JP2006250821A

JP2006250821A - トラッキング検出装置

Info

Publication number: JP2006250821A
Application number: JP2005069909A
Authority: JP
Inventors: Yukio Mizuno; 幸男水野; Kenichi Okabe; 賢一岡部; 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: 2005-03-11
Filing date: 2005-03-11
Publication date: 2006-09-21

Abstract

【課題】インバータ回路を有する負荷が接続された電路であっても、確実に負荷電流波形を削除してトラッキング放電のみ検知可能なトラッキング検出回路を提供する。
【解決手段】負荷電流波形を削除するフィルタ回路を４次のバタワースハイパスフィルタで形成し、そのカットオフ周波数を決定する抵抗ＮＷ１〜ＮＷ４を４個の抵抗を並列配置した組２０で構成し、４個の抵抗の組み合わせを変えることで抵抗値を変えてカットオフ周波数を可変とした。マイコン１８でこの抵抗値を制御して、常に負荷電流波形を削除するように動作させ、削除した電流波形からトラッキング検出部でトラッキングを判断させた。
【選択図】図２

Description

本発明は、主にコンセントに差し込んだプラグで発生するトラッキング放電を検出するトラッキング検出装置に関する。

トラッキング放電は、コンセント又はプラグの両刃間に埃が溜まり、この埃が水分を吸収することで両刃間に漏れ電流が発生して埃が熱を帯びて炭化して行き、やがてコンセント或いはプラグの両刃間の塩化ビニルも炭化することで発生する。このコードプラグの接続部に発生するトラッキング放電を検出する方法として、例えば特許文献１に示す方法がある。これは、電路電流の高周波成分に含まれる漏れ電流波形を抽出し、その中からトラッキング放電特有の波形成分を検出してトラッキング発生を判断している。

特開２００４−２７９２０５号公報

しかし、上記特許文献１の技術は、電路電流波形から負荷電流波形を削除するフィルタ回路のカットオフ周波数が一定であるため、トラッキング放電を検出する際、インバータ回路等の高周波を発生する負荷が接続されている場合、インバータ回路で発生する高周波電流成分をトラッキング放電波形と判断して誤検知することがあった。
そこで、本発明はこのような問題点に鑑み、インバータ回路を有する負荷が接続された電路であっても、確実に負荷電流波形を削除してトラッキング放電のみ検知可能なトラッキング検出回路を提供することを目的とする。

上記課題を解決する為に、請求項１に記載の発明は、電路電流波形を検出する電流波形検出手段と、該電流波形検出手段で検出した電流波形から負荷電流波形を削除して高周波電流波形を抽出する高周波抽出手段と、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手段と、演算し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発生頻度演算手段と、抽出した前記高周波電流波形の周波数別レベルの大きさを演算するレベル演算手段と、前記電荷量演算手段、前記発生頻度演算手段、及び前記レベル演算手段の演算結果を基にトラッキング放電を判断するトラッキング判断手段とを有し、前記高周波抽出手段は、負荷電流周波数の変動に応じてカットオフ周波数を変更するカットオフ周波数制御手段を有し、負荷電流波形を常時削除した高周波電流波形を抽出すると共に、前記演算した電荷量、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が設定され、前記トラッキング判断手段は、前記３つの演算結果のうち少なくとも２つが前記閾値を超えたらトラッキング放電発生と判断することを特徴とする。
この構成により、負荷がインバータ回路等の高周波発生回路を備えて負荷電流に高周波が含まれていても、負荷電流を削除した高周波電流波形を抽出してトラッキングを判断するので、負荷電流の高周波成分をトラッキング放電と判断することが無くなる。そして、抽出した高周波電流成分から、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。

請求項２の発明は、請求項１に記載の発明において、高周波抽出手段は、負荷電流の周波数を検出する負荷周波数検出手段と、カットオフ周波数を変更可能としたバタワースハイパスフィルタとを有し、カットオフ周波数制御手段が、検出した負荷電流周波数に合わせて前記バタワースハイパスフィルタのカットオフ周波数を制御することを特徴とする。
この構成により、負荷電流周波数の変動に応じてカットオフ周波数を良好に変動させて負荷電流波形を削除することが可能となる。

請求項３の発明は、請求項２記載の発明において、バタワースハイパスフィルタのカットオフ周波数を決定する抵抗を、並列配置した複数の抵抗で構成し、前記複数の抵抗の組み合わせを変えることで抵抗値を変更し、カットオフ周波数を変更可能としたことを特徴とする。
この構成により、個々の抵抗のオン／オフ制御のみで抵抗値を変更でき、カットオフ周波数の変更を簡易な回路で実施できる。

