WO2012086498A1

WO2012086498A1 - 開閉器

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Publication number: WO2012086498A1
Application number: PCT/JP2011/078962
Authority: WO
Inventors: 健雄石田; 兼祐河野; 牧野　康弘; 和人米田; 祐一高嶋
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd; Kitani Electric Co Ltd; Kyokuto Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd; Kitani Electric Co Ltd; Kyokuto Electric Co Ltd
Priority date: 2010-12-21
Filing date: 2011-12-14
Publication date: 2012-06-28
Anticipated expiration: 2013-06-21
Also published as: CN203481170U

Abstract

【課題】　開閉器や開閉器が接続された電路上の機器をアークの発生による過熱から保護し、開閉器が接続された電路上での焼損事故を防止する。【解決手段】　直流電源につながる電源側端子と直流電源からの電力が出力される負荷側端子とを有する開閉器において、電源側端子と負荷側端子とをつなぐ電路に挿入され、直流電源と負荷との間の電路を開閉する接点と、電路を介して検出するアーク放電が所定時間継続した際にアーク検出信号を出力するアーク検出回路と、アーク検出信号が生成された場合に、接点を開極する引き外しユニットと、を有する。

Description

開閉器

　本発明は、直流電源ラインに挿入され電路の開閉を行う開閉器に関する。

　開閉器の端子に電線を端子ねじで締め付けて配線する場合、端子ねじの締め付けトルクの不足や温度変化による熱膨張などによって端子ねじの締め付けにゆるみが生じ、端子ねじと電線との接触抵抗が増大して発熱する場合がある。そのため、端子温度が高くなった場合に接点を開極する切動作（引き外し）を行って電路を開く過熱保護機能を備えた開閉器もある。

　例えば、特許文献１では、端子近傍に温度センサ等の過熱検知手段を備え、端子温度の上昇による焼損事故を未然に防止する機能を備えた開閉器（過熱防止装着付回路遮断器）が開示されている。また、例えば、特許文献２では、端子の温度と比較する温度を電線の許容温度以下に設定した開閉器（回路しゃ断器）が開示されている。

　このように、端子の温度が所定の温度以上であることを検出した場合に引き外しを行うことによって、開閉器や当該開閉器に接続される電線の焼損を防止することができる。

特開昭６２－８４１９号公報実開平２－７５９４１号公報

　しかしながら、端子ねじのゆるみなどによって開閉器の端子と電線との間に隙間ができ、アーク（放電）が発生すると、特に開閉器に直流電流が流れる場合には交流電流が流れる場合に比べて、その大きさが脈動することなく連続して大きい状態でアークが発生し続ける場合があり、温度センサなどによる保護動作が成されるよりも早く温度が上昇し、開閉器や電線が焼損してしまう場合もある。また、温度センサでは開閉器の端子に生じるアークを時間遅れを有して検知することができるが、例えば開閉器に接続された別の機器における端子と電線との間でのアーク発生に対しては検知することができない。

　前述した課題を解決する主たる本発明は、直流電源につながる電源側端子と前記直流電源からの電力が出力される負荷側端子とを有する開閉器において、前記電源側端子と前記負荷側端子とをつなぐ電路に挿入され、前記直流電源と負荷との間の電路を開閉する接点と、前記電路を介して検出するアーク放電が所定時間継続した際にアーク検出信号を出力するアーク検出回路と、前記アーク検出信号が生成された場合に、前記接点を開極する引き外しユニットと、を有することを特徴とする開閉器である。

　本発明の他の特徴については、添付図面及び本明細書の記載により明らかとなる。

　本発明によれば、開閉器や開閉器が接続された電路上の機器をアークの発生による過熱から保護し、開閉器が接続された電路上での焼損事故を抑制することができる。

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。本発明の一実施形態における開閉器の構成を示す回路ブロック図である。本発明の一実施形態における開閉器の筐体の外形を示す斜視図である。本発明の一実施形態における開閉器の構成例を示す分解図である。本発明の一実施形態における開閉器の上面図である。本発明の一実施形態における開閉器の側面図である。本発明の一実施形態における開閉器の外側部材を外した状態の側面図である。本発明の一実施形態における開閉器のＡ－Ａ断面図である。アーク検出回路の具体的な構成の一例を示す回路ブロック図である。本発明の一実施形態における開閉器の模式図である。

　以下、本発明の一実施形態に係る開閉器１について説明する。

＝＝＝開閉器の適用例＝＝＝
　まず、図１を参照して、本実施形態に係る開閉器１の適用例として、太陽光発電システムなどの直流電源に用いられる場合について説明する。　
　図１に示されている太陽光発電システムにおいて、開閉器１は、太陽電池モジュール２とパワーコンディショナ３との間に接続されている。そして、開閉器１は、太陽電池モジュール２とパワーコンディショナ３との間の電路を開閉する。　
　太陽電池モジュール２は、直列に接続された複数の太陽電池素子（セル）からなり、光起電力効果によって太陽光のエネルギーを電気エネルギーに変換し、直流電力として出力する。また、当該直流電力は、開閉器１を介してパワーコンディショナ３に供給される。さらに、パワーコンディショナ３は、直流電力を交流電力に変換し、商用交流電源５に重畳した後負荷４に供給している。

