JPS60183925A - 電流検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、負荷や電力線などの漏電を検出する電流検出
装置に関する。

背景技術 先行技術において、検出されるべき被検出電流の流れる
ラインに関連して設けられると共に被検出電流を検出す
る可飽和リアクトルを含む磁気マルチバイブレータ回路
は、被検出電流の流れるラインに漏れ電流が無くても、
そのラインの平衡電流が大きくなれば発振周波数が高（
なる。このように発振周波数が高くなると、磁気マルチ
バイブレータ回路の後段に接続される各回路が誤動作を
起し、正常に漏れ電流を検出しにくかった。

第１図は、先行技術の磁気マルチバイブレータ回路に含
まれる可飽和リアクトルの斜視図である。

コアＫには、コイルＬ１およびコイルＬ２が巻回される
。コアにの中心付近には、被検出電流の流れるラインＩ
！１およびラインｌ！２が貫通される。

この可飽和リアクトルは、第２図に示すようなり−ｆ（
特性を有する。この可飽和リアクトルが回路的に励磁力
Ｈａまで励磁Ｖる能力を有するものとすると、一般的に
磁気マルチバイブレータ回路の発振周波数は次の第１式
に示すようになる。

ただしＥは印加Ｖ４ｉ川、Ｓはコアにの断面積Ｎはコア
■（に巻回されるコイルの巻線回数である。

ここでライン１１．１２に平衡大電流が流れると、第３
図＋Ｊ、ｌに示ｒようにコアにの領域Ｋ　１　、　Ｋ２
の磁束密塵か高くなり飽和状態となる。また第３図（２
）に示Ｃように磁力線３Ｄはコアにの中心付近で密とな
り、コアにの十ド付近の磁力＋１３Ｃ。

：３Ｅは相となる。したがって可飽和リアクトル全体の
Ｂ−Ｈ特性が第４図に示すように変化するため、発振周
波数は次の第２式のようになる。

ｆ　−・・・（２） ４ＮＢｍ’Ｓ さらにライフ１Ｍ、ｌ！２の平衡η−Ｌ流が大きくなる
と、発振周波数は次の第３式のようになる。

ここで第１式〜第３式においてＢｍ）Ｂｍ’）Ｂｍ’の
関係により、各発振周波数ｆ、Ｐ、ｆ’は次の第４式の
関係にｒ、（る。

ｆ＜Ｐ＜ｆ’　・・・（４） この第４式に示すようにライン、ｅｌ、１２の平衡電流
が大きくなっていくと、磁気マルチバイブレーク回路の
発４辰周波数は畠くなっていく。したがって、磁気マル
チバイブレータ回路の発振周波数はライン１１，１２の
平衡電流時変動し、本来の動作目的を達成することがで
きなくなる。本来の動作目的とは、ライン１１．１２に
流れる電流が不平衡であるときのみ、磁気マルチバイブ
レータ回路の出力パルスのデユーティを変動させ、後段
の回路によって漏れ電流を検出することである。

目　白り 本発明の目的は、上述の技術的課題を解決し、被検出ラ
インの平衡電流による誤動作を防ｌトシ、正確に漏れ電
流を検出することができる電流検出装置を提イｊ（する
ことであるっ 実施例 第５図は、本発明の一実施例の可飽和リアクトルが接続
される電流検出装置の電気回路図であろっ′市源回路Ａ
の動作を説明するうスイッチＳｌ。

Ｓ２がオンされ、交流電源ＥＯからの電力がライン１１
．１２に与えられる。ラインｌ！ｉ、１２に与えられた
交流筆圧は、ダイオードＤＩ、Ｄ２゜Ｄ３．Ｄ４、コイ
ルＬ１抵抗Ｒ１およびコンデンサＣ１から成る回路によ
り整流され、直流電圧になる。交流市、源Ｅ　ｉＪから
の電力が投入されると同時にライン１３に流れる直流電
流によりトランジスタＴｒｉがオンし、コンデンサＣ２
が充電される。トランジスタＴｒｌがオンすると、次に
トランジスタＴｒ２がオンし、そのエミッタのラインｒ
４はリップル分を含まない定電圧を得る。トランジスタ
Ｔｒ２のコレクタ電位が予め定めた電位を越えると、比
較器１が動作し、トランジスタＴｒ３にベース電流が流
れる。これによってトランジスタＴｒ３がオンしてトラ
ンジスタＴｒｉのベース電流を引き込み、トランジスタ
Ｔｒｉをオフさせる。一方、これと同時比較器１の出力
によってトランジスタＴｒ１２がオンし、比較器１の非
反転入力端子に与えられるしきい値電圧を下げる。

