JP5731902B2

JP5731902B2 - 漏電遮断器

Info

Publication number: JP5731902B2
Application number: JP2011113992A
Authority: JP
Inventors: 鈴木　智晴; 智晴鈴木
Original assignee: 河村電器産業株式会社
Priority date: 2011-05-20
Filing date: 2011-05-20
Publication date: 2015-06-10
Anticipated expiration: 2031-05-20
Also published as: JP2012243642A

Description

本発明は漏電遮断器に関し、詳しくは直流成分が重畳された脈流漏電であっても交流の漏電と同様に良好に検出して遮断動作する漏電遮断器に関する。

太陽光発電設備が一般家庭に普及している。また、電気自動車の実用化により、その充電設備が一般家庭に普及し始めている。ところが、このような設備は交流／直流変換が実施されるため、漏電が発生した場合は直流成分が重畳された脈流電流による漏電の発生が考えられる。しかしながら、従来の漏電遮断器は図６に示すよな回路構成となっており、脈流電流に対しては正しく検知できなかった。

具体的に、図６において、２１は電路Ｌの零相電流を検出する零相変流器、２２はＩＣ化された漏電検出回路、２３は電路Ｌを遮断操作するトリップコイル、２４は漏電検出回路２２に電源を供給するための整流回路であり、零相変流器２１を使用して電路Ｌの漏電を検出している。
漏電検出回路２２は、定電圧回路２２ａ、漏電を判定するための基準電圧を生成する基準電圧生成回路２２ｂ、検出した零相電流と基準電圧を比較する差動増福回路で構成される比較回路２２ｃ、判定結果を保持するラッチ回路２２ｄ等を備え、零相変流器２１が検出した漏電電流波形（電圧波形で出力される）に対して、比較回路２２ｃが正負何れか一方の極性の半波に対して閾値（基準電圧）と比較して判定動作する。そのため、例えば正の半波に対して比較回路２２ｃが判定動作する構成の場合、負の直流成分が重畳された漏電が発生した場合、漏電が発生しても検知できない状況が発生した。
このような背景から、直流成分が重畳された漏電電流であっても確実に漏電を検知する“Ａ型”と称される漏電遮断器が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０−１４４７８号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示されたＡ型の漏電遮断器は、ＩＣ化された汎用の漏電検出回路に加えて、複数の零相変流器やホール素子、更に直流変換回路を必要とするためコスト高であった。また、新たな回路を追加するために信頼性に不安があった。

そこで、本発明はこのような問題点に鑑み、ＩＣ化された漏電検出回路を引き続き使用して正負何れの直流が重畳された脈流漏電であっても、別途判定回路を設けずに所定の大きさの漏電電流が発生したら確実に漏電を検知して遮断動作する漏電遮断器を提供することを目的としている。

上記課題を解決する為に、請求項１に記載の発明は、２本の電力線で構成された電路の零相電流を検出する零相変流器と、所定の基準電圧と前記零相変流器の出力電圧波形の一方の極性の波形とを比較して漏電発生を判定するＩＣ化された漏電検出回路と、漏電発生と判定したら電路上に設けられた開閉手段を開操作して電路を遮断する遮断手段と、疑似漏電電流を発生させて前記漏電検出回路をテストする漏電テスト回路を備えた漏電遮断器であって、前記漏電検出回路が、同一の基準電圧で判定動作を行う第１漏電検出回路及び第２漏電検出回路の２回路で構成されると共に、前記零相変流器を構成するコア及びコイルのうち、少なくともコイルが前記第１及び第２漏電検出回路に対して独立に設けられ、前記コイルの発生電圧が、前記第１及び第２の漏電検出回路に対して互いに逆相で入力され、双方の漏電検出回路のうち少なくとも一方が漏電発生と判定したら前記遮断手段が遮断動作する一方、前記漏電テスト回路は、前記零相変流器に対して電源側の一方の電力線と負荷側の他方の電力線とを前記零相変流器を通過させず接続した第１電流路と、前記零相変流器に対して電源側の他方の電力線と負荷側の一方の電力線とを前記零相変流器を通過させず接続した第２電流路と、前記第１電流路に特定の１方向の電流のみを流す第１整流手段、及び前記第２電流路に特定の１方向の電流のみを流す第２整流手段と、前記第１電流路及び前記第２電流路のうち何れか一方を選択して閉路する閉路手段とを有し、前記閉路手段により双方の電流路を切り替えて閉路操作することで、逆方向の極性の零相電流を発生させることを特徴とする。
この構成によれば、第１漏電検出回路と第２漏電検出回路とは互いに逆相の電圧波形により漏電を判定するので、漏電電流に直流成分が重畳されて正負非対称な脈流漏電であっても、何れか一方の漏電検出回路が漏電発生を検出して確実に電路を遮断することができる。そのため、漏電検出回路として汎用のＩＣ化された回路を引き続き使用し、別途判定回路等を設けることなくＡ型の漏電遮断器を構成でき、信頼度の高い漏電遮断器を構成できる。
そして、閉路手段の操作で第１電流路及び第２電流路の何れかに電流を通電させて疑似漏電を発生させることができ、第１電流路と第２電流路とでは特定の方向の電流が流れるので、正負双方の極性の漏電電流を選択して発生させることが可能であり、２つの漏電検出回路をそれぞれ個別にテストできる。

