JP5192777B2 - ３相漏電遮断器 - Google Patents

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。

３相漏電遮断器には、３相のうちの１相が欠相しても漏電が発生したら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では、漏電検出回路の電源、及び遮断動作させるためのトリップコイルの動作電源を夫々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ＣＯ_２の削減を図るために、太陽光発電等の自家発電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た後も負荷側に電圧が残る場合があるため、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ゼロ電圧となる時間を設けて（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されている。

特開２００６−１０７７３７号公報 特開２００５−３０２４１８号公報

近年、漏電遮断動作の高速化の要求があり、具体的には比較的大きな漏電が発生した場合は、漏電が発生してから０．０４秒以内に遮断動作する反限時形の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、逆接続に対応していないため、上述した発電設備が負荷側に存在するような場所では、トリップコイルが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、遮断動作時間が要求値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。

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することがない３相漏電遮断器を提供することを目的とする。

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、電路の零相電流を検出する零相変流器と、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電源を供給する３相全波整流回路と、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、その共通する電流供給路上に前記第１のサイリスタは配置され、前記漏電判定回路が漏電を検知したら前記第１のサイリスタをオンさせて前記トリップコイルをトリップ動作させ、前記電流供給路は、第２のサイリスタ、第３のサイリスタを介して２相の電路に分岐接続され、双方のサイリスタのカソード同士が連結されて第１のサイリスタと夫々直列接続されると共に、前記第２及び第３のサイリスタは第１のサイリスタのオン動作に連動してオンするよう接続されて成り、前記第２、第３のサイリスタのうち一方のサイリスタのゲートには、前記開閉部の開閉動作に連動してオフ／オンする接点が設けられ、前記一方のサイリスタは前記開閉部の開動作に連動してゲート信号が遮断されることを特徴とする。
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。

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の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。

更に、電路が遮断されれば接点が開放されるので、第２，第３のサイリスタのうち何れかは確実にオフする。よって、第１のサイリスタに遮断動作後に印加される順方向電圧は、単相の半波整流波形となり、オフ動作するに十分なゼロクロス時間が存在し、容量成分の多い回路でも第１のサイリスタは確実にオフし、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でも、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。

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、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でも、第１のサイリスタへ印加される電圧はゼロクロス時間が存在するのでオンし続けることが無く、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ようなことがない。
また、サイリスタが相間に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。

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，Ｌ２，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を開動作（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を動作させる漏電検出回路である。

漏電検出回路には、電路１の零相電流から漏電発生を判断してトリップコイル４の動作信号を出力するＩＣ化された漏電判定回路７が備えられ、８は漏電判定回路７に電源を供給する電源回路、９は漏電判定回路７の動作信号を受けてトリップコイル４を駆動させる第１のサイリスタである。電源回路８は、電路１の３相全てから電源を採り、コンデンサＣ１〜Ｃ６で電圧降下させ、６個のダイオードＤ１〜Ｄ６で構成された３相全波整流回路１０により整流し、その出力電圧を漏電判定回路７に供給している。

また、トリップコイル４は漏電判定回路７のコモン電路（マイナス電位側電路）上に配置されている。但し、トリップ動作させるための電流供給路１２はコモン電路とは独立して形成され、第１のサイリスタ９はこの電流供給路１２上に配置されている。そして、第１のサイリスタ９のアノード側は、分岐して電路の２相（ここではＬ１相とＬ２相）に接続され、この分岐された電流供給路１２ａ，１２ｂにも夫々第２のサイリスタ１４、第３のサイリスタ１５が接続され、第１のサイリスタ９とこの第２のサイリスタ１４、及び第３のサイリスタ１５は夫々直列接続された構成となっている。

第１のサイリスタ９のカソード側は、トリップコイル４の一端となるコモン電路に接続され、トリップコイル４の他端はコモン電路からダイオードＤ７，Ｄ８を介して電路１の所定の２相（ここでは、Ｌ２相とＬ３相）に接続されている。こうして、電流供給路１２と合わせてトリップコイル動作電流経路が形成されている。

更に、第２のサイリスタ１４及び第３のサイリスタ１５のゲート信号は、自身に印加される電圧で生成されるよう構成され、第１のサイリスタ９がオンすることでゲート信号が生成されて第２のサイリスタ１４及び第３のサイリスタ１５はオンする。但し、第３のサイリスタ１５のゲートには開閉部２の開閉操作に連動して開閉する接点１６が設けられている。そのため、開閉部２が「閉」の時、即ち電路１が通電状態にある時はゲート信号は供給されるが、遮断動作して「開」の時は第３のサイリスタ１５のゲート信号は無くなる。
尚、接点１６に通電される電流は、直列に取り付けられた抵抗１７により制限させることができるので、接点１６は小形で安価なものが使用できる。

このように構成された漏電検出回路５の動作を、図２の波形図を基に以下説明する。図２は、図１の回路の所定の部位の電圧波形を示し、（ａ）はトリップコイル４の印加電圧波形Ｖｔ、（ｂ）は第２のサイリスタ１４のゲート線圧波形Ｖｇ２、（ｃ）は第３のサイリスタ１５のゲート電圧波形Ｖｇ３、（ｄ）は第１のサイリスタ９のゲート電圧波形Ｖｇ１である。また、Ｐ１は漏電判定回路７が漏電を検知して第１のサイリスタ９のゲート信号を発生した点、Ｐ２は接点１６が開動作した点を示している。

