JP2009261039A - 高圧直流給電接地回路及び高圧直流給電漏電遮断回路 - Google Patents

Abstract

【課題】安全な接地回路及び漏電が発生しても負荷を遮断することなく接地解除できる接地回路を実現する。
【解決手段】第１抵抗素子と、第２抵抗素子とを備え、直流給電路の正極と負極間に前記第１抵抗素子と前記第２抵抗素子との直列接続回路を接続し、該第１抵抗素子と該第２抵抗素子との接続部を接地する。また、前記第１抵抗素子の両端電圧及び前記第２抵抗素子の両端電圧を前記漏電検出器が監視し、該第１抵抗素子の両端電圧と該第２抵抗素子の両端電圧との比又は差分に、漏電が発生していないときの比又は差分の値から所定以上の乖離が発生したとき前記開閉器を遮断状態とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、高圧直流給電に係る接地回路及び電漏電遮断回路に関する。

特許文献１には以下の記載がある。
「その目的は、三相３線式配電システムによりインバータを介して必要な電力を各種の電力機器に供給する配電設備においてＴＮ接地方式の採用を可能とし、しかも、漏電ブレーカを所望どおりに作動させることのできる接地方法を提供することである。」
「本発明の第１の特徴構成は、三相３線式配電システムにより漏電ブレーカを介して電力機器に電力が供給され、その電力機器が、保護接地導体を備えたＴＮ接地方式により接地され、前記漏電ブレーカと電力機器との間に高調波発生源が介在されている配電設備における接地方法であって、前記漏電ブレーカとして４極漏電ブレーカが使用され、前記高調波発生源が、そのＥＭＣ対策用のコンデンサを介し、かつ、前記４極漏電ブレーカを介して前記三相３線式配電システムの中性線に接続されているところにある。」
「本発明の第１の特徴構成によれば、漏電ブレーカとして４極漏電ブレーカが使用され、その４極漏電ブレーカと電力機器との間に介在される高調波発生源が、そのＥＭＣ対策用のコンデンサを介し、かつ、４極漏電ブレーカを介して三相３線式配電システムの中性線に接続されているので、ＥＭＣ対策用のコンデンサを介して高調波発生源から漏れる漏電は、４極漏電ブレーカにおいて相殺されることになり、ＴＮ接地方式を採用するにもかかわらず、高調波発生源からの漏電により漏電ブレーカが誤作動することはない。
そして、電力機器からの漏電に対しては、４極漏電ブレーカが所望どおりに作動するので、このような接地方法を採用することによって、たとえ高調波発生源を有する配電設備においても、ＴＮ接地方式を問題なく採用することができる。」

特許文献１は、三相交流用接地方式で、三相３線式配電システムにより漏電ブレーカを介して電力機器に電力が供給され、その電力機器が、保護接地導体を備えたＴＮ接地方式により接地されている。特許文献１では、漏電が発生すると電力機器への給電が遮断される。

特開２００５−１１６２７５号公報

交流電源用接地方式は多種存在するが、直流給電による接地方式は、単に片端を直接接地する方式が一般的である。これは、直流電圧が低圧である場合には特に問題となることはない。高圧直流給電では、片端接地方式では種々の問題（危険性）が発生する。

