JPH09163584A - 地絡検出回路及びこの地絡検出回路を備えた回路遮断器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 非接地系線路において、線路の地絡検出と、
その地絡が１線地絡か２線地絡かを判定することができ
る地絡検出回路を得る。 【解決手段】 非接地系の単相交流線路２１の各線路を
接地する接地インピ−ダンス２２、２３よりも負荷２４
側の前記単相交流線路２１の零相電流を検出して前記零
相電流に応じた電源周波数信号ｄを出力する零相電流セ
ンサ２５の出力ｄに基づいて前記単相交流線路の２線地
絡を判定する判定回路４２を備えるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は線路の地絡を検出
する地絡検出回路に関するものである。特に非接地系の
単相交流線路又は直流線路の２線地絡の判定を可能とす
る地絡検出回路及びこの地絡検出回路を備えた回路遮断
器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図９は例えば特公昭５５−２４３３１号
公報に示された従来の非接地系の単相交流回路の地絡検
出回路である。１は配電用トランス、２は配電線の単相
交流線路、３は単相交流線路２の対地容量、４は接地抵
抗器等からなる接地装置、５は零相変流器、６は結合装
置であり、結合装置６は例えばコンデンサとリアクタと
からなる直列共振回路で商用電流は塞流し後述の信号電
流のみを通過させる。７は発振器であり、異なる２つの
周波数の電圧を発振して結合装置６を介して単相交流線
路２へ印加する。地絡インピーダンス８の地絡電流を零
相変流器５で検出し、処理回路１０で各注入周波数信号
に対する出力を調べ、単相交流線路２の地絡の有無を判
定して警報出力ｈを得る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の地絡検出回路は
以上のように構成されているので単相交流線路からの地
絡電流は、零相変流器５により一括で検出されるので、
これが１線地絡なのか２線地絡なのか知ることができな
かった。本来、非接地回路では第１線の地絡事故だけで
は感電しないが、更に第２線に人体による地絡が生ずる
と感電の可能性があるという問題があった。そこで、単
相交流線路の１線地絡のときはアラームを発するだけと
して単相交流線路の給電を続行し、２線地絡が発生して
はじめて単相交流線路の給電を遮断したいという必要性
があった。このように、従来の地絡検出方法では、単相
交流線路の１線地絡か、或いは２線地絡なのか知ること
ができないという課題があった。また地絡抵抗が共に零
相電流センサより負荷側にある場合の２線地絡の判定が
可能でさらに地絡抵抗の一方が電源側にある場合の２線
地絡の判定も可能としたいという要請があった。また単
相交流線路だけでなく直流線路の２線地絡も判定したい
という要請があった。

【０００４】この発明は上記の様な課題を解決するため
になされたもので、単相交流線路又は直流線路の第１線
に第１の地絡があり更に線路に第２の地絡が発生したと
き、これが２線地絡かどうかのを判定ができる地絡検出
回路を得ることを目的とする。また主要な２線地絡の判
別が可能な簡易な地絡検出回路を得ることを目的とす
る。また、２線地絡を検出したとき、給電を遮断しある
いは警報を発することができる地絡検出回路を得ること
を目的とする。さらにこれらの地絡検出回路を備えた回
路遮断器を得ることを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
非接地系の単相交流線路の各線路を接地する接地インピ
−ダンスよりも負荷側の前記単相交流線路の零相電流を
検出して前記零相電流に応じた電源周波数信号を出力す
る零相電流センサと、前記電源周波数信号に基づいて前
記単相交流線路の２線地絡を判定する電源信号判定回路
を備えるようにしたものである。

【０００６】請求項２に係る発明は、請求項１の発明に
おいて、電源信号判定回路は電源周波数信号の位相シフ
トに基づいて単相交流線路の２線地絡を判定するように
したものである。

【０００７】請求項３に係る発明は、請求項１の発明に
おいて、電源信号判定回路は電源周波数信号のレベルを
判定する電源信号レベル判定回路であって、電源周波数
信号のレベルが所定の値以上のとき単相交流線路の２線
地絡と判定するようにしたものである。

【０００８】請求項４の発明は、請求項１から請求項３
のいずれか１項の発明において、印加交流電源により印
加周波数信号が印加されるとともに接地インピーダンス
により接地された非接地系の直流線路の前記接地インピ
ーダンスよりも負荷側における前記印加交流電源の零相
電流を検出して前記零相電流に応じた印加周波数信号を
出力する零相電流センサと、前記印加周波数信号に基づ
いて前記直流線路の２線地絡を判定する印加信号判定回
路とを備えるようにしたものである。

【０００９】請求項５の発明は、請求項１から請求項３
のいずれか１項の発明において、注入周波数信号を通過
させる注入インピーダンスを介して注入信号電源により
所定の周波数の注入周波数信号が単相交流線路又は直流
線路に注入されるとともに、零相電流センサから出力さ
れる前記注入周波数成分信号に基づいて前記単相交流線
路又は前記直流線路の地絡を判定する注入信号レベル判
定回路を設け、前記注入信号レベル判定回路は前記注入
周波数信号の信号レベルが第３の所定の値以上のとき前
記単相交流線路又は前記直流線路に第１の地絡ありと判
定し更に前記注入信号レベル判定回路は前記注入周波数
信号の信号レベルが前記第３の所定の値よりも大きい第
４の所定の値以上のとき第２の地絡ありと判定するもの
であり、電源信号判定回路又は印加信号判定回路は電源
周波数信号又は印加周波数信号の信号レベルが前記注入
信号レベル判定回路が第１の地絡ありと判定した時点の
ものより減少したとき２線地絡と判定するものであるよ
うにしたものである。

