JP7403154B2

JP7403154B2 - 漏洩電流監視装置

Info

Publication number: JP7403154B2
Application number: JP2020020647A
Authority: JP
Inventors: 征紀廣岡; 弘次稲崎; 毅人阿部
Original assignee: Otowa Electric Co Ltd
Current assignee: Otowa Electric Co Ltd
Priority date: 2020-02-10
Filing date: 2020-02-10
Publication date: 2023-12-22
Anticipated expiration: 2040-02-10
Also published as: JP2021129332A

Description

本発明は、電気機器の接地線などに流れる漏洩電流を検知し、漏電保護リレーなどの接点をオンする漏洩電流監視装置に関する。

例えば給湯器などの電気機器では、感電防止を目的として水漏れなどによる漏電を検出するために漏電保護リレーなどが設置されている（例えば、特許文献１参照）。

この種の漏電保護リレーでは、電気機器に流れる漏洩電流を検知し、リレー接点をオンする漏電検出回路が組み込まれている。

特開２００６－３０２７７５号公報

ところで、特許文献１で開示された漏電保護リレーでは、漏電検出回路などの内部回路を駆動するための電源を必要とする。

この漏電検出回路などの内部回路を駆動するための電源として、ＡＣ１００ＶやＡＣ２００Ｖの交流電源を使用する場合、交流電源が存在しない場所では、漏電保護リレーを使用することが困難である。

さらに、交流電源から離隔した場所で漏電保護リレーを使用するには、交流電源を漏電保護リレーまで引き込まなければならず、漏電保護リレーの使用に制約があった。

また、漏電検出回路などの内部回路を駆動するための電源として、電池等のＤＣ電源を使用する場合、定期的に電池を交換する必要があるため、電池交換のメンテナンスに手間がかかる。

さらに、漏電保護リレーに電池を内蔵させるため、漏電保護リレーが大型化することで、漏電保護リレーのコンパクト化を実現することが困難であった。

そこで、本発明は前述の課題に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、ＡＣ１００Ｖ、ＡＣ２００Ｖの交流電源やＤＣ電源を具備しない無電源方式で、電気機器に流れる漏洩電流を監視し得る漏洩電流監視装置を提供することにある。

本発明に係る漏洩電流監視装置は、電気機器から流出する漏洩電流を検出する電流検出回路と、その電流検出回路から出力される検出電圧に基づいて接点オン信号を生成する接点出力回路とを備えている。

前述の目的を達成するための技術的手段として、本発明の漏洩電流監視装置は、電流検出回路の検出電圧を接点出力回路の動作レベルまで高める動作電圧生成回路を、電流検出回路の出力と接点出力回路の入力との間に設けたことを特徴とする。

本発明の漏洩電流監視装置では、電気機器から流出する漏洩電流を電流検出回路で検出し、その電流検出回路から出力される検出電圧に基づいて接点出力回路により接点オン信号を生成する。

この漏洩電流監視装置では、動作電圧生成回路により、電流検出回路の検出電圧を接点出力回路の動作レベルまで高める。このように、電流検出回路の検出電圧を接点出力回路の動作レベルまで高めることで、無電源で接点出力回路を動作させることができる。

本発明の動作電圧生成回路は、電流検出回路の検出電圧を共振させる同調回路と、その同調回路の出力電圧からサージ成分を除去するノイズ除去回路と、そのノイズ除去回路の出力電圧を直流に変換する整流回路と、その整流回路の出力電圧を接点出力回路の動作レベルまで高める無電源の電圧増幅回路とで構成することが望ましい。

このような回路構成を採用すれば、電流検出回路から出力される検出電圧に基づいて接点出力回路により接点オン信号を生成する動作電圧生成回路を小さな電力で実現することができる。

本発明において、電圧増幅回路の出力と接点出力回路の入力との間に、接点出力回路から接点オン信号を出力するための閾値を設定するレベル設定回路を介挿した構成が望ましい。

このような構成を採用すれば、接点オン信号が出力されるタイミングを漏電レベルごとに設定したり、接点オン信号が出力されるタイミングを複数段階で切り替える感度切替機能を持たせたりすることが容易となる。

