JPH0414730A - 回路遮断器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、負荷側端子に接続された回路素子を短絡電流
等の大電流から保護する機能を備えた回路遮断器に関す
る。

（従来の技術） 一般に、囲路遮断器は、短絡事故等により主回路に大電
流が流れたときに引外し装置により可動接触子を固定接
触子から離間させて大電流を遮断する構成となっている
。しかしながら、引外し装置の作動により大電流が完全
に遮断されるまでには、アークの発生等により若干の時
間遅れを伴うため、その間に、負荷側端子に接続された
半導体開閉素子にも、短時間ながら過電流が流れてしま
うことになる。このため、過電流耐量が小さい半導体開
閉素子が使用されている場合には、その半導体開閉素子
が遮断動作時に流れる過電流により耐熱温度以上に発熱
して破壊されてしまうおそれがあった。

この様な問題を解決するために、従来より、第４図に示
すように、回路遮断器１の負荷側端子に速断ヒユーズ２
を介してトライアック等の半導体開閉素子３を接続し、
この半導体開閉素子３のオン・オフにより負荷４の通断
電を制御する一方、短絡電流等の大電流が流れたときに
は、速断ヒユーズ２の限流遮断により半導体開閉素子３
を保護するようにしたものがある。

また、負荷側の半導体開閉素子が比較的小さい定格（例
えば５０Ａ以下）のときには、高限流遮断器を使用し、
この高限流遮断器の限流効果により半導体開閉素子を保
護することも行われている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、前者（速断ヒユーズ２を直列接続するも
の）は、事故発生後そのままでは直ぐに回路を復旧する
ことができず、速断ヒユーズ２の交換が必要で復旧作業
に手間がかかると共に、速断ヒユーズ２の取付スペース
が必要となって、省スペース化の要請に反する。

一方、後者（高限流遮断器を使用した場合）は、定格電
流の大きい半導体開閉素子になると、高限流遮断器の限
流効果だけでは、その半導体開閉素子の過電流耐量エネ
ルギを超えてしまい、半導体開閉素子を保護できないの
が現状である。

本発明はこの様な事情を考慮してなされたもので、従っ
てその目的は、事故発生後の復旧作業が簡単であると共
に、省スペース化の要請も満たし、しかも、半導体開閉
素子の過電流耐量の大小を問わずその半導体開閉素子を
過電流から確実に保護できる回路遮断器を提供すること
にある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明の回路遮断器は、電源側端子と負荷側端子との間
に、固定接触子と、この固定接触子に接離する可動接触
子とを設けて主回路を構成すると共に、この主回路に短
絡電流等の大電流が流れたときに前記可動接触子を前記
固定接触子から離間させて大電流を遮断する引外し装置
を設けたものにおいて、前記主回路に直列に設けられた
半導体開閉素子と、この半導体開閉素子と並列に設けら
れたバイパス回路と、前記主回路に短絡電流等の大電流
が流れたときにオンして前記バイパス回路を前記主回路
に短絡させる転流用スイッチと、前記半導体開閉素子に
対して過負荷電流が流れたときにそれを検知して前記半
導体開閉素子をオフさせる過負荷電流保護手段とを具備
して成るものである。

（作用） 主回路に短絡電流等の大電流が流れたときには、引外し
装置が作動して可動接触子を固定接触子から離間させて
大電流を遮断する。この遮断動作と同時に、転流用スイ
ッチが閉成してバイパス回路を主回路に短絡させ、それ
によって大電流をバイパス回路側に転流させることによ
り、半導体開閉素子を大電流から保護する。

ところで、短絡電流はど電流値が大きくなくて、引外し
装置が作動しないような場合でも、半導体開閉素子にと
っては過負荷電流になる場合があり、そのような過負荷
電流を半導体開閉素子に流し続けると、その半導体開閉
素子が故障してしまう。

それ故、上記構成では、半導体開閉素子に対して過負荷
電流が流れたときには、過負荷電流保護手段がそれを検
知して半導体開閉素子をオフさせる。これにより、半導
体開閉素子を過負荷電流から確実に保護できる。

しかも、半導体開閉素子、バイパス回路や過負荷電流保
護手段が回路遮断器に組み込まれているので、これらを
回路遮断器の外部に設けた場合に比して、回路遮断器の
周辺回路をコンパクト化できる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を第１図乃至第３図に基づいて
説明する。

まず、回路遮断器の機械的構成を第２図に基づいて説明
する。この回路遮断器の本体ケース１１の左右両側には
、電源側端子１２と負荷側端子１３とが設けられている
。そして、電源側端子１２には、右側部分が０字状に曲
成された固定接触子１４が接続され、この固定接触子１
４の先端部の上面には、固定側接点１４ａが固着されて
いる。

