JP2023053772A - 直流電源の漏電検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】地絡電流による直流電源の電力消費が無く、検出し易い十分な大きさの検出電流を流すことができる漏電検出装置を提供する。【解決手段】送電ラインL1とL2との間に直列接続された抵抗素子R1、R2と、低い出力電圧を出力する定電圧電源PSと、オンオフを制御される電流路の一端が中点nに接続され、かつ電流路の他端が定電圧電源PSの正極出力端13に接続されたスイッチ素子Q1と、オンオフを制御される電流路の一端が中点nに接続され、かつ電流路の他端が定電圧電源PSの負極出力端14に接続されたスイッチ素子Q2と、直流電源に対して逆方向に送電ラインL1と定電圧電源PSの正極出力端13との間に接続された整流素子D1と、直流電源に対して逆方向に送電ラインL2と定電圧電源PSの負極出力端14との間に接続された整流素子D2と、検出回路と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、直流電源の送電ラインの地絡を検出するための中点接地方式の漏電検出装置に関する。

従来、直流電源の漏電検出装置として、図７に示す中点接地方式が知られている。中点接地方式は、直流電源の正極出力端１に接続された送電ラインＬ１（電位φ＋）と、負極出力端２に接続された送電ラインＬ２（電位φ－）との間に中点ｎを設定するために、通常、２つの抵抗素子Ｒ１、Ｒ２を直列接続してその接続点を接地した構成を有する（例えば特許文献１～３）。地絡が発生していない定常時の中点ｎの電位φｎは接地電位である。送電ラインＬ１又はＬ２上で地絡が発生したとき、抵抗素子Ｒ２又はＲ１に流れる地絡電流を検出電流として、例えば検出用抵抗素子Ｒｄに流し、その両端電圧を計測する等の方法で地絡を検出している。

特開２００２－２９６３１６号公報 特開２００９－２６１０３９号公報 特開２０１３－１３０５３６号公報

従来の中点接地方式の漏電検出装置においては、定常時の直流電源の電力消費抑制の観点からすれば高抵抗値の抵抗素子Ｒ１、Ｒ２を用いて定常電流を小さくすることが好ましい。しかしながら、地絡時の検出電流が例えば数ｍＡ程度の高感度領域での電流計測になるため、ノイズにも敏感となり誤動作も多くなる。

そこで、中点接地方式において、抵抗素子Ｒ１、Ｒ２の抵抗値を小さくして検出電流を大きくし、低感度にしようとすると、ノイズには強くなるが定常電流も大きくなるため、直流電源の電力消費が大きくなるという問題がある。また、地絡電流の大きさが直流電源の出力電圧に依存するので、出力電圧が変動する場合、検出電流値も変化するという問題もある。

以上の問題点に鑑み本発明の目的は、直流電源の漏電検出装置において、地絡電流による直流電源の電力消費が無く、検出し易い十分な大きさの検出電流を流すことができ、かつ、直流電源の出力電圧の変動に影響されない漏電検出装置を提供することである。

