JP4306781B2

JP4306781B2 - 漏電検出回路

Info

Publication number: JP4306781B2
Application number: JP2007281564A
Authority: JP
Inventors: 浩堂前; 紀雄鍵村; 透増田
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2007-10-30
Filing date: 2007-10-30
Publication date: 2009-08-05
Anticipated expiration: 2027-10-30
Also published as: AU2008320169A1; EP2207246A4; AU2008320169B2; CN101803137A; CN101803137B; JP2009112108A; ES2558690T3; US20100213905A1; US8310210B2; EP2207246A1; KR101103227B1; KR20100044883A; EP2207246B1; WO2009057380A1

Description

本発明は、漏電検出機能に関する。

従来から、漏電検出機能は、所定の正側閾値を上回る電流と、所定の負側閾値を下回る電流とを複数回検出することにより、漏電の有無を検出する技術が提案されており、例えば、特許文献１に開示されている。

特開２００３−２１９５５２号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示されている技術においては、正側閾値を上回る電流と負側閾値を下回る電流とが合わせて複数回検出されない限りは漏電として検出されないため、迅速な対応ができないという問題がある。また、例えばサイリスタ等の整流器によって、交流が直流に変換される場合には、負方向の電流は流れないために正方向の電流が正側閾値を上回ったとしても漏電として検出できないという問題がある（図９：本発明の課題を説明する図参照）。

さらに、漏電検出機能を有する集積回路を用いた場合、該集積回路の動作によってノイズが生じ得るため、漏電検出機能に加えてノイズ対策も併せて設けなければならないという問題がある。

さらにまた、漏電検出機能を既存の機器に後付け可能な技術の需要も高まってきている。

本発明は、上記課題に鑑み、集積回路を採用せずに、異常な地絡電流が発生した際に迅速に対応する技術を提供することを目的とする。

上記課題を解決すべく、第１の発明は、地絡電流を検出して零相電流を出力する零相変流器（１０２）と、コンデンサ（１０４）と、前記零相電流が予め定められた正側閾値を上回ったときか又は予め定められた負側閾値を下回ったときに動作し、前記動作に基づいて前記コンデンサの充電及び放電を制御する回路（１０８）と、高電位点（１１４，１１８）と、前記高電位点と前記コンデンサ（１０４）との間に設けられる第１の抵抗（１０６）とを備え、前記回路（１０８）はオープンコレクタ出力が採用されて、前記回路の出力端は前記第１の抵抗と前記コンデンサ（１０４）との間に設けられる接点（１５０）に接続され、前記コンデンサ（１０４）は、一端が前記接点に接続されて前記回路の出力に基づいて充電及び放電する、漏電検出回路（１００，１００Ａ）であって、前記回路（１０８）は、前記零相電流が予め定められた正側閾値を上回ったときに動作するオープンコレクタ出力の第１のアンプ（１１０）と、前記零相電流が予め定められた負側閾値を下回ったときに動作するオープンコレクタ出力の第２のアンプ（１１２）と、前記第１及び第２のアンプの出力側と前記接点（１５０）との間にそれぞれ接続される第２及び第３の抵抗（１２８，１３０）とする、漏電検出回路である。

第１の発明によれば、第１及び第２の抵抗の抵抗値をそれぞれ適切に設定することにより、正側閾値を上回る零相電流か又は負側閾値を下回る零相電流の何れか一方のみが検出された場合であっても迅速に漏電を検出することができる。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図１を初めとする以下の図には、本発明に関係する要素のみを示す。

〈１．第１実施形態〉
〈１．１概略構成〉
図１は、本発明の第１実施形態に係る漏電検出回路１００を示す図である。漏電検出回路１００は、例えば、電源２０２、モータ（電力負荷）２０４、モータ２０４に電源電流を伝送する電路２０６、電路２０６の導通／非導通を切替える電磁接触器２０８及び、電磁接触器２０８を動作させるリレー２１０を有する制御部２１２を備える空気調和機２００に設けられる。

〈１．２回路構成〉
漏電検出回路１００は、電路２０６において地絡電流を検出して零相電流を出力する零相変流器１０２と、コンデンサ１０４と、零相電流が予め定められた正側閾値を上回ったときか又は予め定められた負側閾値を下回ったときに動作し、該動作に基づいてコンデンサ１０４の充電及び放電を制御する回路１０８とを備える。回路１０８については後述する。また、漏電検出回路１００は、高電位点１１４，１１８と、高電位点１１４とコンデンサ１０４との間（具体的には高電位点１１４と接点１５０との間）に設けられる第１の抵抗（以下、単に「抵抗」と称する）１０６とを備えている。

