JP2005117750A - スパーク検出方法、及びそれを用いた回路遮断器 - Google Patents

Abstract

【課題】正常な負荷電流と、コード断線時のスパークによる異常電流とを、コードの劣化が初期の段階で判別して、コードの焼損や周辺物への着火を未然に防ぐことができるスパーク検出方法、及びそれを用いた回路遮断器を提供する。
【解決手段】スパーク電流波形Ｉ１の半波毎に、電圧波形Ｖ１のゼロクロス点からしきい値Ｓ１または−Ｓ１を最初に通過するまでの時間を通過位相Ａ（ｎ）、Ｂ（ｎ）として検出し、検出した通過位相Ａ（ｎ）、Ｂ（ｎ）と、１周期後に検出した通過位相Ａ（ｎ＋１）、Ｂ（ｎ＋１）との差の絶対値｜Ａ（ｎ＋１）−Ａ（ｎ）｜、｜Ｂ（ｎ＋１）−Ｂ（ｎ）｜が変動値Ｋ１を超えると、通過位相変動があったと判断して、所定時間Ｔ１間で積算した通過位相変動の回数が回数Ｚ１を超えた場合に、スパークの発生を検出している。
【選択図】図１

Description

本発明は、交流負荷回路におけるコードの断線によるスパークを素早く検出し、特に延長コード、器具付きコード、及びコンセントプラグを含む住宅電路の保護に用いるスパーク検出方法、及びそれを用いた回路遮断器に関するものである。

電源コードをねじったり、折り曲げたり、重いものの下に置いたりすることが繰り返し行われると、コードの芯線に損傷を与え、最終的には断線に至る場合がある。この状態で、この電源コードに接続した負荷機器が使用されると、断線箇所の芯線同士が接触していれば負荷電流は流れるが、接触箇所では接触抵抗によって発熱し、被覆を熱劣化させてしまう。また、負荷機器がオン状態で断線箇所の芯線が接触状態から開離するとき、スパークを生じる。このスパークが繰り返し起こると、スパークによるエネルギーでコードの被覆が徐々に熱劣化し、最終的には激しい炎を伴うアーク放電となり、短絡に至る。

断線はコード被覆の内部で発生するため、ユーザからするとコードの異常に気付きにくく、殆どの場合、負荷機器に通電するときに負荷機器を始動できないことによってはじめて気が付く。そして、断線箇所の芯線同士が接触すれば再び通電できることから、コードの取り換えを行うことなしに、そのまま引き続き使用されるケースがあり、劣化が進行すれば発火の可能性があり、非常に危険である。

従来、このような断線に対しては、電流の大きさが負荷によって制限されるためスパークが発生していても定格電流以下となり、過電流検出機能、短絡検出機能を内蔵する回路遮断器では検出できなかった。また、断線によって被覆の絶縁劣化が進行し、短絡に至った場合には、大きな電流が流れるので、従来の短絡検出機能によって検出、電流遮断できるが、コードの焼損、周辺物への着火を防止することはできなかった。

そこで従来例１として、コードの絶縁劣化によるアーク電流、プラグの絶縁劣化によるトラッキング電流の検出方法が提案されている。まず、コードの絶縁劣化によるアーク電流は図１２に示す波形となり、このアーク電流の検出方法として、連続する周期の負荷電流のピーク値の変動をパターン化して、負荷電流とアーク電流とを判別する方法がある。（例えば、特許文献１参照）
さらには従来例２として、プラグのトラッキング現象で発生するプラグトラッキング電流の検出方法が提案されている。まず、プラグトラッキング電流は図１３に示す波形となり、このプラグトラッキング電流の検出方法として、電流のピーク点における位相の変動を検出して、変動が大きい場合にプラグトラッキング電流を検出する方法がある。
特開２００２−３００７１７号公報（段落番号［００３６］〜［００６８］、図１〜図５）

しかし、断線によるスパーク電流のピーク値の変動はアーク電流と比較して小さいため、上記従来例１では、コードの断線によるスパークを検出できない。また、断線によるスパーク電流は、立ち上がり位相が９０度より前にあることが多く、電流ピーク点の位相変動は小さいため、上記従来例２では、コードの断線によるスパークを検出できる確率は低い。

本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、正常な負荷電流と、コード断線時のスパークによる異常電流とを、コードの劣化が初期の段階で判別して、コードの焼損や周辺物への着火を未然に防ぐことができるスパーク検出方法、及びそれを用いた回路遮断器を提供することにある。

