JP2012005193A

JP2012005193A - 漏電遮断器及び漏電検出装置

Info

Publication number: JP2012005193A
Application number: JP2010135811A
Authority: JP
Inventors: Katsumi Watanabe; 克己渡辺
Original assignee: Fuji Electric FA Components and Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric FA Components and Systems Co Ltd
Priority date: 2010-06-15
Filing date: 2010-06-15
Publication date: 2012-01-05

Abstract

【課題】デルタ結線された１線接地の３相３線式電路において、対地抵抗に起因した漏れ電流を簡単かつ安価な構成により検出し、また、動作感度実力値を定格感度電流と定格不動作電流との間に保つことができる漏電遮断器及び漏電検出装置を提供する。
【解決手段】デルタ結線された系統電源１に接続されて１線接地された３相３線式電路２における漏れ電流の抵抗成分を検出して動作する漏電遮断器において、３相３線式電路２のうち非接地であるＴ相，Ｒ相の２線間に、相殺用可変抵抗３７と、漏電検出部３３に接続された零相変流器３４に磁気的に結合する磁気結合部３４ａと、を直列に接続し、零相変流器３４により検出される漏れ電流Ｉ_０のうち対地静電容量５に起因する漏れ電流Ｉ_Ｃを、相殺用可変抵抗３７を流れる電流Ｉ_ＴＲに比例した電流によって相殺する。
【選択図】図１

Description

本発明は、デルタ結線された系統電源に接続され、かつ１線接地された３相３線式電路における漏れ電流の対地抵抗成分（無誘導成分）のみを検出して動作する漏電遮断器及び漏電検出装置に関するものである。

近年において、コンピュータは社会の各方面に利用されており、インテリジェントビルの普及拡大及び工場のＦＡ（ファクトリー・オートメーション）化により、機器同士を結線する際に電線路の長さが長大になることがある。この電線路の長大化により、対地静電容量（浮遊容量）が増大し、これに起因するトラブルも増加傾向にある。

ところで、漏れ電流には、上記の対地静電容量を介して流れる漏れ電流と、対地抵抗を介して流れる漏れ電流とが含まれており、漏電遮断器や漏電検出装置では、対地抵抗を介して流れる漏れ電流のみを正確に検出することが求められている。
電源がスター結線されてその中性点が接地され、更に各相の対地静電容量が等しい場合には、電線路から対地静電容量を介して流れ出る漏れ電流のベクトル合計値はゼロとなり、漏電遮断器や漏電検出装置を動作させるための漏れ電流検出値に影響を与えることはない。しかし、１線接地されたデルタ結線の３相３線式電路では、非接地相である２相の対地静電容量を介した漏れ電流の位相差が６０度であるため、そのベクトル合計値はゼロにならず一定の値を持つことになり、漏れ電流検出値は、この値と本来検出するべき対地抵抗に起因した漏れ電流とのベクトル和になってしまう。

従って、一般の漏電遮断器や漏電検出装置においては、対地抵抗に起因した漏れ電流のみを効果的かつ簡素な手段によって検出できることが望まれている。
なお、１線接地されたデルタ結線の３相３線式電路における、対地抵抗に起因した漏れ電流の検出原理は、例えば特許文献１に記載されている。この従来技術は、零相変流器（ＺＣＴ）により検出した接地線を流れる漏れ電流と、非接地相である一相の基準電位とに基づいて、所定の演算式によって対地抵抗による漏れ電流のみを検出するものであり、漏れ電流がいかなる電路で発生した場合でも整定電流値に対して少ない誤差精度で絶縁状態を検出可能としたものである。

特開２００１−２４２２０５号公報（段落[００４３]〜[００５１]、図３等）

特許文献１に係る従来技術では、抵抗性の地絡電流を検出するために複雑なベクトル解析を行う必要があり、装置が大形となるばかりか、高価になってしまうという問題があった。

一方、漏電遮断器の試験回路は、負荷側で定格不動作電流、すなわち定格感度電流Ｉ_Δｎの１／２の地絡電流が流れていても確実にテスト釦によるトリップ動作が行えるように、テスト電流を定格感度電流Ｉ_Δｎの１．５倍以上に設定するのが一般的である。ここで、定格感度電流Ｉ_Δｎとは、漏電遮断器がこの電流以上では必ず漏電を検出して遮断動作する電流（例えば、３０[ｍＡ]）であり、また、定格不動作電流とは、漏電遮断器がこの電流未満では漏電を検出せずに遮断動作をしない電流（例えば、１５[ｍＡ]）をいう。
しかし、これはとりもなおさず、定格感度電流Ｉ_Δｎの１．５倍を超える値で動作することをテストしているに過ぎず、定格感度電流Ｉ_Δｎにおける動作検証を行ったことにはならないのが実情である。

