JP2009079958A - Apparatus for detecting ground-fault current of resistance value - Google Patents
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Abstract
Description
本件の発明は,電路の対地漏洩電流を検出し,その大きさと電路電圧からの位相のずれを基にして抵抗分地絡電流を検出する手段を備えた装置で配線用遮断器や漏電遮断器あるいは漏電継電器や計測器のような装置に関する。 The invention of the present invention is a device having means for detecting a ground leakage current in a circuit and detecting a resistance ground fault current based on the magnitude and a phase shift from the circuit voltage. Or, it relates to a device such as a leakage relay or a measuring instrument.
電路の対地漏洩電流に,電路の対地静電容量分や機器のノイズフィルターのキャパシタンス分を通じて流れる常時漏洩電流と,絶縁不良による抵抗分地絡電流が含まれることはよく知られている。 It is well known that the ground leakage current of the circuit includes a constant leakage current that flows through the capacitance of the circuit ground capacitance and the noise filter capacitance of the device, and a resistance ground fault current due to poor insulation.
前記の常時漏洩電流は,対地静電容量分を通じて流れる電流であるから,対地電圧に対して90度位相が進み,絶縁不良による抵抗分地絡電流は対地電圧と同相である。従って,電路電圧と対地漏洩電流の間には,常時漏洩電流と抵抗分地絡電流の大きさの比によって決まる位相差が生じる。 Since the constant leakage current is a current flowing through the ground capacitance, the phase advances by 90 degrees with respect to the ground voltage, and the resistance ground fault current due to insulation failure is in phase with the ground voltage. Therefore, there is a phase difference between the circuit voltage and the ground leakage current that is determined by the ratio of the magnitude of the constant leakage current and the resistance ground fault current.
そこで,対地漏洩電流の大きさと,電路電圧との位相差を元にして絶縁不良による抵抗分地絡電流のみを分別する方法が知られている。
しかしながら,対地漏洩電流の電路電圧との位相差によっては,位相差の検出精度が地絡電流の検出精度に大きく影響を与える。位相差の検出精度が同一でも,抵抗分地絡電流の計算結果に対する影響は,位相差が0度付近ではほとんどないのに対し,位相ズレが90度付近では相当に大きい。 However, depending on the phase difference between the earth leakage current and the circuit voltage, the detection accuracy of the phase difference greatly affects the detection accuracy of the ground fault current. Even if the detection accuracy of the phase difference is the same, the influence on the calculation result of the resistance ground fault current is almost not when the phase difference is around 0 degrees, but is considerably large when the phase deviation is around 90 degrees.
従って,電路電圧に対する対地漏洩電流の位相差によっては,要求される精度で抵抗分地絡電流を検出できない場合がある。例えば,位相差の検出精度が±1度であり,1mAの抵抗分地絡電流を±10%の精度で検出しようとする場合,その精度を保証できるのは,位相差以外の他の検出誤差を無視した場合,常時漏洩電流の大きさが6.3mAまで,すなわち位相差の角度範囲が0度から81度までに限られる。 Therefore, depending on the phase difference of the ground leakage current with respect to the circuit voltage, the resistance ground fault current may not be detected with the required accuracy. For example, if the detection accuracy of the phase difference is ± 1 degree and an attempt is made to detect a resistance ground fault current of 1 mA with an accuracy of ± 10%, the accuracy can be guaranteed only by detection errors other than the phase difference. Is always limited to a leakage current of 6.3 mA, that is, the phase difference angle range is limited to 0 to 81 degrees.
つまり位相の検出精度が抵抗分地絡電流の検出精度に影響を与えるが,誤差が出やすい90度に近い位相差での抵抗分地絡電流の検出精度を保証しようとすれば,極端に位相差の検出精度の向上が必要で,そのためには装置のコストが高くなる。 In other words, the detection accuracy of the phase affects the detection accuracy of the resistance ground fault current, but if you try to guarantee the detection accuracy of the resistance ground fault current at a phase difference close to 90 degrees where errors are likely to occur, it will be extremely difficult. It is necessary to improve the accuracy of detecting the phase difference, which increases the cost of the apparatus.
