(57)【要約】【課題】ヒューズの溶断に連動して電圧トリップコイルによってサーキットブレーカに遮断動作を行わせる回路遮断器において遮断動作時のサーキットブレーカの接点および電圧トリップコイルへの影響を低減する技術を提供する。【解決手段】電流計測手段が、ヒューズおよびサーキットブレーカを介して電源と負荷の間を流れる電流を計測する。制御手段は、電流計測手段で計測された電流に基づいて電圧トリップコイルへの電圧の印加を制御する。電圧トリップコイルに所定の電圧が印加されると、サーキットブレーカは電源と負荷の間に配置された開閉可能な接点を開いて電源と負荷の間を遮断する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源から負荷に給電するための給電回路に配置される回路遮断器であって、
前記電源と前記負荷の間に接続されたヒューズと、
前記電源と前記負荷の間に配置された開閉可能な接点と、電圧トリップコイルとを備え、該電圧トリップコイルに所定の電圧が印加されると前記接点を開いて前記電源と前記負荷の間を遮断するサーキットブレーカと、
前記ヒューズおよび前記サーキットブレーカを介して前記電源と前記負荷の間を流れる電流を計測する電流計測手段と、
前記電流計測手段で計測された前記電流に基づいて前記電圧トリップコイルへの電圧の印加を制御する制御手段と、
を有する回路遮断器。
【請求項２】
前記制御手段は、前記電流に基づいて前記ヒューズが溶断すると判断したら、その後に該電流が前記サーキットブレーカの繰り返し利用が可能な規定値以下になってから前記電圧トリップコイルに電圧を印加する、
請求項１に記載の回路遮断器。
【請求項３】
前記制御手段は、予め定められた第１および第２の閾値を保持しており、前記電流が前記第１の閾値を超えたら前記ヒューズが溶断すると判断し、その後に、前記電流が前記第２の閾値以下になったら該電流が前記規定値以下になったと判断する、
請求項２に記載の回路遮断器。
【請求項４】
前記制御手段は、前記ヒューズが溶断すべき電流が流れているにも関わらず該ヒューズが溶断していないと判断したら、前記電流が前記サーキットブレーカの繰り返し利用が可能な規定値以下にならなくても前記電圧トリップコイルに電圧を印加する、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の回路遮断器。
【請求項５】
前記サーキットブレーカは、前記電源の両端にそれぞれ接続され、互いに連動する２つの接点を有する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の回路遮断器。
【請求項６】
電源から負荷に給電するための給電回路に配置され、前記電源と前記負荷の間に接続されたヒューズと、
前記電源と前記負荷の間に配置された開閉可能な接点と、電圧トリップコイルとを備え、該電圧トリップコイルに所定の電圧が印加されると前記接点を開いて前記電源と前記負荷の間を遮断するサーキットブレーカと、
を有する回路遮断器における回路遮断制御方法であって、
前記ヒューズおよび前記サーキットブレーカを介して前記電源と前記負荷の間を流れる電流を計測し、
前記電流の値に基づいて前記電圧トリップコイルへの電圧の印加を制御する、
回路遮断制御方法。
【請求項７】
前記電流に基づいて前記ヒューズが溶断すると判断したら、その後に該電流が前記サーキットブレーカの繰り返し利用が可能な規定値以下になってから前記電圧トリップコイルに電圧を印加する、
請求項６に記載の回路遮断制御方法。
【請求項８】
予め定められた第１および第２の閾値を保持しておき、
前記電流が前記第１の閾値を超えたら前記ヒューズが溶断すると判断し、その後に、前記電流が前記第２の閾値以下になったら該電流が前記規定値以下になったと判断する、
請求項７に記載の回路遮断制御方法。
【請求項９】
前記ヒューズが溶断すべき電流が流れているにも関わらず該ヒューズが溶断していないと判断したら、前記電流が前記サーキットブレーカの繰り返し利用が可能な規定値以下にならなくても前記電圧トリップコイルに電圧を印加する、
