JP2004354173A - 漏電検出装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】漏電を高精度に検出することができる漏電検出装置を提供することを課題とする。
【解決手段】供給側Ｖと負荷側Ｌとが電線ＶＷ，ＧＷで接続され、供給側Ｖから負荷側Ｌにおける漏電を検出する漏電検出装置２２であって、負荷側Ｌの筐体Ｌｂ又は／及び電線ＶＷ，ＧＷのシールド線Ｓに接続される漏電検出線１０と、漏電検出線１０に発生した電圧と基準電圧との電圧差を検出する電圧差検出手段１４，１５と、漏電判定電圧を発生する漏電判定電圧発生手段１７と、電圧差検出手段１４，１５で検出した電圧差と漏電判定電圧発生手段１７で発生した漏電判定電圧とを比較し、漏電の有無を判定する比較手段１８とを備えることを特徴とする。
【選択図】 図２
【解決手段】供給側Ｖと負荷側Ｌとが電線ＶＷ，ＧＷで接続され、供給側Ｖから負荷側Ｌにおける漏電を検出する漏電検出装置２２であって、負荷側Ｌの筐体Ｌｂ又は／及び電線ＶＷ，ＧＷのシールド線Ｓに接続される漏電検出線１０と、漏電検出線１０に発生した電圧と基準電圧との電圧差を検出する電圧差検出手段１４，１５と、漏電判定電圧を発生する漏電判定電圧発生手段１７と、電圧差検出手段１４，１５で検出した電圧差と漏電判定電圧発生手段１７で発生した漏電判定電圧とを比較し、漏電の有無を判定する比較手段１８とを備えることを特徴とする。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、供給側から負荷側における漏電を検出する漏電検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電源装置等の供給側から電力や各種電気信号を電気機器等の負荷側に供給する場合、供給側から負荷側におけるいずれかの箇所での絶縁異常等によって漏電が発生する場合がある。漏電が発生した場合、漏電による様々な悪影響を防止するために、供給側からの電力等の供給を迅速に停止する必要がある。漏電時に供給を停止する装置としては、漏電遮断器がある（特許文献１参照）。漏電遮断器は、供給側と負荷側との間の電路上に接点を配し、漏電を検出した場合にはその接点を開いて電路を遮断する。漏電遮断器における漏電の検出方法としては、供給側と負荷側との間の電路上に零相変流器を配し、零相変流器で検出した零相電流に基づいて漏電の有無を判定する。
【０００３】
【特許文献１】
特開平６−１９６０８３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、零相変流器では漏電電流が実際に流れないと漏電を検出することができない。そのため、負荷側の機器の筐体が接地されていない場合、漏電電流が流れないので、漏電を検出することができない。さらに、供給側と負荷側との間に接続される電源線が接地されていない金属部分に接触した場合、漏電電流が流れないので、零相変流器の変流コイルに電位が発生せず、その金属部分への漏電を検出することができない。また、大電流が流れる線路に零相変流器が配された場合、大電流を流すために線路自体が太くなっているので、零相変流器の貫通面積も大きくなる。そのため、外部からの磁束が零相変流器を貫通し、ノイズの影響を受けて誤作動し易くなるので、零相変流器の感度を落としている。その結果、微小な漏電を検出することができない。また、直流の漏電が発生した場合、零相変流器のヒス特性によりコアが帯磁し、その帯磁によるオフセットによって漏電電流の検出が難しくなる。このように、零相変流器を用いた従来の漏電検出では、漏電している状況によっては漏電を検出できない場合や検出が困難な場合がある。
【０００５】
そこで、本発明は、漏電を高精度に検出することができる漏電検出装置を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る漏電検出装置は、供給側と負荷側とが電線で接続され、供給側から負荷側における漏電を検出する漏電検出装置であって、負荷側の筐体又は／及び電線のシールド線に接続される漏電検出線と、漏電検出線に発生した電圧と基準電圧との電圧差を検出する電圧差検出手段と、漏電判定電圧を発生する漏電判定電圧発生手段と、電圧差検出手段で検出した電圧差と漏電判定電圧発生手段で発生した漏電判定電圧とを比較し、漏電の有無を判定する比較手段とを備えることを特徴とする。
【０００７】
この漏電検出装置では、異常電圧が負荷側の筐体又は／及び電線のシールド線に発生した場合、その異常電圧を漏電検出線によって取り出す。そして、漏電検出装置では、電圧差検出手段によってその取り出した電圧と基準電圧との電圧差を検出する。また、漏電検出装置では、漏電判定電圧発生手段によって漏電の有無を判定する閾値となる漏電判定電圧を発生する。そして、漏電検出装置では、比較手段によって電圧差検出手段で検出した電圧差と漏電判定電圧発生手段で発生した漏電判定電圧とを比較し、その比較により漏電の有無を判定する。つまり、漏電検出装置では、漏電電流が流れたか否かによって漏電を検出するのではなく、負荷側の筐体又は／及びシールド線に異常電圧が発生しているか否かを判定することによって漏電を検出する。そのため、接地が施されていない等によって漏電電流が実際に流れない場合でも、漏電を検出することができる。また、漏電を検出するために零相変流器を用いないので大電流線路における漏電検出も可能であり、さらに、磁気的な部材も用いないので直流の漏電の容易に検出できる。このように、この漏電検出装置は、零相変流器で検出ができなかった様々な状況においても漏電検出が可能であり、漏電を高精度に検出することができる。
【０００８】
なお、供給側は、負荷側に電力や各種電気信号等を供給するものであり、例えば、電源装置、モータ等の駆動装置、各種電気信号を発信する装置である。負荷側は、供給側からの電力や各種電気信号等を受けるものであり、例えば、モータ、電灯等の各種電気機器である。基準電圧は、漏電検出線に発生した電圧に対する基準となる電圧であり、例えば、０Ｖ、グランド線による漏電を検出する場合には０Ｖ以外の所定電圧、電気信号におけるハイ信号の電圧、電源線で給電する電圧である。漏電判定電圧は、漏電検出線に発生した電圧と基準電圧との電圧差に基づく漏電の有無を判定するための閾値となる電圧値であり、供給側から供給する電力や電気信号の電圧値等を考慮して適宜設定される。異常電圧は、シールド線や負荷側の筐体において正常時には発生しない電圧である。
【０００９】
本発明の上記漏電検出装置は、基準電圧を発生する基準電圧発生手段を備える構成としてもよい。
【００１０】
この漏電検出装置では、基準電圧発生手段によって検出対象の漏電に応じて適宜設定された所定の電圧値の基準電圧を発生することができる。そのため、この漏電検出装置は、漏電検出線に特定の電圧が発生する場合でも漏電を検出することができる。例えば、シールド線にグランド線が接触した漏電を検出する場合、基準電圧発生手段により基準電圧として０Ｖ以外の電圧を発生させる。この場合、グランド線との接触によってシールド線が０Ｖとなるが、基準電圧が０Ｖでないので、電圧差検出手段では電圧差を検出できる。したがって、この漏電検出装置では、グランド線による漏電が発生した場合でもその漏電を検出することができる。
【００１１】
本発明の上記漏電検出装置は、供給側と負荷側との電路を遮断するための遮断装置が設けられ、比較手段で漏電と判定した場合、遮断装置を作動させて電路を遮断する出力手段を備える構成としてもよい。
【００１２】
この漏電検出装置では、比較手段で漏電と判定した場合、出力手段により遮断装置を作動させて供給側と負荷側との電路を遮断する。そのため、発生している異常電圧（漏電）を早期に解消でき、漏電による様々な悪影響を防止することができる。
【００１３】
なお、電路は、供給側から負荷側に供給される電力や電気信号等が流れる電路であり、供給側と負荷側とに接続される電線以外にも、その電線と接続する供給側内の電路及び負荷側内の電路も含む。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明に係る漏電検出装置の実施の形態を説明する。
【００１５】
本実施の形態では、本発明に係る漏電検出装置を、漏電遮断器に備えられる漏電検出回路に適用する。本実施の形態に漏電検出回路は、シールド線又は／及び負荷の筐体の異常電圧を検出することによって漏電を検出する。本実施の形態には、４つの形態があり、第１の実施の形態がシールド線に発生する異常電圧を検出する構成であり、第２の実施の形態が負荷の筐体及びシールド線に発生する異常電圧を検出する構成であり、第３の実施の形態がＧＮＤ線がシールド線に接触した場合の異常電圧を検出する構成であり、第４の実施の形態ではシールド線がない場合の負荷の筐体に発生する異常電圧を検出する構成である。なお、本実施の形態では、駆動装置又は電源装置が供給側であり、負荷が負荷側である。
【００１６】
図１を参照して、第１の実施の形態に係る漏電遮断器１について説明する。図１は、第１の実施の形態に係る漏電遮断器の構成図である。
【００１７】
漏電遮断器１は、駆動装置Ｄと負荷Ｌとを接続する電線ＵＷ，ＶＷ，ＷＷとそのシールド線Ｓとの間に発生する漏電を検出し、漏電を検出した場合には電線ＵＷ，ＶＷ，ＷＷを遮断する。漏電遮断器１は、漏電検出回路２、接点３，３，３、接点開閉装置４を備えている。負荷Ｌは、三相モータであり、例えば、ロボットの可動機構等に用いられる。負荷Ｌは、筐体Ｌａに取り付けられている。筐体Ｌａは、例えば、ロボットの可動機構の筐体である。駆動装置Ｄは、三相モータを駆動するために三相交流を発生する装置である。電線ＵＷ，ＶＷ，ＷＷは、三相交流を伝送する電線であり、シールド線Ｓに覆われている。シールド線Ｓは、電線ＵＷ，ＶＷ，ＷＷで発生するノイズの放射を防止する。図１に示す例では電線ＵＷ，ＶＷ，ＷＷ及びシールド線Ｓが筐体Ｌａに這わされており、この筐体Ｌａがロボットの可動機構の場合にはその可動によって電線ＵＷ，ＶＷ，ＷＷやシールド線Ｓが噛み込みや屈曲によって絶縁異常が発生する恐れがある。
【００１８】
なお、第１の実施の形態では、漏電検出回路２が特許請求の範囲に記載する漏電検出装置に相当し、接点開閉装置４が特許請求の範囲に記載する遮断装置に相当する。
【００１９】
漏電検出回路２は、シールド線Ｓに発生する異常電圧を検出し、異常電圧を検出した場合には接点開閉装置４を駆動して接点３，３，３を開くための回路である。そのために、漏電検出回路２は、漏電検出ライン１０、ハイパスフィルタ１１、過電圧バイパス回路１２、ボルテージフォロア１３、電位差検出抵抗１４、電位差検出回路１５、整流回路１６、閾値電圧発生回路１７、コンパレータ１８、出力回路１９を有している。
【００２０】
なお、第１の実施の形態では、漏電検出ライン１０が特許請求の範囲に記載する漏電検出線に相当し、ボルテージフォロア１３が特許請求の範囲に記載する基準電圧発生手段に相当し、電位差検出抵抗１４及び電位差検出回路１５が特許請求の範囲に記載する電位差検出手段に相当し、閾値電圧発生回路１７が特許請求の範囲に記載する漏電判定電圧発生手段に相当し、コンパレータ１８が特許請求の範囲に記載する比較手段に相当し、出力回路１９が特許請求の範囲に記載する出力手段に相当する。
