JP2004279205A

JP2004279205A - トラッキング放電検出装置及び検出方法

Info

Publication number: JP2004279205A
Application number: JP2003070761A
Authority: JP
Inventors: Yukio Mizuno; 幸男水野; Tetsushi Mizutani; 哲志水谷; Toshiyuki Nakagawa; 敏幸中川
Original assignee: Nagoya Institute of Technology NUC; Kawamura Electric Inc
Current assignee: Nagoya Institute of Technology NUC; Kawamura Electric Inc
Priority date: 2003-03-14
Filing date: 2003-03-14
Publication date: 2004-10-07

Abstract

【課題】トラッキング短絡の基となる初期の小さい放電電流を検知可能とする。
【解決手段】電路５の電流を検出する変流器１と、検出した電流波形から１ｋＨｚ以上の高周波成分を抽出する増幅器２と、トラッキング放電を検出するトラッキング放電検出部３とを有し、トラッキング放電検出部３は、高速フーリエ変換回路６により周波数分解すると共に波形抽出回路７で所定の条件を満たす波形を抽出し、双方のデータを基に演算回路１０でトラッキング放電を判断させた。演算回路１０は、抽出した高周波電流の電荷量を演算し、求めた電荷量が設定した値以上となる高周波波形の発生頻度を監視し、周波数分解した波形データの周波数別レベルを求め、求めた電荷量、発生頻度、周波数別レベルの大きさが所定の条件を満たしたらトラッキング放電発生と判断した。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コードプラグに生ずるトラッキング放電を検出するトラッキング放電検出装置及び検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コードプラグに生ずるトラッキング短絡を検出する方法として、機器電路の電流を常時監視して、電流値が予め設定した動作判定値を越え、且つ商用電源で３サイクル以上の電流ピーク値が連続して増加した場合にトラッキング短絡発生と判断する直接判定法がある。（例えば、特許文献１参照。）
これは、家電機器等の電源投入時に突入電流から定常電流に移行する電流のピーク値は減少するのに対して、トラッキング短絡は電流ピーク値が継続して増加することと、家電機器等の電源を切ったときの電流の変化を利用している。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−４１９９３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
トラッキング短絡による劣化を最小限に抑えるには、トラッキング短絡の基となるトラッキング放電を効率よく検出することが必要である。しかし、汚損湿潤した電気機器のコードプラグにおいて、コードプラグの絶縁性能が低下してトラッキング放電が発生し始めるのは、放電電流値が数百ｍＡ程度と小さい値である。
ところが、上記従来の技術では、例えば特許文献１に示すように動作判定値が負荷電流以上の２０Ａに設定されているため、数百ｍＡ程度の小さい放電電流は検出できず、絶縁劣化が進行して放電電流が大きくなってようやく検出する構成であり、トラッキング放電発生の初期を検知することはできない。そのため、発火直前、若しくは発火してからの検出になってしまうことがあり、発火現象を確実に阻止するのが難しく火災を未然に防ぐには十分でなかった。
【０００５】
そこで、本発明は上記問題点に鑑み、トラッキング短絡の基となる初期の小さい放電電流を検知可能としたトラッキング放電検出装置及び検出方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１の発明に係るトラッキング放電検出装置は、電路電流波形を検出する電流検出手段と、該電流検出手段で検出した電流波形から予め設定した周波数以上の高周波成分を抽出する高周波抽出手段と、抽出した高周波波形の電荷量を演算する電荷演算手段と、求めた電荷量が予め設定した値以上となる高周波波形の発生頻度を監視する発生頻度監視手段と、前記高周波波形の周波数別レベルを演算するレベル演算手段と、トラッキング放電発生を判断する判断手段とを有し、前記電荷量、前記発生頻度、前記周波数別レベルの大きさの夫々に閾値を設定し、前記判断手段は、前記電荷演算手段の演算結果、発生頻度監視手段による発生頻度数値、レベル演算手段による演算結果のうち少なくとも２つが前記閾値を越えたらトラッキング放電発生と判断して報知信号を出力することを特徴とするものである。
