(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用電線にＣＴクランプでクランプされて、該クランプされた商用電線に流れる商用周波数の交流電流と、該交流電流に重畳したノイズ電流及び導体より線の一部断線、電線表面劣化、トラッキング現象により発生する放電電流とを検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段により検出された電流を全波整流する全波整流手段と、
前記全波整流手段により全波整流された波形から商用周波数成分、および低周波ノイズ成分を除去するハイパスフィルタと、
前記ハイパスフィルタによりフィルタリングされた波形を所定の閾値でパルス整形した信号を生成する第１のコンパレータと、
前記全波整流手段により全波整流された波形を所定の閾値でパルス整形して商用周波数の２倍の周波数の同期パルス信号を生成する第２のコンパレータと、
前記第１のコンパレータが生成した信号と前記第２のコンパレータが生成した同期パルス信号との論理積をとり商用周波数成分の波形の山の部分に現れる前記放電電流成分に対応する信号を抽出する論理積手段と、
前記第２のコンパレータが生成した同期パルス信号と前記論理積手段が抽出した信号とに基づいて、前記同期パルス信号の期間の開始後に最初に抽出された信号から前記同期パルス信号の期間の終了まで持続するパルスを生成するパルス生成手段と、
前記パルス生成手段が生成したパルスに基づいて、当該パルスが前記商用周波数の２倍の周波数に相当する周波数で予め定めた測定時間の間連続して生成されていることを検出したとき、放電現象発生と判定する判定手段と、
を有することを特徴とする放電センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、商用電線のより線の一部断線やトラッキング現象等による放電現象を検知する放電センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電力ケーブル内に発生する部分放電を検出する手法は、種々提案されている。
例えば特許文献１は、部分放電に伴って電力ケーブルから放出される電磁波により誘起電気信号を発生する検出コイルと、この検出コイルに接続され誘起電気信号のうちの特定周波数成分を選択的に通す定Ｋフィルタと、を備える部分放電検出センサを開示する。
【０００３】
商用電線においては、導体より線の一部断線や線間等回路上にトラッキング現象等が発生する。トラッキング現象とは、絶縁材の表面に沿って電気的火花が生じることで表面に炭化物を生じ通電性のトラック（跡）を生じさせる現象である。トラッキング現象は、コンセントに付着したほこりが湿気を吸収し絶縁性が低下すると発生し、電気火災の原因ともなる。上記特許文献１に開示されたセンサでは、これらの放電現象やトラッキング現象を検知することができない。
【特許文献１】特開平６−２７３４７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、商用電線の導体より線の一部断線や線間等回路上に発生するトラッキング現象等による放電現象を簡素な回路構成で検知することができる放電センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
かかる目的を達成するために、請求項１記載の発明は、商用電線にＣＴクランプでクランプされて、該クランプされた商用電線に流れる商用周波数の交流電流と、該交流電流に重畳したノイズ電流及び導体より線の一部断線、電線表面劣化、トラッキング現象により発生する放電電流とを検出する電流検出手段と、前記電流検出手段により検出された前記電流を全波整流する全波整流手段と、前記全波整流手段により全波整流された波形から商用周波数成分、および低周波ノイズ成分を除去するハイパスフィルタと、前記ハイパスフィルタによりフィルタリングされた波形を所定の閾値でパルス整形した信号を生成する第１のコンパレータと、前記全波整流手段により全波整流された波形を所定の閾値でパルス整形して商用周波数の２倍の周波数の同期パルス信号を生成する第２のコンパレータと、前記第１のコンパレータが生成した信号と前記第２のコンパレータが生成した同期パルス信号との論理積をとり商用周波数成分の波形の山の部分に現れる前記放電電流成分に対応する信号を抽出する論理積手段と、前記第２のコンパレータが生成した同期パルス信号と前記論理積手段が抽出した信号とに基づいて、前記同期パルス信号の期間の開始後に最初に抽出された信号から前記同期パルス信号の期間の終了まで持続するパルスを生成するパルス生成手段と、前記パルス生成手段が生成したパルスに基づいて、当該パルスが前記商用周波数の２倍の周波数に相当する周波数で予め定めた一定時間内に連続して生成されていることを検出したとき、放電現象発生と判定する判定手段とを有することを特徴としている。
