JP2006127888A - 漏電遮断器及びそれを用いた絶縁監視システム - Google Patents

Abstract

【課題】
主回路接点部の引外し制御（漏電制御）と該主回路の絶縁状態情報の取り出しとを別々の信号により行える漏電遮断器を提供する。
【解決手段】
漏電遮断器として、主回路の漏電電流を検出するＺＣＴの出力信号を第１、第２の出力信号に電気的に分離し、第１の出力信号に基づいては、漏電電流レベルの判別と、該判別結果に基づく主回路の接点部の引外し制御（漏電制御）を行い、第２の出力信号またはこれに基づく出力信号は、主回路の絶縁状態の監視用信号として外部に出力する構成とする。また、該漏電遮断器を、漏電データを生成し表示する絶縁監視装置や、コンピュータと組み合わせて自動的絶縁監視システムを構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、過電流や漏電から電路を保護する漏電遮断器に関する。

近年、電路の絶縁状態を把握するため、絶縁抵抗計は用いずに、零相変流器（以下、ＺＣＴという）等を用いて、常時電路の漏電電流情報を取得し、パソコン等で時系列的に集計して、漏電電流の変化分によって電路の絶縁状態を把握する絶縁監視システムが普及してきている。該絶縁監視システムには、電路の漏電電流を検出するためのＺＣＴと、１台で複数のＺＣＴの出力信号から電路の漏電電流値を演算し伝送する絶縁監視装置と、複数台の前記絶縁監視装置の計測値を時系列的に集計して管理するパソコン等とが必要である。
ＺＣＴとしては、従来、別置き型ＺＣＴを漏電リレー等と組み合わせて用いることを前提としているため、複数本（３相３線式の場合は３本）の電線をＺＣＴに通す必要があり、大きな設置スペースを必要とする。このため、既存の回路に絶縁監視システムを構築しようとする場合は、ＺＣＴの設置スペースの確保が問題となる。
ＺＣＴの設置スペースを減らすための従来技術としては、例えば、特開２００２−２８９０８５号公報（以下、特許文献１という）や、日立産機システム 製品パンフレット ＳＩ−４５４ ２００４年６月発行（以下、非特許文献１という）に記載されたものがある。特許文献１には、１つのＺＣＴの２次巻線の出力信号を感度抵抗で電圧変換した信号を漏電制御用と漏電表示制御用とに用い、回路遮断器単体で電路の保護を行うとともに、電路の漏電電流値を表示して記録し、電路の絶縁状態を求めるとした技術が記載され、また、非特許文献１には、絶縁監視システム用のＺＣＴを内蔵した回路遮断器等を用いる絶縁監視システムについて記載されている。

特開２００２−２８９０８５号公報 日立産機システム 製品パンフレット ＳＩ−４５４（２００４年６月発行）

上記特許文献１に記載された技術では、監視回路数が多くなると、システム全体のコストが増大するし、また、時系列的な絶縁監視用データを取得する場合は、人手により記録するという煩わしい作業を伴う。また、上記非特許文献１に記載された技術では、漏電制御と絶縁監視とを行う場合、遮断器内のＺＣＴ及び漏電制御部と、遮断器外部の絶縁監視装置とが直列に接続されるため、漏電制御用の基準信号と絶縁監視用の基準信号とで互いに信号レベルを揃える必要がある。
本発明の課題点は、上記従来技術の状況に鑑み、（１）ＺＣＴを用いる漏電遮断器を、簡易な構成下で、主回路接点部の引外し制御（漏電制御）と該主回路の絶縁状態情報の取り出しとを別々の信号により行えるようにすること、（２）上記漏電遮断器を用い、該主回路の絶縁状態の監視を、監視回路数が多い場合にもコストの増大を抑えかつ自動的に行えるようにすることである。

上記課題点を解決するために、本発明では、漏電遮断器として、主回路の漏電電流を検出するＺＣＴの出力信号を、第１の出力信号と第２の出力信号とに電気的に分離し、該分離した第１の出力信号に基づいては、漏電電流レベルの判別と、該判別結果に基づく主回路の接点部の引外し制御（漏電制御）を行い、上記分離した第２の出力信号またはこれに基づく出力信号は、主回路の絶縁状態の監視用信号として外部に出力する構成とする。また、かかる漏電遮断器を、絶縁監視用データを生成して表示する絶縁監視装置や、データを管理するコンピュータと組み合わせることで自動的絶縁監視システムを構成する。

本発明によれば、漏電遮断器において、別個の信号による主回路接点部の引外し制御（漏電制御）と該主回路の絶縁状態情報の取り出しとが、簡易構成下で可能となる。また、主回路の絶縁状態の監視を自動的に行うことができかつコスト増大を抑えられる絶縁監視システムの構築が可能となる。