電源回路Ａに接続される負荷回路がエネルギを消費し、
コンデンサＣ２の電位が下がり、比較器ｌの反転入力端
子の電位が下がり、比較器ｌの出力が反転する。これに
よって、トランジスタＴ　ｒ　３　＋Ｔｒｌ　２がオフ
し、トランジスタＴｒｉがオンしてコンデンサＣ２を充
電していく。

次に制御回路Ｂの動作を説明する。電源回路Ａのトラン
ジスタＴｒｉのエミッタのライン１４のｔｆｔ位が予め
定めた値に達するまで、制御回路は、後段の回路の誤動
作を防ぐため磁気マルチバイブレータ回路Ｃの発振を停
止させておくものである。

ライン１４の電位が予め定めた値に達すると、比較器２
が動作し、磁気マルチバイブレータ回路ＣのスイッチＳ
３，８４をオンさせる。

次に磁気マルチバイブレータ回路Ｃの動作を説明する。

磁気マルチバイブレータ回路Ｃは、スイッチＳ３　、Ｓ
４がオンするに従い発振動作が開始される。負荷ＬＯに
接続されるライン！！１．１２に関連して設けられると
共に、ライン１１，１２に流れる電流を検出するための
コイルＬｌおよびコイルＬ２を有する可飽和リアクトル
が設けられる。その可飽和リアクトルのコイルＬ１およ
びコイルＬ２の一端は抵抗Ｒを介してラインｌ！４に接
続される。コイルＬ１の他端はトランジスタＴｒ４のコ
レクタに接続され、コイルＬ２の他端はトランジスタＴ
ｒ５のコレクタに接続される。コイルＬｌ、Ｌ２および
トランジスタＴｒ４．Ｔｒ５を含む回路により、トラン
ジスタＴｒ４がオンしたときトランジスタＴｒ５がオフ
し、また逆にトランジスタＴｒ５がオンしたときトラン
ジスタＴｒ４がオフし、発振が行なわれる。ラインｅ１
またはラインＩ！２に漏れ電流がない場合、コイルＬ１
およびコイルＬ２のリアクタンスは変化しないノテトラ
ンジスタＴｒ４およびＴｒ５のオン／オフのデユーティ
比は１：１のままである。ラインＩ！１またはラインｌ
！２に漏れ電流が生じると、コイルＬ１およびＬ２のリ
アクタンスは変化するのでトランジスタＴｒ４およびＴ
ｒ５のオン／オフのデユーティ比は１：１から変化する
。磁気マルチバイブレータ回路Ｃは、トランジスタＴｒ
４のコレクタおよびトランジスタＴｒ５のコレクタから
互に位相反転したパルス信号を送出する。

次にデユーティ検出回路りの動作を説明する。

前記磁気マルチバイブレータ回路ＣのトランジスタＴｒ
４およびトランジスタＴｒ５のオン／オフに同期し、ス
イッチＳ５〜Ｓ８がオン／オフする。

スイッチＳ５．８８は、トランジスタＴｒ５がオンのと
き、オンする。スイッチＳ６　、Ｓ７は、トランジスタ
Ｔｒ４がオンのとき、オンする。

ここで磁気マルチバイブレータ回路Ｃが通常の発振動作
を行なっていると想定して、以下第６図の波形図を参照
して動作を説明する。デユーティ検出回路りにおいて、
スイッチＳ５とスイッチＳ６と抵抗Ｒ１１との接続点ａ
′には第・６図（２）に示すようなパルス信号が与えら
れる。またスイッチＳ７とスイッチＳ８と抵抗１３との
接続点ｂ′には、第６図（３）に示すようなパルス信号
が与えられる。

