JP6896158B2 - Leakage detector and earth leakage breaker - Google Patents
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Description
本発明は、電路に発生した漏電を判定する漏電検出装置および漏電遮断器に関する。 The present invention relates to an earth leakage detection device and an earth leakage breaker for determining an earth leakage generated in an electric circuit.
従来、漏電遮断器は、電路の零相電流を検出する零相変流器と、零相変流器の二次側電流を電圧に変換する電圧変換回路と、変換された電圧の高周波成分を除去するローパスフィルタと、ローパスフィルタから出力される電圧に基づいて電路の漏電を判定する漏電判定回路とを備える。 Conventionally, the leakage breaker uses a zero-phase current transformer that detects the zero-phase current of the electric circuit, a voltage conversion circuit that converts the secondary current of the zero-phase current transformer into a voltage, and a high-frequency component of the converted voltage. It includes a low-pass filter to be removed and a leak-determining circuit that determines the leakage of the electric circuit based on the voltage output from the low-pass filter.
この種の漏電遮断器において、特許文献1には、雷サージなどによって単発的に短期間の過電流が生じた場合に零相変流器の二次側に配置された電子部品の耐圧を超えないように、零相変流器の二次側端子間の電圧をクランプ電圧以下に制限するクランプ回路を設ける技術が開示されている。 In this type of leakage circuit breaker, Patent Document 1 states that the withstand voltage of an electronic component arranged on the secondary side of a zero-phase current transformer is exceeded when a short-term overcurrent occurs sporadically due to a lightning surge or the like. A technique for providing a clamp circuit that limits the voltage between the secondary terminals of a zero-phase current transformer to a voltage equal to or lower than the clamp voltage is disclosed.
しかしながら、上記従来の技術では、クランプ回路と、ローパスフィルタとが並列に接続されていることから、ローパスフィルタを介して漏電判定回路へ入力される電圧の最大値は、クランプ回路のクランプ電圧によって規定される。クランプ電圧は、クランプ回路を構成するダイオードの順方向電圧で規定されることから、ダイオードの順方向電圧よりも小さい値にクランプ電圧を下げることができない。そのため、順方向電圧が低いショットキーバリアダイオードを用いた場合であっても、漏電判定回路へ入力される電圧の最大値を例えば100[mV]にすることは困難である。このように、上記従来の技術では、漏電判定回路へ入力される電圧の最大値をクランプ電圧とは独立して調整することができないことにより、漏電判定回路へ入力される電圧の最大値を小さくすることが難しいといった課題がある。 However, in the above-mentioned conventional technique, since the clamp circuit and the low-pass filter are connected in parallel, the maximum value of the voltage input to the leakage determination circuit via the low-pass filter is defined by the clamp voltage of the clamp circuit. Will be done. Since the clamp voltage is defined by the forward voltage of the diode constituting the clamp circuit, the clamp voltage cannot be lowered to a value smaller than the forward voltage of the diode. Therefore, even when a Schottky barrier diode having a low forward voltage is used, it is difficult to set the maximum value of the voltage input to the leakage determination circuit to, for example, 100 [mV]. As described above, in the above-mentioned conventional technique, the maximum value of the voltage input to the earth leakage determination circuit cannot be adjusted independently of the clamp voltage, so that the maximum value of the voltage input to the earth leakage determination circuit can be reduced. There is a problem that it is difficult to do.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、漏電判定回路へ入力される電圧の最大値をクランプ電圧とは独立して調整することができる漏電検出装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to obtain an earth leakage detection device capable of adjusting the maximum value of the voltage input to the earth leakage determination circuit independently of the clamp voltage.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の漏電検出装置は、零相変流器と、クランプ回路と、電圧変換回路と、ローパスフィルタと、漏電判定回路とを備える。零相変流器は、電路に流れる零相電流を検出する。クランプ回路は、零相変流器の二次側端子間の電圧をクランプ電圧以下に制限する。電圧変換回路は、クランプ回路に並列に接続され、零相変流器の出力電流を電圧に変換する。ローパスフィルタは、電圧変換回路によって変換された電圧の高周波成分を除去し、高周波成分が除去された電圧を出力する。漏電判定回路は、ローパスフィルタから出力される電圧に基づいて、電路の漏電を判定する。電圧変換回路は、零相変流器の出力電流を電圧へ変換し、変換した電圧をローパスフィルタへ出力する電圧変換素子と、電圧変換回路のインピーダンスを調整するインピーダンス調整素子との直列回路を有する。 In order to solve the above-mentioned problems and achieve the object, the earth leakage detection device of the present invention includes a zero-phase current transformer, a clamp circuit, a voltage conversion circuit, a low-pass filter, and an earth leakage determination circuit. The zero-phase current transformer detects the zero-phase current flowing in the electric circuit. The clamp circuit limits the voltage between the secondary terminals of the zero-phase current transformer to below the clamp voltage. The voltage conversion circuit is connected in parallel with the clamp circuit and converts the output current of the zero-phase current transformer into a voltage. The low-pass filter removes the high-frequency component of the voltage converted by the voltage conversion circuit, and outputs the voltage from which the high-frequency component has been removed. The leakage determination circuit determines the leakage of the electric circuit based on the voltage output from the low-pass filter. The voltage conversion circuit has a series circuit of a voltage conversion element that converts the output current of the zero-phase transformer into a voltage and outputs the converted voltage to a low-pass filter, and an impedance adjustment element that adjusts the impedance of the voltage conversion circuit. ..
