JP2000105265A - ア―ク故障検知装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高電流で、より危険なアーク故障に対する反
応時間を犠牲にせずに、低電流アークに対する包絡線検
知型アーク故障検知器の感度を増加させる。 【解決手段】 電流にステップ状増加が検知されるたび
に電流パルスを発生させ、第１の長い時定数の第１の追
跡回路及び第２の短い時定数の第２の追跡回路でこの電
流パルスを積分して第１及び第２の追跡信号をそれぞれ
発生させ、第２の追跡信号が第１の追跡信号の選択した
比率分に減少すると、最も最近のステップ状増加の振幅
の関数である値を有する充電パルスを発生させ、充電パ
ルスの時間減衰蓄積値が所定の値に到達するとアーク故
障の指示を与える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は交流電気系統のアー
ク故障検知装置に関し、さらに詳細には、アーク故障に
より発生する電流のステップ状変化の振幅を追跡してそ
れに応答するかかる装置に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】回路遮
断器や過負荷リレーのような交流電気系統の従来型過電
流保護装置は通常、アーク故障には応答しないと認識さ
れている。かかる故障は高抵抗性であることが多いた
め、故障電流はかかる保護装置の瞬時トリップ電流より
小さい。交流電気系統のアーク故障にはまた、断続的傾
向があるため、電流の時間積分値は典型的な回路保護遅
延トリップ手段を作動させるに必要なレベルに達しな
い。

【０００３】アーク故障を検知するための共通のアプロ
ーチとして、アーク電流は純粋な正弦波と比較すると相
当程度歪んでいるという認識がある。例えば、高周波数
ノイズをかなり含む。さらに、電流が零のインターバル
及び／または短絡電流の期間がある。アーク電流のこれ
らの特性のうちの種々の組み合わせを利用した装置が、
アーク検知器として提案されている。その一部では、電
流波形に種々の判定基準を適用するためのマイクロコン
ピュータが必要とされる。このため、一般的に、かかる
検知器は高価すぎて、広く用いられるに至っていない。
加えて、通常の負荷の多くは、高周波数ノイズをフィル
タリングするためのキャパシタまたは変成器を入力に備
えている。

【０００４】アーク故障を検知するためのもう１つのア
プローチでは、離隔した導体間または導体のギャップに
かかる電圧がその空間またはギャップの絶縁破壊電圧に
達した場合に限りアークが発生するという事実を利用し
ている。従って、これらの検知器は、アークの発生によ
り生じる電流のステップ状増加に応答し、かかる検知器
の一例が米国特許第５，２２４，００６号に記載されて
いる。１９９４年１１月９日付け米国特許出願第０８／
３３６，７２１号に記載されたこのタイプの別の検知器
は、一部の典型的な負荷への電源投入時に突入電流が惹
き起こす誤ったトリップを回避するために、反復して発
生し中断するアーク故障に特有な、ある特定時間インタ
ーバル内に発生する電流の複数回のステップ状増加に着
目する。アーク故障により発生するような電流のステッ
プ状増加を表わすパルスの時間減衰蓄積値を発生させる
このタイプの検知器のさらに別の改良は、米国特許第
５，６９１，８６９号に記載されている。

【０００５】アーク故障検知器は、真のアーク故障と通
常負荷により発生する波形の歪みとを判別する能力を備
えてはじめて「アーク故障検知器」と言える。かかる負
荷の１つに調光装置がある。調光装置は、交流電圧の位
相を半サイクルを遅らせて電流の反復的なステップ状増
加を発生させる。電流の複数のステップ状増加に応答す
る上述したアーク故障検知器は、調光装置に誤って応答
するのを回避するために感度を減少させる必要がある。
この問題とは別に、タングステンランプを付勢する調光
装置は、フィラメントが低温であるときは振幅が定常電
流の十倍もの突入電流を発生させることがある。

