JP2013246899A - サージ防護デバイスの寿命診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】サージ防護デバイスのインパルス寿命特性を考慮した正確な寿命判定ができる低コストなサージ防護デバイスの寿命診断装置を提供する。
【解決手段】サージ防護デバイスの寿命診断装置は、サージ防護デバイスに流れるサージ電流を検出する電流センサからの信号が入力される入力部１１と、当該入力部１１からのアナログ信号のピーク値をホールドするピークホールド部１２と、当該ピークホールド部１２によりホールドされたアナログ信号を指数関数的に減衰させる減衰部１３とを有する第１〜第ｎサージ検出ユニットＵ１〜Ｕｎからの信号を受けて、サージ防護デバイスの寿命診断を行う処理装置１とその診断結果を表示する表示装置２とを備える。
【選択図】図３

Description

この発明は、サージ防護デバイスの寿命診断装置に関し、より詳しくは、サージ電流のピーク値に基づいて酸化亜鉛などを用いたサージ防護デバイスの寿命を診断するサージ防護デバイスの寿命診断装置に関する。

従来、サージ防護デバイス(ＳＰＤ：Surge Protective Device)の寿命診断に関しては、種々の方法が開発されており、特許文献１(特許第４７５６９０４号)には、凡そ５種類の手法が挙げられ、その問題点が纏められている。それらの改善策としてサージ電流に比例した電圧の一定量の変化の度にサージ波形を記録して、サージ波形の面積を正確に積算することによって、サージ防護デバイスの寿命を診断する装置が記載されている。

上記特許文献１のサージ防護デバイスの寿命診断装置では、サージ波形の面積を計測し積算して、サージ防護デバイスの寿命判定に用いている。

しかしながら、上記サージ防護デバイスの寿命診断方装置では、サージの強度を適切に加味していないため、サージ防護デバイスの寿命を正確に判定できないという問題がある。

特許第４７５６９０４号

そこで、この発明の課題は、サージ防護デバイスのインパルス寿命特性を考慮した正確な寿命判定ができるサージ防護デバイスの低コストな寿命診断装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明のサージ防護デバイスの寿命診断装置は、
サージ防護デバイスに流れるサージ電流を検出する電流センサと、
上記電流センサにより検出された上記サージ電流をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器と、
上記Ａ／Ｄ変換器によりＡ／Ｄ変換された上記サージ電流のピーク値に基づいて、上記サージ防護デバイスが上記サージ電流により受けたダメージ量に相当する値を演算する演算部と、
上記演算部により演算された上記サージ防護デバイスが上記サージ電流により受けたダメージ量に相当する値を積算する積算部と、
上記積算部により積算された積算値が予め設定された閾値以上か否かを判定する積算値判定部と
を備え、
上記演算部は、上記サージ防護デバイスが上記サージ電流により受けたダメージ量に相当する値Ｙを、

ただし、Ｉ_IN ： 上記サージ電流のピーク値を表すデジタル値
Ｉ_０ ： 基準電流値
α ： 上記サージ防護デバイスによって決まる定数
により演算する。

上記構成によれば、図１に示すサージ防護デバイスのインパルス寿命特性例１(サージ防護デバイスの耐用回数とインパルス電流値との関係)に基づいて、サージ防護デバイスによって決まる定数αを決定して、上記式を用いて演算部によりサージ防護デバイスがサージ電流により受けたダメージ量に相当する値Ｙを演算することによって、サージ防護デバイスに与えられるダメージの累積量を正確に求めることが可能になるので、サージ防護デバイスのインパルス寿命特性を考慮した正確な寿命判定を低コストで行うことができる。

また、一実施形態のサージ防護デバイスの寿命診断装置では、
上記電流センサにより検出された上記サージ電流のピーク値を保持するピークホールド部を備え、
上記Ａ／Ｄ変換器は、上記ピークホールド部により保持された上記サージ電流のピーク値を表すアナログ信号をＡ／Ｄ変換する。

上記実施形態によれば、ピークホールド部により保持されたサージ電流のピーク値を表すアナログ信号をＡ／Ｄ変換器によりＡ／Ｄ変換することによって、Ａ／Ｄ変換や演算の処理動作が遅くても十分対応可能であり、高速サンプリング用の高価なＡ／Ｄ変換器や高速処理ができるＤＳＰ(デジタル・シグナル・プロセッサ；Digital Signal Processor)などが用いなくても良く、コストを低減できる。

また、一実施形態のサージ防護デバイスの寿命診断装置では、
上記ピークホールド部から出力された上記サージ電流のピーク値を表すアナログ信号を指数関数的に減衰させる減衰部を備えた。

上記実施形態によれば、ピークホールド部から出力されたサージ電流のピーク値を表すアナログ信号を減衰部により指数関数的に減衰させることによって、比較的動作の遅い処理装置でも、その遅いサンプリング周期の間に十分なデータ処理を行う時間を確保することができる。

また、一実施形態のサージ防護デバイスの寿命診断装置では、
上記積算部により積算された上記積算値が上記閾値以上であると上記積算値判定部が判定すると、上記サージ防護デバイスが寿命に達したことを報知する報知部を備えた。

