(57)【要約】【課題】交流発電機を電源として用いる電源装置の漏電を検出する漏電検出装置において、発電機の中性点を接地する接地線を引き回すことなく、発電機から離れた箇所で漏電の検出を行うことができるようにする。【解決手段】交流発電機１の３相の出力線に抵抗器ＲｕないしＲｗを通して結合された検出点Ｄを形成する検出点形成回路５Ａと、検出点Ｄと接地間の電圧を検出する電圧検出回路５Ｂと、電圧検出回路５Ｂにより検出される電圧から漏電の有無を検出する漏電検出部５Ｃとを設けた。【選択図】    図１
2006006043.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流発電機を電源として負荷に電力を供給する電源装置の漏電を検出する漏電検出装置であって、
前記交流発電機の各出力線に高インピーダンス素子を通して結合された検出点を形成する検出点形成回路と、前記検出点と接地間の電圧を検出する電圧検出回路と、前記電圧検出回路により検出される電圧が設定された判定値以上になったときに漏電が発生したことを検出する漏電検出部とを具備してなる漏電検出装置。
【請求項２】
前記交流発電機は３相交流発電機であり、前記検出点形成回路は、交流発電機の３相の出力線にそれぞれ一端が接続され、他端が共通に接続された３つの抵抗器からなり、前記３つの抵抗器の共通接続点が前記検出点として用いられている請求項１に記載の漏電検出装置。
【請求項３】
前記交流発電機は単相交流発電機からなり、前記検出点形成回路は、前記交流発電機の２つの出力線の間に接続された抵抗分圧回路からなっていて、該抵抗分圧回路の分圧点が前記検出点として用いられている請求項１に記載の漏電検出装置。
【請求項４】
前記電源装置は、前記交流発電機の出力を直流電圧に変換するコンバータと、該コンバータから得られる直流電圧を交流電圧に変換するインバータとを備えている請求項１，２または３に記載の漏電検出装置。
【請求項５】
前記交流発電機は、界磁コイルを有する励磁式の交流発電機からなっている請求項１，２，３または４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、交流発電機を電源として負荷に電力を供給する電源装置の漏電を検出する漏電検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
交流発電機を電源として用いる電源装置の漏電（地絡）を検出する装置として、特許文献１や特許文献２に示されているように、３相交流発電機の電機子巻線の中性点と接地間を接続する接地線を通して流れる零相電流を検出することにより、漏電を検出するようにした漏電検出装置が提案されている。
【特許文献１】特開平１０−１４２２８２号公報
【特許文献２】特開２０００−１４９７５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１や特許文献２に示されたように、漏電が発生したときに発電機の中性点を接地する接地線を流れる零相電流から漏電を検出する漏電検出装置においては、漏電検出装置を発電機から離れた箇所に設置することが必要とされる場合に、中性点を接地する長い接地線を発電機から漏電検出装置の設置箇所まで引き回す必要があり、接地線の配線処理が面倒になるという問題があった。
【０００４】
また交流発電機の電機子巻線が中性点を有しない場合、例えば３相の電機子巻線がΔ結線されている場合や、発電機が単相交流発電機である場合には、上記の提案を適用することができなかった。
【０００５】
本発明の目的は、長い接地線を引き回すことなく、交流発電機から離れた箇所に設置することができる上に、交流発電機が中性点を有していない場合にも適用することができ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】
【０００６】
本発明は、交流発電機を電源として負荷に電力を供給する電源装置の漏電を検出する漏電検出装置に適用される。本発明に係わる漏電検出装置を適用する電源装置は、交流発電機を電源として備えたものであれば良く、その構成は任意である。本発明の漏電検出装置を適用するのに適した電源装置として挙げることができる代表的なものは、交流発電機の出力を直流電圧に変換するコンバータと該コンバータから得られる直流電圧を交流電圧に変換するインバータとを備えたものや、界磁コイルを有する励磁式の交流発電機を備えて、励磁電流を制御することにより出力電圧を調整するようにしたもの等であるが、これらに限定されるものではない。
【０００７】
本発明においては、交流発電機の各出力線に高インピーダンス素子を通して結合された検出点を形成する検出点形成回路と、検出点と接地間の電圧を検出する電圧検出回路と、電圧検出回路により検出される電圧が設定された判定値以上になったときに漏電が発生したことを検出する漏電検出部とが設けられる。
【０００８】
