JP2000002738A - 直流漏電検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構造の検出部で、しかも漏電を検出す
るために必要な電子回路が少なくて済む直流漏電検出装
置を提供する。 【解決手段】 第１被検出導線１３に流れる直流電流
と、第２被検出導線１４に流れる直流電流との差に応じ
て磁化するコア１０と、コア１０に巻回されたコイル１
１を備えた直流漏電検出装置であって、高周波電流を出
力する高周波出力回路２０と、高周波電流をコイル１１
に流すとともに、このコイル１１に流れる電流が所定値
以上の大きさにならないように制限する電流制限回路２
１と、コイル１１に誘起される電圧を検出する整流回路
２２と、この整流回路２２が検出する電圧と、予め定め
た基準電圧とを比較して検出電圧が基準電圧以下になっ
たとき漏電信号を出力する比較回路２３とを備えてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、太陽電池発電シ
ステム等の直流発電装置の漏電や、種々の直流機器にお
ける絶縁劣化などによる漏電を検出する直流漏電検出装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、直流を使用した機器が広範囲の分
野で増加しており、これらの機器を円滑に且つ安全に運
用させる為の保守管理に際し、例えば、直流漏電ブレー
カ等に使用される直流漏電検出装置の必要性が高まって
きた。

【０００３】従来から、交流の漏電ブレーカに用いられ
る漏電検出装置に零相変流器を使用したものが広く知ら
れている。しかし、零相変流器を用いた漏電検出装置で
は直流の漏電を検知することが不可能である。このた
め、直流検出装置に零相変流器を用いることはできな
い。そこで、直流検出装置として、ホール素子方式、シ
ャント抵抗方式、マグアンプ方式、フラックスゲート方
式（特開昭４７−１６４４号、特開昭５３−３１１７６
号、特開昭５９−４６８５９号、特開平６−７４９７８
号）等のものが提案されている。

【０００４】ホール素子方式は、一部にホール素子を配
置する空隙部を形成した磁性材料のコアに直接被検出導
線をトロイダル状に巻回し、該被検出導線に流れる直流
電流の変化に基づくコア内の磁束変化を直接ホール素子
で検知する方式である。

【０００５】また、シャント抵抗方式は、被検出導線に
直列にシャント抵抗を接続し、該シャント抵抗の両端部
に発生する電位差を検出する方式である。

【０００６】マグアンプ方式は、トロイダル状に検出コ
イルを巻回してなる磁性材料のコアを用い、そのコアの
内側に被検出導線を貫通させ、該被検出導線に流れる直
流電流にて磁性材料のコアを飽和磁束密度内で直流偏磁
させることにより、予めコアに巻回されたコイルに交流
電流を通電することにより発生した交番磁束が正、負の
方向で飽和に達する時間にアンバランスを発生させ、そ
の変化を前記検出コイルにて検出する方式である。この
方式では予めコア内に磁束変化を与えるため、コアに励
磁コイルを巻回して所定値の交流電流を通電する構成を
採用するものである。

【０００７】フラックスゲート方式は、一部に周期的に
磁気的ギヤップを形成しうる環状の磁性材料のコアに検
出コイルをトロイダル状に巻回し、このコアの内側に被
検出導線を貫通配置させ、該被検出導線に流れる直流電
流によりコアに磁束を発生させて、前記磁気ギャップを
開閉することにより直流電流により発生した磁束を時間
的に変化（ＯＮ−ＯＦＦ）させ、この磁束の変化により
検出コイルに発生する起電力にて検出する方式である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記各方式
の直流検出装置では、ホール素子を使用したりコアの構
造が複雑であったりするため、また、原理として磁束変
化を利用していることにより多くの電子回路を設けたり
しているため、高価なものになってしまうという問題が
あった。

【０００９】この発明は、上記問題点に鑑みてなされた
もので、その目的は、簡単な構造で、しかも必要な電子
回路が少なくて済む直流漏電検出装置を提供することに
ある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１の発明は、プラス電源ラインである第１被
検出導線に流れる直流電流と、マイナス電源ラインであ
る第２被検出導線に流れる直流電流との差に応じて磁化
するコアと、前記コアに巻回された励磁コイルおよび検
出コイルとを備えた直流漏電検出装置であって、高周波
電流を出力する高周波出力回路と、前記高周波電流を前
記励磁コイルに流すとともに、この励磁コイルに流れる
電流が所定値以上の大きさにならないように制限する電
流制限回路と、前記検出コイルに誘起される電圧を検出
する電圧検出回路と、この電圧検出回路が検出する検出
電圧と、予め定めた基準電圧とを比較して検出電圧が基
準電圧以下になったとき漏電信号を出力する比較回路と
を備えていることを特徴とする。

