(57)【要約】【課題】制御盤におけるアーク放電の発生を確実に検知できるようにしたアーク放電検知装置を構成する。【解決手段】アーク放電検知装置１０１は、電力系統と負荷２Ａ，２Ｂとの間に接続される制御盤１に生じるアーク放電を検知する。制御盤１は、負荷２Ａ，２Ｂへ電源電圧を供給する電源回路１０Ａ，１０Ｂと、配線を接続する接続部と、を有する。制御盤１は、電力系統から制御盤１へ流れる系統電流の急激な増大を検出する、第２カレントトランス１２を含む系統電流検出部と、電源回路１０Ａ，１０Ｂに流れる個別電流の急激な増大を検出する、第１カレントトランス１１Ａ，１１Ｂを含む個別電流検出部とを備える。アーク放電検知部４は、系統電流の検出信号と個別電流の検出信号とに基づいて、制御盤内で生じるアーク放電を、系統に流入するサージとは分離して識別する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力系統と負荷との間に接続される制御盤に生じるアーク放電を検知する装置であって、
前記制御盤は、前記負荷へ電源電圧を供給する電源回路と、配線を接続する接続部とを有し、
前記電力系統から前記制御盤へ流れる系統電流の急激な増大を検出する系統電流検出部と、
前記電源回路に流れる個別電流の急激な増大を検出する個別電流検出部と、
前記系統電流検出部による前記系統電流の検出信号と前記個別電流検出部による前記個別電流の検出信号とに基づいて、前記制御盤内で生じるアーク放電を、前記電力系統に流入するサージとは分離して識別するアーク放電検知部と、
を備える、アーク放電検知装置。
【請求項２】
電力系統と負荷との間に接続される制御盤に生じるアーク放電を検知する装置であって、
前記制御盤は、前記負荷へ電源電圧を供給する電源回路と、配線を接続する接続部とを有し、
前記電源回路に流れる個別電流の急激な増大を検出する個別電流検出部と、
前記電力系統の電圧の急激な上昇を検出する電圧検出部と、
前記電圧検出部による前記系統電圧の検出信号と前記個別電流検出部による前記個別電流の検出信号とに基づいて、前記制御盤内で生じるアーク放電を、前記電力系統に流入するサージとは分離して識別するアーク放電検知部と、
を備える、アーク放電検知装置。
【請求項３】
前記系統電流検出部は、
前記電力系統から前記制御盤へ流れる電流を検出する第２カレントトランスと、
前記第２カレントトランスの二次側に出力される電力で前記系統電流の検出信号を無線送信する第２無線送信部と、
前記第２無線送信部の送信信号を受信する第２無線受信部と、
で構成される、
請求項１に記載の、アーク放電検知装置。
【請求項４】
前記個別電流検出部は、
前記電源回路に個別に流れる電流を検出する第１カレントトランスと、
前記第１カレントトランスの二次側に出力される電力で前記個別電流の検出信号を無線送信する第１無線送信部と、
前記第１無線送信部の送信信号を受信する第１無線受信部と、
で構成される、
請求項１から３のいずれかに記載の、アーク放電検知装置。
【請求項５】
前記個別電流検出部により検出される前記個別電流の、所定期間における変化回数を計数する電流変化計数部と、
前記電流変化計数部による検出結果に基づいて、アーク放電の発生状況を検知するアーク放電発生状況検知部と、を更に備える、
請求項１から４のいずれかに記載の、アーク放電検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力系統と負荷との間に接続される制御盤に生じるアーク放電を検知するアーク放電検知システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば電源装置等の電力を扱う装置において、配線の接続部や端子等において、緩みがあると、その部分にアーク放電が発生して、火災に至るなど、大事故につながる虞がある。
【０００３】
そのため、比較的大電力を扱う工場ではアーク放電を起因とする事故を未然に防止するため、アーク放電の発生を検知することで対応している。
