JPH0152977B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、AC（交流）電源と無接地（浮動）で
動作する電子機器等の負荷機器との間で使用する
接地端監視装置、特に、負荷機器の露出した導電
部（接地端）が危険な高電位に上昇した際、負荷
機器を自動的に接地する装置に関する。

〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕

オシロスコープやロジツクアナライザの如き試
験及び測定に使用する電子機器は、場合によつて
は、接地電位源と接続しない浮動（フローテイン
グ）状態で動作させることが望ましい。このよう
な浮動測定、即ち、接地電位を基準としない測定
は、測定器の入力定格を超える大きな直流オフセ
ツト電圧に測定したい小信号が重畳されている場
合やグランド・ループ・ノイズが測定作業の邪魔
になる場合等に特に有効である。従来、浮動測定
の為にAC電源と電子機器との間に絶縁変圧器を
挿入することが一般に行われている。しかし、こ
のような保護機能を持たない浮動測定方法では、
浮動状態の測定器の外部導電部（接地端）に被測
定系から高電圧が印加されたりした場合、操作者
に電気的衝撃を与えたり、機器に損傷を与えたり
する危険があることが判つている。更に、最近の
世界的な安全基準では、安全な作業状態の維持義
務を課しているので、浮動測定を行う際の安全装
置の提供が望まれている。

従つて、本発明の目的は、AC電源と浮動状態
で動作する負荷機器との間で使用される保護機能
付の接地端監視装置を提供することである。

〔課題を解決するための手段及び作用〕

本発明によれば、AC電源と無接地（浮動）状
態で動作する負荷機器との間で使用される保護機
能付の接地端監視装置を提供している。この装置
の通常動作中には、AC電源からの電力は、本発
明の接地端監視装置を介して負荷機器に加えら
れ、他方、浮動動作中には、負荷機器の接地端と
AC電源の接地端間が電気的に遮断され、浮動測
定を可能にする。この装置の検出手段は、負荷機
器の接地端の電圧及び負荷機器の接地端から流れ
る電流の少なくとも一方を検出する。検出した電
圧及び電流の少なくとも一方が所定値を超えた場
合には、負荷機器の接地端とAC電源の接地端を
強制的に接続する。その際、AC電源からの給電
を遮断するように構成しても良い。この監視装置
内の保護回路は、例えば迅速に接地電位にクラン
プする為の高速スイツチ、可聴警報器、電圧保護
用追加線、或いは動作試験回路の如き他の構成要
素を設けても良い。また、AC伝送路の一方の伝
送線である中性導線路と接地端間の高インピーダ
ンス状態を検出し、障害を避けるように警告を発
する手段を設けても良い。

本発明の接地端監視装置により、浮動動作状態
の負荷機器の接地端の危険な電圧及び電流の少な
くとも一方が監視され、これら電圧及び電流の少
なくとも一方が所定値を超えると、負荷機器を強
制的に接地して操作者への危険を回避する。

〔実施例〕

第１図は、AC電源１０及び負荷機器１２間に
接続された本発明の接地監視装置の好適実施例の
ブロツク図である。負荷機器１２は例えばオシロ
スコープ等の電子計測機器である。この接地端監
視装置は、AC電源１０への接続用プラグ１４、
負荷機器のプラグが差し込まれるコンセント１
６、ホツト・サイド導線１８、接地導線２０及び
中性導線２２を有する３線給電方式を含んでい
る。接地導線２０は、AC電源１０の接地電位及
び負荷機器１２のシヤーシ又はフレームに接続さ
れる。電源スイツチ２４の接点２４ａ及び２４ｂ
を閉じると、この監視装置回路を動作させる為の
DC（直流）電圧を発生する電源回路２６に電力が
供給される。遮断器制御回路２８は、１対の継電
器３０及び３２にDC動作電圧を印加し、その際、
接点３０ａ及び３０ｂは閉じてAC電力は導線１
８及び２２を介して負荷機器１２に供給される。
接点３２ａが開かれると、負荷機器１２が接地電
位から遮断されて浮動状態となる。通常測定状態
では、接点３２ａは閉状態となり、負荷機器１２
の接地端はAC電源１０の接地端と接続される。

