JP2686070B2 - 中性線欠相検出遮断器 - Google Patents

中性線欠相検出遮断器

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Description

【発明の詳細な説明】 [技術分野] 本発明は交流単相3線若しくは交流3相4線の配電線
の中性線の断線を検出して配電線を遮断する中性線欠相
検出遮断器に関するものである。 [背景技術] 交流単相3線、交流3相4線式等の中性線を有する配
電線においてその中性線が切断、緩み等にて欠落が発生
した場合、その欠落点より負荷側の中性線を介して接続
されている負荷のバランスにより、負荷側の中性線の電
位が決定される。このような状況において負荷がアンバ
ランスとなるとき負荷には異常電圧が印加されることと
なり、負荷機器の損傷に至らしめるという欠点があっ
た。 そこで提供されたのが特公昭54−5092号公報のような
遮断器であった。ところが係る従来例は第7図に示すよ
うに中性点比較回路、動作制御回路、動作設定回路等の
処理回路Aは仮想中性点形成回路Bとは別に電源回路を
必要としており、そのため回路構成が複雑化するうえに
高耐圧部が電源回路と仮想中性点形成回路Bの2箇所必
要とするという欠点があった。尚第7図中L1,L2は活
線、Nは中性線を示し、2a,2bは負荷を示す。 [発明の目的] 本発明は上述の問題点に鑑みて為されたもので、その
目的とするところは中性線の欠落を検出して配電線を遮
断し負荷の保護を図ることができ、併せて信号処理部の
電源を平滑出力電圧より得て分圧回路からなる仮想中性
点形成回路と同じ電源を供給することで構成が簡単で小
型化が可能な中性線欠相検出遮断器を提供することにあ
る。 [発明の開示] 本発明は交流単相3線、交流3相4線等の中性線を有
する配電線に挿入される開閉接点Sと、該開閉接点Sを
開成遮断する遮断駆動部1と、開閉接点Sと負荷2a,2b
との間で配電線の活線L1,L2に接続した全波整流器3
と、全波整流器3の出力側若しくは入力側の各活線L1,L
2に挿入された同一値のインピーダンス要素と、全波整
流器3の出力を平滑する平滑コンデンサC1と、平滑出力
電圧を等分に分圧して中性点の電位と分圧点の電位とを
同一電位に設定する分圧回路6と上記分圧回路6の分圧
点と中性線Nとの間に生じる電位差にて流れる電流を積
分する電流積分回路4と、該電流積分回路4の積分出力
と予め設定した基準値lとを比較して積分出力が基準値
lを越えたことを検出すると上記遮断駆動部1を駆動す
る弁別回路5とを備え、電流積分回路4及び弁別回路5
の電源を上記平滑出力電圧より得るものである。 尚上記電流積分回路4として、前記分圧点と中性線と
の間にミラー回路の電流設定部と高インピーダンス素子
とを接続し、分圧点と中性線との電位差と高インピーダ
ンス素子とで決定される設定電流を流し、該設定電流で
設定されるミラー回路の出力電流をCR積分器で積分する
電流積分回路を備えたものである。 以下実施例により説明する。 実施例1 第1図は交流単相3線の配電線に用いた実施例の回路
構成図を示し、第2図はその具体回路を示しており、遮
断駆動部1は駆動する開閉接点Sを交流単相3線の電源
ACと負荷2a,2bとの間に直列に挿入している。そして負
荷2a,2bと開閉接点Sとの間において活線L1,L2間にはダ
イオードブリッジからなる全波整流器3が接続してお
り、全波整流器3の両出力端には抵抗R1,R2を介して平
滑コンデンサC1が接続され、整流出力は平滑されるよう
になっている。抵抗R1,R2は等しい値の抵抗である。分
圧回路6は平滑出力を1/2に分圧するための回路で等し
い値の抵抗R3,R4の直列回路から構成され、その分圧出
力を電流積分回路4の入力端子I1に接続している。電流
積分回路4は上記平滑出力を電源として動作するもの
で、1対の入力端子I1,I2を備え、一方の入力端子I1
は上述の分圧出力を、他方の入力端子I2には負荷2a,2a
と開閉接点Sの間の中性線Nを接続しており、開閉接点
Sと電源ACの間の中性線Nに欠落が生じた際に発生する
電位差で両入力端子I1,I2間に流れる電流を積分するよ
うになっている。弁別回路5は上記平滑出力を電源とす
るもので、積分出力と予め設定した基準値lとを比較し
て基準値lを積分出力が越えると出力を発生して遮断駆
動部1を駆動する。遮断駆動部1は活線L1,L2から電源
を得、弁別回路5の出力で動作し開閉接点Sを開成遮断
