JP7127766B2

JP7127766B2 - 差込接続ユニット

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Publication number: JP7127766B2
Application number: JP2019094823A
Authority: JP
Inventors: 直樹岡野; 浩典東田; 秀樹宮本
Original assignee: Tempearl Industrial Co Ltd
Current assignee: Tempearl Industrial Co Ltd
Priority date: 2019-05-20
Filing date: 2019-05-20
Publication date: 2022-08-30
Anticipated expiration: 2038-02-19
Also published as: JP2019144272A

Description

本発明は、プラグ受けを備えた接地極付コンセントに接続される差込接続ユニットに関し、より詳しくは、地震による揺れを検出して前記接地極付コンセントが接続された電気回路上の回路遮断器を作動させる機能を備えた差込接続ユニットに関するものである。

従来から地震による揺れを検出してコンセントが接続された電気回路上の回路遮断器を作動させる機能を備えた差込接続ユニットは種々開示されている。

例えば、特許文献１に開示された例について図４を用いて説明する。図４に記載された差込接続ユニットは、低圧電源の母線１に通じるコンセントタップ２及びコンセントプラグ４に接続される中間コンセントプラグ３として構成されている。母線１には前記回路遮断器としての漏電ブレーカ１１が配設され、前記コンセントタップ２は分岐ブレーカ１２を経て屋内の適宜箇所に配設されている。コンセントタップ２には、差込電極受け金具２１、２１と差込アース電極受け金具２２が設けられ、この差込アース電極受け金具２２は接地されている。

前記中間コンセントプラグ３には、異常状況としての地震による揺れを検知する異常検出器３５が備えられており、該異常検出器３５が揺れを感知すると電気信号が地絡発生回路のスイッチ部３７に出力される。そして、このスイッチ部３７が作動し、差込電極受け金具が設けられた給電電路と差込アース電極受け金具が設けられた接地電路との間に微弱な地絡電流を発生させる。これにより、電路に生じた電気回路上の不平衡電流を母線１に配設された漏電ブレーカ１１が検知して回路遮断器が作動し、電路全体の電流を遮断する。

このように、特許文献１においては、従来から用いられている漏電ブレーカ１１を備えた給電回路において、通常に配置されている任意のコンセントタップ２に異常検出器３５等を備えた中間コンセントプラグ３を備えて構成し、特別な取付工事を必要とすることなく、希望する場所における地震などの異常を検知し、前記漏電ブレーカ１１を作動させることにより、電路の電流を遮断して電気火災を未然に防止している。

また、特許文献２に開示された例について図５を用いて説明する。図５に記載された差込接続ユニットは、特許文献１と同じく、低圧電源の母線２４に通じるコンセントタップ２６に接続されるコンセントプラグ１０として構成されている。差込接続ユニットを構成するケース１２内には漏電発生部が備えられており、地震による揺れを検知すると、漏電発生部を作動させて屋内商用電線に不平衡電流を発生させることによって、各家屋に通常設置されている漏電ブレーカを作動させて家屋の通電を遮断する。このように、特許文献２においても、特別な取付工事を必要とすることなく、地震などの異常を検知した場合には、コンセント回路が接続される漏電ブレーカを作動させて、電路の電流を遮断して電気火災を未然に防止している。

地震を検知した場合に、電気回路上に漏電電流を発生させることにより、回路遮断器を作動させて電流を遮断させるコンセントプラグ型の差込接続ユニットは、その導入にあたり特別な取付工事を必要とすることなく導入できるため大変利便性がよい。

その一方で、該差込接続ユニットが漏電電流を発生させて電気回路上の漏電ブレーカを漏電動作させるためには、漏電電流の経路となる接地系統が正常に機能している必要がある。

即ち、一般的な単相３線式の電路を例にすれば、電路の一次側に介在する変圧器の２次巻線中性線側が大地に設けられた第一の電気的端子により接地（Ｂ種接地）されるとともに、変圧器の負荷側電路において接地線が集中接地端子を介して大地に設けられた第二の電気的端子により接地（Ｄ種接地）されて、これら接地の状態が、後述する所定の接地抵抗値以下に保たれている必要がある。

