JP2004242404A - Leakage detector - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電路の漏電を検出する漏電検出装置に関し、特に三相3線式電路及び単相3線式電路の漏電を検出する漏電検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば三相3線式電路の従来の漏電検出装置としては特許文献1に示す構成のもの、また単相電路の従来の漏電検出装置としては特許文献2に示す構成のものがある。双方とも本発明者等が提案した技術で、それまでの漏電検出装置が有していた対地静電容量による常時漏洩電流が大きくなると感度が劣化する問題を解決する為に本発明者等が提案したもので、特許文献1では、非接地線間電圧位相の0°又は180°の固定タイミングで零相電流Io波形をサンプリングして、地絡電流Igrを検出していた。また、特許文献2では、電源電圧位相の90°又は270°の固定タイミングで零相電流Io波形をサンプリングして、地絡電流Igrを検出していた。
【0003】
【特許文献1】
実開平6−57037号公報
【特許文献2】
実開平6−57036号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記特許文献1,2の技術は、三相3線式電路或いは単相3線式電路において、接地抵抗が小さい場合には良好に地絡電流Igrを検出できたが、接地抵抗は100Ω以上という大きい値の場合もあり、このような場合に各相の対地静電容量のバランスが崩れたり、全体の対地静電容量が大きくなったりして電路全体の漏洩電流(常時漏洩電流Igc)が大きくなった場合は、漏洩電流の遅れ位相が大きくなるため、上記タイミングでサンプリングした零相電流値と実際の地絡電流値との差が大きくなってしまい誤動作する問題があった。
【0005】
図9の波形図を基に具体的に説明すると、図9は三相3線式電路の零相電流Io、常時漏洩電流Igc、地絡電流Igrの各位相を説明する為の波形図であり、(a)は接地抵抗値が例えば10Ωと小さい場合、(b)は接地抵抗値が例えば100Ωと大きい場合を示し、電源電圧と同相の常時漏洩電流Igcの位相180°での零相電流Ioの値が図9(a)では地絡電流Igrと重なるが、図(b)では交差点が大きくずれて重ならない。そのため、大きな誤差が生ずることになる。そして、この特徴は単相3線式電路でも同様であった。
【0006】
そこで、本発明は上記問題点に鑑み、接地抵抗が大きく更に対地静電容量が大きい電路においても良好に漏電を検出できる漏電検出装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項1の発明は、零相電流検出手段と、零相電流波形のゼロクロス点を検出する電流ゼロクロス点検出手段と、電源電圧波形のゼロクロス点を検出する電圧ゼロクロス点検出手段と、接地抵抗値入力手段と、前記各手段の出力を基に漏電を判断する漏電演算手段とを有し、前記漏電演算手段は、予め入力設定された接地抵抗情報と検出した零相電流情報と前記電流ゼロクロス点情報及び電圧ゼロクロス点情報とから、予め設定した電源電圧の位相角における零相電流瞬時値を地絡電流相当値として演算し、該地絡電流相当値を、少なくとも零相電流と接地抵抗値を基に算出した感度基準値と比較して漏電発生を判断することを特徴とする。
この構成により、対地静電容量による常時漏洩電流が大きくなっても、また接地抵抗値が大きくなっても感度基準値がそれに伴い変更され、常に精度良く地絡電流相当値を比較判断でき、精度良く漏電を判定できる。
【0008】
請求項2の発明は、請求項1の発明において、漏電演算手段は、零相電流情報から零相電流実効値を演算し、電流ゼロクロス点情報と電圧ゼロクロス点情報とを基に、予め設定した電源電圧の位相角での零相電流位相を演算し、求めた前記零相電流位相と前記零相電流実効値とから零相電流の瞬時値を演算し、求めた零相電流の瞬時値を地絡電流相当値として感度基準値と比較することを特徴とする。
この構成により地絡電流相当値を精度良く演算できる。
【0009】
請求項3の発明は、請求項2の発明において、Δ結線された三相3線式電路にあっては、予め設定した電源電圧の位相角が、電源電圧波形の位相0°或いは180°であることを特徴とする。
このように地絡電流を演算するための電源電圧位相角を180°とすることで、三相3線式電路の地絡電流値を容易に求める事ができる。
【0010】
請求項4の発明は、請求項2の発明において、単相3線式電路にあっては、予め設定した電源電圧の位相角が、常時漏洩電流波形を基準とする電源電圧位相であり、感度基準値は零相電流実効値と入力設定した接地抵抗値と更に前記常時漏洩電流波形を基準とする電源電圧位相とを基に算出されることを特徴とする。
この構成により、単相3線式電路の地絡電流値を容易に求める事ができる。尚、常時漏洩電流とは、電路と大地間に発生する静電容量により生ずる漏洩電流をいう。
【0011】
請求項5の発明は、請求項2乃至4の何れかの発明において、漏電演算手段は、予め設定した電源電圧の位相角における零相電流瞬時値と感度基準値から地絡電流値を演算して出力することを特徴とする。
この構成により、地絡電流値を表示する表示装置を設ければ漏電発生時の漏電状態を把握でき、復旧等に有効に活用できる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。
図1は本発明に係る漏電検出装置の第1実施形態を示す回路ブロック図であり、Δ結線された三相3線式電路において漏電を検出する構成を示している。図において、1は接地線10の零相電流を検出する零相電流検出手段としての零相変流器(ZCT)、2は接地抵抗Re値等を入力する入力手段としての入力装置、3は漏電発生を報知する警報装置、4は地絡電流値を表示する表示装置であり、5は漏電演算手段としてのマイクロコンピュータ(以下、単にマイコンとする)を示している。また、6は検出した零相電流を増幅する増幅回路、7はA/Dコンバータ、8は零相電流波形のゼロクロス点を検出する電流ゼロクロス点検出手段としての電流ゼロクロス点検出回路、9は電源電圧波形のゼロクロス点を検出する電圧ゼロクロス点検出手段としての電圧ゼロクロス点検出回路を示している。
【0013】
尚、接地線10は、R,S,T相のうちS相に設けられ、B種接地されている。また、電圧ゼロクロス点検出回路9は図示しない電圧検出手段により接地されていないT相−R相間の電圧Vtrを電源電圧として検出し、その電源電圧Vtrの波形からゼロクロス点を検出している。
【0014】
マイコン5は、説明のために演算データ(演算情報)及び各演算部をブロックで示し、データの流れを矢印で示している。図において、11は接地抵抗値データ、12は零相電流ゼロクロス点検出情報、13は電源電圧ゼロクロス点検出情報を示し、14は零相電流実効値演算部、15は零相電流の位相演算部、16は感度基準値演算部、17は零相電流の瞬時値演算部、18は地絡電流演算部、19は比較部を示している。