コンデンサ１０４は、一端が接点１５０に接続されて回路１０８の出力に基づいて充電及び放電する。具体的には、零相電流が予め定められた正側閾値を上回ったときか又は予め定められた負側閾値を下回ったときに放電し、これ以外のときは充電する。

回路１０８はオープンコレクタ出力が採用されて、回路１０８の出力端は抵抗１０６とコンデンサ１０４との間に設けられる接点１５０に接続される。具体的には、回路１０８は、零相電流の電圧が予め定められた正側閾値ＴＨ１を上回ったときに動作する正側アンプ１１０と、予め定められた負側閾値ＴＨ２（＜ＴＨ１）を下回ったときに動作する負側アンプ１１２とがオープンコレクタ出力となるように接続されている。回路１０８は、正側アンプ１１０及び負側アンプ１１２のそれぞれの出力側と接点１５０との間に接続される第２の抵抗（以下、単に「抵抗」と称する）１２８，１３０とを有している。

回路１０８は、正側アンプ１１０、負側アンプ１１２、抵抗１２８，１３０の外、正側アンプ１１０の電源としての高電位点１１４及び低電位点１１６、負側アンプ１１２の電源としての高電位点１１８及び低電位点１２０、抵抗１２２，１２４，１２６を有している。

電路２０６において地絡電流を検出した零相変流器１０２は、正側アンプ１１０の非反転入力端子及び負側アンプ１１２の反転入力端子にそれぞれ零相電流を伝達する。より具体的には、抵抗１２１に零相電流を流し、抵抗１２１における電圧降下で決定される電位（以下、「検出電位」と仮称）が正側アンプ１１０の反転入力端子及び負側アンプ１１２の非反転入力端子に送出される。正側アンプ１１０の反転入力端子及び負側アンプ１１２の非反転入力端子には、抵抗１２２，１２４，１２６を介して高電位点１１４及び低電位点１２０が接続されており、それぞれ閾値ＴＨ１，ＴＨ２が入力される。なお、検出電位と電圧閾値とを比較することは、換言すれば零相電流と、電圧閾値に相当する電流の閾値との比較と把握できる。

また、漏電検出回路１００は、零相変流器１０２が検出した地絡電流が漏洩電流か否かを判断するための閾値Ｖｒｅｆを制御手段１３４に記憶している。

図２は、漏電検出機能を説明する図である。コンデンサ１０４は、零相電流が出力されない場合及び、零相電流が出力されたとしても検出電位が正側閾値ＴＨ１と負側閾値ＴＨ２との間にあるときは充電される。

例えば、零相変流器１０２が地絡電流を検出して零相電流を出力し、図２に示すような正弦波を描く検出電位が発生した場合、該正弦波の電圧が正側閾値ＴＨ１を上回ったときは正側アンプ１１０が動作してコンデンサ１０４が放電する。また、該正弦波の電圧が負側閾値ＴＨ２を下回ったときは負側アンプ１１２が動作してコンデンサ１０４が放電する。コンデンサ１０４の極板間電圧が閾値Ｖｒｅｆを下回ると、制御手段１３４が漏電が発生したとして判断し、その旨を空気調和機２００の制御部２１２に送出する。

上述のように、漏電検出回路１００は、空気調和機２００に対して、電路２０６に零相変流器１０２を取付け、制御部２１２に制御手段１３４を接続するので、既存の空気調和機に後付けできる。

〈１．３抵抗値及び電気容量の設定〉
上記のような構成において、コンデンサ１０４の電気容量Ｃ１、抵抗１０６の抵抗値Ｒ１、抵抗１２８，１３０の抵抗値Ｒ２，Ｒ３を適宜設定することにより、漏洩電流が多いときは、例えば、図２に示した正弦波のうち、正側閾値ＴＨ１を上回ったときに漏電として検出することができる。電気容量Ｃ１は閾値Ｖｒｅｆに寄与し、抵抗値Ｒ１はコンデンサ１０４の充電速さに寄与している。また、抵抗値Ｒ２，Ｒ３はコンデンサ１０４の放電速さに寄与している。具体例を挙げれば、空気調和機２００においては、
Ｃ１≒数十μＦ（例えば、３３μＦ）、
Ｒ１≒数ｋΩ（例えば、４．７ｋΩ）、
Ｒ２＝Ｒ３≒数ｋΩ（例えば、１ｋΩ）、
と設定することにより、漏電検出を迅速に実行できる。なお、抵抗１２２，１２４，１２６の抵抗値はそれぞれ２Ω、１Ω、２Ωに設定されている。