本発明によれば、動作電圧生成回路により、電流検出回路の検出電圧を接点出力回路の動作レベルまで高めることで、接点出力回路の電源が不要となる。

その結果、交流電源が存在しない場所や交流電源から離隔した場所であっても、漏洩電流監視装置を制約なく使用することが可能となる。また、電池が不要となることから、電池交換のメンテナンスがなくなり、漏洩電流監視装置のコンパクト化も実現できる。

本発明の実施形態で、漏洩電流監視装置の概略構成を示す回路ブロック図である。

本発明に係る漏洩電流監視装置の実施形態を図面に基づいて以下に詳述する。

この実施形態の漏洩電流監視装置は、図１に示すように、電気機器から流出する漏洩電流、つまり、電気機器の接地線に流れる漏洩電流を検出する電流検出回路１１と、その電流検出回路１１から出力される検出電圧に基づいて接点オン信号を生成する接点出力回路１７とを備えている。

電流検出回路１１は、接地線に設けられた変流器（ＣＴ）やシャント抵抗で構成されている。変流器としては、接地線を挿通させるリング状の貫通形や、接地線にワンタッチ式で装着可能な分割形のいずれであっても使用可能である。

この漏洩電流監視装置では、数ｍＡ～数百ｍＡの微小な漏洩電流を検出するため、変流器を使用する場合、変流器のコアには、透磁率が高い、例えば１０^-3Ｈ／ｍ～１０^-2Ｈ／ｍ程度の値を有する磁性材料を採用すればよい。

なお、変流器のコアは、サージ電流の影響で磁気特性が変化し難く、残留磁束密度の変化が小さく、ヒステリシスループの面積が狭い、例えばソフトフェライト、パーマロイ、アモルファス等の軟質磁性材料を採用することが望ましい。

また、変流器の二次巻線は、変流器により大きな検出電圧を得るため、ターン数を１０００～１００００程度とし、ターン数を多くすればよい。この二次巻線は、透磁率が高い磁性材料のコアを使用すれば、ターン数を低減することができる。

一方、接点出力回路１７は、入力インピーダンスが高い、例えば数ＭΩ～数十ＭΩの値を有する素子、例えば省電力で動作するＦＥＴで回路構成すればよい。このＦＥＴとしては、Ｖｔｈ（しきい値電圧）が低い電圧、例えば０．１Ｖ～２．０Ｖで動作するものが望ましい。

この実施形態の漏洩電流監視装置は、前述した電流検出回路１１の出力と接点出力回路１７の入力との間に、電流検出回路１１の検出電圧を接点出力回路１７の動作レベルまで高める動作電圧生成回路１９を具備する。

この動作電圧生成回路１９により、電流検出回路１１の検出電圧を接点出力回路１７の動作レベルまで高める。これにより、無電源で接点出力回路１７を動作させることができる。つまり、接点出力回路１７の電源が不要となる。

動作電圧生成回路１９は、同調回路１２、ノイズ除去回路１３、整流回路１４および電圧増幅回路１５で構成される。この実施形態では、電圧増幅回路１５の後段にレベル設定回路１６を設けているが、レベル設定回路１６は必ずしも必要なものではない。

このように、同調回路１２、ノイズ除去回路１３、整流回路１４および電圧増幅回路１５で回路構成することにより、電流検出回路１１から出力される検出電圧に基づいて接点出力回路１７により接点オン信号を生成する動作電圧生成回路１９を容易に実現することができる。

同調回路１２は、電流検出回路１１の出力に接続されたコンデンサ等で回路構成され、電流検出回路１１から入力される検出電圧を５０Ｈｚまたは６０Ｈｚで共振させる。同調回路１２での共振により、電流検出回路１１の検出電圧からノイズを除去する。

ノイズ除去回路１３は、同調回路１２の出力に接続されたリアクタンス等で回路構成され、主にインパルスノイズ等のサージ成分を同調回路１２の出力電圧から除去する。この漏洩電流監視装置では、マイコンを使用しないことから、サージやノイズに強い回路構成となっている。

前述したように、整流回路１４と電圧増幅回路１５とは別々で構成することも可能であるが、この実施形態では、整流回路１４と電圧増幅回路１５とを一体で構成した整流・電圧増幅回路１８としている。

