JP6137982B2

JP6137982B2 - 漏電遮断器

Info

Publication number: JP6137982B2
Application number: JP2013160358A
Authority: JP
Inventors: 晴彦山崎
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-08-01
Filing date: 2013-08-01
Publication date: 2017-05-31
Anticipated expiration: 2033-08-01
Also published as: KR101611020B1; KR20150016074A; JP2015032420A; CN104348134B; CN104348134A

Description

この発明は、漏電動作テストを行うテスト装置を備えた漏電遮断器に関するものである。

漏電遮断器は、その動作能力を定期的に試験するために、模擬電流を検出装置に通電させるテスト装置を備えている必要がある。
一方検出装置は、電路の高調波成分、例えばインバータのスイッチングノイズによる不要な動作を防ぐために、ローパスフィルターを内蔵しているものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、サージ成分、例えば落雷による不要な動作を防ぐために、波形の幅検出機能を内蔵しているものが知られている。
このため、従来の漏電遮断器のテスト装置は商用周波数近辺の擬似交流信号、例えば正弦波、矩形波、三角波等の電流を零相変流器に通電し動作確認を行うものが知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００７−２２０３８１号公報特開２００３−２１９５５２号公報

上記のようにテスト装置は擬似交流信号を零相変流器に通電させるが、漏電遮断器の定格感度電流（動作電流）は、例えば３０ｍＡ、１００ｍＡ、５００ｍＡ等、検出回路の消費電流、例えば数ｍＡに対して非常に大きな電流となる。
このため、電源回路はこの消費電流に耐えうる必要があり、電源回路の小形化、薄形化が困難となるという問題があった。

また、テスト電流を小さくするため、通電のための電線を零相変流器に複数回巻く方式が知られているが、この場合は零相変流器の小形化、薄形化が困難となるという問題があった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、テスト電流の平均値を小さくすることを可能とし、電源回路部の小形化、薄形化を図ることができる漏電遮断器を得ることを目的とするものである。

この発明に係る漏電遮断器は、漏電検出対象の交流電路を１次巻線とする零相変流器、
この零相変流器の二次出力が変換されたパルス状の信号の波形幅が所定値ｔ1以上であるかどうかによって前記交流電路の漏電の有無を判定する漏電検出部、前記交流電路に漏電が発生したときの前記漏電検出部の出力に基づいて作動するスイッチング要素、前記漏電検出部の出力に基づく前記スイッチング要素の作動により作動する引外し装置、定常時は前記交流電路を閉路し前記引外し装置の前記作動により前記交流電路を開路する開閉接点、前記零相変流器に巻回されたテスト巻線にテストスイッチのＯＮ操作によってパルス状の模擬漏電電流を供給するテスト回路、及び前記漏電検出部の動作特性を前記漏電動作テスト時に変更する設定部を備え、前記テストスイッチがＯＮ操作され前記テスト巻線にパルス状の模擬漏電電流を供給されると、前記設定部により、前記所定値が前記ｔ1より小さいｔ2に変更され、この変更された所定値ｔ2に基づいて前記漏電検出部が作動するものである。

