JP5695736B2

JP5695736B2 - 地絡検出回路

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Publication number: JP5695736B2
Application number: JP2013505752A
Authority: JP
Inventors: 友章田辺; 豊彦清原
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2011-03-24
Filing date: 2011-03-24
Publication date: 2015-04-08
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Description

本発明は、地絡検出回路に関する。

たとえば特開昭６２−１０１７号公報（特許文献１）は、負性抵抗負荷を加熱するための加熱電源装置を開示する。この電源装置は、電源変圧器と、当該電源変圧器に接続された複数のサイリスタ整流器とを備える。各サイリスタ整流器に、負荷が接続される。電源装置は、複数のサイリスタ整流器のうちの少なくとも１つに対して複数の負荷を直列、並列、または直並列に接続するための半導体スイッチをさらに備える。

さらに、電源装置に接続された負荷の地絡を検出するための構成も提案されている。たとえば特開昭５８−１７５９２２号公報（特許文献２）は、以下の構成を有する半導体電力変換システムを開示する。すなわち半導体電力変換システムは、半導体電力変換装置の出力周波数とは異なる周波数の交流出力を供給する交流電源と、この交流電源の周波数を共振周波数として有する直列共振用素子と、接地電流をモニターするためのインピーダンス素子とから構成される直列路を有する。当該直列路は、半導体電力変換装置の負荷と接地との間に挿入される。

特開昭６２−１０１７号公報特開昭５８−１７５９２２号公報

特開昭５８−１７５９２２号公報（特許文献２）に開示された構成によれば、負荷ごとに地絡検出回路が設けられる。したがって、地絡位置を特定することが可能であると考えられる。しかしながら地絡検出回路の構成が複雑化する。

本発明の目的は、簡素な構成によって地絡位置を検出可能な地絡検出回路を提供することである。

本発明は要約すれば、電源装置に各々接続された複数の負荷の地絡を検出するための地絡検出回路である。地絡検出回路は、交流電源と、複数の共振回路とを備える。複数の共振回路は、複数の負荷によって形成された少なくとも１つの電流経路と、交流電源との間に接続される。複数の共振回路の各々は、交流電源の周波数と同じ共振周波数を有する。

本発明によれば、複数の負荷のうちの１つが地絡したことを簡素な構成によって検出できる。

本発明の実施の形態に係る地絡検出回路が適用される電源装置の一例を概略的に示した図である。図１に示した電源装置の詳細な構成を示した図である。モードＡにおける電源装置の動作を示した図である。モードＡにおいて負荷に印加される電圧を説明するための図である。モードＢにおける電源装置の動作を示した図である。モードＢにおいて負荷に印加される電圧を説明するための図である。モードＣにおける電源装置の動作を示した図である。モードＣにおいて負荷に印加される電圧を説明するための図である。本発明の実施の形態に係る地絡検出回路の基本的構成を示した図である。複数の負荷配線のいずれも地絡していない状態における共振回路を等価的に示した回路図である。負荷配線ＬＴ５が地絡した状態における共振回路を等価的に示す回路図である。負荷配線ＬＴ５が地絡した状態における地絡検出回路１０を等価的に示した図である。図１２に示された構成のうちの破線で囲まれた部分のインピーダンスを説明する図である。本発明の実施の形態に係る地絡検出回路の構成図である。負荷配線ＬＴ５が地絡した状態における地絡検出回路３０を等価的に示す回路図である。図１５に示された構成のうちの破線で囲まれた部分のインピーダンスを説明する図である。モードＡにおける負荷配線ＬＴ１〜ＬＴ５のそれぞれの電圧Ｖ_LT1〜Ｖ_LT5を説明するための図である。負荷配線ＬＴ１〜ＬＴ５のいずれかが地絡したときにおける電圧Ｖ_LT1〜Ｖ_LT5を説明するための図である。モードＢにおける負荷配線ＬＴ１〜ＬＴ５のそれぞれの電圧Ｖ_LT1〜Ｖ_LT5を説明するための図である。負荷配線ＬＴ１〜ＬＴ５のいずれかが地絡したときにおける電圧Ｖ_LT1〜Ｖ_LT5を説明するための図である。モードＣにおける負荷配線ＬＴ１〜ＬＴ５のそれぞれの電圧Ｖ_LT1〜Ｖ_LT5を説明するための図である。負荷配線ＬＴ１〜ＬＴ５のいずれかが地絡したときにおける電圧Ｖ_LT1〜Ｖ_LT5を説明するための図である。本発明の実施の形態に従う地絡検出回路の他の構成例を示した図である。

