーク溶接用の溶接装置および
作業手段（Ｓｃｈｗｅ？ｒ３ｅｉｎｒｉｃｈｔｕｎｇ　
ｕｎｄ　Ｂｅｔｒｊ、ｅ−ｂｍｉｔｔｅｌ　Ｆｉｉｒｄ
ａｓ　Ｌｉｃｈｔｂｏｇｅｎｓｃｈｗｅｉ１３ｅｎ）　
Ｊの規定〒は、溶接電源は保護（安全）等級Ｉまたは１
　（５ｃｈｕｔｚｋｌａｓｓｅ　Ｌ　ＩＩ　）に対応し
なければならない七しである。金属製のハウジングを有
する溶接電源には、保護（安全）等級Ｉが適用される。

即ち、絶縁欠陥が生じた場合に、人体に対し危険な対ア
ース間電圧が現れ得る有らゆる接触可能な部分を、保護
導体接続部に接続し、以って、極度な高い接触電圧に対
する保護対策を講じなければならない。例えばＶ　Ｄ　
Ｅ　０１００１５．７３参照。ところが、作業中、故障
発生時に使用者が特に危険に曝されるような全べての溶
接装置に対しては、相応の特別な規定は無く、したがっ
て全べての電気機器および装置に当嵌る一般的な規定だ
けが適用される。

ＶＤＥＯ１００に挙げである過度に高い接触電圧に対す
る安全規格を、保護導体接続が存在しなければならない
ような保護（安全）等級Ｉの装置に適用することが１き
る。

そこで、溶接電源および関連の他の作業手段、例えばワ
イヤ送り装置または溶接トーチは殆んどの場合に固定の
設置場所を有しておらず、移動可能なように構成され、
配置され接続されていること、ならびに溶接が行なわれ
る工作物は常時取り換えられるという事実から出発しな
ければならない。特に、手荒な溶接作業ｔは、故障時に
電圧が加わるが能動的に触れられることのない部分を、
保護導体接続（もしくは工作物）を介して直接接地する
ことにより接地条件および要件を順守すると言う安全対
策は、実際上充分な信頼性を以って実施できないために
、等閑に付されている。したがって、保護対策「中性化
」だけが残っており、長い開始んど例外なく一般的に適
用されている。保護（安全）等級■−絶縁性のハウジン
グまたは力・々−による保護絶縁−は、一般には小型溶
接変圧器の成る種の構造だけに限られている。同様に、
過度の高電圧に対し保護すべき工作物の場合にも、保護
絶縁は操作上の理由から実際上不可能である。

第１図には、本発明が関係する従来の中性化保護対策が
構せられている溶接装置１０が簡略な形態で示されてい
る。この公知の溶接装置１０は、本質的に、電源接続端
子１３および１４を介して１次導体１５．１６により開
／閉スイッチもしくは継電器１７に接続されている給電
交流回路網の外部導体１１および１２を備えており、該
開／閉スイッチもしくは継電器１７は、「閉成」スイッ
チ位置において、主変流器１８を経る溶接電流回路を２
次導体１９および２０、電極接続部２１、工作物接続部
２２、電極２４を備えた電極導体２３ならびシニ工作物
２６の工作物導体２５に接続する。外部導体１１および
１２には直列に、ヒユーズ°安全装置もしくは自動安全
装置２７および２８が配設されており、これら安全装置
は、溶接装置１０の１次電流回路を過負荷から保護する
。溶接電源２９の電源ハウ、クング３４は、保護導体３
０、中性導体３１および保護導体３２を介して接地され
ている。保護導体３０の接続端子３３は、溶接装置１０
の電源ハウジング３４になされる。ハウジングとアース
との間の接触電圧はＵＢ　１で示されており、そして工
作物とアースとの間の接触電圧はＵＢ２−ｉＱ表わされ
ている。

