JP5190635B2 - 抵抗分地絡電流を検出する装置 - Google Patents

Description

本件の発明は，電路の対地漏洩電流を検出し，その大きさと電路電圧からの位相のずれを基にして抵抗分地絡電流を検出する手段を備えた装置で配線用遮断器や漏電遮断器あるいは漏電継電器や計測器のような装置に関する。

電路の対地漏洩電流に，電路の対地静電容量分や機器のノイズフィルターのキャパシタンス分を通じて流れる常時漏洩電流と，絶縁不良による抵抗分地絡電流が含まれることはよく知られている。

前記の常時漏洩電流は，対地静電容量分を通じて流れる電流であるから，対地電圧に対して９０度位相が進み，絶縁不良による抵抗分地絡電流は対地電圧と同相である。従って，電路電圧と対地漏洩電流の間には，常時漏洩電流と抵抗分地絡電流の大きさの比によって決まる位相差が生じる。

そこで，対地漏洩電流の大きさと，電路電圧との位相差を元にして絶縁不良による抵抗分地絡電流のみを分別する方法が知られている。
特開２００５−１４０５３２ 特開２００６−７１３４１

しかしながら，対地漏洩電流の電路電圧との位相差によっては，位相差の検出精度が地絡電流の検出精度に大きく影響を与える。位相差の検出精度が同一でも，抵抗分地絡電流の計算結果に対する影響は，位相差が０度付近ではほとんどないのに対し，位相ズレが９０度付近では相当に大きい。

従って，電路電圧に対する対地漏洩電流の位相差によっては，要求される精度で抵抗分地絡電流を検出できない場合がある。例えば，位相差の検出精度が±１度であり，１ｍＡの抵抗分地絡電流を±１０％の精度で検出しようとする場合，その精度を保証できるのは，位相差以外の他の検出誤差を無視した場合，常時漏洩電流の大きさが６．３ｍＡまで，すなわち位相差の角度範囲が０度から８１度までに限られる。

つまり位相の検出精度が抵抗分地絡電流の検出精度に影響を与えるが，誤差が出やすい９０度に近い位相差での抵抗分地絡電流の検出精度を保証しようとすれば，極端に位相差の検出精度の向上が必要で，そのためには装置のコストが高くなる。

そこで本件の発明は，電路の対地漏洩電流を検出し，その大きさと電路電圧との位相差を基にして抵抗地絡による漏洩電流の大きさを検出する手段を備えた配線用遮断器や漏電遮断器，継電器や計測器のような装置において，検出した抵抗分地絡電流の大きさとともに計測の誤差範囲も表示して抵抗分地絡電流の有無や値の信頼性を判断しやすくしようとするものである。また，そのようにすることで実用的で経済的な装置を提供しようとするものである。

そのため，請求項１の発明では，電路の対地漏洩電流を検出し，その大きさと電路電圧からの位相のずれを元にして抵抗分地絡電流を検出し，その大小を都度表示あるいは出力する手段を有する装置において，対地漏洩電流と電路電圧との位相ずれの大きさに応じた抵抗分地絡電流の演算結果の誤差範囲を併せて表示あるいは出力する手段を備えたことを特徴とする抵抗分地絡電流を検出する装置を提供したものである。

請求項２では，前記の抵抗分地絡電流を検出する手段を備えた装置は，抵抗分地絡電流を検出しその大小を都度表示あるいは出力する手段を有する配線用遮断器あるいは漏電遮断器あるいは漏電継電器であることを特徴とする請求項１の抵抗分地絡電流を検出する装置を提供したものである。

