JP2007299688A

JP2007299688A - 漏電遮断器

Info

Publication number: JP2007299688A
Application number: JP2006128148A
Authority: JP
Inventors: Katsumi Watanabe; 克己渡辺
Original assignee: Fuji Electric FA Components and Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric FA Components and Systems Co Ltd
Priority date: 2006-05-02
Filing date: 2006-05-02
Publication date: 2007-11-15

Abstract

【課題】漏電遮断器における引外し装置の引外し動作後の通電を確実に停止させることに
より引き外し装置を小形にするとともにその焼損事故を防止することのできる漏電遮断器
を提供する。
【解決手段】漏電遮断器における漏電検出回路および引外し装置へ給電する電源回路の整
流回路を、３相ブリッジ接続して構成し、整流回路の上アーム、下アームにそれぞれ１個ずつ新たなダイオードを追加することにより、主回路の多相交流電圧全波整流電圧と、少なくともその１相の半波の期間ゼロ電圧となるような整流電圧とを得て、少なくともその１相の半波の期間ゼロ電圧となるような整流電圧を引外し装置の作動電圧として加え、引外し装置のサイリスタスイッチをこの整流電圧のゼロ電圧期間でオフさせて、引外し装置の通電を停止する。
【選択図】図１

Description

この発明は、電動機、その他各種の負荷の接続された配電系統に発生する漏電または地絡事故を検出して波及を未然に防ぐための漏電遮断器、特に多相の配電系統の１相が欠相した場合でも動作可能にした漏電遮断器に関する。

この種の従来の漏電遮断器は、図２に示すように構成されている（例えば、特許文献１参照）。
図２における漏電遮断器１は、電源側接続端子３Ａと負荷側接続端子３Ｂとを接続する主回路２と、この主回路２を開閉する開閉部１１と、主回路２の全相の導体が挿通され、主回路に流れる漏電または地絡事故電流を検出する零相変流器５と、この零相変流器５の検出巻線５１の検出電流を監視して漏電または地絡の有無を判定する漏電検出回路６と、この漏電検出回路６の漏電を示す検出信号により前記開閉部１１の開閉機構を引外して開閉部を遮断する引外し装置７および前記漏電検出回路６に動作電力を供給する直流電源回路４とを備えている。

電源回路４は、３相の主回路２の１相が欠相しても、漏電検出回路６および引外し装置７などの制御回路に電源を供給できるように３相の全相の交流電圧を整流して直流電圧に変換する３相全波整流回路４１を備える。

漏電検出回路６は、検出抵抗Ｒ１を介して加わる零相変流器の検出巻線５１からの検出出力の大きさを設定された基準値と比較し、基準値を超えたとき漏電の発生を示す検出信号を発生し、引外し装置７のサイリスタスイッチ７１のゲートに与える。サイリスタスイッチ７１がゲート信号を与えられてオンすると、引外し電磁装置７２のトリップコイルＴＣに通電されこれが作動し、開閉部１１の開閉機構を引外し、開閉部１１を開極させ、主回路２を遮断して系統の負荷を保護する。この場合、電源回路４は、３相の主回路の全相の電圧を全波整流して直流電圧を形成するようにしているので、３相の主回路２の何れか１相の電圧が欠相しても漏電検出回路６および引外し装置７へ動作可能な電圧が供給されるため、１相だけの欠相では動作不能となることはない。

また、正常な場合は、漏電遮断器１の電源側端子３Ａが配電系統の電源線に接続され、負荷側端子３Ｂが負荷線に接続されるので、漏電時に開閉部１１が主回路２を遮断することによって負荷への給電および漏電遮断器内部の電源回路４への給電が停止されるため、引外し装置７のサイリスタスイッチ７１もオフする。

しかしながら、このような従来の漏電遮断器においては、誤って漏電遮断器１の負荷側端子３Ｂを配電系統の電源線へ接続し、電源側端子３Ａを負荷線に接続した場合や、逆起電力を発生する負荷が接続されている場合に、漏電または短絡事故が検出されると、開閉部１１が遮断して負荷への給電を停止して、負荷を漏電または短絡事故から保護するが、主回路２に系統の電源または負荷から交流電圧が加わるため、電源回路４は検出回路６および引外し装置7への給電を継続する。これによって、検出回路６から引外し装置７のサイリスタスイッチ７１のゲートへ与えられる検出信号はオフするが、電源が与え続けられているためサイリスタスイッチ７１はオンを続け、電磁装置７２のトリップコイルに電流が流れ続ける。このように電磁装置のトリップコイルに電流が流れ続けると、このトリップコイルは焼損する危険がある。

