JPWO2020183634A1 - 接点部異常監視装置および接点部異常監視装置を用いる回路遮断器 - Google Patents

Abstract

非接触で開閉接点部の電圧降下異常を監視する接点部異常監視装置を提供する。
接点部異常監視装置は、電路１を開閉する開閉接点２が閉路状態の場合に電路１に流れる負荷電流を検出する変流器３と、負荷電流の信号を出力する負荷電流検出部４と、開閉接点の電源側の電路に接続された電源側電圧検出抵抗５と、開閉接点の負荷側の電路に接続された負荷側電圧検出抵抗６と、電源側電圧検出抵抗および負荷側電圧検出抵抗に流れる電流によって発生する差分電流を検出する異常検出用変流器７と、差分電流に基づき開閉接点における電圧降下の実測値となる出力信号を出力する電圧降下検出部８と、負荷電流の値および開閉接点の接触抵抗の初期値に基づき、電圧降下の正常値を算出し、電圧降下の正常値および電圧降下の実測値に基づき電圧降下差分値を算出して予め設定された警報レベル値と比較して、電圧降下差分値が警報レベル値を超えた場合、開閉接点の接触抵抗に異常があると判定し、警報信号を出力する波形比較部１０とを備える。

Description

本発明は、開閉接点部の異常を監視する接点部異常監視装置および接点部異常監視装置を用いる回路遮断器に関する。

回路遮断器の開閉接点部の異常監視としては、電路における被監視開閉接点部の両端に接続する絶縁形増幅器を介して検出された接点部の電圧と、変流器を介して検出された電路に流れる電流により接点部の抵抗値を算出し、抵抗の基準値と比較して異常有無を判定する開閉接点部の接触抵抗を電圧降下法により測定する方法が採られている。（例えば、特許文献１）

実開平１−１７９２８１号公報

しかし、従来方法では、回路遮断器のような接点を開閉する装置においては、開閉接点部の電圧降下を直接測定するため、開閉接点開放後も接点両端に接続された電圧計測器を介して接点間が導通するため、実質的に接点開放時の接点間の絶縁を確保できない。

本発明は、かかる問題点を解決するためになされたもので、開閉接点部の電圧降下を非接触で測定するため、開閉接点部の異常を安全に監視することが可能な接点部異常監視装置および接点部異常監視装置を用いる回路遮断器の提供を目的とするものである。

本発明に係る接点部異常監視装置は、電源と負荷とを接続する電路を開閉する開閉接点が閉路状態の場合に電路に流れる負荷電流を検出する変流器と、負荷電流の信号を出力する負荷電流検出部と、開閉接点の電源側の電路に接続された電源側電圧検出抵抗と、開閉接点の負荷側の電路に接続された負荷側電圧検出抵抗と、電源側電圧検出抵抗および負荷側電圧検出抵抗に流れる電流によって発生する差分電流を検出する異常検出用変流器と、差分電流に基づき開閉接点における電圧降下の実測値となる出力信号を出力する電圧降下検出部と、負荷電流の値および開閉接点の接触抵抗の初期値に基づき、電圧降下の正常値を算出し、電圧降下の正常値および電圧降下の実測値に基づき電圧降下差分値を算出し、電圧降下差分値と予め設定された警報レベル値とを比較して、電圧降下差分値が警報レベル値を超えた場合、開閉接点の接触抵抗に異常があると判定し、警報信号を出力する波形比較部とを備える。
本発明に係る回路遮断器は、電源と負荷とを接続する電路に設けられ、電源および負荷の間を開閉する開閉接点と、開閉接点が閉路状態の場合に電路に流れる負荷電流を検出する変流器と、負荷電流の信号を出力する負荷電流検出部と、開閉接点の電源側の電路に接続された電源側電圧検出抵抗と、開閉接点の負荷側の電路に接続された負荷側電圧検出抵抗と、電源側電圧検出抵抗および負荷側電圧検出抵抗に流れる電流によって発生する差分電流を検出する異常検出用変流器と、差分電流に基づき開閉接点における電圧降下の実測値となる出力信号を出力する電圧降下検出部と、負荷電流の値および開閉接点の接触抵抗の初期値に基づき、電圧降下の正常値を算出し、電圧降下の正常値および電圧降下の実測値に基づき電圧降下差分値を算出し、電圧降下差分値と予め設定された警報レベル値とを比較して、電圧降下差分値が警報レベル値を超えた場合、開閉接点の接触抵抗に異常があると判定し、警報信号を出力する波形比較部と、開閉接点を開放可能な引外し装置とを備える。

本発明に係る接点部異常監視装置および接点部異常監視装置を用いる回路遮断器によれば、開閉接点の電源側および負荷側の線間にそれぞれ接続された電圧検出抵抗を流れる電流の差分から算出した開閉接点の電圧降下の実測値と、負荷電流および開閉接点の接触抵抗の初期値から算出した開閉接点の電圧降下の正常値とを比較することにより、接点部の異常の有無を監視することができる。開閉接点部の電圧降下を非接触で測定できるため、開閉接点間の絶縁に影響せず、回路遮断器の安全性を高めることができる。

本発明の実施の形態１に係る回路遮断器のブロック図である。 本発明の実施の形態１に係る回路遮断器の動作を示すシミュレーション結果である。 本発明の実施の形態２に係る回路遮断器のブロック図である。 本発明の実施の形態３に係る回路遮断器のブロック図である。

以下、本発明に係る回路遮断器の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、各図において同一符号は同一、若しくは相当部分を示している。