第２ａ図および第２ｂ図には、電源に起り得る基本的な
故障もしくは事故事例が梗概して示されている。

事例３’　、　５　、７　、９および１０に示されてい
る工作物からアースへの接続は意図的に形成された「接
地」を表わすものではなく、工作物自体の配列および位
置から生じたもの手あるかまたは、工作物を担持する溶
接台もしくは装置の保護導体あるいは工作物と導電接続
関係にある電気工具の保護導体によって形成されるもの
手ある。

しかしながら、工作物は、例えば木製の台架に載置する
とかあるいは非導電性の基部に設けるとかして非接地状
態室配設することがｆきる。

図から明らかなように、３つの事例（２，４，６）では
接地されていない工作物に、そして１つの事例（７）１
は、電源ノ・ウジングに、中性化保護が有効にならずに
、危険な接触電圧（多くの場合６０Ｖより大きい無負荷
電圧ＵＱ　　）が現われる。事故事例（１０）の場合に
は、やはり保護装置が有効にならずに過負荷ならびにそ
れに起因する保護導体の焼断の危険が生ずる。

したがって安全等級■の条件は満されているにもかかわ
らず、故障時に過度の高い接触電圧の出現お−よび持続
を阻止すると言う基本的要件は満されていない。故障も
しくは事故事例（８，９および１０）の場合には、導体
１９即ち工作物と変成器との間の全導体長と保護導体お
よびアース間における接続が、異なった仕方、例えば次
のような操作誤り（事故保護規定　Ｕｎ−ｆａｌｌｖｅ
ｒｈＵｔｕｎｇｓｖｏｒｓｃｈｒｉｆｔ　２６．０９３
０参照）により同じような作用を伴なって接地接続によ
り生じ得る。該操作誤りには次のものがある。

ａ）工作物導体が１つの工作物に接続されているが、別
の工作物に溶接が行なわれる場合。これら２つの工作物
はそれぞれ安全等級ｌの電気工具と導電接続されること
になる。

ｂ）電源の工作物接続端子が工作物と直接に接続されて
おらず発熱体を介してアースに接続され、安全等級Ｉの
電気工具と導電接続関係にある接地されていない工作物
に溶接が行なわれる場合。

Ｃ）工作物導体が接続されている工作物支持部（例えば
ｍ接合、レール）と、安全等級■の電気工具と導電接続
している工作物との間に過度に高い接触抵抗が生じる場
合。

事故事例（１０）の場合には、工作物導体が、例えば過
剰繰出しとか、断線とかあるいはまた工作物導体を電源
または工作物に接続するのを忘れた場合に生ずる。

ＶＤＥ規定０５４１および０５４４．９９部１は、安全
等級Ｉが要求されるだけであって、保護目的を達成する
ために、アーク溶接装置の作業者を過度に高い接触電圧
から保護するとかその他の（あるいは）付加的な対策を
講することは要求されていない。

ドイツ国同業者事故保護規定−１９７８年４月１日発効
のＵＶＶ２’６．０　（ＶＢＧＩ　５　）　［溶接、切
断および応用加工方法（ＳＣｈｗｅｉβｅｎ。

５ｃｈｎｅｉｄｅｎ　　ｕｎｄ　　ｖｅｒｗａｎｄｔｅ
　　Ａｒｂｅｉｔｓｖｅｒｆａｈｒｅｎ）」には、（＠
３０（５）／事例５および６に）事故事例（７）が記述
されているが、該事例（７）に示されているような事故
を回避するために適当な保護手段を設けることは直接要
求さく　９　）　　　　　　　　　　　　、、Ａ。

れてはいない。

このような理由から、実際には例外なしに全べてのアー
ク溶接用装置ならびに該装置が用いられる作業において
は、このような保護対策が適用されておらず、したがっ
て実除上、保護手段は有効とならず過度に高い接触電圧
が現われ得る。

電流保護スイッチを用いて導体を過負荷から保護すると
言う電子技術分野で知られている手段を、溶接電源の保
護導体に適用することができる。電流保護スイッチは応
答すると１次女全装装置を開成して溶接電源を遮断する
。この電流保護スイッチは図に示した事故事例（７）お
よび（１０）−１％は有効になるが、事例（２）、（４
）および（６）１は何んら作用せず、したがって危険な
接触電圧が存続する。

