KR20200125671A - 누전 검출 장치 및 누전 차단기 - Google Patents

누전 검출 장치 및 누전 차단기 Download PDF

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Abstract

누전 검출 장치는 영상 변류기(10)와, 클램프 회로(20)와, 전압 변환 회로(30)와, 로우패스 필터(40)와, 누전 판정 회로(50)를 구비한다. 클램프 회로(20)는 영상 변류기(10)의 2차측 단자(13, 14)간의 전압(Vz)을 클램프 전압 이하로 제한한다. 전압 변환 회로(30)는 클램프 회로(20)에 병렬로 접속되어, 영상 변류기(10)의 출력 전류(Iz)를 전압(Vch)으로 변환한다. 누전 판정 회로(50)는 로우패스 필터(40)로부터 출력되는 전압(Vin)에 기초하여, 전로(2)의 누전을 판정한다. 전압 변환 회로(30)는 영상 변류기(10)의 출력 전류(Iz)를 전압(Vch)으로 변환하는 전압 변환 소자(31)와, 전압 변환 회로(30)의 임피던스를 조정하는 임피던스 조정 소자(32)의 직렬 회로를 가진다.

Description

누전 검출 장치 및 누전 차단기
본 발명은 전로(電路)에 발생한 누전을 판정하는 누전 검출 장치 및 누전 차단기에 관한 것이다.
종래, 누전 차단기는 전로의 영상(零相) 전류를 검출하는 영상 변류기와, 영상 변류기의 2차측 전류를 전압으로 변환하는 전압 변환 회로와, 변환된 전압의 고주파 성분을 제거하는 로우패스 필터와, 로우패스 필터로부터 출력되는 전압에 기초하여 전로의 누전을 판정하는 누전 판정 회로를 구비한다.
이런 종류의 누전 차단기에 있어서, 특허 문헌 1에는, 뇌 서지(lightning surge) 등에 의해서 단발적으로 단기간 과전류가 생겼을 경우에 영상 변류기의 2차측에 배치된 전자 부품의 내압을 초과하지 않도록, 영상 변류기의 2차측 단자간의 전압을 클램프 전압 이하로 제한하는 클램프 회로를 마련하는 기술이 개시되어 있다.
특허 문헌 1: 일본 특허공개공보 2006－148990호
그렇지만, 상기 종래의 기술에서는, 클램프 회로와, 로우패스 필터가 병렬로 접속되어 있는 것으로부터, 로우패스 필터를 통해서 누전 판정 회로로 입력되는 전압의 최대값은, 클램프 회로의 클램프 전압에 의해서 규정된다. 클램프 전압은 클램프 회로를 구성하는 다이오드의 순방향 전압으로 규정되는 것으로부터, 다이오드의 순방향 전압보다도 작은 값으로 클램프 전압을 낮출 수 없다. 그 때문에, 순방향 전압이 낮은 쇼트키 배리어 다이오드를 이용한 경우라도, 누전 판정 회로로 입력되는 전압의 최대값을 예를 들면 100［mV]로 하는 것은 곤란하다. 이와 같이, 상기 종래의 기술에서는, 누전 판정 회로로 입력되는 전압의 최대값을 클램프 전압과는 독립하여 조정할 수 없음으로 인해, 누전 판정 회로로 입력되는 전압의 최대값을 작게 하는 것이 어렵다고 하는 과제가 있다.
본 발명은 상기를 감안하여 이루어진 것으로서, 누전 판정 회로로 입력되는 전압의 최대값을 클램프 전압과는 독립하여 조정할 수 있는 누전 검출 장치를 얻는 것을 목적으로 한다.
상술한 과제를 해결하여 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 누전 검출 장치는 영상 변류기와, 클램프 회로와, 전압 변환 회로와, 로우패스 필터와, 누전 판정 회로를 구비한다. 영상 변류기는 전로에 흐르는 영상 전류를 검출한다. 클램프 회로는 영상 변류기의 2차측 단자간의 전압을 클램프 전압 이하로 제한한다. 전압 변환 회로는 클램프 회로에 병렬로 접속되어, 영상 변류기의 출력 전류를 전압으로 변환한다. 로우패스 필터는 전압 변환 회로에 의해서 변환된 전압의 고주파 성분을 제거하여, 고주파 성분이 제거된 전압을 출력한다. 누전 판정 회로는 로우패스 필터로부터 출력되는 전압에 기초하여, 전로의 누전을 판정한다. 전압 변환 회로는 영상 변류기의 출력 전류를 전압으로 변환하고, 변환한 전압을 로우패스 필터로 출력하는 전압 변환 소자와, 전압 변환 회로의 임피던스를 조정하는 임피던스 조정 소자의 직렬 회로를 가진다.
