TWI300482B - Leakage current interrupting apparatus and method - Google Patents
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Description
1300482 (1) 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關藉由計測漏電流以遮斷被測定 電流遮斷裝置及方法。 【先前技術】 在曰常生活中,雖然不太感覺到有電的存在 如眾所周知,其正被利用爲能源與資訊或通訊之 爲吾等社會不可或缺的存在。 另一方面,電的利用在方便的反面,若忽略 理與使用,也兼具非常危險的另一面,引起電火 事故等重大災害之可能性也不少。 其重大事故的原因之一爲例如與電路或機器 良有重大關係之漏電流。但是,要調查此種漏電 要長久時間之外,還須停電並以絕緣電阻計只測 良的數値。 但是在現今社會之狀況中,由於電腦被利用 方面,智慧建物(intelligent Building)的普及擴 廠的FAC工廠自動化(Factory Automation),構築 _續操作之系統,爲了計測漏電流,暫時設成停 爲無法做到之狀況。 從而,現在,由於此種高度資訊化的社會的 @要求,已由電路與機器的絕緣不良管理會伴隨 賴絕緣電阻計之方法轉移到不斷電即可測定的漏 冬 線路之漏 ,但是, 領域而成 適當的管 災或電擊 之絕緣不 流除了需 定絕緣不 於社會各 大以及工 了 24小時 電狀態成 不停電化 停電之依 電流測定 (2) 1300482 方法’利用漏電流遮斷器或漏電流火災警報機等測定漏電 流以管理絕緣狀態之通電中之預防方法已有數種被提供( 參照例如,特開200 1 -2 1 5247號公報以及特開2002-98729 號公報)。 可是’漏電流I中含有由對地靜電電容所引起之漏電 流(Igc) ’以及由與絕緣電阻直接有關之對地絕緣電阻所引 起之漏電流(Igr)。引起上述漏電火災之原因是絕緣電阻之 存在’只要能正確檢測出由該絕緣電阻所起因之漏電流 (Ig〇,即可檢測電路的絕緣狀態,並避免漏電火災等之大 慘案。 可是,在工廠等所使用之電機爲連結機器時線路的長 度有時很長,由於該線路的延伸,接地靜電電容增大,相 應地由於對地靜電電容所引起的漏電流(Igc)變大。 另外,該等電機載置有應用電力用半導體元件之反相 器(Inverter)。在電機中將其載置之反相器做爲高速之電 子開關使用,所以一定會發生商用電源的基本頻率50Hz或 60Hz的整數倍之正弦波之諧波失真電流。在諧波失真電流 中因爲包含高頻率成分,因此通過自然分布於線路之對地 靜電電容而流入線路中,由於流通於線路中之諧波失真電 流,致使漏電流I之値變大。 因此,在絕緣之良否有直接關係之接地絕緣電阻所引 起之漏電流(Igr)受到線路之延伸與反相器等所引起之諧波 失真電流之影響,而不容易正確檢測。 另外,在零件高密度封裝之機器,例如電話,傳真機 -7- (3) 1300482 ,印表機以及複合機等中,爲調查絕緣處而利用絕緣電阻 等進行計測時,由於要注入的測定電壓,電子電路有受到 影響之虞。因此,該項機器中,有招致功能破壞之虞,所 無法測定絕緣電阻之機器相當多。 【發明內容】 [發明擬解決之課題] 本案發明係鑑及上述問題而完成者,其目的在提供一 種漏電流遮斷裝置與方法,其爲計測漏電流與檢測,不必 將電路與機械設備等設成停電狀態,而且不致破壞連接於 被測定線路之機器的功能,由外部簡單而安全地僅檢測與 絕緣之良好有直接關係之對地絕緣電阻所引起的漏電流 (Igr),並根據該檢測値遮斷被測定線路。 本發明的漏電流遮斷裝置爲具備: 漏電流檢測手段,用於檢測流動於被測定線路之漏電 流; 轉換手段,將漏電流檢測手段所檢測之漏電流轉換成 電壓; 放大手段,用於放大轉換手段所轉換的電壓; 第1諧波成分去除手段;用於去除包含於放大手段所 放大之電壓中之諧波成分; 電壓檢測手段,用於檢測發生在被測定線路之電壓; 第2諧波成分去除手段,用於去除電壓檢測手段所檢 測之電壓中所含之諧波成分; -8- (4) 1300482 相位差檢測手段,由第1諧波成分去除手段去除諧波 成分後之電壓的訊號波形,以及由第2諧波成分去除手段 去除諧波成分之電壓的訊號波形檢測出相位差; 頻率計算手段,根據第2諧波成分去除手段去除諧波 成分後之電壓之訊號波形,計算發生於電壓檢測手段檢測 電壓之電壓線路的頻率; 相位角度計算手段,根據相位差檢測手段所檢測出之 相位差,與頻率計算手段所算出之頻率,計算上述被測定 線路中流通的漏電流之相位角度; 有效値計算手段,用於計算以第1諧波成分去除手段 去除諧波成分之電壓的有效値; 對地絕緣電阻漏電流成分計算手段,根據有效値計算 手段所算出之有效値,以及相位角度計算手段所算出在被 測定線路中流通的漏電流之相位角度,算出被測定線路中 流通之漏電流中所含之對地絕緣電阻所導致的漏電流成 分; 判斷手段,用於判斷以對地絕緣電阻漏電流成分計算 手段所算出之被測定線路流通之漏電流中所含之對地絕緣 電阻所引起之漏電流成分是否超過任意値;以及 遮斷手段,根據判斷手段之判斷,遮斷被測定線路。 