(57)【要約】　　　（修正有）【課題】導体接続部のグロー接点形成による異常過熱事故を防ぐ。【解決手段】レセプタクルのような電気開閉装置は、第１の温度を有する線導体回路、第２の温度を有する中性導体回路及び負荷端子を有する。開離可能な接点は線導体回路と負荷端子とを接続するように構成されている。操作機構はトリップ信号に応答して開離可能な接点を開く。第１のダイオード温度センサーは、線導体回路の第１の温度を表す第１の信号を出力する。第２のダイオード温度センサーは、中性導体回路の第２の温度を表す第２の信号を出力する。差回路が第１と第２の信号の差を求め、トリップ回路がこの差に応じてトリップ信号を発生する。【選択図】図４
2004134375.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
　第１の温度を有する線導体回路と、
　第２の温度を有する中性導体回路と、
　負荷端子と、
　線導体回路と負荷端子とを電気的に接続する開離可能な接点と、
　トリップ信号に応答して開離可能な接点を開く操作機構と、
　線導体回路の第１の温度を表す第１の信号を出力する第１の温度センサーと、
　中性導体回路の第２の温度を表す第２の信号を出力する第２の温度センサーと、
　第１の信号と第２の信号との間の差を求める手段と、
　その差に応じてトリップ信号を与える手段とより成る電気開閉装置。
【請求項２】
　線導体回路は線導体端子を含む請求項１の電気開閉装置。
【請求項３】
　線導体回路はさらに接触器を有する請求項２の電気開閉装置。
【請求項４】
　中性導体回路は中性導体端子を含む請求項１の電気開閉装置。
【請求項５】
　操作機構は地絡故障トリップ回路を有する請求項１の電気開閉装置。
【請求項６】
　差に応じてトリップ信号を与える前記手段は、地絡故障トリップ回路と協働するように構成されている請求項５の電気開閉装置。
【請求項７】
　差に応じてトリップ信号を与える前記手段は、差が所定の値を超えるとトリップ信号を出力するコンパレータを有する請求項１の電気開閉装置。
【請求項８】
　中性導体回路は中性導体端子と負荷中性導体端子とを有する請求項１の電気開閉装置。
【請求項９】
　線導体回路は線導体端子を含み、第１の温度センサーは線導体端子の近くに設けたダイオードである請求項１の電気開閉装置。
【請求項１０】
　中性導体回路は中性導体回路を含み、第２の温度センサーは中性導体端子の近くに設けたダイオードである請求項１の電気開閉装置。
【請求項１１】
　差を求める前記手段は、第１の抵抗と、第２の抵抗と、第３の抵抗と、第４の抵抗と、第１の入力、第２の入力及び出力を有する差動増幅器とより成り、第１の抵抗は第１の温度センサーと差動増幅器の第１の入力との間に電気的に接続され、第２の抵抗は第２の温度センサーと差動増幅器の第２の入力との間に電気的に接続され、第３の抵抗は差動増幅器の出力と差動増幅器の第１及び第２の入力のうちの一方との間に電気的に接続され、第１及び第２の温度センサーは共通の基準点を有し、第４の抵抗は差動増幅器の第１及び第２の入力のうちの他方と共通の基準点との間に電気的に接続されている請求項１の電気開閉装置。
【請求項１２】
　差に応じてトリップ信号を与える前記手段は、第１の基準値、第２の基準値、前記差を入力する入力及びトリップ信号を有する出力とを備えたウィンドウコンパレータより成り、トリップ信号は差が第１の基準値より大きいかまたは第２の基準値より小さい場合に作動状態となる請求項１の電気開閉装置。
【請求項１３】
　ウィンドウコンパレータは、第１のダイオード、第２のダイオード、第１の入力、第２の入力及び出力を有する第１のコンパレータ、第１の入力、第２の入力及び出力を有する第２のコンパレータとより成り、第１のコンパレータの第１の入力は第１の基準値を入力し、第２のコンパレータの第２の入力は第２の基準値を入力し、第１のコンパレータの第２の入力と第２のコンパレータの第１の入力とは前記差を入力し、第１のダイオードは第１のコンパレータの出力とウィンドウコンパレータの出力との間に電気的に接続され、第２のダイオードは第２のコンパレータの出力とウィンドウコンパレータの出力との間に電気的に接続されている請求項１２の電気開閉装置。
【請求項１４】
　差を求める前記手段は、第１のセンサーに電気的に相互接続された第１の入力と、第２のセンサーに電気的に相互接続された第２の入力とを有する差動増幅器より成る請求項１１の電気開閉装置。
【請求項１５】
　差動増幅器の利得は約１０である請求項１４の電気開閉装置。
【請求項１６】
　第１及び第２の温度センサーは、温度係数が約２ミリボルト／℃である順方向電圧を有する２つのダイオードである請求項１４の電気開閉装置。
【請求項１７】
