JP3717200B2 - 漏洩変圧器の地絡検出器 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明はネオン管、アルゴン管などの放電管を点灯するために用いられる漏洩変圧器の二次巻線が変圧器ケースに電気的に接触する事故、いわゆる地絡した場合を検出する地絡検出器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来において、前記ネオン管などの点灯用漏洩変圧器の二次巻線は、わが国においては大地から電気的に浮かされることが規定されていた。しかし、前記二次巻線の中点を接地すると、耐絶縁電圧が半分になり作りやすく、かつ危険性も少なくなる。このような中点接地漏洩変圧器の二次巻線地絡事故を検出することは従来においては二次巻線を浮かすように規定されていたため、実施されているものはなかった。
【０００３】
しかし、中点接地の漏洩変圧器は前記利点があり、将来これが使用されるようになった場合、火災防止、電源回路の保護などの点から二次巻線の地絡を確実に検出されることが望まれることになる。
ネオン管などの放電管を点灯するための漏洩変圧器において、断線、短絡などの異常にもとづく災害の発生を防止するものとして、従来においては例えば特公昭３６−１２５３７号公報に示すものが知られている。これは一次巻線に結合した第１補助巻線と二次巻線に結合した第２補助巻線とを設け、これら第１補助巻線と第２補助巻線とを直列に接続し、この両端間に交流リレー又は整流回路を接続し、整流回路の場合は整流出力側に直流リレーを接続し、正常状態で第１補助巻線と第２補助巻線との両誘起電圧が同一逆極性となるようにされ、リレーには電圧が印加されないが、短絡、断線などの異常になると、第１，第２補助巻線の両誘起電圧に差が生じ、リレーが動作して一次巻線への電力供給を断にするものであった。
【０００４】
この従来技術においては、負荷、つまり、接続されるネオン管の本数が変わると、第２補助巻線の誘起電圧が変化するため、第１補助巻線の誘起電圧との平衡がくずれ、正常であるのにリレーが動作するおそれがあった。このため負荷本数の変更範囲を狭くする必要があった。また第１補助巻線の誘起電圧は、負荷が変化しても短絡しても一定であるため、一次巻線の両側に二次巻線がある構造の漏洩変圧器には、この従来技術を適用することはできない問題もあった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この発明の目的は、二次巻線の中点が接地された漏洩変圧器において、二次巻線の地絡を確実に検出する地絡検出器を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
中点接地の漏洩変圧器は通常主閉磁路を構成する磁気コア上に一次巻線が巻かれ、その一次巻線の両側において主閉磁路に対して漏洩閉磁路を構成する第１，第２漏洩磁気コアが主磁気コアに対して設けられ、漏洩閉磁路に対し一次巻線の両外側において、主磁気コア上にそれぞれ第１，第２二次巻線が巻かれ、これら第１，第２二次巻線の一端がその誘起電圧を互いに加算するように接続され、その接続点が接地されている。
【０００７】
このような漏洩変圧器において、請求項１の発明では漏洩閉磁路を除き、その両側の主磁気コア上にそれぞれ第１，第２三次巻線が巻かれ、これら第１，第２三次巻線の一端が互いに接続され、他端間に検出回路が接続される。この検出回路は入力が正常値に対して所定値以上変化すると、これを検出するものである。
【０００８】
請求項２の発明によれば、上記漏洩変圧器において、第１，第２漏洩磁気コアにそれぞれ第１，第２三次巻線が巻かれ、これら第１，第２三次巻線の一端が互いに接続され、他端間に検出回路が接続され、この検出回路は請求項１の発明のそれと同様のものである。
【０００９】
そして、請求項１または２の発明において、第１，第２三次巻線の誘起電圧が互いに打ち消される極性で接続されている。