また、前記の従来の漏電遮断器においては、これを配電系統に正常に接続した場合でも、負荷に容量の大きな電動機が接続されている場合は、漏電や地絡事故が発生して開閉部１１が主回路２を遮断した後も、電動機が止まるまで発生する逆起電力により、サイリスタスイッチ７１がオンし続け、リップコイルＴＣに電流が流れ続けることがあり、トリップコイルがこれに耐えるようにするためにはトリップコイルの大きさを大きくすることが必要となるなどの不都合がある。

このような不都合を解消するために、特許文献２および３に見られるように図３に示すような漏電遮断器が提案されている。
この図３の漏電遮断器１においては、３相電源の１相が欠相した状態でも、漏電検出を可能にするために、漏電検出回路６の電源回路には３相全波整流回路４１が設けられ、サイリスタスイッチ７１とトリップコイル７２からなる引外し装置７の電源回路には、３相の１相を欠き、電圧がゼロとなる期間を含む整流電圧が得られるように、３相ダイオードブリッジ整流回路の２相のアームの１辺のダイオードを欠いた変形ブリッジ回路で構成した整流回路４２が設けられている。したがって、３相の主回路電圧が正常な場合、検出回路６には、図４の（ａ）に示すような、脈動率の小さい波形の整流電圧が加えられ、引外し装置７には、図４の（ｂ）に示すような、３相の１相分の電圧を欠いた、電気角でほぼ１／３πのゼロ電圧となる期間を含む波形の整流電圧が加えられるようになる。

このような図３の漏電遮断器においては、零相変流器５の漏電検出電流が所定値を超えると漏電検出回路６が漏電の発生を検出し、フォトカプラ７３を介して引外し装置７のサイリスタスイッチ７１にゲート信号を与える。これにより、引外し電磁装置７２のトリップコイルが励磁され、開閉部１１の開閉機構を引外し、開閉部１１を開極して主回路を遮断し、負荷を漏電から保護する。

ここで、漏電検出回路６の電源回路４の整流回路４１が３相全波整流回路で構成されているため、３相の主回路のいずれか１相の電圧が欠けるような欠相状態になっても検出回路６には、図示しない平滑回路などにより、平滑された電流が流れるので、漏電検出回路は漏電検出動作が可能となる。そして、引外し装置７の電源回路の整流回路が、変形ブリッジ回路で構成されるために、０Ｖ期間を含む脈動率の大きい整流波形の電圧を発生するので、漏電検出により引外し装置７が作動され、開閉部１１を開極させて主回路２を遮断した後も、負荷側にある誘導電動機等から逆起電力が供給されたり、誤配線により系統の電源から交流電圧が継続して供給されたりしても、引外し装置７のサイリスタスイッチ７１に加わる電圧が３相交流の１周期以内にゼロ電圧となる期間が生じることにより、このゼロ電圧となる期間にサイリスタスイッチ７１は、保持電流が解かれてオフすることになる。このため、引外し電磁装置７２のトリップコイルは、長時間連続通電されることがなくなるので、短時間定格であっても焼損することはない。

なお、図３における８は、テストスイッチ８１がオンされたとき作動して、漏電テスト電流を発生するための発振回路であり、図４の（ｃ）に示すような交流成分を含む電流を零相変流器５に与える。この発振回路８を設けることにより、３相主回路の１相が欠相する状態になっても確実に漏電テストを行うことができるようになる。また、１２は、主回路２を流れる電流が過電流となったときに、開閉機構を引きはずして、開閉部１１を遮断する、過電流引外し装置である。
特開２００４−０１５９６１号公報特開２００５−２５１４１０号公報特開２００５−３０２４１８号公報

このように、図３の従来の漏電遮断器によれば、漏電検出により漏電遮断器が遮断された後に引外し装置７の電磁装置７２のトリップコイルに駆動電流が流れ続けることを防止できるので、トリップコイルの焼損の危険を回避することができる効果がある反面、漏電検出回路６と引外し装置７に各別に整流回路が設けられるために、合計１０個もの整流ダイオードが必要となり、製造価格が高価となるとともに、面積の広いプリント回路基板を必要とし、装置が大形となる等の不都合がある。

