JP4677547B2

JP4677547B2 - トラッキング検出装置

Info

Publication number: JP4677547B2
Application number: JP2005041344A
Authority: JP
Inventors: 幸男水野; 雅弘八木; 敏幸中川
Original assignee: 国立大学法人名古屋工業大学; 河村電器産業株式会社
Priority date: 2005-02-17
Filing date: 2005-02-17
Publication date: 2011-04-27
Anticipated expiration: 2025-02-17
Also published as: JP2006226845A

Description

本発明は、主にコンセントに差し込んだプラグで発生するトラッキング放電を検出するトラッキング検出装置に関する。

トラッキング放電は、コンセント又はプラグの両刃間に埃が溜まり、この埃が水分を吸収することで両刃間に漏れ電流が発生して埃が熱を帯びて炭化してゆき、やがてコンセント或いはプラグの両刃間の塩化ビニルも炭化することで発生する。このコードプラグの接続部に発生するトラッキング放電を検出する方法として、例えば特許文献１に示す方法がある。これは、電路電流の高周波成分波形を抽出し、その中からトラッキング放電特有の波形成分を検出し、トラッキング発生を判断している。
特開２００４−２７９２０５号公報

しかし、上記特許文献１の技術は、トラッキング放電を早期に検出することが可能であるが、負荷電流を検出してその中に含まれる部分放電を抽出するため、部分放電の発生周波数帯域に合わせてハイパスフィルタ回路を設定して部分放電波形を取り出し、炭化現象中の部分放電を測定しているため、ハイパスフィルタ、増幅回路を必要とし、回路構成が複雑でありコスト高であった。

そこで、本発明は上記問題点に鑑み成されたもので、トラッキング放電を簡易な構成で精度良く検出可能なトラッキング検出装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する為に、請求項１に記載の発明は、コンセントの両刃間又はプラグの両刃間の漏れ電流波形を検出する漏れ電流波形検出手段と、演算した漏れ電流波形の電荷量を演算する電荷量演算手段と、演算した電荷量が所定の値以上となる波形の発生頻度を監視する発生頻度演算手段と、前記漏れ電流波形検出手段が検出した漏れ電流波形の周波数別レベルの大きさを演算するレベル演算手段と、前記夫々の演算手段の演算結果を基にトラッキング放電を判断するトラッキング判断手段とを有し、前記漏れ電流波形検出手段が、コンセント側の一方の電路に、当該電路に連結されたプラグ側の一方の電路を折り返して重ね合わせて負荷電流が相殺される箇所に設置した変流器であって、前記トラッキング判断手段は、前記変流器が検出した電流波形の電荷量、前記発生頻度、前記周波数別レベルの大きさの夫々の閾値を設定して、前記３つの演算結果のうち少なくとも２つが前記閾値を越えたらトラッキング放電発生と判断することを特徴とする。

また、負荷電流を検出してその中から漏れ電流を抽出する複雑な回路を必要としないので、簡易な構成で漏れ電流を検出できる。

このように、本発明によれば、コンセントとプラグ間の漏れ電流波形を検出して、この波形の中からトラッキング成分を抽出するので、トラッキング成分を精度良く検出することが可能となる。また、漏れ電流検出手段は直接コンセントとプラグ間の漏れ電流を検出するので、電路電流から漏れ電流を抽出する複雑な回路が必要なく、簡易な構成で漏れ電流を検出できる。

以下、本発明を具体化した実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係るトラッキング検出装置の一例を示し、トラッキング放電を検出したら電路を遮断する遮断装置のブロック図を示している。図において、１は電路、２はコンセント、３はプラグ、４はコンセント２とプラグ３の間の漏れ電流波形を検出する漏れ電流波形検出手段としての変流器、５はトラッキング放電を検出するトラッキング検出部、６は電路１を遮断する遮断手段である。図１に示すように、変流器４は、コンセント２側の一方の電路と、その電路に連結されたプラグ３側の一方の電路を折り返した電路と重ね合わせた箇所に設置され、電路電流を相殺した波形を検出するよう設置されている。