この構成によれば、電路を流れる電流波形から、高周波電流の電荷量、発生頻度、周波数別レベルを求めることで、トラッキング放電特有の現象を検出することができ、放電電流が数十アンペアを超えるトラッキング短絡に至る前にトラッキング放電の発生を判断できる。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１記載の発明において、演算した電荷量を外部モニタに出力するための外部モニタ接続回路を備えたことを特徴とする。
この構成によれば、高周波電流の電荷量をモニタできるので、電荷量により僅かな漏れ電流でも確認でき、放電前に発生する漏れ電流も認識することが可能となる。また、電荷量の数値からプラグ使用環境の汚損湿潤状態を知ることが可能となるし、電荷量と電荷量の推移からシンチレーション放電発生の時期を知ることも可能となり、トラッキング放電発生予知に効果的である。
【０００８】
請求項３の発明に係るトラッキング放電検出方法は、電路電流から予め設定した周波数以上の高周波電流を抽出する抽出ステップと、抽出した高周波電流波形の電荷量を演算する電荷量演算ステップと、求めた電荷量が予め設定した値以上となる波形の発生頻度を監視する監視ステップと、抽出した高周波電流の周波数別レベルを演算するレベル演算ステップと、前記電荷量、前記発生頻度、前記周波数別レベルの大きさの夫々に閾値を設定する設定ステップと、演算した電荷量、発生頻度、周波数別レベルのうち少なくとも２つが前記閾値を越えたらトラッキング放電発生と判断する判断ステップとを有することを特徴とする。
この方法によれば、電路を流れる電流波形から、高周波電流の電荷量、発生頻度、周波数別レベルを求めることで、トラッキング放電特有の現象を検出することができ、放電電流が数十アンペアを超えるトラッキング短絡に至る前にトラッキング放電の発生を判断できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係るトラッキング放電検出装置のブロック図を示し、トラッキング放電を検出したら電路を遮断する遮断装置を示している。図において、１は電路５の電流を検出する電流検出手段としての変流器、２はハイパスフィルタを内蔵して高周波成分を抽出及び増幅する高周波抽出手段としての増幅器、３はトラッキング放電を検出するトラッキング放電検出部、４は電路５を遮断する遮断手段である。
【００１０】
トラッキング放電検出部３は、増幅器２で抽出した高周波電流波形を周波数分解するために高速フーリエ変換する高速フーリエ変換回路（以下、ＦＦＴとする。）６、抽出した高周波電流波形から予め設定された立ち上がり時間、放電持続時間、大きさの全てを満たす波形を抽出して放電電流波形として出力する波形抽出回路７、ＦＦＴ６及び波形抽出回路７の出力を夫々Ａ／Ｄ変換する第１Ａ／Ｄ変換回路８及び第２Ａ／Ｄ変換回路９、周波数分解した結果及び抽出した波形からトラッキング放電を判断する演算回路１０、遮断手段４の動作信号となる演算結果を出力する判定出力回路１１を有している。尚、１２は判断要素や演算値を格納するレジスタ回路である。また、立ち上がり時間の設定値は０．７５〜４．２２μｓ、放電持続時間の設定値は３．０〜４７μｓ、大きさの設定値は±１５０ｍＶ〜±５Ｖの間で設定すると良い。
【００１１】
上記回路によるトラッキング放電検出動作は次のように実施される。まず、変流器１により検出された電路５に流れる電流は、トラッキング放電検出に不要な５０Ｈｚ、６０Ｈｚ等の低周波成分が増幅器２に内蔵されるハイパスフィルタで除去されると共に、増幅器２で１ｋＨｚ以上の高周波成分が増幅される。こうして図２（ａ）に示すような高周波成分のみの波形を得る。
トラッキング放電は、放電進行時にはシンチレーションと呼ばれる放電が発生し、図３（ａ）に示すようなパルス状の電流が流れ、その波形は、図３（ｂ）に示すように１ｋＨｚ弱から数１０ｋＨｚ程度の周波数成分を有することが知られている。そのため、上述するように電流の基本波を減衰させると共に高周波帯域にあるトラッキング放電電流波形を増幅することでトラッキング放電特性を顕著化させることができる。
【００１２】
顕著化された放電電流波形は、トラッキング放電検出部３に入力され、ＦＦＴ６にて周波数分解される一方、波形抽出回路７にて所定条件を満たす放電電流波形が抽出され、デジタルデータに変換された後に双方のデータは演算回路１０に入力される。そして、演算回路１０で、各波形の放電電荷量の演算、放電発生頻度の監視、周波数別レベルの演算が実施され、次に示すような予め設定された設定値に対する判断が成され、トラッキング放電を判断する判断要素が演算される。
▲１▼ 放電電荷量の演算：１．２ｎＣ（ナノクーロン）以上の放電電荷を有する放電（波形）が観測されたか。（図５参照）