【０００６】特許査定を受けた１９９６年６月１０日付
け米国特許出願第０８／６６１，２７８号は、低振幅の
アーク故障に応答し、調光装置や、低温のタングステン
ランプへの電源投入により発生するスパイクに応答して
誤った指示を発生しないアーク故障検知器を開示してい
る。この検知器は、アークの発生により生じる電流のス
テップ状増加に対応するパルスを含んだ感知電流信号の
包絡線におけるランダム性に着目する。かかる検知器の
一例は、パルス信号の包絡線を、第１の時定数を有する
第１の追跡回路により追跡して第１の追跡信号を発生さ
せると共に、第１の時定数よりも短い第２の時定数を有
する第２の追跡回路により追跡して第２の追跡信号を発
生させる。第２の追跡信号が第１の追跡信号の所定の比
率分以下に減少すると出力信号が発生する。調光装置は
半サイクルごとに電流にステップ状増加を発生させるた
め、時定数とその比率を、第２の追跡信号が調光装置に
応答して第１の追跡信号の所定の比率分に決して低下し
ないように選択することが可能である。一方、アーク故
障により生じる電流のステップ状増加にはランダムに反
復する性質があるため、第２の追跡信号が第１の追跡信
号の所定の比率分に減少して出力が発生するインターバ
ルが生じる。単一事象との判別を行うためには、第２の
追跡信号が第１の追跡信号の所定の比率分へ所定の時間
インターバルの間選択された回数減少してはじめて、ア
ーク故障の指示が与えれるようにする必要がある。この
検知器の別の実施例は、包絡線検知方式と、米国特許第
５，６９１，８６９号の検知器のような、アークによる
電流のステップ状増加により生じるパルスの時間減衰蓄
積値の発生とを組み合わせている。アーク故障に対する
感度は、早い包絡線追跡信号が遅い包絡線追跡信号の所
定の比率分に減少するたびに蓄積値にパルスを印加して
時間減衰蓄積値を次々に増加させることにより改善して
いる。

【０００７】米国特許出願第０８／６６１，２７８号の
検知器は、第２の追跡信号が第１の追跡信号の所定の比
率分に低下すると固定パルスを発生する。この方式の動
作性能はかなり良好であるが、改良の余地がある。特
に、高電流で、より危険なアーク故障に対する反応時間
を犠牲にせずに、低電流アークに対する包絡線検知型ア
ーク故障検知器の感度を増加させたいという要望があ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、アーク電流の
振幅に応答する包絡線検知型アーク故障検知器を提供す
ることにより上記及び他の要望を充足するものである。
本発明は、さらに詳細には、交流電気系統の電流にステ
ップ状増加が検知されるたびに電流パルスを含む信号を
発生する電流感知手段を備えた、アーク故障検知装置に
向けられている。この電流パルスは、ステップ状増加の
振幅の関数である振幅を有する。この検知器はまた、第
１の時定数を有し、電流パルスを積分して第１の追跡信
号を発生させる第１の追跡手段、第１の時定数より短い
第２の時定数を有し、電流パルスを積分して第２の追跡
信号を発生させる第２の追跡手段よりなる電流パルスの
ランダム性検知手段を備えている。この電流パルスのラ
ンダム性検知手段はさらに、第２の追跡信号が第１の追
跡信号の選択した比率分に減少すると、最も最近のステ
ップ状増加の振幅の関数である値を有する充電パルスを
発生させる手段を備えている。出力手段は、充電パルス
の時間減衰蓄積値を維持し、この時間減衰蓄積値が所定
の値に到達するとアーク故障の指示を与える。

【０００９】この充電パルス発生手段は、好ましくは、
第１の追跡信号と第２の追跡信号とに応答し、第２の追
跡信号が第１の追跡信号の所定の比率分以下に減少する
と、充電パルスを第１の追跡信号の振幅の関数として発
生させる手段よりなる。さらに詳説すると、この充電パ
ルス発生手段は、第２の追跡信号が第１の追跡信号の所
定の比率分以下に減少すると出力を変化させるコンパレ
ータまたは比較手段を有する。この充電パルス発生手段
はさらに、第２の追跡信号が第１の追跡信号の所定の比
率分以下に減少してコンパレータの状態が変化すると、
出力がステップ状に変化する演算増幅器を有する。この
演算増幅器出力のステップ状変化の振幅は、第１の追跡
信号の振幅に比例する。このステップ状変化から、ハイ
パスフィルタが充電パルスを発生させる。

