电弧检测电路、断路器系统、接线箱系统、功率调节器、微型逆变器、直流优化器以及电弧检测方法与流程

本发明涉及一种检测在将电力供给装置与电力变换电路连接的传输路径中产生的电弧的电弧检测电路。另外，涉及一种具备电弧检测电路的断路器系统、接线箱系统、功率调节器、微型逆变器以及直流优化器。另外，涉及一种检测在将电力供给装置与电力变换电路连接的传输路径中产生的电弧的电弧检测方法。

背景技术：

以往，开发了探测电弧的产生的探测装置(例如专利文献1)。专利文献1所涉及的电弧检测装置根据在将直流电源与电力变换电路连接的电力线路中流动的电流的检测结果，生成功率谱，并将高频的功率谱的积分值作为特征量，通过与规定的阈值相比较来检测电弧。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2016-166773号公报

技术实现要素：

发明要解决的问题

然而，在专利文献1所涉及的电弧检测装置中，例如，存在将全频域检测强度瞬间增强的断路器引起的噪声等误探测为由电弧的产生引起的噪声的情况，有时不能准确地检测电弧。

本发明是鉴于所述问题而完成的。其目的在于提供一种能够高精度地检测电弧的产生的电弧检测电路。另外，提供一种具备能够高精度地检测电弧的产生的电弧检测电路的断路器系统、接线箱系统、功率调节器、微型逆变器以及直流优化器。还提供一种能够高精度地检测电弧的产生的电弧检测方法。

用于解决问题的方案

为了解决上述问题，本发明所涉及的电弧检测电路具备：电流检测器，其检测在将电力供给装置与电力变换电路连接的传输路径中流动的电流；以及电弧判定部，其通过频率分量、时间分量以及强度分量来分析所述电流检测器检测出的电流测定结果，由此判定所述传输路径中的电弧的产生，其中，所述电弧判定部计算在所述电流测定结果中由规定的频带和规定的判定时间构成的关注范围的面积即关注面积以及在所述关注范围内超过了规定的强度阈值的范围的面积即比较面积，在所述比较面积相对于所述关注面积的面积比为规定的面积比阈值以上的情况下，判定为产生了电弧。

或者，本发明所涉及的电弧检测电路具备：电流检测器，其检测在将电力供给装置与电力变换电路连接的传输路径中流动的电流；以及电弧判定部，其通过频率分量、时间分量以及强度分量来分析所述电流检测器检测出的电流测定结果，由此判定所述传输路径中的电弧的产生，其中，所述电弧判定部计算在所述电流测定结果中由规定的频带和规定的判定时间构成的关注范围的面积即关注面积以及在所述关注范围内超过了规定的强度阈值的范围的面积即比较面积，在所述关注面积相对于所述比较面积的面积比为规定的面积比阈值以下的情况下，判定为产生了电弧。

另外，本发明所涉及的断路器系统具备上述的电弧检测电路以及根据所述电弧判定部的判定结果进行动作的断路器。

另外，本发明所涉及的接线箱系统具备上述的电弧检测电路、作为所述电力供给装置的太阳能电池组串(string)以及连接具有所述电力变换电路的功率调节器的接线箱。

另外，本发明所涉及的功率调节器具备上述的电弧检测电路以及被从所述电力供给装置通过所述传输路径供给电力的所述电力变换电路。

另外，本发明所涉及的微型逆变器具备上述的电弧检测电路以及所述电力变换电路，其中，该微型逆变器设置于作为所述电力供给装置的太阳能电池板。

另外，本发明所涉及的直流优化器具备上述的电弧检测电路以及直流-直流转换器，其中，该直流优化器设置于作为所述电力供给装置的太阳能电池板。

另外，本发明所涉及的电弧检测方法包括：电流检测步骤，检测在将电力供给装置与电力变换电路连接的传输路径中流动的电流；面积计算步骤，计算在通过所述电流检测步骤检测出的电流测定结果中由规定的频带和规定的判定时间构成的关注范围的面积即关注面积以及在所述关注范围内超过了规定的强度阈值的范围的面积即比较面积；以及电弧判定步骤，将通过所述面积计算步骤计算出的所述关注面积与所述比较面积的面积比同规定的面积比阈值相比较，由此判定是否产生了电弧。

