(57)【要約】      （修正有）【課題】地絡電流に直流成分が重畳されている場合でも鉄心の直流偏磁の発生を抑制し、交流成分のみの地絡電流と同等な動作感度を確保して適正に漏電検出が行えるようにした“Type  Ａ”の漏電保護特性に対応する漏電検出装置を提供する。【解決手段】零相変流器４と、零相変流器４の二次側に接続した漏電検出回路６を備えた漏電検出装置において、ホール素子内蔵型のサーチ用零相変流器７と、該零相変流器７のホール素子７ａの出力から直流成分の信号を得る直流変換回路８と、零相変流器４の鉄心を貫通して直流変換回路８から出力する直流電流信号Ｉｄｃを流す励磁用導体９とを備え、該励磁用導体９に流す直流電流信号Ｉｄｃの磁界を逆バイアスとして零相変流器４に加え、直流偏磁を相殺するようにする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流の主回路に配した貫通形の漏電検出用零相変流器と、該零相変流器の二次側に接続した漏電検出回路を備え、主回路に通流する地絡電流を零相変流器により漏電検出回路を介して検出する漏電検出装置において、
直流成分が重畳した地絡電流の通流に起因して発生する零相変流器の鉄心の直流偏磁を抑制する手段として、主回路に流れる地絡電流の直流成分を検出し、その直流成分に相応した磁界を逆バイアス磁界として零相変流器の鉄心に加える偏磁補正手段を備えたことを特徴とする漏電検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の漏電検出装置において、偏磁補正手段が、ホール素子内蔵型のサーチ用零相変流器と、該サーチ用零相変流器のホール素子の出力から直流成分の信号を得る直流変換回路と、漏電検出用零相変流器の鉄心を貫通して前記直流変換回路から出力する直流電流信号を流す励磁用導体とからなり、該励磁用導体に流す直流電流信号の向きを前記漏電検出用零相変流器の直流偏磁を相殺する方向に流すように定めたことを特徴とする漏電検出装置。
【請求項３】
請求項１に記載の漏電検出装置において、偏磁補正手段が、非飽和領域が広い磁気ヒステリシス特性を有する第１のサーチ用零相変流器と、前記第１のサーチ用零相変流器に比べて非飽和領域が狭い磁気ヒステリシス特性を有する第２のサーチ用零相変流器と、第１および第２のサーチ用零相変流器の二次出力側に接続した比較回路と、該比較回路の後段に接続した直流変換回路と、漏電検出用零相変流器の鉄心を貫通して前記直流変換回路から出力する直流電流信号を流す励磁用導体とからなり、該励磁用導体に流す直流電流信号の向きを前記漏電検出用零相変流器の直流偏磁を相殺する方向に流すように定めたことを特徴とする漏電検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、漏電遮断器，漏電継電器などに適用する漏電検出装置に関し、詳しくは直流成分が重畳した地絡電流の検出に対応する“Type Ａ”の漏電検出装置に係わる。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、給電系統に生じた地絡を検出する漏電検出装置は、主回路を一次導体とする零相変流器と、該零相変流器の二次側に接続した漏電検出回路を備え、地絡電流を零相変流器により漏電検出回路を介して検出するようにした構成のものが一般的であり、次にこの漏電検出装置を搭載した漏電遮断器の回路図を図４に示す。図４において、１は３相主回路（Ｒ，Ｓ，Ｔ：電源側端子、Ｕ，Ｖ，Ｗ：負荷側端子）、２は電流遮断部、３は過電流検出装置、４は３相の主回路１を一次導体とする貫通形の零相変流器、５は零相変流器４の二次出力側に接続した漏電検出回路、６はトリップコイルであり、漏電遮断器の負荷側には例えばインバータ装置等を介して負荷（電動機など）が接続されている。
【０００３】
上記漏電遮断器の動作，機能はよく知られた通りであり、給電系統に接続した機器に地絡事故が発生して主回路１に地絡電流が流れると、零相変流器４からの二次出力が漏電検出回路５に入力され、この漏電検出回路５では零相変流器４の二次出力レベル，通流時間などから地絡発生を判別した上で、トリップコイル６に通電して電流遮断部２の接点を開極する。
