JP2011100681A

JP2011100681A - 灯火断芯検出装置

Info

Publication number: JP2011100681A
Application number: JP2009256048A
Authority: JP
Inventors: Takakazu Sato; 隆和佐藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2009-11-09
Filing date: 2009-11-09
Publication date: 2011-05-19

Abstract

【課題】アレスタのような消耗品を用いることなく、灯火の断芯を確実に検出することができる灯火断芯検出装置を提供する。
【解決手段】定電流電源１４に対して一次側が直列接続された複数の変圧器１６の二次側にそれぞれ検出して電源回路が構成された複数の灯火１２に対し、前記定電流電源１４からの電源線１５を介して信号を送る親局１８と、各変圧器１６の二次側にそれぞれ設けられ、親局１８との間で信号の授受を行う子局２３とを備えた灯火断芯検出装置であって、子局２３には、変圧器１６の二次側において、常時オフ状態で、オン動作することにより灯火１２へ供給される電源電流をバイパスするスイッチ１４と、灯火１２への電源電流を監視し、灯火１２の断芯により電流停止状態になる事象を判断して断芯有りと判断し、スイッチ２４をオンさせる演算処理部３０とを設けたことを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、飛行場の滑走路誘導灯などとして多数設置される灯火の断芯有無を検出する灯火断芯検出装置に関する。

カテゴリーの高い飛行場では、フィールドに設置された航空灯火を監視し、灯火の断芯が発生した際には、速やかに交換を行う体制がしかれている。この航空灯火には、灯火に接続された子局が設けられ、この子局により灯火の状態を常に監視している（例えば、特許文献１参照）。

一般的に航空灯火は、４５W〜５００Wの灯火が用いられている。個々の灯火の明るさにバラツキが無い様に、一定電流を流す電源である定電流電源装置（ＣＣＲ）を用い、直列に接続されている。このような灯火設備としては、灯火に給電を行う、ゴム絶縁変圧器（ゴムトランス）と灯火との間に子局を設置し、電源局舎側のＣＣＲの近傍に親局を設けている。この親局は、灯火回路に結合するための電流変成器に接続される。監視制御装置は、親局の情報を取得し、オペレータコンソールの画面上にて、どの灯火が断芯しているかが判断できる仕組みとなっている。

ＣＣＲは、位相制御を行う事により、規程の電流値、例えば、２．８，３．４，４．１，５．２，６．６Ａを実現している。

ある灯火に断芯が発生した時、ゴムトランスの一次電流は、ほとんど変化しないので、同一の電源ケーブルに接続された他の灯火は、断芯の影響を受けずに点灯状態を継続する。一方、ゴムトランス二次電流は、流れない状態となり、ゴムトランス二次電圧は、過電圧が発生する。

特許第３７４１７６６号公報

このように、ゴムトランスの二次側には過電圧が発生するので、従来の断芯検出装置では、この二次側回路に、過電圧が印加されると通電するアレスタを設け、断芯発生時にアレスタに流れる電流を検知する事で、断芯の判定を行っていた。

断芯時に生じる過電圧の形、ボリュームは、ゴムトランスの特性、及び電源の特性に関係し、また、ゴムトランス仕様、ＣＣＲ仕様も関係することから、一定的に決められない。また、灯火のワット数によっても異なり、高いワット数のものは、同じ電流の場合、小さいものよりも電圧が高くなる。例えば、４５Wの灯火であれば６．６Ａ時、６．８Ｖの電圧が発生するが、５００Wでは６．６Ａ，７５Ｖとなり、正常に運用されている時の電圧に対して１０倍以上の開きがある。

以上の様に、電圧を監視する方式では、断芯が発生した時の過電圧の状態が、ゴムトランス、ＣＣＲ、灯火に依存する形となり、これらの組合せ状況に応じた複数のアレスタを準備し、対応をしなければならず、生産効率が悪くなる。また、アレスタは使用と共に性能が劣化する為、何度も過電圧を発生させた状態にしていると、過電圧がなくても電流を通す、過電圧が発生しても通さない、の何れかの状態となり、本来の目的を果たせなくなる問題もある。