上記の目的を達成するべく、本発明は、以下の構成を提供する。なお、括弧内の符号は後述する図面中の符号であり、参考のために付するものである。

－ 本発明の態様は、直流電源の正極出力端（1）に接続される第１の送電ライン（L1）と前記直流電源の負極出力端（2）に接続される第２の送電ライン（L2）との間に接続される漏電検出装置であって、
前記第１の送電ライン（L1）と前記第２の送電ライン（L2）との間に接続され、互いに接続点（a）にて直列接続された第１の抵抗素子（R1）及び第２の抵抗素子（R2）と、
前記直流電源の出力電圧よりも低い一定の直流の出力電圧を正極出力端（13）と負極出力端（14）との間に出力する定電圧電源（PS）と、
前記接続点（a）の電位を印加される第１の制御端と、前記第１の制御端の電位によりオンオフを制御される第１の電流路とを具備し、前記第１の電流路の一端が中点（n）に接続され、かつ前記第１の電流路の他端が前記定電圧電源（PS）の正極出力端（13）に接続された第１のスイッチ素子（Q1）と、
前記接続点（a）の電位を印加される第２の制御端と、前記第２の制御端の電位によりオンオフを制御される第２の電流路とを具備し、前記第２の電流路の一端が前記中点（n）に接続され、かつ前記第２の電流路の他端が前記定電圧電源（PS）の負極出力端（14）に接続された第２のスイッチ素子（Q2）と、
前記直流電源の出力電圧に対して逆方向となるように前記第１の送電ライン（L1）と前記定電圧電源（PS）の正極出力端（13）との間に接続された第１の整流素子（D1）と、
前記直流電源の出力電圧に対して逆方向となるように前記第２の送電ライン（L2）と前記定電圧電源（PS）の負極出力端（14）との間に接続された第２の整流素子（D2）と、
前記中点（n）と接地点との間に接続された検出回路と、を有することを特徴とする。
－ 上記態様において、前記直流電源の出力電圧が１００～１０００Ｖであり、かつ、前記定電圧電源（PS）の出力電圧が１５～５０Ｖであることが、好適である。
－ 上記態様において、前記接続点（a）と前記中点（n）との間に、互いに逆向きに直列接続された２つのツェナーダイオード（ZD1,ZD2）を有することが、好適である。
－ 上記態様において、前記検出回路が、各々異なる抵抗値を有して切替可能に接続された複数の抵抗素子を有することが、好適である。
－ 本発明の別の態様は、直流電源の正極出力端（1）に接続される第１の送電ライン（L1）と前記直流電源の負極出力端（2）に接続される第２の送電ライン（L2）との間に接続される漏電検出装置であって、
前記直流電源の出力電圧よりも低い一定の直流の出力電圧を正極出力端（13）と負極出力端（14）との間に出力し、その負極出力端（14）が中点（n）に接続された第１の定電圧電源（PS1）と、
前記第１の定電圧電源（PS1）と同じ一定の直流電圧を正極出力端（23）と負極出力端（24）との間に出力し、その正極出力端（23）が前記中点（n）に接続された第２の定電圧電源（PS2）と、
前記直流電源の出力電圧に対して逆方向となるように前記第１の送電ライン（L1）と前記第１の定電圧電源（PS1）の正極出力端（13）との間に接続された第１の整流素子（D1）と、
前記直流電源の出力電圧に対して逆方向となるように前記第２の送電ライン（L2）と前記第２の定電圧電源（PS2）の負極出力端（24）との間に接続された第２の整流素子（D2）と、
前記中点（n）と接地点との間に接続された検出回路と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、直流電源の漏電検出装置において、地絡電流による直流電源の電力消費が無く、検出し易い十分な大きさの検出電流を流すことができ、かつ、直流電源の出力電圧の変動に影響されない漏電検出装置が実現される。

図１は、本発明による漏電検出装置の第１の実施形態の回路構成の一例を示した図である。 図２は、図１の漏電検出装置において負極側のライン上で地絡が発生したときの地絡電流の流れを示している。 図３は、図１の漏電検出装置にいて正極側のライン上で地絡が発生したときの地絡電流の流れを示している。た図である。 図４は、本発明による漏電検出装置の第２の実施形態の回路構成の一例を示した図である。 図５は、図４の漏電検出装置において負極側のライン上で地絡が発生したときの地絡電流の流れを示す図である。 図６は、図４の漏電検出装置にいて正極側のライン上で地絡が発生したときの地絡電流の流れを示す図である。 図７は、従来の中点接地方式の漏電検出装置を概略的に示した図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明による直流電源の漏電検出装置の実施形態について説明する。本発明の漏電検出装置は、直流電源の送電ラインから大地への漏電、すなわち地絡を検出するために用いられる装置である。本明細書では、地絡による漏電電流を「地絡電流」と称することとする。

漏電検出装置における「中点接地方式」とは、地絡の発生していない定常時における送電ライン間電圧の中点が接地電位となるように構成し、地絡時に中点の電位が接地電位から逸脱したり、又は、地絡時に中点を通って接地点に電流が流れたりすることを利用して地絡を検出する方式をいう。

（１）第１の実施形態
（１－１）回路構成
図１は、直流電源の漏電検出装置の第１の実施形態の回路構成の一例を概略的に示した図である。直流電源は図示しておらず、直流電源の正極出力端１と負極出力端２のみを示している。直流電源の正極出力端１には第１の送電ラインＬ１が接続され、負極出力端２には第２の送電ラインＬ２が接続されている。漏電検出装置は、送電ラインＬ１と送電ラインＬ２との間に接続されている。漏電検出装置は、直流電源及びその負荷（図示せず）と並列に接続されている。

直流電源は、例えば太陽光発電装置や蓄電池などである。一例として正極出力端１と負極出力端２の間の出力電圧は数百Ｖであり、例えば３００Ｖである。符号φ＋は接地電位に対する送電ラインＬ１の電位を表し、例えば＋１５０Ｖである。符号φ－は接地電位に対する送電ラインＬ２の電位を表し、例えば－１５０Ｖである。

図１に示す漏電検出装置は、接続点ａで直列接続された第１の抵抗素子Ｒ１と第２の抵抗素子Ｒ２とを有する。抵抗素子Ｒ１は、送電ラインＬ１と接続点ａとの間に接続され、抵抗素子Ｒ２は、送電ラインＬ２と接続点ａとの間に接続されている。ここで「抵抗素子」は、線形抵抗素子の意味で用いる。抵抗素子Ｒ１と抵抗素子Ｒ２は、同じ抵抗値を有する。符号φａは接地電位に対する接続点ａの電位を表す。地絡の発生していない定常時には、φａは接地電位すなわち０Ｖである。