この発明は、漏電検出対象の交流電路を１次巻線とする零相変流器、この零相変流器の二次出力が変換されたパルス状の信号の波形幅が所定値ｔ1以上であるかどうかによって前記交流電路の漏電の有無を判定する漏電検出部、前記交流電路に漏電が発生したときの前記漏電検出部の出力に基づいて作動するスイッチング要素、前記漏電検出部の出力に基づく前記スイッチング要素の作動により作動する引外し装置、定常時は前記交流電路を閉路し前記引外し装置の前記作動により前記交流電路を開路する開閉接点、前記零相変流器に巻回されたテスト巻線にテストスイッチのＯＮ操作によってパルス状の模擬漏電電流を供給するテスト回路、及び前記漏電検出部の動作特性を漏電動作テスト時に変更する設定部を備え、前記テストスイッチがＯＮ操作され前記テスト巻線にパルス状の模擬漏電電流を供給されると、前記設定部により、前記所定値が前記ｔ1より小さいｔ2に変更され、この変更された所定値ｔ2に基づいて前記漏電検出部が作動するので、また、漏電検出対象の交流電路を１次巻線とする零相変流器、この零相変流器の二次出力が変換されたパルス状の信号の波形幅が所定値ｔ1以上であるかどうかによって前記交流電路の漏電の有無を判定する漏電検出部、前記交流電路に漏電が発生したときの前記漏電検出部の出力に基づいて作動するスイッチング要素、前記漏電検出部の出力に基づく前記スイッチング要素の作動により作動する引外し装置、定常時は前記交流電路を閉路し前記引外し装置の前記作動により前記交流電路を開路する開閉接点、前記零相変流器に巻回されたテスト巻線にテストスイッチのＯＮ操作によってパルス状の模擬漏電電流を供給するテスト回路、及び前記テスト巻線に供給された前記パルス状の模擬漏電電流に基づく前記零相変流器の二次出力に応動して前記スイッチング要素を作動させるテストパルス判定部を備え、前記テストスイッチがＯＮ操作され前記テスト巻線にパルス状の模擬漏電電流を供給されると、前記所定値が前記ｔ1より小さいｔ2に変更され、この変更された所定値ｔ2に基づいて前記テストパルス判定部が作動するので、テスト時の疑似信号の平均値を増大させることなく、疑似信号のピーク値を大きくでき、従って零相変流器のテスト巻線数を削減でき、零相変流器の小形化、薄形化を図ることができ、電源回路部の小形化、薄形化を図ることができる。

本発明の実施の形態１における漏電遮断器の内部回路構成の一例を示すブロック図である。本発明の実施の形態１における漏電遮断器の漏電検出動作の一例を説明するための説明図である。本発明の実施の形態１における漏電遮断器の漏電テスト動作の一例を説明するための説明図である。本発明の実施の形態２における漏電遮断器の内部回路構成の他の例を示すブロック図である。本発明の実施の形態２における漏電遮断器の漏電検出動作の他の例を説明するための説明図である。本発明の実施の形態２における漏電遮断器の漏電テスト動作の他の例を説明するための説明図である。

実施の形態１．
以下この発明の実施の形態１を図１〜図３により説明する。図１は漏電遮断器の内部回路構成の一例を示すブロック図、図２は図１に示す漏電遮断器の漏電検出動作の例を説明するための説明図、図３は図１に示す漏電遮断器の漏電テスト動作の例を説明するための説明図である。
図１において、漏電遮断器１００は、交流電路１を開閉する開閉接点２と、交流電路１を貫通させた零相変流器３と、零相変流器３の検出信号に基づいて漏電を検出する漏電検出部７と、この漏電検出部７の出力信号によりスイッチング要素８を介して付勢される引き外しコイル６ａおよびこの引き外しコイル６ａの付勢時に開閉接点２を開離駆動する引き外し機構６ｂを有した引き外し装置６と、テストスイッチ１０からの信号により、所定のテスト信号を零相変流器に出力し、かつ、漏電検出部７に制御信号を出力するテスト装置９と、テスト信号を零相変流器３に通電するためのテスト巻線１１と、交流電路１から入力される交流電圧を直流電圧に変換する整流回路４と、整流回路４の出力を所定の直流電圧に変換して、漏電検出部７、テスト装置９および引き外し装置６に給電する定電圧回路５とを有している。

漏電検出部７は、零相変流器３の出力電流を電圧信号に変換する入力部７ａと、入力部７ａからの出力信号に重畳されている周波数の高い雑音信号を除去するローパスフィルタ７ｂと、ローパスフィルタ７ｂの出力に接続され、ローパスフィルタ７ｂの出力がしきい値以上のときオンするレベル検出部７ｃと、レベル検出部７ｃの出力に接続され、レベル検出部７ｃのオン出力が所定の時間ｔ１以上持続した場合にオンする波形幅検出部７ｄと、波形幅検出部７ｄの出力に接続され、波形幅検出部７ｄの出力に応じスイッチング要素８を駆動する引き外し判定部７ｅと、テスト装置９からの制御信号に基づきローパスフィ
ルタ７ｂの両端を短絡するスイッチ７ｆと、テスト装置９からの制御信号に基づき波形幅検出部７ｄに所定の時間ｔ１を設定する設定部である検出幅設定部（以下、「検出幅設定部」と記す）７ｇとから構成されている。

