特開 2024-152364 漏電遮断器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024152364

(43)【公開日】2024-10-25

(54)【発明の名称】漏電遮断器

(51)【国際特許分類】

   H01H 83/02 20060101AFI20241018BHJP

   H01H 83/04 20060101ALI20241018BHJP

   H02H 7/26 20060101ALI20241018BHJP

   H02H 3/05 20060101ALI20241018BHJP

【ＦＩ】

H01H83/02 E

H01H83/04

H02H7/26 C

H02H3/05 E

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023066511

(22)【出願日】2023-04-14

(71)【出願人】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100118762

【弁理士】

【氏名又は名称】高村 順

(72)【発明者】

【氏名】田上 寛幸

【テーマコード（参考）】

5G030

5G142

【Ｆターム（参考）】

5G030FA02

5G030XX08

5G030YY13

5G142AA12

(57)【要約】

【課題】テスト回路の消費電流を抑制し、安定した漏電検出動作、引外し動作およびテスト動作を行うことができる漏電遮断器を得ること。
【解決手段】漏電遮断器１は、二次巻線６ａおよび三次巻線６ｂを有する零相変流器６と、零相変流器６の二次巻線６ａの出力電流に基づいて漏電を検出する漏電検出回路７と、漏電検出回路７の検出信号により主回路４に挿入された開閉部５を開路する引外し装置８と、零相変流器６の三次巻線６ｂにテスト電流Ｉｔを流すテスト回路２０と、主回路４の交流電圧を降圧した直流電圧を漏電検出回路７、引外し装置８およびテスト回路２０に供給する電源回路９と、を備える。テスト回路２０は、直流パルスを生成する直流パルス生成回路１５と、直流パルスを交流パルスに変換し、交流パルスを三次巻線６ｂにテスト電流Ｉｔとして流すＨ形ブリッジ回路１４と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

交流電路に挿入され、二次巻線およびテスト巻線を有する零相変流器と、
前記零相変流器の二次巻線の出力電流に基づいて漏電を検出する漏電検出回路と、
前記漏電検出回路の検出信号により前記交流電路に挿入された開閉部を開路する引外し装置と、
前記零相変流器の前記テスト巻線にテスト電流を流すテスト回路と、
前記交流電路の交流電圧を降圧した直流電圧を前記漏電検出回路、前記引外し装置および前記テスト回路に供給する電源回路と、を備え、
前記テスト回路は、
直流パルスを生成する直流パルス生成回路と、
前記直流パルスを交流パルスに変換し、前記交流パルスを前記テスト巻線に前記テスト電流として流す直流交流変換回路と、を備える
ことを特徴とする漏電遮断器。

【請求項2】

前記テスト電流を微分して前記テスト巻線に流す微分回路を備える
ことを特徴とする請求項１に記載の漏電遮断器。

【請求項3】

前記直流交流変換回路は、Ｈ形ブリッジ回路である
ことを特徴とする請求項１または２に記載の漏電遮断器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、配電系統等の交流電路に流れる漏洩電流を検出して交流電路を遮断し漏電事故を未然に防ぐための漏電遮断器に関する。

【背景技術】

【0002】

従来の漏電遮断器は、交流電路に接続される主回路と、この主回路を開閉する開閉機構を備えた開閉部と、主回路に流れる漏洩電流を検出する零相変流器と、零相変流器が漏洩電流を検出したときに開閉部の開閉機構を引外して主回路を遮断する引外し装置と、零相変流器にテスト電流を流して漏電引外し機能の動作確認を行うためのテスト回路等を備えている。テスト回路は、零相変流器のテスト巻線、テストスイッチ、テスト抵抗などによって構成されている（例えば、特許文献１参照）。

【0003】

従来の漏電遮断器は、主回路の２相の交流電路から漏電検出回路および引外し装置の動作電源を得ている。また、テスト回路は、主回路の交流電圧から動作電源を得ており、この動作電源からテストスイッチ、テスト抵抗を通して零相変流器のテスト巻線に流すテスト電流を作成している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平５－１８２５７９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１においては、テスト電流は、内部制御電源の基準電圧をゼロレベルとする直流パルスであり、直流成分が主体であって交流成分が極めて少ない。従って、このテスト電流による零相変流器からの出力は、通常の正弦波の交流電流による零相変流器の出力と比べ非常に小さい。そのため、テスト動作させるためのテスト電流としては、非常に大きな電流が必要となり、電源回路の電源容量を上げるために、回路電流を大きくする必要があり、テスト回路の消費電流が大きくなってしまうという問題がある。

