特許 7523865 漏電検出システム

(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】2024-07-19

(45)【発行日】2024-07-29

(54)【発明の名称】漏電検出システム

(51)【国際特許分類】

   H02H 3/16 20060101AFI20240722BHJP

   H02H 3/00 20060101ALI20240722BHJP

   H02H 3/02 20060101ALI20240722BHJP

【ＦＩ】

H02H3/16

H02H3/00 N

H02H3/00 Q

H02H3/02 Q

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2020184326

(22)【出願日】2020-11-04

(65)【公開番号】P2022074359

(43)【公開日】2022-05-18

【審査請求日】2023-09-20

(73)【特許権者】

【識別番号】000227401

【氏名又は名称】日東工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001977

【氏名又は名称】弁理士法人クスノキ特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 翔馬

【審査官】新田 亮

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－１３４２９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－２６１０３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１４６６９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０８６３８８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｈ ３／１６

Ｈ０２Ｈ ３／００

Ｈ０２Ｈ ３／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

負荷へ電源を供給するための電路を開閉する開閉器を筐体に備える電源盤と、
開閉器の二次側に位置する負荷を筐体に備える負荷筐体と、
開閉器の二次側で負荷に接続される複数の電源線と、
電源盤の電位と電源盤の筐体の外側に位置する負荷筐体の電位が同一となるように電源盤の筐体と負荷筐体とを電気的に接続するボデーアースと、
電源線とボデーア―ス間に抵抗値を形成する検出用抵抗と、
電源線とボデーア―ス間に形成された検出用抵抗の線間電圧を検出する電圧計測部と、
各線間電圧の電圧差を検出し、所定の電圧差以上の場合に、開閉器を遮断する制御部と、
を備えた漏電検出システム。

【請求項2】

制御部は、各線間電圧の電圧差を計算する演算回路を備え、
演算回路の計算値と所定の閾値との比較結果を基に、必要に応じて開閉器に遮断信号を送信する比較器を備えた請求項１に記載の漏電検出システム。

【請求項3】

比較器の閾値を可変に設定可能とする閾値設定部を備えた請求項２に記載の漏電検出システム。

【請求項4】

制御部は、各線間電圧の電圧差より、どの電源線側で漏電が生じたのかを判定可能である請求項１から３のいずれかに記載の漏電検出システム。

【請求項5】

漏電を検出したことを外部に通知する報知手段を備えた請求項１から４のいずれかに記載の漏電検出システム。

【請求項6】

検出用抵抗は可変抵抗器である請求項１に記載の漏電検出システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、漏電検出システムに関するものである。

【背景技術】

【0002】

特許文献１に記載されているように、漏電（絶縁劣化）を検出する方法として、ＺＣＴを利用することが知られている。この方法を機能させるためには、負荷側と電源側の双方にアースを設ける。負荷側と電源側の双方にアースが設けられていることで、漏電が生じた際に生じる、各々の電源線の行き帰りの電流の差異をＺＣＴで検出することが可能となるからである。なお、この結果に応じて、必要時には開閉器に遮断信号を送信する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開平０８－２７３５１４号公報

【0004】

ところで、独立電源などのように移動する電源の場合には、負荷側と電源側の双方でアースを接続することが問題となり得る。というのも、可搬型の電源や負荷を利用する場合には、搬送先で都度アースを取る必要があるが、接地作業は、地面の接地抵抗の状況を見てアース棒を打ち込むなど、手間が掛かるからである。また、ＺＣＴを使用する場合、直流電路においては使用できないという問題点がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本件の発明者は、この点について鋭意検討することにより、解決を試みた。本発明が解決しようとする課題は、接地作業を行うことなく漏電を検出することが可能な漏電検出システムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するため、負荷へ電源を供給するための電路を開閉する開閉器を筐体に備える電源盤と、開閉器の二次側に位置する負荷を筐体に備える負荷筐体と、開閉器の二次側で負荷に接続される複数の電源線と、電源盤と負荷筐体の電位を同一にする電源盤と負荷筐体とを電気的に接続するボデーアースと、電源線とボデーア―ス間に抵抗値を形成する検出用抵抗と、電源線とボデーア―ス間に形成された検出用抵抗の線間電圧を検出する電圧計測部と、各線間電圧の電圧差を検出し、所定の電圧差以上の場合に、開閉器を遮断する制御部と、を備えた漏電検出システムとする。

【0007】

また、制御部は、各線間電圧の電圧差を計算する演算回路を備え、演算回路の計算値と所定の閾値との比較結果を基に、必要に応じて開閉器に遮断信号を送信する比較器を備えた構成とすることが好ましい。

