JP2516374B2 - 電気スパ−クによる災害の防止装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電気配線における絶縁の劣化または鼠等の
小動物による食害により、電気配線間でスパークが発生
することによる火災等を未然に防止するための電気スパ
ークによる災害の防止装置に係り、特に高透磁率で且つ
残留磁気および保磁力が共に小さく、しかも起磁力と磁
束密度が比例関係を有するよう製作されたコバルト系ア
モルファスコア等を用いて構成した、電気スパークによ
る信号の検出部をもつ電気スパークによる災害の防止装
置に関するものである。

〔従来の技術〕

電気スパークによる災害の防止装置としては、従来、
大地に対して漏電を伴なうものについては漏電遮断器、
電気火災警報器が使用され、短絡電流等の大電流を伴な
うものについてはヒューズ，ノーヒューズブレーカーな
どの過負荷遮断器が使用されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の電気スパークによる災害の防止装置は、いずれ
も平行配線の間のギャップをもった比較的小さいスパー
ク電流では動作しない。

一方、近年においてVAケーブルが普及するにつれて、
屋内配線における鼠の食害に基づく家屋の火災が増加
し、その防止対策が急務となっている。

本発明はこのような従来技術の問題点を解決しようと
するものであって、高透磁率であって、低周波数から高
周波数域まで透磁率がほぼ一定であって、残留磁機およ
び保磁力が共に小さく且つＢ−Ｈカーブが線形であるよ
うに作成された例えばコバルト系アモルファスコアを具
えとコイルと、コンデンサ等の回路インピーダンス素子
のみで構成された検知部を有する電気スパークによる災
害の防止装置であって、平行配線の間のギャップをもっ
た比較的小さいスパーク電流などでも動作して電気火災
等の災害を未然に防止出来る小型、軽量、且つ安価な電
気スパークによる災害の防止装置を提供することを目的
とするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の電気スパークによる災害の防止装置は、第１
図に示すような原理的構成を具えている。

１および２はそれぞれコイルであって、高透磁率であ
り、低周波数から高周波数域に至るまでの透磁率がほぼ
一定であって、残留磁気および保磁力がともに小さく且
つＢ−Ｈカーブが線形の磁気特性を有するコア1A,2Aを
具えている。

３はコンデンサ，抵抗，リアクトル，半導体素子等を
単独または組み合わせて構成したコンデンサ回路であ
る。

４は電気スパークに基づく信号を含む被検出電源電流
を流す主回路を示す。

５は主回路との間における電圧を利用すべき他の電源
線である。

11,12はそれぞれコイル１の一次巻線であって巻線数
が同一であり、且つ巻線11の巻き始め端子11−ａから巻
き終り端子11−ｂへ、巻線12の巻き終り端子12−ｂから
巻き始め端子12−ａへ向けて電流を流した場合、コア1A
に対して差動接続となる様に巻かれている。

13はコイル１の二次巻線である。

21はコイル２の一次巻線である。

22はコイル２の二次巻線である。

11−ａはコイル１の一次巻線11の巻き始め端子、11−
ｂは同じく巻き終り端子である。

12−ａはコイルの一次巻線12の巻き始め端子、12−ｂ
は同じく巻き終り端子である。

21−a,21−ｂは、コイル２の一次巻線21の端子であ
る。

22−a,22−ｂは、コイル２の二次巻線22の端子であ
る。

端子11−ｂと21−a,12−ｂと21−ｂとは外部配線によ
り接続され、またコンデンサ回路３は端子11−ｂと12−
ａとの間に接続されている。

端子11−ａと12−ａは主回路４の一部としてこれと直
列に接続される。

そして電気スパークに基づく高周波信号出力はコイル
１の二次巻線13の両端子13−a,13−ｂに得られ、また負
荷電流や短絡電流等の低周波信号出力はコイル２の二次
巻線22の両端子22−a,22−ｂから得られる。

〔作用〕

主回路４に、負荷電流および短絡電流の基本波とその
高調波と、絶縁物の劣化または鼠の食害等によるスパー
ク電流、キック状のパルス電流が重畳された電流が流れ
たとき、コイル１の一次巻線11には主回路の全電流が流
れるが、コイル１の一次巻線12には主回路の全電流から
コンデンサ回路３を流れる電流をベクトル的に差し引い
た電流が流れる。この電流はコイル２の一次巻線21を直
列に流れる。

