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(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】P2025139231
(43)【公開日】2025-09-26
(54)【発明の名称】直流電源の漏電検出器
(51)【国際特許分類】
H02H 3/16 20060101AFI20250918BHJP
G01R 31/52 20200101ALI20250918BHJP
G01R 19/165 20060101ALI20250918BHJP
【ＦＩ】
H02H3/16
G01R31/52
G01R19/165 K
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2024038048
(22)【出願日】2024-03-12
(71)【出願人】
【識別番号】516131843
【氏名又は名称】ＡＮＰ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100095267
【弁理士】
【氏名又は名称】小島 高城郎
(74)【代理人】
【識別番号】100124176
【弁理士】
【氏名又は名称】河合 典子
(74)【代理人】
【識別番号】100224269
【弁理士】
【氏名又は名称】小島 佑太
(72)【発明者】
【氏名】羽田 正二
【テーマコード（参考）】
2G014
2G035
5G004
【Ｆターム（参考）】
2G014AA16
2G014AB29
2G014AB51
2G014AB52
2G014AB61
2G014AC18
2G035AB03
2G035AC16
2G035AD08
2G035AD11
2G035AD23
2G035AD39
2G035AD43
2G035AD56
5G004AA04
5G004AB03
5G004BA01
5G004DC02
5G004GA02
(57)【要約】
【課題】直流電源の漏電検出器において、漏電電流が感度電流に達した時点を確実に検出できること、及び、直流電源電圧が変動しても感度電流の値が変化しないことを実現する。
【解決手段】中点Nで接続された抵抗要素R1、R2と、正側電路3に接続された電流路と中点Nに接続された制御端とを有する半導体素子Q1と、負側電路4に接続された電流路と中点Nに接続された制御端とを有する半導体素子Q2と、半導体素子Q1、Q2の電流路の他端EとグランドGとの間に接続された感度設定用抵抗要素Reと、半導体素子Q1、Q2の制御端とグランドGとの間に互いに逆向きに直列接続されかつ感度設定用抵抗要素Reの抵抗値と感度電流Isの積に等しいツェナー電圧Vzをそれぞれ有する定電圧ダイオードZ1、Z2と、正側電路3又は負側電路4の電位の変化に基づいて感度電流Isを検出する検出部20と、を備える。
【選択図】図１
【解決手段】中点Nで接続された抵抗要素R1、R2と、正側電路3に接続された電流路と中点Nに接続された制御端とを有する半導体素子Q1と、負側電路4に接続された電流路と中点Nに接続された制御端とを有する半導体素子Q2と、半導体素子Q1、Q2の電流路の他端EとグランドGとの間に接続された感度設定用抵抗要素Reと、半導体素子Q1、Q2の制御端とグランドGとの間に互いに逆向きに直列接続されかつ感度設定用抵抗要素Reの抵抗値と感度電流Isの積に等しいツェナー電圧Vzをそれぞれ有する定電圧ダイオードZ1、Z2と、正側電路3又は負側電路4の電位の変化に基づいて感度電流Isを検出する検出部20と、を備える。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
直流電源の正側電路（3）又は負側電路（4）とグランド（G）との間の漏電を検出するための漏電検出器であって、
前記正側電路（3）及び前記負側電路（4）の各々に一端がそれぞれ接続され他端同士が中点（N）で接続された同じ抵抗値を有する第１抵抗要素（R1）及び第２抵抗要素（R2）と、
前記負側電路（4）と前記グランド（G）との間の漏電時に漏電電流（I4）が流れかつ一端が前記正側電路（3）に接続された電流路と前記中点（N）に接続された制御端とを有する第１半導体素子（Q1）と、
前記正側電路（4）と前記グランド（G）との間の漏電時に漏電電流（I4）が流れかつ一端が前記負側電路（4）に接続された電流路と前記中点（N）に接続された制御端とを有する第２半導体素子（Q2）と、
前記第１半導体素子（Q1）及び前記第２半導体素子（Q2）の各々の電流路の他端（E）と前記グランド（G）との間に接続された感度設定用抵抗要素（Re）と、
前記第１半導体素子（Q1）及び前記第２半導体素子（Q2）の各々の制御端と前記グランド（G）との間に互いに逆向きに直列接続されかつ前記感度設定用抵抗要素（Re）の抵抗値と感度電流（Is）の積に等しいツェナー電圧（Vz）を有する第１定電圧ダイオード（Z1）及び第２定電圧ダイオード（Z2）と、
前記正側電路（3）又は前記負側電路（4）の電位の変化に基づいて漏電電流（I4）が感度電流（Is）に達したことを検出する検出部（20）と、を備えたことを特徴とする漏電検出器。
前記正側電路（3）及び前記負側電路（4）の各々に一端がそれぞれ接続され他端同士が中点（N）で接続された同じ抵抗値を有する第１抵抗要素（R1）及び第２抵抗要素（R2）と、
