JP4708949B2

JP4708949B2 - トラッキング検出装置

Info

Publication number: JP4708949B2
Application number: JP2005303516A
Authority: JP
Inventors: 敏幸中川
Original assignee: Kawamura Electric Inc
Current assignee: Kawamura Electric Inc
Priority date: 2005-10-18
Filing date: 2005-10-18
Publication date: 2011-06-22
Anticipated expiration: 2025-10-18
Also published as: JP2007113960A

Description

本発明は、コンセントやプラグに生ずるトラッキングの生成を検出するトラッキング検出装置に関する。

壁面等に設置したコンセントにプラグを接続した状態が長い間続くと、プラグ両刃間に塵等が付着する。このようなプラグに温度変化等で結露が発生すると、プラグの両刃間で放電が発生する場合があり、この放電が継続して発生すると、やがてコンセントやプラグの両刃間の樹脂部の炭化（トラッキング）が進み、その結果放電が常時発生するようになる。その結果、やがて大電流が流れて最悪の場合火災発生に至ってしまう問題がある。
このような、トラッキング短絡に至る前に発生する微小なトラッキング放電を検知することでトラッキングの生成を検出する装置として、特許文献１に開示された技術がある。これは、プラグを介して流れる電路電流の波形から高周波電流の電荷量、発生頻度、周波数別レベルを求めて、トラッキング放電特有の現象を検出することを可能としている。この装置を使用することで、トラッキング短絡に至る前に電路の遮断等を実施することができる。

特開２００４−２７９２０５号公報

しかしながら、上記特許文献１の技術の場合、トラッキング短絡に至る前の検出が可能であるが、早期の検出という点では不十分で、炭化現象を初期の段階で検知することは難しかった。
そこで本発明はこのような問題点に鑑み、トラッキングの生成を早い段階で検知することが可能なトラッキング検出装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する為に、請求項１に記載の発明は、電路電流を検出する電流検出手段と、検出した電流波形から少なくとも基本波、第３高調波及び第５高調波の３種類の周波数成分を抽出する高調波抽出手段と、電路電流の基本波，第３高調波，第５高調波の夫々のピーク値が所定の関係を満たしたらトラッキング放電発生と判断するトラッキング判定回路とを有し、前記トラッキング判定回路は、電路に電気的に繋がっている負荷が稼働していない状態で第３高調波のピーク値と第５高調波のピーク値の合計が基本波のピーク値を越え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。
この構成により、プラグ両刃間に水分がある場合のみに発生する放電現象を検知することが可能で、トラッキングの生成を早い段階で検知することが可能となる。

そして、トラッキング放電を確実に検知することができる。

請求項２の発明は、請求項１に記載の発明において、前記トラッキング判定回路は、前記電路に電気的に繋がっている負荷が稼働していない状態で第３高調波のピーク値と第５高調波のピーク値の合計が基本波のピーク値を越えた回数が特定の時間内に所定回数に達したらトラッキング生成と判断することを特徴とする。
この構成により、トラッキングの生成を確実に検知できる。

請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、電流検出手段と高調波抽出手段との間に、第５高調波を越える高調波成分を削除するための低域通過フィルタを備えて成ることを特徴とする。
この構成により、第３及び第５高調波が顕著になり、トラッキングの判定が易くなる。

本発明によれば、プラグ両刃間に水分がある場合のみに発生する放電現象を検知することができ、トラッキングの生成を早い段階で検知することが可能となる。

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検出装置の実施形態の一例を示す回路ブロック図であり、トラッキングが生成したら電路を遮断する遮断装置を示している。図において、１は電路５の電流を検出する電流検出手段としての変流器、２は１０ｋＨｚ以上の高周波を削除する低域通過フィルタ（ＬＰＦ）を備えたフィルタ回路、３はトラッキングの生成を検出するトラッキング検出部、４は電路を遮断操作する遮断手段である。

トラッキング検出部３は、検出した電路電流を周波数分解する高調波抽出手段としての高速フーリエ変換回路（以下、ＦＦＴとする）１０、周波数分解した電流波形をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換回路（第１Ａ／Ｄ変換回路）１１、放電電流波形を抽出する放電検出回路１２、抽出した放電電流波形をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換回路（第２Ａ／Ｄ変換回路）１３、トラッキング判定回路としての演算回路１４、各種判断要素や演算値を格納するレジスタ回路１５、遮断手段４の作動信号を出力する判定出力回路１６を備えている。尚、演算回路１４はＣＰＵで構成されている。

このように構成されたトラッキング検出部の動作を図２のフローチャートを基に説明する。まず本発明は、トラッキングの生成を早い段階で検出する方法として、結露等でプラグの両刃間に水分が存在した際に発生する両刃間の放電に着目している。この時発生する放電現象は、放電に伴い水分が蒸発することで放電電流波形が大きく変化するため、その変化を検出してトラッキング放電を早期に検出するよう構成されている。この放電波形は１０ｋＨｚ以下にピーク値を有することが分かっている。

図３は、このような条件で発生するトラッキング放電電流の電流波形（上）と周波数分解図（下）の一例を示し、（ａ）は放電が発生してから４分５２秒経過後、（ｂ）は６分１９秒経過後の電流データである。図において、Ｐ１は基本波の波形、Ｐ２は第３高調波、Ｐ３は第５高調波である。この放電波形は、コンセントに接続したプラグの両刃に水滴を滴下して人工的に結露状態を作りトラッキング放電を発生させている。このデータからトラッキング放電は、放電発生から６分以上経過すると第３及び第５高調波が大きくなっていることが分かる。このような変化に基づいて、本発明は初期のトラッキング放電の検出を実施している。尚、ここでは電路の周波数は６０Ｈｚであり、基本波周波数は６０Ｈｚ、第３高調波は１８０Ｈｚ、第５高調波は３００Ｈｚである。

