JP2002078189A - 高周波ノイズ帯域変更型漏洩電流継電器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 インバータの発達と共に一般に誘導電動機が
使用される負荷設備に於いてインバータが広く導入さ
れ、従来設備では予期されなかった高周波ノイズ量の増
加、高周波ノイズ帯域の低下が進み、既存システムに設
置されている漏洩電流継電器の誤動作を誘発している。 【解決手段】 将来のシステム変更に備え、漏洩電流継
電器に付加的にコンデンサを接続可能な接続端子を予め
設け、インバータの追加・台数増加による高周波ノイズ
帯域およびノイズ量の変化に応じて、高周波ノイズ抑制
のフイルタのコンデンサ容量を変更することを可能にす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】モータなどの負荷に対する漏
洩電流継電器に関し、インバータなどの高周波ノイズを
発生する機器を使用することに伴う誤動作防止を考慮し
た漏洩継電器に関する。

【０００２】

【従来の技術】たとえば、上下水道システムのポンプの
駆動に用いられている誘導電動機の配電系統に対して
は、他の一般産業と同様に、施設にいる人の安全を確保
するために、誘導電動機を含めて配電系統に対する漏電
を監視するために漏洩電流継電器が設けられる。この漏
洩電流継電は、漏電を監視するとともに無用な誤動作を
防止するために適当な漏洩電流検出整定値が設定され
る。また、配電系統に発生する高周波ノイズに対して無
用な応動をしないように、適当な高周波フイルタを介し
て入力を導入している。

【０００３】しかし、近年、インバータの発達と共に一
般に誘導電動機が使用される負荷設備に於いてインバー
タが広く導入されるようになってきた。その結果、従来
設備では予期されなかった高周波ノイズ量の増加、高周
波ノイズ帯域の低下が進み、既存システムに設置されて
いる漏洩電流継電器の誤動作が発生しており、高周波ノ
イズに見合った漏洩電流継電器と交換する等の対策を余
儀なくされている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】漏電を確実に検出する
ことが安全確保の面で重要である一方で高周波ノイズに
よる漏洩電流継電器の誤動作でシステムの運用が混乱す
ることは避けなければならない。一方、近年のインバー
タの発達により、既存のインバータを持たないシステム
に、インバータにより駆動される誘導電動機が追加導入
されたり、一部がインバータにより駆動される誘導電動
機に置換される等のケースが増えており、既存のインバ
ータを持たないシステムとして設計されている系統の漏
洩電流継電器の誤動作が増大する等の事態が発生してい
る。

【０００５】さらに、インバータの基本周波数であるキ
ャリア周波数が高くなる傾向があることから、インバー
タにより生起される高周波電流による誤動作はますます
増加する傾向にある。もちろん、インバータより駆動さ
れる誘導電動機が使用されるシステムの漏洩電流継電器
では、このインバータによる高周波ノイズに対するフイ
ルタはそれなりに必要なものが設計されて設けられてい
るが、これだけでは、既存のインバータを持たないシス
テムとして設計されている系統に、インバータを持つシ
ステムが導入されたときは、漏洩電流継電器の誤動作は
防止できない。

【０００６】このため、このようにインバータを持つシ
ステムが導入されたときは、現在のインバータを持たな
いシステムとして設計されている系統の漏洩電流継電器
をインバータによる高周波ノイズを抑制できるものとす
ることが必要となる。従来、既存のシステムで誤動作が
発生したときは、その原因を究明し、これが、インバー
タを持つシステムの導入による高周波ノイズと判明した
ときは、応急的な処置として、入力回路のフイルタに適
当なコンデンサを増設するとか、新たに設計された漏洩
電流継電器に置換する等の措置がとられていた。しかし
ながら、この応急的な処置では信頼性に欠けるし、漏洩
電流継電器の置換はコストと時間がかかる問題があっ
た。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決する為
に、本発明では、将来のシステム変更に備え、漏洩電流
継電器に付加的にコンデンサを接続可能な接続端子を予
め設け、インバータの追加・台数増加による高周波ノイ
ズ帯域およびノイズ量の変化に応じて、高周波ノイズ抑
制のフイルタのコンデンサ容量を変更することを可能に
するものである。等価回路的には、本発明によるコンデ
ンサの増設と従来技術による応急的なコンデンサの増設
は同じであるが、本発明では、予め準備された付加的な
接続端子にコンデンサを増設するものであるから、信頼
性を低下させることは無い。

