JP2010154738A - 離散ウェーブレット変換の詳細係数と近似係数を利用したアーク検出 - Google Patents

Abstract

【課題】電気回路内の電流の遮断を円滑に行うための装置を提供する。
【解決手段】内部を通って流れる負荷電流を表す出力信号を生成する電流検知装置１０と、電流検知装置１０と信号を通信して、電流検知装置１０によって生成された出力信号を受け取り、この出力信号に基づいた二次信号を出力するように構成されて配置される検出ユニット３０と、検出ユニット３０に連結され、コンピュータ実行可能命令に応答するマイクロプロセッサ８０とを含む。このコンピュータ実行可能命令は、マイクロプロセッサ８０により実行されると、二次信号を受け取り、その二次信号を詳細係数及び近似係数に分解し、検知した負荷電流が所定の閾値を上回り、且つ、詳細係数及び前記近似係数が共にトリップ信号生成の閾条件を満たしている場合、電気回路の動作を中断させるために用いられるトリップ信号を生成するように、マイクロプロセッサ８０を駆動させる命令である。
【選択図】図１

Description

本発明は、概して電気システムに関し、特に、電気システムにおいてアークを検出する方法及びシステムに関する。

住宅用、商用、及び工業用の電気システムは、通常、公共電力会社の電源から電力を受け取る配電盤を含む。受け取った電力は、次に、特に限定するものではないが、回路遮断器、トリップ装置などの一つ以上の電流断続器に配電盤から送り込まれる。

各電流断続器は、指定の分岐に電力を分配し、分配された電力は、各分岐から一つ以上の負荷に供給される。電流断続器は、個別の分岐において特定の電力状態が所定の設定値に達した場合に、その分岐への電力を遮断するように構成される。

例えば、電流断続器のなかには、接地事故に起因する電力を遮断できるものがあり、漏電遮断器（ＧＦＣＩ）として広く知られている。接地事故状態は、線路導体と中性線の間に不均衡電流が流れると生じ、グラウンドへの漏れ電流又はアーク放電事故によって引き起こされ得る。

他の電流断続器は、アーク放電事故に起因する電力を遮断でき、一般にアーク事故電流遮断器（ＡＦＣＩ）として知られている。アーク放電事故は、概して、直列アーク又は並列アークのいずれかに定義することができる。直列アークは、例えば、単一の導体内の隙間を電流が流れると生じる。一方、並列アークは、２つの導体の間に電流が流れると生じ得る。残念ながら、いずれのタイプのアーク放電事故も、さまざまな理由により、従来の電流断続器を作動しない場合がある。このような事態は、特に、直列アークが発生する場合に当てはまるが、これは、電流断続器内の電流検知装置が、直列アークと通常の負荷電流とを区別できないためである。

米国特許第５，２２３，７９５号 米国特許第５，４３４，５０９号 米国特許第５，７２９，１４５号 米国特許第５，８０５，３９７号 米国特許第５，９８６，８６０号 米国特許第６，３６２，６２８Ｂ２号 米国特許第６，３８８，８４９Ｂ１号 米国特許第６，５０４，６９２Ｂ１号 米国特許第６，５７０，３９２Ｂ２号 米国特許第６，６２８，４８７Ｂ１号 米国特許第６，６３３，４６７Ｂ２号 米国特許第６，７０３，８４２Ｂ２号 米国特許第６，７９８，６２８Ｂ１号 米国特許第６，８３９，２０８Ｂ２号 米国特許第６，８７６，２０３Ｂ２号 米国特許第６，８８２，１５８Ｂ２号 米国特許第６，９７２，９３７Ｂ１号 米国特許第７，００９，４０６Ｂ２号 米国特許第７，１０６，０６９Ｂ２号 米国特許第７，１３６，２６５Ｂ２号 米国特許第７，１５１，６５６Ｂ２号 米国特許第７，２０５，７７２Ｂ２号 米国特許第７，２５３，６３７Ｂ２号 米国特許出願公開第２００１／００３３４６９Ａ１号 米国特許出願公開第２００１／００３６０４７Ａ１号 米国特許出願公開第２００２／０１３０６６８Ａ１号 米国特許出願公開第２００２／０１９６０３１Ａ１号 米国特許出願公開第２００２／００３３７０１Ａ１号 米国特許出願公開第２００３／００７４１４８Ａ１号 米国特許出願公開第２００５／０２６４９６２Ａ１号 米国特許出願公開第２００６／０２０３４０１Ａ１号 米国特許出願公開第２００６／０２１４６７０Ａ１号 米国特許出願公開第２００６／０２７９８８３Ａ１号 米国特許出願公開第２００７／００５７６７８Ａ１号 米国特許出願公開第２００７／００８６１２４Ａ１号 米国特許出願公開第２００７／０２６３３２９Ａ１号 欧州特許第１１２６５７２Ａ２号 欧州特許第１１２６５７２Ａ３号 欧州特許第１３２９７３３Ｂ１号 欧州特許第１６５７５５９Ａ１号 国際公開第１９９４０３８２０号 国際公開第１９９４２２０３１号 国際公開第１９９６３５２５０号 国際公開第２００６／１２１４９６Ａ１号 国際公開第２００７／０３２９４４Ａ２号 国際公開第２００７／０３２９４４Ａ３号 国際公開第２００７／０３５４８８Ａ２号 国際公開第２００７／０３５４８８Ａ３号 国際公開第２００７／１２９２１３Ａ１号 国際公開第２００７／０４５９７６Ａ１号 カナダ国特許第２２４８９２４号 カナダ国特許第２３０７１７２号 カナダ国特許第２３３４１３４号 カナダ国特許第２３３６７６９号 カナダ国特許第２３３７４４６号

