JP2007327786A - 湿潤劣化検出装置、及び検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 プラグやコンセントが炭化する前の湿潤劣化を検出でき、また負荷がインバータであっても誤検知することがない湿潤劣化検出装置及び検出方法を提供する。
【解決手段】 ５００Ｈｚを超える高周波成分を除去するＬＰＦ４と、接続負荷６の停止・待機状態を検出する停止・待機検出部１２と、高周波成分を除去した電路電流のピーク値、及びその位相を演算する電流ピーク値演算部１４と、検出した電流ピーク値が３００ｍＡ以上であって、且つ電路電圧の半周期に１回のみ発生したら放電発生信号を出力する回数カウント部１５と、接続負荷が停止・待機状態にある時に放電発生信号が５秒間に１００回以上発生したら湿潤劣化発生と判断する劣化判定部１６とを備えた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、室内のコンセントに接続したプラグ等の湿潤劣化を検出する湿潤劣化検出装置及び検出方法に関する。

室内の結露により家電製品のプラグ両刃間に水分が付着すると、プラグ両刃間で微小な放電が発生（プレトラッキング現象）する。この放電現象が繰り返されるとプラグの劣化（湿潤劣化）が進行し、やがてプラグ両刃間が炭化する現象（トラッキング現象）が現れ、ついには乾燥時にも放電が発生するようになる（トラッキング短絡）。この現象は火災発生の原因となるため、これを検出する装置が各種提案されコンセントや遮断器に組み込まれている。

このような現象において、最初の段階であるプレトラッキング現象により発生する電流は、５０〜４００ｍＡと比較的小さいことが知られている。しかし、プラグにはこの放電電流より遙かに大きな負荷電流が流れているため、この放電電流を検出するのは難しく、更に放電が拡大してトラッキングが生成されて放電電流が大きくなった状態を検知していた。具体的には、従来のプラグ両刃間の放電の検出は、通常ＣＴによりプラグに流れる電流を検出し、ハイパスフィルタを使用して負荷電流成分を除去し、トラッキング放電特有の高周波成分を抽出して検出することで、放電が繰り返されて炭化現象が発生した状態を検知していた。
また、このトラッキング検出感度を上げるため、本出願人等は、放電電流の電荷量、発生頻度、周波数別レベルを求め、これらに閾値を設けてトラッキング発生を判断するようにし、放電電流が数十アンペアを超える前にトラッキングの発生を検知する方法を提案した（特許文献１参照）。

特開２００４−２７９２０５号公報

しかし、上記特許文献１の方法においても、放電の繰り返しによりプラグ表面の炭化がかなり進んだ状態になるまで検知するのが難しく、火災を未然に防ぐという点で課題が残っていた。また、負荷がインバータ回路を備えている場合、放電電流と類似する電流波形が発生するために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、プラグやコンセントが炭化する前の湿潤劣化を検出することができ、また負荷がインバータであっても誤検知することがない湿潤劣化検出装置及び検出方法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に記載の発明に係る湿潤劣化検出回路は、３００〜７００Ｈｚの間の特定の周波数を超える周波数成分を除去するフィルタ手段と、接続負荷の停止・待機状態を検出する停止・待機検出手段と、前記フィルタ手段を通過した電路電流のピーク値、及びその位相を演算して出力する電流ピーク値演算手段と、前記電流ピーク値演算手段が出力した電流ピーク値が電圧と同位相で発生し、且つ予め設定した値以上であって、更に電路電圧の半波区間に１回しか存在しない場合に、放電発生信号を出力する回数カウント手段と、接続負荷が停止・待機状態にある時に、前記放電発生信号を予め設定した数秒の間に所定の回数検知したら湿潤劣化発生と判断する劣化判定手段と、を備えたことを特徴とする。

水分付着時に発生するプレトラッキング現象は、上述するようにピーク値が５０〜４００ｍＡであり、また周波数は６０〜３００Ｈｚであることが知られている。そして、５秒以上継続発生することが実験により確認されている。また、家電機器であるエアコンや冷蔵庫等は、２４時間稼働し続けることは無く、必ず停止状態や待機状態がある。
このような背景から、上記構成により、負荷電流の影響を受けない停止時、或いは待機状態を利用してプレトラッキング現象を検出するため、プラグやコンセントが炭化する前の湿潤時特有の電流特性を確実に検出でき、プレトラッキング現象を高精度で検出することができる。更に、高周波成分を除去するのでインバータ回路により発生する周波数成分はカットされるので誤動作も防ぐことができる。

請求項２の発明は、請求項１に記載の発明において、湿潤劣化発生と判断したら警報を発する警報手段を有することを特徴とする。
この構成により、利用者はプレトラッキング現象を確実に認識でき、プラグ等が劣化する前に処置することが可能となる。

