JPS60183924A - 電流検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、負荷や電力線などの漏電を検出する電流検出
装置に関する。

背景技術 先行技術において、検出されるべき被検出電流の流れる
ラインに関連して設けられると共に被検出電流を検出す
る可飽和リアクトルを含む磁気マルチバイブレータ回路
は、被検出電流の流れるラインに漏れ電流が無くても、
そのラインの平衡電流が大きくなれば発掬周波数が高く
なる。このように発振周波数が高くなると、磁気マルチ
バイブレータ回路の後段に接続される各回路か誤動作を
起し、正常に漏れ電流を検出しにくかった。

第１図は、先行技術の磁気マルチバイブレータ回路に含
まれる可飽和リアクトルの斜視図である。

コアＫには、フィルＬ１およびコイルＬ　２が巻回され
る。コアにの中心付近には、被検出電流の流れるライン
ｆｌおよびライン１２が貫通される。

この可飽和リアクトルは、第２図に示すようなり−Ｈ特
性を有する。こめ可飽和リアクトルが回路的に励磁力Ｈ
ａまで励磁する能力を有するものとすると、一般的に磁
気マルチバイブレータ回路の発振周波数は次の第１式に
示すようになる。

ただしＥは印加電圧、Ｓはコアにの断面積、ＮはコアＫ
に巻回されるコイルの巻線回数である。

ここでラインｌ！１，１２に平衡大電流が流れると、第
３図（１）に示すようにコアにの領域Ｋｌ　、に２の磁
束密度が高くなり飽和状態となる。また第３Ｍ（２）に
示すように磁力線３Ｄはコアにの中心付近で密となり、
コアＩ（の上下刊近の磁力線３Ｃ。

３Ｅは租となる。したがって可飽和リアクトル全体のＢ
−Ｈ特性が第４図に示すように変化するため、発振周波
数は次の第２式のようになる。

さらにライン１１，１２の平衡電流が大きくなると、発
振周波数は次の第３式のようになる。

ここで第１式〜第３弐においてＢｍ＞Ｂｍ’　＞Ｂｍ”
の関係により、各発振周波数／　、　ｆ’　、　／″は
次の第４式の関係になる。

／　＜　／’　＜　／”　°（４） この第４式に示すようにライン１１，１２の平衡電流が
大きくなっていくと、磁気マルチバイブレータ回路の発
振周波数は高くなっていく。したがって、磁気マルチバ
イブレータ回路の発振周波数はライン１１，１２の平衡
電流時変動し、本来の動作目的を達成することができな
くなる。本来の動作目的とは、ラインｌＬ、１２に流れ
る１４Ｌ　流が不平衡であるときのみ、磁気マルチバイ
ブレータ回路の出力パルスのデユーティを変動させ、後
段の回路によって漏れ電流を検出することである。

目　的 本発明の目的は、上述の技術的課題を解決し、被検出ラ
インの平衡電流による誤動作を防止し、正確に漏れ電流
を検出することができる電流検出装置を提供することで
ある。

実施例 第゛５図は、本発明の一実施例の可飽和リアクトルが接
続される電流検出装置の電気回路図である。

電源回路Ａの動作を説明する。スイッチＳｌ。

Ｓ２がオンされ、交流電源ＥＯからの電力がライン１１
，１２に与えられる。ライン１１，１２に与えられた交
流電圧は、ダイオードＤＩ、Ｄ２゜Ｄ３．Ｄ４、コイル
Ｌ１抵抗Ｒ１およびコンデンサＣ１から成る回路により
整流され、直流電圧になる。交流電源ＥＯからの電力が
投入されると同時にラインＩ！３に流れる直流電流によ
りトランジスタＴｒｌがオンし、コンデンサＣ２が充電
される。トランジスタＴｒｉがオンすると、次傾トラン
ジスタＴｒ２がオンし、そのエミッタのラインｌ！４は
リップル分を含まない定市５圧を得る。トランジスタＴ
ｒ２のコレクタ電位が予め足めた電位を越えると、比較
器１が動作し、トランジスタＴｒ３にベース電流が流れ
る。これによってトランジスタＴｒ３がオンしてトラン
ジスタＴｒｉのベース電流を引き込み、トランジスタＴ
ｒｉをオフさせる。一方、これと同時比較器１の出力に
よってトランジスタＴｒ１２がオンし、比較器１の非反
転入力端子に与えられるしきい値電圧を下げる。