【０００６】
請求項１記載の発明によれば、電流検出手段は、商用電線（１００Ｖまたは２００Ｖ）にＣＴクランプでクランプされて、該クランプされた商用電線に流れる商用周波数の交流電流と、該交流電流に重畳したノイズ電流及び導体より線の一部断線、電線表面劣化、トラッキング現象により発生する放電電流とを検出する。全波整流手段は、電流検出手段により検出された電流を全波整流する。ハイパスフィルタは、全波整流手段により全波整流された波形から商用周波数成分、および低周波ノイズ成分を除去する。第１のコンパレータは、ハイパスフィルタによりフィルタリングされた波形を所定の閾値でパルス整形した信号を生成する。第２のコンパレータは、全波整流手段により全波整流された波形を所定の閾値でパルス整形して商用周波数の２倍の周波数の同期パルス信号を生成する。論理積手段は、第１のコンパレータが生成した信号と前記第２のコンパレータが生成した同期パルス信号との論理積をとり商用周波数成分の波形の山の部分に現れる放電電流成分に対応する信号を抽出する。パルス生成手段は、第２のコンパレータが生成した同期パルス信号と論理積手段が抽出した信号とに基づいて、同期パルス信号の期間の開始後に最初に抽出された信号から同期パルス信号の期間の終了まで持続するパルスを生成する。判定手段は、パルス生成手段が生成したパルスに基づいて、当該パルスが商用周波数の２倍の周波数に相当する周波数で予め定めた一定時間内に連続して生成されていることを検出したとき、放電現象発生と判定する。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１記載の発明によれば、商用電線にＣＴクランプでクランプして、該商用電線を流れる商用周波数の交流電流と、該交流電流に重畳したノイズ電流及び導体より線の一部断線、電線表面劣化、トラッキング現象により発生する放電電流を検出し、商用周波数成分のピーク値付近に現れる放電電流成分を抽出して観察することにより、電線のより線の一部断線、ホコリ等の影響による電線間の放電、電線表面に発生するトラッキング現象を高感度に検出することができる。
しかも、検出した交流電流を全波整流し、全波整流された波形から商用周波数成分、および低周波ノイズ成分を除去した波形を所定の閾値でパルス整形した信号と、全波整流された波形を所定の閾値でパルス整形して生成した商用周波数の２倍の周波数の同期パルス信号との論理積をとり商用周波数成分の波形の山の部分に現れる放電電流成分に対応する信号を抽出して観測することから、全波整流しない場合と比較し、部品点数が少なく簡素な回路構成で、効率よく放電の有無を判定することができる。
また、同期パルス信号と商用周波数成分の波形の山の部分に現れる放電電流成分に対応する抽出した信号とに基づいて生成されるパルスを観測して、判定することにより、高速に感度よく放電の有無の判定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態における放電センサの構成を示す回路図である。当該放電センサは、放電電流検出部１０、全波整流回路２０、ＨＰＦ（high pass filter）３０、第１のコンパレータとしてのコンパレータ４０、第２のコンパレータとしてのコンパレータ５０、論理積手段としてのＡＮＤ（論理積）回路６０、パルス生成手段としてのフリップフロップ７０、および判定手段としての周波数検出回路８０を備える。
【００１８】
放電電流検出部１０は、ＣＴクランプ（トランス）、コンデンサ、微小抵抗等により構成される。放電電流検出部１０は、商用電源として使用されるＡＣ１００ＶまたはＡＣ２００Ｖの商用電線の両電線にクランプし、両電線を流れる電流を検出する。当該電線には、負荷電流、ノイズ電流、および導体より線の一部断線や電線表面劣化やトラッキング現象等により発生する放電電流が流れる。放電電流検出部１０は、当該放電電流を検出するために、放電発生箇所より上流側にクランプする。放電電流検出部１０は、検出した電流を全波整流回路２０に出力する。