本発明によれば、漏電判定回路へ入力される電圧の最大値をクランプ電圧とは独立して調整することができる、という効果を奏する。 According to the present invention, the maximum value of the voltage input to the leakage determination circuit can be adjusted independently of the clamp voltage.
以下に、本発明の実施の形態にかかる漏電検出装置および漏電遮断器を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。 Hereinafter, the earth leakage detection device and the earth leakage breaker according to the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited to this embodiment.
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1にかかる漏電遮断器の構成例を示す図である。図1に示すように、実施の形態1にかかる漏電遮断器1は、電路2を開閉する開閉部3と、電路2に流れる漏電電流を検出する漏電検出部4と、漏電検出部4によって漏電が検出された場合に、開閉部3を制御する引き外し装置5とを備える。漏電検出部4は、漏電検出装置の一例である。Embodiment 1.
FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a leakage circuit breaker according to a first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the earth leakage circuit breaker 1 according to the first embodiment has an earth leakage detection unit 3 for opening and closing an electric circuit 2, an earth leakage detection unit 4 for detecting an earth leakage current flowing through the electric circuit 2, and an earth leakage detection unit 4. When is detected, a
開閉部3は、電路2を開閉する開閉接点31,32を有する。各開閉接点31,32は、不図示の固定接点と不図示の可動接点とを有する。開閉接点31において固定接点と可動接点とが接触することで、電源側接続端子61と負荷側接続端子71とが導体81を介して電気的に接続される。また、開閉接点32において固定接点と可動接点とが接触することで、電源側接続端子62と負荷側接続端子72とが導体82を介して電気的に接続される。これにより、電路2に電流が流れて漏電遮断器1がオン状態になる。The opening / closing unit 3 has opening / closing contacts 3 1 and 3 2 for opening and closing the electric path 2. Each opening / closing contact 3 1 and 3 2 has a fixed contact (not shown) and a movable contact (not shown). In the switching contacts 3 1 by the fixed contact and the movable contact is in contact, with the power source side connection terminal 61 and load side connecting terminal 71 are electrically connected via a conductor 8 1. Further, a fixed contact and the movable contact in the switching contact 3 2 By contacting, the power-side connector 6 2 and load side connecting terminal 7 2 are electrically connected via a conductor 82. As a result, a current flows through the electric circuit 2 and the leakage breaker 1 is turned on.
また、各開閉接点31,32において固定接点と可動接点とが離れることで開閉接点31,32の開離が行われて、電源側接続端子61,62と負荷側接続端子71,72とが電気的に切断される。これにより、電路2の電流が遮断されて漏電遮断器1がオフ状態になる。なお、図1に示す例では、電路2は、R相、S相、およびT相の3相のうち不図示の1相が接地されているが、R相、S相、およびT相がいずれも接地されない構成であってもよい。この場合、開閉部3には、3つの開閉接点が設けられる。Each switching contact 3 1, 3 2 opening of the switching contact 3 1, 3 2 is performed by the fixed contact and the movable contact are separated at the power supply side connection terminals 6 1, 6 2 and the load side connecting terminal 7 1 , 7 2 are electrically disconnected. As a result, the current in the electric circuit 2 is cut off, and the electric leakage breaker 1 is turned off. In the example shown in FIG. 1, in the electric circuit 2, one of the three phases of R phase, S phase, and T phase (not shown) is grounded, but any of the R phase, S phase, and T phase is grounded. May also be configured not to be grounded. In this case, the opening / closing portion 3 is provided with three opening / closing contacts.