するようになっている。 次に第2図に示す具体回路で動作を説明する。今中性
線Nが正常状態にあるとすると、中性線Nと活線L1間の
電圧は第3図(a)に示すように、また中性線Nと活線
L2間の電圧は第3図(b)に示すようになり、また両活
線L1,L2間の電圧Vbは第3図(c)のようになってい
る。そして平滑コンデンサC1に対して対称に接続された
抵抗R1、R2及びR3,R4により電圧Vbの中点の電圧が分圧
回路6の分圧点に発生する。そのため分圧点と中性線N
の間には電位差が無いため、電流積分回路4のトランジ
スタQ1のベース・エミッタ、高抵抗値の抵抗R8の回路に
は電流が流れない状態にあり、そのため電流積分回路4
の積分出力は発生しない。第3図(d)は平滑コンデン
サC1の電圧aと、分圧点の電圧bを示し、また同図
(e)は入力端子I1又はI2の電圧を示す。 次に開閉接点Sと電源ACとの間で中性線Nに欠落が生
じると、欠落点より負荷2a,2b側の電位は負荷2a,2bのイ
ンピーダンスRa,Rbの比により決定される。 従って入力端子I1とI2との間の電位差VaはVa=Vb×
[Ra/(Ra+Rb)]−(Vb/2)で表される。但しVbは活
線L1、L2間の電圧である。第4図(a)は活線L1と中性
線N間の電圧を、又同図(b)は活線L2と中性線N間の
電圧を、また活線L1、L2間の電圧Vbを、又同図(d)は
平滑コンデンサC1の電圧aと分圧点の電圧bを、更に同
図(e)は入力端子I1、I2間の電位差を示す。この時電
流積分回路4のトランジスタQ1のベース・エミッタ、抵
抗R8の回路には電流が流れる。この電流はVa/R8だけの
値であるが、入力端子I2からI1に流れ正の電流はダイオ
ードD1を介して全波整流器3へ流れる。逆の負の電流時
には全波整流器3からトランジスタQ1のベース・エミッ
タ回路に(Va/R8)/(1/hFE)だけ流れ、トランジスタ
Q1のエミッタ電流がVa/R8だけ抵抗R8を通じて流れる。
この時のトラジスタQ1のコレクタ電流[Va・hFE/R8(1
+hFE)=Va/R8]がトランジスタQ2〜Q5等から構成され
たミラー回路の設定電流がトランジスタQ2のエミッタ電
流として流れる。この電流が流れるとミラー回路の特性
によりトランジスタQ3のエミッタ電流が同じだけ流れミ
ラー回路の出力電流IとしてVa/R8が流れる。この第4
図(f)は出力電流Iを示す。この半波の出力電流Iに
より積分器のコンデンサC2の両端電圧が第4図(g)に
示すように上昇する。この積分出力は弁別回路5に入力
し、トランジスタQ6がオンする閾値として設定された基
準値lを越えるとトランジスタQ6をオンさせる。トラン
ジスタQ6がオンするとトランジスタQ7がオンしてホトカ
プラPHの発光ダイオードLEDに電流が第4図(h)に示
すように流れる。このため遮断駆動部1のホトカプラPH
のホトトランジスタQ8がオンしてトランジスタQ9をオフ
させる。このオフによりトランジスタQ10がオンしてサ
イリスタSCRをトリガする。このサイリスタSCRのオンに
より遮断機構の電磁コイルCLに励磁電流が流れて開閉接
点Sは開成駆動され電源ACを遮断し、負荷2a,2bに異常
電圧が印加されるのを防ぐのである。ここで弁別回路5
の基準値lは弁別回路5の出力を安定させるためにヒス
テリシスを持たせている。つまり“H"レベルの基準値l
はオン時のトランジスタQ6のベース・エミッタ電圧VBE6
×(R9+R11)/R11で決定され、“L"レベルの基準値l
はVBE6+ベース電流IB6×R9で決定されるようになって
いる。つまりトランジスタQ6がオンする前はトランジス
タQ11がオン状態にあり、従って積分出力は抵抗R9、R11
で分圧される。またトランジスタQ5、Q7がオンすればト
ランジスタQ12がオンするためトランジスタQ11のベース
電流が遮断されトランジスタQ11がオフとなり積分出力
が抵抗R9を介してトランジスタQ6のベースに接続される
のである。 尚中性線Nの欠落時に遮断駆動部1が動作する電圧Va
は電流積分回路4のコンデンサC2、抵抗R7により充放電
されるが、この電圧のピーク値が弁別回路5の“H"の基
準値lに達するときの値である。またこのCR積分により
欠落時の中性線Nの電圧Vaの値に応じて動作する時間が
異なるように設定できる。従って電圧Vaが低いときには
動作時間が遅く、電圧Vaが高くなると(Va=0V〜Vbまで
変化)、動作時間が早くなることにより危険度に応じた
遮断機能を持つことになる。更に短時間の雷サージ等に