　差動増幅器は公称電圧の出力を有し、差に応じてトリップ信号を与える前記手段は、差動増幅器の出力に電気的に接続された入力と、第１の基準電圧と第２の基準電圧とを有するウィンドウコンパレータより成り、第１及び第２の基準電圧は、第１の基準電圧が差動増幅器の公称電圧より高く、第２の基準電圧が差動増幅器の公称電圧より低い電圧ウィンドウを形成する請求項１４の電気開閉装置。
【請求項１８】
　第１の基準電圧と差動増幅器の公称電圧との間の第１の差は、差動増幅器の公称電圧と第２の基準電圧との間の第２の差にほぼ等しい請求項１７の電気開閉装置。
【請求項１９】
　第１及び第２の差は約６００ミリボルトである請求項１８の電気開閉装置。
【請求項２０】
　電気開閉装置はレセプタクルである請求項１１の電気開閉装置。
【請求項２１】
　第１の温度を有する線導体回路と、第２の温度を有する中性導体回路とを有する電気開閉装置のトリップ回路であって、
　線導体回路の第１の温度を表す第１の信号を出力する第１の温度センサーと、
　中性導体回路の第２の温度を表す第２の信号を出力する第２の温度センサーと、
　第１の信号と第２の信号との間の差を求める手段と、
　その差に応じてトリップ信号を与える手段とより成る電気開閉装置のトリップ回路。
【請求項２２】
　第１の温度を有する線導体端子と、
　開離可能な接点と、
　線導体端子を開離可能な接点と電気的に接続する第１の導体と、
　第２の温度を有する負荷端子と、
　開離可能な接点を負荷端子に電気的に接続する第２の導体と、
　トリップ信号に応答して開離可能な接点を開く操作機構と、
　第１の温度と第２の温度の差に応じてトリップ信号を与える手段とより成る電気開閉装置。
【発明の詳細な説明】
【発明の背景】
【０００１】
【技術分野】
【０００２】
　本発明は電気開閉装置に関し、さらに詳細には、銅製ワイヤーのような電気導体用のネジ端子のような端子を有する、例えばレセプタクルのような電気開閉装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
　電気開閉装置は、例えば、回路遮断器、接触器、モーター始動器、モーターコントローラー及び他の負荷コントローラーのような回路開閉装置及び回路遮断器を備えている。
【０００４】
　回路遮断器は一般的に古くからあり、当該技術分野でよく知られている。回路遮断器の一例は、米国特許第５，３４１，１９１号に記載されている。回路遮断器は、過負荷状態または比較的高レベルの短絡もしくは故障によるような過電流状態による損傷から電気回路を保護するために使用される。例えば、成形型回路遮断器は、ケース外側の取手により手動で作動するかまたは過電流状態に応答して内部のトリップユニットが自動的に作動する少なくとも一対の開離可能な接点を有する。
【０００５】
　地絡故障回路遮断装置（ＧＦＣＩ）は、地絡故障回路遮断器（ＧＦＣＢ）、地絡故障スイッチ及びその他の地絡故障接触器、モーター始動器、モーターコントローラー及び他の負荷コントローラーを含む。
【０００６】
　アーク故障回路遮断装置（ＡＦＣＩ）は、アーク故障回路遮断器（ＡＦＣＢ）、アーク故障スイッチ及びその他のアーク故障接触器、モーター始動器、モーターコントローラー、負荷コントローラーを含む。
【０００７】
　地絡故障及び／またはアーク故障スイッチは、地絡故障及び／またはアーク故障レセプタクル（ＧＦＲ／ＡＦＲ）及びコード装着またはプラグ装着式地絡故障及び／またはアーク故障保護装置（例えば、ヘアドライヤーのような電気器具の交流電源コードの交流（ＡＣ）プラグ端の地絡故障及び／またはアーク故障保護回路）を含む。
【０００８】
　典型的なＧＦＣＩは演算増幅器を有し、この増幅器は感知した地絡故障信号を増幅してウィンドウコンパレータに印加する。ウィンドウコンパレータは、増幅済み信号を正及び負の基準値と比較する。大きさが何れかの基準値を超えると、トリップ信号が発生される。
【０００９】
　ＧＦＣＩは、例えば、負荷の接続を必要とすることなく負荷側中性導体の地絡状態を感知するよく知られた休眠型発振器を用いる。使用する２つの磁気要素のうち第１の磁気要素は差動変流器であり、この変流器は線導体を介して負荷へ流れる電流と中性導体を介して負荷から戻る電流との差に比例する出力を発生する。この差が地絡電流である。第２の磁気要素は変圧器であり、その一次側はＧＦＣＩ電子装置の一部である地絡故障感知増幅器の出力により付勢される。この変圧器の二次側には、線導体及び中性導体によりコアを貫通させて形成する２つの単巻きコイルがある。変圧器の一次巻線及び二次巻線の極性は、地絡故障感知増幅器の出力により、負荷の中性導体地絡故障により生じる地絡電流を増加させる電圧が中性導体のような変圧器の二次側に誘導されるように選択する。このように地絡電流が増加すると、感知増幅器の出力が増加して、地絡電流が正のフィードバックによる増加する。負荷の中性導体・アース間のインピーダンスが約２オームより小さい場合、この正のフィードバックが不安定になり、その結果、中性導体に誘起される地絡故障電流が単調に増加するが、この増加は地絡故障トリップレベルを超えてレセプタクルがトリップされるまで続く。両方の導体は、入力リード線が逆の場合をカバーするようにコアを貫通している。