＝＝＝開閉器の構成＝＝＝
　以下、図２ないし図１０を参照して、本発明の一実施形態における開閉器１の構成について説明する。

　図２に示されている開閉器１は、制御回路１０、温度センサ２１ないし２４、電源回路２５、引き外しユニット２６、接点３１ないし３４、および電源線Ｌ１ないしＬ６を含んで構成されている。また、制御回路１０は、基板１５上に実装され、例えば温度上昇を検知する過熱検出回路１１、アーク検出回路１２、逆接続検出回路１３、およびＯＲ回路（論理和回路）１４を含んで構成されている。そして、これらは、図３、図５および図６に示すような外形を有し、端子４１ないし４５が筺体表面に配置されている筐体５０内に収納されている。図４および図５に示すように、筐体５０は外側部材５１および５２ならびに内側部材５３および５４から構成される。外側部材５１および５２ならびに内側部材５３および５４にはそれぞれ四隅にねじ止め用の開口部５１１ないし５１４、５２１ないし５２４、５３１ないし５３４および５４１ないし５４４が設けられる。外側部材５１の開口部５１１ないし５１４には雌ねじが設けられる。外側部材５２の開口部５２１ないし５２４から雄ねじ（不図示）が挿入され、外側部材５１の開口部５１１ないし５１４に設けられた雌ねじと螺合して外側部材５１、内部部材５３および５４、ならびに外側部材５２が一体化される。

　端子４１ないし４４は筐体５０の上面に設けられる。端子４１および４２は、それぞれ正側および負側の一対の電源側端子であり、例えば太陽電池モジュール２（電源）が接続される。また、端子４３および４４は、それぞれ正側および負側の一対の負荷側端子であり、例えばパワーコンディショナ３（負荷）が接続され、太陽電池モジュール２からの直流電力を出力することができるものである。以後、負荷側と表現する場合は、負荷側端子４３および４４に距離が近い側、電源側と表現する場合は、電源側端子４１および４２に距離が近い側のことを示す。

　接点３１は、正側の接点であり、一端が電源線Ｌ１を介して端子４１に接続され、他端が電源線Ｌ３を介して端子４３に接続されている。また、接点３２は、負側の接点であり、一端が電源線Ｌ２を介して端子４２に接続され、他端が電源線Ｌ４を介して端子４４に接続されている。

　引き外しユニット２６は正側および負側アセンブリから構成される。正側アセンブリはコイル６１およびアーム６２を備え、コイル６１に内部電源が供給されることにより、リンク６３を介してアーム６２が駆動し、接点３１を開極する。負側アセンブリも正側アセンブリと同様にコイル、アーム６５およびリンクを備える。内側部材５３には、正側および負側のそれぞれの面の中央部分に中央内部区画５７および５８が形成され、中央内部区画５７および５８よりも電源側に、正側の電源側内部区画５９および負側の電源側内部区画６０が形成される。以後、正側の電源側内部区画５９、及び負側の電源側内部区画６０をまとめて呼ぶ場合は、電源側内部区画９３と称する。接点３１は正側の中央内部区画５７に配置され、接点３２は負側の中央内部区画５８に配置される。コイル６１は正側の電源側内部区画５９に配置され、負側の電源側内部区画６０には負側アセンブリのコイルが配置される。以後、正側の中央内部区画５７、及び負側の中央内部区画５８をまとめて呼ぶ場合は、中央内部区画９２と称する。

　一体化された筺体５０の内部には、上述の中央内部区画９２および電源側内部区画９３の他に、制御回路１０を収容する制御回路収容区画９４、及び電源回路２５が実装される基板２７を収容する負荷側内部区画９１が形成される。図１０に、本実施例の開閉器の模式図を示す。図１０において点線は筺体５０内に形成される区画を示している。

　図１０に示すように、開閉器１は略直方体の形状をしており（直方体の形状で近似できる）、負荷側端子４３および４４が配置されている筺体表面の位置の下部（筺体５０を挟んで筺体５０内部）に負荷側内部区画が設けられている。また、電源側端子４１および４２が配置されている筺体表面の下部には電源側内部区画９３が配置されている。また、開閉器１の内部では、負荷側内部区画９１、中央内部区画９２および電源側内部区画９３が順に並んで配置されており、制御回路収容区画９４は、負荷側内部区画９１、中央内部区画９２および電源側内部区画９３と隣接して配置されている。制御回路収容区画９４（基板１５）は、端子４１ないし４４の下部に配置される負荷側内部区画９１および電源側内部区画９３と隣接して配置されるため、端子４１ないし４４の配置される筺体表面の位置とずれた筺体表面の位置の下部に配置されることになる。