以下において、本発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

図１は、本発明の実施の形態に係る地絡検出回路が適用される電源装置の一例を概略的に示した図である。図１を参照して、電源装置１００は、変圧器１と、整流器２とを備える。整流器２は、サイリスタ整流回路ＴＢ１〜ＴＢ４を備える。負荷１１〜１４は整流器２に接続される。

変圧器１は、系統から交流電力を受ける。整流器２は、変圧器１からの交流電力を直流電力に変換するとともに、その直流電力を負荷１１〜１４に供給する。図１中の矢印は、電流の流れる方向を示す。

たとえば負荷１１〜１４は負性抵抗を有する負荷である。一例として、負荷１１〜１４の各々は、多結晶シリコン負荷である。負荷１１〜１４は、整流器２から供給された直流電力により加熱される。なお負荷の種類は上記のように限定されるものではない。

図２は、図１に示した電源装置の詳細な構成を示した図である。図２を参照して、整流器２は、サイリスタ整流回路ＴＢ１〜ＴＢ４と、サイリスタスイッチＴＳ１〜ＴＳ９と、電流制限回路（図２においてＡＣＬと示す）４，５と、可飽和リアクトルＬ１〜Ｌ９とを備える。

変圧器１は三相４線式の変圧器である。サイリスタ整流回路ＴＢ１〜ＴＢ４は変圧器１の２次巻線に接続される。サイリスタ整流回路ＴＢ１〜ＴＢ４の各々は、６相サイリスタ整流回路である。図２に示した構成では、サイリスタ整流回路ＴＢ１，ＴＢ２は変圧器１の２次巻線に直接的に接続される。一方、サイリスタ整流回路ＴＢ３，ＴＢ４は、電流制限回路４，５をそれぞれ介して変圧器１の２次巻線に接続される。

負荷１１〜１４は、サイリスタ整流回路ＴＢ２，ＴＢ４，ＴＢ１，ＴＢ３にそれぞれ接続される。サイリスタスイッチＴＳ１〜ＴＳ９は、サイリスタ整流回路ＴＢ１〜ＴＢ４と、負荷１１〜１４とを接続する回路（線路）に設けられる。可飽和リアクトルＬ１〜Ｌ９は、サイリスタスイッチＴＳ１〜ＴＳ９にそれぞれ対応して設けられる。可飽和リアクトルＬ１〜Ｌ９の各々は、対応するサイリスタスイッチと直列に接続される。

次に、図２に示された電源装置１００の動作について説明する。電源装置１００は、３つのモード（モードＡ、モードＢおよびモードＣ）を有する。負荷の大きさに応じて、３つのモードのうちの１つが選択される。サイリスタスイッチＴＳ１〜ＴＳ９は、少なくとも１つのサイリスタ整流回路に対する複数の負荷の接続のモードを、モードＡ、モードＢ、モードＣの間で切換える。

（モードＡ）
図３は、モードＡにおける電源装置の動作を示した図である。図４は、モードＡにおいて負荷に印加される電圧を説明するための図である。図３および図４を参照して、モードＡでは、サイリスタ整流回路ＴＢ１〜ＴＢ４のすべて、およびサイリスタスイッチＴＳ２，ＴＳ３，ＴＳ５がオン状態となる。このモードでは、負荷１１，１２，１３，１４がサイリスタ整流回路ＴＢ２，ＴＢ４，ＴＢ１，ＴＢ３にそれぞれ接続される。したがって負荷１１〜１４に流れる電流は図３中の矢印によって示される。図４に示されるように、負荷１１〜１４に電圧Ｖ₁，Ｖ₂，Ｖ₃，Ｖ₄がそれぞれ印加される。図４中の符号ＬＴ１〜ＬＴ５は、負荷１１〜１４に接続される配線を示す。

（モードＢ）
図５は、モードＢにおける電源装置の動作を示した図である。図６は、モードＢにおいて負荷に印加される電圧を説明するための図である。図５および図６を参照して、モードＢでは、サイリスタ整流回路ＴＢ１，ＴＢ２、およびサイリスタスイッチＴＳ１，ＴＳ３，ＴＳ４がオン状態となる。このモードでは、サイリスタ整流回路ＴＢ２に負荷１１，１２が直列接続されるとともに、サイリスタ整流回路ＴＢ１に負荷１３，１４が直列接続される。したがって、負荷１１〜１４は少なくとも1つのサイリスタ整流回路に直並列接続される。

負荷１１〜１４に流れる電流は図５中の矢印によって示される。図６に示されるように、負荷１１，１２には電圧Ｖ₁₂が印加され、負荷１３，１４には電圧Ｖ₃₄が印加される。