【００１０】
　グロー接点は、例えば銅製ワイヤーとレセプタクルのネジ端子との界面に形成される高抵抗接続部である。この接続部の温度の上昇により、ワイヤーの絶縁体が融けてレセプタクルを損傷することがある。この状態を感知して、グロー接点故障が危険な状態になる前に電流を遮断できることが望ましい。
【００１１】
　アルミニウム製ワイヤーの危険性は、３０年の間知られそして理解されている。アルミニウム製ワイヤーと配線装置の端子との接続部は、アルミニウムが時間の経過により流動してアルミニウム製ワイヤーと端子との間に高抵抗の接点を形成するため、不安定である。その結果としてのＩ2Ｒ加熱により、ワイヤーの絶縁体及びレセプタクルが局部的に加熱されて融けることがある。アルミニウム製でなくて銅製のワイヤーにただ戻すだけで、この問題を解決できると信じられている。しかしながら、これは真実ではない。さらに、規格及び配線装置業界以外の大部分の人は、グロー接点の問題を知悉していない。また、この問題に対する解決法が知られていないため、グロー接点の問題に対する一般大衆の広い理解が欠けている。
【００１２】
　銅製ワイヤーを用いるレセプタクルの端子に高抵抗接点またはグロー接点を発生させることは非常にた易い。例えば、Sletbak, J., et al., “Glowing Contact Areas in Loose Copper Wire Connections”, IEEE, 1991, pp.244-48を参照されたい。
【００１３】
　銅、真鍮及び鉄の全ての組合せにより生じる接点を含むグロー接点の危険性は知られている。Yasuaki Hagimoto, “Japanese Reports on Electrical Fire Causes”、
http://members.ozemail.com.au/~tcforen/japan/index.htmlを参照されたい。
【００１４】
　酸化アルミニウムがアルミニウム製ワイヤーの問題を発生させるのと同様に、グロー接点問題の元凶は酸化銅である。高抵抗の酸化銅接点を発生させるものとして２つの機構が知られているが、それはアークとフレッティングである。アークが関与する機構は、例えば、レセプタクルのネジ端子が緩んで電流を運んでいる間にワイヤーがわずかに移動する場合である。電気的な接続が切れる度に、電気アーク放電が単発的に生じる。
【００１５】
　図１は、上のグラフに端子とワイヤーとの接続部の電圧（ピーク電圧は約１７０ボルト）を、また、下のグラフにその接続部を流れる電流（ピーク電流は約１５アンペア）を、電流搬送中に電気的接続が切れる種々のインターバルについて示す。この電圧及び電流波形の対を３つのインターバルＩ、II、IIIに分ける。第１のインターバルＩは、端子とワイヤーとの間の、抵抗が比較的小さい接続部の電圧が無視できるものであり、その接続部を交流電流が流れる通常動作時を示す。第２のインターバルIIでは、半サイクルの単発的なアークにより端子とワイヤーとの接続部の抵抗が有意に増加する。従って、端子とワイヤーとの間の接続部の電圧がそれに応じて有意に増加し、その接続部を流れる交流電流の大きさがそれに応じて減少する。最後に、第３のインターバルIIIでは、端子とワイヤーとの接続部が開放回路になり、接続部にかかる電圧が線電圧となる。開放回路にであるため、接続部には本質的に電流は流れない。
【００１６】
　第１及び第３のインターバルＩ、IIIでは、端子とワイヤーとの間の接続部における電力消費は本質的にほとんどゼロであるが、第２のインターバルIIでは、アークの発生により比較的有意な大きさの電力消費が存在する。第２のインターバルIIは比較的周期的または持続的であるため、銅製ワイヤーとネジとの界面の、ワイヤー・ネジ間の接続が切れるたびに半サイクルのアークが生じる所が酸化される。このワイヤーとネジとの界面の酸化銅の層は、フレッティングまたはアークのない摩擦作用によるものである。
【００１７】
　パッシェンの法則によると、抵抗負荷を有する１２０ＶRMS回路において銅と銅の間の空気中に持続的な放電を発生させることは不可能である。接続が切れるとアークが形成されるが、電圧が小さすぎるため「再点弧」できず、ゼロ電流交差の度に消弧する。これは、「アーク」というよりも「スパーク」と呼ばれることがある。接続が切れる点における局部的加熱により、接続が切れる度にスパークが生じる。従って、２４０ＶRMS回路でなくて１２０ＶRMSの家庭用配線の大部分は、アークに対して誘導負荷を必要とする。抵抗負荷の場合、持続的なアークを発生させるには、１２０ＶRMS回路の約１７０ボルトのピーク値に匹敵する約３００ボルトのピーク電圧が必要である。　
【００１８】
