(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
遮断器の主回路を貫通させるＡ、Ｂ２つの変流器と、Ａの変流器の両端に発生する電圧から、商用周波数成分のみを通過させるＡのフィルタ回路と、Ｂの変流器の両端に発生する電圧から高周波数成分のみを通過させるＢのフィルタ回路と、Ａのフィルタ回路の出力電圧を、増幅するＡの増幅部と、Ｂのフィルタ回路の出力電圧を、増幅するＢの増幅部と、Ａの増幅部の出力電圧が、既定の一定値以上であれば出力をＨレベルとするＡのしきい値回路と、Ｂの増幅部の出力電圧が、既定の一定値以上であれば出力をＨレベルとするＢのしきい値回路と、ＡとＢのしきい値回路からの出力が双方ともにＨレベルであった場合、サイリスタを動作させるＡＮＤ回路と、ＡＮＤ回路の出力にゲートを接続し、アノード側をトリップコイルに、カソード側を片側の極に接続したサイリスタと、サイリスタのアノードに一端を接続されたトリップコイルと、トリップコイルの他端と遮断器の他側の極側との間に接続されたダイオードと、トリップコイルの通電により接点装置を開とする接点開閉機構部より成り、前記Ａのしきい値回路のしきい値は、商用周波数成分の電流が過負荷または短絡の状態にあるか否かを判別する値に選んだことを特徴とする配線用遮断器。
【請求項２】
遮断器の主回路を貫通させる商用周波数成分の電流のみを検出する変流器Ａと、遮断器の主回路を貫通させる高周波数成分の電流のみを検出する変流器Ｂと、Ａの変流器の出力を増幅するＡの増幅部と、Ｂの変流器の出力を増幅するＢの増幅部と、Ａの増幅部の出力電圧が、一定値以上になったときＨレベルを出力するＡのしきい値回路と、Ｂの増幅部の出力電圧が、一定値以上になったときＨレベルを出力するＢのしきい値回路と、Ａ、Ｂのしきい値回路からの出力が双方ともにＨレベルであった場合、サイリスタを動作させるＡＮＤ回路と、ＡＮＤ回路の出力にゲートを接続し、アノード側をトリップコイルに、カソード側を遮断器の一方の極に接続したサイリスタと、サイリスタのアノードに一端を接続されたトリップコイルと、トリップコイルの他端と遮断器の他側の極との間に接続されたダイオードと、トリップコイルの通電により、接点装置を開とする接点開閉機構部より成り、前記Ａのしきい値回路のしきい値は、商用周波数成分の電流が過負荷または短絡の状態にあるか否かを判別する値に選んだたことを特徴とする配線用遮断器。
【請求項３】
遮断器の主回路に配置される内部インピーダンスによる電流に比例した電圧発生部と、電圧発生部の両端に発生する電圧から、商用周波数成分のみを通過させるＡのフィルタ回路と、電圧発生部の両端に発生する電圧から高周波数成分のみを通過させるＢのフィルタ回路と、Ａのフィルタ回路の出力電圧を、増幅するＡの増幅部と、Ｂのフィルタ回路の出力電圧を、増幅するＢの増幅部と、Ａの増幅部の出力電圧が、既定の一定値以上であれば出力をＨレベルとするＡのしきい値回路と、Ｂの増幅部の出力電圧が、既定の一定値以上であれば出力をＨレベルとするＢのしきい値回路と、ＡとＢのしきい値回路からの出力が双方ともにＨレベルであった場合、サイリスタを動作させるＡＮＤ回路と、ＡＮＤ回路の出力にゲートを接続し、アノード側をトリップコイルに、カソード側を遮断器の一方の極に接続したサイリスタと、サイリスタのアノードに一端を接続されたトリップコイルと、トリップコイルの他端と遮断器の他側の極との間に接続されたダイオードと、トリップコイルの通電により接点装置を開とする接点開閉機構部より成り、前記Ａのしきい値回路のしきい値は、商用周波数成分の電流が過負荷または短絡の状態にあるか否かを判別する値に選んだことを特徴とする配線用遮断器。
【０００１】
【発明の詳細な説明】
【産業上の利用分野】
本件の発明は配線用遮断器に係り、 本発明は従来の遮断器が検知できない絶縁物の絶縁破壊によって発生する放電状の短絡電流で、回路を遮断する配線用遮断器に関る。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