そして、A/Dコンバータ7を介して零相電流Io検出データがマイコン5に入力されると共に、検出された零相電流Ioは電流ゼロクロス点検出回路8により、ゼロクロス点情報が検出した零相電流Ioと同位相の方形波信号Pi(以下、零相電流ゼロクロス点情報をPi情報とする。)としてマイコン5に入力される。また検出された電源電圧Vtrのゼロクロス点情報が検出電圧と同位相の方形波信号Pv(以下、電源電圧ゼロクロス点情報をPv情報とする。)としてマイコン5に入力される。
【0015】
こうして入力された接地抵抗Re、零相電流Io、Pi情報、Pv情報を基に、Δ結線された三相3線電路の場合、マイコン5は、予め入力された接地抵抗値Reと現在の零相電流Ioの実効値Iormsとから感度基準値Isを設定すると共に、電源電圧Vtr間の位相0°又は180°(以下、位相Φvoとする)で零相電流Io波形をサンプリングする演算をして、
Ioサンプリング値≧Is
の場合漏電発生と判断する。
【0016】
マイコン5の動作を具体的に説明すると、まず、デジタルデータに変換された零相電流Io値から実効値演算プログラムにより零相電流実効値Iormsを求める。求めた零相電流実効値Iormsと予め測定して入力設定された接地抵抗Reのデータとを基に数1に示す演算式から成る感度基準値演算プログラムにより現在の感度基準値Isを求める。
【0017】
【数1】
【0018】
尚、ここでは漏電検出装置の定格感度電流を50mAとしている。
また、Pi情報と、Pv情報とを基に、数2に示す演算式からなる位相演算プログラムにより電源電圧Vtrが位相Φvoの時の零相電流Ioの位相Φを求める。
【0019】
【数2】
【0020】
尚、ここでは位相Φvoを便宜上180°としている。
次に、求めた上記位相Φを基に、電源電圧Vtrの位相180°での零相電流Ioの瞬時値Io(Φ)を数3に示す演算式からなるプログラムにより求める。
【0021】
【数3】
【0022】
この処理により、電源電圧Vtrの位相180°における零相電流Ioの瞬時値Io(Φ)がサンプリングされる。そして、この零相電流瞬時値Io(Φ)と求めた現在の感度基準値Isを基に、数4に示す地絡電流Igr演算式からなるプログラムにより地絡電流Igrを求める。更に、求めた地絡電流Igrを、表示プログラムにより表示装置4にて表示する。
【0023】
【数4】
【0024】
そして、求めた零相電流瞬時値Io(Φ)を現在の感度基準値Isと比較して、零相電流瞬時値Io(Φ)が感度基準値Isに達したら漏電発生と判断して警報信号を出力し、継電器等の警報装置3を動作させる。
【0025】
ここで、上記演算式の根拠を図4のシミュレーション図を基に説明すると、図4は、周波数50HzのΔ結線した三相3線式電路において、位相Φvoにおける零相電流Ioの瞬時値Io(Φ)をシミュレーションして作成したグラフであり、地絡電流Igr=50mAの漏電を発生させた状態で、接地抵抗値Re及び零相電流実効値Iormsを変化させている。
このシミュレーション図から、地絡電流Igrを特定して各相の対地静電容量が同一なら、接地抵抗Reと零相電流Ioが求まれば位相Φvoにおける零相電流瞬時値Io(Φ)を特定できることが解る。
【0026】
このことから、図4から求まる位相Φvoにおける零相電流瞬時値Io(Φ)を、定格感度電流を50mAとした場合の漏電検出装置の感度基準値Isに設定でき、例えば定格感度電流50mAの漏電検出装置において、接地抵抗値Re=100Ω、零相電流値実効値Iorms=150mAの場合の感度基準値は77.3mAとなる。そして、上記実施形態では、図4の特性を補間法等により近似式に変換して、マイコン5の演算により感度基準値Isを求めたものである。
【0027】
具体的に波形図により説明すると、図2はT相にて漏電が発生した場合の各波形を示し、図3はR相にて漏電が発生した場合の各波形を示している。何れも、接地抵抗Re=100Ω、R相、T相の対地静電容量CR=CT=0.956μF、地絡抵抗Rg=3900Ω、常時漏洩電流Igc=101.3mAとし、接地抵抗Re及び常時漏洩電流Igcを大きい値に設定した場合のシミュレーション値である。
【0028】
この波形図から、T相漏電の場合、数1に基づく演算により、定格感度電流を50mAに設定した場合、感度基準値Is=73.6mA、また電源電圧位相180°のときの零相電流瞬時値Io(Φ)は図2から71.5mAであるため、数4に基づく演算により地絡電流Igr=48.6mA(図4のシミュレーションからの値はIgr=48.6mA)を得る。また、R相漏電の場合、数1に基づく演算により、感度基準値Is=65.5mA、また電源電圧位相180°のときの零相電流瞬時値Io(Φ)は図3から67.3mA、であるため、数4に基づく演算により地絡電流Igr=51.4mA(図4のシミュレーションからの値はIgr=51.2mA)を得る。
尚、特許文献1に示す従来の技術では、T相漏電の場合、地絡電流Igr=Io(Φ)/(√2sin120°)からIgr=58.4mAであるし、R相漏電の場合は、同様に地絡電流Igr=54.9mAである。
【0029】
この結果をまとめると表1のようになる。この比較結果から、上記実施の形態による演算から求められた地絡電流Igrは、T相漏電の場合、Igr=48.6mA、R相漏電の場合、Igr=51.4mAと、実際の地絡電流値48.6mA、51.2mAに近い値で漏電を検出するのに対して、従来の技術ではIgr=58.4mA、或いはIgr=54.9mAと実際の地絡電流値から大きく外れた値を示していることがわかる。
【0030】
【表1】
【0031】
このように、予め設定した電源電圧の位相角における零相電流瞬時値を地絡電流相当値として求め、零相電流と接地抵抗値を基に算出した感度基準値と比較して漏電発生を判断するので、対地静電容量による常時漏洩電流が大きくなっても、また接地抵抗値が大きくなっても感度基準値がそれに伴い変更されるので、常に精度良く地絡電流相当値を比較判断でき、精度良く漏電を判定できる。
また、地絡電流相当値を演算するための電源電圧位相角を180°とすることで三相3線式電路の地絡電流相当値を容易に求める事ができるし、地絡電流相当値を予め設定した電源電圧の位相角での零相電流位相と零相電流実効値とから求めるので精度よく求めることができる。
更に、表示装置が演算した地絡電流値を表示するので、漏電発生時の漏電状態を把握でき、復旧等に有効に活用できる。
【0032】
尚、上記実施形態では、零相電流の瞬時値Io(Φ)を求める電源電圧位相Φvoを180°として演算しているが0°としても良い。また、漏電検出装置の定格感度電流を50mAとして説明したが、他の定格感度電流に対しても感度基準値Isの演算式等をそれに合わせて変更することで適用できる。
【0033】
