JPH08182180A - 積分判定回路とそれを利用した抵抗成分漏電検知回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】被測定信号の周期が変動しても判定レベル信号
の大きさを変えずに一定の判定レベル値以上か否かを判
定可能な積分判定回路を提供すること。 【構成】漏洩電流６と、交流電源の電源符号７を同期整
流する同期検波部８と、同期検波部の出力を被測定信号
として判定基準値２との差を積分する積分器３３と、積
分時間設定用入力信号９の周期を計測し、周期に比例す
る時間、積分器３３の開始と終了、クリアを制御する積
分時間制御回路５３と、積分器３３の積分結果の大小を
比較する判定器４３より成る。

Description

【発明の詳細な説明】

【産業上の利用分野】本発明は被測定信号の大きさが規
定の一定レベル以上か否かを検出する、判定器に係わ
り、特に被測定信号１の大きさを積分して判定基準値と
比較することにより判定する積分判定回路に係わる。並
びに前述の積分判定回路を抵抗成分の漏洩電流の有無の
判定に用いた抵抗成分の漏洩電流を検知する漏洩電流検
知回路に関する。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】従来このような積分判
定回路には図１のようなものがあった。図１において、
積分される信号である被測定信号１を積分器３０で積分
時間を設定する信号である積分時間設定用入力信号９に
比例した時間の間積分し、その積分値と一定の判定値２
０とを判定器４０で比較して判定を行っていたが、この
ような積分判定回路では判定値２０が一定値であるため
に、例えば大きさが同一で、周波数の異なる２つの正弦
波交流を１／２サイクル積分した場合、積分結果の出力
値は異なることになり、判定値２０を一定値にしたので
は、ある１つの設定の周波数でしか正確な判定ができな
いという不具合があった。特に商用交流において５０Ｈ
ｚ、６０Ｈｚ程度の違いならその差はそれほど問題にな
らない範囲で収まるが、６０Ｈｚと１２０Ｈｚというよ
うな違いの場合は、判定結果は、例えば、６０Ｈｚでは
１５ｍＡと判定されるが１２０Ｈｚでは正確には３０ｍ
Ａのはずが、１５ｍＡと判定されるというような具合で
あった。又従来、対地漏洩電流を計る場合、問題となっ
ていたのが電路と大地間のコンデンサ成分による漏洩電
流の存在である。常時この対地静電容量によるコンデン
サ成分の漏洩電流が電路に存在するため、その分感度電
流値を鈍く設定せざるを得ず、感電事故の防止が不十分
であるのが実状であり、漏洩電流全体からコンデンサ成
分を除去し、抵抗成分の漏洩電流のみで感電事故の防止
をする漏電遮断回路が必要とされてきた。しかし、上記
の役割を果たす従来の抵抗成分漏電遮断回路は、抵抗成
分の漏洩電流の有無の判定に平滑回路６５を使用してい
たため、コンデンサ成分の漏洩電流の信号を、平滑化し
てきわめて小さくし、しきい値である判定値２０以上に
ならないようにする方法をとっているので、コンデンサ
成分の漏洩電流が非常に大きくなった場合、それに比例
して平滑された信号も大きくなり、しきい値である判定
値２０以上になってしまい、十分にその役割を果たして
いなかった。

【０００３】そこで本件目的とするところは、まず第１
に、被測定信号１の周波数が変わっても、正確に大きさ
を判定できる、すなわち例えば正弦波交流を１５ｍＡよ
り大きいか小さいかを判定しようとする場合、被測定信
号１の周波数が６０Ｈｚでも１２０Ｈｚでも正確に１５
ｍＡより大きいか小さいかを判定できるような積分型判
定回路を提供し、第２に、その判定回路を用いて電路と
大地に、大きなコンデンサ成分がある場合に、抵抗成分
で地絡しても、正しく抵抗成分のみによる、漏洩電流の
みの大きさの判定が行える、積分型の地絡電流判定回路
を提供しようとするものである。

