(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
定常時に連続的に負荷電流が流れる負荷と交流電源とを接続する電路を形成する電線に流れる電流を検出し、該検出電流の大きさに対応するレベルの電圧信号を出力する電流検出手段と、前記電流検出手段の出力電圧が零となる時間が一定時間内にあれば、無電流区間と判断するとともに、無電流区間と判断してから所定時間内に次の無電流と判断される区間があると連続発生とし、この無電流と判断される区間の連続発生回数が所定数に達すると前記電線にスパーク放電有りと判定してスパーク検出信号を出力する判定手段とを備えていることを特徴とする断線スパーク検出回路。
【請求項２】
上記判定手段が、上記電流検出手段からの電圧信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換手段と、Ａ／Ｄ変換手段が変換出力する電圧値が所定電圧範囲内にあって、且つ一つ前のサンプリング時の電圧値との差が一定電圧範囲にあると無変化と判定し、この無変化状態が所定時間継続すると無電流の区間と判断してその判断結果を出力する判断機能と、前記判断結果の出力毎にカウントアップするもとともに、先のカウントアップから一定時間内に次の無電流の判断結果の出力が無ければカウント値をクリアするカウンタ機能とを備え、このカウンタ機能のカウント数が所定数に達すると、上記スパーク検出信号を出力することを特徴とする請求項１記載の断線スパーク検出回路。
【請求項３】
請求項１又は請求項２の断線スパーク検出回路を用い、該断線スパーク検出回路の検出信号が入力すると、負荷と交流電源とを接続する電路に挿入したスイッチ手段を開極駆動する遮断手段を備えたことを特徴とする遮断装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電線の心線の半断線や断線に起因する電線内のスパーク放電の発生を検出する断線スパーク検出回路及び断線スパークの検出時に電路を遮断する遮断装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、負荷と電源（例えば交流電源）とを接続する電線の心線間がトラッキング等によって絶縁破壊された際に起きる放電短絡を検出して回路遮断を行う回路遮断器が提供されている（特開平１０−１４０８６号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記の回路遮断器では、電線の絶縁破壊に伴う放電短絡を検出するものであって、電線の心線が使用経過により被覆内で起きる断線や半断線については検出できなかった。
【０００４】
つまり、比較的大電流の負荷が接続される電線では、その使用経過で、心線が劣化して断線状態（半断線状態）に近づくと、外部から加わる振動などによって心線が間欠的に断線することがある。この場合断線によってスパーク放電が発生して、電線の被覆（例えば塩化ビニル）が異常に発熱し、この発熱によって被覆から発生するガスが内部に溜まり、ついには電線被覆が爆発的に破裂するとともに燃焼し、火災に至るという問題があった。
【０００５】
このような外部からは見えない電線の心線の断線や半断線に起因するスパーク放電を検出することができる断線スパーク検出回路や、電路を遮断する遮断装置が希求されている。
【０００６】
本発明は、上記の点に鑑みて為されたもので、請求項１，２の発明の目的とするところは電線の心線の断線や半断線に起因するスパーク放電の発生を検出することができる断線スパーク検出回路を提供することにあり、併せて請求項３の発明は、請求項１，２の発明の断線スパーク検出回路を用いてスパーク放電の検出を行い、スパーク放電の検出時には電路を遮断して電線の被覆の燃焼等を未然に防ぐことができる遮断装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、請求項１の発明の断線スパーク検出回路では、定常時に連続的に負荷電流が流れる負荷と交流電源とを接続する電路を形成する電線に流れる電流を検出し、該検出電流の大きさに対応するレベルの電圧信号を出力する電流検出手段と、前記電流検出手段の出力電圧が零となる時間が一定時間内にあれば、無電流区間と判断するとともに、無電流区間と判断してから所定時間内に次の無電流と判断される区間があると連続発生とし、この無電流と判断される区間の連続発生回数が所定数に達すると前記電線にスパーク放電有りと判定してスパーク検出信号を出力する判定手段とを備えていることを特徴とする。
