JP2012005193A - Leakage cutoff unit and leakage detector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、デルタ結線された系統電源に接続され、かつ1線接地された3相3線式電路における漏れ電流の対地抵抗成分(無誘導成分)のみを検出して動作する漏電遮断器及び漏電検出装置に関するものである。 The present invention relates to an earth leakage circuit breaker and an earth leakage circuit that operate by detecting only a ground resistance component (non-inductive component) of a leakage current in a three-phase three-wire electric circuit connected to a delta-connected system power source and grounded on one line. The present invention relates to a detection device.
近年において、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際に電線路の長さが長大になることがある。この電線路の長大化により、対地静電容量(浮遊容量)が増大し、これに起因するトラブルも増加傾向にある。 In recent years, computers have been used in various areas of society, and the length of electric lines may become long when connecting devices due to the widespread use of intelligent buildings and factory automation (FA). is there. Due to the increase in the length of the electric line, the capacitance to ground (floating capacitance) increases, and troubles caused by this increase in the trend.
ところで、漏れ電流には、上記の対地静電容量を介して流れる漏れ電流と、対地抵抗を介して流れる漏れ電流とが含まれており、漏電遮断器や漏電検出装置では、対地抵抗を介して流れる漏れ電流のみを正確に検出することが求められている。
電源がスター結線されてその中性点が接地され、更に各相の対地静電容量が等しい場合には、電線路から対地静電容量を介して流れ出る漏れ電流のベクトル合計値はゼロとなり、漏電遮断器や漏電検出装置を動作させるための漏れ電流検出値に影響を与えることはない。しかし、1線接地されたデルタ結線の3相3線式電路では、非接地相である2相の対地静電容量を介した漏れ電流の位相差が60度であるため、そのベクトル合計値はゼロにならず一定の値を持つことになり、漏れ電流検出値は、この値と本来検出するべき対地抵抗に起因した漏れ電流とのベクトル和になってしまう。
By the way, the leakage current includes the leakage current flowing through the above-described ground capacitance and the leakage current flowing through the ground resistance. In the earth leakage breaker and the earth leakage detection device, It is required to accurately detect only the leakage current that flows.
If the power supply is star-connected, its neutral point is grounded, and the ground capacitance of each phase is equal, the total vector value of the leakage current that flows out of the wire through the ground capacitance is zero, and the leakage current It does not affect the leakage current detection value for operating the circuit breaker or leakage detection device. However, in a three-phase three-wire electric circuit with a delta connection that is grounded on one line, the phase difference of the leakage current through the two-phase ground capacitance, which is a non-grounded phase, is 60 degrees. The leakage current detection value becomes a vector sum of this value and the leakage current due to the ground resistance to be detected originally.
従って、一般の漏電遮断器や漏電検出装置においては、対地抵抗に起因した漏れ電流のみを効果的かつ簡素な手段によって検出できることが望まれている。
なお、1線接地されたデルタ結線の3相3線式電路における、対地抵抗に起因した漏れ電流の検出原理は、例えば特許文献1に記載されている。この従来技術は、零相変流器(ZCT)により検出した接地線を流れる漏れ電流と、非接地相である一相の基準電位とに基づいて、所定の演算式によって対地抵抗による漏れ電流のみを検出するものであり、漏れ電流がいかなる電路で発生した場合でも整定電流値に対して少ない誤差精度で絶縁状態を検出可能としたものである。
Therefore, in a general earth leakage breaker and earth leakage detection device, it is desired that only the leakage current caused by the ground resistance can be detected by an effective and simple means.
Note that, for example, Patent Document 1 discloses a detection principle of leakage current caused by ground resistance in a delta-connected three-phase three-wire circuit that is grounded on one line. This prior art is based on the leakage current flowing through the ground line detected by the zero-phase current transformer (ZCT) and the one-phase reference potential that is a non-grounded phase, and only the leakage current due to ground resistance is determined by a predetermined arithmetic expression. In this case, the insulation state can be detected with a small error accuracy with respect to the settling current value even when a leakage current occurs in any electric circuit.