上記実施形態によれば、積算部により積算された積算値が閾値以上であると積算値判定部が判定すると、サージ防護デバイスが寿命に達したことを報知部により報知することによって、サージ防護デバイスが壊れる前に交換などのメンテナンスを迅速に行うことができる。

また、一実施形態のサージ防護デバイスの寿命診断装置では、
上記電流センサにより検出された上記サージ電流の継続時間を計測する継続時間計測部を備え、
上記演算部は、上記継続時間計測部により計測された上記継続時間に基づいて、上記サージ防護デバイスが上記サージ電流により受けたダメージ量に相当する値Ｙを、

ただし、 Ｉ_IN ： 上記サージ電流のピーク値を表すデジタル値
Ｉ_０ ： 基準電流値
α ： 上記サージ防護デバイスによって決まる定数
Ｔ_IN ： 上記サージ電流の継続時間
Ｔ_０ ： 基準継続時間
γ ： 上記サージ防護デバイスによって決まる定数
により演算する。

上記実施形態によれば、図１に示すサージ防護デバイスのインパルス寿命特性例１(サージ防護デバイスの耐用回数とインパルス電流値との関係)や、図２に示すサージ防護デバイスのインパルス寿命特性例２(インパルス電流とサージ波尾長(インパルス長)との関係)に基づいて、サージ防護デバイスによって決まる定数α,γを決定して、演算部によりサージ防護デバイスがサージ電流により受けたダメージ量に相当する値Ｙを演算するとき、上記式を用いてサージ電流の継続時間による補正を行うことによって、サージ防護デバイスに与えられるダメージの累積量をより正確に求めることできる。

また、一実施形態のサージ防護デバイスの寿命診断装置では、
上記継続時間計測部は、
上記電流センサにより検出された上記サージ電流のレベルと予め設定されたレベル判定値とを比較するレベル比較器と、
上記レベル比較器により上記サージ電流のレベルが上記レベル判定値を越えた状態を継続していた上記継続時間を計測するタイマと
を有する。

上記実施形態によれば、レベル比較器によりサージ電流のレベルがレベル判定値を越えた状態を継続していた継続時間をタイマにより計測するので、簡単な構成でサージ電流の継続時間を容易に計測できる。

また、一実施形態のサージ防護デバイスの寿命診断装置では、
上記電流センサは、磁路を形成するコアの一部に空隙が設けられた変流器である。

上記実施形態によれば、磁路を形成するコアの一部に空隙が設けられた変流器により、サージ防護デバイスに流れるサージ電流を検出することによって、低コストな変流器で雷サージの大電流を飽和させずに測定することができる。

以上より明らかなように、この発明によれば、サージ防護デバイスのインパルス寿命特性を考慮した正確な寿命判定ができる低コストなサージ防護デバイスの寿命診断装置を実現することができる。

図１はサージ防護デバイスのインパルス寿命特性例１を示す図である。 図２はサージ防護デバイスのインパルス寿命特性例２を示す図である。 図３はこの発明の第１実施形態のサージ防護デバイスの寿命診断装置の全体の構成を示すブロック図である。 図４は上記サージ防護デバイスの寿命診断装置の入力部の回路図である。 図５は上記サージ防護デバイスの寿命診断装置の制御部とその周辺の構成を示す図である。 図６は上記サージ防護デバイスの寿命診断装置の制御装置の動作を説明するためのフローチャートである。 図７はこの発明の第２実施形態のサージ防護デバイスの寿命診断装置の全体の構成を示すブロック図である。 図８は上記サージ防護デバイスの寿命診断装置の制御部とその周辺の構成を示す図である。 図９は上記サージ防護デバイスの寿命診断装置の制御装置の動作を説明するためのフローチャートである。

図１は酸化亜鉛を用いたサージ防護デバイスのインパルス寿命特性例１(サージ防護デバイスの耐用回数とインパルス電流値との関係)を示している。図１において、横軸は耐用回数[回]を表し、縦軸はサージ電流値[ｋＡ]を表している。また、「◆」印はサージ波尾長が２０μｓｅｃ、「■」印はサージ波尾長が１００μｓｅｃ、「▲」印はサージ波尾長が１０００μｓｅｃのときの特性を表す。

図１に示されるように、サージ防護デバイスのインパルス寿命特性は、サージ電流値が２倍になれば、寿命は１／１０〜１／１００程度に減退するものである。逆にサージ電流値が１／２になれば、寿命は１０〜１００倍に増加する。それ故、サージ防護デバイスの寿命を判定するには、サージ電流の大きさを加味することが不可欠であって、かつそれは単純な比例関係ではないことは明らかである。

図１の両対数グラフ上の直線グラフの示すところに拠れば、サージ電流値をＩとし、サージ防護デバイスの耐用回数上限値をＮとすると、近似的に次式(１)の関係が成り立つ。
ＬogＮ＝−αＬogＩ＋Ｃ ……… (１)
ただし、−α ： 両対数グラフにおける近似直線の傾き、
Ｃ ： 定数