（モードＣ）
図７は、モードＣにおける電源装置の動作を示した図である。図８は、モードＣにおいて負荷に印加される電圧を説明するための図である。図７および図８を参照して、モードＣでは、サイリスタ整流回路ＴＢ１，ＴＢ２、およびサイリスタスイッチＴＳ１，ＴＳ６，ＴＳ７，ＴＳ８，ＴＳ９がオン状態となる。このモードでは、負荷１１，１２，１３，１４がサイリスタ整流回路ＴＢ１またはＴＢ２に直列接続される。したがって負荷１１〜１４に流れる電流は図７中の矢印によって示される。図８に示されるように、負荷１１，１２，１３，１４に電圧Ｖ₁₄が印加される。

負荷１１〜１４は負性抵抗を有する。このため通電初期には高電圧および小電流が必要となる。一方、最終時には低電圧および大電流が必要となる。通電初期においては、負荷１１〜１４が並列に接続される一方、最終時には負荷１１〜１４が直列接続される。これにより変圧器１に対する負荷の大きさをほぼ一定にすることができる。このような理由によって通電初期にはモードＡが選択される。多結晶シリコンの成長によって負荷の抵抗値が低下する。これにより電源装置１００のモードがモードＡからモードＢ，さらにモードＣへと順次切り替わる。モードＢにおいては、２つのサイリスタ整流回路の各々に、２つの負荷が直列接続される。これにより、サイリスタ整流回路ＴＢ１，ＴＢ２の直流出力電圧がモードＡでの直流出力電圧の２倍となるので力率が改善される。

モードＢにおいて負荷１１〜１４の抵抗値がさらに低下した場合には直流電圧が低下する。これにより力率が悪化する。力率が所定値に達した場合に、電源装置１００のモードがモードＢからモードＣへと切り替わる。モードＣでは負荷１１〜１４が直列接続されるためサイリスタ整流回路ＴＢ１，ＴＢ２の出力直流電圧は、モードＢでの直流出力電圧の２倍となる。これにより力率が改善される。さらに、サイリスタ整流回路ＴＢ１，ＴＢ２が並列運転されるため、モードＢにおける電流の２倍の電流を負荷１１〜１４に流すことができる。

［地絡検出回路］
図９は、本発明の実施の形態に係る地絡検出回路の基本的構成を示した図である。図９を参照して、地絡検出回路１０は、負荷１１〜１４のいずれかが地絡したことを検出する。地絡検出回路１０は、交流電圧Ｖを発生させる交流電源２０と、共振回路２１，２２とを備える。

共振回路２１，２２の各々は、負荷１１〜１４によって形成された電流経路と、交流電源２０との間に設けられる。具体的には、共振回路２１は交流電源２０と負荷配線ＬＴ２との間に直列接続されたインダクタＬ_Ｅ１とキャパシタＣ_Ｅ１とを備える。共振回路２２は交流電源２０と負荷配線ＬＴ４との間に直列接続されたインダクタＬ_Ｅ２とキャパシタＣ_Ｅ２とを備える。

次に、共振回路２１を代表的に示すことにより、地絡検出回路１０の基本的な動作を説明する。図１０は、複数の負荷配線のいずれも地絡していない状態における共振回路を等価的に示した回路図である。図１１は、負荷配線ＬＴ５が地絡した状態における共振回路を等価的に示す回路図である。図１０および図１１を参照して、交流電圧Ｖの周波数は６０Ｈｚである。負荷１２〜１４の各々の抵抗値を５５Ω、キャパシタＣ_E1の容量値を１０μＦ、インダクタＬ_E1のインダクタンス値を３Ｈ、接地に対する絶縁抵抗の値を３３ｋΩ、負荷配線と接地との間に存在する浮遊キャパシタＣ_Lの容量値を０．０４７μＦ、負荷配線が地絡したときの負荷配線と接地との間の絶縁抵抗Ｒ_Eの抵抗値を１００Ωとする。これらの数値は一例であり、本発明はこれらの数値によって限定されない。この場合、共振回路２１の共振周波数は３０Ｈｚと求められる。すなわち共振回路２１の共振周波数が交流電圧Ｖの周波数と異なっている。

各素子に対応して記載された抵抗値は周波数が３０Ｈｚの場合におけるインピーダンスを表わしている。インダクタＬ_E1、キャパシタＣ_E1および浮遊キャパシタＣ_Lの抵抗値は、複素インピーダンスの虚軸成分を表わし、負荷１２〜１４の抵抗値は、複素インピーダンスの実軸成分を表わす。

負荷配線ＬＴ５が地絡していない場合には、負荷配線ＬＴ５と接地との間にある絶縁抵抗Ｒ_Eの抵抗値が極めて高い。このため地絡検出回路１０に電流はほとんど流れない。一方、負荷配線ＬＴ５が地絡したときには、絶縁抵抗Ｒ_Eの抵抗値が低くなる。このため、地絡検出回路１０に流れる電流が増加する。地絡検出回路１０に流れる電流の増加によって地絡が検出される。

