JP2012243736A - 漏電遮断器 - Google Patents

Abstract

【課題】 零相変流器が１つで済み、大きなスペースを必要とせず、従来の交流の漏電に加えて直流成分を含んだ脈流漏電も良好に検出して遮断動作する漏電遮断器を提供する。
【解決手段】 電路Ｌの零相電流を検出する零相変流器４と、所定の基準電圧と零相変流器４の出力電圧波形の一方の極性の波形とを比較して漏電発生を判定する同一の判定動作を行うＩＣ化された第１漏電検出回路７ａ及び第２漏電検出回路７ｂと、漏電発生と判定したら電路Ｌ上に設けられた開閉接点３を遮断操作するトリップコイル５とを備え、零相変流器４の出力が第１及び第２漏電検出回路７ａ，７ｂに対して互いに逆相で入力され、第１及び第２漏電検出回路７ａ，７ｂのうち少なくとも一方が漏電発生と判定したら開閉接点３が開動作する。
【選択図】 図１

Description

本発明は漏電遮断器に関し、詳しくは交流の漏電に加えて直流成分が重畳された脈流漏電であっても良好に検出して遮断動作する漏電遮断器に関する。

近年、太陽光発電設備や電気自動車の充電設備が一般家庭に普及し始めている。このような設備は交流／直流変換が実施されるため、漏電が発生した場合は直流成分が重畳された脈流電流による漏電の発生が考えられる。しかしながら、従来の漏電遮断器は図３に示すような回路構成となっており、脈流電流に対しては正しく検知できなかった。
具体的に、図３において、２１は電路Ｌの零相電流を検出する零相変流器、２２はＩＣ化された漏電検出回路、２３は電路Ｌを遮断操作するトリップコイル、２４は整流回路であり、零相変流器２１を使用して電路Ｌの漏電を検出している。

漏電検出回路２２は、定電圧回路２２ａ、漏電を判定するための基準電圧を生成する基準電圧生成回路２２ｂ、検出した零相電流と基準電圧を比較する差動増福回路で構成される比較回路２２ｃ、判定結果を保持するラッチ回路２２ｄ等を備え、零相変流器２１が検出した零相電流波形（漏電電流波形）に対して、比較回路２２ｃが正負何れか一方の極性の半波に対して閾値（基準電圧）と比較して判定動作する。例えば正の半波に対して比較回路２２ｃが判定動作する構成の場合、負の半波が正の半波より大きくても、即ち負の直流成分が重畳された漏電電流が発生した場合、漏電が発生しても正の半波が閾値を超えない限り検知できない状況が発生した。
このような背景から、直流成分が重畳された漏電電流であっても確実に所定値を超えたら漏電を検知する“Ａ型”と称される漏電遮断器が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０−１４４７８号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示されたＡ型の漏電遮断器は、ＩＣ化された漏電検出回路に加えて、複数の零相変流器やホール素子、更に直流変換回路を使用している。そのため、１個の零相変流器及び１個のＩＣ化された漏電検出回路に加えて、ホール素子や更なる零相変流器、そして直流変換回路等が必要であり、コスト高であったし複数の零相変流器を設置するためのスペースが必要であった。

そこで、本発明はこのような問題点に鑑み、零相変流器が１つで済み大きなスペースを必要とすることなく、従来の交流の漏電に加えて直流成分を含んだ脈流漏電も良好に検出して遮断動作する漏電遮断器を提供することを目的としている。

上記課題を解決する為に、請求項１の発明は、電路の零相電流を検出する零相変流器と、所定の基準電圧と零相変流器の出力電圧波形の一方の極性の波形とを比較して漏電発生を判定するＩＣ化された漏電検出回路と、漏電発生と判定したら電路上に設けられた開閉手段を遮断操作する遮断手段とを備えた漏電遮断器であって、漏電検出回路が、基準電圧が同一であって同一の判定操作を行う２回路で構成され、零相変流器の出力が、双方の漏電検出回路に対して互いに逆相で入力され、双方の漏電検出回路のうち少なくとも一方が漏電発生と判定したら遮断手段が遮断動作することを特徴とする。
この構成によれば、１つの零相変流器と従来のＩＣ化された２つの漏電検出回路を使用して、正負何れの直流成分が重畳された漏電であっても漏電電流を確実に検出して電路を遮断することができる。よって、省スペース且つ低コストの回路構成により、脈流漏電であっても、所定の基準電圧を超えたら確実に検出して遮断動作する。

