WO2023228618A1 - 放電検出システム - Google Patents

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WO2023228618A1
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Inventor
淳史 宮本
日和 植木
Original Assignee
日東工業株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/12—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/50—Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections
    • G01R31/52—Testing for short-circuits, leakage current or ground faults

Definitions

  • the present invention relates to a discharge detection system.
  • Patent Documents 1 and 2 it is known to extract high-frequency discharge noise superimposed on a commercial frequency using a current sensor or a voltage sensor. For example, in a normal method for detecting noise in a discharge event, noise is superimposed on the peak value of the commercial frequency in the voltage waveform, and this superimposed noise is detected and it is determined that a discharge event has occurred.
  • a high-pass filter 111 extracts noise output in a high frequency band, and an amplifier 112 amplifies the extracted noise output in the high frequency band. Thereafter, the amplified noise waveform is processed by the smoothing unit 113 so that the flow of change can be tracked.
  • the reason why the smoothing process is performed is that the waveform amplified by the amplifying section 112 has a shape that looks like repeating 0 and 1 when looked at in detail. By smoothing the waveforms that cannot be accurately determined and connecting them, processing is performed so that 1 continues (see FIG. 12). The data after this processing is used for determination.
  • a microcomputer is used as the determination unit 115 that performs the determination. Normally, when the noise level exceeds a threshold value for a certain period of time or more, the determination unit 115 determines that a discharge has occurred.
  • the difference may exceed the first threshold and be determined to be a discharge event.
  • noise from discharge events is not originally superimposed in region B.
  • the occurrence of noise in region B indicates that an abnormal state is caused by a cause different from the discharge event.
  • the inventor of this case attempted to solve this problem by intensively considering this point.
  • the problem to be solved by the present invention is to improve the accuracy of detection of discharge events.
  • a discharge detection system that detects the output of noise superimposed on the voltage or current of an electrical circuit to which a load is connected, which includes a filter section that extracts the output waveform in a high frequency band, and a filter section that extracts the output waveform in the high frequency band.
  • a discharge detection system includes a threshold value changing section.
  • the threshold value changing unit sets the first threshold value as a threshold value for determining a discharge event when there is no output in the 0-value time domain, and sets the first threshold value as the threshold value for determining a discharge event when the output in the 0-value time domain is recognized. It is preferable that the second threshold value, which is a value higher than the threshold value, be set as the threshold value for determining a discharge event.
  • the second threshold value is a value obtained by adding or multiplying the output value in the zero value time domain to the first threshold value.
  • the second threshold value may be a value derived by adding or multiplying the output value in the 0-value time domain to the first threshold value, or a value derived by adding or multiplying the output value in the 0-value time domain, or On the other hand, it is preferable that the value obtained by adding or multiplying the output value in the 0-value time domain is further multiplied or subtracted.
  • the second threshold value may be a value derived by adding or multiplying a specific value to the first threshold value, or a value derived by adding or multiplying a specific value to the first threshold value, or a value derived by adding or multiplying a specific value to the first threshold value. It is preferable that the value obtained by adding or multiplying values is further multiplied or subtracted.
  • a discharge event can be determined when the output value exceeding the second threshold value continues for a predetermined number of times or for a predetermined period of time.
  • FIG. 2 is a conceptual diagram showing that noise is superimposed on a peak in a commercial frequency due to the occurrence of a discharge event.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the relationship between the output timing of a phase angle detection pulse and the peak of a commercial frequency. It is a figure showing the example of other phase angle detection pulses.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the flow of processing from capturing a voltage waveform on which noise is superimposed to distinguishing output for each region.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating that the timing at which noise occurs can be determined by comparing the waveform after noise superimposed on the commercial frequency due to a discharge event is processed by a smoothing unit and the commercial frequency. This refers to the ability to determine the timing of noise occurrence by comparing the waveform after processing the noise superimposed on the commercial frequency using a smoothing section with the commercial frequency by using a specific hand mixer or electric drill. It is a diagram.
  • FIG. 8 is a diagram showing noise superimposed on a commercial frequency due to the use of a specific device different from that in FIG. 7.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example in which differences in areas of positive values are used for determination.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example in which a difference in a region of negative values is used for determination.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example in which a conventional discharge detection unit is connected between a commercial power source and a load. However, (1) to (4) represent the locations where processes (1) to (4) in FIGS. 12 and 13 are performed.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of a process flow from capturing a voltage waveform superimposed with noise caused by the occurrence of a discharge event to comparing the output with a threshold value using a conventional discharge detection unit.
  • (1) represents the result of extracting the output waveform in the high frequency band
  • (2) represents the amplified result
  • (3) represents the result processed by the smoothing section
  • (4) represents the data after smoothing the output. This indicates that the threshold value is compared with the threshold value.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of a process flow from capturing a voltage waveform superimposed with noise caused by the use of a specific device to distinguishing output by region using a conventional discharge detection unit.
  • (1) represents the result of extracting the output waveform in the high frequency band
  • (2) represents the amplified result
  • (3) represents the result processed by the smoothing section
  • (4) represents the data after smoothing the output. This indicates that the threshold value is compared with the threshold value.
  • the discharge detection system of this embodiment is a discharge detection system that detects the output of noise superimposed on the voltage or current of the electrical circuit to which the load 8 is connected, and includes a filter unit 11 that extracts an output waveform in a high frequency band; A phase division unit that determines to distinguish between a peak time region including a region before and after a peak at a commercial frequency regarding the output waveform extracted by the filter section 11, and a zero value time region before and after the output at the commercial frequency becomes a zero value.
  • a determination unit 15 that determines a discharge event when the output in the peak time domain, or the calculated value of the output in the peak time domain and the output in the 0-value time domain exceeds a threshold, and the presence or absence of an output in the 0-value time domain. Accordingly, the configuration includes a threshold value changing section 16 that changes the threshold value. Therefore, it is possible to improve the accuracy of detecting a discharge event.
