(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
遮断器の一方の極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、各電圧発生部の両端に分圧抵抗を介して電源側に近い側にカソードを、負荷側に近い側にゲートを接続したサイリスタと、サイリスタのアノードと遮断器の他方の極間には、トリップコイルと各トリップコイルと直列に前記サイリスタと順方向に配置されるダイオードと、トリップコイルが吸引したことにより、接点開閉機構を引き外し、接点装置を開とすることを特徴とする配線用遮断器。
【請求項２】
遮断器の一方の極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Ａと、電圧発生部Ａの両端に、分圧抵抗を介して電源側に近い側にカソードを、負荷側に近い側にゲートを接続したサイリスタＡと、電圧発生部Ａが配置される遮断器の極にアノードを接続し、カソードをサイリスタＡのアノードに接続したダイオードＢと、遮断器の他方の極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Ｂと、電圧発生部Ｂの両端に分圧抵抗を介して電源側に近い側にカソードを、負荷側に近い側にゲートを接続したサイリスタＢと、電圧発生部Ｂが配置される遮断器の極にアノードを接続され、カソードをサイリスタＢのアノードに接続したダイオードＡと、サイリスタＡのアノードとダイオードＢのカソードの接続部Ａと、サイリスタＢのアノードとダイオードＡのカソードの接続部Ｂ間に、トリップコイルを接続し、トリップコイルが吸引したことにより、接点開閉機構を引き外し、接点装置を開とすることを特徴とする２極配線用遮断器。
【請求項３】
遮断器の一方の極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Ａと、電圧発生部Ａの両端には分圧抵抗を介して電源側に近い側にカソードを、負荷側に近い側にゲートを接続したサイリスタＡと、電圧発生部Ａを配置される遮断器の極に、アノードを接続されたダイオードＢと、遮断器の他方の極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Ｂと、電圧発生部Ｂの両端には分圧抵抗を介して電源側に近い側にカソードを、負荷側に近い側にゲートを接続したサイリスタＢと、電圧発生部Ｂを配置される遮断器の極に、アノードを接続されたダイオードＡと、ダイオードＡとダイオードＢのカソードどうしを接続して接続部Ｃとし、サイリスタＡとサイリスタＢのアノードどうしを接続して接続部Ｄとし、接続部Ｃと接続部Ｄの間にトリップコイルを接続し、トリップコイルが吸引したことにより、接点開閉機構を引き外し、接点装置を開とする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】
配線用遮断器に係り、本発明は電流のピーク値が規定の一定レベル以上か否かを検出して、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を使用していた。
【０００３】
しかし、その方式では図１のように、正弦波波形の短絡電流では、その配線用遮断器の遮断特性（遮断電流−時間特性）どおりに動作するが、図２のような周期は同一でも個々の電流波形の通電時間幅が狭いような短絡電流波形の場合、バイメタルを動作させるだけの電流エネルギー（電流時間積）が足りず、配線用遮断器を動作させることができなかったり、遮断までに余計に時間がかかったりしていた。
【０００４】
図３は、従来のバイメタルを、過負荷、短絡の各電流検出手段に用いた配線用遮断器の遮断特性（電流−遮断時間特性）の一例である。
【０００５】
また、前述の過電流や短絡電流の検出にバイメタルと電磁石を併用したものがある。これは電磁石により、バイメタルによる電流検出では大電流短絡時の動作時間が長いという欠点を補おうというものであり、図４にその遮断特性（遮断電流−時間特性）を示す。図４のＡの部分の特性はバイメタル、Ｂの部分の特性は電磁石により得られており電磁石の作動領域（Ｂの特性の部分）では、バイメタルに比べ、動作時間が格段に短くなることが分かる。
【０００６】
しかしながら、このように電磁石を使用したものでも電磁石を作動させて接点開閉機構を解いて接点装置を開くためには相応のエネルギーを必要とし、そのエネルギーは、電流の時間積によって発生しているので、やはり図２のような短絡電流波形では動作しない、あるいは動作に時間がかかる等の不具合があった。
【０００７】
