JPH0480491B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は機械的な回路遮断機構とサイリスタの
ような半導体スイツチング素子による高速遮断回
路とを組み合わせたブレーカに関するものであ
る。

〔背景技術〕

第１図は従来の一般的な回路遮断器の内部構成
を示す正面図である。同図において、１および２
は端子金具であり、電源から負荷への電流経路内
に介装される。負荷に流れる電流が過大であると
きには、検出コイル３が動作して連動アーム４を
介して引外し機構５が動作し、可動接点６と固定
接点７とを引外すものである。８はハンドルであ
り、可動接点６と固定接点７とを手動でオンオフ
させるものである。また９は消弧装置であり、可
動接点６と固定接点７との開離時に発生するアー
クを消弧するようになつている。しかしながら、
このような従来例にあつては、機械的な引外し機
構５が使用されているので、その応答速度はメカ
の送れによつて決定され、普通10ｍsec程度であ
る。したがつて負荷側に半導体回路のような耐量
の少ない回路が使用されている場合には、上述の
ような遮断動作の遅れによつて負荷が破壊されて
しまうおそれがあつた。

〔発明の目的〕

本発明は上述のような点に鑑みて為されたもの
であり、機械的な回路遮断機構とサイリスタのよ
うな半導体スイツチング素子による高速遮断回路
とを組み合わせて、負荷電流の高速遮断を可能に
し、耐量の少ない負荷を保護できるようにしたブ
レーカを提供することを目的とするものである。

〔発明の開示〕

以下、本発明の構成を図示実施例について説明
する。第２図は本発明の一実施例の回路図であ
る。同図において、１０は機械的遮断機構であ
り、従来のサイリスタ保護用のサーキツトプロテ
クタあるいはブレーカよりなる。１１は高速遮断
用のサイリスタであり、負荷端子T₃，T₄間を短
絡して負荷に供給される電流をバイパスして、過
電流が負荷に供給されたり、過電圧が負荷に印加
されたりすることを防止するものである。１２は
電流検出用の抵抗であり、この抵抗１２の両端間
に発生する電圧は過電流検知回路１３に入力され
て、過電流検出用に使用されるものである。１５
は過電圧検知回路であり、負荷に過大な電圧が印
加されることを検知するために設けてあり、この
過電圧検知回路１５と過電流検知回路１４とで異
常検知手段が構成されている。しかして負荷側に
流れる電流が過大であるときには、過電流検知回
路１３からゲートドライブ回路１４に信号が入力
され、サイリスタ１１がトリガされる。ゲートド
ライブ回路１４には過電圧検知回路１５の出力も
入力されており、負荷端子T₃，T₄間に出力され
る電圧が過大であるときには、過電圧検知回路１
５からゲートドライブ回路１４に信号が入力さ
れ、サイリスタ１１がトリガされる。サイリスタ
１１は一旦トリガされると、そのまま導通状態に
保持されるものであり、これによつて機械的遮断
機構１０には短絡電流が流れる。この機械的遮断
機構１０には、過電流を検出する検出コイル３
と、検出コイル３よつて強制的に開離される引外
し接点１６とを有しており、常時は引外し接点１
６が閉成されているが、サイリスタ１１のオン時
には短絡電流によつて約10ｍsec程度の応答速度
で引外し接点１６が開離するようになつている。
したがつて電源端子T₁，T₂の側から見た遮断速
度は、従来通りに機械的遮断機構１０のメカの遅
れによつて定まることになる。しかしながら負荷
端子T₃，T₄の側から見たときには、サイリスタ
１１がターンオンするとこのサイリスタ１１で負
荷T₃，T₄間を短絡して負荷に供給される電流を
遮断するので、つまりはサイリスタ１１で負荷に
電流が供給されないように電流をバイパスするの
で、その遮断速度はサイリスタ１１のオン時間で
ある10μsec程度にまで高速化されるものである。
第３図はその素子を表わした特性図である。同図
において、実線は従来のサイリスタ保護用のサー
キツトプロテクタの遮断特性を示しており、横軸
は負荷電流が定格電流の何％であるかを示し、縦
軸はその場合の遮断速度が何secであるかを示し
ている。同図から明らかなように、従来のサーキ
ツトプロテクタのような機械的遮断機構１０のみ
を使用した場合には、負荷電流が定格電流の200
％以上の領域でも遮断速度は約10ｍsec程度とな
つている。一方、第３図における破線で示す特性
は、第２図実施例回路のようにサイリスタ１１よ
りなる高速遮断回路を付加した場合の遮断特性で
あり、サイリスタ１１のオン時間に相当する
10μsec程度の遮断速度を実現しているものであ
る。第３図において破線イは、過電流検出回路１
３の動作点を負荷電流が定格電流の200％に達し
た点に設定した例を示しており、また破線ロは、
上記動作点を負荷電流が定格電流の500％に達し
た点に設定した例を示している。この破線イ，ロ
に示すように過電流検出回路１３の動作点を第３
図の図示Ｐの範囲内で可変とすることにより、回
路遮断を行なう負荷電流の大きさを自由に設定す
ることができるものである。なお機械的遮断機構
１０の接点１６が開離した場合にはサイリスタ１
１に流れる電流は遮断されるので、サイリスタ１
１はターンオフして非導通状態に戻るものであ
る。