実施の形態１．
図１は実施の形態１に係る回路遮断器のブロック図であり、三相４線式電路において接点部の異常を検出する構成を示している。

図１に示すように、実施の形態１に係る回路遮断器は、電路１に設けられた開閉接点２、変流器３、負荷電流検出部４、電源側電圧検出抵抗５、負荷側電圧検出抵抗６、異常検出用変流器７、電圧降下検出部８、警報レベル設定部９と波形比較部１０を有する接点部異常監視装置、および、警報部１１と、引外し装置１２とから構成されている。
電路１は、電源および負荷を接続し、電路１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄを有する。開閉接点２は、電源および負荷の間を開閉する電路１に設けられ、開閉接点２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄを有する。
変流器３は変流器３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄを有し、開閉接点２が閉路状態の場合に電源から負荷に流れる負荷電流に比例した出力信号（電流信号）を出力する。
負荷電流検出部４は、変流器３からの出力信号を負荷電流信号（アナログ信号またはデジタル信号）に変換して出力する。
電源側電圧検出抵抗５は、開閉接点２に対して電源側に接続され、電源側電圧（電源側電位Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４からなる電位差）を電源側電圧検出電流（電源側電圧検出電流ｉ１、ｉ２、ｉ３、ｉ４）に変換する。電源側電圧検出電流ｉ１、ｉ２、ｉ３にそれぞれ対応する電源側電圧検出抵抗５ａ、５ｂ、５ｃを有する。
負荷側電圧検出抵抗６は、開閉接点２に対して負荷側に接続され、負荷側電圧（負荷側電位Ｖ５、Ｖ６、Ｖ７、Ｖ８からなる電位差）を負荷側電圧検出電流（負荷側電圧検出電流ｉ５、ｉ６、ｉ７、ｉ８）に変換する。負荷側電圧検出電流ｉ５、ｉ６、ｉ７にそれぞれ対応する負荷側電圧検出抵抗６ａ、６ｂ、６ｃを有する。
異常検出用変流器７は、電源側電圧検出抵抗５に流れる電源側電圧検出電流および負荷側電圧検出抵抗６に流れる負荷側電圧検出電流によって発生する差分電流に比例した出力信号（電圧信号）を出力する。異常検出用変流器７は、例えば零相変流器を用いることができる。
電圧降下検出部８は、異常検出用変流器７からの差分電流に比例した出力信号を差分電圧信号（アナログ電圧信号またはデジタル電圧信号）に変換し、電圧降下の実測値となる出力信号を出力する。
警報レベル設定部９は、不揮発性メモリなどの記憶素子からなり、出荷調整時に予め設定された開閉接点における正常な閉路状態の抵抗値である接触抵抗の初期値、および警報レベル値を記憶する。ここで、警報レベル値とは、開閉接点における電圧降下の正常値と異常が発生した場合における電圧降下の実測値とに基づく電圧差の許容範囲である。警報レベル値は必要に応じて変更可能であり、警報レベル設定部９に入力することができる。
波形比較部１０は、負荷電流検出部４から出力された負荷電流信号に基づいた負荷電流の値および警報レベル設定部９に記録された接触抵抗の初期値により閉路状態の場合における電圧降下の正常値を算出し、電圧降下検出部８から出力された差分電圧信号に基づき開閉接点２における電圧降下の実測値を取得し、電圧降下の正常値および電圧降下の実測値より電圧降下差分値を算出し、予め設定された警報レベル値と比較して、電圧降下差分値が、警報レベル値を超えた場合には、開閉接点２の接触抵抗が初期値から逸脱していると判定し、警報信号を出力する。
警報部１１は、波形比較部１０から出力された警報信号を受信した場合に警報を発する。
引外し装置１２は、電路１を流れる電流に応じて開閉接点を開放することができる。

次に、以上のように構成された本発明の実施の形態１に係る回路遮断器について、図１を用いて動作を説明する。
正常な閉路状態において、電路１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄをそれぞれ流れる負荷電流Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃ、Ｉｄは、それぞれ変流器３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄにより検出され、負荷電流Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃ、Ｉｄに比例した電流信号が出力信号として負荷電流検出部４に出力される。
負荷電流検出部４は取得した負荷電流Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃ、Ｉｄに比例した出力信号を負荷電流信号に変換し、波形比較部１０へ出力する。

警報レベル設定部９には、予め入力された開閉接点２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの接触抵抗の初期値Ｘａ、Ｘｂ、Ｘｃ、Ｘｄが記録されており、接触抵抗の初期値Ｘａ、Ｘｂ、Ｘｃ、Ｘｄは波形比較部１０へと出力される。ここで、接触抵抗の初期値とは、回路遮断器の出荷調整時に測定された接触抵抗値である。なお、電圧降下の正常値と電圧降下の実測値に基づき異常が発生した場合における電圧降下差分値を算出する方法については、後述する。
波形比較部１０は、取得した接触抵抗の初期値Ｘａ、Ｘｂ、Ｘｃ、Ｘｄと前述の負荷電流Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃ、Ｉｄから、正常な閉路状態における開閉接点２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの電圧降下の正常値ΔＵａ、ΔＵｂ、ΔＵｃ、ΔＵｄをそれぞれ式（１−１）、式（１−２）、式（１−３）、式（１―４）にて導出する。

また、電路１ａ、１ｂ、１ｃ、と電路１ｄの電源側の線間には、電源側電圧検出抵抗５ａ、５ｂ、５ｃが接続される。電路１ａ、１ｂ、１ｃおよび１ｄの電源側電位をそれぞれＶ１、Ｖ２、Ｖ３およびＶ４と定義し、電源側電圧検出抵抗５ａ、５ｂおよび５ｃに流れる電流をそれぞれ電源側電圧検出電流ｉ１、ｉ２およびｉ３と定義し、電源側電圧検出抵抗を介して電路１ｄへと流れる電流を電源側電圧検出電流ｉ４と定義する。
ここで、図１に示すとおり、電源側電圧検出抵抗５ａおよび電源側電圧検出抵抗５ｂに接続された配線を異常検出用変流器７に巻線された電路１ｄの電源側に接続し、さらに電路１ｄの電源側に接続された配線を異常検出用変流器７に巻線された電源側電圧検出抵抗５ｃの配線に接続するように結線すれば、異常検出用変流器７から出力された電源側電圧検出電流の合計電流ｉは、式（２）にて表される。

