TWI300482B

TWI300482B - Leakage current interrupting apparatus and method

Info

Publication number: TWI300482B
Application number: TW095101775A
Authority: TW
Inventors: Toyotsugu Atoji; Kiyoshi Miyazawa
Original assignee: Toyotsugu Atoji; Ohno Takemi; Kashiramoto Orikazu
Priority date: 2005-01-31
Filing date: 2006-01-17
Publication date: 2008-09-01
Also published as: EP2453246A1; KR101143024B1; US20080165462A1; EP2453246B1; EP1855122A4; CN101120259A; US8009394B2; KR20070085378A; TW200702673A; AU2005288465B2; EP1855122B1; KR20110050571A; ATE539355T1; HK1116543A1; JPWO2006035519A1; EP1855122A1; CN101120259B; WO2006035519A1; AU2005288465A1; JP4159590B2

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) 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。

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