JPH10285786A - 漏電検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 漏電遮断器において、不要な調整作業をなく
して製造コストを低減すると共に、外部からのサージに
よって誤動作しない漏電検出器を提供することを目的と
する。 【構成】 零相変流器からの漏電信号を増幅する増幅回
路と、漏電信号が所定の大きさを超えたときに出力を発
生する第一の判定回路と、前記出力を微分する微分回路
と、微分回路の出力が所定の大きさを超えるかどうかを
判定し所定の大きさを超えたとき出力を発生する第二の
判定回路と、前記微分回路の出力が所定の大きさを超え
るときリセットコンデンサを瞬時に放電し所定の大きさ
以下のとき一定の電流でリセットコンデンサを徐々に積
分するリセット回路と、リセット回路の出力が所定の大
きさ以下のとき一定の電流で積分コンデンサを積分する
積分回路と、積分回路の出力が所定の大きさを超えると
き出力を発生する第三の判定回路と、前記第二の判定回
路の出力と第三の判定回路の出力との論理積によりトリ
ガさせるスイッチング素子により構成される漏電検出
器。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、漏電遮断器に用いる漏
電検出器に関するもので、特に外部からのサージに対し
て誤動作しない漏電検出器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、交流電路に流れる漏洩電流を検出
する漏電検出器には、漏洩電流を零相変流器で検出し、
この零相変流器から出力される漏電信号が一定の波高値
および幅（時間）を越えた場合に、漏電と判断するもの
があった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記、漏電と判断する
もの、すなわち漏電検出器を組み込んだ漏電遮断器の種
類には、高速形（０. １秒以内動作）・時延形（０. １
秒を超え２秒以内動作）・反限時形（漏電の大きさに反
比例して動作）があり、それぞれの性能等は、ＪＩＳ
Ｃ ８３７１・電気用品取締法技術基準などの規格によ
って規定されている。時延形漏電遮断器には前記電気用
品取締法技術基準の中で、漏電時における動作時間・慣
性不動作電流（基準：１０Ａの漏洩電流または定格感度
電流の２０倍の漏洩電流）を一定時間（動作時間の５０
％の時間）通電して不動作であることなどが規定されて
おり、これらの規格に適合させる必要がある。例えば定
格感度電流０. ５Ａ・動作時間０. ３秒の時延形漏電遮
断器の場合、１０Ａの慣性不動作電流を０. １５秒間通
電して不動作であり、０. ５Ａの漏洩電流を通電したと
き０. １５秒から０. ４５秒の間に遮断動作するという
ものである。ところが、１０Ａの慣性不動作電流を０.
１５秒通電した直後に、漏電を検知するためのセンサと
して使用している零相変流器の内部インダクタンスによ
り逆起電力が長時間（０. １秒程度）発生するので、そ
の時間分、動作時間の下限値（上記例では０. １５秒）
を上げることが必要になり、動作時間の規格幅が狭く
（上記例では０. ２５から０. ４５秒）なる。また、漏
電検出器の回路を構成している電子部品の温度特性によ
る誤差や、遮断器のメカ動作に要する時間等を考慮する
と、動作時間の規格幅はさらに狭くなる。以上のように
従来の技術には、漏電による動作時間の規格幅が狭くな
り、漏電遮断器の製造時に電子部品のバラツキ等によっ
て動作時間が規格を外れるものが発生するので、動作時
間の規格に合格させるための調整作業（時延用のコンデ
ンサ等を取り替える作業）が余分にかかる欠点があっ
た。また、高速形漏電遮断器では、雷等によるサージ電
流（衝撃波電流）で誤動作し易いという問題があった。

【０００４】

【発明の目的】そこで本発明は、漏電遮断器においてこ
のような不要な調整作業をなくして製造コストを低減す
ると共に、外部からのサージによって誤動作しない漏電
検出器を提供することを目的とした。

【０００５】

【課題を解決するための手段及び作用】交流電路の漏洩
電流を検出してこの漏洩電流の大きさに比例した漏電信
号を発生し、この漏電信号の大きさが所定の大きさを超
えるときスイッチング素子を介して作動して交流電路を
遮断する漏電検出器において、前記漏電信号を増幅する
増幅回路と、前記増幅回路の出力が所定の大きさを超え
たときに出力を発生する第一の判定回路と、前記第一の
判定回路の出力を微分する微分回路と、前記微分回路の
出力が所定の大きさを超えるかどうかを判定し所定の大
きさを超えたとき出力を発生する第二の判定回路と、前
記微分回路の出力が所定の大きさを超えるときリセット
コンデンサを瞬時に放電し所定の大きさ以下のとき一定
の電流で前記リセットコンデンサを徐々に積分するリセ
ット回路と、前記リセット回路の出力が所定の大きさ以
下のとき一定の電流で積分コンデンサを積分する積分回
路と、前記積分回路の出力が所定の大きさを超えるとき
出力を発生する第三の判定回路と、前記第二の判定回路
の出力と前記第三の判定回路の出力との論理積によりス
イッチング素子をトリガさせて作動する漏電検出器を遮
断器に組み込むことにより、時延形においては慣性不動
作電流等の過大電流によって発生する零相変流器の逆起
電力を短時間で判定して一定以上の時間を無視し、動作
時間の規格下限値を下げて規格の幅を広げ、また、高速
形においては雷等によるサージ電流に対し誤動作しない
性能としたものである。

