JP2011506978A - 電気ネットワークの中性帰還線における欠陥を検出するための方法および装置 - Google Patents

Abstract

中性帰還線、電源線および接地帰還を含む電力分配ネットワークの中性帰還線における不連続性または不規則性を検出するための装置が開示される。装置は、電気ネットワークにおける既知のインピーダンスの意図的なスイッチングに関連した電圧変化を測定するための手段を含み、その電圧変化は中性帰還線における不連続性またはインピーダンス不規則性によるものであり、装置は中性帰還線における不連続性またはインピーダンス不規則性を模倣または隠蔽するネットワーク動作に起因する電圧変化を含み、電気ネットワークに対する公称供給電圧における許容変動の存在下において、不連続性またはインピーダンス不規則性を同定するためのアルゴリズムを実行するための手段を含む。装置は、不連続性またはインピーダンス不規則性の指標を与えるように、測定の結果と基準とを比較するための手段をさらに含む。電力分配ネットワークの中性帰還線における不連続性または不規則性を検出するため方法が、さらに開示される。

Description

発明の背景
本発明は電力分配ネットワークの電源線における欠陥の監視および／または検出に関する。特に、本発明は、けがや死の可能性を伴う人体への電撃の危険をもたらす電位差が存在し得る電気ネットワークの電源線における不連続性またはインピーダンス不規則性のような欠陥の検出に関する。

電力供給産業は、一般的に、障害の場合に保護された経路を提供するための接地された帰還システムを有する。システム内の電流の流れは、通常は、電源と接地帰還との間である。システムに接続された機器に障害が発生した場合は、システムは、電流を電源と接地帰還との間に流す。

電流は、２つの回路（中性点または接地）のうちの１つを流れるので、１つの回路における不連続性またはインピーダンス不規則性は、第２の回路（中性点または接地）もまた不良となるまでは、危険の指標を伴うことなく発見されない。

たとえば、中性線または中性配線における高インピーダンスまたは不連続性は、電流を電源と接地帰還との間に流す。しかしながら、接地帰還経路は、地面の乾燥、接続間違い、または配管工事中に行なわれる作業によるケーブル損傷などを含む多くの要因のために、長い間に役に立たなくなったり不良となったりし得る。適切な接地帰還経路が施されていないと、電流は水道管や排水管のような他の経路を通って接地に流れるか、あるいは、電流が全く流れない場合もある。後者においては、接地より大きい電位上昇を引き起こし、けがや死の可能性を伴う人体への電撃の危険を創出し得る。

本発明の目的は、現状の欠点を少なくとも緩和することである。

発明の要約
本発明の１つの局面によれば、中性帰還線、電源線および接地帰還を含む電力分配ネットワークの中性帰還線における不連続性または不規則性を検出するための装置が提供され、装置は、電気ネットワークにおける既知のインピーダンスの意図的なスイッチングに関連した電圧変化を測定するための手段を含み、電圧変化は中性帰還線における不連続性またはインピーダンス不規則性によるものであり、中性帰還線における不連続性またはインピーダンス不規則性を模倣または隠蔽するネットワーク動作に起因する電圧変化を含む電気ネットワークに対する公称供給電圧における許容変動の存在下において、不連続性またはインピーダンス不規則性を同定するためのアルゴリズムを実行するための手段と、不連続性またはインピーダンス不規則性の指標を与えるように、測定の結果と基準とを比較するための手段をさらに含む。

アルゴリズムは、供給電圧内の異常の存在下において、中性帰還線を含むネットワークと、中性帰還線を含まないネットワークとを区別するように実行され得る。基準は、中性帰還線を含むネットワークと、中性帰還線を含まないネットワークとを区別するように選択され得る。基準は、ネットワークが中性帰還線を含まない場合の、複数の場所から取得したデータサンプルを含み得る。基準は、ネットワークが中性帰還線を含む場合の、複数の場所から取得したデータサンプルを含み得る。

装置は、ネットワークにおけるインピーダンスのランダムなまたは自然な切替えに起因する電圧変化を含む、ネットワークにおける電圧変化を測定するための手段を含み得る。装置は、ネットワークにおける既知のインピーダンスの意図的な切替えに起因する電圧変化を含む、ネットワークにおける電圧変化を測定するための手段を含み得る。測定するための手段は、Ａ／Ｄコンバータを含み得る。比較するための手段は、マイクロプロセッサおよび基準に関連したデータを記憶するためのメモリを含み得る。指標は、聴覚的および／または視覚的な警告ならびに／あるいは電気信号を含み得る。