漏電検出部4は、零相変流器10と、クランプ回路20と、電圧変換回路30と、ローパスフィルタ40と、漏電判定回路50とを備える。
The earth leakage detection unit 4 includes a zero-phase
零相変流器10は、電路2に流れる零相電流を検出する。かかる零相変流器10は、導体81,82が貫通または巻回される環状鉄心11と、環状鉄心11に巻回された二次巻線12とを有する。二次巻線12の両端部には、二次側端子13,14が設けられており、かかる二次側端子13,14から零相変流器10による零相電流の検出結果を示す電流Izが出力される。以下、電流Izを出力電流Izと記載する場合がある。The zero-
クランプ回路20は、零相変流器10の二次側端子13,14間に接続され、二次側端子13,14間の電圧Vzをクランプ電圧Vclamp以下にする。図1に示す例では、クランプ回路20は、逆並列接続された2つのダイオード21,22を有する。これにより、二次側端子13,14間の電圧Vzがダイオード21,22の順方向電圧以下に抑えられる。このように、クランプ回路20は、ダイオード21,22の順方向電圧をクランプ電圧Vclampとして動作する。
The
電圧変換回路30は、零相変流器10の出力電流Izを電圧Vchへ変換する電圧変換素子31と、電圧変換回路30のインピーダンスZを調整するインピーダンス調整素子32とを有する。電圧変換素子31とインピーダンス調整素子32とは直列に接続される。電圧変換素子31とインピーダンス調整素子32との直列回路は、クランプ回路20に並列に接続される。かかる電圧変換回路30については後で詳述する。
The voltage conversion circuit 30 includes a
ローパスフィルタ40は、電圧変換回路30から出力される電圧Vchの高周波成分を除去する。電圧Vchの高周波成分は、漏電検出部4によって検出される漏電電流の周波数よりも高い周波数成分である。ローパスフィルタ40のカットオフ周波数は、漏電電流の周波数成分が除去されないように、漏電電流の周波数よりも高い周波数に設定される。
The low-
漏電判定回路50は、ローパスフィルタ40から出力される電圧Vinに基づいて、電路2の漏電を判定する。具体的には、漏電判定回路50は、ローパスフィルタ40から出力される電圧Vinの瞬時値と漏電判定閾値Vleakとを予め設定された周期T1で比較する。漏電判定回路50は、電圧Vinの瞬時値が漏電判定閾値Vleakを予め設定された期間T2で連続して超える場合、電路2に漏電が発生したと判定し、引き外し装置5へアクティブレベルの漏電検出信号Sleakを出力する。なお、周期T1は、例えば、1[ms]であり、期間T2は、例えば、3[ms]である。
The
漏電判定回路50は、電路2に漏電が発生したと判定すると、アクティブレベルの漏電検出信号Sleakを引き外し装置5へ出力する。アクティブレベルの漏電検出信号Sleakは、例えば、Highレベルの信号である。
When the electric
引き外し装置5は、漏電検出部4からアクティブレベルの漏電検出信号Sleakが出力された場合、開閉部3において接触状態にある固定接点と可動接点とを開離させることで、電路2を遮断して漏電遮断器1をオフ状態にする。開閉部3は、可動接点を移動させる不図示の開閉機構を有しており、引き外し装置5は、開閉機構に作用することで、接触状態にある固定接点と可動接点とを開離させることができる。
When the leakage detection signal Slake of the active level is output from the leakage detection unit 4, the
また、漏電判定回路50は、電圧Vinの瞬時値が漏電判定閾値Vleak以上である状態が予め設定された期間T2以上継続しない場合に、電路2に漏電が発生していないと判定し、アクティブレベルの漏電検出信号Sleakを引き外し装置5へ出力しない。この場合、開閉部3において固定接点と可動接点とは接触状態のままであり、漏電遮断器1はオン状態に維持される。
Further, the earth
次に、電圧変換回路30についてさらに詳細に説明する。なお、以下において、雷サージなどによって単発的に短期間に生じる過電流を説明の便宜上雷サージ電流と記載する場合がある。電圧変換回路30は、上述したように、零相変流器10の出力電流Izを電圧Vchへ変換する電圧変換素子31に加えて、電圧変換回路30のインピーダンスZを調整するインピーダンス調整素子32を有する。
Next, the voltage conversion circuit 30 will be described in more detail. In the following, an overcurrent that occurs sporadically in a short period of time due to a lightning surge or the like may be referred to as a lightning surge current for convenience of explanation. As described above, the voltage conversion circuit 30 includes an
電圧変換回路30のインピーダンスZが小さいほど、雷サージ電流によって二次側端子13,14間に発生する電圧は小さくなるため、クランプ回路20でクランプされる割合が小さくなる。クランプ回路20でクランプされる割合が小さくなると、雷サージ電流によって漏電遮断器1が誤作動してしまう可能性が高くなる。
As the impedance Z of the voltage conversion circuit 30 becomes smaller, the voltage generated between the
そのため、漏電遮断器1では、雷サージ電流によって二次側端子13,14間に生じる電圧がクランプ回路20によってクランプされるように、インピーダンス調整素子32によって電圧変換回路30のインピーダンスZが調整されている。
Therefore, in the leakage breaker 1, the impedance Z of the voltage conversion circuit 30 is adjusted by the
ここで、電圧変換回路30のインピーダンスZとクランプ回路20のクランプ電圧Vclampについて具体的に説明する。電圧変換回路30の電圧変換素子31は抵抗値Rfの抵抗であり、インピーダンス調整素子32は抵抗値Radjの抵抗である。
Here, the impedance Z of the voltage conversion circuit 30 and the clamp voltage Vlamp of the