본 발명에 의하면, 누전 판정 회로로 입력되는 전압의 최대값을 클램프 전압과는 독립하여 조정할 수 있다고 하는 효과를 달성한다.
도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 따른 누전 차단기의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 2는 실시 형태 1에 따른 클램프 전압, 누전 판정 임계값, 2차측 단자간의 전압, 및 전압 변환 회로에서 변환된 전압의 관계의 일례를 나타내는 도면이다.
도 3은 실시 형태 1에 따른 누전 검출부의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 형태 2에 따른 누전 차단기의 구성예를 나타내는 도면이다.
이하에, 본 발명의 실시 형태에 따른 누전 검출 장치 및 누전 차단기를 도면에 기초하여 상세하게 설명한다. 덧붙여, 이 실시 형태에 의해 이 발명이 한정되는 것은 아니다.
실시 형태 1.
도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 따른 누전 차단기의 구성예를 나타내는 도면이다. 도 1에 나타내는 것처럼, 실시 형태 1에 따른 누전 차단기(1)는 전로(2)를 개폐하는 개폐부(3)와, 전로(2)에 흐르는 누전 전류를 검출하는 누전 검출부(4)와, 누전 검출부(4)에 의해서 누전이 검출되었을 경우에, 개폐부(3)를 제어하는 트립 장치(5)를 구비한다. 누전 검출부(4)는 누전 검출 장치의 일례이다.
개폐부(3)는 전로(2)를 개폐하는 개폐 접점(31, 32)을 가진다. 각 개폐 접점(31, 32)은 도시하지 않은 고정 접점과 도시하지 않은 가동 접점을 가진다. 개폐 접점(31)에 있어서 고정 접점과 가동 접점이 접촉함으로써, 전원측 접속 단자(61)와 부하측 접속 단자(71)가 도체(81)를 통해서 전기적으로 접속된다. 또, 개폐 접점(32)에 있어서 고정 접점과 가동 접점이 접촉함으로써, 전원측 접속 단자(62)와 부하측 접속 단자(72)가 도체(82)를 통해서 전기적으로 접속된다. 이것에 의해, 전로(2)에 전류가 흘러 누전 차단기(1)가 온 상태가 된다.
또, 각 개폐 접점(31, 32)에 있어서 고정 접점과 가동 접점이 떨어짐으로써 개폐 접점(31, 32)의 개리(開離)가 행해지고, 전원측 접속 단자(61, 62)와 부하측 접속 단자(71, 72)가 전기적으로 단절된다. 이것에 의해, 전로(2)의 전류가 차단되어 누전 차단기(1)가 오프 상태가 된다. 덧붙여, 도 1에 나타내는 예에서는, 전로(2)는 R상, S상, 및 T상의 3상 중 도시하지 않은 1상이 접지되어 있지만, R상, S상, 및 T상이 모두 접지되지 않은 구성이어도 된다. 이 경우, 개폐부(3)에는 3개의 개폐 접점이 마련된다.
누전 검출부(4)는 영상 변류기(10)와, 클램프 회로(20)와, 전압 변환 회로(30)와, 로우패스 필터(40)와, 누전 판정 회로(50)를 구비한다.
영상 변류기(10)는 전로(2)에 흐르는 영상 전류를 검출한다. 이러한 영상 변류기(10)는 도체(81, 82)가 관통 또는 권회되는 환상 철심(11)과, 환상 철심(11)에 권회된 2차 권선(12)을 가진다. 2차 권선(12)의 양단부에는, 2차측 단자(13, 14)가 마련되어 있고, 이러한 2차측 단자(13, 14)로부터 영상 변류기(10)에 의한 영상 전류의 검출 결과를 나타내는 전류 Iz가 출력된다. 이하, 전류 Iz를 출력 전류 Iz라고 기재하는 경우가 있다.
클램프 회로(20)는 영상 변류기(10)의 2차측 단자(13, 14)간에 접속되고, 2차측 단자(13, 14)간의 전압 Vz을 클램프 전압 Vclamp 이하로 한다. 도 1에 나타내는 예에서는, 클램프 회로(20)는 역병렬 접속된 2개의 다이오드(21, 22)를 가진다. 이것에 의해, 2차측 단자(13, 14)간의 전압 Vz이 다이오드(21, 22)의 순방향 전압 이하로 억제된다. 이와 같이, 클램프 회로(20)는 다이오드(21, 22)의 순방향 전압을 클램프 전압 Vclamp로 하여 동작한다.
전압 변환 회로(30)는 영상 변류기(10)의 출력 전류 Iz를 전압 Vch으로 변환 하는 전압 변환 소자(31)와, 전압 변환 회로(30)의 임피던스 Z를 조정하는 임피던스 조정 소자(32)를 가진다. 전압 변환 소자(31)와 임피던스 조정 소자(32)는 직렬로 접속된다. 전압 변환 소자(31)와 임피던스 조정 소자(32)의 직렬 회로는, 클램프 회로(20)에 병렬로 접속된다. 이러한 전압 변환 회로(30)에 대해서는 후에 상술한다.