そこで本件の発明は,電路の対地漏洩電流を検出し,その大きさと電路電圧との位相差を基にして抵抗地絡による漏洩電流の大きさを検出する手段を備えた配線用遮断器や漏電遮断器,継電器や計測器のような装置において,検出した抵抗分地絡電流の大きさとともに計測の誤差範囲も表示して抵抗分地絡電流の有無や値の信頼性を判断しやすくしようとするものである。また,そのようにすることで実用的で経済的な装置を提供しようとするものである。 Therefore, the present invention detects a leakage current to the ground of the circuit, and based on the phase difference between the magnitude of the circuit and the circuit voltage, detects a magnitude of the leakage current due to the resistance ground fault or a circuit breaker or a leakage current. In devices such as circuit breakers, relays, and measuring instruments, display the error range of the measurement along with the magnitude of the detected resistance ground fault current to make it easier to judge the presence of the resistance ground fault current and the reliability of the value. To do. In addition, it is intended to provide a practical and economical device by doing so.
そのため,請求項1の発明では,電路の対地漏洩電流を検出し,その大きさと電路電圧からの位相のずれを元にして抵抗分地絡電流を検出し,その大小を都度表示あるいは出力する手段を有する装置において,対地漏洩電流と電路電圧との位相ずれの大きさに応じた演算結果の誤差範囲を併せて表示あるいは出力する手段を備えたことを特徴とする抵抗分地絡電流を検出する装置を提供したものである。 Therefore, in the first aspect of the invention, means for detecting the ground leakage current of the circuit, detecting the resistance ground fault current based on the magnitude and the phase shift from the circuit voltage, and displaying or outputting the magnitude each time. Detecting a resistance ground fault current characterized by comprising means for displaying or outputting the error range of the calculation result according to the magnitude of the phase shift between the ground leakage current and the circuit voltage. A device is provided.
請求項2では,前記の抵抗分地絡電流を検出する手段を備えた装置は,抵抗分地絡電流を検出しその大小を都度表示あるいは出力する手段を有する配線用遮断器あるいは漏電遮断器あるいは漏電継電器であることを特徴とする請求項1の抵抗分地絡電流を検出する装置を提供したものである。 According to a second aspect of the present invention, an apparatus having means for detecting the resistance ground fault current has a means for detecting the resistance ground fault current and displaying or outputting the magnitude each time. An apparatus for detecting a resistance ground fault current according to claim 1, wherein the apparatus is a ground fault relay.
請求項3では,前記の抵抗分地絡電流を検出する手段を備えた装置は,計測器であることを特徴とする請求項1の抵抗分地絡電流を検出する装置を提供したものである。 According to a third aspect of the present invention, there is provided the apparatus for detecting a resistance ground fault current according to claim 1, wherein the apparatus having means for detecting the resistance ground fault current is a measuring instrument. .
本件の発明によれば,電路の対地漏洩電流を検出し,その大きさと電路電圧からの位相のずれを元にして抵抗分地絡電流を検出し,その大小を都度表示あるいは出力する手段を有する装置において,対地漏洩電流と電路電圧との位相ずれの大きさに応じ誤差範囲を表示出力するようにしたから,検出された抵抗分地絡電流が本当にあるのかどうか,また値がどの程度信頼できるのかを容易に判断できる。また,そのような誤差範囲を表示出力する手段を装置に設けることで,実用上差し支えない程度の位相ずれの検出精度を有する装置とすることができて装置のコストを抑えることが可能となる。 According to the present invention, there is a means for detecting a ground leakage current in the circuit, detecting a resistance ground fault current based on the magnitude and a phase shift from the circuit voltage, and displaying or outputting the magnitude each time. In the device, the error range is displayed and output according to the magnitude of the phase shift between the ground leakage current and the circuit voltage, so whether the detected resistance ground fault current really exists and how reliable the value is Can be easily determined. Further, by providing the device with such an error range display and output device, it is possible to obtain a device having a phase shift detection accuracy that does not interfere with practical use, thereby reducing the cost of the device.
