JP5708744B2

JP5708744B2 - 発熱検出装置

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Publication number: JP5708744B2
Application number: JP2013207352A
Authority: JP
Inventors: 充川島
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-10-02
Filing date: 2013-10-02
Publication date: 2015-04-30
Anticipated expiration: 2033-10-02
Also published as: JP2015073356A

Description

本発明は、発熱検出装置に関するものである。

電気回路を形成する配線の接続部では、経年変化、振動及びヒートサイクル等により接触抵抗が増加していく。接触抵抗が増加した接続部は、通電により発熱する。材質に銅が含まれる接続部には、発熱により銅酸化物が生成される。銅酸化物として亜酸化銅が生成された場合は、通電により亜酸化銅自体が発熱する。通電中は、亜酸化銅の発熱により銅金属が亜酸化銅に変質しながら増殖していく場合がある。この現象を亜酸化銅増殖発熱現象と呼ぶ。亜酸化銅の発熱部は、局所的には１０００℃程度になる。

下記特許文献１には、配線用遮断器が記載されている。この配線用遮断器は、電圧検出手段と、配線の遮断動作を行うための引き外し回路と、電圧検出手段の検出結果に基づいて引き外し回路を動作させる制御部と、を備えている。

特開２００１−３２７０６５号公報実公昭６３−６８３３号公報

特許文献１に記載の配線用遮断器では、直流回路で発生した亜酸化銅増殖発熱現象を検出できない。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものである。その目的は、直流回路で発生した亜酸化銅増殖発熱現象を検出できる発熱検出装置を提供することである。

本発明に係る発熱検出装置は、直流回路に流れる電流を検出する電流検出部と、電流検出部により検出される電流が、直流回路を形成する配線の接続部で直流回路が遮断されているときの電流として予め設定された第１の電流及び直流回路が遮断されていないときの電流として予め設定された第２の電流のいずれとも異なる電流である場合に、直流回路を遮断する駆動部を動作させる制御部と、を備え、制御部は、電流検出部により検出された電流が予め設定された電流域に含まれているか否かの判定を行う閾値回路と、閾値回路による判定結果が予め設定された時間変化せずにいるか否かの判定を行う積算回路と、積算回路による判定結果に基づいて駆動部を動作させる出力回路と、を備え、電流域の下限は第１の電流よりも高く、電流域の上限は第２の電流よりも低いものである。
また、本発明に係る発熱検出装置は、直流回路に流れる電流を検出する電流検出部と、電流検出部により検出される電流が、直流回路を形成する配線の接続部で直流回路が遮断されているときの電流として予め設定された第１の電流及び直流回路が遮断されていないときの電流として予め設定された第２の電流のいずれとも異なる電流である場合に、直流回路を遮断する駆動部を動作させる制御部と、を備え、制御部は、電流検出部により検出された電流の電流低下率を算出する電流低下率算出回路と、電流低下率算出回路により算出された電流低下率が予め設定された低下率範囲に含まれているか否かの判定を行う閾値回路と、閾値回路による判定結果に基づいて駆動部を動作させる出力回路と、を備えたものである。

本発明によれば、直流回路で発生した亜酸化銅増殖発熱現象を検出することができる。

直流電源、接続部及び負荷を備えた直流回路を示す回路図である。図１に示す直流回路に流れる電流を示すグラフである。本発明の実施の形態１における発熱検出装置を示す回路ブロック図である。本発明の実施の形態２における発熱検出装置を示す回路ブロック図である。

添付の図面を参照して、本発明を詳細に説明する。各図では、同一又は相当する部分に同一の符号を付している。重複する説明は、適宜簡略化あるいは省略する。

実施の形態１．
図１は、負荷１を動作させるための直流回路を示す回路図である。図１は、負荷１、直流回路を形成する配線の接続部２及び直流電源３から成る単純な直流回路を示している。また、図２は、図１に示す直流回路に流れる電流を示すグラフである。図２において、波形Ａは、直流回路が遮断された状態での電流を示している。波形Ｂは、通電状態で、亜酸化銅発熱が発生していない場合の電流を示している。波形Ｃは、通電状態で、亜酸化銅発熱が発生している場合の電流を示している。なお、亜酸化銅発熱とは、通電により亜酸化銅自体が発熱することをいう。以下、図１及び図２を参照して、本発明の原理を説明する。

