JPH0588429B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、負荷や電力線などの漏電を検出する
漏電検出装置、特に高い周波数範囲では振幅が小
さく、低い周波数範囲では振幅が大きい発振回路
を含み、その発振出力の周波数を検出する周波数
検出回路を備える漏電検出装置に関する。

背景技術 このような周波数検出回路は、たとえば電流検
出のために、磁気マルチバイブレータ回路を用い
たときに必要となる。磁気マルチバイブレータ回
路では、それに含まれている可飽和リアクトルに
巻回されているコイルの被検出電流が変化するこ
とによつて出力周波数が変化し、これに応じて振
幅が高い周波数範囲では小さく、低い周波数範囲
では大きく変化する。このような磁気マルチバイ
ブレータ回路からの出力の周波数を検出すること
によつて、被検出電流の大きさを識別することが
できる。

このような周波数検出回路は、可及的に構成が
簡単であり、しかも確実に動作することが望まれ
る。

目 的 本発明の目的は、構成が簡単であり、かつ確実
に動作することができ、したがつて信頼性が向上
された周波数検出回路を備える漏電検出装置を提
供することである。

発明の構成 本発明は、負荷１に交流電源１０から電力を供
給するためのライン２，３が挿通するコア４３
に、一対の２次コイル４４および３次コイル４５
が巻回される可飽和リアクトル４１を備え、各コ
イル４４，４５の一方端は共通接続され、各コイ
ル４４，４５の他方端には一対のスイツチング素
子４６，４７がそれぞれ接続されて構成される磁
気マルチバイブレータ回路４と、 抵抗１６の一端およびコンデンサ１８の一端が
接続点２０で直列接続される第１積分回路であつ
て、抵抗１６の他端は磁気マルチバイブレータ回
路４の一方のスイツチング素子４６と２次コイル
４４の他方端との接続点に接続される。そのよう
な第１積分回路と、 抵抗１４の一端およびコンデンサ１７の一端が
接続点１９で直列接続される第２積分回路であつ
て、抵抗１４の他端は磁気マルチバイブレータ回
路４の他方のスイツチング素子４７と３次コイル
４５の他方端との接続点に接続される。そのよう
な第２積分回路と、 第１および第２積分回路の接続点２０，１９間
の出力に含まれる交流成分を除去するローパスフ
イルタ２５と、 ローパスフイルタ２５への入力とローパスフイ
ルタ２５からの出力との差を増幅する増幅回路２
８と、 増幅回路２８からの出力を予め定める第１弁別
レベルl1でレベル弁別する第１レベル弁別回路２
９と、 第１レベル弁別回路２９からの出力によつてス
イツチング動作されるスイツチング素子３６と、 スイツチング素子３６の出力側に並列に接続さ
れる積分コンデンサ３７と、 積分コンデンサ３７を予め定める電流値I2で充
電する定電流源３８と、 積分コンデンサ３７の出力を予め定める第２弁
別レベルl2でレベル弁別する第２レベル弁別回路
４０とを含むことを特徴とする漏電検出装置であ
る。

実施例 第１図は、本発明の１実施例の電気回路図であ
る。負荷１には、ライン２，３を介して交流電源
１０から電力が供給される。このライン２，３に
は、スイツチ１１，１２が介在されている。ライ
ン２，３は、磁気マルチバイブレータ回路４の可
飽和リアクトル４１におけるコア４３を挿通して
いる。このライン２，３に漏電が生じたとき、後
述のように磁気マルチバイブレータ回路４の周波
数が変化する。

磁気マルチバイブレータ回路４は、可飽和リア
クトル４１と、マルチバイブレータ４２とを含
む。可飽和リアクトル４１のコア４３には、同一
巻数を有する２次コイル４４および３次コイル４
５が巻回されている。マルチバイブレータ４２で
は、トランジスタ４６，４７は、交互に導通、遮
断動作を行なう。ライン２，３に流れる電流が等
しいとき、したがつて漏電が生じていないときに
は、コイル４４，４５に誘起される電圧は零であ
り、したがつてトランジスタ４６，４７のデユー
テイ比は50％である。トランジスタ４６が導通
し、トランジスタ４７が遮断した場合には、抵抗
４０からの電流は、３次コイル４５を介してトラ
ンジスタ４７には流れずに、２次コイル４４を介
してトランジスタ４６に流れる。このとき、トラ
ンジスタ４６のベース電圧が低いので、定電流源
５０からの一定電流I1は、ダイオード５６を介し
てトランジスタ４６に流れるとともに、ダイオー
ド５５を介してトランジスタ４７には流れなくな
る。また定電流源４９からの一定電流I1は、ダイ
オード５４を介してトランジスタ４７には流れず
にダイオード５３を介してトランジスタ４６に流
れる。トランジスタ４６のベース電圧が高くな
り、トランジスタ４６のベース電流を、ib、電流
増幅率をhfeとすると、コレクタ・エミツタ間電
流がib・hfeになると、トランジスタ４６は能動
領域となる。