本発明のさらなる局面によれば、中性帰還線、電源線およびアース帰還を含む電力分配ネットワークの中性帰還線における不連続性または不規則性を検出するための方法が提供され、方法は、電気ネットワークにおける既知のインピーダンスの意図的なスイッチングに関連した電圧変化を測定するステップを含み、電圧変化は中性帰還線における不連続性またはインピーダンス不規則性によるものであり、中性帰還線における不連続性またはインピーダンス不規則性を模倣または隠蔽するネットワーク動作に起因する電圧変化を含む電気ネットワークに対する公称供給電圧における許容変動の存在下において、不連続性またはインピーダンス不規則性を同定するためのアルゴリズムを実行するステップと、不連続性またはインピーダンス不規則性の指標を与えるように、測定の結果と基準とを比較するステップをさらに含む。

本発明は、中性帰還線または配線、あるいは接地帰還経路における不連続性またはインピーダンス不規則性を検出し得る。本発明は、消費者の敷地において、不連続性または不規則性を検出し得る。本発明は、ネットワークに関連する電気回路内の電圧変化または電圧低下を監視および／または測定することによって、不連続性または不規則性を検出し得る。電圧変化または電圧低下は、電気回路内の既知のインピーダンスの意図的な切替えに関連し得る。電圧変化または電圧低下は、中性帰還線における不連続性および／またはインピーダンス不規則性によって引き起こされ得る。本発明は、中性帰還線における不連続性および／またはインピーダンス不規則性を同定することができるアルゴリズムを含み得る。アルゴリズムは、「公称供給電圧」内の許容変動、および、中性帰還線における不連続性または不規則性を模倣したりまたは隠蔽したりし得る通常のネットワーク操作に起因するステップ，急落（sag），スパイクなどを含む電圧変化を区別しえる。

中性帰還線または配線における不連続性または不規則性を起こす電気回路の電気的特性および物理的寸法および物理的特性は、健全な中性帰還線または配線を維持している電気回路内に存するそれらとは異なり得る。

安定的な電源電圧が供給されると、回路内の予測される電圧変化および電圧低下は、回路内の直列および並列のインピーダンス、中性帰還配線のインピーダンス、および接地帰還経路のインピーダンスに依存し得る。中性配線内に不連続性または不規則性のある状況下では、予測される電圧変化および電圧低下は、一次的には、接地帰還経路のインピーダンスの値に依存し、健全な中性線の場合よりも一般的には多少大きくなる。

ネットワーク内のインピーダンス変化に起因する線電圧の変化および低下の測定は、電力分配ネットワークの電源線における不連続性またはインピーダンス不規則性を示すために用いられ得る。測定可能な電圧変化および電圧低下は、電気ネットワーク内のインピーダンスのランダムな切替えの自然な発生に起因し得、または、電気ネットワーク内のインピーダンスの意図的なまたは計画された切替えに起因し得る。

中性帰還線または配線のインピーダンスは、一般的に、接地帰還経路のものより小さいので、高接地帰還インピーダンスの状況下での電位差の存在は、けがや死の可能性を伴う人体への電撃の危険をもたらし得る。後者の状況は、所与のインピーダンスに対する電圧変化または電圧低下を基準と比較することによって検出し得る。基準は、中性帰還線が健全または損傷していない場合、または、中性帰還線は損傷していないがインピーダンス不規則性を有する場合に予測され得る電圧変化または電圧低下を表わし得る。

本発明は、電力分配ネットワークの電源線における不連続性または不規則性を検出するための装置を含む。不連続性またはインピーダンス不規則性は、電源変圧器と、電力分配ネットワークへの装置の接続点との間のどこにでも存在し得る。装置は、消費者の敷地内の、汎用コンセント（General Purpose Outlet：ＧＰＯ）または配電盤のような都合の良い場所に、個別の装置として設置され得、あるいは、ＧＰＯまたは電気サービス供給者によって顧客のために設置された計量装置と関連付けられ、または統合され得る。

装置は、健全な中性帰還線を有する回路と、中性帰還線内に不連続性または不規則性を有する回路とを区別するように適合され得る。装置は、電気ネットワーク内のインピーダンスの変化に起因する線電圧の変化および低下を測定し得る。電圧の変化および低下は、電気ネットワークにおける電気帰還経路のインピーダンス変化を示すために用いられ得る。測定された電圧変化または電圧低下は、電気ネットワーク内で生成されるインピーダンスのランダムな切替えに起因し、あるいは、関連した回路内の装置によるインピーダンスの意図的なまたは計画的な切替えに起因し得る。

