JP2008008859A - Method and device for detecting deterioration of wire - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電線の半断線或いは断線の発生を検出する電線劣化検出方法及び検出装置に関する。 The present invention relates to an electric wire deterioration detection method and a detection device that detect the occurrence of a half-break or disconnection of an electric wire.
従来より、電子機器等の負荷に電源を供給する電路の異常による事故の発生を防ぐ手段として、プラグ両刃間にトラッキングが生成されたらそれを検出して遮断する配線用遮断器(例えば、特許文献1参照)や、電路の途中で電線の絶縁皮膜の劣化や加熱による皮膜の溶融等で電線の途中で短絡事故が発生したら回路を遮断する回路遮断器(例えば、特許文献2参照)が提案されている。
上記電路異常で遮断動作する従来の遮断器は、何れも電路の途中で発生した電極間の放電やコード短絡を検出して遮断動作するものであり、コンセントから負荷に至る電源コードの途中で内部の電線に半断線や断線が発生した場合、それを検出することはできなかった。しかし、家庭内で使用される家電機器の殆どは電源コードを介して商用電源に接続されており、この電源コードの半断線や断線現象は、トラッキングの生成と同様に電源コードの劣化を促進させ絶縁破壊を引き起こし、最後には短絡事故、発火事故に至る場合があるため、半断線や断線の発生を検知できればこのような事故を防ぐことができる。 Any of the above conventional circuit breakers that operate to shut down due to an abnormal electric circuit detects the discharge between the electrodes or the short circuit of the cord that occurs in the middle of the electric circuit, and operates in the middle of the power cord from the outlet to the load. When a half-break or break occurred in the electric wire, it could not be detected. However, most home appliances used in the home are connected to a commercial power supply via a power cord, and this power cord's half-breaking or disconnection phenomenon promotes the degradation of the power cord as well as the generation of tracking. Insulation breakdown may be caused, and eventually a short circuit accident and a fire accident may occur. Therefore, it is possible to prevent such an accident if the occurrence of the half disconnection or the disconnection can be detected.
そこで、本発明はこのような問題点に鑑み、電源コードの被覆内で起こる電線の半断線や断線を検出する電線劣化検出方法及び検出装置を提供することを目的とする。 Therefore, in view of such a problem, an object of the present invention is to provide a wire deterioration detection method and a detection device that detect a half-break or break of a wire that occurs in a sheath of a power cord.
上記課題を解決する為に、請求項1に記載の発明に係る電線劣化検出方法は、電線の電流波形を電流検出手段により検出し、電圧周期の50分の1以下の予め設定した一定間隔で検出した電流の瞬時値をサンプリングするサンプリングステップと、サンプリングした電流瞬時値が第1の所定値以下である場合に記憶手段に記憶されていた前回のサンプリング値との差分を演算する差演算ステップと、求めた差分が前記第1の所定値より小さい第2の所定値以下の場合に、電流変化無しと判断する無変化検出ステップとを有し、電圧半周期以内の予め設定した期間に発生した前記無変化区間の数により断線発生を判断することを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problem, the wire deterioration detection method according to the invention described in
また、請求項2の発明に係る電線劣化検出装置は、電線の電流波形を検出する電流検出手段と、電流波形情報を記憶する記憶手段と、電流情報を基に演算により電路の断線を判断する演算判定部とを有し、前記演算判定部は、電流周期の50分の1以下の予め設定した一定間隔で電流波形から電流の瞬時値をサンプリングするサンプリング手段と、サンプリング値が第1の所定値以下で且つ電流の変化も僅かな無変化領域を検出する無変化検出手段と、前記無変化領域の検出が略電圧半周期区間に所定回数に達したら断線発生と判断する判定手段とを備えてなることをを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, there is provided an electric wire deterioration detection device that determines a disconnection of an electric circuit by calculation based on current detection means for detecting a current waveform of the electric wire, storage means for storing current waveform information, and current information. An arithmetic determination unit, the arithmetic determination unit, sampling means for sampling an instantaneous value of the current from the current waveform at a predetermined constant interval equal to or less than 1/50 of the current cycle, and the sampling value is a first predetermined value A non-change detecting means for detecting a non-change area that is less than or equal to a value and has a slight change in current; and a determination means that determines that a disconnection has occurred when the detection of the non-change area reaches a predetermined number of times in a substantially half voltage period. It is characterized by.
