JP2004212376A

JP2004212376A - 漏電検出装置

Info

Publication number: JP2004212376A
Application number: JP2003140991A
Authority: JP
Inventors: Hirotada Higashihama; 弘忠東浜; Hisami Usui; 久視臼井; Koji Soshin; 耕児宗進; Toshiaki Saito; 寿昭齊藤; Hirotsugu Minami; 洋次南
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2002-11-11
Filing date: 2003-05-19
Publication date: 2004-07-29

Abstract

【課題】漏電の有無だけでなくその発生箇所も検出可能とする。
【解決手段】漏電検出装置２０は、互いに抵抗値が等しく整流回路の出力端間に直列接続される２つの分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２と、分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２の接続点とグランドの間に挿入される検出抵抗Ｒｓと、検出信号Ｖｓを信号処理することで互いに異なる箇所での漏電発生を判定する第１〜第３の判定部２２〜２４とを備える。このように漏電検出装置２０は第１〜第３の判定部２２〜２４を備えているため、個々の判定部２２〜２４の判定結果から漏電発生の有無だけでなく漏電発生箇所も併せて検出することができる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電源装置の漏電を検出する漏電検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の漏電検出装置の一例を図１８に示す。この従来例は、電気自動車の動力源となる直流電源Ｅの出力端間に高抵抗値の分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２が直列に接続され、分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２の接続点とグランド（車体）の間に検出抵抗Ｒ３が接続され、検出抵抗Ｒ３の両端に生じる電圧降下を検出電圧として漏電を検出するものである（特許文献１参照）。
【０００３】
次に上記従来例の動作について説明する。電気自動車の動力として使用される直流電源Ｅは２００Ｖ〜３００Ｖ程度の非常に高い電圧を出力するものであるから、人が車体に触れても感電しないように車体から電気的に分離された状態（フローティング状態）となっている。しかしながら、直流電源Ｅを含む高電圧系とグランドの間で絶縁破壊が起きている場合には、人が車体等に触れると電流の流れる経路が形成されて感電してしまうことになる。ところが、高電圧系がグランドから分離されているため、例え絶縁破壊が起きても人が高電圧系に触れない限りは電流が流れず、漏電を検出することができない。そこで、人が触れる以前に漏電検出を可能としたのが上記従来例である。
【０００４】
上記従来例において、高電圧系の負極側とグランドの間で絶縁破壊が生じ且つ人が高電圧系に触れている状態の回路図を図１９に示す。但し、抵抗ｒは絶縁破壊が生じた部位における高電圧系とグランド間の抵抗（絶縁破壊抵抗）、抵抗Ｒは人体の抵抗とする。直流電源Ｅの出力電圧をＶボルト、分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２、検出抵抗Ｒ３、絶縁破壊抵抗ｒ並びに人体抵抗Ｒの各抵抗値をそれぞれＲ１，Ｒ２，Ｒ３，ｒ，Ｒとし、分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２の抵抗値Ｒ１，Ｒ２を絶縁破壊抵抗ｒの抵抗値ｒよりも十分に大きい値とすれば、人体抵抗Ｒに流れる漏電電流（地絡電流）Ｉは下記の式（１）で表される。
【０００５】
Ｉ＝Ｖ／（ｒ＋Ｒ） …（１）
なお、人体抵抗Ｒは湿度等の環境によって異なることもあるが、Ｒ＝０とした場合に漏電電流Ｉは最大となる。
【０００６】
