特開 2022-29998 回路遮断器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022029998

(43)【公開日】2022-02-18

(54)【発明の名称】回路遮断器

(51)【国際特許分類】

   H01H 83/02 20060101AFI20220210BHJP

   H02B 1/40 20060101ALI20220210BHJP

【ＦＩ】

H01H83/02 E

H01H83/02 H

H02B1/40 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020133670

(22)【出願日】2020-08-06

(71)【出願人】

【識別番号】000227618

【氏名又は名称】日比谷総合設備株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000121

【氏名又は名称】アイアット国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】峯田 喜次郎

【テーマコード（参考）】

5G030

5G211

【Ｆターム（参考）】

5G030CA00

5G030XX17

5G030XX18

5G030YY12

5G211AA12

5G211DD04

5G211DD20

5G211DD27

5G211DD35

5G211GG05

(57)【要約】

【課題】 建物におけるエネルギー利用の効率化を推進するために各種の電気機器の使用電力を計測し、計測値を容易に運転管理に供して、電気機器の運転制御容易に行える回路遮断器を提供する。
【解決手段】 各種の電気機器のそれぞれに接続された回路遮断器１に計器用変圧器２３を組み込み、その出力電圧を電源回路２７に供し、その出力電力で、電圧変換回路２５と信号増幅回路２６、制御・計測回路２８、トリガ部２９、引き外し部３０を駆動する。制御・計測回路２８で計測された回路遮断器１の内部を流れる電流の計測値を、制御・計測回路２８に接続させたLAN接続用の出力ポート１ｏを介して外部に出力できるようにする。この出力ポートにLANケーブル１ｂでPLC２を接続し、ネットワークに接続させる。また、LAN接続用の入力ポート１ｉに他の回路遮断器１を順次接続させて、送り配線を形成する。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

過大電流が流れた場合に回路を遮断する回路遮断器であって、
回路遮断器に接続された電気機器の電流を検出する、回路遮断器に組み込まれた変流器と、
前記変流器により検出された回路遮断器内を流れる電流のレベルを計測する制御・計測回路と、
回路遮断器に組み込まれて、電気機器の電圧を検出して電源回路の電力を生成する計器用変圧器と、
前記電源回路の出力により作動するトリガ部と電圧変換回路、信号増幅回路、引き外し部と、
前記制御・計測回路の計測値に係る出力信号を回路遮断器の外部に出力するLAN接続用の出力用LANポートと、
を備え、
前記LAN接続用の出力ポートをPLCに接続して、コンピュータネットワークに接続させてあることを特徴とする回路遮断器。

【請求項2】

請求項１に記載の回路遮断器であって、
前記回路遮断器に他の回路遮断器の出力用LANポートと接続させる入力用LANポートを設け、
複数個の回路遮断器で送り配線を構築して前記PLCに接続されていることを特徴とする回路遮断器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、各種の電気機器への給電の電路に設置されて、過大電流が生じた際に電路を遮断して電気機器を保護する回路遮断器に関する。

【背景技術】

【0002】

地球温暖化等の地球環境問題の深刻化は、建物における省エネルギーやエネルギー効率の最適化を推進することを要求している。エネルギー削減を図る上においては、種々の電気機器に関してエネルギー効率の向上を図ることが要求される。このための手法として、ビル・エネルギー・マネジメントシステム（Building and Energy Management System、以下「BEMS」と略記する。） が導入され、建物の施設内における空調設備や照明設備等を対象として、室内環境や設備の状況を監視し、それらの運転制御を行うことによって、室内環境とエネルギー消費状況の最適化を図ることで、エネルギー削減が図られている。

【0003】

また、一般住宅では、家庭内での電気機器で使用される電力の使用量や稼働状況を、モニターなどによりいわゆる「見える化」を行って、消費者によるエネルギー管理を行うシステムとして、ホーム・エネルギー・マネジメントシステム（Home Energy Management Service、以下「HEMS」と略記する。）の実施が促進されている。