另外,本發明的漏電流遮斷方法包括: 漏電流檢測工程,用於檢測流動於被測定線路之漏電 流; 轉換手段,將漏電流檢測工程所檢測之漏電流轉換成 -9 - (5) 1300482 電壓; 放大工程,用於放大轉換手段所轉換的電壓; 第1諧波成分去除工程;用於去除包含於放大工 大之電壓中之諧波成分; 電壓檢測工程,用於檢測發生在被測定線路之電 第2諧波成分去除工程,用於去除電壓檢測手段 測之電壓中所含之諧波成分; 相位差檢測工程,由第1諧波成分去除工程去除 成分後之電壓的訊號波形,以及由第2諧波成分去除 去除諧波成分之電壓的訊號波形檢測出相位差; 頻率計算工程,根據第2諧波成分去除工程去除 成分之電壓之訊號波形,計算發生於電壓檢測手段檢 壓之電壓線路的頻率; 相位角度計算工程,根據相位差檢測工程所檢測 相位差,與頻率計算工程所算出之頻率,計算上述被 κ 線路中流通的漏電流之相位角度; 有效値計算工程,用於計算以第1諧波成分去除 去除諧波成分之電壓的有效値; 對地絕緣電阻漏電流成分計算工程,根據有效値 工程所算出之有效値,以及相位角度計算工程所算出 測定線路中流通的漏電流之相位角度,算出被測定線 流通之漏電流中所含之對地絕緣電阻所導致的漏電 分; 判斷工程,用於判斷以對地絕緣電阻漏電流成分 程所 壓; 所檢 諧波 工程 諧波 測電 出之 測定 手段 計算 在被 路中 流成 計算 -10- (6) 1300482 工程所算出之被測定線路流通之漏電流中所含之對地絕緣 電阻所引起之漏電流成分是否超過任意値;以及 遮斷工程,根據判斷工程之判斷,遮斷被測定線路。 本發明的另一目的,以及可由本發明獲得之具體的優 點,可由以下所說明之實施例之描述更加明朗。 【實施方式】 以下就本發明的實施形態之漏電流遮斷裝置與方法加 以說明。 如圖1所示,漏電流遮斷裝置1具備:夾持於被測定 線路A整體以檢測流通於被測定線路A之漏電流之變流 感測器(以下簡稱CT測試器)部10 ;用於將CT感測器部 1 0檢測出之漏電流I轉換成電壓,並將轉換後之電壓(以 下簡稱「轉換後電壓」。)放大之放大部11;由放大後之 轉換後電壓 V 1去除諧波成分之低通濾波器(以下簡稱 LPF。)12 ;用於整流以LPF12去除諧波成份之轉換後電 壓V 1之全波整流部1 3 ;由被測定線路A之電壓線路檢測 電壓V2之電壓檢測部1 4 ;將電壓檢測部1 4檢測出之電 壓V2之變壓成特別之變壓比之變壓器15 ;由變壓器15 變壓成特定之電壓値之電壓V2去除諧波成分之低通濾波 器(以下簡稱LPF。)16 ;用於整流以LPF16去除諧波成分 之電壓V2之全波整流部17 ;用於比較被LPF12去除了諧 波成分之轉換後電壓VI之訊號波形S1,與被LPF 16½除 諧波成分之電壓V2之訊號波形S2之比較部1 8 ;根據比 -11 - (7) 1300482 較部1 8所比較之結果進行特定運算之運算部 算部1 9之運算結果測定相位脈衝寬度之相位 定部20;由LPF16去除了諧波成分之電壓V2 發生於被測定線路A之電壓線路之電源頻率 測定部2 1 ;由相位脈衝寬度測定部20所測 衝,以及電源頻率測定部21所測定之電源頻 於被測定線路A之漏電流I的相位角度的相位 22 ;將全波整部13整流過的轉換後電壓VI 訊號之A/D轉換部23 ;用於計算以A/D轉換音丨 數位訊號之轉換後電壓VI的有效値之有效値言 用於將全波整流部17整流過之電壓V2轉換 之A/D轉換部25 ;用於計算以A/D轉換部25 訊號之電壓V2之有效値之有效値計算部26 ; 計算部22所算出之漏電流I的相位角度,與 部24所算出之轉換後電壓VI之有效値算出 電阻所引起之漏電流Igr之漏電流計算部27 ; 計算部22所算出之漏電流I之相位角度,與 部26算出之電壓V2的有效値計算對地絕緣 値之電阻値計算部28 ;用於判斷以漏電流計算 出之漏電流Igr是否超過任意値之判斷部29 ; 29遮斷被測定線路A之遮斷部3 0 ;以及與外 之通訊部33。此外,遮斷部30係以習知的漏 準據,遮斷速度大致上爲2週期(5 0Hz時爲0 週期(5 0Hz時爲0.1秒)左右。另外,本發明的 1 9 ;根據運 脈衝寬度測 之訊號測定 之電源頻率 定之相位脈 率計算流通 角度計算部 轉換成數位 5 23轉換成 十算部24 ; 成數位訊號 轉換成數位 由相位角度 有效値計算 由對地絕緣 由相位角度 有效値計算 電阻的電阻 部27所算 根據判斷部 部機器通訊 電斷路器爲 .04秒)至5 漏電流遮斷 -12 - 1300482 (8) 裝置1係假定將圖1中之B部分晶片化並取代以習知的斷 路器(Breaker)中進行1〇的檢測之區塊電路而構成者。 CT感測部1 0係用於檢測由流通於被測定線路A之漏 電流成分發生磁性,並由檢出之磁性產生電流。CT感測 部1 〇將產生的電流做爲漏電流I供應到放大部1 1。另 外,由CT感測部1 0所產生的漏電流I包含:由接地靜電 電容引起之漏電流Igc,以及由直接與絕緣電阻有關之對 地絕緣電阻引起之漏電流Igr。