図３は、漏洩電流が第１の状況にあるときのコンデンサ１０４の電圧を示すグラフであり、図４は、漏洩電流が第２の状況にあるときのコンデンサ１０４の電圧を示すグラフである。ここで、「漏洩電流が第１の状況にある」とは、零相電流に基づく検出電位が正側閾値ＴＨ１を僅かに上回るか又は負側閾値ＴＨ２を僅かに下回るときの漏洩電流を意味し、「漏洩電流が第２の状況にある」とは、検出電位が正側閾値ＴＨ１を大幅に上回るか又は負側閾値ＴＨ２を大幅に下回るときの漏洩電流を意味するものとする。

電気容量Ｃ１、抵抗値Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３を上述のように設定することにより、漏洩電流が第１の状況にあるときは制御手段１３４が漏電を検出するまでに７５ｍｓ要するのに比して、漏洩電流が第２の状況にあるときは２５ｍｓで漏電を検出することができる。なお、本実施形態では、漏洩電流の周波数を５０Ｈｚ、閾値Ｖｒｅｆを１．０Ｖとしている。これらの値は、漏電検出回路１００の取付け時に、取付けられる機器の特性等に鑑みて適宜設定することができる。また、抵抗１２１の抵抗値を調整して検出電位の感度を調整することができる。

かような構成とすることにより、例えばサイリスタ等の整流器によって交流が直流に変換されている場合、すなわち、負方向の電流が流れない場合であっても、漏洩電流が多いときには検出することができる。

〈１．４動作〉
図５は、漏電検出回路の動作を説明するフローチャートである。漏電検出回路１００は、以上のような構成を備えることにより、以下のような動作を行う。なお、本フローチャートでは、漏電検出に係る動作のみを示し、その他の処理動作については図示及び説明を省略している。

コンデンサ１０４が抵抗１０６を介して充電され（ステップＳ１０１）、正側閾値ＴＨ１以上の検出電位に相当する零相電流を検出したか又は負側閾値ＴＨ２以下の検出電位に相当する零相電流を検出するまで待機する（ステップＳ１０２，Ｓ１０３：図５では簡単のために零相電流と閾値との比較として表現した。）。正側閾値ＴＨ１以上の検出電位に相当する零相電流を検出したか又は負側閾値ＴＨ２以下の検出電位に相当する零相電流を検出した場合には、ステップＳ１０２又はステップＳ１０３においてＹｅｓを選択して、コンデンサ１０４が放電する（ステップＳ１０４）。具体的には、検出電位が正側閾値ＴＨ１以上であれば抵抗１２８及び正側アンプ１１０のオープンコレクタが、検出電位が負側閾値ＴＨ２以下であれば抵抗１３０及び負側アンプ１１２のオープンコレクタが、それぞれコンデンサ１０４の放電経路となる。

ステップＳ１０４が実行されるか否かにかかわらず、コンデンサ１０４は抵抗１０６を介して高電位点１１４に接続されている。しかし、上述の放電経路はコンデンサ１０４よりもインピーダンスが低いため、コンデンサ１０４は充電されずに放電される。このとき、抵抗１０６の存在により、上記放電経路を介して高電位点１１４が低電位点１１６，１２０と短絡することはない。還元すれば、上記放電経路における高電位と低電位とのコンフリクトが抵抗１０６によって防がれつつ、コンデンサ１０４の放電が実行できる。

コンデンサ１０４が放電すると、ステップＳ１０２に処理が戻り、未だ検出電位が閾値を超えているかがステップＳ１０２，Ｓ１０３によって判断される。

コンデンサ１０４の充放電と並行して、制御手段１３４が、コンデンサ１０４の極板間電圧が閾値Ｖｒｅｆ未満かどうかを監視し（ステップＳ１０５）、該極板間電圧が閾値Ｖｒｅｆ以上でかつ該零相電流が検出されなければ、Ｎｏを選択してステップＳ１０５を繰り返す。一方、該極板間電圧が閾値Ｖｒｅｆ未満となったときには、該零相電流が漏電であると判断し（ステップＳ１０６）、その旨を制御部２１２に送出する。漏電が発生した旨を受信した制御部２１２は、リレー２１０を制御して電磁接触器２０８を非導通状態に切替え、圧縮機２０４を停止する（ステップＳ１０７）。

