JP2013182680A - Electric leakage circuit breaker - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、主回路の漏洩電流が所定値以上になったとき、この主回路を開放する漏電遮断器に関し、詳しくはその機能を実現するために構成された電子部品の万が一の故障の検知に関するものである。 The present invention relates to an earth leakage circuit breaker that opens a main circuit when a leakage current of the main circuit exceeds a predetermined value, and more particularly to detection of an emergency failure of an electronic component configured to realize its function. Is.
現在、流通している漏電遮断器のほとんど全ては、この漏電遮断器に内蔵された、例えば集積回路で構成された漏電検出回路にて、零相変流器で検出された信号のレベル判定を行い、所定値を超えれば、やはり、漏電遮断器に内蔵された電磁石装置に対し駆動信号を出力させ、主回路を開放する方式を採用している。然るに、これら漏電検出回路、及び電磁石装置には、動作電力が必要となるが、この動作電力は、漏電遮断器の内部(例えば、主回路電圧AC400V)から採り、所定の電圧(例えば、DC12V)に降下させ、供給されているケースが多い。 Almost all of the leakage breakers currently in circulation use the leakage detection circuit built in this leakage breaker, for example, an integrated circuit, to determine the level of the signal detected by the zero-phase current transformer. If the predetermined value is exceeded, the drive signal is output to the electromagnet device built in the earth leakage circuit breaker and the main circuit is opened. However, these leakage detection circuits and electromagnet devices require operating power. This operating power is taken from the inside of the leakage breaker (for example, main circuit voltage AC400V), and a predetermined voltage (for example, DC12V). There are many cases where it is lowered and supplied.
従って、漏電検出回路を始めとする電子部品は主回路と直結されることになるため、この主回路に重畳されたサージやインパルスが、漏電遮断器内、すなわち電子部品に侵入し、これら電子部品が焼損・破損に至ることを未然に防ぐ必要がある。そこで、一般的には、漏電遮断器の動作電力生成の源となる主回路との接続点において、サージ吸収素子、例えばサージアブソーバを具設することが知られている。また、あるいは、特許文献1に開示されているように、サージアブソーバの前段に電磁石装置を配設し、サージアブソーバを流れる比較的大きな電流でもって、電磁石装置を励磁させ、漏電遮断器そのものをトリップさせることも知られている。
Therefore, since electronic components including the leakage detection circuit are directly connected to the main circuit, surges and impulses superimposed on the main circuit enter the leakage breaker, that is, the electronic component, and these electronic components It is necessary to prevent from burning and damage. Therefore, it is generally known that a surge absorbing element, for example, a surge absorber, is provided at a connection point with a main circuit that is a source of operation power generation of the earth leakage breaker. Alternatively, as disclosed in
なお、このとき、3極用漏電遮断器では、3極のうち、(この特許文献1の図2からも明らかなように)外側2極、すなわち、U−W相間から採るのが一般的であり、このことが、3極用漏電遮断器を単相電路に使用する場合の制約条件である、R−T相間への接続となっている。ところで、この漏電遮断器に限らず、配電機器の国際化、いわゆるグローバル・スタンダード化が言われて久しい。具体的には、IEC(国際規格)60947−2 AnnexBに準拠した漏電遮断器が求められているが、旧来のJIS(日本工業規格)C8371(すなわち、日本独自の規格)との違いの一つに、三相電路のある一相が欠相したとしても、漏電機能は正常に動作しなければならない、ということが挙げられている。 At this time, in a three-pole earth leakage breaker, it is common that the three poles are taken from the outer two poles, that is, between the U-W phases (as is clear from FIG. 2 of Patent Document 1). Yes, this is a connection between the R and T phases, which is a constraint condition when using a three-pole earth leakage breaker for a single-phase circuit. By the way, not only this earth leakage breaker but also internationalization of power distribution equipment, so-called global standardization has been said for a long time. Specifically, an earth leakage circuit breaker compliant with IEC (International Standard) 60947-2 Annex B is required, but one of the differences from the traditional JIS (Japanese Industrial Standard) C8371 (ie, Japanese original standard) In addition, even if one phase with a three-phase circuit is lost, it is mentioned that the leakage function must operate normally.
