JP2009303439A

JP2009303439A - 検出装置

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Publication number: JP2009303439A
Application number: JP2008157521A
Authority: JP
Inventors: Kiwamu Suzuki; 究鈴木; Takeshi Kitani; 剛士木谷; Masahiko Hanazawa; 昌彦花澤; Masamitsu Takizawa; 将光滝沢; Hiroshi Shiroichi; 洋城市
Original assignee: Fuji Electric Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2008-06-17
Filing date: 2008-06-17
Publication date: 2009-12-24
Anticipated expiration: 2028-06-17
Also published as: JP5305070B2

Abstract

【課題】接地線に流れる電流が小さい場合でも安定した動作を確保することができ、変流器を用いない動作原理によって低い周波数の運転領域を含む電力変換装置への適用を可能にした検出装置（地絡検出器）を提供する。
【解決手段】接地線１０２に直列接続された抵抗Ｒ_２から電圧を検出し、この電圧を整流する整流回路１１１と、整流回路１１１の出力電圧（電源電圧Ｖ_ｃｃ）が基準電圧を超えた時に間欠信号を発生する間欠信号発生回路１６と、前記間欠信号を光信号に変換するＥ／Ｏ変換回路２１とを備え、接地線１０２に地絡電流Ｉ_０が流れたことを前記光信号により検出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、接地線に電流が流れたことを検出する検出装置に関し、詳しくは、地絡電流を光信号により検出する地絡検出器に関するものである。

図９は、特許文献１に記載されている従来の地絡検出器を示している。
図９において、１０２は地絡故障発生時に地絡電流Ｉ_０が流れる接地線、ＣＴ_１は、接地線１０２に流れた地絡電流Ｉ_０を絶縁すると共にその大きさを変換して出力する変流器、１０４は地絡検出器本体、２２は地絡検出時に検出器本体１０４から出力される光信号を伝送する光ファイバ、１０８は上記光信号を監視するための監視装置、２３は上記光信号を電気信号に変換するためのＯ／Ｅ変換回路である。

また、地絡検出器本体１０４の内部構成は次の通りである。すなわち、ＺＤは入力保護のための定電圧ダイオード、１１１は入力された電流Ｉ_１を整流するための整流回路、Ｃ_１は整流回路１１１の出力を平滑して回路の電源電圧Ｖ_ｃｃを一定にするためのコンデンサ、ＣＴ_２，ＣＴ_３は電流Ｉ_１の大きさを変換して後段の回路に伝えるための変流器、１３１，１３２はそれぞれ変流器ＣＴ_２，ＣＴ_３の出力電流Ｉ_２，Ｉ_３に含まれるノイズ等の不要な信号を取り除くためのフィルタ回路、１４１，１４２はフィルタ回路１３１，１３２の出力を整流する半波整流回路、１５１，１５２は半波整流回路１４１，１４２の出力を基準電圧と比較するための電圧比較回路、２０は二系統の電圧比較回路１５１，１５２から出力される信号ＥＦ_１，ＥＦ_２の論理和を演算する論理和回路、２１は論理和回路２０から出力される電気信号を内部の発光素子により光信号に変換して出力するためのＥ／Ｏ変換回路である。

次に、この地絡検出器の動作を概説する。
地絡故障が発生していない正常時は、接地線１０２に地絡電流Ｉ_０が流れないので、変流器ＣＴ_１の出力電流Ｉ_１は零となる。この状態では、整流回路１１１を介して電源電圧Ｖ_ｃｃが供給されないため、検出器本体１０４内の各回路が動作せず、結果的に、Ｅ／Ｏ変換回路２１からは地絡故障時の光信号が出力されない。

