JPH0353843B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は配線用しや断器として最適な回路しや
断器に関するものである。

第１図に従来の電子式配線用しや断器の回路構
成を示す。

第１図において、電源１からしや断器の主回路
部（接点部）２、変流器３，３−１，３−２，３
−３を介して、負荷４に電力を供給している。主
回路のＲ相の電流をＲ相に接続した変流器３−１
により、主回路のＳ相の電流をＳ相に接続した変
流器３−２により、主回路のＴ相の電流をＴ相に
接続した変流器３−３によりそれぞれ検出して、
ダイオード５−１，５−２，５−３，５−４，５
−５，５−６からなる３相全波の整流器５に導
き、整流した後、定電圧ダイオード７を介して抵
抗器６に電流を流して電圧信号に変換し、この電
圧信号を制御回路８に供給している。主回路の電
流が異常値になつた時は、制御回路８で異常と判
定し、NPNトランジスタ９にベース信号を供給
してNPNトランジスタ９をオンにスイツチング
させ、引きはずしコイル１０を励磁させて、しや
断器の主回路部２を開路するようにしていた。３
相全波の整流器５の出力を電源回路１１の入力と
して供給し、電源回路１１の出力を制御回路８の
制御電源として供給していた。

しかるに、この場合主回路の電流検出に変流器
３を使用しているために、主回路の定格電流が例
えば3000Aで、変流器の２次定格電流として普通
使用される50mAを採用する場合を考えると、変
流器の１次側は導体のブスであるため巻回数は１
となる。このために２次巻線の巻回数は６万回と
なり、巻線工数が大幅に増加して、経済性が著し
く低下し、また、２次巻線の巻線回数が多いため
所要スペースが大となる欠点がある。更に、２次
巻線の巻回数が多いため、２次巻線の抵抗値が数
キロオームと大きくなり、変流器自体で消費され
る電力が大きく主回路電流の４〜５倍迄しか１次
側と２次側の電流が比例しないという欠点があつ
た。このため、本来この場合に必要な主回路電流
の10〜16倍迄のリニアリテイーはどうしても得ら
れないという欠点があつた。

これに対して、２次側の電流値を大きくして、
巻回数を減らすようにしても、２次側は抵抗負荷
が接続されているため２次側の負担分はI²Rで決
まり、電流大の領域では、やはり負担が大きくな
るため変流器の鉄心が大きくなり、また主回路に
短絡故障が生じた場合、変流器の２次側に非常に
大きな過電圧が発生するという問題があつた。こ
のため、結局前述の如く２次巻線の巻回数を多く
して、２次電流を小さくして使用せざるを得なか
つた。

従つて、上述した欠点をさけることができなか
つた。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもの
で、主回路の電流が（例えば5000A程度の）大電
流となつても主回路の電流と検出電流が、確実に
比例し、コンパクトでしかも経済性のよい、電子
式の回路しや断器を提供することを目的としてい
る。

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明す
る。

第２図は、本発明の第１の実施例による回路し
や断器の回路構成を示すものである。

第２図において、３相電源１にはしや断器の主
回路部２が接続され、この主回路部２には、ホー
ル素子を用いた電流センサ１２が接続される。こ
の電流センサ１２は、外被絶縁ブス１２−１，１
２−２，１２−３およびホール素子１２−４，１
２−５，１２−６から構成される。外被絶縁ブス
１２−１，１２−２，１２−３にはさらに変流器
１３，１４，１５の１次側導体が接続され、変流
器１３，１４，１５の１次側導体にはさらに３相
負荷４が接続される。変流器１３，１４，１５の
各第１の出力巻線１３−１，１４−１，１５−１
にはそれぞれダイオード１６−１，１６−２，１
６−３，１６−４，１６−５，１６−６から構成
された３相全波の整流器１６が、接続される。３
相全波の整流器１６の出力端間には、定電圧ダイ
オード１７が接続される。この定電圧ダイオード
１７の両端はセンサ用電源回路としての安定化電
源回路１８の入力に接続される。安定化電源回路
１８の出力は可変抵抗器１９，２０，２１を各別
に介してホール素子１２−１，１２−２，１２−
３にそれぞれ制御電流を供給するように接続され
る。変流器１３，１４，１５の各第２の出力巻線
１２−２，１３−２，１４−２，１５−２には、
ダイオード５−１，５−２，５−３，５−４，５
−５，５−６から構成された３相全波の整流器５
が接続される。この整流器５の出力端間には、定
電圧ダイオード７１と定電圧ダイオード７２の直
列回路が接続される。この定電圧ダイオード７
１，７２の直列回路の両端つまり整流器５の出力
は制御回路用の電源回路２２の入力に接続され
る。電源回路２２の出力端は制御回路８に接続さ
れる。電流センサ１２のホール素子１２−４，１
２−５，１２−６の各出力は制御回路８の入力に
接続される。制御回路８の第１の出力はNPNト
ランジスタ９のベースとエミツタに接続される。
制御回路８の第２の出力は引はずしコイル１０と
直列接続されたNPNトランジスタ９のコレクタ
とエミツタ間により閉回路を構成するように接続
される。このようにして、回路しや断器が構成さ
れる。

