JP6591056B2 - 漏電遮断器 - Google Patents

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Description

この発明は、内蔵されたＩＣもしくはマイクロコントローラの２つのポートから漏電テスト信号を出力すると共に、漏電テスト信号のデューティー比と位相を変化できる漏電遮断器に関するものである。
従来、漏電遮断器として、漏電を検出した場合の動作が健全であるかどうかを確認する手段として、漏電テスト機能を備えている。漏電テスト機能を備えた漏電遮断器として、漏えい電流を検出する零相変流器と、前記零相変流器の２次側出力電流を電圧に変換する検出抵抗と、前記検出抵抗に発生した電圧をＡ／Ｄ変換を用いて取り込む信号検出回路と、前記零相変流器の３次巻線へ漏電テスト信号を出力する漏電テスト回路とを備え、前記漏電テスト回路から前記漏電テスト信号を零相変流器の３次巻線へ印加することにより、前記漏電テスト信号に応じた前記零相変流器の２次側出力電流を前記信号検出回路が検出し、漏電特性に応じて電路を遮断したり、あるいは漏電アラーム警報を出力するように構成された漏電遮断器がある。
また、例えば特開平９−２１９９２３号公報（特許文献１）、実開平６−８４３８０号公報（特許文献２）、特開２０１４−１１９０９号公報（特許文献３）には、漏電または地絡を検出して電流を遮断する機能を有し、漏電試験または地絡試験を行うことができる遮断器が開示されている。
特開平９−２１９９２３号公報 実開平６−８４３８０号公報 特開２０１４−１１９０９号公報
従来の漏電遮断器は、内蔵されたＩＣもしくはマイクロコントローラの１つのポートから漏電テスト信号を出力させるものであるため、単純な矩形波形しか模擬することができなかった。
また、テスト信号をポート出力で模擬した場合、通常の漏電電流波形は交流波形であるのに対し、テスト信号は単純な矩形波形であって、模擬波形としては交流波形を模擬できていないという点で不十分であった。
さらに、内蔵されたＩＣもしくはマイクロコントローラの１つのポートから漏電テスト信号を出力させるため、ポートの持つ出力容量に応じた出力しか出せず、必要であれば外部にバッファ回路等を付加する必要があった。
この発明は、前述のような従来の漏電遮断器の課題を解決するためになされたもので、交流波形に近い模擬波形の出力を可能とし、またサイリスタ負荷波形のような特殊波形の模擬をも可能とした漏電遮断器を得ることを目的とするものである。
この発明による漏電遮断器は、交流電路に流れる漏えい電流を検出する零相変流器と、前記零相変流器の２次側出力電流を電圧に変換する検出抵抗と、前記検出抵抗に発生した電圧をＡ／Ｄ変換して取り込み、前記Ａ／Ｄ変換して取り込んだ検出電圧が一定以上であれば引きはずし信号あるいは警報信号を出力する信号検出回路と、２つ以上の位相の異なる漏電テスト信号を出力する漏電テスト回路と、前記引きはずし信号あるいは警報出力信号を受けて動作する警報出力回路と、前記漏電テスト信号を出力するトリガ回路と、を備えたものである。
この発明による漏電遮断器は、交流電路に流れる漏えい電流を検出するための零相変流器と、前記零相変流器の２次側出力電流を電圧に変換する検出抵抗と、前記検出抵抗に発生した電圧をＡ／Ｄ変換して取り込み、検出電圧が一定以上であれば引きはずし信号あるいは警報信号を出力する信号検出回路と、２つ以上の位相の異なる漏電テスト信号を出力する漏電テスト回路と、前記引きはずし信号あるいは警報出力信号を受けて動作する警報出力回路と、前記漏電テスト信号を出力するトリガ回路を備えたので、テスト動作させる場合の漏電テスト信号を、単純な矩形波形でなく実波形に近い波形を簡易的に出力することができ、例えばサイリスタ回路に流れる様な位相が不定な波形が入力された場合でも、漏電テスト回路から模擬信号波形を出力することにより正常に動作することの確認が可能となる。
この発明の上記以外の目的、特徴、観点及び効果は、図面を参照する以下のこの発明の詳細な説明から、さらに明らかになると考える。
