JP3425004B2

JP3425004B2 - 地絡電流検出装置

Info

Publication number: JP3425004B2
Application number: JP09556395A
Authority: JP
Inventors: 雅隆神田; 仁牧永; 康夫永井; 勇次津久井
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi ULSI Systems Co Ltd; Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Panasonic Electric Works Co Ltd; Hitachi Solutions Technology Ltd
Priority date: 1995-04-20
Filing date: 1995-04-20
Publication date: 2003-07-07
Anticipated expiration: 2018-07-07
Also published as: JPH08294227A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電路の地絡を検出する
地絡電流検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の地絡電流検出装置として、本件
発明者らは先に図４に示す構成のものを提案した（特願
平４−２８０３４０号）。この地絡電流検出装置は、交
流電路Ｌｐが貫挿された零相変流器ＺＣＴを備え、地絡
電流により交流電路Ｌｐに生じる不平衡電流を零相変流
器ＺＣＴによって電圧に変換する。地絡電流により零相
変流器ＺＣＴより出力される検出電圧は交番電圧であっ
て、逆並列に接続した２個のダイオードＤ1 ，Ｄ2 より
なるクランプ回路でクランプされ、抵抗Ｒ1 ，Ｒ2 およ
びコンデンサＣ1 ，Ｃ2 からなるローパスフィルタで高
調波成分が減衰される。零相変流器ＺＣＴの検出電圧
は、クランプ回路およびローパスフィルタよりなる波形
整形回路１を通った後に地絡電流判定回路２に入力され
る。

【０００３】地絡電流判定回路２の電源は、遮断器５の
引外しコイル３を通して、抵抗Ｒ3，Ｒ4 、ダイオード
Ｄ3 、平滑用のコンデンサＣ3 の直列回路を交流電路Ｌ
ｐの２線間に接続し、コンデンサＣ3 の両端電圧を地絡
電流判定回路２の電源端子Ｖｃｃと接地端子ＧＮＤとの
間に印加することによって得られる。また、交流電路Ｌ
ｐの２線間には、引外しコイル３とサイリスタ４とダイ
オードＤ5 との直列回路が接続され、サイリスタ４は地
絡電流判定回路２の出力端子ＯＵＴより出力される地絡
信号により制御される。サイリスタ４のゲートとカソー
ドとの間には雑音防止用のコンデンサＣ5 が接続され
る。さらに、交流電路Ｌｐの２線間には雑音防止素子Ｎ
Ｒが接続されている。

【０００４】ところで、地絡電流判定回路２は、零相変
流器ＺＣＴの検出電圧を所定の閾値と比較し、比較結果
に応じてコンデンサＣ4 を充電ないし放電し、コンデン
サＣ4 の両端電圧に応じて出力端子ＯＵＴから地絡信号
を発生することによって比較結果を時延するように構成
してある。したがって、交流電路Ｌｐで地絡が生じると
地絡信号によってサイリスタ４がオンになり、引外しコ
イル３に通電されることによって遮断器５がオフにな
る。地絡電流判定回路２は集積回路よりなり、上記コン
デンサＣ4 および地絡検出後にコンデンサＣ4 を放電す
るための時定数を決める抵抗Ｒ5 が外付される。

【０００５】地絡電流判定回路２についてさらに詳しく
説明すると、図５に示すように、波形整形回路１の各出
力端の電位をそれぞれ図示しない基準電位発生回路によ
り設定された基準電位Ｌ1 ，Ｌ1 ′と比較するコンパレ
ータよりなる一対の比較回路１０，１１を備え、両比較
回路１０，１１によって零相変流器ＺＣＴの検出電圧が
比較される。比較回路１０，１１は、波形整形回路１の
各出力端の電位（つまり、零相変流器ＺＣＴの検出電
圧）が基準電位Ｌ1 ，Ｌ1 ′を越える期間に出力をＬレ
ベルにするように構成される。つまり、比較回路１０，
１１は検出電圧の絶対値と基準電位Ｌ1 ，Ｌ1 ′との大
小を比較していることになるのであり、一般にはＬ1 ≒
Ｌ1 ′に設定される。また、基準電位Ｌ1 ，Ｌ1 ′は、
ダイオードＤ1 ，Ｄ2 によるクリッピング電圧よりも低
く設定される。

