JP6825936B2

JP6825936B2 - 劣化表示機能付き保安器

Info

Publication number: JP6825936B2
Application number: JP2017036325A
Authority: JP
Inventors: 義晋藤井; 伸二石川; 健太橋本; 裕紀藤本
Original assignee: ダイヘンヒューズ株式会社
Priority date: 2017-02-28
Filing date: 2017-02-28
Publication date: 2021-02-03
Anticipated expiration: 2037-02-28
Also published as: JP2018142634A

Description

本発明は、雷などによって発生した過電圧を電気機器の耐電圧以下に制限し、電気機器を保護する保安器に関する。

電源線や通信線より侵入した雷サージから電気機器を保護するために、保安器（ＳＰＤ）が電気機器と大地間に設置される。保安器は、バリスタ、アレスタなどのサージ防護素子やヒューズを有し、雷などによって発生した過電圧を電気機器の耐電圧以下に制限することにより電気機器を保護する。

保安器において、サージ防護素子は過電圧が繰り返し印加されることにより次第に劣化する。サージ防護素子の劣化により、漏れ電流が増加して発熱したり、動作開始電圧が規格外になるなどして、保安器の保護機能が低下する。

そこで、サージ防護素子の劣化や破損時にサージ防護素子を電路から切り離すとともに、劣化や破損の発生を表示する保安器が特許文献１に記載されている。この保安器は、サージ防護素子を劣化または破損時に電路から切り離すヒューズを有する切り離し回路と、サージ防護素子の異常の有無を表示するための表示回路と、サージ防護素子の異常状態を示す信号を外部の監視部に出力する出力回路を備えている。

特許第４１７６６７５号公報

上記の保安器では、劣化表示機能のためにフォトカプラなどの部品が使用され、さらに異常状態を示す信号を外部に出力するための出力回路が形成されるので、部品点数が増えて、回路が複雑となる。また、保安器において、サージ防護素子が劣化した状態なのか故障した状態なのかを確認することができない。

本発明は、上記に鑑み、簡単な回路構成で保安器の状態を表示できる劣化表示機能付き保安器の提供を目的とする。

本発明の劣化表示機能付き保安器は、保安器の状態を報知するための劣化表示回路を内蔵し、劣化表示回路は、保安器の正常状態、交換状態、異常状態のいずれかの状態に応じて異なる表示を行う複数の発光素子と、正常状態のときに発光素子が正常表示を行うように発光素子を動作させるための第１ヒューズと、第１ヒューズが遮断した交換状態のときに発光素子が交換表示を行うように発光素子を動作させるための第２ヒューズと、各発光素子に加える印加電圧を制限する制限素子と、劣化表示回路を雷サージから保護するサージ防護素子とを備えている。

保安器が正常状態のとき、第１ヒューズに接続された発光素子の動作により正常表示がされる。保安器が交換状態のとき、第２ヒューズに接続された発光素子の動作により正常表示とは異なる交換表示がされる。保安器が異常状態のとき、発光素子が動作しないことにより、異常表示となる。

発光素子として、動作電圧の高い第１発光素子と動作電圧の低い第２発光素子とが用いられ、第２ヒューズに制限素子が接続され、保安器が正常状態のとき、第１発光素子が動作する、あるいは第１発光素子および第２発光素子が動作し、交換状態のとき、第２発光素子が動作し、第１ヒューズおよび第２ヒューズが遮断した異常状態のとき、各発光素子は動作しない。制限素子により発光素子への印加電圧が調整され、各発光素子の動作を保安器の状態に応じて規制することができる。

各ヒューズおよびサージ防護素子が並列に接続され、前記サージ防護素子とは動作電圧の異なる第２サージ防護素子が第２ヒューズに直列に接続される。第２サージ防護素子は発光素子の動作を規制する。すなわち、交換状態のときに、第１ヒューズに接続された発光素子が動作しないように、この発光素子の動作を規制する。また、第２サージ防護素子はサージ防護素子と協調して、第２ヒューズを優先的に遮断させる。