この発明の実施の形態１による漏電遮断器を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１による漏電遮断器の漏電テスト回路の概要を示す回路図である。 この発明の実施の形態１による漏電遮断器の漏電テスト回路から出力される第１の模擬波形パターンを示すチャート図である。 この発明の実施の形態１による漏電遮断器の漏電テスト回路の詳細を説明する図である。 この発明の実施の形態１による漏電遮断器の漏電テスト回路から出力される第２の模擬波形パターンを示すチャート図である。 この発明の実施の形態１による漏電遮断器の漏電テスト回路から出力される第３の模擬波形パターンを示すチャート図である。 この発明の実施の形態２による漏電遮断器を示すブロック図である。
以下、この発明による漏電遮断器の好適な実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による漏電遮断器を示すブロック図である。
図１において、漏電遮断器１００は、単位電路である第１相交流電路１ａ、第２相交流電路１ｂ、第３相交流電路１ｃからなる交流電路１を夫々開閉する開閉接点２と、交流電路１中に挿入され、交流電路１に流れる漏えい電流に比例した電流信号を出力する零相変流器３と、この零相変流器３から生成された電流信号をこの電流信号に比例した電圧信号に変換する検出抵抗４と、検出抵抗４の電圧信号を差動入力機能を有するＡ／Ｄ変換回路５ａによりデジタルデータとして取り込み、漏電を検出する信号検出回路５と、規定の漏えい電流値を上回って、信号検出回路５の検出電圧が一定以上の場合、信号検出回路５の出力信号により付勢される引き外しコイル６ａを有し、この引き外しコイル６ａの付勢時に開閉接点２を開離駆動する引き外し回路６と、交流電路１に漏えい電流が流れていない状態で漏えい電流が流れた時に漏電遮断器１００が正常動作するか確認するためのトリガ信号７ａを出力するトリガ回路７と、このトリガ回路７からのトリガ信号７ａに基づき零相変流器３の３次巻線８に電流を通電する漏電テスト回路９と、を有している。
また、漏電遮断器１００は、信号検出回路５から警報信号５ｂを出力させて警報出力回路を動作させることで、接点出力あるいはＬＥＤによる表示を行う警報出力回路１０を有している。
漏電テスト回路９は、図２に示すように第１のポート９ａ、第２のポート９ｂ、及び制御部９ｃから構成されている。
第１のポート９ａは、電源にドレインが接続されたｐ型電界効果トランジスタである第１のＦＥＴ９ａ１と、ドレインが第１のＦＥＴ９ａ１のソースに接続され、ソースがグランドに接続されたｎ型電界効果トランジスタである第２のＦＥＴ９ａ２と、から構成されている。また、第１のＦＥＴ９ａ１のゲートと第２のＦＥＴ９ａ２のゲートは接続されており、その接続点は制御部９ｃに接続されている。
漏電テスト回路９の第２のポート９ｂも同様に、図２に示すように、電源にドレインが接続されたｐ型電界効果トランジスタである第３のＦＥＴ９ｂ１と、ドレインが第３のＦＥＴ９ｂ１のソースに接続され、ソースがグランドに接続されたｎ型電界効果トランジスタである第４のＦＥＴ９ｂ２と、から構成されている。また、第３のＦＥＴ９ｂ１のゲートと第４のＦＥＴ９ｂ２のゲートは接続されており、その接続点が制御部９ｃに接続されている。トリガ回路７からのトリガ信号７ａも制御部９ｃに入力されている。なお、図２において、符号９ｃ１は制御部９ｃの第１出力を示し、符号９ｃ２は制御部９ｃの第２出力を示している。
そして、図１に示すように、第１のＦＥＴ９ａ１のソースと第２のＦＥＴ９ａ２のドレインとの接続点は、零相変流器３の３次巻線８の一端に接続され、第３のＦＥＴ９ｂ１のソースと第４のＦＥＴ９ｂ２のドレインとの接続点が、３次巻線８の他端に接続されている。また、３次巻線８には３次巻線８に流れる電流を規定するための抵抗８ａが設けられている。
実施の形態１による漏電遮断器は前記のように構成されており、次に、漏電テストについて説明する。
漏電テストは、漏洩電流が発生した際に、漏電遮断器１００が正しく動作するかどうかを確認する機能として、交流電路１に漏えい電流が流れていない状態で、疑似漏洩電流を３次巻線８に流し、漏えい電流が流れた時に漏電遮断動作が行われるか確認するテストである。
次に、漏電テストの詳細動作について説明する。
