JPH09512916A - 電気器具の接地接続の保全性を監視するための検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 器具の接地端子に連結するための地絡点を有する電気供給のそれぞれの生き及び中性給電線から器具に給電するための生き及び中性端子を有する電気器具への接地接続の保全性を監視するための検出器。検出器は、中性接続における電圧を、器具の接地端子における電圧と比較し、それらの間の差が所定のしきい値を超えるならば、障害信号を生成するための差動比較器回路を具備する。正常閉切り換え装置は、検出器に作動可能に連結され、これにより生成された障害信号に応答する継電器によって開かれるように、生き及び中性接続の少なくとも一方において接続される。

Description

【発明の詳細な説明】 電気器具の接地接続の保全性を監視するための検出器 発明の分野 この発明は、地絡故障ループに関連した電気保護システムに関する。 発明の背景 ここ１５〜２０年を通じて、漏電遮断器（ＥＬＣＢ）は、漏電障害から保護す るために、高周波数化とともに使用されてきた。公知な如く、ＥＬＣＢの原理は 、地絡故障の場合には、正常では生き給電線を通って流れ、中性点を通って復帰 する電流の部分が、接地に漏れることである。結果として、それぞれの生き（ｌ ｉｖｅ）（又は相）及び中性（ｎｅｕｔｒａｌ）電流の間に不均衡が存在する。 不均衡が検出され、所定のしきいレベルを超えるならば、継電器が付勢され、生 き及び中性給電線に送られた電気供給電圧を遮断する。ＥＬＣＢの価値は、導電 性筺体を接地した器具において、漏電に対して保護する時、特に明白である。そ のような場合に、障害が、器具において発生し、これにより、ケーシングが生き になるならば、アース漏れ電流が接地に流れ、ＥＬＣＢを即時に作動させる。し かし、ケーシングが生きになった場合に電流が流れる漏電パスがない如く、接地 接続に欠陥があるならば、ＥＬＣＢは、誰かが導電性筺体に触り、これにより、 接地への漏電パスを設けるまで、付勢されない。そのような場合に、漏れ電流は 人を通過し、生き及び中性給電線電流の間に必要な不均衡を生じさせ、ＥＬＣＢ を作動させる。これらの情況の下で、ＥＬＣＢはなお作動するが、器具に触る人 を通って不可避の漏電がある。 このようにして、ＥＬＣＢは、そのような情況において発生する漏れ 電流が致命的でないように調整されなければならない。しかし、「致命的な」漏 れ電流を構成するものは、人毎に変わる。さらに、人を通って実際に流れ、当然 に電気器具のケーシングが生きになる漏れ電流は、人の身体抵抗の関数である。 肌が湿りやすい人達（例えば、母親と子供達）は、肌が乾き硬くなる傾向がある 例えば建築現場の人よりも皮膚抵抗が小さい。わずかな衝撃を後者に与える漏れ 電流は、それにもかかわらず、前者にとって致命的になることがわかっている。 さらに、若者にとって致命的な漏れ電流の大きさは、非常に低く、そのような小 さな漏れ電流に対して有効なようにＥＬＣＢを調整することは、実際問題として 、誤った警報とＥＬＣＢの不必要な引外しを生ずる。 事実、この問題に対して完全な対策はない。最良の対処は、そのような電流が 、本当に人口の一部にとって致命的であることに留意して、典型的にほぼ３０ｍ Ａ程度における「平均」漏れ電流において作動するようにＥＬＣＢを調整するこ とである。器具の接地接続が不在又は欠陥であるならば、漏れ電流は、一般に、 器具の金属ケーシングに不注意で触る人を通った接地への戻りパスを見いだせな いことにさらに留意する時、少なくともいくつかの場合に、ＥＬＣＢは、明らか であるが、全く正当化されない安全の印象を与えることが明白である。 発明の要約 発明の目的は、ＥＬＣＢに置き替わり、又はＥＬＣＢに関連して使用され、上 記の欠点を除去又はかなり縮小する保護デバイスを提供することである。 発明の広い見地により、器具の接地端子へ連結する地絡点を有する電気供給の それぞれの生き及び中性給電線から、器具に給電するための生 き及び中性端子を有する電気器具への接地接続の保全性を監視するための検出器 であり、中性接続における電圧を、器具の接地端子における電圧と比較し、該電 圧間の差が所定のしきい値を超えるならば、障害信号を生成するための差動比較 器回路を具備する検出器が提供される。 そのような検出器は、単に器具への接地接続に欠陥があるという指示を与える ために使用される。