【０００４】
アーク放電を直接検出する方法としては、アーク放電発生時に発生する特有の光を検出する方法と、アーク放電発生時に配線に流れる電流の大きな変化を検出する方法とがある。
【０００５】
例えば特許文献１には、分電盤内の配線に流れる電流の測定値を、分電盤の外部に配置されている機器へ無線送信する無線通信システムが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１４−１６７７０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述の、アーク放電発生時に発生する光を検出する方法では、その光を受けることのできる箇所に光検出部を設けることになるので、監視対象が限られる。配線の電流の変化を検出する方法であれば、特許文献１に示されるようなシステムで、監視対象の電流値の急激な変化を検出すればよいが、アーク放電以外に、電力系統に由来するサージであっても、それによる電流変化をアーク放電として誤検知するおそれがある。つまり、電流の急激な変化を検出するだけでは確実なアーク放電検知ができない。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、制御盤におけるアーク放電の発生を確実に検知できるようにしたアーク放電検知装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示の一例としてのアーク放電検知装置は、電力系統と負荷との間に接続される制御盤に生じるアーク放電を検知する装置である。この制御盤は、負荷へ電源電圧を供給する電源回路と、配線を接続する接続部とを有する。そして、本開示の一例としてのアーク放電検知装置は、電力系統から制御盤へ流れる系統電流を検出する系統電流検出部と、電源回路に流れる個別電流を検出する個別電流検出部と、系統電流検出部による系統電流の検出信号と個別電流検出部による個別電流の検出信号とに基づいて、制御盤内で生じるアーク放電を、誘導雷等により電力系統に流入するサージとは分離して識別するアーク放電検知部と、を備える。
【００１０】
この構成では、アーク放電検知部は、系統電流の検出信号と個別電流の検出信号とに基づいて、制御盤内で生じるアーク放電を、電力系統に流入するサージとは分離して識別するので、サージによる電流の急激な変化をアーク放電として誤検知することが抑制される。
【００１１】
また、本開示の一例としてのアーク放電検知装置は、電力系統と負荷との間に接続される制御盤に生じるアーク放電を検知する装置である。この制御盤は、負荷へ電源電圧を供給する電源回路と、配線を接続する接続部とを有する。そして、本開示の一例としてのアーク放電検知装置は、電源回路に流れる個別電流の急激な増大を検出する個別電流検出部と、電力系統の電圧の急激な上昇を検出する電圧検出部と、この電圧検出部による系統電圧の検出信号と個別電流検出部による個別電流の検出信号とに基づいて、制御盤内で生じるアーク放電を、電力系統に流入するサージとは分離して識別するアーク放電検知部と、を備える。
【００１２】
この構成では、アーク放電検知部は、系統電圧の検出信号と個別電流の検出信号とに基づいて、制御盤内で生じるアーク放電を、電力系統に流入するサージとは分離して識別するので、サージによる電流の急激な変化をアーク放電として誤検知することが抑制される。
【００１３】
また、本開示の一例では、系統電流検出部は、電力系統から制御盤へ流れる電流を検出する第２カレントトランスと、第２カレントトランスの二次側に出力される電力で系統電流の検出信号を無線送信する第２無線送信部と、第２無線送信部の送信信号を受信する第２無線受信部と、で構成される。
【００１４】
この構成では、電力系統から制御盤へ流れる電流の検出信号をアーク放電検知部は無線通信で受けるので、アーク放電検知部を制御盤とは別の場所に配置でき、既存設備に対する適合性が高い。
【００１５】
