(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
配線が完全に断線して、接触、断線が比較的ゆっくりとした周期で繰り返されているような断線や、完全に断線している線間に水分が付着している状態を検出する方法であって、
電路に流れる電流を検出する電流検出部と、電流検出部から出力される電流を電圧に変換する電流−電圧変換部と、電流−電圧変換部の出力する電圧をフィルター処理するフィルター部と、フィルター部の出力する電圧をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換部と、商用周波数の半周期の間に前記Ａ／Ｄ変換部で変換されたデジタル値の絶対値の最大値を検出する最大値検出部と、最大値検出部の出力した過去数周期分から最新の周期までの最大デジタル値を記憶する第一のレジスタ部と、第一のレジスタ部に記憶されている最大デジタル値を演算処理して検出信号を出力する演算処理部から構成され、
該演算処理部における処理において、閾値と定数をそれぞれ、
閾値Ａを１から５の整数値、
閾値Ｂを断線の発生する電路に流れる電流のピーク値の８割程度に相当する任意の整数、
閾値Ｃを前記閾値Ｂより大きく電気機器の各機能で動作しない整数値、
ｎを電気機器の電源のＯＮ／ＯＦＦによって動作しない範囲の任意の整数値であり、前記第一のレジスタに記憶できる最大デジタル値の数ｎ＋Ａ＋４に制限される整数、
閾値Ｄを閾値Ｃより大きく、断線した回路に並列に接続された消費電流の大きな負荷電流の最大デジタル値の８割程度の整数、
定数Ｈを断線した心線間の水分の乾燥までに要する時間、
閾値Ｆ及びＧを電気機器の待機電流を検出しない程度の大きさの整数、に設定し、
前記演算処理部は、
第一のレジスタ部に記憶されている最大デジタル値のうち、最も古い１番目からＡ＋１番目までの最大デジタル値中、隣り合った最大デジタル値の差が閾値Ｂより小さく、かつＡ＋１番目の最大デジタル値とＡ＋２番目の最大デジタル値の差が閾値Ｂを超えて閾値Ｃよりも小さく、かつＡ＋２番目からＡ＋２＋ｎ番目の最大デジタル値中、隣り合った最大デジタル値の差が閾値Ｂより小さく、かつＡ＋２＋ｎ番目の最大デジタル値とＡ＋３＋ｎ番目の最大デジタル値の差が閾値Ｂを超えて閾値Ｃよりも小さい場合かつ、
第一のレジスタ部に記憶した最大デジタル値のうち、最も古い最大デジタル値からＨ＋１番目の最大デジタル値にわたって単調減少し、かつ最も古い最大デジタル値とＨ＋１番目の最大デジタル値の差がＦより小さくＧより大きい場合には、検出信号を出力するが、
第一のレジスタ部に記憶した最大デジタル値中、隣り合った最大デジタル値の差が閾値Ｄを超えるものがあった場合、検出信号を出力しないことにより配線が完全に断線して、接触、断線が比較的ゆっくりとした周期で繰り返されているような断線や、完全に断線している線間に水分が付着している状態を検出する方法。
【請求項２】
請求項１に示す断線検出方法の検出信号を受けて警報を出力する警報機能を有することを特徴とする断線検出装置。
【請求項３】
請求項１に示す断線検出方法の検出信号を受けて電路を遮断する機能を有することを特徴とする断線検出装置。
【請求項４】
請求項２または請求項３のいずれかの装置を有することを特徴とするプラグまたはコンセント。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の所属する技術分野】
本発明は、断線検出方法と、該方法を用いた装置、およびプラグまたはコンセントに関するものである。
【０００２】
近年、電気火災は漸増傾向にある。電気機器等の経年劣化や、不適切な使用や維持管理のために、内部の配線の断線や絶縁が劣化し、過熱または短絡から発火に至ったものと考えられている。電気機器の増加が著しい中、電気機器等から発生する電気火災は今後も増加する可能性がある。
【０００３】
【従来の技術】
そこで、このような電気火災を防ぐために、従来、図２に示すような断線検出装置が考案されている。図において、電流検出部２は電路１に流れる電流を検出し、電流−電圧変換部３は前記電流を交流電圧に変換し、フィルタ部４は前記交流電圧に含まれる高周波ノイズを除去し、Ａ／Ｄ変換部５は前記交流電圧をデジタル値に変換して、演算処理部８では所定の時間ごとに閾値をこえた前記デジタル値の発生回数を積算して、その積算値が所定の範囲内に入っていた場合、検出信号を出力し、引き外し部１１は検出信号を受けて引き外しコイルに遮断信号を出力して、引き外しコイルは接点１２を開極させて電路を遮断していた。