漏電検出装置はさらに、定電圧電源ＰＳを有する。定電圧電源ＰＳは、出力端１、２を有する直流電源とは別個の直流電源である。定電圧電源ＰＳは、正極出力端１３と負極出力端１４との間に一定の出力電圧を出力し、その出力電圧は直流電源に比べて低い。例えば、直流電源の出力電圧が１００～１０００Ｖの場合、定電圧電源ＰＳの出力電圧は、１５～５０Ｖ程度とすることが好ましい。一例として、直流電源の出力電圧が３００Ｖのとき、定電圧電源ＰＳの出力電圧を２４Ｖとする。

図示の例では、定電圧電源ＰＳの入力端１１、１２は、それぞれ送電ラインＬ１、Ｌ２に接続されて電力供給されている。直流電源の出力端１、２は接地点に対してノーマルモード（ディファレンシャルモード）であるので、定電圧電源ＰＳの入力端１１、１２が送電ラインＬ１、Ｌ２に接続されていても地絡電流の検出には影響しない。なお、この場合、定電圧電源ＰＳの入力端１１、１２と出力端１３、１４は絶縁されていなければならない。例えば、定電圧電源ＰＳは、トランスを用いた絶縁型のスイッチング電源（降圧コンバータ）とすることができる。別の例として、定電圧電源ＰＳは、送電ラインＬ１、Ｌ２から電力供給されなくともよい。例えば、定電圧電源ＰＳは、蓄電池であってもよい。

漏電検出装置はさらに、第１のスイッチ素子Ｑ１及び第２のスイッチ素子Ｑ２を有する。第１のスイッチ素子Ｑ１は、ここではＮチャネル型電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）で構成されている。第２のスイッチ素子Ｑ２は、ここではＰチャネル型ＦＥＴで構成されている。スイッチ素子Ｑ１をＮＰＮ型トランジスタで、スイッチ素子Ｑ２をＰＮＰ型トランジスタで構成することもできる。

スイッチ素子Ｑ１は、制御端（ゲート）と、制御端の電位により導通と遮断すなわちオンオフを制御される電流路（ドレインソース間電流路）とを有する。スイッチ素子Ｑ１の制御端は、抵抗素子Ｒ１と抵抗素子Ｒ２の接続点ａに接続されており、制御端には接続点ａの電位φａが印加される。スイッチ素子Ｑ１の電流路の一端（ソース）は中点ｎに接続され、電流路の他端（ドレイン）は、定電圧電源ＰＳの正極出力端１３に接続されている。

スイッチ素子Ｑ２もまた、制御端（ゲート）と、制御端の電位により導通と遮断すなわちオンオフを制御される電流路（ソースドレイン間電流路）とを有する。スイッチ素子Ｑ２の制御端もまた、抵抗素子Ｒ１と抵抗素子Ｒ２の接続点ａに接続されており、制御端には接続点ａの電位φａが印加される。スイッチ素子Ｑ２の電流路の一端（ソース）も中点ｎに接続され、電流路の他端（ドレイン）は、定電圧電源ＰＳの負極出力端１４に接続されている。よって、スイッチ素子Ｑ１とスイッチ素子Ｑ２の一端（ソース）同士は、中点ｎで接続されている。符号φｎは接地電位に対する中点ｎの電位を表す。

好適例では、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２の一端（ソース）と制御端（ゲート）との間に過大電圧が印加されないように、保護素子として２つのツェナーダイオードＺＤ１、ＺＤ２が互いに逆向きに直列接続されている。これにより、ゲートソース間電圧がツェナー電圧に抑制される。

漏電検出装置はさらに、直流電源の出力電圧に対して逆方向となるようにそれぞれ接続された第１の整流素子Ｄ１及び第２の整流素子Ｄ２を有する。

整流用ダイオードである第１の整流素子Ｄ１は、送電ラインＬ１と接続点ｂ１との間に接続され、アノードが接続点ｂ１にカソードが送電ラインＬ１に接続されている。接続点ｂ１は、定電圧電源ＰＳの正極出力端１３でありかつスイッチ素子Ｑ１の他端（ドレイン）でもある。符号φｂ１は接地電位に対する接続点ｂ１の電位を表す。

整流用ダイオードである第２の整流素子Ｄ２は、送電ラインＬ２と接続点ｂ２との間に接続され、アノードが送電ラインＬ２にカソードが接続点ｂ２に接続されている。接続点ｂ２は、定電圧電源ＰＳの負極出力端１４でありかつスイッチ素子Ｑ２の他端（ドレイン）でもある。符号φｂ２は接地電位に対する接続点ｂ２の電位を表す。