また、本開示の一例では、個別電流検出部は、電源回路に個別に流れる電流を検出する第１カレントトランスと、第１カレントトランスの二次側に出力される電力で個別電流の検出信号を無線送信する第１無線送信部と、第１無線送信部の送信信号を受信する第１無線受信部と、で構成される。
【００１６】
この構成では、電源回路に個別に流れる電流の検出信号をアーク放電検知部は無線通信で受けるので、アーク放電検知部を制御盤とは別の場所に配置でき、既存設備に対する適合性が高い。
【００１７】
また、本開示の一例では、個別電流検出部により検出される個別電流の、所定期間における変化回数を計数する電流変化計数部と、この電流変化計数部による検出結果に基づいて、アーク放電の発生状況を検知するアーク放電発生状況検知部と、を更に備える。
【００１８】
この構成では、電流変化計数部による計数結果に基づいて、アーク放電の発生頻度の急増を検知して、例えば端子緩み等による、アーク放電の発生状況を検知でき、例えば定期メンテナンスに頼らずに保全確認ができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、制御盤におけるアーク放電の発生を確実に検知でき、アーク放電による事故を未然に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は本発明の実施形態に係るアーク放電検知装置１０１の構成を示す図である。
【図２】図２は電源回路１０Ａについての波形図の例である。
【図３】図３は電源回路への入力電圧および入力電流の典型的な波形図である。
【図４】図４は、図１に示したアーク放電検知部４の処理内容を示すフローチャートである。
【図５】図５は、図１に示した無線送信部２１Ａの構成を示す図である。
【図６】図６は電力系統から制御盤１へ入力される系統電圧の波形図である。
【図７】図７はアーク放電検知部４の別の処理内容を示すフローチャートである。
【図８】図８は、図１に示した第１無線送信部２１Ａ，２１Ｂからの検出信号を受信する毎にその回数を計数したときの、経時変化の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明を実施するための形態について、幾つかの図を参照して説明する。
【００２２】
・適用例
先ず、図１を参照しながら、本発明が適用される一例について説明する。図１は本発明の実施形態に係るアーク放電検知装置１０１の構成を示す図である。
【００２３】
図１に示すように、本実施形態に係るアーク放電検知装置１０１は、電力系統と負荷２Ａ，２Ｂとの間に接続される制御盤１に生じるアーク放電を検知する装置である。この制御盤１は、電力系統に接続されるブレーカ１３と、負荷２Ａ，２Ｂへ電源電圧を供給するＡＣ／ＤＣ電源回路１０Ａ，１０Ｂと、各ユニット間を接続する配線と、それらの接続部とを有する。アーク放電検知装置１０１は、電力系統から制御盤１へ流れる系統電流を検出する系統電流検出部、電源回路１０Ａ，１０Ｂに流れる個別電流を検出する個別電流検出部、およびアーク放電検知部４を備える。アーク放電検知部４は、系統電流の検出信号と個別電流の検出信号とに基づいて、制御盤内で生じるアーク放電を、電力系統に流入するサージとは分離して識別する。
【００２４】
・構成例
次に、本発明の実施形態に係るアーク放電検知装置の構成について、図を参照して説明する。上述のように、図１は本発明の実施形態に係るアーク放電検知装置１０１の構成を示す図である。
【００２５】
制御盤１は、電源回路１０Ａ，１０Ｂに個別に流れる電流を検出する第１カレントトランス１１Ａ，１１Ｂと、電力系統から制御盤１に流れる系統電流を検出する第２カレントトランス１２を備える。
【００２６】
第１カレントトランス１１ＡはＡＣ／ＤＣ電源回路１０Ａの三相入力電流を検出する。同様に、もう一つの第１カレントトランス１１ＢはＡＣ／ＤＣ電源回路１０Ｂの三相入力電流を検出する。第２カレントトランス１２は電力系統から制御盤１への三相入力電流を検出する。図１においては、カレントトランス１１Ａ，１１Ｂ，１２をそれぞれ一つのブロックとして表しているだけであり、これらは零相変流器（ＺＣＴ）ではない。