　単発的なアーク放電が生じる度に、端子と銅製ワイヤーとの界面には少量の酸化銅（Ｃｕ2Ｏ）が形成される。放電が繰り返されると、酸化銅の量が経時的に増加する。酸化銅は、組合されると危険となる多数の特性を有する。第１に、界面はその機械的強度が大きい。従って、一旦端子と銅製ワイヤーとの間に酸化銅の接続部が形成されると、その接続部は永続的なものになる可能性がある。第２に、酸化銅は半導体であり、約１８０℃と約２５０℃の間で非常に高い負の抵抗対温度特性を有する。この温度範囲にわたって、抵抗値は１０−5にも減少する。接続部が加熱されるにつれて、電流は比較的狭い領域に集中する傾向があるため、電流密度と温度が非常に高くなる。例えば、約１２００℃から１３００℃の温度になるが、これは、例えば、酸化銅でなくてレセプタクルのプラスチック製ハウジングを融かすのに十分高い温度である。その後、端子が加熱されると、ワイヤーの絶縁体が不具合になる。
【００１９】
　レセプタクルにグロー接点故障があると、銅製ワイヤーは、ワイヤーが電気ヒーターのコイルのように見えるグロー温度に到達する。先ず、端子の所のワイヤーの絶縁体が融けて、この融解現象は端子からレセプタクルの差込口の他のワイヤーの方へゆっくりと進行する。このため、裸のグロー接点ワイヤーが他の導体と接触すれば、アーク故障または地絡故障の何れかが発生する。次に、グロー接点故障による熱がレセプタクルに流れ込んで、レセプタクルのプラスチック製ハウジングを融かす。プラスチックが融けると、レセプタクルはその機械的一体性を失い、導体間の電気的絶縁状態が破壊される。これにより、最終的に、線導体の地絡故障または中性導体の地絡故障が生じる。上流の保護装置（例えば、回路遮断器）が応答しないと、プラスチックが発火する。
【００２０】
　図２及び３は、グロー接点ＧＣＶ及びＧＣＩＲの可視光線及び赤外線写真をそれぞれ表す。
【００２１】
　グロー接点が一旦形成されると、グロー接点が形成される間の電流と、その後グロー接点部を流れる電流とは、グロー接点の電圧降下が通常２ＶＡＣであるため常態と変わらない。従って、従来型の上流の電流保護装置（例えば、従来型回路遮断器またはヒューズ）では、グロー接点の存在を高い信頼度で検知することは不可能である。しかしながら、ワイヤーの絶縁体及びレセプタクルの両方に有意な損傷が生じる可能性がある。一方、アーク故障保護及び地絡故障保護機能の両方を有する回路遮断器を上流で用いる場合、その回路遮断器はグロー接点による絶縁体の損傷に起因するアークまたは地絡故障に応答し、最終的にトリップしてブランチ回路を脱勢させ、損傷したワイヤー及びレセプタクルを保護する。
【００２２】
　上流のブランチ回路保護装置にアーク故障及び地絡故障保護機能がない場合、レセプタクルのような電気開閉装置にグロー接点保護を施す必要性が存在する。
【発明の概要】
【００２３】
　上記及び他の必要性は、２つの温度センサーが線導体回路及び中性導体回路の温度を表す信号を出力する本発明により充足される。保護回路は、これら２つの信号間の差を求め、その差に応じてトリップ信号を発生する。
【００２４】
　本発明の１つの局面として、電気開閉装置は、第１の温度を有する線導体回路と、第２の温度を有する中性導体回路と、負荷端子と、線導体回路と負荷端子とを電気的に接続する開離可能な接点と、トリップ信号に応答して開離可能な接点を開く操作機構と、線導体回路の第１の温度を表す第１の信号を出力する第１の温度センサーと、中性導体回路の第２の温度を表す第２の信号を出力する第２の温度センサーと、第１の信号と第２の信号との間の差を求める手段と、その差に応じてトリップ信号を与える手段とより成る。
【００２５】
　　差に応じてトリップ信号を与える前記手段は、差が所定の値を超えるとトリップ信号を出力するコンパレータを有する。
【００２６】
　線導体回路は線導体端子を含み、第１の温度センサーは線導体端子の近くに設けたダイオードである。中性導体回路は中性導体端子を含み、第２の温度センサーは中性導体端子の近くに設けたダイオードである。
【００２７】
　差を求める前記手段は、第１の抵抗と、第２の抵抗と、第３の抵抗と、第４の抵抗と、第１の入力、第２の入力及び出力を有する差動増幅器とより成る。第１の抵抗は、第１の温度センサーと差動増幅器の第１の入力との間に電気的に接続され、第２の抵抗は、第２の温度センサーと差動増幅器の第２の入力との間に電気的に接続され、第３の抵抗は、差動増幅器の出力と差動増幅器の第１及び第２の入力のうちの一方との間に電気的に接続されている。
【００２８】
　差に応じてトリップ信号を与える前記手段は、第１の基準値、第２の基準値、前記差を入力する入力及びトリップ信号を有する出力とを備えたウィンドウコンパレータより成り、トリップ信号は差が第１の基準値より大きいかまたは第２の基準値より小さい場合に作動状態となる。
【００２９】