負荷に電力を供給している状態で、電源コードに半断線或いは断線が発生すると、電路電流波形は電源電圧とは異なる形状となり、電圧ゼロクロス付近では殆ど電流が流れない現象が生じ(図2に示すi2波形)、電圧波形ピーク付近で断線部で放電が発生することにより大きな電流が流れる(図2に示すi1波形)特異な現象が生ずる。
この請求項1,2の発明はこのような特異な現象を検知することで半断線或いは断線を検出するもので、所定値(第1の所定値)以下となる電流を検出することで電圧ゼロクロス点近傍を検出し、その区間で前回のサンプリング値からの変化量を見ることで電流無変化区間(図2に示すi2波形)を検出している。そして、無変化区間の発生数によりその長さを検出することで、電線に半断線或いは断線が発生した場合の特有の現象を検知することができる。従って、半断線或いは断線を検出することができる。
また、電線に流れる電流波形を検出するだけで半断線や断線を検出できるので、簡易な構成で電線の劣化を検出することが可能となる。
When power is being supplied to the load, if the power cord is half-broken or broken, the circuit current waveform will have a shape different from the power supply voltage, causing a phenomenon that almost no current flows near the voltage zero cross (see Fig. 2). I2 waveform shown in FIG. 2), and a large current flows (i1 waveform shown in FIG. 2) due to discharge occurring near the peak of the voltage waveform.
According to the first and second aspects of the present invention, a half-break or break is detected by detecting such a unique phenomenon, and a voltage zero cross is detected by detecting a current that is equal to or less than a predetermined value (first predetermined value). The vicinity of the point is detected, and the current unchanged section (i2 waveform shown in FIG. 2) is detected by observing the amount of change from the previous sampling value in that section. Then, by detecting the length based on the number of occurrences of the non-change section, it is possible to detect a peculiar phenomenon when a half-break or a break occurs in the electric wire. Therefore, it is possible to detect a half-break or a break.
Moreover, since it is possible to detect a half-break or a break simply by detecting the waveform of the current flowing through the wire, it is possible to detect the deterioration of the wire with a simple configuration.
請求項3は、請求項2に記載の発明において、無変化検出手段は、サンプリングした電流瞬時値が所定値以下であって、且つ記憶手段に記憶した前回のサンプリング値と比較し、その差が0.05〜0.2アンペアの間で設定した第2の所定値以下である場合に無変化領域にあると判断することを特徴とする。
この発明により、ゼロ点近傍での電流の無変化区間を確実に検出できる。
According to a third aspect of the present invention, in the invention according to the second aspect, the non-change detecting means compares the sampled instantaneous current value with a predetermined value or less and the previous sampled value stored in the storage means, and the difference is It is characterized in that it is determined to be in the non-change region when it is equal to or less than a second predetermined value set between 0.05 and 0.2 amperes.
According to the present invention, it is possible to reliably detect the current unchanged section in the vicinity of the zero point.
請求項4の発明は、請求項2又は3に記載の発明において、判定手段は、電圧半周期以内の所定の期間に無変化領域と判定したサンプリング値が所定回発生したら断線発生と判定することを特徴とする。
この発明により、無変化期間の長さにより判断するので、半断線や断線を確実に検出できる。
According to a fourth aspect of the present invention, in the invention according to the second or third aspect, the determination means determines that a disconnection has occurred when the sampling value determined to be a non-change region is generated a predetermined number of times within a predetermined period within a voltage half cycle. It is characterized by.
According to the present invention, since the determination is made based on the length of the non-change period, it is possible to reliably detect a half-break or a break.
本発明によれば、電線に流れる電流のゼロクロス点近傍で無電流区間が発生した場合にそれを検出するので、電線に半断線或いは断線が発生した場合の特有の現象を検知することができる。従って、半断線或いは断線を検出することができる。
According to the present invention, when a no-current section is generated in the vicinity of the zero-cross point of the current flowing through the electric wire, it is detected, so that it is possible to detect a unique phenomenon when a half-break or a break occurs in the electric wire. Therefore, it is possible to detect a half-break or a break.