請求項３では，前記の抵抗分地絡電流を検出する手段を備えた装置は，計測器であることを特徴とする請求項１の抵抗分地絡電流を検出する装置を提供したものである。

本件の発明によれば，電路の対地漏洩電流を検出し，その大きさと電路電圧からの位相のずれを元にして抵抗分地絡電流を検出し，その大小を都度表示あるいは出力する手段を有する装置において，対地漏洩電流と電路電圧との位相ずれの大きさに応じ誤差範囲を表示出力するようにしたから，検出された抵抗分地絡電流が本当にあるのかどうか，また値がどの程度信頼できるのかを容易に判断できる。また，そのような誤差範囲を表示出力する手段を装置に設けることで，実用上差し支えない程度の位相ずれの検出精度を有する装置とすることができて装置のコストを抑えることが可能となる。

本件発明の第一の実施例を図１に示す。図１は，抵抗分地絡電流検出表示機能付の配線用遮断器１０と該配線用遮断器１０を電路に設置した場合の例である。図１において，１は変圧器で電路２，２’に商用電圧を供給し，低圧側巻線の２’側端子は３のように接地してある。なお便宜上電路は単相２線式として説明するが，単相３線式の電路あるいは三相３線式でΔ結線１極接地式の電路でも原理的には同一で適用可能である。

１００１と１００２は開閉接点，１００３は過電流検出素子で，電路の電流が所定の値を超えると過電流検出素子１００３が電流の大きさに応じた時限で図示しない開閉機構に作用し，接点１００１と１００２を自動的に開離するように働く。１００４は零相変流器で，電路２と２’の往復電流の差分を検出する。なお，零相変流器１００４が検出する電流は，電路２の対地静電容量４に流れる常時漏洩電流Iocと絶縁不良による地絡抵抗５に流れる地絡漏洩電流Iorにより成る零相漏洩電流Ioである。

１００５は零相変流器１００４が検出する電流の入力回路で，過入力保護回路のほか必要に応じフィルター回路や増幅回路，移相回路などを含む。なお移相回路は，前述の零相電流と検出回路で扱う電流信号に位相差がある場合にその差を補正する目的に用いるが，演算回路１００７に含ませてもよい。

一般的に電路の電圧には，本来の商用基本波に対し，変圧器１の非線形性や負荷電流波形による高調波や高周波を含んでいる。地絡抵抗５を流れる電流はそれらの波形歪みに線形的に対応する。しかし対地静電容量４を流れる電流は，波形歪み成分の周波数に対してそのインピーダンスが変化するため周波数が高くなるにつれて相対的に大きくなる。従って，より正確に商用の基本周波数だけの地絡電流を検出しようとすれば，フィルターにより高調波・高周波成分を除去することが望ましい。

１００６は電路電圧の入力回路で，電路との絶縁回路や１００５と同様に過入力保護回路のほか必要に応じフィルター回路などを有する。電路電圧はこの場合対地電圧に相当する。

１００７は演算回路で，電路電圧と零相電流の位相差を演算し，該位相差と零相電流の絶対的な大きさから抵抗分の地絡電流を演算する。その様子を図２，図３を元に説明する。

図２において，６は電路電圧のベクトル，７は零相電流のベクトルである。零相電流７は，抵抗分地絡電流８と対地静電容量分による常時漏洩電流９の合成電流である。演算回路１００７は電路電圧信号の０点と電流信号の０点のタイムラグなどから電路電圧ベクトル６と零相電流のベクトル７の位相差θを計算し，零相電流ベクトル７の絶対値に位相差θの余弦（ｃｏｓ）を掛けて抵抗分地絡電流８の大きさを計算する。

図３は別の方法を示す。図３は電路電圧１０と零相電流１１の瞬時値同士を積算して抵抗分地絡電流１２の大きさを算出する方法を示している。（ａ）は，電路電圧と零相電流の位相差がない場合の事例で，位相差がないので，瞬時値同士を掛け合わせた場合，値は０以上のプラス側の範囲で周波数が２倍の信号になり，平均値が抵抗分地絡電流の大きさに比例する。

（ｂ）は電路電圧と零相電流の位相差が９０度の事例で，瞬時値同士を掛け合わせた場合，値は平均値がゼロで周波数が２倍の信号になる。図３はいわゆる同期整流による方法と同じである。