　ウィンドウコンパレータは、第１のダイオード、第２のダイオード、第１の入力、第２の入力及び出力を有する第１のコンパレータ、第１の入力、第２の入力及び出力を有する第２のコンパレータとより成る。第１のコンパレータの第１の入力は第１の基準値を入力し、第２のコンパレータの第２の入力は第２の基準値を入力し、第１のコンパレータの第２の入力と第２のコンパレータの第１の入力とは前記差を入力し、第１のダイオードは第１のコンパレータの出力とウィンドウコンパレータの出力との間に電気的に接続され、第２のダイオードは第２のコンパレータの出力とウィンドウコンパレータの出力との間に電気的に接続されている。
【００３０】
　　差に応じてトリップ信号を与える前記手段は、差動増幅器の出力に電気的に接続された入力、第１の基準電圧及び第２の基準電圧を有するウィンドウコンパレータを有する。第１及び第２の基準電圧は、第１の基準電圧が差動増幅器の公称電圧より高く、第２の基準電圧が差動増幅器の公称電圧より低い電圧ウィンドウを形成する。
【００３１】
　本発明の別の局面として、電気開閉装置は、第１の温度を有する線導体回路と、開離可能な接点と、線導体端子を開離可能な接点と電気的に接続する第１の導体と、第２の温度を有する負荷端子と、開離可能な接点を負荷端子に電気的に接続する第２の導体と、トリップ信号に応答して開離可能な接点を開く操作機構と、第１の温度と第２の温度の差に応じてトリップ信号を与える手段とより成る。
【好ましい実施例の説明】
【００３２】
　図４を参照して、該図はレセプタクル２のような電気開閉装置を示す。実施例のレセプタクル２は、第１の温度を有する線導体回路４と、第２の温度を有する中性導体回路６とを備えている。本発明によると、第１の温度センサー（ＴＳ１）８は線導体回路４の第１の温度を、また、第２の温度センサー（ＴＳ２）１０は中性導体回路６の第２の温度を感知する。
【００３３】
　従来と同様に、レセプタクル２は、雌型の、負荷端子１４、負荷中性端子１６及びアース端子１８の端子を有する１またはそれ以上の三導体差込口１２を備えている。レセプタクル２は、線導体回路そして恐らく中性導体回路を切れるようにする開離可能な接点（図示せず）（地絡故障レセプタクルに使用されるような）を備えている。下流側あるいはフィードスルーの地絡故障保護を得るために、それぞれの雌型端子１４、１６に直接接続された別個のネジ端子１５、１７が設けられている。レセプタクル２はまた、適当な電源ライン（例えば、１２０ＶRMS）への接続用の線導体ネジ端子２０及び中性導体ネジ端子２２と、負荷への接続用の負荷ネジ端子１５及び負荷中性導体ネジ端子１７を備えている。あるいは、またネジ端子１５、１７、２０、２２に加えて、任意適当な端子（例えば、圧縮端子に限定されない）を設けてもよい。通常、雌型アース端子１８を適当なアースへ接続するために１またはそれ以上のネジ端子（図示せず）が設けられている。
【００３４】
　図４は、レセプタクル２の線導体端子２０と、電源ラインに接続するための従来型銅製導体２６（想像線で示す）とにおけるグロー接点２４を示す。この例では、線導体端子２０及び負荷端子１５のような線導体回路４と熱接触関係にある金属部品（図示せず）は、中性導体回路６の対応する金属部品（図示せず）よりも一段と高温の比較的高い温度になる。しかしながら、レセプタクル２の負荷端子１５または中性導体端子１７または２２上にグロー接点（図示せず）が生じる可能性があることがわかるであろう。従って、中性導体端子１７または２２と熱接触関係にある金属部品（図示せず）も、比較的高い温度、従って線導体回路４の対応の金属部品（図示せず）よりも一段と高い温度になることがある。
【００３５】
　図５は、図４のレセプタクル２のブロック図である。線導体端子２０にグロー接点２４があると、線導体の部品は他の中性導体の部品と比べて比較的高い温度になる。例えば、従来と同様に、線導体の部品は、線導体端子２０、二極接触器２８の第１の開離可能な接点２７及び線導体の経路３０からレセプタクル２を経て負荷端子１４に至るまでの金属部品（図示せず）の全てを含む。同様に、中性導体部品は、中性導体端子２２、二極接触器２８の第２の開離可能な接点３１及びレセプタクル２を経て負荷の中性導体端子１６へ至る中性電流経路３２を形成する金属部品（図示せず）の全てを含む。
【００３６】
　第１の開離可能な接点２７は、線導体端子２０と負荷端子１４と間に接続されている。これらの第１の開離可能な接点２７は、第１の導体３５により線導体端子２０に接続された第１の接点３４と、第２の導体３７により負荷端子１４に接続された第２の接点３６とを含む。同様に、開離可能な接点２８は、第１の導体３９により中性導体端子２２に接続された第１の接点３８と、第２の導体４１により負荷の中性導体端子１６に接続された第２の接点４０とを含む。従来と同様に、レセプタクル２は、例示的な地絡トリップ信号４３のようなトリップ信号に応答して接触器２８及び第１及び第２の開離可能な接点２７、３１を開く操作機構４２を含む。