【0008】

また、比較器の閾値を可変に設定可能とする閾値設定部を備えた構成とすることが好ましい。

【0009】

また、制御部は、各線間電圧の電圧差より、どの電源線側で漏電が生じたのかを判定可能なように構成することが好ましい。

【0010】

また、漏電を検出したことを外部に通知する報知手段を備えた構成とすることが好ましい。

【0011】

また、検出用抵抗は可変抵抗器であるのが好ましい。

【発明の効果】

【0012】

本発明では、接地作業を行うことなく漏電を検出することが可能な漏電検出システムを提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】実施形態における電源盤と負荷と回路の関係の例を表す図である。

【図2】太陽光パネルを備えた独立電源盤と負荷と回路の関係の例を表す図である。

【図3】比較器に入力する閾値を変更可能な閾値設定部を備えた例（３－１）で表し、閾値設定部を操作するためのつまみの例を（３－２）で表す図である。

【図4】検出用抵抗を可変抵抗器とした例を示す図である。

【図5】接触辺の移動で抵抗値を変更可能な検出用抵抗を備えた例を（５－１）で表し、検出用抵抗の抵抗値を操作するためのつまみの例を（５－２）で表す図である。

【図6】外部に情報を伝える報知手段を備えた例を示す図である。

【図7】三芯ケーブル使用時の電源線とボデーアース間におけるケーブル被覆の絶縁劣化の検出方法を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下に発明を実施するための形態を示す。図１及び図２に示されていることから理解されるように、本実施形態の漏電検出システム１は、負荷３１へ電源を供給するための電路を開閉する開閉器１１を筐体に備える電源盤１０と、開閉器１１の二次側に位置する負荷３１を筐体に備える負荷筐体３０と、開閉器１１の二次側で負荷３１に接続される複数の電源線と、電源盤１０と負荷筐体３０の電位を同一にする電源盤１０と負荷筐体３０とを電気的に接続するボデーアース５１と、電源線とボデーアース５１間に抵抗値を形成する検出用抵抗と、電源線とボデーアース５１間に形成された検出用抵抗６２、６３の線間電圧Ｖｘ、Ｖｙを検出する電圧計測部（演算回路１７）と、各線間電圧Ｖｘ、Ｖｙの電圧差を検出し、所定の電圧差以上の場合に、開閉器１１を遮断する制御部１２と、を備えている。このため、接地作業を行うことなく漏電を検出することが可能な漏電検出システム１を提供することが可能となる。なお、上記したように検出用抵抗６２、６３を備えた構成とすることにより、電源線に漏電が生じている状況で人が負荷筐体３０を触ったとしても、その人に流れる電流を低減させることも出来る。

【0015】

ここで、漏電検出システム１の基本的な構成を説明する。実施形態の漏電検出システム１は、電源盤１０と負荷筐体３０が離間して配置されるように備えられており、電源盤１０と負荷筐体３０の電位を同一にするボデーアース５１が電源盤１０と負荷筐体３０を繋ぐように接続されている。また、この漏電検出システム１は、電源盤１０の内部の開閉器１１から負荷筐体３０の内部の負荷３１に向けて電源を供給するために配策された電源線５２、５３を備えている。

【0016】

電源線は、開閉器１１の二次側に位置している。したがって、この開閉器１１がオフの状態になれば、負荷筐体３０の内部に向けての電気の供給が停止される。電源線は電源盤１０と負荷３１を通る回路を形成するために配策するものであるため、通常、電源盤１０から負荷筐体３０に向けて二本の電源線が配策されることになる。

【0017】

検出用抵抗６２、６３はボデーアース５１と各電源線を結ぶように設けられるが、各検出用抵抗６２．６３は基本的に同じ大きさの抵抗としている。各々の検出用抵抗６２、６３の線間電圧Ｖｘ、Ｖｙは電圧計測部により計測されるが、通常は、いずれの線間電圧Ｖｘ、Ｖｙも同様な値を示すことになる。なお、ボデーアース５１は、電源盤１０と負荷筐体３０の電位を同一にすることができるものであり、電源盤１０と負荷筐体３０に電位が生じることに起因する感電が生じ難いようにしている。

【0018】

電圧計測部による計測により得られた情報は制御部１２に集められる。制御部１２には演算回路１７が備えられており、集められた情報を基に演算回路１７で演算がなされる。演算回路１７でなされた演算の結果は比較器１８に送られる。比較器１８により、各々の線間電圧の差が所定の範囲に無いと判定された場合は、制御部１２は開閉器１１を遮断させるように制御する。このように、制御部１２に各線間電圧の電圧差を計算する演算回路１７を備え、演算回路１７の計算値と所定の閾値との比較結果を基に、必要に応じて開閉器１１に遮断信号を送信する比較器１８を備えた構成とすることが好ましい。