電力分配ネットワークは、一般的に、許容される上限および下限の間を変動する所定の「公称供給電圧」の電力を供給する。「公称供給電圧」のこれらの許容変動に加えて、通常のネットワーク動作に起因する電圧変動（ステップ、急落（sag），スパイクなど）がある。これらは、ローカルネットワークまたは配電網に課せられた負荷、変圧器の過負荷、スイッチング、落雷、リクローザ（re-closer）の動作などを含む様々な要因による、電圧上昇または電圧低下を含む。

供給電圧において自然発生する電圧の急落およびスパイクは、中性供給線における不連続性または不規則性を模倣または隠蔽し得る電圧低下あるいは電圧上昇を引き起こし得るので、装置は、中性供給線における不連続性または不規則性の信頼性のある検出に基づく、このような特異事象の影響を最小化し得るアルゴリズムを含み得る。したがって、アルゴリズムは、特異電圧状況の下で中性供給線における不連続性またはインピーダンス不規則性の同定を可能にし得る。

装置は、聴覚的または視覚的な信号あるいは警告のような、消費者および／または第三者に、中性帰還線または配線が不連続性または不規則性を含んでいるかもしれないことを伝達するための手段を含み得る。

本発明の好ましい実施形態は、添付の図面を参照して説明されるだろう。

典型的な健全な設備の簡易図である。 欠陥のある説明の簡易図である。 健全な中性帰還線を含むローカルネットワークを表わす図である。 不連続な中性帰還線を含むローカルネットワークを表わす図である。 ランダムに発生する電圧の急落およびスパイクを含む、「公称電圧」内の通常の変動を表わす図である。 電力分配システムにおける不連続性を検出するための装置のブロック図である。 本発明に従う装置の一形態のブロック図である。 アクティブ電圧テストおよびパッシブ電圧テストの一形態のフロー図である。 自己診断のためのサブプロセスを示す図である。 アクティブ電圧テストのためのサブプロセスを示す図である。 パッシブ電圧テストのためのサブプロセスを示す図である。 本発明に従う装置の一形態の回路図である。 本発明に従う装置の一形態の回路図である。 メインシステム制御のためのアルゴリズムのフロー図である。 ８ｍｓ非クリティカルファンクションについてのアルゴリズムのフロー図である。 ２５０ｍｓ非クリティカルファンクションについてのアルゴリズムのフロー図である。 １秒非クリティカルファンクションの前半についてのアルゴリズムのフロー図である。 １秒非クリティカルファンクションの後半についてのアルゴリズムのフロー図である。 Ａ／Ｄコンバータモジュール内のハードウェア初期化についてのアルゴリズムのフロー図である。 Ａ／Ｄコンバータモジュール内のソフトウェア初期化についてのアルゴリズムのフロー図である。 Ａ／Ｄ変換の完了に引き続く機能のフロー図である。

図１は、家屋１１と分配変圧器１２との間の架空送電線１０を含む、国内用電力分配設備の簡易化した例を示す。この設備は、家屋１１と分配変圧器１２との間に、健全な帰還線１３を有する。

図２は、家屋１１への帰還線１３内に損傷１４を含む、同様の国内用電力分配設備を示す。この場合、アースと水道管との結合部は、隣家の家屋１５の中性接続および／または分配変圧器１２の接地帰還接続との二次的接続を形成する。

図３は、電源線４１と中性線４２との間に接続された、自然に切替えられる複数の負荷Ｚ_L1，Ｚ_L2，Ｚ_L3を含むローカルネットワーク４０を示す。ローカルネットワークのインピーダンスおよびローカルネットワーク全体のインピーダンスに印加される電圧Ｖ₁によって決まる局部電流Ｉ_Aは、電源線および中性線の間を流れる。中性線４２が健全であると仮定すると、ローカルネットワークにわたって測定される電圧Ｖ₁は、電源供給電圧Ｖ_Sと等しくなる。インピーダンスＺ_Sは、電源線４１に関連するソースインピーダンスを表わし、インピーダンスＺ_Nは中性線４２に関連するインピーダンスを表わし、一方局部設置インピーダンスは、Ｚ_Eによって表わされる。局部電流Ｉ_Aは、中性帰還線および接地帰還の両方が健全のままである限り、それらの相対インピーダンスに基づいて、インピーダンスＺ_ＮおよびＺ_Ｅを通って流れる。インピーダンスＺ_ＮおよびＺ_Ｅの間の違いは、一般的に、インピーダンスＺ_Ｎを通って流れる優先的な電流をもたらすことである。