各ヒューズは、パターンヒューズとされ、劣化表示回路が形成されたプリント基板に形成される。プリント基板に形成されるパターンをヒューズとして利用できるので、劣化表示回路の構成部品を少なくでき、部品を搭載するスペースが不要になって、省スペース化を図れる。

劣化表示回路は電池によって駆動され、劣化表示回路を動作させるための確認スイッチが設けられ、確認スイッチのオンにより電池からの電源電圧が劣化表示回路に供給される。劣化表示回路に外部から電源を供給する必要がなくなり、劣化表示回路を保安器に容易に一体化できる。

本発明によると、保安器の正常状態、交換状態および異常状態をそれぞれ表示させることができ、保安器の状態を容易に確認することができる。

本発明の第１実施形態の保安器の劣化表示回路の概略構成図保安器の外観図正常状態のときの劣化表示回路の電気回路図交換状態のときの劣化表示回路の電気回路図異常状態のときの劣化表示回路の電気回路図第２実施形態の保安器の劣化表示回路の概略構成図

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態の劣化表示機能付き保安器は、図１に示すように、保安器の状態を報知するための劣化表示回路１を内蔵したＳＰＤである。バリスタ、アレスタなどのサージ防護素子を備えたＳＰＤは、電源線あるいはＬＡＮなどの通信線と大地との間に設置され、これらの電路から侵入した雷サージから電気機器を保護する。劣化表示回路１は、ＳＰＤの接地端子に接続され、接地されている。

劣化表示回路１は、保安器の正常状態、交換状態、異常状態のいずれかの状態に応じて異なる表示を行う複数の発光素子２，３と、正常状態のときに発光素子２，３が正常表示を行うように発光素子２，３を動作させるための第１ヒューズ４と、交換状態のときに発光素子２，３が交換表示を行うように発光素子２，３を動作させるための第２ヒューズ５と、各発光素子２，３に加える印加電圧を制限する制限素子６と、劣化表示回路１を雷サージから保護する第１サージ防護素子であるアレスタ７と、発光素子２，３の動作を規制する第２サージ防護素子であるバリスタ８と、劣化表示回路１の電源電圧を供給する電池９を備えている。劣化表示回路１に、確認スイッチ１０が設けられ、確認スイッチ１０のオンにより、電池９からの電源電圧が劣化表示回路１に供給され、劣化表示回路１が動作する。

発光素子２，３はＬＥＤとされ、動作電圧の高い第１発光素子２と動作電圧の低い第２発光素子３とが用いられ、各発光素子２，３は異なる色の光を発する。第１発光素子２が第１ヒューズ４に直列に接続されて、図３に示すように第１表示回路が形成される。第２発光素子３が第２ヒューズ５に制限素子６を介して直列に接続され、図４に示すように第２表示回路が形成される。各表示回路に、確認スイッチ１０と電池９が接続され、確認スイッチ１０のオンにより、電池９からの電源電圧が各発光素子２，３に印加される。制限素子６は、２つの整流ダイオードＤ２，Ｄ３からなり、第２発光素子３に加えられる印加電圧を降下させる。なお、図中、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３は電流制限抵抗、Ｄ１は整流ダイオードである。

バリスタ８は第２ヒューズ５に直列に接続され、バリスタ８およびアレスタ７はＳＰＤの接地端子と大地間に互いに並列に接続される。バリスタ８の動作電圧はアレスタ７の動作電圧よりも低い。

ここで、第１ヒューズ４および第２ヒューズ５が導通しているとき、保安器は正常状態とされる。ＳＰＤがサージ処理を繰り返し、劣化すると、第１ヒューズ４が遮断される。第１ヒューズ４が遮断され、第２ヒューズ５が導通した状態のとき、保安器は交換状態とされる。さらに、過電圧によって第２ヒューズ５が遮断されると、各ヒューズ４，５が遮断された状態となる。このとき、保安器は異常状態とされる。そして、正常状態のときの正常表示では、第１発光素子２が点灯し、第２発光素子３は点灯しない。交換状態のときの交換表示では、第２発光素子３が点灯し、第１発光素子２は点灯しない。異常状態のときの異常表示では、各発光素子２，３は点灯しない。

