TW202033971A - 接點部異常監視裝置及使用接點部異常監視裝置的電路斷路器 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種以非接觸方式監視開閉接點部之知電壓降異常的接點部異常監視裝置。接點部異常監視裝置，係具備：變流器3，係當將電路1予以開閉的開閉接點2為閉路狀態時，檢測流通於電路1的負載電流；負載電流檢測部4，係輸出負載電流的信號；電源側電壓檢測電阻5，係與開閉接點之電源側的電路連接；負載側電壓檢測電阻6，係與開閉接點之負載側的電路連接；異常檢測用變流器7，係檢測由流通於電源側電壓檢測電阻及負載側電壓檢測電阻的電流所產生的差分電流；電壓降檢測部8，係根據差分電流而輸出成為開閉接點中之電壓降的實測值的輸出信號；以及波形比較部10，係根據負載電流之值、及開閉接點之接觸電阻的初期值，算出電壓降的正常值，且根據電壓降的正常值及電壓降的實測值來算出電壓降差分值，並與預先設定的警報準位值作比較，當電壓降差分值超過警報準位值時，判定開閉接點的接觸電阻有異常，而發出警報信號。
Description
本發明係關於一種監視開閉接點部之異常的接點部異常監視裝置及使用接點部異常監視裝置的電路斷路器。
就電路斷路器的開閉接點部的異常監視而言，已採用一種藉由電壓降法來量測開閉接點部的接觸電阻的方法，該方法係藉由電路中之經由連接至被監視開閉接點部之兩端的絕緣型放大器所檢測之接點部的電壓、與經由變流器所檢測之流通於電路的電流來算出接點部的電阻值，而與電阻的基準值比較來判定異常有無。(例如，專利文獻1)
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1] 日本實開平1-179281號公報。
[發明所欲解決之課題]
然而，在習知方法中，在如電路斷路器般之將接點予以開閉的裝置中，由於直接量測開閉接點部的電壓降，而開閉接點開放後，接點間仍經由連接於接點兩端的電壓量測器而導通，所以無法實質性地確保接點開放時之接點間的絕緣。
本發明係解決上述問題點所研創者，目的在於提供一種以非接觸方式量測開閉接點部的電壓降，而可安全地監視開閉接點部之異常的接點部異常監視裝置及使用接點部異常監視裝置的電路斷路器。
[用以解決課題之手段]
本發明的接點部異常監視裝置係具備：變流器，係當將連接電源與負載之電路予以開閉的開閉接點為閉路狀態時，檢測流通於電路的負載電流；負載電流檢測部，係輸出負載電流的信號；電源側電壓檢測電阻，係與開閉接點之電源側的電路連接；負載側電壓檢測電阻，係與開閉接點之負載側的電路連接；異常檢測用變流器，係檢測由流通於電源側電壓檢測電阻及負載側電壓檢測電阻的電流所產生的差分電流；電壓降檢測部，係根據差分電流而輸出成為開閉接點中之電壓降的實測值的輸出信號；以及波形比較部，係根據負載電流之值、及開閉接點之接觸電阻的初期值來算出電壓降的正常值，且根據電壓降的正常值及電壓降的實測值來算出電壓降差分值，並對電壓降差分值、與預先設定之警報準位值作比較，當電壓降差分值超過警報準位值時，判定開閉接點的接觸電阻有異常，而發出警報信號。
本發明的電路斷路器係具備：開閉接點，係設置於連接電源及負載的電路，且將電源及負載之間予以開閉者；變流器，係當開閉接點為閉路狀態時，檢測流通於電路的負載電流；負載電流檢測部，係輸出負載電流的信號；電源側電壓檢測電阻，係與開閉接點之電源側的電路連接；負載側電壓檢測電阻，係與開閉接點之負載側的電路連接；異常檢測用變流器，係檢測由流通於電源側電壓檢測電阻及負載側電壓檢測電阻之電流所發生的差分電流；電壓降檢測部，係根據差分電流而輸出成為開閉接點中之電壓降的實測值的輸出信號；波形比較部，係根據負載電流之值、及開閉接點的接觸電阻之初期值來算出電壓降的正常值，且根據電壓降的正常值及電壓降的實測值算出電壓降差分值，且對電壓降差分值、與預先設定之警報準位值作比較，當電壓降差分值超過警報準位值時，判定開閉接點的接觸電阻有異常，而輸出警報信號；以及跳脫裝置，係可將開閉接點開路者。
[發明的功效]
根據本發明的接點部異常監視裝置及使用接點部異常監視裝置的電路斷路器，藉由比較開閉接點的電壓降的實測值與開閉接點的電壓降的正常值，就可監視接點部之異常的有無，該開閉接點的電壓降的實測值係從流通在分別連接於開閉接點之電源側及負載側之線路間的電壓檢測電阻的電流的差分所算出者，該開閉接點的電壓降的正常值係從負載電流及開閉接點的接觸電阻的初期值所算出者。由於能夠以非接觸方式量測開閉接點部的電壓降，所以不會影響開閉接點間的絕緣，可提高電路斷路器的安全性。
以下，使用圖式說明本發明之電路斷路器的實施型態。另外，在各圖中，相同符號係顯示相同、或者相當部分者。
實施型態1
第1圖係實施型態1之電路斷路器的方塊圖，且顯示在三相四線式電路中檢測接點部異常的構成。