電源回路Ａに接続される負荷回路がエネルギを消費し、
コンデンサＣ２の電位が下がり、比較器１の反転入力端
子の電位が下がり、比１つ器１の出力が反転する。これ
によって、トランジスタＴｒ３゜Ｔｒ１２がオフし、ト
ランジスタＴｒｉがオンしてコンデンサＣ２を充１［ｆ
シていく。

次に制御回路Ｂの動作を説明する。電源回路Ａのトラン
ジスタＴｒｉのエミッタΩライン１４の電位が予め定め
た値Ｋ　７するまで、制御回路は、後段の回路の誤動作
を防ぐため磁欠１マルチバイブレータ回路Ｃの発振を停
止させておくものである。

ライン１４の′ＴＬ位が予め定めた値に達すると、比較
ｒｊ２が動作し、磁気マルチバイブレータ回路Ｃのスイ
ッチＳ３．Ｓ４をオンさせる。

次に磁気マルチバイブレータ回路Ｃの動作を説明する。

磁気マルチバイブレータ回路Ｃは、スイッチＳ３　、Ｓ
４がオンするに従い発振動作が開始される。負荷ｔ、ｏ
Ｋｍ続されるライン１１，１２に関連して設けられると
共に、ライン１１　、　Ｉ！２に流れる電流を検出する
ためのコイルＬｌおよびコイルＬ２を有する可飽和リア
クトルが設けられる。その可飽和リアクトルのコイルＬ
ｌおよびコイルＬ２の一端は抵抗Ｒを介してラインＩ！
４に接続される。コイルＬｌの他端はトランジスタＴｒ
４のコレクタに接続され、フィルＬ２の他端はトランジ
スタＴｒ５のコレクタに接続される。コイルＬｌ、Ｌ２
およびトランジスタＴｒ４．Ｔｒ５を含む回路により、
トランジスタＴｒ４がオンしたときトランジスタＴｒ５
がオフし、また逆にトランジスタＴｒ５かオンしたとき
トランジスタＴｒ４がオフし、発振が行なわれる。ライ
ンｌｌまたはライン１２に漏れ電流がない場合、コイル
Ｌ１およびコイルＬ２のリアクタンスは変化しないので
トランジスタＴｒ４およびＴｒ５のオン／オフのデユー
ティ比はｌ：１のままである。ライン／１またはライン
／２に漏れ電流が生じると、コイルＬおよびＬ２のリア
クタンスは変化するのでトランジスタＴｒ４およびＴｒ
５のオン／オフのデユーティ比は１：１から変化する。

磁気マルチバイブレーク回ＭＣは、トランジスタＴｒ４
のコレクタおよびトランジスタＴｒ５のコレクタから互
に位相反転したパルス信号を送出する。

次にデユーティ検出回路りの動作を説明する。

前記磁気マルチバイブレータ回路ＣのトランジスタＴｒ
４およびトランジスタＴ　ｒ　５のオン／オフに同期し
、スイッチＳ５〜Ｓ８がオン／オフする。

スイッチＳ５．Ｓ８は、トランジスタＴｒ５がオンのと
き、オンする。スイッチＳ６　、Ｓ７は、トランジスタ
Ｔｒ４がオンのとき、オンする。

ここで磁気マルチパイブレー々回路Ｃが通常の発振動作
を行なっていると想定して、以下第６図の波形図を勾照
して動作を説明する。デユーティ検出回路りにおいて、
スイッチｓ５とスイッチＳ６と抵抗Ｒ１１との接続点ａ
′には第６腰（２）に示すようなパルス信号が与えられ
る。またスイッチＳ７とスイッチＳ８と抵抗１３との接
続点ｂ′には、第６図（３）に示す、ようなパルス信号
が与えられる。