  • the value of the threshold value changing unit 16 may be freely changeable depending on the output value of the 0-value time domain. However, when there is no output in the 0-value time domain, the threshold value changing unit 16 sets the first threshold value as the threshold value for determining a discharge event, and when the output in the 0-value time domain is recognized, the first threshold value is set as the threshold value for determining a discharge event. It is preferable to set a second threshold value that is higher than the threshold value as the threshold value for determining a discharge event.
  • the discharge detection unit 1 used in the discharge detection system of the embodiment.
  • the discharge detection unit 1 is connected between the commercial power supply 91 and the load 8, but the discharge detection unit 1 of the embodiment passes noise in the high frequency band and A filter unit 11 that prevents noise from passing through; an amplification unit 12 that amplifies the high frequency that has passed through the filter unit 11; and a smoothing unit 13 that performs preprocessing for judgment on the result amplified by the amplification unit 12.
  • a phase dividing unit 14 that specifies the timing at which noise occurs, a determining unit 15 that performs various determinations, and a threshold changing unit 16 that can change the threshold for determining a discharge event.
  • the calculation unit 18 also serves as the determination unit 15, but one component may be configured to serve as the calculation unit 18 and the determination unit 15, or the calculation unit 18 and the determination unit 15 may be It may be configured such that the components are separate parts.
  • the value that has passed through this filter section 11 is amplified several times by an amplifier that is an amplification section 12. Further, the amplified value is processed by a smoothing unit 13 that performs peak hold. The signal processed by the smoothing section 13 is sent to the phase division section 14 for appropriate positioning. Thereafter, based on the relationship between the value in the area allocated by the phase division unit 14 and the threshold value, the determination unit 15 determines whether or not a discharge event has occurred. Necessary output is performed according to the determination result made by the determination unit 15. Note that in this embodiment, the determination is made using the information processed by the smoothing unit 13, but the determination unit 15 is used to make the determination without smoothing the information by the smoothing unit 13. It's okay. Alternatively, the signal may be amplified by the amplifying section 12, then allocated to each region by the phase dividing section 14, and then smoothed by the smoothing section 13 for each region.
  • the noise output becomes small when a discharge event such as tracking or cable disconnection or short circuit occurs. Therefore, by detecting the difference between the output near the peak of the voltage value, that is, around 90° or around 270°, and the output near the intersection with the 0 point, it is possible to accurately determine the occurrence of a discharge event.
  • one period of voltage waveform information is divided into multiple regions. For example, it may be divided into four as shown in FIG.
  • region A has a phase angle of 45 degrees or more and less than 135 degrees
  • region B has a phase angle of 135 degrees or more and less than 225 degrees
  • region A' has a phase angle of 225 degrees or more and less than 315 degrees
  • region B' has a phase angle of 225 degrees or more and less than 315 degrees.
  • the area is 315 degrees or more and less than 405 degrees.
  • regions divided by angle are specified, but regions can also be specified by other factors such as time.
  • the width of this area may be set to other settings, such as being narrower.
  • the phase division section 14 has a configuration that allows adjustment of the times in the peak time region and the zero value time region.
  • the region A and the region A' preferably include a point where the absolute value of the peak is maximum.
  • the region B and the region B' include a 0 point where the output at the commercial frequency becomes 0 value.
  • Attributes are assigned to each area divided in this way, and output values for different attributes are compared and monitored. For example, the average output value in each area is checked, and the average output value of area A and the average output value of area B are compared. By doing so, it is possible to determine whether the output is caused by a discharge event.
  • An effective value may be used instead of the average output value, or a median value may be used.
  • a phase angle detection pulse is output from the phase division section 14, and the output when the pulse is in an on or off state is detected by the determination section 15.
  • a phase angle detection pulse that is off in the peak time domain and on in the zero value time domain is output, and the determination unit 15 is configured to detect noise output when the phase angle detection pulse is on or off. is preferable.
  • FIG. 4(a) outputs a phase angle detection pulse that is on in the peak time domain and off in the zero value time domain.
  • FIG. 4(b) shows an example in which an instantaneous pulse is given and an on/off state is output.
  • Figure 4(c) shows a pulse given in a region other than the positive peak time region, and the period from pulse detection to 4.2ms is the positive peak time region, from 4.2ms to 8.4ms, and from 12.6ms to 16.7ms.
  • the time period is divided into four by calculation so that the time period is divided into a zero value time region and the period from 8.4 ms to 12.6 ms is divided into a negative peak time region.
  • by applying a phase angle detection pulse it is possible to set the time or phase of a peak time region and a zero value time region for a smoothed output waveform or the like.
  • the regions are defined so that one period is evenly divided into four, and the region A is a phase angle of 45 degrees or more and less than 135 degrees, the region B is 135 degrees or more and less than 225 degrees, and the region A' is a phase angle of 45 degrees or more and less than 135 degrees. is specified as a phase angle of 225 degrees or more and less than 315 degrees, and the region B' is specified as a phase angle of 315 degrees or more and less than 405 degrees.
  • the determination unit 15 makes a determination.
  • the determination unit 15 calculates the "average value of the region B, which is the 0-value time region of positive values,” from the "average value of the region A, which is the peak time region of positive values.” Perform calculations to subtract. Note that the calculation may be performed by subtracting the "average value of the region B' which is the zero-value time region of negative values” from the "average value of the region A' which is the peak time region of negative values". . Alternatively, both of them may be performed.
  • the detection results will be as shown in Figure 7, ranging from the "average value of area A, which is the peak time area of positive values” to "the average value of area A, which is the peak time area of positive values.” If an operation is performed to subtract the "average value of the area B, which is the 0-value time area,” the value will be smaller than the threshold value. More specifically, “average value of area A ⁇ average value of area B” is “approximately 0”. Similarly, if we subtract the "average value of the region B', which is the zero-value time region of negative values,” from the “average value of the region A', which is the peak time region of negative values,” we get The value is smaller than the threshold. More specifically, "the average value of the region A' - the average value of the region B'” is “approximately 0."