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、本発明に係る電線劣化検出装置の一例を示し、電線劣化検出装置を利用して電源コードに断線が発生したら電源コードを電源から遮断するプラグ装置のブロック図を示している。図1において、1は電源コード、2は電源(プラグを接続したコンセントを含む電源部)、3は遮断手段、4は負荷、5は電線劣化検出回路である、尚、6は電源コードの電流波形を検出するための電流検出手段としての変流器、7は電線劣化検出回路5に電源を供給する給電線を示し、これら機器及び回路は栓刃を備えたプラグケース内に組み込まれている。
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows an example of a wire deterioration detection device according to the present invention, and shows a block diagram of a plug device that cuts off a power cord from a power source when the power cord is disconnected using the wire deterioration detection device. In FIG. 1, 1 is a power cord, 2 is a power source (a power supply unit including an outlet connected to a plug), 3 is a blocking means, 4 is a load, 5 is a wire deterioration detection circuit, and 6 is a current of the power cord. A current transformer as a current detection means for detecting a waveform, 7 indicates a power supply line for supplying power to the wire
電線劣化検出回路5は、変流器6により検出した電路電流の波形情報を電圧信号に変換するI/V変換回路10、電圧に変換した電流情報をデジタル信号に変換するA/D変換回路11、所定の演算を実施して断線(半断線及び断線)を判定する演算判定回路12、各種情報を記憶する記憶手段であるレジスタ13、判定結果を出力する判定出力回路14、電線劣化検出回路を駆動する電源回路15を備えている。尚、判定出力回路14は、遮断手段3を遮断動作させる信号を出力するよう構成されている。また、A/D変換回路11、演算判定回路12、レジスタ13はマイクロコンピュータから成り、一体に構成されている。
The wire
上記構成による電線劣化検出回路の劣化検出動作は以下のようである。但し、本発明の劣化検出動作は次の特性に基づいている。図2は本発明の電線劣化を検出する理論を説明するための電源電圧、電路電流波形の説明図であり、電源コード1の内部電線に半断線或いは断線が発生すると、図2の区間E2の電流波形図に示すように、断線箇所で電圧波形のピーク付近(約70V以上の波形部)において断線した先端部同士で火花放電が発生し、比較的大きな電流が流れる(図2に示すi1)。一方、電圧波形のゼロクロス点付近(約70V以下の波形部)では僅かな電流しか流れない無電流区間が発生する(図2に示すi2)。そのため電路電流波形は電源電圧波形とは異なった形状となる。本発明では、この無電流区間を検出して半断線あるいは断線の発生を検出するものである。
The deterioration detection operation of the wire deterioration detection circuit having the above configuration is as follows. However, the deterioration detection operation of the present invention is based on the following characteristics. FIG. 2 is an explanatory diagram of the power supply voltage and the circuit current waveform for explaining the theory of detecting the deterioration of the electric wire according to the present invention. When a half-break or a break occurs in the internal wire of the
図3はマイコン制御による電線劣化検出回路の動作の流れを説明するフローチャートを示し、この図を基に動作を説明する。先ず変流器6で検出した電流情報は電圧データに変換されてマイコンに入力される(S1)。入力された電圧データは、A/D変換回路11に入力され、A/D変換回路11でデジタルデータに変換されて100μs毎に演算判定回路12に取り込まれる(S2)。演算判定回路12では、先ず電流が殆ど流れない電圧ゼロクロス点近傍を検出するゼロクロスエリア判断処理が実施される(S3)。
FIG. 3 shows a flowchart for explaining the flow of operation of the electric wire deterioration detection circuit under microcomputer control, and the operation will be explained based on this figure. First, current information detected by the current transformer 6 is converted into voltage data and input to the microcomputer (S1). The input voltage data is input to the A / D conversion circuit 11, converted into digital data by the A / D conversion circuit 11, and taken into the
ゼロクロスエリアの検出は、A/D変換された電圧値の大きさで判断され、2.0V以上3.0V以下(中心2.5V)の範囲の場合に電圧ゼロクロス点を中心としたゼロクロスエリアにあると判断し、無変化処理ステップ(S4)へ進む。それ以外の電圧(2,0V未満、或いは3.0Vを超える電圧)の場合はゼロクロスエリアにないと判断し、演算判定回路12は次のA/D変換値を取り込む。尚、この電圧値情報は、2.5Vが0A、2.0Vが−1.0Aに相当し、3.0Vが+1.0Aに対応し、第1の所定値を1.0アンペアとしている。
