JP5914940B2 - 多様なアーク及び過負荷を感知して電力供給を遮断できる電源遮断装置 - Google Patents

Description

本発明は、電源遮断装置に関し、より詳細には、電気線路に発生し得る多様なアーク及び過負荷を感知し、電力供給を遮断できる電源遮断装置に関する。

各電気装置を家庭用または産業用に使用するとき、電源線路の不良、接地不良、負荷の故障、使用者の誤りなどの原因で発生する各異常状況は、線路の短絡、負荷の過電流、アークなどの多様な形態で表れる。

コンセント（パワーアウトレットまたはソケット）やマルチタップ（マルチストリップまたはパワーボード）と通称する各電源遮断装置は、異常状況を感知する機能を全く有していないか、そのような機能を有するとしても、いくつかの制限された異常状況、例えば、漏電を感知する場合に電源供給を遮断する単独機能のみを備えている。ほとんどの建物や家屋において電源線路に設置される漏電遮断器は、漏電のみを検出することができる。このように、通常の各電源遮断装置においては、漏電以外の他の異常状況を検出できない場合が多く、電気災害を予防するのに限界がある。

一方、漏電は、通常、火災の原因として知られているが、漏電が電力浪費や感電事故の原因になる可能性が大きいとしても、実際に漏電現象によって火災が起こる可能性は大きくない。したがって、電源遮断装置が漏電を検出して電源を遮断する機能のみを有する場合は、火災を防止する効果を発揮しにくい。

むしろ、電気火災は、電気線路や電気機器の異常によるアークの火花によって周辺の引火物質が着火するために発生したり、負荷に多くの電流が流れる過負荷による過電流によって生じる過熱のために発生したり、負荷自体の過電流でないとしても、負荷に連結される末端電源線路が短絡を起こす場合、その線路が容量の小さい一種の負荷として作用しながら生じる過熱によって発生する場合が多い。

ところが、アークが火災の原因になる可能性が大きいとしても、アークは、電源スイッチをオンにしたり、プラグを差したり抜くときにも容易に観察される現象であるので、アークが検出されたとして無条件に電源を遮断すると、電気機器を正常に使用できなくなる。したがって、過負荷を感知する機能を基本的に有すると共に、使用者が電源をつけたり消すときに生じ得る短いアークと火災の原因となり得る連続的なアークとを区別し、電源を適宜遮断できる電源遮断回路及び電源遮断装置が必要である。

本発明が解決しようとする課題は、火災を発生させ得る連続的な電圧型微細アークと大型電流型アークを検出することができ、これによって電源を遮断することができる電源遮断装置を提供することにある。

本発明が解決しようとする他の課題は、微細アークと大型アークの発生時のみならず、過負荷による線路の過熱時または線路異常による瞬間的な電圧の降下時にも電源を遮断することができる電源遮断装置を提供することにある。

本発明の一側面に係る電源遮断装置は、電源線路上の微細アークによる高周波パルス電流によって高周波チョークコイルに誘起される電圧に基づいて第１のスイッチング素子を導通し、前記第１のスイッチング素子が導通する間に微細アーク検出電流を出力する微細アーク検出部と、電源線路上の大電流アークによって前記電源線路上に挿入されたコイルで起こる磁場の変動に基づいて第２のスイッチング素子が導通する間に大電流アーク検出電流を出力する大電流アーク検出部と、前記微細アーク検出電流または大電流アーク検出電流を遅延キャパシタに所定の時定数で累積的に充電させ、前記遅延キャパシタの電圧が所定のレベルに至るとアーク検出信号を出力する遅延部と、動作電圧が印加されると、負荷側と前記電源線路を電気的に遮断できる電源遮断部と、前記アーク検出信号によって前記電源遮断部に前記動作電圧を連結する第１のスイッチとを含むことができる。

一実施例によって、前記微細アーク検出部は、前記電源線路に挿入され、前記高周波チョークコイルと閉回路をなすインダクタを含み、前記閉回路は、前記インダクタと前記高周波チョークコイルの端子１との間に第２のキャパシタが直列に連結され、前記インダクタと前記高周波チョークコイルの端子２との間に第１のダイオードと第１のキャパシタが直列に連結され、前記高周波チョークコイルの端子２と他の電源線路との間に第４のダイオードが連結され、前記高周波チョークコイルは、一端が高周波整流用ダイオードを介して前記第１のスイッチング素子の制御端子及び前記第２のキャパシタに共通的に連結され、他端が前記第１のスイッチング素子の入力端子、前記第１のダイオードのアノード及び前記第４のダイオードのアノードに連結され得る。

一実施例によって、前記大電流アーク検出器は、前記電源線路上の大電流アークによる電流変動によって前記電源線路上に挿入されたコイルで磁場の変動が起こると、磁場の変動によって変流器に誘起される電圧に基づいて前記第２のスイッチング素子を導通し、前記第２のスイッチング素子が導通する間に前記第２のスイッチング素子を経て流れるように大電流アーク検出電流を出力することができる。

一実施例によって、前記大電流アーク検出器の第２のスイッチング素子は、リードスイッチであって、前記電源線路上の大電流アークによる電流変動によって前記電源線路上に挿入されたコイルで起こる磁場の変動によって前記リードスイッチが導通する間に、前記リードスイッチを経て流れるように大電流アーク検出電流を出力することができる。

一実施例によって、前記遅延部は、前記微細アーク検出電流及び前記大電流アーク検出電流の少なくとも一部によって前記遅延キャパシタに充電された電荷を放電する遅延抵抗と、前記遅延キャパシタに累積的に充電された電圧が所定レベルに至ると導通する定電圧素子と、前記定電圧素子の導通時に導通し、前記アーク検出信号を出力する第３のスイッチング素子とを含むことができる。

一実施例によって、前記第１のスイッチは、制御端子に前記アーク検出信号が受信されると、電源線路と前記電源遮断部とを電気的に連結するカップリング素子を含むことができる。

一実施例によって、前記電源遮断部は、前記アーク検出信号によって前記第１のスイッチが通電し、前記動作電圧が連結されると、前記負荷側と電気的に絶縁され、前記アーク検出信号の消滅後にも負荷側との電気的な絶縁状態が維持される磁気維持型リレーを含むことができる。

一実施例によって、前記磁気維持型リレーは、前記第１のスイッチの通電によって前記動作電圧が連結されたり、または電源線路から電圧が印加されると磁化される駆動コイルと、前記駆動コイルの磁化によって磁気的に前記電源線路と負荷側とを連結する位置から、前記電源線路と前記駆動コイルとを連結する位置に切り替えられる３端子スイッチとを含むことができる。

一実施例によって、前記電源遮断部は、前記３端子スイッチと前記駆動コイルとの間に挿入される手動復帰スイッチをさらに含み、前記手動復帰スイッチが前記駆動コイルの動作中に開放されると、前記駆動コイルと電源線路との間の連結が遮断され、前記３端子スイッチが前記電源線路と前記負荷側とを連結する位置に切り替えられ得る。

一実施例によって、前記電源遮断装置は、過負荷または短絡による電流変動によって変流器に誘起される交流電圧を整流した直流電圧が所定のレベルを超えると、過負荷検出信号を出力する過負荷検出部をさらに含むことができる。

一実施例によって、前記電源遮断装置は、前記過負荷検出信号によって前記電源遮断部に前記動作電圧を連結する第２のスイッチをさらに含むことができる。

一実施例によって、前記電源遮断装置は、前記電源線路と他の電源線路との間に連結されたキャパシタに整流された電圧を充電し、充電された電圧を前記動作電圧として提供する動作電圧生成部をさらに含むことができる。