次に、このような構成における動作について述
べる。

第２図において、電源１からしや断器の主回路
部２電流センサ１２の外被絶縁ブス１２−１，１
２−２，１２−３および変流器１３，１４，１５
の一次側導体を介して３相負荷４に電力が供給さ
れる。変流器１３，１４，１５の第１の出力巻線
１３−１，１４−１，１５−１（図示のごとく星
形に接続されている）の出力は３相全波の整流器
１６に導かれ、変流器１３，１４，１５の第１の
出力巻線１３−１，１４−１，１５−１の出力信
号は直流に変換されて、安定化電源回路１８の入
力に供給される。定電圧ダイオード１７は、主回
路に短絡故障などにより大電流が発生した時に変
流器１３，１４，１５の第１の出力巻線１３−
１，１４−１，１５−１に発生する過電圧を抑制
する作用をする。安定化電源回路１８の出力は、
可変抵抗器１９，２０，２１を各別に介して、電
流センサ１２のホール素子１２−４，１２−５，
１２−６に制御電流を供給する。可変抵抗器１
９，２０，２１は３相主回路の導体の配置による
磁界発生の各相の電流値に対するずれと、ホール
素子１２−４，１２−５，１２−６のそれぞれの
ばらつきをホール素子１２−４，１２−５，１２
−６に供給する制御電流を調整して補正するため
のものである。変流器１３，１４，１５の第２の
出力巻線１３−２，１４−２，１５−２（図示の
ように星形に結線されている）の出力は３相全波
の整流器５に導かれ、変流器１３，１４，１５の
第２の出力巻線１３−２，１４−２，１５−２の
出力信号は直流に変換されて、電源回路２２の入
力側に供給される。定電圧ダイオード７１，７２
は主回路に短絡故障などによる大電流が発生した
ときに変流器１３，１４，１５の第２の出力巻線
１３−２，１４−２，１５−２に発生する過電圧
を抑制する作用をする。電源回路２２の出力側か
ら制御回路８に電力を供給する。ホール素子１２
−４，１２−５，１２−６に制御電流を供給する
と、ホール素子１２−４，１３−４，１４−４に
はＲ相、Ｓ相、Ｔ相の各主回路電流により生ずる
磁界により、制御電流および主回路電流による磁
界と垂直の方向に主回路電流に比例した出力電圧
を発生する。ホール素子１２−４，１２−５，１
２−６の出力電圧は制御回路８に送られて、増幅
される。主回路に異常電流が流れた時は、ホール
素子１２−４，１２−５，１２−６の出力にそれ
と比例した出力電圧が得られ、制御回路８で異常
と判定されると制御回路８からNPNトランジス
タ９にベース信号を供給して、NPNトランジス
タ９をオンとし、引はずしコイル１０を励磁させ
て、しや断器の主回路部２を開路する。

前述のホール素子を用いた電流センサ１２の第
１の例の構成を第３図に示す。

第３図において、３１はホール素子、３２はホ
ール素子３１をほぼ環状をなす鉄心３５に設けら
れたギヤツプに取付ける絶縁コンパウンド、３３
は鉄心３５の中空部を貫通する主回路導体、３４
は主回路導体３３と鉄心３５とを絶縁するための
絶縁スペーサ、３６は変流器の第１の出力巻線、
３７は変流器の第２の出力巻線である。

このような、磁気リングからなる電流センサを
用いると、小さい電流領域でも確実に主回路電流
を検出できる。また、回路しや断器全体として
も、主回路に大電流が流れた場合でも、ホール素
子３１を用いた検出方式であるために変流器を用
いた時のように変流器の２次に過電圧が生ずると
いうことがないため回路構成が簡単となる。更に
安全性も向上する。鉄心３５が大電流領域でも飽
和しないですみ、変流器よりもはるかに直線性の
範囲を大きくとれる。更に、変流器の時の２次側
インピーダンスに比してホール素子の場合は鉄心
の負担を極めて小さくできるので磁気リングの鉄
心３５も小さくすることができる。これに加えて
磁気リングと変流器の鉄心を１つにして共用する
ため極めてコンパクトで且つ安価な電流センサー
となる。鉄心３５にギヤツプを設けているため、
主回路に直流分の含有率が大きいときでも、鉄心
３５が飽和することがなく、主回路電流を確実に
検出できる。変流器では忠実に検出しにくい欠点
があつたが、この構成によれば該欠点は、確実に
除去される。

