JP7314039B2 - 半断線検出装置 - Google Patents

Description

本発明は電線の半断線を検出する半断線検出装置に関する。

電線の半断線を検出する従来の技術としては、特許文献１に開示されたものがあった。特許文献１では、電線に流れる電流情報を入手し、電流波形の半断線特有の変化を検出して半断線の発生を判断した。

特開２００８－８８５９号公報

しかしながら、上記特許文献１の技術は、電路電流の波形を基に判断するため、電路電流を検出するためのセンサである零相変流器が必要であり、そのための広い設置スペースが必要であった。

そこで、本発明はこのような問題点に鑑み、電路電流を検出することなく半断線の発生を検出できる半断線検出装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決する為に、請求項１の発明は、電線に印加されている交流電圧の波形情報を入手して、１周期を少なくとも１００分割して個々の分割点の電圧値情報を出力する計測部と、計測部が出力する分割点電圧値情報を基に電線の半断線発生を判断する半断線判断部と、半断線判断部が半断線発生と判断したら、それを報知する報知部とを有し、半断線判断部は、分割点電圧値情報から隣接する分割点電圧の変化量を算出し、この変化量の絶対値が所定の閾値を超えたら半断線発生と判断することを特徴とする。
この構成によれば、正常な電圧波形は正弦波形であるため、分割点電圧値の隣接する電圧値同士は所定値を超えて変化することはないため、通電状態で所定値を超える電圧変動が変化したら半断線発生と判断できる。よって、電流を監視すること無く半断線の発生を検出できる。

請求項２の発明は、電線に印加されている交流電圧の波形情報を入手して、１周期を少なくとも１００分割して個々の分割点の電圧値情報を出力する計測部と、計測部が出力する分割点電圧値情報を基に電線の半断線発生を判断する半断線判断部と、半断線判断部が半断線発生と判断したら、それを報知する報知部とを有し、半断線判断部は、電圧波形１周期を４分割して少なくともゼロクロス点から立ち上がる４分の１周期、及びゼロクロス点から立ち下がる４分の１周期の波形を監視し、立ち上がる波形の中で分割点間の電圧変化が負の値を示したら、或いはたち下がる波形の中で分割点間の電圧変化が正の値を示したら、半断線発生と判断することを特徴とする。
この構成によれば、半断線の発生による電圧波形の変動は、主に電圧波形ゼロクロス点からの立ち上がりからピークに至る範囲、或いは立ち下がり時からピークに至る範囲で発生することが知られている。よって、少なくともそれぞれ４分の１周期の区間の電圧波形を監視して、その区間で傾きの極性が反転する場合が発生したら半断線発生と判断するため、半断線の発生を高い精度で検出でき、電流を監視することなく半断線の発生を検出できる。

本発明によれば、分割点電圧値の隣接する電圧値の変化量が所定値を超えて変化したら、或いは少なくとも電圧がゼロクロス点から立ち上がってピークに至る範囲、或いは立ち下がりからピークに至る範囲で、電圧の傾きが反転したら半断線発生と判断するため、電流を監視することなく半断線の発生を検出できる。

本発明に係る半断線検出装置の一例を示すブロック図である。 半断線を判断する第１の形態を示す波形説明図である。 図２のＡ部を拡大した説明図である。 半断線検出装置の第２の形態を示す波形説明図である。

以下、本発明を具体化した実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明に係る半断線検出装置の一例を示すブロック図である。半断線検出装置１０は、電線Ｌから検出した電圧を分圧する分圧回路１、分圧した電圧波形の１周期を２００分割して１周期あたり２００ポイントの電圧値情報を出力する計測部２、計測部２が出力する分割電圧値情報から、電圧の変化量（傾き）を算出して半断線の発生を判断する判断部３、半断線が発生したら電路を遮断操作する出力部４、計測した電圧情報を表示して報知する表示部５を備えている。また、６は電線Ｌを電源から遮断する開閉接点を備えた遮断部を示している。
ここでは、半断線を検出したら遮断部６が遮断するよう構成されている。

判断部３は、図示しないＡ／Ｄ変換回路、判断する閾値を記憶する記憶部、判定するＣＰＵ等を具備し、次のように動作する。
まず第１の形態を図２の波形説明図を参照して説明する。
図２は電線Ｌに印加されている実効値１００Ｖ、６０Ｈｚの電圧波形の１周期を示している。Ｗ１は比較のために示している波形で、半断線が発生していない正常な状態の電圧波形を示している。Ｗ２は半断線が発生した波形を半周期のみ示し、１周期を２００分割したうちの半周期分の分割点電圧１００点を示している。尚、正常な波形Ｗ１は１周期を４０分割した分割点電圧を示している。

図２に示す分割点Ｐ１からＱ１に至る区間Ｍ１で大きな電圧変動が発生し、正常な波形に比べて大きく低下していることが分かる。そのため、この範囲で半断線特有の放電現象が発生していると判断できる。判断部３は、この電圧低下を検出して放電発生（半断線発生）と判断する。
具体的に、１００Ｖ実効値の場合の電圧変化量の最大値はゼロクロス付近で発生し、約３３Ｖ／ｍｓｅｃである。ここでは、この値を閾値として判断部３が記憶しており、通電状態において分割点電圧値の変化量の絶対値がこの閾値を超えたら半断線発生と判断する。