特許文献1に係る従来技術では、抵抗性の地絡電流を検出するために複雑なベクトル解析を行う必要があり、装置が大形となるばかりか、高価になってしまうという問題があった。 In the prior art according to Patent Document 1, it is necessary to perform complicated vector analysis in order to detect a resistive ground fault current, and there is a problem that the apparatus becomes large and expensive.
一方、漏電遮断器の試験回路は、負荷側で定格不動作電流、すなわち定格感度電流IΔnの1/2の地絡電流が流れていても確実にテスト釦によるトリップ動作が行えるように、テスト電流を定格感度電流IΔnの1.5倍以上に設定するのが一般的である。ここで、定格感度電流IΔnとは、漏電遮断器がこの電流以上では必ず漏電を検出して遮断動作する電流(例えば、30[mA])であり、また、定格不動作電流とは、漏電遮断器がこの電流未満では漏電を検出せずに遮断動作をしない電流(例えば、15[mA])をいう。
しかし、これはとりもなおさず、定格感度電流IΔnの1.5倍を超える値で動作することをテストしているに過ぎず、定格感度電流IΔnにおける動作検証を行ったことにはならないのが実情である。
On the other hand, the test circuit of the earth leakage breaker is tested to ensure that the trip operation by the test button can be performed even if the rated inactive current on the load side, that is, the ground fault current that is 1/2 of the rated sensitivity current I Δn flows. Generally, the current is set to 1.5 times or more than the rated sensitivity current I Δn . Here, the rated sensitivity current I Δn is a current (for example, 30 [mA]) at which the leakage breaker always detects a leakage when the leakage breaker exceeds this current, and the rated inoperative current is a leakage current. When the breaker is less than this current, it means a current (for example, 15 [mA]) that does not detect a leakage and does not perform a breaking operation.
However, this is not cured also take, only to have tested that it works with a value of more than 1.5 times the rated sensitivity current I Δn, not to be subjected to operation verification at the rated sensitivity current I Δn Is the actual situation.
そこで、本発明の解決課題は、デルタ結線の1線接地された3相3線式電路において、対地抵抗に起因した漏れ電流を簡単かつ安価な構成により検出可能とし、また、動作感度実力値を定格感度電流と定格不動作電流との間に保つことができる漏電遮断器及び漏電検出装置を提供することにある。 Therefore, the problem to be solved by the present invention is that it is possible to detect a leakage current caused by ground resistance with a simple and inexpensive configuration in a one-phase grounded three-phase electric circuit with a delta connection, and the operation sensitivity capability value is determined. An object of the present invention is to provide a leakage breaker and a leakage detection device that can be maintained between a rated sensitivity current and a rated inoperative current.
上記課題を解決するため、請求項1に係る漏電遮断器は、デルタ結線された系統電源に接続されて1線接地された3相3線式電路における漏れ電流の抵抗成分を検出して動作する漏電遮断器において、
前記3相3線式電路のうち非接地の2線間に、可変抵抗と、漏電検出部に接続された零相変流器に磁気的に結合する磁気結合部と、を直列に接続し、
前記零相変流器により検出される漏れ電流のうち前記3相3線式電路の対地静電容量に起因する漏れ電流を、前記可変抵抗を流れる電流に比例した電流により相殺するものである。
In order to solve the above-described problem, the leakage breaker according to claim 1 operates by detecting a resistance component of leakage current in a three-phase three-wire electric circuit connected to a delta-connected system power source and grounded by one line. In the earth leakage breaker,
A variable resistor and a magnetic coupling unit that is magnetically coupled to a zero-phase current transformer connected to the leakage detection unit are connected in series between two ungrounded wires of the three-phase three-wire circuit.
Of the leakage current detected by the zero-phase current transformer, the leakage current caused by the ground capacitance of the three-phase three-wire circuit is canceled by a current proportional to the current flowing through the variable resistor.