【００２１】
漏電検出ライン１０は、シールド線Ｓに発生する電圧を検出するための電線であり、一端がシールド線Ｓの駆動装置Ｄ側の端部に接続される。漏電検出ライン１０には、電線ＵＷ，ＶＷ，ＷＷとシールド線Ｓとの間での絶縁異常等による漏電の直流電圧や交流電圧あるいは電線ＵＷ，ＶＷ，ＷＷで発生したノイズの電圧が発生する。なお、同電位の電圧を取り出せればよいので、漏電検出ライン１０の一端の接続先をシールド線Ｓの負荷Ｌ側の端部等の別の箇所としてもよい。
【００２２】
ハイパスフィルタ１１は、漏電検出ライン１０で取り出した電圧の高周波成分を通過させるフィルタであり、電線ＵＷ，ＶＷ，ＷＷで発生したノイズを駆動装置Ｄに帰還させる。ハイパスフィルタ１１は、シールド線Ｓに放射されたノイズを取り出すために入力端が漏電検出ライン１０に接続され、ノイズを駆動装置Ｄに帰還させるために出力端が駆動装置Ｄのフレームグランドに接続される。ハイパスフィルタ１１のインピーダンスは、ノイズを帰還させるとともに漏電による交流電圧を全て駆動装置Ｄに帰還させないような値が適宜設定される。
【００２３】
過電圧バイパス回路１２は、漏電による異常電圧が発生した場合にその異常電圧が漏電検出回路２における各素子の耐電圧を超えないようにバイパスさせる回路である。過電圧バイパス回路１２は、漏電による異常電圧を取り出すために入力端が漏電検出ライン１０に接続され、過電圧をバイパスさせるために出力端が駆動装置Ｄのグランドに接続される。
【００２４】
ボルテージフォロア１３は、シールド線Ｓに発生している電圧を検出するための基準となる電圧（０Ｖ）を発生させ、その基準電圧を電位差検出回路１５（電位差検出抵抗１４の一端）に与える回路である。ボルテージフォロア１３は、０Ｖを発生させるために駆動装置Ｄのグランドに接続され、０Ｖを出力するために出力端が電位差検出抵抗１４の一端に接続される。
【００２５】
電位差検出抵抗１４は、シールド線Ｓに発生している電圧とボルテージフォロア１３で発生させた基準電圧との電位差を検出するための抵抗である。電位差検出抵抗１４は、一端がボルテージフォロア１３の出力端に接続され、他端が漏電検出ライン１０の他端に接続される。
【００２６】
電位差検出回路１５は、シールド線Ｓに発生している電圧とボルテージフォロア１３で発生させた基準電圧との電位差を検出する回路であり、電位差検出抵抗１４の両端にかかる電圧を検出する。電位差検出回路１５は、２つの入力端が電位差検出抵抗１４の端部に各々接続され、出力端が整流回路１６に接続される。電位差検出回路１５では、必要に応じて、検出した電位差を増幅する。
【００２７】
整流回路１６は、電位差検出回路１５で検出した電位差を整流し、検出した電位差を全てプラス値又はマイナス値とする回路である。整流回路１６は、入力端が電位差検出回路１５の出力端に接続され、出力端がコンパレータ１８の一方の入力端に接続される。なお、シールド線Ｓに発生する電圧はプラス電圧の場合とマイナス電圧の場合があるので、電位差検出回路１５で検出する電位差もプラス値の場合とマイナス値の場合がある。
【００２８】
閾値電圧発生回路１７は、漏電とみなすことができる異常電圧がシールド線Ｓに発生しているか否かを判定する基準となる閾値電圧を発生する回路である。閾値電圧発生回路１７は、出力端がコンパレータ１８の他方の入力端に接続される。閾値電圧は、ノイズを漏電と検出しない程度の大きさを有する電圧であり、駆動装置Ｄから供給する三相交流の電圧値等に応じて適宜設定される。また、閾値電圧は、整流回路１６で電位差を全てプラス値にする場合にはプラス値であり、全てマイナス値にする場合にはマイナス値である。交流の異常電圧の場合、ハイパスフィルタ１１によってその一部が駆動装置Ｄに帰還させられ、その交流の異常電圧の電圧値が小さくなるので、このことも考慮して閾値電圧を設定する必要がある。
【００２９】
コンパレータ１８は、整流回路１６からの整流された電位差と閾値電圧発生回路１７からの閾値電圧とを比較し、漏電の有無を判定する回路である。コンパレータ１８は、２つの入力端が整流回路１６の出力端と閾値電圧発生回路１７の出力端とに接続され、出力端が出力回路１９の入力端に接続される。コンパレータ１８では、閾値電圧がプラス値の場合には電位差が閾値電圧より小さいときには漏電していないと判定するとともに電位差が閾値電圧以上になると漏電と判定し、閾値電圧がマイナス値の場合には電位差が閾値電圧より大きいときには漏電していないと判定するとともに電位差が閾値電圧以下になると漏電と判定する。
【００３０】
出力回路１９は、コンパレータ１８で漏電と判定した場合に接点開閉装置４を駆動して接点３，３，３を開く回路である。出力回路１９は、入力端がコンパレータ１８の出力端に接続され、出力端が接点開閉装置４に接続される。出力回路１９は、必要に応じて、ラッチ機能を備える場合がある。
【００３１】
接点３は、電線ＵＷ，ＶＷ，ＷＷを遮断／導通する接点であり、電線ＵＷ，ＶＷ，ＷＷに各々設けられる。接点３は、シールド線Ｓと電線ＵＷ，ＶＷ，ＷＷとの間の絶縁異常が発生した場合に漏電を防止するために、図１に示すように、シールド線Ｓより外側の駆動装置Ｄに最も近い位置に配置される。接点３は、固定接点と可動接点とからなり、通常時には可動接点が固定接点に閉極し、漏電検出時には可動接点が固定接点から開極される。
【００３２】
接点開閉装置４は、３つの接点３，３，３を開閉するための装置である。接点開閉装置４は、コイルを備えており、出力回路１９によって駆動されると接点３の可動接点を引っ張って固定接点から開極する。
【００３３】
漏電遮断器１における動作を説明する。ここでは、正常時の動作と電線ＵＷ，ＶＷ，ＷＷとシールド線Ｓとの絶縁異常により漏電が発生した時の動作について説明する。
【００３４】
正常時の動作につい説明する。駆動装置Ｄでは、三相交流を発生し、その三相交流電流を電線ＵＷ，ＶＷ，ＷＷによって負荷Ｌに供給する。この際、漏電遮断器１では、接点３，３，３を閉じている。シールド線Ｓには、電線３，３，３で発生したノイズ（交流）が誘起されている。漏電検出回路２では、このノイズをシールド線Ｓから漏電検出ライン１０によって取り出し、漏電検出ライン１０からハイパスフィルタ１１を通過させて駆動装置Ｄに帰還させる。また、漏電検出回路２では、このノイズの一部を漏電検出ライン１０から電位差検出抵抗１４の他端に伝送した場合、基準電圧（０Ｖ）とノイズとの電位差を検出し、その電位差を整流後に閾値電圧と比較する。ノイズの電圧は小さいので、電位差の絶対値は閾値電圧の絶対値より小さい。したがって、漏電検出回路２では、漏電していないと判定し、接点開閉装置４を駆動しない。そのため、漏電遮断器１では、接点３，３，３を閉じた状態を続ける。
【００３５】
漏電が発生した時の動作について説明する。シールド線Ｓと電線ＵＷ，ＶＷ，ＷＷとの間に絶縁異常が発生すると、シールド線Ｓにはノイズとは異なる異常電圧が発生する。漏電検出回路２では、その異常電圧をシールド線Ｓから漏電検出ライン１０によって取り出し、漏電検出ライン１０によってその異常電圧が電位差検出抵抗１４の他端まで伝送する。さらに、漏電検出回路２では、基準電圧（０Ｖ）と異常電圧との電位差を検出し、その電位差を整流後に閾値電圧と比較する。異常電圧はノイズに比べて大きく、電位差の絶対値は閾値電圧の絶対値以上となる。したがって、漏電検出回路２では、漏電していると判定し、接点開閉装置４を駆動する。そのため、漏電遮断器１では、接点３，３，３を開き、電線ＵＷ，ＶＷ，ＷＷを遮断する。その結果、駆動装置Ｄからの三相交流は接点３，３，３より先は流れないので、電線ＵＷ，ＶＷ，ＷＷからシールド線Ｓへの漏電が防止され、シールド線Ｓには異常電圧が発生しなくなる。
【００３６】
なお、直流の異常電圧の場合、ハイパスフィルタ１１を通過しないので、電位差検出抵抗１４の他端における異常電圧はシールド線Ｓに発生している異常電圧に相当する電圧があらわれる。交流の異常電圧の場合、ハイパスフィルタ１１によってその一部が駆動装置Ｄに帰還されるので、電位差検出抵抗１４の他端における異常電圧は直流の異常電圧に比べて低い電圧があらわれる。
【００３７】
漏電遮断器１は、絶縁異常等によりシールド線Ｓに漏電が発生した場合に、そのシールド線Ｓに発生した異常電圧を検出することによって漏電を検出することができる。そのため、電路（電線ＵＷ，ＶＷ，ＷＷ）が接地したりあるいは電路（電線ＵＷ，ＶＷ，ＷＷ）に人が触れるなどして漏電電流が実際に流れなくても、漏電を検出することができる。
また、漏電遮断器１は、電路（電線ＵＷ，ＶＷ，ＷＷ）で漏電検出するのではなく、漏電検出ライン１０によって漏電検出を行うので、大電流電路の場合でも微小な漏電を検出することができる。さらに、漏電遮断器１は、漏電検出に磁気的な手段を用いないので、直流の漏電も検出可能である。また、漏電遮断器１は、電位差を整流するので、プラスの漏電も、マイナスの漏電も検出可能である。
【００３８】
また、漏電遮断器１は、シールド線Ｓを異常検出に用いることにより、構成が簡素化し、その検出感度も高感度である。さらに、漏電遮断器１は、シールド線Ｓの役割である電磁シールドの効果を失うことなく、漏電検出が可能である。
【００３９】
図２を参照して、第２の実施の形態に係る漏電遮断器２１について説明する。図２は、第２の実施の形態に係る漏電遮断器の構成図である。なお、第２の実施の形態は、第１の実施の形態に対して負荷の筐体における異常電圧も検出する点で異なる。第２の実施の形態では、第１の実施の形態に係る漏電遮断器１と同様の構成について同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００４０】
漏電遮断器２１は、電源装置Ｖと負荷Ｌとを接続する電源線ＶＷとシールド線Ｓとの間や負荷Ｌの金属筐体Ｌｂとの間に発生する漏電や負荷Ｌの内部で発生する漏電を検出し、漏電を検出した場合には電源線ＶＷ及びグランド線ＧＷを遮断する。漏電遮断器２１は、漏電検出回路２２、接点３，３、接点開閉装置４を備えている。負荷Ｌは、電気機器である。負荷Ｌは、金属筐体Ｌｂに収納されている。電源装置Ｖは、負荷Ｌの電源であり、負荷Ｌが必要とする電力を発生する。電源線ＶＷとグランド線ＧＷは、電力を伝送する電線であり、シールド線Ｓに覆われている。電源線ＶＷ及びグランド線ＧＷは、負荷Ｌ内の電路にそれぞれ接続され、コンデンサＬｃ，Ｌｃを介して金属筐体Ｌｂに接続される。なお、第２の実施の形態では、漏電検出回路２２が特許請求の範囲に記載する漏電検出装置に相当する。
【００４１】
漏電検出回路２２は、シールド線Ｓ又は／及び金属筐体Ｌｂに発生する異常電圧を検出し、異常電圧を検出した場合には接点開閉装置４を駆動して接点３，３を開くための回路である。漏電検出回路２２の構成は、第１の実施の形態に係る漏電検出回路２と同じ構成であり、各部の接続先が一部異なる。
【００４２】
