JP2008288096A - 漏電遮断器 - Google Patents

Abstract

【課題】 逆接続時にテストボタンが繰り返して操作されても、サイリスタやトリップコイルが発熱したり劣化する事がない漏電遮断器を提供する。
【解決手段】 サイリスタ１０とトリップコイル４とを電路２間に直列に接続し、漏電検出回路１１をサイリスタ１０に並列接続し、漏電検出回路１１の電源を安定させるために設けた平滑用コンデンサ１３の容量を、電路電圧波形のほぼ２周期に相当する時間幅で漏電検出回路１１を駆動できる電力量を蓄積する大きさに設定した。テスト回路６の電線６ａを零相変流器１に挿通する際、電線に流れる電流位相と、サイリスタ１０のアノード電圧位相が同相になるよう挿通方向を規定した。
【選択図】 図１

Description

本発明は漏電遮断器に関し、特に電源側端子と負荷側端子とを逆接続して使用することが可能な漏電遮断器に関する。

漏電遮断器は、漏電が発生した際に正常に遮断動作するかテストするためのテストボタンが設けられている。このテストボタンを操作することで、テストボタンに接続されたテスト回路に電流（擬似漏電電流）が流れ、この電流を零相変流器に検知させて漏電遮断動作をテストできるよう構成されている。
一方で漏電遮断器は、電源側端子と負荷側端子とを逆に接続した逆接続状態でも正常に動作するよう設計され、テストボタンを操作しても正常に漏電遮断動作を実施するし、動作後はテスト回路にも電流が流れないようにテスト回路に保護スイッチを設けたりしている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１１−１３５０００号公報

しかしながら、逆接続状態においては、漏電遮断器が遮断動作しても漏電を判断する漏電検出回路への電源供給が連動して止まる訳ではなく、電路を開動作させるトリップコイルやこのトリップコイルをオン操作するサイリスタへの電源供給はその間継続される。
また、テストボタンを操作して擬似漏電を発生させた場合も同様に、テスト回路が機械的に電路から切り離されたとしても、同様に漏電検出回路への電源供給が止まる訳ではなく、サイリスタやトリップコイルへのオン状態は漏電検出回路への電源供給が止まるまで継続される。尚、逆接続状態にある場合、漏電検出回路への電源供給は、通常サイリスタのゲート信号が電源電圧３〜４周期（或いは５５ｍｓ）に亘り出力され、その後動作が停止するよう設定されている。
そのため、逆接続状態においてテストボタンが繰り返して操作された場合は、サイリスタやトリップコイルが発熱したり劣化する問題があった。

そこで、本発明はこのような問題点に鑑み、逆接続時に漏電遮断動作しても、特にテストボタンが繰り返して操作されても、サイリスタやトリップコイルが発熱したり劣化する事がない漏電遮断器を提供することを目的とする。

上記課題を解決する為に、請求項１に記載の発明は、電路の零相電流を検知する零相変流器と、電路を遮断操作するトリップコイルと、トリップコイルを作動させるサイリスタと、漏電遮断動作をテストするためのテスト回路と、漏電を検出して前記サイリスタにゲート信号を出力する漏電検出回路とを備え、前記サイリスタと前記トリップコイルとが電路の線間に直列に接続されると共に、前記漏電検出回路が前記サイリスタに並列接続され、前記漏電検出回路の電源を安定させるために設けた平滑用コンデンサの容量が、電路電圧波形の略２周期に相当する時間幅で前記漏電検出回路を駆動できる電力量を蓄積するよう設定され、前記漏電検出回路が前記ゲート信号を出力することで低下する当該漏電検出回路の電源電圧を前記平滑コンデンサが前記時間幅のみ供給することを特徴とする。
この構成によれば、漏電検出回路がゲート信号を出力したら、電源波形が略２周期する間は平滑用コンデンサの作用で漏電検出回路が動作し続け、その後停止する。よって、ゲート信号もこの時間幅で出力された後停止する。そのため、サイリスタが２．５周期以上に亘りオン動作することが無くなり、逆接続してもサイリスタやトリップコイルの発熱を抑えることができるし、トリップコイル動作音を低減できる。

請求項２の発明は、請求項１に記載の発明において、漏電検出回路は、漏電を検知してからゲート信号を出力するまで遅延時間を有し、該遅延時間が電源電圧波形の略１周期に相当する場合は、零相変流器の出力電圧位相と、前記サイリスタのアノード電圧位相が略半周期異なるよう零相変流器の二次巻線巻回方向を規定したことを特徴とする。
この構成によれば、零相変流器の出力電圧位相と、サイリスタのアノード電圧位相が略半周期異なるので、零相変流器の出力電圧を受けて漏電検出回路が出力するサイリスタのゲート信号は、サイリスタのアノードが負電位の時に開始される。よって、サイリスタは順方向の電圧が印加されている状態でオンに切り替わることが無くなり、トリップコイルの発熱を抑制できる。