請求項１の発明は、交流電源からコードを介して交流負荷回路に供給される交流電流が半波毎に所定の電流値を最初に通過する通過位相を検出し、検出した通過位相と所定周期後に検出した通過位相との差の絶対値を算出して、前記絶対値が所定時間内に所定値を超えた回数を積算し、前記積算回数が所定回数を超えたときにコードの断線によるスパークの発生を検出することを特徴とし、正常な負荷電流と、コード断線時のスパークによる異常電流とを、コードの劣化が初期の段階で簡単なアルゴリズムを用いて判別して、コードの焼損や周辺物への着火を未然に防ぐことができる。

請求項２の発明は、交流電源からコードを介して交流負荷回路に供給される交流電流が半波毎に急激に流れ始める立ち上がり位相を検出し、検出した立ち上がり位相と所定周期後に検出した立ち上がり位相との差の絶対値を算出して、前記絶対値が所定時間内に所定値を超えた回数を積算し、前記積算回数が所定回数を超えたときにコードの断線によるスパークの発生を検出することを特徴とし、正常な負荷電流と、コード断線時のスパークによる異常電流とを、コードの劣化が初期の段階で簡単なアルゴリズムを用いて判別して、コードの焼損や周辺物への着火を未然に防ぐことができる。さらには、正常な負荷電流と断線によるスパーク電流との複合電流波形に対しても上記同様の効果を奏する。

請求項３の発明は、交流電源からコードを介して交流負荷回路に供給されて半波毎に急激に上昇する交流電流の上昇後の電流値と上昇前の電流値との差の絶対値である立ち上がり電流を検出し、検出した前記立ち上がり電流と所定周期後に検出した前記立ち上がり電流との差の絶対値を算出して、検出した前記立ち上がり電流と所定周期後に検出した前記立ち上がり電流との差の絶対値が所定時間内に所定値を超えた回数を積算し、前記積算回数が所定回数を超えたときにコードの断線によるスパークの発生を検出することを特徴とし、正常な負荷電流と、コード断線時のスパークによる異常電流とを、コードの劣化が初期の段階で簡単なアルゴリズムを用いて判別して、コードの焼損や周辺物への着火を未然に防ぐことができる。さらには、正常な負荷電流と断線によるスパーク電流との複合電流波形に対しても上記同様の効果を奏する。

請求項４の発明は、請求項３において、前記立ち上がり電流が所定のしきい値を超えるとき、前記所定時間と前記所定回数とのうち少なくとも一方を変更して検出感度を上げることを特徴とし、芯線間の短絡電流等の大電流をより早く検出することができる。

請求項５の発明は、請求項１乃至３いずれかにおいて、正常な交流電流が流れている定常状態から、電流値が定常状態時の値に対して所定の割合の範囲内に下がった場合、検出感度を上げるために、前記所定値、前記所定時間、前記所定回数のうち少なくとも１つを変更することを特徴とし、スパーク電流の検出感度を上げて、異常をより早く検出できる。

請求項６の発明は、請求項１乃至３いずれかにおいて、前記積算回数が所定回数を超え、且つ交流電流が断続的にオン・オフを繰り返す間欠電流であるときにコードの断線によるスパークの発生を検出することを特徴とし、正常な負荷電流に対する耐誤動作性を向上させることができる。

請求項７の発明は、請求項６において、交流電流の半波毎の電流ピーク値を検出し、検出した半波の電流ピーク値の絶対値と所定周期後に検出した半波の電流ピーク値の絶対値とのうちいずれか一方が所定のしきい値を超え、且つ他方が所定のしきい値以下となる回数を積算し、前記積算回数が所定時間内に所定回数を超えたときに間欠電流を検出することを特徴とし、間欠電流を簡単なアルゴリズムで検出できる。

請求項８の発明は、請求項１または２において、連続した半波において、検出した前記位相と所定周期後に検出した前記位相との差の絶対値が連続して減少する、または連続して増加する場合は、コードの断線によるスパーク発生の検出を行わないことを特徴とし、負荷電流が急激に立ち上がる位相制御機器のような負荷機器を接続した場合の耐誤動作性を向上させることができる。

請求項９の発明は、請求項３において、連続した半波において、検出した前記立ち上がり電流と所定周期後に検出した前記立ち上がり電流との差の絶対値が連続して減少する、または連続して増加する場合は、コードの断線によるスパーク発生の検出を行わないことを特徴とし、負荷電流が急激に立ち上がる位相制御機器のような負荷機器を接続した場合の耐誤動作性を向上させることができる。