図１において、接続部２がオープンの場合、直流回路は遮断された状態となる。オープンとは、接続部２を開路又は断線等した状態をいう。接続部２がオープンのとき、負荷１は、通電されないため動作しない。このとき、直流電源３からの供給電流は、図２に示す波形Ａのように、ほぼ０Ａとなる。つまり、接続部２がオープンのとき、直流回路に電流は流れない。

図１において、接続部２がショートの場合、直流回路は通電状態となる。ショートとは、回路が遮断されていない状態をいう。接続部２がショートのとき、負荷１は、直流電源３から電流が供給されることで動作する。このとき、図２に示す波形Ｂのように、電流は一定の値となる。例えば、抵抗値が５０Ωの負荷に対して、直流電源３からＤＣ１００Ｖの電圧を供給すると、接続部２がショートのときは、接続部２を含めた直流回路に２Ａの電流が流れることになる。

このように、通常は、直流回路に流れる電流は図２に示す波形Ａ又は波形Ｂのどちらかを示す。一方、経年劣化又は接続不良等により接続部２において亜酸化銅増殖発熱現象が発生していると、接続部２がショートであっても、図２に示す波形Ｃのように、電流がわずかに低下する。これは、発生した亜酸化銅がわずかに抵抗値を持っているためである。亜酸化銅発熱は、直流回路が通電状態である限り安定して継続される。亜酸化銅発熱部に通電を続けると発熱部は拡大していくため、抵抗値も徐々に増加していく。抵抗値が増加していくと、電流は波形Ｃのように低下していく。波形Ｃは、発熱した亜酸化銅に特徴的な電流の波形である。波形Ｃのような電流波形は、接続不良又は回路の入切のみにより現れることはない。亜酸化銅の抵抗値及び通電状態における抵抗値の変化率は、直流電源３からの供給電圧、直流回路に流れる電流、接続部２の構造等の各種条件によって決まる値である。このため、亜酸化銅発熱が発生した場合の電流波形も予め決定可能である。そして、この電流波形を、亜酸化銅発熱時に直流回路で発生する電流波形として設定しておくことができる。これにより、本発明では、直流回路での電流変化に基づいて、通電中に直流回路において発生する亜酸化銅発熱を検出する。

なお、亜酸化銅発熱は、接続部２にかかる電圧の変化に基づいて検出することも可能である。但し、直流回路に複数の接続部が存在する場合には、どの接続部で亜酸化銅増殖発熱現象が発生するのかを予測することが困難であるため、接続部ごとに電圧検出器を設ける必要がある。

図３は、本実施の形態における発熱検出装置を示す回路ブロック図である。図３は、発熱検出装置が直流回路に取り付けられた状態を示している。以下、図３を参照して発熱検出装置の構成を説明する。

図３に示す回路図は、負荷１を動作させるための直流回路を示している。この直流回路は、図１と同様に、直流回路を形成する配線の接続部２を備えている。また、この直流回路には、動作することで回路の通電を遮断する駆動部４が設けられている。

図３に示すように、発熱検出装置は、電流検出部５及び制御部６を備えている。電流検出部５は、制御部６と接続されている。制御部６は、閾値回路７、積算回路８及び出力回路９を備えている。また、制御部６は、駆動部４と接続されている。

次に、各部の動作について説明する。電流検出部５は、直流回路に流れる回路電流を検出する。電流検出部５により検出された電流値は、制御部６の閾値回路７に入力される。閾値回路７は、入力された電流値が設定電流域に含まれているときに、信号を出力する。また、閾値回路７は、入力された電流値が設定電流域に含まれていないときは、信号を出力しない。つまり、閾値回路７は、電流検出部５により検出された電流値が設定電流域に含まれているか否かの判定を行う。なお、設定電流域とは、亜酸化銅発熱発生時に低下する回路電流に基づいて予め設定された電流域である。設定電流域の下限は、通常時に接続部２がオープンのときの電流よりも高く設定されている。設定電流域の上限は、通常時に接続部２がショートのときの電流よりも低く設定されている。

閾値回路７から出力された信号は、積算回路８に入力される。積算回路８は、閾値回路７からの信号の入力が設定時間以上継続した場合に、信号を出力する。一方、積算回路８は、閾値回路７からの信号の入力が設定時間以上継続しなかった場合には、信号を出力しない。つまり、積算回路８は、電流値が設定電流域に含まれていることを示す判定結果が設定時間の間変化せずにいるか否かの判定を行う。なお、設定時間とは、予め設定された一定の時間である。