【００１０】
【実施例】
図１に請求項１の発明の実施例を示す。例えば方形状の主磁気コアの長い一辺の中央に一次巻線１２が巻かれ、その一次巻線の両側にそれぞれ主磁気コア１１内をほぼ横切るように第１，第２漏洩磁気コア１３，１４が設けられて、これら第１，第２漏洩磁気コア１３，１４主磁気コア１１の一次巻線１２が巻かれた部分およびその対向部分により、漏洩閉磁路１５が構成できるようにされている。図では第１，第２漏洩磁気コア１３，１４の一端が主磁気コア１１の一辺に連結され、その対向辺との間に、小さな空隙がそれぞれ設けられている。
【００１１】
漏洩閉磁路１５の両側において第１，第２二次巻線１６，１７が主磁気コア１１上に巻かれ、第１，第２二次巻線１６，１７の一端は互いに接続され、その接続点、いわゆる二次巻線の中点１８が接地されている。第１，第２二次巻線１６，１７の両端間に、第１，第２二次巻線１６，１７にそれぞれ誘起された電圧が加算されて現れるようにされている。第１，第２二次巻線１６，１７の巻数は等しく、同一電圧が誘起されるように構成されている。図に示していないが、一次巻線１２の両端間に、例えば商用電源または１０乃至３０KHz 程度の高周波電源が接続され第１，第２二次巻線１６，１７の他端間にネオン管などの負荷が接続される。
【００１２】
この発明においては、漏洩閉磁路１５の両側において主磁気コア１１上に第１，第２三次巻線２１，２２がそれぞれ巻かれ、第１，第２三次巻線２１，２２の一端は互いに接続され、他端は検出回路２３の入力端に接続される。検出回路２３は、その入力が正常値に対し所定値以上変化すると、これを検出するものである。この検出回路２３の出力により、一次巻線１２と直列に挿入されたスイッチ２４をオフに制御することができるようにされている。第１，第２三次巻線２１，２２の巻数は互いに等しく、従って正常状態においては第１，第２三次巻線２１，２２に誘起される電圧は互いに等しい。
【００１３】
検出回路２３は、例えば図２に示すように構成される。一次巻線が接続されるべき電源出力が整流平滑回路２６で整流平滑され、その出力がツェナーダイオード２７で一定電圧とされ、その一定電圧が分圧回路２８により分圧され、基準電圧Ｅｒが作られて比較器２９の反転入力端に供給される。比較器２９の出力側は分圧回路を通じてサイリスタ３１のゲートに接続され、ツェナーダイオード２７の両端は解除スイッチ３２を通じてサイリスタ３１の両端に接続される。第１，第２三次巻線２１，２２の各他端は検出回路２３内の全波整流回路３３の入力端に接続され、全波整流回路の出力端は平滑回路３４を通じて比較器２９の非反転入力端に接続される。
【００１４】
例えば第１，第２三次巻線２１，２２の誘起電圧が互いに打ち消されるように接続されていると、正常状態においては第１，第２三次巻線２１，２２に等しい電圧が誘起され、検出回路２３の入力は０となっており、比較器２９の非反転入力端の電圧も０となっている。しかし、第１，第２二次巻線１６，１７の一方、例えば１６が地絡すると、その二次巻線によって誘起される方の三次巻線、この例では２１の誘起電圧もほぼ０となり、比較器２９の非反転端に比較的大きな正電圧が現れ、これが基準電圧Ｅｒを超えて比較器２９の出力が反転して大きな正レベルが出力され、サイリスタ３１がオンとなり、地絡が生じたことが検出される。
【００１５】
図２では、この検出出力により一次巻線１２への電流を自動的に遮断するようにした場合で、一次巻線１２と直列にスイッチ２４としてトライアック３５が挿入され、サイリスタ３１およびスイッチ３２の直列回路の両端間にツェナーダイオード３６および抵抗器３７の直列回路が接続され、その抵抗器３７の両端間にトライアック３５の一端とゲートが接続される。従って正常な状態においてはサイリスタ３１がオフで、ツェナーダイオード３６を通じてトライアック３５がオン状態となり、一次巻線１２に交流電力が供給される。しかし、前述したように二次巻線の一方が地絡すると、比較器２９の出力が反転してサイリスタ３１がオンとなり、トライアック３５のゲート電圧が下がってトライアック３５がオフとなり、一次巻線１２への交流電力の供給が遮断される。
