(57)【要約】【課題】負荷機器保護用アレスタでは保護されない回路遮断装置内のコイルを雷サージによる絶縁破壊並びに過熱溶断から保護することが可能な回路遮断装置を提供する。【解決手段】接点と過電流を検出するコイルとを備える回路遮断装置であって、前記コイルに並列に接続されたギャップアレスタを備え、雷サージ電流が流れた時、前記コイルに過大な電圧降下を生じないように且つコイルに過大な電流が流れないように、前記ギャップアレスタが前記コイルの電圧を制限し且つその時流れる電流がギャップアレスタに転流される。【選択図】        図１
2005026074.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
接点と過電流を検出するコイルとを備える回路遮断装置であって、
前記コイルに並列に接続されたギャップアレスタを備え、
雷サージ電流が流れた時、前記コイルに過大な電圧降下を生じないように且つコイルに過大な電流が流れないように、前記ギャップアレスタが前記コイルの電圧を制限し且つその時流れる電流がギャップアレスタに転流されることを特徴とする回路遮断装置。
【請求項２】
前記ギャップアレスタが前記回路遮断装置内部に収納されていることを特徴とする請求項１に記載の回路遮断装置。
【請求項３】
前記ギャップアレスタが回路遮断装置本体とは別のケースに収納され、前記回路遮断装置本体から着脱可能な構造を有することを特徴とする請求項１に記載の回路遮断装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は回路遮断装置に関し、雷サージ電流がコイルを流れ、これによりコイルが破損することを防ぐための回路遮断装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
負荷機器が野外で孤立している場合、配電線は野外に長距離張られることが多く雷サージの影響を受けやすい。そこで、雷サージから負荷機器を保護するため回路遮断装置と負荷機器の間に、負荷機器保護用アレスタが挿入され負荷機器に雷サージ電圧が加わらないようにすると共に雷サージ電流が流れ込まないようにしている。しかしながら、この回路構成では負荷機器保護用アレスタが回路遮断装置の負荷側にあるため、回路遮断装置の電源端子と負荷端子間に雷サージ電圧の大部分が加わり、雷サージ電流が回路遮断装置の中を流れて回路遮断装置自体は何ら保護されていない。
【０００３】
従来の回路遮断装置（例えば、非特許文献１、非特許文献２参照）の１極分の回路図は図８のようである。負荷電流は電源端子１から入り、接点２、コイル５を通り負荷端子６に流れる。また、従来の回路遮断装置の構成は図９のようである。コイル５の巻線の一方は可とうリード線４に他方は負荷端子６に接続されている。コイル５は機能を発揮するため油管７に巻かれ、磁気枠８、可動片９と組合される。過電流が流れるとコイル５の磁力が強くなり可動片９が動いて引外し機構１１が動作し接点２が開極する。コイル５の巻線はエナメル絶縁電線でその被覆により巻線間の絶縁並びにコイル５と周囲の金属部品である油管７、磁気枠８との絶縁を取っている。また、絶縁の補助に絶縁シート１０が使われる。
【０００４】
電流が流れる部分はそれぞれインピーダンスを持つため電流が流れると電圧降下を生じる。電源端子１や接点２などは抵抗成分しか持たないが、コイル５は抵抗成分に加えインダクタンスがあるから周波数によってインピーダンスが変る。周波数に対する回路各部と全体のインピーダンス変化を表したのが図１０である。負荷電流の周波数である５０Ｈｚまたは６０Ｈｚではコイル５のインピーダンスは低く、通常の使用状態においては過負荷電流あるいは設計範囲内の短絡電流が流れてもコイル５の電圧降下は電源電圧から類推できる範囲を超えることはなく絶縁破壊を起すことはない。
【０００５】