図5は漏電検出装置の第2実施形態を示す図であり、単相3線式電路に適用した漏電検出装置の回路ブロック図を示している。図において、21は中性線N相に設けた接地線30の零相電流を検出する零相変流器(ZCT)、22は接地抵抗値等を入力する入力装置、23は漏電発生を報知する警報装置、24は地絡電流値を表示する表示装置であり、25はマイクロコンピュータ(以下、単にマイコンとする。)を示している。また、26は検出した零相電流を増幅する増幅回路、27はA/Dコンバータ、28は零相電流波形のゼロクロス点を検出する電流ゼロクロス点検出回路、29は電源電圧波形のゼロクロス点を検出ずる電圧ゼロクロス点検出回路を示している。
【0034】
尚、電源電圧波形のゼロクロス点検出回路29は、図示しない電圧検出手段により電圧線X,Y間の電圧を検出し、その電源電圧Vの波形からゼロクロス点を検出している。
【0035】
マイコン25は、説明のために演算データ(演算情報)及び演算部をブロックで示し、データの流れを矢印で示している。図において、31は接地抵抗値データ、32は零相電流ゼロクロス点検出情報、33は電源電圧ゼロクロス点検出情報を示し、34は零相電流実効値演算部、35は対地静電容量による漏洩電流である常時漏洩電流Igc波形がゼロクロスするときの電源電圧位相Φcoを求める電圧位相演算部、36は零相電流の位相演算部、37は感度基準値演算部、38は零相電流の瞬時値演算部、39は地絡電流演算部、40は比較部を示している。
【0036】
そして、A/Dコンバータ27を介して零相電流検出データがマイコン25に入力されると共に、検出された零相電流Ioは電流ゼロクロス点検出回路28により、ゼロクロス点情報が検出した零相電流と同位相の方形波信号Pi(以下、零相電流ゼロクロス点情報をPi情報とする。)としてマイコン25に入力される。また、検出された電源電圧Vのゼロクロス点情報は検出電圧と同位相の方形波信号Pv(以下、電源電圧ゼロクロス点情報をPv情報とする。)としてマイコン25に入力される。
【0037】
このように、入力された接地抵抗値Re、零相電流Io、Pi情報、Pv情報を基に、単相3線式電路の場合、マイコン25が、予め入力された接地抵抗値Reと現在の零相電流Ioの実効値Iormsとから電路の対地静電容量を介して流れる常時漏洩電流Igc波形のゼロクロスタイミングを特定して、特定したゼロクロスタイミングから感度基準値Isを設定すると共に、そのゼロクロスタイミングでIo波形をサンプリングして、求めた感度基準値Isと比較して、
Ioサンプリング値≧Is
の場合漏電発生と判断する。
【0038】
マイコン25の動作を具体的に説明すると、まずデジタルデータに変換された零相電流Io値から実効値演算プログラムにより零相電流実効値Iormsを求める。求めた零相電流実効値Iormsと入力設定された接地抵抗Reのデータとを基に、数5に示す演算式からなる演算プログラムにより常時漏洩電流Igcがゼロクロスするときの電源電圧位相(以下、ゼロクロス電圧位相とする。)Φcoを求める。
【0039】
【数5】
【0040】
そして、このゼロクロス電圧位相Φcoを数6に示す演算式からなる感度演算プログラムにより現在の感度基準値Isを求める。
【0041】
【数6】
【0042】
尚、漏電検出装置の定格感度電流を50mAとしてプログラムしてある。
また、ゼロクロス電圧位相Φcoと、Pi情報と、Pv情報を基に、数7に示す演算式からなる位相演算プログラムから電源電圧Vの位相がゼロクロス電圧位相Φcoの時の零相電流Ioの位相Φを求める。
【0043】
【数7】
【0044】
次に、求めた上記位相Φでの零相電流Ioの瞬時値Io(Φ)を数8に示す演算式からなるプログラムから求める。
【0045】
【数8】
【0046】
この処理により、電源電圧Vのゼロクロス電圧位相Φcoにおける零相電流Ioの瞬時値がサンプリングされ、この零相電流瞬時値Io(Φ)と現在の感度基準値Isを基に、数9に示す地絡電流Igr演算式からなるプログラムにより地絡電流Igrを求め、求めた地絡電流Igrを表示プログラムにより表示装置24にて表示する。
【0047】
【数9】
【0048】
そして、求めた零相電流瞬時値Io(Φ)を、求めた現在の感度基準値Isと比較して、零相電流瞬時値Io(Φ)が感度基準値Isに達していたら漏電発生と判断して警報信号を出力し、継電器等の警報装置23を動作させる。
【0049】
ここで上記演算式の根拠を図8のシミュレーション図を基に説明する。図8は周波数50Hzの単相3線式電路で地絡電流Igr=50mAの漏電を発生させた状態で、接地抵抗Re及び零相電流Ioの実効値を変化させてゼロクロス電圧位相Φco、即ち常時漏洩電流Igcがゼロクロスするときの電源電圧位相をシミュレーションした図である。この図から、地絡電流Igrを特定すれば、接地抵抗Reと零相電流Ioとからゼロクロス電圧位相Φcoを特定できることがわかる。
【0050】
この図8から、地絡電流Igrは電源電圧位相と同相と仮定することで、Igr=50mAの時のゼロクロス電圧位相Φcoにおける地絡電流Igrの瞬時値は、√2×50×sin(Φco)で求まり、これが感度基準値Isとなる。正確には、定格感度電流50mAの漏電検出装置のゼロクロス電圧位相Φcoにおける感度基準値Isとなる。例えば、定格感度電流50mAの漏電検出装置において、ゼロクロス電圧位相Φco=95°の時の感度基準値Isは70.4mAとなる。
そして、上記第2実施形態では、図8の特性を補間法等により近似式に変換して、マイコンの演算により感度基準値Isを求めた。
【0051】
尚、図8の零相電流Ioの変化はY相の対地静電容量を固定とし、X相の対地静電容量を変化させて求めている。また、図8では90°付近のゼロクロス電圧位相Φcoを示しているが、当然ゼロクロス電圧位相Φcoに180°を加えた位相にも常時漏洩電流Igc波形のゼロクロスタイミングが存在する。
【0052】
具体的に波形図により説明すると、図6はX相で漏電が発生した場合の各波形を示し、図7はY相にて漏電が発生した場合の各波形を示している。何れも、接地抵抗Re=100Ω、地絡抵抗Rg=1900Ωで、X相の対地静電容量Cx=3.5μF、Y相の対地静電容量Cy=0.5μFとし、接地抵抗Re及び常時漏洩電流Igcを大きい値に設定(X相のIgc=87.3mA、Y相のIgc=99.8mA)した場合のシミュレーション値である。
【0053】
この波形図から、定格感度電流を50mAに設定した場合、X相漏電の場合、数6に基づく演算により、感度基準値Is=70.2mA、また数5の演算で求めた電源電圧位相Φco=96.8°の時の零相電流瞬時値Io(Φ)は図6から70.2mAであるため、数9に基づく演算により地絡電流Igr=50.0mA(図8のシミュレーションからの値はIgr=49.7mA)を得る。また、Y相漏電の場合、数6に基づく演算により、感度基準値Is=70.2mA、また、数5の演算で求めた電源電圧位相Φco=96.8°の時の零相電流瞬時値Io(Φ)は図7から70.7mAであるため、数9に基ずく演算により地絡電流Igr=50.4mA(図8のシミュレーションからの値はIgr=50.8mA)を得る。
尚、特許文献2に示す従来の技術では、X相漏電の場合、地絡電流Igr=Io(Φ)×sin(Io位相+90°)からIgr=59.8mAであるし、Y相漏電の場合、同様にIgr=38.8mAである。
【0054】
