JPH0687073B2 - 漏電検出装置 - Google Patents

漏電検出装置

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JPH0687073B2
JPH0687073B2 JP4268692A JP26869292A JPH0687073B2 JP H0687073 B2 JPH0687073 B2 JP H0687073B2 JP 4268692 A JP4268692 A JP 4268692A JP 26869292 A JP26869292 A JP 26869292A JP H0687073 B2 JPH0687073 B2 JP H0687073B2
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leakage
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誠 山口
省三 金子
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  • Testing Of Short-Circuits, Discontinuities, Leakage, Or Incorrect Line Connections (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は漏電検出装置に関し、
特に、1個の変流器を用い、電路に漏電故障が生じたと
き、それを検出するような漏電検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】燃料電池を用いた直流電路において、漏
電故障が生じたとき、それを検知するために漏電検出装
置が用いられる。
【0003】図9は従来の漏電検出装置の原理図であ
る。図9において、直流電源Eから負荷1に直流電圧が
供給され、その電路に2個の変流器2,3が挿入され
る。変流器2,3は特性が同じ2個のパーマロイリング
の鉄心4,5と、それぞれが逆極性となるように鉄心
4,5に巻回されたコイル6,7を含む。コイル6,7
の一端には交流電源8が接続されていて、常時は交流電
源8から抵抗9,10を介してコイル6,7に交流電流
が流れ、鉄心4,5はそれぞれ逆極性で十分に飽和する
まで交流で励磁されている。この漏電検出装置は、漏電
を生じていないときは、直流電源Eから負荷1への正極
側導体と負極側導体に流れる電流は大きさが同じで方向
が逆のため、負荷電流による磁束が鉄心4,5には発生
しない。したがって、抵抗9,10のそれぞれの両端の
電位差は大きさが等しく、抵抗9の一端Pと抵抗10の
他端Qの電位差は零となる。
【0004】負荷1に漏電故障が生じ、直流漏電電流I
g が流れると、この直流漏電電流I g により、鉄心4,
5が同じ方向に磁化され、その磁化量分だけ交流励磁の
零点がずれ、そのずれの量は直流漏電電流Ig の大きさ
にほぼ比例する。このため、一方のコイルに接続された
抵抗の両端の電位差は増加し、他方の抵抗の電位差は減
少するため、P−Q間には電位差が発生する。そして、
その電位差は直流漏電電流Ig の大きさにほぼ比例する
ため、このP−Q間の電位差を検知して漏電検知をして
いる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上述の図9に示した従
来の漏電検出装置では、それぞれの特性が揃った2組の
変流器2,3が必要となり、装置が大型化し、かつコス
トも高くなってしまう欠点があった。
【0006】それゆえに、この発明の主たる目的は、1
つの変流器で漏電を検出でき、装置を小型化かつ安価に
し得る漏電検出装置を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】請求項1に係る発明は、
閉磁路を形成する1つの磁性体と、平衡電流を通じたと
き、磁性体に発生する磁束の和が零となるように巻回さ
れた一対のコイルを含む主回路導体と、コンデンサと抵
抗とからなるCR並列回路と、磁性体に巻回されたコイ
ルと、スイッチング素子とを直列接続した一対の直列回
路を含み、それぞれの直列回路が直流の制御電源を入力
とする制御回路とを備え、一対のCR並列回路のそれぞ
れの一端が同電位となるように、制御電源の1極に接続
され、コイルとスイッチング素子は、CR並列回路の他
端と制御電源の他極との間に接続され、一対のコイル
