JP6369775B2

JP6369775B2 - 漏電検出装置

Info

Publication number: JP6369775B2
Application number: JP2013073657A
Authority: JP
Inventors: 英司岩見
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2013-03-29
Filing date: 2013-03-29
Publication date: 2018-08-08
Anticipated expiration: 2033-03-29
Also published as: JP2014199718A; WO2014155957A1

Description

本発明は、漏電検出により商用電源から負荷への電路を遮断し、漏電を停止する漏電検出装置に関する。

従来より、電気的安全確保のため、制御盤などにおいては漏電検出装置が用いられている。漏電検出装置は、例えば３相の電力線を３本とも１つの変流器のコアに貫通させた零相変流器（ＺＣＴ：Zero phase Current Transformer）の検出出力に応じて、交流電路に漏電が発生したか否かを判定する。すなわち、漏電していない場合、３本の線を流れる電流の和は０となる一方、いずれかの相から大地に漏電すると電流和のバランスがくずれ、零相変流器（ＺＣＴ）のコイル両端に、漏電電流に対応する誘起電圧が検出される。従って、漏電検出装置では、零相変流器（ＺＣＴ）のコイルの出力電流を検出することで電路に漏電電流が発生したか否かを判定することができる。

漏電検出装置には、例えば雷サージなど、引込み線を伝わってくるノイズで誤動作しないように、漏電検出閾値を超える信号の時間や回数をカウントして漏電制御するようにしているものもある。

ところで、交流モータの速度制御などに用いられるインバータ装置は、入出力配線として絶縁した配線を用いる。インバータ装置の電線に高調波を含んだ電流が流れると、配線の有するインピーダンスを介して配線の芯線から大地側に向かって、いわゆる「インバータ高調波漏洩電流」が流れることがある。図５（ａ）は、インバータ装置の漏洩電流の波形の一例を示しており、スイッチング動作ごとにバースト状の漏洩電流（耐インラッシュノイズ）が流れていることが分かる。インバータ装置からの漏洩電流は、配線が長いほど、また、スイッチング周波数が高いほど増加するために、この漏洩電流が漏電検出装置を誤動作させてしまう。従って、漏電検出装置は、インバータ装置からの漏洩電流など波形歪がある場合でも漏電検出の精度を保つ必要性がある。

また、図５（ｂ）に示すように、零相変流器１００の出力電圧を積分する積分部１０１を備えて、漏電現象に関する積分値を演算結果記憶部１０２に記憶する漏電検出装置１０３が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１２−２０２７０５号公報

しかしながら、上記従来のインバータ装置からの漏洩電流は、図５（ａ）に示すように、複雑な歪波形を有しており、単に閾値Ｔｈなどを用いて漏電判定すると、漏電遮断器を誤動作させる結果となる。

また、上記従来の漏電検出装置においては、規格で定める半波漏電現象や正弦波波形などの漏電現象と、インバータ装置からの耐インラッシュノイズの非漏電現象とを識別できず、漏電検出装置を誤動作させる可能性もある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、漏電現象とインバータ装置などから出力される耐インラッシュノイズなどの非漏電現象とを識別でき、より正確な漏電判定を行うことができる漏電検出装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、交流系統が貫通する零相変流器と、前記零相変流器からの出力電流を用いて演算値を算出する演算部と、前記演算部の演算値に基づいて、前記交流系統に漏電が発生していることを示す漏電検出信号を遮断機構部に出力する漏電検出部と、を備える漏電検出装置において、前記漏電検出部は、出力電流の連続する複数半波波形の内、少なくとも所定割合以上の半波の前記演算値が漏電レベル以上の場合において、漏電状態とみなして前記漏電検出信号を遮断機構部に出力し、前記漏電検出部は、連続する３半波波形のうち、１半波目の演算値が漏電レベル以上、且つ２半波目の演算値が漏電レベル未満である場合において、３半波目の演算値が漏電レベル以上となる場合には、漏電状態とみなして前記漏電検出信号を遮断機構部に出力することを特徴とするものである。