ところで第２図実施例において用いる機械的遮
断機構１０の構成については、上述のように従来
のサイリスタ保護用のサーキツトプロテクタある
いはブレーカをそのまま使用すればよいものであ
るが、一例として第１図従来例のブレーカをその
まま使用する場合について説明する。第４図は第
１図図示のブレーカの構成部品を示す図であり、
第５図は第１図図示のブレーカの断面図である。
また第６図乃至第８図はそれぞれ上記第１図図示
のブレーカの接点閉成時、過電流遮断動作時、お
よび短絡電流遮断動作時の断面図である。上記各
図において、過電流または短絡電流を検出するた
めの保護センサ１７には断面が実質的に矩形の磁
性体ヨーク１８並びに長手のシリンダ１９が包有
されている。前期シリンダ１９は上端部が開口し
た非磁性体、好ましくは真鍮でなる下部シリンダ
体２０と、両端部が開口した非磁性体、好ましく
はプラスチツクでなり、下部シリンダ体２０より
僅かに大径の上部シリンダ体２１とが具備され、
前記下部シリンダ体２０上端部の開口並びに上部
シリンダ体２１の開口には両シリンダ体２０，２
１を相連結するように磁気ヘツド２２が嵌着され
ている。また前記下部シリンダ体２０内には粘性
流体、好ましくはシリコンオイルが封入されると
共に、磁性体のオイルプランジヤ２３並びに通常
前記オイルプランジヤ２３を下部シリンダ体２０
の下端内面に向つて弾圧するコイルスプリング２
４が収容され、且前記ヨーク１８の下辺部２５中
央を貫通し一部が下向きに突出せしめられて前記
下辺部２５に対し固定されている。更に上部シリ
ンダ体２１には磁性体の作動プランジヤ２６が内
装され、前記作動プランジヤ２６にはヘツド部２
７が固設されたロツド部２８が一体に設けられて
おり、前記ロツド部２８は、上部シリンダ体２１
の口細の上端部から外方に延出可能に設けられて
いる。且前記上部シリンダ体２１の口細の上端部
はヨーク１８の上辺部２９の口唇部３０を有する
円穴に嵌合され、固定されている。

また前記シリンダ１９の周囲には実質的にその
長手方向全体に亘つて検出コイル３が巻装されて
おり、前記検出コイル３の引出端３１，３２は一
方がヨーク８の一側辺部３３から実質的に水平に
貫通し突出せしめられて充分な可撓性をもつリー
ド線３４に接続され、他方がヨーク１８の開放し
た側面から導出されて下向きに折曲されると共
に、本遮断器の端子金具２に固着されている。更
に前記作動プランジヤ２６には通常上向に変位す
るように後述するコイルスプリングのバネ力が加
えられ、通常時に作動プランジヤ２６の上面が上
部シリンダ体２１に上端内面に当接されるように
設けられている。

上記ヨーク１９の側辺部３３の上端部にはトリ
ツプ機構を含む手動開閉機構を支承するフレーム
３５が一体に且実質的に上辺部２９の延長方向に
延びるように設けられている。フレーム３５には
垂直且互いに平行に延びる短フレーム部３６と長
フレーム部３７が具備されている。前記短フレー
ム部３６には最先端の耳部３８、後縁近傍の上角
隅部に夫々軸穴３９，４０が穿設され、且前記軸
穴４０より下位の後縁近傍に軸穴４１が穿設され
ている。一方長フレーム部３７には短フレーム部
３６の耳部３８に相応する位置に設けられた膨大
部４２に軸穴４３が、且後縁近傍の、短フレーム
部３６の軸穴４０，４１に対応する位置に夫々軸
穴４４，４５が穿設されている。また長フレーム
部３７には逆Ｌ字状の摺動窓４６が、一辺部に弧
状縁４７を持たせて形成され、且先端部は実質的
に直角に折曲されている。更に折曲部４８の上縁
には係止部４９が設けられていると共に、下縁に
は水平方向に小デイスク状のアーク走行耳部５０
が延設されている。

