CN102067263A - 具有漏电检测功能的配线器具 - Google Patents

Abstract

本发明提供具有漏电检测功能的配线器具。在检测连接商用电源和负载的电路的漏电电流并截断电路的配线器具中，即使漏电电流为变形的波形，也能够可靠地进行漏电截断。配线器具(1)包括：漏电控制部(4)，其检测流过连接商用电源和负截(30)的电路的漏电电流，并进行漏电判定；以及开闭部(2)，其根据漏电控制部(4)进行的漏电判定来截断电路，漏电控制部(4)包括：滤波器部(42)，其用于过滤检测出的漏电电流，并且具有人体对于触电所具有的频率特性；平方运算部(43)，其计算通过了滤波器部(42)的漏电电流的信号的平方运算值；以及阈值判定部(46)，其基于由平方运算部(43)得到的平方运算值进行漏电判定。由此，利用平方运算值进行漏电判定，因此，即使漏电电流为变形的波形，也能够高精度地进行漏电检测，能够可靠地进行漏电截断。

Description

具有漏电检测功能的配线器具

技术领域

本发明涉及具有通过漏电检测截断从商用电源向负载的电路，使漏电停止的漏电检测功能的配线器具。

背景技术

一直以来，为了确保用电安全，对在水周围或屋外使用的插座等配线器具搭载了漏电检测功能。此外，对一般住宅中的主断路器也添加漏电检测功能，例如，设定为30mA左右的漏电检测电平。此外，这种主断路器，为了使得不会由于例如雷击电涌等沿引入线传来的噪声进行错误动作，对超过漏电检测阈值的信号的时间、次数进行计数而进行漏电控制。

参照图7到图9说明具有这样的漏电检测功能的配线器具的现有例子。在图7中，配线器具100插入单相3线的商用电源与负载120之间，更详细地说，与经由插入于来自商用电源的电路(电源线L1、L2和中线性N)的主断路器130的，分支断路器140之后的电路连接。

如图8所示，配线器具100包括：开闭部101，其插入电路(电源线L1和中线性N)；零相变流器102，其检测流过电路的漏电电流；以及漏电控制部103，其基于该检测漏电电流使开闭部101断开。漏电控制部103具有：用于低通的滤波器部131；判定漏电电流的阈值判定部132；对判定信号进行计数的计数器133；以及根据计数值判定漏电的漏电判断部134。

图9(a)～(d)表示说明上述配线器具100的动作的各种信号波形。由零相变流器102检测出并通过了滤波器部131的漏电电流，由阈值判定部132进行负极检波和正极检波，超过该检波输出的阈值的次数被计数，当该次数达到规定次数(此处为3次)时，判定为漏电，输出断路信号，截断开闭器101。

此外，图10表示了漏电控制部103的其它例子。该漏电控制部103中，零相变流器102的检测漏电电流被滤波器部131滤波，通过整流部135对该输出进行整流，以积分部136对该整流输出进行积分，比较得到的平均值和规定值，由漏电判断部134进行漏电判定。此外，已知例如漏电检测灵敏度为15mA的带漏电截断功能的插座。

此外，已知在带漏电断路器的电源插座中，利用零相变流器对检测产生于插头的金属片间的火花放电的传感器的输出电流进行检测，而使漏电断路器断开的技术(例如参照日本特开2006-48958号公报)。

但是，近年来，由于逆变器负载等的增加，如图11所示，漏电电流成为复杂的波形变形很大的信号，因此，在图8所示的例子中，不能够正确地得到需要的检波波形的计数值，漏电检测精度下降。此外，在图10所示的例子中，当漏电电流的变形变大时，平均值比有效值低，因此，漏电检测的检测灵度敏变低。因此，对于波形变形大的漏电电流，这两种方案均是漏电检测精度下降，难以进行可靠的漏电截断，成为不利于人体的触电保护的动作。

此外，在日本特开2006-48958号公报中，是对火花放电那样的瞬间瞬间的泄漏电流进行响应的技术，因此不能够使用低通滤波器，因此，其相对通常的漏电电流而言人体的触电保护特性很弱。

发明内容

本发明为了解决上述问题而提出，其目的在于提供一种带漏电检测功能的配线器具，其即使在漏电电流为变形后的波形的情况下，也能够可靠地进行漏电截断。

为了达成上述目的，本发明提供一种配线器具，其设置于商用电源与负载之间，具有漏电检测功能，该配线器具包括：漏电判定部，其检测流过连接上述商用电源和负截的电路的漏电电流，并进行漏电判定；以及开闭部，其根据上述漏电判定部进行的漏电判定来截断上述电路，上述漏电判定部包括：滤波器部，其用于过滤检测出的漏电电流，并且具有人体对于触电所具有的频率特性；运算部，其计算通过了上述滤波器部的信号的平方运算值；以及判定部，其通过比较由上述运算部得到的平方运算值和预先设定的阈值而进行漏电判定。