請求項２の発明は、請求項１に記載の構成において、前記第１漏電検出回路に入力される零相変流器のコイルと、前記第２漏電検出回路に入力される零相変流器のコイルとは、同一の環状コアに巻回されて成ることを特徴とする。
この構成によれば、１つの環状コアで２つの出力を有する零相変流器を構成するため、零相変流器設置スペースを拡張しなくて済む。

請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の構成において、前記第１整流手段及び前記第２整流手段が、前記漏電検出回路に直流電源を供給するために前記零相変流器の負荷側の電路から分岐して設けられた全波整流回路であって、前記第１電流路の前記他方の電力線に接続する電流路と、前記第２電流路の前記一方の電力線に接続される電流路とが、前記全波整流回路の負極出力部に一体に接続されたことを特徴とする。
この構成によれば、漏電検出回路の電源を生成する全波整流回路を利用して特定方向の疑似漏電電流を発生させるので、第１電流路及び第２電流路に別途整流手段を設ける必要がない。

本発明によれば、第１漏電検出回路と第２漏電検出回路とは互いに逆相の電圧波形により漏電を判定するので、漏電電流に直流成分が重畳されて正負非対称な脈流漏電であっても、何れか一方の漏電検出回路が漏電発生を検出して確実に電路を遮断することができる。そのため、漏電検出回路として汎用のＩＣ化された回路を引き続き使用し、別途判定回路等を設けることなくＡ型の漏電遮断器を構成でき、信頼度の高い漏電遮断器を構成できる。

本発明に係る漏電遮断器の一例を示す回路図である。図１の回路において、漏電テスト回路を変更した漏電遮断器の回路図である。漏電遮断器の他の例を示す回路図である。図３の回路において、漏電テスト回路を変更した漏電遮断器の回路図である。漏電遮断器の他の例を示す回路図である。従来の漏電遮断器の回路図である。

以下、本発明を具体化した実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明に係る漏電遮断器の一例を示す回路図であり、１は電源側端子、２は負荷側端子、３は電源側端子１と負荷側端子２の間の電路Ｌを開閉する開閉接点、４は零相変流器、５は開閉接点４を開操作して電路Ｌを遮断するためのトリップコイル、６は漏電が発生したら遮断信号を出力する漏電遮断回路、７は漏電発生を判断するＩＣ化された漏電検出回路（第１漏電検出回路７ａ，第２漏電検出回路７ｂ）、８は漏電検出回路７を動作させるための電源回路を構成する全波整流回路、１０は漏電遮断回路６の動作テストを行うための漏電テスト回路である。尚、電路Ｌは２本の電力線Ｌ１，Ｌ２で構成されている。

零相変流器４は、電路Ｌを挿通した１個の環状コアＣに第１コイルＭ１及び第２コイルＭ２の２つのコイルが独立して巻回された零相変流器４ａであり、第１コイルＭ１は第１漏電検出回路７ａに検出した零相電流情報を出力し、第２コイルＭ２は第２漏電検出回路７ｂに検出した零相電流情報を出力するよう接続されている。ただし、双方のコイルＭ１，Ｍ２は互いに逆相の電流情報を出力するよう接続されている。