【０００６】地絡電流判定回路２には、コンデンサＣ4
を充電する状態と、放電する状態とを切り換える充放電
回路１２が設けられ、コンデンサＣ4 の両端電圧は、コ
ンパレータよりなる判定回路１３〜１５によって３段階
の閾値Ｖｔｈ1 〜Ｖｔｈ3 と比較される。充放電回路１
２は、バイアス電流供給端子ないしは充放電制御端子Ｃ
Ｄと、かかるバイアス電流供給端子ＣＤに供給されるバ
イアス電流のレベルに応じて充電電流および放電電流を
形成する図示しないカレントミラー回路のような回路を
持つ。これによって、充放電回路１２によるコンデンサ
Ｃ4 への充電電流、および放電電流は、バイアス電流供
給端子ＣＤに供給されるバイアス電流によって決定され
ることになる。閾値Ｖｔｈ1 〜Ｖｔｈ3 は、電源端子Ｖ
ｃｃと接地端子ＧＮＤとの間に接続された４個の抵抗Ｒ
11〜Ｒ14により決定される。また、抵抗Ｒ11〜Ｒ13の直
列回路には、ダイオードＤ10とトランジスタＱ2 のコレ
クタ−エミッタとの直列回路が並列に接続され、トラン
ジスタＱ2 は判定回路１５の出力がＨレベルの期間にオ
ンになり、閾値Ｖｔｈ1 〜Ｖｔｈ3 を引き下げることに
より判定回路１３〜１５の比較動作にヒステリシスを付
与する。このように、抵抗Ｒ11〜Ｒ14、トランジスタＱ
2 、ダイオードＤ10により閾値回路１６が構成されてい
る。判定回路１５はトランジスタＱ3 も制御し、このト
ランジスタＱ3 のコレクタ−エミッタと抵抗Ｒ5 との直
列回路がコンデンサＣ4 に並列接続される。したがっ
て、判定回路１５の出力がＨレベルの期間にはコンデン
サＣ4 は抵抗Ｒ5 を通して放電する。ここに、判定回路
１５の出力によりトランジスタＱ1 がオン・オフされ、
トランジスタＱ1 はコレクタが電源端子Ｖｃｃに接続さ
れ、エミッタが出力端子ＯＵＴに接続されていて、判定
回路１５の出力がＨレベルになってトランジスタＱ1 が
オンになると、出力端子ＯＵＴから地絡信号が出力され
る。

【０００７】ところで、上述したように、比較回路１
０，１１は零相変流器ＺＣＴの検出電圧の大小を比較す
るものであり、判定回路１３〜１５はコンデンサＣ4 の
両端電圧の大小を比較するものであって、これらの比較
結果を組み合わせて用いれば、雷サージのような一過性
の電流変化や零相変流器の特性のばらつきによる電流変
化では地絡信号を発生させず、しかも地絡が生じたとき
には引外しコイル３に確実に通電して遮断器をオフにす
ることが可能になる。このように比較回路１０，１１、
判定回路１３〜１５の比較結果を組み合わせるために、
地絡電流判定回路２には、論理回路よりなる制御回路１
７が設けられている。

【０００８】制御回路１７は充放電回路１２を制御し、
充放電回路１２は制御回路１７の出力がＨレベルのとき
に所定電流でコンデンサＣ4 への充電を行ない、Ｌレベ
ルのときには充電時よりも大きい時定数でコンデンサＣ
4 を放電させる。また、コンデンサＣ4 にはトランジス
タＱ3 および抵抗Ｒ5 による放電経路もあり、判定回路
１５の出力がＨレベルで地絡信号が出力されている間に
は、トランジスタＱ3がオンになることによって、充放
電回路１２のみによる場合よりも小さい時定数でコンデ
ンサＣ4 を放電させる。

【０００９】詳細は上記出願に説明しているから省略す
るが、制御回路１７の出力がＨレベルになり充放電回路
１２がコンデンサＣ4 を充電する条件は次の３条件にな
り、他の条件ではコンデンサＣ4 は放電する。すなわ
ち、比較回路１０の出力をＳ1比較回路１１の出力をＳ2
、コンデンサＣ4 の両端電圧をＶC4とするとき、（Ａ）Ｓ1 ＝Ｌ ∧ ＶC4＜Ｖｔｈ1 （Ｂ）Ｓ1 ＝Ｈ ∧ Ｓ2 ＝Ｌ ∧ Ｖｔｈ1 ′≦ＶC4
＜Ｖｔｈ2 （Ｃ）Ｓ1 ＝Ｌ ∧ Ｓ2 ＝Ｈ ∧ Ｖｔｈ2 ′≦ＶC4
＜Ｖｔｈ3 のいずれかが成立すればコンデンサＣ4 が充電され、他
の条件では放電されることになる。ここに、ＨはＨレベ
ル、ＬはＬレベル、∧は「かつ」を意味する。また、Ｖ
ｔｈ1 ′，Ｖｔｈ2 ′はそれぞれ閾値Ｖｔｈ1 ，Ｖｔｈ
2 よりも若干低い電圧を示しており、判定回路１３，１
４では出力をＨレベルに反転した後に閾値をＶｔｈ1
′，Ｖｔｈ2 ′まで引き下げるヒステリシス機能を持
ち、出力のチャタリングを防止するように構成されてい
る。閾値Ｖｔｈ1 ′，Ｖｔｈ2 ′は、コンデンサＣ4 の
両端電圧が閾値Ｖｔｈ1 ，Ｖｔｈ2 に達した時点で充放
電回路１２が放電を開始したときに電源周波数の半サイ
クル程度の時間で降下するコンデンサＣ4 の両端電圧よ
りも低く設定されている。

【００１０】しかるに、交流電路Ｌｐに地絡が生じてい
なければ零相変流器ＺＣＴから検出電圧が発生しないか
ら、上述したように両比較回路１０，１１の出力はＨレ
ベルになる。両比較回路１０，１１の出力がともにＨレ
ベルになるのは、上記３条件のいずれにも無いから、こ
のとき制御回路１７の出力はＬレベルになり充放電回路
１２はコンデンサＣ4 を放電する状態になる。

