JP4458619B2 - 断線検出方法と、該方法を用いた装置、およびプラグまたはコンセント。 - Google Patents
断線検出方法と、該方法を用いた装置、およびプラグまたはコンセント。 Download PDFInfo
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Description
【発明の所属する技術分野】
本発明は、断線検出方法と、該方法を用いた装置、およびプラグまたはコンセントに関するものである。
【0002】
近年、電気火災は漸増傾向にある。電気機器等の経年劣化や、不適切な使用や維持管理のために、内部の配線の断線や絶縁が劣化し、過熱または短絡から発火に至ったものと考えられている。電気機器の増加が著しい中、電気機器等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防ぐために、従来、図2に示すような断線検出装置が考案されている。図において、電流検出部2は電路1に流れる電流を検出し、電流−電圧変換部3は前記電流を交流電圧に変換し、フィルタ部4は前記交流電圧に含まれる高周波ノイズを除去し、A/D変換部5は前記交流電圧をデジタル値に変換して、演算処理部8では所定の時間ごとに閾値をこえた前記デジタル値の発生回数を積算して、その積算値が所定の範囲内に入っていた場合、検出信号を出力し、引き外し部11は検出信号を受けて引き外しコイルに遮断信号を出力して、引き外しコイルは接点12を開極させて電路を遮断していた。
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかし、この装置では、接触不良による電流の断続が、非常に短い周期で行われる場合や、絶縁劣化により相間にパルス状の電流が非常に短い周期で流れている場合は検出できるものの、完全に断線し、再接触して電流が流れているような場合の非常にゆっくりした現象は検出することができなかった。
【0005】
【発明の目的】
そこで、本発明は、係る事由に鑑みてなされたもので、配線が完全に断線して、接触、断線が比較的ゆっくりとした周期で繰り返されているような断線や、完全に断線している線間に水分が付着している状態を検出する方法や装置を提供しようとするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
そこで請求項1では、配線が完全に断線して、接触、断線が比較的ゆっくりとした周期で繰り返されているような断線や、完全に断線している線間に水分が付着している状態を検出する方法であって、
電路に流れる電流を検出する電流検出部と、電流検出部から出力される電流を電圧に変換する電流−電圧変換部と、電流−電圧変換部の出力する電圧をフィルター処理するフィルター部と、フィルター部の出力する電圧をデジタル値に変換するA/D変換部と、商用周波数の半周期の間に前記A/D変換部で変換されたデジタル値の絶対値の最大値を検出する最大値検出部と、最大値検出部の出力した過去数周期分から最新の周期までの最大デジタル値を記憶する第一のレジスタ部と、第一のレジスタ部に記憶されている最大デジタル値を演算処理して検出信号を出力する演算処理部から構成され、
該演算処理部における処理において、閾値と定数をそれぞれ、
閾値Aを1から5の整数値、
閾値Bを断線の発生する電路に流れる電流のピーク値の8割程度に相当する任意の整数、
閾値Cを前記閾値Bより大きく電気機器の各機能で動作しない整数値、
nを電気機器の電源のON/OFFによって動作しない範囲の任意の整数値であり、前記第一のレジスタに記憶できる最大デジタル値の数n+A+4に制限される整数、
閾値Dを閾値Cより大きく、断線した回路に並列に接続された消費電流の大きな負荷電流の最大デジタル値の8割程度の整数、
定数Hを断線した心線間の水分の乾燥までに要する時間、
閾値F及びGを電気機器の待機電流を検出しない程度の大きさの整数、に設定し、
前記演算処理部は、
