DE10155795C1 - Current arcing location method for automobile current network uses reduction of supply voltage for each partial network in turn for location of arcing by process of elimination - Google Patents
Current arcing location method for automobile current network uses reduction of supply voltage for each partial network in turn for location of arcing by process of eliminationInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Loka lisierung eines Lichtbogens, insbesondere zur Lokalisierung eines Lichtbogens aufgrund hoher Gleichspannungspegel in ei ner KFZ-Stromversorgung mit mehreren Teilnetzen.The invention relates to a method and a system for loca Arc localization, especially for localization of an arc due to high DC voltage levels in egg ner automotive power supply with multiple subnets.
Bei Gleichspannungen oberhalb circa 15 V kann es zur Ausbil dung dauerhafter Lichtbögen kommen. Aufgrund der hohen Tempe ratur, die durch einen Lichtbogen erzeugt wird, besteht Brandgefahr. Es ist daher wichtig, Lichtbögen zu erkennen, zu lokalisieren und zu löschen.At DC voltages above approx. 15 V it can lead to training permanent arcing. Because of the high tempe rature, which is generated by an arc Fire. It is therefore important to recognize arcing, too locate and delete.
In 14 V-Bordnetzen reicht die Spannung für permanent brennen de Lichtbögen normalerweise nicht aus. Die Umstellung auf 42 V- Bordnetze erfordert daher neue Lösungen. Da ein elektri sches Netz in der Regel aus mehreren Teilnetzen besteht, ist es wichtig zu lokalisieren, in welchem Teilnetz ein Lichtbo gen aufgetreten ist. Dieses Teilnetz kann dann abgeschaltet werden, ohne die Funktionsfähigkeit der übrigen Teilnetze zu beeinträchtigen. In der Regel muß jedoch für jedes Teilnetz eine separate Detektion eines Lichtbogens erfolgen, um das Teilnetz von der Stromversorgung abzutrennen, in dem der Lichtbogen aufgetreten ist, um so die Funktionsfähigkeit der übrigen Teilnetze aufrechtzuerhalten. Die Bereitstellung ei ner Detektionsvorrichtung für jedes Teilnetz in dem elektri schen Netz ist jedoch aufwendig und teuer.In 14 V electrical systems, the voltage is sufficient for permanent burning en Arcs do not normally go out. The switch to 42 V Electrical systems therefore require new solutions. Since an electri network usually consists of several subnets it is important to locate in which subnet a lighting bo gene has occurred. This subnet can then be switched off without the functionality of the other subnets affect. Usually, however, for each subnet a separate detection of an arc is carried out in order to Disconnect the subnet from the power supply in which the Arc has occurred, so the functionality of the maintain other subnets. Providing egg ner detection device for each subnet in the electri However, the network is complex and expensive.
Die DE 37 02 517 A1 offenbart ein Verfahren zur Lokalisierung eins Kurzschlusses, wobei die Spannungsversorgung mit einem schnellen Schutzschalter kurzzeitig unterbrochen wird, damit die Kurzschlußstrecke deionisiert wird. DE 37 02 517 A1 discloses a method for localization one short circuit, the power supply with a fast circuit breaker is briefly interrupted so the short-circuit path is deionized.
Die DE 44 38 593 A1 offenbart ein Verfahren zum Löschen eines Lichtbogens, wobei die Versorgungsspannung eines Wechsel stromnetzes auf eine vorbestimmte Spannung abgesenkt wird, bei der in der Regel kein Lichtbogen auftreten kann.DE 44 38 593 A1 discloses a method for deleting a Arc, the supply voltage of a change power grid is lowered to a predetermined voltage, in which no arc can usually occur.
Die EP 0 596 879 B1 offenbart ein Verfahren zum Detektieren eines Lichtbogens über eine Frequenzanalyse des Stroms.EP 0 596 879 B1 discloses a method for detection of an arc through a frequency analysis of the current.
Die DE 197 25 153 A1 offenbart ein Verfahren zur Lokalisie rung eines Fehlers in der Verkabelung eines Bordnetzes, wobei mit Hilfe einer Sensorleitung auch ein Lichtbogen detektier bar ist.DE 197 25 153 A1 discloses a method for localization tion of a fault in the wiring of an electrical system, whereby detect an arc with the help of a sensor cable is cash.
Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens mit dem eine einfache Lokalisierung eines Lichtbogens in ei nem aus Teilnetzen bestehenden Netz möglich ist, ohne dass für jedes Teilnetz eine separate Lichtbogendetektion erfor derlich ist und ohne dass wesentliche Funktionen des Teilnet zes beeinträchtigt werden, sowie die Bereitstellung eines Systems, das ein derartiges Verfahren zur Lokalisierung eines Lichtbogens verwendet.The object of the invention is to provide a method with which a simple localization of an arc in an egg a network consisting of subnetworks is possible without separate arc detection is required for each subnet is necessary and without the essential functions of the subnet zes are impaired, as well as the provision of a System that uses such a method for localizing a Arc used.
Die Lösung der gestellten Aufgabe ist den Patentansprüchen 1 und 4 zu entnehmen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfin dung sind in den Unteransprüchen angegeben.The solution to the problem is patent claims 1 and 4. Advantageous further training of the Erfin are specified in the subclaims.
Nach Anspruch 1 kann auch bei zentraler Überprüfung, ob ein Lichtbogen in einem Netz vorhanden ist, das von dem Lichtbo gen betroffene Teilnetz lokalisiert werden.According to claim 1 can also with a central check whether a Arc is present in a network by the Lichtbo localized subnet.
Nach Anspruch 2 wird das Teilnetz, in dem ein Lichtbogen lo kalisiert wurde, nicht sofort von der Versorgungsspannung ge trennt, sondern erst nach nochmaligem Auftreten des Lichtbo gens in diesem Teilnetz. Dadurch kann verhindert werden, dass ein Teilnetz von der Versorgungsspannung abgetrennt wird, ob wohl das Teilnetz im Grunde voll funktionsfähig und frei von Schäden ist. Erst bei einem nochmaligen Auftreten eines Lichtbogens kann davon ausgegangen werden, dass ein Schaden in dem Teilnetz vorliegt, so dass erst dann das Teilnetz von der Versorgungsspannung abgetrennt wird, wobei die übrigen Teilnetze des elektrischen Gleichspannungsnetzes, beispiels weise in einem KFZ, in ihrer Funktionsfähigkeit nicht beein trächtigt werden.According to claim 2, the subnetwork in which an arc lo was not calibrated immediately from the supply voltage separates, but only after the Lichtbo has appeared again gens in this subnet. This can prevent a subnet is disconnected from the supply voltage, whether the subnetwork is basically fully functional and free of Damage is. Only if one occurs again Arcing can be expected to cause damage is present in the subnet so that the subnet of the supply voltage is separated, the others Subnets of the electrical direct voltage network, for example wise in a motor vehicle, not impaired in its functionality to be pregnant.
Gemäß der Erfindung kann somit ein Verfahren sowie ein Sys tem, das dieses Verfahren verwendet, zur Lokalisierung eines Lichtbogens bereitgestellt werden, wobei eine derartige Loka lisierung mit geringem Zusatzaufwand realisierbar ist.According to the invention, a method and a sys using this method to locate a Arc are provided, such a loca lization can be implemented with little additional effort.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Aus führungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeich nungen beschrieben. Es zeigen: The invention is based on a preferred Aus management example with reference to the accompanying drawing described. Show it:
Fig. 1 ein Blockdiagramm eines bevorzugten Ausführungsbei spiels eines Systems zur Lokalisierung eines Lichtbogens ge mäß der Erfindung; und Fig. 1 is a block diagram of a preferred Ausführungsbei game of a system for locating an arc accelerator as the invention; and
Fig. 2 ein Ablaufdiagramm eines bevorzugten Ausführungsbei spiels eines Verfahrens zur Lokalisierung eines Lichtbogens gemäß der Erfindung. Fig. 2 is a flowchart of a preferred embodiment of a method for locating an arc according to the invention.
Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm eines Systems zur Lokalisie rung eines Lichtbogens in einem elektrischen Netz 1. Das e lektrische Netz 1 enthält eine Mehrzahl von Teilnetzen 2. Das System enthält ferner eine Regelungseinheit 3, die eine Mehr zahl von Reglern 4 aufweist, die jeweils einem der Teilnetze 2 zugewiesen sind. Jeder Regler 4 ist mit einer Versorgungs spannungsquelle 5 verbunden, die eine Gleichspannung größer als 15 V, vorzugsweise 42 V liefert, und kann die von der Versorgungsspannungsquelle gelieferte Gleichspannung absenken und anheben. Das System gemäß dem bevorzugten Ausführungsbei spiel enthält ferner eine Schaltereinheit 6, die eine Mehr zahl von Schaltern 7 enthält, die jeweils einem der Teilnetze 2 zugewiesen sind. Ein entsprechendes Teilnetz 2 des elektri schen Netzes 1 ist somit über einen entsprechenden Schalter 7 der Schaltereinheit 6 und einen entsprechenden Regler 4 der Regelungseinheit 3 mit der Versorgungsspannungsquelle 5 ver bunden. Fig. 1 shows a block diagram of a system to localize tion of an arc in an electric network 1. The electrical network 1 contains a plurality of subnetworks 2 . The system also includes a control unit 3 , which has a plurality of controllers 4 , each of which is assigned to one of the subnets 2 . Each controller 4 is connected to a supply voltage source 5 , which supplies a DC voltage greater than 15 V, preferably 42 V, and can lower and raise the DC voltage supplied by the supply voltage source. The system according to the preferred embodiment also includes a switch unit 6 which contains a plurality of switches 7 , each of which is assigned to one of the subnetworks 2 . A corresponding subnetwork 2 of the electrical network 1 is thus connected via a corresponding switch 7 of the switch unit 6 and a corresponding controller 4 of the control unit 3 to the supply voltage source 5 .
Das System enthält ferner einen Detektor 8, der einen in dem Netz 1 auftretenden Lichtbogen zentral detektiert. Die Detek tion des Lichtbogens kann zum Beispiel über eine Frequenzana lyse der Strom- oder Spannungswerte in der zentralen Leitung von der Versorgungsspannungsquelle 5 zur Regelungseinheit 3 erfolgen oder durch Bereitstellung einer Sensorleitung für das gesamte elektrische Netz. Derartige Detektionsverfahren sind allgemein bekannt. The system also contains a detector 8 , which centrally detects an arc occurring in the network 1 . The arc can be detected, for example, by frequency analysis of the current or voltage values in the central line from the supply voltage source 5 to the control unit 3 or by providing a sensor line for the entire electrical network. Such detection methods are generally known.
Wie in Fig. 1 gezeigt, ist der Detektor 8 mit einer Steue rung 9 verbunden, die die in der Regelungseinheit 3 enthalte nen Regler 4 und die in der Schaltereinheit 6 enthaltenen Schalter 7 einzeln und unabhängig ansteuern kann. Auf diese Weise kann die Versorgungsspannung Vcc der Versorgungsspan nungsquelle 5 für ein beliebiges Teilnetz 2 derart abgesenkt werden, dass dort kein Lichtbogen mehr auftreten kann. Die Steuerung 9 kann die einzelnen Regler 4 also derart ansteu ern, dass die Teilnetze 2 des elektrischen Netzes 1 über ihre entsprechend zugewiesenen Regler 4 der Regelungseinheit 3 mit unterschiedlichen Versorgungsspannungen beliefert werden. Weiter können ein oder mehrerer Teilnetze 2, in denen z. B. ein Lichtbogen aufgetreten ist, von der Versorgungsspannungs quelle 5 bei Bedarf getrennt werden, wobei die übrigen Teil netze 2 weiterhin über ihre entsprechenden Schalter 7 und Regler 4 mit der Versorgungsspannungsquelle 5 verbunden blei ben. Auf diese Weise bleibt die Funktionalität der übrigen Teilnetze 2 erhalten.As shown in FIG. 1, the detector 8 is connected to a control 9 which can control the controller 4 contained in the control unit 3 and the switch 7 contained in the switch unit 6 individually and independently. In this way, the supply voltage Vcc of the supply voltage voltage source 5 can be reduced for any subnetwork 2 in such a way that an arc can no longer occur there. The controller 9 can thus control the individual controllers 4 in such a way that the subnetworks 2 of the electrical network 1 are supplied with different supply voltages via their correspondingly assigned controllers 4 to the control unit 3 . Furthermore, one or more subnets 2 in which, for. B. an arc has occurred, from the supply voltage source to be separated if necessary 5, wherein the other sub-networks 2 further through their respective switches 7 and regulator 4 with the supply voltage source 5 connected to lead-ben. In this way, the functionality of the other subnetworks 2 is retained.
Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemä ßen Systems ist die Steuerung 9 ferner mit einer Anzeige 10 verbunden, um zum Beispiel anzuzeigen, welches der Teilnetze 2 von der Versorgungsspannungsquelle 5 getrennt ist. Ferner kann auf der Anzeige 10 angezeigt werden, mit welchen Span nungen die einzelnen Teilnetze 2 augenblicklich betrieben werden.According to the preferred exemplary embodiment of the system according to the invention, the controller 9 is also connected to a display 10 , for example to indicate which of the subnetworks 2 is disconnected from the supply voltage source 5 . Furthermore, the display 10 can show the voltages with which the individual subnetworks 2 are currently being operated.
Fig. 2 zeigt ein Verfahren gemäß einem bevorzugten Ausfüh rungsbeispiel der Erfindung, das zum Beispiel von dem System nach Fig. 1 verwendet wird. Fig. 2 shows a method according to a preferred embodiment of the invention, for example used by the system of Fig. 1.
Nach dem Start des Verfahrens zur Lokalisierung eines Licht bogens in Schritt S1 und der Initialisierung einer Variablen n, die für ein Teilnetz kennzeichnend ist, in Schritt S2, er folgt eine kontinuierliche Überprüfung auf Vorhandensein ei nes Lichtbogens in Schritt S3. Dies erfolgt zentral für das gesamte elektrische Netz, z. B. mittels einer Frequenzanalyse.After starting the process of locating a light arc in step S1 and the initialization of a variable n, which is characteristic of a subnetwork, in step S2, he a continuous check for the presence of egg follows arc in step S3. This is done centrally for the entire electrical network, e.g. B. by means of a frequency analysis.
In Schritt S4 wird detektiert, ob ein Lichtbogen in dem e lektrischen Netz 1 vorhanden ist oder nicht. Falls kein Lichtbogen in dem elektrischen Netz 1 detektiert wird, kehrt das Verfahren zu Schritt S3 zurück. Diese Schleife wird so lange ausgeführt, bis eine Lichtbogendetektion in Schritt S4 erfolgt.In step S4, it is detected whether an arc is present in the electrical network 1 or not. If no arc is detected in the electrical network 1 , the method returns to step S3. This loop is carried out until an arc detection takes place in step S4.
Wenn in Schritt S4 von dem Detektor 8 ein Lichtbogen in dem elektrischen Netz 1 detektiert wird, senkt der Regler 4 des durch die initialisierte Variable n ausgewählten Teilnetzes die von der Versorgungsspannungsquelle 5 gelieferte Versor gungsspannung Vcc auf eine Referenzspannung Vref (beispiels weise 15 V) für z. B. 200 ms ab, bei der in der Regel kein dau erhafter Lichtbogen mehr auftreten kann.When an arc is detected in the electrical network 1 in step S4 from the detector 8, the controller lowers 4 of the by the initialized variable n selected part of the network, the versor supplied by the supply voltage source 5 supply voltage Vcc to a reference voltage Vref (example, 15 V) for z. B. from 200 ms, in which usually no permanent arc can occur.