【００１０】出力手段は、充電パルスを蓄積するキャパ
シタと、充電パルスとは反対の符号でキャパシタ上の電
荷を調整する手段と有する。好ましい実施例において、
この調整手段はキャパシタを充電するが、充電パルスに
応答するスイッチが充電パルスを印加してキャパシタ上
の電圧を減少させる。キャパシタ上の電圧が所定の値に
減少すると、アーク故障を示す指示が発生する。

【００１１】

【発明に実施の形態】直列アーク故障が発生しやすい典
型的な交流電気系統の電流波形１を示す図１の（ａ）を
参照すると、その電流に一連のランダムな不連続箇所が
あることが分かる。例えば、電流を運ぶ導体に、切断に
より生じるようなギャップがあると、電流が零交差点３
で零になり、この状態は電圧がそのギャップにアークを
再発生させるに充分なレベルになるまで続く。電流は、
５においてステップ関数として急増した後、正弦波パタ
ーンに戻り、このパターンが零交差後も継続する。アー
クを維持できない状況になると、７におけるように再び
不連続性が生じる。図示の例では、９における開放回路
が、１１において電圧がアーク電圧に到達しアークが再
発生するまでが維持される。この例において、アークは
零交差点１３で消滅するが、次の半サイクルの１５にお
いて再発生する。その後、電圧は１７でアーク電圧以下
になるため、１９で再び開放回路となる。図１の（ａ）
に示す電流波形は、アークが発生しやすい交流回路にお
ける典型的な電流波形の一例であるが、かかる回路に生
じる可能性がある不連続性の他のパターンは無数にある
ことを理解されたい。図１の（ａ）の目的は、これらの
不連続性がランダムに生じることを示すことである。

【００１２】叙上のように、１９９４年１１月９日付け
米国特許出願第０８／３３６，７２１号に記載されたよ
うなある特定タイプのアーク故障検知器回路は、アーク
故障により生じる電流のステップ状増加に着目し、かか
るステップ状増加が所与時間インターバル内で所定の回
数発生すると、アーク故障の指示を与える。また、叙上
のように、交流電流のステップ状増加を発生させ得る特
定種類の負荷が存在する。これらのアーク故障検知回路
にとって最も厄介な負荷は、調光装置である。図２の
（ａ）は、低温のタングステン製フィラメントを付勢さ
せるため５０％よりも僅かに低いデューティーサイクル
で作動する調光装置が交流回路に発生させる電流波形２
１を示す。最悪のケースである半波調光装置を図２の
（ａ）に示す。全波調光装置は、反対極性の半サイクル
につき鏡像波形を発生させることが容易に分かるであろ
う。いずれにしても、電流のかかる増加は、調光装置の
スイッチが投入されたときに、２３におけるように生じ
ることが分かる。調光装置が交流電流の各サイクルにつ
き同じ位相角でオンになると、一定のインターバルでス
テップ状増加２３が発生する。図２の（ａ）に示す例で
は、調光装置は低温のタングステン製フィラメントを付
勢しているため、電流の振幅は最初は非常に大きいが、
フィラメントの温度の上昇につれて連続する各半サイク
ルで定常振幅値へ徐々に減少することが分かる。

【００１３】所与の時間インターバル内に生ずる電流の
ステップ状増加をカウントしてアーク故障を検知するア
ーク故障検知器は、図２の（ａ）に示すような調光装置
により生ずる電流のステップ状増加に応答しないように
感度を低下させなければならない。感度を下げることに
より払わなければならない代償は、低温のタングステン
製フィラメントにより生ずる突入電流に起因する誤った
トリップを回避しようとすれば、かなり大きいものにな
り得る。