この固定接触子１４の上方には、可動接触子１５が軸１
６を介して上下回動可能に設けられ、この可動接触子１
５の先端部の下面に固着された可動側接点１５ａが固定
接触子１４の固定側接点１４ａと接離するようになって
いる。そして、可動接触子１５は、操作ハンドル１７に
リンク機構１８を介して連結され、その操作ハンドル１
７を第２図の状態から右方向に回動操作することにより
、可動接触子１５の可動側接点１５ａを固定接触子１４
の固定側接点１４ａに接触させた状！！３（閉路状態）
に復帰させることができるようになっている。

一方、リンク機構１８の右側には引外し装置１９が設け
られている。この引外し装置１９は、非磁性体製のオイ
ルケース２０に瞬時用外しコイル２１を巻装し、この瞬
時用外しコイル２１の一端を可撓導体２２を介して可動
接触子１５に接続すると共に、その瞬時用外しコイル２
１の他端を、過負荷電流を検出するバイメタル２３の加
熱用のヒータ２３ａに接続している。そして、このバイ
メタル２３のヒータ２Ｂｇの下端部には、左方向に延び
る固定導体２４が接続され、この固定導体２４の左端部
に、転流用スイッチ２５の可動導体２６がピン２７を介
して上下回動可能に支持され、この可動導体２６の右端
部下面に可動側接点２８が設けられている。この可動側
接点２８の下方には、固定側接点２９を有する固定導体
３０が右方向に突出するように設けられ、この固定導体
３０の右端部が負荷側端子１３に接続されている。これ
によって、転流用スイッチ２５の固定側接点２９から固
定導体３０を介して負荷側端子１３へ至るバイパス回路
３２が構成されている。

一方、転流用スイッチ２５の可動導体２６は、可撓導体
３３を介してトライアック等の半導体開閉素子３４の一
方の端子に接続され、この半導体開閉素子３４の他方の
端子が負荷側端子１３に接続されている。従って、負荷
電流が流れる主回路３５は、電源側端子１２−固定接触
子１４−可動接触子１５−可撓導体２２−瞬時用外しコ
イル２１−ヒータ２３ａ−固定導体２４−可動導体２６
−可撓導体３３−半導体開閉素子３４−負荷側端子１３
の経路となる。そして、この主回路３５中の半導体開閉
素子３４に対し、前記バイパス回路３２が並列に設けら
れた構成となっている。

一方、転流用スイッチ２５の可動導体２６はばね５０に
より上方に付勢されて、常には、第１図に示すように可
動側接点２８が固定側接点２９から離間した状態に保持
され、バイパス回路３２と主回路３５との間が開放され
た状態に維持される。

この状態では、負荷電流はバイパス回路３２へ転流（分
流）せず、可動導体２６−可撓導体３３−半導体開閉素
子３４−負荷側端子１３の経路で流れる。この場合、主
回路３５の固定導体２４と可動導体２６とが互いに平行
に設けられて、負荷電流が互いに逆方向に流れるように
なっており、短絡電流等の大電流が流れたときには、固
定導体２４と可動導体２６との間に逆方向電流による電
磁反発力が発生して、可動導体２６をばね５０に抗して
下方に回動させ、第２図に示すように可動側接点２８を
固定側接点２９に接触させて、バイパス回路３２を主回
路３５に短絡させるようになっている。

而して、本体ケース１１内には、半導体開閉素子３４を
過負荷電流から保護する過負荷電流保護手段３６が設け
られている。この過負荷電流保護手段３６は、過負荷電
流を検知する手段としてヒータ２３ａ付きのバイメタル
２３を備え、過負荷電流が流れたときには、バイメタル
２３が変形［７て常閉接点３７（第１図参照）を開放す
る。この常閉接点３７は、フォトカブラ３８の発光素子
である発光ダイオード３９と直列に接続され、この直列
回路の両端が本体ケース１１に設けられた外部制御端子
４０．４１に接続されている。一方、フォトカブラ３８
の受光素子であるフォトサイリスタ４２は、そのアノー
ド側が直流電源４３を介して半導体開閉素子３４（トラ
イアック）のゲートに接続され、カソード側が抵抗４４
を介して負荷側端子１３側に接続されている。

以上のように構成された過負荷電流保護手段３６が組み
込まれた回路遮断器を使用する場合には、第１図に示す
ように、電源側端子１２と負荷側端子１３との間に、交
流電源４６と負荷４５とを直列に接続すると共に、外部
制御端子４０．４１間に外部操作スイッチ４７と外部直
流電源４８とを直列に接続する。

