(57)【要約】【課題】商用電力周波数や直流の過電流が、回路遮断器を流れたときに、回路を確実に遮断することができ、しかも、雷サージ電流が回路遮断器を流れた場合、回路が遮断しない特性を持つことが容易である回路遮断器を提供することを目的とするものである。【解決手段】被防護素子と接続する端子と、過電流を検出するコイルと、上記コイルを流れるべき雷サージ電流の高周波成分をバイパスし、しかも、インダクタと抵抗との組み合わせ、または、抵抗によって構成されているバイパス回路とを有することを特徴とする回路遮断器である。【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被防護素子と接続する端子と；
過電流を検出するコイルと；
上記コイルを流れるべき雷サージ電流の高周波成分をバイパスし、しかも、インダクタと抵抗との組み合わせ、または、抵抗によって構成されているバイパス回路と；
を有することを特徴とする回路遮断器。
【請求項２】
請求項１において、
雷サージ観測によって得られた結果を用い、所定の雷サージ波形に対応する雷サージの累積発生頻度に基づいて、雷雨日数当たりの電流波高値を計算し、この計算された上記雷雨日数当たりの電流波高値に対して、上記所定の雷サージ波形の波高値によっては、上記回路遮断器が遮断されないように、上記バイパス回路の定数が決定されていることを特徴とする回路遮断器。
【請求項３】
請求項１において、
上記所定の雷サージ波形は、２種類または１種類の波形であることを特徴とする回路遮断器。
【請求項４】
請求項１において、
雷雨日数から計算される最大波高値と、それ以下の波高値の雷雨日数から計算される繰り返し日数とに対しては、遮断されないように、上記パイパス回路の定数が決定されていることを特徴とする回路遮断器。
【請求項５】
請求項１において、
上記バイパス回路は、上記コイルの磁気回路上に設置されている回路であることを特徴とする回路遮断器。
【請求項６】
請求項１または請求項２において、
金属片を具備し、上記金属片の動作で接点を切り離すことによって、回路を遮断する引き外し装置と；
上記コイルに設けられ、筒状形状を具備しているコアと；
を有し、上記筒状形状の内部に、粘性液体と、上記コイルが発生した磁界によって上記筒状形状の内部を移動する内蔵コアと、上記コイルが発生した磁界によって上記内蔵コアが移動したときに押される弾性体とが封入されていることを特徴とする回路遮断器。
【請求項７】
請求項６において、
上記バイパス回路は、上記コイルの磁気回路上に設置されている回路であることを特徴とする回路遮断器。
【請求項８】
請求項１または請求項２において、
過電流を検出する形状記憶合金を具備し、上記形状記憶合金の動作で接点を切り離すことによって、回路を遮断する引き外し装置と；
高周波成分をバイパスするバイパス回路と；
を有することを特徴とする回路遮断器。
【請求項９】
被防護素子と接続される端子と；
過電流によって溶断し、回路遮断するヒューズと；
上記ヒューズを覆い、熱容量の高い絶縁体と；
を有することを特徴とする回路遮断器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力供給を受ける装置が、過電流によって生じる災害を防止する回路遮断器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
回路遮断器として用いられている従来のヒューズ、サーキットブレーカは、商用電力周波数（５０Ｈｚ、６０Ｈｚ）、直流において、装置内部の破壊や、ショート等による過電流を遮断し、この過電流遮断によって、装置の火災や発熱を防止する。
【０００３】
図１８は、従来の回路遮断器としての雷防護回路５００を示す図である。
【０００４】
