JP2006025529A

JP2006025529A - 漏電検出装置

Info

Publication number: JP2006025529A
Application number: JP2004200796A
Authority: JP
Inventors: Kazuyoshi Kishihata; 一芳岸端; Masahiko Endo; 政彦遠藤
Original assignee: Kokusan Denki Co Ltd
Current assignee: Mahle Electric Drive Systems Co Ltd
Priority date: 2004-07-07
Filing date: 2004-07-07
Publication date: 2006-01-26
Anticipated expiration: 2024-07-07
Also published as: JP4186887B2

Abstract

【課題】交流発電機を電源として用いる電源装置の漏電を検出する漏電検出装置において、漏電の検出と漏電発生箇所の判定とを行うことができるようにする。
【解決手段】交流発電機２の３相の出力線に抵抗器を通して結合された検出点を形成する検出点形成回路８Ａと、検出点と接地間の電圧を検出する電圧検出回路８Ｂと、電圧検出回路８Ｂにより検出される電圧から漏電の有無を検出する漏電検出手段８Ｄと、検出点と接地間の電圧の周期から漏電発生箇所を判定する漏電発生箇所判定手段８Ｅとを設けた。
【選択図】図２

Description

本発明は、交流発電機と、該交流発電機の出力を一定の周波数を有する交流出力に変換して負荷に供給する電力変換器とを備えた交流電源装置の漏電を検出する漏電検出装置に関する。

交流発電機を電源として用いる電源装置の漏電（地絡）を検出する装置として、特許文献１や特許文献２に示されているように、３相交流発電機の電機子巻線の中性点と接地間を接続する接地線を通して流れる零相電流を検出することにより、漏電を検出するようにした漏電検出装置が提案されている。
特開平１０−１４２２８２号公報特開２０００−１４９７５８号公報

特許文献１や特許文献２に示されたように、漏電が発生したときに発電機の中性点を接地する接地線を流れる零相電流から漏電を検出する漏電検出装置においては、漏電検出装置を発電機から離れた箇所に設置することが必要とされる場合に、中性点を接地する長い接地線を発電機から漏電検出装置の設置箇所まで引き回す必要があり、接地線の配線処理が面倒になるという問題があった。

また交流発電機の電機子巻線が中性点を有しない場合、例えば３相の電機子巻線がΔ結線されている場合や、発電機が単相交流発電機である場合には、上記の提案を適用することができなかった。

また漏電が発生したときに必要な措置を講じるためには、電源装置のいずれの箇所で漏電（地絡）が発生したのかを判定し得るようにしておくことが望ましいが、従来の漏電検出装置では、漏電の発生箇所の判定を行うことまではできなかった。

本発明の目的は、発電機の中性点につながる配線を長く引き回すことなく、交流発電機から離れた箇所で、漏電の発生を検出することができるだけでなく、漏電が発生した箇所の判定をも行うことができるようにした漏電検出装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、発電機が中性点を有しない場合でも漏電の発生を検出することができる上に、漏電が発生した箇所の判定をも行うことができるようにした漏電検出装置を提供することにある。

本発明は、交流発電機と、交流発電機の出力を一定の周波数を有する交流出力に変換して負荷に供給する電力変換器とを備えた交流電源装置の漏電検出装置に適用される。本発明に係わる漏電検出装置を適用する電源装置は、交流発電機と該交流発電機の出力を一定の周波数の交流出力に変換する電力変換器とを備えたものであれば良く、その構成は任意である。本発明の漏電検出装置を適用するのに適した電源装置の代表的なものは、交流発電機の出力を直流電圧に変換するコンバータと該コンバータから得られる直流電圧を交流電圧に変換するインバータとを備えたものであるが、これに限定されるものではない。

本発明においては、交流発電機の各出力線に高インピーダンス素子を通して結合された検出点を形成する検出点形成回路と、検出点と接地間の電圧を検出する電圧検出回路と、電圧検出回路により検出される電圧が基準電圧以上になったときに漏電が発生したことを検出する漏電検出手段と、検出点と接地間の電圧の波形から漏電の発生箇所を判定する漏電発生箇所判定手段とが設けられる。

交流発電機が３相交流発電機である場合、本発明の好ましい態様では、交流発電機の３相の出力線にそれぞれ一端が接続され、他端が共通に接続された抵抗値が大きい３つの抵抗器により上記検出点形成回路が構成され、３つの抵抗器の共通接続点が検出点として用いられる。

また交流発電機が単相交流発電機である場合、本発明の好ましい態様では、該交流発電機の２つの出力線の間に接続された抵抗分圧回路により上記検出点形成回路が構成され、該抵抗分圧回路の分圧点が検出点として用いられる。

上記のように交流発電機の各出力線に高インピーダンス素子を通して結合された検出点を設けて、この検出点と接地間の電圧を検出すると、電源装置で漏電が発生していないときには検出点と接地間の電圧がほぼ０レベルを示し、電源装置で漏電が発生したときに検出点と接地間の電圧がしきい値以上になる。従って、検出点と接地間の電圧を検出して、検出した電圧が適当な値に設定された基準電圧未満であるときに電源装置で漏電が発生していないことを検出することができ、検出された電圧が基準電圧以上であるときに漏電が発生したことを検出することができる。

上記のように構成すると、発電機の中性点につながる配線を引き回すことなく、漏電検出装置の設置箇所の近くで検出点形成回路を発電機の出力線に結合すればよいので、長い接地線の配線処理を要することなく、発電機から離れた箇所で電源装置の漏電を検出することができる。また発電機の電機子コイルが中性点を有していない場合にも漏電を検出することができる。

また上記のように検出点を設けると、漏電（地絡）が発生したときに検出点と接地間に現れる電圧は、漏電が発生した箇所により異なる波形を示す。即ち、交流発電機と電力変換器との間で漏電が発生したときには、交流発電機の出力電圧の周期に周期が一致する波形の電圧が検出点と接地間に現れる。また電力変換器の出力側で漏電が発生したときには、電力変換器が出力する交流電圧の周期に周期が一致する波形の交流電圧が検出点と接地間に現れる。従って、漏電が検出されたときに検出点と接地間に現れる電圧の周期が交流発電機の出力電圧の周期に一致しているのか、あるいは電力変換器から出力されている交流電圧の周期に一致しているのかを見ることにより、漏電が発電機と電力変換器との間の回路で発生したのか、電力変換器の出力側で発生したのかを判定することができる。

