(57)【要約】【課題】漏電検出回路に駆動電流が少なく発熱の小さい部品の適用を可能な漏電遮断器を得る。【解決手段】交流電路１を開閉する開閉接点２と、交流電路１の零相電流を検出する零相変流器３と、零相変流器３の検出信号に基づき漏電を検出する漏電検出回路４と、漏電検出回路４により駆動される引き外し装置６と、交流電路１に接続されたコンデンサドロップ電源回路７１と、このコンデンサドロップ電源回路７１の後段に接続され、漏電検出回路４に電力を供給する第1の整流回路７２と、交流電路１に接続された第２の整流回路７５と、漏電検出回路４に駆動され引き外し装置６の引き外しコイル６ａを励磁する自己消弧型スイッチング素子５とを備えた漏電遮断器において、自己消弧型スイッチング素子５の一端が第２の整流回路７５に接続され、該他端と第２の整流回路７５の負極側との間に引き外しコイル６ａを接続した。【選択図】図１
2015170427.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電路を開閉する開閉接点と、前記交流電路の零相電流を検出する零相変流器と、この零相変流器に接続され、前記零相変流器の検出信号に基づいて漏電を検出する漏電検出回路と、この漏電検出回路により駆動される引き外し装置と、前記交流電路の各相にそれぞれ接続され、抵抗およびコンデンサが直列接続された直列体と、この直列体の後段に接続され、前記漏電検出回路に電力を供給する第1の整流回路と、前記交流電路に接続された第２の整流回路と、この第２の整流回路の後段に接続され、前記漏電検出回路に駆動されることにより前記引き外し装置の引き外しコイルを励磁するスイッチング素子と、を備えた漏電遮断器において、
前記スイッチング素子は自己消弧型スイッチング素子であるとともに、前記スイッチング素子の一端は前記第２の整流回路に接続され、前記スイッチング素子の他端と前記第２の整流回路の負極側との間に前記引き外しコイルが接続されていることを特徴とする漏電遮断器。
【請求項２】
前記第２の整流回路は、３相のうちいずれか２相を全波整流したものであることを特徴とする請求項１に記載の漏電遮断器。
【請求項３】
前記第２の整流回路は、３相のすべて相を全波整流したものであることを特徴とする請求項１に記載の漏電遮断器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電路の漏洩電流が所定値以上になったとき、この電路を開放する漏電遮断器に関し、特に漏電遮断器の動作電源に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、流通している漏電遮断器のほとんどは、この漏電遮断器に内蔵された、例えば、集積回路で構成された漏電検出回路により、零相変流器で検出された信号のレベル判定を行い、信号のレベルが所定値を超えれば、漏電検出回路からの出力によりサイリスタをターンオンし、内蔵された電磁石装置を駆動して漏電遮断器を遮断させ、電路を開放している。然るに、これら漏電検出回路、および電磁石装置の動作には、電力が必要であり、この電力は、漏電遮断器の内部、例えば、電路の線間電圧のＡＣ４００Ｖから採り、所定の電圧、例えば、ＤＣ１２Ｖに変換し、供給されている。このとき、３極の漏電遮断器では、３極（便宜上、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相とする。すなわち、Ｓ相が中極に相当する。）のうち、外側２極、すなわち、Ｒ−Ｔ相間から採るのが一般的である。しかし、このことが、３極の漏電遮断器を単相電路に使用する場合、接続をＲ−Ｔ相間に限定する制約条件の理由となっている。
【０００３】
ところで、この漏電遮断器に限らず、配電機器の国際化、いわゆるグローバル・スタンダード化が言われて久しい。具体的には、ＩＥＣ（国際規格）６０９４７−２   ＡｎｎｅｘＢに準拠した漏電遮断器が求められているが、ＪＩＳ（日本工業規格）  Ｃ  ８２０１−２−２  Ａｎｎｅｘ２（すなわち、日本独自の規格）との違いの一つに、三相電路のある一相が欠相したとしても、漏電機能は正常に動作しなければならない、ということが挙げられている。したがって、前述したように、Ｒ−Ｔ相間から電圧を採っている場合、Ｓ相の欠相では問題ないが、Ｒ相、もしくはＴ相が欠相したときは、直ちに漏電機能を喪失してしまう。
