JPH09243697A - 直流地絡検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の角形ヒステリシス特性をもつ環状鉄心
を応用した直流地絡検出装置は、微小地絡電流に対する
感度が低く、小型化が難しいという問題がある。 【解決手段】 環状鉄心１２に、第１、第２の巻線１
３, １４を施すとともに、直流電路１７を錯交させ、第
１の巻線１３に交流励磁電流を印加する励磁回路部１８
と、第１の巻線１３の誘導起電力を直流地絡信号に変換
する地絡判定回路部２２と、第２の巻線１４に正負交互
に減衰する矩形波電流を印加する消磁回路部２７と、第
１、第２の巻線１３, １４の接続を切替える切替え回路
部４１からなる。直流電路１７の直流地絡に起因して環
状鉄心１２が直流励磁され、第１の巻線１３の誘導起電
力の半波幅を変化させる。地絡判定回路部２２はこの半
波幅を直流地絡信号に変換する。環状鉄心に残留磁気が
ある場合、第１の巻線１３から第２の巻線１４へ接続を
切替え、消磁回路部２７を動作させて消磁を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、直流回路の地絡検
出を行なう直流地絡検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】直流地絡検出装置の一つに、角形ヒステ
リシス特性を持つ環状鉄心を応用したものがある。角形
ヒステリシス特性とは、鉄心のヒステリシス曲線がわず
かな起磁力によって飽和する特性をいう。その角形ヒス
テリシス特性を応用した従来の直流地絡検出装置の基本
的な結線を図１３に示す。図１３において、１は環状鉄
心に巻線をｎ回巻いた第１の検出部で、２は第１の検出
部１と同じ構造をもつ第２の検出部である。第１の検出
部１と第２の検出部２は、直列に逆接続されている。３
は交流電源、４はダイオードフルブリッジ、５は検出抵
抗である。そして、第１および第２の検出部１, ２の貫
通穴には、直流電源６と負荷７を結ぶ直流電路８が貫通
する。

【０００３】いま、直流電路８のＧ点に地絡が発生し
て、地絡電流Ｉg が流れると、直流電路８の陽極側と陰
極側に電流差Ｉd が生じる。この電流差Ｉd は、地絡電
流Ｉgと同じ大きさである。そして、電流差Ｉd は、第
１の検出部１の環状鉄心と第２の検出部２の環状鉄心を
直流励磁する。電流差Ｉd が生じているとき、第１の検
出部１の環状鉄心の磁束−電流起磁力特性は、図１４に
示す曲線となる。第２の検出部２の環状鉄心の磁束−電
流起磁力特性も同様の曲線となるが、図示を省略する。
図１４上には、交流電源３の電圧Ｖf 、第１の検出部１
の環状鉄心の磁束φ1 、第２の検出部２の環状鉄心の磁
束φ2 および交流電源３から流れ出す電流Ｉf による電
流起磁力ｎＩf の波形を併せて示した。交流電源３の電
圧Ｖf に平衡する正弦波電圧を誘導するためには、第１
の検出部１の環状鉄心の磁束φ1 および第２の検出部２
の環状鉄心の磁束φ2 は、交互に半波整流波形状の変化
をしなければならない。角形ヒステリシス特性の環状鉄
心では、磁束が変化しうるのは電流起磁力が零の場合だ
けであるから、電流起磁力は長方形波状に変化し、した
がって交流電源３から長方形波状の電流Ｉf が流れ出
す。