一実施例によって、前記電源遮断装置は、電源線路上に過負荷または短絡による電流変動によって電源線路上に挿入された第２のコイルで起こる磁場の変動によって第２のリードスイッチが導通する間に、前記動作電圧が前記第２のリードスイッチを経て前記電源遮断部に連結されるように動作する過負荷検出部をさらに含むことができる。

一実施例によって、前記電源遮断装置は、二つの電源線路間に連結されたキャパシタに整流された電圧を充電し、充電された電圧を前記動作電圧として提供する動作電圧生成部をさらに含むことができる。

本発明の電源遮断装置によると、電線及び電気器具などの異常状態、すなわち、連結不良、短絡、過負荷、線路過熱、線路抵抗変化などによって発生し得るスパーク、アーク、過負荷、電圧降下及び過熱による火災などの災害を一つの電源遮断装置を用いて防止することができる。

特に、電源遮断装置は、電気器具の内部で起こり得る微細アーク及び大型電流型アークを感知することができ、これらアークに対処することができる。

さらに、電源遮断装置は、接地ラインを必要とせず、単相交流電源線路に簡単に適用することができ、独自の電源遮断装置として用いたり、または、既存の家庭用及び産業用電源遮断装置に付加的に装着することによって幅広く用いることができる。

本発明の一実施例に係る電源遮断装置を例示したブロック図である。 本発明の一実施例に係る電源遮断装置を具体的に例示した回路図である。 本発明の一実施例に係る電源遮断装置の微細アーク検出部を例示した回路図である。 本発明の一実施例に係る電源遮断装置の大電流アーク検出部を例示した回路図である。 本発明の一実施例に係る電源遮断装置の過負荷検出部を例示した回路図である。 本発明の一実施例に係る電源遮断装置の電源遮断部を例示した回路図である。 本発明の他の実施例に係る電源遮断装置を例示したブロック図である。 本発明の他の実施例に係る電源遮断装置を具体的に例示した回路図である。 本発明の他の実施例に係る電源遮断装置の大電流アーク検出部を例示した回路図である。 本発明の他の実施例に係る電源遮断装置の過負荷検出部と電源遮断部を例示した回路図である。

本文に開示されている本発明の各実施例に対して、特定の構造的及び機能的説明は、本発明の実施例を説明するために例示されたものに過ぎなく、本発明の各実施例は、多様な形態で実施可能であり、本文に説明された各実施例に限定されるものと解釈してはならない。

以下、添付の各図面を参照して、本発明の好ましい実施例をより詳細に説明する。図面上の同一の構成要素については同一の参照符号を使用し、同一の構成要素についての重複する説明は省略する。

図１は、本発明の一実施例に係る電源遮断装置を例示したブロック図で、図２は、本発明の一実施例に係る電源遮断装置を具体的に例示した回路図である。

図１及び図２を共に参照すると、電源遮断装置１０は、通常、建物の壁体に設置されている、例えば、コンセント（パワーアウトレット）に挿入する入力プラグなどの系統電源入力側の入力電源端子１８と、例えば、負荷装置のプラグを挿入するソケットなどの出力電源端子１９と、入力電源端子１８と出力電源端子１９との間に連結された微細アーク検出部１１と、大電流アーク検出部１２と、遅延部１３と、過負荷検出部１４と、動作電圧生成部１５と、電源遮断部１６とを含むことができ、フィルタリング部１７をさらに含むことができる。

まず、各構成要素を簡略に説明すると、次の通りである。

微細アーク検出部１１は、電源線路ＡＣ１に連結された電圧センサー１１１、例えば、インダクタＴ３を用いて微細アークが検出される度に、検出される微細アークの強弱に相応する微細アーク検出電流を遅延部１３に印加する。

例えば、負荷装置または電源線路で電流をほとんど伴わない電圧型微細アークが発生する場合、微細アーク検出部１１は、電源線路に沿って伝播される微細アークによる高周波パルスをインダクタＴ３に誘起された電圧に基づいて検出し、このような高周波パルスが検出される度に、検出された高周波パルスのサイズと幅に相応するパルスの形態で微細アーク検出電流を遅延部１３に出力することができる。

大電流アーク検出部１２は、大電流アークによって磁場の変化を誘導し得るコイルを用いる電流センサー１２１、例えば、変流器（ＣＴ：ｃｕｒｒｅｎｔ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）を用いて大電流を伴う大型アークが検出される度に、検出される大型アークの強弱に相応する大電流アーク検出電流を遅延部１３に印加する。

また、電気負荷装置に一回か二回の発生でも火災を起こし得る中大型の電流型アークが発生する場合は、大電流アーク検出部１２は、大電流アークによって電源線路に表れる誘起交流電圧及び高周波パルス電流を変流器ＣＴに誘起された電圧に基づいて検出することができる。検出された誘起交流電圧及び高周波パルス電流が所定サイズ以上である場合、大電流アーク検出部１２は、誘起交流電圧のサイズと出現時間に相応するパルスの形態で大電流アーク検出電流を遅延部１３に印加する。

遅延部１３は、微細アーク検出電流または大電流アーク検出電流を累積できる積分器を含むように具現できるが、このような積分器は、例えば、遅延キャパシタ１３１と遅延抵抗１３２を用いて具現することができる。このとき、遅延キャパシタ１３１は、微細アーク検出電流または大電流アーク検出電流によって充電され、遅延キャパシタ１３１に充電された電荷は、遅延抵抗１３２によって所定の時定数で放電され得る。

微細アークまたは大電流アークが所定の水準以上に持続的にまたは強く発生し、遅延キャパシタ１３１が所定電圧以上に充電されると、遅延部１３は、アーク検出信号を生成して電源遮断部１６の第１のスイッチ１６１に出力する。

例えば、微細アーク検出部１１で検出された電圧型微細アークが火災を誘発する可能性のある持続的な微細アークである場合、または、大電流アーク検出部１２で検出された電流型大型アークが火災を誘発する程度に強力で且つ持続的なアークである場合、連続的な微細アーク検出電流または大電流アーク検出電流によって遅延キャパシタ１３１に電荷が累積されながら遅延キャパシタ１３１の両端電圧が所定の基準電圧レベルより高くなり、これによってアーク検出信号が生成され得る。

その一方、検出される微細アークまたは大電流アークが一時的で且つ瞬間的なものであると、遅延キャパシタ１３１に累積される電荷は遅延抵抗１３２によって放電され、累積された検出信号は時間の経過と共に消える。したがって、火災危険性がなく、瞬間的なアークによっては電源が遮断されない。

図２の実施例では、遅延部１３が共有されるように設計されたが、実施例によって、微細アーク検出部１１と大電流アーク検出部１２がそれぞれのための遅延回路を別途に有するように設計されてもよい。この場合、それぞれの遅延回路は、それぞれのアーク検出信号を出力し、それぞれのアーク検出信号は、電源遮断部１６でそれぞれのスイッチを活性化するように連結され得る。

次に、過負荷や短絡によって電源線路に電流が急増したり、電圧が降下する場合、過負荷検出部１４は、過負荷検出信号を生成して電源遮断部１６の第２のスイッチ１６２に出力する。

例えば、過負荷検出部１４は、電流センサー１４１、例えば、変流器ＣＴを用いて、電源線路ＡＣ２の過負荷によって交流電流が急増したり、非正常的な電圧降下によって交流電流が急増することを感知し、過負荷検出信号を生成することができる。

実施例によって、大電流アーク検出部１２の電流センサー１２１と過負荷検出部１４の電流センサー１４１は、それぞれ別途の変流器素子で具現することもでき、一つの変流器素子を共有することもできる。