この漏電機能の喪失を防ぐために、動作電力を、三相電源取り、すなわち、三相電路の各相から採ったのち、整流回路にて整流し、所定の電圧に降下させて得ることが知られている。この方式によれば、ある一相が欠相したとしても、残る二相で動作電力を生成することができるので、漏電機能は正常に動作し続ける。また、単相電路に使用する場合、必ずしもＳ相を空ける必要がない、つまり、Ｒ−Ｓ相間、あるいはＳ−Ｔ相間にも接続することが可能という、波及効果もある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−５９６０７号公報  図１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の漏電遮断器では、前述した漏電検出回路からの出力によりサイリスタをターンオンさせ、電磁石装置を駆動することで、漏電遮断器を遮断させることは周知の通りであるが、このとき漏電検出回路の出力は、駆動電流が大きいサイリスタを駆動する必要がある。したがって漏電検出回路の発熱が増えることや、電源回路に使用しているコンデンサの容量を大きくするなどの対応が必要となる。また、電磁石装置に安価な電磁コイルを使用した場合、サイリスタは面実装タイプではなくリードタイプの部品となるため、リードタイプのサイリスタを使用することで基板も大きくする必要があった。
【０００６】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、漏電検出回路に駆動電流が少なく発熱の小さい部品の適用を可能にすることにより、小形化を図ることができる漏電遮断器を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る漏電遮断器は、交流電路を開閉する開閉接点と、交流電路の零相電流を検出する零相変流器と、この零相変流器に接続され、零相変流器の検出信号に基づいて漏電を検出する漏電検出回路と、この漏電検出回路により駆動される引き外し装置と、交流電路の各相にそれぞれ接続され、抵抗およびコンデンサが直列接続された直列体と、この直列体の後段に接続され、漏電検出回路に電力を供給する第1の整流回路と、交流電路に接続された第２の整流回路と、この第２の整流回路の後段に接続され、漏電検出回路に駆動されることにより引き外し装置の引き外しコイルを励磁するスイッチング素子と、を備えた漏電遮断器において、スイッチング素子は自己消弧型スイッチング素子であるとともに、スイッチング素子の一端が第２の整流回路に接続され、スイッチング素子の他端と第２の整流回路の負極側との間に引き外しコイルが接続されたものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、小形で発熱量の少ない部品が使用可能で、高調波回路および逆接続回路にも対応が可能な三相電源取り漏電遮断器を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１における３極の漏電遮断器を示す回路図である。
【図２】この発明の実施の形態２における３極の漏電遮断器を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１における３極の漏電遮断器を示す回路図である。
図１において、漏電遮断器１０１は、交流電路１を開閉する開閉接点２と、交流電路１の中に挿入され、交流電路１の零相電流を検出する零相変流器３と、この零相変流器３に接続され、その検出信号に基づいて漏電を検出する漏電検出回路４と、この漏電検出回路４の出力信号により駆動される引き外し装置６と、漏電検出回路４に駆動されることにより引き外し装置６の引き外しコイル６ａを励磁する自己消弧型スイッチング素子５と、漏電検出回路４と引き外し装置６の両方に電力を供給する電源回路７と、を有している。
【００１１】
また、引き外し装置６は、自己消弧型スイッチング素子５の導通により励磁される引き外しコイル６ａと、この引き外しコイル６ａが励磁された時に開閉接点２を開離する引き外し機構６ｂと、を有している。
電源回路７は、交流電路１から入力される交流電圧を所定の直流電圧、例えば、ＤＣ１２Ｖに変換して引き外しコイル６ａに励磁電流を供給すると共に漏電検出回路４へ電力を供給する。
なお、自己消弧型スイッチング素子５には、漏電検出回路４からの出力電流を抑えるべく電圧制御ゲートを持つＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ等が用いられる。
【００１２】