一般的に、従来の雷防護回路５００において、第１の過電圧防護素子ＶＰ１と、第２の過電圧防護素子ＶＰ２とが、防護される素子ＥＬ１に過電圧が印加されることを阻止し、一方、防護される素子ＥＬ１や過電圧防護素子ＶＰ１、ＶＰ２が短絡し破壊すると、過電流防護素子ＩＰ１、ＩＰ２が、過電流による装置の火災や発熱を防護する（たとえば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平２−１４４８２０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の雷防護回路５００において、雷サージによる過電圧が発生すると、第２の過電圧防護素子ＶＰ２を介して、過電流防護素子ＩＰ１、ＩＰ２に、雷サージ電流が流れる。
【０００７】
図１９は、ヒューズやサーキットブレーカ等の従来の回路遮断器における短時間動作特性を示す図である。
【０００８】
図１９に示すように、商用電力周波数や直流において、大電力定格のヒューズやサーキットブレーカは、雷サージ電流が侵入しても、動作することはなく、問題が生じない。
【０００９】
しかし、省電力化が進み、装置の定格電流が低下し、これに伴って、回路遮断器の定格電流も低下する傾向にあり、このように、回路遮断器が低電流容量になると、雷サージ電流が侵入した場合、無用な回路遮断動作が起こる。
【００１０】
従来、回路遮断器を通過する雷サージ電流の統計的性質が不明であり、商用電力周波数や直流の過電流が、回路遮断器を流れたときに、回路を確実に遮断することが困難であり、また、雷サージ電流が回路遮断器を流れても、回路が遮断しない特性を、回路遮断器に持たせることは困難である。
【００１１】
本発明は、商用電力周波数や直流の過電流が、回路遮断器を流れたときに、回路を確実に遮断することができ、しかも、雷サージ電流が回路遮断器を流れた場合、回路が遮断しない特性を持つことが容易である回路遮断器を提供することを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、被防護素子と接続する端子と、過電流を検出するコイルと、上記コイルを流れるべき雷サージ電流の高周波成分をバイパスし、しかも、インダクタと抵抗との組み合わせ、または、抵抗によって構成されているバイパス回路とを有することを特徴とする回路遮断器である。
【００１３】
【発明の実施の形態および実施例】
図１は、雷サージの波形を示す図である。
【００１４】
図２は、雷サージの電流波高値と、雷の発生頻度との関係を示す発生頻度特性図である。
【００１５】
回路遮断器を通過する雷サージ電流の統計的性質を把握するために、図１８に示す従来の雷防護回路５００を使用して、雷サージ電流を観測した。
【００１６】
この観測結果によれば、雷サージ電流は、伝搬メカニズムによって、図２に示すように、２種類の発生頻度特性を持ち、また、図１に示すように、２種類の波形が通過していることが明らかになった。
【００１７】
観測された雷サージの波形は、図１（１）に示す波形１と、図１（２）に示す波形２とである。図１（１）に示す波形１は、波頭長１０μｓ、波尾長３００μｓの三角波形であり、図１（２）に示す波形２は、波頭長８μｓ、波尾長４０μｓ、振動周波数４ｋＨｚの減衰振動波形である。
【００１８】
図２に示すように、１つの雷防護回路当たり、また、雷雨の１日当たりにおける電流波高値の累積発生頻度Ｐは、次の式（１）で与えられる。
【００１９】
Ｐ＝ｋ×ｅ−ａＩ    ……式（１）
ここで、Ｐは、電流波高値の累積発生頻度であり、Ｉは、最大電流値である。
【００２０】
また、ｋ、ａは、それぞれ定数であり、上記観測結果によれば、雷サージが波形１であれば、ｋ＝０．４２、ａ＝０．０１２であり、雷サージが波形２であれば、ｋ＝４．７、ａ＝０．１３である。
【００２１】
回路遮断器が遮断しない雷雨日数を、Ｎ日とすると、電流波高値の累積発生頻度Ｐと、雷雨日数Ｎとは、次の式（２）に示す関係になる。
【００２２】