漏電検出ライン１０は、シールド線Ｓ又は／及び金属筐体Ｌｂに発生する電圧を検出するための電線であり、一端が金属筐体Ｌｂに接続される。漏電検出ライン１０には、電源線ＶＷとシールド線Ｓとの間や金属筐体Ｌｂとの間での絶縁異常等による漏電の直流電圧や交流電圧あるいは電源線ＶＷやグランド線ＧＷから放射されたノイズの電圧が発生する。漏電検出ライン１０は金属筐体Ｌｂにしか接続しないが、金属筐体Ｌｂとシールド線Ｓとは導体２３で接続されているので、シールド線Ｓと金属筐体Ｌｂとは同電位となる。したがって、シールド線Ｓで異常電圧が発生した場合も、漏電検出ライン１０でその異常電圧を取り出すことができる。なお、同電位の電圧を取り出せればよいので、漏電検出ライン１０の一端の接続先をシールド線Ｓとしてもよい。接続する箇所は、漏電検出回路２の設置できる位置（例えば、電源装置Ｖの近傍、負荷Ｌの内部）に応じて適宜の箇所でよい。
【００４３】
過電圧バイパス回路１２は、過電圧をバイパスさせるために出力端がグランド線ＧＷの電源装置Ｖ側の端部に接続される。ボルテージフォロア１３も、０Ｖを発生させるためにグランド線ＧＷの電源装置Ｖ側の端部に接続される。なお、グランド線ＧＷに接続すればよいので、過電圧バイパス回路１２及びボルテージフォロア１３の接続先を、グランド線ＧＷの負荷Ｌ側の端部あるいは負荷Ｌの内部のグランド線ＧＷに接続する電路などとしてもよい。
【００４４】
漏電遮断器２１における動作を説明する。ここでは、正常時の動作と電源線ＶＷとシールド線Ｓとの間や負荷筐体Ｌｂとの間の絶縁異常あるいはコンデンサＬｂの異常や負荷Ｌ内部での絶縁異常等により漏電が発生した時の動作について説明する。
【００４５】
正常時の動作につい説明する。電源装置Ｖでは、所定の電力を発生し、その電力を電源線ＶＷとグランド線ＧＷによって負荷Ｌに供給する。この際、漏電遮断器２１では、接点３，３を閉じている。シールド線Ｓには、電源線ＶＷ、グランド線ＧＷで発生したノイズ（交流）が誘起されている。このノイズは、シールド線Ｓから金属筐体Ｌｂを介してコンデンサＬｃに伝わり、コンデンサＬｃによって電源ラインに戻される。あるいは、漏電検出回路２２において、このノイズを金属筐体Ｌｂから漏電検出ライン１０によって取り出し、漏電検出ライン１０からハイパスフィルタ１１を通過させて電源装置Ｖに帰還させる。また、漏電検出回路２２では、このノイズの一部を漏電検出ライン１０から電位差検出抵抗１４の他端に伝送した場合、第１の実施の形態と同様に、漏電していないと判定し、接点開閉装置４を駆動しない。
【００４６】
漏電が発生した時の動作について説明する。電源線ＶＷとシールド線Ｓとの間や金属筐体Ｌｂとの間に絶縁異常が発生すると、シールド線Ｓや金属筐体Ｌｂにはノイズとは異なり、直流の異常電圧が発生する。あるいは、コンデンサＬｃの異常や負荷Ｌ内での絶縁異常が発生すると、金属筐体Ｌｂには直流の異常電圧が発生する。漏電検出回路２２では、その異常電圧を金属筐体Ｌｂから漏電検出ライン１０によって取り出す。すると、漏電検出回路２２では、第１に実施の形態に係る漏電検出回路２と同様の動作により、漏電していると判定し、接点開閉装置４を駆動する。そのため、漏電遮断器２１では、接点３，３を開き、電源線ＶＷ及びグランド線ＧＷを遮断する。その結果、電源装置Ｖからの電力は接点３，３より先は流れないので、漏電が防止され、シールド線Ｓや金属筐体Ｌｂには異常電圧が発生しなくなる。
【００４７】
漏電遮断器２１は、絶縁異常等によりシールド線Ｓや金属筐体Ｌｂに漏電が発生した場合に、金属筐体Ｌｂに発生した異常電圧を検出することによって漏電を検出することができる。そのため、漏電電流が実際に流れなくても、漏電を検出することができる。また、漏電遮断器２１は、金属筐体Ｌｂを漏電検出に用いることにより、構成が簡素化し、その検出感度も高感度である。さらに、漏電遮断器２１は、金属筐体Ｌｂの役割であるフレームグランドの効果を失うことなく、漏電検出が可能である。この他にも、漏電遮断器２１は、第１の実施の形態に係る漏電検出回路２と同様の回路によって漏電検出を行うので、漏電検出において第１の実施の形態と同様の効果を有する。
【００４８】
図３を参照して、第３の実施の形態に係る漏電遮断器３１について説明する。図３は、第３の実施の形態に係る漏電遮断器の構成図である。なお、第３の実施の形態は、第２の実施の形態に対してＧＮＤ線との絶縁異常による異常電圧も検出する点で異なる。第３の実施の形態では、第２の実施の形態に係る漏電遮断器２１と同様の構成について同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００４９】
漏電遮断器３１は、電源装置Ｖと負荷Ｌとを接続する電源線ＶＷ又はグランド線ＧＷとシールド線Ｓとの間や負荷Ｌの金属筐体Ｌｂとの間に発生する漏電や負荷Ｌの内部で発生する漏電を検出し、漏電を検出した場合には電源線ＶＷ及びグランド線ＧＷを遮断する。漏電遮断器３１は、漏電検出回路３２、接点３，３、接点開閉装置４を備えている。なお、第３の実施の形態では、漏電検出回路３２が特許請求の範囲に記載する漏電検出装置に相当する。
【００５０】
漏電検出回路３２は、シールド線Ｓ又は／及び金属筐体Ｌｂに発生する異常電圧を検出し、異常電圧を検出した場合には接点開閉装置４を駆動して接点３，３を開くための回路である。特に、漏電検出回路３２は、異常電圧として０Ｖも検出可能である。漏電検出回路３２の構成は、第２の実施の形態に係る漏電検出回路２２に対して、ボルテージフォロアの代わりに基準電圧発生回路３３を備えている点で異なる。なお、第３の実施の形態では基準電圧発生回路３３が特許請求の範囲に記載する基準電圧発生手段に相当する。
【００５１】
基準電圧発生回路３３は、シールド線Ｓや金属筐体Ｌｂに発生している電圧を検出するための基準となる電圧を発生させ、その基準電圧を電位差検出回路１５（電位差検出抵抗１４の一端）に与える回路である。基準電圧発生回路３３は、基準電圧を発生させるためにグランド線ＧＷの電源装置Ｖ側の端部に接続され、基準電圧を出力するために出力端が電位差検出抵抗１４の一端に接続される。
【００５２】
基準電圧としては、漏電検出ライン１０で０Ｖの異常電圧を検出した場合でも電位差検出回路１５で電位差を検出するために、０Ｖではなく、数１０〜数１００ｍＶ程度の電圧とする。この程度の電圧であれば、０Ｖ以外の異常電圧を漏電検出ライン１０で検出した場合でも、電位差検出回路１５で電位差を検出することができる。したがって、漏電検出回路３２では、０Ｖの異常電圧だけでなく、電源線ＶＷで伝送される電圧など他の電圧値の異常電圧も検出可能である。なお、０Ｖの異常電圧は、グランド線ＧＷがシールド線Ｓに接触した場合等に発生する。
【００５３】
なお、異常電圧が０Ｖの場合、電位差検出回路１５で検出される電位差が数１０〜数１００ｍＶ程度と小さいので、その電位差を漏電と判定するためには電位差検出回路１５でその電位差を増幅したり、あるいは、閾値電圧を小さい値に設定する必要がある。また、この場合、検出される電位差に比べてノイズが大きくなる可能性があるので、ハイパスフィルタ１１のインピーダンスを調整してそれらのノイズが電位差検出抵抗１４にあらわれないようにする必要がある。
【００５４】
漏電遮断器３１における動作を説明する。ここでは、第２の実施の形態に係る漏電遮断器２１と動作が異なる、グランド線ＧＷがシールド線Ｓ又は金属筐体Ｌｂとの間の絶縁異常により漏電が発生した時の動作について説明する。
【００５５】
漏電が発生した時の動作について説明する。グランド線ＧＷとシールド線Ｓとの間や金属筐体Ｌｂとの間に絶縁異常が発生すると、シールド線Ｓや金属筐体Ｌｂには０Ｖの異常電圧が発生する。漏電検出回路３２では、その異常電圧を金属筐体Ｌｂから漏電検出ライン１０によって取り出し、漏電検出ライン１０によってその異常電圧が電位差検出抵抗１４の他端まで伝送する。漏電検出回路３２では、基準電圧（数１０〜数１００ｍＶ）と異常電圧（０Ｖ）との電位差を検出し、その電位差を整流後に閾値電圧と比較する。閾値電圧を異常電圧が０Ｖの場合も漏電と検出可能な値に設定しているので、電位差の絶対値は閾値電圧の絶対値以上となる。したがって、漏電検出回路３２では、漏電していると判定し、接点開閉装置４を駆動する。そのため、漏電遮断器３１では、接点３，３を開き、電源線ＶＷ及びグランド線ＧＷを遮断する。その結果、電源装置Ｖからの電力は接点３，３より先は流れないので、漏電が防止され、シールド線Ｓや金属筐体Ｌｂには異常電圧（０Ｖ）が発生しなくなる。
【００５６】
漏電遮断器３１は、第２の実施の形態に係る漏電遮断器２１と同様の効果を有し、さらに、グランド線ＧＷとの絶縁異常によりシールド線Ｓや金属筐体Ｌｂに漏電が発生した場合にも金属筐体Ｌｂに発生した０Ｖの異常電圧を検出することによって漏電を検出することができる。
【００５７】
図４を参照して、第４の実施の形態に係る漏電遮断器４１について説明する。図４は、第４の実施の形態に係る漏電遮断器の構成図である。なお、第４の実施の形態は、第２の実施の形態に対してシールド線がない点で異なる。第４の実施の形態では、第２の実施の形態に係る漏電遮断器２１と同様の構成について同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００５８】
漏電遮断器４１は、電源装置Ｖと負荷Ｌとを接続する電源線ＶＷと負荷Ｌの金属筐体Ｌｂとの間に発生する漏電や負荷Ｌの内部で発生する漏電を検出し、漏電を検出した場合には電源線ＶＷ及びグランド線ＧＷを遮断する。漏電遮断器４１は、漏電検出回路４２、接点３，３、接点開閉装置４を備えている。なお、第４の実施の形態では、漏電検出回路４２が特許請求の範囲に記載する漏電検出装置に相当する。
【００５９】
漏電検出回路４２は、金属筐体Ｌｂに発生する異常電圧を検出し、異常電圧を検出した場合には接点開閉装置４を駆動して接点３，３を開くための回路である。漏電検出回路４２の構成は、第２の実施の形態に係る漏電検出回路２２と同じ構成であるが、シールド線Ｓが無いので漏電検出ライン１０では金属筐体Ｌｂに発生する電圧だけを取り出すことができる。
【００６０】
漏電遮断器４１の動作は、第２の実施の形態に係る漏電遮断器２１と同様の動作であるが、金属筐体Ｌｂに発生する異常電圧だけを検出し、その異常電圧によって漏電を判定する。
【００６１】
漏電遮断器４１は、第２の実施の形態に係る漏電遮断器２１と同様の効果を有し、さらに、シールド線Ｓがない場合でも金属筐体Ｌｂからの漏電の検出が可能である。
【００６２】
図５を参照して、上記の実施の形態に係る漏電検出回路の構成を有する具体的な回路の一例について説明する。この漏電検出回路５２は、基準電圧を発生する回路としてボルテージフォロアを有している。図５は、本実施の形態に係る漏電検出回路の回路図の一例である（ボルテージフォロアを有する回路）。
【００６３】
漏電検出回路５２では、漏電検出ライン１０の一端がシールド線Ｓの電源装置Ｖ側の端部に接続している。漏電検出ライン１０の他端は、抵抗を介して電位差検出抵抗１４の他端に接続される。
【００６４】
ハイパスフィルタ１１は、コンデンサ１１ａで構成される。コンデンサ１１ａは、一端が漏電検出ライン１０に接続され、他端が電源装置Ｖのフレームグランドに接続される。