로우패스 필터(40)는 전압 변환 회로(30)로부터 출력되는 전압 Vch의 고주파 성분을 제거한다. 전압 Vch의 고주파 성분은 누전 검출부(4)에 의해서 검출되는 누전 전류의 주파수보다도 높은 주파수 성분이다. 로우패스 필터(40)의 컷오프 주파수는 누전 전류의 주파수 성분이 제거되지 않도록, 누전 전류의 주파수보다도 높은 주파수로 설정된다.
누전 판정 회로(50)는 로우패스 필터(40)로부터 출력되는 전압 Vin에 기초하여, 전로(2)의 누전을 판정한다. 구체적으로는, 누전 판정 회로(50)는 로우패스 필터(40)로부터 출력되는 전압 Vin의 순간값과 누전 판정 임계값 Vleak을 미리 설정된 주기 T1로 비교한다. 누전 판정 회로(50)는 전압 Vin의 순간값이 누전 판정 임계값 Vleak을 미리 설정된 기간 T2에서 연속하여 초과하는 경우, 전로(2)에 누전이 발생했다고 판정하고, 트립 장치(5)로 액티브 레벨의 누전 검출 신호 Sleak를 출력한다. 덧붙여, 주기 T1은 예를 들면, 1［ms］이고, 기간 T2는 예를 들면, 3［ms］이다.
누전 판정 회로(50)는 전로(2)에 누전이 발생했다고 판정하면, 액티브 레벨의 누전 검출 신호 Sleak를 트립 장치(5)로 출력한다. 액티브 레벨의 누전 검출 신호 Sleak는 예를 들면, High 레벨의 신호이다.
트립 장치(5)는 누전 검출부(4)로부터 액티브 레벨의 누전 검출 신호 Sleak가 출력되었을 경우, 개폐부(3)에 있어서 접촉 상태에 있는 고정 접점과 가동 접점을 개리시킴으로써, 전로(2)를 차단하여 누전 차단기(1)를 오프 상태로 한다. 개폐부(3)는 가동 접점을 이동시키는 도시하지 않은 개폐 기구를 가지고 있고, 트립 장치(5)는 개폐 기구로 작용함으로써, 접촉 상태에 있는 고정 접점과 가동 접점을 개리시킬 수 있다.
또, 누전 판정 회로(50)는 전압 Vin의 순간값이 누전 판정 임계값 Vleak 이상인 상태가 미리 설정된 기간 T2 이상 계속하지 않는 경우에, 전로(2)에 누전이 발생하고 있지 않다고 판정하여, 액티브 레벨의 누전 검출 신호 Sleak를 트립 장치(5)로 출력하지 않는다. 이 경우, 개폐부(3)에 있어서 고정 접점과 가동 접점은 접촉 상태인 채여서, 누전 차단기(1)는 온 상태로 유지된다.
다음에, 전압 변환 회로(30)에 대해 더 상세하게 설명한다. 덧붙여, 이하에 있어서, 뇌 서지 등에 의해서 단발적으로 단기간에 생기는 과전류를 설명의 편의 상 뇌 서지 전류라고 기재하는 경우가 있다. 전압 변환 회로(30)는, 상술한 것처럼, 영상 변류기(10)의 출력 전류 Iz를 전압 Vch으로 변환하는 전압 변환 소자(31)에 더하여, 전압 변환 회로(30)의 임피던스 Z를 조정하는 임피던스 조정 소자(32)를 가진다.
전압 변환 회로(30)의 임피던스 Z가 작을수록, 뇌 서지 전류에 의해서 2차측 단자(13, 14)간에 발생하는 전압은 작아지기 때문에, 클램프 회로(20)에서 클램프되는 비율이 작아진다. 클램프 회로(20)에서 클램프되는 비율이 작아지면, 뇌 서지 전류에 의해서 누전 차단기(1)가 오작동해 버릴 가능성이 높아진다.
그 때문에, 누전 차단기(1)에서는, 뇌 서지 전류에 의해서 2차측 단자(13, 14)간에 생기는 전압이 클램프 회로(20)에 의해서 클램프되도록, 임피던스 조정 소자(32)에 의해서 전압 변환 회로(30)의 임피던스 Z가 조정되어 있다.
여기서, 전압 변환 회로(30)의 임피던스 Z와 클램프 회로(20)의 클램프 전압 Vclamp에 대해 구체적으로 설명한다. 전압 변환 회로(30)의 전압 변환 소자(31)는 저항값 Rf의 저항이며, 임피던스 조정 소자(32)는 저항값 Radj의 저항이다.