好ましくは、検出器は、さらに、生き及び中性給電線の少な くとも一方において、スイッチ接点を開くために障害信号に応答する断続手段を 含む。 図面の簡単な説明 発明を理解し、実際に実施される様子を見るために、好ましい実施態様が、非 限定的な実施例のみにより、添付の図面を参照して、以下に記載される。 第１ａ図、第１ｂ図と第１ｃ図は、発明による検出器を組み込む器具の概略図 を示す。 第２図は、発明による検出器を概略的に示す回路図である。 第３図は、発明で使用される補助検出器の詳細を概略的に示す。 第４図は、発明による検出器が従来のＥＬＣＢ又は接触器でいかに使用される かを概略的に示す。 好ましい実施態様の詳細な説明 第１ａ図は、生き及び中性端子１２と１３にそれぞれ接続された電気負荷１１ を表現する器具１０を示す。電流は、変圧器巻線１６によって概略的に表現され た、電気供給のそれぞれの生き及び中性給電線１４と１５を介して、器具１０に 送られる。実際に、変圧器巻線１６は、中性給電線１５を構成するその星状点が 接地ＧＮＤに連結された星形接続変 圧器の二次巻線を有する３相供給の単一相である。 器具１０と関連して、それ自身ＧＮＤに連結された接地端子１７がある。ＧＮ Ｄとして表記された接地端子は、事実、電気供給会社によって提供され、顧客の 分電盤（不図示）における局所バスバーに通常固定されることが理解される。器 具１０の中性端子１３と接地端子１７の間に、接地端子１７とＧＮＤの間の接地 接続の保全性を監視するための検出器１８が連結される。完全性のために、接地 端子１７とＧＮＤと表記された配電変圧器の地点における電気供給の遠隔接地接 続に関連したポテンシャルは、名目的には同一であることが注目される。しかし 、それらは、現実に、同一点に物理的に連結され、このため、遠隔及び局所接地 接続に関連した実ポテンシャルの間にわずかな差異があることは合理的である。 最大許容ずれ量は、電気供給会社によって固定され、典型的に、１２Ｖよりも小 さい。検出器１８は、中性端子１３と接地端子１７における電圧の間の差が、電 気供給会社によって許容された最高電圧変動を超えるかを検出し、もしそうであ れば、器具１０への障害接地接続を指示する障害信号を発生する。 第１ｂ図は、生き端子１２が接地端子１７に接続される障害条件を概略的に示 す。接地端子１７がＧＮＤに連結されるならば、生き給電線電流と中性給電線電 流の間に、（第４図において示された）従来のＥＬＣＢの動作を引き起こす十分 な大きさの差異がある如く、ＧＮＤへの漏れ電流が存在する。 第１ｃ図は、生き端子１２と接地端子１７の間に有効な短絡を引き起こすさら に別の障害条件を示すが、この場合、欠陥のある又は不在の接地接続により、接 地端子１７は、ＧＮＤに連結されない。代替的に、例 えば、顧客の分電盤から接地端子１７への直接の接地接続の腐食のために、接地 端子１７とＧＮＤの間のパスは、接地端子１７がＧＮＤよりもいくぶんか高位の ポテンシャルにある如く、抵抗の増大を提示する。この状況は、器具に触り、生 き端子１２と連結する人は、漏れ電流が流れる代替経路を設けるために、危険で ある。ＧＮＤへの直接接地接続のインピーダンスの増大は、人を通して分岐する 漏れ電流の増大を生ずる。上記の如く、この漏れ電流は、いくつかの場合に、致 命的であることがわかっている。 今、第２図を参照すると、器具１０の接地端子１７の接続された低電圧レール ２０と、調整６Ｖ直流電圧が存在する高電圧レール２１を具備する検出器１８の 回路図が示される。調整直流電圧は、その一次巻線２３が生き及び中性給電線１ ４と１５に接続され、その二次巻線２４が、その負出力において低電圧レール２ ０に接続され、その正出力において整流ダイオード２６を介して、従来の６Ｖ集 積回路レギュレータ２７に接続された標準ブリッジ整流器２５に接続された降圧 変圧器２２により、従来の方法で導出される。 抵抗器２８と２９を具備する第１分圧器は、電圧レール２０と２１に接続され 、そして共通接合点３０は、一定の量だけ地絡電位からオフセットされた基準電 圧信号を設けるために、比較器３１の反転入力に接続される。抵抗器３２と３３ を具備する第二分圧器は、整流ダイオード３４を介して、高電圧レール２１と器 具の中性端子１３の間に連結される。第二分圧器の共通接合点３５は、比較器３ １の非反転入力に接続され、そしてまた、平滑コンデンサ３７と並列に接続され た６Ｖツェナーダイオード３６を介して、低電圧レール２０に連結される。 