JP2012186953A

JP2012186953A - コード短絡検出回路及びコンセント装置

Info

Publication number: JP2012186953A
Application number: JP2011049305A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Yoshida; 敦至吉田
Original assignee: Kawamura Electric Inc
Current assignee: Kawamura Electric Inc
Priority date: 2011-03-07
Filing date: 2011-03-07
Publication date: 2012-09-27
Anticipated expiration: 2031-03-07
Also published as: JP5683329B2

Abstract

【課題】ヒゲコード短絡により発生する電路電圧波形の歪みを検出することで、突入電流に反応しないコード短絡検出回路を備えたコンセント装置を提供する。
【解決手段】負荷３へ商用電力を供給する電路Ｌ３の電圧波形歪みを検出するための電路電圧を絶対値化する整流回路１６と、商用電圧の最大値である波高値を下回る２値を設定し、この２値の間に電路電圧の瞬時値がある間は所定の信号を出力するウインドウコンパレータ回路１８と、ウインドウコンパレータ回路１８が出力する信号の時間幅が所定の時間を超えたらコード短絡発生と判断する比較回路２１とを設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、コード短絡を検出するコード短絡検出回路、及びコード短絡が発生したら電路を遮断する機能を備えたコンセント装置に関する。

従来より、コンセントに差し込まれたプラグから負荷に至る電路上でコード短絡が発生したら、それを検知して電路を遮断する機能を備えたコンセント装置がある。例えば特許文献１では、電路上に設けた抵抗素子で電路電流を検出し、この電流値が所定の値を越えたらコード短絡発生と判断してトリップコイルをトリップさせて電路を遮断するよう構成されている。

特開２００５−６３８０号公報

電気機器による火災要因では電線の短絡が最も多く、その要因にコード短絡が挙げられている。このコード短絡の場合、最初は撚り線１本程度の電線が短絡する所謂ヒゲコード短絡からスタートすると見ることができ、このヒゲコード短絡を精度良く検出できれば、電線の焼損や火災が発生する前に対処できる。そのため、ヒゲコード短絡を精度良く検出できる回路が求められている。しかし、過電流や突入電流とコード短絡との相違点の抽出が極めて困難であるため、電路電流で判断する上記特許文献１の構成では、コード短絡の初期の段階であるヒゲコード短絡を検出するのは難しかった。

一方で、ヒゲコード短絡では数百アンペアの電流は流れず、電圧波形をみると図３に示すような独特な形状を示すことが実験により確認されている。この図３からわかるように、ヒゲコード短絡が発生するとＳで示すようなピーク付近から大きく切り欠いたような波形となる。この波形は過電流や突入電流の波形とは明確に異なるため、この歪んだ電圧波形を検出できれば、コード短絡を初期の段階で精度良く検出することが可能となる。

そこで、本発明はこのような問題点に鑑み、電路電流ではなく電路電圧波形を監視してヒゲコード短絡発生時の独特な電圧歪みを検出することで、ヒゲコード短絡を検出するコード短絡検出回路、及びコード短絡が発生したら電路を遮断するコンセント装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決する為に、請求項１の発明に係るコード短絡検出回路は、負荷へ商用電力を供給する電路の電圧波形を入手して絶対値化する整流回路と、整流された電圧波形から特定の波形歪みを検出する特定歪み検出回路と、検出した歪み情報を基にコード短絡の発生を判定する判定回路とを有し、前記特定歪み検出回路は、商用電圧の波高値を下回る特定の２値と、前記絶対値化した電圧の瞬時値とを比較し、瞬時値が前記特定の２値の間にある間は一定の信号を出力し、前記判定回路は、前記特定歪み検出回路が出力する信号が所定の時間継続されたらコード短絡発生と判定することを特徴とする。
この構成によれば、電流変化に依らず電路電圧の波形変化からコード短絡を検出するため、負荷の突入電流や過負荷による大電流を考慮する必要が無くなり、コード短絡を精度良く検出することが可能となる。

請求項２の発明は、請求項１に記載の構成において、前記特定の２値のうち、大きい方の値は７０Ｖ以下の電圧値で設定され、小さい方の値は４Ｖ以上の電圧値で設定されることを特徴とする。
この構成によれば、ヒゲコード短絡が発生した場合の特徴的な電圧波形の歪みを検出できる。よって、ヒゲコード短絡程度の小さなコード短絡であってもコード短絡発生と判定できる。