本発明の一実施形態において、電気回路内での電流の遮断を円滑化する装置を開示する。この装置は、電気回路内に配設されて電気負荷を処理する電流検知装置を含み、この電流検知装置は、その内部を通って流れる負荷電流を表す出力信号を生成できる。また、本装置は、前記電流検知装置と信号を通信することで、前記電流検知装置によって生成された出力信号を受け取る検出ユニットも含み、この検出ユニットは、前記出力信号に基づいて二次信号を出力するように構成されて配置される。また、本装置は、前記検出ユニットに連結されて、コンピュータ実行可能命令に応答するマイクロコントローラも含み、前記コンピュータ実行可能命令は、前記マイクロコントローラによって実行されると、前記二次信号を受け取って、その二次信号を詳細係数及び近似係数に分解することと、感知した負荷電流が所定の閾値を上回り、且つ、詳細係数と近似係数とが共にトリップ信号生成の閾条件を満たしている場合に、前記電気回路の動作を中断させるために用いるトリップ信号を生成することとを前記マイクロコンピュータに実行させる。

本発明の他の実施形態において、回路のアーク事故電流遮断（ＡＦＣＩ）を実行する、コンピュータに実装される方法を開示する。この方法は、前記回路と電気的に連通する電流検知装置において負荷電流を検知し、前記電流検知装置と信号を通信する検出ユニットにおいて感知した負荷電流を反映する二次信号を生成し、前記検出ユニットに連結されたマイクロプロセッサにおいて、第１の所定周波数で前記二次信号をサンプリングし、前記二次信号のサンプリングが完了したと判定され、且つ、前記二次信号のゼロ交差がサンプリングされたと判定された場合に、前記二次信号の第１成分から詳細係数を計算すると共に、前記二次信号の第２成分から近似係数を計算し、閾基準が満たされているか否かを第１係数に基づいて判定し、所定の閾値を満たしている場合、又は、感知した負荷電流が所定の閾値を下回るか否かを前記詳細係数及び近似係数に基づいて判定し、所定の閾値を下回ると判定された場合に、前記回路の動作を中断させるトリップ信号を送出することを含む。

本発明の更なる実施形態において、回路のアーク事故電流遮断（ＡＦＣＩ）を実行する、コンピュータに実装される方法を開示する。この方法は、検出ユニットにおいて生成され、その生成において、前記検出ユニットと信号を通信する電流検知装置によって感知された負荷電流に基づいたものとして構成される二次信号の第１部分及び第２部分を、離散ウェーブレット変換を利用して詳細係数及び近似係数にそれぞれ変換し、前記二次信号の第１部分にはゼロ交差がサンプリングされていると判定された場合、前記詳細係数の絶対値の和を計算し、前記二次信号の第１の窓及び第２の窓に対応する前記近似係数の絶対値と、前記第１の窓及び第２の窓それぞれについての前記絶対値の各和の比を計算し、前記絶対値の和を第１の所定閾値と比較するか、又は、感知した負荷電流が予め選択した大きさを下回る場合には、前記絶対値の和と前記和の比との積を第２の所定閾値と比較して、前記比較の結果が、前記第１及び第２の所定閾値のうちの該当する閾値について、一定の期間に亘って一定の周波数だけ上回っている場合に、前記回路の動作を中断させるトリップ信号を送出することを含む。

本発明は、以上に記載した以外にも、様々な特徴及び利点を有する。本明細書では、本発明の実施形態及び態様の一部について詳細に説明する。以下の詳細な説明及び添付図面を用いて、本発明の特徴及び利点が更に理解できよう。

添付の特許請求の範囲において、本発明の開示内容が明記されている。以下の詳細な説明において、次にその内容を簡単に説明する添付図面を参照しながら、本発明の以上に記載した態様、特徴、及び利点、並びに、その他の態様、特徴、及び利点を記載する。

マイクロコントローラを土台とする連結アーク事故電流遮断器の模式図である。 図１のアーク事故電流遮断器が連結される回路内で感知された負荷電流に基づいた信号を示すグラフである。 トリップ信号送出アルゴリズムのフローチャートである。 遮断処理アルゴリズムを説明するフローチャートである。 本発明の実施形態に係る離散ウェーブレット係数の計算アルゴリズムを説明するフローチャートである。 本発明の他の実施形態に係る離散ウェーブレット係数の計算アルゴリズムを説明するフローチャートである。