この発明は、このような従来の漏電遮断器における不都合を解消して、漏電検出回路および引外し装置への給電を行う電源回路の構成を簡単でかつ小形にし、３相電圧の１相が欠相しても漏電または地絡事故に対する保護動作を実行でき、また仮に漏電遮断器の系統への接続を誤ったり、逆起電力を発生する負荷が接続されたとしても、保護動作により開閉部が遮断された後は、確実に引き外し装置への通電を停止して引外し装置の焼損事故を防止することのできる漏電遮断器を提供することを課題とするものである。

この発明は、前記の課題を解決するため、３相の主回路と、この主回路を開閉する開閉部と、前記主回路の漏電電流を検出する零相変流器と、この零相変流器の漏電検出巻線の出力電流から漏電の発生の有無を判定する漏電検出回路と、この漏電検出回路の漏電の発生を示す出力信号により前記開閉部を引外して主回路を遮断する引外し装置と、前記漏電検出回路および引外し装置へ作動電力を供給する電源回路とを備えた漏電遮断器において、前記電源回路に前記主回路の３相の交流電圧を整流するために整流ダイオードを３相ブリッジ接続して構成した３相全波整流回路を設け、この３相全波整流回路の上アームおよび下アームのそれぞれにおいて、任意の１相のダイオードと他の２相のダイオードとの間に新たなダイオードを接続し、前記３相全波整流回路の上アーム側の前記１相のダイオードと新たなダイオードとが接続された第１の接続点と下アーム側の前記１相のダイオードと新たなダイオードとが接続された第２の接続点から前記漏電検出回路へ作動電力を供給し、前記３相全波整流回路の上アーム側の前記新たなダイオードと前記２相のダイオードとが接続された第３の接続点と下アーム側の前記新たなダイオードと前記２相のダイオードとが接続された第４の接続点とから前記引外し装置に作動電力を供給することを特徴とする。

この発明のように、漏電遮断器の電源回路における３相ブリッジ整流回路の上アームおよび下アームにそれぞれ新たに１個ずつダイオードを加えて３相ブリッジ整流回路を変形し、この変形された３相ブリッジ整流回路の上アーム（カソード側）の前記１相のダイオードと新たなダイオードとの接続点である第１の出力点と下アーム（アノード側）の前記１相のダイオードと新たなダイオードとの接続点である第２の出力点から前記漏電検出回路へ作動電力を供給し、前記３相ブリッジ整流回路の上アーム（カソード側）の前記新たなダイオードと２相のダイオードとの接続点である第３の出力点と下アーム（アノード側）の前記新たなダイオードと２相のダイオードとの接続点である第４の出力点とから前記引外し装置に作動電力を供給するようにすることにより、漏電検出回路には３相全波整流電圧が作動電圧として加えられ、引外し装置には３相交流電圧の少なくとも１相の半波分だけ欠けた整流電圧が作動電圧として加えられるため、引外し装置に加わる整流回路の出力電圧が前記欠けた半波分の期間がゼロ電圧となることにより、この期間に引外し装置の電磁装置を駆動するサイリスタスイッチが、このゼロ電圧の期間に必ずオフされ、引外し装置の電磁装置への通電を確実に遮断することができる。したがって、この発明によれば、漏電遮断器の電源側端子と負荷側端子の系統への接続を誤ってしまった場合や逆起電力を発生する負荷を含んでいる場合でも、引外し装置の電磁装置への長時間の連続通電を防止することができるため、この電磁装置として短時間定格の小形のものを使用することができるとともに焼損の恐れをなくすことできる等の効果が得られる。そして、３相整流回路を８個のダイオード構成することができるので、整流回路の構成が簡単となり、装置を小形でかつ安価にすることができる効果も得られる。

以下に、この発明を図に示す実施例について説明する。
図１は、この発明の実施例を示す構成図である。この図において、各部の構成はほとんどが図３に示す従来装置と同じであるので、同一の符号を付して示し、詳細な説明を省略する。

ただ、この発明における電源回路４を構成する整流回路４４の構成が従来装置とは異なっているので、以下にこれについて説明する。
この発明における整流回路４４は、１つの整流回路で、３相全波整流電圧と、三相交流電圧の１相の半波の電圧が欠けた整流電圧、すなわち、１相の半波の期間がゼロ電圧となるような波形の整流電圧とを発生できるように構成されている。