従って漏電発生箇所判定手段は、検出点と接地間の電圧の周期が交流発電機の出力電圧の周期に一致しているときに交流発電機と前記電力変換器との間の回路で漏電が生じたと判定するように構成することができる。

漏電発生箇所判定手段は、検出点と接地間の電圧の周期が交流発電機の出力電圧の周期に一致していないときに電力変換器の出力側で漏電が生じたと判定するように構成することもできる。

漏電発生箇所判定手段は、検出点と接地間の電圧の周期が交流発電機の出力電圧の周期に一致しているときに交流発電機と前記電力変換器との間の回路で漏電が生じたと判定し、検出点と接地間の電圧の周期が交流発電機の出力電圧の周期に一致していないときに電力変換器の出力側で漏電が生じたと判定するように構成することもできる。

上記漏電発生箇所判定手段はまた、検出点と接地間の電圧の周期が電力変換器の出力電圧の周期に一致しているときに電力変換器の出力側の回路で漏電が発生したと判定するように構成することもできる。

漏電発生箇所判定手段はまた、検出点と接地間の電圧の周期が電力変換器の出力電圧の周期に一致していないときに交流発電機と前記電力変換器との間の回路で漏電が発生したと判定するように構成することもできる。

漏電発生箇所判定手段は、検出点と接地間の電圧の周期が電力変換器の出力電圧の周期に一致しているときに電力変換器の出力側で漏電が生じたと判定し、検出点と接地間の電圧の周期が電力変換器の出力電圧の周期に一致していないときに交流発電機と電力変換器との間の回路で漏電が発生したと判定するように構成することもできる。

漏電の検出を容易にするため、電圧検出回路が出力する検出電圧を基準電圧と比較して、検出電圧が基準電圧を超えているときと基準電圧以下のときとで異なるレベルを示す漏電検出パルスを発生する漏電検出パルス発生回路を設けるのが好ましい。この場合、漏電検出手段は、漏電検出パルスから検出電圧が基準電圧以上になったことを検出したときに交流電源装置で漏電が発生したことを検出するように構成することができる。また漏電発生箇所判定手段は、漏電検出パルスの波形から漏電の発生箇所を判定するように構成することができる。

上記基準電圧のレベルは、漏電の検出を的確に行なうことができるように、漏電が生じたときに得られる検出電圧のレベルに応じて適宜に設定する。電力変換器の出力側で漏電が発生した場合及び交流発電機と電力変換器との間の回路で漏電が発生した場合のいずれの場合にも漏電検出パルスを発生させる場合には、交流発電機と電力変換器との間の回路で漏電が発生したときに得られる検出電圧のピーク値がとり得る値の最小値よりも更に低いレベルに基準電圧のレベルを設定する。

交流発電機と電力変換器との間で漏電が発生したときに必ず漏電検出パルスが発生するように基準電圧を設定する場合、漏電発生箇所判定手段は、漏電検出パルスの周期が交流発電機の出力電圧の周期に一致していると見なせるときに交流発電機と電力変換器との間の回路で漏電が発生したと判定するように構成することができる。

また交流発電機と電力変換器との間で漏電が発生したときに必ず漏電検出パルスが発生するように基準電圧を設定する場合、漏電発生箇所判定手段は、漏電検出パルスの周期が交流発電機の出力電圧の周期に一致していないと見なせるときに電力変換器の出力側で漏電が発生したと判定するように構成することもできる。

更に交流発電機と電力変換器との間で漏電が発生したときに必ず漏電検出パルスが発生するように基準電圧を設定する場合、漏電発生箇所判定手段は、漏電検出パルスの周期が交流発電機の出力電圧の周期に一致していると見なせるときに交流発電機と電力変換器との間の回路で漏電が発生したと判定し、漏電検出パルスの周期が交流発電機の出力電圧の周期に一致していないと見なせるときに電力変換器の出力側で漏電が発生したと判定するように構成することもできる。

また電力変換器の出力側で漏電が発生したときに必ず漏電検出パルスが発生するように基準電圧を設定する場合、漏電発生箇所判定手段は、漏電検出パルスの周期が電力変換器の出力電圧の周期に一致していると見なせるときに電力変換器の出力側の回路で漏電が発生したと判定するように構成することができる。

電力変換器の出力側で漏電が発生したときに必ず漏電検出パルスが発生するように基準電圧が設定される場合、漏電発生箇所判定手段は、漏電検出パルスの周期が電力変換器の出力電圧の周期に一致していないと見なせるときに交流発電機と電力変換器との間の回路で漏電が発生したと判定するように構成することもできる。

電力変換器の出力側で漏電が発生したときに必ず漏電検出パルスが発生するように基準電圧が設定される場合、漏電発生箇所判定手段は、漏電検出パルスの周期が電力変換器の出力電圧の周期に一致していると見なせるときに電力変換器の出力側で漏電が生じたと判定し、漏電検出パルスの周期が電力変換器の出力電圧の周期に一致していないと見なせるときに交流発電機と電力変換器との間の回路で漏電が発生したと判定するように構成することもできる。

以上のように、本発明によれば、交流発電機の各出力線に高インピーダンス素子を通して結合された検出点を設けて、この検出点と接地間の電圧から漏電の有無を検出するようにしたので、発電機の中性点につながる配線を長く引き回すことなく、発電機から離れた箇所で交流電源装置の漏電を検出することができる。

また本発明によれば、交流発電機の電機子コイルが中性点を有しない場合にも漏電を検出できるという利点が得られる。

更に本発明によれば、検出点と接地間に現れる電圧の波形から漏電が発電機と電力変換器との間の回路で発生したのか、電力変換器の出力側で発生したのかを判定することができるため、漏電が発生した箇所を特定して保安のための措置を的確に講じることができる。

