JP6610173B2 - 漏電遮断器 - Google Patents
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Description
このような電源回路では、交流電路に落雷やアーク接地等によりサージ電圧が誘起された場合、このサージ電圧から漏電検出回路や引外し装置を保護する必要がある。
その保護手段としては、整流回路の出力電圧からサージ電圧を検出する電圧検出回路と、この電圧検出回路がサージ電圧を検出したとき降圧回路の出力電圧を昇圧させる昇圧回路と、降圧回路の出力側に設けられ、降圧回路の出力電圧が所定の値に達したときサージ電流を吸収する電流吸収回路を設けた電源回路がある(例えば、特許文献1参照)。
このような過電圧が連続的に印加される可能性として、漏電遮断器が搭載される制御盤などでは、漏電遮断器を含めた交流電路の相間、および交流電路と大地(アース)間が絶縁されていることを確認するために、耐電圧試験(例えば、2000V 1分間)が実施される場合が考えられる。
通常、漏電遮断器のように電路に電子回路が接続される製品の場合、相間の耐電圧試験は禁止されており、交流電路と大地(アース)間にのみ耐電圧試験が実施される。そのため、相間に過電圧が印加されることはない。しかしながら、図6に示すように、漏電遮断器に負荷電路が接続されていると、大地間に接続された機器(例えば、サージ吸収用コンデンサやノイズフィルタなど)や電線の対地静電容量を介して、意図せずして相間に過電圧が連続的に印加されることとなり、その結果、漏電遮断器の電源回路が故障に至る場合がある。
図1は本発明の実施の形態1における電源回路を用いた漏電遮断器の構成を示す回路図、図2は図1における電源回路の詳細を示す回路図、図3は図2におけるトリガ回路の詳細を示す回路図である。
ここで、交流電路1の電流は過電流検出器3を介して検出回路5で監視される。異常な電流を検知した場合、検出回路5は第1のスイッチング手段10をオンして過電流引外し素子7を駆動させ、漏電遮断器100をトリップさせる。
電源回路6は、交流電路1に接続され、電流を制限する電流制限抵抗20と、この電流制限抵抗20を介して接続され、交流を直流に全波整流する整流回路21(例えば、ダイオードブリッジによる整流回路)と、整流回路21の出力側に接続され、電界効果トランジスタ22a(以下FETと記す)を含む降圧回路22と、この降圧回路22の後段に接続されるスイッチングトランス23aを含むスイッチング電源23と、を有している。
スイッチングトランス23aは、一端がFET22aのドレインに接続され、他端がスイッチング素子23bのドレインに接続された第1の巻線23a1と、一端がダイオード23eのアノードに接続され、他端が整流回路21の出力負側に接続された第2の巻線23a2と、一端がダイオード23fのアノードに接続され、他端がスイッチング電源23の2次側アースに接続された第3の巻線23a3とを有している。
また、スイッチングドライバ23cの第一制御端子23c1には、アノードが整流回路21の出力負側に接続されたツェナーダイオード23hのカソードが接続されており、ダイオード23gのアノードは、FET22aのソースに接続されている。
また、第2の巻線23a2の一端にアノードが接続されたダイオード23iと、ダイオード23iのカソードに一端が接続され、他端が監視端子23c4に接続された抵抗23jと、抵抗23jの他端および整流回路21の出力負側間に接続された抵抗23kも設けられている。
なお、特許請求の範囲で述べている「電圧検出回路」とは、上述した第2のツェナーダイオード22dのことであり、「過電圧検出回路」とは、上述した第2のツェナーダイオード22d、トリガ回路23d、および監視回路23mのことである。
通常状態においては、交流電路1からAC100V〜400V程度の交流電圧が供給されると、電流制限抵抗20に交流の電流Iaが流れ、整流回路21で直流電圧Vbに変換される。整流回路21から出力された電流Ibにより、第1の抵抗22cを介して第1のツェナーダイオード22b(例えば、ツェナー電圧20V)および第2の抵抗22eに電流Icが流れる。一方、第2のツェナーダイオード22dのツェナー電圧(例えば、800V)は、整流回路21の直流電圧Vbよりも高く設定されるので、第2のツェナーダイオード22dはオンせず、第2のツェナーダイオード22dを介して第1のツェナーダイオード22bおよび第2の抵抗22eには電流が流れない。
