(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電線ごとに流れる電流を検出する１つまたは複数の変流器と、
前記変流器から出力された電流を整流する整流部と、
前記整流部から出力される電流を充電する充電部と、
前記電線に直列に接続され、駆動時に当該電線を断線状態にするスイッチ部と、
前記充電部に蓄えられた電荷があらかじめ定めた駆動領域となった場合に、前記スイッチを駆動させるトリガ部と、
を備え
前記駆動領域が、雷サージ電流によって前記充電部に蓄えられ得る電荷よりも大きい領域になるように定められており、
前記スイッチは、前記充電部に蓄えられた電荷を放電する電流によって動作する
ことを特徴とする分離器。
【請求項２】
複数の電線に対して、電線ごとに流れる電流を検出する複数の変流器と、
前記変流器から出力された電流を整流する整流部と、
前記整流部から出力される電流を充電する充電部と、
前記電線に直列に接続され、駆動時に当該電線を断線状態にするスイッチ部と、
前記充電部に蓄えられた電荷があらかじめ定めた駆動領域となった場合に、前記スイッチを駆動させるトリガ部と、
前記複数の電線に流れる電流のベクトル和を検出する零相変流器と、
前記充電部に電荷が蓄えられない状態にできるバイパス部と、
前記零相変流器の出力があらかじめ定めた範囲の場合には、前記バイパス部を前記充電部に電荷が蓄えられない状態にする電流ベクトル和検出部
を備え
前記駆動領域が、雷サージ電流によって前記充電部に蓄えられ得る電荷よりも大きい領域になるように定められている
ことを特徴とする分離器。
【請求項３】
請求項２記載の分離器であって、
前記バイパス部が前記充電部に電荷が蓄えられない状態にしている時に、前記電線が導通状態となるように、前記整流部から出力される電流を前記スイッチ部に供給する逆励磁部
も備える分離器。
【請求項４】
電線ごとに流れる電流を検出する１つまたは複数の変流器と、
前記変流器から出力された電流を整流する整流部と、
前記整流部から出力される電流を充電する充電部と、
前記電線に直列に接続され、駆動時に当該電線を断線状態にするスイッチ部と、
前記充電部に蓄えられた電荷があらかじめ定めた駆動領域となった場合に、前記スイッチを駆動させるトリガ部と、
前記充電部での充電の開始を、前記整流部からの電流の出力開始よりも遅らせる遅延部
を備え
前記駆動領域が、雷サージ電流によって前記充電部に蓄えられ得る電荷よりも大きい領域になるように定められている
ことを特徴とする分離器。
【請求項５】
請求項２から４のいずれかに記載の分離器であって、
前記スイッチは、前記充電部に蓄えられた電荷を放電する電流によって動作する
ことを特徴とする分離器。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載の分離器であって、
前記変流器は、前記電線に流れる電流が、前記トリガ部が前記スイッチを駆動させる範囲の場合、前記電流と当該電流トランスから出力される電圧の関係が非線形となる
ことを特徴とする分離器。
【請求項７】
雷サージ電流を放流させる１または複数の過電圧防護器と、
前記過電圧防護器ごとに接続され、雷サージ電流を放流する電線と、
前記電線ごとに流れる電流を検出する変流器と、
前記変流器から出力された電流を整流する整流部と、
前記整流部から出力される電流を充電する充電部と、
前記電線に直列に接続され、駆動時に当該電線を断線状態にするスイッチ部と、
前記充電部に蓄えられた電荷があらかじめ定めた駆動領域となった場合に、前記スイッチを駆動させるトリガ部と、
を備え
前記駆動領域が、前記過電圧防護器が対応できる最大の雷サージ電流によって前記充電部に蓄えられる電荷よりも大きい領域に定められており、
前記スイッチは、前記充電部に蓄えられた電荷を放電する電流によって動作する
ことを特徴とする過電圧防護装置。
【請求項８】
雷サージ電流を放流させる複数の過電圧防護器と、
前記過電圧防護器ごとに１本ずつ接続され、雷サージ電流を放流する複数の電線と、
前記電線ごとに流れる電流を検出する変流器と、
前記変流器から出力された電流を整流する整流部と、
前記整流部から出力される電流を充電する充電部と、
前記電線に直列に接続され、駆動時に当該電線を断線状態にするスイッチ部と、
前記充電部に蓄えられた電荷があらかじめ定めた駆動領域となった場合に、前記スイッチを駆動させるトリガ部と、
複数の電線に流れる電流のベクトル和を検出する零相変流器と、
前記充電部に電荷が蓄えられない状態にできるバイパス部と、
前記零相変流器の出力があらかじめ定めた範囲の場合には、前記バイパス部を前記充電部に電荷が蓄えられない状態にする電流ベクトル和検出部
を備え
前記駆動領域が、前記過電圧防護器が対応できる最大の雷サージ電流によって前記充電部に蓄えられる電荷よりも大きい領域に定められている
ことを特徴とする過電圧防護装置。
【請求項９】
請求項８記載の過電圧防護装置であって、
前記バイパス部が前記充電部に電荷が蓄えられない状態にしている時に、前記電線が導通状態となるように、前記整流部から出力される電流を前記スイッチ部に供給する逆励磁部
も備える過電圧防護装置。
【請求項１０】
雷サージ電流を放流させる１または複数の過電圧防護器と、