【００２７】
なお、図１では、三相の電力系統から三相交流電圧を取り出す例を示すが、本発明は二相交流や単相交流についても同様に適用できる。
【００２８】
また、制御盤１は、第１カレントトランス１１Ａ，１１Ｂの検出信号を無線送信する第１無線送信部２１Ａ，２１Ｂと、第２カレントトランス１２の検出信号を無線送信する第２無線送信部２２を備える。
【００２９】
第１無線送信部２１Ａは第１カレントトランス１１Ａの二次側に出力される電力で、第１カレントトランス１１Ａの検出信号を無線送信する。同様に、第１無線送信部２１Ｂは第１カレントトランス１１Ｂの二次側に出力される電力で、第１カレントトランス１１Ｂの検出信号を無線送信する。第２無線送信部２２は、第２カレントトランス１２の二次側に出力される電力で、第２カレントトランス１２の検出信号を無線送信する。
【００３０】
アーク放電検知装置１０１は、制御盤１とは別に、第１無線送信部２１Ａ，２１Ｂと第２無線送信部２２の送信信号を受信する受信機３と、この受信機３の受信信号を基にアーク放電を検知するアーク放電検知部４とを備える。
【００３１】
第１無線送信部２１Ａ，２１Ｂは、第１カレントトランス１１Ａ，１１Ｂの検出値が所定の閾値を超える急激な増大であるとき、その検出信号を無線送信する。また、第２無線送信部２２は、第２カレントトランス１２の検出値が所定の閾値を超える急激な増大であるとき、その検出信号を無線送信する。
【００３２】
第１カレントトランス１１Ａ，１１Ｂと第１無線送信部２１Ａ，２１Ｂと、受信機３とで、本発明に係る「個別電流検出部」が構成される。また、第２カレントトランス１２と第２無線送信部２２と、受信機３とで、本発明に係る「系統電流検出部」が構成される。
【００３３】
なお、図１では、第１カレントトランス１１Ａ，１１ＢはＡＣ／ＤＣ電源回路１０Ａ，１０Ｂの入力側に設けたが、これらを（出力側）負荷側に設けて、直流負荷電流を検出してもよい。そのことで、直流アーク放電の検知も容易となる。
【００３４】
図２は電源回路１０Ａについての波形図の例である。図２において、波形Ｅは電源回路１０Ａの印加電圧の波形、波形Ｉは電源回路１０Ａへの流入電流の波形、波形Ｐは負荷２Ａの電力波形である。この例は、時刻ｔ０で電源回路１０Ａに入力電圧が投入され、その直後から、電源回路１０Ａに繋がる配線の接続部にアーク放電が発生し、時刻ｔ１でアーク放電が停止した例である。
【００３５】
電源回路１０Ａに繋がる配線の接続部に緩み等があると、電源回路１０Ａの電圧投入直後に、その緩み部にアーク放電が発生する場合がある。例えば、電圧投入時に配線に電流が流れ始めても、接続部の緩み等によって電流経路が一旦開路されると、その部分にアーク放電が発生する。この過渡現象によって、電流波形Ｉは大きく変動する。
【００３６】
上述の過渡時の各波形は電源回路１０Ｂについても同様である。
【００３７】
図３は電源回路への入力電圧および入力電流の典型的な波形図である。時刻ｔ０で、電源回路へ入力電圧が投入されると、投入時に突入電流が流れ、その後の定常状態では負荷変動に応じて入力電流が変動する。この変動は突入電流より小さい。
【００３８】
入力電圧投入時の突入電流は上記アーク放電が発生しなくても流れる。但し、アーク放電発生時に比べて突入電流は小さい。そこで、電流値が所定の閾値を超えるか否かによって、正常な突入電流とアーク放電による急激な電流変動とを識別する。例えば、正常な突入電流が数Ａ、アーク放電の発生によるピーク電流値が数十Ａである場合、閾値を１０Ａに設定する。
【００３９】
電力系統にサージが流入することにより、電力系統から制御盤に入力される系統電流は、上記突入電流より大きい。そこで、電流値が所定の閾値を超えるか否かによって、正常な突入電流とサージ電流とを識別する。例えば、正常な突入電流が数Ａ、サージ電流が数十Ａである場合、閾値を１０Ａに設定する。