この漏電検出装置において、前記演算値は、前記零相変流器からの出力電流の実効値、当該出力電流の平均値、又は当該出力電流の積分値のいずれかであることが好ましい。

また、本発明は、交流系統が貫通する零相変流器からの出力電流を用いて演算値を算出する演算ステップと、前記演算ステップにおける演算値に基づいて、前記交流系統に漏電が発生していることを示す漏電検出信号を遮断機構部に出力する漏電検出ステップと、出力電流の連続する複数半波波形の内、少なくとも所定割合以上の半波の前記演算値が漏電レベル以上の場合において、漏電状態とみなして前記漏電検出信号を遮断機構部に出力する判定ステップと、をコンピュータに実行させ、前記判定ステップにおいては、連続する３半波波形のうち、１半波目の演算値が漏電レベル以上、且つ２半波目の演算値が漏電レベル未満である場合において、３半波目の演算値が漏電レベル以上となる場合において、漏電状態とみなして前記漏電検出信号を遮断機構部に出力することを特徴とするプログラムである。

本発明に係る漏電検出装置によれば、零相変流器からの出力電流の連続する複数半波波形の内、少なくとも所定割合以上の半波の実効値などが漏電レベル以上の場合において、漏電状態とみなし、漏電検出信号を遮断機構部に出力する。この構成により、本発明では、漏電現象とインバータ装置などから出力される耐インラッシュノイズなどの非漏電現象とを識別でき、より正確な漏電判定を行うことができる。

本発明の実施の形態に係る漏電検出装置の機能ブロック図である。前記漏電検出装置に備わる波形記憶部に記憶される波形の例を説明するための図である。前記漏電検出装置に備わる漏電検出部の漏電検出方法を説明する図である。前記漏電検出装置の動作手順を示すフローチャートである。（ａ）従来のインバータ装置からの漏洩電流の一例を示す図、（ｂ）従来の漏電検出装置の機能ブロック図である。

（実施の形態）
本発明の実施の形態に係る漏電検出装置について図面を参照して説明する。図１に示す漏電検出装置１は、零相変流器１１、演算部１２、波形記憶部１３、及び漏電検出部１４を備える。

零相変流器１１は、例えば、三相の通電電流が流れる交流電路を構成する複数の一次導体を貫通させた軟磁性材料等の磁性体からなる環状の鉄心（コア）と、当該コアに巻回されたコイルとを備える。零相変流器１１には、交流電路の往路方向を流れる電流と復路方向を流れる電流との間に差異が発生した場合には、その差異に基づく漏電電流が発生する。

演算部１２は、零相変流器１１と接続される回路に負担抵抗を挿入して、この負担抵抗の両端の電圧を検出することで電流を計測する。また、演算部１２は、零相変流器１１からの出力電流の実効値演算、平均値演算や積算値演算などを行い、これらを演算値として漏電検出部１４へ出力する機能を有する。

この演算部１２は、Ａ／Ｄ変換部、及び実効値演算部を備えても良い。Ａ／Ｄ変換部は、零相変流器１１から受信する電流波形のアナログ信号をデジタル信号に変換する。これにより、出力波形ごとの演算値を求めることが容易となり漏電原因の特定に繋がる。また、出力波形をデジタル値とすることで、メモリカードや汎用デジタル通信手段を用いて漏電検出装置１の内外に取り出し易くなる。実効値演算部は、零相変流器１１からの出力電流の２乗値を１周期分積分し、１周期の時間で除し、その値の平方根を求めることで出力電流の実効値（漏電レベルともいう）を演算する。この場合には、漏電電流を精度よく検出することができる。

なお、演算部１２は、出力電流の絶対値を１周期分積分し、１周期の時間で除して平均値を計算することも考え得る。この場合、演算量を低減させることができ、低コストで漏電検出装置１を構成することができる。

