JP7370666B2 - 放電検出システム - Google Patents

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Description

本発明は、放電検出システムに関するものである。
特許文献１に記載されているように、電源と負荷などの間に設けたフィルタ回路により、電流波形や電圧波形における特定の周波数帯域の波形を除去し、検知されたノイズ出力より放電事象の発生と判定し、ブレーカを遮断させる処理を行うことが知られている。その場合、放電事象を検出したら、どのような出力であっても、所定時間後に遮断信号を出力するような処理を行っている。
特開２０１７－１７３００８号公報
ところで、このような遮断は放電事象の原因が分からないまま行っている。したがって、遮断後に、放電事象の原因を一から特定する必要がある。
本件の発明者は、この点について鋭意検討することにより、解決を試みた。本発明が解決しようとする課題は、放電事象の要因を判別可能にすることである。
上記課題を解決するため、配線経路に流れる電流を検出する電流検出部と、放電事象により重畳された高周波帯域のノイズの検出を行うために用いられるハイパスフィルタと、ハイパスフィルタを通過した高周波ノイズの出力から放電事象発生を判定した場合に、配線経路に流れる電流の放電事象発生時の増減を検出して、放電事象の要因を判定する判定部と、を備えた放電検出システムとする。
また、判定部から送られる遮断信号により配線経路を開くように動作する開閉部を備え、電流検出部で検出した放電電流の大きさによって、放電事象発生を判定してから開閉部に遮断信号を送るまでの時間を変化させるものとすることが好ましい。
また、ハイパスフィルタを接続し高周波帯域の出力を判定部に入力させる第１回路と、電流検出部の出力を直接判定部に入力させる第２回路とを備え、判定部は、第１回路からの入力により放電事象の有無を特定し、第２回路からの入力により電流の増減を特定するものとすることが好ましい。
また、判定部は、放電事象発生時の電流が増大した場合には、異極間放電事象が生じたと判定し、放電事象発生時の電流が減少した場合には、同極間放電事象が生じたと判定することが好ましい。
本発明では、放電事象の要因が判別可能となるため、対応が容易にとれる。
放電検出システムを備えたブレーカの例を示した図である。 ハイパスフィルタ通過時の電流波形と電流検出部で検出された電流波形の比較のイメージを示した図である。 コンセントに負荷のプラグを接続した状態を示す図である。ただし、（ａ）は機器などの接続形態が分かるように示した図であり、（ｂ）は要素を単純化して表した図である。 図３に示すプラグと負荷の間に断線が生じた状態を示す図である。ただし、（ａ）は機器などの接続形態が分かるように示した図であり、（ｂ）は要素を単純化して表した図である。 図４に示すような断線が瞬間的に複数回生じた際に電流検出部で検出される電流波形の例を示す図である。 図３に示すプラグ付近で微小な短絡が生じた状態を示す図である。ただし、（ａ）は機器などの接続形態が分かるように示した図であり、（ｂ）は要素を単純化して表した図である。 図４に示すような微小短絡が瞬間的に複数回生じた際に電流検出部で検出される電流波形の例を示す図である。 図１とは異なる放電検出システムを備えたブレーカの例を示した図である。 放電検出システムをブレーカとは別に設けた例を示した図である。
以下に発明を実施するための形態を示す。図１に示されていることから理解されるように、本実施形態の放電検出システムは、配線経路５１に流れる電流を検出する電流検出部１１と、放電事象により重畳された高周波帯域のノイズの検出を行うために用いられるハイパスフィルタ１２と、ハイパスフィルタ１２を通過した高周波ノイズの出力から放電事象発生を判定した場合に、配線経路５１に流れる電流の放電事象発生時の増減を検出して、放電事象の要因を判定する判定部１３と、を備えている。このため、放電事象の要因が判別可能となる。また、放電事象の要因の特定をすることができるため、製品を変更するのか、配線を変えるのかなどの判断がしやすくなる。
