JP5166730B2 - 三相漏電遮断器 - Google Patents

Description

本発明は、欠相保護機能を有する三相漏電遮断器に関する。

近年、漏電遮断器の技術分野では、ＪＩＳ規格を国際規格であるＩＥＣに整合させていく方向にある。例えば、漏電遮断器の遮断動作時間について、ＩＥＣでは反限時形（過大な漏電時は動作時間０．０４秒以下）で規定している。これに対してＪＩＳ規格では、０．１秒以内と規定している。ＩＥＣでは、ＪＩＳ規格に比べて、非常に短い時間で遮断動作を完了する必要があり、難しい課題である。また、ＪＩＳ規格には無かったが、ＩＥＣには三相のうち一相が欠相しても、負荷側で漏電があった場合、遮断する漏電遮断器の区分が設けられている。また、最近、太陽光発電等の自家用発電が普及し、漏電遮断器が遮断動作した後も負荷側に電圧が残るケースが多いため、遮断動作後、負荷側に電圧がかかり続けても故障しない、いわゆる逆接続可能な漏電遮断器が求められている。

上記要求を一部満たす従来の三相漏電遮断器の技術としては、次の特許文献１，２のものが知られている。
特許文献１には、漏電検出部の電源を三相のうち二相からとり、サイリスタＳＣＲがＯＮすると商用電圧を半波整流した電圧波形がトリップコイルＴＣに印加され、半波整流電流波形でトリップコイルＴＣが励磁され、接点Ｓ１〜Ｓ３を引き外す技術が記載されている。
また、特許文献２には、漏電検出部の電源を三相からとり、漏電検出し、サイリスタＳＣＲがＯＮすると、商用電圧を三相全波整流した電圧波形がトリップコイルＴＣに印加され、直流電流波形でトリップコイルＴＣを励磁して、接点Ｓ１〜Ｓ３を引き外す技術が記載されている。

特開平５−２９０７１５号公報 特開２００４−０１５９６１号公報

しかし、特許文献１では、漏電を検出してサイリスタＳＣＲがＯＮしても、半波整流電圧がかかっているため、トリップコイルＴＣが励磁されない時間が最悪半サイクル（５０Ｈｚの場合０．０１秒）強発生する。また動作時間規格値が０．０４秒以内であるため非常に多くの時間が無駄になるし、三相中一相が欠相すると漏電が起こっても動作しない。
また特許文献２では、逆接続で使用された場合や、負荷側に太陽光発電等の自家用発電設備があり、漏電遮断後も負荷側に電圧が残った場合、サイリスタＳＣＲがＯＦＦせず、トリップコイルＴＣに励磁電流が流れ続け、焼損する恐れがあった。

そこで、本発明では上記課題を鑑み、遮断動作時間を短縮し、三相のうち一相が欠相しても負荷側で漏電があった場合でも遮断でき、逆接続しても故障しないようにできる三相漏電遮断器の提供を課題とする。

上記課題を解決するため、請求項１の発明に係る三相漏電遮断器は、自家用発電設備から負荷側に電力を供給可能な三相電路の３本の電力線の漏電を検出して信号を出力する零相変流器と、零相変流器の出力信号に基づき漏電を検出して信号を出力する漏電検出回路と、励磁電流を流したトリップコイルで三相電路の接点を引き外す引き外し機構と、三相電路の三相交流電力から励磁電流を生成する励磁電流生成回路と、漏電検出回路の出力信号に基づき励磁電流生成回路で生成された励磁電流をトリップコイルに流すスイッチング素子と、を備えてなり、励磁電流生成回路が、励磁電流を、所定電圧まで降圧した交流電圧を整流し単一の容量性素子に充電して生成し、スイッチング素子が、零相変流器が漏電を検出した際に、単一の容量性素子に充電状態から放電完了状態まで励磁電流を放電させてトリップコイルに流すように構成される。

請求項２の発明に係る三相漏電遮断器は、励磁電流生成回路が、三相電路の３本の電力線の各相電圧を所定電圧に調整する降圧回路と、降圧回路の各出力電圧を整流する整流回路と、容量性素子として、整流回路の出力電圧を平滑するとともにトリップコイルに流す励磁電流を充電するコンデンサと、を備え、コンデンサを充電した後の余剰電力を動作電力として漏電検出回路へ供給するように構成される。