【００１４】米国特許出願第０８／６６１，２７８号に
記載された改良型直列アーク故障検知器は、アーク故障
により生じる電流のステップ状増加に、調光装置が発生
させる規則的なステップ状増加とは対照的な時間的ラン
ダム性があるという事実を利用している。この改良は、
電流信号の包絡線におけるランダム性を検知することに
より達成される。詳説すると、電流信号を微分すること
により、電流のステップ状増加に応答する電流パルスを
含むｄｉ／ｄｔ信号を発生させる。第１の追跡回路は、
このｄｉ／ｄｔ信号を第１の時定数で追跡する。このｄ
ｉ／ｄｔ信号はまた、第１の時定数よりも短い第２の時
定数を有する第２の追跡回路により追跡される結果、第
２の追跡信号が発生する。これら２つの追跡信号を比較
して、減衰の速い第２の追跡信号が第１の追跡信号の所
定の比率分に到達すると、アーク故障を示す出力信号が
発生する。この時定数及びその比率は、調光装置の電流
信号の反復性のステップ状変化が追跡回路を規則正しく
リセットすることにより第２の追跡信号が第１の追跡信
号の特定の比率分へ減少することがないように選択す
る。これを図２の（ｂ）乃至（ｄ）に示すが、（ｂ）は
規則正しい間隔の一連のパルス２７を有するｄｉ／ｄｔ
信号２５を示す。（ｃ）は、遅いレートで減少しパルス
が再発生するたびにリセットされる第１の追跡信号２９
を示す。同様に、（ｄ）は第２の追跡信号３１を示す
が、これにより、この第２の追跡信号は第１の追跡信号
よりは速く減少するが、第１の追跡信号の振幅の選択し
た比率分（この例では、２分の１）までは決して減少し
ないように繰り返しリセットされることが分かる。かく
して、（ｅ）から分かるように、出力信号３３は零のレ
ベルを維持する。

【００１５】再び図１の（ｂ）を参照して、ｄｉ／ｄｔ
信号３５は間隔がランダムな電流パルス３７を含むた
め、図１の（ｃ）に示す第１の追跡信号３９と、図１の
（ｄ）に示す第２の追跡信号４１とは、第２の追跡信号
４１が第１の追跡信号の振幅の２分の１以下に減少して
図１の（ｄ）の出力信号４３が高レベルになるに充分長
い時間減少を続けることが分かる。

【００１６】図３は、本発明による包絡線追跡型アーク
故障検知器４５のブロック回路図である。この検知器４
５は、交流回路の電流を感知する変換器４７を有する。
この実施例の回路では、この変換器またはセンサー４７
はｄｉ／ｄｔ（電流の変化率）信号を発生させる変流器
である。ｄｉ／ｄｔ信号は信号コンディショニング増幅
器４９により帯域幅制限されると共に全波整流されるた
め、図１の（ｂ）及び図２の（ｂ）に示すようなパルス
信号が発生する。このパルス信号は、遅い応答の第１の
包絡線追跡信号またはフォロアー信号、即ち第１の追跡
信号を発生させる第１の時定数を有する第１の包絡線追
跡回路またはフォロアー回路５１と、速い応答の第２の
包絡線追跡信号またはフォロアー信号、即ち第２の追跡
信号を発生させる第２の時定数を有する第２の包絡線追
跡回路またはフォロアー回路５３に印加される。この速
い応答の第２の追跡信号を、図１の（ｄ）及び図２の
（ｄ）に示す。

【００１７】第１及び第２の追跡回路５１，５３により
それぞれ発生される第１及び第２の追跡信号は、信号コ
ンパレータ５７を含む充電パルス発生器５５に印加され
る。信号コンパレータ５７は、速い応答の第２の追跡回
路５３が発生する第２の追跡信号が第１の追跡回路５１
が発生する第１の追跡信号の所定の比率分（この例で
は、２分の１）よりも大きい値にある限り第１の出力を
発生する。第２の追跡信号が第１の追跡信号のこの所定
の比率分以下に減少すると、信号コンパレータ５７の出
力が第２のレベルへ変化する。