【0004】

さらに、建物における室内環境を快適な状態に維持しつつ、当該建物で消費するエネルギーの収支をゼロとすることを目指すネット・ゼロ・エネルギービル（Net Zero Energy Building、以下「ZEB」と略記する。）が図られている。すなわち、省エネによって消費エネルギーを減じ、消費エネルギーに相当する量のエネルギーを創出してエネルギー収支のゼロを目指す建物である。

【0005】

上述のようなシステムを実施するに際しては、エネルギー消費量を計測することが必要となる。また、計測されたエネルギー消費量と、例えば快適空間の維持との均衡を図るように空調装置や照明、給湯装置等を効率的に運転するよう制御することが行われる。

【0006】

エネルギー消費量の「見える化」を効果的なものとするには、電気機器の回路ごとにエネルギー消費量を計測することが必要となり、また、膨大ないわゆるビッグデータを処理することが要求されることになる。

【0007】

各種の電気機器の使用電力等を計測するものとして、例えば、特許文献１には、外部の電力線の引き込み部にあって、外部の電力線を接続し電気回路の開閉を行うとともに、許容量以上の過大な電流が流れた時には接続を開放するブレーカーであって、内部の電力線を取り囲んだ環状の磁性体からなる鉄心と、この鉄心に巻いたコイルと、このコイルの導線を延長して接続したケースの外側に露出している測定用端子とからなる電流測定部を、内部の電力線と絶縁して設けて、測定用端子に指示計を接続することで、内部の電力線に流れている電流の値を知ることができる電流測定部付きブレーカーが提案されている。
また、特許文献２には、回路遮断器に、内部電路に通電される電流を検出する変流器（CT（Current Transformer））が組み込まれ、この変流器による測定値に基づいて、引外し部の駆動時間を設定する回路遮断器が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開平７－２８０８４６公報

【特許文献2】特開２０１０－２４４７９３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

特許文献１に開示された電流測定部付きブレーカーでは、内部の電力線を流れる電流を指示計に指示させて読み取るものであり、電気機器の運転状況の監視や制御を行ってエネルギー効率の最適化を図ることに用いることには不適である。

【0010】

特許文献２に開示された回路遮断器においては、内部電路を通電される電流を変流器（CT）によって測定するもので、過大電流を測定する場合には遮断を確実に行うことができる。一方、回路遮断器は、必要に応じて各種の電気機器に接続されるものであるので、この回路遮断器を利用して電気機器の運転状況を監視し、運転制御の信号を取り出す装置としては適したものである。

【0011】

しかしながら、電気機器の低負荷時には電流値が小さくなり、電気機器の運転状況を計測するために配されている各回路装置を駆動できない場合が生じ、BEMSやHEMSで利用できる電流値を計測できない虞が生じる。

【0012】

そこで、この発明は、回路遮断器を利用して各種の電気機器の運転状況を把握でき、また、ビッグデータを捕捉して迅速に処理できるようにして、エネルギー効率の最適化を図れるようにする回路遮断器を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0013】

前記目的を達成するための技術的手段として、この発明に係る回路遮断器は、過大電流が流れた場合に回路を遮断する回路遮断器であって、回路遮断器に接続された電気機器の電流を検出する、回路遮断器に組み込まれた変流器と、前記変流器により検出された回路遮断器内を流れる電流のレベルを計測する制御・計測回路と、回路遮断器に組み込まれて、電気機器の電圧を検出して電源回路の電力を生成する計器用変圧器と、前記電源回路の出力により作動するトリガ部と電圧変換回路、信号増幅回路、引き外し部と、前記制御・計測回路の計測値に係る出力信号を回路遮断器の外部に出力するLAN接続用の出力用LANポートとを備え、前記LAN接続用の出力ポートをPLCに接続して、コンピュータネットワークに接続させてあることを特徴としている。