ヒユーズ３４及び３６を夫々導線１８及び２２
に設け、ヒユーズを流れる電流が定格を超えたと
きにヒユーズを溶断して回路を保護する。同様
に、ヒユーズ３８は、電源回路２６のホツト・サ
イド側に設けられている。どのヒユーズが溶断し
ても電源回路２６は必ず動作を停止し、リレー３
０及び３２への給電が停止し、接点３０ａ及び３
０ｂは開き、接点３２ａは閉じる。

負荷機器１２にAC電力が供給され、接点３２
ａが開いて負荷機器１２の接地端が接地電位源と
絶縁された浮動動作状態では、接地導線２０に接
続されたピーク検出回路４０は、出力コンセント
１６の接地端の電圧及び電流を監視する。出力コ
ンセント１６の接地端の電圧が所定の安全レベル
を超えたり、異常電流が流れると、ピーク検出回
路４０は、遮断器制御回路２８に出力信号を送
り、リレー３０及び３２への給電を断つ。また、
ピーク検出回路４０の出力は、電子スイツチを有
する高速接地クランプ回路４２に印加され、事故
の検出から数マイクロ秒以内に高速接地クランプ
回路４２が出力コンセント１６の接地端を接地電
位に接続する。即ち、遮断器制御回路２８及びリ
レー３２を介して行われる停止動作では、時とし
て数ミリ秒を要するので、高速接地クランプ回路
４２を介して即座に接地電位に接続する。更に、
高速接地クランプ回路４２は、接点３２ａが何ら
かの理由で誤動作しても、それをバツクアツプす
る付加的安全効果を奏する。

尚、図示していないが、浮動測定状態の負荷機
器１２の接地端は被測定系の接地電位以外の基準
電位源（＋15V等）に接続して用いられることが
多い。この時、被測定系から所定値以上の電圧が
負荷機器の接地端に印加された時、上述のように
強制的に負荷機器の接地端が接地電位源に接続さ
れるので、被測定系から接地電位源に大電流が流
れ、被測定系を損傷する危険がある。従つて、負
荷機器の接地端と被測定系の基準電位源間には、
例えばヒユーズを設ける等の保護手段を施すこと
が望ましい。

中性導線及び接地電位源に接続されたAC電源
装置の保護の為に、接地導通監視回路４４を設け
ても良い。即ち、接地導通監視回路４４は、所定
レベルを超える電圧が中性導線に生じる（即ち、
中性導線と接地電位源との間のインピーダンスが
所定レベル以上に上昇する）と、電源における中
性導線及び接地導線間の高インピーダンス路の存
在を検出し、遮断器制御回路２８を動作させる。

第２図は、本発明の接地端監視装置の詳しい一
実施例を示す回路図である。この実施例において
も、接点３２ａは通常状態で閉状態（NC）とし
て図示されているが、通常状態で閉又は開の何れ
の状態にするかは設計上の問題である。本実施例
において、接点３０ａ及び３０ｂを操作するリレ
ー３０は、事故が発生すると開状態となり、手動
でリセツトするまで、その状態を維持する電磁型
回路遮断器を含んでいる。しかし、出力コンセン
ト１６に接続された機器を通常は浮動状態にした
くない場合には、接点３２ａが通常開状態のリレ
ーを使用し、常時接地電位に接続するように構成
しても良い。

電源回路２６は、変圧器５０、４個のダイオー
ド５２ａ，５２ｂ，５２ｃ及び５２ｄから成るダ
イオード・ブリツジ型全波整流器及び平滑コンデ
ンサ５４を含んでいる。単一の１次巻線を有する
変圧器５０が図示されているが、115V／230Vの
切換え動作を容易にする為に切換えスイツチを設
けた複合巻線型変圧器を用いても良い。この実施
例では、電源回路２６は、約30Vの直流電圧を出
力する。