ここで、Ｎは異常検出用変流器７に巻線された電源側の配線の巻数を表す。
電源側電圧検出電流ｉ１、ｉ２、ｉ３、を電源側電位Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４と電源側電圧検出抵抗５ａ、５ｂ、５ｃの抵抗値Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３で表せば、それぞれ式（３−１）、式（３−２）および式（３−３）となり、電源側電圧検出電流ｉ４は式（３−４）となる。異常検出用変流器７から出力された電源側電圧検出電流の合計電流ｉは式（４）となる。

一方、電路１ａ、１ｂ、１ｃと電路１ｄの負荷側の線間には、負荷側電圧検出抵抗６ａ、６ｂ、６ｃが接続される。電路１ａ、１ｂ、１ｃおよび１ｄの負荷側電位をそれぞれＶ５、Ｖ６、Ｖ７およびＶ８と定義し、負荷側電圧検出抵抗６ａ、６ｂおよび６ｃに流れる電流をそれぞれ負荷側電圧検出電流ｉ５、ｉ６およびｉ７と定義し、負荷側電圧検出抵抗を介して電路１ｄへと流れる電流を負荷側電圧検出電流ｉ８と定義する。
ここで、図１に示すとおり、負荷側電圧検出抵抗６ａおよび負荷側電圧検出抵抗６ｂに接続された配線を異常検出用変流器７に巻線された電路１ｄの負荷側に接続し、さらに電路１ｄの負荷側に接続された配線を異常検出用変流器７に巻線された負荷側電圧検出抵抗６ｃの配線に接続するように結線すれば、異常検出用変流器７から出力された負荷側電圧検出電流の合計電流ｉ１０は、式（５）にて表される。

ここで、Ｎ１０は異常検出用変流器７に巻線された負荷側の配線の巻数を表す。
負荷側電圧検出電流ｉ５、ｉ６、ｉ７、ｉ８を負荷側電位Ｖ５、Ｖ６、Ｖ７、Ｖ８と負荷側電圧検出抵抗６ａ、６ｂ、６ｃの抵抗値Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７で表せば、それぞれ式（６−１）、式（６−２）、式（６−３）および式（６−４）となる。異常検出用変流器７から出力された負荷側電圧検出電流の合計電流ｉ１０は式（７）となる。

ここで、Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒ３＝Ｒ５＝Ｒ６＝Ｒ７＝Ｒ［Ω］、Ｎ＝Ｎ１＝Ｍ［ターン］とすれば、異常検出用変流器７から出力された電流によって発生する差分電流信号Δｉ＝ｉ−ｉ１０は、式（８）となる。

なお、ΔＶａ、ΔＶｂ、ΔＶｃ、ΔＶｄはそれぞれ開閉接点２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの電圧降下を表し、式（９−１）、式（９−２）、式（９−３）および式（９−４）となる。

異常検出用変流器７に検出した差分電流信号Δｉに比例した出力信号が電圧降下検出部８へと出力される。電圧降下検出部８は、取得した差分電流信号Δｉに比例した出力信号を波形比較部１０へ出力する。
波形比較部１０は、取得した差分電流信号Δｉの値から開閉接点２ａ〜２ｄにおける電圧降下の実測値ΔＶを式（１０）にて算出する。

開閉接点２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄにおける接触抵抗の実測値をＲａ、Ｒｂ、Ｒｃ、Ｒｄとすれば、式（１０）は前述の負荷電流Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃ、Ｉｄを用いて、式（１１）となる。

一方、波形比較部１０は、式（１−１）、式（１−２）、式（１−３）および式（１−４）にて導出した正常な閉路状態における電圧降下の正常値ΔＵａ、ΔＵｂ、ΔＵｃ、ΔＵｄを用いて、開閉接点２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄにおける接点部電圧降下の正常値ΔＵを式（１２）にて推定する。

ここで、図２は、実施の形態１に係る回路遮断器の動作を示すシミュレーション結果の一例である。図２において、横軸は時間、縦軸は電圧レベルを示す。
図２（Ａ）に示すように、開閉接点２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄが正常な閉路状態である場合、接触抵抗の実測値Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃ、Ｒｄと接触抵抗の初期値Ｘａ、Ｘｂ、Ｘｃ、Ｘｄはおおよそ一致するため、電圧降下差分値ΔＶ−ΔＵは式（１３）となる。

開閉接点２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄに異常が生じて接触抵抗の実測値Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃ、Ｒｄが増大した場合、接触抵抗の実測値Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃ、Ｒｄと接触抵抗の初期値Ｘａ、Ｘｂ、Ｘｃ、Ｘｄとの乖離は大きくなるため、図２（Ｂ）に示すように、電圧降下差分値ΔＶ−ΔＵの振幅は接触抵抗の実測値に伴い大きくなり、正方向警報レベル値および負方向警報レベル値以上になる。
したがって、電圧降下差分値ΔＶ−ΔＵの大きさを監視し、警報レベル設定部９に設定された警報レベル値と比較することで、開閉接点の異常を検出することができる。

電圧降下差分値ΔＶ−ΔＵの大きさが警報レベル値を超えた場合、波形比較部１０は警報信号を警報部１１へと出力する。警報部１１は、波形比較部１０から出力された警報信号を受信した場合、警報を外部機器に出力することで、開閉接点２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの異常を通知することができる。

なお、実施の形態１では、電源側電圧検出抵抗５ａ、５ｂ、５ｃおよび負荷側電圧検出抵抗６ａ、６ｂ、６ｃの抵抗値にばらつきがあった場合、抵抗値のばらつきにより開閉接点２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの電圧降下の実測値ΔＶに測定誤差が生じるため、波形比較部１０に電源側電圧検出抵抗５ａ、５ｂ、５ｃおよび負荷側電圧検出抵抗６ａ、６ｂ、６ｃの抵抗値ばらつきを補正する機能を持たせることで、より測定精度を高めることができる。