ここで、電流検出部１１とハイパスフィルタ１２を合わせて利用する意味について説明する。電流検出部１１は、交流電流を検出しており、電流値がなす通常の正弦波を検出することができる。これに対してハイパスフィルタ１２を用いると、高周波数帯域におけるノイズ出力の有無を選別することができる。電流検出部１１は、負荷６２の機器のオンオフなどによるノイズなども拾ってしまうため、きれいな正弦波とならないことも多い。このため、たんに電流検出部１１を見ていても、放電事象が生じているか否かを判定するのは困難である。そこで、放電事象が生じているタイミングを知るために、ハイパスフィルタ１２を用いる。ハイパスフィルタ１２を用いて、高周波帯域のノイズが所定の条件で検出されれば、そのノイズは放電事象によるものと特定することができる。
しかし、ハイパスフィルタ１２を用いるだけでは、放電事象の要因を判定することは困難である。そこで、本実施形態では、図２に示すことから理解されるように、ハイパスフィルタ１２で放電事象が生じたタイミングにおいて、電流検出部１１で電流がどのような挙動を示すのかを確認することで、放電事象の要因を判定できるようにする。なお、この際、ハイパスフィルタ１２で放電事象が生じたタイミングの前後の電流の大きさなどを確認することで、交流電流であっても、放電事象による電流への影響を確認することができる。
例えば、図３に示すことから理解されるように、コンセント６０に対して負荷６２につながるプラグ６１が接続されているものとする。図４に示すように、断線などにより同極間放電事象が生じる状態になると、電流が流れにくくなり、電流検出部１１で検出される電流値は通常想定される電流値よりも小さなものとなる。したがって、図５に示すことから理解されるように、正弦波の一部が凹むような電流波形を示すことになる。
一方、図６に示すことから理解されるように、トラッキングや微小短絡などにより異極間放電事象が生じる状態になると、電流は全体として流れやすくなる。したがって、図７に示すことから理解されるように、正弦波の一部に突起が生じるような電流波形を示すことになる。
このように、放電事象の種類によって、電流波形に違いが生じることを利用すれば、放電事象の要因を判定することができる。より具体的には、放電事象発生時の電流が増大した場合には、異極間放電事象が生じたと判定し、放電事象発生時の電流が減少した場合には、同極間放電事象が生じたと判定することができる。判定部１３はこのような判定をできるようにすることが好ましい。
判定部１３には、電流検出部１１で検出された電流と、ハイパスフィルタ１２を通過した後の電流の双方が入力される。このようにするため、図１に示す例では、電流検出部１１から判定部１３に向かうラインを途中で分岐し、電流検出部１１で検出された電流をそのまま判定部１３に入力するライン（第２回路）と、電流検出部１１で検出された電流にハイパスフィルタ１２を通してから判定部１３に入力するライン（第１回路）が設けられるようにしている。
ハイパスフィルタ１２を通過した高周波ノイズが、所定時間の間、所定の閾値を超えている場合には、放電事象が生じていると判定部１３で判定するが、この場合、配線経路５１に設けられた開閉部１４が開かれることになる。開閉部１４を開く動作は、信号を送ることなどにより開閉部１４に接続される機構部を動作させればよい。
ところで、放電事象が生じている状態でも、対応の緊急性は一律ではない。対応の緊急性は一般に、放電事象による電流への影響の大きさに関係があることから、放電事象による電流への影響の度合いにより、放電事象が生じているとの判定時から開閉部１４を開くまでの時間に差異を設けるものとしても良い。
実施形態の開閉部１４は、判定部１３から送られる遮断信号により配線経路５１を開くように動作するものである。したがって、電流検出部１１で検出した放電電流の大きさによって、放電事象発生を判定してから開閉部１４に遮断信号を送るまでの時間を変化させるようにすれば、放電事象が生じているとの判定時から開閉部１４を開くまでの時間に差異を設けることができる。このようにすれば、危険度の高い放電が生じた際に、迅速に遮断処理を行うようにすることができる。