図１２は、負荷配線ＬＴ５が地絡した状態における地絡検出回路１０を等価的に示した図である。図１３は、図１２に示された構成のうちの破線で囲まれた部分のインピーダンスを説明する図である。図１２および図１３を参照して、共振回路２１，２２は互いに同一の構成を有する。上記の例によれば、キャパシタＣ_E1およびＣ_E2の容量値がともに１０μＦであり、インダクタＬ_E1およびＬ_E2のインダクタンス値がともに３Ｈである。したがって、共振回路２１，２２の各々の共振周波数は約３０Ｈｚである。

図１３に示した「地絡検出回路１」および「地絡検出回路２」は、それぞれ共振回路２１，２２に対応する。図１３に示されるように、共振回路の共振周波数が交流電源の周波数と異なる場合には、虚軸（Ｉｍ）成分のインピーダンスが実軸（Ｒｅ）成分のインピーダンス、すなわち負荷のインピーダンスに比べてはるかに高い値となる。

すなわち図１３は、地絡が発生した場合であっても、共振回路２１，２２の各々の電流値に大きな変化が生じないことを示している。このため電流に基づいて地絡位置を検出することは難しいと考えられる。

以上説明したように、図９に示された構成によれば、地絡の有無を検出できる可能性はあるものの、地絡の位置を特定することができない。したがって、図９に示された構成に基づいて地絡の位置を特定するためには、電源装置１００を一旦停止した上で、すべての負荷を調べることが必要とされる。しかしながら電源装置１００を再起動させる必要もまた生じる。電源装置１００の再起動には、ある程度の時間が必要とされる。このことが課題となる。

これに対して本発明の実施の形態によれば、地絡の有無を検出することができるだけでなく、地絡の位置を特定することもできる。さらに、地絡の位置を特定するために電源装置１００を停止させる必要がない。さらに、地絡の検出のために用いられる交流電源の数は１つであるので、地絡検出回路の構成が複雑化することを回避できる。

本発明の実施の形態に係る地絡検出回路について、以下に詳細に説明する。
図１４は、本発明の実施の形態に係る地絡検出回路の構成図である。図１４を参照して、地絡検出回路３０は、交流電圧Ｖを発生させる交流電源２０と、共振回路２１〜２３と、インダクタＬ_VEとを備える。

共振回路２１〜２３の各々は、負荷１１〜１４によって形成される電流経路に接続される。さらに、共振回路２１〜２３は、インダクタＬ_VEを介して交流電源２０に並列に接続される。

共振回路２１はインダクタＬ_VEと負荷配線ＬＴ２との間に直列接続されたインダクタＬ_E1とキャパシタＣ_E1とを備える。共振回路２２はインダクタＬ_VEと負荷配線ＬＴ３との間に直列接続されたインダクタＬ_E2とキャパシタＣ_E2とを備える。共振回路２３はインダクタＬ_VEと負荷配線ＬＴ４との間に直列接続されたインダクタＬ_E3とキャパシタＣ_E3とを備える。インダクタＬ_VEは減流のためのインダクタである。インダクタＬ_E1，Ｌ_E2，Ｌ_E3は地絡検出のためのインダクタである。キャパシタＣ_E1，Ｃ_E2，Ｃ_E3は地絡検出のためのキャパシタである。

基本的な動作原理および地絡の検出の方法の点において、地絡検出回路３０は、図９に示された地絡検出回路１０と同様である。すなわち、地絡検出回路３０に流れる電流に基づいて地絡の有無を検出することができる。

図１５は、負荷配線ＬＴ５が地絡した状態における地絡検出回路３０を等価的に示す回路図である。図１６は、図１５に示された構成のうちの破線で囲まれた部分のインピーダンスを説明する図である。図１５および図１６を参照して、共振回路２１，２２，２３は互いに同一の構成を有する。たとえばキャパシタＣ_E1，Ｃ_E2，Ｃ_E3の容量値が２．３５μＦであり、インダクタＬ_E1，Ｌ_E2，Ｌ_E3のインダクタンス値が３Ｈであり、インダクタＬ_VEのインダクタンス値が３Ｈである。また、絶縁抵抗Ｒ_Eの地絡時の抵抗値を１００Ωとし、負荷１２，１３，１４の抵抗値を５５Ωとする。この場合の共振回路２１〜２３の共振周波数は６０Ｈｚとなる。交流電圧Ｖの周波数も６０Ｈｚである。すなわち本発明の実施の形態では、共振回路２１〜２３の共振周波数が交流電源の周波数に等しい。