地絡故障が発生して接地線１０２に地絡電流Ｉ_０が流れると、変流器ＣＴ_１により変流された電流Ｉ_１が流れ、これを整流回路１１１により整流した出力がコンデンサＣ_１により平滑されて電源電圧Ｖ_ｃｃが供給され、検出器本体１０４内の各回路が動作可能な状態となる。
ここで、変流器ＣＴ_１の変流比は、接地線１０２に地絡故障として検出すべき電流が流れたときに電源電圧Ｖ_ｃｃが十分な大きさになるような値に設定すればよい。また、接地線１０２に流れる地絡電流Ｉ_０が想定した値より大きくなり、電源電圧Ｖ_ｃｃが回路を動作させるために必要な電圧を超えるような場合には、整流回路１１１の入力側に接続された定電圧ダイオードＺＤにより整流回路１１１の入力電圧が制限されるので、電源電圧Ｖ_ｃｃは許容値を超えることがない。

次いで、電流Ｉ_１が流れたときに地絡故障を判定する部分の動作を説明する。なお、図９では、電流Ｉ_１を変流器ＣＴ_２，ＣＴ_３により二系統の電流Ｉ_２，Ｉ_３に変換し、電流Ｉ_１の正側の値と負側の値とを別々に故障判定できるようにしている。

電流Ｉ_１を変流器ＣＴ_２により変流して得られる電流Ｉ_２を、電流Ｉ_１の正側の値に対する故障判定に用いる。この電流Ｉ_２は、フィルタ回路１３１によってノイズ等の高周波成分を取り除き、半波整流回路１４１により負側の値を除去して正側の値のみとなる。半端整流回路１４１から出力された電圧は電圧比較回路１５１に入力され、この電圧が故障判定の基準電圧を超える場合は信号ＥＦ_１の論理値を”１”、超えない場合は信号ＥＦ_１の論理値を”０”とする。

同様に、電流Ｉ_１を変流器ＣＴ_３により変流して得られる電流Ｉ_３を、電流Ｉ_１の負側の値に対する故障判定に用いる。電流Ｉ_３はフィルタ回路１３２によって高周波成分を取り除き、半波整流回路１４２により正側の値を除去して負側の値のみとなる。半波整流回路１４２から出力された電圧は電圧比較回路１５２に入力され、この電圧が故障判定の基準電圧を超える場合は信号ＥＦ_２の論理値を”１”、超えない場合は信号ＥＦ_２の論理値を”０”とする。
論理和回路２０では信号ＥＦ_１，ＥＦ_２の何れか一方の論理値が”１”のときに出力の論理値を”１”とし、次段のＥ／Ｏ変換回路２１では、入力が論理値”１”のときに内部の発光素子を点灯状態として光信号を出力する。

以上の動作について、図１０の波形図を用いて説明する。
図１０の（１）は電流Ｉ_０が正弦波の例を示しており、Ｌ_Ｐ，Ｌ_Ｎはそれぞれ電流Ｉ_０の正側の値と負側の値に対する地絡故障の判定値を示している。また、図１０の（２），（３）は、それぞれ前述した電圧比較回路１５１の出力信号ＥＦ_１と電圧比較回路１５２の出力信号ＥＦ_２であり、図１０の（４）は、Ｅ／Ｏ変換回路２１の光出力（点灯，消灯の状態）を示す。

電流Ｉ_０が流れ、この値が地絡故障の正側の判定値Ｌ_Ｐより大きい場合は信号ＥＦ_１の論理値が”１”となり、Ｅ／Ｏ変換回路２１が点灯して地絡故障を示す光信号を出力する。この場合、電流Ｉ_０は変流器ＣＴ_１により電流Ｉ_１に変換され、この電流Ｉ_１を変流器ＣＴ_２により電流Ｉ_２に変換し、フィルタ回路１３１及び半波整流回路１４１により処理した結果を電圧比較回路１５１において基準電圧と比較する。ここで、電圧比較回路１５１の基準電圧は図１０（１）におけるＬ_Ｐに対応するが、実際の回路では変流器ＣＴ_１，ＣＴ_２とフィルタ回路１３１及び半波整流回路１４１を通る過程で信号の値が変換されることから、電圧比較回路１５１の基準電圧も信号の値が変換されることを考慮して設定されている。