次に、上記構成の作用について説明する。負荷４５への
通電を開始する場合には、操作ハンドル１７の回動操作
により可動接触子１５を固定接触子１４に接触させて主
回路３５を閉路すると共に、外部操作スイッチ４７をオ
ン操作する。これにより、外部直流電源４８から常閉接
点３７を通してフォトカブラ３８の発光ダイオード３９
に通電され、この発光ダイオード３９の発光によりフォ
トサイリスタ４２がターンオンして、半導体開閉素子３
４にゲート電流を流し、この半導体開閉素子３４をター
ンオンさせる。この状態では、交流電源４６から電源側
端子１２−固定接触子１４−可動接触子１５−可撓導体
２２−瞬時用外しコイル２１−ヒータ２３ａ−固定導体
２４−可動導体２６−可撓導体３３−半導体開閉素子３
４−負荷側端子１３−負荷４５という経路で負荷電流が
流れる。その後、短絡事故等により主回路３５に大電流
が流れると、瞬時用外しコイル２１によって引外し装置
１９が動作し、可動接触子１５を固定接触子１４から開
離させて遮断動作を開始する。このとき同時に、固定導
体２４と転流用スイッチ２５の可動導体２６との間に逆
方向の過電流が流れて電磁反発力が発生し、その電磁反
発力により可動導体２６をばね５０に抗して下方に回動
させ、第２図に示すように可動側接点２８を固定側接点
２９に接触させて、バイパス回路３２を主回路３４に短
絡させる。これにより、主回路３５の大電流は、転流用
スイッチ２５の両接点２８．２９を通してバイパス回路
３２に転流分流される。このときの分流比は、可撓導体
３３の抵抗ｒｌ、半導体開閉素子３４の抵抗ｒ２、バイ
パス回路３２の抵抗「１、両接点２８．２９の接触抵抗
ｒ４とすると、半導体開閉素子３４の電流ＩＲとバイパ
ス回路３２の電流Ｉ、との比は、次のようになる。

ＩＲ：　Ｉｓ　−（ｒ３＋ｒ４）：　（ｒ＋　＋ｒ２）
この場合、バイパス回路３２の抵抗ｒ、は、主として固
定導体３０（銅導体）の抵抗で極めて小さく、且つ両接
点２８．２９の接触抵抗ｒ４も極めて小さいことは明ら
かであるから、半導体開閉素子３４の電流ＩＲとバイパ
ス回路３２の電流Ｉ５との大小関係は、ＩＲ（（１５と
なる。

ところで、遮断動作時には、第３図（ａ）に示すように
、推定短絡電流Ｉｎに対して、可動接触子１５と固定接
触子１４の接点１４ａ、１５Ｂ間のアーク抵抗による限
流により遮断電流１ｃは限流され、電流ピーク値はＰｌ
からＰ２に低下する。

この遮断電流１ｅは、遮断動作開始後ｔ、において、前
述したように転流用スイッチ２５の両接点２８．２９が
閉成してバイパス回路３２を主回路３５に短絡させるこ
とにより、半導体開閉素子３４に流れる電流ＩＲは第３
図（ｂ）のように急激に減少する一方、バイパス回路３
２には、第３図（ｃ）に示すようにｔｌから電流Ｉｓが
転流分流し始める。この結果、半導体開閉素子３４に流
れる電流ＩＲは、従来に比し著しく小さくなり、半導体
開閉素子３４をジュール熱による溶損・焼損から確実に
保護できる。しかも、前述した転流用スイッチ２５の開
成によるバイパス回路３２への転流分流は、半導体開閉
素子３４Ω過電流耐量の大小を問わず円滑に行われるの
で、従来の高限流遮断器とは異なり、半導体開閉素子３
４をその過電流耐二の大小を問わず短絡事故時の過電流
から確実に保護できる。

ところで、短絡電流はど電流値が大きくなくて、引外し
装置１９が作動しないような場合でも、半導体開閉素子
３４にとっては過負荷電流になる場合があり、そのよう
な過負荷電流を半導体開閉素子３４に流し続けると、そ
の半導体開閉素子３４が故障してしまう。

これに対処するため、上記実施例では、半導体開閉素子
３４に対して過負荷電流が流れたときには、過負荷電流
保護手段３６のバイメタル２３がヒータ２３ａの発熱に
より変形して常閉接点３７を開放する。これにより、フ
ォトカブラ３８の発光ダイオード３９が断電されて、フ
ォトサイリスタ４２がターンオフし、それによって半導
体装置素子３４のゲート電流が遮断されて、この半導体
開閉素子３４がターンオフする。このターンオフにより
、主回路３５が開路して過負荷電流が遮断され、半導体
開閉素子３４が過負荷電流から確実に保護される。

そして、短絡事故発生後に復旧する場合には、操作ハン
ドル１７を時計回り方向へ回動すれば、それに連動する
リンク機構１８により可動接触子１５が押し下げられて
、その可動接触子１５の接点１５ａが固定接触子１４の
接点１４ａに接触し、主回路３５が閉路される。従って
、従来のような速断ヒユーズ２の取換という面倒な作業
が不要で、復旧作業が極めて簡単である。