請求項３の発明に係るコンセント装置は、負荷が接続されるコンセントと、前記コンセントに商用電力を供給するための電路と、前記電路上に設けられて電路の開閉を行う開閉手段と、前記開閉手段を開動作させる遮断手段と、請求項１又は２に記載のコード短絡検出回路と、前記コード短絡検出回路が出力するコード短絡発生信号を基に前記遮断手段を駆動する出力回路とを有することを特徴とする。
この構成によれば、コード短絡が発生したらそれを検知して電路を遮断してコンセント出力を停止するので、コード短絡による火災発生を確実に防止できる。

本発明に係るコード短絡検出回路によれば、電流変化に依らず電路電圧の波形変化からコード短絡を検出するため、負荷の突入電流や過負荷による大電流を考慮する必要が無くなり、ヒゲコード短絡程度の小さなコード短絡であっても精度良く検出することが可能となる。
また、本発明のコンセント装置によれば、コード短絡が発生したら電路を遮断してコンセント出力を停止するので、コード短絡による火災発生を確実に防止できる。

本発明に係るコンセント装置の一例を示す回路図である。図１のコード短絡検出回路の要部波形図であり、（ａ）は整流回路の出力波形、（ｂ）はウインドコンパレータ回路出力波形、（ｃ）は積分回路出力波形、（ｄ）はワンショットパルス回路出力を示している。ヒゲコード短絡発生時の電路電圧波形を示す図である。

以下、本発明を具体化した実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明に係るコンセント装置の一例を示す回路図であり、１はコンセント装置、２は商用電源、３はテレビや暖房器具等の負荷、４はコンセント、Ｌ１は商用電源２からコンセント装置１に至る電路、Ｌ２はコンセント４に接続されたプラグ（図示せず）から負荷３に至る負荷電路である。このコンセント装置１は通常は壁面に埋設設置して使用される。

コンセント装置１は、図１に示すように商用電源２が接続された電路Ｌ１を接続する電源接続部からコンセント４に至る電路Ｌ３上に設けた開閉接点１２、開閉接点１２を開動作させるプランジャ１３ａを備えた電磁コイル１３、電磁コイル１３を駆動するための出力回路１４、コード短絡を検出するコード短絡検出回路１５を備えている。

コード短絡検出回路１５は、電路Ｌ３を流れる商用電力の電圧波形を全波整流して絶対値化する整流回路１６、コード短絡検出回路の各部に電源を供給する電源回路１７、整流された電圧波形を特定の２値と比較するウインドウコンパレータ回路（以下、単にコンパレータ回路とする）１８、コンパレータ回路１８の出力波形を成形する波形成形回路１９、波形成形回路１９の出力波形を積分する積分回路２０、積分回路２０の出力を所定の閾値と比較する比較回路２１、比較回路２１の出力を受けてパルス信号を出力するワンショットパルス回路２２を備えている。

以下、このコード短絡検出回路１５の動作を具体的に説明する。まず、コンパレータ回路１８は整流した電圧波形を予め設定した特定の２値（高い方の第１固定値ＥＨ、及び低い方の第２固定値ＥＬの２値）と比較し、この２つの固定値の間に電路電圧の瞬時値がある間は特定の信号を出力するよう構成されている。
図２はコード短絡検出回路１５の要部の波形を示し、この図２を参照して説明する。コンパレータ回路１８には電路電圧が分圧されて入力され、例えば１０分の１に分圧された電圧が入力される。その結果、波高値約１４ボルトの電圧が入力されることになる。この値の電圧に対しては、例えばＥＨ＝５ボルト、ＥＬ＝１ボルトに設定される。図２（ａ）は、このように設定されたコンパレータ回路１８における電路Ｌ３の電圧波形と特定の２値ＥＨ，ＥＬとの関係を示している。

上述したように、ヒゲコード短絡が発生すると、図３のＳで示す様な切り欠き部を有する電圧波形となる。この波形の特徴から、瞬時値が数ボルトから波高値の約５０％となる７０ボルト程度の間に数ｍｓ留まると見ることができる。この特徴が突入電流等の過電流発生時の電圧波形と大きく異なる点であり、本発明ではこの特徴的な波形の発生を検出することで小さなコード短絡であるヒゲコード短絡を検出して電路を遮断するものである。

特定の２値は、電路電圧の波高値に対して所定の割合で設定し、第１固定値ＥＨは約５０％以下（電路電圧の波高値が約１４０Ｖであれば７０Ｖ以下）、第２固定値ＥＬは３％以上（電路電圧の波高値が約１４０Ｖであれば４Ｖ以上）で設定する。
尚、この範囲は更に限定しても良く、第１固定値ＥＨ＝５０Ｖ、第２固定値ＥＬ＝１０Ｖとしても良好にコード短絡を検出できる。