このとき、過負荷検出部１４が電圧降下によって交流電流の急増を感知する場合、電源線路ＡＣ１の電圧が低いため電源遮断部１６が確実に動作できないこともある。動作電圧生成部１５は、平常時に適切な動作電圧で充電された状態で、電圧降下と共に過負荷検出部１４が過負荷検出信号を出力しながら第２のスイッチ１６２が閉鎖されると、充電された動作電圧を第２のスイッチ１６２を通じてリレー１６３が動作するのに必要な駆動電圧としてリレー１６３に提供することができる。

電源遮断部１６は、アーク検出信号によって第１のスイッチ１６１が閉鎖されたり、または、過負荷検出信号によって第２のスイッチ１６２が閉鎖されると、リレー１６３によって出力電源端子１９に連結される電源経路ＡＣ１が電気的に切断されることによって、電源を遮断することができる。

実施例によって、第１のスイッチ１６１または第２のスイッチ１６２は、遅延部１３と過負荷検出部１４から出力される信号によってリレー１６３を交流電源電圧または直流動作電圧に電気的に連結したり、または、この電気的な連結を遮断できる、例えば、２端子スイッチ、フォトカプラー（ｐｈｏｔｏ―ｃｏｕｐｌｅｒ）または２端子リレーなどの素子によって具現することができる。

一方、電源遮断部１６のリレー１６３は、入力電源端子１８と出力電源端子１９との間の導線に挿入された３端子スイッチ１６４を含み、第１及び第２のスイッチ１６１、１６２の動作によって３端子スイッチ１６４を出力電源端子１９及び駆動コイル１６５のうち一つに連結するように駆動することによって、負荷に対する電力供給を連結または遮断することができる。

例えば、リレー１６３は、第２のスイッチ１６２が閉鎖されると、動作電圧生成部１５に充電された直流電圧によってソレノイド駆動コイル１６５が動作し、ソレノイド駆動コイル１６５によって３端子スイッチ１６４の連結接点が端子２から端子３に移動し、入力電源端子１８と出力電源端子１９との間の電気的連結が切断される。このとき、リレー１６３は、リレー素子のみならず、リレーと類似する動作を行えるスイッチなどの電気素子で具現することができる。

一旦電源遮断部１６が負荷に対する電力供給を遮断すると、そのような遮断状態は、外部の電力が入力電源端子１８から電源遮断部１６に供給される限り継続され得る。さらに、電源遮断部１６は、アークや過負荷によって電源が遮断された後、手動で電源供給を再開できる手動復帰スイッチ１６６をさらに含むことができる。入力電源端子１８を壁体のコンセントから分離したり、または、手動復帰スイッチ１６６を作動させることによって電源遮断部１６への電力供給を中断すると、電源遮断部１６は、遮断動作前の連結状態に復帰する。手動復帰スイッチ１６６が閉鎖された状態では電源遮断状態が維持され、手動復帰スイッチ１６６が使用者によって開放されると、リレー１６３が元の連結状態に戻ることによって電源経路が再び連結され、電源が再び供給され得る。

以下では、図１、図２及び図３を参照して微細アーク検出部１１の構成及び動作をより詳細に説明する。図３は、本発明の一実施例に係る電源遮断装置の微細アーク検出部に対する具体的な回路図である。

簡略に説明すると、微細アーク検出部１１は、両側の電源線路ＡＣ１、ＡＣ２間に連結された電圧センサー１１１としてのインダクタＴ３及びチョークコイルインダクタＬ１によって電源線路の微細アークによる高周波パルスを検出し、このような高周波パルスの検出によって第１のスイッチング素子Ｑ１を導通させ、第１のスイッチング素子Ｑ１が導通する間に各微細アーク検出電流を所定の時定数を有する遅延キャパシタ１３１に出力し、遅延キャパシタ１３１を累積的に充電させる。

微細アークは、プラグを差したり抜くときや、電源スイッチをつけたり消すときに瞬間的に起こったり、電気負荷や線路の異常によって微細なスパークが数秒以内に連続的に発生し得るが、前者の場合は、電源を遮断すべきでないか、電源を遮断する必要がないが、後者の場合は、火災の危険があるので電源を遮断すべきである。

負荷や線路で発生した微細アークは、概して数ｋＨｚから数ＧＨｚまでの周波数成分を有するパルス電流の形態で発現する。このような高周波パルス電流は、交流電源線路に沿って伝播されながらフィルタリング部１７で阻止され、微細アーク検出部１１で検出され得る。微細アーク検出部１１は、高周波パルスが検出される度に微細アーク検出電流を出力する。

まず、電源線路に挿入されたフィルタリング部１７は、正常な商用電源の低周波交流成分を通過させるが、負荷側で発生した微細アークによる高周波パルスが系統側に伝播されることを阻止し、また、微細アークによる高周波パルスが微細アーク検出部１１の動作を触発し得るように補助することができる。

このために、フィルタリング部１７は、交流電源線路ＡＣ１、ＡＣ２にそれぞれ直列に挿入された二つのインダクタＴ１、Ｔ２を含むことができる。第１のインダクタＴ１と第２のインダクタＴ２は、高周波インダクタであって、一定周波数以上の高周波の通過を阻止することができる。

具体的に、交流電源線路ＡＣ１、ＡＣ２の入力側両端または負荷側両端に挿入された高周波インダクタＴ１、Ｔ２は、負荷側で発生した高周波パルスが入力電源端子１８側の系統（ｇｒｉｄ）に伝播されることを抑止し、また、入力電源端子１８側から伝播され得る外部の高周波サージを阻止することによって電源遮断装置１０の破損を防止することができる。

一方、フィルタリング部１７は、外部から伝達されるサージを吸収できるように入力電源端子１８側の電源線路に並列に連結されたＴＮＲ（非線形可変抵抗器（ＮＶＲ：ｎｏｎ―ｌｉｎｅａｒ ｖａｒｉａｂｌｅ ｒｅｓｉｓｔｏｒ）の一種であって、ＴＮＲは商標名である。）をさらに含むことができる。

正常状態では、フィルタリング部１７が挿入された電源線路には微細アーク検出部１１の動作を触発し得る高周波電圧が表れない。しかし、微細アークによる高周波パルス電流が発生する場合、高周波パルス電流は第１及び第２のインダクタＴ１、Ｔ２を通過できず、高周波パルス電圧が第３のインダクタＴ３に誘起される。

高周波チョークコイル素子は、高周波交流信号に対して高いインピーダンスを有するので、アークパルスによる高周波パルス電圧が印加されると、両端に電圧差が発生する。正常状態では、高周波チョークインダクタＬ１は低周波交流電圧をそのまま通過させ、両端に電圧差が形成されない。

第３のインダクタＴ３に誘起された高周波パルス電圧は、第１のキャパシタＣ１、第２のキャパシタＣ２、第１のダイオードＤ１及び高周波チョークインダクタＬ１がなす閉回路によって高周波チョークインダクタＬ１に印加される。高周波チョークインダクタＬ１が高周波パルスによって飽和されながら、両端（端子１と端子２との間）に少しの電圧が誘起される。

高周波チョークインダクタＬ１は、端子１が高周波整流ダイオードである第２のダイオードＤ２によって第１のスイッチング素子Ｑ１の入力端子２と連結され、端子２が第１のスイッチング素子Ｑ１の入力端子１に連結される。したがって、高周波チョークインダクタＬ１の両端に誘起された電圧は、第２のダイオードＤ２によって整流されながら第１のスイッチング素子Ｑ１の両側の入力端子１と入力端子２との間に電圧差を形成し、第１のスイッチング素子Ｑ１を導通させる。

第１のスイッチング素子Ｑ１が導通すると、端子３から端子１に電流が流れるようになるが、微細アークが消えると、高周波チョークインダクタＬ１に誘起された電圧も消え、第１のスイッチング素子Ｑ１の非活性化によって端子３と端子１との間の電流経路が閉鎖されるので、遅延キャパシタＣ４に流れていた微細アーク検出電流も消える。

