TW201608593A - 漏電斷路器 - Google Patents
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Abstract
本發明之目的在於獲得即使是在耐電壓試驗等持續地施加過電壓於交流線路的情形中，藉由令漏電斷路器斷路而能夠防止內建的電源電路故障之漏電斷路器。本發明的漏電斷路器係具備：整流電路，係將供給自交流線路1的交流電壓轉換成直流電壓；第2定電壓電路53，係將整流電路的輸出電壓降壓；第2齊納二極體54，係從整流電路的輸出電壓檢測過電壓；第2電阻器55，係當該第2齊納二極體54檢測出過電壓時使第2定電壓電路53的輸出電壓升壓；第3齊納二極體56，係當第2定電壓電路53的輸出電壓達第1預定值時吸收突波電流；及過電壓檢測電路9，係檢測出第2定電壓電路53的輸出電壓達預定之值而驅動跳脫裝置。
Description
本發明係有關當電路的漏電流達預定值以上時將該電路斷開的漏電斷路器(Earth-leakage Circuit Breaker)，具體而言係有關漏電斷路器的動作電源。
關於內建在該種漏電斷路器的電源電路，其係藉由整流電路將供給自交流線路的交流電壓(例如AC100V)轉換成直流電壓，然後再藉由降壓電路將整流後的直流電壓轉換成更低電壓的直流電壓(例如DC24V)，作為驅動電源供給至漏電檢測電路和跳脫裝置。
在上述的電源電路中，係必須在交流線路因落雷或電弧接地(arcing ground)等而感應生成突波電壓(surge voltage)時，保護漏電檢測電路和跳脫裝置不受該突波電壓破壞。
就其保護手段而言，已知有一種設有下列電路的電源電路：電壓檢測電路，係從整流電路的輸出電壓檢測突波電壓；升壓電路，係當該電壓檢測電路檢測出突波電壓時使降壓電路的輸出電壓升壓；及電流吸收電路，係設置在降壓電路的輸出側，當降壓電路的輸出電壓達預定之值時吸收突波電流(surge current)(參照例如下述之專利文獻1)。
專利文獻1：日本國特開2009-95125號公報
在習知技術的漏電斷路器的電源電路中，係於突波電壓感應生成時，藉由升壓電路使降壓電路的輸出電壓升壓，當降壓電路的輸出電壓達預定之值時使電流通過吸收突波電流的電流吸收電路，藉此箝位(clamp)在一定的電壓，防止構成漏電檢測電路的零件因過電壓而故障。一般而言，突波電壓的脈波(pulse)寬度就算再大，推估最多為數m秒。然而降壓電路和電流吸收電路所能夠通過的能量當然有其極限，因此當過電壓持續施加時，將會超過該極限而導致降壓電路和電流吸收電路故障。
就可能發生持續施加上述過電壓的情形而言，可想到的有：在搭載漏電斷路器的控制盤等中，為了確認含有漏電斷路器的交流線路的相間或交流線路與地(ground(earth))間為絕緣狀態而實施耐電壓試驗(例如2000V、1分鐘)。
通常，對於漏電斷路器這類線路中連接有電子電路的產品，相間的耐電壓試驗是受到禁止的，僅對交流線路與地間實施耐電壓試驗。也因此並不會在相間施加過電壓。然而，當如第7圖所示有負載電路連接至漏電斷路器，便會經由連接至地間的元件(例如突波吸收用電容器和雜訊
濾波器(noise filter)等)、電線的對地電容而非刻意下地持續施加過電壓於相間，結果，有可能造成漏電斷路器的電源電路故障。
本發明乃係為了解決上述課題而研創者，目的在於獲得一種對於持續性過電壓的施加具有保護功能的漏電斷路器。
本發明的漏電斷路器係具備：開閉接點，係開閉電路；漏電流檢測器，係檢測電路的漏電流；漏電檢測電路，係連接至該漏電流檢測器，且根據漏電流檢測器的檢測信號而檢測漏電；跳脫裝置，係由該漏電檢測電路所驅動而使開閉接點跳開；及電源電路，係由以下元件構成：降壓電路，係將供給自電路的電力降壓成定電壓的電力；電壓檢測電路，係檢測來自電路的過電壓；及升壓電路，係當該電壓檢測電路檢測出過電壓時使降壓電路的輸出電壓升壓；該漏電斷路器更具備：電流吸收電路，係設置在電源電路的輸出側，且當電源電路的輸出電壓達第1預定值時吸收突波電流；及過電壓檢測電路，係設置在電源電路的輸出側，且當電源電路的輸出電壓超過第2預定值時驅動跳脫裝置，該第2預定值係比電源電路的額定電壓高但比第1預定值低。
本發明係藉由檢測持續性過電壓的過電壓檢測電路來使開閉接點跳開，因此能夠防生因持續性過電
壓的施加造成漏電斷路器故障。
1‧‧‧交流線路
2‧‧‧開閉接點
3‧‧‧零相比流器
4‧‧‧跳脫裝置
4a‧‧‧跳脫線圈
4b‧‧‧跳脫機構
5‧‧‧電源電路
6‧‧‧漏電檢測電路
6a‧‧‧濾波器
6b‧‧‧電位判定器
6c‧‧‧信號寬度判別器
6d‧‧‧計數器
