JP4715537B2 - 漏電遮断器 - Google Patents

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Description

この発明は、配電系統に発生する漏電を検出して漏電事故を未然に防ぐ漏電遮断器、特に漏電引外し機能の動作確認を行うテスト回路を備えた漏電遮断器に関する。
周知のように、漏電遮断器には漏電引外し機能の動作確認を行うテスト回路を備えており(例えば、特許文献1参照)、その従来の構成回路図を図4に示す。
図4において、1は3相交流電路、2は交流電路1を開閉する主回路開閉接点、3は交流電路1を一次巻線として交流電路の漏電電流を検出する零相変流器、4は零相変流器3の漏電電流検出巻線(二次巻線)3aの出力電流から交流電路1の漏電発生有無を判別し、漏電発生が検知された際にトリップ信号を出力する漏電検出回路、5は漏電検出回路4の出力信号によって開閉接点2を開極させるトリップコイル(引外し手段)、6は漏電引外し機能の動作チェックを行うテスト回路、7は交流電源、8は交流電路1に接続した負荷、9は交流電路1の相間電圧を整流して漏電検出回路4に給電する電源回路である。
ここで、前記テスト回路6は該回路に流すテスト電流の大きさを調整する限流抵抗6aと、押し釦式のテストスイッチ6bからなり、零相変流器3の二次側に巻回した漏電電流検出巻線3aと電磁的に結合されたテスト巻線3bを介して交流電路1の2相間に接続されている。また、漏電検出回路4は3相交流電路1の2相間に接続した電源回路(整流回路)9を介して電源を供給するようにしている。
上記の構成で、交流電路1の負荷側等に漏電(地絡事故,漏れ電流)が生じて零相変流器3の一次側電路に不平衡電流が流れると、漏電電流が零相変流器3により検出され、その二次出力が漏電電流検出巻線3aから漏電検出回路4に入力される。そして漏電検出回路4で検出された漏電電流が予め設定された閾値(定格感度電流に対応する閾値)を越えると、漏電検出回路4は出力信号を発生してトリップコイル5に与え、これを基にトリップコイル5が開閉機構を引外して主回路開閉接点2を開極し、交流電路1を遮断して負荷8等を漏電から保護することは周知の通りである。
また、漏電遮断機能の動作テストを行う場合には、主回路開閉接点2がONの状態でテスト回路6の押し釦式テストスイッチ6bをON操作し、交流電路1から限流抵抗6aを介して零相変流器3に巻装したテスト巻線3bに漏電を模擬するテスト電流(模擬漏電電流)Itを供給する。これにより交流電路1に漏電電流が流れた場合と同様に零相変流器3に二次出力が発生して、漏電電流検出巻線3aから漏電検出回路4に出力電流Isを与え、これを基に漏電検出回路4はトリップ信号を出力し、主回路開閉接点2を引外して交流電路1を遮断させる。このテストにより、零相変流器3、漏電検出回路4,およびトリップコイル5を含む引外し機構の機能が正常に動作するか否かをチェックできる。
一方、上記の漏電遮断器にはさらに高度な保護機能が求められる傾向にあり、国際規格(IEC)では漏電遮断器に欠相保護対応の機能が要求されている。かかる点、図4に示した従来構成の漏電遮断器では、3相交流電路1が定常状態であれば漏電遮断テストが正常に行えるが、テスト時に3相交流電路1のうちのテスト回路6,漏電検出回路4が接続されている相が欠相している場合、あるいは定格感度電流以下の低レベルな逆位相の漏れ電流が生じている場合には漏電テストが正常に行えないといった問題がある。
そこで、発明者等はその対策として、テスト回路,漏電検出回路の電源に3相交流電路の全相から給電を受ける電源回路を採用するとともに、さらにテスト回路には商用周波数と異なる周波数のテスト電流を得る発振回路を設け、交流電路に欠相,定格感度電流以下の漏電電流が生じている場合でも漏電テストが適正に行えるようにした漏電遮断器を特願2005−121052号として先に提案しており、次にその回路構成,機能を図5,図6で説明する。
