JP2006349424A

JP2006349424A - 漏洩電流検出システム及び方法

Info

Publication number: JP2006349424A
Application number: JP2005174165A
Authority: JP
Inventors: Toyoji Ahei; 豊次阿閉; Kiyoshi Miyazawa; 清宮澤
Original assignee: ONO TAKEMI; ZUMOTO YORIKAZU
Current assignee: ONO TAKEMI; ZUMOTO YORIKAZU
Priority date: 2005-06-14
Filing date: 2005-06-14
Publication date: 2006-12-28
Also published as: US20090287430A1; WO2006134678A1; EP1898225A1; EP1898225A4

Abstract

【課題】対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流を検出し、電線路を遮断する。
【解決手段】被測定電線路３の接地線Ｎと電気的に接続されている導電材料７により負荷回路６の周囲が導電材料７によって覆われており、被測定電線路３の一方端側に形成されているプラグ１がコンセントに対して適切に接続されているかどうかを判断する接続判断装置５と、被測定電線路３に流れる対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流Ｉｇｒを検出する漏洩電流検出装置４を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、負荷回路に電源を供給する被測定電線路に発生する漏洩電流を計測する漏洩電流検出システム及び方法に関する。

日常生活の中で、電気の存在を意識することはあまりないが、周知のように、エネルギー源として、また、情報や通信を初めとする様々な分野に利用され、我々の社会にとって、なくてはならない存在となっている。

一方で、電気の利用は、便利な反面、適切な管理や使用を誤れば、大変危険な側面も兼ね備えており、電気火災や感電事故等の重大な事故を引き起こす可能性も少なくない。

例えば、その重大事故の原因の一つとして、電路や機器の絶縁不良に深く関係しているのが漏洩電流である。しかし、この漏洩電流を調べるには、大変な時間を要するうえに、停電させて絶縁不良だけの数値を絶縁抵抗計により測定する必要がある。

しかしながら、現在の社会状況では、コンピュータが社会の各方面に利用され、インテリジェントビルの普及拡大及び工場のＦＡ（ファクトリー・オートメーション）化により、２４時間連続稼働するシステムが構築されており、漏洩電流を計測するために、一時的に停電状態にすることができない状況となっている。

したがって、現在では、このような高度情報化による社会の無停電化の要請から、電路及び機器の絶縁不良管理が停電を伴う絶縁抵抗計による方法から、電気を切ることなく測定できる漏洩電流測定方法に移ってきており、漏洩電流遮断器や漏洩電流火災警報機等により漏洩電流を測定して絶縁状態を管理する通電中の予防策は種々提案されている（例えば、特許文献１及び２参照）。

ところで、漏洩電流Ｉには、対地静電容量に起因する漏洩電流（Ｉｇｃ）と、絶縁抵抗に直接関与している対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流（Ｉｇｒ）とが含まれている。上述した漏電火災等を引き起こす原因は、絶縁抵抗の存在であり、この絶縁抵抗に起因する漏洩電流（Ｉｇｒ）のみを正確に検出することができれば、回路の絶縁状態をチェックすることができ、漏電火災等の大惨事を避けることができる。

特開２００１−２１５２４７号公報特開２００２−９８７２９号公報

また、家電製品内部の負荷回路が漏電箇所となり、これを起因にし、最悪の場合には家電製品自体が発火し、重大な事故に繋がるおそれがある。そのため、このような最悪の事態に発展する以前に、負荷回路の異常を検知する必要がある。

しかしながら、家電製品内部では、部品が高密度に実装されており、絶縁箇所を調べるために、絶縁抵抗計等により計測を行った場合、注入する測定電圧により電子回路が影響を受けてしまう恐れがある。したがって、このような機器では、機能破壊を招く恐れがあることから、絶縁抵抗の測定自体ができない機器も多数存在する。

したがって、負荷回路の異常をいち早く検知し、ユーザに通知することが困難な場合が少なくない。

本願発明では、上述した問題に鑑みて案出されたものであり、家電製品内部の負荷回路が漏電箇所となり、当該負荷回路に供給する電源に異常が生じた場合にいち早く検知し、その旨をユーザに通知することができる漏洩電流検出システム及び方法を提供する。

本発明に係る漏洩電流検出システムは、上述の課題を解決するために、少なくとも一の接地線を含み、一方端側が電源部に接続されるプラグにより形成され、他方端側が接地線と電気的に接続されている導電材料で周囲が覆われている負荷回路に対して電源を供給する電源供給端子により形成されている被測定電線路に発生している漏洩電流を検出する漏洩電流検出装置と、被測定電線路の一方端側に形成されているプラグが電源部に対して、適切な極性で接続されていることを判断する接続判断装置とを備え、漏洩電流検出装置は、被測定電線路に流れている漏洩電流を検出する漏洩電流検出手段と、漏洩電流検出手段により検出された漏洩電流を電圧に変換する変換手段と、変換手段により変換された電圧を増幅する増幅手段と、増幅手段で増幅された電圧に含まれている高調波成分を除去する第１の高調波成分除去手段と、被測定電線路に発生している電圧を検出する電圧検出手段と、電圧検出手段で検出された電圧に含まれている高調波成分を除去する第２の高調波成分除去手段と、第１の高調波成分除去手段により高調波成分が除去された電圧の信号波形と、第２の高調波成分除去手段により高調波成分が除去された電圧の信号波形から位相差を検出する位相差検出手段と、第２の高調波成分除去手段により高調波成分が除去された電圧の信号波形に基づき、電圧検出手段で電圧を検出した電圧線路に発生している周波数を算出する周波数算出手段と、位相差検出手段により検出された位相差と、周波数算出手段で算出された周波数に基づき、被測定電線路に流れている漏洩電流の位相角度を算出する位相角度算出手段と、第１の高調波成分除去手段により高調波成分が除去された電圧の実効値を算出する実効値算出手段と、実効値算出手段で算出された実効値と、位相角度算出手段により算出された被測定電線路に流れている漏洩電流の位相角度に基づき、被測定電線路に流れている漏洩電流に含まれている対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流成分を算出する対地絶縁抵抗漏洩電流成分算出手段と、対地絶縁抵抗漏洩電流成分算出手段で算出された被測定電線路に流れている漏洩電流に含まれている対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流成分が、任意の値を超えたかどうかを判断する判断手段とを有している。