以上の現状に鑑み本発明は、安全な接地回路及び漏電が発生しても負荷を遮断することなく接地を解除するすなわち漏電遮断する回路を実現する。

上記の目的を実現するべく本発明は以下の構成を提供する。
（１）請求項１に係る直流給電接地回路は、第１抵抗素子と、第２抵抗素子とを備え、
直流給電路の正極と負極間に前記第１抵抗素子と前記第２抵抗素子との直列接続回路を接続し、該第１抵抗素子と該第２抵抗素子との接続部を接地することを特徴とする。
（２）請求項２に係る直流給電漏電遮断回路は、第１抵抗素子と、第２抵抗素子と、漏電検出器と、開閉器とを備え、直流給電路の正極と負極間に前記第１抵抗素子と前記第２抵抗素子との直列接続回路を接続し、該第１抵抗素子と該第２抵抗素子との接続部を前記開閉器を通して接地し該開閉器は導通状態であることを特徴とする。
（３）請求項３に係る直流給電漏電遮断回路は、請求項２において前記第１抵抗素子の両端電圧及び前記第２抵抗素子の両端電圧を前記漏電検出器が監視し、漏電が発生していないときの該第１抵抗素子の両端電圧と該第２抵抗素子の両端電圧との比又は差分を該漏電検出器が検出することを特徴とする。
（４）請求項４に係る直流給電漏電遮断回路は、請求項３において前記第１抵抗素子の両端電圧及び前記第２抵抗素子の両端電圧を前記漏電検出器が監視し、該第１抵抗素子の両端電圧と該第２抵抗素子の両端電圧との比又は差分に、漏電が発生していないときの該第１抵抗素子の両端電圧と該第２抵抗素子の両端電圧との比又は差分の値から所定以上の乖離が発生したとき該漏電検出器がこれを検出し前記開閉器を遮断状態とすることを特徴とする。
（５）請求項５に係る直流給電漏電遮断回路は、請求項４において前記第１抵抗素子の両端電圧及び前記第２抵抗素子の両端電圧を前記漏電検出器が監視し、該第１抵抗素子の両端電圧と該第２抵抗素子の両端電圧との比又は差分に、漏電が発生していないときの該第１抵抗素子の両端電圧と該第２抵抗素子の両端電圧との比又は差分の値から所定以上の乖離が発生しなくなったとき該漏電検出器がこれを検出し前記開閉器を導通状態とすることを特徴とする

（Ａ）請求項１に係る発明においては、直流給電路の正極と負極間に第１抵抗素子と第２抵抗素子との直列接続回路を接続し、第１抵抗素子と第２抵抗素子との接続部を接地しているので、接地電位と給電路電位との電位差が小さくなり、対接地電位に対する給電路電位に関して電圧的条件により安全である。
また、正負極給電路を抵抗素子を介して接地しているため、接地点と給電路との間による感電等が発生しても抵抗素子が感電体に直列に入るため電流は微少に制限され、電流的条件により安全である。
（Ｂ）請求項２〜５に係る発明においては、漏電検出器が第１抵抗素子の両端電圧及び第２抵抗素子の両端電圧を監視し両者の電圧比又は電圧差分の変化を検出することにより漏電を検出し、開閉器を遮断することにより漏電を回避し、また、復旧することができる。
さらに、漏電により開閉器を遮断しても負荷への給電は確保される。

（１）第１の実施の形態
（１−１）回路構成
図１は、本発明による第１の実施の形態を示す回路構成図である。
直流電源を受ける端子１、端子２、給電路Ｌｉｎｅ１、Ｌｉｎｅ２、負荷への給電端子、端子３、端子４が存在する。

給電路Ｌｉｎｅ１、Ｌｉｎｅ２間には、高抵抗の抵抗素子Ｒ１とＲ２の直列接続回路が接続され、抵抗素子Ｒ１とＲ２の接続点は接地されている。
給電路Ｌｉｎｅ１、Ｌｉｎｅ２間には直流高電圧が印加され、高電直流給電である。このため、抵抗素子Ｒ１、Ｒ２は高抵抗値である。
なお、端子１に直流正極電位が印加され、端子２に直流負極電位が印加され、給電路Ｌｉｎｅ１には正極電位、給電路Ｌｉｎｅ２には負極電位が印加されている。ここで、給電路Ｌｉｎｅ１、Ｌｉｎｅ２における直流電位の正負極は、任意であり以下の回路動作に関係しない。

（１−２）回路動作
図１を参照して本発明の第１の実施の形態の回路動作を説明する。
従来技術の直流給電の場合、給電路Ｌｉｎｅ１又はＬｉｎｅ２のいずれかが直接接地されているが、本発明の接地回路では、抵抗素子Ｒ１、Ｒ２を介して接地されている。抵抗素子Ｒ１及びＲ２は、任意の抵抗値比でよく（両抵抗値に大きな差がある場合を除く。）抵抗素子Ｒ１とＲ２の抵抗値は同一である必要はないが、ここでは説明を簡単にするため同一抵抗値として説明する。

抵抗素子Ｒ１とＲ２により分圧されて接地されているため、接地電位を基準とした給電路Ｌｉｎｅ１及びＬｉｎｅ２の電位は、入力電圧ＤＣＶ（この電圧値をＶｉとする。）の電圧Ｖｉの１／２となる。
（１）電圧の観点からすると、感電等が発生（人体が接地電位と給電路Ｌｉｎｅ１又はＬｉｎｅ２電位との差電位を受ける。以下同様。）しても電圧が１／２であり危険度が大幅に軽減される。