【００６５】
過電圧バイパス回路１２は、２個のツェナダイオード１２ａ，１２ｂと抵抗１２ｃで構成される。ツェナダイオード１２ａは、カソードがプラスの電源電圧に接続され、アノードがツェナダイオード１２ｂのカソードに接続される。ツェナダイオード１２ａは、アノードがマイナスの電源電圧に接続される。抵抗１２ｃは、一端が漏電検出ライン１０に接続され、他端が２個のツェナダイオードの接続点に接続される。
【００６６】
ボルテージフォロア１３は、オペアンプ１３ａで構成される。オペアンプ１３ａは、反転入力端子が出力端子に直接接続され、非反転増幅端子が電源装置Ｖのフレームグランドに接続される。また、オペアンプ１３ａの出力端子は、電位差検出抵抗１４の一端に接続される。
【００６７】
電位差検出回路１５は、オペアンプ１５ａ、３個の抵抗１５ｂ〜１５ｄで構成される。オペアンプ１５ａは、反転入力端子が抵抗１５ｂを介して出力端子に接続されるとともに抵抗１５ｃを介して電位差検出抵抗１４の一端に接続され、非反転入力端子が抵抗１５ｄを介して電位差検出抵抗１４の他端に接続される。
【００６８】
整流回路１６は、オペアンプ１６ａ、３個の抵抗１６ｂ，１６ｅ，１６ｆ、２個のダイオード１６ｃ，１６ｄで構成される。オペアンプ１６ａは、反転入力端子が抵抗１６ｂを介してオペアンプ１５ａの出力端子に接続され、非反転入力端子がグランドに接続される。ダイオード１６ｃは、カソードがオペアンプ１６ａの出力端子に接続され、アノードが反転入力端子に接続される。ダイオード１６ｄは、カソードが抵抗１６ｅの一端に接続され、アノードがオペアンプ１６ａの出力端子に接続される。抵抗１６ｅは、他端がオペアンプ１６ａの反転入力端子に接続される。抵抗１６ｆは、一端がダイオード１６ｄと抵抗１６ｅの接続点に接続される。
【００６９】
閾値電圧発生回路１７は、２個の抵抗１７ａ，１７ｂで構成される。抵抗１７ａは、一端がマイナスの電源電圧に接続され、他端が抵抗１７ｂの一端に接続される。抵抗１７ｂは、他端がグランドに接続される。したがって、閾値電圧発生回路１７では、マイナスの閾値電圧を発生し、その電圧値は抵抗１７ａ，１７ｂの抵抗値によって決まる。
【００７０】
コンパレータ１８は、反転入力端子が反転増幅回路５２ａ等を介して整流回路１６の出力端に接続され、非反転入力端子が抵抗１７ａと抵抗１７ｂとの接続点に接続される。コンパレータ１８では、マイナスの電位差が入力され、マイナスの電位差とマイナスの閾値電圧とを比較する。そして、コンパレータ１８では、マイナスの電位差がマイナスの閾値電圧より大きい場合にはロー信号を出力し、マイナスの電位差がマイナスの閾値電圧以下になるとハイ信号を出力する。
【００７１】
出力回路１９は、ＮチャネルのＭＯＳＦＥＴ［Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ］１９ａで構成される。ＭＯＳＦＥＴ１９ａは、ゲートがコンパレータ１８の出力端子に接続され、ドレインが接点開閉装置４に接続され、ソースがグランドに接続される。ＭＯＳＦＥＴ１９ａでは、コンパレータ１８の出力がロー信号の場合にオフし、出力がハイ信号の場合にオンする。
【００７２】
漏電検出回路５２では、シールド線Ｓに発生している電圧をマイナスの電位差としてコンパレータ１８に入力し、コンパレータ１８でそのマイナスの電位差とマイナスの閾値電圧とを比較する。シールド線Ｓに異常電圧が発生していない場合（正常の場合）、漏電検出回路５２では、コンパレータ１８がロー信号を出力し、ＭＯＳＦＥＴ１９ａがオフする。シールド線Ｓに異常電圧が発生した場合（漏電の場合）、漏電検出回路５２では、コンパレータ１８がハイ信号を出力し、ＭＯＳＦＥＴ１９ａがオンする。ＭＯＳＦＥＴ１９ａがオンした場合、接点開閉装置４が駆動して接点（図示せず）を開き、電源線ＶＷ及びグランド線ＧＷを遮断する。
【００７３】
図６、図７を参照して、シールド線Ｓに擬似の異常電圧を発生させた場合の漏電検出回路５２によるシミュレーションについて説明する。図６は、シールド線に直流の異常電圧を発生させた場合の図５の漏電検出回路によるシミュレーション結果を示すタイミングチャートであり、（ａ）がシールド線における電圧であり、（ｂ）がボルテージフォロアの出力電圧であり、（ｃ）が出力回路におけるＭＯＳＦＥＴのドレイン電圧である。図７は、シールド線に交流の異常電圧を発生させた場合の図５の漏電検出回路によるシミュレーション結果を示すタイミングチャートであり、（ａ）がシールド線における電圧であり、（ｂ）がボルテージフォロアの出力電圧であり、（ｃ）が出力回路におけるＭＯＳＦＥＴのドレイン電圧である。
【００７４】
シールド線Ｓには、擬似漏電信号発生器５３を接続し、異常電圧が印可される。擬似漏電信号発生器５３は、直流や交流の様々な電圧を発生することができる電圧発生器である。このシミュレーションでは、擬似漏電信号発生器５３によって直流の異常電圧と交流の異常電圧とを発生させ、漏電検出回路５２の動作をシミュレーションする。そして、シールド線Ｓにおける電圧、オペアンプ１３ａの出力電圧、ＭＯＳＦＥＴ１９ａのドレイン電圧を観察する。
【００７５】
図６を参照して、直流の異常電圧を発生させた場合について説明する。擬似漏電信号発生器５３では、１００ｍＳ〜３００ｍＳではプラスの異常電圧、５００ｍＳ〜７００ｍＳではマイナスの異常電圧を発生させ、それ以外の期間では正常時の０Ｖの電圧とする。したがって、シールド線Ｓの電圧（ひいては、漏電検出ライン１０の電圧）は、０〜１００ｍＳでは０Ｖ、１００ｍＳ〜３００ｍＳではプラスの異常電圧、３００ｍＳ〜５００ｍＳでは０Ｖ、５００ｍＳ〜７００ｍＳではマイナスの異常電圧となる（図６（ａ）参照）。オペアンプ１３ａの出力電圧（すなわち、基準電圧）は、常時、０Ｖである（図６（ｂ）参照）。したがって、コンパレータ１８の反転入力端子に入力される電位差は、０〜１００ｍＳでは０、１００ｍＳ〜３００ｍＳではマイナスの電位差、３００ｍＳ〜５００ｍＳでは０、５００ｍＳ〜７００ｍＳではマイナスの電位差となる。その結果、ＭＯＳＦＥＴ１９ａは、０〜１００ｍＳではオフしてドレイン電圧がハイ電圧となり、１００〜３００ｍＳではオンしてドレイン電圧が０Ｖとなり、３００〜５００ｍＳではオフしてドレイン電圧がハイ電圧となり、５００〜７００ｍＳではオンしてドレイン電圧が０Ｖとなる（図６（ｃ）参照）。
【００７６】
図７を参照して、交流の異常電圧を発生させた場合について説明する。擬似漏電信号発生器５３では、シミュレーションを開始してから全期間においてプラスとマイナスとの間で変動する交流の異常電圧を発生させる。したがって、シールド線Ｓの電圧（ひいては、漏電検出ライン１０の電圧）は、全期間で交流の異常電圧となる（図７（ａ）参照）。オペアンプ１３ａの出力電圧（すなわち、基準電圧）は、常時、０Ｖである（図７（ｂ）参照）。したがって、コンパレータ１８の反転入力端子に入力される電位差は、全期間でマイナスの電位差となる。この電位差は、交流の異常電圧に対応して変化する。その結果、ＭＯＳＦＥＴ１９ａは、全期間でオンしてドレイン電圧が０Ｖとなる（図７（ｃ）参照）。
【００７７】
以上、本発明に係る実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されることなく様々な形態で実施される。
【００７８】
例えば、本実施の形態では漏電遮断器に本発明に係る漏電検出装置を適用したが、漏電を検出するだけの漏電検出装置単体にも適用でき、その場合には出力回路は必要ない。
【００７９】
また、本実施の形態ではボルテージフォロアによって０Ｖの基準電圧を発生させたが、ボルテージフォロアを用いることなく、単に、フレームグランドやグランド線に接続するなどして０Ｖの基準電圧とする構成でもよい。
【００８０】
また、本実施の形態ではハイパスフィルタ及び過電圧バイパス回路を備える構成としたが、必要がない場合には備えない構成でもよい。
【００８１】
また、本実施の形態では整流回路を備える構成としたが、異常電圧の極性が固定している場合には備えない構成でもよい。
【００８２】
また、本実施の形態では供給側を駆動装置や電源装置としたが、各種電気信号を負荷側に供給する装置でもよい。この場合、異常電圧として電気信号の信号電圧が発生する場合がある。
【００８３】
【発明の効果】
本発明によれば、シールド線又は／及び負荷側の筐体における異常電圧を検出することによって漏電を検出するので、漏電を高精度に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係る漏電遮断器の構成図である。
【図２】第２の実施の形態に係る漏電遮断器の構成図である。
【図３】第３の実施の形態に係る漏電遮断器の構成図である。
【図４】第４の実施の形態に係る漏電遮断器の構成図である。
【図５】本実施の形態に係る漏電検出回路の回路図の一例である（ボルテージフォロアを有する回路）。
【図６】シールド線に直流の異常電圧を発生させた場合の図５の漏電検出回路によるシミュレーション結果を示すタイミングチャートであり、（ａ）がシールド線における電圧であり、（ｂ）がボルテージフォロアの出力電圧であり、（ｃ）が出力回路におけるＭＯＳＦＥＴのドレイン電圧である。
【図７】シールド線に交流の異常電圧を発生させた場合の図５の漏電検出回路によるシミュレーション結果を示すタイミングチャートであり、（ａ）がシールド線における電圧であり、（ｂ）がボルテージフォロアの出力電圧であり、（ｃ）が出力回路におけるＭＯＳＦＥＴのドレイン電圧である。
【符号の説明】
１，２１，３１，４１…漏電遮断器、２，２２，３２，４２，５２…漏電検出回路、３…接点、４…接点開閉器、１０…漏電検出ライン、１１…ハイパスフィルタ、１１ａ…コンデンサ、１２…過電圧バイパス回路、１２ａ，１２ｂ…ツェナダイオード、１２ｃ…抵抗、１３…ボルテージフォロア、１３ａ…オペアンプ、１４…電位差検出抵抗、１５…電位差検出回路、１５ａ…オペアンプ、１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ…抵抗、１６…整流回路、１６ａ…オペアンプ、１６ｂ，１６ｅ，１６ｆ…抵抗、１６ｃ，１６ｄ…ダイオード、１７…閾値電圧発生回路、１７ａ，１７ｂ…抵抗、１８…コンパレータ、１９…出力回路、１９ａ…ＭＯＳＦＥＴ、２３…導体、３３…基準電圧発生回路、５２ａ…反転増幅回路、５３…擬似漏電信号発生器
【発明の属する技術分野】
本発明は、供給側から負荷側における漏電を検出する漏電検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電源装置等の供給側から電力や各種電気信号を電気機器等の負荷側に供給する場合、供給側から負荷側におけるいずれかの箇所での絶縁異常等によって漏電が発生する場合がある。漏電が発生した場合、漏電による様々な悪影響を防止するために、供給側からの電力等の供給を迅速に停止する必要がある。漏電時に供給を停止する装置としては、漏電遮断器がある（特許文献１参照）。漏電遮断器は、供給側と負荷側との間の電路上に接点を配し、漏電を検出した場合にはその接点を開いて電路を遮断する。漏電遮断器における漏電の検出方法としては、供給側と負荷側との間の電路上に零相変流器を配し、零相変流器で検出した零相電流に基づいて漏電の有無を判定する。