〈１．５第１実施形態の効果〉
以上のように、零相電流に基づいて決定される検出電位が正側閾値ＴＨ１を上回ったときか又は負側閾値ＴＨ２を下回ったときに動作し、該動作に基づいてコンデンサ１０４の充放電を制御する回路１０８を備えているので、コンデンサ１０４の電圧を測定することにより、地絡電流が検出されたか否かを判断できるので、ノイズ対策を設けることなく、簡単かつ後付け可能な構成で漏電検出を実現できる。

また、回路１０８はオープンコレクタ出力が採用されて、その出力端がコンデンサ１０４と抵抗１０６との間に接続されるので、抵抗１０６によって電圧のコンフリクトを回避しつつ、コンデンサ１０４の放電が行われる。

また、抵抗１２８，１３０の抵抗値Ｒ２，Ｒ３及び抵抗１０６の抵抗値Ｒ１をそれぞれ適切に設定することにより、正側閾値ＴＨ１を上回る検出電位か又は負側閾値ＴＨ２を下回る検出電位の何れか一方のみが検出された場合であっても迅速に漏電を検出することができる。

〈２．第２実施形態〉
上記実施形態では、回路１０８の出力端にコンデンサ１０４のみを設ける態様について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。ここでは、本発明の第２実施形態として、回路１０８の出力端にコンデンサ１０４及びフィルタ回路を備える態様について図面を参照しながら説明する。なお、特に断りのない限り、上記実施形態と同様の機能を有する要素については、同一符号を付してその説明を省略する。

〈２．１概略構成〉
図６は、本発明の第２実施形態に係る漏電検出回路１００Ａを示す図である。漏電検出回路１００Ａは、上記実施形態と同様に空気調和機２００に設けられているものとする。

〈２．２回路構成〉
漏電検出回路１００Ａは、上記実施形態の漏電検出回路１００にフィルタ回路１４２が追加されている。具体的には、図６に示すように、コンデンサ１０４の他端（抵抗１０６と接続されていない側）が低電位点１３２に接続され、接点１５０と低電位点１３２との間で、コンデンサ１０４と並列にフィルタ回路１４２が接続されている。

フィルタ回路１４２は、抵抗１３６，１３８及びコンデンサ１４０を有している。抵抗１３６は接点１５０と接点１５２との間に接続され、抵抗１３８は接点１５２と接点１５４との間に接続されている。接点１５２には接点１５６を介してコンデンサ１４０が接続されており、コンデンサ１４０の他端は接点１５４に接続されている。また、接点１５０に接続されているコンデンサ１０４が、接点１５４を介して低電位点１３２に接続されている。そして、接点１５６と制御手段１３４とが接続されている。

図７は、漏洩電流が１のときのコンデンサ１０４の電圧を示すグラフである。フィルタ回路１４２を備えることにより、図７に示すようにコンデンサ１０４の電圧降下（放電）が滑らかになり、誤動作を抑制できる。

〈２．３抵抗値及び電気容量の設定〉
上記のような構成において、コンデンサ１０４の電気容量Ｃ１、抵抗１０６の抵抗値Ｒ１、抵抗１２８，１３０の抵抗値Ｒ２，Ｒ３、フィルタ回路１４２の抵抗１３６，１３８の抵抗値Ｒ４，Ｒ５、コンデンサ１４０の電気容量Ｃ２を適宜設定することにより、誤動作を抑制し、漏洩電流が多いときは迅速に検出することができる。具体例を挙げれば、空気調和機２００においては、
Ｃ１≒数μＦ（例えば、４．７μＦ）、
Ｒ１≒数十ｋΩ（例えば、８２ｋΩ）、
Ｒ２＝Ｒ３≒数ｋΩ（例えば、１ｋΩ）、
Ｒ４＝Ｒ５≒数十ｋΩ（例えば、４７ｋΩ）、
Ｃ２≒数百ｎＦ（例えば、０．４７μＦ）
と設定することにより、漏電検出を迅速に実行できる。なお、抵抗１２２，１２４，１２６の抵抗値はそれぞれ２Ω、１Ω、２Ωに設定されている。