▲２▼ 放電発生頻度の監視：一定時間（Δｔ（例えば、１００ｍｓ））の間に、１．２ｎＣ以上の放電電荷を有する放電がｎ回以上（例えば、４回以上）観測されたか。（図５参照）
▲３▼ 周波数成分解析：周波数別レベルに８０ｄＢ以上を示す信号が観測されたか。（図２，図３参照）
このように、演算回路１０は、高周波波形の電荷量を演算する電荷演算手段、高周波波形の発生頻度を監視する発生頻度監視手段、周波数別レベルを演算するレベル演算手段を兼ねている。
【００１３】
そして、演算回路１０は更に判断手段として作用し、これらの判断要素を組み合わせてトラッキング放電有無の判定をする。具体的には、次のような組み合わせにより放電特性に応じた判定を実施できる。
▲１▼ 放電電荷量と周波数成分が条件を満たした場合、単発の放電（図２（ａ）参照）発生と判断する。
▲２▼ 放電発生頻度と周波数成分が条件を満たした場合、連続放電（図３（ａ）参照）発生と判断する。
▲３▼ 放電電荷量、放電発生頻度、周波数成分の３つが条件を満たした場合、間欠的放電（図４（ａ）参照）発生と判断する。
これらの演算は、レジスタ回路１２に随時演算データを取り込んで実施され、判定信号が判定出力回路１１へ送られる。そして、判定出力回路１１はその信号に応じて遮断手段４の作動信号を出力する。
【００１４】
このように、放電電流波形から、放電の電荷量、放電発生頻度、周波数別レベルを求め、夫々の組み合わせで判断するので、単発放電の他、連続放電や間欠放電も検知でき、放電電流が数十アンペアを超えるトラッキング短絡に至る前にトラッキング放電を検出できる。例えば、シンチレーションに起因する放電が発生しても、放電電荷量と周波数特性を演算して双方が所定の閾値を超えた時点でトラッキング発生と判断させることで、トラッキング短絡を未然に検出して発火等を確実に防ぐことができる。
【００１５】
図６は本発明のトラッキング放電検出装置の他の例を示す回路ブロック図であり、上記図１との相違点は、トラッキング放電検出部３ａに外部モニタ接続回路１４を設け、パーソナルコンピュータ１５を接続した点である。尚、図１と同一の構成要素には同一の符号を付与し、説明を省略する。
外部モニタ接続回路１４は、レジスタ回路１２に蓄積された電荷量データを外部に出力するために設けられ、接続したパーソナルコンピュータにより設定された閾値を下回る電荷量データも含めてモニタできる構成となっている。
【００１６】
このように放電電流の電荷量データをモニタ可能に構成することで、電荷量は僅かな漏れ電流でも求めることができるので、放電前に発生する漏れ電流も認識することが可能となり、電荷量の数値からプラグ使用環境の汚損湿潤状態を知ることが可能となる。また、電荷量と電荷量の推移からシンチレーション放電発生の時期を知ることも可能となり、トラッキング放電発生予知に効果的である。
【００１７】
尚、上記実施形態では１ｋＨｚ以上の周波数の電流波形を高周波波形として増幅器で抽出しているが、トラッキング放電波形の周波数成分が１ｋＨｚ〜数１０ｋＨｚを主に含むためにその周波数に設定しているもので、この設定周波数は他の周波数、例えば２ｋＨｚであっても良いし、７００Ｈｚ程度としても良い。
【００１８】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、電路を流れる電流波形から、高周波電流の電荷量、発生頻度、周波数別レベルを求めてトラッキング放電特有の現象を検出するので、放電電流が数十アンペアを超えるトラッキング短絡に至る前にトラッキング放電の発生を判断できる。
また、演算により求めた放電電流の電荷量をモニタすれば、電荷量により僅かな漏れ電流でも確認でき、放電前に発生する漏れ電流も認識することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るトラッキング放電検出装置の回路ブロック図である。
【図２】（ａ）は、図１の増幅器出力波形の一例を示し、単発の放電電流波形を示す図である。
（ｂ）は、（ａ）の波形の周波数成分を示す図である。
【図３】（ａ）は、図１の増幅器出力波形の他の例を示し、連続発生した放電電流波形を示す図である。
（ｂ）は、（ａ）の波形の周波数成分を示す図である。
【図４】（ａ）は、図１の増幅回路出力波形の他の例を示し、間欠発生した放電電流波形を示す図である。
（ｂ）は、（ａ）の波形の周波数成分を示す図である。
【図５】放電電流波形個々の電荷量の一例を示す図である。
【図６】本発明に係るトラッキング放電検出装置の他の例を示す回路ブロック図である。
【符号の説明】
１・・変流器（電流検出手段）、２・・増幅器（高周波抽出手段）、３・・トラッキング放電検出部、６・・高速フーリエ変換回路、７・・波形抽出回路、１０・・演算回路（電荷演算手段、発生頻度監視手段、レベル演算手段、判断手段）、１１・・判定出力回路、１２・・レジスタ回路、１４・・外部モニタ接続回路。