再者,漏電流Igc不但依 照被測定線路A之長度增大容量,而且也依據由所使用 之電機之反相器與靜噪濾除器等所引起之諧波失真電流增 大容量。 放大部1 1將由CT感測部10供應之漏電流I轉換成 電壓,並將轉換後電壓 VI放大至特定電平(Level)。此 外,放大部Π在例如由CT感測部1 0所供應之漏電流爲 0mA至10mA時,以2段放大,又,由CT感測部10所供 應之漏電流I在l〇mA至30mA時,以一段放大。放大部 Π將放大後之轉換後電壓VI供應到LPF12。LPF12去除 轉換後電壓VI中所含之諧波成分。LPF12將去除諧波成 分之轉換後電壓 V 1供應予以全波整體部1 3與比較部 1 8。全波整流部1 3整流被轉換後電壓V 1,並將整流後之 轉換後電壓VI供應予A/D轉換部23。 電壓檢測部1 4藉將電壓探針連接到被測定線路Α以 檢測電壓線路上發生之電壓。另外,電壓檢測部1 4在被 測定線路A之電形態爲三相3線式(由△連接方式)時’檢 -13- (9) 1300482 測S相(接地)以外之R相與T相間之電壓。此外,電壓檢 測部1 4在被測定線路Α之電形態爲三相4線式(星形連接 方式)時,則由接地線以外之相間檢測出電壓。另外,電 壓檢測部1 4在被測定線路A之電形態爲單相2線式時, 係檢測N相與L相間之電壓。 而且,電壓檢測部1 4由從被測定線路A所檢出之電 壓V2求得基準點而將電壓V2供應予變壓器1 5。例如, 電壓檢測部1 4將由被測定線路A檢測出之電壓V2之0 交叉(0 Urossing)之點做爲基準點。 變壓器15將被供應之電壓V2變壓成特定之電壓 値,並將變壓後的電壓V供應予LPF16。變壓器15將電 壓變成例如電壓比成爲20 : 1。LPF16將包含於被供應之 電壓V2之諧波成分去除。L.PF16將去除過諧波成分之電 壓V 2供應給全波整流部1 7,比較部1 8,以及電源頻率 測定部21。全波整流部1 7將被供應之電壓V2整流,並 將整流後之電壓V2供應到A/D轉換器25。 比較部1 8取得由LPF12所供應之轉換後電壓VI之 0V交叉點,進行方形波轉換,並將方形波轉換後之訊號 供應到運算部1 9。另外,在比較部1 8係取得由LPF 1 6所 供應之電壓V2之0V交叉點,進行波形轉換,並將方形 波轉換後之訊號供應到運算部1 9。 運算部1 9依據比較部1 8供應之訊號進行特定之演 算’並將演算後之訊號供應到相位脈衝寬度測定部20。 運算部19係由例如EX OR(排他邏輯和)電路所構成,並就 -14- (10) 1300482 比較部1 8所供應之2個方形波轉換後之訊號執行EXOR 運算。 相位脈衝測定部20根據運算部1 9所供應之運算結 果,檢測轉換後電壓V 1與電壓V2之相位脈衝寬度。在 此,要就相脈衝寬度測定部20之操作加以說明。 電形態爲單相時,如圖2A所示,漏電流Igr的相位 角0成爲〇°,漏電流Igc之相位角Θ成爲90°。因此,漏 _ 電流Igr與漏電流Igc之相位差成爲90°(1/4週期)。另 外,電源爲三相時,如圖2Β所示,漏電流Igr之相位角 0成爲60°,漏電流Igc之相位角0成爲0°。從而,漏電 流Igr與漏電流Igr之相位差爲60°( 1/6週期)。因此,相 位脈衝測定部20係將相位寬度等於或小於1週期之1/4 者爲對象俾可以對應電源爲單相或三相。 因此,相位脈衝寬度測定部20對相位角度計算部22 輸出依據運算部1 9所供應之運算結果算出之小於或等於 φ 1週期之1/4之相位脈衝寬度。此外,在電源頻率爲60Hz 時,1週期爲16.6ms,所以相位脈衝寬度成爲小於或等於 4.15ms,另外,在電源頻率爲50Hz時,1週期爲20ms, 所以成爲小於或等於5ms。 電源頻率測定部21根據LPF16所供應之電壓V2測 定電源頻率,並將測定結果供應到相位角度計算部22。 再者,若被測定線路Α爲商用電源,則電源頻率測定部 21之測定結果成爲50Hz或60Hz。另外,電源頻率測定 部21也可以爲依據LPF16所供應之電壓V2以判定5〇Hz -15- 1300482 (11) 或60Hz之任一方之構造。 相位角度計算部22根據相位脈衝寬度測定部20所供 應之相位寬W,以及電源頻率測定部2 1所供應之電源頻 率F,以下面(1 )式算出流通於被測定線路A之漏電流I之 相位角度0 : 0 =3 60x A/F ...... (1) 相位角度計算部22對漏電流計算部27供應算出之相 位角度0。 A/D轉換部23將全波整流部13所供應之整流後之轉 換後電壓V 1轉換成數位訊號,並將轉換後之訊號供應到 有效値計算部24。有效値計算部24根據A/D轉換部23 所供應之訊號,利用下面(2)式算出轉換後電壓VI之有效 値1〇。另外’被有效計算部24之訊號係根據流通於被測 φ 定線路A之漏電流I轉換成電壓之轉換後電壓v 1者,所 以方便上設成I。 I〇 = I x(7T /2) / V2...... (2) 有效値計算部24將算出之有效値1()供應予漏電流計 算部27。 另外,A/D轉換部2 5將全波整流部1 7所供應的整流 後之電壓V 2轉換成數位訊號,並將轉換後之訊號供應予 -16- (12) 1300482 有效値計算部26。有效値計算部26根據A/D轉換部25 所供應之訊號,利用下面(3)式計算電壓 V2的有效値 V〇。 V〇 = V x(7T /2) / V2 ...... (3 ) 有效値計算部26將算出的有效値V〇供應予電阻値計 算部2 8。 漏電流計算部27根據相位角度計算部22所供應之相 位角度0,以及有效値計算部24所供應之1〇算出漏電流 Igr ’並將算出的漏電流lgr供應予電阻値計算部28。此 外’電源爲單相電源時,利用下面(4)式計算漏電流Igr, 電:源爲三相電源時,則利用下面(5)式計算漏電流lgr。