劣化表示回路１はプリント基板に形成され、各構成部品がプリント基板に搭載される。各ヒューズ４，５はパターンヒューズとされ、プリント基板に形成されたパターンがヒューズとなる。このプリント基板はＳＰＤのケース２０に内蔵される。図２に示すように、ケース２０の外面に発光素子２，３の表示を確認するための確認窓２１が形成される。このように、パターンヒューズを用いることにより、ヒューズをプリント基板上に搭載するためのスペースや作業が不要となり、保安器の小型化、低コスト化を図ることができる。

保安器が正常状態のとき、第１表示回路および第２表示回路が形成される。ケース２０に設けられた確認スイッチ１０がオンされると、電池９から電源電圧が供給される。図３に示すように、第１表示回路に電流が流れ、第１発光素子２が例えば緑色に発光する。第２表示回路では、第２発光素子３の後段の整流ダイオードＤ２，Ｄ３による電圧降下と第１発光素子２への分流分により電流が絞られ、第２発光素子３は点灯しない。確認窓２１を通して、保安器が正常状態であることを確認できる。

保安器が正常状態のとき、雷サージがＳＰＤを通過した際、雷サージは、第１ヒューズ４を通り、大地に流れていく。雷サージに対する処理が繰り返されると、サージ防護素子の劣化に伴って、第１ヒューズ４が遮断され、保安器は交換状態になる。ここで、後段の整流ダイオードとして、耐圧の高いダイオードが選定されることにより、各発光素子２，３は雷サージから保護される。ＳＰＤの性能に対し、重大な過電流が流れると、第１ヒューズ４が遮断される。このとき、保安器は交換状態になる。

図４に示すように、保安器が交換状態のとき、第１表示回路が開放され、第２表示回路が形成される。確認スイッチ１０がオンされると、第１発光素子２には電流が流れず、第１発光素子２は点灯しない。第２発光素子３には、第１発光素子２およびダイオードＤ１により降下していた電圧分が加わり、動作可能となり、第２発光素子３は例えば赤色に発光する。確認窓２１を通して、保安器が交換状態であることを確認できる。

保安器が交換状態のとき、雷サージがＳＰＤを通過した際、雷サージが通る経路は、第２ヒューズ５からバリスタ８を経て大地となる。バリスタ８を設けることにより、第１発光素子２は第２表示回路から遮断され、交換状態のときに確認スイッチ１０がオンされても、第１発光素子２は点灯しない。

また、バリスタ８の動作電圧をアレスタ７の動作電圧よりも低く設定することにより、ＳＰＤの保護機能をほとんど低下させることがない。すなわち、バリスタ８がアレスタ７との協調をとることにより、第２ヒューズ５を優先的に遮断させることができる。そのため、保安器が交換状態のときに、さらに雷サージが侵入すると、第２ヒューズ５が遮断され、保安器が故障状態になる。このとき、図５に示すように、第２表示回路も開放され、確認スイッチ１０をオンしても、各発光素子２，３は点灯しない。確認窓２１を通して、保安器が異常状態であることを確認できる。保安器が故障状態のとき、各ヒューズ４，５は遮断されているが、アレスタ７が存在している。そのため、保安器が故障状態になっても、雷サージに対するＳＰＤとしての保護機能を果たすことができる。

上記の劣化表示回路は電池９によって駆動される。定期的に保安器の状態を確認するような形態で使用するのに好適であり、電池９でも長期間にわたって使用することができる。一方、電源線や通信線から電源を供給するようにした場合、劣化表示回路１は常に動作しているため、電力が消費され続け、省エネルギ上好ましくない。

（第２実施形態）
第２実施形態の劣化表示機能付き保安器を図６に示す。この保安器の劣化表示回路１では、第１発光素子２と第２発光素子３とが並列に接続される。第２発光素子３の動作電圧は第１発光素子２の動作電圧よりも低く設定される。各発光素子２，３と第１ヒューズ４とが接続されて、第１表示回路が形成される。各発光素子２，３と第２ヒューズ５とが制限素子であるダイオードブリッジ２２を介して接続され、第２表示回路が形成される。アレスタがＳＰＤの接地端子と大地間に接続される。その他の構成は、上記第１実施形態と同じである。