In Schritt S6 wird geprüft, ob der in Schritt S4 detektierte Lichtbogen immer noch in dem elektrischen Netz 1 vorhanden ist. Ist dies der Fall, so bedeutet dies, dass der detektier te Lichtbogen nicht in dem Teilnetz n vorhanden ist. Die ab gesenkte Versorgungsspannung für dieses Teilnetz n wird wie der angehoben (Schritt S7) und die in Schritt S2 initiali sierte Variable n, die für ein Teilnetz kennzeichnend ist, wird um eins erhöht (Schritt S8). Das Verfahren wird dann im Schritt S5 fortgeführt, wobei durch den Regler 4 mit der Va riablen (n + 1) die von der Versorgungsspannungsquelle 5 gelie ferte Versorgungsspannung Vcc für das Teilnetz (n + 1) abge senkt wird. Das Absenken und Wiederanheben der Spannungen der Teilnetze wird der Reihe nach fortgesetzt, bis im Schritt S6 bei einer Spannungsabsenkung kein Lichtbogen mehr in dem e lektrischen Netz 1 durch den Detektor 8 detektiert wird. In Schritt S9 wird dasjenige Teilnetz (n + 1), das augenblicklich mit einer abgesenkten Versorgungsspannung Vcc beliefert wird, als das vom Lichtbogen betroffene identifiziert. In Schritt S10 wird die abgesenkte Versorgungsspannung Vcc für dieses Teilnetz (n + 1) wieder angehoben, um in Schritt S11 zu detek tieren, ob in dem elektrischen Netz 1 erneut ein Lichtbogen auftritt. Falls in Schritt S11 erneut ein Lichtbogen in dem Netz 1 detektiert wird, kann mit großer Wahrscheinlichkeit davon ausgegangen werden, dass das zuvor lokalisierte Teil netz fehlerhaft ist. In Schritt S12 wird dieses Teilnetz durch den ihm zugewiesenen Schalter 7 der Schaltereinheit 6, der durch die Steuerung 9 angesteuert wird, von der Versor gungsspannungsquelle getrennt.In step S6 it is checked whether the arc detected in step S4 is still present in the electrical network 1 . If this is the case, it means that the detected arc is not present in the subnet n. The reduced supply voltage for this subnet n is raised like that (step S7) and the variable n initialized in step S2, which is characteristic of a subnet, is increased by one (step S8). The method then continues at step S5, wherein by the controller 4 (n + 1) the GELIE from the supply voltage source 5 ferte supply voltage Vcc for the subnet (n + 1) with the Va ables abge is lowered. The lowering and increasing of the voltages of the subnetworks is continued in succession until in step S6 no arc is detected in the electric network 1 by the detector 8 when the voltage is lowered. In step S9, the sub-network (n + 1) that is currently supplied with a reduced supply voltage Vcc is identified as the one affected by the arc. In step S10, the reduced supply voltage Vcc for this sub-network (n + 1) is raised again in order to detect in step S11 whether an arc occurs again in the electrical network 1 . If an arc is again detected in the network 1 in step S11, it can be assumed with a high degree of probability that the previously located part of the network is faulty. In step S12, this subnetwork is separated from the supply voltage source by the switch 7 of the switch unit 6 assigned to it , which is controlled by the controller 9 .
In der Praxis kommt es vor, dass der gelöschte Lichtbogen in dem Teilnetz n dauerhaft ausbleibt. Dann ist in Schritt S11 kein Lichtbogen mehr in dem Netz 1 detektierbar und das Ver fahren wird mit Schritt S2 fortgeführt, um die Variable n er neut zu initialisieren. Die Initialisierung ist selbstver ständlich auch an anderer geeigneter Stelle in dem Ablaufdia gramm denkbar, z. B. zwischen den Schritten S3 und S4. Ferner kann die Variable n auch auf einen anderen Wert als 0 initia lisiert werden.In practice it happens that the extinguished arc is permanently absent in the subnet n. Then, in step S11, an arc is no longer detectable in the network 1 and the process is continued with step S2 in order to re-initialize the variable n. The initialization is of course also conceivable at another suitable location in the sequence diagram, e.g. B. between steps S3 and S4. Furthermore, the variable n can also be initialized to a value other than 0.
Obwohl das oben beschriebene erfindungsgemäße Verfahren und das das Verfahren verwendende erfindungsgemäße System zur Lo kalisierung eines Lichtbogens in Bezug auf ein Gleichspan nungsnetz für ein Kraftfahrzeug beschrieben wurde, ist es selbstverständlich, dass das erfindungsgemäße Verfahren und System auch für andere Gleichspannungsnetze anwendbar ist, bei denen die Gefahr von Lichtbogen besteht. Ebenso können verschiedene Modifikationen des bevorzugten Ausführungsbei spiels des Verfahrens sowie des Systems durchgeführt werden, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen. So kann zum Beispiel das Netz 1 nur ein einziges Teilnetz 2 enthal ten, so dass ein effektives Löschen eines durch einen Detek tor detektierten Lichtbogens erfolgen kann, wobei erst nach nochmaligem Auftritt des Lichtbogens eine Trennung des Netzes von der Versorgungsspannungsquelle erfolgt.Although the above-described method according to the invention and the system according to the invention for locating an arc using the method have been described with reference to a DC voltage network for a motor vehicle, it goes without saying that the method and system according to the invention can also be used for other DC voltage networks in which the There is a risk of arcing. Likewise, various modifications of the preferred exemplary embodiment of the method and of the system can be carried out without leaving the scope of the invention. For example, the network 1 may contain only a single sub-network 2 , so that an arc detected by a detector can be effectively extinguished, the network being separated from the supply voltage source only after the arc has occurred again.
