JP5587127B2 - コード短絡検知回路及びコンセント装置 - Google Patents

Description

本発明は、コード短絡を検出するコード短絡検知回路、及びコード短絡が発生したら電路を遮断する機能を備えたコンセント装置に関する。

従来より、接続された差込プラグと負荷の間の電路上でコード短絡が発生したらそれを検知して電路を遮断する機能を備えたコンセント装置がある。例えば特許文献１では、電路上に設けた抵抗素子で電路電流を検出し、この電流値が所定の値を越えたらコード短絡発生と判断してトリップコイルをトリップさせて電路を遮断操作している。

特開２００５−６３８０号公報

電気機器による火災要因では電線の短絡が最も多く、その要因にコード短絡が挙げられている。このコード短絡の場合、最初は撚り線１本程度のヒゲコード短絡からスタートすると見ることができるため、このヒゲコード短絡を精度良く検出する回路が求められている。
しかし、ヒゲコード短絡では、数百アンペアの電流は流れず、半サイクル或いはそれ以下の短い時間で電線焼損に至る。この場合、過電流、突入電流との相違点抽出も極めて困難であるため、電路電流で判断する上記特許文献１の構成では、ヒゲコード短絡を確実に検出することが出来なかった。

そこで、本発明はこのような問題点に鑑み、電路電流ではなく電路電圧を監視することでヒゲコード短絡の検出を可能とするもので、ヒゲコード短絡を検知するコード短絡検知回路、及びヒゲコード短絡が発生したら電路を遮断するコンセント装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決する為に、請求項１の発明に係るコード短絡検知回路は、負荷へ電力を供給する電路の線間の電圧情報を入手する電圧情報入手回路と、検出した電圧情報からコード短絡を判定する判定回路とを有し、前記電圧情報入手回路は、入手した電圧情報から電路の電圧波形を絶対値化した第１の電圧と電路の電圧波形を直流化した第２の電圧とを出力し、前記判定回路は、前記第１の電圧と前記第２の電圧とを比較して、両者の関係が所定の条件を満たしたらコード短絡発生と判定することを特徴とする。
この構成によれば、電流変化に依らず電路電圧の波形変化からコード短絡を検出するため、負荷の突入電流や過負荷による大電流を考慮する必要が無くなり、ヒゲコード短絡を検出することが可能となる。

請求項２の発明は、請求項１に記載の構成において、電路が平常な状態において、前記第１の電圧の波形ピーク値に対して前記第２の電圧は特定の比率になるよう設定され、前記判定回路は、前記第１の電圧のピーク値が前記第２の電圧に達しない電路状態が発生したら、コード短絡発生と判定することを特徴とする。
この構成によれば、電圧波形を絶対値化したピーク値の大きさで判断するため、半周期程度の電圧波形の変化で検出することができ、撚り線１本程度のヒゲコード短絡による電圧降下を検出することが可能となる。

請求項３の発明は、請求項２に記載の構成において、前記第２の電圧は、前記第１の電圧のピーク値に対して略２分の１の大きさであることを特徴とする。
この構成によれば、負荷の突入電流や過負荷による電圧降下を排除して、コード短絡のみを確実に検出することができる。

請求項４の発明は、請求項２又は３に記載の構成において、前記判定回路の出力を平均化する平均値回路と、前記平均値回路の出力を反転する反転回路とを有し、前記判定回路は、前記第１の電圧のピーク値が前記第２の電圧を越えたら電圧信号を出力し、前記反転回路の出力をコード短絡発生を通知する信号としたことを特徴とする。
この構成によれば、反転回路を設けることで判定回路を簡易な回路で構成できる。そして、平均値回路によりノイズのない安定した信号を出力できる。

請求項５の発明に係るコンセント装置は、負荷が連結された電源プラグを接続するコンセントと、前記コンセントに商用電力を供給するための電路と、前記電路上に設けた開閉手段と、前記開閉手段を開操作するトリップコイルと、請求項１乃至４の何れかに記載のコード短絡検知回路とを有し、前記コード短絡検知回路がコード短絡を検出したら、前記トリップコイルがトリップ動作して電路を遮断することを特徴とする。
この構成によれば、ヒゲコード短絡が発生したらそれを検知してコンセント出力を停止するので、コード短絡による火災発生を確実に防止できる。

本発明のコード短絡検知回路によれば、電流変化に依らず電路電圧の波形変化からコード短絡を検出するため、負荷の突入電流や過負荷による大電流を考慮する必要が無くなり、撚り線１本程度のヒゲコード短絡による電圧降下を検出することができる。
また、本発明のコンセント装置によれば、ヒゲコード短絡が発生したらそれを検知してコンセント出力を停止する。よって、コード短絡による火災発生を確実に防止できる。

