JP6058455B2

JP6058455B2 - コード短絡検出回路、及びコンセント装置

Info

Publication number: JP6058455B2
Application number: JP2013081383A
Authority: JP
Inventors: 吉田　敦至; 敦至吉田
Original assignee: 河村電器産業株式会社
Priority date: 2013-04-09
Filing date: 2013-04-09
Publication date: 2017-01-11
Anticipated expiration: 2033-04-09
Also published as: JP2014204635A

Description

本発明は、コード短絡を検出するコード短絡検出回路、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。

このコード短絡は、最初は撚り線１本程度の電線が短絡する所謂ヒゲコード短絡からスタートすることが知られている。よって、このヒゲコード短絡を精度良く検出できれば、コード短絡の初期を検出でき電線の焼損や火災が発生する前に対処できる。そのため本発明者は、ヒゲコード短絡を精度良く検出できる回路を特許文献１で提案した。
これは、ヒゲコード短絡では数百アンペアの電流は流れず、電圧波形をみると図５に示すような独特な形状を示すことが実験から確認されており、Ｓで示すようなピーク付近から大きく切り欠いたような波形が発生する。この波形は過電流や突入電流の波形とは異なるため、この特徴ある特定の歪んだ電圧波形を２つの閾値を設定して検出し、コード短絡の初期の段階を検出可能とした。

特開２０１２−１８６９５３号公報

上記特許文献１の技術は、図５に示すようなヒゲコード短絡の発生による独特の電圧波形を検出することはできた。しかしながら、例えば一度に多量の電灯をオンした場合等に発生する所謂突入電流によって一瞬電圧が低下する現象を完全に排除することができず、ヒゲコード短絡に伴う特定の電圧歪みと誤認識してしまう場合があり、突入電流対策が十分ではなかった。

そこで、本発明はこのような問題点に鑑み、突入電流に反応すること無くヒゲコード短絡を高い精度で検出し、コード短絡発生を早期に検出できるコード短絡検出回路、及び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出回路は、負荷へ商用電力を供給する電路の電圧波形を整流する整流回路と、ヒゲコード短絡発生による特定の波形歪みを検出するために、商用電圧波形の波高値を下回る特定の２値と整流回路出力電圧の瞬時値とを比較し、瞬時値が特定の２値の間にある間は一定の信号を出力するウインドウコンパレータ回路と、ウインドウコンパレータ回路の出力を基に特定の波形歪みの発生を判断する特定歪み判定回路と、整流回路が出力する電圧波形の波高値の低下を監視する電圧監視回路と、特定歪み判定回路が特定歪み発生と判断し、且つ電圧監視回路が電圧の低下がないと判断したら、コード短絡発生と判定する判定回路とを有することを特徴とする。
この構成によれば、特定歪み判定回路がヒゲコード短絡発生による特定歪み発生と判断しても、電圧監視回路が突入電流による電路電圧の低下を検出したらコード短絡発生を判断しないため、突入電流による電圧低下を排除してコード短絡の発生を早期に且つ高精度で検出できる。

請求項２の発明に係るコンセント装置は、負荷が接続されるコンセントと、コンセントに商用電力を供給するための電路と、電路上に設けられて電路の開閉を行う開閉手段と、開閉手段を開動作させる遮断手段と、請求項１に記載のコード短絡検出回路と、コード短絡検出回路が出力するコード短絡発生信号を基に遮断手段を駆動する出力回路とを有することを特徴とする。
この構成によれば、コード短絡が発生を早期に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。

本発明に係るコード短絡検出回路によれば、特定歪み判定回路がヒゲコード短絡発生による特定歪み発生と判断しても、電圧監視回路が突入電流による電路電圧の低下を検出したらコード短絡発生を判断しないため、突入電流による電圧低下を排除して、コード短絡の発生を早期に且つ高精度で検出できる。
また、本発明のコンセント装置によれば、コード短絡が発生を早期に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のコード短絡検出回路の要部波形図であり、（ａ）は整流回路の出力波形、（ｂ）はウインドコンパレータ回路出力波形、（ｃ）は積分回路出力波形、（ｄ）は第１比較回路の出力を示している。突入電流発生時の各部の波形を示し、（ａ）はコンセント出力電圧波形、（ｂ）は整流回路出力電圧波形、（ｃ）は第２比較回路出力波形である。平常時の各部の波形を示し、（ａ）はコンセント出力電圧波形、（ｂ）は整流回路出力電圧波形、（ｃ）は第２比較回路出力波形である。ヒゲコード短絡発生時の電路電圧波形の説明図である。

