特許 7505686 漏電および地絡時の感電および火災を防止する装置、方法および配電システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-06-17

(45)【発行日】2024-06-25

(54)【発明の名称】漏電および地絡時の感電および火災を防止する装置、方法および配電システム

(51)【国際特許分類】

   H02H 3/16 20060101AFI20240618BHJP

   H02S 50/00 20140101ALI20240618BHJP

【ＦＩ】

H02H3/16 B

H02S50/00

【請求項の数】 19

(21)【出願番号】P 2022565695

(86)(22)【出願日】2021-04-28

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-06-08

(86)【国際出願番号】 KR2021005377

(87)【国際公開番号】W WO2021221461

(87)【国際公開日】2021-11-04

【審査請求日】2022-11-30

(31)【優先権主張番号】10-2020-0051805

(32)【優先日】2020-04-28

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(31)【優先権主張番号】10-2021-0044409

(32)【優先日】2021-04-06

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(31)【優先権主張番号】10-2021-0044909

(32)【優先日】2021-04-07

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(73)【特許権者】

【識別番号】520436493

【氏名又は名称】アイティーイー カンパニー リミテッド

(73)【特許権者】

【識別番号】520434592

【氏名又は名称】キム，ナウン

(74)【代理人】

【識別番号】100170874

【弁理士】

【氏名又は名称】塩川 和哉

(74)【代理人】

【識別番号】100160543

【弁理士】

【氏名又は名称】河野上 正晴

(72)【発明者】

【氏名】キム，ナウン

(72)【発明者】

【氏名】キム，インテ

【審査官】阿部 弘

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－０３４７３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０４５８０１８６（ＵＳ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／２１６６２６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１４－１５８３６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５８－１１８８３８（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開平０７－２２７０３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０１７６９０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｈ ３／１６

Ｈ０２Ｓ ５０／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

大地から所定の接地抵抗値以上の抵抗値で絶縁された二つ以上の電力線、および前記二つ以上の電力線の電圧の間の電位を有する第１中性点のうち少なくとも一つ以上に電気的に連結される一端と、前記大地に電気的に連結される他端を備える一つ以上の故障検出器と、
電源側と負荷側に備えられて、電力線を所定の区間に区画する第１および第２開閉スイッチと、
前記電力線の負荷側に負荷と並列に連結され、前記電力線の電気故障を探知するか、前記電気故障を探知して電源を復旧する探知／復旧器とを含み、
前記故障検出器は、前記二つ以上の電力線または第１中性点から前記大地に流れるリーク電流に対して電流経路を形成して前記リーク電流を検出して検出信号を出力し、
前記検出信号に応じて前記リーク電流が発生した電力線を識別し、当該電力線の前記所定区間を遮断するように前記第１および第２開閉スイッチを制御し、前記リーク電流が発生した電力線を除く残りの正常電力線と前記第１中性点の電位を用いて定常電圧を回復して負荷に供給することを特徴とする、感電および火災防止装置。

【請求項2】

前記故障検出器のそれぞれは、
前記リーク電流を所定の危険電流以下に制限し、前記リーク電流を検出して前記検出信号を出力する電流検出部を含むことを特徴とする、請求項１に記載の感電および火災防止装置。

【請求項3】

前記故障検出器のそれぞれは、
前記リーク電流が前記電流検出部を介して単方向に流れるようにリーク電流の経路を制限する単方向電流部をさらに含むことを特徴とする、請求項２に記載の感電および火災防止装置。

【請求項4】

前記探知／復旧器は、
前記第１中性点に連結される第２中性点と、
前記二つ以上の電力線のそれぞれに一端が連結され、他端が前記第２中性点に共通連結される二つ以上の巻線とを含み、
前記二つ以上の巻線のそれぞれは、他の巻線のいずれか一つと磁気的にカップリングされるカップリング巻線部分を一つ以上含み、
前記二つ以上の巻線のうち少なくとも一つの巻線は、前記第２中性点を基準に残りの巻線のそれぞれに印加される電圧に対して逆相の電圧がそれぞれ誘起される前記カップリング巻線部分を含むことを特徴とする、請求項１に記載の感電および火災防止装置。

【請求項5】

前記電力線は、単相の電力を供給し、
前記探知／復旧器は、前記電力線のそれぞれに一端が連結され、他端が前記第２中性点に共通連結される第１および第２巻線を含み、
前記第１および第２巻線は、第２中性点を基準に互いに逆相の電圧がそれぞれ誘起されるように互いに磁気的にカップリングされることを特徴とする、請求項４に記載の感電および火災防止装置。

【請求項6】

前記電力線は、Ｒ、ＳおよびＴ相を有する三相の電力を供給し、
前記探知／復旧器は、前記Ｒ、ＳおよびＴ相のそれぞれに一端が連結され、他端が前記第２中性点に共通連結される第１～第３巻線を含み、
前記第１～第３巻線のそれぞれは、残りの巻線に印加される電圧のそれぞれに対して前記第２中性点を基準に逆相の電圧がそれぞれ誘起される前記カップリング巻線部分を含むことを特徴とする、請求項４に記載の感電および火災防止装置。

【請求項7】

前記電力線は、Ｒ、ＳおよびＴ相を有する三相の電力を供給し、
前記探知／復旧器は、前記Ｒ、ＳおよびＴ相のそれぞれに一端が連結され、他端が前記第２中性点に共通連結される第１～第３巻線を含み、
前記第１～第３巻線のうち一つの巻線は、残りの巻線に印加される電圧のそれぞれに対して前記第２中性点を基準に逆相の電圧がそれぞれ誘起される前記カップリング巻線部分を含むことを特徴とする、請求項４に記載の感電および火災防止装置。

【請求項8】

電源部から交流または直流電気を負荷設備に伝送するように前記電源部に電気的に連結され、大地から所定の接地抵抗値以上の抵抗値で絶縁された二つ以上の電力線、および前記二つ以上の電力線の電圧の間の電位を有する中性点のうち少なくとも一つと大地との間のリーク電流の発生可否を検出するように構成された故障検出器と、
前記故障検出器の検出結果に応じて、前記二つ以上の電力線および中性点のうち前記リーク電流が発生した電力線または中性点を大地を介して短絡させて接地するように制御される接地スイッチング部とを含み、
前記故障検出器は、前記リーク電流が発生した場合に、前記二つ以上の電力線および中性点のうち前記リーク電流が発生した電力線または中性点を前記大地に接地させるように動作し、
前記故障検出器は、前記二つ以上の電力線と大地との間にそれぞれ電気的に連結される二つ以上の故障検出器を含み、
前記接地スイッチング部は、二つ以上の故障検出器のそれぞれに対応してターンオンまたはターンオフが制御される二つ以上の接地スイッチを含むすることを特徴とする、感電および火災防止装置。

【請求項9】

前記二つ以上の接地スイッチのうち少なくとも一つのスイッチは、対応する故障検出器に所定の基準値以上の動作電流が流れる時にターンオンするノーマルオープンＮＯタイプスイッチであり、前記二つ以上の電力線および中性点のうち前記対応する故障検出器が連結された電力線ではない電力線および中性点のうち少なくとも一つに電気的に連結されることを特徴とする、請求項８に記載の感電および火災防止装置。

【請求項10】

前記二つ以上の接地スイッチのうち少なくとも一つのスイッチは、対応する故障検出器に所定の基準値以上の動作電流が流れる時にターンオフするノーマルクローズＮＣタイプスイッチであり、前記対応する故障検出器に電気的に並列連結されることを特徴とする、請求項８に記載の感電および火災防止装置。

【請求項11】

前記電源部は、Ｒ相、Ｓ相およびＴ相を含む三相交流電源であり、
前記故障検出器は、前記Ｒ相、Ｓ相およびＴ相と大地との間にそれぞれ連結される第１～第３故障検出器を含み、
前記接地スイッチング部は、前記第１～第３故障検出器のそれぞれに対応し、前記対応する故障検出器に所定の基準値以上の動作電流が流れる時にターンオンする第１～第３接地スイッチを含み、
前記第１～第３接地スイッチは、前記Ｒ相、Ｓ相およびＴ相に連結された複数の電力線のいずれか一つの電力線に漏電または地絡が発生した時に、当該電力線が大地に接地されるように前記複数の電力線と大地との間に設置されることを特徴とする、請求項９に記載の感電および火災防止装置。

【請求項12】

前記電源部は、Ｒ相、Ｓ相およびＴ相を含む三相交流電源であり、
前記故障検出器は、前記Ｒ相、Ｓ相およびＴ相と大地との間にそれぞれ連結される第１～第３故障検出器を含み、
前記接地スイッチング部は、前記第１～第３故障検出器のそれぞれに対応し、前記対応する故障検出器に所定の基準値以上の動作電流が流れる時にターンオフする第１～第３接地スイッチを含み、
前記第１～第３接地スイッチは、前記Ｒ相、Ｓ相およびＴ相に連結された複数の電力線のうち一つ以上の電力線に漏電または地絡が発生した時に、当該電力線が大地に接地されるように前記複数の電力線と大地との間に設置されることを特徴とする、請求項１０に記載の感電および火災防止装置。

【請求項13】

交流または直流電気を負荷設備に提供するように構成される電源部と、
前記電源部に電気的に連結され、大地から所定の接地抵抗値以上の抵抗値で絶縁された二つ以上の電力線と、
請求項８に記載の感電および火災防止装置とを含むことを特徴とする、感電および火災防止配電システム。

【請求項14】

一つ以上の太陽電池モジュールが配列されたソーラーパネルで発電した電気を負荷設備に伝送するように前記ソーラーパネルに電気的に連結され、大地から所定の接地抵抗値以上の抵抗値で絶縁された二つ以上の電力線と大地との間のリーク電流の発生可否を検出するように、前記二つ以上の電力線、および前記二つ以上の電力線の電圧の間の電位を有する中性点のうち少なくとも一つと前記大地との間に電気的に連結される一つ以上の故障検出器と、
前記故障検出器の検出結果に応じて、前記二つ以上の電力線のうち前記リーク電流が発生した電力線を大地を介して短絡させて接地するように制御される接地スイッチング部とを含むことを特徴とする、太陽光発電システムの感電および火災防止装置。

【請求項15】

前記二つ以上の電力線は、前記ソーラーパネルで発電した直流電気を伝送する第１および第２直流電力線を含み、前記故障検出器は、一端が前記第１および第２直流電力線に電気的にそれぞれ連結される第１および第２故障検出器を含み、前記大地に流れるリーク電流に対して電流経路を形成して、前記電流経路から前記リーク電流を検出することを特徴とする、請求項１４に記載の太陽光発電システムの感電および火災防止装置。

【請求項16】

前記接地スイッチング部は、
前記故障検出器の検出結果に応じて、前記第２直流電力線にリーク電流が流れる場合に、前記第２直流電力線を大地に接地させるように制御される第１接地スイッチと、
前記故障検出器の検出結果に応じて、前記第１直流電力線にリーク電流が流れる場合に、前記第１直流電力線を大地に接地させるように制御される第２接地スイッチとを含むことを特徴とする、請求項１５に記載の太陽光発電システムの感電および火災防止装置。

【請求項17】

前記二つ以上の電力線は、前記ソーラーパネルで発電した直流電気を伝送する第１および第２直流電力線を含み、
前記故障検出器は、それぞれが、前記第１および第２直流電力線と大地との間に電気的に連結される第１および第２故障検出器を含み、
前記第１および第２故障検出器は、正常状態で所定の基準値以上に動作電流が流れ、リーク電流が発生する時には、リーク電流が流れる直流電力線に連結された故障検出器には前記動作電流が前記所定の基準値以下に流れることを特徴とする、請求項１４に記載の太陽光発電システムの感電および火災防止装置。

【請求項18】

前記二つ以上の電力線は、前記ソーラーパネルで発電した直流電気を伝送する第１および第２直流電力線を含み、
前記故障検出器は、前記二つ以上の電力線の電圧の間の電位を有する中性点と前記大地との間に電気的に連結され、前記大地に流れるリーク電流に対して電流経路を形成して、前記電流経路から前記リーク電流を検出し、
前記故障検出器を流れるリーク電流の方向に応じて前記二つ以上の電力線のうちリーク電流が発生した電力線を識別することを特徴とする、請求項１４に記載の太陽光発電システムの感電および火災防止装置。

【請求項19】

一つ以上の太陽電池モジュールが配列されたソーラーパネルと、
前記ソーラーパネルで発電した電気を負荷設備に伝送するように前記ソーラーパネルに電気的に連結され、大地から所定の接地抵抗値以上の抵抗値で絶縁された二つ以上の電力線と、
請求項１４に記載の感電および火災防止装置とを含むことを特徴とする、太陽光発電システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、漏電および地絡時の感電および火災防止装置、方法および配電システムに関し、より詳細には、大地と絶縁されて電力を供給する電力線と大地との間のリーク電流を検出し、これを危険電流以下に制限するか、リーク電流が人体または周辺設備に流れることを遮断することで、リーク電流による感電および火災の発生を防止する、漏電および地絡時の感電および火災防止装置、方法および配電システムに関する。

【背景技術】

【0002】

一般的に、「電気設備」とは、受電設備である配電盤から電気使用機器に至る変圧器・電線路・開閉器・遮断器・分電箱・コンセント・制御盤・スイッチおよびその他の付属設備を意味し、電気事業用電気設備、一般用電気設備、自家用電気設備と電気使用のために設置する機械、機器（負荷）などがこれに該当する。

【0003】

このような電気設備の間を連結するために、一例として、三相４線式電気設備は、Ｙ結線、Δ結線、Ｙ－Δ結線などの方法で中性線ＮＬと複数の導体（Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相）である電力線を結合して電力を供給する。ここで、負荷に連結時に、一つの導体（電力線）と他の導体（電力線）を連結すると３８０Ｖになり、一つの導体（電力線）（例えば、Ｒ相）と中性線ＮＬを連結すると２２０Ｖになり、単相負荷に電力を供給する。

【0004】

中性線ＮＬは、原則的に、大地電位であるゼロ電位を有する必要があるが、実際、現場で各相の位相が正確に１２０゜が出ない時には、若干の電圧を有することもある。この際、中性線電位の上昇を防ぐために、大地電位線である接地線に中性線を共通連結すると、各相の位相が若干差があっても大地と接していることからゼロ電位を維持する。

【0005】

単相配電線路は、二つの線を連結して使用し、その二つの線のうち一つの線は、大地と等電位である中性線で連結して使用し、残り一つの線は、大地との電位差が２２０Ｖである複数の導体（電力線）に連結して使用することで、複数の導体（電力線）から漏電（地絡）が発生すると、感電で死亡するか、火災発生の恐れが高いが、中性線を接地しなければ一つの導体が漏電、地絡などが発生しても検出することができず、健全相の電位が上昇して、機器などの絶縁破壊でより大きな事故が発生し得、充電電圧、落雷などサージ電圧が流入された時に電気事故が発生し得る。

【0006】

また、単相負荷が共通連結された電源側の中性線が断線すると、他の三相位相に連結された不平衡単相負荷に共通連結された中性線を介して互いに異なる不平衡負荷によって異常電圧が軽負荷に流入されるようになり、電気機器の過熱焼損およびそれによる火災が頻繁に発生している状況であり、中性線に流入される零相高調波も中性線に異常過電流が流れるようにして電気事故を引き起こし、これを防ぐために、配線用遮断器と漏電遮断器が施設される。

【0007】

しかし、電気火災は毎年減少することなく発生しており、高圧需要家よりは低圧需要家の劣悪な電気施設のため、火災発生のほとんどが低圧需要家で発生し、電気火災の発生は、配電線路で中性線が断線した電気を供給するか、欠相した電気を供給するか、誤結線した電気を供給するか、サージなど異常電圧が供給されるか、需要家内の電気設備で抵抗増加、接続不良（アーク）などの電気故障が発生すると、低圧需要家は、前記電気故障に対する何らの対策も立てることができず、負荷に異常電圧が流入されるか、電気設備が過熱、焼損し、結局、感電、電気火災が発生する。

【0008】

また、低圧需要家建物の電気を収容する引込口からメイン遮断器が施設された分・配電盤までは漏電など電気故障監視の死角地帯であり、こちらで漏電、地絡事故が発生すると、何らの対策なく、感電、火災による人命および財産的被害が発生している。

【0009】

電力線に漏電または地絡が発生して電力線から大地に流れるリーク電流が人体を経由する場合には、感電事故が発生し、周辺設備や可燃体に流れる時には、火災が発生して、深刻な電気事故を引き起こし得る。

【0010】

特に、電気事故のうち、人体に直接的な被害を与える感電事故は、電源の一相で人体を介して流れた電流が他の相または大地に流れる時に発生する。人体に流れた感電電流が所定の危険電流以上である時に、傷害または死亡事故が発生し得る。

【0011】

感電事故の場合に、一般的に、人体に流れる電流値が１５ｍＡ以上であると、痙攣（苦痛）を引き起こし、５０ｍＡ以上であると、死亡に至ることが知られているため、感電事故の予防のために、感電電流は、危険電流以下である１５ｍＡ以下、好ましくは、例えば、８ｍＡ以下になるように、電気設備および配電線路を構成する必要がある。