は、一対の直列回路に交互に電流を通じたとき、磁性体
に互いに逆向きの磁束を発生させ、さらに一対のスイッ
チング素子を交互にスイッチングさせたとき、一対のC
R並列回路の他端間の電位差を検知する検知手段を備え
て構成される。
【0008】請求項2に係る発明は、検知手段として、
電位差の極性を判別する極性判別手段を備えて構成され
る。
【0009】請求項3に係る発明は、一対のスイッチン
グ素子を1kHz以上の頻度で交互にスイッチングさせ
る手段を含む。
【0010】請求項4にかかる発明は、CR並列回路の
他端間と検知手段の間に時定数が100msec以上の
RCフィルタを備えて構成される。
【0011】
【作用】この発明に係る漏電検出装置は、閉磁路を形成
する1つの磁性体に、一対のコイルを逆極性で巻回し、
スイッチング素子を交互にオン,オフさせてCR並列回
路を介して一対のコイルに直流の制御電圧を印加する
と、コイルに流れる電流により磁性体に磁束が発生し、
その磁束密度に比例する電位差がコイルの両端に現れ
る。制御電源電圧からこの電位差を減じた電圧がCR並
列回路の両端の電位差となり、この電位差も磁束に比例
する。漏電電流がない場合には、一対のコイルが逆向き
であるため、逆方向で同一の大きさの磁束が発生し、一
対のCR並列回路の電位差は等しくなる。
【0012】漏電電流が流れると、磁性体は一方方向に
バイアスされて磁化され、スイッチング素子をオン,オ
フすることによって発生する磁束は、磁性体の飽和磁束
を限度として発生するため、一方のコイルが励磁された
ときはバイアス磁束分減じられ、他方のコイルが励磁さ
れたときは加えられる。したがって、それぞれのコイル
の両端の電位差は異なり、この電位差の差を検知すれば
漏電電流の大きさを知ることができる。すなわち、一対
の直列回路は同じ制御電源に接続されているため、CR
並列回路の両端の電位差の差を検知してよい。
【0013】スイッチング素子がオンのとき、抵抗の両
端に発生する電位差はスイッチング素子をオフにしても
コンデンサの両端に保持されている。このCR並列回路
とコイルとスイッチング素子を直列に接続した一対の直
列回路におけるCR並列回路のそれぞれの一端は互いに
同電位に接続されているため、スイッチング素子を交互
にオン,オフしても一対のCR並列回路の両端の電位の
差は、それぞれのCR並列回路の他端間の電位差を検知
することによって検知できる。
【0014】請求項2係る漏電検出装置は、CR並列回
路の他端間の電位差の極性を検知して主電路の接地極性
を表示する。
【0015】請求項3に係る漏電検出装置は、交流商用
電源の漏電電流の周波数に対して十分高い頻度で制御電
流が流れるので、漏電電流波形に相当する波形でCR並
列回路の他端間の電位差を検知できる。
【0016】請求項4に係る漏電検出装置は、CR並列
回路の他端間と検知手段の間の100msec以上の時
定数のRCフィルタを接続することにより、交流分が検
出されないので、直流専用として使用することができ
る。
【0017】
【実施例】図1はこの発明の一実施例を示す電気回路図
である。図1を参照して、直流電源Eから負荷1に直流
電圧が供給され、その正極,負極の主電路導体が貫通す
るように1つの変流器11が挿入されている。なお、漏
電検知精度を上げるため、正極,負極の主電路導体を同
一巻数で鉄心12に複数回巻回するようにしてもよい。
【0018】変流器11はパーマロイリングの鉄心12
に2組のコイル13,14が同一巻数で互いに逆極性で
巻回される。コイル13の一端は抵抗r1とコンデンサ
c1の並列回路の一端に接続され、抵抗r1とコンデン
サc1のCR並列回路の他端は直流制御電源の正極
(+)に接続される。コイル13の他端はスイッチング
素子21の一端に接続され、スイッチング素子21の他
端は直流制御電源の負極(−)に接続される。同様にし
て、コイル14の一端には抵抗r2とコンデンサc2の
CR並列回路の一端が接続され、抵抗r2とコンデンサ
c2の並列回路の他端は直流制御電源の正極に接続さ
れ、コイル14の他端はスイッチング素子22の一端に
接続される。スイッチング素子22の他端は直流制御電
源の負極に接続される。
【0019】このCR並列回路について説明すると、抵
抗r1は、スイッチング素子22をオフにしておいてス
イッチング素子21をオンしたとき、コイル13に鉄心
12を磁気飽和させるのに必要な磁化力の2倍以上の電
流が流れるように選定される。コンデンサc1は、抵抗
r1の両端の電位差をスイッチング素子21をオフにし