如第1圖所示，實施型態1之電路斷路器係由接點部異常監視裝置、及警報部11、跳脫裝置12所構成；其中該接點部異常監視裝置係具有：設置於電路1的開閉接點2、變流器3、負載電流檢測部4、電源側電壓檢測電阻5、負載側電壓檢測電阻6、異常檢測用變流器7、電壓降檢測部8、警報準位設定部9、及波形比較部10。
電路1係連接電源及負載，且具有電路1a、1b、1c、1d。開閉接點2係設置於對電源及負載之間進行開閉的電路1，且具有開閉接點2a、2b、2c、2d。
變流器3係具有變流器3a、3b、3c、3d，且當開閉接點2處於閉路狀態時輸出與從電源流通至負載之負載電流成比例的輸出信號(電流信號)。
負載電流檢測部4係將來自變流器3的輸出信號轉換成負載電流信號(類比信號或數位信號)並予以輸出。
電源側電壓檢測電阻5係與開閉接點2電源側連接，且將電源側電壓(由電源側電位V1、V2、V3、V4所構成的電位差)轉換成電源側電壓檢測電流(電源側電壓檢測電流i1、i2、i3、i4)；且具有分別對應於電源側電壓檢測電流i1、i2、i3的電源側電壓檢測電阻5a、5b、5c。
負載側電壓檢測電阻6係與開閉接點2負載側連接，且將負載側電壓(由負載側電位V5、V6、V7、V8所構成的電位差)轉換成負載側電壓檢測電流(負載側電壓檢測電流i5、i6、i7、i8)；且具有分別對應於負載側電壓檢測電流i5、i6、i7的負載側電壓檢測電阻6a、6b、6c。
異常檢測用變流器7係輸出與由流通於電源側電壓檢測電阻5之電源側電壓檢測電流、及流通於負載側電壓檢測電阻6之負載側電壓檢測電流所產生之差分電流成比例的輸出信號(電壓信號)。異常檢測用變流器7例如可使用零相變流器。
電壓降檢測部8係將與來自異常檢測用變流器7之差分電流成比例的輸出信號轉換成差分電壓信號(類比電壓信號或數位電壓信號)，且輸出成為電壓降之實測值的輸出信號。
警報準位設定部9係由非揮發性記憶體等之記憶元件所構成，且記憶接觸電阻的初期值、及警報準位值，該接觸電阻的初期值係出貨調整時所預先設定之於開閉接點之正常的閉路狀態的電阻值。在此，所謂警報準位值係指：根據開閉接點之電壓降的正常值、及異常發生時之電壓降的實測值的電壓差的容許範圍。警報準位值係可因應需求而變更，且可輸入至警報準位設定部9。
波形比較部10係藉由根據從負載電流檢測部4所輸出之負載電流信號的負載電流值、及記錄於警報準位設定部9之接觸電阻的初期值，來算出於閉路狀態時之電壓降的正常值，且根據從電壓降檢測部8所輸出之差分電壓信號取得開閉接點2之電壓降的實測值，並藉由電壓降的正常值及電壓降的實測值來算出電壓降差分值，且與預先設定之警報準位值作比較，當電壓降差分值超過警報準位值時，判定開閉接點2的接觸電阻脫離初期值，且輸出警報信號。
警報部11係當接收從波形比較部10所輸出的警報信號時發出警報。
跳脫裝置12係可因應流通電路1的電流來將開閉接點開路。
接著，使用第1圖針對以上方式所構成之本發明的實施型態1的電路斷路器，來說明動作。
在正常的閉路狀態中，各自流通電路1a、1b、1c、1d的負載電流Ia、Ib、Ic、Id係各自被變流器3a、3b、3c、3d檢測，且與負載電流Ia、Ib、Ic、Id成比例的電流信號係作為輸出信號而輸出給負載電流檢測部4。
負載電流檢測部4係將取得到的與負載電流Ia、Ib、Ic、Id成比例的輸出信號轉換成負載電流信號，且輸出給波形比較部10。
警報準位設定部9係紀錄了預先輸入之開閉接點2a、2b、2c、2d之接觸電阻的初期值Xa、Xb、Xc、Xd，接觸電阻的初期值Xa、Xb、Xc、Xd係輸出給波形比較部10。在此，接觸電阻的初期值係指：於電路斷路器的出貨調整時所量測到的接觸電阻值。另外，根據電壓降的正常值、與電壓降的實測值來算出異常發生時的電壓降差分值的方法，容後陳述。
波形比較部10係從取得到的接觸電阻的初期值Xa、Xb、Xc、Xd、與前述的負載電流Ia、Ib、Ic、Id，分別利用式子(1-1)、式子(1-2)、式子(1-3)、式子(1-4)來導出於正常的閉路狀態的開閉接點2a、2b、2c、2d之電壓降的正常值ΔUa、ΔUb、ΔUc、ΔUd。
(數式1-1)
(數式1-2)
(數式1-3)
(數式1-4)
而且，電路1a、1b、1c、與電路1d之電源側的線路間係連接有電源側電壓檢測電阻5a、5b、5c。電路1a、1b、1c及1d的電源側電位係分別定義為V1、V2、V3及V4，而流通於電源側電壓檢測電阻5a、5b及5c的電流係分別定義為電源側電壓檢測電流i1、i2及i3，而經由電源側電壓檢測電阻往電路1d流通的電流係定義為電源側電壓檢測電流i4。
在此，如第1圖所示，若將與電源側電壓檢測電阻5a及電源側電壓檢測電阻5b連接的配線予以連接至經繞線於異常檢測用變流器7之電路1d的電源側，再以將與電路1d之電源側連接的配線予以連接至經繞線於異常檢測用變流器7之電源側電壓檢測電阻5c的配線的方式接線，則從異常檢測用變流器7所輸出之電源側電壓檢測電流的合計電流i係以式子(2)來表示。
(數式2)