ここで，電路電圧と漏洩電流の位相差の検出精度と抵抗分地絡電流の検出精度について図４で述べる。図４において電路電圧位相１５に対し小さい位相差θ１の零相漏洩電流１６があるとき，その位相差の検出誤差の範囲を±αとした場合，検出すべき抵抗分地絡電流１７に対する誤差αの影響は±１８となって１７に対して相対的に小さい。しかし，電路電圧位相１５に対し漏洩電流１６’の位相差がθ２と大きい場合は，位相差の検出誤差の範囲が±αと同じでも，抵抗分地絡電流１７’は小さく，誤差αの影響は±１８’と大きくなるから１７’に対して相対的に大きくなり，位相差の検出精度が同じであっても抵抗分地絡電流の検出精度は大きく変わる。

演算回路１００７は，演算した位相差と対地漏洩電流ならびに抵抗分地絡電流の大きさ及び予め設定された装置の位相差検出精度から抵抗分地絡電流の誤差範囲を演算する。誤差範囲は演算した抵抗分地絡電流に対し±％表示してもよいし，±ｍＡで表示してもよい。±％表示の場合は図４において１７（１７’）に対する１８（１８’）の比であるし，±ｍＡの場合は１８（１８’）をそのまま表示すればよい。１００８は演算回路１００７による抵抗分地絡電流の演算結果の出力手段であり，検出結果の出力をレベル表示したり数値で表示，あるいは信号出力する。１００９は誤差範囲の表示出力手段で，１００７が演算した前述の誤差範囲を±の％やｍＡ，あるいはmini−max範囲を表示出力する。

なお，１００７による演算が図３による方法で行われている場合，電路電圧と対地漏洩電流との位相差は，対地漏洩電流の絶対値と検出した抵抗分地絡電流の値から三角関数を用いて求めるなどの方法がある。

図１による配線用遮断器１０によれば，設置した電路の抵抗分地絡電流の大きさを検出表示できるとともに，その誤差範囲も知りえるから，抵抗分地絡電流があることを表示してもそれが本当にあるのかどうか，値が信頼できるかどうかを判断できる。

また，前述の例に挙げた１ｍＡの抵抗分地絡電流を±１０％の精度で検出しようとした場合，位相差の計測誤差以外の誤差を無視できれば，位相差が４５度では，位相差の検出精度の許容値は±約５度であるが，位相差が８５度では，必要な位相差の検出精度は±約０．５度必要になり位相差が９０度に近づくほど位相差の検出精度への要求が厳しくなって装置コストが高くなる。しかし，一般的な電路において検知したい抵抗分地絡電流が流れている場合に位相差が４５度以内の場合が多いということであれば，位相差の検出精度は±約５度の装置で充分であり，万一その位相差を超える場合には警報により精度を保証しえない状況であるということを知りえることで実用上は充分である。

図５と図６は，漏洩電流の大きさによって回路を遮断する漏電遮断器に抵抗分地絡電流表示機能を付加した場合の実施例である。図５の実施例における１００１から１００９は図１の実施例と同一の機能である。図において１０１０は図示しない開閉機構に作用し接点１００１と１００２を開離するトリップ装置で，演算回路１００７の判定結果で作動するようにしている。この場合漏洩電流は対地漏洩電流としても抵抗分地絡電流としてもいずれでも可能である。図６の実施例は，トリップ装置１０１０を駆動するための漏洩電流検出回路１０１１を演算回路１００７とは別に設けた例である。このような構成でも，図５と同一の機能を達成できる。図５や図６の漏電遮断器は，緊急を要しない絶縁不良では抵抗分地絡電流の大きさを表示して不良の程度を常時監視するが，漏洩電流が３０ｍＡを超えるような感電等の緊急を要する事故である場合は電路を遮断するように段階的に動作するものである。その際，遮断動作前の抵抗分地絡電流の表示については検出誤差範囲を同時に表示するから表示された抵抗分地絡電流の大きさが信頼できるかどうかを知り得る。