請求項６〜８のいずれか１項に記載の回路遮断制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源からの電流を負荷に供給するための給電回路において、負荷に過電流事故や短絡事故が発生したときに電源と負荷の間を遮断する回路遮断器に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に給電回路には、負荷に過電流事故や短絡事故が発生したときに電源と負荷の間を遮断するために回路遮断器が設けられている。例えば電話局舎では、直流電流を供給する電源装置と、直流電源の供給を受けて動作する負荷装置である通信装置との間に、通信装置で過電流事故や短絡事故が発生したときに電源装置と通信装置の間を遮断する回路遮断器が配置される。
【０００３】
この種の回路遮断器にはヒューズとサーキットブレーカ（ＭＣＣＢ；  Ｍｏｌｄｅｄ  Ｃａｓｅ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  Ｂｒｅａｋｅｒ）を併用した構成のものがある。例えば、電源装置と負荷装置の間にヒューズとサーキットブレーカが直列に接続され、ヒューズに連動してサーキットブレーカの主接点に遮断動作を行わせる回路遮断器がある。
【０００４】
図６は、ヒューズの溶断に連動してサーキットブレーカが遮断動作を行う回路遮断器の構成例を示す図である。図６を参照すると、ヒューズ３００とサーキットブレーカ４００の主接点４００Ａが直流電源１０の正極と負荷装置２０の間に直列に接続されており、さらに主接点４００Ａに遮断動作を行わせるための電圧トリップコイル５００がヒューズ３００の両端に接続されている。
【０００５】
負荷装置２０が短絡状態や過電流状態となりヒューズ３００が溶断すると、ヒューズ３００両端の電圧が上昇し、電圧トリップコイル５００へ電圧が印加される。電圧が印加された電圧トリップコイル５００に電流が流れ、それによって発生する電磁力がサーキットブレーカ４００の主接点４００Ａをトリップさせる。このように、図６に示した回路遮断器では、ヒューズ３００の溶断に連動してサーキットブレーカ４００に遮断を実施させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許３０９１７１２号公報
【特許文献２】特許２５１３８５０号公報
【特許文献３】特許２９９８９３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図６の回路遮断器では、負荷装置２０の事故で短絡電流が流れてヒューズ３００が溶断すると、電圧トリップコイル５００に電圧が印加される。しかし、ヒューズ３００が溶断した後にはヒューズ３００の両端間にしばらくアークが生じるので、直流電流は徐々に減少することになる。アークが発生した時刻からアークが消滅して直流電流がゼロになる時刻までの時間をアーク時間という。
【０００８】
図７は、ヒューズ３００の溶断による直流電流が変化する様子を示す波形図である。過電流事故により電流値が上昇し、時刻ｔ１［ｍｓ］になるとヒューズ３００が溶断している。それと同時にアークが発生し、直流電流が徐々に減少して時刻ｔ２［ｍｓ］にゼロとなっている。時刻ｔ１［ｍｓ］から時刻ｔ２［ｍｓ］までがアーク時間である。
【０００９】
ところで、一般にサーキットブレーカには、繰り返し利用を保証する電流値の上限（以下、規定値という）が規定されている。規定値を超える領域で遮断動作を行うとサーキットブレーカは接触部分が破損する恐れがあるので繰り返し利用が保障されない。そのため、図６のサーキットブレーカ４００には、直流電流が規定値以下の状態で遮断動作を行わせるのが好ましい。
【００１０】
しかし、図６に示した構成では、上述したようにヒューズ３００が溶断すると、電圧トリップコイル５００に電圧が印加され、サーキットブレーカ４００の主接点４００Ａがトリップするが、このとき直流電流がサーキットブレーカ４００の繰り返し利用が可能な規定値以下であるという保証が無い。そのため、サーキットブレーカ４００のトリップが発生すると、その再利用が保障されない場合があるという問題があった。
【００１１】