以下図面を参照して本発明の好ましい実施形態を説明する。図１に示した実施形態では、内燃機関１により駆動される３相交流発電機２と、発電機２の３相交流出力が３相スイッチ３を通して入力された電力変換器４とにより交流電源装置が構成されている。内燃機関１は図示しない車両の駆動輪を駆動する原動機を兼ねている。電力変換器４は、車両が停止していて、発電モードが選択されているとき（スイッチ３が閉じられているとき）に動作させられて外部の負荷に電力を供給する。車両走行モードが選択されているとき（スイッチ３が開かれているとき）には電力変換器４の動作が停止させられて、電源装置からの出力が停止させられる。発電機２は車両走行時にも駆動されるが、車両走行時に発電機２が発生する出力は、必要に応じて、バッテリを充電したり、内燃機関を動作させるために必要な電装品を駆動したり、ヘッドランプ等、車両に備えられた電装品を駆動したりするため等に用いられる。

３相交流発電機２は、例えば磁石式交流発電機からなっていて、その固定子側に３相の電機子コイルＬuないしＬwを有し、これら３相の電機子コイルが星形結線されている。本発明の漏電検出装置を適用する場合には、発電機の各相電機子コイルを接地電位部から切り離しておく。図示のように３相の電機子コイルＬuないしＬwを星形結線する場合には、その中性点を接地回路から切り離しておく。

電力変換器４は、入力された交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ４Ａと、コンバータ４Ａの出力端子間に接続された電源コンデンサＣdと、コンバータ４Ａの直流出力を一定の周波数の交流電圧に変換するインバータ４Ｂと、インバータ４Ｂの交流出力から高調波成分を除去するフィルタ４Ｃと、インバータ４Ｂを制御するコントローラ４Ｄとを備えた公知のインバータ装置からなっていて、フィルタ回路４Ｃから引き出された出力端子４ａ，４ｂ間に負荷５が接続されている。

コンバータ４Ａは例えばダイオードのブリッジ回路からなる全波整流回路からなっていて、発電機２の交流出力を直流出力に変換する。またインバータ４ＢはＨブリッジの各辺をＭＯＳＦＥＴなどのオンオフ制御が可能なスイッチ素子により構成したフルブリッジ形のスイッチ回路からなり、フィルタ４Ｃは、コイルＬ1及びＬ2とコンデンサＣ1とからなる低域通過形のフィルタ回路からなっている。

交流発電機２の３相の電機子コイルの中性点に対して反対側の端部から引き出された出力線２ｕないし２ｗは、３相の接点３ｕ，３ｖ及び３ｗと接地回路用接点３ｅとの４つの接点を有するモードスイッチ３の対応する相の接点を通してコンバータ４Ａの３相の入力端子に接続され、コンバータ４Ａの直流出力端子間の電圧（コンデンサＣdの両端の電圧）がインバータ４Ｂの直流入力端子間に印加されている。

コントローラ４Ｄはマイクロプロセッサを備えていて、フィルタ４Ｃから一定の周波数の交流電圧を出力させるようにインバータ４Ｂのスイッチ素子をオンオフ制御する。コントローラ４Ｄは、機関の運転モードを車両走行モードとするか発電モードとするかを選択するモード選択指令が与えられる指令信号入力端子４d1を有している。図示の例では、指令信号入力端子４d1が抵抗Ｒaを通して図示しない定電圧電源回路の正極側出力端子に接続されるとともに、モードスイッチ３の接地回路用接点３ｅを通して接地されている。モードスイッチ３は手動により、または電気的に操作されて、接点３ｕ，３Ｖ，３ｗ及び３ｅが同位相でオンオフさせられるスイッチで、内燃機関を発電モードで運転する際にオン状態にされ、機関を車両走行モードで運転する際にオフ状態にされる。

モードスイッチ３がオン状態にされたときには、コントローラ４Ｄのモード信号入力端子４d1の電位が接地電位にされることにより、コントローラ４Ｄに発電モード選択指令が与えられ、モードスイッチ３がオフ状態にされたときには、コントローラ４Ｄのモード信号入力端子４d1の電位が高レベルにされることによりコントローラ４Ｄに車両走行モード選択指令が与えられる。

コントローラ４Ｄは、発電モード選択指令が与えられているときに電力変換器４から一定の周波数の交流出力を発生させるようにインバータ４Ｂのスイッチ素子を制御し、車両走行モード選択指令が与えられているときにはインバータ４Ｂのスイッチ素子の制御を停止して、電力変換器４からの交流電圧の出力を停止させる。コントローラ４Ｄはまた、後記する漏電検出装置により漏電の発生が検出されたときに、その漏電の発生箇所を判定する漏電発生箇所判定手段を構成する。

図示してないが、電力変換器４の出力端子４ａ，４ｂ間の電圧を検出する交流出力検出回路が設けられていて、この交流出力検出回路の検出出力がコントローラ４Ｄに入力されている。コントローラ４Ｄに設けられたマイクロプロセッサは、発電モード選択指令が与えられているときに、交流出力検出回路により検出された電力変換器の出力電圧を設定値に保つために必要な内燃機関の回転速度を目標回転速度として常時演算する。

６は内燃機関１を制御する電子式制御ユニット（ＥＣＵ）で、この電子式制御ユニットは電力変換器４のコントローラ４Ｄと通信線７により接続されている。コントローラ４Ｄ及び電子式制御ユニット６は相互間で通信線７を通してシリアル通信を行う通信手段を備えていて、コントローラ４Ｄに与えられているモード選択指令の内容と、発電モード選択時にコントローラ４Ｄのマイクロプロセッサにより演算された機関の目標回転速度の情報と、漏電発生箇所判定手段により判定された漏電発生箇所の情報とが通信線７を通して電子式制御ユニット６に与えられるようになっている。