其中，N係表示經繞線於異常檢測用變流器7之電源側的配線的匝數。
若將電源側電壓檢測電流i1、i2、i3以電源側電位V1、V2、V3、V4與電源側電壓檢測電阻5a、5b、5c的電阻值R1、R2、R3來表示，則係分別表示成式子(3-1)、式子(3-2)及式子(3-3)，且電源側電壓檢測電流i4表示為式子(3-4)。從異常檢測用變流器7所輸出之電源側電壓檢測電流的合計電流i係表示成式子(4)。
(數式3-1)
(數式3-2)
(數式3-3)
(數式3-4)
(數式4)
另一方面，在電路1a、1b、1c與電路1d之負載側的線路間係連接有負載側電壓檢測電阻6a、6b、6c。電路1a、1b、1c及1d的負載側電位係分別定義為V5、V6、V7及V8，流通於負載側電壓檢測電阻6a、6b及6c的電流係分別定義為負載側電壓檢測電流i5、i6及i7，而經由負載側電壓檢測電阻往電路1d流通的電流係定義為負載側電壓檢測電流i8。
在此，如第1圖所示，將與負載側電壓檢測電阻6a及負載側電壓檢測電阻6b連接的配線予以連接至經繞線於異常檢測用變流器7之電路1d的負載側，再以將與電路1d的負載側連接的配線予以連接至經繞線於異常檢測用變流器7之負載側電壓檢測電阻6c的配線的方式接線，則從異常檢測用變流器7所輸出的負載側電壓檢測電流的合計電流i10係以式子(5)來表示。
(數式5)
其中，N10係表示經繞線於異常檢測用變流器7之負載側的配線的匝數。
若將負載側電壓檢測電流i5、i6、i7、i8以負載側電位V5、V6、V7、V8與負載側電壓檢測電阻6a、6b、6c的電阻值R5、R6、R7來表示，則係分別表示成式子(6-1)、式子(6-2)、式子(6-3)及式子(6-4)。從異常檢測用變流器7所輸出之負載側電壓檢測電流的合計電流i10係表示成式子(7)。
(數式6-1)
(數式6-2)
(數式6-3)
(數式6-4)
(數式7)
其中，若設：R1＝R2＝R3＝R5＝R6＝R7＝R[Ω]、N＝N1＝M[匝]，則因從異常檢測用變流器7所輸出之電流所產生的差分電流信號Δi＝i－i10係表示成式子(8)。
(數式8)
另外，ΔVa、ΔVb、ΔVc、ΔVd係分別表示開閉接點2a、2b、2c、2d的電壓降，且表示成式子(9-1)、式子(9-2)、式子(9-3)及式子(9-4)。
(數式9-1)
(數式9-2)
(數式9-3)
(數式9-4)
與在異常檢測用變流器7檢測到的差分電流信號Δi成比例的輸出信號係輸出給電壓降檢測部8。電壓降檢測部8係將與取得到的差分電流信號Δi成比例的輸出信號輸出給波形比較部10。
波形比較部10係利用式子(10)而從取得到的差分電流信號Δi的值來算出開閉接點2a至2d中之電壓降的實測值ΔV。
(數式10)
若開閉接點2a、2b、2c、2d中之接觸電阻的實測值設為Ra、Rb、Rc、Rd，則式子(10)係使用前述的負載電流Ia、Ib、Ic、Id來表示成式子(11)。
(數式11)
另一方面，波形比較部10係使用於利用式子(1-1)、式子(1-2)、式子(1-3)及式子(1-4)所導出之正常的閉路狀態下的電壓降的正常值ΔUa、ΔUb、ΔUc、ΔUd，並利用式子(12)來推定開閉接點2a、2b、2c、2d中之接點部電壓降的正常值ΔU。
(數式12)
在此，第2圖係顯示實施型態1之電路斷路器之動作的模擬結果的一例。在第2圖中，橫軸係顯示時間、縱軸係顯示電位準位。
如第2圖(A)所示，當開閉接點2a、2b、2c、2d為正常的閉路狀態的情形，由於接觸電阻的實測值Ra、Rb、Rc、Rd與接觸電阻的初期值Xa、Xb、Xc、Xd大致一致，所以電壓降差分值ΔV－ΔU表示成式子(13)。
(數式13)
當開閉接點2a、2b、2c、2d產生異常而接觸電阻的實測值Ra、Rb、Rc、Rd增大時，由於接觸電阻之實測值Ra、Rb、Rc、Rd與接觸電阻之初期值Xa、Xb、Xc、Xd的偏差會變大，故如第2圖(B)所示，電壓降差分值ΔV－ΔU的振幅會隨著接觸電阻的實測值變大，而成為正方向警報準位值、及負方向警報準位值以上。
因此，監視電壓降差分值ΔV－ΔU的大小，且與設定於警報準位設定部9的警報準位值作比較，藉此可檢測開閉接點的異常。
當電壓降差分值ΔV－ΔU的大小超過警報準位值的情形時，波形比較部10會將警報信號輸出給警報部11。當警報部11接收到從波形比較部10所輸出的警報信號時，係對外部機器輸出警報，藉此可通知開閉接點2a、2b、2c、2d的異常。
另外，在實施型態1中，當電源側電壓檢測電阻5a、5b、5c及負載側電壓檢測電阻6a、6b、6c的電阻值有不一致時，會受電阻值的不一致而在開閉接點2a、2b、2c、2d之電壓降的實測值ΔV產生量側誤差，故使波形比較部10具有修正電源側電壓檢測電阻5a、5b、5c及負載側電壓檢測電阻6a、6b、6c之電阻值不一致的功能，藉此可更提高量測精確度。