この結果をまとめると表2のようになる。この比較結果から、上記実施の形態による演算から求められた地絡電流Igrは、X相漏電の場合、Igr=50.0mA、Y相漏電の場合、Igr=50.4mAと、実際の地絡電流値49.7mA、50.8mAに近い値で漏電を検出するのに対して、従来の技術ではIgr=59.8mA、或いは38.8mAと、実際の地絡電流値から大きく外れた値を示していることがわかる。
【0055】
【表2】
【0056】
このように、常時漏洩電流Igcがゼロクロスするときの位相Φでの零相電流瞬時値を地絡電流相当値として求め、設定した定格感度電流のその位相Φcoでの瞬時値を感度基準値とし、双方を比較して漏電発生を判断するので、対地静電容量による常時漏洩電流が大きくなっても、また接地抵抗値が大きくなっても感度基準値がそれに伴い変更され、常に精度良く地絡電流相当値を比較判断でき、精度良く漏電を判定できる。
また、地絡電流を演算するための電源電圧位相角を常時漏洩電流波形を基準とする電源電圧位相とすることで、単相3線式電路の地絡電流値を容易に求める事ができるし、地絡電流値を出力するので、その表示装置を設ければ漏電発生時の漏電状態を把握でき、復旧等に有効に活用できる。
【0057】
尚、上記実施形態は、何れも接地線に零相変流器を設けて零相電流を検出しているが、零相電流は電路から直接検出しても良い。
【0058】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、予め設定した電源電圧の位相角における零相電流瞬時値を地絡電流相当値として求め、少なくとも零相電流と接地抵抗値を基に算出した感度基準値と比較して漏電発生を判断するので、対地静電容量による常時漏洩電流が大きくなっても、また接地抵抗値が大きくなっても感度基準値がそれに伴い変更されるので、常に精度良く地絡電流相当値を比較判断でき、精度良く漏電を判定できる。
【0059】
また、地絡電流を演算するための電源電圧位相角を180°とすることで、三相3線式電路の地絡電流値を容易に求める事ができるし、地絡電流を演算するための電源電圧位相角を常時漏洩電流波形を基準とする電源電圧位相とすることで、単相3線式電路の地絡電流値を容易に求める事ができる。
さらに、演算した地絡電流値を出力するので、その表示装置を設ければ漏電発生時の漏電状態を把握でき、復旧等に有効に活用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態を示し、三相3線式電路に設けた漏電検出装置のブロック図である。
【図2】三相3線式電路のT相で漏電が発生した場合の各波形を示し、図1の漏電検出装置により漏電を検出する説明図である。
【図3】三相3線式電路のR相で漏電が発生した場合の各波形を示し、図1の漏電検出装置により漏電を検出する説明図である。
【図4】三相3線式電路の零相電流瞬時値Io(Φ)のシミュレーションデータを示す図である。
【図5】本発明の第2実施形態を示し、単相3線式電路に設けた漏電検出装置のブロック図である。
【図6】単相3線式電路のX相で漏電が発生した場合の各波形を示し、図5の漏電検出装置により漏電を検出する説明図である。
【図7】単相3線式電路のY相で漏電が発生した場合の各波形を示し、図5の漏電検出装置により漏電を検出する説明図である。
【図8】単相3線式電路において、常時漏洩電流波形がゼロクロスするときの電源電圧位相と接地抵抗の関係をシミュレーションして求めた図である。
【図9】従来の三相3線式電路のT相で漏電が発生した状態の波形図であり、(a)は接地抵抗が小さい場合、(b)は接地抵抗が大きい場合を示している。
【符号の説明】
1・・零相変流器、2・・入力装置、5・・マイクロコンピュータ(マイコン)、8・・電流ゼロクロス点検出回路、9・・電圧ゼロクロス点検出回路、10・・接地線、21・・零相変流器、22・・入力装置、25・・マイクロコンピュータ(マイコン)、28・・電流ゼロクロス点検出検出回路、29・・電圧ゼロクロス点検出回路、30・・接地線。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a leakage detection device that detects leakage of an electric circuit, and more particularly to a leakage detection device that detects leakage of a three-phase three-wire circuit and a single-phase three-wire circuit.
[0002]
[Prior art]
For example, a conventional leakage detecting device of a three-phase three-wire circuit has a configuration shown in
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-6-57037 [Patent Document 2]
Published Japanese Utility Model Application No. Hei 6-57036
[Problems to be solved by the invention]
However, the techniques of
[0005]
FIG. 9 is a waveform chart for explaining each phase of the zero-phase current Io, the constant leakage current Igc, and the ground fault current Igr of the three-phase three-wire circuit. (A) shows the case where the ground resistance is as small as, for example, 10Ω, and (b) shows the case where the ground resistance is as large as, for example, 100Ω. The zero-phase current Io at 180 ° phase of the constant leakage current Igc in phase with the power supply voltage is shown. 9 (a) overlaps with the ground fault current Igr in FIG. 9 (a), but in FIG. Therefore, a large error occurs. This feature was the same for a single-phase three-wire circuit.
[0006]
