JP2001289903A

JP2001289903A - 絶縁劣化検出回路と該回路を用いた装置

Info

Publication number: JP2001289903A
Application number: JP2000109304A
Authority: JP
Inventors: Makoto Tsubaki; 真椿
Original assignee: Tempearl Industrial Co Ltd
Current assignee: Tempearl Industrial Co Ltd
Priority date: 2000-04-11
Filing date: 2000-04-11
Publication date: 2001-10-19

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】インバータ機器等による誤検出の少ない絶縁劣
化検出回路と該回路を使用した装置を提供すること。【構成】電路の高周波電流を抽出して，該高周波電流の
特徴から絶縁劣化の有無を判定し絶縁劣化検出信号を出
力する絶縁劣化検出部と，前記高周波電流の特徴から特
定の負荷機器の使用を判定する機器電流特定部と，機器
電流特定部の出力により絶縁劣化検出部の出力を制限す
る出力制限部を備えて構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は，電線や機器の電路
に生じた絶縁劣化を検出する回路と装置に関するもので
ある。

【０００２】近年，電気火災は漸増傾向にある。このう
ちコード・プラグなどからの火災が約１／４を占めてお
り，不適切な維持管理のために絶縁が劣化し，過熱また
は短絡から発火に至ったものと考えられている。ＯＡ機
器，クーラー等のコンセントに接続して使用される電気
機器の増加が著しい中，電源コードから発生する電気火
災は今後も増加する可能性がある。

【０００３】

【従来の技術】そこで，このような電気火災を未然に防
ぐために例えば図２に示すような絶縁劣化検出装置が考
案された。すなわち，絶縁劣化発生時に，電路１に流れ
る電流を電流検出部２で検出して，電流−電圧変換部３
で前記電流を交流電圧に変換し，フィルター回路４で前
期電圧に含まれる絶縁劣化特有の高周波パルスを取り出
して，パルス発生部１７でパルス電圧に変換した後，数
秒間単位毎にパルス電圧の発生回数を積算して，遮断判
定部１８は前記積算値が閾値を越えたかどうかを判定
し，閾値を越えた場合，遮断判定部１８は遮断信号を出
力して，引き外し回路部１３は遮断判定部１８の遮断信
号をもとに遮断用の電圧を出力して，引き外しコイル１
４を動作させ，接点１５を乖離させることによって電路
１を負荷側と遮断する絶縁劣化検出装置である。

【０００４】

【従来の技術課題】しかし，以上に示した従来の技術か
らなる装置では，絶縁劣化が発生していなくても，イン
バータ回路が組み込まれている家電機器等を使用した場
合，電流波形には高周波電流が重畳したものとなって，
その高周波電流から絶縁劣化と誤判断し，不用遮断動作
することがあるなど実用化が困難であった。

【０００５】

【発明の目的】そこで，本発明は，係る事由に鑑みてな
されたもので，インバータ等の機器を使用したときに発
生する高周波電流が電路に重畳していても誤検出の少な
い絶縁劣化検出回路を得ること，さらに，誤動作しにく
い警報装置や，回路遮断器などの装置を提供することを
目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１は，電路の高周
波電流を抽出して，該高周波電流の特徴から絶縁劣化の
有無を判定し絶縁劣化検出信号を出力する絶縁劣化検出
部と，前記高周波電流の特徴から特定の負荷機器の使用
を判定する機器電流特定部と，機器電流特定部の出力に
より絶縁劣化検出部の出力を制限する出力制限部を備え
たことを特徴とする絶縁劣化検出回路を提供したもので
ある。

【０００７】それにより，特に絶縁劣化と誤判定しやす
い高周波電流を発生する機器を使用していると機器電流
特定部が判定して出力が出ている場合は，絶縁劣化検出
部から絶縁劣化出力信号が出ていても，出力制限部が出
力を制限するので，誤判定しにくい絶縁劣化検出回路を
提供できる。

【０００８】請求項２は，前記絶縁劣化検出部は，電路
に流れる電流から高周波成分のみを取り出す高周波電流
抽出部と，電路の電圧の位相信号を検出する位相検出回
路と，前記位相信号に同期して商用周波数１周期の時間
をＴ個に分割した複数のブロックのうち，少なくとも予
め設定しておいた所定のブロックにおいて前記高周波電
流抽出部から出力された高周波電流の絶対値が予め設定
された閾値Ａを超えた個数をブロック毎に出力する電流
個数計数部と，該電流個数計数部から出力される前記所
定のブロック毎に計測された高周波電流の個数が閾値Ｂ
以上であるブロックの数が閾値Ｃ以上である場合，絶縁
劣化検出信号を出力する絶縁劣化判定部から構成された
ものであることを特徴とする請求項１の絶縁劣化検出回
路を提供したものである。

【０００９】それにより，機器から発生する高周波電流
が発生するブロックの高周波電流の発生個数を絶縁劣化
の判定に用いないので，誤検出の少ない絶縁劣化検出部
を得ることができ，請求項１に加えてさらに誤検出の少
ない絶縁劣化検出回路を得ることができる。