図７は，回路を遮断する主回路接点を有しない継電器である。図において１００４から１００９は図１のものと同じ構成である。但し，零相変流器は継電器のケーシング外に設置しても内蔵してもよい。また零相変流器は電路に設けるものでなく変圧器のＢ種接地線の対地漏洩電流を検出するようにしたものでもよい。１０１０’は継電器で，図５や図６の漏電遮断器が回路を遮断する代わりに，外部に接点出力する。あるいは，演算回路１００７から信号が外部に出力されてもよい。このような漏電継電器では１０１０’の継電動作のほかに，事前の電路の抵抗分地絡電流の大きさを常時監視でき，且つ表示出力された抵抗分地絡電流の大きさが信頼できるかどうかを一目で判断できる。

図８は，抵抗分地絡電流の計測器である。図において１００４から１００９は図７に示す継電器の場合と同じであるが，表示手段１００８は常に抵抗分地絡電流をレベルあるいは数値で表示出力するようにしている。また１００４の変流器はクランプ型とし，且つ電路電圧はワニ口クリップなどで電路に臨時に接続して入力回路１００６に供給するようにしてもよい。このような計測器では，計測した抵抗分地絡電流値が信頼できるかどうかを一目で判断できる。

配線用遮断器や漏電遮断器，継電器や計測器のほか，その他の機能を有する監視装置などに付加して用いることができる。

本件発明による抵抗分地絡電流警報機能付きの配線用遮断器の構成図 対地漏洩電流から抵抗分地絡電流を検出する方法の説明図 対地漏洩電流から抵抗分地絡電流を検出する方法の説明図 電圧と対地漏洩電流の位相差による検出誤差を説明する図 本件発明による抵抗分地絡電流警報機能付きの漏電遮断器の構成図 本件発明による抵抗分地絡電流警報機能付きの漏電遮断器の構成図 本件発明による抵抗分地絡電流警報機能付きの継電器の構成図 本件発明による抵抗分地絡電流警報機能付きの計測器の構成図

１・・・変圧器
２，２’・・・電路
３・・・接地
４・・・電路の対地静電容量
５・・・地絡抵抗
６・・・電圧ベクトル
７・・・対地漏洩電流ベクトル
８・・・抵抗分地絡電流ベクトル
９・・・常時漏洩電流ベクトル
１０・・・電路電圧の単位波形
１１，１３・・・対地漏洩電流の波形
１２，１４・・・電路電圧の単位波形の瞬時値と対地漏洩電流の瞬時値の積算波形
１５・・・電圧ベクトル
１６，１６’・・・対地漏洩電流ベクトル
１７，１７’・・・抵抗分地絡電流
１８，１８’・・・検出誤差
１００１，１００２・・・主回路接点
１００３・・・過電流検出素子
１００４・・・変流器
１００５・・・波形整形回路
１００６・・・波形整形回路
１００７・・・演算回路
１００８・・・表示手段
１００９・・・警報手段
１０１０・・・トリップコイル
１０１０’・・・継電器
１０１１・・・漏電検知器

Claims (3)

1. 電路の対地漏洩電流を検出し，その大きさと電路電圧からの位相のずれを元にして抵抗分地絡電流を検出し，その大小を都度表示あるいは出力する手段を有する装置において，対地漏洩電流と電路電圧との位相ずれの大きさに応じた抵抗分地絡電流の演算結果の誤差範囲を併せて表示あるいは出力する手段を備えたことを特徴とする抵抗分地絡電流を検出する装置。
2. 前記の抵抗分地絡電流を検出する手段を備えた装置は，抵抗分地絡電流を検出しその大小を都度表示あるいは出力する手段を有する配線用遮断器あるいは漏電遮断器あるいは漏電継電器であることを特徴とする請求項１の抵抗分地絡電流を検出する装置。
3. 前記の抵抗分地絡電流を検出する手段を備えた装置は，計測器であることを特徴とする請求項１の抵抗分地絡電流を検出する装置。
   
   
   
   

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