また、本願発明に係る漏洩電流検出方法は、上述の課題を解決するために、少なくとも一の接地線を含み、一方端側が電源部に接続されるプラグにより形成され、他方端側が接地線と電気的に接続されている導電材料で周囲が覆われている負荷回路に対して電源を供給する電源供給端子により形成されている被測定電線路に発生している漏洩電流を検出する漏洩電流検出方法において、被測定電線路に流れている漏洩電流を検出する漏洩電流検出工程と、漏洩電流検出工程により検出された漏洩電流を電圧に変換する変換工程と、変換工程により変換された電圧を増幅する増幅工程と、増幅工程で増幅された電圧に含まれている高調波成分を除去する第１の高調波成分除去工程と、被測定電線路に発生している電圧を検出する電圧検出工程と、電圧検出工程で検出された電圧に含まれている高調波成分を除去する第２の高調波成分除去工程と、第１の高調波成分除去工程により高調波成分が除去された電圧の信号波形と、第２の高調波成分除去工程により高調波成分が除去された電圧の信号波形から位相差を検出する位相差検出工程と、第２の高調波成分除去工程により高調波成分が除去された電圧の信号波形に基づき、電圧検出工程で電圧を検出した電圧線路に発生している周波数を算出する周波数算出工程と、位相差検出工程により検出された位相差と、周波数算出工程で算出された周波数に基づき、被測定電線路に流れている漏洩電流の位相角度を算出する位相角度算出工程と、第１の高調波成分除去工程により高調波成分が除去された電圧の実効値を算出する実効値算出工程と、実効値算出工程で算出された実効値と、位相角度算出工程により算出された被測定電線路に流れている漏洩電流の位相角度に基づき、被測定電線路に流れている漏洩電流に含まれている対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流成分を算出する対地絶縁抵抗漏洩電流成分算出工程と、対地絶縁抵抗漏洩電流成分算出工程で算出された被測定電線路に流れている漏洩電流に含まれている対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流成分が、任意の値を超えたかどうかを判断する判断工程とを備える。

本発明では、被測定電線路の接地線Ｎと電気的に接続されている導電材料により負荷回路の周囲が導電材料によって覆われており、被測定電線路の一方端側に形成されているプラグがコンセントに対して適切に接続されているかどうかを判断する接続判断装置と、被測定電線路に流れる対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流Ｉｇｒを正確に検出する漏洩電流検出装置を備えるので、負荷回路の漏電箇所に起因する漏洩電流Ｉｇｒを正確に検出することができ、当該検出値にしたがって適切な対応を図ることにより、重大事故を回避することができる。

以下、本発明の実施の形態としての漏洩電流検出システム及び方法について説明する。

漏洩電流検出システム１００は、図１に示すように、少なくとも一の接地線Ｎを含み、一方端側が電源部に接続されるプラグ１により形成されており、他方端側が所定の負荷回路６に対して電源を供給する電源供給端子２により形成される被測定電線路３と、被測定電線路３に発生している総合漏洩電流Ｉを検出する漏洩電流検出装置４と、被測定電線路３のプラグ１が電源部（コンセント）に対して、適切な極性で接続されていることを判断する接続判断装置５とを備えている。また、負荷回路６は、周囲が導電材料７で覆われており、導電材料７は、被測定電線路３の接地線Ｎと電気的に接続されている。なお、以下では、導電材料７と接地線Ｎとの接続点を接続点Ａという。

また、導電材料７は、少なくとも、負荷回路６と、後述する漏洩電流検出装置４のＣＴセンサ部１０を含むように配設される。したがって、図１に示すように、負荷回路６は、導電材料８により周囲が覆われる構成であっても良い。このような構成の場合には、導電材料８と接地線Ｎとは、接続点Ｂで接続され、ＣＴセンサ部１０は、Ｂの位置に配置される。

また、被測定電線路３には、図１に示すように、引き外しコイルＴＣにより構成されるリレーコイルＲＹ１とリレーコイルＲＹ２とが配設されている。なお、リレーコイルＲＹ２は、通常はクローズ（閉）状態となっている。

また、本願発明に係る漏洩電流検出システム１００は、例えば、テレビ、オーディオシステム、冷蔵庫、洗濯機等の家電製品に内蔵され、当該家電製品内部の負荷回路に漏電箇所ができた場合に、当該漏電箇所に起因する漏洩電流Ｉｇｒを検出し、当該検出値にしたがって種々の動作を行うものである。