これにより、微細アークが発生する度に、微細アーク検出部１１と遅延部１３では、電源線路ＡＣ１から第３のダイオードＤ３、第４の抵抗Ｒ４、遅延キャパシタ１３１、Ｃ４、第６のダイオードＤ６、第５の抵抗Ｒ５を経て第１のスイッチング素子Ｑ１の端子３と端子１、第４のダイオードＤ４を介して電源線路ＡＣ２まで微細アーク検出電流が流れ得る経路が一時的に形成される。

微細アーク検出電流は、微細アークが発生する度に、第１のスイッチング素子Ｑ１の端子１と端子３の一時的な導通によってパルスの形態で発生する。

一方、第１のＬＥＤ ＬＥＤ１は、電源遮断装置１０に電源が印加されていることを知らせる信号ランプである。第１の抵抗Ｒ１は、正常な電源供給時に第２のキャパシタＣ２にかかる電圧を放電するためのものであるが、第１の抵抗Ｒ１に流れる微細電流で第１のＬＥＤ ＬＥＤ１を駆動させて発光させることによって、電源が印加されていることを表示することができる。

第１のスイッチング素子Ｑ１の端子１と端子３との間の一時的な導通によって第３のダイオードＤ３、第２のＬＥＤ ＬＥＤ２、第３の抵抗Ｒ３、第１のスイッチング素子Ｑ１の端子３と端子１、第４のダイオードＤ４につながる電流経路も形成されるが、これによって、微細アークが検出される度に第２のＬＥＤ ＬＥＤ２を点滅させることができる。

一方、微細アークの高周波パルス電流は、第１及び第２のダイオードＤ１、Ｄ２を通過するとき、第１及び第２のキャパシタＣ１、Ｃ２によって低周波帯域は通過できず、高周波帯域のみが通過するが、このパルス電流が第１及び第２のキャパシタＣ１、Ｃ２を経ると、数十ＭＨｚ以上の高周波成分のみが残るようになる。これによって、負荷の正常な使用時にも生じ得る数ｋＨｚから数千ｋＨｚ程度のノイズ成分はアーク検出から排除され、電源遮断装置１０の誤動作が最小化され得る。

微細アーク検出部１１が生成する微細アーク検出電流は、遅延部１３内の遅延キャパシタ１３１を充電する。遅延部１３は、連続的なアークによる各微細アーク検出電流が印加されながら充電される遅延キャパシタ１３１の電圧レベルが所定の基準電圧、例えば、ツェナーダイオードＺＤ１などの定電圧素子１３３の降伏電圧を超えると、第１のスイッチ１６１を導通させ得るアーク検出信号を生成する。

このとき、遅延部１３は、一回か二回の短いアークが発生する場合は、遅延キャパシタ１３１に充電された電圧レベルが所定の基準電圧、例えば、ツェナーダイオードＺＤ１の降伏電圧を超えられないので、アーク検出信号を生成することができない。

さらに、これ以上アークが発生しないと、遅延キャパシタ１３１に連結された遅延抵抗１３２によって遅延キャパシタ１３１が時間の経過と共に直ぐ放電されるように構成される。

このようにして、微細アーク検出部１１は、危険性が大きくない一回か二回の瞬間的または人為的なアークは無視しながら、実際に火災の危険性が大きい連続的な微細アークを正確に検出することができる。

具体的に、図３を参照すると、微細アーク検出部１１の第１のスイッチング素子Ｑ１から出力された微細アーク検出電流は、微細アークパルスが検出される度に実質的に微細アークパルスの形態と類似する波形を有して発生し、遅延部１３に印加されると、遅延部１３内の第４のキャパシタＣ４の充電を引き起こす。第４のキャパシタＣ４の充電速度は、第１のスイッチング素子Ｑ１の電流駆動能力、第４の抵抗Ｒ４または第５の抵抗Ｒ５の値によって調節することができる。

十分に連続的であるか、または危険なアークパルスが存在しないと、第１のスイッチング素子Ｑ１がオフされながら微細アーク検出電流がこれ以上流れなくなり、そのときまで第４のキャパシタＣ４に充電された電荷は、可変遅延抵抗Ｒ６によって放電され得る。第４のキャパシタＣ４の放電速度は、可変遅延抵抗Ｒ６の可変抵抗値によって調節することができる。

十分に連続的なアークパルスの存在によってアーク検出電流が持続的に発生すると、第４のキャパシタＣ４の両端に所定の基準電圧より十分に高い電圧が誘起され、これによってアーク検出信号が生成され得る。

例えば、アーク検出電流が持続的に流れると、第４のキャパシタＣ４が継続して充電され、第４のキャパシタＣ４の両端の電圧が、例えば、ツェナーダイオードで具現され得る定電圧ダイオードＺＤ１の降伏電圧より高くなり得るが、この場合、定電圧ダイオードＺＤ１が導通しながら第３のスイッチング素子Ｑ３の入力端子２に交流電源線路ＡＣ１が連結され、第３のスイッチング素子Ｑ３が導通しながら端子３と端子１との間に電流経路が形成される。第３のスイッチング素子Ｑ３の端子３から端子１に流れる電流は、アーク検出信号としての役割をしながら、第１のスイッチ１６１を構成する第１のフォトカプラーＰＴＣ１を活性化させることができる。

また、第４の抵抗Ｒ４、第６のダイオードＤ６及び第５の抵抗Ｒ５は、電源線路間の高い交流電圧レベルを考慮した上で、遅延部１３に適切な電圧降下を提供し、電流の逆流を防止し、第４のキャパシタＣ４の充電速度を適宜決定するためのものである。

一方、第２の抵抗Ｒ２と第３のキャパシタＣ３は、第１のスイッチング素子Ｑ１を保護し、導通動作を円滑にするために互いに連結された回路素子である。

以下では、図１、図２及び図４を参照して大電流アーク検出部１２の構成及び動作をより詳細に説明する。図４は、本発明の一実施例に係る電源遮断装置の大電流アーク検出部を例示した回路図である。

交流電流の急激な変動を検出できる電流センサー１２１が交流電源線路ＡＣ２に装着されている。大電流アークが発生しながら出力電源端子１９から入力電源端子１８側にパルス電流が流れると、例えば、変流器ＣＴなどの電流センサー１２１の両端に所定の電圧が誘起される。変流器ＣＴに誘起された電圧は、変流器ＣＴの両端に並列に連結された検出キャパシタＣ６を充電させ、検出キャパシタＣ６の充電電圧が所定電圧レベル以上であると、大電流アーク検出部１２は大電流アーク検出電流を生成することができる。

具体的に、図４を参照して説明すると、まず、第２のスイッチング素子Ｑ２の入力端子１は、第５のダイオードＤ５を介して電源線路ＡＣ２に連結されており、第２のスイッチング素子Ｑ２の入力端子１及び２の電位は、普段はほぼ同じであるか、第２のスイッチング素子Ｑ２の導通を引き起こさない程度の差のみを有する。

大電流アークが発生すると、変流器ＣＴの両端に電圧が誘起されながら第１０の高周波ダイオードＤ１０によって整流された電圧が第９の抵抗Ｒ９を通じて第７のキャパシタＣ７に充電され、第７のキャパシタＣ７の充電電圧が急上昇しながら第８の抵抗Ｒ８によって第７のキャパシタＣ７に充電された電圧が放電されはじめ、第２のスイッチング素子Ｑ２の入力端子２の電位が高くなりながら第２のスイッチング素子Ｑ２が導通する。