漏電検出装置はさらに、地絡発生を検出するための検出回路を有する。検出回路は、出力端３と出力端４との間に接続されている。検出回路の出力端３は中点ｎと共通であり、出力端４は接地されている。検出回路には、各々異なる抵抗値を有する４つの検出用の抵抗素子Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８、Ｒ９が配置されている。各抵抗素子は、例えば数百～数キロΩの抵抗値を有する。各抵抗素子が中点ｎと接地点との間に選択的に接続されるように、スイッチＳＷにより切替可能である。中点ｎは、選択された抵抗素子（図示の例ではＲ８）を介して接地点に接続されている。予想される地絡抵抗や地絡電流の大きさなどに応じて、抵抗素子Ｒ６～Ｒ９のいずれかが予め選択され接続される。

この一つの検出回路が、送電ラインＬ１、Ｌ２のいずれの側の地絡の検出にも兼用される。地絡電流の向きに応じて出力端３と出力端４（接地点）の間に正又は負の電圧が出力される。コンデンサＣは、ノイズ抑制用の平滑コンデンサである。なお、図示しないが、出力端３と出力端４の後段に、検出回路の出力電圧を利用した多様な回路、例えば整流回路や警報出力回路を設けることができる。

検出回路の別の例として、複数の抵抗素子に替えて、定電流値の異なる複数の定電流ダイオードを用いることもできる。その場合、各抵抗素子に替えて逆向きに直列接続された２つの定電流ダイオードを配置する。定電流ダイオードを流れる地絡電流が定電流値よりも増えようとすると定電流ダイオードの両端電圧が上昇することによって検出を行う。

（１－２）定常状態
図１には、地絡が発生していない定常時において抵抗素子Ｒ１、Ｒ２に流れる定常電流Ｉａを点線で示している。抵抗素子Ｒ１、Ｒ２は、定常時における直流電源の電力消費を抑制するために十分に大きな抵抗値、例えば数百キロオーム～数メガオームの抵抗値とする。例えば直流電源の出力電圧が３００Ｖの場合、抵抗素子Ｒ１、Ｒ２をそれぞれ１ＭΩとすると、定常時に流れる定常電流Ｉａは約０．１５ｍＡと僅かである。本発明の漏電検出装置では、地絡時に抵抗素子Ｒ１、Ｒ２に流れる電流を地絡検出のために用いないので、抵抗素子Ｒ１、Ｒ２を十分に高い抵抗値とすることができる。

定常時には、中点ｎの電位φｎ及び接続点ａの電位φａは接地電位（０Ｖ）である。よって、検出回路の出力端３の電位も接地電位（０Ｖ）である。スイッチ素子Ｑ１及びスイッチ素子Ｑ２はいずれもオフ状態である。整流素子Ｄ１及び整流素子Ｄ２は、送電ラインＬ１と送電ラインＬ２間の電圧に対して逆方向であるので、整流素子Ｄ１、スイッチ素子Ｑ１、スイッチ素子Ｑ２、整流素子Ｄ２に電流は流れない。

定電圧電源ＰＳの出力端１３、１４間には、例えば２４Ｖの電圧が出力され、その場合、接続点ｂ１の電位φｂ１及び接続点ｂ２の電位φｂ２は、スイッチ素子Ｑ１及びスイッチ素子Ｑ２のいずれもオフ状態であるのでそれらの電位は不定であり、また、出力電流は流れない。よって、定常時には、漏電検出回路の電力消費はほぼ零である。

（１－３）地絡時の動作
次に、図２、図３を参照して図１の漏電検出装置の地絡時の動作を説明する。

＜負側の地絡時＞
図２には、負側の送電ラインＬ２上のｃ点で地絡が発生した状況を概略的に示している。ｃ点と接地点の間に地絡抵抗Ｒｅを示している。地絡電流Ｉｓ１は、接地点から地絡抵抗Ｒｅを介して送電ラインＬ２のｃ点へと流れる。

地絡によって送電ラインＬ２の電位φ－は、例えば－１５０Ｖからほぼ接地電位まで上昇する。これにより、抵抗素子Ｒ１と抵抗素子Ｒ２の接続点ａの電位φａが直流電源の出力電圧（例えば３００Ｖ）の半分まで上昇しようとするが、保護用のツェナーダイオードＺＤ１によりスイッチ素子Ｑ１のゲートソース間電圧は、最大でツェナー電圧（例えば１５Ｖ）までの上昇に留まる。しかしながら、これによりスイッチ素子Ｑ１は完全にオン状態となる。同時に、送電ラインＬ２の電位φ－の上昇によって整流素子Ｄ２は順方向となり導通する。この結果、定電圧電源ＰＳの出力電圧を電源として、以下の経路で地絡電流Ｉｓ１が流れる。