電阻值的不一致亦會受溫度、濕度環境及經年劣化而產生，惟將電源側電壓檢測電阻5a、5b、5c及負載側電壓檢測電阻6a、6b、6c的常數設為統一，由相同規格的電阻零件來構成電路，藉此全部的零件對於溫度、濕度環境及經年劣化獲取均勻的電阻值變化，故而可更提高量測的可靠性。
此外，將電源側電壓檢測電阻5a、5b、5c及負載側電壓檢測電阻6a、6b、6c配置在相同基板上，藉此可不易受到因位置所致之溫度與濕度環境的影響，可更提高量測的可靠性。
根據實施型態1之接點部異常監視裝置及使用接點部異常監視裝置的電路斷路器，藉由比較開閉接點之電壓降的實測值與開閉接點之電壓降的正常值，可監視接點部之異常的有無，該開閉接點之電壓降的實測值係從流通在分別連接於開閉接點之電源側及負載側之線路間的電壓檢測電阻的電流的差分所算出者，而該開閉接點之電壓降的正常值係從負載電流及開閉接點的接觸電阻的初期值所算出者。由於能夠以非接觸方式量測開閉接點部的電壓降，所以不會影響開閉接點間的絕緣，可提高電路斷路器的安全性。
實施型態2
第3圖係實施型態2之電路斷路器的方塊圖，且顯示在單相3線式電路及三相3線式電路中，檢測接點部之異常的構成。
如第3圖所示，實施型態2之電路斷路器係與實施型態1同樣地，由接點部異常監視裝置、及警報部11、跳脫裝置12所構成；其中，該接點部異常監視裝置係具有：設置於電路1的開閉接點2、變流器3、負載電流檢測部4、電源側電壓檢測電阻5、負載側電壓檢測電阻6、異常檢測用變流器7、電壓降檢測部8、警報準位設定部9及波形比較部10。
電路1係連接電源及負載，且具有電路1a、1b、1c。開閉接點2係設置於對電源及負載之間進行開閉的電路1且具有開閉接點2a、2b、2c。
變流器3係具有變流器3a、3b、3c，且當開閉接點2處在閉路狀態時輸出與從電源流通至負載之負載電流成比例的輸出信號(電流信號)。
負載電流檢測部4係將來自變流器3的輸出信號轉轉換成負載電流信號(類比信號或數位信號) 並予以輸出。
電源側電壓檢測電阻5係與開閉接點2電源側連接，且將電源側電壓(由電源側電位V1、V2、V3所構成的電位差)轉換成電源側電壓檢測電流(電源側電壓檢測電流i1、i2、i3)；且具有分別對應於電源側電壓檢測電流i1、i2、i3的電源側電壓檢測電阻5a、5b、5c。
負載側電壓檢測電阻6係與開閉接點2負載側連接，且將負載電壓(由負載側電位V4、V5、V6所構成的電位差)轉換成負載側電壓檢測電流(負載側電壓檢測電流i4、i5、i6)；且具有分別對應於負載側電壓檢測電流i4、i5、i6的負載側電壓檢測電阻6a、6b、6c。
異常檢測用變流器7係輸出與因流通於電源側電壓檢測電阻5之電源側電壓檢測電流、及流通於負載側電壓檢測電阻6之負載側電壓檢測電流所產生之差分電流成比例的輸出信號(電壓信號)。異常檢測用變流器7例如可使用零相變流器。
電壓降檢測部8係將與來自異常檢測用變流器7之差分電流成比例的輸出信號轉換成差分電壓信號(類比電壓信號或數位電壓信號) ，且輸出成為電壓降之實測值的輸出信號。
警報準位設定部9係由非揮發性記憶體等之記憶元件所構成，且記憶接觸電阻的初期值、及警報準位值，該接觸電阻的初期值係出貨調整時所預先設定之於開閉接點之正常的閉路狀態的電阻值。在此，所謂警報準位值係指：根據開閉接點之電壓降的正常值、及異常發生時之電壓降的實測值的電壓差的容許範圍。警報準位值係可因應需求而變更，且可輸入至警報準位設定部9。
波形比較部10係藉由根據從負載電流檢測部4所輸出之負載電流信號的負載電流值、及記錄於警報準位設定部9之接觸電阻的初期值，來算出於閉路狀態時之電壓降的正常值，且根據從電壓降檢測部8所輸出之差分電壓信號取得開閉接點2之電壓降的實測值，並藉由電壓降的正常值及電壓降的實測值來算出電壓降差分值，且與預先設定之警報準位值作比較，當電壓降差分值超過警報準位值時，判定開閉接點2的接觸電阻脫離初期值，且輸出警報信號。
警報部11係當接收從波形比較部10所輸出的警報信號時發出警報。
跳脫裝置12係可因應流通電路1的電流來將開閉接點開路。
接著，使用第3圖針對以上方式所構成之本發明的實施型態2之電路斷路器，來說明動作。
在正常的閉路狀態中，各自流通電路1a、1b、1c的負載電流Ia、Ib、Ic係各自被變流器3a、3b、3c檢測，且與負載電流Ia、Ib、Ic成比例的電流信號係作為輸出信號而輸出給負載電流檢測部4。
負載電流檢測部4係將取得到的與負載電流Ia、Ib、Ic成比例的輸出信號轉換成負載電流信號，且輸出給波形比較部10。
警報準位設定部9係紀錄著預先輸入之開閉接點2a、2b、2c之接觸電阻的初期值Xa、Xb、Xc，接觸電阻的初期值Xa、Xb、Xc係輸出給波形比較部10。在此，接觸電阻的初期值係指：於電路斷路器的出貨調整時所量測到的接觸電阻值。另外，根據電壓降的正常值、與電壓降的實測值來算出異常發生時的電壓降差分值的方法，容後陳述。