【０００４】従来の積分判定回路のブロック図を、図１
に示す。積分される信号である被測定信号１を積分器３
０で積分時間を設定する信号である積分時間設定用入力
信号９に比例した時間の間積分し、その積分値と一定の
判定値２０とを判定器４０で比較して判定を行っていた
為、積分時間設定用入力信号９の周波数が機器の変更等
により変動した場合、被測定信号１が判定値２０を超え
たかどうかを判定する事が出来なかった。従来の積分判
定回路のタイムチャートの１例を図３（被測定信号１が
直流の場合）、図５（被測定信号１が交流の場合）に示
す。積分時間設定用入力信号９の周波数がｆ１からｆ２
に変化すると、積分する時間が変わるので、被測定信号
１の平均値が同じであっても、積分値が変化するので一
定のしきい値との比較では、被測定信号１が判定値２０
を超えたかどうかの判定に誤りが生じる。

【０００５】従来の積分判定回路を、例えば商用交流電
源電圧で用いるとき、以下の様な対策で周波数の違いに
対応していた。即ち、周波数が変動しても被測定信号１
の平均値が同じになるようにコンデンサや抵抗を被測定
信号１の部分に入れて補償する、周期を読みとってそれ
に合わせて積分回路の定数を自動的に変えるなどであっ
た。

【０００６】従来の抵抗成分漏電検知回路の実施例のブ
ロック図を図１３に示し、タイムチャートを漏洩電流の
成分ごとに図１５に抵抗成分、図１６にコンデンサ成分
として示す。図１５に示すように被測定信号１が電源電
圧に対して位相のずれが無いとき、同期整流回路６０の
出力は、図１５で示す通り両波整流された形になり、平
滑回路６５で平滑化された波形を、判定器４０で判定値
２０と比較し、漏洩電流の有無を判定する。図１６に示
すように被測定信号１が電源電圧に対してコンデンサ成
分による位相のずれがあるとき、同期同期整流回路６０
の出力は、図１６で示す波形となり、平滑回路６５で平
滑化された波形を、判定器４０で判定値２０と比較し、
漏洩電流の有無を判定する。図１６では判定値２０を越
えていないのでコンデンサ成分の漏洩電流では動作して
いないが、被測定信号１が、極端に大きくなった場合、
平滑後の被測定信号１が判定値２０を越えてしまい、コ
ンデンサ成分の漏洩電流でも漏洩電流があるものとして
判定してしまうという問題が生じる。

【０００７】

【課題を解決するための手段及び作用】前述の課題を解
決するため請求項１では、積分時間設定用入力信号９の
周期に比例する時間、積分時間を制御する積分時間制御
回路５３である手段１と判定基準値２と被測定信号１と
の両者の差を手段１の出力に比例する時間積分する積分
器３３である手段２と、手段２の出力信号が正か負かを
判定し、被測定信号１の積分値が判定基準値２の積分値
を越えたかどうかを判定する判定器４３である手段３よ
りなることを特徴とする積分判定回路を用いる。この手
段によれば積分時間設定用入力信号９の周期が変動して
も、被測定信号１の平均値が判定電圧と等しいか越える
時の、手段３の出力電圧の符号は変動せず、被測定信号
１が判定電圧未満の時の用件３の出力電圧の符号も変動
しないので判定結果は積分時間設定用入力信号９の周期
が変動しても一定になる。

【０００８】前述の課題を解決するため請求項２では、
積分時間設定用入力信号９により積分時間を制御する積
分時間制御回路５３である手段１と、判定基準値２と漏
洩電流６と交流電源の電源符号７（＋１又は−１）とを
乗算器８０で乗じた被測定信号１との両者の差を手段１
の出力に比例する時間の間、積分する積分器３３である
手段２と、手段２の出力信号が正か負かを判定し、被測
定信号１の積分値が判定基準値２の積分値を越えたかど
うかを判定する判定器４３である手段３よりなり、漏洩
電流６の内の抵抗成分ＩＧＲがしきい値を上回ったこと
を検出する抵抗成分漏電検出器に応用した請求項１記載
の積分判定回路を用いる。この手段によれば積分時間設
定用入力信号９の周期が変動しても、被測定信号１の平
均値が判定電圧と等しいか越える時の、手段３の出力電
圧の符号は変動せず、被測定信号１が判定電圧未満の時
の用件３の出力電圧の符号も変動しないので判定結果は
積分時間設定用入力信号９の周期が変動しても一定にな
る。又、被測定信号１（＝漏洩電流６）が、電源電圧に
対してコンデンサ成分による位相のずれが有る時でも、
位相に影響されることなく、漏洩電流６の内の抵抗成分
ＩＧＲだけが、しきい値以上になったことを検出するこ
とが出来る。

