(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多相交流電路を開閉する開閉接点と、交流電路の漏電電流を検出する零相変流器と、該零相変流器の二次出力から前記交流電路の漏電有無を判定し、漏電が発生した場合に信号を出力する漏電検出回路と、この漏電検出回路の出力信号を受けて前記開閉接点を開極させる引外し手段と、テストスイッチのＯＮ操作により零相変流器に巻回したテスト巻線に模擬漏電電流を供給するテスト回路を備えた漏電遮断器であって、前記テスト回路に前記模擬漏電電流の周波数を商用周波数と異なる周波数に設定する発振回路を備えるとともに、零相変流器の二次側と漏電検出回路との間には、テスト時に零相変流器から漏電検出回路に供給する二次出力電流を漏電感度の設定に応じて増幅する増幅手段として、ＯＰアンプを増幅素子とし、これに受動フィルタ素子を外付けしてアクティブ・フィルタ回路を組んだ増幅器を備えたものにおいて、
前記増幅器のフィルタ回路が、常時はローパスフィルタ，テスト時にバンドパスフィルタに切り換えるフィルタ回路切換手段を備えたことを特徴とする漏電遮断器。
【請求項２】
請求項１に記載の漏電遮断器において、ＯＰアンプに、ローパス用のフィルタ素子と、前記フィルタ素子と共同してバンドパスフィルタ回路を構成するバンドパス用のフィルタ素子と、バンドパス用フィルタ素子をテスト時に回路に投入接続するフィルタ回路切換手段であるスイッチとを組み合わせてフィルタ回路を構成したことを特徴とする漏電遮断器。
【請求項３】
請求項２に記載の漏電遮断器において、バンドパス用のフィルタ素子，および該フィルタ素子をテスト時に回路に投入接続するフィルタ回路切換手段であるスイッチを２組に分けてフィルタ回路を切り換えるようにしたことを特徴とする漏電遮断器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、配電系統に発生する漏電を検出して漏電事故を未然に防ぐ漏電遮断器、特に漏電引外し機能の動作確認を行うテスト回路を備えた漏電遮断器に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、漏電遮断器には漏電引外し機能の動作確認を行うテスト回路を備えており（例えば、特許文献１参照）、その従来のブロック回路図を図４に示す。
【０００３】
図４において、1は３相交流電路、２は交流電路１を開閉する主回路開閉接点、３は交流電路１を一次巻線として交流電路の漏電電流を検出する零相変流器、４は零相変流器３の漏電電流検出巻線（二次巻線）３ａの出力電流から交流電路１の漏電発生有無を判別し、漏電発生が検知された際にトリップ信号を出力する漏電検出回路、５は漏電検出回路４の出力信号によって開閉接点２を開極させるトリップコイル（引外し手段）、６は漏電引外し機能の動作チェックを行うテスト回路、７は交流電源、８は交流電路１に接続した負荷、９は交流電路１の相間電圧を整流して漏電検出回路４に給電する電源回路である。
【０００４】
ここで、前記テスト回路６は該回路に流すテスト電流の大きさを調整する限流抵抗６ａと、押し釦式のテストスイッチ６ｂからなり、零相変流器３の漏電電流検出巻線３ａと電磁的に結合されたテスト巻線３ｂを介して３相交流電路１の２相間に接続されている。また、漏電検出回路４は３相交流電路１の２相間に接続した電源回路（整流回路）９を介して電源を供給するようにしている。
【０００５】
上記の構成で、交流電路1の負荷側等に漏電（地絡事故，漏れ電流）が生じて零相変流器３の一次側電路に不平衡電流が流れると、漏電電流が零相変流器３により検出され、その二次出力が漏電電流検出巻線３ａから漏電検出回路4に入力される。そして漏電検出回路４で検出された漏電電流が予め設定された閾値（定格感度電流に対応する閾値）を越えると、漏電検出回路4は出力信号を発生してトリップコイル５に加え、これを基にトリップコイル５が開閉機構を引外して主回路開閉接点２を開極し、交流電路1を遮断して負荷８等を漏電から保護することは周知の通りである。
【０００６】