  • a threshold is set to an appropriate value, and it is determined whether the difference between the output at the timing of the peak time region and the output at the timing of the 0-value time region is greater than or equal to the predetermined threshold. In this way, it is possible to distinguish between noise caused by the use of a particular power drill or the like and noise caused by a discharge event.
  • the noise caused by its use may be large in area A and small in area B (see FIG. 8).
  • the calculated value representing the difference between the value in area A and the value in area B may exceed the first threshold value.
  • the threshold value In some cases, it may be possible to detect a discharge event by setting one threshold value that is originally high. However, in this case, the threshold value must be set relatively high. Therefore, if a value that is considerably higher than normal but lower than the threshold value is detected, it will not be possible to determine that it is a discharge event. This cannot be said to be desirable in terms of risk management. Therefore, it is preferable to be able to change the threshold value used to determine that a discharge event has occurred, depending on the situation.
  • the determination unit 15 monitors the output in the 0-value time domain.
  • the first threshold may be used to determine the presence or absence of a discharge event.
  • the threshold changing unit 16 uses the second threshold set higher than the first threshold as a threshold for determination, and performs determination. It is preferable to do so.
  • the discharge detection system can be used in any of the ways, so that the most suitable method can be selected according to the conditions of use.
  • the output in the 0-value time domain exceeds a certain value, it is impossible to accurately measure whether the noise is caused by the device or the discharge event. Therefore, it is preferable to set a third threshold value so that this determination can be made. When the output in the 0-value time region exceeds the third threshold, it is desirable to output an alarm, such as to notify that a discharge event cannot be determined.
  • the first threshold value can be determined by lowering the amplification factor of the amplification section 12 that amplifies the high frequency wave that has passed through the filter section 11. In this case, the output waveform may be lowered to below the third threshold.
  • a fourth threshold was set, and after exceeding the third threshold, it was lowered to below the third threshold, and then the output at the timing of the 0-value time region was set lower than the third threshold. It is preferable to control the set sensitivity so that it returns to its original value when the sensitivity is lower than the fourth threshold.
  • the noise level caused by a discharge event outputs a higher level (the noise level is several times to hundreds of times), and the threshold for determining a discharge event is set as Even if the first threshold value is increased to the second threshold value, it is sufficiently possible to increase the second threshold value such that a discharge event can be determined.
  • the second threshold may be set by multiplying or adding the output value of the B area or a specific value X to the first threshold.
  • first threshold + constant X For example, "first threshold + constant X”, “first threshold x constant X”, “first threshold + B AVE “, “first threshold + B AVE x constant X”, “first threshold + ( A second threshold value is determined as "B AVE - constant X)".
  • the specific value X may be a value determined in advance, or may be determined from values of past measurement data.
  • the second threshold is simply multiplied and added by the output value of area B or a specific value There may also be cases where no determination is made.
  • the second threshold value is preferably a value derived by adding or multiplying the first threshold value by an output value in the 0-value time domain.
  • the second threshold is a value derived by adding or multiplying the output value in the 0-value time domain to the first threshold, or It is also preferable that the value obtained by adding or multiplying the output value in the 0-value time domain is further multiplied or subtracted.
  • the second threshold value may be a value derived by adding or multiplying a specific value to the first threshold value, or a value derived by adding or multiplying a specific value to the first threshold value, or a value derived by adding or multiplying a specific value to the first threshold value. It is also preferable that the value obtained by adding or multiplying values is further multiplied or subtracted.
  • the value of A AVE - B AVE may be compared with the second threshold value.
  • the calculation may be performed using, for example, the effective value of the output.
  • the determination may be made based on the value of the A area instead of the difference between the A area and the B area.
  • the value of A AVE may be compared with a second threshold value.
  • the threshold value setting may be changed from the first threshold value to the second threshold value. Even in that case, it is preferable to monitor the output of the B area and the B' area. If an abnormality is detected in the output of area B or area B', it is preferable to change the threshold setting from the first threshold to the second threshold.
  • a discharge event can be determined when an output value (detected value or calculated value) that exceeds the second threshold continues for a predetermined number of times or for a predetermined period of time. Rather than making a judgment based on single-shot waveform information, if you check that specific conditions are continuously met, you can more accurately determine whether it is equipment noise or discharge event noise. .
  • the calculation unit 18 performs a calculation to measure the "output at the timing of the peak time region" of each route, or to detect the "difference between the output at the timing of the peak time region and the output at the timing of the 0-value time region". It is preferable to perform this for a predetermined period of time, and add or average the measured values and calculated values of the differences during the predetermined period of time. If the determination unit 15 compares the calculation results of each path obtained thereby to identify the circuit of the discharge event, it is possible to cope with irregular situations such as sudden large noises.
  • the discharge detection units 1 are formed in a plurality of circuits to be measured, and the measurement data of the filter section 11 of each discharge detection unit 1 is transferred to the phase division section 14.
  • the route in which the discharge event occurred may be determined by adding or averaging the detected values of the differences between the predetermined times divided by , and comparing the results.
  • the phase dividing section 14 may be formed for each discharge detection unit 1, or the phase dividing section 14 provided in the discharge detection system may be integrated into one to collect measurement data of all circuits and divide them at once. It's okay.
  • the discharge detection system may include a plurality of phase division sections 14 that can correspond to a plurality of discharge detection units 1.
  • the determination may be made using the value of the A area, which is the positive area of the commercial frequency, or the value of the B area, which is the area following the A area (see Figure 9). In other words, the determination is made using the value of the A' area and the value of the B' area of the following area (see FIG. 10).
  • the threshold value used to estimate the cause of the noise It is possible to individually set a threshold value for determining whether or not to perform a specific output such as shutting off a breaker. In order to make this possible, the output from the determining section 15 may be once taken into the determining section 15 again.
  • the present invention has been described above using the embodiments as examples, the present invention is not limited to the above embodiments, and can be modified in various ways. For example, it is also possible to detect noise superimposed on current instead of noise superimposed on voltage.