トランジスタ４６のベース電圧が高くなると、
定電流源５０からの一定電流I1は、ダイオード５
６を介してトランジスタ４６には流れなくなり、
ダイオード５５を介してトランジスタ４７に流
れ、トランジスタ４７が導通する。また定電流源
４９からの一定電流I1は、ダイオード５３を介し
てトランジスタ４６には流れなくなつてトランジ
スタ４６が遮断し、ダイオード５４を介してトラ
ンジスタ４７に流れる。したがつて抵抗４０から
の電流は、２次コイル４４を介してトランジスタ
４６には流れずに、３次コイル４５を介してトラ
ンジスタ４７に流れる。

したがつて、トランジスタ４６，４７のコレク
タ・エミツタ間電圧のピーク値、および抵抗４０
の電圧のピーク値が一定に定められて、磁気マル
チバイブレータ回路４からは、ピーク値の等しい
同一波形の出力が順次導出される。

定電流源４９，５０から前述の一定の電流I1よ
りも大なる充分な一定の電流I2を流した場合を想
定する。この場合には、抵抗４０の抵抗値をR40
と、トランジスタ４６，４７のコレクタ・エミツ
タ間電流が2.Vcc／R40になると、すなわち能動
領域になると、トランジスタ４６，４７は異なる
デユーテイサイクルで急峻に遮断し、発振が継続
される。したがつてダイオード５３，５４，５
５，５６の順方向電圧に誤差が生じても、トラン
ジスタ４６，４７のコレクタ・エミツタ間電圧お
よび抵抗４０の電圧のピーク値が一定に定められ
て、磁気マルチバイブレータ回路４からはピーク
値の等しい同一波形の出力が順次導出される。

漏電が生じたときには、コイル４４，４５に流
れる電流が漏電が生じていないときよりも小さく
ても可飽和リアクトル４１のコア４３が飽和する
ようになる。したがつて、電流が増加して飽和に
達するまでに要する時間が短くなり、磁気マルチ
バイブレータ回路４の発振周期も短くなつて発振
周波数は高くなる。この出力は、抵抗１４，１
５，１６およびコンデンサ１７，１８から成る回
路に与えられる。この回路のうち、抵抗１６およ
びコンデンサ１８から成る直列回路は第１積分回
路を構成し、抵抗１４およびコンデンサ１７から
成る直列回路は第２積分回路を構成する。磁気マ
ルチバイブレータ回路４の出力は、正常時および
漏電電流が小さいときには、周波数が低くかつ交
流成分の振幅が大きい。これに対して漏電電流が
大きいときには、磁気マルチバイブレータ回路４
の周波数は高くかつ交流成分の振幅は小さい。磁
気マルチバイブレータ回路４の接続点１９，２０
における出力は、増幅回路２１，２２にそれぞれ
与えられ、抵抗２３とコンデンサ２４とから成る
ローパスフイルタ２５に与えられる。

第２図は漏電電流が小さいときにおける動作波
形を示し、第３図は漏電電流が大きいときにおけ
る動作波形を示する。接続点１９における波形
は、第２図１および第３図１における参照符P1，
P6でそれぞれ示されており、接続点２０の波形
は参照符P2，P7でそれぞれ示されている。増幅
回路２１から接続点２６に導出される波形は、第
２図２および第３図２にそれぞれ示されている。
ローパスフイルタ２５は、磁気マルチバイブレー
タ４回路からの出力の交流成分を除去し、この直
流成分とローパスフイルタ２５を通す前の信号と
の差を求めることによつて、接続点２７では、第
２図３および第３図３で示される交流成分のみが
導出される。この交流成分は、増幅回路２８によ
つて増幅される。増幅回路２８に関連して抵抗２
９，３０，３１が接続されている。第１レベル弁
別回路である比較回路２９に関連して定電流回路
３０およびダイオード３１が接続される。接続点
２７における交流成分は、前述のように、高い周
波数範囲でその振幅が小さく、低い周波数範囲で
その振幅が大きい。したがつて比較回路２９で
は、基準電圧を変化させて検出したい周波数を選
定することができる。通常の発振時したがつて正
常時および漏電電流が小さいときには、交流成分
の振幅は小さく、したがつて比較回路２９の第１
弁別レベルである基準レベルl1を超えている。そ
のため抵抗３２，３３によつて分圧された電圧が
与えられる接続点３４では、第２図４に示される
パルスが得られる。磁気マルチバイブレータ４の
周波数が高くなつて交流成分の振幅が小さくなる
と、その振幅は比較回路２９の基準レベルl1未満
となり、接続点３４では第３図４でされるように
ローレベルのままとなる。