【0012】

漏電または地絡時のリーク電流による感電および火災事故は、人体または可燃性物体の一部が被覆が剥かれた電力線またはコンセントの一相または二相以上を接触するか、電力線、端子台または電気設備の浸水によって発生したリーク電流が、人体または可燃性物体を介して大地に流れる時に発生し得る。

【0013】

しかし、地絡または漏電によるリーク電流を遮断するための既存の遮断器は、地絡や漏電が発生した場合にも、リーク電流が所定値以上になったときにリーク電流が検出されて遮断器が動作するか、リーク電流を危険電流以下に制限しても、少量のリーク電流による感電または火災を誘発し得るため、リーク電流による電気事故を最初から防止するには限界がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0014】

したがって、本発明は、従来技術の問題点を解決するために導き出されたものであり、大地と絶縁されて電力を供給する電力線と大地との間のリーク電流を検出し、これを危険電流以下に制限するか、リーク電流が人体または周辺設備に流れることを遮断することで、リーク電流による感電および火災の発生を防止する、漏電および地絡時の感電および火災防止装置、方法および配電システムを提供することを目的とする。

【0015】

本発明が解決しようとする技術的課題は、以上で言及した技術的課題に制限されず、言及していない他の技術的課題は、以下の記載から本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者が明確に理解することができる。

【課題を解決するための手段】

【0016】

上記のような目的を達成するために、本発明による感電および火災防止装置は、大地から所定の接地抵抗値以上の抵抗値で絶縁された二つ以上の電力線、および前記二つ以上の電力線の電圧の間の電位を有する第１中性点のうち少なくとも一つ以上に電気的に連結される一端と、前記大地に電気的に連結される他端を備える一つ以上の故障検出器を含み、前記故障検出器は、前記二つ以上の電力線または第１中性点から前記大地に流れるリーク電流に対して電流経路を形成して前記リーク電流を検出することを特徴とする。

【0017】

本発明による感電および火災防止装置は、前記故障検出器のそれぞれは、前記リーク電流を所定の危険電流以下に制限し、前記リーク電流を検出して検出信号を出力する電流検出部を含むことができる。

【0018】

本発明による感電および火災防止装置は、前記故障検出器のそれぞれは、前記リーク電流が前記電流検出部を介して単方向に流れるようにリーク電流の経路を制限する単方向電流部をさらに含むことができる。

【0019】

本発明による感電および火災防止装置は、前記電力線の負荷側に負荷と並列に連結され、前記電力線の電気故障を探知するか、前記電気故障を探知して電源を復旧する探知／復旧器をさらに含むことができる。

【0020】

本発明による感電および火災防止装置は、前記探知／復旧器は、前記第１中性点に連結される第２中性点と、前記二つ以上の電力線のそれぞれに一端が連結され、他端が前記第２中性点に共通連結される二つ以上の巻線とを含み、前記二つ以上の巻線のそれぞれは、他の巻線のいずれか一つと磁気的にカップリングされるカップリング巻線部分を一つ以上含み、前記二つ以上の巻線のうち少なくとも一つの巻線は、前記第２中性点を基準に残りの巻線のそれぞれに印加される電圧に対して逆相の電圧がそれぞれ誘起される前記カップリング巻線部分を含むことができる。

【0021】

本発明による感電および火災防止装置は、前記電力線は、単相の電力を供給し、前記探知／復旧器は、前記電力線のそれぞれに一端が連結され、他端が前記第２中性点に共通連結される第１および第２巻線を含み、前記第１および第２巻線は、第２中性点を基準に互いに逆相の電圧がそれぞれ誘起されるように互いに磁気的にカップリングされることができる。

【0022】

本発明による感電および火災防止装置は、前記電力線は、Ｒ、ＳおよびＴ相を有する三相の電力を供給し、前記探知／復旧器は、前記Ｒ、ＳおよびＴ相のそれぞれに一端が連結され、他端が前記第２中性点に共通連結される第１～第３巻線を含み、前記第１～第３巻線のそれぞれは、残りの巻線に印加される電圧のそれぞれに対して前記第２中性点を基準に逆相の電圧がそれぞれ誘起される前記カップリング巻線部分を含むことができる。

【0023】

本発明による感電および火災防止装置は、前記電力線は、Ｒ、ＳおよびＴ相を有する三相の電力を供給し、前記探知／復旧器は、前記Ｒ、ＳおよびＴ相のそれぞれに一端が連結され、他端が前記第２中性点に共通連結される第１～第３巻線を含み、前記第１～第３巻線のうち一つの巻線は、残りの巻線に印加される電圧のそれぞれに対して前記第２中性点を基準に逆相の電圧がそれぞれ誘起される前記カップリング巻線部分を含むことができる。

【0024】

上記のような目的を達成するために、本発明による感電および火災防止方法は、二つ以上の電力線を大地から所定の接地抵抗値以上の抵抗値で絶縁する絶縁ステップと、前記二つ以上の電力線、および前記二つ以上の電力線の電圧の間の電位を有する第１中性点のうち少なくとも一つと前記大地との間のリーク電流を検出するリーク電流検出ステップと、前記リーク電流検出ステップによって検出信号を出力する検出信号出力ステップとを含むことを特徴とする。

【0025】

本発明による感電および火災防止方法は、前記検出信号に連動して前記リーク電流が流れる電力線への電源供給を遮断する電力線遮断ステップと、前記遮断された電源を復旧して負荷に供給する電源復旧ステップとをさらに含むことができる。

【0026】

上記のような目的を達成するために、本発明による感電および火災防止装置は、電源部から交流または直流電気を負荷設備に伝送するように前記電源部に電気的に連結され、大地から所定の接地抵抗値以上の抵抗値で絶縁された二つ以上の電力線、および前記二つ以上の電力線の電圧の間の電位を有する中性点のうち少なくとも一つと大地との間のリーク電流の発生可否を検出するように構成された故障検出器を含み、前記故障検出器は、前記リーク電流が発生した場合に、前記二つ以上の電力線および中性点のうち前記リーク電流が発生した電力線または中性点を前記大地に接地させるように動作することを特徴とする。

【0027】

本発明による感電および火災防止装置は、前記故障検出器の検出結果に応じて、前記二つ以上の電力線および中性点のうち前記リーク電流が発生した電力線または中性点を大地を介して短絡させて接地するように制御される接地スイッチング部をさらに含むことができる。

【0028】

本発明による感電および火災防止装置は、前記故障検出器は、前記二つ以上の電力線と大地との間にそれぞれ電気的に連結される二つ以上の故障検出器を含み、前記接地スイッチング部は、二つ以上の故障検出器のそれぞれに対応してターンオンまたはターンオフが制御される二つ以上の接地スイッチを含むことができる。

【0029】

本発明による感電および火災防止装置は、前記二つ以上の接地スイッチのうち少なくとも一つのスイッチは、対応する故障検出器に所定の基準値以上の動作電流が流れる時にターンオンするノーマルオープンＮＯタイプスイッチであり、前記二つ以上の電力線および中性点のうち前記対応する故障検出器が連結された電力線ではない電力線および中性点のうち少なくとも一つに電気的に連結されることができる。

【0030】

本発明による感電および火災防止装置は、前記二つ以上の接地スイッチのうち少なくとも一つのスイッチは、対応する故障検出器に所定の基準値以上の動作電流が流れる時にターンオフするノーマルクローズＮＣタイプスイッチであり、前記対応する故障検出器に電気的に並列連結されることができる。

【0031】

本発明による感電および火災防止装置は、前記電源部は、Ｒ相、Ｓ相およびＴ相を含む三相交流電源であり、前記故障検出器は、前記Ｒ相、Ｓ相およびＴ相と大地との間にそれぞれ連結される第１～第３故障検出器を含み、前記接地スイッチング部は、前記第１～第３故障検出器のそれぞれに対応し、前記対応する故障検出器に所定の基準値以上の動作電流が流れる時にターンオンする第１～第３接地スイッチを含み、前記第１～第３接地スイッチは、前記Ｒ相、Ｓ相およびＴ相に連結された複数の電力線のいずれか一つの電力線に漏電または地絡が発生した時に、当該電力線が大地に接地されるように前記複数の電力線と大地との間に設置されることができる。

【0032】

本発明による感電および火災防止装置は、前記電源部は、Ｒ相、Ｓ相およびＴ相を含む三相交流電源であり、前記故障検出器は、前記Ｒ相、Ｓ相およびＴ相と大地との間にそれぞれ連結される第１～第３故障検出器を含み、前記接地スイッチング部は、前記第１～第３故障検出器のそれぞれに対応し、前記対応する故障検出器に所定の基準値以上の動作電流が流れる時にターンオフする第１～第３接地スイッチを含み、前記第１～第３接地スイッチは、前記Ｒ相、Ｓ相およびＴ相に連結された複数の電力線のうち一つ以上の電力線に漏電または地絡が発生した時に、当該電力線が大地に接地されるように前記複数の電力線と大地との間に設置されることができる。

【0033】

上記のような目的を達成するために、本発明による感電および火災防止配電システムは、交流または直流電気を負荷設備に提供するように構成される電源部と、前記電源部に電気的に連結され、大地から所定の接地抵抗値以上の抵抗値で絶縁された二つ以上の電力線と、上述の感電および火災防止装置とを含むことを特徴とする。

【0034】

上記のような目的を達成するために、本発明による感電および火災防止装置は、一つ以上の太陽電池モジュールが配列されたソーラーパネルで発電した電気を負荷設備に伝送するように前記ソーラーパネルに電気的に連結され、大地から所定の接地抵抗値以上の抵抗値で絶縁された二つ以上の電力線と大地との間のリーク電流の発生可否を検出するように、前記二つ以上の電力線、および前記二つ以上の電力線の電圧の間の電位を有する中性点のうち少なくとも一つと前記大地との間に電気的に連結される一つ以上の故障検出器と、前記故障検出器の検出結果に応じて、前記二つ以上の電力線のうち前記リーク電流が発生した電力線を大地を介して短絡させて接地するように制御される接地スイッチングと部を含むことを特徴とする。

【0035】

本発明による感電および火災防止装置は、前記二つ以上の電力線は、前記ソーラーパネルで発電した直流電気を伝送する第１および第２直流電力線を含み、前記故障検出器は、一端が前記第１および第２直流電力線に電気的にそれぞれ連結される第１および第２故障検出器を含み、前記大地に流れるリーク電流に対して電流経路を形成して、前記電流経路から前記リーク電流を検出することができる。

【0036】

本発明による感電および火災防止装置は、前記接地スイッチング部は、前記故障検出器の検出結果に応じて、前記第２直流電力線にリーク電流が流れる場合に、前記第２直流電力線を大地に接地させるように制御される第１接地スイッチと、前記故障検出器の検出結果に応じて、前記第１直流電力線にリーク電流が流れる場合に、前記第１直流電力線を大地に接地させるように制御される第２接地スイッチとを含むことができる。

【0037】

本発明による感電および火災防止装置は、前記二つ以上の電力線は、前記ソーラーパネルで発電した直流電気を伝送する第１および第２直流電力線を含み、前記故障検出器は、それぞれが、前記第１および第２直流電力線と大地との間に電気的に連結される第１および第２故障検出器を含み、前記第１および第２故障検出器は、正常状態で所定の基準値以上に動作電流が流れ、リーク電流が発生する時には、リーク電流が流れる直流電力線に連結された故障検出器には前記動作電流が前記所定の基準値以下に流れることができる。

【0038】

本発明による感電および火災防止装置は、前記二つ以上の電力線は、前記ソーラーパネルで発電した直流電気を伝送する第１および第２直流電力線を含み、前記故障検出器は、前記二つ以上の電力線の電圧の間の電位を有する中性点と前記大地との間に電気的に連結され、前記大地に流れるリーク電流に対して電流経路を形成して、前記電流経路から前記リーク電流を検出し、前記故障検出器を流れるリーク電流の方向に応じて前記二つ以上の電力線のうちリーク電流が発生した電力線を識別することができる。

【0039】

上記のような目的を達成するために、本発明による感電および火災防止装置を備えた太陽光発電システムは、一つ以上の太陽電池モジュールが配列されたソーラーパネルと、前記ソーラーパネルで発電した電気を負荷設備に伝送するように前記ソーラーパネルに電気的に連結され、大地から所定の接地抵抗値以上の抵抗値で絶縁された二つ以上の電力線と、上述の感電および火災防止装置とを含むことを特徴とする。

【発明の効果】

【0040】

本発明による、漏電および地絡時の感電および火災防止装置、方法および配電システムは、大地と絶縁されて電力を供給する電力線と大地との間のリーク電流を検出し、これを危険電流以下に制限するか、リーク電流が人体または周辺設備に流れることを遮断することで、リーク電流による感電および火災の発生を防止する効果がある。

【0041】

また、本発明は、交流または直流電気を伝送する電力線と大地との間のリーク電流を検出し、リーク電流が発生した時に、リーク電流が流れる電力線を大地に接地させることで、リーク電流が人体に流れて感電することを最初から防止する効果がある。

【0042】

また、本発明は、一線またはそれ以上の線路に発生する地絡または漏電によるリーク電流を検出し、リーク電流が外部に流れることを最初からに防止することで、地絡または漏電による火災の発生を防止する効果がある。

【図面の簡単な説明】

【0043】

【図1】本発明による、漏電および地絡時の感電および火災防止装置の全体構成を図示したブロック図である。

【図2】本発明による故障検出器の内部ブロックを図示したブロック図である。

【図3】本発明の第１実施形態による感電および火災防止装置がリーク電流を検出する原理を図示した概念図である。

【図4】本発明の第２実施形態による感電および火災防止装置がリーク電流を検出する原理を図示した概念図である。

【図5】単相電源に適用可能な本発明の探知／復旧器の構成およびベクトル図を図示した図である。

【図6】三相電源に適用可能な探知／復旧器の例示的な構成およびベクトル図を図示した図である。

【図7】三相電源に適用可能な探知／復旧器の他の例示的な構成およびベクトル図を図示した図である。

【図8】故障検出器と探知／復旧器が同時に適用された、本発明による感電および火災防止装置の回路図である。

【図9】本発明による感電および火災防止装置が単相電源に適用された結線図である。

【図10】探知／復旧器を備えた本発明による感電および火災防止装置が単相電源に適用された結線図である。

【図11】探知／復旧器を備えた本発明による感電および火災防止装置が単相電源に適用された他の結線図である。

【図12】本発明による感電および火災防止装置が三相電源に適用された結線図である。

【図13】探知／復旧器を備えた本発明による感電および火災防止装置が三相電源に適用された結線図である。

【図14】本発明による感電および火災防止装置が単相電源の分岐線路に適用された結線図である。

【図15】本発明による感電および火災防止装置が三相電源の分岐線路に適用された結線図である。

【図16】探知／復旧器を備えた本発明による感電および火災防止装置が三相電源の分岐線路に適用された結線図である。

【図17】本発明の第３実施形態による漏電および地絡時の感電および火災防止装置およびこれを備えた配電システムの構成を図示した結線図である。

【図18】図１７に図示されている本発明の第３実施形態で正常状態である時の動作を説明するための概念図である。

【図19】本発明の第３実施形態で一相に漏電または地絡が発生した時の動作を説明するための概念図である。

【図20】本発明の第３実施形態で一相に漏電または地絡が発生した時の動作を説明するための概念図である。

【図21】本発明の第３実施形態で二相に漏電または地絡が発生した時の動作を説明するための概念図である。

【図22】本発明の第４実施形態による漏電および地絡時の感電および火災防止装置およびこれを備えた配電システムの構成を図示した結線図である。

【図23】図２２に図示されている本発明の第４実施形態で一相に漏電または地絡が発生した時の動作を説明するための概念図である。

【図24】本発明の第３実施形態による構成を三相電源に適用した時の結線図である。

【図25】本発明の第４実施形態による構成を三相電源に適用した時の結線図である。

【図26】本発明による漏電および地絡時の感電および火災防止装置を備えた太陽光発電システムの全体構成を図示したブロック図である。

【図27】本発明の第５実施形態によって故障検出器が電力線に結線される例示を図示した結線図である。

【図28】本発明の第６実施形態によって故障検出器が中性点に結線される一例示を図示した結線図である。

【図29】本発明の第６実施形態によって故障検出器が中性点に結線される他の例示を図示した結線図である。

【図30】図２９に図示されている実施形態で故障検出器がリーク電流を検出して電力線を大地に接地させる原理を図示した概念図である。

【発明を実施するための形態】

【0044】

本発明の好ましい実施形態を添付の図面を参照して詳細に説明すると、以下のとおりである。以下の詳細な説明は、例示的なものに過ぎず、本発明の好ましい実施形態を図示したものに過ぎない。

【0045】

本発明による、漏電および地絡時の感電および火災防止装置は、リーク電流による感電または火災などの電気事故を防止するために、構内または屋外に設置された電気設備およびその負荷に適用されることができる。ここで、電気設備は、受配電盤をはじめ、受配電設備、変圧器、電動機制御盤を含む各種の制御盤、仮設分電盤、街灯分電盤、ケーブルリール、および太陽光、ＥＳＳをはじめ、直流設備など、電気が使用されるすべての設備を含み、負荷とは、電気を用いる電気機器、家電機器、防災設備および環境設備を含む。