もっとも配線用遮断器は、過負荷や短絡電流から、電線を保護するために設けられるもので、電線の通電許容エネルギーは、電流時間積で定められるので、先のバイメタル式によるもの（以下熱動型とする）や、バイメタル、電磁石併用式のもの（以下熱動電磁型とする）でも問題はなかった。
【０００８】
しかしながら、近年、電線の通電エネルギーによる損傷はないものの、図２に示すような、例えばコードの絶縁劣化破壊等による先の間欠的な短絡で、コードが部分的に過熱し周囲の可燃物へ引火し、火災に至ることがあると報告され、従来の配線用遮断器では、そこまで保護できないという問題があった。
【０００９】
【発明の目的】
そこで本件の発明の目的とするところは、図２のような短絡電流波形時間幅の短い間欠的な短絡の場合でも電流のピーク値のみを検出し、即座に遮断動作することが出来るような配線用遮断器を提供しようとするものである。
【００１０】
【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、遮断器の一方の極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、各電圧発生部の両端に分圧抵抗を介して電源側に近い側にカソードを、負荷側に近い側にゲートを接続したサイリスタと、サイリスタのアノードと遮断器の他方の極間には、トリップコイルと前記サイリスタと順方向に配置され、直列にダイオードを接続し、トリップコイルが吸引したことにより、接点開閉機構を引き外し、接点装置を開とするものである。それにより、遮断器の一方の極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を分圧し、その電圧によってサイリスタを駆動し、ダイオードにより整流された電源により駆動するトリップコイルを吸引させ、接点開閉機構を引き外し、接点装置を開とするため、先の図２のような短絡電流波形時間幅の短い間欠的で、電流のエネルギー（電流時間積）の小さい短絡の場合でも、電流のピーク値のみを検出し、遮断動作することが出来る。
【００１１】
第２に請求項２は、遮断器の一方の極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Ａと、電圧発生部Ａの両端に、分圧抵抗を介して電源側に近い側にカソードを、負荷側に近い側にゲートを接続したサイリスタＡと、電圧発生部Ａが配置される遮断器の極にアノードを接続し、カソードをサイリスタＡのアノードに接続したダイオードＢと、遮断器の他方の極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Ｂと、電圧発生部Ｂの両端に分圧抵抗を介して電源側に近い側にカソードを、負荷側に近い側にゲートを接続したサイリスタＢと、電圧発生部Ｂが配置される遮断器の極にアノードを接続され、カソードをサイリスタＢのアノードに接続したダイオードＡと、サイリスタＡのアノードとダイオードＢのカソードの接続部Ａと、サイリスタＢのアノードとダイオードＡのカソードの接続部Ｂ間に、トリップコイルを接続したものである。それにより、遮断器の一方の極で、発生する内部インピーダンスによる電流に比例した電圧と、その他方側の極で発生する内部インピーダンスによる電流に比例した電圧の、両方の極について短絡電流を検出し、先の図２中ａ、ｂどちらの極性の電流についても検出できる。よって、ａから始まる波形の短絡電流であっても、ｂから始まる波形の短絡電流であっても、同じ動作時間で検知、遮断することが出来る。また図５や、図６のように、半波整流された形の波形の短絡電流でも同様に検知、遮断することが出来る。
【００１２】
第３に請求項３は、遮断器の一方の極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Ａと、電圧発生部Ａの両端には分圧抵抗を介して電源側に近い側にカソードを、負荷側に近い側にゲートを接続したサイリスタＡと、電圧発生部Ａを配置される遮断器の極に、アノードを接続されたダイオードＢと、遮断器の他方の極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Ｂと、電圧発生部Ｂの両端には分圧抵抗を介して電源側に近い側にカソードを、負荷側に近い側にゲートを接続したサイリスタＢと、電圧発生部Ｂを配置される遮断器の極に、アノードを接続されたダイオードＡと、ダイオードＡとダイオードＢのカソードどうしを接続して接続部Ｃとし、サイリスタＡとサイリスタＢのアノードどうしを接続して接続部Ｄとし、接続部Ｃと接続部Ｄの間にトリップコイルを接続したものである。それにより、遮断器の一方の極で、発生する内部インピーダンスによる電流に比例した電圧と、その他方側の極で発生する内部インピーダンスによる電流に比例した電圧の、両方の極について短絡電流を検出し、先の図２中ａ、ｂどちらの極性の電流についても検出できる。よって、ａから始まる波形の短絡電流であっても、ｂから始まる波形の短絡電流であっても、同じ動作時間で検知、遮断することが出来る。また図５や、図６のように、半波整流された形の波形の短絡電流でも同様に検知、遮断することが出来る。