このような特性を検出するため、変流器１で検出（Ｓ１）された電流波形は、ＦＦＴ１０で基本波、第３高調波、第５高調波成分が抽出（Ｓ２）され、演算回路１４で比較演算が実施される（Ｓ３）。演算回路１４では、基本波のピーク値と第３高調波と第５高調波のピーク値の合計を比較し、第３高調波のピーク値と第５高調波のピーク値の合計が基本波のピーク値を越えた場合、即ち［基本波＜（第３高調波＋第５高調波）］の場合、トラッキング放電発生と判断する。

そして、このトラッキング放電が所定時間内に所定回数発生したらトラッキングが生成されプラグが劣化したと判断（Ｓ４）してトラッキング発生信号を出力（Ｓ５）する。具体的に一例を示すと、１００ｍＳ毎にＦＦＴ解析して、２秒間に上記条件を満たした放電（トラッキング放電）が５回以上発生したらトラッキングが生成されたと判断してトラッキング発生信号を出力する。そして、この出力信号を受けて、判定出力回路１６は遮断手段４の駆動信号を出力し、電路５が遮断される。

このように、プラグ両刃間に水分がある場合のみに発生する放電現象を検知することで、トラッキングの生成を早い段階で検知することが可能となり、早期に電路の遮断操作等実施することで、プラグ等が大きく劣化する前に処置を施すことが可能となる。
但し、この実施形態では、演算回路１４には高調波情報が入力されると同時に、放電検出回路１２により抽出された放電電流情報がデジタルデータに変換されて入力されている。この信号を受けて、演算回路１４はトラッキングが進行して乾燥した状態でも発生する比較的小さい放電（トラッキング放電）も検出するよう構成されている。この状態のトラッキング放電も合わせて検出することで、劣化が進んだ状態も確実に検出できるよう構成されている。

尚、一例としてトラッキング放電が、特定時間（２秒間）内に例えば５回発生したらトラッキング発生と判断する条件を示しているが、トラッキング放電を１回検知しただけでトラッキング発生信号を出力しても良いし、逆に更に多い発生回数を設定してトラッキング発生信号を出力するようにしても良い。
また、［基本波＜（第３高調波＋第５高調波）］の場合にトラッキング発生として検知するようにしているが、［基本波＜（第３高調波又は第５高調波）］としてもトラッキング放電の検出は可能である。また、フィルタ回路２がなくても、第３，第５高調波の抽出は可能であるが、１０ｋＨｚ以上の周波数成分を削除すれば、より精度良く放電波形を検出できる。

図４の回路ブロック図は、本発明のトラッキング検出回路の他の形態を示している。上記実施形態とはフィルタ回路１８が異なり、ＬＰＦとＨＰＦを組み合わせて構成されている。例えば、フィルタ回路を、３００Ｈｚ以下の波形を通過させるＬＰＦと、１ｋＨｚ以上を通過させる高域通過フィルタ（ＨＰＦ）を組み合わせてエリミネーションフィルタを形成すれば、第３及び第５高調波（基本波が６０Ｈｚの場合）を効果的に抽出することができるし、トラッキング進行時に発生する微小火花放電の特徴である１ｋＨｚ以上の波形を抽出でき、双方のデータから効果的にトラッキングの生成を検知することが可能となる。

また、ＬＰＦとＨＰＦにより第３高調波と第５高調波を通過させるバンドパスフィルタを構成すれば、第３高調波と第５高調波の抽出及び比較がし易い。水分のある時に発生するトラッキング放電の場合、第３高調波と第５高調波は特有の性質を有することが確認されている。そのため、第３高調波と第５高調波を互いに比較するだけでトラッキング放電発生を知ることができる。例えば、［第３高調波＜第５高調波］を検出直後に［第３高調波＞第５高調波］を満たした波形を検出した場合にトラッキング放電発生と判断することも可能である。

本発明に係るトラッキング検出装置の実施形態の一例を示す回路ブロック図である。図１のトラッキング検出動作の流れを示すフローチャートである。トラッキング放電電流の周波数分解図の一例を示し、（ａ）はトラッキング放電が発生してから４分５２秒経過後、（ｂ）は６分１９秒経過後のデータである。本発明の他の例を示す回路ブロック図である。

符号の説明

１・・変流器（電流検出手段）、２・・フィルタ回路（低域通過フィルタ）、３・・トラッキング検出部、１０・・高速フーリエ変換回路（高調波抽出手段）、１４・・演算回路（トラッキング判定回路）、１８・・フィルタ回路。

Claims

電路電流を検出する電流検出手段と、検出した電流波形から少なくとも基本波、第３高調波及び第５高調波の３種類の周波数成分を抽出する高調波抽出手段と、電路電流の基本波，第３高調波，第５高調波の夫々のピーク値が所定の関係を満たしたらトラッキング放電発生と判断するトラッキング判定回路とを有し、
前記トラッキング判定回路は、電路に電気的に繋がっている負荷が稼働していない状態で第３高調波のピーク値と第５高調波のピーク値の合計が基本波のピーク値を越え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トラッキング検出装置。
前記トラッキング判定回路は、前記電路に電気的に繋がっている負荷が稼働していない状態で第３高調波のピーク値と第５高調波のピーク値の合計が基本波のピーク値を越えた回数が特定の時間内に所定回数に達したらトラッキング生成と判断することを特徴とする請求項１記載のトラッキング検出装置。
電流検出手段と高調波抽出手段との間に、第５高調波を越える高調波成分を削除するための低域通過フィルタを備えて成る請求項１又は２記載のトラッキング検出装置。