JP4896970B2 - 漏電遮断器 - Google Patents

Description

本発明は電気回路の開閉装置に使用される漏電遮断器に係り、より詳しくは安全性がより向上した漏電遮断器に関するものである。

周知のように、電気回路の開閉装置に使用される遮断器は、人体の感電事故及び漏電による火災を防止するための目的で使用される漏電遮断器（ＥＬＣＢｓ；Ｅａｒｔｈ Ｌｅａｋａｇｅ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｒｅａｋｅｒｓ）と、合線による過大電流または負荷（器機、機械）の過多使用による電流の過多な流れを遮断するための目的で使用される配線用遮断器（ＮＦＢｓ；Ｎｏ Ｆｕｓｅ Ｂｒｅａｋｅｒｓ）とに区分される。

このうち、漏電遮断器は、負荷側の漏電によって遅延電流が発生すれば、これを検出して回路を遮断する方式を取っている電流動作型遮断器であって、零相変流器（ＺＣＴ；Ｚｅｒｏ−ｐｈａｓｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）を検出器具として使用している。このような従来の漏電遮断器は図１に示すようである。

図１によれば、従来の漏電遮断器は、制御ユニット５０によって作動が制御されて、電気回路の電力供給を自動で遮断するスイッチングユニット１０；電気回路の漏電電流を検出する零相変流器２０；零相変流器２０から入力される漏電電流の電圧を増幅する増幅器３０；増幅器３０から入力される漏電電流を整流し平滑処理して漏電電圧を発生する検波器４０；漏電有無の判断のための基準電圧を発生する基準電圧発生器５２、及び検波器４０からの漏電電圧と基準電圧発生器５２からの基準電圧を比較して漏電有無を判断することで、スイッチングユニット１０の作動を自動制御する比較器５１で構成される制御ユニット５０；電気回路から各構成要素への電力供給を制御する電力供給制御器６０でなる構造を有する。

その作動状態を概略的に説明すれば次のようである。

前記スイッチングユニット１０がＯＮに接続されれば、電源から負荷側に電流が流れることになる。この際、電気回路が正常であれば、零相変流器２０に発生した磁束は互いに相殺するので、電磁気誘導による漏電電流は検出されない。一方、電気回路が正常でなければ、漏電または過負荷に相応する分だけの磁束差が発生するので、電磁気誘導によって磁束差に相応する漏電電流が零相変流器２０から出力される。

電気回路が正常でない場合、前記零相変流器２０によって検出された漏電電流は、以後に増幅器３０によって増幅されて検波器４０に入力される。

前記検波器４０は、増幅器３０から入力される漏電電流を整流し平滑処理して漏電電圧を発生する。この際、増幅器３０から入力される漏電電流は交流であり、整流・平滑処理された漏電電圧は漏電電流の平均電圧で直流である。

前記基準電圧発生器５２は漏電有無の判断のための基準電圧を発生する。このような基準電圧は直流であり、必要に応じて任意に変更することができる
このような状態で、前記比較器５１は、検波器４０からの漏電電圧と基準電圧発生器５２からの基準電圧を比較して漏電有無を判断し、スイッチングユニット１０の作動を自動制御し、スイッチングユニット１０は、比較器５１によって作動制御されて電気回路の電力供給を自動で遮断する。

しかし、このような従来の漏電遮断器は、零相変流器２０によって検出されたトータル漏電電流の漏電電圧を基準電圧と比較して電気回路の漏電有無を判別する方式を取っているため、漏電遮断器の誤作動が引き起こされ、安全性の向上が制限される問題が引き起こされる。

これについてより詳細に説明すれば、まず零相変流器２０によって検出される漏電電流は、漏電抵抗による漏電電流と、負荷を構成するコンデンサーによる漏電電流とが区別なしに合わせられた漏電電流である。参考として、前記コンデンサーは、ＥＭＩ、ＥＭＣなどのノイズを防止するために、負荷の接地ラインに取り付けられ、コンデンサーによる漏電電流は人体の感電事故及び漏電による火災発生に大きな影響を及ぼすことができない。