【００１９】
全波整流回路２０は、放電電流検出部１０から入力される交流電流を全波整流する。全波整流回路２０は、ダイオードブリッジ回路を用いたり、中性点つきトランス等を用いて構成するとよい。全波整流された後、検出抵抗等により取り出された電圧は、ＨＰＦ３０およびコンパレータ５０に出力される。
【００２０】
ＨＰＦ３０は、所定の遮断周波数以上の周波数の信号を通過させ、当該遮断周波数以下の周波数の成分を減衰させるフィルタであり、本発明においては商用周波数成分（５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）および低周波数成分のノイズを遮断し、放電電流成分や高周波成分のノイズを通過する。この商用周波数成分が遮断された信号は、コンパレータ４０に出力される。
【００２１】
コンパレータ４０は、ＨＰＦ３０からの入力信号と、所定の基準電圧とを比較し、当該入力信号をパルス整形する。オペアンプを用いて構成するとよい。即ち、当該入力信号が当該所定の基準電圧を超えるときＨｉを出力し、当該所定の基準値以下のときＬｏを出力することにより、アナログ成分からディジタル成分に変換する。パルス整形された信号は、ＡＮＤ回路６０に出力される。
【００２２】
コンパレータ５０は、全波整流回路２０からの入力信号を基に基準パルス信号を生成する。オペアンプを用いて構成するとよい。即ち、当該入力信号が所定の基準電圧を超えるときＨｉを出力し、当該所定の基準値以下のときＬｏを出力することにより、アナログ成分からディジタル成分に変換する。当該所定の基準電圧は、商用周波数の２倍の周波数の同期パルス信号を生成するためのレベルに設定される。生成された同期パルス信号は、ＡＮＤ回路６０およびフリップフロップ回路７０に出力される。
【００２３】
ＡＮＤ回路６０は、コンパレータ４０からの入力信号と、コンパレータ５０から入力される同期パルス信号との論理積演算を行う。即ち、両方の入力信号がＨｉのときＨｉを出力し、両方またはいずれかの入力信号がＬｏのときＬｏを出力する。放電電流は、商用周波数成分の波形の山の部分に発生する。したがって、コンパレータ４０からの入力信号と、商用周波数成分を基に生成した同期パルス信号との論理積を取ると、上記波形の山の部分以外のノイズが除去され、放電電流の成分のみが抽出される。このノイズを除去された信号は、フリップフロップ７０に出力される。
【００２４】
フリップフロップ７０は、ＲＳフリップフロップであり、ＡＮＤ回路６０からの入力信号がセット端子に、コンパレータ５０から入力される基準パルス信号の反転信号がリセット端子に入力される。フリップフロップ７０の出力信号は、周波数検出部８０に入力される。
【００２５】
周波数検出部８０は、ＦＦＴアナライザ等を使用して、フリップフロップ７０から入力される信号にＦＦＴ(高速フーリエ変換 : Fast Fourier Transform)をかける。ＦＦＴアナライザ等は、このＦＦＴを行う時間を測定時間とし、この測定時間を一定時間カウントし、フリップフロップ７０からの入力信号中の上記放電電流の周波数成分の有無を判断する。例えば、１０秒間を測定時間とし、これを６回繰り返すと一定時間は１分になる。１分間に５回、商用周波数の２倍の周波数が測定されれば、これを放電現象が起きたと判断する。なお、当該測定時間および一定時間は、一例でありこれに限定されるものではない。
【００２６】
周波数検出部８０による周波数解析の結果、被検知電線に放電現象が発生していると判断した場合、図示しない制御部が表示部に警告表示をさせたり、または図示しない音声合成部から警告ブザーを発信させたりして、被検知電線の管理者に注意を促す。また、被検知電線の遮断や、被検知電線への電源供給の停止等を指示し、被検知電線の安全を図ってもよい。
【００２７】
本発明の実施形態における放電センサの動作について説明する。図２は、本発明の実施形態における放電センサの各素子における電圧波形遷移図である。まず、ＡＣ１００ＶまたはＡＣ２００Ｖの商用電線から放電電流検出部１０を介して検出電流を取得する。この電流は、全波整流回路２０により全波整流される。全波整流回路２０の出力電圧波形は、図２のＡに示すような波形となる。この波形には、全波整流された商用周波数成分とノイズ成分と放電電流成分とが含まれる。