請求項１０の発明は、請求項１または２において、検出した前記位相が所定の範囲外の場合、コードの断線によるスパーク発生の検出を行わないことを特徴とし、正常な負荷電流に対する耐誤動作性を向上させることができる。

請求項１１の発明は、請求項１乃至１０いずれかにおいて、検出した交流電流は、交流電源の周波数に応じたサンプリング周期でＡ／Ｄ変換されることを特徴とし、しきい値等の設定に用いるメモリ容量の低減化、設定ステップの省略を図ることができる。

請求項１２の発明は、１次側に交流電源を接続し、２次側に負荷を接続して、１次側から２次側への電路を接続・遮断する接点と、異常電流を検出して前記接点を遮断したことを報知する報知手段と、電源を前記接点の１次側から供給されて、請求項１乃至１１いずれかのスパーク検出方法を用いることでコードの断線によるスパークの発生を検出する手段とを備えることを特徴とし、断線によるスパークのために電路を遮断したことを報知することができ、ユーザは的確な対応をとることができる。

以上説明したように、本発明では、正常な負荷電流と、コード断線時のスパークによる異常電流とを、コードの劣化が初期の段階で簡単なアルゴリズムを用いて判別して、コードの焼損や周辺物への着火を未然に防ぐことができるという効果がある。

（実施形態１）
図２は本願発明の回路遮断器の回路構成例を示しており、交流電源から交流負荷回路に供給される交流の負荷電流を検出する電流検出回路１ａと、交流電源の電圧を検出する電圧検出回路１ｂと、電源回路２と、マイコン３と、引き外し回路４と、交流電源と交流負荷回路との間に接続される接点５と、接点５の交流電源側に接続されるバイメタル６と、増幅回路７と、ＬＥＤ８とから構成される。

電流検出回路１ａは、変流器（ＣＴ）、またはシャント抵抗（例えば１ｍΩ）等を用いて負荷電流を検出し、増幅回路はオペアンプ等を用いて構成される。マイコン３はＡ／Ｄ変換手段、電流波形演算手段、スパーク発生の判定手段を構成しており、電流検出回路１ａからの検出信号を増幅回路７で増幅した後、所定のサンプリング周波数（例えば３００μｓｅｃ）でＡ／Ｄ変換して取り込み、演算を行う。なお、コードの断線によるスパークの場合、電流値は接続されている負荷によって制限されるため、電流検出範囲は一般の回路遮断器の定格電流である２０Ａ程度まで検出できればよい。

また、電圧検出回路１ｂは、交流電源の電圧を例えば抵抗によって分圧して電圧値を下げた後、マイコン３でＡ／Ｄ変換して取り込む。この電圧波形は、取り込んだ電流の位相を正確に検出するために必要であり、抵抗分圧で値を下げた電圧をゼロクロスコンパレータでデジタルパルスに変換してから、マイコン３のＩ／Ｏポートから取り込んでもよい。

接点５は、その１次側に交流電源を接続し、２次側には負荷を接続して、１次側から２次側への電路を接続・遮断しており、電源回路２は接点５の１次側を入力としてマイコン３に電源を供給している。

次に、本実施形態のスパーク検出動作について説明する。図３は、屈曲によって断線したコードを交流負荷に接続し、断線によるスパークを発生させたときの負荷電流波形であり、図４は図３の四角枠Ｍ内の拡大図である。断線によるスパーク電流波形の特徴は、電流が急激に流れ始める「電流の立ち上がり」を有することである。これは、断線している箇所の芯線間の距離が非常に短いので、電源電圧が位相０度から９０度にかけて大きくなると、芯線間の耐電圧を超えて絶縁破壊が起こり、アーク放電によって導通するため、図４に示すように立ち上がりの鋭い波形となる。断線箇所の芯線間がアークによって一旦つながると、芯線間の電圧が下がるまで電流が流れる。この断線によるスパーク電流は、立ち上がり部分Ｙにおける位相Φが半波毎に異なり、その位相Φは不規則であり、変動が大きいことが特徴である。