そこで、本発明の解決課題は、デルタ結線の１線接地された３相３線式電路において、対地抵抗に起因した漏れ電流を簡単かつ安価な構成により検出可能とし、また、動作感度実力値を定格感度電流と定格不動作電流との間に保つことができる漏電遮断器及び漏電検出装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、請求項１に係る漏電遮断器は、デルタ結線された系統電源に接続されて１線接地された３相３線式電路における漏れ電流の抵抗成分を検出して動作する漏電遮断器において、
前記３相３線式電路のうち非接地の２線間に、可変抵抗と、漏電検出部に接続された零相変流器に磁気的に結合する磁気結合部と、を直列に接続し、
前記零相変流器により検出される漏れ電流のうち前記３相３線式電路の対地静電容量に起因する漏れ電流を、前記可変抵抗を流れる電流に比例した電流により相殺するものである。

本発明は、３相３線式電路のうち非接地相である２相の対地静電容量は一般にほぼ等しく、これらの対地静電容量による漏れ電流は非接地の２相間の電圧に対して逆位相（１８０度の位相差）となることに着目したものである。すなわち、非接地の２相間に可変抵抗と磁気結合部とを直列に接続し、この磁気結合部を零相変流器（以下、ＺＣＴともいう）に周回または貫通させて磁気的に結合させる。これにより、上記可変抵抗を流れる電流によって対地静電容量による漏れ電流を相殺し、対地抵抗による漏れ電流のみを効果的に検出することができる。

請求項２に係る漏電遮断器は、請求項１に記載した漏電遮断器において、前記３相３線式電路のうち非接地の１線と接地された１線との間に、前記漏電検出部の試験時に定格感度電流を流すための第１のスイッチ手段を有する第１のテスト回路と、前記漏電検出部の試験時に定格不動作電流を流すための第２のスイッチ手段を有する第２のテスト回路と、を互いに並列に接続したものである。

上記第１のテスト回路及び第２のテスト回路を使用することにより、漏電遮断器が、定格感度電流Ｉ_Δｎで動作して定格不動作電流（Ｉ_Δｎ／２）で不動作であること、すなわち、Ｉ_Δｎ＞漏電遮断器の動作レベル＞（Ｉ_Δｎ／２）であることの確認が可能になる。

請求項３に係る漏電検出装置は、デルタ結線された系統電源に接続されて１線接地された３相３線式電路における漏れ電流の抵抗成分を検出する漏電検出装置において、
前記３相３線式電路のうち非接地の２線間に、可変抵抗と、漏電検出部に接続された零相変流器に磁気的に結合する磁気結合部と、を直列に接続し、
前記零相変流器により検出される漏れ電流のうち前記３相３線式電路の対地静電容量に起因する漏れ電流を、前記可変抵抗を流れる電流に比例した電流により相殺するとともに、
前記漏電検出部に、漏れ電流のレベルを表示する手段を接続したものである。

本発明の漏電遮断器によれば、非接地相である２相間に可変抵抗と磁気結合部とを直列に接続するだけの簡単な構成により、対地静電容量による漏れ電流を打ち消して対地抵抗による漏れ電流のみを正確に検出し、所定の遮断動作を行うことができる。
また、本発明の漏電検出装置によれば、漏電遮断器と同様の原理によって対地抵抗による漏れ電流のみを正確に検出可能であるとともに、漏れ電流のレベル表示により絶縁性能の確認や対地静電容量による漏れ電流の相殺状況の確認が可能になる。

上記のように本発明によれば、対地抵抗に起因する漏れ電流のみを検出し、この検出値に基づいて被測定電路を遮断するＩ_０ｒ動作対応型の漏電遮断器を実現することができ、また、漏れ電流のレベル表示や警報出力が可能な漏電検出装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る漏電遮断器の構成図である。図１における電圧、電流を示すベクトル図である。本発明の第２実施形態に係る漏電検出装置の構成図である。

以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る漏電遮断器（Ｉ_０ｒ動作型漏電遮断器という）の構成図であり、図２は図１における電圧、電流を示すベクトル図である。
図１において、１はデルタ結線された系統電源、２は系統電源１に接続された３相３線式電路であり、この電路２のうちの１線、例えば、Ｓ相が接地されているものとする。また、上記電路２には、本実施形態の漏電遮断器３を介して負荷（図示せず）が接続されている。