第一のレジスタ部に記憶されている最大デジタル値のうち、最も古い1番目からA+1番目までの最大デジタル値中、隣り合った最大デジタル値の差が閾値Bより小さく、かつA+1番目の最大デジタル値とA+2番目の最大デジタル値の差が閾値Bを超えて閾値Cよりも小さく、かつA+2番目からA+2+n番目の最大デジタル値中、隣り合った最大デジタル値の差が閾値Bより小さく、かつA+2+n番目の最大デジタル値とA+3+n番目の最大デジタル値の差が閾値Bを超えて閾値Cよりも小さい場合かつ、
第一のレジスタ部に記憶した最大デジタル値のうち、最も古い最大デジタル値からH+1番目の最大デジタル値にわたって単調減少し、かつ最も古い最大デジタル値とH+1番目の最大デジタル値の差がFより小さくGより大きい場合には、検出信号を出力するが、
第一のレジスタ部に記憶した最大デジタル値中、隣り合った最大デジタル値の差が閾値Dを超えるものがあった場合、検出信号を出力しないことにより配線が完全に断線して、接触、断線が比較的ゆっくりとした周期で繰り返されているような断線や、完全に断線している線間に水分が付着している状態を検出する方法を提供している。
【0007】
それにより、電気機器の電気配線で発生した断線部分において、電気配線自体に加わる振動等の外的な力で心線同士が短時間接触したことや、断線した心線間に生じた湿気や水分などを介した通電を検出することができ、心線が直接接触しなくても断線の検出を可能とする断線検出方法を得ることがを検出する断線検出方法を電気機器の電源スイッチを投入した時に流れる突入電流などによる誤検出の少ない状態で得ることができる。
【0014】
請求項2では、請求項1に示す断線検出方法の検出信号を受けて警報を出力する警報機能を有することを特徴とする断線検出装置を提供している。
【0015】
それにより、電気機器で発生した電気配線の断線を検出した場合、警報を出力する装置を得ることができる。
【0016】
請求項3は、請求項1に示す断線検出方法の検出信号を受けて電路を遮断する機能を有することを特徴とする断線検出装置を提供している。
【0017】
それにより、電気機器で発生した電気配線の断線を検出した場合、電気機器に電気を供給する電路を遮断する装置を得ることができる
【0018】
請求項4は、請求項2または請求項3のいずれかの装置を有することを特徴とするプラグまたはコンセントを提供している。
【0019】
それにより、電気機器のプラグ部分に取り付けることによって、断線発生時に警報または遮断するプラグまたはコンセントを得ることができる
【0020】
【発明の実施の形態】
以下本件の発明について図面を用いて詳細に説明する。
【0021】
図1に本件発明請求項1の実施例のブロック図を示す。電流検出部2と、電流−電圧変換部3と、フィルター部4と、A/D変換部5と、最大値検出部6と、第一のレジスタ部7と、演算処理部8を組み合わせて構成したものである。
【0022】
電路1は単相2線式の場合を示しているが、特に単相2線式に限定するものではない。
【0023】
電流検出部2は、変流器を用いている。
【0024】
電流−電圧変換部3は、電流検出部2より出力された電流波形を電圧波形に変換するものであり、具体的には、抵抗を介して電圧値に変換している。
【0025】
フィルター部4は、電流−電圧変換部3の出力する電圧波形をローパスフィルター処理することによって、断線検出の妨げとなる電圧波形に重畳している高周波数のノイズを除去する。
【0026】
A/D変換部5は、フィルター部4の出力電圧の電圧値を数百μ秒以下(一例として400μ秒)の時間幅毎に、デジタル値に変換するものである。
【0027】
ここで、A/D変換部5の入力電圧範囲を0Vから5V、デジタル変換の分解能を10ビットとすると、A/D変換部5の出力するデジタル値は、電圧0Vのときが−128、2.5Vの時が0、5Vの時が127となる。ここで、A/D変換時の1ビットが100mAに対応するように電流―電圧変換部を調整すると、A/D変換部5の性能として、約−12.8Aから約12.8Aまでの電流波形の計測が可能となる。
【0028】
最大値検出部6は、商用周波数の半周期の間に前記A/D変換部で変換されたデジタル値の絶対値のうち最大値を検出する。
【0029】
第一のレジスタ部7は、最大値検出部6の出力する過去数周期分から最新の周期までの最大デジタル値を記憶する。
