(57)【要約】  三相電源、３又は４線のメイン回路およびメイン回路両端に接続された複数の３又は４線のフィーダ回路を含む三相電力配電網に使用する漏電遮断システムを構成する複数のＧＦＣＩユニットおよびプロセッサを含む三相電力系統用漏電遮断の方法およびシステム。メイン回路およびフィーダ回路の各々にＧＦＣＩユニットが設けられる。プロセッサは、メインＧＦＣＩユニットおよび各フィーダＧＦＣＩユニットを連続的に監視して、故障が発生した時と場所を決定し、それに応答して故障した回路を遮断し、故障していない回路のトリップを禁止するようにプログラムされる。新規なＧＦＣＩシステムは、固定アースされた、抵抗でアースされた、あるいは、アースされていない三相系のほか、その他の三相系に適用できる。
2009512415.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
別々に導き出すことのできる三相電力供給系統用漏電遮断器（ＧＦＣＩ）システムであって、三相電源と、複数のフィーダ回路がつながったメイン・バス回路とを含み、
前記メイン・バスおよび前記フィーダ回路の各々に付随して、それらを通ってアースに流れる容量性充電電流又は故障電流を監視して、前記各回路のいくつかの導体を通って流れる電流のアンバランスの程度に釣り合った故障信号を生成するように動作する複数のＧＦＣＩユニットと、
メイン・バス上のＧＦＣＩユニットおよびメイン・バス回路に接続された各フィーダ回路上のＧＦＣＩユニットによって生成される故障信号を連続的に監視するプロセッサであって、
メイン・バス回路のＧＦＣＩユニットによって生成された故障信号とフィーダ回路のＧＦＣＩユニットによって生成された故障信号との間で、予め決められた特定の関係に基づいて故障状態が存在するときを決定するように、
どの回路に故障があるかを決定するように、
故障している回路のＧＦＣＩユニットにトリップ信号を生成および送信して、この回路を遮断させるように、および
他の回路の少なくともいくつかに禁止信号を生成および送信して、これらの回路が遮断されることを禁止するように、
プログラムされたプロセッサと、
を含む漏電遮断器（ＧＦＣＩ）システム。
【請求項２】
請求項１記載の漏電遮断器（ＧＦＣＩ）システムであって、前記プロセッサは、
メイン・バス回路のＧＦＣＩユニットからの故障信号および少なくとも１つのフィーダ回路のＧＦＣＩユニットからの故障信号が予め決められた閾値よりも大きい振幅を有する場合で、かつ
メイン・バス回路のＧＦＣＩユニットからの故障信号が、前記フィーダ回路の任意のもののＧＦＣＩユニットからの故障信号よりも少なくとも予め決められた割合だけ大きい場合に、
メイン・バス回路に故障状態が存在すると決定するようにプログラムされている前記漏電遮断器（ＧＦＣＩ）システム。
【請求項３】
請求項２記載の漏電遮断器（ＧＦＣＩ）システムであって、前記プロセッサは、更に、
メイン回路に故障状態が存在していない場合で、かつ
任意のフィーダ回路のＧＦＣＩユニットによって生成された故障信号が他のフィーダ回路のＧＦＣＩユニットによって生成された故障信号よりも実質的に大きい場合に、
フィーダ回路の１つに故障状態が存在すると決定するようにプログラムされている前記漏電遮断器（ＧＦＣＩ）システム。
【請求項４】
請求項３記載の漏電遮断器（ＧＦＣＩ）システムであって、前記プロセッサは、更に、
メイン回路に故障状態が存在していない場合で、かつ
任意のフィーダ回路のＧＦＣＩユニットによって生成された故障信号が他のフィーダ回路のＧＦＣＩユニットによって生成された故障信号よりも実質的に大きくない場合に、
フィーダ回路のいずれにも故障状態が存在しないと決定するようにプログラムされている前記漏電遮断器（ＧＦＣＩ）システム。
【請求項５】
請求項１記載の漏電遮断器（ＧＦＣＩ）システムであって、更に、
前記ＧＦＣＩユニットと前記プロセッサとの間で故障信号と、トリップおよび禁止信号とを交信する伝送手段、
を含み、
前記各ＧＦＣＩユニットは、
対応するメイン又はフィーダ回路の電流を運ぶ導体に接続されて、そこを流れる任意のアンバランスな電流に応答して故障信号を発生する地絡センサ（ＧＦＳ）ユニットと、
トリップおよび禁止信号に応答して、対応するメイン又はフィーダ回路の遮断又は遮断禁止を行う回路遮断器と、
を含む前記漏電遮断器（ＧＦＣＩ）システム。
【請求項６】
請求項５記載の漏電遮断器（ＧＦＣＩ）システムであって、前記各ＧＦＣＩユニットは、更に、
それのＧＦＳユニットとのインタフェースとして、生成された故障信号を、前記伝送手段を通して前記プロセッサに送信するのに適した形に翻訳する第１の送信器と、
プロセッサから前記伝送手段を通してＧＦＣＩユニットに送信された翻訳されたトリップおよび禁止信号を受信して、翻訳されたトリップおよび禁止信号をそれの回路遮断器とのインタフェースとして適した形に変換する第１の受信器と、
を含み、
前記プロセッサは、
翻訳された故障信号を受信し、これらをプロセッサとのインタフェースとして適した形に変換する第２の受信器と、
プロセッサとのインタフェースとして、前記プロセッサによって生成されたトリップおよび禁止信号を、前記伝送手段を通して前記第１の受信器に送信するのに適した形に翻訳する第２の送信器と、
を含む前記漏電遮断器（ＧＦＣＩ）システム。
【請求項７】
請求項１記載の漏電遮断器（ＧＦＣＩ）システムであって、前記プロセッサは、
メイン回路のＧＦＣＩユニットによって生成された故障信号およびフィーダ回路のＧＦＣＩユニットによって生成された故障信号が、予め決められた閾値よりも大きい振幅のものでない場合か、あるいは、
メイン回路のＧＦＣＩユニットによって生成された故障信号および少なくとも１つのフィーダ回路のＧＦＣＩユニットによって生成された故障信号が、相互の予め決められた割合以内にある振幅を有していない場合に、
メイン回路に故障状態が存在すると決定するようにプログラムされている前記漏電遮断器（ＧＦＣＩ）システム。
【請求項８】
請求項７記載の漏電遮断器（ＧＦＣＩ）システムであって、前記プロセッサは、更に、
メイン回路に故障状態が存在していない場合で、かつ
任意のフィーダ回路のＧＦＣＩユニットによって生成された故障信号が他のフィーダ回路のＧＦＣＩユニットによって生成された故障信号よりも実質的に大きくない場合に、
フィーダ回路のどれにも故障状態が存在しないと決定するようにプログラムされている前記漏電遮断器（ＧＦＣＩ）システム。
【請求項９】
請求項８記載の漏電遮断器（ＧＦＣＩ）システムであって、前記プロセッサは、更に、
メイン回路に故障状態が存在していない場合で、かつ
任意のフィーダ回路のＧＦＣＩユニットによって生成された故障信号が他のフィーダ回路のＧＦＣＩユニットによって生成された故障信号よりも実質的に大きい場合に、
フィーダ回路の少なくとも１つに故障状態が存在すると決定するようにプログラムされている前記漏電遮断器（ＧＦＣＩ）システム。
【請求項１０】
三相電源と複数のフィーダ回路を接続されたメイン・バス回路とを含み、更にメイン・バスおよび各フィーダ回路にそれぞれ接続されて動作する複数の漏電遮断器（ＧＦＣＩ）システムであって、付随回路のいくつかの導体間の電流アンバランスの程度に釣り合った故障信号を生成し、トリップ信号および禁止信号に正しく応答する複数の漏電遮断器（ＧＦＣＩ）システムを含む別々に引き出される三相電力供給系統用漏電遮断を提供する方法であって、
いくつかのＧＦＣＩユニットによって生成された故障信号を監視する工程と、
メイン・バスのＧＦＣＩユニットによって生成された故障信号とフィーダ回路のＧＦＣＩユニットによって生成される故障信号との間の特定の予め決められた関係に基づいて、故障状態が存在するときを決定する工程と、
いくつかの回路のうちどこに故障があるか決定する工程と、