漏電遮断器３は、電路２の零相電流を検出するＺＣＴ（零相変流器）３４と、ＺＣＴ３４にＮ回周回して磁気的に結合された巻数Ｎの磁気結合部３４ａと、ＺＣＴ３４の出力を増幅してレベル検出する漏電検出部３３と、この漏電検出部３３により駆動される遮断部３１及び過電流引き外し部３２と、を備えている。
また、磁気結合部３４ａの一端はＲ相の電路２と漏電検出部３３に接続されていると共に、その他端は、第１，第２のテスト抵抗３５，３６及び相殺用可変抵抗３７の各一端に接続されている。更に、テスト抵抗３５，３６の各他端は、第１，第２のテスト釦３８，３９を介してＳ相の電路２に接続され、相殺用可変抵抗３７の他端はＴ相の電路２に接続されている。

すなわち、磁気結合部３４ａは、非接地相であるＲ相，Ｔ相の電路２間に相殺用可変抵抗３７を介して接続され、かつ、非接地相であるＲ相の電路２と接地相であるＳ相の電路２との間に、第１のテスト抵抗３５と第１のテスト釦３８との直列回路、及び、第２のテスト抵抗３６と第２のテスト釦３９との直列回路が、互いに並列に接続されている。
ここで、第１，第２のテスト釦３８，３９は請求項における第１，第２のスイッチ手段を構成し、第１のテスト抵抗３５と第１のテスト釦３８との直列回路は第１のテスト回路を構成し、第２のテスト抵抗３６と第２のテスト釦３９との直列回路は第２のテスト回路を構成している。

また、第１のテスト釦３８をオンしたときに第１のテスト抵抗３５を介してＲ，Ｓ相間に定格不動作電流（Ｉ_Δｎ／２）が流れ、第２のテスト釦３９をオンしたときに第２のテスト抵抗３６を介してＲ，Ｓ相間に定格感度電流Ｉ_Δｎが流れるように、各テスト抵抗３５，３６の抵抗値がそれぞれ設定されている。
なお、図１において、５は各相の電路２の対地静電容量（浮遊容量）を示している。

以下、この実施形態の動作を説明する。
いま、図１の地絡点Ｆで漏電が起きると、漏電遮断器が本来検出するべき対地抵抗に起因した漏れ電流Ｉ_０ｒに、対地静電容量５を介した漏れ電流Ｉ_Ｃ（＝Ｉ_ＣＲ＋Ｉ_ＣＴ）が加わるため、ＺＣＴ３４は漏れ電流としてＩ_０＝Ｉ_０ｒ＋Ｉ_Ｃを検出する。
なお、これらの電流はベクトル量であるが、この明細書の本文中では、電流Ｉがベクトル量であることを示す「・」を便宜的に省略する。

ところで、系統電源１が１線接地されたデルタ結線（図示例ではＳ相接地）の対地静電容量５による漏れ電流Ｉ_Ｃは、各相電路２の対地静電容量が全てほぼ等しいとすると、図２に示す如く、Ｓ相，Ｔ相間の線間電圧Ｖ_ＳＴに対する９０度進み位相電流Ｉ_ＣＴと、Ｒ相，Ｓ相間の線間電圧Ｖ_ＲＳの逆位相電圧（−Ｖ_ＲＳ）に対する９０度進み位相電流Ｉ_ＣＲとの合成電流となり、漏れ電流Ｉ_Ｃの位相は、Ｔ相，Ｒ相間の線間電圧Ｖ_ＴＲに対して逆位相となる。

そこで、非接地相であるＴ相，Ｒ相の２つの電路２間に挿入した相殺用可変抵抗３７を介して流れる電流Ｉ_ＴＲ（線間電圧Ｖ_ＴＲと同位相）により、対地静電容量５に起因した漏れ電流Ｉ_Ｃを相殺することができる。すなわち、Ｉ_ＴＲ×Ｎ＝−Ｉ_Ｃとなるように相殺用可変抵抗３７を調整すれば、ＺＣＴ３４が検出する漏れ電流Ｉ_０からＩ_Ｃを相殺して対地抵抗に起因した漏れ電流Ｉ_０ｒのみを検出することが可能になる。

対地静電容量５に起因した漏れ電流Ｉ_Ｃが相殺されたかどうかは、第１のテスト釦３８をオンして定格不動作電流（Ｉ_Δｎ／２）が流れたときに漏電検出部３３、遮断部３１が遮断動作せず、第２のテスト釦３９をオンして定格感度電流Ｉ_Δｎが流れたときに漏電検出部３３、遮断部３１が遮断動作すれば、漏電遮断器の動作レベルが確実にＩ_Δｎ＞動作レベル＞（Ｉ_Δｎ／２）となっていることから確認可能である。