よる異常電圧で誤動作するのを防止できる。 また上記実施例呑電流積分回路4では電圧Vaを抵抗R8
で除した電流Iは半波であったがダイオードD1を第5図
に示すように無くせば全波波形の電流となる。 実施例2 上記実施例1は交流単相3線用であったが、第6図に
示すように本実施例は交流3相4線用を構成しており、
L1〜L3の活線と全波整流器3の入力端間に等しい抵抗
R1,R2,R5夫々挿入してある点において実施例1と相違す
る。 [発明の効果] 本発明は交流単相3線、交流3相4線等の中性線を有
する配電線に挿入される開閉接点と、該開閉接点を開成
遮断する遮断駆動部と、開閉接点と負荷との間で配電線
の活線に接続した全波整流器と、全波整流器の出力側若
しくは入力側の各活線に挿入された同一値のインピーダ
ンス要素と、全波整流器の出力を平滑する平滑コンデン
サと、平滑出力電圧を等分に分圧して中性点の電位と分
圧点の電位とを同一電位に設定する分圧回路と、上記分
圧回路の分圧点と中性線との間に生じる電位差にて流れ
る電流を積分する電流積分回路と、該電流積分回路の積
分出力と予め設定した基準値lとを比較して積分出力が
基準値lを越えたことを検出すると上記遮断駆動部を駆
動する弁別回路とを備えてあるから、中性線の欠落が生
じると開閉接点を開成遮断することができ、結果異常電
圧より負荷を保護できるものであって、しかも電流積分
回路及び弁別回路の電源を上記平滑出力電圧より得るか
ら分圧回路からなる仮想中性点形成回路と同じ電源を共
用できそのため構成の簡略化とコンパクト化とが可能と
なり、そのうえ電流積分回路によりサージ等によって生
じる短時間の異常電圧による誤動作も防止できるという
効果を奏するものである。 尚上記電流積分回路として、前記分圧点と中性線との
間にミラー回路の電流設定部と高インピーダンス素子と
を接続し、分圧点と中性線との電位差と高インピーダン
ス素子とで決定される設定電流を流し、該設定電流で設
定されるミラー回路の出力電流をCR積分器で積分する電
流積分回路を備えれば、中性線の欠落時に生じる電位差
に応じて動作を遅延でき、電位差の大きい時程早く動作
が得られ、危険度に適応した遮断特性を持つことができ
るという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】 第1図は本発明の実施例1の回路構成図、第2図は同上
の具体回路図、第3図、第4図は同上の動作説明の波形
図、第5図は同上使用の電流積分回路の他の例の要部回
路図、第6図は本発明の実施例2の回路構成図、第7図
は従来例の回路構成図であり、1は遮断駆動部、2a,2b
は負荷、3は全波整流器、4は電流積分回路、5は弁別
回路、6は分圧回路、R1〜R8は抵抗、C1はコンデンサ、
Sは開閉接点、L1,L2は活線、Nは中性線、C7はコンデ
ンサである。

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 1.交流単相3線、交流3相4線等の中性線を有する配
    電線に挿入される開閉接点と、該開閉接点を開成遮断す
    る遮断駆動部と、開閉接点と負荷との間で配電線の活線
    に接続した全波整流器と、全波整流器の出力側若しくは
    入力側の各活線に挿入された同一値のインピーダンス要
    素と、全波整流器の出力を平滑する平滑コンデンサと、
    平滑出力電圧を等分に分圧して中性点の電位と分圧点の
    電位とを同一電位に設定する分圧回路と、上記分圧回路
    の分圧点と中性線との間に生じる電位差にて流れる電流
    を積分する電流積分回路と、該電流積分回路の積分出力
    と予め設定した基準値とを比較して積分出力が基準値を
    越えたことを検出すると上記遮断駆動部を駆動する弁別
    回路とを備え、電流積分回路及び弁別回路の電源を上記
    平滑出力電圧より得ることを特徴とする中性線欠相検出
    遮断器。 2.前記電流積分回路として、前記分圧点と中性線との
    間にミラー回路の電流設定部と高インピーダンス素子と
    を接続し、分圧点と中性線との電位差と高インピーダン
    ス素子とで決定される設定電流を流し、該設定電流で設
    定されるミラー回路の出力電流をCR積分器で積分する電
    流積分回路を備えたことを特徴とする特許請求の範囲第
    1記載の中性線欠相検出遮断器。
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