これＫよって、抵抗Ｒ１１と抵抗Ｒ１２とコンデンサＣ
３との接続点ａからは第６図（１）に示すような直流電
圧の信号Ｐｉが送出される。抵抗Ｒ１３とｉ抗Ｒ１２と
コンデンサＣ４との接続点すからは、第６図（１）Ｋ示
すような直流電圧の信号Ｐ２が送出される。

次に高周波検知回路Ｅのｔノ１作を説ψノする。比較器
８の反転入力端子には前記デユーティ検出回路りの接続
点ａ′からの信号が与えられ、比較器８の非反転入力端
子には前記デユーティ検出回路りの接続点ｌ）′からの
信号か与えられる。これにより比較器８は動作し、トラ
ンジスタＴ　ｒ　６を能動化する。トランジスタＴｒ６
のフレフタ拳エミッタ間にはコンデンサＣ５か接続され
、トランジスタＴｒ６のコレクタに１第６図（４）に示
す信号Ｐ４が送出される。この信号Ｐ４は比較器３の非
反転入力端子に与えられ、比＠ｐに３の反転入力端子に
は第６　ｍ　（４）　Ｋ　示すラインＡ４のレベルのし
きい値電圧が与えられる。これにより比較器３は動作し
、トランジスタＴｒ７を能動化する。トランジスタＴｒ
７のコレクタ・エミッタ間にはコンデンサＣ６が接続さ
れ、トランジスタＴｒ７のコレクタには第６図（５）に
示す信号Ｐ５が送出される。この信号Ｐ５は比較器４の
非反転入力端子に与えられ、比較器４の反転入力端子に
は第６図（５）に示すラインＡ５のレベルのしきい値電
圧が与えられる。このように信号Ｐ５のレベルは、比較
器３によりラインＡ５で示すレベルのしきい値電圧より
但°くなるように設定される。この状態では、比較器４
の出力によりスイッチＳ９はオンされない。

ここでたとえばライン１１に漏れ電流が生じて、磁気マ
ルチバイブレータ回路Ｃの出力パルスのデユーティ比が
変化したときの動作を説明する。このときデユーティ検
出回路りの接続点ａ′には、第６図（２）に示すような
パルス信号が与えられ、接続点ｂ’には第６図（３）に
示すようなパルス信号が与えられる。したがってデユー
テン検出回路りの接続点ａから第７図（１）Ｋ示すよう
な信号ｐＨが送出され、接続点すから第７図（１）に示
すような信号Ｐ１２が送出される。比較器８は、第７図
（２）に示すパルス信号と第７図（３）に示すパルス信
号と忙より動作し、トランジスタＴｒ６を能動化する。

トランジスタＴｒ６のコレクタからは第７図（４）に示
す信号Ｐ１４が送出される。この信号Ｐ１４のレベルは
、比較器３０反転入力端子に与えられるラインＡ４で示
ずレベルのしきい値電圧より低い。したかつて比較ト装
置）の出力は、トランジスタＴｒ７をオフさせ、コンデ
ンサＣ６を定電流源Ｅ６の電流により充ｍさせる。これ
によりトランジスタＴｒ７のコレクタ電圧は、第７１文
１（５）に示すラインＡ６のよう（Ｃ■―昇し、比較器
４の反転入力端子に与えられるラインＡ５で示すレベル
のしきい（？’ｉ　Ｉ山川より高くなり、比較器４はス
イッチＳ９をオンさせる。

次に電圧／　’＋１７．流変換回路Ｆの動作をＦ　’！
すする。

前記高＋Ｉｒｉ波検知回路ＥのスイッチＳ９かオンされ
ることによって定電流源Ｅ８の電流は、コンデンサＣ７
Ｋ　流れ込み、コンデンサＣ７を充電する。

比較器６とダイオードＤＩ３とトランジスタＴｒ９と、
比較器５とダイオードＤ１４とトランジスタＴｒ８とに
よりバッファを構成し、比較器６の非反転入力端子に与
えられた信号と比較器５の非反転入力端子に与えられた
信号との雷１位差を抵抗Ｒ１４の抵抗値で、’ｊｌｉつ
だＩＱｉ流値に変換し、トランジスタＴｒ９およびＴｒ
８のコレクタからの電流でコンデンサＣ７を充電してい
く。なお比較器６の非反転入力端子はデユーティ検出回
路Ｉ）の接続点ａＫ接続され、比較器５の非反転入力端
子はデユーティ検出回路Ｉ）の接続点１）に接ヒ、；さ
れる。一方、抵抗Ｒ１５とトランジスタＴｒｌＯとトラ
ンジスタＴｒｌｌとから成る定電流引き出し回路により
、予め設′宇された■（、流値まではコンデンサＣ７の
ｍ位を上昇さセない。