図８は、ヒューズの溶断による両端電圧の変化の様子を示す波形図である。ヒューズ両端の電圧は、図８に示すように、溶断が発生する時刻ｔ１［ｍｓ］の直前に急激に上昇する。図６の構成では、ヒューズ３００の両端の電圧が電圧トリップコイル５００に直接印加される。そのため、電圧トリップコイル５００に最大定格電圧以上の電圧が印加される恐れがある。最大定格電圧以上の電圧が印加されると、コイルが損傷してしまう恐れがある。
【００１２】
本発明の目的は、ヒューズの溶断に連動して電圧トリップコイルによってサーキットブレーカに遮断動作を行わせる回路遮断器において遮断動作時のサーキットブレーカの接点および電圧トリップコイルへの影響を低減する技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明の回路遮断器は、電源から負荷に給電するための給電回路に配置される回路遮断器であって、
前記電源と前記負荷の間に接続されたヒューズと、
前記電源と前記負荷の間に配置された開閉可能な接点と、電圧トリップコイルとを備え、該電圧トリップコイルに所定の電圧が印加されると前記接点を開いて前記電源と前記負荷の間を遮断するサーキットブレーカと、
前記ヒューズおよび前記サーキットブレーカを介して前記電源と前記負荷の間を流れる電流を計測する電流計測手段と、
前記電流計測手段で計測された前記電流に基づいて前記電圧トリップコイルへの電圧の印加を制御する制御手段と、を有している。
【００１４】
本発明の回路遮断制御方法は、
電源から負荷に給電するための給電回路に配置され、前記電源と前記負荷の間に接続されたヒューズと、
前記電源と前記負荷の間に配置された開閉可能な接点と、電圧トリップコイルとを備え、該電圧トリップコイルに所定の電圧が印加されると前記接点を開いて前記電源と前記負荷の間を遮断するサーキットブレーカと、
を有する回路遮断器における回路遮断制御方法であって、
前記ヒューズおよび前記サーキットブレーカを介して前記電源と前記負荷の間を流れる電流を計測し、
前記電流の値に基づいて前記電圧トリップコイルへの電圧の印加を制御するものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ヒューズの溶断に連動して電圧トリップコイルによってサーキットブレーカに遮断動作を行わせる回路遮断器において遮断動作時のサーキットブレーカの接点および電圧トリップコイルへの影響を低減する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１の実施形態による回路遮断器の構成を示す図である。
【図２】制御部６０の構成を示すブロック図である。
【図３】短絡や過電流が発生したときにヒューズを流れる電流の変化を示す波形図である。
【図４】制御部６０による遮断動作の制御処理を示すフローチャートである。
【図５】第２の実施形態による回路遮断器の構成を示す図である。
【図６】ヒューズの溶断に連動してサーキットブレーカが遮断動作を行う回路遮断器の構成例を示す図である。
【図７】ヒューズ３００の溶断による直流電流が変化する様子を示す波形図である。
【図８】ヒューズの溶断による両端電圧の変化の様子を示す波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明を実施するための形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態による回路遮断器の構成を示す図である。図１を参照すると、本実施形態の回路遮断器は、直流電源１０から負荷装置２０に給電するための給電回路に配置されるものであり、ヒューズ３０、サーキットブレーカ４０、電流計測器（ＣＴ；Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｔｒａｎｓｆｏｍｅｒ）５０、および制御部６０を有している。サーキットブレーカ４０は、主接点４１Ａ，Ｂおよび電圧トリップコイル４２を有している。主接点４１Ａと主接点４１Ｂは連動してトリップする。ヒューズ３０と電流計測器５０とサーキットブレーカ４０の主接点４１Ａが直流電源１０の正極と負荷装置２０の間に直列に接続されている。主接点４１Ｂは直流電源１０の負極と負荷装置２０の間に接続されている。
【００１９】
