JPWO2014156945A1 - アーク発生検知装置及び開閉器 - Google Patents

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Abstract

比較的簡単な構成で電源ラインに属する端子等の電気的接続部位におけるアーク発生の検知及び小型化が可能なアーク発生検知装置及び開閉器。アーク光検知部（９１）は、電気機器が備える端子等の電気的接続部位におけるアーク発生時に放射されるアーク光を検知する。判定部（９２）は、アーク光検知部（９１）がアーク光を検知したか否かを判定する。信号出力部（９３）は、判定部（９２）によりアーク光検知部（９１）がアーク光を検知したと判定された場合、アーク発生検知信号を外部へ出力する。当該アーク発生検知信号は、開閉器（８２）のトリップコイル（６５）の駆動回路（６４）に入力される。アーク発生検知信号の入力に応じて、駆動回路（６４）はトリップコイル（６５）を駆動し、開閉器（８２）の電源側端子（２１、２２）と負荷側端子（２３、２４）との間に配置された可動接点（４２、４４）を移動させ接点を開極する。

Description

本発明は、アーク発生検知装置及び開閉器に関し、特に、直流電源ラインに属する端子等の電気的接続部位におけるアーク（放電）の発生検知に好適なアーク発生検知装置及び直流電源ラインに挿入され、その電路の開閉に好適な開閉器に関する。
近年、太陽電池パネル、燃料電池等の直流出力型の分散型電源が注目され、一般家庭においても使用されている。交流電源用の電化製品が普及している一般家庭やオフィス等では、このような直流出力型の分散型電源から供給される直流電力をパワーコンディショナにより交流電源に変換して使用していることが多い。
このような直流出力型の分散型電源を使用する家庭等では、従来の交流配電と同様、電路に予定以上の電流が流れることを防止するために、建物等への引込み口に開閉器（遮断器）が配置される。このような開閉器において、開閉器の端子に電線を端子ネジで締め付けて配線する場合、端子ネジの締め付けトルクの不足や温度変化による熱膨張等によって端子ネジの締め付けにゆるみが生じる場合がある。
このような端子ネジのゆるみによって開閉器の端子と電線との間に隙間ができると、アーク（放電）が発生する可能性がある。アークが発生すると、開閉器に直流電流が流れる場合には交流電流のように電流が零になることがないため、電流が大きい状態で連続的にアークが発生し続ける。この場合、アーク発生部位が高温になり、開閉器や電線、あるいはその周辺の部品等が焼損する場合がある。このような問題は、端子を介することなく電線同士を直接接続した接続部位において、電線間に隙間が生じた場合にも発生し得る。
例えば、開閉器の端子温度を計測する温度センサ等を設け、当該端子温度が高くなった場合に接点を開極して電路を開放する構成を採用することも考えられる。しかしながら、アーク発生に起因する温度上昇は比較的早いため、温度センサ等による保護動作が機能する前に焼損が発生する可能性がある。また、このような構成では、開閉器が接続された直流電源ラインに属する別の機器における端子と電線との間でのアークの発生を検知することができない。
この対策として、特許文献１は、アーク検出回路を備える開閉器を開示している。このアーク検出回路は、直流電圧上に重畳されている変動電圧成分（高周波成分）を検出することでアークの発生を検出する。そのため、開閉器の端子だけでなく、開閉器が接続された直流電源ラインに属する他の端子や接続部位において発生したアークの発生を検出することができる。そして、当該アークの発生に応じて接点を開極することもできる。
特開２０１２−１３４００２号公報
しかしながら、特許文献１が開示する技術では、直流電源ラインから電圧変動成分を抽出して増幅する増幅回路、当該増幅回路により増幅された信号の周波数を求めるためのカウンタ回路、カウンタ回路を動作させるためのクロック回路、カウンタ回路の出力に基づいてアークが発生しているか否かを判定する判定回路等が必要である。すなわち、電子回路が複雑であるため、コストがかかることになる。電圧に代えて電流を監視することも考えられるが、複雑な電子回路が必要であり、高コストであることに変わりはない。
また、このような複雑な電子回路を汎用の電子部品により構成した場合、当該電子回路を搭載した基板を収容するために比較的大きなスペースを開閉器内に確保する必要がある。その結果、開閉器が大型化するという問題もある。電子回路を汎用部品ではなく、専用の半導体集積回路とすることで小型化は可能であるが、さらに高コストになってしまう。
本発明は、このような従来技術の課題を鑑みてなされたものであって、比較的簡単な構成で電源ラインに属する端子等の電気的接続部位におけるアークの発生を検知することができ、小型化が可能なアーク発生検知装置及び開閉器を提供することを目的とする。
上述の目的を達成するために、本発明は以下の技術的手段を採用している。すなわち、本発明に係るアーク発生検知装置は、電気機器とともに使用されるアーク発生検知装置であって、アーク光検知部、判定部及び信号出力部を備える。アーク光検知部は、電気機器の電源ラインに属する接続部位におけるアーク発生時に放射されるアーク光を検知する。当該アーク光検知部は、例えば、電子管や半導体センサにより構成することができる。また、アーク発生箇所の金属によりアーク発光色が変わることからカラーセンサでも識別可能である。
また、判定部は、アーク光検知部からの出力信号の大きさが所定値以上であれば、検知信号を出力する構成とすることができる。信号出力部は、出力端子又は信号増幅器を備える出力端子により構成することができる。また、前記判定部はアーク光を監視し光の揺らぎを分析して、アーク光特有の揺らぎのあるときに、前記検知信号を出力する構成とすることができる。
上記アーク発生検知装置は、上記電源ラインに介在した開閉器とともに使用することができる。当該開閉器は、例えば、電源側端子、負荷側端子、接点及び接点開放部を備える。電源側端子は、電気機器に電力を供給する電源と電気的に接続される。負荷側端子は、上記電気機器に電気的に接続される。接点は、電源側端子と負荷側端子との間に介在され、電源側端子と負荷側端子とを電気的に接続する閉状態と、電源側端子と負荷側端子とを電気的に分離する開状態とを切り替える。接点開放部は、外部から入力される信号に応じて接点を開状態にする。この場合、上記信号出力部は、判定部によりアーク光検知部がアーク光を検知したと判定された場合、上述のアーク発生検知信号を開閉器に入力して接点を開状態にする。
一方、他の観点では、本発明は開閉器を提供することもできる。すなわち、本発明に係る開閉器は、電源側端子、負荷側端子、接点、アーク光検知部、判定部及び接点開放部を備える。電源側端子は、電源に電気的に接続される。負荷側端子は、電源からの電力が供給される負荷に電気的に接続される。接点は、電源側端子と負荷側端子との間に介在され、電源側端子と負荷側端子とを電気的に接続する閉状態と、電源側端子と負荷側端子とを電気的に分離する開状態とを切り替える。アーク光検知部は、アーク発生時に放射されるアーク光を検知する。判定部は、アーク光検知部がアーク光を検知したか否かを判定する。接点開放部は、判定部によりアーク光検知部がアーク光を検知したと判定された場合、接点を開状態にする。アーク光検知部は、前記したように、電子管や半導体センサにより構成することができる。またアーク発生箇所の金属によりアーク発光色が変わることからカラーセンサでも識別可能である。