以下、本発明の実施例につき図面を用いて説明する。
図１〜図３は、本発明の実施例の説明図である。図１は、本発明の実施例としての漏電遮断器のブロック構成例図、図２は、図１の漏電遮断器に絶縁監視装置を接続した場合の構成例図、図３は、図１の漏電遮断器と図２の絶縁監視装置を用いた絶縁監視システムの概念構成図である。

図１において、１００は漏電遮断器、１は主回路の接点部、２は、主回路の漏電電流を検出するＺＣＴ（零相変流器）、３は、１次巻線と、該１次巻線に電磁結合された２次巻線とを備え、上記ＺＣＴ２の出力信号を、該１次巻線側からの第１の出力信号と、該２次巻線側からの第２の出力信号とに分離する分離手段としての変流器、３ａは、変流器３の１次巻線、３ｂは同じく２次巻線、４は、変流器３で分離された第１の出力信号により漏電電流レベルの判別を行い、該判別結果に基づき、該主回路の接点部１の引外しを行うための制御信号を生成し、該制御信号により該接点部１の引外しを制御する引外し制御系、５は、上記変流器３で分離された第２の出力信号を外部に取り出すための手段としての出力端子、１１は、入力された上記第１の出力信号として漏電情報を電圧変換する電圧変換部、１１ａはコンデンサ、１１ｂ〜１１ｄは電流感度を切替えるための抵抗、１２は、電圧変換部１１で電圧変換された漏電情報に重畳している高調波やノイズ成分を除去するためのフィルタ部、１３は電源回路部、１４は、漏電電流レベルの判別を行い、これに基づく漏電引外しを行うか否かの判別や、引外しを行う場合の動作時間の制御等を行う漏電制御部、１５は、サイリスタ等で構成され、漏電制御部１４により制御されてトリガー信号を出力するトリガー部、１６は、トリガー信号に基づき励磁電流が通電され、接点部１を開閉動作させる接点開閉用コイル、１７は、接点開閉用コイル１６の励磁電流により作動し接点部１を開閉動作させる接点開閉機構部、１８は、出力端子５に接続され、漏電遮断器１００の制御精度を向上させるための抵抗器である。

電圧変換部１１、フィルタ部１２、電源回路部１３、漏電制御部１４、トリガー部１５及び接点開閉用コイル１６は、引外し制御系４を構成する。このうち、漏電制御部１４とトリガー部１５は、上記分離された一方の出力信号すなわち第１の出力信号に基づき、ＺＣＴ２で検出された漏電電流のレベルを判別し、該判別結果に基づきトリガー信号を形成して出力する制御部を構成する。また、接点開閉用コイル１６と接点開閉機構部１７は、リレー部を構成し、上記トリガー信号に基づき該接点開閉用コイル１６の励磁コイルの通電を制御され、これに基づく接点開閉機構部１７の変位により上記主回路の接点部１の引外しを行う。本漏電遮断器１００を用いて絶縁監視システムを構成する場合は、出力端子５には絶縁監視装置（図示なし）が接続される。電源回路部１３では、電源電圧を主回路間電圧から取り、トランスや抵抗器等で降圧した後、整流ブリッジダイオード等で全波整流して電源出力を生成する。

かかる構成において、ＺＣＴ２により主回路（電路）の漏電電流が検出されると、該検出信号（以下、漏電信号という）は、ＺＣＴ２の出力信号として、分離手段としての変流器３に入力される。該変流器３に入力された漏電信号は、該変流器３の電磁結合された１次巻線３ａと２次巻線３ｂとにより電気的に分離され、１次巻線３ａからは第１の出力信号（信号）として出力され、２次巻線３ｂからは第２の出力信号（信号）として出力される。１次巻線３ａから出力された第１の出力信号は、引外し制御系４に入力される。該引外し制御系４内では、電圧変換部１１により電圧変換され、フィルタ部１２で高調波やノイズ成分を除去され、漏電制御部１４で漏電電流レベルを判別し、該判別の結果、該漏電電流レベルが所定値以上の場合はそれに対応する制御信号、すなわち接点部１を開極動作させる制御信号を形成して出力する。トリガー部１５では該制御信号に基づきトリガー信号が形成され、接点開閉用コイル１６に該トリガー信号に基づく励磁電流が通電される。接点開閉用コイル１６は、該励磁電流により接点開閉機構１７を変位動作させ、接点部１を開極動作させる。該開極動作により主回路の通電が断たれる。一方、変流器３の２次巻線３ｂから出力された第２の出力信号は、出力端子５に導かれ、絶縁監視用として利用される。なお、上記変流器３において、１次巻線３ａと２次巻線３ｂの巻数（ターン数）は互いに同じであってもよいし、または異なっていてもよい。１次巻線３ａと２次巻線３ｂの巻数は、２次側インピーダンス変化に対する出力電流の変化の観点から、２０００〜５０００ターン程度が望ましい。また、変流器３の２次巻線３ｂから出力された第２の出力信号は、出力端子５に至るまでに増幅処理やノイズ除去処理などが行われるようにしてもよい。