この際コア1Aの起磁力は、一次巻線11の電流による起
磁力と一次巻線12の電流による起磁力のベクトル合成と
なるが、巻線11を流れる電流と巻線12を流れる電流の方
向は巻線の巻き始め，巻き終りに対して互いに逆方向で
あるので、コア1Aの起磁力は一次巻線11の電流による起
磁力と一次巻線12の電流による起磁力のベクトル差とな
る。コイル１の二次巻線13には、コア1Aの起磁力変化の
起因する電圧が発生する。

また、コア2Aの起磁力は主回路全電流からコンデンサ
回路３を流れる電流をベクトル的に差し引いた電流に起
因し、その起磁力変化に起因する電圧がコイル２の二次
巻線22に発生する。

したがって、コア1Aおよびコア2Aの寸法，形状，巻線
数等の磁気回路の選定、コンデンサ回路３の種類，特性
定数等の選定を適切に行うことにより、主回路電流に重
畳された高周波またはパルス状であるスパーク電流の信
号要素をコイル１の二次巻線13から、また負荷電流およ
び短絡電流の信号をコイル２の二次巻線22から、弁別さ
れた電圧信号として得ることができる。

〔実施例〕

第２図は本発明の電気スパークによる災害の防止装置
の一実施例の構成を示したものであって、単相回路への
適用の場合を示す。100および200はコバルト系アモルフ
ァス合金で作製された高透磁率でしかも低周波数から高
周波数域に至るまでほぼ一定の透磁率をもち、且つフラ
ットなヒステリシス特性をもつコアであり、例えばバク
ームシュメルツェ社の製品であるVATROVAC−6025F等を
使用する。コア100には一次巻線101,102が共に１ターン
貫通しており、また信号検出用の二次巻線103が施され
て、コイル104を構成している。コア200には、一次巻線
201と二次巻線202と三次巻線203が施されて、コイル204
を構成している。Ｃはコンデンサ回路を構成するコンデ
ンサ素子である。また300は、外部からの雑音信号の侵
入を防ぐための磁気シールド筐体である。

401は電源,402はブレーカ、403は負荷であって、ブレ
ーカ402,負荷403の間に主回路４と他の電源線５が接続
されている。

いま、主回路４と他の電源線５との間における故障点
404においてスパークが生じたとし、これによって主回
路電流i_Iが故障点の短絡電流iSおよび負荷電流i_Lの商用
周波電流と、スパーク電流の高周波成分およびキック状
電流の成分の合成であるi_Pが重畳されたものであると
き、コイル104の一次巻線101には主回路電流i_Iが流れ
る。コイル204の一次巻線201は高周波電流に対しては誘
導リアクタンスが大きく、低周波電流に対しては誘導リ
アクタンスが小さく作用し、また、コンデンサＣは高周
波電流に対しては容量リアクタンスが小さく、低周波電
流に対しては容量リアクタンスが大きく作用するため、
高周波電流i_PはコンデンサＣに流れ、低周波電流（i_S＋
i_L）はコイル204の一次巻線201を通じてコイル104の一
次巻線102に流れる。

したがって、コア100の起磁力は低周波電流（i_S＋
i_L）に起因する要素は打ち消されて高周波電流i_Pに起因
する要素のみとなり、コイル104の二次巻線103から高周
波電流ｉに起因する信号電圧e_Pを得ることができる。

同様に、コイル204の二次巻線202からは、低周波電流
（i_S＋i_L）に起因する信号電圧e_Zを得ることができる。

なお主回路電流が大きくコア100またはコア200が磁気
飽和を起すおそれのある場合には、それぞれのコアに三
次巻線を施して適切なインピーダンスを接続すればよ
く、こうすればそれぞれのコアの寸法を大きく選定する
必要はない。第２図において三次巻線203とインピーダ
ンスＺはこのような対策を示したものである。

この場合三次巻線を施さないで、二次巻線103または2
02に適切なインピーダンスを接続しても、同様な効果を
得ることができる。

第３図は、主回路電流i_I,低周波電流（i_S＋i_L）に起
因する検出信号電圧e_Z,高周波電流i_Pに起因する検出信
号電圧e_Pの時間的変化の関係を示したものである。

第４図は、第３図の基本原理で構成した電気スパーク
による災害の監視装置への適用例を示したものである。
同図において、Ｚは負荷電流等の低周波電流が大となっ
た場合のコアの磁気飽和を防止するためのインピーダン
スであって、コイル204の三次巻線203に挿入されてい
る。500は本発明による検出部であって、501,502は第２
図に示された実施例における高周波電流i_Pに起因する信
号電圧e_Pを得る端子、503,504は低周波電流（i_S＋i_L）
に起因する信号電圧e_Zを得る端子である。