整流・電圧増幅回路１８は、ノイズ除去回路１３の出力に接続されたコンデンサおよびダイオードで回路構成され、例えば複数段のコッククロフト・ウォルトン回路で構成されている。整流・電圧増幅回路１８は、ノイズ除去回路１３の出力電圧を直流に変換（全波整流）して接点出力回路１７の動作レベルまで高める無電源の回路である。

整流・電圧増幅回路１８で使用するダイオードとしては、例えばショットキーダイオードやゲルマニウムダイオードが使用可能である。ショットキーダイオードを使用する場合、微小な漏洩電流に基づく電圧を増幅するため、Ｖｆ（順方向電圧）が基準値（Ｖｆ＝０．６Ｖ）よりも小さい値、例えば０．２Ｖ程度が有効である。

レベル設定回路１６は、整流・電圧増幅回路１８の出力に接続された可変抵抗等で回路構成され、接点出力回路１７から接点オン信号を出力するための閾値を設定する。

レベル設定回路１６を設けることにより、接点オン信号が出力されるタイミングを漏電レベルごとに設定したり、接点オン信号が出力されるタイミングを複数段階で切り替える感度切替機能を持たせたりすることが容易となる。

以上の構成からなる漏洩電流監視装置では、電気機器での漏電の有無を以下の要領でもって監視する。

電気機器の接地線に微小な漏洩電流が流れると、その漏洩電流を電流検出回路１１で検出する。電流検出回路１１から出力される検出電圧を同調回路１２により５０Ｈｚまたは６０Ｈｚで共振させる。同調回路１２での共振により、電流検出回路１１の検出電圧からノイズを除去する。

ノイズ除去回路１３により、インパルスノイズ等のサージ成分を同調回路１２の出力電圧から除去する。整流・電圧増幅回路１８により、ノイズ除去回路１３からの出力電圧を直流に変換して接点出力回路１７の動作レベルまで高める。

このように、電流検出回路１１の検出電圧を接点出力回路１７の動作レベルまで高めることで、無電源で接点出力回路１７を動作させることができる。つまり、接点出力回路１７の電源が不要となる。

レベル設定回路１６で、整流・電圧増幅回路１８からの出力電圧が、接点出力回路１７から接点オン信号を出力するための閾値に達すると、整流・電圧増幅回路１８の出力電圧でもって接点出力回路１７を動作させる。整流・電圧増幅回路１８からの出力電圧が前述の閾値より小さいと、接点出力回路１７は非動作状態となる。

この接点出力回路１７の動作でもって、接点出力回路１７から出力される接点オン信号により、漏電保護リレーの接点をオンする。この漏電保護リレーの接点オンにより電気機器を保護する。

漏電保護リレーを遠隔監視装置や制御装置などに接続することにより、漏電異常を遠隔で確認したり、漏電による設備停止などの制御を行うことができる。また、漏電保護リレーを表示器などに接続することにより、漏電の有無を表示させることができる。

なお、以上の実施形態では、電気機器の接地線に流れる微小な漏洩電流を検出する場合について説明したが、電気機器の電源線に流れる大電流を検出する場合にも適用可能であり、その場合、過電流検出機能を発揮させることができる。

本発明は前述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。

１１電流検出回路
１２同調回路
１３ノイズ除去回路
１４整流回路
１５電圧増幅回路
１６レベル設定回路
１７接点出力回路
１９動作電圧生成回路

Claims

電気機器から流出する漏洩電流を検出する電流検出回路と、前記電流検出回路から出力される検出電圧に基づいて接点オン信号を生成する接点出力回路とを備え、
前記電流検出回路の検出電圧を前記接点出力回路の動作レベルまで高める動作電圧生成回路を、電流検出回路の出力と接点出力回路の入力との間に有する無電源方式の漏洩電流監視装置であって、
前記動作電圧生成回路は、前記電流検出回路の検出電圧を共振させる同調回路と、前記同調回路の出力電圧からサージ成分を除去するノイズ除去回路と、前記ノイズ除去回路の出力電圧を直流に変換する整流回路と、前記整流回路の出力電圧を前記接点出力回路の動作レベルまで高める電圧増幅回路とで構成されていることを特徴とする漏洩電流監視装置。
前記電圧増幅回路の出力と前記接点出力回路の入力との間に、接点出力回路から接点オン信号を出力するための閾値を設定するレベル設定回路を介挿した請求項１に記載の漏洩電流監視装置。