Igr-Ioxcos Θ ...... (4)
IgrMIoXsin 0 )/cos3 0。......(5) 此外,漏電流計算部27依據旋轉開關的選擇狀態判 斷電源爲單相電源或三相電源。 電阻値計算部28根據有效値計算部26所供給之有效 値❹’以及漏電流§十算部2 7所供給的漏電流I g r,利用 下面(6)式計算Gr。
Gr== V〇/Igr (6) -17- 1300482 (13) 判斷部29在漏電流計算部27所算出之漏電流Igr超 過任意値時,產生特定之遮斷訊號Se,並將產生之遮斷 訊號Se供應予遮斷部30。 遮斷部3 0根據判斷部2 9所供應之遮斷訊號S c ’遮 斷被測定線路A。另外,遮斷部3 0如圖3所示,係由脫 扣線圈(T r i p c 〇 i 1) T C等所構成,係依據判斷部2 9所供應 之遮斷訊號Se遮斷被測定線路A。 另外,漏電流遮斷裝置1具備設定任意値之設定部 3 1,也可以構成漏電流計算部2 7所算出之漏電流I g r可 以判斷部29判定是否超越設定部3 1所設定之任意値。另 外,如屬此種構造時,設定部3 1也可以設成可以旋轉開 關選擇預設之多個値之構造。另外該値爲例如1 0mA步驟 所設定。 此外,漏電流遮斷裝置1也可以爲具備用於記錄由漏 電流計算部2 7所算出之漏電流Igr之記錄部3 2之構造。 記錄部32在每一過程時間記錄電流計算部27所算出之漏 電流Igr,因此,用戶可以掌握漏電流Igr的時間上之變 化情形。 例如,用戶藉由通訊連接器,將監視裝置連接到漏電 流遮斷裝置1,並存取記憶於記憶部32之資料。此外, 在漏電流遮斷裝置1上預設固有的識別號碼。 監視裝置透過通訊連接器由漏電流遮斷裝置1讀出有 效値計算部24所算出之有效値IQ,漏電流計算部27所算 -18- 1300482 (14) 出之漏電流I g r,電壓檢測部1 4所檢測出之被測定線路a 之電壓値V,電源頻率測定部2 1所測定之頻率,以及漏 電流遮斷裝置1之識別號碼。另外,監視裝置將與通訊部 33連接之連接器之形狀設線圓形連接器,爲免除與通訊 部33之接觸不良,設有防止鬆脫機構。 在參照§5錄部32所gH錄之資料,並由漏電流Igr的 時間變化之情形’而掌握了例如在瞬間電流Igr達到任意 之値時,有強烈質疑漏電流Igr達到任意値時所啓起之機 器或起動中之機器爲漏電之原因,因此,可以以此爲線索 指出漏電之處。 另外,在由漏電流Igr的時間變化之情形,掌握到例 如漏電流Igr慢慢增加時,藉由檢測啓動中之機器,即可 早期發現漏電原因的機器。 在如上構成的本案發明的漏電流遮斷裝置1中,如果 被測定線路A之電源爲例如三相式時,構造上可以與單 相式一樣處理電源。在此要對本案發明之漏電流遮斷裝置 1之原理加以說明。 CT感測部1 〇將被測定線路A夾緊,並如圖4A所 示,並檢測相位各相差120°之R相-S相同,S相-T相 同,以及T相-R相間之波形。另外,在圖4A中,爲了方 便分別圖示波形,但是,以CT感測部10所檢測出之波 形爲合成波形。由CT感測部1 〇所檢測出之合成波形係 透過放大部11,LPF12與比較部18輸入運算部19。
另外,電壓檢測部14將電壓探針連接到R相與T -19- (15) 1300482 相,而檢測出R相-T相間之電壓’並如圖4B所示,將檢 測出之電壓反轉。電壓檢測部1 4在所檢出之電壓之特定 位置0交叉之點定爲基準點a。如此設定基準點a之電壓 V2經由變壓器15,LPF 16與比較器18輸入運算部19。 例如,在被測定線路A之R相僅發生漏電流Igr(以 下簡稱「R相Ig」。)或在T相僅發生漏電流Igr(以下簡 稱「T相Igr」。)時,則如圖4C所示,R相Igr發生距離 基準點al 20°之相位差,T相Igr發生距離基準點a 60°之 相位差。 此外,如果在被測定線路A之R相僅發生漏電流 Igc(以下簡稱「R相Igc」。)時,或在T相僅發生漏電流 Igc(以下簡稱「T相Igc」。)時,則如圖4D所示,距離R 相Igc與T相Igc之合成波形之基準點a之相位差爲180° (〇。)。
