JP5021439B2 - 3-phase earth leakage circuit breaker - Google Patents
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Description
本発明は3相漏電遮断器に関し、特に3相中1相が欠相しても遮断動作する3相漏電遮断器に関する。 The present invention relates to a three-phase circuit breaker, and more particularly to a three-phase circuit breaker that operates even if one of the three phases is lost.
3相漏電遮断器には、3相中1相が欠相しても漏電を検知して遮断動作するよう構成されたものがある。例えば特許文献1は、漏電検出回路の電源及び遮断動作させるトリップコイルの動作電源を3相の各相から採ることで、1相が欠相しても遮断動作可能としている。
一方で、省エネルギーや二酸化炭素の削減のために、太陽光発電等の自家発電設備を導入する家庭や事業所が増えてきている。このような自家発電設備がある場合、漏電遮断器が遮断動作して商用電力の供給を停止しても、負荷側に引き続き電圧が発生する場合がある。そのため、このような場合でも遮断動作した遮断器に電流が流れ続けて劣化しないように、例えば特許文献2のような逆接続可能な漏電遮断器を使用する必要がある。この特許文献2の漏電遮断器は、サイリスタに印加する電圧波形に0Vを維持する僅かな時間(ゼロクロス時間)を設けて、サイリスタが確実にオフするよう構成している。尚、この場合、ゼロクロスする時間は電圧周波数の1/6サイクルとなっている。
Some 3-phase earth leakage circuit breakers are configured to detect an earth leakage and perform a breaking operation even if one of the three phases is lost. For example, Patent Document 1 adopts a power supply for a leakage detection circuit and an operation power supply for a trip coil that performs a cutoff operation from each of three phases, thereby enabling a cutoff operation even if one phase is lost.
On the other hand, in order to save energy and reduce carbon dioxide, an increasing number of households and offices have installed private power generation facilities such as solar power generation. When such a private power generation facility exists, even if the earth leakage breaker shuts down and stops supplying commercial power, a voltage may continue to be generated on the load side. For this reason, it is necessary to use an earth leakage circuit breaker that can be reversely connected, for example, as disclosed in
近年、漏電遮断動作の高速化の要求があり、具体的には反限時特性を備えて比較的大きな漏電が発生した場合には、漏電が発生してから0.04秒以内(周波数50Hzの場合は2サイクル以内)に遮断操作する特性が望まれている。この点、上記特許文献1の漏電遮断器は、トリップコイルの動作電源を3相の全てから採っているので、瞬時に遮断動作する優れた特性を有している。しかしながら、逆接続に対応しておらず、上述したような発電設備が負荷側に存在するような場所では、トリップコイルに電流が流れ続けて焼損する等の問題があるため、使用できなかった。
また、上記特許文献2の漏電遮断器は、逆接続されても良好に遮断動作し、トリップコイルの焼損等が発生することはないが、漏電検出回路の電源にゼロクロス時間があるため、漏電遮断器投入時の遮断特性が不安定となり、遮断動作時間が上記要求を満たさない場合があったし、電源回路の容量成分によりサイリスタがオフしない場合もあった。
In recent years, there has been a demand for speeding up the earth leakage interrupting operation. Specifically, when a relatively large earth leakage occurs with anti-time characteristics, within 0.04 seconds (when the frequency is 50 Hz) Is desired to be shut off within 2 cycles). In this regard, the earth leakage breaker disclosed in Patent Document 1 has excellent characteristics of instantaneously interrupting operation because the trip coil operating power source is taken from all three phases. However, in a place where the reverse connection is not supported and the power generation equipment as described above exists on the load side, there is a problem that the current continues to flow through the trip coil and it cannot be used.
In addition, the leakage breaker disclosed in
そこで、本発明はこのような問題点に鑑み、1相が欠相しても漏電遮断動作すると共に、上記要求を満たす高速遮断動作を行い、更に逆接続された場合でも焼損等の故障をおこすことのない3相漏電遮断器を提供することを目的とする。 Therefore, in view of such problems, the present invention performs an earth leakage interrupting operation even if one phase is lost, performs a high-speed interrupting operation that satisfies the above requirements, and causes a failure such as burning even when reversely connected. An object of the present invention is to provide a three-phase ground fault circuit breaker without any problems.