【0006】

本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、テスト回路の消費電流を抑制し、安定した漏電検出動作、引外し動作およびテスト動作を行うことができる漏電遮断器を得ることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示の漏電遮断器は、交流電路に挿入され、二次巻線およびテスト巻線を有する零相変流器と、零相変流器の二次巻線の出力電流に基づいて漏電を検出する漏電検出回路と、漏電検出回路の検出信号により交流電路に挿入された開閉部を開路する引外し装置と、零相変流器のテスト巻線にテスト電流を流すテスト回路と、交流電路の交流電圧を降圧した直流電圧を漏電検出回路、引外し装置およびテスト回路に供給する電源回路と、を備える。テスト回路は、直流パルスを生成する直流パルス生成回路と、直流パルスを交流パルスに変換し、交流パルスをテスト巻線にテスト電流として流す直流交流変換回路と、を備えることを特徴とする。

【発明の効果】

【0008】

本開示の漏電遮断器によれば、テスト回路の消費電流を抑制し、安定した漏電検出動作、引外し動作およびテスト動作を行うことができる、という効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施の形態における漏電遮断器を示す回路図

【図2】実施の形態における漏電遮断器のテスト動作における各部の波形を示すタイムチャート

【図3】実施の形態における漏電遮断器のテスト動作における各部の波形を示すタイムチャート

【図4】実施の形態における漏電遮断器において、正側のテスト電流の流れる経路を説明するための図

【図5】実施の形態における漏電遮断器において、負側のテスト電流の流れる経路を説明するための図

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下に、実施の形態にかかる漏電遮断器について図面を用いて説明する。

【0011】

実施の形態．
図１は、実施の形態における漏電遮断器を示す回路図である。図１に示すように、漏電遮断器１は、主回路４と、開閉部５と、零相変流器６と、漏電検出回路７と、引外し装置８と、電源回路９と、三相全波整流回路１０と、微分回路１６と、テスト電流駆動回路１３を含む後述するテスト回路２０と、を備えている。テスト回路２０は、テスト巻線としての三次巻線６ｂ、テスト電流駆動回路１３、微分回路１６、およびテストスイッチ１７などから構成されている。図１において、ＧＲＤはグランドを示している。

【0012】

主回路４は、電源側接続端子２と負荷側接続端子３とを接続するＲ相、Ｓ相、Ｔ相の各電路から構成されている。開閉部５は、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相の三相の主回路を開閉する開閉接点と、開閉接点を開閉駆動する開閉機構とを有する。零相変流器６は、主回路４の三相の導体が貫通されるよう、主回路４に挿入される。零相変流器６は、主回路４を流れる零相電流を検出し、検出した零相電流信号を二次巻線６ａから出力する。零相変流器６に設けられた三次巻線６ｂは、テスト時に使用される。漏電検出回路７は、二次巻線６ａから入力された零相電流信号に基づいて漏電または地絡事故の発生を検出する。引外し装置８は、引外しコイルを有し、漏電検出回路７の検出信号をトリガにして、開閉部５の開閉機構を引外し駆動して主回路４を遮断する。三相全波整流回路１０は、主回路４の交流電力を直流電力に変換し電源回路９に供給する。電源回路９は、三相全波整流回路１０から出力される直流電圧ＶＤを直流制御電圧ＶＳに降圧して、漏電検出回路７および引外し装置８に動作電源として供給する。

【0013】

漏電遮断器１は、電源側接続端子２と負荷側接続端子３とにより、漏電を検出すべき三相交流電路（図示せず）に接続される。

【0014】

三相全波整流回路１０は、周知の６個の整流ダイオードで構成され、主回路４の三相交流電圧を整流して電源回路９に直流電圧ＶＤを供給する。なお、三相全波整流回路１０の交流側は、インピーダンス素子１１を介して主回路４のＲ相、Ｓ相、Ｔ相の各電路に夫々接続されている。また、三相全波整流回路１０の直流側の両端には、電圧抑制素子１２が接続されている。

【0015】

電圧抑制素子１２は、三相全波整流回路１０の各相の正極側アーム、負極側アームを夫々構成する各２個の整流ダイオードの夫々に対し並列に接続されており、サージまたはインパルス等の過電圧によって発生する整流ダイオードに対する逆電圧を抑制して、三相全波整流回路１０も含めた漏電遮断器１の内部回路全体を保護する。

【0016】

電源回路９は、三相全波整流回路１０により全波整流された直流電圧ＶＤが供給される。電源回路９は、直流電圧ＶＤを直流制御電圧ＶＳ（例えば、ＤＣ４０Ｖ）に降圧して漏電検出回路７に供給する。