波形記憶部１３は、所定期間における零相変流器１１からの出力波形を記憶するためのメモリ部である。なお、本実施の形態において所定期間とは、漏電検出部１４において出力波形からの漏電が判別可能な期間であり、例えば、少なくとも出力波形の連続する３半波波形の期間である。

ここで、波形記憶部１３に記憶される出力波形に関して図２を参照して説明する。波形記憶部１３に記憶される出力波形としては、（１）半波（パターンＡ）、（２）耐インラッシュノイズ（パターンＢ）、（３）正弦波（パターンＣ）などが挙げられる。このように、波形記憶部１３に記憶される漏電波形を少なくとも連続する３半波波形にすることで、不必要に大きなメモリを要することがなく効率的となる。また、より正確な漏電判定の特定情報として用いることができる。

漏電検出部１４は、マイコン等で構成され、演算部１２の演算値に基づく判定処理を行うためのアルゴリズムを用いて、交流系統に漏電が発生していることを示す漏電検出信号を遮断機構部に出力する。なお、漏電検出信号は、交流電路の電路接点を開放するための（交流電路を遮断するための）遮断指定信号として、電路接点を開放する引外しコイル（不図示）に送出される。その結果、交流電路の電路接点は開放される。

漏電検出部１４は、出力電流の連続する複数半波波形の内、少なくとも所定割合以上の半波の実効値や平均値などの演算値が漏電レベル以上の場合において、漏電状態とみなして漏電検出信号を遮断機構部に出力する。具体的には、漏電検出部１４は、図３に示すように、出力電流の連続する３半波波形について、波形毎に演算部１２にて演算された実効値（ｍＡｒｍｓ）と所定漏電レベルＴ_ｈを比較する。そして、連続する３半波波形の内、少なくとも２半波の実効値が所定漏電レベルＴ_ｈを超える場合においては、電路の接点を開放（トリップ動作）するための漏電検出信号を外部又は内部の遮断機構部に出力する。

より具体的には、漏電検出部１４は、図３の（３）に示すように、出力電流の連続する３半波波形の内、連続する２半波が漏電レベル以上となる場合、漏電検出信号を出力する。また、図３の（１）に示すように、出力電流の連続する３半波波形の内、１半波目が漏電レベル以上であり、且つ隣り合う２半波目が漏電レベル未満となる場合に、３半波目が漏電レベル以上となる場合において漏電検出信号を出力する。一方、図３の（２）の耐インラッシュノイズ波形は上記アルゴリズムを満たしていないため非漏電現象とみなす。このため、漏電検出装置１では、半波漏電現象と、漏電現象でない耐インラッシュノイズとを識別して、より正確な漏電判定を行うことができる。

なお、漏電検出部１４は、出力電流の連続する３半波波形について、波形毎に演算部１２にて演算された平均値と所定漏電レベルＴ_ｈを比較することもできる。この平均値を用いる場合、漏電開始位相が零点スタートでない漏電波形であり実効値演算結果が所定の漏電レベルに至らない場合や、１波目の波形が漏電と判定しにくい波形であっても正確な漏電判定を行うことができる。

次に、図４を参照して本実施の形態に係る漏電検出装置１の動作手順を説明する。最初に、漏電検出部１４は、出力電流の連続する３半波波形の内、１半波目の実効値が漏電レベル以上か否か検出する（Ｓ４１）。そして、漏電レベル以上となる場合には（Ｓ４１でＹ）、漏電検出部１４は、出力電流の連続する３半波波形の内、２半波目の実効値が漏電レベル以上か否か検出する（Ｓ４２）。そして、漏電レベル以上となる場合には（Ｓ４２でＹ）、図３の（３）で示す正弦波の漏電と判定して、漏電検出信号を遮断機構部に送出する（Ｓ４３）。その後、手動で電路の遮断が解除される（Ｓ４４）。