　電源側の端子４１および４２と負荷側の端子４３および４４とを接続する電路９５および９６は、負荷側内部区画９１、中央内部区画９２、電源側内部区画９３、および制御回路収容区画９４のうち、負荷側内部区画９１、中央内部区画９２および電源側内部区画９４のそれぞれの、内部および上部の少なくともいずれかを通って配設される。

　接点３３および３４は、補助接点であり、一端にそれぞれ電源線Ｌ３およびＬ４が接続され、他端がそれぞれ電源線Ｌ５およびＬ６を介して電源回路２５に接続されている。接点３３は制御回路収容区画９４内に配置される。接点３４は補助アーム７３（開極機構）の駆動により開極される。補助アーム７３は、内側部材５４に設けられた開口部７０を介してアーム６５とリンクされてアーム６５の動作と連動する。すなわち、引き外しユニット２６が動作して接点３２が開極されると、補助アーム７３の連動により接点３４も開極することになる。接点３３も接点３４と同様に、アーム６２と連動する補助アームの駆動により開極される。

　なお、補助接点は、接点３３または３４のいずれかのみとすることもできる。図４では接点３３が省略され、接点３４のみが、その一端に負荷側の電源線Ｌ４が接続され、他端が電源線Ｌ６を介して電源回路２５に接続されている。

　電源回路２５は引き外しユニット２６および制御回路１０に供給される内部電源を生成する。電源回路２５には、電源線Ｌ５およびＬ６間の電圧、すなわち、端子４１および４２間に入力される（外部）電源電圧Ｖ０が供給されている。また、電源回路２５から出力される内部電源電圧Ｖ１は、制御回路１０に供給されている。さらに、電源回路２５から出力される内部電源電圧Ｖ２は、引き外しユニット２６に供給されている。

　内側部材５３および５４には、開口部５５および５６が設けられ、開口部５５および５６ならびに外側部材５１および５２により負荷側内部区画９１が形成される。この負荷側内部区画９１に、電源回路２５が実装される基板２７が配置される。基板２７は、制御回路１０が実装される基板１５および引き外しユニット２６よりも負荷側に配置されることになる。外側部材５２を外した状態の側面図である図７および図４に示すように、内側部材５３および５４の開口部５５および５６の上面および下面の内側端部にはスリット８１および８２（凹部）が設けられる。図４では下面のスリット８２は内側部材５３にのみ設けられている。スリット８１および８２に基板２７をスライドさせることで、基板２７が負荷側内部区画内に取り付けられる。電源回路２５は基板２７から外側向きに配置される。

　温度センサ２１ないし２４は、サーミスタなどの半導体温度検出素子であり、それぞれ端子４１ないし４４の近傍に配置されており、端子の温度または端子周辺の温度を測定できるように構成されている。また、温度センサ２１ないし２４からそれぞれ出力される測定温度Ｔ１ないしＴ４に相当する電流は、過熱検出回路１１に入力されて測定温度Ｔ１ないしＴ４として認識され、過熱検出回路１１は、予め定められた次の条件に基づいて過熱検出信号ＯＨを出力する。

　この過熱検出回路１１は、測定温度Ｔ１ないしＴ４の何れかが、各端子に接続される電線の許容温度に応じて設定される温度（所定の温度）以上である過熱状態を検出し、過熱検出信号ＯＨを出力する。例えば、過熱検出回路１１は、コンパレータなどを用いて、各測定温度がいずれも所定の温度未満の間ロー・レベルとなり、何れかが所定の温度以上の間ハイ・レベルとなる過熱検出信号ＯＨを出力する。当該所定の電圧は、一例として、１００℃程度に設定される。なお、過熱検出回路１１は、好ましくは、過熱状態が所定の時間以上継続した場合に過熱検出信号ＯＨをハイ・レベルとする。

　なお、この過熱検出回路１１をマイコンなどで構成する場合には、温度センサ２１ないし２４から出力される電流値をＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換ポートからデジタル値として取り込み、このデジタル値と予め設定された値（所定の電圧に相当するデジタル値）との比較を行い、過熱検出信号ＯＨの出力ポートをハイ・レベルとする。

　アーク検出回路１２は、開閉器１が接続された電路におけるアークの発生を検出する。図９に示すように、アーク検出回路１２は、アーク放電が継続している状態を検出した際に信号を出力するものであり、変動検出回路１２１、カウンタ回路１２２および１２３、ならびに判定回路１２４を含んで構成されている。また、変動検出回路１２１は、例えばコンデンサＣ１、Ｃ２、および増幅回路Ａ１を含んで構成されている。

