JP5423649B2

JP5423649B2 - 電源系統及び漏電検出方法

Info

Publication number: JP5423649B2
Application number: JP2010236532A
Authority: JP
Inventors: 浩堂前; 均橋本
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2010-10-21
Filing date: 2010-10-21
Publication date: 2014-02-19
Anticipated expiration: 2027-10-30
Also published as: JP2011015608A

Description

本発明は、漏電検出の認識方法に関し、特に漏電検出機能が既存の圧縮機に後付けされた場合の、漏電検出の認識方法に関する。

従来から、圧力スイッチを有する電気温水器等において漏電検出機能を備え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。

実開昭６３−０８９５５０号公報

上記特許文献１に開示されている技術においては、漏洩電流を検出した場合に、圧力スイッチが漏電遮断器に対して、圧力検出作動時と等価な擬似電流を作り出す作動信号として作用し、ヒータ回路への非導通状態を保持している。

しかしながら、上記特許文献１に開示されている技術では、圧力スイッチを有する既設の圧縮機等に漏電検出機能を後付けしようとする場合、以下のような問題がある。すなわち、
（１）漏電を検出した場合に、圧縮機に設けられている電磁接触器の導通／非導通を直接制御することが困難であること；
（２）漏電検出機能の少なくとも一部が、既設の制御回路部分と共用している場合において、電磁接触器が何らかの異常を検出して非導通状態となった時に、その要因が漏電によるものなのか又は、圧力スイッチの作動によるものなのかの判断ができず、対処時に不便であること；
（３）上記（２）と関連して、漏電検出が動作したのか否かの判断ができないこと。

本発明は、上記課題に鑑み、漏電検出機能が既存の圧縮機に後付けされた場合の漏電検出の認識方法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、電源（１０２）、電路（１０４）、前記電路の導通（閉）／非導通（開）を切り替える開閉手段（１０６）、前記開閉手段を介して前記電路に接続される電力負荷（１５０）、前記電力負荷の動作異常を検出する動作異常検出手段（１０８）、異常電流を検出する異常電流検出手段（１１０）、前記開閉手段を制御する制御手段（１１２）、前記開閉手段を動作させる継電手段（１１４）、前記電源と前記継電手段との間に直列に接続される第１保護スイッチ（１１６）を備える電源系統であって、前記第１保護スイッチと前記継電手段との間に直列に接続される第２保護スイッチ（１１８）を備え、前記異常電流検出手段は前記制御手段に接続され、前記継電手段に給電されているときには前記開閉手段が導通状態となり、前記継電手段に断電されているときには前記開閉手段が非導通状態となり、（ａ）前記電路における異常電流が検出されたか否かを判断するステップ（Ｓ１０２）、（ｂ）前記ステップ（ａ）における判断が肯定的である場合に、前記電力負荷が動作異常か否かを判断するステップ（Ｓ１０３〜Ｓ１０５）、（ｃ）前記ステップ（ｂ）における判断が否定的である場合に、前記電路において漏電が発生したと判断するステップ（Ｓ１０６）、及び（ｄ）前記ステップ（ｂ）における判断が肯定的である場合に、前記電路において漏電が発生していないと判断するステップ（Ｓ１０７）が制御部（１１２）によって実行され、前記第１保護スイッチは、前記ステップ（ｂ）における判断が肯定的である場合に非導通状態となり、前記第２保護スイッチは、前記ステップ（ｂ）における判断が否定的である場合に非導通状態となる、電源系統である。

第２の発明は、第１の発明を用いた漏電検出方法であって、前記電源系統は、予め定められた項目の閾値（１２２，１２６，１３０）を記憶する記憶手段（１２０）、前記記憶手段に記憶されている前記項目の実測値を計測する計測手段（１２４，１２８，１３２）を更に備え、前記ステップ（ｂ）では、前記動作異常検出手段は、前記閾値と前記実測値との比較に基づいて、前記電力負荷（１５０）が動作異常か否かを判断する、漏電検出方法である。

電源、電路、開閉手段、電力負荷、動作異常検出手段、異常電流検出手段、制御手段、継電手段、第１保護スイッチは従来から通常に設けられている手段なので、第２保護スイッチを付加するだけで圧縮機の電源系統に漏電検出機能を持たせることができる。また、異常電流が検出された場合、その要因として、漏電以外にも電力負荷の動作異常が想定される。この点に着目して、漏電の存否を、電力負荷の動作異常の存否に基づいて判断する。しかも、ステップ（ａ）自体は、電路に対して通常設けられる手段を採用して実行できる。また、ステップ（ｂ）自体の実行は、電力負荷に対して通常設けられる手段を採用して実行できる。したがって、ステップ（ａ）、（ｂ）の実行のための手段を新たに設ける必要がない。