6e‧‧‧計時器
6f‧‧‧觸發器電路
7‧‧‧第1定電壓電路
8‧‧‧開關手段
9‧‧‧過電壓檢測電路
9a‧‧‧第4齊納二極體
9b‧‧‧積分電路
9b1、9b3、10c‧‧‧電阻器
9b2‧‧‧電容器
9c‧‧‧比較電路
10‧‧‧漏電測試電路
10a‧‧‧測試開關
10b‧‧‧測試電流產生電路
10d‧‧‧電晶體
11‧‧‧直流電路
31‧‧‧磁通閘感測器
31a‧‧‧磁芯
31b‧‧‧線圈
31c‧‧‧驅動電路
31d‧‧‧檢測電路
51‧‧‧限流電阻器
52‧‧‧整流電路
53‧‧‧第2定電壓電路
53a‧‧‧場效應電晶體(FET)
53b‧‧‧第1齊納二極體
53c‧‧‧第1電阻器
54‧‧‧第2齊納二極體
55‧‧‧第2電阻器
56‧‧‧第3齊納二極體
100至103‧‧‧漏電斷路器
Ia至Id‧‧‧電流
Vb至Vd‧‧‧電壓
第1圖係顯示使用本發明實施形態1的電源電路的漏電斷路器之電路圖。
第2圖係顯示第1圖中所示積分電路的一細部例之電路圖。
第3圖係顯示使用本發明實施形態2的電源電路的漏電斷路器之電路圖。
第4圖係顯示第3圖中所示漏電檢測電路的一細部例之方塊圖。
第5圖係顯示使用本發明實施形態3的電源電路的直流用漏電斷路器之電路圖。
第6圖係顯示使用本發明實施形態4的電源電路的直流用漏電斷路器之電路圖。
第7圖係以在控制盤安裝習知技術的漏電斷路器時的電路圖供說明本發明課題之說明圖。
第1圖係顯示使用本發明實施形態1的電源電路的漏電斷路器的構成之電路圖，第2圖係顯示第1圖中所示積分電路的一細部例之電路圖。
在第1圖中，漏電斷路器100係具有：開閉接點2，係開閉交流線路1；漏電檢測電路6，係連接至插入在交流
線路1中的零相比流器3即漏電流檢測器，且根據該檢測信號檢測漏電；跳脫裝置4，係具有藉由該漏電檢測電路6的輸出信號而透過開關(switching)手段8賦予勢能的跳脫線圈(trip coil)4a以及於該跳脫線圈4a的賦予勢能時驅動開閉接點2跳開的跳脫機構4b；及電源電路5，係供電給漏電檢測電路6與跳脫裝置4雙方。
電源電路5係將從交流線路1輸入的交流電壓轉換成預定的直流電壓而供給激磁電流至跳脫線圈4a，並且藉由第1定電壓電路7轉換成比電源電路5的輸出電壓低的預定之電壓後供給至漏電檢測電路6。
以下，針對電源電路5的詳情進行說明。
在連接於交流線路1且限制電流的限流電阻器51即限流電路的後段，係連接有由全二極體電橋(full diode bridge)構成的整流電路52即整流電路。在該整流電路52的輸出側，係連接有將該輸出電壓降壓的第2定電壓電路53即降壓電路，該第2定電壓電路53係由以下元件構成：場效應電晶體(field effect transistor)(以下稱為FET)53a，係其汲極(drain)連接至整流電路52的輸出正側；第1齊納二極體(Zener diode)53b，係連接在FET 53a的閘極(gate)與整流電路52的輸出負側之間；及第1電阻器53c(電阻值為數百kΩ至數MΩ程度)，係連接在供給齊納電流至第1齊納二極體53b的FET 53a的汲極與閘極之間。
在第2定電壓電路53的第1電阻器53c，係並聯連接有第2齊納二極體54(齊納電壓>整流電路52
的輸出電壓)即電壓檢測電路，藉由此第2齊納二極體54，從整流電路52的輸出電壓檢測突波電壓。在FET 53a的閘極與整流電路52的輸出負側之間，係連接有與第1齊納二極體53b串聯連接的第2電阻器55(電阻值為數十Ω至數百Ω程度)即升壓電路，當第2齊納二極體54檢測出突波電壓時，藉由該第2電阻器55使第2定電壓電路53的輸出電壓上升。在FET 53a的源極(source)與整流電路52的輸出負側之間，係連接有第3齊納二極體56即電流吸收電路，當第2定電壓電路53的輸出電壓達到第3齊納二極體56的齊納電壓即第1預定值時，藉由第3齊納二極體56吸收突波電流。
此外，在電源電路5的輸出端係設有與第3齊納二極體56並聯連接，當過電壓從交流線路1持續輸入達預定時間便驅動跳脫裝置4的過電壓檢測電路9。
過電壓檢測電路9係由以下元件構成：第4齊納二極體9a(例如齊納電壓為23V程度)，係其陰極(cathod)連接至第3齊納二極體56的陰極，當第2定電壓電路53的輸出電壓超過第2預定值時導通(on)；積分電路9b，係其輸入連接有該第4齊納二極體9a的陽極(anode)及第3齊納二極體56的陽極；比較電路9c，係檢測該積分電路9b的輸出超過預定值亦即電源電路5的輸出電壓達第2預定電壓且電源電路5的輸出電壓達第2預定電壓的時間超過預定時間(例如20msec)，而驅動開關手段8。
如第2圖所示，積分電路9b係由以下元件