また、漏電遮断器の動作テストを行う場合には、主回路開閉接点２がＯＮの状態でテスト回路６の押し釦式テストスイッチ６ｂをＯＮ操作し、交流電路１から限流抵抗６ａを介して零相変流器３に巻装したテスト巻線３ｂに漏電を模擬するテスト電流（模擬漏電電流）Ｉｔを供給する。これにより交流電路１に漏電電流が流れた場合と同様に零相変流器３に二次出力が発生して、漏電電流検出巻線３ａから漏電検出回路４に出力電流Ｉｓを与え、これを基に漏電検出回路４はトリップ信号を出力し、主回路開閉接点２を引外して交流電路１を遮断させる。このテストにより、零相変流器３、漏電検出回路４，およびトリップコイル５を含む引外し機構の機能が正常に動作するか否かをチェックできる。
【０００７】
一方、上記の漏電遮断器にはさらに高度な保護機能が求められる傾向にあり、国際規格（ＩＥＣ）では漏電遮断器に欠相保護対応の機能が要求されている。かかる点、図４に示した従来構成の漏電遮断器では、３相交流電路１が定常状態であれば漏電遮断テストが正常に行えるが、テスト時に３相交流電路１のうちのテスト回路６，漏電検出回路４が接続されている相が欠相している場合、あるいは定格感度電流以下の低レベルな逆位相の漏れ電流が生じている場合には漏電テストが正常に行えないといった問題がある。
【０００８】
そこで、発明者等はその対策として、テスト回路，漏電検出回路の電源に３相交流電路の全相から給電を受ける電源回路を採用するとともに、さらにテスト回路には商用周波数と異なる周波数のテスト電流を生成する発振回路を設け、交流電路（商用周波数）に欠相，定格感度電流以下の漏電電流が生じている場合でもテストが適正に行えるようにした漏電遮断器を特願２００５−１２１０５２号として先に提案しており、次にその回路構成，機能を図５，図６で説明する。
【０００９】
すなわち、図５，図６に示す回路構成では、電源回路９が３相交流電路１の全相に接続した３相全波整流回路９ａ，定電圧電源回路９ｂ，平滑用コンデンサ（コンデンサ）９ｃからなり、この電源回路９を通じて漏電検出回路４，テスト回路６に給電するようにしている。また、テスト回路６は押し釦式のテストスイッチ６ａと発振回路６ｂを組み合わせ、テスト時には発振回路６ｂにて商用周波数（５０Ｈｚあるいは６０Ｈｚ）と異なる周波数帯域のテスト電流Ｉｔを生成し、これを零相変流器３のテスト巻線３ｂに供給してテストを行う。上記構成の電源回路９，テスト回路６を採用することにより、３相交流電路１の１相が欠相した場合、また交流電路１に定格感度電流以下の微小な漏電電流が生じている状態でも漏電テストを正常に行うことができる。
【００１０】
上記提案になる漏電遮断器（図５，図６）は、図４に示した従来の漏電遮断器と比べて漏電テストに対する信頼性が向上するものの、なお実用面では次記のような解決すべき課題が残る。すなわち、汎用の漏電遮断器ではユーザーサイドでの保護目的，配電系統の保護接地抵抗などに応じて定格感度電流を選択設定できるように、零相変流器３の二次巻線に接続して二次出力電流を電圧に変換する検出抵抗を定格感度電流の設定に応じて切り換えるようにした感度設定部を備えている。
【００１１】
ところで、上記漏電遮断器のテスト動作時には、テスト回路６を通じて零相変流器３の二次側で設定した感度設定（一般に最小感度電流と最大感度電流の間には１０倍程度の差がある）に対応した大きさのテスト電流Ｉｔをテスト巻線６ｂに供給する必要があるが、図４，図５に示した回路構成ではテスト電流Ｉｔが電源回路９の供給電力容量によって略一定値に制限されており、このために零相変流器３の二次側で設定した漏電検出感度を例えば最低感度に設定した状態でテストを行った場合には、零相変流器３の二次側から漏電検出回路４に供給する出力電流Ｉｓが不足(小さすぎ)して漏電検出回路４で設定した閾値以下となり、漏電テスト機能が正常に動作しないといった問題がある。
【００１２】
そこで、発明者等は、零相変流器の二次側と漏電検出回路との間に、前記電源回路を電源としてテストスイッチのＯＮ操作時に零相変流器から漏電検出回路に供給する二次出力電流を漏電検出感度の設定に対応する増幅度で制御する増幅手段を設け、漏電遮断器の漏電検出感度を例えば最も低い感度を選択して使用している状態でも漏電テストが正常に行えるようにした方式を提唱し、その製品化に向けて開発が進められている。
【００１３】