所定の接地抵抗値は、接地工事について定められている「電気設備に関する技術基準」に記載されているとおりであり、技術基準の解釈第１９条によれば、「接地工事は、第１３条〔電路の絶縁〕第六号および第七号イに掲げるものを接地する場合、第２３条〔需要場所の引込口の接地〕、第２８条〔電気設備の接地〕第１項、第２項及び第４項並びに第４２条〔避雷器の接地〕第二号イ及び第三号イ、ロの規定により接地する場合並びに低圧架空電線の特別高圧架空電線と同一支支持物に施設される部分に接地工事を施す場合を除き、次の左欄に掲げる４種とし、各接地工事における接地抵抗値は、同表の左欄に掲げる接地工事の種類に応じ、それぞれ同表の右欄に掲げる値以下とすること。」とされており，各々の接地工事の種類に応じて，Ａ種接地工事の場合には接地抵抗値が１０Ω、Ｂ種接地工事の場合には、変圧器の高圧側又は特別高圧側の電路の１線地絡電流のアンペア数で１５０（変圧器の高圧側の電路又は使用電圧が３５,０００Ｖ以下の特別高圧側の電路と低圧側の電路との混触により低圧電路の対地電圧が１５０Ｖを超えた場合に、１秒を超え２秒以内に自動的に高圧電路又は使用電圧が３５,０００Ｖ以下の特別高圧電路を遮断する装置を設けるときは３００、１秒以内に自動的に高圧電路又は使用電圧が３５,０００Ｖ以下の特別高圧電路を遮断する装置を設けるときは６００）を除した値に等しいオーム数、Ｃ種接地工事の場合には，１０Ω（低圧電路において、当該電路に地気を生じた場合に０．５秒以内に自動的に電路を遮断する装置を施設するときは、５００Ω）、Ｄ種接地工事の場合には，１００Ω（低圧電路において、当該電路に地気を生じた場合に０．５秒以内に自動的に電路を遮断する装置を施設するときは、５００Ω）と、接地抵抗値が定められている。

ビルディングなど大型建築物では、高圧で受電し低圧に変換するための変圧器の接地と、負荷側の接地を共通にしている場合が多く、その場合には接地線の接地抵抗が非常に低いため接地系統は十分に機能していると考えられる。また、国内の配線設備の方式として、ＩＥＣ規格にてＴＮ方式と呼ばれる電源側の接地点から末端に至るまで専用の接地線を引き回す方式の導入が試みられており、その場合の接地線の接地抵抗も機能していると考えられる。一方、一般戸建住宅等で多く施工されているＴＴ方式と呼ばれる接地方式においては、特に末端部分での接地抵抗は、接地工事次第で抵抗が変化しやすく、高抵抗になってしまう可能性がある。

接地抵抗が高抵抗になると感電のおそれが生じ、電気安全が確保されなくなることがあるが、一般的に電路に設置される負荷機器の絶縁が劣化し、大地と該負荷機器の筐体間に対地電圧Ｖｇが生じた場合でも、人体に影響がない接地抵抗は次のように求められる。

ＲＢをＢ種接地抵抗、ＲＤをＤ種接地抵抗、ＶＥを電路の電圧とした場合、Ｖｇ＝｛ＲＤ／（ＲＢ＋ＲＤ）｝ＶＥ・・・（式１）と示される。ここで、人体の抵抗を１ｋΩ、人体通過許容電流として、数分間が限度（ビーゲルマイヤー氏による感電電流と人体の生理反応）とされる３０ｍＡを想定すると、対地電圧として、Ｖｇ＝３０Ｖが許容の上限とみなされる。

そして、電路の電圧ＶＥが２００Ｖの場合、式１にＶｇを代入し演算することにより、ＲＢ＝５．７ＲＤ・・・（式２）となり、Ｂ種接地抵抗の大きさが１０Ωであった場合、ＲＤ≒１．７Ωとなることから、Ｄ種接地抵抗を約１．７Ω以下に設ければよいことになる。