図２は、絶縁監視システムを構成するために、上記図１の漏電遮断器１００の出力端子５に絶縁監視装置を接続した場合の構成例を示す図である。１台の絶縁監視装置当り複数個の漏電遮断器が接続されるものとする。
図２において、３０は、漏電遮断器１００の上記出力端子５から第２の出力信号としての漏電信号が入力され、該入力信号をデジタル化し、演算により絶縁監視用データ（漏電データ）を生成する絶縁監視装置、３１は複数の漏電信号入力部、３２は、複数の漏電信号入力部３１に対応して設けられ、漏電信号を適切なレベルに増幅する信号増幅部、３３は、マルチプレクサ等で構成され、信号の切替えを行う信号切替部、３４は、漏電信号をアナログ信号からデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部、３５は、マイコン等で構成され、ソフトフィルタ等により高調波成分を除去し、デジタル信号の演算を行い、主回路（電路）の絶縁状態を把握し易い絶縁監視用データ（漏電データ）を生成する演算表示制御部、３６は、生成された絶縁監視用データ（漏電データ）に基づき主回路（電路）の絶縁状態を表示する表示部、３７は、絶縁監視装置３０の各部の条件を設定する設定部、３８は、生成された絶縁監視用データ（漏電データ）を装置外部の通信手段等（図示なし）に出力する通信部、３９は、絶縁監視装置３０の各部に電源電力を供給する電源部、５０は、装置外部の通信手段等（図示なし）を接続するための端子部である。漏電遮断器１００内の各部の符号は、上記図１の場合と同じである。

かかる構成において、漏電遮断器１００内でＺＣＴ２により検出された漏電電流は、変流器３により電気的に第１、第２の出力信号として分離され、分離された出力信号のうち第２の出力信号は、出力端子５から、漏電信号として、漏電信号入力部３１を通して絶縁監視装置３０に入力される。絶縁監視装置３０に入力された漏電信号は、絶縁監視装置３０内で、信号増幅部３２で増幅され、信号切替部３３で切替えられ、Ａ／Ｄ変換部３４でデジタル化され、演算表示制御部３５で演算されて絶縁監視用データ（漏電データ）が生成される。生成された絶縁監視用データ（漏電データ）は、表示部３６に主回路の絶縁状態を表示させるとともに、通信部３８を経て端子部５０から装置外部の通信手段等に出力される。通信手段等としては例えば、インターネット等のネットワークなどがある。通信手段等にはパソコン等のコンピュータが、上記絶縁監視用データ（漏電データ）の集計や管理を行うために接続される。

図３は、図１の漏電遮断器と図２の絶縁監視装置とを用いて成る絶縁監視システムの概念構成図である。１台の絶縁監視装置３０には複数の漏電遮断器が接続される。
図３において、１００ａ〜１００ｆはそれぞれ、図１の構成を有する漏電遮断器、５ａ〜５ｆはそれぞれ、該漏電遮断器１００ａ〜１００ｆの出力端子、７０は、絶縁監視装置３０からの絶縁監視用データ（漏電データ）の集計や管理を行うためのパソコン等のコンピュータ、７０ａは、コンピュータ７０の本体部、７０ｂは、コンピュータ７０のディスプレイ部、６０は、インターネット等のネットワーク、２００ａ〜２００ｆはそれぞれ、漏電検出及び絶縁監視の対象としての主回路（電路）である。絶縁監視装置３０に対しコンピュータ７０は、ネットワーク６０を介して接続される。主回路２００ａは、漏電遮断器１００ａによって漏電検出と接点部の引外しが行われ、漏電遮断器１００ａと絶縁監視装置３０とコンピュータ７０とにより絶縁監視が行われる。また、主回路２００ｂは、漏電遮断器１００ｂによって漏電検出と接点部の引外しが行われ、漏電遮断器１００ｂと絶縁監視装置３０とコンピュータ７０とにより絶縁監視が行われる。主回路２００ｃ、２００ｄ、２００ｅ、２００ｆについても同様である。

上記図３の構成において、漏電遮断器１００ａ〜１００ｆにおいて検出された漏電情報は、該漏電遮断器１００ａ〜１００ｆ内で主回路の接点部１の引外し制御（漏電制御）を行うとともに、出力端子５ａ〜５ｆを介して絶縁監視装置３０側へ入力される。入力された漏電情報は、絶縁監視装置３０内で高調波分を除去され、基本波分を算出され、主回路２００ａ〜２００ｆの絶縁劣化状態に応じた漏電電流値に演算される。演算された漏電電流値の情報は絶縁監視用データ（漏電データ）情報として、絶縁監視装置３０に表示されるとともに、所定の時間間隔例えば１０分間隔等で定期的に、ネットワーク６０を介してコンピュータ７０へ伝送される。コンピュータ７０内では、絶縁監視装置３０から伝送された情報を集計、管理することで、主回路２００ａ〜２００ｆの絶縁劣化状況を把握することを可能とする。