【００１８】充電パルス発生器５５はまた、信号コンパ
レータ５７の出力が第２の出力に変化するたびに、換言
すれば、第２の追跡信号が第１の追跡信号の所定の比率
分以下に減少するたびに、充電パルスを発生させる充電
パルス変調器５９を有する。充電パルス変調器５９が発
生する充電パルスの振幅は、充電パルスが発生したとき
の第１の追跡信号の振幅に比例する。第１の追跡信号が
アークにより発生するパルスのピーク振幅を追跡するた
め、充電パルスの振幅はアークにより発生するパルスの
振幅、従って交流電流に検知されるステップ状増加の振
幅の一次関数である。事実、第１の追跡回路の時定数が
長いため（本発明の実施例では、約６サイクル）、第１
の追跡信号の振幅は第２の追跡信号が第１の追跡信号の
所定の比率分に減少するときまでには目立った減少を示
さない。

【００１９】充電パルス変調器５９が出力する充電パル
スは時間減衰蓄積器６１へ送られ、充電パルスの時間減
衰蓄積値が所定のレベルへ到達したことをコンパレータ
６３が検知すると、アーク故障信号が発生する。充電パ
ルス発生器５５からの充電パルスの振幅はアークの発生
により生じるステップ状増加の振幅と関連があるため、
本発明のアーク故障検知器は低電流アーク故障に対して
高い感度を有すると共に、大きなアーク故障に対しては
速い応答を維持する。その理由は、大きなアーク故障が
生じると大きな充電パルスが発生して所定の値への蓄積
が急速に行われるからである。

【００２０】図４は、図３のアーク故障検知器４５を実
現する回路を示す。変換器４７は変流器であり、交流電
気系統６７の導体６５を流れる電流に比例する信号を発
生させる。変流器４７からの信号は、バンドパスフィル
タ６９を含む信号コンディショニング増幅器４９へ送ら
れる。このバンドパスフィルタ６９は、並列キャパシタ
７３と直列抵抗７５とにより形成されるローパルフィル
タ７１と、演算増幅器７９がフィードバック抵抗８１、
フィードバックキャパシタ８３及び入力抵抗８５を備え
た増幅機能付きハイパスフィルタ７７とよりなる。この
バンドパスフィルタ６９は、導体を流れる電流の一次導
関数、ｄｉ／ｄｔ、である信号を出力する。この感知電
流信号は、アークの発生により導体６５を流れる電流に
ステップ状増加が生じるたびに１個のパルスを含む。

【００２１】感知電流信号に含まれる６０Ｈｚの信号
は、直列キャパシタ８７と並列抵抗８９とによりをさら
に減衰される。キャパシタ８７と抵抗８９とにより形成
される第２のハイパスフィルタが出力する感知電流信号
は、整流回路９１により全波整流される。この整流回路
は、互いに反対極性のダイオード９５及び９７を有する
演算増幅器９３を備え、これらのダイオードを介して感
知電流信号がその反転及び非反転入力に印加される。抵
抗９９、抵抗１０１及び抵抗１０３が協働して、負と正
のパルスの選択利得をそれぞれ決定する。

【００２２】変換器または変流器４７と、バンドパスフ
ィルタ６９、キャパシタ８７と抵抗８９よりなる第２の
ハイパスフィルタ、及び全波整流器９１を含む信号コン
ディショニング回路４９とは、協働して、アーク故障の
発生により生じるような電流のステップ状増加が発生す
るたびにパルスを含む感知電流信号を発生させる電流セ
ンサーを形成する。これらパルスの振幅はステップ状増
加の振幅の関数であるため、アーク電流の振幅と関連性
がある。

【００２３】感知電流信号の包絡線を追跡する遅い応答
の第１の追跡回路５１は、ダイオード１０５、キャパシ
タ１０７、抵抗１０９，１１１を含む。キャパシタ１０
７及び抵抗１０９，１１１の値が、第１の追跡回路５１
の時定数を決定する。本発明の実施例では、この長い方
の時定数は交流電流の約３サイクルである。

【００２４】速い応答の第２の追跡回路５３は、ダイオ
ード１１３及びキャパシタ１１５を含む。第２の追跡回
路５３の時定数は、キャパシタ１１５、抵抗９９及び別
の抵抗１１７の値により決定される。この第２の追跡回
路５３の時定数は第１の追跡回路５１の時定数よりも短
く、実施例の検知器では交流電流の約半サイクルであ
る。