一方、人が高電圧系に触れていないとき、すなわち人体抵抗Ｒの抵抗値Ｒが無限大のときの検出抵抗Ｒ３の両端に生じる検出電圧Ｖ１の値を求めると、分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２の抵抗値Ｒ１，Ｒ２を検出抵抗Ｒ３の抵抗値Ｒ３よりも大きい値とすれば、グランドを介して分圧抵抗Ｒ１、検出抵抗Ｒ３並びに絶縁破壊抵抗ｒに流れる漏電電流ｉが下記の式（２）で表され、さらに検出抵抗Ｒ３の両端に生じる検出電圧Ｖ１の値が下記の式（３）で表される。
【０００７】
ｉ＝Ｖ／（Ｒ１＋Ｒ３＋ｒ） …（２）
Ｖ１＝Ｖ×Ｒ３／（Ｒ１＋Ｒ３＋ｒ） …（３）
よって、式（３）に式（１）を代入することで漏電電流Ｉに対応した検出電圧Ｖ１が求められるから、この検出電圧Ｖ１から漏電を検出することができる。
【０００８】
ところで、図２０に示すように一般家庭に供給されている１００Ｖの商用交流電源では、トランスＴの２次側が抵抗ｒで接地されているため、負荷Ｍに人が触れた場合に人体抵抗Ｒと上記接地抵抗ｒによって電流の流れる経路が形成されて漏電が発生することになる。そのため、通常はトランスＴの２次側に漏電遮断器が設置されており、漏電が発生したときに漏電遮断器で負荷Ｍへの給電路を遮断して漏電事故を防止している。この漏電遮断器では、図２０に示すようにトランスＴから負荷Ｍへの給電路に挿入された零相変流器ＺＣＴを有し、給電路に流れる不平衡電流に応じた零相変流器ＺＣＴの２次側出力から漏電を検出する漏電検出装置が用いられている。
【０００９】
【特許文献１】
特許第３３０７１７３号公報（第２−３頁、第１図）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来の漏電検出装置では漏電の有無を検出することはできてもその発生箇所を検出することはできず、漏電事故に対する適切な対処を早期に行うことが困難であった。
【００１１】
本発明は上記事情に鑑みて為されたものであり、その目的は、漏電の有無だけでなくその発生箇所も検出できる漏電検出装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、上記目的を達成するために、直流電源から供給される直流電圧をチョッピングするとともに絶縁トランスを介して所望のレベルに昇圧した後に整流平滑して出力する直流直流変換回路と、直流直流変換回路から出力される直流電圧を交流電圧に変換する直流交流変換回路と、直流交流変換回路から負荷への給電路を開閉する開閉要素とを有し、グランドと電気的に絶縁された状態で動作して負荷に交流電圧を供給する電源装置の漏電を検出する漏電検出装置であって、互いにインピーダンス値が等しく直流交流変換回路の入力端間又は出力端間に直列接続される２つの分圧素子と、分圧素子の接続点と前記グランドの間に挿入される検出素子と、検出素子の両端電圧を検出信号として取り込み且つ取り込んだ検出信号を信号処理して漏電の有無並びに発生箇所を判定する判定手段とを備え、判定手段は、検出信号に含まれる前記交流電圧の実効値を所定の閾値と比較することで漏電を判定する第１の判定部、検出信号に含まれる直流成分を極性に応じた所定の閾値と比較することで漏電を判定する第２の判定部、検出信号に含まれる前記チョッピング周波数に等しい周波数成分の実効値を所定の閾値と比較することで漏電を判定する第３の判定部、のうちの少なくとも何れか２つの判定部を具備することを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、それぞれの判定部にてそれぞれの検出箇所における漏電が検出できるから、漏電の有無だけでなくその発生箇所も同時に検出可能となる。しかも、複数箇所で同時に漏電が発生した場合にはそれらの漏電発生及び漏電発生箇所を同時に検出することができる。
【００１４】