600は信号受信装置であって、放電パルス波入力回路6
01,基本波および高調波入力回路602,増幅器603,604,論
理積回路605,計数回路606,クロック回路607,時間設定回
路608,出力回路609を具えている。また405はブレーカー
トリップ機構であって、出力回路609の出力によって動
作する。

信号受信装置600は、検出部500より放電パルスに起因
するパルス電圧e_Pを放電パルス波入力回路601を経て取
り込み、また負荷電流または短絡電流に起因する信号電
圧e_Zを基本波および高調波入力回路602を経て取り込
む。パルス電圧e_Pおよび信号電圧e_Zはそれぞれ増幅器60
3,604で増幅されたのち、論理積回路605に加えられる。

論理積回路605以下の回路は、負荷の投入または遮断
時等において瞬時的に発生するパルスによる誤動作を防
止するため、次のような動作を行う。

論理積回路605は増幅器603,604の出力の積を演算す
る。計数回路606は所定時間間隔内のパルス出力の計数
を行って、所定値を超えたとき出力を発生する。計数回
路606における所定時間間隔の設定は、クロック回路607
の基準クロックを時間設定回路608で計数することによ
って、予め設定される。

出力回路609は計数回路606の出力発生時、ブレーカ40
2のトリップ機構405に対して遮断信号を発生する。これ
によってブレーカ402が遮断されて、故障点404が電源40
1から切り離される。

本装置によれば、簡単な構成で信頼度の高い災害防止
が可能となり、特に鼠の食害による電線露出部への鼠の
唾液や尿等が掛かった状態に於ける微小スパークにより
電線の被覆が燃焼，炭化し，着火することに起因する家
屋の火災を未然に防止することができる。

第５図は、第４図に構成に漏電検出部と過負荷検出部
を付加した適用例を示したものであって、主回路４と他
の電源線５とに対して零相変流器406が設けられてい
て、主回路４と電源線５とは変流器406のコア407を同一
方向に貫通している。

610は零相電流入力回路であって、零相変流器406の二
次間線408の出力が接続される。611,612はレベル設定回
路、613は論理和回路である。ブレーカ402のトリップ機
構405は、論理和回路613の出力によって動作し、ブレー
カ402をトリップする。

漏電が発生すると、零相変流器406の二次巻線408に漏
電電流に起因する電圧が誘起される。この電圧は零相電
流入力回路610で波形整形と増幅を行われ、レベル設定
回路611で予め設定されているレベル以上であることを
検出されたとき、漏電検知の表示を行うとともに、論理
和回路613に対して出力を発生する。これによって論理
和回路613はブレーカ402のトリップ機構405に対して遮
断信号出力を発生するので、ブレーカ402が遮断して漏
電箇所が電源401から切り離される。

また過負荷が生じた場合には、第４図に示された検出
部500を経て基本波および高調波入力回路602から出力が
発生し、この出力がレベル設定回路612において予め設
定されているレベルを超えたとき、過負荷検知の表示を
行うとともに、論理和回路613に対して出力を発生す
る。これによって論理和回路613を介してブレーカ402の
トリップ機構405に遮断信号出力が与えられるので、ブ
レーカ402が遮断して過負荷箇所が電源401から切り離さ
れる。

このように第５図の装置では電気スパークによる災害
保護に加えて、漏電検知保護，過負荷保護を行うことが
できるので、これらを別々に設置する場合に比べ、プリ
ント基板，制御電源回路，出力回路，表示回路およびこ
れらを収納する筐体を共通に構成することができ、小
型，軽量，安価に製作することができる。

第２図の構成で、コア100および200の前記したコバル
ト系アモルファスコアであるバクームシュメルツェ社の
VATROVAC−6025Fを使用した場合で、電気スパーク電流
の高周波分の信号レベルをS,負荷電流等の信号レベルを
Ｎとした場合、S/N比120dB程度は容易に得ることができ
る。