【0030】
演算処理部8は、第一のレジスタ部に記憶されている最大デジタル値のうち、最も古い1番目からA+1番目までの最大デジタル値の中で隣り合った最大デジタル値の差が閾値Bより小さく、かつA+1番目の最大デジタル値とA+2番目の最大デジタル値の差が閾値Bを超えて閾値Cよりも小さく、かつA+2番目からA+2+n番目の最大デジタル値の中で、隣り合った最大デジタル値の差が閾値Bより小さく、かつA+2+n番目の最大デジタル値とA+3+n番目の最大デジタル値の差が閾値Bを超えて閾値Cよりも小さい場合、検出信号を出力する。
【0031】
以上の処理について図2、図3を用いて説明する。図2、図3はともに上段にA/D変換部5の出力するデジタル値の絶対値をとった波形を、下段に1つ前の最大デジタル値と最大デジタル値の差の絶対値を示している。
【0032】
図2は電気機器の他の機能が動作していないときの波形を示している。ヒータ等の抵抗負荷の接続された回路で断線が発生し、心線が再び接触すると図2の上段に示すように閾値Bを超えるデジタル値が計測される。このとき、隣り合った最大デジタル値の差は、図2の下段に示すようにA+2番目とA+3+n番目に閾値Bを超えているが閾値Cより小さいので、断線後にn半周期分の時間接触したと判断して検出信号を出力する。
【0033】
図3は電気機器の他の機能が動作しているときの波形を示している。ヒータ等の抵抗負荷の接続された回路で断線が発生し、心線が再び接触すると図3の上段に示すように閾値Bを超える正弦波の半周期分のデジタル値と、電気機器の他の機能の動作によるA+4番目からA+2番目の間に正弦波の半周期分のデジタル値が重畳したデジタル値が計測される。このとき、隣り合った最大デジタル値の差は、図3の下段に示すようにA+1番目とA+4番目とA+3+n番目とA+4+n番目に閾値Bを超えている最大デジタル値の差が得られるが、A+4番目とA+4+n番目の差は閾値Cよりも大きいため無視されるため、断線後にn半周期分の時間接触したと正しく判断して検出信号を出力する。
【0034】
なお、閾値Aは1〜5の整数値、閾値Bは断線の発生する電路に流れる電流のピーク値の8割程度に相当する任意の整数値、閾値Cは閾値Bより大きくて電気機器の各機能で動作しない整数値とする、またnは電気機器の電源のON/OFFによって動作しない範囲の任意の整数値とするが、このnの大きさはは、第一のレジスタに記憶できる最大デジタル値の数n+A+4に制限される。
【0035】
次に電気機器の電源スイッチを投入した時に流れる突入電流などによる誤検出の少ない断線検出方法を得る例を示す。演算処理部8において、第一のレジスタ部に記憶した最大デジタル値の差が閾値Dを超えるものがあった場合、検出信号を出力しないものである。
【0036】
以上の処理について、図4を用いて説明する。図4では上段にA/D変換部5の出力するデジタル値の絶対値をとった波形を、下段に1つ前の最大デジタル値と最大デジタル値の差の絶対値を示している。断線した回路に以外に消費電流の大きな負荷や、電気機器の機能が複合して動作していた場合、図4に示すように閾値Dを超える大きな最大デジタル値が計測されることがある。
【0037】
この場合、前記消費電流の大きな負荷の動作電流の変動と断線後の接触による電流の区別がつかないので検出信号を出力しない。なお、閾値Dは閾値Cより大きく、断線した回路に並列に接続された消費電流の大きな負荷電流の最大デジタル値の8割程度の整数を設定するとよい。
【0038】
次に断線した心線間に生じた湿気や水分などを介した通電を検出することができ、心線が直接接触しなくても断線の検出を可能とする例を示す。演算処理部は、第一のレジスタ部に記憶したデジタル値のうち、最も古い1番目の最大デジタル値からH+1番目の最大デジタル値にわたって単調減少し、かつ最も古い1番目の最大デジタル値とH+1番目の最大デジタル値の差がFより小さくGより大きい場合、検出信号を出力するものである。
【0039】