In view of the above problems, it is an object of the present invention to provide a leakage detection device capable of detecting leakage current satisfactorily even on an electric circuit having a large ground resistance and a large earth capacitance.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the invention according to
With this configuration, even if the constant leakage current due to the ground capacitance increases or the ground resistance value increases, the sensitivity reference value changes accordingly, and the ground fault current equivalent value can always be compared and determined with high accuracy. The leakage can be judged well.
[0008]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the leakage calculating means calculates a zero-phase current effective value from the zero-phase current information, and sets the effective value in advance based on the current zero-cross point information and the voltage zero-cross point information. Calculate the zero-phase current phase at the phase angle of the power supply voltage, calculate the instantaneous value of the zero-phase current from the obtained zero-phase current phase and the zero-phase current effective value, and calculate the instantaneous value of the obtained zero-phase current. It is characterized in that it is compared with a sensitivity reference value as a ground fault current equivalent value.
With this configuration, the ground fault current equivalent value can be accurately calculated.
[0009]
According to a third aspect of the present invention, in the second aspect of the present invention, in the three-phase three-wire circuit connected by Δ, the preset power supply voltage phase angle is 0 ° or 180 ° of the power supply voltage waveform phase. There is a feature.
By setting the power supply voltage phase angle for calculating the ground fault current to 180 ° as described above, the ground fault current value of the three-phase three-wire circuit can be easily obtained.
[0010]
According to a fourth aspect of the present invention, in the second aspect of the present invention, in the single-phase three-wire circuit, the preset phase angle of the power supply voltage is a power supply voltage phase that is always based on the leakage current waveform, and the sensitivity is high. The reference value is calculated based on a zero-phase current effective value, an input and set ground resistance value, and a power supply voltage phase based on the constant leakage current waveform.
With this configuration, the ground fault current value of the single-phase three-wire circuit can be easily obtained. In addition, the constant leakage current refers to a leakage current generated by a capacitance generated between the electric circuit and the ground.
[0011]
According to a fifth aspect of the present invention, in any one of the second to fourth aspects of the present invention, the earth leakage calculating means calculates a ground fault current value from a zero-phase current instantaneous value and a sensitivity reference value at a preset phase angle of the power supply voltage. Output.