【００１０】請求項３は，請求項２に示す絶縁劣化検出
部の絶縁劣化判定部が，所定のブロック毎に計測された
高周波電流の個数が閾値Ｂ以上であるブロックの数が閾
値Ｃ以上であるとともに，所定のブロック毎に計測され
た高周波電流の個数が閾値Ｄ以上であるブロックの数が
閾値Ｅ以上である場合，絶縁劣化検出信号を出力するも
のであることを特徴とする請求項１の絶縁劣化検出回路
を提供したものである。

【００１１】それにより，請求項２にさらに絶縁劣化判
定部の判定条件を加えたので，検出精度のよい絶縁劣化
判定回路を得ることができる。

【００１２】請求項４では，前記絶縁劣化検出部は，電
路に流れる電流を検出する電流検出部と，電流検出部か
ら出力される電流を電圧に変換する電流−電圧変換回路
と，前記電流−電圧変換回路から出力される電圧をアン
チエリアシング処理するフィルター回路と，前記フィル
ター回路から出力される電圧をデジタル値に変換するＡ
／Ｄ変換回路と，前記Ａ／Ｄ変換回路の前か後に設置さ
れて特定に周波数の範囲の高周波電流成分のみを抽出す
るフィルター部と，電路の電圧の位相信号を検出する位
相検出回路と，前記位相信号に同期して商用周波数１周
期の時間をＴ個に分割した複数のブロックのうち，少な
くとも予め設定した所定のブロックで計測された前記高
周波電圧デジタル値の絶対値が予め設定された閾値Ａを
超えた個数をブロック毎にパルス数として出力するパル
ス数計測部と，前記所定の各ブロックにおいてパルス数
が閾値Ｂ個以上であるブロックの数が閾値Ｃ個以上であ
る場合，絶縁劣化検出信号を出力する絶縁劣化判定部か
ら構成されたものであることを特徴とする請求項１の絶
縁劣化検出回路を提供したものである。

【００１３】それにより，機器から発生する高周波電流
が発生するブロックのパルス個数を絶縁劣化の判定に用
いないので，請求項１に加え誤検出の少ない絶縁劣化検
出回路を得ることができる。

【００１４】請求項５では，請求項４に示す絶縁劣化検
出部の絶縁劣化判定部が，所定のブロック毎に計測され
たパルス数が閾値Ｂ以上であるブロックの数が閾値Ｃ以
上であるとともに，所定のブロック毎に計測されたパル
ス数が閾値Ｄ以上であるブロックの数が閾値Ｅ以上であ
る場合，絶縁劣化検出信号を出力するものであることを
特徴とする請求項１の絶縁劣化検出回路を提供してい
る。

【００１５】それにより，請求項４にさらに絶縁劣化判
定部の判定条件を加えたので，検出精度のよい絶縁劣化
検出回路を得ることができる。

【００１６】請求項６では，前記絶縁劣化検出部は請求
項２から５に示す絶縁劣化検出部の絶縁劣化判定部を第
一の絶縁劣化判定部とし，全部または一部の閾値が異な
る第二の絶縁劣化判定部を追加したもので，前記機器電
流特定部の出力による絶縁劣化検出部への出力の制限
は，絶縁劣化検出部の第一と第二の絶縁劣化判定部のい
ずれか一方または両方の出力に加えたことを特徴とする
請求項１の絶縁劣化検出回路を提供している。

【００１７】それにより，絶縁劣化の程度を分けて出力
可能な絶縁劣化検出回路を得ることができる。

【００１８】請求項７では，前記絶縁劣化検出部は請求
項２から６に示す絶縁劣化検出部の絶縁劣化判定部の出
力を積分し，該積分値が閾値Ｊを超えたとき絶縁劣化出
力信号を出力するものであることを特徴とする請求項１
の絶縁劣化検出回路を提供している。

【００１９】それにより，スイッチのオンオフノイズの
ように，一時的に発生する高周波ノイズなどの影響で誤
動作しにくい絶縁劣化検出回路を得ることができる。

【００２０】請求項８では，前記機器電流特定部は，電
路電流をフーリエ級数変換するフーリエ変換部と該フー
リエ変換部の出力により電路で使用している機器の種類
を特定するものであることを特徴とする請求項１から７
の絶縁劣化検出回路を提供している。

【００２１】それにより，電路電流をフーリエ級数変換
することで，電路電流の高調波電流成分の特徴から，使
用されている機器を正確に特定できて，誤検出の少ない
絶縁劣化検出回路を得ることができる。

【００２２】請求項９では，請求項１から８に示す絶縁
劣化検出回路と該検出回路の出力により警報を発生する
手段とからなることを特徴とする絶縁劣化検出回路を用
いた装置を提供している。

【００２３】それにより，誤動作の少ない絶縁劣化警報
装置を得ることができる。

【００２４】請求項１０では，請求項１から８に示す絶
縁劣化検出回路と該検出回路の出力により電路を遮断す
る手段とからなることを特徴とする絶縁劣化検出回路を
用いた装置を提供している。