【0046】

本発明の感電および火災防止装置は、交流だけでなく、直流電気を扱う電気設備に適用されることができ、交流の場合、単相だけでなく、三相をはじめ多相電源に適用されることができる。本発明の感電および火災防止装置は、上述の電気設備および負荷が自然災害または老朽化、損傷などで、浸水、漏電、地絡によるリーク電流の発生時に、大地に流れるリーク電流を危険電流以下に制限して検出することで、リーク電流による感電および火災を防止することができる。

【0047】

図１は、本発明による、漏電および地絡時の感電および火災防止装置の全体構成を図示したブロック図である。

【0048】

図１を参照すると、本発明による、漏電および地絡時の感電および火災防止装置は、大地から所定の接地抵抗値以上の抵抗値で絶縁された二つ以上の電力線ＰＬ２、および二つ以上の電力線ＰＬ２の電圧の間の電位を有する第１中性点Ｎ１のうち少なくとも一つ以上と大地との間に電気的に連結される一つ以上の故障検出器２１０を含むことを特徴とする。ここで、故障検出器２１０は、二つ以上の電力線のうち少なくとも一つ以上が浸水されるか漏電、地絡または人体接触などによって、二つ以上の電力線ＰＬ２または第１中性点Ｎ１から大地に流れるリーク電流に対して電流経路を形成するように構成される。また、故障検出器２１０は、電力線ＰＬ２または第１中性点Ｎ１と大地との間に流れるリーク電流を検出して検出信号を出力するか、検出信号に連動してリーク電流が流れる電力線ＰＬ２に電源が供給されることを遮断するように制御することができる。

【0049】

電力線ＰＬ２は、負荷２９０側または周辺の受配電設備を含む電気受容設備に電力を供給する導線であり、遮断器２７０またはスイッチで区画された別個の導線だけでなく、遮断器２７０、スイッチまたは開閉器などに連結されるか主線路から分岐される分岐線路を含んで電気的に互いに連結されて、同一相の電力が伝送されるすべての導線を称する。ここで、電力線ＰＬ２は、大地から所定の接地抵抗以上の抵抗値を有するように絶縁されることが好ましい。ここで、絶縁とは、完全な絶縁の場合に限定されるものではなく、接地工事により電力線ＰＬ２または中性点が大地と有する通常の接地抵抗よりも大きい抵抗値を有する程度の場合を含む。

【0050】

電力線ＰＬ２に連結される電源は、直流または交流であることができる。電源が直流である場合には、太陽光、ＥＳＳ（Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｓｙｓｔｅｍ）であることができ、交流である場合には、単相または三相であるか、その他、各相の電圧が所定の位相差を有する多相方式をすべて含むことができる。以下では、説明の便宜上、単相交流方式に基づいて説明し、必要に応じて、三相交流および直流電源の場合についてさらに説明する。

【0051】

第１中性点Ｎ１は、二つ以上の電力線ＰＬ２が有する電位の間の電位を有する通電点を意味し、変圧器の中間タップから引き出されるか、電力線ＰＬ２の電圧を所定の割合で合算して形成することもできる。第１中性点Ｎ１を基準に電力線ＰＬ２の電圧の和は０であればよく、第１中性点Ｎ１を基準とした電力線ＰＬ２の電圧の大きさが互いに同一であることに限定されないが、以下では、電力線ＰＬ２の相電圧が互いに異なる位相を有するだけであって、大きさは同一である場合を仮定して説明する。

【0052】

故障検出器２１０は、二つ以上の電力線ＰＬ２または第１中性点Ｎ１から大地に流れるリーク電流に対して電流経路を形成するように、二つ以上の電力線ＰＬ２および第１中性点Ｎ１のうち少なくとも一つ以上と大地との間に電気的に連結されることを特徴とする。ここで、故障検出器２１０は、リーク電流を検出して検出信号を出力するか、検出信号に連動してリーク電流が流れる電力線ＰＬ２または中性点に電源が供給されることを遮断するように制御することができる。ここで、「電気的に連結」されるとは、直接的な接続だけでなく、他の電気素子を介して間接的に連結される場合を含む。

【0053】

本発明の故障検出器２１０は、電力線ＰＬ２に設置されるか、第１中性点Ｎ１にのみ設置されることができ、電力線ＰＬ２と第１中性点Ｎ１の両方に設置することも可能である。また、故障検出器２１０を電力線ＰＬ２にのみ設置する場合にも、すべての電力線ＰＬ２だけでなく、電力線ＰＬ２の一部にのみ設置する構成も可能であるが、好ましくは、すべての電力線ＰＬ２に設置することで、電力線ＰＬ２から大地へのリーク電流をすべて探知し、さらには、リーク電流が発生した電力線ＰＬ２を特定することもできる。

【0054】

本発明による感電および火災防止装置は、大地から所定の抵抗値以上で絶縁された電力線ＰＬ２を対象としているが、図１の受配電線路ＰＬ１が大地に絶縁されていない状態であるか、絶縁されていても、必要に応じて、受配電線路ＰＬ１との絶縁のために、本発明の感電および火災防止装置は、故障検出器２１０が設置される電力線ＰＬ２と受配電線路ＰＬ１との間に絶縁変圧器２４０をさらに含むことができる。

【0055】

絶縁変圧器２４０は、受配電線路ＰＬ１が連結される一次側とこれに絶縁される二次側を含み、二次側が二つ以上の電力線ＰＬ２に電気的に連結されることができる。したがって、電力線ＰＬ２および第１中性点Ｎ１は、故障検出器２１０が設置されることができるように、大地から絶縁される。ここで、第１中性点Ｎ１は、絶縁変圧器２４０の二次側巻線の中間タップから引き出されることができるが、故障検出器２１０を電力線ＰＬ２にのみ設置しようとする場合には、省略することも可能である。また、絶縁変圧器２４０は、単相用であるか三相用であってもよいが、これに限定されるものではなく、多相を出力するように巻き取られた多相用変圧器であってもよい。

【0056】

また、本発明による感電および火災防止装置は、電力線ＰＬ２に直列で設置され、故障検出器２１０の検出信号に連動して、電力線ＰＬ２を開閉して電源を遮断するように制御される開閉スイッチ２１３と遮断器２７０を少なくとも一つ以上含んで構成されることができる。ここで、検出信号に連動して電力線ＰＬ２を開閉することは、開閉スイッチ２１３と遮断器２７０が故障検出器２１０の検出信号によって直接制御される場合と、検出信号を受信した外部の制御手段によって開閉が制御される場合を含む。

【0057】

開閉スイッチ２１３と遮断器２７０は、電源を遮断する面において同じ機能を果たす構成であるが、遮断器２７０は、受配電設備で標準的に使用される構成として、漏電遮断器、配線用遮断器、ＭＧ／ＳＷ、電子式開閉器、ＡＣＢ、ＶＣＢ、ＡＩＳＳ、ＬＢＳなどを含み、開閉スイッチ２１３は、これとは異なり、非標準スイッチ手段であることができる。特に、遮断器２７０は、線路を同時に開閉し、開閉スイッチ２１３は、電気故障が発生した線路のみ個別に開閉するように構成されることができる。したがって、本発明による感電および火災防止装置は、地絡、漏電または感電などの電気故障によってリーク電流が流れる電力線ＰＬ２を特定するように故障検出器２１０が設置され、電気故障が発生した電力線ＰＬ２を選別的に遮断するように開閉スイッチ２１３が構成されることができる。

【0058】

また、開閉スイッチ２１３は、図１に図示されているように、電力線ＰＬ２の入力側と負荷２９０側にそれぞれ設置されて、電力線ＰＬ２を所定の区間に区画することができる。これにより、リーク電流が所定の区間に発生すると、当該区画でリーク電流が発生した電力線ＰＬ２のみを遮断して原因を除去することができる。後述するが、この場合には、遮断されていない電力線ＰＬ２と中性線ＮＬを用いて復旧した電力を停電なしに負荷２９０に供給することができる。

【0059】

また、本発明による感電および火災防止装置は、電力線ＰＬ２の負荷２９０側に負荷２９０と並列に連結される探知／復旧器２３０をさらに含んで構成されることができる。探知／復旧器２３０は、電力線ＰＬ２の電気故障（リーク電流、抵抗増加、アーク、断線、欠相、不平衡電力、接続不良、誤結線、漏電、合線、異常電圧の発生）を探知するか、電力線ＰＬ２の断線、欠相またはリーク電流によって一つの電力線ＰＬ２が遮断される時に、当該電力線ＰＬ２の電源を復旧して負荷２９０に供給するように構成されることができる。探知／復旧器２３０の構造と機能については、以下で詳細に後述する。

【0060】

図２は、本発明による故障検出器２１０の内部ブロックを図示したブロック図である。

【0061】

図２を参照すると、本発明による故障検出器２１０のそれぞれは、リーク電流を所定の危険電流以下に制限し、リーク電流を検出して検出信号を出力する電流検出部２１１を含むことを特徴とする。また、故障検出器２１０のそれぞれは、リーク電流が電流検出部２１１を介して単方向に流れるように、リーク電流の経路を所定の方向に制限する単方向電流部２１２をさらに含むことができる。

【0062】

電流検出部２１１は、電力線ＰＬ２または第１中性点Ｎ１から大地に流れるリーク電流を検出する構成要素として、リーク電流を検出し、これに対応する検出信号を出力することができる。検出信号は、リーク電流の大きさと方向情報を含む信号であることができ、リーク電流が予め設定した臨界値を超えたか否かを出力する信号であることができる。検出信号は、電力線ＰＬ２に設置された開閉スイッチ２１３または遮断器２７０に直接提供されるか、別に設置された制御器２２０が開閉スイッチ２１３または遮断器２７０の開閉を制御するか、警報、故障位置表示または故障復旧のための制御信号を出力するように制御器２２０に提供されることもできる。ここで、制御器２２０は、警報発生器２５０を介して警報信号を発令するか、管理者によって警報解除入力器２６０に警報解除命令が入力されると、警報を解除するように制御することもできる。

【0063】

また、電流検出部２１１は、リーク電流が所定の危険電流以下になるようにリーク電流が流れる電流経路上に直列に配置される電流制限手段（図面図示せず）をさらに備えることができる。ここで、電流制限手段は、リーク電流の発生時に、故障検出部にかかる電圧に対して電流値を危険電流以下に制限するように抵抗素子をはじめ電圧降下素子を含んで構成されることができる。ここで、危険電流は、人体に感電を引き起こすか、火災を発生させ得る電流であり、電気設備１００の使用目的に合わせて適切に設定されることができる。参考までに、人体に流れるリーク電流値が１５ｍＡ以上であると、痙攣（苦痛）を引き起こし、５０ｍＡ以上であると、死亡に至ることが知られているため、感電事故の予防のために、危険電流は１５ｍＡ以下、例えば、８ｍＡに設定して、リーク電流がそれ以下に制限されるように設計することができる。

【0064】

また、電流検出部２１１は、リーク電流が流れる電流経路上の任意の地点からリーク電流を検出するように構成されることができる。例えば、電流制限手段にかかる電圧を用いるか、電流経路の任意の地点に設置された電流センサを用いてリーク電流を検出することも可能である。ここで、電流センサは、ホールセンサまたはＣＴ（ｃｕｒｒｅｎｔ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）を含んで構成されることができる。

【0065】

本発明による故障検出器２１０は、検出信号に連動して開閉が制御されるスイッチをさらに含む構成であることができる。ここで、スイッチは、前述の開閉スイッチ２１３として動作することができ、電流検出部２１１とともに故障検出器２１０に一体型に備えられることができる。この場合に、一体型のスイッチと電流検出部２１１は、ソリッドステートリレー（ＳＳＲ、ｓｏｌｉｄ－ｓｔａｔｅ ｒｅｌａｙ）として実現されることができる。

【0066】

単方向電流部２１２は、リーク電流が電流検出部２１１を介して単方向に流れるように、リーク電流の経路を所定の方向に制限する構成要素であり、予め設定された方向の電流に対してのみ導通されるように制御されるスイッチ素子、またはダイオードを含んで構成されることができる。特に、単方向電流部２１２がダイオードで構成される場合に、一つ以上のダイオードで構成された整流回路形態であることができ（図２の（ａ））、ブリッジダイオード回路（図２の（ｂ））で構成されることもできる。

【0067】

単方向電流部２１２を含んで構成された故障検出器２１０は、交流の電源の場合には電力線ＰＬ２に設置されるか、直流電源の場合には第１中性点Ｎ１に設置されて、リーク電流が流れる電力線ＰＬ２を識別するように動作することができる。

【0068】

すなわち、単方向電流部２１２を含んで構成された故障検出器２１０は、電力線ＰＬ２に設置されるか、中性点Ｎに設置されて、リーク電流の方向に応じてリーク電流が流れる電力線ＰＬ２を識別するように動作することができる。この場合にそれぞれ異なる方向にリーク電流が流れるように構成された単方向電流部２１２を介して故障検出器２１０は、二つ以上の電力線ＰＬ２のうちどちらの電力線でリーク電流が発生したかを検出することができる。

【0069】

また、本発明による故障検出器２１０は、単方向電流部２１２を使用することなく、リーク電流が発生した電力線ＰＬ２を検出するように構成することも可能である。

【0070】

図２の（ｃ）を参照すると、故障検出器２１０を流れるリーク電流の方向を識別するように電流検出部２１１を構成することができる。例えば、図２の（ｃ）に図示されているように、電流検出部２１１は、リーク電流の方向に応じて異なる形態の検出信号、すなわち、異なる極性の検出信号を出力するようにし、これに基づいてリーク電流が流れる電力線ＰＬ２が如何なる電力線であるかを識別することができる。

【0071】

図３は、本発明の第１実施形態による感電および火災防止装置がリーク電流を検出する原理を図示した概念図である。

【0072】

図３によると、本発明による感電および火災防止装置は、電力線ＰＬ２の電圧の間の電位を有する第１中性点Ｎ１と大地との間に設置される故障検出器２１０を含んで構成されることができる。電力線ＰＬ２を大地と絶縁させるために、受配電線路ＰＬ１と電力線ＰＬ２との間に絶縁変圧器２４０が設置され、電力線ＰＬ２および第１中性点Ｎ１は、絶縁変圧器２４０の二次側から引き出されることができる。

【0073】

二つ以上の電力線ＰＬ２のいずれか一つの電力線ＰＬ２に地絡または人体接触が発生してリーク電流が流れると、リーク電流は、図３に図示されているように、故障検出器２１０を経て第１中性点Ｎ１に流れる。ここで、故障検出器２１０は、リーク電流を人体に無害な電流以下に制限しながらリーク電流を検出する。図３には、単相の電力線ＰＬ２のうち一つの電力線ＰＬ２にリーク電流が発生する場合を図示しているが、残りの電力線ＰＬ２または三相の場合にも、これと同様の原理で、故障検出器２１０がリーク電流を検出することができる。

【0074】

図３のように、交流電源に対して第１中性点Ｎ１に接続された故障検出器２１０は、単方向電流部２１２を含む構成である必要がなく、リーク電流が発生した電力線ＰＬ２に関係なくリーク電流の有無を検出する構成であるが、直流電源の場合には、単方向電流部２１２を備えた故障検出器２１０を第１中性点Ｎ１に設置することで、リーク電流の発生有無だけでなく、リーク電流が発生した電力線ＰＬ２も識別して検出することができる。この際、故障検出器２１０を並列に連結し、且つ、故障検出器２１０それぞれの単方向電流部２１２の電流方向を逆方向に設定するか、図２の（ｂ）に図示されているブリッジダイオード形態の単方向電流部２１２を備えた故障検出器２１０を用いて、リーク電流が発生した電力線ＰＬ２を識別することができる。

【0075】

図４は、本発明の第２実施形態による感電および火災防止装置がリーク電流が流れる電力線を識別してリーク電流を検出する原理を図示した概念図である。

【0076】

図４を参照すると、本発明の第２実施形態による感電および火災防止装置は、単相電圧Ｒ１、Ｒ２を有する電力線と大地との間にそれぞれ連結された第１および第２故障検出器２１０－１、２１０－２を含んで構成される。ここで、第１および第２故障検出器２１０－１、２１０－２は、単方向電流部２１２を含み、単相電圧Ｒ１、Ｒ２の両端の間に電流が流れないように、単方向電流部２１２が許容する電流方向は、単相電圧Ｒ１、Ｒ２の間で逆方向に設定される。

【0077】

図４によると、電力線のうちＲ１相にリーク電流１が発生すると、リーク電流１は、図面に図示されている実線に沿って第１故障検出器２１０－１に流れる電流経路を形成し、電力線のうちＲ２相にリーク電流２が発生すると、リーク電流２は、破線に沿って第２故障検出器２１０－２に流れる電流経路を形成する。したがって、リーク電流１が発生した電力線に対しては第１故障検出器２１０－１が検出信号を出力し、リーク電流２が発生した電力線に対しては第２故障検出器２１０－２が検出信号を出力するようにすることで、本発明の感電および火災防止装置は、リーク電流が発生した電力線を識別して検出することができる。