【００１１】次に、交流電路Ｌｐに地絡が生じると、零
相変流器ＺＣＴから図６（ａ）に示すような交番する検
出電圧が出力され、この検出電圧は、比較回路１０，１
１において基準電位Ｌ1 ，Ｌ1 ′と比較される。通常の
動作では検出電圧が基準電位Ｌ1 ，Ｌ1 ′を同時に越え
ることはないから、比較回路１０，１１の出力の組み合
わせは、（イ）Ｓ1 ＝Ｈレベル ∧ Ｓ2 ＝Ｈレベル（ロ）Ｓ1 ＝Ｌレベル ∧ Ｓ2 ＝Ｈレベル（ハ）Ｓ1 ＝Ｈレベル ∧ Ｓ2 ＝Ｌレベルのいずれかになり、（イ）は検出電圧が発生しない状態
であるから、交流電路Ｌｐに地絡が生じてその状態が継
続しているときには（イ）（ロ）（イ）（ハ）（イ）と
いう順で上記状態の変化が繰り返されることになる。

【００１２】そこでまず、図６（ａ）のように、検出電
圧が基準電位Ｌ1 を越えたとすると（ロ）の状態にな
り、この時点ではコンデンサＣ4 の両端電圧は０Ｖと考
えられるから、上述した（Ａ）の条件が成立してコンデ
ンサＣ4 は図６（ｂ）にで示すように充電電流ＩＡで
充電される。コンデンサＣ4 への充電電流ＩＡは、検出
電圧が基準電位Ｌ1 を越えている期間内でコンデンサＣ
4 の両端電圧が閾値Ｖｔｈ1 以上になるように設定され
る。したがって、図６（ｂ）に示すように、コンデンサ
Ｃ4 の充電中にコンデンサＣ4 の両端電圧が閾値Ｖｔｈ
1 に達し、その時点で（Ａ）〜（Ｃ）の条件が成立しな
くなるから、コンデンサＣ4 は放電電流ＩＤで放電を開
始する。放電電流ＩＤは充電電流ＩＡよりも小さく設定
されている。

【００１３】地絡の状態が継続していれば、コンデンサ
Ｃ4 の放電中に検出電圧が比較電位Ｌ1 ′を越えるか
ら、今度は（ハ）の状態になり、（Ｂ）の条件が成立し
てコンデンサＣ4 は図６（ｂ）にで示すように両端電
圧が閾値Ｖｔｈ2 に達するまで充電される。コンデンサ
Ｃ4 の両端電圧が閾値Ｖｔｈ2 に達すると制御回路１７
の出力が再びＬレベルになってコンデンサＣ4 は放電さ
れ、コンデンサＣ4 の放電中に零相変流器ＺＣＴの検出
電圧が再び基準電位Ｌ1 を越えると、今度は上記（Ｃ）
が成立してコンデンサＣ4 は図６（ｂ）にで示すよう
に両端電圧が閾値Ｖｔｈ3 に達するまで充電される。

【００１４】以上のようにして、コンデンサＣ4 は３回
の充電によって両端電圧がＶｔｈ3に達するのであり、
このときに判定回路１５の出力がＨレベルに反転するか
ら、図６（ｃ）のように、出力端子ＯＵＴから地絡信号
が出力されるのである。また、判定回路１５の出力がＨ
レベルになるとトランジスタＱ2 がオンになって閾値Ｖ
ｔｈ1 〜Ｖｔｈ3 を十分に引下げるとともに、トランジ
スタＱ3 をオンにして充放電回路１２のみによる場合よ
りも大きい放電電流ＩＣでコンデンサＣ4 を放電させ
る。充放電回路１２はコンデンサＣ4 の電圧が閾値Ｖｔ
ｈ3 の一定割合の値よりも降下するとコンデンサＣ4 を
急速に放電させる。

【００１５】以上説明したように、地絡電流判定回路２
は、地絡により零相変流器ＺＣＴに検出電圧が発生する
と、電源周波数の２周期以内の時間でコンデンサＣ4 を
３回充電することにより地絡の発生から時延して地絡信
号を発生する。また、上述のように地絡信号が発生する
とサイリスタ４がトリガされ、引外しコイル３に通電さ
れることによって遮断器５がオフになり交流電路Ｌｐが
遮断される。

【００１６】上記動作は地絡が生じて零相変流器ＺＣＴ
から出力される検出電圧が２周期程度以上継続する場合
の動作であるが、雷サージなどによって一過性の検出出
力が零相変流器ＺＣＴから発生した場合や、零相変流器
ＺＣＴの特性のばらつきによってモータのような負荷の
起動時などに波形歪みのある検出電圧が発生した場合に
は、検出電圧は上述のように変化せず、比較回路１０、
１１の基準レベルＬ1，Ｌ1 ′を上記順序で越えないか
ら、地絡信号は出力されないのである。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】上述した地絡電流検出
装置は、雷サージや零相変流器ＺＣＴの特性による誤動
作を防止することを目的として構成したものであり、こ
の目的は達成されているのであるが、交流電路Ｌｐに通
電されている交流をダイオードＤ3 により半波整流し、
コンデンサＣ3 で平滑することによって地絡電流判定回
路２の電源を得るようにし、かつこの電源でコンデンサ
Ｃ4 を３回充電することにより、上記誤動作を防止する
ものであるから、次の問題点が生じる。