構成：電阻器9b1(電阻值為1kΩ至10kΩ程度)，係一端連接至第4齊納二極體9a的陽極；電容器9b2(電容量為0.1μF至數μF程度)，係一端連接至該電阻器9b1的另一端，而另一端連接至第3齊納二極體56的陽極；及電阻器9b3(電阻值為1kΩ至10kΩ程度)，係與該電容器9b2並聯連接，並且兩端連接至比較電路9c。此處，電阻器9b3係當電容器9b2關斷(off)時供電容器9b2的電荷放電之用。
此外，在電源電路5的輸出端係還連接有跳脫裝置4與第1定電壓電路7。
另外，雖然是第1齊納二極體53b設在FET 53a的閘極側，第2電阻器55設在整流電路52的輸出負側，但亦可將第2電阻器55設在FET 53a的閘極側，將第1齊納二極體53b設在整流電路52的輸出負側。
接著，針對動作進行說明。
在通常狀態中，當從交流線路1供給AC100V至AC400V程度的交流電壓，交流的電流Ia便流通於限流電阻器51，由整流電路52轉換成直流電壓Vb。藉由從整流電路52輸出的電流Ib，電流Ic係經第1電阻器53c流通於第1齊納二極體53b及第2電阻器55。另一方面，因為第2齊納二極體54的齊納電壓比整流電路52的輸出電壓Vb高，故第2齊納二極體54不導通，電流不會經第2齊納二極體54流通於第1齊納二極體53b及第2電阻器55。
此時，相對於第1電阻器53c為數百kΩ至數MΩ的大電阻值，第2電阻器55為數十Ω至數百Ω
的小電阻值，因此流通在第2電阻器55的電流Ic大致取決於第1電阻器53c，成為例如數十μA至數百μA的微小電流。因此第2電阻器55上的電壓降基本上能夠忽略。因此，若設施加在第2電阻器55與第1齊納二極體53b的電壓(FET 53a的閘極電壓)為Vc，則Vc≒(第1齊納二極體53b的齊納電壓)。
此外，第2定電壓電路53的輸出電壓Vd係成為Vd=Vc-(FET 53a的導通電壓)，而如前述，Vc≒(第1齊納二極體53b的齊納電壓)，故Vd≒(第1齊納二極體53b的齊納電壓)-(FET 53a的導通電壓)，此為電源電路5的額定電壓。
此處，若設FET 53a的導通電壓為3V程度，設第1齊納二極體53b的齊納電壓為24V程度，則第2定電壓電路53的輸出電壓Vd係成為Vd≒24V-3V=21V程度。
此外，若設第3齊納二極體56的齊納電壓為24V程度，則施加在第3齊納二極體56的電壓Vd為21V程度並沒有超過第3齊納二極體56的齊納電壓。因此，第3齊納二極體56沒導通，沒有電流Id流通。
此外，若設第4齊納二極體9a的齊納電壓即第2預定值為23V程度，則因為施加在第4齊納二極體9a的電壓Vd為21V程度，故第4齊納二極體9a也沒導通。
結果，從電源電路5的輸出端係對跳脫線圈4a及第1定電壓電路7供給DC21V程度的電壓，第1定電壓電路7係將電源電路5的輸出電壓降壓後供電預定的一定電壓(例如DC5V)給漏電檢測電路6。
在上述的供電狀態中，當交流線路1發生漏電時，零相比流器3的輸出會產生信號，由漏電檢測電路6判別零相比流器3的輸出信號電位(level)超過了預定的基準值而輸出漏電跳脫信號至開關手段8。開關手段8係藉由該輸出而導通，激磁電流從電源電路5經開關手段8流通於跳脫線圈4a，並藉由跳脫機構4b動作而使開閉接點2脫接。
另外，申請專利範圍中所述的「第1預定值」係指上述的第3齊納二極體56的齊納電壓；同樣地，申請專利範圍中所述的「第2預定值」係指上述的第4齊納二極體9a的齊納電壓。
接著，針對交流線路中的交流電壓有瞬間的突波電壓疊加時的情形進行說明。
當數kV的突波電壓疊加於交流電壓，施加在第2齊納二極體54與第1齊納二極體53b之串聯電路的施加電壓便超過第2齊納二極體54與第1齊納二極體53b的合計齊納電壓值，因此第2齊納二極體54亦導通。
此時，流過第2電阻器55的電流Ic係比通常時的數十μA至數百μA增大為數十mA而在第2電阻器55產生電壓降，施加在第2電阻器55與第1齊納二極體53b的電壓Vc係上升。例如若設第2電阻器55的電阻值為100Ω程度、設電流Ic為40mA程度，則第2電阻器55上的電壓降便成為4V程度，施加在第2電阻器55與第1齊納二極體53b的電壓Vc便成為Vc=24V+4V=28V程度。
第2定電壓電路53的輸出電壓Vd係在通常時的額定電壓21V程度又加上第2電阻器55上的電壓降即4V程度而應上升至25V程度。然而，因為超過了第3齊納二極體56的齊納電壓(24V程度)，故第3齊納二極體56導通，第2定電壓電路53的輸出電壓Vd便被抑制在第3齊納二極體56的齊納電壓(24V程度)。
