JP2006250782A - アース線接続検知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 冷凍サイクル装置にアース線が接続されているか否かを検知し、アース線の未接続や接続不良による事故を未然に防ぐアース線接続検知装置を提供する。
【解決手段】 冷凍サイクル装置の筐体１６に接続されるアース線１５と、高周波信号を発振する方形波発振回路１１と、方形波発振回路１１の高周波信号に基づいて高周波電圧を生成し、アース線１５に高周波電流を流す高周波発生回路１２と、アース線１５を介して入力される高周波電流の電流値を検出する電流検出回路１３と、電流検出回路１３により検出された電流値に基づいてアース線１５の接続有無を判別するアース線有無判別回路１４とを備えた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、アース線接続検出装置に係わり、特に空気調和機にアース線が接続されているか否かを検知するアース線接続検知装置に関するものである。

従来、電気機器にアース線が接続されているか否かを検知する装置として、例えば、電気機器に接続されるアース線と、アース線に強制的に所定電流を流す切換スイッチと、アース線が正しく機能を発揮し得る状態に接続されている場合に電流を検出するフォトカプラと、フォトカプラの作動に応じて電気機器の運転を停止させる停止手段とを備えたものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開平９−１５９７１４号公報（第２−３頁、図１）

ところで、圧縮機を搭載する空気調和機、冷凍機、冷蔵庫の冷凍サイクル装置には、圧縮機駆動用の電力変換装置が用いられている。電力変換装置は、交流を直流へ変換し、電圧増幅を行うコンバータ回路と、このコンバータ回路の出力である直流電圧を任意の周波数で３相交流へと変換するインバータ回路とによって構成され、これらインバータ回路及びコンバータ回路による電力変換に電力用半導体素子が用いられている。近年、電力用半導体素子の性能向上、圧縮機の高効率駆動に対する要望が高まることから、コンバータ回路やインバータ回路は、スイッチング周波数（すなわちキャリア周波数）の高周波化が進められており、そのことにより、圧縮機より流れ出る漏洩電流が増加する傾向がある。

漏洩電流の増加により、安全確保のためアース線を接地する必要があるが、何らかの理由によって、アース線が確実に接地されていない場合、漏電による事故が発生する恐れがある。このような高調波漏れ電流による事故を防止するために、漏電が起きたときに、供給を停止する漏電ブレーカが使用されることもあるが、この漏電ブレーカは、正常に電流が流れている場合と、漏電時に流れる電流では、流れる電流量が相違することに着目して、流れる電流の差を検出して作動するものであり、アース線の接続を確認する構造にはなっていなかった。

また、空気調和機は、アース線が接続されていない状態であっても動作させることは可能であり、そのため、アース線の接地のし忘れや、配線工事の不良等により不適切な接続が行われることもあり、このような状態で電気機器が使用される虞があった。

本発明は、前述のような課題を解決するためになされたもので、冷凍サイクル装置にアース線が接続されているか否かを検知し、アース線の未接続や接続不良による事故を未然に防ぐアース線接続検知装置を提供することを目的とする。

本発明に係るアース線接続検知装置は、機器に接続されるアース線と、高周波信号を発振する信号発振手段と、信号発振手段の高周波信号に基づいて高周波電圧を生成し、アース線に高周波電流を流す高周波発生手段と、アース線に流れる高周波電流の電流値を検出する電流検出手段と、電流検出手段により検出された電流値に基づいてアース線の接続有無を判別するアース線有無判別手段とを備えたものである。

本発明においては、信号発振手段から発振された高周波信号に基づいて高周波電圧を生成し、アース線に高周波電流を流し、アース線に流れる高周波電流の電流値を検出し、この検出された電流値に基づいてアース線の接続有無を判別するようにしたので、機器に接続されるアース線の未接続や接続不良を確認することが可能になり、アース線の未接続や接続不良による事故を未然に防止できる。

図１は本発明の実施の形態に係るアース線接続検知装置の一例を示す回路図である。
図中に示す本実施の形態のアース線接続検知装置１０は、方形波発振回路１１（信号発振手段）と、高周波発生回路１２と、電流検出回路１３と、アース線有無判別回路１４とからなっている。なお、図１に示す回路は、一例の回路図であり、例えば高周波発生回路１２の出力をマイコンにて出力するようにしてもよく、また、高周波発生回路１２をトランジスタによって構成してもよい。基本的には同じ機能を有する回路ならば何でもよい。

前記の方形波発振回路１は、例えば、一方の入力端に検出指令信号が入力されるＮＡＮＤ回路１１ａと、出力端がそのＮＡＮＤ回路１１ａの他方の入力端に接続されたＮＡＮＤ回路１１ｂと、ＮＡＮＤ回路１１ａの出力端及び他方の入力端の間に直列に接続されたコンデンサＣ１及び抵抗Ｒ１と、このコンデンサＣ１及び抵抗Ｒ１の接続点とＮＡＮＤ回路１１ｂの２入力端との間に挿入された抵抗Ｒ２とで構成されている。この方形波発振回路１１は、Ｈｉレベルの検出指令信号が入力されると、抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１の時定数によって決められる高周波信号を発振し、高周波発生回路１２に出力する。高周波信号の周波数は例えば１００ｋＨｚ以上である。