これによって、抵抗Ｒ１１と抵抗Ｒ１２とコンデンサＣ
３との接続点ａからは１４Ｓ６図（１）に示すような直
流電圧の信号Ｐ１が送出される。抵抗Ｒ１３と抵抗Ｒ１
２とコンデンサＣ４との接続点すからは、第６図（１）
に示すような直流電圧の信号Ｐ２が送出される。

次に高周波検知回路Ｅの動作を説明する。比較器８の反
転入力端子には前記デユーティ検出［９１路りの接続点
ａ′からの信号が与えられ、比較器８の非反転入力端子
には前記デユーティ検出回路りの接続点ｂ′からの信号
が与えられる。これにより比較器８は動作し、トランジ
スタＴｒ６を能動化する。トランジスタＴｒ６のコレク
タ・エミッタ間ニハコンデンサＣ５が接続され、トラン
ジスタＴｒ６のコレクタには第６図（４）に示す信号Ｐ
４が送出される。この信号Ｐ４は比較器３の非反転入力
端子に与えられ、比較器３の反転入力端子には第６図（
４）に示ずラインＡ４のレベルのしきい値電圧が与えら
れる。これにより比較器３は動作し、トランジスタＴｒ
７を能動化する。トランジスタＴｒ７のコレクタ・エミ
ッタ間にはコンデンサＣ６が接続され、トランジスタＴ
ｒ７のコレクタには第６図（５）に示す信号Ｐ５が送出
される。この′信号Ｐ５は比較器４の非反転入力端子に
与えられ、比較器４の反転入力端子には第６図（５）に
示すラインＡ５のレベルのしきい値電圧が与えられる。

このように信号Ｐ５のレベルは、比較器３によりライン
Ａ５で示すレベルのしきい値電圧より低くなるように設
定される。この状態では、比較器４の出力によりスイッ
チＳ９はオンされない。

ここでたとえばラインｌ！ｌに漏れ電流が生じて、磁気
マルチバイブレータ回路Ｃの出力パルスのデユーティ比
が変化したときの動作を説明する。このときデユーティ
検出回路りの接続点ａ′には、第７図（２）に示すよう
なパルス信号が与えられ、接続点ｂ′には第７図（３）
に示すようなパルス信号が与えられる。したがってデユ
ーティ検出回路りの接続点ａから第７図（１）に示すよ
うな信号ｐＨが送出され、接続点すから第７図１１）に
示すような信号Ｐ１２が送出される。比較器８は、第７
図（２）に示すパルス信号と第７図（３）に示すパルス
信号とにより動作し、トランジスタＴｒ６を能動化する
。トランジスタ“ｒｒ６のコレクタからは第７図（４）
に示す信号Ｐ１４が送出される。この信号Ｐ１４のレベ
ルは、比較器３の反転入力端子に与えられるラインＡ４
で示すレベルのしきい値電圧より低い。したかつて比較
器３の出力は、トランジスタＴｒ７をオフさせ、コンデ
ンサＣ６を定電流源Ｅ６の電流により充電させる。これ
によりトランジスタＴｒ７のコレクタ電圧は、第７図（
５）に示すラインＡ６のように上昇し、比較器４の反転
入力端子に与えられるラインＡ５で示すレベルのしきい
値電圧より高くなり、比較器４はスイッチＳ９をオンさ
せる。

次に電圧／電流変換回路Ｆの動作を説明する。

前記高周波検知回路ＥのスイッチＳ９がオンされること
によって定電流源ＦＪ８の電流は、コンデンサＣ７に流
れ込み、コンデンサＣ７を充電する。

比較器６とダイオードＤ１３とトランジスタＴｒ９と、
比較器５とダイオードＤ１４とトランジスタＴｒ８とに
よりバッファを構成し、比較器６の非反転入力端子に与
えられた信号と比較器５の非反転入力端子に与えられた
信号との電位差を抵抗Ｒ１４の抵抗値で割った電流値に
変換し、トランジスタＴｒ９およびＴｒ８のコレクタか
らの電流でコンデンサＣ７を充電していく。なお比較器
６の非反転入力端子はデユーティ検出回路りの接続点ａ
に接続され、比較器５の非反転入力端子はデユーティ検
出回路りの接続点すに接続される。一方、抵抗Ｒ１５と
トランジスタＴｒｌＯとトランジスタＴｒｌｌとから成
る定電流引き出し回路により、予め設定された電流値ま
ではコンデンサＣ７の電位を上昇させｆｌい。