　増幅回路Ａ１の入力端は、（カップリング）コンデンサＣ１を介して電源線Ｌ５と容量結合され、直流電圧上に重畳されている交流電圧を通過させている。また、増幅回路Ａ１の出力端は、（カップリング）コンデンサＣ２を介してカウンタ回路１２２と容量結合され、増幅回路Ａ１でバイアスに用いた直流電圧を遮断し、増幅回路Ａ１で矩形波状に整形された変動電圧を変動検出信号ＡＣ０として出力している。

　すなわち、アーク検出回路１２の変動検出回路１２１は、コンデンサＣ１を介して入力される電源電圧Ｖ０の変動分を増幅回路Ａ１によって増幅し、さらにコンデンサＣ２を介して、変動検出信号ＡＣ０として出力する。なお、増幅回路Ａ１は、カウンタ回路１２２の論理レベルに応じて変動検出信号ＡＣ０のレベルを調整している。

　カウンタ回路１２２（第１のカウンタ部）には、変動検出回路１２１から出力される変動検出信号ＡＣ０がＣＫ（クロック入力）に入力されている。また、カウンタ回路１２２からは、ＣＬ（クリア入力）に入力されるクロックＣＬＫにより制御された所定の時間内（一例として１０ｍｓ程度）に、カウンタ値が所定回数以上となった際に出力が変化する端子の出力がフルカウント信号ＡＣ１として出力されている。さらに、カウンタ回路１２３（第２のカウンタ部）には、フルカウント信号ＡＣ１が入力され、カウンタ回路１２３は、フルカウント信号ＡＣ１のカウントを行っている。そして、カウンタ回路１２３から出力されるカウント値ＣＮＴは、判定回路１２４に入力され、判定回路１２４からは、アーク検出信号ＡＲＣが出力されている。

　すなわち、直流電力に重畳された交流成分の平均周波数をカウンタ回路１２２で分周してアーク放電の周波数の分散を平均化してカウントし、このカウントのフルカウント間隔の時間に相当する値がカウント値ＣＮＴとして出力される。

　具体的には、カウンタ回路１２２は、変動検出信号ＡＣ０の脈動数に基づいてカウントし、カウント値が増加する。ここで、カウンタ回路１２２は、例えば１２ビットのバイナリカウンタであり、ＣＬにクロックＣＬＫが入力されるごとにカウント値が０から４０９５までのカウントを開始する。そして、カウンタ回路１２２は、カウント値が所定の回数以上になった際に出力が変化する端子、例えば１２ビット目の端子の出力をフルカウント信号ＡＣ１として出力する。

　カウンタ回路１２３は、カウンタ回路１２２からのフルカウント信号ＡＣ１を所定の時間内カウントし、カウント値ＣＮＴが増加する。所定の時間の一例としては、カウンタ回路１２２と同様にＣＬ入力に入力されているクロックＣＬＫによって、１０ｍｓ程度に設定される。すなわち、カウンタ回路１２２が所定の時間内に所定の回数カウントする回数をカウントすることとなる。

　判定回路１２４は、クリアされる直前のカウント値ＣＮＴが所定の範囲内にある場合に、アーク放電が発生しているとしてアーク検出信号ＡＲＣを出力する。ここで、太陽電池モジュール２とパワーコンディショナ３との間の電路にアークが発生している場合における電源電圧Ｖ０の変動は、数ＭＨｚ程度の高周波成分を含んでいる。

　したがって、一例として、クロックＣＬＫの周期を１０ｍｓとし、１ＭＨｚ以上の変動成分によってアークの発生を検出するものとすると、判定回路１２４は、１０ｍｓの期間の（クリア直前の）カウント値ＣＮＴが２（第１の基準値）以上の場合にアーク検出信号ＡＲＣをハイ・レベルとする。また、一例として、１ＭＨｚないし１０ＭＨｚの変動成分によってアークの発生を検出するものとすると、判定回路１２４は、１０ｍｓの期間のカウント値ＣＮＴが２以上２５（第２の基準値）以下の場合にアーク検出信号ＡＲＣをハイ・レベルとする。なお、判定回路１２４は、好ましくは、１０ｍｓの期間のカウント値ＣＮＴが連続して一定時間（複数回）継続して所定の範囲内にある場合にアーク検出信号ＡＲＣをハイ・レベルとする。

