JP2600534B2 - 地絡検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、交流電路に地絡が発
生したとき、その交流電路を遮断する地絡検出装置にお
いて、交流電路の負荷側に挿入されたインバータ等から
の高周波成分による不要動作、不動作の防止に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】図５は例えば特開昭61-15422号公報に示
された従来の地絡検出装置を示すブロック図、図６はそ
の動作波形図である。図において、１は交流電路、２は
この交流電路１に設置された遮断器、３は交流電路１を
１次巻線とする地絡検出器例えば零相変流器、４は遮断
器２を引き外すように設けられた電磁装置、５は電磁装
置４と直列に接続されたスイッチング素子例えばサイリ
スタである。遮断器２、電磁装置４およびサイリスタ５
は遮断手段を構成している。６は零相変流器３に接続さ
れ、その出力のレベルを判別するレベル判別器、７はこ
のレベル判別器６に接続され、その出力時間幅を判別す
る信号幅判別器、８は信号幅判別器７に接続され、その
出力に応じてトリガ信号を発生させるトリガ回路であ
る。信号幅判別器７とトリガ回路８は信号判別手段を構
成する。トリガ回路８の出力側はサイリスタ５のゲート
電極に接続され、そのトリガ信号によりサイリスタ５が
オンされ電磁装置４を介して遮断器２を引き外し、交流
電路１を遮断する。

【０００３】上記のような従来の地絡検出装置の動作を
図６の波形図を参照しながら説明する。交流電路１に地
絡が発生したとき、交流電路１には図６(a) に示す地絡
電流が流れる。この地絡電流は零相変流器３により検出
され、その出力側には図６(b) に示す検出信号が得られ
る。この検出信号はレベル判別器６に入力され、そのレ
ベルが閾値ＴＨ１を超えると、図６(c) に示すように、
零相変流器３の検出信号レベルが閾値ＴＨ１を超えてい
る期間の対応する時間幅のパルス信号が発生される。こ
のパルス信号は信号幅判別器７に入力され、このパルス
信号幅が所定の幅ｔ１例えば２ミリ秒以上であれば信号
幅判別器７は図６(d) に示すような出力信号を発生し、
この出力信号に応答してトリガ回路８は図６(e) に示す
トリガ信号を発生する。このトリガ信号によりサイリス
タ５がオンされ電磁装置４を介して遮断器２を引き外
し、交流電路１を遮断する。

【０００４】ところで近年、負荷側にインバータを挿入
して負荷制御を行う回路への地絡検出装置の使用が増加
してきた。この場合の回路構成を図７に、その動作波形
図を図８、図９、図10に示す。図において、１〜８は上
記従来装置と同一のものである。10はインバータであ
り、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10からの
電力には周波数を変換するため用いられる１ｋＨｚ前後
または１０ｋＨｚ前後の高周波が含まれている。11は配
電用の変圧器であり、一般に２００Ｖ配電回路ではデル
タ接続の１相は接地される。12は負荷周辺での地絡発生
時の地絡抵抗、13は負荷回路の電線と大地間の浮遊静電
容量である。

【０００５】上記のような地絡検出装置の負荷側にイン
バータを挿入した回路の地絡の発生の無い場合の動作を
図10を用いて説明する。浮遊静電容量へは、図10(a) に
示すような尖頭波形の電流が流れ、零相変流器３は図10
(b) のような出力をレベル判別器６へ出力する。レベル
判別器６の閾値ＴＨ１を超える部分に相当する出力は図
10(c) に示すように幅の狭いパルス列になる。このパル
ス幅は所定の時間ｔ１以下であるので、図10(d) に示す
ように信号幅判別器７の閾値ＴＨ２を超えない。つまり
信号幅判別器７が浮遊静電容量を流れる電流による信号
を阻止して地絡検出装置の不要動作を防止している。

【０００６】次に地絡検出装置の負荷側にインバータを
挿入した回路の地絡時の動作を図８を用いて説明する。
地絡発生による地絡抵抗12へは図８(a) に示すような地
絡電流が流れ、零相変流器３は図８(b) のような出力を
レベル判別器６へ出力する。レベル判別器６の閾値ＴＨ
１を超える部分に相当する出力は図８(c) に示すように
周波数変換のため用いられた高周波により非連続の微小
パルスとなる。この微小パルスが信号幅判別器７に入力
されるが、この非連続微小パルスの持続時間幅が所定の
時間ｔ１以上であるにもかかわらず、この間の微小パル
スの集積が信号幅判別器７の閾値ＴＨ２を超えないの
で、トリガ回路８はトリガ信号を発生せず地絡が発生し
ても負荷遮断がなされないことになる。