トリガ回路７からトリガ信号７ａを漏電テスト回路９の制御部９ｃへ入力し、漏電テスト回路９から漏えい電流の模擬波形を出力させることで、信号検出回路５のＡ／Ｄ変換回路５ａは漏えい電流の模擬波形を検出する。漏えい電流の模擬波形はあらかじめ規定された漏えい電流値を上回った波形とする。漏えい電流の模擬波形を検出した信号検出回路５は引きはずし信号を引き外しコイル６ａに出力して引きはずし回路６を動作させ、開閉接点２を開路して交流電路１を遮断する。併せて、警報信号５ｂを出力させて警報出力回路１０を動作させる。これにより、交流電路１に漏えい電流が発生したときと同じ動作を確認することができる。
本実施の形態における漏電テスト回路９から漏えい電流の模擬波形を出力する方法は、零相変流器３の３次巻線８へ直接、疑似漏洩電流を印加する構成である。
図３は漏電テスト回路９から出力される第１の模擬波形パターンを示すチャート図である。また、図４は漏電テスト回路９の詳細を説明する図で、（ａ）は第１のポート９ａがＨｉ、第２のポート９ｂがＬｏ出力の時、（ｂ）は第１のポート９ａがＬｏ、第２のポート９ｂがＨｉ出力の時を示している。
図３に示すように、漏電テスト回路９の第１のポート９ａ及び第２のポート９ｂを交互にＨｉとすることで、模擬的に矩形波の交流波形を構成し、３次巻線８に模擬波形の電流を流す。
より詳細には、図４（ａ）に示すように、制御部９ｃの第１出力９ｃ１をＨｉ出力、制御部９ｃの第２出力９ｃ２をＬｏ出力することで、第１のポート９ａがＨｉ、第２のポート９ｂがＬｏとなり、３次巻線８には第１のポート９ａから第２のポート９ｂへと電流が流れる。
次に、図４（ｂ）に示すように、制御部９ｃの第１出力９ｃ１をＬｏ出力、制御部９ｃの第２出力９ｃ２をＨｉ出力することで、第１のポート９ａがＬｏ、第２のポート９ｂがＨｉとなり、３次巻線８には第２のポート９ｂから第１のポート９ａへと電流が流れる。
そして、この電流により零相変流器３の二次巻線が励磁され、３次巻線８へ通電された電流に比例した励磁電流が発生する。この励磁電流により検出抵抗４の両端に３次巻線８へ通電された電流に比例した電圧が発生し、信号検出回路５のＡ／Ｄ変換回路５ａでデジタルデータとして信号検出回路５に取り込まれる。そして、疑似漏洩電流は規定の電流値を上回った波形としているため、信号検出回路５は引き外しコイル６ａを励磁して引きはずし回路６を動作させることにより、開閉接点２を開路して交流電路１を遮断するテスト動作を行う。
信号検出回路５のＡ／Ｄ変換回路５ａは差動入力機能を有しており、漏電テスト回路９の第１のポート９ａ及び第２のポート９ｂからそれぞれ信号を出力させることで、交流波形を模擬した信号とすることができる。図５は漏電テスト回路９から出力される第２の模擬波形パターンを示すチャート図であり、より正弦波に近い波形を出力させた例である。即ち、第１のポート９ａと第２のポート９ｂの出力に位相差φを持たせることで、単純な矩形波ではなく、より正弦波に近い模擬波形を出力させることができる。また、ポートから任意に位相制御することが可能であるため、例えば、サイリスタ回路のような位相がずれたテスト波形での動作確認も可能であり、想定される波形の漏えい電流が発生した場合に正しく遮断動作するかどうかの確認をテスト信号で行うことができる。また、第１のポート９ａと第２のポート９ｂの出力の各々を任意のデューティー比に変更してもよく、第１のポート９ａと第２のポート９ｂの出力の波形制御を行うことにより、テスト動作させる場合の漏電テスト信号を、単純な矩形波形でなく実波形に近い波形を簡易的に出力することが可能となる。
また、図６は漏電テスト回路９から出力される第３の模擬波形パターンを示すチャート図であり、半波整流された地絡電流を模擬した波形を出力させた例である。即ち、第２のポート９ｂの出力を無くすることで可能となる。漏電検出特性として交流の地絡のみ検出可能なタイプは「Ｔｙｐｅ ＡＣ」、半波整流された地絡をも検出可能なタイプは「Ｔｙｐｅ Ａ」とされている。テスト信号として「Ｔｙｐｅ Ａ」の模擬波形も第２のポート９ｂの出力をＬｏとすることで可能となる。