【０００９】

【実施例１】以下に、本件発明の請求項１について、実
施例、及びそのブロック図、タイムチャートを用いて詳
細に説明する。

【００１０】以下

【図２】は本件発明の請求項１の実施例のブロック図で
あり、

【図４】は本件発明の請求項１の実施例のタイムチャー
トの１例（被測定信号１が直流の場合）であり、

【図６】は本件発明の請求項１の実施例のタイムチャー
トの１例（被測定信号１が交流の場合）であり、

【図７】は本件発明の請求項１の１実施例であり、

【図８】は請求項１の積分時間制御回路５３のタイムチ
ャートであり、

【図９】は手段１の回路例であり、

【図１０】は請求項１の手段２の回路例であり、

【図１１】は請求項１の手段３の回路例である。

【００１１】図２において、１は被測定信号、９は積分
時間設定用入力信号、３３は積分器、４３は判定器、５
３は積分時間制御回路である。第１の積分器３１は、被
測定信号１を積分し、積分時間制御回路５２で積分開
始、積分終了のタイミングを制御し、積分時間を制御す
る。積分器３３は被測定信号１と判定基準値２との差を
積分し、積分時間制御回路５３で積分開始、積分終了の
タイミングを制御し積分時間を制御する。被測定信号１
は、正弦波交流、矩形波、三角波交流、方形波、三角
波、その他脈流等、周期的に変化する信号波形であれば
何でも良い。極端な場合直流でも良い。ここで判定基準
値２は判定したいレベルの平均値となる。例えば正弦波
交流を実効値５（Ｖ）で判定しようとすれば図８に示す
とおり判定基準値２はその平均値５／√２（Ｖ）の直流
である。積分時間制御回路５３に、積分時間設定用入力
信号９の半周期に比例する時間、積分器３３を働かせ、
被測定信号１と判定基準値２を積分する。

【００１２】図４、図６は請求項１のタイムチャートの
１例であり、積分時間設定用入力信号９の周波数がそれ
ぞれ異なる周波数ｆ１とｆ２の時では被測定信号１と判
定基準値２の差の積分値（すなわち積分器３３の出力レ
ベル）は、異なっているが、積分時間が変動しても積分
器３３の出力の正負が逆転することはなく、正しい判定
を行っている。積分器３３は、前述の積分時間制御回路
５３により、積分時間ｋ／ｆだけ積分する（ｋは定数、
ｆは積分時間設定用入力信号９の周波数）。平均値が等
しければ、異なる周波数（ｆ１，ｆ２）での積分器３３
の入力信号の平均値を数式で表現すると数１のようにな
り、異なる周波数での積分値を比較すると数２のように
なる。判定基準値の積分値は数３、数４のようになるの
で判定基準値の積分値を比較すると数５のようになる。
つまり、周波数が変わっても積分器３３の出力の正負が
逆転することはない。従って、判定器４３で被測定信号
１と判定基準値２との差の積分値が正か負かを比較、判
定することにより被測定信号１の積分値が判定したい積
分値を越えたかどうかの判定を測定信号（周波数を同じ
くする被測定信号１と積分時間設定用入力信号９）の周
波数が変わっても正しく行う事ができる。