このように、簡単な構成で大きいS/N比をもつ電気ス
パークによる災害の防止装置を安価で且つ小型軽量に得
ることができる。

上述のコバルト系アモルファス合金は、コバルト（C
o），鉄（Fe），珪素（Si），硼素（Ｂ），モリブデン
（Mo），ニッケル（Ni）からなり、式 Co a Fe b Si c B d Mo e Ni f 但しａ〜ｆは各成分元素の原子百分率を示し、 ａ＝50〜90,b＝１〜10,c＝５〜20,d＝０〜20,e＝０〜
20 ｆ＝１〜５であって、 ａ〜ｆの和を100とする。

で表されるものである。

コア100および200は、このコバルト系アモルファス合
金からなるリボンを多数回巻回して、例えばリング状に
成型したトロイダルコアからなるものである。このコバ
ルト系アモルファス合金トロイダルコアはリング状に成
型したのち、温度150〜450℃で５〜180分間熱処理を行
うことによって所望の透磁率を得ることができる。なお
熱処理は直流磁界または交流磁界中で行われることが性
能を均一化する上で望ましく、さらに窒素雰囲気中で行
うことによって、より安定した性能を得ることができる
ものである。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明の電気スパークによる災害
の防止装置によれば、現状では防止が困難とされている
鼠の食害等による、微小な電気スパークに起因する家屋
の火災を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の電気スパークによる災害の防止装置の
原理的構成を示す図、 第２図は本発明の電気スパークによる災害の防止装置の
一実施例を示す図、 第３図は主回路電流i_I,低周波電流（i_S＋i_L）に起因す
る検出信号電圧e_Z,高周波電流i_Pに起因する検出信号電
圧e_Pの時間的変化の関係を示す図、 第４図は第３図の基本原理で構成した電気スパークによ
る災害の防止装置への適用例を示す図、 第５図は第４図の構成に漏電検出部と過負荷検出部とを
付加した適用例を示す図である。 100……コア 101,102……一次巻線 103……二次巻線 104……コイル 200……コア 201……一次巻線 202……二次巻線 203……三次巻線 204……コイル 300……磁気シールド筺体 400……電力ケーブル 401……電源 402……ブレーカ 403……負荷 404……故障点 405……トリップ機構 406……零相変流器 407……コア 408……二次巻線 500……検出部 501〜504……端子 600……信号受信装置 601……放電パルス波入力回路 602……基本波および高調波入力回路 603,604……増幅器 605……論理積回路 606……計数回路 607……クロック回路 608……時間設定回路 609……出力回路 611,612……レベル設定回路 613……論理和回路

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】起磁力と磁束密度とが比例関係を有するコ
   アに対して巻線数が同一であり、且つ巻線（11）の巻き
   始め端子（11−ａ）から巻き終り端子（11−ｂ）へ、巻
   線（12）の巻き終り端子（12−ｂ）から巻き始め端子
   （12−ａ）へ向けて電流を流した場合、コア1Aに対して
   差動接続となる様に巻かれた２個の一次巻線（11），
   （12）と二次巻線（13）とを施してなる第１のコイル
   （１）と、 起磁力と磁束密度とが比例関係を有するコアに対して、
   一次巻線（21）と二次巻線（22）とを施してなる第２の
   コイル（２）と、 コンデンサ回路（３）とを具え、 第１のコイル（１）の一次巻線（11）の巻き終り端子
   （11−ｂ）と一次巻線（12）の巻き終り端子（12−ｂ）
   に第２のコイル（２）の一次巻線（21）の端子（21−
   ａ），（21−ｂ）が接続され、第１のコイル（１）の一
   次巻線（11）の巻き終り端子（11−ｂ）と一次巻線（1
   2）の巻き始め端子（12−ａ）とにコンデンサ回路
   （３）が接続されていて、 第１のコイル（１）の一次巻線（11）の巻き始め端子
   （11−ａ）を電源側、一次巻線（12）の巻き始め端子
   （12−ａ）を負荷側となる様に任意の電源線に負荷に対
   して直列に接続したとき、該電源線（４）と他の任意の
   電源線（５）との間に電圧を利用する回路において該電
   圧によるスパークが発生した場合に、第１のコイル
   （１）の二次巻線（13）の両端子（13−ａ），（13−
   ｂ）または第２のコイル（２）の二次巻線（22）の両端
   子（22−ａ），（22−ｂ）から、前記両電源線間のスパ
   ークに基づく信号を得ることを特徴とする電気スパーク
   による災害の防止装置。
2. 【請求項２】前記コイル（１），（２）を形成するコア
   がコバルトを主成分とするアモルファス合金で作製され
   たものであることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の電気スパークによる災害の防止装置。