再者,若被測定線路A之R相發生漏電流Igr與漏電 流Igc,T相發生漏電流Igr與漏電流Igc時,則如圖4E 所示。 另外,如以向量(Vector)表示上述說明時,即如下所 述。因爲被測定線路A爲三相式,所以成爲圖5 A所示。 而如以電壓檢測部1 4檢測R相_ τ相間之電壓,並由檢測 出之電壓求取基準點a時,即如圖5B所示,成爲單相式 之向量圖。此外,如上所述,R相Igr與基準點a之相位 差爲60°,而T相Igr與基準點&之相位差爲120。。 此外’在單相式時’如以圖2A所說明,漏電流Igr -20- 1300482 (16) 與漏電流Igc之相位差爲90°,所以可以由R相Igr旋轉 90°之位置求得R相Igc ;另外,可以由T相Igr旋轉90° 之位置求得T相Igc。再者,還可以在離開基準點al 8〇° (〇°)之位置求得R相Igc與T相Igc之合成向量(圖5 C)。 因此,例如,在被測定線路A僅發生R相Igr時,則 流通於R相Igr與Igc之合成向量,即流通於被測定線路 A之漏電流1〇可以表示如圖5D。另外,由圖5D可以導 出上述(5)式做爲計算R相Igr之式。此外,漏電流1〇之 相位差0係隨R相Igr與Igc之大小而變化,變化之幅度 爲離開基準點a 60°至180°。 另外,例如在被測定線路A僅發生T相Igr時,則流 通於T相Igr與Igc之合成向量,即流通於被測定線路A 之漏電流U可以表示如圖5E。另外,由圖5E可以導出上 述(5)式做爲計算T相Igr之式。另外,漏電流1〇之相位 差0係隨T相Igr與Igc之大小而變化,變化之幅度爲 > 120。至 1 80。。 在此,利用圖6所示之流程圖說明利用上述所描述之 本案發明之漏電流遮斷裝置1檢測流通於被測定線路A 之漏電流Igr,並根據所檢測出之漏電流Igr遮斷被測定 線路A之操作。另外,漏電流遮斷裝置1係假定收容於 習知的漏電斷路器內,如無法收容時,也可以外加。 在步驟ST1中,用戶依照被測定線路A之種類A之 種類(單相2線式,單相三線式及三相3線式等)切換漏電 流遮斷裝置1之未圖示之旋轉開關(Rotary switch)。另 -21 - 1300482 (17) 外,在步驟S T 1工程中,被測定線路A呈遮斷狀態。 在步驟ST2中,用戶操作設定部31以設定任意之 値。 在步驟ST3中,用戶使漏電流遮斷裝置1呈通電狀 態。 然後,漏電流遮斷裝置1利用漏電流計算部27進行 被測定線路A之漏電流Igr之計算,並利用判斷部29判 φ 斷漏電流Igr是否達到任意之値。然後,漏電流遮斷裝置 1在判斷部29判斷爲已達到任意之値時,利用遮斷部3 0 遮斷被測定線路A。 在此,於圖7所示,利用本發明之漏電流遮斷裝置1 實際上由被測定線路測定漏電流成分之第1結果。圖7係 以屋上收配電配電盤(高壓收電設備)之動力盤(電源頻 率:5ΌΗζ,電壓:200V,被測定低壓電路之種類:三相3 線式,1501^八,室溫:41°(:,濕:43%)爲測定對象而進 φ 行者。 另外,在實驗中,在由開始測定經過6分鐘時至經過 9分鐘前(3分鐘),將20kQ接地至RH做爲模擬絕緣電 阻;由開始測定經過9分鐘時至經過1 1分鐘前(2分鐘)將 2 0k Ω接地至T相做爲模擬絕緣電阻;由開始測定經過1 1 分鐘時至經過12分鐘前(1分鐘)鬆開模擬絕緣電阻(解除 接地);由開始測定經過1 2分鐘時至經過1 3分鐘前(1分 鐘),將1 Ok Ω接地至R相做爲模擬絕緣電阻;由開始測 定經過13分鐘時至經過15分鐘前(2分鐘),將10kQ接 -22- (18) 1300482 地至T相做爲模擬絕緣電阻,由開始測定經過1 5分鐘後 鬆開模擬絕緣電阻。 如在R相接地20k Ω之電阻做爲模擬絕緣電阻時,理 論上,有Igr = V/R = 200/(20xl03) = 10mA之電流被追加於被 測定線路而做爲模擬絕緣電阻成分而流通。 漏電流遮斷裝置1如圖7所示,時間經過6分鐘時, 若對RH接地20k Ω之電阻做爲模擬絕緣電阻,即檢測出 12.3mA之漏電流Igr。因爲未接地模擬絕緣電阻時(由開 始測定經過6分鐘前,開始測定經過1 1分鐘時至經過12 分鐘前與開始測定經過15分鐘後)之漏電流Igr爲2mA, 所以如由對R相接地20 k Ω的模擬電阻後之漏電流Igr減 去2mA即得到10.3mA。從而,亦即意指本案發明之漏電 流遮斷裝置1可以測定10.3mA之變化。該値大致上與上 述理論値(l〇mA)—致。 另外,在對R相接地20 kD之模擬絕緣電阻時,與 接地前的電阻値(Gr# 1 05.46 kQ (由開始測定經過6分鐘 前爲止之Gr平均値)之合成電阻値成爲:
Gr = (20xl03xl 05.46xl 03)/(2 0xl 03 + 1 05.46xl03)= 16.3 kQ 如圖7所示,漏電流遮斷裝置1由開始測定經過6分鐘時 之電阻Gr爲17.2 kQ,而與上述理論値(16.3 kQ)大約一 致。 另外,在對T相接地2 0 k Ω之電阻時也如同上述, -23- 1300482 (19) 理論上,模擬絕緣電阻成分電流增加1 〇mA。在漏電流遮 斷裝置1中,如圖7所示,由開始測定經過9分鐘時至經 過1 1分鐘則所檢測到之漏電源I gr大約爲1 2.4 m A,若該 數値減去2mA時,成爲10.4mA,大約與理論値(i〇mA)相 一致。 此外,對T相接地20 k Ω之模擬絕緣電阻時之合成 電阻値Gr如同上述,在理論上爲16.3 kQ,測定値顯示 17.4 kQ,而大約與理論値一致。 