【００１０】請求項６の発明は、請求項１から請求項４
の発明のいずれか１項の発明において、注入周波数信号
を通過させる注入インピーダンスを介して注入信号電源
により電源周波数又は印加周波数と異なる周波数の注入
周波数信号が単相交流線路又は直流線路に注入されると
ともに、第２の零相電流センサにより注入信号電源と前
記単相交流線路又は前記直流線路との間の注入周波数成
分信号の零相電流を検出して前記零相電流に応じた注入
周波数成分信号を出力し、前記注入周波数成分信号に基
づいて前記単相交流線路又は前記直流線路の地絡を判定
する注入信号レベル判定回路を設け、前記注入信号レベ
ル判定回路は前記注入周波数信号の信号レベルが第３の
所定の値以上のとき前記単相交流線路又は前記直流線路
に第１の地絡ありと判定し更に前記注入信号レベル判定
回路は前記注入周波数信号の信号レベルが前記第３の所
定の値よりも大きい第４の所定の値以上のとき第２の地
絡ありと判定するものであり、電源信号判定回路又は印
加信号判定回路は電源周波数信号又は印加周波数信号の
信号レベルが前記注入信号レベル判定回路が第１の地絡
ありと判定した時点のものより減少したとき２線地絡と
判定するものであるようにしたものである。

【００１１】請求項７の発明は、請求項５又は請求項６
の発明のいずれか１項の発明において、注入信号レベル
判定回路は注入周波数信号のレベルが所定の値以上のと
き地絡ありと判定するものであり、この判定結果に基づ
き地絡発生のアラーム信号を発する信号発信手段を設け
るようにしたものである。

【００１２】請求項８の発明は、請求項１から請求項６
の発明のいずれか１項の発明において、２線地絡ありと
の判定により線路を遮断する信号を発する発信手段を設
けるようにしたものである。

【００１３】請求項９の発明は、請求項１から請求項７
のいずれか１項に記載の発明の地絡検出回路を備え、２
線地絡の判定により主開閉接点を開放するようにしたも
のである。

【００１４】

【発明の実施の形態】

発明の実施の形態１．図１にこの発明の実施の一形態で
ある単相交流線路における地絡検出回路の構成を示す。
図において２０は交流電源で、配電用トランス等により
構成され、出力電圧Ｖ１はＡＣ１００Ｖ、周波数は６０
Ｈｚである。２１は交流電源２０が接続されている非接
地系の単相交流線路である。２２、２３は後述する零相
電流センサ２５が配設される位置より電源側に設けられ
線路２１の各々の線を接地する接地インピーダンスであ
り、例えば０．０４７μＦ（６０Ｈｚで５６ｋΩのイン
ピーダンス）のコンデンサである。この接地インピーダ
ンス２２、２３の値は検出したい地絡抵抗より充分大き
な値に設定されている。２４は単相交流線路２１に接続
された負荷である。

【００１５】２５は単相交流線路２１の零相電流を検出
する零相電流センサ（ＺＣＴ）（以後これをセンサとい
う）である。３０は単相交流線路２１に設けられた単相
交流線路２１を遮断する回路遮断器である。４２は電源
周波数信号に基づいて単相交流線路の２線地絡を判定す
る地絡検出回路である電源信号位相判定回路４２であ
る。図示していないがこの回路には基準信号として電源
周波数信号が導入されている。以下に示す発明の実施に
形態の地絡検出回路においても同様である。

【００１６】この発明の実施の形態においては電源信号
位相判定回路４２、センサ２５は回路遮断器３０に内蔵
されている。しかしこれらが回路遮断器３０と別に設け
られる場合がある。

【００１７】３１及び３２は単相交流線路２１に発生し
た第１、第２の地絡抵抗であり、その地絡抵抗値をＲｇ
１、Ｒｇ２を表すもので、Ｒｇ１，Ｒｇ２は例えば３０
ｋΩ程度のもので、人体による地絡の場合は約１ｋΩで
ある。ａはセンサ２５の出力である。

【００１８】次に図２、図３の線路の地絡による地絡電
流の検出原理図と、図４の２線地絡の電流ベクトル合成
の説明図により検出される地絡電流の特性を説明する。
図２、図３は図１における地絡の発生位置とセンサ２５
で検出される電流との関係を示す図である。図において
地絡発生の順番を示すために最初に発生した地絡抵抗に
、後に発生した地絡抵抗にの記号を付する。ｊ１は
１線地絡の場合に第１の地絡抵抗３１を流れる地絡電流
を示す。センサ２５により検出される電流は地絡発生場
所とセンサ２５との相対位置に対応して１線地絡の地絡
電流ｊ１，２線地絡の地絡電流ｊ２，ｊ３、ｊ２３が検
出される。ここでｊ２は２線地絡の場合に第１の地絡抵
抗３１を流れる地絡電流で、ｊ３は第２の地絡抵抗３２
を流れる地絡電流を示す。またｊ２３＝ｊ２−ｊ３はｊ
２，ｊ３の差として検出される地絡電流である。