出力回路Ｇは、コンデンサＣ７の？ｊ＋、位が予め定め
た値以上になる々、比較器７からスイッチＳ　１゜Ｓ２
をオフさせる１４号を送出する。これによって、負荷１
．０は交流電源Ｅσから遮断される。

以上のようにライン１１およびラインＩ！２の被検出電
流が小さいときは、磁気マルチバイブレータ回路Ｃの出
力パルスのデユーティ比を電圧／電流変換回路Ｆで検出
する。また被検出電流が太きいときは、磁気マルチバイ
ブレータ回路Ｃの出力パルスの周波数が高くなり、高周
波検知回路Ｅでその周波数を検出する。したがって高周
波検知回路Ｅおよび電圧／電流変換回路Ｆによって、被
検出’Ｈｔ流を確実に検出することができる。

第８図は、負荷ＬＯの漏れ電流である被検出電流Ｉｇと
、電圧／電流貧換回路ＦのトランジスタＴｒ９およびＴ
ｒ８のコレクタから送出される平均出力電流■０との関
係を示すグラフである。破線で示す従来の電圧／？Ｉｆ
、流変換回路の特性に対して、本発明の一実施例の１ｕ
圧圧電電流変換路Ｆの特性は実線で示す。この実線で示
す特性はデユーティ検出回路りの出力信号にリップルが
含まれている場合であり、このような特性により第９図
（］）〜第９図（３）に示すような被検出電流であって
も第９図（４）に示すような交流ｒ、！（流を検出した
のと同じ検出動作状態に十分近づけることができる。従
来の高周波検出回路の入力としてデユーティ検出回路り
の接続点ａ、ｂ間の電圧をローパスフィルタに与え、微
分してリップル分だけ検出していたが、ノイズにより＋
ｇ　＋ｔ７＋１点ａ、ｂ間の電圧が変化し、リップル分
に急峻な’Ｉｆｆ圧変化か生じ、高周波検出回路が誤動
作しやすく、耐ノイズ性が歴かった。ところが本件実施
例の電圧／　７＋：流変換回路Ｆは、デユーティ検出回
路りの］〆３　ｕＡ’、　１．ｉ、　ａ　、　ｂ間の′
１Ｆモ圧変化に関係なく動作するので、耐ノイズ性を向
、卜させることができる。

第１０図は、本発明の一実施例の可飽和リアクトルの斜
礼１図である。第１０図において、前記第１図に示す構
１〜′？′麦に対１＋１″、・するものには同一の参１
１（１符を４４才。コアＫＫけ、コイルＴ、　１および
フィルＬ　２が巻量される。コアにの中心付近には、被
イ・Ｊｉ出雷電流流ねる同軸ケーブルＭが９通される。

第１１図に示すように同軸を−プルＭを流れる電流Ｉは
コアにの周囲に磁束ａ　１　、　ｌ）　１を発生させる
が、その磁束ａＩ　Ｔ　ｂｚ　１は互いに打ち消し合い
、可飽ｉｉｌリアクトルのコアにの？Ｊ束密度を全体と
して写にする。したかつて、前記第４式に示すような関
係の発振周波数の変化を防止することができる。これに
よって同軸ケーブルＭに流れる平衡電流が大きくなって
も、第５図に示す磁気マルチバイブレータ回路Ｃの発振
周波数の変化を小さくすることができる。