FET22aの出力電圧Vdは、AC100V〜400V程度の交流電圧が供給されている状況において、第3のツェナーダイオード22fのツェナー電圧を超えないように設定されており、よって第3のツェナーダイオード22fはオンせず、電流Idが流れない。
また、トリガ回路23dへは、第1のツェナーダイオード22bと第2の抵抗22eとの接続点の電圧が印加されるが、抵抗22eの両端電圧は微小な電圧であることから、接続されたダイオード23d1の順方向電圧(0.7V程度)を超えることはなく、電流が流れないため、トランジスタ23d3がオンすることはない。
これの繰り返しにより、第2の巻線23a2および第3の巻線23a3出力電圧は一定の値(例えば、DC20V)を保持するようになる。なお、監視端子23c4に印加される電圧は、抵抗分圧を利用することで詳細に設定することができる。
交流電路1に数kVの過電圧が連続的に印加されると、第2のツェナーダイオード22dと第1のツェナーダイオード22bの直列回路に印加される印加電圧は、第2のツェナーダイオード22dと第1のツェナーダイオード22bとのツェナー電圧の合計値を超え、過電圧を検出することになるので、第2のツェナーダイオード22dがオンとなる。
このため、通常状態であればスイッチング素子23bの駆動を停止するはずのスイッチングトランス23aの出力電圧であったとしても、スイッチングドライバ23cはスイッチング素子23bの駆動を継続し、第3の巻線23a3の出力電圧が通常の電圧より上昇することとなる。
もし、ここで、過電圧を検出し、漏電引外し素子8を動作させて漏電遮断器100を漏電トリップさせると、漏電表示器9も動作するので、使用者は漏電によりトリップか、過電圧によるトリップか判別ができない。
交流電路1に数kVのサージ電圧が重畳されると、第2のツェナーダイオード22dと第1のツェナーダイオード22bの直列回路に印加される印加電圧は、第2のツェナーダイオード22dと第1のツェナーダイオード22bのツェナー電圧の合計値を超え、過電圧を検出することになるので、第2のツェナーダイオード22dもオンすることとなる。
このように、漏電遮断器100は遮断動作しないが、電源回路6の出力電圧は、第3のツェナーダイオード22fのツェナー電圧に抑制されることになり、サージ電圧から検出回路5等は保護される。
図4は実施の形態2における漏電遮断器101の電源回路を示す回路図、図5は図4に示す積分回路の詳細の一例を示す回路図である。
実施の形態1では、スイッチングトランス23aを用いた絶縁型の電源回路6の例を示したが、本実施の形態では、絶縁型の電源回路6に代えて非絶縁型の電源回路61としたものまである。その他の構成については、実施の形態1と同様であるので、説明を省略する。
交流電路1に接続され、電流を制限する電流制限抵抗20の後段にはフルダイオードブリッジからなる整流回路21が接続されている。この整流回路21の出力側には、その出力電圧を降圧する降圧回路53が接続され、整流回路21の出力正側にドレインが接続された電界効果トランジスタ(以下、FETと記す)53aと、FET53aのゲートと整流回路21の出力負側との間に接続された第4のツェナーダイオード53bと、第4のツェナーダイオード53bにツェナー電流を供給するFET53aのドレインとゲート間に接続された抵抗53c(抵抗値は数百k〜数MΩ程度)とで構成されている。
過電圧検出回路57は、カソードが第6のツェナーダイオード56のカソードに接続され降圧回路53の出力電圧が第2の所定値を超えたときオンする第7のツェナーダイオード57a(例えば、ツェナー電圧は23V程度)と、この第7のツェナーダイオード57aのアノードおよび第6のツェナーダイオード56のアノードが入力に接続された積分回路57bと、この積分回路57bの出力が所定値を超えたこと、すなわち、電源回路61の出力電圧が第2の所定電圧に達し、かつ、電源回路61の出力電圧が第2の所定電圧に達した時間が所定時間(例えば20msec)を超えたことを検出し、第1のスイッチング手段10を駆動する比較回路57cと、から構成されている。