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Abstract

負荷８が接続される電路の電圧又は電流に重畳されるノイズの出力を検出する放電検出システムであって、高周波帯域の出力波形を抽出するフィルタ部１１と、フィルタ部で取り出した出力波形に関する商用周波数におけるピークの前後の領域を含むピーク時間領域と、商用周波数における出力が０値となる前後の０値時間領域と、を区別するように定める位相分割部１４と、ピーク時間領域における出力、または、ピーク時間領域における出力と０値時間領域における出力の演算値が閾値を超える場合に放電事象と判定する判定部１５と、０値時間領域の出力の有無によって、前記閾値を変更する閾値変更部１６と、を備えた放電検出システム。

Description

放電検出システム
　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や２に記載されているように、電流センサや電圧センサを用いて商用周波数に重畳している高周波の放電ノイズを抽出することは知られている。例えば、通常の放電事象のノイズの検出方法では、電圧波形において商用周波数のピーク値にノイズが重畳するが、この重畳したノイズを検出し、放電事象が発生したと判定する。
　より具体的には、図１１に示すような放電検出ユニット１００を用い、ハイパスフィルタ１１１で高周波帯域でのノイズ出力を取り出し、取り出した高周波帯域でのノイズ出力を増幅器１１２で増幅する。その後、増幅されたノイズ波形の変化の流れを追えるように平滑部１１３で処理する。平滑の処理がなされるのは、増幅部１１２で増幅した波形は細かく見ると０，１を繰り返しているような形となるからである。正確に判定できないそれぞれの波形を平滑の処理をして繋げることで１が続いているような処理を行う（図１２参照）。この処理がなされた後のデータを判定に利用する。なお、判定を行う判定部１１５としては例えば、マイコンを利用する。通常、ノイズレベルが閾値を一定時間以上超えたら判定部１１５により放電と判定する。
特開２０１９－１８４４８０号公報
特開２０２０－１３４２３１号公報
　ところで、特定の種類の電動ドリルやハンドミキサーなどを使用すると、ノイズが常に重畳するようになる。その場合、フィルタでの処理、増幅の処理、平滑の処理を経由した場合であっても、判定する波形は、放電事象が生じたときと同様の波形となってしまう（図１３参照）。したがって、放電事象が発生していないにも関わらず、放電事象と判定してしまうことがある。また、従来は商用波形のピークに掛かる所定時間のノイズ出力（Ａ領域）と、ゼロクロス点の所定時間のノイズ出力(Ｂ領域)の差分が第１の閾値以上であれば放電事象のノイズと判定するものであった。しかしながら、電気機器によっては、その電気機器に起因するノイズがＡ領域で多く出力されＢ領域で少ししか出力されない場合がある。その場合、Ａ領域とＢ領域の差分を計算したときに、第１の閾値を超えて放電事象と判定する場合がある。なお、本来、Ｂ領域では放電事象のノイズが重畳しない。つまり、Ｂ領域でノイズが生じているということは、放電事象とは異なる原因により異常な状態がもたらされていることを示している。
　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、本発明が解決しようとする課題は、放電事象の検出の精度を高めることである。
　上記課題を解決するため、負荷が接続される電路の電圧又は電流に重畳されるノイズの出力を検出する放電検出システムであって、高周波帯域の出力波形を抽出するフィルタ部と、フィルタ部で取り出した出力波形に関する商用周波数におけるピークの前後の領域を含むピーク時間領域と、商用周波数における出力が０値となる前後の０値時間領域と、を区別するように定める位相分割部と、ピーク時間領域における出力、または、ピーク時間領域における出力と０値時間領域における出力の演算値が閾値を超える場合に放電事象と判定する判定部と、０値時間領域の出力の有無によって、前記閾値を変更する閾値変更部と、を備えた放電検出システムとする。
　また、閾値変更部は、０値時間領域の出力がない場合には、第１の閾値を放電事象を判定する閾値として設定し、０値時間領域の出力が認められる場合には、第１の閾値よりも高い値である第２の閾値を放電事象を判定する閾値として設定する構成とすることが好ましい。
　また、第２の閾値を、第１の閾値に対して、０値時間領域における出力値を加算又は乗算して導いた値とすることが好ましい。
　また、第２の閾値を、０値時間領域における出力値に加算又は乗算して導いた値を、第１の閾値に対して加算又は乗算して導いた値とするか、第１の閾値に対して０値時間領域における出力値を加算又は乗算して導いた値に更に乗算または減算して導いた値とすることが好ましい。
　また、第２の閾値を、特定の値に加算又は乗算して導いた値を、第１の閾値に対して加算又は乗算して導いた値とするか、第１の閾値に対して特定の値を加算又は乗算して導いた値に更に乗算または減算して導いた値とすることが好ましい。
　また、第２の閾値を超える出力値が所定回数又は所定時間継続する場合に放電事象と判定可能な構成とすることが好ましい。
　本発明では、放電事象の検出の精度を高めることが可能となる。