そこで本実施形態ではマイコン３が所定のプログラムによる簡単なアルゴリズムを用いて電流波形を解析・演算しており、図１に示すような負荷電流が流れた場合、３００μｓｅｃ毎に検出したデジタル値として取り込んだスパーク電流波形Ｉ１の半波毎に、電圧波形Ｖ１のゼロクロス点からしきい値Ｓ１（＝３Ａ）または−Ｓ１（＝−３Ａ）を最初に通過するまでの時間を通過位相（正極性では通過位相Ａ（ｎ）、（ｎ＝１，２，３，４，５，．．．）、負極性では通過位相Ｂ（ｎ）、（ｎ＝１，２，３，４，５，．．．））として検出している。そして、検出した通過位相Ａ（ｎ）、Ｂ（ｎ）と、１周期後に検出した通過位相Ａ（ｎ＋１）、Ｂ（ｎ＋１）との差の絶対値｜Ａ（ｎ＋１）−Ａ（ｎ）｜、｜Ｂ（ｎ＋１）−Ｂ（ｎ）｜が所定の変動値Ｋ１（例えば３００μｓｅｃ）を超えると、通過位相変動があったと判断する。そしてマイコン３のプログラム上では変動発生フラグがたち、過去の所定時間Ｔ１（例えば１００ｍｓｅｃ間）について変動発生フラグの個数を積算し、この積算回数が予め定めた所定回数Ｚ１（例えば５回）を超えた場合に、コードの断線によるスパークの発生と判定している。

そして、マイコン３内でスパークの発生を検出した場合、引き外し回路４へ事故検出信号を出力し、引き外し回路４が接点５を開いて電路を遮断する。

さらに、断線によるスパークのために電路を遮断したことを示すため、ＬＥＤ８を所定の点滅パターンで点滅させる。短絡電流を検出して遮断した場合には、ＬＥＤ８をスパーク時とは異なる点滅パターンで点滅させることで判別は可能である。ユーザは、ＬＥＤ８の点滅パターンから事故の原因を確認し、取り扱い説明書に記載されたフローにしたがって的確に対処すればよい。また、ＬＥＤ８の点滅パターンを変えることによって、回路遮断器の状態を把握でき、例えば、回路遮断器の起動確認、内部回路故障時の状態表示、生産段階での品質評価確認等に用いることもできる。

また、過電流状態がバイメタル６によって検出されても、引き外し回路４が接点５を開いて電路を遮断する。

なお本実施形態では、同一極性の隣り合う周期の通過位相の差の絶対値｜Ａ（ｎ＋１）−Ａ（ｎ）｜、｜Ｂ（ｎ＋１）−Ｂ（ｎ）｜を所定の変動値と比較しているが、異極性の同一周期の通過位相の差の絶対値｜Ａ（ｎ）−Ｂ（ｎ）｜を所定の変動値と比較してもよい。

（実施形態２）
本実施形態の回路遮断器の回路構成は実施形態１と同様であり、同様の構成には同一の符号を付して説明は省略する。以下、本実施形態のスパーク検出動作について説明する。図１に示すような負荷電流が流れた場合、マイコン３では、取り込んだスパーク電流波形Ｉ１の半波毎に、電圧波形Ｖ１のゼロクロス点から電流が急激に流れ始めるまでの時間を立ち上がり位相（正極性では立ち上がり位相Ａ（ｎ）、（ｎ＝１，２，３，４，５，．．．）、負極性ではＢ（ｎ）、（ｎ＝１，２，３，４，５，．．．））として検出している。そして、検出した立ち上がり位相Ａ（ｎ）、Ｂ（ｎ）と、１周期後に検出した立ち上がり位相Ａ（ｎ＋１）、Ｂ（ｎ＋１）との差の絶対値｜Ａ（ｎ＋１）−Ａ（ｎ）｜、｜Ｂ（ｎ＋１）−Ｂ（ｎ）｜が所定の変動値Ｋ２を超えると、立ち上がり位相変動があったと判断する。そしてマイコン３のプログラム上では変動発生フラグがたち、過去の所定時間Ｔ２について変動発生フラグの個数を積算し、この積算回数が予め定めた所定回数Ｚ２を超えた場合に、コードの断線によるスパークの発生と判定している。

ここで図５に、抵抗負荷を接続した場合における、断線によるスパーク電流波形Ｉ１と正常な負荷電流波形Ｉ２とを示し、図６に、このスパーク電流波形Ｉ１と正常な負荷電流波形Ｉ２との複合電流波形Ｉ３（各電流値の和）を示す。このような電流波形Ｉ３に対して、実施形態１の検出動作では、負荷電流が所定のしきい値Ｓ１（例えば３Ａ），−Ｓ１（例えば−３Ａ）を通過する通過位相を検出すると、正常な負荷電流Ｉ２の通過位相Ａ´（ｎ）を検出してしまい、スパーク電流Ｉ１の通過位相を検出できないことがある。対して、本実施形態の上記検出動作では、このような複合電流波形Ｉ３であってもスパーク電流Ｉ１の立ち上がり位相Ａ（ｎ）を検出することができる。