Ｎ＝１／Ｐ    ……式（２）
図３は、雷雨日数Ｎに対する雷サージ電流波高値Ｉを示す図である。
【００２３】
したがって、図３に示す雷雨日数Ｎに対する雷サージ電流波高値Ｉを、次の式（３）で求めることができる。
【００２４】
Ｉ＝−（１ｎ（Ｎ）＋１ｎ（ｋ））／ａ    ……式（３）
上記式（３）から得られた雷サージ電流波高値Ｉと、波形パラメータ（上記例における波形１または波形２）とを用いることによって、回路遮断器の特性を試験することができ、特性の評価・決定を行うことができる。
【００２５】
また、バネ式引き外し機構を持つサーキットブレーカのように、繰り返しサージによって、引き外し特性が劣化することが予想される場合、Ｍ回の繰り返し雷サージ電流の波高値Ｉを、次の式（４）で求めることができる。
【００２６】
Ｉ＝−（１ｎ（Ｎ／Ｍ）＋１ｎ（ｋ））／ａ    ……式（４）
上記式（４）から得られた繰り返し雷サージ電流波高値Ｉと、波形パラメータ（上記例における波形１または波形２）とを用いることによって、回路遮断器を試験することができ、特性の評価・決定を行うことができる。
【００２７】
図４は、上記関係から、たとえば、上記波形１による試験回数Ｍと、電流波高値Ｉとの関係を示す図である。
【００２８】
図４に示す試験回数Ｍ、雷サージ電流波高値Ｉは、安全係数を見込み、所定の定数倍した値を採用するようにしてもよい。
【００２９】
回路遮断器がサーキットブレーカである場合、コイルに流れる電流によって引き付けられる磁力を用い、引き外し装置によって、接点を開く機構が設けられている。
【００３０】
図５は、従来のサーキットブレーカの等価回路図である。
【００３１】
従来のサーキットブレーカの等価回路は、図５に示すように、インダクタンスＬ１０とその寄生抵抗Ｒ１０との直列回路である。雷サージ電流のような電流源から、インダクタンスＬ１０に流れる電流の周波数特性は、一定である。
【００３２】
上記試験パラメータ（上記実施例では、波形１、波形２）を満足する特性、つまり、雷サージの周波数において遮断されない特性を持つ回路遮断器の構成は、次の構成である。
【００３３】
図６は、本発明の第１の実施例である回路遮断器ＣＢ１を示す構造図である。
【００３４】
図７は、回路遮断器ＣＢ１におけるコイル１０とバイパス回路３０とを実現する回路例を示す図である。
【００３５】
回路遮断器ＣＢ１は、コイル１０と、コア２０と、バイパス回路３０と、接点４０と、引き外し装置５０と、金属片６０と、端子Ｔ１、Ｔ２とを有する。
【００３６】
バイパス回路３０は、コイル１０を流れるべき雷サージ電流の高周波成分をバイパスする回路であり、インダクタＬ２１と抵抗Ｒ２１とによって構成されている。コイル１０は、インダクタＬ２１と寄生抵抗Ｒ１１とによって表現することができる。
【００３７】
回路遮断器ＣＢ１は、コイル１０にバイパス回路３０を設けた回路遮断器であり、雷サージ電流の高周波成分を、バイパス回路３０に流すことによって、雷サージ電流の高周波成分がコイル１０に流れることを阻止する。
【００３８】
つまり、回路遮断器ＣＢ１は、雷サージ観測によって得られた結果を用い、所定の雷サージ波形に対応する雷サージの累積発生頻度に基づいて、雷雨日数当たりの電流波高値を計算し、この計算された上記雷雨日数当たりの電流波高値に対して、上記所定の雷サージ波形の波高値によっては、上記回路遮断器が遮断されないように、上記バイパス回路の定数が決定されている回路遮断器である。
【００３９】
雷サージ電流の高周波成分を逃がすバイパス回路３０として、サージ吸収素子や、コンデンサ等、高周波や高電圧で低インピーダンスになる素子（たとえばバリスタ）を用いることが従来行なわれているが、これらの素子は、過電圧・過電流にさらされた場合、短絡して破壊する場合があり、この破壊が生じた後には、雷サージによって回路が遮断され、コンデンサ等をバイパス回路として使用することは、回路遮断器には適さない。