波形比較部10係從取得到的接觸電阻的初期值Xa、Xb、Xc、與前述的負載電流Ia、Ib、Ic分別利用式子(14-1)、式子(14-2)及式子(14-3) 來導出於正常的閉路狀態的開閉接點2a、2b、2c之電壓降的正常值ΔUa、ΔUb、ΔUc。
(數式14-1)
(數式14-2)
(數式14-3)
而且，電路1a、1b、1c之電源側的線路間係連接有電源側電壓檢測電阻5a、5b、5c。電路1a、1b及1c的電源側電位係分別定義為V1、V2及V3，而流通於電源側電壓檢測電阻5a、5b及5c的電流係分別定義為電源側電壓檢測電流i1、i2及i3。
在此，如第3圖所示，若將與電源側電壓檢測電阻5a及電源側電壓檢測電阻5b連接的配線予以繞線於異常檢測用變流器7，再接線於與繞線於異常檢測用變流器7之電路1c的電源側連接的電源側電壓檢測電阻5c的配線，則從異常檢測用變流器7所輸出之電源側電壓檢測電流的合計電流係以式子(15)來表示。
(數式15)
其中，N係表示經繞線於異常檢測用變流器7之電源側的配線的匝數。
若將電源側電壓檢測電流i1、i2、i3以電源側電位V1、V2、V3與電源側電壓檢測電阻5a、5b、5c的電阻值R1、R2、R3來表示，則分別表示成：式子(16-1)、式子(16-2)及(16-3)。從異常檢測用變流器7所輸出之電源側電壓檢測電流的合計電流i係表示成(17)。
(數式16-1)
(數式16-2)
(數式16-3)
(數式17)
另一方面，在電路1a、1b、1c之負載側的線路間係連接有負載側電壓檢測電阻6a、6b、6c。電路1a、1b及1c的負載側電位係分別定義為V4、V5及V6，流通於負載側電壓檢測電阻6a、6b及6c的電流係分別定義為負載側電壓檢測電流i4、i5及i6。
在此，如第3圖所示，將與負載側電壓檢測電阻6a及負載側電壓檢測電阻6b連接的配線予以繞線於異常檢測用變流器7，再接線於與繞線於異常檢測用變流器7之電路1c的負載側連接的負載側電壓檢測電阻6c的配線，則從異常檢測用變流器7所輸出之負載側電壓檢測電流的合計電流i10係以式子(18)來表示。
(數式18)
其中，N10係表示經繞線於異常檢測用變流器7之負載側的配線的匝數。
若將負載側電壓檢測電流i4、i5、i6以負載側電位V4、V5、V6與負載側電壓檢測電阻6a、6b、6c的電阻值R4、R5、R6來表示，則分別表示成式子(19-1)、式子(19-2)及式子(19-3)。從異常檢測用變流器7所輸出之負載側電壓檢測電流的合計電流i10係表示成式子(20)。
(數式19-1)
(數式19-2)
(數式19-3)
(數式20)
其中，若設：R1＝R2＝R3＝R4＝R5＝R6＝R[Ω]、N＝N10＝M[匝]，則因從異常檢測用變流器7所輸出之電流所產生的差分電流信號Δi＝i-i10係表示成式子(21)。
(數式21)
另外，ΔVa、ΔVb、ΔVc係分別表示開閉接點2a、2b、2c的電壓降，且表示成式子(22-1)、式子(22-2)及式子(22-3)。
(數式22-1)
(數式22-2)
(數式22-3)
與在異常檢測用變流器7檢測到的差分電流信號Δi成比例的輸出信號係輸出給電壓降檢測部8。電壓降檢測部8係將與取得到的差分電流信號Δi成比例的輸出信號輸出給波形比較部10。
波形比較部10係利用式子(23)從取得到的差分電流信號Δi的值來算出開閉接點2a至2c中之接點部電壓降的實測值ΔV。
(數式23)
若開閉接點2a、2b、2c中之接觸電阻的實測值設為Ra、Rb、Rc，則式子(23) 係使用前述的負載電流Ia、Ib、Ic來表示成式子(24)。
(數式24)
另一方面，波形比較部10係使用於利用式子(14-1)、式子(14-2)及式子(14-3)所導出之正常的閉路狀態下的電壓降的正常值ΔUa、ΔUb、ΔUc，並利用式子(25) 來推定開閉接點2a至2c中之接點部電壓降的正常值ΔU。
(數式25)
當開閉接點2a、2b、2c為正常的閉路狀態的情形，由於接觸電阻的實測值Ra、Rb、Rc與接觸電阻的初期值Xa、Xb、Xc大致一致，所以電壓降差分值ΔV－ΔU表示成式子(26)。
(數式26)
當開閉接點2a、2b、2c產生異常而接觸電阻的實測值Ra、Rb、Rc增大時，由於接觸電阻之實測值Ra、Rb、Rc與接觸電阻之初期值Xa、Xb、Xc的偏差會變大，故而電壓降差分值ΔV－ΔU的振幅會隨著接觸電阻的實測值變大，而成為正方向警報準位值、及負方向警報準位值以上。
因此，監視電壓降差分值ΔV－ΔU的大小，且與設定於警報準位設定部9的警報準位值作比較，藉此可檢測開閉接點的異常。
當電壓降差分值ΔV－ΔU的大小超過警報準位值的情形時，波形比較部10會將警報信號輸出給警報部11。當警報部11接收到從波形比較部10所輸出的警報信號時，對外部機器輸出警報，藉此可通知開閉接點2a、2b、2c的異常。
另外，在實施型態2中，與實施型態1同樣地，當電源側電壓檢測電阻5a、5b、5c及負載側電壓檢測電阻6a、6b、6c的電阻值有不一致時，會受電阻值的不一致而在開閉接點2a、2b、2c之電壓降的實測值ΔV產生量測誤差，故使波形比較部10具有修正電源側電壓檢測電阻5a、5b、5c及負載側電壓檢測電阻6a、6b、6c之電阻值不一致的功能，藉此可更提高量測精確度。