しかしながら、雷サージは極短時間の単発的現象で且つ、負荷機器用保護用アレスタで裁断波となるため、雷サージ電流の主要周波数成分は５０Ｈｚまたは６０Ｈｚに比べて非常に高いと考えられ、その周波数におけるコイル５のインピーダンスは大きく、更に全体のインピーダンスの大部分を占める。このため、雷サージ電流が流れた時、コイル５には非常に高い電圧降下が生じ、コイル５の巻線間、あるいは巻線と周囲の金属部品である油管７や磁気枠８との絶縁が破壊することがある。絶縁が破壊すると不要な電流路が形成され、雷サージが去った後の回路遮断装置の特性が正常でなくなる可能性がある。また、雷サージ電流は電流値が大きいためオーム損による発熱も大きく、巻線に部分的に細くなった所があるとそこに発熱が集中し過熱溶断する可能性もある。
【０００６】
【非特許文献１】
（株）日幸電機製作所、サーキットプロテクタ  ＩＣＳ２５・ＩＣＳ３０カタログ、初版２００１年１０月
【非特許文献２】
（株）日幸電機製作所、日幸ＦＭサーキットブレーカ総合カタログ、初版２００１年１０月
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の構成においてこれらを解消するには、コイル５に雷サージ電流で発生する高い電圧降下に耐えられる厚い絶縁被覆を持つ巻線を使い、厚い絶縁シートを随所に用い、過熱溶断しないだけの太い断面積を持つ巻線を使う必要があり、コイル部分の寸法が大きくなり、延いては回路遮断装置全体の寸法も大きくしなければならない。また、コイルの絶縁を厚くするとコイルの巻線が疎に巻かれることになり漏れ磁束が大きくなるので、コイル部分の特性に悪影響を及ぼす可能性もある。
【０００８】
本発明は、これらの問題に鑑みなされたものであり、本発明の目的は、負荷機器保護用アレスタでは保護されない回路遮断装置内のコイルを雷サージによる絶縁破壊並びに過熱溶断から保護することが可能な回路遮断装置を提供することにある。
【０００９】
本発明の他の目的は、雷サージ電流に反応し開放動作をして負荷電流の供給を止めてしまうことを防止できる回路遮断装置を提供することにある。
【００１０】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかになるであろう。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
【００１２】
（１）接点と過電流を検出するコイルとを備える回路遮断装置であって、前記コイルに並列に接続されたギャップアレスタを備え、雷サージ電流が流れた時、前記コイルに過大な電圧降下を生じないように且つコイルに過大な電流が流れないように、前記ギャップアレスタが前記コイルの電圧を制限し且つその時流れる電流がギャップアレスタに転流される回路遮断装置。
【００１３】
（２）前記ギャップアレスタが前記回路遮断装置内部に収納されている（１）に記載の回路遮断装置。
【００１４】
（３）前記ギャップアレスタが回路遮断装置本体とは別のケースに収納され、前記回路遮断装置本体から着脱可能な構造を有する（１）に記載の回路遮断装置。
【００１５】
前述した手段によれば、放電していない時にはほぼ無限大のインピーダンスを持ち、放電を開始する制限電圧以上の電圧が入力された場合にはインピーダンスがコイルよりも小さくなる電気的特性を有するギャップアレスタをコイルと並列接続することにより雷バイパス回路を形成し、接点が閉極した状態で雷サージ電流が流れた時、ギャップアレスタがコイルに印加される電圧を制限すると共に、雷サージ電流をコイルからギャップアレスタに転流させることにより、コイルに印加される電圧をギャップアレスタの制限電圧以下に低下させることができるので、コイルでの電圧降下を抑えることができ、雷サージによるコイルの絶縁破壊や接点の開極動作等の誤動作を防止することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、発明の実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【００１７】
（実施の形態１）
図１は本願発明の一実施の形態である回路遮断装置の回路構成を説明するための図であり、図２は本発明のギャップアレスタがコイルに掛る雷サージ電圧を制限した時の電圧曲線の例であり、図３はギャップアレスタとコイルとのインピーダンス曲線である。
【００１８】