【００２８】
全波整流回路２０の出力電圧は、ＨＰＦ３０を通り、商用周波数成分および低周波数成分のノイズが除去される。これらの成分が除去された電圧は、コンパレータ４０を通り、パルス成形される。コンパレータ４０の出力電流波形は、図２のＢに示すような波形となる。この波形には、ディジタル化された放電電流成分とＨＰＦ３０により除去されなかったノイズ成分が含まれる。
【００２９】
また、全波整流回路２０の出力電圧は、コンパレータ５０を通り、同期パルス信号（商用周波数の２倍の周波数）にパルス成形される。コンパレータ５０の出力電流波形は、図１のＣに示すような波形となる。この波形は、商用周波数の２倍の周波数（１００または２００Ｈｚ）のパルス信号である。
【００３０】
コンパレータ４０の出力電圧、およびコンパレータ５０の出力電圧は、ＡＮＤ回路６０に入力され、論理積をとられる。コンパレータ５０の出力電圧である商用周波数の２倍の周波数のパルスＯＦＦ期間中はＡＮＤ回路６０の出力電圧がＬｏとなるため、Ｂに示すノイズ成分が除去される。ＡＮＤ回路６０の出力電圧は、図２のＤに示すような波形となる。この波形には、放電電流成分のみが含まれる。
【００３１】
ＡＮＤ回路６０の出力電圧は、フリップフロップ回路７０のセット端子に入力される。コンパレータ５０の出力電圧は、反転されてフリップフロップ回路７０のリセット端子に
入力される。フリップフロップ回路７０の出力電圧波形は、図２のＥに示すような波形となる。
【００３２】
フリップフロップ回路７０の動作を説明すると、セット端子にＡＮＤ回路６０からＨｉが始めて入力されるとき、リセット端子にはコンパレータ５０の波形が反転されてＬｏが入力されるため、フリップフロップ回路７０の出力がＨｉとなる。次に、セット端子にＡＮＤ回路６０からＬｏが入力されるとき、リセット端子には変わらずＬｏが入力されているため、フリップフロップ回路７０はラッチ動作となり、出力は変わらずＨｉのままである。このように、リセット端子がＬｏの間はセット端子がＨｉでもＬｏでも、セット動作またはラッチ動作により、出力はＨｉとなる。次に、リセット端子にコンパレータ５０の波形が反転されてＨｉが入力されると、フリップフロップ回路７０はリセット動作となり出力はＬｏとなる。
【００３３】
放電電流成分が検出されない場合は、ＡＮＤ回路６０の出力がＬｏの連続波形となるため、フリップフロップ回路７０にＨｉをセットすることができず、Ｅに示すような商用周波数の２倍の周波数に相当する周波数のパルスが発生しない。
【００３４】
周波数検出部８０は、フリップフロップ回路７０からの出力波形から商用周波数の２倍の周波数に相当する周波数のパルスを一定時間内に連続して検出すると、放電現象発生と判断する。
【００３５】
周波数検出部８０が被検知電線に放電現象が発生していると判断した場合、図示しない制御部が表示部に警告表示をさせたり、または図示しない音声合成部から警告ブザーを発信させたりして、被検知電線の管理者に注意を促す。
【００３６】
なお、上述した実施形態は、本発明の好適な実施形態の一例を示したものであり、本発明はそれに限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施が可能である。
【００３７】
例えば、周波数検出回路８０における測定時間の取り方、およびコンパレータ４０の閾値を可変にすることにより、放電現象の度合も判断することができる。また、コンパレータ４０の閾値を可変にする代わりに、放電電流を電圧に変換する検出抵抗を可変にしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施形態における放電センサの構成を示す回路図である。
【図２】本発明の実施形態における放電センサの各素子における波形遷移図である。
【符号の説明】
【００３９】
１０    電流検出手段（放電電流検出部）
２０    全波整流手段（全波整流回路）
３０    ＨＰＦ
４０    第１のコンパレータ（コンパレータ）
５０    第２のコンパレータ（コンパレータ）
６０    論理積手段（ＡＮＤ回路）
７０    パルス生成手段（フリップフロップ）
８０    判定手段（周波数検出部）
【図１】
0004351516.tif 000002
【図２】
0004351516.tif 000003