図４は、中性帰還線４２に不連続点４３を含む図３のローカルネットワーク４０を示す。不連続点４３は、変化はあまり大きくはないが、ソースインピーダンスＺ_Sの変化を生じさせ得る。局部電流Ｉ_Aは、接地インピーダンスＺ_Eを経由して流れ、以下のような中性線電圧上に電圧Ｖ₂の上昇を引き起こす。

Ｖ₂＝Ｖ₀［Ｚ_E／（Ｚ_E＋Ｚ_N＋Ｚ_L＋Ｚ_S）］
これは、以下のような、ローカルネットワークにかかる電圧Ｖ₁の低下を引き起こす。

Ｖ₁＝Ｖ₀−Ｖ₂
＝Ｖ₀−Ｖ₀［Ｚ_E／（Ｚ_E＋Ｚ_N＋Ｚ_L＋Ｚ_S）］
＝Ｖ₀［（Ｚ_N＋Ｚ_S）／（Ｚ_E＋Ｚ_N＋Ｚ_L＋Ｚ_S）］
したがって、中性帰還線４２における不連続点４３の事象においては、ローカルネットワーク４０にかかる電圧Ｖ₁は、（Ｚ_N＋Ｚ_S）／（Ｚ_E＋Ｚ_N＋Ｚ_L＋Ｚ_S）が１よりも小さいので、線電圧Ｖ₀よりも小さくなる。局部電圧Ｖ₁の低下は、Ｖ₁を基準または標準電圧と比較することによって検出され、中性帰還線４２における不連続性またはインピーダンス不規則性の指標を提供し得る。

図５は、典型的な電力分配ネットワークに現れ得る線電圧変動の例を示す。変動は、「公称供給電圧」の変動、およびローカルネットワークまたは配電網に課せられた負荷、変圧器の過負荷、スイッチング、落雷、リクローザの動作などを含む通常のネットワーク動作によるステップ，急落，スパイクなどのような電圧変化を含む。

図６は、電力分配システムにおける不連続性またはインピーダンス不規則性を検出するための装置の一形態の概念図を示す。装置は、インピーダンスを線電圧源に適合するための切替可能なインピーダンスブロック６０を含む。インピーダンスブロック６０は、線電圧源に関連する回路へのインピーダンスの制御された切替えのための手段を含む。

装置は、電源入力電圧を調整するための手段、およびＡ／Ｄコンバータを用いて入力電圧をアナログ表現からデジタル表現に変換するための手段を含む電圧調整・測定ブロック６１を含む。

装置は、インピーダンスブロック６０および電圧調整・測定ブロック６１を制御するための、ならびに、線電圧源が中性線または配線に不連続性または不規則性を有しているか否かを判定および／または確認するための、マイクロプロセッサおよびメモリブロック６２を含む。

装置は、聴覚的なおよび／または視覚的な信号あるいは警告６３を含み、消費者および／または第三者に、中性線または配線が不連続性または不規則性を含んでいるかもしれないことを伝達する。

図７は、中性帰還線における欠陥を検出するための装置の一形態のブロック図を示す。装置は、抵抗を制御されたリレーを含む切替可能なインピーダンスモジュール７０と、１つまたはより多くの絶縁変圧器、１つまたはより多くのフィルタ、全波整流器および電圧スケーラを含む電圧調整／測定モジュール７１とを含む。装置は、平均インターバル電圧を出力するためのＡＤＣコンバータを含むＡ／Ｄコンバータモジュール７２を含む。電圧は、メモリデータアレイモジュール７３へ出力される。メモリアレイモジュール７３は、後続の各測定値がアレイ内に事前に記憶した測定値を１ステップ移動しながら、少なくとも３００の電圧入力をアレイ内に記憶する。メモリアレイモジュール７３における電圧測定は、必要に応じて、マイクロコントローラモジュール７４を通過される。マイクロコントローラモジュール７４は、以下に説明されるように、パッシブ電圧テストおよびアクティブ電圧テストを実行するためのアルゴリズムを含む。マイクロコントローラモジュール７４は、ラッチ式の聴覚的・視覚的アラームモジュール７５とインターフェースする。

図８は、ステップ８０〜９０を含む電圧テストを実行するためのステップのフロー図を示す。ステップ８１は、起動／自己診断サブプロセスを含み、図９にさらに図示される（ステップ８１ａから８１ｅを参照）。ステップ８３および８９は、図１０でさらに図示されるアクティブアルゴリズムサブプロセスを含む。ステップ８６は、図１１でさらに図示されるパッシブアルゴリズムサブプロセスを含む。