抵抗値のばらつきは温度、湿度環境および経年劣化によっても生じるが、電源側電圧検出抵抗５ａ、５ｂ、５ｃおよび負荷側電圧検出抵抗６ａ、６ｂ、６ｃの定数を統一し、同一仕様の抵抗部品により回路を構成することにより、すべての部品が温度、湿度環境および経年劣化に対して均一な抵抗値変化を取るため、より測定の信頼性を高めることができる。
また、電源側電圧検出抵抗５ａ、５ｂ、５ｃおよび負荷側電圧検出抵抗６ａ、６ｂ、６ｃを同一基板上に配置することによって、位置による温度と湿度環境の影響を受けにくくすることが可能となり、より測定の信頼性を高めることができる。

実施の形態１に係る接点部異常監視装置およびこれを用いる回路遮断器によれば、開閉接点の電源側および負荷側の線間にそれぞれ接続された電圧検出抵抗を流れる電流の差分から算出した開閉接点の電圧降下の実測値と、負荷電流および開閉接点の接触抵抗の初期値から算出した開閉接点の電圧降下の正常値とを比較することにより、接点部の異常の有無を監視することができる。開閉接点部の電圧降下を非接触で測定できるため、開閉接点間の絶縁に影響せず、回路遮断器の安全性を高めることができる。

実施の形態２．
図３は実施の形態２に係る回路遮断器のブロック図であり、単相３線式電路および三相３線式電路において接点部の異常を検出する構成を示している。

図３に示すように、実施の形態２に係る回路遮断器は、実施の形態１と同様に、電路１に設けられた開閉接点２、変流器３、負荷電流検出部４、電源側電圧検出抵抗５、負荷側電圧検出抵抗６、異常検出用変流器７、電圧降下検出部８、警報レベル設定部９と波形比較部１０を有する接点部異常監視装置、および、警報部１１と、引外し装置１２とから構成されている。
電路１は、電源および負荷を接続し、電路１ａ、１ｂ、１ｃを有する。開閉接点２は、電源および負荷の間を開閉する電路１に設けられ、開閉接点２ａ、２ｂ、２ｃを有する。
変流器３は変流器３ａ、３ｂ、３ｃを有し、開閉接点２が閉路状態の場合に電源から負荷に流れる負荷電流に比例した出力信号（電流信号）を出力する。
負荷電流検出部４は、変流器３からの出力信号を負荷電流信号（アナログ信号またはデジタル信号）に変換して出力する。
電源側電圧検出抵抗５は、開閉接点２に対して電源側に接続され、電源側電圧（電源側電位Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３からなる電位差）を電源側電圧検出電流（電源側電圧検出電流ｉ１、ｉ２、ｉ３）に変換する。電源側電圧検出電流ｉ１、ｉ２、ｉ３にそれぞれ対応する電源側電圧検出抵抗５ａ、５ｂ、５ｃを有する。
負荷側電圧検出抵抗６は、開閉接点２に対して負荷側に接続され、負荷側電圧（負荷側電位Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６からなる電位差）を負荷側電圧検出電流（負荷側電圧検出電流ｉ４、ｉ５、ｉ６）に変換する。負荷側電圧検出電流ｉ４、ｉ５、ｉ６にそれぞれ対応する負荷側電圧検出抵抗６ａ、６ｂ、６ｃを有する。
異常検出用変流器７は、電源側電圧検出抵抗５に流れる電源側電圧検出電流および負荷側電圧検出抵抗６に流れる負荷側電圧検出電流によって発生する差分電流に比例した出力信号（電圧信号）を出力する。異常検出用変流器７は、例えば零相変流器を用いることができる。
電圧降下検出部８は、異常検出用変流器７からの差分電流に比例した出力信号を差分電圧信号（アナログ電圧信号またはデジタル電圧信号）に変換し、電圧降下の実測値となる出力信号を出力する。
警報レベル設定部９は、不揮発性メモリなどの記憶素子からなり、出荷調整時に予め設定された開閉接点における正常な閉路状態の抵抗値である接触抵抗の初期値、および警報レベル値を記憶する。ここで、警報レベル値とは、開閉接点における電圧降下の正常値と異常が発生した場合における電圧降下の実測値とに基づく電圧差の許容範囲である。警報レベル値は必要に応じて変更可能であり、警報レベル設定部９に入力することができる。
波形比較部１０は、負荷電流検出部４から出力された負荷電流信号に基づいた負荷電流の値および警報レベル設定部９に記録された接触抵抗の初期値により閉路状態の場合における電圧降下の正常値を算出し、電圧降下検出部８から出力された差分電圧信号に基づき開閉接点２における電圧降下の実測値を取得し、電圧降下の正常値および電圧降下の実測値より電圧降下差分値を算出し、予め設定された警報レベル値と比較して、電圧降下差分値が、警報レベル値を超えた場合には、開閉接点２の接触抵抗が初期値から逸脱していると判定し、警報信号を出力する。
警報部１１は、波形比較部１０から出力された警報信号を受信した場合に警報を発する。
引外し装置１２は、電路１を流れる電流に応じて開閉接点を開放することができる。

次に、以上のように構成された本発明の実施の形態２に係る回路遮断器について、図３を用いて動作を説明する。
正常な閉路状態において、電路１ａ、１ｂ、１ｃをそれぞれ流れる負荷電流Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃは、それぞれ変流器３ａ、３ｂ、３ｃにより検出され、負荷電流Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃに比例した電流信号が出力信号として負荷電流検出部４に出力される。
負荷電流検出部４は取得した負荷電流Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃに比例した出力信号を負荷電流信号に変換し、波形比較部１０へ出力する。

