JP5319949B2 - 配線器具 - Google Patents

Description

本発明は、コンセントやテーブルタップなどとして実現される配線器具に関する。

住戸や事業所などの各需要家において、現在の電力線の引込みは、図３に示すように、分電盤１内で商用電源（適宜自家発電電源を備えることもある）２に接続される主幹漏電ブレーカ３から複数の分岐ブレーカ４に分岐され、前記分電盤１を出た配電線５が負荷６に接続されることで行われている。前記主幹漏電ブレーカ３は、内線規定で、漏電ブレーカとすることが定められている。そして、各配電線５と負荷６との間に介在される壁面埋込みのコンセント、テーブルタップ型のコンセント、或いは電気機器に内蔵のコンセントなどとして実現される配線器具７において、電気的安全確保の見地から、前記内線規定では、水周りや屋外で使用される配線器具には、漏電検出機能を備えるものを使用することが示されている。

図３の配線器具７では、前記配電線５から負荷６の間に開閉部８および零相変流器（ＺＣＴ）９が設けられ、電源部１０で作成された制御用電源で制御回路１１が動作し、前記零相変流器９の図示しない２次巻線の端子間に接続された抵抗の端子間電圧を測定することで漏電電流を検出し、その検出結果から所定量以上の漏電が検知されると、前記開閉部８を遮断するようになっている。

このような漏電対策や、コンピュータ等に対するノイズ対策などのために、最近では接地極付きのコンセントが用いられるようになって来ている。しかしながら、その接地極付きのコンセントは、配線をミスしたり、接地線に断線（浮き）が生じていると、所期の効果を発揮させることができない。そこで特許文献１には、接地極付きのコンセントにおいて、電源極と中性極との間および電源極と接地極との間に同一のインピーダンス素子を挿入して電圧を計測し、その電圧の比較結果から、中性極と接地極との配線の極性を容易にチェックできるようにしたものが示されている。
特開２００６−５３００６号公報

前記特許文献１の従来技術を図３の配線器具７に搭載することで、配線ミスを防止した保護機能付きの配線器具を実現することができる。しかしながら、そのように多くの機能を詰め込むと、該配線器具が大型化してしまい、既存のボックスに埋込んだり、電気機器に搭載したりすることが困難になる。また、開閉部８で常時発生する損失の問題もある。

本発明の目的は、保護動作を行いつつ、小型化および省電力化を図ることができる漏電検出機能付きの配線器具を提供することである。

本発明の配線器具は、各需要家における主幹ブレーカと負荷との間に介設され、前記負荷が接続される電源極、中性極および接地極を有する配線器具において、前記電源極、中性極および接地極に、それぞれ対応する電源線、中性線および接地線の内、前記接地線が断線しているか否か、ならびに前記電源線と中性線とに入れ替わりが生じているか否かを判定する接続判定部と、前記接続判定部の判定結果を表示する表示部と、過電流または漏電電流の少なくとも一方を検出する異常判定部と、前記電源線から電源極の間のみに設けられ、前記異常判定部の判定結果に応答し、異常が発生したときに遮断される開閉部とを備えることを特徴とする。

上記の構成によれば、住戸や事業所などの各需要家において、商用電源に接続される（自家発電電源を備えることもある）主幹（漏電）ブレーカと負荷との間に介設され、電源極（ホット側）、中性極および接地極を有し、たとえば単相１００Ｖの壁面埋込みのコンセント、テーブルタップ型のコンセント、或いは電気機器に内蔵のコンセントなどとして実現される配線器具において、過電流または漏電の少なくとも一方に対する保護動作を行うにあたって、前記電源極および中性極に、対応する電源線および中性線がそれぞれ入れ替わり（誤結線）無く、かつ接地極に対応する接地線の断線が無く、適切に接続されているか否かを判定する接続判定部に、その判定結果を表示する表示部を設ける。そして、前記の異常を検出する異常判定部からのトリップ信号で駆動される開閉部を、前記電源線から電源極の間のみに設ける。

