(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のスイッチング素子からなり、直流電源の直流電力を交流電力に変換するインバータを介して交流電源と連系接続するようにした系統連系インバータの直流漏電検出装置において、
前記直流電源と前記インバータとを接続している直流回路の第１被検出導線及び第２被検出導線に流れる直流電流との差に応じて磁化するコアと、
前記コアに巻回された直流漏電検出用の検出コイルと、
前記検出コイルに誘起される電圧を検出する第１の電圧検出回路と、
前記コアの内側に貫通する第３被検出導線に前記交流電源からの交流電流を流す交流電流負荷回路と、
前記交流電源の電圧の実効値、または整流平均値に変換することで連系接続されている交流電圧を検出する第２の電圧検出回路と、
前記第２の電圧検出回路の検出信号Ｂを前記第１の電圧検出回路の検出信号Ａで除した値を演算する割算器と、
連系前の前記割算器の出力信号を基準レベルとして記憶するサンプルホールド回路と、
前記割算器の出力信号（Ｂ／Ａ）が前記サンプルホールド回路で記憶された基準レベル以下になったとき漏電判定信号を出力する比較回路と、
を備えたことを特徴とする系統連系インバータの直流漏電検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、太陽電池発電システム等の直流発電装置での漏電を検出する系統連系インバータの直流漏電検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、直流を使用した機器が広範囲の分野で増加しており、これらの機器を円滑に且つ安全に運用させるための保守管理に際し、例えば、直流漏電ブレーカ等に使用される直流漏電検出装置の必要性が高まってきた。
【０００３】
従来から、交流の漏電ブレーカに用いられる漏電検出装置に零相変流器を使用したものが広く知られている。しかし、零相変流器を用いた漏電検出装置では直流の漏電を検知することが不可能である。このため、直流漏電検出装置に零相変流器を用いることはできない。そこで、ホール素子方式、シャント抵抗方式、マグアンプ方式、フラックスゲート方式の直流漏電検出装置（特開昭４７−１６４４号、特開昭５３−３１１７６号、特開昭５９−４６８５９号、特開平６−７４９７８号等の各公報参照）が提案されている。
【０００４】
ホール素子方式は、一部にホール素子を配置する空隙部を形成した磁性材料のコアに直接被検出導線をトロイダル状に巻回し、該被検出導線に流れる直流電流の変化に基づくコア内の磁束変化を直接ホール素子で検知する方式である。
【０００５】
また、シャント抵抗方式は、被検出導線に直列にシャント抵抗を接続し、該シャント抵抗の両端部に発生する電位差を検出する方式である。
マグアンプ方式は、トロイダル状に検出コイルを巻回してなる磁性材料のコアを用い、そのコアの内側に被検出導線を貫通させ、該被検出導線に流れる直流電流にて磁性材料のコアを飽和磁束密度内で直流偏磁させることにより、予めコアに巻回されたコイルに交流電流を通電することにより発生した交番磁束が正、負の方向で飽和に達する時間にアンバランスを発生させ、その変化を前記検出コイルにて検出する方式である。この方式では予めコア内に磁束変化を与えるため、コアに励磁コイルを巻回して所定値の交流電流を通電する構成を採用するものである。
【０００６】
フラックスゲート方式は、一部に周期的に磁気的ギャップを形成しうる環状の磁性材料のコアに検出コイルをトロイダル状に巻回し、このコアの内側に被検出導線を貫通配置させ、該被検出導線に流れる直流電流によりコアに磁束を発生させて、前記磁気ギャップを開閉することにより直流電流により発生した磁束を時間的に変化（ＯＮ−ＯＦＦ）させ、この磁束の変化により検出コイルに発生する起電力にて検出する方式である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記各方式の直流漏電検出装置では、ホール素子を使用したりコアの構造が複雑であったりするため、また、原理として磁束変化を利用していることにより多くの電子回路が必要となるため、高価なものになってしまうという問題があった。
【０００８】
この発明の目的は、簡単な構造で、しかも必要な電子回路が少なくて済む系統連系インバータの直流漏電検出装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、複数のスイッチング素子からなり、直流電源の直流電力を交流電力に変換するインバータを介して交流電源と連系接続するようにした系統連系インバータの直流漏電検出装置が提供される。
【００１０】