以下、本発明を具体化した実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。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り、１はコンセント装置、２は分電盤等から供給される商用電源、３はテレビや照明等の負荷、４は負荷３を接続するコンセント、Ｌ１は商用電源２からコンセント装置１に至る電路、Ｌ２はコンセント４に接続されたプラグ（図示せず）から負荷３に至る負荷電路である。尚、コンセント装置１は通常は壁面に埋設設置される。

コンセント装置１は、図１に示すように商用電源２が接続された電路Ｌ１を接続する電源接続部からコンセント４に至る内部電路Ｌ３上に設けた開閉接点６、開閉接点６を開動作させるプランジャ７ａを備えた電磁コイル７、電磁コイル７を駆動するための出力回路８、コード短絡を検出するコード短絡検出回路１０を備えている。

コード短絡検出回路１０は、内部電路Ｌ３の電路電圧を全波整流する整流回路１１、コード短絡検出回路１０の各部に電源を供給する電源回路１２、整流回路１１が整流した電圧波形を特定の２値と比較するウインドウコンパレータ回路１３、ウインドウコンパレータ回路１３の出力波形を成形する波形成形回路１４、波形成形回路１４の出力波形を積分する積分回路１５、積分回路１５の出力を所定の閾値と比較して特定の歪み発生を判定する特定歪み判定回路としての第１比較回路１６、第１比較回路１６の出力を受けてパルス信号を出力する第１ワンショットパルス回路１７、整流回路１１が整流した電圧波形を特定の閾値と比較する電圧監視回路としての第２比較回路１８、第２比較回路１８の出力及び第１ワンショットパルス回路１７の出力を基にヒゲコード短絡発生を判定してパルス信号を出力する判定回路としての第２ワンショットパルス回路１９等を備えている。

上記の如く構成されたコード短絡検出回路１０の動作は以下の様である。図２〜図４の波形説明図を参照して説明する。ウインドウコンパレータ回路１３は、予め設定した電路電圧波形（商用電圧波形）の波高値を下回る特定の２値（高い方の第１固定値ＥＨ、及び低い方の第２固定値ＥＬの２値）と整流回路１１が出力する電圧波形とを比較し、この２つの固定値の間に電路電圧の瞬時値がある間は特定の信号を出力する。
具体的に、ウインドウコンパレータ回路１３には電路電圧が分圧されて入力され、例えば１０分の１に分圧された電圧が入力される。その結果、波高値約１４ボルトの電圧が入力される。この値の電圧に対しては、例えば第１固定値ＥＨ＝５ボルト、第２固定値ＥＬ＝１ボルトに設定される。この設定により、上記図５に示すヒゲコード短絡により発生する電路電圧の独特の変化を検出することが可能となる。

ここで、図２はコード短絡検出回路１０の要部の波形を示し、図２（ａ）はウインドウコンパレータ回路１３に入力される電圧波形Ｖと特定の２値ＥＨ，ＥＬとの関係、図２（ｂ）は波形成形回路１４の出力、図２（ｃ）は積分回路１５の出力、図２（ｄ）は第１比較回路１６の出力波形をそれぞれ示している。
図２（ａ）に示すように、ヒゲコード短絡により発生する電路電圧の独特の変化を挟むように特定の２値ＥＨ，ＥＬは設定される。そして波形成形回路１４が、図２（ｂ）に示すように正常時は時間幅Ｔ１の矩形波を出力するが、ヒゲコード短絡が発生したら長い時間幅Ｔ２の矩形波を出力する。ヒゲコード短絡が発生すると特徴ある電圧波形が発生するため、瞬時値が数十ボルトから波高値の約５０％となる７０ボルト程度の間に数ｍｓ留まる状態が発生すると見ることができる。よって、第１固定値ＥＨと第２固定値ＥＬを上記の如く設定することでその状態を検出し、ヒゲコード短絡が検出可能となる。