以上の処理について図5を用いて説明する。図5は上段にA/D変換部5の出力するデジタル値の絶対値をとった波形を、下段に1つ前の最大デジタル値と最大デジタル値の差を示している。断線した心線間に水分があると、その心線間にある水分が乾燥する際、乾燥する前段階では心線の接触よりも小さい電流が流れ、乾燥時に至るとほとんど電流が流れなくなる。
【0040】
そこで、断線した回路に並行して動作する負荷電流の変動の影響をなくすために、最も古い1番目の最大デジタル値からH+1番目の最大デジタル値にわたって単調減少し、かつ最も古い1番目の最大デジタル値とH+1番目の最大デジタル値の差が閾値Fより小さくGより大きければ、電気機器の他の機能が動作状態にかかわらず、断線した心線間に水分があることを検出できるため、断線を検出することができる。
【0041】
この場合、定数Hは、断線した回路に流れる電流の大きさ等に依存するので、実験的に乾燥までに要する時間を実験から最適値を決めて、閾値Fと閾値Gは電気機器の待機電流の変動を検出しない程度の大きさとする。
【0042】
図6に電気機器で発生した電気配線の断線した心線間に生じた湿気や水分、塵や埃等を原因とするトラッキングによる通電を検出する例のブロック図を示す。請求項1に示す断線検出方法の構成に、第二のレジスタ部と、トラッキング検出部を追加し、トラッキング検出部は、商用周波数の半周期分の前記A/D変換部で変換されたデジタル値の絶対値のうち、隣り合ったデジタル値同士の差が閾値Lを超えるものがI個以上J個未満発生した場合、トラッキング検出信号を出力し、第二のレジスタ部は過去数周期分から最新の周期までの前記トラッキング検出部の出力するトラッキング検出信号を記憶し、前記演算処理部は、前記第二のレジスタ部のトラッキング検出信号の発生回数の合計が、所定の範囲で閾値Kを超えた場合、検出信号を出力するものである。
【0043】
以上の処理について図7を用いて説明する。図7ではA/D変換部5の出力するデジタル値の絶対値をとった波形を示している。図7に示すようにトラッキングが発生すると、A/D変換部5の出力するデジタル値は特定の位相の範囲に集中して発生する。
【0044】
ここで、商用周波数の半周期分の前記A/D変換部で変換されたデジタル値の絶対値のうち、隣り合ったデジタル値同士の差が閾値Lを超えるものがI個以上と、J個未満という上限を設けることによってトラッキングの検出を可能とする。
【0045】
さらに、誤動作を防ぐために、第二のレジスタ部14は過去数周期分から最新の周期までの前記トラッキング検出部15の出力するトラッキング検出信号を記憶し、前記演算処理部8は、前記第二のレジスタ部13のトラッキング検出信号発生回数の合計が、所定の範囲で閾値Kを超えた場合検出信号を出力させる。
【0046】
なお、トラッキング発生時に流れる電流は心線の接触による電流に比べて小さいので、閾値Gは閾値Bよりも小さい値を設定する。所定の時間,閾値Kについては、電気機器に使用されている材質や監視電路の電流値の大きさによって異なってくるので、実験的に誤動作しない数値を決定する。
【0047】
図8の例では図6の断線検出方法に警報出力手段13を加えたもので、断線検出時に警報を出力する装置を得ることができる。
【0048】
図9の例では図6の断線検出方法に電路を遮断する手段すなわち引き外し部11と引き外しコイル10と接点12を加えたもので、断線検出時に電路を遮断する装置を得ることができる。
【0049】
図10の例では図8または図9のいずれかの装置を組み込んだプラグまたはコンセント16を得ることができる。
【0050】
以上のように本発明によれば、配線が完全に断線して、接触、断線が比較的ゆっくりとした周期で繰り返されているような断線や、完全に断線している線間に水分が付着している状態を得ることができ、さらに断線の発生時に警報を出力、および必要最小限の電路のみを遮断することが可能なプラグまたはコンセントを得ることができるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 従来の断線検出方法と、請求項1の実施例のブロック図
【図2】 断線発生時にA/D変換部の出力するデジタル値の絶対値をとった波形
【図3】 電気機器の電源ON時にA/D変換部の出力するデジタル値の絶対値をとった波形