すなわち、図5,図6に示す回路構成では、電源回路9が交流電路1の全相に接続した3相全波整流回路9a,定電圧電源回路9b,平滑用コンデンサ(コンデンサ)9cからなり、この電源回路9を通じて漏電検出回路4,テスト回路6に給電するようにしている。また、テスト回路6は押し釦式のテストスイッチ6aと発振回路6bを組み合わせ、テスト動作時には発振回路6bにて商用周波数(50Hzあるいは60Hz)と異なる周波数帯域のテスト電流Itを生成し、これを零相変流器3のテスト巻線3bに供給してテストを行うようにしている。
上記構成の電源回路9,テスト回路6を採用することにより、3相交流電路1の1相が欠相した場合、また交流電路1に定格感度電流以下の微小な漏電電流が生じている状態でも、漏電テストを正常に行うことができる。
特開2003−45312号公報(図1)
上記提案になる漏電遮断器(図5,図6)は、図4に示した従来構成の漏電遮断器と比べて漏電テスト動作に対する信頼性が向上するものの、なお実用面では次記のような解決すべき課題が残る。
すなわち、一般の漏電遮断器にはユーザーサイドでの保護目的,配電系統の保護接地抵抗などに応じて定格感度電流を選択設定できるように、零相変流器3の二次出力回路に接続した検出抵抗値を定格感度電流の設定に応じて切り換えるようにした感度設定部を備えている。
ところで、上記漏電遮断器のテスト動作時には、テスト回路6を通じて零相変流器3の二次側で設定した感度設定(一般に最小感度電流と最大感度電流の間には10倍程度の差がある)に対応した大きさのテスト電流をテスト巻線6bに供給する必要があるが、図5,図6に示した回路構成ではテスト電流Itが電源回路9の供給電力容量によって略一定に制限されており、このために零相変流器3の二次側で設定した漏電検出感度を例えば最低感度に設定した状態で漏電テストを行った場合に、零相変流器3の二次側から漏電検出回路4に供給する出力電流Isが小さすぎて漏電検出回路4で設定した閾値を超えずに漏電テスト機能が正常に動作しないといった問題が起こり得る。
また、前記の電源回路について、従来の回路では外部から侵入するサージなどによる誤動作,回路素子の破壊を防ぐための手段として、その入力側にバリスタなどのサージアブソーバを設けてサージ耐量を高めるようにしているが、例えば1000Vクラスのバリスタを各相の電源線に設けると、その占有スペースが大きくなって漏電遮断器が大形化するほか、部品コストも増加するといった問題がある。
本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、その目的は図5,図6で述べた先記提案の回路構成を基本として、その零相変流器の二次側出力回路,および電源回路を改良することにより、前記課題を解決して漏電テストの信頼性向上、並びに構成部品の小形,低コスト化を図った漏電遮断器を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明によれば、多相交流電路を開閉する開閉接点と、交流電路の漏電電流を検出する零相変流器と、該零相変流器の二次出力から前記交流電路の漏電有無を判定し、漏電が発生した場合に信号を出力する漏電検出回路と、この漏電検出回路の出力信号を受けて前記開閉接点を開極させる引外し手段と、テストスイッチのON操作により零相変流器に巻回したテスト巻線に模擬漏電電流を供給するテスト回路と、交流電路から漏電検出回路,テスト回路へ電力を供給する電源回路を備えた漏電遮断器で、前記電源回路が交流電路の全相を整流して直流に変換する定電圧電源回路であり、かつ該電源回路を電源とするテスト回路には前記模擬漏電電流の周波数を商用周波数と異なる周波数に設定する発振回路を備えたものにおいて、
零相変流器の二次側と漏電検出回路との間に、漏電検出感度を選択設定する漏電感度設定器、および前記電源回路を電源としてテストスイッチのON操作時に零相変流器から漏電検出回路に供給する二次出力電流を前記漏電感度設定器の設定に対応した増幅度で制御する増幅手段を設けるものとし(請求項1)、ここで前記の増幅手段,電源回路は、具体的に次記のような態様で構成するものとする。
(1)前記の増幅手段は、OPアンプを増幅素子として、その増幅度を漏電感度設定器の設定に対応して可変調整する増幅度設定手段を組み合わせた増幅器とする(請求項2)。