なお本実施形態では、同一極性の隣り合う周期の立ち上がり位相の差の絶対値｜Ａ（ｎ＋１）−Ａ（ｎ）｜、｜Ｂ（ｎ＋１）−Ｂ（ｎ）｜を所定の変動値と比較しているが、異極性の同一周期の立ち上がり位相の差の絶対値｜Ａ（ｎ）−Ｂ（ｎ）｜を所定の変動値と比較してもよい。

（実施形態３）
本実施形態の回路遮断器の回路構成は実施形態１と同様であり、同様の構成には同一の符号を付して説明は省略する。以下、本実施形態のスパーク検出動作について説明する。図７に示すような負荷電流が流れた場合、マイコン３では、取り込んだスパーク電流波形Ｉ１の半波毎に、電流が急激に上昇する箇所の上昇後の電流値Ｉ１ａと上昇前の電流値Ｉ１ｂとの差の絶対値である立ち上がり電流｜Ｉ１ａ−Ｉ１ｂ｜（正極性では立ち上がり電流Ｃ（ｎ）、（ｎ＝１，２，３，４，５，．．．）、負極性ではＤ（ｎ）、（ｎ＝１，２，３，４，５，．．．））を検出している。そして、検出した立ち上がり電流Ｃ（ｎ）、Ｄ（ｎ）と、１周期後に検出した立ち上がり電流Ｃ（ｎ＋１）、Ｄ（ｎ＋１）との差の絶対値｜Ｃ（ｎ＋１）−Ｃ（ｎ）｜、｜Ｄ（ｎ＋１）−Ｄ（ｎ）｜が所定の変動値Ｋ３（例えば５Ａ）を超えると、立ち上がり電流差変動があったと判断する。そしてマイコン３のプログラム上では変動発生フラグがたち、過去の所定時間Ｔ３について変動発生フラグの個数を積算し、この積算回数が予め定めた所定回数Ｚ３を超えた場合に、コードの断線によるスパークの発生と判定している。

上記本実施形態の検出動作では、負荷電流の立ち上がりの電流量を検出しており、スパーク電流波形Ｉ１を所定のサンプリング周期でＡ／Ｄ変換して得られるデジタル値から求める場合、簡単なアルゴリズムで検出可能である。図８にスパーク電流波形Ｉ１と、その波形Ｉ１を所定のサンプリング周期（例えば５００μｓｅｃ）でＡ／Ｄ変換した時のサンプリング点Ｘを示す。このスパーク電流波形Ｉ１の立ち上がり電流を求める場合、サンプリング点Ｘ（ｎ）と次のサンプリング点Ｘ（ｎ＋１）との差を算出し、その差が所定の電流値（例えば５Ａ）以上の場合にはその部分を電流立ち上がり発生箇所とすれば、上昇後の電流値Ｉ１ａと上昇前の電流値Ｉ１ｂとの差の絶対値である立ち上がり電流Ｃ（ｎ）の検出は容易にできる。負極性の場合も、サンプリング点Ｘ（ｍ）と次のサンプリング点Ｘ（ｍ＋１）との差を算出することで、上昇後の電流値Ｉ１ａと上昇前の電流値Ｉ１ｂとの差の絶対値である立ち上がり電流Ｄ（ｍ）の検出は容易にできる。

また、立ち上がり電流Ｃ（ｎ）が所定の電流値（例えば３０Ａ）を超える場合、所定時間Ｔ３、所定回数Ｚ３を変更して、検出のしきいレベルを下げれば、芯線間の短絡電流等の大電流をより早く検出して電路を遮断することができ、接触短絡を検出するソフトを別途構築することなく、プログラム容量を節約できる。

さらに実施形態２と同様、図６に示すように、スパーク電流波形Ｉ１と正常な負荷電流波形Ｉ２との複合電流波形Ｉ３であってもその立ち上がり電流Ｃ（ｎ）を検出することができる。

なお本実施形態では、同一極性の隣り合う周期の立ち上がり電流の差の絶対値｜Ｃ（ｎ＋１）−Ｃ（ｎ）｜、｜Ｄ（ｎ＋１）−Ｄ（ｎ）｜を所定の変動値と比較しているが、異極性の同一周期の立ち上がり位相の差の絶対値｜Ｃ（ｎ）−Ｄ（ｎ）｜を所定の変動値と比較してもよい。

