JP3302948B2 - 電流波形の統計判定方式を用いたコード・プラグの絶縁劣化検出装置の絶縁劣化判定方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コード・プラグに
生じた絶縁劣化部に流れる絶縁劣化特有の電流を検出し
た場合、その電流値から計算した絶縁劣化の進行度に合
わせて警報または遮断信号を出力する絶縁劣化検出方法
に関するものである。

【０００２】近年、電気火災は漸増傾向にある。このう
ちコード・プラグなどの電源コードからの火災が約１／
４を占めており、不適切な維持管理のために絶縁劣化
し、短絡・発火に至ったものと考えられている。ＯＡ機
器、クーラー等の電気機器の増加が著しい中、コンセン
トに接続して使用されるが電気製品の数量、負荷容量が
増加し、電源コードから発生する電気火災は今後も増加
する可能性がある。

【０００３】

【従来の技術】そこで、このような電気火災を未然に防
ぐために例えば図１に示すような絶縁劣化検出装置が考
案された。すなわち、絶縁劣化発生時に電流検出センサ
ー部１の出力電流波形から、フィルター部２で絶縁劣化
特有の高周波パルス電流を取り出して、パルス発生部１
４で一定時間の幅をもたせたパルス電圧に変換した後、
単位時間当たりのパルス電圧の継続時間が閾値を越えた
かどうか遮断判定部１０で判定し、閾値を越えた場合、
遮断判定部１０は遮断信号を出力して、遮断出力部１２
は遮断判定部１０の遮断信号をもとに遮断用の電圧を出
力してブレーカ１３を遮断する絶縁劣化検出装置であ
る。

【０００４】

【従来の技術課題】しかし、上に示した従来の技術から
なる装置では、以下に示すような不都合があった。

【０００５】絶縁劣化が発生していなくても、インバー
タ回路等の組み込まれている家電機器等の負荷電流波形
に高周波の電流が重畳していれば、絶縁劣化と判断して
誤動作するため実用化が困難であった。

【０００６】

【課題を解決しようとする課題】そこで、本発明は、係
る事由に鑑みてなされたもので、絶縁劣化時に発生する
高周波の電流と、家電機器の負荷電流波形に含まれる高
周波の電流を区別することによって、初期の絶縁劣化発
生を検出した時に警報信号を出力し、絶縁劣化の進行を
検出した時に遮断信号を出力するという絶縁劣化判定方
法を提供することを課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに請求項１は、電路を流れる電流を電圧信号に変換し
て、その電圧信号を出力する電流検出センサー部と、前
記電圧信号から高周波信号の成分のみ出力するフィルタ
ー部と、前記高周波電圧信号を数ｍ秒以下の時間幅毎に
デジタル電圧値に変換するＡ／Ｄコンバータ部と、電路
の電圧を検出する電圧センサー部と、前記電圧センサー
部の出力信号を位相信号に変換する電圧変換部と、前記
デジタル電圧値と前記位相信号から複数の領域毎の度数
を積算する特徴量抽出部と、前記複数の領域毎の度数か
ら絶縁劣化の進行度合を絶縁劣化値に数値化する推論部
と、絶縁劣化値から劣化積算値を積算する絶縁劣化積算
部と、劣化積算値の大きさから警報判断する判定部と、
判定部の判定出力をうけて警報を出力する警報出力部か
ら構成され、特徴量抽出部は前記デジタル電圧値を縦
軸、前記位相信号に同期した正弦波の瞬時値を横軸にと
ったグラフにおいて、縦軸と横軸で、縦軸が所定値より
大きく横軸の瞬時値が０を含まず最大値または最小値を
含む領域Ａと、縦軸が所定値より大きく横軸の瞬時値が
０を含む領域Ｂを含む複数の領域に分割しておき、前記
デジタル電圧値の発生毎に、当該グラフに対し縦軸は前
記デジタル電圧値を座標とし、横軸は該デジタル電圧値
の発生位相を前記位相信号に同期した正弦波の瞬時値に
置き換えた値を座標とする点を描かせて前記領域毎のデ
ジタル電圧値の発生度数を計算し、位相信号の１周期毎
に前記各領域毎の度数を推論部に出力するとともに、前
記グラフと各領域毎の度数をクリアし、推論部は前記特
徴量抽出部の出力する各領域毎の度数をパラメータとし
て、領域Ａに発生した度数が多いと絶縁劣化が進行して
いる方向で絶縁劣化値を計算し、絶縁劣化積算部は過去
数百周期分の絶縁劣化値を積算して劣化積算値を計算
し、判定部は劣化積算値が警報の閾値を越えた場合に、
警報信号を出力することを特徴とする電流波形の統計的
判定方式を用いたコード・プラグの絶縁劣化検出装置の
絶縁劣化判定方法を提供している。

