JP5768741B2

JP5768741B2 - 漏電遮断器

Info

Publication number: JP5768741B2
Application number: JP2012043677A
Authority: JP
Inventors: 健志金山; 慎太郎神谷
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-02-29
Filing date: 2012-02-29
Publication date: 2015-08-26
Anticipated expiration: 2032-02-29
Also published as: KR20130099787A; CN103295852A; KR101384422B1; CN103295852B; JP2013182680A

Description

この発明は、主回路の漏洩電流が所定値以上になったとき、この主回路を開放する漏電遮断器に関し、詳しくはその機能を実現するために構成された電子部品の万が一の故障の検知に関するものである。

現在、流通している漏電遮断器のほとんど全ては、この漏電遮断器に内蔵された、例えば集積回路で構成された漏電検出回路にて、零相変流器で検出された信号のレベル判定を行い、所定値を超えれば、やはり、漏電遮断器に内蔵された電磁石装置に対し駆動信号を出力させ、主回路を開放する方式を採用している。然るに、これら漏電検出回路、及び電磁石装置には、動作電力が必要となるが、この動作電力は、漏電遮断器の内部（例えば、主回路電圧ＡＣ４００Ｖ）から採り、所定の電圧（例えば、ＤＣ１２Ｖ）に降下させ、供給されているケースが多い。

従って、漏電検出回路を始めとする電子部品は主回路と直結されることになるため、この主回路に重畳されたサージやインパルスが、漏電遮断器内、すなわち電子部品に侵入し、これら電子部品が焼損・破損に至ることを未然に防ぐ必要がある。そこで、一般的には、漏電遮断器の動作電力生成の源となる主回路との接続点において、サージ吸収素子、例えばサージアブソーバを具設することが知られている。また、あるいは、特許文献１に開示されているように、サージアブソーバの前段に電磁石装置を配設し、サージアブソーバを流れる比較的大きな電流でもって、電磁石装置を励磁させ、漏電遮断器そのものをトリップさせることも知られている。

なお、このとき、３極用漏電遮断器では、３極のうち、（この特許文献１の図２からも明らかなように）外側２極、すなわち、Ｕ−Ｗ相間から採るのが一般的であり、このことが、３極用漏電遮断器を単相電路に使用する場合の制約条件である、Ｒ−Ｔ相間への接続となっている。ところで、この漏電遮断器に限らず、配電機器の国際化、いわゆるグローバル・スタンダード化が言われて久しい。具体的には、ＩＥＣ（国際規格）６０９４７−２ＡｎｎｅｘＢに準拠した漏電遮断器が求められているが、旧来のＪＩＳ（日本工業規格）Ｃ８３７１（すなわち、日本独自の規格）との違いの一つに、三相電路のある一相が欠相したとしても、漏電機能は正常に動作しなければならない、ということが挙げられている。

そのため、前述したように、Ｒ−Ｔ相間から電圧を採っている場合、Ｓ相の欠相では問題ないが、Ｒ相、もしくはＴ相が欠相したときは、直ちに漏電機能を喪失してしまう。そこで、この喪失を防ぐために、特許文献２に開示されているように、動作電力を三相電路の各相から採ったのち、整流回路にて整流し、所定の電圧に降下させて得ることが知られている。この方式によれば、ある一相が欠相したとしても、残る二相で動作電力を生成することができるので、漏電機能は正常に動作し続ける。なお、この特許文献２におけるサージ吸収素子は、フィルタ回路、すなわち整流回路の前後に具設された抵抗とコンデンサであることが窺い知れる。