此外，此時，超過了第4齊納二極體9a的齊納電壓23V，而因有電阻器9b1串聯連接，電阻器9b1分擔了電壓並限制了電流，因此電源電路5的電壓係維持在第3齊納二極體56的齊納電壓(24V)。結果，第4齊納二極體9a保持導通，積分電路9b中經電阻器9b1開始電容器9b2的充電。然而，在為瞬間的突波電壓的情形中，突波電壓疊加於交流線路1中的交流電壓的時間非常短(例如1msec至2msec程度)。因此電容器9b2的電壓上升得不夠高，亦即，因為電源電路5的輸出電壓超過第2預定電壓的時間比預定時間短，故比較電路9c的輸出沒導通，漏電斷路器100不進行斷路動作。
如上述，漏電斷路器100不進行斷路動作，但電源電路5的輸出電壓係被抑制在第3齊納二極體56的齊納電壓，而保護了漏電檢測電路6和跳脫裝置4不受突波電壓的破壞。
接著，針對有持續性的過電壓疊加於交流線路時的情形進行說明。
當數kV的過電壓持續地施加於交流線路1，施加於第
2齊納二極體54與第1齊納二極體53b之串聯電路的施加電壓便超過第2齊納二極體54與第1齊納二極體53b的合計齊納電壓值，因此第2齊納二極體54亦導通。
此時，流過第2電阻器55的電流Ic係比通常時的數十μA至數百μA增大為數十mA而在第2電阻器55產生電壓降，施加在第2電阻器55與第1齊納二極體53b的電壓Vc係上升。若例如設第2電阻器55的電阻值為100Ω程度、設電流Ic為40mA程度，則第2電阻器55上的電壓降便成為4V程度，施加在第2電阻器55與第1齊納二極體53b的電壓Vc便成為Vc=24V+4V=28V程度。第2定電壓電路53的輸出電壓Vd係在通常時的額定電壓21V程度又加上第2電阻器55的電壓降即4V程度而應上升至25V程度。然而，因為超過了第3齊納二極體56的齊納電壓(24V程度)，故第3齊納二極體56導通，第2定電壓電路53的輸出電壓Vd係被抑制在第3齊納二極體56的齊納電壓(24V程度)。
此時，因為超過了第4齊納二極體9a的齊納電壓23V，故第4齊納二極體9a亦導通，積分電路9b中經電阻器9b1開始電容器9b2的充電。在為持續性的過電壓的情形中，電容器9b2的電壓上升得夠高，電源電路5的輸出電壓超過第2預定值的時間超過預定時間，比較電路9c的輸出係導通，輸出至開關手段8。藉由比較電路9c的輸出，開關手段8亦導通，激磁電流從電源電路5經開關手段8流通於跳脫線圈4a，跳脫機構4b動作，藉此，
開閉接點2脫接。而藉由開閉接點2脫接，給電源電路5的供電便停止。
依據本實施形態，係具備電源電路5、第3齊納二極體56及過電壓檢測電路9。其中，電源電路5係由以下元件構成：第2定電壓電路53，係將供給自交流線路1的電力降壓成定電壓的電力；第2齊納二極體54，係從整流電路52的輸出電壓檢測過電壓；及第2電阻器55，係當該第2齊納二極體54檢測出過電壓時使第2定電壓電路53的輸出電壓升壓。此外，第3齊納二極體56係設置在該電源電路5的輸出側，當電源電路5的輸出電壓達第1預定值時吸收突波電流。此外，過電壓檢測電路9係設置在電源電路5的輸出側，當電源電路5的輸出電壓超過比電源電路5的額定電壓高但比第1預定值低的第2預定值時驅動跳脫裝置4。因此，即使是在耐電壓試驗等持續地施加過電壓於交流線路1的情形中，藉由令漏電斷路器100斷路也能夠保護漏電斷路器100不故障。
此外，過電壓檢測電路9具備積分電路9b，當電源電路5的輸出電壓達到比電源電路5的額定電壓高但比第1預定值低的第2預定值的時間超過預定時間時驅動跳脫裝置4，因此不會因瞬間性的突波電壓所造成的過電壓而動作，而能夠防止誤跳脫。
此外，漏電檢測電路6中所使用的一般性的漏電檢測IC(Integrated Circuit；積體電路)係內建有比較電路9c，因此過電壓檢測電路9係能夠以第4齊納二極體9a
及由電阻器9b1、9b3、電容器9b2構成的積分電路9b構成。因此，能夠以低成本保護漏電斷路器100不會因耐電壓試驗等持續地施加過電壓於交流線路1而導致故障。
此外，電源電路5係當過電壓施加，其輸出電壓便上升，故能夠將過電壓檢測電路9設置在電源電路5的輸出側即低電壓側，所用零件的小型化成為可能，可謀求漏電斷路器的小型化。
第3圖係顯示使用本發明實施形態2的電源電路的漏電斷路器的構成之電路圖，第4圖係顯示第3圖中所示漏電檢測電路的一細部例之方塊圖。
本實施形態的漏電斷路器101係設置含有過電壓檢測電路的漏電測試(test)電路10取代實施形態1的過電壓檢測電路9者，係達到同前述實施形態1的各種效果者。