従来このような配線用遮断器には過電流や短絡電流の検出にバイメタルや、電磁コイルを使用していた。
【０００３】
しかし、その方式では図１のような、越流、突入電流での誤動作を避けるため、瞬時遮断の検出電流（半サイクルでの検出遮断電流）は、越流、突入電流より小さくすることが出来なかった。上述の理由から一般的に、瞬時遮断の動作電流は、遮断器定格電流の１０００％程度に選んであった。例えば、一般の住宅に用いられる配線用遮断器の定格電流は、２０Ａであり、瞬時遮断の動作電流は、実効値２００Ａ程度である。しかしながら、コンセントに接続して用いるコードの皮膜の絶縁劣化や、過熱による皮膜の溶融による心線短絡や、トラッキングによる放電状の短絡では短絡電流が数十から２００Ａ程度までであり、さらに短絡電流は連続した正弦波でなく、図２に示すように非連続の間欠的な電流となるため、前述の従来の遮断器では瞬時遮断動作せず、遮断まで時間がかかり、最悪の場合短絡部分から出火、火災に至ることがあった。
【発明の目的】
そこで本件の目的とするところは、図２のような、短絡電流の大きさが、数十から２００Ａ程度で、さらに正弦波でなく非連続の間欠的な電流でも、瞬時に検出して遮断可能で、且つ前述の越流や突入電流では誤動作しない配線用遮断器を提供しようとするものである。
【０００４】
【目的を解決するための手段及び効果】
上述の目的を達成するため本件の発明では、第１に請求項１では、遮断器の主回路を貫通させるＡ、Ｂ２つの変流器と、Ａの変流器の両端に発生する電圧から、商用周波数数成分のみを通過させるＡのフィルタ回路と、Ｂの変流器の両端に発生する電圧から高周波数成分のみを通過させるＢのフィルタ回路と、Ａのフィルタ回路の出力電圧を、増幅するＡの増幅部と、Ｂのフィルタ回路の出力電圧を、増幅するＢの増幅部と、Ａの増幅部の出力電圧が、既定の一定値以上であれば出力をＨレベルとするＡのしきい値回路と、Ｂの増幅部の出力電圧が、既定の一定値以上であれば出力をＨレベルとするＢのしきい値回路と、ＡとＢのしきい値回路からの出力が双方ともにＨレベルであった場合、サイリスタを動作させるＡＮＤ回路と、ＡＮＤ回路の出力にゲートを接続し、アノード側をトリップコイルに、カソード側を遮断器の一方の極に接続したサイリスタと、サイリスタのアノードに一端を接続されたトリップコイルと、トリップコイルの他端と遮断器の他方の極側との間に接続されたダイオードと、トリップコイルの通電により接点装置を開とする機構部より成り、前記Ａのしきい値回路のしきい値は、商用周波数成分の電流が過負荷または短絡の状態にあるか否かを判別する値に選んだものである。それにより、Ａ、Ｂ２つの変流器が、電流を検知した場合に発生する電圧のＡについては、例えば図２中ａのような商用周波数成分を、Ｂについては図２中ｂのような高周波数成分をそれぞれフィルタ回路により通過させ、増幅部以降の一連の動作を行うようにしたもので、先の図１のような、越流、突入電流のように高周波数成分が存在しない波形の電流では、遮断器は動作しない。したがって、商用周波数側の電流検出部の感度を、越流、突入電流以下に設定しても、越流、突入電流で誤動作することなく、高周波数成分の電流を含むような前述のコード皮膜の絶縁劣化や、過熱による皮膜の溶融による心線短絡や、トラッキングによる放電短絡の場合には、越流、突入電流より小さい短絡電流でも、瞬時に検出、遮断することが出来る。
【０００５】
第２に請求項２では、遮断器の主回路を貫通させる商用周波数成分の電流のみを検出する変流器Ａと、遮断器の主回路を貫通させる高周波数成分の電流のみを検出する変流器Ｂと、Ａの変流器の出力を増幅するＡの増幅部と、Ｂの変流器の出力を増幅するＢの増幅部と、Ａの増幅部の出力電圧が、一定値以上になったときＨレベルを出力するＡのしきい値回路と、Ｂの増幅部の出力電圧が、一定値以上になったときＨレベルを出力するＢのしきい値回路と、Ａ、Ｂのしきい値回路からの出力が双方ともにＨレベルであった場合、サイリスタを動作させるＡＮＤ回路と、ＡＮＤ回路の出力にゲートを接続し、アノード側をトリップコイルに、カソード側を遮断器の一方の極に接続したサイリスタと、サイリスタのアノードに一端を接続されたトリップコイルと、トリップコイルの他端と遮断器の他方の極側との間に接続されたダイオードと、トリップコイルの通電により、接点装置を開とする接点開閉機構を備え、前記Ａのしきい値回路のしきい値は、商用周波数成分が、過負荷または短絡の状態にあるか否かを判別する値に選んだものである。