この変流器４により、コンセントとプラグ間の漏れ電流は次のように検出される。図２はコンセント２とプラグ３の接続部の模式図であり、この図を基に説明する。電路１の片側に流れる負荷電流をＩａとすると、通常戻りの電路に流れる負荷電流も同じＩａである。ところが、ここでコンセント２又はプラグ３の両刃間でトラッキング現象が発生すると、この間に漏れ電流、放電パルス電流が発生する。この電流をＩｂとすると、電源からコンセント２又はプラグ３まではＩａの電流が流れるが、プラグ３から負荷までは、漏れ電流、放電パルス電流の発生によりＩａ−Ｉｂの電流が流れることになる。即ち図１に示すよう変流器４を設置することで、変流器４により漏れ電流、放電パルス電流であるＩｂを計測できる。
図３（ａ）は、このようにして変流器４により検出された電流波形を示し、高周波成分のみの波形であることが解る。また、図３（ｂ）は比較のための負荷電流波形を示している。
尚、ここで使用する変流器４は、分割型のものが良く、検出ポイントの変更を容易に実施できるし負荷の変更等に容易に対応できる。また、図２に示す抵抗ｒ１はコンセント２の端子間、或いはプラグ３の両刃間が炭化して形成されるトラッキング電路を示している。

トラッキング検出部５は、変流器４で検出した漏れ電流波形を周波数分解するためにフーリエ変換する高速フーリエ変換回路（以下、ＦＦＴとする。）８、抽出した高周波電流波形から予め設定された立ち上がり時間、放電持続時間、大きさの全てを満たす波形を抽出して放電電流波形として出力する波形抽出回路９、ＦＦＴ８の出力をＡ／Ｄ変換する第１Ａ／Ｄ変換回路１０、波形抽出回路９の出力をＡ／Ｄ変換する第２Ａ／Ｄ変換回路１１、周波数分解した結果及び抽出した波形からトラッキング放電を判断するＣＰＵからなる演算処理回路１２、遮断手段６の動作信号である演算結果を出力する判定出力回路１３、判断要素や演算値を格納するレジスタ回路１４を有している。
尚、波形抽出回路の立ち上がり時間の設定値は０．７５〜４．２２μｓ、放電持続時間の設定値は３．０〜４７μｓ、大きさの設定値は±１５０ｍＶ〜±５Ｖの間で設定される。

このように構成されたトラッキング検出装置は次のようにトラッキング検出動作する。コンセント２とプラグ３の間に漏れ電流が発生したら、その波形が変流器４で検出され、トラッキング検出部５に入力される。トラッキング検出部５では、検出された漏れ電流波形を、ＦＦＴ８にて周波数分解する一方、波形抽出回路９にて所定条件を満たす放電電流波形が抽出される。そして、デジタルデータに変換された後に双方のデータは演算処理回路１２に入力され、演算処理回路１２で各波形の放電電荷量の演算、放電発生頻度の監視、周波数別レベルの演算が実施され、次に示すような予め設定された設定値に対する判断が成され、トラッキング放電を判断する判断要素が演算される。
（ａ）放電電荷量の演算：１．２ｎＣ（ナノクーロン）以上の放電電荷を有する放電（波形）が観測されたか。
（ｂ）放電発生頻度の監視：一定時間（Δｔ（例えば、１００ｍｓ））の間に、１．２ｎＣ以上の放電電荷を有する放電がｎ回以上（例えば、４回以上）観測されたか。
（ｃ）周波数成分解析：周波数別レベルに８０ｄＢ以上を示す信号が観測されたか。
このように、演算処理回路１２は、高周波波形の電荷量を演算する電荷量演算手段、高周波波形の発生頻度を監視する発生頻度監視手段、周波数別レベルを演算するレベル演算手段を兼ねている。

そして、演算処理回路１２は更にトラッキング判断手段として作用し、これらの判断要素を組み合わせてトラッキング放電有無の判定をする。具体的には、次のような組み合わせにより放電特性に応じた判定を実施できる。
（Ａ）放電電荷量と周波数成分が条件を満たした場合、トラッキング発生（単発の放電発生）と判断する。
（Ｂ）放電発生頻度と周波数成分が条件を満たした場合、トラッキング発生（連続放電発生）と判断する。
（Ｃ）放電電荷量、放電発生頻度、周波数成分の３つが条件を満たした場合、トラッキング発生（間欠的放電発生）と判断する。
これらの演算は、レジスタ回路１４に随時演算データを取り込んで実施され、判定信号が判定出力回路１３へ送られる。そして、判定出力回路１３はその信号に応じて遮断手段６の作動信号を出力する。

