JP2011015583A

JP2011015583A - 漏電検出方法、漏電検出装置及び漏電遮断器

Info

Publication number: JP2011015583A
Application number: JP2009159446A
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: 2009-07-06
Filing date: 2009-07-06
Publication date: 2011-01-20

Abstract

【課題】耐ノイズ性能を向上させて漏れ電流の抵抗成分のみを高精度に検出可能とした漏電検出方法、漏電検出装置及び漏電遮断器を提供する。
【解決手段】デルタ結線の系統電源に接続され、かつ１線接地された３相３線式電路から流れる漏れ電流の抵抗成分を検出する漏電検出装置において、電路２からＺＣＴ３３により検出した全漏れ電流を増幅する増幅手段３１１と、その出力を積分する積分手段３１２と、非接地である２線の線間電圧波形の位相を検知する位相検知手段３１３と、この位相検知手段３１３の出力に基づき、前記線間電圧波形のゼロクロス点を基準として前後等しく９０度以下の位相範囲にわたるゲート信号を積分手段３１２に出力するゲート信号発生手段３１４と、を備え、前記ゲート信号に従い積分手段３１２を動作させて得た積分値を、漏れ電流抵抗成分に比例した信号として検出する。
【選択図】図２

Description

本発明は、対地絶縁抵抗に起因した漏れ電流の抵抗成分（無誘導成分）を検出するための漏電検出方法、漏電検出装置、及び、これらを利用した漏電遮断器に関するものである。

近年、コンピュータは社会の各方面に利用されており、インテリジェントビルの普及拡大及び工場のＦＡ（ファクトリー・オートメーション）化により、機器同士を結線する電路は長大化しつつある。この電路の長大化により、対地静電容量が増大し、これに起因するトラブルも増加傾向にある。

ところで、漏れ電流には、対地静電容量に起因する容量成分と対地絶縁抵抗に起因する抵抗成分とが含まれている。
最近の電気機器は、電力用半導体素子を応用したインバータを搭載している例が多く、必然的に、商用電源の基本周波数である５０〔Ｈｚ〕または６０〔Ｈｚ〕の整数倍の正弦波である高調波歪み電流が発生する。この高調波歪み電流には高い周波数成分が含まれており、電路に自然分布している対地静電容量（浮遊容量）を通過して、漏れ電流の容量成分として流れる。
一方、漏電検出器は、地絡事故等によって発生する漏れ電流の抵抗成分を確実に検出することが必要であるが、前述したように漏れ電流には容量成分も含まれるため、漏電検出器の過剰反応による誤検出を防ぐためには、漏れ電流の抵抗成分のみを確実に検出することが望まれている。

さて、系統電源がデルタ結線された１線接地の３相３線式電路に適用される漏電検出装置であって、漏れ電流の抵抗成分を検出する（Ｉ_０ｒ検出という）漏電検出装置としては、特許文献１に記載された従来技術が知られている。
この特許文献１に記載されたＩ_０ｒ検出原理は、概略以下のとおりである。

すなわち、１線接地の３相３線式電路において、全漏れ電流は、漏れ電流抵抗成分である地絡電流と、漏れ電流容量成分である常時漏れ電流とからなり、各電流成分波形には位相差がある。常時漏れ電流は非接地の２線それぞれと大地との間の対地静電容量を介して流れる電流の合成電流であるが、非接地２線それぞれの対地静電容量が等しい場合には、その合成電流位相は非接地２線の線間電圧位相と等しくなる。
従って、この従来技術では、非接地２線間電圧波形の０度及び１８０度のタイミング、つまり容量性漏れ電流波形が０〔Ｖ〕となるタイミングで零相変流器により検出された全漏れ電流波形をサンプリングすることにより、地絡電流のみを高精度に検出するものである。

実開平６−５７０３７号公報（図２）

上述した従来技術では、全漏れ電流信号を、非接地２線間電圧波形の０度及び１８０度のタイミングでサンプリングし、ホールド及びリセットを繰り返して抵抗性の地絡電流を検出している。しかし、非接地２線間電圧波形のピンポイント的な特定位相における信号のみを利用して全漏れ電流波形を検出しているため、負荷がスイッチングするなどして特定位相にノイズが重畳した場合には誤検出し易いという問題があった。

そこで、本発明の解決課題は、耐ノイズ性能を向上させて漏れ電流の抵抗成分のみを高精度に検出可能とした漏電検出方法、漏電検出装置、及び、これらを利用した漏電遮断器を提供することにある。

上記課題を解決するため、請求項１に係る漏電検出方法は、デルタ結線の系統電源に接続され、かつ１線接地された３相３線式電路から流れる漏れ電流の抵抗成分を検出する漏電検出方法において、
前記電路を流れる全漏れ電流を検出し、その漏れ電流検出値を、非接地である２線の線間電圧波形のゼロクロス点を基準として前後等しく９０度以下の位相範囲につき積分し、その積分値を漏れ電流の抵抗成分に比例した信号として検出するものである。