遮断器制御回路２８は、いかなる型式の断続制
御可能スイツチでも良く、例えばトライアツクの
如き第１及び第２スイツチ６０及び６２を含んで
いる。第２スイツチ６２は好適にはプログラム可
能なユニジヤンクシヨン・トランジスタ（UJT）
である。通常の動作状態では、これらのスイツチ
はオフ状態であり、スイツチ６０のゲートは抵抗
器６４を介して制御線６６の一端に接続され、ス
イツチ６２のカソードも制御線６６に接続されて
いる。制御線６６の他端は抵抗器６８を介して接
地される。スイツチ６２のアノード及びゲート
は、変圧器７０の２次巻線の両端に接続され、こ
の変圧器７０は現状態では動作していない。スイ
ツチ６２のアノードは更に抵抗器７２を介して電
源回路２６に接続されると共に、コンデンサ７４
に接続されて電源電圧の変化によるUJTの焼損
を防ぐようにデカツプリング回路網を形成する。
リレー３０の一端は、電源回路２６に接続され、
他端はスイツチ６０の図中の上端に接続され、ス
イツチ６０はリレー３０が接地されないように、
現状態では開いている。従つて、リレー３０は駆
動されず、AC電力が閉状態の接点３０ａ及び３
０ｂを介して負荷機器１２に供給される。一端が
接地されたリレー３２は、その他端が閉状態のス
イツチ７６を介して電源回路２６に接続されてい
るので、駆動されて接点３２ａは開状態となり、
出力コンセント１６の接地端は接地電位源から絶
縁される（浮動動作状態）。接地電位源を常に出
力コンセント１６の接地端に接続するように装置
を動作させる為に、スイツチ７６を開状態に設定
しても良い（接地動作状態）。

高速接地クランプ回路４２としては、例えばト
ライアツクの如きいかなる型式の断続制御可能ス
イツチを用いても良い。この高速接地クランプ回
路４２を接地電位源から抵抗器８０を介して接地
導線２０の出力側に接続する。通常は閉状態であ
るスイツチ４２は、抵抗器８２を介して制御線６
６に接続したゲートを有する。

制御線６６の電位が接地電位から所定値以上に
変化すると、スイツチ６０及び４２は共に動作し
て、リレー３０の一端及び接地導線２０の出力端
側を接地電位源に接続する。その際、リレー３０
は駆動され、接点３０ａ及び３０ｂを開き、導線
１８及び２０への給電を停止する。上述のよう
に、接点３０ａ及び３０ｂは、一度開状態になる
と、遮断器を手動でリセツトするまで開状態を維
持する。

ピーク検出回路４０は、所定の安全レベルを超
えた電圧及び接地事故電流を検出するように設計
されている。４個のダイオード８６ａ，８６ｂ，
８６ｃ及び８６ｄから成るダイオード・ブリツジ
型全波整流器が出力コンセント１６の接地端に接
続され、正及び負の何れの電圧でも検出出来る。
抵抗器８８，９０及び９２並びにシエナー・ダイ
オード９４を有する回路網をブリツジ整流器の出
力端間に接続する。プログラム可能なUJTが好
適なスイツチ９６を抵抗器８８及び９０の接続点
と変圧器７０の１次巻線の一端との間に接続し、
変圧器７０の１次巻線の他端は抵抗器９０、ツエ
ナー・ダイオード９４及びブリツジ整流器の共通
接続点に接続する。スイツチ９６のゲートを抵抗
器９８を介して低抗器９２及びツエナー・ダイオ
ード９４の接続点に接続する。出力コンセント１
６の接地端のピーク電圧が±40Vを超えるか、又
は0.5ｍＡを超える電流が流れると、スイツチ９
６は動作して、次いで変圧器７０の両端にパルス
を発生させて、スイツチ６２を動作（導通）させ
る。リレー３２への給電が断たれ、出力コンセン
ト１６の接地端は接点３２ａを介して接地電位源
に接続される。スイツチ６２が動作すると、スイ
ツチ４２及び６０のゲートの制御線６６を介して
パルスが供給され、スイツチ６０及び４２が動作
して高速接地クランプ動作を実行すると共に、
AC電力の給電を断つ。

ダイオード１０４及び１０６、ツエナー・ダイ
オード１０８及び１１０、並びに抵抗器１１２を
有する高速ピーク検出回路は、出力コンセント１
６の接地端及び制御線６６間に接続され、ピーク
電圧が安全限界±40Vを超えたとき、スイツチ６
０及び４２を導通させる。この高速ピーク検出回
路は、出力コンセント１６が接続された負荷機器
の外部導電部（接地端）に不意に危険な過大電圧
が印加された場合、通常のピーク検出回路４０及
びスイツチ６２が反応する前に、制御線６６を介
してスイツチ６０及び４２を駆動し、保護動作を
実行させる。

ツエナー・ダイオード１１６を電源回路２６の
出力端及び制御線６６間に接続し、電源回路２６
の出力電圧が過大となつたとき、スイツチ６０及
び４２を動作させてシステムを保護する。