そのため、前述したように、R−T相間から電圧を採っている場合、S相の欠相では問題ないが、R相、もしくはT相が欠相したときは、直ちに漏電機能を喪失してしまう。そこで、この喪失を防ぐために、特許文献2に開示されているように、動作電力を三相電路の各相から採ったのち、整流回路にて整流し、所定の電圧に降下させて得ることが知られている。この方式によれば、ある一相が欠相したとしても、残る二相で動作電力を生成することができるので、漏電機能は正常に動作し続ける。なお、この特許文献2におけるサージ吸収素子は、フィルタ回路、すなわち整流回路の前後に具設された抵抗とコンデンサであることが窺い知れる。
Therefore, as described above, when the voltage is taken between the R and T phases, there is no problem with the S phase missing, but when the R phase or T phase is missing, the leakage function is immediately lost. . Therefore, in order to prevent this loss, as disclosed in
特許文献1では、サージアブソーバを含め、全ての電子部品の前段、換言すると、主回路との接続点の直下に電磁石装置(トリップコイル)を接続しているため、当該サージアブソーバを始め、万が一のショートモード故障が電源短絡に繋がるような電子部品を配設しても、その電源短絡を通じて流れる電流で電磁石装置が作動する。この作動により、漏電遮断器がトリップするが、この時点、すなわち、ショートモード故障直後のトリップでは、使用者はその故障に気付かない可能性が高い。そのため、故障に気付かぬまま、漏電遮断器に対しON操作(場合によってはリセット操作を経てON操作)を試みるも、その都度、トリップを繰り返すことで、使用者は(トリップ本来の要因である)主回路の絶縁劣化か当該漏電遮断器の故障を知り得ることになる。
In
漏電遮断器の故障か否かは、負荷側の配線を一旦、外したうえで、前述したON操作を試みれば判別できるが、いずれにしろ、故障に対し、素早く「トリップ」という手段で、製品(漏電遮断器)の発火・焼損防止、いわゆるフェールセーフ機能を働かせる点は好ましい。しかしながら、この機能を実現するために、電磁石装置を主回路との接続点の直下に配設するが故に、この作動にあたる部品(この特許文献1ではサイリスタ)にパワー素子の使用を余儀なくされてしまうが、限られた基板面積の中で、前述した三相電路の各相からの整流回路構築などを鑑みた場合、極力、パワー素子の基板への装着(実装)は避けたい。 Whether or not there is a fault in the earth leakage circuit breaker can be determined by once disconnecting the wiring on the load side and trying the ON operation described above, but in any case, by means of "trip" quickly, It is preferable that the product (leakage circuit breaker) is ignited and burned, that is, a so-called fail-safe function is used. However, in order to realize this function, since the electromagnet device is disposed immediately below the connection point with the main circuit, the power element is forced to be used for the component (the thyristor in this Patent Document 1) corresponding to this operation. However, in view of the construction of the rectifier circuit from each phase of the three-phase circuit described above in a limited board area, it is desirable to avoid mounting (mounting) the power element on the board as much as possible.
「パワー素子レス」という視点だけを捉えれば、定電流回路以降、すなわち低電圧部位に電磁石装置を配設した特許文献2に、その解が示唆されているものの、図3からも明らかなように、この場合、フィルタ回路の一端を担う平滑コンデンサに万が一のショートモード故障が発生しても、電磁石装置の作動は期待できず、結果的に、漏電遮断器が発火・焼損に至る恐れがある。これを防ぐために、平滑コンデンサへ直列にヒューズを挿入し、電源短絡による流入電流で、このヒューズを溶断させることも考えられるが、ヒューズ溶断以後において、サージ吸収能力の低下が避けられないことはもとより、場合によっては、適切な電圧を漏電検出回路に供給できないことで、漏電機能そのものの喪失を招く可能性もある。この結果、使用者は、漏電テストボタンで漏電機能チェックを行わない限り、漏電機能喪失という、その事実を知らぬまま、「漏電遮断器」を単なる「配線用遮断器」として使用を継続することになり、言うまでもなく、主回路の絶縁劣化監視という点では、好ましいとは言い難い。
From the viewpoint of “power element-less” alone, the solution is suggested in
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、電磁石装置を低電圧部位に配設しながら、電子部品の万が一のショートモード故障に対して、この電磁石装置を作動させる漏電遮断器を得ることを目的とするものである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and operates an electromagnet device against an emergency short-circuit failure of an electronic component while disposing the electromagnet device in a low voltage region. The purpose is to obtain an earth leakage circuit breaker.