請求項２の発明は、請求項１に記載の構成において、双方の前記漏電検出回路は、所定の基準電圧を生成する基準電圧生成回路、生成された基準電圧と前記零相変流器の出力電圧とを比較して漏電発生を判定する比較回路、そして前記比較回路の出力を保持するラッチ回路を備え、双方の前記比較回路の出力が何れか一方の前記ラッチ回路に入力され、当該一方のラッチ回路の出力を受けて前記遮断手段が動作することを特徴とする。
この構成によれば、２つのラッチ回路のうち使用するのは一方のラッチ回路のみであるため、他方のラッチ回路の入出力端子はオープンの状態で良く、組み付ける素子数を削減できる。

請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の構成において、前記電路は２本の電力線で構成されると共に、疑似漏電電流を発生させて前記漏電検出回路をテストする漏電テスト回路を備え、前記漏電テスト回路は、前記零相変流器の負荷側の電力線間に対して、途中前記零相変流器を通過させて接続した第１電流路と、前記零相変流器の電源側の一方の電力線と前記零相変流器の負荷側の他方の電力線との間を前記零相変流器を通過させずに接続した第２電流路と、前記第１電流路に特定の１方向の電流を流すための第１整流手段、及び前記第２電流路に特定の１方向の電流を流すための第２整流手段と、前記第１電流路及び前記第２電流路のうち何れか一方の電流路を選択して閉路する閉路手段とを有し、前記閉路手段により双方の電流路を切り替えて閉路操作することで、逆方向の極性の零相電流を発生させることを特徴とする。
この構成によれば、閉路手段の操作で第１電流路と第２電流路とを切り替えて疑似漏電電流を発生させることができる。そのため、正負双方の極性の漏電電流を選択して発生させることができ、２つの漏電検出回路をそれぞれ個別にテストできる。よって、何れか一方の漏電検出回路が故障した場合に、それを確実に検出できる。

請求項４の発明は、請求項３に記載の構成において、前記第１電流路は、特定の一方の電力線から前記零相変流器の電源側から負荷側に電流が流れるよう配線される一方、前記第２電流路は、前記零相変流器の電源側における前記特定の一方の電力線から、負荷側の前記他方の電力線に電流が流れるよう配線されて成り、他方の電力線に至る経路において前記第１電流路と前記第２電流路とは共通する電流路を有し、前記第１整流手段と前記第２整流手段とは、前記共通する電流路に配置された共通の整流手段であることを特徴とする。
この構成によれば、整流手段は１つで済む。

請求項５の発明は、請求項４に記載の構成において、前記共通の整流回路は、前記漏電検出回路に直流電源を供給するための整流回路であることを特徴とする。
この構成によれば、整流手段は電源回路の整流回路を兼用させるので、漏電テスト回路のために別途整流手段を設ける必要が無く、安価に構成できる。

本発明によれば、１つの零相変流器と従来のＩＣ化された２つの漏電検出回路を使用して、正負何れの直流成分が重畳された漏電であっても漏電電流を確実に検出して電路を遮断することができる。よって、省スペース且つ低コストの回路構成により、脈流漏電であっても、所定の基準電圧を超えたら確実に検出して遮断動作する。

本発明に係る漏電遮断器の一例を示す回路図である。 漏電テスト回路を備えた漏電遮断器の回路図である。 従来の漏電遮断器の回路図である。

以下、本発明を具体化した実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明に係る漏電遮断器の一例を示す回路図であり、１は電源側端子、２は負荷側端子、３は電源側端子１と負荷側端子２の間の電路Ｌを開閉する開閉接点、４は零相変流器、５は開閉接点を開操作して電路を遮断するためのトリップコイル、６は漏電が発生したら遮断信号を出力する漏電遮断回路、７は漏電発生を判定するＩＣ化された漏電検出回路である。

尚、漏電検出回路７は同一の２つのＩＣ（第１漏電検出回路７ａ，第２漏電検出回路７ｂ）で構成され、例えば日本電気株式会社製バイポーラアナログ集積回路μＰＣ１７０２が使用される。この回路は、上記図３の漏電遮断回路２２と同様の回路構成であり、定電圧回路、基準電圧生成回路、検出した零相電流と基準電圧を比較する差動増福回路で構成される比較回路、判定結果を保持するラッチ回路等が組み込まれている。そして８端子を備え、第１端子が基準電圧発生端子、第２端子が比較回路入力端子、第３端子がＧＮＤ端子、第４端子が比較回路出力端子、第５端子がラッチ回路入力端子、第７端子がラッチ回路出力端子、第８端子が電源端子である。また、電路ＬはＬ１，Ｌ２の２本の電力線で構成される。