　このようにして、アーク検出回路１２は、開閉器１が接続された電路におけるアークの発生を検出し、アーク検出信号ＡＲＣを出力する。

　逆接続検出回路１３には、電源電圧Ｖ０が入力され、逆接続検出回路１３からは、端子４１および端子４２に接続される直流電源の極性が逆の際に、逆接続検出信号ＲＣが出力される。すなわち、逆接続検出回路１３は、電源側端子である端子４１および４２に、負側（端子４２）が正側（端子４１）より高電位となる電源が接続されている逆接続状態を検出し、逆接続検出信号ＲＣを出力する。例えば、逆接続検出回路１３は、フォトカプラで構成され、当該フォトカプラは、一次側の発光ダイオードのアノード側が端子４２（負側）に接続され、端子４２の電圧が端子４１の電圧より高くなる逆接続状態の場合に、発光ダイオードが発光し、二次側のフォトトランジスタがオン状態となって、ハイ・レベルの逆接続検出信号ＲＣを出力する。

　ＯＲ判断部１４には、過熱検出信号ＯＨ、アーク検出信号ＡＲＣ、および逆接続検出信号ＲＣが入力されるとともに、端子４５を介して制御信号ＣＯＮが入力されている。さらに、ＯＲ判断部１４から出力される引き外し指令信号ＯＰは、引き外しユニット２６に入力されて接点３１、３２を開極し、直流電力が開閉器から出力されることを防止している。

　過熱検出回路１１、アーク検出回路１２および逆接続検出回路１３を含む制御回路１０が実装される基板１５は、外側部材５２の内部に形成される制御回路収容区画９４に配置される。制御回路収容区画９４は、負荷側内部区画９１に隣接し、負荷側内部区画９１と連通する。基板１５は電源回路２５が実装される基板２７よりも電源側に配置されることになる。基板１５は湾曲した保持具８０（アーム部材）の内側に保持され、保持部８０の端部は内側部材５４に固定される。図６のＡ－Ａ断面図である図８に示すように、保持具８０には、基板１５を保持するためのスリット８３および８４（凹部）が設けられ、スリット８３および８４に基板１５をスライドさせることで、基板１５が保持具８０に取り付けられる。制御回路収容区画９４において、中央内部区画９２および電源側内部区画９３と制御回路収容区画９４（基板１５）との間には壁７１が設けられる。なお、負荷側内部区画９１と制御回路収容区画９４との間にも壁を設けるようにしてもよい。

＝＝＝開閉器の動作＝＝＝
　次に、本実施形態における開閉器１の動作について説明する。　
　接点３１ないし３４は、後述する引き外しユニット２６による引き外しが行われるまでは閉極している。したがって、端子４１および４２間に入力された電源電圧Ｖ０は、パワーコンディショナ３などの負荷に供給されるとともに、電源回路２５にも供給される。また、電源回路２５は、電源電圧Ｖ０から内部電源電圧Ｖ１を生成し、制御回路１０に含まれる各回路に供給する。さらに、電源回路２５は、電源電圧Ｖ０から内部電源電圧Ｖ２も生成し、引き外しユニット２６に供給する。

　なお、本実施形態では、電源回路２５は、電源電圧Ｖ０が引き外しユニット２６を動作させる内部電源電圧Ｖ２の生成に必要な電圧（所定の電圧）以下の場合には、内部電源電圧Ｖ１およびＶ２を生成しないものとする。当該所定の電圧は、電源回路２５および引き外しユニット２６の構成に応じて設定され、一例として、５０Ｖ程度に設定される。

　ＯＲ判断部１４には、過熱検出信号ＯＨ、アーク検出信号ＡＲＣ、および逆接続検出信号ＲＣのほか、接点３１ないし３４を開極するための制御信号ＣＯＮも入力されている。また、ＯＲ判断部１４は、制御信号ＣＯＮ、過熱検出信号ＯＨ、アーク検出信号ＡＲＣ、または逆接続検出信号ＲＣがハイ・レベルとなった場合に引き外し指令信号ＯＰをハイ・レベルとする。そして、引き外し指令信号ＯＰがハイ・レベルとなると、引き外しユニット２６は、接点３１および３２を開極するとともに、連動して接点３３および３４も開極する。

　このようにして、開閉器１は、外部から制御信号ＣＯＮが入力された場合、過熱状態を検出した場合、アークの発生を検出した場合、または逆接続状態を検出した場合に引き外しを行い、開閉器や開閉器に接続された負荷を保護している。

　なお、本実施形態では、電源回路２５への分岐点が接点３１、３２より負荷側の電源線Ｌ３、Ｌ４に配置されているため、接点３１、３２を開極すると、電源線Ｌ１ないしＬ４を遮断するとともに、太陽電池モジュール２（直流電源）から電源回路２５へ供給される電力を遮断することができる。さらに、本実施形態では、電源回路２５への分岐点より電源回路２５側に分岐した線路に補助接点３３、３４が設けられているため、パワーコンディショナ３（負荷）から逆流して電源回路２５へ供給される電力も遮断することができる。