なお、第4のツェナーダイオード53bがFET53aのゲート側、抵抗55が整流回路21の出力負側に設けられているが、FET53aのゲート側に抵抗55を、整流回路21の出力負側に第4のツェナーダイオード53bを設けてもよい。
なお、特許請求の範囲で述べている「過電圧検出回路」とは、上述した過電圧検出回路57のことである。
通常状態においては、交流電路1からAC100V〜400V程度の交流電圧が供給されると、電流制限抵抗20に交流の電流Iaが流れ、整流回路21で直流電圧Vbに変換される。整流回路21から出力された電流Ibにより、抵抗53cを介して第4のツェナーダイオード53bおよび抵抗55に電流Icが流れる。一方、第5のツェナーダイオード54のツェナー電圧は、整流回路21の直流電圧Vbよりも高いので、第5のツェナーダイオード54はオンせず、第5のツェナーダイオード54を介して第4のツェナーダイオード53bおよび抵抗55には電流が流れない。
また、降圧回路53の出力電圧Vdは、Vd=Vc−(FET53aのON電圧)となるが、前述のとおり、Vc≒(第4のツェナーダイオード53bのツェナー電圧)なので、Vd≒(第4のツェナーダイオード53bのツェナー電圧)−(FET53aのON電圧)となり、これが、電源回路61の定格電圧である。
ここで、FET53aのオン電圧を3V程度とし、第4のツェナーダイオード53bのツェナー電圧を24V程度とすると、降圧回路53の出力電圧Vdは、Vd≒24V−3V=21V程度となる。
交流電圧に数kVのサージ電圧が重畳されると、第5のツェナーダイオード54と第4のツェナーダイオード53bの直列回路に印加される印加電圧は、第5のツェナーダイオード54と第4のツェナーダイオード53bとの合計ツェナー電圧値を超えるので、第5のツェナーダイオード54もオンとなる。
このように、漏電遮断器101は遮断動作しないが、電源回路61の出力電圧は、第6のツェナーダイオード56のツェナー電圧に抑制されることになり、サージ電圧から検出回路5や第1、第2のスイッチング手段10、11は保護される。
交流電路1に数kVの過電圧が連続的に印加されると、第5のツェナーダイオード54と第4のツェナーダイオード53bの直列回路に印加される印加電圧は、第5のツェナーダイオード54と第4のツェナーダイオード53bとの合計ツェナー電圧値を超えるので、第5のツェナーダイオード54もオンとなる。
6 電源回路、7 過電流引外し素子、8 漏電引外し素子、9 漏電表示器、
10 第1のスイッチング手段、11 第2のスイッチング手段、
12 引外し機構、22d 第2のツェナーダイオード、23m 監視回路、
23d トリガー回路、 100 漏電遮断器。
Claims (3)
- 電路を開閉する開閉接点と、前記電路の過電流を検出する過電流検出器と、前記電路の漏洩電流を検出する漏洩電流検出器と、前記過電流検出器の検出した信号に基づき前記開閉接点を開放する過電流引き外し素子と、前記漏洩電流検出器の検出した信号に基づき前記開閉接点を開放する漏電引き外し素子と、を有し、
前記電路からの過電圧を検出し、前記過電流引き外し素子を駆動する過電圧検出回路を備えたことを特徴とする漏電遮断器。 - 1次側が前記電路に接続された絶縁型の電源回路と、
前記電源回路の2次側出力により駆動され、前記過電流検出器および前記漏洩電流検出器の検出信号に基づいて過電流および漏電を検出する検出回路と、を有し、
前記過電圧検出回路は、前記電源回路の前記1次側に設けられ、前記電路の電圧を検出する電圧検出回路と、この電圧検出回路が過電圧を検出時に前記2次側出力の電圧を上昇させるトリガ回路と、前記2次側出力の電圧を監視し、前記2次側出力の電圧が所定値を超えた時に前記過電流引き外し素子を駆動する監視回路と、を備えたことを特徴とする請求項1に記載の漏電遮断器。 - 前記漏電引き外し素子が前記開閉接点を開放した時、前記漏電引き外し素子に連動し、漏電トリップを表示する漏電表示器を備えたことを特徴する請求項1または請求項2に記載の漏電遮断器。
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