図３は図２のＡ部を拡大した図であり、図３に示すように分割点Ｐ１での電圧ｖ１が約７３Ｖ、次の分割点Ｐ２での電圧ｖ２が約６４Ｖであり、この間の時間経過が０．０８３ｍｓであるため、電圧の変化量（傾き）Δｖ＝１０８Ｖ／ｍｓｅｃとなり、設定された閾値を大きく超えた値となっている。
判断部３はこの電圧の変化量Δｖを算出して、これが閾値を超えた数値であるため半断線発生と判断する。半断線発生と判断すると、出力部４に駆動信号が出力され、出力部４が遮断部６を遮断操作する。また、表示部５は半断線発生を表示する。
尚、判断部３は、絶対値で判断するため負側半周期での電圧低下も同様に検出する。

このように、正常な電圧波形は正弦波形であるため、分割点電圧値の隣接する電圧値同士は所定値を超えて変化することはないため、通電状態で所定値を超える電圧変動が変化したら半断線発生と判断できる。よって、電流を監視すること無く半断線の発生を検出できる。

次に、半断線検出装置の第２の形態を説明する。回路構成は図１と同様であるため説明を省略し、図４の波形説明図を参照して説明する。
上記形態では、全ての分割点電圧値から半断線を判断しているが、ここでは全ての電圧情報を使用せず、図４に示す範囲Ｍ２，Ｍ３、即ち電圧波形１周期のうちの負から正に極性が変化するゼロクロス点Ｃ１からの４分の１周期、及び正から負の極性に変化するゼロクロス点Ｃ２からの４分の１周期の情報により判断している。尚、図４においても、半断線が発生した電圧波形は正側半周期のみ示し、負側半周期は省略してある。

半断線が発生したら、ゼロクロス点Ｃ１から電圧が立ち上がって、その後正のピークに達するまでの間、又は半周期後のゼロクロス点Ｃ２から電圧が立ち下がって、その後負のピークに達するまでの間で、半断線発生部で放電が発生することで電線に大きな電圧変動（電圧降下）が生ずる。この２つの範囲でこの電圧降下を検出することで、半断線を判断することできる。

判断部３は、立ち上がり４分の１周期の範囲Ｍ２、及び立ち下がり４分の１周期の範囲Ｍ３を計測部２からの電圧値情報で把握し、範囲Ｍ２では電圧が増加し、電圧の傾きが正、範囲Ｍ３では電圧は負に増加し、傾きが負であることを把握している。
そして、２００分割された分割点電圧の入力を受けて、まず分割点間の変化量を算出する。傾きが正である範囲で突然負の傾きとなる変化が発生（図４に示す分割点Ｐ１～Ｐ３）したら、半断線発生と判断する。また、傾きが負である範囲Ｍ３の中で突然正の傾きが発生したら、半断線発生と判断する。
このように、分割点電圧値が上昇するはずのエリアにおいて減少が発生したり、減少するはずのエリアにおいて上昇（絶対値は減少）が発生したら半断線発生と判断する。

このように、半断線の発生による電圧変動は、電圧波形ゼロクロス点からの立ち上がり（或いは立ち下がり）からピークに至る範囲で発生し、それがピークを過ぎるまで継続することが知られている。そこで、少なくともそれぞれ４分の１周期の区間の電圧波形を監視し、その傾きの極性が反転する場合があったら半断線発生と判断することで、半断線の発生を高い精度で検出でき、電流を監視することなく半断線の発生を検出できる。

尚、第２の形態では、立ち上がり、立ち下がりの４分の１周期の情報から判断し、他の２分の１周期の電圧情報は見ていないが、他の２分の１周期も休まず判断要素に加えても良い。
また上記実施形態では、いずれも電圧１周期を２００分割して判断しているが、１００分割程度の分割点電圧の情報であっても、判断することは可能である。また、分割は２００分割より多くても良い。

２・・計測部、３・・判断部（半断線判断部）、５・・表示部（報知部）、Ｌ・・電線。

Claims (2)

1. 電線に印加されている交流電圧の波形情報を入手して、１周期を少なくとも１００分割して個々の分割点の電圧値情報を出力する計測部と、
   前記計測部が出力する分割点電圧値情報を基に前記電線の半断線発生を判断する半断線判断部と、
   前記半断線判断部が半断線発生と判断したら、それを報知する報知部とを有し、
   前記半断線判断部は、前記分割点電圧値情報から隣接する分割点電圧の変化量を算出し、この変化量の絶対値が所定の閾値を超えたら半断線発生と判断することを特徴とする半断線検出装置。
2. 電線に印加されている交流電圧の波形情報を入手して、１周期を少なくとも１００分割して個々の分割点の電圧値情報を出力する計測部と、
   前記計測部が出力する分割点電圧値情報を基に前記電線の半断線発生を判断する半断線判断部と、
   前記半断線判断部が半断線発生と判断したら、それを報知する報知部とを有し、
   前記半断線判断部は、電圧波形１周期を４分割して少なくともゼロクロス点から立ち上がる４分の１周期、及びゼロクロス点から立ち下がる４分の１周期の波形を監視し、
   立ち上がる波形の中で分割点間の電圧変化が負の値を示したら、或いはたち下がる波形の中で分割点間の電圧変化が正の値を示したら、半断線発生と判断することを特徴とする半断線検出装置。

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