巻線の絶縁耐圧並びに断面積を増やすことなく雷サージからコイル５を保護する方法として、図１のようにコイル５にギャップアレスタ１６を並列接続し、コイル５に雷サージ電流が流れないようにする。ギャップアレスタ１６の制限電圧は雷サージが加わった時だけ作用するように、過電流が流れている時を含め通常使用状態で想定されるコイル５の電圧降下より高く、且つコイル５の絶縁破壊が起らない電圧に選ぶ。これにより、雷サージが加わってもコイル５の電圧は図２のごとくギャップアレスタ１６で制限され絶縁破壊が起ることを防げる。
【００１９】
放電してない時のギャップアレスタ１６はほば無限大のインピーダンスを持ち、雷サージにより動作し放電を開始するとその内部インピーダンスは図３のごとく急激に低下しコイル５のインピーダンスより低くなり、雷サージ電流とその時流れている負荷電流の大部分はギャップアレスタ１６側に転流する。これによりコイル５は雷サージ電流による過熱溶断の危険から開放される。雷サージ電流は極短時間で減衰消滅するためギャップアレスタ１６の電流は減衰し、更に負荷に供給している交流電圧は一定周期毎にゼロボルトをよぎるため、そこで全ての放電が終了し、以後は回路遮断装置の特性に影響を与えない。
【００２０】
図４は本発明の実施形態１の回路遮断装置の内部構成を説明するための断面図である。
【００２１】
図４に示すように、ギャップアレスタ１６は回路遮断装置内に置く。ギャップアレスタ１６の一方のリード線１７ａは可とうリード線４に、他方のリード線１７ｂは負荷端子６にそれぞれコイルの巻線に掛らないように接続される。絶縁チューブ１８はギャップアレスタ１６が不用意にコイル５やその他の部分に触れないようにするためと、万が一ギャップアレスタ１６が壊れた場合その影響を少なくするためのものであり、ギャップアレスタ１６を覆うようにして形成されている。
【００２２】
図７は本発明の実施形態の回路遮断装置を適用した受電回路の例である。
【００２３】
図７に示す受電回路では、電源を供給する配電線２７ａ，２７ｂと、この２本の配電線２７ａ，２７ｂの過負荷および過電流の検出および遮断を行う回路遮断装置２８と、回路遮断装置２８を介して電源が供給される負荷機器３０と、負荷機器３０を雷サージから保護するための３個の負荷機器保護用アレスタ２９ａ〜２９ｃを備える構成となっている。
【００２４】
配電線２７ａ、２７ｂは回路遮断装置２８の電源端子１に接続され、配電線２７ａから供給される電力は接点２、コイル５、負荷端子６および負荷端子６と負荷機器３０とを接続する２本の電源線３１ａ、３１ｂを介して負荷機器３０に供給される構成となっている。また、回路遮断装置２８の負荷端子６と負荷機器３０とを接続する２本の電源線３１ａ、３１ｂには、雷サージから負荷機器３０を保護するため、負荷機器保護用アレスタ２９ｃが接続されると共に、各電源線３１ａ、３１ｂは負荷機器保護用アレスタ２９ａ、２９ｂを介して接地される構成となっている。
【００２５】
次に、図７に基づいて、雷サージが印加された場合の回路遮断装置２８の動作を説明する。
【００２６】
配電線２７ａに雷サージが印加された場合、回路遮断装置２８の電源端子１から負荷端子６、負荷機器保護用アレスタ２９ａを介して接地点に流れる雷サージ電流を生じさせることとなる。
【００２７】
このとき、実施の形態１の回路遮断装置２８では、図１０に示すように、コイル５が高インピーダンス状態となり、コイル５とギャップアレスタ１６とに高電圧が印加されることとなるが、コイル５とギャップアレスタ１６とに印加された電圧がギャップアレスタ１６の制限電圧まで上昇するとギャップアレスタ１６の放電が開始されるので、雷サージ電流はギャップアレスタ１６、負荷端子６、負荷機器保護用アレスタ２９ａを介して接地点に流れることとなる。
【００２８】
このように、回路遮断装置２８を適用した受電回路では、配電線２７ａに雷サージが入力されたことによる雷サージ電流は、配電線２７ａ、電源端子１、接点２、ギャップアレスタ１６、負荷端子６、および負荷機器保護用アレスタ２９ａを介して接地点に流れることとなるので、コイル５は雷サージによる絶縁破壊並びに過熱溶断から保護されることになる。また、コイル５には大きな雷サージ電流が流れないので、回路遮断装置の誤動作も防止することができる。
