JP2004020496A

JP2004020496A - トラッキング放電検知方法

Info

Publication number: JP2004020496A
Application number: JP2002178980A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Nakagawa; 中川　敏幸
Original assignee: Kawamura Electric Inc
Current assignee: Kawamura Electric Inc
Priority date: 2002-06-19
Filing date: 2002-06-19
Publication date: 2004-01-22

Abstract

【課題】家電機器の突入電流等で誤動作すること無く、かつトラッキング放電を早期に検知することが可能なトラッキング放電検知方法を提供する。
【解決手段】Ｓ２で電路電流の平均値Ｉａを求めて、その平均値Ｉａを示す仮想正弦波ｙ（ｘ）を演算する。Ｓ５で該仮想正弦波ｙ（ｔ）と測定した電路電流波ｘ（ｔ）のゼロクロス点から位相π／１０までの積分値を求め、Ｓ６で双方の積分値を比較する。仮想正弦波の積分値Ｓｓに対して比較した電路電流波の積分値Ｓｄが９９％以下であれば立上がり遅れ有りと判断してＳ７に進み、ＳｓがＳｄの９０〜９９％であればトラッキング放電発生と判断してトラッキング放電発生回数をカウントし、Ｓ１１で例えば１秒間に２０回カウントしたらトラッキング放電発生信号を出力する。
【選択図】　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、家電機器の接続プラグ等で発生するトラッキング放電現象を検知するトラッキング放電検知方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
家電機器の接続プラグ部等で発生するトラッキング放電を検知する従来のトラッキング放電検知方法としては、機器を接続した電路の電流を常時監視して、負荷電流を含む電流値が予め設定した動作判定値を超え、且つ３サイクル以上の電流ピーク値が連続して増加した場合、トラッキング短絡と判定する方法が知られている。図５は従来のトラッキング放電検知方法の説明図であり、（ａ）は電流波形と固定された動作判定値の関係、（ｂ）は電流波形と連続して増加する動作判定値の関係を示し、動作判定値は８０Ａに設定されている。
家電機器においては電流入力時の突入電流から定常電流に移行する電流のピーク値、或いは家電機器の電源を切ったときの電流は減少する特性を有しているため、これを判定から除外するためにこのように設定するもので、トラッキング放電現象は電流ピーク値が継続して増加する特性を有している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記検知方法の場合、トラッキング放電により発生する電流を精度良く検出するには、動作判定値を小さく抑える必要がある。しかし、動作判定値を小さくすると家電機器を複数使用したときの突入電流や負荷電流が大きくなった場合などトラッキング発生と判断して誤動作してしまうため、動作判定値を小さくでき無かった。そのため、負荷電流に対して小さい放電電流のトラッキング放電は検出することができず、放電現象が継続して発生して、発生部位の材料の劣化が激しくなり、短絡に近いアーク電流が流れてようやく検知が可能となっていた。
このように、従来のトラッキング放電検知方法は、トラッキング放電を検知した時点では、すでに樹脂製プラグの場合は劣化が激しく、火災発生の恐れが解消できなかった。
【０００４】
そこで、本発明は上記問題点に鑑み、家電機器の突入電流等で誤動作することが無く、トラッキング放電を早期に検知できるトラッキング放電検知方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、電路電流の平均値を求めて、該平均値を示す仮想正弦波を演算するステップと、電路電流波のゼロ点近傍の所定範囲の積分値を演算すると共に前記仮想正弦半波のゼロ点近傍の所定範囲の積分値を演算するステップと、前記電路電流波の積分値と前記仮想正弦波の積分値とを比較して、前記電路電流波の積分値が前記仮想正弦波の積分値より小さければトラッキング放電発生と判断するステップを有することを特徴とする。
【０００６】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、積分する波形ゼロ点近傍区間が電路電流波の位相０°から３０°以下の間、又は１８０°から２１０°以下の間であることを特徴とする。
【０００７】
請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、電路電流波の積分値が基本正弦波の積分値の９５％以下となったらトラッキング放電発生と判断することを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
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は本発明に係るトラッキング放電検知方法を実施するトラッキングブレーカの回路ブロック図の一例を示し、１は制御部、２は電路１０の電流を検出する変流器、３は電流−電圧変換回路、４は制御部１及び引き外しコイル５に電力を供給する電源回路、６は引き外しコイル５により開放操作（引き外し操作）される接点、７は引き外しコイル４を動作させるサイリスタである。また、１１ａはトラッキングブレーカの電源側端子、１１ｂは負荷側端子を示している。
【０００９】
制御部１は、Ａ／Ｄ変換回路１１、マイクロコンピュータで構成される演算回路１２、演算データ等を保管するレジスタ１３、出力回路１４を備え、変流器２で検出した電流波情報から波形の歪み度を演算して歪み度が所定量以上であればトラッキング放電発生と判断して出力回路１４に信号を送る。そして、出力回路１４はサイリスタ７をオンさせて引き外しコイル５を動作させ、接点６を引き外す。
【００１０】
以下、具体的な検知方法の流れを図２のフローチャートを基に説明する。先ず、Ｓ１（ステップ１）で電路１０の電流情報を変流器２により入手し、その電流情報を電流−電圧変換回路３で電圧変換して制御部１に入力する。制御部１は入力された電圧値に変換された電流波情報をＡ／Ｄ変換回路１１で例えば０．２５ｍｓのサンプリング時間毎にデジタル変換されて演算回路１２に出力する。そして、Ｓ２で演算回路１２はその入力されたデジタルデータから電流波の半波波形ｘ（ｔ）を求め、そのデータを基に平均値Ｉａを演算する。平均値Ｉａは次の数１で求められる。
【００１１】
【数１】