ここで、
Ｃ＝αＬog(Ｉ_０)＋Ｌog(Ｎ_０)
ただし、Ｉ_０ ： 比較の基準となる電流値
Ｎ_０ ： Ｉ_０におけるサージ防護デバイスの耐用回数
とおけば、式(１)は、
Ｌog(Ｎ／Ｎ_０)＝−αＬog(Ｉ／Ｉ_０) ……… (２)
となるので、
Ｎ／Ｎ_０＝(Ｉ／Ｉ_０)^−α ……… (３)
となることが明らかである。

図１では、例えばサージ波尾長が２０μｓｅｃの場合、電流値が２８ｋＡなら耐用回数は１０^３回、電流値が４２ｋＡなら１０^２回である。それ故、式(２)においてＩ_０を２８ｋＡとすれば、
α＝５.６７８８・・・
となる。

一方、図２は酸化亜鉛を用いたサージ防護デバイスのインパルス寿命特性例２(インパルス電流とサージ波尾長(インパルス長)との関係)を示している。図２において、横軸はサージ波尾長[μｓｅｃ]を表し、縦軸は電流値[ｋＡ]を表している。また、「◆」印は耐用回数が２.Ｅ＋００回(２回)、「■」印は耐用回数が１.Ｅ＋０１回(十回)、「▲」印は耐用回数が１.Ｅ＋０２回(百回)、「●」印は耐用回数が１.Ｅ＋０３回(千回)、「◇」印は耐用回数が１.Ｅ＋０４回(１万回)、「○」印は耐用回数が１.Ｅ＋０５回(十万回)、「□」印は耐用回数が１.Ｅ＋０６回(百万回)のときの特性を表す。なお、図２中の浮動小数点形式の表現では、指数底１０は記号Ｅで表わしかつ掛け算記号「×」は省略しており、例えば、１.×１０(＋０１乗)は、１.Ｅ＋０１で表わされる。

図２の対数グラフ上の直線グラフの示すところに拠れば、サージ電流値をＩとし、サージ波形の継続時間(サージ波尾長ともいう)をＴとすると、近似的に次式(４)の関係が成り立つ。
ＬogＴ＝−βＬogＩ＋Ｄ ……… (４)
ただし、−β ： 両対数グラフにおける近似直線の傾き
Ｄ ： 定数

ここで、
Ｄ＝βＬog(Ｉ_０)＋Ｌog(Ｔ_０)
ただし、Ｔ_０ ： 比較の基準となるサージ波形の継続時間
Ｉ_０ ： Ｔ_０における電流値
とおけば、
(Ｔ／Ｔ_０)＝(Ｉ／Ｉ_０)^−β ……… (５)
となり、
Ｉ＝(Ｔ／Ｔ_０)^−１／β・Ｉ_０ ……… (６)
が成立する。

図２では、例えば耐用回数２回(２Ｅ＋０回)の場合、サージ電流の継続時間Ｔ_１が２０μｓｅｃなら電流値Ｉ_１は１００ｋＡとなるが、サージ電流の継続時間Ｔが１００μｓｅｃなら電流値Ｉは３０ｋＡしか耐えられないこととなる。それ故、この場合は、上記式(５)により、
β＝１.３３６７・・・
となる。

いま、上記式(３)が継続時間Ｔ_０＝２０μｓｅｃのサージ電流に対して成立しているとすれば、Ｔ_０以外の継続時間のサージ電流に対しては上記式(６)より、上記式(３)でＩをＩ・(Ｔ／Ｔ_０)^１／βで置き換えて、次式(７)が成り立つ。
Ｎ／Ｎ_０＝(Ｔ／Ｔ_０)^−α／β・(Ｉ／Ｉ_０)^−α ……… (７)

ただし、αは図１においてサージ電流の継続時間がＴ_０のグラフ上の２点(Ｎ_０，Ｉ_０)、(Ｎ_１，Ｉ_１)のデータに対して、
α＝−(Ｌog(Ｎ_１／Ｎ_０))／Ｌog(Ｉ_１／Ｉ_０) ……… (８)
となる値である。

また、βは図２においてサージ耐用回数がＮ_０のグラフ上の２点(Ｔ_０，Ｉ_０)、(Ｔ_２，Ｉ_２)のデータに対して、
β＝−(Ｌog(Ｔ_２／Ｔ_０))／Ｌog(Ｉ_２／Ｉ_０) ……… (９)
となる値である。

ここで、Ｎ_０、Ｉ_０、Ｔ_０は、上記式(８)と上記式(９)において共通の値である。

上記式(７)の右辺は、サージの電流値Ｉとその継続時間Ｔによるサージが印加された場合のサージ防護デバイスの耐用回数の基準耐用回数に対する比を表している。故に、この逆数は、この電流値Ｉとその継続時間Ｔによってサージ防護デバイスに与えられるダメージに比例した量になる。

本発明者は、単純に電流値とサージの継続時間の積を記憶させて積算するより、この継続時間Ｔによる補正計算を行った値を記憶させて積算したほうが、サージ防護デバイスに与えられるダメージの累積量をより正確に表現できることに着目し、この発明のサージ防護デバイスの寿命診断装置を実現したものである。

確かに、図１の示すところに拠れば、１００万回に耐えられるようなサージでも、その電流値が１０倍になれば１〜１０回程度で壊れる可能性のあることを示している。それ故、単純なサージ電流値の積算方式やそれにサージの継続時間を考慮したサージ電流波形の面積によるサージの実効値や平均値の累積計算方式では、サージ防護デバイスの寿命判定が全く正しくできないことは明らかである。