누전 검출부(4)에 클램프 회로(20) 및 임피던스 조정 소자(32)가 없는 경우, 2차측 단자(13, 14)간의 전압 Vz은, 하기 식(1)로 나타내진다.
Vz=Iz×Rf···(1)
또, 누전 검출부(4)에 클램프 회로(20)는 없지만 임피던스 조정 소자(32)가 있는 경우, 2차측 단자(13, 14)간의 전압 Vz은, 하기 식(2)로 나타내진다.
Vz=Iz×(Rf＋Radj)···(2)
영상 변류기(10)의 2차 권선(12)의 임피던스는 전압 변환 회로(30)의 임피던스 Z에 비해, 무시할 수 있는 정도로 작다. 그 때문에, 영상 변류기(10)의 출력 전류 Iz의 크기는, 전압 변환 회로(30)의 임피던스 Z의 크기가 바뀌어도 실질적으로 변화하지 않는다.
따라서, 전압 변환 회로(30)에 임피던스 조정 소자(32)를 마련함으로써, 임피던스 조정 소자(32)가 없는 경우에 비해, (Rf＋Radj)/Rf배의 전압을 2차측 단자(13, 14)간에 생기게 할 수 있다. 이것에 의해, 뇌 서지 전류의 성분에 의해서 영상 변류기(10)의 2차측에 생기는 성분 중 클램프 회로(20)에 클램프되는 성분의 비율을 크게 할 수 있다.
또, 전압 변환 회로(30)의 임피던스 Z는, 하기 식(3)으로 나타내지고, 전압 변환 회로(30)로부터 로우패스 필터(40)로 출력되는 전압 Vch는, 하기 식(4)로 나타내진다.
Z=Rf＋Radj···(3)
Vch=Rf/(Rf＋Radj)×Vz···(4)
따라서, 임피던스 조정 소자(32)의 저항값 Radj와, 전압 변환 소자(31)의 저항값 Rf를 적절히 조정함으로써, 전압 변환 회로(30)로부터 출력되는 전압 Vch을 클램프 회로(20)의 클램프 전압 Vclamp 보다도 작은 임의의 값으로 조정할 수 있다. 예를 들면, 로우패스 필터(40)로 출력되는 전압 Vch을 100［mV］이하로 함으로써 누전 판정 회로(50)로 입력되는 전압 Vin을 100［mV］이하로 할 수 있다. 이와 같이, 누전 검출부(4)에서는 누전 판정 회로(50)로 입력되는 전압 Vin의 최대값을 클램프 전압 Vclamp과는 독립하여 조정할 수 있다.
그런데, 전압 변환 회로(30)의 임피던스 Z가 너무 크면, 누전 검출부(4)에 의해서 검출되는 최소값의 누전 전류에 의해서 발생하는 2차측 단자(13, 14)간의 전압 Vz이 클램프 전압 Vclamp 보다도 커지기 때문에, 누전 판정 회로(50)에 의해서 누전의 판정을 할 수 없다. 따라서, 전압 변환 회로(30)의 임피던스 Z의 상한값은, 누전 검출부(4)에 의해서 검출되는 최소값의 누전 전류에 의해서 발생하는 2차측 단자(13, 14)간의 전압 Vz이 클램프 전압 Vclamp 이하의 전압인 것이 조건이 된다.
여기서, 누전 검출부(4)에 의해서 검출되는 최소값의 누전 전류에 의해서 발생하는 2차측 단자(13, 14)의 출력 전류 Iz의 피크값을 Iz＿trip이라고 했을 경우, 클램프 전압 Vclamp은, 하기 식(5)을 만족하는 것이 조건이 된다. 덧붙여, 최소값의 누전 전류란 누전 검출부(4)에 의해서 누전을 검출하는 누전 전류의 하한값이며, 전로(2)에 흐르는 누전 전류가 최소값의 누전 전류 이상인 경우에 누전 검출부(4)에 의해서 누전이 검출된다.
Vclamp≥Iz＿trip×(Rf＋Radj)···(5)
또, 누전 판정 회로(50)의 누전 판정 임계값 Vleak은, 하기 식(6)을 만족하는 것이 조건이 된다.
Vleak=Rf×Iz＿trip···(6)
따라서, 임피던스 조정 소자(32)의 저항값 Radj는, 하기 식(7)로 나타낼 수 있다.
Radj≤(Vclamp－Vleak)/Iz＿trip ···(7)
누전 판정 회로(50)는 전압 Vin의 순간값이 누전 판정 임계값 Vleak 이상인지 여부에 의해서 누전을 검출하기 때문에, 전압 Vin의 순간값이 누전 판정 임계값 Vleak을 어느 정도 초과하는 전압인지는 묻지 않는다. 그 때문에, 저항값 Radj의 최대값 Radjmax은, 하기 식(8)로 나타낼 수 있다.