第１図に関して説明したように、この接地端監
視装置には、接地導通監視回路４４を設けても良
い。上述のように、この接地導通監視回路４４の
特徴は、導線の一方が中性導線に接続されたAC
電源装置の保護の為に使用することである。も
し、その必要がなければ、スイツチ１２０を接地
電位側に切り換えて接地導通監視回路４４を遮断
する。接地導通監視回路４４は、ダイオード１２
４及び１２６、コンデンサ１２８、並びにゲート
電極を抵抗器１３２及び１３４から成る分圧回路
に接続したプログラム可能なUJTの如きスイツ
チ１３０を含んでいる。中性点ｎがAC電源１０
において接地されていなければ、スイツチ２４を
閉じると、直ちに線路電位の約半分がホツト・サ
イド導線と中性導線との間の導線容量により中性
導線上に現れる。コンデンサ１２８は、正電位に
充電され、スイツチ１３０を動作させて順次スイ
ツチ６０及び４２を導通させ、給電を停止させ、
出力コンセント１６に接続された負荷機器１２を
接地する。勿論、電力供給時、中性導線２２が接
地電位であれば、スイツチ１３０は動作しない。
しかし、中性点ｎの電位を監視する為に接地導通
監視回路４４は有効であり、危険電圧が発生すれ
ば、スイツチ１３０は直ちに動作する。

仮とえ、中性点ｎが電源内の接地電位源に接続
されたとしても、接続が不充分の場合も考えられ
るので、接地導通状態を監視する必要がある。サ
ーミスタ１４０は、ホツト・サイド導線１８及び
接地間に接続されている。AC電力が供給される
前、サーミスタ１４０は、冷状態なので、例えば
約35Ω程度の低抵抗値である。電力が供給される
と、サーミスタ１４０を介して接地導線に電流が
流れる。中性点の接地インピーダンスが5Ωより
大きければ、中性点及び接地間に電位差が生じ、
前述のように、低抗器１２２を介してコンデンサ
１２８が充電され、スイツチ１３０が動作する。
接地インピーダンスが、5Ωより小さく、良好な
接地導通状態であれば、サーミスタ１４０は、印
加されたホツト・サイド導線の電圧により加熱さ
れ、抵抗値が増加し、接地路に流れる電流を減少
させ、例えば約５ｍＡ程になる。この状態の時、
中性点ｎと接地電位源間が開くか又はその抵抗器
が増加すると、サーミスタ１４０を介して流れる
電流値が小さくとも、スイツチ１３０を導通させ
るのに充分な電圧が抵抗器１２２により検出され
るので、接地導通状態の監視は継続される。

以上本発明の好適実施例について説明したが、
本発明はここに説明した実施例のみに限定される
ものではなく、本発明の要旨を逸脱する事なく必
要に応じて種々の変形及び変更を実施し得る事は
当業者には明らかである。

〔発明の効果〕

本発明によれば、浮動動作状態の負荷機器の接
地端の電圧及び電流の少なくとも一方を監視し、
これら電圧及び電流の少なくとも一方が所定値を
超えると、負荷機器を強制的に接地することによ
り、操作者への危険及び機器の損傷を回避するこ
とが可能な接地端監視装置を提供している。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による接地端監視装置の一実
施例のブロツク図、第２図は、第１図の装置の好
適な実施例を詳細に示す回路図である。 １０はAC電源、１２は負荷機器、１８はホツ
ト・サイド導線、２０は接地導線、２２は中性導
線、２８は制御手段、３２及び３２ａはスイツチ
手段、４０及び４２は検出手段である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 接地端を有するAC電源と、接地端を有する
   負荷機器の間に設けられ、上記AC電源からホツ
   ト・サイド導線及び中性導線を介して交流電力が
   上記負荷機器に供給される際に、上記負荷機器の
   接地端を監視する接地端監視装置であつて、 上記AC電源の接地端と上記負荷機器の接地端
   との間を電気的に接続又は遮断するスイツチ手段
   と、 該スイツチ手段の遮断状態の時に、上記負荷機
   器の接地端の電圧及び電流の少なくとも一方を監
   視し、該電圧及び電流の少なくとも一方が所定値
   を超えた時、検出出力信号を発生する検出手段
   と、 上記検出出力信号に応じて、上記スイツチ手段
   を接続状態にする制御手段とを具えることを特徴
   とする接地端監視装置。