（実施形態４）
本実施形態の回路遮断器の回路構成及び基本動作は実施形態１と同様であり、同様の構成には同一の符号を付して説明は省略する。以下、本実施形態のスパーク検出動作について説明する。ここで交流電源の周波数は、回路遮断器が取り付けられる地域によって５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの２種類があり、電源周波数が異なるということは、すなわち周期（５０Ｈｚ時は２０．０ｍｓｅｃ、６０Ｈｚ時は１６．６ｍｓｅｃ）が異なることである。各電源周波数における負荷電流波形、及び断線によるスパーク電流波形は、周期（時間）に対して互いに相似形となる。

実施形態１のスパークの検出方法では、位相（時間）の変動を検出しており、絶対値｜Ａ（ｎ＋１）−Ａ（ｎ）｜、｜Ｂ（ｎ＋１）−Ｂ（ｎ）｜と比較する変動値Ｋ１は、電源周波数が変わると変更する必要がある。例えば、電源周波数が６０Ｈｚ時に変動値Ｋ１＝３００μｓｅｃとすると、この値は５０Ｈｚと６０Ｈｚとの両方に対応できる値ではなく、電源周波数が５０Ｈｚ時には周期（時間）に比例して、変動値Ｋ１＝３６０μｓｅｃ（＝３００×２０．０／１６．６）となる。これは電源周波数が変わることによる変動値設定の一例であるが、この他にも電源周波数が変わることによって変更すべきしきい値を有する場合があり、マイコン３のプログラム上、各しきい値について各電源周波数に対応した変数を設定しなければならず、メモリの消費が大きかった。

そこで本実施形態では、回路遮断器に電源が通電されると、マイコン３内部で電源周波数（５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）の判定を行い、電源周波数が５０Ｈｚかあるいは６０Ｈｚかに応じて、マイコン３で行う負荷電流のＡ／Ｄ変換のサンプリング周期のみを変更し、変動値Ｋ１等の各しきい値は変更しない。したがって、変動値Ｋ１等のしきい値の設定に用いるメモリ容量、ステップ数の低減化を図ることができる。サンプリング周期を、電源周波数が５０Ｈｚ時は０．５ｍｓｅｃ、６０Ｈｚ時は０．４１５ｍｓｅｃとすれば、１周期で取得するサンプリングデータは４０個となり、電源周波数が５０Ｈｚ時及び６０Ｈｚ時の各電流波形は、時間軸に対して互いに相似形であることから、両電源周波数において同等の位相変動を検出することができる。

そして、電源周波数を判定してサンプリング周期を設定した後、実施形態１と同様にマイコン３内で所定のプログラムによって電流波形を解析し、断線によるスパークの発生を判別する。

なお、本実施形態の電源周波数に応じたしきい値設定は、実施形態２，３に適用しても同様の効果を奏する。

（実施形態５）
本実施形態の回路遮断器の回路構成及び基本動作は実施形態１〜３いずれかと同様であり、同様の構成には同一の符号を付して説明は省略する。以下、本実施形態のスパーク検出動作について説明する。図９に示すように正常な負荷電流が流れている電流定常状態（領域Ｆ）から、断線によるスパーク電流によるアーク発生状態（領域Ｇ）に移ると、アーク電圧相当分の電源電圧が減少するので、電流は低下する。

そこで、電流の平均値、または実効値、またはピーク値が、電流定常状態から所定の割合の範囲内（例えば１０％〜２０％）に下がった場合、実施形態１，２，３においては変動値Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３、所定時間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３、所定回数Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３を変更して、スパーク電流の検出感度を上げている。

（実施形態６）
本実施形態の回路遮断器の回路構成及び基本動作は実施形態１〜３いずれかと同様であり、同様の構成には同一の符号を付して説明は省略する。断線によるスパーク発生時には、断線箇所の芯線同士の接触が不完全、不安定であることから、接触状態と開離状態とが不連続的に発生し、断続的に流れたり、流れなかったりする間欠電流が発生することが多いという特徴を有する。そこで、本実施形態は、実施形態１〜３いずれかのスパーク検出動作に加えて、且つ負荷電流が断続的にオン・オフを繰り返す間欠電流であるときにコードの断線によるスパークの発生を検出するもので、正常な負荷電流では間欠電流を伴わないので、正常な負荷電流に対する誤検出、誤動作の防止を図って、耐誤動作性を向上させることができる。

