JPH0526899Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、漏電遮断器の自己診断機能であるテ
ストボタン回路に関するものであり、テストボタ
ン回路による電力損失の軽減、小型化及び異常電
圧等での焼損による漏電遮断器破損の危険性を未
然に防止する目的で考案したものである。さらに
は一定の電圧でテストボタン回路を駆動すること
が可能であり、このことから電路電圧に依存せず
一定のテスト電流で動作チエツクできる該テスト
ボタン回路を構成できる特徴も持つ。

また、変流器２次巻線の断線や短絡も検出する
ことが出来るテストボタン回路を提供することも
目的としている。

従来のテストボタン回路は電路を貫通する零相
変流器に擬似漏れ電流を与える目的で該電路のう
ち異なる２極間をテストボタン及び抵抗器の直列
回路を用いて短絡させる構造となつている。この
ため異なる２極間の電圧及び擬似漏れ電流の大き
さにより該抵抗器の定格電力が決定され、該２極
間の電圧及び該擬似漏れ電流の増加に伴い、該抵
抗器が大形化し、電力損失も多くなり長時間通電
を行なうと抵抗器焼損の危険性があつた。

また、従来のテストボタン回路では、例えば保
護継電器等において、商用交流波電圧もしくは半
波整流波電圧等を継電器の増幅部の入力部に直接
分圧させて入力し増幅部の動作をテストする等の
回路も見受けられたが、その場合零相変流器を接
続しなくても動作し、零相変流器の断線や短絡を
も含めた装置全体の動作テストは行えなかつた。

本考案では零相変流器の２次側に擬似漏れ電流
に等価な半波整流電圧を加える事により、抵抗器
の電力損失を例えば従来の1/1000にすることが可
能であり、さらに、零相変流器が接続されていな
い、あるいは変流器の２次側巻線が断線してい
る、あるいは短絡されている等の場合はテスト動
作せず、よつて、それらの不具合も検出できるよ
うにしたものである。

そのため、本件考案では、零相変流器の出力増
巾は差動増巾器とし、この増巾器用電源から半波
整流電圧又は半波整流電圧の波形整形により得ら
れる電圧を取り出して抵抗及びテストボタンスイ
ツチを通じて前記零相変流器の２次側に印加する
ようにし、この零相変流器固有のインダクタンス
分により微分した電圧を前記差動増巾器に加え、
前記差動増巾器の出力を、前記半波整流電圧又は
半波整流電圧の波形整形により得られる電圧を微
分して発生する、もとの半波整流電圧又は半波整
流電圧の波形整形により得られる電圧の極性とは
反対側の極性の、電圧をしきい値で判定する微分
電圧判定器に加えるように構成したものである。

以下、本件考案の一実施例を半波整流電圧の極
性を正側に、微分電圧判定器のしきい値を負側に
設定した場合を例にとつて詳細に説明する。

第１図は従来のテストボタン回路を備えた漏電
遮断器の一例を示す図面、第２図は本考案のテス
トボタン回路を備えた漏電遮断器の一実施例を示
す図面、第３図はさらに、電路電圧に依存せず一
定のテスト電流で動作チエツクできる該テストボ
タン回路を備えた漏電遮断器の一実施例を示す図
面である。

まず第１図によつて従来の漏電遮断器の動作原
理を説明する。

漏電遮断器の負荷回路に漏電事故が発生し、漏
れ電流が生じると、電路Ａの漏れ電流により、零
相変流器１の２次側に２次電流が誘起される。零
相変流器１は抵抗器３により終端されており、零
相変流器１の２次側に誘起された２次電流と抵抗
器３の抵抗値の積が抵抗器３の両端電圧となる。
この両端電圧を差動増幅器５に入力し、差動増幅
器５の出力電圧がサイリスタのゲートトリガ電圧
以上になつた場合サイリスタ６を点弧し、ダイオ
ード８を通し電磁石装置９が励磁されることによ
り遮断機構Ｂを引きはずす。

この場合、漏電遮断器の定格感度電流は、差動
増幅器５の増幅度とサイリスタ６のゲートトリガ
電圧の比によつて定まる。

以上の動作を利用し、抵抗器２及びテストボタ
ンスイツチ７の直列回路を用いて、零相変流器１
に擬似漏れ電流が流れるように電路Ａ中異なる２
極間を短絡させることによつて遮断機構Ｂを引き
はずす方式が従来のテストボタン回路である。