【０００８】
請求項２の発明の断線スパーク検出回路では、請求項１の発明において、上記判定手段が、上記電流検出手段からの電圧信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換手段と、Ａ／Ｄ変換手段が変換出力する電圧値が所定電圧範囲内にあって、且つ一つ前のサンプリング時の電圧値との差が一定電圧範囲にあると無変化と判定し、この無変化状態が所定時間継続すると無電流の区間と判断してその判断結果を出力する判断機能と、前記判断結果の出力毎にカウントアップするもとともに、先のカウントアップから一定時間内に次の無電流の判断結果の出力が無ければカウント値をクリアするカウンタ機能とを備え、このカウンタ機能のカウント数が所定数に達すると、上記スパーク検出信号を出力することを特徴とする。
【０００９】
請求項３の発明の遮断装置では、請求項１又は請求項２の断線スパーク検出回路を用い、該断線スパーク検出回路のスパーク検出信号が入力すると、負荷と交流電源とを接続する電路に挿入したスイッチ手段を開極駆動する遮断手段を備えたことを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下本発明を実施形態により説明する。
【００１１】
図１は負荷１と交流電源ＡＣとの間を接続する電線Ｌ，Ｌの心線の半断線や断線を検出する断線スパーク検出回路２と遮断手段たる遮断機構８とを用いた遮断装置の一実施形態の概要構成を示す。
【００１２】
断線スパーク検出回路２は、電線Ｌに流れる負荷電流の大きさに対応した２次出力を発生する変流器３及びこの変流器３の２次出力電流を電圧に変換するＩ／Ｖ変換回路４で構成される電流検出手段５と、この電流検出手段５から出力される負荷電流の大きさに対応して電圧信号を取り込み、この電圧信号から後述する断線の有無の判定を行う判定手段を構成するマイクロコンピュータ（以下マイコンと略す）６と、交流電源ＡＣから交流電力を取り込んで、所定の直流に変換しその直流を電源＋Ｖとしてマイコン６へ供給する電源回路７とで構成される。
【００１３】
遮断機構８は図２に示すように電磁開閉器９と、この電磁開閉器９の励磁コイル９ａへの通電をオン／オフするサイリスタ１０とで構成され、電磁開閉器９の常閉の開閉接点Ｓ，Ｓはスイッチ手段として対の電路に夫々直列挿入される。またサイリスタ１０は、そのゲートをスパーク検出信号が出力されるマイコン６の出力ポートに接続している。
【００１４】
マイコン６の上記出力ポートは通常時には”Ｌ”レベルとなっており、そのためサイリスタ１０はオフ状態にあって、電磁開閉器９の励磁コイル９ａへの励磁電流を遮断している。そして後述する断線判定時に上記出力ポートから”Ｈ”レベルのスパーク検出信号が出力することでサイリスタ１０がトリガされてターンオンし、電磁開閉器９の励磁コイル９ａに励磁電流を流し、電磁開閉器９を開極動作せるようになっている。
【００１５】
断線スパーク検出回路２の電源回路７の電源入力端の電路に対する接続点は遮断機構８の開閉接点Ｓ，Ｓと交流電源ＡＣとの間とし、開閉接点Ｓ，Ｓの開極後も電源回路７からマイコン６への電源供給を維持できるようになっている。
【００１６】
さてマイコン６は、図２に示すように電流検出手段５のＩ／Ｖ変換回路４の出力電圧をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器６０を内蔵するとともに、このＡ／Ｄ変換器６０でデジタル化された電圧値を所定間隔でサンプリングして取り込み、その電圧値に基づいて断線判定を行うための判断機能とカウンタ機能とをプログラムを実行することで実現する演算処理部６１を備えている。
【００１７】
次に本実施形態の動作について説明する。
【００１８】