根据本发明，基于通过了滤波器部的漏电电流的信号的平方运算值进行漏电判定，因此，即使漏电电流为变形后的波形，检测电平也不会下降。因此，能够更高精度地进行漏电检测，能够可靠地进行漏电截断。

上述滤波器部优选具有直流(DC)截断功能，由电容器和电阻构成。由此，滤波器部的输出信号被直流截断，因此向滤波器部后段的输入信号不具有直流偏移。由此，不存在由直流偏移引起的对漏电判定的影响，漏电检测精度提高，而且，不需要用于调整偏移的电路，成本降低。

附图说明

图1是本发明的第一实施方式的配线器具的结构图；

图2是上述配线器具的漏电控制部的结构图；

图3是用于说明人体触电的频率特性的图；

图4是上述配线器具的滤波器部的具体结构图；

图5是表示上述配线器具的断路电平频率特性的图；

图6是本发明的第二实施方式的配线器具的漏电控制部的结构图；

图7是现有的配线器具所使用的电源与负载间的电路结构图；

图8是现有的配线器具的结构图；

图9(a)是上述配线器具中的漏电电流的波形图，(b)是表示该漏电电流波形的负极检波的图，(c)是表示该漏电电流波形的正极检波的图，(d)是表示断路信号的图；

图10是其它现有的配线器具的漏电控制部的结构图；以及

图11是上述配线器具中的漏电电流的波形。

具体实施方式

以下，参照图1到图3说明本发明的第一实施方式的带漏电检测功能的配线器具(以下称为本配线器具)。如图1所示，本配线器具1包括：开闭部2，其截断商用电源与负截30之间的电路；零相变流器3，其检测流过连接开闭部2和负载30的电路20的漏电电流；漏电控制部(漏电判定部)4，其基于该检测出的漏电电流来控制开闭部2；以及电源部5，其从商用电源形成直流电源并向各部分供给电源。本配线器具1设置于商用电源与负载之间，例如附设于断路器、插座、台用插头、延长线等。此处，商用电源中，单相三线的电源线L1、L2、中性线N内的单相2线作为电路20与开闭部2连接。另外，电路20并不限定于单相2线式。

开闭部2包括：开闭部21，其具有闸流晶体管等开闭元件；复旧继电器(release Relay)的励磁线圈22，其与开闭部21串联连接；以及接点23，其通过励磁线圈22的励磁而断开。开闭部2通常为关闭状态，当开关部21根据来自漏电控制部4的漏电控制信号导通时，励磁线圈22励磁而使接点23的闩锁解除而断开。由此，向负截30的电路20被截断。

零相变流器3以电路20贯通线圈内部的方式设置，检测流过电路20的漏电电流，当电路20发生漏电时，将检测出的漏电电流供给至漏电控制部4。

漏电控制部4包括：放大部41，其对来自零相变流器3的漏电电流进行差动放大；滤波器部42，其对放大部41的输出信号进行滤波；平方运算部43，其对来自滤波器部42的输出信号进行平方运算；增益调整部44，其进行平方运算输出的增益调整；积分电路部45，其对进行了增益调整的平方运算输出进行积分；以及阈值判定部46，其将该积分输出与预先决定的阈值电压E1进行比较，以进行漏电判定。

如图2所示，放大部41包括：运算放大器Q1、Q2，其分别与零相变流器3的线圈的两端接触，对漏电电流进行放大；以及运算放大器Q3，其被输入运算放大器Q1、Q2各自的输出并进行差动放大。此处，电阻R1、R2、R6、R7以及电阻R3、R4、R5、R8分别为运算放大器Q1、Q2的输入电阻和反馈电阻，电阻R9为运算放大器Q3的输入接地电阻。由此，由零相变流器3检测出的漏电电流，被运算放大器Q1、Q2放大，并且通过运算放大器Q3的差动放大而进一步增大，并供给至下一段的滤波器部42。

滤波器部42包括：滤波用的电阻R10；电容器C1和电阻R11的串联电路，其使该电阻R10的输出侧与地连接；以及电容器C2，其与该串联电路并联，形成低通滤波器(LPF)。滤波器部42除去漏电电流的高频成分，避免由于瞬间噪声引起的开闭部2的不需要的动作，并且如后所述具有与人体对于触电所具有的频率特性接近的滤波器特性。另外，滤波器部42的基本结构只要至少有电阻R10和电容器C2即可。

平方运算部43包括CPU等集成电路IC1，其具有对输入信号进行平方运算的运算功能。平方运算部43利用集成电路IC1的软件运算处理对从滤波器部42输入的漏电信号进行平方运算，将求得的平方运算值输入下一段的增益调整部44。此外，平方运算部43也能够进行平方运算以外的运算处理，能够基于得到的平方运算值，进行求取漏电信号的瞬间值的均方根的运算，求得漏电信号的有效值。