電子式制御ユニット６は、内燃機関の点火時期の制御と内燃機関に燃料を供給する燃料噴射装置の制御とを行う外、発電モードで機関を運転する際に、内燃機関１の回転速度をコントローラ４Ｄにより演算された目標回転速度に保つように内燃機関１の回転速度を制御する。

８は本発明に係わる漏電検出装置で、この漏電検出装置は、図２にも示したように、交流発電機２の３相の出力線２ｕないし２ｗにそれぞれ高インピーダンス素子を通して結合された検出点Ｄを形成する検出点形成回路８Ａと、検出点Ｄと接地間の電圧を検出する電圧検出回路８Ｂと、電圧検出回路８Ｂにより検出された電圧Ｖnが設定された基準電圧未満であるときと基準電圧以上であるときとで異なるレベルを示す漏電検出パルスＶsを発生する漏電検出パルス発生回路８Ｃと、漏電検出パルスＶsから検出電圧Ｖnが基準電圧以上になったことを検出したときに交流電源装置で漏電が発生したことを検出する漏電検出手段８Ｄと、漏電検出パルスＶsの周期から漏電の発生箇所を判定する漏電発生箇所判定手段８Ｅとからなっている。

図１に示した検出点形成回路８Ａは、交流発電機２の３相の出力線２ｕないし２ｗにそれぞれ一端が電気的に接続され、他端が共通に接続されて星形結線された３つの抵抗器ＲｕないしＲｗからなり、３つの抵抗器ＲｕないしＲｗの共通接続点が検出点Ｄとして用いられる。抵抗器ＲｕないしＲｗの抵抗値を等しく設定した場合、検出点Ｄの電位は発電機の電機子コイルＬｕないしＬｗの中性点ｎの電位にほぼ等しくなる。即ち、検出点Ｄは電源装置の仮想中性点となる。従って、電源装置で地絡事故が発生していない状態では、検出点Ｄの対地電圧がほぼ零であるが、地絡事故が発生した場合には、検出点Ｄと接地間に電圧が現れる。なお当然のことながら、抵抗ＲｕないしＲｗの抵抗値は、検出点形成回路８Ａで問題になる損失を生じさせないように、十分に大きな値に設定しておく。

図示の電圧検出回路８Ｂは、検出点Ｄと接地間に直列に接続された抵抗Ｒ1及びＲ2からなる抵抗分圧回路と、この抵抗分圧回路の分圧点に一端が接続された抵抗Ｒ3と、抵抗Ｒ3の他端と接地間に接続されたコンデンサＣ2とからなっていて、コンデンサＣ2の両端に検出点Ｄと接地間の電圧に比例した検出電圧Ｖnを出力する。

漏電検出パルス発生回路８Ｃは、電圧検出回路８Ｂにより検出された電圧Ｖnが設定された基準電圧未満であるときと基準電圧以上であるときとで異なるレベルを示す漏電検出パルスＶsを発生する回路で、図示の漏電検出パルス発生回路８Ｃは、判定値を与える一定の基準電圧Ｖrを発生する基準電圧発生回路８c1と、検出電圧Ｖnを基準電圧Ｖrと比較して、検出電圧Ｖnが基準電圧Ｖrよりも低いときと高いときとでレベルが異なる出力信号を発生する比較器ＣＰとにより構成されている。

図示の基準電圧発生回路８c1は、定電圧電源回路（図示せず。）の出力電圧を抵抗Ｒ4及びＲ5により分圧する分圧回路により構成され、この基準電圧発生回路から得られる基準電圧Ｖrが比較器ＣＰの反転入力端子に入力されている。また電圧検出回路８Ｂの出力電圧がダイオードＤ1を通して比較器ＣＰの非反転入力端子に入力されている。比較器ＣＰは、検出電圧Ｖnが基準電圧Ｖr未満のときに低レベル（Ｌレベル）を示し、検出電圧Ｖnが基準電圧Ｖr以上になっているときに高レベル（Ｈレベル）を示す漏電検出パルスＶsを出力する。比較器ＣＰが出力する漏電検出パルスＶsはコントローラ４Ｄのマイクロプロセッサに与えられている。

コントローラ４Ｄのマイクロプロセッサは、漏電検出パルスＶsのレベル変化から、検出電圧Ｖnが基準電圧Ｖr以上になったことを検出したときに電源装置内で漏電が発生したことを検出する。この判定処理を行う過程により漏電検出手段８Ｄを構成する。マイクロプロセッサはまた、漏電検出パルスＶsの周期から漏電が交流発電機２と電力変換器４との間の回路で発生したのか、電力変換器４の出力側の回路で発生したのかを判定する処理を行い、この判定処理を行う過程により、漏電発生箇所判定手段８Ｅを構成する。

図示の例では、モードスイッチ３と、電力変換器４の構成部品と、漏電検出装置８の構成部品とが共通のケース内に収納されてインバータユニット１０としてユニット化されている。

図１に示した実施形態において、交流発電機２として３相の電機子コイルを有する磁石発電機を用い、電力変換器４の出力電圧を１００［Ｖ］、周波数を５０［Ｈｚ］として、電源装置で地絡が生じていない場合と、地絡を生じさせた場合とについて、電圧検出回路８Ｂから得られる検出電圧Ｖnを観測した結果を図４ないし図６に示した。電源装置で地絡が生じていないときに電圧検出回路８Ｂから得られる検出電圧Ｖnは、図４（Ａ）に示すようにほぼ０レベルを保持している。このとき検出電圧Ｖnは基準電圧Ｖrに達することができないため、比較器ＣＰの出力は図４（Ｂ）に示すように低レベル（Ｌレベル）を保持している。図４（Ａ）においてＶacは電力変換器４の出力電圧を示している。