また、電流Ｉ_０の値が地絡故障の負側の判定値Ｌ_Ｎより小さい場合は信号ＥＦ_２の論理値が”１”となり、Ｅ／Ｏ変換回路２１が点灯して地絡故障を示す光信号を出力する。
この場合も、電流Ｉ_０が変流器ＣＴ_１により電流Ｉ_１に変換され、この電流Ｉ_１を変流器ＣＴ_３が電流Ｉ_３に変換し、フィルタ回路１３２及び半波整流回路１４２により処理した結果を電圧比較回路１５２において基準電圧と比較する。電圧比較回路１５２の基準電圧は図１０（１）におけるＬ_Ｎに対応するが、前記同様に実際の回路では変流器ＣＴ_１，ＣＴ_３とフィルタ回路１３２及び半波整流回路１４２を通る過程で信号の値が変換されることから、電圧比較回路１５２の基準電圧も信号の値が変換されることを考慮して設定されている。

以上のように、電圧比較回路１５１による処理結果である図１０（２）の信号ＥＦ_１と、電圧比較回路１５２による処理結果である図１０（３）の信号ＥＦ_２とは、論理和回路２０により演算処理され、図１０（４）の光出力は、信号ＥＦ_１，ＥＦ_２の何れか一方の論理値が”１”のときに点灯状態となり、信号ＥＦ_１，ＥＦ_２の両方の論理値が”０”のときに消灯状態となる。
そして、Ｅ／Ｏ変換回路２１から出力される光信号が光ファイバ２２を介して監視装置１０８に伝送され、Ｏ／Ｅ変換回路２３により光信号が電気信号に変換されて地絡故障が検知されることになる。

さて、この種の地絡検出器は様々な装置に用いられるが、一例として、図１１に示すような電力変換装置２０１に使用される場合がある。この電力変換装置２０１は、一般的に直列多重インバータと呼ばれる装置であり、一次側が交流電源に接続された変圧器ＴＲの二次側において、相ごとに直列多重接続された単相インバータＵ_１〜Ｕ_４，Ｖ_１〜Ｖ_４，Ｗ_１〜Ｗ_４を介して負荷に電源電圧が供給されるように構成されている。なお、２０２は図９に示したような地絡検出器であり、電力変換装置２０１の中性点に一端が接続された接地線に接続されている。

ここで、電力変換装置２０１の負荷として交流電動機Ｍが接続される場合、電力変換装置２０１の出力周波数と出力電圧との関係は、交流電動機Ｍの定格周波数Ｆ_１及び定格電圧Ｖ_１を基準として、図１２に示すような比例関係として制御することが一般的に行われている。
この種の直列多重インバータにおいて、図１１に示したように地絡検出器２０２を接続すると、地絡故障が発生した場合は地絡検出器２０２を介して接地点に電流が流れるので、この電流を監視することによって地絡故障を検出することができる。

上述したような直列多重インバータは、規模の大きいプラント等の設備に使用されることが多い。このような用途では、一部の単相インバータに故障が発生してもプラント設備全体の動作継続を優先させるために、故障状態のままで運転を継続することがあるが、地絡故障が発生した状態で運転を継続する場合には、電動機の運転制御や他の機器に対する影響をなくすために、接地線に流れる地絡電流は極力小さくする必要がある。
また、直列多重インバータは様々な場所に設置され、運転中も点検のために作業員が装置に近づく可能性があり、この際には作業員が接地線に直接触れることも想定される。このような状態で地絡故障が発生した場合にも人体に悪影響が及ばないように、接地線に流れる電流を十分小さくすることが不可欠となっている。

特開平６−３１３７７６号公報（段落［００１２］〜［００２０］、図２等）

接地線に流れる電流を小さくするには、接地線に直列に抵抗素子を接続して電流を制限する方法が一般的である。
しかし、図９に示した如く、接地線１０２に流れた電流を変流器ＣＴ_１を介して検出器本体１０４に供給する方式では、変流器ＣＴ_１を動作させるために比較的大きな電流が必要であり、これに加えて、Ｅ／Ｏ変換回路２１を安定して動作させるためにも十分な大きさの電流を確保する必要がある。
このため、接地線１０２に直列に抵抗素子を接続して電流を制限してしまうと、変流器ＣＴ_１の動作やＥ／Ｏ変換回路２１の動作が不安定になったり、場合によっては全く動作できなくなる恐れがある。