電流計測器５０は、ヒューズ３０とサーキットブレーカ４０の主接点４１Ａ，Ｂとを介して直流電源１０と負荷装置２０の間を流れる電流を計測する。電流計測器５０は制御部６０に接続されており、計測された電流値は電圧値として制御部６０に入力される。
【００２０】
制御部６０は、電圧値として入力された、電流計測器５０で計測された電流値に基づいて、電圧トリップコイル４２への電圧の印加のタイミングを制御する。具体的な制御は、ヒューズ３０が溶断した後に電流値がサーキットブレーカ４０の繰り返し利用が可能な規定値以下になったタイミングでサーキットブレーカ４０に遮断動作を行わせる制御である。
【００２１】
電圧トリップコイル４２は、所定の電圧が印加されると電流が流れて電磁力を発生させ、その電磁力によって主接点４１Ａ，Ｂを開放させる。
【００２２】
図２は、制御部６０の構成を示すブロック図である。図２を参照すると、制御部６０は電圧検知部６１、処理部６２、記憶部６３、および電圧発生部６４を有している。
【００２３】
電圧検知部６１は、電圧値から電流値を検知する回路である。電圧検知部６１は、電流計測器５０から入力された電圧値から、電流計測器５０にて計測された電流値を検知し、処理部６２に通知する。
【００２４】
処理部６２は、通知された電流値と記憶部６３に記録されている情報とを用いて処理を実行し、電圧発生部６４に所定のタイミングで所定の電圧を発生させる。
【００２５】
電圧発生部６４は指示されたタイミングで所定の電圧値の電圧信号を発生させる回路である。電圧発生部６４が発生する電圧信号の電圧値は、電圧トリップコイル４２が主接点４１Ａ，Ｂをトリップさせるのに十分であり、かつ電圧トリップコイル４２の最大定格電圧以下の値である。
【００２６】
図３は、短絡や過電流が発生したときにヒューズを流れる電流の変化を示す波形図である。
【００２７】
短絡や過電流が発生していない正常な状態では、ヒューズを流れる電流はほぼ一定の低い値である。しかし、負荷が短絡状態あるいは過電流状態になると、ヒューズを流れる電流は上昇する。電流値が上昇し始めてからヒューズの溶断時間（Ｐｒｅ−ａｒｃｉｎｇ  ｔｉｍｅ）が経過すると、ヒューズが溶断する。
【００２８】
電流により発生するジュール熱でヒューズが溶断すると電流値は減少する。ただし、ヒューズが溶断しても暫くの間はヒューズの端子間にアークが発生するので、溶断から電流値がゼロになるまでには、ある程度の時間（アーク時間）がかかる。
【００２９】
このような電流値の変化を考慮して、制御部６０による遮断動作には溶断判定閾値Ａと遮断判定閾値Ｂという２つの閾値が用いられる。
【００３０】
図３のように変化する電流値から、ヒューズ３０の溶断が発生することを正しく判断するために、溶断判定閾値Ａは、負荷装置２０が正常に動作しているときの電流値と、ヒューズ３０が溶断するときの電流値との間に設定される。また、電流値がサーキットブレーカ４０の繰り返し利用が可能な規定値以下になってから、サーキットブレーカ４０に遮断動作を行わせるために、遮断判定閾値Ｂは規定値以下に設定される。これらの閾値Ａ、Ｂは予め記憶部６３に記録されている。
【００３１】
図４は、制御部６０による遮断動作の制御処理を示すフローチャートである。図４を参照すると、制御部６０の処理部６２は、まず電圧検知部６１から通知される電流値と溶断判定閾値Ａとを比較する（ステップ１０１）。電流値が溶断判定閾値Ａを超えていない間は、処理部６２は電流値と溶断判定閾値Ａの比較を繰り返す。
【００３２】
電流値が溶断判定閾値Ａを超えると、処理部６２はヒューズ３０の溶断が生じると判断し、次に電流値と遮断判定閾値Ｂとを比較する（ステップ１０２）。電流値が遮断判定閾値Ｂ以下になっていない間は、処理部６２は電流値と遮断判定閾値Ｂの比較を繰り返す。
【００３３】
電流値が遮断判定閾値Ｂ以下となると、処理部６２は電流値がサーキットブレーカ４０の規定値以下になったと判断し、遮断動作を行う（ステップ１０３）。具体的には、処理部６２は、電圧トリップコイル４２が主接点４１Ａ，Ｂをトリップするような電圧を電圧発生部６４に発生させる。
【００３４】