しかしながら、この１．７Ω以下という接地抵抗は、現実的には、通常の接地工事では得難い低い接地抵抗値である。接地を行う際に土壌に科学的処理を施し、例えば、無機質高含水結晶体などを用いた接地抵抗低減剤を用いて、当該接地抵抗を低減する工夫が必要である。

さらに、この低接地抵抗を経年的に維持する必要があるが、そのためには、経年的に接地抵抗が保たれているか将来にわたり確認を行う必要がある。接地工事が為された当時の状態から、周辺の改良工事やなどにより環境が変化することも多く、都度接地抵抗値の確認を行うことは、現実的にはなかなか行われておらず困難なことであった。接地後数年～数十年経った場合の接地抵抗値がいくらであるのかは確認されていないことが多い。

特開平９－３２７１１９号公報特開平９－１４７７２８号公報

このように、差込接続ユニットが漏電電流を発生させて電気回路上の漏電ブレーカを漏電動作させるためには、漏電電流の経路となる接地系統が所定の抵抗値以下に保たれ、正常に機能している必要があるが、接地抵抗値が高くなっている場合には、コンセントに差込接続ユニットを取付けた後に地震が発生した場合、該差込接続ユニットから漏電電流を発生させても、漏電ブレーカを漏電動作させる程度の漏電電流が流れず、漏電ブレーカを動作させることができないという課題がある。一方、接地抵抗値が低くなっている場合には、当初想定していた漏電電流よりも大きな電流が流れてしまい、電路に不要な影響を与えて他の漏電ブレーカが動作してしまうなどの課題がある。

即ち、差込接続ユニット自体には電源が供給されて正常に動作しているにも関わらず、発生させた不平衡電流たる擬似的な漏電電流が高くなっていた接地抵抗により電気回路上の接地回路に流れず、漏電ブレーカの動作が行われない状況が発生し得るという課題があった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、差込接続ユニットが接続されるコンセントにおいて、接地系統が正常に機能しているか否か、なおかつ、経年的な接地抵抗値の大きさに合わせて適切な大きさの漏電電流を流し、接地抵抗が正常に機能しているか否かを確認する機能を備えた差込接続ユニットを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明においては、電圧極（Ｌ極）、中性極（Ｎ極）、接地極（Ｅ極）を備えたコンセント回路に接続して前記コンセント回路上の漏電遮断器を漏電動作させる機能を備えた差込接続ユニットであって、コンセントに設けられた夫々の極におけるプラグ受けに対応して差し込まれるプラグ刃と、該プラグ刃に電気的に接続されて駆動用電源を取得する電源回路と、前記コンセント回路における中性極と接地極との間に電流を流す出力電流を可変可能な定電流発生回路を有した電流発生部と、前記電流発生部に電流を発生させる出力信号を送る信号処理部と、前記中性極と接地極との間の電圧を測定する電圧測定部と、前記電流発生部から発生させた漏電遮断器の所定の動作感度電流よりも小さな電流と電圧測定部により測定した電圧とから接地抵抗を演算する接地抵抗演算部と、演算した接地抵抗のデータを経年的に蓄積する記憶部と、前記接地抵抗演算部に所定の時間間隔で接地抵抗を演算させる反復確認部と、を備え、前記接地抵抗演算部により演算された接地抵抗データを前記記憶部から読み出して、前記接地抵抗データに見合った大きさの電流を前記信号処理部からの出力信号を受けて前記電流発生部から出力する一方、前記反復確認部による所定の時間間隔で演算により求めた接地抵抗データの経年変化を前記接地抵抗演算部により演算することにより、一定期間に変化する接地抵抗の大きさを求めて、前記電源回路から駆動用電源を取得する前記電流発生部から、漏電遮断器の動作感度電流に見合った大きさの電流を出力できなくなる時期を予測することを特徴として差込接続ユニットを提供したものである。

上記の構成によれば、前記電流発生部から発生させた電流と電圧測定部により測定した電圧とから接地抵抗を演算する接地抵抗演算部とを備えて構成したため、差込接続ユニットを取付けるコンセントの場所において、回路の接地系統が正常であるか否かを簡単に確認することができる。