漏電が発生すると、零相変流器３が零相電流としてそれを検出し、漏電判定回路７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ら、漏電判定回路７は第１のサイリスタ９にオン信号（ゲート信号）を出力する（図２（ｄ）のＰ１点）。その結果、第１のサイリスタ９がオンしてトリップコイル４が励磁され、トリップ動作して開閉部２が開動作する。こうして電路１は遮断される。

ここで、遮断器が電路１に正接続された状態で自家発電設備等が負荷側に接続され、遮断動作後に負荷側に電圧が残る状態が発生した場合を見てみると、開閉部２の開動作により接点１６が連動して開動作する（図２（ｃ）のＰ２点）。そのため、第３のサイリスタ１５はゲート信号が無くなり、印加電圧がゼロクロスしたところでオフ動作する。その結果、第１のサイリスタ９には、第２のサイリスタ１４を介して３相のうちの１相のみ（Ｌ２相のみ）の電圧が印加される。この電圧波形は半波整流波形であるため、第１のサイリスタ９に印加される電圧波形には十分なゼロクロス時間が発生し、第１のサイリスタ９は確実にオフ動作する。
こうして、自家発電設備等で負荷側に電圧が残る状態が発生しても、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。この動作は、遮断器が逆接続された場合の動作にも当てはまり、遮断動作後トリップコイル４へ電流が流れ続けるようなことがない。

一方、電路１の３相のうち１相が欠相した場合を見てみると、３相Ｌ１〜Ｌ３の何れが欠相しても、３相全波整流回路により漏電判定回路７には安定した電源が供給されるので良好に漏電判定動作する。
また、トリップコイル４においても、Ｌ２相又はＬ３相が欠相した場合は、第１のサイリスタ９及び第３のサイリスタ１５を通してトリップコイル４を励磁できるし、Ｌ１相が欠相した場合は第１のサイリスタ９と第２のサイリスタ１４でトリップコイル４を励磁できる。そのため、何れの場合もトリップ動作して接点を引き外す（開閉部２を開操作する）ことができる。

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、第３のサイリスタのゲート信号は、開閉部の開閉動作に連動してオフ／オンする信号が入力されるので、電路が遮断されれば確実にオフする。よって、第１のサイリスタに遮断動作後に印加される順方向電圧波形はＬ２相の半波整流電圧のみとなり、オフ動作するに十分なゼロクロス時間が存在するので、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でも、第１のサイリスタへ印加される電圧は十分なゼロクロス時間が存在し、オンし続けることが無い。よって、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ようなことがない。

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の電路に使用することが可能となり、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。

尚、上記実施形態は第３のサイリスタ１５のゲートに接点１６を設けた場合を説明しているが、第２のサイリスタ１４のゲートに接点１６を設けても良い。図３は、第２のサイリスタ１４のゲートに接点を設けた場合の波形を示し、（ａ）はトリップコイル４の印加電圧波形Ｖｔ、（ｂ）は第２のサイリスタ１４のゲート線圧波形Ｖｇ２、（ｃ）は第３のサイリスタ１５のゲート電圧波形Ｖｇ３、（ｄ）は第１のサイリスタ９のゲート電圧波形Ｖｇ１である。そして、Ｐ１は漏電判定回路が漏電を検知して第１のサイリスタ９のゲート信号を発生した点、Ｐ２は接点が開動作した点を示している。この図３に示すように、接点が開動作することで、３相の半波整流波形のうち１波分が無くなり、トリップコイル４印加電圧（第１のサイリスタ９の印加電圧）にこの１波分のゼロクロス電圧が発生する。
よって、第３のサイリスタ１５のゲートに接点を設けた場合と同様に、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でも、第１のサイリスタへ印加される電圧は十分なゼロクロス時間が存在し、オンし続けることが無い。

本発明に係る３相漏電遮断器の実施形態の一例を示す回路図である。 図１の回路の要部電圧波形を示し、（ａ）はトリップコイルの印加電圧波形、（ｂ）は第２のサイリスタのゲート電圧波形、（ｃ）は第３のサイリスタのゲート電圧波形、（ｄ）は第１のサイリスタのゲート電圧波形である。 第２のサイリスタのゲートに接点を設けた場合の要部電圧波形を示し、（ａ）はトリップコイルの印加電圧波形、（ｂ）は第２のサイリスタのゲート電圧波形、（ｃ）は第３のサイリスタのゲート電圧波形、（ｄ）は第１のサイリスタのゲート電圧波形である。

符号の説明

１・・電路、２・・開閉部、３・・零相変流器、４・・トリップコイル、７・・漏電判定回路、８・・電源回路、９・・第１のサイリスタ、１０・・３相全波整流回路、１２・・電流供給路、１４・・第２のサイリスタ、１５・・第３のサイリスタ、１６・・接点。

Claims (1)

1. 電路を開閉する開閉部と、電路の零相電流を検出する零相変流器と、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電源を供給する３相全波整流回路と、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、その共通する電流供給路上に前記第１のサイリスタは配置され、
   前記漏電判定回路が漏電を検知したら前記第１のサイリスタをオンさせて前記トリップコイルをトリップ動作させ、
   前記電流供給路は、第２のサイリスタ、第３のサイリスタを介して２相の電路に分岐接続され、双方のサイリスタのカソード同士が連結されて第１のサイリスタと夫々直列接続されると共に、前記第２及び第３のサイリスタは第１のサイリスタのオン動作に連動してオンするよう接続されて成り、
   前記第２、第３のサイリスタのうち一方のサイリスタのゲートには、前記開閉部の開閉動作に連動してオフ／オンする接点が設けられ、前記一方のサイリスタは前記開閉部の開動作に連動してゲート信号が遮断されることを特徴とする３相漏電遮断器。

Images