漏電検出部4にクランプ回路20およびインピーダンス調整素子32がない場合、二次側端子13,14間の電圧Vzは、下記式(1)で表される。
Vz=Iz×Rf ・・・(1)When the leakage detection unit 4 does not have the
Vz = Iz × Rf ・ ・ ・ (1)
また、漏電検出部4にクランプ回路20はないがインピーダンス調整素子32がある場合、二次側端子13,14間の電圧Vzは、下記式(2)で表される。
Vz=Iz×(Rf+Radj) ・・・(2)Further, when the leakage detection unit 4 does not have the
Vz = Iz × (Rf + Radj) ・ ・ ・ (2)
零相変流器10の二次巻線12のインピーダンスは、電圧変換回路30のインピーダンスZに比べて、無視できる程度に小さい。そのため、零相変流器10の出力電流Izの大きさは、電圧変換回路30のインピーダンスZの大きさが変わっても実質的に変化しない。
The impedance of the secondary winding 12 of the zero-phase
したがって、電圧変換回路30にインピーダンス調整素子32を設けることで、インピーダンス調整素子32がない場合に比べ、(Rf+Radj)/Rf倍の電圧を二次側端子13,14間に生じさせることができる。これにより、雷サージ電流の成分によって零相変流器10の二次側に生じる成分のうちクランプ回路20にクランプされる成分の割合を大きくすることができる。
Therefore, by providing the
また、電圧変換回路30のインピーダンスZは、下記式(3)で表され、電圧変換回路30からローパスフィルタ40へ出力される電圧Vchは、下記式(4)で表される。
Z=Rf+Radj ・・・(3)
Vch=Rf/(Rf+Radj)×Vz ・・・(4)The impedance Z of the voltage conversion circuit 30 is represented by the following formula (3), and the voltage Vch output from the voltage conversion circuit 30 to the low-
Z = Rf + Radj ・ ・ ・ (3)
Vch = Rf / (Rf + Radj) × Vz ・ ・ ・ (4)
したがって、インピーダンス調整素子32の抵抗値Radjと、電圧変換素子31の抵抗値Rfを適切に調整することで、電圧変換回路30から出力される電圧Vchをクランプ回路20のクランプ電圧Vclampよりも小さい任意の値に調整することができる。例えば、ローパスフィルタ40へ出力される電圧Vchを100[mV]以下にすることで漏電判定回路50へ入力される電圧Vinが100[mV]以下にすることができる。このように、漏電検出部4では、漏電判定回路50へ入力される電圧Vinの最大値をクランプ電圧Vclampとは独立して調整することができる。
Therefore, by appropriately adjusting the resistance value Radj of the
ところで、電圧変換回路30のインピーダンスZが大きすぎると、漏電検出部4によって検出される最小値の漏電電流によって発生する二次側端子13,14間の電圧Vzがクランプ電圧Vclampよりも大きくなるため、漏電判定回路50によって漏電の判定ができない。したがって、電圧変換回路30のインピーダンスZの上限値は、漏電検出部4によって検出される最小値の漏電電流によって発生する二次側端子13,14間の電圧Vzがクランプ電圧Vclamp以下の電圧であることが条件となる。
By the way, if the impedance Z of the voltage conversion circuit 30 is too large, the voltage Vz between the
ここで、漏電検出部4によって検出される最小値の漏電電流によって発生する二次側端子13,14の出力電流Izのピーク値をIz_tripとした場合、クランプ電圧Vclampは、下記式(5)を満たすことが条件になる。なお、最小値の漏電電流とは、漏電検出部4によって漏電を検出する漏電電流の下限値であり、電路2に流れる漏電電流が最小値の漏電電流以上の場合に漏電検出部4によって漏電が検出される。
Vclamp≧Iz_trip×(Rf+Radj) ・・・(5)Here, when the peak value of the output current Iz of the
Vclamp ≧ Iz_trip × (Rf + Radj) ・ ・ ・ (5)
また、漏電判定回路50の漏電判定閾値Vleakは、下記式(6)を満たすことが条件になる。
Vleak=Rf×Iz_trip ・・・(6)Further, the earth leakage determination threshold value Vlake of the earth
Vleak = Rf × Iz_trip ・ ・ ・ (6)
したがって、インピーダンス調整素子32の抵抗値Radjは、下記式(7)で表すことができる。
Radj≦(Vclamp−Vleak)/Iz_trip
・・・(7)Therefore, the resistance value Radj of the
Radj ≤ (Vclamp-Vleak) / Iz_trip
... (7)
漏電判定回路50は、電圧Vinの瞬時値が漏電判定閾値Vleak以上であるか否かによって漏電を検出するため、電圧Vinの瞬時値が漏電判定閾値Vleakをどの程度超える電圧であるかは問わない。そのため、抵抗値Radjの最大値Radjmaxは、下記式(8)で表すことができる。
Radjmax=(Vclamp−Vleak)/Iz_trip ・・・(8)Since the
Radjmax = (Vclamp-Vleak) / Iz_trip ... (8)
ここで、Vclamp=1[V]、Vleak=100[mV]、Iz_trip=200[μA]であるとする。この場合、上記式(8)から、Radjmax=4.5[kΩ]になる。また、上記式(6)から、Rf=0.5[kΩ]になる。 Here, it is assumed that Vlamp = 1 [V], Vlake = 100 [mV], and Iz_trip = 200 [μA]. In this case, from the above equation (8), Radjmax = 4.5 [kΩ]. Further, from the above equation (6), Rf = 0.5 [kΩ].