【０００８】また、請求項２は、請求項１において、前
記絶縁劣化積算部は、前記推論部の過去数周期分の絶縁
劣化値を積算して劣化積算値を計算し、前記判定部は劣
化積算値が遮断の閾値を越えた場合に、遮断信号を出力
することを特徴とする電流波形の統計判定方式を用いた
コード・プラグの絶縁劣化検出装置の絶縁劣化判定方法
を提供している。

【０００９】

【作用】請求項１で述べた手段により、コード・プラグ
部位に発生した初期絶縁劣化時に発生する数Ａのピーク
値をもつ高周波の電流と、家電機器の負荷電流波形に含
まれる数Ａのピーク値をもつ高周波の電流が類似してい
ても、絶縁劣化時に発生する数Ａのピーク値を持つ高周
波の電流は、電圧の高い位相部分に集中していることに
着目することで区別することが可能となり、また、過去
数百周期分の電流波形に着目することによって高い精度
でコード・プラグ部位に発生した初期の絶縁劣化発生を
検出した時に警報信号を出力することができる。

【００１０】請求項２で述べた手段により、コード・プ
ラグ部位に発生した初期絶縁劣化時に発生する数Ａのピ
ーク値をもつ高周波の電流と、家電機器の負荷電流波形
に含まれる数Ａのピーク値をもつ高周波の電流が類似し
ていても、絶縁劣化時に発生する数Ａのピーク値を持つ
高周波の電流は、電圧の高い位相部分に集中しているこ
とに着目することで区別することが可能となり、また、
過去数周期分の電流波形に着目することによって短時間
の間に、コード・プラグ部位の絶縁劣化による短絡直前
の状態を検出した時に遮断信号を出力することができ
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下に本件について図面を用いて
詳細に説明する。

【００１２】図３に本件発明の請求項１の実施例を示
す。図３は請求項１の実施例のブロック図であり、電流
検出センサー部１、フィルター部２、Ａ／Ｄコンバータ
部５、電圧センサー部３、電圧変換部４、特徴量抽出部
６、推論部７、絶縁劣化積算部８、判定部９を組み合わ
せたものである。

【００１３】電路１５は単相２線式の場合を示している
が、単相２線式に特に限定するものではない。

【００１４】電流検出センサー部１は電路１５の電流波
形を検出して電圧信号に変換して出力し、フィルター部
２は前記電圧信号から商用周波数の負荷電流波形を除去
して絶縁劣化特有の高周波電圧信号を出力し、Ａ／Ｄ変
換部５は前記フィルター部の高周波電圧成分を、例えば
商用１周期あたり５１２回程度の速度でデジタル電圧値
に変換して出力する。

【００１５】電圧検出センサー部３は、電路１５の電圧
を検出して電圧の振幅を５Ｖ程度の正弦波の出力信号に
変換して出力し、電圧変換部４は前記出力信号がゼロに
なる時に、電圧変換部の位相信号出力がもともと０Ｖで
あった場合５Ｖに、もしくは電圧変換部の出力部の位相
信号出力がもともと５Ｖであった場合０Ｖに切り替えて
前記出力信号の半波位相毎に矩形波を発生する。

【００１６】特徴量抽出部６には、例えば図２に示すよ
うな前記デジタル電圧値（電路１５の高周波分の電流値
に相当するので、図２では電流Ｉ（ｔ）としてある）を
縦軸、前記位相信号に同期し、かつピーク値が１である
正弦波の瞬時値（電路１５の電路電圧の交流位相に相当
するので、図２では電圧Ｖ（ｔ）としてある）を横軸に
とり、領域１、領域２、領域３、領域４の各領域に分割
したグラフを内部に設けておく。図２において領域１と
領域２は縦軸の値が所定値を越え且つ横軸に０を含まな
い請求項１の領域Ａに相当する領域であり、図２におい
て領域３は縦軸の値が所定値を越え且つ横軸に０を含む
請求項１の領域Ｂに相当する領域、さらに図２において
領域４は縦軸の値が所定値を越えない領域である。なお
図２では領域１、領域２と領域３を区分する横軸の瞬時
値は０．５および−０．５に選んであるが、これに固定
するものではないし、領域１と領域３の間、領域２と領
域３の間に別の領域が存在してもよい。特徴量抽出部６
は前記デジタル電圧値が発生する毎に、前記グラフに該
デジタル電圧値を縦軸の座標とし、該デジタル電圧値の
発生位相における前記正弦波の瞬時値を横軸の座標とす
る点を描かせて、各点の数を度数として扱うとともに、
各領域毎の度数を推論部に出力する。出力後、特徴量抽
出部６は、前記グラフと各領域毎の度数のデータをクリ
アし、次の１周期分の演算に入るものである。