さらに、灯火の断芯を確実に検知し、灯火に流れる電流のバイパス回路を機能させなければ、半周期毎に発生する過電圧により、電子部品に与えるダメージが大きく、子局の寿命に大きな影響を与える。また、過電圧を検知する為の回路が消耗品である為、交換のリスクを考慮すると、消耗品の実装がない状態で同様の機能を有する方が望ましい。

本発明の目的は、アレスタのような消耗品を用いることなく、灯火の断芯を確実に検出することができる灯火断芯検出装置を提供することにある。

本発明の灯火断芯検出装置は、定電流電源に対して一次側が直列接続された複数の変圧器の二次側にそれぞれ検出して電源回路が構成された複数の灯火に対し、前記定電流電源からの電源線を介して信号を送る親局と、前記各変圧器の二次側にそれぞれ設けられ、前記親局との間で信号の授受を行う子局とを備えた灯火断芯検出装置であって、前記子局には、前記変圧器の二次側において、常時オフ状態で、オン動作することにより前記灯火へ供給される電源電流をバイパスするスイッチと、前記灯火への電源電流を監視し、前記灯火の断芯により電流停止状態になる事象を判断して断芯有りと判断し、前記スイッチをオンさせる演算処理部とを設けたことを特徴とする。

本発明では、前記演算処理部は、所定間隔で生じるサンプリング信号を有し、前記灯火への電源波形１周期のサンプリング数をカウントしておき、このカウント値から現電源波形の１周期を予測し、この現電源波形１周期におけるサンプリングされた所定レベル以上の電流値の数から電流の有無を検出する。

また、本発明では、前記演算処理部は、前記電源波形の半周期毎に前記電流の有無を判定し、電流なしの状態が予め設定した回数以上連続した電流停止状態により断芯有りと判断するようにしてもよい。

また、本発明では、前記演算処理装置は、断芯有りとの判定による前記バイパススイッチのオン動作から所定時間経過後に、前記バイパススイッチをオフさせる機能を有し、このバイパススイッチオフ状態において再び断芯有りと判定されると断芯確定と判断するようにしてもよい。

さらに、本発明では、前記演算処理部は、前記電源波形の正／負半周期毎に前記電流の有無を判定し、電流なしの回数を、電源周期の正側及び負側ごとにそれぞれカウントし、これら正側及び負側のいずれかのカウント値が予め設定した回数以上連続した電流停止状態により断芯有りと判断するようにしてもよい。

本発明によれば、灯火に流れる電流を監視して、その停止を検出することにより断芯と判断するので、アレスタのような消耗品を用いることなく、灯火の断芯を確実に検出することができる。

本発明による断芯検出装置の一実施の形態を示す概略図である。同上一実施の形態の要部を示す回路図である。同上一実施の形態に用いるＣＣＲの電流成分を示す図である。同上一実施の形態における位相制御波形を示す図である。同上一実施の形態にける断芯発生時の状態を説明する波形図である。同上一実施の形態にける断芯検出手法を説明する波形図である。同上一実施の形態にける断芯検出動作を説明するフローチャートである。同上一実施の形態にける断芯検出動作を説明するタイミングチャートである。同上一実施の形態にける断芯検出動作の別の例を説明するタイミングチャートである。同上一実施の形態にける断芯検出動作のさらに別の例を説明するフローチャートである。図１０で示した例の動作を説明するタイミングチャートである。

以下、本発明による灯火断芯検出装置の一実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。

図１は、航空灯火回路、及びそれに適用される灯火断芯検出装置の概略構成を示している。図１において、飛行場のフィールド１１側には多数の灯火１２が設置されている。また、電源局舎１３側には定電流電源（以下、ＣＣＲ）１４が設けられている。各灯火１２に対しては、電源線１５を介してＣＣＲ１４に一次側が直列接続された複数のゴム絶縁式の変圧器（以下、ゴムトランス）１６が設けられている。各灯火１２は、対応するゴムトランス１６の二次側にそれぞれ接続され、電源回路が構成されている。