第２のスイッチング素子Ｑ２の導通により、各電源線路ＡＣ１、ＡＣ２間に第３のダイオードＤ３、第４の抵抗Ｒ４、遅延キャパシタＣ４、第７のダイオードＤ７、第７の抵抗Ｒ７、第２のスイッチング素子Ｑ２の端子３と１、第５のダイオードＤ５につながる電流経路が形成され、この電流経路に大電流アーク検出電流が流れ、遅延キャパシタＣ４に充電が行われる。

大電流アークが消えると、第７のキャパシタＣ７に充電された電荷は直ぐ放電され、第２のスイッチング素子Ｑ２は再び非活性化されるので、電流経路は閉鎖される。

電流経路が形成される間に遅延キャパシタＣ４に充電される電圧がツェナーダイオードＺＤ１の降伏電圧に至らないか、また、後続する大電流アークがないことから遅延キャパシタＣ４に再び充電される電圧がツェナーダイオードＺＤ１の降伏電圧に至らないと、第３のスイッチング素子Ｑ３が導通せず、アーク検出信号は生成されない。

したがって、火災可能性のある有害な大電流アークがある場合にのみ、一回のアーク発生によっても遅延部１３で第３のスイッチング素子Ｑ３が導通してアーク検出信号を生成できるようにし、電気機器の使用中で起こり得る単純なアークや、蛍光灯及び点滅器などによって生じ得る遅いアークは無視され得る。

一方、第１５の抵抗Ｒ１５と第５のキャパシタＣ５は、第３のスイッチング素子Ｑ３を保護し、導通動作を円滑にするために互いに連結された回路素子である。

このように、微細アーク検出部１１と大電流アーク検出部１２の動作によると、遅延部１３は、微細アーク検出電流及び大電流アーク検出電流の少なくとも一部で充電する遅延キャパシタ１３１と、遅延キャパシタ１３１に充電された電荷を放電する遅延抵抗１３２とを含み、さらに、遅延キャパシタに累積的に充電された電圧が所定レベルに至ると導通する、例えば、ツェナーダイオードＺＤ１などの定電圧素子１３３と、定電圧素子１３３の導通時に導通し、アーク検出信号を出力する第３のスイッチング素子Ｑ３とを含むことができる。

以下では、図１、図２及び図５を参照して電源遮断装置１０の過負荷検出部１４の構成及び動作を説明する。図５は、本発明の一実施例に係る電源遮断装置の過負荷検出部を例示した回路図である。

交流電流の急激な変動を検出できる過負荷検出部１４の電流センサー１４１が交流電源線路ＡＣ２に装着されている。実施例によって、電流センサー１４１は、過負荷検出部１４のみのために装着されてもよいが、大電流アーク検出部１２の電流センサー１２１を共有することもできる。

負荷側で過負荷または短絡が発生すると、交流電源線路ＡＣ２に急激な電流変化が発生するが、このような電流変化は、大電流アークと異なる周波数帯域とエネルギーを有するので、大電流アーク検出部１２では検出されない。

このような電流変化により、変流器ＣＴなどの電流センサー１４１の両端に誘起された所定の交流電圧は、ブリッジダイオードＤ１１と第９のダイオードＣ９を経て所定の直流電圧に変換される。変換された直流電圧は、電流制御用の第１０の抵抗Ｒ１０と回路保護用の第１１の抵抗Ｒ１１を経て第２のスイッチ１６２としての役割をする第２のフォトカプラーＰＣＴ２に過負荷検出信号として印加され得る。

回路保護用ツェナーダイオードＤＳと回路保護用キャパシタＣＳは、変流器ＣＴに発生し得る突発的な電圧変動に備えるための回路である。

以下では、図１、図２及び図６を参照して電源遮断装置１０の電源遮断部１６の構成及び動作を説明する。図６は、本発明の一実施例に係る電源遮断装置の電源遮断部を例示した回路図である。

電源遮断部１６は、遅延部１３から出力されるアーク検出信号によって活性化されてリレー１６３を制御する第１のスイッチ１６１と、過負荷検出部１４から出力される過負荷検出信号によって活性化されてリレー１６３を制御する第２のスイッチ１６２とを含み、電源電圧または動作電圧生成部１５の動作電圧に連結したときに駆動され、電源の連結状態を切り替えるリレー１６３を含むことができる。

実施例によって、第２のスイッチ１６２は、電源電圧をリレー１６３に印加することもできる。しかし、通常、過負荷や短絡状態になると、線路自体のインピーダンスが負荷として作用し、線路が急激に過熱されることによって火災につながりやすいが、電源線路ＡＣ１の電圧自体が低くなるので、従来の開閉器では速度が遅く、誤差が大きい。

したがって、これに備えて、予め動作電圧を準備するための回路が必要であるが、そのような回路が動作電圧生成部１５である。動作電圧生成部１５は、普段は適量の電気エネルギーを貯蔵しておき、必要時に貯蔵された電気エネルギーをリレー１６３に伝達することによってリレー１６３を駆動させることができる。

動作電圧生成部１５は、二つの交流電源線路ＡＣ１、ＡＣ２間に第８のダイオードＤ８、第１３の抵抗Ｒ１３、第８のキャパシタＣ８及び第９のダイオードＤ９で構成される直流電圧充電回路である。第８のダイオードＤ８と第９のダイオードＤ９を用いて整流された直流電流が第１３の抵抗Ｒ１３と第８のキャパシタＣ８に流れ、第８のキャパシタＣ８が充電される。一旦第８のキャパシタＣ８が完全に充電されると、後で放電経路がないので、動作電圧生成部１５による電力消費は大きな問題とならない。

アーク検出信号が発生する場合は、第１のスイッチ１６１が閉鎖されながら電源線路ＡＣ１と連結され、電源線路ＡＣ１からリレー１６３のソレノイド駆動コイル１６５に電源電圧を印加する。

過負荷検出信号が発生する場合は、第２のスイッチ１６２が閉鎖されながら、リレー１６３の駆動コイル１６５に電源電圧、または、好ましくは、動作電圧生成部１５に充電された所定レベルの動作電圧を印加する。

一方、第１及び第２のスイッチ１６１、１６２は、フォトカプラースイッチＰＴＣ１、ＰＴＣ２または通常のリレーで具現することもできる。この場合、アーク検出信号または過負荷検出信号が活性化されたときにフォトカプラースイッチＰＴＣ１、ＰＴＣ２内部の発光ダイオードが発光し、受光ダイオードが光を受信しながら通電が行われる。第１及び第２のスイッチ１６１、１６２がリレーで具現される場合は、微細アーク検出信号または過負荷検出信号が活性化されたとき、リレーが閉鎖されながら通電が行われる。フォトカプラーやリレーの特性上、両端が電気的に絶縁され、逆方向に信号が伝達されないので、各検出信号の生成や消滅がリレー１６３の動作によって影響を受けない。

リレー１６３は、平常時には３端子スイッチ１６４のスイッチング導体を端子２の位置に維持するが、電源電圧または所定動作電圧の印加時には、駆動コイル１６５の磁化によって発生した磁気力でスイッチング導体を端子３の位置に移動させ、３端子スイッチ１６４を切り替えることができる。駆動コイル１６５の磁場が消えると、スイッチング導体は、スプリングなどの復元力によって端子２の位置に復元される。

このようなリレー１６３は、磁気維持型リレーで具現することができる。この場合、磁気維持型リレーは、動作信号が消えると元の位置に復帰する通常のリレーとは異なり、動作信号が印加され、特定の端子位置に切り替えられた後、その動作信号が消えるとしても、切り替えられた端子の位置を自ら維持することができる。

例えば、電源線路ＡＣ１に挿入された３端子スイッチ１６４は、正常状態では端子２の位置で入力電源端子１８側と出力電源端子１９側を電気的に連結するが、一旦駆動コイル１６５によって磁場が形成されると、スイッチング導体が端子３の位置に切り替えられ、入力電源端子１１側（または動作電圧生成部１５側）と駆動コイル１６５とを電気的に連結する。