高周波発生回路１２は、直列に接続された抵抗Ｒ４及びスイッチング素子Ｓ１と、このスイッチング素子Ｓ１のゲート側と方形波発振回路１１の出力端の間に挿入された抵抗Ｒ３と、抵抗Ｒ４及びスイッチング素子Ｓ１に並列に接続されたコンデンサＣ２と、抵抗Ｒ４及びスイッチング素子Ｓ１の接続点と出力端１２ａとの間に挿入されたコンデンサＣ３とから構成されている。その出力端１２ａは、機器の筐体１６に接続されるアース線１５と接続される。方形波発振回路１１からの高周波信号に基づいてスイッチング素子Ｓ１がＯＮ・ＯＦＦを繰り返し、母線電圧から高周波電圧を生成する。スイッチング素子Ｓ１のＯＮ時に出力端１２ａの出力が０Ｖとなり、スイッチング素子Ｓ１のＯＦＦ時に抵抗Ｒ４及びコンデンサＣ３を介して出力端１２ａに高周波電圧が印加され、機器の筐体１６に接続されたアース線１５に高周波電流が流れる。前記のコンデンサＣ３は、電流の直流分をカットするカップリングコンデンサで、アース線１５に流れる電流を抑制している。このときの電流は、抵抗Ｒ４とコンデンサＣ３を経由するため、極めて微弱な１ｍＡ程度の高周波電流であり、この電流が流れることによって漏電ブレーカが誤動作することはない。

電流検出回路１３は、オペアンプ１３ａと、オペアンプ１３ａの＋入力端及びアースの間に挿入された抵抗Ｒ６と、オペアンプ１３ａの−入力端及びアースの間に挿入された抵抗Ｒ８と、オペアンプ１３ａの−入力端及び出力端の間に挿入された抵抗Ｒ７とで構成されている。高周波発生回路１２のスイッチング素子Ｓ１のＯＦＦによりアース線１５に高周波電流が流れると、その電流が大地を介して抵抗Ｒ６に流れるので、オペアンプ１３ａにより、その抵抗Ｒ６に生じる電圧を検出して増幅し、この増幅電圧に基づく電流値を出力端から出力する。また、スイッチング素子Ｓ１のＯＮにより母線電圧が入力されたときは、オペアンプ１３ａの増幅度が下がるため、スイッチング素子Ｓ１のＯＦＦ時より低い電流値を出力端から出力する。

つまり、この電流検出回路１３は、機器の筐体１６にアース線１５が接続されているとき、スイッチング素子Ｓ１のＯＦＦ時に検出した電流値とスイッチング素子Ｓ１のＯＮ時に検出した電流値とを交互に出力する。また、筐体１６にアース線１５が接続されていないときは、スイッチング素子Ｓ１がＯＮしたときの電流値を出力する。

アース線有無判別回路１４は、電流検出手段により検出された電流値が予め設定された閾値より低いとき、アース線１５が機器の筐体１６に接続されていないと判断してその旨を報知し、閾値以上の電流値を検知したときは、アース線１５が筐体１６に接続されていると判断してその旨を報知する。アース線１５が接続されていないときの報知は、例えばブザー及び機器の制御部（図示せず）を通じての報知で、ブザーを鳴動させる信号及び機器の制御部に運転を停止させる信号を出力する。また、アース線１５が接続されているときの報知は、ランプ（図示せず）を通じての運転可能の報知で、このランプを点灯させる信号を出力する。

次に、アース線接続検知装置に流れる電流について図２の図面を用いて説明する。図２は電線及び電線と大地との間に分布する線路インピーダンスに流れる電流経路を示す図である。
電線及び電線と大地との間には、導体抵抗Ｒ，インダクタンスＬ，キャパシタＣ及び漏洩コンダクタンスＧが均等に分布する線路インピーダンス２０が存在する。電線と大地との間には、前述の如くキャパシタＣが存在するため、電線と大地との間では、電圧の周波数が高いほど線路インピーダンス２０が減少する傾向にある。

図２に示すように、アース線接続検知装置１０の高周波発生回路１２の出力端１２ａと大地２１との間にアース線１５を接続し、電流検出回路１３のオペアンプ１３ａの＋入力端側に設けられた抵抗Ｒ６と電線とを接続して、この図には示していないが方形波発振回路１１から高周波信号を発振させると、高周波発生回路１２の出力端１２ａから高周波電流が矢印の示す方向に流れる。アース線１５が接続されていない場合は、電流経路が断たれるため、高周波電流が流れなくなる。その電流を電流検出回路１３で検出し、この電流検出回路３により検出された電流値をアース線有無判別回路１４により判別させることで、アース線１５の接続の有無を判断することができる。