請求項３の発明は、請求項１に記載の発明において、漏電検出回路は、漏電を検知してからゲート信号を出力するまで遅延時間を有し、該遅延時間が電源電圧波形波形の略１周期に相当する場合は、零相変流器の出力電圧位相と、前記サイリスタのアノード電圧位相が略半周期異なるよう零相変流器の二次巻線巻回方向を規定したことを特徴とする。
この構成によれば、零相変流器の出力電圧位相と、サイリスタのアノード電圧位相が略等しいので、零相変流器の出力電圧を受けて漏電検出回路が出力するサイリスタのゲート信号は、サイリスタのアノードが負電位の時に開始される。よって、サイリスタは順方向の電圧が印加されている状態でオンに切り替わることが無くなり、トリップコイルの発熱を抑制できる。

請求項４の発明は、請求項１乃至３の何れかに記載の発明において、テスト回路は零相変流器に挿通される電線を有し、前記電線に流れる電流位相と、サイリスタのアノード電圧位相が同相になるよう前記電線の挿通方向が規定されてなることを特徴とする。
この構成によれば、テスト回路をオンすることで発生する漏電検出回路のゲート信号は、サイリスタのアノードが負電位の時に開始される。よって、サイリスタは順方向の電圧が印加されている状態でオンに切り替わることが無く、逆接続した状態でもテスト回路操作によりトリップコイルの発熱を抑制できる。

本発明によれば、漏電検出回路がゲート信号を出力したら、電源波形が略２周期する間は平滑用コンデンサの作用で漏電検出回路が動作し続け、その後停止する。よって、ゲート信号もこの時間幅で停止するため、サイリスタが２周期を超えてオン動作することが無い。その結果、逆接続してもサイリスタやトリップコイルの発熱を抑えることができる。
また、サイリスタは順方向の電圧が印加されている状態でオンに切り替わることが無く、トリップコイル通電電流をその分削減でき、トリップコイルの発熱を抑制できる。そして、テスト回路をオンすることで発生する漏電検出回路のゲート信号は実際に漏電発生を受けて出力されるゲート信号と同様のタイミングで出力されるので、サイリスタは順方向の電圧が印加されている状態でオンに切り替わることが無く、逆接続した状態でもテスト回路操作によりトリップコイルの発熱を抑制できる。

以下、本発明を具体化した実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明に係る漏電遮断器の一例を示す回路図であり、１は電路２の零相電流を検出する零相変流器、３は電路２を開閉する接点部、４は接点部３を開操作するトリップコイル、５は零相電流から漏電発生を判断してトリップコイル４を駆動させる漏電遮断回路、６は漏電遮断動作をテストするためのテスト回路、７は商用電源に接続される電源側端子、８は負荷が接続される負荷側端子である。

漏電遮断回路５は、電路２の線間にトリップコイル４を駆動するためのサイリスタ１０を有し、トリップコイル４とサイリスタ１０は電路２の線間に直列に接続されている。また零相変流器１の出力信号を受けてサイリスタ１０を起動するゲート信号を生成して出力するＩＣ化された漏電検出回路１１を有し、この漏電検出回路１１はトリップコイル４を介して電路２から電源の供給を受けている。即ち、漏電検出回路１１はサイリスタ１０に並列に接続された状態にあり、サイリスタ１０がオフ状態の場合は、電路２から良好に電源の供給を受けられるよう構成されている。

そして、漏電検出回路１１の電源部には、電源を平滑化するための平滑用コンデンサ１２が設けられると共に、平滑用コンデンサ１２より電路２側に過電流を阻止するための限流抵抗１３が設けられている。平滑用コンデンサ１２は、電源の供給が停止した場合に、漏電検出回路１１に対して電源電圧波形の略２周期に相当する時間幅で電力を供給できる容量に設定されている。

テスト回路６は、零相変流器１を挿通して電路２に接続される電線６ａに、テストボタン１５と、トリップコイル４のトリップ動作に合わせて開動作する保護スイッチ１６と、保護抵抗１７が設けられて形成されている。このテスト回路６の電線６ａは、零相変流器１に挿通（或いは巻回）されるが、この時電線６ａに流れる電流位相とサイリスタ１０のアノード電圧位相が同相になるよう電線６ａの挿通方向が規定されている。
一方、零相変流器１は、その出力電圧位相と漏電検出回路１１の電源位相（サイリスタのアノード電圧位相）とが逆相、即ち半周期位相がずれる様に巻回方向が規定されている。