再者,漏電流遮斷裝置1如圖7所示,對R相或T 相接地l〇kQ做爲模擬絕緣電阻時之漏電流Igr與Gr也與 理論値與實測値大約相一致。 另外,漏電流遮斷裝置1由開始測定經過Π分鐘後 經過1 2分鐘前,以及經過1 5分鐘時,解除模擬絕緣電阻 之接地狀態時,漏電流Igr、1〇及Gr之値返回到接地以前 (由開始測定1至5分鐘)之狀態。 此外,圖8圖示利用本發明之漏電流遮斷裝置1實際 上由被測定線路測定漏電流成分之第2結果。圖8是以收 配電配電盤(高壓收電設備)之動力盤(電源頻率:50 Hz, 電壓:200V,被測定低電壓電路之種類··三相三線式, 150kvA)爲測定對象而進行者。 又,實驗是在開始測定經過1分鐘時至經過4分鐘前 (3分鐘)對R相與T相接地0.22 pF做爲模擬靜電電容; 由開始測定經過3分鐘時至經過4分鐘前(1分鐘)對T相 接地20k Ω做爲模擬絕緣電阻;而由開始測定經過4分鐘 -24- 1300482 (20) 後鬆開模擬靜電電容與模擬絕緣電阻而進行。因此,由開 始測定經過3分鐘時至經過4分鐘前,係對R相與T相 接地模擬靜電電容,而且對T相接地模擬絕緣電阻而進 行。 例如,對R相與T相接地0.22 pF之電容量做爲模擬 靜電電容時,電容性電抗(Reactance)X成爲: X=1/2tt fC = l/(2;r χ50χ(0·22χ1(Γ6 + 0.22χ1(Γ5)) =7.23x1 Ο3
因此,被測定線路被加算 I = V/X = 200/7.23xl 03 = 27.6mA 而流通。 另外,在對T相接地20k Ω之電阻做爲絕緣電阻時, 理論上,將 ( Igr = V/R = 20 0/(20xl03) = 10mA之電流追加於被測定線路 而做爲模擬絕緣電阻成分之電流流動。 漏電流遮斷裝置1如圖8所示,時間從開始測定經過1 分鐘時,對R相與T相接地0.22pF之靜電電容做爲模擬靜 電電容時,檢測出 7.8mA之漏電流Igr,以及檢測出 100.8mA之1〇。另外1〇爲如上所述’係由絕緣電阻所引 起之漏電流Igr與由靜電電容所引起之漏電流Igc之合成 電流。 因爲未接地模擬靜電電量時的漏電流Igr,如圖8所 -25- 1300482 (21) 示’爲7 · 6 m A (由開始測定經過1分鐘則之漏電流I g r) ’ 所以在對R相與T相接地模擬靜電電容時,幾乎沒有漏 電流I g r的變化。 另一方面,在未接地模擬靜電電容時之U爲75.9mA (由開始測定經過1分鐘前之1〇)。由模擬靜電電容接地後 之1〇( 10 0.8mA)減去模擬靜電電量接地前之10(7 5.9mA), 成爲24.9mA,此爲被追加之漏電流Igc。該被追加之漏電 流Igc大約等於理論値(27.6mA)。 另外,漏電流遮斷裝置1,如圖8所示,在對R相與 T相有接地,而且對T相有接地模擬絕緣電阻時(由開始 測定經過3分鐘時至經過4分鐘前)時,檢測出21 .0mA的 漏電流Igr,以及107.0mA之1〇。 由對T相接地絕緣電阻後之漏電流Igr(21mA)減去接 地絕緣電阻前之漏電流Igr(8mA(由開始測定經過3分鐘 時之漏電流I g r))得到1 3 m A,大約與理論値(1 0 m A)相同。 丨此外,要利用圖9至圖1 1說明對R相接地1 Ok Ω做 爲模擬絕緣電阻時之比較部1 8與運算部1 9之操作。 如圖9所示,比較部18被由LPF12輸入轉換後電壓 VI,並由LPF16輸入電壓V。轉換後電壓VI與電壓V2之 相位差爲120°。比較部18如圖10A所示,將由LPF12所輸 入之轉換後電壓VI矩形波轉換,並對運算部19輸出轉換 後之訊號。另外,比較部18如圖10B所示,將由LPF16所 輸入之電壓V2矩形轉換,並將轉換後之訊號輸出運算部 1 9 〇 -26- (22) 1300482 如圖1 1所示,運算部1 9根據轉換後電壓V2之矩形波 訊號與電壓V2之矩形波訊號執行EXOR運算。運算部19 根據EXOR運算後之訊號求取小於或等於1週期之1/4的相 位脈衝寬度,並將求得的相位脈衝寬度輸出到相位角度計算 部22。 在步驟ST6中,用戶在測定結束時,關閉漏電流檢測 裝置1之電源。 如此構成之本案發明之漏電流遮斷裝置1可以檢測流 通於被測定線路A之漏電流I,將所檢測出之漏電流I轉換 成電壓,由轉換後之電壓去除諧波成分,由去除了諧波成分 之轉換後電壓VI與被測定線路A之電壓線路檢測出電壓 V2,由檢測過電壓V2去除諧波成分,根據去除過諧波成分 之電壓V2正確求出流通於被測定線路A之漏電流I之相位 角度0,並由該正確之相位角度0與被去除過諧波成分之轉 換後電壓VI之有效値1〇僅算出由接地絕緣電阻所引起之漏 電流Igr,監視已算出之漏電流Igr,當漏電流Igr超過任意 之値時,遮斷被測定線路A。因此,本案發明之漏電流遮斷 裝置1即使由於被測定線路A之延伸或用於輸出諧波失真 電流之反相器(Inverter)等而增強對地靜電電容所引起之漏 電流Igc,也可以以mA單位確實地檢測僅由對地絕緣電阻 所引起之漏電流Igr,因此,可以監控漏電流並使漏電流 Igr僅在超越任意之値時操作俾遮斷被測定線路A。