したがって、コンデンサーによる漏電電流を反映しないで前記基準電圧発生器５２の基準電圧を低めれば、漏電遮断器が敏感に反応するので、安全性が保障されるが、漏電ではない場合にも、コンデンサーの漏電電流によって漏電遮断器が頻繁に漏電を遮断する問題が招かれる。一方、コンデンサーによる漏電電流を充分に反映して基準電圧発生器５２の基準電圧を適切に高めれば、コンデンサーの漏電電流による漏電遮断器の誤作動は抑制されるが、漏電遮断器が鈍感に反応することになるので、安全性が脅威される問題が引き起こされる。

したがって、従来には、前記基準電圧発生器５２の基準電圧を決定することにおいて、漏電遮断器が不要に漏電を遮断しなく、漏電に対する安全性を確保するように、コンデンサーによる漏電電流に鑑みて基準電圧を決定している。

よって、従来には、漏電遮断器の誤作動を抑制し安全性を向上させることに限界があるしかない。

したがって、本発明は前述したような問題を解消するためになされたもので、より安全でありながらも誤作動しない漏電遮断器を提供することにその目的がある。

前記のような目的を達成するための本発明は、制御ユニットによって作動制御され、電気回路の電力供給を自動で遮断するスイッチングユニット；電気回路の漏電電流を検出する零相変流器；零相変流器から入力される漏電電流の電圧を増幅する増幅器；増幅器から入力される漏電電流を整流し平滑処理して漏電電圧を発生する検波器４０；検波器からの漏電電圧を基準電圧と比較して漏電有無を判断することで、スイッチングユニットの作動を自動制御する制御ユニット；及び電気回路から各構成要素への電力供給を制御する電力供給制御器を含む漏電遮断器において、前記電気回路の電圧を分割して検出する分圧器、分圧器からの検出電圧を矩形波同期信号に変換する同期信号発生器、及び増幅器から入力される漏電電流を同期信号発生器からの同期信号に相応するように同期検波し整流・平滑処理して純粋漏電電圧を発生する同期検波器をさらに含み、前記制御ユニットが、検波器からの漏電電圧を基準電圧と比較して漏電有無を判断することで、スイッチングユニットの作動を自動制御するとともに、同期検波器からの純粋漏電電圧を純粋基準電圧と比較して漏電有無を判断することで、スイッチングユニットの作動を自動制御することを特徴とする。

以上説明したような本発明によれば、零相変流器２０によって検出されるトータル漏電電流のトータル漏電電圧によって漏電有無を判断し、電源からの電力供給を自動で遮断し、同期検波器９０によって同期検波された純粋漏電電流の純粋漏電電圧によって漏電有無を判断し、電源からの電力供給を自動で遮断する二重遮断方式であるので、漏電遮断器の誤作動を減らすことができ、漏電遮断器能が効果的に強化されて安全性が大幅に向上する効果がある。

以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。

図２〜図４は本発明を示す図であり、従来技術を示す図１と同じ部位には同一符号を付け、その説明は省略する。

図２によれば、本発明による漏電遮断器は、制御ユニット５０によって作動制御されて、電気回路の電力供給を自動で遮断するスイッチングユニット１０；電気回路の漏電電流を検出する零相変流器２０；零相変流器２０から入力される漏電電流の電圧を増幅する増幅器３０；増幅器３０から入力される漏電電流を整流し平滑処理して漏電電圧を発生する検波器４０；検波器４０からの漏電電圧を基準電圧と比較して漏電有無を判断することで、スイッチングユニット１０の作動を自動制御し、同期検波器９０からの純粋漏電電圧を純粋基準電圧と比較して漏電有無を判断することで、スイッチングユニット１０の作動を自動制御する制御ユニット５０；電気回路から各構成要素への電力供給を制御する電力供給制御器６０；電気回路の電圧を分割して検出する分圧器７０；分圧器７０からの検出電圧を矩形波同期信号に変換する同期信号発生器８０；及び増幅器３０から入力される漏電電流を同期信号発生器８０からの同期信号に相応するように同期検波し整流・平滑処理して純粋漏電電圧を発生する同期検波器９０でなる。