【０００６】

【実施例の説明】図１は、本発明の実施例を示す漏電検
出器の回路ブロック図である。

【０００７】まず、図１のブロック構成を説明する。Ｚ
ＣＴは、零相変流器で交流電路の漏洩電流を検出し、漏
洩電流の大きさに比例した電圧を出力する。増幅部は、
前記零相変流器の出力を増幅し、漏電信号として出力す
るアナログ回路である。第一の判定回路は、前記増幅部
により増幅された漏電信号の瞬時の値が所定の大きさを
超えるときに出力を発生する回路である。微分回路は、
前記第一の判定回路の出力を微分し、出力する微分回路
である。第二の判定回路は、前記微分回路の出力が所定
の大きさ以上であるかどうかを判定し所定の大きさを超
えたとき出力を発生する回路である。リセット回路は、
前記微分回路の出力が所定の大きさを超えるときリセッ
トコンデンサを瞬時に放電し、所定の大きさ以下のとき
一定の電流で前記リセットコンデンサを徐々に積分する
回路である。積分回路は、前記リセット回路の出力が所
定の大きさ以下のとき、一定の電流で積分コンデンサを
積分する積分回路である。第三の判定回路は、前記積分
回路の出力が所定の大きさ以上のとき出力を発生する回
路である。論理積回路は、前記第二の判定回路の出力
と、第三の判定回路の出力との論理積により出力する回
路である。ＳＣＲは、前記論理積回路の出力により作動
するスイッチング素子である。

【０００８】次に、図４のタイムチャートのＡ〜Ｇの波
形を図１の各ブロックの機能に対応させて説明する。Ａ
は、交流電路（零相変流器一次側）の漏洩電流波形であ
る。Ｂは、図１の増幅部の出力波形である。Ｃは、図１
の第一の判定回路の出力波形である。Ｄは、図１の微分
回路の出力波形である。Ｅは、図１のリセット回路の出
力波形である。Ｆは、図１の積分回路の出力波形であ
る。Ｇは、図１の第二の判定回路出力波形である。Ｈ
は、図１の第三の判定回路出力波形である。Ｉは、図１
の論理積回路出力波形である。

【０００９】次に、図１により本発明の微分回路の動作
説明をする。零相変流器の一次側電路に漏電が発生し、
零相変流器の出力が判定回路１の判定値ＶH1を超える
と、定電流回路によりＩ1 の電流が供給される。この電
流により、Ｃ1 およびＣ2 に電荷がたまり、Ｃ1 の両端
の電圧ＶC1およびＲ1 の両端の電圧ＶR1は、下記（１）
に示すおよびの理論式により上昇する。設定された
内部回路により、ＶC1の電圧は、判定回路２の判定値Ｖ
H2＋０．６Ｖ（＝VMAX）となるように設定する。ＶR1
は、ＶC1がＶMAX に上昇した時点で最高となる。理論式
によりＶC1がＶMAX 一定となると、ＶR1は下記（２）
に示す理論式により徐々に降下する。 （１）ＶC1＝ＶMAX に上昇するまでの理論式 ＶC1（ｔ）＝Ｉ1×｛(A/B)×t＋(C/B)×（１-EXP(-B
×t)）｝／Ｃ11 ここで、A=１／（Ｃ2 ×Ｒ1 ） B=（Ｃ1 ＋Ｃ2 ）／（Ｃ1 ×Ｃ2 ×Ｒ1 ） C=１ー（A／B） ＶR1(t)＝Ｉ1 ×（１ーEXP(-t／D)）／D ここで、D=（Ｃ2 ×Ｒ1 ）／（Ｃ1 +Ｃ2 ） （２）ＶC1（ｔ）＝ＶMAX に上昇した後の理論式 ＶC1（ｔ）＝ＶMAX となるまでの時間をｔ1 とすると ＶC1（ｔ1 ）＝ＶMAX （一定） ＶR1(t)＝ＶR(t1)×EXP｛ー（tーt1）／（Ｃ2 ×Ｒ1
）｝ （３）その後ＶR1（ｔ）が再びＶH2まで降下するまでの
時間t2を求めると式より、t2＝−ｌｎ｛ＶH2／ＶR1（t
1）｝／Ａ＋t1 となる。（４）第一の判定回路出力が
ＶH1以下になった時、Ｃ1 は瞬時に放電され、ＶR1は、
ローレベルとなる。