【００１９】図４はセンサ２５で検出された地絡電流ｊ
１、ｊ２，ｊ３及びｊ２３の電流の大きさと位相の関係
を示す図である。図の横軸は実軸で、縦軸は虚軸であ
る。電源電圧Ｖ１の方向を横軸にとる。図４においてｊ
１は１線地絡の場合に地絡抵抗３１による地絡電流のベ
クトルで、曲線Ｃ１は地絡抵抗３１の抵抗値Ｒｇ１が１
ｋΩから３０ｋΩと変化した場合の地絡電流ｊ１のベク
トルの軌跡を示す。ｊ１は地絡抵抗３１の抵抗値Ｒｇ１
が０Ωのときが最大値でこれをＩｍとおくと、ｊ１は最
大電流値Ｉｍをこえることはない。この発明では接地イ
ンピーダンス２２、２３の値を地絡抵抗３１、３２の抵
抗値Ｒｇ１，Ｒｇ２に比べ十分大きく設定したのでｊ１
は小さい。例えば接地インピーダンス２２、２３の値が
０.０４７μＦとすると６０Ｈｚのとき５６ｋΩであ
る。従ってｊ１の最大電流値Ｉｍは１.７７ｍＡ であ
る。

【００２０】ｊ２，ｊ３は ２線地絡の場合の第１、第
２の地絡抵抗３１、３２を流れる地絡電流のベクトル
で、曲線Ｃ２，Ｃ４はそれぞれ第１の地絡抵抗３１の抵
抗値Ｒｇ１が３０ｋΩ、２０ｋΩで第２の地絡抵抗３２
の抵抗値Ｒｇ２が０Ωから２０ｋΩと変化した場合のｊ
２のベクトルの軌跡である。またＣ３，Ｃ５も同様に、
それぞれ第１の地絡抵抗３１の抵抗値Ｒｇ１が３０ｋ
Ω、２０ｋΩのとき、第２の地絡抵抗３２の抵抗値Ｒｇ
２が０Ωから２０ｋΩと変化した場合のｊ３のベクトル
の軌跡である。第２の地絡抵抗３２の抵抗値Ｒｇ２を感
電の可能性のある１０ｋΩ以下と限定した場合について
見ると、図４に示されるようにｊ２，ｊ３の大きさは１
線地絡の最大電流Ｉｍの大きさより大きい。即ちｊ２，
ｊ３はＩｍを半径とする円Ｒｍの外側にある。従って、
ｊ２，ｊ３の大きさが１線地絡の最大電流値Ｉｍをしき
い値としてこれより大きいときは、２線地絡であると判
定することができる。

【００２１】またｊ２，ｊ３のｊ１に対する位相シフト
φ１２、φ１３は４５度以上である。これは１線地絡に
おいてその地絡の抵抗値Ｒｇ１が０から∞まで変化した
ときのの地絡電流間の位相シフトより大きい。１線地絡
の場合はＣ１上の２つの点を移動するだけなのでの地絡
電流間の位相シフトは２０度を超えない。従って、ｊ
２，ｊ３のｊ１に対する位相シフトが４５度以上であれ
ば、２線地絡であると判定することができる。

【００２２】ｊ２３は２つの地絡抵抗３１、３２が共に
センサ２５より負荷２４側にある場合の２線地絡のとき
センサ２５で検出される地絡電流のベクトルで、Ｃ６，
Ｃ７，Ｃ８はそれぞれ第１の地絡抵抗３１の抵抗値Ｒｇ
１が１０ｋΩ、２０ｋΩ、３０ｋΩのとき、第２の地絡
抵抗３２の抵抗値Ｒｇ２が０ｋΩから３０ｋΩと変化し
ときのｊ２３＝ｊ２−ｊ３のベクトル軌跡を示してい
る。ここでＲｇ１がＲｇ２と等しいときはＣ６，Ｃ７，
Ｃ８共に０点に収れんし、どちらかが大きくなると０点
から離れる軌跡を描く。例えばＲｇ１が３０ｋΩの軌跡
Ｃ８は、Ｒｇ２が０Ωから３０ｋΩに近ずくと０点に収
れんする。また、Ｒｇ１が２０ｋΩのときのＣ７は、Ｒ
ｇ２が２０ｋΩで０点に収れんし、その後０点を離れた
軌跡を描く。ｊ２３のｊ１に対する位相シフトφ１２３
は図４に示されるようにｊ２３の軌跡Ｃ６，Ｃ７，Ｃ８
の如く非常に大きい。図４において第２の地絡抵抗３２
の地絡抵抗値Ｒｇ２が１０ｋΩ以下の範囲では、第１の
地絡抵抗３１の抵抗値Ｒｇ１を３０ｋΩとすると位相シ
フトφ１２３はＣ８の軌跡からわかるように２２０度以
上である。一方１線地絡の場合の位相シフトの最大値は
Ｃ１上で地絡抵抗値Ｒｇ１が０から∞に変化した場合の
地絡電流ベクトルｊ１の移動範囲内での位相シフトであ
るので２０度を超えない。従って、ｊ２，ｊ３、ｊ２３
のφ２、φ３、φ１２３の場合を一括して、位相シフト
が４５度以上であれば２線地絡であると判定することが
できる。