Radjmax=(Vclamp－Vleak)/Iz＿trip···(8)
여기서, Vclamp=1［V］, Vleak=100［mV］, Iz＿trip=200［μA］라고 한다. 이 경우, 상기 식(8)로부터, Radjmax=4.5［kΩ］이 된다. 또, 상기 식(6)으로부터, Rf=0.5［kΩ］이 된다.
도 2는 실시 형태 1에 따른 클램프 전압, 누전 판정 임계값, 2차측 단자간의 전압, 및 전압 변환 회로에서 변환된 전압의 관계의 일례를 나타내는 도면이며, 누전 판정 회로(50)에 의해서 누전됐다고 판정되는 최소값의 누전 전류가 전로(2)에 흐르고 있는 경우의 예를 나타내고 있다.
도 2에 나타내는 예에서는, 2차측 단자(13, 14)간의 전압 Vz의 피크값은, 클램프 전압 Vclamp과 같다. 전압 변환 회로(30)로부터 출력되는 전압 Vch의 피크값은 누전 판정 임계값 Vleak과 같게 된다. 또, 로우패스 필터(40)의 컷오프 주파수는, 누전 전류의 주파수보다도 높게 설정되어 있기 때문에, 로우패스 필터(40)로부터 출력되는 전압 Vin의 피크값은, 전압 변환 회로(30)로부터 출력되는 전압 Vch의 피크값과 같다.
따라서, 2차측 단자(13, 14)간의 전압 Vz의 피크값이 클램프 전압 Vclamp 보다도 높은 기간에서는, 로우패스 필터(40)로부터 출력되는 전압 Vin의 피크값은, 누전 판정 임계값 Vleak과 같게 된다. 그 때문에, 2차측 단자(13, 14)간의 전압 Vz의 피크값이 클램프 전압 Vclamp 보다도 높은 기간이 기간 T2 이상이라고 판정되어, 누전 판정 회로(50)에 의해서 전로(2)에 누전이 발생하고 있다고 판정된다.
또, 전로(2)에 뇌 서지가 인가되었을 경우에도, 2차측 단자(13, 14)간의 전압 Vz의 피크값은, 클램프 전압 Vclamp과 같고, 전압 변환 회로(30)로부터 출력되는 전압 Vch의 피크값은 누전 판정 임계값 Vleak과 같게 된다. 전압 변환 회로(30)로부터 출력되는 전압 Vch는 로우패스 필터(40)에 입력된다.
로우패스 필터(40)의 컷오프 주파수는, 뇌 서지 전류의 주파수보다도 낮기 때문에, 로우패스 필터(40)에 의해서 뇌 서지 전류에 의한 전압 성분이 저감된다. 따라서, 로우패스 필터(40)로부터 출력되는 전압 Vin의 피크값은, 전압 변환 회로(30)로부터 출력되는 전압 Vch의 피크값보다도 낮아져, 누전 판정 회로(50)에 의해서 전로(2)에 누전이 발생하고 있다고 판정되지 않는다. 이와 같이, 누전 검출부(4)에서는, 전압 Vin에 대한 뇌 서지 전류에 의한 전압 성분의 비인 S/N비(Signal-to-Noise Ratio)를 향상시킬 수 있다.
도 3은 실시 형태 1에 따른 누전 검출부의 동작을 설명하기 위한 도면이며, 누전 판정 회로(50)에 의해서 누전됐다고 판정되지 않는 크기의 누전 전류가 흐르고 있는 전로(2)에 뇌 서지가 인가되었을 때의 예를 나타낸다.
도 3에 나타내는 것처럼, 누전 전류가 흐르고 있는 전로(2)에 뇌 서지 전류가 인가되었을 경우, 누전 전류에 뇌 서지 전류의 성분이 중첩된 전류가 전로(2)에 흐른다. 이 때, 영상 변류기(10)로부터는 도 3에 나타내는 파형의 출력 전류 Iz가 출력된다.
영상 변류기(10)의 출력 전류 Iz에 의해서 전압 변환 회로(30)의 양단에 전압이 발생하고, 클램프 회로(20)의 클램프 전압 Vclamp을 초과하는 전압은, 클램프 회로(20)에 의해서 클램프된다. 그 때문에, 2차측 단자(13, 14)간의 전압 Vz은, 도 3에 나타내는 파형이 된다.
전압 변환 회로(30)는 출력 전류 Iz에 의해서 생기는 전압 변환 소자(31)의 전압인 전압 Vch을 로우패스 필터(40)로 출력한다. 로우패스 필터(40)는 전압 변환 회로(30)로부터 출력된 전압 Vch으로부터 고주파 성분을 제거하기 위해, 도 3에 나타내는 파형의 전압 Vin이 로우패스 필터(40)로부터 누전 판정 회로(50)로 입력된다.