【００１３】
【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。
【００１４】
図７は、本件発明の第１の実施例の図である。
【００１５】
図７中１は、電圧発生部であり、より詳しくは、遮断器導電部の内部インピーダンスで通電電流に比例した電圧を発生する。
【００１６】
図７中２は分圧抵抗で、電圧発生部１で発生した通電による遮断器の内部インピーダンスに比例した電圧をサイリスタ３のゲート−カソード間に分圧するための抵抗であり、例えば炭素皮膜抵抗を２本用い、ゲート−カソード間の抵抗の両端に目的の電圧を発生する。
【００１７】
図７中３はサイリスタで、電圧発生部１の両端に発生した通電による遮断器の内部インピーダンスに比例した電圧を、このサイリスタのカソード−ゲート間に印加し、その電圧がサイリスタ３のトリガー電圧を超えた場合、アノード−カソード間をショートし、トリップコイル５の両端に、ダイオード４によって整流された遮断器の両端の電圧が加わり、トリップコイル５の吸引動作により図示しない接点開閉機構により接点装置７を開とする。
【００１８】
なお、図７中６は一般的なノイズ除去コンデンサである。
【００１９】
本件発明による短絡電流検出遮断方法と、従来から存在するバイメタルによる過負荷電流検出遮断方法とを組み合わせることにより、通常の過電流等、動作時間をそれほど速くしなくてよい電流領域ではバイメタルで電流を検知、遮断し、短絡電流等で動作時間を高速にしなければならない電流領域では本件発明により検知、遮断することが出来る。
【００２０】
なお、電流検出部１のインピーダンスは従来の配線用遮断器の熱動引き外し素子であるバイメタルのインピーダンスを用いることが出来る。通常２０Ａ定格の熱動引き外し型配線用遮断器の過負荷引き外し素子に用いられるバイメタルの通電部のインピーダンスは、約５ｍΩ内外であり、このインピーダンスに、遮断器の定格電流２０Ａの約１０倍の２００Ａの実効値の短絡電流が流れた場合、バイメタルの通電部のインピーダンスの両端には、約１．４Ｖの電圧が発生し、この電圧は通常のサイリスタのゲートトリガ電圧０．６Ｖに対し、充分な大きさであるから、２００Ａの短絡電流で、充分トリップコイル５を動作させて、接点装置７を開とすることが可能となる。
【００２１】
なお、図７の実施例により、トリップコイル５を動作させることの出来る電流極性は、図７のアの方向に短絡電流が流れたときのみであって、矢印アと逆方向に電流が流れた場合は、サイリスタのゲートには、カソードに対し負の電圧が印加されるから、トリガされず、トリップコイル５は動作しない。より詳しく説明すれば、図２に示す短絡電流のａの波形が、図７のアの方向の短絡電流方向である場合、ａの波形で短絡を検知し、接点装置７は開動作するが、ｂの波形では、アの方向の短絡電流方向は逆となるので、ｂの波形では、接点装置７は開動作しない。言い換えると短絡電流が、ａ方向の波形で始まる短絡では即座に動作するが、ｂ方向の波形で始まる短絡では即座に動作せず、接点装置が開になるには電流方向が次のａ方向に変わるまで待たなければならず、接点装置が開になるまで約半波分の時間遅れが生じることになる。
【００２２】
図８は、本件発明の第２の実施例であり、第１の実施例図７と異なるところは、図７の回路を、遮断器の双方の極に対して対称的に備えていることであり、図８中の各部品と回路構成は、図７中の各部品と回路構成とそれぞれ同様のものである。８の電圧発生部は図７の１と、９の分圧抵抗は図７の２と、１０のサイリスタは図７の３と、１１のダイオードは図７の４と、１２のコンデンサは図７の６と、それぞれ同等のものである。そして新たに電圧発生部１３、分圧抵抗１４、サイリスタ１５、ダイオード１６、コンデンサ１７による図７と同等の回路を、遮断器の双方の極に対し対称的に付加したものである。
【００２３】
図８中の電圧発生部８では、例えば先の図２中で示すａの方向の短絡電流（図８のアの方向の短絡電流）を検出し、図７に示す回路と同様に、サイリスタ１０により、トリップコイル５を動作させ、接点装置７を開とするが、先の図２中ｂの方向の短絡電流（図８のイの方向の短絡電流）では、サイリスタ１０の、ゲート−カソード間電圧が、順電圧（ゲート側が高い状態）にならないため、サイリスタ１０が動作せず、トリップコイル５を動作させることが出来ない。