上記本発明の実施例によれば、漏電遮断器１００において、ＺＣＴ２の出力信号（検出信号）を分離して得られる別個の信号により主回路接点部１の引外し制御（漏電制御）と該主回路の絶縁状態情報の取り出しとが簡易構成下で可能となる。また、該漏電遮断器１００を用いることで、主回路（電路）の絶縁状態の自動監視が可能でかつコスト増大を抑えられる絶縁監視システムの構築が可能となる。

なお、上記実施例では、分離手段に変流器３を用いる構成としたが、本発明はこれに限定されず、ＺＣＴ２の出力信号を電気的に第１の出力信号と第２の出力信号とに分離できるものであれば、他のものであってもよい。また、分離手段で分離される信号数は２つに限定されず、３つ以上であってもよい。

本発明の実施例としての漏電遮断器のブロック構成例を示す図である。 図１の漏電遮断器に絶縁監視装置を接続した場合の構成例を示す図である。 図１の漏電遮断器と図２の絶縁監視装置を用いた絶縁監視システムの概念構成図である。

符号の説明

１…接点部、
２…ＺＣＴ、
３…変流器、
４…引外し制御系、
５、５ａ〜５ｆ…出力端子、
１１…電圧変換部、
１２…フィルタ部、
１３…電源回路部、
１４…漏電制御部、
１５…トリガー部、
１６…接点開閉用コイル、
１７…接点開閉機構部、
３０…絶縁監視装置、
３１…漏電信号入力部、
３２…信号増幅部、
３４…Ａ／Ｄ変換部、
３５…演算表示制御部、
３６…表示部、
７０…コンピュータ、
６０…ネットワーク、
１００、１００ａ〜１００ｆ…漏電遮断器、
２００ａ〜２００ｆ…主回路。

Claims (4)

1. 主回路の漏電状態を検出し該主回路の接点部の引外し制御を行う漏電遮断器であって、
   上記主回路の漏電電流を検出する零相変流器と、
   上記零相変流器の出力信号を第１、第２の複数の出力信号に電気的に分離する分離手段と、
   上記分離された第１の出力信号により上記漏電電流レベルの判別を行い、該判別結果に基づき、該主回路の接点部の引外しを行う信号を生成する引外し制御系と、
   上記分離された第２の出力信号またはこれに基づく出力信号を遮断器外部に取り出すための手段と、
   を備えた構成を特徴とする漏電遮断器。
2. 主回路の漏電状態を検出し該主回路の接点部の引外し制御を行う漏電遮断器であって、
   上記主回路の漏電電流を検出する零相変流器と、
   １次巻線と、該１次巻線に電磁結合された２次巻線とを備え、上記零相変流器の出力信号を、該１次巻線側からの出力信号と、該２次巻線側からの出力信号とに分離する変流器と、
   上記分離された一方の出力信号に基づき、上記検出された漏電電流のレベルを判別し、該判別結果に基づきトリガー信号を形成して出力する制御部と、
   上記トリガー信号に基づき励磁コイルの通電を制御され、上記主回路の接点部の引外しを行うリレー部と、
   上記分離された他方の出力信号またはこれに基づく出力信号を遮断器外部に取り出すための手段と、
   を備え、上記主回路の遮断と、上記零相変流器の出力信号またはこれに基づく出力信号の外部への取出しとが可能な構成としたことを特徴とする漏電遮断器。
3. 漏電遮断器からの出力信号に基づき主回路の絶縁状態を監視する絶縁監視システムであって、
   上記主回路の漏電電流を検出する零相変流器と、該零相変流器の出力信号を第１、第２の複数の出力信号に電気的に分離する分離手段と、該分離された第１の出力信号により上記漏電電流レベルの判別を行い、該判別結果に基づき、該主回路の接点部の引外しを行う信号を生成する引外し制御系と、上記分離された第２の出力信号またはこれに基づく出力信号を遮断器外部に取り出すための手段とを備えて成る漏電遮断器と、
   上記取り出された出力信号が入力され、該入力された信号をデジタル化し、演算により絶縁監視用データを生成する絶縁監視装置と、
   上記絶縁監視用データを管理するコンピュータと、
   を備え、上記主回路の接点部の引外し制御とともに該主回路の絶縁状態の監視を行う構成としたことを特徴とする絶縁監視システム。
4. 上記絶縁監視装置は、複数個の漏電遮断器が接続される構成である請求項３に記載の絶縁監視システム。

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