各素子の上部に記載された抵抗値は、周波数が６０Ｈｚの場合におけるインピーダンスを示す。インダクタＬ_VE，Ｌ_E1，Ｌ_E2，Ｌ_E3の上部に記載された抵抗値は複素インピーダンスの虚軸成分を表わし、負荷１２〜１４の上部に記載された抵抗値は複素インピーダンスの実軸成分を表わす。

共振回路２１は、負荷１２，１３，１４および絶縁抵抗Ｒ_Eに接続される。共振回路２２は、負荷１３，１４および絶縁抵抗Ｒ_Eに接続される。共振回路２３は、負荷１４および絶縁抵抗Ｒ_Eに接続される。したがって共振回路２１〜２３の間では負荷抵抗のインピーダンスの大きさが異なる。さらに、共振回路２１〜２３の各々の共振周波数が交流電源２０の周波数に等しいため、共振回路２１〜２３の各々の複素インピーダンスの虚軸成分が小さくなる。したがって図１６に示されるように、負荷抵抗のインピーダンスに応じて複素インピーダンスが変化する。図１６に示した「地絡検出回路１」、「地絡検出回路２」および「地絡検出回路３」は、それぞれ共振回路２１，２２，２３に対応する。

本発明の実施の形態によれば、負荷抵抗のインピーダンスに応じて複素インピーダンスが変化する。このため、共振回路に流れる電流が負荷抵抗のインピーダンスに依存する。図１５に示されるように、負荷配線ＬＴ５が地絡した場合には、地絡位置に最も近い共振回路に流れる電流が最も大きく、その地絡位置から最も遠い検出回路ほど共振回路に流れる電流が最も小さい。すなわち電流値は、共振回路２１、共振回路２２および共振回路２３の順に大きくなる。上記の理由により、共振回路２３、共振回路２２および共振回路２１の各々の電流値から地絡を検出できる。

ただし、負荷配線ＬＴ１，ＬＴ２のいずれが地絡した場合にも、電流値の大きい順は、共振回路２１、共振回路２２および共振回路２３となる。同じく、負荷配線ＬＴ４，ＬＴ５のいずれが地絡した場合にも、電流値の大きい順は、共振回路２３、共振回路２２および共振回路２１となる。したがって、電流値のみによって地絡位置を特定することは困難である。したがって本発明の実施の形態では、共振回路２１〜２３の各々に流れる電流と、負荷配線ＬＴ１〜ＬＴ５の各々と接地との間の電圧（言い換えると負荷１１〜１４の各々の電圧）とに基づいて、地絡位置が特定される。

以下、モードごとに、地絡位置の特定の方法を説明する。
（モードＡ）
図１７は、モードＡにおける負荷配線ＬＴ１〜ＬＴ５のそれぞれの電圧Ｖ_ＬＴ１〜Ｖ_ＬＴ５を説明するための図である。図１８は、負荷配線ＬＴ１〜ＬＴ５のいずれかが地絡したときにおける電圧Ｖ_ＬＴ１〜Ｖ_ＬＴ５を説明するための図である。図１７および図１８を参照して、電圧Ｖ_ＬＴ１〜Ｖ_ＬＴ５は、接地に対する負荷配線ＬＴ１〜ＬＴ５の電圧として規定される。図１８の（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ負荷配線ＬＴ１〜ＬＴ５が地絡したときの電圧Ｖ_ＬＴ１〜Ｖ_ＬＴ５を示す。たとえば負荷配線ＬＴ１が地絡した状態とは、負荷配線ＬＴ１と接地との間に存在する絶縁抵抗Ｒ_Ｅの抵抗値が低下した状態に対応する。

負荷配線ＬＴ１が地絡した場合、電圧Ｖ_LT1，Ｖ_LT3，Ｖ_LT5は０であり、電圧Ｖ_LT2，Ｖ_LT4は−Ｖ₁である（図１８（ａ））。このときの電流値の大きい順は、共振回路２１，２２，２３となる。

負荷配線ＬＴ２が地絡した場合、電圧Ｖ_LT1，Ｖ_LT3，Ｖ_LT5はＶ₁であり、電圧Ｖ_LT2，Ｖ_LT4は０である（図１８（ｂ））。このときの電流値の大きい順は、共振回路２１，２２，２３となる。

負荷配線ＬＴ３が地絡した場合、電圧Ｖ_LT1，Ｖ_LT3，Ｖ_LT5は０であり、電圧Ｖ_LT2，Ｖ_LT4は−Ｖ₁である（図１８（ｃ））。このとき共振回路２２の電流値は、共振回路２１，２３のいずれの電流値よりも大きい。なお、共振回路２１の電流値と共振回路２３の電流値とは等しいと考えられる。