도 3에 나타내는 예에서는, 로우패스 필터(40)로부터 출력되는 전압 Vin은, 누전 판정 임계값 Vleak 미만이기 때문에, 누전 판정 회로(50)는 누전이 있다고 판정하지 않는다. 이와 같이, 전로(2)에 뇌 서지 전류가 인가되었을 경우에 있어서, 누전 판정 회로(50)는 누전이 있다고 판정하지 않아, 전로(2)의 뇌 서지 전류에 의해서 오동작하지 않는다.
이상과 같이, 실시 형태 1에 따른 누전 차단기(1)의 누전 검출부(4)는, 영상 변류기(10)와, 클램프 회로(20)와, 전압 변환 회로(30)와, 로우패스 필터(40)와, 누전 판정 회로(50)를 구비한다. 영상 변류기(10)는 전로(2)에 흐르는 영상 전류를 검출한다. 클램프 회로(20)는 영상 변류기(10)의 2차측 단자(13, 14)간의 전압 Vz을 클램프 전압 Vclamp 이하로 제한한다. 전압 변환 회로(30)는 클램프 회로(20)에 병렬로 접속되어, 영상 변류기(10)의 출력 전류 Iz를 전압 Vch으로 변환한다. 로우패스 필터(40)는 전압 변환 회로(30)에 의해서 변환된 전압 Vch의 고주파 성분을 제거하여, 전압 Vch으로부터 고주파 성분이 제거된 전압 Vin을 출력한다. 누전 판정 회로(50)는 로우패스 필터(40)로부터 출력되는 전압 Vin에 기초하여, 전로(2)의 누전을 판정한다. 전압 변환 회로(30)는 영상 변류기(10)의 출력 전류 Iz를 전압 Vch으로 변환하고, 변환한 전압 Vch을 로우패스 필터(40)로 출력하는 전압 변환 소자(31)와, 전압 변환 회로(30)의 임피던스를 조정하는 임피던스 조정 소자(32)의 직렬 회로를 가진다.
이것에 의해, 클램프 회로(20)의 클램프 전압 Vclamp과는 독립하여 누전 판정 회로(50)로 입력되는 전압 Vin을 조정할 수 있다. 그 때문에, 예를 들면, 누전 판정 회로(50)의 누전 판정 임계값 Vleak이 클램프 전압 Vclamp 보다도 낮은 경우라도, 뇌 서지 전류 등의 단발적인 과전류에 의해서 누전 판정 회로(50)가 오동작하는 것을 피할 수 있다. 예를 들면, 클램프 회로(20)의 다이오드(21, 22)가 일반적인 다이오드인 경우, 클램프 전압 Vclamp은 0.7~1［V］이다. 또, 다이오드(21, 22)가 쇼트키 배리어 다이오드이면, 클램프 전압 Vclamp은 예를 들면, 0.3［V］이다. 그 때문에, 클램프 전압 Vclamp을 100［mV］로 하는 것이 어려워, 임피던스 조정 소자(32)가 없는 경우, 뇌 서지 전류에 의해서 누전 판정 회로(50)에 입력되는 전압 Vin이 100［mV］를 초과해 버린다. 이 때, 누전 판정 회로(50)의 누전 판정 임계값 Vleak이 100［mV］이면, 누전 판정 회로(50)는 뇌 서지 전류를 잘못하여 누전 전류로서 오검출해 버리게 된다. 한편으로, 실시 형태 1에 따른 누전 차단기(1)의 누전 검출부(4)는, 임피던스 조정 소자(32)를 가지고 있기 때문에, 클램프 전압 Vclamp 그 자체를 조정하지 않더라도, 누전 판정 회로(50)의 누전 판정 임계값 Vleak에 맞춰 누전 판정 회로(50)에 입력되는 전압 Vin의 최대값의 조정을 용이하게 행할 수 있다. 따라서, 누전 검출부(4)에서는, 누전 판정 임계값 Vleak이 예를 들면 100［mV］라도, 오검출을 방지할 수 있다.
또, 임피던스 조정 소자(32)는 저항을 포함한다. 이것에 의해, 주파수에 의존하는 일 없이, 전압 변환 회로(30)로부터 출력되는 전압 Vch을 조정할 수 있다. 그 때문에, 주파수를 고려하는 일 없이 전압 변환 회로(30)를 조정할 수 있다.
또, 누전 판정 회로(50)는 로우패스 필터(40)로부터 출력되는 전압 Vin의 순간값이 누전 판정 임계값 Vleak 이상인 상태가 미리 설정된 기간 T2 이상 계속됐을 경우에, 전로(2)에 누전이 있다고 판정한다. 이것에 의해, 예를 들면, 로우패스 필터(40)로부터 출력되는 전압 Vin이 양의 음계값과 음의 임계값을 모두 초과했을 경우에 전로(2)의 누전을 검출하는 경우에 비해, 고속으로 전로(2)에 발생한 누전을 검출하는 것이 가능하다.