請求項２の発明は、上記目的を達成するために、直流電源から供給される直流電圧をチョッピングするとともに絶縁トランスを介して所望のレベルに昇圧した後に整流平滑して出力する直流直流変換回路と、直流直流変換回路から出力される直流電圧を交流電圧に変換する直流交流変換回路と、直流交流変換回路から負荷への給電路を開閉する開閉要素とを有し、グランドと電気的に絶縁された状態で動作して負荷に交流電圧を供給する電源装置の漏電を検出する漏電検出装置であって、互いにインピーダンス値が等しく直流交流変換回路の入力端間又は出力端間に直列接続される２つの分圧素子と、分圧素子の接続点と前記グランドの間に挿入される検出素子と、検出抵抗の両端電圧を検出信号として取り込み且つ取り込んだ検出信号を信号処理して漏電の有無並びに発生箇所を判定する判定手段とを備え、判定手段は、アナログの検出信号をデジタルの検出信号に変換し、デジタルの検出信号から得られる波形データ並びにレベルデータを予め用意された基準データと比較することを特徴とする。
【００１５】
この発明によれば、発生箇所ごとに検出信号の波形並びにレベルが異なることを利用して複数箇所の漏電が検出できるから、漏電の有無だけでなくその発生箇所も同時に検出可能となる。しかも、複数箇所で同時に漏電が発生した場合にはそれらの漏電発生及び漏電発生箇所を同時に検出することができる。
【００１６】
請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、前記分圧素子並びに検出素子を抵抗としたことを特徴とする。
【００１７】
この発明によれば、一般に抵抗素子のインピーダンス値（抵抗値）はばらつきが小さいことから直流直流変換回路の出力電圧を精度良く検出できる。
【００１８】
請求項４の発明は、請求項１又は２の発明において、前記分圧素子並びに検出素子をコンデンサとしたことを特徴とする。
【００１９】
この発明によれば、抵抗を用いる場合に比較して耐圧が向上するとともに定常時には分圧素子や検出素子に直流電流が流れないために無駄な電力消費を防止することができる。
【００２０】
請求項５の発明は、請求項１〜４の何れかの発明において、判定手段による判定結果を通信媒体により外部に伝送する通信手段を備えたことを特徴とする。
【００２１】
この発明によれば、例えば、外部の機器において判定結果の情報を映像や文字あるいは音声等で使用者に報知して安全性の向上を図ることができる。
【００２２】
請求項６の発明は、請求項１〜５の何れかの発明において、判定手段は、電源装置から負荷への電力供給が開始される前に前記開閉要素を開成して電源装置を無負荷とした状態で漏電の判定を行うことを特徴とする。
【００２３】
この発明によれば、無負荷の状態で漏電検出を行うことにより漏電事故の発生を未然に防いで安全性の向上が図れる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
本実施形態の漏電検出装置２０が用いられる電源装置１０は、図１に示すように自動車に搭載されている低電圧（例えば、１２Ｖ〜４２Ｖ）のバッテリ１から１００Ｖの交流電圧を作成して負荷２に供給するものであって、バッテリ１から供給される直流電圧を昇圧回路１１のスイッチング素子でチョッピングするとともに絶縁トランス１２を介して所望のレベルに昇圧した後に整流回路１３（平滑回路を含む）で整流平滑して出力する直流直流変換回路と、直流直流変換回路の直流出力電圧を正弦波の交流電圧に変換する直流交流変換回路１４と、直流交流変換回路１４から負荷２への給電路を開閉する開閉要素１５と、直流交流変換回路１４の出力から高調波成分を除去するフィルタ１６と、直流直流変換回路並びに直流交流変換回路１４の動作を制御する電源制御回路１７とを備えている。但し、バッテリ１はグランド（自動車の車体）に接地されている。
【００２５】
昇圧回路１１は、絶縁トランス１２並びに整流回路１３とともに従来周知の絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータからなる直流直流変換回路を構成しており、電源制御回路１７によりスイッチング素子のスイッチング周波数やオンデューティ比を調整することによって入力電圧を所望のレベルにまで昇圧することができる。また、直流交流変換回路１４は、例えば従来周知であるフルブリッジ型のインバータ回路からなり、インバータ回路を構成するスイッチング素子のスイッチング周波数やオンデューティ比を調整することで整流回路１３から出力される直流電圧を所定周波数（例えば５０Ｈｚあるいは６０Ｈｚ）の正弦波交流電圧に変換することができる。なお、電源制御回路１７は、例えばマイクロコンピュータを用いて構成することが可能であるが、具体的な構成については従来周知であるから説明を省略する。