ここで、漏洩電流検出システム１００の動作について説明する。漏洩電流検出システム１００は、プラグ１がコンセントに接続された後、ＳＷが押圧されると、信号発生部９からＯＮ信号が負荷回路６に供給される。負荷回路６は、供給されたＯＮ信号に応じて、リレーコイルＲＹ１をクローズさせる。負荷回路６は、リレーコイルＲＹ１がクローズにされることにより、被測定電線路３を経て電源が供給される。

また、信号発生部９は、負荷回路６に電源が供給されている状態で、ＳＷが押圧されるとＯＦＦ信号を負荷回路６に供給する。負荷回路６は、供給されたＯＦＦ信号に応じて、リレーコイルＲＹ１をオープンさせる。負荷回路６は、リレーコイルＲＹ１がオープンにされることにより、電源が遮断される。

つぎに、漏洩電流検出装置４の構成と動作について図２を参照しながら説明する。

漏洩電流検出装置４は、被測定電線路３の全体にクランプし、被測定電線路３に流れている総合漏洩電流Ｉを検出するカレントトランスセンサ（以下ＣＴセンサという。）部１０と、ＣＴセンサ部１０により検出された総合漏洩電流Ｉを電圧に変換し、変換後の電圧（以下「変換後電圧」という。）Ｖ１を増幅する増幅部１１と、増幅後の変換後電圧Ｖ１から高調波成分を除去するローパスフィルター（以下ＬＰＦという。）１２と、ＬＰＦ１２で高調波成分が除去された変換後電圧Ｖ１を整流する全波整流部１３と、被測定電線路３から電圧Ｖ２を検出する電圧検出部１４と、電圧検出部１４で検出された電圧Ｖ２を所定の変圧比になるように変圧する変圧器１５と、変圧器１５で所定の電圧値に変圧された電圧Ｖ２から高調波成分を除去するローパスフィルター（以下ＬＰＦという。）１６と、ＬＰＦ１６で高調波成分が除去された電圧Ｖ２を整流する全波整流部１７と、ＬＰＦ１２により高調波成分が除去された変換後電圧Ｖ１の信号波形Ｓ１と、ＬＰＦ１６により高調波成分が除去された電圧Ｖ２の信号波形Ｓ２とを比較する比較部１８と、比較部１８により比較された結果に基づき所定の演算を行う演算部１９と、演算部１９による演算結果に基づき位相パルス幅を測定する位相パルス幅測定部２０と、ＬＰＦ１６により高調波成分が除去された電圧Ｖ２の信号から被測定電線路３の電圧線路に発生している電源周波数を測定する電源周波数測定部２１と、位相パルス幅測定部２０で測定された位相パルスと、電源周波数測定部２１で測定された電源周波数から被測定電線路３に流れる総合漏洩電流Ｉの位相角度を算出する位相角度算出部２２と、全波整流部１３で整流された変換後電圧Ｖ１をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部２３と、Ａ／Ｄ変換部２３でデジタル信号に変換された変換後電圧Ｖ１の実効値を算出する実効値算出部２４と、全波整流部１７で整流された電圧Ｖ２をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部２５と、Ａ／Ｄ変換部２５でデジタル信号に変換された電圧Ｖ２の実効値を算出する実効値算出部２６と、位相角度算出部２２で算出された総合漏洩電流Ｉの位相角度と、実効値算出部２４で算出された変換後電圧Ｖ１の実効値から対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流Ｉｇｒを算出する漏洩電流算出部２７と、位相角度算出部２２で算出された総合漏洩電流Ｉの位相角度と、実効値算出部２６で算出された電圧Ｖ２の実効値から対地絶縁抵抗の抵抗値を算出する抵抗値算出部２８と、漏洩電流算出部２７で算出された漏洩電流Ｉｇｒが、任意の値を超えたかどうかを判断する判断部２９を備える。

ＣＴセンサ部１０は、被測定電線路３に流れている漏洩電流成分から生じる磁気を検出し、検出した磁気から電流を生成する。ＣＴセンサ部１０は、生成した電流を総合漏洩電流Ｉとして増幅部１１に供給する。なお、ＣＴセンサ部１０により生成された総合漏洩電流Ｉは、対地静電容量に起因する漏洩電流Ｉｇｃと、絶縁抵抗に直接関与している対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流Ｉｇｒとが含まれている。なお、漏洩電流Ｉｇｃは、被測定電線路３の長さに応じて容量が増大するだけでなく、電気機器に使用されているインバータやノイズフィルター等に起因する高調波歪み電流によっても容量が増大する。

増幅部１１は、ＣＴセンサ部１０から供給された総合漏洩電流Ｉを電圧に変換し、変換後電圧Ｖ１を所定のレベルまで増幅する。また、増幅部１１は、例えば、ＣＴセンサ部１０から供給された総合漏洩電流Ｉが０ｍＡ〜１０ｍＡのときには、二段で増幅し、また、ＣＴセンサ部１０から供給された総合漏洩電流Ｉが１０ｍＡ〜３００ｍＡのときには、一段で増幅する。増幅部１１は、増幅後の変換後電圧Ｖ１をＬＰＦ１２に供給する。ＬＰＦ１２は、変換後電圧Ｖ１に含まれている高調波成分を除去する。ＬＰＦ１２は、高調波成分が除去された変換後電圧Ｖ１を全波整流部１３と比較部１８に供給する。全波整流部１３は、供給された変換後電圧Ｖ１を整流し、整流後の変換後電圧Ｖ１をＡ／Ｄ変換部２３に供給する。