た後もスイッチング素子22をオンするまで保持できる
ように選定される。他方の抵抗r2,コンデンサc2
は、それぞれ抵抗r1,r2と同一特性のものが選定さ
れる。したがって、抵抗r1と抵抗r2に互いに時間的
なずれをもって流れる電流の大きさを比較するために
は、抵抗r1とr2の一端が同電位に接続されているの
で、それぞれの他端間の電位差を検知するだけで達成で
き、特別な記憶装置のようなものは不要である。そし
て、抵抗r1とr2と他端間には電位差を検知する検知
装置が接続される。
【0020】図2および図3はこの発明の一実施例の動
作を説明するための図である。スイッチング素子21,
22を双方が同時にオンにならないように交互にスイッ
チングしてパルス電流をコイル13,14に流す。この
とき、それぞれの電流によって鉄心12に発生する磁束
の磁束密度φa ,φb は漏電電流Ig がない場合、図2
に示すように、一対のコイル13,14が逆向きに巻回
されているため、逆方向で大きさは鉄心12の飽和磁束
密度φs に等しい。スイッチング素子21をオンにした
とき、磁束密度φa に比例する電圧Va がコイル13の
端子間に現れ、直流制御電源電圧をVとすると、(V−
a )の電位差が抵抗r1の両端に現れる。同様に、ス
イッチング素子22をオンにすると、磁束密度φb に比
例する電圧Vbがコイル14の端子間に現れ(V−V
b)の電位差が抵抗r2の両端に現れる。ここで、φa
=φb であるため、抵抗r1,r2の他端間における電
位は等しく電位差は現れない。
【0021】漏電電流Ig が図3に示すように流れる
と、漏電電流Ig によって鉄心12は一方方向に磁束密
度φg で磁化される。この状態でたとえばスイッチング
素子21をオンにすると、(φa =φs −φg )に比例
する電圧Vaがコイル13の端子間に現れ、(V−V
a)の電位差が抵抗r1の両端に現れる。同様に、スイ
ッチング素子22をオンにすると、(φb =φs
φg )に比例する電圧Vbがコイル14の端子間の現
れ、(V−Vb)の電位差が抵抗r2の両端に現れる。
【0022】ここで、φa ≠φb であるため、抵抗r
1,r2の他端間に電位差が現れる。図4はこの発明の
他の実施例を示す電気回路図である。この図4に示した
実施例は、図1に示した実施例に漏電極性を判別する手
段を設けたものである。すなわち、コイル13,14の
それぞれの一端を+検出増幅器31,−検出増幅器32
に接続し、+検出増幅器31で正極側で漏電したことを
検出し、その検出出力で表示ランプ33を点灯させると
ともに、リレー34を動作させる。また、−検出増幅器
32によって負極側で漏電されたことを検出し、その検
出出力で表示ランプ35を点灯させるとともに、リレー
36を動作させる。すなわち、図4において、正極側で
漏電すると、図4の実線の向きに漏電電流Ig が流れ、
負極側で漏電すると点線の向きに漏電電流Ig が流れ、
前述の図1で説明したように、抵抗r1とr2の他端間
の電位差が正か負であるかを+検出増幅器31または−
検出増幅器32で検出することにより、漏電電流Ig
流れる方向を判別できる。
【0023】図5および図6は、この発明のさらに他の
実施例を説明するための図である。この実施例は、スイ
ッチング素子のスイッチングの頻度を1kHz以上にし
たものであって、この実施例による漏電検出装置は直流
回路はもちろんのこと、交流回路にも使用できる。図5
は漏電電流が流れていない場合であり、抵抗r1,r2
の他端間の電位差が現れないことは前述の実施例と同じ
である。
【0024】図6は交流の漏電電流Ig が流れた場合で
あって、スイッチング素子のスイッチングによってコイ
ル13,14の両端に発生する電位差(V−Va),
(V−Vb)の瞬時値の包絡線は交流波形となり、抵抗
r1,r2の他端間の電位差も交流となる。スイッチン
グの頻度を1kHz以上としたのは、商用周波数の50
Hzや60Hzに対して十分高いため、正確な漏電検出
ができるためである。なお、図5および図6において、
図が煩雑になるため、スイッチングの頻度を少なくして
表現している。
【0025】図7および図8は、この発明のさらに他の
実施例を説明するための図である。この実施例は、前述
の図5および図6で説明した実施例のCR並列回路の他
端と検知手段の間に時定数が100msec以上のRC
フィルタ32と1msec程度のRCフィルタ31を選
択的にどちらかを接続できるようにしたものであって、