【００４０】
そこで、コイル１０のインダクタンスＬ１１に着目し、インダクタンスＬ１１よりも小さなインダクタンスＬ２１と、インダクタンスＬ１１の寄生抵抗Ｒ１１よりも大きな寄生抵抗Ｒ２１とを作る。つまり、バイパス回路３０は、コイル１０のインダクタンスＬ１１よりも小さなインダクタンスＬ２１と、インダクタンスＬ１１の寄生抵抗Ｒ１１よりも大きな寄生抵抗Ｒ２１とを有する。
【００４１】
このバイパス回路３０によって、コイル１０に流れる電流に、周波数特性を持たせ、雷サージ電流の高周波成分がコイル１０に流れることを阻止することができる。
【００４２】
なお、回路遮断器ＣＢ１において、バイパス回路３０は、コイル１０が発生する磁気回路上に存在していないので、雷サージが発生したときに、コイル１０による磁界が比較的、弱く、したがって、雷サージが発生したときにコイル１０による磁界が比較的、弱く、結局、金属片６０を作動する力が弱く、雷サージによる回路遮断が生じにくい。
【００４３】
図７に示す例では、Ｌ１１＝１５０μＨ、Ｒ１１＝０．００１Ω、Ｌ２１＝１μＨ、Ｒ２１＝０．１Ωである。
【００４４】
図８は、回路遮断器ＣＢ１におけるコイル１０とバイパス回路３０とを実現する別の回路を示す図である。
【００４５】
図８に示す例では、Ｌ１１＝２００μＨ、Ｒ１１＝０．００１Ω、Ｌ２１＝１μＨ、Ｒ２１＝１Ωである。
【００４６】
図９は、図７に示す場合と、図８に示す場合とについて、コイル１０に流れる電流と、バイパス回路３０に流れる電流とについて、その周波数特性を示す図である。
【００４７】
直流や、商用電源周波数（５０Ｈｚ、６０Ｈｚ）では、ほぼ、図１９に示す特性に等しく、しかも、雷の成分である数ｋＨｚ以上では、コイル１０に流れる電流を、１／２〜１／１０に低減させることができ、したがって、上記のようにすれば、商用電源周波数の供給電力による特性を変えずに、耐雷特性を向上させることができる。
【００４８】
図１０は、回路遮断器ＣＢ１におけるコイル１０とバイパス回路３０とを実現する他の回路を示す図である。
【００４９】
なお、図７に示すバイパス回路３０の構成において、インダクタＬ２１と寄生抵抗Ｒ２１とを設ける代わりに、抵抗のみを設けるようにしてもよい。
【００５０】
図１０に示す回路では、コイル１０が、インダクタＬ１３と抵抗Ｒ１３との直列回路によって構成され、バイパス回路３０が、抵抗Ｒ２３（抵抗成分のみ）によって構成されている。これによって、図７、図８に示す回路と同様の特性を得ることができる。
【００５１】
図１１は、本発明の第２の実施例である回路遮断器ＣＢ２の構造図である。
【００５２】
回路遮断器ＣＢ２は、回路遮断器ＣＢ１において、バイパス回路３０が、コイル１０の磁気回路上に設置されている回路遮断器である。
【００５３】
図１２は、バイパス回路３０のさらに他の実現例を示す図である。
【００５４】
回路遮断器ＣＢ２は、バイパス回路３０を、図１２に示すように配置することによって、コイル１０が発生する磁力を、より積極的に消滅させる遮断器である。したがって、雷サージが発生したときに、回路遮断器ＣＢ２による回路遮断が生じにくい。
【００５５】
図１２（１）に示すバイパス回路３０では、インダクタＬ１４とＬ２４との巻き方向を互いに異ならせる必要があり、図１２（２）に示すバイパス回路３０では、インダクタＬ１５とＬ２５との巻き方向を互いに同じにする必要がある。このようにすることによって、バイパス回路３０に流れる雷サージ電流のピーク値を減少させている。
【００５６】
図１３は、本発明の第３の実施例である回路遮断器ＣＢ３と、コア２０の具体例とを示す構造図である。
【００５７】
回路遮断器ＣＢ３は、引き外し装置５０を有し、コイル１０の磁気回路に時定数を持たせるために、筒状形状を有するコア２０の筒状形状の内部に、内蔵コア（磁性材料コア）２１と、弾性体２２と、粘性液体２３とが封入されている。
