JP3783173B2 - 交直両用漏電検出器 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、漏電遮断器・漏電警報器などに用いられ、電気的に非接触で直流・交流および交流と直流が重畳した漏洩電流を検出する漏電検出器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、交流電路に流れる漏洩電流を検出する漏電検出器には、漏洩電流を零相変流器で検出し、この零相変流器から出力される漏電信号が一定の波高値および幅（時間）を超えた場合に、漏電と判断するものがあった。
一方、直流電路に流れる漏洩電流を検出する漏電検出器の一つに励磁コイルの巻回方向を逆にした二つの可飽和アクトルを使用した直流変流器法があり、その他ホール素子法によるものがあった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
まず、従来の零相変流器を用いる方法では、交流電路には使用できるが、直流電流においては検出ができず、また、交流を検出する場合も、検出電流が小さいため、増幅等の手段が必要であり、検出部の寸法・重量とも大きなものとなる。一方、直流変流器法によるものでは、二つの可飽和リアクトルが必要であり、検出部の寸法・重量ともに大きくなって、しかも原理的に大電流はよいとしても小電流に対しては不適当であり、零相電流のような小電流を検出することは非常に困難である。
ホール素子法によるものでは、鉄心にギャップを設けるため，外部からの磁界の影響を受けやすく、磁気遮蔽を必要とするので，やはり検出部の寸法が大きくなり、また、零相電流のように検出する電流は小さくても一次電路に流れる電流が大きい場合は、鉄心にギャップの影響を受けて二次側の励磁コイルに不平衡電流が流れて誤動作する欠点がある。
以上のように、従来、直流差電流を検出する適当な装置は得られていないのである。
そして、漏電遮断器や漏電警報器などで検出が望まれる電路においては、完全な交流や直流ばかりではなく、交流を整流した波形のような脈流などもあり、これらの波形の漏洩電流は従来の検出器では検出することが出来なかった。
【０００４】
【発明の目的】
そこで本件の発明は、交流・直流・脈流などいずれの電流に対しても装置を大型にすることなく検出できる漏電検出器を提供することを目的とした。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
交流又は直流電路の漏洩電流を検出し、前記漏洩電流が所定の大きさを超えたときスイッチング素子を介して作動し、電路を遮断または漏電警報を発生する機器に組込まれる漏電検出器において、磁気ヒステリシス曲線が角形の高透磁率材からなる閉磁路鉄心を、該鉄心の肉厚部に巻回した励磁コイルと高周波電源とを結ぶ励磁回路によって、前記ヒステリシス曲線の保磁力より大きい領域まで、磁界の正負両方向に同一条件で高周波励磁しておき、前記鉄心の中心穴を通る導体に流れる被検出電流で生じる磁界が加わることによって前記ヒステリシス曲線の磁化範囲が移動すると共に保磁力近傍の前記高周波励磁電流を変化させ、その変化分を前記励磁回路に直列に接続した検出抵抗に発生する電圧の正側および負側の最大値の絶対値を比較してその大きさから前記被検出電流を求めるもので、具体的にいえば、交流または直流電路を一次導体として磁気ヒステリシス曲線が角形の高透磁率材料からなる閉磁路鉄心に励磁コイル（二次導体）を巻回した変流器と、前記励磁コイルに前記ヒステリシス曲線の飽和領域まで高周波励磁する高周波発振器と、前記励磁コイルと直列に接続した検出抵抗と、前記検出抵抗の両端に設けられ該検出抵抗の両端から取り出した電圧の高周波ノイズを除去処理する低域濾波回路と、該低域濾波回路から出力された電圧の正側の最大値を保持する正側のピークホールド回路と、同じく電圧の負側の最大値を保持する負側のピークホールド回路と、前記正側および負側のピークホールド回路の後にそれぞれ設けて脈流を直流化すると共にノイズを除去処理する低域濾波回路と前記負側のピークホールド回路の後に設けられた低域濾波回路から出力された負電圧の最大値を反転させるための反転回路と、前記正側の低域濾波回路の出力波形と、前記反転回路の出力波形を比較判定し、大きい方の波形を選択して積分回路に出力する最大値選択回路と、前記最大値選択回路からの出力を積分・低域濾波処理する積分回路と、前記積分回路後の波形の大きさが設定値を超えるものであってもその長さ（時間）が設定値以下であれば出力せず波形の大きさと長さの両方が設定値を超えたとき出力する時延回路と、前記時延回路からの出力を受けて表示あるいは遮断信号を出力する表示／遮断回路とにより構成されることにより、サージ電流等の誤検出を防止し、電流検出精度を向上させている。