【００２５】それにより，誤動作の少ない絶縁劣化遮断
装置を得ることができる。

【００２６】請求項１１では，請求項１から８に示す絶
縁劣化検出回路と該検出回路の出力または該出力による
処置状況をネットワークに接続する手段とからなること
を特徴とする絶縁劣化検出回路を用いた装置を提供して
いる。

【００２７】それにより，誤動作の少ない絶縁劣化検出
回路の出力または該出力による警報発生や電路の遮断な
どの処置状況をネットワークを介して，外部に情報提供
することが可能となる。

【００２８】請求項１２では，請求項６に示す絶縁劣化
検出回路の第一の絶縁劣化判定部の出力側に警報を発生
する手段を備え，第二の絶縁劣化判定部の出力側に電路
を遮断する手段を備えたことを特徴とする絶縁劣化検出
回路を用いた装置を提供している。

【００２９】それにより，誤検出の少ない絶縁劣化検出
回路を用いて，電路を遮断する必要がない程度の低い絶
縁劣化では警報を発し，トラッキングのような程度の悪
い絶縁劣化では，電路を遮断するような装置を提供でき
る。

【００３０】

【発明の実施例の説明】以下本件の発明について図面を
用いて詳細に説明する。

【００３１】図１に本件発明請求項１から５の実施例の
ブロック図を示す。電流検出部２，電流−電圧変換回路
３，フィルター回路４，Ａ／Ｄ変換回路５，フィルター
部６，位相検出回路７，パルス数計測部８，絶縁劣化判
定部９からなる絶縁劣化検出部と，フーリエ変換部２
０，識別部１６からなる機器電流特定部と出力制限部２
２から構成されたものである。なお，請求項２の高周波
電流抽出部は図１の２から６の範囲が相当し，電流個数
計数部は８が相当するが，高周波電流抽出部はＡ／Ｄ変
換を行わず特定の範囲の周波数成分の高周波電流を抽出
できるようなものでよく，電流個数計数部はＡ／Ｄ変換
を用いない場合８のパルス数計測部のようにパルス数を
計測するものでなく，高周波電流の個数を計数できるも
のでよい。また請求項１の絶縁劣化検出部は図１の構成
によらなくても，例えば図２に示す２，３，４，１７，
１８に示すような構成のものでも請求項１は構成でき
る。

【００３２】電路１は単相２線式の場合を示している
が，特に単相２線式に限定するものではない。

【００３３】電流検出部２は，変流器などを用いる。電
流検出部２は，たとえば図３に示すような電流波形を検
出する。

【００３４】電流−電圧変換回路３は，電流検出部２よ
り出力された電流波形を電圧波形に変換するものであ
り，具体的には，抵抗を介して電圧値に変換する。電流
−電圧変換回路３は，たとえば，図４に示すような電圧
波形を出力する。

【００３５】フィルター回路４では，電流−電圧変換回
路３の出力する電圧波形を，Ａ／Ｄ変換回路５のサンプ
リング周波数の半分以下に設定した周波数をカットオフ
周波数とするローパスフィルター処理する。これによ
り，サンプリング時に生じるエリアシングの影響をなく
すことができる。フィルター回路４では，たとえば図４
のように交流電圧に重畳したサンプリング周波数よりも
高い周波数の高周波成分を除去して，図５に示すような
電圧波形を出力する。

【００３６】Ａ／Ｄ変換回路５では，フィルター回路４
の出力電圧の電圧値を数十μ秒以下（一例として３０μ
秒）の時間幅毎に，デジタル値に変換するものである。

【００３７】Ａ／Ｄ変換回路５の最大入力電圧を５Ｖと
し，デジタル変換の分解能を１２ビットとすると，Ａ／
Ｄ変換回路５の出力するデジタル値は，たとえば図６に
示すように，電圧０Ｖのときが−５１１，２．５Ｖの時
が０，５Ｖの時が５１１となる。ここで，Ａ／Ｄ変換時
の１ビットが１００ｍＡに対応するように電流―電圧変
換回路を調整すると，Ａ／Ｄ変換回路５の性能として，
約−５１Ａから約５１Ａまでの電流波形の計測が可能と
なる。

【００３８】フィルター部６では，温度特性を小さくす
るために，デジタル値の状態でフィルター処理して高周
波電圧のデジタル値を出力する。たとえば，図７に示す
ような高周波電圧のデジタル値を出力する。従来アナロ
グ回路で行っていたフィルター処理は部品の温度特性が
顕著に表れるために絶縁劣化の検出精度に大きな影響を
与えていたが，このようにデジタルで信号を処理するこ
とによってその影響はほとんどなくすることができる。
またフィルター部６はこの位置でなくても，Ａ／Ｄ変換
回路５の手前でアナログ信号のままの状態で特定周波数
範囲の高周波電流成分のみを抽出するようにしてもよ
い。

【００３９】位相検出回路７では，電路の電圧位相を検
出する。たとえば，図８に電路の電圧と位相検出回路７
の出力する位相信号のタイミングを示す。商用周波数を
６０Ｈｚとすると，位相検出回路７に入力した電路の電
圧が０Ｖから増加するタイミング，約１６．６ｍ秒の間
隔で位相信号を出力する。