請求項３の発明に係る三相漏電遮断器は、トリップコイルが、釈放電磁式であるように構成される。

請求項１、３の発明によれば、励磁電流生成回路によって、三相電路の電源電圧を一定値の直流電圧に平滑したので、漏電の検出後、瞬時に遮断動作を起こすことができ、漏電遮断器の遮断動作時間をＩＥＣの反限時形により近づくように短縮できる。また、容量性素子の容量を調整することで、三相中一相が欠相しても遮断動作させるための励磁電流を確保して遮断動作でき、安全性を向上できる。逆接続された場合や、負荷側に電圧が残った場合でも、容量性素子が放電してしまえば、トリップコイルに大きな励磁電流は流れ続けることがないため、トリップコイルや周辺の接続部品が焼損する恐れをなくし、焼損に伴う断線や短絡等の故障を防止可能となる。

請求項２の発明によれば、励磁電流生成回路を、信頼性の高い安価な部品を使用して構成できる。

以下、本発明を具体化した実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る三相漏電遮断器の一例を示す回路図であり、１は制御部、２は零相変流器、３はトリップコイル、４は接点、５は三相電路であり、６はＩＣ化された漏電検出回路、８は容量性素子としてのコンデンサを示している。また、５ａは遮断器の電源側端子、５ｂは遮断器の負荷側端子である。

零相変流器２は三相電路５の３本の電力線を挿通させて設置され、零相変流器２の出力電流は制御部１で電圧に変換されて検出信号として漏電検出回路６に入力される。そして、制御部１は、三相電路５のＲ，Ｓ，Ｔ各相から動作電源を漏電検出回路６に供給する３本の電源線路を有している。３本の電源線路には、三相電路５の三相交流電力から励磁電流を生成する励磁電流生成回路１６が接続されている。３本の電源線路の三相電路側には、コンデンサＣ５，Ｃ６，Ｃ７の両端に対応する抵抗Ｒ１〜Ｒ６を直列接続してなる降圧回路１１が設けられ、降圧回路１１の後段にはダイオードＤ１〜Ｄ６からなる整流回路１２が設けられている。整流回路１２による整流後の電源線路の集合端は、整流電圧を平滑するとともにトリップコイル３の励磁電流を充電するコンデンサ８を介して接地線に接続されている。励磁電流生成回路１６は、これら降圧回路１１、全波整流回路１２、及びコンデンサ８によって構成されている。トリップコイル３は、励磁電流を流すことで三相電路５の接点４を引き外す引き外し機構の一構成として機能している。

さらに整流後の電源線路の集合端は、漏電検出回路６の電源端子及びトリップコイル３の一端に接続されている。トリップコイル３の他端は、漏電検出回路６の出力信号に基づき励磁電流生成回路１６で生成された励磁電流をトリップコイル３に流すスイッチング素子としてのサイリスタ９のアノード端に接続され、サイリスタ９のカソード端は接地線に接続されている。

ここで、トリップコイル３は、励磁電流を流していない場合、永久磁石の磁力でバネを蓄勢して接点を閉状態で保持する一方、励磁電流を流した場合、永久磁石の磁束を打ち消して磁力を弱め、蓄勢されたバネを釈放して接点を開放動作させるような、いわゆる釈放電磁式で構成されている。また降圧回路１１は、トリップコイル３を開放動作可能な励磁電流を流すことができる電圧値まで電源電圧を電圧降下させ、コンデンサ８は、全波整流回路１２の全波整流電圧を予め規定した電圧変動範囲内で平滑するように構成されている。尚、電圧変動範囲は、一相のみを全波整流して平滑した場合であってもトリップコイル３を引き外し動作できる値にすることが望ましい。

次に上記回路の動作を説明する。
三相電路５で漏電が生じていない時、励磁電流生成回路１６では、各相の交流電圧が降圧回路１１および整流回路１２で所定電圧まで電圧降下及び全波整流される。また整流回路１２の集合端では、コンデンサ８が、整流電圧を所定値の直流電圧に平滑し、トリップコイル３を開放動作させるのに十分な励磁電流を出力可能に常時充電する。またコンデンサ８を充電した後の余剰電力は、動作電力として漏電検出回路６へ供給され、所定値の直流電圧によって漏電検出回路６が動作する。