一方、漏電検出部１４は、出力電流の連続する３半波波形の内、２半波目の実効値が漏電レベル以上とならない場合には（Ｓ４２でＮ）、３半波目の実効値が漏電レベル以上となるか否か検出する（Ｓ４５）。そして、漏電レベル以上となる場合には（Ｓ４５でＹ）、図３の（１）で示す半波の漏電と判定して、漏電検出信号を遮断機構部に送出する（Ｓ４６）。その後、手動で電路の遮断が解除される（Ｓ４７）。

また、漏電検出部１４は、Ｓ４５において漏電レベル以上とならない場合には（Ｓ４５でＮ）、図３の（２）で示す耐インラッシュノイズの非漏電現象と判定して（Ｓ４８）、その後、Ｓ４１以下の処理を繰り返す。

以上のように、本実施の形態に係る漏電検出装置１の漏電検出部１４は、連続する３半波波形のうち、少なくとも２半波の演算値が漏電レベル以上の場合において、漏電状態とみなして漏電検出信号を遮断機構部に出力する。この漏電検出方法により、規格で定める半波漏電現象や正弦波などの漏電現象と、直流負荷に電力を供給するインバータ装置からの漏洩電流に由来する耐インラッシュノイズなどの非漏電現象とを識別し、より正確な漏電判断を行うことができる。

なお、本発明は、上記実施の形態の構成に限られず、発明の趣旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。また、本発明の目的を達成するために、本発明は、漏電検出装置に含まれる特徴的な構成手段をステップとする漏電検出方法としたり、それらの特徴的なステップを含むプログラムとして実現することもできる。そして、そのプログラムは、ＲＯＭ等に格納しておくだけでなく、ＵＳＢメモリ等の記録媒体や通信ネットワークを介して流通させることもできる。

１漏電検出装置
１１零相変流器
１２演算部
１３波形記憶部
１４漏電検出部

Claims

交流系統が貫通する零相変流器と、
前記零相変流器からの出力電流を用いて演算値を算出する演算部と、
前記演算部の演算値に基づいて、前記交流系統に漏電が発生していることを示す漏電検出信号を遮断機構部に出力する漏電検出部と、を備える漏電検出装置において、
前記漏電検出部は、出力電流の連続する複数半波波形の内、少なくとも所定割合以上の半波の前記演算値が漏電レベル以上の場合において、漏電状態とみなして前記漏電検出信号を遮断機構部に出力し、
前記漏電検出部は、連続する３半波波形のうち、１半波目の演算値が漏電レベル以上、且つ２半波目の演算値が漏電レベル未満である場合において、３半波目の演算値が漏電レベル以上となる場合には、漏電状態とみなして前記漏電検出信号を遮断機構部に出力する、ことを特徴とする漏電検出装置。
前記演算値は、前記零相変流器からの出力電流の実効値、当該出力電流の平均値、又は当該出力電流の積分値のいずれかである、ことを特徴とする請求項１に記載の漏電検出装置。
交流系統が貫通する零相変流器からの出力電流を用いて演算値を算出する演算ステップと、
前記演算ステップにおける演算値に基づいて、前記交流系統に漏電が発生していることを示す漏電検出信号を遮断機構部に出力する漏電検出ステップと、
出力電流の連続する複数半波波形の内、少なくとも所定割合以上の半波の前記演算値が漏電レベル以上の場合において、漏電状態とみなして前記漏電検出信号を遮断機構部に出力する判定ステップと、をコンピュータに実行させ、
前記判定ステップにおいては、連続する３半波波形のうち、１半波目の演算値が漏電レベル以上、且つ２半波目の演算値が漏電レベル未満である場合において、３半波目の演算値が漏電レベル以上となる場合において、漏電状態とみなして前記漏電検出信号を遮断機構部に出力する、ことを特徴とするプログラム。