发明的效果

本发明所涉及的电弧检测电路能够高精度地判定电弧的产生。另外，即使使用本发明所涉及的断路器系统、接线箱系统、功率调节器、微型逆变器、直流优化器以及电弧检测方法，也能够高精度地判定电弧的产生。

附图说明

图1是实施方式1所涉及的电弧检测电路的概要框图。

图2是示出实施方式1所涉及的电弧检测电路的动作的一例的流程图。

图3是示出电流测定结果的一例的曲线图。

图4是表示以时间序列监视关注面积与比较面积的面积比时的一例的曲线图。

图5是示出其它实施方式所涉及的电弧检测电路的动作的一例的流程图。

具体实施方式

以下，使用附图详细说明本发明的实施方式所涉及的电弧检测电路、断路器系统、接线箱系统、功率调节器、微型逆变器、直流优化器以及电弧检测方法。

此外，以下说明的实施方式均示出本发明的一例，数值、材料、构成要素等也不过是一例，不意味着限定本发明。另外，各图是示意图，不必严格地进行图示。另外，在各图中，对于实质上相同的结构，付与了相同的附图标记，来省略或简化重复的说明。

(实施方式1)

以下，使用图1～图4来说明实施方式1所涉及的电弧检测电路1。图1是实施方式1所涉及的电弧检测电路1的概要框图。图2是示出实施方式1所涉及的电弧检测电路1的动作的一例的流程图。图3示出电流测定结果的一例的曲线图。图4是表示以时间序列监视关注面积与比较面积的面积比时的一例的曲线图。

[构成]

电弧检测电路1是用于探测将太阳能电池板7等电力供给装置与将通过该电力供给装置供给的直流电力变换为交流电力的电力变换电路连接的传输路径8中的电弧的产生的电路。在实施方式1中，电力变换电路设置于功率调节器(powerconditioner)6内。

电力供给装置例如是指太阳能电池板7等、将通过发电等得到的直流电流向传输路径8供给的装置。另外，电力变换电路是指将从电力供给装置供给的直流电力变换为交流电力的电路。例如电力变换电路是dc/ac(直流-交流)逆变器，将从电力供给装置供给的直流电力变换为50hz或60hz的交流电力。

传输路径8是将从电力供给装置供给的直流电力向电力变换电路传输的电力线。传输路径8具有由铜等导电性材料构成的导线和由保护导线的绝缘构件构成的膜。例如在膜恶化等的情况下，在传输路径8中产生电弧(即电弧放电)。

功率调节器6通过电力变换电路将从电力供给装置供给的供给的直流电力变换为交流电力来输出。功率调节器6例如采用了mmpt(maximumpowerpointtracking：最大功率点跟踪)方式，将从太阳能电池板7供给的直流电力的电流及电压分别调整为使功率成为最大的值。

例如功率调节器6变换为电压为100v、频率为50hz或60hz的交流电力。由功率调节器6进行变换得到的交流电力能够被家用电气设备等使用。

电弧检测电路1具备电流检测器2和电弧判定部3。电流检测器2测定在将电力供给装置与电力变换电路连接的传输路径8中流动的电流。电弧判定部3通过频率分量、时间分量以及强度分量来分析电流检测器2检测出的电流测定结果。

为了通过频率分量、时间分量以及强度分量进行分析，电弧判定部3对由电流检测器2检测出的电流信号的时间波形进行傅里叶变换，由此计算电流信号的频谱。然后，电弧判定部3使用该频谱的时间变化，通过频率、时间以及强度的3轴曲线图来分析电流测定结果。具体的是，电弧判定部3通过将电流测定结果变换为该3轴曲线图来进行分析。