図2は、実施の形態1にかかるクランプ電圧、漏電判定閾値、二次側端子間の電圧、および電圧変換回路で変換された電圧との関係の一例を示す図であり、漏電判定回路50によって漏電したと判定される最小値の漏電電流が電路2に流れている場合の例を示している。
FIG. 2 is a diagram showing an example of the relationship between the clamp voltage, the leakage determination threshold, the voltage between the secondary terminals, and the voltage converted by the voltage conversion circuit according to the first embodiment, and is shown by the
図2に示す例では、二次側端子13,14間の電圧Vzのピーク値は、クランプ電圧Vclampと同じである。電圧変換回路30から出力される電圧Vchのピーク値は漏電判定閾値Vleakと同じになる。また、ローパスフィルタ40のカットオフ周波数は、漏電電流の周波数よりも高く設定されているため、ローパスフィルタ40から出力される電圧Vinのピーク値は、電圧変換回路30から出力される電圧Vchのピーク値と同じである。
In the example shown in FIG. 2, the peak value of the voltage Vz between the
したがって、二次側端子13,14間の電圧Vzのピーク値がクランプ電圧Vclampよりも高い期間では、ローパスフィルタ40から出力される電圧Vinのピーク値は、漏電判定閾値Vleakと同じになる。そのため、二次側端子13,14間の電圧Vzのピーク値がクランプ電圧Vclampよりも高い期間が期間T2以上であると判定され、漏電判定回路50によって電路2に漏電が発生していると判定される。
Therefore, during the period when the peak value of the voltage Vz between the
また、電路2に雷サージが印加された場合にも、二次側端子13,14間の電圧Vzのピーク値は、クランプ電圧Vclampと同じであり、電圧変換回路30から出力される電圧Vchのピーク値は漏電判定閾値Vleakと同じになる。電圧変換回路30から出力される電圧Vchは、ローパスフィルタ40に入力される。
Further, even when a lightning surge is applied to the electric circuit 2, the peak value of the voltage Vz between the
ローパスフィルタ40のカットオフ周波数は、雷サージ電流の周波数よりも低いため、ローパスフィルタ40によって雷サージ電流による電圧成分が低減される。したがって、ローパスフィルタ40から出力される電圧Vinのピーク値は、電圧変換回路30から出力される電圧Vchのピーク値よりも低くなり、漏電判定回路50によって電路2に漏電が発生していると判定されない。このように、漏電検出部4では、電圧Vinに対する雷サージ電流による電圧成分の比であるS/N比(Signal-to-Noise Ratio)を向上させることができる。
Since the cutoff frequency of the low-
図3は、実施の形態1にかかる漏電検出部の動作を説明するための図であり、漏電判定回路50によって漏電したと判定されない大きさの漏電電流が流れている電路2に雷サージが印加されたときの例を示す。
FIG. 3 is a diagram for explaining the operation of the leakage detection unit according to the first embodiment, in which a lightning surge is applied to the electric circuit 2 in which a leakage current having a size not determined to have leaked by the
図3に示すように、漏電電流が流れている電路2に雷サージ電流が印加された場合、漏電電流に雷サージ電流の成分が重畳された電流が電路2に流れる。このとき、零相変流器10からは図3に示す波形の出力電流Izが出力される。
As shown in FIG. 3, when a lightning surge current is applied to the electric circuit 2 through which the leakage current is flowing, a current in which the component of the lightning surge current is superimposed on the leakage current flows in the electric circuit 2. At this time, the output current Iz of the waveform shown in FIG. 3 is output from the zero-phase
零相変流器10の出力電流Izによって電圧変換回路30の両端に電圧が発生し、クランプ回路20のクランプ電圧Vclampを超える電圧は、クランプ回路20によってクランプされる。そのため、二次側端子13,14間の電圧Vzは、図3に示す波形になる。
A voltage is generated across the voltage conversion circuit 30 by the output current Iz of the zero-phase
電圧変換回路30は、出力電流Izによって生じる電圧変換素子31の電圧である電圧Vchをローパスフィルタ40へ出力する。ローパスフィルタ40は、電圧変換回路30から出力された電圧Vchから高周波成分を除去するため、図3に示す波形の電圧Vinがローパスフィルタ40から漏電判定回路50へ入力される。
The voltage conversion circuit 30 outputs the voltage Vch, which is the voltage of the
図3に示す例では、ローパスフィルタ40から出力される電圧Vinは、漏電判定閾値Vleak未満であるため、漏電判定回路50は、漏電があると判定しない。このように、電路2に雷サージ電流が印加された場合において、漏電判定回路50は、漏電があると判定せず、電路2の雷サージ電流によって誤動作しない。
In the example shown in FIG. 3, since the voltage Vin output from the low-