波形成形回路１９は、コンパレータ回路１８の出力を受けて瞬時電圧値が第１固定値ＥＨと第２固定値ＥＬの間にある場合「Ｈ」の信号を出力する。図２（ｂ）はこの出力を示し、監視する電路Ｌ３の電圧波形が正常な正弦波である間はＴ１に示す幅の狭い（時間の短い）一定の信号を出力するが、コード短絡発生時はＴ２に示すような幅の広い（時間の長い）信号が出力される様子を示している。

積分回路２０は、波形成形回路１９が出力する「Ｈ」の信号である矩形波を積分して図２（ｃ）に示すような波形の信号Ｍを出力する。図２（ｃ）に示すように、正常時の正弦波に対してはピーク値の小さい波形Ｍ１を出力するが、コード短絡により発生するＴ２の矩形波を受けてＭ２に示すように大きなピーク値の波形が出力される。

比較回路２１は、積分回路２０の出力を所定の閾値Ｔｈと比較し、閾値Ｔｈを越えたら図２（ｄ）に示すように信号Ｎを出力する。図２（ｄ）に示すように、通常の正弦波の場合は達することが無く、図３のＳに示すような歪みが発生したら達するような特定の値に閾値Ｔｈは設定されている。コード短絡時の矩形波Ｔ２の積分値Ｍ２を受けて信号Ｎを出力する。こうして、「Ｈ」の信号の時間幅が一定時間を越えた場合を検出している。

ワンショットパルス回路２２は、比較回路２１の出力Ｎを受けて出力回路１４を起動させるパルス信号を出力する。出力回路１４はこの信号を受けて電磁コイル１３を駆動し、プランジャ１３ａが引き外し動作する。その結果、開閉接点１２は開動作し、負荷３への電力の供給は停止される。

このように、電流変化に依らず電路電圧の波形変化からコード短絡を検出するため、負荷３の突入電流や過負荷による大電流を考慮する必要が無くなり、コード短絡を精度良く検出することが可能となる。また、ヒゲコード短絡が発生した場合の特徴的な電圧波形の変化を検出するため、ヒゲコード短絡程度の小さなコード短絡であってもコード短絡発生と判定できる。
また、コード短絡が発生したらそれを検知して電路を遮断してコンセント出力を停止するので、コード短絡による火災発生を確実に防止できる。

尚、上記実施形態は、コード短絡検出回路１５をコンセントに設けた場合を説明したが、分岐ブレーカ等の回路遮断に内蔵させても良いし、コンセントに接続して使用されるタップコンセントに内蔵させても良い。
また、コンセントに遮断機能を設けてコンセント装置とし、電路を遮断する構成としているが、コード短絡が発生したら音やＬＥＤの発光で通知する構成としても良い。

１・・コンセント装置、２・・商用電源、３・・負荷、４・・コンセント、１２・・開閉接点、１３・・電磁コイル、１４・・出力回路、１６・・整流回路、１８・・ウインドウコンパレータ回路（特定歪み検出回路）、１９・・波形成形回路、２０・・積分回路、２１・・比較回路（時間判定回路）、２２・・ワンショットパルス回路、ＥＨ・・第１固定値、ＥＬ・・第２固定値、Ｔｈ・・閾値。

Claims

負荷へ商用電力を供給する電路の電圧波形を入手して絶対値化する整流回路と、整流された電圧波形から特定の波形歪みを検出する特定歪み検出回路と、検出した歪み情報を基にコード短絡の発生を判定する判定回路とを有し、
前記特定歪み検出回路は、商用電圧の波高値を下回る特定の２値と、前記絶対値化した電圧の瞬時値とを比較し、瞬時値が前記特定の２値の間にある間は一定の信号を出力し、
前記判定回路は、前記特定歪み検出回路が出力する信号が所定の時間継続されたらコード短絡発生と判定することを特徴とするコード短絡検出回路。
前記特定の２値のうち、大きい方の値は７０Ｖ以下の電圧値で設定され、小さい方の値は４Ｖ以上の電圧値で設定されることを特徴とする請求項１記載のコード短絡検出回路。
負荷が接続されるコンセントと、前記コンセントに商用電力を供給するための電路と、前記電路上に設けられて電路の開閉を行う開閉手段と、前記開閉手段を開動作させる遮断手段と、請求項１又は２に記載のコード短絡検出回路と、前記コード短絡検出回路が出力するコード短絡発生信号を基に前記遮断手段を駆動する出力回路とを有することを特徴とするコンセント装置。