また、電動機を負荷とするインバータでは、出力周波数が低い領域で運転することがあり、この場合は直流に近い状態の電流が流れることがあるが、変流器は直流成分や低い周波数成分を含む電流を流すと偏磁現象が起き、最悪の場合は焼損が発生する。このため、図９のように変流器を用いた地絡検出器は使用できる周波数に制限を設ける必要があり、電動機のように低い周波数の運転領域を含むインバータに適用することが難しいという問題もあった。

そこで、本発明の解決課題は、接地線に流れる電流が小さい場合でも安定した動作を確保することができ、しかも、変流器を用いない動作原理によって低い周波数の運転領域を含むインバータ等の電力変換装置への適用も可能にした検出装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、接地線に直列接続されたインピーダンス素子から電圧を検出する手段と、前記電圧を整流する整流手段と、前記整流手段の出力電圧が基準電圧を超えた時に間欠信号を発生する手段と、前記間欠信号を光信号に変換する手段と、を備え、前記接地線に地絡電流等の電流が流れたことを前記光信号により検出するものである。

請求項２に係る発明は、接地線に直列接続されたインピーダンス素子から電圧を検出する手段と、前記電圧を整流する整流手段と、前記整流手段の出力電圧を安定化する電圧安定化手段と、前記電圧安定化手段の出力電圧が基準電圧を超えた時に間欠信号を発生する手段と、前記間欠信号を光信号に変換する手段と、を備え、前記接地線に地絡電流等の電流が流れたことを前記光信号により検出するものである。

請求項３に係る発明は、接地線に直列接続されたインピーダンス素子から電圧を検出する手段と、前記電圧を整流する整流手段と、前記整流手段の出力電圧を安定化する電圧安定化手段と、前記電圧安定化手段の出力電圧が第１の基準電圧を超えた時に間欠信号を発生する手段と、前記整流手段の出力電圧が第２の基準電圧を超えた時に前記間欠信号を有効とする出力制御手段と、前記出力制御手段により有効とされた前記間欠信号を光信号に変換する手段と、を備え、前記接地線に地絡電流等の電流が流れたことを前記光信号により検出するものである。

請求項４に係る発明は、接地線に直列接続されたインピーダンス素子から電圧を検出する手段と、前記電圧を整流する整流手段と、前記整流手段の出力電圧を安定化する電圧安定化手段と、前記電圧安定化手段の出力電圧が第１の基準電圧を超えた時に間欠信号を発生する間欠信号発生手段と、前記整流手段の出力電圧の大きさに応じて前記間欠信号の周期を変化させる手段と、前記整流手段の出力電圧が第２の基準電圧を超えた時に前記間欠信号を有効とする出力制御手段と、前記出力制御手段により有効とされた前記間欠信号を光信号に変換する手段と、を備え、前記接地線に地絡電流等の電流が流れたことを前記光信号により検出するものである。

本発明によれば、接地線に流れる地絡電流を電圧に変換して間欠信号を生成し、この間欠信号を光信号に変換して地絡故障を検出するため、間欠的に点灯する光信号により消費電力を低減し、結果的に、地絡電流が小さい場合にも安定した地絡検出動作を行うことができる。また、変流器を使用せずに前述した偏磁の問題も生じないことから、低い周波数の運転領域を含むインバータに適用しても何ら支障はない。
更に、地絡電流をインピーダンス素子により微小な値に制限できるので、地絡発生時にも直列多重インバータ等の電力変換装置の継続的な運転が可能であると共に、仮に作業員が接地線に触れた場合にも人体への影響を最小限にすることができる。
総じて、信頼性が高く、地絡故障発生時にも安全かつ安定して電力変換装置を運転可能な低コストの検出装置を提供することができる。

以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る検出装置としての地絡検出器の構成図であり、図９と同一の構成要素には同一の参照符号を付してある。