以下、電源回路７の詳細について説明する。電源回路７は、交流電路１の各相にそれぞれ接続され、電流を制限する電流制限抵抗７１ａおよびこの電流制限抵抗７１ａに直列に接続されたコンデンサ７１ｂからなる直列体であるコンデンサドロップ電源回路７１と、このコンデンサドロップ電源回路７１の後段に接続され、フルダイオードブリッジからなる第１の整流回路７２と、この第１の整流回路７２の出力の正極側にカソードが接続され、第１の整流回路７２の出力電圧を降圧するためのツェナーダイオード７３と、このツェナーダイオード７３の両端に並列に接続される平滑用のコンデンサ７４と、を有している。
【００１３】
また、ツェナーダイオード７３のアノードは、引き外しコイル６ａの一端が接続され、第１の整流回路７２の出力の負極側は、引き外しコイル６ａの他端が接続されている。
さらに、電源回路７は、交流電路１に接続され、引き外しコイル６ａを駆動するための電源を生成する第２の整流回路７５を有している。この第２の整流回路７５は、交流電路１における３相のうちいずれか２相を全波整流したものである。
【００１４】
さらに詳細に説明すると、第２の整流回路７５は、アノードが交流電路１のＲ相に接続され、カソードが自己消弧型スイッチング素子５のドレインに接続されたダイオード７５ａと、アノードが交流電路１のＳ相に接続され、カソードがダイオード７５ａのカソードに接続されたダイオード７５ｂと、カソードが交流電路１のＴ相に接続され、アノードが第１の整流回路７２の出力の負極側に接続されたダイオード７５ｃと、カソードが交流電路１のＳ相に接続され、アノードがダイオード７５ｃのアノードに接続されたダイオード７５ｄと、を備えている。
【００１５】
第１の整流回路７２の出力の正極側には漏電検出回路４の電源端子４ａが接続され、引き外しコイル６ａの一端およびツェナーダイオード７３のアノードの接続点には、漏電検出回路４のグランド４ｂが接続される。漏電検出回路４の出力ポート４ｃには、抵抗８を介して自己消弧型スイッチング素子５のゲートに接続されている。自己消弧型スイッチング素子５のソースは、引き外しコイル６ａの一端およびツェナーダイオード７３のアノードの接続点に接続される。
【００１６】
また、自己消弧型スイッチング素子５のゲートとソース間には抵抗９が接続され、抵抗８と抵抗９とで分圧抵抗を構成し、自己消弧型スイッチング素子５のゲートに印加される電圧を調整している。さらに、自己消弧型スイッチング素子５のゲートとソース間には、ノイズによる誤動作防止用のコンデンサ１０も接続されている。
なお、請求の範囲で述べている「スイッチング素子の一端」とは、上述した自己消弧型スイッチング素子５のドレインのことであり、同じく請求の範囲で述べている「スイッチング素子の他端」とは、上述した自己消弧型スイッチング素子５のソースのことである。
【００１７】
次に電源回路７の動作について説明する。
通常状態においては、交流電路１のＲ、Ｓ、Ｔ相（図１紙面上、左からＲ、Ｓ、Ｔ相とする）からＡＣ１００Ｖ〜４００Ｖ程度の交流電圧が供給されると、コンデンサドロップ電源回路７１を構成する電流制限抵抗７１ａおよびコンデンサ７１ｂからなる直列体に交流電流が流れ、第１の整流回路７２で直流電力に変換される。第１の整流回路７２から出力された直流電力は、第１の整流回路７２の後段に接続されたツェナーダイオード７３及びコンデンサ７４により所定の直流電圧、例えば、ＤＣ１２Ｖに降圧されるとともに平滑化されて漏電検出回路４に供給される。
【００１８】
次に、漏電検出回路４のグランド４ｂと第１の整流回路７２の負極側との間に引き外しコイル６ａを接続する目的について説明する。
電源回路７は発熱のないコンデンサドロップ電源回路７１を採用するため、交流電路１から流入する高い周波数分のサージ電流は、コンデンサドロップ電源回路７１のインピーダンスである１／２πｆＣの周波数ｆが大きくなることにより低インピーダンス化するため、電圧降下させることができない。ここで、Ｃはコンデンサ７１ｂの容量、ｆは、交流電路１から流入するサージ電流の周波数である。
【００１９】
そのため、漏電検出回路４内の検出回路および定電圧回路などを過負荷にさらす問題がある。これを解決するために、引き外しコイル６ａのリアクタンス分である２πｆＬを利用し交流電路１から流入するサージ電流を抑制するものである。これにより、漏電検出回路４内の検出回路および定電圧回路などが過負荷にならないように保護している。ここで、Ｌは引き外しコイル６ａのインダクタンスである。
【００２０】
その一方で、引き外し装置６を駆動するためには、電源電圧を他で電圧降下させず、そのまま引き外しコイル６ａに印加しなければならない。そのため、第２の整流回路７５は、コンデンサドロップ電源回路７１より交流電路１側からＲ、Ｓ相２本にそれぞれダイオード７５ａ、７５ｂのアノード側を接続し、自己消弧型スイッチング素子５のドレインにダイオード７５ａ、７５ｂのカソード側を接続する。