したがって、接地線を含む３線が対応する電極に適切に接続されていない場合には表示が行われるので、そのような接続ミスは解消されているはずであり、このため保護動作用の開閉部を前記電源線から電源極の間のみに設けても、確実に保護動作を行うことができる。これによって、開閉部を１つとして、該開閉部による損失の問題やスペースの問題を軽減することができる。

また、本発明の配線器具では、前記接続判定部は、電源線と中性線との間および中性線と接地線との間にそれぞれ設けられる分圧抵抗と、前記分圧抵抗による分圧電圧を検出する電圧検出回路と、前記電圧検出回路の検出結果から、前記の判定を行う判定回路とを備えて構成されることを特徴とする。

上記の構成によれば、電源線の一方が中性線となる単相１００Ｖの場合は、その中性線と電源線（ホット側）との接続を間違い易いので、前記接続判定部は、電源線（と思われる一方の側）と中性線（と思われる他方の側）との間の電圧および中性線（と思われる他方の側）と接地線との間の電圧を、分圧抵抗および電圧検出回路を用いて測定し、論理回路から成る判定回路が、測定結果を比較することで（電源線と中性線との間に電圧が出て、中性線と接地線との間に電圧が出ない場合は正しく結線されており、それ以外の場合は正しく結線されていないか、断線を生じていると判定する）、それらの配線ミスを検出することができる。こうして、結線状態を、比較的簡単な電圧検出回路および論理回路で検出可能となる。

さらにまた、本発明の配線器具では、前記接続判定部は、前記電源線から接地線に検出電流を流す第１および第２のインピーダンス素子の直列回路と、前記第１および第２のインピーダンス素子の接続点に一端が接続され、前記第２のインピーダンス素子よりも充分高インピーダンスな高インピーダンス素子と、前記高インピーダンス素子の他端と前記中性線との間に接続されるコンデンサと、前記コンデンサの充電電圧を検出し、その検出結果から、前記の判定を行う判定回路とを備えて構成されることを特徴とする。

上記の構成によれば、前記電源線、中性線および接地線が適切に接続されていると、高インピーダンス素子によってコンデンサには殆ど充電が行われず、これに対して接地線が断線していると充電が行われ、電源線と中性線とが入れ替わっていると逆極性に充電が行われる。

したがって、前記電源線から接地線に検出電流を流し、検出電流の流れる経路から、判定回路は配線ミスを検出することができる。

また、本発明の配線器具では、前記接続判定部は、コンデンサカップリングによって前記インピーダンス素子が電源線に接続されていることを特徴とする。

上記の構成によれば、カップリングのコンデンサを高耐電圧の素子とすることで、該接続判定部を設けても、接地線と電源線との間に、商用電源周波数では耐圧を維持でき、またノイズなどの高周波成分に対しては前記カップリングのコンデンサをフィルタとして動作させることが可能となる。

本発明の配線器具は、以上のように、住戸や事業所などの各需要家において、商用電源に接続される主幹ブレーカと負荷との間に介設され、電源極、中性極および接地極を有し、たとえば単相１００Ｖの壁面埋込みのコンセント、テーブルタップ型のコンセント、或いは電気機器に内蔵のコンセントなどとして実現される配線器具において、過電流または漏電の少なくとも一方に対する保護動作を行うにあたって、前記電源極および中性極に、対応する電源線および中性線がそれぞれ入れ替わり無く、かつ接地極に対応する接地線の断線が無く、適切に接続されているか否かを判定する接続判定部に、その判定結果を表示する表示部を設けるとともに、接地線を含む３線が対応する電極に適切に接続されていない場合には表示が行われるので、そのような接続ミスは解消されているはずであり、前記の異常を検出する異常判定部からのトリップ信号で駆動される保護動作用の開閉部を前記電源線から電源極の間のみに設ける。