【０００４】
一方、昨今では、産業用機器の駆動制御にはインバータやサーボを搭載した制御装置の使用が増えてきている。この装置ではインバータやサーボに整流回路，スイッチング素子などが組み込まれていることから、例えば整流回路が故障して地絡事故が生じた場合には主回路に半波整流された波形や位相制御された波形のように直流成分が重畳した地絡電流が発生する。
【０００５】
そこで、前記のような直流成分が重畳した地絡電流を検出するには、ＩＥＣ６０９４７−２，ＪＩＳ  Ｃ８２０１−２−２などで規定された“Type Ａ”の漏電保護特性を備えた漏電検出装置が必要となる（例えば、非特許文献１参照）。なお、図５は前記“Type Ａ”と直流成分を含まない交流地絡電流のみの検出に対応した“Type ＡＣ”の漏電保護特性を対比して表した図表である。
【非特許文献１】土本 雄二，杉本 康浩，「ＩＥＣ６０９４７−２  ＴｙｐｅＡ（半波整流漏電）対応漏電検出ＡＳＩＣ」，三菱電機技報，２００５年６月，Ｖｏｌ７９，Ｎｏ６，ｐ３１〜３４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、前記 “Type Ａ”の漏電遮断器，漏電継電器などに搭載した零相変流器では、地絡電流検出の性能面で次記のような問題がある。
【０００７】
すなわち、零相変流器の鉄心（パーマロイなどの高透磁率の軟質磁性材で作られた環状鉄心）は磁気ヒステリシス特性があり、そのために一次導体に直流成分が重畳された電流が流れると鉄心に直流偏磁，磁気飽和が発生し、このために零相変流器の二次出力が直流偏磁の影響を受けて動作感度が変化するような不具合が発生するようになる。
【０００８】
次に、零相変流器の直流偏磁による漏電検出機能への影響を図６，図７で説明する。なお、図６は交流（正弦波）に直流成分ｄｃが重畳した地絡電流の波形図、図７は図４における零相変流器の鉄心Ｂ−Ｈ特性（ヒステリシス曲線）および入力／出力の関係を表す図である。
【０００９】
ここで、零相変流器の入力(地絡電流)が直流成分を含まない交流波形（正弦波）ＡＣであれば、Ｂ−Ｈ特性の座標軸０点を中心としたヒステリシス曲線の非飽和領域（直線性領域）にΔＨ1の交流磁界が加わることになるので、磁束密度の変化幅ΔＢ1に相応した出力が得られる。これに対して、入力が直流成分を含む交流ＡＣ＋ＤＣである場合には、直流成分の磁界Δｄｃが加わってヒステリシス曲線の磁気飽和領域側に直流偏磁される。このために出力の直線性が失われ、入力の交流成分による磁界強さの変化幅（波高）ΔＨ2がΔＨ1と同等であるにもかかわらず出力は磁束密度の変化幅ΔＢ2に減少し、このままでは入力（地絡電流）に直流成分を含むか、含まないかの条件によって零相変流器の動作感度が変化してしまい、先記した“Type Ａ”の漏電保護特性の確保が困難となる。
【００１０】
なお、鉄心の断面積を大きくして飽和磁束密度を高め、直流偏磁が生じても磁気飽和しないようにすることも可能であるが、鉄心の断面積を大きくすると零相変流器が大型化するために、この零相変流器を搭載する漏電遮断器の外形寸法が同じフレームサイズの配線用遮断器より大型になってしまうといった構造上の問題がある。
【００１１】
この発明は上記の点に鑑みなされたものであり、その目的は地絡電流に直流成分が重畳されている場合でも鉄心の直流偏磁の発生を抑制し、交流成分のみの地絡電流と同等な動作感度を確保して適正に漏電検出が行えるようにした“Type Ａ”の漏電保護特性に対応する漏電検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、この発明によれば、交流の主回路に配した貫通形の漏電検出用零相変流器と、該零相変流器の二次側に接続した漏電検出回路を備え、主回路に通流する地絡電流を零相変流器により漏電検出回路を介して検出する漏電検出装置において、
直流成分が重畳した地絡電流の通流に起因して零相変流器の鉄心に生じる直流偏磁を抑制する手段として、主回路に流れる地絡電流の直流成分を検出し、その直流成分に相応した磁界を逆バイアス磁界として零相変流器の鉄心に加える偏磁補正手段を備えるものとし（請求項１）、その偏磁補正手段は具体的に次記のような態様で構成するものとする。