【００１０】図２は、漏電が発生した場合の本発明の動
作説明波形図（タイムチャート）である。Ａは、交流電
路（零相変流器一次側）の漏洩電流波形である。Ｂは、
増幅された零相変流器出力の漏電信号波形である。Ｃ
は、第一の判定出力の波形で、Ｂの電圧が判定レベルＶ
H1以上でハイレベルとなる。Ｄは、微分回路出力の波形
で、第一の判定出力によりハイレベルとなり、次の理論
式により徐々に電圧が下がる。 Ｖ(t)＝ＶMAX × EXP（-t／Ｔ）, ここで、Ｔ＝Ｃ30×
Ｒ30 Ｅは、リセット回路出力の波形で、正常時ハイレベル、
漏電検出中ローレベルとなる。Ｆは、積分回路出力の波
形で、Ｅのリセット回路の出力電圧が判定値ＶH3以下で
コンデンサＣ4 を一定電流で積分し始め、Ｅがハイレベ
ルのとなった時、積分コンデンサを瞬時に放電しリセッ
トする。Ｇは、第二の判定回路の出力波形であり、微分
回路出力が第二の判定回路の判定値ＶH2を越えていると
きハイレベルになり、ＶH2以下の時ローレベルとなる。
Ｈは、第三の判定回路の出力であり、積分回路出力が第
三の判定回路ＶH4を越えたときハイレベルになり、ＶH4
以下の時、ローレベルとなる。Ｉは、論理積回路の出力
で第二の判定回路及び第三の判定回路が同時にハイレベ
ルの時、スイッチング素子へトリガ出力する。

【００１１】次に、本考案の回路を時延型漏電遮断器に
適用した場合に、動作時間の製造上の規格巾を従来より
広くする事が可能となり、製作作業効率を大幅に改善可
能となることを従来例と比較しながら、図３及び図６で
説明する。図３は、本考案回路での慣性不動作試験時の
タイムチャートを示し図５は、従来回路例、図６は、従
来回路でのタイムチャートを示す。Ａは、零相変流器の
一次側に流れる慣性不動作電流（１０Ａまたは感度電流
×２０倍の電流）を慣性不動作時間Ｔ（前述の例では
０. １５秒間）通電した波形。このとき、Ｂの零相変流
器出力には、慣性不動作電流通電後、零相変流器の内部
インダクタンスによる逆起電力が発生し、約０. １秒間
続く。Ｃの第一の判定出力の波形は、零相変流器の逆起
電力が継続する間（ＴG ）中、ハイレベルとなる。Ｄの
微分回路出力の波形は、前述の微分回路の理論式によ
り、零相変流器の逆起電力発生後、約０. ０１秒（t1+t
2）で第二の判定値ＶH1を下回る。以降、微分回路の波
形がＶH2を上回ることはないので、不動作時間はＴ＋t1
＋t2に設定しておけばよい。従って、従来の不動作時間
との差は（Ｔ＋ＴG ）−（Ｔ＋t1＋t2）＝ＴG −（t1+t
2）となり、例えばt1+t2＝０．０１秒 と設定すれば、
ＴG −（ｔ1 ＋ｔ2 ）＝０．１−０．０１＝０．０９秒
動作時間の製造規格下限値を下げることができる。Ｅ
のリセット回路出力の波形は、Ｄの出力がローレベルの
とき積分を開始し、判定レベルＶH3を超えるとゼロリセ
ットする。Ｆの積分回路出力の波形は、零相変流器の逆
起電力発生後しばらくして、判定値レベルＶH3を超えて
ハイレベルとなる。Ｇの第二の判定回路出力は、Ｄの微
分出力を受けて、慣性不動作電流通電直後から、t1+t2
の間ハイレベルとなった後は、ローレベルのままとな
る。Ｈの第三の判定回路出力は、積分回路の出力がリセ
ット回路の出力がＶH3を越えるまで、ローレベルのまま
である。Ｉの論理積回路は、この場合同時にハイレベル
とならないので、ＳＣＲトリガ出力を出さない。従っ
て、慣性不動作試験で誤動作することがなく、試験に合
格する。しかし、従来の漏電検出器には図５に示すよう
に微分回路・第二の判定回路の機能がなく（第二の判定
回路の機能がないので論理積回路もない）、第三の判定
回路のみの判定で作動する為、図５のＦの値が判定レベ
ルのＶH3を超えた時点で動作してしまうので、図６で示
すように動作時間を０．１５ｓ＋０．１s ＋trs秒と長
くする必要がある。ここでtrs は、第一の判定回路出力
がなくなった後、リセット回路が復帰するまでの時間で
ある。