テスト装置９は、テストスイッチ１０が押下されたことを検出し、漏電検出部７に制御信号を出力するテスト入力回路９ａと、テスト入力回路９ａの出力に接続され、テスト巻線１１にテスト信号を零相変流器３に通電するテスト信号発生回路９ｂとから構成されている。

以下、漏電検出部７の動作を、図１〜図３に基づいて説明する。漏電が発生し、交流電路１に流れる電流に差分が生じると、零相変流器３に出力が発生する。入力部７ａは零相変流器３の出力に応じた電圧に変換する。ローパスフィルタ７ｂは入力部７ａの電圧を、高調波成分を除去し商用周波数成分を抽出した信号を出力する。レベル検出部７ｃはローパスフィルタ７ｂの出力を所定のしきい値電圧と比較する。しきい値は正側、負側があり、ローパスフィルタ７ｂの出力が正側のしきい値以上となった場合、またはローパスフィルタ７ｂの出力が負側のしきい値以下となった場合、出力する。波形幅検出部７ｄはレベル検出部７ｃの出力有無を監視し、出力有りの時間が所定の時間ｔ１以上持続した場合、出力する。引き外し判定部７ｅは波形幅検出部７ｄからの出力回数をカウントし、所定の回数に達した場合、スイッチング要素８に出力する。スイッチング要素８はその出力によりオンとなり定電圧回路５からスイッチング要素８を介して引外しコイル６ａに励磁電流が流れ、引き外し機構６ｂが動作することにより、開閉接点２が開路する。

なお、引き外し判定部７ｅは漏電遮断器の特性に合わせ、正側-負側が交互であることを判別するものや、一方向、例えば正-正の信号を判別する等の機能を有する。
また、引き外し判定部７ｅは波形幅検出部７ｂの出力が所定の期間ない場合、カウント数をリセットする機能を有する。

次に本実施の形態のテスト装置９の動作について説明する。テスト入力回路９ａはテストスイッチ１０が閉路されたことを判別し出力する。テスト入力回路９ａの出力は波形幅検出部７ｄに接続されており、これにより上記所定の時間ｔ１をｔ２（ｔ１＞＞ｔ２）に変更する。また、テスト入力回路９ａの出力はＬＰＦバイパス部７ｆにも接続されており、ＬＰＦに並列に接続されたスイッチを閉路し、入力部７ａの出力をバイパスさせる。

さらにテスト入力回路９ａの出力は引き外し判定部７ｅに接続され、テスト動作時は一方向の信号にて判別する機能に切り替える。テスト信号発生回路９ｂはテスト入力回路９ａの出力により、所定の周期、所定のパルス幅（≧ｔ２）のパルス信号を出力する。テスト信号発生回路９ｂの信号はパルス電流に変換され、テスト巻線１１に印加され、零相変流器３は、信号に応じたパルス出力を発生する。

入力部７ａは零相変流器３のパルス出力に応じたパルス電圧に変換する。ここでローパスフィルタ７ｂはＬＰＦバイパス部７ｆによりバイパスされているので入力部７ａの信号は元波形のままレベル検出部７ｃに入力される。レベル検出部７ｃは前述と同じく、しきい値と比較し、出力する。波形幅検出部７ｄはレベル検出部７ｃの出力が所定の時間ｔ２以上持続した場合、出力する。後は前述と同じく判定、出力し開閉接点２を開路させることにより、テスト動作、すなわち漏電遮断器の動作能力を試験する。