【０００４】電流差Ｉd と交流電源３から流れ出す電流
Ｉf は、電流起磁力が等しくなる必要があり、Ｉd ＝ｎ
Ｉf の関係となる。電流Ｉf は半周期毎に極性を入れ替
えるので、これをダイオードフルブリッジ４で整流し、
検出抵抗５で電圧Ｖo に変換する。よって、電圧Ｖo を
測定すれば、電流Ｉf 、電流差Ｉd が順に分かり、地絡
電流Ｉg を知ることができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の直
流地絡検出装置においては、第１および第２の検出部
１,２に合計２個の環状鉄心を使用しなければならな
い。また、鉄心の角形ヒステリシス特性が完全でないた
め、微小直流電流を検出するには、直流電路８を環状鉄
心に複数回巻いて電流起磁力を大きくしなければならな
い。このため、装置の小型化に問題がある。本発明は上
記のような事情に鑑みてなされたものであって、直流電
路の巻数を増やさなくても微小な直流地絡電流の検出が
可能で、しかも環状鉄心が１個でよいことから、高感度
でかつ小型化に適した直流地絡検出装置を提供するもの
である。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は以上の目的を達
成するために、一つの環状鉄心に、第１の巻線および第
２の巻線を施すとともに、負荷に電力を供給する往復の
直流電路を錯交させた磁気回路部を設ける。そして、正
弦波発振器、第１の抵抗および第１のコンデンサを直列
接続した励磁回路部を設ける。そして、前記第１の巻線
の誘導起電力を入力とし、正負判別回路、平滑化回路、
レベル検知回路および出力回路を経て、地絡信号を出力
する地絡判定回路部を設ける。

【０００７】また、矩形波電圧を発生する矩形波発振器
と、基準電源、スイッチ、第２の抵抗および第２のコン
デンサを直列接続したコンデンサ充電回路と、前記第２
のコンデンサの充電電圧の極性を反転する反転増幅器
と、前記矩形波発振器の出力と前記第２のコンデンサの
充電電圧との差分を増幅検出する第１の差動増幅器と、
前記矩形波発振器の出力と前記反転増幅器の出力との差
分を増幅検出する第２の差動増幅器と、前記第１の差動
増幅器の出力から負側電圧を取り出す第１のダイオード
と、前記第２の差動増幅器の出力から正側電圧を取り出
す第２のダイオードと、これら２つのダイオードの出力
を合成した電圧を増幅する増幅回路と、この増幅回路の
出力電圧を電流に変換する第３の抵抗とからなる消磁回
路部を設ける。

【０００８】さらに、前記第１の巻線と前記励磁回路部
との接続を入り切りする第１および第２のリレーと、前
記第２の巻線と前記消磁回路部との接続を入り切りする
第３および第４のリレーと、これら第１ないし第４のリ
レーを制御する制御器とからなる切替え回路部を設け
る。

【０００９】本発明はこのように構成され、次のように
作用する。直流地絡検出動作中においては、励磁回路部
側の第１および第２のリレーを閉じ、正弦波発振器、第
１の抵抗および第１のコンデンサからなる励磁回路部か
ら第１の巻線に励磁電流を印加している。この際、切替
え回路部の制御器によって消磁回路部側の第３および第
４のリレーは開いておく。ここで、環状鉄心に鎖交した
直流電路に地絡が発生すると、直流電路の正側と負側と
の間に電流差が生じ、環状鉄心に直流の電流起磁力が加
わる。第１の巻線の誘導起電力波形は、この直流の電流
起磁力の作用によって、正の半波幅と負の半波幅に電気
角の差を生じる。この第１の巻線の誘導起電力の正負の
半波幅の差を、正負判別回路、平滑化回路、レベル検知
回路、出力回路からなる一連の地絡判定回路部によって
変換処理し、直流地絡信号を出力する。

【００１０】ところが、前記地絡時の電流差が大きい
と、環状鉄心は直流の電流起磁力によって磁化され、地
絡が回復しても残留磁気が残ってしまう。このようなと
き、切替え回路部の制御器にて、励磁回路部側の第１、
第２のリレーを開き、消磁回路部側の第３、第４のリレ
ーを閉じることにより、消磁回路部に接続を切替える。
消磁回路部は、矩形波電圧とコンデンサ充電電圧を、反
転増幅器、差動増幅器、ダイオートで組み合わせた回路
によって、しだいに減衰する矩形波電圧に変換し、増幅
回路から第３の抵抗を介して第２の巻線に対し、しだい
に減衰する矩形波電流を流し込む。これにより、環状鉄
心の残留磁気が取り除かれる。