以上の位相関係を図２に示している。図２はテストボタン１５の操作を受けた主要部の波形図を示し、（ａ）はテスト回路６の電流波形、（ｂ）は零相変流器１の出力電圧波形図、（ｃ）は漏電検出回路の電源電圧、（ｄ）は漏電検出回路１１の出力するゲート信号、（ｅ）はサイリスタ１０の動作電流波形である。
尚、図２（ｂ）に示すＴｄは遅延時間であり、漏電検出回路１１はノイズによる誤動作を無くすために動作遅延時間が設けられ、ここでは略１周期に亘り零相変流器の出力を受けた場合に漏電発生と判断してゲート信号を出力するよう設定されている。

このように構成された漏電遮断器が逆接続された状態において、テストボタン１５が操作された時の動作は次のようである。テストボタン１５のオンにより零相変流器１が零相電流を検出して電圧を出力する。この電圧信号を受けた漏電検出回路１１が漏電発生を検知すると（検知してから約１周期の遅延時間Ｔｄ後に）ゲート信号を出力し、サイリスタ１０をオンさせる。このとき、零相変流器１の出力電圧信号と、サイリスタ１０のアノード電圧とは上述したように半周期の位相差があるため、漏電検出回路１１がゲート信号を出力するタイミングは、上記図２（ｄ），（ｅ）に示すようにサイリスタ１０に逆方向電圧が印加されている時となる。

そして、ゲート信号が出力されることで、限流抵抗１３による電圧降下及びサイリスタ１０の起動による電圧降下を受けて、平滑用コンデンサ１２が充電電荷を放出して漏電検出回路を駆動させるが、図２（ｃ）に示すように漏電検出回路１１の電源電圧は減少する。こうして、ゲート信号は継続期間Ｔｇが電源電圧の略２周期程度で出力されるが、その後漏電検出回路１１の動作が停止し、サイリスタ１０もオフされる。その結果、図２（ｅ）に示すように、サイリスタ１０は、２周期分（２波）の電流が通電され、トリップコイル４は確実にトリップ動作する。

こうして、ゲート信号の持続時間Ｔｇを２周期程度とすることで、サイリスタのオン状態が２．５周期以上（３波）に亘り継続されることが無くなり（サイリスタは動作中にゲート信号が停止しても、順方向電圧の印加が無くならない限りオン状態は停止しないため、アノード電位が正の時にオン動作した場合、ゲート信号が無くなった時点でもアノード電位は正であり、サイリスタはオンし続けることになる）、発熱を最少限に留めることができる。

尚、漏電遮断器が順方向接続されている場合は、トリップ動作により漏電検出回路１１への通電は停止するので、サイリスタ１０のオン動作時間は更に短時間となる。また、逆方向接続状態において負荷側端子８に接続された電路で漏電が発生した場合の正常動作における漏電遮断回路５の動作もテストボタン操作による動作とほぼ同様であり、零相変流器１が零相電流を検出して出力した電圧信号により漏電検出回路１１が漏電発生を検知すると（検知してから約１周期の遅延時間Ｔｄ後に）ゲート信号を出力し、サイリスタ１０をオンさせる。

このように、漏電検出回路がゲート信号を出力したら、電源波形が２周期する間は平滑用コンデンサの作用で漏電検出回路が動作し続け、その後停止する。よって、ゲート信号もこの時間幅で停止するため、サイリスタが２，５周期以上に亘りオン動作することが無い。その結果、逆接続してもサイリスタやトリップコイルの発熱を抑えることができ、トリップコイル動作音を低減できる。
また、零相変流器の出力電圧位相と、サイリスタのアノード電圧位相が略半周期異なるので、零相変流器の出力電圧を受けて漏電検出回路が出力するサイリスタのゲート信号は、サイリスタのアノードが負電位の時に開始される。よって、サイリスタは順方向の電圧が印加されている状態でオンに切り替わることが無く、トリップコイル通電電流をその分削減でき、トリップコイルの発熱を抑制できる。
そして、テスト回路をオンすることで発生する漏電検出回路のゲート信号もサイリスタのアノードが負電位の時に開始されるので、サイリスタは順方向の電圧が印加されている状態でオンに切り替わることが無い。よって、トリップコイル通電電流をその分削減でき、逆接続した状態でもテスト回路操作によりトリップコイルの発熱を抑制できる。