電圧検出部１４は、被測定電線路３に電圧プローブを接続することにより、被測定電線路３（Ｎ相（接地線）とＬ相間）に発生している電圧を検出する。なお、電圧検出部１４は、被測定電線路３の電気方式が三相３線式（デルタ結線からなる方式）の場合には、Ｓ相（接地）以外のＲ相とＴ相間の電圧を検出する。また、電圧検出部１４は、被測定電線路３の電気方式が三相４線式（スター結線からなる方式）の場合には、接地線以外の相間から電圧を検出する。また、電圧検出部１４は、被測定電線路３の電気方式が単相３線式の場合には、接地線を除くＮ相とＬ相間の電圧を検出する。

そして、電圧検出部１４は、被測定電線路３から検出した電圧Ｖ２から基準点を求め、電圧Ｖ２を変圧器１５に供給する。例えば、電圧検出部１４は、被測定電線路３から検出した電圧Ｖ２の０クロスする点を基準点とする。

変圧器１５は、供給された電圧Ｖ２を所定の電圧値に変圧し、変圧後の電圧ＶをＬＰＦ１６に供給する。変圧器１５は、例えば、電圧比が２０：１になるように変圧を行う。ＬＰＦ１６は、供給された電圧Ｖ２に含まれている高調波成分を除去する。ＬＰＦ１６は、高調波成分を除去した電圧Ｖ２を全波整流部１７と、比較部１８と、電源周波数測定部２１に供給する。全波整流部１７は、供給された電圧Ｖ２を整流し、整流後の電圧Ｖ２をＡ／Ｄ変換部２５に供給する。

比較部１８では、ＬＰＦ１２から供給された変換後電圧Ｖ１の０Ｖクロス点をとり、方形波変換を行い、方形波変換後の信号を演算部１９に供給する。また、比較部１８では、ＬＰＦ１６から供給された電圧Ｖ２の０Ｖクロス点をとり、方形波変換を行い、方形波変換後の信号を演算部１９に供給する。

演算部１９は、比較部１８から供給される信号に基づき所定の演算を行い、演算後の信号を位相パルス幅測定部２０に供給する。演算部１９は、例えば、ＥＸＯＲ（排他的論理和）回路からなっており、比較部１８から供給されてきた２つの方形波変換後の信号についてＥＸＯＲ演算を実行する。

位相パルス幅測定部２０は、演算部１９から供給される演算結果に基づき、変換後電圧Ｖ１と電圧Ｖ２の位相パルス幅を検出する。ここで、位相パルス幅測定部２０の動作について説明する。

電気方式が単相の場合には、図３（ａ）に示すように、漏洩電流Ｉｇｒの位相角θは０°、漏洩電流Ｉｇｃの位相角θは９０°となる。したがって、漏洩電流Ｉｇｒと漏洩電流Ｉｇｃの位相差は、９０°（１／４サイクル）となる。また、電源が三相の場合には、図３（ｂ）に示すように、漏洩電流Ｉｇｒの位相角θは６０°、漏洩電流Ｉｇｃの位相角θは０°となる。したがって、漏洩電流Ｉｇｒと漏洩電流Ｉｇｃの位相差は、６０°（１／６サイクル）となる。そこで、位相パルス幅測定部２０は、電源が単相のときでも、三相のときでも対応できるように、位相パルス幅を１サイクルの１／４以下のもののみ対象とする。

ゆえに、位相パルス幅測定部２０は、演算部１９から供給される演算結果に基づいて算出した、１サイクルの１／４以下の位相パルス幅を位相角度算出部２２に出力する。なお、電源周波数が６０Ｈｚの場合には、１サイクルが１６．６ｍｓであるので、位相パルス幅は、４．１５ｍｓ以下となり、また、電源周波数が５０Ｈｚの場合には、１サイクルが２０ｍｓであるので、５ｍｓ以下となる。

電源周波数測定部２１は、ＬＰＦ１６から供給された電圧Ｖ２に基づき、電源周波数を測定し、測定結果を位相角度算出部２２に供給する。なお、被測定電線路３が商用電源であれば、電源周波数測定部２１の測定結果は、５０Ｈｚ若しくは６０Ｈｚとなる。また、電源周波数測定部２１は、ＬＰＦ１６から供給された電圧Ｖ２に基づき、５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの何れかを判定する構成であっても良い。

位相角度算出部２２は、位相パルス幅測定部２０から供給された位相パルス幅Ｗと、電源周波数測定部２１から供給された電源周波数Ｆに基づき、下記（１）式により被測定電線路３に流れている総合漏洩電流Ｉの位相角度θを算出する。
θ＝３６０×Ｗ／Ｆ・・・（１）
位相角度算出部２２は、算出した位相角度θを漏洩電流算出部２７に供給する。