【００１８】すなわち、図７（ａ）のように遮断器５を
オンにした時点で、交流電路Ｌｐにすでに地絡が生じて
いるとすると、遮断器５をオンにした時点から図７
（ｂ）のように零相変流器ＺＣＴから検出電圧が発生す
るが、図７（ｃ）のようにコンデンサＣ4 の充電が開始
されるのは、平滑用のコンデンサＣ3 の両端電圧が地絡
電流判定回路２の動作電圧Ｖop（図７（ｄ）は地絡電流
判定回路２の電源端子Ｖｃｃと接地端子ＧＮＤとの間の
電圧を示す）に達した後になる。その後、上述の動作に
よってコンデンサＣ4 が３回充電されると地絡信号が発
生する。地絡信号の発生した後、サイリスタ4 は図７
（ｅ）に示すオン側の半サイクルに同期してオンになる
（図７（ｆ）は地絡電流判定回路２の出力端子ＯＵＴと
接地端子ＧＮＤとの間の電圧を示す）。この時点で図７
（ａ）のように遮断器５がオフになり、サイリスタ４へ
のトリガ信号は、コンデンサＣ3 の両端電圧が地絡電流
判定回路２の保持電圧Ｖohに達するまで保持される。

【００１９】このように、遮断器５のオン時にすでに地
絡が生じている場合には、遮断器５がオンになってから
地絡検出によって遮断器５がオフになるまでに要する時
間は、コンデンサＣ3 の充電時間、上述した地絡の検出
処理に要する時間、地絡信号が発生してからサイリスタ
４がオンになるまでの時間、引外しコイル３に通電され
てから遮断器５がオフになるまでの時間の合計になる。
その結果、地絡の生じている交流電路Ｌｐに通電してか
ら遮断器５がオフになるまでの時間が１００ｍ秒を越え
る場合が生じる。このような時間遅れの要因としては、
コンデンサＣ3の充電に要する時間が大半を占めてい
る。

【００２０】コンデンサＣ3 の充電時間を短くする方法
としては、コンデンサＣ3 の容量を小さくすることが考
えられるが、図８（ａ）のように遮断器５をオンにし、
零相変流器ＺＣＴから図８（ｂ）のように検出電圧が得
られているときに、図８（ｃ）のようにコンデンサＣ4
の両端電圧が地絡信号の発生に要する電圧まで上昇した
としても（図８（ｃ）ではコンデンサＣ4 を充電する処
理を簡略化して１回だけ充電するように示しているが、
実際には上記処理になる）、サイリスタ４に地絡信号を
与えてからサイリスタ４がオンになるまでの時間内に、
図８（ｄ）に示すようにコンデンサＣ3 の両端電圧が保
持電圧Ｖohよりも下がってしまい、サイリスタ４のオン
側の次の半サイクル（図８（ｅ）参照）まで地絡信号を
維持することができず、結局はサイリスタ４をオンにす
ることができずに（図８（ｆ）は地絡電流判定回路２の
出力端子ＯＵＴと接地端子ＧＮＤとの間の電圧を示
す）、地絡が生じているにもかかわらず、図８（ａ）の
ように遮断器５をオフにすることができない場合が生じ
る。

【００２１】本発明は上記事由に鑑みて為されたもので
あり、その目的は、遮断器をオンにしたときに地絡が生
じていれば遅滞なく遮断器をオフにすることができるよ
うにした地絡電流検出装置を提供することにある。

【００２２】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、交流
電路の不平衡電流を検出する零相変流器と、零相変流器
の検出電圧を基準電位と比較する比較回路と、上記検出
電圧が基準電位以上の期間に所定の時定数でコンデンサ
を充電し基準電位未満の期間に充電時よりも大きい時定
数で上記コンデンサを放電する充放電回路と、上記コン
デンサの両端電圧が所定電圧に達すると地絡信号を発生
する判定回路と、交流電路に挿入された遮断器の引外し
コイルに直列接続され地絡信号の発生時に引外しコイル
に通電して遮断器をオフにするスイッチング素子と、交
流電路に整流回路を介して接続され比較回路、充放電回
路、判定回路を備えた地絡電流判定回路に電源を供給す
る平滑用のコンデンサとを備えた地絡電流検出装置にお
いて、平滑用のコンデンサと地絡電流判定回路との間に
挿入されたスイッチ要素と、平滑用のコンデンサの両端
電圧が地絡電流判定回路の動作電圧に達するまでスイッ
チ要素をオフに保つ起動制御部とを備える起動回路を設
けたことを特徴とする。

【００２３】請求項２の発明では、請求項１の発明にお
いて、起動制御部は、スイッチ要素がオンになると平滑
用のコンデンサの両端電圧が地絡電流判定回路の動作電
圧よりも低い保持電圧に低下するまでスイッチ要素をオ
ン状態を維持するヒステリシス付与部を備えることを特
徴とする。請求項３の発明では、請求項２の発明におい
て、起動回路は、スイッチ要素のオン時に給電されると
ともに上記充放電回路によるコンデンサの充放電の可否
を決定する電圧検出回路を備え、電圧検出回路は平滑用
のコンデンサの両端電圧が上記保持電圧よりも高い所定
電圧まで低下するとコンデンサの充放電を禁止すること
を特徴とする。

【００２４】請求項４の発明では、請求項１において、
スイッチ要素はトランジスタであってコレクタ−エミッ
タ間が平滑用のコンデンサと地絡電流検出装置との間に
挿入され、起動制御部はトランジスタをオンにする際の
平滑用のコンデンサの電圧を起動電圧として設定する起
動電圧設定部と、トランジスタのオン後に地絡電流検出
装置に定電圧を供給するようにトランジスタのベースに
定電圧の制御電圧を印加する定電圧設定部とを備え、起
動電圧は制御電圧よりも高く設定されていることを特徴
とする。

【００２５】請求項５の発明は、請求項４において、起
動電圧設定部および定電圧設定部はそれぞれｎｐｎ型の
トランジスタのベース−コレクタを接続した定電圧素子
を備えることを特徴とする。