西独特許明細書第１５４０７５８号には溶接電源および
溶接装置の他の機器ならびに溶接作業者を保護するため
に、溶接電流回路の工作物導体に接続されておって応答
時に溶接電源を開（１０） 成する電流リレーが提案されている。この電流リレー（
継電器）は、工作物がアースに対して電圧を維持する全
べての事故事例、即ち図に示した事故事例（２）、（４
）および（６）に応答する。

しかしながら上記特許に提案されている解決には次のよ
うな欠点がある。

ａ）同上特許明細書の第１欄、５１ないし５８行に記述
されているように、閉成されている電流回路が存在しな
いので、事故電流が現われない。

ｂ）同上特許明細書の図面に示されかつ第２欄、４６行
に記述されている実施例においては、リレー１５および
保護導体３を介してプラス極から事故電流が流れること
ができない。と言うのは（第３欄、９行ないし１１行に
記述されている）工作物導体が遮断され、従がって閉結
した電流路が存在しないからである。工作物が接地し溶
接電極が直接またはアークを介して工作物と導電接続し
た場合にのみ電流はリレーを流れる。しかしながらこの
場合に行なわれる開成は不必要！ある。と言うのは、上
のａ）項で述べたように、リレー１５が無ければ電流が
生じ得ないから〒ある。

Ｃ）工作物導体が工作物に対してではなくプラス極に対
して断線している場合には、リレー１５は作用しない。

ｄ）開示されている中性化保護装置の場合、高い短絡電
流に由り回路網導体に設けられているヒユーズを迅速に
焼断するように該保護装置が動作する事故事例において
は、リレー１５および特に抵抗１６（５ないし１０オー
ムΩ）は、該リレーが開成するまで容しつつ、しかもそ
のような電流によって該リレーや抵抗が破壊されてはな
らない。

１．０００アンペアの事故電流では、抵抗１６は５ない
し１０　ｋＶの電圧で５ないし１０ＭＷの電力を吸収し
なければならない。

ｅ）事故事例（３）、（５）、（７）、（９）および（
１０）では直列回路１５−１６が工作物接地もしくはア
ース接続（事例１０）によって橋絡されてしまい動作し
なくなる。

第２図の事例（７）では、保護導体に溶接電流回路の高
い短絡電流が流れ、それにより保護導体が焼断してしま
い中性化保護手段は解除されてしまう。事故事例（１０
）においては、保護導体に、過度に高い溶接電流が流れ
て、事故事例（７）の場合と同様の作用が生ずる。

本発明の課題は、上に述べたような欠点を有さす、特に
過度に高い接触電圧の持続の危険性を排除する溶接電源
の溶接電流回路のための保護回路もしくは安全回路を提
供することにある。

本発明の上記の課題は、溶接電流回路の工作物導体を、
電圧−電流モニタ（Ｕ−Ｉモニタと称する）を介してハ
ウジングに接続し、該Ｕ−■モニタで、故障もしくは事
故に際して電源を遮断し、さらに該モニタに電流センサ
を作用結合し、該電流センサを保護導体およびノ１ウジ
ングに接続する構造により解決される。

電流センサと作用結合しているＵ−Ｉモニタを備えた保
護装置によれば、有らゆる事故事例（第２ａ図および第
２ｂ図）に際して過度に高い接触電圧の発生で溶接電源
を確実に開成することが保証される。

本発明の他の実施態様においては、工作物および溶接ト
ーチに対し互換性のある接続を備えた溶接電源の場合、
Ｕ−Ｉモニタは溶接電源内部で測定導体を介し外部工作
物導体と接続される。

以下第３図、第４図、第５図および第６図を参照し、本
発明の実施例について詳細に説明する。本発明の他の有
利な特徴および実施態様は、以下の説明から一層明瞭に
なろう。