增益调整部44具有放大用的运算放大器Q4，对来自上述平方运算部43的平方运算值进行放大，将其输出输入到积分电路部45。此处，电阻R12、R13和R14分别表示输入电阻、接地电阻和反馈电阻。另外，此处的增益调整能够通过调整输入电阻R12或反馈电阻R14的值而进行。此外，也可以对运算放大器另外安装增益调整用的可变电阻器等。

积分电路部45包括：运算放大器Q5，其用于对来自增益调整部44的输出进行积分；输入电阻R15，其连接运算放大器Q5和增益调整部44；接地电阻R16，其使运算放大器Q5的输入的一端接地；运算放大器Q5的反馈用电阻R17；以及积分用电容器C3，其与电阻R17并联连接。由此，对来自增益调整部44的输入信号进行积分，使高频成分减少，抑制瞬间输入信号的变动。

阈值判定部46具有运算放大器Q6，其用于判定来自积分电路部45的输入信号电平，运算放大器Q6的输入的一端通过输入电阻R18与积分电路部45连接，运算放大器Q6的输入的另一端被施加预先决定的阈值电压E1。阈值判定部46将来自积分电路部45的输入信号的电压与阈值电压E1进行比较，在输入信号大于阈值电压E1时，判定为漏电并产生漏电控制信号，将该漏电控制信号输出至开闭部2的开关部21。由此，使开闭部2断开，截断向负载30侧的电源供给。另外，也可以使向阈值判定部46的输入信号为漏电信号的有效值，此时，阈值电压E1也改变。

此处，参照图3到图5详细说明上述滤波器部42。图3(“感觉电流的阈值”：著者Dalziel.C.F.AIEE会报，パ一トⅢ-B，990页～996页，1954年发行)表示相对于频率的人体感觉到触电的相对的电流值即频率系数，○符号表示Dalziel的数据的图表，实线表示IEC(国际电气标准会议)479标准所记载的数据的图表，虚线表示IEC990标准所记载的R-C电路网的输入输出传递函数的逆特性的图表。一般来说，人具有电流的频率越高，对于该电流的感觉越迟钝的特性。例如，如果以漏电电流为100Hz的低频的频率系数为1，则在10kHz的高频下，频率系数数倍增大，人对于低频下的小值电流会有感觉，但是在高频下如果电流值与该频率系数相对应地变大则不会产生同样的感觉。

此外，图4表示IEC990所记载的R-C电路网，其具有Dalziel的特性的逆特性。上述滤波器部42(参照图2)形成为与该R-C电路网同样的结构，R10＝10KΩ，C1＝0.0062μF，R11＝20KΩ，C2＝0.0091μF，得到与人体对于触电所具有的频率特性相近似的滤波器特性。

此外，图5表示使用了上述R-C电路网的漏电检测的滤波器时的漏电电流的断路电平频率特性。在该图表中，横轴表示频率，纵轴表示为了判断为电路截断的断路电平。该R-C电路网在越低频时其传递函数越大。因此，在低频下为高灵敏度，断路电平的电流值低，在高频下灵敏度下降，断路电平的电流值大。由此，当使用与该频率特性近似的滤波器时，本实施方式的配线器具1在低频下以小的漏电电流断开开闭部2，在高频下则以比较大的漏电电流断开开闭部2。例如，频率为电源频率(50Hz、60Hz)到100Hz的断路电平为约5mA，因此，当漏电电流超过该断路电平时电路20被截断。随着频率变高，该断路电平基于频率系数变大。另外，该断路电平以相对于触电具有一定程度的余量的方式被设定。

在上述结构的本配线器具1中，例如，当负载30侧发生漏电时，由零相变流器3检测出的漏电信号通过滤波器部42输入到平方运算部43，由平方运算部43进行平方运算，变换为漏电信号的平方值。该漏电信号的平方运算值等效地与漏电电流的能量值对应，因此，即使是波形变形大的漏电电流(包含复合频率成分的漏电电流)，与平均值不同也能够得到不受波形影响的漏电电流检测电平。由此，漏电信号的检测电平与现有的利用平均值的检测电平相比变高，检测灵敏度电平提高。此外，在阈值判定部46中，基于漏电信号的有效值进行判定的情况下，也不受波形变形的影响，因此，与上述同样地相比于平均值，漏电检测电平变高。