この開閉器において、接点開放部は、判定部からの信号に応じて接点を閉状態から開状態に駆動する駆動部と、当該駆動部を作動させる電源回路とを備える構成を採用することができる。
本発明によれば、比較的簡単な構成で電源ラインに属する端子等の電気的接続部位におけるアークの発生を検知することができる。そのため、小型で低コストのアーク発生検知装置及び開閉器を実現することができる。また、判定部でアーク発生による揺らぎを検知する構成とすることにより、可視光線を含む太陽光や蛍光灯等の光と判別可能なるため、誤動作を防止できることになる。
また、広範囲のアーク光を監視出来るため、蓄電室や直流から交流に変換する様な設備の部屋全体を監視出来ることから、アーク発生警報器としても応用が可能であり、更に、飛行機のバッテリー火災事故の様な事例も未然防げることになる。
図１は本発明の一実施形態における開閉器の適用例を示すブロック図である。 図２は本発明の一実施形態における開閉器の外形を示す斜視図である。 図３は本発明の一実施形態における開閉器を示す概略構成図である。 図４は本発明の一実施形態における開閉器が備える判定部の構成を示す概略構成図である。 図５は本発明の一実施形態におけるアーク発生検知装置を示す概略構成図である。 図６は揺らぎ検出機能を持つ開閉器の一実施形態のブロック図である。 図７は揺らぎ検出機能を持つアーク発生検知装置のブロック図である。
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながらより詳細に説明する。以下では、直流電源である太陽電池パネルに接続された開閉器（遮断器）として本発明を具体化する。
図１は本実施形態における開閉器の適用例を示すブロック図である。図１に示すように、開閉器１２は、太陽電池パネル１１とパワーコンディショナ１３の間に接続され、太陽電池パネル１１とパワーコンディショナ１３との間の電路を開閉する。周知のように、太陽電池パネル１１は、太陽からの光エネルギーを光起電力効果により電気エネルギー（直流電力）に変換する。パワーコンディショナ１３は、太陽電池パネル１１により生成された直流電力を交流電力に変換し、当該交流電力を、例えば、建屋内の交流配電系に供給する。
図２は、開閉器１２の外形を示す斜視図である。図２に示すように、開閉器１２は、その一方面（図２では上面）に端子２１、２２、２３、２４を備える。ここでは、端子２１及び端子２２が太陽電池パネル１１に接続される電源側端子であり、端子２３及び端子２４がパワーコンディショナ１３に接続される負荷側端子である。例えば、端子２１が太陽電池パネル１１の正極と電気的に接続される場合、端子２３がパワーコンディショナ１３の正極と電気的に接続される。この場合、端子２２は太陽電池パネル１１の負極と電気的に接続され、端子２４はパワーコンディショナ１３の負極と電気的に接続される。
図３は、開閉器１２の内部構成を模式的に示す概略構成図である。図３に示すように、端子２１は可動接点４２及び固定接点４１により構成される接点を介して端子２３と接続されている。可動接点４２と固定接点４１とが電気的に接続されることにより、端子２１と端子２３とは導通状態（閉状態）となり、可動接点４２と固定接点４１とが電気的に分離されることにより、端子２１と端子２３とは非導通状態（開状態）となる。同様に、端子２２は可動接点４４及び固定接点４３により構成される接点を介して端子２４と接続されている。可動接点４４と固定接点４３とが電気的に接続されることにより、端子２２と端子２４とは導通状態（閉状態）となり、可動接点４４と固定接点４３とが電気的に分離されることにより、端子２２と端子２４とは非導通状態（開状態）となる。
可動接点４２及び可動接点４４は、両接点の開状態と閉状態とを切り替える切替レバー（図示せず）の切替状態に連動して動作するリンク機構と連結されており、切替レバーの状態に応じて開状態と閉状態とが切り替わる。当該リンク機構の構造は特に限定されず、公知の任意の構造を採用することができる。ここでは、単純化したリンク機構に基づいて開閉器１２の構造を説明する。
図３に示すように、可動接点４２及び可動接点４４は、リンク部材５１に連結されている。リンク部材５１は、図示しない付勢部材により、各可動接点４２、４４が開状態（固定接点４１、４３と非接触の状態）になる方向（図３中では矢印５２で示す方向）に付勢されている。リンク部材５１は、上述の切替レバーの切替状態に応じて、当該付勢方向に沿って直線的に移動する。リンク部材５１には、係止片５４と係合する係合部５３が固定されており、係合部５３が係止片５４と係合することで、各可動接点４２、４４が対応する固定接点４１、４３と接触する状態（閉状態）に維持される。
図３の例では、係合部５３は、リンク部材５１の付勢方向５２と交差する方向に突出する状態で、一端がリンク部材５１に固定されている。係合部５３の他端は、リンク部材５１の付勢方向５２側に突出する突出部を有している。当該突出部は、図３に示すように、縦断面が、リンク部材５１の付勢方向５２側に頂点を有し、リンク部材５１側に傾斜面を有する直角三角形状の形状になっている。
一方、係合片５４は、一端が支持軸５５に回動可能に支持された棒状片により構成されている。係合片５４の他端は、縦断面が、係合部５３の突出部の頂点と対向する頂点を有し、リンク部材５１と反対側に傾斜面を有する直角三角形状の形状になっている。係合片５４の他端は、リンク部材５１方向（図３中では矢印５７で示す方向）に付勢されている。係合片５４の付勢方向側にはストッパ部材５６が配置されており、係合片５４の他端が係合部５３と係合する位置を超えて回動することがない構成になっている。
本構成では、切替レバーを開状態から閉状態に切り替えると、リンク部材５１が付勢力に抗する方向に移動して各可動接点４２、４４が対応する固定接点４１、４３と接触し、さらに、係合片５４と係合部５３とが係合する。当該状態で切替レバーの操作を完了してリンク部材５１に付与する力を開放しても、各可動接点４２、４４は対応する固定接点４１、４３と接触する状態に維持される。
また、係止片５４のストッパ部材５６の反対側にはトリップコイル６５が配置されている。本実施形態では、係止片５４の他端のトリップコイル６５側に磁性体が配置されており、トリップコイル６５を駆動して電磁力を発生させることで、係止片５４を付勢力に抗する方向に回動させることができる。係止片５４を付勢力に抗する方向に回動させると、係合片５４と係合部５３との係合が解除され、リンク部材５１は付勢方向に移動する。すなわち、トリップコイル６５を駆動することで、各可動接点４２、４４は閉状態から開状態になる。なお、図３では図示を省略しているが、各可動接点４２、４４の周囲には、各可動接点４２、４４が閉状態から開状態になるときに、対応する固定接点４１、４３との間で発生するアークを消弧するための消弧機構が設けられている。