図７は零相変流器の二次出力側に前記増幅手段を備えた回路の一例であり、図７において零相変流器３の二次側出力回路にはＯＰアンプを増幅素子とした増幅手段１０を新たに追加装備し、テストを行う際には増幅手段１０の増幅度（ゲイン）を感度設定器１１（ユーザーサイドで漏電遮断器の定格感度電流を設定する）で選択した感度設定に対応する増幅度に可変調整し、テストスイッチ６ａのＯＮ操作時に零相変流器３の漏電検出巻線３ａより出力する出力電流Ｉｓを後記の増幅器を経て後段の漏電検出回路４に供給するようにしている。
【００１４】
ここで、増幅手段１０は、ＯＰアンプ１０ａを増幅素子として、その反転入力端子，帰還回路に抵抗Ｒ１〜抵抗Ｒ３、および受動フィルタ素子（周波数依存性のインピーダンス）としてコンデンサＣを外付けしてアクティブ・フィルタ回路（多重帰還型ローパスフィルタ）を組んだ反転増幅器に対し、前記抵抗Ｒ１と並列に増幅度調整用の入力抵抗Ｒ４〜Ｒ６，および該抵抗Ｒ４〜Ｒ６を選択的に切り換えるアナログスイッチ１０ｂを組み合わせた構成になる。また、アナログスイッチ１０ｂは、テストススイッチ６ａのＯＮ操作で与えられる制御信号を受けてアクティブ状態となり、同時に感度設定器１１で設定した感度設定に対応して、ＯＰアンプ１０ａに接続する入力抵抗Ｒ４〜Ｒ６を選択して回路に投入接続する。
【００１５】
次に、前記の回路構成による漏電テストの動作について説明する。
（１）テストスイッチＯＦＦ (非テスト時)：
この状態では、テスト回路の発振回路６ｂは停止しており、増幅手段１０のアナログスイッチ１０ｂは非アクティブで、入力抵抗Ｒ４〜Ｒ６が回路に接続されてなく、増幅器の増幅度ＡはＡ＝Ｒ２／Ｒ１である。
（２）テストスイッチＯＮ(テスト時)：
漏電テスト時にテストスイッチ６ａをＯＮ操作すると、発振回路６ｂを介して零相変流器３のテスト巻線３ｂにテスト電流Ｉｔを供給するとともに、増幅手段１０のアナログスイッチ１０ｂがアクティブとなり、同時に漏電感度設定器１１での感度設定に対応して入力抵抗Ｒ４〜Ｒ６から選択された抵抗が抵抗Ｒ１と並列に接続される。これにより、選択された抵抗をＲｘとして増幅器（ＯＰアンプ）の増幅度ＡはＡ＝Ｒ２×（Ｒ１＋Ｒｘ）／Ｒ１×Ｒｘとなる。ここで、前記抵抗Ｒ４〜Ｒ６のパラメータを漏電感度の各設定に対応して適宜に決めておくことにより、漏電遮断器の漏電検出感度を例えば最も低い感度を選択している状態でも、テスト時に零相変流器３の二次側から増幅手段１０を経て漏電検出回路４に入力する電流Ｉｓを漏電検出回路４であらかじめ設定した閾値を超える値に増幅してテストを行うことができる。また、ＯＰアンプ１０ａを用いてアクティブ・ローパスフィルタを組み、その周波数特性をテスト電流の周波数に対応して設定しておくことで、ＯＰアンプに発生したノイズ（テスト電流よりも高周波帯域）がＯＰアンプ１０ａの出力に重畳して後段の漏電検出回路４に入力するのを抑止し、このノイズ成分が誤差となって漏電検出回路が誤作動するのを防止できる。
【特許文献１】特開２００３−４５３１２号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
ところで、図７に示した回路構成ではテスト時における動作信頼性の確保面で次記のような課題が残る。すなわち、増幅手段１０の増幅素子であるＯＰアンプ１０ａにはオフセット電圧（直流成分）の発生する問題がある。これに対して、図７に示した回路のアクティブ・フィルタ（ローパスフィルタ）は、高周波帯域のノイズはカットできるものの、直流成分のオフセット電圧は除去できずにＯＰアンプの出力に重畳する。このために、テスト時に増幅手段の増幅度を上げた状態では、漏電を模擬するテスト電流が無通電の状態でも高増幅度で増幅されたオフセット電圧によるエラーで漏電検出回路が誤作動し、漏電遮断器が誤ってトリップ動作するおそれがあってテスト動作の信頼性が低下する。
【００１７】