接続点３４の電圧はスイツチング素子としての
トランジスタ３６に与えられる。トランジスタ３
６は積分コンデンサ３７に並列に接続されてい
る。このコンデンサ３７には、定電流源３８によ
つて一定の電流I2が流れ込んでいる。これによつ
てコンデンサ３７の電圧は、時間の一次関数で上
昇する。したがつてトランジスタ３６が導通して
いるとき、コンデンサ３７は放電され、トランジ
スタ３６が遮断したとき、コンデンサ３７の電圧
は時間経過とともに一次関数で上昇する。トラン
ジスタ３６のオン、オフ動作によつて、コンデン
サ３７の電圧は接続点３９において、第２図５お
よび第３図５の波形となる。接続点３９の電圧は
第２レベル弁別回路である比較回路４０に与えら
れる。この比較回路４０には電源４１によつて第
２弁別レベルである基準電圧l2が与えられる。

正常時および漏電電流が小さいときには、第２
図５で示されるようにコンデンサ３７の電圧は基
準レベルl2未満であり、したがつて比較回路４０
は抵抗４２を介してトランジスタ４３を遮断して
いる。漏電電流が大きいときには、第３図５で示
されるようにコンデンサ３７の電圧は基準レベル
l2を超え、これによつて比較回路４０はトランジ
スタ４３を導通する。したがつてコンデンサ４４
の電圧は上昇し、レベル弁別回路４６によつて定
められた値を超えると、レベル弁別回路４６は抵
抗４８からトランジスタ４９にハイレベルの信号
を与える。これによつてトランジスタ４９が導通
する。そのためスイツチング手段５０のトリツプ
コイル５１が励磁される。トリツプコイル５１の
励磁によつて、スイツチ１１，１２が遮断され
る。

本発明の他の実施例は、第４図に示されてい
る。磁気マルチバイブレータ回路４の接続点１９
における出力は、電圧電流変換回路６０によつ
て、接続点１９の電圧に対応した電流値に変換さ
れる。この電圧電流変換回路６０からの電流I3
は、積分コンデンサ６１を充電する。コンデンサ
６１には並列に放電のための定電流源６２が接続
されており、この定電流源６２の電流は参照符I4
で示されている。

第５図１は正常のおよび漏電電流が小さいとき
の接続点１９における低周波出力波形を示し、第
６図１は漏電電流が大きいときに磁気マルチバイ
ブレータ回路４が高周波で発振している出力波形
を示す。コンデンサ６１の接続点６３における波
形は、第５図２および第６図２にそれぞれ示され
ている。このコンデンサ６１の電圧は、比較回路
６４に与えられる。比較回路６４には、電源６５
によつて基準レベルl3が設定される。コンデンサ
６１は、接続点１９の出力パルスがハイレベルで
あるとき、電流（I3−I4）で充電され、接続点１
９がローレベルであるとき、電流I4で放電され
る。したがつてコンデンサ６１の充放電時におけ
る接続点６３の電圧は時間と一次関数となつてい
る。接続点６３におけるコンデンサ６１の電圧
は、電流I3，I4が一定であるので、接続点１９に
おける磁気マルチバイブレータ回路４の出力パル
スのパルス幅に依存する。漏電電流が大きいとき
には、磁気マルチバイブレータ４は高周波で発振
し、パルス幅は小さくなる。したがつて、コンデ
ンサ６１の接続点６３における電圧は低くなる。
したがつて正常時および漏電電流が小さいときに
おいては、比較回路６４からトランジスタ６６に
第５図３で示されるパルスが与えられる。大きな
漏電電流が生じたときには高周波発振が行なわ
れ、その比較回路６４の出力は第６図３で示され
るようにローレベルのままとなる。