このようなリレー１６３の駆動コイル１６５は、端子１が第１のスイッチ１６１を通じて電源線路ＡＣ１と連結され、第２のスイッチ１６２を通じて動作電圧生成部１５の第８のキャパシタＣ８に連結され、端子２は電源線路ＡＣ２に連結されている。

３端子スイッチ１６４が端子２に連結された状態で第１のスイッチ１６１が導通すると、第１のスイッチ１６１を通じて電源線路ＡＣ１から駆動コイル１６５に電流が流れ、駆動コイル１６５が磁化されながら、電源線路ＡＣ１に挿入された３端子スイッチ１６４を磁気力で端子２から端子３に切り替え、出力電源端子１９側に対する電源供給を遮断すると同時に、端子３から駆動コイル１６５が電源線路ＡＣ１に連結され、電流が駆動コイル１６５に継続して流れるようになる。

同様に、３端子スイッチ１６４が端子２に連結された状態で第２のスイッチ１６２が導通すると、第２のスイッチ１６２を通じて動作電圧生成部１５から駆動コイル１６５に電流が流れ、駆動コイル１６５が磁化されながら、電源線路ＡＣ１に挿入された３端子スイッチ１６４を磁気力で端子２から端子３に切り替え、出力電源端子１９側に対する電源供給を遮断すると同時に、端子３から駆動コイル１６５が電源線路ＡＣ１に連結され、電流が駆動コイル１６５に継続して流れるようになる。

これによって、一旦磁気維持型リレー１６３が駆動されると、入力電源端子１８で電源が連結されている限り、後でアーク検出信号または過負荷検出信号が非活性化されるとしても、すなわち、第１のスイッチ１６１及び第２のスイッチ１６２が再び開放されるとしても、磁気維持型リレー１６３の駆動コイル１６５は、継続して作動しながら負荷側に対する電源供給を遮断することができる。

手動復帰スイッチ１６６は、例えば、プッシュボタンスイッチであって、普段は閉鎖されているが、使用者がこれを押すと開放され、手動復帰スイッチ１６６が開放されると、磁気維持型リレー１６３が駆動された状態で３端子スイッチ１６４の端子３と駆動コイル１６５との間の電気的連結を遮断する。したがって、手動復帰スイッチ１６６がオフされると、駆動コイル１６５に流れていた電流が切られ、磁気維持型リレー１６３の動作も中断され、駆動コイル１６５の磁気力で端子３に切り替えられていた３端子スイッチ１６４が磁気力の消滅と共に端子３から再び端子２に切り替えられ、負荷側に対する電力供給が再開され得る。

図７は、本発明の他の実施例に係る電源遮断装置を例示したブロック図で、図８は、本発明の他の実施例に係る電源遮断装置を具体的に例示した回路図である。

図７及び図８を共に参照すると、電源遮断装置７０は、系統電源入力側の入力電源端子７８と、出力電源端子７９と、入力電源端子７８と出力電源端子７９との間に連結された微細アーク検出部７１と、大電流アーク検出部７２と、遅延部７３と、過負荷検出部７４と、動作電圧生成部７５と、電源遮断部７６とを含むことができ、フィルタリング部７７をさらに含むことができる。

図７の電源遮断装置７０は、図１の電源遮断装置１０とほぼ類似しており、図７の電源遮断装置７０の微細アーク検出部７１、遅延部７３、動作電圧生成部７５及び電源遮断部７６は、図１の電源遮断装置１０の微細アーク検出部１１、遅延部１３、動作電圧生成部１５及び電源遮断部１６とそれぞれ実質的に同一であるので、それについての説明は省略する。

微細アーク検出部７１は、電源線路ＡＣ１に連結された電圧センサー７１１、例えば、インダクタＴ３を用いて微細アークが検出される度に、検出される微細アークの強弱に相応する微細アーク検出電流を遅延部７３に印加する。

例えば、負荷装置または電源線路で電流をほとんど伴わない電圧型微細アークが発生する場合、微細アーク検出部７１は、電源線路に沿って伝播される微細アークによる高周波パルスをインダクタＴ３に誘起された電圧に基づいて検出し、このような高周波パルスが検出される度に、検出された高周波パルスのサイズと幅に相応するパルスの形態で微細アーク検出電流を遅延部７３に出力することができる。

大電流アーク検出部７２は、大電流アークによって磁場の変化を誘導できるコイルを用いるリードリレー７２１によって大電流アークを検出することができ、大電流を伴う大型アークが検出される度に大電流アーク検出電流を遅延部７３に印加する。

リードリレーは、真空のチューブ内に互いに離隔した二つの磁性合金を含むリードスイッチにコイルを巻いた素子である。リードスイッチは、速度が速く、信頼性が非常に高い。

リードリレー７２１の動作を説明すると、正常状態でコイルに交流電源電流が流れるときは、リードスイッチをなす二つの磁性合金が接触しないが、コイルに大電流アークが流れると、コイルで発生する磁場が強くなりながら、リードスイッチの二つの磁性合金は、互いに異なる極性で磁化され、結局、互いに接触するようになり、リードスイッチを通電させる。

大電流アーク検出部７２のリードリレー７２１の役割は、図１の大電流アーク検出部１２の電流センサー１２１及び第２のスイッチング素子Ｑ２の役割に相応し得る。大電流アーク検出部７２が図１の大電流アーク検出部１２と類似する点は、コイルを基盤にして大電流アークがあるときにコイルで磁場の変化が大きく発生し、そのような磁場の変化が電流経路を形成するスイッチングを起こすという点にある。大電流アーク検出部７２と図１の大電流アーク検出部１２との相違点は、図１の大電流アーク検出部１２では、コイルの磁場変化が、隣接した他のコイルで誘起される電圧を用いて発生する一方、大電流アーク検出部７２は、コイルの磁場変化によってより強く磁化される磁性体を用いるという点にある。

大電流を伴う大型アークが電源線路ＡＣ２を介して流れると、リードリレー７２１のコイルに大電流アークが流れながら強い磁場が発生し、リードスイッチを通電させる。通電したリードスイッチを通じて大電流アーク検出電流が流れ得る。大電流アーク検出部７２の動作は、図９を参照して詳細に説明する。

遅延部７３は、微細アーク検出電流を累積できる積分器を含むように具現することができ、図１の遅延部１３と実質的に同一であるので、それについての説明は省略する。

図８の実施例では、遅延部７３が微細アーク検出部７１と大電流アーク検出部７２によって共有されるように設計されたが、実施例によって、微細アーク検出部７１と大電流アーク検出部７２がそれぞれのための遅延回路を別途に有するように設計されてもよく、または、微細アーク検出部７１のみが遅延回路を有するように設計されてもよい。この場合、それぞれの遅延回路は、それぞれのアーク検出信号を出力し、それぞれのアーク検出信号が電源遮断部７６でそれぞれのスイッチを活性化するように連結され得る。

次に、過負荷や短絡によって電源線路に電流が急増したり、電圧が降下する場合、過負荷検出部７４が通電しながら動作電圧生成部７５に累積されていた電気エネルギーを電源遮断部７６のリレー７６３に供給し、リレー７６３を活性化させる。

過負荷検出部７４は、大電流アーク検出部７２と同様に、第２のリードリレー７４１を用いて、電源線路ＡＣ２の過負荷によって交流電流が急増したり、または、非正常的な電圧降下によって交流電流が急増することを感知して通電し得る。

急増した交流電流が電源線路ＡＣ２を介して流れると、第２のリードリレー７４１のコイルに大電流が流れながら強い磁場が発生し、リードスイッチを通電させる。動作電圧生成部７５に充電された電圧によって通電したリードスイッチを通じて過負荷検出信号が流れ得る。