図１において、接地線１０２にはインピーダンス素子としての抵抗Ｒ_１，Ｒ_２が直列接続されており、抵抗Ｒ_２の両端には地絡検出器本体１の入力端子が接続されている。ここで、抵抗Ｒ_１，Ｒ_２を適当な値に選定することにより、接地線１０２を流れる電流Ｉ_０を任意の値に制限すると共に、抵抗Ｒ_２の電圧降下により、検出器本体１の入力電圧Ｖ_ｉｎを任意の値に設定することができる。
なお、検出器本体１の入力端子には、図９と同様に定電圧ダイオードＺＤ、整流回路１１１及び平滑コンデンサＣ_１が接続され、平滑コンデンサＣ_１の両端から電源電圧Ｖ_ｃｃを供給するように構成されている。

検出器本体１には、前記電源電圧Ｖ_ｃｃが供給される間欠信号発生回路１６が設けられており、その出力信号は増幅器１８を介してＥ／Ｏ変換回路２１に入力されている。Ｅ／Ｏ変換回路２１から出力される光信号は、前記同様に光ファイバ２２を介して監視装置１０８内のＯ／Ｅ変換回路２３に伝送されている。

この実施形態の動作を、図２，図３を参照しつつ説明する。
図１の構成において地絡故障が発生すると、図２（１）に示すように接地線１０２に電流Ｉ_０が流れるが、このときの電流Ｉ_０は抵抗Ｒ_１，Ｒ_２によって大きさが制限された電流となる。
電流Ｉ_０が流れることにより、抵抗Ｒ_２の両端には検出器本体１に対する入力電圧Ｖ_ｉｎが発生し、接地線１０２から検出器本体１に電流Ｉ_１が流れ込む。この状態で、電流Ｉ_１は整流回路１１１により整流されてコンデンサＣ_１が充電され、図２（２）のように電源電圧Ｖ_ｃｃが上昇して最終的にはＶ_ｇ２で示すような一定値に到達する。

こうしてコンデンサＣ_１が充電される過程において、電源電圧Ｖ_ｃｃが図２（２）のＶ_ｇ１で示されるような回路動作に必要な基準電圧に達すると、図１の間欠信号発生回路１６から、図２（３）のように周期Ｔで一時的に論理値が”１”となる間欠信号Ｓ_ｉｎｔが出力され、後段のＥ／Ｏ変換回路２１に入力される。このＥ／Ｏ変換回路２１は、間欠信号Ｓ_ｉｎｔの論理値が”１”のときに内部の発光素子が点灯状態となって光信号を出力し、この光信号が光ファイバ２２を介して監視装置１０８に送られ、Ｏ／Ｅ変換回路２３により電気信号に変換されることで地絡故障を検知することができる。
ここで、上記間欠信号Ｓ_ｉｎｔは、図３に示す如く、周期Ｔにおいて論理値”１”の周期Ｔ_１が論理値”０”の周期Ｔ_２より十分短いほど、消費電力の低減に効果的である。

以上のように構成することで、電流Ｉ_０の周期と比べてＥ／Ｏ変換回路２１が点灯する期間の合計を十分短くできるので、消費電力を低減することができ、結果として少ない電流Ｉ_１により回路を動作させて地絡故障を検出できるようになる。
なお、図２の波形図では電流Ｉ_０を正弦波の交流電流として説明したが、本実施形態及び後述する各実施形態では何れも変流器を用いていないため、接地点に交流電流の実効値と同じ大きさの直流電流が流れれば動作可能である。

次に、図４は本発明の第２実施形態に係る地絡検出器の構成図である。
図４において、２は地絡検出器本体、１２は平滑コンデンサＣ_１の両端に接続された電圧安定化回路（直流定電圧回路）であり、Ｃ_２は電圧安定化回路１２の出力側に接続された平滑コンデンサである。なお、他の構成は図１と同様である。
ここで、電圧安定化回路１２は直流入力電圧を一定値に維持して出力するものであり、その内部構成は周知かつ様々であるため、詳細な説明を省略する。