就電源側電壓檢測電阻5a、5b、5c及負載側電壓檢測電阻6a、6b、6c而言，與實施型態1同樣地，使用相同規格的電阻零件較佳。而且，藉由配置在相同基板上，可不易受到因位置所致之溫度與濕度環境的影響，可更提高量測的可靠性。
根據實施型態2之接點部異常監視裝置及使用接點部異常監視裝置的電路斷路器，藉由比較開閉接點之電壓降的實測值與開閉接點之電壓降的正常值，就可監視接點部之異常的有無，該開閉接點之電壓降的實測值係從流通在分別連接於開閉接點之電源側及負載側之線路間的電壓檢測電阻的電流的差分所算出者，該開閉接點之電壓降的正常值係從負載電流及開閉接點的接觸電阻的初期值所算出者。由於能夠以非接觸方式量測開閉接點部的電壓降，所以不會影響開閉接點間的絕緣，可提高電路斷路器的安全性。
實施型態3
第4圖係實施型態3之電路斷路器的方塊圖，且顯示在單相2線式電路中檢測接點部異常的構成。
如第4圖所示，實施型態3之電路斷路器係與實施型態1、及實施型態2同樣地由接點部異常監視裝置、及警報部11、跳脫裝置12所構成，該接點部異常監視裝置係具有：設置於電路1的開閉接點2、變流器3、負載電流檢測部4、電源側電壓檢測電阻5、負載側電壓檢測電阻6、異常檢測用變流器7、電壓降檢測部8、警報準位設定部9及波形比較部10。
電路1係連接電源及負載，且具有電路1a、1b。開閉接點2係設置於對電源及負載之間進行開閉的電路1，且具有開閉接點2a、2b。
變流器3係具有變流器3a、3b，且當開閉接點2處於閉路狀態時輸出與從電源流通至負載之負載電流成比例的輸出信號(電流信號)。
負載電流檢測部4係將來自變流器3的輸出信號轉換成負載電流信號(類比信號或數位信號) 並輸出之。
電源側電壓檢測電阻5係與開閉接點2電源側連接，且將電源側電壓(由電源側電位V1、V2所構成的電位差) 轉換成電源側電壓檢測電流(電源側電壓檢測電流i1、i2) ；且具有分別對應於電源側電壓檢測電流i1、i2的電源側電壓檢測電阻5a、5b。
負載側電壓檢測電阻6係與開閉接點2負載側連接，且將負載電壓(由負載側電位V3、V4所構成的電位差)轉換成負載側電壓檢測電流(負載側電壓檢測電流i3、i4) ；且具有分別對應於負載側電壓檢測電流i3、i4的負載側電壓檢測電阻6a、6b。
異常檢測用變流器7係輸出與因流通於電源側電壓檢測電阻5之電源側電壓檢測電流、及流通於負載側電壓檢測電阻6之負載側電壓檢測電流所產生之差分電流成比例的輸出信號(電流信號或電壓信號)。異常檢測用變流器7例如可使用零相變流器。
電壓降檢測部8係將與來自異常檢測用變流器7之差分電流成比例的輸出信號轉換成差分電壓信號(類比電壓信號或數位電壓信號) ，且輸出成為電壓降的實測值的輸出信號。
警報準位設定部9係由非揮發性記憶體等之記憶元件所構成，且記憶接觸電阻的初期值、及警報準位值，該接觸電阻的初期值係出貨調整時所預先設定之於開閉接點之正常的閉路狀態的電阻值。在此，所謂警報準位值係指：根據開閉接點之電壓降的正常值、及異常發生時之電壓降的實測值的電壓差的容許範圍。警報準位值係可因應需求而變更，且可輸入至警報準位設定部9。
波形比較部10係藉由根據從負載電流檢測部4所輸出之負載電流信號的負載電流值、及記錄於警報準位設定部9之接觸電阻的初期值，來算出於閉路狀態時之電壓降的正常值，且根據從電壓降檢測部8所輸出之差分電壓信號取得開閉接點2之電壓降的實測值，並藉由電壓降的正常值及電壓降的實測值來算出電壓降差分值，且與預先設定之警報準位值作比較，當電壓降差分值超過警報準位值時，判定開閉接點2的接觸電阻脫離初期值，且輸出警報信號。
警報部11係當接收從波形比較部10所輸出的警報信號時發出警報。
跳脫裝置12係可因應流通於電路1的電流來將開閉接點開路。
接著，使用第4圖針對以上方式所構成之本發明的實施型態3之電路斷路器，來說明動作。
在正常的閉路狀態中，各自流通於電路1a、1b的負載電流Ia、Ib係各自被變流器3a、3b檢測，且與負載電流Ia、Ib成比例的電流信號係作為輸出信號而輸出給負載電流檢測部4。
負載電流檢測部4係將取得到的與負載電流Ia、Ib成比例的輸出信號轉換成負載電流信號，且輸出給波形比較部10。
警報準位設定部9係紀錄著預先輸入之開閉接點2a、2b之接觸電阻的初期值Xa、Xb，接觸電阻的初期值Xa、Xb係輸出給波形比較部10。在此，接觸電阻的初期值係指：於電路斷路器的出貨調整時所量測到的接觸電阻值。另外，根據電壓降的正常值、與電壓降的實測值來算出異常發生時的電壓降差分值的方法，容後陳述。
波形比較部10係從取得到的接觸電阻的初期值Xa、Xb、與前述的負載電流Ia、Ib，分別利用式子(27-1)、式子(27-2)來導出於正常的閉路狀態的開閉接點2a、2b之電壓降的正常值ΔUa、ΔUb。