図１を参照すると、アーク事故電流遮断（ＡＦＣＩ）を実行することによって、電気回路内の電流の遮断を円滑に行う装置が設けられており、この装置は、バイメタル、ホール効果センサ、ＭＥＭ、ＣＴなど、電流信号の生成元である負荷を感知するように構成される電流検知装置１０を含む。電流検知装置１０は、室温における特性抵抗が６ｍΩ（ミリオーム）（１５Ａの場合）又は３ｍΩ（２０Ａの場合）である抵抗性材料で形成することができる。電流検知装置１０は、信号線に電気的に結合され、この信号線に沿って、ローパスフィルタを含む加算増幅器２０が配設される。従って、電流信号は、検査信号９０と共に電流検知装置１０から加算増幅器２０に流れ、検査信号９０はマイクロコントローラ８０から出力することができる。

電流検知装置１０の例としてバイメタルを用いて本発明の実施形態を開示するが、本発明の範囲は、この形式に限定されるものではなく、本明細書に開示する目的に適した他の抵抗要素、例えば、真鍮、青銅、銅合金、鋼、ステンレス鋼、インコネル鋼、及び／又は炭素鋼合金なども包含することは理解できよう。

信号線は、直列アーク検出ユニット３０などの第１アーク検出ユニット３０と、実効電流測定ユニットや、ｐ−ｐ電流測定ユニットや、ホール効果電流センサや、他の任意の適切な装置などの電流測定ユニット５０とに接続され、更に任意構成として、並列アーク検出ユニット４０などの第２アーク検出ユニット４０にも接続される。第１アーク検出ユニット３０は、マイクロコントローラ８０に対して、感知した負荷電流内のアーク状態（例えば、直列アーク）の検出に使用される二次信号を出力するように構成される。第２アーク検出ユニット４０は、同様にマイクロコントローラ８０に対して、感知した負荷電流内のアーク状態（例えば、並列アーク）の検出に使用される追加の二次信号を出力するように構成される。電流測定ユニット５０は、感知した負荷電流内の電流を検出し、更に他の二次信号をマイクロコントローラ８０に出力するように構成され、この更に他の二次信号は、検出した電流に基づくものであり、例えば、電流依存オフセットの計算、ＲＭＳ電流の測定、及びアーク検出サンプリングのタイミング設定の実行に利用される。

この文脈において、直列アーク及び並列アークは、本来なら非導電性の空気などの媒体の絶縁破壊を意味し、この絶縁破壊は、本来なら非導電性である媒体に流れる電流によって、スパークなどの発光放電を発生させる。直列アークは、例えば、電流供給線が断絶した場所において、負荷電流と直列に発生する。従って、直列アーク電流が、負荷電流より大きくなることはない。これとは逆に、並列アークは、回路と接地要素の間など、逆帯電した導体の間に発生し、大電流スパイク、及び存在しないと言えるほど僅かな負荷インピーダンスによって特徴付けることができる。

第１アーク検出ユニット３０は、３００ｋＨｚのサンプリング速度で動作し、電流信号をフィルタリングして、約１ｋＨｚ〜２５０ｋＨｚの周波数を有するものを除く全ての信号を除去する。このため、第１アーク検出ユニット３０は、加算増幅器２０のローパスフィルタと協調して動作するハイパスフィルタ３１を含む。第２アーク検出ユニット４０が用いられる場合、この第２アーク検出ユニット４０は、１０ｋＨｚのサンプリング速度で動作し、電流信号をサンプリングして、約１５０〜９００Ｈｚの周波数を有するものを除く全ての補助信号を除去する。従って、第２アーク検出ユニット４０は、ローパスフィルタ４１及びハイパスフィルタ４２を含む。電流測定ユニット５０は、１０ｋＨｚのサンプリング速度で動作し、ローパスフィルタ５１を含む。

マイクロコントローラ８０は、少なくとも第１アーク検出ユニット３０から受け取った二次信号を分解するように構成される。この分解は、外部計算値から、及び電流測定ユニット５０から受け取った信号に含まれる情報の少なくとも一部から取得されるマザーウェーブレットなどの離散ウェーブレット変換ＤＷＴを用いて行われる。

この分解の結果は、第１アーク検出ユニット３０から受け取った二次信号を第１周波数成分と第２周波数成分に更にフィルタリングしたものであり、第１周波数は、本発明の実施形態において、第２周波数より高い周波数である。つまり、二次信号は、約７２から２５０ｋＨｚの周波数を有する部分を含む第１周波数成分すなわち高周波成分と、約〜１から７５ｋＨｚの周波数を有する部分を含む第２周波数成分すなわち低周波成分とに分解され、分解された高周波成分から第１係数（以下、「詳細係数」）と記す）が得られ、低周波成分から第２係数（以下、「近似係数」と記す）が得られる。

ここで、図２を参照すると、二次信号を低周波成分の信号に分解することにより、信号のより顕著な二次信号の「肩」区画が得られることが判る。このように、アーク状態によって特徴付けられる高信号から低信号までの信号の構成内容は、比較的容易に把握される。このことは、二次信号の「アーク消滅」状態を映し出す第１の窓、及び二次信号の「肩」区画を映し出す第２の窓に示されている。ここで、最適化計算によって、第１及び第２の窓の大きさ及び位置が得られる。また、信号の構成内容は、電流の増加に伴って変化する傾向があるため、二次信号の第２周波数成分の実効性は、検知した負荷電流が増大するにつれて低下することにも留意されたい。