この系統連系インバータの直流漏電検出装置は、前記直流電源と前記インバータとを接続している直流回路の第１被検出導線及び第２被検出導線に流れる直流電流との差に応じて磁化するコアと、前記コアに巻回された直流漏電検出用の検出コイルと、前記検出コイルに誘起される電圧を検出する第１の電圧検出回路と、前記コアの内側に貫通する第３被検出導線に前記交流電源からの交流電流を流す交流電流負荷回路と、前記交流電源の電圧の実効値、または整流平均値に変換することで連系接続されている交流電圧を検出する第２の電圧検出回路と、前記第２の電圧検出回路の検出信号Ｂを前記第１の電圧検出回路の検出信号Ａで除した値を演算する割算器と、連系前の前記割算器の出力信号を基準レベルとして記憶するサンプルホールド回路と、前記割算器の出力信号（Ｂ／Ａ）が前記サンプルホールド回路で記憶された基準レベル以下になったとき漏電判定信号を出力する比較回路とから構成される。
【００１１】
この系統連系インバータの直流漏電検出装置によれば、第１被検出導線及び第２被検出導線に不平衡な直流電流（動作電流）が流れると、コア内の磁束変化が飽和状態に移行するから、割算器の出力信号（Ｂ／Ａ）とサンプルホールド回路で記憶された基準レベルを比較回路で比較して、漏電を検出する漏電信号を出力できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
（第一の実施形態）
図１は、この発明に係る直流漏電検出装置の構成を示すブロック図である。
【００１３】
図において、１０は角形特性に優れたコバルト基アモルファス合金等の磁性体からなる環状のコアである。このコア１０には直流漏電検出用のコイル１１が巻回されており、コア１０とコイル１１とで検出部が構成されている。
【００１４】
コア１０の穴１２には、直流回路の被検出導線（第１被検出導線）１３と被検出導線（第２被検出導線）１４とが貫通されている。このうち被検出導線１３には直流電源Ｅの陽極が接続されて直流回路のプラス電源ラインとなっており、被検出導線１４には直流電源Ｅの陰極が接続されてマイナス電源ラインとなっている。１５は直流電源Ｅの負荷であり、被検出導線１３，１４には互いに逆方向の直流電流Ｉ１，Ｉ２が流れる。
【００１５】
２０は交流電流を出力する交流出力回路、２１は交流出力回路２０の負荷である。この交流出力回路２０の交流電流は、負荷２１を介して穴１２に貫通された被検出導線（第３被検出導線）２２を流れる。
【００１６】
３０はコイル１１に誘起される電圧レベルを検出する電圧検出回路であって、ここに入力される電圧レベルを実効値もしくは整流平均値に変換する機能を有している。３１は比較回路であって、電圧検出回路３０から出力される電圧検出レベル３２と予め設定されている基準電圧レベル３３とを比較して、電圧検出レベル３２が基準電圧レベル３３以下となったとき、直流回路の漏電を検出する漏電信号３４を出力する。
【００１７】
つぎに、上記の直流漏電検出装置の動作について説明する。
図２はコア内の磁束変化を示すグラフ、図３は交流電流とコイルの電圧との関係を示す図である。
【００１８】
まず、交流出力回路２０及びその負荷２１によって、図３（ａ）に示す交流電流を被検出導線２２に流す。コア１０内の磁束が図２の座標原点付近で変化した場合、被検出導線１３及び被検出導線１４に直流電流（零相電流）が流れていないとすると、コア１０内の磁束変化はφ１の状態で飽和していない。このため、磁束変化φ１によってコア１０に誘起される電圧は、図３（ｂ）に示すように被検出導線２２を流れる交流電流波形とほぼ相似する電圧波形となる。
【００１９】
図４は、直流漏電検出時の交流電流波形とコアに誘起される電圧との関係を示す図である。
被検出導線１３及び被検出導線１４に不平衡な直流電流（動作電流）を流すと、コア１０内の磁束変化は飽和状態であるφ２の状態に移行する。コア１０が飽和状態になると、磁束変化φ２によりコイル１１に誘起される電圧は、図４（ｂ）に示すように図３（ｂ）の電圧波形に対して振幅が小さくなり、かつ歪んだ電圧波形となる。
【００２０】
図２に示すように磁束変化がφ１，φ２のときコイル１１より得られる電圧をそれぞれＶ１，Ｖ２とすると、コイル１１の印加電圧がＶ１からＶ２に減少したことが分かれば、直流漏電を検出することができる。この実施形態では、図３、図４に示すように、直流漏電により電圧波形がＶ１からＶ２に変化するとともに、波形が歪むから、コイル１１の印加電圧の実効値もしくは整流平均値を電圧検出回路３０で求め、比較回路３１においてコイル１１の印加電圧がＶ１からＶ２に減少したと判断することによって、直流漏電を検出するようにしている。
【００２１】
すなわち、漏電が起きると、被検出導線１３，１４を互いに逆方向に流れる直流電流Ｉ１，Ｉ２に不平衡（Ｉ１≠Ｉ２）が生じ、その差（｜Ｉ１−Ｉ２｜）が漏電電流であることから、この実施形態では、この差を動作電流として直流漏電が検出できる。また、漏電が発生していない場合には、Ｉ１＝Ｉ２であり、被検出導線１３，１４に流れる電流Ｉ１，Ｉ２の向きが反対であるため、発生する磁場が互いに打ち消し合うことにより、磁束変化はφ１のままとなり、直流漏電は検出されないことになる。
【００２２】