本実施の形態によれば、零相変流器３に通電する疑似信号はパルス波形（パルス状の模擬漏電電流）となるので、正弦波、矩形波、三角波等に比べ、信号の平均値は大幅に低減されるため、電力容量も低減され、電源回路部（零相変流器３、テスト巻線１１、等）の小形化、薄形化を図ることができる。例えば、図２（ｂ）の正弦波出力を得るために、テスト巻線１１に流す正弦波電流の実効値をＡとすれば、その波高値は（√２×Ａ）となる。この波高値（√２×Ａ）の大きさを持ち、周期Ｔ、パルス幅ｔ２のパルス電流をテスト巻線１１に流した場合、その実効値は、（√２×Ａ×√（ｔ２／Ｔ））となり、電力容量は大幅に低減される。

また、パルス幅検出の検出時間を短くすることによりパルス波形のＯＮデューティーを短くできるため、信号の平均値を増大させることなく、疑似信号のピーク値を大きくできる。したがって零相変流器のテスト巻線数を削減でき、零相変流器の小形化、薄形化を図ることができる。

実施の形態２．
以下この発明の実施の形態２を図４〜図６により説明する。図４は漏電遮断器の内部回路構成の他の例を示すブロック図、図５は図４に示す漏電遮断器の漏電検出動作の例を説明するための説明図、図６は図４に示す漏電遮断器の漏電テスト動作の例を説明するための説明図である。
本実施の形態では、実施の形態１の漏電検出部７について、スイッチ７ｆおよび検出幅設定部７ｇに代えてテストパルス判定部１７ｈを設けた漏電検出部７に変更したものである。

漏電検出部７は、零相変流器３の出力電流を電圧信号に変換する入力部１７ａと、入力部１７ａからの出力信号に重畳されている周波数の高い雑音信号を除去するローパスフィルタ１７ｂと、ローパスフィルタ１７ｂの出力に接続され、ローパスフィルタ１７ｂの出力がしきい値以上のときオンするレベル検出部１７ｃと、レベル検出部１７ｃの出力に接続され、レベル検出部１７ｃのオン出力が所定の時間ｔ１以上持続した場合にオンする波形幅検出部１７ｄと、波形幅検出部１７ｄの出力に接続され、波形幅検出部１７ｄの出力に応じスイッチング要素８を駆動する引き外し判定部１７ｅと、入力部１７ａの出力に接続され、テスト装置９からの制御信号がオン時のみ動作しスイッチング要素８を駆動するテストパルス判別部１７ｈと、から構成されている。

テストパルス判別部１７ｈは、入力部１７ａの出力がしきい値以上のときオンするレベル検出部１７ｈ１と、レベル検出部１７ｈ１の出力に接続され、レベル検出部１７ｈ１のオン出力が所定の時間ｔ２以上持続した場合にオンする波形幅検出部１７ｈ２と、波形幅検出部１７ｈ２の出力に接続され、波形幅検出部１７ｈ２の出力に応じスイッチング要素８を駆動する引き外し判定部１７ｈ３と、から構成されている。その他の構成については、実施の形態１と同様であるので、説明は省略する。

以下、漏電検出部７の動作を、図４〜図６に基づいて説明する。漏電が発生し、交流電路１に流れる電流に差分が生じると、零相変流器３に出力が発生する。入力部１７ａは零相変流器３の出力に応じた電圧に変換する。ローパスフィルタ１７ｂは入力部１７ａの電圧を、高調波成分を除去し商用周波数成分を抽出した信号を出力する。レベル検出部１７ｃはローパスフィルタ１７ｂの出力を所定のしきい値電圧と比較する。しきい値は正側、負側があり、ローパスフィルタ１７ｂの出力が正側のしきい値以上となった場合、またはローパスフィルタ１７ｂの出力が負側のしきい値以下となった場合、出力する。

波形幅検出部１７ｄはレベル検出部１７ｃの出力有無を監視し、出力有りの時間が所定の時間ｔ１以上持続した場合、出力する。引き外し判定部１７ｅは波形幅検出部１７ｄからの出力回数をカウントし、所定の回数に達した場合、スイッチング要素８に出力する。（図５）スイッチング要素８はその出力によりオンとなり定電圧回路５からスイッチング要素８を介して引外しコイル６ａに励磁電流が流れ、引き外し機構６ｂが動作することにより、開閉接点２が開路する。