（２）電流の観点からすると、接地点と給電路Ｌｉｎｅ１間に抵抗素子Ｒ１、接地点と給電路Ｌｉｎｅ２間に抵抗素子Ｒ２が存在し、感電等が発生しても、感電体に高抵抗の抵抗素子Ｒ１又はＲ２が直列に入ることから電流制限され、感電時の電流が微少であり安全である。

（３）接地効果の観点からすると、抵抗素子Ｒ１とＲ２の接続点が接地されているので給電路Ｌｉｎｅ１及びＬｉｎｅ２の帯電が確実に防止される。
抵抗素子Ｒ１及びＲ２が高抵抗であっても給電路Ｌｉｎｅ１及びＬｉｎｅ２の帯電は充分に防止できる。

（２）第２の実施の形態
（２−１）回路構成
図２は、本発明による第２の実施の形態を示す回路構成図である。
第２の実施の形態では、第１の実施の形態における図１の抵抗素子Ｒ１及びＲ２に加え、漏電検出器Ｌｅ及び開閉器ＳＷをさらに備えている。図１と同一の構成のものは、同一符号を付して説明を省略する。
なお、第１の実施の形態と同様に、端子１に直流正極電位が印加され、端子２に直流負極電位が印加され、給電路Ｌｉｎｅ１には正極電位、給電路Ｌｉｎｅ２には負極電位が印加されている。ここで、給電路Ｌｉｎｅ１、Ｌｉｎｅ２における直流電位の正負極は、任意であり以下の回路動作に関係しない。

漏電検出器Ｌｅは、給電路Ｌｉｎｅ１、Ｌｉｎｅ２と接地間との漏洩電流を検出するものである。すなわち、接地点と給電路Ｌｉｎｅ１、Ｌｉｎｅ２間はそれぞれ高抵抗の抵抗素子Ｒ１、Ｒ２を介して導通しているので、給電路Ｌｉｎｅ１、Ｌｉｎｅ２と接地間に導電体が接続されると電流路が形成され該導電体及び抵抗素子Ｒ１、Ｒ２に電流が流れる。
給電路Ｌｉｎｅ１と接地間に導電体が接続されると抵抗素子Ｒ２を経由した電流が該導電体に流れ、給電路Ｌｉｎｅ２と接地間に導電体が接続されると抵抗素子Ｒ１を経由した電流が該導電体に流れる。
開閉器ＳＷは、漏電検出器による漏電（人体による感電も含む）検出により、漏電検出器から制御されて開閉器ＳＷの接点を切り替え接地を遮断するものである。
また、漏電の発生がなくなると、漏電検出器により制御され開閉器ＳＷは導通される。

（２−２）回路動作
図２を参照して本発明の第２の実施の形態の回路動作を説明する。
抵抗素子Ｒ１とＲ２の抵抗値比は、１対１とするのが通例であるが、必ずしも１対１である必要はない。
漏電が発生しない状態では、抵抗素子Ｒ１、Ｒ２に分圧される電圧は以下のとおりである。抵抗素子Ｒ１の抵抗値をｒ１、抵抗素子Ｒ２の抵抗値をｒ２、抵抗素子Ｒ１の両端電圧をＶｒ１、抵抗素子Ｒ２の両端電圧をＶｒ２、入力電圧ＤＣＶの電圧値をＶｉとする。
（１）抵抗素子Ｒ１の両端電圧は、Ｖｒ１＝Ｖｉ・ｒ１／（ｒ１＋ｒ２）
（２）抵抗素子Ｒ２の両端電圧は、Ｖｒ２＝Ｖｉ・ｒ２／（ｒ１＋ｒ２）

漏電が発生しない状態では、抵抗素子Ｒ２の両端電圧Ｖｒ２と抵抗素子Ｒ１の両端電圧Ｖｒ１との比であるＶｒ１／Ｖｒ２＝Ｒａにおいて、Ｒａは一定の値をもつ。

上式（１）、（２）において、Ｖｒ１／Ｖｒ２＝ＲａにおけるＲａ値を漏電検出器Ｌｅが検出している状態で、給電路Ｌｉｎｅ１と接地間に漏電が発生したとすると、抵抗素子Ｒ１に漏電原因である抵抗が並列に挿入されたことになり、抵抗素子Ｒ１の両端電圧が低下し、Ｖｒ１／Ｖｒ２＝Ｒａ１となり、Ｒａとは別の値のＲａ１を漏電検出器Ｌｅが検出する。このとき、Ｒａ１＜Ｒａであり、漏電が発生したと判別できる。
これにより、漏電検出器Ｌｅが開閉器ＳＷを制御し、開閉器ＳＷの接点をＡからＢに切り替え、抵抗素子Ｒ１とＲ２の接続点の接地を解除する。ただし、接点Ｂは必要なものではない。
このように、接地を解除することにより、接地点と給電路Ｌｉｎｅ１との間に存在する漏電原因導電体と抵抗素子Ｒ２で形成する電流路（すなわち、給電路Ｌｉｎｅ１→漏電原因導電体→抵抗素子Ｒ２→給電路Ｌｉｎｅ２の電流路）を遮断し、漏電電流を遮断する。