【００１６】
二次巻線１６，１７の他端間に接続されるネオン管の本数が多くなると、第１，第２三次巻線２１，２２の誘起電圧が大きくなる。また完全な地絡ではないが地絡に近づいた状態をも検出可能としたい場合がある。これらの点から基準電圧Ｅｒの大きさを調整できるようにしておくことが好ましい。
上述においては、第１，第２三次巻線２１，２２をその誘起電圧が互いに打ち消されるように接続したが、これら誘起電圧が互いに加算されるように接続してもよい。この場合は正常状態における検出回路２３の入力電圧に対し、一方の二次巻線が地絡した場合は、検出回路２３の入力電圧が約半分に減少する。この電圧変化を検出するようにすればよい。例えば比較器２９の非反転入力端に基準電圧Ｅｒを与え、反転入力端に整流回路３３の出力を与える。この整流回路の電圧が所定値以下になると、比較器２９の出力が正の高レベルに反転するようにすればよい。
【００１７】
第１，第２三次巻線２１，２２は図１に示すように、第１，第２二次巻線１６，１７より分離して設けてもよいが、例えば図３Ａに示すように二次巻線のボビン４１上に、まず第１三次巻線２１を一層だけ巻き、その上に絶縁膜４２を巻き、その絶縁膜４２上に第１二次巻線１６を巻く。つまり、第１二次巻線１６の最下層、すなわち低い電圧の層の内側にこれと絶縁して三次巻線２１を巻く。第２三次巻線２２も同様に第２二次巻線１７の最下層の内側に巻く。
【００１８】
あるいは図３Ｂに示すように、第１二次巻線１６を分割巻とする場合は、分割ボビン４３の一番端の分割領域に第１三次巻線２１を巻き、その隣の分割領域に第１二次巻線１６の接地される中点１８側から巻いていく。このようにすると第１二次巻線１６と第１三次巻線２１との絶縁が楽になる。第２二次巻線１７の分割巻ボビンに対し同様に第２三次巻線２２を巻くことができる。
【００１９】
三次巻線は巻数が５乃至１０あれば充分電圧検出可能である。従って、すでに出来上がった漏洩変圧器に対して三次巻線を付けるには、例えば図３Ｃに示すように、心線４５が５乃至１０本程度フラットケーブル４６を主磁気コア１１上に１巻し、心線４５の両端を１本ずつずらして互いに接続し、残りの両端の心線の各一端を三次巻線の両端とすることにより、第１，第２三次巻線２１，２２を簡単に取り付けることができる。
【００２０】
図４Ａに請求項２の発明の実施例を図１と対応する部分に同一符号を付けて示す。この実施例では、第１，第２三次巻線２１，２２は、第１，第２漏洩磁気コア１３，１４上に巻かれる。これら第１，第２三次巻線２１，２２の一端は互いに接続され、他端は検出回路２３の入力端に接続される。この場合においては、正常状態では第１，第２三次巻線２１，２２の誘起電圧は著しく小さく、地絡が生じると漏洩閉磁路１５に磁束が通り、第１，第２三次巻線２１，２２に電圧が誘起される。この誘起電圧は第１，第２三次巻線２１と２２とでは互いに異なる。従って、図１に示した実施例と同様に第１，第２三次巻線２１，２２の誘起電圧が打ち消されるように接続されている場合、および加算されるように接続されている場合のいずれでも地絡を検出できる。
【００２１】
第１漏洩磁気コア１３上に第１三次巻線２１を巻く場合、図４Ｂに示すように漏洩磁気コア１３ａ上に第１三次巻線２１を巻き、これに沿って漏洩磁束調整用の磁気コア１３ｂを配し、磁気コア１３ａと１３ｂとにより第１漏洩磁気コアを構成するようにする。第２漏洩磁気コア１４と第２三次巻線２２との関係も図４Ｂに示した場合と同様にする。
【００２２】