比較器３１の出力３８は、そのエミッタが低電圧レール２０に接続され、その コレクタが、継電器４０を介してその非調整高電圧レールに接続されたＮＰＮバ イポーラ接合トランジスタ３９のベースに接続される。抵抗器４１は、非調整高 電圧レールと、コンデンサ４２を介して低電圧レール２０に接続されたバイポー ラ接合トランジスタ３９のベースの間に接続される。実際に、整流ダイオード（ 不図示）は、継電器コイル４０に接続され、コイル４０によって発生された高い 逆起電力を分路し、こうして、バイポーラ接合トランジスタ３９への損傷を回避 する。 検出器１８の安全性を高めるために、第二比較器４３が提供され、その出力は 、一般に、第１比較器３１の出力３８に接続され、その反転及び非反転入力は、 ＧＮＤに接続され、また、第１比較器３１に関して記載された上記の回路構成に 、すべての点において、同一であるために、図においてマークなしに示された、 それぞれの第一及び第二分圧器と周辺構成要素を介して、器具の中性端子１３に 接続される。第一及び第二比較器３１と４３は、Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｅｍｉｃ ｏｎｄｕｃｔｏｒｓ ＬＭ１９３ シリーズの如く、二重比較器集積回路によっ て構成される。 整流ダイオード３４は、それぞれの比較器３１と４３が交流供給の正の半サイ クルに対してのみ有効である如く、交流供給電圧の負の半サイクルが、低電圧レ ール２０における地絡電圧と比較されるのを防止する。同様に、地絡電圧に付随 した交流リプルは、ＧＮＤと高電圧レール２１の間に接続した平滑コンデンサ４ ４を用いて平滑されるが、整流ダイオード２６は、ずっと大きな安定性を設ける ことが示された。 検出器１８の動作は、次の如くである。通常、比較器３１の出力電圧 は、低く、その結果、バイポーラ接合トランジスタ３９のベース電圧は低く、そ してバイポーラ接合トランジスタ３９は切断される。比較器３１と４３のいずれ かの反転及び非反転入力において現われる電圧レベルの間の差が、回路部品の値 によって決定された所定のしきい値を超える時、バイポーラ接合トランジスタ３ ９のベースに送られた比較器の出力３８は、高くなり、そしてバイポーラ接合ト ランジスタ３９は、オンに切り換えられ、継電器４０が付勢される。継電器４０ は、欠陥のある接地接続を指示する警報を生成するために連結されるか、あるい は図面の第３図と第４図を参照して以下に非常に詳細に記載される如く、器具１ ０から電力供給の接続を自動的に断つために、ＥＬＣＢ又は接触器の如く断続装 置に連結される。 実施のために変形された検出器１８の特定の実施態様において、第１分圧器に おける抵抗器２８と２９の値は、両方共、２４０ＫΩであるが、抵抗器３２の値 は、５．５ＫΩであり、そして抵抗器３３の値は、３．３ＫΩである。コンデン サ３７、４２と４４の値は、それぞれ、２２μＦ、１００μＦと４７０μＦであ る。抵抗器４１の値は、１ＫΩである。 図面の第２図を参照して記載された検出器１８は、地絡電位と中性端子１３の ポテンシャルが、許容しきい値よりも異ならないことを指示するために、第１ｂ 図において示された回路構成において有効である。しかし、第１ｃ図に示された 如く、生き端子１２を接地端子１７と有効に短絡させる障害の場合には、接地端 子１７は、なお、生き給電線１４と電気供給の二次巻線１６を介して、ＧＮＤと 接続される。生き給電線１４の長さは、二次巻線１６と生き給電線１４の結合イ ンピーダンスがあまり大きな電圧降下を生じないほど大きくないならば、接地端 子１７に おける電圧と、中性給電線１３に結合された電気供給の遠隔接地端子の電圧は、 許容公差内にあることになる。この場合、検出器１８は、事実、接地端子１７が ＧＮＤに直接に結合されないとしても、「健全」条件を登録する。 第３図は、電気供給の地絡点ＧＮＤと器具の中性端子１３の間の電圧差を検出 し、整流ダイオード５２ａ、５２ｂと５３ａ、５３ｂを有するブリッジ整流器５ １を具備する補助検出回路５０を示す。ダイオード５２ａと５２ｂ並びにダイオ ード５３ａと５３ｂは、中性端子とＧＮＤに背面結合される。二対のダイオード の背面結合により、ブリッジ整流器５１の各分岐は、２００ＫΩを十分に超える 非常に高いインピーダンスを有し、これは、電気供給会社によって許容された中 性及び地絡給電線の間の最小インピーダンスである。