第３図に示した本発明の基本回路においては、溶接電源
は全体的に参照数字４０で示されており、同図において
単式溶接変圧器は第２図に示した基本接続〒示されてい
る。しかしながら他の構成の溶接電源、例えばいろいろ
な形態の溶接整流装置を同じ仕方で使用し得ることは言
うまでもない。

ハウジング４３に対する内部接続導体４２での保護導体
接続４１によって、「中性化」保護もしくは安全手段が
実現される。故障もしくは事故の無い状態においては、
保護導体４４および導体４２には電流は流れない。

Ｕ−Ｉモニタ４５は、手板時に導体４２に現われる電流
を（電流センサ４６を介して）測定し、さらに、内部工
作物導体４７と保護導体接続４１を介して接地されてい
る／・ウジング４３との間の電圧、したがってまた一般
に溶接作業者の足場１あるアースに対する裸の接触可能
な工作物４８の電圧をも測定する。Ｕ−Ｉモニタ４５に
設定可能な限界値、例えば保護導体電流として３Ａなら
びに内部工作物導体４７とノ・ウジング４３との間の電
圧ｉｏｖが越えられると、溶接電源４０は、例えばＵ−
エモニタ４５に設けられて主安全装置４９に作用するリ
レーまたは類似の遮断手段により遮断される。このよう
にして、事故時に現われる保護導体４４の焼断の危険な
らびに工作物とアースとの間における過度に高い接触電
圧の危険は回避される。

なお、Ｕ−Ｉモニタ４５は事故時に生じ得る有らゆる形
の電流および電圧に応答する。このようなモニタは電圧
に関しては現在一般に用いられている電気および電子的
手段を用いて容易に実現可能である。電流センサ４６で
生じ得る有らゆる形の電流を検出し得るようにするため
には、無歪および歪み交流電流および直流およびそれら
の混合電流に応答してＵ−ｒモニタ４５に作用する磁気
抵抗変換器を用いるのが有利ｔある。

先に述べた事故事例（２）、（４）および（６）におい
て事故が生ずると、接地されていない工作物４８に現わ
れる危険な接触電圧は、Ｕ−Ｉモニタ４５によって検出
されて、溶接電源４０は遮断される。事故発生時に起り
得る保護導体４４の焼断は、保護導体電流を検出してそ
れに続き溶接電源４０を遮断することにより阻止される
。作業絶縁が用いられていない場合に起り得る過度に高
い接触電圧あるいは保護導体の焼断ち、中性化保護装置
が作用しないような事例手も阻止すると言う要件は、本
発明の回路によれば満されるの手ある。

保護ガス溶接のための溶接電源においては、溶接トーチ
および工作物に対する溶接電源の接続は次のような理由
から異なって来る。即ち、溶接トーチに、溶接電流ばか
り雫はなく、保護ガス、冷却水、高周波点火電圧、制御
導体ならびにＭＩＧ／ＭＡＧでは溶接ワイヤを供給しな
ければならないと言う点である。トーチ接続は特別に設
けられた接続端子板で行なってもよいし、あるいはまた
全べての必要な接続が行なわれる中央差込み接続１行な
ってもよい。工作物導体としては、単純な溶接差込み装
置が必要とされるに過ぎない。したがって、工作物ケー
ブルをトーチに設けられた接続端子に接続したりまたそ
の逆の仕方干のトーチと工作物ケーブルとの接続の取り
違いは不可能である。

棒電極の溶接のための溶接電源においては、電極ホルダ
と工作物に溶接電流だけを供給すればよいので、電極ケ
ーブルおよび工作物ケーブルのための差込み装置は同じ
である。したがって過失とか或いはまた溶接整流装置の
場合に溶接電極に必要とされる極性を得ると言う目的ｆ
互換が容易に可能となる。

第４ａ図および第４ｂ図は第２ａ図および第２ｂ図に示
したいろいろな事故事例を溶接用導体が互換接続された
場合に関し総括的に示すものである。第４ａ図および第
４ｂ図から明らかなように、この場合にも、中性化保護
装置は有らゆる事例（＝おいて有効とはならない。３つ
の事例においては過度に高い接触電圧が工作物に生じ、
１つの事例においては過度に高い接触電圧がハウジング
に生ずる。２つの事例においては、保護導体が過負荷と
なり焼断される。