上記課題を解決する為に、請求項1の発明は、電路を開閉する開閉部と、前記電路の零相電流を検出する零相変流器と、前記零相変流器の検出電流から漏電発生を判断する漏電判定回路と、前記開閉部を開操作するトリップコイルとを備えた3相漏電遮断器であって、前記漏電判定回路に動作電力を供給する3相全波整流回路と、前記漏電判定回路の出力信号を受けてオンし、前記トリップコイルをトリップ動作させる第1のサイリスタ及び第2のサイリスタとを有し、前記トリップコイルは前記電路の異なる2相から動作電流の供給を受け、その並行する2本の電流供給路上に前記第1及び第2のサイリスタが夫々配置されたことを特徴とする。
この構成によれば、3相の全てから漏電判定回路に電源が供給され、且つトリップコイル動作電流は2相から供給されるので、3相のうち何れか1相が欠相しても、漏電が発生したら遮断動作する。而も、トリップコイルは電路の2相から電流の供給を受けるので瞬時に遮断動作する。
そして、逆接続された場合や、遮断後負荷側に電圧が残るような状況が発生しても、第1及び第2のサイリスタへ印加される電圧にゼロクロス時間を設けてオフさせることができ、遮断動作後にトリップコイルへの通電が継続されてトリップコイルが焼損する事態を防ぐことができる。
In order to solve the above-mentioned problems, the invention of claim 1 is characterized in that an open / close unit that opens and closes an electric circuit, a zero-phase current transformer that detects a zero-phase current of the electric circuit, and a leakage current from the detected current of the zero-phase current transformer A three-phase leakage breaker comprising a leakage determination circuit for determining occurrence and a trip coil for opening the switching unit, the three-phase full-wave rectifier circuit supplying operating power to the leakage determination circuit, The first thyristor and the second thyristor that are turned on in response to an output signal of the leakage determination circuit and trip the trip coil, and the trip coil receives supply of operating current from two different phases of the electric circuit. The first and second thyristors are respectively arranged on the two parallel current supply paths.
According to this configuration, power is supplied to the leakage detection circuit from all three phases, and the trip coil operating current is supplied from two phases. Therefore, even if one of the three phases is lost, the leakage is detected. If this occurs, it will shut off. However, since the trip coil is supplied with current from two phases of the electric circuit, the trip coil instantaneously cuts off.
And even if the reverse connection or the situation where the voltage remains on the load side after interruption, the voltage applied to the first and second thyristors can be turned off by providing a zero cross time, It is possible to prevent a situation in which energization of the trip coil is continued after the shut-off operation and the trip coil burns out.
請求項2の発明は、請求項1に記載の発明において、第1のサイリスタには該第1のサイリスタのオン動作に連動してオンする第3のサイリスタが直列接続されると共に、第2のサイリスタには該第2のサイリスタのオン動作に連動してオンする第4のサイリスタが直列接続されて成ることを特徴とする。
この構成によれば、サイリスタが電路の相間に2段に配置されるため、相間電圧に対して低い耐圧のサイリスタを使用することができ、例えば200V耐圧のサイリスタを400V電路に使用することが可能となる。よって、サイリスタの耐圧を上げることなく漏電遮断器の定格電圧を上げることができる。
According to a second aspect of the invention, in the first aspect of the invention, the first thyristor is connected in series with a third thyristor that is turned on in conjunction with the on-operation of the first thyristor, The thyristor is characterized in that a fourth thyristor that is turned on in conjunction with the on operation of the second thyristor is connected in series.
According to this configuration, since the thyristors are arranged in two stages between the phases of the electric circuit, it is possible to use a thyristor having a low withstand voltage relative to the interphase voltage. For example, a thyristor having a withstand voltage of 200 V can be used for the 400 V electric circuit. It becomes. Therefore, the rated voltage of the earth leakage breaker can be increased without increasing the withstand voltage of the thyristor.