실시 형태 2.
실시 형태 1에서는, 임피던스 조정 소자를 저항으로 구성했지만, 실시 형태 2에서는, 임피던스 조정 소자를 인덕터로 구성하는 점에서, 실시 형태 1과 다르다. 이하에 있어서는, 실시 형태 1과 같은 기능을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 의미를 부여하고 설명을 생략하며, 실시 형태 1의 누전 차단기(1)와 상이한 점을 중심으로 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시 형태 2에 따른 누전 차단기의 구성예를 나타내는 도면이다. 도 4에 나타내는 것처럼, 실시 형태 2에 따른 누전 차단기(1A)는 개폐부(3)와, 누전 검출부(4A)와, 트립 장치(5)를 구비한다. 누전 검출부(4A)는 영상 변류기(10)와, 클램프 회로(20)와, 전압 변환 회로(30A)와, 로우패스 필터(40)와, 누전 판정 회로(50)를 구비한다.
전압 변환 회로(30A)는 전압 변환 소자(31)와 임피던스 조정 소자(32A)를 가진다. 전압 변환 소자(31)는 저항값 Rf의 저항이고, 임피던스 조정 소자(32A)는 인덕턴스 값 L의 인덕터이다.
전압 변환 회로(30A)의 임피던스 Z는 하기 식(10)으로 나타내지고, 전압 변환 회로(30A)로부터 출력되는 전압 Vch는 하기 식(11)로 나타내진다.
Z=√｛Rf2＋(ωL)2｝···(10)
Vch=Rf/√｛Rf2＋(ωL)2｝×Vz···(11)
따라서, 임피던스 조정 소자(32A)의 인덕턴스 값 L과, 전압 변환 소자(31)의 저항값 Rf를 적절히 조정함으로써, 전압 변환 회로(30A)로부터 출력되는 전압 Vch을 클램프 회로(20)의 클램프 전압 Vclamp보다도 작은 임의의 값으로 조정할 수 있다. 예를 들면, 누전 판정 회로(50)로 입력되는 전압 Vin이 100mV 이하가 되는 작은 값으로 할 수 있다.
또, 누전 검출부(4A)에 의해서 검출되는 최소값의 누전 전류에 의해서 발생하는 2차측 단자(13, 14)의 출력 전류 Iz의 피크값을 Iz＿trip이라고 했을 경우, 클램프 전압 Vclamp은 하기 식(12)를 만족하는 것이 조건이 된다.
Vclamp≥Iz＿trip×√｛Rf2＋(ωL)2｝···(12)
또, 누전 판정 회로(50)의 누전 판정 임계값 Vleak은, 하기 식(13)을 만족하는 것이 조건이 된다.
Vleak≥Rf×Iz＿trip···(13)
따라서, 임피던스 조정 소자(32A)의 인덕턴스 값 L은, 하기 식(14)로 나타내진다.
L≤√(Vclamp2/lz＿trip2－Rf2)/ω ···(14)
누전 판정 회로(50)는 전압 Vin의 순간값이 누전 판정 임계값 Vleak 이상인지 여부에 따라서 누전을 검출하기 때문에, 누전 판정 임계값 Vleak을 초과하는 전압의 값은 처리에 이용되지 않는다. 따라서, 인덕턴스 값 L의 최대값 Lmax은, 하기 식(15)로 나타내진다.
Lmax=√(Vclamp2/lz＿trip2－Rf2)/ω ···(15)
여기서, Vclamp=1［V］, Iz＿trip=200［μA］,ω=2πf, f=50［Hz］, Rf=500［Ω］이라고 한다. 이 경우, 상기 식(15)로부터, Lmax=15.8［H］가 된다.
뇌 서지 전류의 주파수는, 누전 전류의 주파수보다도 높은 주파수이기 때문에, 상기 식(15)의 「ω」를 누전 전류의 주파수보다도 높은 주파수로 설정할 수 있다. 예를 들면, 뇌 서지 전류의 주파수를 이미 알고 있는 경우, 상기 식(15)의 「ω」를 뇌 서지 전류의 주파수로 할 수 있다. 예를 들면, 뇌 서지 전류의 주파수가 100［kHz］인 경우, 상기 식(15)에 있어서 ω=100［kHz］로 함으로써, Lmax=7.9［mH］로 할 수 있다. 이것에 의해, 예를 들면, 출력 전류 Iz의 고주파 성분의 주파수대역으로서 로우패스 필터(40)의 컷오프 주파수보다도 낮은 주파수대역에 있어서 누전 판정 회로(50)로 입력되는 전압 Vin을 제한할 수 있다.