以上説明したように本実施形態によれば、制御部６０が電流値に基づいて電圧トリップコイル４２への電圧の印加を制御するので、適正なタイミングで適正な電圧を電圧トリップコイル４２へ印加することができ、遮断動作時のサーキットブレーカ４０の主接点４１Ａ，Ｂおよび電圧トリップコイル４２への影響を低減することができる。
【００３５】
なお、本実施形態においては溶断判定閾値Ａが遮断判定閾値Ｂよりも大きな値に設定されるのが好適である。短絡等で上昇した電流値がヒューズ３０の溶断で低下してきたことを確実に検知できるので、ヒューズ３０とサーキットブレーカ４０を確実に連係させることができる。
【００３６】
また、本実施形態において制御部６０は、ヒューズ３０が溶断すると判断したら、その後に電流値がサーキットブレーカ４０の繰り返し利用が可能な規定値以下になってから電圧トリップコイル４２に電圧を印加することとした。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。他の例として、制御部６０は、ヒューズ３０が溶断すべき電流が流れているにも関わらずヒューズ３０が溶断していないと判断したら、電流がサーキットブレーカ４０の繰り返し利用が可能な規定値以下にならなくても電圧トリップコイル４２に電圧を印加することにしてもよい。具体的には、制御部６０は、電流計測器５０で計測される電流値が溶断判定閾値Ａを超えてから一定時間内に遮断判定閾値Ｂ以下にならなければ、その時点で電圧トリップコイル４２に電圧を印加すればよい。ヒューズ３０による遮断が失敗したときにも、サーキットブレーカ４０により直流電源１０と負荷装置２０の間を遮断することができる。
【００３７】
また、本実施形態においては溶断判定閾値Ａと遮断判定閾値Ｂの両方あるいは何れか一方を任意に設定することができてもよい。使用するヒューズ３０やサーキットブレーカ４０に応じて適切な遮断動作を設定することができる。また、本実施形態においては記憶部６３に記録しておく情報と処理部６２が行う制御処理を任意に設定することができてもよい。例えば、電流計測器５０で時系列に計測される電流値の差分値、移動平均値、微分値、あるいは積分値を用いれば、より緻密で正確な制御が可能となる。
【００３８】
また、本実施形態において、処理部６２は、電圧発生部６４に電圧の印加を指示してから主接点４１Ａ，Ｂが実際に遮断を行うまでにかかる時間を考慮し、制御部６０は、ヒューズ３０が溶断した後に電流が規定値以下になるタイミングを予測し、そのタイミング直後にサーキットブレーカ４０にて遮断動作が行われるように、電圧トリップコイル４２へ指示を出すタイミングを決めてもよい。
【００３９】
また、本実施形態では、サーキットブレーカ４０は２つの主接点４１Ａ，Ｂを備え、直流電源１０の正極と負極の両方を遮断するものであったが、本発明はこの構成に限定されるものではない。サーキットブレーカ４０は、直流電源１０の正極または負極のいずれか一方だけに主接点を配置したものであってもよい。
【００４０】
（第２の実施形態）
図５は、第２の実施形態による回路遮断器の構成を示す図である。図５を参照すると、本実施形態は、サーキットブレーカ４０が直流電源１０の正極のみに主接点４１を備えている点で、図１に示した第１の実施形態と異なる。
【００４１】
本実施形態の制御部６０の構成は図２に示した第１の実施形態のものと同じであり、また本実施形態の制御部６０の動作は図３および図４を用いて説明した動作と同じである。ただし、本実施形態においては、電圧トリップコイル４２に電圧が印加されたとき主接点４１が直流電源１０の正極と負荷装置２０の間を遮断する。
【符号の説明】
【００４２】
１０  直流電源
２０  負荷装置
３０  ヒューズ
４０  サーキットブレーカ
４１、４１Ａ、４１Ｂ  主接点
４２  電圧トリップコイル
５０  電流計測器
６０  制御部
６１  電圧検知部
６２  処理部
６３  記憶部
６４  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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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