本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、その目的は図７で述べた回路構成を基本として、零相変流器の二次側出力回路に介挿したＯＰアンプで組んだアクティブ・フィルタ回路を改良し、その周波数特性をテスト時，非テスト時に対応して切り換えることにより前記課題を解決してテストの信頼性向上を図った漏電遮断器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記目的を達成するために、本発明によれば、多相交流電路を開閉する開閉接点と、交流電路の漏電電流を検出する零相変流器と、該零相変流器の二次出力から前記交流電路の漏電有無を判定し、漏電が発生した場合に信号を出力する漏電検出回路と、この漏電検出回路の出力信号を受けて前記開閉接点を開極させる引外し手段と、テストスイッチのＯＮ操作により零相変流器に巻回したテスト巻線に模擬漏電電流を供給するテスト回路を備えた漏電遮断器であって、前記テスト回路に前記模擬漏電電流の周波数を商用周波数と異なる周波数に設定する発振回路を備えるとともに、零相変流器の二次側と漏電検出回路との間には、テスト時に零相変流器から漏電検出回路に供給する二次出力電流を漏電感度の設定に応じて増幅する増幅手段として、ＯＰアンプを増幅素子とし、これに受動フィルタ素子を外付けしてアクティブ・フィルタ回路を組んだ増幅器を備えたものにおいて、
前記増幅器のフィルタ回路が、常時はローパスフィルタ，テスト時にバンドパスフィルタに切り換えるフィルタ回路切換手段を備えるものとし（請求項１）、具体的に次記のような態様で構成する。
（１）ＯＰアンプに、ローパス用のフィルタ素子と、前記フィルタ素子と共同してバンドパスフィルタ回路を構成するバンドパス用のフィルタ素子と、バンドパス用フィルタ素子をテスト時に回路に投入接続するフィルタ回路切換手段であるスイッチとを組み合わせてフィルタ回路を構成する（請求項２）。
（２）前項（１）において、バンドパス用のフィルタ素子，および該フィルタ素子をテスト時に回路に投入接続するフィルタ回路切換手段であるスイッチを２組に分けてフィルタ回路を切り換えるようにする（請求項３）。
【発明の効果】
【００１９】
上記の構成によれば、次記の効果を奏する。
（１）テスト時に増幅手段に組んだアクティブ・フィルタをローパスフィルタからバンドパスフィルタに切り換えることで、高周波帯域のノイズ成分，および低周波帯域のオフセット成分をカットし、テスト電流に対応する周波数帯域の信号のみを通過させて後段の漏電検出回路に出力することができ、これによりテスト時に増幅手段の増幅度を高めた状態でも、ノイズおよびオフセットに起因する漏電検出回路の誤作動を防止してテストの動作信頼性が一層向上する。
（２）また、ＯＰアンプの入力側に接続するバンドパス用のフィルタ素子，および該フィルタ素子をテスト時に回路に投入接続するスイッチを２組に分けてバンドパスフィルタ回路を構成することで、バンドパスフィルタの通過帯域幅拡大が可能となり、これにより回路部品の特性ばらつき，温度ドリフトなどに起因するテスト電流の周波数変動に対して許容値が目標値を下回るのを防ぐ余裕のあるフィルタ回路のロバスト設計が容易に達成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を図示の実施例に基づいて説明する。なお、各実施例の図中で図７に対応する部材には同じ符号を付してその説明は省略する。
【実施例１】
【００２１】
本発明の第１の実施例を図１，図２に示す。なお、図１は漏電遮断器の主要回路図、図２は図１における増幅手段の回路に組んだアクティブ・フィルタの詳細回路図であり、図面簡略化のために図７で述べた増幅度調整用の入力抵抗は省略して描かれてない。
【００２２】
ここで、ＯＰアンプ１０ａを増幅素子とする増幅手段１０の回路には、ＯＰアンプ１０ａに抵抗Ｒ１〜Ｒ３，およびコンデンサＣ１，Ｃ２を外付けして構成した多重帰還型ローパスフィルタの回路に加えて、ＯＰアンプ１０ａの反転入力端子側には抵抗Ｒ４，コンデンサＣ３のバンドパス用フィルタ素子と、および該バンドパス用フィルタ素子を回路に投入接続するアナログスイッチ１０ｂとを前記抵抗Ｒ１と並列に接続し、テスト時にはこのフィルタ素子と前記のローパス用フィルタ素子と組み合わせてバンドパスフィルタ回路を構成するようにしている。なお、アナログスイッチ１０ｂは図７で述べたと同様にテストスイッチ６ａに連係させ、テストスイッチのＯＮ操作時にアクティブとなってバンドパス用のフィルタ素子を回路に投入接続し、非テスト時にはアナログスイッチ１０ｂをＯＦＦとしてバンドパス用のフィルタ素子を回路から切り離すようにしている。
【００２３】
次に、上記フィルタ回路によるテスト時，非テスト時の周波数特性について説明する。
（１）テストスイッチＯＦＦ（非テスト時）：