【0078】

以上、単相交流の場合を例にあげて説明しているが、この検出原理は、これに限定されるものではなく、三相またはそれ以上の多相電源にも適用されることができる。換言すれば、本発明の故障検出器は、二つ以上の電力線のそれぞれと大地との間に電気的に連結され、二つ以上の電力線のいずれか一つの電力線に流れるリーク電流は、故障検出器のうち残りの電力線に連結された故障検出器で検出されるように構成されることができる。

【0079】

以上で説明した構成により、本発明の感電および火災防止装置は、リーク電流が流れる電力線を識別し、遮断することで、人体の被害および火災を予防することができる。また、本発明の感電および火災防止装置は、リーク電流が発生した電力線のみを選別的に遮断することで、遮断されていない電力線および第１中性点Ｎ１を用いて、本発明の探知／復旧器２３０が遮断された電力を復旧して負荷２９０に供給するようにすることが可能である。

【0080】

一般的に、本発明の探知／復旧器２３０は、第１中性点Ｎ１に連結される第２中性点Ｎ２と、二つ以上の電力線のそれぞれに一端が連結され、他端が第２中性点Ｎ２に共通連結される二つ以上の巻線を含んで構成されることができる。ここで、二つ以上の巻線のそれぞれは、他の巻線のいずれか一つと磁気的にカップリングされるカップリング巻線部分を一つ以上含み、この際、二つ以上の巻線のうち少なくとも一つの巻線は、第２中性点Ｎ２を基準に残りの巻線のそれぞれに印加される電圧に対して逆相の電圧がそれぞれ誘起されるカップリング巻線部分を含むように構成される。

【0081】

図５は、単相電源に適用可能な本発明の探知／復旧器２３０の構成およびベクトル図を図示した図である。

【0082】

図５の（ａ）を参照すると、単相電圧に適用される探知／復旧器２３０は、単相電圧のそれぞれに一端が連結され、他端が第２中性点Ｎ２に共通連結される第１および第２巻線Ｒ１－Ｎ２、Ｒ２－Ｎ２を含んで構成されることができる。ここで、第１および第２巻線Ｒ１－Ｎ２、Ｒ２－Ｎ２は、図５の（ｂ）に図示されているように、第２中性点Ｎ２を基準に互いに逆相の電圧が誘起されるように互いに磁気的にカップリングされる。したがって、単相電圧のうちＲ１またはＲ２側にリーク電流が発生して、当該線路（例えば、Ｒ２）を強制遮断した時に、残りの正常線路（例えば、Ｒ１）と第２中性点Ｎ２を用いて、遮断された部分を復旧し、正常電圧を負荷２９０に供給することができる。

【0083】

本発明の単相用の探知／復旧器２３０は、一種の単巻変圧器の構造を有しているが、第１巻線Ｒ１－Ｎ２：第２巻線Ｒ２－Ｎ２の巻線比は１：１である場合に限定されるものではなく、必要に応じて、多様に設定して作製することができる。ただし、電力線を介して探知／復旧器２３０と絶縁変圧器２４０が電気的に連結される場合には、対応する絶縁変圧器２４０の巻線比に合わせて探知／復旧器２３０の巻線比を設定することが好ましい。

【0084】

本発明の探知／復旧器２３０は、三相電源に適用することも可能である。

【0085】

図６は、三相電源に適用可能な探知／復旧器２３０の例示的なの構成およびベクトル図を図示した図である。

【0086】

図６の（ａ）を参照すると、三相電源に適用可能な本発明の探知／復旧器２３０は、Ｒ、ＳおよびＴ相を有する三相の電力に対して、Ｒ、ＳおよびＴ相のそれぞれに一端が連結され、他端が第２中性点Ｎ２に共通連結される第１～第３巻線２３１、２３２、２３３を含み、この際、第１～第３巻線２３１、２３２、２３３のそれぞれは、残りの巻線に印加される電圧のそれぞれに対して第２中性点Ｎ２を基準に逆相の電圧がそれぞれ誘起されるカップリング巻線部分を含んで構成されることができる。

【0087】

図６の（ａ）の構成によると、Ｒ相に連結された第１巻線２３１には、３個のカップリング巻線部分が備えられ、それぞれのカップリング巻線部分には、Ｒｒ、ＲｓおよびＲｔベクトルを有する電圧が誘起される。また、Ｓ相に連結された第２巻線２３２には、３個のカップリング巻線部分が備えられ、それぞれのカップリング巻線部分には、Ｓｓ、ＳｔおよびＳｒベクトルを有する電圧が誘起される。また、Ｔ相に連結された第３巻線２３３には、３個のカップリング巻線部分が備えられ、それぞれのカップリング巻線部分には、Ｔｔ、ＴｒおよびＴｓベクトルを有する電圧が誘起される。

【0088】

三相電源でＲ、Ｓ、Ｔ各ベクトルの和は０であるため、Ｒ、Ｓ、Ｔ相電圧間の関係を数式で表すと、数学式１（数１）のとおりである。

【0089】

【数1】

【0090】

三相電圧が第１～第３巻線２３１、２３２、２３３にそれぞれ印加される時に、第２中性点Ｎ２を基準に第１～第３巻線２３１、２３２、２３３で誘起される電圧は、各巻線に備えられたカップリング巻線部分で誘起される電圧の和と同一であるため、これをベクトル式で表すと、以下の数学式２～数学式４のとおりである。

【0091】

【数2】

【0092】

【数3】

【0093】

【数4】

【0094】

上記の数学式１～４の理解を容易にするために、図６の（ｂ）には、誘起される電圧のベクトル図が図示されている。

【0095】

図６の（ｂ）を参照すると、各巻線は、第２中性点Ｎ２を基準に残りの巻線のそれぞれに印加される電圧に対して逆相の電圧がそれぞれ誘起されるカップリング巻線部分を含むように構成される。換言すれば、第１巻線２３１の場合には、Ｒｓ、Ｒｔベクトルの電圧を誘起するカップリング巻線部分は、それぞれＳ相およびＴ相の位相と逆相である電圧を誘起する。第２巻線２３２の場合には、Ｓｒ、Ｓｔベクトルの電圧がそれぞれＲ相およびＴ相電圧の位相と逆相である。また、第３巻線２３３の場合には、Ｔｒ、Ｔｓベクトルの電圧がそれぞれＲ相およびＳ相電圧の位相と逆相である。

【0096】

さらには、第１巻線２３１のカップリング巻線部分のうちＲｒベクトルの電圧を誘起するカップリング巻線部分は、Ｔｒのカップリング巻線部分およびＳｒのカップリング巻線部分と逆相の電圧を誘起させる。これと同様に、第２巻線２３２でＳｓベクトルはＲｓおよびＴｓと逆相であり、第３巻線２３３でＴｔベクトルはＳｔおよびＲｔベクトルと逆相である。カップリング巻線部分で誘起する電圧の関係をベクトル式で整理すると、以下の数学式５～７のとおりである。

【0097】

【数5】

【0098】

【数6】

【0099】

【数7】

【0100】

上記のような条件を満たすように構成される本発明の探知／復旧器２３０は、第１～第３巻線２３１、２３２、２３３に印加されるＲ、Ｓ、Ｔのうちいずれか一つの相が断線またはその他の電気故障によって欠相されても、残りの相によって欠相された相電圧を復旧し、負荷２９０に供給することができる。

【0101】

三相電圧Ｒ、Ｓ、Ｔの電力線が探知／復旧器２３０の第１～第３巻線２３１、２３２、２３３に接続されて動作する間に、いずれか一つの相（例えば、Ｒ相）が電気故障によって断線／欠相されたと仮定する。ここで、断線されていない第２巻線２３２および第３巻線２３３には、ＳおよびＴ相が正常に印加されているため、数学式３～数学式７の関係式が成立する。ただし、第１巻線２３１にはＲ相が印加されないため、数学式２は有効ではなく、第１巻線２３１には、数学式８で定義される未知の電圧Ｘが誘起されると考えられる。

【0102】

【数8】

【0103】

以下では、欠相された第１巻線２３１で誘起される未知の電圧Ｘが欠相されたＲ相を復旧するか否かについて数学的に説明する。

【0104】

数学式３と数学式４で表したＳ、Ｔを、数学式５～７を用いて、Ｒｒ、Ｒｓ、Ｒｔに関して整理すると、下記の数学式９を得ることができる。

【0105】

【数9】

【0106】

また、探知／復旧器２３０のすべてのカップリング巻線部分が同じ巻線比を有するようにすると、各カップリング巻線部分で誘起される電圧の大きさは、以下の数学式１０のように互いに同一である。

【0107】

【数10】

【0108】

上記の数学式１０と数学式３～７を用いてＲｓ＋Ｒｔを求めると、数学式１１を得ることができる。

【0109】

【数11】

【0110】

数学式８に数学式９および１１を代入し、数学式１を用いて整理すると、Ｒ相が欠相された第１巻線２３１に誘起される未知の電圧Ｘは、数学式１２のように求められる。

【0111】

【数12】

【0112】

数学式１２から、本発明の探知／復旧器２３０は、第１巻線２３１に印加されなければならないＲ相が欠相されても、第２および第３巻線２３２、２３３に印加されるＳおよびＴ相を用いて、第１巻線２３１にはＲ相の電圧が復旧されることを知ることができる。

【0113】

以上では、探知／復旧器２３０の第１巻線２３１にＲ相が欠相された時を例にあげているが、第２および第３巻線２３２、２３３に印加されるＳ相またはＴ相に欠相が発生する時にも同一の原理で電源が復旧されることができる。

【0114】

図６では、探知／復旧器２３０の第１～第３巻線２３１、２３２、２３３がそれぞれ３個のカップリング巻線部分で構成された構造が図示されているが、本発明の探知／復旧器２３０は、これに限定されるものではなく、第１～第３巻線２３１、２３２、２３３のうち少なくとも一つが、残りの巻線に印加される電圧のそれぞれに対して逆相の電圧がそれぞれ誘起されるカップリング巻線部分を含む構造であれば、様々な形態に変更されることができる。

【0115】

例えば、図面に図示してはいないが、本発明の探知／復旧器２３０は、図６の構成において第１～第３巻線２３１、２３２、２３３に備えられたＲｒ、ＳｓおよびＴｔに対応するカップリング巻線部分を省略した構造に構成されることもできる。数学式１～１２と類似の証明過程を用いると、この構造でも欠相された巻線に電圧が正常に復旧されることを確認することができる。

【0116】

また、本発明の探知／復旧器２３０は、三相電源に対してより簡単な構造に構成されることもできる。

【0117】

図７は、三相電源に適用可能な探知／復旧器２３０の他の例示的な構成およびベクトル図を図示した図である。

【0118】

図７を参照すると、本発明の探知／復旧器２３０は、Ｒ、ＳおよびＴ相のそれぞれに一端が連結され、他端が第２中性点Ｎ２に共通連結される第１～第３巻線２３１、２３２、２３３を含み、この際、第１～第３巻線２３１、２３２、２３３のうち一つの巻線は、残りの巻線に印加される電圧のそれぞれに対して第２中性点Ｎ２を基準に逆相の電圧がそれぞれ誘起されるカップリング巻線部分を含んで構成されることができる。図７の（ａ）の探知／復旧器２３０には、Ｒ相が印加される第１巻線２３１にＲｓ、Ｒｔベクトルの電圧を誘起するカップリング巻線が備えられ、ＲｓおよびＲｔは第２および第３巻線２３２、２３３のＳおよびＴ相に対してそれぞれ逆相の電圧を有する。図７の（ｂ）には、このような関係を図示したベクトル図が図示されている。

【0119】

上記で図６の（ａ）の構造を有する探知／復旧器２３０が欠相された相を復旧する原理を数学的に証明したように、図７の（ａ）の構造に対しても類似の過程により欠相された相の復旧原理について説明する。

【0120】

三相電源でＲ、Ｓ、Ｔ各ベクトルの和は０であるため、Ｒ、Ｓ、Ｔ相電圧間の関係を数式で表すと、数学式１と同じ数学式１３を得ることができる。

【0121】

【数13】

【0122】

第２中性点Ｎ２を基準に第１～第３巻線２３１、２３２、２３３にかかるか誘起される電圧をベクトル式で表すと、以下の数学式１４～数学式１６のとおりである。

【0123】

【数14】

【0124】

【数15】

【0125】

【数16】

【0126】

上記の数学式１４～１６の理解を容易にするために、図７の（ｂ）には誘起される電圧のベクトル図が図示されている。図７の（ｂ）を参照すると、第１巻線２３１でＲｓ、Ｒｔベクトルの電圧を誘起するカップリング巻線部分は、それぞれ、Ｓ相およびＴ相の位相と逆相である電圧を誘起することを知ることができる。

【0127】

さらには、第１巻線２３１のカップリング巻線部分のうちＲｓベクトルの電圧を誘起するカップリング巻線部分は、Ｓｓのカップリング巻線部分と逆相の電圧を誘起させ、Ｒｔベクトルの電圧を誘起するカップリング巻線部分は、Ｔｔのカップリング巻線部分と逆相の電圧を誘起させる。このように、カップリング巻線部分で誘起する電圧の関係をベクトル式で整理すると、以下の数学式１７および数学式１８のとおりである。

【0128】

【数17】

【0129】

【数18】

【0130】

上記のような条件を満たすように構成される本発明の探知／復旧器２３０は、第１～第３巻線２３１、２３２、２３３に印加されるＲ、Ｓ、Ｔのいずれか一つの相が断線またはその他の電気故障によって欠相されても、残りの相によって欠相された相電圧を復旧して負荷２９０に供給することができる。

【0131】

三相電圧Ｒ、Ｓ、Ｔの電力線が探知／復旧器２３０の第１～第３巻線２３１、２３２、２３３に接続されて動作する間に、いずれか一つの相（例えば、Ｒ相）が電気故障によって断線／欠相されたと仮定する。ここで、断線されていない第２巻線２３２および第３巻線２３３には、ＳおよびＴ相が正常に印加されているため、数学式１５～数学式１８の関係式が成立する。ただし、第１巻線２３１にはＲ相が欠相されたため、数学式１４は有効ではなく、第１巻線２３１には、数学式１９で定義される未知の電圧Ｘｒが誘起されると考えられる。

【0132】

【数19】

【0133】

数学式１９に数学式１７および１８を代入し、数学式１３を用いて整理すると、Ｒ相が欠相された第１巻線２３１に誘起される未知の電圧Ｘｒは、数学式２０のように求められる。

【0134】

【数20】

【0135】

これと同様に、第２巻線２３２または第３巻線２３３に第Ｓ相またはＴ相が欠相された場合も以下の数学式２１および２２のように求められる。

【0136】

【数21】

【0137】

【数22】

【0138】

数学式２０～２２から、図７の（ａ）に図示されている構造の探知／復旧器２３０は、第１～第３巻線２３１、２３２、２３３のいずれか一つの巻線に欠相または断線が発生しても、図７の（ｂ）のベクトル図のように残りの巻線に印加される電圧を用いて欠相された電圧を復旧することを知ることができる。特に、図７に図示されている構造の探知／復旧器２３０は、磁気カップリングのための磁気コアが３個ではなく２個のみに構成されることができ、巻線構造が簡単であり、生産時に、工程および費用を低減することができる利点がある。

【0139】

本発明の探知／復旧器２３０は、以上で説明した構造に限定されるものではなく、第１～第３巻線２３１、２３２、２３３のうち少なくとも一つが、残りの巻線に印加される電圧のそれぞれに対して逆相の電圧がそれぞれ誘起されるカップリング巻線部分を含む構造であれば、様々な形態に変更されることができる。

【0140】

図８は、故障検出器２１０と探知／復旧器２３０が同時に適用された、本発明による感電および火災防止装置の結線図である。

【0141】

図８を参照すると、本発明による感電および火災防止装置は、単相電圧Ｒ１、Ｒ２および第１中性点Ｎ１の負荷２９０側に電気的に接続された探知／復旧器２３０と、単相電圧Ｒ１、Ｒ２のＲ２相およびＲ１相と大地との間にそれぞれ連結された第１および第２故障検出器２１０－１、２１０－２と、単相電圧Ｒ１、Ｒ２の電源側と負荷２９０側に備えられて、電力線を所定の区間に区画する第１および第２開閉スイッチ２１３－１、２１３－２を含んで構成されることができる。したがって、リーク電流などの電気故障が発生しない正常動作状態では、単相電圧Ｒ１、Ｒ２による電圧Ｖａｃが負荷２９０および探知／復旧器２３０に印加されて負荷２９０が正常動作を行うことができる。

【0142】

しかし、図８に図示されているように、第２開閉スイッチ２１３－２によって区画されたＲ２相の線路にリーク電流が発生すると、Ｒ１相に接続された第２故障検出器２１０－２によってリーク電流が検出され、検出信号が出力される。また、出力された第２故障検出器２１０－２の検出信号に連動して、第２開閉スイッチ２１３－２は、Ｒ２相線路の区画された所定の区間を遮断する。

【0143】

リーク電流のため、Ｒ２相が遮断されても、遮断されていないＲ１相および第１中性点Ｎ１によって探知／復旧器２３０のＲ１端子および第２中性点Ｎ２には、１／２Ｖａｃが印加され、上記で説明した復旧原理によって、探知／復旧器２３０のＲ２端子と第２中性点Ｎ２との間には１／２Ｖａｃが復旧される。したがって、リーク電流によってＲ２相が遮断されても、探知／復旧器２３０によって、負荷２９０は、Ｖａｃの供給を受けて正常な動作を行うことができる。