本発明に係るコンセント装置の一例を示す回路図である。 図１のコード短絡検知回路の要部波形図であり、（ａ）は判定回路の入力波形、（ｂ）は判定回路の出力波形、（ｃ）は平均値回路の出力波形を示している。

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は本発明に係るコンセント装置の一例を示す回路図である。図１において、１はコンセント装置、２は商用電源、３は分岐ブレーカ、４はテレビや暖房器具等の負荷、５はコード短絡発生場所、Ｌは負荷４に至る電路を示し、壁面に埋設設置される構成のコンセント装置を示している。

コンセント装置１は、コンセント１０、電路Ｌを遮断して負荷４への電力の供給を停止するための接点１１、接点１１を開操作する電磁コイルから成るトリップコイル１２、トリップコイル１２をトリップ動作させる駆動回路１３、コード短絡を検出するコード短絡検知回路１４を備えている。

コード短絡検知回路１４は、電路電圧を監視するために電路電圧を検出し、個々の回路に電源を供給するための電源・検出回路１４ａと、コード短絡発生を判定する判定回路１４ｂと、判定回路１４ｂの出力を安定化させるための平均値回路１４ｃと、平均値回路１４ｃの出力を反転する反転回路１４ｄとで構成されている。反転回路１４ｄの出力はトリップコイル１２を動作させるための駆動回路１３に接続されている。

具体的に、電源・検出回路１４ａは、電路Ｌの電圧波形を整流して絶対値化する全波整流回路２０と、整流した電圧波形情報から判定回路１４ｂに出力する第１の電圧を生成する第１出力回路２１と、整流した電圧波形からリップルを削減して直流を生成し、判定回路１４ｂに出力する第２の電圧を生成する第２出力回路２２とを備えている。具体的に、第１の電圧の電圧波形ピーク値に対して、第２の電圧の直流電圧は略２分の１の電圧値になるよう設定されている。

判定回路１４ｂはＯＰアンプＡ１を有し、電源・検出回路１４ａが出力する第１の電圧と第２の電圧とを比較し、第１の電圧が第２の電圧より大きい場合に電圧信号を出力する。

平均値回路１４ｃはＯＰアンプＡ２を有し、判定回路１４ｂの出力を平滑化して安定させる。判定回路１４ｂは電路Ｌが正常な間は電圧半周期毎に信号を出力するため、この出力を平滑化させる。

反転回路１４ｄは、ＩＣ化したＮＯＴ回路Ａ３を出力部に有し、コード短絡発生時のみ電圧信号を出力させる。コード短絡が発生すると、大きな電圧降下が発生して第１の電圧が第２の電圧に達しない状態になるため、判定回路１４ｂは電圧信号を出力しなくなる。即ち、コード短絡が発生すると、判定回路１４ｂの出力は停止する。そのため、反転回路１４ｄにより、コード短絡発生時に電圧信号を出力させる。

そして、駆動回路１３は、反転回路１４ｄの出力を受けて起動し、トリップコイル１２をトリップ動作させる。この結果、接点１１は開動作し、負荷４への電力の供給は停止される。

尚、判定回路１４ｂや平均値回路１４ｃ等に組み込まれているＯＰアンプＡ１，Ａ２やＮＯＴ回路Ａ３は、電源・検出回路１４ａに図示しない電源回路が設けられ、この電源回路から電源の供給を受けている。

このように構成されたコード短絡検知回路１４及びコンセント装置１の動作を具体的に説明する。まず、コード短絡の発生のない正常な状態では、反転回路１４ｄの出力に電圧信号は発生せず、コード短絡検知回路１４は信号を出力しない。
図２はこの正常状態でのコード短絡検知回路１４の要部波形図を示し、（ａ）は判定回路１４ｂの入力波形図、（ｂ）は判定回路１４ｂの出力波形図、（ｃ）は平均値回路１４ｃの出力波形図を示している。正常状態では、電源・検出回路１４ａの第１出力回路２１の出力電圧波形Ｓ１と第２出力回路２２の出力電圧波形Ｓ２は図２（ａ）に示す関係を維持する。即ち、電圧波形半周期毎に波形Ｓ１が波形Ｓ２を越えるため、判定回路１４ｂは商用周波数の２倍の周波数となる一定の間隔の矩形波を出力し、平均値回路１４ｃの出力は一定電圧の信号となる。その結果、反転回路１４ｄの出力は電圧信号を出力せず、駆動回路１３が動作することはない。

次にコード短絡が発生した場合を説明する。通常、電路電圧はＡＣ１００Ｖであるが、図１に示すようにコンセント装置１と負荷４の間の電路Ｌでコード短絡が発生すると、短絡点では０Ｖに近い電圧となるため、コンセント装置１においても大きな電圧降下を生じ、ピーク値は正常時の５０％を大きく下回る状態が発生する。このような大きな電圧降下は、負荷起動時や突入電流によって発生することが無く、コード短絡を良好に判別できる。尚、コード短絡がヒゲコード短絡の場合、電圧降下の発生時間は短く、半サイクル程度で発生する。