実施形態における商用電源と放電検出ユニットと負荷との関係を示した図である。ただし、（１）から（４）は図５における（１）から（４）の処理を行う箇所を表している。 放電事象が発生したことにより商用周波数におけるピークにノイズが重畳されたことを表す概念図である。 位相角検出パルスの出力のタイミングと商用周波数のピークなどとの関係の例を表す図である。 他の位相角検出パルスの例を示した図である。 ノイズが重畳した電圧波形を取り込むことから、出力を領域ごとに区別するまでの処理の流れの例を表す図である。ただし（１）は高周波帯域の出力波形を抽出した結果を表し、（２）は増幅した結果を表し、（３）は平滑部で処理した結果を表し、（４）はピーク時間領域のタイミングにおける出力と、０値時間領域のタイミングにおける出力を区別したことを表している。 放電事象により商用周波数に重畳したノイズを平滑部で処理した後の波形と、商用周波数とを比較し、ノイズが生じているタイミングを判定できるようにしたことを表す図である。 特定のハンドミキサーや電動ドリルなどの利用により商用周波数に重畳したノイズを平滑部で処理した後の波形と、商用周波数とを比較し、ノイズが生じているタイミングを判定できるようにしたことを表す図である。 図７とは異なる特定の機器の利用により商用周波数に重畳したノイズを表す図である。 正の値の領域の差分を判定に利用する例を示す図である。 負の値の領域の差分を判定に利用する例を示す図である。 従来の放電検出ユニットを商用電源と負荷の間に接続した例を表す図である。ただし、（１）から（４）は図１２や図１３における（１）から（４）の処理を行う箇所を表している。 従来の放電検出ユニットを用いて、放電事象が発生したことに起因するノイズが重畳した電圧波形を取り込むことから、出力を閾値と比較するまでの処理の流れの例を表す図である。ただし（１）は高周波帯域の出力波形を抽出した結果を表し、（２）は増幅した結果を表し、（３）は平滑部で処理した結果を表し、（４）は出力を平滑化したデータと閾値を比較したことを表している。なお、（２）については部分拡大図も示している。 従来の放電検出ユニットを用いて、特定の機器の利用に起因するノイズが重畳した電圧波形を取り込むことから、出力を領域ごとに区別するまでの処理の流れの例を表す図である。ただし（１）は高周波帯域の出力波形を抽出した結果を表し、（２）は増幅した結果を表し、（３）は平滑部で処理した結果を表し、（４）は出力を平滑化したデータと閾値を比較したことを表している。
　以下に発明を実施するための形態を示す。本実施形態の放電検出システムは、負荷８が接続される電路の電圧又は電流に重畳されるノイズの出力を検出する放電検出システムであって、高周波帯域の出力波形を抽出するフィルタ部１１と、フィルタ部１１で取り出した出力波形に関する商用周波数におけるピークの前後の領域を含むピーク時間領域と、商用周波数における出力が０値となる前後の０値時間領域と、を区別するように定める位相分割部１４と、ピーク時間領域における出力、または、ピーク時間領域における出力と０値時間領域における出力の演算値が閾値を超える場合に放電事象と判定する判定部１５と、０値時間領域の出力の有無によって、前記閾値を変更する閾値変更部１６と、を備えた構成としたものである。このため、放電事象の検出の精度を高めることが可能となる。
　閾値変更部１６の値は０値時間領域の出力値によって自由に変更可能にするものであっても良い。ただし、閾値変更部１６は、０値時間領域の出力がない場合には、第１の閾値を放電事象を判定する閾値として設定し、０値時間領域の出力が認められる場合には、第１の閾値よりも高い値である第２の閾値を放電事象を判定する閾値として設定する構成とすることが好ましい。
　ここで、実施形態の放電検出システムに用いられる放電検出ユニット１の概略を説明する。図１に示すように、放電検出ユニット１は商用電源９１と負荷８の間に接続されるが、実施形態の放電検出ユニット１は、高周波帯域のノイズを通過させ、商用周波数及び低周波帯域のノイズは通過させないようにするフィルタ部１１と、フィルタ部１１を通過した高周波を増幅する増幅部１２と、増幅部１２で増幅された結果に対して、判定用の前処理を行う平滑部１３と、ノイズの生じているタイミングを特定する位相分割部１４と、各種判定を行う判定部１５と、放電事象と判定する閾値を変更可能な閾値変更部１６を備えている。なお、図１などに示す例では演算部１８が判定部１５を兼ねるようにしているが、一つの部品が演算部１８と判定部１５を兼ねるように構成したり、演算部１８と判定部１５が別々の部品となるように構成したりしても良い。
　このフィルタ部１１を通過した値は増幅部１２であるアンプにより何倍かに増幅される。また、増幅された値に対してピークホールドを行う平滑部１３で処理を行う。平滑部１３で処理がなされた信号を位相分割部１４に送り込み、適切な位置づけを行う。その後、位相分割部１４で割り振られた領域における値と閾値との関係を基に、判定部１５で放電事象が生じたか否かの判定を行う。判定部１５で行われた判定結果にあわせて、必要な出力を行う。なお、本実施形態においては平滑部１３により処理がなされた後の情報を用いて判定をおこなうものであるが、平滑部１３による情報の平滑化をおこなうことなく、判定部１５で判定させるものであっても良い。その他、増幅部１２により増幅した後、位相分割部１４で領域ごとに割り振ったあと、領域ごとに平滑部１３で平滑するものであっても良い。
　実施形態の平滑部１３では、極めて短い所定の時間以内に生じている値の変動に判定結果が影響されないようにするための処理を行う。より具体的には、波形について、極めて近い時間に生じたピーク値同士をなだらかな直線若しくは曲線などでつなぐように処理する。なお、ここでいう極めて近い時間とは、電圧波など、測定対象となっている波の１周期（＝１／周波数）よりもかなり短い時間である。
　ここで、特定のハンドミキサーや電動ドリルなどを使用した場合におけるノイズの重畳のしかたについて説明する。ハンドミキサーや電動ドリルなどは、使用している間、継続的に波形に影響を与える。このため、平滑部１３で処理をすると、特定の機器の使用時間帯は常に閾値を超えるような状態となり得る。これはトラッキングやケーブルの断線やショートといった放電事象が生じた際に見られる状況とは全く異なるものである。
　次に、放電事象が生じた場合におけるノイズの重畳のしかたについて説明する。トラッキングやケーブルの断線やショートといった放電事象が生じると、波形のピーク付近に影響が多くみられるが、商用周波数における出力が０値となる０点付近では、それほど影響がない。