前記過電圧防護器ごとに接続され、雷サージ電流を放流する電線と、
前記電線ごとに流れる電流を検出する変流器と、
前記変流器から出力された電流を整流する整流部と、
前記整流部から出力される電流を充電する充電部と、
前記電線に直列に接続され、駆動時に当該電線を断線状態にするスイッチ部と、
前記充電部に蓄えられた電荷があらかじめ定めた駆動領域となった場合に、前記スイッチを駆動させるトリガ部と、
前記充電部での充電の開始を、前記整流部からの電流の出力開始よりも遅らせる遅延部と
を備え
前記駆動領域が、前記過電圧防護器が対応できる最大の雷サージ電流によって前記充電部に蓄えられる電荷よりも大きい領域に定められている
ことを特徴とする過電圧防護装置。
【請求項１１】
請求項８から１０のいずれかに記載の過電圧防護装置であって、
前記スイッチは、前記充電部に蓄えられた電荷を放電する電流によって動作する
ことを特徴とする過電圧防護装置。
【請求項１２】
請求項７から１１のいずれかに記載の過電圧防護装置であって、
前記変流器は、前記電線に流れる電流が、前記トリガ部が前記スイッチを駆動させる範囲の場合、前記電流と当該電流トランスから出力される電圧の関係が非線形となる
ことを特徴とする過電圧防護装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、雷により生じる電流は導通させ、商用電源からの電流は遮断する分離器、およびその分離器を過電圧防護器と組み合わせた過電圧防護装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
過電流が流れた場合に、１本または複数本の電線を導通状態から遮断状態に変える遮断手段として、サーキットブレーカ、ヒューズ、漏電遮断器、サーキットブレーカと漏電遮断器を複合したものなどがある（非特許文献１）。図１は、本件出願人の商品カタログ（電子式サーキットブレーカ）中に示されている代表的なサーキットブレーカの構成図である。また、図２は、図１に示されているサーキットブレーカ９００の動作特性を示す図である。図２の横軸は商用周波数での電源電流の定格電流を１００％とした場合の電流値（％）であり、縦軸は動作時間（秒、分）である。すなわち、定格電流の１００％ではサーキットブレーカは動作しない。そして、例えば定格電流の２倍（２００％）の時には数秒〜数分で遮断可能な特性となっている。図１において、サーキットブレーカ９００は、電線９９１、９９２、９９３、電線９９１、９９２、９９３に流れる電流を検知する変流器（ＣＴ：Current Transformer）９０１、９０２、９０３、変流器９０１、９０２、９０３からの出力電流を整流する整流回路９１０、動作条件ごとの情報を出力する回路９２０、９３０、電線９９１、９９２、９９３に直列に接続され各電線を断線状態にできる開閉機構９６２、開閉機構９６２を駆動するトリップコイル９６１、回路９２０、９３０からの情報に基づいてトリップコイル９６１に電流を流すトリガー回路９５０などから構成されている。そして、いくつかの端子を用いて動作条件を設定することにより、図２に示すようないろいろな動作特性を得ることができる。【０００３】
図３に、電線に流れる電流と、変流器に負荷インピーダンスが接続された時の変流器の出力電圧との関係を示す。横軸は、変流器の検出対象である電線に流れる電流を示している。電線に流れる電流が小さいときは、変流器の出力電圧の実効値もピーク値も、電流に比例している（線形領域）。したがって、電流が商用の交流電流の場合、変流器からの出力も正弦波のようになる。しかし、電線に流れる電流が大きくなると、変流器の出力電圧の実効値が電流に比例しなくなる(非線形領域)。非線形領域であっても、電流が大きくなるとピーク値は大きくなっていることは分かる。したがって、非線形領域では、電線に流れる電流が商用の交流電流であっても、図３に示すように正弦波にはならない。サーキットブレーカの場合、図２に示すような動作特性を確保するため、線形領域で動作できるように変流器を設計する。言い換えると、磁気飽和を起こさないようにコア形状を大きくした変流器を用いるので、変流器は大きくなる。【０００４】
図４Ａにサーキットブレーカの設置方法を示す。サーキットブレーカは、通常、電源側と負荷側の間に設置される。図２に示した動作特性は、図４Ａのように設置した場合に必要な動作特性を示している。図４Ｂにヒューズの設置方法を示す。ヒューズは、通常、電源側と負荷側の間に設置される。サーキットブレーカおよびヒューズの目的は、火災発生などを防ぐために、商用電源の電流が所期の値を越えた場合に遮断することである。