【００１２】
そしてＳ３に進み、求めた平均値Ｉａを予め設定した最低レベル値と比較して、比較値より小さければ電路に漏電電流や放電電流等の電流が流れていないと判断（Ｓ４）して検知動作を終了する。また、求めた平均値Ｉａが最低レベル値以上であればＳ５に進む。このステップは電路１０に電流が流れていない場合の誤動作を避けるために行っている。
【００１３】
Ｓ５では、平均値Ｉａを示す仮想正弦波の半波ｙ（ｔ）を求めると共に、予め定めた立上がり時間Ｔｒまでの仮想正弦波の半波ｙ（ｔ）の積分値Ｓｓを求め、更に実際の電路の電流波形の半波ｘ（ｔ）の立上がり時間Ｔｒまでの積分値Ｓｄを求める。仮想正弦半波ｙ（ｔ）、仮想正弦半波ｙ（ｔ）の積分値Ｓｓ、実際の電流半波ｘ（ｔ）の積分値Ｓｄは次式の数２，数３，数４で演算される。但し、立上がり時間Ｔｒを位相π／１０（５０Ｈｚ電路の場合は１ｍｓ）としている。
【００１４】
【数２】

【数３】

【数４】

【００１５】
そして、Ｓ６で２つの積分値ＳｄとＳｓを比較し、例えばＳｄ≦０．９９Ｓｓが成り立てば波形の立上がり遅れ有り（歪みが発生してトラッキング放電有り）と判断してＳ７に進む。そうでなければＳ１に戻る。
【００１６】
ここで、立上がり遅れとトラッキング放電の関係を図３，図４を基に説明する。図３、図４は合成樹脂から成る接続プラグの放電特性を表した回路図及び波形図であり、図３（ａ）は放電が発生していない時のプラグ表面の等価回路及び電流波形図を示し、抵抗Ｒ０はプラグ表面が湿潤している状態の表面抵抗を表している。また図３（ｂ）は放電が発生している時の等価回路及び電流波形図を示し、第１抵抗Ｒ１は放電が発生して導電路ができた際につくられるトラッキング放電電路の抵抗、第２抵抗Ｒ２は放電時の湿潤部分の抵抗を表している。そして、図４は図３（ｂ）の電流波形の半波部分の拡大説明図である。
【００１７】
この電流波形図に示すように、放電が発生すると電流波形の立上がり部の途中に急峻に立ち上がる部分が発生し、所謂立上がり遅れが発生する。これは、主に位相０〜３０°、１８０〜２１０°の間で発生するので、上記立上がり時間Ｔｒは位相３０°以下又は２１０°以下で設定する良い。そして、上記２つの積分値ＳｄとＳｓの比較により実際の電路電流波形の歪み度を演算することで、この立上がり遅れを検知することができる。
尚、放電が発生していない時は、例えば埃と水分の湿潤による漏れ電流成分（正弦波）と仮想電流波ｙ（ｔ）とは同じ波形になり、トラッキング放電が発生して初めてＳｄがＳｓより小さくなる。
【００１８】
そして、Ｓ７では２つの積分値Ｓｄ，Ｓｓを比較してＳｄ≦０．９５ＳｓであればＳ９に進み、そうでなければ即ち０．９５Ｓｓ＜Ｓｄ≦０．９９Ｓｓであればトラッキング放電開始と判断してＳ８に進む。Ｓ８では、トラッキング放電が開始されたと判断して０．９５Ｓｓ＜Ｓｄ≦０．９９Ｓｓとなる回数を累積して行く。
また、Ｓ９ではＳｄ≦０．９０Ｓｓかどうか判断し、そうであればＳ１に戻り、そうでなければ即ち０．９０Ｓｓ＜Ｓｄ≦０．９５Ｓｓであればトラッキング放電継続発生と判断してＳ１０に進む。Ｓ１０では、トラッキング放電が継続していると判断してＳ８に引き続きトラッキング放電発生と判断した回数のカウントを続ける。そして、Ｓ１１にて、例えば１秒以内の発生回数が２０回を超えたら演算回路１２が出力信号を発するように設定すれば、電路電流がその条件を満たした時点で出力回路１４がサイリスタ７をオンして、引外しコイル５が動作し、電路１０が電源から切り離される。
【００１９】
このように、トラッキング放電が発生すると、その特徴である位相０〜３０°或いは１８０から２１０°付近の急激な電流の立上がりを伴う立上がりの遅れを検出してトラッキング放電発生と判断するため、トラッキング放電を早期に検知することができる。そのため、合成樹脂製の接続プラグであっても樹脂部の劣化が大きくなる前に検知することが可能となり、プラグ表面の融けを無くすことができる。