出力回路Ｇは、コンデンサＣ７の電位が予め定めた値以
上になると、比較器７からスイッチＳ１゜Ｓ２をオフさ
ぜる信号を送出する。これによって、負荷ＬＯは交流電
源ＥＯから遮断される。

以上のようにライン１１およびラインｌ！２の被検出電
流が小さいときは、磁気マルチパイブレーク回路Ｃの出
力パルスのデユーティ比を電圧／電流変換回路Ｆで検出
する。また被検出電流が大きいトキは、磁気マルチバイ
ブレータ回路Ｃの出力パルスの周波数が高くなり、高周
波検知回路Ｅでその周波数を検出する。したがって高周
波検知回路Ｅおよび電圧／電流変換回路Ｆによって、被
検出電流を確実に検出することができる。

第８図は、負荷ＬＯの漏れ電流である非検出電流Ｉｇと
、電圧／電流変換回路ＦのトランジスタＴｒ９およびＴ
ｒ８のコレクタから送出される平均出力電流■０との関
係を示すグラフである。破線で示す従来の電圧／電流変
換回路の特性に対して、本発明の一実施例の電圧／電流
変換回路Ｆの特性は実線で示す。この実線で示す特性は
デユーティ検出回路りの出力信号にリップルが含まれて
いる場合であり、このような特性により第９図（１）〜
第９図１３）に示すような非検出電流であっても第９図
（４）に示すような交流電流を検出したのと同じ検出動
作状態に十分近づけることができる。従来の高周波検出
回路の入力としてデユーティ検出回路りの接続点ａ、ｂ
間の電圧をローパスフィルタに与え、微分してリップル
分だけ検出していたが、ノイズにより接続点ａ、ｂ間の
電圧が変化し、リップル分に急：唆な電圧変化が生じ、
高周波検出回路が誤動作しやすく、耐ノイズ性が悪かっ
た。ところが本件実施例の電圧／電流変換回路Ｆは、デ
ユーティ検出回路りの接続点ａ、ｂ間の電圧変化に関係
なく動作するので、耐ノイズ性を向上させることができ
る。

第１０図は、本発明の一実施例の可飽和リアクトルの斜
視図である。第１０図において、前記第１図に示す構成
要素に対応するものには同一の参照符を付す。コアＫに
は、コイルＬ１およびコイルＬ２が巻回される。コアに
の中心付近には、非検出電流の流れるラインｌｌおよび
、ラインＩ！２に接続される円筒状の管Ｍ１が貫通され
る。ラインＩ！ｌは、管Ｍ１の内部を貫通する。第１１
図に示すようにラインＩ！ｌに流れる電流Ｉによって発
生する磁束ａ１と、管Ｍ１を流れる電流Ｉによつて発生
する磁束ｂ１とは互いに打ち消し合い、コアにの断面の
磁束密度を全体として零にする。したがって前記第４式
に示すような関係の発振周波数の変化を防止することが
できる。これによってラインｌ！１および管Ｍ１に流れ
る平衡電流が大きくなっても、第５図に示す磁気マルチ
バイブレータ回路Ｃの発振周波数の変化を小さく押える
ことができる。