【００３７】
　本発明によると、第１の温度センサー（ＴＳ１）８は線導体回路４の第１の温度を表す第１の信号４４を、また、第２の温度センサー（ＴＳ２）１０は中性導体回路６の第２の温度を表す第２の信号を出力し、回路４８は第１の温度と第２の温度との間の差に応じてグロー接点トリップ信号５０を発生する。この回路４８は、第１の信号４４と第２の信号４６との間の差を求める第１の回路５２と、この差に応じてグロー接点トリップ信号５０を発生する第２の回路５４とを有する。
【００３８】
　実施例では、適当な電源５６は線導体回路４及び中性導体回路６から給電される。電源５６は、中性導体回路６に接続された共通基準出力６２に関して２つの基準電圧出力５８、６０を有する。第１の基準電圧出力５８の電圧（＋Ｅ　ＶＤＣ）は、好ましくは、第２の基準電圧出力６０の電圧（＋Ｅ／２　ＶＤＣ）の２倍であるが、任意適当な基準電圧値を用いてもよい。第１の温度センサー（ＴＳ１）８は線導体回路４の近く（例えば、線導体端子２０の近く）に設けたダイオードであり、第２の温度センサー（ＴＳ２）１０は中性導体回路６の近く（例えば、中性導体端子２２の近く）に設けたダイオードである。第１及び第２の抵抗６４、６６は、ダイオード８、１０のアノードを第１の基準電圧出力５８に接続する。２つのダイオード８、１０のカソードは、第２の基準電圧出力６０に接続されている。第１及び第２のダイオード８、１０はそれぞれ順方向電圧Ｖ１、Ｖ２を有し、その温度係数は約−２ミリボルト／℃である。
【００３９】
　グロー接点（図示せず）が端子１５または１７に存在する場合、上述したように、開離可能な接点（図示せず）が閉じた状態での線導体回路４または中性導体回路６の全ての金属部品の温度は本質的に同一である。
【００４０】
　図５に示す例において、グロー接点２４があると、図５で見て上のダイオード８は下のダイオード１４よりも高温になるが、その理由は上のダイオード８がグロー接点２４に物理的に近いからである。例えば、一定の電流でバイアスされた時のシリコンダイオード（例えば、電圧＋Ｅ　ＶＤＣからそれぞれの抵抗６４、６６を介して付勢されたダイオード８、１０）の電圧降下は、約２ミリボルト／℃の割合で減少する。さらに別の例として、３０℃のダイオードの温度差は約６０ミリボルトの電圧差（即ち、Ｖ２−Ｖ１）に換算されるが、Ｖ１は上のダイオード８の電圧降下、Ｖ２は下のダイオード１０の電圧降下である。
【００４１】
　回路５２は、第１の抵抗６８、第２の抵抗７０、第３の抵抗７２及び第１の入力（−）７６、第２の入力（＋）７８及び出力８０を有する適当な差動増幅器７４を含む。増幅器の第１の入力７６は、第１の抵抗６８を介して第１のダイオード８のアノードに接続されている。増幅器の第２の入力７８は、第２の抵抗７０を介して第２のダイオード１０のアノードに接続されている。第３の抵抗７２は、増幅器の出力８０と増幅器の第１の入力（−）７６との間に接続されている。回路５４のノード８４と増幅器の第２の入力（＋）７８との間に接続された第４の抵抗８２は、増幅器の２つの入力７６と７８のインピーダンスをマッチさせ、増幅器の出力８０の電圧を電圧＋Ｅ／２　ＶＤＣに関してバイアスする。
【００４２】
　図５に示すＫの値は、抵抗７２と８２が同じ抵抗値を有し、抵抗６８と７０とが同じ抵抗値を有すると仮定して、抵抗７２の抵抗値を抵抗６８の抵抗値で割算した値に等しい。従って、抵抗６８、７０、７２、８２は差動増幅器７４に適当な利得（Ｋ）を与えるように選択される。
【００４３】
　ダイオード８、１０の感知電圧の差（即ち、Ｖ２−Ｖ１）が例えば利得が約Ｋ＝１０の差動増幅器７４により増幅され、例えば温度係数が約２ミリボルト／℃のダイオード８と１０との間に３０℃の温度差がある場合、増幅器の出力８０の電圧（即ち、Ｋ＊（Ｖ２−Ｖ１）＋Ｅ／２）は約６００ミリボルト＋Ｅ／２　ＶＤＣである。図５の例示的な回路５２では、増幅器の入力７６、７８及び出力８０は、電源５６により供給される電圧＋Ｅ／２を基準とする。従って、この例では、増幅器出力８０の電圧は電圧＋Ｅ／２　ＶＤＣよりも＋６００ミリボルト高い。
【００４４】