【００１１】こうして消磁が終了した後、切替え回路部
の制御器が第３のリレーと第４のリレーを開き、第１の
リレーと第２のリレーを閉じて、再び直流地絡検出動作
に戻す。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図１〜図１２に基づき本発
明の実施例を説明する。図１は、本発明の一実施例とし
ての直流地絡検出装置の主要構成を示している。図１に
おいて、１１は磁気回路部を指し、環状鉄心１２に第１
の巻線１３と第２の巻線１４を施してあり、その貫通穴
には直流電源１５につながる主線Ｐ、Ｎ上の点p1、p2か
ら分岐して、負荷１６とを結ぶ直流電路１７が貫通す
る。１８は励磁回路部を指し、第１の巻線１３を励磁す
るための回路であり、正弦波発振器１９、第１の抵抗２
０および第１のコンデンサ２１を直列接続している。２
２は地絡判定回路部で、正負判別回路２３、平滑化回路
２４、レベル検知回路２５および出力回路２６を順次接
続した演算回路である。この地絡判定回路部２２には、
励磁回路部１８のp3、p4点が入力としてつながる。

【００１３】２７は消磁回路部を指し、次の構成であ
る。矩形波発振器２８の出力を第１の差動増幅器２９の
負入力側端子p5および第２の差動増幅器３０の負入力側
端子p7に接続する。３１はコンデンサ充電回路であり、
基準電源３２、スイッチ３３、第２の抵抗３４、第２の
コンデンサ３５を直列接続してコンデンサ充電電圧が得
られるようにしている。コンデンサ充電回路３１のp9点
から導線を引き出し、一つは第１の差動増幅器２９の正
入力側端子p6へ、もう一つは反転増幅器３６を介して第
２の差動増幅器３０の正入力側端子p8へと接続する。第
１の差動増幅器２９の出力側には第１のダイオード３７
のカソードをつなぎ、第２の差動増幅器３０の出力側に
は第２のダイオード３８のアノードをつなぐ。そして、
第１のダイオード３７のアノードと第２のダイオード３
８のカソードを共に増幅回路３９の入力側へ接続する。
増幅回路３９の出力側は、第３の抵抗４０を介し、第２
の巻線１４へ電流が流れるように接続する。

【００１４】４１は切替え回路部を指す。磁気回路部１
１と励磁回路部１８との間に、第１のリレー４２と第２
のリレー４３を設ける。また、磁気回路部１１と消磁回
路部２７との間に、第３のリレー４４と第４のリレー４
５を設ける。第１ないし第４のリレー４２〜４５は、制
御器４６で開閉を制御する。

【００１５】次に、動作を説明する。図２は、励磁回路
部１８の動作を説明するためのもので、図１の実施例か
ら磁気回路部１１と励磁回路部１８を抜粋してある。こ
こで、第１のリレー４２と第２のリレー４３は閉じ、第
３のリレー４４と第４のリレー４５は開いているものと
する。また、第１の巻線１３の励磁電流をＩs 、環状鉄
心１２に発生する磁束をφs とする。

【００１６】巻線のインダクタンスＬは、Ｌ＝ｎ・ｄφ
／ｄＩの関係式で表される。ここで、ｎは巻線数、φは
鉄心の磁束、Ｉは巻線を通る電流である。この関係式よ
り、巻線のインダクタンスＬは、磁束φと電流Ｉの関係
を示す曲線の傾きに比例する。図３は、磁気回路部１１
の磁束−電流起磁力特性を示す曲線（以下、φ−Ｉ曲線
と記す）の概念図である。第１の巻線１３を流れる励磁
電流Ｉs は正弦波状であり、励磁電流の最大値に第１の
巻線の巻数を掛け合わせた電流起磁力がφ−Ｉ曲線の最
大動作点を与える。直流地絡が発生していない場合、図
３の点４７, ４８が最大動作点であり、この二つの点４
７, ４８は原点対称の位置にある。点４７の接線を４７
ａ、点４８の接線を４８ａとすると、両接線４７ａ, ４
８ａの傾きは等しい。よって、傾きの等しい４７、４８
点では、そのインダクタンスも等しい。