【0019】

ここから、より詳しい説明を行う。実施形態の電源盤１０などは図１及び２に示すような構成である。具体的には、電源盤１０には太陽光パネル１３を備え、太陽光パネル１３で発生させた電気を第一電圧変換装置１４と第二電圧変換装置１５を経て負荷筐体３０内に備えられた負荷３１に送れるようにしている。なお、第一電圧変換装置１４の二次側であって第二電圧変換装置１５の一次側には蓄電池１６が接続されている。また、第二電圧変換装置１５の二次側には開閉器１１が接続されているが、この開閉器１１は制御部１２により制御可能である。

【0020】

電源盤１０と負荷筐体３０はボデーアース５１により電気的に接続されているが、このボデーアース５１は、電源盤１０側では電源盤アース端子１９と接続しており、負荷筐体３０側では負荷アース端子３９と接続している。開閉器１１と負荷３１を接続するように二本の電源線５２、５３が配策されているが、ボデーアース５１に対して各々の電源線５２、５３を個別に接続するように検出用抵抗６２、６３が取り付けられている。具体的には電源線５２とボデーアース５１を接続するように抵抗値がＲｘである検出用抵抗６２が取り付けられ、かつ、電源線５３とボデーアース５１を接続するように抵抗値がＲｙである検出用抵抗６３が取り付けられている。

【0021】

抵抗値がＲｘである検出用抵抗６２で検出される電圧値はＶｘであり、抵抗値がＲｙである検出用抵抗６３で検出される電圧値はＶｙである。

【0022】

なお、抵抗３２は電源線５２と負荷筐体３０間の絶縁抵抗を、抵抗３３は電源線５３と負荷筐体３０間の絶縁抵抗を表しており、それぞれ抵抗値はＲｇｘとＲｇｙとしている。

【0023】

上記したＲｘ及びＲｙは、実施形態では１ＭΩの抵抗値としている。なお、以下の計算では簡略化のためＲｇｘ及びＲｇｙは無限大（∞）の大きさの抵抗値として１０００ＭΩであるとする。

【0024】

電源の電圧であるＶｓが１００Ｖであり、負荷３１の抵抗値が１０Ωである場合、通常の状態では、電源線５２及び電源線５３に流れる電流値は双方とも１０Ａである。また、電源線５２とボデーアース５１を接続する検出用抵抗６２で検出される電圧値であるＶｘと、電源線５３とボデーアース５１を接続する検出用抵抗６３で検出される検出される電圧値であるＶｙは、ともに５０Ｖである。ＶｘとＶｙに差は無いのであるから、このような結果が得られても、制御部１２は開閉器１１を遮断するように制御しない。

【0025】

一方、絶縁劣化により電源線５２と負荷筐体３０を接続する抵抗３２の抵抗値Ｒｇｘが１００ＭΩになったとする。この場合、電源線５２とボデーアース５１を接続する検出用抵抗６２で検出される電圧値Ｖｘは約４９．７Ｖ、電源線５３とボデーアース５１を接続する検出用抵抗６３で検出される電圧値Ｖｙは約５０．３Ｖになる。この結果からも理解されるように、抵抗値Ｒｇｘや抵抗値Ｒｇｙの絶縁が劣化した場合、電圧値に大小の関係ができ、この値の大小関係は絶縁劣化が生じた箇所に起因するため、「電源線５２と負荷筐体３０を接続する抵抗３２」と「電源線５３と負荷筐体３０を接続する抵抗３３」のいずれで絶縁劣化が生じたかが分かる。このように、各線間電圧の電圧差より、どの電源線側で漏電が生じたのかを判定することができる制御部１２とするのが好ましい。

【0026】

比較器１８においては、ＶｘとＶｙの比が許容範囲であるか否かを判定するようにしているが、この比較器１８は演算回路１７から入力された結果を、あらかじめ設定してある閾値Ｖ_ＲＥＦと比較して判定するようにしている。この判定結果を基に、開閉器１１を遮断するか否かが定められる。

【0027】

例えば、更なる絶縁劣化により電源線５２と負荷筐体３０を接続する抵抗３２の抵抗値Ｒｇｘが０．９ＭΩになったとする。この場合、電源線５２とボデーアース５１を接続する検出用抵抗６２で検出される電圧値Ｖｘは約３２．０Ｖ、電源線５３とボデーアース５１を接続する検出用抵抗６３で検出される電圧値Ｖｙは約６８．０Ｖになる。ＶｙをＶｘで割ったＶｙ／Ｖｘの値で比較器１８が判定を行うと、抵抗値Ｒｇｘが１００ＭΩであった場合のＶｙ／Ｖｘの値は、約１．０１であるが、抵抗値Ｒｇｘが０．９ＭΩであった場合のＶｙ／Ｖｘの値は、約２．１２である。例えば、閾値Ｖ_ＲＥＦを２．００としていた場合、前者においては、開閉器１１は遮断されず、後者においては開閉器１１が遮断される。