【０００８】また、必要なら、高周波ノイズ抑制コンデ
ンサの劣化あるいはケーブル劣化といった漏洩電流発生
要因に対しても応答できるように、漏洩電流継電器内部
にメモリを搭載し、予めシステム初期稼動時の漏洩電流
を記憶させておき、常時、初期稼動時の漏洩電流値と現
状の漏洩電流を比較させて、異常警告を出力させる機能
を設ける。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１は、誘導電動機が使用される
負荷設備の典型的な構成のシステム系統の一例の全体図
を示したものである。受電線１からの高圧による電力は
変圧器Ｔで低圧に変圧されて、配電線２を介して実線で
示されている各モータ６₁から６_nへと送られる。各モー
タ６への配線中には遮断器３₁から３_nおよび漏洩電流を
計測するための零相変流器４₁から４_nが設けられる。零
相変流器４には漏洩電流継電器５₁から５_nが接続され、
漏洩電流継電器５は零相変流器４の出力から漏洩電流を
検出した時は負荷へ供給される電流を遮断するために遮
断器３へトリップ信号を出力する。このようなシステム
構成のところに、図中右の点線で示されたラインのよう
にインバータ１０およびこれにより駆動されるモータ１
１を遮断器３_zを介して配電線２に増設した場合、イン
バータ１０による高周波ノイズが発生し、漏洩した高周
波ノイズは配電線２を介して、各モータ６のラインへ送
られる。もちろん、モータ１１の系統にも零相変流器４
_zが設けられ、これに漏洩電流継電器５_zが接続されて漏
電に備える。この時、予めインバータ１０を設置するこ
とを想定している漏洩電流継電器５_zでは、それに対応
したコンデンサ容量を持つフイルタが設定してあり問題
はない。しかし、元からあった漏洩電流継電器５はイン
バータ１０が発生するであろう高周波ノイズは考慮され
ていないため、この高周波ノイズを漏洩電流として検出
し、遮断器３₁から３_nに遮断信号を送りモータ６₁から
６_nへの電流を遮断してしまう。

【００１０】そのため、従来は、先にも述べたように、
応急的な処置として、入力回路のフイルタに適当なコン
デンサを増設するとか、新たに設計された漏洩電流継電
器に置換する等の措置がとられていた。

【００１１】図２（ａ）は本発明の実施例に係る漏洩電
流継電器を示す回路図であり、（ｂ）は付加的なコンデ
ンサを接続するための端子に着目した漏洩電流継電器の
背面図である。

【００１２】負荷に３相交流電流を供給するための導線
１０１に流れる漏洩電流を計測するための零相巻線１０
０に、一点鎖線で囲って示す漏洩電流継電器２００が接
続端子２０１を介して接続される。漏洩電流継電器２０
０内では、零相巻線１００により検出された電流を電圧
に変換する電圧変換抵抗２０２、電圧変換抵抗２００に
並列に接続されたコンデンサ３００が接続端子２０１に
接続されて高周波ノイズを除去する。抵抗２００により
変換された電圧はオペアンプ２０４で増幅された電圧を
ディジタル信号に変換するための変換器２０５に導入さ
れる。変換器２０５で変換した値と予めメモリに設定さ
れている漏洩電流判定基準値２０６とはコンパレータ２
０７で比較され、変換器２０５で変換した値が漏洩電流
判定基準値２０６を上回ったときは、出力回路２０８か
らトリップ信号が出力されて遮断器３にトリップ信号を
送出して電力の供給を遮断する。なお、２０３は可変抵
抗で、オペアンプ２０４の零調整を行うためのものであ
る。

【００１３】この構成と機能は従来装置と変わらない
が、本発明では、前記零相巻線１００と漏洩電流継電器
２００とを接続するための接続端子２０１に付加コンデ
ンサを接続するための接続端子３０１が備えられている
ことを特徴とする。接続端子３０１は、（ｂ）に示すよ
うに、たとえば、漏洩電流継電器２００の背面に、他の
端子と並列して配置された構造とすることができる。こ
こで、２０８は出力回路２０８の出力端子であり、２１
２は図示しなかったが、オペアンプ２０４、コンパレー
タ２０７等の駆動用の直流電源の接続端子である。

【００１４】すなわち、システムの変更に伴う想定外の
高周波ノイズが入力される事態となったときは、この接
続端子３０１を利用して必要な高周波ノイズ抑制コンデ
ンサをコンデンサ３００に並列に接続することができ
る。この接続端子３０１によるコンデンサ３１０の接続
は、従来技術における仮設的なものではないから、十分
な信頼性を持つものとして接続できる。本実施例では、
検出された漏洩電流と基準値との比較をディジタルで行
なうものとしたが、アナログで行なう場合でも同様であ
る。