在第3圖中，漏電斷路器101的漏電測試電路10係由以下元件構成：第4齊納二極體9a，係其陰極連接至第3齊納二極體56的陰極；測試開關10a，係一端連接至第1定電壓電路7的輸出，另一端連接至第4齊納二極體9a的陽極；測試電流產生電路10b，係其輸入連接至第4齊納二極體9a的陽極及測試開關10a的另一端；電阻器10c，係一端連接至第4齊納二極體9a的陰極；及電晶體10d，係其基極(base)連接至測試電流產生電路10b的輸出，集極(collector)連接至電阻器10c的另一端。
此外，漏電測試電路10的輸出即電晶體10d
的射極(emitter)係連接至測試繞線11的一端，測試繞線11的另一端係在穿過零相比流器3後連接至整流電路52的輸出負側。
藉由漏電測試電路10與測試繞線11，構成用來檢查漏電斷路器處於正常的漏電測試功能。
利用第4圖詳細說明漏電檢測電路6。在第4圖中，漏電檢測電路6係由以下元件構成：濾波器(filter)6a，係連接至零相比流器3，從零相比流器3的輸出信號將比交流線路1的電源頻率高的諧波成分予以去除；電位判定器6b，係接受濾波器6a的輸出信號之輸入，判定濾波器6a的輸出信號的輸出電位；信號寬度判別器6c，係判別電位判定器6b的輸出信號的時間寬度；計數器(counter)6d，係計數信號寬度判別器6c的輸出信號達預定次數便輸出脈波信號；計時器(timer)6e，係接受信號寬度判別器6c最後的輸出信號，待一定時間後將計數器6d重置(reset)；及觸發器(trigger)電路6f，係接受計數器6d的脈波信號而驅動開關元件8。
關於其他的構成及動作，因為與實施形態1相同，故省略說明。
接著針對動作進行說明。
在為了通常的漏電測試動作而令測試開關10a導通的情形中，係從第1定電壓電路7供給電源至測試電流產生電路10b，使電晶體10d切換開關，藉此，測試電流、亦即漏電模擬電流便經電阻器10c流通於測試繞線11。當測
試電流流通於測試繞線11，零相比流器3的輸出便產生信號，而當由漏電檢測電路6判別為漏電，便輸出至開關手段8。開關手段8係藉由該輸出而導通，激磁電流從電源電路5經開關手段8流通於跳脫線圈4a，跳脫機構4b動作，藉此，開閉接點2脫接，漏電斷路器101斷路。
針對交流線路中的交流電壓有瞬間的突波電壓疊加時的情形進行說明。
當數kV的突波電壓疊加於交流電壓，施加在第2齊納二極體54與第1齊納二極體53b之串聯電路的施加電壓便超過第2齊納二極體54與第1齊納二極體53b的合計齊納電壓值，因此第2齊納二極體54亦導通。
此時，流過第2電阻器55的電流Ic係比通常時的數十μA至數百μA增大為數十mA而在第2電阻器55產生電壓降，施加在第2電阻器55與第1齊納二極體53b的電壓Vc係上升。若例如設第2電阻器55的電阻值為100Ω程度、設電流Ic為40mA程度，則第2電阻器55上的電壓降便成為4V程度，施加在第2電阻器55與第1齊納二極體53b的電壓Vc便成為Vc=24V+4V=28V程度。第2定電壓電路53的輸出電壓Vd係在通常時的額定電壓21V程度又加上第2電阻器55上的電壓降即4V程度而應上升至25V程度。然而，因為超過了第3齊納二極體56的齊納電壓(24V程度)，故第3齊納二極體56導通，第2定電壓電路53的輸出電壓Vd係被抑制在第3齊納二極體56的齊納電壓(24V程度)。
此外，此時，因為超過了第4齊納二極體9a的齊納電壓23V，故第4齊納二極體9a導通，測試電流產生電路10b獲得電源供給，使電晶體10d切換開關，藉此，測試電流流通於測試繞線11。當測試電流流通於測試繞線11，零相比流器3的輸出便產生信號，如第4圖所示，來自該零相比流器3的漏電信號係經濾波器6a去除高頻成分後輸入至電位判定器6b判定該電位。若漏電信號為預定的電位以上，便接著以信號寬度判別器6c判別信號的時間寬度。若漏電信號的時間寬度亦為判定值以上，再藉由計數器6d於直到計時器6e將計數器6d重置為止的期間針對漏電信號以大約商用頻率重複的情形進行計數。
然而，在為突波電壓的情形中，突波電壓疊加於交流線路中的交流電壓的時間非常短(例如1msec至2msec程度)。因此，突波電壓所造成的漏電信號即使輸入至信號寬度判別器6c，也會由於信號寬度不足而不會從信號寬度判別器6c輸出，或者即使從信號寬度判別器6c輸出，計數器6d也不會持續計數而不會從計數器6d輸出脈波。亦即，因為電源電路5的輸出電壓超過第2預定值的時間比預定時間短，故觸發器電路6f的輸出沒導通，漏電斷路器101不進行斷路動作。
如上述，漏電斷路器101不進行斷路動作，但第2定電壓電路53的輸出電壓Vd被抑制在第3齊納二極體56的齊納電壓，而保護了漏電檢測電路6和跳脫裝置4不受突波電壓破壞。
接著，針對有持續性的過電壓疊加於交流線路1時的情形進行說明。