次に本実施の形態のテスト装置９の動作について説明する。テスト入力回路９ａはテストスイッチ１０が閉路されたことを判別し出力する。テスト入力回路９ａの出力はテストパルス判別部１７ｈに接続されており、テスト入力回路９ａの出力がオンになるとテストパルス判別部１７ｈが動作する。また、引き外し判定部１７ｈ３は、一方向の信号にて判別する機能を有する。
テスト信号発生回路９ｂはテスト入力回路９ａの出力により、所定の周期、所定のパルス幅（≧ｔ２）のパルス信号を出力する。テスト信号発生回路９ｂの信号はパルス電流に変換され、テスト巻線１１に印加され、零相変流器３は、信号に応じたパルス出力を発生する。

次に本実施の形態のテストパルス判別部１７ｈの動作について説明する。テスト入力回路９ａはテストスイッチ１０が閉路されると、テスト入力回路９ａの出力がオンとなり、テストパルス判別部１７ｈが動作する。レベル検出部１７ｈ１は入力部１７ａの出力を所定のしきい値電圧と比較する。しきい値は正側、負側があり、入力部１７ａの出力が正側のしきい値以上となった場合、または入力部１７ａの出力が負側のしきい値以下となった場合、出力する。

波形幅検出部１７ｈ２はレベル検出部１７ｈ１の出力有無を監視し、出力有りの時間が所定の時間ｔ２（ｔ１＞＞ｔ２）以上持続した場合、出力する。引き外し判定部１７ｈ３は波形幅検出部１７ｈ２からの出力回数をカウントし、所定の回数に達した場合、スイッチング要素８に出力する。（図５）スイッチング要素８はその出力によりオンとなり定電圧回路５からスイッチング要素８を介して引外しコイル６ａに励磁電流が流れ、引き外し機構６ｂが動作することにより、開閉接点２が開路する。

本実施の形態２によれば、零相変流器３に通電する疑似信号はパルス波形（パルス状の模擬漏電電流）となるので、正弦波、矩形波、三角波等に比べ、信号の平均値は大幅に低減されるため、電力容量も低減され、電源回路部（零相変流器３、テスト巻線１１、等）の小形化、薄形化を図ることができる。

なお、前述の実施の形態１および前述の実施の形態２は、観点を変えると以下のような特徴１〜４を有している。
特徴１：漏電検出対象の交流電路を１次巻線とする零相変流器、この零相変流器の二次出力に基づいて前記交流電路の漏電の有無を判定する漏電検出部、前記交流電路に漏電が発生したときの前記漏電検出部の出力に基づいて作動するスイッチング要素、前記漏電検出部の出力に基づく前記スイッチング要素の作動により作動する引外し装置、定常時は前記交流電路を閉路し前記引外し装置の前記作動により前記交流電路を開路する開閉接点、前記零相変流器に巻回されたテスト巻線に漏電動作テスト時に漏電動作テストのための模擬漏電電流を供給するテスト装置、及び前記漏電検出部の動作特性を前記漏電動作テスト時に変更する設定部を備えた漏電遮断器である。
特徴２：特徴１の漏電遮断器において、前記テスト装置が、前記模擬漏電電流としてパルス状の模擬漏電電流を前記テスト巻線に供給し、前記設定部が、前記漏電検出部の動作特性を、前記パルス状の模擬漏電電流に応動するように変更する漏電遮断器である。
特徴３：漏電検出対象の交流電路を１次巻線とする零相変流器、この零相変流器の二次出力に基づいて前記交流電路の漏電の有無を判定する漏電検出部、前記交流電路に漏電が発生したときの前記漏電検出部の出力に基づいて作動するスイッチング要素、前記漏電検出部の出力に基づく前記スイッチング要素の作動により作動する引外し装置、定常時は前記交流電路を閉路し前記引外し装置の前記作動により前記交流電路を開路する開閉接点、前記零相変流器に巻回されたテスト巻線に漏電動作テスト時に漏電動作テストのための模擬漏電電流としてパルス状電流を供給するテスト装置、及び前記テスト巻線に供給された前記パルス状電流に基づく前記零相変流器の二次出力に応動して前記スイッチング要素を作動させるテストパルス判定部を備えた漏電遮断器である。
特徴４：交流電路に設置された開閉接点と、上記交流電路を１次巻線とする零相変流器と、該零相変流器の二次出力から前記交流電路の漏電有無を判定し、漏電が発生した場合に信号を出力する漏電検出部と、この漏電検出部の出力信号に基づき前記開閉接点を引き外すように設けられた引外し装置と、前記引外し装置と直列に接続されその導通に応じて前記引外し装置を動作させるスイッチング素子（スイッチング要素、スイッチング手段）と、テストスイッチのＯＮ操作により前記零相変流器に巻回したテスト巻線に模擬漏電電流を供給するテスト回路（テスト装置）と、を備えたものにおいて、前記模擬漏電電流のＯＮデューティは、前記テストスイッチのＯＮ操作されていない時には前記漏電検出回路が検出できない小さいデューティとし、前記テストスイッチのＯＮ操作時には、前記漏電検出回路が前記模擬漏電電流の検出可能な検出感度に変更する回路遮断器である。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を適宜、変形、省略することができる。
なお、各図中、同一符合は同一または相当部分を示す。