【００２５】第１の追跡回路５１が発生する第１の追跡
信号１１９は信号コンパレータ５７の非反転入力に印加
され、速い応答の第２の追跡回路５３が発生する第２の
追跡信号１２１は反転入力に印加される。信号コンパレ
ータ５７は、速い応答の第２の追跡回路５３のキャパシ
タ１１５の電圧を、抵抗１０９と１１１の相対値により
設定される、遅い応答の第１の追跡回路５１のキャパシ
タ１０７の電圧の比率分と比較する。実施例の検知器で
は、これらの抵抗の値は等しいため、キャパシタ１１５
の電圧はキャパシタ１０７の電圧の半分と比較される。
キャパシタ１１５の電圧である速い応答の第２の追跡信
号１２１が遅い応答の第１の追跡信号１１９であるキャ
パシタ１０７の電圧の半分よりも大きい値である限り、
信号コンパレータ５７の出力は低レベルである。速い応
答の第２の追跡信号が遅い応答の第１の追跡信号の所定
の比率分（即ち、半分）以下に減少すると、信号コンパ
レータ５７の出力は高レベルとなる。

【００２６】充電パルス変調器５９は、フィードバック
抵抗１２５と入力抵抗１２７とを備えた演算増幅器１２
３を含む。第２の追跡信号１２１が第１の追跡信号の半
分よりも大きく、そのため信号コンパレータ５７の出力
が低レベルである限り、演算増幅器１２３の出力は第１
の追跡信号１１９に追従する。第１の追跡回路５１の時
定数が比較的長いため、演算増幅器１２３の出力は感知
電流信号に最も最近生じたパルスの大きさの一次関数で
ある。

【００２７】速い応答の第２の追跡信号が遅い応答の第
１の追跡信号の所定の比率分に減少すると、信号コンパ
レータ１７の出力は高レベルとなり、演算増幅器１２３
の出力が直ちにアース電位になる。充電パルス変調器５
９はまた、抵抗１３１と共にハイパスフィルタ１３３を
形成する直流阻止キャパシタ１２９を含む。このハイパ
スフィルタ１３３は、演算増幅器１２３の出力のステッ
プ状変化を、演算増幅器１２３の出力のステップ状変化
の関数、従って振幅が感知電流信号のパルス振幅の関数
である充電パルス１３７へ変換する。第１の追跡回路５
１及び第２の追跡回路５３、信号コンパレータ５７及び
充電パルス変調器５７により実現される充電パルス発生
器５５は、感知電流信号におけるパルスのランダム性を
検知するランダム性検知器を形成する。交流電気系統の
交流電流の半サイクルごとに調光装置が発生するような
規則的なパルスに応答して、充電パルスが発生すること
はない。その理由は、速い応答の第２の追跡信号１２１
が、遅い応答の第１の追跡信号１１９と共に同じ値にリ
セットされる前にその遅い応答の第１の追跡信号１１９
の所定の比率分に減少する可能性がないからである。こ
れとは対照的に、アーク故障はランダムに発生するた
め、速い応答の第２の追跡信号が遅い応答の第１の追跡
信号の所定の比率分に減少するだけの充分な時間が存在
する。従って、叙上のように、感知電流信号のパルス振
幅の関数であり、かくして、アークにより発生する交流
電流のステップ状変化の振幅の関数である振幅の充電パ
ルスが発生する。

【００２８】充電パルス１３７は時間減衰蓄積器６１へ
印加される。この時間減衰蓄積器６１は、充電パルス１
３７を時間積分するキャパシタ１３９を含む。この蓄積
器はさらに、キャパシタ１３９の電荷を調整する並列抵
抗１４１よりなる調整手段を含む。キャパシタ１３９の
上方端子は２７．２ボルトの電源１４３に接続されてい
るため、キャパシタ１３９の２つの電極の電圧は、常態
では、共に２７．２ボルトである。ベース−エミッタ抵
抗１４９を有するトランジスタ１４７により形成される
スイッチ１４５は、充電パルス変調器５９の出力におい
てキャパシタ１３９の下方端子とキャパシタ１２９との
間に直列接続されている。充電パルス変調器５９により
発生するパルス１３７は、トランジスタ１４７をオンに
してキャパシタ１３９から電荷を引き出す。引き出され
る電荷の量は、感知電流信号のパルスの振幅、従ってア
ークにより生じる交流電流のステップ状変化の振幅の関
数である充電パルスの大きさの関数である。従って、キ
ャパシタ１３９が充電パルス１３７を積分することにな
る。同時に、並列抵抗１４１は、２７．２ボルトの電源
１４３からこのキャパシタへ継続して電荷を与える。キ
ャパシタ１３９及び抵抗１４１の値は、キャパシタ１３
９へ充電パルス１３７が所望のように時間減衰蓄積され
るように選択される。