【００１７】変わって、直流電路１７のＧ点で直流地絡
が発生し、地絡電流Ｉg が流れている状態を考える。地
絡電流Ｉg が流れると、Ｇ点より直流電源１５側の直流
電路１７の正側と負側との間に電流差Ｉd が生じる。電
流差Ｉd は、地絡電流Ｉg と同じ大きさである。この電
流差Ｉd が環状鉄心１２を励磁し、φ−Ｉ曲線を直流重
畳させる。このため、図２の最大動作点は点４９および
点５０へ移動する。点４９の接線４９ａは、直流地絡が
無いときの点４７の接線４７ａに比べ、その傾きが小さ
くなる。一方、点５０の接線５０ａは、直流地絡が無い
ときの点４８の接線４８ａに比べ、その傾きが大きくな
る。二つの接線４９ａ, ５０ａの傾きが変わるので、最
大動作点４９、５０におけるインダクタンスはそれぞれ
直流地絡が無いときと異なった値となる。

【００１８】図４は、励磁回路部１８から第１の巻線１
３に至る閉回路を、簡略化して等価回路に示したもので
ある。図４では、第１のリレー４２および第２のリレー
４３を省略してある。また、第１の巻線１３をリアクト
ルで、正弦波発振器１９を交流電源で等価回路化してい
る。Ｅs , Ｖr , Ｖc , Ｖi は、それぞれ正弦波発振器
１９の出力電圧、第１の抵抗２０の端子電圧、第１のコ
ンデンサ２１の端子電圧、第１の巻線１３の誘導起電力
であり、矢印の向きを正とする。図５は、図４の等価回
路をベクトル図に描いたものである。ｅs , ｖr , ｖc,
ｖi は、それぞれ正弦波発振器１９の出力電圧ベクト
ル、第１の抵抗２０の端子電圧ベクトル、第１のコンデ
ンサ２１の端子電圧ベクトル、第１の巻線１３の誘導起
電力ベクトルを表す。また、θは、正弦波発振器１９の
出力電圧ベクトルｅs と第１の巻線１３の誘導起電力ベ
クトルｖi との位相差を表す。

【００１９】正弦波発振器１９の出力電圧ベクトルｅs
を基準にして第１の巻線１３の誘導起電力ベクトルｖi
を式に表すと、数１となる。そして、位相差θは数２の
式となる。

【００２０】

【数１】

【００２１】

【数２】

【００２２】数１、数２は、第１の抵抗２０のインピー
ダンスをＲ、第１のコンデンサ２１の容量をＣ、第１の
巻線１３のインダクタンスをＬとし、正弦波発振器２４
の発振周波数をｆとしたときの式である。直流地絡が生
じている場合、φ−Ｉ曲線の最大動作点４９, ５０での
インダクタンスは互いに異る値となったから、４９, ５
０点での位相差θは数２で与えられるそれぞれ異なった
値となる。

【００２３】図６は、磁気回路部１１のφ−Ｉ曲線と、
環状鉄心１２の磁束波形５１および第１の巻線１３の誘
導起電力波形５２を同時に示した図である。図６では、
直流地絡による直流電流起磁力が励磁回路部１８からの
励磁電流に重畳して、最大動作点が原点に対して非対称
となった状態を表している。磁束φs と第１の巻線１３
の誘導起電力Ｖi の関係は、第１の巻線１３の巻数をｎ
a とすれば、Ｖi ＝ｎa ・ｄφs ／ｄｔである。これよ
り、磁束φs がピーク値φp 、φq となるときは誘導起
電力Ｖi はゼロとなる。そして、φ−Ｉ曲線の正側の最
大動作点４９は、第１の巻線１３の誘導起電力Ｖi が正
から負に変わるときにゼロとなる点ｔa に対応する。反
対に、負側の最大動作点５０は、誘導起電力Ｖi が負か
ら正に変わるときのゼロの点ｔb に対応する。