それゆえ、確実に保護動作を行いつつ、開閉部を１つとして、該開閉部による損失の問題やスペースの問題を軽減することができる。

また、本発明の配線器具は、以上のように、前記接続判定部が、電源線と中性線との間の電圧および中性線と接地線との間の電圧から、適切に接続されているか否かを判定する。

それゆえ、結線状態を、比較的簡単な電圧検出回路および論理回路で検出可能となる。

さらにまた、本発明の配線器具は、以上のように、前記接続判定部を、前記電源線から接地線に検出電流を流す第１および第２のインピーダンス素子の直列回路と、前記第１および第２のインピーダンス素子の接続点に一端が接続される高インピーダンス素子と、前記高インピーダンス素子の他端と前記中性線との間に接続されるコンデンサと、前記コンデンサの充電電圧を検出し、その検出結果から、適切に接続されているか否かを判定する判定回路とを備えて構成する。

それゆえ、前記電源線から接地線に検出電流を流し、検出電流の流れる経路から、判定回路は配線ミスを検出することができる。

また、本発明の配線器具は、以上のように、コンデンサカップリングによって前記インピーダンス素子を電源線に接続する。

それゆえ、カップリングのコンデンサを高耐電圧の素子とすることで、該接続判定部を設けても、接地線と電源線との間に、商用電源周波数では耐圧を維持でき、またノイズなどの高周波成分に対しては前記カップリングのコンデンサをフィルタとして動作させることが可能となる。

［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の第１の形態に係る漏電検出機能付き配線器具２１の電気的構成を示すブロック図である。この配線器具２１は、前述の図３で示す分電盤１から延びる配電線５の末端において、壁面埋込みのコンセント、テーブルタップ型のコンセント、或いは電気機器に内蔵のコンセントなどとして実現され、洗濯機等の負荷６へ給電を行い、漏電が発生すると、後述するようにして負荷遮断を行うものである。そのため、この配線器具２１は、前記負荷遮断を行う開閉部２２と、前記配電線５に接続される内部の配電線２３，２４と、前記配電線２３，２４から制御用電源を取出す電源部２５と、前記電源部２５で得られた制御用電源で動作し、漏電が検出されると、前記開閉部２２を遮断する異常判定部２６と、前記異常判定部２６で漏電が検出されると、ユーザに報知を行う表示警報部２７とを備えて構成される。本実施の形態では、漏電検出で説明しているけれども、保護動作としては、過電流検出で行われてもよく、或いは漏電検出と過電流検出との両方で行われてもよい。

前記電源部２５は、ダイオードブリッジおよび安定化電源回路などを備えて構成される。前記異常判定部２６は、前記配電線２３，２４に介在される零相変流器（ＺＣＴ）２８と、前記零相変流器２８の出力からノイズ成分を除去するフィルタ２９と、前記フィルタ２９の出力から漏電判定を行う判定回路３０とを備えて構成される。

上述のように構成される漏電検出機能付きの配線器具２１において、注目すべきは、本実施の形態では、該配線器具２１には、接地線３１に接続される接地極３２が設けられており、その接地線３１が接続されているか否か、ならびにその接地線３１に、電源線である前記配電線２３および中性線である前記配電線２４が、それぞれ対応する接地極３２、電源極３３および中性極３４に適切に接続されているか否かを判定する接続判定部４１が設けられており、それに対応して、前記開閉部２２が、電源線である配電線２３から電源極３３の間のみに設けられていることである。そして、接続判定部４１は、適切に接続されていないときには、前記表示警報部２７からユーザに報知する。さらに開閉部２２を遮断するようにしてもよい。