【００２６】
一方、本実施形態の漏電検出装置２０は、図１に示すように互いに抵抗値が等しく整流回路１３の出力端間に直列接続される２つの分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２と、分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２の接続点とグランドの間に挿入される検出抵抗Ｒｓと、検出抵抗Ｒｓにおける電圧降下を検出信号Ｖｓとして取り込んでゲイン調整する増幅器２１と、検出信号Ｖｓを信号処理することで互いに異なる箇所での漏電発生を判定する第１〜第３の判定部２２〜２４とを備えている。
【００２７】
第１の判定部２２は、図２に示すように検出信号Ｖｓに含まれる正弦波交流電圧の周波数（例えば、５０Ｈｚあるいは６０Ｈｚ）に略等しい周波数成分のみを取り出すためのバンドパスフィルタ２２ａと、バンドパスフィルタ２２ａを通過した検出信号Ｖｓｓの実効値Ｖｓｓ_ｒｍｓを求める実効値算出部２２ｂと、実効値算出部２２ｂで算出された検出信号Ｖｓｓの実効値Ｖｓｓ_ｒｍｓを所定の閾値Ｖｒ１と比較するコンパレータ２２ｃとを具備し、検出信号Ｖｓｓの実効値Ｖｓｓ_ｒｍｓが閾値Ｖｒ１を超えたときに漏電発生と判定して判定信号Ｖｊ１を出力する。但し、検出信号Ｖｓを全波整流した後に積分回路により平滑することで上記実効値演算と同様の直流の検出信号Ｖｓｓ２を生成して漏電発生の判定を行うことも可能である。
【００２８】
第２の判定部２３は、図３に示すように検出信号Ｖｓの直流成分のみを取り出すためのローパスフィルタ２３ａと、ローパスフィルタ２３ａを通過した検出信号Ｖｓｄをそれぞれ所定の閾値Ｖｒ２，Ｖｒ３と比較する２つのコンパレータ２３ｂ，２３ｃとを具備し、検出信号Ｖｓｄが閾値Ｖｒ２又はＶｒ３を超えたときに漏電発生と判定して判定信号Ｖｊ２_１又はＶｊ２_２を出力する。
【００２９】
第３の判定部２４は、図４に示すように検出信号Ｖｓに含まれるチョッピング周波数（昇圧回路１１におけるスイッチング周波数）に等しい周波数成分のみを取り出すためのハイパスフィルタ２４ａと、ハイパスフィルタ２４ａを通過した検出信号Ｖｓｃの実効値Ｖｓｃ_ｒｍｓを求める実効値算出部２４ｂと、実効値算出部２４ｂで算出された検出信号Ｖｓｃの実効値Ｖｓｃ_ｒｍｓを所定の閾値Ｖｒ４と比較するコンパレータ２４ｃとを具備し、検出信号Ｖｓｃの実効値Ｖｓｃ_ｒｍｓが閾値Ｖｒ４を超えたときに漏電発生と判定して判定信号Ｖｊ３を出力する。なお、検出信号Ｖｓから取り出す周波数成分は昇圧回路１１におけるスイッチング周波数にほぼ等しい周波数であれば漏電発生の判定は可能である。
【００３０】
而して、本実施形態においては、電源装置１０の絶縁トランス１２の２次側がグランドから切り離されてフローティング状態となっているから、漏電事故が発生していなければ検出抵抗Ｒｓには電流（暗電流）が流れず、検出信号Ｖｓも出力されないが、電源装置１０とグランドの間で絶縁破壊が生じた場合、絶縁破壊が生じた箇所に応じて第１〜第３の判定部２２〜２４の何れかで漏電発生と判定されることになる。以下、第１〜第３の判定部２２〜２４における漏電発生の判定動作をそれぞれ個別に説明する。
【００３１】
まず、図５に示すように電源装置１０から負荷２への給電路とグランドの間で絶縁破壊が発生した場合を考える。なお、図５における３は前記給電路の正極側で絶縁破壊が発生した場合の絶縁破壊抵抗（又は人体抵抗）、４は前記給電路の負極側で絶縁破壊が発生した場合の絶縁破壊抵抗（又は人体抵抗）をそれぞれ示している。この場合、グランドを介して絶縁破壊抵抗３又は４、検出抵抗Ｒ３並びに分圧抵抗Ｒ１又はＲ２に漏洩電流が流れ、検出抵抗Ｒ３の両端に検出電圧Ｖｓが発生する。このときの検出電圧Ｖｓは、図６に示すように電源装置１０から出力される正弦波交流電圧の周波数と等しい正弦波交流電圧となる。但し、漏洩電流が何れの絶縁破壊抵抗３，４を介して流れるかによって検出電圧Ｖｓの位相と電源装置１０の出力電圧の位相とが一致しない場合もある。そして、第１の判定部２２では、電源装置１０の出力電圧周波数に等しい周波数成分をバンドパスフィルタ２２ａを利用して取り出し、バンドパスフィルタ２２ａを通過した検出信号Ｖｓｓの実効値Ｖｓｓ_ｒｍｓを実効値算出部２２ｂで算出するとともに、実効値算出部２２ｂで算出された検出信号Ｖｓｓの実効値Ｖｓｓ_ｒｍｓをコンパレータ２２ｃにて所定の閾値Ｖｒ１と比較し、検出信号Ｖｓｓの実効値Ｖｓｓ_ｒｍｓが閾値Ｖｒ１を超えたときに漏電発生と判定して判定信号Ｖｊ１を出力するのであるが、逆に言うと、第１の判定部２２から判定信号Ｖｊ１が出力されたということは漏電発生箇所が電源装置１０から負荷２への給電路であることを示していることになる。