ところで、入力部の電流センサが巨大な雷サージで飽和して実際の電流値より小さな値しか検出できないようになると、その後の補正演算も意味がなくなるので、入力部は過大なサージ電流でも飽和しないよう配慮する必要が有る。

この発明のサージ防護デバイスの寿命診断装置では、電流値の補正に加え、最大５０ｋＡにも及ぶ雷サージを飽和させずに低コストな変流器で測定するため、コアに透磁率の低い磁性体を用い、かつ、コアの一部に空隙を設けた変流器を使用している。このような空芯ＣＴは、飽和しないので適切ではあるが、電線に容易にクランプできる構造のものは見当たらないので、本発明者は、この発明のサージ防護デバイスの寿命診断装置を設計する段階において専用のＣＴを製作した。

また、計測された電流のピーク値は指数関数的に緩慢に減衰させることによって、比較的に動作の遅い制御部でも、その遅いサンプリング周期の間に十分なデータ処理を行う時間を保証している。

以下、この発明のサージ防護デバイスの寿命診断装置を図示の実施の形態により詳細に説明する。

〔第１実施形態〕
図３はこの発明の第１実施形態のサージ防護デバイスの寿命診断装置の全体の構成を示すブロック図を示している。

この第１実施形態のサージ防護デバイスの寿命診断装置は、図３に示すように、第１サージ検出ユニットＵ１と、第２サージ検出ユニットＵ２と、…、第Ｎサージ検出ユニットＵｎと、第１〜第ｎサージ検出ユニットＵ１,Ｕ２,…,Ｕｎからの信号を受けて、サージ防護デバイスの寿命診断を行う処理装置１と、処理装置１の診断結果を表示する表示装置２とを備えている。

上記第１〜第ｎサージ検出ユニットＵ１,Ｕ２,…,Ｕｎは、サージ防護デバイスに流れるサージ電流を検出する電流センサ(図４に示す変流器ＣＴ)からのサージ電流を表す信号が入力される入力部１１と、入力部１１からのサージ電流を表すアナログ信号のピーク値をホールドするピークホールド部１２と、ピークホールド部１２によりホールドされたサージ電流のピーク値を表すアナログ信号を指数関数的に減衰させる減衰部１３とを有する。

また、上記処理装置１は、減衰部１３から出力されたサージ電流のピーク値を表すアナログ信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器１aと、Ａ／Ｄ変換器１aによりＡ／Ｄ変換されたサージ電流のピーク値に基づいて、サージ防護デバイスがサージ電流により受けたダメージ量に相当する値を演算する演算部１bと、演算部１bにより演算されたサージ防護デバイスがサージ電流により受けたダメージ量に相当する値を積算する積算部１cと、積算部１cにより積算された積算値が予め設定された閾値以上か否かを判定する積算値判定部１dと、積算部１cにより積算された積算値が閾値以上であると積算値判定部１dが判定すると、サージ防護デバイスが寿命に達したことを報知する報知部１eとを備えている。

図４は上記第１実施形態のサージ防護デバイスの寿命診断装置の入力部１１とピークホールド部１２および減衰部１３の回路の具体例を示している。

入力部１１は、サージ防護デバイスに流れるサージ電流を検出する電流センサの一例としての変流器ＣＴの出力端子間に接続されたシャント抵抗Ｒ１と、シャント抵抗Ｒ１の一端に一端が接続された抵抗Ｒ２と、抵抗Ｒ２の他端にアノードが接続され、カソードが＋１５Ｖに接続されたダイオードＤ１と、抵抗Ｒ２の他端にカソードが接続され、アノードが−１５Ｖに接続されたダイオードＤ２とを有する。上記シャント抵抗Ｒ１の他端をグランドＧＮＤに接続している。この実施の形態では、シャント抵抗Ｒ１は、最大抵抗値１ｋΩの半固定抵抗であり、抵抗Ｒ２は３.３ｋΩである。

また、ピークホールド部１２は、抵抗Ｒ２の他端に非反転入力端子が接続された差動増幅器ＡＭＰ１と、差動増幅器ＡＭＰ１の出力端子に一端が接続された抵抗Ｒ３と、抵抗Ｒ３の他端にアノードが接続されたダイオードＤ３と、ダイオードＤ３のカソードに一端が接続され、他端がグランドＧＮＤに接続されたピークホールド用のコンデンサＣ１と、差動増幅器ＡＭＰ１の＋１５Ｖが接続された電源入力端子とグランドＧＮＤとの間に接続されたコンデンサＣ１１と、差動増幅器ＡＭＰ１の−１５Ｖが接続された電源入力端子とグランドＧＮＤとの間に接続されたコンデンサＣ１２とを有する。上記ダイオードＤ３のカソードを差動増幅器ＡＭＰ１の反転入力端子に接続している。この実施の形態では、抵抗Ｒ３は２２０Ω、コンデンサＣ１は０.０１μＦである。