前記接続判定部４１は、電源線である配電線２３と中性線である配電線２４との間および中性線である配電線２４と接地線３１との間にそれぞれ設けられる分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２；Ｒ３，Ｒ４と、前記分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２；Ｒ３，Ｒ４による分圧電圧を検出する電圧検出回路４２，４３と、前記電圧検出回路４２，４３の検出結果から、適切に接続されているか否かを判定する判定回路４４とを備えて構成される。ここで、電源線の一方が中性線となる単相１００Ｖの場合は、その中性線と電源線（ホット側）との接続を間違い易い。そこで、前記接続判定部４１は、電源線と思われる一方の側の配電線２３と中性線と思われる他方の側の配電線２４との間の電圧および中性線と思われる他方の側の配電線２４と接地線３１との間の電圧を、前記分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２；Ｒ３，Ｒ４および電圧検出回路４２，４３を用いて測定し、論理回路から成る判定回路４４が、測定結果を比較する。その結果、電源線と中性線との間に電圧が出て、中性線と接地線との間に電圧が出ない場合は正しく結線されており、それ以外の場合は正しく結線されていないか、断線を生じていると判定することで、それらの配線ミスを検出することができる。こうして、結線状態を、比較的簡単な電圧検出回路４２，４３および論理回路から成る判定回路４４で検出可能となる。

このように構成することで、水回りなどで使用され、漏電検出による負荷遮断機能を有する配線器具２１において、接地線３１を含む３線３１，２３，２４が対応する電極３２，３３，３４に適切に接続されていない場合には表示が行われるので、そのような接続ミスは解消されているはずであり、このため保護動作用の開閉部２２を電源線である配電線２３から電源極３３の間のみに設けても、確実に保護動作を行うことができる。これによって、開閉部２２を１つとして、該開閉部２２による損失の問題やスペースの問題を軽減することができる。たとえば、開閉部２２が配電線２３，２４のそれぞれに設けられていると、接触抵抗などによる通電時損失が多くなる。この通電損失による熱対策は放熱のために外形が大きくなるなどの問題がある。さらに２つの開閉部を同時に駆動する駆動部（判定回路３０）が複雑になったり、動作時間が長くなったりするという問題もある。

［実施の形態２］
図２は、本発明の実施の第２の形態に係る漏電検出機能付き配線器具５１の電気的構成を示すブロック図である。この配線器具５１は、前述の配線器具２１に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。注目すべきは、この配線器具５１では、接続判定部５２が前述の接続判定部４１と異なるだけである。具体的には、前記接続判定部５２は、前記電源線である配電線２３から接地線３２に検出電流を流すカップリングコンデンサＣ１およびインピーダンス素子である分圧抵抗Ｒ１１，Ｒ１２の直列回路と、前記分圧抵抗Ｒ１１，Ｒ１２の接続点に一端が接続される高インピーダンス素子である抵抗Ｒ１３と、前記抵抗Ｒ１３の他端と前記中性線である配電線２４との間に接続されるコンデンサＣ２と、前記コンデンサＣ２と並列に接続されるツェナダイオードＺＤと、前記抵抗Ｒ１３の他端を前記接地線３１に接続する抵抗Ｒ１４およびダイオードＤの直列回路と、前記コンデンサＣ２の充電電圧を検出し、その検出結果から、適切に接続されているか否かを判定する判定回路５４とを備えて構成される。

したがって、Ｒ１３≫Ｒ１２から、前記接地線３１が接続されている場合にはコンデンサＣ２への充電電流が流れずに該コンデンサＣ２の充電電圧が低く、前記接地線３１に断線（浮き）が生じると、検出電流の流れる経路が変わり、前記コンデンサＣ２への充電電流が流れて該コンデンサＣ２の充電電圧が高くなり、前記判定回路５４は、このような電流経路の変化から断線（浮き）検出を行うことができる。また、前記判定回路５４は、コンデンサＣ２の充電電圧が逆極性となると、電源線である配電線２３と中性線である配電線２４とが誤って入れ違いに結線されていると判定する。

前記ツェナダイオードＺＤは、コンデンサＣ２の充電電圧が高くなりすぎないように設けられる保護素子である。なお、抵抗Ｒ１３に代えて、ツェナダイオードなどが用いられてもよい。また、抵抗Ｒ１３からの分岐の回路は、直接中性線である電源線２４に接続しなくても、回路のグランドに接続し、電源部２５を経由して電源線２４に接続しても同様の効果を得ることができる。