【００３２】
次に、図７に示すように電源装置１０内部の整流回路１３と直流交流変換回路１４の間で絶縁破壊（絶縁不良）による漏電が発生した場合を考える。なお、図７における５，６はそれぞれ正極及び負極の通電経路とグランドの間の絶縁破壊抵抗を示している。この場合、グランドを介して絶縁破壊抵抗５又は６、検出抵抗Ｒ３並びに分圧抵抗Ｒ１又はＲ２に漏洩電流が流れ、検出抵抗Ｒ３の両端に検出電圧Ｖｓが発生する。このときの検出電圧Ｖｓは、図８（ａ）（ｂ）に示すように直流電圧となり、漏電発生箇所（前記通電経路の正極側又は負極側）に応じて極性が変化する。そして、第２の判定部２３では、検出信号Ｖｓの直流成分のみをローパスフィルタ２３ａを利用して取り出し、ローパスフィルタ２３ａを通過した検出信号Ｖｓｄをそれぞれコンパレータ２３ｂ，２３ｃで所定の閾値Ｖｒ２，Ｖｒ３と比較し、検出信号Ｖｓｄが閾値Ｖｒ２又はＶｒ３を超えたときに漏電発生と判定して判定信号Ｖｊ２_１又はＶｊ２_２を出力する。なお、第２の判定部２３から判定信号Ｖｊ２_１又はＶｊ２_２が出力されたということは漏電発生箇所が電源装置１０内部の整流回路１３と直流交流変換回路１４の間であることを示している。
【００３３】
最後に、図９に示すように電源装置１０内部の絶縁トランス１２の２次側と整流回路１３の間で絶縁破壊（絶縁不良）による漏電が発生した場合を考える。なお、図９における７，８はそれぞれ正極及び負極の通電経路とグランドの間の絶縁破壊抵抗を示している。この場合、グランドを介して絶縁破壊抵抗７又は８、検出抵抗Ｒ３並びに分圧抵抗Ｒ１又はＲ２に漏洩電流が流れ、検出抵抗Ｒ３の両端に検出電圧Ｖｓが発生する。このときの検出電圧Ｖｓは、図１０に示すように昇圧回路１１のスイッチング素子をスイッチングさせるスイッチング周波数に略等しい周波数の高周波電圧となる。そして、第３の判定部２４では、昇圧回路１１におけるスイッチング周波数に略等しい周波数成分のみをハイパスフィルタ２４ａを利用して検出信号Ｖｓから取り出し、ハイパスフィルタ２４ａを通過した検出信号Ｖｓｃの実効値Ｖｓｃ_ｒｍｓを実効値算出部２４ｂで算出するとともに、実効値算出部２４ｂで算出された検出信号Ｖｓｃの実効値Ｖｓｃ_ｒｍｓをコンパレータ２４ｃで所定の閾値Ｖｒ４と比較し、検出信号Ｖｓｃの実効値Ｖｓｃ_ｒｍｓが閾値Ｖｒ４を超えたときに漏電発生と判定して判定信号Ｖｊ３を出力する。なお、第３の判定部２４から判定信号Ｖｊ３が出力されたということは漏電発生箇所が電源装置１０内部の絶縁トランス１２の２次側と整流回路１３の間であることを示している。
【００３４】
すなわち、本実施形態の漏電検出装置２０は第１〜第３の判定部２２〜２４を備えているため、個々の判定部２２〜２４の判定結果から漏電発生の有無だけでなく漏電発生箇所も併せて検出することができ、しかも、複数箇所で同時に漏電が発生した場合にはそれらの漏電発生及び漏電発生箇所を同時に検出することができる。但し、本実施形態では第１〜第３の判定部２２〜２４を全て備える構成を例示したが、必要に応じてこれら３つの判定部２２〜２４の内の少なくとも何れか２つの判定部を備える構成としても構わない。
【００３５】
（実施形態２）
本実施形態の漏電検出装置２０は、図１１に示すように分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２及び検出抵抗Ｒｓ、増幅器２１並びに信号処理回路部２５で構成される。なお、本実施形態における電源装置１０は実施形態１と共通であるから説明は省略する。
【００３６】