ブリッジ整流器５１の正及 び負出力は、ラッチ正常閉スイッチ接点５５と直列に作動可能に接続され、さら に、ラッチ正常閉スイッチ接点５６と、その機能は図面の第４図を参照して以下 に説明されるラッチ正常開スイッチ接点５７に作動可能に接続された継電器コイ ル５４に接続される。 ブリッジ整流器５１の整流ダイオードの逆方向バイアス電圧を超える電圧が中 性端子１３とＧＮＤの間に現われる時、ブリッジ整流器５１は、中性端子１３と ＧＮＤの間に導通し、継電器コイル５４を付勢し、正常閉スイッチ接点５６をラ ッチ開にし、正常開スイッチ接点５７をラッチ閉にする。継電器コイル５４の付 勢はまた、継電器コイル５４に直列に接続された正常閉スイッチ接点５５を、ラ ッチ開にし、これにより、継電器コイル５４を除勢し、その過熱を防止する。し かし、正常閉スイッチ接点５５と５６、及び正常開スイッチ接点５７は、すべて ラッチ接点 であるために、それらは、図面の第２図を参照して記載された、高及び低電圧レ ール２１と２０に継電器コイル５９と直列に接続された正常開押しボタンリセッ ト５８によって手動でリセットされるまで、継電器コイル５４への電流が断続さ れる時さえも、切り換え（即ち、付勢された）状態にとどまる。 今、図面の第４図を参照すると、３相供給のそれぞれの給電線６０、６１と６ ２が示され、各給電線は、図面の第３図を参照して記載された正常閉スイッチ接 点５６と直列に接続された接触器６６による同時動作のために適合されたそれぞ れの正常閉スイッチ接点６３、６４と６５と直列に接続される。接触器６６は、 直列接続された正常閉スイッチ接点５６とともに、検知コイル７０を有する漏電 遮断器（ＥＬＣＢ）６９に作動可能に結合されたそれぞれの正常閉スイッチ接点 ６７と６８を介して、生き及び中性給電線１４と１５に接続される。抵抗器７１ は、正常開スイッチ接点５７を介して、生き及び中性給電線に接続され、抵抗器 ７１は、ＥＬＣＢ６９の検知コイル７０によって取り囲まれる。 中性及びＧＮＤ電圧の間の不均衡により、継電器５４が一時的に付勢される時 、正常閉スイッチ接点は、ラッチ開し、これにより、それぞれ、生き及び中性給 電線１４と１５に接触器６６を連結する。接触器６６は、このようにして付勢さ れ、そして正常閉スイッチ接点６３、６４と６５は開き、これにより、３相給電 線６０、６１と６２の各々への電力を断続する。 継電器コイル５４の動作はまた、正常開スイッチ接点５７をラッチ閉にし、生 き及び中性給電線１４と１５に抵抗器７１をそれそれ連結する。抵抗器７１の値 は、このようにして流れる電流が、典型的に３０ｍＡの ＥＬＣＢ６９の地絡故障電流を超える如く選ばれる。この電流は、ＥＬＣＢ６９ の検知コイル７０を通って流れるために、それは、地絡故障電流としてＥＬＣＢ ６９によって解釈され、そしてＥＬＣＢ６９は、正常閉スイッチ接点６７と６８ を開くように動作し、これにより、生き及び中性給電線１４と１５の単相供給を 断続する。 障害の原因を診断し、それを訂正した後に、電力が回復され、そして（第３図 において示された）リセット押しボタンスイッチ５８が、押下され、継電器コイ ル５９を付勢する。継電器コイル５９は、継電器コイル５４によって動作された ラッチスイッチ接点５５、５６と５７に作動可能に結合された、その結果、継電 器コイル５９の付勢により、２つの正常閉スイッチ接点５５と５６は、閉状態に 回復されるが、正常開スイッチ接点５７は、開状態に回復される。 第４図に示された如く、接触器とＥＬＣＢの両方の使用を回避することが望ま しく、所望ならば、これらの保護デバイスの一方は、不要にされることが認めら れる。しかし、補助検出回路５０がこれらの装置のいずれかに関連して作用する ために同様に十分に適することを立証するために、両方が示され、記載される。 さらに、中性給電線１５とＧＮＤの間に接続される補助検出回路５０は、電気 供給の入り中性及び接地接続に連結されるために、器具１０の連結を必要としな いことが認められる。結果として、補助検出回路５０は、入り電気供給の中性及 び接地接続の間の非許容電圧不均衡に対して保護し、そのような状態の結果とし て、主接触器及び／又はＥＬＣＢをトリップさせる。しかし、器具１０の接地端 子１７がＧＮＤに接続される場合に、主検出器１８と補助検出回路５０の両方は 、地絡障害の不在 においてさえも、接地接続の保全性を監視するために役立つ。