積算回路８から出力された信号は、出力回路９に入力される。出力回路９は、積算回路８からの信号が入力されると、駆動部４へ信号を出力する。駆動部４は、出力回路９からの信号が入力されると動作し、直流回路の通電を遮断する。

次に、本実施の形態における発熱検出装置による検出動作について、具体例を用いて説明する。ここでは、供給電圧がＤＣ１００Ｖ、負荷１の抵抗値が１０Ωの直流回路の接続部２において、抵抗値２．５Ωの亜酸化銅が生成された場合を例にとる。亜酸化銅発熱による回路電流の低下率は、０．０１Ａ／ｓとする。閾値回路７での設定電流域は、９〜７Ａとする。積算回路８での設定時間は、１０ｓとする。

亜酸化銅発熱が発生せずに正常に動作しているときは、接続部２を含めた直流回路には１０Ａの電流が流れる。電流検出部５は、１０Ａの回路電流を検出する。この回路電流は、閾値回路７へ入力される。しかし、１０Ａは設定電流域である９〜７Ａに含まれていないため、閾値回路７は信号を出力しない。

一方、接続部２において抵抗値２．５Ωの亜酸化銅が生成されていると、通電開始時の回路電流は８Ａとなる。電流検出部５は、８Ａの回路電流を検出する。この回路電流は、閾値回路７へ入力される。このとき、８Ａは設定電流域である９〜７Ａに含まれているため、閾値回路７は信号を出力する。閾値回路７から出力された信号は、積算回路８に入力される。回路電流が設定電流域である９〜７Ａの範囲の値である間は、閾値回路７から積算回路８に信号が入力され続ける。亜酸化銅発熱による電流低下率は０．０１Ａ／ｓであるので、１０ｓ後の回路電流は７．９Ａとなる。このため、積算回路８には、１０ｓ後も信号が入力され続ける。閾値回路７からの信号の入力が設定時間である１０ｓ以上継続すると、積算回路８は信号を出力する。積算回路８から出力された信号は、出力回路９に入力される。出力回路９は、積算回路８からの信号が入力されると、駆動部４へ信号を出力する。駆動部４は、出力回路９からの信号が入力されると動作し、直流回路の通電を遮断する。これにより、接続部２に形成された亜酸化銅は通電されなくなる。その結果、発熱現象は終了する。

上述した具体例では、閾値回路７での設定電流域を９〜７Ａとして説明している。しかし、設定電流域は、直流回路の各種条件及び直流回路に流れる電流のマージン等を考慮して変更可能である。また、積算回路８での設定時間を短くすることにより、迅速に亜酸化銅増殖発熱現象の検出及び直流回路の遮断を行うことができる。

上述したとおり、本実施の形態における発熱検出装置は、直流回路に流れる電流に基づいて、直流回路中の接続部等において発生した亜酸化銅増殖発熱現象を検出する。その結果、直流回路の遮断動作を行い、直流回路の接続部及び直流回路を備えた電気機器等の焼損を未然に防止することができる。

上述したとおり、本実施の形態では、発熱した亜酸化銅に特徴的な電流を検出することで亜酸化銅増殖発熱現象を検出している。このため、配線の接続不良又は回路の入切等によって発生する電流変化を誤検出することを防止できる。その結果、高い精度で亜酸化銅増殖発熱を検出することができる。

実施の形態２．
図４は、本実施の形態における発熱検出装置を示す回路ブロック図である。図４は、発熱検出装置が直流回路に取り付けられた状態を示している。以下、実施の形態１との相違点を中心に説明し、実施の形態１と同じ部分にはこれと同じ符号を付して、一部の説明を省略する。

本実施の形態では、制御部６は、電流低下率算出回路１０を備えている。電流検出部５により検出された電流値は、電流低下率算出回路１０に入力される。電流低下率算出回路１０は、一定時間における電流変化から電流低下率（Ａ／ｓ）を算出する。

電流低下率算出回路１０により算出された電流低下率は、閾値回路７に入力される。閾値回路７は、入力された電流低下率が予め設定された低下率範囲に含まれているときに、信号を出力する。また、閾値回路７は、入力された電流低下率が低下率範囲に含まれていないときは、信号を出力しない。このように、閾値回路７は、電流低下率算出回路１０により算出された電流低下率が低下率範囲に含まれているか否かの判定を行う。なお、低下率範囲とは、亜酸化銅発熱発生時に変化する回路電流の低下率に基づいて予め設定される範囲である。つまり、実施の形態１では低下した回路電流の値に基づいて亜酸化銅発熱の発生を検出するのに対し、本実施の形態では回路電流の電流低下率に基づいて亜酸化銅発熱の発生を検出する。