それにより、変流器自体に周波数特性を持たせることにより、フィルタ回路を省略することが出来、回路を簡略化することが出来た上で、図２の波形のような電線の絶縁破壊による放電状の短絡で発生する短絡電流の、例えば図２中ａのような商用周波数成分と、図６中ｂのような高周波数成分のそれぞれを検出し、増幅部以降の一連の動作を行うから、先の図１のような、越流、突入電流のように高周波数成分が存在しない波形の電流では、遮断器は動作しない。したがって、商用周波数側の電流検出部の感度を、越流、突入電流以下に設定しても、越流、突入電流では誤動作することなく、高周波数成分の電流を含むような前述のコード皮膜の絶縁劣化や、過熱による皮膜の溶融による心線短絡や、トラッキングによる放電状の短絡の場合には、越流、突入電流より小さい短絡電流でも、瞬時に検出、遮断することが出来る。
【０００６】
第３に請求項３では、遮断器の主回路に配置されるＡ、Ｂ２つの内部インピーダンスによる電流に比例した電圧発生部と、Ａの電圧発生部の両端に発生する電圧から、商用周波数成分のみを通過させるＡのフィルタ回路と、Ｂの電圧発生部の両端に発生する電圧から高周波数成分のみを通過させるＢのフィルタ回路と、Ａのフィルタ回路の出力電圧を、増幅するＡの増幅部と、Ｂのフィルタ回路の出力電圧を、増幅するＢの増幅部と、Ａの増幅部の出力電圧が既定の一定値以上であれば出力をＨレベルとするＡのしきい値回路と、Ｂの増幅部の出力電圧が既定の一定値以上であれば出力をＨレベルとするＢのしきい値回路と、ＡとＢのしきい値回路からの出力が双方ともにＨレベルであった場合、サイリスタを動作させるＡＮＤ回路と、ＡＮＤ回路の出力にゲートを接続し、アノード側をトリップコイルに、カソード側を遮断器の一方の極に接続したサイリスタと、サイリスタのアノードに一端を接続されたトリップコイルと、トリップコイルの他端と遮断器の他方の極側との間に接続されたダイオードと、トリップコイルの通電により接点装置を開とする機構部を備え、前記Ａのしきい値回路のしきい値は、商用周波数成分の電流が、過負荷または短絡の状態にあるか否かを判別する値に選んだものである。それにより、遮断器の主回路に配置される２つの内部インピーダンスによる電流に比例した電圧発生部と、フィルタ回路によって、図２のような波形の電線の絶縁破壊による放電状の短絡で発生する短絡電流の、例えば図２中ａのような商用周波数成分と、図２中ｂのような高周波数成分のそれぞれを検出し、増幅部以降の一連の動作を行うから、先の図１のような、越流、突入電流のような高周波数成分が存在しない波形の電流では、遮断器は動作しない。したがって、商用周波数側の電流検出部の感度を、越流、突入電流以下に設定しても、越流、突入電流で誤動作することなく、高周波数成分の電流を含むような前述のコード皮膜の絶縁劣化や、過熱による皮膜の溶融による心線短絡や、トラッキングによる放電状の短絡の場合には、越流、突入電流より小さい短絡電流でも瞬時に遮断動作することが出来る。
【０００７】
【実施例の説明】
以下に本件発明を図面を用いて詳細に説明する。
【０００８】
図１は、白熱電灯の点灯時の越流電流の波形の一例で、定格２０Ａの白熱電灯の場合、点灯初期の電流のピーク値は、約３００Ａに達するが、周波数成分は、商用周波数成分しか含んでいない。
【０００９】
図２は、コンセントに接続されるコードの皮膜の絶縁劣化や、過熱による皮膜の溶融による心線短絡や、トラッキングによる放電状の短絡の場合の短絡電流波形で、電流のピーク値は数十から数百アンペアで、基本的な商用周波数成分ａと、高周波数成分ｂを含んでいることを特徴とする電流波形である。