本件発明の第一の実施例を図1に示す。図1は,抵抗分地絡電流検出表示機能付の配線用遮断器10と該配線用遮断器10を電路に設置した場合の例である。図1において,1は変圧器で電路2,2’に商用電圧を供給し,低圧側巻線の2’側端子は3のように接地してある。なお便宜上電路は単相2線式として説明するが,単相3線式の電路あるいは三相3線式でΔ結線1極接地式の電路でも原理的には同一で適用可能である。
A first embodiment of the present invention is shown in FIG. FIG. 1 shows an example in which a
1001と1002は開閉接点,1003は過電流検出素子で,電路の電流が所定の値を超えると過電流検出素子1003が電流の大きさに応じた時限で図示しない開閉機構に作用し,接点1001と1002を自動的に開離するように働く。1004は零相変流器で,電路2と2’の往復電流の差分を検出する。なお,零相変流器1004が検出する電流は,電路2の対地静電容量4に流れる常時漏洩電流Iocと絶縁不良による地絡抵抗5に流れる地絡漏洩電流Iorにより成る零相漏洩電流Ioである。
1001 and 1002 are switching contacts, and 1003 is an overcurrent detection element. When the current in the electric circuit exceeds a predetermined value, the
1005は零相変流器1004が検出する電流の入力回路で,過入力保護回路のほか必要に応じフィルター回路や増幅回路,移相回路などを含む。なお移相回路は,前述の零相電流と検出回路で扱う電流信号に位相差がある場合にその差を補正する目的に用いるが,演算回路1007に含ませてもよい。
一般的に電路の電圧には,本来の商用基本波に対し,変圧器1の非線形性や負荷電流波形による高調波や高周波を含んでいる。地絡抵抗5を流れる電流はそれらの波形歪みに線形的に対応する。しかし対地静電容量4を流れる電流は,波形歪み成分の周波数に対してそのインピーダンスが変化するため周波数が高くなるにつれて相対的に大きくなる。従って,より正確に商用の基本周波数だけの地絡電流を検出しようとすれば,フィルターにより高調波・高周波成分を除去することが望ましい。 Generally, the voltage of the electric circuit includes harmonics and high frequencies due to the nonlinearity of the transformer 1 and the load current waveform with respect to the original commercial fundamental wave. The current flowing through the ground fault resistor 5 linearly corresponds to those waveform distortions. However, the current flowing through the ground capacitance 4 changes relatively as the frequency increases because the impedance changes with respect to the frequency of the waveform distortion component. Therefore, it is desirable to remove harmonics and high-frequency components with a filter in order to detect a ground fault current of only a commercial fundamental frequency more accurately.
1006は電路電圧の入力回路で,電路との絶縁回路や1005と同様に過入力保護回路のほか必要に応じフィルター回路などを有する。電路電圧はこの場合対地電圧に相当する。
1007は演算回路で,電路電圧と零相電流の位相差を演算し,該位相差と零相電流の絶対的な大きさから抵抗分の地絡電流を演算する。その様子を図2,図3を元に説明する。
図2において,6は電路電圧のベクトル,7は零相電流のベクトルである。零相電流7は,抵抗分地絡電流8と対地静電容量分による常時漏洩電流9の合成電流である。演算回路1007は電路電圧信号の0点と電流信号の0点のタイムラグなどから電路電圧ベクトル6と零相電流のベクトル7の位相差θを計算し,零相電流ベクトル7の絶対値に位相差θの余弦(cos)を掛けて抵抗分地絡電流8の大きさを計算する。
In FIG. 2, 6 is a circuit voltage vector and 7 is a zero-phase current vector. The zero-
図3は別の方法を示す。図3は電路電圧10と零相電流11の瞬時値同士を積算して抵抗分地絡電流12の大きさを算出する方法を示している。(a)は,電路電圧と零相電流の位相差がない場合の事例で,位相差がないので,瞬時値同士を掛け合わせた場合,値は0以上のプラス側の範囲で周波数が2倍の信号になり,平均値が抵抗分地絡電流の大きさに比例する。
FIG. 3 shows another method. FIG. 3 shows a method of calculating the magnitude of the resistance
(b)は電路電圧と零相電流の位相差が90度の事例で,瞬時値同士を掛け合わせた場合,値は平均値がゼロで周波数が2倍の信号になる。図3はいわゆる同期整流による方法と同じである。 (B) is an example in which the phase difference between the circuit voltage and the zero-phase current is 90 degrees. When the instantaneous values are multiplied, the average value is zero and the frequency is doubled. FIG. 3 is the same as the method by so-called synchronous rectification.