本発明は、3相3線式電路のうち非接地相である2相の対地静電容量は一般にほぼ等しく、これらの対地静電容量による漏れ電流は非接地の2相間の電圧に対して逆位相(180度の位相差)となることに着目したものである。すなわち、非接地の2相間に可変抵抗と磁気結合部とを直列に接続し、この磁気結合部を零相変流器(以下、ZCTともいう)に周回または貫通させて磁気的に結合させる。これにより、上記可変抵抗を流れる電流によって対地静電容量による漏れ電流を相殺し、対地抵抗による漏れ電流のみを効果的に検出することができる。 In the present invention, the two-phase ground capacitance, which is a non-grounded phase in a three-phase three-wire circuit, is generally substantially equal, and the leakage current due to these ground capacitances is opposite to the voltage between the two ungrounded phases. The focus is on the phase (180 degree phase difference). That is, a variable resistor and a magnetic coupling unit are connected in series between two ungrounded phases, and this magnetic coupling unit is circulated or penetrated through a zero-phase current transformer (hereinafter also referred to as ZCT) to be magnetically coupled. Thereby, the leakage current due to the ground capacitance is canceled by the current flowing through the variable resistor, and only the leakage current due to the ground resistance can be detected effectively.
請求項2に係る漏電遮断器は、請求項1に記載した漏電遮断器において、前記3相3線式電路のうち非接地の1線と接地された1線との間に、前記漏電検出部の試験時に定格感度電流を流すための第1のスイッチ手段を有する第1のテスト回路と、前記漏電検出部の試験時に定格不動作電流を流すための第2のスイッチ手段を有する第2のテスト回路と、を互いに並列に接続したものである。
The earth leakage breaker according to
上記第1のテスト回路及び第2のテスト回路を使用することにより、漏電遮断器が、定格感度電流IΔnで動作して定格不動作電流(IΔn/2)で不動作であること、すなわち、IΔn>漏電遮断器の動作レベル>(IΔn/2)であることの確認が可能になる。 By using the first test circuit and the second test circuit, the earth leakage circuit breaker operates at the rated sensitivity current I Δn and does not operate at the rated inoperative current (I Δn / 2). , I Δn > Electric leakage breaker operating level> (I Δn / 2).
請求項3に係る漏電検出装置は、デルタ結線された系統電源に接続されて1線接地された3相3線式電路におけ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3相3線式電路のうち非接地の2線間に、可変抵抗と、漏電検出部に接続された零相変流器に磁気的に結合する磁気結合部と、を直列に接続し、
前記零相変流器により検出される漏れ電流のうち前記3相3線式電路の対地静電容量に起因する漏れ電流を、前記可変抵抗を流れる電流に比例した電流により相殺するとともに、
前記漏電検出部に、漏れ電流のレベルを表示する手段を接続したものである。
The leakage detection device according to claim 3 is a leakage detection device that detects a resistance component of leakage current in a three-phase three-wire circuit connected to a delta-connected system power supply and grounded on one line.
A variable resistor and a magnetic coupling unit that is magnetically coupled to a zero-phase current transformer connected to the leakage detection unit are connected in series between two ungrounded wires of the three-phase three-wire circuit.
Of the leakage current detected by the zero-phase current transformer, the leakage current due to the ground capacitance of the three-phase three-wire circuit is canceled by a current proportional to the current flowing through the variable resistor,
Means for displaying the level of leakage current is connected to the leakage detection unit.
本発明の漏電遮断器によれば、非接地相である2相間に可変抵抗と磁気結合部とを直列に接続するだけの簡単な構成により、対地静電容量による漏れ電流を打ち消して対地抵抗による漏れ電流のみを正確に検出し、所定の遮断動作を行うことができる。
また、本発明の漏電検出装置によれば、漏電遮断器と同様の原理によって対地抵抗による漏れ電流のみを正確に検出可能であるとともに、漏れ電流のレベル表示により絶縁性能の確認や対地静電容量による漏れ電流の相殺状況の確認が可能になる。
According to the earth leakage circuit breaker of the present invention, the leakage current due to the ground capacitance is canceled by the simple configuration in which the variable resistor and the magnetic coupling unit are simply connected in series between the two phases which are non-grounded phases. Only the leakage current can be accurately detected and a predetermined interruption operation can be performed.
Further, according to the leakage detection device of the present invention, it is possible to accurately detect only the leakage current due to ground resistance based on the same principle as the leakage breaker, and also to confirm insulation performance and ground capacitance by displaying the leakage current level. It is possible to check the cancellation status of leakage current due to.