【０００７】また、インバータ10と負荷間の電線の長さ
に応じた浮遊静電容量13を流れる電流と地絡電流の合成
電流は図９(a) に示すようになる。この合成電流は静電
容量（コンデンサ）を流れるので高周波部分に尖頭部を
持つ。従って、零相変流器３の出力は基本出力ではレベ
ル判別器６の閾値ＴＨ１を超えていないが波形の尖頭部
が閾値ＴＨ１を超える。これによりレベル判別器６から
の出力は連続微小パルスとなり、信号幅判別器７に入力
される。信号幅判別器７で連続微小パルスを集積するの
で信号幅判別器７の閾値ＴＨ２を超えることがあり、ト
リガ回路８はトリガ信号を発生し、所定レベルを超える
地絡が発生していないのに負荷遮断がなされることにな
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の地
絡検出装置では、以上説明したとおり負荷側にインバー
タを挿入して負荷制御を行う回路へ適用した場合に、イ
ンバータの周波数変換のため用いられた高周波の影響に
より地絡が発生しても負荷遮断がなされないことや、イ
ンバータと負荷間の電線が長い場合、浮遊静電容量を流
れる高周波を含む不平衡電流により地絡の発生していな
いのに負荷遮断してしまうといった課題があった。

【０００９】本発明は上記のような課題を解決するため
になされたもので、負荷側にインバータを挿入して負荷
制御を行う回路へ適用してもインバータからの高周波成
分による不要動作、高周波成分の影響による不動作防止
がなされる地絡検出装置を提供することを目的としい
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明に係る地絡検出
装置は、交流電路の地絡電流を検出する零相変流器と、
零相変流器に接続されたオペアンプを含んで構成される
低域フィルターと、この低域フィルターを通過して高周
波成分が除去された上記地絡電流のレベルが所定の値を
超えた期間に対応する時間幅のパルス信号を発生するレ
ベル判別器と、レベル判別器からのパルス信号が所定幅
以上のとき出力信号を発生する信号幅判別手段と、信号
幅判別手段からの出力信号が所定時間内に２回以上存在
したとき出力信号を出すカウンタと、カウンタからの出
力信号により作動し交流電路を遮断する遮断手段とを備
えたものである。

【００１１】

【作用】この発明に係る地絡検出装置は、零相変流器に
接続された低域フィルターが負荷制御のために挿入され
たインバータから発生する高周波成分を阻止し、低域フ
ィルターをオペアンプを含んで構成することで低域フィ
ルターを容易に構成することができ、低域フィルターの
オペアンプが持つ時定数による過渡出力をカウンタが阻
止する。

【００１２】

【実施例】実施例１． 図１はこの発明の実施例１を示す地絡検出装置を示すブ
ロック図、図２〜図３はその動作波形図である。図にお
いて、１〜８は上記従来装置において説明したものと同
様である。９は零相変流器３とレベル判別器６の間に接
続された低域フィルターであり、高周波成分をカットし
て低周波成分だけをレベル判別器６へ伝える。18はカウ
ンタであり、信号幅判別器７から入力されるパルスが２
回以上になるとトリガ回路８へトリガ信号を出力する。
19は信号幅判別器７からの最後のパルスから所定時間だ
けカウンタ18を作動可能にするタイマーである。カウン
タ18は最後のパルスから所定時間経過するとリセットさ
れる。

【００１３】ここで地絡電流の主要周波数成分は、200
Ｖ回路での一般的なデルタ接地系において、運転周波数
（０〜120 Ｈｚ）、電源周波数（50または60Ｈｚ）、キ
ャリア周波数（800 〜20ｋＨｚ）及びその高調波成分で
ある。また、400 Ｖ回路での一般的なスター接地系にお
いては、運転周波数（０〜120 Ｈｚ）、電源周波数の第
３次成分（150 または180 Ｈｚ）、キャリア周波数（80
0 〜20ｋＨｚ）及びその高調波成分である。

【００１４】低域フィルター９は前述のうち高周波成分
であるキャリア周波数及びその高調波を阻止し、デルタ
接地では電源周波数成分を、スター接地においては運転
周波数及び電源周波数の第３次成分を有効に通過させる
必要がある。従って、カットオフ周波数は通過させる周
波数の２倍程度の100 〜360 Ｈｚ、減衰特性はキャリア
周波数800 Ｈｚが減衰するように12ｄＢ／０ct以上のも
のが望ましい。