【0028】

ところで、この閾値を設置現場で変更したい場合がある。このようなことを可能にするため、比較器１８の閾値Ｖ_ＲＥＦを可変に設定可能とする閾値設定部２１を備えるようにするのが好ましい。図３に示す例では、手動操作可能なつまみを操作することで、閾値Ｖ_ＲＥＦを変更可能としている。この例では、つまみはスライド操作することができ、１．０から１．６の範囲で設定できるものとしている。なお、実施形態においては、つまみが電源盤１０の開閉器１１の電源部を触れないように保護する保護板が形成され、その保護板の表面側に露出するように取り付けられているため、電源盤１０の扉を開ければ、その後に保護板を開けずとも、閾値Ｖ_ＲＥＦを設定できる。

【0029】

上記した例で閾値Ｖ_ＲＥＦを変更するのは、電源線５２と負荷筐体３０を接続する抵抗３２や電源線５３と負荷筐体３０を接続する抵抗３３などが、問題が生じ得るほどの抵抗値に絶縁劣化しているか否かを判定するための基準を変更するためであるが、閾値Ｖ_ＲＥＦを変更しなくても、当該絶縁抵抗の抵抗値の基準を変更させることができる。具体的には、検出用抵抗６２、６３について抵抗値が可変の可変抵抗器を採用すれば、Ｖｙ／Ｖｘの値もしくはＶｘ／Ｖｙの値が変動しうる「電源線５２と負荷筐体３０間の絶縁抵抗である抵抗３２」及び、「電源線５３と負荷筐体３０間の絶縁抵抗である抵抗３３」などの抵抗値の程度を変更できるため、当該絶縁抵抗の抵抗値の基準を変更しているのと同様の効果を期待できる。

【0030】

このようなことを可能とするには例えば図４や図５に示すような構成を採用すればよい。図４に示す例では、「電源線５２とボデーアース５１を接続する検出用抵抗６２」と「電源線５３とボデーアース５１を接続する検出用抵抗６３」の双方が各々個別に抵抗値を設定可能なものであるが、図５に示すことから理解されるように、接触辺７１を移動させることで、「電源線５２とボデーアース５１を接続する検出用抵抗６２の抵抗値Ｒｘ」と「電源線５３とボデーアース５１を接続する検出用抵抗６３の抵抗値Ｒｙ」の双方を一回の操作で同時に設定可能なようにしても良い。

【0031】

図５に示す例では、手動操作可能なつまみを操作することで、Ｒｘ及びＲｙを変更可能としている。この例では、つまみはスライド操作することができ、１．０から２０．０の範囲で設定できるものとしている。なお、実施形態においては、つまみが保護板の表面側に露出するように取り付けられているため、電源盤１０の扉を開ければ、その後に保護板を開けずとも、検出用抵抗の抵抗値を設定できる。

【0032】

ところで、線間電圧Ｖｘ、Ｖｙを測定した結果などに関して、何らかの情報を外部に伝えたい場合がある。このようなことを可能とするため、漏電を検出したことを外部に通知する報知手段を備えた構成とすることが好ましい。例えば、外部に情報を送信して通知する通信装置２４や、外部から伝えたい内容を視認可能なように表示する表示部２５を備えるようにする。

【0033】

図６に示す例においては、通信装置２４及び表示部２５を備える構成としている。図６に示す例では、制御部１２の演算回路１７から通信装置２４に情報を伝達し、その後、通信装置２４から表示部２５に情報を伝達するように構成しているが、そのような態様に限る必要は無い。例えば、制御部１２から通信装置２４と表示部２５のそれぞれに個別に情報を伝達するようにしても良い。

【0034】

なお、電源線は絶縁被覆の劣化を検出可能とするために、三芯ケーブルを使用することが望ましい。図７に示す例では三芯ケーブル使用時の等価回路を表しており、電源線５２、５３、ボデーアースは絶縁被覆で覆われている。抵抗６４、６５は電源線５２とボデーアース５１間の絶縁抵抗及び、電源線５３とボデーアース５１間の絶縁抵抗つまり、絶縁被覆の絶縁抵抗を表している。図７に示すような構成とすることで、抵抗６４、６５の絶縁劣化つまり、絶縁被覆の劣化についても、抵抗３２及び抵抗３３で絶縁劣化が発生した場合と同様の原理にて検出が可能となる。

【0035】

以上、実施形態を例に挙げて本発明について説明してきたが、本発明は上記実施形態に限定されることはなく、各種の態様とすることが可能である。

【符号の説明】

【0036】

１ 漏電検出システム
１０ 電源盤
１１ 開閉器
１２ 制御部
１７ 演算回路
１８ 比較器
２１ 閾値設定部
３０ 負荷筐体
３１ 負荷
５１ ボデーアース
５２ 電源線
５３ 電源線
６２ 検出用抵抗
６３ 検出用抵抗

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】