故障している回路のＧＦＣＩユニットにトリップ信号を生成および送信して、この回路を遮断させる工程と、
その他の回路の少なくともいくつかのＧＦＣＩユニットに禁止信号を生成および送信して、これらの回路が遮断されることを禁止する工程と、
を含む漏電遮断を提供する方法。
【請求項１１】
請求項１０記載の漏電遮断を提供する方法であって、更に、
メイン回路のＧＦＣＩユニットからの故障信号および少なくとも１つのフィーダ回路のＧＦＣＩユニットからの故障信号が予め決められた閾値よりも大きい振幅を有する場合で、かつ
メイン回路のＧＦＣＩユニットからの故障信号が前記フィーダ回路の任意のもののＧＦＣＩユニットからの故障信号よりも少なくとも予め決められた割合だけ大きい場合に、
メイン回路に故障状態が存在しないと決定する工程、
を含む前記漏電遮断を提供する方法。
【請求項１２】
請求項１１記載の漏電遮断を提供する方法であって、更に、
メイン回路に故障状態が存在しない場合で、かつ
任意のフィーダ回路のＧＦＣＩユニットによって生成された故障信号がすべての他のフィーダ回路のＧＦＣＩユニットによって生成された故障信号よりも実質的に大きい場合に、
フィーダ回路の１つに故障状態が存在すると決定する工程、
を含む前記漏電遮断を提供する方法。
【請求項１３】
請求項１２記載の漏電遮断を提供する方法であって、更に、
メイン回路に故障状態が存在しない場合で、かつ
任意のフィーダ回路のＧＦＣＩユニットによって生成された故障信号がどれもすべての他のフィーダ回路のＧＦＣＩユニットによって生成された故障信号よりも実質的に大きくない場合に、
フィーダ回路のどれにも故障状態が存在しないと決定する工程、
を含む前記漏電遮断を提供する方法。
【請求項１４】
請求項１０記載の漏電遮断を提供する方法であって、更に、
メイン回路のＧＦＣＩユニットによって生成された故障信号およびフィーダ回路のＧＦＣＩユニットの少なくとも１つによって生成された故障信号が予め決められた閾値よりも大きい振幅を有しないか、あるいは、
メイン回路のＧＦＣＩユニットによって生成された故障信号および少なくとも１つのフィーダ回路のＧＦＣＩユニットによって生成された故障信号が、相互の予め決められた割合内の振幅を有しない場合に、
メイン回路に故障状態が存在しないと決定する工程、
を含む前記漏電遮断を提供する方法。
【請求項１５】
請求項１４記載の漏電遮断を提供する方法であって、前記プロセッサは、
メイン回路の故障状態が存在しない場合で、かつ
任意のフィーダ回路のＧＦＣＩユニットによって生成された故障信号が他のフィーダ回路のＧＦＣＩユニットによって生成された故障信号よりも実質的に大きくない場合に、
フィーダ回路のどれにも故障状態が存在しないと決定するようにプログラムされている前記漏電遮断を提供する方法。
【請求項１６】
三相電源と、複数のフィーダ回路を接続されたメイン・バス回路とを含み、更にアースへの偶発的な故障から保護する漏電保護システムを含む三相電力供給系統であって、進歩した漏電保護システムは、
メイン・バス回路又は前記フィーダ回路の１つのいずれかにそれぞれ付随する複数の漏電遮断器（ＧＦＣＩ）ユニットであって、これらを通って流れる容量性充電電流を監視し、付随回路のいくつかの導体を通って流れる電流のアンバランス程度に釣り合った振幅の故障信号を生成するように動作する漏電遮断器（ＧＦＣＩ）ユニットと、
メイン・バス回路のＧＦＣＩユニットおよび各フィーダ回路上のＧＦＣＩユニットによって生成された故障信号を連続的に監視するように、通信できる状態で接続されたプロセッサであって、
メイン・バスのＧＦＣＩユニットによって生成された故障信号とフィーダ回路のＧＦＣＩユニットによって生成された故障信号との間の特定の予め決められた関係に基づいて、故障状態が存在するときを決定するように、
前記回路のどれに故障が存在するかを決定するように、
故障している回路のＧＦＣＩユニットにトリップ信号を生成および送信して、この回路を遮断させるように、そして
他の回路の少なくともいくつかに禁止信号を生成および送信して、これらの回路が遮断されることを禁止するように、
プログラムされているプロセッサと、
を含む三相電力供給系統。
【請求項１７】
請求項１６記載の三相電力供給系統であって、前記プロセッサは、
メイン回路のＧＦＣＩユニットからの故障信号および少なくとも１つのフィーダ回路のＧＦＣＩユニットからの故障信号が予め決められた閾値よりも大きい振幅を有する場合で、かつ
メイン回路のＧＦＣＩユニットからの故障信号が前記フィーダ回路の任意のもののＧＦＣＩユニットからの故障信号よりも少なくとも予め決められた割合だけ大きい場合に、
メイン回路に故障状態が存在しないと決定できる前記三相電力供給系統。
【請求項１８】
請求項１７記載の三相電力供給系統であって、前記プロセッサは、更に
メイン回路に故障状態が存在しない場合で、かつ
任意のフィーダ回路のＧＦＣＩユニットによって生成された故障信号が他のフィーダ回路のＧＦＣＩユニットによって生成された故障信号よりも実質的に大きくない場合に、
フィーダ回路のどれにも故障状態が存在しないと決定できる前記三相電力供給系統。
【請求項１９】
請求項１８記載の三相電力供給系統であって、前記プロセッサは、更に
メイン回路に故障状態が存在しない場合で、かつ
任意のフィーダ回路のＧＦＣＩユニットによって生成された故障信号が、他のフィーダ回路の１つのＧＦＣＩユニットによって生成された故障信号よりも実質的に大きい場合に、
フィーダ回路の１つに故障状態が存在すると決定できる前記三相電力供給系統。
【請求項２０】
請求項１６記載の三相電力供給系統であって、前記プロセッサは、
メイン回路のＧＦＣＩユニットからの故障信号および少なくとも１つのフィーダ回路のＧＦＣＩユニットからの故障信号が予め決められた閾値より大きい振幅を有していないか、あるいは、
メイン回路のＧＦＣＩユニットからの故障信号および少なくとも１つのフィーダ回路からの少なくとも１つの故障信号が互いの予め決められた割合内にない場合に、
メイン回路の故障状態が存在しないと決定できる前記三相電力供給系統。
【請求項２１】
請求項２０記載の三相電力供給系統であって、前記プロセッサは、更に
メイン回路に故障状態が存在しない場合で、かつ
任意のフィーダ回路のＧＦＣＩユニットによって生成された故障信号が、他のフィーダ回路のＧＦＣＩユニットによって生成された故障信号よりも実質的に大きくない場合に、
フィーダ回路のどれにも故障状態が存在しないと決定できる前記三相電力供給系統。
【請求項２２】
請求項２１記載の三相電力供給系統であって、前記プロセッサは、更に、
メイン回路に故障状態が存在しない場合で、かつ
任意のフィーダ回路のＧＦＣＩユニットによって生成された故障信号が、他のフィーダ回路の１つのＧＦＣＩユニットによって生成された故障信号よりも実質的に大きい場合に、
フィーダ回路の１つに故障状態が存在すると決定できる前記三相電力供給系統。
【請求項２３】
請求項１６記載の三相電力供給系統であって、前記進歩した漏電保護システムは、更に、
前記ＧＦＣＩユニットと前記プロセッサとの間で故障信号と、トリップおよび禁止信号とを送信する伝送手段、
を含み、
前記各ＧＦＣＩユニットは、
対応するメイン又はフィーダ回路の電流を運ぶ導体に接続されて、これを流れる任意のアンバランスな電流に対応する故障信号を生成するように動作する地絡センサ（ＧＦＳ）ユニットと、
トリップおよび禁止信号に応答して、対応するメイン又はフィーダ回路を遮断又は遮断禁止する回路遮断器と、
を含む前記三相電力供給系統。
【請求項２４】
請求項２３記載の三相電力供給系統であって、前記各ＧＦＣＩユニットは、更に、
それのＧＦＳユニットとのインタフェースとして、生成された故障信号を、前記伝送手段を通して前記プロセッサに送信するのに適した形に翻訳する第１の送信器と、