正極出力端１３→スイッチ素子Ｑ１→中点ｎ→抵抗素子Ｒ８→接地点→地絡抵抗Ｒｅ→送電ラインＬ２（ｃ点→ｄ点）→整流素子Ｄ２→負極出力端１４

このとき、整流素子Ｄ２の両端電圧はほぼ零である。定電圧電源ＰＳの出力電圧が２４Ｖの場合、出力端１３のｂ１点電位φｂ１は＋２４Ｖであり、中点ｎの電位φｎも＋２４Ｖであり、出力端３に正の検出電圧が出力される。抵抗素子Ｒ８が例えば４００Ωの場合、６０ｍＡの地絡電流が流れる。本発明の漏電検出装置では、数十ｍＡから数Ａの地絡電流を流すこともできる。したがって、容易に地絡を検出することができる。

一方、スイッチ素子Ｑ２はオフ状態のままである。また、整流素子Ｄ１は逆方向のままであり、その両端には直流電源の出力電圧に近い電圧が印加されるので、適切な耐圧特性が必要である。逆に言えば、整流素子の耐圧のみを配慮すればよいので、高電圧化に容易に対応できる。

地絡電流Ｉｓ１は、比較的低い出力電圧（例えば２４Ｖ）の定電圧電源ＰＳを電流源として流れるので、スイッチ素子Ｑ１は高耐圧用とする必要がない。また、スイッチ素子Ｑ１は完全にオンしてほぼ抵抗が零となるので、地絡電流Ｉｓ１による大きな発熱も生じない。また、検出用の抵抗素子Ｒ６～Ｒ９には、定電圧電源ＰＳの出力電圧（例えば２４Ｖ）×地絡電流Ｉｓ１の発熱のみが生じる。よって、地絡電流Ｉｓ１が流れることによる漏電検出装置の電力消費は少ない。

また、地絡電流Ｉｓ１は、直流電源の出力端１、２を通らないので、直流電源の電力を消費しない。

さらに、地絡電流Ｉｓ１は、送電ラインＬ２上のｃ点とｄ点の間を通る。したがって仮に、ｄ点より右側、ｃ点とｄ点の間、ｃ点より左側の３箇所で電流検出を行っていた場合、ｃ点とｄ点の間でのみ大きな電流増加が観測され、他の２箇所では観測されないので、地絡点を発見し易くなる。

また、地絡電流Ｉｓ１は、比較的低い出力電圧の定電圧電源ＰＳを電流源として流れるので、地絡電流Ｉｓ１が流れる部分に高電圧部分がなく、感電のリスクがなく安全である。

また、地絡電流Ｉｓ１は、定電圧電源ＰＳを電流源として流れるので、直流電源の出力電圧が変動する場合であっても、それによって地絡電流Ｉｓ１の大きさは変動しない。

＜正側の地絡時＞
図３には、正側の送電ラインＬ１上で地絡が発生した状況を概略的に示している。正側の地絡時の動作は、上述した負側の地絡時の動作とは極性が逆になるのみで、原理的に同じであるので、簡単に説明する。

送電ラインＬ１の電位φ＋が、例えば＋１５０Ｖからほぼ接地電位まで降下すると、接続点ａの電位φａが降下し、スイッチ素子Ｑ２は完全にオン状態となる。同時に、整流素子Ｄ１は順方向となる。この結果、定電圧電源ＰＳの出力電圧を電源として、以下の経路で地絡電流Ｉｓ２が流れる。

正極出力端１３→整流素子Ｄ１→送電ラインＬ１→地絡抵抗Ｒｅ→接地点→抵抗素子Ｒ８→中点ｎ→スイッチ素子Ｑ２→負極出力端１４

このとき、整流素子Ｄ１の両端電圧はほぼ零であり、定電圧電源ＰＳの出力電圧が２４Ｖの場合、出力端１４のｂ２点電位φｂ２は例えば－２４Ｖであり、中点ｎの電位φｎも－２４Ｖであり、出力端３に負の検出電圧が出力される。

一方、スイッチ素子Ｑ１はオフ状態のままである。また、整流素子Ｄ２は逆方向のままであり、直流電源の出力電圧に近い電圧が印加されるので耐圧が必要である。その他の作用効果等については、上述した負側の地絡時と同様である。

（２）第２の実施形態
（２－１）回路構成
図４は、直流電源の漏電検出装置の第２の実施形態の回路構成の一例を概略的に示した図である。直流電源は図示しておらず、直流電源の正極出力端１と負極出力端２のみを示している。直流電源の正極出力端１には第１の送電ラインＬ１が接続され、負極出力端２には第２の送電ラインＬ２が接続されている。漏電検出装置は、送電ラインＬ１と送電ラインＬ２との間に接続されている。すなわち、漏電検出装置は、直流電源及びその負荷（図示せず）と並列に接続されている。