２開閉接点、３零相変流器、６引き外し装置、
７漏電検出部、７ｇ設定部、８スイッチング要素、
９テスト回路（テスト装置）、１０テストスイッチ、１１テスト巻線、
１００漏電遮断器。

Claims

漏電検出対象の交流電路を１次巻線とする零相変流器、
この零相変流器の二次出力が変換されたパルス状の信号の波形幅が所定値ｔ1以上であるかどうかによって前記交流電路の漏電の有無を判定する漏電検出部、
前記交流電路に漏電が発生したときの前記漏電検出部の出力に基づいて作動するスイッチング要素、
前記漏電検出部の出力に基づく前記スイッチング要素の作動により作動する引外し装置、
定常時は前記交流電路を閉路し前記引外し装置の前記作動により前記交流電路を開路する開閉接点、
前記零相変流器に巻回されたテスト巻線にテストスイッチのＯＮ操作によってパルス状の模擬漏電電流を供給するテスト回路、及び
前記漏電検出部の動作特性を漏電動作テスト時に変更する設定部
を備え、
前記テストスイッチがＯＮ操作され前記テスト巻線にパルス状の模擬漏電電流を供給されると、前記設定部により、前記所定値が前記ｔ1より小さいｔ2に変更され、この変更された所定値ｔ2に基づいて前記漏電検出部が作動する
ことを特徴とする漏電遮断器。
漏電検出対象の交流電路を１次巻線とする零相変流器、
この零相変流器の二次出力が変換されたパルス状の信号の波形幅が所定値ｔ1以上であるかどうかによって前記交流電路の漏電の有無を判定する漏電検出部、
前記交流電路に漏電が発生したときの前記漏電検出部の出力に基づいて作動するスイッチング要素、
前記漏電検出部の出力に基づく前記スイッチング要素の作動により作動する引外し装置、
定常時は前記交流電路を閉路し前記引外し装置の前記作動により前記交流電路を開路する開閉接点、
前記零相変流器に巻回されたテスト巻線にテストスイッチのＯＮ操作によってパルス状の模擬漏電電流を供給するテスト回路、及び
前記テスト巻線に供給された前記パルス状の模擬漏電電流に基づく前記零相変流器の二次出力に応動して前記スイッチング要素を作動させるテストパルス判定部
を備え、
前記テストスイッチがＯＮ操作され前記テスト巻線にパルス状の模擬漏電電流を供給されると、前記所定値が前記ｔ1より小さいｔ2に変更され、この変更された所定値ｔ2に基づいて前記テストパルス判定部が作動する
ことを特徴とする漏電遮断器。