図８は、漏洩電流が２のときのコンデンサ１０４の電圧を示すグラフである。フィルタ回路１４２を備えて、電気容量Ｃ１，Ｃ２、抵抗値Ｒ１〜Ｒ６を上述のように設定することにより、以下のような利点を有する。例えば、ノイズ等によって５ｍｓ程度の高調波が誤って検出された場合、フィルタ回路１４２を備えていない場合には、コンデンサ１０４の電圧が直ちに２．５Ｖ程度まで低下して誤動作することになる。しかし、フィルタ回路１４２を備えていることによって、誤って検出された高調波は除去され、漏電検出回路１００Ａの誤動作を抑制できる。

〈２．４動作〉
本実施形態の動作については、上記実施形態と略同様なのでその説明は省略する。

〈２．５第２実施形態の効果〉
以上のように、接点１５０と低電位点１３２との間には、コンデンサ１０４と並列にフィルタ回路１４２が接続されているので、コンデンサ１０４からの放電が滑らかになり、誤動作を回避又は抑制できる。

なお、上述の実施形態においては、正側アンプ１１０や負側アンプ１１２としてオープンコレクタ出力のアンプを採用したが、実施の形態の変形として、プッシュプル出力のアンプを応用したワイヤードＯＲ回路を採用しても良い。

図１０は正側アンプ１１０を例にとって上記の変形を示す図である。正側アンプ１１０の出力段に、高電位点１１４と低電位点１１６との間に直列接続された二つのｎｐｎ型トランジスタ１１０ａ，１１１０ｂを配設する。即ちトランジスタ１１０ａのコレクタを高電位点１１４に接続し、そのエミッタをトランジスタ１１０ｂのコレクタに接続し、トランジスタ１１０ｂのエミッタを低電位点１１６に接続する。トランジスタ１１０ａのエミッタと、トランジスタ１１０ｂのコレクタとの接続点は正側アンプ１１０の出力端として機能する。正側アンプ１１０の出力端と抵抗１２８との間にはダイオードＤが介挿され、そのカソードが正側アンプ１１０の出力端に、アノードが抵抗１２８に、それぞれ接続される。

このようにダイオードＤを設けて正側アンプ１１０の出力段への電流の流れ込みを許しつつ、電流の流れ出しを阻止することにより、正側アンプ１１０はプッシュプル出力という構成を採っていても、コンデンサ１０４の充電を行うことなく放電を行わせることができる。

上述の説明は正側アンプ１１０を例に採ったが、負側アンプ１１２についても同様に構成することができる。

本発明の第１実施形態に係る漏電検出回路を示す図である。漏電検出機能を説明する図である。漏洩電流が１のときのコンデンサの電圧を示すグラフである。漏洩電流が２のときのコンデンサの電圧を示すグラフである。漏電検出の認識方法を示すフローチャートである。本発明の第２実施形態に係る漏電検出回路を示す図である。漏洩電流が１のときのコンデンサの電圧を示すグラフである。漏洩電流が２のときのコンデンサの電圧を示すグラフである。本発明の課題を説明する図である。本発明の実施の形態の変形を示す図である。

符号の説明

１００，１００Ａ漏電検出回路
１０２零相変流器
１０４コンデンサ
１０６抵抗
１０８回路（オープンコレクタ出力）
１１０正側アンプ
１１２負側アンプ
１１４，１１８高電位点
１２８，１３０抵抗
１４２フィルタ回路
１５０接点

Claims

地絡電流を検出して零相電流を出力する零相変流器（１０２）と、
コンデンサ（１０４）と、
前記零相電流が予め定められた正側閾値を上回ったときか又は予め定められた負側閾値を下回ったときに動作し、前記動作に基づいて前記コンデンサの充電及び放電を制御する回路（１０８）と、
高電位点（１１４，１１８）と、
前記高電位点と前記コンデンサ（１０４）との間に設けられる第１の抵抗（１０６）と
を備え、
前記回路（１０８）はオープンコレクタ出力が採用されて、前記回路の出力端は前記第１の抵抗と前記コンデンサ（１０４）との間に設けられる接点（１５０）に接続され、
前記コンデンサ（１０４）は、一端が前記接点に接続されて前記回路の出力に基づいて充電及び放電する、漏電検出回路（１００，１００Ａ）であって、
前記回路（１０８）は、
前記零相電流が予め定められた正側閾値を上回ったときに動作するオープンコレクタ出力の第１のアンプ（１１０）と、
前記零相電流が予め定められた負側閾値を下回ったときに動作するオープンコレクタ出力の第２のアンプ（１１２）と、
前記第１及び第２のアンプの出力側と前記接点（１５０）との間にそれぞれ接続される第２及び第３の抵抗（１２８，１３０）とする、漏電検出回路。