漏電遮断回路６は、零相変流器４を通過した負荷側の電路Ｌから漏電検出回路７等の動作電源を採り込み、トリップコイル５を介して双方の漏電検出回路７ａ，７ｂの電源端子に接続される。また、零相変流器４の出力端子間には抵抗ＲＬが接続されて検出した零相電流が電圧に変換される。この電圧情報は、双方の漏電検出回路７ａ，７ｂの比較回路入力端子に入力される。但し、第１漏電検出回路７ａと第２漏電検出回路７ｂとでは、逆相の電圧情報が入力されるよう接続線が互いに反転されて接続されている。そして、双方の比較回路出力はダイオードＤ２，Ｄ３を用いたＯＲ回路を介して第１漏電検出回路７ａのラッチ回路入力端子（第５端子）に入力される。

このように構成された漏電遮断器は次のように動作する。但し、上述したように第１漏電検出回路７ａと第２漏電検出回路７ｂとは互いに逆相の電圧情報に対して判定するため、ここでは、第１漏電検出回路７ａが零相変流器４が出力する交流電圧波形のうち、正極の電圧波形と基準電圧発生端子（第１端子）から出力される所定の基準電圧とを比較し、第２漏電検出回路７ｂが零相変流器４が出力する交流電圧波形のうち、負極の電圧波形と基準電圧発生端子（第１端子）から出力される所定の基準電圧とを比較するものとする。

今、正極性の直流が重畳された漏電が発生したとすると、零相変流器４の出力交流電圧波形は、負極性の波形に対して正極性の波形が大きい交流電圧波形が出力される。すると、正極性の電圧波形が最初に基準電圧に達する。尚、第１漏電検出回路７ａ及び第２漏電検出回路７ｂの基準電圧は同一値に設定されている。
従って、第１漏電検出回路７ａの比較回路が漏電発生を最初に検知し、比較回路出力端子（第４端子）から漏電検出信号が出力される。

逆に、負極性の直流が重畳された漏電が発生した場合は、零相変流器４の出力交流電圧波形は、正極性に対して負極性の波形が大きい交流電圧波形が出力される。この場合は、第２漏電検出回路７ｂの比較回路が漏電発生を検知し、比較回路出力端子（第４端子）から漏電検出信号が出力される。この結果、零相変流器４の出力する正負双方の極性に対していずれかが基準電圧を超えたら漏電発生の判定を実施する。
また、直流成分のない正負対称の交流電圧波形が零相変流器４から出力される通常の漏電の場合は、２つの漏電検出回路７ａ，７ｂのうち最初に基準電圧を超えた方が漏電検出信号を出力する。

こうして第１漏電検出回路７ａ或いは第２漏電検出回路７ｂの第４端子から出力された漏電検出信号は、第１漏電検出回路７ａのラッチ回路入力端子（第５端子）に入力される。このとき、双方の漏電検出回路７ａ，７ｂの漏電検出信号は、ダイオードＤ２，Ｄ３を使用したＯＲ回路を介して第１漏電検出回路のラッチ回路入力端子に入力される。
漏電検出信号がラッチ回路に入力されると、ラッチ回路出力端子（第７端子）からトリップコイル５の起動信号が出力され、サイリスタＺ１がオンしてトリップコイル５はトリップ動作する。こうして、開閉接点３が開動作して電路Ｌが遮断される。

このように、１つの零相変流器４と従来のＩＣ化された２つの漏電検出回路７ａ，７ｂを使用して、正負何れの直流成分が重畳された漏電であっても漏電電流を確実に検出して電路を遮断することができる。よって、省スペース且つ低コストの回路構成により、脈流漏電であっても、所定の基準電圧を超えたら確実に検出して遮断動作する。
また、第１漏電検出回路７ａ及び第２漏電検出回路７ｂのラッチ回路のうち使用するのは一方のラッチ回路のみであるため、他方のラッチ回路の入出力端子はオープンの状態で良く、ＩＣを２個用いても組み付ける素子数を削減できる。