【００２４】次に、誘導起電力Ｖi 波形がｔa 、ｔb 点
にあるときの正弦波発振器１９の出力電圧Ｅs との位相
の関係を考える。図７に、正弦波発振器１９の出力電圧
Ｅsと第１の巻線１３の誘導起電力Ｖi の波形を示す。
図７には、極座標による表示を同時に示している。５３
で示した波形が正弦波発振器１９の出力電圧Ｅs であ
り、極座標上の円５５がこれに対応する。誘導起電力Ｖ
i は、波形５４で示した。誘導起電力Ｖi は歪みを持つ
ので、極座標上では完全な円とはならない。そのため、
極座標上の誘導起電力Ｖi は５６で示す点線で表示し
た。いま、誘導起電力Ｖi の波形５４がｔa 点にあると
き、正弦波発振器１９の出力電圧Ｅs は極座標上の円５
５のＴa で示す点にある。ゆえに、誘導起電力Ｖiの波
形５４がｔa 点にあるときの位相差は、θp で示す電気
角となる。同様に、誘導起電力Ｖi の波形５４がｔb 点
にあるとき、正弦波発振器１９の出力電圧Ｅs は円５５
のＴb 点にあるので、その位相差はθq で示す電気角と
なる。

【００２５】したがって、誘導起電力Ｖi 波形がｔb →
ｔa となる正の半波幅は、λp で示す電気角であり、ｔ
a →ｔb となる負の半波幅は、λq で示す電気角とな
る。図７の極座標を参照し、誘導起電力Ｖi の正の半波
幅λp および負の半波幅λq を、位相差θp , θq を使
って表すと、λp ＝π−（θp −θq ）、λq ＝π＋
（θp −θq ）となる。そして、正負の半波幅λp 、λ
q の差ｄλを求めると、ｄλ＝λp −λq ＝−２（θp
−θq ）となる。本発明の実施例は、この正負の半波幅
の差ｄλを電圧信号に変換して直流地絡の有無を判断す
るものであり、地絡判定回路部２２でこの変換処理を行
なう。

【００２６】次に、地絡判定回路部２２を説明する。図
８は、図１の実施例から地絡判定回路部２２を抜粋した
ものである。図８において、Ｖi は第１の巻線１３の誘
導起電力、Ｖo は地絡判定回路部２２の出力信号であ
り、ｅ1 , ｅ2 , ｅ3 は、それぞれ正負判別回路２３、
平滑化回路２４、レベル検知回路２５の出力電圧であ
る。このうち、第１の巻線１３の誘導起電力Ｖi 、正負
判別回路２３の出力電圧ｅ1 および平滑化回路２４の出
力電圧ｅ2 の波形を図９に示した。正負判別回路２３
は、主としてコンパレータで構成され、入力電圧となる
誘導起電力Ｖi が正であるときに負の一定電圧、入力電
圧となる誘導起電力Ｖi が負であるときに正の一定電圧
を出力する働きをする。よって、正負判別回路２３の出
力電圧ｅ1 の波形は、先の図７で説明した正負の半波幅
λp 、λq を持ち正負の大きさがＥk で等しい矩形波で
ある。

