(57)【要約】【課題】漏電検出機能に要する部品の実装面積あるいは実装体積の増加を抑制する。【解決手段】交流電力が所定の接続線を介して一対の電源端子に給電される負荷装置に備えられる漏電検出装置であって、一対の電源端子と接地点との間にそれぞれ設けられ、所定のインピーダンスを有する一対の回路素子と、接続線が地絡した際に一対の回路素子と接地点との間に流れる漏電電流を検出する電流検出素子と、該電流検出素子に接続され、漏電電流の大きさに基づいて漏電の発生を判断する漏電判定部とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電力が所定の接続線を介して一対の電源端子に給電される負荷装置に備えられる漏電検出装置であって、
前記一対の電源端子と接地点との間にそれぞれ設けられ、所定のインピーダンスを有する一対の回路素子と、
前記接続線が地絡した際に前記一対の回路素子と前記接地点との間に流れる漏電電流を検出する電流検出素子と、
該電流検出素子に接続され、前記漏電電流の大きさに基づいて漏電の発生を判断する漏電判定部と
を備えることを特徴とする漏電検出装置。
【請求項２】
前記一対の回路素子は、抵抗器あるいはコンデンサであることを特徴とする請求項１記載の漏電検出装置。
【請求項３】
前記負荷装置は、マイクロプロセッサと当該マイクロプロセッサが実行するプログラムを記憶する記憶部を備え、
前記漏電判定部は、前記負荷装置によってソフトウエア的に実現されることを特徴とする請求項１または２記載の漏電検出装置。
【請求項４】
前記負荷装置は、自動航行装置であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の漏電検出装置。
【請求項５】
前記接続線は、前記負荷装置に一組設けられた前記一対の電源端子に対応して一組設けられ、
前記一対の回路素子及び前記電流検出素子は、前記接続線毎に設けられることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の漏電検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、漏電検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、特に大型船舶には自動航行装置を備えるものがある。この自動航行装置は、オートパイロット、自動操舵装置あるいは自動操縦装置とも呼ばれるものであり、舵を自動制御することによって船を目的航路に沿って航行させるものであり、船舶の航行において極めて重要な装置である。例えば、下記特許文献１には、船舶の分電盤に設けられた漏電検出機によって負荷機器における漏電が検出されると、船舶の運航状態等に基づいて漏電した可能性のある機器の情報を出力することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５９７６２２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、船舶における漏電対策をより盤石なものにするためには自動航行装置にも漏電検出機能を設ける必要があるが、従来の自動航行装置には漏電検出機能が設けられていないのが現状である。既存の自動航行装置に漏電検出機能を設けるためには、漏電検出機能に要する部品の実装面積あるいは実装体積の増加を極力抑える必要がある。
【０００５】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、漏電検出機能に要する部品の実装面積あるいは実装体積の増加を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明では、漏電検出装置に係る第１の解決手段として、交流電力が所定の接続線を介して一対の電源端子に給電される負荷装置に備えられる漏電検出装置であって、前記一対の電源端子と接地点との間にそれぞれ設けられ、所定のインピーダンスを有する一対の回路素子と、前記接続線が地絡した際に前記一対の回路素子と前記接地点との間に流れる漏電電流を検出する電流検出素子と、該電流検出素子に接続され、前記漏電電流の大きさに基づいて漏電の発生を判断する漏電判定部とを備える、という手段を採用する。
【０００７】
漏電検出装置に係る第２の解決手段として、上記第１の手段において、前記一対の回路素子は、抵抗器あるいはコンデンサである、という手段を採用する。
【０００８】