　より具体的には、図２に示すことから理解されるように、トラッキングやケーブルの断線やショートといった放電事象が生じた場合には、ノイズは、電圧値などのピーク付近に大きく表れる。つまり、1周期を３６０度としたとき、９０°付近、２７０°付近で大きく表れる。時間にして表すと、周波数６０Ｈｚの場合、１周期は１／６０ｓ、つまり１６．７ｍｓであることから、トラッキングやケーブルの断線やショートといった放電事象が生じた場合のノイズ出力は、商用周波数における出力が０値となってから４．２ｍｓ経過した付近、１２．５ｍ経過した付近などで大きくあらわれる。
　一方、商用周波数における出力が０値となる部分（１８０°や３６０°など０点と交わる部分）は、トラッキングやケーブルの断線やショートといった放電事象が生じた場合のノイズ出力が小さくなる。このため、電圧値などのピーク付近、すなわち、９０°前後や２７０°前後の出力と、０点との交点付近の出力の差異を検出することで、放電事象の発生を正確に把握できる。
　このようなことを実施するためには、電圧波形情報の１周期分を複数の領域に分割する。例えば、図３に示すように４分割とするようなことである。図３に示す例では、Ａの領域は位相角として４５度以上１３５度未満、Ｂの領域は１３５度以上２２５度未満、Ａ’の領域は位相角として２２５度以上３１５度未満、Ｂ’の領域は３１５度以上４０５度未満、といったようなものである。ここでは、角度で分割した領域を特定しているが、時間など、他の要素で領域を特定することも可能である。
　この領域の幅は、狭くするなど、その他の設定としても良い。このため、位相分割部１４は、ピーク時間領域及び０値時間領域の時間を調整可能な構成とするのが好ましい。なお、Ａの領域やＡ’の領域では、ピークの絶対値が最大である点を含む領域であることが好ましい。また、Ｂの領域やＢ’の領域では、商用周波数における出力が０値となる０点を含む領域であることが好ましい。
　このように分けられた領域ごとに属性を付与し、異なる属性における出力値を比較するようにして監視する。例えば、各領域内での平均出力値を確認し、Ａの領域の平均出力値と、Ｂの領域の平均出力値を比較するように監視する。このようにすることで、出力が放電事象に起因するものであるか否かを判別することができる。平均出力値の代わりに実効値としても良いし、中央値としても良い。
　なお、実施形態において、各領域を定めるために、位相角検出パルスを位相分割部１４から出力し、パルスがオンやオフの状態の時の出力を判定部１５で検出している。このように、ピーク時間領域でオフ、０値時間領域でオンの位相角検出パルスを出力し、判定部１５で、位相角検出パルスのオン、オフの状態のノイズ出力を検出するように構成するのが好ましい。
　また、位相角検出パルスを利用する他の例を図４に沿って説明する。図４（ａ）は、ピーク時間領域でオン、０値時間領域でオフの位相角検出パルスを出力するものである。図４（ｂ）は瞬時パルスを与え、オン、オフの状態の出力をするものである。図４（ｃ）は正のピーク時間領域以外でパルスを与えるものであり、パルス検出から４．２ｍｓまでを正のピーク時間領域、４．２ｍｓから８．４ｍｓまで、１２．６ｍｓ～１６．７ｍｓを０値時間領域、８．４ｍｓから１２．６ｍｓまでを負のピーク時間領域と分けるように演算により４分割をするものである。いずれの実施形態においても、位相角検出パルスを与えることで、平滑した出力波形などに対して、ピーク時間領域と０値時間領域の時間または位相を設定することができる。
　次に、より具体的な例を示しながら説明をする。この例では、１周期が均等に４分割されるように領域を定めており、Ａの領域は位相角として４５度以上１３５度未満、Ｂの領域は１３５度以上２２５度未満、Ａ’の領域は位相角として２２５度以上３１５度未満、Ｂ’の領域は３１５度以上４０５度未満、といったように特定している。
　図１及び図５に示すことから理解されるように、この例では、「(1)フィルタ部１１で高周波ノイズを取り出す。」、「(2)増幅部１２で高周波ノイズを増幅する。」、「(3)ノイズ波形群ごとに平滑部１３で平滑にする。」、「(4)波形を時間軸で１周期を４分割する」というステップを踏む。
　次に判定部１５で判定を行う。この例では判定をするために、判定部１５で「正の値のピーク時間領域であるＡの領域の平均値」から「正の値の０値時間領域であるＢの領域の平均値」を引くように演算を行う。なお、「負の値のピーク時間領域であるＡ’の領域の平均値」から「負の値の０値時間領域であるＢ’の領域の平均値」を引くように演算を行っても良い。また、それらをいずれも行うようにしても良い。
　放電事象によるノイズを検出している図６に示す例では、ピーク時間領域で凸となり、０値時間領域で略０となる情報が得られている。この情報における「正の値のピーク時間領域であるＡの領域の平均値」から「正の値の０値時間領域であるＢの領域の平均値」を引くように演算を行うと、設定した閾値より大きい値となっている。同様に、「負の値のピーク時間領域であるＡ’の領域の平均値」から「負の値の０値時間領域であるＢ’の領域の平均値」を引くように演算を行うと、設定した閾値より大きい値となる。これらの計算値としては「Ａの領域の平均値－略０」、つまり「略Ａの領域の平均値」となる。なお、放電事象と判定することができる出力レベルに設定する閾値は任意に設定すればよいが、状況にあわせて判定に利用する閾値を選択することができるように、複数の閾値を設定するのが好ましい。
　一方、電動ドリルなどの特定の機器を利用している場合、検出結果は図７に示すようになり、「正の値のピーク時間領域であるＡの領域の平均値」から「正の値の０値時間領域であるＢの領域の平均値」を引くように演算を行うと、閾値より小さい値となる。より具体的には、「Ａの領域の平均値－Ｂの領域の平均値」は「略０」となる。同様に、「負の値のピーク時間領域であるＡ’の領域の平均値」から「負の値の０値時間領域であるＢ’の領域の平均値」を引くように演算を行うと、閾値より小さい値となる。より具体的には、「Ａ’の領域の平均値－Ｂ’の領域の平均値」は「略０」となる。