以下、間欠電流の検出動作について図１０を用いて説明する。マイコン３は、負荷電流の半波毎の電流ピーク値を検出し、検出した半波の電流ピーク値Ｉｐ（ｎ）の絶対値と１周期後に検出した半波の電流ピーク値Ｉｐ（ｎ＋１）の絶対値とのうちいずれか一方が所定のしきい値Ｓ２を超え、且つ他方が所定のしきい値Ｓ２以下となる回数を積算し、この積算回数が所定時間Ｔ４内に所定回数を超えたときに間欠電流の発生を検出する。図１０では、電流ピーク値Ｉｐ（ｎ）と電流ピーク値Ｉｐ（ｎ＋１）との間の軌跡がしきい値Ｓ２を横切る箇所に＋１を付している。

（実施形態７）
本実施形態の回路遮断器の回路構成及び基本動作は実施形態１〜３いずれかと同様であり、同様の構成には同一の符号を付して説明は省略する。

まず、実施形態１において、マイコン３は、スパーク電流波形Ｉ１の連続した半波で各々検出した通過位相Ａ（ｎ）、Ｂ（ｎ）と、１周期後に検出した通過位相Ａ（ｎ＋１）、Ｂ（ｎ＋１）との差の絶対値｜Ａ（ｎ＋１）−Ａ（ｎ）｜、｜Ｂ（ｎ＋１）−Ｂ（ｎ）｜が連続して減少する、または連続して増加する場合は、コードの断線によるスパーク発生の検出を行わない。

実施形態２においても、マイコン３は、スパーク電流波形Ｉ１の連続した半波で各々検出した立ち上がり位相Ａ（ｎ）、Ｂ（ｎ）と、１周期後に検出した立ち上がり位相Ａ（ｎ＋１）、Ｂ（ｎ＋１）との差の絶対値｜Ａ（ｎ＋１）−Ａ（ｎ）｜、｜Ｂ（ｎ＋１）−Ｂ（ｎ）｜が連続して減少する、または連続して増加する場合は、コードの断線によるスパーク発生の検出を行わない。

さらに実施形態３においても、マイコン３は、スパーク電流波形Ｉ１の連続した半波で各々検出した立ち上がり電流Ｃ（ｎ）、Ｄ（ｎ）と、１周期後に検出した立ち上がり電流Ｃ（ｎ＋１）、Ｄ（ｎ＋１）との差の絶対値｜Ｃ（ｎ＋１）−Ｃ（ｎ）｜、｜Ｄ（ｎ＋１）−Ｄ（ｎ）｜が連続して減少する、または連続して増加する場合は、コードの断線によるスパーク発生の検出を行わない。

これは、調光照明に用いる位相制御機器を負荷としたとき、照度調整ダイアルを急激に操作すると電流立ち上がり時の位相変動、電流変動が大きいため、スパーク発生を誤検出してしまう恐れがあるが、照度調整時の通過位相変動（実施形態１）、立ち上がり位相変動（実施形態２）、立ち上がり電流変動（実施形態３）は規則的に変動するのに対して、スパーク電流では不規則に変動することに着目して、負荷電流が急激に立ち上がる位相制御機器のような負荷機器を接続した場合の誤検出を防止して、耐誤動作性を向上させたものである。図１１は位相制御機器を負荷としたときの負荷電流波形である。

（実施形態８）
本実施形態の回路遮断器の回路構成及び基本動作は実施形態１または２と同様であり、同様の構成には同一の符号を付して説明は省略する。本実施形態では、実施形態１の通過位相Ａ（ｎ）、または実施形態２の立ち上がり位相Ａ（ｎ）が所定の範囲外（Ａ（ｎ）＜２ｍｓｅｃ、Ａ（ｎ）＞６ｍｓｅｃ）の場合、実施形態１または２のスパーク検出動作でスパークの発生を検出したとしても、この検出をキャンセルする。

これは、断線によるスパーク電流が立ち上がる位相は、正極の場合３０〜１５０°、負極の場合２１０〜３３０°の範囲内に収まる傾向があり、この範囲外の位相で立ち上がった場合は正常な負荷電流によるものであるとみなすことで、誤検出を防止したものである。

本発明の実施形態１，２のスパーク検出方法を示す図である。 同上の回路遮断器の構成を示す図である。 コード断線によるスパーク電流波形を示す図である。 図３の一部拡大図である。 正常な負荷電流波形と、スパーク電流波形とを示す図である。 正常な負荷電流波形とスパーク電流波形との複合電流波形を示す図である。 本発明の実施形態３のスパーク検出方法を示す図である。 スパーク電流波形のサンプリングを示す図である。 本発明の実施形態５の負荷電流波形を示す図である。 本発明の実施形態６の間欠電流検出方法を示す図である 本発明の実施形態７の位相制御機器を負荷としたときの負荷電流波形を示す図である。 従来例のコードの絶縁劣化によるアーク電流波形を示す図である。 従来例のプラグトラッキング電流波形を示す図である。