（１）前記の偏磁補正手段を、ホール素子内蔵型のサーチ用零相変流器と、該サーチ用零相変流器のホール素子の出力から直流成分の信号を得る直流変換回路と、漏電検出用零相変流器の鉄心を貫通して前記直流変換回路から出力する直流電流信号を流す励磁用導体とで構成し、該励磁用導体に流す直流電流信号の向きを前記漏電検出用零相変流器の直流偏磁を相殺する方向に流すようにする（請求項２）。
（２）前記の偏磁補正手段を、非飽和領域が広い磁気ヒステリシス特性を有する第１のサーチ用零相変流器と、前記第１のサーチ用零相変流器に比べて非飽和領域が狭い磁気ヒステリシス特性を有する第２のサーチ用零相変流器と、第１および第２のサーチ用零相変流器の二次出力側に接続した比較回路と、該比較回路の後段に接続した直流変換回路と、漏電検出用零相変流器の鉄心を貫通して前記直流変換回路から出力する直流電流信号を流す励磁用導体とで構成し、該励磁用導体に流す直流電流信号の向きを前記漏電検出用零相変流器の直流偏磁を相殺する方向に流すようにする（請求項３）。
【発明の効果】
【００１３】
上記構成により、主回路に直流成分を含む地絡電流が発生すると、漏電検出用零相変流器の鉄心を貫通する励磁用導体には、サーチ用零相変流器から直流変換回路を経て地絡電流の直流成分に相当する励磁電流が流れ、この励磁電流による直流磁界が漏電検出用零相変流器の鉄心に重畳して地絡電流による直流偏磁を相殺する。
【００１４】
これにより、主回路に流れる地絡電流に直流成分が重畳されていても、漏電検出用零相変流器は直流偏磁に起因する磁気飽和の影響を受けることなしに、交流成分のみの地絡電流と同等な動作感度を確保して的確に漏電検出が行え、漏電検出装置の動作信頼性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、この発明の実施の形態を図１〜図３に示す実施例に基づいて説明する。なお、図１（ａ），（ｂ）は第１の実施例、図２は第２の実施例、図３は第２実施例の機能説明図であり、図４に対応する部材には同じ符号を付している。
【実施例１】
【００１６】
この実施例では、図１（ａ）で示すように主回路１には漏電検出用の零相変流器４と別にホール素子内蔵型のサーチ用零相変流器７，および直流変換回路８を追加配備し、地絡電流の直流成分をサーチ用零相変流器７の出力から後段の直流変換回路８を介して零相変流器４の環状鉄心を貫通させた励磁用導体９に流して該零相変流器４の直流偏磁を相殺するようにしている。
【００１７】
ここで、図示例のサーチ用零相変流器７は、例えば、特許第３９４０９４７号明細書に開示されている零相変流器の磁気センサにホール素子を採用したものを用いる。また、直流変換回路８は、増幅器，ローパスフィルター，ドライブ回路より構成されたものであり、図１（ｂ）で示すようにサーチ用零相変流器７のホール素子７ａの出力から地絡電流の直流成分に相応した直流電流信号Ｉdcを分離して取り出し、この直流電流信号を逆バイアス用の励磁電流として零相変流器４の鉄心を貫通する励磁用導体９に流すようにしている。ここで、零相変流器４の一次導体に流れる地絡電流の直流成分が電源側から負荷側に流れている場合には、前記励磁用導体９に流す励磁電流Ｉdcの向きを負荷側から電源側に流すように定める。なお、サーチ用零相変流器７はホール素子７ａより地絡電流の直流成分を検出できればよく、その鉄心は断面積が小さく、かつ磁性材には非飽和領域の広いヒステリシス特性のパーマロイか、場合によっては珪素鋼板や純鉄を使用するものとする。
【００１８】
これにより、図７で述べた直流偏磁Δｄｃが相殺され、入力磁界ΔＨ２はヒステリシス曲線の非飽和領域側にシフトされる。したがって、主回路１に直流成分が重畳された地絡電流ＡＣ＋ＤＣが流れた場合でも、直流偏磁の影響を受けることなく交流成分のみの地絡電流ＡＣと同様な動作感度で地絡電流を検出することができる。
【実施例２】
【００１９】