次に第２図によつて本考案のテストボタン回路
を備えた漏電遮断器の動作原理を説明する。

電路Ａの漏れ電流により零相変流器１の２次側
に誘起された２次電流は、抵抗器３で終端されて
おり該２次電流と抵抗器３の積で表わされる電圧
が差動増幅器５の入力端子ａ及び入力端子ｂに印
加される。入力端子ａ及び入力端子ｂ間の電圧は
正弦波であるため、差動増幅器５の出力も正弦波
となり、微分電圧判定器１０に加わる。

微分電圧判定器１０は、正弦波入力の負の半周
期が感度電流に対応したしきい値以下になつた場
合にのみ出力を出す回路構成となつており、負の
基準電圧を有する、コンパレータを主体とし、そ
の出力はサイリスタ６をトリガするのに十分な出
力電圧を発生する。すなわち、差動増幅器５及び
微分電圧判定器１０を合わせた場合、差動増幅器
５の出力電圧が微分電圧判定器１０のコンパレー
タの負の基準電圧を下回つた時、言いかえると、
該差動増幅器５の入力端子ｂを基準として入力端
子ａの電位が負となりかつ、感度電流に対応した
しきい値以下となつた時微分電圧判定器１０の出
力が出るわけである。

第１図の従来の例では、差動増幅器５の出力電
圧が、直にサイリスタ６のゲート印加されていた
ので、差動増幅器５の出力電圧が、サイリスタ６
のゲート電圧をプラス側に超えた時、サイリスタ
６はオン動作する。差動増幅器の出力電圧は、入
力電圧をただ増幅しただけであり、出力電圧がサ
イリスタ６のゲート電圧をプラス側に超えるため
には、差動増幅器の入力と出力の位相が同相であ
れば入力電圧はプラス電圧が、逆相であれば入力
電圧はマイナスの電圧が必要となるのみで差動増
幅器５の入力電圧の極性は特に拘束されない。

通常漏電の際は、差動増幅器の入力電圧は交流
であり拘束しなくても漏電遮断器の動作に影響し
ないことは言うまでもない。

しかしながら、第２図の本件考案の例では、微
分電圧判定器６がコンバレータであるので、基準
電圧をプラスまたはマイナスに選択し、差動増幅
器の入力と出力の位相特性（同相又は逆相）と組
合わせることにより、サイリスタ６のゲートをト
リガする時の差動増幅器の入力の電圧極性を拘束
限定することができる。前述のとおり本説明は、
コンバレータの基準電圧をマイナス（負）に、差
動増幅器の入力、出力の位相を同相とした場合の
一実施例であり、差動増幅器５の入力電圧がマイ
ナス側に、微分電圧判定器６（コンバレータ）の
基準電圧を差動増幅器５の入力端子ａ，ｂに換算
した値を超えた時だけ、サイリスタ６は、微分電
圧判定期６の出力によりターンオンする。

通常漏電の際は、差動増幅器の入力電圧は正弦
波交流であるから漏電遮断器の動作を差動増幅器
の入力端子ｂに対してａがマイナス側の電圧の時
にだけ動作するよう拘束しても交流の負の半サイ
クル時に、漏電遮断器は動作することになり、第
１図の従来例の場合同様何ら影響はない。

この微分電圧判定器１０の出力電圧によりサイ
リスタ６を点弧、ダイオード８を通し電磁石装置
９を励磁することで遮断機構Ｂを引きはずす方式
となつている。

又、テストボタン回路は抵抗器２′及びテスト
ボタンスイツチ７よりなる直列回路で構成されて
おり片側がダイオード８で構成される整流回路の
交流入力端ｄに接続されており、別の片側が差動
増幅器５の入力端ａに接続されている。

以上の回路構成において、テストボタンスイツ
チ７を導通状態としたとき、差動増幅器５の電源
の低圧側Ｃに対して正の半波整流電圧が抵抗器
２′及び零相変流器１の２次巻線により構成され
る微分回路に印加される。

該微分回路により微分された正の半波整流電圧
は、差動増幅器５の入力端子ｂを基準とした場
合、他方の入力端子ａに正及び負の電圧からなる
半波整流微分電圧として加わることになり、該半
波整流微分電圧値は、主に、零相変流器１の２次
巻線インダクタンス値と抵抗器２の値により決定
される。