【００１１】請求項２の発明は、前記検出コイルを励磁
コイルで兼用したことを特徴とする。

【００１２】請求項３の発明は、前記コアを閉磁路を有
する形状に形成するとともにこのコアの一部を分割可能
にし、このコアの内側に前記第１,第２被検出導線を貫
通させたことを特徴とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、この発明に係わる直流漏電
検出装置の実施の形態を図面に基づいて説明する。

【００１４】図１において、１０は角形特性に優れたコ
バルト基アモルファス合金等の磁性体からなる環状のコ
アであり、このコア１０は外径２１ｍｍ、内径１４ｍ
ｍ、厚さ４.５ｍｍに形成されている。また、このコア
１０にはコイル（励磁コイル兼検出コイル）１１が巻回
されており、コイル１１は導体径０.２ｍｍのエナメル
線をトロイダル状に２００回巻いたものである。そし
て、コア１０とコイル１１とで検出部が構成されてい
る。

【００１５】コア１０の穴１２には被検出導線（第１被
検出導線）１３と被検出導線（第２被検出導線）１４と
が貫通されており、この被検出導線１３は直流電源Ｅの
陽極が接続されてプラス電源ラインとなっている。被検
出導線１４は直流電源Ｅの陰極が接続されてマイナス電
源ラインとなっている。１５は負荷であり、被検出導線
１３,１４には互いに逆方向の直流電流が流れる。

【００１６】２０は周波数２０ＫHZの矩形波電圧を出力
する高周波出力回路、２１は高周波出力回路２０によっ
てコイル１１に流れる電流を制限する電流制限回路、２
２はコイル１１に誘起される交流電圧を直流電圧に変換
する整流回路である。この整流回路２２はコイル１１に
誘起される電圧を検出する電圧検出回路として機能す
る。２３は整流回路２２が出力する直流電圧と予め設定
されている基準電圧とを比較して出力電圧が基準電圧以
下となったときＨレベルの漏電信号を出力する比較回路
である。

【００１７】次に、上記の直流漏電検出装置の動作につ
いて説明する。

【００１８】先ず、高周波出力回路２０によってコイル
１１に周波数２０ＫHZの矩形波電圧を印加させる。な
お、説明の便宜上被検出導線１３のみとして説明する。
コア１０内の磁束変化を図２に表した場合、被検出導線
１３に直流電流が流れていないとするとコア１０内の磁
束変化はφ１の状態にある。このとき、コイル１１のイ
ンピーダンスが大きくなるように設定しておくので、コ
イル１１に流れる交流電流は充分小さく、電流制限回路
２１の電流制限（ＩM＝電流制限値）が動作しない。こ
のため、コイル１１には高周波出力回路２０の出力電圧
がそのまま印加することになる。

【００１９】次に、被検出導線１３に直流電流（動作電
流）を流すと、コア１０内の磁束変化はφ２の状態に移
行する。ここで、電流制限値ＩＭをコア１０が飽和する
電流値に設定しておく。

【００２０】コア１０が飽和状態になると、コイル１１
のインピーダンスが低下することになり、コイル１１に
流れる電流が増加していく。コイル１１に流れる電流
は、電流制限回路２１により電流制限値ＩＭを越えるこ
とができないので、コイル１１のインピーダンスの低下
とともににコイル１１に加わる電圧が減少していくこと
になる。

【００２１】すなわち、被検出導線１３に流れる直流電
流の増加によって、コア１０が飽和状態になるとともに
コア１０内の磁束変化はφ3となり、コイル１１に加わ
る電圧が減少する。

【００２２】磁束変化がφ1,φ2,φ3のときコイル１１
に加わる電圧をＶ1,Ｖ2,Ｖ3とすると、コイル１１の印
加電圧がＶ1からＶ3に減少したことが分かれば、直流漏
電を検出することができる。この実施形態では、整流回
路２２と比較回路２３とで電圧が減少したことを判断さ
せて直流漏電を検出するものである。

【００２３】漏電が起きると、電流に不平衡（Ｉ1≠Ｉ
2）が生じ、その差（｜Ｉ1−Ｉ2｜）が漏電電流である
ことから、この実施形態では、この差を動作電流とし直
流漏電を検出するものである。また、漏電が発生してい
ない場合には、Ｉ1＝Ｉ2であり、被検出導線１３,１４
に流れる電流Ｉ1,Ｉ2の向きが反対であるため、互いに
発生する磁場が打ち消し合うことにより、磁束変化はφ
1のままとなり、直流漏電は検出されないことになる。