なお、図１では磁気結合部３４ａの一端をＲ相の接続点「イ」に接続し、相殺用可変抵抗３７の一端をＴ相の接続点「ロ」に接続してあるが、磁気結合部３４ａの一端をＴ相の接続点「ロ」に接続し、相殺用可変抵抗３７の一端をＲ相の接続点「イ」に接続しても良い。
また、負荷側の絶縁劣化等により定格不動作電流（Ｉ_Δｎ／２）が地絡電流として流れていて、テスト時に定格感度電流Ｉ_Δｎでは動作しない場合でも、第１，第２のテスト釦３８，３９を同時に押せば（１．５×Ｉ_Δｎ）のテスト電流を流すことができるから、従来と同様のテスト動作確認は可能である。

次に、図３は本発明の第２実施形態に係る漏電検出装置の構成図である。
図３において、漏電検出装置４は、漏電検出部４１と、電路２の零相電流を検出するＺＣＴ４２と、このＺＣＴ４２にＮ回周回されて一端がＲ相の電路２に接続された磁気結合部４２ａと、磁気結合部４２ａの他端とＴ相の電路２との間に接続された相殺用可変抵抗４７と、漏電検出部４１から出力されるアナログ信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部４３と、そのディジタル出力信号により漏れ電流検出信号のレベルを表示するレベル表示部４４と、漏れ電流検出信号のレベルが設定値を超えたときに警報を出力するリレー等の警報出力部４５及び接点４６と、を備えている。

この実施形態において、対地静電容量５による漏れ電流Ｉ_Ｃを相殺するには、相殺用可変抵抗４７を調整してレベル表示部４４により表示される漏れ電流が最小となるようにすればよい。この漏れ電流が最小になったときにはＩ_ＴＲ×Ｎ＝−Ｉ_Ｃが成り立っており、ＺＣＴ４２が検出する漏れ電流Ｉ_０はＩ_０ｒのみとなって対地静電容量５による漏れ電流Ｉ_Ｃが打ち消されている。
漏電検出部４１では、検出した漏れ電流Ｉ_０ｒのレベルが設定値を超えると警報出力部４５を動作させ、接点４６を閉じて警報を出力させることとなる。

１：系統電源
２：３相３線式電路
３：漏電遮断器
３１：遮断部
３２：過電流引き外し部
３３：漏電検出部
３４：ＺＣＴ
３４ａ：磁気結合部
３５，３６：テスト抵抗
３７：相殺用可変抵抗
３８，３９：テスト釦
４：漏電検出装置
４１：漏電検出部
４２：ＺＣＴ
４２ａ：磁気結合部
４３：Ａ／Ｄ変換部
４４：レベル表示部
４５：警報出力部
４６：接点
４７：相殺用可変抵抗
５：対地静電容量（浮遊容量）

Claims

デルタ結線された系統電源に接続されて１線接地された３相３線式電路における漏れ電流の抵抗成分を検出して動作する漏電遮断器において、
前記３相３線式電路のうち非接地の２線間に、可変抵抗と、漏電検出部に接続された零相変流器に磁気的に結合する磁気結合部と、を直列に接続し、
前記零相変流器により検出される漏れ電流のうち前記３相３線式電路の対地静電容量に起因する漏れ電流を、前記可変抵抗を流れる電流に比例した電流により相殺することを特徴とする漏電遮断器。
請求項１に記載した漏電遮断器において、
前記３相３線式電路のうち非接地の１線と接地された１線との間に、前記漏電検出部の試験時に定格感度電流を流すための第１のスイッチ手段を有する第１のテスト回路と、前記漏電検出部の試験時に定格不動作電流を流すための第２のスイッチ手段を有する第２のテスト回路と、を互いに並列に接続したことを特徴とする漏電遮断器。
デルタ結線された系統電源に接続されて１線接地された３相３線式電路における漏れ電流の抵抗成分を検出する漏電検出装置において、
前記３相３線式電路のうち非接地の２線間に、可変抵抗と、漏電検出部に接続された零相変流器に磁気的に結合する磁気結合部と、を直列に接続し、
前記零相変流器により検出される漏れ電流のうち前記３相３線式電路の対地静電容量に起因する漏れ電流を、前記可変抵抗を流れる電流に比例した電流により相殺するとともに、
前記漏電検出部に、漏れ電流のレベルを表示する手段を接続したことを特徴とする漏電検出装置。