本発明によれば、3相の全てから漏電判定回路に電源が供給され、且つトリップコイル動作電流は2相から供給されるので、3相のうち何れか1相が欠相しても、漏電が発生したら遮断動作する。而も、トリップコイルは電路の2相から電流の供給を受けるので瞬時に遮断動作する。
そして、第1及び第2のサイリスタへ印加される電圧にゼロクロス時間が存在するので、逆接続された場合でもオンし続けることがなく、遮断動作後にトリップコイルへの通電が継続されてトリップコイルが焼損する事態を防ぐことができる。
また、サイリスタが電路の相間に2段に配置されることで、サイリスタの耐圧を上げることなく漏電遮断器の定格電圧を上げることができる。
According to the present invention, power is supplied to the leakage determination circuit from all three phases, and the trip coil operating current is supplied from two phases. Therefore, even if one of the three phases is lost, the leakage is detected. If this occurs, it will shut off. However, since the trip coil is supplied with current from two phases of the electric circuit, the trip coil instantaneously cuts off.
Since the voltage applied to the first and second thyristors has a zero-crossing time, the trip coil does not continue to turn on even when reversely connected, and the trip coil continues to be energized after the shut-off operation. It can prevent the situation of burning.
Further, by arranging the thyristors in two stages between the phases of the electric circuit, it is possible to increase the rated voltage of the earth leakage breaker without increasing the withstand voltage of the thyristor.
以下、本発明を具体化した実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。図1は本発明に係る3相漏電遮断器の一例を示す回路図であり、1は遮断対象の3相(L1相,L2相,L3相)から成る電路、2は電路1を開閉する開閉部、3は電路1の零相電流を検出する零相変流器、4は開閉部2を開操作(遮断操作)するトリップコイル、5は漏電の発生を検出してトリップコイル4を駆動させる漏電検出回路である。
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit diagram showing an example of a three-phase leakage circuit breaker according to the present invention, where 1 is an electric circuit composed of three phases to be interrupted (L1, L2, and L3 phases), and 2 is an open / close circuit that opens and closes the
漏電検出回路5は、電路の零相電流から漏電発生を判定するIC化された漏電判定回路6、この漏電判定回路6に電源を供給する電源回路7、トリップコイル4を駆動させる第1のサイリスタS1、及び第2のサイリスタS2から成るトリップコイル駆動回路8が備えられている。このトリップコイル駆動回路8は、第1のサイリスタS1のアノードに第3のサイリスタS3を設けてL1相に接続され、第2のサイリスタS2のアノードに第4のサイリスタS4を設けてL2相に接続されている。即ち、第1及び第3のサイリスタS1,S3が直列接続され、第2及び第4のサイリスタS2,S4が直列接続され、トリップコイル4に対する並行する2本の電流供給路を形成している。
The leakage detection circuit 5 includes an IC leakage determination circuit 6 that determines the occurrence of leakage from the zero-phase current of the electric circuit, a power supply circuit 7 that supplies power to the leakage determination circuit 6, and a first thyristor that drives the
尚、第3のサイリスタS3は、第1のサイリスタS1がオンすることで連動してオンするようゲートが接続され、第4のサイリスタS4は、第2のサイリスタS2がオンすることで連動してオンするようゲートが接続されている。 Note that the gate of the third thyristor S3 is connected so that the first thyristor S1 is turned on when the first thyristor S1 is turned on, and the fourth thyristor S4 is linked when the second thyristor S2 is turned on. The gate is connected to turn on.