特開２０００−２２２９９８号公報（第４頁左欄第３９行〜右欄第８行）特開２００５−１３７０９５号公報（第６頁第８行〜第１０行）

特許文献１では、サージアブソーバを含め、全ての電子部品の前段、換言すると、主回路との接続点の直下に電磁石装置（トリップコイル）を接続しているため、当該サージアブソーバを始め、万が一のショートモード故障が電源短絡に繋がるような電子部品を配設しても、その電源短絡を通じて流れる電流で電磁石装置が作動する。この作動により、漏電遮断器がトリップするが、この時点、すなわち、ショートモード故障直後のトリップでは、使用者はその故障に気付かない可能性が高い。そのため、故障に気付かぬまま、漏電遮断器に対しＯＮ操作（場合によってはリセット操作を経てＯＮ操作）を試みるも、その都度、トリップを繰り返すことで、使用者は（トリップ本来の要因である）主回路の絶縁劣化か当該漏電遮断器の故障を知り得ることになる。

漏電遮断器の故障か否かは、負荷側の配線を一旦、外したうえで、前述したＯＮ操作を試みれば判別できるが、いずれにしろ、故障に対し、素早く「トリップ」という手段で、製品（漏電遮断器）の発火・焼損防止、いわゆるフェールセーフ機能を働かせる点は好ましい。しかしながら、この機能を実現するために、電磁石装置を主回路との接続点の直下に配設するが故に、この作動にあたる部品（この特許文献１ではサイリスタ）にパワー素子の使用を余儀なくされてしまうが、限られた基板面積の中で、前述した三相電路の各相からの整流回路構築などを鑑みた場合、極力、パワー素子の基板への装着（実装）は避けたい。

「パワー素子レス」という視点だけを捉えれば、定電流回路以降、すなわち低電圧部位に電磁石装置を配設した特許文献２に、その解が示唆されているものの、図３からも明らかなように、この場合、フィルタ回路の一端を担う平滑コンデンサに万が一のショートモード故障が発生しても、電磁石装置の作動は期待できず、結果的に、漏電遮断器が発火・焼損に至る恐れがある。これを防ぐために、平滑コンデンサへ直列にヒューズを挿入し、電源短絡による流入電流で、このヒューズを溶断させることも考えられるが、ヒューズ溶断以後において、サージ吸収能力の低下が避けられないことはもとより、場合によっては、適切な電圧を漏電検出回路に供給できないことで、漏電機能そのものの喪失を招く可能性もある。この結果、使用者は、漏電テストボタンで漏電機能チェックを行わない限り、漏電機能喪失という、その事実を知らぬまま、「漏電遮断器」を単なる「配線用遮断器」として使用を継続することになり、言うまでもなく、主回路の絶縁劣化監視という点では、好ましいとは言い難い。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、電磁石装置を低電圧部位に配設しながら、電子部品の万が一のショートモード故障に対して、この電磁石装置を作動させる漏電遮断器を得ることを目的とするものである。

この発明に係る漏電遮断器は、三相電路の３本の電力線が挿通され、上記三相電路の漏洩電流を検出する零相変流器と、この零相変流器で検出された信号のレベル判定を行う漏電検出回路と、この漏電検出回路の出力に応動して開閉機構部を作動させる電磁石装置と、上記開閉機構部の作動により開離される電路接点と、上記電力線に接続されこの電力線の交流電力を直流電力に変換する整流回路、及びこの整流回路の直流出力端に接続され上記漏電検出回路及び電磁石装置に動作電力を供給する降圧回路からなる電源回路とを備え、上記整流回路と上記電磁石装置の間にヒューズとダイオードを設け、上記整流回路に異常電流が流れたときに、この異常電流により上記ヒューズが溶断することで、上記異常電流が上記ダイオードを介して上記電磁石装置に流れるようにしたものである。

この発明は以上説明したように、いわゆる三相電源採りでありながら、フェールセーフ機能を高めた漏電遮断器を提供することができる。

この発明の実施の形態１における３極用漏電遮断器の内部回路図である。

実施の形態１．
図１において、漏電遮断器１００は、交流電路を開閉する開閉接点２と、交流電路１中に挿入された零相変流器３に接続され、その検出信号に基づいて漏電を検出する漏電検出回路１２と、この漏電検出回路１２の出力信号によりスイッチング素子１３及び１４を介して付勢される引き外しコイル１５ａとこの引き外しコイル１５ａの付勢時に開閉接点２を開離駆動する引き外し機構１５ｂとを有した電磁石装置１５と、漏電検出回路１２と電磁石装置１５の両方に給電する電源回路１１とを有している。なお、この給電は、交流電路１から入力される交流電圧を所定の直流電圧に変換して行われる。