プロセッサから前記伝送手段を通してＧＦＣＩユニットに送信された翻訳されたトリップおよび禁止信号を受信して、翻訳されたトリップおよび禁止信号をそれの回路遮断器とのインタフェースとして適した形に変換する第１の受信器と、
を含み、
前記プロセッサは、
翻訳された故障信号を受信し、これらをプロセッサとのインタフェースとして適した形に変換する第２の受信器と、
プロセッサとのインタフェースとして、前記プロセッサによって生成されたトリップおよび禁止信号を、前記伝送手段を通して前記第１の受信器に送信するのに適した形に翻訳する第２の送信器と、
を含む前記三相電力供給系統。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（背景）
（発明の分野）
本発明は、一般に漏電遮断器（ＧＦＣＩ）システムに関するものであって、更に詳細には、交流の、別々に引き出される三相電力系統用の新規な進歩したＧＦＣＩシステムであり、メイン電源バス供給ライン上およびそれに接続される各フィーダ回路上の電流のバランス状態を連続的に監視するための手段が設けられており、メイン・バス供給ラインで検出された電流と任意のフィーダ回路で検出された電流との間の一定の関係に基づいて、故障状態が存在することが決定した場合に、故障回路をトリップし、その他の回路がトリップするのを禁止するＧＦＣＩシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
（従来技術の議論）
従来技術の漏電保護システムは、通常、バランスした電流を運ぶ電力導体中の電流に小さい差分を感知するように設計される。そのような差分は、ライン導体の１本からアースへの電流リークによって引き起こされ、それによって、センサ位置の導体を流れる電流をバランスさせ、差分をなくそうとする中性導体の正常時の電流を妨害する。もし差分電流が一定の予め決められたレベルより小さければ、電力は、通常は、遮断されることなく流れることを許される。しかし、もし予め決められた閾値を超える差分電流が十分長時間流れれば、それは、恐らく絶縁故障の兆候であったり、人体に対する危険なショックが発生したりしていることを意味するため、回路は、遮断される。
【０００３】
誤った信号は、しばしば漏電遮断器に本当の故障電流と混同させる。例えば、急激な負荷の変動や、落雷によって誘導されるサージによって引き起こされる電力ラインの過渡現象は、漏電遮断器システムに不必要なライン・トリップを行わせる。そのような回路遮断は、効率的なシステム稼働の障害となるため、それに耐えられないことからそのような機器のユーザが感度仕様値を危険な高レベルに引き上げるケースは、珍しくない。三相電力系統でしばしば経験する定常状態での誤った信号は、下流のいくつかのフィーダ・ラインの少なくとも１本からアースへの容量性電流である。これは、負荷までの長いケーブルによって、あるいは、電力系統の電圧サージによって負荷を利用する機器に与えられる損傷を回避するために使用されるような個々の相からアースに接続されたコンデンサによって、あるいは、ライン上の真の故障と何ら関係しない類似の回路効果によって引き起こされる。従って、不十分であることが判明した理由のせいで、更に本当の故障が発生していないのに回路を不必要に遮断するようにシステムに応答させる理由のせいで、地絡検出器および遮断器システムによって引き起こされる回路遮断は、迷惑至極であり、回避されなければならないと言うことができる。本当の地絡には、異なる原因があり、供給導体中の電流に異なるレベルの電流不均衡をもたらす。この電流不均衡が、比較的大きい場合、すなわち、比較的大きい地絡電流が流れた場合、システムは、迅速かつ躊躇なく応答しなければならない。
【０００４】
最新のＧＦＣＩ技術は、ライン対アースで１２５ボルトを超えるか、あるいは、ライン間で２５０ボルトを超えるシステムに対して限定的に応用されている。従来のＧＦＣＩ応用は、原理的に単相、１２０−２４０ボルトの電力系統に応用できる。システムが三相で、アースとの間が１２５ボルトを超える多フィーダ回路システム（例えば、通常、アースとの間にそれぞれ２３０ボルト又は２７７ボルトの正常電圧を有する、相間定格４００又は４８０ボルトのシステム）であるときに、１相がアース地絡を起こすと、影響を受けないフィーダの故障を起こしていない相の容量性充電電流の大きさは、影響されないフィーダのＧＦＣＩを「誤ってトリップする」大きさに容易に達する。これは、アースとの間が１２５ボルトより低い定格のシステム（例えば、２４０−１２０ボルトの単相システム、又は２０８Ｙ／１２０ボルトの三相システム）では、稀な問題である。というのは、４から６ｍＡのＧＦＣＩとリップ・レベルを超える容量性充電電流を生じるためには、極めて長いフィーダ回路（約１０００フィート（３０５ｍ）の長さの回路導体を備えた）が必要となるためである。
【０００５】
米国で照明回路に普通に使用される電圧は、相対アース（又は相対中性）で２７７ボルトであり、これは、相間定格４８０ボルト（異例な「隅をアースされた」システムを除く）のすべての三相電力系統について存在するアース又は中性との間の電圧である。人体を通る地絡回路を構成する人間の感電を含む典型的な状況で、死は、一瞬で訪れるものではなく、大概、心室細動が原因となる。感電電流が大きければ、心室細動が発生するまでの時間も短くなる。１０００ボルトにおいて、人体の抵抗の９５パーセントまでは、１０５０オームの「乾燥した」手から手までの抵抗および９４５オームの乾燥した手から足までの抵抗で構成される（２００５年７月発行の、ＩＥＣ  ＴＳ６０４７９−１の第４版を参照）。一例として、６９０ボルト系に関する計算例に、最も小さい９４５オームの乾燥した手から足までの抵抗を使用できる。２２５ボルトという低い電圧において、乾燥した手から手までの抵抗は、１９００オームであり、乾燥した手から足までの抵抗は、約１７１０オームである。これらの抵抗値を使用すると、手から手までの１９００オームの抵抗は、２７７ボルトの電圧において、１４６ミリアンペア（ｍＡ）の人体電流に相当する。１７１０オームの手から足までの抵抗は、２７７ボルトにおいて、１６２ｍＡの人体電流に相当する。これら例示した電流レベルは、いずれも人が自力で手を離す、すなわち通電導体から手を離すことのできる閾値６ｍＡを大幅に超えている。実際、このような大きさの電流が約１秒間以上人体を通って流れ続ければ、心臓の心室細動が生ずる。事実、今日経験される感電死の多くが２７７ボルトレベルで発生している。
【０００６】
このように、心室細動は、致死的な感電事故における主たる死因として考えられる。約４０ｍＡを超えるショック電流が心臓を流れると心室細動が発生する。公表された（２００５年７月発行のＩＥＣ  ＴＳ６０４７９−１の第４版の図２０）の人体を流れる電流の各種の露出時間間隔について示した時間対電流（約４０ｍＡから１５００ｍＡまでの電流範囲で）のグラフは、心室細動を引き起こす可能性について１組の確率曲線（「閾値リスク」から５０％確率までの範囲）を示している。ここに示唆されるように、ショックの時間は、鍵となる因子である。ＩＥＣ  ＴＳ６０４７９−１によれば、「０．１秒以内のショック時間に対して、細動が発生するのは、５００ｍＡを超える電流に対してであり、もしショックが易損期に収まれば、数アンペアのオーダの電流に対して発生する。そのような強さおよび心拍１サイクルよりも長時間のショックに対して、心拍停止は、回復可能となろう」とある。更に、「心電図のＴ波の第１の部分に損傷を受け易い期間があり、それは、心拍サイクルの約１０％である、云々」となっている。電圧の源を十分素早く取り除くことができれば、数アンペアに達するような人体電流に関してショックは、必ずしも感電を引き起こさない。人から電圧源を素早く取り除けばそれだけ心室細動の発生確率は、少なくなる。迅速に医学的処置（すなわち、心肺蘇生とそれに続く除細動）を開始しない限り、心室細動は、しばしば死につながる。