この発明に係る漏電遮断器は、三相電路の3本の電力線が挿通され、上記三相電路の漏洩電流を検出する零相変流器と、この零相変流器で検出された信号のレベル判定を行う漏電検出回路と、この漏電検出回路の出力に応動して開閉機構部を作動させる電磁石装置と、上記開閉機構部の作動により開離される電路接点と、上記電力線に接続されこの電力線の交流電力を直流電力に変換する整流回路、及びこの整流回路の直流出力端に接続され上記漏電検出回路及び電磁石装置に動作電力を供給する降圧回路からなる電源回路とを備え、上記整流回路に異常電流が流れたとき、この異常電流が上記電磁石装置を流れるようにしたものである。 An earth leakage breaker according to the present invention includes a zero-phase current transformer for detecting a leakage current of the three-phase circuit, through which three power lines of the three-phase circuit are inserted, and a signal detected by the zero-phase current transformer. Leakage detection circuit that performs level determination, an electromagnet device that operates the switching mechanism in response to the output of the leakage detection circuit, an electric circuit contact that is opened by the operation of the switching mechanism, and the power line connected to the power line A rectifier circuit that converts AC power into DC power, and a power supply circuit that is connected to a DC output terminal of the rectifier circuit and that includes a step-down circuit that supplies operating power to the leakage detection circuit and the electromagnet device. When an abnormal current flows, the abnormal current flows through the electromagnet device.
この発明は以上説明したように、いわゆる三相電源採りでありながら、フェールセーフ機能を高めた漏電遮断器を提供することができる。 As described above, the present invention can provide an earth leakage circuit breaker having an improved fail-safe function while employing a so-called three-phase power source.
実施の形態1.
図1において、漏電遮断器100は、交流電路を開閉する開閉接点2と、交流電路1中に挿入された零相変流器3に接続され、その検出信号に基づいて漏電を検出する漏電検出回路12と、この漏電検出回路6の出力信号によりスイッチング素子13及び14を介して付勢される引き外しコイル15aとこの引き外しコイル15aの付勢時に開閉接点2を開離駆動する引き外し機構15bとを有した電磁石装置15と、漏電検出回路12と電磁石装置15の両方に給電する電源回路11とを有している。なお、この給電は、交流電路1から入力される交流電圧を所定の直流電圧に変換して行われる。
In FIG. 1, an
所定の直流電圧への変換は以下の通り行われる。すなわち、交流電路1に接続され、電流を制限する電流制限抵抗4の次段にはフルダイオードブリッジからなる整流回路5、さらに、この整流回路5の次段には、整流回路5の出力正側にドレインが接続された電界効果トランジスタ8aと、この電界効果トランジスタ8aのゲートと後述するヒューズ51を介して整流回路5の出力負側との間に接続されたツェナーダイオード8bと、このツェナーダイオード8bにツェナー電流を供給するためにドレインとゲート間に接続された抵抗8cからなる降圧回路8が接続されており、この降圧回路8の入出力端にそれぞれ接続される平滑コンデンサ7及び10を通じて、漏電検出回路12と電磁石装置15に給電がなされる。なお、平滑コンデンサ7及び10と並列に、サージ電流を吸収するツェナーダイオード6及び9が接続されている。
Conversion to a predetermined DC voltage is performed as follows. That is, a
続いて、動作について説明する。当該漏電遮断器100のON操作により、交流電路1からAC100〜400V程度の交流電圧が供給されると、電流制限抵抗4に交流の電流Iaが流れ、整流回路5で直流電圧Vbに変換される。すると、整流回路5から出力された電流Ibにより、抵抗8cを通じてツェナーダイオード8bに電流Icが流れる。このとき、このツェナーダイオード8bにかかる電圧、すなわち、電界効果トランジスタ8aのゲート電圧をVcとすると、降圧回路8の出力電圧Vdは、
Vd=Vc−電界効果トランジスタ8aのON電圧
となり、前述した通り、Vcはツェナーダイオード8bのツェナー電圧なので、
Vd≒8bのツェナー電圧−8aのON電圧
となる。ここで、ON電圧を3V程度とし、ツェナー電圧を24V程度とすると、出力電圧Vdは21V程度となる。
Subsequently, the operation will be described. When an AC voltage of about
Vd = Vc−the ON voltage of the field effect transistor 8a. As described above, Vc is the zener voltage of the zener diode 8b.