(2)また、前記OPアンプに受動フィルタ素子を付加してノイズカット用のアクティブ・フィルタを構成する(請求項3)。
(3)さらに、前記の電源回路に対するサージ耐量の向上させるために、交流電路と電源回路を接続する電源線の全相にサージ減衰用の入力抵抗を接続し(請求項4)、前記入力抵抗と電源回路の平滑用コンデンサとの積である時定数を0.001以上に設定する(請求項5)。
上記の構成によれば、次記の効果を奏する。すなわち、
(1)零相変流器の二次出力側に、漏電検出感度を選択設定する漏電感度設定器、および前記電源回路を電源としてテストスイッチのON操作時に零相変流器から漏電検出回路に供給する二次出力電流を前記漏電感度設定器の設定に対応した増幅度で可変制御する増幅手段を設けたことにより、漏電遮断器の漏電検出感度を例えば最も低い感度を選択して使用している場合でも、漏電テスト時には零相変流器の二次出力が前記の感度設定に対応した増幅度に増幅されて後段の漏電検出回路に入力し、その閾値を超えて漏電検出回路からトリップ信号を出力することができる。これにより、ユーザーサイドで選択した定格感度電流の選択に関係なく、漏電遮断器のテストが正常に行えて信頼性が向上する。
(2)ここで、前記増幅手段はOPアンプを増幅素子とした増幅器とし、かつOPアンプに受動フィルタ素子を付加してアクティブ・フィルタ(ローパスフィルタ)を構成することにより、回路の能動素子に発生したノイズがOPアンプの出力に重畳されるのを抑制し、回路に追加装備した増幅手段が漏電検出機能に及ぼす影響を防止して高い信頼性を確保できる。
(3)また、電源回路のサージ低減対策として、交流電路と電源回路を接続する電源線の全相にサージ減衰用の入力抵抗を接続し、電源回路の整流回路の後段に接続した平滑用のコンデンサとの組み合わせでサージフィルタを構成することにより、小形,安価な構成部品を用いて侵入サージを効果的に減衰させることができ、かつ前記入力抵抗と平滑用コンデンサとの時定数を0.001以上に設定することで実用的にも信頼性の高いサージ耐量を確保できる。
以下、本発明の実施の形態を図示の実施例に基づいて説明する。なお、実施例の図中で図4,図5に対応する部材には同じ符号を付してその説明は省略する。
まず、本発明の第1の実施例に係わる漏電遮断器の回路を図1,図2に示す。なお、図1は漏電遮断器の主要回路図、図2は図1における零相変流器の二次出力側に設けた増幅手段の回路図である。
すなわち、図示実施例の回路構成では零相変流器3の二次側出力回路にOPアンプを増幅素子とした増幅手段10,感度設定器11,増幅度設定器12を新たに追加装備し、漏電テストを行う際には増幅手段10の増幅度(ゲイン)を感度設定器11(漏電遮断器の定格感度電流を選択設定する)で選択した感度設定に対応する増幅度に可変調整した上で、テストスイッチ6aのON操作時に零相変流器3の漏電検出巻線3aより出力する出力電流Isを後記のOPアンプを経て後段の漏電検出回路4に供給するようにしている。
ここで、前記の増幅手段10は、OPアンプ10aを増幅素子とし、これに抵抗R1〜R6,およびコンデンサC1を外付けしてアクティブ・フィルタ(ローパスフィルタ)を組んだ非反転増幅器にアナログスイッチ10bを組み合わせ、テスト時に後記の増幅設定器から出力する制御信号に対応して切換動作するアナログスイッチ10bが入力抵抗R2〜R5を選択し、これを基に増幅度を決めるようにしている。また、テスト電流の周波数よりも高周波帯域のノイズがOPアンプ10aの出力に重畳されるのを防ぐために、OPアンプ10aの帰還回路に接続したコンデンサC1,抵抗R1のパラメータを適宜に設定するものとする。
一方、感度設定器11は切換スイッチ11aの各接点に抵抗値の異なる抵抗11bを接続し、切換スイッチ11aで選択した抵抗11bを零相変流器3の二次出力側に接続した検出抵抗13と組み合わせて漏電遮断器の漏電検出感度を切り換える。また、増幅設定器12は切換スイッチ12aに抵抗R7〜R9,コンデンサC2〜C4を組み合わせ、その出力信号を前記アナログスイッチ10bの制御信号ポートに入力するようにしたもので、その切換スイッチ12aを感度設定器11の切換スイッチ11aと機械的に連繋して2回路4接点スイッチを構成している。