【００２９】
以上説明したように、実施形態１の回路遮断装置では、ギャップアレスタ１６を装置本体内に内蔵する構成となっているので、回路遮断装置を小型化できる。従って、従来の回路遮断装置と外形寸法が全く同じものを容易に作ることができるので、置き換えによる設備の性能向上が容易であるという効果も得られる。
【００３０】
（実施形態２）
図５は本発明の実施形態２の回路遮断装置の概略構成を説明するための斜視図であり、図６は本発明の実施形態２の回路遮断装置の内部構成を説明するための断面図である。なお、実施形態２の回路遮断装置においても、その回路構成は図１に示す実施形態１の回路遮断装置と同様の回路構成となるので、雷サージ印加時における動作は実施の形態１の回路遮断装置と同じである。
【００３１】
図５から明らかなように実施形態２の回路遮断装置は、ギャップアレスタ１６を着脱可能なアレスタユニット２１に収納し、その受けと配線のためのアダプタ２０をギャップアレスタを内蔵しない回路遮断装置本体１９と組合せ固定し、アレスタユニット２１を差込めるようにしたものである。アダプタ２０に差込めるアレスタユニット２１の数は回路遮断装置１９の極数による。図６はアダプタ２０とアレスタユニット２１の詳細を示したもので、ギャップアレスタ１６はケース２２に入れられ、リ−ド線１７ａ、１７ｂは端子になる接触子２３ａ、２３ｂに接続され、アダプタ２０側の受け２４ａ、２４ｂに差込まれる。受け２４ａはリード線２５ａで可とうリード線４に、受け２４ｂはリード線２５ｂで負荷端子６に接続されて、ギャップアレスタ１６がコイル５に並列に接続されるようにしてある。すなわち、実施の形態２のアレスタユニット２１は、ギャップアレスタ１６を収納するケース２２と、ケース２２から突出される絶縁スリーブ２６とで筐体が形成され、ギャップアレスタ１６のリード線１７ａ、１７ｂが接続される接触子２３ａ、２３ｂの一端を絶縁スリーブ２６の先端部分から露出させた構成となっている。
【００３２】
このような構成とすることによって、実施の形態２の回路遮断装置では、ギャップアレスタ１６が内蔵されるアレスタユニット２１は、それぞれ別々に回路遮断装置本体１９から着脱可能な構成となるので、ギャップアレスタ１６のみの保守が可能となる。通常、ギャップアレスタ１６は、許容範囲以上の雷サージが流れる（大きさや回数）と性能が次第に劣化していく。従って、実施形態１に示すように、一体型では回路遮断装置本体が健全であってもギャップアレスタ１６が劣化したら、回路遮断装置本体を交換しなければならない。このとき実施形態２の回路遮断装置１９では、ギャップアレスタ１６のみを回路遮断装置から取り外すことができるので、性能の劣化したギャップアレスタ１６のみを交換することができ、保守にかかる費用や時間を低減できるという効果を得られるものである。
【００３３】
さらには、ギャップアレスタ１６が正常であるか劣化したかの劣化診断は、ギャップアレスタ１６を回路遮断装置から取り外し単品状態で計測する必要があるので、ギャップアレスタ１６が本体内に内蔵される実施形態１の回路遮断装置では、ギャップアレスタ１６の劣化の有無にかかわらず一定期間毎に交換するなどの予防処置が必要となる。これに対して、ギャップアレスタ１６のみを取り外すことが可能な実施形態２の回路遮断装置１９では、ギャップアレスタ１６の劣化診断も容易に実施できるので、回路遮断装置本体の交換は他の構成部品等の劣化度合に応じて交換するのみでよい。
【００３４】
なお、実施の形態２では、ギャップアレスタ１６は１個ずつ着脱可能な構成としているが、これに限定されることはなく、例えば１個のアレスタユニット２１に２個以上（複数極分）のギャップアレスタ１６を収納する構成としてもよいことはいうまでもない。
【００３５】
また、実施の形態２の回路遮断装置も、実施の形態１で説明した図７の受電回路に適用できることはいうまでもない。
【００３６】