　この例から理解されるように、適当な値に閾値を設定し、ピーク時間領域のタイミングにおける出力と、０値時間領域のタイミングにおける出力の差分が所定の閾値以上であるか否かを判定するようにすれば、特定の電動ドリルなどの使用によって生じるノイズと放電事象によって生じるノイズを区別することが可能となる。
　とはいえ、特定の電気機器を利用している場合、その利用に起因するノイズがＡ領域では多く、Ｂ領域では少ないという挙動を起こす場合がある（図８参照）。その場合、Ａ領域の値とＢ領域の値の差を表す演算値が、第１の閾値を超える場合がある。この場合、放電事象が生じたと判定してしまう。このような判定が出ることを回避するために、閾値変更部１６で再設定した第２の閾値を用いて放電事象であるか否かを判定できるようにするのが好ましい。
　もともと高めの閾値を一つ設定すれば、それで放電事象の検出に対応できる場合もある。しかしながら、この場合、閾値を高めに設定せざるを得ない。したがって、通常よりかなり高いが閾値よりは低い値を検知した場合、放電事象と判定できないことになってしまう。これは、リスク管理の上で好ましいとは言えない。そこで、状況にあわせて、放電事象が生じたと判定するために利用する閾値を変えることができるようにするのが好ましい。
　状況の判断は、放電事象では影響を受けにくい事柄に着目するのが好ましい。例えば、判定部１５で、０値時間領域の出力を監視するのが好ましい。監視の結果、０値時間領域の出力が検出されない場合には、第１の閾値を用いて放電事象の有無の判定を行うようにすればよい。一方、０値時間領域での出力が検出された場合は、閾値変更部１６により、第１の閾値よりも上位に設定した第２の閾値を判定のための閾置として利用し、判定を行うようにするのが好ましい。
　ここでは、第１の閾値と第２の閾値を切り替えながら判定を行う例を示したが、状況によっては、常に第２の閾値を使って判定をするようにしても良い。放電検出システムとしては、いずれの利用方法もできるようにしておき、利用条件などにあわせて、最適な方法を選択できるようにするのが好ましい。
　なお、０値時間領域の出力が一定の値を超えている場合は、機器に起因するノイズであるのか放電事象に起因するノイズであるのかを正確に測れない状況である。このため、その判定を行うことができるように第３の閾値を設定することが好ましい。０値時間領域の出力が第３の閾値を超える場合、放電事象の判定できない状況であることを通知させるなど、警報出力などを行うのが望ましい。
　また、第３の閾値を超えるような出力がある場合は、判定部１５における感度を低下させ、出力波形を低下させるのが好ましい。フィルタ部１１を通過した高周波を増幅する増幅部１２の増幅率を低下させるようにすることで、第１の閾値の判定を行うことができる。この場合、出力波形は第３の閾値以下まで低下させるようにすればよい。
　なお、ノイズを出力する特定の機器の使用が終了した場合、感度を低下させたままにしておくと検出範囲が狭くなったり、放電に伴うノイズを検出できなくなったりするおそれがある。このため、第４の閾値を設定しておき、第３の閾値を超えた後、第３の閾値以下に低下させ、その後、０値時間領域のタイミングにおける出力が第３の閾値より低く設定した第４の閾値よりも下回る場合に、設定した感度をもとに戻すように制御することが好ましい。
　ところで、通常、放電事象のノイズと機器ノイズのレベルについては、放電事象によるノイズレベルのほうが高く出力するものであり、（ノイズレベルとしては数倍～数百倍）、放電事象と判定する閾値を第１の閾値から第２の閾値に上げたとしても、放電事象と判定することができるように第２の閾値をするのは十分に可能である。
　第２の閾値は、第１の閾値に対して、Ｂ領域の出力値や特定の値Ｘを乗算したり加算したりして設定をすることが例示できる。例えば、「第１の閾値＋定数Ｘ」、「第１の閾値×定数Ｘ」、「第１の閾値＋ＢＡＶＥ」、「第１の閾値＋ＢＡＶＥ×定数Ｘ」、「第１の閾値＋（ＢＡＶＥ―定数Ｘ）」のように第２の閾値を定める。特定の値Ｘはあらかじめ決定しておいた値であっても良いし、過去の計測データの値から決めるものであっても良い。また、単純に第２の閾値にＢ領域の出力値や特定の値Ｘを乗算、加算すると第２の閾値のレベルが高くなってしまい放電検出ユニット１から離れた位置で放電事象が発生しても判定しない場合も生じる。そのため、Ｂ領域の出力値や特定の値Ｘに対してさらに特定の値Ｘを乗算、または、引算をすることによって第２の閾値を高く設定することを調整可能とすることが出来る。なお、第２の閾値は、第１の閾値に対して、０値時間領域における出力値を加算又は乗算して導いた値とするのが好ましい。
　第２の閾値を、０値時間領域における出力値に加算又は乗算して導いた値を、第１の閾値に対して加算又は乗算して導いた値とするか、第１の閾値に対して０値時間領域における出力値を加算又は乗算して導いた値に更に乗算または減算して導いた値とするのも好ましい。
　また、第２の閾値を、特定の値に加算又は乗算して導いた値を、第１の閾値に対して加算又は乗算して導いた値とするか、第１の閾値に対して特定の値を加算又は乗算して導いた値に更に乗算または減算して導いた値とするのも好ましい。
　例えば、Ａ領域における出力の平均値とＢ領域における出力の平均値を用いて判定をする場合、ＡＡＶＥ―ＢＡＶＥの値と第２の閾値を比較するようにすればよい。もちろん、平均値を利用して演算する必要はなく、例えば出力の実効値などを利用して演算しても良い。
　また、Ａ領域とＢ領域の差分ではなく、Ａ領域の値で判定を行うようにしてもよい。例えば、ＡＡＶＥの値と第２の閾値を比較するようにすればよい。もちろん、第２の閾値と比較する値は平均値を利用する必要はなく、例えば出力の実効値などを利用しても良い。この場合も第１の閾値から第２の閾値へと閾値の設定を変更して利用するものであっても良い。その場合であっても、Ｂ領域やＢ’領域の出力を監視することが好ましい。Ｂ領域やＢ’領域の出力に異常が検出されれば、第１の閾値から第２の閾値へと閾値の設定を変更するのが好ましい。