Ferner können auch durch geeignetes Ansteuern der Regler durch die Steuereinheit mehrere Lichtbögen in verschiedenen Teilnetzen lokalisiert werden, indem z. B. ein Algorithmus zur Ansteuerung der Regler verwendet wird, bei dem eine abgesenk te Versorgungsspannung eines Teilnetzes gehalten und dann die Versorgungsspannung eines anderen Teilnetze abgesenkt wird. Eine Permutation der Teilnetze mit abgesenkten und nicht ab gesenkten Versorgungsspannungen ist denkbar.Furthermore, by suitable control of the controller through the control unit several arcs in different Subnets are localized by z. B. an algorithm for Control of the controller is used, in which a lowered te supply voltage of a subnet and then the Supply voltage of another subnet is lowered. A permutation of the subnets with lowered and not down reduced supply voltages is conceivable.
Claims (5)
- a) Überprüfen (S3) des Netzes (1) auf Vorhandensein eines Lichtbogens;
- b) bei Detektion eines Lichtbogen in dem Netz (1) Absenken (S5) der Versorgungsspannung eines Teilnetzes (2) auf eine vorbestimmte Spannung, bei der in der Regel kein Lichtbogen auftreten kann;
- c) Überprüfen (S6), ob bei abgesenkter Versorgungsspannung des Teilnetzes (2) der Lichtbogen in dem Netz (1) noch vor handen ist;
- d) wenn nein, Lokalisieren (S9) des Teilnetzes als von dem Lichtbogen betroffen,
- e) wenn ja, Anheben(S7) der Versorgungsspannung des Teil netzes auf die Versorgungsspannung (Vcc), bei der ein Licht bogen auftreten kann, und
- f) Absenken (S5) der Versorgungsspannung eines anderen Teilnetzes und Weiterschalten zu Schritt c).
- a) checking (S3) the network ( 1 ) for the presence of an arc;
- b) upon detection of an arc in the network ( 1 ) lowering (S5) the supply voltage of a sub-network ( 2 ) to a predetermined voltage at which no arc can generally occur;
- c) Check (S6) whether the arc is still present in the network ( 1 ) when the supply voltage of the sub-network ( 2 ) is reduced;
- d) if no, locating (S9) the subnet as affected by the arc,
- e) if yes, raising (S7) the supply voltage of the sub-network to the supply voltage (Vcc) at which an arc can occur, and
- f) lowering (S5) the supply voltage of another subnetwork and switching to step c).
einen Detektor (8) zur Erfassung eines Lichtbogens in dem Netz (1);
eine Regelungseinheit (3), mit getrennt ansteuerbaren Reglern (4), wobei jedem Teilnetz (2) ein Regler (4) zugewie sen ist, mit Hilfe dessen eine mit der Regelungseinheit (3) und dem Detektor (8) verbundene Steuereinheit (9) das Verfah ren zur Lokalisierung eines Lichtbogens nach Anspruch 1 durchführt.4. System for localizing an arc in an electrical network ( 1 ), which has a plurality of sub-networks ( 2 ) that are operated with a supply voltage (Vcc) at which an arc can occur, comprising:
a detector ( 8 ) for detecting an arc in the network ( 1 );
A control unit ( 3 ) with separately controllable controllers ( 4 ), each sub-network ( 2 ) being assigned a controller ( 4 ), with the aid of which a control unit ( 9 ) connected to the control unit ( 3 ) and the detector ( 8 ). performs the arc locating process of claim 1.
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