The detection of the zero cross area is determined by the magnitude of the voltage value after A / D conversion, and in the range of 2.0 V to 3.0 V (center 2.5 V), the zero cross area is centered on the voltage zero cross point. It is determined that there is, and the process proceeds to the unchanged process step (S4). In the case of other voltages (voltage less than 2,0 V or more than 3.0 V), it is determined that the voltage is not in the zero cross area, and the
無変化処理では、レジスタ13に一時的に保管されている一つ前のサンプリング値との比較が実施され、一つ前のサンプリング電圧値との差が第2の所定値である0.05V以内(0.1A以内)であれば、無変化区間であると判断してカウントアップ(S5)して出力処理ステップ(S6)に進む。
In the unchanged process, a comparison is made with the previous sampling value temporarily stored in the
出力処理ステップでは、カウント1においてスタートしたタイマが8.3msをカウントするまで加算し、タイムアップ前に5回をカウントしたら、即ち一つ前のサンプリング電圧値との差が0.05V以内となる回数が5回発生したら、断線発生と判断してS7に進み検出処理を実施する。この検出処理では判定出力回路14を出力動作させる。カウンタが5に満たなければサンプリングステップに戻り、次のA/D変換値を取り込んで上記処理ステップを繰り返す。
一方、無変化処理に於いて0.05Vを超える差がある場合も同様に、次の出力処理ステップをスルーしてサンプリングステップに戻り、次のA/D変換値を取り込む。
In the output processing step, the timer started at
On the other hand, when there is a difference exceeding 0.05 V in the unchanged process, the next output processing step is similarly returned to the sampling step, and the next A / D conversion value is captured.
カウント数が5回未満の場合、A/D変換値の取り込みが実施されるが、この再度の処理において、再度無変化処理と判断された場合には、今回のサンプリング値と前回のサンプリング値とを比較する無変化処理が再度行われ、同様に0.05V以内であればカウントアップして出力処理に進み、8.3msに至るまで回数が加算されるが、最初のカウントから8.3ms以内に0.05V以内となる状態が5回発生しなければ、カウンタはクリアされてN=0から再スタートする。
尚、電路が遮断される場合のように、連続的に無変化状態が継続する場合を排除するために上限(ここでは、8.3ms)を必ず設定される。また、演算判定回路12はマイコンのCPUであり、サンプリング手段、無変化検出手段、判定手段でもある。
When the count number is less than 5, the A / D conversion value is taken in. However, in this re-processing, if it is determined that the process is unchanged again, the current sampling value and the previous sampling value are No change processing is performed again. Similarly, if it is within 0.05 V, it counts up and proceeds to output processing, and the number of times is added until it reaches 8.3 ms, but within 8.3 ms from the first count If the condition within 0.05V does not occur 5 times, the counter is cleared and restarts from N = 0.
Note that an upper limit (here, 8.3 ms) is always set in order to eliminate the case where the unchanged state continues continuously as in the case where the electric circuit is interrupted. The
このように、電線に流れる電流の電圧ゼロクロス点近傍で無電流区間が発生した場合にそれを検出するので、電線に半断線或いは断線が発生した場合の特有の現象を検知することができる。従って、半断線或いは断線を検出することができる。
また、電線に流れる電流波形を検出するだけで半断線や断線を検出でき、簡易な構成で電線の劣化を検出することができる。
そして、前回のサンプリング値との差を基に電流の無変化を判断するのでゼロ点近傍での電流の無変化区間を確実に検出できるし、無変化期間の長さにより判断するので、半断線や断線を確実に検出できる。
As described above, when a no-current section is generated in the vicinity of the voltage zero crossing point of the current flowing through the electric wire, it is detected, so that it is possible to detect a peculiar phenomenon when the electric wire is partially broken or broken. Therefore, it is possible to detect a half-break or a break.