It becomes a zener voltage −8a ON voltage of Vd≈8b. Here, when the ON voltage is about 3V and the Zener voltage is about 24V, the output voltage Vd is about 21V.
一方、ツェナーダイオード9のツェナー電圧を24V程度とすると、Vdは前述したように21V程度のため、このツェナーダイオード9のツェナー電圧を超えないことから、ツェナーダイオード9はオンせず、電流Idは流れない。この結果、漏電検出回路12と電磁石装置15に所定の直流電圧(この場合、21V程度)が給電されることになる。この給電状態において、交流電路1に漏電が発生した場合は、周知の通り、零相変流器3の出力に信号が発生し、漏電検出回路12により零相変流器3の出力信号レベルが所定の基準値を超えたことを判別すると、漏電トリップ信号をスイッチング素子13に出力する。
On the other hand, when the Zener voltage of the Zener diode 9 is about 24V, Vd is about 21V as described above, and therefore does not exceed the Zener voltage of the Zener diode 9. Therefore, the Zener diode 9 is not turned on and the current Id flows. Absent. As a result, a predetermined DC voltage (about 21 V in this case) is supplied to the leakage detection circuit 12 and the electromagnet device 15. In this power supply state, when leakage occurs in the
すると、このスイッチング素子13はその出力によりオンとなり、続けてスイッチング素子14をオンさせることで、電源回路11より、このスイッチング素子14を介して引き外しコイル15aに励磁電流が流れる。この結果、引き外し機構15bが動作することで、開閉接点2を開路させ、漏洩電流が流れ続けることによる、事故や火災を未然に防ぐことができる。このように、スイッチング素子13及び14を降圧回路以降に配設したため、これらスイッチング素子にパワー素子を採用する必要がなく、前述したフルダイオードブリッジからなる整流回路5の基板実装と相俟って、その実装規模を極力抑えることが可能となる。
Then, the switching element 13 is turned on by the output thereof, and subsequently the switching element 14 is turned on, whereby an excitation current flows from the power supply circuit 11 to the tripping coil 15a via the switching element 14. As a result, by operating the tripping mechanism 15b, it is possible to prevent accidents and fires caused by opening the
ここで、本願のポイントは、スイッチング素子13と14を流れる電流の整流回路5の出力負側への、いわゆる帰還ルートの違いにある。すなわち、ツェナーダイオード6以降の電子部品は、例えば、その抵抗値が数10Ω程度のヒューズ51を介して整流回路5の出力負側に至るのに対し、スイッチング素子14だけは、このスイッチング素子14のコレクタ側とスイッチング素子13のエミッタ側を、コレクタ側にカソードを接続させたダイオード52によって、ヒューズ51は介さずに、引き外しコイル15aを介して、整流回路5の出力負側に至っている。換言すると、引き外しコイル15aの電流、つまり励磁電流のその電流経路にヒューズ51が含まれていないことが、本願の回路上の特徴となっている。
Here, the point of the present application lies in a difference in so-called feedback route of the current flowing through the switching elements 13 and 14 to the output negative side of the
この特徴は以下に述べる効果を奏する。すなわち、電子部品の万が一のショートモード故障によって、当該漏電遮断器100の発火・焼損の恐れがある場合(例えば、ツェナーダイオード6及び9、平滑コンデンサ7及び10)、このような事象を起こすほどの電流であれば、容易にヒューズ51が溶断に至る。すると、ダイオード52の両端電圧をV1、V2で示すとV1>V2となり、この電流はダイオード52を介して引き外しコイル15aを流れることになる。言うまでもなく、この電流は引き外し機構15bを動作させるには充分なため、前述した漏電発生時と同様、開閉接点2を開路させることで、この電流、すなわちショートモード故障を起こした電子部品を介して流れる異常電流を遮断できるので、漏電遮断器の発火・焼損を未然に防ぐことができる。
This feature has the following effects. In other words, if there is a risk of the
もっとも、この時点では、「発明が解決しようとする課題」の項でも述べたように、この漏電トリップがショートモード故障によるものか否かはわからないが、使用者がON操作、すなわち、短絡状態にある電源回路11が再び交流電路1に接続されることで、やはり、この異常電流が引き外しコイル15aを介して流れ、漏電トリップを繰り返すことになる。この繰り返しにより、使用者は当該漏電遮断器100の異常も疑い、負荷側の配線を一旦、外したうえでのON操作で初めて、その異常を認識することができる。ここで、重要なことは、ショートモード故障を起こしたことで、正常な漏洩監視が出来なくなった漏電遮断器の、その使用継続の停止を、使用者に何らかの形で促すことである。