　前述したように、開閉器１において、外部から制御信号ＣＯＮが入力された場合、過熱状態を検出した場合、またはアークの発生を検出した場合に引き外しを行うことによって、開閉器１や開閉器１に接続された負荷をアークによる過熱から保護し、開閉器１が接続された電路上での焼損事故を防止することができる。

　また、電源回路２５には、接点３１および３２と負荷側端子４３および４４との間の電源線Ｌ３およびＬ４から電力が供給されるため、接点３１および３２が開極された場合には、電源回路２５には電力が供給されないようにすることができる。したがって、開閉器１の接点３１および３２を開局した場合に電源回路２５に不要な給電がされることがないので、電源回路の誤動作を防止することができる。また、電源回路２５は、筐体５０内において負荷側に設けられる負荷側内部区画９１内に配置されるので、分岐点からの配線の引き回しを短くすることができる。これにより開閉器１の組立性を向上することができる。

　また、引き外しユニット２６による引き外しが行われた場合には、引き外しユニット２６と連動する補助アームにより補助接点を開極することで、電源線Ｌ３およびＬ４と電源回路２５との接続も切断することができる。これにより、引き外しが行われた場合に、負荷側から逆流した電力が電源回路２５に供給されることを防止することができる。

　また、アークは端子で発生しやすいため、端子４１ないし４４の配置されている筺体表面の位置とずれた筺体表面の位置の下部に制御回路１０を配置することにより、端子４１ないし４４で発生したアークが制御回路１０に直接影響を与えてしまうような状況を回避することができる。また、アークによる発火が生じる場合には、その発生箇所の近くから焼損が伝搬していくことになるので、制御回路１０が焼損するまでの時間を延ばし、これにより制御回路１０がより確実に引き外しユニット２６を動作させるようにすることができる。

　また、端子４１および４２と端子４３および４４を接続する電路９５および９６は、負荷側内部区画９１、中央内部区画９２、電源側内部区画９３及び制御回路収容区画９４のうち、負荷側内部区画９１、中央内部区画９２、及び電源側内部区画９３のそれぞれの、内部及び上部の少なくともいずれかを通って配置されることにより、電路９５および９６が制御回路１０と隣接して配置されなくなる。したがって、電路においてアークが発生した場合に、制御回路１０に直接影響を与えてしまうような状況を回避することができる。

　また、中央内部区画９２および電源側内部区画９３と制御回路収容区画９４との間には壁７１が設けられるため、電源側の端子４１および４２、電源線Ｌ１およびＬ２、接点３１および３２、電源線Ｌ３およびＬ４、ならびに負荷側の端子４３および４４を通る電路において発生したアークの制御回路１０への影響をさらに低減することができる。また、引き外しユニット２６の動作時に発生するアークなどの制御回路１０への影響も低減することもできる。

　また、負荷側内部区画９１と制御回路収容区画９４とは隣接して連通するので、負荷側内部区画９１に配置される電源回路２５から、制御回路収容区画９４に配置される制御回路１０への配線を容易に行うことができる。

　また、電源回路２５は、制御回路１０とは別の回路として構成され、制御回路１０とは別の基板２７に実装されるので、電源回路２５のサイズを小さくすることができる。特に太陽電池モジュール２からの出力は、例えば０Ｖ～４５０Ｖなど、電圧の変動の幅が大きく、電源回路２５にはスイッチング回路を用いた安定化電源のような大がかりな回路が必要になるため、電源回路２５のサイズは比較的大きくなり、その電源回路２５を収容するべく筐体５０も大きくする必要があるが、制御回路１０を電源回路１０と同じ回路とせず、また同じ基板２７に実装しないように構成することで、電源回路２５のサイズを小さくし、開閉器１の小型化を実現することができる。

　また、電源回路２５は通常発熱を伴うが、制御回路１０を電源回路２５とは別の制御回路収容区画に配置することにより、電源回路２５からの発熱による影響を低減することができる。

　また、基板２７は負荷側内部区画の上面及び下面に形成されるスリット８１および８２に挿入されて固定されるので、基板２７の固定にねじ等の部品を用いる必要がなく、部品点数を減らすことができる。また、スリット８１および８２に沿って基板２７をスライドさせるだけで負荷側内部区画に電源回路２５を配置することができる。したがって、開閉器１の組立性を向上することができる。

　また、基板１５は保持具８０に形成されるスリット８３および８４に挿入されて固定されるので、基板１５の固定にねじ等の部品を用いる必要がなく、部品点数を減らすことができる。また、スリット８３および８４に沿って基板１５をスライドさせるだけで制御回路収容区画に制御回路１０を配置することができる。したがって、開閉器１の組立性を向上することができる。