警報レベル設定部９には、予め入力された開閉接点２ａ、２ｂ、２ｃの接触抵抗の初期値Ｘａ、Ｘｂ、Ｘｃが記録されており、接触抵抗の初期値Ｘａ、Ｘｂ、Ｘｃは波形比較部１０へと出力される。ここで、接触抵抗の初期値とは、回路遮断器の出荷調整時に測定された接触抵抗値である。なお、電圧降下の正常値と電圧降下の実測値に基づき異常が発生した場合における電圧降下差分値を算出する方法については、後述する。
波形比較部１０は、取得した接触抵抗の初期値Ｘａ、Ｘｂ、Ｘｃと前述の負荷電流Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃから、正常な閉路状態における開閉接点２ａ、２ｂ、２ｃの電圧降下の正常値ΔＵａ、ΔＵｂ、ΔＵｃをそれぞれ式（１４−１）、式（１４−２）および式（１４−３）にて導出する。

また、電路１ａ、１ｂ、１ｃの電源側の線間には、電源側電圧検出抵抗５ａ、５ｂ、５ｃが接続される。電路１ａ、１ｂおよび１ｃの電源側電位をそれぞれＶ１、Ｖ２およびＶ３と定義し、電源側電圧検出抵抗５ａ、５ｂと５ｃに流れる電流をそれぞれ電源側電圧検出電流ｉ１、ｉ２およびｉ３と定義する。
ここで、図３に示すとおり、電源側電圧検出抵抗５ａおよび電源側電圧検出抵抗５ｂに接続された配線を異常検出用変流器７に巻線され、さらに異常検出用変流器７に巻線された電路１ｃの電源側に接続された電源側電圧検出抵抗５ｃの配線に結線すれば、異常検出用変流器７から出力された電源側電圧検出電流の合計電流ｉは、式（１５）にて表される。

ここで、Ｎは異常検出用変流器７に巻線された電源側の配線の巻数を表す。
電源側電圧検出電流ｉ１、ｉ２、ｉ３を電源側電位Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３と電源側電圧検出抵抗５ａ、５ｂ、５ｃの抵抗値Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３で表せば、それぞれ式（１６−１）、式（１６−２）および（１６−３）となる。異常検出用変流器７から出力された電源側電圧検出電流の合計電流ｉは式（１７）となる。

一方、電路１ａ、１ｂ、１ｃの負荷側の線間には、負荷側電圧検出抵抗６ａ、６ｂ、６ｃが接続される。電路１ａ、１ｂおよび１ｃの負荷側電位をそれぞれＶ４、Ｖ５およびＶ６と定義し、負荷側電圧検出抵抗６ａ、６ｂおよび６ｃに流れる電流をそれぞれ負荷側電圧検出電流ｉ４、ｉ５およびｉ６と定義する。
ここで、図３に示すとおり、負荷側電圧検出抵抗６ａおよび負荷側電圧検出抵抗６ｂに接続された配線を異常検出用変流器７に巻線され、さらに異常検出用変流器７に巻線された電路１ｃの負荷側に接続された負荷側電圧検出抵抗６ｃの配線に結線すれば、異常検出用変流器７から出力された負荷側電圧検出電流の合計電流ｉ１０は、式（１８）にて表される。

ここで、Ｎ１０は異常検出用変流器７に巻線された電源側の配線の巻数を表す。
負荷側電圧検出電流ｉ４、ｉ５、ｉ６を負荷側電位Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６と負荷側電圧検出抵抗６ａ、６ｂ、６ｃの抵抗値Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６で表せば、それぞれ式（１９−１）、式（１９−２）および式（１９−３）となる。異常検出用変流器７から出力された負荷側電圧検出電流の合計電流ｉ１０は式（２０）となる。

ここで、Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒ３＝Ｒ４＝Ｒ５＝Ｒ６＝Ｒ［Ω］、Ｎ＝Ｎ１０＝Ｍ［ターン］とすれば、異常検出用変流器７から出力された電流によって発生する差分電流信号Δｉ＝ｉ−ｉ１０は、式（２１）となる。

なお、ΔＶａ、ΔＶｂ、ΔＶｃはそれぞれ開閉接点２ａ、２ｂ、２ｃの電圧降下を表し、式（２２−１）、式（２２−２）および式（２２−３）となる。

異常検出用変流器７に検出した差分電流信号Δｉに比例した出力信号が電圧降下検出部８へと出力される。電圧降下検出部８は、取得した差分電流信号Δｉに比例した出力信号を波形比較部１０へ出力する。
波形比較部１０は、取得した差分電流信号Δｉの値から開閉接点２ａ〜２ｃにおける接点部電圧降下の実測値ΔＶを式（２３）にて算出する。

開閉接点２ａ、２ｂ、２ｃにおける接触抵抗の実測値をＲａ、Ｒｂ、Ｒｃとすれば、式（２３）は前述の負荷電流Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃを用いて、式（２４）となる。

一方、波形比較部１０は、式（１４−１）、式（１４−２）および式（１４−３）にて導出した正常な閉路状態における電圧降下の正常値ΔＵａ、ΔＵｂ、ΔＵｃを用いて、開閉接点２ａ〜２ｃにおける接点部電圧降下の正常値ΔＵを式（２５）にて推定する。

開閉接点２ａ、２ｂ、２ｃが正常な閉路状態である場合、接触抵抗の実測値Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃと接触抵抗の初期値Ｘａ、Ｘｂ、Ｘｃはおおよそ一致するため、電圧降下差分値ΔＶ−ΔＵは式（２６）となる。

開閉接点２ａ、２ｂ、２ｃに異常が生じて接触抵抗の実測値Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃが増大した場合、接触抵抗の実測値Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃと接触抵抗の初期値Ｘａ、Ｘｂ、Ｘｃとの乖離は大きくなるため、電圧降下差分値ΔＶ−ΔＵの振幅は接触抵抗の実測値に伴い大きくなり、正方向警報レベル値および負方向警報レベル値以上になる。
したがって、電圧降下差分値ΔＶ−ΔＵの大きさを監視し、警報レベル設定部９に設定された警報レベル値と比較することで、開閉接点の異常を検出することができる。
電圧降下差分値ΔＶ−ΔＵの大きさが警報レベル値を超えた場合、波形比較部１０は警報信号を警報部１１へと出力する。警報部１１は、波形比較部１０から出力された警報信号を受信した場合、警報を外部機器に出力することで、開閉接点２ａ、２ｂ、２ｃの異常を通知することができる。