【０００３】
【特許文献１】
特開平６−１９６０８３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、零相変流器では漏電電流が実際に流れないと漏電を検出することができない。そのため、負荷側の機器の筐体が接地されていない場合、漏電電流が流れないので、漏電を検出することができない。さらに、供給側と負荷側との間に接続される電源線が接地されていない金属部分に接触した場合、漏電電流が流れないので、零相変流器の変流コイルに電位が発生せず、その金属部分への漏電を検出することができない。また、大電流が流れる線路に零相変流器が配された場合、大電流を流すために線路自体が太くなっているので、零相変流器の貫通面積も大きくなる。そのため、外部からの磁束が零相変流器を貫通し、ノイズの影響を受けて誤作動し易くなるので、零相変流器の感度を落としている。その結果、微小な漏電を検出することができない。また、直流の漏電が発生した場合、零相変流器のヒス特性によりコアが帯磁し、その帯磁によるオフセットによって漏電電流の検出が難しくなる。このように、零相変流器を用いた従来の漏電検出では、漏電している状況によっては漏電を検出できない場合や検出が困難な場合がある。
【０００５】
そこで、本発明は、漏電を高精度に検出することができる漏電検出装置を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る漏電検出装置は、供給側と負荷側とが電線で接続され、供給側から負荷側における漏電を検出する漏電検出装置であって、負荷側の筐体又は／及び電線のシールド線に接続される漏電検出線と、漏電検出線に発生した電圧と基準電圧との電圧差を検出する電圧差検出手段と、漏電判定電圧を発生する漏電判定電圧発生手段と、電圧差検出手段で検出した電圧差と漏電判定電圧発生手段で発生した漏電判定電圧とを比較し、漏電の有無を判定する比較手段とを備えることを特徴とする。
【０００７】
この漏電検出装置では、異常電圧が負荷側の筐体又は／及び電線のシールド線に発生した場合、その異常電圧を漏電検出線によって取り出す。そして、漏電検出装置では、電圧差検出手段によってその取り出した電圧と基準電圧との電圧差を検出する。また、漏電検出装置では、漏電判定電圧発生手段によって漏電の有無を判定する閾値となる漏電判定電圧を発生する。そして、漏電検出装置では、比較手段によって電圧差検出手段で検出した電圧差と漏電判定電圧発生手段で発生した漏電判定電圧とを比較し、その比較により漏電の有無を判定する。つまり、漏電検出装置では、漏電電流が流れたか否かによって漏電を検出するのではなく、負荷側の筐体又は／及びシールド線に異常電圧が発生しているか否かを判定することによって漏電を検出する。そのため、接地が施されていない等によって漏電電流が実際に流れない場合でも、漏電を検出することができる。また、漏電を検出するために零相変流器を用いないので大電流線路における漏電検出も可能であり、さらに、磁気的な部材も用いないので直流の漏電の容易に検出できる。このように、この漏電検出装置は、零相変流器で検出ができなかった様々な状況においても漏電検出が可能であり、漏電を高精度に検出することができる。
【０００８】
なお、供給側は、負荷側に電力や各種電気信号等を供給するものであり、例えば、電源装置、モータ等の駆動装置、各種電気信号を発信する装置である。負荷側は、供給側からの電力や各種電気信号等を受けるものであり、例えば、モータ、電灯等の各種電気機器である。基準電圧は、漏電検出線に発生した電圧に対する基準となる電圧であり、例えば、０Ｖ、グランド線による漏電を検出する場合には０Ｖ以外の所定電圧、電気信号におけるハイ信号の電圧、電源線で給電する電圧である。漏電判定電圧は、漏電検出線に発生した電圧と基準電圧との電圧差に基づく漏電の有無を判定するための閾値となる電圧値であり、供給側から供給する電力や電気信号の電圧値等を考慮して適宜設定される。異常電圧は、シールド線や負荷側の筐体において正常時には発生しない電圧である。
【０００９】
本発明の上記漏電検出装置は、基準電圧を発生する基準電圧発生手段を備える構成としてもよい。
【００１０】
この漏電検出装置では、基準電圧発生手段によって検出対象の漏電に応じて適宜設定された所定の電圧値の基準電圧を発生することができる。そのため、この漏電検出装置は、漏電検出線に特定の電圧が発生する場合でも漏電を検出することができる。例えば、シールド線にグランド線が接触した漏電を検出する場合、基準電圧発生手段により基準電圧として０Ｖ以外の電圧を発生させる。この場合、グランド線との接触によってシールド線が０Ｖとなるが、基準電圧が０Ｖでないので、電圧差検出手段では電圧差を検出できる。したがって、この漏電検出装置では、グランド線による漏電が発生した場合でもその漏電を検出することができる。
【００１１】
本発明の上記漏電検出装置は、供給側と負荷側との電路を遮断するための遮断装置が設けられ、比較手段で漏電と判定した場合、遮断装置を作動させて電路を遮断する出力手段を備える構成としてもよい。
【００１２】
この漏電検出装置では、比較手段で漏電と判定した場合、出力手段により遮断装置を作動させて供給側と負荷側との電路を遮断する。そのため、発生している異常電圧（漏電）を早期に解消でき、漏電による様々な悪影響を防止することができる。
【００１３】
なお、電路は、供給側から負荷側に供給される電力や電気信号等が流れる電路であり、供給側と負荷側とに接続される電線以外にも、その電線と接続する供給側内の電路及び負荷側内の電路も含む。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明に係る漏電検出装置の実施の形態を説明する。
【００１５】
本実施の形態では、本発明に係る漏電検出装置を、漏電遮断器に備えられる漏電検出回路に適用する。本実施の形態に漏電検出回路は、シールド線又は／及び負荷の筐体の異常電圧を検出することによって漏電を検出する。本実施の形態には、４つの形態があり、第１の実施の形態がシールド線に発生する異常電圧を検出する構成であり、第２の実施の形態が負荷の筐体及びシールド線に発生する異常電圧を検出する構成であり、第３の実施の形態がＧＮＤ線がシールド線に接触した場合の異常電圧を検出する構成であり、第４の実施の形態ではシールド線がない場合の負荷の筐体に発生する異常電圧を検出する構成である。なお、本実施の形態では、駆動装置又は電源装置が供給側であり、負荷が負荷側である。
【００１６】
図１を参照して、第１の実施の形態に係る漏電遮断器１について説明する。図１は、第１の実施の形態に係る漏電遮断器の構成図である。
【００１７】
漏電遮断器１は、駆動装置Ｄと負荷Ｌとを接続する電線ＵＷ，ＶＷ，ＷＷとそのシールド線Ｓとの間に発生する漏電を検出し、漏電を検出した場合には電線ＵＷ，ＶＷ，ＷＷを遮断する。漏電遮断器１は、漏電検出回路２、接点３，３，３、接点開閉装置４を備えている。負荷Ｌは、三相モータであり、例えば、ロボットの可動機構等に用いられる。負荷Ｌは、筐体Ｌａに取り付けられている。筐体Ｌａは、例えば、ロボットの可動機構の筐体である。駆動装置Ｄは、三相モータを駆動するために三相交流を発生する装置である。電線ＵＷ，ＶＷ，ＷＷは、三相交流を伝送する電線であり、シールド線Ｓに覆われている。シールド線Ｓは、電線ＵＷ，ＶＷ，ＷＷで発生するノイズの放射を防止する。図１に示す例では電線ＵＷ，ＶＷ，ＷＷ及びシールド線Ｓが筐体Ｌａに這わされており、この筐体Ｌａがロボットの可動機構の場合にはその可動によって電線ＵＷ，ＶＷ，ＷＷやシールド線Ｓが噛み込みや屈曲によって絶縁異常が発生する恐れがある。
【００１８】
なお、第１の実施の形態では、漏電検出回路２が特許請求の範囲に記載する漏電検出装置に相当し、接点開閉装置４が特許請求の範囲に記載する遮断装置に相当する。
【００１９】
漏電検出回路２は、シールド線Ｓに発生する異常電圧を検出し、異常電圧を検出した場合には接点開閉装置４を駆動して接点３，３，３を開くための回路である。そのために、漏電検出回路２は、漏電検出ライン１０、ハイパスフィルタ１１、過電圧バイパス回路１２、ボルテージフォロア１３、電位差検出抵抗１４、電位差検出回路１５、整流回路１６、閾値電圧発生回路１７、コンパレータ１８、出力回路１９を有している。
【００２０】
なお、第１の実施の形態では、漏電検出ライン１０が特許請求の範囲に記載する漏電検出線に相当し、ボルテージフォロア１３が特許請求の範囲に記載する基準電圧発生手段に相当し、電位差検出抵抗１４及び電位差検出回路１５が特許請求の範囲に記載する電位差検出手段に相当し、閾値電圧発生回路１７が特許請求の範囲に記載する漏電判定電圧発生手段に相当し、コンパレータ１８が特許請求の範囲に記載する比較手段に相当し、出力回路１９が特許請求の範囲に記載する出力手段に相当する。
【００２１】
漏電検出ライン１０は、シールド線Ｓに発生する電圧を検出するための電線であり、一端がシールド線Ｓの駆動装置Ｄ側の端部に接続される。漏電検出ライン１０には、電線ＵＷ，ＶＷ，ＷＷとシールド線Ｓとの間での絶縁異常等による漏電の直流電圧や交流電圧あるいは電線ＵＷ，ＶＷ，ＷＷで発生したノイズの電圧が発生する。なお、同電位の電圧を取り出せればよいので、漏電検出ライン１０の一端の接続先をシールド線Ｓの負荷Ｌ側の端部等の別の箇所としてもよい。
【００２２】
ハイパスフィルタ１１は、漏電検出ライン１０で取り出した電圧の高周波成分を通過させるフィルタであり、電線ＵＷ，ＶＷ，ＷＷで発生したノイズを駆動装置Ｄに帰還させる。ハイパスフィルタ１１は、シールド線Ｓに放射されたノイズを取り出すために入力端が漏電検出ライン１０に接続され、ノイズを駆動装置Ｄに帰還させるために出力端が駆動装置Ｄのフレームグランドに接続される。ハイパスフィルタ１１のインピーダンスは、ノイズを帰還させるとともに漏電による交流電圧を全て駆動装置Ｄに帰還させないような値が適宜設定される。
【００２３】
過電圧バイパス回路１２は、漏電による異常電圧が発生した場合にその異常電圧が漏電検出回路２における各素子の耐電圧を超えないようにバイパスさせる回路である。過電圧バイパス回路１２は、漏電による異常電圧を取り出すために入力端が漏電検出ライン１０に接続され、過電圧をバイパスさせるために出力端が駆動装置Ｄのグランドに接続される。
【００２４】
ボルテージフォロア１３は、シールド線Ｓに発生している電圧を検出するための基準となる電圧（０Ｖ）を発生させ、その基準電圧を電位差検出回路１５（電位差検出抵抗１４の一端）に与える回路である。ボルテージフォロア１３は、０Ｖを発生させるために駆動装置Ｄのグランドに接続され、０Ｖを出力するために出力端が電位差検出抵抗１４の一端に接続される。
【００２５】
電位差検出抵抗１４は、シールド線Ｓに発生している電圧とボルテージフォロア１３で発生させた基準電圧との電位差を検出するための抵抗である。電位差検出抵抗１４は、一端がボルテージフォロア１３の出力端に接続され、他端が漏電検出ライン１０の他端に接続される。