交流発電機が３相交流発電機である場合、本発明の好ましい態様では、交流発電機の３相の出力線にそれぞれ一端が接続され、他端が共通に接続された抵抗値が大きい３つの抵抗器により上記検出点形成回路が構成され、３つの抵抗器の共通接続点が検出点として用いられる。
【０００９】
また交流発電機が単相交流発電機である場合、本発明の好ましい態様では、該交流発電機の２つの出力線の間に接続された抵抗分圧回路により上記検出点形成回路が構成され、該抵抗分圧回路の分圧点が検出点として用いられる。
【００１０】
上記のように交流発電機の各出力線に高インピーダンス素子を通して結合された検出点を設けて、この検出点と接地間の電圧を検出すると、電源装置で漏電が発生していないときには検出点と接地間の電圧がほぼ０レベルを示し、電源装置で漏電が発生したときに検出点と接地間の電圧がしきい値以上になる。従って、検出点と接地間の電圧を検出して、検出した電圧が適当な値に設定された判定値未満であるときに電源装置で漏電が発生していないことを検出することができ、検出された電圧が判定値以上であるときに漏電が発生したことを検出することができる。
【００１１】
上記のように構成すると、発電機の中性点を接地する接地線を引き回すことなく、漏電検出装置の設置箇所の近くで検出点形成回路を発電機の出力線に結合すればよいので、長い接地線の配線処理を要することなく、発電機から離れた箇所で電源装置の漏電を検出することができる。また発電機の電機子コイルが中性点を有していない場合にも漏電を検出することができる。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように、本発明によれば、交流発電機の各出力線に高インピーダンス素子を通して結合された検出点を設けて、この検出点と接地間の電圧から漏電の有無を検出するようにしたので、発電機の中性点を接地する長い接地線を引き回すことなく、発電機から離れた箇所で電源装置の漏電を検出することができるという利点が得られる。また本発明によれば、発電機の電機子コイルが中性点を有していない場合にも漏電を検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下図面を参照して本発明の好ましい実施形態を説明する。図１に示した実施形態では、３相交流発電機の出力をコンバータにより直流電圧に変換した後、該直流電圧をインバータにより一定の周波数の交流電圧に変換して負荷に供給するようにしたインバータ発電装置が負荷を駆動する電源装置として用いられている。
【００１４】
図１において１は内燃機関等の原動機により駆動される３相交流発電機で、この発電機は、星形結線された３相の電機子コイルＬuないしＬwを有している。交流発電機１の３相の出力線１ｕないし１ｗは、全波整流回路からなるコンバータ２の３相の入力線２ｕないし２ｗに接続され、コンバータ２の直流出力端子２ａ，２ｂ間の電圧がインバータ３に入力されている。インバータ３は、ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴなどのスイッチ素子によりブリッジの各辺を構成したＨブリッジ回路からなるフルブリッジ形のインバータ回路（ＩＮＶ）３Ａと、インバータ回路３Ａから所望の周波数の交流電圧を出力させるようにインバータ回路を構成するスイッチ素子をオンオフ制御するコントローラ３Ｂと、インバータ回路３Ａから出力される交流電圧から高調波成分を除去するフィルタ回路３Ｃとを備えた公知のものである。この例では、コンバータ２とインバータ３とによりインバータ装置４が構成され、このインバータ装置４と交流発電機１とにより電源装置が構成されている。フィルタ回路３Ｃは、コイルＬ1，Ｌ2及びコンデンサＣ1等からなる低域通過形の回路からなっていて、高調波が除去された一定周波数の交流電圧Ｖacを負荷接続端子４ａ，４ｂを通して負荷に供給する。
【００１５】
５は本発明に係わる漏電検出装置で、この漏電検出装置は、交流発電機１の３相の出力線１ｕないし１ｗにそれぞれ高インピーダンス素子を通して結合された検出点Ｄを形成する検出点形成回路５Ａと、検出点Ｄと接地間の電圧を検出する電圧検出回路５Ｂと、電圧検出回路５Ｂにより検出された電圧が設定された判定値以上になったときに漏電が発生したことを検出する漏電検出部５Ｃとを備えている。
【００１６】
図示の検出点形成回路５Ａは、交流発電機1の３相の出力線１ｕないし１ｗにそれぞれ一端が電気的に接続され、他端が共通に接続されて星形結線された３つの抵抗器ＲｕないしＲｗからなり、３つの抵抗器ＲｕないしＲｗの共通接続点が検出点Ｄとして用いられる。抵抗器ＲｕないしＲｗの抵抗値を等しく設定した場合、検出点Ｄの電位は発電機の電機子コイルＬｕないしＬｗの中性点Ｎの電位にほぼ等しくなる。即ち、検出点Ｄは電源装置の仮想中性点となる。従って、電源装置で地絡事故が発生していない状態では、検出点Ｄの対地電圧がほぼ零であるが、地絡事故が発生した場合には、検出点Ｄと接地間に零相電圧が現れる。なお当然のことながら、抵抗ＲｕないしＲｗの抵抗値は、検出点形成回路５Ａで問題になる損失を生じさせないように、十分に大きな値に設定しておく。