以上のように、実施の形態1にかかる漏電遮断器1の漏電検出部4は、零相変流器10と、クランプ回路20と、電圧変換回路30と、ローパスフィルタ40と、漏電判定回路50とを備える。零相変流器10は、電路2に流れる零相電流を検出する。クランプ回路20は、零相変流器10の二次側端子13,14間の電圧Vzをクランプ電圧Vclamp以下に制限する。電圧変換回路30は、クランプ回路20に並列に接続され、零相変流器10の出力電流Izを電圧Vchに変換する。ローパスフィルタ40は、電圧変換回路30によって変換された電圧Vchの高周波成分を除去し、電圧Vchから高周波成分が除去された電圧Vinを出力する。漏電判定回路50は、ローパスフィルタ40から出力される電圧Vinに基づいて、電路2の漏電を判定する。電圧変換回路30は、零相変流器10の出力電流Izを電圧Vchへ変換し、変換した電圧Vchをローパスフィルタ40へ出力する電圧変換素子31と、電圧変換回路30のインピーダンスを調整するインピーダンス調整素子32との直列回路を有する。
As described above, the earth leakage detection unit 4 of the earth leakage circuit breaker 1 according to the first embodiment includes a zero-phase
これにより、クランプ回路20のクランプ電圧Vclampとは独立して漏電判定回路50へ入力される電圧Vinを調整することができる。そのため、例えば、漏電判定回路50の漏電判定閾値Vleakがクランプ電圧Vclampよりも低い場合であっても、雷サージ電流などの単発的な過電流によって漏電判定回路50が誤動作することを避けることができる。例えば、クランプ回路20のダイオード21,22が一般的なダイオードである場合、クランプ電圧Vclampは、0.7〜1[V]である。また、ダイオード21,22がショットキーバリアダイオードであれば、クランプ電圧Vclampは、例えば、0.3[V]である。そのため、クランプ電圧Vclampを100[mV]にすることが難しく、インピーダンス調整素子32がない場合、雷サージ電流によって漏電判定回路50に入力される電圧Vinが100[mV]を超えてしまう。このとき、漏電判定回路50の漏電判定閾値Vleakが100[mV]であれば、漏電判定回路50は、雷サージ電流を誤って漏電電流として誤検出してしまうことになる。一方で、実施の形態1にかかる漏電遮断器1の漏電検出部4は、インピーダンス調整素子32を有しているため、クランプ電圧Vclampそのものを調整しなくても、漏電判定回路50の漏電判定閾値Vleakに合わせて漏電判定回路50に入力される電圧Vinの最大値の調整を容易に行うことができる。したがって、漏電検出部4では、漏電判定閾値Vleakが例えば100[mV]であっても、誤検出を防止することができる。
As a result, the voltage Vin input to the
また、インピーダンス調整素子32は、抵抗を含む。これにより、周波数に依存することなく、電圧変換回路30から出力される電圧Vchを調整することができる。そのため、周波数を考慮することなく電圧変換回路30を調整することができる。
Further, the
また、漏電判定回路50は、ローパスフィルタ40から出力される電圧Vinの瞬時値が漏電判定閾値Vleak以上である状態が予め設定された期間T2以上継続した場合に、電路2に漏電があると判定する。これにより、例えば、ローパスフィルタ40から出力される電圧Vinが正の閾値と負の閾値とをいずれも超えた場合に電路2の漏電を検出する場合に比べ、高速に電路2に発生した漏電を検出することが可能である。
Further, the electric
実施の形態2.
実施の形態1では、インピーダンス調整素子を抵抗で構成したが、実施の形態2では、インピーダンス調整素子をインダクタで構成する点で、実施の形態1と異なる。以下においては、実施の形態1と同様の機能を有する構成要素については同一符号を付して説明を省略し、実施の形態1の漏電遮断器1と異なる点を中心に説明する。Embodiment 2.
In the first embodiment, the impedance adjusting element is composed of a resistor, but in the second embodiment, the impedance adjusting element is composed of an inductor, which is different from the first embodiment. In the following, components having the same functions as those of the first embodiment will be designated by the same reference numerals and description thereof will be omitted, and the differences from the earth leakage breaker 1 of the first embodiment will be mainly described.
図4は、本発明の実施の形態2にかかる漏電遮断器の構成例を示す図である。図4に示すように、実施の形態2にかかる漏電遮断器1Aは、開閉部3と、漏電検出部4Aと、引き外し装置5とを備える。漏電検出部4Aは、零相変流器10と、クランプ回路20と、電圧変換回路30Aと、ローパスフィルタ40と、漏電判定回路50とを備える。
FIG. 4 is a diagram showing a configuration example of the leakage breaker according to the second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4, the earth leakage breaker 1A according to the second embodiment includes an opening / closing unit 3, an earth leakage detection unit 4A, and a tripping
電圧変換回路30Aは、電圧変換素子31とインピーダンス調整素子32Aとを有する。電圧変換素子31は、抵抗値Rfの抵抗であり、インピーダンス調整素子32Aは、インダクタンス値Lのインダクタである。
The voltage conversion circuit 30A includes a
電圧変換回路30AのインピーダンスZは、下記式(10)で表され、電圧変換回路30Aから出力される電圧Vchは、下記式(11)で表される。
Z=√{Rf2+(ωL)2}・・・(10)
Vch=Rf/√{Rf2+(ωL)2}×Vz ・・・(11)The impedance Z of the voltage conversion circuit 30A is represented by the following formula (10), and the voltage Vch output from the voltage conversion circuit 30A is represented by the following formula (11).