図５Ａに提案された参考例を、図１Ａと対応する部分に同一符号を付けて示す。この実施例によれば、第１，第２二次巻線１６，１７の接地中点１８の近くからそれぞれ第１，第２タップ５１，５２が導出され、これら第１，第２タップ５１，５２は検出回路２３の入力端に接続される。この場合、第１，第２タップ５１，５２より得られる電圧は正常状態において絶対値が等しいようにされる。この構成においても地絡事故が生じれば、これが検出回路２３で検出されることは容易に理解されよう。
【００２３】
図５Ｂに他の提案された参考例を示し、図５Ａと対応する部分に同一符号を付けてある。この実施例においては、第１，第２タップ５１，５２はコンデンサや抵抗素子などの第１，第２インピーダンス素子５３，５４の一端に接続され、第１，第２インピーダンス素子５３，５４の他端は互いに接続され、この接続点５５と接地とが検出回路２３の入力端に接続される。この実施例によれば、正常状態では接続点５５と接地との間において第１インピーダンス素子５３を通じて流れる電流と、第２インピーダンス素子５４を通じて流れる電流とが大きさが等しく、方向が反対で互いに打ち消される。しかし、第１，第２二次巻線１６，１７の一方が地絡すると、接続点５５と接地との間において流れる上記両電流は大きさが異なり、検出回路２３で地絡が検出される。
【００２４】
次に実験例を説明する。図６Ａに示すように、第１，第２二次巻線１６，１７の他端間にネオン管５７を４本直列に接続し、一次巻線１２に交流２００Ｖを印加し、図１に示したように主磁気コア１１に各５ターンの第１，第２三次巻線２１，２２を巻き、第１，第２二次巻線１６，１７の他端間に４kVが得られる場合と、図４Ａに示したように第１，第２漏洩磁気コア１３，１４に各５ターンの第１，第２三次巻線２１，２２をそれぞれ巻き、第１，第２二次巻線１６，１７の他端間に４kVが得られる場合とのそれぞれについて、第１，第２三次巻線２１，２２の誘起電圧が加算されて出力される場合と、減算（打ち消し合う）されて出力される場合とについて、負荷のネオン管５７が４本の場合、１本の各場合における正常時の第１，第２三次巻線２１，２２の他端間の出力電圧、負荷のネオン管が４本、１本の各場合において第１，第２二次巻線１６，１７の各一方の他端が地絡した場合における第１，第２三次巻線２１，２２の他端間の誘起電圧が加算時、減算時の各出力電圧を測定した結果を図６Ｂに示す。
【００２５】
この場合、図６Ｂから理解されるように、第１，第２三次巻線２１，２２の誘起電圧を差動的（減算的）に取り出す場合は図１，図４Ａのいずれの実施例においても、正常時と地絡時とで、検出回路２３の入力電圧が比較的大きく異なり、地絡を確実に検出することができる。しかし、図１，図４Ａのいずれの実施例においても、第１，第２三次巻線２１，２２の出力を加算して取り出す場合は、正常時と地絡時とで出力電圧の差が比較的小さく、検出が困難であるが、通常においては負荷ネオン管の接続本数が多く、それだけ負荷電流も多くなり、第１，第２三次巻線２１，２２が誘起される電圧が高くなり、つまり第１，第２三次巻線２１，２２の巻数を多くすることにより、正常時と、地絡時とにおける検出電圧差が大となり、地絡を検出することを可能とすることができる。
【００２６】
図７Ａに示すように、第１，第２二次巻線１６，１７の各他端を同一数のネオン管５７を通じて接地して使用する負荷中点接地形において、図１の実施例、図４Ａの実施例でそれぞれ第１，第２二次巻線１６，１７の他端間にそれぞれ8.８kV，１３kVが得られる場合につき、それぞれ第１，第２三次巻線２１，２２の誘起電圧が加算される場合と減算される場合につき、ネオン管５７が２本ずつの場合と、２本と１本の場合と、前者について一方の二次巻線の他端が開放となった場合、地絡された場合、後者について２本接続された側の二次巻線が地絡した場合について、各第１，第２三次巻線２１，２２の誘起電圧が加算される場合と減算される場合とについて測定した。この結果を図７Ｂに示す。
【００２７】