この状態では、テスト回路６の発振回路６ｂは停止しており、また増幅手段１０のアナログスイッチ１０ｂは非アクティブでその接点がＯＦＦである。したがって、ＯＰアンプ１０ａで組んだアクティブ・フィルタはローパスフィルタとして機能し、高周波帯域のノイズ成分がＯＰアンプの出力に重畳されるのを防止し、高い漏電検出特性を確保して交流電路の漏電保護を行うようにしている。
（２）テストスイッチＯＮ（テスト時）：
漏電テスト時にテストスイッチ６ａをＯＮ操作すると、増幅手段１０では、図７で述べたように増幅手段１０の増幅度が感度設定器１１での感度設定に応じた増幅度に調整され、この状態で零相変流器３の二次出力が後段の漏電検出回路４に入力される。また、同時に図示のアナログスイッチ１０ｂがアクティブ状態（接点ＯＮ）となってバンドパス用のフィルタ素子（コンデンサＣ３，抵抗Ｒ４）を回路に投入接続する。これにより、アクティブ・フィルタ回路はローパスフィルタからバンドパスフィルタに切り換わり、発振回路６ｂを介して供給されるテスト電流Ｉｔに対応する周波数帯域をフィルタ通過帯域として、それよりも高周波帯域のノイズ成分，および低周波帯域のオフセット成分の双方をカットする。これにより、テスト時に増幅器の増幅度を高めた状態でもＯＰアンプに生じるオフセット電圧による信号誤差で漏電検出回路４が誤作動するのを防止し、テスト動作を正常に行うことができる。
【実施例２】
【００２４】
次に、本発明の請求項３に対応する応用実施例の回路を図３に示す。この実施例は先記実施例１のフィルタ回路を改良してバンドパスフィルタの通過帯域幅拡大化を図り、回路部品の特性ばらつき，温度ドリフトなどが原因で生じるテスト周波数変動に対する許容値が目標を下回るのを防いで漏電遮断器の製品信頼性をさらに高めるようにしたものであり、その回路構成では図２で述べたバンドパス用フィルタ素子、および該フィルタ素子をテスト時に回路に投入接続するアナログスイッチを２組に分けた上で、次記のようにＯＰアンプ１０ａの反転入力端子側に接続するようにしている。
すなわち、図示回路において、ＯＰアンプ１０ａの反転入力端子に接続した抵抗Ｒ１，Ｒ３に対し、コンデンサＣ３，抵抗Ｒ４およびアナログスイッチ１０ｂを抵抗Ｒ１に並列接続するとともに、これとは別にコンデンサＣ４，抵抗Ｒ５，およびアナログスイッチ１０ｂを抵抗Ｒ３に並列接続し、テスト時にはアナログスイッチ１０ｂのＯＮ動作によりアクティブ・フィルタ回路をローパスフィルタからバンドパスフィルタに切り換えるようにしている。
【００２５】
上記構成のフィルタ回路で、テスト回路６の発振回路６ｂで生成するテスト電流Ｉｔの周波数（中心周波数）に合わせて前記コンデンサＣ３，Ｃ４のキャパシタンス値を適正に設定することにより、バンドパスフィルタとしての通過帯域幅が図２のフィルタ回路（一箇所切換方式）と比べて拡大し、テスト周波数変動に対する許容値が目標の１.８倍に向上する設計裕度の得られることが確認されている。また、発明者等が行った実機検証テストでもテスト電流無通電時の誤動作発生がなく、漏電テスト時には漏電検出感度の設定に関係なくテストが正常動作することが確認されている。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施例１に係わる漏電遮断器の主要部の構成回路図
【図２】図１における増幅手段の詳細な回路図
【図３】本発明の実施例２に係わる増幅手段の詳細な回路図
【図４】従来における漏電遮断器のブロック回路図
【図５】本発明の先行出願に係わる漏電遮断器のブロック回路図
【図６】図５における電源回路，テスト回路の詳細な回路図
【図７】図６における零相変流器の二次出力側に追加した増幅手段の従来例の回路図
【符号の説明】
【００２７】
１    交流電路
２    主回路開閉接点
３    零相変流器
３ａ  漏電検出巻線
３ｂ  テスト巻線
４    漏電検出回路
５    トリップコイル（引外し装置）
６    テスト回路
６ａ  テストスイッチ
６ｂ  発振回路
９    電源回路
１０    フィルタ・増幅手段
１０ａ  ＯＰアンプ
１０ｂ  アナログスイッチ
１１    感度設定器
【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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