本発明によれば、負荷がインバータ回路等の高周波発生回路を備えて負荷電流に高周波が含まれていても、負荷電流と漏れ電流を判別することが可能となり、負荷電流をトラッキング放電と判断することが無くなる。

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検出装置の一例を示し、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のブロック図を示している。図１において、１は電路、２は電路１の電流波形を検出する電流波形検出手段としての変流器、３は高周波成分を抽出して増幅する高周波抽出手段としてのフィルタ回路、４はトラッキング放電を検出するトラッキング検出部、５は電路１を遮断する遮断手段である。

トラッキング検出部４は、フィルタ回路３により負荷電流が削除された高周波電流波形が入力され、その電流波形を周波数分解する高速フーリエ変換回路（以下、ＦＦＴとする。）７、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８、ＦＦＴ７及び波形抽出回路８の出力を夫々Ａ／Ｄ変換する第１のＡ／Ｄ変換回路９及び第２のＡ／Ｄ変換回路１０、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ＣＰＵからなる演算処理回路１１、遮断手段５の動作信号となる演算結果を出力する判定出力回路１２、判断要素や演算値を格納するレジスタ回路１３を有している。
尚、波形抽出回路８の判断基準となる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の間で夫々設定すると良い。

一方、フィルタ回路３は、図２の回路図に示すように構成されている。図２において、１６は変流器で検出した電流から負荷電流波形を削除するハイパスフィルタであり４次のバタワースハイパスフィルタで構成されている。また、１６ａは負荷電流波形を削除した電流波形をトラッキング放電検出部へ出力する出力部、１７はハイパスフィルタ１６の出力を増幅する増幅回路、そして１８はマイクロコンピュータ（以下、単にマイコンとする。）であり、このマイコン１８は負荷電流周波数を検出する負荷周波数検出手段、及び読み取った負荷周波数を基にハイパスフィルタのカットオフ周波数を変更するカットオフ周波数制御手段として作用している。尚、１９は変流器２で検出した電流から負荷電流周波数を検出するためにマイコン１８へ入力する負荷電流周波数入力回路である。

ハイパスフィルタ１６では、４次のバタワースハイパスフィルタのカットオフ周波数を決定する４箇所の帰還回路の抵抗ＮＷ１〜ＮＷ４が、並列配置された４個の抵抗Ｒ，Ｒ／２，Ｒ／４，Ｒ／８の組２０で構成され、個々の抵抗にはスイッチ回路２０ａが設けられてマイコン１８によりオン／オフ制御が可能となっている。こうして、４本の抵抗の組み合わせを変えることで抵抗値を変えてカットオフ周波数を変更できるよう構成されている。この場合、抵抗値は、例えばＲ＝８ｋΩ、Ｒ／２＝４ｋΩ、Ｒ／４＝２ｋΩ、Ｒ／８＝１ｋΩ或いはその近似値で設定すると良く、この組み合わせでカットオフ周波数を略１００〜１６００Ｈｚの間で変更できる。
また、増幅回路１７の増幅率を決定する抵抗ＮＷ５も、並列配置された４個の抵抗の組２１及びスイッチ回路２１ａを設けて形成され、合わせてマイコン１８により連動して変更制御されるよう構成されている。但し、この場合Ｒ＝８０ｋΩ、Ｒ／２＝４０ｋΩ、Ｒ／４＝２０ｋΩ、Ｒ／８＝１０ｋΩとなっている。

具体的には、負荷電流周波数入力回路１９から入力された周波数情報を基に、マイコン１８が負荷電流の周波数を検出する。そして、マイコン１８は検出した負荷電流を削除するようにスイッチ回路２０ａを操作してハイパスフィルタ１６のカットオフ周波数を制御する。このとき、マイコン１８によるスイッチ回路２０ａの制御はＢＣＤ信号で行われ、００００〜１１１１の１６通りで行われる。例えば、ＢＣＤ信号が１００１の場合、スイッチ回路２０ａのオン動作により８ｋΩと１ｋΩの抵抗が接続状態となり、１ｋＨｚのカットオフ周波数を設定できる。また、ＢＣＤ信号が１１１１の場合全ての抵抗が接続状態となり、１．６ｋＨｚのカットオフ周波数を設定できる。こうして、負荷電流波形を削除した電流波形が出力部１６ａから出力される。

この出力部１６ａから出力される電流波形信号を受けて、トラッキング検出部４は次のようにトラッキング検出動作をする。フィルタ回路３により負荷電流波形が削除された電流波形がＦＦＴ７、及び波形抽出回路８に入力され、ＦＦＴ７にて周波数分解され、波形抽出回路８にて所定条件を満たす放電電流波形が抽出される。そして、共に第１のＡ／Ｄ変換回路９、第２のＡ／Ｄ変換回路１０でデジタルデータに変換された後に演算処理回路１１に入力される。
演算処理回路１１では、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。
（ａ）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。
（ｂ）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。
（ｃ）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。
このように、演算処理回路１１は、高周波波形の電荷量を演算する電荷量演算手段、高周波波形の発生頻度を監視する発生頻度演算手段、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。