漏電検出装置に係る第３の解決手段として、上記第１または第２の手段において、前記負荷装置は、マイクロプロセッサと当該マイクロプロセッサが実行するプログラムを記憶する記憶部を備え、前記漏電判定部は、前記負荷装置によってソフトウエア的に実現される、という手段を採用する。
【０００９】
漏電検出装置に係る第４の解決手段として、上記第１〜第３いずれかの手段において、前記負荷装置は自動航行装置である、という手段を採用する。
【００１０】
漏電検出装置に係る第５の解決手段として、上記第１〜第４いずれかの手段において、前記接続線は、前記負荷装置に一組設けられた前記一対の電源端子に対応して一組設けられ、前記一対の回路素子及び前記電流検出素子は前記接続線毎に設けられる、という手段を採用する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、漏電検出機能に要する部品の実装面積あるいは実装体積の増加を抑制することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態における自動航行装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る漏電検出装置の機能構成を示す回路図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る漏電検出装置の動作を示す第１の模式図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る漏電検出装置の動作を示す第２の模式図である。
【図５】本発明の一実施形態の変形例に係る漏電検出装置の機能構成を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
本実施形態に係る漏電検出装置が備えられる自動航行装置について、図１を参照して説明する。この自動航行装置は、船舶に搭載されて舵を自動制御する舵制御装置であり、図示するように自動操舵部１、手動操舵部２、第１接続部３、第２接続部４、給電部５、第１給電部６、第２給電部７、第１舵角センサ８及び第２舵角センサ９を備え、第１操舵機Ｘ１及び第２操舵機Ｘ２を制御対象とする。
【００１４】
これら各構成要素のうち、自動操舵部１、手動操舵部２、第１接続部３、第２接続部４及び給電部５は、船舶の操舵室つまり船舶の甲板上に設けられたコンソール内に実装されている。また、第１給電部６、第２給電部７、第１舵角センサ８、第２舵角センサ９、第１操舵機Ｘ１及び第２操舵機Ｘ２は、上記コンソールに対して離間した船舶の舵近傍つまり船底かつ船尾近傍に設けられている操舵機室に備えられている。
【００１５】
すなわち、本実施形態の自動航行装置が搭載される船舶は、比較的大型の船舶（例えば客船）であり、操舵の信頼性を確保するために２つの操舵機つまり第１操舵機Ｘ１及び第２操舵機Ｘ２を冗長的に備えている。第１操舵機Ｘ１及び第２操舵機Ｘ２は、油圧機構を用いて舵の舵角を調整する舵駆動機構であり、自動航行装置によって択一的に制御されて舵を駆動する。
【００１６】
自動操舵部１は、船舶の針路を検出するジャイロ（方位検出装置）を備え、当該ジャイロ及び記憶部に予め記憶した航路データを用いることにより、船舶の方位と設定航路に沿った舵角目標値（自動舵角目標値）を時々刻々と生成して第１接続部３及び第２接続部４に出力する。すなわち、この自動操舵部１は、マイクロプロセッサと、当該マイクロプロセッサが実行する操舵プログラム及び上記航路データを記憶する記憶部とを少なくとも備え、航行中の船舶の方位に応じて時々刻々と変化する自動舵角目標値をソフトウエア的に演算して第１接続部３及び第２接続部４に出力する。
【００１７】
手動操舵部２は、上記自動操舵部１に対して並列的に設けられており、船舶の航行を監視する航海士の手動操舵指示を受け付け、当該手動操舵指示に基づく舵角目標値（手動舵角目標値）を生成して第１接続部３及び第２接続部４に出力する。すなわち、この手動操舵部２は、船舶を手動航行させる際に航海士によって手動操作される。
【００１８】
第１接続部３は、自動操舵部１あるいは手動操舵部２から入力された自動舵角目標値あるいは手動舵角目標値を第１制御目標値として第１給電部６に出力すると共に、第１給電部６から入力された交流電力を直流電力に変換して給電部５に出力する一方の中継部である。第２接続部４は、自動操舵部１あるいは手動操舵部２から入力された自動舵角目標値あるいは手動舵角目標値を第２制御目標値として第２給電部７に出力すると共に、第２給電部７から入力された交流電力を直流電力に変換して給電部５に出力する他方の中継部である。