當數kV的過電壓持續地施加於交流線路，同實施形態1，施加在第2齊納二極體54與第1齊納二極體53b之串聯電路的施加電壓便超過第2齊納二極體54與第1齊納二極體53b的合計齊納電壓值，因此第2齊納二極體54亦導通。
此時，流過第2電阻器55的電流Ic係比通常時的數十μA至數百μA增大為數十mA而在第2電阻器55產生電壓降，施加在第2電阻器55與第1齊納二極體53b的電壓Vc係上升。若例如設第2電阻器55的電阻值為100Ω程度、設電流Ic為40mA程度，則第2電阻器55上的電壓降便成為4V程度，施加在第2電阻器55與第1齊納二極體53b的電壓Vc便成為Vc=24V+4V=28V程度。第2定電壓電路53的輸出電壓Vd係在通常時的額定電壓21V程度又加上第2電阻器55上的電壓降即4V程度而應上升至25V程度。然而，因為超過了第3齊納二極體56的齊納電壓(24V程度)，故第3齊納二極體56導通，第2定電壓電路53的輸出電壓Vd係被抑制在第3齊納二極體56的齊納電壓(24V程度)。
此外，因為第2定電壓電路53的輸出電壓Vd超過了第4齊納二極體9a的齊納電壓23V，故第4齊納二極體9a導通，測試電流產生電路10b獲得電源供給，使電晶體10d切換開關，藉此，測試電流流通於測試繞線
11。當模擬漏電流流通於測試繞線11，零相比流器3的輸出便產生信號，如第4圖所示，經濾波器6a去除高頻成分後輸入至電位判定器6b輸入而判定電位。在為持續性的過電壓的情形中，因為是預定的電位以上，故輸入至信號寬度判別器6c。接著，以信號寬度判別器6c判別信號的時間寬度，因漏電信號的時間寬度亦為判定值以上，再藉由計數器6d於直到計時器6e將計數器6d重置為止的期間針對漏電信號以大約商用頻率重複的情形進行計數，故判別為漏電，並輸出至開關手段8。開關手段8係藉由該輸出而導通，激磁電流從電源電路5經開關手段8流通於跳脫線圈4a，跳脫機構4b動作，藉此，開閉接點2脫接。藉由開閉接點2脫接，給電源電路5的供電便停止。
如上述，當過電壓持續地施加於交流線路1，電源電路5的輸出電壓便超過第2預定值，由於超過該第2預定值的時間超過預定時間而驅動漏電測試裝置10，藉此，使漏電斷路器101進行漏電斷路動作，藉此而能夠保護電源電路5不故障。
此外，為了防止因瞬間性的突波導致誤動作，如前所述，漏電檢測電路6係計數漏電信號以大約商用頻率重複的情形來進行判別，藉由此功能，便不會因瞬間性的突波所造成的過電壓而動作，僅在施加有持續預定時間以上的過電壓時才動作。
依據本實施形態，係具有電源電路5、第3齊納二極體56及漏電測試電路10。其中，電源電路5係
由以下元件構成：整流電路52，係將供給自交流線路1的交流電壓轉換成直流電壓；第2定電壓電路53，係將該整流電路52的輸出降壓；第2齊納二極體54，係從整流電路52的輸出電壓檢測過電壓；及第2電阻器55，係當該第2齊納二極體54檢測出過電壓時使第2定電壓電路53的輸出電壓升壓。此外，第3齊納二極體56係設置在該電源電路5的輸出側，當電源電路5的輸出電壓達第1預定值時吸收突波電流。此外，漏電測試電路10係設置在電源電路5的輸出側，含有當電源電路5的輸出電壓達比電源電路5的額定電壓高但比第1預定值低的第2預定值時驅動跳脫裝置4的過電壓檢測電路。因此，即使是在耐電壓試驗等持續地施加過電壓於交流線路1的情形中，藉由令漏電斷路器101斷路也能夠保護漏電斷路器101不故障。
此外，漏電檢測電路6係針對漏電信號以大約商用頻率重複的情形進行計數來進行判別，因此漏電測試電路10係在電源電路5的輸出電壓超過第2預定值的時間達預定時間時驅動跳脫裝置4，不會因瞬間性的突波電壓所造成的過電壓而動作，從而能夠防止誤斷路。
此外，關於含有過電壓檢測電路的漏電測試電路10，通常只要在具有漏電斷路器作為必要功能的漏電測試電路添加第4齊納二極體9a作為過電壓檢測電路即可，因此能夠以低成本保護漏電斷路器101不會因耐電壓試驗等持續地施加過電壓於交流線路1而導致故障。
第5圖係顯示使用本發明實施形態3的電源電路的直流用漏電斷路器的構成之電路圖。
在第5圖中，本實施形態的漏電斷路器102係將實施形態1的過電壓檢測電路9適用至直流用漏電斷路器者。在實施形態1中係使用零相比流器作為漏電流檢測器，而本實施形態係使用能夠檢測直流漏電流的磁通閘感測器(fluxgate sensor)31作為漏電流檢測器者，係達到同前述實施形態1的各種效果者。
如第5圖所示，磁通閘感測器31係具備：環狀的磁芯(core)31a，係供直流線路11插通；線圈(coil)31b，係捲繞在磁芯31a；驅動電路31c，係以使線圈31b的磁通密度一邊反轉方向一邊飽和之方式於線圈31b以正負對稱的矩形波施加電壓；及檢測電路31d，係從對應於流過線圈31b的線圈電流而變化的量測電壓檢測漏電流。