【０００７】
国際電気標準会議（ＩＥＣ）による左手から足へのショック（心臓電流ファクタ１）に関する心室細動の閾値５％確率の経験的曲線「ｃ１」は、次式で表される。
ｔ（Ｉ）＝０．２［（５００−Ｉ）／（Ｉ−４０）］０．５
【０００８】
ここでｔ＝秒単位で表された時間
Ｉ＝ミリアンペア（ｍＡ）単位で表された電流
【０００９】
この式に従う計算によれば、左手から足へのショックの「最悪のケース」について心室細動を回避するために、ＧＦＣＩ装置は、４００ｍＡの電流を０．１秒以内に取り除かなければならない。
【００１０】
６９０ボルトの三相系統（相間で最大電圧７２０ボルト）については、
Ｉｂｏｄｙ＝（７２０／１．７３２）／９４５
＝０．４４０Ａ  又は  〜４４０ｍＡ
【００１１】
ラインとアースとの間で１２５ボルトを超える電圧又は三相系統でＧＦＣＩの応用を禁止してきた１つの事実は、上で指摘したように、そのような電力系統ですべてのフィーダ回路がアースとの間に固有の容量を有することである。これは、「系統充電電流」と呼ばれ、以下で議論する。すべてのそのような系統に存在する通常の系統充電電流は、ＧＦＣＩ装置の公称６ｍＡの閾値を超えることがしばしばで、その結果、地絡を起こした回路中に実際には含まれないＧＦＣＩ保護回路の厄介なトリップにつながる。
【００１２】
ここで、図１を参照すると、三相電源Ｓがメイン相ラインＡ、Ｂ、Ｃを介して一対の負荷ＬＯＡＤ１およびＬＯＡＤ２に、それぞれフィーダ・ラインＡ’、Ｂ’、Ｃ’およびＡ’’、Ｂ’’、Ｃ’’を通して接続されているように示されている。この回路は、従来技術によるＧＦＣＩの応用を表しており、図示されたユニットＧＦＳＩ１およびＧＦＳＩ２などの分離した複数のＧＦＣＩユニットがそれぞれの対応するフィーダ回路の保護機構として用いられている。図示された破線は、容量を表す記号「Ｃ０」で、各フィーダ・ラインについてアースとの分布容量を表す。ＬＯＡＤ１へのフィーダ回路についての系統充電電流「ＩＣ」は、相当たりのアースとの間の容量値から次式を用いて計算できる。
ＩＣ＝３ＩＣＯ＝√３ＶＬＬ／ＸＣＯ
ＸＣＯ＝（１０６）／２πｆＣ０
【００１３】
ここで、ＩＣ＝地絡時の系統充電電流をアンペア単位で表したもの
ＩＣＯ＝通常の系の状態（地絡でない）で、各相の系統充電電流をアンペア［ＩＣＯ］単位で表したもの
ＶＬＬ＝系統のライン相互間の電圧をボルトで表したもの
ＸＣＯ＝相当たりの容量性リアクタンスをオーム［ＸＣＯ］単位で表したもの
ｆ＝周波数をヘルツ単位で表したもの
Ｃ０＝相当たりのアースとの間の容量をマイクロファラッド単位で表したもの
【００１４】
４８０ボルト（１０００フィート（３０５ｍ）の長さの金属導管の３線導体の絶縁ケーブル回路に典型的な）で、１３ｍＡの系統充電電流（ＩＣ）について上の式を用いると、次を得る。
ＸＣＯ＝１．７３２（４８０）／０．０１３
＝６４，０００オーム（１０００フィート（３０５ｍ）の長さのフィーダ・ケーブルについて、相当たり）
【００１５】
「人体抵抗」の従来の計算から、電圧が印加されている電気相導体に人が接触するとき、それは、容量が電源までのケーブル全体に分布していることと、電流の大半が、より直接的な人体抵抗を通る経路を取ることを除いて、−ｊ６４，０００オームの容量性リアクタンスＸＣＯと並列に１０５０オーム程度の抵抗を接続することと等価であることが理解されよう。（注記：図１のＲＮは、系の中性をアースにつなぐ抵抗であり、固定アースされた系のゼロ抵抗値から、高抵抗でアースされた系での数百オームへ、さらにアースされていない系の無限大まで変化する。
【００１６】
例示したケースで、ＬＯＡＤ１へのフィーダ・ラインのどれかで発生した故障は、ＧＦＣＩ１によって感知される。図示のように、ＧＦＣＩ１は、回路ブレーカＣＢ１と、Ａ’、Ｂ’およびＣ’の３相すべて（もし必要なら、三相４線系統に関する中性も一緒に）を取り囲む総合的コア・バランス型電流変流器ＣＴ１に接続された地絡センサ検出装置ＣＦＳ１とを含むことに注目されたい。三相負荷導体（および中性）での容量性充電電流の各々は、バランスした、あるいは、アンバランスな負荷条件に対して合計でゼロになる。通常の系の動作状態において、容量性充電電流ＩＣＯは、三相のすべてで等しく合計がゼロとなる。
【００１７】
この例で、ＣＴ１の多重二次巻線Ｗ１に誘起される故障電流は、３つの相導体Ａ’、Ｂ’、Ｃ’を流れる容量性充電電流のベクトル和に比例する。この和が予め決められた閾値（典型的には、４から６ｍＡ）よりも小さい限り、ＣＴ１のコアに誘起される正味のフラックス、従ってそれの多重二次巻線Ｗ１に誘起され、ＧＦＳ１に結合される故障電流は、それのトリップ閾値よりも小さい。
【００１８】
閾値レベルを超える故障電流が巻線Ｗ１に誘起されない場合、差動的電流変流器は、それに対応して「バランス」した状態に留まり、回路ブレーカＣＢ１は、それのクローズした状態に保持される。しかし、図１に「Ｆ」としてラインＡ’がアースに短絡されたように示された地絡が発生すると、ラインＡ’、Ｂ’、Ｃ’の容量性充電電流は、もはや閾値より少なくなく、それに対応して二次巻線Ｗ１に誘起される故障電流は、ＧＦＳ１の差動的変流器のバランスを崩し、回路ブレーカＣＢ１をトリップさせて、ＬＯＡＤ１へのフィーダ回路を遮断し、地絡Ｆをクリアする。
【００１９】
しかし、これに加えて、図１に更に示されるように、また以下で詳しく説明するように、故障の間、アースに対して存在するアンバランスな電圧は、ＬＯＡＤ２（および系統中でソースＳによって駆動される任意のフィーダ回路）へのフィーダ回路の相「Ｂ」および「Ｃ」に電流（電流Ｉｂ２およびＩｃ２）を強制的に流す。これらの２つの電流は、もし結果のアンバランスがＷ２中にＧＦＳ２のトリップ閾値を超える誤った電流を発生させるようなことがあれば、故障していないフィーダ回路に誤ったトリップをもたらす可能性がある。これが不必要な「厄介な」トリップを引き起こすことは、もちろんであり、回避されるべきである。
【００２０】
このように、原理的に１２５ボルトを超える電圧で動作する三相に応用でき、（人間の「手放し」閾値電流の下限に対応する）４から６ｍＡの地絡ピックアップ感度を有し、また６ｍＡの電流レベルを超える地絡の数秒以内に、あるいは、２０ｍＡから３０ｍＡを超える地絡電流に対して０．０２５ないし０．１００秒以内にトリップするＧＦＣＩシステムに対する需要が存在する。
【００２１】
更に、どのラインが故障したかを迅速に決定し、またシステムの他のフィーダ回路の動作に干渉することなく、そのラインを含むフィーダ回路を遮断するＧＦＣＩシステムに対する需要が存在する。
【００２２】
上で説明した致命的なショックを回避するためのＧＦＣＩシステムの特徴に加えて、６から３０ｍＡの電流感度で電気絶縁の劣化の兆候が検出でき、機器への損傷を最小限に留めることができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
従って、本発明の１つの目的は、監視される電力供給系統の故障していない回路に厄介な遮断を引き起こすことなしに、系統の故障を迅速に感知および解消できる進歩した漏電遮断システムを提供することである。
【００２４】
本発明の別の１つの目的は、低又は高レベルの地絡の間に三相電力系統を通って流れる小さい容量性電流を補償し、それによって故障していない回路の厄介なトリップを回避する手段を提供することである。
【００２５】
本発明の更に別の１つの目的は、系統内のどこに故障が存在するかを直ちに決定し、系統内の他のラインの遮断を禁止しながら故障したラインを直ちに遮断させる三相電力供給系統用のＧＦＣＩ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】