According to this configuration, if a display device for displaying a ground fault current value is provided, the state of leakage at the time of occurrence of leakage can be grasped, and can be effectively used for recovery or the like.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a circuit block diagram showing a first embodiment of a leakage detecting device according to the present invention, and shows a configuration for detecting a leakage in a three-phase three-wire circuit connected in Δ. In the figure, 1 is a zero-phase current transformer (ZCT) as a zero-phase current detecting means for detecting a zero-phase current of the
[0013]
The
[0014]
The
Then, the zero-phase current Io detection data is input to the
[0015]
Based on the ground resistance Re, zero-phase current Io, Pi information, and Pv information thus input, in the case of a three-phase three-wire circuit connected by Δ, the
Io sampling value ≧ Is
In the case of, it is determined that a short circuit has occurred.
[0016]
More specifically, the operation of the
[0017]
(Equation 1)
[0018]
Here, the rated sensitivity current of the leakage detection device is set to 50 mA.
Further, based on the Pi information and the Pv information, the phase Φ of the zero-phase current Io when the power supply voltage Vtr is the phase Φvo is obtained by a phase calculation program consisting of a calculation formula shown in
[0019]
(Equation 2)
[0020]
Here, the phase Φvo is set to 180 ° for convenience.
Next, based on the obtained phase Φ, an instantaneous value Io (Φ) of the zero-phase current Io at a phase of 180 ° of the power supply voltage Vtr is obtained by a program comprising an arithmetic expression shown in
[0021]
[Equation 3]
[0022]
With this processing, the instantaneous value Io (Φ) of the zero-phase current Io at the phase of 180 ° of the power supply voltage Vtr is sampled. Then, based on the instantaneous zero-phase current value Io (Φ) and the obtained current sensitivity reference value Is, a ground fault current Igr is obtained by a program comprising a ground fault current Igr calculation formula shown in Expression 4. Further, the obtained ground fault current Igr is displayed on the display device 4 by a display program.
[0023]
(Equation 4)
[0024]
Then, the obtained zero-phase current instantaneous value Io (Φ) is compared with the current sensitivity reference value Is. When the zero-phase current instantaneous value Io (Φ) reaches the sensitivity reference value Is, it is determined that leakage has occurred and an alarm signal is issued. Is output, and the
[0025]
Here, the basis of the above arithmetic expression will be described with reference to the simulation diagram of FIG. 4. FIG. 4 shows that the instantaneous value Io () of the zero-phase current Io at the phase φvo in a three-phase three-wire circuit with a frequency of 50 Hz and Δ connection. Is a graph created by simulating Φ), in which a ground resistance value Re and a zero-phase current effective value Iorms are changed in a state where a ground fault current Igr = leakage of 50 mA is generated.
From this simulation diagram, if the ground fault current Igr is specified and the ground capacitance of each phase is the same, the ground resistance Re and the zero-phase current Io are obtained, and the zero-phase current instantaneous value Io (Φ) in the phase Φvo is specified. Understand what you can do.
[0026]
From this, the zero-phase current instantaneous value Io (Φ) in the phase Φvo obtained from FIG. 4 can be set to the sensitivity reference value Is of the leakage detection device when the rated sensitivity current is 50 mA. In the detection device, when the ground resistance value Re = 100Ω and the zero-phase current value effective value Iorms = 150 mA, the sensitivity reference value is 77.3 mA. In the above embodiment, the characteristic shown in FIG. 4 is converted into an approximate expression by an interpolation method or the like, and the sensitivity reference value Is is obtained by the calculation of the
[0027]
Explaining specifically with waveform diagrams, FIG. 2 shows respective waveforms when a leakage occurs in the T phase, and FIG. 3 shows respective waveforms when a leakage occurs in the R phase. In each case, the ground resistance Re = 100Ω, the R-phase and T-phase capacitances to ground CR = CT = 0.965 μF, the ground fault resistance Rg = 3900Ω, the constant leakage current Igc = 101.3 mA, the ground resistance Re and the constant leakage This is a simulation value when the current Igc is set to a large value.
[0028]
From this waveform diagram, in the case of T-phase leakage, when the rated sensitivity current is set to 50 mA by calculation based on
According to the conventional technique disclosed in
[0029]
Table 1 summarizes the results. From this comparison result, the ground fault current Igr obtained by the calculation according to the above embodiment is as follows: Tgr = 48.6 mA for T-phase leakage, Igr = 51.4 mA for R-phase leakage, and an actual ground fault While current leakage is detected at a current value of 48.6 mA or a value close to 51.2 mA, in the conventional technology, Igr = 58.4 mA or Igr = 54.9 mA, a value greatly deviating from the actual ground fault current value. It turns out that it shows.
[0030]
[Table 1]
[0031]
In this way, the instantaneous value of the zero-phase current at the preset phase angle of the power supply voltage is obtained as the ground fault current equivalent value, and the occurrence of the earth leakage is determined by comparing the zero-phase current with the sensitivity reference value calculated based on the ground resistance value. Therefore, even if the constant leakage current due to the ground capacitance increases, and even if the ground resistance increases, the sensitivity reference value changes accordingly, so that the ground fault current equivalent value can always be compared and determined with high accuracy. Leakage can be determined with high accuracy.
Further, by setting the power supply voltage phase angle for calculating the ground fault current equivalent value to 180 °, the ground fault current equivalent value of the three-phase three-wire circuit can be easily obtained. Since it is obtained from the zero-phase current phase and the effective zero-phase current value at a preset phase angle of the power supply voltage, it can be obtained with high accuracy.
Further, since the display device displays the calculated ground fault current value, it is possible to grasp the state of the earth leakage at the time of occurrence of the earth leakage, and it can be effectively used for recovery or the like.