また、増幅手段10のアナログスイッチ10b,増幅度設定器12とテスト回路6に配したテストスイッチ6aの出力端との間を配線で結び、テストスイッチ6aのON操作時にアナログスイッチ10bをアクティブ状態にするとともに、増幅度設定器12を電源に接続するようにしている。
一方、図示実施例の電源回路9(図1参照)では、サージ耐量を高める手段として交流電路1の各相に入力抵抗14を接続し、この入力抵抗14と電源回路9の平滑用コンデンサ9cとで電源ラインのサージフィルタを構成している。また、このサージフィルタで十分なサージ減衰効果を確保するには、入力抵抗14に数十KΩの抵抗を使用し、該入力抵抗14とコンデンサ9cとの時定数が0.001以上となるように設定するのがよい。
次に、前記の回路構成による漏電テスト時の基本動作について説明する。
(1)テストスイッチOFF時:
この状態では、発振回路6bは停止しており、増幅手段10のアナログスイッチ10bは非アクティブでその各接点がOFF,増幅度設定器12は電源OFFであり、OPアンプ10aはバッフアとして機能している。
(2)テストスイッチON時:
テストスイッチ6aをON操作すると、発振回路6bを介して零相変流器3のテスト巻線3bに商用周波数と異なる周波数のテスト電流Itを供給するとともに、増幅手段10のアナログスイッチ10bがアクティブ状態,増幅度設定器12の電源がONとなる。また、増幅度設定器12の切換スイッチ12aは感度設定器11の切換スイッチ11aに連係しており、感度設定器11での感度設定に対応して増幅度設定器12から出力する制御信号が増幅手段10のアナログスイッチ10bの制御信号ポートに入力するとともに、この信号に応じてアナログスイッチ10bの各接点がON,OFFし、このON,OFFパターンに対応してOPアンプ10aの入力抵抗R2〜R5が選択される。なお、抵抗R7〜R9でプルアップされたアナログスイッチ10bの制御信号ポートは、選択されたポートがLレベル、それ以外はHレベルとなる。これによりOPアンプは、アナログスイッチ10bの接点ON,OFFパターンに対応してR2〜R5の中から選択された抵抗(Rxとする)にR6を加えた等価抵抗と抵抗R1(帰還抵抗)との比に応じて増幅度A(A=1+R1/(Rx+R6))が可変調整されることになる。
つまり、漏電テスト時には、テスト電流Itによる零相変流器3の二次出力が、感度設定器11での感度設定に応じた増幅度に増幅されて後段の漏電検出回路4に入力されることになる。したがって、漏電遮断器の漏電検出感度を例えば最も低い感度を選択して使用している場合でも、テスト時には漏電検出回路4に入力する零相変流器3の二次出力電流Isが漏電検出回路であらかじめ設定した閾値を超える値になるよう増幅されるので、引外し装置(図4のトリップコイル5)にトリップ信号を出力して適正にテストを行うことができる。また、増幅手段のOPアンプにアクティブ・フィルタの機能を持たせたことで、回路中の能動素子に生じたノイズがOPアンプの出力に重畳するのを防止して高い漏電検出特性を維持できる。
さらに、漏電遮断器に前記の電源回路9(図1参照)を組み合わせることで、3相交流電路1に欠相、低レベルの漏れ電流が生じている状態で行うテスト動作の信頼性が向上し、さらに高いサージ耐量も確保できる。
次に、先記した実施例1と回路構成が異なる第2の実施例を図3で説明する。
すなわち、この実施例では増幅手段10が、OPアンプ10aを反転増幅器として使用し、これに抵抗R1〜R3およびコンデンサCを外付けしてノイズをカットするアクティブ・フィルタ(多重帰還型ローパスフィルタ)を構成し、さらに反転端子側には前記抵抗R1と並列に増幅度調整用の抵抗R4〜R6,および感度設定器11での感度設定に対応して抵抗R4〜R6のいずれかを選択するアナログスイッチ10bを組み合わせた構成になる。
次に、前記の回路構成による漏電テスト時の動作について説明する。
(1)テストスイッチOFF時:
この状態では、発振回路6bは停止しており、増幅手段10のアナログスイッチ10bは非アクティブで、入力抵抗R4〜R6が回路に接続されてなく、増幅器の増幅度(電圧利得)AはA=R2/R1である。