図１１に示したように、中性点と接地点との間の接地線に地絡検出器２０２を接続してなる直列多重インバータでは、地絡状態において接地線に流れる電流がインバータの出力電圧によって変化するので、結果として地絡検出器の入力電圧もインバータの出力電圧によって変化する。
このような場合、図１の第１実施形態では定電圧ダイオードＺＤによって整流回路１１１の入力電圧が一定値を超えないように保護するだけであるため、回路の電源電圧Ｖ_ｃｃが大きく変動することが考えられる。これに対して、図４に示す第２実施形態によれば、整流回路１１１の出力側に電圧安定化回路１２を接続したことにより、入力電圧の変動の影響を取り除き、電源電圧Ｖ_ｃｃを一定に保つので、回路をより安定に動作させることができる。

上述したように、第１実施形態または第２実施形態では、変流器を使用することなく、地絡電流による電圧降下を入力電圧Ｖ_ｉｎとして検出器本体１または２に取り込むと共に、地絡故障時には、間欠信号によりＥ／Ｏ変換回路２１から出力される光信号を間欠的に点灯させている。このため、変流器を用いることによる偏磁の問題が解消され、かつ消費電力の低減が可能であると共に、接地線１０２を流れる電流が小さい時にも安定した動作を実現することができる。

ここで、地絡検出器を構成する回路には汎用の電子部品が使用される。電子部品は部品ごとに使用できる電源電圧の範囲が決まっており、この範囲から外れると安定に動作できない。このような電源電圧は、一般的なＴＴＬ等のロジック部品の場合は、例えば５Ｖ±５％（４．７５Ｖ〜５．２５Ｖ）という狭い範囲であり、安定に動作させるためには電源電圧を精密に制御しなければならない。

しかし、前述した第１実施形態では、地絡検出器の中に電圧を安定化させる手段を持たないので電源電圧Ｖ_ｃｃを精密に制御することが難しく、このために一般の電子部品を使用することが難しい。
また、第２実施形態によれば、電源電圧Ｖ_ｃｃを安定化することは可能であるが、単に電源電圧Ｖ_ｃｃを基準電圧Ｖ_ｇ１と比較して得た間欠信号Ｓ_ｉｎｔを光信号に変換する点では第１実施形態と同様である。このため、例えば電源電圧Ｖ_ｃｃが完全に安定するまでの間に一時的なノイズ等により電源電圧Ｖ_ｃｃが基準電圧Ｖ_ｇ１を上回った場合にも間欠信号Ｓ_ｉｎｔが発生し、これに基づく光信号によって地絡故障を誤認するおそれがある。

上記の点に鑑み、本発明の第３実施形態は、地絡故障の検出精度を一層高めて安定した動作を可能にしたものである。
図５は、第３実施形態に係る地絡検出器の構成図であり、図１，図４と同一の構成要素には同一の参照符号を付してある。以下では、図１，図４と異なる部分を中心に説明する。

図５に示す地絡検出器本体３において、平滑コンデンサＣ_１の両端には、その電圧Ｖ_ｃ１を検出する電圧検出回路３１が接続されている。
また、間欠信号発生回路１６から出力される第１の間欠信号Ｓ_ｉｎｔ１は、平滑コンデンサＣ_１の電圧検出値Ｖ_ｃ１及び第２の基準電圧Ｖ_ｇ１と共に出力制御回路３４に入力され、この出力制御回路３４から出力される第２の間欠信号Ｓ_ｉｎｔ２がＥ／Ｏ変換回路２１に入力されている。なお、後述するように、間欠信号発生回路１６において、第１の間欠信号Ｓ_ｉｎｔ１を発生させるための基準電圧Ｖ_ｇを第１の基準電圧というものとする。