【００１３】

【数１】

【数２】

【数３】

【数４】

【数５】

【００１４】図７は請求項１の１実施例を、より具体的
にしたものである。２は判定基準値、１は被測定信号、
９は積分時間設定用入力信号、３３は積分器、５３は積
分時間制御回路、４３は判定器である。Ｒ３，Ｒ４は、
積分器３３の入力抵抗で、積分器３３に入力する電流値
を決定するものである。５は、積分時間制御回路５３を
構成する波形成形回路であり、Ｄ１、Ｄ２とオペアン
プ、保護抵抗Ｒ８で構成されている。Ｓ５，Ｓ６は、積
分、ホールド、放電のためのスイッチであり、積分時間
制御回路５３の制御信号により制御されている。スイッ
チの動作の詳細は表１に示すとおりである。被測定信号
１と判定基準値２のマイナス値とが積分器３３に加算入
力される。従って、積分器３３では被測定信号１と判定
基準値２との差が積分される。積分器３３では積分時間
制御回路５３の出力により積分時間設定用入力信号９の
周期に比例した時間の間、積分が行われる。判定器４３
は、積分器３３の出力の正負を判定する。即ち、被測定
信号１と判定基準値２との差の積分値が正か負かを判定
する。この判定は、被測定信号１の積分値が判定基準値
２の積分値を越えたかどうかの判定と等価である。

【００１５】

【表１】

【００１５】図７に示すように積分時間制御回路５３は
１個のＦ．Ｆ．（フリップフロップ）回路と、１個のＮ
ＯＴ回路、２個のＡＮＤ回路、１個の波形成形回路５で
構成されており、図８に示すように１サイクル積分し、
半サイクルホールドし、半サイクル放電し、これを繰り
返す。積分時間制御回路５３の動作の詳細を以下に示
す。積分時間設定用入力信号９を波形整形した矩形波か
ら積分時間設定用入力信号９の１／２サイクル毎に反転
する矩形波を作り、Ａ４の入力であるその矩形波を基に
して積分器３３の入力を積分し、ホールドし、放電する
ように積分器３３を制御する信号を作る。図８に示すよ
うにＹ４の出力は３／２サイクルＬＯＷ（以下Ｌと略称
することがある）、１／２サイクルＨＩＧＨ（以下Ｈと
略称することがある）を繰り返し、Ｙ５の出力はＹ４の
出力がＨからＬに変わった１／２サイクルＨとなり、続
く３／２サイクルＬを繰り返す。Ｙ４の出力がＬのとき
Ｓ６が閉じ、Ｙ４の出力がＨのときＳ６が開く。Ｙ５の
出力がＨのときＳ５はＲ７側に接続され、Ｙ５の出力が
ＬのときＳ５はＲ３，Ｒ４側に接続される。Ｙ４の出力
がＬになってから１サイクルは、被測定信号１と判定基
準値２の差をＣ３に積分する。続く１／２サイクルはＳ
６が開きＣ３に積分された値がホールドされて積分器３
３から一定値出力される。続く１／２サイクルはＣ３の
電荷がＲ７，Ｓ５，Ｓ６を通って放電される。このよう
にして積分時間制御回路５３によって積分、ホールド、
放電が行われる。

【００１６】図７中のスイッチＳ５，Ｓ６は積分、ホー
ルド、放電のためのスイッチであり、積分時間制御回路
５３の制御信号により制御されている。スイッチの動作
の詳細は前記表１に示すとおりである。

【００１８】図７は判定基準値２として、プラス電源電
圧を使って済ましている。プラス電源は必ず使用される
ので、図７の例の様にすると、判定基準値２の設定のた
めに電圧を用意する必要が無く、簡易な回路となる。積
分器は一般的に部品のばらつきにより出力に差があるの
が普通でありＲ３，Ｒ４，Ｃ３で、判定基準値２の被測
定信号１に対する比率を調整する事ができる。積分器３
３の入力として、マイナス電源を使用することもでき
る。またそのほかの基準電源として例えばＡＮＡＬＯＧ
ＤＥＶＩＳＥＳ社製 ＡＤ５８８等の、基準電圧発生
用ＩＣを使用することもできる。