【００１５】図３はコンパレータ２０７による検出値と
基準値とのディジタル比較に代えて、フォトカプラによ
るアナログ比較により行なうこととした例である。図２
で示した回路構成との違いは、図１でのアナログ信号を
ディジタル信号に変換する為の変換器２０５と、変換器
２０５で変換した値と予めメモリに設定されている漏洩
電流判定基準値２０６とを比較するコンパレータ２０７
の部分が、オペアンプ２０４で直接駆動され発光するフ
ォトカプラ２１０およびフォトカプラ２１０の発光によ
り電流制御するトランジスタ２１１により構成される。
なお、フォトカプラ２１０の感度を調整するために直列
に可変抵抗２０９が設けられている。フォトカプラ２１
０が一定以上発光してトランジスタ２１１に電流を流
し、これが所定のレベルを超えると、出力回路２０８か
らトリップ信号が出力されることになる。ここで、判定
基準値を記憶するメモリ２０６は不揮発性メモリが望ま
しい。ＲＡＭの場合は遮断器３が遮断されて電力が落ち
ても記憶内容が消えないようにバッテリー等の補助電源
を持たせた方が良い。

【００１６】図４は本発明による漏洩電流の検出を処理
フローの形で示す図である。零相電流が基準値を超える
ときトリップ信号を出力する処理を示す。ここでは、Ａ
／Ｄ変換を介在させたが、図３で説明したように、Ａ／
Ｄ変換は不可欠なものではない。

【００１７】図５は本発明によりケーブル劣化への対処
を可能とした漏洩電流の検出を処理フローの形で示す図
である。本例では、図のように、システム初期稼動時の
零相電流を記憶させておく。一方、図４で説明したよう
に、現在の零相電流と判定基準値１とを比較して、これ
が判定基準値１を超えているときは漏電事故と判定して
トリップ信号を出力する。漏電事故無しと判定された場
合でも、現在の零相電流とシステム初期稼動時の零相電
流との差をとって、これが判定基準値２を超えているか
どうかを判定する。判定基準値２を超えているときケー
ブル劣化の判定を出力する。判定基準値２を超えていな
いときには、繰り返し判定を続ける。ここで、このフロ
ーを図２で示す実施例で実現するときは、判定基準値２
０６、コンパレータ２０７および出力回路２０８に対応
する回路を変換器２０５の出力端に並列にケーブル劣化
の判定を並行して行わせれば良い。

【００１８】図６は、ケーブル劣化の判定に関する概念
的な説明図である。横軸に零相電流の周波数を、縦軸に
零相電流の大きさをとったものである。ある高周波Ｈｚ
の電流に着目したとき、ケーブルが設置直後の新しいも
のであっても、高周波の電流は、当然、あるレベルＩ₀で
漏洩する。これが運転時間の増大とともに、矢印で年数
として示すように、増大していく。ある運転時間の経過
後の漏洩電流をＩ₁とすると、Ｉ₁−Ｉ₀が所定の判定基
準を超えるときはケーブルが劣化したものと判定して警
報を出すのがよいのである。

【００１９】今までの説明では、零相電流の検出は抵抗
２０２およびコンデンサ３００よりなるフイルタを介し
て行うものとしているが、図６で説明した高周波電流は
このフイルタではとりきれない程度のものと考えればよ
い。また、商用周波程度の交流であっても同じことが言
える。

【００２０】図７は、本発明の他の実施例を示す回路図
であり、図８はその構造を説明するための図である。本
実施例は、図２に示した実施例と比べると、付加コンデ
ンサを取り付けるためのスペースを漏洩電流継電器の内
部に有するものとするとともに、付加コンデンサをカセ
ット式に設けることが可能とされたものである。

【００２１】本実施例においては、付加コンデンサ群３
１０は接続点３０１に接続される接続線に必要な数のコ
ンデンサを接続したカセット構造をとるものとされてお
り、所定のスペースに挿入されると図７に示す回路構成
が完成するものである。図８に示すように、本実施例で
は、漏洩電流継電器２００の一部は凹部を形成してい
る。この凹部には上面および下面に接続コネクタ３０３
（図では上面の接続コネクタ３０３は見えていない）を
備え、ここに、付加コンデンサ群３１０のカセットを挿
入する。３１１はこのスペースにごみ等が入るのを防ぐ
ためのものであり、カセットが挿入されていないときは
もちろん、挿入されたときにも装着するものである。

【００２２】ここで、本発明の有用性について簡単に言
及すると以下のようである。

【００２３】一般的に言えば、将来の変更、増設に備え
た接続端子等を設けておくことは、電気機器において
は、よく行われることではある。しかしながら、従来の
それは、本来備えておく方が良いものを、販売価格等を
考慮して、その採否を購入者の選択に任せるというもの
である。これに対して、本発明は、漏洩電流継電器を有
するシステムが設置される段階では、付加コンデンサは
不要なものであり、また、これが将来必要になるかどう
かも明確であるわけではないのである。しかも、よく知
られているように、電力用のコンデンサは、たとえば誘
導電動機等と比べても、一般に寿命が短いものであるか
ら、現に不要である限り、将来に備えて設置すべきもの
とは言えないものである。このようなことから、本発明
では、付加コンデンサが必要となったときに、高信頼度
で増設できるように備えておくものであって、この技術
分野における特有の問題に着目した有用な発明である。