このような直流漏電検出装置によれば、環状のコア１０に、コイル１１をトロイダル状に巻回しただけの最もシンプルな構成を採用していることから、構造が非常に簡単である。このため、目的に応じた直流漏電検出装置を簡単に、かつ、自由に製作できる。言い換えれば、コア１０の種類、サイズ、被検出導線１３，１４の貫通数の組み合わせにより、測定感度、測定精度などを自由に操作できることから、サイズ、形状はもちろん、特にコストの面で充分なメリットが得られるものである。
【００２３】
また、漏電を検出するために必要な電子回路は、非常に簡潔なものであって、部品点数も少なくて済むので、安価な直流漏電検出装置を提供できる。
（第二の実施形態）
つぎに、上記直流漏電検出装置を系統連系インバータに適用した直流漏電検出装置について説明する。
【００２４】
図５は、第二の実施形態に係る直流漏電検出装置の構成を示すブロック図である。この直流漏電検出装置は、複数のスイッチング素子４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄからなり、直流電源４１ａ，４１ｂの直流電力を交流電力に変換するインバータ４２と、交流電源４３ａ，４３ｂとが連系リレー４４ａ，４４ｂを介して連系接続されたものであって、直流電源４１ａ，４１ｂ、被検出導線（第１被検出導線）１３、被検出導線（第２被検出導線）１４、及びインバータ４２が第一の実施形態で説明した直流回路に対応する。図１と同様に、コア１０とコイル１１とで検出部が構成され、コア１０の穴１２には、直流回路の被検出導線１３，１４が貫通されている。
【００２５】
ここで、直流漏電検出装置の交流出力回路は、インバータ４２が連系接続されている交流電源４３ａ、または４３ｂを利用している。これにより、交流出力回路の構成を簡略化することができ、安価に直流漏電検出装置を提供できる。しかし、交流出力回路にインバータ４２が連系接続されている交流電源４３ａ（または４３ｂ）を利用した場合には、その電圧が変動したとき交流出力回路の負荷２１を流れる交流電流４５も変化する。４６はコイル１１に誘起される電圧レベルを検出する電圧検出回路（第１の電圧検出回路）であって、ここに入力される電圧レベルを実効値もしくは整流平均値に変換する機能を有している。そのため、被検出導線１３，１４の直流電流Ｉ１，Ｉ２が互いに等しく（Ｉ１＝Ｉ２）、漏電が生じていなくても電圧検出回路４６の出力が変化して、電圧検出回路４６だけでは誤検出となるおそれがあった。
【００２６】
このような誤検出を回避するために、電圧検出回路４６の出力信号Ａと、交流電源４３ａの電圧を電圧検出回路４７（第２の電圧検出回路）でその実効値、または整流平均値に変換した信号Ｂを割算器４８に入力し、この割算器４８の出力信号（Ｂ／Ａ）を直流漏電検出の判定対象（電圧検出レベル）としている。インバータ４２が交流電源４３ａ，４３ｂに連系する前においては、直流回路の被検出導線１３を流れるプラスの直流電流Ｉ１とマイナスの直流電流Ｉ２には差が発生しない。そこで、この連系前の割算器４８の出力信号（Ｂ／Ａ）をサンプル／ホールド回路４９で記憶させておき、この出力信号を連系後の出力信号（Ｂ／Ａ）に対する基準レベル５０として比較回路５１に供給することで、直流漏電分だけを正確に検出することができる。
【００２７】
【発明の効果】
以上に説明したように、この発明の直流漏電検出装置によれば、簡単な構造の検出部を構成するだけで、測定感度、測定精度などを自由に操作でき、しかも必要な電子回路が少なくて済む安価な系統連系インバータの直流漏電検出装置を提供できる。
また、インバータが連系接続されている交流電源を利用して、交流出力回路の構成を簡略化するとともに、直流漏電分だけを正確に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る直流漏電検出装置の構成を示すブロック図である。
【図２】コア内の磁束変化を示すグラフである。
【図３】交流電流とコイルの電圧との関係を示す図である。
【図４】直流漏電検出時の交流電流波形とコアに誘起される電圧との関係を示す図である。
【図５】第二の実施形態に係る直流漏電検出装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０  コア
１１  コイル
１２  穴
１３  被検出導線
１４  被検出導線
２０  交流出力回路
２１  交流出力回路の負荷
２２  被検出導線
３０  電圧検出回路
３１  比較回路
４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄ  スイッチング素子
４１ａ，４１ｂ  直流電源
４２  インバータ
４３ａ，４３ｂ  交流電源
４４ａ，４４ｂ  連系リレー
４５  交流電流
４６  電圧検出回路
４７  電圧検出回路
４８  割算器
４９  サンプル／ホールド回路
５０  基準レベル
５１  比較回路
【図１】
0004178743.tif 000002
【図２】
0004178743.tif 000003
【図３】
0004178743.tif 000004
【図４】
0004178743.tif 000005
【図５】
0004178743.tif 000006