JP2020118521A

JP2020118521A - アーク検出装置

Info

Publication number: JP2020118521A
Application number: JP2019009018A
Authority: JP
Inventors: 佐藤　明; Akira Sato; 佐藤　　明; 崇宏金田; Takahiro Kaneda
Original assignee: Sanken Electric Co Ltd
Current assignee: Sanken Electric Co Ltd
Priority date: 2019-01-23
Filing date: 2019-01-23
Publication date: 2020-08-06

Abstract

【課題】スイッチングに伴う高周波成分が重畳された正弦波状の出力電流からアーク放電が発生した際に生じる高周波成分のみを抽出することができるアーク検出装置を提供する。【解決手段】スイッチングに伴う高周波成分が重畳された正弦波状の出力電流を用いて直列に接続された複数の負荷を駆動する航空灯火システム１で発生するアークを検出するアーク検出装置１０であって、定電流交流電源装置２からの出力電流を監視する出力電流監視用変流器ＣＴ１の２次出力線７に設けられ、定電流交流電源装置２でのスイッチングに伴う高周波成分を除去又は減衰させるアーク検出用変流器ＣＴ３と、アーク検出用変流器ＣＴ３の２次出力線２１から出力される高周波電流信号に基づいてアークを検出するアーク検出部（高速ウインドウコンパレータ１１、パルス引延し回路１２、マイコン６）とを備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、アーク放電を検出するアーク検出装置に関する。

導体の断線や接続不良等によっても発生するアーク放電を検出する装置が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。特許文献１では、接点アークを特徴づけるパターンでライン電圧又は負荷電流上の高周波雑音を監視することで、接点アークの存在に応答して出力を生成している。また、特許文献２では、電流センサーによって検出した信号は帯域フィルタを通過させ、リセット可能な積分器に入力し、積分器の出力に基づいてアーク発生を検出している。
（例えば、特許文献２参照）。

特表平０８−５０２８１８号公報特開２００３−１３９８１４号公報

しかしながら、航空灯火システムのように定電流を用いて直列に接続された複数の灯火（負荷）を駆動しなければならないシステムには、従来技術を適用することが困難である。すなわち、高周波スイッチングの電力変換器は、高周波スイッチングの電力変換器で構成され、出力電流は、正弦波状にされ、高周波成分が重畳されているため、アーク放電が発生した際に生じる高周波高周波成分数成分のみを抽出することが困難であった。

本発明の目的は、従来技術の上記問題を解決し、スイッチングに伴う高周波成分が重畳された正弦波状の出力電流からアーク放電が発生した際に生じる高周波成分のみを抽出することができるアーク検出装置を提供することにある。

本発明のアーク検出装置は、スイッチングに伴う高周波成分が重畳された正弦波状の出力電流を用いて直列に接続された複数の負荷を駆動するシステムで発生するアークを検出するアーク検出装置であって、前記出力電流を監視する出力電流監視用変流器の２次出力線に設けられ、前記スイッチングに伴う高周波成分を除去又は減衰させるアーク検出用変流器と、前記アーク検出用変流器の２次出力線から出力される高周波電流信号に基づいてアークを検出するアーク検出部と、を具備することを特徴とする。

本発明によれば、スイッチングに伴う高周波成分を除去又は減衰させることができるため、スイッチングに伴う高周波成分が重畳された正弦波状の出力電流からアーク放電が発生した際に生じる高周波成分のみを抽出することができるという効果を奏する。

本発明に係るアーク検出装置が設けられた航空灯火システムの構成を示す図である。図１に示すアーク検出用変流器の構成を示す斜視図である。

以下、図を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、以下の実施の形態において、同様の機能を示す構成には、同一の符号を付して適宜説明を省略する。