このように、コンセントとプラグ間の漏れ電流波形を検出して、この波形の中からトラッキング成分を抽出するので、トラッキング成分を精度良く検出することが可能であるし、負荷電流を検出してその中から漏れ電流を抽出する複雑な回路を必要としないので、簡易な構成で漏れ電流を検出できる。
そして、放電の電荷量、放電発生頻度、周波数別レベルを求め、夫々の組み合わせで判断するので、単発放電の他、連続放電や間欠放電も検知でき、放電電流が数十アンペアを超えるトラッキング短絡に至る前にトラッキング放電を検出できる。例えば、シンチレーションに起因する放電が発生しても、放電電荷量と周波数特性を演算して双方が所定の閾値を超えた時点でトラッキング発生と判断させることで、トラッキング短絡を未然に検出して発火等を確実に防ぐことができる。

また、このトラッキング検出装置は、遮断器等の締め付け不良の検出にも使用でき、図４は遮断器の端子締付不良による絶縁劣化の検出に適用した使用例を示している。図４において、２０は遮断器であり、２１は電源側端子、２２は負荷側端子を示している。そして、変流器４を電源側端子２１に接続された電路１の一方と、その電路１の負荷側端子２２に接続された電路を折り返して重ね合わせた位置に設置し、電源側端子間或いは負荷側端子間の漏れ電流波形を検出可能としている。
このように変流器４を設置して、検出波形を上述するトラッキング検出部５に入力することで、遮断器２０の端子２１，２２の締付不良による線間絶縁劣化を検出することが可能となる。締付不良による発熱は、最初に放電が発生することで亜酸化銅が生成され、それが増殖して線間の絶縁劣化が進行し、短絡に至り、最終的にはトラッキング放電による発火と同様の現象を生ずるので、このような絶縁劣化の検出に対しても本発明のトラッキング検出装置は有効である。
尚、図４において、抵抗ｒ２，ｒ３は端子間に形成される漏れ電流電路を示し、抵抗ｒ４は端子の締付不良により発生した抵抗を示している。

本発明に係るトラッキング検出装置の一例を示すブロック図である。図１のコンセントとプラグの接続部の模式図である。（ａ）は変流器検出波形を示し、（ｂ）は比較の為の電路電流波形を示している。本発明に係るトラッキング検出装置を遮断器の端子部劣化の検出に適用した使用例を示す要部回路図である。

符号の説明

１・・電路、２・・コンセント、３・・プラグ、４・・変流器（漏れ電流波形検出手段）、５・・トラッキング検出部、８・・ＦＦＴ、９・・波形抽出回路、１２・・演算処理回路（電荷量演算手段、発生頻度演算手段、レベル演算手段、トラッキング判断手段）、１３・・判定出力回路。

Claims

コンセントの両刃間又はプラグの両刃間の漏れ電流波形を検出する漏れ電流波形検出手段と、
演算した漏れ電流波形の電荷量を演算する電荷量演算手段と、
演算した電荷量が所定の値以上となる波形の発生頻度を監視する発生頻度演算手段と、
前記漏れ電流波形検出手段が検出した漏れ電流波形の周波数別レベルの大きさを演算するレベル演算手段と、
前記夫々の演算手段の演算結果を基にトラッキング放電を判断するトラッキング判断手段とを有し、
前記漏れ電流波形検出手段が、コンセント側の一方の電路に、当該電路に連結されたプラグ側の一方の電路を折り返して重ね合わせて負荷電流が相殺される箇所に設置した変流器であって、
前記トラッキング判断手段は、前記変流器が検出した電流波形の電荷量、前記発生頻度、前記周波数別レベルの大きさの夫々の閾値を設定して、前記３つの演算結果のうち少なくとも２つが前記閾値を越えたらトラッキング放電発生と判断することを特徴とするトラッキング検出装置。