【００２３】ｊ２３の電流の大きさは、第２の地絡抵抗
３２の抵抗値Ｒｇ２が第１の地絡抵抗３１の抵抗値より
大きい場合はｊ２３はｊ１より小さい。これは図４にお
いてＣ１で示した第１の地絡抵抗の抵抗値Ｒｇ１に対応
するｊ１を半径とした円内にあるＣ６からＣ８の部分が
それに相当している。このようにｊ２３がｊ１より小さ
い場合は２線地絡と判定することができる。例えば第１
の地絡抵抗３１の抵抗値Ｒｇ１が３０ｋΩの場合は、ｊ
２３の軌跡はＣ８で示される。Ｃ８の曲線において第２
の地絡抵抗３２の抵抗値Ｒｇ２が１ｋΩから１０ｋΩの
場合のｊ２３の大きさはＲｇ１が３０ｋΩにおけるｊ１
を半径とする円Ｒ１の外側にありｊ１（Ｒｇ１＝３０ｋ
Ω）の大きさより大きい。このうち第２の地絡抵抗３２
の抵抗地Ｒｇ２が１ｋΩの場合の地絡電流ｊ２３の大き
さは１線地絡による地絡電流の最大値Ｉｍを超えている
ので２線地絡と判定することができるが、Ｉｍを超えな
い場合、例えば第２の地絡３２の抵抗地Ｒｇ２が０Ωあ
るいは１０ｋΩの場合はこれだけでは２線地絡の判定は
不可能で、前記の位相シフトによる判断が必要である。

【００２４】次に地絡の発生位置とセンサ２５との位置
との関係による検出の態様を説明する。図２（ａ）は、
第１の地絡抵抗３１がセンサ２５より負荷２４側に発生
した１線地絡の場合を示す。地絡発生の時点で地絡電流
ｊ１がセンサ２５により検出される。図２（ｂ）は、第
１、第２の地絡抵抗３１、３２が共にセンサ２５より負
荷２４側にある場合を示す。第１の地絡抵抗３１が発生
した時点で地絡電流ｊ１が検出され、その後、第２の地
絡抵抗３２発生時点でｊ２３＝ｊ２ーｊ３が検知され
る。

【００２５】図３（ａ）は、第１の地絡抵抗３４がセン
サ２５より電源２０側で、第２の地絡抵抗３２が負荷２
４側にある場合である。第１の地絡抵抗３４の発生時点
では地絡電流はセンサ２５では検出できないが、第２の
地絡抵抗３２が発生した時点で初めて地絡電流ｊ３が検
出される。この地絡電流ｊ３の大きさは先にのべたよう
に１線地絡の最大電流Ｉｍに比べて大きい。図３（ｂ）
は、第１の地絡抵抗３１がセンサ２５より負荷２４側に
発生し、次に第２の地絡抵抗３５が電源２０側に発生し
た２線地絡の場合を示す。第１の地絡抵抗３１の発生し
た時点における地絡電流はｊ１で、次に第２の地絡抵抗
３５が発生した時点にｊ２が検知される。ｊ２はｊ１に
対し電流の大きさの増大、及び４５度以上の大きな位相
シフトとして観測される。

【００２６】又図示しないが、第１の地絡抵抗がセンサ
２５より電源２０側に発生した１線地絡、及び第１、第
２の地絡抵抗が共に電源２０側にある１線地絡及び２線
地絡の場合は、地絡抵抗を流れる地絡電流がセンサ２５
を通らないので検出することができない。又、第１の地
絡抵抗が電源２０側に発生し第２の地絡抵抗が同じ線上
の負荷２４側に発生した１線地絡のとき、及び第１の地
絡抵抗３１が負荷側に発生しさらに第２の地絡３４が電
源側に発生した１線地絡の場合に検出される電流は、い
ずれも１線上から大地への並列抵抗値であるので１線地
絡の最大電流Ｉｍを超えることはない。また１線地絡の
抵抗値の変化による電流間の位相シフトも２０度以下と
小さい。第１の地絡抵抗が負荷側にあり、その後第２の
地絡抵抗が電源側の同じ線上に発生したとき、センサ２
５で検出される地絡電流の増減はない。また第１、第２
の地絡抵抗がともに負荷側の同一線上に発生した場合
は、第１の地絡電流ｊ１に対して第２の地絡抵抗の発生
により地絡電流の増加が観測されるが、１線地絡の最大
電流値Ｉｍを超えない。

【００２７】以上説明したことに基づき線地絡の判定基
準を次のように定める。 （Ｉ） 第１の地絡発生による第１の地絡電流ｊ１に対
する第２の地絡発生による第２の地絡電流ｊ２，ｊ３又
はｊ２３の位相シフトφ１２、φ１３、又はφ１２３が
所定の値より大きい場合は２線地絡である。所定の値は
検出したい第２の地絡抵抗値Ｒｇ２を１０ｋΩ以下とし
た場合は例えば４５度とすればよい。 （ＩＩ） 地絡電流ｊ２，ｊ３又はｊ２３の大きさが所
定の値Ｉｍより大きい場合は２線地絡である。所定の値
は１線地絡の最大電流値Ｉｍである。第２の地絡抵抗３
２の抵抗値Ｒｇ２を１０ｋΩ以下と限定すると、接地イ
ンピーダンス２２、２３の大きさが０.０４７μＦのと
き、Ｉｍ＝１.７７ｍＡである。

【００２８】図１に示されたこの発明の実施の一形態で
ある地絡検出回路は、上記基準（Ｉ）に基づくものであ
る。次にこの回路の動作を説明する。

【００２９】センサ２５により検出した線路２１の零相
電流センサ出力ａを電源信号位相判定回路４２に入力
し、第１の地絡抵抗３１による地絡電流ｊ１の電源周波
数信号の位相を測定して記憶しておく。次にこの第１の
位相と第２の地絡抵抗３２等が発生したときに検出され
る地絡電流ｊ２３，ｊ２又はｊ３のいずれか一つの地絡
電流の位相と記憶しておいたｊ１の位相との位相シフト
を算出し、位相シフトのしきい値４５度と比較する。こ
こで位相シフトが４５度以上であれば判定基準（Ｉ）に
より第１、第２の地絡抵抗による地絡が２線地絡である
と判定することができる。２線地絡を判定したときは電
源位相判定回路４２は線路２１を遮断する信号ｄを発信
し回路遮断器３０を開路する。