由此，在现有的平均值比较中，实际上可能存在即使漏电信号电平大也判定为小，漏电截断不响应的情况，但是根据本实施方式的配线器具1，通过漏电电流的平方值与预先决定的阈值的比较进行漏电判定，因此即使漏电电流为变形后的波形，检测电平也不会下降。由此，判定精度变好并进行漏电截断，因此，相对于漏电的安全性变高。此外，利用积分电路部45能够抑制瞬间产生的漏电电流的检测信号的电平变动，因此能够减少阈值判定部46的误动作，避免开闭部2进行不必要的动作。另外，虽然这里由开闭部2后段(负载侧)进行对电源部5的商用电源的连接，但由开闭部2的前段进行连接也不会对漏电检测造成影响。

接着，参照图6说明本发明的第二实施方式的配线器具。图6表示配线器具的漏电控制部4。该实施方式中，漏电控制部4中的滤波器部42具有在其输入输出间进行DC(直流)截断的功能。其它结构与上述实施方式相同。

滤波器部42还包括：用于直流截断的电容器C4，其串联连接于输入电阻R10与下一段的平方运算部43的输入侧之间；以及电容器C5和电阻19，它们在电容器C4的平方运算部43侧端子与地之间并联并分别被连接。

在本实施方式中，被来自零相变流器3的被放大部41放大后的漏电信号，在滤波器部42中，被电阻R10、电阻R11和电容器C1的串联通路、以及电容器C2的并联电路分压。该被分压的信号，通过经由与电阻R10串联连接的电容器C4，DC成分被截断，再输入到平方运算部43。此处，一般漏电电流以数mA程度的电流值作为检测对象，因此零相变流器3的输出较小，将后段的放大部41的放大率设定得较大。因此，放大部41中，当放大率较大时，由运算放大器Q1到Q3所产生的DC偏移电压增大，输出具有更大的DC偏移的漏电信号。由此，在滤波器部42不具有DC截断功能时，来自放大部41的输出信号原样通过滤波器部42，由后段的平方运算部43进行平方运算，因此，DC偏移进一步增大。于是，为了进行DC偏移的缩小，需要在放大部41中使用偏移精度好的昂贵的放大器，或者设计偏移调整电路以调整偏移。

但是，在本实施方式中，通过在滤波器部42设置DC截断，使得来自滤波器部42的输出信号不具有DC偏移，由此能够避免DC偏移对后段的漏电检测电平的影响，能够提高漏电检测精度，而且不需要用于偏移调整的电路等，成本降低。而且，即使构成该DC截断，作为实现漏电检测的频率特性的单元的滤波器部42，也能够仅由电容器和电阻这样的廉价的部件构成。

另外，本发明并不限定于上述实施方式的结构，能够有各种变形。例如，在上述各实施方式中，以软件进行平方运算部的平方运算，但是也能够以硬件进行，此外，也可以利用有效值运算元件等。此外，复旧继电器并不限于电磁继电器，也可以是半导体继电器等其它继电器。

此外，本发明基于日本专利申请2008-173082号，其专利申请的内容作为参考引入本发明。

Claims (7)

1.一种具有漏电检测功能的配线器具，其设置于商用电源与负载之间，所述具有漏电检测功能的配线器具的特征在于，包括：

漏电控制部，其检测流过连接所述商用电源和负截的电路的漏电电流，并进行漏电判定；以及

开闭部，其根据所述漏电控制部进行的漏电判定来截断所述电路，

所述漏电控制部包括：

滤波器部，其用于过滤检测出的漏电电流，并且具有人体对于触电所具有的频率特性；

运算部，其计算通过了所述滤波器部的信号的平方运算值；以及

判定部，其通过比较由所述运算部得到的平方运算值和预先设定的阈值而进行漏电判定。

2.如权利要求1所述的具有漏电检测功能的配线器具，其特征在于：

还具有零相变流器，其检测流过电路的漏电电流。

3.如权利要求2所述的具有漏电检测功能的配线器具，其特征在于：

所述漏电控制部还包括：

放大部，其对来自所述零相变流器的漏电电流进行差动放大，并向所述滤波器部输出；

增益调整部，其进行所述运算部的平方运算输出的增益调整；以及

积分电路部，其对所述增益调整后的平方运算输出进行积分，并将该积分输出向所述判定部输出。

4.如权利要求1所述的具有漏电检测功能的配线器具，其特征在于：

所述滤波器部由电容器和电阻构成。

5.如权利要求4所述的具有漏电检测功能的配线器具，其特征在于：

所述滤波器部还包括具有直流截断功能的电容器。

6.如权利要求5所述的具有漏电检测功能的配线器具，其特征在于：

还具有零相变流器，其检测流过电路的漏电电流。

7.如权利要求6所述的具有漏电检测功能的配线器具，其特征在于：

所述漏电控制部还包括：

放大部，其对来自所述零相变流器的漏电电流进行差动放大，并向所述滤波器部输出；

增益调整部，其进行所述运算部的平方运算输出的增益调整；以及

积分电路部，其对所述增益调整后的平方运算输出进行积分，并将该积分输出向所述判定部输出。

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