また、減衰部１３は、ダイオードＤ３のカソードが非反転入力端子に接続された差動増幅器ＡＭＰ２と、差動増幅器ＡＭＰ２の非反転入力端子とグランドＧＮＤとの間に接続された放電用の抵抗Ｒ４と、差動増幅器ＡＭＰ２の＋１５Ｖが接続された電源入力端子とグランドＧＮＤとの間に接続されたコンデンサＣ２１と、差動増幅器ＡＭＰ２の−１５Ｖが接続された電源入力端子とグランドＧＮＤとの間に接続されたコンデンサＣ２２とを有する。上記差動増幅器ＡＭＰ２の出力端子を反転入力端子に接続している。この実施の形態では、抵抗Ｒ４は１０ＭΩである。

上記減衰部１３の差動増幅器ＡＭＰ２の出力端子が処理装置１の入力端子に接続され、処理装置１の他方の入力端子がグランドＧＮＤに接続されている。

図４に示すように、測定対象の接地回路のサージ電流経路ＳＬに流れる電流を半円状またはコの字状のコアを使ったギャップ有り変流器ＣＴ(またはギャップを設けたクランプＣＴとも言う)で検出し、ピークホールド部１２によりサージ電流のピーク値を保持する。

ギャップ有り変流器ＣＴのコアの透磁率μ_yとコアそのものの透磁率μ_Xとは、次式(１０)の関係があり、ギャップが大きくなるほど透磁率は低下するので、感度は低下するが大電流でも飽和しにくくなる。
μ_y＝１／(１／μ_X＋Ｌ_GAP／Ｌ) ……… (１０)
ただし、Ｌ ： コア部分の磁路長
Ｌ_GAP ： 空隙部分の磁路長

入力部１１では、変流器ＣＴの二次側の電流をシャント抵抗Ｒ１に通して電圧に変換し、次段の差動増幅器ＡＭＰ１でそのピーク値を検出して保持させている。電流センサは測定対称のサージ電流波形が忠実に再現されることが望ましい。なお、入力部１１には、ロゴスキーコイルや空芯ＣＴのように大電流でも飽和しない変流器を用いても良い。

図４では、差動増幅器ＡＭＰ１で検出されたピーク値は片極性であるが、実際にはもう一回路あって、負極性のサージ電流の場合をカバーしている(処理装置１側も同様)。この差動増幅器ＡＭＰ１で検出されて保持されたピーク値は、減衰部１３の放電用抵抗Ｒ４によって緩慢に減衰させ、次のサージ入力に備えている。

コストを重視しない設計例では、処理装置１がデータをサンプリングしたときにそのサンプリングパルスによってこの保持された値をリセットさせても良い。

しかし、このサンプリングパルスを処理装置１外に供給するには、専用のインターフェース回路が必要である。この第１実施形態では、雷サージによるサージ防護デバイスのダメージを累積演算しており、雷サージの頻度に応じた観測で十分なので、コストを考慮して簡単な放電用の抵抗Ｒ４によって保持したピーク値を自然に緩慢に減衰させ、データをクリアさせている。処理装置１のＡ／Ｄ変換器１は、１回／１ｍｓｅｃの割合でデータをサンプリングするが、ピーク値は数十ｍｓｅｃ掛かって減衰するので、大きな誤差無く、サージ電流のピーク値をサンプリングできる。

上記第１実施形態のサージ防護デバイスの寿命診断装置において、第１〜第ｎサージ検出ユニットＵ１,Ｕ２,…,Ｕｎのいずれかの入力部１１にサージ電流が入力されると、入力部１１からのサージ電流を表すアナログ信号のピーク値をピークホールド部１２がホールドし、そのホールドされたサージ電流のピーク値を表すアナログ信号を減衰部１３により指数関数的に減衰させる。

そして、上記処理装置１は、減衰部１３から出力されたサージ電流のピーク値を表すアナログ信号をＡ／Ｄ変換器１aによりＡ／Ｄ変換する。

次に、演算部１bでは、Ａ／Ｄ変換器１aによりＡ／Ｄ変換されたサージ電流のピーク値に基づいて、次式(１１)により、サージ防護デバイスがサージ電流により受けたダメージ量に相当する値Ｙを演算する。

ただし、Ｉ_IN ： サージ電流のピーク値を表すデジタル値
Ｉ_０ ： 基準電流値
α ： サージ防護デバイスによって決まる定数

ここで、αは上記式(８)を用いてサージ防護デバイスによって決まる定数である。

次に、演算部１bにより演算されたサージ防護デバイスがサージ電流により受けたダメージ量に相当する値Ｙを積算部１cにより積算する。

そうして、積算部１cにより積算された積算値が予め設定された閾値以上か否かを積算値判定部１dにより判定する。

次に、積算部１cにより積算された積算値が閾値以上であると積算値判定部１dが判定すると、サージ防護デバイスが寿命に達したことを表す情報を報知部１eから表示装置２に出力する。

また、図５は処理装置１とその周辺の構成を示している。図５に示すように、処理装置１は、Ａ／Ｄ変換器１aと、ＣＰＵ(Central Processing Unit：中央処理装置)と、メモリと、Ｉ／Ｆとを有し、このＣＰＵとメモリとＩ／Ｆが演算部１b,積算部１c,積算値判定部１d,報知部１eとして機能する。このように、処理装置１は、低コストのマイクロコンピュータと入出力回路などからなり、Ａ／Ｄ変換器１aによりデータのサンプリングは１ｋＨzと低速である。