第１２図は、本発明の他の実施例の可飽和リアクトルの
斜視図である。第１２図において、４Ｓ１０図に示す構
成要素に対応するものには同一の参照符を付す。コアＫ
には、コイルＬｌおよびコイルＬ２が巻回される。コア
にの中心付近は、ライン１２が接続される管Ｍ１が貫通
する。ライン１１は、管Ｍｌの内部を貫通する。コアに
のコイルＬｌ、Ｌ２を含む両側面には、磁気遮へい板Ｈ
１゜Ｈ２がそれぞれ設けられる。ここで第１３図を参照
して磁束について説明する。磁束ａ４．ｂｌに関しては
、前記第１１図において説明したので省略する。ライン
ＩＭ、ｌ！２に電流が流れると、その周囲に磁束ｅｌ、
ｅ２が発生する。しがし、この磁束ｅｌ、ｅ２は磁気遮
へい板Ｈ１，Ｈ２により吸収され、コアＫには影響を与
えることがなくなる。したがってラインｌｌ、７！＋２
の平衡電流による可飽和リアクトルのコアＫを通る磁束
および外部磁界による磁束を減少させ、前記第２図に示
す平衡電流が零時のＢ　−Ｈ特性がらの変化を小さくす
る。

第１４図は、本発明のさらに他の実施例の可飽和リアク
トルの斜視図である。第１４図において、前記°第１２
図に示す構成要素に対応するものには同一の参照符を付
す。コアＫには、コイルＬ１およびコイルＬ２が巻回さ
れる。コアにの中心付近は、ライン１２が接続される管
Ｍ１が貫通する。

ラインｆｌは、管Ｍ１の内部を貫通する。コアにのコイ
ルＬＬ、Ｌ２を含む外周面には、磁気遮へい板Ｈ３が設
けられる。この場合も前記第１２図において説明したよ
うな効果を得ることができる。

第１５図は、本発明の他の実施例の可飽和リアクトルの
斜視図である。第１５図において、第１４図に示す構成
要素に対応するものには同一の参照符を付す。コアＫに
は、コイルＬｌおよびコイルＬ２が巻回される。コアに
の中心付近には、ライン１２が接続される管Ｍ１が貫通
する。ラインｔ！１は、管Ｍ１の内部を貫通する。コア
にのコイルＬｌ、Ｌ２を含む外周面および両側面には、
磁気遮へい板Ｈ４が設けられるうこの場合も前記第１２
図で説明したように管Ｍ１はラインｌ！１．／２に流れ
る平衡電流によるコアＫに与える磁界の影響をな（し、
磁気遮へい板Ｈ４は配線などの外部磁界の影響を小さく
すると共にコアにの外ケースも兼ねる。