【００２６】

【作用】請求項１の発明の構成によれば、平滑用のコン
デンサと地絡電流判定回路との間に挿入されたスイッチ
要素と、平滑用のコンデンサの両端電圧が地絡電流判定
回路の動作電圧に達するまでスイッチ要素をオフに保つ
起動制御部とを備える起動回路を設けていることによっ
て、地絡電流判定回路の動作電圧に達するまでは平滑用
のコンデンサの電荷が消費されず、平滑用のコンデンサ
の両端電圧を急速に立ち上げることが可能になる。その
結果、遮断器をオンにしたときに地絡が生じていたとし
ても、遮断器をオンにしてから地絡電流判定回路による
地絡信号の発生までの時間が従来よりも大幅に短くなり
短時間で遮断器をオフにすることができるのである。つ
まり、安全性の高い漏電遮断器を提供することが可能に
なるのである。

【００２７】請求項２の発明の構成によれば、スイッチ
要素が一旦オンになれば平滑用のコンデンサの両端電圧
が多少下がってもスイッチ要素のオン状態を維持できる
ようにヒステリシスを付与しているから、リプル成分な
どによる電圧変動が生じても地絡電流判定回路への給電
を継続して地絡電流判定回路を安定に動作させることが
できる。

【００２８】請求項３の発明の構成によれば、電圧検出
回路によって地絡電流判定回路の充放電回路の動作を制
御し、電圧検出回路は平滑用のコンデンサの両端電圧が
スイッチ要素をオンに保つ保持電圧よりも高い所定電圧
まで低下したときに充放電回路によるコンデンサの充放
電を禁止するから、スイッチ要素をオンに保って地絡電
流判定回路に給電している期間に充放電回路の動作を停
止させることができ、電圧低下時にはコンデンサの充放
電を他の回路の停止に先んじて停止させることでコンデ
ンサの電圧変動による誤動作を防止することができる。

【００２９】請求項４の発明の構成によれば、スイッチ
要素をオンにする起動電圧を地絡電流検出装置に定電圧
を印加する際の制御電圧よりも高く設定しているから、
スイッチ要素がオンになったときには、地絡電流判定回
路の動作電圧を確実に確保することができる。請求項５
の発明の構成によれば、ｎｐｎ型のトランジスタのベー
ス−コレクタを接続した定電圧素子を用いて定電圧化を
行なうことによって、リーク電流の少ない定電圧素子を
得ることができ、小電流でも精度よく電圧を設定するこ
とができる。

【００３０】

【実施例】本実施例は、図１に示すように、基本的には
従来例として示したものと同様の構成を有し、コンデン
サＣ3 と地絡電流判定回路２との間に起動回路６を付加
した点のみが相違する。起動回路６は、図２に示すよう
に、コンデンサＣ3 の正極に接続される電源端子Ｔ1
と、コンデンサＣ3 の負極に接続される接地端子Ｔ2
と、地絡電流判定回路２の電源端子Ｖｃｃに接続される
定電圧出力端子Ｔ3 とを備える。また、従来例として説
明した地絡電流判定回路２の充放電回路１２における充
電電流や放電電流を決定するためのバンドギャップ基準
電圧発生回路（図示しない）とそれによりバイアスされ
る定電流トランジスタ（図示しない）とからなる電圧検
出回路７が定電圧出力端子Ｔ3 と接地端子Ｔ2 との間に
接続され、電圧検出回路７の出力端子Ｔ4 は図５に示し
た充放電回路１２の充放電制御端子ＣＤに接続される。
電圧検出回路７は、制御端子ＣＮへの印加電圧が所定電
圧以下であると充放電回路１２によるコンデンサＣ4
（図５参照）の充放電を禁止するように構成されてい
る。この電圧検出回路７は地絡電流判定回路２を構成す
る集積回路に内蔵させてもよい。上記のように電圧検出
回路７をバンドギャップ基準電圧発生利用の構成とする
場合は、充放電制御端子ＣＤに供給されるバイアス電流
を比較的正確なレベルにすることができ、それに応じて
コンデンサＣ4 に対する充電電流および放電電流を比較
的正確なレベルにすることができることとなる。

【００３１】電源端子Ｔ1 と出力端子Ｔ3 との間には、
スイッチ要素としてのトランジスタＱ11のコレクタ−エ
ミッタが挿入され、このトランジスタＱ11がオンである
期間に、定電圧出力端子Ｔ3 から地絡電流判定回路２に
給電されるようにしてある。トランジスタＱ11のベース
と接地端子Ｔ2 との間にはツェナーダイオードＺＤ11と
ダイオードＤ11との直列回路が接続される。上述した電
圧検出回路７の制御端子ＣＮは、ツェナーダイオードＺ
Ｄ11とダイオードＤ11との接続点に接続されている。

【００３２】また、トランジスタＱ11のコレクタにはｐ
ｎｐ型であるマルチコレクタ型のトランジスタＱ12のエ
ミッタが接続される。トランジスタＱ12に３個設けたコ
レクタの１つはトランジスタＱ11のベースに接続され、
他の１つはトランジスタＱ12のベースに接続され、残り
の１つは直列接続された４個のダイオードＤ12〜Ｄ15を
介して別のトランジスタＱ13のベースに接続される。ま
た、トランジスタＱ12のベースは、トランジスタＱ13の
コレクタ−エミッタおよび抵抗Ｒ21を介して接地端子Ｔ
2 に接続されている。