まず図２の回路において、接続される負荷１を抵抗負荷とした場合、電線Ｌ，Ｌが正常な場合（図３（ａ）の正常時区間）に示す負荷電圧波形（ほぼ交流電源ＡＣの波形）に対応して負荷電圧の変化に応じた正弦波形の電流が図３（ｂ）に示すように流れる。この場合、例えば±１０Ａ（説明のための例であり、限定される値ではない）の負荷電流が流れるものとする。これに対応して例えばＡ／Ｄ変換器６０に入力するＩ／Ｖ変換器４の出力は例えば、２．５Ｖを中心として±２．５Ｖに上下する波形の電圧が出力されるものとする（説明のための例であり、限定される値ではない）。
【００１９】
そして電線Ｌ，Ｌの心線に断線（半断線）が発生したとすると（図３（ａ）の異常時区間）、図２に示す断線箇所Ｘでは、負荷電圧が所定電圧以上あると、断線箇所Ｘの対向心線間にスパーク放電によって電流が流れることになるが、負荷電圧が所定電圧以下（交流電源電圧の零クロス付近など）に低下した区間ではほぼ零となり、そのため負荷電流波形は図３（ｂ）に示すように負荷電圧波形の変化とは異なる波形となる。
【００２０】
このスパーク放電による電流が流れなくなる無電流区間をＡ／Ｄ変換器６０の変換出力から検出して、断線判定を行うのがマイコン６の演算処理部６１であり、次にこの演算処理部６１の判定動作を図４に示すフローチャートに基づいて説明する。
【００２１】
まず電源が投入されると（ステップＳ１）と、マイコン６は初期化処理（ステップＳ２）を行う。そしてこの初期化後、マイコン６内のＡ／Ｄ変換器６０は一定周期（例えば２００μｓ周期）で入力電圧をサンプリングしてＡ／Ｄ変換処理を行う（ステップＳ３）。一方演算処理部６１は、Ａ／Ｄ変換器６０から出力されるＡ／Ｄ変換された電圧値を取り込み、その電圧値によってステップＳ６の無変化処理か、ステップＳ７の変化処理を選択する判断処理を行う（ステップＳ５）。
【００２２】
この判断処理では、Ａ／Ｄ変換された電圧値が、例えば２．３Ｖ以上２．７Ｖ以下の範囲の場合には無変化処理を選択する。この無変化処理では取り込んだ電圧値を一時的に保持している一つ前のサンプリング時の電圧値と比較し、一つ前のサンプリング時の電圧値に対して、例えば±０．０４Ｖ（使用するＡ／Ｄ変換の２ビット）内にあれば、一つ前のサンプリング時の電圧値と同一、つまり無変化と見なす判断を行う。そして前のサンプリング値で無変化と見なす判断が為されていない場合には、次の出力処理のステップＳ８をスルーしてステップＳ３に戻り、ステップＳ４でのＡ／Ｄ変換処理を経て、ステップＳ５での判断処理を再度行い、この判断処理で再度ステップＳ６の無変化処理と判断された場合には、今回のサンプリングでＡ／Ｄ変換された電圧値に対する無変化処理を行う。以後ステップＳ５での判断処理を経てステップＳ６の無変化処理が繰り返して行われ、無変化と見なす判断が１ｍｓ〜５０ｍｓ内で継続的に行われると、この区間を無電流区間と判断する。ここで上限を５０ｍｓとしたのは機械的な力が電線Ｌに加わって連続的な断線状態が継続した場合を考慮したもので、勿論上限を５０ｍｓ以上でも以下でもよいが、電路が遮断された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を必ず設定する。一方下限の１ｍｓは瞬断などの一過性の現象を排除するために設定されている。
【００２３】
さて、無変化処理で無電流区間の判断結果が出力されると、次のステップＳ８の出力処理において、判断結果の出力回数として演算処理部６１のカウンタ機能のカウント値をカウントアップさせ、その値を１とする。
【００２４】
そしてステップＳ３に戻って上述の処理を繰り返すことになるが、次の無電流区間の判断結果が１０ｍｓ以内（５０Ｈｚの交流電源ＡＣの半周期に対応する）に出力されなければ、ステップＳ８での出力処理において、カウンタ機能のカウント値をクリアする。一方１０ｍｓ以内に再度無電流区間の判断結果が出された場合には、ステップＳ８での出力処理でカウンタ機能のカウント値をカウントアップするとともに、そのカウント値が所定数（例えば３回）に達したか否かの判断を行い、所定数に達していない場合には、ステップＳ３に戻って上述の処理を繰り返す。そしてステップＳ８の出力処理でのカウンタ機能のカウント値が「３」になると、演算処理部６１ではステップ９の終了処理によってサイリスタ１０のゲートにスパーク検出信号を出力し、サイリスタ１０をターンオンさせる。これによりサイリスタ１０を介して電磁開閉器９の励磁コイル９ａに励磁電流が流れて電磁開閉器９は開閉接点Ｓ，Ｓを開極させ、負荷１と交流電源ＡＣとの間の電路を遮断する。この遮断によって電線Ｌ，Ｌの半断線、断線を起因とするスパーク放電によって起きる被覆の発火を未然に防ぐことができることになる。