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、この装置では、接触不良による電流の断続が、非常に短い周期で行われる場合や、絶縁劣化により相間にパルス状の電流が非常に短い周期で流れている場合は検出できるものの、完全に断線し、再接触して電流が流れているような場合の非常にゆっくりした現象は検出することができなかった。
【０００５】
【発明の目的】
そこで、本発明は、係る事由に鑑みてなされたもので、配線が完全に断線して、接触、断線が比較的ゆっくりとした周期で繰り返されているような断線や、完全に断線している線間に水分が付着している状態を検出する方法や装置を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
そこで請求項１では、配線が完全に断線して、接触、断線が比較的ゆっくりとした周期で繰り返されているような断線や、完全に断線している線間に水分が付着している状態を検出する方法であって、
電路に流れる電流を検出する電流検出部と、電流検出部から出力される電流を電圧に変換する電流−電圧変換部と、電流−電圧変換部の出力する電圧をフィルター処理するフィルター部と、フィルター部の出力する電圧をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換部と、商用周波数の半周期の間に前記Ａ／Ｄ変換部で変換されたデジタル値の絶対値の最大値を検出する最大値検出部と、最大値検出部の出力した過去数周期分から最新の周期までの最大デジタル値を記憶する第一のレジスタ部と、第一のレジスタ部に記憶されている最大デジタル値を演算処理して検出信号を出力する演算処理部から構成され、
該演算処理部における処理において、閾値と定数をそれぞれ、
閾値Ａを１から５の整数値、
閾値Ｂを断線の発生する電路に流れる電流のピーク値の８割程度に相当する任意の整数、
閾値Ｃを前記閾値Ｂより大きく電気機器の各機能で動作しない整数値、
ｎを電気機器の電源のＯＮ／ＯＦＦによって動作しない範囲の任意の整数値であり、前記第一のレジスタに記憶できる最大デジタル値の数ｎ＋Ａ＋４に制限される整数、
閾値Ｄを閾値Ｃより大きく、断線した回路に並列に接続された消費電流の大きな負荷電流の最大デジタル値の８割程度の整数、
定数Ｈを断線した心線間の水分の乾燥までに要する時間、
閾値Ｆ及びＧを電気機器の待機電流を検出しない程度の大きさの整数、に設定し、
前記演算処理部は、
第一のレジスタ部に記憶されている最大デジタル値のうち、最も古い１番目からＡ＋１番目までの最大デジタル値中、隣り合った最大デジタル値の差が閾値Ｂより小さく、かつＡ＋１番目の最大デジタル値とＡ＋２番目の最大デジタル値の差が閾値Ｂを超えて閾値Ｃよりも小さく、かつＡ＋２番目からＡ＋２＋ｎ番目の最大デジタル値中、隣り合った最大デジタル値の差が閾値Ｂより小さく、かつＡ＋２＋ｎ番目の最大デジタル値とＡ＋３＋ｎ番目の最大デジタル値の差が閾値Ｂを超えて閾値Ｃよりも小さい場合かつ、
第一のレジスタ部に記憶した最大デジタル値のうち、最も古い最大デジタル値からＨ＋１番目の最大デジタル値にわたって単調減少し、かつ最も古い最大デジタル値とＨ＋１番目の最大デジタル値の差がＦより小さくＧより大きい場合には、検出信号を出力するが、
第一のレジスタ部に記憶した最大デジタル値中、隣り合った最大デジタル値の差が閾値Ｄを超えるものがあった場合、検出信号を出力しないことにより配線が完全に断線して、接触、断線が比較的ゆっくりとした周期で繰り返されているような断線や、完全に断線している線間に水分が付着している状態を検出する方法を提供している。
【０００７】
それにより、電気機器の電気配線で発生した断線部分において、電気配線自体に加わる振動等の外的な力で心線同士が短時間接触したことや、断線した心線間に生じた湿気や水分などを介した通電を検出することができ、心線が直接接触しなくても断線の検出を可能とする断線検出方法を得ることがを検出する断線検出方法を電気機器の電源スイッチを投入した時に流れる突入電流などによる誤検出の少ない状態で得ることができる。