差動増幅器５及び微分電圧判定器１０を合わせ
た場合、前述の如く、該差動増幅器５の入力端子
ｂを基準として入力端子ａの電位が負となりか
つ、感度電流に対応したしきい値以下となつた
時、微分電圧判定器１０の出力が出るわけである
から、半波整流微分電圧の負の値により微分電圧
判定器１０の出力を得られサイリスタ６を点弧さ
せる。

又、本考案回路において、零相変流器１の２次
巻線が短絡の場合、該微分回路が構成されず、差
動増幅器５の入力端子ａ及び入力端子ｂは同電位
となり微分電圧判定器１０は動作しない。同様に
零相変流器１の２次巻線が断線の場合、該微分回
路が構成されず、差動増幅器５の入力は負の電圧
を含まない正の半波整流電圧であるため微分電圧
判定器１０は動作しない。

以上述べたことについて、入力端子ｂを基準と
した入力端子ａの電圧波形を第４図に示す。但
し、ａは正常時の半波整流微分電圧波形、ｂは零
相変流器１の２次巻線が短絡の場合の電圧波形、
ｃは零相変流器１の２次巻線が断線の場合の電圧
波形をそれぞれ示す。

本説明においては、抵抗器２′及びテストボタ
ンスイツチ７よりなるテストボタン回路の片側が
ダイオード８で構成された整流回路の交流入力端
子ｄに接続されているが、差動増幅器５の電源の
低圧側Ｃに対して半波整流電圧又は半波整流電圧
を波形整形して得られる電圧となる場所、例え
ば、該整流回路の交流入力端子ｅ、電磁石装置９
の電路Ａ側ｇも可能である。

次に第２図の本テストボタン回路が、第１図の
電路Ａに漏れ電流が流れた場合に等価であること
を第５図及び第６図を用いて説明する。

第５図は第２図中零相変流器１、抵抗器３及び
該テストボタン回路だけを交流微小電圧領域にお
いて簡略化した図であり、抵抗器２′はＲ１、抵
抗器３はＲ２と置換し、電路Ａの漏れ電流をＩ１
（ｔ）、差動増幅器５の入力電位差をＶ（ｔ）、半波
整流電圧をＥ（ｔ）と置く。

ここで、半波整流電圧Ｅ（ｔ）は(1)式で示され
るフーリエ級数と考えられる。

Ｅ（ｔ）＝Em／π＋Em／２sinωt−２・Em／π（１／
３cos2ωt ＋１／15cos4ωt＋１／35cos6ωt＋……） −(1) 但し、 EmはＥ（ｔ）の最大値、ω＝2π：角周波数ｔは
周期をそれぞれ示す。

又、零相変流器を等価回路で書き換えると第５
図は第６図のようになる。ここでLxは零相変流
器２次巻線のインダクタンス分、Gxは零相変流
器２次巻線のコンダクタンス分、Ｎは零相変流器
２次巻線の巻数を表わし、零相変流器のインピー
ダンスＺは Ｚ＝１／Gx＋jωLx で与えられる。

第６図を用いて漏れ電流Ｉ１（ｔ）と抵抗器Ｒ
２の両端電圧Ｖ（ｔ）の関係を解くと(2)式の様に
なる。

Ｖ（ｔ）＝ωLxR₂／√R²／₂＋ω²Lx²（１＋R₂Gx）²・
I₁（ｔ）／Ｎ−(2) 又、半波整流電圧Ｅ（ｔ）と抵抗器Ｒ２の両端
電圧Ｖ（ｔ）の関係を(1)式をふまえて解くと(3)式
のようになる。

Ｖ（ｔ）＝R₁／R₂E′（ｔ） (3) 但し、 Ｅ（ｔ）＝（Em／π＋Em／２sinωt）・A_(o=1)−２・
Em／π（A_(o=2)／３cos2ωt＋ A_(o=4)／15cos4ωt＋A_(o=6)／35cos6ωt＋……） A_(o)＝Z_(o)／Z_(o)＋R₂，Z_(o)＝ω_(o)・NLxR₂／√R²
／₂＋ω²／_(o)N²Lx²（１＋R₂Gx）² ω_(o)＝2πn ここで、電路の周波数が一定であることから、
角周波数ωが一定であり、任意の周波数で固有の
定数であるインダクタンス分Lx及びコンダクタ
ンス分Gxも一定である。