たとえば、ハイパスフィルタ１２を通過した電流波形の実効値から放電電流の大きさを特定する場合、この大きさが大きいほど遮断信号を送るまでの時間を短くするのが好ましい。具体的には、ハイパスフィルタ１２を通過した電流波形の実効値から特定した放電電流の大きさが５Ａの場合には、遮断までの時間が１秒、１０Ａの場合には０．４秒、１６Ａの場合には０．２８秒、３２Ａの場合には０．１４秒、といったように定めることが例示できる。なお、３２Ａ以上であれば、全て０．１４秒としても良いし、それより短くしても構わない。勿論、このような設定に限る必要はない。
放電電流の大きさは、ハイパスフィルタ１２の出力から判定することに限らない。例えば、電流検出部１１の出力の実効値より放電電流の大きさを特定しても良い。この場合、ハイパスフィルタ１２の出力からノイズの出ているタイミングを特定した上で、このタイミングにおける電流検出部１１の出力の実効値より放電電流の大きさを特定するのが好ましい。
図１に示す例では、ハイパスフィルタ１２と判定部１３を備えた放電検出ユニット１９に電流検出部１１となるＣＴを接続して、ＣＴ（電流検出部１１）を経てハイパスフィルタ１２に電流の情報が送られるような構成であるが、図８に示すようにすることもできる。
図８に示す例では、配線経路５１の電流検出部１１とは別に形成した電路間を渡すハイパスフィルタ１２が接続されており、高周波帯域の出力を判定部１３に入力させる第１回路２１と、電流検出部１１の出力を直接判定部１３に入力させる第２回路２２とを備え、判定部１３は、第１回路２１からの入力により放電事象の有無を特定し、第２回路２２からの入力により電流の増減を特定するように構成している。この第１回路２１と、第２回路２２は、互いに独立したものであり、ハイパスフィルタ１２の検出結果は、電流検出部１１の検出結果に左右されることは無い。なお、ハイパスフィルタ１２は配線経路５１の電流検出部１１の一時側に接続されているものとしても良い。また、図８に示した例ではハイパスフィルタ１２は異極間を掛け渡すように配置されている。
ところで、図１や図８に示す例では、ブレーカ９に放電検出システムを搭載しているが、図９に示すことから理解されるように、ブレーカ９とは別に放電検出ユニット１９を設けることも可能である。
以上、実施形態を例に挙げて本発明について説明してきたが、本発明は上記実施形態に限定されることはなく、各種の態様とすることが可能である。たとえば、放電検出ユニットに電流検出部を含めても良い。
１１ 電流検出部
１２ ハイパスフィルタ
１３ 判定部
１４ 開閉部
２１ 第１回路
２２ 第２回路
５１ 配線経路

Claims (3)

  1. 配線経路に流れる電流を検出する電流検出部と、
    放電事象により重畳された高周波帯域のノイズの検出を行うために用いられるハイパスフィルタと、
    ハイパスフィルタを通過した高周波ノイズの出力から放電事象発生を判定した場合に、配線経路に流れる電流の放電事象発生時の増減を検出して、放電事象の要因を判定する判定部と、
    判定部から送られる遮断信号により配線経路を開くように動作する開閉部と、
    を備え、
    電流検出部で検出した放電電流の大きさによって、放電事象発生を判定してから開閉部に遮断信号を送るまでの時間を変化させる放電検出システム。
  2. 配線経路に流れる電流を検出する電流検出部と、
    放電事象により重畳された高周波帯域のノイズの検出を行うために用いられるハイパスフィルタと、
    ハイパスフィルタを通過した高周波ノイズの出力から放電事象発生を判定した場合に、配線経路に流れる電流の放電事象発生時の増減を検出して、放電事象の要因を判定する判定部と、
    を備え、
    判定部は、放電事象発生時の電流が増大した場合には、異極間放電事象が生じたと判定し、放電事象発生時の電流が減少した場合には、同極間放電事象が生じたと判定する放電検出システム。
  3. ハイパスフィルタを接続し高周波帯域の出力を判定部に入力させる第１回路と、電流検出部の出力を直接判定部に入力させる第２回路とを備え、
    判定部は、第１回路からの入力により放電事象の有無を特定し、第２回路からの入力により電流の増減を特定する請求項１又は２に記載の放電検出システム。
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