【００１４】
請求項２では、請求項１に示す断線検出方法の検出信号を受けて警報を出力する警報機能を有することを特徴とする断線検出装置を提供している。
【００１５】
それにより、電気機器で発生した電気配線の断線を検出した場合、警報を出力する装置を得ることができる。
【００１６】
請求項３は、請求項１に示す断線検出方法の検出信号を受けて電路を遮断する機能を有することを特徴とする断線検出装置を提供している。
【００１７】
それにより、電気機器で発生した電気配線の断線を検出した場合、電気機器に電気を供給する電路を遮断する装置を得ることができる
【００１８】
請求項４は、請求項２または請求項３のいずれかの装置を有することを特徴とするプラグまたはコンセントを提供している。
【００１９】
それにより、電気機器のプラグ部分に取り付けることによって、断線発生時に警報または遮断するプラグまたはコンセントを得ることができる
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下本件の発明について図面を用いて詳細に説明する。
【００２１】
図１に本件発明請求項１の実施例のブロック図を示す。電流検出部２と、電流−電圧変換部３と、フィルター部４と、Ａ／Ｄ変換部５と、最大値検出部６と、第一のレジスタ部７と、演算処理部８を組み合わせて構成したものである。
【００２２】
電路１は単相２線式の場合を示しているが、特に単相２線式に限定するものではない。
【００２３】
電流検出部２は、変流器を用いている。
【００２４】
電流−電圧変換部３は、電流検出部２より出力された電流波形を電圧波形に変換するものであり、具体的には、抵抗を介して電圧値に変換している。
【００２５】
フィルター部４は、電流−電圧変換部３の出力する電圧波形をローパスフィルター処理することによって、断線検出の妨げとなる電圧波形に重畳している高周波数のノイズを除去する。
【００２６】
Ａ／Ｄ変換部５は、フィルター部４の出力電圧の電圧値を数百μ秒以下（一例として４００μ秒）の時間幅毎に、デジタル値に変換するものである。
【００２７】
ここで、Ａ／Ｄ変換部５の入力電圧範囲を０Ｖから５Ｖ、デジタル変換の分解能を１０ビットとすると、Ａ／Ｄ変換部５の出力するデジタル値は、電圧０Ｖのときが−１２８、２．５Ｖの時が０、５Ｖの時が１２７となる。ここで、Ａ／Ｄ変換時の１ビットが１００ｍＡに対応するように電流―電圧変換部を調整すると、Ａ／Ｄ変換部５の性能として、約−１２．８Ａから約１２．８Ａまでの電流波形の計測が可能となる。
【００２８】
最大値検出部６は、商用周波数の半周期の間に前記Ａ／Ｄ変換部で変換されたデジタル値の絶対値のうち最大値を検出する。
【００２９】
第一のレジスタ部７は、最大値検出部６の出力する過去数周期分から最新の周期までの最大デジタル値を記憶する。
【００３０】
演算処理部８は、第一のレジスタ部に記憶されている最大デジタル値のうち、最も古い１番目からＡ＋１番目までの最大デジタル値の中で隣り合った最大デジタル値の差が閾値Ｂより小さく、かつＡ＋１番目の最大デジタル値とＡ＋２番目の最大デジタル値の差が閾値Ｂを超えて閾値Ｃよりも小さく、かつＡ＋２番目からＡ＋２＋ｎ番目の最大デジタル値の中で、隣り合った最大デジタル値の差が閾値Ｂより小さく、かつＡ＋２＋ｎ番目の最大デジタル値とＡ＋３＋ｎ番目の最大デジタル値の差が閾値Ｂを超えて閾値Ｃよりも小さい場合、検出信号を出力する。
【００３１】
以上の処理について図２、図３を用いて説明する。図２、図３はともに上段にＡ／Ｄ変換部５の出力するデジタル値の絶対値をとった波形を、下段に１つ前の最大デジタル値と最大デジタル値の差の絶対値を示している。
【００３２】
図２は電気機器の他の機能が動作していないときの波形を示している。ヒータ等の抵抗負荷の接続された回路で断線が発生し、心線が再び接触すると図２の上段に示すように閾値Ｂを超えるデジタル値が計測される。このとき、隣り合った最大デジタル値の差は、図２の下段に示すようにＡ＋２番目とＡ＋３＋ｎ番目に閾値Ｂを超えているが閾値Ｃより小さいので、断線後にｎ半周期分の時間接触したと判断して検出信号を出力する。
【００３３】