図３は本発明に係る漏電遮断器の他の例を示し、遅延時間Ｔｄが略半周期の場合のテストボタン１５の操作を受けた主要部の波形図である。図３において（ａ）はテスト回路６の電流波形、（ｂ）は零相変流器１の出力電圧波形図、（ｃ）は漏電検出回路の電源電圧、（ｄ）は漏電検出回路１１の出力するゲート信号、（ｅ）はサイリスタ１０の動作電流波形を示している。
上記実施形態は、遅延時間Ｔｄを電路電圧波形の約１周期の期間としているが、この遅延時間は、通常半周期から１周期の間で設定されている。そのため、例えば略半周期に設定されている場合は、図３に示す関係とすることで、サイリスタ１０やトリップコイル４の発熱を抑制できる。この場合、零相変流器１の出力電圧位相と、サイリスタ１０のアノード電圧位相が略等しくなるよう零相変流器１の二次巻線巻回方向が規定されている。

このように零相変流器の出力電圧位相と、サイリスタのアノード電圧位相を略等しくすることで、遅延時間が略半周期に設定されている場合は、零相変流器の出力電圧を受けて漏電検出回路が出力するサイリスタのゲート信号は、サイリスタのアノードが負電位の時に開始される。よって、逆接続状態でテストボタンが操作されてもサイリスタは順方向の電圧が印加されている状態でオンに切り替わることが無く、トリップコイル通電電流をその分削減でき、トリップコイルの発熱を抑制できる。

本発明に係る漏電遮断器の実施形態の一例を示す回路図である。 遅延時間が略１周期の場合のテストボタン操作を受けた主要部の波形図を示し、（ａ）はテスト回路の電流波形、（ｂ）は零相変流器の出力電圧波形図、（ｃ）は漏電検出回路の電源電圧、（ｄ）は漏電検出回路の出力するゲート信号、（ｅ）はサイリスタの動作電流波形である。 遅延時間が略半周期の場合のテストボタン操作を受けた主要部の波形図を示し、（ａ）はテスト回路の電流波形、（ｂ）は零相変流器の出力電圧波形図、（ｃ）は漏電検出回路の電源電圧、（ｄ）は漏電検出回路の出力するゲート信号、（ｅ）はサイリスタの動作電流波形である。

符号の説明

１・・零相変流器、２・・電路、３・・接点部、４・・トリップコイル、５・・漏電遮断回路、６・・テスト回路、１０・・サイリスタ、１１・・漏電検出回路、１２・・平滑用コンデンサ、１３・・限流抵抗、１５・・テストボタン。

Claims (4)

1. 電路の零相電流を検知する零相変流器と、電路を遮断操作するトリップコイルと、トリップコイルを作動させるサイリスタと、漏電遮断動作をテストするためのテスト回路と、漏電を検出して前記サイリスタにゲート信号を出力する漏電検出回路とを備え、前記サイリスタと前記トリップコイルとが電路の線間に直列に接続されると共に、前記漏電検出回路が前記サイリスタに並列接続され、前記漏電検出回路の電源を安定させるために設けた平滑用コンデンサの容量が、電路電圧波形の略２周期に相当する時間幅で前記漏電検出回路を駆動できる電力量を蓄積するよう設定され、
   前記漏電検出回路が前記ゲート信号を出力することで低下する当該漏電検出回路の電源電圧を前記平滑コンデンサが前記時間幅のみ供給することを特徴とする漏電遮断器。
2. 漏電検出回路は、漏電を検知してからゲート信号を出力するまで遅延時間を有し、該遅延時間が電源電圧波形の略１周期に相当する場合は、零相変流器の出力電圧位相と、前記サイリスタのアノード電圧位相が略半周期異なるよう零相変流器の二次巻線巻回方向を規定した請求項１記載の漏電遮断器。
3. 漏電検出回路は、漏電を検知してからゲート信号を出力するまで遅延時間を有し、該遅延時間が電源電圧波形の略半周期に相当する場合は、零相変流器の出力電圧位相と、前記サイリスタのアノード電圧位相が略等しくなるよう零相変流器の二次巻線巻回方向を規定した請求項１記載の漏電遮断器。
4. テスト回路は零相変流器に挿通される電線を有し、前記電線に流れる電流位相と、サイリスタのアノード電圧位相が同相になるよう前記電線の挿通方向が規定されてなる請求項１乃至３の何れかに記載の漏電遮断器。

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