此外，為了防止正極與負極接反時的故障，亦可設置實施形態1中所設置的整流電路52，惟在直流線路用中並非必要，故移除之，直接將第2定電壓電路53連接至限流電阻器51。詳細而言，第2定電壓電路53的FET 53a的汲極係連接至從直流線路11供給的電壓的正側，第3齊納二極體的陽極與第2電阻器55的連接點係連接至從直流線路11供給的電壓的負側。關於本實施形態的電源電路5的動作，因為與實施形態1中藉由整流電路52進行直流電壓化後的動作相同，故省略說明。
依據本實施形態，係具備電源電路5、第3齊納二極體56及過電壓檢測電路9。其中，電源電路5係由以下元件構成：第2定電壓電路53，係將供給自直流線路11的電力降壓成定電壓的電力；第2齊納二極體54，係檢測來自直流線路11的過電壓；及第2電阻器55，係當該第2齊納二極體54檢測出過電壓時使第2定電壓電路53的輸出電壓升壓。此外，第3齊納二極體56係設置在該電源電路5的輸出側，當電源電路5的輸出電壓達第1預定值時吸收突波電流。此外，過電壓檢測電路9係設置在電源電路5的輸出側，當電源電路5的輸出電壓超過比電源電路5的額定電壓高但比第1預定值低的第2預定值時驅動跳脫裝置4。因此，即使是在耐電壓試驗等持續地於直流線路11施加過電壓的情形中，藉由令漏電斷路器102斷路而能夠保護漏電斷路器102不故障。
第6圖係顯示本發明實施形態4的直流用漏電斷路器的構成之電路圖。
在第6圖中，本實施形態的漏電斷路器103係將實施形態2的含有過電壓檢測電路的漏電測試電路10適用至實施形態3所示直流用漏電斷路器者。同實施形態3，使用能夠檢測直流漏電流的磁通閘感測器31作為漏電流檢測器，此外，設置含有過電壓檢測電路的漏電測試電路10取代實施形態3的過電壓檢測電路9。此外，係達到同上述實施形態2及實施形態3的各種效果者。
另外，在本實施形態中，為了防止正極與負極接反時的故障而設有在實施形態3中未設置的整流電路52。
磁通閘感測器31係具備：環狀的磁芯31a，係供直流線路11插通；線圈31b，係捲繞在磁芯31a；驅動電路31c，係以使線圈31b的磁通密度一邊反轉方向一邊飽和之方式於線圈31b以正負對稱的矩形波施加電壓；及檢測電路31d，係從對應於流過線圈31b的線圈電流而變化的量測電壓檢測漏電流。
漏電測試電路10係由以下元件構成：第4齊納二極體9a，係其陰極連接至第3齊納二極體56的陰極；測試開關10a，係一端連接至第1定電壓電路7的輸出，另一端連接至第4齊納二極體9a的陽極；電阻器10c，係一端連接至第4齊納二極體9a的陰極；及電晶體10d，係其基極連接至測試開關10a的另一端，集極連接至電阻器10c的另一端。
此外，漏電測試電路10的輸出即電晶體10d的射極係連接至測試繞線11的一端，測試繞線11的另一端係在穿過磁通閘感測器31的磁芯31a後連接至整流電路52的輸出負側。
藉由漏電測試電路10與測試繞線11，構成檢查漏電斷路器處於正常所需的漏電測試功能。
關於其他的構成及動作，因為與實施形態3相同，故省略說明。
接著，針對動作進行說明。
在為了通常的漏電測試動作而令測試開關10a導通的情形中，係從第2定電壓電路53供給電源，使電晶體10d切換開關，藉此，測試電流、亦即漏電模擬電流便經電阻器10c流通於測試繞線11。當測試電流流通於測試繞線11，便藉由檢測電路31d從磁芯31a的輸出判別為漏電，便從檢測電路31d輸出至開關手段8。開關手段8係藉由該輸出而導通，激磁電流從電源電路5經開關手段8流通於跳脫線圈4a，跳脫機構4b動作，藉此，開閉接點2脫接，漏電斷路器103斷路。
接著，針對有持續性的過電壓疊加於直流線路11時的情形進行說明。
當數kV的過電壓持續地施加於直流線路11，同實施形態2，施加在第2齊納二極體54與第1齊納二極體53b之串聯電路的施加電壓便超過第2齊納二極體54與第1齊納二極體53b的合計齊納電壓值，因此第2齊納二極體54亦導通。
此時，流過第2電阻器55的電流Ic係比通常時的數十μA至數百μA增大為數十mA而在第2電阻器55產生電壓降，施加在第2電阻器55與第1齊納二極體53b的電壓Vc係上升。若例如設第2電阻器55的電阻值為100Ω程度、設電流Ic為40mA程度，則第2電阻器55上的電壓降便成為4V程度，施加在第2電阻器55與第1齊納二極體53b的電壓Vc便成為Vc=24V+4V=28V程度。第2定電壓電路53的輸出電壓Vd係在通常時的額定電壓