【００２５】
ところで、上記のステップＳ５の判断処理でＡ／Ｄ変換出力電圧が２．３Ｖ未満若しくは２．７Ｖを越えていると判断されると、ステップＳ７の変化処理が選択される。この変化処理では、Ａ／Ｄ変換出力電圧から負荷電流の波高値を調べ、負荷電流値が急峻に下がるような場合にはスパーク放電検出の処理動作を動作を停止する。
【００２６】
尚上記実施形態ではマイコン６を用いて信号処理を行っているが、検出電流の弁別をコンパレータを用いて行うとともにタイマ等で無電流区間の設定などを行うなどマイコン６によらない回路を用いて構成しても断線スパーク検出回路２を構成することはできる。
【００２７】
また上記実施形態は遮断装置を構成するものであったが、断線スパーク検出回路２は、断線発生報知などを行う装置にも適用できるのは勿論であり、断線スパーク検出回路２の使用方法としては実施形態に特に限定されるものではない。
【００２８】
【発明の効果】
請求項１の発明は、定常時に連続的に負荷電流が流れる負荷と交流電源とを接続する電路を形成する電線に流れる電流を検出し、該検出電流の大きさに対応するレベルの電圧信号を出力する電流検出手段と、前記電流検出手段の出力電圧が零となる時間が一定時間内にあれば、無電流区間と判断するとともに、無電流区間と判断してから所定時間内に次の無電流と判断される区間があると連続発生とし、この無電流と判断される区間の連続発生回数が所定数に達すると前記電線にスパーク放電有りと判定してスパーク検出信号を出力する判定手段とを備えているので、電線内の心線が断線や半断線が起きたことを、確実に検出することができ、そのため電線の心線の断線や半断線を起因とするスパーク放電によって起きる電線の被覆の発火などを未然に防ぐためのセンサとして用いることができる。
【００２９】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、上記判定手段が、上記電流検出手段からの電圧信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換手段と、Ａ／Ｄ変換手段が変換出力する電圧値が所定電圧範囲内にあって、且つ一つ前のサンプリング時の電圧値との差が一定電圧範囲にあると無変化と判定し、この無変化状態が所定時間継続すると無電流の区間と判断してその判断結果を出力する判断機能と、前記判断結果の出力毎にカウントアップするもとともに、先のカウントアップから一定時間内に次の無電流の判断結果の出力が無ければカウント値をクリアするカウンタ機能とを備え、このカウンタ機能のカウント数が所定数に達すると、上記スパーク検出信号を出力するので、判断処理のための回路構成をマイクロコンピュータを用いて実現することが可能となり、回路の小型化を図ることができる。
【００３０】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２の断線スパーク検出回路を用い、該断線スパーク検出回路の断線検出出力が入力すると、負荷と交流電源とを接続する電路に挿入したスイッチ手段を開極駆動する遮断手段を備えたので、電線の心線に断線や半断線を起因とするスパーク放電が生じたときに、負荷と交流電源との電路を自動的に遮断することができ、そのため電線内のスパーク放電によって被覆から発生するガスによる爆発的な被覆の破裂や、被覆の発火により火事発生を未然に防止することができる遮断装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の概要構成図である。
【図２】同上の要部の具体回路を示す構成図である。
【図３】同上の動作説明用の各部の波形図である。
【図４】同上の動作説明用フローチャートである。
【符号の簡単な説明】
１  負荷
２  断線スパーク検出回路
３  変流器
４  Ｉ／Ｖ変換回路
５  電流検出手段
６  マイコン
７  電源回路
８  遮断機構
ＡＣ  交流電源
Ｌ    電線
【図１】
0003721561.tif 000002
【図２】
0003721561.tif 000003
【図３】
0003721561.tif 000004
【図４】
0003721561.tif 000005