　また、カウンタ回路１２２が電源電圧Ｖ０の変動分を示す変動検出信号ＡＣ０に基づいてカウントすることによって、当該カウンタ回路１２２が所定時間内において所定回数以上をカウントする状態が連続して一定時間にわたって継続する場合に、アークの発生に起因する電源電圧Ｖ０の変動に含まれる高周波成分によってアークの発生を検出することができる。

　また、カウンタ回路１２２が所定時間内において所定回数をカウントしたことを示すフルカウント信号ＡＣ１をカウントすることによって、当該カウント値ＣＮＴが第１の基準値以上である状態が連続して一定時間継続した場合に、電源電圧Ｖ０の変動に含まれる高周波成分によってアークの発生を検出することができる。

　さらに、カウント値ＣＮＴが第１の基準値以上かつ第２の基準値以下である場合にアーク検出信号ＡＲＣを出力することによって、電源電圧Ｖ０の変動に含まれる所定の周波数帯域の成分によってアークの発生を検出することができる。

　また、端子４１ないし４４のそれぞれの測定温度Ｔ１ないしＴ４の何れかが、所定の時間以上継続して所定の温度（例えば１００℃）以上である場合に過熱検出信号ＯＨを出力することによって、ノイズや一時的な温度変動の影響を抑制し、より確実に過熱状態を検出することができる。

　また、電源電圧Ｖ０が所定の電圧（例えば５０Ｖ）以下の場合に内部電源電圧Ｖ１およびＶ２を生成しないことによって、引き外しを行うのに必要な内部電源電圧Ｖ２を電源回路２５が生成することができない場合に、制御回路１０および引き外しユニット２６の動作を停止することができる。

　また、逆接続検出信号ＲＣが入力された場合にも引き外しを行うことによって、開閉器１に接続された負荷に逆方向の電圧・電流が供給されるのを防止することができる。

　なお、上記実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。

　上記実施形態では、開閉器１の適用例として、太陽光発電システムに用いられる場合について説明したが、これに限定されるものではない。開閉器１は、例えば他の自然エネルギーを利用した小規模な発電設備や、コジェネレーション設備などの分散（型）電源に広く用いることができる。また、アークは交流回路においても発生するため、ハイパスフィルタなどを用いて商用電源周波数より高い周波数の電圧変動を検出することによって、交流の電路におけるアークの発生を検出することもできる。開閉器１を交流開閉器として構成することによって、さらに他の用途にも広く用いることができる。なお、交流開閉器では、逆接続検出回路１３は用いられない。

　上記実施形態では、引き外しユニット２６は、制御信号ＣＯＮ、過熱検出信号ＯＨ、アーク検出信号ＡＲＣ、または逆接続検出信号ＲＣがハイ・レベルとなった場合に接点３１ないし３４を開極するが、これに限定されるものではない。引き外し指令信号ＯＰを出力するＯＲ回路１４には、これらの信号の一部が入力されていてもよく、また、他の信号が入力されていてもよい。

　上記実施形態では、筐体５０を構成する外部部材５１および５２ならびに内側部材５３および５４は、ねじの螺合により一体化されるが、これに限定されるものではない。例えば、外部部材５１および５２ならびに内側部材５３および５４をリベットにより固定するようにしてもよい。

　　１　　　　　開閉器
　　２　　　　　太陽電池モジュール
　　３　　　　　パワーコンディショナ
　　４　　　　　負荷
　　５　　　　　商用交流電源
　　１０　　　　制御回路
　　１１　　　　過熱検出回路
　　１２　　　　アーク検出回路
　　１３　　　　逆接続検出回路
　　１４　　　　ＯＲ判断部（論理和回路）
　　１５　　　　基板
　　２１～２４　温度センサ
　　２５　　　　電源回路
　　２６　　　　引き外しユニット
　　２７　　　　基板
　　３１～３４　接点
　　４１～４５　端子
　　５０　　　　筐体
　　５１、５２　外側部材
　　５３、５４　内側部材
　　５５、５６　開口部
　　５７～６０　内部区画
　　６１　　　　コイル
　　６２、６５　アーム
　　６３　　　　リンク
　　７０　　　　開口部
　　７１　　　　壁
　　８０　　　　保持具　
　　８１～８４　スリット
　　１２１　　　　　変動検出回路
　　１２２、１２３　カウンタ回路
　　１２４　　　　　判定回路
　　Ａ１　　　　増幅回路
　　Ｃ１、Ｃ２　コンデンサ
　　Ｌ１～Ｌ６　電源線