図５に、サーキットブレーカを過電圧防護器と組み合わせて過電圧防護装置を構成した例を示す。過電圧防護装置２０００は、過電圧防護器８０１、８０２、８０３とサーキットブレーカ９００などから構成される。過電圧防護器８０１、８０２、８０３は、いろいろな種類があり、一般的には放電管やバリスタなどで構成されている。過電圧防護器８０１、８０２、８０３は、通常は高インピーダンス（電流が流れない状態）であり、電源側と負荷側とをつなぐ電線とアース８９０間に雷サージ電圧が加わった場合に、低インピーダンスとなり、ほぼ短絡状態（雷サージ電流が流れる状態）になる。したがって、雷サージ電流はアース８９０に放電される。しかし、雷サージ電流がなくなっても、過電圧防護器の低インピーダンスの状態が続き、商用電源をアース８９０に流し続けてしまうことがある。このように雷サージ電流がなくなっても流れる商用電源の電流を、続流と呼ぶ。図５のサーキットブレーカ９００は、続流を遮断するために過電圧防護器８０１、８０２、８０３と直列に接続されている。続流を遮断する方法としては、図６に示すようにヒューズ８２１、８２２、８２３を用いる方法もある。従来は、このように過電圧防護器の続流を遮断する方法として、本来は商用電源の電流が過大になった場合に電流を遮断するサーキットブレーカやヒューズを代用していた。【０００５】
このようにサーキットブレーカやヒューズを代用した場合、雷サージ電流によってサーキットブレーカやヒューズが誤動作で断線状態になってしまい、雷サージ電流をアース８９０に放流できなくなる場合がある。一方、雷サージ電流で断線状態にならないようにするために定格電流が大きいサーキットブレーカやヒューズを用いると、定格電流より小さい続流は遮断できない。また、サーキットブレーカやヒューズが大きくなってしまう。従来からこのような問題はあったが、従来の過電圧防護器は雷サージピーク電流が１０ｋＡ程度までしか対応できなかったため、サーキットブレーカやヒューズも雷サージピーク電流が１０ｋＡ程度まで対応できればよかった。そして、この雷サージピーク電流に耐えることができるサーキットブレーカやヒューズとして、定格電流が２０Ａや３０Ａ程度のものを代用する例が多かった。この時も、定格電流以下の続流が遮断できないことは問題であった。ところが、電線１本に流れる雷サージ電流の最大値は５０ｋＡ程度であり、このような雷サージ電流が流れる場所に用いられる過電圧防護器として５０ｋＡ以上のものが開発されてきた。５０ｋＡの雷サージ電流に耐え、断線とならないサーキットブレーカやヒューズで代用すると、定格電流を１００Ａ以上のものを選定する必要がある。このように定格電流を大きくすると、大きな続流も遮断できなくなってしまう。そして、電線の焼損の可能性や、物理的に大きいサーキットブレーカやヒューズが必要になるなどの定格電流を大きくしたことによる問題が顕在化してきた。【０００６】
なお、サーキットブレーカやヒューズの他にも遮断する手段としては、漏電遮断器がある。図７は、非特許文献１（図６．５、p.１２０）に示されている漏電遮断器の機能構成例である。漏電遮断器７００は、複数の電線に流れる電流のベクトル和を検出する零相変流器（ＺＣＴ）７０１、零相変流器７０１からの出力を増幅する増幅器７１０、電線に直列に接続され各電線を断線状態にできる開閉機構７６２、開閉機構７６２を駆動する引外しコイル７６１、増幅器７１０からの出力に基づいて引外しコイル７６１に電流を流すスイッチング部７５０などから構成されている。続流が１つの過電圧防護器で起きている場合（１線地絡の場合）、漏電遮断器７００の零相変流器７０１は、小さい電流でも検出できる。また、低インピーダンス状態が２つ以上の過電圧防護器で起きている場合（２線地絡または３線地絡の場合）、２本または３本の電線は同一のアース８９０への接続を通じで短絡状態となる（相間短絡）。相間短絡の場合、２本または３本の電線の電流の向きが逆になる。このような場合、電流が打ち消しあってしまうため、零相変流器７０１では続流を検出できなくなる。したがって、漏電遮断器は、過電圧防護装置用の分離器としては使用できない。
【非特許文献１】中島廣一編著、「選び方・使い方  遮断器・開閉器」、オーム社、６章  低圧遮断器の選び方・使い方、pp.116-121．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、雷サージ電流は流すこと、商用電源からの電流は地絡の場合も相間短絡の場合も遮断すること、小型であることを満足する分離器、およびその分離器を過電圧防護器と組み合わせた過電圧防護装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の分離器は、各電線に流れる電流を検出する変流器（ＣＴ）と、変流器から出力された電流を整流する整流部と、整流部から出力される電流を充電する充電部と、駆動時に電線を断線状態にするスイッチ部と、充電部に蓄えられた電荷があらかじめ定めた駆動領域となった場合にスイッチを駆動させるトリガ部とを備える。ただし、前記の駆動領域は、雷サージ電流によって充電部に蓄えられ得る電荷より大きい領域に定められている。「雷サージ電流によって充電部に蓄えられ得る電荷」とは、本発明の分離器が使用される場所で流れる可能性のある最大の雷サージ電流や、本発明の分離器と組み合わせて使用される過電圧防護器が対応できる最大の雷サージ電流によって決まる電荷に、変流器の変流比を掛けた電荷である。【０００９】
また、変流器は、電線に流れる電流が、トリガ部がスイッチを駆動させる範囲の場合、電流と電流トランスに接続される全ての回路部分を負荷インピーダンスとした時に出力される電圧の関係が非線形となるようにしてもよい。スイッチを、充電部に蓄えられた電荷を放電する電流によって動作させてもよい。分離器は、電線が複数ある場合は、複数の電線に流れる電流のベクトル和を検出する零相変流器と、充電部に電荷が蓄えられない状態にできるバイパス部と、零相変流器の出力があらかじめ定めた範囲の場合には、バイパス部を充電部に電荷が蓄えられない状態にする電流ベクトル和検出部も備えてもよい。また、分離器は、充電部の充電開始を遅延させる遅延部を備えてもよい。【００１０】