【００４０】
つまり、第１無線送信部２１Ａ，２１Ｂは、第１カレントトランス１１Ａ，１１Ｂの検出値が、電源回路１０Ａ，１０Ｂへの電圧投入時に流れる突入電流より高い閾値を超えるとき、この検出信号を無線送信する。また、第２カレントトランス１２の検出値が上記突入電流より高い閾値を超える急激な増大であるとき、その検出信号を無線送信する。
【００４１】
図４は、図１に示したアーク放電検知部４の処理内容を示すフローチャートである。この図に示すとおり、第１無線送信部２１Ａ，２１Ｂ、第２無線送信部２２のいずれからも検出信号を受信していなければ、ここでは何も処理しない（Ｓ１→Ｓ２→Ｓ３→END）。つまり、系統電流にも個別電流にも急激な増大がなければ、ここでは処理をしない。第１無線送信部２１Ａ，２１Ｂのどちらか一方から検出信号を受信していれば、アーク放電検知時の処理を行う（Ｓ１→Ｓ２→Ｓ５、またはＳ１→Ｓ４→Ｓ５）。この「アーク放電検知時の処理」は、アーク放電の発生を検知したことに伴う処理であり、例えば警報表示等を出力する。また、後述するように、アーク放電検知回数を計数する。
【００４２】
第１無線送信部２１Ａ，２１Ｂ、第２無線送信部２２の全てから検出信号を受信していれば、系統サージ検知時の処理を行う（Ｓ１→Ｓ４→Ｓ６→Ｓ７）。この「系統サージ検知時の処理」としては、例えば、電力系統にサージが流入したことを示す表示を行う。
【００４３】
第２無線送信部２２から検出信号を受信していて、第１無線送信部２１Ａ，２１Ｂのいずれからも検出信号を受信していなければ、制御盤１の電力系統側でアーク放電が生じたものと見なし、それに応じた処理を行う（Ｓ１→Ｓ２→Ｓ３→Ｓ８）。つまり、系統サージの場合は電力系統および電力系統につながる個別電源の入力電流が増大するが、電力系統側でアーク放電が生じた場合は、個別電源にまで影響を及ぼすことがない。この違いを利用して、電力系統でアーク放電を検知する。
【００４４】
上述のとおり、第１無線送信部２１Ａ，２１Ｂからの検出信号と、第２無線送信部２２からの検出信号とに基づいて、電流の急激な増大が、電力系統起因のサージであるのか、制御盤１内で発生したアーク放電であるのかの識別を行う。
【００４５】
図５は、図１に示した無線送信部２１Ａの構成を示す図である。この無線送信部２１Ａにおいては、第１カレントトランス１１Ａの二次側出力にシャント抵抗Ｒが接続されていて、さらにダイオードブリッジによる整流回路が接続されている。整流回路の出力部には平滑・蓄電用キャパシタＣ１と、保護用のツェナーダイオードＺＤとが接続されている。キャパシタＣ１で平滑・蓄電された電圧はレギュレータで安定化され、キャパシタＣ２に蓄電される。この蓄電電圧が所定値を超えるとＲＦモジュールは無線信号を出力する。ＲＦモジュールとアンテナとの間にはインピーダンス整合を行うマッチング回路が接続されている。
【００４６】
このような構成で、第１カレントトランス１１Ａの二次側出力の電力で、第１カレントトランス１１Ａの検出信号を無線送信する。
【００４７】
図５に示した構成は無線送信部２１Ｂ，２２についても同様である。
【００４８】
これまでに示した例では、第１無線送信部２１Ａ，２１Ｂからの検出信号と、第２無線送信部２２からの検出信号とに基づいて、電力系統起因のサージと制御盤１でのアーク放電とを識別する例を示したが、次に述べるように、電力系統のサージによる電圧上昇を検出し、それを一つの情報として上記サージとアーク放電との識別を行ってもよい。
【００４９】
図６（Ａ）、図６（Ｂ）は電力系統から制御盤１へ入力される系統電圧の波形図である。図６（Ａ）に示す例では、時刻ｔ０で電力系統に例えば誘導雷サージが発生して、系統電圧が一瞬上昇している。図１に示したアーク放電検知部４はこの系統電圧の瞬時上昇を検出する。図６（Ｂ）に示す例では、時刻ｔ０で電力系統にアーク放電が生じて電力系統からの入力電圧が一瞬低下している。
【００５０】