【0144】

図８では、Ｒ２相の線路にリーク電流が発生した場合が図示されているが、Ｒ１相にリーク電流が発生した場合にも、本発明の感電および火災防止装置は、類似の検出、遮断および復旧動作を行うことができる。

【0145】

以下では、本発明の感電および火災防止装置が電気設備１００に適用される実施形態が例示的な結線図として提示されている。以下の詳細な説明および結線図は、例示的なものに過ぎず、より様々な形態に変形して適用することは、本技術分野において通常の技術者の創作能力の範疇内に属するものに過ぎない。

【0146】

図９は、本発明による感電および火災防止装置が単相電源に適用された結線図である。

【0147】

図９を参照すると、本発明による感電および火災防止装置は、接地されたメイン変圧器３００から引き出された受配電線路ＰＬ１から電力線ＰＬ２および第１中性点Ｎ１を接地抵抗値以上の抵抗値で絶縁させるために、絶縁変圧器２４０を備えることができ、第１中性点Ｎ１と大地との間に第１故障検出器２１０－１を含んで構成することができる。また、これに代案的にまたは付加的に、電力線ＰＬ２と大地との間に第２故障検出器２１０－２を設置することも可能である。

【0148】

また、サージ電圧から電気設備１００を保護するために、サージ保護器２８０が、電力線ＰＬ２および第１中性点Ｎ１のうち少なくとも一つと大地との間に設置されることができる。本発明による感電および火災防止装置が適用される電力線ＰＬ２および第１中性点Ｎ１は、大地と接地抵抗以上の抵抗値を有するように構成されて、落雷などのサージ電圧に脆い可能性があるため、サージ保護器２８０を用いてこれを補完することができる。

【0149】

また、本発明による感電および火災防止装置は、図９に図示されていないが、故障検出器２１０－１、２１０－２から検出信号を受信して故障可否を判断し、これに対応して制御信号を出力する制御器２２０をさらに含んで構成されることができる。ここで、制御信号は、リーク電流から電源を遮断するための遮断信号、電気故障が発生したことを警報発令するための警報信号、故障区間または位置をディスプレイするための位置信号、および故障を復旧するための復旧信号のうち少なくとも一つ以上を含むことができる。

【0150】

したがって、電力線ＰＬ２に設置される遮断器２７０および開閉スイッチ２１３などは、リーク電流の発生時に、故障検出器２１０－１、２１０－２の検出信号、または検出信号を受信した制御器２２０の制御信号によって電源供給を遮断するように制御されることができる。

【0151】

図１０は、探知／復旧器２３０を備えた本発明による感電および火災防止装置が単相電源に適用された結線図である。

【0152】

図１０に図示されている本発明の感電および火災防止装置は、図９の構成に探知／復旧器２３０をさらに含んでいる。電力線ＰＬ２の負荷２９０側に並列に接続された探知／復旧器２３０は、電気故障（リーク電流、抵抗増加、アーク、断線、欠相、不平衡電力、接続不良、誤結線、漏電、合線、異常電圧の発生）を探知するか、電力線ＰＬ２の断線、欠相またはリーク電流によって一つの電力線ＰＬ２が遮断される時に、当該電力線ＰＬ２の電源を復旧して負荷２９０に供給するように動作することができる。

【0153】

図１１は、探知／復旧器２３０を備えた本発明による感電および火災防止装置が単相電源に適用された他の結線図である。

【0154】

図１１を参照すると、本発明の感電および火災防止装置は、受配電線路ＰＬ１と電力線ＰＬ２を電気的に絶縁させるための絶縁変圧器２４０を含むことができる。ここで、受配電線路ＰＬ１は、大地に接地された線路であることができるが、絶縁変圧器２４０によってすでに大地と絶縁された線路である場合も含む。

【0155】

また、本発明の感電および火災防止装置は、電力線ＰＬ２を線路別に開閉することができる開閉スイッチ２１３－１、２１３－２を含んで構成されることができる。開閉スイッチ２１３－１、２１３－２と故障検出器２１０－１～２１０－４の連動関係は、前述のとおりであるため、詳細な説明は省略する。また、故障検出器２１０－１～２１０－４は、電力線ＰＬ２と第１中性点Ｎ１、および第１中性点Ｎ１と中性線ＮＬによって連結された第２中性点Ｎ２のうち少なくとも一つに電気的に連結されることができ、必要に応じて、同じ線路に複数個を並列に設置することも可能である。

【0156】

本発明による感電および火災防止装置は、単相電源だけでなく、三相電源にも適用されることができる。図１２は、本発明による感電および火災防止装置が三相電源に適用された結線図である。

【0157】

図１２を参照すると、特高圧線路から受電するメイン変圧器３００は、二次側が大地と絶縁された絶縁変圧器２４０として動作するように、第１中性点Ｎ１を大地と直接接地させず、第１中性点Ｎ１と大地との間に第１故障検出器２１０－１を接続することができる。また、これに、代案的にまたは付加的に、メイン変圧器３００の二次側の三相電力線ＰＬ２のうち少なくとも一つ以上に第２故障検出器２１０－２を設置することも可能である。また、サージ電圧から電気設備１００を保護するために、サージ保護器２８０が、電力線ＰＬ２および第１中性点Ｎ１のうち少なくとも一つと大地との間に設置されることができる。

【0158】

図１３は、探知／復旧器２３０を備えた本発明による感電および火災防止装置が三相電源に適用された結線図である。

【0159】

図１３に図示されている本発明の感電および火災防止装置は、図１２の三相結線図に負荷２９０側に並列に接続された探知／復旧器２３０をさらに含んでいる。ここで、三相電源に適用するために、探知／復旧器２３０は、三相用に構成され、電気故障（リーク電流、抵抗増加、アーク、断線、欠相、不平衡電力、接続不良、誤結線、漏電、合線、異常電圧の発生）を探知するか、電力線ＰＬ２の断線、欠相またはリーク電流によって一つの電力線ＰＬ２が遮断される時に、残りの電力線ＰＬ２を用いて、遮断された電力線ＰＬ２の電源を復旧し、負荷２９０に供給するように動作することができる。

【0160】

本発明による感電および火災防止装置は、手配電線路の主線路だけでなく、主線路から分岐された分岐線路にも適用されることができる。図１４は、本発明による感電および火災防止装置が単相電源の分岐線路に適用された結線図である。

【0161】

図１４を参照すると、本発明による感電および火災防止装置は、主線路から分岐された分岐線路に、分岐線路を大地から絶縁するための絶縁変圧器２４０を含んで構成されることができる。絶縁変圧器２４０は、すべての分岐線路にそれぞれ設置することができるが、リーク電流による電気事故の恐れが大きい分岐線路にのみ選択的に設置することも可能である。

【0162】

図１４に図示されているように、分岐線路のそれぞれに絶縁変圧器２４０を含み、故障検出器２１０を絶縁変圧器２４０の二次側にそれぞれ設置する場合には、リーク電流が発生した分岐線路に設置された故障検出器２１０が、リーク電流を検出して、検出信号を制御器２２０に伝送するか、直接遮断器２７０または開閉スイッチ２１３を制御して、当該分岐線路を遮断することができる。ここで、検出信号を受信した制御器２２０は、リーク電流が発生した分岐線路を識別して、当該分岐線路を選択的に遮断する遮断信号（トリップ信号）を出力するか、当該分岐線路の位置を表示する位置信号を出力することができる。したがって、分岐線路のそれぞれに絶縁変圧器２４０および故障検出器２１０を設置する場合には、リーク電流による電気故障が発生した分岐線路の位置を識別し、当該分岐線路のみ選択的に遮断することができる利点がある。

【0163】

これに対し、主線路に絶縁変圧器２４０および故障検出器２１０を設置する場合には、分岐線路別に絶縁変圧器２４０および故障検出器２１０を設置する必要がなく、結線が単純になる利点があるが、リーク電流が発生した分岐線路を識別して選択的に遮断するためには、さらなる考えが必要であり得る。例えば、主線路から分岐された多数の分岐線路のいずれか一つの線路でリーク電流が発生した時に、故障検出器２１０は、検出信号を制御器２２０に伝送し、制御器２２０は、分岐回路の遮断器２７０を順に開放するように、遮断器２７０の開閉を制御しながら、リーク電流が発生した分岐線路を識別することができる。

【0164】

また、図１４には図示されていないが、各分岐線路別に電力線ＰＬ２の負荷２９０側に探知／復旧器２３０および開閉スイッチ２１３を備えて、リーク電流または電気故障による断線時に欠相された電源を復旧して安定的に負荷２９０に電源を供給するように構成することもできる。

【0165】

図１５は、本発明による感電および火災防止装置が三相電源の分岐線路に適用された結線図である。

【0166】

図１５に図示されている三相電源の分岐線路に適用された本発明の感電および火災防止装置は、分岐線路のそれぞれに絶縁変圧器２４０が備えられるものではなく、主線路に備えられたメイン変圧器３００が絶縁変圧器２４０である点以外は、その作動原理と結線方法が図１４の単相電源と同一であるため、これに関する詳細な説明は省略する。また、図１５には、分岐線路のそれぞれに故障検出器２１０が設置されることが図示されているが、主線路にのみ故障検出器２１０を設置する構成も可能である。

【0167】

図１６は、探知／復旧器２３０を備えた本発明による感電および火災防止装置が三相電源の分岐線路に適用された結線図である。

【0168】

図１６を参照すると、本発明による感電および火災防止装置は、接地されたメイン変圧器３００から引き出された主線路から分岐された分岐線路のそれぞれに分岐線路を大地から絶縁するための絶縁変圧器２４０を含んで構成されることができる。ここで、絶縁変圧器２４０は、三相用変圧器であり、Ｙ－Ｙ結線、またはΔ－Ｙ結線構造であることができる。また、分岐線路のうち少なくとも一つ以上の線路の負荷２９０側には、図１６の負荷ブロックに図示されているように、三相用探知／復旧器２３０が負荷２９０と並列に接続されることができる。

【0169】

また、分岐線路の電力線ＰＬ２、第１中性点Ｎ１またはこれと連結される探知／復旧器２３０の第２中性点Ｎ２のうち少なくとも一つと大地との間には、リーク電流を所定の危険電流以下に制限しながらリーク電流を検出することができる故障検出器２１０が設置されることができる。

【0170】

また、サージ電圧から絶縁変圧器２４０の後端の電気設備１００を保護するために、サージ保護器２８０が、電力線ＰＬ２、第１中性点Ｎ１および第２中性点Ｎ２のうち少なくとも一つと大地との間に設置されることができる。

【0171】

以上では、本発明による感電および火災防止装置の構成と動作について説明した。

【0172】

これに基づく、本発明による、漏電および地絡時の感電および火災防止方法は、二つ以上の電力線ＰＬ２を大地から所定の接地抵抗値以上の抵抗値で絶縁する絶縁ステップと、二つ以上の電力線ＰＬ２、および二つ以上の電力線ＰＬ２の電圧の間の電位を有する第１中性点Ｎ１のうち少なくとも一つと大地との間のリーク電流を検出するリーク電流検出ステップと、リーク電流検出ステップによって検出信号を出力する検出信号出力ステップとを含んで構成されることができる。

【0173】

また、本発明による感電および火災防止方法は、故障検出器２１０の検出信号に連動してリーク電流が流れる電力線ＰＬ２での電源供給を遮断する電力線遮断ステップと、遮断された電源を復旧して負荷２９０に供給する電源復旧ステップとをさらに含むことができる。

【0174】

ここで、電源復旧ステップは、電力線遮断ステップで遮断された電力線ＰＬ２以外の電力線ＰＬ２および第１中性点Ｎ１から電源の供給を受ける電源入力ステップと、電源入力ステップで供給を受けた電源を用いて、遮断された電源を復旧して負荷２９０に供給する復旧電源供給ステップとを含んで構成されることができる。

【0175】

以上では、本発明の感電および火災防止装置が、漏電、地絡によるリーク電流の発生時に、人体または電気設備を経由して大地に流れるリーク電流を危険電流以下に制限して検出する実施形態を説明した。

【0176】

以下では、本発明の感電および火災防止装置の他の実施形態として、リーク電流の発生時にリーク電流が人体または電気設備を経由することを最初から遮断して、漏電および地絡時の感電および火災が発生することを防止することができる実施形態を説明する。

【0177】

図１７は、本発明の第３実施形態による漏電および地絡時の感電および火災防止装置およびこれを備えた配電システムの構成を図示した結線図である。

【0178】

図１７を参照すると、本発明による漏電および地絡時の感電および火災防止装置は、電源部１１００から交流または直流電気を負荷設備に伝送するように電源部１１００に電気的に連結され、大地から所定の接地抵抗値以上の抵抗値で絶縁された二つ以上の電力線１４１０、１４２０、および前記二つ以上の電力線１４１０、１４２０の電圧の間の電位を有する中性点Ｎのうち少なくとも一つと大地との間のリーク電流の発生可否を検出するように構成された故障検出器２１０を含んで構成されることができる。ここで、故障検出器２１０は、リーク電流が発生した場合に、二つ以上の電力線１４１０、１４２０および中性点Ｎのうちリーク電流が発生した電力線１４１０、１４２０または中性点Ｎを大地に接地させるように動作することを特徴とする。

【0179】

図１７によると、本発明による配電システムは、上述の感電および火災防止装置と、交流または直流電気を負荷設備に提供するように構成される電源部１１００と、電源部１１００に電気的に連結され、大地から所定の接地抵抗値以上の抵抗値で絶縁された二つ以上の電力線１４１０、１４２０を含んで構成されることを特徴とする。

【0180】

電力線１４１０、１４２０は、電源部１１００から負荷側または周辺の電力設備（以下、負荷設備とする）に電力を供給する導線として、遮断器やスイッチに区画された別個の導線だけでなく、遮断器、スイッチまたは開閉器などで連結されるか、主線路から分岐される分岐線路を含んで電気的に互いに連結されて電力が伝送されるすべての導線を称する。ここで、電力線１４１０、１４２０は、大地から所定の接地抵抗以上の抵抗値を有するように絶縁されることが好ましい。ここで、絶縁とは、完全な絶縁の場合に限定されるものではなく、接地工事により、電力線１４１０、１４２０または中性点Ｎが大地と有する通常の接地抵抗よりも大きい抵抗値を有する程度の場合を含む。

【0181】

電源部１１００は、電力線１４１０、１４２０に電気を供給する構成要素であり、直流または交流電源であることができる。電源が直流である場合には太陽光、ＥＳＳ（Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｓｙｓｔｅｍ）であることができ、交流である場合には、単相または三相であるか、その他、各相の電圧が所定の位相差を有する多相方式をすべて含むことができる。以下では、電源部１１００が交流である場合は、第３および第４実施形態として説明し、電源部１１００が太陽光のように直流である場合は、第５および第６実施形態として説明する。

【0182】

本発明による配電システムは、故障検出器２１０の検出結果に連動して電力線１４１０、１４２０に電源の供給または遮断が制御される遮断器１５００を含むことができる。

【0183】

遮断器１５００は、故障検出器２１０が電力線１４１０、１４２０で地絡または漏電が発生したことで検出する場合に、電源部１１００を電力線１４１０、１４２０から分離するように制御されることができる。特に、電力線１４１０、１４２０のうち複数の電力線１４１０、１４２０でリーク電流が発生した場合に、電源部１１００を電力線１４１０、１４２０から分離するように制御されることができる。

【0184】

本発明の故障検出器２１０は、リーク電流の発生可否を検出するが、リーク電流が発生した電力線１４１０、１４２０または中性点Ｎを識別することができるように、二つ以上の電力線１４１０、１４２０のうち少なくとも一つと大地との間に電気的に連結されることができる。

【0185】

本発明による感電および火災防止装置は、故障検出器２１０の検出結果に応じて、二つ以上の電力線１４１０、１４２０のうちリーク電流が発生した電力線１４１０、１４２０を大地を介して短絡させて接地するように制御される接地スイッチング部１３００を含んで構成されることができる。さらに、接地スイッチング部１３００は、電源部１１００が三相交流である場合に、リーク電流が流れる中性点Ｎまたは中性線ＮＬを大地を介して短絡させて接地するように構成されることができる。

【0186】

接地スイッチング部１３００は、二つ以上の電力線１４１０、１４２０または中性点Ｎのうち少なくとも一つ以上と大地との間に電気的に連結されて故障検出器２１０の検出結果に応じて、リーク電流が発生した電力線１４１０、１４２０または中性点Ｎを大地に接地させて、リーク電流が人体、周辺設備または負荷設備に流れる代わりに、接地スイッチング部１３００に迂回して流れるようにすることで、リーク電流による感電や火災を最初から防止することができる。

【0187】

図１７には、電源部１１００が単相交流である場合において、本発明の第３実施形態による漏電および地絡時の感電および火災防止装置およびこれを備えた配電システムの構成を図示している。