【００２４】
よって、図８中の電圧発生部１３、分圧抵抗１４、サイリスタ１５、ダイオード１６により、先の図２中で示すｂの方向の短絡電流（図８のイの方向の短絡電流）を検出し、サイリスタ１５により、トリップコイル５を動作させ、接点装置７を開とする。
【００２５】
これにより、先の図２中ａ、ｂ、どちらの極性の短絡電流についても検出可能となり、ａから始まる波形の短絡電流であっても、ｂから始まる波形の短絡電流であっても、同じ動作時間で検知、遮断することが出来るようになる。また、図７に示す第１の実施例では図５あるいは図６のいずれか一方の波形の短絡電流で、検知、遮断することが出来ないが、この第２の実施例によれば、図５あるいは、図６のように、半波整流された形の波形の短絡電流の、いずれの極性でも同じように検知、遮断することが出来る。
【００２６】
なお、電流検出部８、１３のインピーダンスは図７の例と同様、従来の熱動引き外し素子としてのバイメタルのインピーダンスを用いることが出来る。
【００２７】
１２、１７は、図７の６と同様に一般的なノイズ除去コンデンサである。また図８の１８は、請求項４の接続部Ａであり、１９は、請求項２の接続部Ｂである。
【００２８】
図９は、本件発明の第３の実施例であり、第２の実施例図８と異なるところは、図８でダイオード１１、１６のカソードがそれぞれサイリスタ１５と１０のアノードに接続されているのに対し、図９の実施例では、ダイオード１１とダイオード１６のカソードどうしを接続して接続部Ｃとし、サイリスタ１０とサイリスタ１５のアノードどうしを接続して接続部Ｄとし、接続部Ｃと接続部Ｄの間にトリップコイルを接続しているところであり、その他は同一の構成であり、回路の動作も、第２の実施例と同様である。
【効果】
【００２９】
以上のように本発明によれば請求項１により、先の図２のような短絡電流波形時間幅の短い間欠的な短絡の場合でも電流のピーク値のみを検出し、遮断動作することが出来るような配線用遮断器を、さらに請求項２、請求項３により、先の図２中ａ、ｂ、どちらの極性方向の短絡電流でも検出でき、ａから始まる波形の短絡電流であっても、ｂから始まる波形の短絡電流であっても、電流のヒ゜ーク値のみを検出し、同じ動作時間で即座に遮断する配線用遮断器を得られるという効果を有する。また図５や、図６のように、半波整流された形の波形の短絡電流でも同様に検知、遮断することが出来る配線用遮断器を得られるという効果を有する。また、従来から存在するバイメタルによる過負荷遮断方式と組み合わせて配線用遮断器を構成することにより、通常の過電流等、動作時間をそれほど速くしなくてよい電流領域ではバイメタルで電流を検知、遮断し、短絡電流等で動作時間を高速にしなければならない電流領域では本発明により検知、遮断することができる配線用遮断器を得られるという効果を有し、従来の配線用遮断器では遮断動作しないか、あるいは遮断動作に時間がかかるようなコードの絶縁劣化や破壊等による、間欠的な短絡電流でも時間遅れなく即座に遮断でき、コードの部分的過熱による火災の発生を極力防止することが出来るような配線用遮断器を提供できるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 正弦波波形の短絡電流の波形の例
【図２】 図１と周期は同一でも個々の電流波形の通電時間幅が狭いような波形の例
【図３】 過電流や短絡電流の検出にバイメタルを使用したものの遮断特性例（遮断電流−時間特性）
【図４】 過電流や短絡電流の検出にバイメタルと電磁石を併用したものの遮断特性例（遮断電流−時間特性）
【図５】 半波整流された形の波形の短絡電流の例
【図６】 半波整流された形の波形の短絡電流の例
【図７】 本件発明の第１の実施例の図
【図８】 本件発明の第２の実施例の図
【図９】 本件発明の第３の実施例の図
【符号の説明】
１ 電圧発生部
２ 分圧抵抗
３ サイリスタ
４ ダイオード
５ トリップコイル
６ コンデンサ
７ 接点装置
８ 電圧発生部Ａ
９ 分圧抵抗
１０ サイリスタＡ
１１ ダイオードＡ
１２ コンデンサ
１３ 電圧発生部Ｂ
１４ 分圧抵抗
１５ サイリスタＢ
１６ ダイオードＢ
１７ コンデンサ
１８ 接続部Ａ
１９ 接続部Ｂ
２０ 接続部Ｃ
２１ 接続部Ｄ
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
0003665141.tif 000009
【図９】
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