信号処理回路部２５はマイクロコンピュータを主構成要素とし、図１２に示すようにレベル判定部２５ａ、波形判定部２５ｂ、漏電判定部２５ｃ、外部出力部２５ｄ並びに通信部２５ｅを具備している。なお、増幅器２１で増幅されたアナログの検出信号Ｖｓは、マイクロコンピュータの持つＡ／Ｄ変換機能を用いてデジタルの検出信号データに変換されて一旦メモリ（図示せず）に格納される。レベル判定部２５ａは、前記メモリから読み出した検出信号データにフィルタ処理及び実効値演算処理を施して検出信号Ｖｓのレベルを求め、そのレベルを所定の閾値（基準データ）と比較することで漏電電流のレベルを判定する。波形判定部２５ｂは、前記メモリから読み出した検出信号データから元の検出信号Ｖｓの波形を求め、その波形が予め設定されている複数の波形パターン（基準データ）、具体的には図６に示した正弦波、図８に示した直線波形、又は図１０に示した鋸波形の何れに最も近いかをパターンマッチング等の方法で判定する。
【００３７】
漏電判定部２５ｃは、レベル判定部２５ａのレベル判定結果から漏電発生の有無を判定するとともに波形判定部２５ｂの波形判定結果から漏電発生箇所の判定を行い、漏電発生及び漏電発生箇所を示すデータを外部出力部２５ｄ及び通信出力部２５ｅに出力する。外部出力部２５ｄは、漏電判定部２５ｃから前記データが入力されると、漏電発生箇所に適した処置、例えば漏電発生箇所が電源装置１０から負荷２への給電路である場合に開閉要素１５を開く処置や、漏電発生箇所が電源装置１０内部である場合に昇圧回路１１や直流交流変換回路１４の動作を停止する処置などを行うための制御信号を電源制御回路１７等に出力する。また通信部２５ｅは、漏電判定部２５ｃから入力された前記データを通信ケーブルを介して自動車に搭載されている電子制御装置、いわゆるＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）に送信するものであり、通信プロトコルとしては、例えば自動車内のＬＡＮ規格であるＣＡＮ（ＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）を利用すればよい。そして、このように漏電の発生及びその発生箇所の情報を電子制御装置に送信し、電子制御装置によってそれらの情報を映像や文字あるいは音声等を用いて自動車の使用者に知らせるようにすれば、安全性のさらなる向上が図れる。
【００３８】
而して、本実施形態の漏電検出装置２０においても実施形態１と同様に、信号処理回路部２５による信号処理結果から漏電発生の有無だけでなく漏電発生箇所も併せて検出することができる。
【００３９】
（実施形態３）
本実施形態は、図１３に示すように漏電検出装置２０の分圧素子及び検出素子として抵抗Ｒ１〜Ｒ３の代わりにコンデンサＣ１〜Ｃ３を用いた点と、電源装置１０が正弦波ではなく矩形波の交流電圧を作成する点とが実施形態１と異なっているが、基本的な構成は実施形態１と共通である。よって、実施形態１と共通の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００４０】
まず本実施形態における電源装置１０について説明する。この電源装置１０では、フルブリッジ型のインバータ回路からなる直流交流変換回路１４において直流直流変換回路の出力電圧を周期的に極性反転することにより、図１４に示すような矩形波の交流電圧に変換している。ここで、半周期Ｔ１における正弦波交流の実効値と矩形波交流の実効値を略同じにするには、図１４に示すように正弦波交流の半周期Ｔ１内において直流交流変換回路１４を構成するインバータ回路のスイッチング素子をオンする期間Ｔ２を調整すればよい。すなわち、実施形態１では直流交流変換回路１４で正弦波交流に変換するためにインバータ回路のスイッチング素子をＰＷＭ制御しなければならないことから、電源制御回路１７における制御が非常に複雑であったが、本実施形態のように矩形波交流に変換する場合にはインバータ回路のスイッチング素子のオン期間を調整するだけでよいから、電源制御回路１７における制御が非常に簡単になる。なお、直流交流変換回路１４の出力を矩形波交流電圧としたことで実施形態１におけるフィルタ１６は不要である。
【００４１】
一方、本実施形態の漏電検出装置２０は、図１３に示すように互いに容量値が等しく整流回路１３の出力端間に直列接続される２つのコンデンサＣ１，Ｃ２と、コンデンサＣ１，Ｃ２の接続点とグランドの間に挿入される検出用のコンデンサＣ３とを備えており、増幅器２１にて検出用のコンデンサＣ３の両端電圧を取り込んでゲイン調整することにより、図１５に示すように電源装置１０から出力される矩形波交流電圧に同期した検出信号Ｖｓが得られ、この検出信号Ｖｓを第１〜第３の判定部２２〜２４にて各々信号処理することにより互いに異なる箇所での漏電発生を判定するものである。但し、増幅器２１並びに第１〜第３の判定部２２〜２４の構成並びに動作は実施形態１と共通であるから説明は省略する。