ここで,電路電圧と漏洩電流の位相差の検出精度と抵抗分地絡電流の検出精度について図4で述べる。図4において電路電圧位相15に対し小さい位相差θ1の零相漏洩電流16があるとき,その位相差の検出誤差の範囲を±αとした場合,検出すべき抵抗分地絡電流17に対する誤差αの影響は±18となって17に対して相対的に小さい。しかし,電路電圧位相15に対し漏洩電流16’の位相差がθ2と大きい場合は,位相差の検出誤差の範囲が±αと同じでも,抵抗分地絡電流17’は小さく,誤差αの影響は±18’と大きくなるから17’に対して相対的に大きくなり,位相差の検出精度が同じであっても抵抗分地絡電流の検出精度は大きく変わる。
Here, the detection accuracy of the phase difference between the circuit voltage and the leakage current and the detection accuracy of the resistance ground fault current will be described with reference to FIG. In FIG. 4, when there is a zero-
演算回路1007は,演算した位相差と対地漏洩電流ならびに抵抗分地絡電流の大きさ及び予め設定された装置の位相差検出精度から抵抗分地絡電流の誤差範囲を演算する。誤差範囲は演算した抵抗分地絡電流に対し±%表示してもよいし,±mAで表示してもよい。±%表示の場合は図4において17(17’)に対する18(18’)の比であるし,±mAの場合は18(18’)をそのまま表示すればよい。1008は演算回路1007による抵抗分地絡電流の演算結果の出力手段であり,検出結果の出力をレベル表示したり数値で表示,あるいは信号出力する。1009は誤差範囲の表示出力手段で,1007が演算した前述の誤差範囲を±の%やmA,あるいはmini−max範囲を表示出力する。
The
なお,1007による演算が図3による方法で行われている場合,電路電圧と対地漏洩電流との位相差は,対地漏洩電流の絶対値と検出した抵抗分地絡電流の値から三角関数を用いて求めるなどの方法がある。 When the calculation by 1007 is performed by the method shown in FIG. 3, the phase difference between the circuit voltage and the ground leakage current uses a trigonometric function from the absolute value of the ground leakage current and the detected resistance ground fault current value. There is a way to ask.
図1による配線用遮断器10によれば,設置した電路の抵抗分地絡電流の大きさを検出表示できるとともに,その誤差範囲も知りえるから,抵抗分地絡電流があることを表示してもそれが本当にあるのかどうか,値が信頼できるかどうかを判断できる。
According to the
また,前述の例に挙げた1mAの抵抗分地絡電流を±10%の精度で検出しようとした場合,位相差の計測誤差以外の誤差を無視できれば,位相差が45度では,位相差の検出精度の許容値は±約5度であるが,位相差が85度では,必要な位相差の検出精度は±約0.5度必要になり位相差が90度に近づくほど位相差の検出精度への要求が厳しくなって装置コストが高くなる。しかし,一般的な電路において検知したい抵抗分地絡電流が流れている場合に位相差が45度以内の場合が多いということであれば,位相差の検出精度は±約5度の装置で充分であり,万一その位相差を超える場合には警報により精度を保証しえない状況であるということを知りえることで実用上は充分である。 In addition, when trying to detect the 1 mA resistance ground fault current given in the above example with an accuracy of ± 10%, if errors other than the phase difference measurement error can be ignored, the phase difference is 45 degrees. The permissible value of detection accuracy is ± 5 degrees, but if the phase difference is 85 degrees, the required phase difference detection accuracy is ± 0.5 degrees, and the phase difference is detected as the phase difference approaches 90 degrees. The demand for accuracy becomes stricter and the cost of the apparatus increases. However, if there are many cases where the phase difference is within 45 degrees when the resistance ground fault current to be detected is flowing in a general circuit, a device with a phase difference detection accuracy of ± about 5 degrees is sufficient. In the unlikely event that the phase difference is exceeded, it is practically sufficient to know that the accuracy cannot be guaranteed by an alarm.