Claims

　直流電源につながる電源側端子と前記直流電源からの電力が出力される負荷側端子とを有する開閉器において、
　前記電源側端子と前記負荷側端子とをつなぐ電路に挿入され、前記直流電源と負荷との間の電路を開閉する接点と、
　前記電路を介して検出するアーク放電が所定時間継続した際にアーク検出信号を出力するアーク検出回路と、
　前記アーク検出信号が生成された場合に、前記接点を開極する引き外しユニットと、
　を有することを特徴とする開閉器。
　前記接点を開極するための制御信号が供給される入力端子と、
　前記電源側端子もしくは前記負荷側端子の温度、または当該端子の周囲の温度が所定の温度以上であることを検出し、過熱検出信号を出力する過熱検出回路と、
　をさらに備え、
　前記引き外しユニットは、前記制御信号、前記過熱検出信号、または前記アーク検出信号の少なくとも何れか１つの信号が生成された場合に、前記接点を開極すること、
　を特徴とする請求項１に記載の開閉器。
　前記アーク検出回路は、
　前記電路の直流電圧に重畳された交流電圧を抽出し矩形波に成形した変動検出信号を出力する変動検出回路と、
　前記変動検出回路から出力される前記変動検出信号に基づいてカウントを行う第１のカウンタ部と、
　を含み、
　前記第１のカウンタ部が所定時間内において所定回数以上をカウントする状態が連続して前記所定時間より長い一定時間にわたって継続した際に前記アーク検出信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の開閉器。
　前記アーク検出回路は、
　前記第１のカウンタ部が前記所定時間内において前記所定回数をカウントした回数をカウントする第２のカウンタ部をさらに含み、
　前記第２のカウンタ部がカウントするカウント値が第１の基準値以上である状態が連続して前記一定時間継続した際に前記アーク検出信号を出力することを特徴とする請求項３に記載の開閉器。
　前記アーク検出回路は、前記第２のカウンタ部がカウントするカウント値が第２の基準値以下である際に前記一定時間の計時を行うことを特徴とする請求項４に記載の開閉器。
　前記過熱検出回路は、前記電源側端子もしくは前記負荷側端子の温度、または当該端子の周囲の温度が所定の時間以上前記所定の温度以上である場合に前記過熱検出信号を出力することを特徴とする請求項２に記載の開閉器。
　前記直流電源から前記過熱検出回路、前記アーク検出回路、および前記引き外しユニットの作動電力を生成する電源回路をさらに有し、
　前記電源回路は、前記直流電源の電圧が所定の電圧以下の場合には、前記過熱検出回路、前記アーク検出回路、および前記引き外しユニットの作動に至る電力を供給しないことを特徴とする請求項２に記載の開閉器。
　前記電源側端子および前記負荷側端子は、いずれも正側および負側の一対の端子からなり、
　前記電源側端子に、負側が正側より高電位となる電源が接続されていることを検出し、逆接続検出信号を出力する逆接続検出回路をさらに有し、
　前記引き外しユニットは、前記逆接続検出信号が入力された場合にも、前記接点を開極することを特徴とする請求項１に記載の開閉器。
　前記アーク検出回路が第１基板に実装され、
　前記接点および前記負荷側端子の間に接続されて前記直流電源から、前記アーク検出回路および前記引き外しユニットの作動電力を生成する電源回路が実装される第２基板と、
　前記電源側端子及び前記負荷側端子が表面に配置され、前記引き外しユニット、前記第１基板、前記第２基板及び前記電路を内部へ収容する筺体と、を有し、
　前記電源側端子及び前記負荷側端子の配置されている前記表面の位置とずれた前記表面の位置の下部に前記第１基板が配置されることを特徴とする請求項１に記載の開閉器。
　前記筺体は、前記負荷側端子が配置されている前記表面の位置の下部に設けられる負荷側内部区画と、前記電源側端子が配置されている前記表面の位置の下部に設けられる電源側内部区画と、前記負荷側内部区画、及び前記電源側内部区画と隣接して設けられ前記第１基板が収容される制御回路収容区画と、を有し、
　前記負荷側内部区画と前記制御回路収容区画との間、或いは前記電源側内部区画と前記制御回路収容区画との間には壁が設けられることを特徴とする請求項９に記載の開閉器。
　前記筺体は、前記引き外しユニットを収容する中央内部区画を有し、
　前記電路は、前記負荷側内部区画、前記中央内部区画、前記電源側内部区画及び制御回路収容区画のうち、前記負荷側内部区画、前記中央内部区画、及び前記電源側内部区画のそれぞれの、内部及び上部の少なくともいずれかを通って配置されることを特徴とする請求項１０に記載の開閉器。
　前記負荷側内部区画には、前記第２基板が収容されることを特徴とする請求項９又は１１に記載の開閉器。
　前記第１基板は、湾曲したアーム部材の内側に設けられた凹部により保持され、前記アーム部の一端及び他端を、前記制御回路収容区画を形成する壁に固定して前記制御回路収容区画に配置されることを特徴とする請求項９に記載の開閉器。
　前記第２基板は、前記負荷側内部区画を形成する壁面に設けられる凹部により保持されて前記負荷側内部区画に配置されることを特徴とする請求項１２に記載の開閉器。