手動開閉機構のハンドル８の円筒状の下部５１
には中心部に軸穴５２が穿設されていると共に、
周面の一部に透孔５３を有した膨大部５４が突設
されている。前記ハンドル８は短、長フレーム部
３６，３７の軸穴３９，４３に保持される支軸５
５を軸穴５２に挿通することによりフレーム３５
に回動可能に支承される。また前記膨大部５４の
透孔５３にはＵ字状のリンクピン５６の一方の脚
辺部５７が挿通され、前記脚辺部５７の自由端は
長フレーム部３７のＬ字状の摺動窓４６内に遊合
されていて、弧状延４７に沿い移動可能に設けら
れている。リンクピン５６の他方の脚辺部５８は
リンクアーム５９に対設された耳部６０，６１の
軸穴６２，６３に挿通され、且その自由端は摺動
窓４６に遊合されていて、その他辺部内において
移動可能に配設されている。

リンクアーム５９自体は端面から見て逆Ｕ字状
の基部６４を備え、前記基部６４には係入窓６５
が形成されている。また基部６４の前端からは垂
直且互いに平行に下向きに延び、上記耳部６０，
６１が上向きに突設されアーム部６６，６７が一
体に延設されており、前記アーム部６６，６７の
先端部には夫々軸穴６８，６９が穿設されてい
る。更に一方のアーム部の下縁からはＬ字状に折
曲され且垂直方向に対し僅かに上向きに傾斜した
蹴り舌部７０が延設され、且上縁からはＬ字状に
折曲され実質的に水平に延びる停止耳部７１が延
設されている。前記両アーム部６６，６７先端の
軸穴６８，６９には支軸７２が保持され、前記支
軸７２は検出コイル３の一端とリード線３４を介
して接続された山形の可動接触子７３の軸穴７４
に挿通せしめられて、これによりリンクアーム５
９に対し可動接触子７３が枢支される。前記可動
接触子７３の軸穴７４の上位には係止穴７５を有
する膨大部７６が上向きに突設されており、且先
端部下縁には好ましくは高導電性の接点材料でな
る可動接点６が固設されている。

前記可動接触子７３の可動接点６は可動接触子
７３の下位に配設される固定接触子７７に付設さ
れた、好ましくは高導電材の固定接点７と接触可
能に配設される。固定接触子７７自体は前記固定
接点７が固設されたＵ字状部７８の一脚部から下
向きに傾斜し且前記フレーム３５のアーク走行耳
部５０に対峙するように延びるアーク走行部７９
が延設され、Ｕ字状部７８の他脚部からＬ字状に
折曲され且端子金具１と一体にされた連接部８１
が延設されている。

更にトリツプ機構を詳述するにフレーム３５の
軸穴４０，４４に保持される支軸８２にはトリツ
プ機構の連動アーム４が枢支される。前記連動ア
ーム４は保護センサ１７のヘツド部２８を係入す
る切欠８３を有した基部８４を備え、且前記基部
８４の前端から垂直且互いに平行に一対のアーム
部８５，８６が延設され、前記各アーム部８５，
８６に穿設された軸穴８７，８８に支軸８２が挿
通されて、前述の如くフレーム３５に連動アーム
４が枢支される。また一方のアーム部８５にはＬ
字状に折曲して下向きに延び、且連動アーム４の
回動時にリンクアーム５９の蹴り舌部７０を打撃
可能な蹴り足部８９が突設されている。また前記
支軸８２には前記連動ナーム４と一体に動作する
側面から見てＬ字状のラツチ金具９０が軸穴９
１，９２を介して枢支され、前記ラツチ金具９０
の一辺部は連動アーム４の基部８４下面に当接可
能なアーム部９３として設けられ、他辺部は下向
きに延び、リンクアーム５９の係入窓６５に突入
してその縁部に係止する引掛部９４を有した足部
９５として設けられている。