【００３０】発明の実施の形態２．図１の回路におい
て、第１、第２の地絡抵抗がほとんど同じとなりｊ２３
≒０となる場合は、位相シフトを精度良く測定すること
が困難となる。また電流の大きさが小さくなり２線地絡
発生の時点が確定しにくいという問題がある。図５に第
１、第２の地絡抵抗による地絡電流を検出し、ｊ２３≒
０となった場合でも確実に２線地絡を検出できる回路を
示す。図５は図１の回路の線路２１に電源周波数信号を
阻止し注入周波数信号を通過させるフィルタによる注入
インピーダンス２７と発振器２６とで構成される電源周
波数と異なる周波数の注入周波数信号を注入する注入信
号電源２８を付加したものである。センサ２５の出力ａ
は注入周波数信号を抽出する注入信号抽出回路４３に入
力され、その出力は注入信号レベル判定回路４４に入力
されている。注入周波数信号は、電圧がＡＣ１０Ｖ、周
波数は１００Ｈｚの交流である。

【００３１】またセンサ２５の出力ａは電源周波数信号
を抽出する電源信号抽出回路４０に入力され、抽出され
た電源周波数信号に対応する出力は電源信号位相判定回
路４２に入力されている。電源信号位相判定回路４２の
出力ｃは論理積回路４７に入力される。また論理積回路
４７の入力には注入信号レベル判定回路４４の出力ｂも
入力されている。この注入信号レベル判定回路４４の出
力ｂはアラーム（図示していない）にも出力される。論
理積回路４７の出力ｄは線路２１の遮断手段である回路
遮断器３０に出力され、信号ｂ，ｃが共に発信されたと
き回路遮断器３０を開路する。この発明の実施の形態２
における地絡検出回路は電源信号抽出回路４０、電源信
号位相判定回路４２、注入信号抽出回路４３、注入信号
レベル判定回路４４及び論理積回路４７で構成され、回
路遮断器３０に内蔵されている。また地絡検出回路、セ
ンサ２５が回路遮断器３０に内蔵される場合もあるし、
これらすべて回路遮断器３０と別に設けられる場合があ
る。

【００３２】次にこの回路の動作を説明する。線路２１
に地絡が発生すると、注入周波数信号成分の零相電流は
注入信号電源２８から必ずセンサ２５と地絡抵抗３１ま
たは３２を通り大地から注入信号電源に戻るように流れ
るので、第１線でも第２線でも同一方向の電流となり、
地絡抵抗がセンサ２５より負荷側に発生した場合に第
１、第２の地絡抵抗３１、３２の抵抗値が同じ場合でも
すべて検出することができる。従って、第１の地絡抵抗
発生で最初の注入周波数信号成分の零相電流に応じた交
流信号が得られ、第２の地絡抵抗発生によりこの注入周
波数信号成分の交流信号の増加として検出できる。例え
ば印加電圧１０Ｖ，地絡抵抗値Ｒｇ１が３０ｋΩとする
と０.３３ｍＡの地絡電流が検出される。従って、しき
い値を０.３３ｍＡと設定すれば３０ｋΩ以下の抵抗値
の地絡の有無を判定することができる。このように電源
信号位相判定回路４２と注入信号レベル判定回路４４を
併用し、注入信号レベル判定回路４４の出力ｂをマーカ
ーとして電源信号位相判定回路の出力ｃとのアンドを論
理積回路４７でとり、漏洩発生と２線地絡の判定を同期
させ２線地絡を確認することができる。

【００３３】すなわち第１、第２の地絡抵抗３１、３２
の抵抗値Ｒｇ１，Ｒｇ２がほとんど同じ場合、電源信号
位相判定回路４２では、ｊ２３の大きさが非常に小さく
位相シフトの判定が困難であるが注入信号レベル判定回
路４４により注入周波数信号レベルの増加が検出された
時点で第２の地絡の発生が確認できるので、この時２線
地絡が発生したと判定することができる。注入信号レベ
ル判定回路４４で第１の地絡を検出したときは、地絡発
生のアラーム信号ｂを発信するようにする。また２線地
絡を判定したときは、線路２１を遮断する信号ｄを発信
し、回路遮断器３０を開路するようにする。

【００３４】発明の実施の形態３．図５による注入周波
数信号による地絡電流の検出回路では地絡抵抗３１、３
２がセンサ２１の負荷２４側に発生した場合は地絡電流
の検出ができるが、地絡抵抗が電源２０側に発生した場
合は地絡電流は電源側の地絡抵抗を流れ、大地を通って
注入電源２８にもどる経路をとりセンサ２５を通過しな
いので検出することができない。図６は、線路２１と注
入信号電源２８との間に注入信号周波数成分の信号を検
出する第２の零相電流センサ２９（以降、センサ２９と
いう）を付加し、その出力ｇを注入信号周波数抽出回路
４３に入力し、その出力を注入信号レベル判定回路４４
に入力する構成をとることによりセンサ２５の電源側に
発生する地絡も検出できるようにしたものである。即ち
センサ２５より電源２０側に地絡抵抗がある場合でもこ
れらを流れる地絡電流は必ずセンサ２９を通過するので
検出することができる。この注入信号レベル判定回路４
４の出力ｂはアラーム（図示していない）にも出力され
る。論理積回路４７の出力ｄは線路２１の遮断手段であ
る回路遮断器３０に出力され、信号ｂ，ｃが共に発信さ
れたとき回路遮断器３０を開路する。