　この回路５４のウィンドウコンパレータ８６は、第１の基準電圧８８、第２の基準電圧９０、増幅器の出力８０からの差信号９４を入力する入力９２、グロー接点トリップ信号５０を有する出力９６を備えている。このトリップ信号５０は、差信号９４が第１の基準電圧８８よりも大きいかまたは第２の基準電圧９０より小さい場合、作動状態である。この回路５４の入力９２は、差動増幅器７４の出力８０に接続されている。この回路５４はまた、第１の電源出力５８と共通基準出力６２との間に直列に接続された４つの抵抗９８、１００、１０２、１０４を有し、これらの抵抗は抵抗９８と１００との間のノード１０６に第１の基準電圧（例えば、＋Ｅ／２＋Ｄ）８８を、抵抗１００と１０２との間のノード８４に（例えば、電圧＋Ｅ／２）を、さらに抵抗１０２と１０４との間のノード１０８に第２の基準電圧（例えば、＋Ｅ／２−Ｄ）９０を与える。第１及び第２の基準電圧８８及び９０は、第１の基準電圧が差動増幅器７４の公称電圧よりも高く第２の基準電圧が差動増幅器７４の公称電圧よりも低い電圧ウィンドウ（例えば、＋Ｅ／２±Ｄ）を画定する。第１の基準電圧（例えば、＋Ｅ／２＋Ｄ）８８と差動増幅器８０の公称電圧（例えば、電圧＋Ｅ／２）との間の差は、差動電圧８０の公称電圧（例えば、電圧＋Ｅ／２）と第２の基準電圧（例えば、＋Ｅ／２−Ｄ）９０との間の差（Ｄ）のほぼ等しい。例えば、差（Ｄ）が約６００ミリボルトに設定されると、グロー接点による温度差のトリップしきい値は約３０℃（即ち、３０℃ｘ２ミリボルト／℃ｘ１０＝６００ミリボルト）である。
【００４５】
　ウィンドウコンパレータ８６は、第１の入力（−）１１２、第２の入力（＋）１１４及び出力１１６を有する第１のコンパレータ１１０と、第１の入力（−）１２０、第２の入力１２２（＋）及び出力１２４を有する第２のコンパレータ１１８と、第１のダイオード１２６と、第２のダイオード１２８とを備えている。第１のコンパレータ１１０の第１の入力１１２は、第１の基準電圧を入力するためにノード１０６に接続されている。第２のコンパレータ１１８の第２の入力１２２（＋）は、第２の基準電圧９０を入力するためにノード１０８に接続されている。第１のコンパレータ１１０の第２の入力１１４と、第２のコンパレータ１１８の第１の入力１２０とは、差信号９４を入力するために入力９０に接続されている。ダイオード１２６、１２８は、それぞれコンパレータ１１０、１１８の出力１１６、１２４とウィンドウコンパレータ８６の出力８６との間に接続されている。
【００４６】
　実施例のウィンドウコンパレータ８６の入力９２は、増幅器の出力８０の電圧（即ち、Ｋ＊（Ｖ２−Ｖ１）＋Ｅ／２）を受ける。そのウィンドウコンパレータ８６は、電圧＋Ｅ／２を基準とする±Ｄの適当な電圧ウィンドウ（例えば、＋Ｅ／２±Ｄ）を用いる。例えば、Ｄが６００ミリボルトに等しい値に設定され、増幅器の出力８０がＤ＋Ｅ／２ボルトよりわずかに高い場合、これにより第１のコンパレータ１１０の出力１１６が高レベルになる。その後、関連のダイオード１２６及び抵抗１３０を介してＳＣＲ１３４のゲート１３２へ電流が流れるため、ＳＣＲ１３４がオンになり、トリップソレノイド１３８のトリップコイル１３６が線導体４により付勢されて、レセプタクル２の開離可能な接点２７、３１がトリップされ開く。このため、線導体回路４の電流が停止し、グロー接点２４が安全な温度に冷却する。
【００４７】
　あるいは、中性導体端子２２にグロー現象が発生すると、第２のダイオード１０が第１のダイオード８よりも高温になる。回路６と回路４の温度差が十分な大きさになると、増幅器の出力８０がＥ／２−Ｄボルトよりもわずかに低くなり、第２のコンパレータ１１８の出力１２４が高レベルになる。そのため、関連のダイオード１２８と抵抗１３０を介してＳＣＲ１３４のゲート１３２へ電流が流れる。上述したのと同じ態様で、レセプタクル２の開離可能な接点２７、３１がトリップして開き、対応のグロー接点（図示せず）が安全な温度に冷却する。
【００４８】
　従って、回路５４は、差信号９４が第１の所定の基準電圧８８よりも大きいかまたは第２の所定の基準電圧９０よりも小さい場合にトリップ信号５０を出力するウィンドウコンパレータ８６を含む。
【００４９】
　従来と同様に、操作機構４２は、線導体回路４及び中性導体回路６により給電される地絡故障トリップ回路１４０を有する。適当な地絡故障トリップ回路の例は、米国特許第４，０８１，８５２号、５，２６０，６７６号、５，２９３，５２２号及び５，８８９，６４３号に記載されており、これらの特許を本願の一部として引用する。地絡故障レセプタクル（ＧＦＲ）の一例が米国特許第３，８７８，４３５号に記載されており、この特許を本願の一部として引用する。地絡故障トリップ回路１４０は、入力１４３に接続された地絡変流器１４２と、地絡故障トリップ信号４３を有する出力１４４を含む。回路４と回路６を流れる電流間に十分な差が存在すると、出力１４４は高レベルになる。そして、関連の抵抗１４６を介してＳＣＲ１３４のゲート１３２へ電流が流れる。上述したのと同じ態様で、この回路はレセプタクル２の開離可能な接点２７、３１をトリップして開き、地絡故障電流を遮断する。
【００５０】
　開離可能な接点２７が閉じた状態の時、これら接点間の低い熱インピーダンスにより線導体入力端子２０と負荷出力端子１５（図４）とは同じ温度に近くなる。また、開離可能な接点３１が閉じた状態の時、中性導体入力端子２２と負荷中性導体出力端子１７（図４とはが同一温度に近くなる。かくして、通常は４つの端子１５、１７、２０、２２が関与するが、２つの温度センサー８、１０だけが必要である。開離可能な接点２７、３１が開いている時は電流が流れないため、グロー接点は問題とならない。別の方法として、所望であれば、各端子に温度センサーを設けることができる。この場合、温度の比較は種々の端子の最高端子温度と最低端子温度との間で行えばよい。