Claims

電路電流波形を検出する電流検出手段と、該電流検出手段で検出した電流波形から予め設定した周波数以上の高周波成分を抽出する高周波抽出手段と、抽出した高周波波形の電荷量を演算する電荷演算手段と、求めた電荷量が予め設定した値以上となる高周波波形の発生頻度を監視する発生頻度監視手段と、前記高周波波形の周波数別レベルを演算するレベル演算手段と、トラッキング放電発生を判断する判断手段とを有し、
前記電荷量、前記発生頻度、前記周波数別レベルの大きさの夫々に閾値を設定し、前記判断手段は、前記電荷演算手段の演算結果、発生頻度監視手段による発生頻度数値、レベル演算手段による演算結果のうち少なくとも２つが前記閾値を越えたらトラッキング放電発生と判断して報知信号を出力することを特徴とするトラッキング放電検出装置。
演算した電荷量を外部モニタに出力するための外部モニタ接続回路を備えた請求項１記載のトラッキング放電検出装置。
電路電流から予め設定した周波数以上の高周波電流を抽出する抽出ステップと、
抽出した高周波電流波形の電荷量を演算する電荷量演算ステップと、
求めた電荷量が予め設定した値以上となる波形の発生頻度を監視する監視ステップと、
抽出した高周波電流の周波数別レベルを演算するレベル演算ステップと、
前記電荷量、前記発生頻度、前記周波数別レベルの大きさの夫々に閾値を設定する設定ステップと、
演算した電荷量、発生頻度、周波数別レベルのうち少なくとも２つが前記閾値を越えたらトラッキング放電発生と判断する判断ステップとを有することを特徴とするトラッキング放電検出方法。