실시 형태 2에 따른 누전 차단기(1A)의 누전 검출부(4A)에서는, 임피던스 조정 소자(32A)는 인덕터를 포함한다. 이것에 의해, 누전 전류가 전로(2)에 흘렀을 경우에 있어서의 임피던스 조정 소자(32A)의 임피던스에 비해, 뇌 서지 전류가 전로(2)에 흘렀을 경우에 있어서의 임피던스 조정 소자(32A)의 임피던스는 크다. 그 때문에, 뇌 서지 전류가 전로(2)에 흘렀을 경우에 누전 판정 회로(50)로 입력되는 전압 Vin을 누전 판정 임계값 Vleak 보다도 큰폭으로 작게 할 수도 있어, 누전 판정 회로(50)에서의 오검출을 정밀도 좋게 억제할 수 있다.
덧붙여, 실시 형태 1, 2에 따른 임피던스 조정 소자(32, 32A)에, 캐패시턴스 소자를 병렬 또는 직렬로 접속해도 된다. 이것에 의해, 뇌 서지 전류와 같이 높은 주파수의 전류가 전로(2)에 흘렀을 경우, 누전 전류가 전로(2)에 흘렀을 경우에 비해, 누전 판정 회로(50)로 입력되는 전압 Vin을 작게 할 수 있다. 또, 실시 형태 1의 전압 변환 소자(31)는 저항으로 구성되지만, 전압 변환 소자(31)는 저항과 인덕터가 직렬 접속된 소자로 구성되어도 된다. 또, 상술한 임피던스 조정 소자(32, 32A)의 조정은 일례이며, 임피던스 조정 소자(32, 32A)의 조정은 상술한 예로 한정되지 않는다.
이상의 실시 형태에 나타낸 구성은, 본 발명의 내용의 일례를 나타내는 것이며, 다른 공지의 기술과 조합하는 것도 가능하고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서, 구성의 일부를 생략, 변경하는 것도 가능하다. 누전 검출부(4, 4A)는 누전 차단기(1, 1A) 이외의 기기 또는 장치에 적용할 수 있다. 예를 들면, 누전 검출부(4, 4A)는 누전 감시 장치, 누전 릴레이, 그 외의 계측기 등에 적용할 수 있다.
1, 1A: 누전 차단기 2: 전로
3: 개폐부 31, 32: 개폐 접점
4, 4A: 누전 검출부 5: 트립 장치
61, 62: 전원측 접속 단자 71, 72: 부하측 접속 단자
81, 82: 도체 10: 영상 변류기
11: 환상 철심 12: 2차 권선
13, 14: 2차측 단자 20: 클램프 회로
21, 22: 다이오드 30, 30A: 전압 변환 회로
31: 전압 변환 소자 32, 32A: 임피던스 조정 소자
40: 로우패스 필터 50: 누전 판정 회로
Iz: 출력 전류 Vch, Vin, Vz: 전압
Vleak: 누전 판정 임계값 T2: 기간

Claims (5)

  1. 전로에 흐르는 영상 전류를 검출하는 영상 변류기와,
    상기 영상 변류기의 2차측 단자간의 전압을 클램프 전압 이하로 제한하는 클램프 회로와,
    상기 클램프 회로에 병렬로 접속되어, 상기 영상 변류기의 출력 전류를 전압으로 변환하는 전압 변환 회로와,
    상기 전압 변환 회로에 의해서 변환된 상기 전압의 고주파 성분을 제거하여, 상기 고주파 성분이 제거된 전압을 출력하는 로우패스 필터와,
    상기 로우패스 필터로부터 출력되는 전압에 기초하여, 상기 전로의 누전을 판정하는 누전 판정 회로를 구비하고,
    상기 전압 변환 회로는
    상기 영상 변류기의 출력 전류를 상기 전압으로 변환하고, 변환한 상기 전압을 상기 로우패스 필터로 출력하는 전압 변환 소자와, 상기 전압 변환 회로의 임피던스를 조정하는 임피던스 조정 소자의 직렬 회로를 가지는 것을 특징으로 하는 누전 검출 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 임피던스 조정 소자는
    저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 누전 검출 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 임피던스 조정 소자는
    인덕터를 포함하는 것을 특징으로 하는 누전 검출 장치.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 누전 판정 회로는
    상기 로우패스 필터로부터 출력되는 상기 전압의 순간값이 임계값 이상인 상태가 미리 설정된 기간 이상 계속됐을 경우에, 상기 전로에 누전이 있다고 판정하는 것을 특징으로 하는 누전 검출 장치.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 기재된 누전 검출 장치와,
    상기 전로의 개폐를 행하는 개폐부와,
    상기 누전 판정 회로가 상기 전로에 누전이 있다고 판정했을 경우에, 상기 개폐부에 상기 전로를 차단시키는 트립 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 누전 차단기.
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