【００５１】
　図６を参照して、回路遮断器ＣＢ１５０のような電気開閉装置は、第１の温度（Ｔ１）１５４を有する線導体端子１５２と、線導体端子１５２を開離可能な接点１５６と接続する第１の導体１５８とを有する。回路遮断器１１０はまた、第２の温度（Ｔ２）１６４を有する負荷端子１６２と、開離可能な接点１５６を負荷端子１６２と接続する第２の導体１６６とを有する。操作機構１６８は、トリップ信号１７０に応答して開離可能な接点１５６を開く。トリップ回路１７２は、第１の温度１５４と第２の温度１６４との差に応じてトリップ１７０を発生する。トリップ回路１７２は図４の回路４８と同じである。
【００５２】
　この例では、線導体回路の部品１５８、１５６、１６６は常態で同一温度になる傾向があるため、温度１５４及び１６４の２つの測定値だけを使用する。中性導体回路（図示せず）を用いる場合、第２の組の開離可能な接点（図示せず）が中性導体端子と負荷端子（図示せず）の間に接続されるため、４つの端子（例えば、線導体端子、負荷端子、中性導体端子及び負荷中性導体端子）全ての温度を測定して、その最大端子温度及び最小端子温度について比較する。
【００５３】
　本発明は、例えば、ＣＢ１５０のような回路遮断器の線導体端子及び負荷端子に用いることができる。例えば、回路遮断器の開離可能な接点１５６が比較的劣悪な状態でその電気抵抗及び熱抵抗が比較的高い場合、線導体端子１５２と負荷端子１６２の温度間に有意な差が生じることがある。その結果、この状態でトリップするのが望ましい。
【００５４】
　　本発明は、グロー接点の問題に対する解決法を提供する。Ｋ（例えば、限定なしに１０）及びＤ（例えば、限定なしに６００ミリボルト）の例示的な値について述べたが、広い範囲のかかる値を所望のグロー接点の温度差の感度に応じて用いることができる。
【００５５】
　地絡故障回路遮断器（ＧＦＣＩ）を含む実施例のレセプタクル２のグロー接点保護機能について述べたが、本発明は、例えば、ＧＦＣＩを含まないか、例えばアーク故障回路遮断器（ＡＦＣＩ）のような他のトリップ回路を含む電気開閉装置に利用可能である。アーク故障と地絡故障保護装置は、アーク故障及び／または地絡故障を発生させるグロー接点の特性に応答する。
【００５６】
　実施例のレセプタクル２を示したが、本発明は、電気開閉装置、回路開閉装置、回路遮断器、接触器、モーター始動器、モーターコントローラー、他のコントローラー、ＧＦＣＩ、ＡＦＣＩ、地絡故障及び／またはアーク故障スイッチ、地絡故障及び／またはアーク故障レセプタクル（ＧＦＲ／ＡＦＲ）、コード装着またはプラグ装着地絡故障及び／または保護装置を含む（これらに限定されない）広い範囲の配線装置に利用可能である。
【００５７】
　例示的な設計の重要な特徴は、それが絶対温度でなくて温度差に応答することである。これは、例えば、太陽により加熱されて比較的高温になる屋外のレセプタクルのような用途では重要である。
【００５８】
　アナログ回路４８、５２、５４について述べたが、１またはそれ以上の機能的に等価なデジタル回路を用いてもよいことがわかる。
【００５９】
　二極接触器２８について述べたが、本発明は、例えば、線導体端子と負荷端子の間の単一セットの開離可能な接点または三極三相構成を有する電気開閉装置にも利用できる。
【００６０】
　本発明の特定実施例を詳細に説明したが、当業者は本願の開示全体に鑑みて詳示した例に代わる種々の変形例及び設計変更を想到できることがわかるであろう。従って、図示説明した特定の構成は例示的にすぎず本発明の範囲を限定するものでなく、この範囲は頭書の特許請求の範囲及びその任意且つ全ての均等物の全幅を与えられるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】電流を運んでいる間に切れた端子と配線との間の接続部にかかる電圧並びに接続部を流れる電流を時間に関してプロットしたものである。
【図２】グロー接点の可視光線写真である。
【図３】グロー接点の赤外線写真である。
【図４】グロー接点を有するレセプタクルの前立面図である。
【図５】図４のレセプタクルの概略的ブロック図である。
【図６】本発明の別の実施例による回路遮断器のブロック図である。
【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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【外国語明細書】
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