詳細係数及び近似係数を取得すると、マイクロコントローラ８０は、図４及び図５を参照しながら後述するように、詳細係数の絶対値の和（ＳｕｍＣＤ）、その絶対値の和の電流依存オフセット（ＳｕｍＣＤ＿ｏｆｆｓｅｔ）、すなわち電流測定ユニット５０によって検出された際に検知した負荷電流に依存する値、ならびに近似係数の絶対値の第１の和及び第２の和の比（Ｒａｔｉｏ）を計算する。近似係数の絶対値の第１の和は、図２の第１の窓から得られる近似係数の第１集合から計算され、近似係数の絶対値の第２の和は、図２の第２の窓から得られる近似係数の第２集合から計算される。

マイクロコントローラ８０は、図１に示すように、トリップ信号Ｓ_Ｔを生成するが、この生成は、ＳｕｍＣＤからＳｕｍＣＤ＿ｏｆｆｓｅｔを減じた値とＲａｔｉｏの積（Ｐｒｏｄｕｃｔ）が、トリップ信号Ｓ_Ｔの生成についての一つ以上の閾条件は、一定の期間において所定の回数で満たされている、と示す場合に実行される。ここで、閾条件は、一例として、検知した負荷にアーク状態が現れたことを示す信号測定値を基準としたものであってよい。

具体的には、検知した負荷電流が１５アンペアを下回り、且つ、Ｐｒｏｄｕｃｔが３００より大きい値を有する場合に、トリップ信号Ｓ_Ｔの生成についての一つ以上の閾条件が満たされたと指定される。ここで、ＳｕｍＣＤは、高周波成分の信号から計算され、ＳｕｍＣＤ＿ｏｆｆｓｅｔは、ＲＭＳ電流に２０を乗じた値から計算され、Ｒａｔｉｏは、低周波成分の信号から計算される。ＳｕｍＣＤが、ＳｕｍＣＤからＳｕｍＣＤ＿ｏｆｆｓｅｔを減じた値を下回る場合、Ｐｒｏｄｕｃｔは、ゼロの値を有すると算出されて、トリップ信号Ｓ_Ｔの生成についての一つ以上の閾条件は満たされていないと判定される。ただし、ＳｕｍＣＤが、ＳｕｍＣＤからＳｕｍＣＤ＿ｏｆｆｓｅｔを減じた値よりも大きい場合、Ｐｒｏｄｕｃｔは、ＳｕｍＣＤからＳｕｍＣＤ＿ｏｆｆｓｅｔを減じた値とＲａｔｉｏの積に等しいと算出されて、Ｐｒｏｄｕｃｔの値が３００より大きければ、トリップ信号Ｓ_Ｔの生成についての一つ以上の閾条件が満たされたと判定される。

電流が１５アンペアより大きい場合、信号の構成内容は、電流の増加に伴って変化する傾向があるため、前述したように低周波成分の実効性が低下するので、ＳｕｍＣＤの値のみを使用して、トリップ信号Ｓ_Ｔの生成についての一つ以上の閾条件が満たされたか否かが判定される。すなわち、１５〜２２．５アンペアの間の電流については、ＳｕｍＣＤが３００より大きい値を有する場合に、トリップ信号Ｓ_Ｔの生成についての一つ以上の閾条件が満たされる。同様に、２２．５アンペアを上回る電流については、ＳｕｍＣＤが４００より大きい値を有する場合に、トリップ信号Ｓ_Ｔの生成についての一つ以上の閾値条件が満たされる。

電流の変動範囲に応じて必要とされるトリップ時間は、下記の表１のとおりである。

これらのトリップ時間を満たすためには、割り当てられたトリップ時間内のサイクルの少なくとも４０％が前述した条件を満たす必要がある。例えば、５アンペアにおいて、１秒間に６０のラインサイクルが生じると、６０を０．４倍して、２４ラインサイクルになる。従って、６０のうち２４以上のサイクルがトリップ条件を満たす場合に、マイクロコントローラ８０はトリップ信号Ｓ_Ｔを生成することになる。

第１係数、又は第１係数及び第２係数が採用される所定の電流負荷の大きさは１５アンペアである場合について、本発明の実施形態を開示するが、所定の電流負荷として他の大きさも利用できることは理解できよう。

本発明の実施形態によれば、各ＤＷＴは、その存在期間中にゼロに統合される有限長の短い波動である。離散ウェーブレットの詳細係数及び近似係数は各ＤＷＴから次のように取得される。

ここで、ｘ［ｎ］は入力信号、ｇ［ｎ］はマザーウェーブレットからのハイパスデジタルフィルタ、そしてｈ［ｎ］はマザーウェーブレットからのローパスデジタルフィルタである。

フーリエ変換（ＦＴ）及び高速フーリエ変換（ＦＦＴ）などの他の解析手段と比べると、ＤＷＴを利用して離散ウェーブレット詳細係数及び近似係数を取得することは、電流信号の解析にいくつかの利点をもたらす。例えば、ＤＷＴにより、マザーウェーブレットと電流信号とを相関させることができる。また、ＤＷＴにより、特定の周波数が生じた時間についての情報を得ることができ、ＤＷＴは、計算がより簡単であり、また、ゼロ交差の瞬間における特定の周波数／パターンの検索も行えることから、並列アーク及び直列アークの特徴である消滅／再点孤イベントの検出が可能である。