【００２６】
簡単に述べれば、本発明のここでの好適な実施の形態は、三相電源、３本又は４本のメイン回路およびメイン回路両端に接続された３本又は４本の複数のフィーダ回路を含む三相電力配電網で使用するための漏電遮断システムを形成する複数のＧＦＣＩユニットおよびコントローラを含む。ＧＦＣＩユニットは、メイン回路およびフィーダ回路の各々に設けられる。コントローラは、メインＧＦＣＩユニットおよび各フィーダ・ユニットを連続的に監視して、故障が発生した時と場所を決定し、それに応答して故障した回路を遮断し、故障していない回路のトリップを禁止する。新規なＧＦＣＩシステムは、固定アースされた、抵抗でアースされた、あるいは、アースされていない三相系統およびその他の三相系統に適用可能である。
【００２７】
本発明の重要な特徴は、それが他の「健全な」フィーダ回路の遮断を引き起こすことなく、故障したフィーダ回路から直ちに電力を取り去ることができるＧＦＣＩシステムを提供することである。
【００２８】
本発明の別の１つの特徴は、それが故障を直ちに感知し、故障の源を決定し、故障した回路を遮断し、故障していない任意の回路の遮断を防止できるＧＦＣＩシステムを提供することである。
【００２９】
本発明のこれらおよびその他の目的および特徴は、いくつかの図面を参照しながら以下の詳細な説明を読むことで当業者に明らかになることは、疑いない。
【００３０】
（詳細な説明）
本発明のベースとなる仮定は、作業者は、例えば、電力を切断して作業対象となる回路を「締め出して」、ショックの危険を回避するために回路に「接触する前の点検」を行い、ミスや見落としが死につながらないように常に安全な作業実施を訓練すべきであるということである。しかし、１９９０年まで遡れば２７７Ｖの死者が数十名に達することを報告しているＯＳＨＡ事故報告が示すように、高電圧系統において電圧の供給されているパーツとの接触は、余りに頻繁に発生している。
【００３１】
４８０Ｙ／２７７ボルト系での偶発事故の場合、人体を通ってアースに流れるショック電流は、２２０ｍＡから４００ｍＡの範囲にあると計算される。例えば、ＩＥＣ  ＴＳ６０４７９−１の表１に挙げられた４００ボルトにおける「人口の５０％」の手から手への人体インピーダンスを用いれば、電流は、２７７ボルト／９５０オーム＝０．２９アンペア、すなわち２９０ｍＡとなる。上で述べたように、４８０ボルト系（アースとの間は、２７７ボルト）に絡む死者がこれほど多い原因は、恐らく、人間は、露出した送電線やその他の「電圧が供給されている」パーツを掴んだとき、その人が自力でそれを離すことができないためであろう。これは、深刻な結果である。というのも、心臓の心室細動を回避するために、ショック電圧の源は、ショック電流振幅が２９０ｍＡの場合、ショックの開始から約０．３ないし０．６秒以内に人体から取り去らなければならないからである。
【００３２】
本発明のテーマは、単一の三相電源を共有するいくつかのフィーダ回路のうちで、最も大きい感知可能な地絡電流を経験する回路が故障した回路であるということである。（トリップ閾値を超える）最も大きい振幅の地絡電流を感知した回路がどれであるかの決定は、メイン回路およびいくつかのフィーダ回路にそれぞれ付随するＧＦＣＩユニットを連続的に監視し、どのユニットが最も大きい漏洩電流を有するかを判断することによって行われると考えている。各種の地絡シナリオのコンピュータ・シミュレーションによってこの理論が確認されている。
【００３３】
更に詳細には、各種シナリオに関する地絡系の振る舞いを模擬および予測するために「Ｖ−Ｈａｒｍ」と呼ばれるコンピュータ・プログラムが用いられた。Ｖ−Ｈａｒｍは、三相系統の各相を別々に表す負荷フローのコンピュータ・プログラムであり、負荷がアンバランスな場合や一相地絡からの故障などの故障状態での系の電流を計算する。図１ａは、Ｖ−Ｈａｒｍシミュレーションでの１本のラインの図と、以下で示すように表を作成するために用いられた系の想定パラメータとを示す。
【００３４】
三相電力系統の代表的な３つのタイプ、すなわち固定アースされた場合、高抵抗でアースされた場合およびアースされていない場合についてシミュレーションが行われた。系統の各タイプについて、固定「ボルト」された故障の極端を代表するゼロ・オーム、４８０ボルトの系統電圧で人体の平均抵抗を代表する７００オームおよび２７７ボルトからアースへの６ｍＡの保護閾値電流レベルを代表する４６，０００オームの３種類の故障抵抗についてシミュレーションを行った。
【００３５】
データ
・周波数＝６０Ｈｚ
・１３．８ｋＶにおける電源インピーダンス＝０オーム
・変圧器
５００ｋＶＡ
１３．８ｋＶ／４８０Ｖ
Δ／Ｗｙｅ（Ｙ側でのアースは、解析で変化させた）
Ｘ＝５．７５％
Ｒ＝１．４４％
・４８０Ｖ  フィーダ（これらのパラメータは、スチール導管中に２／０銅導体を備えた三相３線系統に基づいて推定された。シリーズＩＩＩのケースを除いて、中性線はない。２／０銅の機器アース導体は、すべてのフィーダ回路に付属している。）
Ｚ１＝０．１０２０＋ｊ０．０５３３  オーム／１０００フィート（３０５ｍ）
Ｚ０＝０．３２１４＋ｊ０．１００２  オーム／１０００フィート（３０５ｍ）
Ｃ１＝７０ｎｆ／１０００フィート（３０５ｍ）
Ｃ０＝４０ｎｆ／１０００フィート（３０５ｍ）
・負荷（シリーズＩおよびＩＩのケースで、負荷は、アースされていないスター状に接続されている。シリーズＩＩＩで、各負荷の中性点は、それの中性導体に接続される。）
−シリーズＩおよびＩＩ
フィーダ１−バランス型三相９０ｋＷ、０．９ｐｆ
フィーダ２−バランス形三相９０ｋＷ、０．９ｐｆ
フィーダ３−バランス型三相９０ｋＷ、０．９ｐｆ
フィーダ４−バランス形三相９０ｋＷ、０．９ｐｆ
各相からアースへ接続された１．０ｕｆのサージ・キャパシタを備える
−シリーズＩＩＩ
フィーダ１−  相Ａ−Ｎ−３０ｋＷ、０．９０ｐｆ
相Ｂ−Ｎ−２０ｋＷ、０．８５ｐｆ
相Ｃ−Ｎ−１０ｋＷ、０．８０ｐｆ
フィーダ２−  相Ａ−Ｎ−１５ｋＷ、０．９０ｐｆ
相Ｂ−Ｎ−３５ｋＷ、０．８５ｐｆ
相Ｃ−Ｎ−２５ｋＷ、０．８０ｐｆ
フィーダ３−  相Ａ−Ｎ−２０ｋＷ、０．９０ｐｆ
相Ｂ−Ｎ−２０ｋＷ、０．８５ｐｆ
相Ｃ−Ｎ−３０ｋＷ、０．８０ｐｆ
フィーダ４−接続されていない
【００３６】
表１および４（固定アースされた系統）および表２および５（高抵抗でアースされた系統）を調べると、地絡がメイン・バスに関与していないすべてのケースで、故障したフィーダは、最も高い地絡電流が感知されたものであることが結論付けられる。
【００３７】
表３および６（アースされていない系統）は、故障したフィーダが常に最も高い地絡電流を感知されているが、他のフィーダのいくつかのものとの違いは、（その特別なフィーダの充電容量および地絡それ自身の抵抗又はインピーダンスに依存するが）固定アースされた、および抵抗でアースされた系とくらべてそれほど大きくないことを示している。
【００３８】
表７は、センサ電流変成器が相および中性導体を取り囲む場合、アンバランスな相対中性の負荷が感知される地絡電流に何ら影響しないことを示している。
【００３９】
【表１】
2009512415.tif 000003
【００４０】
【表２】
2009512415.tif 000004
【００４１】
【表３】
2009512415.tif 000005
【００４２】
【表４】
2009512415.tif 000006
【００４３】
【表５】
2009512415.tif 000007
【００４４】
【表６】
2009512415.tif 000008
【００４５】
【表７】
2009512415.tif 000009
【００４６】