トリップコイル６５は、例えば、端子２１〜２４の温度が所定温度を超えたときや、端子２１と端子２３との間、又は端子２２と端子２４との間に所定の大きさを超える電流が流れたとき等、電源と負荷と電気的に分離する必要が発生したときに駆動される。端子２１〜２４の温度は各端子に接続された温度センサ等により検知することができ、端子２１と端子２３との間、端子２２と端子２４との間の電流は、各電路に配置された電磁誘導コイル等により検知することができる。なお、図３では、アーク発生時にトリップコイル６５を駆動するための構造のみを図示している。
図３に示すように、開閉器１２は、アーク光検知部６１、判定部６２及び接点開放部６３を備える。
アーク光検知部６１は、アーク発生時に放射されるアーク光を検知する。アーク光検知部６１には、電子管（光電管）、半導体センサ等のアーク光を検知可能な任意の素子、センサ等を採用することができる。アーク光検知部６１は、紫外光領域のみに感度を有することが好ましい。例えば、可視光カットフィルタを内蔵したシリコン半導体からなるフォトダイオードや、窒化ガリウム半導体や窒化アルミニウムガリウム半導体からなるフォトダイオード等を使用することができる。アーク光検知部６１は１つである必要はなく複数配置することもできる。またアーク発生箇所の金属によりアーク発光色が変わることからカラーセンサでも識別可能である。
図２に示すように、本実施形態では、端子２１、端子２２と対向する開閉器１２の筐体に、各端子においてアークが発生した際に放射されるアーク光を開閉器１２の筐体内に導入するための透過窓３１、透過窓３２がそれぞれ設けられている。端子２３、端子２４と対向する開閉器１２の筐体にも同様に、各端子においてアークが発生した際に放射されるアーク光を開閉器１２の筐体内に導入するための透過窓がそれぞれ設けられている。
また、開閉器１２の筐体には、当該筐体から離れた位置においてアークが発生した際に放射されるアーク光を開閉器１２の筐体内に導入するための透過窓も設けられている。図３の例では、筐体上面に設けられた透過窓３５、透過窓３６及び手前側側面に設けられた透過窓３７が図示されているが、下面及び奥側側面にも同様の透過窓が設けられている。これらの透過窓３５〜３７は、例えば、開閉器１２と接続される他の電気機器（この例では、太陽電池パネル１１やパワーコンディショナ１３）の端子等の電気的接続部位において発生したアークに伴うアーク光を開閉器１２の筐体内に導入する。各透過窓３１、３２、３５、３６、３７は、例えば、紫外光領域の光を透過させる透光性部材により構成することができる。なお、開閉器１２と接続される他の電気機器の端子等の電気的接続部位から放射されたアーク光が透過窓に到達し難い位置関係にあるときは、適宜、光ファイバ等の導光部材や反射板を配置し、アーク光を透過窓に案内してもよい。
開閉器１２において、これらの透過窓のそれぞれにアーク光検知部６１を配置することも可能であるが、本実施形態では、１のアーク光検知部６１を備える構成としている。そのため、各透過窓を通過して開閉器１２の筐体内に進入したアーク光は、筐体内で適宜反射されてアーク光検知部６１に到達する構成になっている。なお、アーク光検知部６１へアーク光を効率的に到達させるために、適宜、光ファイバ等の導光部材や反射板を配置してもよい。また、筐体内面にアーク光の反射率を高めるコーティング等を施してもよい。また、アーク光検知部６１は、不要な外来アーク光が入射することがないように、開閉器１２は遮光ケース内に収容されることが好ましい。
判定部６２は、アーク光検知部６１がアーク光を検知したか否かを判定する。当該判定部６２の構造は特に限定されない。本実施形態では、後述のように、アーク光検知部６１からの出力信号の大きさと基準信号との大きさを比較し、アーク光検知部６１からの出力信号が基準信号よりも大きいときに、所定の信号を出力するコンパレータにより判定部６２を構成している。判定部６２によりアーク光検知部６１がアーク光を検知したと判定された場合、接点開放部が可動接点４２、４４を開状態にする。
本実施形態では、接点開放部６３は、駆動回路６４、トリップコイル６５及び電源回路６６を備える。駆動回路６４及びトリップコイル６５は、上述のように、判定部６２からの信号に応じて可動接点４２、４４を閉状態から開状態に駆動する駆動部として機能する。駆動回路６４はトリップコイル６５を駆動する電流源であり、判定部６２から入力される信号に応じて電流を印加する構成になっている。電源回路６６は、駆動回路６４を作動させるための電力を供給する。電源回路６６は、例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータにより構成される。この例では、電源回路６６は、固定接点４１と端子２３とを接続する電線、及び固定接点４３と端子２４とを接続する電線から直流電力を取得し、駆動回路６４に供給する直流電源を生成する。また、本実施形態では、電源回路６６はアーク光検知部６１及び判定部６２にも直流電力を供給する構成になっている。
図４は、判定部６２の構成を示す概略構成図である。図４に示すように、判定部６２はコンパレータ（比較器）７１により構成される。コンパレータ７１に入力される基準信号は、電源回路６６から供給される直流電位と、分圧抵抗７２、７３とにより生成される。すなわち、直列に接続された抵抗７２と抵抗７３に対して電源回路６６から所定の直流電位が印加されるとともに、抵抗７２と抵抗７３との間の電位が基準電位としてコンパレータ７１に入力される。なお、抵抗７２の抵抗値と抵抗７３の抵抗値との比（すなわち、基準電位）は、検知すべきアーク光の強度に対応するアーク光検知部６１の出力信号（出力電位）の大きさに応じて適宜設定すればよい。
また、アーク光検知部６１の出力信号が比較信号としてコンパレータ７１に入力される。例えば、コンパレータ７１は、アーク光検知部６１の出力信号が基準電位以下である場合、Ｌｏｗレベル信号を出力し、アーク光検知部６１の出力信号が基準電位を超える場合、Ｈｉｇｈレベル信号を出力する。コンパレータ７１の出力信号は駆動回路６４に入力される。駆動回路６４はコンパレータ７１からＨｉｇｈレベル信号が入力されたときにトリップコイル６５に電流を印加し、係止片５４を移動させて可動接点４２、４４を開状態にする。
以上の構成において、開閉器１２の端子２１〜２４、あるいは開閉器１２に接続される電気機器である、太陽電池パネル１１の端子やパワーコンディショナ１３の端子、あるいは他の電気的接続部位においてアーク（放電）が発生した場合、アーク発生に伴って放射されるアーク光が、直接又は適宜反射されて開閉器１２内に配置されたアーク光検知部６１に入射すると、トリップコイル６５が駆動されて可動接点４２、４４が開状態になる。
以上の記述で、判定部６２として、コンパレータ７１を使用し、基準の電位以上の電位がアーク光検知部６１から入力されたときに、アーク光が発生したと判断するようにしている。しかしながら、この構成では、基準の強度を超えた太陽光や蛍光灯からの光が前記入射窓から入射すると誤動作をする惧れがある。
ところで、アーク光検知部６１がアーク光を検知したときに発生する電位は、特有の揺らぎを持つので、この揺らぎを利用することによって、前記太陽光や蛍光灯からの光との判別ができることになる。