また、電流波形のゼロクロス付近で判断するため、負荷電流の大きさに影響されずに検知できるし、家電製品の負荷電流変動や突入電流変動に影響されずに検知できる。更に、無負荷状態ではプラグ表面の漏れ電流も検知できるので、樹脂部の湿潤性喪失の状況や埃の堆積状況等を有る程度予測することも可能である。
【００２０】
尚、上記実施の形態では本発明のトラッキング放電検知方法をブレーカに適用した構成について説明したが、それに限定するものではなく、例えばトラッキング発生を報知する警報機として適用することができるし、制御部１は小型化が可能であるためプラグを差し込むコンセントに組み込んで、コンセントに報知機能を持たせることも可能である。
また、トラッキング放電の始まりは、漏れ電流によるジュール熱により表面が乾燥して漏れ電流が低下してトラッキング放電の導電路が形成されて始まり、トラッキング放電開始の段階では、まだ全周期における放電現象が均等でないため、漏れ電流波と仮想電流波の違いは小さいので上記実施形態のように電路電流波の積分値Ｓｄが仮想電流波の積分値Ｓｓに対して９９％以下であればトラッキング放電発生と判断して、ＳｄがＳｓの９９％以下と９５％以下の２段階に判断しているが、例えば９７％以下のみの１段階で判断するようにしても良い。
【００２１】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１〜３の発明によれば、トラッキング放電を早期に検知することができ、合成樹脂製の接続プラグの樹脂部が劣化する前に検知することが可能となり、プラグ表面の融けを無くすことができる。
また、電流波形のゼロクロス付近で判断するため、負荷電流の大きさに影響されずに検知できるし、家電製品の負荷電流変動や突入電流変動に影響されずに検知できる。
また、無負荷状態ではプラグ表面の漏れ電流も検知できるので、樹脂部の湿潤性喪失の状況や埃の堆積状況等を有る程度予測できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るトラッキング放電検知方法を実施するトラッキングブレーカの回路ブロック図である。
【図２】図１の制御部の動作の流れを示すフローチャートである。
【図３】接続プラグ表面の放電特性を模式的に表した図であり、図２（ａ）は放電が発生していない時の等価回路及び電流波形図、図２（ｂ）は放電が発生している時の等価回路及び電流波形図である。
【図４】図３（ｂ）の電流波形の拡大説明図である。
【図５】従来のトラッキング放電検知方法の説明図であり、（ａ）は電流波形と固定された動作判定値の関係、（ｂ）は電流波形と連続して増加する動作判定値の関係を示している。
【符号の説明】
１・・制御部、２・・変流器、３・・電流−電圧変換回路、４・・電源回路、５・・引き外しコイル、６・・接点、７・・サイリスタ、１０・・電路、１１・・Ａ／Ｄ変換回路、１２・・演算回路、１３・・レジスタ、１４・・出力回路。

Claims

電路電流の平均値を求めて、該平均値を示す仮想正弦波を演算するステップと、
電路電流波のゼロ点近傍の所定範囲の積分値を演算すると共に前記仮想正弦半波のゼロ点近傍の所定範囲の積分値を演算するステップと、
前記電路電流波の積分値と前記仮想正弦波の積分値とを比較して、前記電路電流波の積分値が前記仮想正弦波の積分値より小さければトラッキング放電発生と判断するステップを有することを特徴とするトラッキング放電検知方法。
積分する波形ゼロ点近傍区間が電路電流波の位相０°から３０°以下の間、又は１８０°から２１０°以下の間である請求項１記載のトラッキング放電検知方法。
電路電流波の積分値が基本正弦波の積分値の９５％以下となったらトラッキング放電発生と判断する請求項１又は２記載のトラッキング放電検知方法。