図２に示す実施例の場合、前記制御ユニット５０としては、漏電有無の判断のための基準電圧と純粋漏電電圧を発生する基準電圧発生器５２、検波器４０からの漏電電圧と基準電圧発生器５２からの基準電圧を比較して漏電有無を判断することで、スイッチングユニット１０の作動を自動制御する比較器５１、及び同期検波器９０からの純粋漏電電圧と基準電圧発生器５２からの純粋基準電圧を比較して漏電有無を判断することで、スイッチングユニット１０の作動を自動制御する補助比較器５３でなるものを適用した。

本発明による漏電遮断器の作動状態を図２に基づいて説明すれば次のようである。

前記スイッチングユニット１０をＯＮに接続すれば、電源から負荷側に電流が流れることになる。

この際、前記零相変流器２０によって検出された漏電電流は、以後に増幅器３０によって増幅されて検波器４０に入力され、検波器４０は、増幅器３０から入力される漏電電流を整流し平滑処理して漏電電圧を発生する。前記比較器５１は、検波器４０からの漏電電圧と基準電圧発生器５２からの基準電圧を比較して漏電有無を判断することで、スイッチングユニット１０の作動を自動制御する。ここで、前記零相変流器２０によって検出される漏電電流は、漏電抵抗による漏電電流と、負荷を構成するコンデンサーによる漏電電流とが区別なしに合わせられた漏電電流であり、前記検波器４０は、このような零相変流器２０の漏電電流をそのままで取って整流・平滑処理するので、基準電圧発生器５２の基準電圧はコンデンサーに鑑みて相対的に高い値を取る。

一方、前記同期検波器９０は、増幅器３０から入力される漏電電流を同期信号発生器８０からの同期信号に相応するように同期検波し整流・平滑処理して純粋漏電電圧を発生し、前記補助比較器５３は、同期検波器９０からの純粋漏電電圧と基準電圧発生器５２からの純粋基準電圧を比較して漏電有無を判断することで、スイッチングユニット１０の作動を自動制御する。ここで、前記コンデンサーの場合は、電流が電圧より９０゜だけ先立つ位相差を持っているので、増幅器３０から入力される漏電電流を同期信号発生器８０からの同期信号に相応するように同期検波して整流・平滑処理すれば、コンデンサーによる漏電電流が除かれた純粋漏電電圧が発生する。よって、基準電圧発生器５２の純粋基準電圧は安全性を考慮して相対的に低い値を取る。

本発明による漏電遮断器は、零相変流器２０によって検出される漏電電流、つまりコンデンサーによる漏電電流が合わせられたトータル漏電電流によって漏電有無を判断し、電源からの電力供給を自動で遮断し、コンデンサーによる漏電電流が除かれた純粋漏電電流によって漏電有無を判断し、電源からの電力供給を遮断する二重遮断方式を取っているので、漏電遮断器の誤作動を減らすとともに安全性を高めることができる。

一例として、前記零相変流器２０によって検出される漏電電流の漏電電圧が基準電圧より低くても、同期検波器９０によって同期検波された純粋漏電電流の純粋漏電電圧が純粋基準電圧より高ければ、スイッチングユニット１０がＯＦＦに転換されることにより、電源からの電力供給が遮断される。

一方、図３に示すように、前記制御ユニット５０によって作動制御されて、漏電遮断器の作動状態を外部に出力する出力ユニット１００をさらに設置すれば、使用者が漏電遮断器の作動状態を認識し易い利点がある。

前記出力ユニット１００としては、ブザーまたはスピーカーのような公知の聴覚信号発生器、あるいはＬＥＤまたはディスプレイのような公知の視覚信号発生器を適用することができる。本実施例の場合には、補助比較器５３によって作動制御されて純粋漏電電圧のレベルを表示するＬＥＤと、補助比較器５３によって作動制御されて警告音を発するブザーを出力ユニット１００として適用した。

図２及び図３はアナログ処理方式の漏電遮断器を示している一方、図４はデジタル処理方式の漏電遮断器を示している。

図４による漏電遮断器は、前記制御ユニット５０が、検波器４０からの漏電電圧と同期検波器９０からの純粋漏電電圧をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器５４；及びＡ／Ｄ変換器５４を介して入力される検波器４０からの漏電電圧を予め保存された基準電圧と比較して漏電有無を判断し、Ａ／Ｄ変換器５４を介して入力される同期検波器９０からの純粋漏電電圧を予め保存された純粋基準電圧と比較して漏電有無を判断し、スイッチングユニット１０の作動を自動制御する半導体素子５５でなることを特徴とする。