电弧判定部3使用电力测定结果，来导出例如像图3所示的3轴曲线图。在图3中，x轴是时间，y轴是频率，z轴是检测强度。如图3中所示，电弧判定部3计算由规定的频带f和规定的判定时间t决定的关注范围r(白色斜线部)的面积即关注面积a1。

另外，电弧判定部3计算在关注范围r内，检测强度超过了规定的强度阈值的范围的面积即比较面积a2。然后，电弧判定部3计算关注面积a1与比较面积a2的面积比a2/a1，在该面积比a2/a1超过了规定的面积比阈值l的情况下判定为产生了电弧。例如，在图4中，判定为在时刻t产生了电弧。

在此，规定的频带f是指包括在产生了电弧的情况下产生由电弧引起的噪声的频率的频带。对于在产生了电弧的情况下产生由电弧引起的噪声的频率，能够实验性地求出。对于规定的频带f的上限频率及下限频率，能够通过分别设定来设为可变更，以使规定的频带f包括产生电弧引起的的噪声的频率。

规定的判定时间t是指关注范围r的时间方向的宽度。规定的判定时间t例如其单位为秒。另外，对于规定的判定时间t，能够通过设定设为可变更。

电弧判定部3能够通过使用规定的判定时间t分析电流检测器2的电流测定结果，来辨别由断路器等引起的瞬间的噪声和由电弧引起的持续的噪声。由此，电弧检测电路1能够更高精度地检测由电弧引起的噪声。

规定的强度阈值是指高于不产生噪声的状态下的频谱的强度且低于由电弧引起的噪声的强度的值。规定的强度阈值能够实验性地求出。规定的强度阈值的单位为a²/hz。对于规定的强度阈值，能够在不产生噪声的状态下的频谱的强度以上且由电弧引起的噪声的强度以下的值中，通过设定设为可变更。

规定的面积比阈值l是指高于不产生噪声的状态下的面积比且低于由电弧引起的噪声的面积比的值。规定的面积比阈值l能够实验性地求出。对于规定的面积比阈值l，能够在不产生噪声的状态下的面积比以上且由电弧引起的噪声的面积比以下的值中，通过设定设为可变更。

在判定为产生了电弧的情况下，电弧判定部3向外部输出电弧产生信号。在实施方式1中，在判定为产生了电弧的情况下，电弧判定部3向断路器控制部5输出表示产生了电弧的信号即电弧产生信号。当从电弧判定部3接收到电弧产生信号时，断路器控制部5使断路器4动作，来中断传输路径8的电力传输。由此，在产生了电弧的状态下，能够抑制电力传输。

此外，电弧判定部3的电弧产生信号的输出目的地不限于断路器控制部5。例如，也可以是如下结构：从电弧判定部3向显示器、报警器等输出电弧产生信号，并从显示器、报警器等对使用者发出警告。

[电流检测器]

电流检测器2是检测在从电力供给装置向电力变换电路传输电力的传输路径8中流动的电流的装置。电流检测器2将电流测定结果作为检测出的电流信号向电弧判定部3输出。

作为电流检测器2，例如能够由具有微小的电阻值的电阻元件等构成。将像这样的电阻元件插入传输路径8，并检测向电阻元件施加的电压，由此能够检测相当于在传输路径8中流动的电流的值。此外，电流检测器2也可以由ic(intergratedcircuit：集成电路)等传感器构成。例如，电流检测器2也可以由使用了霍尔元件和磁芯(magneticcore)的传感器构成。在该情况下，通过以使传输路径8贯穿磁芯的方式配置磁芯，在磁芯中产生与在传输路径8流动的电流相应的磁场。然后，霍尔元件配置于该磁场中，由此产生与该磁场(也就是在传输路径l1中流动的电流)相应的电压。由此，电流检测器2能够检测相当于在传输路径8中流动的电流的值。