この実施形態の動作を、図７を参照しつつ説明する。
図５の構成において地絡故障が発生すると、図７（１）に示す接地線１０２の電流Ｉ_０に起因した整流回路１１１の出力電流により平滑コンデンサＣ_１が充電され、その電圧検出値Ｖ_ｃ１は、図２（２）の電源電圧Ｖ_ｃｃと同様に図７（２）に示す如く増加していき、第２の基準電圧Ｖ_ｇ１を経て最終的には一定値Ｖ_ｇ２に到達する。
この間、電圧安定化回路１２の出力である電源電圧Ｖ_ｃｃは、図７（３）に示すように、当初は電圧検出値Ｖ_ｃ１と同様に増加するが、やがて第１の基準電圧Ｖ_ｇに達すると、その後は、一定値である第１の基準電圧Ｖ_ｇに維持される。なお、第１の基準電圧Ｖ_ｇは第２の基準電圧Ｖ_ｇ１より小さいことが望ましい。

間欠信号発生回路１６は、電源電圧Ｖ_ｃｃが第１の基準電圧Ｖ_ｇに達してから動作を開始し、図７（４）に示すように、図３と同様にＴ_２＞Ｔ_１である第１の間欠信号Ｓ_ｉｎｔ１を出力する。
一方、出力制御回路３４は、図７（２）に示すコンデンサＣ_１の電圧検出値Ｖ_ｃ１を第２の基準電圧Ｖ_ｇ１と比較し、Ｖ_ｃ１＞Ｖ_ｇ１の時には “０（零）”を出力し、Ｖ_ｃ１≦Ｖ_ｇ１の時には第２の間欠信号Ｓ_ｉｎｔ２として第１の間欠信号Ｓ_ｉｎｔ１をそのまま出力する。つまり、Ｖ_ｃ１≦Ｖ_ｇ１の時に第１の間欠信号Ｓ_ｉｎｔ１を有効とし、これを第２の間欠信号Ｓ_ｉｎｔ２として出力する。図７（５）はこの第２の間欠信号Ｓ_ｉｎｔ２を示している。
第２の間欠信号Ｓ_ｉｎｔ２が入力されるＥ／Ｏ変換回路２１以降の動作は、第１及び第２実施形態と同一である。

この実施形態においては、Ｅ／Ｏ変換回路２１に入力される間欠信号として、第１，第２実施形態のように間欠信号発生回路１６の出力信号をそのまま用いるのではなく、電圧検出回路３１及び出力制御回路３４を介在させることにより、電圧検出値Ｖ_ｃ１と第２の基準電圧Ｖ_ｇ１との大小関係に基づいて、零または第１の間欠信号Ｓ_ｉｎｔ１が第２の間欠信号Ｓ_ｉｎｔ２としてＥ／Ｏ変換回路２１に入力される。
このため、図７（３）〜（５）から明らかなように、電源電圧Ｖ_ｃｃが安定した当初は第１の間欠信号Ｓ_ｉｎｔ１が出力されても第２の間欠信号Ｓ_ｉｎｔ２つまりＥ／Ｏ変換回路２１の入力信号が零となり、電源電圧Ｖ_ｃｃが確実に安定した後の間欠信号だけを有効として地絡故障を検出することで、一層安定した検出動作を行わせることができる。

次に、図６は第４実施形態に係る地絡検出器の構成図である。図６に示す地絡検出器本体４において、１７は電圧検出回路３１からの電圧検出値Ｖ_ｃ１が入力される間欠信号発生回路である。第１〜第３実施形態の間欠信号発生回路１６が、電源電圧Ｖ_ｃｃの変化に応じ間欠信号として一定周期のパルス信号を発生するのに対し、第４実施形態の間欠信号発生回路１７では、図８に示すように、入力される電圧検出値Ｖ_ｃ１の大きさに対応して出力としての第１の間欠信号Ｓ_ｉｎｔ１の周期が変化する点が異なっている。他の構成は図５の第４実施形態と同様であるため、説明を省略する。

前述したように、図１１に示した直列多重インバータでは、地絡状態において接地線に流れる電流がインバータの出力電圧によって変化し、地絡検出器２０２の入力電圧もインバータの出力電圧によって変化する。このような場合、第１〜第３実施形態の地絡検出器は発振周期が常に一定であるため地絡電流の大きさを正確に知ることができない。