三相のうちいずれかの相で漏電が生じた時、漏電を検出した零相変流器２から出力された検出信号によって、サイリスタがＯＮする。そしてコンデンサ８がサイリスタ９を経由して接地線に放電し、充電状態から放電完了状態までの所定時間の間、トリップコイル３に励磁電流を流す。そして、サイリスタ９がＯＮになってから時間差無く、接点４を開放動作させ三相電路５を電源から引き外す。また、三相中一相が欠相した場合でも、同様に整流回路１２の集合端で所定値の直流電圧を出力して、遮断動作を行う。

本漏電遮断器によれば、降圧回路１１、整流回路１２及びコンデンサ８によって、三相電路５の電源電圧を一定値の直流電圧に平滑したので、漏電の検出後、瞬時に遮断動作を起こすことができ、漏電遮断器の遮断動作時間をＩＥＣの規定値以下にまで短縮することが可能となる。また、コンデンサ８の容量を調整することで、三相中一相が欠相しても遮断動作させるための励磁電流を確保でき、遮断動作できる。加えて、逆接続された場合や、負荷側に電圧が残った場合でも、コンデンサ８が放電してしまえば、トリップコイル３に大きな励磁電流は流れ続けることがないため、トリップコイル３や周辺の接続部品が焼損する恐れをなくし、焼損に伴う断線や短絡等の故障を防止可能となる。またコンデンサ８を充電した後の余剰電力を動作電力として漏電検出回路６へ供給するので、励磁電流生成回路１６と共用でき、回路構成を簡素化できる。また、励磁電流生成回路１６を、信頼性の高い安価な部品を使用して構成できる。

尚、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、以下に示すように本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各部の形状並びに構成を適宜に変更して実施することも可能である。
（１）励磁電流生成回路は、漏電検出回路の電源回路を別回路にして、励磁電流のみを生成するように構成してもよい。
（２）トリップコイルは、釈放電磁式に限らず、励磁電流を流すことで接点を引き外す構造のものであれば良く、バネで付勢して閉状態を保持させた接点を、付勢力よりも強い磁力を生じるように励磁連流を流すことで引き外すもの等、で構成しても良い。
（３）スイッチング素子は、サイリスタＳＣＲに限らず、いわゆるトランジスタやＦＥＴ等で構成しても良い。
（４）降圧回路は、所定の電圧まで降下できれば良く、他の回路で構成しても良い。

本発明に係る三相漏電遮断器のブロック図である。

符号の説明

１・・制御部、２・・零相変流器、３・・トリップコイル、４・・接点、５・・三相電路、６・・漏電検出回路、８・・コンデンサ、９・・サイリスタ、１１・・電圧降下回路、１２・・励磁電流生成回路。

Claims (3)

1. 自家用発電設備から負荷側に電力を供給可能な三相電路の３本の電力線の漏電を検出して信号を出力する零相変流器と、
   零相変流器の出力信号に基づき漏電を検出して信号を出力する漏電検出回路と、
   励磁電流を流したトリップコイルで三相電路の接点を引き外す引き外し機構と、
   三相電路の三相交流電力から励磁電流を生成する励磁電流生成回路と、
   漏電検出回路の出力信号に基づき励磁電流生成回路で生成された励磁電流をトリップコイルに流すスイッチング素子と、
   を備えてなり、
   励磁電流生成回路は、
   励磁電流を、所定電圧まで降圧した交流電圧を整流し単一の容量性素子に充電して生成し、
   スイッチング素子は、
   零相変流器が漏電を検出した際に、単一の容量性素子に充電状態から放電完了状態まで励磁電流を放電させてトリップコイルに流す、
   ことを特徴とする三相漏電遮断器。
2. 励磁電流生成回路は、
   三相電路の３本の電力線の各相電圧を所定電圧まで降圧する降圧回路と、
   降圧回路の各出力電圧を整流する整流回路と、
   容量性素子として、整流回路の出力電圧を平滑するとともにトリップコイルに流す励磁電流を充電するコンデンサと、を備え、
   コンデンサを充電した後の余剰電力を動作電力として漏電検出回路へ供給する、
   請求項１に記載の三相漏電遮断器。
3. トリップコイルは、釈放電磁式である、
   請求項１または２に記載の三相漏電遮断器。

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