【００２６】
電位差検出回路１５は、シールド線Ｓに発生している電圧とボルテージフォロア１３で発生させた基準電圧との電位差を検出する回路であり、電位差検出抵抗１４の両端にかかる電圧を検出する。電位差検出回路１５は、２つの入力端が電位差検出抵抗１４の端部に各々接続され、出力端が整流回路１６に接続される。電位差検出回路１５では、必要に応じて、検出した電位差を増幅する。
【００２７】
整流回路１６は、電位差検出回路１５で検出した電位差を整流し、検出した電位差を全てプラス値又はマイナス値とする回路である。整流回路１６は、入力端が電位差検出回路１５の出力端に接続され、出力端がコンパレータ１８の一方の入力端に接続される。なお、シールド線Ｓに発生する電圧はプラス電圧の場合とマイナス電圧の場合があるので、電位差検出回路１５で検出する電位差もプラス値の場合とマイナス値の場合がある。
【００２８】
閾値電圧発生回路１７は、漏電とみなすことができる異常電圧がシールド線Ｓに発生しているか否かを判定する基準となる閾値電圧を発生する回路である。閾値電圧発生回路１７は、出力端がコンパレータ１８の他方の入力端に接続される。閾値電圧は、ノイズを漏電と検出しない程度の大きさを有する電圧であり、駆動装置Ｄから供給する三相交流の電圧値等に応じて適宜設定される。また、閾値電圧は、整流回路１６で電位差を全てプラス値にする場合にはプラス値であり、全てマイナス値にする場合にはマイナス値である。交流の異常電圧の場合、ハイパスフィルタ１１によってその一部が駆動装置Ｄに帰還させられ、その交流の異常電圧の電圧値が小さくなるので、このことも考慮して閾値電圧を設定する必要がある。
【００２９】
コンパレータ１８は、整流回路１６からの整流された電位差と閾値電圧発生回路１７からの閾値電圧とを比較し、漏電の有無を判定する回路である。コンパレータ１８は、２つの入力端が整流回路１６の出力端と閾値電圧発生回路１７の出力端とに接続され、出力端が出力回路１９の入力端に接続される。コンパレータ１８では、閾値電圧がプラス値の場合には電位差が閾値電圧より小さいときには漏電していないと判定するとともに電位差が閾値電圧以上になると漏電と判定し、閾値電圧がマイナス値の場合には電位差が閾値電圧より大きいときには漏電していないと判定するとともに電位差が閾値電圧以下になると漏電と判定する。
【００３０】
出力回路１９は、コンパレータ１８で漏電と判定した場合に接点開閉装置４を駆動して接点３，３，３を開く回路である。出力回路１９は、入力端がコンパレータ１８の出力端に接続され、出力端が接点開閉装置４に接続される。出力回路１９は、必要に応じて、ラッチ機能を備える場合がある。
【００３１】
接点３は、電線ＵＷ，ＶＷ，ＷＷを遮断／導通する接点であり、電線ＵＷ，ＶＷ，ＷＷに各々設けられる。接点３は、シールド線Ｓと電線ＵＷ，ＶＷ，ＷＷとの間の絶縁異常が発生した場合に漏電を防止するために、図１に示すように、シールド線Ｓより外側の駆動装置Ｄに最も近い位置に配置される。接点３は、固定接点と可動接点とからなり、通常時には可動接点が固定接点に閉極し、漏電検出時には可動接点が固定接点から開極される。
【００３２】
接点開閉装置４は、３つの接点３，３，３を開閉するための装置である。接点開閉装置４は、コイルを備えており、出力回路１９によって駆動されると接点３の可動接点を引っ張って固定接点から開極する。
【００３３】
漏電遮断器１における動作を説明する。ここでは、正常時の動作と電線ＵＷ，ＶＷ，ＷＷとシールド線Ｓとの絶縁異常により漏電が発生した時の動作について説明する。
【００３４】
正常時の動作につい説明する。駆動装置Ｄでは、三相交流を発生し、その三相交流電流を電線ＵＷ，ＶＷ，ＷＷによって負荷Ｌに供給する。この際、漏電遮断器１では、接点３，３，３を閉じている。シールド線Ｓには、電線３，３，３で発生したノイズ（交流）が誘起されている。漏電検出回路２では、このノイズをシールド線Ｓから漏電検出ライン１０によって取り出し、漏電検出ライン１０からハイパスフィルタ１１を通過させて駆動装置Ｄに帰還させる。また、漏電検出回路２では、このノイズの一部を漏電検出ライン１０から電位差検出抵抗１４の他端に伝送した場合、基準電圧（０Ｖ）とノイズとの電位差を検出し、その電位差を整流後に閾値電圧と比較する。ノイズの電圧は小さいので、電位差の絶対値は閾値電圧の絶対値より小さい。したがって、漏電検出回路２では、漏電していないと判定し、接点開閉装置４を駆動しない。そのため、漏電遮断器１では、接点３，３，３を閉じた状態を続ける。
【００３５】
漏電が発生した時の動作について説明する。シールド線Ｓと電線ＵＷ，ＶＷ，ＷＷとの間に絶縁異常が発生すると、シールド線Ｓにはノイズとは異なる異常電圧が発生する。漏電検出回路２では、その異常電圧をシールド線Ｓから漏電検出ライン１０によって取り出し、漏電検出ライン１０によってその異常電圧が電位差検出抵抗１４の他端まで伝送する。さらに、漏電検出回路２では、基準電圧（０Ｖ）と異常電圧との電位差を検出し、その電位差を整流後に閾値電圧と比較する。異常電圧はノイズに比べて大きく、電位差の絶対値は閾値電圧の絶対値以上となる。したがって、漏電検出回路２では、漏電していると判定し、接点開閉装置４を駆動する。そのため、漏電遮断器１では、接点３，３，３を開き、電線ＵＷ，ＶＷ，ＷＷを遮断する。その結果、駆動装置Ｄからの三相交流は接点３，３，３より先は流れないので、電線ＵＷ，ＶＷ，ＷＷからシールド線Ｓへの漏電が防止され、シールド線Ｓには異常電圧が発生しなくなる。
【００３６】
なお、直流の異常電圧の場合、ハイパスフィルタ１１を通過しないので、電位差検出抵抗１４の他端における異常電圧はシールド線Ｓに発生している異常電圧に相当する電圧があらわれる。交流の異常電圧の場合、ハイパスフィルタ１１によってその一部が駆動装置Ｄに帰還されるので、電位差検出抵抗１４の他端における異常電圧は直流の異常電圧に比べて低い電圧があらわれる。
【００３７】
漏電遮断器１は、絶縁異常等によりシールド線Ｓに漏電が発生した場合に、そのシールド線Ｓに発生した異常電圧を検出することによって漏電を検出することができる。そのため、電路（電線ＵＷ，ＶＷ，ＷＷ）が接地したりあるいは電路（電線ＵＷ，ＶＷ，ＷＷ）に人が触れるなどして漏電電流が実際に流れなくても、漏電を検出することができる。
また、漏電遮断器１は、電路（電線ＵＷ，ＶＷ，ＷＷ）で漏電検出するのではなく、漏電検出ライン１０によって漏電検出を行うので、大電流電路の場合でも微小な漏電を検出することができる。さらに、漏電遮断器１は、漏電検出に磁気的な手段を用いないので、直流の漏電も検出可能である。また、漏電遮断器１は、電位差を整流するので、プラスの漏電も、マイナスの漏電も検出可能である。
【００３８】
また、漏電遮断器１は、シールド線Ｓを異常検出に用いることにより、構成が簡素化し、その検出感度も高感度である。さらに、漏電遮断器１は、シールド線Ｓの役割である電磁シールドの効果を失うことなく、漏電検出が可能である。
【００３９】
図２を参照して、第２の実施の形態に係る漏電遮断器２１について説明する。図２は、第２の実施の形態に係る漏電遮断器の構成図である。なお、第２の実施の形態は、第１の実施の形態に対して負荷の筐体における異常電圧も検出する点で異なる。第２の実施の形態では、第１の実施の形態に係る漏電遮断器１と同様の構成について同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００４０】
漏電遮断器２１は、電源装置Ｖと負荷Ｌとを接続する電源線ＶＷとシールド線Ｓとの間や負荷Ｌの金属筐体Ｌｂとの間に発生する漏電や負荷Ｌの内部で発生する漏電を検出し、漏電を検出した場合には電源線ＶＷ及びグランド線ＧＷを遮断する。漏電遮断器２１は、漏電検出回路２２、接点３，３、接点開閉装置４を備えている。負荷Ｌは、電気機器である。負荷Ｌは、金属筐体Ｌｂに収納されている。電源装置Ｖは、負荷Ｌの電源であり、負荷Ｌが必要とする電力を発生する。電源線ＶＷとグランド線ＧＷは、電力を伝送する電線であり、シールド線Ｓに覆われている。電源線ＶＷ及びグランド線ＧＷは、負荷Ｌ内の電路にそれぞれ接続され、コンデンサＬｃ，Ｌｃを介して金属筐体Ｌｂに接続される。なお、第２の実施の形態では、漏電検出回路２２が特許請求の範囲に記載する漏電検出装置に相当する。
【００４１】
漏電検出回路２２は、シールド線Ｓ又は／及び金属筐体Ｌｂに発生する異常電圧を検出し、異常電圧を検出した場合には接点開閉装置４を駆動して接点３，３を開くための回路である。漏電検出回路２２の構成は、第１の実施の形態に係る漏電検出回路２と同じ構成であり、各部の接続先が一部異なる。
【００４２】
漏電検出ライン１０は、シールド線Ｓ又は／及び金属筐体Ｌｂに発生する電圧を検出するための電線であり、一端が金属筐体Ｌｂに接続される。漏電検出ライン１０には、電源線ＶＷとシールド線Ｓとの間や金属筐体Ｌｂとの間での絶縁異常等による漏電の直流電圧や交流電圧あるいは電源線ＶＷやグランド線ＧＷから放射されたノイズの電圧が発生する。漏電検出ライン１０は金属筐体Ｌｂにしか接続しないが、金属筐体Ｌｂとシールド線Ｓとは導体２３で接続されているので、シールド線Ｓと金属筐体Ｌｂとは同電位となる。したがって、シールド線Ｓで異常電圧が発生した場合も、漏電検出ライン１０でその異常電圧を取り出すことができる。なお、同電位の電圧を取り出せればよいので、漏電検出ライン１０の一端の接続先をシールド線Ｓとしてもよい。接続する箇所は、漏電検出回路２の設置できる位置（例えば、電源装置Ｖの近傍、負荷Ｌの内部）に応じて適宜の箇所でよい。
【００４３】
過電圧バイパス回路１２は、過電圧をバイパスさせるために出力端がグランド線ＧＷの電源装置Ｖ側の端部に接続される。ボルテージフォロア１３も、０Ｖを発生させるためにグランド線ＧＷの電源装置Ｖ側の端部に接続される。なお、グランド線ＧＷに接続すればよいので、過電圧バイパス回路１２及びボルテージフォロア１３の接続先を、グランド線ＧＷの負荷Ｌ側の端部あるいは負荷Ｌの内部のグランド線ＧＷに接続する電路などとしてもよい。
【００４４】
漏電遮断器２１における動作を説明する。ここでは、正常時の動作と電源線ＶＷとシールド線Ｓとの間や負荷筐体Ｌｂとの間の絶縁異常あるいはコンデンサＬｂの異常や負荷Ｌ内部での絶縁異常等により漏電が発生した時の動作について説明する。
【００４５】
正常時の動作につい説明する。電源装置Ｖでは、所定の電力を発生し、その電力を電源線ＶＷとグランド線ＧＷによって負荷Ｌに供給する。この際、漏電遮断器２１では、接点３，３を閉じている。シールド線Ｓには、電源線ＶＷ、グランド線ＧＷで発生したノイズ（交流）が誘起されている。このノイズは、シールド線Ｓから金属筐体Ｌｂを介してコンデンサＬｃに伝わり、コンデンサＬｃによって電源ラインに戻される。あるいは、漏電検出回路２２において、このノイズを金属筐体Ｌｂから漏電検出ライン１０によって取り出し、漏電検出ライン１０からハイパスフィルタ１１を通過させて電源装置Ｖに帰還させる。また、漏電検出回路２２では、このノイズの一部を漏電検出ライン１０から電位差検出抵抗１４の他端に伝送した場合、第１の実施の形態と同様に、漏電していないと判定し、接点開閉装置４を駆動しない。