【００１９】図７に示すように、請求項１は積分器が１
つで済む。積分器にはコンデンサが有り、２つの積分器
の特性は合わせにくいが、請求項１では積分器が１個な
ので、積分器の特性合わせの調整が要らない。また、請
求項１では、積分値が正か負かが分かればいいのであっ
て、積分器の出力の大きさを精密に調整する必要が無
い。従って、請求項１は、調整を必要としない、作り易
い積分判定回路である。

【００２０】

【実施例２】以下に、本件発明の請求項２について、実
施例、タイムチャート、及びそのブロック図を用いて詳
細に説明する。

【００２１】以下

【図１２】は本件発明の請求項２の１実施例の回路図で
あり、

【図１４】は本件発明の請求項２の実施例のブロック図
であり、

【図１７】 本件発明の請求項２の実施例のタイムチャ
ートの１例（漏洩電流が抵抗成分のみの場合）

【図１８】 本件発明の請求項２の実施例のタイムチャ
ートの１例（漏洩電流がコンデンサ成分のみの場合）

【００２２】図１４において２は判定基準値、６は漏洩
電流、７は交流電源の電源符号、８は同期検波部、９は
積分時間設定用入力信号、３３は積分器、５３は積分時
間制御回路、４３は判定器である。積分時間設定用入力
信号９は、漏洩電流６の半サイクルの正数倍の時間、積
分を行うための信号であり、同期検波部８は漏洩電流６
と交流電源の電源符号７（＋１又は−１）とを乗じて積
分器３３の被測定信号１として出力する。図１８におい
て、コンデンサ成分漏洩電流を積分したときの積分値
は、入力信号の正部分と負部分とが打ち消し合って０の
時の積分値と等しくなり、図１７において、抵抗成分漏
洩電流を積分したときの積分値は、抵抗成分漏洩電流に
比例するので漏洩電流６の内の電源と同一位相の抵抗成
分の漏洩電流ＩＧＲだけを積分値に出力することができ
る。判定は請求項１の積分判定回路で行われるので電源
の周波数の影響を受けない正しい判定がなされる。従っ
て、請求項２により抵抗成分の漏洩電流ＩＧＲ（言い換
えると危険な漏洩電流）が判定基準値を越えたかどうか
を正しく判定することのできる抵抗成分漏電検出器が実
現できる。

【００２３】図１２は請求項２の１実施例を、より具体
的にしたものである。２は判定基準値、６は漏洩電流、
７は交流電源の電源符号、８は同期検波部、９は積分時
間設定用入力信号、３３は積分器、５３は積分時間制御
回路、４３は判定器である。同期検波部８は乗算器８０
で構成され、Ｒ３，Ｒ４は、積分器３３の入力抵抗で、
積分器３３に入力する電流値を決定するものである。積
分時間設定用入力信号９は、漏洩電流６の１サイクルの
時間、積分を行うための信号で、交流電源の電源符号７
に一致している。８は同期検波部で、乗算器８０で構成
され、Ｒ３，Ｒ４は、積分器３３の入力抵抗で、積分器
３３に入力する電流値を決定するものである。５は、積
分時間制御回路５３を構成する波形成形回路であり、Ｄ
１、Ｄ２とオペアンプ、保護抵抗Ｒ８で構成されてい
る。Ｓ５，Ｓ６は、積分、ホールド、放電のためのスイ
ッチであり、積分時間制御回路５３の制御信号により制
御されている。スイッチの動作の詳細は前記表１に示す
とおりである。この回路の動作概要については、前述し
たとおりなので、省略する。

【００２４】図１２中のスイッチＳ５，Ｓ６は積分、ホ
ールド、放電のためのスイッチであり、積分時間制御回
路５３の制御信号により制御されている。スイッチの動
作の詳細は前記表１に示すとおりである。

【００２６】本発明の判定器では、差は理論的には正か
０か負であるが、実際回路では正か負のいずれかになる
ので、正負の２つの場合だけについて述べてある。

【００２７】

【発明の効果】以上のように本件発明によれば、簡単な
回路で、積分時間設定用入力信号９の周波数の影響を受
けない積分判定回路を実現でき、周波数が大きく変動す
る移動用電源の電源を積分時間設定用入力信号９にした
場合でも使用できる。また、漏電遮断器においてコンデ
ンサ成分を含む漏洩電流に対しても正確に抵抗成分だけ
を検知し動作する回路にも使用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 従来の積分判定回路のブロック図