請求項３に係る湿潤劣化検出方法は、接続負荷が停止・待機状態にある時に、３００〜７００Ｈｚの間の特定の周波数を超える周波数成分を除去した電路電流波形のピーク値を検出し、このピーク値が電圧と同位相で発生し、且つ予め設定した値以上であり、更にそのピーク値は電路電圧の半波区間に１回だけ発生する場合に、この発生回数をカウントして予め設定した数秒間の間に所定回数発生したら湿潤劣化発生と判断することを特徴とする。

この発明により、負荷電流の影響を受けない停止時、或いは待機状態を利用してプレトラッキング現象を検出するため、プラグやコンセントが炭化する前の湿潤時特有の電流特性を確実に検出でき、プレトラッキング現象を高精度で検出することができる。更に、インバータ回路により発生する周波数成分はカットされるので誤動作も防ぐことができる。

本発明によれば、プラグやコンセントが炭化する前の湿潤時特有の電流特性を確実に検出でき、プレトラッキング現象を高精度で検出することができる。更に、７００Ｈｚ以上の周波数成分を除去するので、インバータ回路による誤動作も防ぐことができる。

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は本発明に係る湿潤劣化検出装置の一例を示す回路ブロック図を示し、湿潤劣化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１０の電流を検出する電流検出手段としての変流器、２は電路１０の電圧を検出する変圧器、３は電路１０を遮断する遮断手段、４は５００Ｈｚを超える高周波成分を除去する低域通過フィルタ（以下、ＬＰＦとする）、５は湿潤劣化検出回路、６は負荷である。

湿潤劣化検出回路５は、第１Ａ／Ｄ変換回路１１、負荷の待機・停止状態を判断する待機・停止検出部１２、第２Ａ／Ｄ変換回路１３、電流ピーク値演算部１４、回数カウント部１５、劣化判定部１６、レジスタ１７、遮断手段３の遮断信号等を出力する判定出力部１８、警報回路１９を備えている。待機・停止検出部１２は、５０ｍＡに設定された閾値を有し、電路電流が５０ｍＡ以下の状態が５分間継続したら機器停止、或いは待機状態にあると判断し、その旨を劣化判定部に出力する。また、電流ピーク値演算部１４は、電路電流のピーク値及びその位相を演算して出力する。

回数カウント部１５は、伝送されてきた電流情報から３００ｍＡ以上のピーク値を有する電流を検出したら、その位相情報から電圧半周期の間に電圧と同位相で且つ１回だけ発生した電流であるか判断する。そして、電圧半周期の間に１回だけ発生した場合は、湿潤劣化（プレトラッキング発生）の可能性ありと判断して放電発生信号を出力する。
そして、劣化判定部１６は、負荷が待機・停止状態にある時に放電発生信号をカウントし、５秒の間に１００回以上カウントしたら湿潤劣化発生と判断して、湿潤劣化発生信号を判定出力部１８に出力する。

尚、レジスタ１７は、放電発生信号の回数が記憶される。また、待機・停止検出部１２、電流ピーク値演算部１４、回数カウント部１５、劣化判定部１６は、１つのＣＰＵで構成され、プログラムにより所定の判定及び制御が実施される。

このように構成された遮断装置は具体的に次のように動作する。変流器１により検出された電路電流は、ＬＰＦ４により５００Ｈｚを超える高周波成分がカットされて湿潤劣化検出回路５に入力される。５００Ｈｚを超える成分カットすることで、接続負荷６や周囲のインバータ回路等で発生するノイズ及び火花放電による高周波成分を除去した電流波形が入力される。一方、変圧器２で検出された電路電圧情報も湿潤劣化検出回路５に入力される。

湿潤劣化検出回路５では、高周波成分がカットされた電流信号が第１Ａ／Ｄ変換回路１１でデジタル信号に変換されたのち、待機・停止検出部１２で電路に接続されている負荷が稼働状態にあるか待機状態或いは停止状態にあるか検出する。一方、第２Ａ／Ｄ変換回路１３により同様に高周波成分がカットされた電流はデジタル信号に変換されて電流ピーク値演算部１４へ入力される。
電流ピーク値演算部１４では、電流情報と電圧情報を受けて電路電流のピーク値及びその位相が演算し、その位相情報と共に回数カウント部１５へ送られる。

回数カウント部１５は、送られてきた電流ピーク値，位相情報から、電圧と同位相で発生し、且つ３００ｍＡ以上であって、更に電路電圧の半波区間に１回しか存在しない場合に、放電発生信号を劣化判定部１６に出力する。
そして、劣化判定部１６では、負荷の待機・停止中にこの放電発生信号を受信したらカウントし、最初のカウントから５秒間の間に１００回以上カウントしたら、湿潤劣化発生と判断して、湿潤劣化発生信号を判定出力部１８に出力する。こうして判定出力部１８が湿潤劣化判定信号を受けたら遮断手段３を動作させて電路１０を遮断すると共に、ブザー等を有する警報回路１９を警報動作させる。