従って、マイクロコントローラ８０がアーク検出動作にＤＷＴを適用する場合、マイクロコントローラ８０は、アーク放電に関連し得るパターン又は特徴を識別し、そのパターン又は特徴との相関性が比較的高い所定のマザーウェーブレットを選択し、ＳＮ比を最適化するアーク放電を解析する周波数範囲を選択し、波形の一部を焦点領域として選択し、選択された部分の波形に対応する必要な窓の大きさを選択することによって、動作してよい。

この点を考慮して、「Ｄａｕｂｅｃｈｉｅｓ１０」又は「ｄｂ１０」マザーウェーブレットは、周波数範囲が９３ｋＨｚ以上に設定され、サンプリング周波数が３００ｋＨｚに設定され、且つ、アンチエイリアシングフィルタを適用しないアーク検出に非常に適していることが判明している。アーク放電の指標は、電流信号のゼロ交差ポイントに存在することも判っているため、ゼロ交差ポイントが、サンプリングの開始時を決定する。従って、３００ｋＨｚのサンプリング周波数についての窓の大きさを２５．３度に設定することで、アークの再点孤又は消滅のいずれかのイベントの少なくとも一方が、その窓の中に捕捉されることになる。

引き続き図１を参照すると、本装置は、マイクロコントローラ８０に連結される周囲温度センサ６０を更に含むことができる。周囲温度センサ６０は、少なくとも電流検知装置１０の周囲温度を測定し、その測定値をマイクロコントローラ８０に出力する。この後、マイクロコントローラ８０は、前述の計算において、電流検知装置１０の温度変化を補正すべきか否かを判定する。

また、本装置は、直列アーク検査構成７１及び並列アーク検査構成７２を有するプッシュ式検査スイッチ７０を更に含むことができる。このプッシュ式検査スイッチ７０は、マイクロコントローラ８０に連結されており、オペレータは、このスイッチ７０を利用して、ローカル及びローカルに限定されない規制に従って、設置時に装置を検査することができる。

マイクロコントローラ８０は、更に、信号を分解する前に当該信号にデッドバンドを挿入するように構成することができる。ここで、サンプリングされた二次信号のうち、デッドバンド内にあるものはいずれもゼロに設定され、信号がデッドバンドから外れた後で、二次信号が負又は正いずれの値を有するのかに応じて、テッドバンドの値が減算又は加算される。従って、デッドバンドは、アナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）ビットディザ処理の感度までマイクロコントローラ８０の感度を下げるように構成される。

本装置は、検出回路１００を更に含み、この検出回路１００は、二次信号のゼロ交差インスタンスを検出すると共に、マイクロコントローラ８０に命令して、検出の後、前述した方式で二次信号を分解させるように構成される。この役割において、検出回路１００は、一方の側で電気的に中性の電源に接続され、もう一方の側でマイクロコントローラ８０の入力に接続される。

次に、図３〜図６を参照しながら、アーク事故電流遮断（ＡＦＣＩ）の実行方法について説明する。図３に示すように、アルゴリズムを初期化（処理１００）した後、このアルゴリズムが連続して実施され、その間、電流検知装置１０において負荷電流の検知が行われ、電流検知装置１０と信号を通信する検出ユニットによって、検知した負荷電流に基づいた信号として生成される二次信号の高周波サンプリングが完了したか否かが判定される（処理２００）。

処理２００における二次信号の高周波サンプリングは、図４の遮断処理アルゴリズムに従って行われる。図示するように、この遮断処理アルゴリズムは、マイクロコントローラ８０が、電流測定ユニット５０によって出力された二次信号に基づいた低周波の遮断信号を受け取ること（処理２０１）で開始する。この段階で、二次信号のＲＭＳ長さがサンプリングされたか否かが判定され（処理２０２）、ＲＭＳ長さがサンプリングされている場合は、ＲＭＳの値が計算される（処理２０３）。ＲＭＳの値が算出された後、算出された値を利用して、アーク状態の存在下においてどの程度素早く装置をトリップさせる必要があるのかが特定される。ＲＭＳ長さがまだサンプリングされていない場合、検出回路１００からの入力が受け取られ（処理２０４）、受け取った入力から、正のゼロ交差が生じているか否かが判定される（処理２０５）。

正のゼロ交差が生じていない場合、制御は、処理２０４に戻る。ただし、正のゼロ交差が生じている場合は、ゼロ交差サンプリングに、正のゼロ交差に応じた遅延が設定される（処理２０７）。この段階で、処理２００の高周波サンプリングが始動される。

図３に戻って説明すると、二次信号の高周波サンプリングが完了していないと判定された場合、二次信号は、低周波でサンプリングされ（処理３００）、低周波サンプリングが完了したと判定された場合、低周波サンプリング信号のローリング平均が計算される（処理５００）。

二次信号の高周波サンプリングが完了し、且つ、ゼロ交差がサンプリングされていると、検出回路１００の出力に基づいて判定された場合は、前述のローリング平均とは別に、ゼロ交差離散ウェーブレットの詳細係数及び近似係数が計算される（それぞれ処理４１０及び処理４１１）。逆に、二次信号の高周波サンプリングは完了しているが、ゼロ交差はサンプリングされていないと判定された場合、制御は処理２００に戻る。