【００４０】パルス数計測部８では，商用周波数１周期
に相当する時間，具体的には位相検出回路７の出力する
位相信号の立ち上がりから，次の立ち上がりまでの時間
幅をＴ個に等分してそれぞれをブロックと定義し，その
各ブロックの時間内に，フィルター部６から出力された
高周波電圧デジタル値の絶対値のうち，閾値Ａを超えた
個数をカウントする。

【００４１】前記の閾値Ａを超えたデジタル値の個数
は，カウント終了後にパルス計測部８からパルス数とし
て出力される。

【００４２】絶縁劣化判定部９では，商用周波数１周期
ごとに予め定めておいた所定のブロックにおいてパルス
数計測部８から出力される前記パルス個数が閾値Ｂ以上
となっているブロックの数が閾値Ｃ以上である場合，絶
縁劣化検出信号を出力する。

【００４３】次に，機器電流特定部について説明する。
機器電流特定部はＡ／Ｄ変換回路５の出力するデジタル
値をうけて，前記デジタル値を離散フーリエ変換するフ
ーリエ変換部２０と，前記フーリエ変換部２０から出力
されるフーリエ変換値をうけて負荷機器の動作を識別す
る識別部１６からなる。

【００４４】識別部１６が機器を特定するのに用いる入
力データは，電流に含まれる商用周波数の高調波奇数項
１，３，５，７，９，１１，１３次成分の大きさとその
位相角成分の大きさであり，この二つの数値は家電機器
の種類が変わると変わってくるのでその数値的特徴を捉
えることで家電機器の種類を特定できる。

【００４５】識別部１６は前記の二つの数値をフーリエ
変換部２０と位相検出回路７から得ている。

【００４６】識別部１６にニューラルネットワークを用
いた例を図２３で説明する。図２３はニューラルネット
ワークであり，入力層２３と隠れ層２４と出力層２５と
で構成されている。入力層２３はユニットｕ（１，１）
〜ｕ（１，７），隠れ層２４はユニットｕ（２，１）〜
ｕ（２，８），出力層２５はｕ（３，１）〜ｕ（３，
７）で構成されており，各ユニットｕは，前段から後段
の層に向けて，所定の重み付け値で結合されている。

【００４７】このニューラルネットワークには，入力層
２３には電路に流れる電流をフーリエ変換部２０でフー
リエ変換して得られた第１次，第３次，第５次，第７
次，第９次，第１１次，第１３次の高調波成分の電流値
が入力されるようになっている。

【００４８】まず，家電機器の負荷電流をフーリエ変換
して得られた第１次〜第１３次の高調波成分の電流値を
入力すると，重み付け値に従って後段の層へ向けて値が
伝播され，出力層２５のユニットｕ（３，１）〜ｕ
（３，７）までの７種類の家電機器の動いている確率が
出力される。このように一般的なニューラルネットワー
クは各ユニットｕ間が予め所定の重み値で結合されて構
成されている。

【００４９】各ユニットｕ間の結合には種々の方法があ
るが，一般的には図２３に示すようにニューラルネット
ワーク内のｎ層ｉ番目（ｉ行）のユニットｕ（ｎ，ｉ）
に注目した場合，このユニットのｕ（ｎ，ｉ）には，重
み付け値Wが乗算された状態で，前段の層（ｎ−１）層
のJ個のユニットが出力するX（ｎ−１，１）〜X（ｎ−
１，J）が全部入力されている。ここで，第ｎ−１層目
のユニットｕ（ｎ−１）とｎ層目のユニットｕ（ｎ）と
の間の結合の重み付け値をW（ｎ，ｎ−１）とすると，
ｎ層ｉ番目のユニットｕ（ｎ，ｉ）の値は，次式，ｕ（ｎ，ｉ）＝ΣW（ｎ，ｎ−１，ｉ，ｊ）・X（ｎ−１，ｊ）・・・・（１）で表わされる。

【００５０】次に，このユニットｕ（ｎ，ｉ）の出力値
X（ｎ，ｉ）については，ｆを伝達関数，ｈ（ｎ，ｊ）
を閾値とすると，次式， X（ｎ，ｉ）＝ｆ（ｕ（ｎ，ｉ）−ｈ（ｎ，ｉ））・・・・（２）で表される。伝達関数ｆには，次のシグモイド関数がよ
く使用される。ｆ（ｘ）＝１／｛１＋ｅｘｐ（ｘ）｝・・・・（３）

【００５１】上述のように家電機器の高調波電流を入力
して，特定の家電機器が動作している信号を出力させる
には，予め重み付け値Ｗと閾値ｈを適切な値に設定して
おく必要がある。