図６はアーク光の揺らぎを検出する構成を持つ判定部６２の一例を示すブロック図である。分析手段８８はアーク光検知部６１が所定の閾値以上の電位になる間隔を計測しておき、当該間隔が不規則である場合に、さらに秒単位でその回数を計数する。一方、記憶手段８９には前記回数の閾値（例えば２００）を記憶しておき、前記分析手段８８は計測した回数が前記閾値以上になったときはアークと判定するようにしている。これによって、蛍光灯の光のように規則的に点滅する光、および太陽光やLEDのように変化のない光の両方からの分離が可能となる。
上記のように判定部６２がアーク光の発生を検知すると、その旨の信号（出力信号）は駆動回路６４に入力される。駆動回路６４は前記同様、アークである旨の信号を受けてトリップコイル６５を駆動することになる。
なお、上記では特に好ましい形態として、アーク光検知部を開閉器１２の筐体内に配置する構成としたが、アーク光検知部を開閉器１２の筐体外部に配置して、アーク光検知部の出力信号を開閉器１２の筐体内に配置した判定部６２に入力する構成であってもよい。また、判定部６２を開閉器の筐体外部に配置してもよい。この場合、開閉器は、外部から入力される信号に応じて接点を開状態にする接点開放部を備えることになり、アーク発生を検知して開閉器の接点を開状態にするための信号を開閉器に入力する部分は、アーク発生検知装置を構成することになる。
図５は、アーク発生検知装置を示す概略構成図である。図５に示すようにアーク発生検知装置９０は、アーク光検知部９１、判定部９２及び信号出力部９３を備える。
アーク光検知部９１は、アーク発生時に放射されるアーク光を検知する。アーク光検知部９１には、上述のように、電子管、半導体センサ等のアーク光を検知可能な任意の素子、センサ等を採用することができる。
また、判定部９２は、上述の判定部６２と同様にコンパレータ７１及び分圧抵抗７２、７３を備える。分圧抵抗７２、７３に印加される電位は、外部から供給されてもよく、アーク発生検知装置９０の内部に設けた電源回路から供給されてもよい。更に、判定部９２として、図７に示すようにアーク光の揺らぎを検出する機能を持たせることもできる。
すなわち、分析手段８８はアーク光検知部９１が所定の閾値以上の電位になる間隔を計測しておき、当該間隔が不規則である場合に、さらに秒単位でその回数を計数する。一方、記憶手段８９には前記回数の閾値（例えば２００）を記憶しておき、前記分析手段８８は計測した回数が前記閾値以上になったときはアーク光と判定するようにしている。
信号出力部９３は、判定部９２によりアーク光検知部９１がアーク光を検知したと判定した場合、アーク発生検知信号（例えば、Ｈｉｇｈレベル信号）を外部へ出力する。信号出力部９３は、出力端子又は信号増幅器を備える出力端子により構成することができる。
また、アーク発生検知装置９０がアーク発生検知信号を入力する開閉器８２は、図５に示すように、アーク光検知部６１及び判定部６２を備えない点で上述の開閉器１２と異なる。他の構成は、開閉器１２と同一であり、開閉器１２と同様の作用効果を奏する部位には同一の符号を付している。
アーク発生検知装置９０からのアーク発生検知信号は、接点開放部６３の駆動回路６４に入力される。駆動回路６４はアーク発生検知信号が入力されたときにトリップコイル６５に電流を印加し、係止片５４を移動させて可動接点４２、４４を開状態にする。
以上の構成において、アーク発生検知装置９０は、開閉器８２の端子２１〜２４、あるいは開閉器８２に接続される電気機器である、太陽電池パネル１１の端子やパワーコンディショナ１３の端子、あるいは他の電気的接続部位においてアーク（放電）が発生した場合、アーク発生に伴って放射されるアーク光が、直接又は適宜反射されてアーク発生検知装置９０内に配置されたアーク光検知部９１に入射する状態で配置される。
アーク発生検知装置９０内へのアーク光の導入は、上述の開閉器１２のように、アーク発生検知装置９０の筐体に、紫外光領域の光を透過させる透光性部材からなる透過窓を設けることで実施可能である。また、適宜、光ファイバ等の導光部材や反射板を配置し、アーク光を透過窓に案内してもよい。アーク光検知部９１は、各透過窓にそれぞれ配置してもよく、各透過窓から入射した紫外光を１のアーク光検知部９１に案内する構成でもよい。後者の場合、各透過窓を通過してアーク発生検知装置９０の筐体内に進入したアーク光は、筐体内で適宜反射されてアーク光検知部９１に到達する。アーク光検知部９１へアーク光を効率的に到達させるために、適宜、光ファイバ等の導光部材や反射板を配置してもよく、筐体内面にアーク光の反射率を高めるコーティング等を施してもよい。また、アーク光検知部をアーク発生検知装置９０の筐体外部に配置して、アーク光検知部の出力信号をアーク発生検知装置９０の筐体内に配置した比較部９２に入力する構成を採用することもできる。
本構成であっても、上述の開閉器１２と同様の作用効果を奏することができる。
以上説明したように、本発明によれば、比較的簡単な構成で電源ラインに属する端子等の電気的接続部位におけるアークの発生を検知することができる。そのため、小型で低コストのアーク発生検知装置及び開閉器を実現することができる。
なお、上述した実施形態は本発明の技術的範囲を制限するものではなく、既に記載したもの以外でも、本発明の範囲内で種々の変形や応用が可能である。例えば、上述の実施形態では、トリップコイルを駆動して係止片を移動させることで接点を閉状態から開状態に切り替える構成としたが、このようなリンク機構を介することなく、トリップコイルが可動接点を直接移動させる構成であってもよい。
また、上記実施形態では、透過窓を介してアーク光を筐体内に導入する構成としたが、単なる開口を介して筐体内にアーク光を導入する構成であってもよい。この場合、埃等の異物が筐体内に進入することを抑制する観点では、開口部が開口面積の小さいスリット状であることが好ましい。
さらに、上記では、開閉器に電源である太陽電池パネルと負荷であるパワーコンディショナとを接続した事例について説明したが、電源及び負荷等として開閉器に接続される電気機器は任意である。
加えて、上述の実施形態では、開閉器の一種である遮断器として本発明を具体化したが、遮断器に限らず、任意の開閉器に本発明を適用することも可能である。
本発明によれば、比較的簡単な構成で電源ラインに属する端子等の電気的接続部位におけるアークの発生を検知することができ、アーク発生検知装置及び開閉器として有用である。
１２、８２ 開閉器
２１、２２、２３、２４ 端子
４１、４３ 固定接点
４２、４４ 可動接点
６１ 、９１ アーク光検知部
６２、９２ 判定部
６３ 接点開放部
６４ 駆動回路
６５ トリップコイル
６６ 電源回路
９０ アーク発生検知装置
９３ 信号出力部
本発明は、アーク発生検知装置及び開閉器に関し、特に、直流電源ラインに属する端子等の電気的接続部位におけるアーク（放電）の発生検知に好適なアーク発生検知装置及び直流電源ラインに挿入され、その電路の開閉に好適な開閉器に関する。
近年、太陽電池パネル、燃料電池等の直流出力型の分散型電源が注目され、一般家庭においても使用されている。交流電源用の電化製品が普及している一般家庭やオフィス等では、このような直流出力型の分散型電源から供給される直流電力をパワーコンディショナにより交流電源に変換して使用していることが多い。