一方上述のハンドル８の支軸５５にはコイルス
プリング９６が巻装されており、前記コイルスプ
リング９６はハンドル８の下部５１の半環状のガ
イド８ａに案内されつゝ、その一端は摺動窓４６
の角隅部縁に係止され、他端はＵ字状のリンクピ
ン５６の脚辺部５７に係止されていて、ハンドル
８に対し常に接点の開成動作方向、即ち第２図の
時計方向の回動力を与えている。またフレーム３
５の長フレーム部３７先端の係止部４９には復帰
スプリング９７の一端が係止され、前記復帰スプ
リング９７の他端は可動接触子７３の係止穴７５
に係入されていて、可動接触子７３に対し常に固
定接触子７７から開離する方向の力を与えてい
る。更に連動アーム４の支軸８２には連動アーム
スプリング９８並びにラツチスプリング９９が巻
装されており、前記連動アームスプリング９８の
一端は連動アーム４の基部８４の下面に、他端は
フレーム３５の軸穴４１，４５に保持された係止
軸１００に係止されていて連動アーム４を常に第
１図の反時計方向、即ち作動プランジヤ２６を引
き上げる方向に作用している。また前記ラツチス
プリング９９の一端は前記係止軸１００に、他端
はフレーム３５の適所、例えば長フレーム部３７
の丸穴１０１の縁に係止されていて、ラツチ金具
９０を常に第１図の反時計方向、即ちリンクアー
ム５９と係止し得るように機能する。

フレーム３５のアーク走行耳部５０と固定接触
子７７のアーク走行部７９間には消弧装置９が配
設されている。消弧装置９は可動接触子７３の先
端が通過可能な凹所１０２を備え、相互に小間隙
を置いて離間した多数のデアイオングリツド１０
３を具備する。また前記デアイオングリツド１０
３群は両側板１０４，１０５に保持されると共に
その端縁には前記側板１０４，１０５と固着され
た端板１０６が配設されている。前記端板１０６
にはアークガスの流出窓１０７が形成され、前記
流出窓１０７の中央にはデアイオングリツド１０
３の凹所１０２に対応する個所に直放出抑止板部
１０８が設けられている。

更に本遮断器の動作を説明する。いま第１図又
は第５図の位置、即ち手動開閉機構のハンドル８
が図において時計方向に回動されているときは、
リンクピン５６の一方の脚辺部５７が摺動窓４６
の弧状縁４７に沿つてその上端部に位置すると共
に、他方の脚辺部５８が摺動窓４６の他辺部の上
部に位置していて、復帰スプリング９７のバネ力
も加わり、リンクアーム５９並びに可動接触子７
３が上動される。従つて可動接触子７３の可動接
点６が固定接触子７７の固定接点７から開離され
る、即ち接点開成状態にある。この場合リンクア
ーム５９の必要以上の上動はケーシングの突部
（図示せず）によつて規制される。一方、第１図
又は第５図の位置から第６図の位置、即ちハンド
ル８を、ハンドル８の支軸５５に巻装したコイル
スプリング９６並びに復帰スプリング９７のバネ
力に抗して回動せしめれば、ハンドル下部５１の
膨大部５４の透孔５３挿通されたリンクピン５６
の一方の脚辺部５７の位置が、ハンドルの支軸５
５とリンクピン５６の他方の脚辺部５２を結ぶ線
を越えたとき、コイルスプリング９６並びに復帰
スプリング９７のバネ力に打ち勝つてハンドル８
が反時計方向の回動位置に停止され、保持され
る。これによりリンクピン５６の一方の脚辺部５
７が摺動窓４６の弧状縁４７の下部に、他方の脚
辺部５８が摺動窓４６の他辺部の下部に達する、
即ちリンクピン５６が実質的に垂直に近い状態と
なり、且リンクアーム５９の係入窓６５縁にラツ
チ金具９０の引掛部９４が係止しているから、リ
ンクアーム５９並びに支軸７２を介して前記リン
クアーム５９に連結された可動接触子７３は共に
下動しつゝ前傾し、可動接点６が固定接点７接触
する、即ち接点閉成状態にある。この場合電路は
端子金具２、検出コイル３、リード線３４、可動
接触子７３、可動接点６、固定接点７、固定接触
子７７、端子金具１により形成される。

また第６図の接点閉成時に、過大電流、例えば
定格電流の1.15倍の電流が流れ続けると、保護セ
ンサ１７において検出コイル３を介し磁気ヘツド
２２が励磁され、オイルプランジヤ２３がコイル
スプリング２４および下部シリンダ体２０に封入
されたオイルの粘性に抗しつゝ相対的に緩徐に磁
気ヘツド２２に吸着される。これにより時延作用
が持たせられ起動電流の如き相対的に短時間流れ
る過大電流を検出してもこれには応動しない。磁
気ヘツド２２にオイルプランジヤ２３が吸着され
ると、ヨーク１８を介する磁気回路のパーミアン
スが増大して、連動アームスプリング９８により
連動アーム４を介して常時上動位置に置かれた作
動プランジヤ２６が第７図のように磁気ヘツド２
２に吸着される。これに伴い連動アーム４並びに
ラツチ金具９０は支軸８２を中心に回動し、ラツ
チ金具９０の引掛部９４がリンクアーム５９の係
止窓６５縁から外れ、連動アーム４の蹴り足部８
９がリンクアーム５９の蹴り舌部７０を打撃す
る。従つてこ打撃によりリンクアーム５９にいわ
ば起動力が強固に与えられると共に、リンクアー
ム５９の回動力が急速に高められ、且リンクアー
ム５９に連結された可動接触子７３に係止せしめ
た復帰スプリング９７の引張力が相俟つて固定接
触子７７に対し可動接触子７３か急速に開離され
る。このとき接点開成時に生するアークは固定接
触子７７ないし可動接触子７３に流れる電流によ
つて生する電磁駆動力により消弧装置９に向つて
駆動され、消弧される。且可動接触子７３が上動
したとき、可動接触子７３の先端上部はフレーム
３５に極めて近接して位着し、接点開成後はアー
ク走行耳部５０を有するフレーム３５並びにフレ
ーム３５と一体のヨーク１８を介して電路が形成
され得ることになる。