以下では、過負荷検出部７４の詳細な動作を図１０を参照して説明する。

動作電圧生成部７５は、普段は適量の電気エネルギーを貯蔵しておき、必要時に貯蔵された電気エネルギーをリレー７６３に伝達することによってリレー７６３を駆動させることができる。

動作電圧生成部７５は、二つの交流電源線路ＡＣ１、ＡＣ２間に第８のダイオードＤ８、第１３の抵抗Ｒ１３、第８のキャパシタＣ８及び第９のダイオードＤ９で構成される直流電圧充電回路である。第８のダイオードＤ８と第９のダイオードＤ９を用いて整流された直流電流が第１３の抵抗Ｒ１３と第８のキャパシタＣ８に流れ、第８のキャパシタＣ８が充電される。一旦第８のキャパシタＣ８が完全に充電されると、後で放電経路がないので、動作電圧生成部７５による電力消費は大きな問題とならない。

電源遮断部７６は、アーク検出信号によって第１のスイッチ７６１が閉鎖されたり、または、過負荷検出部７４の第２のリードリレー７４１が閉鎖されると、リレー７６３によって出力電源端子７９に連結される電源経路ＡＣ１が電気的に切断されることによって、電源を遮断することができる。

実施例によって、第１のスイッチ７６１は、遅延部７３と過負荷検出部７４から出力される信号によってリレー７６３を交流電源電圧または直流動作電圧に電気的に連結したり、またはこの電気的な連結を遮断できる、例えば、２端子スイッチ、フォトカプラーまたは２端子リレーなどの素子で具現することができる。

一方、電源遮断部７６のリレー７６３は、入力電源端子７８と出力電源端子７９との間の導線に挿入された３端子スイッチ７６４を含み、第１のスイッチ７６１及び第２のリードリレー７４１の動作によって３端子スイッチ７６４を出力電源端子７９及び駆動コイル７６５のうち一つに連結するように駆動することによって、負荷に対する電力供給を連結または遮断することができる。

例えば、リレー７６３は、第２のリードリレー７４１が閉鎖されると、動作電圧生成部７５に充電された直流電圧によってソレノイド駆動コイル７６５が動作し、ソレノイド駆動コイル７６５によって３端子スイッチ７６４の連結接点が端子２から端子３に移動し、入力電源端子７８と出力電源端子７９との間の電気的連結が切断される。このとき、リレー７６３は、リレー素子のみならず、リレーと類似する動作を行えるスイッチなどの電気素子で具現することができる。

一旦電源遮断部７６が負荷に対する電力供給を遮断すると、そのような遮断状態は、外部の電力が入力電源端子７８から電源遮断部７６に供給される限り継続され得る。さらに、電源遮断部７６は、アークや過負荷によって電源が遮断された後、手動で電源供給を再開できる手動復帰スイッチ７６６をさらに含むことができる。入力電源端子７８を壁体のコンセントから分離したり、または、手動復帰スイッチ７６６をオフさせ、電源遮断部７６のリレー７６３への電力供給を中断すると、電源遮断部７６は遮断動作前の連結状態に復帰する。手動復帰スイッチ７６６が閉鎖された状態では電源遮断状態が維持され、手動復帰スイッチ７６６が使用者によって開放されると、リレー７６３のソレノイド駆動コイル７６５が磁場を失い、３端子スイッチ７６４のスイッチング導体が元の連結状態、すなわち、端子２に戻ることによって電源経路が再び連結され、電源が再び供給され得る。

図９は、本発明の他の実施例に係る電源遮断装置の大電流アーク検出部を例示した回路図である。

図７、図８及び図９を共に参照すると、平常時に正常な交流電源電流が電源線路ＡＣ２に流れるとき、第１のリードリレー７２１のコイルは、弱い磁場を発生させ、リードスイッチの二つの磁性合金を十分に磁化させることができない。したがって、リードスイッチは、オープンされた状態を維持する。

大電流アークが発生すると、まず、第１のリードリレー７２１のコイルにアークによる大電流が流れ、コイルに形成された磁場の強さが急増しながらリードスイッチの二つの磁性合金を互いに異なる極性で磁化させる。強く磁化された各磁性合金が互いに接触するとリードスイッチが閉鎖され、電源線路ＡＣ１から第３のダイオードＤ３、第４の抵抗Ｒ４、遅延部７３の第４のキャパシタＣ４、第１のリードリレー７２１の閉鎖されたリードスイッチ、第１のスイッチ抵抗ＲＳ１、第４のダイオードＤ４、電源線路ＡＣ２に至る電流経路が形成され、この電流経路に沿って大電流アーク検出電流が流れる。

大電流アーク検出電流によって第４のキャパシタＣ４が充電されながら遅延部７３の第３のスイッチング素子Ｑ３の端子１の電圧が端子２の電圧に比べて十分に低くなると、第３のスイッチング素子Ｑ３が導通しながら端子３と端子１との間に電流経路が形成される。第３のスイッチング素子Ｑ３の端子３から端子１に流れる電流は、アーク検出信号としての役割をしながら第１のスイッチ７６１を構成する第１のフォトカプラーＰＴＣ１を活性化させることができる。

一方、第１のリードリレー７２１でコイルに並列に連結された抵抗は、大電流アークの発生時における電流の迂回経路として機能し、また、アーク検出後にコイルに蓄積されたエネルギーを消耗して磁場を除去することによってリードスイッチを再びオープンさせる素子として機能することができる。

図１０は、本発明の他の実施例に係る電源遮断装置の過負荷検出部７４及び電源遮断部７６を例示した回路図である。

図７、図８及び図１０を共に参照すると、平常時に正常な交流電源電流が電源線路ＡＣ２に流れるとき、第２のリードリレー７４１のコイルは弱い磁場を発生させ、リードスイッチの二つの磁性合金を十分に磁化させることができない。したがって、リードスイッチはオープンされた状態を維持する。

過負荷によって電流が急増すると、まず、第２のリードリレー７４１のコイルに過大電流が流れ、コイルに形成された磁場の強さが急増しながらリードスイッチの二つの磁性合金を互いに異なる極性で磁化させる。強く磁化された磁性合金が接触するとリードスイッチが閉鎖され、動作電圧生成部７５の第８のキャパシタＣ８に充電された電気エネルギーが第２のリードリレー７４１の閉鎖されたリードスイッチを通じて電源遮断部７６のリレー７６３に印加される。

続いて、電源遮断装置７０の電源遮断部７６の構成及び動作を説明する。

電源遮断部７６は、遅延部７３から出力されるアーク検出信号によって通電する第１のスイッチ７６１と、過負荷検出部７４から出力される過負荷検出信号によって活性化され、電源電圧または動作電圧生成部７５の動作電圧に連結したときに駆動され、電源の連結状態を切り替えるリレー７６３とを含むことができる。

アークが発生すると、アーク検出信号が発生しながら第１のスイッチ７６１が閉鎖され、電源線路ＡＣ１とリレー７６３とが連結され、電源線路ＡＣ１からリレー７６３のソレノイド駆動コイル７６５に電源電圧が印加される。

第１のスイッチ７６１は、フォトカプラースイッチＰＴＣ１または通常のリレーで具現することもできる。この場合、アーク検出信号が活性化されたときにフォトカプラースイッチＰＴＣ１内部の発光ダイオードが発光し、受光ダイオードが光を受信しながら通電が行われる。第１のスイッチ７６１がリレーで具現される場合は、微細アーク検出信号が活性化されたときにリレーが閉鎖されながら通電する。フォトカプラーやリレーの特性上、両端が電気的に絶縁され、逆方向に信号が伝達されないので、検出信号の生成や消滅がリレー７６３の動作によって影響を受けない。