[电弧判定部]

电弧判定部3通过频率分量、时间分量以及检测强度分量来分析来自电流检测器2的电流测定结果即电流信号，由此判定在传输路径8中是否产生了电弧。在判定为产生了电弧的情况下，电弧判定部3将电弧产生信号向断路器控制部5等外部输出。

对于电弧判定部3，例如能够使用微控制单元(mcu：microcontrollerunit)等。微控制单元例如是具有保存有程序的rom(read-onlymemory：只读存储器)、ram(randomaccessmemory：随机存取存储器)、执行程序的处理器(cpu：centralprocessingunit中央处理器)、计时器、包括a/d变换器和d/a变换器的输入电路等的半导体集成电路等。

[动作]

以下，使用图2来说明实施方式1所涉及的电弧检测电路1的动作。

电弧检测电路1通过电流检测器2检测在传输路径8中流动的电流(步骤s10)。接着，电弧判定部3通过分析来自电流检测器2的电流测定结果即电流信号，来计算(1)关注面积a1、(2)比较面积a2以及(3)面积比a2/a1(步骤s20)。

在步骤s20中，首先，通过将来自电流检测器2的电流信号进行傅里叶变换来计算频谱。接着，使用该频谱的时间变化，通过频率、时间以及强度的3轴曲线图来分析电流测定结果。

接下来，(1)电弧判定部3计算由规定的频带f和规定的判定时间t决定的关注范围r的面积即关注面积a1。另外，(2)电弧判定部3计算在关注范围r内检测强度超过了规定的强度阈值的范围的面积即比较面积a2。然后，(3)电弧判定部3计算比较面积a2相对于关注面积a1的面积比a2/a1。

接着，电弧判定部3判定面积比a2/a1是否为规定的面积比阈值l以上(步骤s30)。在面积比a2/a1小于规定的面积比阈值l的情况下(步骤s30：“否”)，电弧判定部3判定为未产生电弧，继续进行电流的监视。

另一方面，在面积比a2/a1为规定的面积比阈值l以上的情况下(步骤s30：“是”)，电弧判定部3判定为产生了电弧(步骤s40)。在实施方式1中，电弧判定部3在判定为产生了电弧的情况下，向外部输出电弧产生信号。例如在将电弧产生信号输出到断路器控制部5的情况下，断路器控制部5使断路器动作，来中断传输路径8的电力传输。

[实施方式所涉及的电弧检测电路的效果等]

在此，再次说明实施方式1所涉及的电弧检测电路1的要点。

实施方式1所涉及的电弧检测电路1具备电流检测器2和电弧判定部3。电流检测器2检测在将电力供给装置与电力变换电路连接的传输路径8中流动的电流。电弧判定部3通过频率分量、时间分量以及强度分量来分析电流检测器2检测出的电流测定结果，由此判定传输路径8中的电弧的产生。电弧判定部3计算在电流测定结果中由规定的频带f和规定的判定时间t构成的关注范围r的面积即关注面积a1以及在关注范围r内超过了规定的强度阈值的范围的面积即比较面积a2。然后，在比较面积a2相对于关注面积a1的面积比a2/a1为规定的面积比阈值l以上的情况下，判定为产生了电弧。

根据具有上述结构的电弧检测电路1，能够辨别由断路器等引起的瞬间的噪声和由电弧引起的持续的噪声，因此能够高精度地检测由电弧引起的噪声。

另外，在实施方式1所涉及的电弧检测电路1中，规定的频带f、规定的判定时间t、规定的强度阈值以及规定的面积比阈值l也可以分别通过设定设为可变更。

通过上述结构，能够根据电力供给装置、传输路径8等的个体差异，设定更合适的频带、判定时间、强度阈值、面积比阈值，能够根据各种状況更高精度地进行电弧的检测。

另外，本发明通过上述那样将电弧检测电路1与断路器4组合来作为断路器系统也是有用的。

实施方式所涉及的断路器系统具备电弧检测电路1和根据电弧判定部3的判定结果进行动作的断路器4。

根据具有上述结构的断路器系统，能够高精度地进行电弧的检测，在检测到电弧的产生的情况下，能够通过断路器4适当地中断传输路径8的电力传输。

(其它实施方式)