このような直流出力型の分散型電源を使用する家庭等では、従来の交流配電と同様、電路に予定以上の電流が流れることを防止するために、建物等への引込み口に開閉器（遮断器）が配置される。このような開閉器において、開閉器の端子に電線を端子ネジで締め付けて配線する場合、端子ネジの締め付けトルクの不足や温度変化による熱膨張等によって端子ネジの締め付けにゆるみが生じる場合がある。
このような端子ネジのゆるみによって開閉器の端子と電線との間に隙間ができると、アーク（放電）が発生する可能性がある。アークが発生すると、開閉器に直流電流が流れる場合には交流電流のように電流が零になることがないため、電流が大きい状態で連続的にアークが発生し続ける。この場合、アーク発生部位が高温になり、開閉器や電線、あるいはその周辺の部品等が焼損する場合がある。このような問題は、端子を介することなく電線同士を直接接続した接続部位において、電線間に隙間が生じた場合にも発生し得る。
例えば、開閉器の端子温度を計測する温度センサ等を設け、当該端子温度が高くなった場合に接点を開極して電路を開放する構成を採用することも考えられる。しかしながら、アーク発生に起因する温度上昇は比較的早いため、温度センサ等による保護動作が機能する前に焼損が発生する可能性がある。また、このような構成では、開閉器が接続された直流電源ラインに属する別の機器における端子と電線との間でのアークの発生を検知することができない。
この対策として、特許文献１は、アーク検出回路を備える開閉器を開示している。このアーク検出回路は、直流電圧上に重畳されている変動電圧成分（高周波成分）を検出することでアークの発生を検出する。そのため、開閉器の端子だけでなく、開閉器が接続された直流電源ラインに属する他の端子や接続部位において発生したアークの発生を検出することができる。そして、当該アークの発生に応じて接点を開極することもできる。
特開２０１２−１３４００２号公報
しかしながら、特許文献１が開示する技術では、直流電源ラインから電圧変動成分を抽出して増幅する増幅回路、当該増幅回路により増幅された信号の周波数を求めるためのカウンタ回路、カウンタ回路を動作させるためのクロック回路、カウンタ回路の出力に基づいてアークが発生しているか否かを判定する判定回路等が必要である。すなわち、電子回路が複雑であるため、コストがかかることになる。電圧に代えて電流を監視することも考えられるが、複雑な電子回路が必要であり、高コストであることに変わりはない。
また、このような複雑な電子回路を汎用の電子部品により構成した場合、当該電子回路を搭載した基板を収容するために比較的大きなスペースを開閉器内に確保する必要がある。その結果、開閉器が大型化するという問題もある。電子回路を汎用部品ではなく、専用の半導体集積回路とすることで小型化は可能であるが、さらに高コストになってしまう。
本発明は、このような従来技術の課題を鑑みてなされたものであって、比較的簡単な構成で電源ラインに属する端子等の電気的接続部位におけるアークの発生を検知することができ、小型化が可能なアーク発生検知装置及び開閉器を提供することを目的とする。
上述の目的を達成するために、本発明は以下の技術的手段を採用している。すなわち、本発明に係るアーク発生検知装置は、電気機器とともに使用されるアーク発生検知装置であって、アーク光検知部、判定部及び信号出力部を備える。アーク光検知部は、電気機器の電源ラインに属する接続部位におけるアーク発生時に放射されるアーク光を検知する。当該アーク光検知部は、例えば、電子管や半導体センサにより構成することができる。また、アーク発生箇所の金属によりアーク発光色が変わることからカラーセンサでも識別可能である。
また、判定部は、アーク光検知部からの出力信号の大きさが所定値以上であれば、検知信号を出力する構成とすることができる。信号出力部は、出力端子又は信号増幅器を備える出力端子により構成することができる。また、前記判定部はアーク光を監視し光の揺らぎを分析して、アーク光特有の揺らぎのあるときに、前記検知信号を出力する構成とすることができる。
上記アーク発生検知装置は、上記電源ラインに介在した開閉器とともに使用することができる。当該開閉器は、例えば、電源側端子、負荷側端子、接点及び接点開放部を備える。電源側端子は、電気機器に電力を供給する電源と電気的に接続される。負荷側端子は、上記電気機器に電気的に接続される。接点は、電源側端子と負荷側端子との間に介在され、電源側端子と負荷側端子とを電気的に接続する閉状態と、電源側端子と負荷側端子とを電気的に分離する開状態とを切り替える。接点開放部は、外部から入力される信号に応じて接点を開状態にする。この場合、上記信号出力部は、判定部によりアーク光検知部がアーク光を検知したと判定された場合、上述のアーク発生検知信号を開閉器に入力して接点を開状態にする。
一方、他の観点では、本発明は開閉器を提供することもできる。すなわち、本発明に係る開閉器は、電源側端子、負荷側端子、接点、アーク光検知部、判定部及び接点開放部を備える。電源側端子は、電源に電気的に接続される。負荷側端子は、電源からの電力が供給される負荷に電気的に接続される。接点は、電源側端子と負荷側端子との間に介在され、電源側端子と負荷側端子とを電気的に接続する閉状態と、電源側端子と負荷側端子とを電気的に分離する開状態とを切り替える。アーク光検知部は、アーク発生時に放射されるアーク光を検知する。判定部は、アーク光検知部がアーク光を検知したか否かを判定する。接点開放部は、判定部によりアーク光検知部がアーク光を検知したと判定された場合、接点を開状態にする。アーク光検知部は、前記したように、電子管や半導体センサにより構成することができる。またアーク発生箇所の金属によりアーク発光色が変わることからカラーセンサでも識別可能である。
この開閉器において、接点開放部は、判定部からの信号に応じて接点を閉状態から開状態に駆動する駆動部と、当該駆動部を作動させる電源回路とを備える構成を採用することができる。
本発明によれば、比較的簡単な構成で電源ラインに属する端子等の電気的接続部位におけるアークの発生を検知することができる。そのため、小型で低コストのアーク発生検知装置及び開閉器を実現することができる。また、判定部でアーク発生による揺らぎを検知する構成とすることにより、可視光線を含む太陽光や蛍光灯等の光と判別可能なるため、誤動作を防止できることになる。
また、広範囲のアーク光を監視出来るため、蓄電室や直流から交流に変換する様な設備の部屋全体を監視出来ることから、アーク発生警報器としても応用が可能であり、更に、飛行機のバッテリー火災事故の様な事例も未然防げることになる。
図１は、本発明の一実施形態における開閉器の適用例を示すブロック図。 図２は、本発明の一実施形態における開閉器の外形を示す斜視図。 図３は、本発明の一実施形態における開閉器を示す概略構成図。 図４は、本発明の一実施形態における開閉器が備える判定部の構成を示す概略構成図。 図５は、本発明の一実施形態におけるアーク発生検知装置を示す概略構成図。 図６は、揺らぎ検出機能を持つ開閉器の一実施形態のブロック図。 図７は、揺らぎ検出機能を持つアーク発生検知装置のブロック図。
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながらより詳細に説明する。以下では、直流電源である太陽電池パネルに接続された開閉器（遮断器）として本発明を具体化する。