このような特徴を示す電圧波形が検出されたら、コード短絡発生回路１４の電源・検出回路１４ａでは、第１の電圧である電圧波形のピーク値が通常の５０％に満たない値となるため、第１の電圧が第２の電圧に達しない状態となる。この結果、判定回路１４ｂは矩形波を出力せず、平均値回路の出力電圧が低下する。即ち、コード短絡が発生すると、それを検知して、反転回路１４ｄの出力であるコード短絡検知回路出力は電圧信号（コード短絡検出信号）を出力し、駆動回路１３が起動してトリップコイル１２がトリップ動作する。これは、半サイクル程度の現象であっても判定回路１４ｂがそれを検出し、コード短絡検出信号を出力することができる。

このように、電流変化に依らず電路電圧の波形変化からコード短絡を検出するため、負荷の突入電流や過負荷による大電流を考慮する必要が無くなり、ヒゲコード短絡を検出することができる。そして、電圧波形を絶対値化したピーク値の大きさで判断するため、半周期程度の電圧波形の変化で検出することができ、撚り線１本程度のヒゲコード短絡による電圧降下を検出することが可能となる。
更に、第１の電圧のピーク値に対する第２の電圧の比を２分の１程度にすることで、負荷の突入電流や過負荷による電圧降下を排除して、コード短絡のみを確実に検出することができる。
また、反転回路を設けることで判定回路を簡易な回路で構成できるし、平均値回路１４ｃを設けることでノイズの少ない安定した信号を出力できる。
そして、ヒゲコード短絡が発生したらそれを検知してコンセント出力を停止するので、コード短絡による火災発生を確実に防止できる。

尚、上記実施形態は、コード短絡検知回路１４をコンセントに設けた場合を説明したが、分岐ブレーカ３等の回路遮断器に内蔵させても良いし、必要に応じて設置するタップコンセントに内蔵させても良い。
また、コンセント装置に遮断機能を設けて、電路を遮断する構成としているが、コード短絡が発生したら、音やＬＥＤの発光で通知する構成としても良い。
また、判定回路１４ｃでは、第１の電圧の電圧波形ピーク値に対して第２の電圧の直流電圧を略２分の１としているが、この比に限定するものではない。但し、コード短絡発生時は、２分の１を大きく下回る電圧降下が発生するし、逆に負荷の突入電流等では２分の１まで低下することがないため、２分の１程度が好ましい。

１・・コンセント装置、２・・商用電源、４・・負荷、５・・コード短絡発生ヶ所、１０・・コンセント、１１・・接点（開閉手段）、１２・・トリップコイル、１３・・駆動回路、１４・・コード短絡検知回路、１４ａ・・電源・検出回路（電圧情報入手回路）、１４ｂ・・判定回路、１４ｃ・・平均値回路、１４ｄ・・反転回路、２０・・全波整流回路、２１・・第１出力回路、２２・・第２出力回路、Ｌ・・電路。

Claims (5)

1. 負荷へ電力を供給する電路の線間の電圧情報を入手する電圧情報入手回路と、検出した電圧情報からコード短絡を判定する判定回路とを有し、
   前記電圧情報入手回路は、入手した電圧情報から電路の電圧波形を絶対値化した第１の電圧と電路の電圧波形を直流化した第２の電圧とを出力し、
   前記判定回路は、前記第１の電圧と前記第２の電圧とを比較して、両者の関係が所定の条件を満たしたらコード短絡発生と判定することを特徴とするコード短絡検知回路。
2. 電路が平常な状態において、前記第１の電圧の波形ピーク値に対して前記第２の電圧は特定の比率になるよう設定され、
   前記判定回路は、前記第１の電圧のピーク値が前記第２の電圧に達しない電路状態が発生したら、コード短絡発生と判定することを特徴とする請求項１記載のコード短絡検知回路。
3. 前記第２の電圧は、前記第１の電圧のピーク値に対して略２分の１の大きさであることを特徴とする請求項２記載のコード短絡検知回路。
4. 前記判定回路の出力を平均化する平均値回路と、前記平均値回路の出力を反転する反転回路とを有し、
   前記判定回路は、前記第１の電圧のピーク値が前記第２の電圧を越えたら電圧信号を出力し、前記反転回路の出力をコード短絡発生を通知する信号としたことを特徴とする請求項２又は３に記載のコード短絡検知回路。
5. 負荷が連結された電源プラグを接続するコンセントと、前記コンセントに商用電力を供給するための電路と、前記電路上に設けた開閉手段と、前記開閉手段を開操作するトリップコイルと、請求項１乃至４の何れかに記載のコード短絡検知回路とを有し、
   前記コード短絡検知回路がコード短絡を検出したら、前記トリップコイルがトリップ動作して電路を遮断することを特徴とするコンセント装置。

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