さらに、本発明の過電圧防護装置は、上述の分離器と過電圧防護器とを組み合わせることで構成される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の分離器によれば、トリガ部がスイッチ部を駆動する駆動領域が、雷サージ電流によって充電部に蓄えられ得る電荷より大きい領域に定められているので、雷サージ電流は流す。充電部によって、継続的に流れる商用電源からの電流は蓄えられるので、商用電源の電流は地絡の場合も相間短絡の場合も遮断できる。変流器を非線形領域で使用できるので、小型化できる。また、分離器を過電圧防護器と組み合わせることができるので、過電圧防護装置を提供することができる。さらに、本発明の分離器の場合、商用電源からの電源供給を受けないため、雷サージ重畳などによる商用電源の電圧変動の影響を受けない。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】代表的なサーキットブレーカの構成図。
【図２】サーキットブレーカの動作特性を示す図。
【図３】電線に流れる電流と、変流器に負荷インピーダンスを接続した時の出力電圧との関係を示す図。
【図４】図４Ａは、サーキットブレーカの設置方法を示す図。図４Ｂは、ヒューズの設置方法を示す図。
【図５】サーキットブレーカを過電圧防護器と組み合わせて過電圧防護装置を構成した例を示す図。
【図６】ヒューズを過電圧防護器と組み合わせて過電圧防護装置を構成した例を示す図。
【図７】漏電遮断器の機能構成例を示す図。
【図８】分離器と過電圧防護器とを組み合わせた過電圧防護装置の構成例を示す図。
【図９】１つの過電圧防護器で続流が生じている場合（１線地絡の場合）を示す図。
【図１０】２つの過電圧防護器で続流が生じている場合（２線地絡の場合、すなわち相間短絡の場合）を示す図。
【図１１】実施例１の分離器の機能構成例を示す図。
【図１２】雷サージ電流の波形を示す図。
【図１３】実施例１の分離器の具体的な構成例を示す図。
【図１４】実施例２の分離器の機能構成例を示す図。
【図１５】実施例２の分離器の具体的な構成例を示す図。
【図１６】実施例３の分離器の機能構成例を示す図。
【図１７】実施例３の分離器の具体的な構成例を示す図。
【図１８】図１８Ａは、抵抗を用いた電流制限回路の構成例を示す図。図１８Ｂは、トランジスタを用いた電流制限回路の構成例を示す図。図１８Ｃは、定電流ダイオードを用いた電流制限回路の構成例を示す図。
【図１９】図１９Ａは、永久磁石を用いていないスイッチ部の具体的な構成例を示す図。図１９Ｂは、永久磁石を用いたスイッチ部の具体的な構成例を示す図。
【図２０】実施例４の分離器の機能構成例を示す図。
【図２１】実施例４の分離器の具体的な構成例を示す図。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に本発明を説明する。なお、同じ機能を備える構成部には同じ番号を付し、説明を省略する。
まず、過電圧防護器と組み合わせて使用する分離器に求められる機能面の条件を整理する。図８は、本発明の分離器と過電圧防護器とを組み合わせた過電圧防護装置１０００の構成例である。分離器１００は、電線９８１、９８２、９８３とアース８９０との間に、過電圧防護器８０１、８０２、８０３と直列に接続される必要があるが、その順序は性能に関係しない。電源側から負荷側に３本の電線９８１、９８２、９８３が配線されている。これは、三相交流の例であるが、単相交流の場合には２本の電線となる。各電線には、過電圧防護器８０１、８０２、８０３が、電線８１１−１、８１２−１、８１３−１を介して接続されている。また分離器１００は、各過電圧防護器８０１、８０２、８０３と電線８１１−２、８１２−２、８１３−２を介して接続されている。さらに、分離器１００は、電線８１１−３、８１２−３、８１３−３を介してアースされている。【００１４】
雷サージ電流が生じた場合には、負荷側の装置を守るため、過電圧防護器は短絡状態となり、雷サージ電流をアース８９０に放流する。したがって、分離器１００は、雷サージ電流は流さなければならない。雷サージ電流は、最大で数１０ｋＡの電流であるが、使用する環境や、他の雷サージ防護手段との組み合わせによっては、分離器１００に流れる可能性のある最大電流は小さくなる。また過電圧防護器にも様々な規格があり、そもそも過電圧防護器が流し得る最大電流が、過電圧防護器の仕様から決まる。つまり、分離器１００は、流れる可能性のある最大の雷サージ電流を流すことができればよい。ただし、雷サージ電流は瞬間的（数１０μ秒〜数１００μ秒）に流れるため、電荷（電流の時間積分値）は比較的小さく、最大でも数クーロンである。【００１５】