因此, 本案發明之漏電流遮斷裝置1即使由於漏電流Igr以外之因 素(漏電流Igc之增強)而增強漏電流也不會如先前之裝置一 -27- (23) 1300482 樣遮斷被測定線路A。 另外,本案發明之漏電流遮斷裝置1不必暫時將電 路、機械設備等設成停電狀態以進行漏電流Igr之檢測,且 有益於在發生漏電火災等大災難之前檢測出漏電流Igr。 此外,本案發明之漏電流遮斷裝置1並不像頻率注入 式由他處得來基準點,而是由傳送線路上所發生之電壓求得 基準點,因此,可以正確測定在被測定線路A中流通之漏 電流Igr 。 再者,本發明並不侷限於參照圖式說明過的上述實施 例,在不跳脫附件之申請專利範圍以及其主旨,可以進行 各種變更,取代或等效設計是本業者所明瞭。 [產業上之可利用性] 本發明的漏電流遮斷裝置與方法可以檢測流通於被測 定線路之漏電流,並由檢測出之漏電流去除諧波成分者與檢 測出發生於被測定線路之電壓線路之電壓並由檢測出電壓去 除諧波成分者檢測出相位差,由檢測出之相位差以及由去除 過諧波成分之電壓所算出之電源頻率算出漏電流之相位角 度,由算出之漏電流之相位角度與去除過諧波成分之漏電流 之有效値計算僅由對地絕緣電阻所引起之漏電流,在被算出 之漏電流値超越任意之値時,遮斷被測定線路。因此,本 發明之漏電流遮斷裝置與方法可以由去除過諧波成分之電 壓正確算出流動於被測定線路之電源頻率(商用電源爲50Hz 或60Hz),並根據電源頻率正確檢測出去除掉被輸入之諧波 -28» (24) 1300482 成分之漏電流之訊號波形,以及去除了諧波成分之電壓訊號 波形之相位差,因此可以算出正確的相位角,另外,由正確 的相位角與去除過諧波成分之漏電流之有效値算出僅由對地 絕緣電阻之漏電流,在算出之漏電流値超過任意之値時,遮 斷被測定線路,因此,即使受到被測定線路之延伸或反相器 之諧波失真電流之影響,而對地靜電電容增強,也可以檢測 出僅由於招致漏電火災等大災害之對地絕緣電阻所引起之漏 電流,並根據該檢測遮斷被測定線路。 此外,本發明之漏電流遮斷裝置與方法不必爲了計測 檢測漏電流而暫時將電路,設備等設成停電狀態,即可簡單 而安全地測定Igr。 【圖式簡單說明】 圖1爲表示本發明之漏電流檢測裝置之構造之方塊圖 〇 圖2爲表示電源爲單相時與三相時之漏電流Igr與漏電 源Igc之相位差之圖。 圖3爲表示裝設於本發明之漏電流檢測裝置之遮斷部 之構造的圖。 圖4係以波形表示以本發明之漏電流檢測裝置所進行 檢測漏電流之情形。 圖5是以向量表示本發明之漏電流檢測裝置所進行漏 電流之檢測情形。 圖6爲用於說明本發明之漏電流檢出裝置之動作之流 -29- (25) 1300482 程圖。 圖7爲表示利用本發明之漏電流檢測裝置實際上測定 線路時之第1資料例之圖。 圖8爲表示利用本發明之漏電流檢測裝置實際上測定 線路時之第2資料例之圖。 圖9爲表示輸入比較部之轉換後電壓VI與電壓2之相位 差之圖。 圖10A爲表示根據輸入比較部時之轉換後電壓VI之波 形與轉換後電壓VI進行矩形波轉換時之波形圖;圖10B爲表 示根據輸入於比較部時之電壓V2之波形與電壓,進行距形 波轉換時之波形圖。 圖1 1爲表示根據依圖1 0所示之轉換後電壓V 1矩形波轉 換時之波形,以及依電壓V2矩形波轉換時之波形執行EXOR 時所形成之波形圖。 【主要元件符號說明】 1 :漏電流遮斷裝置 A ·_被判定線路 10 : CT感測器 1 1 :放大部 1 2 :低通濾波器 1 3 :全波整流部 1 4 :電壓檢測部 1 5 :變壓器 -30-
1300482 (26) 16 : 17 : 18 : 19 : 20 : 21 : 22 : 23 : 24 : 25 : 2 6 ·· 27 : 28 : 29 : 30 : 33 : 32 : 3 1: 低通濾波器 全波整流部 比較器 運算部 相位脈衝寬測定部 電源頻率測定部 相位角計算部 A/D轉換部 有效値計算部 A/D轉換部 有效値計算部 漏電流計算部 電値計算部 判斷部 遮斷部 通訊部 記錄部 設定部 -31
Claims (1)
- (1) 1300482 十、申請專利範圍 1. 一種漏電流遮斷裝置,其特徵爲具備: 漏電流檢測手段,用於檢測流動於被測定線路之漏電 流; 轉換手段,將上述漏電流檢測手段所檢測之漏電流轉 換成電壓; 放大手段,用於放大上述轉換手段所轉換的電壓; _ 第1諧波成分去除手段,用於去除包含於上述放大手 段所放大之電壓中之諧波成分; 電壓檢測手段,用於檢測發生在上述被測定線路之電 壓; 第2諧波成分去除手段,用於去除上述電壓檢測手段 所檢測之電壓中所含之諧波成分; 相位差檢測手段,由上述第1諧波成分去除手段去除 諧波成分後之電壓的訊號波形,以及由上述第2諧波成分去 φ 除手段去除諧波成分後之電壓的訊號波形檢測出相位差; 頻率計算手段,根據上述第2諧波成分去除手段去除 諧波成分之電壓之訊號波形,計算發生於上述電壓檢測手段 檢測出電壓之電壓線路的頻率; 相位角度計算手段,根據上述相位差檢測手段所檢測 出之相位差,與上述頻率計算手段所算出之頻率,計算上述 被測定線路中流通的漏電流之相位角度; 有效値計算手段,用於計算以上述第1諧波成分去除 手段去除諧波成分後之電壓的有效値; -32- (2) 1300482 對地絕緣電阻漏電流成分計算手段,根據上述有效値 計算手段所算出之有效値,以及上述相位角度計算手段所算 出在上述被測定線路中流通的漏電流之相位角度,算出上述 被測定線路中流通之漏電流中所含之對地絕緣電阻所導致的 漏電流成分; 判斷手段,用於判斷以上述對地絕緣電阻漏電流成分 計算手段所算出之上述被測定線路流通之漏電流中所含之對 地絕緣電阻所引起之漏電流成分是否超過任意値;以及 遮斷手段,根據上述判斷手段之判斷,遮斷上述被測 定線路。 