【００３３】電源端子Ｔ1 と接地端子Ｔ2 との間には、
抵抗Ｒ22、ダイオードＤ16、ツェナーダイオードＺＤ1
2、ダイオードＤ17，Ｄ18の直列回路が接続され、上記
トランジスタＱ13のベースがツェナーダイオードＺＤ12
とダイオードＤ17との接続点に接続される。さらに、電
源端子Ｔ1 と接地端子Ｔ2 との間には、２個のツェナー
ダイオードＺＤ13，ＺＤ14と抵抗Ｒ23との直列回路、お
よび抵抗Ｒ24とトランジスタＱ14のコレクタ−エミッタ
との直列回路も接続される。トランジスタＱ14のベース
は、ツェナーダイオードＺＤ14と抵抗Ｒ23との接続点に
接続されクランプ回路８（起動回路６に含まれる）を構
成する。

【００３４】ここにおいて、ツェナーダイオードＺＤ1
1，ＺＤ12のツェナー電圧は等しく（たとえば、６．３
Ｖ）、またツェナーダイオードＺＤ13，ＺＤ14のツェナ
ー電圧は等しく設定される（たとえば、５．７Ｖ）。こ
こに、ツェナーダイオードＺＤ11，ＺＤ12については、
ｎｐｎ型のトランジスタのベース−コレクタ間を接続し
てコレクタ−エミッタ間をツェナーダイオードとして用
いるようにすれば、通過電流が小さくても誤動作するこ
とがない。すなわち、バイポーラプロセスで一般に使わ
れているｐ⁺ツェナーでは高温時の電流リークが大きく
なるから通過電流が小さいと誤動作の可能性があるが、
リーク電流の少ないｐｎｐ型のトランジスタを用いれば
誤動作を防止することができる。各ダイオードＤ11〜Ｄ
18については順方向降下電圧は等しく（０．７Ｖ）、各
トランジスタＱ11〜Ｑ14についても同様である。

【００３５】いま、上記括弧内に記載した電圧に設定さ
れているものとして、起動回路の動作を説明する。上記
回路構成では、電源端子Ｔ1 と接地端子Ｔ2 との間の電
圧が所定電圧に達すると導通して、その電源端子Ｔ1 と
接地端子Ｔ2 との間の電圧をその電圧にクランプする回
路が４個設けられている。第１にはダイオードＤ16とツ
ェナーダイオードＺＤ12とトランジスタＱ13のベース−
エミッタ間との直列回路であって、この直列回路は７．
７Ｖで導通する。第２にはトランジスタＱ12のエミッタ
−コレクタ間とダイオードＤ12〜Ｄ15とトランジスタＱ
13のベース−エミッタ間との直列回路であり導通する電
圧は４．２Ｖ、第３にはダイオードＤ16〜Ｄ18とツェナ
ーダイオードＺＤ12との直列回路であり導通する電圧は
８．４Ｖ、第４にはツェナーダイオードＺＤ13，ＺＤ14
とトランジスタＱ14のベース−エミッタ間との直列回路
であり１２．１Ｖになる。

【００３６】しかして、電源端子Ｔ1 と接地端子Ｔ2 と
の間の印加電圧（すなわち、コンデンサＣ3 の両端電
圧）をＶｘとするときに、印加電圧Ｖｘが上昇する過程
で４状態、下降する過程で２状態がある。すなわち、上
昇過程では、（ａ）０Ｖ≦Ｖｘ＜７．７Ｖ（ｂ）７．７Ｖ≦Ｖｘ＜８．４Ｖ（ｃ）８．４Ｖ≦Ｖｘ＜１２．１Ｖ（ｄ）１２．１Ｖ≦Ｖｘ下降過程では、（ｅ）４．２Ｖ≦Ｖｘ≦８．４Ｖ（ｆ）Ｖｘ＜４．２Ｖ（ａ）の状態では、上述した第１の直列回路（ダイオー
ドＤ16−ツェナーダイオードＺＤ12−トランジスタＱ13
のベース−エミッタ間）が導通しないから、トランジス
タＱ12はオフであり、トランジスタＱ11はオフに保たれ
る。

【００３７】（ｂ）の状態では、第１の直列回路が導通
しトランジスタＱ12がオンになる。このとき、トランジ
スタＱ12のエミッタ−コレクタを通してトランジスタＱ
11にベース電流が流れ、トランジスタＱ11がオンにな
る。すなわち、コンデンサＣ3の両端電圧が７．７Ｖ以
上になると、地絡検出判定回路２に定電圧の給電が開始
される。逆に言えば、７．７Ｖよりも低い期間には地絡
検出判定回路２には給電されず、地絡検出判定回路２で
の電力消費が無いからコンデンサＣ3 の充電が迅速に進
むことになる。また、ツェナーダイオードＺＤ11および
ダイオードＤ11の導通によって電圧検出回路７の制御端
子ＣＮに起動電圧が印加され、電圧検出回路７を通して
地絡電流判定回路２の充放電回路１２が作動可能にな
る。さらに、トランジスタＱ12がオンになることによっ
て、ダイオードＤ12〜Ｄ15とトランジスタＱ13のベース
−エミッタ間（つまり、第２の直列回路）を通して電流
が流れ、トランジスタＱ12は一旦オンになると、その後
は印加電圧Ｖｘが４．２Ｖ未満になるまでトランジスタ
Ｑ12のオン状態が維持される。つまり、トランジスタＱ
12のオン・オフにはヒステリシスが与えられている。こ
のようなヒステリシスを付与していることにより、印加
電圧Ｖｘが変動（電源のリプル成分による変動を含む）
しても安定に動作させることができるのである。