上記のように本発明によれば、対地抵抗に起因する漏れ電流のみを検出し、この検出値に基づいて被測定電路を遮断するI0r動作対応型の漏電遮断器を実現することができ、また、漏れ電流のレベル表示や警報出力が可能な漏電検出装置を提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to realize an I 0r operation compatible type earth leakage circuit breaker that detects only the leakage current due to ground resistance and blocks the circuit under measurement based on the detected value. Further, it is possible to provide a leakage detection device capable of displaying a leakage current level and outputting an alarm.
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実施形態に係る漏電遮断器(I0r動作型漏電遮断器という)の構成図であり、図2は図1における電圧、電流を示すベクトル図である。
図1において、1はデルタ結線された系統電源、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のうちの1線、例えば、S相が接地されているものとする。また、上記電路2には、本実施形態の漏電遮断器3を介して負荷(図示せず)が接続されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a configuration diagram of an earth leakage circuit breaker (referred to as an I 0r operation type earth leakage circuit breaker) according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a vector diagram showing voltage and current in FIG.
In FIG. 1, 1 is a system power supply connected in delta connection, 2 is a three-phase three-wire circuit connected to the system power supply 1, and one of the
漏電遮断器3は、電路2の零相電流を検出するZCT(零相変流器)34と、ZCT34にN回周回して磁気的に結合された巻数Nの磁気結合部34aと、ZCT34の出力を増幅してレベル検出する漏電検出部33と、この漏電検出部33により駆動される遮断部31及び過電流引き外し部32と、を備えている。
また、磁気結合部34aの一端はR相の電路2と漏電検出部33に接続されていると共に、その他端は、第1,第2のテスト抵抗35,36及び相殺用可変抵抗37の各一端に接続されている。更に、テスト抵抗35,36の各他端は、第1,第2のテスト釦38,39を介してS相の電路2に接続され、相殺用可変抵抗37の他端はT相の電路2に接続されている。
The earth leakage circuit breaker 3 includes a ZCT (zero phase current transformer) 34 for detecting a zero phase current in the
One end of the
すなわち、磁気結合部34aは、非接地相であるR相,T相の電路2間に相殺用可変抵抗37を介して接続され、かつ、非接地相であるR相の電路2と接地相であるS相の電路2との間に、第1のテスト抵抗35と第1のテスト釦38との直列回路、及び、第2のテスト抵抗36と第2のテスト釦39との直列回路が、互いに並列に接続されている。
ここで、第1,第2のテスト釦38,39は請求項における第1,第2のスイッチ手段を構成し、第1のテスト抵抗35と第1のテスト釦38との直列回路は第1のテスト回路を構成し、第2のテスト抵抗36と第2のテスト釦39との直列回路は第2のテスト回路を構成している。
That is, the
Here, the first and
また、第1のテスト釦38をオンしたときに第1のテスト抵抗35を介してR,S相間に定格不動作電流(IΔn/2)が流れ、第2のテスト釦39をオンしたときに第2のテスト抵抗36を介してR,S相間に定格感度電流IΔnが流れるように、各テスト抵抗35,36の抵抗値がそれぞれ設定されている。
なお、図1において、5は各相の電路2の対地静電容量(浮遊容量)を示している。
When the
In addition, in FIG. 1, 5 has shown the earth | ground electrostatic capacitance (floating capacitance) of the
以下、この実施形態の動作を説明する。
いま、図1の地絡点Fで漏電が起きると、漏電遮断器が本来検出するべき対地抵抗に起因した漏れ電流I0rに、対地静電容量5を介した漏れ電流IC(=ICR+ICT)が加わるため、ZCT34は漏れ電流としてI0=I0r+ICを検出する。
なお、これらの電流はベクトル量であるが、この明細書の本文中では、電流Iがベクトル量であることを示す「・」を便宜的に省略する。
The operation of this embodiment will be described below.