溶接用導体を互換接続した場合に、は、設けられている
保護装置作用に以下に述べる様な変化が介入する。

ａ）工作物が接地されている状態で導体４７したがって
またＵ−■モニタ４５が第４図に示した事故事例（１３
）ｌ　（１５）、（１７）、（１９）および（２０）が
現われない場合でも、対アース間電圧Ｕ。を受けると、
該モニタは応答して溶接電源を遮断する。

したがって溶接作業は不可能となる。

ｂ）第４ｂ図の事故事例（１２）および（１４）では回
路網電圧がＵ−Ｉモニタ４５に印加される結果として保
護回路は作用するが、事故事例（１Ｂ）の場合には作用
せず、工作物４８には接触電圧Ｕ。が存続する。

本発明による基本回路（第３図）の有利な実施形態にお
いては、工作物４８および溶接トーチ６１のだめの互換
可能な接続部５９．６０を有している溶接電源に、追加
の測定用２次接続部５０が設けられ、（第５図）、この
２次接続部５０は、外部工作物導体６０に接続されてい
る測定導体５１に固定的に接続される。

したがってＵ−Ｉモニタ４５は内部導体４７ばかりでは
なく、測定用２次接続部５０にも接続される。このよう
にしてＵ−Ｉモニタは工作物４８と常時接続されるので
、工作物４８が事故事例（１８）の場合に対アース間電
圧を受けると常に動作する。工作物４８が接地されてい
る場合には、Ｕ−Ｉモニタ４５は最早や電圧を受けるこ
とはなく、シたがって溶接電源４０が理由なく遮断され
ることはない。

工作物導体６０に対する溶接ケーブル・コネクタは、溶
接電流接続および測定用２次接続部５０を単一のコネク
タで共通に行なうことができるように構成するのが合目
的的である。

この回路を用いればまた、直流溶接の場合にも、電極６
１を選択的にプラスまたはマイナス側に接続することが
でき、その場合にも保護回路がその作用を失うことはな
い。

工作物４８が常に、工作物４８に対して設けられた接続
部５３に接続されるようにするために−このことは他の
理由、例えば１つの工作物４８に対して複数のアークで
溶接を行なう場合に重要である−そして更には測定用２
次接続部５０が正しく行なわれることを確保するために
、第６図に示す本発明の他の実施例による回路が提案さ
れる。この回路においては、測定導体５１は電極導体５
７と接続されて、リレー５４を備えており、該リレーに
より溶接電源４０の１次安全（ヒユーズ）装置制御回路
５８が作動し得るようになっている。付加的に設けらた
リレー５４は、測定用２次接続５０を介して電圧Ｕ。を
印加され、他のリレー５５は直接電圧Ｕｏを印加される
。溶接電源は、１次安全装置４９に対し公知の仕方１制
御回路５８を介して投入することができる。それにより
、リレー５５は電圧Ｕ。を受け、短時間の遅延後にその
開接点を開く。安全装置４９は、リレー５４が付勢され
ている場合にのみ、即ち工作物導体６０および測定用２
次接続５０が間違いなく接続されている場合にのみ投入
されている状態にとどまる。

工作物導体と電極導体とが取り違えて接続されると、閉
成時に安全装置４９はリレー５５の開接点を介して閉路
されるが、しかしながらリレー５４は電圧を受けず、リ
レー５５の開接点を橋絡することは〒きす、溶接電源は
遮断される。

溶接用導体を互換接続した場合でも測定用２次接続部５
０の監視下で溶接作業を可能にするために、第６図の回
路においては、リレー５４は導体５６と供に導体５７に
接続せずに、変圧器５２の中心タップに接続し、リレー
５４がいずれの場合にも電圧Ｕ。／２を受けて付勢され
るようにすることができる。