【００１７】
図示の電圧検出回路５Ｂは、検出点Ｄと接地間に直列に接続された抵抗Ｒ1及びＲ2からなる抵抗分圧回路と、この抵抗分圧回路の分圧点に一端が接続された抵抗Ｒ3と、抵抗Ｒ3の他端と接地間に接続されたコンデンサＣ2とからなっていて、コンデンサＣ2の両端に検出点Ｄと接地間の電圧に比例した検出電圧Ｖnvを出力する。
【００１８】
漏電検出部５Ｃは、電圧検出回路５Ｂにより検出された検出点Ｄと接地間の電圧が設定された判定値以上であるときに漏電が発生したことを検出するもので、この漏電検出部は例えば、判定値を与える一定の基準電圧を発生する基準電圧発生回路と、検出電圧Ｖnvを基準電圧と比較して、検出電圧Ｖnvが基準電圧よりも低いときと高いときとでレベルが異なる出力信号を発生する比較器とにより構成することができる。また漏電検出部５Ｃは、電圧検出回路５Ｂの出力をマイクロプロセッサを用いて処理することにより漏電の有無を検出するように構成することもできる。
【００１９】
上記漏電検出部５Ｃの検出出力は、漏電が発生したときに交流発電機１を駆動する原動機を停止させることを指令する指令信号として用いたり、漏電が発生したときに警報発生手段を駆動するための信号として用いたりすることができる。
【００２０】
図１に示した実施形態において、交流発電機１として３相の電機子コイルを有する磁石発電機を用い、インバータ３の出力電圧を１００［Ｖ］、周波数を５０［Ｈｚ］として、電源装置で地絡が生じていない場合と、地絡を生じさせた場合とについて、電圧検出回路５Ｂから得られる検出電圧Ｖnvを観測した結果を図６ないし図８に示した。電源装置で地絡が生じていないときに電圧検出回路５Ｂから得られる検出電圧Ｖnvは、図６に示すようにほぼ０レベルを保持している。なお図６ないし図８においてＶacはインバータの出力電圧を示している。
【００２１】
これに対し、図２に示したように、交流発電機の１相の出力線のＡ1点で地絡を生じさせた場合には、図７に示したように、検出電圧Ｖnvが、交流発電機１の出力電圧と周波数が等しく、一定の波高値を有する交流波形を呈する。また図３に示したように、インバータの出力側のＡ2点で地絡を生じさせた場合には、図８に示したように、検出電圧Ｖnvがインバータの出力電圧Ｖacと周波数が等しい交流波形を呈する。
【００２２】
上記のように、検出点Ｄと接地間の電圧は、電源装置で地絡が発生している場合にはほぼ０レベルを保持し、電源装置で地絡が発生している場合に大きなレベルを呈するため、検出点と接地間の電圧を検出してその検出レベルが設定された判定値以上であるか否かを判定することにより、電源装置で漏電が生じているか否かを検出することができる。また地絡事故が発電機側で生じた場合と、インバータ側で生じた場合とで、検出電圧Ｖnvの周波数が異なるので、検出電圧Ｖnvの周波数を見ることにより地絡事故が発生している箇所を特定することも可能である。
【００２３】
上記の実施形態では、検出点形成回路５Ａを構成する抵抗器ＲｕないしＲｗの抵抗値を等しくして、検出点Ｄの対地電位を交流発電機の中性点Ｎの対地電位にほぼ等しくするとしたが、検出点Ｄは、発電機の各出力線に高インピーダンス素子を通して結合されていて、発電機のいずれの出力線の電位とも異なる電位を有する点であれば良く、抵抗器ＲｕないしＲｗの抵抗値は必ずしも等しくなくてもよい。抵抗器ＲｕないしＲｗの抵抗値を異ならせた場合には、地絡事故が発生していないときにも検出点Ｄと接地回路との間に零相電圧が現れるが、抵抗器ＲｕないしＲｗの抵抗値を適当に設定して、これらの抵抗器の抵抗値の不平衡の度合いが限度を超えないようにしておけば、地絡事故が発生していないときに検出点Ｄと接地間に現れる電圧と地絡事故が発生したときに検出点Ｄと接地間に現れる電圧との間には明確な差を生じさせることができるため、検出電圧Ｖnvと比較する基準電圧のレベル（判定値）を適当に設定することにより、地絡事故（漏電）の有無を問題なく検出することができる。
【００２４】
図１に示した例では、インバータ装置４内で検出点形成回路５Ａを発電機の出力線に結合しているが、インバータ発電装置４の外部で検出点形成回路５Ａを発電機の出力線に結合するようにしてもよいのはもちろんである。
【００２５】
上記の実施形態では、交流発電機１の電機子コイルが星形結線されているが、交流発電気か中性点を有しない場合、即ち、電機子コイルがΔ結線されている場合にも漏電の検出は支障なく行うことができる。
【００２６】
上記の実施形態では、交流発電機１として３相交流発電機が用いられたが、図４に示したように、交流発電機１として、両端が非接地状態で設けられた単相の電機子コイルＷａを有する単相交流発電機が用いられる場合にも本発明を適用することができる。交流発電機１として単相交流発電機を用いる場合には、発電機１の２本の出力線の間に抵抗値が十分に大きい抵抗器ＲaとＲbとの直列回路からなる抵抗分圧回路を接続して、この抵抗分圧回路により検出点形成回路５Ａを構成し、抵抗分圧回路の分圧点を検出点Ｄとする。図４に示した実施形態のその他の構成は図１に示した実施形態と同様である。