そして、第1及び第2のサイリスタS1,S2のカソードはトリップコイル4の一端となるコモンライン(GND電路)10に並列に接続され、トリップコイル4の他端はダイオードD7,D8を介して電路1のL2相及びL3相の双方に接続されている。また、電源回路7は電路1の3相全てから電源を採り、6個のコンデンサC1〜C6で電圧降下させて、6個のダイオードD1〜D6で構成された全波整流回路7aにより整流した直流電圧を漏電判定回路6の電源端子Bに供給している。
The cathodes of the first and second thyristors S1 and S2 are connected in parallel to a common line (GND circuit) 10 serving as one end of the
このように構成された漏電検出回路は以下のように動作する。漏電が発生すると、零相変流器3が零相電流の変化としてそれを検出し、漏電判定回路6が漏電のレベルを判定する。検出した零相電流が所定の閾値を超えた場合、漏電判定回路6は出力端子Aから第1のサイリスタS1及び第2のサイリスタS2の双方にオン信号を出力し、ゲートに信号が入力された第1のサイリスタS1、第2のサイリスタS2はオンする。このオン動作により、第3のサイリスタS3、第4のサイリスタS4もオンし、トリップコイル4に動作電流が流れる。こうしてトリップ動作して開閉部2が開動作する。
The leakage detection circuit configured as described above operates as follows. When leakage occurs, the zero-
具体的に、第1のサイリスタS1がオンすると、電路1のL1相、第3のサイリスタS3、第1のサイリスタS1、トリップコイル4、ダイオードD7、電路1のL3相の経路、及び電路1のL1相、第3のサイリスタS3、第1のサイリスタS1、トリップコイル4、ダイオードD8、電路1のL2相の経路で電流が流れ、トリップコイル4を励磁する。また、第2のサイリスタS2がオンすると、電路1のL2相、第4のサイリスタS4、第2のサイリスタS2、トリップコイル4、ダイオードD7、電路1のL3相の経路で電流が流れ、トリップコイル4を励磁する。尚、各サイリスタS1〜S4は同一の特性の素子が使用されており、各サイリスタS1〜S4には相間電圧そのものが印加されることが無く、その1/2程度の電圧が印加さる。
Specifically, when the first thyristor S1 is turned on, the L1 phase of the electric circuit 1, the third thyristor S3, the first thyristor S1, the
また、このときの電圧波形を見てみると、電路1が通電状態にある時、第1のサイリスタS1には図2(a)に示すような電圧波形が印加され、第2のサイリスタS2には図2(b)に示すような電圧波形が印加される。これは上述したように、第1のサイリスタS1は、電路1のL1相とL2相及びL3相との間で電流供給路を形成しているが、第2のサイリスタS2は、電路1のL2相とL3相との間のみで電流供給路を形成しているためである。この図2に示すように、第1のサイリスタS1には1/3サイクルのゼロクロス時間が発生し、第2のサイリスタS2には1/2サイクルのゼロクロス時間が発生していることがわかる。 Further, looking at the voltage waveform at this time, when the electric circuit 1 is in the energized state, the voltage waveform as shown in FIG. 2A is applied to the first thyristor S1, and the second thyristor S2 is applied. A voltage waveform as shown in FIG. 2B is applied. As described above, the first thyristor S1 forms a current supply path between the L1 phase, the L2 phase, and the L3 phase of the electric circuit 1, but the second thyristor S2 is the L2 of the electric circuit 1. This is because the current supply path is formed only between the phase and the L3 phase. As shown in FIG. 2, it can be seen that the first thyristor S1 has a 3 cycle zero-cross time, and the second thyristor S2 has a ½ cycle zero-cross time.
この第1及び第2サイリスタS1,S2への印加電圧は、3相漏電遮断器が正接続された通常の動作では、開閉部が開動作(遮断動作)することで無くなるが、遮断器が逆接続されている場合や発電設備が負荷側に設けられている場合は、開閉部2が開動作しても無くならない場合が発生する。この様な場合、即ち遮断動作しても負荷側に電圧が加わり続けた場合、第1のサイリスタS1、及び第2のサイリスタS2には正接続時と同様に図2に示す電圧波形が印加される。そのため、第1のサイリスタS1及び第2のサイリスタS2がオフしなければ、トリップコイル4に大電流が流れ続けることになる。
The voltage applied to the first and second thyristors S1 and S2 disappears in the normal operation in which the three-phase leakage circuit breaker is positively connected, but the switching unit is opened (breaking operation). When connected or when the power generation equipment is provided on the load side, there is a case where the opening /
ところが、図2の波形図にあるように、電圧が印加されないゼロクロス時間が少なくとも1/3サイクル以上存在する。この長いゼロクロス時間により、漏電判定回路6から第1及び第2のサイリスタS1,S2のゲートへの出力が止まっていれば、双方のサイリスタS1,S2は確実に停止する。よって、トリップコイル4に電流が流れ続けるようなことがない。
However, as shown in the waveform diagram of FIG. 2, there exists at least 1/3 cycle or more of the zero cross time during which no voltage is applied. If the output from the leakage determination circuit 6 to the gates of the first and second thyristors S1 and S2 is stopped by the long zero crossing time, both the thyristors S1 and S2 are surely stopped. Therefore, current does not continue to flow through the
また、電路1の3相のうち1相が欠相した場合を見てみると、L2相又はL3相が欠相した場合は第1のサイリスタS1でトリップコイル4を励磁して遮断動作させることができる。そして、L1相が欠相した場合は、第2のサイリスタS2でトリップコイル4を励磁して電路1を遮断動作させることができる。