そして、演算処理回路１１は更にトラッキング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。
（Ａ）放電電荷量と周波数成分が条件を満たした場合、放電発生（単発の放電発生）と判断する。
（Ｂ）放電発生頻度と周波数成分が条件を満たした場合、放電発生（連続放電発生）と判断する。
（Ｃ）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、放電発生（間欠的放電発生）と判断する。
これらの演算は、レジスタ回路１３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１２へ送られる。そして、判定出力回路１２はその信号に応じて遮断手段５の作動信号を出力する。

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。
そして、負荷がインバータ回路等の高周波発生回路を備えて負荷電流に高周波が含まれていても、負荷電流を削除した高周波電流波形を抽出してトラッキングを判断するので、負荷電流の高周波成分をトラッキング放電と判断することが無くなる。また、バタワースハイパスフィルタのカットオフ周波数を負荷電流周波数の変動に応じて良好に変動させて負荷電流波形を削除することが可能となる。
更に、個々の抵抗のオン／オフ制御のみで抵抗値を変更でき、バタワースハイパスフィルタのカットオフ周波数の変更を簡易な回路で実施できる。

図３はフィルタ回路３の他の例を示している。上記図２の構成とはハイパスフィルタ１６の帰還回路の抵抗ＮＷ１１〜ＮＷ１４の構成が異なり、４個の抵抗の組２０が２組づつ並列配置されて構成されている。尚、図２と同一の構成要素には、同一の符号を付与してある。
このように構成することで、マイコン１８からのＢＣＤ信号を、２回路分にして００００００００〜１１１１１００１まで制御させて、１００Ｈｚ〜１６．０ｋＨｚの範囲で可変できるようになり、フィルタ回路３のカットオフ周波数の可変幅を広げることができる。

尚、ハイパスフィルタ１６のカットオフ周波数を変更する抵抗の組２０は、上述する抵抗値の組み合わせに限定するものではなく、例えば１６ｋΩ、８ｋΩ、４ｋΩ、２ｋΩの組み合わせとしても良い。また、並列配置して組み合わせる抵抗の数も４個に限定するものではない。

本発明に係るトラッキング検出装置の実施形態の一例を示すブロック図である。図１のフィルタ回路の回路図である。図１のフィルタ回路の他の回路図である。

符号の説明

１・・電路、２・・変流器（電流波形検出手段）、３・・フィルタ回路（高周波抽出手段）、４・・トラッキング検出部、１１・・演算処理回路（電荷量演算手段、発生頻度演算手段、レベル演算手段）、１６・・ハイパスフィルタ、１８・・マイコン（負荷周波数検出手段、カットオフ周波数制御手段）、２０ａ・・スイッチ回路、ＮＷ１〜ＮＷ４，ＮＷ１１〜ＮＷ１４・・抵抗。

Claims

電路電流波形を検出する電流波形検出手段と、
該電流波形検出手段で検出した電流波形から負荷電流波形を削除して高周波電流波形を抽出する高周波抽出手段と、
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手段と、
演算し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発生頻度演算手段と、
抽出した前記高周波電流波形の周波数別レベルの大きさを演算するレベル演算手段と、
前記電荷量演算手段、前記発生頻度演算手段、及び前記レベル演算手段の演算結果を基にトラッキング放電を判断するトラッキング判断手段とを有し、
前記高周波抽出手段は、負荷電流周波数の変動に応じてカットオフ周波数を変更するカットオフ周波数制御手段を備えて、負荷電流波形を常時削除した高周波電流波形を抽出すると共に、前記トラッキング判断手段は、前記演算した電荷量、前記発生頻度、前記周波数別レベルの大きさの演算結果のうち少なくとも２つが予め設定した閾値を超えたらトラッキング放電発生と判断することを特徴とするトラッキング検出装置。
高周波抽出手段は、負荷電流の周波数を検出する負荷周波数検出手段と、カットオフ周波数を変更可能としたバタワースハイパスフィルタとを有し、
カットオフ周波数制御手段が、検出した負荷電流周波数に合わせて前記バタワースハイパスフィルタのカットオフ周波数を制御する請求項１記載のトラッキング検出装置。
バタワースハイパスフィルタのカットオフ周波数を決定する抵抗を、並列配置した複数の抵抗で構成し、前記複数の抵抗の組み合わせを変えることで抵抗値を変更し、カットオフ周波数を変更可能とした請求項２記載のトラッキング検出装置。