さらに抵抗器Ｒ１，Ｒ２及び零相変流器の２次
巻線の巻数Ｎは定数である。

このことにより(2)式の定数項をk₁と置き(2)式を
書き換えると Ｖ（ｔ）＝k₁・I₁（ｔ） (4) 但し、角周波数は一定 となる。

同様に(3)式の定数項をk₂と置き(3)式を書き換え
ると Ｖ（ｔ）＝k₂E′（ｔ） (5) 但し、角周波数ωは一定 となる。

(4)式に(5)式を代入すると I₁（ｔ）＝k₂／k₁E′（ｔ） (6) となり、(6)式は、Ｅ（ｔ）とI₁（ｔ）は比例関係に
あり、比例定数はk₂／k₁だということを示す。

このことから本テストボタン回路は電路に漏れ
電流が生じた場合に置換可能であると言うことが
できる。

次に第３図を用いて電源電圧に依存しないテス
トボタン回路の一例を説明する。

第３図は、第２図中、抵抗器４をダイオード８
で構成されるブリツジ回路の電路Ａ側に置き、サ
イリスタ６のアノードを抵抗器４と電路Ａの接点
より電磁石装置９を通して配線したもので、サイ
リスタ８の点弧を行なうまでの動作原理は第２図
と同じである。

この第３図において、テストボタン回路に加え
る電圧、すなわちダイオード８と抵抗器４との接
点ｄの電圧は差動増幅器の低圧側Ｃを基準にして
半波整流電圧を定電圧ダイオード１１のツエナー
電圧で制限したものとなる。

この電圧は電路Ａの電圧が定電圧ダイオード１
１のツエナー電圧以上である限り一定であるた
め、この条件下において本テストボタン回路は常
に一定の動作である。

又、ツエナー電圧で制限した、テストボタン回
路に加える電圧を正の方形波と仮定すると、前述
(1)式のフーリエ級数を方形波の方程式 Ｅ（ｔ）＝4Em／π（sinωt＋１／３sin3ωt＋１／５
sin5ωt＋……） で置換し、同様の解法により、テストボタン回路
に加える電圧が正の方形波の場合でも電路に漏れ
電流が生じた場合と比例関係にあることが言え
る。

このことより、第３図に示すテストボタン回路
を備えた漏電遮断器においては、100V電路、
200V電路をとわず、常に一定の状態でテストボ
タン回路を動作させることが可能である。

以上に説明した本考案回路を用いれば、従来、
高電力損失であつた擬似漏れ電流を流すための抵
抗器が低電力損失となるばかりでなく、電路電圧
に影響されないテストボタン回路を構成できる。

このように実用的な効果もさることながら、本
考案の最大の効果は、漏電遮断器の開閉機構の不
具合による抵抗器の焼損の危険性を未然に防ぎ、
低電力損失の抵抗器が使用でき、小型化ができる
とともに、零相変流器２次巻線の断線や短絡も検
出できるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来のテストボタン回路を備えた漏
電遮断器の例、第２図、第３図は本考案の実施
例、第４図は本考案の動作状態を示すための入力
波形の比較図、第５図、第６図は本考案の動作解
析のための等価回路図。 Ａ……主回路、Ｂ……開閉機構、１……零相変
流器、２……抵抗器、３……抵抗器、４……抵抗
器、２′……抵抗器、５……差動増幅器、６……
サイリスタ、７……テストボタンスイツチ、８…
…ダイオード、９……電磁石装置、１０……微分
電圧判定器、１１……定電圧ダイオード。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 電子式漏電遮断器において、零相変流器の出
   力増幅は差動増幅器とし、この増幅器用電源か
   ら半波整流電圧又は半波整流電圧の波形整形に
   より得られる電圧を取り出して抵抗及びテスト
   ボタンスイツチを通じて前記零相変流器の２次
   側に印加するようにし、この零相変流器固有の
   インダクタンス分により微分した電圧を前記差
   動増幅器に加え、前記差動増幅器の出力を、前
   記半波整流電圧又は半波整流電圧の波形整形に
   より得られる電圧を微分して発生する、もとの
   半波整流電圧又は半波整流電圧の波形整形によ
   り得られる電圧の極性とは反対側の極性の、電
   圧をしきい値で判定する微分電圧判定器に加え
   るように構成した漏電遮断器のテストボタン回
   路。 (2) 前記微分電圧判定器はコンバレータを主体と
   することを特徴とする実用新案登録請求の範囲
   第(1)項記載の漏電遮断器のテストボタン回路。