これに対し、図１の電力変換器４の出力側の回路のＸ1点で地絡を生じさせた場合には、図５（Ａ）に示したように、検出電圧Ｖnが、電力変換器４の出力電圧Ｖacと周波数が等しい交流波形を呈し、検出電圧Ｖnの周期Ｔnが電力変換器４の出力電圧Ｖacの周期Ｔacに一致する。このとき検出電圧Ｖnは基準電圧Ｖrを超えるため、比較器ＣＰは、検出電圧Ｖnが基準電圧Ｖrを超えているときと基準電圧以下のときとで異なるレベルを示す漏電検出パルスＶsを発生する。本実施形態では、図５（Ｂ）に示すように、検出電圧Ｖnが基準電圧Ｖrを超えているときに漏電検出パルスＶsが高レベル（Ｈレベル）になり、検出電圧Ｖnが基準電圧Ｖr以下のときに漏電検出パルスＶsが低レベルになるように比較器ＣＰが設けられている。

また本実施形態では、電力変換器４の出力側で漏電が発生した場合及び交流発電機２と電力変換器４との間の回路で漏電が発生した場合のいずれの場合にも漏電検出パルスＶｓが発生するように、基準電圧Ｖrのレベルが設定されている。

図１の電源装置において、交流発電機２と電力変換器４との間の回路のモードスイッチ３よりも下流側（電力変換器側）のＸ2点またはモードスイッチ３よりも上流側（発電機側）のＸ3点で地絡が発生した場合には、図６（Ａ）に示したように、電圧検出回路８Ｂから得られる検出電圧Ｖnが、交流発電機２の出力電圧と周波数が等しい交流波形を呈する。この検出電圧Ｖnの波高値は、発電機２の出力電圧の上昇に伴って上昇する。

この場合も、検出電圧Ｖnが基準電圧Ｖnを超える期間が生じるため、比較器ＣＰは、検出電圧Ｖnが基準電圧Ｖr未満のときに低レベルを示し、検出電圧Ｖnが基準電圧Ｖr以上になっているときに高レベルを示す漏電検出パルスＶsを出力する。

上記のように、検出点Ｄと接地間の電圧ＶDは、電源装置で地絡が発生していないときにほぼ０レベルを保持し、電源装置で地絡が発生している場合に高いレベルを示すため、検出点Ｄと接地間の電圧ＶDを検出してその検出電圧Ｖnが設定された基準電圧Ｖr以上であるか否かを判定することにより、電源装置で漏電が発生しているか否かを検出することができる。

図示のように、漏電検出パルス発生回路８Ｃから、検出電圧Ｖnが基準電圧Ｖr未満のときに低レベルを示し、基準電圧Ｖr以上のときに高レベルを示す漏電検出パルスＶsを発生させるようにした場合には、この漏電検出パルスＶsが高レベルになったことをコントローラ４Ｄのマイクロプロセッサにより検出したときに電源装置で漏電が発生したと判定することができ、このように漏電検出パルスのレベルを判定して漏電の発生の有無を判定する過程により漏電検出手段８Ｄを構成することができる。

また本実施形態では、コントローラ４Ｄのマイクロプロセッサに、漏電検出パルスＶsの周期が電力変換器４の出力電圧の周期と一致していると見なせるか否かを判定する処理を行わせることにより漏電発生箇所を判定するように漏電発生箇所判定手段８Ｅを構成している。即ち、漏電検出パルスの周期を電力変換器４の出力電圧の周期と比較することにより、漏電発生箇所の判定を行うようにしている。

漏電検出パルスの周期が電力変換器４の出力電圧の周期と一致していると見なせるか否かの判定は、漏電検出パルスの周期の検出値と、電力変換器の出力電圧の周期（一定）との偏差が０または設定された誤差範囲にあるか否かを判定することにより行うことができる。漏電検出パルスの周期の検出は、漏電検出パルスの各立ち上がりから次の立ち上がりまでの時間をタイマによりカウントすることにより行うことができる。

漏電検出パルスＶsの周期を電力変換器４の出力電圧の周期と比較することにより、漏電発生箇所の判定を行う場合、漏電発生箇所判定手段８Ｅは、漏電検出パルスＶsの周期が電力変換器４の出力電圧の周期に一致していると見なせるときに電力変換器４の出力側で漏電が生じたと判定し、漏電検出パルスＶsの周期が電力変換器４の出力電圧の周期に一致していないと見なせるときに交流発電機２と電力変換器４との間の回路で漏電が発生したと判定するように構成することができる。

交流発電機と電力変換器との間の回路での漏電の発生の有無及び電力変換器の出力側での漏電の発生の有無を検出する場合、必ずしも交流発電機と電力変換器との間の回路での漏電の発生の有無の判定処理と、電力変換器の出力側での漏電の発生の有無の判定処理との双方を行う必要はなく、いずれか一方の判定処理を行うことにより、他方の判定処理の結果を知ることが可能である。また特定の箇所で漏電が発生していることの検出と、漏電が発生していないことの検出との双方を行うことは必ずしも必要ではなく、特定の箇所で漏電が発生していることの検出のみ、または特定の箇所で漏電が発生していないことの検出のみを行うようにしてもよい。

従って、漏電発生箇所判定手段８Ｅは、例えば、漏電検出パルスＶsの周期が電力変換器４の出力電圧Ｖacの周期に一致していると見なせるときに電力変換器４の出力側の回路で漏電が発生したと判定するように構成することができる。

また漏電検出パルスＶsの周期が電力変換器４の出力電圧Ｖacの周期に一致していないときに交流発電機２と電力変換器４との間の回路で漏電が発生したと判定するように漏電発生箇所判定手段８Ｅを構成することもできる。

また漏電発生箇所判定手段８Ｅは、漏電検出パルスＶsの周期が交流発電機の出力電圧の周期に一致していると見なせるときに交流発電機と電力変換器との間の回路で漏電が発生したと判定し、漏電検出パルスの周期が交流発電機の出力電圧の周期に一致していないと見なせるときに電力変換器の出力側で漏電が発生したと判定するように構成することができる。漏電検出パルスの周期が交流発電機の出力電圧の周期と一致していると見なせるか否かの判定は、漏電検出パルスの周期の検出値と、交流発電機の出力電圧の周期の検出値（発電機の回転数により変化する）との偏差が０または設定された誤差範囲にあるか否かを判定することにより行うことができる。交流発電機の出力電圧の周期の検出は、例えば、交流発電機の出力電圧の検出波形を矩形波に変換して、該矩形波の各立ち上がりから次の立ち上がりまでの時間または矩形波の各立下りから次の立下りまでの時間をタイマにによりカウントすることにより行うことができる。