Z = √ {Rf 2 + (ωL) 2 } ... (10)
Vch = Rf / √ {Rf 2 + (ωL) 2 } × Vz ・ ・ ・ (11)
したがって、インピーダンス調整素子32Aのインダクタンス値Lと、電圧変換素子31の抵抗値Rfとを適切に調整することで、電圧変換回路30Aから出力される電圧Vchをクランプ回路20のクランプ電圧Vclampよりも小さい任意の値に調整することができる。例えば、漏電判定回路50へ入力される電圧Vinが100mV以下になるような小さな値にすることができる。
Therefore, by appropriately adjusting the inductance value L of the
また、漏電検出部4Aによって検出される最小値の漏電電流によって発生する二次側端子13,14の出力電流Izのピーク値をIz_tripとした場合、クランプ電圧Vclampは、下記式(12)を満たすことが条件になる。
Vclamp≧Iz_trip×√{Rf2+(ωL)2}
・・・(12)Further, when the peak value of the output current Iz of the
Vclamp ≧ Iz_trip × √ {Rf 2 + (ωL) 2 }
... (12)
また、漏電判定回路50の漏電判定閾値Vleakは、下記式(13)を満たすことが条件になる。
Vleak≧Rf×Iz_trip ・・・(13)Further, the earth leakage determination threshold value Vlake of the earth
Vleak ≧ Rf × Iz_trip ・ ・ ・ (13)
したがって、インピーダンス調整素子32Aのインダクタンス値Lは、下記式(14)で表される。
L≦√(Vclamp2/Iz_trip2−Rf2)/ω
・・・(14)Therefore, the inductance value L of the
L ≤ √ (Vclamp 2 / Iz_trip 2- Rf 2 ) / ω
... (14)
漏電判定回路50は、電圧Vinの瞬時値が漏電判定閾値Vleak以上であるか否かによって漏電を検出するため、漏電判定閾値Vleakを超える電圧の値は処理に用いられない。したがって、インダクタンス値Lの最大値Lmaxは、下記式(15)で表される。
Lmax=√(Vclamp2/Iz_trip2−Rf2)/ω
・・・(15)Since the earth
Lmax = √ (Vlamp 2 / Iz_trip 2- Rf 2 ) / ω
... (15)
ここで、Vclamp=1[V]、Iz_trip=200[μA]、ω=2πf、f=50[Hz]、Rf=500[Ω]であるとする。この場合、上記式(15)から、Lmax=15.8[H]になる。 Here, it is assumed that Vlamp = 1 [V], Iz_trip = 200 [μA], ω = 2πf, f = 50 [Hz], and Rf = 500 [Ω]. In this case, from the above equation (15), Lmax = 15.8 [H].
雷サージ電流の周波数は、漏電電流の周波数よりも高い周波数であるため、上記式(15)の「ω」を漏電電流の周波数よりも高い周波数に設定することができる。例えば、雷サージ電流の周波数が既知である場合、上記式(15)の「ω」を雷サージ電流の周波数とすることができる。例えば、雷サージ電流の周波数が100[kHz]である場合、上記式(15)においてω=100[kHz]とすることで、Lmax=7.9[mH]にすることができる。これにより、例えば、出力電流Izの高周波成分の周波数帯域であってローパスフィルタ40のカットオフ周波数よりも低い周波数帯域において漏電判定回路50へ入力される電圧Vinを制限することができる。
Since the frequency of the lightning surge current is higher than the frequency of the leakage current, “ω” in the above equation (15) can be set to a frequency higher than the frequency of the leakage current. For example, when the frequency of the lightning surge current is known, "ω" in the above equation (15) can be used as the frequency of the lightning surge current. For example, when the frequency of the lightning surge current is 100 [kHz], Lmax = 7.9 [mH] can be obtained by setting ω = 100 [kHz] in the above equation (15). Thereby, for example, the voltage Vin input to the
実施の形態2にかかる漏電遮断器1Aの漏電検出部4Aでは、インピーダンス調整素子32Aは、インダクタを含む。これにより、漏電電流が電路2に流れた場合におけるインピーダンス調整素子32Aのインピーダンスに比べ、雷サージ電流が電路2に流れた場合におけるインピーダンス調整素子32Aのインピーダンスは大きい。そのため、雷サージ電流が電路2に流れた場合に漏電判定回路50へ入力される電圧Vinを漏電判定閾値Vleakよりも大幅に小さくすることもでき、漏電判定回路50での誤検出を精度よく抑えることができる。
In the earth leakage detection unit 4A of the earth leakage breaker 1A according to the second embodiment, the
なお、実施の形態1,2にかかるインピーダンス調整素子32,32Aに、キャパシタンス素子を並列または直列に接続してもよい。これにより、雷サージ電流のように高い周波数の電流が電路2に流れた場合、漏電電流が電路2に流れた場合に比べ、漏電判定回路50へ入力される電圧Vinを小さくすることができる。また、実施の形態1の電圧変換素子31は、抵抗で構成されるが、電圧変換素子31は、抵抗とインダクタとが直列接続された素子で構成されてもよい。また、上述したインピーダンス調整素子32,32Aの調整は一例であって、インピーダンス調整素子32,32Aの調整は上述した例に限定されない。
Capacitance elements may be connected in parallel or in series to the
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。漏電検出部4,4Aは、漏電遮断器1,1A以外の機器または装置に適用することができる。例えば、漏電検出部4,4Aは、漏電監視装置、漏電リレー、その他の計測器などに適用することができる。 The configuration shown in the above-described embodiment shows an example of the content of the present invention, can be combined with another known technique, and is one of the configurations without departing from the gist of the present invention. It is also possible to omit or change the part. The earth leakage detection units 4 and 4A can be applied to equipment or devices other than the earth leakage breakers 1 and 1A. For example, the earth leakage detection units 4 and 4A can be applied to an earth leakage monitoring device, an earth leakage relay, and other measuring instruments.