【０００６】
【作用】
本発明による方法は、上記の構成により被検出電流によって生じる小さな磁界に対し、上記で説明した可飽和リアクトルを応用した電流検出原理によって得られた信号の正負それぞれの最大値を比較・判定処理することにより、交流・直流・脈流などの電流を高精度に検出することが可能となる。
【０００７】
【実施例の説明】
図１は、本発明の一実施例を示す漏電検出器の回路ブロック図あり、図２は、各ブロック回路における動作説明波形図（タイムチャート）である。
【０００８】
まず、図１により回路ブロックの構成について説明する。
ＣＴは、変流器で一次導体として一次電路が直流および単相交流の場合には２本、三相交流および単相三線式交流の場合には３本の電線が前記変流器の中央部を貫通して接続され、その閉磁路鉄心には磁気ヒステリシス曲線が角形の高透磁率の材料が用いられ、前記鉄心には高周波励磁コイルが巻回されている。鉄心の具体的な材質については、アモルファスを採用した。
発振器は、前記高周波励磁コイルにヒステリシス曲線の飽和領域まで高周波励磁するための高周波発振器であり、本発明では９００Ｈｚの交流を発振させている。
検出抵抗は、前記変流器と直列に接続され、可飽和リアクトルの原理により高周波励磁電流を被検出電流（漏洩電流）により変化させた変化分を電圧変化分として取り出す変換器である。
ＬＰＦ１は、前記検出抵抗の両端から取り出した電圧変化分の高周波ノイズを除去処理するための低域濾波器で、本発明では５ｋＨｚのものを使用している。正側のピークホールド回路は、前記ＬＰＦ１で処理された波形の正側の最大値を保持し、出力する回路である。
ＬＰＦ２は、前記正側のピークホールド回路の出力（脈流）を直流化すると共にノイズを除去処理するための低域濾波器で、本発明では８０Ｈｚのものを使用している。
負側のピークホールド回路は、前記ＬＰＦ１で処理された波形の負側の最大値を保持し、出力する回路である。
ＬＰＦ３は、前記負側のピークホールド回路の出力（脈流）を直流化すると共にノイズを除去処理するための低域濾波器で、本発明では正側の場合と同じ８０Ｈｚのものを使用している。
反転回路は、前記ＬＰＦ３の出力波形（負の最大値電圧波形）を反転させ、正の最大値電圧波形にして出力する反転回路である。
最大値選択回路は、前記ＬＰＦ２の出力波形と、前記反転回路の出力波形を比較判定し、大きい方の波形を選択して出力する最大値選択回路である。
積分回路は、前記最大値選択回路の出力を積分・低域濾波処理し、直流化して出力する積分回路である。
時延回路は、前記積分回路後の波形の大きさ（定格感度電流）が設定値を超えるものであってもその長さ（定格不動作時間）が設定値以下であれば出力せず、波形の大きさと長さの両方が設定値を超えたとき出力する時延回路である。
表示／遮断回路は、前記時延回路の出力を受けて漏電表示信号あるいは漏電遮断信号を出力するスイッチング回路である。
【０００９】
次に図２のタイムチャートのＡ〜Ｆの波形を図１の回路ブロックの機能に対応させて説明する。
Ａは、発振回路により発振される高周波励磁電流波形で、本発明では９００Ｈｚの高周波である。
Ｂは、図１の検出抵抗両端に出力される高周波励磁電流を被検出電流（漏洩電流）により、変化させた変化分の波形である。
被検出電流が０の場合は、飽和状態の波形であり、正の被検出電流が通電された場合（一次電路に漏電や地絡が発生して正の漏洩電流が流れた場合）には前述の説明の通り、可飽和リアクトルを応用した電流検出の原理により、正の方向にスパイクが現れる。
Ｃは、正側のピークホールド回路の出力波形で、前記Ｂの波形の正のピーク値を保持しつつ出力される正のピーク検出波形である。
被検出電流が通電された場合に、Ｂのスパイクの最大値を保持しつつ出力される。