【００５２】その場合，まず，乱数によって発生させた
値を用い，重み付け値Ｗと閾値ｈに適当な初期値を与
え，第一層目（入力層）の各ユニットｕ（１）に家電機
器の高調波電流の教師信号ｄ（１）として与え，第ｎ層
目の最終層（出力層）のユニットｕ（ｎ）から家電機器
の種類X（ｎ）を出力させる。実際の家電機器の種類X
（ｎ）の教師信号ｄ（ｎ）との誤差を求め，重み付け値
Ｗを繰り返し修正することで行える。この方法には誤差
逆伝播法などを用いるとよい。

【００５３】以上のように，識別部１６は，電路に流れ
る電流の高調波から負荷機器を特定することができる。
絶縁劣化判定部９から絶縁劣化信号が出ているとき，識
別部１６が絶縁劣化と誤検出しやすい機器が使用されて
いると認識した場合，出力制限部２２は，絶縁劣化判定
部９の出力を制限する。したがって図１に示す絶縁劣化
検出回路では，予め識別部に誤って絶縁劣化が発生した
と判断する家電機器の負荷電流を認識させておくことに
よって，もし絶縁劣化を誤検出させる家電機器が動作し
て絶縁劣化検出部から絶縁劣化の判定が出力された場合
でも，識別部が絶縁劣化を誤検出させる負家電機器の動
作を識別し，絶縁劣化検出信号の出力を制限すれば絶縁
劣化の誤検出の発生を少なくすることができる。ここ
で，出力の制限には，絶縁劣化判定部９からの出力があ
り，識別部１６からの出力がある場合には，絶縁劣化と
判定しない，または絶縁劣化ではない可能性があるとい
う判定結果の出力とすることを含む。

【００５４】次に，絶縁劣化判定部９の絶縁劣化判定方
法について，実際に電路で観測される図９の絶縁劣化時
の高周波電流と，図１０の家電機器の負荷電流と，図１
０に示す家電機器の負荷電流をフィルター処理した図１
１の負荷電流の高周波成分，に基づいて説明する。

【００５５】絶縁劣化発生時の高周波電流の場合，図９
に示すように電流は時間軸上の広い範囲に分布している
ことが特徴である。

【００５６】しかし，家電機器の負荷電流の場合は，図
１０に示す負荷電流の例をフィルター処理すると，図１
０のａ，ｂのように急激に電流が増加や減少する時間に
集中して，図１１のように高周波電流を発生する。

【００５７】したがって，図１０のような電流の急激な
増減を伴う時間を避けて，その他の時間に発生する高周
波電流を絶縁劣化の判定に用いることで，インバータ回
路などの組み込まれている家電機器から発生する高周波
電流の絶縁劣化判定への影響を減らすことができる。

【００５８】以上の処理を図１２，図１３，図１４に基
づいて具体的に説明する。図１３のように商用周波数１
周期の時間幅を１６個に等分した各時間帯をブロックと
し，図１２の表のように，３番目から６番目のブロック
と，１１番目から１４番目のブロックを所定のブロッ
ク，前述のデジタル値の閾値Ａを４０，パルス個数の閾
値Ｂを１０，ブロック数の閾値Ｃを２と予め設定する。

【００５９】たとえば，図１３に示す絶縁劣化発生時の
高周波電圧デジタル値をパルス数計測部８に入力した場
合，高周波電圧デジタル値の絶対値のうち閾値Ａを超え
るものについて，図１２の表中の絶縁劣化時の欄のよう
に各ブロックでパルス数が計測される。

【００６０】この場合，閾値Ｂの設定値である１０個以
上のパルス数が計測された所定のブロックの数は全部で
３個あり，ブロック数の閾値Ｃの２個以上を満たしてい
るので，絶縁劣化判定部９は絶縁劣化検出信号を出力す
る。

【００６１】次に，たとえば，図１４に示す家電機器の
高周波電圧デジタル値をパルス数計測部８に入力した場
合の例を示す。高周波電圧デジタル値の絶対値のうち閾
値Ａを超えるものについて，図１２の表中の家電機器の
欄のように各ブロックのパルス数が計測される。

【００６２】この場合，閾値Ｂの設定値である１０個以
上のパルス数が計測される所定のブロックの数は全部で
１個しかなく，ブロック数の閾値Ｃの設定値である２個
以上を満たしていないので，絶縁劣化判定部９は絶縁劣
化検出信号を出力しない。

【００６３】なお，Ｔを商用周波数１周期あたりのデジ
タル電圧変換する回数を超えない数値，閾値ＡはＡ／Ｄ
コンバータの出力できるデジタル値の最大値を超えない
数値，閾値Ｂは任意の整数，閾値Ｃは１以上かつＴ以下
の範囲の数値とし，かつ絶縁劣化を検出でき，家電機器
で動作しない条件を満たす適当な数値を予め設定してお
く。

【００６４】以上の実施例による絶縁劣化検出部を使用
した絶縁劣化検出回路では，絶縁劣化検出部が従来の図
２による積算型の判定をするものに比べて，家電機器か
ら発生する高周波電流の発生タイミングを避けて絶縁劣
化を判定するので，さらに誤検出を少なくすることがで
きる。