図１は本実施形態における開閉器の適用例を示すブロック図である。図１に示すように、開閉器１２は、太陽電池パネル１１とパワーコンディショナ１３の間に接続され、太陽電池パネル１１とパワーコンディショナ１３との間の電路を開閉する。周知のように、太陽電池パネル１１は、太陽からの光エネルギーを光起電力効果により電気エネルギー（直流電力）に変換する。パワーコンディショナ１３は、太陽電池パネル１１により生成された直流電力を交流電力に変換し、当該交流電力を、例えば、建屋内の交流配電系に供給する。
図２は、開閉器１２の外形を示す斜視図である。図２に示すように、開閉器１２は、その一方面（図２では上面）に端子２１、２２、２３、２４を備える。ここでは、端子２１及び端子２２が太陽電池パネル１１に接続される電源側端子であり、端子２３及び端子２４がパワーコンディショナ１３に接続される負荷側端子である。例えば、端子２１が太陽電池パネル１１の正極と電気的に接続される場合、端子２３がパワーコンディショナ１３の正極と電気的に接続される。この場合、端子２２は太陽電池パネル１１の負極と電気的に接続され、端子２４はパワーコンディショナ１３の負極と電気的に接続される。
図３は、開閉器１２の内部構成を模式的に示す概略構成図である。図３に示すように、端子２１は可動接点４２及び固定接点４１により構成される接点を介して端子２３と接続されている。可動接点４２と固定接点４１とが電気的に接続されることにより、端子２１と端子２３とは導通状態（閉状態）となり、可動接点４２と固定接点４１とが電気的に分離されることにより、端子２１と端子２３とは非導通状態（開状態）となる。同様に、端子２２は可動接点４４及び固定接点４３により構成される接点を介して端子２４と接続されている。可動接点４４と固定接点４３とが電気的に接続されることにより、端子２２と端子２４とは導通状態（閉状態）となり、可動接点４４と固定接点４３とが電気的に分離されることにより、端子２２と端子２４とは非導通状態（開状態）となる。
可動接点４２及び可動接点４４は、両接点の開状態と閉状態とを切り替える切替レバー（図示せず）の切替状態に連動して動作するリンク機構と連結されており、切替レバーの状態に応じて開状態と閉状態とが切り替わる。当該リンク機構の構造は特に限定されず、公知の任意の構造を採用することができる。ここでは、単純化したリンク機構に基づいて開閉器１２の構造を説明する。
図３に示すように、可動接点４２及び可動接点４４は、リンク部材５１に連結されている。リンク部材５１は、図示しない付勢部材により、各可動接点４２、４４が開状態（固定接点４１、４３と非接触の状態）になる方向（図３中では矢印５２で示す方向）に付勢されている。リンク部材５１は、上述の切替レバーの切替状態に応じて、当該付勢方向に沿って直線的に移動する。リンク部材５１には、係止片５４と係合する係合部５３が固定されており、係合部５３が係止片５４と係合することで、各可動接点４２、４４が対応する固定接点４１、４３と接触する状態（閉状態）に維持される。
図３の例では、係合部５３は、リンク部材５１の付勢方向５２と交差する方向に突出する状態で、一端がリンク部材５１に固定されている。係合部５３の他端は、リンク部材５１の付勢方向５２側に突出する突出部を有している。当該突出部は、図３に示すように、縦断面が、リンク部材５１の付勢方向５２側に頂点を有し、リンク部材５１側に傾斜面を有する直角三角形状の形状になっている。
一方、係合片５４は、一端が支持軸５５に回動可能に支持された棒状片により構成されている。係合片５４の他端は、縦断面が、係合部５３の突出部の頂点と対向する頂点を有し、リンク部材５１と反対側に傾斜面を有する直角三角形状の形状になっている。係合片５４の他端は、リンク部材５１方向（図３中では矢印５７で示す方向）に付勢されている。係合片５４の付勢方向側にはストッパ部材５６が配置されており、係合片５４の他端が係合部５３と係合する位置を超えて回動することがない構成になっている。
本構成では、切替レバーを開状態から閉状態に切り替えると、リンク部材５１が付勢力に抗する方向に移動して各可動接点４２、４４が対応する固定接点４１、４３と接触し、さらに、係合片５４と係合部５３とが係合する。当該状態で切替レバーの操作を完了してリンク部材５１に付与する力を開放しても、各可動接点４２、４４は対応する固定接点４１、４３と接触する状態に維持される。
また、係止片５４のストッパ部材５６の反対側にはトリップコイル６５が配置されている。本実施形態では、係止片５４の他端のトリップコイル６５側に磁性体が配置されており、トリップコイル６５を駆動して電磁力を発生させることで、係止片５４を付勢力に抗する方向に回動させることができる。係止片５４を付勢力に抗する方向に回動させると、係合片５４と係合部５３との係合が解除され、リンク部材５１は付勢方向に移動する。すなわち、トリップコイル６５を駆動することで、各可動接点４２、４４は閉状態から開状態になる。なお、図３では図示を省略しているが、各可動接点４２、４４の周囲には、各可動接点４２、４４が閉状態から開状態になるときに、対応する固定接点４１、４３との間で発生するアークを消弧するための消弧機構が設けられている。
トリップコイル６５は、例えば、端子２１〜２４の温度が所定温度を超えたときや、端子２１と端子２３との間、又は端子２２と端子２４との間に所定の大きさを超える電流が流れたとき等、電源と負荷と電気的に分離する必要が発生したときに駆動される。端子２１〜２４の温度は各端子に接続された温度センサ等により検知することができ、端子２１と端子２３との間、端子２２と端子２４との間の電流は、各電路に配置された電磁誘導コイル等により検知することができる。なお、図３では、アーク発生時にトリップコイル６５を駆動するための構造のみを図示している。
図３に示すように、開閉器１２は、アーク光検知部６１、判定部６２及び接点開放部６３を備える。
アーク光検知部６１は、アーク発生時に放射されるアーク光を検知する。アーク光検知部６１には、電子管（光電管）、半導体センサ等のアーク光を検知可能な任意の素子、センサ等を採用することができる。アーク光検知部６１は、紫外光領域のみに感度を有することが好ましい。例えば、可視光カットフィルタを内蔵したシリコン半導体からなるフォトダイオードや、窒化ガリウム半導体や窒化アルミニウムガリウム半導体からなるフォトダイオード等を使用することができる。アーク光検知部６１は１つである必要はなく複数配置することもできる。またアーク発生箇所の金属によりアーク発光色が変わることからカラーセンサでも識別可能である。
図２に示すように、本実施形態では、端子２１、端子２２と対向する開閉器１２の筐体に、各端子においてアークが発生した際に放射されるアーク光を開閉器１２の筐体内に導入するための透過窓３１、透過窓３２がそれぞれ設けられている。端子２３、端子２４と対向する開閉器１２の筐体にも同様に、各端子においてアークが発生した際に放射されるアーク光を開閉器１２の筐体内に導入するための透過窓がそれぞれ設けられている。