図４に示す漏電検出装置は、第１の定電圧電源ＰＳ１及び第２の定電圧電源ＰＳ２を有する。定電圧電源ＰＳ１、ＰＳ２は、出力端１、２を有する直流電源とは別個の直流電源である。定電圧電源ＰＳ１は正極出力端１３と負極出力端１４との間に、そして定電圧電源ＰＳ２は正極出力端２３と負極出力端２４との間に、同じ値の一定の出力電圧をそれぞれ出力する。その出力電圧は、直流電源の出力電圧に比べて低い。例えば、直流電源の出力電圧が１００～１０００Ｖの場合、定電圧電源ＰＳ１、ＰＳ２の出力電圧は、１５～５０Ｖ程度とすることが好ましい。一例として、直流電源の出力電圧が３００Ｖのとき、定電圧電源ＰＳ１、ＰＳ２の出力電圧をそれぞれ２４Ｖとする。

図示の例では、定電圧電源ＰＳ１の入力端１１、１２及び定電圧電源ＰＳ２の入力端２１、２２は、それぞれ送電ラインＬ１、Ｌ２に接続されて電力供給されている。直流電源の出力端１、２は接地点に対してノーマルモード（ディファレンシャルモード）であるので、定電圧電源ＰＳ１、ＰＳ２の入力端１１、１２、２１、２２が送電ラインＬ１、Ｌ２に接続されていても地絡電流の検出には影響しない。定電圧電源ＰＳ１と定電圧電源ＰＳ２は、入力側において直流電源に対してそれぞれ並列接続されている。この場合、定電圧電源ＰＳ１の入力端１１、１２と出力端１３、１４とは絶縁され、そして定電圧電源ＰＳ２の入力端２１、２２と出力端２３、２４とは絶縁されていなければならない。例えば、定電圧電源ＰＳ１、ＰＳ２は、それぞれトランスを用いた絶縁型のスイッチング電源（降圧コンバータ）とすることができる。別の例として、定電圧電源ＰＳ１、ＰＳ２は、送電ラインＬ１、Ｌ２から電力供給されなくともよい。例えば、定電圧電源ＰＳ１、ＰＳ２は、蓄電池であってもよい。

定電圧電源ＰＳ１と定電圧電源ＰＳ２とは、出力側において直列に接続されている。すなわち高電位側に配置された定電圧電源ＰＳ１の負極出力端１４、及び、低電位側に配置された定電圧電源ＰＳ２の正極出力端２３が、いずれも中点ｎに接続されている。符号φｎは接地電位に対する中点ｎの電位を表す。

漏電検出装置はさらに、直流電源の出力電圧に対して逆方向となるようにそれぞれ接続された第１の整流素子Ｄ１及び第２の整流素子Ｄ２を有する。

整流用ダイオードである第１の整流素子Ｄ１は、送電ラインＬ１と定電圧電源ＰＳ１の正極側出力端１３との間に接続され、アノードが正極側出力端１３に、カソードが送電ラインＬ１に接続されている。符号φ１３は接地電位に対する正極側出力端１３の電位を表す。

整流用ダイオードである第２の整流素子Ｄ２は、送電ラインＬ２と定電圧電源ＰＳ２の負極側出力端２４との間に接続され、アノードが送電ラインＬ２に、カソードが負極側出力端２４接続されている。符号φ２４は接地電位に対する負極側出力端２４の電位を表す。

漏電検出装置はさらに、地絡発生を検出するための検出回路を有する。検出回路は、出力端３と出力端４との間に接続されている。検出回路の出力端３は中点ｎと共通であり、出力端４は接地されている。検出回路には、各々異なる抵抗値を有する４つの検出用の抵抗素子Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８、Ｒ９が配置されている。各抵抗素子は、例えば数百～数キロΩの抵抗値を有する。各抵抗素子が中点ｎと接地点との間に選択的に接続されるように、スイッチＳＷにより切替可能である。中点ｎは、選択された抵抗素子（図示の例ではＲ８）を介して接地点に接続されている。この検出回路については、第１の実施形態と同じ構成であるので、これ以上の詳細な説明を省略する。

（２－２）定常状態
地絡が発生していない定常時には、中点ｎの電位φｎは接地電位（０Ｖ）である。よって、検出回路の出力端３の電位も接地電位（０Ｖ）である。整流素子Ｄ１及び整流素子Ｄ２は、送電ラインＬ１と送電ラインＬ２間の電圧に対して逆方向であるので、整流素子Ｄ１及び整流素子Ｄ２には電流は流れない。したがって、定電圧電源ＰＳ１の出力端１３、１４間及び定電圧電源ＰＳ２の出力端２３、２４間にそれぞれ例えば２４Ｖの電圧が出力されても、出力電流は流れない。よって、定常時には、漏電検出回路の電力消費は零である。

（２－３）地絡時の動作
次に、図５、図６を参照して図４の漏電検出装置の地絡時の動作を説明する。

＜負側の地絡時＞
図５には、負側の送電ラインＬ２上のｃ点で地絡が発生した状況を概略的に示している。ｃ点と接地点の間に地絡抵抗Ｒｅを示している。地絡電流Ｉｓ１は、接地点から地絡抵抗Ｒｅを介して送電ラインＬ２のｃ点へと流れる。