このような（第２図に示したような）構成の回
路しや断器とすれば、変流器１３，１４，１５は
主回路に比例した２次出力を得る必要はなく単に
電源を得るだけでよい。このため変流器１３，１
４，１５の鉄心は、安価な鉄心を使用できる。ま
た、仮に半サイクル中の１部分が飽和していて
も、電源のパワーさえ取り出せればよいので、鉄
心を小さくすることができ、従来のように変流器
にて信号と電源の両方を得る方式に比して、極め
てコンパクトで且つ安価となる。鉄心も従来のけ
い素鋼板による積層鉄心よりも安価でしかも成型
のしやすい圧粉鉄心が使用可能となり、著しい工
数低減が実現できる。このため、極めて安価に製
造できるという利点もある。さらに電源を得るだ
けの目的で変流器を使用するため変流器の出力に
は非直線性素子である定電圧ダイオードを用いて
必要な電源電圧に抑制することができる。このた
め、大電流領域での変流器の２次インピーダンス
が小さくなり、大電流領域でも、従来の変流器の
出力から信号と電源を得る方式に比し、通電幅が
数倍大きくとれるため、安定化電源回路１８、電
源回路２２のフイルタ等もコンパクトになるとい
う利点がある。また、ホール素子１２−４，１２
−５，１２−６への制御電流の供給は変流器１
３，１４，１５の第１の出力巻線から供給し、ホ
ール素子１２−４，１２−５，１２−６の出力は
変流器１３，１４，１５の第２の出力巻線側の回
路に接続するためホール素子１２−４，１２−
５，１２−６の制御電流の入力端子と検出信号の
出力端子との間の絶縁が容易にでき、電位の混触
が確実に防止できる。

以上詳述したように、本発明によれば、磁気リ
ングと変流器の鉄心を１つにして共用するため極
めてコンパクトで且つ安価でしかも性能のよい回
路しや直線性素断器を提供することができる。

なお、本発明は、上述し且つ図面に示す実施例
にのみ限定されることなくその要旨を変更しない
範囲内で種々変形して実施することができる。

例えば、第５図は本発明の第２の実施例の構成
を示すものであり、第２図におけるホール素子１
２−４，１２−５，１２−６を直列接続し、制御
電流の供給を抵抗２３を介してこの直列回路に供
給する構成としたものである。この構成は、ホー
ル素子のばらつきが小さいとき、主回路の各相の
磁界の発生のずれが、各相の電流値に対して小さ
いときに使用でき、回路構成がさらに簡単となる
利点がある。

また第６図は本発明の第３の実施例の構成を示
すものであり、第２図の可変抵抗器１９，２０，
２１を固定抵抗器２４，２５，２６に置き替え、
且つ変流器１３，１４，１５を２次巻線が１個の
変流器２７，２８，２９とし、ホール素子１２−
４，１２−５，１２−６への制御電流の供給とホ
ール素子出力の増幅判定と、引はずしコイル１０
の励磁のための制御回路８の電源供給を全て変流
器２７，２８，２９の２次出力からとるようにし
たものである。この構成は、制御回路８の中に
DC−DCコンバータを設け、DC−DCコンバータ
の変圧器により絶縁された制御電圧を得るように
しこれをホール素子の制御電流として供給するよ
うにして第２図の場合と同様の機能を得るように
したものであり、構成が極めて簡単となる。

又、第４図は本発明の第３の実施例の電流セン
サの構成を示すものである。これは、第６図の構
成における変流器２７，２８，２９の鉄心にギヤ
ツプを設けこのギヤツプ内にホール素子を設けて
電流センサを構成したものである。

第４図において、４１はホール素子、４２はコ
ンパウンド、４３は主回路導体、４４は絶縁スペ
ーサ、４５は鉄心、４６は変流器の２次巻線であ
る。

この場合も、磁気リングと変流器の鉄心を１つ
にして共用するため極めてコンパクトとなる利点
がある。このため、構成も簡単で経済性も極めて
向上する利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の電子式配線用しや断器一例の構
成を示す回路図、第２図は本発明の第１の実施例
の構成を示す回路図、第３図は第２図および第５
図における電流センサの具体的な構成の例を示す
図、第４図は第６図における電流センサの具体的
な構成の例を示す図、第５図は本発明の第２の実
施例の構成を示す回路図、第６図は本発明の第３
の実施例の構成を示す回路図である。 １…電源、２…しや断器の主回路部（接点部）、
４…負荷、５，１６…３相全波整流器、８…制御
回路、９…NPNトランジスタ、１０…引はずし
コイル、１２…電流センサ、１２−１，１２−
２，１２−３…外被絶縁ブス、１２−４，１２−
５，１２−６，３１，４１…ホール素子、１３，
１４，１５，２７，２８，２９…変流器、１７，
７１，７２…定電圧ダイオード、１８…安定化電
源回路、１９，２０，２１…可変抵抗器、２２…
電源回路、２３，２４，２５，２６…抵抗器、３
５，４５…鉄心。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ホール素子を用いた電流センサを主回路の導
   体に付設し、前記主回路に変流器を直列に設け、
   この変流器の２次巻線から電源回路に電力を供給
   し、電流センサのホール素子の出力検出およびこ
   の検出に基づく引きはずしコイルの励磁を行う制
   御回路への電力並びに前記ホール素子への制御電
   流を前記電源回路から供給するものであつて、前
   記電源回路に電力供給を行う変流器の鉄心にギヤ
   ツプを形成し、このギヤツプにホール素子を設け
   て電流センサを構成したことを特徴とする回路し
   や断器。