また、電源局舎１３側のＣＣＲ１４の近傍には、複数の灯火１２に対して電源線１５を介して信号を送る親局１８が設けられている。この親局１８は、電流変成器（以下、親局用ＣＴ）１９を介して電源線１５に結合される。また、この親局１８は、電源回路毎に設けられており、複数台存在する。さらに、これら親局１８は、それぞれ監視制御装置２０、オペレータコンソール２１を有する。そして、この監視制御装置２０によって親局１８の情報を取得し、オペレータコンソール２１の画面上にて、どの灯火１２が断芯しているかが判断できる仕組みとなっている。

前記各ゴムトランス１６の二次側には子局２３がそれぞれ設けられており、親局１８との間で信号の授受を行う。この子局２３は、図２で示すように、ゴムトランス１６の二次側において、常時オフ状態で、オン動作することにより灯火１２へ供給される電源電流をバイパスするスイッチ（ここでは電磁式のリレーを用いている）２４を有する。この他、親局１８からの信号を取得する信号検出センサー２５、取得された信号を受信し、増幅後に信号の有無を判断する受信回路部２６、親局１８への通知を行う送信回路部２７、その回路を制御する送信制御部２８、断芯の発生を判断し前記リレー２４の制御を行う断芯制御部２９、これらを司る演算処理部３０、電源取得回路３１を有する。

演算処理部３０は、前述のように受信回路部２６、送信回路部２７、送信制御部２８、断芯制御部２９を制御するとともに、灯火１２への電源電流を監視し、灯火１２の断芯により電流停止状態になる事象を判断して断芯有りと判断し、断芯制御部２９を介してリレー２４をオンさせる機能を有する。

電源取得回路３１は、灯火１２への電源供給路に一次側を接続した電源ＣＴの二次側に設けられており、灯火１２への電源回路から電源を取得し、前述した演算処理部３０を含む子局２３内各部へ電源を供給する。また、この電源取得部３１は蓄電装置部３２を有する。この蓄電装置部３２は、電源の取得時に充電され、電源断時には、放電して演算処理部３０を含む子局２３内各部へ電源を供給し、しばらくの間それらの機能を維持する。

ＣＣＲ１４は、図３で示すように、一般的に低い電流と高い電流の２つの電流源を持ち、位相制御を行うことにより、規程の電流値、例えば、２．８，３．４，４．１，５．２，６．６Ａを実現している。この２つの電流の値は、ＣＣＲを製作するメーカによって異なっている。また、５．２Aを実現する場合、位相角約９０度付近での切換が発生する。この原理によって発生した実際の波形例を図４に示す。

断芯が発生した時のゴムトランス一次電流、ゴムトランス二次電流、ゴムトランス二次電圧は、図５に示す様に、ゴムトランス一次電流はほとんど変化しない事から、同一の電源ケーブルに接続された他の灯火は断芯の影響を受けずに点灯状態を継続する。一方、ゴムトランス二次電流は、流れない状態となり、ゴムトランス二次電圧は、過電圧が発生する。

この発明では、灯火１２への電源電流、すなわち、ゴムトランス２３の二次電流を監視し、灯火２３の断芯により電流停止状態になる事象を判断して断芯有りと判断する。この電源電流の電流停止を検出する手法を図６により説明する。

本発明は、断芯位置検出装置に適用される子局の灯火断芯検出方法について考案されたものである。子局２３では、ＣＣＲ１４から出力される電流を信号検知センサー２５にて取り出し、演算処理部３０にて常時監視する。断芯が発生した時には、図５で説明したゴムトランス二次電流の電流停止状態となる。この事象を演算処理部３０にて判断し、断芯と判断した場合には、断芯制御部２９に断芯が起きた旨を通知する。断芯制御部２９ではリレー２４をオンさせることで、灯火１２への電流をバイパスさせる。このため、子局２３内部の電子部品は過電圧から保護されると共に、電源取得回路３１への給電を維持して子局２３への電源を確保する。