【００１９】
給電部５は、第１接続部３あるいは第２接続部４から入力された直流電力を自動操舵部１及び手動操舵部２に供給する電源回路である。第１給電部６は、自動舵角目標値あるいは手動舵角目標値に基づいて第１操舵機Ｘ１をフィードバック制御すると共に、発電機から入力される交流電力を第１低圧電力に変圧して第１接続部３に出力する。すなわち、第１給電部６は、自動舵角目標値あるいは手動舵角目標値と第１舵角センサ８から入力される第１舵角検出値に基づいて第１操作量を生成して第１操舵機Ｘ１に出力する。
【００２０】
第２給電部７は、自動舵角目標値あるいは手動舵角目標値に基づいて第２操舵機Ｘ２をフィードバック制御すると共に、発電機から入力される交流電力を第２低圧電力に変圧して第２接続部４に出力する。すなわち、第２給電部７は、自動舵角目標値あるいは手動舵角目標値と第２舵角センサ９から入力される第２舵角検出値に基づいて第２操作量を生成して第２操舵機Ｘ２に出力する。なお、上記発電機は、船底部において操舵機室の近傍に設けられた発電室に備えられている。
【００２１】
第１舵角センサ８は、第１操舵機Ｘ１の舵角を第１舵角検出値として検出する検出器であり、第１操舵機Ｘ１に付加的に設けられている。この第１舵角センサ８は、第１舵角検出値を第１給電部６に出力する。第２舵角センサ９は、第２操舵機Ｘ２の舵角を第２舵角検出値として検出する検出器であり、第２操舵機Ｘ２に付加的に設けられている。この第２舵角センサ９は、第２舵角検出値を第２給電部７に出力する。
【００２２】
第１操舵機Ｘ１は、船底部から水中に突出する舵を駆動する油圧機械である。この第１操舵機Ｘ１は、第１給電部６から入力される第１操作量に応じた舵角に舵を設定する。
第２操舵機Ｘ２は、上記舵を駆動する油圧機械である。この第２操舵機Ｘ２は、第２給電部７から入力される第２操作量に応じた舵角に舵を設定する。
【００２３】
このような自動航行装置は、舵制御及び電源系統の二重系を構成している。すなわち、舵は、第１接続部３、第１給電部６、第１舵角センサ８及び第１操舵機Ｘ１によって形成される第１給電制御系統あるいは第２接続部４、第２給電部７、第２舵角センサ９及び第２操舵機Ｘ２によって形成される第２給電制御系統によって制御される。
【００２４】
また、操舵室と操舵機室とは二組の接続線ＰＬ１、ＰＬ２によって接続されている。すなわち、第１給電制御系統を形成すると共に操舵室に設けられる第１接続部３と操舵機室に設けられる第１給電部６とは第１接続線ＰＬ１によって電気的に接続されている。また、第２給電制御系統を形成すると共に操舵室に設けられる第２接続部４と操舵機室に設けられる第２給電部７とは第２接続線ＰＬ２によって電気的に接続されている。
【００２５】
二組の接続線ＰＬ１、ＰＬ２のうち、第１接続線ＰＬ１は、上記第１制御目標値及び第１低圧電力を伝送する伝送線であり、第２接続線ＰＬ２は、上記第２制御目標値及び第２低圧電力を伝送する伝送線である。
【００２６】
続いて、このような自動航行装置における漏電検出装置の構成について、図２を参照して説明する。なお、本実施形態に係る漏電検出装置の構成は、第１給電制御系統及び第２給電制御系統において同一なので、図２では必要に応じて構成要素に２つの符号を付している。
【００２７】
この漏電検出装置は、第１給電部６と第１接続部３を接続する第１接続線ＰＬ１の地絡あるいは／及び第２給電部７と第２接続部４とを接続する第２接続線ＰＬ２の地絡に起因する漏電を検出する。このような漏電検出装置は、図２に示すように第１給電部６及び第２給電部７に備えられた変圧トランスＴ、第１接続部３及び第２接続部４に備えられた一対のコンデンサＣ１、Ｃ２、接地線Ｓ、電流センサ１０及びＣＰＵ１１を備えている。
【００２８】
なお、第１接続線ＰＬ１は、一対の電力線つまり第１電力線Ｕと第２電力線Ｖから構成されており、第１給電部６の変圧トランスＴと第１接続部３のコンバータ及び一対のコンデンサＣ１、Ｃ２とを接続する。また、第２接続線ＰＬ２は、第１接続線ＰＬ１と同様に第１電力線Ｕと第２電力線Ｖから構成されており、第２給電部７の変圧トランスＴと第２接続部４のコンバータ及び一対のコンデンサＣ１、Ｃ２とを接続する。
【００２９】