前記負側電路（4）と前記グランド（G）との間の漏電時に漏電電流（I4）が流れかつ一端が前記正側電路（3）に接続された電流路と前記中点（N）に接続された制御端とを有する第１半導体素子（Q1）と、
前記正側電路（4）と前記グランド（G）との間の漏電時に漏電電流（I4）が流れかつ一端が前記負側電路（4）に接続された電流路と前記中点（N）に接続された制御端とを有する第２半導体素子（Q2）と、
前記第１半導体素子（Q1）及び前記第２半導体素子（Q2）の各々の電流路の他端（E）と前記グランド（G）との間に接続された感度設定用抵抗要素（Re）と、
前記第１半導体素子（Q1）及び前記第２半導体素子（Q2）の各々の制御端と前記グランド（G）との間に互いに逆向きに直列接続されかつ前記感度設定用抵抗要素（Re）の抵抗値と感度電流（Is）の積に等しいツェナー電圧（Vz）を有する第１定電圧ダイオード（Z1）及び第２定電圧ダイオード（Z2）と、
前記正側電路（3）又は前記負側電路（4）の電位の変化に基づいて漏電電流（I4）が感度電流（Is）に達したことを検出する検出部（20）と、を備えたことを特徴とする漏電検出器。
【請求項2】
前記負側電路（4）と前記グランド（G）との漏電時における前記負側電路（4）の電位は、
漏電電流（I4）が感度電流（Is）未満のとき、非漏電時の前記負側電路（4）の電位よりも前記感度設定用抵抗要素（Re）の抵抗値と漏電電流（I4）の積に等しい電圧（Ve）だけ高い電位となり、かつ、
漏電電流（I4）が感度電流（Is）に達したとき、前記グランド（G）の電位と略等しい電位となることを特徴とする請求項１に記載の漏電検出器。
漏電電流（I4）が感度電流（Is）未満のとき、非漏電時の前記負側電路（4）の電位よりも前記感度設定用抵抗要素（Re）の抵抗値と漏電電流（I4）の積に等しい電圧（Ve）だけ高い電位となり、かつ、
漏電電流（I4）が感度電流（Is）に達したとき、前記グランド（G）の電位と略等しい電位となることを特徴とする請求項１に記載の漏電検出器。
【請求項3】
前記正側電路（3）と前記グランド（G）との漏電時における前記正側電路（3）の電位は、
漏電電流（I4）が感度電流（Is）未満のとき、非漏電時の前記正側電路（3）の電位よりも前記感度設定用抵抗要素（Re）の抵抗値と漏電電流（I4）の積に等しい電圧（Ve）だけ低い電位となり、かつ、
漏電電流（I4）が感度電流（Is）に達したとき、前記グランド（G）の電位と略等しい電位となることを特徴とする請求項１に記載の漏電検出器。
漏電電流（I4）が感度電流（Is）未満のとき、非漏電時の前記正側電路（3）の電位よりも前記感度設定用抵抗要素（Re）の抵抗値と漏電電流（I4）の積に等しい電圧（Ve）だけ低い電位となり、かつ、
漏電電流（I4）が感度電流（Is）に達したとき、前記グランド（G）の電位と略等しい電位となることを特徴とする請求項１に記載の漏電検出器。
【請求項4】
前記検出部（20）は、前記正側電路（3）と前記負側電路（4）間に順次接続された同じ抵抗値をもつ３つの抵抗要素（R3, R4, R5）を有し、
前記３つの抵抗要素（R3, R4, R5）の２つの接続点（A, B）の電位と前記グランド（G）の電位との高低関係に応じて検出電流（I5）が流れるように構成されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の漏電検出器。
前記３つの抵抗要素（R3, R4, R5）の２つの接続点（A, B）の電位と前記グランド（G）の電位との高低関係に応じて検出電流（I5）が流れるように構成されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の漏電検出器。
【請求項5】
前記第１半導体素子（Q1）及び前記第２半導体素子（Q2）は、前記各々の電流路の他端（E）をエミッタ又はソースとするエミッタフォロワ回路又はソースフォロワ回路を構成することを特徴とする請求項１に記載の漏電検出器。
【請求項6】
前記感度設定用抵抗要素（Re）が、抵抗値の異なる複数の抵抗素子の中から機械的スイッチの切り換えによって選択されることを特徴とする請求項１に記載の漏電検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、直流電源の漏電検出器に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、直流電源の漏電検出器として中性点接地方式が知られている。中性点接地方式は、直流電源の正側電路と負側電路の間に中性点を設定するために２つの抵抗素子を直列接続してその接続点を接地する構成を有する（例えば特許文献１～３）。中性点接地方式では、電路の漏電（地絡等）が発生したとき、抵抗素子を流れる漏電電流による両端電圧又は分圧の変化、又は、抵抗素子と中性点を通って流れる漏電電流を検出することによって漏電を検出している。
【0003】
上記のような中性点接地方式の漏電検出器では、定常時（漏電が発生していないとき）の抵抗素子による消費電力を抑制するために高抵抗とすると、ノイズに敏感となり誤動作が多くなるという問題があった。また、直流電源電圧が印加されて漏電電流が流れる２つの抵抗素子には、高電力用を用いる必要があった。
【0004】
そこで特許文献４、５の漏電検出器においては、中性点設定用の抵抗素子とは別に、漏電電流を流すための回路を設けることによって漏電電流が中性点設定用の抵抗素子に流れないようにし、精度よく漏電検出すると同時に定常時の消費電力を抑制することを実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２００２－２９６３１６号公報