処理装置１がサージ検出時のみ動作すれば良いような場合、ＣＰＵは常時演算する必要がないのでスリープモードを使って省電力化を試みたり、データを不揮発性メモリに記憶させ、サージ検出時のみ処理装置１の電源を供給したりしても良い。

また、上記式(１１)に拘らずに、類似の計算式で大きな電流値により大きな重み付けをして累積する方法でも、単純な加算による累積演算より精度の高い寿命診断ができる。

図６は上記サージ防護デバイスの寿命診断装置の処理装置１の動作を説明するためのフローチャートを示している。

まず、処理がスタートすると、図６に示すステップＳ１でサージ入力が有るか否かを判定し、サージ入力が有ると判定するとステップＳ２に進む一方、サージ入力がないと判定すると、ステップＳ１を繰り返す。なお、この処理がスタートする前に、積算値は予めゼロにリセットされているものとする。

そして、ステップＳ２では、サージ電流のピーク値Ｉ_INに基づいて、演算部１bにより上記式(１１)の演算を行った後、その演算結果を積算部１cにより積算する。

次に、ステップＳ３に進み、積算部１cにより積算された積算値が予め設定された閾値以上か否かを積算値判定部１dにより判定して、積算値が予め設定された閾値以上であると判定すると、ステップＳ４に進む一方、積算値が予め設定された閾値未満であると判定すると、ステップＳ４をスキップする。

そして、ステップＳ４では、サージ防護デバイスが寿命に達したことを報知部１eにより報知する。

次に、ステップＳ５に進み、サージが継続中であるか否かを判定して、サージが継続中であると判定すると、ステップＳ５を繰り返す一方、サージが継続中でないと判定すると、ステップＳ１に戻る。

このように、上記処理装置１は、ピークホールド部１２で得られたサージ電流のピーク値情報から上記式(１１)による演算を行った結果を累積して、ある一定の閾値を超えた場合、サージ防護デバイスの寿命と判断して警報を出力する。

上記構成のサージ防護デバイスの寿命診断装置によれば、図１に示すサージ防護デバイスのインパルス寿命特性例１(サージ防護デバイスの耐用回数とインパルス電流値との関係)に基づいて、サージ防護デバイスによって決まる定数αを決定して、上記式(１１)を用いて演算部１bによりサージ防護デバイスがサージ電流により受けたダメージ量に相当する値Ｙを演算することによって、サージ防護デバイスに与えられるダメージの累積量を正確に求めることが可能になるので、サージ防護デバイスのインパルス寿命特性を考慮した正確な寿命判定を低コストで行うことができる。

上記サージ防護デバイスの寿命診断装置を適用すれば、電流の大きさに対して適正な重み付けを行った積算を行えるので、単に電流値を積算するかまたはパルス数をカウントするだけの寿命診断装置より、より正しい寿命診断(判定)ができる。

また、上記ピークホールド部１２により保持されたサージ電流のピーク値を表すアナログ信号をＡ／Ｄ変換器１aによりＡ／Ｄ変換することによって、時間延長して処理装置１に伝達しているので、Ａ／Ｄ変換や演算の処理動作が遅くても十分対応可能であり、高速サンプリング用の高価なＡ／Ｄ変換器や高速処理ができるＤＳＰ(デジタル・シグナル・プロセッサ；Digital Signal Processor)などを用いなくても良く、コストを低減することができる。

上記ピークホールド部１２から出力された上記サージ電流のピーク値を表すアナログ信号を減衰部１３により指数関数的に減衰させることによって、比較的動作の遅い処理装置でも、その遅いサンプリング周期の間に十分なデータ処理を行う時間を確保することができる。

また、上記積算部１cにより積算された積算値が閾値以上であると積算値判定部１dが判定すると、サージ防護デバイスが寿命に達したことを報知部１eにより報知することによって、サージ防護デバイスが壊れる前に交換などのメンテナンスを迅速に行うことができる。

また、磁路を形成するコアの一部に空隙が設けられた変流器ＣＴにより、サージ防護デバイスに流れるサージ電流を検出することによって、低コストな変流器ＣＴで雷サージの大電流を飽和させずに測定することができる。また、透磁率が低くかつ空隙を有するコアを電流センサに用いているので、大電流でも非飽和でサージ電流を精度良く検出できるので、電流の大きさに対して適正な重み付けを行っている効果が阻害されず正しい寿命判定が行うことができる。

〔第２実施形態〕
第２実施形態は第１実施形態に更にサージの継続時間による補正演算を加味したものである。

図７はこの発明の第２実施形態のサージ防護デバイスの寿命診断装置の全体の構成を示し、図８は上記サージ防護デバイスの寿命診断装置の制御部とその周辺の構成を示している。この第２実施形態のサージ防護デバイスの寿命診断装置は、第１〜第ｎサージ検出ユニットＵ１,Ｕ２,…,Ｕｎの構成と制御装置の第２のＡ／Ｄ変換器１fおよび演算部１bの処理を除いて第１実施形態のサージ防護デバイスの寿命診断装置と同一の構成をしている。