Moreover, it is possible to detect a half-break or a break simply by detecting the current waveform flowing in the wire, and it is possible to detect the deterioration of the wire with a simple configuration.
And since no change in current is judged based on the difference from the previous sampling value, it is possible to reliably detect the no change section of current near the zero point, and because the judgment is based on the length of the no change period, it is a half-break. And disconnection can be detected reliably.
尚、上記実施形態では、検出した電流瞬時値の絶対値が1A以内の状態をゼロクロス点近傍(ゼロクロスエリア)としているが、基本的に小さな電流しか流れないような電源コードであれば、1Aとしている第1の所定値は更に小さくするのが好ましい。
また、一つ前のサンプリング値との差が0.1A以内であれば、無変化区間と判断しているが、この閾値である第2の所定値も固定するものではなく、0.05〜0.2Aの間で変更しても良好に検知動作する。
更に、電流瞬時値のサンプリング間隔を100μs(50Hzの場合、電圧1周期に200回のサンプリングを実施)としているが、サンプリング間隔は電圧1周期の間に少なくとも50回程度実施するだけでも無変化区間を検知することは可能である。
In the above embodiment, the state where the absolute value of the detected instantaneous current value is within 1 A is the vicinity of the zero cross point (zero cross area). The first predetermined value is preferably further reduced.
In addition, if the difference from the previous sampling value is within 0.1 A, it is determined that there is no change interval, but the second predetermined value that is this threshold is not fixed, and is 0.05 to Even if it is changed between 0.2A, it can be detected well.
Furthermore, the sampling interval of the instantaneous current value is set to 100 μs (in the case of 50 Hz, 200 samplings are performed in one voltage cycle), but the sampling interval is not changed even if it is performed at least about 50 times in one voltage cycle. Can be detected.
1・・電源コード、2・・電源、5・・電線劣化検出回路、6・・変流器(電流検出手段)、10・・I/V変換回路、11・・A/D変換回路、12・・演算判定回路、13・・レジスタ、14・・判定出力回路。
1 ....
Claims (4)
サンプリングした電流瞬時値が第1の所定値以下である場合に記憶手段に記憶されていた前回のサンプリング値との差分を演算する差演算ステップと、
求めた差分が前記第1の所定値より小さい第2の所定値以下の場合に、電流変化無しと判断する無変化検出ステップとを有し、
電圧半周期以内の予め設定した期間に発生した前記無変化区間の数により断線発生を判断することを特徴とする電線劣化検出方法。 A sampling step of detecting a current waveform of the electric wire by a current detection means and sampling an instantaneous value of the current detected at a predetermined constant interval of 1/50 or less of a voltage cycle;
A difference calculating step of calculating a difference from the previous sampling value stored in the storage means when the sampled current instantaneous value is equal to or less than the first predetermined value;
A non-change detecting step for determining that there is no current change when the obtained difference is equal to or smaller than a second predetermined value smaller than the first predetermined value;
An electric wire deterioration detection method, comprising: determining occurrence of disconnection based on the number of the unchanged sections generated in a preset period within a voltage half cycle.
前記演算判定部は、電流周期の50分の1以下の予め設定した一定間隔で電流波形から電流の瞬時値をサンプリングするサンプリング手段と、
サンプリング値が所定値以下で且つ電流の変化も僅かな無変化領域を検出する無変化検出手段と、
前記無変化領域の検出が略電圧半周期区間に所定回数に達したら断線発生と判断する判定手段とを備えてなることを特徴とする電線劣化検出装置。 Current detection means for detecting the current waveform of the electric wire, storage means for storing the current waveform information, and an operation determination unit for determining disconnection of the electric circuit by calculation based on the current information,
The calculation determination unit includes a sampling unit that samples an instantaneous value of a current from a current waveform at a predetermined constant interval equal to or less than 1/50 of a current cycle;
A non-change detecting means for detecting a non-change region where the sampling value is equal to or less than a predetermined value and the change in current is slight;
An electric wire deterioration detection apparatus comprising: a determination unit configured to determine that a disconnection has occurred when detection of the non-change region reaches a predetermined number of times in a substantially voltage half cycle section.
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