次に、給電路Ｌｉｎｅ２と接地間に漏電が発生したとすると、抵抗素子Ｒ２に漏電原因である抵抗が並列に挿入されたことになり、抵抗素子Ｒ２に印加される電圧が低下し、Ｖｒ１／Ｖｒ２＝Ｒａ２となり、Ｒａとは別の値のＲａ２を漏電検出器Ｌｅが検出する。このとき、Ｒａ２＞Ｒａであり、同様に漏電が発生したと判別できる。
これにより、漏電検出器Ｌｅが開閉器ＳＷを制御し、開閉器ＳＷの接点をＡからＢに切り替え、抵抗素子Ｒ１とＲ２の接続点の接地を解除する。ただし、接点Ｂは必要なものではない。
このように、接地を解除することにより、接地点と給電路Ｌｉｎｅ２との間に存在する漏電原因導電体と抵抗素子Ｒ１で形成する電流路（すなわち、給電路Ｌｉｎｅ２→漏電原因導電体→抵抗素子Ｒ１→給電路Ｌｉｎｅ１の電流路（電流の向きは逆））を遮断し、漏電電流を遮断する。

上記では、Ｖｒ１／Ｖｒ２としてＶｒ２とＶｒ１の比の変化で漏電を検出したが、Ｖｒ１とＶｒ２の差分の変化で漏電を検出してもよい。

この場合は、抵抗素子Ｒ１とＲ２の抵抗値は同一とし、ｒ１＝ｒ２とする。
抵抗素子Ｒ２、Ｒ１の両端電圧の差分は、Ｖｒ１−Ｖｒ２＝Ｄｉ。Ｄｉは一定の値をもつ。この状態で給電路Ｌｉｎｅ１と接地間に漏電が発生したとすると、抵抗素子Ｒ１の両端電圧は低下し、Ｖｒ１−Ｖｒ２＝Ｄｉ１となり、Ｄｉとは別の値のＤｉ１を漏電検出器Ｌｅが検出する。このとき、Ｄｉ１＜Ｄｉであり、同様に漏電が発生したと判別できる。
これにより、漏電検出器Ｌｅが開閉器ＳＷを制御し、開閉器ＳＷの接点をＡからＢに切り替え、抵抗素子Ｒ１とＲ２の接続点の接地を解除する。ただし、接点Ｂは必要なものではない。
このように、接地を解除することにより、接地点と給電路Ｌｉｎｅ１との間に存在する漏電原因導電体と抵抗素子Ｒ２で形成する電流路（すなわち、給電路Ｌｉｎｅ１→漏電原因導電体→抵抗素子Ｒ２→給電路Ｌｉｎｅ２の電流路）を遮断し、漏電電流を遮断する。

次に、給電路Ｌｉｎｅ２と接地間に漏電が発生したとすると、抵抗素子Ｒ２の両端電圧は低下し、Ｖｒ１−Ｖｒ２＝Ｄｉ２となり、Ｄｉとは別の値のＤｉ２を漏電検出器Ｌｅが検出する。このとき、Ｄｉ２＞Ｄｉであり、同様に漏電が発生したと判別できる。
これにより、漏電検出器Ｌｅが開閉器ＳＷを制御し、開閉器ＳＷの接点をＡからＢに切り替え、抵抗素子Ｒ１とＲ２の接続点の接地を解除する。ただし、接点Ｂは必要なものではない。
このように、接地を解除することにより、接地点と給電路Ｌｉｎｅ２との間に存在する漏電原因導電体と抵抗素子Ｒ１で形成する電流路（すなわち、給電路Ｌｉｎｅ２→漏電原因導電体→抵抗素子Ｒ１→給電路Ｌｉｎｅ１の電流路（電流の向きは逆））を遮断し、漏電電流を遮断する。