閾値回路７から出力される信号は、出力回路９に入力される。出力回路９は、閾値回路７からの信号が入力されると、駆動部４へ信号を出力する。駆動部４は、出力回路９からの信号が入力されると動作し、直流回路の通電を遮断する。

次に、本実施の形態の発熱検出装置による検出動作について、具体例を用いて説明する。ここでは、供給電圧がＤＣ１００Ｖ、負荷１の抵抗値が１０Ωの直流回路の接続部２において、抵抗値２．５Ωの亜酸化銅が生成された場合を例にとる。亜酸化銅発熱による電流低下率は０．０１Ａ／ｓとする。電流低下率算出回路１０は、３０ｓ間の電流変化から電流低下率を算出する。閾値回路７での低下率範囲は、０．００５〜０．０２Ａ／ｓとする。

亜酸化銅発熱が発生せずに正常に動作しているときは、接続部２を含めた直流回路には１０Ａの電流が流れる。正常時は１０Ａが一定で流れ続けるため、電流低下率算出回路１０で算出される電流低下率は０Ａ／ｓとなる。この電流低下率は、閾値回路７に入力される。しかし、０Ａ／ｓは低下率範囲０．００５〜０．０２Ａ／ｓに含まれていないため、閾値回路７は信号を出力しない。

一方、接続部２において抵抗値２．５Ωの亜酸化銅が生成されていると、通電開始時の回路電流は８Ａとなる。そして、通電状態が維持されると、回路電流は図２に示す波形Ｃのように徐々に低下していく。電流低下率算出回路１０は、このときの電流低下率０．０１Ａ／ｓを算出する。この電流低下率は、閾値回路７へ入力される。電流低下率０．０１Ａ／ｓは、低下率範囲０．００５〜０．０２Ａ／ｓに含まれているため、閾値回路７は信号を出力する。閾値回路７から出力された信号は、出力回路９に入力される。出力回路９は、閾値回路７からの信号が入力されると、駆動部４へ信号を出力する。駆動部４は、出力回路９からの信号が入力されると動作し、直流回路の通電を遮断する。これにより、接続部２に形成された亜酸化銅は通電されなくなる。その結果、発熱現象は終了する。

上述した具体例では、閾値回路７における低下率範囲０．００５〜０．０２Ａ／ｓとして説明している。しかし、亜酸化銅発熱時の電流低下率は、供給電圧、直流回路に流れる電流及び接続部２の構造等の各種条件によって決定可能な値である。このため、閾値回路７において予め最適な低下率範囲を設定する必要がある。また、電流低下率算出回路１０は、３０ｓ間の電流変化から電流低下率を算出しているが、この時間を短くすることでより迅速に亜酸化銅発熱を検出することが可能になる。

上述したとおり、本実施の形態における発熱検出装置は、亜酸化銅発熱発生時の電流低下率に基づいて、直流回路中の接続部等において発生した亜酸化銅増殖発熱現象を検出する。このため、何らかの理由により電流が一時的に変化した場合でも、誤検出をすることがない。その結果、亜酸化銅発熱の発生を正確に検出することができる。

上述したとおり、実施の形態１及び２では、１箇所の接続部２において亜酸化銅発熱が発生した場合を例に挙げている。しかし、本発明は、複数の接続部を備えた直流回路に対しても適用できる。本発明における発熱検出装置は、回路電流又は電流低下率に基づいて亜酸化銅増殖発熱現象を検出するため、複数の接続部のいずれかにおいて亜酸化銅増殖発熱現象が発生した場合でも発熱を検出できる。このため、複数の接続部を備えた直流回路に対して遮断動作を行うことができる。その結果、直流回路の接続部及び直流回路を備えた電気機器等の焼損を未然に防止することができる。また、本発明における発熱検出装置は回路電流を検出しているため、接続部にかかる電圧に基づいた検出方法と違って、接続部ごとに検出器を設ける必要がない。このため、検出器としては、１つの電流検出部５のみを用いればよい。その結果、より簡単な構成で、亜酸化銅発熱の検出及び直流回路の遮断を行う発熱検出装置を実現できる。