第３図、第５図および第６図に示した回路装置は電子的
手段を用いて実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の保護対策が構せられている溶接装置の
簡略電気回路図、第２ａ図および第２ｂ図は故障もしく
は事故事例および対応の「中性化」保護対策を総括的に
示す図表、第３図は本発明の一実施例による溶接電源の
保護装置を示す簡略電気回路図、第４ａ図および第４ｂ
図は第２ａ図および第２ｂ図に類似の図であって溶接用
導体が互換接続された場合の動作を図解する図表、そし
て第５図および第６図は本発明の他の実施例による溶接
電源の保護装置を示す簡略電気回路図である。 １０・・・溶接装置、１１．１２・・・外部導体、１３
．１４・・・電源接続端子、１５．１６・・・１次導体
１７・・・開／閉スイッチ、１８・・・主変流器、１９
．２０・・・２次導体、２１・・・電極接続部、２２・
・・工作物接続部、２４・・・電極、２３・・・電極導
体、２５．６０・・・工作物導体、２６．．４８・・・
工作物、２．７．２８・・・安全装置、２９．４０・・
・溶接電源、３０，３２．．４４・・・保護導体、３１
・・・中性導体、３４・・・電源ハウジング、４１・・
・保護導体接続部、４２・・・内部接続導体、４３・・
・ハウジング、４５・・・電圧−電流（Ｕ−Ｉ　）モニ
タ、４６・・・電流センサ、４７・・・内部工作物導体
、４９・・・主安全装置、５０・・・測定用２次接続部
、６１・・・溶接トーチ、５９・・・接続部 手続補正書（方式） 昭和５８年４月２８　　日 特許庁長官殿 １、事件の表示昭和５７年特許願第２２６４８０号２、
発明の名称 溶接電源の溶接電流回路のための保護装置３、補正をす
る者 事件との関係　特許出願人 名称　　メツサー・グリースハイム・ゲゼルシャフト・
ミツト・ペシュレンクテル・ハフラング ４、復代理人 昭和５８年　３月２９日　　（発送日）および第４ｂ図
か一坏であること孕示す図、」を加入する。 手続補正書（方式） ％式％ １、事件の表示　昭和５７年特許願第２２６４８０号２
・発明の名称 溶接電源の溶接電流回路のための保護装置３、補正をす
る者 事件との関係　特許出願人 ４、復代理人 氏名　　（６１８１）弁理士矢　　野　　敏　　雄５、
補正命令の日付 昭和５８年７　月２６日　　（発送日）６、補正の対象 図面　（第２ｂ図、第４ｂ図） ７、補正の内容 但し図面の浄書（内容に変更なし） 方式ハ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　保護導体系統を備え中性化された溶接設備における
   溶接電源の溶接電流回路のための保護装置において、前
   記溶接電流回路の工作物導体（４７）を、電圧−電流モ
   ニタ（Ｕ−エモニタ）（４５）を介して・・ウジング（
   ４３）と接続し、そして事故発生時に溶接電源を遮断す
   る前記電圧−電流モニタ（４５）を、保護導体（４２）
   および前記ハウジング（４３）に接続されている電流セ
   ンサ（４６）、ど作用上結合することを特徴とする溶接
   電源の溶接電流回路のだめの保護装置。 ２、　工作物（４８）および溶接トーチ（６１）に対し
   互換！きない接続部（５９，６０）を備えている溶接電
   源においては、電圧−電流モニタ（４５）を該溶接電源
   （４０）内部で工作物導体（４７）と接続する特許請求
   の範囲第１項記載の保護装置。 ３、　工作物（４８）および溶接トーチ（６１）に対し
   互換可能な接続部（５９，６０）を備えている溶接電源
   においては、電圧−電流モニタ（４５）を前記溶接電源
   （４０）内部で測定導体（５１）を介して外部工作物導
   体（６０）と接続する特許請求の範囲第１項記載の保護
   装置。 ４　測定導体（５１）に電極導体（５７）を接続し、且
   つ溶接電源（４０）の１次安全器制御手段（５８）を作
   動可能なリレー（５４）を設けた特許請求の範囲第３項
   記載の保護装置。