【図２】 請求項１のブロック図

【図３】 従来の積分判定回路のタイムチャートの１例
（被測定信号１が直流の場合）

【図４】 請求項１のタイムチャートの１例（被測定信
号１が直流の場合）

【図５】 従来の積分判定回路のタイムチャートの１例
（被測定信号１が交流の場合）

【図６】 請求項１のタイムチャートの１例（被測定信
号１が交流の場合）

【図７】 請求項１の１実施例

【図８】 請求項１、請求項２の積分時間制御回路５３
のタイムチャート

【図９】 手段１の回路図

【図１０】 請求項１の手段２の回路図

【図１１】 請求項１の手段３の回路図

【図１２】 請求項２の１実施例

【図１３】 従来の抵抗成分漏電検知回路の実施例のブ
ロック図

【図１４】 請求項２の実施例のブロック図

【図１５】 従来の漏電検知回路のタイムチャート（漏
洩電流が抵抗成分のみの場合）

【図１６】 従来の漏電検知回路のタイムチャート（漏
洩電流がコンデンサ成分のみの場合）

【図１７】 本件発明の請求項２の実施例のタイムチャ
ートの１例（漏洩電流が抵抗成分のみの場合）

【図１８】 本件発明の請求項２の実施例のタイムチャ
ートの１例（漏洩電流がコンデンサ成分のみの場合）

【符号の説明】

１ 被測定信号 ２ 判定基準値 ２０ 従来回路の判定値 ３０ 従来回路の積分器 ３３ 請求項１、請求項２の積分器 ４０ 従来回路の判定器 ４３ 請求項１、請求項２の判定器 ５３ 請求項１、請求項２の積分時間制御回路 ６ 漏洩電流 ６０ 同期整流回路 ７ 交流電源の電源符号 ８ 同期検波部 ８０ 乗算器 ９ 積分時間設定用入力信号 Ｃ３ コンデンサ Ｒ３ 抵抗 Ｒ４ 抵抗 Ｒ７ 抵抗 Ｒ８ 抵抗 Ｄ１ ダイオード Ｄ２ ダイオード Ｓ５ スイッチ Ｓ６ スイッチ Ｆ．Ｆ． フリップフロップ回路 ＩＧＲ 抵抗成分の漏洩電流 ｆ１ ある任意の周波数（ｆ１≠ｆ２） ｆ２ ある任意の周波数（ｆ２≠ｆ１） ｇ（ｔ） 数式中の積分器３３の入力信号の値 Ｃｊ 数式中の判定基準値２の値（定数）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】積分時間設定用入力信号９により積分時間
   を制御する積分時間制御回路５３である手段１と、判定
   基準値２と被測定信号１との両者の差を手段１の出力に
   比例する時間積分する積分器３３である手段２と、手段
   ２の出力信号が正か負かを判定し、被測定信号１の積分
   値が判定基準値２の積分値を越えたかどうかを判定する
   判定器４３である手段３よりなることを特徴とする積分
   判定回路。
2. 【請求項２】積分時間設定用入力信号９により積分時間
   を制御する積分時間制御回路５３である手段１と、判定
   基準値２と漏洩電流６と交流電源の電源符号７（＋１又
   は−１）とを乗算器８０で乗じた被測定信号１との両者
   の差を手段１の出力に比例する時間の間、積分する積分
   器３３である手段２と、手段２の出力信号が正か負かを
   判定し、被測定信号１の積分値が判定基準値２の積分値
   を越えたかどうかを判定する判定器４３である手段３よ
   りなり、漏洩電流６の内の抵抗成分ＩＧＲがしきい値を
   上回ったことを検出する抵抗成分漏電検出器に応用した
   請求項１記載の積分判定回路。 【０００１】