更に第６図に示す接点閉成時に、短絡電流、例
えば定格電流の２、３倍の電流が流れたときは検
出コイル３による励磁力が極めて大であるから、
作動プランジヤ２６のみが直ちに磁気ヘツド２２
に向つて吸着され始める。このとき連動アーム４
並びにラツチ金具９０は支軸８２を中心に回動
し、ラツチ金具９０の引掛部９４がリンクアーム
５９の係止窓６５縁から外れると共に、連動アー
ム４の蹴り足部８９がリンクアーム５９の蹴り舌
部７０を打撃する。従つて上述と同様この打撃に
よりリンクアーム５９に、いわば強固な始動力が
与えられて、第８図に示す如く固定接触支７７に
対し可動接触子７３が急速に開離される。他の作
用は過大電流を検出した場合と同様である。

〔発明の効果〕

本発明は、上述のように検出コイルで付加に供
給される電流が少なくとも過大となつたことが検
出されると、引き外し接点を急速に強制的に開離
させる機械的遮断機構と、負荷に供給される過電
流及び負荷に印加される過電圧を検知する異常検
知手段と、上記機械的遮断機構と負荷端子との間
に設けられ、異常時に、上記異常検知手段の出力
により負荷端子間を短絡させるように導通して上
記検出コイル上記過大の電流を流す半導体スイツ
チング素子とを備えているので、負荷電流が過大
であるときや負荷電圧が過大であるときなどの異
常時には、半導体スイツチング素子が導通して負
荷に供給される電流をこの半導体スイツチング素
子を介してバイパスさせることができ、このため
負荷に過大な負荷電流が供給されたり、過大な負
荷電圧が印加されたりすることをいち速く停止す
ることができ、しかもこのように半導体スイツチ
ング素子が導通すると、この半導体スイツチング
素子により検出コイルに大電流が流れるので、機
械的遮断機構に引外し接点の強制開離を行わせる
ことができ、従つて機械的遮断機構が機械的に動
作して応答するために生じる応答遅れを半導体ス
イツチング素子で補うことができ、つまりは半導
体スイツチング素子が動作した時点では負荷から
見れば電源が遮断された状態となるので高速遮断
が可能となり、半導体回路のように耐量の少ない
回路を負荷とする場合にも、その負荷を破壊させ
ることがない利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の一般的な回路遮断器の内部構成
を示す正面図、第２図は本発明の一実施例の回路
図、第３図は同上の動作説明図、第４図は第１図
図示の回路遮断器の構成部品を示す分解斜視図、
第５図は第１図図示の回路遮断器の断面図、第６
図は同上の回路遮断器の接点閉成時の断面図、第
７図は同上の回路遮断器の過電流遮断動作時の断
面図、第８図は同上の回路遮断器の短絡電流遮断
動作時の断面図である。 ３は検出コイル、１０は機械的遮断機構、１１
はサイリスタ、１２は抵抗、１３は過電流検知回
路、１４はゲートドライブ回路、１５は過電圧検
知回路、１６は引外し接点、T₁，T₂は電源端子、
T₃，T₄は負荷端子である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 検出コイルで付加に供給される電流が少なく
   とも過大となつたことが検出されると、引き外し
   接点を急速に強制的に開離させる機械的遮断機構
   と、負荷に供給される過電流及び負荷に印加され
   る過電圧を検知する異常検知手段と、上記機械的
   遮断機構と負荷端子との間に設けられ、異常時
   に、上記異常検知手段の出力により負荷端子間を
   短絡させるように導通して上記検出コイルに上記
   過大の電流を流す半導体スイツチング素子とを備
   えて成ることを特徴とするブレーカ。