【００２７】平滑化回路２４は、主としてフィルタ回路
で構成され、正負判別回路２３の出力電圧ｅ1 の波形を
平滑化するものである。平滑化回路２４の出力電圧ｅ2
は、正負判別回路２３の出力電圧ｅ1 波形の正側の面積
と負側の面積との差を示す直流波形となり、その大きさ
はｅ2 ＝Ｋa ・（λp −λq ）・Ｅk の式で表すことが
できる。ここで、Ｋa は、平滑化回路２４の回路定数に
よって決まる係数である。そして、レベル検知回路２５
では、入力ｅ2 があらかじめ定めた基準電圧−Ｅz から
＋Ｅz の範囲にあるか否かを判断し、基準電圧範囲内で
あればゼロを出力し、基準電圧範囲を越えた場合は一定
直流電圧Ｅr を出力する。ゆえに、レベル検知回路２５
の出力電圧ｅ3 は、ゼロかＥr のいづれかの状態をとる
二値信号である。最終段にある出力回路２６は、レベル
検知回路２５の出力電圧ｅ3 を、本発明の直流地絡検出
装置の外部にある図示しない表示回路または継電器を駆
動するのに必要な電圧、電流をもつ出力信号Ｖo に変換
するものである。以上が直流地絡検出を行なう際の各部
の作用である。

【００２８】次に、異常時の動作である消磁回路部２７
の動作を説明する。実施例の直流地絡検出装置は、微小
直流地絡電流の検出が可能であるが、直流地絡電流Ｉg
が大きい場合に本装置の性能上の問題が生じる。大きな
直流地絡電流Ｉg によって生じた直流電路１７の正側と
負側との電流差Ｉd が環状鉄心１２を磁化し、地絡が回
復しても残留磁気が残ってしまうために、直流地絡検出
に誤差を生じるという問題である。

【００２９】図１０は、残留磁気が生じているときの環
状鉄心１２のφ−Ｉ曲線を示す概念図である。実線５７
が、残留磁気が生じているときのφ−Ｉ曲線で、φg が
残留磁束の大きさを表す。比較のため、残留磁気が無い
ときのφ−Ｉ曲線を点線５８で示した。ここで、図１０
は、直流地絡が回復し、直流電路１７の正側と負側に電
流差Ｉd が全く無い状態か、または、直流電路１７の通
電が止まっている状態でのφ−Ｉ曲線を仮定しており、
横軸の電流起磁力は励磁回路部１８からの励磁電流Ｉs
によるもののみとする。残留磁気がある場合の実線５７
のように、磁束φs の絶対値が大きくなると、環状鉄心
１２の飽和特性によって磁束の発生が制限され、φ−Ｉ
曲線の傾きが小さくなる。このため、一方の最大動作点
５９における接線５９ａの傾きは、反対側の最大動作点
６０における接線６０ａの傾きに比べ小さくなる。点５
９と点６０の接線５９ａ, ６０ａの傾きが異なってしま
うので、二つの最大動作点におけるインダクタンスが異
なり、第１の巻線１３の誘導起電力Ｖi の半波幅が変化
する。

【００３０】そして、地絡判定回路部２２が、正負の半
波幅が異なる誘導起電力Ｖi を変換処理し、実際には地
絡電流が無いにも拘わらず、出力信号Ｖo に地絡信号が
出てしまうという可能性がある。地絡信号が出るかどう
かは残留磁気の大きさによるが、残留磁気が検出精度に
誤差を生じさせるので、残留磁気を持ったまま直流地絡
検出動作をさせるのは問題である。消磁回路部２７は、
このように磁化してしまった環状鉄心１２を元の残留磁
気の無い状態に戻すことを目的としたものである。一般
に、消磁を行なう場合、巻線に対し減衰するＡＣ電流を
流す方式がとられるが、本実施例では減衰するＡＣ電流
に代わって減衰する矩形波電流を巻線に印加する方式と
している。

【００３１】本実施例で消磁を行なう場合、磁気回路部
１１から励磁回路部１８を切り離し、消磁回路部２７を
接続するため、第１のリレー４２と第２のリレー４３を
開き、第３のリレー４４と第４のリレー４５を閉じる。
また、環状鉄心１２に貫通する直流電路１７の通電を止
め、直流電路１７から直流の電流起磁力が環状鉄心１２
に印加しないようにしておく。