【００２９】コンパレータ６３は、キャパシタ１３９の
下方端子の電圧を継続してモニターする。この電圧がコ
ンパレータ６３の非反転入力に印加される基準電圧によ
りセットされた選択値に減少すると、常態では低レベル
である出力が、実施例の検知器では１３．６ボルトであ
る基準電圧に変化する。フィードバック抵抗１５１及び
入力抵抗１５３は、出力抵抗１５５を介して送られるア
ーク故障の検知を指示する出力信号を発生させるために
基準電圧に加えられる利得を設定する。

【００３０】要約すると、交流電気系統６７においてア
ークにより、または調光装置のような他の現象の発生に
より、導体６５に生じる電流のステップ状増加が、変流
器４７により検知され、バンドパスフィルタ６９により
微分且つ帯域幅制限され、整流回路９１により全波整流
されて、振幅が交流電流のステップ状変化の振幅の関数
である単極パルスを含む感知電流信号が発生する。この
パルスを含む感知電流信号は、遅い時定数を有する第１
の追跡回路５１と速い時定数を有する第２の追跡回路５
３とにより追跡され、速い時定数を有する第２の追跡回
路により発生する追跡信号１２１が遅い時定数を有する
第１の追跡信号１１９の選択した比率分に減少して、ア
ーク故障に起因するような交流電流の不規則的なステッ
プ状変化の発生が指示されると、振幅が感知電流信号の
パルスの振幅、従ってアーク電流の振幅の関数である充
電パルス１３７が発生する。これら充電パルス１３７の
時間減衰蓄積値は、抵抗１４１が並列接続されたキャパ
シタ１３９に維持される。キャパシタ１３９の電圧が所
定の値に減少すると、コンパレータ６３はアーク故障を
示す出力信号を与える。充電パルス１３７の大きさを交
流電流のステップ状増加の振幅と関連付けることによ
り、低電流アーク故障に対する検知器の感度が増加す
る。同時に、大きなアーク故障に対する応答は、かかる
アークにより発生する大きな充電パルスの蓄積が迅速に
行われるため維持される。

【００３１】本発明の実施例を詳細に説明したが、当業
者は本願の記載全体に照らして種々の変形例及び設計変
更を想到することが可能であろう。従って、図示説明し
た特定の構成は例示の目的に過ぎず、本発明の技術的範
囲を限定するものでなく、この範囲は頭書した特許請求
の範囲及びその均等物の全幅を与えられるべきである。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）はアーク故障の影響を受ける電流波形；
（ｂ）は（ａ）に示す電流波形の一次導関数の波形；
（ｃ）は（ｂ）の信号を第１の遅い時定数で追跡する第
１の包絡線追跡信号；（ｄ）は（ｂ）の信号を第２の速
い時定数で追跡する第２の包絡線追跡信号；（ｅ）は
（ｄ）の第２の包絡線追跡信号が（ｃ）の第１の包絡線
追跡信号より小さくなると高レベルとなる出力信号を示
す図。

【図２】（ａ）は低温のタングステン負荷を半波モード
で付勢するための調光装置の電流波形；（ｂ）は（ａ）
に示す電流波形の一次導関数の波形；（ｃ）は（ｂ）の
信号を第１の遅い時定数で追跡する第１の包絡線追跡信
号；（ｄ）は（ｂ）の信号を第２の速い時定数で追跡す
る第２の包絡線追跡信号；（ｅ）は（ｃ）及び（ｄ）の
信号により発生される出力信号を示す図。