負荷配線ＬＴ４が地絡した場合、電圧Ｖ_LT1，Ｖ_LT3，Ｖ_LT5はＶ₁であり、電圧Ｖ_LT2，Ｖ_LT4は０である（図１８（ｄ））。このときの電流値の大きい順は、共振回路２３，２２，２１となる。

負荷配線ＬＴ５が地絡した場合、電圧Ｖ_LT1，Ｖ_LT3，Ｖ_LT5は０であり、電圧Ｖ_LT2，Ｖ_LT4は−Ｖ₁である（図１８（ｅ））。このときの電流値の大きい順は、共振回路２３，２２，２１となる。

上記のように、負荷配線ＬＴ１の地絡時と負荷配線ＬＴ２の地絡時とでは、共振回路２１〜２３の間での電流値の大きさの順位は変わらない一方で、電圧Ｖ_LT1〜Ｖ_LT5の値が異なる。したがって、電流値および電圧値の組み合わせから、負荷配線ＬＴ１，ＬＴ２のいずれが地絡したかを検出することができる。負荷配線ＬＴ４，ＬＴ５についても同様である。さらに、負荷配線ＬＴ３の地絡時と負荷配線ＬＴ１またはＬＴ５の地絡時とでは、電圧Ｖ_LT1〜Ｖ_LT5は同じである一方で、共振回路２１〜２３に流れる電流が異なる。したがって電流値および電圧値から、負荷配線ＬＴ３の地絡を検出できる。

（モードＢ）
図１９は、モードＢにおける負荷配線ＬＴ１〜ＬＴ５のそれぞれの電圧Ｖ_ＬＴ１〜Ｖ_ＬＴ５を説明するための図である。図２０は、負荷配線ＬＴ１〜ＬＴ５のいずれかが地絡したときにおける電圧Ｖ_ＬＴ１〜Ｖ_ＬＴ５を説明するための図である。図１９および図２０を参照して、電圧Ｖ_ＬＴ１〜Ｖ_ＬＴ５は、図１７に示した電圧Ｖ_ＬＴ１〜Ｖ_ＬＴ５と同じである。図２０の（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ負荷配線ＬＴ１〜ＬＴ５が地絡したときの電圧Ｖ_ＬＴ１〜Ｖ_ＬＴ５を示す。

負荷配線ＬＴ１が地絡した場合、電圧Ｖ_LT3はＶ₁₂であり、電圧Ｖ_LT2，Ｖ_LT4はＶ₁₂／２であり、電圧Ｖ_LT1，Ｖ_LT5は０である（図２０（ａ））。このときの電流値の大きい順は、共振回路２１，２２，２３となる。

負荷配線ＬＴ２が地絡した場合、電圧Ｖ_LT3はＶ₁₂／２であり、電圧Ｖ_LT2，Ｖ_LT4は０であり、電圧Ｖ_LT1，Ｖ_LT5は−Ｖ₁₂／２である（図２０（ｂ））。このときの電流値の大きい順は、共振回路２１，２２，２３となる。

負荷配線ＬＴ３が地絡した場合、電圧Ｖ_LT3は０であり、電圧Ｖ_LT2，Ｖ_LT4は−Ｖ₁₂／２であり、電圧Ｖ_LT1，Ｖ_LT5は−Ｖ₁₂である（図２０（ｃ））。このとき共振回路２２の電流値は、共振回路２１，２３のいずれの電流値よりも大きい。なお、共振回路２１の電流値と共振回路２３の電流値とは等しいと考えられる。

負荷配線ＬＴ４が地絡した場合、電圧Ｖ_LT3はＶ₁₂／２であり、電圧Ｖ_LT2，Ｖ_LT4は０であり、電圧Ｖ_LT1，Ｖ_LT5は−Ｖ₁₂／２である（図２０（ｄ））。このときの電流値の大きい順は、共振回路２３，２２，２１となる。

負荷配線ＬＴ５が地絡した場合、電圧Ｖ_LT3はＶ₁₂であり、電圧Ｖ_LT2，Ｖ_LT4はＶ₁₂／２であり、電圧Ｖ_LT1，Ｖ_LT5は０である（図２０（ｅ））。このときの電流値の大きい順は、共振回路２３，２２，２１となる。

モードＡの場合と同じく、負荷配線ＬＴ１の地絡時と負荷配線ＬＴ２の地絡時とでは、共振回路２１〜２３の間での電流値の大きさの順位は変わらない一方で、電圧Ｖ_LT1〜Ｖ_LT5は異なる。したがって、負荷配線ＬＴ１，ＬＴ２のいずれが地絡したかを検出することができる。負荷配線ＬＴ４，ＬＴ５についても同様である。さらに、負荷配線ＬＴ３の地絡時における電圧Ｖ_LT1〜Ｖ_LT5は、負荷配線ＬＴ１，ＬＴ２，ＬＴ４，ＬＴ５の任意の１つが地絡した場合における電圧Ｖ_LT1〜Ｖ_LT5と異なる。したがって、負荷配線ＬＴ３の地絡を検出できる。このように、電圧Ｖ_LT1〜Ｖ_LT5および共振回路２１〜２３に流れる電流の値の組み合わせによって地絡位置を特定できる。