【００５８】
内蔵コア２１は、コイル１０が発生した磁界によって上記筒状形状の内部を移動するコアであり、弾性体２２は、コイル１０が発生した磁界によって内蔵コア２１が移動した（持ち上げた）ときに押され、磁界の発生を遅らせる働きをする弾性体である。
【００５９】
引き外し装置５０は、回路遮断器ＣＢ３において、金属片６０を具備し、金属片６０の動作で接点を切り離すことによって、回路を遮断する引き外し装置である。
【００６０】
そして、回路遮断器ＣＢ３は、コイル１０とコア２０とによって発生する磁力に、時間遅れ特性を持つことによって、雷サージが生じたときに、引き外し装置５０が回路を遮断するタイミングを遅らせ、一方、雷サージの持続時間が短いので、引き外し装置５０が時間遅れで、回路を遮断しようとするときに、雷サージが消滅し、結局、その雷サージによっては回路が遮断されないようにしたものである。
【００６１】
図１４は、本発明の第４の実施例である回路遮断器ＣＢ４の構造図である。
【００６２】
回路遮断器ＣＢ４は、回路遮断器ＣＢ１と回路遮断器ＣＢ３とを組み合わせた回路遮断器であり、特性をより高めることができる。
【００６３】
図１５は、本発明の第５の実施例である回路遮断器ＣＢ５の構造図である。
【００６４】
回路遮断器ＣＢ５は、回路遮断器ＣＢ２と回路遮断器ＣＢ３とを組み合わせた回路遮断器であり、特性をより高めることができる。
【００６５】
つまり、回路遮断器ＣＢ５は、回路遮断器ＣＢ１において、バイパス回路３０が、コイル１０の磁気回路上に設置されている回路遮断器であり、また、金属片６０の動作で接点を切り離すことによって、回路を遮断する引き外し装置５０と、コイル１０に設けられ、筒状形状を具備しているコア２０とを有し、筒状形状の内部に、粘性液体２３と、コイル１０が発生した磁界によって上記筒状形状の内部を移動する内蔵コア２１と、コイル１０が発生した磁界によって内蔵コア２１が移動したときに押される弾性体２２とが封入されている回路遮断器である。
【００６６】
図１６は、本発明の第６の実施例である回路遮断器ＣＢ６の構造図である。
【００６７】
回路遮断器ＣＢ６は、形状記憶合金７０を用いた引き外し機能を有する回路遮断器であり、従来の形状記憶合金７０を用いた引き外し機能は、直流や商用電源周波数の成分であっても、遮断時間が長いという特性がある。形状記憶合金７０の変形設定温度を低くすることによって、直流や商用電源周波数での遮断時間を短くし、しかも、図７に示すバイパス回路を付加することによって、雷サージ電流による遮断感度を下げることができる。
【００６８】
図１７は、本発明の第７の実施例である回路遮断器ＣＢ７の構造を示す図である。
【００６９】
回路遮断器ＣＢ７は、過電流によって溶断するヒューズＦＳ１と、熱容量の高い絶縁体８０と、端子Ｔ１、Ｔ２とを有する。回路遮断器ＣＢ７は、ヒューズＦＳ１の周辺を熱容量の高い絶縁体８０で覆うことによって、高い周波数成分である雷サージ電流による発熱が低く、パルス幅の短い雷サージでは、ヒューズＦＳ１が溶断しないようにしたものである。
【００７０】
上記各実施例によれば、低電流容量の回路遮断器において、直流や商用周波数での遮断時間を、従来と同等にし、安全を確保しつつ、雷サージ電流による回路遮断を防ぐことができ、安全かつ安定な装置運用が可能であり、通信装置等の常時使用される装置における安全性、安定性を確保することができる。
【００７１】
また、上記実施例によれば、過電圧・過電流によって短絡する可能性がない素子（インダクタ、抵抗）を用いるので、回路遮断器の安全性が高い。
【００７２】
つまり、従来は、コイルと並列にパイパス回路が設けられ、このパイパス回路がコンデンサまたはバリスタによって構成されているが、このようにすると、雷サージによって、パイパス回路を構成するコンデンサまたはバリスタが破壊され、その後に、雷サージを受けたときに、回路遮断器が回路を遮断するという不都合が生じる。しかし、上記実施例においては、バイパス回路がインダクタ、抵抗によって構成されているので、雷サージによってバイパス回路が破壊されることがなく、したがって、その後の雷サージに対して無用な回路遮断が生じない。