(數式27-1)
(數式27-2)
而且，電路1a、1b之電源側的線路間係連接有電源側電壓檢測電阻5a、5b。電路1a及1b的電源側電位係分別定義為V1及V2，而流通於電源側電壓檢測電阻5a及5b的電流係分別定義為電源側電壓檢測電流i1及i2。
在此，如第4圖所示，將與電源側電壓檢測電阻5a及電源側電壓檢測電阻5b連接的配線予以繞線至異常檢測用變流器7，且從異常檢測用變流器7所輸出之電源側電壓檢測電流的合計電流i係以式子(28)來表示。
(數式28)
其中，N係表示繞線於異常檢測用變流器7之電源側的配線的匝數。
若將電源側電壓檢測電流i1、i2以電源側電位V1、V2與電源側電壓檢測電阻5a、5b的電阻值R1、R2來表示，則係分別表示成式子(29-1)及式子(29-2)。從異常檢測用變流器7所輸出之電源側電壓檢測電流的合計電流i係表示成式子(30)。
(數式29-1)
(數式29-2)
(數式30)
另一方面，在電路1a、1b之負載側的線路間係連接有負載側電壓檢測電阻6a、6b。電路1a及1b的負載側電位係分別定義為V3及V4，流通於負載側電壓檢測電阻6a及6b的電流係分別定義為負載側電壓檢測電流i3及i4。
在此，如第4圖所示，將與負載側電壓檢測電阻6a及負載側電壓檢測電阻6b連接的配線予以繞線至異常檢測用變流器7，而從異常檢測用變流器7所輸出之負載側電壓檢測電流的合計電流i10係以式子(31)來表示。
(數式31)
其中，N10係表示經繞線於異常檢測用變流器7之負載側的配線的匝數。
若將負載側電壓檢測電流i3、i4以以負載側電位V3、V4與負載側電壓檢測電阻6a、6b的電阻值R3、R4來表示，則係分別表示成式子(32-1)及式子(32-2)。從異常檢測用變流器7所輸出之負載側電壓檢測電流的合計電流i10係表示成式子(33)。
(數式32-1)
(數式32-2)
(數式33)
其中，若設：R1＝R2＝R3＝R4＝R[Ω]、N＝N10＝M[匝]，則因從異常檢測用變流器7所輸出之電流所產生的差分電流信號Δi＝i－i10係表示成式子(34)。
(數式34)
另外，ΔVa、ΔVb係表示開閉接點2a、2b的電壓降，且表示成式子(35-1)及式子(35-2)。
(數式35-1)
(數式35-2)
與在異常檢測用變流器7檢測到的差分電流信號Δi成比例的輸出信號係輸出給電壓降檢測部8。電壓降檢測部8係將與取得到的差分電流信號Δi成比例的輸出信號輸出給波形比較部10。
波形比較部10係利用式子(36) 而從取得到的差分電流信號Δi的值來算出開閉接點2a至2b之電壓降的實測值ΔV。
(數式36)
若開閉接點2a、2b中之接觸電阻的實測值設為Ra、Rb，則式子(36) 係使用前述的負載電流Ia、Ib來表示成式子(37)。
(數式37)
另一方面，波形比較部10係使用於利用式子(27-1)及式子(27-2) 所導出之正常的閉路狀態下的電壓降的正常值ΔUa、ΔUb，並利用式子(38) 來推定開閉接點2a、2b中之電壓降的正常值ΔU。
(數式38)
當開閉接點2a、2b為正常的閉路狀態的情形時，由於接觸電阻的實測值Ra、Rb與接觸電阻的初期值Xa、Xb大致一致，所以電壓降差分值ΔV－ΔU表示成式子(39)。
(數式39)
當開閉接點2a、2b產生異常而接觸電阻的實測值Ra、Rb增大時，由於接觸電阻之實測值Ra、Rb與接觸電阻之初期值Xa、Xb的偏差會變大，故此電壓降差分值ΔV－ΔU的振幅會隨著接觸電阻的實測值變大，而成為正方向警報準位值、及負方向警報準位值以上。
因此，監視電壓降差分值ΔV－ΔU的大小，且與設定於警報準位設定部9的警報準位值作比較，藉此可檢測開閉接點的異常。
當電壓降差分值ΔV－ΔU的大小超過警報準位值的情形，波形比較部10會將警報信號輸出給警報部11。當警報部11接收到從波形比較部10所輸出的警報信號時，對外部機器輸出警報，藉此可通知開閉接點2a、2b的異常。
另外，在實施型態3中，與實施型態1同樣地，當電源側電壓檢測電阻5a、5b及負載側電壓檢測電阻6a、6b的電阻值有不一致時，會受電阻值的不一致而在開閉接點2a、2b之電壓降的實測值ΔV產生量側誤差，故使波形比較部10具有修正電源側電壓檢測電阻5a、5b及負載側電壓檢測電阻6a、6b之電阻值不一致的功能，藉此可更提高量測精確度。
就電源側電壓檢測電阻5a、5b及負載側電壓檢測電阻6a、6b而言與實施型態1同樣地，使用同樣規格的電阻零件為佳。而且，藉由配置在相同基板上，可不易受到因位置所致之溫度與濕度環境的影響，可更提高量測的可靠性。
根據實施型態3之接點部異常監視裝置及使用接點部異常監視裝置的電路斷路器，藉由比較開閉接點的電壓降的實測值與開閉接點的電壓降的正常值，就可監視接點部之異常的有無，該開閉接點的電壓降的實測值係從流通在分別連接於開閉接點之電源側及負載側之線路間的電壓檢測電阻的電流的差分所算出者，開閉接點的電壓降的正常值係從負載電流及開閉接點的接觸電阻的初期值所算出者。由於能夠以非接觸方式量測開閉接點部的電壓降，所以不會影響開閉接點間的絕緣，可提高電路斷路器的安全性。