（モードＣ）
図２１は、モードＣにおける負荷配線ＬＴ１〜ＬＴ５のそれぞれの電圧Ｖ_ＬＴ１〜Ｖ_ＬＴ５を説明するための図である。図２２は、負荷配線ＬＴ１〜ＬＴ５のいずれかが地絡したときにおける電圧Ｖ_ＬＴ１〜Ｖ_ＬＴ５を説明するための図である。図２１および図２２を参照して、電圧Ｖ_ＬＴ１〜Ｖ_ＬＴ５は、図１７に示した電圧Ｖ_ＬＴ１〜Ｖ_ＬＴ５と同じである。図２２の（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ負荷配線ＬＴ１〜ＬＴ５が地絡したときの電圧Ｖ_ＬＴ１〜Ｖ_ＬＴ５を示す。

負荷配線ＬＴ１が地絡した場合、電圧Ｖ_LT1，Ｖ_LT2，Ｖ_LT3，Ｖ_LT4，Ｖ_LT5は、それぞれ、０，−Ｖ₁₄／４，−２Ｖ₁₄／４，−３Ｖ₁₄／４，−Ｖ₁₄である（図２２（ａ））。

負荷配線ＬＴ２が地絡した場合、電圧Ｖ_LT1，Ｖ_LT2，Ｖ_LT3，Ｖ_LT4，Ｖ_LT5は、それぞれ、Ｖ₁₄／４，０，−Ｖ₁₄／４，−２Ｖ₁₄／４，−３Ｖ₁₄／４である（図２２（ｂ））。

負荷配線ＬＴ３が地絡した場合、電圧Ｖ_LT1，Ｖ_LT2，Ｖ_LT3，Ｖ_LT4，Ｖ_LT5は、それぞれ、２Ｖ₁₄／４，Ｖ₁₄／４，０，−Ｖ₁₄／４，−２Ｖ₁₄／４である（図２２（ｃ））。

負荷配線ＬＴ４が地絡した場合、電圧Ｖ_LT1，Ｖ_LT2，Ｖ_LT3，Ｖ_LT4，Ｖ_LT5は、それぞれ、３Ｖ₁₄／４，２Ｖ₁₄／４，Ｖ₁₄／４，０，−Ｖ₁₄／４である（図２２（ｄ））。

負荷配線ＬＴ５が地絡した場合、電圧Ｖ_LT1，Ｖ_LT2，Ｖ_LT3，Ｖ_LT4，Ｖ_LT5は、それぞれ、Ｖ₁₄，３Ｖ₁₄／４，２Ｖ₁₄／４，Ｖ₁₄／４，０である（図２２（ｅ））。

モードＣの場合には、電圧Ｖ_LT1，Ｖ_LT2，Ｖ_LT3，Ｖ_LT4，Ｖ_LT5が地絡位置に応じて変化する。したがって電圧Ｖ_LT1，Ｖ_LT2，Ｖ_LT3，Ｖ_LT4，Ｖ_LT5から地絡位置を特定できる。

図２３は、本発明の実施の形態に従う地絡検出回路の他の構成例を示した図である。図１４および図２３を参照して、地絡検出回路３１は、電圧検出器４１〜４５、電流検出器４６〜４８および地絡監視部５０をさらに備える点において地絡検出回路３０と異なる。電圧検出器４１〜４５は、負荷配線ＬＴ１〜ＬＴ５の電圧（電圧Ｖ_LT1〜Ｖ_LT5）をそれぞれ検出する。電流検出器４６〜４８は、共振回路２１〜２３に流れる電流をそれぞれ検出する。地絡監視部５０は、電圧検出器４１〜４５の各々から電圧値を受けるとともに、電流検出器４６〜４８から電流値を受ける。地絡監視部５０は、その電圧値および電流値に基づいて、地絡の有無を検出する。さらに地絡が生じた場合には、地絡監視部５０は、地絡位置を特定する。地絡監視部５０は、たとえばマイクロコンピュータによって実現可能である。なお、地絡監視部５０は、電源装置１００のモードを自動的に判別してもよく、電源装置１００のモードに関する情報が地絡監視部５０に入力されることによって電源装置１００のモードを判別してもよい。

地絡監視部５０は、上述した、モードＡ〜Ｃの各々に対応する方法に従って地絡位置を特定する。すなわち、地絡監視部５０は、電圧Ｖ_LT1〜Ｖ_LT5および共振回路２１〜２３に流れる電流の組み合わせに基づいて、地絡位置を特定する。なお、地絡監視部５０が省略されていてもよい。