【００３５】この発明の実施の形態３において、地絡検
出回路は、電源信号抽出回路４０、電源周波数信号位相
判定回路４２、注入信号抽出回路４３、注入信号レベル
判定回路４４及び論理積回路４７とで構成されている。
また、地絡検出回路、センサ２５は回路遮断器３０に内
蔵されている。しかしこれらが回路遮断器３０と別に設
けられる場合がある。

【００３６】２線地絡の判定は第１、第２の地絡抵抗が
共に負荷側の場合で抵抗値がほとんど同じ場合は、第２
の地絡の発生により注入周波数信号レベルの増加が検出
したとき、電源周波数信号がｊ２３≒０と第１の地絡電
流ｊ１の大きさに対して減少していることを確認して２
線地絡であると判定する。第１、第２の地絡抵抗の抵抗
値Ｒｇ１，Ｒｇ２が同じでない場合は判定基準（Ｉ）に
より、記憶しておいた第１の地絡抵抗による地絡電流ｊ
１と第２の地絡抵抗発生による地絡電流ｊ２３との位相
シフトが４５度以上のとき２線地絡と判定する。

【００３７】このように線路２１で第１の地絡が有ると
の判定でアラームを作動し、その後第２の地絡を２線地
絡と判定をしたとき３０を開路するようにしたので、非
接地系線路の利点、つまり一線地絡だけでは、感電する
ことがないので、このときはアラームのみとして給電を
続行し、２線地絡が発生してはじめて回路遮断器３０を
開路するようにして地絡事故による不測の事故を防止す
ることができる。

【００３８】発明の実施の形態４．図１、図５の回路に
おいては、地絡抵抗がセンサ２５の負荷側にある場合の
検出についてのべた。ここでは第１または第２のいずれ
か一方の地絡抵抗が電源側にある場合の２線地絡も検出
できる地絡検出回路を示す。図７は、図５の回路におい
て電源信号抽出回路４０の出力を電源信号レベル判定回
路５２に入力し、その出力ｋは論理積回路４６に入力さ
れている。また電源信号抽出回路４０の出力は電源信号
位相判定回路４２にも入力されている。また論理積回路
４６には注入信号レベル判定回路４４の出力ｂも同時に
入力されている。論理積回路４６の出力ｌは論理積回路
４７の出力ｄと共に論理和回路４８に入力されている。
論理和回路４８の出力ｍは線路２１を遮断する信号とし
て回路遮断器３０に出力される。その他は図５に示した
ものと同一である。

【００３９】この発明の実施の形態５における地絡検出
回路は、電源信号抽出回路４０、電源周波数信号位相判
定回路４２、電源信号レベル判定回路５２、注入信号抽
出回路４３、注入信号レベル判定回路４４、論理積回路
４６、論理積回路４７及び論理和回路４８とで構成され
ている。また、地絡検出回路、センサ２５は回路遮断器
３０に内蔵されている。しかしこれらが回路遮断器３０
と別に設けられる場合がある。

【００４０】次にこの動作を説明する。電源信号レベル
判定回路５２によりセンサ２５の信号ａから電源周波数
成分の信号を電源信号抽出回路４０で抽出しこれを電源
信号レベル判定回路５２により電源周波数信号レベルを
測定し、この大きさを１線地絡の地絡電流の最大電流値
Ｉｍをしきい値として比較する。第２の地絡抵抗３２の
抵抗値Ｒｇ２を１０ｋΩ以下と限定すると、接地インピ
ーダンス２２、２３の大きさが０.０４７μＦのときＩ
ｍ＝１.７７ｍＡである。この電源周波数信号の信号レ
ベルがしきい値Ｉｍより大きい場合は前記判定基準（Ｉ
Ｉ）により２線地絡と判定することができる。ここで判
定される２線地絡は地絡抵抗のどちらかが電源側に存在
する場合で、センサ２５で観測されるのは図３で示した
ｊ２またはｊ３である。

【００４１】また検出した第２の地絡電流ｊ２３の大き
さが記憶しておいた第１の地絡電流ｊ１より小さい場合
は２線地絡と判定することができる。電流の大きさの減
少で２線地絡が判定できるのは、地絡抵抗３１、３２が
共に負荷側にある場合でこの時センサ２５で観測される
のは図２のｊ２３である。第２の地絡抵抗３２発生によ
る地絡電流ｊ２３がｊ１より大きく、しきい値以下の大
きさの場合は電源周波数信号のレベルだけではこれが２
線地絡かどうかは判定できないので、この場合は位相シ
フトの判定が必要である。このために電源信号位相判定
回路４２を併設した。

【００４２】位相シフトによる判定、注入信号、アラー
ム、線路遮断等の動作に関しては発明の実施の形態１で
のべたものと同様なので説明を省略する。このように図
７の地絡検出回路を採用して電源周波数信号レベルによ
る２線地絡の判定を併用するとセンサ２５より電源側の
２線地絡も判定できるので、安全性確保を強化すること
ができる。また判定する２線地絡を第１、第２の地絡抵
抗３１、３２が共に負荷側で、第２の地絡抵抗の抵抗値
Ｒｇ２が第１のものＲｇ１より大きいとき或いは第２の
地絡抵抗の抵抗値Ｒｇ２が第１のものＲｇ１より小さい
ときの一部のもの、及び２線地絡の内一方が電源側で一
方が負荷側にある場合に限定すれば、判定基準（ＩＩ）
に基づき電源周波数信号の信号レベルだけで２線地絡の
判定が可能なので、電源位相判定回路４２を省き、電源
周波数抽出回路４０及び電源信号レベル判定回路５２に
て判定するようにすれば装置の簡略化ができる。