地絡によって送電ラインＬ２の電位φ－は、例えば－１５０Ｖからほぼ接地電位まで上昇する。これにより、中点ｎの電位φｎが直流電源の出力電圧（例えば３００Ｖ）の半分まで上昇しようとする。しかし、送電ラインＬ２の電位φ－の上昇によって整流素子Ｄ２が順方向となり導通する結果、中点ｎの電位φｎの上昇は、定電圧電源ＰＳ２の正極出力端２３の電位（例えば＋２４Ｖ）までの上昇に留まる。この結果、定電圧電源ＰＳ２の出力電圧を電源として、以下の経路で地絡電流Ｉｓ１が流れる。

正極出力端２３→中点ｎ→抵抗素子Ｒ８→接地点→地絡抵抗Ｒｅ→送電ラインＬ２（ｃ点→ｄ点）→整流素子Ｄ２→負極出力端２４

このとき、整流素子Ｄ２の両端電圧はほぼ零であり、定電圧電源ＰＳ２の出力電圧が２４Ｖの場合、正極出力端２３（中点ｎ）の電位φｎは＋２４Ｖであり、出力端３に正の検出電圧が出力される。抵抗素子Ｒ８が例えば４００Ωの場合、６０ｍＡの地絡電流が流れる。本発明の漏電検出装置では、数十ｍＡから数Ａの地絡電流を流すこともできる。したがって、容易に地絡を検出することができる。

一方、整流素子Ｄ１は逆方向のままであり、その両端には直流電源の出力電圧に近い電圧が印加されるので、適切な耐圧特性が必要である。逆に言えば、整流素子の耐圧のみを配慮すればよいので、高電圧化に容易に対応できる。

地絡電流Ｉｓ１は、比較的低い出力電圧（例えば２４Ｖ）の定電圧電源ＰＳ２を電流源として流れるので、検出用の抵抗素子Ｒ６～Ｒ９にも問題となるような発熱は生じない。よって、地絡電流Ｉｓ１が流れることによる漏電検出装置の電力消費は少ない。

また、地絡電流Ｉｓ１は、直流電源の出力端１、２を通らないので、直流電源の電力を消費しない。

さらに、地絡電流Ｉｓ１は、送電ラインＬ２上のｃ点とｄ点の間を通る。したがって仮に、ｄ点より右側、ｃ点とｄ点の間、ｃ点より左側の３箇所で電流検出を行っていた場合、ｃ点とｄ点の間でのみ大きな電流増加が観測され、他の２箇所では観測されないので、地絡点を発見し易くなる。

また、地絡電流Ｉｓ１は、比較的低い出力電圧の定電圧電源ＰＳ２を電流源として流れるので、地絡電流Ｉｓ１が流れる部分に高電圧部分がなく、感電のリスクがなく安全である。

また、地絡電流Ｉｓ１は、定電圧電源ＰＳ２を電流源として流れるので、直流電源の出力電圧が変動する場合であっても、それによって地絡電流Ｉｓ１の大きさは変動しない。

＜正側の地絡時＞
図６には、正側の送電ラインＬ１上で地絡が発生した状況を概略的に示している。正側の地絡時の動作は、上述した負側の地絡時の動作とは極性が逆になるのみで、原理的に同じであるので、簡単に説明する。

送電ラインＬ１の電位φ＋が、例えば＋１５０Ｖからほぼ接地電位まで降下すると、中点ｎの電位φｎが直流電源の出力電圧（例えば３００Ｖ）の半分まで降下しようとする。しかし、送電ラインＬ１の電位φ＋の降下によって整流素子Ｄ１が順方向となり導通する結果、中点ｎの電位φｎの降下は、定電圧電源ＰＳ１の負極出力端１４の電位（例えば－２４Ｖ）までの降下に留まる。この結果、定電圧電源ＰＳ１の出力電圧を電源として、以下の経路で地絡電流Ｉｓ２が流れる。

正極出力端１３→整流素子Ｄ１→送電ラインＬ１→地絡抵抗Ｒｅ→接地点→抵抗素子Ｒ８→中点ｎ→負極出力端１４

このとき、整流素子Ｄ１の両端電圧はほぼ零であり、定電圧電源ＰＳ１の出力電圧が２４Ｖの場合、中点ｎの電位φｎは－２４Ｖであり、出力端３に負の検出電圧が出力される。

一方、整流素子Ｄ２は逆方向のままであり、その両端には直流電源の出力電圧に近い電圧が印加されるので、適切な耐圧が必要である。その他の作用効果等については、上述した負側の地絡時と同様である。

以上、本発明の実施形態を、例示としての構成を参照して説明したが、具体的な回路構成はこれらに限定されるものではない。本発明の原理に従う限り、多様な変形形態も本発明の範囲に含まれる。