【0188】

図１７によると、本発明の第３実施形態による感電および火災防止装置および配電システムは、二つの電力線１４１０、１４２０と大地との間にそれぞれ電気的に連結される第１および第２故障検出器２１０－１、２１０－２を含み、接地スイッチング部１３００は、故障検出器２１０のそれぞれに対応してターンオンまたはターンオフが制御される第１および第２接地スイッチ１３１０、１３２０を含むことができる。

【0189】

特に、本発明の第３実施形態の構成では、接地スイッチが対応する故障検出器２１０に電気的に並列連結される構成であることができる。ここで、接地スイッチは、対応する故障検出器２１０に所定の基準値以上の動作電流が流れる時にターンオフするノーマルクローズＮＣ（ｎｏｒｍａｌ ｃｌｏｓｅ）タイプのスイッチであることが好ましい。

【0190】

仮に、二つの電力線１４１０、１４２０のうち第１電力線１４１０に漏電および地絡が発生すると、第１電力線１４１０と大地との間に連結された第１故障検出器２１０－１の両端電圧が降下して故障検出器に流れる電流が所定の基準値以下になるため、第１接地スイッチ１３１０が短絡される。これに対し、第２電力線１４２０に漏電および地絡が発生すると、第２電力線１４２０と大地との間に連結された第２故障検出器２１０－２の両端電圧が降下し、故障検出器に流れる電流が所定の基準値以下になるため、第２接地スイッチ１３２０が短絡される。

【0191】

本発明の第３実施形態のように、接地スイッチをノーマルクローズＮＣタイプに構成する場合には、一つの電力線だけでなく、複数の電力線で漏電または地絡が発生しても検出が可能である。

【0192】

本発明による感電および火災防止装置および配電システムに適用される故障検出器２１０は、二つ以上の電力線のうち少なくとも一つと大地との間に電気的に連結されて、電力線から大地にリーク電流が発生するか否かを検出するように構成される。

【0193】

図２で詳述したように、故障検出器２１０のそれぞれは、リーク電流を検出して検出信号を出力する電流検出部２１１を含むことを特徴とする。ここで、故障検出器２１０は、リーク電流を所定の危険電流以下に制限するように、両端抵抗値が所定の抵抗値以上に設定された電流制限素子を備えることができる。また、故障検出器２１０は、リーク電流が電流検出部２１１を介して単方向に流れるように、リーク電流の経路を所定の方向に制限する単方向電流部２１２をさらに含んで構成されることができる。

【0194】

図１７のような本発明の第３実施形態には、図２の（ｃ）に図示されている構造の故障検出器２１０が使用されることができ、図２２および図２３のような本発明の第４実施形態には、図２の（ａ）または図２の（ｂ）に図示されているように、単方向電流部２１２がさらに含まれた構造の故障検出器２１０が使用されることができる。

【0195】

以下では、図２の（ａ）または図２の（ｂ）の故障検出器２１０が適用された本発明の第４実施形態、および図２の（ｃ）の故障検出器２１０が適用された第３実施形態の構成および作動原理について説明する。

【0196】

図１８は、図１７に図示されている本発明の第３実施形態で正常状態である時、図１９および図２０は、一つの電力線１４１０、１４２０または一相に漏電または地絡が発生した時、図２１は、複数の電力線１４１０、１４２０または二相に漏電または地絡が発生した時の動作を説明するための概念図である。

【0197】

本発明の第３実施形態による感電および火災防止装置および配電システムでの接地スイッチは、対応する故障検出器２１０に所定の基準値以上の動作電流が流れる時に、ターンオフするノーマルクローズＮＣタイプスイッチであり、対応する故障検出器２１０と同じ電力線１４１０、１４２０に電気的に並列連結される構成であることができる。ここで、故障検出器２１０は、所定の基準値以下の電流が流れる時を検出し、接地スイッチが短絡されるように制御することができる。

【0198】

図１８によると、正常状態で、第１および第２故障検出器２１０－１、２１０－２には、所定の基準値以上の動作電流が流れるようになり、第１および第２故障検出器２１０－１、２１０－２のそれぞれは、対応する第１および第２接地スイッチ１３１０、１３２０を開放されるように制御するため、電力線１４１０、１４２０を介して負荷側に正常な電力が供給される。

【0199】

仮に、図１９の（ａ）に図示されているように、二つの電力線１４１０、１４２０のうち第１電力線１４１０に漏電および地絡が発生すると、第１電力線１４１０と大地との間に連結された第１故障検出器２１０－１の両端電圧が降下し、第１故障検出器２１０－１に流れる電流が所定の基準値以下になるため、第１故障検出器２１０－１によって制御される第１接地スイッチ１３１０が短絡される。

【0200】

このように漏電または地絡が発生した第１電力線１４１０が第１接地スイッチ１３１０によって大地に接地されると、第１電力線１４１０から大地に流れていたリーク電流１が、人体、周辺設備または可燃性物体の代わりに、図１９の（ｂ）に図示されているように、第１接地スイッチ１３１０を介して大地に流れるようになり、感電または火災などの電気事故が最初から防止される。

【0201】

これに対し、図２０の（ａ）に図示されているように、二つの電力線１４１０、１４２０のうち第２電力線１４２０に漏電および地絡が発生すると、第２電力線１４２０と大地との間に連結された第２故障検出器２１０－２の両端電圧が降下し、第２故障検出器２１０－２に流れる電流が所定の基準値以下になるため、第２故障検出器２１０－２によって制御される第２接地スイッチ１３２０が短絡される。

【0202】

このように漏電または地絡が発生した第２電力線１４２０が第２接地スイッチ１３２０によって大地に接地されると、第２電力線１４２０から大地に流れていたリーク電流２が、人体、周辺設備または可燃性物体の代わりに、第２接地スイッチ１３２０を介して大地に流れるようになり、感電または火災などの電気事故が最初から防止される。

【0203】

また、図２１の（ａ）に図示されているように、第１および第２電力線１４１０、１４２０で漏電または地絡が同時に発生すると、第１および第２故障検出器２１０－１、２１０－２に流れる電流が、いずれも所定の基準値以下になるため、第１および第２故障検出器２１０－１、２１０－２によって制御される第１および第２接地スイッチ１３１０、１３２０が短絡されるように制御されることができる。これとともに、第１および第２故障検出器２１０－１、２１０－２によって複数の電力線１４１０、１４２０で漏電または地絡が発生したものと検出される場合には、図２１の（ｂ）に図示されているように、遮断器１５００を開放して、電源部１１００から電力線１４１０、１４２０に電力が供給されることを遮断するように制御することができる。

【0204】

このように、複数の電力線１４１０、１４２０に漏電または地絡が発生する時に、遮断器１５００が電源供給を遮断する前に、複数の接地スイッチによって電力線１４１０、１４２０同士が短絡されることを防止するために、接地スイッチに直列に短絡防止素子を設置することができる。ここで、短絡防止素子は、瞬間的な短絡電流を制限するためのインダクタ素子であることができる。

【0205】

このように、本発明の第３実施形態のような構造では、接地スイッチをノーマルクローズＮＣタイプに構成して、電力線１４１０、１４２０の一線だけでなく、複数の電力線１４１０、１４２０が地絡または漏電によってリーク電流が発生した状況でも検出が可能であり、このように、複数の電力線１４１０、１４２０で地絡または漏電が検出された状況では、遮断器１５００を開閉して、電力線１４１０、１４２０から電源部１１００を電気的に分離するように制御することができる。

【0206】

図２２は、本発明の第４実施形態による漏電および地絡時の感電および火災防止装置およびこれを備えた配電システムの構成を図示した結線図である。

【0207】

本発明の第４実施形態による感電および火災防止装置は、第３実施形態とは異なり、電力線１４１０、１４２０に漏電または地絡が発生する時に、リーク電流による動作電流が所定の基準値以上故障検出器２１０に流れるようになり、対応する接地スイッチが故障検出器２１０により制御される。

【0208】

このために、本発明の第４実施形態による感電および火災防止装置において、故障検出器２１０は、特定の電力線１４１０、１４２０に流れるリーク電流に対してのみ導通が許容される単方向電流部２１２を含んで構成されることができ、接地スイッチは、対応する故障検出器２１０に所定の基準値以上の動作電流が流れる時にターンオンするノーマルオープン（ＮＯ、ｎｏｒｍａｌ ｏｐｅｎ）タイプのスイッチであることができる。ここで、接地スイッチは、二つ以上の電力線１４１０、１４２０および中性点Ｎのうち対応する故障検出器２１０が連結された電力線１４１０、１４２０ではなく、電力線１４１０、１４２０および中性点Ｎのうち少なくとも一つに電気的に連結されることを特徴とする。

【0209】

図２２を参照すると、本発明の第４実施形態による感電および火災防止装置および配電システムは、二つの電力線１４１０、１４２０と大地との間にそれぞれ電気的に連結される第１および第２故障検出器２１０－１、２１０－２を含み、故障検出器のそれぞれに対応して、ターンオンまたはターンオフが制御される第１および第２接地スイッチ１３１０、１３２０を含んで構成されることができる。

【0210】

第１および第２故障検出器２１０－１、２１０－２のそれぞれは、図２の（ａ）または図２の（ｂ）に図示されているように、リーク電流を検出する電流検出部２１１と、リーク電流が電流検出部２１１を介して単方向に流れるようにリーク電流の経路を制限する単方向電流部２１２とを含む構成であることができる。

【0211】

特に、図２２に図示されているように、第１および第２故障検出器２１０－１、２１０－２それぞれの単方向電流部２１２の電流導通方向を、いずれも大地から流出される方向または流入される方向に構成すると、漏電または地絡が発生しない正常状態では、故障検出器２１０にリーク電流が流れず、第１および第２電力線１４１０、１４２０のいずれか一つの電力線にリーク電流が発生する時にのみ故障検出器２１０がリーク電流を検出して対応する接地スイッチを動作させる。

【0212】

接地スイッチは、対応する故障検出器２１０に所定の基準値以上の動作電流が流れる時に出力される検出信号によって接点が短絡されるノーマルオープンＮＯタイプスイッチであり、対応する故障検出器２１０が連結された電力線１４１０、１４２０ではなく、電力線１４１０、１４２０に電気的に連結される。

【0213】

換言すれば、第１電力線１４１０と大地との間に第１故障検出器２１０－１が連結され、第２電力線１４２０と大地との間に第２故障検出器２１０－２が連結される時に、第１故障検出器２１０－１に対応する第１接地スイッチ１３１０は、第２電力線１４２０と大地との間に設置され、第２故障検出器２１０－２に対応する第２接地スイッチ１３２０は、第１電力線１４１０と大地との間に設置されることができる。

【0214】

図２３は、図２２に図示されている本発明の第４実施形態において一つの相に漏電または地絡が発生した時の動作を説明するための概念図である。

【0215】

図２３によると、二つの電力線１４１０、１４２０のうち第１電力線１４１０に漏電および地絡が発生してリーク電流１が流れると、リーク電流１は、第２電力線１４２０と大地との間に連結された第２故障検出器２１０－２を所定の基準値以上に流れるため、リーク電流１を検出した第２故障検出器２１０－２によって第２接地スイッチ１３２０が第１電力線１４１０を大地に接地させるように制御される。

【0216】

このように漏電または地絡が発生した第１電力線１４１０が第２接地スイッチ１３２０によって大地に接地されると、第１電力線１４１０から大地に流れていたリーク電流１が、人体、周辺設備または可燃性物体の代わりに、第２接地スイッチ１３２０を介して大地に流れるようになり、感電または火災などの電気事故が最初から防止される。

【0217】

これに対し、二つの電力線１４１０、１４２０のうち第２電力線１４２０に漏電および地絡が発生してリーク電流２が流れると、リーク電流２は、第１電力線１４１０と大地との間に連結された第１故障検出器２１０－１を所定の基準値以上に流れるため、リーク電流２を検出した第１故障検出器２１０－１によって第１接地スイッチ１３１０が第２電力線１４２０を大地に接地させるように制御される。

【0218】

このように、漏電または地絡が発生した第２電力線１４２０が第１接地スイッチ１３１０によって大地に接地されると、第２電力線１４２０から大地に流れたリーク電流２が、人体、周辺設備または可燃性物体の代わりに、第１接地スイッチ１３１０を介して大地に流れるようになり、感電または火災などの電気事故が最初から防止される。

【0219】

以上では、電源部１１００が単相交流電源である場合を例に挙げて本発明の第３および第４実施形態を説明しているが、本発明の技術的思想は、これに限定されず、三相をはじめ多相交流回路だけでなく、直流回路にも適用されることができる。

【0220】

その一例として、本発明の第３および第４実施形態が三相交流回路に適用される時の構成について説明する。

【0221】

図２４は、本発明の第３実施形態による構成を三相交流電源に適用した時の結線図である。

【0222】

図２４を参照すると、本発明の第３実施形態による感電および火災防止装置および配電システムは、電源部１１００が、Ｒ相、Ｓ相およびＴ相を含む三相交流電源であり、故障検出器２１０は、Ｒ相、Ｓ相およびＴ相と大地との間にそれぞれ連結される第１～第３故障検出器２１０－１、２１０－２、２１０－３を含み、接地スイッチング部１３００は、第１～第３故障検出器２１０－１、２１０－２、２１０－３それぞれに対応する第１～第３接地スイッチ１３１０、１３２０、１３３０を含み、この際、第１～第３接地スイッチ１３１０、１３２０、１３３０は、対応する故障検出器２１０に所定の基準値以上の動作電流が流れる時に動作して接点が開放されるノーマルクローズＮＣタイプのスイッチであることを特徴とする。

【0223】

ここで、第１～第３接地スイッチ１３１０、１３２０、１３３０は、Ｒ相、Ｓ相およびＴ相に連結された第１～第３電力線１４１０、１４２０、１４３０のうち一つ以上の電力線に漏電または地絡が発生した時に、当該電力線が大地に接地されるように、前記複数の電力線１４１０、１４２０、１４３０と大地との間に設置されることができ、より詳細には、第１～第３接地スイッチ１３１０、１３２０、１３３０は、対応する故障検出器２１０のそれぞれに並列に接続される構成であることができる。

【0224】

このように、本発明の第３実施形態による構成が適用された三相交流回路では、第１～第３電力線１４１０、１４２０、１４３０のいずれか一つの電力線に漏電および地絡が発生すると、当該電力線と大地との間に連結された故障検出器２１０の両端電圧が降下し、故障検出器２１０に流れる電流が所定の基準値以下になるため、当該故障検出器２１０によって制御される接地スイッチが短絡される。

【0225】

このように、漏電または地絡が発生した電力線１４１０、１４２０、１４３０が接地スイッチによって大地に接地されると、電力線１４１０、１４２０、１４３０から大地に流れたリーク電流が、人体、周辺設備または可燃性物体の代わりに、短絡された接地スイッチを介して大地に流れるようになり、感電または火災などの電気事故が最初から防止される。

【0226】

また、第１～第３電力線１４１０、１４２０、１４３０のうち複数の電力線で漏電または地絡が同時に発生すると、漏電または地絡が発生した電力線１４１０、１４２０、１４３０に接続された故障検出器２１０に流れる電流がいずれも所定の基準値以下になるため、当該故障検出器２１０によって制御される接地スイッチが短絡されて漏電および地絡された電力線１４１０、１４２０、１４３０が大地に接地されるように制御されることができる。これとともに、故障検出器２１０によって複数の電力線１４１０、１４２０、１４３０で漏電または地絡が発生したものと検出される場合には、電源部１１００と第１～第３電力線１４１０、１４２０、１４３０との間に設置された遮断器１５００を開放して、電源部１１００から電力線１４１０、１４２０、１４３０に電力が供給されることを遮断するように制御することができる。

【0227】

このように、複数の電力線１４１０、１４２０、１４３０に漏電または地絡が発生する時に、遮断器１５００が電源供給を遮断する前に、複数の接地スイッチの動作によって電力線１４１０、１４２０、１４３０同士が瞬間的に短絡されることを防止するために、接地スイッチに直列に短絡防止素子を設置することができ、短絡防止素子は、瞬間的な短絡電流を制限するためのインダクタ素子であることができる。

【0228】

上述のように、本発明の第３実施形態のような構造では、接地スイッチをノーマルクローズＮＣタイプに構成して、電力線１４１０、１４２０、１４３０の一つの線だけでなく、複数の電力線１４１０、１４２０、１４３０に地絡または漏電が発生した状況でも検出が可能であり、このように、複数の電力線１４１０、１４２０、１４３０で地絡または漏電が検出された状況では、遮断器１５００を開閉して、電力線１４１０、１４２０、１４３０から電源部１１００を電気的に分離するように制御することができる。

【0229】

図２５は、本発明の第４実施形態による構成を三相電源に適用した時の結線図である。

【0230】

図２５を参照すると、本発明の第４実施形態による感電および火災防止装置および配電システムは、電源部１１００がＲ相、Ｓ相およびＴ相を含む三相交流電源であり、故障検出器２１０は、Ｒ相、Ｓ相およびＴ相と大地との間にそれぞれ連結される第１～第３故障検出器２１０－１、２１０－２、２１０－３を含み、接地スイッチング部１３００は、第１～第３故障検出器２１０－１、２１０－２、２１０－３それぞれに対応する第１～第３接地スイッチ１３１０、１３２０、１３３０を含み、この際、第１～第３接地スイッチ１３１０、１３２０、１３３０は、対応する故障検出器２１０に所定の基準値以上の動作電流が流れる時にターンオンし、接点が短絡されるノーマルオープンＮＯタイプのスイッチであることを特徴とする。