【００６５】次に，本件発明の請求項３，５の実施例を
説明する。請求項３，５は，絶縁劣化判定部９におい
て，所定のブロック中，パルス数が閾値Ｂを超えるブロ
ック数が閾値Ｃを超え，かつパルス数が閾値Ｄ個を超え
るブロック数が閾値Ｅ個を超える場合，絶縁劣化判定部
は絶縁劣化と判断して絶縁劣化検出信号を出力するもの
である。

【００６６】以上の処理を図１２，図１３，図１４に基
づいて具体的に説明する。例では商用周波数１周期の時
間幅を１６個に等分した各時間帯をブロックとし，その
うち３番目から６番目のブロックと，１１番目から１４
番目のブロックを所定のブロックとし，前述のデジタル
値の閾値Ａを４０，パルス数の閾値Ｂが１０であるブロ
ック数の閾値Ｃを２，パルス数の閾値Ｄが１であるブロ
ック数の閾値Ｅを６と設定する。

【００６７】たとえば，図１３に示す絶縁劣化発生時の
高周波電圧デジタル値をパルス数計測部８に入力する。
高周波電圧デジタル値の絶対値のうち閾値Ａを超えるも
のについて，図１２の表中絶縁劣化時の欄のように各ブ
ロックのパルス数が計測される。

【００６８】この場合，閾値Ｂの設定値である１０個以
上のパルス数が計測された所定のブロック数は全部で３
個あり，ブロック数の閾値Ｃの設定値である２個以上を
満たしている。さらに，閾値Ｄの設定値である１個以上
のパルス数が計測された所定のブロックは全部で７個あ
り，ブロック数の閾値Ｅの設定値である６以上を満たし
ているので絶縁劣化判定部は絶縁劣化検出信号を出力す
る。

【００６９】なお，Ｄは任意の整数で，Ｅは１以上Ｔ以
下の整数として，かつ絶縁劣化を検出でき，家電機器で
動作しない条件を満たす適当な数値に設定しておく。

【００７０】以上請求項３，５の発明による絶縁劣化検
出回路では，請求項２，４に比べて，絶縁劣化判定部の
判定条件が増えている分，誤検出する可能性が少ない絶
縁劣化検出回路を得ることができる。

【００７１】次に本件発明請求項６の実施例を示す。図
１７は本件発明請求項６の実施例のブロック図であり，
本件請求項１から５の実施例である図１の絶縁劣化判定
部を第一の絶縁劣化判定部９として更に閾値の異なる第
二の絶縁劣化判定部１０を追加したものである。

【００７２】第二の絶縁劣化判定部１０の閾値はトラッ
キングの発生を検出できるようにするために第一の絶縁
劣化検出部９の閾値よりも大きめに設定する。

【００７３】商用１周期ごとに，所定のブロックにおい
て前記パルス個数が閾値Ｆを超えるブロック数が閾値Ｇ
を超え，かつ前記パルス個数が閾値Ｈを超えるブロック
数が閾値Ｉを超える場合，トラッキングが発生している
と判断して絶縁劣化検出信号を出力するようにし，Ｆか
らＩの閾値の設定は第一の絶縁劣化判定部が判定する絶
縁劣化より進行した絶縁劣化を検出するように設定す
る。

【００７４】ここで，絶縁劣化発生時の高周波電流とト
ラッキング発生時の高周波電流の違いについて図１３，
図１６を用いて説明する。

【００７５】絶縁劣化が進行してトラッキングに至った
場合，図１３の絶縁劣化発生時の高周波電圧デジタル値
に比べて，図１６のように，トラッキング発生時の高周
波電圧デジタル値は値が大きくなる傾向がある。

【００７６】トラッキングの判定処理を図１２，図１
４，図１６に基づいて具体的に説明する。例では商用周
波数１周期の時間幅を１６個に等分した各時間幅をブロ
ックとし，そのうち３番目から６番目のブロックと，１
１番目から１４番目のブロックを所定のブロックとし，
前述の第二の絶縁劣化判定部の閾値Ｆを２０，閾値Ｇを
３，閾値Ｈを１０，閾値Ｉを７と設定する。

【００７７】たとえば，図１６に示すトラッキング発生
時の高周波電圧デジタル値をパルス数計測部８に入力す
ると，図１２の表中のトラッキング時の欄のように各ブ
ロックのパルス数が計測される。

【００７８】この場合，閾値Ｆの設定値２０以上のパル
ス数が計測された所定のブロックは全部で４個あり，ブ
ロック数の閾値Ｇの設定値である３以上を満たしてい
る。さらに，閾値Ｈの設定値である１０個以上のパルス
数の計測されたブロックは全部で７個あり，ブロック数
の閾値Ｉの設定値である７以上を満たしているので第二
の絶縁劣化判定部１０はトラッキングが発生していると
判断して判定結果を出力する。

【００７９】なお，閾値Ｆ，Ｈは正の数値，閾値Ｇ，Ｉ
は１以上かつＴ以下の範囲の数値で，かつ絶縁劣化を検
出でき，家電機器で動作しない条件を満たす適当な数値
に設定する。

【００８０】以上の請求項６の発明の実施例による絶縁
劣化検出回路では，閾値の異なる第二の絶縁劣化判定部
を追加することによって絶縁劣化状態の２段階検出が可
能となる。