雷サージ電流がなくなると、商用電源を負荷側に流すために、過電圧防護器は断線状態に戻らなければならない。しかし、例えば過電圧防護器として放電管を使っている場合、一度放電が起きると、商用電源によって放電が継続することがある。このように雷サージ電流がなくなっても過電圧防護器の低インピーダンス状態が続き、商用電流がアース８９０に流れてしまう現象を続流という。分離器１００は、この続流を遮断しなければならない。図９は、１つの過電圧防護器で続流が生じている場合（１線地絡の場合）を示す図である。図１０は、２つの過電圧防護器で続流が生じている場合（２線地絡の場合、すなわち相間短絡の場合）を示す図である。図９のように、１つの過電圧防護器８０１が短絡している場合、電線８１１−１〜８１１−３を介してアース８９０に流れる電流は比較的小さい。一般的には、アース８９０に接地抵抗があるため、数Ａ〜数１０Ａと考えてよい。一方、図１０のように、２つの過電圧防護器８０１と８０２とがともに低インピーダンス状態にあり、すなわち短絡している場合、電線９８１と９８２を介して短絡した状態（相間短絡）となるため、大きな電流が流れる。一般的には、数１００Ａ〜数１０００Ａと考えてよい。分離器１００は、どちらの場合も遮断しなければならない。ただし、商用電源の場合、継続的に流れるので、どちらの続流の場合も電荷（電流の時間積分値）は、雷サージ電流によって流れる電荷よりも大きくなりやすい。【００１６】
［実施例１］
図１１に、実施例１の分離器の機能構成例を示す。分離器１００は、外部の電線をつなぐための電線１９１、１９２、１９３と、各電線１９１、１９２、１９３に流れる電流を検出する変流器（ＣＴ）１０１、１０２、１０３と、ＣＴ１０１、１０２、１０３から出力された電流を整流する整流部１１０と、整流部１１０から出力される電流を充電する充電部１２０と、駆動時に電線を断線状態にするスイッチ部１４０と、充電部に蓄えられた電荷があらかじめ定めた駆動領域となった場合にスイッチを駆動させるトリガ部１３０から構成されている。ただし、駆動領域は、雷サージ電流で変流器（ＣＴ）に接続される全ての回路部分を負荷インピーダンスとした時に、出力する電圧によって充電部に蓄えられ得る電荷より大きい領域に定められる。「雷サージ電流で変流器（ＣＴ）が出力する電圧によって充電部に蓄えられ得る電荷」とは、雷サージ電流によって変流器（ＣＴ）１０１、１０２、１０３が出力する線形領域または非線形領域の電圧によって、充電部に流れる電流の時間積分で与えられるものである。雷サージ電流は、例えば分離器１００が使用される場所で流れる可能性のある最大の雷サージ電流や、過電圧防護器８０１、８０２、８０３の最大の雷サージ電流の規格によって決まる。ここで、雷サージ電流の波形（時間的な変化）を図１２に示す。通常、雷サージ電流の波形は図１２に示す波形となるので、最大の雷サージ電流が決まれば、電荷もある程度想定できる。もっとも厳しい条件の場合、最大電流は５０ｋＡ程度であり、波尾長は数１００μ秒である。過電圧防護器には、最大電流が１０ｋＡ程度の仕様のものもある。このような過電圧防護器の場合、数１０ｋＡのサージ電流が流れると、過電圧防護器が壊れてしまい、サージ電流が流れなくなる。したがって、分離器１００の性能を考える時に、過電圧防護器の仕様を大きく上回る性能を求める必要はない。【００１７】
図１３は、分離器１００の具体的な構成例を示す図である。整流部１１０は、ダイオード１１１、１１２、１１３と抵抗１１４、１１５、１１６から構成されている。充電部１２０は、コンデンサ１２１で構成されている。トリガ部１３０は、コンデンサ１３１、抵抗１３２、１３３、サイリスタ１３４から構成されている。スイッチ部１４０は、トリップコイル１４１と開閉機構１４２で構成されている。
各ＣＴ１０１、１０２、１０３で検出された電線１９１、１９２、１９３に流れる雷サージ電流、続流、または雷サージ電流と続流の和は、整流された上で、充電部１２０のコンデンサ１２１に充電される。ただし、整流部１１０からの出力電圧は、ＣＴ１０１、１０２、１０３のいずれかで発生した電圧の最大電圧以下である。また、コンデンサ１２１の電圧の最大値は、整流部１１０からの出力電圧である。つまり、コンデンサ１２１に蓄えられる電荷も、コンデンサの容量とＣＴ１０１、１０２、１０３のいずれかが出力し得る最大電圧の積以下になる。トリガ部１３０への入力電圧は、コンデンサ１２１の電圧である。コンデンサ１３１には、抵抗１３２と１３３の比で決まるコンデンサ１２１よりも低い電圧で、電荷が蓄えられる。蓄えられた電荷によってコンデンサ１３１に生じる電圧が、サイリスタ１３４の駆動電圧よりも高くなると、サイリスタ１３４がＯＮ状態（短絡状態）となる。そして、コンデンサ１２１に蓄えられていた電荷が、トリップコイル１４１を流れ、トリップコイル１４１によって生じる磁界によって開閉機構１４２が開く。このような手順で続流が遮断される。ただし、コンデンサ１３１に生じる電圧Ｖ１３１は次式となる。【００１８】
【数１】
0005172675.tif 000002
ただし、Ｖ１２１はコンデンサ１２１の電圧、Ｒ１３２は抵抗１３２の抵抗値、Ｒ１３３は抵抗１３３の抵抗値である。ここで、「雷サージ電流によって充電部（コンデンサ１２１）に蓄えられ得る電荷」をＱ、コンデンサ１２１の静電容量をＣ、サイリスタ１３４がＯＮ状態となるコンデンサ１３１の電圧をＳ１３１とすると、【００１９】
【数２】
0005172675.tif 000003