【0014】

回路遮断器の内部を流れる電流を、変流器を介して検出し、検出された計測値を、制御・計測回路を介して回路遮断器の外部に出力する。この場合に、回路遮断器にLAN（Local Area Network）接続用の出力用ポートを介して、外部の所望の機器装置とLAN接続して計測値を出力する。
また、回路遮断器に計器用変圧器を設けて、その出力を電源回路に供して、トリガ部と、電圧変換回路、信号増幅回路、引き外し部の作動電力とする。
さらに、LAN接続用の出力用ポートに外部の機器装置としてPLC（Programmable Logic Controller）に接続させ、コンピュータネットワークを介して、例えば、管理センター等に、回路遮断器の内部を流れる電流の計測値を提供する。
管理センターにおいては、提供されたデータに基づいて、いずれの回路遮断器に接続されている電気機器であるかを把握し、当該電気機器を最適な状況で運転するように制御することができる。なお、提供されたデータがいずれの電気機器に係るものであるかを識別できるように、それぞれの電気機器にアドレス等を付して、データと共に提供することが好ましい。
この回路遮断器では、内部を流れる電流を計測して、回路を遮断するためのトリガ部と電圧変換回路、信号増幅回路、引き外し部の動作電源に、計器用変圧器（VT（Voltage Transformer）の出力電圧を利用するもので、安定した電源を確保できる。

【0015】

また、上述の回路遮断器であって、前記回路遮断器に他の回路遮断器の出力用LANポートと接続させる入力用LANポートを設けて、複数個の回路遮断器で送り配線を構築して前記PLCに接続されている構成とすることができる。

【発明の効果】

【0016】

この発明に係る回路遮断器によれば、回路遮断器の電路の開閉接点を作動させる引き外し部の動作電源に制御・計測回路の出力電圧を用いているので、回路遮断器の動作を安定させ、確実に動作させることができる。しかも、電路の電流を動作の電源としていないので、電気機器の負荷の状況に関わらず、確実に動作させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】この発明に係る回路遮断器をLANケーブルによって接続した状態を示す斜視図である。

【図2】この発明に係る回路遮断器をデータセンターに用いる場合を例示するブロック図で回路遮断器が配された分電盤に電気機器としてサーバーが接続されている状態を示している。

【図3】この発明に係る回路遮断器の構成を説明する概略のブロック図である。

【図4】この発明に係る回路遮断器の制御・計測回路の構成を示す概略のブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、図示した実施形態に基づいて、この発明に係る回路遮断器を説明する。
図１には、例えば、分電盤内でこの発明に係る回路遮断器１を並設させた状態が示してあり、回路遮断器１は、漏電や短絡、過大電流が生じた場合に引き外し動作により回路を遮断する。なお、遮断後に復旧させる場合には、回路内の不具合を確認して遮断の原因を取り除いて、復帰レバー１ａを操作して遮断された回路を接続させる。

【0019】

図３は回路遮断器１の構成を説明する概略のブロック図である。回路遮断器１の外部の外部電路２０ａには、回路遮断器１の内部の内部電路２０ｂが接続される。外部電路２０ａと内部電路２０ｂとは、開閉接点２１を介して接続されており、この開閉接点２１の開閉によって回路遮断器１の内部の回路と外部電路２０ａに接続された各種の電気機器との間が断続される。なお、開放された状態にある開閉接点２１を閉成させる際には、前記復帰レバー１ａを操作することによる。内部電路２０ｂには電流検出用コイル２２ａが配されて、これらによって変流器２２が構成される。また、内部電路２０ｂには、接点２３ａ、２３ｂを介して計器用変圧器２３の一次側が接続されている。
変流器２２には整流回路２４が接続されており、変流器２２からの出力電流が整流される。変流器２２からの出力電流は電圧変換回路２５に入力されて、電圧に変換される。電圧変換回路２５の主力電圧は信号増幅回路２６に入力されて増幅される。
前記計器用変圧器２３の二次側は電源回路２７に入力され、電源回路２７は、この計器用変圧器２３からの出力に基づいて、電圧変換回路２５と信号増幅回路２６、制御手段である制御・計測回路２８、トリガ部２９、引き外し部３０に供給される電力を生成する。