なお、実施の形態２では、実施の形態１と同様に、電源側電圧検出抵抗５ａ、５ｂ、５ｃおよび負荷側電圧検出抵抗６ａ、６ｂ、６ｃの抵抗値にばらつきがあった場合、抵抗値のばらつきにより開閉接点２ａ、２ｂ、２ｃの電圧降下の実測値ΔＶに測定誤差が生じるため、波形比較部１０に電源側電圧検出抵抗５ａ、５ｂ、５ｃおよび負荷側電圧検出抵抗６ａ、６ｂ、６ｃの抵抗値ばらつきを補正する機能を持たせることで、より測定精度を高めることができる。
電源側電圧検出抵抗５ａ、５ｂ、５ｃおよび負荷側電圧検出抵抗６ａ、６ｂ、６ｃについては、実施の形態１と同様に、同一仕様の抵抗部品を使用することが望ましい。また、同一基板上に配置されることによって、位置による温度と湿度環境の影響を受けにくくすることが可能となり、より測定の信頼性を高めることができる。

実施の形態２に係る接点部異常監視装置およびこれを用いる回路遮断器によれば、開閉接点の電源側および負荷側の線間にそれぞれ接続された電圧検出抵抗を流れる電流の差分から算出した開閉接点の電圧降下の実測値と、負荷電流および開閉接点の接触抵抗の初期値から算出した開閉接点の電圧降下の正常値とを比較することにより、接点部の異常の有無を監視することができる。開閉接点部の電圧降下を非接触で測定できるため、開閉接点間の絶縁に影響せず、回路遮断器の安全性を高めることができる。

実施の形態３．
図４は実施の形態３に係る回路遮断器のブロック図であり、単相２線式電路において接点部の異常を検出する構成を示している。

図４に示すように、実施の形態３に係る回路遮断器は、実施の形態１と実施の形態２と同様に、電路１に設けられた開閉接点２、変流器３、負荷電流検出部４、電源側電圧検出抵抗５、負荷側電圧検出抵抗６、異常検出用変流器７、電圧降下検出部８、警報レベル設定部９と波形比較部１０を有する接点部異常監視装置、および、警報部１１と、引外し装置１２とから構成されている。
電路１は、電源および負荷を接続し、電路１ａ、１ｂを有する。開閉接点２は、電源および負荷の間を開閉する電路１に設けられ、開閉接点２ａ、２ｂを有する。
変流器３は変流器３ａ、３ｂを有し、開閉接点２が閉路状態の場合に電源から負荷に流れる負荷電流に比例した出力信号（電流信号）を出力する。
負荷電流検出部４は、変流器３からの出力信号を負荷電流信号（アナログ信号またはデジタル信号）に変換して出力する。
電源側電圧検出抵抗５は、開閉接点２に対して電源側に接続され、電源側電圧（電源側電位Ｖ１、Ｖ２からなる電位差）を電源側電圧検出電流（電源側電圧検出電流ｉ１、ｉ２）に変換する。電源側電圧検出電流ｉ１、ｉ２にそれぞれ対応する電源側電圧検出抵抗５ａ、５ｂを有する。
負荷側電圧検出抵抗６は、開閉接点２に対して負荷側に接続され、負荷側電圧（負荷側電位Ｖ３、Ｖ４からなる電位差）を負荷側電圧検出電流（負荷側電圧検出電流ｉ３、ｉ４）に変換する。負荷側電圧検出電流ｉ３、ｉ４にそれぞれ対応する負荷側電圧検出抵抗６ａ、６ｂを有する。
異常検出用変流器７は、電源側電圧検出抵抗５に流れる電源側電圧検出電流および負荷側電圧検出抵抗６に流れる負荷側電圧検出電流によって発生する差分電流に比例した出力信号（電流信号または電圧信号）を出力する。異常検出用変流器７は、例えば零相変流器を用いることができる。
電圧降下検出部８は、異常検出用変流器７からの差分電流に比例した出力信号を差分電圧信号（アナログ電圧信号またはデジタル電圧信号）に変換し、電圧降下の実測値となる出力信号を出力する。
警報レベル設定部９は、不揮発性メモリなどの記憶素子からなり、出荷調整時に予め設定された開閉接点における正常な閉路状態の抵抗値である接触抵抗の初期値、および警報レベル値を記憶する。ここで、警報レベル値とは、開閉接点における電圧降下の正常値と異常が発生した場合における電圧降下の実測値とに基づく電圧差の許容範囲である。警報レベル値は必要に応じて変更可能であり、警報レベル設定部９に入力することができる。
波形比較部１０は、負荷電流検出部４から出力された負荷電流信号に基づいた負荷電流の値および警報レベル設定部９に記録された接触抵抗の初期値により閉路状態の場合における電圧降下の正常値を算出し、電圧降下検出部８から出力された差分電圧信号に基づき開閉接点２における電圧降下の実測値を取得し、電圧降下の正常値および電圧降下の実測値より電圧降下差分値を算出し、予め設定された警報レベル値と比較して、電圧降下差分値が、警報レベル値を超えた場合には、開閉接点２の接触抵抗が初期値から逸脱していると判定し、警報信号を出力する。
警報部１１は、波形比較部１０から出力された警報信号を受信した場合に警報を発する。
引外し装置１２は、電路１を流れる電流に応じて開閉接点を開放することができる。

次に、以上のように構成された本発明の実施の形態３に係る回路遮断器について、図４を用いて動作を説明する。
正常な閉路状態において、電路１ａ、１ｂをそれぞれ流れる負荷電流Ｉａ、Ｉｂは、それぞれ変流器３ａ、３ｂにより検出され、負荷電流Ｉａ、Ｉｂに比例した電流信号が出力信号として負荷電流検出部４に出力される。
負荷電流検出部４は取得した負荷電流Ｉａ、Ｉｂに比例した出力信号を負荷電流信号に変換し、波形比較部１０へ出力する。