図5と図6は,漏洩電流の大きさによって回路を遮断する漏電遮断器に抵抗分地絡電流表示機能を付加した場合の実施例である。図5の実施例における1001から1009は図1の実施例と同一の機能である。図において1010は図示しない開閉機構に作用し接点1001と1002を開離するトリップ装置で,演算回路1007の判定結果で作動するようにしている。この場合漏洩電流は対地漏洩電流としても抵抗分地絡電流としてもいずれでも可能である。図6の実施例は,トリップ装置1010を駆動するための漏洩電流検出回路1011を演算回路1007とは別に設けた例である。このような構成でも,図5と同一の機能を達成できる。図5や図6の漏電遮断器は,緊急を要しない絶縁不良では抵抗分地絡電流の大きさを表示して不良の程度を常時監視するが,漏洩電流が30mAを超えるような感電等の緊急を要する事故である場合は電路を遮断するように段階的に動作するものである。その際,遮断動作前の抵抗分地絡電流の表示については検出誤差範囲を同時に表示するから表示された抵抗分地絡電流の大きさが信頼できるかどうかを知り得る。
FIG. 5 and FIG. 6 show an embodiment in which a resistance ground fault current display function is added to the earth leakage breaker that breaks the circuit depending on the magnitude of the leakage current.
図7は,回路を遮断する主回路接点を有しない継電器である。図において1004から1009は図1のものと同じ構成である。但し,零相変流器は継電器のケーシング外に設置しても内蔵してもよい。また零相変流器は電路に設けるものでなく変圧器のB種接地線の対地漏洩電流を検出するようにしたものでもよい。1010’は継電器で,図5や図6の漏電遮断器が回路を遮断する代わりに,外部に接点出力する。あるいは,演算回路1007から信号が外部に出力されてもよい。このような漏電継電器では1010’の継電動作のほかに,事前の電路の抵抗分地絡電流の大きさを常時監視でき,且つ表示出力された抵抗分地絡電流の大きさが信頼できるかどうかを一目で判断できる。
FIG. 7 shows a relay that does not have a main circuit contact that interrupts the circuit. In the figure,
図8は,抵抗分地絡電流の計測器である。図において1004から1009は図7に示す継電器の場合と同じであるが,表示手段1008は常に抵抗分地絡電流をレベルあるいは数値で表示出力するようにしている。また1004の変流器はクランプ型とし,且つ電路電圧はワニ口クリップなどで電路に臨時に接続して入力回路1006に供給するようにしてもよい。このような計測器では,計測した抵抗分地絡電流値が信頼できるかどうかを一目で判断できる。
FIG. 8 shows a measuring instrument for resistance ground fault current. In the figure,
配線用遮断器や漏電遮断器,継電器や計測器のほか,その他の機能を有する監視装置などに付加して用いることができる。
In addition to circuit breakers, earth leakage breakers, relays and measuring instruments, it can also be used in addition to monitoring devices with other functions.
1・・・変圧器
2,2’・・・電路
3・・・接地
4・・・電路の対地静電容量
5・・・地絡抵抗
6・・・電圧ベクトル
7・・・対地漏洩電流ベクトル
8・・・抵抗分地絡電流ベクトル
9・・・常時漏洩電流ベクトル
10・・・電路電圧の単位波形
11,13・・・対地漏洩電流の波形
12,14・・・電路電圧の単位波形の瞬時値と対地漏洩電流の瞬時値の積算波形
15・・・電圧ベクトル
16,16’・・・対地漏洩電流ベクトル
17,17’・・・抵抗分地絡電流
18,18’・・・検出誤差
1001,1002・・・主回路接点
1003・・・過電流検出素子
1004・・・変流器
1005・・・波形整形回路
1006・・・波形整形回路
1007・・・演算回路
1008・・・表示手段
1009・・・警報手段
1010・・・トリップコイル
1010’・・・継電器
1011・・・漏電検知器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
Claims (3)
2. The apparatus for detecting a resistance ground fault current according to claim 1, wherein the apparatus provided with means for detecting the resistance ground fault current is a measuring instrument.
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