保安器が正常状態のとき、第１表示回路および第２表示回路が形成される。確認スイッチがオンされると、電池から電源電圧が供給される。第１表示回路に電流が流れ、第１発光素子および第２発光素子が発光する。確認窓２１は、それぞれの発光素子２，３に対応して２つ設けられており、各確認窓２１からそれぞれ発光素子２，３の点灯の有無を確認できる。

サージ防護素子の劣化により第１ヒューズ４が遮断されて、保安器が交換状態になると、第１表示回路が開放される。確認スイッチ１０がオンされると、第２表示回路では、ダイオードブリッジ２２の順方向電圧により電流が絞られ、各発光素子２，３にかかる印加電圧が低下し、動作電圧が低く設定された第２発光素子３が点灯し、第１発光素子２は点灯しない。確認窓２１を通して、保安器が交換状態であることを確認できる。

さらに、第２ヒューズ５が遮断されると、第２表示回路も開放され、各発光素子２，３は動作しなくなる。確認窓２１から各発光素子２，３が点灯していないことを確認でき、保安器が故障状態であると認識できる。保安器が故障状態になっても、アレスタ７が存在しているので、雷サージに対するＳＰＤとしての保護機能を果たすことができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で上記実施形態に多くの修正および変更を加え得ることは勿論である。第１実施形態において、バリスタ８の動作電圧をアレスタ７の動作電圧よりも高くすることにより、先にアレスタ７を破損させ、次に第２ヒューズ５を遮断させることができる。この場合、バリスタ８が劣化表示回路１を雷サージから保護するサージ防護素子として機能する。

１劣化表示回路
２第１発光素子
３第２発光素子
４第１ヒューズ
５第２ヒューズ
６制限素子
７アレスタ
８バリスタ
９電池
１０確認スイッチ

Claims

保安器の状態を報知するための劣化表示回路を内蔵した劣化表示機能付き保安器であって、劣化表示回路は、保安器の正常状態、交換状態、異常状態のいずれかの状態に応じて異なる表示を行う複数の発光素子と、正常状態のときに発光素子が正常表示を行うように発光素子を動作させるための第１ヒューズと、第１ヒューズが遮断した交換状態のときに発光素子が交換表示を行うように発光素子を動作させるための第２ヒューズと、各発光素子に加える印加電圧を制限する制限素子と、劣化表示回路を雷サージから保護する第１サージ防護素子とを備え、発光素子として、動作電圧の高い第１発光素子と動作電圧の低い第２発光素子とが用いられ、第２ヒューズに制限素子が接続され、各ヒューズおよび第１サージ防護素子が並列に接続され、前記第１サージ防護素子とは動作電圧の異なる第２サージ防護素子が第２ヒューズに直列に接続され、保安器が正常状態のとき、第１発光素子が動作し、交換状態のとき、第２発光素子が動作し、第１ヒューズおよび第２ヒューズが遮断した異常状態のとき、各発光素子は動作しないことを特徴とする劣化表示機能付き保安器。
第１発光素子が第１ヒューズに直列に接続されて、第１表示回路が形成され、第２発光素子が第２ヒューズに制限素子を介して直列に接続されて、第２表示回路が形成され、保安器が交換状態のとき、第１ヒューズが遮断されて、第１表示回路が開放され、保安器が異常状態のとき、第２ヒューズが遮断されて、第２表示回路が開放されることを特徴とする請求項１記載の劣化表示機能付き保安器。
第１および第２表示回路に確認スイッチと電池が接続され、確認スイッチは第１および第２サージ防護素子と並列に接続され、確認スイッチがオフのとき、第１および第２表示回路が開放され、確認スイッチのオンにより電池からの電源電圧が劣化表示回路に供給されることを特徴とする請求項１または２記載の劣化表示機能付き保安器。