【００４３】発明の実施の形態５．発明の実施の形態５
は発明の実施形態１から４に示した非接地系単相交流線
路の地絡検出と同様の考え方に基づいて非接地系直流線
路に適用するものである。図８はこの発明の実施形態６
の地絡検出回路の構成を示す図である。図８において６
３は直流電源、６４は非接地系の直流線路であり、６５
は直流線路６４上に印加周波数信号を印加する印加交流
電源である。この印加交流電源６５の周波数は６０Ｈｚ
の商用周波数で、電圧は主回路の直流電圧の５％程度と
して直流電源６３の電圧変動に影響のない程度のものと
する。印加交流電源の周波数は６０Ｈｚに限定するもの
でなく、任意に設定が可能である。

【００４４】６８は注入信号回路で注入信号抽出回路と
注入信号レベル判定回路で構成され、それぞれは図１に
おける注入周波数信号抽出回路４３、注入信号レベル判
定回路４４に対応している。６９は印加信号回路で印加
信号抽出回路、印加信号位相判定回路、印加信号レベル
判定回路から構成され、それぞれ図１における電源周波
数信号抽出回路４０、電源信号位相判定回路４２、電源
信号レベル判定回路５２に相当している。７０はその出
力ｒ，ｓに接続された論理積回路でｔはその出力であ
る。この地絡検出回路の動作は発明の実施の形態１又は
４の回路と同様で、同様のものは同一の符号を付して説
明を省略する。注入信号回路６８により直流線路に地絡
有りとの判定をしたときアラーム信号ｒを発信する。ま
た印加信号回路６９により２線地絡を判定したとき回路
遮断器３０を開路する信号ｔを発信する。

【００４５】この発明の実施の形態６における地絡検出
回路は印加信号回路６９、注入信号回路６８及び論理積
回路７０とで構成されている。また、地絡検出回路、セ
ンサ２５は回路遮断器３０に内蔵されている。しかしこ
れらが回路遮断器３０と別に設けられることがある。

【００４６】このような回路構成とすることで、非接地
系直流線路において印加交流電源６５により印加周波数
信号を線路６４に印加するようにしたので、線路６４の
地絡判定及び２線地絡の有無の判定をすることができ
る。

【００４７】

【発明の効果】請求項１記載の発明は、非接地系の単相
交流線路の接地インピ−ダンスよりも負荷側の零相電流
センサの電源周波数信号に基づいて２線地絡を判定する
電源信号判定回路を備えたので、２線地絡の判定が可能
な地絡検出回路を得ることができる。

【００４８】請求項２記載の発明では、電源信号判定回
路を電源周波数信号の位相シフトに基づくものとしたの
で、２線地絡の判定が可能な地絡検出回路を得ることが
できる。

【００４９】請求項３記載の発明では、電源信号判定回
路を電源信号レベル判定回路としたので、簡易な装置で
２線地絡の判定ができる地絡検出回路を得ることができ
る。

【００５０】請求項４記載の発明では、印加交流電源に
より印加周波数信号を印加されるとともに接地インピー
ダンスにより接地された非接地系の直流線路の前記接地
インピーダンスよりも負荷側に零相電流センサと、印加
周波数信号の判定回路とを備えたので、印加周波数信号
に基づき非接地系直流線路の２線地絡の判定が可能な地
絡検出回路を得ることができる。

【００５１】請求項５記載の発明では、電源周波数又は
印加周波数と異なる注入周波数信号が線路に注入される
とともに、零相電流センサで検出された注入周波数信号
レベルを判定する注入信号レベル判定回路を設けたの
で、単相交流線路又は直流線路の地絡の有無の判定が可
能な地絡判定回路を得ることができる。

【００５２】請求項６記載の発明では、電源周波数と異
なる周波数の注入周波数信号が単相交流線路又は直流線
路に注入されるとともに、注入信号電源と単相交流線路
又は前記直流線路との間に設けられた第２の零相電流セ
ンサにより検出された注入周波数信号を判定する注入信
号レベル判定回路とを設けたので、注入周波数信号に基
づき単相交流線路又は直流線路の地絡の有無の判定が可
能な地絡判定回路を得ることができる。

【００５３】請求項７記載の発明では、注入信号レベル
判定回路が地絡ありとの判定によりアラーム信号を発す
る信号発信手段を設けたので、地絡を検出したときアラ
ームを発する地絡検出回路を得ることができる。

【００５４】請求項８記載の発明では、２線地絡ありと
の判定により線路を遮断する信号を発する発信手段を設
けたので、２線地絡を判定したとき単相交流線路又は直
流線路を遮断する地絡検出回路を得ることができる。

【００５５】請求項９記載の発明では、請求項１から８
の発明のいずれか一つの地絡検出回路を備えたので、２
線地絡の判定により線路への給電を遮断でき感電による
危険を防止できる回路遮断器を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１の地絡検出回路の構
成図である。