Ａ／Ｄ変換部２３は、全波整流部１３から供給された整流後の変換後電圧Ｖ１をデジタル信号に変換し、変換後の信号を実効値算出部２４に供給する。実効値算出部２４は、Ａ／Ｄ変換部２３から供給された信号に基づき、下記（２）式により変換後電圧Ｖ１の実効値Ｉ_０を算出する。なお、実効値算出部２４に供給される信号は、被測定電線路３に流れている総合漏洩電流Ｉを電圧に変換した変換後電圧Ｖ１に基づくものであるので、便宜的にＩ_０とする。

実効値算出部２４は、算出した実効値Ｉ_０を漏洩電流算出部２７に供給する。

また、Ａ／Ｄ変換部２５は、全波整流部１７から供給された整流後の電圧Ｖ２をデジタル信号に変換し、変換後の信号を実効値算出部２６に供給する。実効値算出部２６は、Ａ／Ｄ変換部２５から供給された信号に基づき、下記（３）式により電圧Ｖ２の実効値Ｖ_０を算出する。

実効値算出部２６は、算出した実効値Ｖ_０を抵抗値算出部２８に供給する。

漏洩電流算出部２７は、位相角度算出部２２から供給された位相角度θと、実効値算出部２４から供給されたＩ_０に基づき、漏洩電流Ｉｇｒを算出し、算出した漏洩電流Ｉｇｒを抵抗値算出部２８に供給する。なお、電源が単相電源の場合には、下記（４）式により漏洩電流Ｉｇｒを算出し、電源が三相電源の場合には、下記（５）式により漏洩電流Ｉｇｒを算出する。
Ｉｇｒ＝Ｉ_０×ｃｏｓθ・・・（４）
Ｉｇｒ＝（Ｉ_０×ｓｉｎθ）／ｃｏｓ３０°・・・（５）
なお、漏洩電流算出部２７は、電源が単相電源であるか三相電源であるかを、ロータリースイッチの選択状態に応じて判断することとする。このロータリースイッチの選択作業は、例えば、製造段階において行われる。

抵抗値算出部２８は、実効値算出部２６から供給された実効値Ｖ_０と、漏洩電流算出部２７から供給された漏洩電流Ｉｇｒに基づき、下記（６）式によりＧｒを算出する。
Ｇｒ＝Ｖ_０／Ｉｇｒ・・・（６）
判断部２９は、漏洩電流算出部２７で算出された漏洩電流Ｉｇｒが任意の値を超えている場合には、所定の遮断信号Ｓ_Ｃを生成し、生成した遮断信号Ｓ_ＣをリレーコイルＲＹ２に供給する。

ここで、リレーコイルＲＹ２とリレーコイルＲＹ１を動作させ、電源を遮断する動作について説明する。判断部２９は、漏洩電流算出部２７で算出された漏洩電流Ｉｇｒが任意の値を超えていると判断した場合、リレーコイルＲＹ２を動作させてリレーコイルＲＹ１に接続する接点を開放する。このように動作させることにより、負荷回路６への電源の供給を遮断することができる。

また、遮断スピードは、既存の漏電ブレーカに準じており、概ね２サイクル（５０Ｈｚの場合には０．０４秒）〜５サイクル（５０Ｈｚの場合には０．１秒）程度である。

また、漏洩電流検出システム１００は、所定の大きさで音（警告音）を出力する音出力部３０を備える構成であっても良い。このような構成の場合には、判断部２９は、漏洩電流算出部２７で算出された漏洩電流Ｉｇｒが任意の値を超えていると判断した場合、所定の信号を生成し、音出力部３０に供給する。音出力部３０は、判断部２９から所定の信号が供給された場合には、所定の大きさの音を出力する。音出力部３０から音が出力されることにより、ユーザは、機器の異常を感知することができる。

また、漏洩電流検出システム１００は、情報を表示する表示部３１を備える構成であっても良い。このような構成の場合には、判断部２９は、漏洩電流算出部２７で算出された漏洩電流Ｉｇｒが任意の値を超えていると判断した場合、所定の情報を表示するように表示部３１を制御する。表示部３１は、判断部２９の制御に応じて、所定のメッセージを表示する。表示部３１に表示されているメッセージにより、ユーザは、家電製品が異常をきたしていることを知ることができる。また、例えば、漏洩電流検出システム１００がテレビに搭載されている場合には、表示部３１を設けずに、テレビのディスプレイに所定のメッセージをＯＳＤ（On Screen Display）により表示される構成であっても良い。

また、漏洩電流検出システム１００は、所定の信号に応じて発光するＬＥＤを備える構成であっても良い。このような構成の場合には、判断部２９は、漏洩電流算出部２７で算出された漏洩電流Ｉｇｒが任意の値を超えていると判断した場合、所定の信号を生成し、ＬＥＤに供給する。ＬＥＤは、判断部２９から供給された信号に応じて、発光又は点滅動作を行う。ユーザは、ＬＥＤの発光又は点滅動作によって、機器の異常を感知することができる。

また、漏洩電流検出システム１００は、外部機器と通信を行う通信部３２を備える構成であっても良い。このような構成の場合には、判断部２９は、漏洩電流算出部２７で算出された漏洩電流Ｉｇｒが任意の値を超えていると判断した場合、通信部３２を介して、外部機器に所定の信号を送信する。外部機器の操作者は、受信した信号に基づいて、漏洩電流検出システム１００が搭載された機器の異常を感知することができ、機器の所有者（ユーザ）に対して、適切なアドバイスを行うことが可能となる。