【0017】

漏電検出回路７は、零相変流器６の二次巻線６ａから入力された零相電流信号に基づいて漏電の発生を検出する。漏電検出回路７では、零相電流信号のピーク電圧値、あるいは零相信号の電圧幅を判別し、それらが閾値を超えたとき漏電発生と判断する。漏電検出回路７は、漏電発生を検出すると、電源回路９により降圧された直流制御電圧ＶＳを引外し装置８に供給して、引外し装置８を駆動する。引外し装置８は、開閉部５の開閉機構を引外し駆動して主回路４を遮断する。

【0018】

次に、漏電引外し機能のテスト動作を行うテスト回路２０について説明する。このテスト動作は、零相変流器６に設けられた三次巻線６ｂにテスト電流Ｉｔを通電することにより疑似的に漏電を発生させて、漏電引外しを行うものである。例えば、漏電遮断器１の感度電流が５００ｍＡで、三次巻線６ｂが１００ターンであったとすると、テスト電流Ｉｔは、２倍程度の電流を流す必要があるので、
５００（ｍＡ）×２／１００（ターン）＝１０ｍＡ
となり、１０ｍＡ程度の電流値に設定する必要がある。

【0019】

テスト回路２０は、零相変流器６に設けられた三次巻線６ｂと、三次巻線６ｂにテスト電流Ｉｔを供給するテスト電流駆動回路１３と、微分回路１６と、テストスイッチ１７と、を有する。テストスイッチ１７は、手動によるオン操作でテスト電流駆動回路１３からのテスト電流Ｉｔを三次巻線６ｂに通電する。微分回路１６は、テスト電流Ｉｔの実効値を低く抑える機能を有する。

【0020】

テスト電流駆動回路１３は、直流交流変換回路としてのＨ形ブリッジ回路１４と、直流パルス生成回路１５と、を備える。Ｈ形ブリッジ回路１４は、Ｈ形ブリッジ回路１４を構成する４つのトランジスタ１４ａ～１４ｄと、トランジスタ１４ｅと、抵抗ｒ１～ｒ５と、を有する。トランジスタ１４ｅおよび抵抗ｒ１～ｒ５によって、トランジスタ１４ａ，１４ｄと、トランジスタ１４ｂ，１４ｃと、を排他的にオンオフ動作させる。Ｈ形ブリッジ回路１４は、電源回路９によって降圧された直流制御電圧ＶＳから、トランジスタ１４ａ～１４ｄのスイッチング動作によって、交流のテスト電流Ｉｔを発生させる。直流パルス生成回路１５は、トランジスタ１４ａ～１４ｄをスイッチング動作させるための直流パルス電圧Ｖｐを出力する。Ｈ形ブリッジ回路１４は、別言すれば、直流パルス生成回路１５の直流パルスを交流パルスに変換し、変換した交流パルスを三次巻線６ｂに対しスト電流として流す機能を有する。

【0021】

また、零相変流器６の三次巻線６ｂとＨ形ブリッジ回路１４とを接続する経路には、微分回路１６が設けられている。微分回路１６は、抵抗１６ａとコンデンサ１６ｂとの直列体として構成される。

【0022】

テスト操作は、テストスイッチ１７をオンすることにより行なわれる。テストスイッチ１７のオン時にのみ、テスト電流Ｉｔがテスト電流駆動回路１３から零相変流器６の三次巻線６ｂに流れる。

【0023】

以上のように構成された漏電遮断器１は、漏電を検出すべき交流電路に漏電が発生して主回路４に漏洩電流が流れると、零相変流器６の二次巻線６ａから零相電流信号が出力されて漏電検出回路７に入力される。漏電検出回路７は、入力された電流信号に基づいて漏電の発生を検出し、電源回路９によって降圧された直流制御電圧ＶＳを引外し装置８に供給して引外し装置８を駆動する。これにより、引外し装置８は、開閉部５の開閉接点を引外して主回路４を遮断する。

【0024】

次に、漏電遮断器１の漏電テストの動作について説明する。図２は、実施の形態における漏電遮断器１のテスト動作における各部の波形を示すタイムチャートである。図３は、実施の形態における漏電遮断器１のテスト動作における各部の波形を示すタイムチャートである。図２は、漏電遮断器１に微分回路１６が設けられていない場合のタイムチャートである。図３は、漏電遮断器１に微分回路１６が設けられている場合のタイムチャートである。図４は、実施の形態における漏電遮断器において、正側のテスト電流Ｉｔの流れる経路を説明するための図である。図５は、実施の形態における漏電遮断器において、負側のテスト電流Ｉｔの流れる経路を説明するための図である。