請求項２に係る漏電検出装置は、デルタ結線の系統電源に接続され、かつ１線接地された３相３線式電路から流れる漏れ電流の抵抗成分を検出する漏電検出装置において、
前記電路から検出した全漏れ電流を増幅する増幅手段と、この増幅手段の出力をゲート信号に従って積分する積分手段と、非接地である２線の線間電圧波形の位相を検知する位相検知手段と、この位相検知手段の出力に基づき、前記線間電圧波形のゼロクロス点を基準として前後等しく９０度以下の位相範囲にわたる前記ゲート信号を発生し、このゲート信号を前記積分手段に出力するゲート信号発生手段と、を備え、前記ゲート信号に従い前記積分手段を動作させて得た積分値を、漏れ電流抵抗成分に比例した信号として出力するものである。
なお、請求項３に記載するように、積分手段による積分値を所定の閾値と比較する比較手段を備え、この比較手段の出力を漏電検出信号として出力することが望ましい。

また、請求項４に係る漏電遮断器は、請求項２または３に記載した漏電検出装置と、前記電路に接続されて全漏れ電流を検出する零相変流器と、前記漏電検出装置による漏電検出時に前記電路を遮断する遮断部と、を備えたものである。

本発明の漏電検出方法及び漏電検出装置によれば、全漏れ電流を所定の位相範囲にわたって積分することにより、漏れ電流容量成分をキャンセルして漏れ電流抵抗成分のみを検出することができる。また、漏れ電流に重畳された高周波のノイズ成分もキャンセルされるので、耐ノイズ性能が向上するという効果がある。
これにより、信頼性の高い漏電遮断器を提供することができる。

本発明の実施形態に係る漏電遮断器を３相３線式電路と共に示した図である。図１における漏電検出装置の構成図である。漏れ電流の容量成分を説明するためのベクトル図である。漏れ電流の容量成分及び抵抗成分を説明するためのベクトル図である。漏れ電流の容量成分の積分範囲を説明するための波形図である。漏れ電流の容量成分及び抵抗成分の合成電流の積分範囲を説明するための波形図である。

以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る漏電遮断器を３相３線式電路と共に示した図である。図１において、１はデルタ結線された１線接地の系統電源であり、例えばＳ相が接地されているものとする。また、２は系統電源１に接続された３相３線式電路であり、この電路２には負荷（図示せず）が接続されている。

電路２に設けられた漏電遮断器３は、非接地２線のＲ相及びＴ相に接続された漏電検出装置３１と、電路２を遮断する遮断部３２と、電路２の全漏れ電流（零相電流）を検出してその検出信号を漏電検出装置３１に出力するＺＣＴ（零相変流器）３３と、を備えている。なお、２１は過電流引外し装置、２２は電路２の浮遊容量を示す。

図２は、漏電検出装置３１の構成図である。この漏電検出装置３１は、ＺＣＴ３３の出力を増幅する増幅手段３１１と、後述するゲート信号に従って増幅手段３１１の出力を所定の位相範囲にわたり積分する積分手段３１２と、非接地２線間電圧（Ｔ−Ｒ間の線間電圧Ｖ_ＴＲ）の位相を検知する位相検知手段３１３と、その出力信号に基づいて作成したゲート信号を積分手段３１２に出力するゲート信号発生手段３１４と、積分手段３１２の出力電圧を閾値と比較して漏電検出信号を出力する電圧比較手段３１５と、を備えている。
なお、ゲート信号発生手段３１４は、例えば線間電圧Ｖ_ＴＲの波形のゼロクロス点（０度または１８０度）を中心として前後９０度の位相範囲にわたりゲート信号を出力するように構成されている。

次に、この実施形態の動作を説明する。
いま、図１における地点Ｆで地絡により漏電が起きたとする（Ｆ：地絡点）。この場合、漏れ電流Ｉ_０には、地絡による抵抗成分Ｉ_０ｒのほかに、電路２と大地間の浮遊容量２２を介した漏れ電流容量成分Ｉ_０ｃ（＝Ｉ_ｃＲ＋Ｉ_ｃＴ）が加わるので、ＺＣＴ３３はＩ_０ｒ＋Ｉ_０ｃ＝Ｉ_０を全漏れ電流として検出する。なお、これらの電流成分はベクトル量であるが、本明細書においては便宜上、「・」（ドット）の表記を省略する。

ところで、図１に示す如く、１線接地（ここではＳ相接地）されたデルタ結線電路２の浮遊容量２２による漏れ電流容量成分は、図３に示すように、Ｓ−Ｔ間の線間電圧Ｖ_ＳＴの９０度進み位相電流Ｉ_ｃＴと、Ｒ−Ｓ間の線間電圧Ｖ_ＲＳの逆位相である−Ｖ_ＲＳの９０度進み位相電流Ｉ_ｃＲとの合成電流Ｉ_０ｃとなる。よって、各相の電路２と大地との間の浮遊容量が均等であれば、漏れ電流容量成分Ｉ_０ｃは、Ｔ−Ｒ間の線間電圧Ｖ_ＴＲに対してちょうど１８０度ずれた位相となる。