このように構成することで、検出電流の流れる経路から、判定回路５４は配線ミスを検出することができる。

また、注目すべきは、前記接続判定部５２では、コンデンサＣ１によるカップリングによって、前記分圧抵抗Ｒ１１，Ｒ１２などのインピーダンス素子が電源線である配電線２３に接続されていることである。したがって、カップリングのコンデンサＣ１を高耐電圧の素子とすることで、該接続判定部５２を設けても、接地線３１と電源線である配電線２３との間に、商用電源周波数では耐圧を維持でき、またノイズなどの高周波成分に対しては前記カップリングのコンデンサＣ１をフィルタとして動作させることが可能となる。

本発明の実施の第１の形態に係る漏電検出機能付き配線器具の電気的構成を示すブロック図である。 本発明の実施の第２の形態に係る漏電検出機能付き配線器具の電気的構成を示すブロック図である。 住戸や事業所などへの一般的な電力線の引込みを説明するための図である。

１ 分電盤
２ 商用電源
３ 主幹漏電ブレーカ
４ 分岐ブレーカ
５ 配電線
６ 負荷
２１，５１ 配線器具
２２ 開閉部
２３ 配電線（電源線）
２４ 配電線（中性線）
２５ 電源部
２６ 異常判定部
２７ 表示警報部
２８ 零相変流器（ＺＣＴ）
２９ フィルタ
３０，４４，５４ 判定回路
３１ 接地線
３２ 接地極
３３ 電源極
３４ 中性極
４１，５２ 接続判定部
Ｒ１，Ｒ２；Ｒ３，Ｒ４ 分圧抵抗
４２，４３ 電圧検出回路
Ｃ１ カップリングコンデンサ
Ｒ１１，Ｒ１２ 分圧抵抗（インピーダンス素子）
Ｒ１３，Ｒ１４ 抵抗
Ｃ２ コンデンサ
ＺＤ ツェナダイオード
Ｄ ダイオード

Claims (4)

1. 各需要家における主幹ブレーカと負荷との間に介設され、前記負荷が接続される電源極、中性極および接地極を有する配線器具において、
   前記電源極、中性極および接地極に、それぞれ対応する電源線、中性線および接地線の内、前記接地線が断線しているか否か、ならびに前記電源線と中性線とに入れ替わりが生じているか否かを判定する接続判定部と、
   前記接続判定部の判定結果を表示する表示部と、
   過電流または漏電電流の少なくとも一方を検出する異常判定部と、
   前記電源線から電源極の間のみに設けられ、前記異常判定部の判定結果に応答し、異常が発生したときに遮断される開閉部とを備えることを特徴とする配線器具。
2. 前記接続判定部は、
   電源線と中性線との間および中性線と接地線との間にそれぞれ設けられる分圧抵抗と、
   前記分圧抵抗による分圧電圧を検出する電圧検出回路と、
   前記電圧検出回路の検出結果から、前記の判定を行う判定回路とを備えて構成されることを特徴とする請求項１記載の配線器具。
3. 前記接続判定部は、
   前記電源線から接地線に検出電流を流す第１および第２のインピーダンス素子の直列回路と、
   前記第１および第２のインピーダンス素子の接続点に一端が接続され、前記第２のインピーダンス素子よりも充分高インピーダンスな高インピーダンス素子と、
   前記高インピーダンス素子の他端と前記中性線との間に接続されるコンデンサと、
   前記コンデンサの充電電圧を検出し、その検出結果から、前記の判定を行う判定回路とを備えて構成されることを特徴とする請求項１記載の配線器具。
4. 前記接続判定部は、コンデンサカップリングによって前記インピーダンス素子が電源線に接続されていることを特徴とする請求項３記載の配線器具。

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