【0025】

図２、図３において、ＶＳは、電源回路９の出力である直流制御電圧ＶＳに対応し、Ｖｐは、直流パルス生成回路１５の出力である直流パルス電圧Ｖｐに対応し、Ｉｔは、零相変流器６の三次巻線６ｂに流れるテスト電流Ｉｔに対応し、Ｉｅは、テスト電流駆動回路１３の消費電流を実効値で示している。

【0026】

図２、図３に示すように、直流パルス生成回路１５からは、ハイとローとが予め設定された周期で繰り返される直流パルス電圧Ｖｐが出力される。直流パルス生成回路１５からハイの直流パルス電圧Ｖｐが出力された期間は、トランジスタ１４ａ，１４ｄ，１４ｅがオンになり、トランジスタ１４ｂ，１４ｃがオフとなり、正側のテスト電流Ｉｔが流れる。正側のテスト電流Ｉｔは、図４に示すように、電源回路９→テストスイッチ１７→トランジスタ１４ｄ→三次巻線６ｂ→微分回路１６→トランジスタ１４ａの順に流れる。

【0027】

一方、直流パルス生成回路１５からローの直流パルス電圧Ｖｐが出力された期間は、トランジスタ１４ａ，１４ｄ，１４ｅがオフになり、トランジスタ１４ｂ，１４ｃがオンとなり、負側のテスト電流Ｉｔが流れる。負側のテスト電流Ｉｔは、図５に示すように、電源回路９→テストスイッチ１７→トランジスタ１４ｃ→微分回路１６→三次巻線６ｂ→トランジスタ１４ｂの順に流れる。

【0028】

このように、実施の形態のテスト回路２０は、正負の両方の極性を有する交流電流のテスト電流Ｉｔを流すことができる。

【0029】

次に、微分回路１６の作用について説明する。図３に示すように、微分回路１６を設けることで、正および負のテスト電流Ｉｔの立ち上がり時には、直流制御電圧ＶＳの電圧を微分回路１６の抵抗１６ａの抵抗値で割ったピーク電流が流れ、その後、コンデンサ１６ｂに電流がチャージされることで、テスト電流Ｉｔは緩やかに下がる。これにより、図２に示す微分回路１６がなしの場合に比べ、テスト電流駆動回路１３を流れるテスト電流（消費電流）Ｉｔの実効値を低く抑えることができる。図３には、消費電流の実効値Ｉｅが、微分回路１６がなしの場合の消費電流の実効値Ｉｅ１から微分回路１６がありの場合の消費電流の実効値Ｉｅ２まで、ΔＩｅだけ削減されたことが示されている。

【0030】

なお、テスト電流Ｉｔの大きさを前述の１０ｍＡと設定する場合、例えば、直流制御電圧ＶＳをＤＣ４０Ｖとすると、微分回路１６の抵抗１６ａの抵抗値を２．７ｋΩ程度、コンデンサ１６ｂの容量を２．２μＦ程度と設定すれば、ピーク電流が１４．８ｍＡとなり、テスト電流Ｉｔとして問題ない電流値となる。

【0031】

また、漏電テスト動作としては、漏電検出回路７が検出しうる検出閾値Ｉｃおよび検出幅Δｔをテスト電流Ｉｔが超えれば漏電テスト動作が成立するため、なだらかに下がるテスト電流Ｉｔで問題はない。

【0032】

以上説明したように、実施の形態による漏電遮断器１によれば、テスト電流Ｉｔを交流電流とすることで、テスト回路の消費電流を抑制することができる。また、消費電流が抑制されることで、安定した漏電検出動作、引外し動作、およびテスト動作を行うことができる。また、微分回路１６を介してテスト電流Ｉｔを三次巻線６ｂに流すことで、テスト回路２０の消費電流をさらに抑制することができる。

【0033】

以上の実施の形態に示した構成は、本開示の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本開示の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

【符号の説明】

【0034】

１ 漏電遮断器、２ 電源側接続端子、３ 負荷側接続端子、４ 主回路、５ 開閉部、６ 零相変流器、６ａ 二次巻線、６ｂ 三次巻線、７ 漏電検出回路、８ 引外し装置、９ 電源回路、１０ 三相全波整流回路、１１ インピーダンス素子、１２ 電圧抑制素子、１３ テスト電流駆動回路、１４ Ｈ形ブリッジ回路、１４ａ～１４ｅ トランジスタ、１５ 直流パルス生成回路、１６ 微分回路、１６ａ，ｒ１～ｒ５ 抵抗、１６ｂ コンデンサ、１７ テストスイッチ、２０ テスト回路。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】