また、受信回路部２６では、信号検出センサー２５から取り出された搬送波の信号解析を行い、その結果を演算処理部３０に出力する。演算処理部３０にて、親局１８から断芯有無の問い合わせが合ったと判断した場合には、灯火１２の状態信号を送信制御部２８に通知し、送信回路部２７にて信号を発生し、親局１８に回答を行う。

また、演算処理部３０では、信号検知センサー２５から受信回路部２６を介してＣＣＲ１４の電源波形を監視する。このとき、演算処理部３０では、自身の持つサンプリング信号（図６（ｂ）で示す）の、図６（ａ）で示す電源周波数の正波、負波の１周期でのサンプリング数を図６（ｃ）で示すように記憶しておく。図６（ｄ）は位相制御された電流値をサンプリングした結果を示している。

図７（ａ）（ｂ）は電流検出動作を説明している。演算処理部３０では、まず、前述のように１周期分のサンプリング数を取得しておく（ステップ701）。次に、信号検出センサー２５から電源を取得して（ステップ702）、サンプリングを行う。次に、サンプリングされた電流値に規定レベル以上の入力があるかを判断する（ステップ703）。その結果、Yesであれば、正／負の変化があるかを判断し（ステップ704）、Noであればサンプリングのカウント値を加算する。そして、図7（b）で示すように、上述のようにして加算されたサンプリング数を算出し（ステップ706）、最新のカウント値の移動平均を求め（ステップ707）、現電源のサンプリング数とする（ステップ708）。

すなわち、電源波形の正波、負波の１周期での、規定レベル以上のサンプリング個数何個分の長さかを調査する。そして、最新の電源波形のサンプリング数が得られた場合には、以前に取得した値と併せて移動平均を求め、現在の電源波形長として記憶する。一定のレベルの電流が見られない場合は、サンプリング数のカウント処理は、行われず（ステップ703：No）、前回までの値が採用される。また、電源波形の長さは上記の方法にて取得された最新の何個かを移動平均して用いる事で、過渡的な変動にも対応可能としている。

ここで、断芯が発生し、電源周期が得られない状態においても、事前に取得したサンプリング回数により、その電源周期を予測し、前述した判定機能により灯火12の断芯状態を検知できる。つまり、演算処理部３０は、所定間隔で生じるサンプリング信号を有し、灯火１２への電源波形１周期のサンプリング数を取得しておき、このサンプリング数から現電源波形の周期を予測し、この予測された現電源波形１周期におけるサンプリングされた所定レベル以上の電流値の数から電流の有無を検出する
図８は断芯発生時の電源波形と、断芯検出過程を説明している。図8において、断芯発生時のゴムトランス二次電流波形は、図示される電流停止状態となる。その為、図６にて求められたサンプリング数の間、電流値は零のままとなっている。演算処理部３０は、電流値を常時監視し、電源周期の１／２サイクル毎（正波／負波）に電流値がないと判断した場合には、断芯が発生したと判定する。灯火１２に電流が流れなくなる場合は、電源側が停止の状態も考えられる。この電源の停止が瞬時的なもので有れば、再度電流が流れ出すため、再び、断芯が無いと判断される。この電源の瞬停状態と実際の断芯状態の切り分けを行うため、断芯判定は、複数回以上連続して電流停止が生じた場合に確定し、断芯検出信号を出力する。

演算処理部３０は、複数周期に渡って電源がない状態でも、電源周期の予想（現在正波なのか、負波なのか）を行う。電源が停止中の間でも、演算処理部３０が動作可能なのは、蓄電装置部３２により正常時に蓄電していた電気量を、電源停止時に放電して電源のバックアップ処理を行うためである。断芯確定を行う判定は、電源のバックアップが許す限り長いサイクル回数で判断することで、断芯検出の信頼性が上がる。