また交流発電機の出力電圧の周期は、内燃機関の回転速度から計算することもできる。即ち、内燃機関の回転速度Ｎ［rpm]を交流発電機２の磁極数ｐで除することにより交流発電機の出力電圧の周期を求めることができる。内燃機関をマイクロプロセッサを用いて制御する場合には、通常内燃機関の回転速度を検出する手段が設けられている。従って、上記のような演算により発電機の出力電圧の周期を求めるようにすると、該周期を求めるために特別の検出回路を設けたり、タイマを動作させたりする必要がなくなり、発電機の出力電圧の周期の検出を簡単に行なうことができる。

また漏電検出パルスの周期が交流発電機の出力電圧の周期に一致しているときに交流発電機と電力変換器との間の回路で漏電が発生したと判定するように漏電発生箇所判定手段８Ｅを構成することができる。

更に、漏電検出パルスの周期が交流発電機の出力電圧の周期に一致していないときに電力変換器の出力側で漏電が発生したと判定するように漏電発生箇所判定手段８Ｅを構成することができる。

なお漏電検出パルスＶsの周期と交流発電機２の出力電圧の周期とが一致しているか否かの判定は、ＥＣＵ６から内燃機関の回転速度の情報を取得して、漏電検出パルスＶsの周期が、内燃機関の回転速度Ｎ［rpm]を交流発電機２の磁極数ｐで除した値（＝Ｎ／ｐ）に一致しているか否かを判定することにより行うことができる。即ち、漏電検出パルスの周期ＴcpがＮ／ｐに一致しているときに漏電検出パルスの周期が交流発電機２の出力電圧の周期に一致していると判定することができ、漏電検出パルスの周期ＴcpがＮ／ｐに一致していないときに漏電検出パルスの周期が交流発電機２の出力電圧の周期に一致していないと判定することができる。

図１に示した実施形態では、漏電検出パルスＶsの周期から漏電の発生箇所を判定するようにしているが、本発明においては、検出点Ｄと接地間の電圧の周期から漏電発生箇所の判定を行えばよいので、図３に示したように、電圧検出回路８Ｂから得られる電圧検出信号Ｖnの波形をマイクロプロセッサにより処理して、電圧検出信号Ｖnの周期が交流発電機の出力電圧の周期に一致しているか否か、または電力変換器の出力の周期に一致しているか否かを判定することにより漏電発生箇所の判定を行わせるようにしてもよい。

電力変換器４の出力側の回路で地絡が生じた場合には、図５に示したように、検出点Ｄと接地間の電圧の周期（検出電圧Ｖnの周期）Ｔnが電力変換器４の出力電圧Ｖacの周期Ｔacに一致する。また交流発電機２と電力変換器４との間の回路で地絡が発生した場合には、図６に示したように、検出点Ｄと接地間の電圧の周期（検出電圧Ｖnの周期）が交流発電機２の出力電圧の周期に一致する。従って、検出電圧Ｖnの周期が電力変換器４の出力電圧の周期に一致しているか否か、または交流発電機の出力電圧の周期に一致しているか否かを見ることにより、電力変換器４の出力側の回路で漏電が発生したのか、または交流発電機と電力変換器との間の回路で漏電が発生したのかを判定することができる。

この場合、漏電発生箇所判定手段８Ｅは、検出点Ｄと接地間の電圧ＶDの周期が交流発電機２の出力電圧の周期に一致しているときに交流発電機２と電力変換器４との間の回路で漏電が生じたと判定し、検出点Ｄと接地間の電圧ＶDの周期が交流発電機２の出力電圧の周期に一致していないときに電力変換器４の出力側で漏電が生じたと判定するように構成することができる。

交流発電機２と電力変換器４との間の回路で漏電が発生したことを検出すればよい場合には、検出点Ｄと接地間の電圧ＶDの周期（検出電圧Ｖnの周期Ｔn）が交流発電機２の出力電圧ＶGの周期に一致しているときに交流発電機２と電力変換器との間の回路で漏電が生じたと判定するように漏電発生箇所判定手段８Ｅを構成することができる。

また電力変換器４の出力側で漏電が検出されたことを検出すればよい場合には、検出点Ｄと接地間の電圧ＶDの周期が交流発電機の出力電圧ＶGの周期に一致していないときに電力変換器４の出力側で漏電が生じたと判定するように漏電発生箇所判定手段８Ｅを構成することができる。

更に漏電発生箇所判定手段８Ｅは、検出点Ｄと接地間の電圧の周期が電力変換器４の出力電圧の周期に一致しているときに電力変換器４の出力側で漏電が生じたと判定し、検出点Ｄと接地間の電圧の周期が電力変換器４の出力電圧の周期に一致していないときに交流発電機２と電力変換器４との間の回路で漏電が発生したと判定するように構成することもできる。

上記のように、検出点Ｄと接地間の電圧の周期が電力変換器４の出力電圧の周期に一致しているか否かを見ることにより、漏電の発生箇所を判定する場合に、電力変換器の出力側での漏電の有無のみを判定すればよいのであれば、検出点Ｄと接地間の電圧ＶDの周期が電力変換器４の出力電圧の周期に一致しているときに電力変換器４の出力側の回路で漏電が発生したと判定するように漏電発生箇所判定手段８Ｅを構成することができる。

また交流発電機と電力変換器との間の回路での漏電の有無を判定すればよい場合には、検出点Ｄと接地間の電圧ＶDの周期が電力変換器４の出力電圧の周期に一致していないときに交流発電機２と電力変換器４との間の回路で漏電が発生したと判定するように漏電発生箇所判定手段８Ｅを構成することができる。