１ 直流電源の正極出力端
２ 直流電源の負極出力端
３ 検出回路出力端
４ 検出回路出力端（接地端）
１１、２１ 定電圧電源の正極入力端
１２、２２ 定電圧電源の負極入力端
１３、２３ 定電圧電源の正極出力端
１４、２４ 定電圧電源の負極出力端
Ｌ１、Ｌ２ 送電ライン
ＰＳ、ＰＳ１、ＰＳ２ 定電圧電源
ＺＤ１、ＺＤ２ ツェナーダイオード
Ｄ１、Ｄ２ 整流用ダイオード
Ｒ１、Ｒ２ 抵抗素子
Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８、Ｒ９ 検出用抵抗素子
Ｑ１、Ｑ２ スイッチ素子
Ｒｅ 地絡抵抗
ＳＷ スイッチ

Claims (7)

1. 直流電源の正極出力端（1）に接続される第１の送電ライン（L1）と前記直流電源の負極出力端（2）に接続される第２の送電ライン（L2）との間に接続される漏電検出装置であって、
   前記第１の送電ライン（L1）と前記第２の送電ライン（L2）との間に接続され、互いに接続点（a）にて直列接続された第１の抵抗素子（R1）及び第２の抵抗素子（R2）と、
   前記直流電源の出力電圧よりも低い一定の直流の出力電圧を正極出力端（13）と負極出力端（14）との間に出力する定電圧電源（PS）と、
   前記接続点（a）の電位を印加される第１の制御端と、前記第１の制御端の電位によりオンオフを制御される第１の電流路とを具備し、前記第１の電流路の一端が中点（n）に接続され、かつ前記第１の電流路の他端が前記定電圧電源（PS）の正極出力端（13）に接続された第１のスイッチ素子（Q1）と、
   前記接続点（a）の電位を印加される第２の制御端と、前記第２の制御端の電位によりオンオフを制御される第２の電流路とを具備し、前記第２の電流路の一端が前記中点（n）に接続され、かつ前記第２の電流路の他端が前記定電圧電源（PS）の負極出力端（14）に接続された第２のスイッチ素子（Q2）と、
   前記直流電源の出力電圧に対して逆方向となるように前記第１の送電ライン（L1）と前記定電圧電源（PS）の正極出力端（13）との間に接続された第１の整流素子（D1）と、
   前記直流電源の出力電圧に対して逆方向となるように前記第２の送電ライン（L2）と前記定電圧電源（PS）の負極出力端（14）との間に接続された第２の整流素子（D2）と、
   前記中点（n）と接地点との間に接続された検出回路と、を有することを特徴とする漏電検出装置。
2. 前記直流電源の出力電圧が１００～１０００Ｖであり、かつ、前記定電圧電源（PS）の出力電圧が１５～５０Ｖであることを特徴とする請求項１に記載の漏電検出装置。
3. 前記接続点（a）と前記中点（n）との間に、互いに逆向きに直列接続された２つのツェナーダイオード（ZD1,ZD2）を有することを特徴とする請求項１又は２に漏電検出装置。
4. 前記検出回路が、各々異なる抵抗値を有して切替可能に接続された複数の抵抗素子を有することを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の漏電検出装置。
5. 直流電源の正極出力端（1）に接続される第１の送電ライン（L1）と前記直流電源の負極出力端（2）に接続される第２の送電ライン（L2）との間に接続される漏電検出装置であって、
   前記直流電源の出力電圧よりも低い一定の直流の出力電圧を正極出力端（13）と負極出力端（14）との間に出力し、その負極出力端（14）が中点（n）に接続された第１の定電圧電源（PS1）と、
   前記第１の定電圧電源（PS1）と同じ一定の直流電圧を正極出力端（23）と負極出力端（24）との間に出力し、その正極出力端（23）が前記中点（n）に接続された第２の定電圧電源（PS2）と、
   前記直流電源の出力電圧に対して逆方向となるように前記第１の送電ライン（L1）と前記第１の定電圧電源（PS1）の正極出力端（13）との間に接続された第１の整流素子（D1）と、
   前記直流電源の出力電圧に対して逆方向となるように前記第２の送電ライン（L2）と前記第２の定電圧電源（PS2）の負極出力端（24）との間に接続された第２の整流素子（D2）と、
   前記中点（n）と接地点との間に接続された検出回路と、を有することを特徴とする漏電検出装置。
6. 前記直流電源の出力電圧が１００～１０００Ｖであり、かつ、前記第１及び第２の定電圧電源（PS1,PS2）の出力電圧が１５～５０Ｖであることを特徴とする請求項５に記載の漏電検出装置。
7. 前記検出回路が、各々異なる抵抗値を有して切替可能に接続された複数の抵抗素子を有することを特徴とする請求項５又は６に記載の漏電検出装置。
   
   

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