　また、第２の閾値を超える出力値（検出値や演算値）が所定回数又は所定時間継続する場合に放電事象と判定可能な構成とするのが好ましい。単発の波形情報だけで判定するのではなく、特定の条件を継続的に満たしていることを確認するようにすれば、より正確に機器のノイズか、放電事象のノイズかを把握することができる。
　これらの記載から理解できるように、判定の精度を高めるために、「ピーク時間領域のタイミングにおける出力」、若しくは、「ピーク時間領域のタイミングにおける出力と、０値時間領域のタイミングにおける出力の差分」が閾値以上の状態が所定時間の間連続する際に放電事象であると判定する構成とするのが好ましい。勿論、それ以外の手段を利用しても良い。なお、このようなことを可能とするため、実施形態の放電検出システムでは、演算部１８は、「ピーク時間領域のタイミングにおける出力」の計測、若しくは、「ピーク時間領域のタイミングにおける出力と、０値時間領域のタイミングにおける出力の差分」の演算を所定時間の間連続して行っている。
　なお、演算部１８で、各経路の、「ピーク時間領域のタイミングにおける出力」の計測、若しくは、「ピーク時間領域のタイミングにおける出力と、０値時間領域のタイミングにおける出力の差分」を検出する演算を所定時間の間行い、所定時間の間の計測値や差分の演算値の加算または平均化を行うようにするのが好ましい。判定部１５で、それにより得られる各経路の演算結果などを比較し放電事象の回路特定を行うようにすれば、突発的に生じる大きなノイズなどのような変則的な事態にも対応できる。
　また、放電検出ユニット１を複数備えた放電検出システムとする場合、計測対象となる複数の回路に放電検出ユニット１を形成し、各放電検出ユニット１のフィルタ部１１の計測データを位相分割部１４により区分した所定時間の間の差分の検出値などの加算または平均化を行い、その結果を比較することで、放電事象が生じた経路を判定してもよい。なお、位相分割部１４は、放電検出ユニット１ごとに形成しても良いし、放電検出システムの備える位相分割部１４を1つにして全ての回路の計測データを集め一括で分割させるものであっても良い。また、複数の放電検出ユニット１に対応可能な位相分割部１４を複数備えた放電検出システムとしてもよい。
　なお、「正の値のピーク時間領域であるＡの領域」も「負の値のピーク時間領域であるＡ’の領域」も判定の要素にできるようなものにしてもよいが、その何れかだけを、判定の要素にしても良い。例えば「正の値のピーク時間領域であるＡの領域」は判定の要素にできるが「負の値のピーク時間領域であるＡ’の領域」については判定の要素にはできないようにするようなことである。このような場合も、判定の要素にできるものだけを利用して判定をすればよい。例えば、商用周波数の正の領域となるＡ領域の値や、Ａ領域に続く領域であるＢ領域の値を用いて判定したり（図９参照）、これらは用いず、商用周波数の負の領域となるＡ’領域の値、続く領域のＢ’領域の値を用いて判定したりする（図１０参照）ということである。
　ノイズが機器に起因するものであるのか否かの判定と、放電事象が生じているのか否かの判定を、一度に行うようにしてもよいが、それらを別のタイミングで行うようにしても良い。
　ノイズが機器に起因するものであるのか否かの判定と、放電事象が生じているのか否かの判定を別のタイミングで行うようにすれば、ノイズの原因を推定するために使用する閾値と、ブレーカの遮断など特定の出力をするか否かの判断をするための閾値を個別に設定することができる。このようなことを可能とするため、一旦、判定部１５から出された出力を再び判定部１５に取り込むようにしてもよい。
　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。例えば、電圧に重畳されるノイズではなく電流に重畳されるノイズを検出するようにすることも可能である。
１　　　電気機器収納用箱
８　　　負荷
１１　　フィルタ部
１４　　位相分割部
１５　　判定部
１６　　閾値変更部
９１　　商用電源

Claims (6)

  1. 　負荷が接続される電路の電圧又は電流に重畳されるノイズの出力を検出する放電検出システムであって、
    　高周波帯域の出力波形を抽出するフィルタ部と、
    　フィルタ部で取り出した出力波形に関する商用周波数におけるピークの前後の領域を含むピーク時間領域と、商用周波数における出力が０値となる前後の０値時間領域と、を区別するように定める位相分割部と、
    　ピーク時間領域における出力、または、ピーク時間領域における出力と０値時間領域における出力の演算値が閾値を超える場合に放電事象と判定する判定部と、
    　０値時間領域の出力の有無によって、前記閾値を変更する閾値変更部と、を備えた放電検出システム。
  2. 　閾値変更部は、０値時間領域の出力がない場合には、第１の閾値を放電事象を判定する閾値として設定し、０値時間領域の出力が認められる場合には、第１の閾値よりも高い値である第２の閾値を放電事象を判定する閾値として設定する請求項１に記載の放電検出システム。
  3. 　第２の閾値を、第１の閾値に対して、０値時間領域における出力値を加算又は乗算して導いた値とする請求項２に記載の放電検出システム。
  4. 　第２の閾値を、
    　０値時間領域における出力値に加算又は乗算して導いた値を、第１の閾値に対して加算又は乗算して導いた値とするか、
    　第１の閾値に対して０値時間領域における出力値を加算又は乗算して導いた値に更に乗算または減算して導いた値とする請求項２に記載の放電検出システム。
  5. 　第２の閾値を、
    　特定の値に加算又は乗算して導いた値を、第１の閾値に対して加算又は乗算して導いた値とするか、
    　第１の閾値に対して特定の値を加算又は乗算して導いた値に更に乗算または減算して導いた値とする請求項２に記載の放電検出システム。
  6. 　第２の閾値を超える出力値が所定回数又は所定時間継続する場合に放電事象と判定可能な請求項２から５の何れかに記載の放電検出システム。
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