【００４６】
漏電が発生した時の動作について説明する。電源線ＶＷとシールド線Ｓとの間や金属筐体Ｌｂとの間に絶縁異常が発生すると、シールド線Ｓや金属筐体Ｌｂにはノイズとは異なり、直流の異常電圧が発生する。あるいは、コンデンサＬｃの異常や負荷Ｌ内での絶縁異常が発生すると、金属筐体Ｌｂには直流の異常電圧が発生する。漏電検出回路２２では、その異常電圧を金属筐体Ｌｂから漏電検出ライン１０によって取り出す。すると、漏電検出回路２２では、第１に実施の形態に係る漏電検出回路２と同様の動作により、漏電していると判定し、接点開閉装置４を駆動する。そのため、漏電遮断器２１では、接点３，３を開き、電源線ＶＷ及びグランド線ＧＷを遮断する。その結果、電源装置Ｖからの電力は接点３，３より先は流れないので、漏電が防止され、シールド線Ｓや金属筐体Ｌｂには異常電圧が発生しなくなる。
【００４７】
漏電遮断器２１は、絶縁異常等によりシールド線Ｓや金属筐体Ｌｂに漏電が発生した場合に、金属筐体Ｌｂに発生した異常電圧を検出することによって漏電を検出することができる。そのため、漏電電流が実際に流れなくても、漏電を検出することができる。また、漏電遮断器２１は、金属筐体Ｌｂを漏電検出に用いることにより、構成が簡素化し、その検出感度も高感度である。さらに、漏電遮断器２１は、金属筐体Ｌｂの役割であるフレームグランドの効果を失うことなく、漏電検出が可能である。この他にも、漏電遮断器２１は、第１の実施の形態に係る漏電検出回路２と同様の回路によって漏電検出を行うので、漏電検出において第１の実施の形態と同様の効果を有する。
【００４８】
図３を参照して、第３の実施の形態に係る漏電遮断器３１について説明する。図３は、第３の実施の形態に係る漏電遮断器の構成図である。なお、第３の実施の形態は、第２の実施の形態に対してＧＮＤ線との絶縁異常による異常電圧も検出する点で異なる。第３の実施の形態では、第２の実施の形態に係る漏電遮断器２１と同様の構成について同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００４９】
漏電遮断器３１は、電源装置Ｖと負荷Ｌとを接続する電源線ＶＷ又はグランド線ＧＷとシールド線Ｓとの間や負荷Ｌの金属筐体Ｌｂとの間に発生する漏電や負荷Ｌの内部で発生する漏電を検出し、漏電を検出した場合には電源線ＶＷ及びグランド線ＧＷを遮断する。漏電遮断器３１は、漏電検出回路３２、接点３，３、接点開閉装置４を備えている。なお、第３の実施の形態では、漏電検出回路３２が特許請求の範囲に記載する漏電検出装置に相当する。
【００５０】
漏電検出回路３２は、シールド線Ｓ又は／及び金属筐体Ｌｂに発生する異常電圧を検出し、異常電圧を検出した場合には接点開閉装置４を駆動して接点３，３を開くための回路である。特に、漏電検出回路３２は、異常電圧として０Ｖも検出可能である。漏電検出回路３２の構成は、第２の実施の形態に係る漏電検出回路２２に対して、ボルテージフォロアの代わりに基準電圧発生回路３３を備えている点で異なる。なお、第３の実施の形態では基準電圧発生回路３３が特許請求の範囲に記載する基準電圧発生手段に相当する。
【００５１】
基準電圧発生回路３３は、シールド線Ｓや金属筐体Ｌｂに発生している電圧を検出するための基準となる電圧を発生させ、その基準電圧を電位差検出回路１５（電位差検出抵抗１４の一端）に与える回路である。基準電圧発生回路３３は、基準電圧を発生させるためにグランド線ＧＷの電源装置Ｖ側の端部に接続され、基準電圧を出力するために出力端が電位差検出抵抗１４の一端に接続される。
【００５２】
基準電圧としては、漏電検出ライン１０で０Ｖの異常電圧を検出した場合でも電位差検出回路１５で電位差を検出するために、０Ｖではなく、数１０〜数１００ｍＶ程度の電圧とする。この程度の電圧であれば、０Ｖ以外の異常電圧を漏電検出ライン１０で検出した場合でも、電位差検出回路１５で電位差を検出することができる。したがって、漏電検出回路３２では、０Ｖの異常電圧だけでなく、電源線ＶＷで伝送される電圧など他の電圧値の異常電圧も検出可能である。なお、０Ｖの異常電圧は、グランド線ＧＷがシールド線Ｓに接触した場合等に発生する。
【００５３】
なお、異常電圧が０Ｖの場合、電位差検出回路１５で検出される電位差が数１０〜数１００ｍＶ程度と小さいので、その電位差を漏電と判定するためには電位差検出回路１５でその電位差を増幅したり、あるいは、閾値電圧を小さい値に設定する必要がある。また、この場合、検出される電位差に比べてノイズが大きくなる可能性があるので、ハイパスフィルタ１１のインピーダンスを調整してそれらのノイズが電位差検出抵抗１４にあらわれないようにする必要がある。
【００５４】
漏電遮断器３１における動作を説明する。ここでは、第２の実施の形態に係る漏電遮断器２１と動作が異なる、グランド線ＧＷがシールド線Ｓ又は金属筐体Ｌｂとの間の絶縁異常により漏電が発生した時の動作について説明する。
【００５５】
漏電が発生した時の動作について説明する。グランド線ＧＷとシールド線Ｓとの間や金属筐体Ｌｂとの間に絶縁異常が発生すると、シールド線Ｓや金属筐体Ｌｂには０Ｖの異常電圧が発生する。漏電検出回路３２では、その異常電圧を金属筐体Ｌｂから漏電検出ライン１０によって取り出し、漏電検出ライン１０によってその異常電圧が電位差検出抵抗１４の他端まで伝送する。漏電検出回路３２では、基準電圧（数１０〜数１００ｍＶ）と異常電圧（０Ｖ）との電位差を検出し、その電位差を整流後に閾値電圧と比較する。閾値電圧を異常電圧が０Ｖの場合も漏電と検出可能な値に設定しているので、電位差の絶対値は閾値電圧の絶対値以上となる。したがって、漏電検出回路３２では、漏電していると判定し、接点開閉装置４を駆動する。そのため、漏電遮断器３１では、接点３，３を開き、電源線ＶＷ及びグランド線ＧＷを遮断する。その結果、電源装置Ｖからの電力は接点３，３より先は流れないので、漏電が防止され、シールド線Ｓや金属筐体Ｌｂには異常電圧（０Ｖ）が発生しなくなる。
【００５６】
漏電遮断器３１は、第２の実施の形態に係る漏電遮断器２１と同様の効果を有し、さらに、グランド線ＧＷとの絶縁異常によりシールド線Ｓや金属筐体Ｌｂに漏電が発生した場合にも金属筐体Ｌｂに発生した０Ｖの異常電圧を検出することによって漏電を検出することができる。
【００５７】
図４を参照して、第４の実施の形態に係る漏電遮断器４１について説明する。図４は、第４の実施の形態に係る漏電遮断器の構成図である。なお、第４の実施の形態は、第２の実施の形態に対してシールド線がない点で異なる。第４の実施の形態では、第２の実施の形態に係る漏電遮断器２１と同様の構成について同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００５８】
漏電遮断器４１は、電源装置Ｖと負荷Ｌとを接続する電源線ＶＷと負荷Ｌの金属筐体Ｌｂとの間に発生する漏電や負荷Ｌの内部で発生する漏電を検出し、漏電を検出した場合には電源線ＶＷ及びグランド線ＧＷを遮断する。漏電遮断器４１は、漏電検出回路４２、接点３，３、接点開閉装置４を備えている。なお、第４の実施の形態では、漏電検出回路４２が特許請求の範囲に記載する漏電検出装置に相当する。
【００５９】
漏電検出回路４２は、金属筐体Ｌｂに発生する異常電圧を検出し、異常電圧を検出した場合には接点開閉装置４を駆動して接点３，３を開くための回路である。漏電検出回路４２の構成は、第２の実施の形態に係る漏電検出回路２２と同じ構成であるが、シールド線Ｓが無いので漏電検出ライン１０では金属筐体Ｌｂに発生する電圧だけを取り出すことができる。
【００６０】
漏電遮断器４１の動作は、第２の実施の形態に係る漏電遮断器２１と同様の動作であるが、金属筐体Ｌｂに発生する異常電圧だけを検出し、その異常電圧によって漏電を判定する。
【００６１】
漏電遮断器４１は、第２の実施の形態に係る漏電遮断器２１と同様の効果を有し、さらに、シールド線Ｓがない場合でも金属筐体Ｌｂからの漏電の検出が可能である。
【００６２】
図５を参照して、上記の実施の形態に係る漏電検出回路の構成を有する具体的な回路の一例について説明する。この漏電検出回路５２は、基準電圧を発生する回路としてボルテージフォロアを有している。図５は、本実施の形態に係る漏電検出回路の回路図の一例である（ボルテージフォロアを有する回路）。
【００６３】
漏電検出回路５２では、漏電検出ライン１０の一端がシールド線Ｓの電源装置Ｖ側の端部に接続している。漏電検出ライン１０の他端は、抵抗を介して電位差検出抵抗１４の他端に接続される。
【００６４】
ハイパスフィルタ１１は、コンデンサ１１ａで構成される。コンデンサ１１ａは、一端が漏電検出ライン１０に接続され、他端が電源装置Ｖのフレームグランドに接続される。
【００６５】
過電圧バイパス回路１２は、２個のツェナダイオード１２ａ，１２ｂと抵抗１２ｃで構成される。ツェナダイオード１２ａは、カソードがプラスの電源電圧に接続され、アノードがツェナダイオード１２ｂのカソードに接続される。ツェナダイオード１２ａは、アノードがマイナスの電源電圧に接続される。抵抗１２ｃは、一端が漏電検出ライン１０に接続され、他端が２個のツェナダイオードの接続点に接続される。
【００６６】
ボルテージフォロア１３は、オペアンプ１３ａで構成される。オペアンプ１３ａは、反転入力端子が出力端子に直接接続され、非反転増幅端子が電源装置Ｖのフレームグランドに接続される。また、オペアンプ１３ａの出力端子は、電位差検出抵抗１４の一端に接続される。
【００６７】
電位差検出回路１５は、オペアンプ１５ａ、３個の抵抗１５ｂ〜１５ｄで構成される。オペアンプ１５ａは、反転入力端子が抵抗１５ｂを介して出力端子に接続されるとともに抵抗１５ｃを介して電位差検出抵抗１４の一端に接続され、非反転入力端子が抵抗１５ｄを介して電位差検出抵抗１４の他端に接続される。
【００６８】
整流回路１６は、オペアンプ１６ａ、３個の抵抗１６ｂ，１６ｅ，１６ｆ、２個のダイオード１６ｃ，１６ｄで構成される。オペアンプ１６ａは、反転入力端子が抵抗１６ｂを介してオペアンプ１５ａの出力端子に接続され、非反転入力端子がグランドに接続される。ダイオード１６ｃは、カソードがオペアンプ１６ａの出力端子に接続され、アノードが反転入力端子に接続される。ダイオード１６ｄは、カソードが抵抗１６ｅの一端に接続され、アノードがオペアンプ１６ａの出力端子に接続される。抵抗１６ｅは、他端がオペアンプ１６ａの反転入力端子に接続される。抵抗１６ｆは、一端がダイオード１６ｄと抵抗１６ｅの接続点に接続される。
【００６９】
閾値電圧発生回路１７は、２個の抵抗１７ａ，１７ｂで構成される。抵抗１７ａは、一端がマイナスの電源電圧に接続され、他端が抵抗１７ｂの一端に接続される。抵抗１７ｂは、他端がグランドに接続される。したがって、閾値電圧発生回路１７では、マイナスの閾値電圧を発生し、その電圧値は抵抗１７ａ，１７ｂの抵抗値によって決まる。
【００７０】