また、接地系統における接地抵抗を求める演算を、所定の時間間隔で反復して実施することができ、経年的に変化する接地抵抗の大きさを求めることができるとともに、接地系統が正常に機能するか否かを確認することができる。

また、演算により求めた接地抵抗データの経年変化を演算することにより、一定期間に変化する接地抵抗の大きさを求めて、前記電流発生部から出力可能な大きさの電流では漏電遮断器の動作電流を出力できなくなる時期を予測することができる。

第２の発明は、前記接地抵抗の反復確認結果を表示する接地抵抗表示部を設けたことを特徴とするものである。

上記の構成によれば、接地抵抗表示部によって、接地抵抗の経年的変化の確認や、都度得られた各種データを表示することができる。

第３の発明は、前記電源回路から電源が供給されて、地震による揺れを検知し出力信号を出力する感震センサ部とを更に備えたことを特徴とするものである。

上記の構成によれば、地震による揺れを検知し出力信号を出力させるため、地震による揺れをトリガとして、コンセント回路における中性極と接地極との間に電流を流して、回路に接続される漏電遮断器を動作させることができる。

以上の如く、本発明によれば、差込接続ユニットが接続されるコンセントにおいて、接地系統が正常に機能しているか否か、なおかつ、経年的に接地抵抗が正常に機能しているか否かを確認する機能を備えた差込接続ユニットを提供することができる。

本発明の実施形態１に係る差込接続ユニットが適用される電路の概略図である。実施形態１に係る差込接続ユニットのブロック構成図である。差込接続ユニットから電路に出力される電流の経路図である。従来例１を示す図である。従来例２を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的には例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限するものではない。

実施の形態に示した電路は、該電路に介在する変圧器２の２次巻線の中性線側が大地に第一の電気的端子２１を設けて接地（Ｂ種接地）されるとともに、該変圧器の負荷側において分電盤１が設けられ、該分電盤１に設けられた集中接地端子を介して大地に設けられた第二の電気的端子１０４によって接地（Ｄ種接地）された接地系統を有する電路である。

また、本願では、社団法人日本電気協会発行の内線規程電気技術規程使用設備編ＪＥＡＣ８００１に定められたとおり、中性線は多線式電路の電源の中性極に接続される電線をいい、低圧電路において技術上の必要により接地された中性線又は接地された一線のことを接地側電線という。例えば単相３線式電路においては、電圧極として２つの電圧極、即ちＬ１極、Ｌ２極があり、中性極としてＮ極がある。また、単相２線式電路においては、電圧極と接地された接地側電線がある。接地極をＥ極とする。

図１において、１は分電盤，１０１は回路遮断器たる主幹ブレーカで漏電検出機能を有しているものである。１０２は主幹ブレーカ１０１の負荷側に接続される分岐ブレーカで複数存在する。１０３は大地に接続される接地線を接続するとともに、分岐回路における接地線を接続するための集中接地端子である。

１０５は、分岐回路におけるコンセントである。該コンセント１０５には、通常、前記Ｌ１極、Ｌ２極のうち一方の電圧極と中性極（Ｎ極）とアース極（Ｅ極）とが接続される。

３は差込接続ユニットである。図２において、差込接続ユニット３は、電圧極（Ｌ１極、Ｌ２極）に接続するプラグ刃３１と、中性極（Ｎ極）に接続するプラグ刃３２と、接地極（Ｅ極）に接続するプラグ刃３３と、これらプラグ刃に電気的に接続されて駆動用電源を取得する電源回路３４と、電源回路３４から電源を供給されて、地震による揺れを検知し出力信号を出力する感震センサ部３５と、感震センサ部３５からの出力信号を受けて信号処理を行う信号処理部３０と、該信号処理部３０からの出力信号を受けて、前記コンセント回路１０５に中性極と接地極との間に電流を発生させる電流発生部３６と、前記中性極と接地極との間の電圧を測定する電圧測定部３７と、前記電流発生部から発生させた電流と電圧測定部により測定した電圧とから接地抵抗を演算する接地抵抗演算部とを備えて構成されている。該接地抵抗演算部は信号処理部３０に設けられている。接地抵抗値は信号処理部３０により演算処理され、接地抵抗表示部３９に内容が表示される。