以上、本発明者によってなされた発明を、前記発明の実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記発明の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【００３７】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。
【００３８】
本発明を実施することにより、受電回路において負荷機器保護用アレスタでは保護されない回路遮断装置内のコイル５を雷サージによる絶縁破壊並びに過熱溶断から保護することが出来る。また、雷サージ電流は流れている時間は短いが電流値が大きいためコイルに出来る磁界が大きく、従来の構成ではコイルを破損しなくても不必要な動作をしてしまう可能性があるが、本発明を実施すれば雷サージ電流がコイルを流れないため、そのようなことが起らない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の回路遮断装置でその１極分の回路図である。
【図２】本発明の実施の形態のギャップアレスタ１６がコイル５に掛る雷サージ電圧を制限した時の電圧曲線の例である。
【図３】本発明の実施の形態のギャップアレスタ１６とコイル５のインピーダンス曲線で、雷サージによりギャップアレスタ１６が放電した時の状況を示したものである。
【図４】本発明の実施の形態１の回路遮断装置の構成例でギャップアレスタ１６が内蔵されているものである。
【図５】本発明の実施の形態２の回路遮断装置の構成例で、ギャップアレスタ１６をアレスタユニット２１に収納して、外部から着脱交換可能としたものの外観図である。
【図６】本発明の実施の形態２の回路遮断装置の内部の詳細を表した図である。
【図７】本発明の実施の形態の回路遮断装置を適用すると効果のある受電回路の例である。
【図８】従来の回路遮断装置の１極分の回路図である。
【図９】従来の回路遮断装置の構成を示す側面図である。
【図１０】従来の回路遮断装置におけるコイル５とその他の部分のインピーダンスを周波数に対して表した曲線である。
【符号の説明】
１…電源端子                        ２…接点
３…可動アーム                      ４…可とうリード線
５…コイル                          ６…負荷端子
７…油管                            ８…磁気枠
９…可動片                          １０…絶縁シート
１１…引外し機構                    １２…ハンドル
１３…消弧装置                      １４…カバー
１５…ベース                        １６…ギャップアレスタ
１７ａ、１７ｂ…ギャップアレスタ１６のリード線
１８…絶縁チューブ
１９…回路遮断装置本体で内部にはギャップアレスタ１６が入っていないもので３極品の場合
２０…アダプタ                      ２１…アレスタユニット
２２…アレスタユニット２１のケース
２３ａ、２３ｂ…接触子              ２４ａ、２４ｂ…接触子の受け
２５ａ、２５ｂ…接続リード線        ２６…接触子の絶縁スリーブ
２７ａ、２７ｂ…配電線
２８…受電回路に適用した本発明の実施の形態の回路遮断装置
２９ａ、２９ｂ、２９ｃ…負荷機器保護用アレスタ
３０…負荷機器                      ３１ａ、３１ｂ…電源線
【図１】
2005026074.tif 000003
【図２】
2005026074.tif 000004
【図３】
2005026074.tif 000005
【図４】
2005026074.tif 000006
【図５】
2005026074.tif 000007
【図６】
2005026074.tif 000008
【図７】
2005026074.tif 000009
【図８】
2005026074.tif 000010
【図９】
2005026074.tif 000011
【図１０】
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