【００１０】
図３は、本件発明の第１の実施例の図である。
【００１１】
図３中１は、変流器Ａであり、遮断器の主回路に流れる電流を検出する。
【００１２】
図３中２は、変流器Ｂであり、遮断器の主回路に流れる電流を検出する。
【００１３】
図３中１３は、Ａのフィルタ回路であり、本回路では、１の変流器Ａが検出した主回路に流れる電流の商用周波数成分（図２のａ）のみ通過させるものである。
【００１４】
図３中２３は、Ｂのフィルタ回路であり、本回路では、１の変流器Ｂが検出した主回路に流れる電流の高周波数成分（図２のｂ）のみ通過させるものである。
【００１５】
図３中１１は、Ａの増幅回路で、例えばオペアンプ等で構成され、フィルタ回路１３からの出力電圧を増幅する。
【００１６】
図３中２１は、Ｂの増幅回路で、例えばオペアンプ等で構成され、フィルタ回路２３からの出力電圧を増幅する。
【００１７】
図３中１２は、増幅回路１１の出力が既定のしきい値以上か否かを判定するしきい値回路で、しきい値以上であると判定した場合のみ、Ｈレベルの出力を発生し、商用周波数の約半サイクルから、１サイクルの間、出力を保持する。
【００１８】
図３中２２は、増幅回路２１の出力が既定のしきい値以上か否かを判定するしきい値回路で、しきい値以上であると判定した場合のみ、Ｈレベルの出力を発生し、商用周波数の約半サイクルから、１サイクルの間、出力を保持する。
【００１９】
図３中３はＡＮＤ回路で、１２と２２の２つの出力がともにＨレベルであった場合のみ出力をＨレベルとする。
【００２０】
図３中４はサイリスタで、３の出力電圧が既定の一定値以上の電圧を受けると、アノード−カソード間をショートする。
【００２１】
図３中５はトリップコイルで、サイリスタ４が、ＯＮ動作すると、ダイオード６で整流された電源により励磁され、励磁されると、図示しない接点開閉機構部に作用して接点装置７の開放を行う。
【００２２】
図４は第２の実施例であり、第１の実施例図３と異なるところは、フィルタ回路１３、２３を備えない代わりに、遮断器の主回路を貫通して商用周波数成分の電流のみを検出、出力する１０の変流器Ａと、遮断器の主回路を貫通して高周波数成分の電流のみを検出、出力する２０の変流器Ｂとを備えている点であり、その他は同一の構成である。
【００２３】
１０の変流器Ａは、コアを選択する等の方法で、遮断器の主回路を貫通して商用周波数成分（図２のａ）の電流成分のみを検出するものである。
【００２４】
２０の変流器Ｂは、コアを選択する等の方法で、遮断器の主回路を貫通して商用周波数成分（図２のｂ）の電流成分のみを検出するものである。
【００２５】
これらの変流器１０、２０を使用することにより、変流器の出力を直接増幅回路１１、２１に入力することが出来、これによりフィルタ回路を省略することが出来、回路を単純化することが出来る。
【００２６】
増幅回路以降の回路動作は実施例１と同様であり、しきい値回路の出力がＨレベルとなりＡＮＤ回路の出力がＨレベルとなると、サイリスタ４の動作と、ダイオード６で整流された電源により励磁され、動作すると、図示しない接点開閉機構部に作用して接点装置７の開放を行う。
【００２７】
図５は第３の実施例であり、第１の実施例図３と異なるところは、変流器１、２の代わりに、遮断器の内部インピーダンスによる電流に比例した電圧発生部１００を備えている点であり、その他は同一の構成であり、動作も同一である。
【００２８】
電圧発生部１００は、配線用遮断器の主回路に存在するインピーダンスをそのまま利用することが出来る。例えば、従来の配線用遮断器の過電流引き外し素子として用いられるバイメタルや、電磁石コイルのインピーダンスを利用することが出来る。
【００２９】
以上の第１の実施例から第３の実施例において、商用周波数成分の電流検出レベル、すなわちしきい値回路１２の出力がＨレベルになるための主回路に流れる商用周波数成分の電流レベルは、白熱電灯の点灯時に流れる越流や、電動機の始動時に流れる突入電流の大きさより小さく、配線用遮断器の定格電流より数倍大きい範囲に設定する。即ち、従来の配線用遮断器でいう過負荷ないし短絡領域の電流に設定する。具体的には２０Ａの配線用遮断器の場合、４０から２００Ａ程度に選ばれ、そのために変流器１、１０の出力電圧特性や、増幅器１１の増幅率、しきい値回路１２のしきい値レベルを調整する。