また、開閉器１２の筐体には、当該筐体から離れた位置においてアークが発生した際に放射されるアーク光を開閉器１２の筐体内に導入するための透過窓も設けられている。図３の例では、筐体上面に設けられた透過窓３５、透過窓３６及び手前側側面に設けられた透過窓３７が図示されているが、下面及び奥側側面にも同様の透過窓が設けられている。これらの透過窓３５〜３７は、例えば、開閉器１２と接続される他の電気機器（この例では、太陽電池パネル１１やパワーコンディショナ１３）の端子等の電気的接続部位において発生したアークに伴うアーク光を開閉器１２の筐体内に導入する。各透過窓３１、３２、３５、３６、３７は、例えば、紫外光領域の光を透過させる透光性部材により構成することができる。なお、開閉器１２と接続される他の電気機器の端子等の電気的接続部位から放射されたアーク光が透過窓に到達し難い位置関係にあるときは、適宜、光ファイバ等の導光部材や反射板を配置し、アーク光を透過窓に案内してもよい。
開閉器１２において、これらの透過窓のそれぞれにアーク光検知部６１を配置することも可能であるが、本実施形態では、１のアーク光検知部６１を備える構成としている。そのため、各透過窓を通過して開閉器１２の筐体内に進入したアーク光は、筐体内で適宜反射されてアーク光検知部６１に到達する構成になっている。なお、アーク光検知部６１へアーク光を効率的に到達させるために、適宜、光ファイバ等の導光部材や反射板を配置してもよい。また、筐体内面にアーク光の反射率を高めるコーティング等を施してもよい。また、アーク光検知部６１は、不要な外来アーク光が入射することがないように、開閉器１２は遮光ケース内に収容されることが好ましい。
判定部６２は、アーク光検知部６１がアーク光を検知したか否かを判定する。当該判定部６２の構造は特に限定されない。本実施形態では、後述のように、アーク光検知部６１からの出力信号の大きさと基準信号との大きさを比較し、アーク光検知部６１からの出力信号が基準信号よりも大きいときに、所定の信号を出力するコンパレータにより判定部６２を構成している。判定部６２によりアーク光検知部６１がアーク光を検知したと判定された場合、接点開放部が可動接点４２、４４を開状態にする。
本実施形態では、接点開放部６３は、駆動回路６４、トリップコイル６５及び電源回路６６を備える。駆動回路６４及びトリップコイル６５は、上述のように、判定部６２からの信号に応じて可動接点４２、４４を閉状態から開状態に駆動する駆動部として機能する。駆動回路６４はトリップコイル６５を駆動する電流源であり、判定部６２から入力される信号に応じて電流を印加する構成になっている。電源回路６６は、駆動回路６４を作動させるための電力を供給する。電源回路６６は、例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータにより構成される。この例では、電源回路６６は、固定接点４１と端子２３とを接続する電線、及び固定接点４３と端子２４とを接続する電線から直流電力を取得し、駆動回路６４に供給する直流電源を生成する。また、本実施形態では、電源回路６６はアーク光検知部６１及び判定部６２にも直流電力を供給する構成になっている。
図４は、判定部６２の構成を示す概略構成図である。図４に示すように、判定部６２はコンパレータ（比較器）７１により構成される。コンパレータ７１に入力される基準信号は、電源回路６６から供給される直流電位と、分圧抵抗７２、７３とにより生成される。すなわち、直列に接続された抵抗７２と抵抗７３に対して電源回路６６から所定の直流電位が印加されるとともに、抵抗７２と抵抗７３との間の電位が基準電位としてコンパレータ７１に入力される。なお、抵抗７２の抵抗値と抵抗７３の抵抗値との比（すなわち、基準電位）は、検知すべきアーク光の強度に対応するアーク光検知部６１の出力信号（出力電位）の大きさに応じて適宜設定すればよい。
また、アーク光検知部６１の出力信号が比較信号としてコンパレータ７１に入力される。例えば、コンパレータ７１は、アーク光検知部６１の出力信号が基準電位以下である場合、Ｌｏｗレベル信号を出力し、アーク光検知部６１の出力信号が基準電位を超える場合、Ｈｉｇｈレベル信号を出力する。コンパレータ７１の出力信号は駆動回路６４に入力される。駆動回路６４はコンパレータ７１からＨｉｇｈレベル信号が入力されたときにトリップコイル６５に電流を印加し、係止片５４を移動させて可動接点４２、４４を開状態にする。
以上の構成において、開閉器１２の端子２１〜２４、あるいは開閉器１２に接続される電気機器である、太陽電池パネル１１の端子やパワーコンディショナ１３の端子、あるいは他の電気的接続部位においてアーク（放電）が発生した場合、アーク発生に伴って放射されるアーク光が、直接又は適宜反射されて開閉器１２内に配置されたアーク光検知部６１に入射すると、トリップコイル６５が駆動されて可動接点４２、４４が開状態になる。
以上の記述で、判定部６２として、コンパレータ７１を使用し、基準の電位以上の電位がアーク光検知部６１から入力されたときに、アーク光が発生したと判断するようにしている。しかしながら、この構成では、基準の強度を超えた太陽光や蛍光灯からの光が前記入射窓から入射すると誤動作をする惧れがある。
ところで、アーク光検知部６１がアーク光を検知したときに発生する電位は、特有の揺らぎを持つので、この揺らぎを利用することによって、前記太陽光や蛍光灯からの光との判別ができることになる。
図６はアーク光の揺らぎを検出する構成を持つ判定部６２の一例を示すブロック図である。分析手段８８はアーク光検知部６１が所定の閾値以上の電位になる間隔を計測しておき、当該間隔が不規則である場合に、さらに秒単位でその回数を計数する。一方、記憶手段８９には前記回数の閾値（例えば２００）を記憶しておき、前記分析手段８８は計測した回数が前記閾値以上になったときはアークと判定するようにしている。これによって、蛍光灯の光のように規則的に点滅する光、および太陽光やLEDのように変化のない光の両方からの分離が可能となる。
上記のように判定部６２がアーク光の発生を検知すると、その旨の信号（出力信号）は駆動回路６４に入力される。駆動回路６４は前記同様、アークである旨の信号を受けてトリップコイル６５を駆動することになる。
なお、上記では特に好ましい形態として、アーク光検知部を開閉器１２の筐体内に配置する構成としたが、アーク光検知部を開閉器１２の筐体外部に配置して、アーク光検知部の出力信号を開閉器１２の筐体内に配置した判定部６２に入力する構成であってもよい。また、判定部６２を開閉器の筐体外部に配置してもよい。この場合、開閉器は、外部から入力される信号に応じて接点を開状態にする接点開放部を備えることになり、アーク発生を検知して開閉器の接点を開状態にするための信号を開閉器に入力する部分は、アーク発生検知装置を構成することになる。
図５は、アーク発生検知装置を示す概略構成図である。図５に示すようにアーク発生検知装置９０は、アーク光検知部９１、判定部９２及び信号出力部９３を備える。
アーク光検知部９１は、アーク発生時に放射されるアーク光を検知する。アーク光検知部９１には、上述のように、電子管、半導体センサ等のアーク光を検知可能な任意の素子、センサ等を採用することができる。
また、判定部９２は、上述の判定部６２と同様にコンパレータ７１及び分圧抵抗７２、７３を備える。分圧抵抗７２、７３に印加される電位は、外部から供給されてもよく、アーク発生検知装置９０の内部に設けた電源回路から供給されてもよい。更に、判定部９２として、図７に示すようにアーク光の揺らぎを検出する機能を持たせることもできる。