Further, when one of the three phases of the electric circuit 1 is lost, when the L2 phase or the L3 phase is lost, the
このように、3相の全てから漏電判定回路に電源が供給され、且つトリップコイル動作電流は2相から供給されるので、3相のうち何れか1相が欠相しても、漏電が発生したら遮断動作する。而も、トリップコイルは電路の2相から電流の供給を受けるので瞬時に遮断動作する。そして、逆接続された場合や、遮断後負荷側に電圧が残るような状況が発生しても、第1及び第2のサイリスタへ印加される電圧にゼロクロス時間を設けてオフさせることができ、遮断動作後にトリップコイルへの通電が継続されてトリップコイルが焼損する事態を防ぐことができる。
また、サイリスタが電路の相間に2段に配置されるため、相間電圧に対して低い耐圧のサイリスタを使用することができ、例えば200V耐圧のサイリスタを400V電路に使用することが可能となる。よって、サイリスタの耐圧を上げることなく漏電遮断器の定格電圧を上げることができる。
In this way, since power is supplied to the leakage detection circuit from all three phases, and trip coil operating current is supplied from two phases, leakage occurs even if one of the three phases is lost. Then shut off. However, since the trip coil is supplied with current from two phases of the electric circuit, the trip coil instantaneously cuts off. And even if the reverse connection or the situation where the voltage remains on the load side after interruption, the voltage applied to the first and second thyristors can be turned off by providing a zero cross time, It is possible to prevent a situation in which energization of the trip coil is continued after the shut-off operation and the trip coil burns out.
Further, since the thyristors are arranged in two stages between the phases of the electric circuit, it is possible to use a thyristor having a low withstand voltage with respect to the interphase voltage. For example, a thyristor having a withstand voltage of 200V can be used for the 400V electric circuit. Therefore, the rated voltage of the earth leakage breaker can be increased without increasing the withstand voltage of the thyristor.
尚、上記実施形態では第1のサイリスタS1に第3のサイリスタS3を直列接続し、第2のサイリスタS2に第4のサイリスタS4が直列接続されているが、第3及び第4のサイリスタS3,S4は無くても速い遮断時間特性を維持できるし、逆接続された場合でも良好に漏電遮断動作する。 In the above embodiment, the third thyristor S3 is connected in series to the first thyristor S1, and the fourth thyristor S4 is connected in series to the second thyristor S2, but the third and fourth thyristors S3, S3 are connected. Even if S4 is not present, it is possible to maintain a fast interruption time characteristic, and even when reverse connection is established, a good leakage interruption operation is achieved.
1・・電路、2・・開閉部、3・・零相変流器、4・・トリップコイル、5・・漏電検出回路、6・・漏電判定回路、7・・電源回路、7a・・全波整流回路、8・・トリップコイル駆動回路(電流供給路)、S1・・第1のサイリスタ、S2・・第2のサイリスタ、S3・・第3のサイリスタ、S4・・第4のサイリスタ。
1 ....
Claims (2)
前記漏電判定回路に動作電力を供給する3相全波整流回路と、前記漏電判定回路の出力信号を受けてオンし、前記トリップコイルをトリップ動作させる第1のサイリスタ及び第2のサイリスタとを有し、
前記トリップコイルは前記電路の異なる2相から動作電流の供給を受け、その並行する2本の電流供給路上に前記第1及び第2のサイリスタが夫々配置されたことを特徴とする3相漏電遮断器。 An open / close unit that opens and closes an electric circuit, a zero-phase current transformer that detects a zero-phase current of the electric circuit, a leakage determination circuit that determines occurrence of leakage from the detected current of the zero-phase current transformer, and an opening operation of the switch A three-phase earth leakage circuit breaker having a trip coil
A three-phase full-wave rectifier circuit that supplies operating power to the leakage determination circuit; and a first thyristor and a second thyristor that are turned on in response to an output signal of the leakage determination circuit and cause the trip coil to perform a trip operation. And
The trip coil is supplied with an operating current from two different phases of the electric circuit, and the first and second thyristors are respectively disposed on two parallel current supply lines. vessel.
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