また、本願発明では、被測定電線路３のプラグ１が電源部の差し込み口（コンセント）に対して、正しい極性で接続されている必要がある。ここで、接続判断装置５の構成と動作について説明する。

接続判断装置５は、プラグ１がコンセントに接続された後、被測定電線路３のＮ相及び／又はＬ相に流れる信号（電流）を読み出し、極性が正しいかどうかを判断する。接続判断装置５は、極性が正しくないと判断した場合には、リレーコイルＲＹ２を動作させてリレーコイルＲＹ１に接続する接点を開放する。このように動作させることにより、負荷回路６への電源の供給を遮断することができる。また、このとき、警告音を鳴らして、ユーザに警告を与え、極性が正しくなるようにプラグ１をコンセントに抜き差し換えるように促すような構成であっても良い。

また、接続判断装置５は、極性が正しくないと判断した場合、負荷回路６への電源の供給を遮断する方法ではなく、他の方法により対応を図っても良い。接続判断装置５は、極性が正しいと判断した場合には、スイッチＳＷ１をＯＮにし、スイッチＳＷ２をＯＦＦにするようにスイッチＳＷ１とスイッチＳＷ２を制御し、極性が正しくないと判断した場合には、スイッチＳＷ１をＯＦＦにし、スイッチＳＷ２をＯＮにするようにスイッチＳＷ１とスイッチＳＷ２を制御する構成であっても良い（図４）。このような構成にすることにより、極性が正しくない場合であっても、プラグ１の抜き差しを行う必要がない。

ここで、負荷回路６の漏電箇所（Ｘ点）から漏電が発生した場合の漏洩電流検出システム１００の動作について説明する。漏洩電流検出システム１００は、接続判断装置５によりプラグ１がコンセントに対して正しい極性で接続されていることを確認した後、漏洩電流検出装置４により被測定電線路３に漏洩電流Ｉｇｒが発生しているかどうかの監視（モニタリング）を行う。

例えば、図５に示すように、負荷回路６の漏電箇所（Ｘ点）から漏電が発生した場合、漏洩電流Ｉｇｒは、導電材料７に沿って流れ、接続点Ａを通過してＮ相に流れ込む。接続点ＡからＮ相に漏洩電流Ｉｇｒが流れ込むと、被測定電線路３をクランプしているＣＴセンサ部１０を通過する負荷電流Ｌ相とＮ相との間の電流差に変化が生じる。漏洩電流検出装置４は、この変化（漏洩電流Ｉｇｒ）を正確に検出し、検出した値が任意の値を超えているかどうかを判断する。なお、図５では、漏洩電流Ｉｇｒが発生する前の電流を実線で示し、漏洩電流Ｉｇｒを点線で示した。

また、漏洩電流検出装置４は、任意の値を設定する設定部３３を備え、漏洩電流算出部２７で算出された漏洩電流Ｉｇｒが、設定部３３で設定された任意の値を超えているかどうかを判断部２９で判断する構成であっても良い。また、このような構成の場合、設定部３３は、予め定められている複数の値をロータリースイッチで選択できるような構成であっても良い。また、値は、例えば、１０ｍＡステップで設定されている。このロータリースイッチの選択作業は、例えば、製造段階で行われる。

また、漏洩電流検出装置４は、漏洩電流算出部２７により算出された漏洩電流Ｉｇｒを記録する記録部３４を備える構成であっても良い。記録部３４では、漏洩電流算出部２７により算出された漏洩電流Ｉｇｒを経過時間ごとに記録するので、記録部３４のデータを参照することにより、漏洩電流Ｉｇｒの時間的な変化の様子を把握することができる。

ここで、本願発明に係る漏洩電流検出システム１００の動作について図６に示すフローチャートを用いて説明する。

ステップＳＴ１において、接続判断装置５は、プラグ１がコンセントに対して適切な極性で接続されているかどうかを判断する。プラグ１がコンセントに対して適切な極性で接続されていない場合には、ステップＳＴ２に進み、プラグ１がコンセントに対して適切な極性で接続されている場合には、ステップＳＴ３に進む。

ステップＳＴ２において、接続判断装置５は、プラグ１がコンセントに対して適切な極性で接続されるように所定の動作を行う。本工程における所定の動作については、既述したように、負荷回路６に対する電源の供給を遮断し、警告音を鳴らして、ユーザにプラグ１をコンセントに抜き差し換えてもらう構成であっても良いし、自動的に極性を反転させる構成であっても良い。

ステップＳＴ３において、漏洩電流検出装置４は、被測定電線路３に漏洩電流Ｉｇｒが発生しているかどうかの監視を行う。

ステップＳＴ４において、漏洩電流検出装置４は、漏洩電流Ｉｇｒを検出した場合、検出した漏洩電流Ｉｇｒが設定されている任意の値を超えているかどうかを判断する。検出した漏洩電流Ｉｇｒが設定されている任意値を超えていない場合には、ステップＳＴ３に戻り漏洩電流Ｉｇｒの監視を続ける。また、検出した漏洩電流Ｉｇｒが設定されている任意値を超えている場合には、ステップＳＴ５に進む。

