JP2008003059A

JP2008003059A - 湿潤劣化検出装置及び検出方法

Info

Publication number: JP2008003059A
Application number: JP2006175600A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Nakagawa; 敏幸中川
Original assignee: Kawamura Electric Inc
Current assignee: Kawamura Electric Inc
Priority date: 2006-06-26
Filing date: 2006-06-26
Publication date: 2008-01-10
Anticipated expiration: 2026-06-26
Also published as: JP4921868B2

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。
【解決手段】電路１０の電流波形を検出する変流器１と、電路１０の電圧波形を検出する変圧器２と、電路１０に接続された負荷６の停止・待機状態を検出する停止・待機検出部１２と、検出した電流波形の中で電源周波数より高い周波数の波形の正負双方のピーク値、及びその位相を演算する電流ピーク値演算部１４と、電流ピーク値演算部１４が演算したピーク値の絶対値が３００ｍＡ以上の場合にカウントし、電圧半周期の間のカウント数を出力するカウント部１５と、接続負荷６が停止・待機状態にある時に、カウント数が２０回以上であっ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、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。

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の発明に係る湿潤劣化検出装置は、電路電流波形を検出する電流検出手段と、電路電圧波形を検出する電圧検出手段と、電路に接続された負荷の停止・待機状態を検出する停止・待機検出手段と、検出した電流波形の中で電源周波数より高い周波数の波形のピーク値、及びその位相を演算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演算したピーク値の絶対値が予め設定した値以上となるピーク発生回数をカウントし、電圧半周期の間のカウント数を出力するカウント手段と、接続負荷が停止・待機状態にある時に、前記カウント数が１０回を超える所定数に達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と小さく、周波数は６０〜１０００Ｈｚであることが知られている。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。また、負荷がインバータ回路を備えていても、負荷駆動時は判断しないので誤検知することがない。

請求項２の発明は、請求項１に記載の発明において、カウント手段によるカウントが、電圧位相０度から１２０度、及び１８０度から３００度の間で発生した場合に、前記カウント手段は劣化判定手段に対して炭化路生成信号を出力することを特徴とする。
この構成により、湿潤劣化が進行して炭化によるトラッキング放電を検出することができ、プレトラッキングとトラッキングの双方を分けて検出することができる。

請求項３の発明は、電路電流波形を検出する電流検出手段と電路電圧波形を検出する電圧検出手段とを有して、電流情報及び電圧情報を基にプラグの湿潤時放電現象を検出する湿潤劣化検出方法であって、接続負荷が停止・待機状態にあることを検出する工程と、電源周波数より高い周波数の電路電流波形の正負双方のピーク値を検出する工程と、このピーク値の絶対値が電圧半周期の間に予め設定した値以上となる回数をカウントする工程を含むことを特徴とする。
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。また、負荷がインバータ回路を備えていても、負荷駆動時は判断しないので誤検知することがない。

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。また、負荷がインバータ回路を備えていても、負荷駆動時は判断しないので誤検知することがない。

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の電流波形を検出する電流検出手段としての変流器、２は電路１０の電圧波形を検出する電圧検出手段としての変圧器、３は電路１０を遮断する遮断手段、５は湿潤劣化検出装置、６は負荷である。

湿潤劣化検出装置５は、第１Ａ／Ｄ変換回路１１、負荷６の停止・待機状態を判断する停止・待機検出部１２、第２Ａ／Ｄ変換回路１３、電流ピーク値演算部１４、カウント部１５、劣化判定部１６、レジスタ１７、遮断手段３を遮断動作させる判定出力部１８、発報動作する警報回路１９を備えている。尚、停止・待機検出部１２、電流ピーク値演算部１４、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。また、レジスタ１７は、ピーク値検出回数等が記憶される。

具体的に、停止・待機検出部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、電路電流情報と電路電圧情報とから電路電流波形のピーク値及びその位相を演算して出力する。

一方、カウント部１５は、伝送されてきたピーク値情報から絶対値３００ｍＡ以上のピーク値を有するデータがあったら、電圧半周期毎の数をカウントして劣化判定部１６に出力する。また、電流ピーク値の発生が、電圧位相０度〜１２０度の間、及び１８０度〜３００度の間のみで発生した場合は別途炭化路生成信号（トラッキング生成信号）を出力する。

そして、劣化判定部１６は、負荷６が停止・待機状態にある時にカウント部１５から２０回以上のカウント情報信号を受け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。また、その際炭化路生成信号を合わせて受信したら、炭化路生成信号を判定出力部１８へ出力する。