所定の直流電圧への変換は以下の通り行われる。すなわち、交流電路１に接続され、電流を制限する電流制限抵抗４の次段にはフルダイオードブリッジからなる整流回路５、さらに、この整流回路５の次段には、整流回路５の出力正側にドレインが接続された電界効果トランジスタ８ａと、この電界効果トランジスタ８ａのゲートと後述するヒューズ５１を介して整流回路５の出力負側との間に接続されたツェナーダイオード８ｂと、このツェナーダイオード８ｂにツェナー電流を供給するためにドレインとゲート間に接続された抵抗８ｃからなる降圧回路８が接続されており、この降圧回路８の入出力端にそれぞれ接続される平滑コンデンサ７及び１０を通じて、漏電検出回路１２と電磁石装置１５に給電がなされる。なお、平滑コンデンサ７及び１０と並列に、サージ電流を吸収するツェナーダイオード６及び９が接続されている。

続いて、動作について説明する。当該漏電遮断器１００のＯＮ操作により、交流電路１からＡＣ１００〜４００Ｖ程度の交流電圧が供給されると、電流制限抵抗４に交流の電流Ｉａが流れ、整流回路５で直流電圧Ｖｂに変換される。すると、整流回路５から出力された電流Ｉｂにより、抵抗８ｃを通じてツェナーダイオード８ｂに電流Ｉｃが流れる。このとき、このツェナーダイオード８ｂにかかる電圧、すなわち、電界効果トランジスタ８ａのゲート電圧をＶｃとすると、降圧回路８の出力電圧Ｖｄは、
Ｖｄ＝Ｖｃ−電界効果トランジスタ８ａのＯＮ電圧
となり、前述した通り、Ｖｃはツェナーダイオード８ｂのツェナー電圧なので、
Ｖｄ≒８ｂのツェナー電圧−８ａのＯＮ電圧
となる。ここで、ＯＮ電圧を３Ｖ程度とし、ツェナー電圧を２４Ｖ程度とすると、出力電圧Ｖｄは２１Ｖ程度となる。

一方、ツェナーダイオード９のツェナー電圧を２４Ｖ程度とすると、Ｖｄは前述したように２１Ｖ程度のため、このツェナーダイオード９のツェナー電圧を超えないことから、ツェナーダイオード９はオンせず、電流Ｉｄは流れない。この結果、漏電検出回路１２と電磁石装置１５に所定の直流電圧（この場合、２１Ｖ程度）が給電されることになる。この給電状態において、交流電路１に漏電が発生した場合は、周知の通り、零相変流器３の出力に信号が発生し、漏電検出回路１２により零相変流器３の出力信号レベルが所定の基準値を超えたことを判別すると、漏電トリップ信号をスイッチング素子１３に出力する。

すると、このスイッチング素子１３はその出力によりオンとなり、続けてスイッチング素子１４をオンさせることで、電源回路１１より、このスイッチング素子１４を介して引き外しコイル１５ａに励磁電流が流れる。この結果、引き外し機構１５ｂが動作することで、開閉接点２を開路させ、漏洩電流が流れ続けることによる、事故や火災を未然に防ぐことができる。このように、スイッチング素子１３及び１４を降圧回路以降に配設したため、これらスイッチング素子にパワー素子を採用する必要がなく、前述したフルダイオードブリッジからなる整流回路５の基板実装と相俟って、その実装規模を極力抑えることが可能となる。