【0020】

制御・計測回路２８は、変流器２２により検出された内部電路２０ｂの通電電流の情報に基づき、内部電路２０ｂの通電電流のレベルを計測・判定し、この判定結果に基づいて、内部電路２０ｂの通電電流のレベルが、予め設定された基準値と比較して、トリガ部２９が引き外し部３０を駆動させるまでの時間を設定する。なお、この際の基準値は複数の段階に応じて設定してあり、通電電流のレベルの大きさに応じて、通電電流のレベルがいずれの段階の基準値と比較されるかによって、駆動時間が設定される。例えば、基準値以上の第１の範囲のレベルにある場合には第１の時間ｔ１が設定され、第２の範囲のレベルにある場合には第２の時間ｔ２が設定され、第ｎの範囲のレベルにある場合には第ｎの時間ｔｎが設定される。そして、設定された駆動時間ｔの経過によって、引き外し部３０に対する駆動信号をトリガ部２９に出力し、この駆動信号が開閉機構部３１に開放信号として出力される。開閉機構部３１は前記開閉接点２１を機械的手段によって開放動作させる機構を備えており、引き外し部３０からの開放信号によって作動して、開閉接点２１を開放させる。

【0021】

制御・計測回路２８には各別にアドレスが付されており、計測された通電電流に関する情報は、LANポート１２の前記出力ポート１ｏに出力される。また、出力ポート１ｏには入力ポート１ｉが接続されて対応して設けられており、LANポート１２を介して送り配線が可能とされている。

【0022】

図４は、回路遮断器１の制御・計測回路２８の構成を示す概略のブロック図である。
変流器２２によって検出された内部電路２０ｂの通電電流に関する情報は、整流回路２４と電圧変換回路２５、信号増幅回路２６とによって処理されてＡ／Ｄ変換部２８１によってＡ／Ｄ変換されて、実効値演算部２８２に送出される。この実効値演算部２８２では、Ａ／Ｄ変換された信号が演算処理されて実効値が求められる。この実効値が電流計測部３２に出力され、この出力信号が出力ポート１ｏに供される。
また、実効値演算部２８２の出力は、レベル判定部２８３に送出され、実効値のレベルに基づいて内部電路２０ｂを流れる電流のレベルを判定する。このレベル判定部２８３の出力はフラグセット部２８４に送出され、レベル判定部２８３の判定結果に基づいて、トリガ部２９が引き外し部３０を駆動させるまでの駆動時間ｔに対応したフラグがセットされる。
フラグセット部２８４で設定された駆動時間ｔは動作制御回路２８５に出力される。動作制御回路２８５にはカウンタ回路２８６が接続されて、このカウンタ回路２８６は、動作制御回路２８５の出力信号によって、フラグセット部２８４でセットされたフラグに基づいて駆動時間ｔが計数される。
また、カウンタ回路２８６による計数の完了信号は動作制御回路２８５に送出され、動作制御回路２８５からトリガ部２９に駆動信号が出力される。そして、このトリガ部２９から引き外し部３０から開閉機構部３１に対して駆動信号が出力される。

【0023】

また、レベル判定部２８３の出力信号は瞬時動作制御回路２８７に入力され、内部電路２０ｂを流れる電流レベルが過大となって瞬時の遮断を要すると判断される場合には、この瞬時動作制御回路２８７から引き外し部３０を瞬時に駆動させる引き外し信号がトリガ部２９に出力されて、開閉機構部３１を瞬時に駆動させる。

【0024】

また、前記レベル判定部２８３による内部電路２０ｂを流れる電流のレベルの判定の結果、この通電電流のレベルが、予め設定された基準値未満である場合には、変流器２２による内部電路２０ｂを流れる電流のレベルの検出と、Ａ／Ｄ変換部２８１によるＡ／Ｄ変換、実効値演算部２８２による実効値の演算、レベル判定部２８３による電流レベルの判定をリスタートさせるための制御信号をリスタート信号出力部２８８で生成して、このリスタート信号出力部２８８からリスタート信号が出力される。