ステップＳＴ５において、漏洩電流検出装置４は、負荷回路６への電源の供給を遮断する。なお、本工程では、既述したように、漏洩電流検出装置４は、例えば、漏洩電流Ｉｇｒが任意値を超えていると判断した場合には、表示部３１に所定の表示を行って、ユーザに機器の異常を通知するような構成であっても良い。

また、漏洩電流検出システム１００は、図７に示すように、プラグ１が３Ｐタイプである場合には、ＧＮＤ線が導電材料７と電気的に接続される構成となる。

このように構成される本願発明に係る漏洩電流検出システム１００では、被測定電線路３の接地線Ｎと電気的に接続されている導電材料７により負荷回路６の周囲が導電材料７によって覆われており、被測定電線路３の一方端側に形成されているプラグ１がコンセントに対して適切に接続されているかどうかを判断する接続判断装置５と、被測定電線路３に流れる対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流Ｉｇｒを正確に検出する漏洩電流検出装置４を備えるので、負荷回路６の漏電箇所に起因する漏洩電流Ｉｇｒを正確に検出することができ、当該検出値にしたがって適切な対応を図ることにより、重大事故を回避することができる。

例えば、本発明に係る漏洩電流検出システム１００は、テレビ、冷蔵庫、ＰＣ等の電化製品に適用した場合には、電化製品内の任意の負荷回路の周囲を導電材料７で囲み、当該導電材料７と被測定電線路３の接地線Ｎを電気的に接続し、被測定電線路３をＣＴセンサ部１０でクランプすることにより、負荷回路の漏電箇所（対地絶縁抵抗）に起因する漏洩電流Ｉｇｒの監視及び検出を行い、漏洩電流Ｉｇｒの検出値に応じて所定の動作を行うことにより、電化製品の異常を早期に発見することができ、重大な事故が起こる前に電化製品に対して適切な対応を図ることができる。

また、本願発明に係る漏洩電流検出装置４は、周波数注入式のように基準点を他から持ってくるのではなく、基準点を伝送線路に発生している電圧から求めるので、被測定電線路３に流れている漏洩電流Ｉｇｒを正確に測定することができる。

なお、本発明は、図面を参照して説明した上述の実施例に限定されるものではなく、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な変更、置換又はその同等のものを行うことができることは勿論である。

本発明に係る漏洩電流検出システムの構成を示すブロック図である。図１に示した漏洩電流検出システムに備えられている漏洩電流検出装置の構成を示すブロック図である。電源が単相の場合と三相の場合における漏洩電流Ｉｇｒと漏洩電流Ｉｇｃの位相差を示す図である。接続判断装置の動作の説明に供する図である。漏電箇所を介して負荷回路から被測定電線路のＮ相に漏洩電流Ｉｇｒが流れる様子を示す図である。漏洩電流検出システムの動作を示すフローチャートである。本発明に係る漏電検出システムの他の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１プラグ、２電源供給端子、３被測定電線路、４漏洩電流検出装置、５接続判断装置、６負荷回路、７導電材料、１０カレントトランスセンサ（ＣＴセンサ）部、１１増幅部、１２，１６ローパスフィルター（ＬＰＦ）、１３，１７全波整流部、１４電圧検出部、１５変圧器、１８比較部、１９演算部、２０位相パルス幅測定部、２１電源周波数測定部、２２位相角度算出部、２３，２５Ａ／Ｄ変換部、２４，２６実効値算出部、２７漏洩電流算出部、２８抵抗値算出部、２９判断部、３０音出力部、３１表示部、３２通信部、３３設定部、３４記録部、１００漏洩電流検出システム