第２の発明によれば、電力負荷が動作異常か否かを確実に判断できる。

本発明の実施形態に係る漏電検出機能を説明するブロック図である。圧縮機の動作状態を示す図である。漏電検出の認識方法を示すフローチャートである。

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。

〈概略構成〉
図１は、本発明の実施形態に係る漏電検出の認識技術を実現する電源系統を示す概略構成図である。電源系統は、例えば、圧縮機１００のモータ（電力負荷）１５０と、モータ１５０に電力を供給する三相交流の電源１０２と、電源１０２からの電源電流を伝送する電路１０４と、電路１０４の導通（閉）／非導通（開）を切替える電磁接触器（開閉手段）１０６と、モータ１５０の動作異常（具体的には圧力異常）を検出する高圧圧力スイッチ（動作異常検出手段）１０８と、異常電流（具体的には漏洩電流）を検出する漏電検出基板（異常電流検出手段）１１０と、電磁接触器１０６を制御する制御部（制御手段）１１２とを備えている。また、モータ１５０には、例えば、圧縮機内部の圧力を測定する圧力センサ（計測手段）１２８及び／又は吐出管（図示省略）の温度を測定する吐出管温度計（計測手段）１３２が取り付けられている。これらは、電磁接触器１０６が非導通状態となったときに、零相変流器１３６と協働して、電磁接触器１０６が非導通状態となった要因が漏電によるものか否かの判断に資するためのセンサである。

漏電検出基板１１０は、電路１０４に取付けられる零相変流器１３６によって異常電流（零相電流）を検出して、検出結果を制御部１１２に伝送する。また、該検出結果を表示部１３４に伝送する。表示部１３４は、漏電検出基板１１０の制御下で、異常電流の検出結果と制御部１１２での判断結果とに基づいてＬＥＤを点灯する等して漏電が発生した旨を表示する。なお、制御部１１２での判断については後に詳述する。

制御部１１２は、電磁接触器１０６を動作させるリレー（継電手段）１１４と、電源１０２とリレー１１４との間に直列に接続される第１保護スイッチ１１６及び第２保護スイッチ１１８とを有している。第１保護スイッチ１１６は、従来から通常に設けられている手段であり、室外ユニットや熱源ユニット（ともに図示省略）に何らかの動作異常（漏電を除く）が発生してモータ１５０の内部圧力が圧力値Ｐ１（図２参照）を超えた場合に非導通状態となる。また、第２保護スイッチは、電路１０４における漏洩電流が発生した場合に非導通状態となる。すなわち、リレー１１４には、動作異常の発生時に限らず、漏洩電流が発生した場合にも給電が遮断される。したがって、電磁接触器１０６は、リレー１１４に給電されているときには導通状態となり、断電されているときには非導通状態となる。

また、制御部１１２は、記憶部（記憶手段）１２０とタイマ（計測手段）１２４とを有している。記憶部１２０は、時間閾値１２２、圧力閾値１２６、温度閾値１３０等の、漏電が発生しているか否かの判断に資する閾値を記憶している。タイマ１２４は、電源１０２からの給電が開始されてからの時間を計測する。

〈漏電発生の判断手法〉
図２は、圧縮機１００の動作状態を示す図である。圧縮機１００では、通常運転時に起動してからの稼働時間に応じて、モータ１５０の内部圧力Ｐが緩やかに変化する。これに伴って、吐出管温度Ｔも緩やかに変化する。これは、起動直後は、電流が初期動作及び圧縮機１００内部の加圧に消費されるためである。

動作異常により高圧圧力スイッチ１０８が作動するのは、内部圧力Ｐが予め定められた閾値Ｐ１（例えば、４ＭＰａ）を超える場合であり、内部圧力Ｐが該閾値に達するには一定の時間ｔ１（例えば、３０ｓ）を要する。なお、閾値Ｐ１及び時間ｔ１は、選定される冷媒の種類やモータ１５０の性能によって算出される。

したがって、記憶部１２０に記憶される時間閾値１２２が時間ｔ１に設定され、稼働時間が時間ｔ１よりも短い時点でリレー１１４への給電が遮断された（すなわち、電磁接触器１０６が非導通状態となった）場合には、第２保護スイッチ１１８が非導通状態となった、すなわち漏洩電流が発生したと判断できる。

また、タイマ１２４と合わせて圧力センサ１２８を備え、圧力閾値１２６を記憶することにより、以下のようにして漏電発生の有無を判断することもできる。すなわち、図２で示したように、内部圧力Ｐは通常運転時には稼働時間の経過とともに変化する。したがって、記憶部１２０に記憶される圧力閾値１２６が、起動時からの稼働時間に応じた所定の値（図２では、稼働時間に依存する圧力予想値Ｐｔ）に設定され、リレー１１４への給電が遮断された時点で圧力センサ１２８が計測した内部圧力値が圧力予想値Ｐｔよりも低い場合には、第２保護スイッチ１１８が非導通状態となった、すなわち漏洩電流が発生したと判断できる。