第１漏電検出回路７ａ及び第２漏電検出回路７ｂは同一のＩＣが使用され、例えば日本電気株式会社製バイポーラアナログ集積回路μＰＣ１７０２が使用される。この回路は、上記図６の漏電遮断回路２２と同様の回路構成であり、８端子から成る端子を備えて第１端子が基準電圧発生端子、第２端子が比較回路入力端子、第３端子がＧＮＤ端子、第４端子が比較回路出力端子、第５端子がラッチ回路入力端子、第７端子がラッチ回路出力端子、第８端子が電源端子である。
そして、内部に備えられている比較回路は、入力される正負の極性の電圧情報のうち特定の一方の極性の電圧情報と閾値とを比較して判定動作する。

零相変流器４ａのそれぞれのコイルＭ１，Ｍ２の引出線間には抵抗ＲＬが接続され、第１コイルＭ１及び第２コイルＭ２が出力する零相電流情報は電圧に変換されて出力され、双方の漏電検出回路７ａ，７ｂの比較回路入力端子である第２端子に入力される。但し、第１漏電検出回路７ａと第２漏電検出回路７ｂとでは、逆相の電圧情報が入力されるよう引出線は互いに反転されて接続される。
そして、漏電判定出力であるラッチ回路出力（第７端子）はダイオードＤ２，Ｄ３を用いたＯＲ回路を介してサイリスタＺ１のゲートに接続される。

漏電テスト回路１０は、零相変流器４ａ設置部位より負荷側の電路Ｌの間に接続された電流路１０ａにスイッチ１１を設けて構成され、途中零相変流器４ａのコアＣに挿通されている。このスイッチ１１のオン操作で何れか一方の漏電検出回路７が検知動作してトリップコイル５がトリップ動作して電路Ｌが遮断される。

このように構成された漏電遮断器は次のように動作する。但し、上述したように第１漏電検出回路７ａと第２漏電検出回路７ｂとは互いに逆相の電圧情報に対して判定するため、ここでは、第１漏電検出回路７ａが零相変流器４ａが出力する交流電圧波形のうち、正極の電圧波形と基準電圧発生端子（第１端子）から出力される所定の閾値とを比較し、第２漏電検出回路７ｂが零相変流器４ａが出力する交流電圧波形のうち、負極の電圧波形と基準電圧発生端子から出力される所定の閾値とを比較するものとする。

今、正極性の直流が重畳された漏電が発生した場合、零相変流器４ａの出力交流電圧波形は、負極性の波形に対して正極性の波形が大きい交流電圧波形が出力される。すると、正極性の電圧波形が最初に閾値に達する。尚、第１漏電検出回路７ａ及び第２漏電検出回路７ｂの閾値は同一値である。
従って、第１漏電検出回路７ａの比較回路が漏電発生を検知し、比較回路出力端子（第４端子）から信号（漏電検出信号）が出力される。

逆に、負極性の直流が重畳された漏電が発生した場合は、零相変流器４ａの出力交流電圧波形は、正極性に対して負極性の波形が大きい交流電圧波形が出力される。この場合は、第２漏電検出回路７ｂの比較回路が漏電発生を検知し、比較回路出力端子から信号（漏電検出信号）が出力される。この結果、零相変流器４ａの出力する正負双方の極性に対して設定された閾値を超える漏電が発生したら（波形ピーク値が閾値を超えたら）漏電発生の判定を実施する。
また、直流成分のない正負対称の交流電圧波形が零相変流器４ａから出力された場合は、２つの漏電検出回路７ａ，７ｂのうち最初に閾値を超えた方が漏電検出信号を出力する。

こうして第１漏電検出回路７ａ或いは第２漏電検出回路７ｂの第４端子から出力された信号（漏電検出信号）は、それぞれのラッチ回路（第５端子）に入力される。漏電検出信号がラッチ回路に入力されると、ラッチ回路出力端子（第７端子）からトリップコイル５の起動信号が出力され、ダイオードＤ２，Ｄ３を介してサイリスタＺ１のゲートに供給され、サイリスタＺ１がオンしてトリップコイル５がトリップ動作する。こうして、開閉接点３が開動作して電路Ｌが遮断される。