【００７３】
【発明の効果】
本発明によれば、低電流容量の回路遮断器において、直流や商用周波数での遮断時間を従来と同等にし、安全を確保しつつ、雷サージ電流による回路遮断を防ぐので、安全かつ安定な装置運用が可能であり、通信装置等の常時使用される装置における安全性、安定性が確保できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】雷サージの波形を示す図である。
【図２】雷サージの電流波高値と雷の発生頻度との関係を示す発生頻度特性図である。
【図３】雷雨日数Ｎに対する雷サージ電流波高値Ｉを示す図である。
【図４】上記関係から、たとえば、上記波形１による試験回数Ｍと、電流波高値Ｉとの関係を示す図である。
【図５】従来のサーキットブレーカの等価回路図である。
【図６】本発明の第１の実施例である回路遮断器ＣＢ１を示す構造図である。
【図７】回路遮断器ＣＢ１におけるコイル１０とバイパス回路３０とを実現する回路例を示す図である。
【図８】回路遮断器ＣＢ１におけるコイル１０とバイパス回路３０とを実現する別の回路を示す図である。
【図９】図７に示す場合と、図８に示す場合とについて、コイル１０に流れる電流と、バイパス回路３０に流れる電流とについて、その周波数特性を示す図である。
【図１０】回路遮断器ＣＢ１におけるコイル１０とバイパス回路３０とを実現する他の回路を示す図である。
【図１１】本発明の第２の実施例である回路遮断器ＣＢ２を示す構造図である。
【図１２】バイパス回路３０のさらに他の実現例を示す図である。
【図１３】本発明の第３の実施例である回路遮断器ＣＢ３とコア２０の具体例とを示す構造図である。
【図１４】本発明の第４の実施例である回路遮断器ＣＢ４を示す構造図である。
【図１５】本発明の第５の実施例である回路遮断器ＣＢ５を示す構造図である。
【図１６】図１６は、本発明の第６の実施例である回路遮断器ＣＢ６の構造図である。
【図１７】本発明の第７の実施例である回路遮断器ＣＢ７の構造を示す図である。
【図１８】従来の回路遮断器としての雷防護回路５００を示す図である。
【図１９】ヒューズやサーキットブレーカ等の従来の回路遮断器における短時間動作特性を示す図である。
【符号の説明】
ＣＢ１、ＣＢ２、ＣＢ３、ＣＢ４、ＣＢ５、ＣＢ６、ＣＢ７…回路遮断器、
Ｍ…試験回数、
Ｉ…電流波高値、
１０…コイル、
２０…コア、
２１…内蔵コア、
２２…弾性体、
２３…粘性液体、
３０…バイパス回路、
４０…接点、
５０…引き外し装置、
６０…金属片、
７０…形状記憶合金、
８０…絶縁体、
ＦＳ１…ヒューズ。
【図１】
2004253222.tif 000003
【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】
2004253222.tif 000009
【図８】
2004253222.tif 000010
【図９】
2004253222.tif 000011
【図１０】
2004253222.tif 000012
【図１１】
2004253222.tif 000013
【図１２】
2004253222.tif 000014
【図１３】
2004253222.tif 000015
【図１４】
2004253222.tif 000016
【図１５】
2004253222.tif 000017
【図１６】
2004253222.tif 000018
【図１７】
2004253222.tif 000019
【図１８】
2004253222.tif 000020
【図１９】
2004253222.tif 000021