1,1A 漏電遮断器、2 電路、3 開閉部、31,32 開閉接点、4,4A 漏電検出部、5 引き外し装置、61,62 電源側接続端子、71,72 負荷側接続端子、81,82 導体、10 零相変流器、11 環状鉄心、12 二次巻線、13,14 二次側端子、20 クランプ回路、21,22 ダイオード、30,30A 電圧変換回路、31 電圧変換素子、32,32A インピーダンス調整素子、40 ローパスフィルタ、50 漏電判定回路、Iz 出力電流、Vch,Vin,Vz 電圧、Vleak 漏電判定閾値、T2 期間。1,1A earth leakage breaker, 2 electric circuit, 3 opening / closing part, 3 1 , 3 2 opening / closing contact, 4, 4A earth leakage detector, 5 tripping device, 6 1 , 6 2 power supply side connection terminal, 7 1 , 7 2 load Side connection terminals, 8 1 , 8 2 conductors, 10 zero-phase earth faults, 11 annular cores, 12 secondary windings, 13, 14 secondary side terminals, 20 clamp circuits, 21 and 22 diodes, 30, 30A voltage conversion Circuit, 31 voltage conversion element, 32, 32A impedance adjustment element, 40 low pass filter, 50 earth leakage judgment circuit, Iz output current, Vch, Vin, Vz voltage, Vleak earth leakage judgment threshold, T2 period.
Claims (5)
前記零相変流器の二次側端子間の電圧をクランプ電圧以下に制限するクランプ回路と、
前記クランプ回路に並列に接続され、前記零相変流器の出力電流を電圧に変換する電圧変換回路と、
前記電圧変換回路によって変換された前記電圧の高周波成分を除去し、前記高周波成分が除去された電圧を出力するローパスフィルタと、
前記ローパスフィルタから出力される電圧に基づいて、前記電路の漏電を判定する漏電判定回路と、を備え、
前記電圧変換回路は、
前記零相変流器の出力電流を前記電圧へ変換し、変換した前記電圧を前記ローパスフィルタへ出力する電圧変換素子と、前記電圧変換回路のインピーダンスを調整するインピーダンス調整素子との直列回路を有する
ことを特徴とする漏電検出装置。A zero-phase current transformer that detects the zero-phase current flowing in the electric circuit,
A clamp circuit that limits the voltage between the secondary terminals of the zero-phase current transformer to the clamp voltage or less, and
A voltage conversion circuit that is connected in parallel to the clamp circuit and converts the output current of the zero-phase current transformer into a voltage.
A low-pass filter that removes the high-frequency component of the voltage converted by the voltage conversion circuit and outputs the voltage from which the high-frequency component has been removed.
A leakage determination circuit for determining an leakage in the electric circuit based on the voltage output from the low-pass filter is provided.
The voltage conversion circuit
It has a series circuit of a voltage conversion element that converts the output current of the zero-phase current transformer into the voltage and outputs the converted voltage to the low-pass filter, and an impedance adjusting element that adjusts the impedance of the voltage conversion circuit. An earth leakage detection device characterized by this.
抵抗を含む
ことを特徴とする請求項1に記載の漏電検出装置。The impedance adjusting element is
The leakage detection device according to claim 1, further comprising a resistor.
インダクタを含む
ことを特徴とする請求項1に記載の漏電検出装置。The impedance adjusting element is
The leakage detection device according to claim 1, further comprising an inductor.
前記ローパスフィルタから出力される前記電圧の瞬時値が閾値以上である状態が予め設定された期間以上継続した場合に、前記電路に漏電があると判定する
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか一つに記載の漏電検出装置。The earth leakage determination circuit is
Claims 1 to 3, wherein it is determined that there is an electric leakage in the electric circuit when the state in which the instantaneous value of the voltage output from the low-pass filter is equal to or higher than the threshold value continues for a preset period or longer. The leakage detection device according to any one.
前記電路の開閉を行う開閉部と、
前記漏電判定回路が前記電路に漏電があると判定した場合に、前記開閉部に前記電路を遮断させる引き外し装置と、を備える
ことを特徴とする漏電遮断器。The earth leakage detection device according to any one of claims 1 to 4.
An opening / closing part that opens / closes the electric circuit and
A leakage circuit breaker comprising: a tripping device that cuts off the electric circuit at the opening / closing portion when the electric leakage determination circuit determines that there is an electric leakage in the electric circuit.
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