図２は本発明の漏電遮断器の他の形態を示している。上記図１の構成との違いは漏電テスト回路１０を備えている点であり、漏電を検出して電路Ｌを遮断する機能は図１と同様である。
以下、漏電テスト回路１０を説明する。漏電テスト回路１０は、特定の１方向に電流が流れる２本の電流路１１（第１電流路１１ａ，第２電流路１１ｂ）と、この電流路１１のうち何れか一方に電流を流すための切替スイッチ１２とで構成されている。

具体的に、２本の電流路１１ａ，１１ｂのうち第１電流路１１ａは、電路Ｌ上の零相変流器４の設置位置に対して負荷側の一方の電力線Ｌ１に接続した後、零相変流器４に対して電源側から挿通し、電路Ｌの負荷側の他方の電力線Ｌ２に接続して形成されている。他方の第２電流路１１ｂは、電路Ｌの電源側の一方の電力線Ｌ１に接続して、零相変流器４を介さずに負荷側の他方の電力線Ｌ２に接続して形成されている。

但し、零相変流器４挿通後の第１電流路１１ａと第２電流路１１ｂは、他方の電力線Ｌ２に接続するまでの経路が、切替スイッチ１２を介して共通となっている。こうして切替スイッチ１２により、双方の電流路１１ａ，１１ｂのうち通電する電流路を選択でき、一方のみの通電が実施できるよう構成されている。尚、電流路１１を流れる電流は、共通する電流路１１に設けた抵抗Ｒｔにより漏電検出回路７が漏電判定動作する特定の値になるよう調整される。
更に、この共通の電流路１１は、漏電検出回路７に直流電源を供給するための整流回路を構成するダイオードＤ１のアノードを介して他方の電力線Ｌ２に接続され、電流路１１にはダイオードＤ１で規制される特定の一方向の電流が通電されるよう構成されている。

このような漏電テスト回路１０を設けることで、切替スイッチ１２を操作することで疑似漏電電流が発生し、トリップコイル５がトリップ動作して遮断動作する。
具体的に、まず第１電流路１１ａが閉路するよう切替スイッチ１２を接続操作した場合は、零相変流器４を介して一定の電流が流れる。よって、あたかも一方の電力線Ｌ１側の電流が電力線Ｌ２より大きな電流が流れたように見え、零相変流器４はこれを零相電流として検知する。更に、このとき第１電流路１１ａを流れる電流は、ダイオードＤ１によって特定の一方の極性の電流であるため、零相変流器４はこの特定の極性の波形が大きい電圧信号を出力する。この極性が、例えば正極性の波形であれば、上述した漏電検知動作と同様に、第１漏電検出回路７ａがこれを検出して漏電検出信号を出力する。その結果、トリップコイル５がトリップ動作して遮断動作する。

一方、第２電流路１１ｂが閉路するよう切替スイッチ１２を接続操作した場合は、一方の電力線Ｌ１の電流が、他方の電力線Ｌ２の電流に対してあたかも減少したようにみえ、零相変流器４はこれを零相電流として検知する。そして、このとき第２電流路１１ｂを流れる電流は、ダイオードＤ１によって規制された特定の一方の極性の電流であるため、零相変流器４はこの特定の極性の波形が大きい電圧信号を出力する。
この時、零相変流器４が出力する電圧波形の正極性は負極性に比べて小さくなるため、負極性の波形に対して検知動作する第２漏電検出回路７ｂが検知動作し、漏電検出信号を出力する。その結果、トリップコイル５がトリップ動作して遮断動作する。尚、切替スイッチ１２は、通常は開放状態にあり、電流路１１に電流が流れることはない。

このように、切替スイッチ１２の操作で第１電流路１１ａと第２電流路１１ｂとを切り替えて疑似漏電電流を発生させることができる。そのため、正負双方の極性の漏電電流を選択して発生させることができ、２つの漏電検出回路７ａ，７ｂをそれぞれ個別にテストできる。よって、一方の漏電検出回路７が故障した場合、漏電電流が交流電流で発生する限りそれを検知して遮断動作するが、直流電流が重畳した脈流電流による漏電が発生した場合に、それを検知できないような事態を確実に防止できる。
また、漏電テスト回路１０の双方の電流路１１に流れる電流の方向を規定する整流回路は、漏電検出回路７の電源回路を構成するダイオードＤ１を兼用させて共通としているので、漏電テスト回路１０のために別途整流回路を設ける必要が無く、安価に構成できる。