が成り立つように、コンデンサ１２１の容量と抵抗１３２と抵抗１３３の抵抗値を設計することで、「雷サージ電流によって充電部に蓄えられ得る電荷」ではサイリスタ１３４がＯＮ状態にならないように設計することができる。このように設計することで、雷サージ電流は流し、続流は遮断することができる。
分離器１００は、上述のような手順で動作するので、開閉機構１４２を確実に動作させるためには十分な電流をトリップコイル１４１に流す必要がある。十分な電流をトリップコイル１４１に流すためには、十分な量の電荷をコンデンサ１２１に蓄える必要がある。十分な量の電荷をコンデンサ１２１に蓄えるためには、ＣＴで生じる電圧が大きい方がよい。図３に変流器（ＣＴ）の特性を示したように、変流器の非線形領域では、電流が大きくなっても実効値はあまり大きくならないが、ピーク値は大きくなっていく。本発明の分離器１００は、サーキットブレーカ９００（図１、図２）のような細かい動作特性を有する必要はないので、ＣＴの出力電圧の線形性にこだわる必要はない。出力電圧のピーク値が大きくなれば十分である。つまり、非線形領域で動作させてもよいので、ＣＴを小型（コアを小型）にして、ピーク電圧を利用すればよい。したがって、ＣＴからの出力電圧を高くすることと、ＣＴを小型にすることの両方の効果を得ることができる。【００２０】
コンデンサ１２１の電圧の最大値は、ＣＴの出力ピーク電圧ＶＣＴである。したがって、ＣＴの出力ピーク電圧ＶＣＴが次式を満足する場合には、コンデンサ１３１の電圧がサイリスタ１３４を動作できる電圧まで上昇することはない。【００２１】
【数３】
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つまり、この式を満足する範囲の続流があっても、分離器１００は続流を遮断できない。
例えば、ＣＴには、外形２０ｍｍの珪素鋼板をコアとし、巻き数３０００回のコイルを用いる。また、コンデンサ１２１の静電容量を１７μＦ、コンデンサ１３１の静電容量を０．４７μＦ、抵抗１３２の抵抗値を４．７ｋΩ、抵抗１３３の抵抗値を２．２ｋΩとする。このような分離器１００の場合、１５ｋＡの雷サージ電流では動作せず、２Ａ以上の続流を遮断できることを確認した。また、１０ｋＡ程度の短絡遮断もできる。さらに、ＣＴを小型化できる。さらに、１５ｋＡ用の過電圧防護器と組み合わせて過電圧防護装置を構成することもできる。この例の場合、５０ｋＡの雷サージまでは対応できないが、従来から対応できていた１０ｋＡの雷サージよりも大きい１５ｋＡの雷サージに対応できる。また、従来は２０Ａの続流は遮断できなかったが、本発明の分離器によれば２Ａ程度の続流でも遮断することができる。【００２２】
［実施例２］
図１４に、実施例２の分離器の機能構成例を示す。分離器２００は、図１１に示した分離器１００（実施例１）に、零相変流器（ＺＣＴ）１５１と電流ベクトル和検出部１５０とバイパス部１６０とを付加した構成である。ＺＣＴ１５１は、電線１９１、１９２、１９３に流れる電流のベクトル和を検出する。この電流のベクトル和は、方向も含めた和である。例えば、電線１９１と１９２に、逆方向で同じ電流が流れた場合にはベクトル和は０（流れていないのと同じ）となる。したがって、雷サージ電流のようにアース側のみに流れる電流が流れた場合には、ＺＣＴ１５１の出力端子に大きな出力電圧があらわれる。図１０に示した相間短絡による続流の場合にはＺＣＴの出力電圧はほとんどない。また、図９に示した地絡の場合には、もともと流れる電流が小さいので、雷サージ電流とは明らかに異なるほど小さい出力電圧となる。バイパス部１６０は、整流部１１０から出力される電流をバイパスしてしまい、充電部１２０に電荷が蓄えられない状態にできる。電流ベクトル和検出部１５０は、ＺＣＴ１５１の出力電圧があらかじめ定めた範囲の場合には、バイパス部１６０を充電部１２０に電荷が蓄えられない状態にする。あらかじめ定めた範囲とは、ＺＣＴ１５１からの出力電圧が明らかに雷サージ電流と判断できる範囲である。【００２３】
このような機能構成なので、雷サージ電流のようにアース側のみに大きな電流が流れた場合には、ＺＣＴ１５１から大きな電圧が出力される。そして、電流ベクトル和検出部１５０が、バイパス部１６０を、整流部１１０から出力された電流をバイパスする状態に設定する。したがって、充電部１２０には電荷が蓄積されないので、スイッチ部１４０が電線を断線状態にすることはない。一方、図１０に示した相間短絡による続流の場合や、図９に示した地絡の場合には、ＺＣＴ１５１からの出力電圧は小さい。したがって、電流ベクトル和検出部１５０は、バイパス部１６０を、整流部１１０から出力された電流をバイパスしない状態に設定する。この状態の場合、充電部１２０に整流部１１０から出力された電流が蓄積されるので、蓄積された電荷が一定値を超えると、トリガ部１３０がスイッチ部１４０を動作させ、電線を断線状態にする。【００２４】
図１５は、分離器２００の具体的な構成例を示す図である。電流ベクトル和検出部１５０は、ダイオード１５１と抵抗１５２、１５３、１５４から構成されている。バイパス部１６０は、トランジスタ１６１と抵抗１６２から構成されている。