しかも、回路遮断器の本体ケース１１内に半導体開閉素
子３４．バイパス回路３２や過負荷電流保護手段３６が
組み込まれているので、本体ケース１１の外部に従来の
ような速断ヒユーズ２や半導体開閉素子３４等の配設ス
ペースが不要であり、省スペース化・コンパクト化の要
請も満たす。

尚、上記実施例では、半導体開閉素子３４に流れる過負
荷電流を検出する手段として、ヒータ２３ａ付きのバイ
メタル２３を用いたが、これに代え、変流器等の電流検
出手段により過負荷電流を検出し、その検出信号を増幅
回路等を含む電子回路で処理して、半導体開閉素子３４
のゲート電流を遮断する構成としても良い。

或は、半導体開閉素子３４として、トライアックやサー
ミスタに代えてインテリジェントパワーＩＣを採用し、
その半導体開閉素子そのものが過負荷電流を検出して自
己遮断するようにしても良い。この場合には、半導体開
閉素子自体に過負荷電流保護手段を備えた構成となる。

更に、短絡事故発生時に主回路３５からバイパス回路３
２への転流を促進するために、半導体開閉素子３４と直
列に限流接点（短絡電流により発生する電磁反発力によ
って開放する接点）を設ける構成としても良い。

その他、本発明は、例えばリンク機構１８や引外し装置
１９の構成を適宜変更しても良い等、種々の変形が可能
である。

［発明の効果コ 本発明は以上の説明から明らかなように、主回路に直列
に半導体開閉素子を設けると共に、この半導体開閉素子
と並列にバイパス回路を設け、前記主回路に短絡電流等
の大電流が流れたときには、転流用スイッチがオンして
前記バイパス回路を前記主回路に短絡させる一方、前記
半導体開閉素子に対して過負荷電流が流れたときには、
過負荷電流保護手段がそれを検知して前記半導体開閉素
子をオフさせる構成としたので、短絡事故発生時の大電
流を速やかにバイパス回路へ転流させて、半導体開閉素
子に大電流が流れないようにすることができると共に、
短絡電流はど電流値が大きくなくても半導体開閉素子に
とって過負荷となるような電流が流れたときには、過負
荷電流保護手段によって半導体開閉素子をオフさせるこ
とにより過負荷電流を遮断できて、半導体開閉素子を過
負荷電流から確実に保護でき、しかも従来の高限流遮断
器とは異なり、半導体開閉素子の過電流耐量の大小を問
わず保護できる利点がある。その上、事故発生後に復旧
する場合でも、従来のような速断ヒユーズの取換という
面倒な作業が不要で、復旧作業が極めて簡単である。更
に、回路遮断器に半導体開閉素子、バイパス回路や過負
荷電流保護手段が組み込まれているので、回路遮断器の
外部に従来のような速断ヒユーズや半導体開閉素子等の
配設スペースが不要であり、省スペース化・コンパクト
化の要請も満たす。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は本発明の一実施例を示したもので、
第１図は電気回路図、第２図は全体の縦断正面図、第３
図（ａ）乃至（ｃ）は遮断動作時の各部の電流の経時的
変化を示す図である。そして、第４図は従来例を示す電
気回路図である。 図面中、１１は本体ケース、１２は電源側端子、１３は
負荷側端子、１４は固定接触子、１５は可動接触子、１
７は操作ハンドル、１８はリンク機構、１９は引外し装
置、２１は瞬時切外しコイル、２３はバイメタル、２３
ａはヒータ、２４は固定導体、２５は転流用スイッチ、
２６は可動導体、３０は固定導体、３２はバイパス回路
、３４は半導体開閉素子、３５は主回路、３６は過負荷
電流保護手段、３７は常閉接点、３８はフォトカブラ、
３９は発光ダイオード、４０及び４１は外部制御端子、
４２はフォトサイリスク、４５は負荷、４７は外部操作
スイッチである。 出願人　　株式会社　　東　　芝

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、電源側端子と負荷側端子との間に、固定接触子と、
   この固定接触子に接離する可動接触子とを設けて主回路
   を構成すると共に、この主回路に短絡電流等の大電流が
   流れたときに前記可動接触子を前記固定接触子から離間
   させて大電流を遮断する引外し装置を設けた回路遮断器
   において、前記主回路に直列に設けられた半導体開閉素
   子と、この半導体開閉素子と並列に設けられたバイパス
   回路と、このバイパス回路と前記主回路との間を開閉す
   るように設けられ前記主回路に短絡電流等の大電流が流
   れたときにオンして前記バイパス回路を前記主回路に短
   絡させる転流用スイッチと、前記半導体開閉素子に対し
   て過負荷電流が流れたときにそれを検知して前記半導体
   開閉素子をオフさせる過負荷電流保護手段とを具備して
   成る回路遮断器。