【0231】

ここで、第１～第３接地スイッチ１３１０、１３２０、１３３０は、Ｒ相、Ｓ相およびＴ相に連結された第１～第３電力線１４１０、１４２０、１４３０のうち一つ以上の電力線１４１０、１４２０、１４３０に漏電または地絡が発生した時に、当該電力線１４１０、１４２０、１４３０が大地に接地されるように、前記複数の電力線１４１０、１４２０、１４３０と大地との間に設置されることができ、また、Ｒ相、Ｓ相およびＴ相の中性点Ｎに連結された中性線ＮＬに漏電または地絡が発生した時に、中性線ＮＬが大地に接地されるように中性線ＮＬと大地との間に設置されることも可能である。

【0232】

第１～第３故障検出器２１０－１、２１０－２、２１０－３のそれぞれは、図２の（ａ）または図２の（ｂ）に図示されているように、リーク電流を検出する電流検出部２１１と、リーク電流が電流検出部２１１を介して単方向に流れるように、リーク電流の経路を制限する単方向電流部２１２を含む構成であることができる。

【0233】

特に、図２５に図示されているように、第１～第３故障検出器２１０－１、２１０－２、２１０－３それぞれの単方向電流部２１２の電流導通方向をいずれも大地から流出される方向または流入される方向に構成すると、漏電または地絡が発生しない正常状態では、故障検出器２１０にリーク電流が流れず、第１～第３電力線１４１０、１４２０、１４３０のいずれか一つの電力線１４１０、１４２０、１４３０にリーク電流が発生する時のみに故障検出器２１０がリーク電流を検出して対応する接地スイッチを動作させる。

【0234】

接地スイッチは、対応する故障検出器２１０に所定の基準値以上の動作電流が流れる時に出力される検出信号によって接点が短絡されるノーマルオープンＮＯタイプスイッチであり、対応する故障検出器２１０が連結された電力線１４１０、１４２０、１４３０ではなく、電力線１４１０、１４２０、１４３０に電気的に連結される。

【0235】

換言すれば、第１～第３電力線１４１０、１４２０、１４３０のいずれか一つの電力線に漏電または地絡が発生してリーク電流が流れると、第１～第３故障検出器２１０－１、２１０－２、２１０－３のうち漏電または地絡が発生した電力線１４１０、１４２０、１４３０に連結された故障検出器２１０以外の残りの故障検出器２１０に所定の基準値以上の動作電流が流れるため、残りの故障検出器２１０の検出信号に連動する接地スイッチを用いて、漏電または地絡された電力線１４１０、１４２０、１４３０を大地に接地させることができるように接地スイッチを配置することができる。

【0236】

例えば、図２５を参照すると、第１～第３故障検出器２１０－１、２１０－２、２１０－３が第１～第３電力線１４１０、１４２０、１４３０と大地との間にそれぞれ連結されると仮定する時に、第１電力線１４１０と大地との間には、第２および第３故障検出器２１０－２、２１０－３に対応する第２および第３接地スイッチ１３２０、１３３０が直列に連結され、第２電力線１４２０と大地との間には、第１および第３故障検出器２１０－１、２１０－３に対応する第１および第３接地スイッチ１３１０、１３３０が直列に連結され、第３電力線１４３０と大地との間には、第１および第２故障検出器２１０－１、２１０－２に対応する第１および第２接地スイッチ１３１０、１３２０が直列に連結される構成であることができる。

【0237】

また、中性点Ｎまたは中性線ＮＬが漏電または地絡されると、第１～第３故障検出器２１０－１、２１０－２、２１０－３にいずれもリーク電流が流れるため、中性線ＮＬと大地との間には第１～第３接地スイッチ１３１０、１３２０、１３３０が直列に連結されることができる。

【0238】

ただし、図２５の結線構成は、本発明の第４実施形態による例示的なものに過ぎず、漏電または地絡が発生した電力線１４１０、１４２０、１４３０または中性線ＮＬを大地に接地させるように構成するために、故障検出器２１０の検出結果を論理的に演算するなど、様々な方法と構成を講ずることができる。

【0239】

本発明の第４実施形態によると、三相交流回路において電力線１４１０、１４２０、１４３０または中性線ＮＬに漏電または地絡が発生する時に、当該電力線１４１０、１４２０、１４３０または中性線ＮＬを大地に接地させることができるため、電力線１４１０、１４２０、１４３０または中性線ＮＬから大地に流れたリーク電流が、人体、周辺設備または可燃性物体の代わりに、接地スイッチを介して大地に流れるようになり、感電または火災などの電気事故が発生することが最初から防止される。

【0240】

また、本発明による配電システムは、二つ以上の電力線１４１０、１４２０、１４３０、および二つ以上の電力線１４１０、１４２０、１４３０の電圧の間の電位を有する中性点Ｎのうち少なくとも一つと大地との間に電気的に連結されるサージ保護器（図面図示せず）をさらに含むことができる。サージ保護器は、故障検出器２１０と並列に電力線１４１０、１４２０、１４３０のそれぞれと大地との間に設置されることができ、また、中性点Ｎまたは中性線ＮＬと大地との間に設置されて電力線１４１０、１４２０、１４３０または中性線ＮＬに流入されたサージ電圧を抑制する機能を果たすことができる。

【0241】

ここで、本発明による感電および火災防止装置は、サージ保護器の不良、劣化または故障によるリーク電流を検出するように構成することで、サージ保護器の不良、劣化または故障を認知することができる。

【0242】

サージ保護器は、落雷などによって電力線１４１０、１４２０、１４３０および中性線ＮＬに流入された以上、サージ電圧を抑制して周辺設備を保護する構成要素としてバリスタを含んで構成されることができる。

【0243】

サージ保護器の劣化または不良および定格容量を超える過電圧の流入によってサージ保護器のインピーダンスが低くなり、正常状態でも漏電または地絡が発生したように、リーク電流が流れることができる。ここで、本発明による感電および火災防止装置は、サージ保護器の不良、劣化または故障によるリーク電流を検出することで、サージ保護器に不良、劣化または故障が発生したことを認知し、管理者に知らせて、管理者が適期にサージ保護器を入れ替えるようにする。

【0244】

また、本発明による漏電および地絡時の感電および火災防止装置は、交流回路だけでなく、太陽光のような直流回路に適用することも可能である。以下では、本発明による感電および火災防止装置が太陽光発電システムに適用された実施形態について説明する。

【0245】

図２６は、本発明による漏電および地絡時の感電および火災防止装置を備えた太陽光発電システムの全体構成を図示したブロック図である。

【0246】

図２６を参照すると、太陽光発電システムの感電および火災防止装置は、一つ以上の太陽電池モジュール２１１０が配列されたソーラーパネル２１００で発電した電気を負荷設備２５００に伝送するようにソーラーパネル２１００に電気的に連結され、大地から所定の接地抵抗値以上の抵抗値で絶縁された二つ以上の電力線２４１０で大地間のリーク電流の発生可否を検出するように構成された一つ以上の故障検出器２１０を含み、故障検出器２１０は、リーク電流が発生した場合に、二つ以上の電力線２４１０のうち前記リーク電流が発生した電力線２４１０を大地に接地させるように動作することを特徴とする。

【0247】

ここで、本発明による太陽光発電システムは、一つ以上の太陽電池モジュール２１１０が配列されたソーラーパネル２１００と、ソーラーパネル２１００で発電した電気を負荷設備２５００に伝送するようにソーラーパネル２１００に電気的に連結され、大地から所定の接地抵抗値以上の抵抗値で絶縁された二つ以上の電力線２４１０と、上述の感電および火災防止装置を含んで構成されることができる。

【0248】

電力線２４１０は、ソーラーパネル２１００から負荷側または周辺の電力設備（以下、負荷設備とする）に電力を供給する導線であり、遮断器やスイッチで区画された別個の導線だけでなく、遮断器、スイッチまたは開閉器などで連結されるか主線路から分岐される分岐線路を含んで電気的に互いに連結されて電力が伝送されるすべての導線を称する。ここで、電力線２４１０は、大地から所定の接地抵抗以上の抵抗値を有するように絶縁されることが好ましい。ここで、絶縁とは、完全な絶縁の場合に限定されるものではなく、接地工事により、電力線２４１０または中性点Ｎが大地と有する通常の接地抵抗よりも大きい抵抗値を有する程度の場合を含む。

【0249】

電力線２４１０に連結される負荷設備２５００の回路は直流または交流回路であることができる。直流回路の場合に電力線２４１０は、ソーラーパネル２１００およびＥＳＳ（Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｓｙｓｔｅｍ）に連結される直流電力線を含むことができ、交流回路の場合には直流を交流に変換するインバーターの出力に連結される交流電力線を含むことができる。

【0250】

図２６を参照すると、太陽光発電システムは、ソーラーパネル２１００に二つ以上の太陽電池モジュール２１１０が配列される時に、太陽電池モジュール２１１０それぞれで発電した電流を集束する集束部２４３０を含むことができる。集束部２４３０で集束された直流電流は直流電力線２４１０を介して負荷設備２５００に伝送される。

【0251】

また、太陽光発電システムは、太陽電池モジュール２１１０と集束部２４３０との間にそれぞれ配置されて、故障検出器２１０の検出信号に連動して開閉が制御される直流遮断器２４２０を含むことができる。

【0252】

直流遮断器２４２０は、太陽電池モジュール２１１０にそれぞれ対応する一つ以上の遮断器であることができる。複数の遮断器である場合には、故障検出器２１０の検出信号に連動して複数の直流遮断器２４２０全体を同時に遮断するかまたは順に遮断しながら検出信号を確認して、リーク電流が発生した太陽電池モジュール２１１０のみを遮断することも可能である。

【0253】

直流遮断器２４２０は、故障検出器２１０が二つ以上の電力線２４１０で地絡または漏電が発生したものと検出する場合に、太陽電池モジュール２１１０を電力線２４１０から分離するように制御されることができる。

【0254】

以上で説明した集束部２４３０および直流遮断器２４２０は、接続盤２４００に設置されることができる。接続盤２４００は、その他、故障検出器２１０および後述する接地スイッチング部１３００をさらに含んで構成されることもできる。

【0255】

本発明による太陽光発電システムの感電および火災防止装置は、故障検出器２１０の検出結果に応じて、二つ以上の電力線２４１０のうちリーク電流が発生した電力線２４１０を大地を介して短絡させて接地するように制御される接地スイッチング部１３００をさらに含んで構成されることができる。

【0256】

接地スイッチング部１３００は、二つ以上の電力線２４１０のうち少なくとも一つ以上と大地との間に電気的に連結されて故障検出器２１０の検出結果に応じて、リーク電流が発生した電力線２４１０を大地に接地させてリーク電流が人体、周辺設備または負荷設備２５００に流れる代わりに、接地スイッチング部１３００に迂回して流れるようにすることで、リーク電流による感電や火災を最初から防止することができる。

【0257】

このために、本発明の故障検出器２１０は、リーク電流の発生可否を検出し、この際、リーク電流が発生した電力線２４１０を識別することができるように構成されることができる。

【0258】

本発明による太陽光発電システムの感電および火災防止装置に適用される故障検出器２１０は、二つ以上の電力線２４１０、および二つ以上の電力線２４１０の電圧の間の電位を有する中性点Ｎのうち少なくとも一つと大地との間に電気的に連結されて、電力線２４１０から大地にリーク電流が発生するか否かを検出するように構成される。

【0259】

図２で詳述したように、故障検出器２１０のそれぞれは、リーク電流を検出し、検出信号を出力する電流検出部２１１を含むことを特徴とする。ここで、故障検出器２１０は、リーク電流を所定の危険電流以下に制限するように両端抵抗値が所定の抵抗値以上に設定された電流制限素子を備えることができる。また、故障検出器２１０は、図２の（ａ）および図２の（ｂ）に図示されているように、リーク電流が電流検出部２１１を介して単方向に流れるように、リーク電流の経路を所定の方向に制限する単方向電流部２１２をさらに含んで構成されることができる。

【0260】

単方向電流部２１２を含んで構成された故障検出器２１０は、電力線２４１０に設置されるか中性点Ｎに設置されて、リーク電流の方向に応じてリーク電流が流れる電力線２４１０を識別するように動作することができる。この場合にそれぞれ異なる方向にリーク電流が流れるように構成された単方向電流部２１２を介して、故障検出器２１０は、二つ以上の電力線２４１０のいずれかの電力線２４１０でリーク電流が発生したかを検出することができる。

【0261】

また、本発明による故障検出器２１０は、単方向電流部２１２を使用せず、リーク電流が発生した電力線２４１０を検出するように構成することも可能である。

【0262】

図２の（ｃ）を参照すると、故障検出器２１０を流れるリーク電流の方向を識別するように、電流検出部２１１を構成することができる。例えば図２の（ｃ）に図示されているように、電流検出部２１１は、リーク電流の方向に応じて異なる形態の検出信号、すなわち、異なる極性の検出信号を出力するようにし、これに基づいて、リーク電流が流れる電力線２４１０を識別して当該電力線２４１０を大地に短絡させるように、接地スイッチング部１３００を制御することができる。

【0263】

以下では、太陽光発電システムにおいてリーク電流が流れる電力線２４１０を識別する故障検出器２１０の設置例を説明する。

【0264】

図２７は、本発明の第５実施形態によって故障検出器２１０が電力線２４１０で結線される例示を図示した結線図である。

【0265】

図２７を参照すると、本発明による太陽光発電システムの感電および火災防止装置において、二つ以上の電力線２４１０は、ソーラーパネル２１００で発電した直流電気を伝送する第１および第２直流電力線２４１１、２４１２を含み、故障検出器２１０は、大地に流れるリーク電流に対して電流経路を形成し、電流経路からリーク電流を検出するように、一端が第１および第２直流電力線２４１１、２４１２に電気的に連結される第１および第２故障検出器２１０－１、２１０－２を含むことができ、故障検出器２１０－１、２１０－２の検出結果に応じて、二つ以上の電力線２４１０のうちリーク電流が発生した電力線２４１０を大地を介して短絡させて接地するように制御される接地スイッチング部１３００を含んで構成されることができる。

【0266】

ここで、接地スイッチング部１３００は、故障検出器２１０－１、２１０－２の検出結果に応じて、第２直流電力線２４１２にリーク電流が流れる場合に、第２直流電力線２４１２を大地に接地させるように制御される第１接地スイッチ１３１０と、故障検出器２１０－１、２１０－２の検出結果に応じて、第１直流電力線２４１１にリーク電流が流れる場合に、第１直流電力線２４１１を大地に接地させるように制御される第２接地スイッチ１３２０を含む構成であることができる。

【0267】

さらには、第１故障検出器２１０－１と直列連結されて第１直流電力線２４１１と大地との間に電気的に接続される第１電圧降下部２２２０－１と、第２故障検出器２１０－２と直列連結されて第２直流電力線２４１２と大地との間に電気的に接続される第２電圧降下部２２２０－２をさらに含むことができる。

【0268】

第１および第２直流電力線２４１１、２４１２は、直流電流が流れる電力線として、第１直流電力線２４１１には、第１極性の電圧が印加され、第２直流電力線２４１２には、第２極性の電圧が印加されることができる。詳細には、第１極性は直流電圧の正極であり、第２極性は直流電圧の負極であることができるが、その逆であってもよい。

【0269】

第１および第２電圧降下部２２２０－１、２２２０－２は、所定の電圧以上がかかった時に導通されるか正常状態で故障検出器２１０－１、２１０－２に流れる電流が所定の基準値以下になるように所定の電圧降下が生じる構成であり、抵抗またはツェナーダイオードであることができるが、これに限定されるものではない。

【0270】

仮に、図２７のような構成において、第１および第２電圧降下部２２２０－１、２２２０－２がツェナーダイオードのように所定の電圧以上がかかった時に導通される構成の場合に、第１電圧降下部２２２０－１と第２電圧降下部２２２０－２の導通電圧のそれぞれは、第１および第２直列電力線の両端電圧より小さく、第１電圧降下部２２２０－１と第２電圧降下部２２２０－２の導通電圧の和は、第１および第２直列電力線の両端電圧より大きいことが好ましい。

【0271】

第１電圧降下部２２２０－１と第２電圧降下部２２２０－２の導通電圧が上記のような設定がされると、リーク電流が発生しない正常状態では、第１電圧降下部２２２０－１と第２電圧降下部２２２０－２が導通されず、故障検出器２１０－１、２１０－２に電流が流れず、リーク電流が発生しないものと判断し、リーク電流が発生する状況では、第１電圧降下部２２２０－１と第２電圧降下部２２２０－２のうち一つが導通して故障検出器２１０－１、２１０－２にリーク電流が流れるため、これによりリーク電流が発生したことを検出する。