なお、実施の形態１及び２において、負荷１を変更すると直流回路中の抵抗値が変化する。その結果、通常時の電流、亜酸化銅発熱発生時の電流及び亜酸化銅発熱発生時の電流低下率が変化する。例えば、供給電圧がＤＣ１００Ｖ、負荷の抵抗値が１０Ωの直流回路の接続部２において、抵抗値２．５Ωの亜酸化銅が生成する場合を考える。この場合、直流回路には、通常時は１０Ａの電流が流れ、亜酸化銅発熱発生時は８Ａの電流が流れる。ここで、負荷１を抵抗値が２０Ωのものに変更すると、通常時の電流は５Ａとなる。また、亜酸化銅の抵抗値も変化するため、亜酸化銅発熱発生時の電流及び亜酸化銅発熱発生時の電流低下率が変化する。このため、負荷１を変更した後に亜酸化銅発熱が発生した場合は、変更前に閾値回路７において設定した各種設定値を用いて亜酸化銅発熱の発生を検出することはできない。この場合は、負荷１の抵抗値と閾値回路７の設定を連動させることで亜酸化銅発熱の検出が可能となる。具体的には、実施の形態１においては、負荷１の変更に合わせて閾値回路７の設定電流域を変更すればよい。また、実施の形態２においては、負荷１の変更に合わせて閾値回路７の低下率範囲を変更すればよい。

上述したとおり、実施の形態１では、積算回路８は、閾値回路７からの信号の入力が設定時間以上継続した場合に信号を出力し、設定時間以上継続しなかった場合には信号を出力しない。しかし、積算回路８が信号を出力する条件と、信号を出力しない条件とを逆にすることも可能である。つまり、閾値回路７からの信号の入力が設定時間以上継続していない場合は信号を出力し続け、設定時間以上継続した場合に信号の出力をやめることとしてもよい。ただし、この場合、出力回路９は、積算回路８からの信号の入力がなくなった場合に信号を出力するように設定される。

また、上述したとおり、実施の形態１及び２では、閾値回路７は、入力された値が予め設定された範囲内のときは信号を出力し、範囲内でないときは信号を出力しない。しかし、閾値回路７が信号を出力する条件と、信号を出力しない条件とを逆にすることも可能である。つまり、入力された値が範囲内のときは信号を出力せず、範囲内でないときに信号を出力することとしてもよい。ただし、この場合、実施の形態１における積算回路８は、閾値回路７からの信号の入力がない状態が設定時間以上継続した場合に信号を出力し、信号の入力がない状態が設定時間以上継続しなかった場合には信号を出力しないように設定される。また、この場合、実施の形態２における出力回路９は、閾値回路７からの信号が入力されている間は信号を出力せず、閾値回路７からの信号の入力がなくなった場合に信号を出力するように設定される。

また、実施の形態１及び２における発熱検出装置に報知手段を設けることとしてもよい。例えば、駆動部４の動作時に点灯する表示灯又はＬＥＤ等を設けることで、使用者に異常状態を報知することができる。これにより、亜酸化銅の除去等の復旧作業を促すことができる。

１負荷、２接続部、３直流電源、４駆動部、５電流検出部、６制御部、７閾値回路、８積算回路、９出力回路、１０電流低下率算出回路

Claims

直流回路に流れる電流を検出する電流検出部と、
前記電流検出部により検出される電流が、前記直流回路を形成する配線の接続部で前記直流回路が遮断されているときの電流として予め設定された第１の電流及び前記直流回路が遮断されていないときの電流として予め設定された第２の電流のいずれとも異なる電流である場合に、前記直流回路を遮断する駆動部を動作させる制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記電流検出部により検出された電流が予め設定された電流域に含まれているか否かの判定を行う閾値回路と、
前記閾値回路による判定結果が予め設定された時間変化せずにいるか否かの判定を行う積算回路と、
前記積算回路による判定結果に基づいて前記駆動部を動作させる出力回路と、
を備え、
前記電流域の下限は前記第１の電流よりも高く、前記電流域の上限は前記第２の電流よりも低い発熱検出装置。
直流回路に流れる電流を検出する電流検出部と、
前記電流検出部により検出される電流が、前記直流回路を形成する配線の接続部で前記直流回路が遮断されているときの電流として予め設定された第１の電流及び前記直流回路が遮断されていないときの電流として予め設定された第２の電流のいずれとも異なる電流である場合に、前記直流回路を遮断する駆動部を動作させる制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記電流検出部により検出された電流の電流低下率を算出する電流低下率算出回路と、
前記電流低下率算出回路により算出された電流低下率が予め設定された低下率範囲に含まれているか否かの判定を行う閾値回路と、
前記閾値回路による判定結果に基づいて前記駆動部を動作させる出力回路と、
を備えた発熱検出装置。