【特許文献2】特開２００９－２６１０３９号公報
【特許文献3】特開２０１３－１３０５３６号公報
【特許文献4】特開２０２２－１０４２８０号公報
【特許文献5】特開２０２３－５３７７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
一般的に漏電検出器では、漏電時における漏電電流が所定の感度電流に達した時点で漏電を検出するように設計されている。しかしながら、漏電電流の大きさを直接監視する方式や、漏電電流が流れる所定の抵抗素子の両端電圧を監視する方式の場合、漏電電流が感度電流未満の領域から感度電流に達したときの変化は連続的であり顕著ではない。したがって、漏電電流が感度電流の近傍にあるときはノイズの影響を受けやすく、後段の漏電遮断器等の誤動作を生じ易いという問題があった。
【0007】
また、特許文献４、５の漏電検出器では、所定の感度電流に対応する回路定数を直流電源電圧に応じて設定するが、その漏電検出器を電圧の異なる直流電源へそのまま適用できず、また、漏電検出中に直流電源電圧が変動すると感度電流の値が変化してしまうという問題があった。
【0008】
本発明の目的は、直流電源の漏電検出器において、漏電電流が感度電流に達した時点を確実に検出できること、及び、直流電源電圧が変動しても感度電流の値が変化しないことを実現することである。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記の目的を達成するべく、本発明は、以下の構成を提供する。なお、括弧内の符号は後述する図面中の符号であり、参考のために付するものである。
［１］本発明の態様は、直流電源の正側電路（3）又は負側電路（4）とグランド（G）との間の漏電を検出するための漏電検出器であって、
前記正側電路（3）及び前記負側電路（4）の各々に一端がそれぞれ接続され他端同士が中点（N）で接続された同じ抵抗値を有する第１抵抗要素（R1）及び第２抵抗要素（R2）と、
前記負側電路（4）と前記グランド（G）との間の漏電時に漏電電流（I4）が流れかつ一端が前記正側電路（3）に接続された電流路と前記中点（N）に接続された制御端とを有する第１半導体素子（Q1）と、
前記正側電路（4）と前記グランド（G）との間の漏電時に漏電電流（I4）が流れかつ一端が前記負側電路（4）に接続された電流路と前記中点（N）に接続された制御端とを有する第２半導体素子（Q2）と、
前記第１半導体素子（Q1）及び前記第２半導体素子（Q2）の各々の電流路の他端（E）と前記グランド（G）との間に接続された感度設定用抵抗要素（Re）と、
前記第１半導体素子（Q1）及び前記第２半導体素子（Q2）の各々の制御端と前記グランド（G）との間に互いに逆向きに直列接続されかつ前記感度設定用抵抗要素（Re）の抵抗値と感度電流（Is）の積に等しいツェナー電圧（Vz）を有する第１定電圧ダイオード（Z1）及び第２定電圧ダイオード（Z2）と、
前記正側電路（3）又は前記負側電路（4）の電位の変化に基づいて漏電電流（I4）が感度電流（Is）に達したことを検出する検出部（20）と、を備えたことを特徴とする。
［２］上記［１］の態様において、前記負側電路（4）と前記グランド（G）との漏電時における前記負側電路（4）の電位は、
漏電電流（I4）が感度電流（Is）未満のとき、非漏電時の前記負側電路（4）の電位よりも前記感度設定用抵抗要素（Re）の抵抗値と漏電電流（I4）の積に等しい電圧（Ve）だけ高い電位となり、かつ、
漏電電流（I4）が感度電流（Is）に達したとき、前記グランド（G）の電位と略等しい電位となることを特徴とする。
［３］上記[１]の態様において、前記正側電路（3）と前記グランド（G）との漏電時における前記正側電路（3）の電位は、
漏電電流（I4）が感度電流（Is）未満のとき、非漏電時の前記正側電路（3）の電位よりも前記感度設定用抵抗要素（Re）の抵抗値と漏電電流（I4）の積に等しい電圧（Ve）だけ低い電位となり、かつ、
漏電電流（I4）が感度電流（Is）に達したとき、前記グランド（G）の電位と略等しい電位となることを特徴とする。
［４］上記［２］又は［３］の態様において、前記検出部（20）は、前記正側電路（3）と前記負側電路（4）間に順次接続された同じ抵抗値をもつ３つの抵抗要素（R3, R4, R5）を有し、
前記３つの抵抗要素（R3, R4, R5）の２つの接続点（A, B）の電位と前記グランド（G）の電位との高低関係に応じて検出電流（I5）が流れるように構成されていることを特徴とする。
［５］上記［１］の態様において、前記第１半導体素子（Q1）及び前記第２半導体素子（Q2）は、前記各々の電流路の他端（E）をエミッタ又はソースとするエミッタフォロワ回路又はソースフォロワ回路を構成することを特徴とする。
［６］上記［１］の態様において、前記感度設定用抵抗要素（Re）が、抵抗値の異なる複数の抵抗素子の中から機械的スイッチの切り換えによって選択されることを特徴とする。
［１］本発明の態様は、直流電源の正側電路（3）又は負側電路（4）とグランド（G）との間の漏電を検出するための漏電検出器であって、
前記正側電路（3）及び前記負側電路（4）の各々に一端がそれぞれ接続され他端同士が中点（N）で接続された同じ抵抗値を有する第１抵抗要素（R1）及び第２抵抗要素（R2）と、