トランジスタ６６以降の回路は前述のトランジ
スタ３６以降の回路と同様であり、積分コンデン
サ６７、定電流源６８、比較回路６９、基準レベ
ルを設定する電圧源７０、抵抗７１、トランジス
タ７２、コンデンサ７３およびレベル弁別回路７
４が接続される。レベル弁別回路７４からの出力
は、磁気マルチバイブレータ回路４が高周波数で
振しているときにハイレベルとなり、これによつ
て前述のようにスイツチング手段５０のスイツチ
１１，１２が遮断する。

効 果 以上のように本発明によれば、構成が簡単で動
作が確実な周波数検出回路を備え、したがつて信
頼性が向上された漏電検出装置を得ることができ
る。

すなわち、負荷に交流電源からの電力を供給す
るためのラインが磁気マルチバイブレータ回路を
構成するコアに挿通されているので、漏電電流が
流れれば、負荷電圧や負荷電流に比べて小さな値
であつても、確実に周波数の差として検出するこ
とができる。

磁気マルチバイブレータ回路の出力には第１お
よび第２積分回路が接続されている。これによつ
て、漏電電流が小さいときの低い周波数範囲で振
幅が大きい出力に対して、漏電電流が大きいとき
の高い周波数範囲で振幅が小さい出力をより一層
減衰させ、振幅の違いを大きくさせることができ
る。さらにローパスフイルタによつて交流成分を
除去した出力と、ローパスフイルタに入力する出
力との差を増幅して第１弁別レベルで第１レベル
弁別回路がレベル弁別し、その弁別出力によつて
スイツチング素子をスイツチング動作させる。ス
イツチング素子の出力には積分コンデンサが接続
され、スイツチング素子が遮断状態のとき、定電
流源からの予め定める電流値で充電され、その出
力が第２レベル弁別回路によつてて第２弁別レベ
ルでレベル弁別される。積分コンデンサの充電は
定電流源からの一定の出力電流によつて行うの
で、第２弁別レベルに達するまでの充電電圧の時
間変化率は一定となり、第２レベル弁別回路のレ
ベル弁別動作を確実に行うことができ、信頼性が
向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例の電気回路図、第２
図および第３図は周波数検出回路の動作を説明す
るための波形図、第４図は本発明の他の実施例の
電気回路図、第５図および第６図はパルス幅検出
回路の動作を説明するための波形図である。 １…負荷、１０…交流電源、４…磁気マルチバ
イブレータ回路、２５…ローパスフイルタ、２９
…比較回路、３６…トランジスタ、３７…積分コ
ンデンサ、３８…定電流源、４０…比較回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 負荷１に交流電源１０から電力を供給するた
   めのライン２，３が挿通するコア４３に、一対の
   ２次コイル４４および３次コイル４５が巻回され
   る可飽和リアクトル４１を備え、各コイル４４，
   ４５の一方端は共通接続され、各コイル４４，４
   ５の他方端には一対のスイツチング素子４６，４
   ７がそれぞれ接続されて構成される磁気マルチバ
   イブレータ回路４と、 抵抗１６の一端およびコンデンサ１８の一端が
   接続点２０で直列接続される第１積分回路であつ
   て、抵抗１６の他端は磁気マルチバイブレータ回
   路４の一方のスイツチング素子４６と２次コイル
   ４４の他方端との接続点に接続される、そのよう
   な第１積分回路と、 抵抗１４の一端およびコンデンサ１７の一端が
   接続点１９で直列接続される第２積分回路であつ
   て、抵抗１４の他端は磁気マルチバイブレータ回
   路４の他方のスイツチング素子４７と３次コイル
   ４５の他方端との接続点に接続される、そのよう
   な第２積分回路と、 第１および第２積分回路の接続点２０，１９間
   の出力に含まれる交流成分を除去するローパスフ
   イルタ２５と、 ローパスフイルタ２５への入力とローパスフイ
   ルタ２５からの出力との差を増幅する増幅回路２
   ８と、 増幅回路２８からの出力を予め定める第１弁別
   レベルl1でレベル弁別する第１レベル弁別回路２
   ９と、 第１レベル弁別回路２９からの出力によつてス
   イツチング動作されるスイツチング素子３６と、 スイツチング素子３６の出力側に並列に接続さ
   れる積分コンデンサ３７と、 積分コンデンサ３７を予め定める電流値I2で充
   電する定電流源３８と、 積分コンデンサ３７の出力を予め定める第２弁
   別レベルl2でレベル弁別する第２レベル弁別回路
   ４０とを含むことを特徴とする漏電検出装置。