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、湿潤劣化検出装置５に入力される。湿潤劣化検出装置５では、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、停止・待機検出部１２で電路に接続され、負荷６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によりデジタル信号に変換された電流が電流ピーク値演算部１４へ入力され、変圧器２で検出された電路電圧情報も湿潤劣化検出装置５に入力される。

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され、ピーク値及びその位相情報がカウント部１５へ送られる。
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、電圧半周期の間に３００ｍＡ以上の値を有するピーク値データの個数をカウントし、その情報を劣化判定部１６に出力する。
そして、劣化判定部１６では、負荷６の停止・待機中にカウント部１５から受けたカウント数が２０回以上の数値であっ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。

また、カウント部１５が炭化路生成信号を出力していたら、炭化路生成信号を判定出力部１８へ出力し、報知回路１９を湿潤劣化とは異なる報知動作で報知させ、湿潤劣化が進行したことを報知させる。

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。また、負荷がインバータ回路を備えていても、負荷駆動時は判断しないので誤検知することがない。
また、炭化によるトラッキング放電を検出することができ、プレトラッキングとトラッキングの双方を分離して検出することができる。

ここで、図２〜図４は電路の電圧波形と電流波形を示し、図２はプラグ等に湿潤劣化や炭化が発生していない状態、図３は湿潤劣化が進んでいる状態、図４は劣化（炭化）が進んだ状態を示している。尚、各波形図において、電流波形はレンジを変えて２本示してある。この波形図に示すように、劣化が進むにつれて放電電流の正負双方のピーク値が大きくなり、且つ電圧波形の０度、１８０度からの立ち上がりに集中していることが解る。このような特性から、比較的大きな値を有するピーク値の数、及びその発生位相を検出することで、トラッキングの発生状態及び進行の程度を判定することが可能となることが解る。

尚、上記実施形態における電流の閾値（３００ｍＡ）、電圧半周期のピーク検出回数（２０回以上）は変更することができる。例えば、閾値を下げれば微小な放電を検知できるがノイズを多く含むことなる。また、ピーク検出回数は小さくすれば感度が上がるが誤動作し易くなる。その為最低１０回以上検出した場合に湿潤劣化と判断させるのが好ましい。
更に、湿潤劣化発生と判断した場合に遮断操作すると共に警報回路１９を動作させているが、レジスタ１７にピーク検出回数を記憶させて、電圧半周期に生ずる発生数に応じて警報を変更させても良い。例えば、３００ｍＡ以上のピークを有する電流が２０回以下（１０回以上）の場合は電路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。湿潤劣化やトラッキングがない電路電流と電路電圧の波形図である。湿潤劣化が発生した状態の電路電流と電路電圧の波形図である。炭化路が生成された状態の電路電流と電路電圧の波形図である。

符号の説明

１・・変流器（電流検出手段）、２・・変圧器（電圧検出手段）、５・・湿潤劣化検出装置、６・・負荷、１０・・電路、１２・・停止・待機検出部、１４・・電流ピーク値演算部、１５・・カウント部、１６・・劣化判定部、１７・・レジスタ、１８・・判定出力部、１９・・警報回路。

Claims

電路電流波形を検出する電流検出手段と、
電路電圧波形を検出する電圧検出手段と、
電路に接続された負荷の停止・待機状態を検出する停止・待機検出手段と、
検出した電流波形の中で電源周波数より高い周波数の波形のピーク値、及びその位相を演算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演算したピーク値の絶対値が予め設定した値以上となるピーク発生回数をカウントし、電圧半周期の間のカウント数を出力するカウント手段と、
接続負荷が停止・待機状態にある時に、前記カウント数が１０回を超える所定数に達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装置。
カウント手段によるカウントが、電圧位相０度から１２０度、及び１８０度から３００度の間で発生した場合に、前記カウント手段は劣化判定手段に対して炭化路生成信号を出力する請求項１記載の湿潤劣化検出装置。
電路電流波形を検出する電流検出手段と電路電圧波形を検出する電圧検出手段とを有して、電流情報及び電圧情報を基にプラグの湿潤時放電現象を検出する湿潤劣化検出方法であって、
接続負荷が停止・待機状態にあることを検出する工程と、電源周波数より高い周波数の電路電流波形の正負双方のピーク値を検出する工程と、このピーク値の絶対値が電圧半周期の間に予め設定した値以上となる回数をカウントする工程を含むことを特徴とする湿潤劣化検出方法。