具体的には、整流ダイオード（Ｕ１〜Ｗ２）６個を３相ブリッジ接続して３相全波整流回路を構成し、その正側力端となるダイオードＵ１〜Ｗ１のカソード側出力端（上アーム側）におけるＷ相ダイオードＷ１と残り２相のＵ相ダイオードＵ１、Ｖ相ダイオードＶ１との間に新たにダイオードＤ１をＷ１からＵ１，Ｖ１側への通流を阻止する方向に接続する。そして、負側出力端となるダイオードＵ２〜Ｗ２のアノード側出端（下アーム側）におけるＵ相ダイオードＵ２と残り２相のＶ相ダイオードＶ２、Ｗ相ダイオードＷ２との間に新たにダイオードＤ２をＶ２，Ｗ２側からＵ２側への通流を阻止する方向に接続する。
このように変形された全波整流回路４４のダイオードＤ１とＷ１との接続点を第１の主力端Ｐ１とするとともに、ダイオードＤ２とＵ２との接続点を第２の出力端Ｎ１とし、この第１の出力端Ｐ１と第２の出力端Ｎ１から漏電検出回路６に作動電力を供給する。そして、ダイオードＤ１とＵ１およびＶ１との接続点を第３の出力端Ｐ２とするとともに、ダイオードＤ２とＶ２およびＷ２との接続点を第４の出力端Ｎ２とし、この第３の出力端Ｐ２と第４の出力端Ｎ２とからサイリスタスイッチ７１、引き外し電磁装置７２およびサイリスタスイッチ７１のゲート回路を構成するフォトカプラ７３からなる引外し装置７の作動電力を供給する。

この整流回路４４の出力端Ｐ１，Ｎ１間の直流出力電圧Ｅ１が漏電検出回路６に加えられ、整流回路４４の出力端Ｐ２，Ｎ２の直流出力電圧Ｅ２が、引外し装置７に加えられる。整流回路４４の出力端Ｐ１，Ｎ１から得られる出力電圧Ｅ１は、ダイオードＤ１、Ｄ２は、Ｐ２からＰ１およびＮ１からＮ２側へ通流する方向に挿入されているため、３相主回路２の全相電圧が全波整流された電圧となるため、図４（ａ）に示すような脈動率の小さい波形の電圧となり、漏電検出回路６は安定に動作する。そして３相主回路の１相が欠相した状態となっても残りの２相の電圧を全波整流した電圧となるので、一部にゼロ電圧期間を含む波形となるが、漏電検出回路６には図示しない平滑回路により平滑された電圧が加わるので、漏電検出回路６は正常に動作する。

整流回路４４の出力端Ｐ２、Ｎ２間の直流出力電圧Ｅ２は、ダイオードＤ１，Ｄ２がＰ１からＰ２およびＮ２からＮ１側への通流を阻止する方向に挿入されているので、図４（ｂ）に示すように、３相電圧の１相の半波が欠けた、脈動率の大きい波形の電圧となる。このため、引外し装置７には、３相電圧の１周期の間にゼロ電圧となる期間を含む電圧が作動電圧として加えられることになる。

また、漏電または地絡事故が発生した場合には、漏電検出回路６が、主回路２の交流電圧の１周期よりわずかに大きい時間幅の検出信号を発生し、これをサイリスタスイッチ７１のゲートにフォトカプラ７３を介して与える。これにより、例えば、整流電圧のゼロ電圧期間の直前から検出信号が与えられた場合でもサイリスタスイッチ７１は、検出信号印加時点で点弧（オン）した後、このゼロ電圧期間で消弧（オフ）することなく継続してオン状態を継続し、次のゼロ電圧期間が来るまでに検出信号が消滅しているので、次のゼロ電圧期間に至ったときに自動的に消弧し、オフする。

このように構成されたこの発明の漏電遮断器１を正常に配電系統に接続した場合、すなわち、電源側端子３Ａを系統の電源線に、負荷側端子３Ｂを系統の負荷線にそれぞれ接続した場合は、漏電または地絡事故の発生によって、漏電検出回路６から漏電検出信号が発生されることにより引外し装置７のサイリスタスイッチ７１がオンされ、引外し電磁装置７２に通電される。これにより電磁装置７２が作動し、開閉部１１の投入が引外され遮断される。開閉部１１の遮断によって漏電遮断器１に接続された負荷が系統から切り離されるとともに、その内部の電源回路４への通電も遮断されるので、開閉部１１の遮断とともに引外し装置７への通電も停止される。したがってこの場合は、従来装置と同様に引外し装置７の電磁装置７２への通電が開閉部遮断後も継続されることはない。