【図２】 線路の地絡による地絡電流の検出原理図であ
る。

【図３】 線路の地絡による地絡電流の検出原理図であ
る。

【図４】 ２線地絡の電流ベクトル合成の説明図であ
る。

【図５】 実施の形態２の地絡検出回路の構成図であ
る。

【図６】 実施の形態３の地絡検出回路の構成図であ
る。

【図７】 実施の形態４の地絡検出回路の構成図であ
る。

【図８】 実施の形態５の地絡検出回路の構成図であ
る。

【図９】 従来の地絡検出回路の構成図である。

【符号の説明】

２０ 交流電源、 ２１ 非接地系の単
相交流線路、２２、２３ 接地インピーダンス、２４
負荷 ２５、２９ 零相電流セン
サ、２７ 注入インピーダンス、 ２８ 注入信号
電源、３０ 線路の遮断手段、３１、３２、３３、３４
地絡抵抗 ４０、４２、５２ 、６９電源信号回路 ４２ 電源信号位相判定回路、４４ 注入信号レベル判
定回路 ６３ 直流電源、 ６４ 非接地系の直
流線路、６５ 印加交流電源 ６７ 検出
回路 ａ、ｇ 零相電流センサ出力 ｂ、ｒ アラーム出力 ｄ、ｍ，ｔ ２線地絡判定出力

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 非接地系の単相交流線路の各線路を接地
   する接地インピ−ダンスよりも負荷側の前記単相交流線
   路の零相電流を検出して前記零相電流に応じた電源周波
   数信号を出力する零相電流センサの前記出力に基づいて
   前記単相交流線路の２線地絡を判定する電源信号判定回
   路を備えた地絡検出回路。
2. 【請求項２】 電源信号判定回路は、電源周波数信号の
   位相シフトに基づいて単相交流線路の２線地絡を判定す
   るものであることを特徴とする請求項１記載の地絡検出
   回路。
3. 【請求項３】 電源信号判定回路は、電源周波数信号の
   レベルを判定する電源信号レベル判定回路であって、前
   記電源周波数信号のレベルが所定の値以上のとき前記単
   相交流線路の２線地絡と判定するものであることを特徴
   とする請求項１記載の地絡検出回路。
4. 【請求項４】 印加交流電源により印加周波数信号が印
   加されるとともに接地インピーダンスにより接地された
   非接地系の直流線路の前記接地インピーダンスよりも負
   荷側における前記印加交流電源の零相電流を検出して前
   記零相電流に応じた印加周波数信号を出力する零相電流
   センサの前記出力に基づいて前記直流線路の２線地絡を
   判定する印加信号判定回路を備えた地絡検出回路。
5. 【請求項５】 注入周波数信号を通過させる注入インピ
   ーダンスを介して注入信号電源により所定の周波数の注
   入周波数信号が単相交流線路又は直流線路に注入される
   とともに、零相電流センサから出力される前記注入周波
   数成分信号に基づいて前記単相交流線路又は前記直流線
   路の地絡を判定する注入信号レベル判定回路を設け、前
   記注入信号レベル判定回路は前記注入周波数信号の信号
   レベルが第３の所定の値以上のとき前記単相交流線路又
   は前記直流線路に第１の地絡ありと判定し更に前記注入
   信号レベル判定回路は前記注入周波数信号の信号レベル
   が前記第３の所定の値よりも大きい第４の所定の値以上
   のとき第２の地絡ありと判定するものであり、電源信号
   判定回路又は印加信号判定回路は電源周波数信号又は印
   加周波数信号の信号レベルが前記注入信号レベル判定回
   路が第１の地絡ありと判定した時点のものより減少した
   とき２線地絡と判定するものであることを特徴とする請
   求項１又は請求項４のいずれか１項に記載の地絡検出回
   路。
6. 【請求項６】 注入周波数信号を通過させる注入インピ
   ーダンスを介して注入信号電源により電源周波数又は印
   加周波数と異なる周波数の注入周波数信号が単相交流線
   路又は直流線路に注入されるとともに、第２の零相電流
   センサにより注入信号電源と前記単相交流線路又は前記
   直流線路との間の注入周波数成分信号の零相電流を検出
   して前記零相電流に応じた注入周波数成分信号を出力
   し、前記注入周波数成分信号に基づいて前記単相交流線
   路又は前記直流線路の地絡を判定する注入信号レベル判
   定回路を設け、前記注入信号レベル判定回路は前記注入
   周波数信号の信号レベルが第３の所定の値以上のとき前
   記単相交流線路又は前記直流線路に第１の地絡ありと判
   定し更に前記注入信号レベル判定回路は前記注入周波数
   信号の信号レベルが前記第３の所定の値よりも大きい第
   ４の所定の値以上のとき第２の地絡ありと判定するもの
   であり、電源信号判定回路又は印加信号判定回路は電源
   周波数信号又は印加周波数信号の信号レベルが前記注入
   信号レベル判定回路が第１の地絡ありと判定した時点の
   ものより減少したとき２線地絡と判定するものであるこ
   とを特徴とする請求項１又は請求項４のいずれか１項に
   記載の地絡検出回路。
7. 【請求項７】 注入信号レベル判定回路が第１の地絡あ
   りと判定したとき地絡発生のアラーム信号を発する警報
   発信手段を設けたことを特徴とする請求項５又は請求項
   ６のいずれか１項に記載の地絡検出回路。
8. 【請求項８】 ２線地絡ありとの判定により線路を遮断
   する信号を発する遮断発信手段を設けたことを特徴とす
   る請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の地絡検
   出回路。
9. 【請求項９】請求項１から請求項８のいずれか１項に記
   載の地絡検出回路を備え、２線地絡の判定により主開閉
   接点を開放する回路遮断器。