2.如申請專利範圍第1項之漏電流遮斷裝置,其中具 備設定上述任意値的設定手段; 上述判斷手段係用於判斷上述對地絕緣電阻漏電流成 分計算手段所算出之上述被測定線路中流通之漏電流所含之 對地絕緣電阻所引起之漏電流成分是否超過上述設定手段所 設定之任意値。 3 ·如申請專利範圍第1項之漏電流遮斷裝置,其中具 備:記錄手段,用於記錄以上述對地絕緣電阻漏電流成分 計算手段所算出之上述漏電流成分。 4.如申請專利範圍第1項之漏電流遮斷裝置,其中上 述漏電流檢測手段夾緊包括接地線路之被測定線路並檢測 出上述被測定線路中流通之漏電流。 5 ·如申請專利範圍第1項之漏電流遮斷裝置,其中上 述電壓檢測手段在上述被測定線路之電形態是三相多線式 -33- (3) 1300482 時,將由包含於上述被測定線路中之多個電壓線路檢測出之 電壓合成,並將合成之電壓供應至上述第2諧波成分去除手 段。 6. 如申請專利範圍第1項之漏電流遮斷裝置,其中上 述相位角度計算手段將由上述相位差檢測手段所檢測出之相 位差A與上述頻率計算手段所算出的頻率F,以0 =360xA/F 算出上述漏電流檢測手段所檢測出之漏電流之相位角度0。 7. 如申請專利範圍第1項之漏電流遮斷裝置,其中上 述實效値計算手段利用I〇 = Ix(;r/2)/W計算上述第1諧波成 分去除手段去除了諧波成分後之電壓有效値1〇, 上述對地絕緣電阻漏電流成分計算手段由上述有效値 計算手段所算出之有效値1〇,以及上述相位角度計算手段所 算出之上述被測定線路中流動之漏電流的相位角度0,以 Igr = I〇xC〇S 0算出流動於上述被測定線路之漏電流所含之對 地絕緣電阻所引起的漏電流成分Igr。 8. 如申請專利範圍第1項之漏電流遮斷裝置,其中上 述被測定線路之電形態係三相多線式時,上述有效値計算手 段是以I〇 = Ix(tt/2)/V^算出以上述第1諧波成分去除手段去 除電壓後之有效値I。; 上述對地絕緣電阻漏電流成分計算手段係由上述有效 値計算手段所算出之有效値I。,以及上述相位角度算出手段 所算出之上述被測定線路中流動的漏電流之相位角度(9,以 Igr = (I〇xsin 0 )x W/2算出包含於上述被測定線路中流動之漏 電流的對地絕緣電阻所引起之漏電流成分Igr。 -34- (4) 1300482 9. 如申請專利範圍第1項之漏電流遮斷裝置,其中具 備:數位轉換手段,用於轉換上述第1諧波成分去除手段 去除了諧波成分之漏電流成爲數位; 上述有效値計算手段係用於計算被上述數位轉換手段 數位轉換之電壓的有效値。 10. —種漏電流遮斷方法,其特徵爲具備: 漏電流檢測工程,用於檢測流通於被測定線路之漏電 流; 轉換手段,將上述漏電流檢測工程所檢測之漏電流轉 換成電壓; 放大工程,用於放大上述轉換手段所轉換的電壓; 第1諧波成分去除工程;用於去除包含於上述放大工 程所放大之電壓中之諧波成分; 電壓檢測工程,用於檢測發生在上述被測定線路之電 壓; 第2諧波成分去除工程,用於去除上述電壓檢測工程 所檢測出之電壓中所含之諧波成分; 相位差檢測工程,由上述第1諧波成分去除工程去除 諧波成分後之電壓的訊號波形,以及由上述第2諧波成分去 除工程去除諧波成分後之電壓的訊號波形檢測出相位差; 頻率計算工程,根據上述第2諧波成分去除工程去除 諧波成分後之電壓之訊號波形,計算發生於上述電壓檢測工 程檢測出電壓之電壓線路的電源頻率; 相位角度計算工程,根據上述相位差檢測工程所檢測 -35- 1300482 (5) 出之相位差,與上述頻率計算工程所算出之電源頻率,計算 上述被測定線路中流通的漏電流之相位角度; 有效値計算工程,用於計算以上述第丨諧波成分去除 工程去除諧波成分後之電壓的有效値; 對地絕緣電阻漏電流成分計算工程,根據上述有效値 計算工程所算出之有效値,以及上述相位角度計算工程所算 出在上述被測定線路中流通的漏電流之相位角度,算出上述 被測定線路中流通之漏電流中所含之對地絕緣電阻所導致的 漏電流成分; 判斷工程,用於判斷以上述對地絕緣電阻漏電流成分 計算工程所算出之上述被測定線路流通之漏電流中所含之對 地絕緣電阻所引起之漏電流成分是否超過任意値;以及 遮斷工程,根據上述判斷工程之判斷,遮斷上述被測 定線路。-36-
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