図１０を参照して、損傷した中性線を検出するためのアクティブアルゴリズムは、以下のステップを含む。

１．線電圧の測定および第１の所定の間隔にわたる平均、すなわちＴ₁間のＶ₁（ステップ８３ａ）。

２．回路内への既知インピーダンスの切替え（ステップ８３ｂ）、ならびに既知インピーダンスが回路内に有る間の、線電圧の測定および第２の所定の間隔にわたる平均、すなわちＴ₂間のＶ₂（ステップ８３ｃ）。

３．回路外への既知インピーダンスの切替え（ステップ８３ｄ）、ならびに線電圧の測定および第３の所定の間隔にわたる平均、すなわちＴ₃間のＶ₃（ステップ８３ｅ）。

４．回路内に既知インピーダンスが切替えられたことに起因する平均ステップ電圧の判定、すなわち、Ｖ₂−（（Ｖ₁＋Ｖ₃）／２） （ステップ８３ｆ）。

５．ステップ電圧参照基準の動的な調整、すなわち、Ｖ_ref＝Ｖ_ref・（（Ｖ₁＋Ｖ₃）／２）／２３０。
算出されたステップ電圧が、中性帰還線が損傷していないときに予測される調整された基準電圧より大きい場合は、中性帰還線は、損傷しているか、損傷していないが許容できない高インピーダンスを有するかのいずれかである（ステップ８３ｇ）。

６．通常発生する電圧の急落およびスパイクは、損傷した中性線状態を隠蔽するステップ電圧を引き起こすか、または、中性線が損傷していなくても中性線損傷状態を模倣し得るステップ電圧を創出するかのいずれかであるので、単一テストが、自然発生する特異電圧が誤った正の結果または誤った負の結果をもたらさないように、少なくとも十分な回数かつ十分に離れて、一連の単一テストとして繰り返される。一連の単一テストの平均が中性線損傷状態を示す場合は、所定の期間経過後に、一連のテストがＤ回繰り返され得る。一連のテストの回数Ｄより大きいＸ回、中性線損傷状態を示す場合は、中性線損傷状態の信号が起動され、リセットまで警告がラッチされる（ステップ８３ｈ，８３ｉ，８３ｊ）。

７．アクティブテストは、装置の起動時またはリセット時、および、好ましくは、その後に定期的に発生する間隔において実行され得る（ステップ８１−図８）。

８．アクティブテストは、パッシブな中性線損傷監視ルーチンから起動され得る（ステップ８９−図８）。

アクティブテスト変数は、以下を含む。
電圧測定間隔 Ｔ＝１秒の初期値を有する変数
単一テスト間の時間 Ｔ_i＝１０秒の初期値を有する変数
単一テストの回数 Ｎ_i＝６の初期値を有する変数
一連のテスト間の時間 Ｔ_S＝３０秒の初期値を有する変数
一連のテストの回数 Ｎ_S＝３の初期値を有する変数（初期テストを含む）
中性線信号を送るための一連のポジティブテストの回数
Ｎ_P＝３の初期値を有する変数（初期テストを含む）
アクティブテストルーチン間の時間
Ｔ_R＝テストのための５分の初期値を有する変数
危険ステップ変化電圧 Ｖ_C＝−１．０Ｖの初期値を有する変数
図１１を参照して、損傷した中性線を検出するためのパッシブアルゴリズム（テスト＃１）は、以下のステップを含み得る。

１．継続的な、線電圧の測定および第１の所定の間隔にわたる平均、すなわちＴ₁間のＶ₁（ステップ８６ａ）。

２．測定した電圧の記憶（ステップ８６ａ）。
３．所定の間隔にわたって平均された電圧が、所定の電圧を上回る場合、または下回る場合は、損傷した中性線の電位が検出される（ステップ８６ｂ、８６ｃ）

４．アクティブテストを起動（ステップ８６ｃ）。

５．アクティブテストが損傷した中性線を示す場合は、リセットまでアラームをラッチする（ステップ９０−図８）。

６．アクティブテストが損傷した中性線を示さない場合は、所定期間待機し、パッシブテストを再開。

パッシブテスト＃１変数は以下を含み得る。
電圧平均間隔 Ｔ_A1＝５秒の初期値を有する変数
危険パッシブ上限電圧 Ｖ_U＝２７５Ｖ（ＲＭＳ）の初期値を有する変数
危険パッシブ下限電圧 Ｖ_L＝２００Ｖ（ＲＭＳ）の初期値を有する変数
失敗したアクティブテストおよびパッシブテスト再開の間の時間
Ｔ_R＝２分の初期値を有する変数
損傷した中性線を検出するためのパッシブアルゴリズム（テスト＃２）は、以下のステップを含み得る。