又は、圧力センサ１２８の設置が困難な場合には、タイマ１２４と合わせて吐出管温度計１３２を備え、温度閾値１３０を記憶することにより、以下のようにして漏電発生の有無を判断することもできる。すなわち、図２で示したように、吐出管温度Ｔは内部圧力Ｐの変化に応じて変化する。換言すれば、吐出管温度Ｔを計測することにより内部圧力Ｐを推定することができる。したがって、記憶部１２０に記憶される温度閾値１３０が、起動時からの稼働時間に応じた所定の値（図２では、稼働時間に依存する温度予想値Ｈｔ）に設定され、リレー１１４への給電が遮断された時点で吐出管温度計１３２が計測した吐出管温度が温度予想値Ｈｔよりも低い場合には、第２保護スイッチ１１８が非導通状態となった、すなわち漏洩電流が発生したと判断できる。

なお、圧力センサ１２８及び吐出管温度計１３２は、必ずしも設ける必要はなく、何れか一方のみでも良い。また、圧力閾値１２６及び温度閾値１３０は、必ずしも起動時からの稼働時間に応じて予め定められた値である必要はなく、種々の計測手段で計測される計測値や、ユーザによって設定される設定値に基づく関数で算出される値であっても良い。

上述した構成のうち、漏電検出基板１１０、第２保護スイッチ１１８、圧力センサ１２８、吐出管温度計１３２、表示部１３４、零相変流器１３６以外の構成については、モータ１５０に対して通常設けられる手段であるので、簡単な作業で漏電検出機能を後付けすることが可能である。具体例を挙げれば、高圧圧力スイッチ用のコネクタにハーネス加工等を施して表示部１３４を有する漏電検出基板１１０を接続し、リレー１１４と第１保護スイッチ１１６との間に第２保護スイッチ１１８を間挿する。さらに、圧力センサ１２８及び／又は吐出管温度計１３２を適宜設置して、その出力を制御手段に接続する。

なお、モータ１５０に流れる電流、具体的には電磁接触器１０６に流れる電流は、リレー１１４に流れる電流と比して遙かに大きい。したがって、例えば、第２保護スイッチ１１８を電磁接触器１０６に直列に接続する場合には、電磁接触器１０６に流れる大電流に見合った耐圧スイッチを介挿する必要があり、困難である。しかしながら、上述の通り、リレー１１４に流れる電流は、電磁接触器１０６に流れる電流と比して遙かに小さいので、第２保護スイッチ１１８は電力容量の小さいスイッチを適用することができ、後付けが容易である。

〈動作〉
図３は、漏電検出の認識方法を示すフローチャートである。圧縮機１００の電源系統は、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、漏電検出の認識技術に関する処理のみを示し、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。また、特に記載のない場合は、圧縮機１００における一連の処理は制御部１１２によって自動的に行われる。

まず、電源１０２がＯＦＦからＯＮに切替えられて起動すると、漏電検出基板１１０は、零相変流器１３６が電路１０４において異常電流が検出されるまで待機する（ステップＳ１０１，Ｓ１０２）。

異常電流が検出されるとステップＳ１０２においてＹｅｓを選択して、リレー１１４への給電を遮断する（ステップＳ１０３）。また、異常電流が検出された時点において、起動からの稼働時間が時間ｔ１未満か否か、又は圧力センサ１２８が計測した内部圧力値が圧力予想値Ｐｔ未満か否か、又は吐出管温度計１３２が計測した吐出管温度が温度予想値Ｈｔよりも低いか否かを判断する（ステップＳ１０４〜Ｓ１０６）。

上記ステップＳ１０４〜Ｓ１０６の何れかにおいてＹｅｓを選択した場合には、漏電発生によって第２保護スイッチ１１８が非導通状態となったことによってリレー１１４への給電が遮断されたと判断し、漏電が発生した旨を表示部１３４に表示する（ステップＳ１０７，Ｓ１０８）。上記ステップＳ１０４〜１０６の何れにおいてもＮｏを選択した場合には、動作異常によりモータ１５０の内部圧力が圧力値Ｐ１を超え、高圧圧力スイッチ１０８が作動することによってリレー１１４への給電が遮断されたと判断する（ステップＳ１０９）。

〈効果〉
以上のように、異常電流が検出された場合、その要因として、漏電以外にもモータ１５０の動作異常が想定される。この点に着目することにより、漏電の存否を、モータ１５０の動作異常の存否に基づいて判断する。しかも、異常電流の検出手段は、電路１０４に対して通常設けられる手段を採用して実行できる。また、動作異常の存否判断は、モータ１５０に対して通常も受けられる手段を採用して実行できる。したがって、異常電流の検出及び動作異常の存否判断のための手段を新たに設けることなく、漏電発生を認識できる。