【００３２】図１１は、本発明の実施例を示す図１から
消磁回路部２７を抜粋したものである。ここで、第１の
差動増幅器２９、第２の差動増幅器３０および反転増幅
器３６は、増幅率を１とする。図１２は消磁回路部２７
の各部の電圧波形である。矩形波発振器２８の出力電圧
Ｅu は、（Ａ）のように正負で大きさおよびパルス幅が
等しい矩形波である。そして、基準電源３２、スイッチ
３３、第２の抵抗３４、第２のコンデンサ３５を直列接
続したコンデンサ充電回路３１において、スイッチ３３
が閉じると、第２のコンデンサ３５の電位出力端子p9に
は、（Ｂ）に示すコンデンサ充電電圧Ｅv が現れる。

【００３３】第１の差動増幅器２９の入力には、負入力
側端子p5に矩形波電圧Ｅu が、正入力側端子p6にコンデ
ンサ充電電圧Ｅv が入力されるので、その出力Ｅcaは、
Ｅca＝−（Ｅu −Ｅv ）である。Ｅcaは、（Ｄ）の波形
となる。反転増幅器３６は、（Ｃ）のようにコンデンサ
充電電圧Ｅv の符号を反転した−Ｅv を出力し、その出
力は第２の差動増幅器３０の正入力側端子p8に入力され
る。第２の差動増幅器３０の負入力側端子p7には、矩形
波電圧Ｅu が入力されるので、その出力Ｅcbは、Ｅcb＝
−（Ｅu ＋Ｅv ）である。Ｅcbは、（Ｅ）の波形とな
る。

【００３４】第１のダイオード３７は負側電圧Ｅcaを、
第２のダイオード３８は正側電圧Ｅcbを後段に通すの
で、それを加え合わせた電圧Ｅccは（Ｆ）のように正負
交互にしだいに減衰する矩形波となる。この正負交互に
しだいに減衰する矩形波を増幅回路３９で増幅し、その
出力電圧Ｖccを第３の抵抗４０を通して、第２の巻線１
４に与える。このとき第２の巻線１４を流れる電流Ｉcc
は、第３の抵抗４０の抵抗値をＲccとすれば、Ｉcc＝Ｖ
cc／Ｒccである。この正負交互にしだいに減衰する電流
起磁力により環状鉄心１２は消磁される。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように本発明の直流地絡検
出装置は、巻線の誘導起電力の位相の変化を直流地絡信
号に変換するので、微少な直流電流を検出できること、
環状鉄心が１個であるため小型化に向いているなどの利
点がある。また、地絡事故時などで生じた鉄心の残留磁
気を除去する消磁回路を持つので、実用上有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の直流地絡検出装置の主要構成
を示す図である。

【図２】励磁回路部１８の動作を説明するため、図１の
実施例から磁気回路部１１および励磁回路部１８を抜粋
した図である。

【図３】磁気回路部１１の磁束−電流起磁力特性を示す
曲線の概念図である。

【図４】励磁回路部１８から第１の巻線１３に至る閉回
路を簡略化して等価回路に示した図である。

【図５】図４の等価回路をもとにしてベクトル図を描い
たものである。

【図６】磁気回路部１１の磁束−電流起磁力特性曲線
と、環状鉄心１２の磁束φs 波形、第１の巻線１３の誘
導起電力Ｖi 波形を同時に示した図である。

【図７】第１の巻線１３の誘導起電力Ｖi 波形の正負半
波幅を求めるため、正弦波発振器１９の出力電圧Ｅs 波
形と第１の巻線１３の誘導起電力Ｖi 波形を示した図で
ある。

【図８】第１の巻線１３の誘導起電力Ｖi が地絡判定回
路部２２に入力されてから直流地絡信号Ｖo として出力
される過程を説明するため、図１の実施例から地絡判定
回路部２２を抜粋したものである。