【図4】 断線した回路に並行して接続されている消費電流の大きな負荷動作中にA/D変換部の出力するデジタル値の絶対値をとった波形
【図5】 断線した回路に水分があった時のA/D変換部の出力するデジタル値の絶対値をとった波形
【図6】 トラッキングによる断線検出方法の実施例のブロック図
【図7】 トラッキング発生時にA/D変換部の出力するデジタル値の絶対値をとった波形
【図8】 警報を出力する装置の実施例
【図9】電気機器に電気を供給する電路を遮断する装置の実施例
【図10】断線発生時に警報または遮断するプラグまたはコンセントの実施例
【符号の説明】
1 電路
2 電流検出部
3 電流−電圧変換部
4 フィルター部
5 A/D変換部
6 最大値検出部
7 第一のレジスタ部
8 演算処理部
10 引き外しコイル部
11 引き外し部
12 接点
13 警報出力手段
14 第2のレジスタ部
15 トラッキング検出部
16 プラグまたはコンセント
Claims (4)
- 配線が完全に断線して、接触、断線が比較的ゆっくりとした周期で繰り返されているような断線や、完全に断線している線間に水分が付着している状態を検出する方法であって、
電路に流れる電流を検出する電流検出部と、電流検出部から出力される電流を電圧に変換する電流−電圧変換部と、電流−電圧変換部の出力する電圧をフィルター処理するフィルター部と、フィルター部の出力する電圧をデジタル値に変換するA/D変換部と、商用周波数の半周期の間に前記A/D変換部で変換されたデジタル値の絶対値の最大値を検出する最大値検出部と、最大値検出部の出力した過去数周期分から最新の周期までの最大デジタル値を記憶する第一のレジスタ部と、第一のレジスタ部に記憶されている最大デジタル値を演算処理して検出信号を出力する演算処理部から構成され、
該演算処理部における処理において、閾値と定数をそれぞれ、
閾値Aを1から5の整数値、
閾値Bを断線の発生する電路に流れる電流のピーク値の8割程度に相当する任意の整数、
閾値Cを前記閾値Bより大きく電気機器の各機能で動作しない整数値、
nを電気機器の電源のON/OFFによって動作しない範囲の任意の整数値であり、前記第一のレジスタに記憶できる最大デジタル値の数n+A+4に制限される整数、
閾値Dを閾値Cより大きく、断線した回路に並列に接続された消費電流の大きな負荷電流の最大デジタル値の8割程度の整数、
定数Hを断線した心線間の水分の乾燥までに要する時間、
閾値F及びGを電気機器の待機電流を検出しない程度の大きさの整数、に設定し、
前記演算処理部は、
第一のレジスタ部に記憶されている最大デジタル値のうち、最も古い1番目からA+1番目までの最大デジタル値中、隣り合った最大デジタル値の差が閾値Bより小さく、かつA+1番目の最大デジタル値とA+2番目の最大デジタル値の差が閾値Bを超えて閾値Cよりも小さく、かつA+2番目からA+2+n番目の最大デジタル値中、隣り合った最大デジタル値の差が閾値Bより小さく、かつA+2+n番目の最大デジタル値とA+3+n番目の最大デジタル値の差が閾値Bを超えて閾値Cよりも小さい場合かつ、
第一のレジスタ部に記憶した最大デジタル値のうち、最も古い最大デジタル値からH+1番目の最大デジタル値にわたって単調減少し、かつ最も古い最大デジタル値とH+1番目の最大デジタル値の差がFより小さくGより大きい場合には、検出信号を出力するが、
第一のレジスタ部に記憶した最大デジタル値中、隣り合った最大デジタル値の差が閾値Dを超えるものがあった場合、検出信号を出力しないことにより配線が完全に断線して、接触、断線が比較的ゆっくりとした周期で繰り返されているような断線や、完全に断線している線間に水分が付着している状態を検出する方法。 - 請求項1に示す断線検出方法の検出信号を受けて警報を出力する警報機能を有することを特徴とする断線検出装置。
- 請求項1に示す断線検出方法の検出信号を受けて電路を遮断する機能を有することを特徴とする断線検出装置。
- 請求項2または請求項3のいずれかの装置を有することを特徴とするプラグまたはコンセント。
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