上記、第１抵抗素子の両端電圧と第２抵抗素子の両端電圧の比又は差分の乖離を漏電検出器が検出し漏電検出器が開閉器ＳＷを制御し漏電遮断したいずれの場合でも、上記比又は差分の乖離が無くなったことを漏電検出器が検出すると漏電検出器は開閉器ＳＷを制御して開閉器ＳＷを導通状態に戻す。すなわち、比においてはＶｒ１／Ｖｒ２＝Ｒａ、差分においてはＶｒ１−Ｖｒ２＝Ｄｉ、となるＲａ値、Ｄｉ値を漏電検出器が検出したときである。

漏電が復旧した場合（Ｖｒ１／Ｖｒ２＝Ｒａ又はＶｒ１−Ｖｒ２＝Ｄｉの状態）漏電検出器Ｌｅが開閉器ＳＷを制御して、開閉器ＳＷにおいて、接点Ａに切り替え、抵抗素子Ｒ１とＲ２の接続点を接地する。

以上、いずれの漏電においても、接地を解除するのみで、負荷電流を遮断しない。すなわち、給電路Ｌｉｎｅ１及びＬｉｎｅ２の帯電を確実に防止しながら、漏電が発生したとき、接地を解除するのみでよい。

ここで、抵抗素子Ｒ１の両端電圧Ｖｒ１、抵抗素子Ｒ２の両端電圧Ｖｒ２の比又は差分の変化で漏電を検出するいずれの場合でも、所定の変化値すなわち、所定の乖離幅以上をもって漏電と判別することが望ましい。すなわち、極微少の乖離ですべて漏電と検出すると、誤動作の元となる。したがって、漏電検出器が漏電と判別するとき、ある一定（所定）の乖離幅の検出（漏電検出器が）を以って、漏電と判別する。
また、漏電が復旧したと判別する場合も、上記比又は差分において、ある一定（所定）の乖離幅未満を検出して漏電なしと判別する。
この場合、チャタリングを発生させないために乖離幅にヒステリシスをもたせるのが有効である。

は、本発明による接地回路構成図である。 は、本発明による漏電検出器、開閉器をさらに備えた接地回路構成図である。

符号の説明

Ｒ１、Ｒ２ 抵抗素子
Ｌｉｎｅ１、Ｌｉｎｅ２ 給電路
ＳＷ 開閉器
Ｌｅ 漏電検出器
ＤＣＶ 入力直流電圧
Ｇ 接地

Claims (5)

1. 第１抵抗素子と、第２抵抗素子とを備え、
   直流給電路の正極と負極間に前記第１抵抗素子と前記第２抵抗素子との直列接続回路を接続し、該第１抵抗素子と該第２抵抗素子との接続部を接地することを特徴とする直流給電接地回路。
2. 第１抵抗素子と、第２抵抗素子と、漏電検出器と、開閉器とを備え、
   直流給電路の正極と負極間に前記第１抵抗素子と前記第２抵抗素子との直列接続回路を接続し、該第１抵抗素子と該第２抵抗素子との接続部を前記開閉器を通して接地し該開閉器は導通状態であることを特徴とする直流給電漏電遮断回路。
3. 前記第１抵抗素子の両端電圧及び前記第２抵抗素子の両端電圧を前記漏電検出器が監視し、漏電が発生していないときの該第１抵抗素子の両端電圧と該第２抵抗素子の両端電圧との比又は差分を該漏電検出器が検出することを特徴とする請求項２に記載の直流給電漏電遮断回路。
4. 前記第１抵抗素子の両端電圧及び前記第２抵抗素子の両端電圧を前記漏電検出器が監視し、該第１抵抗素子の両端電圧と該第２抵抗素子の両端電圧との比又は差分に、漏電が発生していないときの該第１抵抗素子の両端電圧と該第２抵抗素子の両端電圧との比又は差分の値から所定以上の乖離が発生したとき該漏電検出器がこれを検出し前記開閉器を遮断状態とすることを特徴とする請求項３に記載の直流給電漏電遮断回路。
5. 前記第１抵抗素子の両端電圧及び前記第２抵抗素子の両端電圧を前記漏電検出器が監視し、該第１抵抗素子の両端電圧と該第２抵抗素子の両端電圧との比又は差分に、漏電が発生していないときの該第１抵抗素子の両端電圧と該第２抵抗素子の両端電圧との比又は差分の値から所定以上の乖離が発生しなくなったとき該漏電検出器がこれを検出し前記開閉器を導通状態とすることを特徴とする請求項４に記載の直流給電漏電遮断回路。

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