このように、第１漏電検出回路７ａと第２漏電検出回路７ｂとは互いに逆相の電圧波形により漏電を判定するので、漏電電流に直流成分が重畳されて正負非対称な脈流漏電であっても、何れか一方の漏電検出回路７が漏電発生を検出して確実に電路を遮断することができる。そのため、漏電検出回路７として汎用のＩＣ化された回路を引き続き使用し、別途判定回路等を設けることなくＡ型の漏電遮断器を構成でき、信頼度の高い漏電遮断器を構成できる。
また、１つの環状コアＣで２つの出力を有する零相変流器４ａを構成するため、零相変流器設置スペースを拡張しなくて済む。

図２は図１の漏電遮断器において漏電テスト回路を変更した構成を示し、上記図１と共通する回路や素子には同一の符号を付与してある。１２が漏電テスト回路であり、漏電検出回路７等他の回路は同一の構成となっている。以下、漏電テスト回路１２を説明する。

漏電テスト回路１２は、零相変流器４ａの電源側電路Ｌの双方の電力線Ｌ１，Ｌ２と、零相変流器４ａの負荷側に設けられたダイオードブリッジ回路で構成された全波整流回路８の出力部（正極出力部Ｐ１及び負極出力部Ｐ２）のうち、負極出力部Ｐ２との間に電流路を設けて形成されている。この電流路は、一方の電力線Ｌ１に接続された第１電流路１２ａと他方の電力線Ｌ２に接続される第２電流路１２ｂとを有し、双方の電流路１２ａ，１２ｂは、通電する電流路を選択する切替スイッチ１３を介して１本に統合され、全波整流回路８の負極出力部Ｐ２に接続されている。

切替スイッチ１３により電流路を選択することで、図２に示すように一方の電力線Ｌ１から全波整流回路８を介して他方の電力線Ｌ２に電流ｉ１が流れる回路と、他方の電力線Ｌ２から全波整流回路８、トリップコイル５を介して一方の電力線Ｌ１に電流ｉ２が流れる回路とが選択される。尚、Ｒ２は電流路を流れる電流を規制するための抵抗である。

この結果、第１電流路１２ａが閉路して通電した場合と、第２電流路１２ｂが閉路して通電した場合とで、逆方向の疑似漏電電流が発生し、零相変流器４ａが零相電流として検知する。例えば第１電流路１２ａを通電すれば第１漏電検出回路７ａが漏電検知動作してトリップコイル５が動作して電路Ｌが遮断されるし、第２電流路１２ｂを通電すれば第２漏電検出回路７ｂが漏電検知動作してトリップコイル５が動作して電路Ｌが遮断される。

このように、切替スイッチ１３の操作で第１電流路１２ａ及び第２電流路１２ｂの何れかに電流を通電させることで疑似漏電を発生させることができる。そして、第１電流路１２ａと第２電流路１２ｂとでは特定の方向の電流が流れるので、正負双方の極性の漏電電流を選択して発生させることができ、２つの漏電検出回路７ａ，７ｂをそれぞれ個別にテストできる。
また、漏電検出回路７の電源を生成するための全波整流回路８を利用して特定方向の疑似漏電電流を発生させるので、第１電流路１２ａ及び第２電流路１２ｂに別途整流手段を設ける必要がない。

図３は本発明の漏電遮断器の他の形態を示している。上記図１とは零相変流器４が異なり、漏電検出回路７など他の構成は同一である。共通する回路や素子には同一の符号を付与してある。以下、零相変流器４を説明する。
零相変流器４は、電路Ｌを挿通する環状コアＣにコイルが巻回されて形成されている点は図１の零相変流器４ａと共通であるが、第１コイルＭ１と第２コイルＭ２とが連続して形成され、全体が１個のコイルとして形成された零相変流器４ｂとなっている。この結果、引出線のうちコイル中央部の引出線Ｎａは第１コイルＭ１と第２コイルＭ２とで共通となり、全体の引出線は３本で構成され、配線数を削減できる。