図９は、別の断芯検出手法を説明する。この例では、ＣＣＲ１４側に起因する電源停止状態と断芯状態による電源停止状態との区別を確実に行うため、最初にゴムトランス二次電流波形の電流停止状態から断芯と判断した場合、これを［仮］とし、その後、時間を空け、再確認を行う処理を行っている。

すなわち、演算処理部３０は、最初に断芯有りと判定した場合に、灯火１２へのバイパスを確保するためにリレー２４をオンさせる。なお、このときの断芯判定は［仮］とする。また、このとき断芯発生により電源取得部３１に対する電源は無くなっているので、演算処理部３０の上述した機能は、蓄電装置部３２からの電源により実行される。

上述の断芯判定によりリレー２４がオン制御されると、電源取得部３１への電源供給が再開され、子局２３における電源が確保される。このため、蓄電装置部３２による給電から、ＣＣＲ１４による給電へと切り換わる。また、蓄電装置部３２に対する充電も行われる。仮に、ＣＣＲ１４が電源停止状態の場合には、リレー２４をオンにしても電源が供給されない為、次の処理に移行できない。

蓄電装置に十分蓄電された状態で、再度リレー２４をオフさせ、電流の有無を調査する。この場合も、複数回以上連続して電流停止が再度確認された場合は、断芯と確定する。この場合、リレー２４は再度オン制御する。

これに対し、リレー２４をオフさせても電流が確認できた場合には、灯火１２は断芯していないことであり、断芯有りを示す断芯検出信号を取り消し、リレー２４はオフのままとする。

このように複数回にわたって断芯判定を行うことにより、断芯検出の信頼性がさらに向上する。

次に、図１０のフローチャートを用いて．さらに別の断芯検出手法を説明する。この手法では、電源波形の正・負半周期毎に電流の有無を判定し、電流なしの回数を、電源周期の正側及び負側ごとにそれぞれカウントし、これら正側及び負側のいずれかのカウント値が予め設定した回数以上連続した電流停止状態により断芯有りと判断する。

以下、図１０を用いて詳細に説明する。断芯検出処理に当っては、まず、断芯判定回数ｍ（正側の回数）、ｍ’（負側の回数）が予め設定した回数（ここでは２とする）より少ないかを判断する（ステップ1001）。

この後、演算処理部３０は、図６及び図７で説明したように、電源波長をサンプリングする際に、各サンプリング時の電流値を確認する。電源波形の正側／負側にて、それぞれ判断を行い、その結果により該当する側のカウンタａ／ｂをカウントアップする。

すなわち、図１１において、電源のサイクルが正側か負側かを判断する（ステップ1002）。正側（Yes）であれば正側判定処理し（ステップ1003）サンプリング時の電流値を調査する（ステップ1004）。そして電流値が設定値以上か判断する（ステップ1005）。

例えば、正側において、位相角度：０〜１８０度の範囲で、一度も設定した電流値を超えない場合、カウンタａは加算される（ステップ1006）。また、一度でも設定した電流値を超えた場合は、カウンタａはクリアされる（ステップ1007）。カウンタａは、正側位相角度：０〜１８０度の範囲で、１回ずつ加算され、例えは、５周期に渡って、電流がない状態の場合にはａ=５となる。

次に、このカウンタａを調査し（ステップ1008）、そのカウント値が設定値であるｘを超えた場合（ステップ1009：Yes）、断芯判定回数mのカウンタを加算する（ステップ1010）。その場合、灯火１２をバイパスするリレー２４をオンさせる（ステップ1011）。この後、カウンタａは初期化される（ステップ1012）。

これに対し、ステップ1009の判断がNoの場合、すなわち、電流値が設定値以下の正側の半周期の数が設定周期ｘに達しない場合は、断芯ではなく瞬停と判断されるのでカウンタｍはクリアされる（ステップ1013）。また、電流バイパス用のリレー２４はオフされる（ステップ1014）。