【００８１】次に本件発明の請求項７の実施例を図１８
に示す。図１８は図１に示す絶縁劣化検出回路の絶縁劣
化判定部９の出力をさらに積分判定回路１１で一定時間
毎に積分リセットし，積分値が閾値Ｊを超えたとき出力
を発生するようにしている。絶縁不良は一過性でなく継
続して発生する現象であるので，このような構成として
閾値Ｊを適当に選定すればスイッチ開閉などによる一過
性ノイズでの誤判定を避けることができる絶縁劣化検出
回路を得ることができる。なお，積分判定回路１１の機
能を絶縁劣化判定部９に含めて構成することが可能であ
る。

【００８２】次に請求項９の実施例を図１９示す。図１
９の例では図１の絶縁劣化検出回路に警報出力手段１２
を加えたもので，誤動作の少ない絶縁劣化警報装置を得
ることができる。

【００８３】次に請求項１０の実施例を図２０に示す。
図２０の例では図１の絶縁劣化検出回路に回路を遮断す
る手段，引き外し回路１３と引き外しコイル１４，接点
１５を加えたもので，誤動作の少ない絶縁劣化遮断装置
を得ることができる。

【００８４】次に請求項１１の実施例を図２１に示す。
図２１の例では図１の絶縁劣化検出回路にネットワーク
に接続する手段２３を加えたもので，誤動作の少ない絶
縁劣化検出回路の出力をネットワークを介して，外部に
情報提供することが可能となる。また図１９，図２０，
図２２に示す警報出力手段，電路の遮断手段の作動状況
をネットワークに接続することも考えられる。

【００８５】次に請求項１２の実施例を図２２に示す。
図２２の例では図１７に示す絶縁劣化検出回路と，該回
路の第一の絶縁劣化判定部９の出力側に警報を発生する
手段１９と，該回路の第二の絶縁劣化判定部１０の出力
側に回路を遮断する手段，引き外し回路１３，引き外し
コイル１４，接点１５を加えたもので，誤検出の少ない
絶縁劣化検出回路を用いて，電路を遮断する必要がな
い，程度の低い絶縁劣化では警報を発し，トラッキング
のような程度の悪い絶縁劣化では，電路を遮断するよう
な装置を提供できる。

【００８６】

【発明の効果】以上のように本発明によれば，インバー
タ等の機器を使用したときに発生する高周波電流が電路
に重畳していても誤検出の少ない絶縁劣化検出回路を得
ることができ，さらに，誤動作しにくい警報装置や，回
路遮断器などの装置をえることができるという効果を有
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本件発明請求項１から５の絶縁劣化検出回路の
ブロック構成の実施例