第１給電部６の変圧トランスＴは、発電機の出力（発電電力）を第１低圧電力に変圧して第１接続線ＰＬ１に出力し、第２給電部７の変圧トランスＴは、発電機の出力（発電電力）を第２低圧電力に変圧して第２接続線ＰＬ２に出力する。すなわち、第１給電部６の変圧トランスＴは、発電機から第１給電部６に入力された所定電圧かつ所定周波数の発電電力を降圧することにより第１低圧電力を生成して第１接続線ＰＬ１に出力し、第２給電部７の変圧トランスＴは、発電機から第２給電部７に入力された所定電圧かつ所定周波数の発電電力を降圧することにより第２低圧電力を生成して第２接続線ＰＬ２に出力する。
【００３０】
第１接続線ＰＬ１は、第１電力線Ｕと第２電力線Ｖとから構成されており、第１低圧電力を第１接続部３に設けられた一対の制御電源端子Ｑ１、Ｑ２に伝送する。すなわち、第１接続線ＰＬ１において、第１電力線Ｕは、第１低圧電力を第１接続部３の第１制御電源端子Ｑ１に伝送し、第２電力線Ｖは、第１低圧電力を第１接続部３の第２制御電源端子Ｑ２に伝送する。
【００３１】
一方、第２接続線ＰＬ２は、第１接続線ＰＬ１と同様に第１電力線Ｕと第２電力線Ｖとから構成されており、第２低圧電力を第２接続部４に設けられた一対の制御電源端子Ｑ１、Ｑ２に伝送する。この第２接続線ＰＬ２において、第１電力線Ｕは、第２低圧電力を第２接続部４の第１制御電源端子Ｑ１に伝送し、第２電力線Ｖは、第２低圧電力を第２接続部４の第２制御電源端子Ｑ２に伝送する。
【００３２】
一対のコンデンサＣ１、Ｃ２は、一対の接続線ＰＬ１、ＰＬ２を介して変圧トランスＴから入力される所定周波数の低圧電力に対して、当該周波数に応じた複素インピーダンス（ｊωＣ）を有する回路素子（受動素子）である。なお、「ω」は低圧電力の周波数ｆに基づく角周波数、「Ｃ」はコンデンサＣ１、Ｃ２の静電容量である。
【００３３】
第１コンデンサＣ１は、図示するように、一端が第１制御電源端子Ｑ１及び第１電力線Ｕを介して変圧トランスＴの第１出力端に接続され、他端が接地線Ｓを介して接地されている。第２コンデンサＣ２は、図示するように、一端が第２制御電源端子Ｑ２及び第２電力線Ｖを介して変圧トランスＴの第２出力端に接続され、他端が接地線Ｓを介して接地されている。
【００３４】
接地線Ｓは、第１コンデンサＣ１の他端と第２コンデンサＣ２の他端との接続点とコンソールの接地点との間に設けられた電線である。電流センサ１０は、このような接地線Ｓに流れる漏電電流を電流検出値として検出する電流検出素子である。電流センサ１０は、上記電流検出値をＣＰＵ１１に出力する。
【００３５】
ＣＰＵ１１は、上記漏電電流の大きさに基づいて一対の接続線ＰＬ１、ＰＬ２の地絡による漏電発生を判定する漏電判定部である。このＣＰＵ１１は、自動航行装置を包括的に制御するマイクロプロセッサを構成し、マイクロプロセッサ内に別途設けられた記憶部に記憶された所定の制御プログラムを実行することにより、上記漏電発生を判定する。すなわち、本実施形態に係る漏電検出装置は、自動航行装置が備えているハードウエア要素であるマイクロプロセッサを流用するものである。
【００３６】
なお、本実施形態における自動航行装置は、第１給電制御系統と第２給電制御系統とを備えるものであり、一組設けられた一対の制御電源端子Ｑ１、Ｑ２に対応して一組の接続線ＰＬ１、ＰＬ２が設けられ、また第１、第２コンデンサＣ１、Ｃ２（一対の回路素子）及び電流センサ１０（電流検出素子）は、接続線ＰＬ１、ＰＬ２毎に設けられている。このような自動航行装置は、発電機の出力に基づく第１、第２低圧電力（交流電力）が一組の接続線つまり第１、第２接続線ＰＬ１、ＰＬ２を介して給電される負荷装置である。
【００３７】
次に、本実施形態に係る漏電検出装置の動作について、図３及び図４を参照して詳しく説明する。
【００３８】
この漏電検出装置は、一対の接続線ＰＬ１、ＰＬ２の地絡に起因する漏電を検出するが、上記地絡のパターンには第１電力線Ｕが地絡する第１パターンと第２電力線Ｖが地絡する第２パターンとがある。図３は、第１パターンに基づく漏電電流の通過経路を示しており、図４は、第２パターンに基づく漏電電流の通過経路を示している。
【００３９】
第１パターンの場合、第１電力線Ｕ及び第２電力線Ｖには変圧トランスＴから所定電圧の低圧電力（交流電力）が入力され、この低圧電力が漏電電流の発生源として機能する。すなわち、この第１パターンでは、漏電電流は、図３の破線矢印で示すようにコンソールの接地点→接地線Ｓ→第２コンデンサＣ２→変圧トランスＴの第２出力端→変圧トランスＴの第１出力端→第１電力線Ｕ→地絡点に向かって流れる。
【００４０】