警報レベル設定部９には、予め入力された開閉接点２ａ、２ｂの接触抵抗の初期値Ｘａ、Ｘｂが記録されており、接触抵抗の初期値Ｘａ、Ｘｂは波形比較部１０へと出力される。ここで、接触抵抗の初期値とは、回路遮断器の出荷調整時に測定された接触抵抗値である。なお、電圧降下の正常値と電圧降下の実測値に基づき異常が発生した場合における電圧降下差分値を算出する方法については、後述する。
波形比較部１０は、取得した接触抵抗の初期値Ｘａ、Ｘｂと前述の負荷電流Ｉａ、Ｉｂから、正常な閉路状態における開閉接点２ａ、２ｂの電圧降下の正常値ΔＵａ、ΔＵｂをそれぞれ式（２７−１）、式（２７−２）にて導出する。

また、電路１ａ、１ｂの電源側の線間には、電源側電圧検出抵抗５ａ、５ｂが接続される。電路１ａおよび１ｂの電源側電位をそれぞれＶ１およびＶ２と定義し、電源側電圧検出抵抗５ａおよび５ｂに流れる電流をそれぞれ電源側電圧検出電流ｉ１およびｉ２と定義する。
ここで、図４に示すとおり、電源側電圧検出抵抗５ａおよび電源側電圧検出抵抗５ｂに接続された配線を異常検出用変流器７に巻線され、異常検出用変流器７から出力された電源側電圧検出電流の合計電流ｉは、式（２８）にて表される。

ここで、Ｎは異常検出用変流器７に巻線された電源側の配線の巻数を表す。
電源側電圧検出電流ｉ１、ｉ２を電源側電位Ｖ１、Ｖ２と電源側電圧検出抵抗５ａ、５ｂの抵抗値Ｒ１、Ｒ２で表せば、それぞれ式（２９−１）および式（２９−２）となる。異常検出用変流器７から出力された電源側電圧検出電流の合計電流ｉは式（３０）となる。

一方、電路１ａ、１ｂの負荷側の線間には、負荷側電圧検出抵抗６ａ、６ｂが接続される。電路１ａおよび１ｂの負荷側電位をそれぞれＶ３およびＶ４と定義し、負荷側電圧検出抵抗６ａおよび６ｂに流れる電流をそれぞれ負荷側電圧検出電流ｉ３およびｉ４と定義する。
ここで、図４に示すとおり、負荷側電圧検出抵抗６ａおよび負荷側電圧検出抵抗６ｂに接続された配線を異常検出用変流器７に巻線され、異常検出用変流器７から出力された負荷側電圧検出電流の合計電流ｉ１０は、式（３１）にて表される。

ここで、Ｎ１０は異常検出用変流器７に巻線された電源側の配線の巻数を表す。
負荷側電圧検出電流ｉ３、ｉ４を負荷側電位Ｖ３、Ｖ４と負荷側電圧検出抵抗６ａ、６ｂの抵抗値Ｒ３、Ｒ４で表せば、式（３２−１）と式（３２−２）となる。異常検出用変流器７から出力された負荷側電圧検出電流の合計電流ｉ１０は式（３３）となる。

ここで、Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒ３＝Ｒ４＝Ｒ［Ω］、Ｎ＝Ｎ１０＝Ｍ［ターン］とすれば、異常検出用変流器７から出力された電流によって発生する差分電流信号Δｉ＝ｉ−ｉ１０は、式（３４）となる。

なお、ΔＶａ、ΔＶｂは開閉接点２ａ、２ｂの電圧降下を表し、式（３５−１）および式（３５−２）となる。

異常検出用変流器７に検出した差分電流信号Δｉに比例した出力信号が電圧降下検出部８へと出力される。電圧降下検出部８は、取得した差分電流信号Δｉに比例した出力信号を波形比較部１０へ出力する。
波形比較部１０は、取得した差分電流信号Δｉの値から開閉接点２ａ〜２ｂの電圧降下の実測値ΔＶを式（３６）にて算出する。

開閉接点２ａ、２ｂにおける接触抵抗の実測値をＲａ、Ｒｂとすれば、式（３６）は前述の負荷電流Ｉａ、Ｉｂを用いて、式（３７）となる。

一方、波形比較部１０は、式（２７−１）と式（２７−２）にて導出した正常な閉路状態における電圧降下の正常値ΔＵａ、ΔＵｂを用いて、開閉接点２ａ、２ｂにおける電圧降下の正常値ΔＵを式（３８）にて推定する。

開閉接点２ａ、２ｂが正常な閉路状態である場合、接触抵抗の実測値Ｒａ、Ｒｂと接触抵抗の初期値Ｘａ、Ｘｂはおおよそ一致するため、電圧降下差分値ΔＶ−ΔＵは式（３９）となる。

開閉接点２ａ、２ｂに異常が生じて接触抵抗の実測値Ｒａ、Ｒｂが増大した場合、接触抵抗の実測値Ｒａ、Ｒｂと接触抵抗の初期値Ｘａ、Ｘｂとの乖離は大きくなるため、電圧降下差分値ΔＶ−ΔＵの振幅は接触抵抗の実測値に伴い大きくなり、正方向警報レベル値および負方向警報レベル値以上になる。
したがって、電圧降下差分値ΔＶ−ΔＵの大きさを監視し、警報レベル設定部９に設定された警報レベル値と比較することで、開閉接点の異常を検出することができる。
電圧降下差分値ΔＶ−ΔＵの大きさが警報レベル値を超えた場合、波形比較部１０は警報信号を警報部１１へと出力する。警報部１１は、波形比較部１０から出力された警報信号を受信した場合、警報を外部機器に出力することで、開閉接点２ａ、２ｂの異常を通知することができる。