【図２】従来の絶縁劣化検出遮断装置の例

【図３】電路に流れる電流波形例

【図４】電流−電圧変換回路の出力する電圧波形例

【図５】エリアシングをフィルターで除去した電圧波形
例

【図６】Ａ／Ｄ変換回路の出力する電圧デジタル値波形
例

【図７】フィルター部の出力する高周波電圧デジタル値
波形例

【図８】電路の電圧波形と，位相検出回路の出力する電
圧位相波形

【図９】絶縁劣化発生時の電流波形例

【図１０】家電機器の負荷電流波形例

【図１１】家電機器の高周波電流波形例

【図１２】絶縁劣化発生時とトラッキング発生時と家電
機器動作中に，各ブロック毎にカウントされたパルス数
の例

【図１３】絶縁劣化発生時の高周波電圧デジタル値波形
の例

【図１４】家電機器動作中の高周波電圧デジタル値波形
の例

【図１５】トラッキング発生時の高周波電流波形例

【図１６】トラッキング発生時の高周波電圧デジタル値
の波形例

【図１７】本件発明，請求項６の実施例のブロック構成
図

【図１８】本件発明，請求項７の実施例のブロック構成
図

【図１９】本件発明，請求項９の実施例のブロック構成
図

【図２０】本件発明，請求項１０の実施例のブロック構
成図

【図２１】本件発明，請求項１１の実施例のブロック構
成図

【図２２】本件発明，請求項１２の実施例のブロック構
成図

【図２３】ニューラルネットワークの構成図

【符号の説明】

１電路２電流検出部３電流−電圧変換回路４フィルター回路５Ａ／Ｄ変換回路６フィルター部７位相検出回路８パルス数計測部９絶縁劣化判定部１０第二の絶縁劣化判定部１１積分判定回路１２警報出力手段１３引き外し回路１４引き外しコイル部１５接点１６識別部１７パルス発生部１８遮断判定部１９警報出力手段２０フーリエ変換部２２出力制限部２３入力層２４隠れ層２５出力層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電路の高周波電流を抽出して，該高周波電
流の特徴から絶縁劣化の有無を判定し絶縁劣化検出信号
を出力する絶縁劣化検出部と，前記高周波電流の特徴か
ら特定の負荷機器の使用を判定する機器電流特定部と，
機器電流特定部の出力により絶縁劣化検出部の出力を制
限する出力制限部を備えたことを特徴とする絶縁劣化検
出回路。
【請求項２】前記絶縁劣化検出部は，電路に流れる電流
から高周波成分のみを取り出す高周波電流抽出部と，電
路の電圧の位相信号を検出する位相検出回路と，前記位
相信号に同期して商用周波数１周期の時間をＴ個に分割
した複数のブロックのうち，少なくとも予め設定してお
いた所定のブロックにおいて前記高周波電流抽出部から
出力された高周波電流の絶対値が予め設定された閾値Ａ
を超えた個数をブロック毎に出力する電流個数計数部
と，該電流個数計数部から出力される前記所定のブロッ
ク毎に計測された高周波電流の個数が閾値Ｂ以上である
ブロックの数が閾値Ｃ以上である場合，絶縁劣化検出信
号を出力する絶縁劣化判定部から構成されたものである
ことを特徴とする請求項１の絶縁劣化検出回路。
【請求項３】請求項２に示す絶縁劣化検出部の絶縁劣化
判定部が，所定のブロック毎に計測された高周波電流の
個数が閾値Ｂ以上であるブロックの数が閾値Ｃ以上であ
るとともに，所定のブロック毎に計測された高周波電流
の個数が閾値Ｄ以上であるブロックの数が閾値Ｅ以上で
ある場合，絶縁劣化検出信号を出力するものであること
を特徴とする請求項１の絶縁劣化検出回路。
【請求項４】前記絶縁劣化検出部は，電路に流れる電流
を検出する電流検出部と，電流検出部から出力される電
流を電圧に変換する電流−電圧変換回路と，前記電流−
電圧変換回路から出力される電圧をアンチエリアシング
処理するフィルター回路と，前記フィルター回路から出
力される電圧をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換回路
と，前記Ａ／Ｄ変換回路の前か後に設置されて特定に周
波数の範囲の高周波電流成分のみを抽出するフィルター
部と，電路の電圧の位相信号を検出する位相検出回路
と，前記位相信号に同期して商用周波数１周期の時間を
Ｔ個に分割した複数のブロックのうち，少なくとも予め
設定した所定のブロックで計測された前記高周波電圧デ
ジタル値の絶対値が予め設定された閾値Ａを超えた個数
をブロック毎にパルス数として出力するパルス数計測部
と，前記所定の各ブロックにおいてパルス数が閾値Ｂ個
以上であるブロックの数が閾値Ｃ個以上である場合，絶
縁劣化検出信号を出力する絶縁劣化判定部から構成され
たものであることを特徴とする請求項１の絶縁劣化検出
回路。
【請求項５】請求項４に示す絶縁劣化検出部の絶縁劣化
判定部が，所定のブロック毎に計測されたパルス数が閾
値Ｂ以上であるブロックの数が閾値Ｃ以上であるととも
に，所定のブロック毎に計測されたパルス数が閾値Ｄ以
上であるブロックの数が閾値Ｅ以上である場合，絶縁劣
化検出信号を出力するものであることを特徴とする請求
項１の絶縁劣化検出回路。
【請求項６】前記絶縁劣化検出部は請求項２から５に示
す絶縁劣化検出部の絶縁劣化判定部を第一の絶縁劣化判
定部とし，全部または一部の閾値が異なる第二の絶縁劣
化判定部を追加したもので，前記機器電流特定部の出力
による絶縁劣化検出部への出力の制限は，絶縁劣化検出
部の第一と第二の絶縁劣化判定部のいずれか一方または
両方の出力に加えたことを特徴とする請求項１の絶縁劣
化検出回路。
【請求項７】前記絶縁劣化検出部は請求項２から６に示
す絶縁劣化検出部の絶縁劣化判定部の出力を積分し，該
積分値が閾値Ｊを超えたとき絶縁劣化出力信号を出力す
るものであることを特徴とする請求項１の絶縁劣化検出
回路。
【請求項８】前記機器電流特定部は，電路電流をフーリ
エ級数変換するフーリエ変換部と該フーリエ変換部の出
力により電路で使用している機器の種類を特定するもの
であることを特徴とする請求項１から７の絶縁劣化検出
回路。
【請求項９】請求項１から８に示す絶縁劣化検出回路と
該検出回路の出力により警報を発生する手段とからなる
ことを特徴とする絶縁劣化検出回路を用いた装置。
【請求項１０】請求項１から８に示す絶縁劣化検出回路
と該検出回路の出力により電路を遮断する手段とからな
ることを特徴とする絶縁劣化検出回路を用いた装置。
【請求項１１】請求項１から８に示す絶縁劣化検出回路
と該検出回路の出力または該出力により処置した状況を
ネットワークに接続する手段とからなることを特徴とす
る絶縁劣化検出回路を用いた装置。
【請求項１２】請求項６に示す絶縁劣化検出回路の第一
の絶縁劣化判定部の出力側に警報を発生する手段を備
え，第二の絶縁劣化判定部の出力側に電路を遮断する手
段を備えたことを特徴とする絶縁劣化検出回路を用いた
装置。