次に、漏電遮断器１の電源側端子３Ａを配電系統の負荷線に、そして負荷側端子３Ｂを電源線に誤って接続した場合でも、漏電または地絡事故が発生したときは、正常な接続の場合と同様に漏電検出回路６によってこれが検出され、その検出信号によって引外し装置７が作動されて開閉部１１の引外しが行われ、主回路２に接続された負荷が遮断される。しかし主回路２は系統の電源線に接続されたままであるので、電源回路４への給電が継続されるため、従来装置においては、引外し装置７のサイリスタスイッチ７１がオンしたままとなっていた。

ところが、この発明においては、電源回路４の整流回路４４は、たとえば、３相ブリッジ整流回路に新たなダイオードＤ１，Ｄ２を組み込むことによって、この整流回路の出力端Ｐ２，Ｎ２から、少なくとも主回路２の３相交流電圧の１相の半波期間だけゼロ電圧となる整流電圧を得ることができるため、オン状態にあるサイリスタスイッチ７１を通流する電流が整流回路出力の整流電圧がゼロ電圧となったところで流れなくなるので、これによってサイリスタスイッチ７１が自動的に消弧しオフとなる。このため、電磁装置７２の電流が停止され、長時間継続して流れることを完全に防止することができる。
なお、前記電源回路４の整流回路４４に新たに設けるダイオードＤ１、Ｄ２の挿入箇所は図１に示す箇所以外に、ダイオードＤ１は、引外し回路７のサイリスタスイッチ７１のアノードへの正の電圧を何れかの１相からブロックする箇所、そして、ダイオードＤ２は前記のブロックされた相以外の１相について前記サイリスタスイッチ７１のカソード側からの負の電圧の帰還をブロックする箇所であればよい。

このようにこの発明は、漏電遮断器において、その内部の電源を構成する整流回路を、３相の主回路の全相の全波整流電圧と、少なくともその１相の半波期間だけゼロ電圧となる整流電圧とを得るように構成しているので、交流主回路の１相に欠相が生じても漏電保護動作を実行でき、そして、漏電遮断器の両方の接続端子の接続を間違えた場合、あるいは逆起電力を発生する負荷を備えている場合でも、漏電検出により開閉部を遮断するとその時点から主回路交流電圧の１周期以内には引外し装置の電磁装置の電流を遮断することができるので、引外し装置の電磁装置が焼損するのを防止でき、漏電遮断器として有益である。

この発明の漏電遮断器を示す構成図である。従来の漏電遮断器を示す構成図である。異なる従来の漏電遮断器を示す構成図である。従来装置およびこの発明の動作説明に用いる電圧電流の波形図である。

符号の説明

１：漏電遮断器
２：主回路
３Ａ：電源側接続端子
３Ｂ：負荷側接続端子
４：直流電源回路
４４：整流回路
５：零相変流器
５１：検出巻線
６：漏電検出回路
７：引外し装置
８：開閉部

Claims

３相の主回路と、この主回路を開閉する開閉部と、前記主回路の漏電電流を検出する零相変流器と、この零相変流器の漏電検出巻線の出力電流から漏電の発生の有無を判定する漏電検出回路と、この漏電検出回路の漏電の発生を示す出力信号により前記開閉部を引外して主回路を遮断する引外し装置と、前記漏電検出回路および引外し装置へ作動電力を供給する電源回路とを備えた漏電遮断器において、前記電源回路に前記主回路の３相の交流電圧を整流するために整流ダイオードを３相ブリッジ接続して構成した３相全波整流回路を設け、この３相全波整流回路の上アームおよび下アームのそれぞれにおいて、任意の１相のダイオードと他の２相のダイオードとの間に新たなダイオードを接続し、前記３相全波整流回路の上アーム側の前記１相のダイオードと新たなダイオードとが接続された第１の接続点と下アーム側の前記１相のダイオードと新たなダイオードとが接続された第２の接続点から前記漏電検出回路へ作動電力を供給し、前記３相全波整流回路の上アーム側の前記新たなダイオードと前記２相のダイオードとが接続された第３の接続点と下アーム側の前記新たなダイオードと前記２相のダイオードとが接続された第４の接続点とから前記引外し装置に作動電力を供給することを特徴とする漏電遮断器。