以上のように本発明の実施の形態によれば、共振回路の共振周波数が交流電源の周波数と等しくされる。さらに、共振回路は、２つの負荷が接続される接続点に接続される。これにより、その接続点における電圧および共振回路に流れる電流に基づいて地絡位置を特定できる。

さらに本発明の実施の形態によれば、複数の共振回路に対して共通に１つの交流電源が設けられる。本発明の実施の形態によれば、地絡位置を検出するための構成が複雑化することを回避できる。したがって簡素な構成によって地絡位置を検出できる。

なお、負荷の数は複数であれば４に限定されるものではない。ｍ個（ｍは２以上）の複負荷が直列に接続される場合、２つの負荷が接続される接続点の数は（ｍ−１）個である。本発明では、地絡検出回路は（ｍ−１）個の共振回路を備えればよい。（ｍ−１）個の共振回路の各々の共振周波数は交流電源の共振周波数に等しくされる。負荷の数はしたがって、たとえば４より大きくてもよい。

さらに、電源装置の構成および動作モードは上述した構成および動作モードに限定されるものではなく、種々の変形が可能である。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１変圧器、２整流器、４，５電流制限回路、１０，３０，３１地絡検出回路、１１〜１４負荷、２０交流電源、２１〜２３共振回路、４１〜４５電圧検出器、
４６〜４８電流検出器、５０地絡監視部、Ｃ_E1〜Ｃ_E3 キャパシタ（地絡検出用）、Ｃ_L 浮遊キャパシタ、Ｌ１〜Ｌ９可飽和リアクトル、Ｌ_E1〜Ｌ_E3 インダクタ（地絡検出用）、Ｌ_VE インダクタ（減流用）、ＬＴ１〜ＬＴ５負荷配線、Ｒ_E 絶縁抵抗、ＴＢ１〜ＴＢ４サイリスタ整流回路、ＴＳ１〜ＴＳ９サイリスタスイッチ。

Claims

電源装置に各々接続された複数の負荷の地絡を検出するための地絡検出回路であって、
交流電源と、
前記複数の負荷によって形成された少なくとも１つの電流経路と、前記交流電源との間に接続された、複数の共振回路とを備え、
前記複数の共振回路の各々は、前記交流電源の周波数と同じ共振周波数を有し、
前記複数の共振回路に対応してそれぞれ設けられて、前記交流電源から対応する共振回路を経由して前記少なくとも１つの電流経路を流れる電流を検出するための複数の電流検出器と、
前記複数の負荷に対応してそれぞれ設けられて、対応する負荷の電圧を検出するための複数の電圧検出器とをさらに備える、地絡検出回路。
前記電源装置は、
変圧器と、
前記複数の負荷に対応してそれぞれ設けられ、各々が前記変圧器に接続された複数の整流回路と、
前記複数の整流回路のうちの少なくとも１つの整流回路に対する前記複数の負荷の接続のモードを、第１、第２および第３のモードの間で切換える、少なくとも１つの半導体スイッチとを含み、
前記第１のモードは、前記少なくとも１つの整流回路に対して前記複数の負荷が並列に接続されるモードであり、
前記第２のモードは、前記少なくとも１つの整流回路に対して前記複数の負荷が直並列に接続されるモードであり、
前記第３のモードは、前記少なくとも１つの整流回路に対して前記複数の負荷が直列に接続されるモードである、請求項１に記載の地絡検出回路。
前記複数の電流検出器の各々によって検出された前記電流と、前記複数の電圧検出器によって検出された前記対応する負荷の前記電圧とを用いて地絡位置を特定するように構成された地絡監視部をさらに備える、請求項２に記載の地絡検出回路。
前記複数の負荷は、第１から第４の負荷であって、
前記第２のモードにおいて、前記第１および第２の負荷が直列接続されるとともに、前記第３および第４の負荷が直列接続され、
前記第３のモードにおいて、前記第１から第４の負荷が直列接続され、
前記複数の共振回路は、
前記第１および第２の負荷の接続点に接続された第１の共振回路と、
前記第２および第３の負荷の接続点に接続された第２の共振回路と、
前記第３および第４の負荷の接続点に接続された第３の共振回路とを含む、請求項３に記載の地絡検出回路。
前記地絡監視部は、
前記第１および第２のモードの各々において、前記第１から第３の共振回路の各々に流れる電流と前記第１から第４の負荷の各々の電圧とに基づいて地絡位置を特定し、前記第３のモードにおいて、前記第１から第４の負荷の各々の電圧に基づいて地絡位置を特定するように構成される、請求項４に記載の地絡検出回路。