ここで図５を参照すると、例示した離散ウェーブレットアルゴリズムは、処理４１０に採用されている。図示するように、サンプリングされた信号は、最初に、畳み込まれた信号の指標を意味するＯｕｔｅｒＩｎｄｅｘと、詳細係数の和の絶対値であるＳｕｍＣＤと、利用するフィルタの指標であるＩｎｎｅｒＩｎｄｅｘとを有する信号として定義され、これらの値はそれぞれゼロに設定される。

まず、ＯｕｔｅｒＩｎｄｅｘは畳み込まれた信号の長さを下回るか否かが判定される。ＯｕｔｅｒＩｎｄｅｘが、畳み込まれた信号の長さ以上である場合、ＳｕｍＣＤの値はゼロに戻される。逆に、ＯｕｔｅｒＩｎｄｅｘが、畳み込まれた信号の長さを下回る場合は、個々の詳細係数であるＣＤの各値がゼロに設定され、更に、ＪｕｍｐＩｎｄｅｘの値が、畳み込まれた信号の値に２を乗じた値に設定される。

次に、ＩｎｎｅｒＩｎｄｅｘはフィルタの長さを下回るか否かが判定される。ＩｎｎｅｒＩｎｄｅｘがフィルタの長さを下回る場合、ＣＤの値は、信号の値を加算したＣＤの値に設定される。ここで、信号の値は、ＩｎｎｅｒＩｎｄｅｘにフィルタの値を乗じた値を加えたＪｕｍｐＩｎｄｅｘの値である。このプロセスは、ＩｎｎｅｒＩｎｄｅｘがフィルタの長さ以上であると判定されるまで繰り返される。この段階で、ＣＤの値は、ＣＤの絶対値に設定され、ＳｕｍＣＤの値は、ＣＤの値を加えたＳｕｍＣＤの絶対値に設定される。

図６を参照すると、他の実施形態に従って例示する離散ウェーブレットアルゴリズムは、処理４１１に採用されている。図示するように、まず、サンプリングされた信号の長さは、所定の長さから４５をマイナスした値に等しいか否かが判定される。等しい場合、畳み込まれた信号の指標を意味するＯｕｔｅｒＩｎｄｅｘ、近似係数の和の絶対値であるＳｕｍＣＡ、ならびに近似係数の絶対値の第１集合及び第２集合の各和の値であるＦｉｒｓｔＷｉｎｄｏｗＳｕｍ及びＳｅｃｏｎｄＷｉｎｄｏｗＳｕｍの値がゼロに設定される。

この段階で、ＯｕｔｅｒＩｎｄｅｘの値は、所定の信号長さから４５をマイナスした値を下回るか否かが判定される。小さくない場合、Ｒａｔｉｏの値は、ＦｉｒｓｔＷｉｎｄｏｗＳｕｍをＳｅｃｏｎｄＷｉｎｄｏｗＳｕｍで除算した値と等しくなるように設定される。ＯｕｔｅｒＩｎｄｅｘの値が、所定の信号長さから４５をマイナスした値を下回る場合は、ＣＡの値がゼロに設定されると共に、ＪｕｍｐＩｎｄｅｘの値が、ＯｕｔｅｒＩｎｄｅｘに２を乗じた値に設定される。

次に、ＩｎｎｅｒＩｎｄｅｘの値は、近似フィルタ（Ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）の長さを下回るか否かが判定される。ＩｎｎｅｒＩｎｄｅｘの値が近似フィルタの長さを下回る場合、ＣＡの値は、ＡｐｐｒｏｘｉｍａｔｅＦｉｌｔｅｒの値を乗じた信号の値にＣＡを加えた値に設定されるが、ここで、信号の値には、ＪｕｍｐＩｎｄｅｘとＩｎｎｅｒＩｎｄｅｘの和が乗じられ、ＡｐｐｒｏｘｉｍａｔｅＦｉｌｔｅｒの値には、ＩｎｎｅｒＩｎｄｅｘの値が乗じられる。ＩｎｎｅｒＩｎｄｅｘの値が、近似フィルタの長さ以上である場合は、ＯｕｔｅｒＩｎｄｅｘの値が、第１の窓の終端の値を下回るか否かが判定される。

ＯｕｔｅｒＩｎｄｅｘの値が、第１の窓の終端の値を下回る場合、ＦｉｒｓｔＷｉｎｄｏｗＳｕｍの値は、ＣＡの絶対値にＦｉｒｓｔＷｉｎｄｏｗＳｕｍを加えた値に設定され、ＯｕｔｅｒＩｎｄｅｘの値は、所定の信号長さから４５をマイナスした値を下回るか否かが再び判定される。ＯｕｔｅｒＩｎｄｅｘの値が、第１の窓の終端の値以上である場合は、ＯｕｔｅｒＩｎｄｅｘの値が、第２の窓の終端の値を下回るか否かが判定される。ここで、ＯｕｔｅｒＩｎｄｅｘの値が、第２の窓の終端の値以上である場合、ＯｕｔｅｒＩｎｄｅｘの値は、所定の信号長さから４５をマイナスした値を下回るか否かが再び判定される。ＯｕｔｅｒＩｎｄｅｘの値が、第２の窓の終端の値を下回る場合、ＳｅｃｏｎｄＷｉｎｄｏｗＳｕｍの値は、ＳｅｃｏｎｄＷｉｎｄｏｗＳｕｍにＣＡの絶対値を加算した値に設定され、ＯｕｔｅｒＩｎｄｅｘの値は、所定の信号長さから４５をマイナスした値を下回るか否かが再び判定される。