電流発生部３６は出力電流を可変可能な定電流発生回路を有しており、該電流発生部３６から発生される電流の大きさは、接地系統における接地抵抗値を演算するために、通常の住宅に設置されている漏電遮断器の感度に相当する３０ｍＡを閾値として出力させる。まず、コンセント回路１０５における中性極と接地極との間に３０ｍＡよりも小さな電流（例えば２０ｍＡ）を発生させ、前記電圧測定部３７によって中性極と接地極との間の電圧を測定する。図３に示したように、電流は図中点線の矢印で示したように流れる。信号処理部３０は、電流の大きさと電圧の大きさとから接地抵抗値を演算する。

演算された接地抵抗値が正常範囲である場合には、接地抵抗表示部３９に正常表示を行う。演算された接地抵抗値が異常範囲（例えば数ＫΩ～ＭΩ）の場合には接地抵抗表示部３９に、異常表示を行う。

この場合、接地抵抗を演算するときには漏電遮断器を動作させることなく演算を行い、回路の接地系統が正常であるか否かを確認することができるため、接地抵抗を演算する都度、漏電遮断器が動作して回路が停電してしまうことを回避することができる。

他の実施例として、電流発生部３６から発生される電流の大きさを、通常の住宅に設置されている漏電遮断器の感度に相当する３０ｍＡよりも大きな電流（例えば５０ｍＡ）を発生させる。この場合、漏電遮断器の動作感度電流より大きい電流を発生させるため、接地抵抗を演算するときに漏電遮断器の動作が伴うが、回路の接地系統が正常であるか否かを実際の遮断動作共々確認することができる。

また、電流発生部３９から出力される電流の大きさを可変させて出力させてもよい。即ち、出力する電流の大きさを段階的若しくは連続的に、小さな電流（例えば漏電遮断器の動作感度電流よりも小さな２０ｍＡ）から、大きな（例えば漏電遮断器の動作感度電流よりも大きな５０ｍＡ）に変化させて出力する。これにより、回路における接地抵抗値を求めることができるとともに、漏電遮断器を実際に動作させることができ、より確実に接地系統の状態を確認することができる。

信号処理部３０においては、接地抵抗を所定の時間間隔で接地抵抗演算部に演算させる反復確認部３０１を備えて構成する。

前記反復確認部３０１は、電子的なタイマーや、プログラミングされたマイコンを用いて構成し、定期的に前述した一連の判断が実施されるように構成する。該反復確認部３０１により、所定の時間間隔で接地系統の接続状態を確認できるため、経年的に変化する接地抵抗を容易に確認することができる。加えて、接地系統における各種接続部分の経年変化による機能性低下も合わせて確認できるという効果がある。

反復確認部３０１に加えて、測定した接地抵抗値や電圧値、接地状態の確認結果などのデータを経年的に蓄積する記憶部３０２（例えばマイコン内部のメモリや外部メモリなど）を設けて、前記接地抵抗値や電圧値、接地状態の確認結果などのデータを経年的に蓄積し、該記憶部３０２に蓄積したデータを、接続されたマイコンやプログラムによって呼び出して確認できるように構成することにより、接地状態の経年的変化を確認でき、都度得られた各種データを前記接地抵抗表示部３９にて表示することができるなど種々活用することができる。

演算によって求められた接地抵抗データを読み出して、漏電遮断器の動作感度電流に見合った電流の大きさ、即ち、電流発生部３６から発生される電流の大きさの演算により求めて出力する。これにより、経年的に見た場合に、演算時の接地抵抗に見合った大きさの電流を電流発生部３６から発生させることができる。

演算により求めた接地抵抗データの経年変化を演算することにより、一定期間に変化する接地抵抗の大きさを求めることができ、電流発生部３６から出力可能な大きさの電流では漏電遮断器の動作電流を出力できなくなる時期を予測し、接地抵抗表示部３９に表示する。