地絡障害の場合に は、補助検出回路５０は、主検出器１８によって検出された地絡障害ループの合 成インピーダンスが非常に低く、欠陥のある接地接続を指示するならば、作動す る。 このようにして、発明により、障害の場合には、電気供給を断続させる接地及 び中性接続の間の電圧不均衡が生ずる如く、入り電気供給の接地接続の保全性を 監視する検出器が提供される。そのような手段により、接地接続の保全性が、電 気器具の金属ケーシングが「生き」になっても、地絡漏れ障害電流がＧＮＤに流 れる如く保証される。地下システム又は不適切に接地されたシステムにおいて使 用されるこれまでに提案されたＥＬＣＢｓに反して、無視できる地絡漏れ障害電 流が使用者を通って流れるために、これは、そのような器具の使用者に完全な保 護を提供する。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)， ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，Ｃ Ｈ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ， ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，Ｍ Ｎ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＺ， ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．器具の接地端子へ連結する地絡点を有する電気供給のそれぞれの生き及び 中性給電線から器具に給電するための生き及び中性端子を有する電気器具への接 地接続の保全性を監視するための検出器において、 中性接続における電圧を、器具の接地端子における電圧と比較し、該電圧間の 差が所定のしきい値を超えるならば、障害信号を生成するための差動比較器回路 を具備する検出器。 ２．生き及び中性接続の少なくとも一方において連結された正常閉切り換え装 置に作動可能に結合され、切り換え装置を開くための障害信号に応答する断続手 段をさらに含む請求の範囲１に記載の検出器。 ３．切り換え装置が、接触器である請求の範囲２に記載の検出器。 ４．切り換え装置が、漏電遮断器である請求の範囲２に記載の検出器。 ５．差動比較器回路が、 高及び低電圧レールを有する低電圧直流電源であり、該低電圧レールは、器具の 接地端子に接続される低電圧直流電源と、 高及び低電圧レールに直列に接続された一対の抵抗器を含み、比較器の第１入力 に接続された共通接合点を有する第１分圧器と、 高電圧レールと器具の中性端子の間に直列に接続された一対の抵抗器を含み、比 較器の第２入力に接続された共通接合点を有する第２分圧器とを具備する請求の 範囲１に記載の検出器。 ６．差動比較器回路が、比較器の出力に作動可能に結合された断続手段をさら に具備する請求の範囲５に記載の検出器。 ７．断続手段が、生き及び中性端子の少なくとも一方において連結された正常 閉切り換え装置に結合され、切り換え装置を開くために障害信 号に応答するトランジスタスイッチを含む請求の範囲６に記載の検出器。 ８．差動比較器回路が、該断続手段に共通に接続されたそれぞれの出力を有す る少なくとも２つの比較器を含む請求の範囲６に記載の検出器。 ９．比較器が集積回路である請求の範囲５に記載の検出器。 １０．電気供給の地絡点と器具の中性端子の間の電圧差を検出するための補助 検出回路をさらに含み、 電流が中性給電線と地絡点の間をいずれかの方向において流れるならば、不均衡 信号を生成するために、中性給電線と電気供給の地絡点の間に連結された超高イ ンピーダンス電流検出器と、 接続された該正常閉切り換え装置に作動可能に結合され、切り換え装置を開くた めに不均衡信号に応答する補助断続手段とを具備する請求の範囲２に記載の検出 器。 １１．電流検出器が、電気供給の中性給電線と地絡点に連結された一対の直列 背面接続整流ダイオードを有するブリッジ整流器を具備する請求の範囲１０に記 載の検出器。 １２．補助断続手段が、カットスロートスイッチと直列に接続され、その結果 、断続手段の動作により、カットスロートスイッチが開き、これにより、断続手 段を除勢し、 カットスロートスイッチを閉じるためのリセット手段がさらに設けられる請求の 範囲１０に記載の検出器。