これより第１，第２三次巻線２１，２２の誘起電圧を互いに減算して取り出す場合は、正常時に対し、異常時が可成り大きくなり、地絡を検出することができる。加算して取り出す場合は、図４Ａの実施例では電圧差が小さいが、この場合も通常の使用状態では使用するネオン管の使用本数が多く、検出可能である。また第１，第２二次巻線１６，１７に接続するネオン管の数が異なる場合は、正常時と、一端の地絡時とで検出回路２３の入力電圧の差が小さく、地絡を検出することが比較的難しい。よって両二次巻線１６，１７に同一数の負荷を接続することが望ましい。
【００２８】
【発明の効果】
以上述べたように、この発明によれば二次巻線の中点が接地された漏洩変圧器の二次側の一端の地絡を確実に検出することができる。
図５Ａ，図５Ｂに示す参考例によれば、三次巻線を設ける必要がない。また第１，第２二次巻線１６，１７のそれぞれに接続される。負荷、その配線の大地静電容量が互いに比較的大きく異なる場合でも、接地中点１８を流れる電流を検出する場合と異なり、前記静電容量差の影響を受け難い。
【００２９】
またこの発明によれば、負荷放電管数を変えても正常時は常に検出回路の入力電圧はほぼ零となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１の発明の実施例の構成を示す図。
【図２】検出回路２３の具体例を示す接続図。
【図３】三次巻線の巻装例を示し、ＡおよびＢは断面図、Ｃは斜視図である。
【図４】Ａは請求項２の発明の実施例の構成を示す図、Ｂはその三次巻線の巻装例を示す図である。
【図５】Ａは提案された参考例の構成を示す図、Ｂは提案された他の参考例の構成を示す図である。
【図６】Ａは負荷非接地の漏洩変圧器使用状態を示す回路図、Ｂはその実験結果を示す図である。
【図７】Ａは負荷中点接地の漏洩変圧器使用状態を示す回路図、Ｂはその実験結果を示す図である。

Claims (2)

1. 主閉磁路を構成する主磁気コア上に高周波電源に接続された一次巻線が巻かれ、
   その一次巻線の両側において、上記主磁気コアの上記主閉磁路に対して漏洩閉磁路を構成する第１，第２漏洩磁気コアが設けられ、
   上記漏洩閉磁路に対し上記一次巻線の両外側において、上記主磁気コア上にそれぞれネオン管などの放電管が接続された第１，第２二次巻線が巻かれ、
   これら第１，第２二次巻線の一端は、その誘起電圧が互いに加算されるように接続され、その接続点が接地された漏洩変圧器の地絡検出器において、
   上記一次巻線の両側の上記漏洩閉磁路を除く、上記主磁気コア上にそれぞれ巻かれ、互いに一端が接続され、その誘起電圧が互いに打ち消されるように接続された第１，第２三次巻線と、
   これら第１，第２三次巻線の他端が全波整流回路に接続され、その全波整流回路の出力が正常値に対して所定値以上変化すると、これを検出する検出回路とを具備していることを特徴とする漏洩変圧器の地絡検出器。
2. 主閉磁路を構成する主磁気コア上に高周波電源に接続された一次巻線が巻かれ、
   その一次巻線の両側において、上記主磁気コアの上記主閉磁路に対して漏洩閉磁路を構成する第１，第２漏洩磁気コアが設けられ、
   上記漏洩閉磁路に対し上記一次巻線の両外側において、上記主磁気コア上にそれぞれネオン管などの放電管が接続された第１，第２二次巻線が巻かれ、
   これら第１，第２二次巻線の一端は、その誘起電圧が互いに加算されるように接続され、その接続点が接地された漏洩変圧器の地絡検出器において、
   上記第１，第２漏洩磁気コア上にそれぞれ巻かれ、互いに一端が接続され、その誘起電圧が互いに打ち消されるように接続された第１，第２三次巻線と、
   これら第１，第２三次巻線の他端が全波整流回路に接続され、その全波整流回路の出力が正常値に対して所定値以上変化すると、これを検出する検出回路とを具備していることを特徴とする漏洩変圧器の地絡検出器。

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