なお、実施の形態３では、実施の形態１と同様に、電源側電圧検出抵抗５ａ、５ｂおよび負荷側電圧検出抵抗６ａ、６ｂの抵抗値にばらつきがあった場合、抵抗値のばらつきにより開閉接点２ａ、２ｂの電圧降下の実測値ΔＶに測定誤差が生じるため、波形比較部１０に電源側電圧検出抵抗５ａ、５ｂおよび負荷側電圧検出抵抗６ａ、６ｂの抵抗値ばらつきを補正する機能を持たせることで、より測定精度を高めることができる。
電源側電圧検出抵抗５ａ、５ｂおよび負荷側電圧検出抵抗６ａ、６ｂについては、実施の形態１と同様に、同一仕様の抵抗部品を使用することが望ましい。また、同一基板上に配置されることによって、位置による温度と湿度環境の影響を受けにくくすることが可能となり、より測定の信頼性を高めることができる。

実施の形態３に係る接点部異常監視装置およびこれを用いる回路遮断器によれば、開閉接点の電源側および負荷側の線間にそれぞれ接続された電圧検出抵抗を流れる電流の差分から算出した開閉接点の電圧降下の実測値と、負荷電流および開閉接点の接触抵抗の初期値から算出した開閉接点の電圧降下の正常値とを比較することにより、接点部の異常の有無を監視することができる。開閉接点部の電圧降下を非接触で測定できるため、開閉接点間の絶縁に影響せず、回路遮断器の安全性を高めることができる。

１ 電路、２ 開閉接点、３ 変流器、４ 負荷電流検出部、５ 電源側電圧検出抵抗、６ 負荷側電圧検出抵抗、７ 異常検出用変流器、８ 電圧降下検出部、９ 警報レベル設定部、１０ 波形比較部、１１ 警報部、１２ 引外し装置

Claims (8)

1. 電源と負荷とを接続する電路を開閉する開閉接点が閉路状態の場合に前記電路に流れる負荷電流を検出する変流器と、
   前記負荷電流の信号を出力する負荷電流検出部と、
   前記開閉接点の前記電源側の電路に接続された電源側電圧検出抵抗と、
   前記開閉接点の前記負荷側の電路に接続された負荷側電圧検出抵抗と、
   前記電源側電圧検出抵抗および前記負荷側電圧検出抵抗に流れる電流によって発生する差分電流を検出する異常検出用変流器と、
   前記差分電流に基づき前記開閉接点における電圧降下の実測値となる出力信号を出力する電圧降下検出部と、
   前記負荷電流の値および前記開閉接点の接触抵抗の初期値に基づき、電圧降下の正常値を算出し、前記電圧降下の正常値および前記電圧降下の実測値に基づき電圧降下差分値を算出し、前記電圧降下差分値と予め設定された警報レベル値とを比較して、前記電圧降下差分値が前記警報レベル値を超えた場合、前記開閉接点の接触抵抗に異常があると判定し、警報信号を出力する波形比較部と、
   を備える接点部異常監視装置。
2. 前記警報信号が出力された場合に、警報を発する警報部を備える請求項１に記載の接点部異常監視装置。
3. 前記接触抵抗の初期値は、予め設定された前記開閉接点における正常な閉路状態の抵抗値であり、
   前記警報レベル値は、前記開閉接点における前記電圧降下の正常値と異常が発生した場合における前記電圧降下の実測値とに基づいた電圧差の許容範囲であり、
   前記接触抵抗の初期値を記憶し、および前記警報レベル値を設定する警報レベル設定部を備える請求項１または請求項２に記載の接点部異常監視装置。
4. 前記電源側電圧検出抵抗および前記負荷側電圧検出抵抗は、同一仕様の抵抗部品を使用するとともに、同一基板上に配置されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の接点部異常監視装置。
5. 電源と負荷とを接続する電路に設けられ、前記電源および前記負荷の間を開閉する開閉接点と、
   前記開閉接点が閉路状態の場合に前記電路に流れる負荷電流を検出する変流器と、
   前記負荷電流の信号を出力する負荷電流検出部と、
   前記開閉接点の前記電源側の電路に接続された電源側電圧検出抵抗と、
   前記開閉接点の前記負荷側の電路に接続された負荷側電圧検出抵抗と、
   前記電源側電圧検出抵抗および前記負荷側電圧検出抵抗に流れる電流によって発生する差分電流を検出する異常検出用変流器と、
   前記差分電流に基づき前記開閉接点における電圧降下の実測値となる出力信号を出力する電圧降下検出部と、
   前記負荷電流の値および前記開閉接点の接触抵抗の初期値に基づき、電圧降下の正常値を算出し、前記電圧降下の正常値および前記電圧降下の実測値に基づき電圧降下差分値を算出し、前記電圧降下差分値と予め設定された警報レベル値とを比較して、前記電圧降下差分値が前記警報レベル値を超えた場合、前記開閉接点の接触抵抗に異常があると判定し、警報信号を出力する波形比較部と、
   前記開閉接点を開放可能な引外し装置と、
   を備える回路遮断器。
6. 前記警報信号が出力された場合に、警報を発する警報部を備える請求項５に記載の回路遮断器。
7. 前記接触抵抗の初期値は、予め設定された前記開閉接点における正常な閉路状態の抵抗値であり、
   前記警報レベル値は、前記開閉接点における前記電圧降下の正常値と異常が発生した場合における前記電圧降下の実測値とに基づいた電圧差の許容範囲であり、
   前記接触抵抗の初期値を記憶し、および前記警報レベル値を設定する警報レベル設定部を備える請求項５または請求項６に記載の回路遮断器。
8. 前記電源側電圧検出抵抗および前記負荷側電圧検出抵抗は、同一仕様の抵抗部品を使用するとともに、同一基板上に配置されることを特徴とする請求項５から請求項７のいずれか１項に記載の回路遮断器。

Images