；７＋ｒ　１２図は、本発明の他の実施例の可飽和リア
クトルの斜視図である。第１２図において、第１図に示
す構成窒素に対応するものには同一の参１１〈イ和を付
ず。コアＫに（１、コイルＬ１およびコイルＬ　２か巻
回さＩ］る。コアにの中心側近にＣ」、被検出？ＩＦ、
　ｈｆの１１１でれろ置皿１ケーブルΔ１が貝１１６さ
れる。コア■（のコイルＬ　１　、　Ｌ　２を含む両（
１１１１面には、磁気遮へい板１（１、Ｈ２が設けられ
る。第１３図を参照して、１設東について説明する。磁
束ａｌ、ｂｌに［ν」しては、前記第１１図で説明した
ので省略する。ライン／１，１２に電流が流れると、そ
の周囲に磁束ｅｌ、ｅ２か発生ずる。しかし、この磁束
ｅ　］、　、　ｅ　２は磁気遮へい板Ｈ１、Ｈ２により
吸収され、コアＫには影響を与えることかなくなる。

したがってライン／　］、、　１２の平衡電流による可
飽和リアクトルのコアＫを通る磁束および外部磁界によ
る磁束を減少させ、前記第２図に示す平衡電流が零時の
Ｂ−Ｈ特性がらの変化を小さくする。

＠１４図は、本発明のさらに他の実施例の可飽和リアク
トルの斜視図である。第１４図において、第１２図に示
す構成要ｆに対応するものには同一の参ＩＫ＋　杓をイ
」す。コアＩくにけ、コイル１．１およびコイルＬ２が
巻回される。コアＩくの中心伺近Ｋ　ハ、衿検出電流の
流れる同＋ｌｉ：ｌ＋ケーブルＮ１が口１ｉｌｒされる
。

コアにのコイルＬｌ、Ｌ２を含む外周面には、磁気遮へ
い板１−Ｔ　３が設けられる。この場合もＤｉｒ記第１
２図において説１１＋１　ｊ、たような効果を得ること
ができる。

９４．１５図は、本発明の他の実施例のｒｊ］’　ｆ、
ｒ＋和クリアクトル斜視図である。第１５図において、
第１４図に示すｈ′４成跨素に対１ｉｉ）するものには
同一の参照符を付す。コアＫには、コイル１．　］およ
びコイルＬ２が巻回される。スアにの中心伺近には、被
検出１１ｉ流の流れる同軸を−プルＭが１１通される。

コアＩくのコイルＬ　１　、　Ｌ　２を含む外周面およ
び両側ｍ１には、磁気遮へい板Ｈ４が設けられる。この
場合も前記第１２図で説明したように同軸を−プルＭは
ライン／１　、１２に流れる平衡宙、流によるコアＫ　
Ｋ与える磁界の影響をなくＬ、ＦＩ磁気遮い板Ｈ４は配
線などの外部磁界の影響を小さくすると共にコアにの外
ろ一−スを兼ねる。

効　果 以上のように本発明によれば、検出されるべき被検出電
流の流れるラインの少なくとも検出に関連する区１１１
１を同心円状に形成することによって、ラインに流、れ
る平衡電流のｚ”ｉ：ｌｉ電電時０２気マルチバイブ（
／−夕回路の発振周波数の増大を軽変し、平衡大電流１
による昶動作可能′ｉ’１４の１減、およＩＦ　１４検
出市１流の感度′市原の増加を酢液することができ、正
確に漏れ電流を検出することができる。