尚、上記実施形態では、零相変流器４の負荷側の電路Ｌから電流を取り出して零相変流器４を再度通過させるよう第１電流路１１ａを形成して一方の電力線Ｌ１の見かけの電流を増加させているが、零相変流器４に逆向きに通過させて一方の電力線Ｌ１の見かけの電流を減少させても良い。この場合、第２電流路１１ｂは他方の電力線Ｌ２の電流が減少するよう零相変流器４の負荷側の一方の電力線Ｌ１から電源側の他方の電力線Ｌ２に電流が流れるよう設ければ良い。要は、切替スイッチ１２を切替操作することで、零相変流器４が検知する零相電流に正又は負の直流成分が重畳されるよう切替可能に配線すれば良い。

１・・電源側端子、２・・負荷側端子、３・・開閉接点（開閉手段）、４・・零相変流器、５・・トリップコイル（遮断手段）、６・・漏電遮断回路、７・・漏電検出回路、７ａ・・第１漏電検出回路、７ｂ・・第２漏電検出回路、１０・・漏電テスト回路、１１・・電流路、１１ａ・・第１電流路、１１ｂ・・第２電流路、１２・・切替スイッチ（閉路手段）、Ｌ・・電路、２２ｂ・・基準電圧生成回路、２２ｃ・・比較回路、２２ｄ・・ラッチ回路、Ｄ１・・ダイオード（第１整流手段、第２整流手段）。

Claims (5)

1. 電路の零相電流を検出する零相変流器と、所定の基準電圧と前記零相変流器の出力電圧波形の一方の極性の波形とを比較して漏電発生を判定するＩＣ化された漏電検出回路と、漏電発生と判定したら前記電路上に設けられた開閉手段を遮断操作する遮断手段とを備えた漏電遮断器であって、
   前記漏電検出回路が、前記基準電圧が同一であって同一の判定操作を行う２回路で構成され、
   前記零相変流器の出力が、双方の前記漏電検出回路に対して互いに逆相で入力され、双方の漏電検出回路のうち少なくとも一方が漏電発生と判定したら前記遮断手段が遮断動作することを特徴とする漏電遮断器。
2. 双方の前記漏電検出回路は、所定の基準電圧を生成する基準電圧生成回路、生成された基準電圧と前記零相変流器の出力電圧とを比較して漏電発生を判定する比較回路、そして前記比較回路の出力を保持するラッチ回路を備え、
   双方の前記比較回路の出力が何れか一方の前記ラッチ回路に入力され、当該一方のラッチ回路の出力を受けて前記遮断手段が動作することを特徴とする漏電遮断器。
3. 前記電路は２本の電力線で構成されると共に、疑似漏電電流を発生させて前記漏電検出回路をテストする漏電テスト回路を備え、
   前記漏電テスト回路は、前記零相変流器の負荷側の電力線間に対して、途中前記零相変流器を通過させて接続した第１電流路と、
   前記零相変流器の電源側の一方の電力線と前記零相変流器の負荷側の他方の電力線との間を前記零相変流器を通過させずに接続した第２電流路と、
   前記第１電流路に特定の１方向の電流を流すための第１整流手段、及び前記第２電流路に特定の１方向の電流を流すための第２整流手段と、
   前記第１電流路及び前記第２電流路のうち何れか一方の電流路を選択して閉路する閉路手段とを有し、
   前記閉路手段により双方の電流路を切り替えて閉路操作することで、逆方向の極性の零相電流を発生させることを特徴とする請求項１又は２記載の漏電遮断器。
4. 前記第１電流路は、特定の一方の電力線から前記零相変流器の電源側から負荷側に電流が流れるよう配線される一方、前記第２電流路は、前記零相変流器の電源側における前記特定の一方の電力線から、負荷側の前記他方の電力線に電流が流れるよう配線されて成り、
   他方の電力線に至る経路において前記第１電流路と前記第２電流路とは共通する電流路を有し、
   前記第１整流手段と前記第２整流手段とは、前記共通する電流路に配置された共通の整流手段であることを特徴とする請求項３記載の漏電遮断回路。
5. 前記共通の整流手段は、前記漏電検出回路に直流電源を供給するための整流回路であることを特徴とする請求項４記載の漏電遮断器。

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