【００１７】推論部７は、位相信号の１周期ごとに前記
特徴量抽出部６の領域１、領域２、領域３の各度数をう
けとり、その領域毎の度数から絶縁劣化の進行度合いを
推論する。例えば、領域１、領域２におけるデジタル電
圧値の発生は、電路１５の交流電圧のピーク値に近い位
相で発生した高周波分の電流であるから、絶縁劣化によ
り発生した電流である可能性が高く、その領域における
度数が多いということは絶縁劣化が進行している可能性
があり、また領域３におけるデジタル電圧値の発生は絶
縁劣化によるものである可能性が少ない。なぜなら、絶
縁劣化による高周波電流は、フラッシュオーバー的に印
加電圧が高い領域で大きい電流が流れ、印加電圧が低い
領域では、相対的に電流は流れにくいからである。した
がって、例えば、領域１と領域２の度数の合計値から領
域３の度数を引いた値が大きいと絶縁劣化が進行してい
ると推論して絶縁劣化値を大きくし、前記の度数を引い
た値が小さいと絶縁劣化値を小さくするようにする。外
来ノイズやインバータなどによるノイズは電路の電圧位
相に関わらず一様に発生する可能性が高いので、領域１
と領域２で発生する度数の合計値と領域３で発生する度
数はほぼ同一になる可能性が高い。すなわち領域１、領
域２の度数を用いて絶縁劣化値を増加させ、領域３の度
数を用いて絶縁劣化値を減少させるように働く。なお、
絶縁劣化値は各度数をただ単に加減算してもよいし、度
数をパラメータとした関数としてもよい。なお、領域４
は、本来電路に有する微小なノイズや歪波形を計算上無
視するためのものであり、本発明の縦軸の所定値は０を
含んでも差し支えないものである。

【００１８】絶縁劣化積算部８は、過去数百周期分の前
記絶縁劣化値を積算した劣化積算値を出力する。

【００１９】判定部９は、前記絶縁劣化積算部８の劣化
積算値の出力を受けとると、予め経験的に決めた閾値Ａ
より大きいか否かを判断して、劣化積算値が閾値Ａより
大きい場合、絶縁劣化と判断して警報信号を出力して、
さらに劣化積算値を０にして、再び絶縁劣化積算部８の
劣化積算値の出力を待つ。

【００２０】また、警報の判定精度を上げるために、過
去数百周期分の積算回数には３００周期以上を設定する
とよい。この積算回数を増加させることによって、一時
的に発生する負荷機器等の高周波電流の影響を押さえる
ことができ、誤検出の可能性を低くすることが可能とな
る。

【００２１】図３に本件発明の請求項２の実施例を示
す。図３は請求項２の実施例のブロック図である。請求
項１の実施例である電流検出センサー部１、フィルター
部２、Ａ／Ｄコンバータ部５、電圧センサー部３、電圧
検出部４、特徴量抽出部６、推論部７、絶縁劣化積算部
８、判定部９を組み合わせたものである。

【００２２】この請求項２の実施例は、絶縁劣化積算部
８と判定部９の実施様態であり、絶縁劣化積算部８は、
過去数周期分の前記絶縁劣化値を積算した劣化積算値を
出力する。

【００２３】判定部９は、前記劣化積算値が予め経験的
に決めた閾値Ｂより大きいか否かを判断して、遮断積算
値が閾値Ｂを越えた場合、遮断信号を出力して、さらに
劣化積算値を０にしてサンプリングを再び開始する。

【００２４】絶縁劣化による短絡直前の状態を検出する
ことから、遮断判定部は短時間で判定を出力する必要が
あるので、過去数周期の積算回数は例えば位相信号の３
周期程度を設定する。閾値Ｂの設定値は、積算回数を減
らした場合、高めに設定する必要がある。

【００２５】

【発明の効果】以上のように請求項１の発明によれば、
請求項１で述べた手段により、コード・プラグ部位に発
生した初期絶縁劣化時に発生する数Ａのピーク値をもつ
高周波の電流と、家電機器の負荷電流波形に含まれる数
Ａのピーク値をもつ高周波の電流が類似していても、絶
縁劣化時に発生する数Ａのピーク値を持つ高周波の電流
は、電圧の高い位相部分に集中していることに着目する
ことで区別することが可能となり、また、過去数百周期
分の電流波形に着目することによって高い精度でコード
・プラグ部位に発生した初期の絶縁劣化発生を検出した
時に警報信号を出力することができる。