効果 以上のように本発明によれば、ｉｉｆ飽和リアクトルの
検出動作に関連する前記ラインの区間の一方のラインを
円筒状の管に接続し、他方のラインをその管の中心を貫
通させることによって、ラインに流れる平衡電流の通電
時の磁気マルチバイブレータ回路の発振周波数の増大を
４１減し、平衡大電流による誤動作可能性の軽減、招よ
び被検出電流の感度電流の増加を軽減することができ、
正確に漏れ電流を検出することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は先行技術における可飽和リアクトルの斜視図、
第２図は第１図に示す可飽和リアクトルの平衡電流の零
時のＢ−Ｈ特性曲線、第３図は第１図に示す可飽和リア
クトルに大平衡電流が流れたときの磁束を説明するため
の図、第４図は第１図に示す可飽４０１７アクトルに大
平衡電流が流れたときのＢ−Ｈ特性曲線、＄５図は本発
明の一実施例の可飽和リアクトルが接続される電流検出
装置の電気回路図、第６図は磁気マルチバイブレータ回
路Ｃの通常発振時における回路の動作を説明するための
波形図、ｑ′Ｓ７図は磁気マルチパイプレーク回路Ｃの
高周波発振時における回路の動作を説明するための波形
図、第８図は電圧／電流変換回路Ｆの動作を説明４−る
ためのグラフ、第９図は電圧／電流変換回路Ｆの動作を
説明するための波形図、第１Ｏ図は本発明の一実施例の
可飽和リアクトルの斜視図、＠１１図は第１０図の可飽
和リアクトルの磁束を説明するための図、第１２図は本
発明の他の実施例の可飽和リアクトルの斜視図、第１３
図は＠１２図の可飽和リアクトルの磁束を説明するため
の図、第１４図は本発明のさらに他の実施例の可飽和リ
アクトルの斜視図、第１５図は本発明の他の実施例のｒ
＝Ｊ飽和リアクトルの斜視図である。 ｔＭ、１２・・・ライン、Ｌｌ、Ｌ２・・・コイル、Ｃ
・・・磁気マルチバイブレータ回路、Ｄ・・・デユーテ
ィ電圧変換回路、Ｅ・・・高周波検知回路、Ｋ・・・コ
ア、Ｈ１〜Ｈ４・・・磁気遮へい板 代理人　弁理士　西教圭一部 図面の汀を辺（内容に変更なし） 第１図 第２図 ９ｓ６図 了 通常光歇時 第　７図 高幻丁ンυ（シ〜ＳＪＡ長一時 第８図 液オイ１９ル並隘へ３　■９ 第９図 時−間 第１０図 第１１図 ■ 第１２図 第１３図 第１４図 第１５図 手　続　補　正　書　（力へジ 昭和５９年６゛月　５　日 ］、事件の表示 特願昭５９−３９９５８ ２、発明の名称 電流検出装置 ３、補正をする者 事ｆ１との関係　出願人 住所 名　称　（５８３）　松下電工株式会社代表者 ４、代理人 住　所　大阪市西区西木町１丁目１３番３８号新興産ビ
ル国際置ＥＸ　０５２５−５９８５　丁ＭＴＡＰＴ　Ｊ
国ＴｊＱ　ＦＡＸ　Ｇ１１１＆ＧＩＩ（０６）５３８−
０２４７昭和５９年５月２９日（発送日） ６、補正の対象 明細書、図面および委任状 ７、補正の内容 （１）明細書および図面の浄書（内容に変更なし）。 （２）委任状を別紙のとおシに補充する。 以上 手続補止前 昭和５９年　８月２１日 １．１￥イ′１の表示 特願昭５９−３！〕！１　！”＋　８ ２、発明の名称 電流検出装置 ｊ）、捕１１：をする者 事件との関係　出願人 （ｉ゛所 名称（５８３）松下電工株式会社 代表行 ４、代理人 １１°　所　火阪市西区西本町１丁目１３番；）；）号
　新興産ビル国際′１′１と１，１・；Ｘ　（１５２５
−、”＋　！３８５　Ｉ　Ｎ　ＴＡ　Ｐ　Ｔ　Ｊ国際Ｆ
ＡＸ　ＧＩｌｌ＆ＧＵ　（（１６）５３１１−０２４７
６、補正の対象 明細書の発明の、！Ｙ川な説明の欄および図面７、補正
の内容 （１）明ｔａν（第３す（第２行目において１励磁する
能力を有する−１とあるを、　「励磁される−１に訂ｊ
１：する。 （２）明細書１１　（１頁第１１［行１〜第１５行目に
おいて　１テ゛ニーティ比−１とあるを、　１間ン皮数
１に１ぽ正する。 （３）図面（７）　１５５　図、ｆ（ｓ　Ｉ　２　［χ
１、ｒ：ｒＳ１／Ｉ図ｔ：　、ｈ　ｔｙ　ｒ（Ｓ１５図
を別紙のとおりに訂正する。 以　Ｉ、 第１２図 第１４図 第１５図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）検出されるべき被検出電流の流れる２本のライン
   に関連して設けられる可飽和リアクトルを含み発振動作
   を行なう磁気マルチバイブレータ回路と、この磁気マル
   チバイブレータ回路からの出方の被検出電流が小さい際
   、その出力のデユーティを検出する回路と、磁気マルチ
   バイブレータ回路からの出力の被検出電流が大きい際、
   その出方の周波数を検知する回路とを含み、前記ライン
   の漏れ電流を検出する電流検出装置において、前記可飽
   和リアクトルの検出動作に関連する前記ラインの区間の
   一方のラインを円筒状の管に接続し、他方のラインをそ
   の管の中心を貫通させることを特徴とする電流検出装置
   。
2. （２）前記可飽和リアクトルに磁気遮へい板を設けるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の電流検出装
   置。