However, at this point, as described in the section “Problems to be solved by the invention”, it is not known whether or not this leakage trip is caused by a short mode failure, but the user is in an ON operation, that is, in a short-circuit state. When a certain power supply circuit 11 is connected to the
この使用停止を、ヒューズとダイオードの追加だけで実現したので、例えば、三相電路における欠相での動作継続に必要な部品が実装された基板であっても、フェールセ−フ機能をより高めることができる。したがって、使い勝手が良く信頼性の高い漏電遮断器を使用者に提供することが可能である。 Since this use stop was realized only by adding a fuse and a diode, for example, even if a board on which a component necessary for continuing operation in an open phase in a three-phase circuit is mounted, the fail-safe function is further enhanced. Can do. Therefore, it is possible to provide the user with a ground fault circuit breaker that is easy to use and highly reliable.
1 交流電路、2 開閉接点、3 零相変流器、4 電流制限抵抗、5 整流回路、
6 ツェナーダイオード、7 平滑コンデンサ、8 降圧回路、
9 ツェナーダイオード、10 平滑コンデンサ、11 電源回路、
12 漏電検出回路、13・14 スイッチング素子、15 電磁石装置、
15a 引き外しコイル、15b 引き外し機構、51 ヒューズ、52 ダイオード、100 漏電遮断器。
1 AC circuit, 2 switching contacts, 3 zero-phase current transformer, 4 current limiting resistor, 5 rectifier circuit,
6 Zener diode, 7 smoothing capacitor, 8 step-down circuit,
9 Zener diode, 10 smoothing capacitor, 11 power supply circuit,
12 earth leakage detection circuit, 13/14 switching element, 15 electromagnet device,
15a trip coil, 15b trip mechanism, 51 fuse, 52 diode, 100 earth leakage breaker.
Claims (3)
上記整流回路に異常電流が流れたとき、この異常電流が上記電磁石装置を流れるようにしたことを特徴とする漏電遮断器。 Three power lines of a three-phase circuit are inserted, a zero-phase current transformer that detects a leakage current of the three-phase circuit, a leakage detection circuit that determines a level of a signal detected by the zero-phase current transformer, An electromagnet device that operates the switching mechanism in response to the output of the leakage detection circuit, an electric circuit contact that is opened by the operation of the switching mechanism, and the AC power of the power line that is connected to the power line is converted to DC power. In a leakage breaker comprising a rectifier circuit and a power supply circuit comprising a step-down circuit connected to the DC output terminal of the rectifier circuit and supplying operating power to the leakage detection circuit and the electromagnet device,
An earth leakage circuit breaker characterized in that when an abnormal current flows through the rectifier circuit, the abnormal current flows through the electromagnet device.
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