１．継続的な、線電圧の測定および第１の所定の間隔にわたる平均、すなわちＴ₁間のＶ₁（ステップ８６ａ）。

２．測定した電圧の記憶（ステップ８６ａ）。
３．所定の間隔にわたって平均された電圧が、所定の電圧により事前に定められた間隔を下回る場合、損傷した中性線に潜在的に起因するステップ変化が検出される（ステップ８６ｂ、８６ｃ）
４．アクティブテストを起動（ステップ８６ｃ）。

５．アクティブテストが損傷した中性線を示す場合は、リセットまでアラームをラッチする（ステップ９０−図８）。

６．アクティブテストが損傷した中性線を示さない場合は、所定期間待機し、パッシブテストを再開。

パッシブテスト＃２変数は以下を含み得る。
電圧平均間隔 Ｔ_A2＝２０秒の初期値を有する変数
危険パッシブステップ電圧 Ｖ_P＝−２０Ｖの初期値を有する変数
失敗したアクティブテストおよびパッシブテスト再開の間の時間
Ｔ_R＝２分の初期値を有する変数
図１２ａおよび図１２ｂは、中性帰還線における欠陥を検出するための装置の一形態の回路図を示す。装置は、マイクロプロセッサ１２１の動作のための電源を供給する電源１２０と、警告灯１２２と、警報器１２３とを含む。マイクロプロセッサ１２１は、テキサス・インスツルメント社により製造された、デバイスタイプＭＳＰ４３０Ｆ１３３を含み得る。装置は、マイクロプロセッサ１２１の制御下でトライアックＴ１によって切替えられる電力抵抗Ｒ１０，Ｒ１１，Ｒ２６，Ｒ２７で構成される、切替可能なインピーダンス１２４を含む。切替可能なインピーダンス１２４は、実質的に２２０Ωを有し得る。マイクロプロセッサ１２１は、以下に説明するような、アルゴリズムのソフトウェア実行例を含む。マイクロプロセッサ１２１は、内蔵のＡ／Ｄコンバータを用いて線電圧を測定し、トライアックＴ１を介して切替可能なインピーダンス１２４の動作を制御し、必要に応じて警告灯１２２および警報器１２３を制御する。

図１３から図１８は、中性帰還線または配線、あるいは接地帰還経路における不連続性またはインピーダンス不規則性を検出するための関連する装置のアルゴリズムのフロー図を示す。

図１３は、ハードウェア初期化ルーチン１３０、ソフトウェア初期化ルーチン１３１およびメインループ機能１３２を含む、メインシステム制御のためのアルゴリズムを示す。メインループ機能１３２は、８ｍｓごとに実行されかつ図１４ａに図示される８ｍｓの非クリティカル周期関数アルゴリズム１３３と、各２５０ｍｓ間隔で実行されかつ図１４ｂに図示される２５０ｍｓの非クリティカル周期関数アルゴリズム１３４と、図１５ａおよび図１５ｂに図示される１秒の非クリティカル周期関数アルゴリズム１３５とを含む。

図１４ａを参照して、８ｍｓの非クリティカル周期関数アルゴリズム１３３は、アクティブテスト中のトライアックＴ１（図１２ｂ参照）の詳細な制御を実行する。８ｍｓごとに呼び出され、１００ｍｓの間トライアックをオフの状態での電圧測定を実行し、次に１００ｍｓの間トライアックをオンの状態での他の電圧測定を実行し、そして１００ｍｓの間再びトライアックをオフの状態での他の電圧測定が続く。オン電圧が全て一緒に加算されて平均が生成され、オフ電圧もまた同様である。各測定は、電源のゼロ交差において開始する。

図１４ｂを参照して、２５０ｍｓの非クリティカル周期関数アルゴリズム１３４は、トライアックゲートパルスの長さのタイミングと同じ、各２５０ｍｓ間隔において、サンプルに対してＡ／Ｄ変換を開始する。