[0032]
In the above embodiment, the power supply voltage phase Φvo for obtaining the instantaneous value Io (Φ) of the zero-phase current is calculated as 180 °, but may be set to 0 °. In addition, although the rated sensitivity current of the leakage detection device has been described as 50 mA, the present invention can be applied to other rated sensitivity currents by changing the arithmetic expression of the sensitivity reference value Is and the like.
[0033]
FIG. 5 is a diagram showing a second embodiment of the earth leakage detection device, and shows a circuit block diagram of the earth leakage detection device applied to a single-phase three-wire circuit. In the figure,
[0034]
The zero-cross
[0035]
The
[0036]
Then, the zero-phase current detection data is input to the
[0037]
As described above, based on the input ground resistance Re, zero-phase current Io, Pi information, and Pv information, in the case of a single-phase three-wire circuit, the
Io sampling value ≧ Is
In the case of, it is determined that a short circuit has occurred.
[0038]
The operation of the
[0039]
(Equation 5)
[0040]
Then, the current sensitivity reference value Is is obtained from the zero-cross voltage phase Φco by a sensitivity calculation program including a calculation formula shown in
[0041]
(Equation 6)
[0042]
In addition, the rated sensitivity current of the leakage detection device is programmed as 50 mA.
Also, based on the zero cross voltage phase Φco, Pi information, and Pv information, the phase Φ of the zero-phase current Io when the phase of the power supply voltage V is the zero cross voltage phase Φco is obtained from the phase calculation program consisting of the calculation formula shown in Expression 7. Ask for.
[0043]
(Equation 7)
[0044]
Next, an instantaneous value Io (Φ) of the zero-phase current Io at the above-mentioned phase Φ is obtained from a program comprising an arithmetic expression shown in
[0045]
(Equation 8)
[0046]
With this processing, the instantaneous value of the zero-phase current Io in the zero-cross voltage phase Φco of the power supply voltage V is sampled, and based on this zero-phase current instantaneous value Io (Φ) and the current sensitivity reference value Is, the ground shown in
[0047]
(Equation 9)
[0048]
Then, the calculated instantaneous zero-phase current value Io (Φ) is compared with the obtained current sensitivity reference value Is. If the instantaneous zero-phase current value Io (Φ) has reached the sensitivity reference value Is, it is determined that an electric leakage has occurred. And outputs an alarm signal to operate an
[0049]
Here, the basis of the above arithmetic expression will be described based on the simulation diagram of FIG. FIG. 8 shows a state in which a ground fault current Igr = 50 mA is leaked in a single-phase three-wire circuit with a frequency of 50 Hz, and the effective value of the ground resistance Re and the zero-phase current Io is changed to change the zero-cross voltage phase Φco, that is, at all times. FIG. 9 is a diagram simulating a power supply voltage phase when a leakage current Igc crosses zero. From this figure, it is understood that if the ground fault current Igr is specified, the zero-cross voltage phase Φco can be specified from the ground resistance Re and the zero-phase current Io.
[0050]
From FIG. 8, assuming that the ground fault current Igr is in phase with the power supply voltage phase, the instantaneous value of the ground fault current Igr at the zero-cross voltage phase Φco when Igr = 50 mA is √2 × 50 × sin (Φco) And this is the sensitivity reference value Is. To be more precise, it is the sensitivity reference value Is at the zero-cross voltage phase Φco of the leakage detection device having the rated sensitivity current of 50 mA. For example, in a leakage detection device having a rated sensitivity current of 50 mA, the sensitivity reference value Is at the time of zero cross voltage phase Φco = 95 ° is 70.4 mA.
In the second embodiment, the characteristic shown in FIG. 8 is converted into an approximate expression by an interpolation method or the like, and the sensitivity reference value Is is obtained by an operation of the microcomputer.
[0051]
The change in the zero-phase current Io in FIG. 8 is obtained by fixing the ground capacitance of the Y phase and changing the ground capacitance of the X phase. FIG. 8 shows a zero-cross voltage phase Φco near 90 °, but a zero-cross timing of the leakage current Igc waveform always exists in a phase obtained by adding 180 ° to the zero-cross voltage phase Φco.
[0052]
Specifically, referring to waveform diagrams, FIG. 6 shows respective waveforms when a leakage occurs in the X phase, and FIG. 7 shows respective waveforms when a leakage occurs in the Y phase. In each case, the ground resistance Re = 100Ω, the ground fault resistance Rg = 1900Ω, the X-phase ground capacitance Cx = 3.5 μF, the Y-phase ground capacitance Cy = 0.5 μF, the ground resistance Re and the constant leakage This is a simulation value when the current Igc is set to a large value (Igc for X phase = 87.3 mA, Igc for Y phase = 99.8 mA).
[0053]
From this waveform diagram, when the rated sensitivity current is set to 50 mA, in the case of X-phase leakage, the sensitivity reference value Is = 70.2 mA by the calculation based on
In the conventional technique disclosed in
[0054]
Table 2 summarizes the results. From this comparison result, the ground fault current Igr obtained from the calculation according to the above-described embodiment is as follows: Igr = 50.0 mA in the case of X-phase leakage, and Igr = 50.4 mA in the case of Y-phase leakage. While current leakage is detected at a value close to the current value of 49.7 mA and 50.8 mA, the conventional technique uses Igr = 59.8 mA or 38.8 mA, which is a value greatly deviating from the actual ground fault current value. It turns out that it shows.
[0055]
[Table 2]
[0056]
In this way, the instantaneous value of the zero-phase current at the phase Φ when the leakage current Igc always crosses zero is obtained as the ground fault current equivalent value, and the instantaneous value of the set rated sensitivity current at the phase Φco is set as the sensitivity reference value, Since both sides are compared to determine the occurrence of earth leakage, even if the leakage current due to the earth capacitance is large or the ground resistance value is large, the sensitivity reference value is changed accordingly, and the ground fault current is always accurate. The equivalent values can be compared and determined, and the leakage can be accurately determined.