このように、負荷電流の影響を受けない停止時、或いは待機状態を利用してプレトラッキング現象を検出するため、プラグやコンセントが炭化する前の湿潤時特有の電流特性を確実に検出でき、プレトラッキング現象を高精度で検出することができる。即ち湿潤劣化を検出できる。更に、７００Ｈｚを超える周波数成分を除去するので、インバータ回路による誤動作も防ぐことができる。

ここで、図２、図３は、電路電流波形の実際の測定データを示している。図２は負荷６がエアコンの場合の電路電流波形（上）とＬＰＦ４通過後の電流波形（下）を示し、図３は負荷停止状態で湿潤劣化発生時のＬＰＦ４通過後の電路電流波形（上）と電路電圧波形（下）の波形図を示している。この図に示すように、負荷駆動の電流波形は電圧半周期の間に複数のピークがあることがわかる。また、湿潤劣化時は、電圧半周期の間に電流ピークは１回発生することがわかる。この図から、結露によるプラグ両刃間の放電は電圧半周期の間に１回のみであることがわかる。

尚、上記実施形態は、ＬＰＦ４の閾値を５００Ｈｚとしているが、湿潤劣化時に発生するプレトラッキング周波数は６０〜３００Ｈｚが中心であるため、閾値を３００Ｈｚまで下げることは可能である。また１ｋＨｚ以上とするとトラッキング放電を含む虞があるため少なくとも７００Ｈｚを超える高周波成分を削除するのが望ましい。
また、判定条件を、３００ｍＡ以上のピークを有する電流が、５秒以内に１００回発生したら湿潤劣化発生と判断しているが、電流閾値は２００〜４００ｍＡの間で変更しても良い。更に下げれば、感度が上がるが誤検知もし易くなる。また、上げれば、感度が低下するが誤検知は無くなる。また、カウント時間も５秒間に１００回以上としているが、変更しても良く、例えば２秒の間に１００回としても良い。
更に、湿潤劣化発生と判断した場合のみ警報回路１９を動作させているが、レジスタ１７に記憶された放電発生信号の数に応じて警報を発するように構成しても良い。例えば、３００ｍＡ以上のピークを有する電が流５０回連続発生したら電路１０を遮断せずに警報だけ発するようにしても良い。

本発明に係る湿潤劣化検出装置の実施形態の一例を示す回路ブロック図である。 電路電流波形の測定データの一例を示し、負荷がエアコンであって負荷駆動時の電路電流波形（上）と、ＬＰＦ通過後の電流波形（下）を示している。 電路電流波形の測定データの一例を示し、負荷停止状態で湿潤劣化発生時のＬＰＦ通過後の電路電流波形（上）と、電路電圧波形（下）の波形図を示している。

符号の説明

４・・ＬＰＦ（フィルタ手段）、５・・湿潤劣化検出回路、１０・・電路、６・・負荷、１２・・待機・停止検出部、１４・・電流ピーク値演算部、１５・・回数カウント部、１６・・劣化判定部、１８・・判定出力部、１９・・警報回路。

Claims (3)

1. ３００〜７００Ｈｚの間の特定の周波数を超える周波数成分を除去するフィルタ手段と、
   接続負荷の停止・待機状態を検出する停止・待機検出手段と、
   前記フィルタ手段を通過した電路電流のピーク値、及びその位相を演算して出力する電流ピーク値演算手段と、
   前記電流ピーク値演算手段が出力した電流ピーク値が電圧と同位相で発生し、且つ予め設定した値以上であって、更に電路電圧の半波区間に１回しか存在しない場合に、放電発生信号を出力する回数カウント手段と、
   接続負荷が停止・待機状態にある時に、前記放電発生信号を予め設定した数秒の間に所定の回数検知したら湿潤劣化発生と判断する劣化判定手段と、を備えたことを特徴とする湿潤劣化検出回路。
2. 湿潤劣化発生と判断したら警報を発する警報手段を有する請求項１記載の湿潤劣化検出回路。
3. 接続負荷が停止・待機状態にある時に、３００〜７００Ｈｚの間の特定の周波数を超える周波数成分を除去した電路電流波形のピーク値を検出し、このピーク値が電圧と同位相で発生し、且つ予め設定した値以上であり、更にそのピーク値は電路電圧の半波区間に１回だけ発生する場合に、この発生回数をカウントして予め設定した数秒間の間に所定回数発生したら湿潤劣化発生と判断することを特徴とする湿潤劣化検出方法。

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