そこで、図５に示すように、線間電圧Ｖ_ＴＲのゼロクロス点（例えば０度）を基準として前後９０度の位相範囲（−９０度〜＋９０度）を積分すると、漏れ電流容量成分Ｉ_０ｃの＋（プラス）側と−（マイナス）側の面積（斜線部分の面積）は等しいので、これらは互いに相殺される。すなわち、漏れ電流容量成分Ｉ_０ｃは検出されない。

ここで、漏れ電流抵抗成分Ｉ_０ｒが加わると、合成電流である全漏れ電流Ｉ_０は図４に示すような電流ベクトルとなる。
図６に示すように、線間電圧Ｖ_ＴＲのゼロクロス点を基準として前後９０度の範囲（−９０度〜＋９０度）では、＋（プラス）側と−（マイナス）側の面積（斜線部分の面積）が異なるから、この斜線部分の面積を前記積分手段３１２によって求めることにより、漏れ電流容量成分Ｉ_０ｃをキャンセルして漏れ電流抵抗成分Ｉ_０ｒのみに比例した信号を検出することが可能となる。

こうして図２の積分手段３１２により演算した積分値（漏れ電流抵抗成分Ｉ_０ｒに比例した信号の電圧変換値）を、電圧比較手段３１５によって所定の閾値と比較することにより、漏れ電流抵抗成分Ｉ_０ｒに基づいた漏電検出信号を得るものである。また、この漏電検出信号により図１の遮断部３２を動作させて電路２を遮断することにより、地絡点Ｆを系統電源１から切り離すことができる。
なお、ゲート信号発生手段３１４から出力されるゲート信号は、電源電圧の半周期（１８０度）毎に繰り返し出力することにより、漏電検出信号は半周期毎に更新される。

以上の説明では、非接地２線の線間電圧の０度を基準として前後９０度の位相範囲（−９０度〜＋９０度）を積分範囲としたが、１８０度を基準として前後９０度の位相範囲（＋９０度〜＋２７０度）を積分しても同様な結果が得られる。また、この積分範囲は、ゼロクロス点を基準としてその前後の同一角度範囲であれば、９０度以下の範囲であっても構わないが、耐ノイズ性能の観点からは、前後９０度の位相範囲について積分するのが最も効果的である。

本発明による漏電検出方法及び漏電検出装置は、漏電遮断器ばかりでなく、漏電保護リレー等の各種の保護装置や監視装置に利用可能である。

１：系統電源
２：３相３線式電路
２１：過電流引外し装置
２２：浮遊容量
３：漏電遮断器
３１：漏電検出装置
３１１：増幅手段
３１２：積分手段
３１３：位相検知手段
３１４：ゲート信号発生手段
３１５：電圧比較手段
３２：遮断部
３３：ＺＣＴ（零相変流器）
Ｆ：地絡点

Claims

デルタ結線の系統電源に接続され、かつ１線接地された３相３線式電路から流れる漏れ電流の抵抗成分を検出する漏電検出方法において、
前記電路を流れる全漏れ電流を検出し、その漏れ電流検出値を、非接地である２線の線間電圧波形のゼロクロス点を基準として前後等しく９０度以下の位相範囲につき積分し、その積分値を漏れ電流の抵抗成分に比例した信号として検出することを特徴とする漏電検出方法。
デルタ結線の系統電源に接続され、かつ１線接地された３相３線式電路から流れる漏れ電流の抵抗成分を検出する漏電検出装置において、
前記電路から検出した全漏れ電流を増幅する増幅手段と、
この増幅手段の出力をゲート信号に従って積分する積分手段と、
非接地である２線の線間電圧波形の位相を検知する位相検知手段と、
この位相検知手段の出力に基づき、前記線間電圧波形のゼロクロス点を基準として前後等しく９０度以下の位相範囲にわたる前記ゲート信号を発生し、このゲート信号を前記積分手段に出力するゲート信号発生手段と、を備え、
前記ゲート信号に従い前記積分手段を動作させて得た積分値を、漏れ電流抵抗成分に比例した信号として出力することを特徴とする漏電検出装置。
請求項２に記載した漏電検出装置において、
前記積分手段による積分値を所定の閾値と比較する比較手段を備え、この比較手段の出力を漏電検出信号としたことを特徴とする漏電検出装置。
請求項２または３に記載した漏電検出装置と、
前記電路に接続されて全漏れ電流を検出する零相変流器と、
前記漏電検出装置による漏電検出時に前記電路を遮断する遮断部と、
を備えたことを特徴とする漏電遮断器。