すなわち、分析手段８８はアーク光検知部９１が所定の閾値以上の電位になる間隔を計測しておき、当該間隔が不規則である場合に、さらに秒単位でその回数を計数する。一方、記憶手段８９には前記回数の閾値（例えば２００）を記憶しておき、前記分析手段８８は計測した回数が前記閾値以上になったときはアーク光と判定するようにしている。
信号出力部９３は、判定部９２によりアーク光検知部９１がアーク光を検知したと判定した場合、アーク発生検知信号（例えば、Ｈｉｇｈレベル信号）を外部へ出力する。信号出力部９３は、出力端子又は信号増幅器を備える出力端子により構成することができる。
また、アーク発生検知装置９０がアーク発生検知信号を入力する開閉器８２は、図５に示すように、アーク光検知部６１及び判定部６２を備えない点で上述の開閉器１２と異なる。他の構成は、開閉器１２と同一であり、開閉器１２と同様の作用効果を奏する部位には同一の符号を付している。
アーク発生検知装置９０からのアーク発生検知信号は、接点開放部６３の駆動回路６４に入力される。駆動回路６４はアーク発生検知信号が入力されたときにトリップコイル６５に電流を印加し、係止片５４を移動させて可動接点４２、４４を開状態にする。
以上の構成において、アーク発生検知装置９０は、開閉器８２の端子２１〜２４、あるいは開閉器８２に接続される電気機器である、太陽電池パネル１１の端子やパワーコンディショナ１３の端子、あるいは他の電気的接続部位においてアーク（放電）が発生した場合、アーク発生に伴って放射されるアーク光が、直接又は適宜反射されてアーク発生検知装置９０内に配置されたアーク光検知部９１に入射する状態で配置される。
アーク発生検知装置９０内へのアーク光の導入は、上述の開閉器１２のように、アーク発生検知装置９０の筐体に、紫外光領域の光を透過させる透光性部材からなる透過窓を設けることで実施可能である。また、適宜、光ファイバ等の導光部材や反射板を配置し、アーク光を透過窓に案内してもよい。アーク光検知部９１は、各透過窓にそれぞれ配置してもよく、各透過窓から入射した紫外光を１のアーク光検知部９１に案内する構成でもよい。後者の場合、各透過窓を通過してアーク発生検知装置９０の筐体内に進入したアーク光は、筐体内で適宜反射されてアーク光検知部９１に到達する。アーク光検知部９１へアーク光を効率的に到達させるために、適宜、光ファイバ等の導光部材や反射板を配置してもよく、筐体内面にアーク光の反射率を高めるコーティング等を施してもよい。また、アーク光検知部をアーク発生検知装置９０の筐体外部に配置して、アーク光検知部の出力信号をアーク発生検知装置９０の筐体内に配置した比較部９２に入力する構成を採用することもできる。
本構成であっても、上述の開閉器１２と同様の作用効果を奏することができる。
以上説明したように、本発明によれば、比較的簡単な構成で電源ラインに属する端子等の電気的接続部位におけるアークの発生を検知することができる。そのため、小型で低コストのアーク発生検知装置及び開閉器を実現することができる。
なお、上述した実施形態は本発明の技術的範囲を制限するものではなく、既に記載したもの以外でも、本発明の範囲内で種々の変形や応用が可能である。例えば、上述の実施形態では、トリップコイルを駆動して係止片を移動させることで接点を閉状態から開状態に切り替える構成としたが、このようなリンク機構を介することなく、トリップコイルが可動接点を直接移動させる構成であってもよい。
また、上記実施形態では、透過窓を介してアーク光を筐体内に導入する構成としたが、単なる開口を介して筐体内にアーク光を導入する構成であってもよい。この場合、埃等の異物が筐体内に進入することを抑制する観点では、開口部が開口面積の小さいスリット状であることが好ましい。
さらに、上記では、開閉器に電源である太陽電池パネルと負荷であるパワーコンディショナとを接続した事例について説明したが、電源及び負荷等として開閉器に接続される電気機器は任意である。
加えて、上述の実施形態では、開閉器の一種である遮断器として本発明を具体化したが、遮断器に限らず、任意の開閉器に本発明を適用することも可能である。
本発明によれば、比較的簡単な構成で電源ラインに属する端子等の電気的接続部位におけるアークの発生を検知することができ、アーク発生検知装置及び開閉器として有用である。
１２、８２ 開閉器
２１、２２、２３、２４ 端子
４１、４３ 固定接点
４２、４４ 可動接点
６１ 、９１ アーク光検知部
６２、９２ 判定部
６３ 接点開放部
６４ 駆動回路
６５ トリップコイル
６６ 電源回路
９０ アーク発生検知装置
９３ 信号出力部

Claims (7)

  1. 電気機器とともに使用されるアーク発生検知装置であって、
    電気機器の電源ラインに属する接続部位におけるアーク発生時に放射されるアーク光を検知するアーク光検知部と、
    前記アーク光検知部がアーク光を検知したか否かを判定する判定部と、
    前記判定部により前記アーク光検知部がアーク光を検知したと判定された場合、アーク発生検知信号を外部へ出力する信号出力部と、
    を備えるアーク発生検知装置。
  2. 前記電源ラインに、前記電気機器に電力を供給する電源に電気的に接続される電源側端子と、前記電気機器に電気的に接続される負荷側端子と、前記電源側端子と前記負荷側端子との間に介在され、前記電源側端子と前記負荷側端子とを電気的に接続する閉状態と、前記電源側端子と前記負荷側端子とを電気的に分離する開状態とを切り替える接点と、外部から入力される信号に応じて前記接点を開状態にする接点開放部とを備える開閉器が介在され、
    前記信号出力部は、前記判定部により前記アーク光検知部がアーク光を検知したと判定された場合、前記アーク発生検知信号を前記開閉器に入力して前記接点を開状態にする、請求項１に記載のアーク発生検知装置。
  3. 前記アーク光検知部が電子管又は光半導体センサである請求項１又は請求項２に記載のアーク発生検知装置。
  4. 前記判定部が、アーク検知部からの出力の揺らぎを検出してアークが発生した旨の判定をする請求項１〜３のいずれかに記載のアーク発生検知装置。
  5. 電源に電気的に接続される電源側端子と、
    前記電源からの電力が供給される負荷に電気的に接続される負荷側端子と、
    前記電源側端子と前記負荷側端子との間に介在され、前記電源側端子と前記負荷側端子とを電気的に接続する閉状態と、前記電源側端子と前記負荷側端子とを電気的に分離する開状態とを切り替える接点と、
    アーク発生時に放射されるアーク光を検知するアーク光検知部と、
    前記アーク光検知部がアーク光を検知したか否かを判定する判定部と、
    前記判定部により前記アーク光検知部がアーク光を検知したと判定された場合、前記接点を開状態にする接点開放部と、
    を備える開閉器。
  6. 前記接点開放部が、
    前記判定部からの信号に応じて接点を閉状態から開状態に駆動する駆動部と、
    前記駆動部を作動させる電源回路と、
    を備える請求項５に記載の開閉器。
  7. 前記判定部が、アーク検知部からの出力の揺らぎを検出してアークが発生した旨の判定をする請求項５または６のいずれかに記載のアーク発生検知装置。
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