Now, when a leakage occurs at the ground fault point F in FIG. 1, a leakage current I C (= I CR) via the ground capacitance 5 is added to the leakage current I 0r caused by the ground resistance that should be detected by the leakage breaker. Since + I CT ) is added, the
Note that these currents are vector quantities, but in the text of this specification, “·” indicating that the current I is a vector quantity is omitted for convenience.
ところで、系統電源1が1線接地されたデルタ結線(図示例ではS相接地)の対地静電容量5による漏れ電流ICは、各相電路2の対地静電容量が全てほぼ等しいとすると、図2に示す如く、S相,T相間の線間電圧VSTに対する90度進み位相電流ICTと、R相,S相間の線間電圧VRSの逆位相電圧(−VRS)に対する90度進み位相電流ICRとの合成電流となり、漏れ電流ICの位相は、T相,R相間の線間電圧VTRに対して逆位相となる。
However, the leakage current I C by the earth capacitance 5 of the delta connection to the system power source 1 is grounded 1 line (S-phase ground in the illustrated example), the capacitance to ground of each
そこで、非接地相であるT相,R相の2つの電路2間に挿入した相殺用可変抵抗37を介して流れる電流ITR(線間電圧VTRと同位相)により、対地静電容量5に起因した漏れ電流ICを相殺することができる。すなわち、ITR×N=−ICとなるように相殺用可変抵抗37を調整すれば、ZCT34が検出する漏れ電流I0からICを相殺して対地抵抗に起因した漏れ電流I0rのみを検出することが可能になる。
Therefore, the capacitance to ground 5 is reduced by a current I TR (in the same phase as the line voltage V TR ) flowing through the canceling
対地静電容量5に起因した漏れ電流ICが相殺されたかどうかは、第1のテスト釦38をオンして定格不動作電流(IΔn/2)が流れたときに漏電検出部33、遮断部31が遮断動作せず、第2のテスト釦39をオンして定格感度電流IΔnが流れたときに漏電検出部33、遮断部31が遮断動作すれば、漏電遮断器の動作レベルが確実にIΔn>動作レベル>(IΔn/2)となっていることから確認可能である。
Whether or not the leakage current I C caused by the ground capacitance 5 has been canceled is determined when the
なお、図1では磁気結合部34aの一端をR相の接続点「イ」に接続し、相殺用可変抵抗37の一端をT相の接続点「ロ」に接続してあるが、磁気結合部34aの一端をT相の接続点「ロ」に接続し、相殺用可変抵抗37の一端をR相の接続点「イ」に接続しても良い。
また、負荷側の絶縁劣化等により定格不動作電流(IΔn/2)が地絡電流として流れていて、テスト時に定格感度電流IΔnでは動作しない場合でも、第1,第2のテスト釦38,39を同時に押せば(1.5×IΔn)のテスト電流を流すことができるから、従来と同様のテスト動作確認は可能である。
In FIG. 1, one end of the
Even if the rated inactive current (I Δn / 2) flows as a ground fault current due to insulation degradation on the load side and the like and does not operate at the rated sensitivity current I Δn during the test, the first and
次に、図3は本発明の第2実施形態に係る漏電検出装置の構成図である。
図3において、漏電検出装置4は、漏電検出部41と、電路2の零相電流を検出するZCT42と、このZCT42にN回周回されて一端がR相の電路2に接続された磁気結合部42aと、磁気結合部42aの他端とT相の電路2との間に接続された相殺用可変抵抗47と、漏電検出部41から出力されるアナログ信号をA/D変換するA/D変換部43と、そのディジタル出力信号により漏れ電流検出信号のレベルを表示するレベル表示部44と、漏れ電流検出信号のレベルが設定値を超えたときに警報を出力するリレー等の警報出力部45及び接点46と、を備えている。
Next, FIG. 3 is a configuration diagram of a leakage detecting apparatus according to the second embodiment of the present invention.