【図９】第１の巻線１３の誘導起電力Ｖi 波形、正負判
別回路２３の出力電圧ｅ1 波形、平滑化回路２４の出力
電圧ｅ2 波形を示す図である。

【図１０】残留磁気が生じているときの磁気回路部１１
の磁束−電流起磁力特性曲線の状態を示す概念図であ
る。

【図１１】消磁回路部２７の動作を説明するため、図１
の実施例から消磁回路部２７を抜粋したものである。

【図１２】消磁回路部２７の各部の電圧波形を示す図で
ある。

【図１３】従来の角形ヒステリシス特性を持つ環状鉄心
を応用した直流地絡検出装置の基本的な結線を示した図
である。

【図１４】その環状鉄心の磁束−電流起磁力特性曲線の
概念図である。同図上に、交流電源３の電圧Ｖf 、第１
の検出部１の環状鉄心の磁束φ1 、第２の検出部２の環
状鉄心の磁束φ2 および交流電源３から流れ出す電流Ｉ
f による電流起磁力ｎＩfの波形を併せて示している。

【符号の説明】

１１ 磁気回路部 １２ 環状鉄心 １３ 第１の巻線 １４ 第２の巻線 １５ 直流電源 １６ 負荷 １７ 直流電路 １８ 励磁回路部 １９ 正弦波発振器 ２０ 第１の抵抗 ２１ 第１のコンデンサ ２２ 地絡判定回路部 ２３ 正負判別回路 ２４ 平滑化回路 ２５ レベル検知回路 ２６ 出力回路 ２７ 消磁回路部 ２８ 矩形波発振器 ２９ 第１の差動増幅器 ３０ 第２の差動増幅器 ３１ コンデンサ充電回路 ３２ 基準電源 ３３ スイッチ ３４ 第２の抵抗 ３５ 第２のコンデンサ ３６ 反転増幅器 ３７ 第１のダイオード ３８ 第２のダイオード ３９ 増幅回路 ４０ 第３の抵抗 ４１ 切替え回路部 ４２ 第１のリレー ４３ 第２のリレー ４４ 第３のリレー ４５ 第４のリレー ４６ 制御器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一つの環状鉄心に、第１の巻線および第２
   の巻線を施すとともに、負荷に電力を供給する往復の直
   流電路を錯交させた磁気回路部と、 正弦波発振器、第１の抵抗および第１のコンデンサを直
   列接続した励磁回路部と、 前記第１の巻線の誘導起電力を入力とし、正負判別回
   路、平滑化回路、レベル検知回路および出力回路を経
   て、地絡信号を出力する地絡判定回路部と、 矩形波電圧を発生する矩形波発振器と、基準電源、スイ
   ッチ、第２の抵抗および第２のコンデンサを直列接続し
   たコンデンサ充電回路と、前記第２のコンデンサの充電
   電圧の極性を反転する反転増幅器と、前記矩形波発振器
   の出力と前記第２のコンデンサの充電電圧との差分を増
   幅検出する第１の差動増幅器と、前記矩形波発振器の出
   力と前記反転増幅器の出力との差分を増幅検出する第２
   の差動増幅器と、前記第１の差動増幅器の出力から負側
   電圧を取り出す第１のダイオードと、前記第２の差動増
   幅器の出力から正側電圧を取り出す第２のダイオード
   と、これら２つのダイオードの出力を合成した電圧を増
   幅する増幅回路と、この増幅回路の出力電圧を電流に変
   換する第３の抵抗とからなる消磁回路部と、 前記第１の巻線と前記励磁回路部との間の接続を入り切
   りする第１および第２のリレーと、前記第２の巻線と前
   記消磁回路部との間の接続を入り切りする第３および第
   ４のリレーと、これら第１ないし第４のリレーを制御す
   る制御器とからなる切替え回路部と、 を備えることを特徴とした直流地絡検出装置。