【図３】本発明によるアーク故障検知器のブロック回路
図。

【図４】図３のアーク故障検知器の特定の実施例を示す
回路図である。

【符号の説明】

３ 零交差点 ４５ アーク故障検知器 ４７ 変換器、変流器またはセンサー ４９ 信号コンディショニング増幅器 ５１ 第１の追跡回路 ５３ 第２の追跡回路 ５７ 信号コンパレータ ５９ 充電パルス変調器 ６１ 時間減衰蓄積器 ６３ コンパレータ ６９ バンドパスフィルタ ７１ ローパスフィルタ ７７ ハイパスフィルタ ７９ 演算増幅器 ９１ 全波整流器 ９３ 演算増幅器

フロントページの続き (71)出願人 390033020 Ｅａｔｏｎ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｃｌｅｖｅｌ ａｎｄ，Ｏｈｉｏ 44114，Ｕ．Ｓ．Ａ.

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流電気系統のアーク故障検知装置であ
   って、 交流電気系統を流れる電流に少なくとも所定振幅のステ
   ップ状増加が検知されるごとに、振幅がこのステップ状
   増加の振幅の関数である電流パルスを含む信号を発生さ
   せる電流感知手段と、 第１の時定数を有し、電流パルスを積分して第１の追跡
   信号を発生させる第１の追跡手段、第１の時定数より短
   い第２の時定数を有し、電流パルスを積分して第２の追
   跡信号を発生させる第２の追跡手段、及び第２の追跡信
   号が第１の追跡信号の選択した比率分に減少すると、最
   も最近のステップ状増加の振幅の関数である値を有する
   充電パルスを発生させる手段よりなる、電流パルスのラ
   ンダム性検知手段と、 充電パルスの時間減衰蓄積値を維持し、この時間減衰蓄
   積値が所定の値に到達するとアーク故障の指示を与える
   出力手段とよりなるアーク故障検知装置。
2. 【請求項２】 充電パルスを発生させる前記手段は、第
   １の追跡信号と第２の追跡信号とに応答し、第２の追跡
   信号が第１の追跡信号の所定の比率分以下に減少する
   と、前記充電パルスを第１の追跡信号の振幅の関数とし
   て発生させる手段よりなることを特徴とする請求項１の
   アーク故障検知装置。
3. 【請求項３】 第１の追跡信号と第２の追跡信号とに応
   答する前記手段は、第２の追跡信号と第１の追跡信号と
   を比較して、第２の追跡信号が第１の追跡信号の所定の
   比率分よりも大きい時は第１の出力を、第２の追跡信号
   が第１の追跡信号の所定の比率分よりも小さくなると第
   ２の出力を発生させる手段と、比較手段が第２の出力を
   発生させると前記充電パルスを第１の追跡信号の振幅の
   関数として発生させる充電パルス発生手段とよりなるこ
   とを特徴とする請求項２のアーク故障検知装置。
4. 【請求項４】 前記充電パルス発生手段は、比較手段が
   第１の出力から第２の出力へ変化すると第１の追跡信号
   の振幅に比例する振幅のステップ状信号を発生させる手
   段と、前記ステップ状信号から充電パルスを発生させる
   ハイパスフィルタ手段とよりなることを特徴とする請求
   項３のアーク故障検知装置。
5. 【請求項５】 前記出力手段は、キャパシタ、このキャ
   パシタを所定のレートで充電する調整手段、充電パルス
   に応答してこの充電パルスを印加することによりキャパ
   シタから電荷を引き出すスイッチ、及びキャパシタの電
   圧が前記所定の値に減少するとアーク故障の指示を与え
   る手段よりなることを特徴とする請求項４のアーク故障
   検知装置。
6. 【請求項６】 前記出力手段は、キャパシタ、充電パル
   スをキャパシタに印加する手段、充電パルスとは反対の
   方向で所定のレートでキャパシタの電荷を調整する手
   段、及びキャパシタの電圧が前記所定の値に到達すると
   アーク故障の指示を与える手段よりなることを特徴とす
   る請求項２のアーク故障検知装置。