前記負側電路（4）と前記グランド（G）との間の漏電時に漏電電流（I4）が流れかつ一端が前記正側電路（3）に接続された電流路と前記中点（N）に接続された制御端とを有する第１半導体素子（Q1）と、
前記正側電路（4）と前記グランド（G）との間の漏電時に漏電電流（I4）が流れかつ一端が前記負側電路（4）に接続された電流路と前記中点（N）に接続された制御端とを有する第２半導体素子（Q2）と、
前記第１半導体素子（Q1）及び前記第２半導体素子（Q2）の各々の電流路の他端（E）と前記グランド（G）との間に接続された感度設定用抵抗要素（Re）と、
前記第１半導体素子（Q1）及び前記第２半導体素子（Q2）の各々の制御端と前記グランド（G）との間に互いに逆向きに直列接続されかつ前記感度設定用抵抗要素（Re）の抵抗値と感度電流（Is）の積に等しいツェナー電圧（Vz）を有する第１定電圧ダイオード（Z1）及び第２定電圧ダイオード（Z2）と、
前記正側電路（3）又は前記負側電路（4）の電位の変化に基づいて漏電電流（I4）が感度電流（Is）に達したことを検出する検出部（20）と、を備えたことを特徴とする。
［２］上記［１］の態様において、前記負側電路（4）と前記グランド（G）との漏電時における前記負側電路（4）の電位は、
漏電電流（I4）が感度電流（Is）未満のとき、非漏電時の前記負側電路（4）の電位よりも前記感度設定用抵抗要素（Re）の抵抗値と漏電電流（I4）の積に等しい電圧（Ve）だけ高い電位となり、かつ、
漏電電流（I4）が感度電流（Is）に達したとき、前記グランド（G）の電位と略等しい電位となることを特徴とする。
［３］上記[１]の態様において、前記正側電路（3）と前記グランド（G）との漏電時における前記正側電路（3）の電位は、
漏電電流（I4）が感度電流（Is）未満のとき、非漏電時の前記正側電路（3）の電位よりも前記感度設定用抵抗要素（Re）の抵抗値と漏電電流（I4）の積に等しい電圧（Ve）だけ低い電位となり、かつ、
漏電電流（I4）が感度電流（Is）に達したとき、前記グランド（G）の電位と略等しい電位となることを特徴とする。
［４］上記［２］又は［３］の態様において、前記検出部（20）は、前記正側電路（3）と前記負側電路（4）間に順次接続された同じ抵抗値をもつ３つの抵抗要素（R3, R4, R5）を有し、
前記３つの抵抗要素（R3, R4, R5）の２つの接続点（A, B）の電位と前記グランド（G）の電位との高低関係に応じて検出電流（I5）が流れるように構成されていることを特徴とする。
［５］上記［１］の態様において、前記第１半導体素子（Q1）及び前記第２半導体素子（Q2）は、前記各々の電流路の他端（E）をエミッタ又はソースとするエミッタフォロワ回路又はソースフォロワ回路を構成することを特徴とする。
［６］上記［１］の態様において、前記感度設定用抵抗要素（Re）が、抵抗値の異なる複数の抵抗素子の中から機械的スイッチの切り換えによって選択されることを特徴とする。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、直流電源の漏電検出器において、漏電電流が感度電流に達した時点を確実に検出できること、及び、直流電源電圧が変動しても感度電流が変化しないことを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、図面を参照しつつ、本発明による漏電検出器の実施形態について詳細に説明する。
（１）回路構成
図１は、直流電源の電路と共に、本発明による漏電検出器の回路構成の一例を示した図である。本発明の漏電検出器は、直流電源（図示せず）の正極出力端１に接続された正側電路３と、直流電源の負極出力端２に接続された負側電路４との間に配置される。直流電源は、例えば太陽光発電装置や蓄電池などであるがこれらに限られない。一例として、直流電源電圧は±３００Ｖである。
（１）回路構成
図１は、直流電源の電路と共に、本発明による漏電検出器の回路構成の一例を示した図である。本発明の漏電検出器は、直流電源（図示せず）の正極出力端１に接続された正側電路３と、直流電源の負極出力端２に接続された負側電路４との間に配置される。直流電源は、例えば太陽光発電装置や蓄電池などであるがこれらに限られない。一例として、直流電源電圧は±３００Ｖである。
【0013】
本発明の漏電検出器は、直流電源の正側電路３とグランドＧとの間、又は、負側電路４とグランドＧとの間の漏電の検出に用いられる。グランドＧは、直流電源及びそれにより動作する種々の回路の基準電位となる導体であり、フレームグランド、シャーシグランド等である。グランドＧの電位は、漏電の有無に関わらず常に０Ｖである。本明細書における「グランド」は広い意味で用いており、大地に接続（接地）されている場合も接続されていない場合も含む。よって、「漏電電流」は、大地に流れる場合の地絡電流のみに限られない。漏電検出器は、主回路１０と検出部２０を有する。
【0014】
＜主回路１０の構成＞
主回路１０は、定常電流が流れる中点設定用の２つの抵抗要素Ｒ１、Ｒ２からなる回路を備えている（一般的な中性点接地方式の中性点と全く同じものではないため中性点ではなく「中点」と称する）。第１抵抗要素Ｒ１は、正側電路３に一端が接続され他端が中点Ｎに接続されている。第２抵抗要素Ｒ２は、負側電路４に一端が接続され他端が中点Ｎに接続されている。抵抗要素Ｒ１とＲ２は基本的に同じ抵抗値を有し、例えば１ＭΩ程度の高抵抗とすることで非漏電時の消費電力を抑制できる。「抵抗要素」は、１つの抵抗素子（線形抵抗素子）又は直列接続された複数の抵抗素子から構成できる。