以上，使用实施方式1，说明了本发明所涉及的电弧检测电路1和断路器系统，但是本发明不限于实施方式1所涉及的电弧检测电路1、断路器系统。

例如，在实施方式1中，规定的频带f、规定的判定时间t、规定的强度阈值、规定的面积比阈值l分别通过设定而可变更，该设定也可以是利用具备电弧检测电路1的装置所具有的输入输出接口(显示器、键盘、鼠标、触摸板等)，通过输入或选择值等而被指定的。

另外，本发明对于接线箱系统也是有用的。该接线箱系统具备电弧检测电路1、作为电力供给装置的太阳能电池组串以及连接具有电力变换电路的功率调节器6的接线箱。

根据具有上述结构的接线箱系统，能够高精度地检测由电弧引起的噪声，在产生了电弧的情况下，能够在电力被向功率调节器6供给前进行对应。例如，在产生了电弧的情况下，能够停止向功率调节器6的电力传输。

另外，本发明作为功率调节器也是有用的。该功率调节器6具备电弧检测电路1和被从电力供给装置通过传输路径8供给电力的电力变换电路。

根据具有上述结构的功率调节器6，能够高精度地检测由电弧引起的噪声，在产生了电弧的情况下，能够在电力被向电力变换电路供给前进行对应。例如，在产生了电弧的情况下，能够停止向电力变换电路的电力传输。

另外，本发明作为微型逆变器也是有用的。该微型逆变器具备电弧检测电路1和电力变换电路，并设置于作为电力供给装置的太阳能电池板7。

具有上述结构的微型逆变器能够高精度地检测在各个微型逆变器内的电弧的产生。例如，在产生了电弧的情况下，能够仅使产生了电弧的微型逆变器的动作停止。

另外，本发明作为dc(直流)优化器也是有用的。该dc优化器具备电弧检测电路1和dc/dc(直流-直流)转换器，并设置于作为电力供给装置的太阳能电池板7。

具有上述结构的dc优化器能够高精度地检测在各个dc优化器内的电弧的产生。例如，在产生了电弧的情况下，能够仅使产生了电弧的dc优化器的动作停止。

另外，本发明作为电弧检测方法也是有用的。该电弧检测方法包括电流检测步骤、面积计算步骤以及电弧判定步骤。在电流检测步骤中，检测在将电力供给装置与电力变换电路连接的传输路径8中流动的电流。在面积计算步骤中，使用通过电流检测步骤检测出的电流测定结果，计算由规定的频带f和规定的判定时间t构成的关注范围r的面积即关注面积a1以及在关注范围r内超过了规定的强度阈值的范围的面积即比较面积a2。在电弧判定步骤中，将通过面积计算步骤计算出的关注面积a1与比较面积a2的面积比同规定的面积比阈值l进行比较，来判定是否产生了电弧。

根据具有上述结构的电弧检测方法，能够辨别由断路器等引起的瞬间的噪声和由电弧引起的持续的噪声，因此能够高精度地检测由电弧引起的噪声。

例如，上述电弧检测方法中的步骤也可以通过计算机(计算机系统)来实现。而且，本发明能够以用于使计算机执行这些方法中包括的步骤的程序来实现。并且，本发明能够以记录了该程序的cd-rom等非暂态的计算机可读取的记录介质来实现。