図３に戻ると、詳細係数及び近似係数が算出された後、閾基準は、前述したとおりに全て満たされているか否かが判定される（処理６００）。全ての閾基準が満たされてはいない場合、制御は処理２００に戻る。ただし、閾基準が全て満たされている場合は、トリップ信号Ｓ_Ｔが送出される（処理７００）。

本発明の実施形態は、コンピュータに実装されるプロセス及びそのプロセスを実践する装置という形式で実施することができる。本発明は、有形の媒体に組み込まれた命令を含むコンピュータプログラムコードを有するコンピュータプログラム製品という形式で実施されてもよく、前記有形の媒体は、例えば、フロッピー（登録商標）ディスケット、ＣＤ−ＲＯＭ、ハードドライブ、ＵＳＢ（ユニバーサルシリアルバス）ドライブ、又はランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、もしくは消去及びプログラム可能読み出し専用メモリ（ＥＰＲＯＭ）などの各種の他のコンピュータ可読記憶媒体などであり、前記コンピュータプログラムコードがコンピュータによって呼び出されて実行されると、前記コンピュータは、本発明を実施する装置になる。本発明は、例えば、記憶媒体に格納されること、コンピュータに呼び出されること、及びコンピュータによって実行されることのうちの少なくともいずれかが行われるコンピュータプログラムコード、又は電気配線、電気ケーブル、光ファイバ、もしくは電磁放射などの各種の伝送媒体を介して伝送されるコンピュータプログラムコードの形式で実施されてもよく、このコンピュータプログラムコードがコンピュータによって呼び出され実行されると、前記コンピュータは、本発明を実施する装置になる。汎用マイクロプロセッサに実装される場合、前記コンピュータプログラムコードの区画は、特定の論理回路を形成するマイクロプロセッサを構成する。この実行可能命令の技術的効果は、二次信号を受け取って、第１及び第２の係数に分解し、検知した負荷の電流が所定の閾値を下回り、且つ、前記第１及び第２の係数が共にトリップ信号生成の閾値条件を満たしている場合、又は、検知した負荷の電流が所定の閾値を上回り、且つ、前記第１の係数が単独で前記閾値条件を満たしている場合に、電気回路の動作を中断するために用いられるトリップ信号を生成することである。

以上、一部の実施形態を例示しながら本発明を説明してきたが、当業者には明らかなように、これらの実施形態の構成に様々な改変及び等価の措置を加えても、本発明の実施形態として認められる。また、特定の条件又は材料に合わせて、これらの実施形態の構成に修正を加えても、本発明の実施形態として認められる。すなわち、添付の特許請求の範囲には、本発明を実施するための最良の態様として例示した本明細書に記載の実施形態に限らず、上記のような形態も全て含まれるものとする。

１０ 電流検知装置
２０ 加算増幅器
３０ 直列アーク検出ユニット
３１ ハイパスフィルタ
４０ 第２アーク検出ユニット
４１ ローパスフィルタ
４２ ハイパスフィルタ
５０ 電流測定ユニット
５１ ローパスフィルタ
ＳＴ トリップ信号
６０ 周囲温度センサ
７０ 検査スイッチ
７１ 直列アーク検査構成
７２ 並列アーク検査構成
８０ マイクロコントローラ
９０ 検査信号
１００ 検出回路
処理１００ アルゴリズムを初期化
処理２００ サンプリングが完了したか否かを判定
処理２０１ 遮断処理アルゴリズムを開始
処理２０２ 二次信号のＲＭＳ長さがサンプリングされたか否かを判定
処理２０３ ＲＭＳ値を計算
処理２０４ 検出回路１００からの入力を受け取る
処理２０７ ゼロ交差サンプリングに遅延を設定
処理３００ 二次信号をサンプリング
処理４１０及び４１１ 詳細係数及び近似係数を計算
処理５００ ローリング平均を計算
処理６００ 閾基準を全て満たしているか否かを判定
処理７００ トリップ信号ＳＴを送出

Claims (10)

