JP2006141111A

JP2006141111A - 地絡検出装置

Info

Publication number: JP2006141111A
Application number: JP2004327348A
Authority: JP
Inventors: Yuji Tsuchimoto; 雄二土本
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2004-11-11
Filing date: 2004-11-11
Publication date: 2006-06-01

Abstract

【課題】地絡の発生時にインバータの高周波の影響による負荷遮断の不動作を防止すると共に、高周波成分による零相変流器の鉄損の増大によるコイルの焼損を防止することができる地絡検出装置を提供する。
【解決手段】交流電路の地絡電流を検出する零相変流器３、零相変流器に接続された低域フィルタ６、低域フィルタ通過信号が所定値を超えた時に出力するレベル判別器７、レベル判別器の出力が所定幅以上の時に出力する信号幅判別器８、零相変流器に接続された高域フィルタ１１、高域フィルタ通過信号が別の所定値を超えた時に出力するレベル判別器１２、このレベル判別器の出力が所定時間継続時に出力するタイマ回路１３、信号幅判別器及びタイマ回路の出力を入力とするＯＲ回路１４の出力によりスイッチング素子５を導通させ交流電路の遮断器を引き外す電磁装置４を備えた構成とする。
【選択図】図１

Description

この発明は、交流電路における地絡の発生を検出して交流電路を遮断する地絡検出装置、特に負荷制御用のインバータを備えている場合における地絡電流検出用零相変流器の保護に関するものである。

近年、負荷側にインバータを接続して負荷制御を行なう回路への地絡検出装置の使用が増加している。この場合、インバータは例えば負荷としての誘導電動機の速度制御に用いられ、周波数を変換して負荷へ電力を供給するものが多い。

インバータからの供給電力には周波数を変換するために用いられる高周波が含まれており、これが所定のしきい値以上では非連続の微小パルスとなる結果、パルス幅の集積値も小さくなるため、地絡電流を検出しても負荷遮断が行なわれない場合がある。
このための対策として地絡検出装置に低域フィルターを設け、高周波成分を阻止することが行なわれていた（例えば特許文献１参照）。

特開平５−１５０４６号公報

従来の地絡検出装置は以上のように構成され、負荷側にインバータを備えている場合には、零相変流器に低域フィルターを接続して高周波成分を阻止するようにしているため、例えば10Ａ以上の著しく大きな地絡電流が発生した場合には、高周波成分によって零相変流器の鉄損が増大し、零相変流器のコイルが焼損するという問題点があった。

この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、地絡の発生時にインバータの高周波の影響による負荷遮断の不動作を防止すると共に、高周波成分による零相変流器の鉄損の増大によるコイルの焼損を防止することができる地絡検出装置を提供することを目的とする。

この発明に係る地絡検出装置は、交流電路に接続され、上記交流電路の地絡電流を検出する零相変流器、この零相変流器に接続され、検出された地絡電流に含まれる高周波成分を阻止する低域フィルター、この低域フィルターを通過した信号が所定のしきい値を超えた時に出力を生ずる低域側レベル判別器、この低域側レベル判別器の出力が所定幅以上の時に出力を生ずる信号幅判別器、上記零相変流器に接続され、検出された地絡電流に含まれる低周波成分を阻止する高域フィルター、この高域フィルターを通過した信号を平滑すると共に、信号が別の所定のしきい値を超えた時に出力を生ずる高域側レベル判別器、この高域側レベル判別器の出力が所定時間継続した時に出力を生ずるタイマー回路、上記信号幅判別器の出力及びタイマー回路の出力を入力とするＯＲ回路、このＯＲ回路の出力にもとづいてスイッチング素子を導通させるトリガ回路及び上記スイッチング素子の導通時に動作して上記交流電路の遮断器を引き外す電磁装置を備えたものである。

この発明に係る地絡検出装置は以上のように構成されているため、地絡発生時にインバータの高周波の影響による負荷遮断の不動作を防止すると共に、高周波成分による零相変流器の鉄損の増大によるコイルの焼損を効果的に防止することができる。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図にもとづいて説明する。図１は、実施の形態１による地絡検出装置の構成を示すブロック図、図２は、実施の形態１による地絡検出装置の動作を説明するためのタイミング図である。

図１において、電源からの交流電路１に接続された負荷１０はインバータ３０によって制御されると共に、交流電路１には地絡検出装置１００が設けられ、地絡検出時に遮断器２によって交流電路１を遮断するようにされている。

地絡検出装置１００は次のように構成されている。
交流電路１を１次巻線とする零相変流器３の検出信号は低域フィルター６と高域フィルター１１に入力される。低域フィルター６で高周波成分がカットされ、低周波成分のみとなった信号は低域側レベル判別器７に入力され、所定のしきい値を超えた時に出力を生ずる。

信号幅判別器８は低域側レベル判別器７の出力を受けて信号の時間幅を判別し、所定の時間幅を超えた時に出力を生ずる。
一方、高域フィルター１１は零相変流器３によって検出された地絡電流の低周波成分をカットして高周波成分のみの信号を出力する。