【0272】

より詳細には、第１直流電力線２４１１に地絡または漏電が発生した場合には、第２電圧降下部２２２０－２が導通されて第２故障検出器２１０－２からリーク電流を検出し、第２直流電力線２４１２に地絡または漏電が発生した場合には、第１電圧降下部２２２０－１が導通されて第１故障検出器２１０－１でリーク電流を検出することで、地絡または漏電が発生した電力線を識別することができる。これにより、第１直流電力線２４１１に地絡または漏電が発生した場合には、第２故障検出器２１０－２によって第２接地スイッチ１３２０が第１直流電力線２４１１を大地に接地させるように制御され、第２直流電力線２４１２に地絡または漏電が発生した場合には、第１故障検出器２１０－１によって第１接地スイッチ１３１０が第２直流電力線２４１２を大地に接地させるように制御されることができる。

【0273】

これと同様に、第１および第２電圧降下部２２２０－１、２２２０－２が、正常状態で故障検出器２１０－１、２１０－２に流れる電流が所定の基準値以下になるように構成される場合には、リーク電流が発生しない正常状態では、故障検出器２１０－１、２１０－２に流れる電流が所定の基準値以下になり、リーク電流が発生しないものと判断し、リーク電流が発生する状況では、第１および第２故障検出器２１０－１、２１０－２のいずれか一つに流れる電流が所定の基準値以上になり、リーク電流が発生したことを検出することができる。

【0274】

より詳細には、第１直流電力線２４１１に地絡または漏電が発生した場合には、第２故障検出器２１０－２に流れる電流が所定の基準値以上になってリーク電流を検出し、第２直流電力線２４１２に地絡または漏電が発生した場合には、第１故障検出器２１０－１に流れる電流が所定の基準値以上になってリーク電流を検出することで、地絡または漏電が発生した電力線を識別することができる。これにより、第１直流電力線２４１１に地絡または漏電が発生した場合には、第２故障検出器２１０－２によって第２接地スイッチ１３２０が第１直流電力線２４１１を大地に接地させるように制御され、第２直流電力線２４１２に地絡または漏電が発生した場合には、第１故障検出器２１０－１によって第１接地スイッチ１３１０が第２直流電力線２４１２を大地に接地させるように制御されることができる。

【0275】

これにより、故障検出器２１０－１、２１０－２によってリーク電流が発生したと識別された電力線２４１０を大地に接地させることで、リーク電流が、人体、周辺設備または負荷設備２５００に流れる代わりに、接地スイッチング部１３００に迂回して流れるようにして、リーク電流による感電や火災を最初から防止することができる。

【0276】

電力線２４１０が一線または二線の両方に対してリーク電流が発生した場合にもリーク電流発生を検出するようにするために、図面に図示されていないが、本発明による太陽光発電システムの感電および火災防止装置において第１および第２故障検出器２１０－１、２１０－２は、正常状態で所定の基準値以上に動作電流が流れ、リーク電流が発生する時には、リーク電流が流れる直流電力線に連結された故障検出器２１０－１、２１０－２には、動作電流が所定の基準値以下に流れるように構成することも可能である。ここで、接地スイッチング部１３００は、第１直流電力線２４１１と大地との間に電気的に連結された第２接地スイッチ１３２０と、第２直流電力線２４１２と大地との間に電気的に連結された第１接地スイッチ１３１０とを含み、第１および第２接地スイッチ１３１０、１３２０は、非動作状態で閉じているＮＣ（ｎｏｒｍａｌ ｃｌｏｓｅ）タイプの接点であることができる。

【0277】

例えば、この構造において、正常状態では故障検出器２１０－１、２１０－２に所定の基準値以上の動作電流が流れて、リーク電流が発生しないものと判断する時には、ＮＣタイプの接地スイッチング部１３００を動作させて接点を開放し、リーク電流が発生する状況では、第１および第２故障検出器２１０－１、２１０－２のいずれか一つに流れる電流が所定の基準値以下になってリーク電流が発生したことを検出する時には、接地スイッチング部１３００を非動作させて当該電力線を大地に接地させることができる。

【0278】

換言すれば、第１直流電力線２４１１に地絡または漏電が発生した場合には、第１故障検出器２１０－１に流れる電流が所定の基準値以下になり、第２直流電力線２４１２に地絡または漏電が発生した場合には、第２故障検出器２１０－２に流れる電流が所定の基準値以下になり、地絡または漏電が発生した電力線を識別するように構成することができる。これにより、第１直流電力線２４１１に地絡または漏電が発生した場合には、第１故障検出器２１０－１によって第２接地スイッチ１３２０が非動作モードになって第１直流電力線２４１１を大地に接地させ、第２直流電力線２４１２に地絡または漏電が発生した場合には、第２故障検出器２１０－２によって第１接地スイッチ１３１０が非動作モードになって第２直流電力線２４１２を大地に接地させるように制御されることができる。

【0279】

このような構造では、電力線２４１０の一線だけではなく、二線が地絡または漏電によってリーク電流が発生した状況でも検出が可能であり、このように、二線の地絡または漏電が検出された状況では、直流遮断器２４２０を開閉して電力線２４１０からソーラーパネル２１００を電気的に分離するように制御することができる。

【0280】

以上では、故障検出器２１０が電力線２４１０と大地との間に設置される実施形態を説明しているが、電力線２４１０のリーク電流を検出するために故障検出器２１０を二つ以上の電力線２４１０の電圧の間の電位を有する中性点Ｎと大地との間に設置する構造も可能である。

【0281】

図２８は、本発明の第６実施形態によって故障検出器２１０－１、２１０－２が中性点Ｎに結線される一例示を図示した結線図である。

【0282】

中性点Ｎとは、二つ以上の電力線２４１０の電圧の間の電位を有する地点を称するものであり、電力線２４１０それぞれから所定の電気的素子を含む電圧降下部を介して形成されることができ、電力線２４１０の間に直列連結された複数の太陽電池モジュール２１１０の間の接続点から直接引き出されてもよい。中性点Ｎを基準に電力線２４１０の電圧の和が０であればよく、中性点Ｎを基準とした電力線２４１０の電圧の大きさが互いに同一であることに限定されるものではない。以下では、説明の便宜上、電力線２４１０の電圧が中性点Ｎを基準に互いに異なる位相を有するだけであって、大きさは同一である場合を仮定して説明する。

【0283】

図２８を参照すると、本発明による太陽光発電システムの感電および火災防止装置において、故障検出器２１０は、二つ以上の電力線２４１０の電圧の間の電位を有する中性点Ｎと大地との間に電気的に連結され、大地に流れるリーク電流に対して電流経路を形成し、電流経路からリーク電流を検出することができる。ここで、故障検出器２１０は、故障検出器２１０を流れるリーク電流の方向に応じて二つ以上の電力線２４１０のうちリーク電流が発生した電力線２４１０を識別することができる。

【0284】

図２８の（ａ）を参照すると、本発明による太陽光発電システムの感電および火災防止装置は、第１直流電力線２４１１と中性点Ｎとの間に電気的に連結される第１電圧降下部２２２０－１と、第２直流電力線２４１２と中性点Ｎとの間に電気的に連結される第２電圧降下部２２２０－２を含んで構成される。

【0285】

図２８の（ａ）の構成では、中性点Ｎが第１および第２電圧降下部２２２０－１、２２２０－２の接続点として形成され、このように形成された中性点Ｎと大地との間に第１および第２故障検出器２１０－１、２１０－２が並列に連結される。ここで、中性点Ｎは、第１および第２直流電力線２４１１、２４１２の電圧の間の電位を有する。

【0286】

このような構造において、第１直流電力線２４１１と大地との間のリーク電流は、第２故障検出器２１０－２を経由し、第２直流電力線２４１２と大地との間のリーク電流は、第１故障検出器２１０－１を経由するように、故障検出器２１０－１、２１０－２に含まれる単方向電流部２１２の電流導通方向を設定することができる。

【0287】

図２８の（ａ）の実施形態において、第１および第２電圧降下部２２２０－１、２２２０－２は、導通される時に、所定の電圧降下が生じる構成として、抵抗またはツェナーダイオードを含む構成であってもよいが、これに限定されるものではない。

【0288】

図２８の（ａ）の構成において、第１直流電力線２４１１に地絡または漏電が発生した場合には、リーク電流が第２電圧降下部２２２０－２を経て第２故障検出器２１０－２で検出され、第２直流電力線２４１２に地絡または漏電が発生した場合には、リーク電流が第１電圧降下部２２２０－１を経て第１故障検出器２１０－１で検出されるため、検出信号がどちらの故障検出器２１０－１、２１０－２で発生したかを確認することで、地絡または漏電が発生した電力線を識別することができる。

【0289】

これにより、第１直流電力線２４１１に地絡または漏電が発生した場合には、第２故障検出器２１０－２によって第２接地スイッチ１３２０が第１直流電力線２４１１を大地に接地させるように制御され、第２直流電力線２４１２に地絡または漏電が発生した場合には、第１故障検出器２１０－１によって第１接地スイッチ１３１０が第２直流電力線２４１２を大地に接地させるように制御されることができる。

【0290】

これにより、故障検出器２１０－１、２１０－２によってリーク電流が発生したものと識別された電力線２４１０を大地に接地させることで、リーク電流が、人体、周辺設備または負荷設備２５００に流れる代わりに、接地スイッチング部１３００に迂回して流れるようにして、リーク電流による感電や火災を最初から防止することができる。

【0291】

また、図２８の（ｂ）の構造では、中性点Ｎが第１および第２直流電力線２４１１、２４１２の間に直列連結される二つ以上の太陽電池モジュール２１１０の間の接続点から引き出されることができる。ここで、故障検出器２１０は、中性点Ｎと大地との間に並列連結される第１および第２故障検出器２１０－１、２１０－２を含んで構成されるが、第１直流電力線２４１１と大地との間のリーク電流は、第２故障検出器２１０－２を経由し、第２直流電力線２４１２と大地との間のリーク電流は、第１故障検出器２１０－１を経由するように、故障検出器２１０－１、２１０－２に含まれる単方向電流部２１２の電流導通方向を設定することができる。

【0292】

図２８の（ａ）の構造と同様、第１直流電力線２４１１に地絡または漏電が発生した場合には、リーク電流が第２電圧降下部２２２０－２を経て第２故障検出器２１０－２で検出され、第２直流電力線２４１２に地絡または漏電が発生した場合には、リーク電流が第１電圧降下部２２２０－１を経て第１故障検出器２１０－１で検出されるため、検出信号がどちらの故障検出器２１０－１、２１０－２で発生したかを確認することで、地絡または漏電が発生した電力線を識別することができる。

【0293】

これにより、第１直流電力線２４１１に地絡または漏電が発生した場合には、第２故障検出器２１０－２によって第２接地スイッチ１３２０が第１直流電力線２４１１を大地に接地させるように制御され、第２直流電力線２４１２に地絡または漏電が発生した場合には、第１故障検出器２１０－１によって第１接地スイッチ１３１０が第２直流電力線２４１２を大地に接地させるように制御されることができる。

【0294】

以上では、中性点Ｎと大地との間に複数の故障検出器２１０－１、２１０－２を設置して、それぞれの故障検出器２１０－１、２１０－２は単方向電流部２１２によって特定方向の電流を検出するように構成しているが、本発明による太陽光発電システムの感電および火災防止装置は、単方向電流部２１２を排除した故障検出器２１０を用いて、リーク電流が発生した電力線２４１０を検出するように構成することも可能である。

【0295】

例えば、図２の（ｃ）に図示されている故障検出器２１０は、電流検出部２１１がリーク電流の方向に応じて異なる形態の検出信号、すなわち、異なる極性の検出信号を出力するようにし、これに基づいて、リーク電流が流れる電力線２４１０を識別して、当該電力線２４１０を大地に短絡させるように接地スイッチング部１３００を制御することができる。

【0296】

図２９は、本発明の第６実施形態によって故障検出器２１０が中性点Ｎに結線される他の例示を図示した結線図である。

【0297】

図２９を参照すると、本発明による太陽光発電システムの感電および火災防止装置において、故障検出器２１０は、二つ以上の電力線２４１０の電圧の間の電位を有する中性点Ｎと大地との間に電気的に連結され、大地に流れるリーク電流に対して電流経路を形成し、電流経路からリーク電流を検出することができる。

【0298】

ここで、故障検出器２１０は、故障検出器２１０を流れるリーク電流の方向に応じて異なる形態の検出信号、すなわち、異なる極性や異なるレベルの検出信号を出力するようにし、これに基づいて、リーク電流が流れる電力線２４１０を識別して、当該電力線２４１０を大地に短絡させるように接地スイッチング部１３００を制御することができる。換言すれば、第１電力線で発生したリーク電流によって故障検出器２１０に第１方向の電流が流れ、第２電力線で発生したリーク電流によって故障検出器２１０に第２方向の電流が流れるため、、故障検出器２１０は、第１方向の電流に対して第２接地スイッチ１３２０を動作させ、第２方向の電流に対して第１接地スイッチ１３１０を動作させて、当該電力線を大地に接地させることができる。

【0299】

故障検出器２１０に流れる電流の方向に応じてリーク電流が発生したものと識別された電力線を大地に接地させることで、リーク電流が人体、周辺設備または負荷設備２５００に流れる代わりに、接地スイッチング部１３００に迂回して流れるようにして、リーク電流による感電や火災を最初から防止することができる。

【0300】

上述のように、故障検出器２１０が連結される中性点Ｎは、二つ以上の電力線２４１０の電圧の間の電位を有する地点を称するものであり、図２９の（ａ）に図示されているように、電力線２４１０のそれぞれから所定の電気的素子を含む電圧降下部を介して形成されることができ、図２９の（ｂ）に図示されているように、電力線２４１０の間に直列連結された複数の太陽電池モジュール２１１０の間の接続点から直接引き出されてもよい。

【0301】

図３０は、図２９に図示されている実施形態で故障検出器２１０がリーク電流を検出して電力線２４１０を大地に接地させる原理を図示した概念図である。

【0302】

図３０では、本発明の太陽光発電システムが図２９の（ａ）の構成を有する場合に対して、故障検出器２１０がリーク電流を検出し、リーク電流を接地スイッチング部１３００に迂回させる動作原理について説明しているが、図２７、図２８および図２９の（ｂ）の構成に対しても動作原理が同様に理解されることができる。

【0303】

図３０の（ａ）によると、直流電力線のうち第１直流電力線２４１１に発生したリーク電流１は、図面に図示されている実線に沿って故障検出器２１０を第１方向に流れる電流経路を形成し、直流電力線のうち第２直流電力線２４１２に発生したリーク電流２は破線に沿って故障検出器２１０を第２方向に流れる電流経路を形成する。ここで、リーク電流は、人体または周辺電気設備などを介して流れるため、仮に、故障検出器２１０によってリーク電流の大きさを所定の危険電流以下に制限しても、感電や火災などの危険が依然として残っている。

【0304】

図３０の（ｂ）を参照すると、本発明による太陽光発電システムは、リーク電流１に対しては、故障検出器２１０が第２接地スイッチ１３２０をターンオンさせるように動作し、リーク電流２に対しては、故障検出器２１０が第１接地スイッチ１３１０をターンオンさせるように動作することができる。これにより、第１直流電力線２４１１で発生して人体または周辺電気設備に流れたリーク電流１は第２接地スイッチ１３２０に迂回して大地に流れ、第２直流電力線２４１２で発生して人体または周辺電気設備に流れたリーク電流２は第１接地スイッチ１３１０に迂回して大地に流れる。

【0305】

したがって、本発明による太陽光発電システムの感電および火災防止装置およびこれを備えた太陽光発電システムは、地絡または漏電などによって発生したリーク電流が、人体または周辺電気設備に流れる代わりに、接地スイッチング部１３００に迂回するようにすることで、リーク電流による感電や火災を最初から防止することができる。

【0306】

上述の構成により、本発明による、漏電および地絡時の感電および火災防止装置、方法および配電システムは、大地と絶縁されて電力を供給する電力線と大地との間のリーク電流を検出し、これを危険電流以下に制限するか、リーク電流が人体または周辺設備に流れることを遮断することで、リーク電流による感電および火災の発生を防止する効果がある。

【符号の説明】

【0307】

１００ 電気設備
２１０、２１０－１、２１０－２、２１０－３、２１０－４ 故障検出器
２１１ 電流検出部
２１２ 単方向電流部
２１３、２１３－１、２１３－２ 開閉スイッチ
２２０ 制御器
２３０ 探知／復旧器
２３１～２３３ 第１～第３巻線
２４０ 絶縁変圧器
２５０ 警報発生器
２６０ 警報解除入力器
２７０ 遮断器
２８０ サージ保護器
２９０ 負荷
３００ メイン変圧器
１１００ 電源部
１３００ 接地スイッチング部
１３１０、１３２０、１３３０ 第１～第３接地スイッチ
１４１０、１４２０、１４３０ 第１～第３電力線
１５００ 遮断器
２１００ ソーラーパネル
２１１０ 太陽電池モジュール
２２２０－１、２２２０－２ 第１および第２電圧降下部
２４００ 接続盤
２４１０、２４１１、２４１２ 直流電力線
２４２０ 直流遮断器
２４３０ 集束部
２５００ 負荷設備
ＰＬ１ 受配電線路
ＰＬ２ 電力線
ＮＬ 中性線
Ｎ、Ｎ１、Ｎ２ 中性点
Ｒ１、Ｒ２ 単相電圧

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】