【００２４】被検出導線１３,１４にそれぞれ１０Ａの
電流を流したときのコイル１１の電圧Ｖcと、比較回路
２３の出力電圧ＶOを図３（Ａ）に示す。整流回路２２
はコイル１１の電圧Ｖcを整流して直流に変換し、この
変換された直流電圧と基準電圧とを比較回路２３が比較
する。比較回路２３は、変換された直流電圧が基準電圧
以上のときＬレベルの出力電圧ＶOを出力する。

【００２５】被検出導線１３に流れる電流が９.８Ａ、
被検出導線１４に流れる電流が１０Ａのとき、コイル１
１の電圧Ｖcと、比較回路２３の出力電圧ＶSを図３
（Ｂ）に示す。この場合、コイル１１の電圧Ｖcが小さ
いことにより整流回路２２によって変換された直流電圧
は基準電圧以下となる。このため、比較回路２３はＨレ
ベルの出力電圧（漏電信号）ＶSを出力する。

【００２６】上記実施形態では、コイル１１は励磁用コ
イルと検出用コイルとを兼用しているが、それぞれ別個
に設けてもよいことは勿論である。

【００２７】ところで、このような直流漏電検出装置に
よれば、環状のコア１０に、コイル１１をトロイダル状
に巻回しただけの最もシンプルな構成を採用しているこ
とから、構造が非常に簡単である。このため、目的に応
じた直流漏電検出装置を簡単に、且つ、自由に製作でき
る。言い換えれば、コア１０の種類、サイズ、被検出導
線１３,１４の貫通数の組み合わせにより、測定感度、
測定精度などを自由に操作できることから、サイズ、形
状はもちろん、特にコストの面で充分なメリットが得ら
れるものである。

【００２８】また、漏電を検出するために必要な電子回
路は、高周波出力回路２０と電流制限回路２１と整流回
路２２と比較回路２３とでよいので、回路全体の構成は
非常に簡潔なものであり、部品点数も少なく、安価な直
流漏電検出装置となる。

【００２９】上記実施形態では、コア１０は環状に一体
成形されたものを使用しているが、例えば破線で示す一
部分１０Ｐを分割可能、すなわち着脱可能に取り外せる
ように構成してもよい。このように構成すれば、被検出
導線１３,１４をコア１０内へ貫通させることが簡単に
行える。

【００３０】さらに、上記実施形態では、コイル１１の
電圧を検出しているが、このコイル１１とは別の専用の
検出コイルをコア１０に巻回して、この検出コイルに誘
起される電圧を検出してもよい。また、コア１０は環状
のものを使用しているが、これに限らず、閉磁路を有す
る形状であればなんでもよい。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、簡単な構造の検出部で測定感度、測定精度などを自
由に操作することができるとともに必要な電子回路が少
なくて済み、安価な直流漏電検出装置を提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る直流漏電検出装置の構成を示し
たブロック図である。

【図２】コア内の磁束変化を示したグラフである。

【図３】(Ａ)漏電が発生していないときのコイルの電圧
と比較回路の出力信号との関係を示した説明図である。 (Ｂ)漏電が発生したときのコイルの電圧と比較回路の出
力信号との関係を示した説明図である。

【符号の説明】

１０ コア １１ コイル １３ 被検出導線 １４ 被検出導線 ２０ 高周波出力回路 ２１ 電流制限回路 ２２ 整流回路 ２３ 比較回路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】プラス電源ラインである第１被検出導線に
   流れる直流電流と、マイナス電源ラインである第２被検
   出導線に流れる直流電流との差に応じて磁化するコア
   と、 前記コアに巻回された励磁コイルおよび検出コイルとを
   備えた直流漏電検出装置であって、 高周波電流を出力する高周波出力回路と、 前記高周波電流を前記励磁コイルに流すとともに、この
   励磁コイルに流れる電流が所定値以上の大きさにならな
   いように制限する電流制限回路と、 前記検出コイルに誘起される電圧を検出する電圧検出回
   路と、 この電圧検出回路が検出する検出電圧と、予め定めた基
   準電圧とを比較して検出電圧が基準電圧以下になったと
   き漏電信号を出力する比較回路とを備えていることを特
   徴とする直流漏電検出装置。
2. 【請求項２】前記検出コイルを励磁コイルで兼用したこ
   とを特徴とする請求項１の直流漏電検出装置。
3. 【請求項３】前記コアを閉磁路を有する形状に形成する
   とともにこのコアの一部を分割可能にし、このコアの内
   側に前記第１,第２被検出導線を貫通させたことを特徴
   とする請求項１の直流漏電検出装置。