ここで、本願のポイントは、スイッチング素子１３と１４を流れる電流の整流回路５の出力負側への、いわゆる帰還ルートの違いにある。すなわち、ツェナーダイオード６以降の電子部品は、例えば、その抵抗値が数１０Ω程度のヒューズ５１を介して整流回路５の出力負側に至るのに対し、スイッチング素子１４だけは、このスイッチング素子１４のコレクタ側とスイッチング素子１３のエミッタ側を、コレクタ側にカソードを接続させたダイオード５２によって、ヒューズ５１は介さずに、引き外しコイル１５ａを介して、整流回路５の出力負側に至っている。換言すると、引き外しコイル１５ａの電流、つまり励磁電流のその電流経路にヒューズ５１が含まれていないことが、本願の回路上の特徴となっている。

この特徴は以下に述べる効果を奏する。すなわち、電子部品の万が一のショートモード故障によって、当該漏電遮断器１００の発火・焼損の恐れがある場合（例えば、ツェナーダイオード６及び９、平滑コンデンサ７及び１０）、このような事象を起こすほどの電流であれば、容易にヒューズ５１が溶断に至る。すると、ダイオード５２の両端電圧をＶ１、Ｖ２で示すとＶ１＞Ｖ２となり、この電流はダイオード５２を介して引き外しコイル１５ａを流れることになる。言うまでもなく、この電流は引き外し機構１５ｂを動作させるには充分なため、前述した漏電発生時と同様、開閉接点２を開路させることで、この電流、すなわちショートモード故障を起こした電子部品を介して流れる異常電流を遮断できるので、漏電遮断器の発火・焼損を未然に防ぐことができる。

もっとも、この時点では、「発明が解決しようとする課題」の項でも述べたように、この漏電トリップがショートモード故障によるものか否かはわからないが、使用者がＯＮ操作、すなわち、短絡状態にある電源回路１１が再び交流電路１に接続されることで、やはり、この異常電流が引き外しコイル１５ａを介して流れ、漏電トリップを繰り返すことになる。この繰り返しにより、使用者は当該漏電遮断器１００の異常も疑い、負荷側の配線を一旦、外したうえでのＯＮ操作で初めて、その異常を認識することができる。ここで、重要なことは、ショートモード故障を起こしたことで、正常な漏洩監視が出来なくなった漏電遮断器の、その使用継続の停止を、使用者に何らかの形で促すことである。

この使用停止を、ヒューズとダイオードの追加だけで実現したので、例えば、三相電路における欠相での動作継続に必要な部品が実装された基板であっても、フェールセ−フ機能をより高めることができる。したがって、使い勝手が良く信頼性の高い漏電遮断器を使用者に提供することが可能である。

１交流電路、２開閉接点、３零相変流器、４電流制限抵抗、５整流回路、
６ツェナーダイオード、７平滑コンデンサ、８降圧回路、
９ツェナーダイオード、１０平滑コンデンサ、１１電源回路、
１２漏電検出回路、１３・１４スイッチング素子、１５電磁石装置、
１５ａ引き外しコイル、１５ｂ引き外し機構、５１ヒューズ、５２ダイオード、１００漏電遮断器。

Claims

三相電路の３本の電力線が挿通され、上記三相電路の漏洩電流を検出する零相変流器と、この零相変流器で検出された信号のレベル判定を行う漏電検出回路と、この漏電検出回路の出力に応動して開閉機構部を作動させる電磁石装置と、上記開閉機構部の作動により開離される電路接点と、上記電力線に接続されこの電力線の交流電力を直流電力に変換する整流回路、及びこの整流回路の直流出力端に接続され上記漏電検出回路及び電磁石装置に動作電力を供給する降圧回路からなる電源回路とを備えた漏電遮断器において、
上記整流回路と上記電磁石装置の間にヒューズとダイオードを設け、上記整流回路に異常電流が流れたときに、この異常電流により上記ヒューズが溶断することで、上記異常電流が上記ダイオードを介して上記電磁石装置に流れるようにしたことを特徴とする漏電遮断器。
上記電磁石装置の応動がスイッチング素子によってなされ、かつ、このスイッチング素子が上記電源回路の次段に配設されていることを特徴とする請求項１に記載の漏電遮断器。