図３は電気機器の他の機能が動作しているときの波形を示している。ヒータ等の抵抗負荷の接続された回路で断線が発生し、心線が再び接触すると図３の上段に示すように閾値Ｂを超える正弦波の半周期分のデジタル値と、電気機器の他の機能の動作によるＡ＋４番目からＡ＋２番目の間に正弦波の半周期分のデジタル値が重畳したデジタル値が計測される。このとき、隣り合った最大デジタル値の差は、図３の下段に示すようにＡ＋１番目とＡ＋４番目とＡ＋３＋ｎ番目とＡ＋４＋ｎ番目に閾値Ｂを超えている最大デジタル値の差が得られるが、Ａ＋４番目とＡ＋４＋ｎ番目の差は閾値Ｃよりも大きいため無視されるため、断線後にｎ半周期分の時間接触したと正しく判断して検出信号を出力する。
【００３４】
なお、閾値Ａは１〜５の整数値、閾値Ｂは断線の発生する電路に流れる電流のピーク値の８割程度に相当する任意の整数値、閾値Ｃは閾値Ｂより大きくて電気機器の各機能で動作しない整数値とする、またｎは電気機器の電源のＯＮ／ＯＦＦによって動作しない範囲の任意の整数値とするが、このｎの大きさはは、第一のレジスタに記憶できる最大デジタル値の数ｎ＋Ａ＋４に制限される。
【００３５】
次に電気機器の電源スイッチを投入した時に流れる突入電流などによる誤検出の少ない断線検出方法を得る例を示す。演算処理部８において、第一のレジスタ部に記憶した最大デジタル値の差が閾値Ｄを超えるものがあった場合、検出信号を出力しないものである。
【００３６】
以上の処理について、図４を用いて説明する。図４では上段にＡ／Ｄ変換部５の出力するデジタル値の絶対値をとった波形を、下段に１つ前の最大デジタル値と最大デジタル値の差の絶対値を示している。断線した回路に以外に消費電流の大きな負荷や、電気機器の機能が複合して動作していた場合、図４に示すように閾値Ｄを超える大きな最大デジタル値が計測されることがある。
【００３７】
この場合、前記消費電流の大きな負荷の動作電流の変動と断線後の接触による電流の区別がつかないので検出信号を出力しない。なお、閾値Ｄは閾値Ｃより大きく、断線した回路に並列に接続された消費電流の大きな負荷電流の最大デジタル値の８割程度の整数を設定するとよい。
【００３８】
次に断線した心線間に生じた湿気や水分などを介した通電を検出することができ、心線が直接接触しなくても断線の検出を可能とする例を示す。演算処理部は、第一のレジスタ部に記憶したデジタル値のうち、最も古い１番目の最大デジタル値からＨ＋１番目の最大デジタル値にわたって単調減少し、かつ最も古い１番目の最大デジタル値とＨ＋１番目の最大デジタル値の差がＦより小さくＧより大きい場合、検出信号を出力するものである。
【００３９】
以上の処理について図５を用いて説明する。図５は上段にＡ／Ｄ変換部５の出力するデジタル値の絶対値をとった波形を、下段に１つ前の最大デジタル値と最大デジタル値の差を示している。断線した心線間に水分があると、その心線間にある水分が乾燥する際、乾燥する前段階では心線の接触よりも小さい電流が流れ、乾燥時に至るとほとんど電流が流れなくなる。
【００４０】
そこで、断線した回路に並行して動作する負荷電流の変動の影響をなくすために、最も古い１番目の最大デジタル値からＨ＋１番目の最大デジタル値にわたって単調減少し、かつ最も古い１番目の最大デジタル値とＨ＋１番目の最大デジタル値の差が閾値Ｆより小さくＧより大きければ、電気機器の他の機能が動作状態にかかわらず、断線した心線間に水分があることを検出できるため、断線を検出することができる。
【００４１】
この場合、定数Ｈは、断線した回路に流れる電流の大きさ等に依存するので、実験的に乾燥までに要する時間を実験から最適値を決めて、閾値Ｆと閾値Ｇは電気機器の待機電流の変動を検出しない程度の大きさとする。
【００４２】
図６に電気機器で発生した電気配線の断線した心線間に生じた湿気や水分、塵や埃等を原因とするトラッキングによる通電を検出する例のブロック図を示す。請求項１に示す断線検出方法の構成に、第二のレジスタ部と、トラッキング検出部を追加し、トラッキング検出部は、商用周波数の半周期分の前記Ａ／Ｄ変換部で変換されたデジタル値の絶対値のうち、隣り合ったデジタル値同士の差が閾値Ｌを超えるものがＩ個以上Ｊ個未満発生した場合、トラッキング検出信号を出力し、第二のレジスタ部は過去数周期分から最新の周期までの前記トラッキング検出部の出力するトラッキング検出信号を記憶し、前記演算処理部は、前記第二のレジスタ部のトラッキング検出信号の発生回数の合計が、所定の範囲で閾値Ｋを超えた場合、検出信号を出力するものである。