【００３０】
又、高周波数成分の電流検出レベル、すなわちしきい値回路２２の出力がＨレベルになるための主回路に流れる高周波数成分の電流レベルは、ノイズにより誤動作しない程度に小さく設定する。具体的には数Ａ程度に設定し、そのために変流器２、２０の出力電圧特性や、増幅器２１の増幅率、しきい値回路２２のしきい値レベルを調整する。又、検出する高周波数成分の周波数範囲は実際に前述のコードの短絡事故時に発生する高周波数成分１ｋＨｚから数１０ｋＨｚ程度に選ばれる。
【００３１】
以上のように構成された本件発明の配線用遮断器は、図１に示すような越流や突入電流における商用周波数成分の電流は、本件発明の商用周波数成分の電流検出レベルを超えているから、しきい値回路１２の出力はＨレベルとなるが、越流や突入電流には商用周波数成分以外の高周波数成分を含んでいないので、しきい値回路２２の出力はＬレベルとなっていて、ＡＮＤ回路３の出力は、Ｌレベルとなり、サイリスタ４はトリガーされず、トリップコイル５は吸引されないので、遮断器は開動作しない。
【００３２】
次に図２に示すようなコードの事故電流では商用周波数成分ａは、数十から数百Ａであって、しきい値回路１２の出力は、Ｈレベルとなるとともに、高周波数成分ｂを含むため、しきい値回路２２の出力もＨレベルとなって、ＡＮＤ回路３の出力はＨレベルとなり、サイリスタ４はトリガーされ、トリップコイル５が吸引され、遮断器は瞬時に開動作する。
【００３３】
したがって越流や突入電流では接点装置を開動作しないが、コード事故による放電状短絡電流については電流値が越流や突入電流より小さくとも、特定の高周波数成分を含むので接点を開動作することが出来る。なお、従来の２０Ａ定格の配線用遮断器でも数十から数百Ａの過負荷短絡電流領域で接点装置を開動作することは出来るが、短絡発生から接点装置の開動作までは、数秒から数十秒の時間がかかり、本件の発明のように短絡発生後、瞬時に接点装置を開動作することは出来なかった。
【００３４】
本件発明による配線用遮断器に従来の熱動型過電流検出引き外し装置（バイメタル）や、電磁型過電流検出引き外し装置（ダッシュポット型電磁石）を組合せ使用すれば、従来の過負荷や短絡電流から、配線を保護する機能は持ちながら更にコンセントにコードを接続したときのコードの絶縁劣化や通電過熱によるコード皮膜の溶融による心線短絡や、トラッキングによる放電状の短絡により即座に回路を遮断して、コードの部分過熱による出火、火災の発生を防止できる機能を併せ持つ配線用遮断器を提供できる。
【効果】
【００３５】
以上のように本発明によれば、越流電流や、突入電流では誤動作することなく、短絡電流値がそれより小さく、高周波数成分を含むような放電状の短絡電流を発生するコード事故では、瞬時に接点装置を開動作して、火災の発生を防止する配線用遮断器を得られるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 越流、突入電流波形の例
【図２】 非連続の間欠的な放電状短絡電流波形の例
【図３】 本件発明の第１の実施例の図
【図４】 本件発明の第２の実施例の図
【図５】 本件発明の第３の実施例の図
【符号の説明】
１ 変流器Ａ
２ 変流器Ｂ
３ ＡＮＤ回路
４ サイリスタ
５ トリップコイル
６ ダイオード
７ 接点装置
１１ Ａの増幅回路
１２ Ａのしきい値回路
１３ Ａのフィルタ回路
２１ Ｂの増幅回路
２２ Ｂのしきい値回路
２３ Ｂのフィルタ回路
１００ 電圧発生部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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