また、リレー１１４及び第１保護スイッチ１１６は従来から通常に設けられている手段なので、それらの間に第２保護スイッチを直列に接続するだけで実行できる。

また、圧縮機１００においては、通常は起動してから所定の時間ｔ１が経過するまでの間は、電流が初期動作及び圧縮機１００内部の加圧に消費される。この点に着目することにより、漏電を確実に認識でき、迅速に対応できる。また、起動時からの稼働時間を計測するタイマ１２４は、既存の圧縮機に搭載されていることがあるので、新たな手段を設けることなく実行できる。

また、圧縮機１００の内部圧力を計測する圧力センサ１２８及び圧力閾値１２６は、既存の圧縮機に搭載されていることがあるので、新たな手段を設けることなく実行できる。

また、吐出管温度を計測する吐出管温度計１３２及び温度閾値１３０は、既存の圧縮機に搭載されていることがあるので、新たな手段を設けることなく実行できる。

また、漏電検出基板１１０によって検出された結果に基づいて漏電が発生した旨を表示するので、漏電検出が動作したことを明確に知ることができる。

〈変形例〉
以上、本発明の好適な態様について説明したが、本発明は上述の態様に限定されるものではない。例えば、表示部１３４は、漏電が発生した場合のみならず、異常電流が漏電によるものではない場合にもＬＥＤを点灯する等しても良い。その場合、例えば、漏電発生時の表示とは異なる色で表示する。これにより、漏電検出機能が正常に動作していることを示し、動作異常に対して迅速に対応することができる。

１００圧縮機
１０２電源
１０４電路
１０６電磁接触器（開閉手段）
１０８高圧圧力スイッチ（動作異常検出手段）
１１０漏電検出基板（異常電流検出手段）
１１２制御部（制御手段）
１１４リレー（継電手段）
１１６第１保護スイッチ
１１８第２保護スイッチ
１２０圧力センサ（圧力計測手段）
１２２時間閾値
１２４タイマ（計測手段）
１２６圧力閾値
１２８圧力センサ（計測手段）
１３０温度閾値
１３２吐出管温度計（計測手段）
１３４表示部（表示手段）
１３６零相変流器
１５０モータ

Claims

電源（１０２）、
電路（１０４）、
前記電路の導通（閉）／非導通（開）を切り替える開閉手段（１０６）、
前記開閉手段を介して前記電路に接続される電力負荷（１５０）、
前記電力負荷の動作異常を検出する動作異常検出手段（１０８）、
異常電流を検出する異常電流検出手段（１１０）、
前記開閉手段を制御する制御手段（１１２）、
前記開閉手段を動作させる継電手段（１１４）、
前記電源と前記継電手段との間に直列に接続される第１保護スイッチ（１１６）
を備える電源系統であって、
前記第１保護スイッチと前記継電手段との間に直列に接続される第２保護スイッチ（１１８）
を備え、
前記異常電流検出手段は前記制御手段に接続され、
前記継電手段に給電されているときには前記開閉手段が導通状態となり、
前記継電手段に断電されているときには前記開閉手段が非導通状態となり、
（ａ）前記電路における異常電流が検出されたか否かを判断するステップ（Ｓ１０２）、
（ｂ）前記ステップ（ａ）における判断が肯定的である場合に、前記電力負荷が動作異常か否かを判断するステップ（Ｓ１０３〜Ｓ１０５）、
（ｃ）前記ステップ（ｂ）における判断が否定的である場合に、前記電路において漏電が発生したと判断するステップ（Ｓ１０６）、及び
（ｄ）前記ステップ（ｂ）における判断が肯定的である場合に、前記電路において漏電が発生していないと判断するステップ（Ｓ１０７）が制御部（１１２）によって実行され、
前記第１保護スイッチは、前記ステップ（ｂ）における判断が肯定的である場合に非導通状態となり、
前記第２保護スイッチは、前記ステップ（ｂ）における判断が否定的である場合に非導通状態となる、電源系統。
請求項１記載の電源系統を用いた漏電検出方法であって、
前記電源系統は、
予め定められた項目の閾値（１２２，１２６，１３０）を記憶する記憶手段（１２０）、
前記記憶手段に記憶されている前記項目の実測値を計測する計測手段（１２４，１２８，１３２）
を更に備え、
前記ステップ（ｂ）では、前記動作異常検出手段は、前記閾値と前記実測値との比較に基づいて、前記電力負荷（１５０）が動作異常か否かを判断する、漏電検出方法。