【００２１】
また、引き外しコイル６ａの一端には、ダイオード７５ｃ、７５ｄのアノード側を接続し、ダイオード７５ｃ、７５ｄのカソード側は、コンデンサドロップ電源回路７１より交流電路１側のＳ、Ｔ相の２本にそれぞれ接続される。これにより、交流電路１の３相のうちいずれか２相を全波整流した半波整流回路を構成し自己消弧型スイッチング素子５がＯＮしたときには、コンデンサドロップ電源回路７１をバイパスする回路構成としている。
【００２２】
次に漏電遮断器１０１の動作について説明する。
交流電路１の電力線は、開閉接点２の負荷側（図１の紙面上下側）に配設された零相変流器３に挿通されており、この零相変流器３からは、交流電路１を流れる電流のバランスが崩れたとき、すなわち、交流電路１から大地に対し漏洩電流が発生した場合、そのレベルに比例した信号が出力される。
【００２３】
零相変流器３からの信号は、漏電検出回路４に図示しない電圧変換回路を経て送られる。この漏電検出回路４では、送られてきた信号のピーク電圧値、あるいは信号の幅を判別し、それらが、所定のレベルを超えたと判断したとき、自己消弧型スイッチング素子５のゲートへ信号を出力することで、この自己消弧型スイッチング素子５のドレイン−ソース間が導通する。この導通により、引き外しコイル６ａが励磁され、引き外し機構６ｂを駆動することで、開閉接点２を開放し、漏洩電流による火災、あるいは人身事故を未然に防いでいる。
【００２４】
なお、漏電検出回路４は集積回路で構成される点、およびこの漏電検出回路４からの自己消弧型スイッチング素子５のゲート信号の供給は、漏電遮断器１０１の電源側と負荷側が正しく接続された正接続、あるいは、漏電遮断器１０１の電源側と負荷側が逆に接続された逆接続の如何に拘わらず、漏洩電流の消滅とともにリセットされ、自己消弧型スイッチング素子５のドレイン−ソース間は非導通となる。そして、自己消弧型スイッチング素子５のドレイン−ソース間が非導通となることで、引き外しコイル６ａの励磁は停止される。
【００２５】
また、自己消弧型スイッチング素子５のドレイン−ソース間が非導通となった際に引き外しコイル６ａの両端間にはサージ電圧が発生する。このため、一般的には、引き外しコイル６ａの両端にフライホイールダイオードを並列接続するが、本実施の形態では、引き外しコイル６ａ→第１の整流回路７２を構成するダイオード→ツェナーダイオード７３→引き外しコイル６ａの回路が、フライホイールダイオードの役割を果たすので、フライホイールダイオードを設ける必要がない。
【００２６】
本実施の形態によれば、交流電路１の各相にそれぞれ接続され、抵抗７１ａおよびコンデンサ７１ｂが直列接続されたコンデンサドロップ電源回路７１と、このコンデンサドロップ電源回路７１の後段に接続された第1の整流回路７２と、交流電路１に接続された第２の整流回路７５と、この第２の整流回路７５の後段に接続され、引き外し装置６の引き外しコイル６ａを励磁する自己消弧型スイッチング素子５と、を備え、自己消弧型スイッチング素子５の一端が、第２の整流回路７５の正極側に接続され、第２の整流回路７５の負極側と自己消弧型スイッチング素子５の他端との間に引き外しコイル６ａが接続されているので、漏電検出回路４が自己消弧型スイッチング素子５を駆動する電流が低減され、漏電遮断器１０１における電源回路７の発熱を抑えることができる。さらに、漏電遮断器１０１における電源回路７の発熱を抑えられるので小形で安価な漏電遮断器を得ることができる。
【００２７】
また、発熱のないコンデンサドロップ電源回路７１と、漏電検出回路４からの出力電流を抑えるべく電圧制御ゲートを持つ自己消弧型スイッチング素子５と、引き外しコイル６ａの駆動電源に半波整流回路である第２の整流回路７５と、を採用したので、電源回路７の発熱量を抑えることができる。
【００２８】
また、自己消弧型スイッチング素子５の一端が、第２の整流回路７５の正極側に接続され、第1の整流回路７２の負極側と自己消弧型スイッチング素子５の他端との間に引き外しコイルが接続されているので、引き外しコイル６ａのリアクタンス分である２πｆＬを利用し交流電路１から流入するサージ電流を抑制することができる。
【００２９】
また、自己消弧型スイッチング素子５により引き外しコイル６ａを励磁しているので、漏電遮断器１０１が電源側と負荷側を逆に接続された状態でも漏電検出回路４が出力をＯＦＦした時点で引き外しコイル６ａの励磁を停止、引き外しコイル６ａの焼損を防止することができる。
【００３０】