【００２７】
図４に示した例においても、抵抗器Ｒａ及びＲｂの抵抗値は等しくてもよく、異なっていてもよい。検出点Ｄの電位が発電機の２本の出力線のいずれの電位とも異なっていさえすればよい。
【００２８】
また本発明の漏電検出装置を適用する電源装置は、インバータ装置を用いたものに限られるものではなく、例えば、図５に示すように、電機子コイルＷａと、界磁制御回路１０により励磁電流が制御される界磁コイルＷｅとを有する励磁式の交流発電機１により電源装置を構成する場合にも本発明に係わる漏電検出装置を適用することができる。この場合の漏電検出装置５の構成は図４に示した例と同様である。
【００２９】
上記の各実施形態では、検出点Ｄを抵抗器を通して交流発電機の各出力線に結合しているが、検出点Ｄは、交流発電機の各出力線に高インピーダンス素子を通して結合されていて、発電機のいずれの出力線の電位とも異なる電位を示し、電源装置で地絡が生じたときに接地電位部との間に零相電圧が生じる点であればよい。従って、検出点Ｄと発電機の各出力線との間を結合する高インピーダンス素子は抵抗器に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施形態の構成を示した回路図である。
【図２】図１の実施形態において交流発電機側で地絡が生じた状態を示した回路図である。
【図３】図１の実施形態においてインバータの出力側の回路で地絡が生じた状態を示した回路図である。
【図４】本発明の他の実施形態を示した回路図である。
【図５】本発明の更に他の実施形態を示した回路図である。
【図６】図１に示した実施形態において電源装置で地絡が生じていないときに電圧検出回路から得られる検出電圧の波形をインバータの出力電圧波形とともに示した波形図である。
【図７】図１に示した実施形態において電源装置の交流発電機側の回路で地絡が生じたときに電圧検出回路から得られる検出電圧の波形をインバータの出力電圧波形とともに示した波形図である。
【図８】図１に示した実施形態において電源装置のインバータの出力回路で地絡が生じたときに電圧検出回路から得られる検出電圧の波形をインバータの出力電圧波形とともに示した波形図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  交流発電機
２  コンバータ
３  インバータ
４  インバータ装置
５  漏電検出装置
５Ａ  検出点形成回路
５Ｂ  電圧検出過回路
５Ｃ  漏電検出部
【図１】
2006006043.tif 000003
【図２】
2006006043.tif 000004
【図３】
2006006043.tif 000005
【図４】
2006006043.tif 000006
【図５】
2006006043.tif 000007
【図６】
2006006043.tif 000008
【図７】
2006006043.tif 000009
【図８】
2006006043.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成16年7月8日(2004.7.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
これに対し、図２に示したように、交流発電機の１相の出力線のＡ1点で地絡を生じさせた場合には、図７に示したように、検出電圧Ｖnvが、交流発電機１の出力電圧と周波数が等しい交流波形を呈する。また図３に示したように、インバータの出力側のＡ2点で地絡を生じさせた場合には、図８に示したように、検出電圧Ｖnvがインバータの出力電圧Ｖacと周波数が等しい交流波形を呈する。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
上記のように、検出点Ｄと接地間の電圧は、電源装置で地絡が発生していない場合にはほぼ０レベルを保持し、電源装置で地絡が発生している場合に大きなレベルを呈するため、検出点と接地間の電圧を検出してその検出レベルが設定された判定値以上であるか否かを判定することにより、電源装置で漏電が生じているか否かを検出することができる。また地絡事故が発電機側で生じた場合と、インバータ側で生じた場合とで、検出電圧Ｖnvの周波数が異なるので、検出電圧Ｖnvの周波数を見ることにより地絡事故が発生している箇所を特定することも可能である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
上記の実施形態では、交流発電機１の電機子コイルが星形結線されているが、交流発電機が中性点を有しない場合、即ち、電機子コイルがΔ結線されている場合にも漏電の検出は支障なく行うことができる。