符号の説明

Ａ（１），Ａ（２）、．．． 正極性の通過位相
Ｂ（１），Ｂ（２）、．．． 負極性の通過位相
Ｔ１ 所定時間
Ｓ１ しきい値
Ｉ１ 電流波形
Ｖ１ 電圧波形

Claims (12)

1. 交流電源からコードを介して交流負荷回路に供給される交流電流が半波毎に所定の電流値を最初に通過する通過位相を検出し、検出した通過位相と所定周期後に検出した通過位相との差の絶対値を算出して、前記絶対値が所定時間内に所定値を超えた回数を積算し、前記積算回数が所定回数を超えたときにコードの断線によるスパークの発生を検出することを特徴とするスパーク検出方法。
2. 交流電源からコードを介して交流負荷回路に供給される交流電流が半波毎に急激に流れ始める立ち上がり位相を検出し、検出した立ち上がり位相と所定周期後に検出した立ち上がり位相との差の絶対値を算出して、前記絶対値が所定時間内に所定値を超えた回数を積算し、前記積算回数が所定回数を超えたときにコードの断線によるスパークの発生を検出することを特徴とするスパーク検出方法。
3. 交流電源からコードを介して交流負荷回路に供給されて半波毎に急激に上昇する交流電流の上昇後の電流値と上昇前の電流値との差の絶対値である立ち上がり電流を検出し、検出した前記立ち上がり電流と所定周期後に検出した前記立ち上がり電流との差の絶対値を算出して、検出した前記立ち上がり電流と所定周期後に検出した前記立ち上がり電流との差の絶対値が所定時間内に所定値を超えた回数を積算し、前記積算回数が所定回数を超えたときにコードの断線によるスパークの発生を検出することを特徴とするスパーク検出方法。
4. 前記立ち上がり電流が所定のしきい値を超えるとき、前記所定時間と前記所定回数とのうち少なくとも一方を変更して検出感度を上げることを特徴とする請求項３記載のスパーク検出方法。
5. 正常な交流電流が流れている定常状態から、電流値が定常状態時の値に対して所定の割合の範囲内に下がった場合、検出感度を上げるために、前記所定値、前記所定時間、前記所定回数のうち少なくとも１つを変更することを特徴とする請求項１乃至３いずれか記載のスパーク検出方法。
6. 前記積算回数が所定回数を超え、且つ交流電流が断続的にオン・オフを繰り返す間欠電流であるときにコードの断線によるスパークの発生を検出することを特徴とする請求項１乃至３いずれか記載のスパーク検出方法。
7. 交流電流の半波毎の電流ピーク値を検出し、検出した半波の電流ピーク値の絶対値と所定周期後に検出した半波の電流ピーク値の絶対値とのうちいずれか一方が所定のしきい値を超え、且つ他方が所定のしきい値以下となる回数を積算し、前記積算回数が所定時間内に所定回数を超えたときに間欠電流を検出することを特徴とする請求項６記載のスパーク検出方法。
8. 連続した半波において、検出した前記位相と所定周期後に検出した前記位相との差の絶対値が連続して減少する、または連続して増加する場合は、コードの断線によるスパーク発生の検出を行わないことを特徴とする請求項１または２記載のスパーク検出方法。
9. 連続した半波において、検出した前記立ち上がり電流と所定周期後に検出した前記立ち上がり電流との差の絶対値が連続して減少する、または連続して増加する場合は、コードの断線によるスパーク発生の検出を行わないことを特徴とする請求項３記載のスパーク検出方法。
10. 検出した前記位相が所定の範囲外の場合、コードの断線によるスパーク発生の検出を行わないことを特徴とする請求項１または２記載のスパーク検出方法。
11. 検出した交流電流は、交流電源の周波数に応じたサンプリング周期でＡ／Ｄ変換されることを特徴とする請求項１乃至１０いずれか記載のスパーク検出方法。
12. １次側に交流電源を接続し、２次側に負荷を接続して、１次側から２次側への電路を接続・遮断する接点と、異常電流を検出して前記接点を遮断したことを報知する報知手段と、電源を前記接点の１次側から供給されて、請求項１乃至１１いずれかのスパーク検出方法を用いることでコードの断線によるスパークの発生を検出する手段とを備えることを特徴とする回路遮断器。

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