上述したステップ1003からステップ1014までの処理は負側においても同様にして行われるが、対応するステップＮｏ．2003〜2014を付して説明は省略する。

このようにして１回目の断芯判定が行われると、断芯判定カウンタｍ（ｍ’ も同じ。以下、ｍについてのみ説明する）は、ｍ＝１またはｍ＝０となっているので、この何れかかを判断する（ステップ1015）。その結果Yes（ｍ＝０）であれば断芯未確定として断芯検出信号をオフさせる（ステップ1016）。これに対しNo（ｍ＝0ではない）であれば断芯と判断される。この場合、正側／負側のどちらでもｍ＝１（ｍ’ ＝１）と判定すれば（ステップ1017：Yes）、１度目の断芯が確定し（ステップ1018）、断芯仮確定処理（ステップ1019）を行い、断芯検出信号を上げる。そして、再度判定を行う為に蓄電装置部３２に電源が確保されるまで待機を行う（ステップ1020）。

待機後の処理（リレー24のオフ操作）において、再度、電源周期ｘ間、設定以上の電流が流れない場合（ステップ1009：Yes）、断芯判定カウンタｍは、ｍ＝２となり（ステップ1009：No）（ステップ1021：Yes）、断芯の確定処理を行う（ステップ1022）。

この断芯検出処理は、正／負の何れか一方（ｍ又はm’ ）のカウント値が２となるまで行われる。一方が条件を満足した場合、断芯が確定となる為、本処理は子局自身がリセットされるまで行われない。

この処理のタイミングチャートを図１１に示す。本例では、一回目の断芯判定処理を正側のカウントにて実施し、蓄電装置部３２へのチャージ後の二回目の判定には負側のカウントにて実施している。このように、どちらか一方の出力状態にて判断することにより、ゴムトランス１６の特性が一方の側に偏るような故障モードとなった場合にも、適切に処理が行える利点がある。

１２…灯火
１４…定電流電源
１５…電源線
１６…変圧器
１８…親局
２３…子局
２４…スイッチ
２５…信号検出センサー
３０…演算処理部

Claims

定電流電源に対して一次側が直列接続された複数の変圧器の二次側にそれぞれ検出して電源回路が構成された複数の灯火に対し、前記定電流電源からの電源線を介して信号を送る親局と、前記各変圧器の二次側にそれぞれ設けられ、前記親局との間で信号の授受を行う子局とを備えた灯火断芯検出装置であって、
前記子局には、前記変圧器の二次側において、常時オフ状態で、オン動作することにより前記灯火へ供給される電源電流をバイパスするスイッチと、前記灯火への電源電流を監視し、前記灯火の断芯により電流停止状態になる事象を判断して断芯有りと判断し、前記スイッチをオンさせる演算処理部とを設けたことを特徴とする灯火断芯検出装置。
前記演算処理部は、所定間隔で生じるサンプリング信号を有し、前記灯火への電源波形１周期のサンプリング数をカウントしておき、このカウント値から現電源波形の１周期を予測し、この現電源波形１周期におけるサンプリングされた所定レベル以上の電流値の数から電流の有無を検出することを特徴とする請求項１に記載の灯火断芯検出装置。
前記演算処理部は、前記電源波形の半周期毎に前記電流の有無を判定し、電流なしの状態が予め設定した回数以上連続した電流停止状態により断芯有りと判断することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の灯火断芯検出装置。
前記演算処理装置は、断芯有りとの判定による前記バイパススイッチのオン動作から所定時間経過後に、前記バイパススイッチをオフさせる機能を有し、このバイパススイッチオフ状態において再び断芯有りと判定されると断芯確定と判断することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の灯火断芯検出装置。
前記演算処理部は、前記電源波形の正／負半周期毎に前記電流の有無を判定し、電流なしの回数を、電源周期の正側及び負側ごとにそれぞれカウントし、これら正側及び負側のいずれかのカウント値が予め設定した回数以上連続した電流停止状態により断芯有りと判断することを特徴とする請求項１又は請求項４のいずれかに記載の灯火断芯検出装置。