【００３８】（ｃ）の状態では、上述した第３の直列回
路（ダイオードＤ16〜Ｄ18およびツェナーダイオードＺ
Ｄ12）が導通し、地絡電流判定回路２への定電圧の給電
が継続される。（ｄ）の状態では、クランプ回路８の導
通により印加電圧Ｖｘが１２．１Ｖに保たれ、かつ抵抗
24およびトランジスタＱ14のコレクタ−エミッタ間を通
して電流が流れることにより、ツェナーダイオードＺＤ
13，ＺＤ14に流れる電流が抑制される。つまり、電源端
子Ｔ1 と接地端子Ｔ2 との間にサージ電流が流れても抵
抗24およびトランジスタＱ14のコレクタ−エミッタ間の
直列回路に電流が流れることによって、ツェナーダイオ
ードＺＤ13，ＺＤ14が保護される。また、ツェナーダイ
オードＺＤ13，ＺＤ14に流れる電流が制限されることに
よって、電源端子Ｔ1 と接地端子Ｔ2 との間への印加電
圧Ｖｘの温度ドリフトが抑制される。

【００３９】一方、印加電圧Ｖｘが降下する際には、
（ｅ）の状態のように、８．４Ｖ未満になると、上述し
た第３の直列回路（ダイオードＤ16〜Ｄ18およびツェナ
ーダイオードＺＤ12）に電流が流れなくなるが、上述し
たようにヒステリシスが付与されていることによって、
印加電圧Ｖｘが４．２Ｖ以上ではトランジスタＱ11のオ
ン状態は維持される。

【００４０】（ｆ）の状態のように、印加電圧Ｖｘが
４．２Ｖ未満になれば、トランジスタＱ11がオフにな
り、地絡電流判定回路２への給電が停止する。以上説明
したように、起動回路６を設けたことによって、図３
（ａ）に示すように、遮断器５をオンにしたときに地絡
が生じていて零相変流器ＺＣＴから図３（ｂ）に示すよ
うな検出電圧が発生するものとすると、地絡電流判定回
路２に電源を供給するコンデンサＣ3 の電荷は、地絡電
流判定回路２の動作電圧Ｖop（上述した例では７．７
Ｖ）に達するまでは地絡電流判定回路２で消費されない
から、図３（ｄ）のように、コンデンサＣ3 の両端電圧
は急速に立ち上がり、しかも半波整流であっても非充電
期間に両端電圧の低下がなく、比較的短時間で地絡電流
判定回路２の動作電圧Ｖopに達することになる。コンデ
ンサＣ3 の両端電圧が地絡電流判定回路２の動作電圧Ｖ
opに達すると、図３（ｃ）ように従来例と同様にしてコ
ンデンサＣ4 （図５参照）を３回充電した後に地絡信号
を発生する。すなわち、地絡信号の発生後に、サイリス
タ４のオン側の半サイクル（図３（ｅ））において、サ
イリスタ４をオンにすることができる（図３（ｆ）は地
絡電流判定回路２の出力端子ＯＵＴと接地端子ＧＮＤと
の間の電圧を示す）。このように、コンデンサＣ3 の両
端電圧が地絡電流判定回路２の動作電圧Ｖopに達するま
での時間を従来構成に比較して大幅に短縮した結果、地
絡信号を発生からサイリスタ４がオンになるまでの時間
程度は保持できる容量のコンデンサＣ3 を用いながら
も、遮断器５を迅速に動作させることができるのであ
る。

【００４１】なお、上記実施例では従来例と同様にコン
デンサＣ4 を３回充電して地絡信号を発生するものとし
ているが、雷サージなどに対する誤動作が問題にならな
ければ、１回の充電のみで地絡信号を発生するものでも
本発明の技術思想を適用することができる。

【００４２】

【発明の効果】請求項１の発明は、平滑用のコンデンサ
と地絡電流判定回路との間に挿入されたスイッチ要素
と、平滑用のコンデンサの両端電圧が地絡電流判定回路
の動作電圧に達するまでスイッチ要素をオフに保つ起動
制御部とを備える起動回路を設けていることによって、
地絡電流判定回路の動作電圧に達するまでは平滑用のコ
ンデンサの電荷が消費されず、平滑用のコンデンサの両
端電圧を急速に立ち上げることが可能になる。その結
果、遮断器をオンにしたときに地絡が生じていたとして
も、遮断器をオンにしてから地絡電流判定回路による地
絡信号の発生までの時間が従来よりも大幅に短くなり短
時間で遮断器をオフにすることができるという利点を有
する。つまり、安全性の高い漏電遮断器を提供すること
が可能になるのである。

【００４３】請求項２の発明は、スイッチ要素が一旦オ
ンになれば平滑用のコンデンサの両端電圧が多少下がっ
てもスイッチ要素のオン状態を維持できるようにヒステ
リシスを付与しているから、リプル成分などによる電圧
変動が生じても地絡電流判定回路への給電を継続して地
絡電流判定回路を安定に動作させることができるという
利点がある。