1、1a、1b、1c、1d:電路
2、2a、2b、2c、2d:開閉接點
3、3a、3b、3c、3d:變流器
4:負載電流檢測部
5、5a、5b、5c:電源側電壓檢測電阻
6、6a、6b、6c:負載側電壓檢測電阻
7:異常檢測用變流器
8:電壓降檢測部
9:警報準位設定部
10:波形比較部
11:警報部
12:跳脫裝置
Ia、Ib、Ic、Id:負載電流
V1~V8:電位
i1~i8:電流
第1圖係本發明之實施型態1的電路斷路器的方塊圖。
第2圖係顯示本發明之實施型態1的電路斷路器之動作的模擬結果。
第3圖係本發明之實施型態2的電路斷路器的方塊圖。
第4圖係本發明之實施型態3的電路斷路器的方塊圖。
1、1a、1b、1c、1d:電路
2、2a、2b、2c、2d:開閉接點
3、3a、3b、3c、3d:變流器
4:負載電流檢測部
5、5a、5b、5c:電源側電壓檢測電阻
6、6a、6b、6c:負載側電壓檢測電阻
7:異常檢測用變流器
8:電壓降檢測部
9:警報準位設定部
10:波形比較部
11:警報部
12:跳脫裝置
Ia、Ib、Ic、Id:負載電流
V1~V8:電位
i1~i8:電流
Claims (8)
- 一種接點部異常監視裝置，係具備： 變流器，係當將連接電源與負載之電路予以開閉的開閉接點為閉路狀態時，檢測流通於前述電路的負載電流； 負載電流檢測部，係輸出前述負載電流的信號； 電源側電壓檢測電阻，係與前述開閉接點之前述電源側的電路連接； 負載側電壓檢測電阻，係與前述開閉接點之前述負載側的電路連接； 異常檢測用變流器，係檢測由流通於前述電源側電壓檢測電阻及前述負載側電壓檢測電阻的電流所產生的差分電流； 電壓降檢測部，係根據前述差分電流而輸出成為前述開閉接點中之電壓降的實測值的輸出信號；以及 波形比較部，係根據前述負載電流之值、及前述開閉接點之接觸電阻的初期值來算出電壓降的正常值，且根據前述電壓降的正常值及前述電壓降的實測值來算出電壓降差分值，並對前述電壓降差分值、與預先設定之警報準位值作比較，當前述電壓降差分值超過前述警報準位值時，判定前述開閉接點的接觸電阻有異常，而發出警報信號。
- 如申請專利範圍第1項所述之接點部異常監視裝置，係具備：當輸出前述警報信號時，發出警報的警報部。
- 如申請專利範圍第1或2項所述之接點部異常監視裝置，其中， 前述接觸電阻的初期值係為預先設定的前述開閉接點之正常的閉路狀態的電阻值， 前述警報準位值係根據前述開閉接點之前述電壓降的正常值、與異常發生時之前述電壓降的實測值之電壓差的容許範圍， 該接點部異常監視裝置係具備：記憶前述接觸電阻的初期值、及設定前述警報準位值的警報準位設定部。
- 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之接點部異常監視裝置，其中，前述電源側電壓檢測電阻及前述負載側電壓檢測電阻係使用相同規格的電阻零件，並且配置於同一基板上。
- 一種電路斷路器，係具備： 開閉接點，係設置於連接電源及負載的電路，且將前述電源及前述負載之間予以開閉者； 變流器，係當前述開閉接點為閉路狀態時，檢測流通於前述電路的負載電流； 負載電流檢測部，係輸出前述負載電流的信號； 電源側電壓檢測電阻，係與前述開閉接點之前述電源側的電路連接； 負載側電壓檢測電阻，係與前述開閉接點之前述負載側的電路連接； 異常檢測用變流器，係檢測由流通於前述電源側電壓檢測電阻及前述負載側電壓檢測電阻之電流所發生的差分電流； 電壓降檢測部，係根據前述差分電流而輸出成為前述開閉接點中之電壓降的實測值的輸出信號； 波形比較部，係根據前述負載電流之值、及前述開閉接點的接觸電阻之初期值來算出電壓降的正常值，且根據前述電壓降的正常值及前述電壓降的實測值算出電壓降差分值，且對前述電壓降差分值、與預先設定之警報準位值作比較，當前述電壓降差分值超過前述警報準位值時，判定前述開閉接點的接觸電阻有異常，而輸出警報信號；以及 跳脫裝置，係可將前述開閉接點開路者。
- 如申請專利範圍第5項所述之電路斷路器，係具備：當輸出前述警報信號時，發出警報的警報部。
- 如申請專利範圍第5或6項所述之電路斷路器，其中， 前述接觸電阻的初期值係預先設定之前述開閉接點的正常的閉路狀態的電阻值， 前述警報準位值係根據前述開閉接點之前述電壓降的正常值、與異常發生時之前述電壓降的實測值之電壓差的容許範圍， 該電路斷路器係具備：記憶前述接觸電阻的初期值，及設定前述警報準位值的警報準位設定部。
- 如申請專利範圍第5至7項中任一項所述之電路斷路器，其中，前述電源側電壓檢測電阻及前述負載側電壓檢測電阻係使用相同規格的電阻零件，且配置於同一基板上。
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