また図１に示したように、交流発電機２と電力変換器４との間にスイッチ３が挿入されている場合には、スイッチ３が開かれている状態で漏電検出手段８Ｄにより漏電の発生が検出されたときにスイッチ３よりも発電機２側で漏電が発生していると判定するように漏電発生箇所判定手段８Ｅを構成することができる。

上記の実施形態では、検出点形成回路５Ａを構成する抵抗器ＲｕないしＲｗの抵抗値を等しくして、検出点Ｄの対地電位を交流発電機の中性点Ｎの対地電位にほぼ等しくするとしたが、検出点Ｄは、発電機の各出力線に高インピーダンス素子を通して結合されていて、発電機のいずれの出力線の電位とも異なる電位を有する点であれば良く、抵抗器ＲｕないしＲｗの抵抗値は必ずしも等しくなくてもよい。抵抗器ＲｕないしＲｗの抵抗値を異ならせた場合には、電機子コイルの中性点ｎの対地電圧と検出点Ｄの対地電圧との間に差が生じるが、交流発電機の電機子コイルが非接地状態で設けられている場合には、漏電が発生していないときに検出点Ｄと接地間に電圧がほとんど現れず、漏電が発生したときに検出点Ｄと接地間に高い電圧が現れるため、検出には支障を来さない。

図１に示した例では、インバータユニット内で検出点形成回路５Ａを発電機の出力線に結合しているが、インバータユニットの外部で検出点形成回路５Ａを発電機の出力線に結合するようにしてもよいのはもちろんである。

上記の実施形態では、交流発電機１の電機子コイルが星形結線されているが、交流発電機が中性点を有しない場合、即ち、電機子コイルがΔ結線されている場合にも漏電の検出は支障なく行うことができる。

上記の実施形態では、交流発電機１として３相交流発電機が用いられたが、図７に示したように、交流発電機２として、両端が非接地状態で設けられた単相の電機子コイルＷａを有する単相交流発電機が用いられる場合にも本発明を適用することができる。交流発電機２として単相交流発電機を用いる場合には、発電機２の２本の出力線の間に抵抗値が十分に大きい抵抗器Ｒ10とＲ11との直列回路からなる抵抗分圧回路を接続して、この抵抗分圧回路により検出点形成回路８Ａを構成し、抵抗分圧回路の分圧点を検出点Ｄとする。発電コイルＷaの出力はモードスイッチ３の接点３ａ及び３ｂを通して電力変換器４に入力されている。この例では、電力変換器４のコンバータ４Ａが単相ブリッジ全波整流回路からなっている。図７に示した実施形態のその他の構成は図１に示した実施形態と同様である。

図７に示した例においても、抵抗器Ｒ10及びＲ11の抵抗値は等しくてもよく、異なっていてもよい。検出点Ｄの電位が発電機の２本の出力線のいずれの電位とも異なっていさえすればよい。

上記の各実施形態では、検出点Ｄを抵抗器を通して交流発電機の各出力線に結合しているが、検出点Ｄは、交流発電機の各出力線に高インピーダンス素子を通して結合されていて、発電機のいずれの出力線の電位とも異なる電位を示す点であればよい。従って、検出点Ｄと発電機の各出力線との間を結合する高インピーダンス素子は抵抗器に限定されない。

図１に示した実施形態において、電力変換器４の内部で漏電（地絡）が発生したときには、検出点Ｄと接地間に直流電圧が現れる。コンバータ４ａの正極側出力端子が地絡した場合には、検出点Ｄと接地間に負極性の電圧が現れ、コンバータ４ａの負極側出力端子が地絡した場合には、検出点Ｄと接地間に正極性の電圧が現れる。従って、必要に応じて、検出点Ｄと接地間に直流電圧が現れたときにそのレベルを基準電圧と比較することにより、電力変換器４の内部で漏電が発生したか否かを判定することができる。

本発明の実施形態の構成を示した回路図である。図１の実施形態の要部の構成を示したブロック図である。本発明の他の実施形態の要部の構成を示したブロックである。図１に示した実施形態において電源装置で地絡が生じていないときに電圧検出回路から得られる検出電圧の波形と、電力変換器４の出力電圧波形と、漏電検出手段の出力波形とを示した波形図である。図１に示した実施形態において電力変換器の出力側で漏電が生じたときに電圧検出回路から得られる検出電圧の波形と、電力変換器の出力電圧波形と、漏電検出パルスの波形とを示した波形図である。図１に示した実施形態において電源装置の交流発電機と電力変換器との間の回路で地絡が生じたときに電圧検出回路から得られる検出電圧の波形と、電力変換器の出力電圧波形と、漏電検出パルスの波形とを示した波形図である。本発明の他の実施形態の構成を示した回路図である。

符号の説明

２交流発電機
４電力変換器
４Ａコンバータ
４Ｂインバータ
４Ｃフィルタ
４Ｄコントローラ
８漏電検出装置
８Ａ検出点形成回路
８Ｂ電圧検出回路
８Ｃ漏電検出手段
８Ｄ漏電発生箇所判定手段