このような漏電電流の通過経路において、所定の複素インピーダンス（ｊωＣ）を有する第２コンデンサＣ２は、漏電電流を通過させると共に漏電電流の大きさを制限する電流制限素子として機能する。すなわち、第２コンデンサＣ２の静電容量は、第１パターンにおける漏電電流の大きさを比較的小さな値、例えば数ｍＡ程度に設定するように設定されている。
【００４１】
このような漏電検出装置では、この結果として電流センサ１０として比較的小型のものを選定することが可能になり、以って電流センサ１０の実装面積及び実装体積を小容積化することを実現している。すなわち、本実施形態に係る漏電検出装置によれば、電流センサ１０を小型化することが可能なので、漏電検出機能に要する部品の実装面積あるいは実装体積の増加を抑制することが可能である。
【００４２】
ところで、上記漏電電流は、電流センサ１０によって大きさが検出され、当該大きさを示す電流検出値をＣＰＵ１１に出力する。そして、ＣＰＵ１１は、上記電流検出値を制御プログラムに基づいて所定の評価閾値と比較することにより、電流検出値が評価閾値を超えた場合に漏電が発生したと判断する。
【００４３】
すなわち、本実施形態に係る漏電検出装置では、小型の電流センサ１０を用いることに加え、自動航行装置が本来的に備えているハードウエア要素であるマイクロプロセッサのＣＰＵ１１を用いて漏電電流の大きさを評価して漏電発生を判断する。このような漏電検出装置によれば、自動航行装置の本来的なハードウエア要素を流用するので、これによっても漏電検出機能に要する部品の実装面積あるいは実装体積の増加を抑制することが可能である。
【００４４】
ここで、上記第２パターンの場合には、第１パターンと同様に低圧電力が漏電電流の発生源として機能するので、漏電電流は、図４の破線矢印で示すように、コンソールの接地点→接地線Ｓ→第１コンデンサＣ１→変圧トランスＴの第１出力端→変圧トランスＴの第２出力端→第２電力線Ｖ→地絡点に向かって流れる。
【００４５】
このような漏電電流の通過経路において、第１コンデンサＣ１は、第１パターンにおける第２コンデンサＣ２と同様に、漏電電流を通過させると共に漏電電流の大きさを制限する電流制限素子として機能する。そして、第１コンデンサＣ１の静電容量は、第２コンデンサＣ２の静電容量と同様に、漏電電流の大きさを比較的小さな値、例えば数ｍＡ程度に設定するように設定されている。
【００４６】
そして、上記漏電電流は、電流センサ１０によって大きさが検出され、当該大きさを示す電流検出値をＣＰＵ１１に出力する。そして、ＣＰＵ１１は、上記電流検出値を制御プログラムに基づいて所定の評価閾値と比較することにより、電流検出値が評価閾値を超えた場合に漏電が発生したと判断する。
【００４７】
本実施形態に係る漏電検出装置によれば、このような第２パターンにおいても小型の電流センサ１０を用いるので、また自動航行装置の本来的なハードウエア要素を流用するので、漏電検出機能に要する部品の実装面積あるいは実装体積の増加を抑制することが可能である。
【００４８】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
（１）上記実施形態では、漏電電流の大きさを制限する電流制限素子として一対のコンデンサＣ１、Ｃ２を用いたが、本発明はこれに限定されない。例えば図５に示すように、一対のコンデンサＣ１、Ｃ２に代えて一対の抵抗器Ｒ１、Ｒ２（第１抵抗器Ｒ１及び第２抵抗器Ｒ２）を用いてもよい。さらに、一対のコンデンサＣ１、Ｃ２や一対の抵抗器Ｒ１、Ｒ２に代えて、一対の直列回路あるいは一対の並列回路を用いてもよい。直列回路及び並列回路は、例えば抵抗器とコンデンサとから構成される。
【００４９】
（２）上記実施形態では、自動航行装置に本発明を適用した場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。本発明は、自動航行装置以外の様々な装置に適用可能である。
【符号の説明】
【００５０】
１  自動操舵部
２  手動操舵部
３  第１接続部
４  第２接続部
５  給電部
６  第１給電部
７  第２給電部
８  第１舵角センサ
９  第２舵角センサ
１０  電流センサ
１１  ＣＰＵ
Ｘ１  第１操舵機
Ｘ２  第２操舵機
Ｔ  変圧トランス
Ｃ１  第１コンデンサ
Ｃ２  第２コンデンサ
Ｓ  接地線
Ｒ１  第１抵抗器
Ｒ２  第２抵抗器
【図１】
2020046303.tif 000003
【図２】
2020046303.tif 000004
【図３】
2020046303.tif 000005
【図４】
2020046303.tif 000006
【図５】
2020046303.tif 000007