尚、図３の漏電遮断器においても、零相変流器４ｂを通過させた電流路１０ａを有する漏電テスト回路１０を備えているが、上記図２の漏電テスト回路１２を採用して第１漏電検出回路７ａ及び第２漏電検出回路７ｂを個別にテストできるよう構成しても良い。図４は漏電テスト回路１２を図３の漏電遮断器に採用した回路図を示している。
また上記実施形態では、１個の環状コアＣに第１コイルＭ１と第２コイルＭ２と設けて零相変流器４の設置スペースを削減しているが、双方の漏電検出回路７ａ，７ｂに対して全く独立した零相変流器４を設けても良い。図５はこのような場合を示し、第１コイルＭ１及び第２コイルＭ２はそれぞれ独立したコアＣに件介した２つの零相変流器４ｃ，４ｃとし、漏電電流に対して正の波形と負の波形を独立した回路で検出する構成としている。そして、この場合も図２に示すような漏電テスト回路１２を設けることができる。

１・・電源側端子、２・・負荷側端子、３・・開閉接点（開閉手段）、４（４ａ，４ｂ，４ｃ）・・零相変流器、５・・トリップコイル（遮断手段）、６・・漏電遮断回路、７・・漏電検出回路、７ａ・・第１漏電検出回路、７ｂ・・第２漏電検出回路、８・・全波整流回路（第１整流手段、第２整流手段）、１２・・漏電テスト回路、１２ａ・・第１電流路。１２ｂ・・第２電流路、１３・・切替スイッチ、Ｌ１・・第１電力線、Ｌ２・・第２電力線、Ｃ・・環状コア、Ｍ１・・第１コイル、Ｍ２・・第２コイル、Ｐ２・・負極出力部。

Claims

２本の電力線で構成された電路の零相電流を検出する零相変流器と、所定の基準電圧と前記零相変流器の出力電圧波形の一方の極性の波形とを比較して漏電発生を判定するＩＣ化された漏電検出回路と、漏電発生と判定したら電路上に設けられた開閉手段を開操作して電路を遮断する遮断手段と、疑似漏電電流を発生させて前記漏電検出回路をテストする漏電テスト回路を備えた漏電遮断器であって、
前記漏電検出回路が、同一の基準電圧で判定動作を行う第１漏電検出回路及び第２漏電検出回路の２回路で構成されると共に、前記零相変流器を構成するコア及びコイルのうち、少なくともコイルが前記第１及び第２漏電検出回路に対して独立に設けられ、
前記コイルの発生電圧が、前記第１及び第２の漏電検出回路に対して互いに逆相で入力され、双方の漏電検出回路のうち少なくとも一方が漏電発生と判定したら前記遮断手段が遮断動作する一方、
前記漏電テスト回路は、前記零相変流器に対して電源側の一方の電力線と負荷側の他方の電力線とを前記零相変流器を通過させず接続した第１電流路と、
前記零相変流器に対して電源側の他方の電力線と負荷側の一方の電力線とを前記零相変流器を通過させず接続した第２電流路と、
前記第１電流路に特定の１方向の電流のみを流す第１整流手段、及び前記第２電流路に特定の１方向の電流のみを流す第２整流手段と、
前記第１電流路及び前記第２電流路のうち何れか一方を選択して閉路する閉路手段とを有し、
前記閉路手段により双方の電流路を切り替えて閉路操作することで、逆方向の極性の零相電流を発生させることを特徴とする漏電遮断器。
前記第１漏電検出回路に入力される零相変流器のコイルと、前記第２漏電検出回路に入力される零相変流器のコイルとは、同一の環状コアに巻回されて成ることを特徴とする請求項１記載の漏電遮断器。
前記第１整流手段及び前記第２整流手段が、前記漏電検出回路に直流電源を供給するために前記零相変流器の負荷側の電路から分岐して設けられた全波整流回路であって、
前記第１電流路の前記他方の電力線に接続する電流路と、前記第２電流路の前記一方の電力線に接続される電流路とが、前記全波整流回路の負極出力部に一体に接続されたことを特徴とする請求項１又は２記載の漏電遮断器。