Claims

交流発電機と、前記交流発電機の出力を一定の周波数を有する交流出力に変換して負荷に供給する電力変換器とを備えた交流電源装置の漏電検出装置であって、
前記交流発電機の各出力線に高インピーダンス素子を通して結合された検出点を形成する検出点形成回路と、前記検出点と接地間の電圧を検出する電圧検出回路と、前記電圧検出回路により検出される電圧が基準電圧以上になったときに漏電が発生したことを検出する漏電検出手段と、前記検出点と接地間の電圧の周期から漏電の発生箇所を判定する漏電発生箇所判定手段とを具備してなる交流電源装置の漏電検出装置。
前記漏電発生箇所判定手段は、前記検出点と接地間の電圧の周期が前記交流発電機の出力電圧の周期に一致しているときに前記交流発電機と前記電力変換器との間の回路で漏電が生じたと判定するように構成されている請求項１に記載の漏電検出装置。
前記漏電発生箇所判定手段は、前記検出点と接地間の電圧の周期が前記交流発電機の出力電圧の周期に一致していないときに前記電力変換器の出力側で漏電が生じたと判定するように構成されている請求項１に記載の漏電検出装置。
前記漏電発生箇所判定手段は、前記検出点と接地間の電圧の周期が前記交流発電機の出力電圧の周期に一致しているときに前記交流発電機と前記電力変換器との間の回路で漏電が生じたと判定し、前記検出点と接地間の電圧の周期が前記交流発電機の出力電圧の周期に一致していないときに前記電力変換器の出力側で漏電が生じたと判定するように構成されている請求項１に記載の漏電検出装置。
前記漏電発生箇所判定手段は、前記検出点と接地間の電圧の周期が前記電力変換器の出力電圧の周期に一致しているときに前記電力変換器の出力側の回路で漏電が発生したと判定するように構成されている請求項１に記載の漏電検出装置。
前記漏電発生箇所判定手段は、前記検出点と接地間の電圧の周期が前記電力変換器の出力電圧の周期に一致していないときに前記交流発電機と前記電力変換器との間の回路で漏電が発生したと判定するように構成されている請求項１に記載の漏電検出装置。
前記漏電発生箇所判定手段は、前記検出点と接地間の電圧の周期が前記電力変換器の出力電圧の周期に一致しているときに前記電力変換器の出力側で漏電が生じたと判定し、前記検出点と接地間の電圧の周期が前記電力変換器の出力電圧の周期に一致していないときに前記交流発電機と電力変換器との間の回路で漏電が発生したと判定するように構成されている請求項１に記載の漏電検出装置。
交流発電機と、前記交流発電機の出力を一定の周波数を有する交流出力に変換して負荷に供給する電力変換器とを備えた交流電源装置の漏電検出装置であって、
前記交流発電機の各出力線に高インピーダンス素子を通して結合された検出点を形成する検出点形成回路と、前記検出点と接地間の電圧を検出する電圧検出回路と、前記電圧検出回路が出力する検出電圧を基準電圧と比較して前記検出電圧が基準電圧以上であるときと基準電圧未満のときとで異なるレベルを示す漏電検出パルスを発生する漏電検出パルス発生回路と、前記漏電検出パルスから前記検出電圧が基準電圧以上になったことを検出したときに前記交流電源装置で漏電が発生したことを検出する漏電検出手段と、前記漏電検出パルスの周期から漏電の発生箇所を判定する漏電発生箇所判定手段とを具備してなる交流電源装置の漏電検出装置。
前記交流発電機と電力変換器との間で漏電が発生したときに前記漏電検出パルスが発生するように前記基準電圧が設定され、
前記漏電発生箇所判定手段は、前記漏電検出パルスの周期が前記交流発電機の出力電圧の周期に一致していると見なせるときに前記交流発電機と前記電力変換器との間の回路で漏電が発生したと判定するように構成されている請求項８に記載の漏電検出装置。
前記交流発電機と電力変換器との間で漏電が発生したときに前記漏電検出パルスが発生するように前記基準電圧が設定され、
前記漏電発生箇所判定手段は、前記漏電検出パルスの周期が前記交流発電機の出力電圧の周期に一致していないと見なせるときに前記電力変換器の出力側で漏電が発生したと判定するように構成されている請求項８に記載の漏電検出装置。
前記交流発電機と電力変換器との間で漏電が発生したときに前記漏電検出パルスが発生するように前記基準電圧が設定され、
前記漏電発生箇所判定手段は、前記漏電検出パルスの周期が前記交流発電機の出力電圧の周期に一致していると見なせるときに前記交流発電機と前記電力変換器との間の回路で漏電が発生したと判定し、前記漏電検出パルスの周期が前記交流発電機の出力電圧の周期に一致していないと見なせるときに前記電力変換器の出力側で漏電が発生したと判定するように構成されている請求項８に記載の漏電検出装置。
前記電力変換器の出力側で漏電が発生したときに前記漏電検出パルスが発生するように前記基準電圧が設定され、
前記漏電発生箇所判定手段は、前記漏電検出パルスの周期が前記電力変換器の出力電圧の周期に一致していると見なせるときに前記電力変換器の出力側の回路で漏電が発生したと判定するように構成されている請求項８に記載の漏電検出装置。
前記電力変換器の出力側で漏電が発生したときに前記漏電検出パルスが発生するように前記基準電圧が設定され、
前記漏電発生箇所判定手段は、前記漏電検出パルスの周期が前記電力変換器の出力電圧の周期に一致していないと見なせるときに前記交流発電機と前記電力変換器との間の回路で漏電が発生したと判定するように構成されている請求項８に記載の漏電検出装置。
前記電力変換器の出力側で漏電が発生したときに前記漏電検出パルスが発生するように前記基準電圧が設定され、
前記漏電発生箇所判定手段は、前記漏電検出パルスの周期が前記電力変換器の出力電圧の周期に一致していると見なせるときに前記電力変換器の出力側で漏電が生じたと判定し、前記漏電検出パルスの周期が前記電力変換器の出力電圧の周期に一致していないと見なせるときに前記交流発電機と電力変換器との間の回路で漏電が発生したと判定するように構成されている請求項８に記載の漏電検出装置。
前記交流発電機と電力変換器との間にスイッチが挿入され、
前記漏電発生箇所判定手段は、前記スイッチが開かれている状態で前記漏電検出手段により漏電の発生が検出されたときに前記スイッチよりも交流発電機側で漏電が発生したと判定するように構成されている請求項８に記載の漏電検出装置。
前記交流発電機は３相交流発電機であり、前記検出点形成回路は、交流発電機の３相の出力線にそれぞれ一端が接続され、他端が共通に接続された３つの抵抗器からなり、前記３つの抵抗器の共通接続点が前記検出点として用いられている請求項１ないし１５のいずれか１つに記載の漏電検出装置。
前記交流発電機は単相交流発電機からなり、前記検出点形成回路は、前記交流発電機の２つの出力線の間に接続された抵抗分圧回路からなっていて、該抵抗分圧回路の分圧点が前記検出点として用いられている請求項１ないし１５のいずれか１つに記載の漏電検出装置。