交流用と直流用に切換えできるようにしたものである。
【0026】図7は漏電電流が交流の場合のRCフィル
タの出力側に現れる出力を説明するための図であって、
時定数が100msec以上のフィルタ32に切換える
と、交流分は出力されない。すなわち、直流専用とな
る。図8は漏電電流が直流の場合のRCフィルタの出力
側に現れる出力を説明するための図であって、いずれの
フィルタでも出力される。
【0027】
【発明の効果】以上のように、請求項1に係る発明によ
れば、閉磁路を形成する1つの磁性体に、一対のコイル
を逆極性で巻回し、スイッチング素子を断続させてCR
並列回路から電流を一対のコイルに交互に流すことによ
り、漏電電流がある場合には、一対のCR並列回路の両
端の電位が異なるので、この差を検知するだけで容易に
漏電電流を検出できる。しかも、従来は2組の特性の揃
った変流器が必要であったのに対して、この発明では、
1つの変流器を用いるだけでよく、また検知手段として
特別な記憶装置などを必要としないので、小型でかつ安
価となる。
【0028】また、請求項2に係る漏電検出装置によれ
ば、CR並列回路の他端間の電位差の極性を検知するだ
けで接地極性が判別できる。
【0029】さらに、請求項3に係る漏電検出装置によ
れば、商用電源の周波数より十分高い頻度で制御電流を
流すので、交流回路にも使用でき、交直両用の使用が可
能となる。
【0030】請求項4に係る漏電検出装置によれば、1
00msec以上のRCフィルタにより交流分が検出さ
れないので、直流専用として使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例を示す電気回路図である。
【図2】この発明の一実施例の動作を説明するための図
であり、漏電電流がない場合を示す。
【図3】この発明の一実施例の動作を説明するための図
であり、漏電電流がある場合を示す。
【図4】漏電極性を判別するようにした実施例を示す電
気回路図である。
【図5】スイッチング頻度を1kHzにした場合に漏電
電流が流れていない実施例を説明するための図である。
【図6】スイッチング頻度を1kHzにした場合であっ
て、漏電電流が流れている場合の実施例を説明するため
の図である。
【図7】地絡電流が交流の場合の直流変流器の動作を説
明するための図である。
【図8】地絡電流が直流の場合の直流変流器の動作を説
明するための図である。
【図9】従来の直流漏電検出装置の原理を説明するため
の図である。
【符号の説明】
1 負荷 11 変流器 12 鉄心 13,14 コイル 21,22 スイッチング素子 31 +検出増幅器 32 −検出増幅器 33,35 表示ランプ 34,36 リレー r1,r2 抵抗 c1,c2 コンデンサ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 閉磁路を形成する1つの磁性体と、 平衡電流を通じたとき、前記磁性体に発生する磁束の和
    が零となるように巻回された一対のコイルを含む主回路
    導体と、 コンデンサと抵抗とからなるCR並列回路と、前記磁性
    体に巻回されたコイルと、スイッチング素子とを直列接
    続した一対の直列回路を含み、それぞれの直列回路が直
    流の制御電源を入力とする制御回路とを備え、 一対の前記CR並列回路のそれぞれの一端が同電位とな
    るように、前記制御電源の1極に接続され、 前記コイルと前記スイッチング素子は、前記CR並列回
    路の他端と前記制御電源の他極との間に接続され、 前記一対のコイルは、前記一対の直列回路に交互に電流
    を通じたとき、前記磁性体に互いに逆向きの磁束を発生
    させ、さらに前記一対のスイッチング素子を交互にスイ
    ッチングさせたとき、前記一対のCR並列回路の他端間
    の電位差を検知する検知手段を備えた、漏電検出装置。
  2. 【請求項2】 前記検知手段は、前記電位差の極性を判
    別する極性判別手段を含む、請求項1の漏電検出装置。
  3. 【請求項3】 前記一対のスイッチング素子を1kHz
    以上の頻度で交互にスイッチングさせる手段を含む、請
    求項1の漏電検出装置。
  4. 【請求項4】 前記CR並列回路の他端間と前記検知手
    段との間に時定数が100msec以上のRCフィルタ
    を備えた、請求項3の漏電検出装置。
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