In FIG. 3, the
この実施形態において、対地静電容量5による漏れ電流ICを相殺するには、相殺用可変抵抗47を調整してレベル表示部44により表示される漏れ電流が最小となるようにすればよい。この漏れ電流が最小になったときにはITR×N=−ICが成り立っており、ZCT42が検出する漏れ電流I0はI0rのみとなって対地静電容量5による漏れ電流ICが打ち消されている。
漏電検出部41では、検出した漏れ電流I0rのレベルが設定値を超えると警報出力部45を動作させ、接点46を閉じて警報を出力させることとなる。
In this embodiment, to offset the leakage current I C by the capacitance to ground 5, it suffices to leakage current to be displayed is minimized by the
In the
1:系統電源
2:3相3線式電路
3:漏電遮断器
31:遮断部
32:過電流引き外し部
33:漏電検出部
34:ZCT
34a:磁気結合部
35,36:テスト抵抗
37:相殺用可変抵抗
38,39:テスト釦
4:漏電検出装置
41:漏電検出部
42:ZCT
42a:磁気結合部
43:A/D変換部
44:レベル表示部
45:警報出力部
46:接点
47:相殺用可変抵抗
5:対地静電容量(浮遊容量)
1: System power supply 2: Three-phase three-wire circuit 3: Earth leakage breaker 31: Breaker 32: Overcurrent tripping part 33: Earth leakage detector 34: ZCT
34a:
42a: Magnetic coupling unit 43: A / D conversion unit 44: Level display unit 45: Alarm output unit 46: Contact 47: Variable resistance for cancellation 5: Ground capacitance (floating capacitance)
Claims (3)
前記3相3線式電路のうち非接地の2線間に、可変抵抗と、漏電検出部に接続された零相変流器に磁気的に結合する磁気結合部と、を直列に接続し、
前記零相変流器により検出される漏れ電流のうち前記3相3線式電路の対地静電容量に起因する漏れ電流を、前記可変抵抗を流れる電流に比例した電流により相殺することを特徴とする漏電遮断器。 In the earth leakage circuit breaker which operates by detecting the resistance component of the leakage current in the three-phase three-wire electric circuit connected to the delta-connected system power source and grounded by one line,
A variable resistor and a magnetic coupling unit that is magnetically coupled to a zero-phase current transformer connected to the leakage detection unit are connected in series between two ungrounded wires of the three-phase three-wire circuit.
Of the leakage current detected by the zero-phase current transformer, the leakage current caused by the ground capacitance of the three-phase three-wire circuit is canceled by a current proportional to the current flowing through the variable resistor. Earth leakage circuit breaker.
前記3相3線式電路のうち非接地の1線と接地された1線との間に、前記漏電検出部の試験時に定格感度電流を流すための第1のスイッチ手段を有する第1のテスト回路と、前記漏電検出部の試験時に定格不動作電流を流すための第2のスイッチ手段を有する第2のテスト回路と、を互いに並列に接続したことを特徴とする漏電遮断器。 In the earth leakage circuit breaker according to claim 1,
A first test having a first switch means for allowing a rated sensitivity current to flow between the ungrounded one wire and the grounded one wire in the three-phase three-wire electric circuit when the leakage detecting unit is tested. An earth leakage circuit breaker characterized in that a circuit and a second test circuit having a second switch means for causing a rated inoperative current to flow during a test of the earth leakage detector are connected in parallel to each other.
前記3相3線式電路のうち非接地の2線間に、可変抵抗と、漏電検出部に接続された零相変流器に磁気的に結合する磁気結合部と、を直列に接続し、
前記零相変流器により検出される漏れ電流のうち前記3相3線式電路の対地静電容量に起因する漏れ電流を、前記可変抵抗を流れる電流に比例した電流により相殺するとともに、
前記漏電検出部に、漏れ電流のレベルを表示する手段を接続したことを特徴とする漏電検出装置。 In a leakage detection device for detecting a resistance component of leakage current in a three-phase three-wire circuit connected to a delta-connected system power source and grounded on one line,
A variable resistor and a magnetic coupling unit that is magnetically coupled to a zero-phase current transformer connected to the leakage detection unit are connected in series between two ungrounded wires of the three-phase three-wire circuit.
Of the leakage current detected by the zero-phase current transformer, the leakage current due to the ground capacitance of the three-phase three-wire circuit is canceled by a current proportional to the current flowing through the variable resistor,
A leakage detecting apparatus, wherein a means for displaying a leakage current level is connected to the leakage detecting section.
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