また、引き外しコイル６ａ→第１の整流回路７２を構成するダイオード→ツェナーダイオード７３→引き外しコイル６ａの回路が、引き外しコイル６ａに対して並列に設けられるフライホイールダイオードの役割を果たすので、別途、引き外しコイル６ａの駆動回路にフライホイールダイオードを設ける必要がなく漏電遮断器１０１を小形化することができる。
【００３１】
また、発熱のないコンデンサドロップ電源回路７１より第１の整流回路７２を介して漏電検出回路４に安定した直流電源を供給し、交流電路１からのサージ電流をどの相に対しても吸収できるようコンデンサドロップ電源回路７１に直列に引き外しコイル６ａを接続したので、どの相が欠相したとしても漏電事故の発生時には漏電検出回路４からの出力電流を最小限に抑えた状態で引き外しコイル６ａを励磁し漏電遮断器１０１をトリップさせることができる。
【００３２】
実施の形態２．
図２は本発明の実施の形態２における３極の漏電遮断器を示す回路図である。
ＩＥＣ６０９４７−２には、定格感度電流の５倍にて４０ｍｓ以内で動作することが規定されているが、実施の形態１では、引き外しコイル６ａを半波整流回路である第２の整流回路７５で駆動するので、投入位相によっては引き外し装置６の動作時間が４０ｍｓを超える可能性がある。
【００３３】
本実施の形態の漏電遮断器１０２は、引き外し装置６の動作時間を４０ｍｓに対し十分短くすることができるようにするもので、図２に示すように、引き外し装置６が安定した直流電圧を必要するものに対応すべく半波整流回路である第２の整流回路７５を全波整流回路である第３の整流回路７６に変更したものである。その他の構成は、実施の形態１と同様であるので、詳細説明は省略する。
【００３４】
引き外し装置６を駆動するためには、電源電圧を他で電圧降下させず、そのまま引き外しコイル６ａに印加しなければならない。そのため、第３の整流回路７６はコンデンサドロップ電源回路７１より交流電路１側から全相にダイオード７６ａ、７６ｂ、７６ｃのアノードをそれぞれ接続し、ダイオード７６ａ、７６ｂ、７６ｃのカソードを自己消弧型スイッチング素子５のドレインに接続する。
【００３５】
また、引き外しコイル６ａの他端にダイオード７６ｄ、７６ｅ、７６ｆのアノードを接続し、コンデンサドロップ電源回路７１より交流電路１側の全相にダイオード７６ｄ、７６ｅ、７６ｆのカソードをそれぞれ接続することで、全波整流回路を構成する。このため、自己消弧型スイッチング素子５が導通したときには、コンデンサドロップ電源回路７１をバイパスし、電源が供給される回路となっている。
【００３６】
本実施の形態によれば、交流電路１の各相にそれぞれ接続され、抵抗およびコンデンサが直列接続されたコンデンサドロップ電源回路７１と、このコンデンサドロップ電源回路７１の後段に接続された第1の整流回路７２と、交流電路１に接続された第３の整流回路７６と、この第３の整流回路７６の後段に接続され、引き外し装置６の引き外しコイル６ａを励磁する自己消弧型スイッチング素子５と、を備え、自己消弧型スイッチング素子５の一端が、第３の整流回路７６の正極側に接続され、第３の整流回路７６の負極側と自己消弧型スイッチング素子５の他端との間に引き外しコイル６ａが接続されているので、漏電検出回路４が自己消弧型スイッチング素子５を駆動する電流が低減され、漏電遮断器１０２における電源回路７の発熱を抑えることができる。さらに、漏電遮断器１０２における電源回路７の発熱を抑えられるので小形で安価な漏電遮断器を得ることができる。
【００３７】
また、３相全波整流回路である第３の整流回路７６を用いたので、引き外し装置６に常に安定した直流電圧が供給されるため、漏電遮断器１０２の遮断動作時間をＩＥＣ６０９４７−２で定められた所定値４０ｍｓｅｃより十分短くすることができる。
【００３８】
また、自己消弧型スイッチング素子５の一端が、第３の整流回路７６の正極側に接続され、第３の整流回路７６の負極側と自己消弧型スイッチング素子５の他端との間に引き外しコイル６ａが接続されているので、引き外しコイル６ａのリアクタンス分である２πｆＬを利用し交流電路１から流入するサージ電流を抑制することができる。
【符号の説明】
【００３９】
２  開閉接点、３  零相変流器、４  漏電検出回路、
５  自己消弧型スイッチング素子、６  引き外し装置、７  電源回路、
７１  コンデンサドロップ電源回路、７２  第１の整流回路、
７３  ツェナーダイオード、７５  第２の整流回路、
１０１  漏電遮断器。
【図１】
2015170427.tif 000003
【図２】
2015170427.tif 000004