図１５および図１５ｂを参照して、１秒の非クリティカル周期関数アルゴリズム１３５は、ユーザインターフェースがＯＫか否かを調べる自己診断状態を含む。ＯＫの場合は、起動コードを表示する短時間の間自己診断状態のままとし、その後測定を開始するパッシブテスト状態に入り、プロセスを開始する。パッシブテスト状態は、電圧を毎秒調べる。電圧が仕様外である場合、またはアクティブテストが１時間実行されなかった場合は、アルゴリズムは、アクティブテストを開始する。ユーザインターフェースが失敗した場合は、アルゴリズムはエラー状態に入る。

アクティブテスト状態は、トライアック導通パルスの数を制御し、テストの結果を処理する。１秒の間隔が開いた、各１００ｍｓ長さの１５の導通パルスがある。最後のパルスが出力されると、電圧低下が計算される。電圧低下が、テストの失敗を示すほど過度な場合は、３０秒後に他のテストが実行される。アクティブテストの結果がＯＫの場合は、アルゴリズムは、パッシブテスト状態または自己診断状態に戻る前に、この状態で１分間待機する。アクティブテストが失敗した場合は、アルゴリズムはエラー状態に入る。過電圧または不足電圧状態の場合は、アルゴリズムは、アクティブテストを再度実行する前に、この状態を１時間保持する。

通常の動作においては、装置は、図１５に示されるような、パッシブ監視の状態で動作し得る。装置は継続的に線電圧を測定し、中性帰還線または配線、あるいは接地帰還経路における不連続性またはインピーダンス不規則性を示し得る１つまたはより多くの電圧変化を調べる。

電圧変化は、高い帰還経路のインピーダンスを示す２００Ｖを下回る線電圧低下、電源変圧器またはその近傍における高い帰還インピーダンスを示し得る２７５Ｖを上回る線電圧上昇、あるいは、消費者の負荷の増加および／または帰還経路のインピーダンス変化の結果であり得る連続する５秒間隔より多く生じる線電圧における２０Ｖのステップ状の電圧低下を含み得る。

図５に示されたように、自然発生する電圧スパイクおよび急落は、これら、および、中性帰還線または配線、あるいは接地帰還経路における不連続性またはインピーダンス不規則性の他のパッシブ電圧指標を模倣し得る。

この理由のために、装置が万一１つまたはより多くのパッシブな指標を検出した場合は、装置はアクティブテストを起動して、中性帰還線または配線、あるいは接地帰還経路における不連続性またはインピーダンス不規則性の状態を確認または否定する。

アクティブテストは、既知のインピーダンスの切替前後における線電圧の測定、および電圧の差、すなわち電圧低下の参照基準との比較を含み得る。

線電圧の測定および既知インピーダンスの切替えは、ある間隔にわたって実行される複数のテストの結果を平均化し、平均化した結果を選択された参照基準と比較することによって、自然発生する電圧スパイクおよび急落の影響を最小化するように、図１５ａおよび図１５ｂに図示されるように実行される。

図１８に示されるアルゴリズムは、Ａ／Ｄ変換の完了に引き続いて実行される。全体で１００ｍｓまたは１０サイクルを与える２５０ｍｓ間隔で、４００のサンプルが取得される。各値は、合計レジスタに加算され、電圧の効果的な平均を提供する。

万一、装置がアクティブテストによって、中性帰還線または配線、あるいは接地帰還経路における不連続性またはインピーダンス不規則性の存在を確認しなかった場合は、装置はパッシブ監視の状態に戻る。

万一、装置がアクティブテストによって、中性帰還線または配線、あるいは接地帰還経路における不連続性またはインピーダンス不規則性の存在を確認した場合は、装置は適切な警告機能を起動する。

最後に、本発明の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更、修正および／または追加が、先述のアルゴリズムに含まれる部分の構成および配列に導入されることが理解されるべきである。

Claims (22)