本実施の形態のアーク検出装置１０は、定電流を用いて直列に接続された複数の負荷を駆動するシステム、例えば、図１に示す航空灯火システム１に備えられる。

航空灯火システム１は、商用交流電源などの外部交流電源ＡＣに電気的に接続された定電流交流電源装置２と、定電流交流電源装置２に直列に接続された複数の灯器３とを備えている。

定電流交流電源装置２は、外部交流電源ＡＣをコンバータにより交流から直流に変換し、高周波スイッチング素子を使用した電力変換器であるインバータにより直流から交流に変換し、高電圧の定電流を航空灯火の負荷である灯器３に出力電流として供給する。定電流交流電源装置２から出力される出力電流は、正弦波状で、高周波スイッチングに伴う高周波成分が重畳されている。

定電流交流電源装置２からの出力電流が流れる電力線４は、閉ループを形成され、灯器３の台数分のトランス５が直列接続されている。トランス５は、灯器３への電源供給用トランスであり、２次側に灯器３が接続される。

灯器３の接続には、プラグが用いられ、プラグが抜けかかると、プラグ間でアーク放電が発生し、正弦波状の出力電流にアーク放電に起因する高周波成分が重畳される。

そこで、アーク検出装置１０は、アーク放電に起因する高周波成分を定電流交流電源装置２の出力電流から検出することで、アーク放電を検出する

アーク検出装置１０は、アーク検出用変流器ＣＴ３と、高速ウインドウコンパレータ１１と、パルス引延し回路１２と、マイコン６とで構成される。

なお、電力線４は、出力電流を監視する出力電流監視用変流器ＣＴ１を通して配線されている。そして、出力電流監視用変流器ＣＴ１の２次出力線７は、出力電流計測用変流器ＣＴ２を通して配線され、出力電流計測用変流器ＣＴ２の出力がマイコン６に入力されている。これにより、マイコン６は、過電流等の出力電流の異常を検出することができる。

アーク検出用変流器ＣＴ３は、図２に示すように、トロイダルコア２０と、トロイダルコア２０に２次出力線２１とで構成され、高周波成分のみが出力される高周波変流器（サーチコイル）として機能し、高周波電流信号の一次導関数を発生させる。

トロイダルコア２０の中空部には、出力電流監視用変流器ＣＴ１の２次出力線７が貫通され、２次出力線２１は、トロイダルコア２０に５０ターン以上巻き回されている。これにより、出力電流監視用変流器ＣＴ１の２次出力線７からは、外部交流電源ＡＣの基本周波数成分（５０／６０Ｈｚ）、及び定電流交流電源装置２のスイッチング周波数（例えば、１０ＫＨｚ成分）が除去又は減衰された高周波電流信号が出力される。

高速ウインドウコンパレータ１１は、アーク検出用変流器ＣＴ３から出力される高周波電流信号を基準電圧と比較し、高周波電流信号が基準電圧以上になると、ハイレベルとなる出力パルスをアーク検出信号として出力する。すなわち、高速ウインドウコンパレータ１１は、アーク放電に起因する高周波成分を抽出可能な応答時間を有している。なお、アーク検出用変流器ＣＴ３から出力される高周波電流信号は、外部交流電源ＡＣの基本周波数成分（５０／６０Ｈｚ）、及び定電流交流電源装置２のスイッチング周波数（例えば、１０ＫＨｚ成分）が除去又は減衰されている。従って、高速ウインドウコンパレータ１１では、アーク放電に起因する高周波成分のみを検出してアーク検出信号として出力することができる。

パルス引延し回路１２は、高速ウインドウコンパレータ１１からの出力パルスであるアーク検出信号をマイコン６のサンプリング間隔以上に引延してマイコン６に入力する。

マイコン６は、アーク検出信号の入力を監視し、アーク検出信号が入力される毎、すなわちアークに起因する高周波成分が検出される毎にカウンター（初期値＝０）の値をカウントアップする。そして、マイコン６は、カウントアップしたカウンターの値が予め設定された閾値に到達すると、アークの発生を検出し、図示しない出力部（ランプやブザー）からアーク警告を出力する。また、マイコン６は、アーク検出信号の入力、すなわちアークに起因する高周波成分の検出が所定時間ない場合、カウンターの値をカウントダウンさせることで、アークの誤検出を防止している。