【００２６】請求項２の発明によれば、請求項２で述べ
た手段により、コード・プラグ部位に発生した初期絶縁
劣化時に発生する数Ａのピーク値をもつ高周波の電流
と、家電機器の負荷電流波形に含まれる数Ａのピーク値
をもつ高周波の電流が類似していても、絶縁劣化時に発
生する数Ａのピーク値を持つ高周波の電流は、電圧の高
い位相部分に集中していることに着目することで区別す
ることが可能となり、また、過去数周期分の電流波形に
着目することによって短時間の間に、コード・プラグ部
位の絶縁劣化による短絡直前の状態を検出した時に遮断
信号を出力することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の絶縁劣化検出装置とブレーカ

【図２】特徴量の分布図

【図３】絶縁劣化検出方法の実施例

【符号の説明】

１ 電流検出センサー部 ２ フィルター部 ３ 電圧検出センサー部 ４ 電圧変換部 ５ Ａ／Ｄコンバータ ６ 特徴量抽出部 ７ 推論部 ８ 絶縁劣化積算部 ９ 判定部 １０ 遮断判定部 １２ 遮断出力部 １３ ブレーカ １４ パルス発生部 １５ 電路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 淳一 広島市南区大州３丁目１番42号テンパー ル工業株式会社内 審査官 赤穂 隆雄 (56)参考文献 特開 平６−300806（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−33581（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−311791（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02H 3/50 G01R 31/12

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電路を流れる電流を電圧信号に変換して、
   その電圧信号を出力する電流検出センサー部と、前記電
   圧信号から高周波信号の成分のみ出力するフィルター部
   と、前記高周波電圧信号を数ｍ秒以下の時間幅毎にデジ
   タル電圧値に変換するＡ／Ｄコンバータ部と、電路の電
   圧を検出する電圧センサー部と、前記電圧センサー部の
   出力信号を位相信号に変換する電圧変換部と、前記デジ
   タル電圧値と前記位相信号から複数の領域毎の度数を積
   算する特徴量抽出部と、前記複数の領域毎の度数から絶
   縁劣化の進行度合を絶縁劣化値に数値化する推論部と、
   絶縁劣化値から劣化積算値を積算する絶縁劣化積算部
   と、劣化積算値の大きさから警報判断する判定部と、判
   定部の判定出力をうけて警報を出力する警報出力部から
   構成され、特徴量抽出部は前記デジタル電圧値を縦軸、
   前記位相信号に同期した正弦波の瞬時値を横軸にとった
   グラフにおいて、縦軸と横軸で、縦軸が所定値より大き
   く横軸の瞬時値が０を含まず最大値または最小値を含む
   領域Ａと、縦軸が所定値より大きく横軸の瞬時値が０を
   含む領域Ｂとを含む複数の領域に分割しておき、前記デ
   ジタル電圧値の発生毎に、当該グラフに対し縦軸は前記
   デジタル電圧値を座標とし、横軸は該デジタル電圧値の
   発生位相を前記位相信号に同期した正弦波の瞬時値に置
   き換えた値を座標とする点を描かせて前記領域毎のデジ
   タル電圧値の発生度数を計算し、位相信号の１周期毎に
   前記各領域毎の度数を推論部に出力するとともに、前記
   グラフと各領域毎の度数をクリアし、推論部は前記特徴
   量抽出部の出力する各領域毎の度数をパラメータとし
   て、領域Ａに発生した度数が多いと絶縁劣化が進行して
   いる方向で絶縁劣化値を計算し、絶縁劣化積算部は過去
   数百周期分の絶縁劣化値を積算して劣化積算値を計算
   し、判定部は劣化積算値が警報の閾値を越えた場合に、
   警報信号を出力することを特徴とする電流波形の統計的
   判定方式を用いたコード・プラグの絶縁劣化検出装置の
   絶縁劣化判定方法。
2. 【請求項２】請求項１において、前記絶縁劣化積算部
   は、前記推論部の過去数周期分の絶縁劣化値を積算して
   劣化積算値を計算し、前記判定部は劣化積算値が遮断の
   閾値を越えた場合に、遮断信号を出力することを特徴と
   する電流波形の統計判定方式を用いたコード・プラグの
   絶縁劣化検出装置の絶縁劣化判定方法。