主回路１０は、定常電流が流れる中点設定用の２つの抵抗要素Ｒ１、Ｒ２からなる回路を備えている（一般的な中性点接地方式の中性点と全く同じものではないため中性点ではなく「中点」と称する）。第１抵抗要素Ｒ１は、正側電路３に一端が接続され他端が中点Ｎに接続されている。第２抵抗要素Ｒ２は、負側電路４に一端が接続され他端が中点Ｎに接続されている。抵抗要素Ｒ１とＲ２は基本的に同じ抵抗値を有し、例えば１ＭΩ程度の高抵抗とすることで非漏電時の消費電力を抑制できる。「抵抗要素」は、１つの抵抗素子（線形抵抗素子）又は直列接続された複数の抵抗素子から構成できる。
【0015】
主回路１０はさらに、漏電時に漏電電流が流れる回路を備え、その回路は第１半導体素子Ｑ１及び第２半導体素子Ｑ２を含む。図示の例では、第１半導体素子Ｑ１はｎｐｎ型バイポーラトランジスタであり、コレクタエミッタ間電流路の一端であるコレクタが正側電路３に接続され、制御端であるベースは中点Ｎに接続されている。第２半導体素子Ｑ２はｐｎｐ型バイポーラトランジスタであり、コレクタエミッタ間電流路の一端であるコレクタが負側電路４に接続され、制御端であるベースは同じく中点Ｎに接続されている。第１半導体素子Ｑ１と第２半導体素子Ｑ２の各々の電流路の他端であるエミッタは接続点Ｅで互いに接続されている。第１半導体素子Ｑ１の電流路には、負側電路４とグランドＧとの間の漏電時に漏電電流が流れる。第２半導体素子Ｑ２の電流路には、正側電路３とグランドＧとの間の漏電時に漏電電流が流れる。
【0016】
別の例として、半導体素子Ｑ１、Ｑ２は、ＦＥＴ又はＩＧＢＴとしてもよい。いずれにしても半導体素子Ｑ１、Ｑ２は、エミッタフォロワ回路又はソースフォロワ回路を構成しており、制御端であるベース電位とエミッタ電位、又は、ゲート電位とソース電位とがほぼ一致するように動作する。
【0017】
主回路１０はさらに、第１半導体素子Ｑ１と第２半導体素子Ｑ２の接続点ＥとグランドＧとの間に接続された感度設定用抵抗要素Ｒｅを有する。図示の例では、感度設定用抵抗要素Ｒｅは、抵抗値の異なる複数の抵抗素子の中から機械的スイッチＳＷの切り換えによって選択される。この選択は、所望する感度電流に応じて行われる。
【0018】
主回路１０はさらに、第１半導体素子Ｑ１と第２半導体素子Ｑ２の制御端（中点Ｎ）とグランドＧとの間に接続された第１定電圧ダイオードＺ１と第２定電圧ダイオードＺ２を有する。定電圧ダイオードＺ１とＺ２は、互いに逆向きに直列接続されている。定電圧ダイオードＺ１、Ｚ２のツェナー電圧Ｖｚは、感度設定用抵抗要素Ｒｅの抵抗値と所望する感度電流Ｉｓの積に等しくなるように設定され、以下の式で表される。
Ｖｚ＝Ｒｅ×Ｉｓ ・・・式１
Ｖｚ：ツェナー電圧
Ｒｅ：:感度設定用抵抗要素の抵抗値
Ｉｓ：感度電流
例えばツェナー電圧Ｖｚを２０Ｖとしたとき、感度電流を１００ｍＡ、１０ｍＡ、１ｍＡとしたい場合は、感度設定用抵抗要素Ｒｅの抵抗値として、２００Ω、２ｋΩ、２０ｋΩをそれぞれ選択する。
Ｖｚ＝Ｒｅ×Ｉｓ ・・・式１
Ｖｚ：ツェナー電圧
Ｒｅ：:感度設定用抵抗要素の抵抗値
Ｉｓ：感度電流
例えばツェナー電圧Ｖｚを２０Ｖとしたとき、感度電流を１００ｍＡ、１０ｍＡ、１ｍＡとしたい場合は、感度設定用抵抗要素Ｒｅの抵抗値として、２００Ω、２ｋΩ、２０ｋΩをそれぞれ選択する。
【0019】
＜検出部２０の構成＞
検出部２０は、漏電時において漏電電流が感度電流に達したことを検出する。この検出は、漏電時における正側電路又は負側電路の電位の変化に基づいて行われる。ここで、正側電路又は負側電路の電位の変化とは、グランドＧの電位（０Ｖ）に対する変化である。
検出部２０は、漏電時において漏電電流が感度電流に達したことを検出する。この検出は、漏電時における正側電路又は負側電路の電位の変化に基づいて行われる。ここで、正側電路又は負側電路の電位の変化とは、グランドＧの電位（０Ｖ）に対する変化である。
【0020】
正側電路又は負側電路の電位の変化を検出するための検出部２０の構成は多様であり、図示の構成は一例である。正側電路３と負側電路４との間に同じ抵抗値をもつ３つの抵抗要素Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５が順次接続されている。抵抗要素Ｒ３とＲ４の接続点を符号Ａで、抵抗要素Ｒ４とＲ５の接続点を符号Ｂで示す。非漏電時及び感度電流未満の漏電時には、これらの抵抗要素に定常電流が流れるので、消費電力を抑制するために抵抗要素Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５は高抵抗に設定することが好ましい。
【0021】
検出部２０の出力端子５、６は、フォトＭＯＳＦＥＴであるＳＳＲ（ソリッドステートリレー）の出力端子である。
ＳＳＲの入力側フォトダイオードのカソードと接続点Ａの間には、整流ダイオードＤ２が同じ向きに接続されている。ＳＳＲの入力側フォトダイオードのアノードと接続点Ｂの間には、整流ダイオードＤ１が同じ向きに接続されている。
ＳＳＲの入力側フォトダイオードのカソードと接続点Ａの間には、整流ダイオードＤ２が同じ向きに接続されている。ＳＳＲの入力側フォトダイオードのアノードと接続点Ｂの間には、整流ダイオードＤ１が同じ向きに接続されている。
【0022】