このように、コンピュータ・シミュレーションが本発明の概念を正当化していることが明らかになった。
【００４７】
このような故障の決定は、故障の開始から約０．０１０秒以内に（すなわち、電流ピックアップの閾値を超える第１のピーク電流の＋／−０．００５秒以内にすべてのセンサ電流入力のピークを感知および決定することによって）行うことができると見込んでいる。更に、電気的分離（回路遮断）は、典型的な低電圧応用について故障の開始から０．０２５ないし０．０５０秒以内に、また相間で約１０００ボルト定格の系統にこの技術を応用した場合には、０．１０秒以内に（通常の回路遮断器のゆっくりした動作を許容するように）実行できる。
【００４８】
概念は、単純である。多フィーダ回路で感知される電流が４から６ｍＡのトリップ・レベルを超える場合であっても、最大振幅の電流を有する三相フィーダ回路が地絡を起こした回路であり、トリップされ、分離されるべき唯一の回路である。
【００４９】
このアイデアのより複雑な応用は、インターロックされたＧＦＣＩ感知システムであり、それは、別々に引き出される三相系統内にいくつかの保護レベルを含む。例えば、ＧＦＣＩシステムは、メインの低電圧開閉装置およびダウンストリーム・パネル・ボード、あるいは、モータ制御センターに応用することができ、更にすべてのレベルにおいて感電を防止するために必要な区別、感度および速度を実現する。
【実施例】
【００５０】
本発明によって実施される基本概念は、（１）低レベル又は高レベルの地絡（すなわち、一方の極端では、人体の比較的高い人体抵抗を通る事故、また別の極端では、１つの相導体からアースへの低抵抗の固体金属性故障）の間に三相電力系統を通って流れる小さい容量性電流を連続的に監視し、（２）故障の源を決定し、（３）同時に（ａ）故障の源又はフィーダ線を遮断し、（ｂ）他の故障していないフィーダ回路のトリップを禁止する手段を提供することである。
【００５１】
図２には、３本の電力相回路Ａ、ＢおよびＣに供給を行う３本の電力ライン１２、１４および１６に（図示されていないが、メイン・パネル又は切替え可能なバスによって）接続された三相の、別々に引き出される電力供給回路１０を一般的に示す模式回路図が示されている。ライン１２、１４および１６には、１８、２０および２２として示され、それぞれ３本の電力ラインＡ’、Ｂ’およびＣ’；Ａ’’、Ｂ’’およびＣ’’；そしてＡ’’’、Ｂ’’’およびＣ’’’を含む３つのフィーダ回路が接続される。
【００５２】
図２には、本発明に従うＧＦＣＩシステムも示されている。このシステムは、ＧＦＣＩＭと名づけられたＧＦＣＩをメイン回路に含み、フィーダ回路１８、２０および２２には、それぞれユニットＧＦＣＩ１、ＧＦＣＩ２およびＧＦＣＩ３を含んでいる。各ＧＦＣＩユニットは、メイン電源と同じように（ＭＧＦＳ）、地絡センサ（それぞれＧＦＳ１、ＧＦＳ２およびＧＦＳ３）を含み、またメイン電源遮断器ＭＣＢと同じように、各フィーダ回路に関する回路遮断器（それぞれＣＢ１、ＣＢ２およびＣＢ３と名づけられた）を含んでいる。
【００５３】
このシステムには、更にそれぞれがメイン・センサＭＧＦＳおよびフィーダ・センサＧＦＳ１、ＧＦＳ２およびＧＦＳ３に接続され、更にメイン回路遮断器ＭＣＢおよびいくつかのフィーダ・ライン遮断器ＣＢ１、ＣＢ２およびＣＢ３に接続された入力３０、３２，３４および３６を有するシステム・プロセッサが、２４に示されたように含まれている。これらのセンサ入力および出力は、それぞれのセンサによって検出される電流の振幅（故障信号）を決定する中央処理装置２４に配線されるか、あるいは、光ファイバ通信のような手段を用いて接続されて、関連する回路遮断器のトリップ・ユニットを駆動又は禁止する。決定のために使用される電流振幅又は故障信号は、測定された電流のピーク、平均値又は平方根でよい。故障信号は、デジタル的に処理され（あるいは、パッシブ・フィルタなどのアナログ手段を用いてフィルタリングされ）、電力系統の高調波電流又は電気的「雑音」からの故障電流の区別を改善するために基本電力周波数成分のみ（すなわち、６０又は５０Ｈｚ）で表される。
【００５４】
この別々に引き出される三相系統のメイン回路遮断器ＭＣＢおよび各フィーダ回路遮断器（ＣＢ１、ＣＢ２およびＣＢ３）は、それぞれ５０、５２、５４および５６として模式的に示されている、コア・バランス型センサ（電流変流器）として組み込まれた付随の地絡センサ（ＧＦＳ１、ＧＦＳ２およびＧＦＳ３）を有しており、これが、付随する三相導体（もし該当すれば、中性導体も）を取り囲んでいる。各々の３極フィーダ回路遮断器は、回路の高速遮断を容易にするためのシャント・トリップ装置を含む。センサおよび遮断器は、別々に形成してもよいし、あるいは、統合されたＧＦＣＩ回路遮断器ユニットとして形成してもよい。
【００５５】
感知およびトリップ回路が常時機能していることを保証するために、対象ＧＦＣＩシステムに定期的「自己試験」機能を組み込むことができる。適当な表示器又はアラームを組み込んで、ＧＦＣＩシステムに支障が生じたときに、起動するようにもできる。
【００５６】
任意のセンサで閾値トリップ・レベル（４から６ｍＡ）を超えると、プロセッサ２４は、どのＧＦＣＩユニットが電流の最大の振幅を感知されたかを判断して、地絡を起こしたトリップしなければならないメイン又はフィーダとして（トリップ出力４０、４２、４４又は４６を通して）それを特定する。その他すべてのフィーダのトリップは、同時に阻止又は禁止されて、厄介なトリップを回避する。
【００５７】
故障したフィーダ以外のフィーダもその特定のフィーダを通る容量性充電電流のせいでトリップ閾値レベルよりも大きい振幅の電流を感知することがあるが、この電流が「故障した」フィーダよりも常に小さい振幅を有することを（上のチャートで）示すことができる。（稼動しているフィーダが１つしかない場合や、非常に低レベルの地絡の開始などのように）閾値を超える電流を感知するＧＦＣＩユニットが１つしかないとプロセッサ２４が決定した場合は、このユニットを含む回路がトリップされる。
【００５８】
動作時に、各々がシステム・プロセッサ２４に入力を提供し、正しい回路遮断器（ＣＢ）のトリップに導く地絡センサ（ＧＦＳ）を含むＧＦＣＩユニットを備えた３つのフィーダを備えた典型的な三相系統を示す図２を再び参照すると、フィーダ１８の相Ａ’が、相Ａ’をアースに地絡させる故障「Ｆ」を抱えている。回路を流れる電流は、ＩＦおよびＩＲと矢印ＩｂおよびＩｃのグループで示すようになる。フィーダ・ケーブルの分布容量は、アースと各フィーダの各相との間に接続され、電流ＩＧＣ１、ＩＧＣ２およびＩＧＣ３を有するキャパシタ群として破線で示されている。故障信号又は電流ＩＦは、次式のようにこれらの電流およびＩＲを用いて表現できる。
ＩＦ＝ＩＧＣ１＋ＩＧＣ２＋ＩＧＣ３＋ＩＲ
【００５９】
基本的に議論すべき３つの異なる地絡シナリオがあるが、それは、各タイプの地絡の間のシステムの電流分布は、系統のアースの仕方に依存してわずかに異なっているが、１つのフィーダに地絡が起こっている間は、その１つのフィーダを通る電流が他のフィーダを通る電流よりも常に大きいためである。以下で説明するように、より小さい振幅の電流が感知された他のフィーダのトリップを禁止する論理を中央処理装置２４に採用することによって、このＧＦＣＩシステムは、非常に信頼できるものとなる。
【００６０】
（「固定アースされた」系統）
まず図３ａおよび図３ｂと、表１および４の確認されたシミュレーション・チャートを参照すると、フィーダ１８（図２）の相Ａ’からアースへの固定故障「Ｆ」の結果として、相Ａ’が中性電圧へ完全に押し下げられ、その結果、このフィーダの相Ａ’には、故障の時点で、システムの正、負およびゼロのシーケンス・インピーダンスによって決まるように、比較的大きい故障電流ＩＦ（数百又は数千アンペア）が生ずることが分かる。故障の間、ＶＡ＝０で、アースとの間に存在するアンバランスな電圧は、各フィーダの相ＢおよびＣに電流を強制的に流す（図２の電流ＩｂおよびＩＣと、図３ｂの図を参照）。これら２つの電流がＩＧＣに加わり、もしこれらのフィーダでＩＧＣの振幅がトリップ閾値を超えれば、（本発明の禁止機能がなければ）故障していないフィーダ（図２の２０および２２）の誤ったトリップを引き起こす可能性がある。