過負荷が発生するときは、過負荷検出部７４の第２のリードリレー７４１が閉鎖されながら、リレー７６３の駆動コイル７６５に動作電圧生成部７５に充電された所定レベルの動作電圧が印加される。負荷に正常的に電源が供給される間に動作電圧生成部７５に所定の電気エネルギーが貯蔵されるが、過負荷が検出され、過負荷検出部７４が通電すると、動作電圧生成部７５に貯蔵された電気エネルギーが電源遮断部７６のソレノイド駆動コイル７６５に伝達される。この伝達された電気エネルギーに基づいてリレー７６３が駆動され得る。

リレー７６３は、平常時には３端子スイッチ７６４のスイッチング導体を端子２の位置に維持するが、電源電圧または所定動作電圧の印加時には駆動コイル７６５の磁化によって磁気力でスイッチング導体を端子３の位置に移動させ、３端子スイッチ７６４を切り替えることができる。駆動コイル７６５の磁場が消えると、スイッチング導体は、スプリングなどの復元力によって端子２の位置に復元される。

このようなリレー７６３は、図２のリレー１６３と同様に、磁気維持型リレーで具現することができる。

以上のように、本発明は、限定された実施例と図面に基づいて説明したが、本発明は、前記の実施例に限定されるものではなく、本発明が属する分野で通常の知識を有する者であれば、このような記載から多様な修正及び変形が可能である。したがって、本発明の思想は、下記に記載した特許請求の範囲によってのみ把握すべきであって、これと均等または等価的な変形は、いずれも本発明の思想の範疇に属するものと言えるだろう。

本発明に係る多様なアーク及び過負荷を感知して電力供給を遮断できる電源遮断装置は、電線及び電気器具などの異常状態によって発生し得るスパーク、アーク、過負荷、電圧降下及び過熱による火災などの災害を防止することができ、微細アーク感知及び大型電流型アーク感知などを可能にすることによって、既存の家庭用及び産業用電源遮断装置などに幅広く利用することができる。

Claims (14)

1. 電源線路上の微細アークによる高周波パルス電流によって高周波チョークコイルに誘起される電圧に基づいて第１のスイッチング素子を導通し、前記第１のスイッチング素子が導通する間に微細アーク検出電流を出力する微細アーク検出部と、
   電源線路上の大電流アークによって前記電源線路上に挿入されたコイルで起こった磁場の変動に基づいて第２のスイッチング素子が導通する間に、大電流アーク検出電流を出力する大電流アーク検出部と、
   前記微細アーク検出電流または大電流アーク検出電流を遅延キャパシタに所定の時定数で累積的に充電させ、前記遅延キャパシタの電圧が所定のレベルに至るとアーク検出信号を出力する遅延部と、
   動作電圧が印加されると、負荷側と前記電源線路とを電気的に遮断できる電源遮断部と、
   前記アーク検出信号によって前記電源遮断部に前記動作電圧を連結する第１のスイッチと
   を含む電源遮断装置。
2. 前記微細アーク検出部は、
   前記電源線路に挿入され、前記高周波チョークコイルと閉回路をなすインダクタを含んで、
   前記閉回路は、前記インダクタと前記高周波チョークコイルの端子１との間に第２のキャパシタが直列に連結され、前記インダクタと前記高周波チョークコイルの端子２との間に第１のダイオードと第１のキャパシタが直列に連結され、
   前記高周波チョークコイルの端子２と他の電源線路との間に第４のダイオードが連結され、
   前記高周波チョークコイルは、一端が高周波整流用ダイオードを介して前記第１のスイッチング素子の制御端子と前記第２のキャパシタに共通的に連結され、他端が前記第１のスイッチング素子の入力端子、前記第１のダイオードのアノード及び前記第４のダイオードのアノードに連結される、請求項１に記載の電源遮断装置。
3. 前記大電流アーク検出部は、
   前記電源線路上の大電流アークによる電流変動によって前記電源線路上に挿入されたコイルで磁場の変動が起こると、磁場の変動によって変流器に誘起される電圧に基づいて前記第２のスイッチング素子を導通し、前記第２のスイッチング素子が導通する間に前記第２のスイッチング素子を経て流れるように大電流アーク検出電流を出力する、請求項１または２に記載の電源遮断装置。
4. 前記大電流アーク検出部の第２のスイッチング素子は、リードスイッチであって、
   前記電源線路上の大電流アークによる電流変動によって前記電源線路上に挿入されたコイルで起こる磁場の変動によって前記リードスイッチが導通する間に、前記リードスイッチを経て流れるように大電流アーク検出電流を出力する、請求項１から３のいずれか１項に記載の電源遮断装置。
5. 前記遅延部は、
   前記微細アーク検出電流及び前記大電流アーク検出電流のうち少なくとも一部によって前記遅延キャパシタに充電された電荷を放電する遅延抵抗と、
   前記遅延キャパシタに累積的に充電された電圧が所定レベルに至ると導通する定電圧素子と、
   前記定電圧素子の導通時に導通し、前記アーク検出信号を出力する第３のスイッチング素子と
   を含む、請求項１から４のいずれか１項に記載の電源遮断装置。
6. 前記第１のスイッチは、制御端子に前記アーク検出信号が受信されると、電源線路と前記電源遮断部とを電気的に連結するカップリング素子を含む、請求項１から５のいずれか１項に記載の電源遮断装置。
7. 前記電源遮断部は、
   前記アーク検出信号によって前記第１のスイッチが通電し、前記動作電圧が連結されると、前記負荷側と電気的に絶縁され、前記アーク検出信号の消滅後にも負荷側との電気的な絶縁状態が維持される磁気維持型リレーを含む、請求項１から６のいずれか１項に記載の電源遮断装置。
8. 前記磁気維持型リレーは、
   前記第１のスイッチの通電によって前記動作電圧が連結されたり、または電源線路から電圧が印加されると磁化される駆動コイルと、
   前記駆動コイルの磁化によって磁気的に前記電源線路と負荷側とを連結する位置から、前記電源線路と前記駆動コイルとを連結する位置に切り替えられる３端子スイッチと
   を含む、請求項７に記載の電源遮断装置。
9. 前記電源遮断部は、
   前記３端子スイッチと前記駆動コイルとの間に挿入される手動復帰スイッチをさらに含み、
   前記手動復帰スイッチが前記駆動コイルの動作中に開放されると、前記駆動コイルと電源線路との間の連結が遮断され、前記３端子スイッチが前記電源線路と前記負荷側とを連結する位置に切り替えられる、請求項８に記載の電源遮断装置。
10. 過負荷または短絡による電流変動によって変流器に誘起される交流電圧を整流した直流電圧が所定のレベルを超えると、過負荷検出信号を出力する過負荷検出部をさらに含む、請求項１から９のいずれか１項に記載の電源遮断装置。
11. 前記過負荷検出信号によって前記電源遮断部に前記動作電圧を連結する第２のスイッチをさらに含む、請求項１０に記載の電源遮断装置。
12. 前記電源線路と他の電源線路との間に連結されたキャパシタに整流された電圧を充電し、充電された電圧を前記動作電圧として提供する動作電圧生成部をさらに含む、請求項１１に記載の電源遮断装置。
13. 電源線路上に過負荷または短絡による電流変動によって電源線路上に挿入された第２のコイルで起こる磁場の変動によって第２のリードスイッチが導通する間に、前記動作電圧が前記第２のリードスイッチを経て前記電源遮断部に連結されるように動作する過負荷検出部をさらに含む、請求項１から９のいずれか１項に記載の電源遮断装置。
14. 二つの電源線路間に連結されたキャパシタに整流された電圧を充電し、充電された電圧を前記動作電圧として提供する動作電圧生成部をさらに含む、請求項１３に記載の電源遮断装置。

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