さらに、ＳＳＲの入力側フォトダイオードのカソードとグランドＧの間には、フォトダイオードＬ１が同じ向きで接続されている。ＳＳＲの入力側フォトダイオードのアノードとグランドＧの間には、フォトダイオードＬ２が同じ向きに接続されている。
【0023】
（２）非漏電時の動作
図２は、図１の回路における非漏電時の状態を説明するための図である。感度設定用抵抗要素Ｒｅは、所望する感度電流に応じて選択された１つのみを示している。電位０ＶのグランドＧに対し、一例として直流電源電圧を±３００Ｖとする。よって、非漏電時には正側電路３の電位は＋３００Ｖ、負側電路４の電位は－３００Ｖである。
図２は、図１の回路における非漏電時の状態を説明するための図である。感度設定用抵抗要素Ｒｅは、所望する感度電流に応じて選択された１つのみを示している。電位０ＶのグランドＧに対し、一例として直流電源電圧を±３００Ｖとする。よって、非漏電時には正側電路３の電位は＋３００Ｖ、負側電路４の電位は－３００Ｖである。
【0024】
非漏電時には、中点設定用の抵抗要素Ｒ１、Ｒ２に定常電流Ｉ１が流れる。また、検出部の抵抗要素Ｅ３、Ｒ４、Ｒ５にも定常電流Ｉ２が流れる。これらの抵抗要素の抵抗値を数百ｋΩ～数ＭΩとすることで非漏電時の消費電力が抑制される。例えば抵抗要素Ｒ１、Ｒ２を１ＭΩとすると定常電流Ｉ１は０．６ｍＡであり、抵抗要素Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５を３００ｋΩとすると定常電流Ｉ２は０．７ｍＡであり、いずれも微小である。
【0025】
このときの中点Ｎの電位は、直流電源±３００Ｖの中央値の０Ｖである。すなわち半導体素子Ｑ１とＱ２の各々のベースが０Ｖである。そして、両方の半導体素子のエミッタであるＥ点の電位も０Ｖであるのでベース電流は流れない。よって、半導体素子Ｑ１とＱ２はいずれもオフ状態であるので、コレクタエミッタ間の電流路に電流は流れない。定電圧ダイオードＺ１、Ｚ２及び感度設定用抵抗要素Ｒｅにも電流は流れない。
【0026】
検出部の接続点Ａの電位は＋１００Ｖであり、接続点Ｂの電位は－１００Ｖである。一方、グランドＧは０Ｖであるので、接続点ＡとグランドＧの間、及び、接続点ＢとグランドＧの間に接続された各ダイオードは、電位の高低に対して逆方向となるため、これらのダイオードに電流は流れない。よって、検出部は作動しない。
【0027】
【0028】
図３では、主回路を等価回路的に表している。オフ状態を維持する第２半導体素子Ｑ２は省いており、負側電路４とグランドＧとの間の漏電抵抗Ｒｇ（回路の外部に存在）を加えている。漏電が地絡の場合は、漏電抵抗Ｒｇは地絡抵抗と称される。
【0029】
負側電路４とグランドＧとの間で漏電することによって中点Ｎの電位が上昇してベース電流Ｉ３が流れ、第１半導体素子Ｑ１は導通状態となり、漏電電流Ｉ４（＜感度電流Ｉｓ）が流れる。漏電電流Ｉ４は、正側電路３から第１半導体素子Ｑ１の電流路を通り、感度設定用抵抗要素ＲｅからグランドＧへ流れ、漏電抵抗Ｒｇを経て負側電路４へと流れる。ベース電流Ｉ３の大きさは漏電電流Ｉ４／ｈＦＥ（ｈＦＥは半導体素子の直流電流増幅率）であり、定常電流Ｉ１に比べて極めて微小である。
【0030】
感度設定用抵抗要素Ｒｅの両端電圧Ｖｅは、漏電電流Ｉ４が流れることによってＲｅ×Ｉ４となり、以下の式で表される。
Ｖｅ＝Ｒｅ×Ｉ４ ・・・式２
Ｖｅ：感度設定用抵抗要素Ｒｅの両端電圧
Ｒｅ：感度設定用抵抗要素の抵抗値
Ｉ４：漏電電流（但し、Ｉ４＜Ｉｓ）
Ｖｅ＝Ｒｅ×Ｉ４ ・・・式２
Ｖｅ：感度設定用抵抗要素Ｒｅの両端電圧
Ｒｅ：感度設定用抵抗要素の抵抗値
Ｉ４：漏電電流（但し、Ｉ４＜Ｉｓ）
【0031】
Ｅ点の電位は、グランドＧに対して電圧Ｖｅだけ上昇した電位となる。したがって、ツェナー電圧Ｖｚが２０Ｖであるとき、Ｅ点の電位φＥは０＜φＥ＜＋２０Ｖとなる。
【0032】
エミッタフォロワであるのでＥ点の電位とＮ点の電位は同電位である。実際はベースエミッタ間電圧の０．６～０．７Ｖ程度の差があるがここでは無視する。よって、中点ＮとグランドＧとの間の電圧は、式１で示した定電圧ダイオードＺ１のツェナー電圧Ｖｚより小さい。したがって、図２の定電圧ダイオードＺ１は、ツェナー電流が流れずオープン状態と等価であるので、図３では図示を省いている。
【0033】
中点Ｎの電位もＥ点電位と同様にグランドＧに対して電圧Ｖｅだけ上昇し、０～＋２０Ｖの範囲で変化する。それに伴って正側電路３及び負側電路４の電位も、非漏電時の電位に対して電圧Ｖｅだけ高い電位となり、正側電路３の電位は＋３００～＋３２０Ｖの範囲で、負側電路４の電位は－３００～－２８０Ｖの範囲で変化する。
【0034】
正側電路３及び負側電路４の電位が上記の範囲で変化するので、検出部の接続点Ａの電位は＋１００～＋１２０Ｖの範囲で、接続点Ｂの電位は－１００～－８０Ｖの範囲で変化する。この段階では、接続点ＡとグランドＧの間、及び、接続点ＢとグランドＧの間に接続された各ダイオードは、電位の高低に対して逆方向となるため、これらのダイオードに電流は流れない。したがって、非漏電時と同様に、検出部は作動しない。
【0035】
（３－２）漏電電流が感度電流に達したとき
図４は、図３の漏電電流Ｉ４が感度電流Ｉｓに達したときの状態を説明するための図である。図３と同様に、主回路を等価回路的に表している。ここでもオフ状態を維持する第２半導体素子Ｑ２は省いており、負側電路４とグランドＧとの間の漏電抵抗Ｒｇ（回路の外部に存在）を加えている。