これに対して、第４実施形態の地絡検出器では、地絡電流を整流した出力から変換した電圧検出値Ｖ_ｃ１の大きさによって間欠信号発生回路１７からの第１の間欠信号Ｓ_ｉｎｔ１の周期が変化するので、監視装置１０８側で第２の間欠信号Ｓ_ｉｎｔ２の周期（第１の間欠信号Ｓ_ｉｎｔ１の周期に等しい）を計測することによって地絡電流の大きさを正確に知ることができる。
このように地絡電流の大きさを知ることができれば、監視装置１０８側では装置の運転状態や故障発生の原因を正確に把握できるため、信頼性が向上するという効果がある。

本発明の第１実施形態に係る地絡検出器及び周辺回路の構成図である。図１の動作を説明するための波形図である。図２における間欠信号の時間軸を拡大した波形図である。本発明の第２実施形態に係る地絡検出器及び周辺回路の構成図である。本発明の第３実施形態に係る地絡検出器及び周辺回路の構成図である。本発明の第４実施形態に係る地絡検出器及び周辺回路の構成図である。図５の動作を説明するための波形図である。図６の動作を説明するための波形図である。従来技術を示す構成図である。図９の動作を示す波形図である。直列多重インバータの構成図である。直列多重インバータの出力周波数と出力電圧との関係を示す図である。

符号の説明

１〜４地絡検出器本体
１２電圧安定化回路
１６，１７間欠信号発生回路
１８増幅器
２１Ｅ／Ｏ変換回路
２２光ファイバ
２３Ｏ／Ｅ変換回路
３１電圧検出回路
３４出力制御回路
１０２接地線
１０８監視装置
１１１整流回路
ＣＴ_１〜ＣＴ_３変流器
ＺＤ定電圧ダイオード
Ｃ_１，Ｃ_２平滑コンデンサ
Ｉ_０地絡電流
Ｉ_１地絡検出器本体の入力電流
Ｖ_ｉｎ地絡検出器本体の入力電圧
Ｖ_ｃｃ電源電圧
Ｒ_１，Ｒ_２地絡電流の制限抵抗

Claims

接地線に直列接続されたインピーダンス素子から電圧を検出する手段と、
前記電圧を整流する整流手段と、
前記整流手段の出力電圧が基準電圧を超えた時に間欠信号を発生する手段と、
前記間欠信号を光信号に変換する手段と、
を備え、
前記接地線に電流が流れたことを前記光信号により検出することを特徴とする検出装置。
接地線に直列接続されたインピーダンス素子から電圧を検出する手段と、
前記電圧を整流する整流手段と、
前記整流手段の出力電圧を安定化する電圧安定化手段と、
前記電圧安定化手段の出力電圧が基準電圧を超えた時に間欠信号を発生する手段と、
前記間欠信号を光信号に変換する手段と、
を備え、
前記接地線に電流が流れたことを前記光信号により検出することを特徴とする検出装置。
接地線に直列接続されたインピーダンス素子から電圧を検出する手段と、
前記電圧を整流する整流手段と、
前記整流手段の出力電圧を安定化する電圧安定化手段と、
前記電圧安定化手段の出力電圧が第１の基準電圧を超えた時に間欠信号を発生する手段と、
前記整流手段の出力電圧が第２の基準電圧を超えた時に前記間欠信号を有効とする出力制御手段と、
前記出力制御手段により有効とされた前記間欠信号を光信号に変換する手段と、
を備え、
前記接地線に電流が流れたことを前記光信号により検出することを特徴とする検出装置。
接地線に直列接続されたインピーダンス素子から電圧を検出する手段と、
前記電圧を整流する整流手段と、
前記整流手段の出力電圧を安定化する電圧安定化手段と、
前記電圧安定化手段の出力電圧が第１の基準電圧を超えた時に間欠信号を発生する間欠信号発生手段と、
前記整流手段の出力電圧の大きさに応じて前記間欠信号の周期を変化させる手段と、
前記整流手段の出力電圧が第２の基準電圧を超えた時に前記間欠信号を有効とする出力制御手段と、
前記出力制御手段により有効とされた前記間欠信号を光信号に変換する手段と、
を備え、
前記接地線に電流が流れたことを前記光信号により検出することを特徴とする検出装置。