【図面の簡単な説明】

４ｆＳ　１図は先行技術ＶＣおける可飽和リアクトルの
斜視図、第２図は第１図に示ず可飽和リアクトルの平衡
電流の零時のＢ−Ｈ特性曲線、第３図は第１図に示す可
ｆ’ｒａ和リアクトルに大平衡甫１流が流れたときの磁
束を説明するための図、負′４４図は第１図に示す可飽
和リアクトルに大平衡電流が流れたときのＢ　−Ｈ特↑
１ミ曲線、第５図は本発明の一実施例の可飽和リアクト
ルが接続される電流検出装置の’ｉＪｆ、気回路ｉ頃、
第６図は磁気マルチバイブレータ回路Ｃの通常光ｔ１・
ζ時におりる回路の動作を説明するための波形図、第７
図は磁気マルチバイブレーク回路Ｃの高周波発振時にお
ける回路の動作を説明するだめの波形図、第８図は電圧
／電流変換回路Ｆの動作を説明するだめのグラフ、＠９
図は電圧／？ＩＬ流変換回路Ｆの動作をｉｉｔ、’、　
１ｊｌｊするための波形図、ｈ′４１０図は本発明の一
実施例の可をと和リアクトルの斜視図、イ手、１１図は
グ・１１０図の可飽和リアクトルの磁束を説明するため
の図　４Ｘｙ、　１２し１は本発明の他の実１１’、ｉ
例の可飽和リアクトルの斜視図・第１３図は第１２図の
可飽和リアクトルの磁束を説明するための図、第１４図
は本発明のさらに他の実施例の可飽和″リアク、トルの
斜視図、第１５図は本発明の他の実施例の町１γＪ和リ
アクトルの斜視図である。 １１．１２・・・ライン、Ｌｌ、Ｌ２・・・コイル、Ｃ
・・・磁気マルチパイブレー４回路、Ｄ・・・デューテ
イ電圧変換回路、Ｅ・・・高周波検知回路、Ｍ・・・同
軸ケーブル、■（・・・コア、Ｈ、Ｈ２、Ｈ３，Ｈ４・
・・磁気遮へい板 代理人　弁理士　西教圭一部 ＊２図 第６図 通常亮坂時 第７図 第８図 創り黴、、ｔＩ９ ′１４９図 時　問 第１０図 第１１図 ■ 第１２図 第１３図 第１４図 第１５図 手　続　補　正　書　ζ片式） ％式％ １、事件の表示 ％願昭５９−３９９５７ ２、発明の名称 電流検出装置 ３、補正をする者 事件との関係　出願人 住所 名　称　（５８３）　松下電工株式会社代表者 ４、代理人 住　所　大阪市西区西本町１丁目１３番３８号新興産ビ
ル国際置ＥＸ　０５２５−５９８５　ＴＭＴＡＰＴ　Ｊ
国際　ＦＡＸ　Ｇｌ＆Ｇ１１（０６）５８８−０２４７
６、補正の対象 明細書、図面および委任状 ７、補正の内容 （１）明細書および図面の浄書（内容に変更なし）（２
）委任状を別紙のとおシ補充する。 以上 手続補正書 昭和５！Ｊ年　１１８８ 特願ｌ’ｌＴ　５　り　−：（り　！Ｊ　５７２、発明
の名称 電流検出装置 ３、補正をする者 事件との関係　出願人 ＩＩＬ所 名称（５Ｂ３）松下電工株式会社 代表者 ４、代理人 １ｔ　所　大阪市西区西本町１丁目１３番３８号　新興
産ビル国際’ｒＥＬＥＸ　（１５２５−５９８５ＩＮＴ
ＡＰＴ　、Ｊ国際ＦＡＸ　Ｃ”；■＆Ｃ；ＩＪ　０１６
）５３８−０２４７６、補止の討１５こ 明！１１１ｊＮ；の発明の詳細な説明の憫および図面°
７、補止の内゛（′γ （１）明細店第２頁第２（）行目において１−励磁する
能力を有する１とあるを、　ｌ　Ｉｌ！ｉ力磁される」
に訂止する。 （２）明細書第１０真第１１行目〜第１２行目において
１デユーテイ比］とあるを、１周波数」に訂止する。 （２（）図面の第５図を別紙のとおりに訂止する。 以　Ｌ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）検出されるべき被検出電流の流れるラインに関連
   して設けられる可飽和リアクトルを含み発振動作を行な
   う磁気マルチバイブレータ回路と、この磁気マルチバイ
   ブレータ回路からの出力の被検出電流が小さい際、その
   出力のデユーティを検出する回路と、磁気マルチバイブ
   レータ回路からの出力の被検出１も、流が大きい際、そ
   の出力の周波数を検知する回路とを含み、前記ラインの
   漏ね宙、流を検出する電流検出装置において、前記ライ
   ンの少なくとも検出に関連する区間を同心円状に４１そ
   成することを特徴とする電流検出装置。
2. （２）前記可飽和リアクトルに磁気遮へい板を設けるこ
   とを特徴とする特′＃′Ｉ′ハ青求の範囲第１Ｊ盲記載
   の電流検出装置。