(2)テストスイッチON時:
テストスイッチ6aをON操作すると、発振回路6bを介して零相変流器3のテスト巻線3bにテスト電流Itを供給するとともに、増幅手段10のアナログスイッチ10bがアクティブとなり、同時に漏電感度設定器11での感度設定に対応して入力抵抗R4〜R6から選択された抵抗が抵抗R1と並列に接続される。これにより、選択された抵抗をRxとして増幅器(OPアンプ)の増幅度A(フィルタ回路の通過ゲイン)はA=R2×(R1+Rx)/R1×Rxとなる。ここで、前記抵抗R4〜R6を漏電感度の設定に対応して適宜に決めておくことにより、漏電遮断器の漏電検出感度を例えば最も低い感度を選択している使用状態でも、テスト時に漏電検出回路4に入力する零相変流器3の二次出力電流Isが漏電検出回路であらかじめ設定した閾値を超える値に増幅され、これにより引外し装置(図4のトリップコイル5)にトリップ信号を出力して適正にテストを行うことができる。また、OPアンプの増幅回路でアクティブ・ローパスフィルタの機能を持たせたことにより、実施例1と同様に増幅手段10の能動素子に生じたノイズ(商用周波数よりも高域)がOPアンプ10aの出力に重畳して後段の漏電検出回路4に入力するのを防止できる。
本発明の実施例1に係わる漏電遮断器の主要部の構成回路図 図1における増幅手段および感度設定器,増幅度設定器の詳細な回路図 本発明の実施例2に係わる漏電遮断器の増幅手段および感度設定器,増幅度設定器の詳細な回路図 従来における漏電遮断器のブロック回路図 本発明の先行出願に係わる漏電遮断器のブロック回路図 図5における電源回路,テスト回路の詳細な回路図
符号の説明
1 交流電路
2 主回路開閉接点
3 零相変流器
3a 漏電検出巻線
3b テスト巻線
4 漏電検出回路
5 トリップコイル(引外し装置)
6 テスト回路
6a テストスイッチ
6b 発振回路
9 電源回路
9a 3相全波整流回路
9c 平滑用コンデンサ
10 増幅手段
10a OPアンプ
10b アナログスイッチ
11 感度設定器
12 増幅度設定器
14 電源回路の入力抵抗

Claims (5)

  1. 多相交流電路を開閉する開閉接点と、交流電路の漏電電流を検出する零相変流器と、該零相変流器の二次出力から前記交流電路の漏電有無を判定し、漏電が発生した場合に信号を出力する漏電検出回路と、この漏電検出回路の出力信号を受けて前記開閉接点を開極させる引外し手段と、テストスイッチのON操作により零相変流器に巻回したテスト巻線に模擬漏電電流を供給するテスト回路と、交流電路から漏電検出回路,テスト回路へ電力を供給する電源回路を備えた漏電遮断器であって、前記電源回路が交流電路の全相を整流して直流に変換する定電圧電源回路で、かつ該電源回路を電源とするテスト回路には前記模擬漏電電流の周波数を商用周波数と異なる周波数に設定する発振回路を備えたものにおいて、
    零相変流器の二次側と漏電検出回路との間に、漏電検出感度を選択設定する漏電感度設定器、および前記電源回路を電源としてテストスイッチのON操作時に零相変流器から漏電検出回路に供給する二次出力電流を前記漏電感度設定器の設定に対応した増幅度で制御する増幅手段を設けたことを特徴とする漏電遮断器。
  2. 請求項1に記載の漏電遮断器において、増幅手段が、OPアンプを増幅素子として、その増幅度を漏電感度設定器の設定に対応して可変調整する増幅度設定手段を組み合わせた構成の増幅器になることを特徴とする漏電遮断器。
  3. 請求項2に記載の漏電遮断器において、OPアンプに受動フィルタ素子を付加してノイズカット用のアクティブフィルタを構成したことを特徴とする漏電遮断器。
  4. 請求項1に記載の漏電遮断器において、交流電路と電源回路を接続する電源線の全相にサージ減衰用の入力抵抗を接続し、かつ電源回路が平滑用の静電容量を備えていることを特徴とする漏電遮断器。
  5. 請求項4に記載の漏電遮断器において、電源線に接続した入力抵抗と電源回路の平滑用静電容量との積である時定数が0.001以上であることを特徴とする漏電遮断器。
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