次に、アース線接続検知装置を冷凍サイクル装置の空気調和機に用いた一例について図３を用いて説明する。図３は空気調和機におけるアース線接続検知装置を示す図である。
この図の空気調和機３０は、圧縮機３５を駆動する電力変換装置のみを示したもので、商用電源３１に接続されたコンバータ３２と、平滑コンデンサ３３と、インバータ３４とからなっている。アース線接続検知装置１０は、高周波発生回路１２がコンバータ３２の出力側と接続され、高周波発生回路１２の出力端１２ａが空気調和機３０の筐体３６に接続されたアース線１５と接続されている。また、電流検出回路１３の抵抗Ｒ６が線路インピーダンスのキャパシタＣを通じて大地と接続された状態になっている。

このようにアース線１５の接続有無を確認する場合、方形波発振回路１１の高周波信号で高周波発生回路１２を作動させたときに、アース線１５に流れる高周波電流を検出することで可能となる。つまり、アース線１５が空気調和機３０の筐体３６に確実に接続されていた場合は、高周波発生回路１２の出力端１２ａからの高周波電流がアース線１５→大地→キャパシタＣの経路を通って電流検出回路１３に入力されるので、電流検出回路１３により検出された電流値がアース線有無判別回路１４に設定された閾値以上となる。この場合、アース線有無判別回路１４が、アース線１５が筐体３６に接続されていると判断して、運転可能を知らせるランプを点灯させる。

また、アース線１５が未接続或いは接続不良の場合は、電流検出回路１３に高周波発生回路１２からの高周波電圧（スイッチング素子Ｓ１のＯＮ時に入力される電圧）が印加されるので、オペアンプ１３ａの演算増幅による電流がアース線有無判別回路１４に設定された閾値より低い値となる。このときは、アース線有無判別回路１４により、ブザーが鳴動され、空気調和機３０の運転が行われないようにする。

以上のように実施の形態によれば、方形波発振回路１１の高周波信号で高周波発生回路１２のスイッチング素子Ｓ１を駆動してコンバータ３２の出力電圧を高周波に変換させ、この変換された高周波電圧に基づく電流値を電流検出回路１３により検出させ、その電流値が閾値以上のときアース線１５が空気調和機３０の筐体３６に接続されていると判断するようにし、電流値が閾値より低いときはアース線１５が接続されていないと判断するようにしたので、空気調和機３０に接続されるアース線１５の未接続や接続不良を確認することが可能になり、アース線１５の未接続や接続不良による事故を未然に防止できる。

なお、前記の実施の形態では、単に検出指令信号（Ｈｉレベル）を方形波発振回路１１に入力させてアース線１５の接続有無を判別するようにしたが、定期的に検出指令信号を方形波発振回路１１に入力させてアース線１５の接続有無を判別するようにしてもよい。例えば、日に１回、或いは運転を行う毎に検出指令信号を方形波発振回路１１に入力させて、アース線１５の接続有無を判別する。この確認を定期的に行うようにした場合、何らかの原因でアース線１５が接続不良になったり、断線したとしてもその状態を確認することができる。

本発明の実施の形態に係るアース線接続検知装置の一例を示す回路図である。 電線及び電線と大地との間に分布する線路インピーダンスに流れる電流経路を示す図である。 空気調和機におけるアース線接続検知装置を示す図である。

符号の説明

１０ アース線接続検知装置、１１ 方形波発振回路、１１ａ，１１ｂ ＮＡＮＤ回路、１２ 高周波発生回路、Ｓ１ スイッチング素子、１３ 電流検出回路、１３ａ オペアンプ、１４ アース線有無判別回路、１５ アース線、１６ 機器の筐体、２０ 線路インピーダンス、２１ 大地、３０ 空気調和機、３１ 商用電源、３２ コンバータ、３３ 平滑コンデンサ、３４ インバータ、３５ 圧縮機、３６ 空気調和機の筐体。

Claims (5)

1. 機器に接続されるアース線と、
   高周波信号を発振する信号発振手段と、
   該信号発振手段の高周波信号に基づいて高周波電圧を生成し、前記アース線に高周波電流を流す高周波発生手段と、
   前記アース線に流れる高周波電流の電流値を検出する電流検出手段と、
   該電流検出手段により検出された電流値に基づいてアース線の接続有無を判別するアース線有無判別手段と
   を備えたことを特徴とするアース線接続検知装置。
2. 前記アース線有無判別手段は、前記電流検出手段により検出された電流値が予め設定された閾値より低いとき、アース線が機器に接続されていないと判断してその旨を報知することを特徴とする請求項１記載のアース線接続検知装置。
3. 前記高周波発生手段は、機器の冷凍サイクル装置に設けられた電動機駆動用の電力変換装置のうちコンバータの出力電圧を前記信号発振手段の高周波信号に基づいて高周波電圧に変換することを特徴とする請求項１又は２記載のアース線接続検知装置。
4. 前記信号発振手段は、周波数が１００ｋＨｚ以上の高周波信号を発振することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のアース線接続検知装置。
5. 前記信号発振手段による高周波信号の発振を定期的に行わせることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載のアース線接続検知装置。
   

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