雷サージ電流がない状態では、ＺＣＴ１５１からの出力電圧がないか、または小さいので、電流ベクトル和検出部１５０からの出力電圧は小さい。よって、トランジスタ１６１はＯＦＦの状態であり、バイパス部１６０を電流は流れない。したがって、続流によって生じる整流部１１０からの出力電流は、充電部１２０に蓄積される。また、雷サージ電流が流れると、電流ベクトル和検出部１５０の出力電圧が、トランジスタ１６１の動作電圧よりも高くなる。そして、トランジスタ１６１がＯＮ状態となり、バイパス部１６０を電流が流れる。したがって、雷サージ電流によって生じる整流部１１０からの出力電流は、充電部１２０にはほとんど蓄積されない。すなわち、本実施例の場合、式（２）に示したＱ（雷サージ電流によって充電部に蓄えられ得る電荷）の値は非常に小さくなる。したがって、コンデンサ１２１の静電容量Ｃを小さくしても式（２）を満足できる。【００２５】
分離器１００（実施例１）の場合、コンデンサ１２１には雷サージ電流によって生じる電荷も蓄積するので、コンデンサ１２１の静電容量をある程度大きくする必要がある。しかし、コンデンサ１２１の静電容量を大きくすると、続流によって電荷が蓄積されるまで開閉機構１４２は動作しないので、遮断するまでの時間が長くなってしまう。分離器２００は、コンデンサ１２１の静電容量を、トリップコイル１４１で開閉機構１４２を動作させる最低限の静電容量にできるので、実施例１よりも続流をすばやく遮断できる。
また、分離器１００は、もし雷サージ電流だけで、コンデンサ１２１に開閉機構１４２を動作させる電荷が蓄積してしまうと、雷サージ電流も遮断してしまう。分離器２００は、バイパス部１６０が、雷サージ電流によって生じるＣＴ１０１、１０２、１０３からの出力電流を、充電部１２０に蓄積させないため、雷サージ電流によって開閉機構１４２が動作する心配がない。【００２６】
例えば、ＺＣＴには、外形３０ｍｍの珪素鋼板をコアとし、巻き数６０００回のコイルを用いる。ＣＴには、外形２０ｍｍの珪素鋼板をコアとし、巻き数３０００回のコイルを用いる。また、コンデンサ１２１の静電容量を１７μＦ、コンデンサ１３１の静電容量を０．４７μＦ、抵抗１３２の抵抗値を４．７ｋΩ、抵抗１３３の抵抗値を２．２ｋΩ、抵抗１６２の抵抗値を６Ωとする。このような分離器２００の場合、５０ｋＡの雷サージ電流では動作せず、２Ａ以上の続流を遮断できる。また、２Ａの続流であっても、５秒間で遮断できる。また、１０ｋＡ程度の短絡遮断もできる。さらに、５０ｋＡ用の過電圧防護器と組み合わせて過電圧防護装置を構成することもできる。
［実施例３］
図１６に、実施例３の分離器の機能構成例を示す。分離器３００は、図１１に示した分離器１００（実施例１）に、遅延部１７０を付加した構成である。遅延部１７０は、雷サージ電流が流れた時に、充電部１２０が整流部１１０からの電流を充電し始めるタイミングを、少し遅くする。図１４に示した実施例２では、電流ベクトル和検出部１５０とバイパス部１６０を用いて、雷サージ電流による整流部１１０からの電流が充電部１２０に充電されることを防いだ。本実施例では、充電部１２０が充電を始めるタイミングを遅くすることで、雷サージ電流による整流部１１０からの電流が充電部１２０に充電されることを防ぐ。このように雷サージ電流による整流部１１０からの電流を充電部１２０に充電させないことにより、実施例２と同じ効果を得ることができる。【００２７】
図１７に、分離器３００の具体的な構成例を示す。遅延部１７０は、コンデンサ１７１、抵抗１７２、サイリスタ１７３、電流制限回路１７４、ダイオード１７５、１７６から構成される。図１８Ａ、図１８Ｂ、図１８Ｃに電流制限回路１７４の例を示す。図１８Ａは、抵抗で電流を制限するものである。図１８Ｂは、トランジスタ１７４２を用いた定電流回路の例を示している。図１８Ｃは、定電流ダイオード１７４６を用いた例である。図１８Ｂと図１８Ｃでは、遅延時間の設定精度を高くできる。
雷サージが生じていない時、整流部１１０からの出力電流はなく、コンデンサ１７１の電荷は、０である。したがって、サイリスタ１７３はＯＦＦ状態であり、整流部１１０からの電流は充電部１２０には流れない状態となっている。雷サージが生じると、整流部１１０からの電流は、電流制限回路１７４を介してコンデンサ１７１に充電される。コンデンサ１７１の電圧が所定値を越えると、サイリスタ１７３がＯＮ状態になる。雷サージ電流が生じてからサイリスタ１７３がＯＮ状態になるまでの時間が、遅延部１７０によって生じた遅延である。遅延時間が数１００μ秒となるように、電流制限回路１７４の電流値とコンデンサ１７１の容量を設計すれば、雷サージ電流による整流部１１０からの電流は、充電部１２０に充電されない。抵抗１７２は、雷サージ電流がなくなった後、サイリスタ１７３を初期のＯＦＦ状態に戻すため、コンデンサ１７１の電荷を放電させるために設けられている。また、ダイオード１７５、１７６は逆流防止のために設けられている。【００２８】
サイリスタ１７３がＯＮ状態になれば、充電部１２０のコンデンサ１２１にも整流部１１０からの電流が充電される。しかし、続流がなければ、コンデンサ１２１への充電は行われない。したがって、スイッチ部１４０が駆動されることはない。一方、続流がある場合は、コンデンサ１２１へ電荷が蓄積される。そして、コンデンサ１２１に蓄積された電荷があらかじめ定めた値を超えると、トリガ部１３０がスイッチ部１４０を駆動し、電線が断線状態となる。