Further, by setting the power supply voltage phase angle for calculating the ground fault current to the power supply voltage phase with the leakage current waveform as a reference at all times, the ground fault current value of the single-phase three-wire circuit can be easily obtained. Since the ground fault current value is output, if the display device is provided, the state of the earth leakage at the time of occurrence of the earth leakage can be grasped, and it can be effectively used for recovery or the like.
[0057]
In each of the above embodiments, a zero-phase current transformer is provided on the ground line to detect the zero-phase current, but the zero-phase current may be directly detected from the electric circuit.
[0058]
【The invention's effect】
As described in detail above, according to the present invention, the instantaneous value of the zero-phase current at the preset phase angle of the power supply voltage is determined as the ground fault current equivalent value, and the sensitivity calculated based on at least the zero-phase current and the ground resistance value. Since the occurrence of electric leakage is judged by comparing with the reference value, even if the leakage current due to the capacitance to the ground always increases, and even if the ground resistance value increases, the sensitivity reference value changes accordingly, so it is always accurate. The ground fault current equivalent value can be compared and determined, and the leakage can be accurately determined.
[0059]
Further, by setting the power supply voltage phase angle for calculating the ground fault current to 180 °, the ground fault current value of the three-phase three-wire circuit can be easily obtained, and the ground fault current can be calculated. By setting the power supply voltage phase angle to the power supply voltage phase based on the leakage current waveform at all times, the ground fault current value of the single-phase three-wire circuit can be easily obtained.
Further, since the calculated ground fault current value is output, if the display device is provided, the state of the leakage at the time of the occurrence of the leakage can be grasped and can be effectively used for recovery or the like.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention, and is a block diagram of a leakage detection device provided in a three-phase three-wire circuit.
FIG. 2 is a diagram illustrating waveforms when a leakage occurs in a T-phase of a three-phase three-wire circuit, and is an explanatory diagram of detecting a leakage by the leakage detection device of FIG. 1;
FIG. 3 is an explanatory diagram showing waveforms when a leakage occurs in the R phase of a three-phase three-wire circuit, and detecting leakage by the leakage detection device of FIG. 1;
FIG. 4 is a diagram showing simulation data of a zero-phase current instantaneous value Io (Φ) of a three-phase three-wire circuit.
FIG. 5 shows a second embodiment of the present invention, and is a block diagram of a leakage detection device provided in a single-phase three-wire circuit.
6 is a diagram illustrating waveforms when a leakage occurs in the X-phase of a single-phase three-wire circuit, and illustrates leakage detection by the leakage detection device of FIG. 5;
7 is a diagram illustrating waveforms when a leakage occurs in the Y-phase of a single-phase three-wire circuit, and is a diagram illustrating leakage detection by the leakage detection device of FIG. 5;
FIG. 8 is a diagram obtained by simulating a relationship between a power supply voltage phase and a ground resistance when a zero leakage current waveform always crosses in a single-phase three-wire circuit.
9A and 9B are waveform diagrams showing a state in which a leakage has occurred in the T phase of a conventional three-phase three-wire circuit. FIG. 9A shows a case where the ground resistance is small, and FIG. 9B shows a case where the ground resistance is large. .
[Explanation of symbols]
1. Zero-phase current transformer, 2. Input device, 5. Microcomputer, 8. Current zero-cross point detection circuit, 9. Voltage zero-cross point detection circuit, 10. Ground line, 21. -Zero-phase current transformer, 22-Input device, 25-Microcomputer (microcomputer), 28-Current zero-cross point detection circuit, 29-Voltage zero-cross point detection circuit, 30-Ground line.
Claims (5)
前記漏電演算手段は、予め入力設定された接地抵抗情報と検出した零相電流情報と前記電流ゼロクロス点情報及び電圧ゼロクロス点情報とから、予め設定した電源電圧の位相角における零相電流瞬時値を地絡電流相当値として演算し、
該地絡電流相当値を、少なくとも零相電流と接地抵抗値を基に算出した感度基準値と比較して漏電発生を判断することを特徴とする漏電検出装置。Zero-phase current detection means, current zero-cross point detection means for detecting a zero-cross point of a zero-phase current waveform, voltage zero-cross point detection means for detecting a zero-cross point of a power supply voltage waveform, ground resistance input means, And a leakage calculating means for determining leakage based on the output of
The earth leakage calculating means calculates a zero-phase current instantaneous value at a preset power supply voltage phase angle from the previously input ground resistance information, the detected zero-phase current information, the current zero-cross point information, and the voltage zero-cross point information. Calculate as the ground fault current equivalent value,
An earth leakage detection device characterized by comparing the ground fault current equivalent value with a sensitivity reference value calculated based on at least a zero-phase current and a ground resistance value to determine occurrence of earth leakage.
電流ゼロクロス点情報と電圧ゼロクロス点情報とを基に、予め設定した電源電圧の位相角での零相電流位相を演算し、
求めた前記零相電流位相と前記零相電流実効値とから零相電流の瞬時値を演算し、
求めた零相電流の瞬時値を地絡電流相当値として感度基準値と比較する請求項1記載の漏電検出装置。The leakage calculating means calculates a zero-phase current effective value from the zero-phase current information,
Based on the current zero-cross point information and the voltage zero-cross point information, calculate a zero-phase current phase at a preset power supply voltage phase angle,
Calculate the instantaneous value of the zero-phase current from the obtained zero-phase current phase and the zero-phase current effective value,
2. The leakage detection device according to claim 1, wherein the instantaneous value of the obtained zero-phase current is compared with a sensitivity reference value as a ground fault current equivalent value.
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