また、所定の時間間隔で確認するほか、所定のタイミング、例えば季節の変わり目であるとか、ユーザーが確認を行いたい場合に確認を行うようにしてもよい。また、天候の変化や、温度、湿度を測定するセンサを設けて、所定の変化があった場合に確認を行うようにしてもよい。

３８は電源回路３４および信号処理部３０と接続される蓄電部である。地震発生後、電力会社等からの給電が停止した場合に、地震が発生したことを一定時間信号処理部にて記憶しておくために設けている。蓄電部３８は、コンデンサを用いて構成しているが、その他一次電池や二次電池を用いて構成してもよい。

４０はテスト動作回路である。該テスト動作回路４０は操作スイッチを用いて構成しており、信号処理部３０に接続されている。該操作スイッチが操作されるとスイッチ回路が閉回路となり、信号処理部３０から、電流発生部３６に出力信号が送られ、前記コンセント回路１０５に電流を発生させる。

このように、本願における差込接続ユニット３は、地震の発生をトリガとして不平衡電流たる擬似的な漏電電流を回路に流すことにより漏電遮断器を動作させるものであるが、そもそも漏電動作の前提となっている接地系統が正常であるか否かを確認する機能を備えることにより、電気安全性に優れた差込接続ユニットを提供することができる。

なお、電流発生部３６から発生させる電流の大きさを３０ｍＡを閾値としたが、この他、例えば分岐開閉器において一般的な漏電感度電流である１５ｍＡを第二の閾値として、分岐開閉器としての漏電遮断器の動作をもって分岐回路への給電を遮断させる差込接続ユニットを提供してもよい。

１分電盤
１０１主幹ブレーカ
１０２分岐ブレーカ
１０３集中接地端子
１０４第二の電気的端子
１０５コンセント
２変圧器
２１第一の電気的端子
３差込接続ユニット
３０信号処理部
３０１反復確認部
３０２記憶部
３１電圧極のプラグ刃
３２中性極のプラグ刃
３３接地極のプラグ刃
３４電源部
３５感震センサ部
３６電流発生部
３７電圧測定部
３８蓄電部
３９接地抵抗表示部
４０テスト動作部

Claims

電圧極（Ｌ極）、中性極（Ｎ極）、接地極（Ｅ極）を備えたコンセント回路に接続して前記コンセント回路上の漏電遮断器を漏電動作させる機能を備えた差込接続ユニットであって、

コンセントに設けられた夫々の極におけるプラグ受けに対応して差し込まれるプラグ刃と、
該プラグ刃に電気的に接続されて駆動用電源を取得する電源回路と、
前記コンセント回路における中性極と接地極との間に電流を流す出力電流を可変可能な定電流発生回路を有した電流発生部と、
前記電流発生部に電流を発生させる出力信号を送る信号処理部と、
前記中性極と接地極との間の電圧を測定する電圧測定部と、
前記電流発生部から発生させた漏電遮断器の所定の動作感度電流よりも小さな電流と電圧測定部により測定した電圧とから接地抵抗を演算する接地抵抗演算部と、
演算した接地抵抗のデータを経年的に蓄積する記憶部と、
前記接地抵抗演算部に所定の時間間隔で接地抵抗を演算させる反復確認部と、
を備え、

前記接地抵抗演算部により演算された接地抵抗データを前記記憶部から読み出して、前記接地抵抗データに見合った大きさの電流を前記信号処理部からの出力信号を受けて前記電流発生部から出力する一方、

前記反復確認部による所定の時間間隔で演算により求めた接地抵抗データの経年変化を前記接地抵抗演算部により演算することにより、一定期間に変化する接地抵抗の大きさを求めて、前記電源回路から駆動用電源を取得する前記電流発生部から、漏電遮断器の動作感度電流に見合った大きさの電流を出力できなくなる時期を予測することを特徴とする差込接続ユニット。
前記接地抵抗の反復確認結果を表示する接地抵抗表示部を設けたことを特徴とする請求項１記載の差込接続ユニット。
前記電源回路から電源が供給されて、地震による揺れを検知し出力信号を出力する感震センサ部とを更に備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の差込接続ユニット。