なお、本実施例の場合、実施例２と同じように、式（２）に示したＱ（雷サージ電流によって充電部に蓄えられ得る電荷）の値は非常に小さくなる。したがって、コンデンサ１２１の静電容量Ｃも小さくでき、実施例２と同様の効果が得られる。
［実施例４］
図１９Ａおよび図１９Ｂに、スイッチ部１４０の具体的な構成例を示す。図１９Ａのスイッチ部１４０は、トリップコイル１４１、開閉機構１４２、磁気枠１４３から構成されている。そして、トリップコイル１４１に電流を流すことで、磁気枠１４３が磁石として働き、開閉機構１４２を動作させる。図１９Ｂのスイッチ部１４０は、トリップコイル１４１、開閉機構１４２、鉄心１４４、永久磁石１４５、磁気枠１４６、固定部１４７、ばね（弾性体）１４８から構成されている。鉄心１４４は、開閉機構１４２に連結されている。トリップコイル１４１に電流が流れていない場合、鉄心１４４は永久磁石１４５に引き寄せられている。トリップコイル１４１に永久磁石１４５と逆向きの磁界を発生される電流が流れると、磁界が打ち消され、鉄心１４４は永久磁石１４５に引き寄せられなくなる。ばね１４８は、このときに鉄心１４４を永久磁石１４５から引き離す。【００２９】
ここで、実際の分離器の実装について説明する。開閉機構１４２は、トリップコイル１４１によって発生する磁力で駆動されるので、トリップコイル１４１の近傍に配置される。また、開閉機構１４２は、電線１９１、１９２、１９３の開閉を行う機構だから、電線１９１、１９２、１９３の近傍に配置される。したがって、トリップコイル１４１も、電線１９１、１９２、１９３の近傍に配置される。さらに、分離器の各構成部は、小型化のために高密度に実装される。
このような配置だから、雷サージによって電線１９１、１９２、１９３の全部または一部に電流が流れ、磁界が発生すると、トリップコイル１４１は、この磁界の中に置かれることになる。図１９Ａのスイッチ部の場合には、トリップコイル１４１に電流を流していない場合でも、開閉機構１４２が開いてしまう恐れがある。図１９Ｂのスイッチ部の場合には、図１９Ａのスイッチ部よりも誤動作は少ないと考えられるが、誤動作の恐れがなくなるわけではない。【００３０】
そこで、本実施例では、図１９Ｂのスイッチ部を用い、雷サージによって電線１９１、１９２、１９３の全部または一部に電流が流れた場合に、トリップコイル１４１に永久磁石１４５と同じ方向の磁界を発生させる。したがって、鉄心１４４は永久磁石１４５に強く引き寄せられるので、誤動作の恐れがなくなる。
図２０に、実施例４の分離器の機能構成例を示す。分離器４００は、図１９Ｂで示したスイッチ部１４０を用い、図１４に示した分離器２００（実施例２）に、逆励磁部１８０を付加したことを特徴としている。そして、逆励磁部１８０を付加したことによって、整流部１１０’とトリガ部１３０’に軽微な変更を加えている。整流部１１０’は、整流部１１０の機能に加えて、雷サージによって電線１９１、１９２、１９３の全部または一部に電流が流れた場合に、逆励磁部１８０に電流を供給する機能を有する。逆励磁部１８０は、スイッチが閉状態となるようにスイッチ部１４０に電流を供給する。トリガ部１３０’は、逆励磁部１８０がスイッチ部１４０に供給した電流が入力されないように構成されている。【００３１】
図２１に、分離器４００の具体的な構成例を示す。逆励磁部１８０は、ダイオード１８１、１８２、１８３、抵抗１８４、ダイオード１８５で構成される。ダイオード１８１、１８２、１８３は、整流部１１０’からの電流を整流し、加算する。抵抗１８４は、トリップコイル１４１に流す電流の量を調整する。ダイオード１８５は、逆流防止用であり、トリガ部１３０’へ供給される電流が充電部１２０からのみ供給されるようにしている。整流部１１０’は、整流後、充電部１２０に供給する電流の一部を、逆励磁部１８０に供給できる配線となっている。トリガ部１３０’は、充電部１２０からのみ抵抗１３３へ電流が供給される配線となっている。【００３２】
雷サージ電流が流れると、電流ベクトル和検出部１５０の出力電圧が、トランジスタ１６１の動作電圧よりも高くなる。そして、トランジスタ１６１がＯＮ状態となる。そして、逆励磁部１８０からトリップコイル１４１に、電流が流れる。この電流の向きは、充電部１２０からトリップコイル１４１に流れる電流と逆向きである。したがって、雷サージ電流に対しては、開閉機構１４２は強固に閉状態を維持できる。例えば、トリップコイル１４１の巻線抵抗が３０Ωのときに、抵抗１８４を３３Ωとすれば、２０ｋＡの雷サージでの順方向電流（開閉機構１４２が開く方向の電流）の２倍以上の逆方向電流で開閉機構１４２を閉状態にできる。【００３３】
また、続流の場合は、電流ベクトル和検出部１５０の出力電圧が、トランジスタ１６１の動作電圧よりも低いので、逆励磁部１８０からトリップコイル１４１には、電流が流れない。そして、充電部１２０のコンデンサ１２１に十分な電荷が蓄えられ、トリガ部１３０’のサイリスタがＯＮ状態となれば、トリップコイル１４１に電流が流れ、開閉機構１４２が断線状態となる。
分離器４００はこのような構成なので、開閉機構１４２が誤動作することなく、確実に雷サージ電流は流し、続流は遮断できる。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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