図４は、図３の漏電電流Ｉ４が感度電流Ｉｓに達したときの状態を説明するための図である。図３と同様に、主回路を等価回路的に表している。ここでもオフ状態を維持する第２半導体素子Ｑ２は省いており、負側電路４とグランドＧとの間の漏電抵抗Ｒｇ（回路の外部に存在）を加えている。
【0036】
図３の漏電電流Ｉ４が感度電流Ｉｓに達すると、図４に示すように感度設定用抵抗Ｒｅの両端電圧が上記式１で示したようにツェナー電圧Ｖｚに達するので、第１定電圧ダイオードＺ１にツェナー電圧Ｖｚが印加され、ツェナー電流Ｉｚが流れる。ツェナー電流Ｉｚは、正側電路３から第１抵抗要素Ｒ１及び第１定電圧ダイオードＺ１を通ってグランドＧへ流れ、漏電抵抗Ｒｇを経て負側電路４へと流れる。
【0037】
感度電流Ｉｓに達した瞬間に定常電流Ｉ１に比べて大きいツェナー電流Ｉｚが第１抵抗要素Ｒ１のみに流れることによって第１抵抗要素Ｒ１の両端電圧がに急激に拡大し、正側電路３の電位は略＋６００Ｖに、負側電路４の電位はグランドＧの電位０Ｖに略等しい電位となる。「略等しい」とは、漏電抵抗Ｒｇの電圧降下を考慮しているからであるが、漏電抵抗Ｒｇの抵抗値は第１抵抗要素Ｒ１と比べて極めて小さいので、抵抗要素Ｒ１での電圧降下に比べれば無視できる程度である。
【0038】
このとき、感度設定用抵抗要素Ｒｅの両端電圧はツェナー電圧Ｖｚに固定され、それ以上増大しない。よって、感度電流Ｉｓは設定した値を超えて増大することはない。例えば、感度電流Ｉｓに達した後に、直流電源電圧が変動した場合にも感度電流Ｉｓは変化しない。
【0039】
検出部は、漏電電流が感度電流Ｉｓに達した瞬間の負側電路４の電位の急激な変化を検出する。負側電路４の電位が略０Ｖ（０Ｖより若干低い電位）となったとき、接続点Ｂの電位も略０Ｖ（０Ｖより若干高い電位）となり、接続点ＢとグランドＧとの間に接続された各ダイオードは順方向となる。これにより、検出電流Ｉ５が、正側電路３から抵抗要素Ｒ３及びＲ４、整流ダイオードＤ１、ＳＳＲの入力側フォトダイオード、フォトダイオードＬ１を通ってグランドＧへと流れ、漏電抵抗Ｒｇを経て負側電路４へ流れる。フォトダイオードＬ１の発光によって負側電路４の漏電を知らせる。また、ＳＳＲの出力は、後段に設けられた警報装置や漏電遮断装置等を作動させるトリガーとなる。
なお、接続点Ａの電位は略３００Ｖとなり、接続点ＡとグランドＧ間のダイオードは逆方向であるので電流は流れない。
なお、接続点Ａの電位は略３００Ｖとなり、接続点ＡとグランドＧ間のダイオードは逆方向であるので電流は流れない。
【0040】
従来は、漏電電流を直接監視したり、漏電電流が流れる抵抗素子の両端電圧を監視したりして感度電流を検出していたが、その場合、漏電電流が感度電流未満の領域から感度電流に達したときの検出値の変化は連続的であるので、ノイズ等によって誤動作や不安定動作を生じ易い。それに対し、本発明の漏電検出器では、漏電電流が感度電流に達したときの直流電源電路の電位の不連続かつ大きな変化を利用して感度電流を検出するので、ノイズに強く確実な検出ができる。
【0041】
（４）正側電路の漏電時の動作
図５は、正側電路３の漏電時において漏電電流が感度電流未満の状態、図６は、漏電電流が感度電流に達したときの状態をそれぞれ説明するための図である。
図５及び図６の回路動作は、極性が逆になっただけで実質的に図３及び図４のものと同じであるので、簡単に説明する。正側電路３の漏電時には、第２半導体素子Ｑ２に漏電電流が流れる。第１半導体素子Ｑ１はオフ状態であるので図示を省略し、正側電路３とグランドＧとの間に漏電抵抗Ｒｇ（回路の外部に存在）を接続している。
図５は、正側電路３の漏電時において漏電電流が感度電流未満の状態、図６は、漏電電流が感度電流に達したときの状態をそれぞれ説明するための図である。
図５及び図６の回路動作は、極性が逆になっただけで実質的に図３及び図４のものと同じであるので、簡単に説明する。正側電路３の漏電時には、第２半導体素子Ｑ２に漏電電流が流れる。第１半導体素子Ｑ１はオフ状態であるので図示を省略し、正側電路３とグランドＧとの間に漏電抵抗Ｒｇ（回路の外部に存在）を接続している。
【0042】
図５において、漏電電流Ｉ４（＜感度電流Ｉｓ）は、正側電路３から漏電抵抗Ｒｇを経てグランドＧへ流れ、グランドＧから感度設定用抵抗要素Ｒｅ及び第２半導体素子Ｑ２の電流路を通って負側電路４へ流れる。
【0043】
正側電路３とグランドＧとの間で漏電することによって中点Ｎの電位が降下してベース電流Ｉ３が流れ、第２半導体素子Ｑ２が導通状態となり、漏電電流Ｉ４（＜感度電流Ｉｓ）が流れる。漏電電流Ｉ４は、正側電路３から漏電抵抗Ｒｇを経てグランドＧへ流れ、感度設定用抵抗要素Ｒｅから第２半導体素子Ｑ２の電流路を通り負側電路４へと流れる。
【0044】
感度設定用抵抗要素Ｒｅの両端電圧ＶｅはＲｅ×Ｉ４となり、Ｅ点の電位は、グランドＧに対して電圧Ｖｅだけ降下した電位となる。したがって、ツェナー電圧Ｖｚが２０Ｖであるとき、Ｅ点の電位φＥは０＞φＥ＞－２０Ｖとなる。ここでも中点Ｎの電位とＥ点の電位は同電位である。よって、中点ＮとグランドＧとの間の電圧は、式１で示した第２定電圧ダイオードＺ２のツェナー電圧Ｖｚより小さく、図２の第２定電圧ダイオードＺ２にはツェナー電流が流れずオープン状態と等価であるので、図５では図示を省いている。
【0045】
中点Ｎの電位もＥ点電位と同様にグランドＧに対して電圧Ｖｅだけ降下し、０～＋２０Ｖの範囲で変化する。それに伴って正側電路３及び負側電路４の電位も、非漏電時の電位に対して電圧Ｖｅだけ低い電位となり、正側電路３の電位は＋３００～＋２８０Ｖの範囲で、負側電路４の電位は－３００～－３２０Ｖの範囲で変化する。