另外，在实施方式1中，电弧判定部3使用面积比a2/a1判定了电弧的产生，但是电弧判定部3也可以使用面积比a1/a2来判定电弧的产生。此外，在判定有无电弧的产生时，在使用了面积比a1/a2的情况下的规定的面积比阈值成为与在使用了面积比a2/a1的情况下的规定的面积比阈值l不同的值。

其它实施方式所涉及的电弧检测电路具备电流检测器2和电弧判定部3。电流检测器2检测在将电力供给装置与电力变换电路连接的传输路径8中流动的电流。电弧判定部3通过频率分量、时间分量以及强度分量来分析电流检测器2检测出的电流测定结果，由此判定传输路径8中的电弧的产生。电弧判定部3计算在电流测定结果中由规定的频带f和规定的判定时间t构成的关注范围r的面积即关注面积a1以及在关注范围r内超过了规定的强度阈值的范围的面积即比较面积a2。然后，在关注面积a1相对于比较面积a2的面积比a1/a2为规定的面积比阈值以下的情况下，判定为产生了电弧。此外，例如电弧判定部3的硬件结构与实施方式1中的硬件结构相同，但是判定是否产生了电弧的判定方法不同。也就是，例如，存储于用于实现电弧判定部3的微控制单元所具有的存储器的程序不同。

图5是示出其它实施方式所涉及的电弧检测电路1的动作的一例的流程图。电弧检测电路1通过电流检测器2检测在传输路径8中流动的电流(步骤s10)。

接着，电弧判定部3通过分析来自电流检测器2的电流测定结果即电流信号，来计算(1)关注面积a1、(2)比较面积a2以及(3)面积比a1/a2(步骤s25)。

在步骤s25中，首先，通过对来自电流检测器2的电流信号进行傅里叶变换来计算频谱。接着，使用该频谱的时间变化，通过频率、时间以及强度的3轴曲线图来分析电流测定结果。

接下来，(1)电弧判定部3计算通过规定的频带f和规定的判定时间t决定的关注范围r的面积即关注面积a1。另外，(2)电弧判定部3计算在关注范围r内检测强度超过了规定的强度阈值的范围的面积即比较面积a2。然后，(3)电弧判定部3计算关注面积a1相对于比较面积a2的面积比a1/a2。

电弧判定部3判定面积比a1/a2是否为规定的面积比阈值以下(步骤s35)。在面积比a1/a2大于规定的面积比阈值的情况下(步骤s35：“否”)，电弧判定部3判定为未产生电弧，继续进行电流的监视。另一方面，在面积比a1/a2为规定的面积比阈值以下的情况下(步骤s35：“是”)，电弧判定部3判定为产生了电弧(步骤s40)。

即使使用具有上述结构的电弧检测电路1，也能够辨别由断路器等引起的瞬间的噪声和由电弧引起的持续的噪声，因此能够高精度地检测由电弧引起的噪声。

在实施方式1中，作为电力供给装置，使用太阳能电池板7进行了说明，但是电力供给装置不限于太阳能电池。作为电力供给装置，例如也可以是燃料电池等那样的发电装置。

在上述各实施方式中，通过微控制单元在软件上实现了电弧检测电路1，但是也可以在个人计算机等通用计算机中在软件上实现。另外，电弧检测电路1也可以通过由a/d变换器、逻辑电路、门阵列、d/a变换器等构成的专用的电子电路在硬件上来实现。

此外，上述的各实施方式不过是本发明的实施方式的例示，数值、形状等也不过是优选的例示，本发明不仅限于这些实施方式。在不脱离本发明的技术思想范围的范围内，能够对结构适当施加变更。

此外，对各实施方式实施本领域技术人员所想到的各种变形而获得的方式、在不脱离本发明的主旨的范围内任意组合各实施方式中的构成要素以及功能而实现的方式也包括在本发明中。

附图标记说明

1：电弧检测电路；2：电流检测器；3：电弧判定部；4：断路器；5：断路器控制部；6：功率调节器；7：太阳能电池板；8：传输路径。