【0025】

前記電流計測部３２の出力が現れる出力ポート１ｏに、図１に示すようにLANケーブル１ｂを接続させることにより、実効値演算部２８２により処理されて求められた内部電路２０ｂを流れる通電電流のレベルを、回路遮断器１の外部に取り出すことができる。出力ポート１ｏには入力ポート１ｉが接続されており、この入力ポート１ｉに、他の回路遮断器１の出力ポート１ｏに接続させたLANケーブル１ｂを接続する。異なる回路遮断器１を順次、LANポート１２を介して接続させることにより送り配線を構築でき、この配線の途中に、図１に示すようにPLC２が接続されている。
このPLC２は、インターネット等の通信網に接続されており、例えば、管理センターで管理されて、送信されたデータ信号に基づいて、回路遮断器１が連繋している電気機器の運転状況が把握され、電気機器は適切な状態で運転するよう制御される。

【0026】

図２に示すように、例えばデータセンターの分電盤１０に配された回路遮断器１には、各サーバー３が接続されており、それぞれの回路遮断器１に組み込まれた制御・計測回路２８によって、回路遮断器１に接続されたサーバー３の消費電力が計測される。サーバー３に接続されたそれぞれの回路遮断器１は主幹遮断器１１に接続されている。
そして、それぞれのサーバー３には、例えばアドレス等の識別情報が付与されており、計測されたデータがこのアドレスと連繋させてある。また、回路遮断器１は、図１に示すように、LANケーブル１ｂによって接続され、LANケーブル１ｂを介してPLC２に接続される。このPLC２から通信網を介して管理センターの管理システムに、アドレスと共に計測データが提供されて、サーバー３の運転状況が把握され、例えば、サーバー３の冷却装置や照明の運転を制御することができる。

【0027】

また、回路遮断器１に組み込まれた計器用変圧器２３からの出力に基づいて、電源回路２７により、トリガ部２９と引き外し部３０、電圧変換回路２５、信号増幅回路２６、制御・計測回路２８とに供給される電力が生成されているので、これらの回路を確実に作動させることができる。特に、制御・計測回路２８が安定して動作することで、内部電路２０ｂを流れる電流のレベルを確実に把握でき、電流計測部３２を介して確実に回路遮断器１の外部に送出することができて、所望のデータを確実に取得することができる。
したがって、管理センター等において、個々の電気機器の運転状況を確実に把握でき、しかも、ビッグデータの処理を円滑に行うことができる。

【0028】

以上説明したように、この発明に係る回路遮断器によれば、計測手段の電源を計器用変圧器の二次電圧としたので、制御・計測回路の動作を安定させる。また、LANケーブルを接続することで、回路遮断器に接続された各種の電気機器の運転状況を取得できて、管理センター等に提供できるので、専門の計装工事を要することなく、所望のデータの取得により、エネルギー効率の適正化に寄与する。

【符号の説明】

【0029】

１ 回路遮断器
１ａ 復帰レバー
１ｂ LANケーブル
１ｉ 入力ポート１ｉ
１ｏ 出力ポート１ｏ
２ PLC
３ サーバー
１０ 分電盤
１１ 主幹遮断器
１２ LANポート
２０ａ 外部電路
２０ｂ 内部電路
２１ 開閉接点
２２ 変流器
２２ａ 電流検出用コイル
２３ 計器用変圧器
２４ 整流回路
２５ 電圧変換回路
２６ 信号増幅回路
２７ 電源回路
２８ 制御・計測回路
２８１ Ａ／Ｄ変換部
２８２ 実効値演算部
２８３ レベル判定部
２８４ フラグセット部
２８５ 動作制御回路
２８６ カウンタ回路
２８７ 瞬時動作制御回路
２８８ リスタート信号出力部
２９ トリガ部
３０ 引き外し部
３１ 開閉機構部
３２ 電流計測部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】