コンパレータ１８は、反転入力端子が反転増幅回路５２ａ等を介して整流回路１６の出力端に接続され、非反転入力端子が抵抗１７ａと抵抗１７ｂとの接続点に接続される。コンパレータ１８では、マイナスの電位差が入力され、マイナスの電位差とマイナスの閾値電圧とを比較する。そして、コンパレータ１８では、マイナスの電位差がマイナスの閾値電圧より大きい場合にはロー信号を出力し、マイナスの電位差がマイナスの閾値電圧以下になるとハイ信号を出力する。
【００７１】
出力回路１９は、ＮチャネルのＭＯＳＦＥＴ［Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ］１９ａで構成される。ＭＯＳＦＥＴ１９ａは、ゲートがコンパレータ１８の出力端子に接続され、ドレインが接点開閉装置４に接続され、ソースがグランドに接続される。ＭＯＳＦＥＴ１９ａでは、コンパレータ１８の出力がロー信号の場合にオフし、出力がハイ信号の場合にオンする。
【００７２】
漏電検出回路５２では、シールド線Ｓに発生している電圧をマイナスの電位差としてコンパレータ１８に入力し、コンパレータ１８でそのマイナスの電位差とマイナスの閾値電圧とを比較する。シールド線Ｓに異常電圧が発生していない場合（正常の場合）、漏電検出回路５２では、コンパレータ１８がロー信号を出力し、ＭＯＳＦＥＴ１９ａがオフする。シールド線Ｓに異常電圧が発生した場合（漏電の場合）、漏電検出回路５２では、コンパレータ１８がハイ信号を出力し、ＭＯＳＦＥＴ１９ａがオンする。ＭＯＳＦＥＴ１９ａがオンした場合、接点開閉装置４が駆動して接点（図示せず）を開き、電源線ＶＷ及びグランド線ＧＷを遮断する。
【００７３】
図６、図７を参照して、シールド線Ｓに擬似の異常電圧を発生させた場合の漏電検出回路５２によるシミュレーションについて説明する。図６は、シールド線に直流の異常電圧を発生させた場合の図５の漏電検出回路によるシミュレーション結果を示すタイミングチャートであり、（ａ）がシールド線における電圧であり、（ｂ）がボルテージフォロアの出力電圧であり、（ｃ）が出力回路におけるＭＯＳＦＥＴのドレイン電圧である。図７は、シールド線に交流の異常電圧を発生させた場合の図５の漏電検出回路によるシミュレーション結果を示すタイミングチャートであり、（ａ）がシールド線における電圧であり、（ｂ）がボルテージフォロアの出力電圧であり、（ｃ）が出力回路におけるＭＯＳＦＥＴのドレイン電圧である。
【００７４】
シールド線Ｓには、擬似漏電信号発生器５３を接続し、異常電圧が印可される。擬似漏電信号発生器５３は、直流や交流の様々な電圧を発生することができる電圧発生器である。このシミュレーションでは、擬似漏電信号発生器５３によって直流の異常電圧と交流の異常電圧とを発生させ、漏電検出回路５２の動作をシミュレーションする。そして、シールド線Ｓにおける電圧、オペアンプ１３ａの出力電圧、ＭＯＳＦＥＴ１９ａのドレイン電圧を観察する。
【００７５】
図６を参照して、直流の異常電圧を発生させた場合について説明する。擬似漏電信号発生器５３では、１００ｍＳ〜３００ｍＳではプラスの異常電圧、５００ｍＳ〜７００ｍＳではマイナスの異常電圧を発生させ、それ以外の期間では正常時の０Ｖの電圧とする。したがって、シールド線Ｓの電圧（ひいては、漏電検出ライン１０の電圧）は、０〜１００ｍＳでは０Ｖ、１００ｍＳ〜３００ｍＳではプラスの異常電圧、３００ｍＳ〜５００ｍＳでは０Ｖ、５００ｍＳ〜７００ｍＳではマイナスの異常電圧となる（図６（ａ）参照）。オペアンプ１３ａの出力電圧（すなわち、基準電圧）は、常時、０Ｖである（図６（ｂ）参照）。したがって、コンパレータ１８の反転入力端子に入力される電位差は、０〜１００ｍＳでは０、１００ｍＳ〜３００ｍＳではマイナスの電位差、３００ｍＳ〜５００ｍＳでは０、５００ｍＳ〜７００ｍＳではマイナスの電位差となる。その結果、ＭＯＳＦＥＴ１９ａは、０〜１００ｍＳではオフしてドレイン電圧がハイ電圧となり、１００〜３００ｍＳではオンしてドレイン電圧が０Ｖとなり、３００〜５００ｍＳではオフしてドレイン電圧がハイ電圧となり、５００〜７００ｍＳではオンしてドレイン電圧が０Ｖとなる（図６（ｃ）参照）。
【００７６】
図７を参照して、交流の異常電圧を発生させた場合について説明する。擬似漏電信号発生器５３では、シミュレーションを開始してから全期間においてプラスとマイナスとの間で変動する交流の異常電圧を発生させる。したがって、シールド線Ｓの電圧（ひいては、漏電検出ライン１０の電圧）は、全期間で交流の異常電圧となる（図７（ａ）参照）。オペアンプ１３ａの出力電圧（すなわち、基準電圧）は、常時、０Ｖである（図７（ｂ）参照）。したがって、コンパレータ１８の反転入力端子に入力される電位差は、全期間でマイナスの電位差となる。この電位差は、交流の異常電圧に対応して変化する。その結果、ＭＯＳＦＥＴ１９ａは、全期間でオンしてドレイン電圧が０Ｖとなる（図７（ｃ）参照）。
【００７７】
以上、本発明に係る実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されることなく様々な形態で実施される。
【００７８】
例えば、本実施の形態では漏電遮断器に本発明に係る漏電検出装置を適用したが、漏電を検出するだけの漏電検出装置単体にも適用でき、その場合には出力回路は必要ない。
【００７９】
また、本実施の形態ではボルテージフォロアによって０Ｖの基準電圧を発生させたが、ボルテージフォロアを用いることなく、単に、フレームグランドやグランド線に接続するなどして０Ｖの基準電圧とする構成でもよい。
【００８０】
また、本実施の形態ではハイパスフィルタ及び過電圧バイパス回路を備える構成としたが、必要がない場合には備えない構成でもよい。
【００８１】
また、本実施の形態では整流回路を備える構成としたが、異常電圧の極性が固定している場合には備えない構成でもよい。
【００８２】
また、本実施の形態では供給側を駆動装置や電源装置としたが、各種電気信号を負荷側に供給する装置でもよい。この場合、異常電圧として電気信号の信号電圧が発生する場合がある。
【００８３】
【発明の効果】
本発明によれば、シールド線又は／及び負荷側の筐体における異常電圧を検出することによって漏電を検出するので、漏電を高精度に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係る漏電遮断器の構成図である。
【図２】第２の実施の形態に係る漏電遮断器の構成図である。
【図３】第３の実施の形態に係る漏電遮断器の構成図である。
【図４】第４の実施の形態に係る漏電遮断器の構成図である。
【図５】本実施の形態に係る漏電検出回路の回路図の一例である（ボルテージフォロアを有する回路）。
【図６】シールド線に直流の異常電圧を発生させた場合の図５の漏電検出回路によるシミュレーション結果を示すタイミングチャートであり、（ａ）がシールド線における電圧であり、（ｂ）がボルテージフォロアの出力電圧であり、（ｃ）が出力回路におけるＭＯＳＦＥＴのドレイン電圧である。
【図７】シールド線に交流の異常電圧を発生させた場合の図５の漏電検出回路によるシミュレーション結果を示すタイミングチャートであり、（ａ）がシールド線における電圧であり、（ｂ）がボルテージフォロアの出力電圧であり、（ｃ）が出力回路におけるＭＯＳＦＥＴのドレイン電圧である。
【符号の説明】
１，２１，３１，４１…漏電遮断器、２，２２，３２，４２，５２…漏電検出回路、３…接点、４…接点開閉器、１０…漏電検出ライン、１１…ハイパスフィルタ、１１ａ…コンデンサ、１２…過電圧バイパス回路、１２ａ，１２ｂ…ツェナダイオード、１２ｃ…抵抗、１３…ボルテージフォロア、１３ａ…オペアンプ、１４…電位差検出抵抗、１５…電位差検出回路、１５ａ…オペアンプ、１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ…抵抗、１６…整流回路、１６ａ…オペアンプ、１６ｂ，１６ｅ，１６ｆ…抵抗、１６ｃ，１６ｄ…ダイオード、１７…閾値電圧発生回路、１７ａ，１７ｂ…抵抗、１８…コンパレータ、１９…出力回路、１９ａ…ＭＯＳＦＥＴ、２３…導体、３３…基準電圧発生回路、５２ａ…反転増幅回路、５３…擬似漏電信号発生器
Claims (3)
- 供給側と負荷側とが電線で接続され、供給側から負荷側における漏電を検出する漏電検出装置であって、
前記負荷側の筐体又は／及び前記電線のシールド線に接続される漏電検出線と、
前記漏電検出線に発生した電圧と基準電圧との電圧差を検出する電圧差検出手段と、
漏電判定電圧を発生する漏電判定電圧発生手段と、
前記電圧差検出手段で検出した電圧差と前記漏電判定電圧発生手段で発生した漏電判定電圧とを比較し、漏電の有無を判定する比較手段と
を備えることを特徴とする漏電検出装置。 - 前記基準電圧を発生する基準電圧発生手段を備えることを特徴とする請求項１に記載する漏電検出装置。
- 前記供給側と前記負荷側との電路を遮断するための遮断装置が設けられ、
前記比較手段で漏電と判定した場合、前記遮断装置を作動させて前記電路を遮断する出力手段を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載する漏電検出装置。
Priority Applications (1)
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Applications Claiming Priority (1)
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| JP2003151388A JP2004354173A (ja) | 2003-05-28 | 2003-05-28 | 漏電検出装置 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009508421A (ja) * | 2005-09-15 | 2009-02-26 | エアバス・ドイチュラント・ゲーエムベーハー | 旅客機用の電源および通信システム |
| JP2012255747A (ja) * | 2011-06-10 | 2012-12-27 | Olympus Corp | 断線検出装置 |
| JP2013008466A (ja) * | 2011-06-22 | 2013-01-10 | Daiden Co Ltd | 給電用コネクタ |
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-
2003
- 2003-05-28 JP JP2003151388A patent/JP2004354173A/ja active Pending
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| US9678130B2 (en) | 2014-01-07 | 2017-06-13 | Lsis Co., Ltd. | Earth leakage circuit breaker |
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