【００１２】次に、本考案を高速型漏電遮断器に適用し
た場合、雷等による大きな衝撃波電流による、誤動作が
本考案により、いかに解決されたかを図４、図７により
説明する。図４は、本考案実施の場合、図７は、従来回
路の場合を示す。Ａは、零相変流器の一次側に流れる衝
撃波電流（２０００Ａ, ８×２０μＳ）通電した波形。
このとき、Ｂの零相変流器出力には、衝撃波電流通電
後、零相変流器の内部インダクタンスによる逆起電力が
発生し、約０. １秒間続く。Ｃの第一の判定出力の波形
は、零相変流器の逆起電力が継続する間ＴG2中、ハイレ
ベルとなる。Ｄの微分回路出力の波形は、前述の微分回
路の理論式により、零相変流器の逆起電力発生後、t1＋
t2で判定値レベルＶH2をしたまわる設定とする。以降、
微分回路の波形が判定値レベルを上回ることはない。例
えば、t1＋t2＝０．０１秒と設定し、動作時間を０．０
２〜０．１秒で設定すると、衝撃電流による誤動作は発
生しない。Ｅのリセット回路出力の波形は、Ｄの出力が
ゼロレベルのとき積分を開始し、判定レベルＶH3を超え
ると積分回路をゼロリセットする。Ｆの積分回路出力の
波形は、リセット回路出力が、ＶH3以下となった時か
ら、一定の電流で積分する。リセット回路がＶH3を越え
ると、ゼロリセットする。Ｇは、第二の判定回路出力
で、微分回路出力がＶH2以上の時、ハイレベルとなる。
Ｈは、第三の判定回路出力で、ＶH4以上の時ハイレベル
となる。Ｉは、論理積出力であり、第二の判定出力と第
三の判定出力が同時にハイレベルとならないので、ＳＣ
Ｒへのトリガ出力は発生せず、誤動作しない。従って、
衝撃波不動作試験で誤動作することがなく、試験に合格
する。しかし、従来の漏電検出器には図５に示すように
微分回路・第二の判定回路の機能がなく（第二の判定回
路の機能がないので論理積回路もない）、第三の判定回
路のみの判定で作動するので図７のＦの値が判定レベル
ＶH4を超えた時点で動作してしまうので誤動作は、避け
られなかった。

【００１３】

【発明の効果】本発明を実施することにより、時延形に
おいては動作時間の製造上の下限規格値を大幅に下げら
れ、規格幅を広げることができるので、動作時間の調整
作業がなくなり、製造コストが安く、慣性不動作性能を
満足するものとなる、また、高速形においては雷等によ
るサージ（衝撃波）に対して誤動作しない漏電遮断器を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の漏電検出器の回路ブロック図である。

【図２】本発明の漏電検出器の一次電力線に漏電が発生
した場合の動作説明波形図（タイムチャート）である。

【図３】本発明の時延形漏電検出器の一次電力線に慣性
不動作試験電流を通電した場合の動作説明波形図（タイ
ムチャート）である。

【図４】本発明の漏電検出器の一次電力線に衝撃波電流
を通電した場合の動作説明波形図（タイムチャート）で
ある。

【図５】従来の漏電検出器の回路ブロック図である。

【図６】従来の時延形漏電検出器の一次電力線に慣性不
動作試験電流を通電した場合の動作説明波形図（タイム
チャート）である。

【図７】従来の漏電検出器の一次電力線に衝撃波電流を
通電した場合の動作説明波形図（タイムチャート）であ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 古本 哲男 広島市南区大州３丁目１番42号 テンパー ル工業株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流電路の漏洩電流を零相変流器により
   検出してこの漏洩電流の大きさに比例した漏電信号を発
   生し、この漏電信号の大きさが所定の大きさを超えると
   きスイッチング素子を介して作動して交流電路を遮断す
   る漏電検出器において、前記漏電信号を増幅する増幅回
   路と、前記増幅回路の出力が所定の大きさを超えたとき
   に出力を発生する第一の判定回路と、前記第一の判定回
   路の出力を微分する微分回路と、前記微分回路の出力が
   所定の大きさを超えるかどうかを判定し所定の大きさを
   超えたとき出力を発生する第二の判定回路と、前記微分
   回路の出力が所定の大きさを超えるときリセットコンデ
   ンサを瞬時に放電し所定の大きさ以下のとき一定の電流
   で前記リセットコンデンサを徐々に積分するリセット回
   路と、前記リセット回路の出力が所定の大きさ以下のと
   き一定の電流で積分コンデンサを積分する積分回路と、
   前記積分回路の出力が所定の大きさを超えるとき出力を
   発生する第三の判定回路と、前記第二の判定回路の出力
   と前記第三の判定回路の出力との論理積によりスイッチ
   ング素子をトリガさせて作動することを特徴とする漏電
   検出器。