【００１５】このように構成された地絡検出装置におい
て、負荷側にインバータを挿入した場合、零相変流器３
により検出される波形は図２(a) 、図３(a) に示すよう
に高周波成分を含むが、低域フィルター９がインバータ
の高周波成分をカットするので、レベル判別器６へ入力
される波形は図２(b) 、図３(b) のように交流電路１の
商用周波数となり、該地絡検出装置は高周波成分の影響
を受けずに所定の地絡検出成分でだけで作動する。

【００１６】図４はこの発明の低域フィルターの実施例
を示す図である。図において、１〜３は上記にて説明し
たものと同一である。14は調整抵抗、15はオペアンプで
あり、抵抗16、コンデンサ17の帰還路を持つ。

【００１７】この様な低域フィルターは利得が可変であ
り、零相変流器３の出力特性に合わせて適性な利得設定
が可能であるので、零相変流器３を地絡検出に用いた地
絡検出装置に適している。またオペアンプ15を用いるこ
とで、抵抗、コンデンサだけの組み合わせからなる低域
フィルターに比べ回路構成の小形化が可能である。

【００１８】オペアンプ15を用いた低域フィルター９は
時定数を持っており、電源の立上時にその時定数により
過渡出力を発生する。この過渡出力波形が前述の信号幅
判別器７の判別値である所定の時間幅ｔ1以上のときは
上記実施例２の地絡検出装置は地絡の発生でないのに誤
動作してしまう。一般に過渡出力波形は最初の波形は大
きいが後は急減衰する。このため信号幅判別器７からの
出力は単発パルスとなる。また、地絡検出による信号幅
判別器７の出力は連続パルスとなる。従って、上記よう
にカウンタ18、タイマー19を具備させることでタイマー
19で規制される所定時間内の単発パルス（電源の立上時
の時定数による過渡出力）では動作せず、所定時間内に
パルスが２回以上になる連続パルス（地絡検出による出
力）のとき動作する不要動作の少ない地絡検出装置とな
る。

【００１９】なお、上記におけるカウンタ18、タイマー
19に代えてコンデンサと抵抗からなる時定数回路を用い
ても同等の効果を奏する。

【００２０】

【発明の効果】以上のように、この発明においては、イ
ンバータの周波数変換のため用いられた高周波の影響に
より地絡が発生しても負荷遮断がなされない不動作、お
よびインバータと負荷間の電線が長い場合等の浮遊静電
容量を流れる高周波を含む不平衡電流により地絡が発生
していないのに負荷遮断をしてしまう不要動作のない地
絡検出装置を得るのに、高周波成分をカットする低域フ
ィルターをオペアンプを含んで構成し、低域フィルター
のオペアンプが持つ時定数による過渡出力をカウンタが
阻止させるようにしたので、低域フィルターの回路構成
の小形化容易に構成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の地絡検出装置を示すブロック図で
ある。

【図２】 この発明の地絡検出装置の動作波形図であ
る。

【図３】 この発明の地絡検出装置の動作波形図であ
る。

【図４】 この発明の低域フィルターの回路図である。

【図５】 従来の地絡検出装置を示すブロック図であ
る。

【図６】 従来の地絡検出装置の動作波形図である。

【図７】 従来の地絡検出装置にインバータを挿入した
ときの回路構成図である。

【図８】 図７の不動作を説明する動作波形図である。

【図９】 図７の不要動作を説明する動作波形図であ
る。

【図１０】 浮遊静電容量による不動作防止を説明する
不動作波形図である。

【符号の説明】 １ 交流電路、 ３ 零相変流器、 ６ レベル判
別器 ７ 信号幅判別器、 ８ トリガ回路、 ９ 低域フ
ィルター 10 インバータ、 12 地絡抵抗、 13 浮遊静電
容量 15 オペアンプ、 18 カウンタ、 19 タイマー

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流電路と電磁的に結合されこの交流電
   路の地絡電流を検出する零相変流器、この零相変流器に
   接続されたオペアンプを含んで構成される低域フィルタ
   ー、この低域フィルターを通過して高周波成分が除去さ
   れた上記地絡電流のレベルが所定の値を超えた期間に対
   応する時間幅のパルス信号を発生するレベル判別器、こ
   のレベル判別器からの上記パルス信号が所定幅以上のと
   き出力信号を発生する信号幅判別手段、この信号幅判別
   手段からの出力信号が所定時間内に２回以上存在したと
   き出力信号を出すカウンタ、このカウンタからの出力信
   号により作動し上記交流電路を遮断する遮断手段を備え
   たことを特徴とする地絡検出装置。