21V程度又加上第2電阻器55上的電壓降即4V程度而應上升至25V程度。然而，因為超過了第3齊納二極體56的齊納電壓(24V程度)，故第3齊納二極體56導通，第2定電壓電路53的輸出電壓Vd係被抑制在第3齊納二極體56的齊納電壓(24V程度)。
此外，因為第2定電壓電路53的輸出電壓Vd超過了第4齊納二極體9a的齊納電壓23V，故第4齊納二極體9a導通，使電晶體10d導通，藉此，模擬漏電流流通於測試繞線11。當模擬漏電流流通於測試繞線11，磁芯31a的輸出便發生變化，當檢測電路31d將該變化判別為漏電，便從檢測電路31d輸出至開關手段8。開關手段8係藉由該輸出而導通，激磁電流從電源電路5經開關手段8流通於跳脫線圈4a，跳脫機構4b動作，藉此，開閉接點2脫接。藉由開閉接點2脫接，給電源電路5的供電便停止。另外，檢測電路31d係當來自磁芯31a的輸出的變化超過預定時間時判斷漏電。
如上述，當過電壓持續施加一定時間時驅動漏電測試裝置10，藉此使漏電斷路動作進行，而能夠保護電源電路5不故障。
依據本實施形態，係具有電源電路5、第3齊納二極體56及漏電測試電路10。其中，電源電路5係由以下元件構成：第2定電壓電路53，係將供給自直流線路11的電力降壓成定電壓的電力；第2齊納二極體54，係檢測來自直流線路11的過電壓；及第2電阻器55，係
當該第2齊納二極體54檢測出過電壓時使第2定電壓電路53的輸出電壓升壓。此外，第3齊納二極體56係設置在該電源電路5的輸出側，當電源電路5的輸出電壓達第1預定值時吸收突波電流。此外，漏電測試電路10係設置在電源電路5的輸出側，含有當電源電路5的輸出電壓超過比電源電路5的額定電壓高但比第1預定值低的第2預定值時驅動跳脫裝置4的過電壓檢測電路。因此，即使是在耐電壓試驗等持續地施加過電壓於直流線路11的情形中，藉由令漏電斷路器103斷路而能夠保護漏電斷路器103不故障。
1‧‧‧交流線路
2‧‧‧開閉接點
3‧‧‧零相比流器
4‧‧‧跳脫裝置
4a‧‧‧跳脫線圈
4b‧‧‧跳脫機構
5‧‧‧電源電路
6‧‧‧漏電檢測電路
7‧‧‧第1定電壓電路
8‧‧‧開關手段
9‧‧‧過電壓檢測電路
9a‧‧‧第4齊納二極體
9b‧‧‧積分電路
9c‧‧‧比較電路
51‧‧‧限流電阻器
52‧‧‧整流電路
53‧‧‧第2定電壓電路
53a‧‧‧場效應電晶體(FET)
53b‧‧‧第1齊納二極體
53c‧‧‧第1電阻器
54‧‧‧第2齊納二極體
55‧‧‧第2電阻器
56‧‧‧第3齊納二極體
100‧‧‧漏電斷路器
Ia至Id‧‧‧電流
Vb至Vd‧‧‧電壓
Claims (5)
- 一種漏電斷路器，係具備：開閉接點，係開閉電路；漏電流檢測器，係檢測前述電路的漏電流；漏電檢測電路，係連接至該漏電流檢測器，且根據前述漏電流檢測器的檢測信號而檢測漏電；跳脫裝置，係由該漏電檢測電路所驅動而使前述開閉接點跳開；及電源電路，係由以下元件構成：降壓電路，係將供給自前述電路的電力降壓成定電壓的電力；電壓檢測電路，係檢測來自前述電路的過電壓；及升壓電路，係當該電壓檢測電路檢測出過電壓時使前述降壓電路的輸出電壓升壓；該漏電斷路器更具備：電流吸收電路，係設置在前述電源電路的輸出側，且當前述電源電路的輸出電壓達第1預定值時吸收突波電流；及過電壓檢測電路，係設置在前述電源電路的輸出側，且當前述電源電路的輸出電壓超過第2預定值時驅動前述跳脫裝置，該第2預定值係比前述電源電路的額定電壓高但比前述第1預定值低。
- 如申請專利範圍第1項所述之漏電斷路器，其中，前述過電壓檢測電路係當前述電源電路的輸出電壓超過前述第2預定值的時間達預定時間時驅動前述跳脫裝置。
- 如申請專利範圍第2項所述之漏電斷路器，其中，前述 過電壓檢測電路係驅動開關元件，該開關元件係連接至前述跳脫裝置。
- 如申請專利範圍第2項所述之漏電斷路器，更具備二次繞線，該二次繞線係用以流通模擬漏電流而貫穿過前述漏電流檢測器者，且前述過電壓檢測電路係藉由讓前述模擬漏電流流通於前述二次繞線而使前述漏電檢測電路作動而驅動前述跳脫裝置。
- 如申請專利範圍第1至4項中任一項所述之漏電斷路器，其中，前述電流吸收電路係第1齊納二極體；前述降壓電路係由以下元件構成：場效應電晶體，係其汲極連接至從前述電路供給的電壓的正側；第1電阻器，係連接在該場效應電晶體的汲極與閘極之間；及第1齊納二極體，係連接在前述場效應電晶體的閘極與前述電路的負側之間；前述電壓檢測電路係連接在前述場效應電晶體的汲極與閘極之間的第2齊納二極體；前述升壓電路係與前述第1齊納二極體串聯連接在前述場效應電晶體的閘極與前述電路的負側之間的第2電阻器；前述過電壓檢測電路係第3齊納二極體。
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