1. 電気回路内の電流の遮断を円滑に行う装置であって、
   前記電気回路内に設けられて、電気負荷として機能すると共に、その内部を通って流れる負荷電流を表す出力信号を生成する電流検知装置（１０）と、
   前記電流検知装置（１０）と信号を通信して、前記電流検知装置（１０）によって生成された前記出力信号を受け取り、前記出力信号に基づいた二次信号を出力するように構成されて配置される検出ユニット（３０）と、
   前記検出ユニット（３０）に連結され、コンピュータ実行可能命令に応答するマイクロプロセッサ（８０）とを含み、
   前記コンピュータ実行可能命令は、前記マイクロプロセッサ（８０）によって実行されると、前記二次信号を受け取り、その二次信号を詳細係数及び近似係数に分解し、検知した負荷電流が所定の閾値を上回り、且つ、前記詳細係数及び前記近似係数が共にトリップ信号生成の閾条件を満たしている場合、前記電気回路の動作を中断させるために用いられるトリップ信号を生成するように、前記マイクロプロセッサ（８０）を駆動させる命令である、装置。
2. 前記マイクロコントローラ（８０）に測定信号を出力するように構成される電流測定ユニット（５０）を更に含み、前記測定信号は、前記出力信号のタイミングに関連付けられると共に、前記マイクロコントローラ（８０）によって、前記閾条件が満たしているか否かの判定に利用される、請求項１に記載の装置。
3. 前記マイクロコントローラ（８０）に連結される周囲温度センサ（６０）を更に含み、前記マイクロコントローラ（８０）は、前記電流検知装置（１０）の温度変化を補正すべきか否かを、前記周囲温度センサ（６０）を用いて判定する、請求項１または２に記載の装置。
4. フィルタを含む加算増幅器（２０）であって、前記電流検知装置（１０）と前記検出ユニット（３０）との間に動作可能に配置されて、前記マイクロコントローラ（８０）と信号を通信する加算増幅器（２０）を更に含み、
   前記加算増幅器（２０）の前記フィルタ及び前記検出ユニット（３０）は、協働して前記二次信号をフィルタリングし、約１〜２５０ｋＨｚの範囲から外れた周波数を有する成分を前記二次信号から排除する、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の装置。
5. 前記詳細係数を、前記二次信号のうちの約７５〜２５０ｋＨｚの範囲内の周波数を有する成分から取得し、前記近似係数を、前記二次信号のうちの約１〜７５ｋＨｚの範囲内の周波数を有する成分から取得する、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の装置。
6. 前記マイクロコントローラ（８０）は、コンピュータ実行可能命令に更に応答し、前記コンピュータ実行可能命令は、前記マイクロコントローラ（８０）によって実行されると、前記二次信号の分解前に、前記信号にデッドバンドを挿入するように前記マイクロコントローラを駆動させる命令である、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の装置。
7. 前記マイクロコントローラ（８０）と信号を通信するように設けられる検出回路（１００）を更に含み、前記検出回路（１００）は、更に、前記出力信号のゼロ交差インスタンスを検出することと、その後で前記二次信号を分解するように前記マイクロコントローラ（８０）に命令することとを行うように構成され、配置される、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の装置。
8. 前記検知した負荷電流が所定のアンペア数を上回る場合、前記マイクロコントローラ（８０）は、トリップ信号生成の閾条件が、一定の期間に亘って所定の周波数で満たされていると前記詳細係数に基づいて判定された場合、前記トリップ信号を生成する、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の装置。
9. 回路のアーク事故電流遮断（ＡＦＣＩ）を実行する、コンピュータに実装される方法であって、
   前記回路と電気的に連通する電流検知装置（１０）において負荷電流を検知し、
   前記電流検知装置（１０）と信号を通信する検出ユニット（３０）において、前記検知した負荷電流の電流を反映する二次信号を生成し、
   前記検出ユニット（３０）に連結されたマイクロコントローラ（８０）において、第１の所定周波数で前記二次信号をサンプリングし、
   前記二次信号のサンプリングが完了したと判定され、且つ、前記二次信号のゼロ交差がサンプリングされたと判定された場合に、前記二次信号の第１成分から詳細係数を計算すると共に、前記二次信号の第２成分から近似係数を計算し、
   閾基準が満たされているか否かを前記第１係数に基づいて判定するか、又は、前記検知した負荷電流が所定の閾値を下回るか否かを、前記詳細係数及び前記近似係数に基づいて判定し、
   前記閾基準が満たされている、又は、前記負荷電流が前記所定の閾値を下回っていると判定された場合に、前記回路の動作を中断させるトリップ信号を送出することを含む方法。
10. 回路のアーク事故電流遮断（ＡＦＣＩ）を実行する、コンピュータに実装される方法であって、
    検出ユニット（３０）と信号を通信する電流検知装置（１０）によって検出された負荷電流に基づいて、前記検出ユニット（３０）において生成される二次信号の第１部分と第２部分を、離散ウェーブレット変換により、詳細係数及び近似係数にそれぞれ分解し、
    前記二次信号の前記第１部分にはゼロ交差がサンプリングされていると判定された場合は、前記詳細係数の絶対値の和を計算すると共に、前記二次信号の第１の窓及び第２の窓に対応する前記近似係数の絶対値と、前記第１の窓及び第２の窓それぞれについての前記絶対値の各和の比を計算し、
    前記絶対値の和を第１の所定閾値と比較するか、又は、前記検出した負荷電流が予め選択された大きさを下回る場合は、前記絶対値の和と前記和の比との積を、第２の所定閾値と比較し、
    前記比較の結果が、前記第１及び第２の所定閾値のうちの該当する閾値について、一定の期間に亘って一定の周波数だけ上回っている場合に、前記回路の動作を中断させるトリップ信号を送出することを含む方法。