Ｄは，負側のピークホールド回路の出力波形で、前記Ｂの波形の負のピーク値を保持しつつ出力される負のピーク検出波形である。
被検出電流が０の場合も通電された場合も出力波形はほとんど変化しない。
Ｅは、最大値選択回路の出力波形で、Ｃの波形とＤの波形を反転させた波形とを比較選択し、大きい方の波形が出力される。
被検出電流が０の場合、ＣとＤの波形の絶対値はほぼ同じであるので定常分の波形が出力され、被検出電流が通電されると、Ｃの波形が大きくなり、Ｃの波形に比例した波形が出力される。
Ｆは、積分回路後の出力波形で、Ｅの波形を積分・低域濾波処理した直流分が出力される。
被検出電流が０の場合の出力は小さいが、被検出電流が増加するに従ってＦの出力も大きくなる。
Ｆの出力が大きくなり、あらかじめ設定された値（Ｖｒｅｆ）を超えると、表示／遮断回路が作動し、漏電表示信号あるいは漏電遮断信号が出力される。
ここでは、正の被検出電流が流れた場合について説明したが、負の被検出電流が流れた場合は、上記の正と負が逆になるだけで、負の被検出電流が設定値以上流れたときにも同様に漏電表示信号あるいは漏電遮断信号が出力される。
また、説明図および説明文には示していないが、ここでは、被検出電流が直流の場合について説明している。
交流の場合についても高周波励磁発振器の周波数が商用周波数に対して１５倍（６０Ｈｚ）または１８倍（５０Ｈｚ）と高く部分的に見れば直流と変ることがないので、上記説明をそのまま使用することが出来る。
脈流についても同じである。
【００１０】
【発明の効果】
本発明によれば、前述の可飽和リアクトルを応用した電流検出の原理により、被検出電流の増加に対するピーク電流値の絶対値の増加分とが非常によい状態で直線性を示し、直流はもちろん交流あるいは脈流においても漏電による微小電流を容易に検出することができるようになり、装置を大型化することなく、従来の交流機器に加えて、直流用の漏電遮断器や漏電警報器などの作成が可能となる。また、本発明によれば、交流の微小電流を検出する場合において出力が、従来の方法に比べて数段に大きく高精度であるので、本検出器を用いる表示回路、遮断回路などを容易にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の漏電検出部の回路ブロック図である。
【図２】本発明の各ブロック回路の動作説明波形図（タイムチャート）である。
【図３】従来の漏電検出器の回路ブロック図である。

Claims (1)

1. 交流又は直流電路の漏洩電流を検出し、前記漏洩電流が所定の大きさを超えたときスイッチング素子を介して作動し、電路を遮断または漏電警報を発生する機器に組込まれる漏電検出器において、前記交流または直流電路を一次導体として磁気ヒステリシス曲線が角形の高透磁率材料からなる閉磁路鉄心に励磁コイル（二次導体）を巻回した変流器と、前記励磁コイルに前記ヒステリシス曲線の飽和領域まで高周波励磁する高周波発振器と、前記励磁コイルと直列に接続した検出抵抗と、前記検出抵抗の両端に設けられ該検出抵抗の両端から取り出した電圧の高周波ノイズを除去処理する低域濾波回路と、該低域濾波回路から出力された電圧の正側の最大値を保持する正側のピークホールド回路と、同じく電圧の負側の最大値を保持する負側のピークホールド回路と、前記正側および負側のピークホールド回路の後にそれぞれ設けて脈流を直流化すると共にノイズを除去処理する低域濾波回路と前記負側のピークホールド回路の後に設けられた低域濾波回路から出力された負電圧の最大値を反転させるための反転回路と、前記正側の低域濾波回路の出力波形と、前記反転回路の出力波形を比較判定し、大きい方の波形を選択して積分回路に出力する最大値選択回路と、前記最大値選択回路からの出力を積分・低域濾波処理する積分回路と、前記積分回路後の波形の大きさが設定値を超えるものであってもその長さ（時間）が設定値以下であれば出力せず波形の大きさと長さの両方が設定値を超えたとき出力する時延回路と、前記時延回路からの出力を受けて表示あるいは遮断信号を出力する表示／遮断回路とにより構成されることを特徴とする交直両用漏電検出器。

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