【００４３】
以上の処理について図７を用いて説明する。図７ではＡ／Ｄ変換部５の出力するデジタル値の絶対値をとった波形を示している。図７に示すようにトラッキングが発生すると、Ａ／Ｄ変換部５の出力するデジタル値は特定の位相の範囲に集中して発生する。
【００４４】
ここで、商用周波数の半周期分の前記Ａ／Ｄ変換部で変換されたデジタル値の絶対値のうち、隣り合ったデジタル値同士の差が閾値Ｌを超えるものがＩ個以上と、Ｊ個未満という上限を設けることによってトラッキングの検出を可能とする。
【００４５】
さらに、誤動作を防ぐために、第二のレジスタ部１４は過去数周期分から最新の周期までの前記トラッキング検出部１５の出力するトラッキング検出信号を記憶し、前記演算処理部８は、前記第二のレジスタ部１３のトラッキング検出信号発生回数の合計が、所定の範囲で閾値Ｋを超えた場合検出信号を出力させる。
【００４６】
なお、トラッキング発生時に流れる電流は心線の接触による電流に比べて小さいので、閾値Ｇは閾値Ｂよりも小さい値を設定する。所定の時間，閾値Ｋについては、電気機器に使用されている材質や監視電路の電流値の大きさによって異なってくるので、実験的に誤動作しない数値を決定する。
【００４７】
図８の例では図６の断線検出方法に警報出力手段１３を加えたもので、断線検出時に警報を出力する装置を得ることができる。
【００４８】
図９の例では図６の断線検出方法に電路を遮断する手段すなわち引き外し部１１と引き外しコイル１０と接点１２を加えたもので、断線検出時に電路を遮断する装置を得ることができる。
【００４９】
図１０の例では図８または図９のいずれかの装置を組み込んだプラグまたはコンセント１６を得ることができる。
【００５０】
以上のように本発明によれば、配線が完全に断線して、接触、断線が比較的ゆっくりとした周期で繰り返されているような断線や、完全に断線している線間に水分が付着している状態を得ることができ、さらに断線の発生時に警報を出力、および必要最小限の電路のみを遮断することが可能なプラグまたはコンセントを得ることができるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来の断線検出方法と、請求項１の実施例のブロック図
【図２】  断線発生時にＡ／Ｄ変換部の出力するデジタル値の絶対値をとった波形
【図３】  電気機器の電源ＯＮ時にＡ／Ｄ変換部の出力するデジタル値の絶対値をとった波形
【図４】  断線した回路に並行して接続されている消費電流の大きな負荷動作中にＡ／Ｄ変換部の出力するデジタル値の絶対値をとった波形
【図５】  断線した回路に水分があった時のＡ／Ｄ変換部の出力するデジタル値の絶対値をとった波形
【図６】  トラッキングによる断線検出方法の実施例のブロック図
【図７】  トラッキング発生時にＡ／Ｄ変換部の出力するデジタル値の絶対値をとった波形
【図８】  警報を出力する装置の実施例
【図９】電気機器に電気を供給する電路を遮断する装置の実施例
【図１０】断線発生時に警報または遮断するプラグまたはコンセントの実施例
【符号の説明】
１    電路
２    電流検出部
３    電流−電圧変換部
４    フィルター部
５    Ａ／Ｄ変換部
６    最大値検出部
７    第一のレジスタ部
８    演算処理部
１０  引き外しコイル部
１１  引き外し部
１２  接点
１３  警報出力手段
１４  第２のレジスタ部
１５  トラッキング検出部
１６  プラグまたはコンセント
【図１】
0004458619.tif 000002
【図２】
0004458619.tif 000003
【図３】
0004458619.tif 000004
【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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【図９】
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【図１０】
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