図７はアーク放電検知部４の処理内容を示すフローチャートである。この図に示すとおり、系統電圧に瞬時上昇があれば、系統サージ検知時の処理を行う（Ｓ１→Ｓ６）。例えば、電力系統にサージが発生したことを示す表示を行う。
【００５１】
第１無線送信部２１Ａ，２１Ｂのいずれかから検出信号を受信していれば、アーク放電検知時の処理を行う（Ｓ４）。例えば警報表示等を出力する。また、アーク放電検知回数を計数する。
【００５２】
また、系統電圧に瞬時低下があれば、電力系統でアーク放電が生じたものと見なし、それに応じた処理を行う（Ｓ４→Ｓ７）。
【００５３】
系統電圧に瞬時上昇、瞬時低下が無く、第１無線送信部２１Ａ，２１Ｂのいずれからも検出信号を受信していなければ、ここでは何も処理しない（Ｓ１→Ｓ２→Ｓ３→Ｓ４→END）。
【００５４】
このようにして、電力系統のサージによる電圧上昇を検出し、それを一つの情報として上記サージとアーク放電との識別を行ってもよい。また、電力系統でのアーク放電による電圧低下を検出し、それによって、電力系統でのアーク放電の発生を検知してもよい。
【００５５】
以上に示したアーク放電検知部４の処理内容は、アーク放電を検知する毎にその時点で何らかの処理を行う例であったが、次に述べるように、所定期間における、第１無線送信部２１Ａ，２１Ｂから受信した検出信号の統計情報に基づいてアーク放電の発生状況を検知するようにしてもよい。
【００５６】
図８は、図１に示した第１無線送信部２１Ａ，２１Ｂからの検出信号を受信する毎にその回数を計数したときの、経時変化の例を示す図である。この例では、時刻ｔａで計数値が上昇し始めていて、時刻ｔｂで計数値の増大は停止している。その後、時刻ｔｃで計数値が急増している。所定期間における計数値の増大傾向が所定の基準値より大きくなったとき、つまり、第１無線送信部２１Ａ，２１Ｂからの検出信号の受信頻度が異常に高くなったとき、例えば配線の接続部の緩みが生じたものと見なして、その警告出力を行う。所定期間における計数値の増大率が小さい状態では、電力系統のサージに起因するものと見なせるが、例えば配線の接続部の緩みが生じた場合には、電源回路１０Ａ，１０Ｂを起動する毎に高頻度でアーク放電が生じる。また、アーク放電による部品や塵埃の炭化が進行するほどアーク放電が発生しやすくなるので、計数値の増大率は更に高くなる。
【００５７】
図１に示したアーク放電検知部４は上記計数値の増大率を検出し、これが所定の閾値を超えたとき、アーク放電が確実に発生する状況にあることを検知する。本実施形態のアーク放電検知部４は、本発明に係る「アーク放電発生状況検知部」にも相当する。
【００５８】
このようにしてアーク放電の発生状況を検知することで、例えば定期メンテナンスに頼らずに、制御盤の保全確認ができる。
【００５９】
最後に、上述の発明を実施するための形態の説明は、改めて述べるまでもなく、すべての点で例示であって、制限的なものではない。当業者にとって変形および変更が適宜可能である。
【００６０】
例えば、電流検出のために、増幅回路への電源電圧の供給が可能であれば、カレントトランス以外に、磁気コア、ホール素子、および増幅回路を用いた電流センサを用いてもよい。ホール素子を用いた電流センサであれば、電源回路１０Ａ，１０Ｂと負荷２Ａ，２Ｂとの間に流れる直流電流を検出することも可能となる。
【符号の説明】
【００６１】
Ｃ１…蓄電用キャパシタ
Ｃ２…キャパシタ
Ｒ…シャント抵抗
ＺＤ…ツェナーダイオード
１…制御盤
２Ａ，２Ｂ…負荷
３…受信機
４…アーク放電検知部
１０Ａ，１０Ｂ…ＡＣ／ＤＣ電源回路
１１Ａ，１１Ｂ…第１カレントトランス
１２…第２カレントトランス
１３…ブレーカ
２１Ａ，２１Ｂ…第１無線送信部
２２…第２無線送信部
１０１…アーク放電検知装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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