【００４２】
上述のように本実施形態では分圧素子及び検出素子としてコンデンサＣ１〜Ｃ３を用いているので、漏電検出装置２０と直流直流変換回路とが直流的に絶縁されるとともに分圧素子（コンデンサＣ１，Ｃ２）には定常時において直流電流（暗電流）が流れないことから耐圧が向上するとともに暗電流による無駄な電力消費を防止して電源装置１０における電力変換効率の低下を防ぐことができるという利点がある。なお、分圧素子及び検出素子としてコンデンサＣ１〜Ｃ３の代わりに抵抗Ｒ１〜Ｒ３を用いることも勿論可能であり、抵抗Ｒ１〜Ｒ３を用いた場合には一般に抵抗素子の抵抗値がコンデンサの容量値に比較してばらつきが小さいことから、直流直流変換回路の出力電圧を精度良く検出できるという利点がある。また、本実施形態では電源装置１０の出力を矩形波交流電圧としたが、実施形態１と同様に正弦波交流電圧としても同様の効果を奏することは言うまでもない。さらに、図１６に示すように実施形態２においても分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２並びに検出抵抗Ｒ３の代わりにコンデンサＣ１〜Ｃ３を用いることが可能であり、コンデンサ又は抵抗の何れを用いる場合においても電源装置１０の出力が正弦波又は矩形波の何れであっても実施形態２と同様の効果を奏するものである。
【００４３】
ところで、上述の実施形態１〜３の漏電検出装置２０において、電源装置１０から負荷２への電力供給が開始される前に開閉要素１５を開成して電源装置１０を無負荷とした状態で漏電検出を行うことが望ましい。つまり、図１７に示すように開閉要素１５を開成した状態で昇圧回路１１のみを動作させれば絶縁トランス１２から直流交流変換回路１４までの電源装置１０内部における漏電が検出でき、さらに昇圧回路１１及び直流交流変換回路１４を動作させれば直流交流変換回路１４から開閉要素１５までの区間における漏電が検出できる。そして、これらの初期診断で漏電が検出されなければ、一定時間の待機後に開閉要素１５を閉成して電源装置１０から負荷２への給電路を形成するとともに昇圧回路１１及び直流交流変換回路１４を動作させて電源装置１０を運転させればよい。このように無負荷の状態で漏電検出を行うことにより、漏電事故の発生を未然に防いで安全性の向上が図れるという利点がある。
【００４４】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、それぞれの判定部にてそれぞれの検出箇所における漏電が検出できるから、漏電の有無だけでなくその発生箇所も同時に検出可能となる。しかも、複数箇所で同時に漏電が発生した場合にはそれらの漏電発生及び漏電発生箇所を同時に検出することができる。
【００４５】
請求項２の発明によれば、発生箇所ごとに検出信号の波形並びにレベルが異なることを利用して複数箇所の漏電が検出できるから、漏電の有無だけでなくその発生箇所も同時に検出可能となる。しかも、複数箇所で同時に漏電が発生した場合にはそれらの漏電発生及び漏電発生箇所を同時に検出することができる。
【００４６】
請求項３の発明によれば、一般に抵抗素子のインピーダンス値（抵抗値）はばらつきが小さいことから直流直流変換回路の出力電圧を精度良く検出できる。
【００４７】
請求項４の発明によれば、抵抗を用いる場合に比較して耐圧が向上するとともに定常時には分圧素子や検出素子に直流電流が流れないために無駄な電力消費を防止することができる。
【００４８】
請求項５の発明によれば、例えば、外部の機器において判定結果の情報を映像や文字あるいは音声等で使用者に報知して安全性の向上を図ることができる。
【００４９】
請求項６の発明によれば、無負荷の状態で漏電検出を行うことにより漏電事故の発生を未然に防いで安全性の向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１の漏電検出装置並びに電源装置を示す回路ブロック図である。