【0046】
正側電路３及び負側電路４の電位が上記の範囲で変化するので、検出部の接続点Ａの電位は＋１００～＋８０Ｖの範囲で、接続点Ｂの電位は－１００～－１２０Ｖの範囲で変化する。この段階では、接続点ＡとグランドＧの間、及び、接続点ＢとグランドＧの間に接続された各ダイオードは、電位の高低に対して逆方向となるため、これらのダイオードに電流は流れない。したがって、非漏電時と同様に、検出部は作動しない。
【0047】
図５の漏電電流Ｉ４が感度電流Ｉｓに達すると、図６に示すように、感度設定用抵抗Ｒｅの両端電圧が上記式１で示したようにツェナー電圧Ｖｚに達するので、第２定電圧ダイオードＺ２にツェナー電圧Ｖｚが印加され、ツェナー電流Ｉｚが流れる。ツェナー電流Ｉｚは、正側電路３から漏電抵抗Ｒｇを経てグランドＧへ流れ、第２定電圧ダイオードＺ２から第２抵抗要素Ｒ２を通って負側電路４へと流れる。
【0048】
感度電流Ｉｓに達した瞬間に定常電流Ｉ１に比べて大きいツェナー電流Ｉｚが第２抵抗要素Ｒ２のみに流れることによって第２抵抗要素Ｒ１の両端電圧がに急激に拡大し、負側電路４の電位は略－６００Ｖに、正側電路３の電位はグランドＧの電位に略等しい０Ｖとなる。中点Ｎの電位はグランドＧの電位に対しツェナー電圧Ｖｚだけ低い電位、ここでは－２０Ｖとなる。
【0049】
このとき、感度設定用抵抗要素Ｒｅの両端電圧はツェナー電圧Ｖｚに固定され、感度電流Ｉｓは設定した値を超えて増大しない。
【0050】
検出部は、漏電電流が感度電流Ｉｓに達した瞬間の正側電路３の電位の急激な変化を検出する。正側電路３の電位が略０Ｖ（０Ｖより若干高い電位）になると接続点Ａの電位も略０Ｖ（０Ｖより若干低い電位）となり、接続点ＡとグランドＧとの間に接続された各ダイオードは順方向となる。これにより、検出電流Ｉ５が、正側電路３から漏電抵抗Ｒｇを経てグランドＧへと流れ、フォトダイオードＬ２、ＳＳＲの入力側フォトダイオード、整流ダイオードＤ２、抵抗要素Ｒ４及びＲ５を通って負側電路４へ流れる。フォトダイオードＬ２の発光によって正側電路３の漏電を知らせると共に、ＳＳＲの出力は、後段に設けられた警報装置や漏電遮断装置等を作動させるトリガーとなる。
なお、接続点Ｂの電位は略－３００Ｖとなり、接続点ＢとグランドＧ間のダイオードは逆方向であるので電流は流れない。
なお、接続点Ｂの電位は略－３００Ｖとなり、接続点ＢとグランドＧ間のダイオードは逆方向であるので電流は流れない。
【0051】
（４）その他
本発明の実施形態を、例示としての構成を参照して説明したが、本発明の実施形態はこれらの構成例に限定されない。本発明の原理に従う限り、多様な変形形態も本発明の範囲に含まれる。
本発明の漏電検出器は、漏電電流が感度電流に達した時点で不連続に大きく変化するグランドＧの電位を利用して感度電流を検出する。したがって、ノイズの影響を受け難く安定した感度電流の検出を実現できる。
また、感度電流が流れる感度設定用抵抗要素の両端電圧は、ツェナー電圧に固定されるので、直流電源電圧が変化しても感度電流の値は変化しない。よって、本発明の漏電検出装置は、電圧の異なる別の直流電源にもそのまま適用することが可能である。
本発明の実施形態を、例示としての構成を参照して説明したが、本発明の実施形態はこれらの構成例に限定されない。本発明の原理に従う限り、多様な変形形態も本発明の範囲に含まれる。
本発明の漏電検出器は、漏電電流が感度電流に達した時点で不連続に大きく変化するグランドＧの電位を利用して感度電流を検出する。したがって、ノイズの影響を受け難く安定した感度電流の検出を実現できる。
また、感度電流が流れる感度設定用抵抗要素の両端電圧は、ツェナー電圧に固定されるので、直流電源電圧が変化しても感度電流の値は変化しない。よって、本発明の漏電検出装置は、電圧の異なる別の直流電源にもそのまま適用することが可能である。
【符号の説明】
【0052】
１ 直流電源正極出力端
２ 直流電源負極出力端
３ 正側電路
４ 負側電路
５、６ 検出部出力端子
１０ 主回路
２０ 検出部
Ｑ１ 第１半導体素子
Ｑ２ 第２半導体素子
Ｒ１ 第１抵抗要素（中点設定用）
Ｒ２ 第２抵抗要素（中点設定用）
Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５ 抵抗要素（検出用）
Ｒｅ 抵抗要素（感度設定用）
ＳＷ 切換スイッチ
Ｚ１ 第１定電圧ダイオード
Ｚ２ 第２定電圧ダイオード
Ｄ１、Ｄ２ 整流ダイオード
Ｌ１、Ｌ２ 発光ダイオード
Ｎ 中点
Ｅ エミッタ
Ｇ グランド
ＳＳＲ ソリッドステートリレー
２ 直流電源負極出力端
３ 正側電路
４ 負側電路
５、６ 検出部出力端子
１０ 主回路
２０ 検出部
Ｑ１ 第１半導体素子
Ｑ２ 第２半導体素子
Ｒ１ 第１抵抗要素（中点設定用）
Ｒ２ 第２抵抗要素（中点設定用）
Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５ 抵抗要素（検出用）
Ｒｅ 抵抗要素（感度設定用）
ＳＷ 切換スイッチ
Ｚ１ 第１定電圧ダイオード
Ｚ２ 第２定電圧ダイオード
Ｄ１、Ｄ２ 整流ダイオード
Ｌ１、Ｌ２ 発光ダイオード
Ｎ 中点
Ｅ エミッタ
Ｇ グランド
ＳＳＲ ソリッドステートリレー
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】