本実施例の場合、前記零相変流器２０によって検出される漏電電流の漏電電圧と比較される漏電電圧と、同期検波器９０によって同期検波された純粋漏電電流の純粋漏電電圧と比較される純粋基準電圧は半導体素子５５に前もってデータとして保存される。

図４に示すデジタル処理方式の漏電遮断器の場合にも、出力ユニット１００をさらに設置することで、使用者が出力ユニット１００によって漏電遮断器の作動状態を容易に認識するようにした。このような場合、前記半導体素子５５によって作動制御されるＬＣＤのようなディスプレイを出力ユニット１００として適用することにより、使用者が出力ユニット１００によって漏電電流や漏電電圧、または純粋漏電電流や純粋漏電電圧の数値を文字形態として直接確認することができる。

本発明は前述したような実施例に限定されず、以下の請求範囲を逸脱しない範囲内で多様に変形して実施することができるのはもちろんである。

従来技術による漏電遮断器を示す図である。 本発明による漏電遮断器の第１実施例を示す図である。 図２に示す漏電遮断器の応用例を示す図である。 本発明による漏電遮断器の第２実施例を示す図である。

符号の説明

１０；スイッチングユニット
１１；スイッチングコントローラー
２０；零相変流器 ３０；増幅器
４０；検波器 ５０；制御ユニット
５１；比較器 ５２；基準電圧発生器
５３；補助比較器 ５４；Ａ／Ｄ変換器
５５；半導体素子 ６０；電力供給制御器
７０；分圧器 ８０；同期信号発生器
９０；同期検波器 １００；出力ユニット

Claims (3)

1. 制御ユニット５０によって作動制御され、電気回路の電力供給を自動で遮断するスイッチングユニット１０；電気回路の漏電電流を検出する零相変流器２０；零相変流器２０から入力される漏電電流の電圧を増幅する増幅器３０；増幅器３０から入力される漏電電流を整流し平滑処理して漏電電圧を発生する検波器４０；検波器４０からの漏電電圧を基準電圧と比較して漏電有無を判断することで、スイッチングユニット１０の作動を自動制御する制御ユニット５０；及び電気回路から各構成要素への電力供給を制御する電力供給制御器６０、を含む漏電遮断器において、
   前記電気回路の電圧を分割して検出する分圧器７０、分圧器７０からの検出電圧を矩形波同期信号に変換する同期信号発生器８０、及び増幅器３０から入力される漏電電流を同期信号発生器８０からの同期信号に相応するように同期検波し整流・平滑処理して純粋漏電電圧を発生する同期検波器９０をさらに含み、
   前記制御ユニット５０は、漏電有無判断のための基準電圧と純粋漏電電圧を発生する基準電圧発生器５２、検波器４０からの漏電電圧と基準電圧発生器５２からの基準電圧を比較して漏電有無を判断することで、スイッチングユニット１０の作動を自動制御する比較器５１、及び同期検波器９０からの純粋漏電電圧と基準電圧発生器５２からの純粋基準電圧を比較して漏電有無を判断することで、スイッチングユニット１０の作動を自動制御する補助比較器５３、を含むことを特徴とする、漏電遮断器。
2. 前記制御ユニット５０は、検波器４０からの漏電電圧と同期検波器９０からの純粋漏電電圧をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器５４、及びＡ／Ｄ変換器５４を介して入力される検波器４０からの漏電電圧を予め保存された基準電圧と比較して漏電有無を判断し、Ａ／Ｄ変換器５４を介して入力される同期検波器９０からの純粋漏電電圧を予め保存された純粋基準電圧と比較して漏電有無を判断することで、スイッチングユニット１０の作動を自動制御する半導体素子５５を含むことを特徴とする、請求項１に記載の漏電遮断器。
3. 前記制御ユニット５０によって作動制御され、漏電遮断器の作動状態を、使用者が認識できるように、外部に出力する出力ユニット１００をさらに含むことを特徴とする、請求項１または２に記載の漏電遮断器。