この第２実施形態のサージ防護デバイスの寿命診断装置の第１〜第ｎサージ検出ユニットＵ１,Ｕ２,…,Ｕｎは、図７に示すように、入力部１１とピークホールド部１２と減衰部１３以外に、入力部１１から出力されたサージ電流のレベルと予め設定されたレベル判定値とを比較するレベル比較器１４と、そのレベル比較器１４によりサージ電流のレベルがレベル判定値を越えた状態を継続していた継続時間を計測するためのタイマの一例としての積分器１５を有している。

上記レベル比較器１４と積分器１５で継続時間計測部を構成している。なお、この実施の形態では、タイマとして積分器１５を用いたが、これに限らず、カウンタ回路などを用いたものでもよい。

また、制御装置１は、積分器１５から出力された継続時間を表すアナログ信号をＡ／Ｄ変換する第２のＡ／Ｄ変換器１fを備えている。

また、図８に示すように、減衰部１３の出力端子が積分器１５のリセット端子に接続されている。

上記第１実施形態のサージ防護デバイスの寿命診断装置において、第１〜第ｎサージ検出ユニットＵ１,Ｕ２,…,Ｕｎのいずれかの入力部１１にサージ電流が入力されると、入力部１１からのサージ電流を表すアナログ信号のピーク値をピークホールド部１２がホールドし、そのホールドされたサージ電流のピーク値を表すアナログ信号を減衰部１３により指数関数的に減衰させる。

また、入力部１１から出力されたサージ電流のレベルと予め設定されたレベル判定値とをレベル比較器１４により比較して、そのレベル比較器１４によりサージ電流のレベルがレベル判定値を越えたときのレベル比較器１４の出力電圧を積分器１５で積分する。これにより、積分器１５から継続時間を表すアナログ信号が出力される。

そして、上記処理装置１のＡ／Ｄ変換器１aにより、減衰部１３から出力されたサージ電流のピーク値を表すアナログ信号をＡ／Ｄ変換すると共に、Ａ／Ｄ変換器１fにより、積分器１５から出力された継続時間を表すアナログ信号をＡ／Ｄ変換する。

そして、演算部１bでは、Ａ／Ｄ変換器１aによりＡ／Ｄ変換されたサージ電流のピーク値を表すデジタル値およびＡ／Ｄ変換器１fによりＡ／Ｄ変換されたサージ電流の継続時間を表すデジタル値に基づいて、次式(１２)により、サージ防護デバイスがサージ電流により受けたダメージ量に相当する値Ｙを演算する。

ただし、 Ｉ_IN ： サージ電流のピーク値を表すデジタル値
Ｉ_０ ： 基準電流値
α ： サージ防護デバイスによって決まる定数
Ｔ_IN ： サージ電流の継続時間を表すデジタル値
Ｔ_０ ： 基準継続時間
γ ： サージ防護デバイスによって決まる定数

ここで、γはα／βであり、αは上記式(８)を用いてサージ防護デバイスによって決まる定数であり、βは上記式(９)を用いてサージ防護デバイスによって決まる定数である。

次に、演算部１bにより演算されたサージ防護デバイスがサージ電流により受けたダメージ量に相当する値Ｙを積算部１cにより積算する。

そうして、積算部１cにより積算された積算値が予め設定された閾値以上か否かを積算値判定部１dにより判定する。

次に、積算部１cにより積算された積算値が閾値以上であると積算値判定部１dが判定すると、サージ防護デバイスが寿命に達したことを表す情報を報知部１eから表示装置２に出力する。

図９は上記サージ防護デバイスの寿命診断装置の処理装置１の動作を説明するためのフローチャートである。

まず、処理がスタートすると、図９に示すステップＳ１１でサージ入力が有るか否かを判定し、サージ入力が有ると判定するとステップＳ１２に進む一方、サージ入力がないと判定すると、ステップＳ１１を繰り返す。なお、この処理がスタートする前に、積算値は予めゼロにリセットされているものとする。

そして、ステップＳ１２では、サージ電流のピーク値Ｉ_INおよび継続時間Ｔ_INに基づいて、演算部１bにより上記式(１１)の演算を行った後、その演算結果を積算部１cにより積算する。

次に、ステップＳ１３に進み、積算部１cにより積算された積算値が予め設定された閾値以上か否かを積算値判定部１dにより判定して、積算値が予め設定された閾値以上であると判定すると、ステップＳ１４に進む一方、積算値が予め設定された閾値未満であると判定すると、ステップＳ１４をスキップする。

そして、ステップＳ１４では、サージ防護デバイスが寿命に達したことを報知部１eにより報知する。

次に、ステップＳ１５に進み、サージが継続中であるか否かを判定して、サージが継続中であると判定すると、ステップＳ１５を繰り返す一方、サージが継続中でないと判定すると、ステップＳ１１に戻る。

このように、上記処理装置１の動作は、第１実施形態の場合とほぼ同様であるが、ピークホールド部１２で得られたサージ電流のピーク値情報と継続時間情報とから上記式(１２)による演算を行った結果を累積して、ある一定の閾値を超えた場合、サージ防護デバイスの寿命と判断して警報を出力する。