【００４４】請求項３の発明は、電圧検出回路によって
地絡電流判定回路の充放電回路の動作を制御し、電圧検
出回路は平滑用のコンデンサの両端電圧がスイッチ要素
をオンに保つ保持電圧よりも高い所定電圧まで低下した
ときに充放電回路によるコンデンサの充放電を禁止する
から、スイッチ要素をオンに保って地絡電流判定回路に
給電している期間に充放電回路の動作を停止させること
ができ、電圧低下時にはコンデンサの充放電を他の回路
の停止に先んじて停止させることでコンデンサの電圧変
動による誤動作を防止することができるという効果を奏
する。

【００４５】請求項４の発明は、スイッチ要素をオンに
する起動電圧を地絡電流検出装置に定電圧を印加する際
の制御電圧よりも高く設定しているから、スイッチ要素
がオンになったときには、地絡電流判定回路の動作電圧
を確実に確保することができるという利点がある。請求
項５の発明は、ｎｐｎ型のトランジスタのベース−コレ
クタを接続した定電圧素子を用いて定電圧化を行なうこ
とによって、リーク電流の少ない定電圧素子を得ること
ができ、小電流でも精度よく電圧を設定することができ
るという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例を示す回路図である。

【図２】実施例に用いる起動回路の回路図である。

【図３】実施例の動作説明図である。

【図４】従来例を示す回路図である。

【図５】従来例に用いる地絡電流判定回路の回路図であ
る。

【図６】従来例の動作説明図である。

【図７】従来例の問題点を示す動作説明図である。

【図８】従来例の問題点を示す動作説明図である。

【符号の説明】

２地絡電流判定回路３引外しコイル４サイリスタ５遮断器６起動回路７電圧検出回路１０比較回路１１比較回路１２充放電回路１３判定器回路１４判定回路１５判定回路Ｃ3 コンデンサＣ4 コンデンサＤ11 ダイオードＤ12 ダイオードＤ13 ダイオードＤ14 ダイオードＤ15 ダイオードＤ16 ダイオードＤ17 ダイオードＤ18 ダイオードＬｐ交流電路Ｑ11 トランジスタＱ12 トランジスタＱ13 トランジスタＱ14 トランジスタＲ21 抵抗Ｒ22 抵抗Ｒ23 抵抗Ｒ24 抵抗ＺＤ11 ツェナーダイオードＺＤ12 ツェナーダイオードＺＤ13 ツェナーダイオードＺＤ14 ツェナーダイオード

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者牧永仁大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内 (72)発明者永井康夫東京都小平市上水本町５丁目20番１号株式会社日立製作所半導体事業部内 (72)発明者津久井勇次東京都小平市上水本町５丁目22番１号株式会社日立マイコンシステム内 (56)参考文献特開平４−38116（ＪＰ，Ａ) 特開昭54−129447（ＪＰ，Ａ) 特開平６−133447（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02H 3/32 - 3/353 H02H 3/16 - 3/17

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】交流電路の不平衡電流を検出する零相変
流器と、零相変流器の検出電圧を基準電位と比較する比
較回路と、上記検出電圧が基準電位以上の期間に所定の
時定数でコンデンサを充電し基準電位未満の期間に充電
時よりも大きい時定数で上記コンデンサを放電する充放
電回路と、上記コンデンサの両端電圧が所定電圧に達す
ると地絡信号を発生する判定回路と、交流電路に挿入さ
れた遮断器の引外しコイルに直列接続され地絡信号の発
生時に引外しコイルに通電して遮断器をオフにするスイ
ッチング素子と、交流電路に整流回路を介して接続され
比較回路、充放電回路、判定回路を備えた地絡電流判定
回路に電源を供給する平滑用のコンデンサとを備えた地
絡電流検出装置において、平滑用のコンデンサと地絡電
流判定回路との間に挿入されたスイッチ要素と、平滑用
のコンデンサの両端電圧が地絡電流判定回路の動作電圧
に達するまでスイッチ要素をオフに保つ起動制御部とを
備える起動回路を設けたことを特徴とする地絡電流検出
装置。
【請求項２】起動制御部は、スイッチ要素がオンにな
ると平滑用のコンデンサの両端電圧が地絡電流判定回路
の動作電圧よりも低い保持電圧に低下するまでスイッチ
要素をオン状態を維持するヒステリシス付与部を備える
ことを特徴とする請求項１記載の地絡電流検出装置。
【請求項３】起動回路は、スイッチ要素のオン時に給
電されるとともに上記充放電回路によるコンデンサの充
放電の可否を決定する電圧検出回路を備え、電圧検出回
路は平滑用のコンデンサの両端電圧が上記保持電圧より
も高い所定電圧まで低下するとコンデンサの充放電を禁
止することを特徴とする請求項２記載の地絡電流検出装
置。
【請求項４】スイッチ要素はトランジスタであってコ
レクタ−エミッタ間が平滑用のコンデンサと地絡電流検
出装置との間に挿入され、起動制御部はトランジスタを
オンにする際の平滑用のコンデンサの電圧を起動電圧と
して設定する起動電圧設定部と、トランジスタのオン後
に地絡電流検出装置に定電圧を供給するようにトランジ
スタのベースに定電圧の制御電圧を印加する定電圧設定
部とを備え、起動電圧は制御電圧よりも高く設定されて
いることを特徴とする請求項１記載の地絡電流検出装
置。
【請求項５】起動電圧設定部および定電圧設定部はそ
れぞれｎｐｎ型のトランジスタのベース−コレクタを接
続した定電圧素子を備えることを特徴とする請求項４記
載の地絡電流検出装置。