Claims

少なくとも一の接地線を含み、一方端側が電源部に接続されるプラグにより形成され、他方端側が上記接地線と電気的に接続されている導電材料で周囲が覆われている負荷回路に対して電源を供給する電源供給端子により形成されている被測定電線路に発生している漏洩電流を検出する漏洩電流検出装置と、
上記被測定電線路の一方端側に形成されている上記プラグが上記電源部に対して、適切な極性で接続されていることを判断する接続判断装置とを備え、
上記漏洩電流検出装置は、
上記被測定電線路に流れている漏洩電流を検出する漏洩電流検出手段と、
上記漏洩電流検出手段により検出された漏洩電流を電圧に変換する変換手段と、
上記変換手段により変換された電圧を増幅する増幅手段と、
上記増幅手段で増幅された電圧に含まれている高調波成分を除去する第１の高調波成分除去手段と、
上記被測定電線路に発生している電圧を検出する電圧検出手段と、
上記電圧検出手段で検出された電圧に含まれている高調波成分を除去する第２の高調波成分除去手段と、
上記第１の高調波成分除去手段により高調波成分が除去された電圧の信号波形と、上記第２の高調波成分除去手段により高調波成分が除去された電圧の信号波形から位相差を検出する位相差検出手段と、
上記第２の高調波成分除去手段により高調波成分が除去された電圧の信号波形に基づき、上記電圧検出手段で電圧を検出した電圧線路に発生している周波数を算出する周波数算出手段と、
上記位相差検出手段により検出された位相差と、上記周波数算出手段で算出された周波数に基づき、上記被測定電線路に流れている漏洩電流の位相角度を算出する位相角度算出手段と、
上記第１の高調波成分除去手段により高調波成分が除去された電圧の実効値を算出する実効値算出手段と、
上記実効値算出手段で算出された実効値と、上記位相角度算出手段により算出された上記被測定電線路に流れている漏洩電流の位相角度に基づき、上記被測定電線路に流れている漏洩電流に含まれている対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流成分を算出する対地絶縁抵抗漏洩電流成分算出手段と、
上記対地絶縁抵抗漏洩電流成分算出手段で算出された上記被測定電線路に流れている漏洩電流に含まれている対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流成分が、任意の値を超えたかどうかを判断する判断手段とを有していることを特徴とする漏洩電流検出システム。
上記電源供給端子から上記負荷回路へ供給される電源を遮断する遮断部を備え、
上記判断手段は、上記対地絶縁抵抗漏洩電流成分算出手段で算出された上記被測定電線路に流れている漏洩電流に含まれている対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流成分が、任意の値を超えたと判断した場合には、上記電源供給端子から上記負荷回路へ供給される電源を遮断するように上記遮断部を制御することを特徴とする請求項１記載の漏洩電流検出システム。
上記接続判断装置は、上記プラグが上記電源部に対して、適切な極性で接続されていないと判断した場合には、上記電源供給端子から上記負荷回路へ供給される電源を遮断するように上記遮断部を制御することを特徴とする請求項２記載の漏洩電流検出システム。
所定の大きさで音を出力する音出力部を備え、
上記判断手段は、上記対地絶縁抵抗漏洩電流成分算出手段で算出された上記被測定電線路に流れている漏洩電流に含まれている対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流成分が、任意の値を超えたと判断した場合には、音を出力するように上記音出力部を制御することを特徴とする請求項１記載の漏洩電流検出システム。
上記接続判断装置は、上記プラグが上記電源部に対して、適切な極性で接続されていないと判断した場合には、音を出力するように上記音出力部を制御することを特徴とする請求項４記載の漏洩電流検出システム。
情報を表示する表示部を備え、
上記判断手段は、上記対地絶縁抵抗漏洩電流成分算出手段で算出された上記被測定電線路に流れている漏洩電流に含まれている対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流成分が、任意の値を超えたと判断した場合には、所定の情報を表示するように上記表示部することを特徴とする請求項１記載の漏洩電流検出システム。
外部機器と通信を行う通信部を備え、
上記判断手段は、上記対地絶縁抵抗漏洩電流成分算出手段で算出された上記被測定電線路に流れている漏洩電流に含まれている対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流成分が、任意の値を超えたと判断した場合には、上記通信部に所定の信号を送信することを特徴とする請求項１記載の漏洩電流検出システム。
上記任意の値を設定する設定手段を備えることを特徴とする請求項１記載の漏洩電流検出システム。
上記接続判断装置は、上記プラグが上記電源部に対して、適切な極性で接続されていないと判断した場合には、適切な極性となるように極性を反転させることを特徴とする請求項１記載の漏洩電流検出システム。
上記対地絶縁抵抗漏洩電流成分算出手段により算出された上記漏洩電流成分を記録する記録手段を備えることを特徴とする請求項１記載の漏洩電流検出システム。
上記漏洩電流検出手段は、接地線路を含む被測定電線路をクランプし、上記被測定電線路に流れている漏洩電流を検出することを特徴とする請求項１記載の漏洩電流検出システム。
少なくとも一の接地線を含み、一方端側が電源部に接続されるプラグにより形成され、他方端側が上記接地線と電気的に接続されている導電材料で周囲が覆われている負荷回路に対して電源を供給する電源供給端子により形成されている被測定電線路に発生している漏洩電流を検出する漏洩電流検出方法において、
上記被測定電線路に流れている漏洩電流を検出する漏洩電流検出工程と、
上記漏洩電流検出工程により検出された漏洩電流を電圧に変換する変換工程と、
上記変換工程により変換された電圧を増幅する増幅工程と、
上記増幅工程で増幅された電圧に含まれている高調波成分を除去する第１の高調波成分除去工程と、
上記被測定電線路に発生している電圧を検出する電圧検出工程と、
上記電圧検出工程で検出された電圧に含まれている高調波成分を除去する第２の高調波成分除去工程と、
上記第１の高調波成分除去工程により高調波成分が除去された電圧の信号波形と、上記第２の高調波成分除去工程により高調波成分が除去された電圧の信号波形から位相差を検出する位相差検出工程と、
上記第２の高調波成分除去工程により高調波成分が除去された電圧の信号波形に基づき、上記電圧検出工程で電圧を検出した電圧線路に発生している周波数を算出する周波数算出工程と、
上記位相差検出工程により検出された位相差と、上記周波数算出工程で算出された周波数に基づき、上記被測定電線路に流れている漏洩電流の位相角度を算出する位相角度算出工程と、
上記第１の高調波成分除去工程により高調波成分が除去された電圧の実効値を算出する実効値算出工程と、
上記実効値算出工程で算出された実効値と、上記位相角度算出工程により算出された上記被測定電線路に流れている漏洩電流の位相角度に基づき、上記被測定電線路に流れている漏洩電流に含まれている対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流成分を算出する対地絶縁抵抗漏洩電流成分算出工程と、
上記対地絶縁抵抗漏洩電流成分算出工程で算出された上記被測定電線路に流れている漏洩電流に含まれている対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流成分が、任意の値を超えたかどうかを判断する判断工程とを備えることを特徴とする漏洩電流検出方法。