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば、インバータ増設などに
よる高周波ノイズ量の増加に対して、高信頼度の対応が
取れる。また、ケーブル劣化に対して早期異常検出も可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】誘導電動機が使用される負荷設備の典型的な構
成のシステム系統の一例を示す全体図。

【図２】（ａ）は本発明の実施例に係る漏洩電流継電器
を示す回路図、（ｂ）は付加的なコンデンサを接続する
ための端子に着目した漏洩電流継電器の背面図。

【図３】本発明の他の実施例に係る漏洩電流継電器を示
す回路図。

【図４】本発明による漏洩電流の検出を処理フローの形
で示す図。

【図５】本発明によりケーブル劣化への対処を可能とし
た漏洩電流の検出を処理フローの形で示す図。

【図６】ケーブル劣化の判定に関する概念的な説明図。

【図７】本発明の他の実施例を示す回路図。

【図８】図７に示す実施例の構造を説明するための図。

【符号の説明】

１：受電線、Ｔ：変圧器、２：配電線、３：遮断器、
４：零相変流器、５：漏洩電流継電器、６：モータ、１
０：インバータ、１１：モータ、１００：零相巻線、２
００：漏洩電流継電器、２０１：零相変流器接続端子、
２０２：電圧変換抵抗、２０３：オペアンプの零調整を
する可変抵抗、２０４：オペアンプ、２０５：変換器、
２０６：漏洩電流判定値、２０７：コンパレータ、２０
８：出力回路、２０９：判定値を調節する可変抵抗、２
１０：フォトカプラ（光ダイオード）、２１１：トラン
ジスタ、２１２：動作電源端子、３００：高周波ノイズ
抑制コンデンサ、３０１：高周波ノイズ抑制コンデンサ
接続端子、３０３：コネクタ、３１０：付加コンデン
サ、３１１：カバー。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G014 AA16 AB07 AB09 AB10 AC18 2G025 AA15 AB14 AC01 2G035 AA15 AB08 AB09 AC13 AC15 AD19 AD23 AD28 5G058 BB02 BC01 BD03 BD14

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】負荷に供給される３相交流電流の零相成分
   を入力とする漏洩電流継電器であって、 入力された零相電流を電圧に変換する電圧変換抵抗と、 前記電圧変換抵抗に並列に接続されたコンデンサと、 前記変換された電圧を増幅するためのオペアンプと、 前記オペアンプの零調整を行うための可変抵抗と、 前記零相電流のレベル判定のために設定される判定基準
   値を記憶する手段と、 前記増幅された電圧信号と前記判定基準値とを比較する
   コンパレータと、 前記電圧変換抵抗に並列に接続されたコンデンサに、必
   要により、コンデンサを並列に追加接続するための接続
   端子と、を有し、 前記変換された電圧信号が前記判定基準値を超えると
   き、前記コンパレータから前記負荷に供給される３相交
   流を遮断する信号を送出することを特徴とする漏洩電流
   継電器。
2. 【請求項２】前記増幅された電圧をディジタル信号に変
   換するためのＡ／Ｄ変換回路を備えるとともに、前記判
   定基準値を記憶する手段がディジタル信号を記憶するメ
   モリとされ、かつ、前記コンパレータがディジタル信号
   の比較を行なうものである請求項１記載の漏洩電流継電
   器。
3. 【請求項３】前記コンパレータ出力をフォトカプラによ
   り前記負荷に供給される３相交流を遮断する信号を送出
   する手段に伝達する請求項１または２記載の漏洩電流継
   電器。
4. 【請求項４】前記判定基準値が前記負荷に供給される３
   相交流を遮断する信号を送出するための判断基準より小
   さい値とされ、かつ、これを超える電圧信号が検出され
   たとき、前記負荷に３相交流を供給するケーブルに異常
   が発生している旨の警報を発生する請求項１ないし３の
   いずれかに記載の漏洩電流継電器。
5. 【請求項５】前記コンデンサを並列に追加接続するため
   の接続端子が、漏洩電流継電器の一部に形成された凹部
   に設けられた請求項１ないし４のいずれかに記載の漏洩
   電流継電器。
6. 【請求項６】前記追加接続するためのコンデンサを並列
   接続して複数個収納可能なスペースを有する補助ケース
   を前記凹部に挿入して、該ケース内の並列接続されたコ
   ンデンサを追加接続するためのコンデンサとして使用す
   る請求項５記載の漏洩電流継電器。