図２（ａ）は高周波成分を含む地絡電流を示し、図２（ｂ）は低域フィルター６の出力を示す。また、図２（ｃ）は高域フィルター１１の出力を示す。
高域フィルター１１の出力は高域側レベル判別器１２に入力される。ここでは図２（ｄ）に示すように、高域フィルター１１の出力を整流した後平滑し、所定のしきい値VTHと比較して信号がしきい値VTHを超えた時、図２（ｅ）に示すように出力を生じる。

なお、高域側レベル判別器１２のしきい値VTHのレベルは、低域側レベル判別器７のしきい値レベルよりも高い値に設定されている。
高域側レベル判別器１２の出力はタイマー回路１３へ入力され、図示しないコンデンサを充電して信号レベルが図２（ｆ）に示すように時間と共に上昇する。充電時間が所定の時間ｔを超えた時に図２（ｇ）に示すように出力を生ずる。

タイマー回路１３の出力及び上述した信号幅判別器８の出力はＯＲ回路１４へ入力されているため、タイマー回路１３あるいは信号幅判別器８に出力が生じた時、その出力はトリガ回路９に与えられる。トリガ回路９の出力はスイッチング素子５のゲートに入力され、スイッチング素子５を導通させて電磁装置４を動作させる。この結果、交流電路１の遮断器２が引き外され、交流電路１が遮断される。

実施の形態１は以上のように構成され、高域フィルター１１及び高域側レベル判別器１２を設けているため、地絡電流の高周波成分の検出、判別が可能となる結果、零相変流器３のコイルを鉄損によって焼損することを防止することができる。

また、低周波成分を阻止することで、高域側レベル判別器１２のしきい値を低域側レベル判別器７のしきい値より高く設定し、タイマー回路１３により低周波成分の動作時間よりも長い時延特性をもたせることにより、インバータなど高周波による誤動作の防止の効果を下げることなく、焼損に至らないレベル以下では高周波成分による誤動作を防止することができる。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２を図にもとづいて説明する。図３は、実施の形態２による地絡検出装置のタイマー回路の構成を示すブロック図、図４は、実施の形態２による地絡検出装置の動作を説明するためのタイミング図である。なお、タイマー回路以外の構成は実施の形態１と同様であるため図示及び説明を省略する。

高域フィルター１１の出力を平滑した高域側レベル判別器１２の信号は図４（ａ）に示されるものであるが、この信号が図３に示すように２乗回路２０に入力されて２乗され、電圧電流変換回路２１によってタイマ用コンデンサ２３の充電用の電流に変換される。

タイマ用コンデンサ２３と並列接続されたスイッチ２２は高域側レベル判別器１２の信号がしきい値VTH以下で出力が生じていない時は閉路されており、従ってタイマ用コンデンサ２３は短絡された状態にあるが、図４（ｂ）に示すように、高域側レベル判別器１２の信号がしきい値VTHを超えて出力が生じるとスイッチ２２が開路され、タイマ用コンデンサ２３の短絡状態が解かれるため、電圧電流変換回路２１から出力された信号によりタイマ用コンデンサ２３が充電される。

タイマ用コンデンサ２３の電圧は図４（ｃ）に示すように上昇し、比較器２４のしきい値VTH2を超えると、比較器２４は出力を生じるため、タイマー回路１３は図４（ｄ）に示すように出力を生じる。タイマ用コンデンサ２３の充電時間は地絡電流の大きさに反比例することになる。温度上昇は電流の２乗に比例することから焼損特性（温度上昇）に合わせた動作時間での保護が可能となる。

この発明の実施の形態１による地絡検出装置の構成を示すブロック図である。この発明の実施の形態１による地絡検出装置の動作を説明するためのタイミング図である。この発明の実施の形態２による地絡検出装置のタイマー回路の構成を示すブロック図である。この発明の実施の形態２による地絡検出装置の動作を説明するためのタイミング図である。

符号の説明

１交流電路、２遮断器、３零相変流器、４電磁装置、
５スイッチング素子、６低域フィルター、７低域側レベル判別器、
８信号幅判別器、９トリガ回路、１０負荷、１１高域フィルター、
１２高域側レベル判別器、１３タイマー回路、１４ＯＲ回路、
３０インバータ。

Claims

交流電路に接続され、上記交流電路の地絡電流を検出する零相変流器、この零相変流器に接続され、検出された地絡電流に含まれる高周波成分を阻止する低域フィルター、この低域フィルターを通過した信号が所定のしきい値を超えた時に出力を生ずる低域側レベル判別器、この低域側レベル判別器の出力が所定幅以上の時に出力を生ずる信号幅判別器、上記零相変流器に接続され、検出された地絡電流に含まれる低周波成分を阻止する高域フィルター、この高域フィルターを通過した信号を平滑すると共に、信号が別の所定のしきい値を超えた時に出力を生ずる高域側レベル判別器、この高域側レベル判別器の出力が所定時間継続した時に出力を生ずるタイマー回路、上記信号幅判別器の出力及びタイマー回路の出力を入力とするＯＲ回路、このＯＲ回路の出力にもとづいてスイッチング素子を導通させるトリガ回路及び上記スイッチング素子の導通時に動作して上記交流電路の遮断器を引き外す電磁装置を備えた地絡検出装置。
上記タイマー回路は、その動作時間が上記地絡電流の大きさに反比例した特性を有することを特徴とする請求項１記載の地絡検出装置。