【００６１】
もし相（例えば、フィーダ１８の相Ａ’）とアースとの間に人体が挿入されると、最初に中性電圧に顕著なシフトが起こり、すべてのフィーダで容量性充電電流は、バランスした状態に留まり、フィーダ電流の合計は、最初は、ゼロである。しかし、人体を流れる電流がＧＦＳ１のピックアップ・レベルを超えると、ＣＢ１がトリップし、ＣＢ２およびＣＢ３が禁止される。また故障していないフィーダ（図２の２０および２２）のＩＧＣの振幅に依存して、本発明がなければ、これらのフィーダは、誤ったトリップを経験することになる。
【００６２】
（「高抵抗でアースされた」系統）
ここで図４ａおよび図４ｂと、表２および５の確認されたシミュレーション・チャートを参照する。誤ったトリップで最も深刻なケースは、１つの相導体からアースへ直接的な固定故障が発生したときである。すなわち、ＶＡは、相Ａからアースへの固定故障によってアース電位にセットされる。
｜ＩＦ｜＝｜ＩＧＣ｜
ＩＲ＝ＶＡＮ／Ｒ
ＩＦ＝ＩＧＣ＋ＩＲ＝√２ＩＲ
【００６３】
ここで、抵抗ＲＮ（図２）のサイズは、固定故障の間にＩＲがＩＧＣに等しくなるようなものになっている（ＩＲおよびＩＧＣのこの大きさは、アーク放電を起こす地絡の間に系統の過渡的過電圧を制限するように選ばれる）。故障の間、アースに対して存在するアンバランスな電圧が故障電流ＩＦと同じオーダの振幅を持つアンバランスな電流を相ＢおよびＣに強制的に流す（図のＩｂおよびＩＣを参照）。この状況に対し、中程度の長さ（数百フィート（数十ｍ〜百ｍオーダ））のフィーダは、容量性充電電流が流れるせいで、故障していないフィーダの誤ったトリップを生じる可能性がある。しかし、ＧＦＳ１によって感知される電流（ＩＦ−ＩＧＣ１）は、他のフィーダのＧＦＳユニットを流れる電流よりも常に大きい。
【００６４】
特定の系統に存在する容量性充電電流の振幅に依存して、また相導体に触れる人の人体抵抗に依存して、中性電圧に何らかのわずかなシフトが生じ、その結果、人の接触事故の間に故障していないフィーダを通ってアンバランスな電流が流れる。しかし、上の表２および５に示されたように、故障したフィーダでは、それのＧＦＳを通る電流の振幅が常に最も大きい。
【００６５】
（「アースされていない」系統）
図５ａおよび５ｂと、表３および６の確認されたシミュレーション・チャートに示すように、アースされていない系統の故障電流ＩＧＣは、系統の充電電流のみで構成され、これは、多くの低電圧系で約１アンペアである。影響されるフィーダのＧＦＳユニットが最大振幅の電流（ＩＦ−ＩＧＣ１）を感知する一方で、他のＧＦＳユニットは、これらのフィーダに関する容量性充電電流の分布に比例したより小さい電流を感知する。アースされていない系からアースへの意図的な導電経路が存在しなくても、ケーブル充電容量を経由するアースとの容量性結合が、系に対して人体を通る致命的電流を生ずるショックの危険性をもたらすことに注意しなければならない。
【００６６】
上で指摘したように、本発明は、三相電源、３又は４線のメイン回路および複数の３又は４線のフィーダ回路を含む三相電力配電網で使用する地絡検出および回路遮断システムを形成する複数のＧＦＣＩユニットおよび制御プロセッサを含む。ＧＦＣＩユニットは、メイン回路および各フィーダ回路に設けられる。プロセッサ２４（図２）は、メインＧＦＣＩユニットと各フィーダＧＦＣＩユニットを連続的に監視して、故障が何時、どこで発生したかを決定し、またこれに応じて故障回路を遮断し、故障していない回路のトリップを禁止する。
【００６７】
プロセッサ２４の動作は、図６および７に示した論理フロー・チャートに一般的に示されている。図２に示すように、プロセッサ２４は、故障を検出するための各ＧＦＣＩユニットによって感知される電流の流れ（故障信号の振幅）を連続的に監視して、各ＧＦＣＩユニットのセンサ出力（故障信号）を各々の他のユニットのセンサ出力と比較して、故障の場所を決定する。故障の場所が決定されると、故障したフィーダ回路は、遮断されて、その他のすべてのフィーダ回路は、トリップを禁止される。
【００６８】
アースされていない系の場合、もしも任意の時点でメイン・ユニットによって感知された電流および少なくとも１つのフィーダによって感知された電流が両方とも予め決められた閾値（例えば、５ｍＡ）を超えれば、それと同時に図６のフロー図に示唆されたように、もしメイン・ユニットを通る電流がフィーダを通る電流よりも予め決められたマージン（例えば、５％）以上大きければ、故障がメイン回路中に存在することが決まり、「トリップ」信号がメインＧＦＣＩユニットに送られて、メインの回路遮断器をトリップする。これによって、系統全体が停止することは、もちろんである。
【００６９】
他方、メイン・ユニットを通る電流がフィーダ・ユニットを通る電流の予め決められたマージン内になければ、故障がメイン回路の外にあることが決まり、メインＧＦＣＩユニットに「禁止」信号が送られて、メイン回路のトリップを禁止する。
【００７０】
上の試験が行われるときに、各フィーダ・ユニットの故障信号電流もまた各々の他のフィーダ・ユニットの故障信号電流と比較されて、もし任意のフィーダ・ユニット「Ｘ」を通る電流が他のフィーダ・ユニットのそれよりも例えば、５％−１０％以上実質的に大きければ、故障がフィーダ・ユニット「Ｘ」の回路中に存在することが決まり、この回路のＧＦＣＩユニットにトリップ信号が送られて、それの遮断器をトリップする。同時に、すべての他のフィーダ・ユニットには、禁止信号が送られて、それらのトリップを禁止する。他方で、いずれのフィーダ・ユニットの故障信号電流も、任意の他のフィーダ・ユニットの故障信号電流よりも実質的に大きくなければ、フィーダ回路には、故障が存在しないことが決まり、すべてのフィーダ回路は、トリップを禁止される。
【００７１】
言い換えると、アースされていない系統の場合、メイン回路のセンサで最も高い地絡電流レベル（少なくとも５％マージン分）が検出されれば、メインのスイッチング装置がトリップされる。この状態は、地絡がメインのセンサのすぐ下流、例えば、パネルのメイン・バス・バーにあることを意味し、メインのスイッチング装置をトリップする必要がある。メインで感知されるものと比べて小さい（しかし、それでもなお５ｍＡ「トリップ」閾値を超えている）故障信号電流がフィーダ回路の任意のもので感知されると、そしてメインで感知された故障信号電流が任意のフィーダ回路で感知されたものより少なくとも５％大きくない場合には、メインのスイッチング装置は、トリップを禁止される。
【００７２】
５％マージンは、メインとフィーダ回路のセンサ間で故障信号電流レベルを容易に区別できるように任意に選ばれた数字であり、原理的には、「アースされていない」系統に関するシミュレーションの結果に基づいている。これは、フィーダ回路の通常構成および数に適用される。（表３および６を参照）
【００７３】
アースされていない電力系統は、今日では、一般的でない。メインとフィーダとの間の「感知される電流の振幅比較」の複雑さは、アースされていない系のユニークな回路状態によって生じている。しかし、三相系統がアースされていない、あるいは、アースされている一般的なケースについて、この論理が役立つ。
【００７４】