そして積分回路１５は、波形成形回路１４が出力する矩形波を積分して図２（ｃ）に示すような波形の信号Ｍを出力する。図２（ｃ）に示すように、正常時の正弦波に対してはピーク値の小さい波形Ｍ１を出力するが、コード短絡（ヒゲコード短絡）により発生するＴ２の矩形波を受けて、Ｍ２に示すように大きなピーク値の波形が出力される。

第１比較回路１６は、積分回路１５の出力を所定の閾値Ｔｈと比較し、閾値Ｔｈを越えたら図２（ｄ）に示すように信号Ｎを出力する。こうして、通常の正弦波の場合は出力されることが無く、図５のＳに示すような歪みが発生したら信号Ｎが出力される。そして、第１ワンショットパルス回路１７が、第１比較回路１６の出力Ｎを受けてパルス信号を出力する。

一方、第２比較回路１８は、整流された電路電圧波形を所定の閾値と比較して、電路電圧の瞬時値が所定値に達しなければ、出力を発生しない。図３，図４は、この第２比較回路１８の出力を具体的に示し、図３は過大な突入電流の発生により電路電圧が大きく減少した場合、図４は電路電圧が正常な通常状態をそれぞれ示し、Ｖｔｈは所定の閾値を示している。図３，図４に示すように、第２比較回路１８は通常状態では電圧のピークに合わせて矩形波を常時出力するが、突入電流発生時は図３（ｃ）に示すように出力が一時的に無くなる。
第２ワンショットパルス回路１９は、この第２比較回路１８及び第１ワンショットパルス回路１７の出力信号を受けて、双方が矩形波を出力したら即ち［Ｈ］の信号を出力したら、出力回路８を起動させるパルス信号を出力する。

出力回路８はこの信号を受けてオン動作し、電磁コイル７を駆動してプランジャ７ａが引き外し動作する。その結果、開閉接点６は開動作し、負荷３への電力の供給は停止される。

このように、第１比較回路１６が特定歪みの発生と判断しても、第２比較回路１８が突入電流による電路電圧の低下を検出したらコード短絡発生と判断しないため、突入電流による電圧低下を排除して、コード短絡の発生を高精度で検出できる。そして、ヒゲコード短絡を検出して遮断動作するため、コード短絡を早期に検出できる。
また、コード短絡が発生したらそれを検知して電路を遮断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、コード短絡検出回路１０をコンセントに組み込んだ場合を説明したが、分岐ブレーカ等の回路遮断器に内蔵させても良いし、コンセントに接続して使用され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。

１・・コンセント装置、４・・コンセント、６・・開閉接点（開閉手段）、７・・電磁コイル（遮断手段）、８・・出力回路、１０・・コード短絡検出回路、１１・・整流回路、１３・・ウィンドウコンパレータ回路、１６・・第１比較回路（特定歪み検出回路）、１８・・第２比較回路（電圧監視回路）、１９・・第２ワンショットパルス回路（判定回路）、Ｌ３・・内部電路（電路）。

Claims

負荷へ商用電力を供給する電路の電圧波形を整流する整流回路と、
ヒゲコード短絡発生による特定の波形歪みを検出するために、商用電圧波形の波高値を下回る特定の２値と前記整流回路出力電圧の瞬時値とを比較し、瞬時値が前記特定の２値の間にある間は一定の信号を出力するウインドウコンパレータ回路と、
前記ウインドウコンパレータ回路の出力を基に前記特定の波形歪みの発生を判断する特定歪み判定回路と、
前記整流回路が出力する電圧波形の波高値の低下を監視する電圧監視回路と、
前記特定歪み判定回路が特定歪み発生と判断し、且つ前記電圧監視回路が電圧の低下がないと判断したら、コード短絡発生と判定する判定回路とを有することを特徴とするコード短絡検出回路。
負荷が接続されるコンセントと、前記コンセントに商用電力を供給するための電路と、前記電路上に設けられて電路の開閉を行う開閉手段と、前記開閉手段を開動作させる遮断手段と、請求項１に記載のコード短絡検出回路と、前記コード短絡検出回路が出力するコード短絡発生信号を基に前記遮断手段を駆動する出力回路とを有することを特徴とするコンセント装置。