【図２】同上における第１の判定部を示すブロック図である。
【図３】同上における第２の判定部を示すブロック図である。
【図４】同上における第３の判定部を示すブロック図である。
【図５】第１の判定部の動作説明図である。
【図６】第１の判定部の動作説明用の波形図である。
【図７】第２の判定部の動作説明図である。
【図８】第２の判定部の動作説明用の波形図である。
【図９】第３の判定部の動作説明図である。
【図１０】第３の判定部の動作説明用の波形図である。
【図１１】実施形態２の漏電検出装置並びに電源装置を示す回路ブロック図である。
【図１２】同上における信号処理回路部を示すブロック図である。
【図１３】実施形態３の漏電検出装置並びに電源装置を示す回路ブロック図である。
【図１４】同上における電源装置の出力電圧の波形図である。
【図１５】同上における検出電圧の波形図である。
【図１６】同上の漏電検出装置並びに電源装置の他の構成を示す回路ブロック図である。
【図１７】同上の動作説明用のタイミングチャートである。
【図１８】従来例を示す回路図である。
【図１９】同上の動作説明図である。
【図２０】他の従来例を示す回路図である。
【符号の説明】
１０電源装置
２０漏電検出装置
２１増幅器
２２第１の判定部
２３第２の判定部
２４第３の判定部

Claims

直流電源から供給される直流電圧をチョッピングするとともに絶縁トランスを介して所望のレベルに昇圧した後に整流平滑して出力する直流直流変換回路と、直流直流変換回路から出力される直流電圧を交流電圧に変換する直流交流変換回路と、直流交流変換回路から負荷への給電路を開閉する開閉要素とを有し、グランドと電気的に絶縁された状態で動作して負荷に交流電圧を供給する電源装置の漏電を検出する漏電検出装置であって、互いにインピーダンス値が等しく直流交流変換回路の入力端間又は出力端間に直列接続される２つの分圧素子と、分圧素子の接続点と前記グランドの間に挿入される検出素子と、検出素子の両端電圧を検出信号として取り込み且つ取り込んだ検出信号を信号処理して漏電の有無並びに発生箇所を判定する判定手段とを備え、判定手段は、検出信号に含まれる前記交流電圧の実効値を所定の閾値と比較することで漏電を判定する第１の判定部、検出信号に含まれる直流成分を極性に応じた所定の閾値と比較することで漏電を判定する第２の判定部、検出信号に含まれる前記チョッピング周波数に等しい周波数成分の実効値を所定の閾値と比較することで漏電を判定する第３の判定部、のうちの少なくとも何れか２つの判定部を具備することを特徴とする漏電検出装置。
直流電源から供給される直流電圧をチョッピングするとともに絶縁トランスを介して所望のレベルに昇圧した後に整流平滑して出力する直流直流変換回路と、直流直流変換回路から出力される直流電圧を交流電圧に変換する直流交流変換回路と、直流交流変換回路から負荷への給電路を開閉する開閉要素とを有し、グランドと電気的に絶縁された状態で動作して負荷に交流電圧を供給する電源装置の漏電を検出する漏電検出装置であって、互いにインピーダンス値が等しく直流交流変換回路の入力端間又は出力端間に直列接続される２つの分圧素子と、分圧素子の接続点と前記グランドの間に挿入される検出素子と、検出抵抗の両端電圧を検出信号として取り込み且つ取り込んだ検出信号を信号処理して漏電の有無並びに発生箇所を判定する判定手段とを備え、判定手段は、アナログの検出信号をデジタルの検出信号に変換し、デジタルの検出信号から得られる波形データ並びにレベルデータを予め用意された基準データと比較することを特徴とする漏電検出装置。
前記分圧素子並びに検出素子を抵抗としたことを特徴とする請求項１又は２記載の漏電検出装置。
前記分圧素子並びに検出素子をコンデンサとしたことを特徴とする請求項１又は２記載の漏電検出装置。
判定手段による判定結果を通信媒体により外部に伝送する通信手段を備えたことを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の漏電検出装置。
判定手段は、電源装置から負荷への電力供給が開始される前に前記開閉要素を開成して電源装置を無負荷とした状態で漏電の判定を行うことを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の漏電検出装置。