以上のように、実施の形態１による漏電遮断器は、交流電路に流れる漏えい電流を検出するための零相変流器と、前記零相変流器の２次側出力電流を電圧に変換する検出抵抗と、前記検出抵抗に発生した電圧をＡ／Ｄ変換して取り込み、検出電圧が一定以上であれば引きはずし信号あるいは警報信号を出力する信号検出回路と、２つ以上の位相の異なる漏電テスト信号を出力する漏電テスト回路と、前記引きはずし信号あるいは警報出力信号を受けて動作する警報出力回路と、前記漏電テスト信号を出力するトリガ回路を備えているので、テスト動作させる場合の漏電テスト信号を、単純な矩形波形でなく実波形に近い波形を簡易的に出力することができ、例えばサイリスタ回路に流れる様な位相が不定な波形が入力された場合でも、漏電テスト回路から模擬信号波形を出力することにより正常に動作することの確認が可能となる。
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２による漏電遮断器について説明する。図７は、実施の形態２による漏電遮断器を示すブロック図で、実施の形態１と同一、若しくは相当する部分には同一符号を付して詳細説明を省略する。
実施の形態２による漏電遮断器２００は、漏電テスト回路９から漏えい電流の模擬波形を出力する方法として、信号検出回路５のＡ／Ｄ変換回路５ａへ直接電圧信号を印加する構成としたものである。
漏電テスト回路９を信号検出回路５のＡ／Ｄ変換回路５ａへ接続し、漏電テスト回路９の電圧信号を信号検出回路５のＡ／Ｄ変換回路５ａへ印加して交流波形を模擬した信号を出力する。これにより、信号検出回路５のＡ／Ｄ変換回路５ａでデジタルデータとして信号検出回路５に取り込まれ、規定の漏えい電流値を上回った波形としている。そして、引きはずし信号を出力して引き外しコイル６ａを励磁し、引きはずし回路６を動作させる。これにより、開閉接点２を開路して交流電路１を遮断するテスト動作を可能とする。なお、その他の構成、動作については、実施の形態１と同様であるので、説明は省略する。
この実施の形態２による漏電遮断器２００においても、実施の形態１による漏電遮断器１００と同様の効果を発揮する。
以上において、この発明の実施の形態１と２について説明したが、この発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

Claims (7)

  1. 交流電路に流れる漏えい電流を検出する零相変流器と、
    前記零相変流器の２次側出力電流を電圧に変換する検出抵抗と、
    前記検出抵抗に発生した電圧をＡ／Ｄ変換して取り込み、前記Ａ／Ｄ変換して取り込んだ検出電圧が一定以上であれば引きはずし信号あるいは警報信号を出力する信号検出回路と、
    ２つ以上の位相の異なる漏電テスト信号を出力する漏電テスト回路と、
    前記引きはずし信号あるいは警報出力信号を受けて動作する警報出力回路と、
    前記漏電テスト信号を出力するトリガ回路と、を備えたことを特徴とする漏電遮断器。
  2. 前記信号検出回路は、差動入力機能を持つＡ／Ｄ変換回路を内蔵すると共に、前記漏電テスト回路から出力される２つ以上の位相の異なる漏電テスト信号は、前記Ａ／Ｄ変換回路へ直接もしくは間接的に入力されていることを特徴とする請求項１に記載の漏電遮断器。
  3. 前記漏電テスト回路は、前記零相変流器の３次巻線へ接続されており、前記交流電路に漏えい電流が発生してなくても、漏えい電流が発生したときに生じる動作が可能であることを特徴とする請求項２に記載の漏電遮断器。
  4. 前記漏電テスト回路は、前記Ａ／Ｄ変換回路へ接続されており、前記交流電路に漏えい電流が発生してなくても、漏えい電流が発生したときに生じる動作が可能であることを特徴とする請求項２に記載の漏電遮断器。
  5. 前記漏電テスト回路は、前記３次巻線の一端に接続された第１のポートと、前記３次巻線の他端に接続された第２のポートと、を有することを特徴とする請求項３に記載の漏電遮断器。
  6. 前記漏電テスト回路は、前記検出抵抗の一端に接続された第１のポートと、前記検出抵抗の他端に接続された第２のポートと、を有することを特徴とする請求項４に記載の漏電遮断器。
  7. 前記漏電テスト回路から出力される信号は、位相制御もしくは波形制御することができ、前記位相制御もしくは波形制御により発生させるテスト信号も動作確認したい波形に合わせて設定できることを特徴とする請求項１から６の何れか一項に記載の漏電遮断器。
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