以上説明したように、本実施の形態によれば、スイッチングに伴う高周波成分が重畳された正弦波状の出力電流を用いて直列に接続された複数の負荷を駆動する航空灯火システム１で発生するアークを検出するアーク検出装置１０であって、定電流交流電源装置２からの出力電流を監視する出力電流監視用変流器ＣＴ１の２次出力線７に設けられ、定電流交流電源装置２でのスイッチングに伴う高周波成分を除去又は減衰させるアーク検出用変流器ＣＴ３と、アーク検出用変流器ＣＴ３の２次出力線２１から出力される高周波電流信号に基づいてアークを検出するアーク検出部（高速ウインドウコンパレータ１１、パルス引延し回路１２、マイコン６）とを備えている。
この構成により、スイッチングに伴う高周波成分を除去又は減衰させることができるため、スイッチングに伴う高周波成分が重畳された正弦波状の出力電流からアーク放電が発生した際に生じる高周波成分のみを抽出することができる。

さらに、本実施の形態において、アーク検出用変流器ＣＴ３は、中空部に出力電流監視用変流器ＣＴ１の２次出力線７が貫通されたトロイダルコア２０を具備し、アーク検出用変流器ＣＴ３の２次出力線２１は、トロイダルコア２０に５０回以上巻き回されている。
この構成により、簡単な構成でスイッチングに伴う高周波成分を除去又は減衰させることができる。

さらに、本実施の形態において、マイコン６は、高速ウインドウコンパレータ１１によってアークに起因する高周波成分が検出される毎に、カウンターの値をカウントアップすると共に、高速ウインドウコンパレータ１１によってアークに起因する高周波成分の検出が所定時間ない場合、カウンターの値をカウントダウンし、カウンターの値が予め設定された閾値に到達すると、アークの発生を検出する。
この構成により、アークの誤検出を防止し、アークの発生を正確に検出することができる。

以上、本発明を具体的な実施形態で説明したが、上記実施形態は一例であって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更して実施できることは言うまでもない。

１航空灯火システム
２定電流交流電源装置
３灯器
４電力線
５トランス
６マイコン
７２次出力線
１０アーク検出装置
１１高速ウインドウコンパレータ
１２パルス引延し回路
２０トロイダルコア
２１２次出力線
ＣＴ１出力電流監視用変流器
ＣＴ２出力電流計測用変流器
ＣＴ３アーク検出用変流器

Claims

スイッチングに伴う高周波成分が重畳された正弦波状の出力電流を用いて直列に接続された複数の負荷を駆動するシステムで発生するアークを検出するアーク検出装置であって、
前記出力電流を監視する出力電流監視用変流器の２次出力線に設けられ、前記スイッチングに伴う高周波成分を除去又は減衰させるアーク検出用変流器と、
前記アーク検出用変流器の２次出力線から出力される高周波電流信号に基づいてアークを検出するアーク検出部と、を具備することを特徴とするアーク検出装置。
前記アーク検出用変流器は、中空部に前記出力電流監視用変流器の２次出力線が貫通されたトロイダルコアを具備し、
前記アーク検出用変流器の２次出力線は、前記トロイダルコアに５０回以上巻き回されていることを特徴とする請求項１記載のアーク検出装置。
前記アーク検出部は、アークに起因する高周波成分を検出する毎にカウンターの値をカウントアップすると共に、アークに起因する高周波成分の検出が所定時間ない場合、前記カウンターの値をカウントダウンし、前記カウンターの値が予め設定された閾値に到達すると、アークの発生を検出することを特徴とする請求項１記載のアーク検出装置。