次に、この発明の請求項３に係わる第２実施例の構成，機能を図２，図３で説明する。この実施例では、図２で示すように、偏磁補正手段のサーチ用零相変流器として非飽和領域が広い磁気ヒステリシス特性を有する第１のサーチ用零相変流器１０と、前記第１のサーチ用零相変流器１０に比べて非飽和領域が狭い磁気ヒステリシス特性を有する第２のサーチ用零相変流器１１を使用し、その出力側に差動増幅器などからなる比較回路１２を組み合わせた上で、先記実施例１と同様な直流変換回路８を介して漏電検出用の零相変流器４に付設した励磁用導体９に励磁電流Ｉdcを流して直流偏磁を相殺するようにしている。
【００２０】
ここで、前記した第１のサーチ用零相変流器１０は、磁気飽和し難い珪素鋼板または純鉄などの磁性材で鉄心を構成し、第２のサーチ用零相変流器１１の鉄心は、漏電検出用の零相変流器４と同様な透磁率の高いパーマロイの磁性材を採用する。
【００２１】
図３は前記した第１，第２のサーチ用零相変流器１０，１１の磁気特性を表したＢ−Ｈ特性図であり、図中のヒステリシス曲線１０Ａ，１１Ａはそれぞれ第１，第２のサーチ用零相変流器１０，１１に対応している。ここで、ヒステリシス曲線１０Ａ，１１Ａに対して磁気飽和を起こさない入力の磁界強さをＨ1、ヒステリシス曲線１１Ａの上で磁気飽和を引き起こす磁界強さをＨ2、また前記の磁界強さＨ1，Ｈ2に対応する出力(磁束密度)をそれぞれＢ1,Ｂ2およびＢ1',Ｂ2'として、入力に直流成分の電流が重畳されると直流偏磁が加わり、Ｂ−Ｈ特性の横軸(Ｈ)上でＨ1が右側にシフトしてＨ2に偏磁される。
【００２２】
したがって、入力の直流成分によるＨ1とＨ2との間の偏磁幅は、理論的に (Ｂ1／Ｂ2)−(Ｂ1'／Ｂ2')として比較回路１２より検知可能であり、この実施例では具体的に次記のような方法で地絡電流の直量成分を検出するようにしている。
【００２３】
すなわち、第１のサーチ用零相電流器１０および第２のサーチ用零相変流器１１のそれぞれの二次出力端には負荷抵抗(図示せず)を挿入し、この負荷抵抗を調整して磁界強さＨ1では零相変流器１０の出力Ｂ2と零相変流器１１の出力Ｂ1とが同等になるように設定する。なお、零相変流器１０，１１の二次側に前記の負荷抵抗を挿入する代わりに、第２のサーチ用零相変流器１０と比較回路１２との間に増幅器を挿入してＢ1とＢ2が等しくよう調整することもできる。
【００２４】
その上で、零相変流器１０，１１の出力を比較回路１２に加えることにより、主回路１に直流成分が重畳した地絡電流が流れて零相変流器１１に磁気飽和が生じた場合には、比較回路１２よりＢ1'−Ｂ2'×（Ｂ1／Ｂ2）の出力が得られる。そして、比較回路１２の出力を先記実施例１と同様に直流変換回路８を介して漏電検出用の零相変流器４の環状鉄心を貫通した励磁用導体９に流すことにより、主回路１の地絡電流に直流成分が重畳されている場合でも、漏電検出用零相変流器４の直流偏磁の影響を抑えて地絡電流を交流成分のみの地絡電流と同等な動作感度で検知する事ができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】この発明の第１実施例による漏電検出装置の説明図で、（ａ）は漏電検出装置を搭載した漏電遮断器の回路図、（ｂ）は（ａ）におけるサーチ用零相変流器の出力特性図
【図２】この発明の第２実施例による漏電検出装置を搭載した漏電遮断器の回路図
【図３】図２における第１，第２のサーチ用零相変流器の磁気特性を表すＢ−Ｈ特性図
【図４】従来における一般的な漏電遮断器の回路図
【図５】“Type Ａ”と“Type ＡＣ”の漏電保護特性を対比して表した図表
【図６】直流成分が重畳された地絡電流の波形図
【図７】図４における零相変流器の鉄心Ｂ−Ｈ特性（ヒステリシス曲線）および入力／出力の関係を表す図
【符号の説明】
【００２６】
１    主回路
２    電流遮断部
４    零相変流器
５    漏電検出回路
６    トリップコイル
７    ホール素子内蔵型のサーチ用零相変流器
７ａ  ホール素子
８    直流変換回路
９    励磁用導体
１０    第１のサーチ用零相変流器
１１    第２のサーチ用零相変流器
１２      比較回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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