固定アースされた場合と、高抵抗でアースされた電力系統（あるいは、これについて言えば、任意のインピーダンスでアースされた系統）について、図７のフロー図に示されたように、メインの論理が決めなければならないことは、任意のフィーダ上で感知された地絡電流又は故障信号が、５ｍＡを超えているか否か、それに加えてその振幅がメイン回路で感知された故障信号電流の振幅に（＋／−１０％から２０％の範囲で）近いか否かということである。もしそうであれば、メインは、トリップを禁止される。もしそうでなければ、メイン回路は、トリップされる。
【００７５】
先に述べた論理のように、上の試験が行われるときに、各フィーダ・ユニットの故障信号は、各々の他のフィーダ・ユニットの故障信号電流とも比較され、もし任意のフィーダ・ユニット「Ｘ」を通る電流が他のフィーダ・ユニットのそれよりも実質的に大きいことが見出されると、故障がフィーダ・ユニット「Ｘ」の回路に存在することが決まり、この回路のＧＦＣＩユニットにトリップ信号が送られて、これの遮断器をトリップする。同時に、他のすべてのフィーダ・ユニットに禁止信号が送られて、それらのトリップを禁止する。他方でもし、どのフィーダ・ユニットの故障信号電流も任意の他のフィーダ・ユニットの故障信号電流より実質的に大きくなければ、フィーダ回路には、故障が存在しないことが決まり、すべてのフィーダ回路は、トリップを禁止される。
【００７６】
図８のブロック図は、上の図２により一般化された形式で示された本発明の例示的な実施の形態の基本コンポネントを表している。各々のケースで、漏電遮断器システムは、図８に示されたＧＦＣＩユニット３のような複数のＧＦＣＩユニットと一緒に、補助インタフェース・デバイスおよびプロセッサを含む。地絡センサ・コンポネント（ＧＦＳ３）は、（３（又は４）線の三相系統に対応して）３本（又は４本）の電流を運ぶフィーダ導体Ａ’’’、Ｂ’’’およびＣ’’’を流れるアンバランスな地絡電流を感知する手段を提供する。ＧＦＳは、電力系統の電流がアンバランスな場合に出力電流を供給する従来の窓型（又はコア・バランス型）電流変流器を含む。あるいは、導体を流れるアンバランスな電流に応答して、ＧＦＳから瞬間的測定電流値を表す出力電流又は電圧信号を供給する任意のタイプの別の電流感知デバイス（例えば、ホール効果デバイス）を含むことができる。このＧＦＳ信号は、次に「送信器」ユニット３７によって適当な電流、電圧又は光出力に翻訳されて、それは、適当な信号伝送手段（例えば、光ファイバ又は金属導体３６）を通ってプロセッサの「受信器インタフェース」２３に送信される。プロセッサ２４は、次に先に述べた必要な論理を実行して、プロセッサの「送信器Ｉ／Ｆ」２５を通して「回路遮断器」又はコンタクタに「トリップ」（又は「オープン」）信号を送信するか、禁止するかを決定する。トリップ又は禁止信号は、次にプロセッサ「送信器Ｉ／Ｆ」ユニット２５によって、信号伝送手段（例えば、光ファイバ又は金属導体４０）を通して回路遮断器の「受信器」ユニット４１に送られる適当な電流、電圧又は光出力に変換される。
【００７７】
供給電圧源の三相回路導体を遮断および分離できる任意の電流遮断装置を例示の「回路遮断器」として使用できる。電流遮断装置は、空気−磁気式又は真空式の回路遮断器又はモータ回路保護器、空気又は真空式コンタクタ、固体電力スイッチング装置、あるいは、電子トリガ式ヒューズを含むが、これらに限定されない。
【００７８】
回路遮断器の受信器４１への信号は、トリップ・コイル又は蓄積エネルギーのトリップ・リリース機構、保持コイル（例えば、コンタクタに使用されるような）への電流遮断を駆動するために使用することもでき、あるいは、電力半導体デバイスの伝導を開始又は停止させる電流又は電圧、あるいは、電子トリガ式ヒューズへの電流又は電圧の形を取ることができる。図示されていないが、図８に示された任意のデバイスに供給される電力は、外部電源又は蓄積エネルギーの供給源（電池やコンデンサ）、監視される電力系統自身の電圧又は電力系統を通る負荷電流から取り出すことができる。
【００７９】
本発明について上で図面のいくつかに図示された特別な実施の形態に関連して説明してきたが、本発明の精神から外れることなしにコンポネントおよび処理ソフトウエアのその他の構成を採用できることを理解されよう。例えば、出力電流を監視および報告でき、制御入力に応答して回路を禁止および／又は遮断できる任意の適当な形のＧＦＣＩユニットを使用できる。
【００８０】
更に、本発明の技術は、北アメリカ以外で採用される残留電流装置（ＲＣＤ）などのその他の故障検出方式にも適用される。そのような装置は、通常いくぶん高い公称ピックアップ感度３０ｍＡを有するが、同様に電気ショックからの心室細動を防止する目的を持つ。ＲＣＤは、それのピックアップ特性の感度が低いせいで厄介なトリップ（個々のフィーダの容量性充電電流による）にさほど敏感でないが、本発明の有用性がＲＣＤにも適用されることは、明らかである。
【００８１】
更に、まだ確認されていないが、本発明は、もっと高い例えば７２０ボルトの電圧にも有用であろうし、更に１０００ボルト又はそれ以上にも有効である可能性がある。しかし、「保護されていない」人間（すなわち、ショック保護用器具、たとえば絶縁ゴムの手袋等を装着していない人）に対して本発明を適用するには、実用的な上限がある。上で計算したように、人体を通る最大電流は、濡れた上体に対してもっと高くなり得る。そして１０００ボルト以上では、身体を通る電流を人体の許容度以内に減少させるその他の手段（例えば、マット、手袋、履物等の絶縁障壁の使用）を採用する必要があるが、本発明の敏感なＧＦＣＩ感知技術は、それでも使用できる。
【００８２】
本発明について上で代替となる実施の形態について説明してきたにもかかわらず、この開示を読むことで、当業者には、更に別の変更例、修正および応用が明らかになるであろう。従って、これまでの開示は、例示的なものと考えるべきであって限定的なものでなく、添付した請求の範囲は、そのような応用、変更、修正および実施の形態のすべてを本発明の真の精神および範囲に含まれるものと解釈されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】ＧＦＣＩユニットを有する従来技術の三相回路を示す模式回路図。
【図１ａ】Ｖ−Ｈａｒｍシミュレーションの１本のラインの図と、これに関してテキストに示された表を作成するために用いられたシステムに関する想定パラメータを示す図。
【図２】本発明の好適な実施の形態に従う多フィーダ回路およびＧＦＣＩシステムを有する三相電力供給回路を示す模式回路図。
【図３】ａ、ｂは「固定アースされた」系統の電流分布を示す図。
【図４】ａ、ｂは「高抵抗でアースされた」系統の電流分布を示す図。
【図５】ａ、ｂは「アースされていない」系統の電流分布を示す図。
【図６】アースされていない電力系統の場合の図２のプロセッサの動作を示すフロー図。
【図７】固定アース又は高抵抗でアースされた電力系統の場合の図２のプロセッサの動作を示すフロー図。
【図８】本発明の好適な実施の形態に従うＧＦＣＩシステムの（複数のうちの）１つのフィーダ回路の基本コンポネントを表すブロック図。
【図１】
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【図１ａ】
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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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【図８】
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【国際調査報告】
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