上記第２実施形態では、サージ電流のピーク値情報は一定時間後にゼロとなり、この信号によってサージ電流の継続時間をカウントする積分器１５がリセットされる。

上記第２実施形態のサージ防護デバイスの寿命診断装置は、第１実施形態のサージ防護デバイスの寿命診断装置と同様の効果を有する。

また、上記演算部１bによりサージ防護デバイスがサージ電流により受けたダメージ量に相当する値Ｙを演算するとき、上記式(１２)を用いてサージ電流の継続時間による補正を行うことによって、サージ防護デバイスに与えられるダメージの累積量をより正確に求めることできる。

また、上記レベル比較器１４によりサージ電流のレベルがレベル判定値を越えた状態を継続していた継続時間を積分器１５により計測するので、簡単な構成でサージ電流の継続時間を容易に計測できる。

上記第１,第２実施形態では、サージ防護デバイスが寿命に達したことを表す情報を報知部１eから表示装置２に出力して、表示装置２に警報を表示したが、サージ防護デバイスが寿命に達したことを表す情報を報知する手段はこれに限らず、音声や警報音などの他の手段によりサージ防護デバイスが寿命に達したことを報知してもよい。

この発明の具体的な実施の形態について説明したが、この発明は上記第１,第２実施形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。

１…処理装置
１a…Ａ／Ｄ変換器
１b…演算部
１c…積算部
１d…積算値判定部
１e…報知部
１f…Ａ／Ｄ変換器
２…表示装置
１１…入力部
１２…ピークホールド部
１３…減衰部
１４…レベル比較器
１５…積分器
Ｕ１,Ｕ２,〜,Ｕｎ…第１,第２,〜,第ｎサージ検出ユニット

Claims (7)

1. サージ防護デバイスに流れるサージ電流を検出する電流センサと、
   上記電流センサにより検出された上記サージ電流をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器と、
   上記Ａ／Ｄ変換器によりＡ／Ｄ変換された上記サージ電流のピーク値に基づいて、上記サージ防護デバイスが上記サージ電流により受けたダメージ量に相当する値を演算する演算部と、
   上記演算部により演算された上記サージ防護デバイスが上記サージ電流により受けたダメージ量に相当する値を積算する積算部と、
   上記積算部により積算された積算値が予め設定された閾値以上か否かを判定する積算値判定部と
   を備え、
   上記演算部は、上記サージ防護デバイスが上記サージ電流により受けたダメージ量に相当する値Ｙを、
   

   

   ただし、Ｉ_IN ： 上記サージ電流のピーク値を表すデジタル値
   Ｉ_０ ： 基準電流値
   α ： 上記サージ防護デバイスによって決まる定数
   により演算することを特徴とするサージ防護デバイスの寿命診断装置。
2. 請求項１に記載のサージ防護デバイスの寿命診断装置において、
   上記電流センサにより検出された上記サージ電流のピーク値を保持するピークホールド部を備え、
   上記Ａ／Ｄ変換器は、上記ピークホールド部により保持された上記サージ電流のピーク値を表すアナログ信号をＡ／Ｄ変換することを特徴とするサージ防護デバイスの寿命診断装置。
3. 請求項２に記載のサージ防護デバイスの寿命診断装置において、
   上記ピークホールド部から出力された上記サージ電流のピーク値を表すアナログ信号を指数関数的に減衰させる減衰部を備えたことを特徴とするサージ防護デバイスの寿命診断装置。
4. 請求項１から３までのいずれか１つに記載のサージ防護デバイスの寿命診断装置において、
   上記積算部により積算された上記積算値が上記閾値以上であると上記積算値判定部が判定すると、上記サージ防護デバイスが寿命に達したことを報知する報知部を備えたことを特徴とするサージ防護デバイスの寿命診断装置。
5. 請求項１から４までのいずれか１つに記載のサージ防護デバイスの寿命診断装置において、
   上記電流センサにより検出された上記サージ電流の継続時間を計測する継続時間計測部を備え、
   上記演算部は、上記継続時間計測部により計測された上記継続時間に基づいて、上記サージ防護デバイスが上記サージ電流により受けたダメージ量に相当する値Ｙを、
   

   

   ただし、 Ｉ_IN ： 上記サージ電流のピーク値を表すデジタル値
   Ｉ_０ ： 基準電流値
   α ： 上記サージ防護デバイスによって決まる定数
   Ｔ_IN ： 上記サージ電流の継続時間
   Ｔ_０ ： 基準継続時間
   γ ： 上記サージ防護デバイスによって決まる定数
   により演算することを特徴とするサージ防護デバイスの寿命診断装置。
6. 請求項５に記載のサージ防護デバイスの寿命診断装置において、
   上記継続時間計測部は、
   上記電流センサにより検出された上記サージ電流のレベルと予め設定されたレベル判定値とを比較するレベル比較器と、
   上記レベル比較器により上記サージ電流のレベルが上記レベル判定値を越えた状態を継続していた上記継続時間を計測するタイマと
   を有することを特徴とするサージ防護デバイスの寿命診断装置。
7. 請求項１から６までのいずれか１つに記載のサージ防護デバイスの寿命診断装置において、
   上記電流センサは、磁路を形成するコアの一部に空隙が設けられた変流器であることを特徴とするサージ防護デバイスの寿命診断装置。

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