1. 中性帰還線、電源線および接地帰還を含む電力分配ネットワークの前記中性帰還線における不連続性または不規則性を検出するための装置であって、前記装置は、
   前記電気ネットワークにおける既知のインピーダンスの意図的なスイッチングに関連した電圧変化を測定するための手段を含み、前記電圧変化は前記中性帰還線における不連続性またはインピーダンス不規則性によるものであり、
   前記装置は、
   前記中性帰還線における不連続性またはインピーダンス不規則性を模倣または隠蔽するネットワーク動作に起因する電圧変化を含む、前記電気ネットワークに対する公称供給電圧における許容変動の存在下において、不連続性またはインピーダンス不規則性を同定するためのアルゴリズムを実行するための手段と、
   前記不連続性またはインピーダンス不規則性の指標を与えるように、前記測定の結果と基準とを比較するための手段をさらに含む、装置。
2. 前記アルゴリズムは、前記供給電圧内の異常の存在下において、前記中性帰還線を含むネットワークと、前記中性帰還線を含まないネットワークとを区別するように実行される、請求項１に記載の装置。
3. 前記基準は、前記中性帰還線を含むネットワークと、前記中性帰還線を含まないネットワークとを区別するように選択される、請求項１に記載の装置。
4. 前記基準は、前記ネットワークが前記中性帰還線を含まない場合の、複数の場所から取得したデータサンプルを含む、先行する請求項のいずれか１項に記載の装置。
5. 前記基準は、前記ネットワークが前記中性帰還線を含む場合の、複数の場所から取得したデータサンプルを含む、先行する請求項のいずれか１項に記載の装置。
6. 前記ネットワークにおけるインピーダンスのランダムなまたは自然な切替えに起因する電圧変化を含む、前記ネットワークにおける前記電圧変化を測定するための手段を含む、先行する請求項のいずれか１項に記載の装置。
7. 前記ネットワークにおける既知のインピーダンスの前記意図的な切替えに起因する電圧変化を含む、前記ネットワークにおける前記電圧変化を測定するための手段を含む、先行する請求項のいずれか１項に記載の装置。
8. 前記測定するための手段は、Ａ／Ｄコンバータを含む、先行する請求項のいずれか１項に記載の装置。
9. 前記比較するための手段は、マイクロプロセッサおよび前記基準に関連したデータを記憶するためのメモリを含む、先行する請求項のいずれか１項に記載の装置。
10. 前記指標は、聴覚的および／または視覚的な警告ならびに／あるいは電気信号を含む、先行する請求項のいずれか１項に記載の装置。
11. 中性帰還線、電源線および接地帰還を含む電力分配ネットワークの前記中性帰還線における不連続性または不規則性を検出するための方法であって、前記方法は、
    前記電気ネットワークにおける既知のインピーダンスの意図的なスイッチングに関連した電圧変化を測定するステップを含み、前記電圧変化は前記中性帰還線における不連続性またはインピーダンス不規則性によるものであり、
    前記方法は、
    前記中性帰還線における不連続性またはインピーダンス不規則性を模倣または隠蔽するネットワーク動作に起因する電圧変化を含む、前記電気ネットワークに対する公称供給電圧における許容変動の存在下において、不連続性またはインピーダンス不規則性を同定するためのアルゴリズムを実行するステップと、
    前記不連続性またはインピーダンス不規則性の指標を与えるように、前記測定の結果と基準とを比較するステップをさらに含む、方法。
12. 前記アルゴリズムは、前記供給電圧内の異常の存在下において、前記中性帰還線を含むネットワークと、前記中性帰還線を含まないネットワークとを区別するように実行される、請求項１１に記載の方法。
13. 前記基準は、前記中性帰還線を含むネットワークと、前記中性帰還線を含まないネットワークとを区別するように選択される、請求項１１に記載の方法。
14. 前記基準は、前記ネットワークが前記中性帰還線を含まない場合の、複数の場所から取得したデータサンプルを含む、請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の方法。
15. 前記基準は、前記ネットワークが前記中性帰還線を含む場合の、複数の場所から取得したデータサンプルを含む、請求項１１〜１４のいずれか１項に記載の方法。
16. 前記ネットワークにおけるインピーダンスのランダムなまたは自然な切替えに起因する電圧変化を含む、前記ネットワークにおける前記電圧変化を測定するステップを含む、請求項１１〜１５のいずれか１項に記載の方法。
17. 前記ネットワークにおける既知のインピーダンスの前記意図的な切替えに起因する電圧変化を含む、前記ネットワークにおける前記電圧変化を測定するステップを含む、請求項１１〜１６のいずれか１項に記載の方法。
18. 前記測定するステップは、Ａ／Ｄコンバータを含む手段によって実行される、請求項１１〜１７のいずれか１項に記載の方法。
19. 前記比較するステップは、マイクロプロセッサおよび前記基準に関連したデータを記憶するためのメモリを含む手段によって実行される、請求項１１〜１８のいずれか１項に記載の方法。
20. 前記指標は、聴覚的および／または視覚的な警告ならびに／あるいは電気信号を含む、請求項１１〜１９のいずれか１項に記載の方法。
21. 実質的に添付の図面を参照して明細書で説明されるような電力分配ネットワークの、中性帰還線における不連続性または不規則性を検出するための装置。
22. 実質的に添付の図面を参照して明細書で説明されるような電力分配ネットワークの、中性帰還線における不連続性または不規則性を検出するための方法。

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