JP2015092807A - アーク故障／過渡検出器の組込み試験 - Google Patents

Abstract

【課題】アーク故障／過渡検出器の組込み試験方法を提供する。
【解決手段】検出器が電力供給システムに統合されたまたは電気的に結合された、電気的アーク故障または過渡を検出するための検出器を試験開閉器及び遮断開閉器による模擬アークが検出されるように接続し、検出されたアーク電流、アーク電圧の大きさ、変化速度、遮断開閉器の動作などにより判定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、検出器が電力供給システムに統合されたまたは電気的に結合された、電気的アーク故障または過渡を検出するための検出器の組込み試験方法およびシステムに関する。

電気的アーク故障または過渡を検出し回避するようになされた検出器を組み込んだ電力供給システムが知られている。アーク故障／過渡事象は、電力供給システムの個々の構成部品の定格を上回る電流および／または電圧のインパルスとして現れることがある。介入がないと、このようなアーク故障／過渡は、電力供給システムの配線および下流負荷を損傷する可能性がある。損傷は、アーク故障／過渡事象を直接被る電力供給システムに限定されることはなく、近くの他のシステムに伝搬することがある（例えば、アーク故障／過渡から生じ得る過度の熱蓄積により）。さらに、このようなアーク故障／過渡事象は、電力供給システムの使用者に対して危険でもある。本明細書では、「検出器」と「アーク故障／過渡検出器」という用語は、同じ意味で用いられる。

遮断器が電気的アーク故障および過渡の影響に対して保護するために工業および家庭用途で使用されることが知られており、遮断器は、故障状態を検出すると作動（ｔｒｉｐ）し、それにより、電流の流れを遮断して、遮断器の下流の電気的構成部品を結果として生じる損傷から保護するように設計された自動遮断開閉器をもたらす。半導体の分野では、固体電力制御器（ＳＳＰＣ）が知られている。ＳＳＰＣは、負荷に供給される電圧および／または電流を制御するのに使用され、過負荷状態を識別するための回路が組み込まれている。要するに、ＳＳＰＣは、遮断開閉器と、アーク故障または過渡を検出するための検出器とを組み込み、それにより、遮断開閉器を開く（作動させる）働きをする、遮断器の一形態として機能する。

上記の背景技術において、遮断開閉器を作動させる能力は、アーク故障／過渡検出器が適正に機能することに依存する。検出器における故障状態は、アーク故障／過渡の発生の存在を検出することができないこととして現れることがあり、それにより、遮断開閉器が作動しないという結果をもたらし、負荷および使用者が潜在的に危険な電流および電圧のレベルにさらされるリスクをもたらし得る。さらに、上記のように、アーク故障／過渡事象により、隣接するシステムに間接的な損傷および故障を引き起こすリスクがある。検出できないと、安全上悲惨な結果になり得る。例えば、どんなアーク故障／過渡の影響も検出し無効にするこのような検出器および遮断開閉器を含む電力供給システムを組み込んだ航空機の場合、故障を検出することができず、電源からの電流の流れを止めると、航空機を火災および喪失のリスクにさらす。検出器における故障状態は、このようなアーク故障／過渡が存在しない場合に、アーク故障／過渡の存在を指示するとして現れることもあり、結果として生じる遮断開閉器の作動は、本明細書では、「迷惑な作動」と称する。このような迷惑な作動は、供給システムの電源によって電力供給される負荷の継続的動作を不必要に中断するので、避けることが強く望まれる。不便であると同時に、このような負荷自体が安全機能を果たしている場合、このような迷惑な作動は、安全機能が利用できない間に予定外の供給停止に至ることがあるので、潜在的に危険である。

アーク故障／過渡検出器の電力供給システムへの設置および試運転の前の試験が実施しやすい一方、このような試験は、設置および試運転の間およびその後に発生する検出器の機能のどんな故障または誤りにも対処しない。試運転後に電力供給システムから検出器を取り除いて検出器をシステムから離して試験することが可能となり得るが、取り除くことによって、電力供給システムが使用されない持続時間が増大すると共に、検出器をシステムから取り除き、検出器を試験し、次いで検出器をシステム内に再設置する時間が必要になる。さらに、用途によっては、このような検出器は、接近しがたく、到達しがたい場所に配置されることがあり、それにより、検出器を取り除くのに必要な保守時間の長さがさらに増大することがある。接近しがたく、到達しがたい場所の一例は、電力供給システムが航空機内で使用される場合であり、その場合、このようなシステムは、しばしば窮屈な環境におよび複数の他の航空機システムにも設置される。

このような問題を前提に、電気的アーク故障／過渡検出器が正しく機能していることを、検出器が一部を形成する電力供給システムから検出器を取り除く必要なく、確認できることが必要とされる。

本発明は、検出器が電力供給システムに統合されたまたは電気的に結合された、電気的アーク故障または過渡を検出するための検出器の組込み試験に関する。本発明の諸態様により、試験の結果から得られる検出器の機能的健全性の指示を（使用者に）報告することも可能になる。

したがって、本発明の第１の態様は、アーク故障／過渡検出器が正しく機能していることを確認する方法を提供し、方法は、電力供給システムを提供するステップを含み、システムは、
電力を負荷に提供するための電源と、
電源と負荷との間の導電性経路内に設けられ、開位置と閉位置とを有する遮断開閉器と、
回路内に短絡ループを形成するために遮断開閉器の出力と接地との間に設けられ、短絡ループから接地への電気的連続性を遮断するための開位置と短絡ループから接地への電気的連続性を提供するための閉位置とを有する試験開閉器とを備える回路を含み、
システムは、回路内の電流または電圧の一方または両方における変化の速度を監視するように動作可能なアーク故障／過渡検出器をさらに備え、検出器は、感知された変化の速度が所定の値を超える場合、閉位置から開位置に遮断開閉器を作動させるために遮断開閉器と共動可能であり、
方法は、
ａ）短絡ループから設置への電気的連続性を提供し、それにより、遮断開閉器の出力と接地との間に短絡を確立するステップを行うようにし、その後に、
ｂ）電源から短絡への電流の流れを注入するステップ、および／または
ｃ）電源から短絡への注入された電流の流れを終了させるステップ、
のいずれかまたは両方を行うように、試験および遮断開閉器を選択的に切り換えるステップをさらに含み、
方法は、
電源から短絡への電流の流れを注入するステップ／終了するステップによって誘導された短絡ループにおける過渡電流または過渡電圧のいずれかまたは両方の変化の速度をアーク故障／過渡検出器を使用して監視するステップと、
監視するステップに基づいて検出器の機能状態を判定するステップと、をさらに含み、検出器が故障して機能していることが、以下の状態、すなわち、監視するステップの間に誘導された変化の速度を検出器が検出することができないことが満たされることに対応する、方法。

検出器は、回路に電気的に結合されることが予想される。好都合なことには、検出器は、回路に統合される、すなわち、電力供給システムの回路の不可欠な部分である。

電力供給システムの通常動作の間に、試験開閉器がその開位置にあり、遮断開閉器がその閉位置にあり、それにより、電源は電流を負荷に提供することが可能になる。検出器が正しく機能しているとして、アーク故障／過渡の発生は、検出器によって検出され、次いで検出器は、遮断開閉器をその開位置に作動させる働きをし、それにより、電源から負荷への電流の流れを終了させる。

本発明は、電力供給システム内に短絡ループを使用し、アーク故障／過渡検出器が正しく機能していることを確認するために試験および遮断開閉器の選択的切換えを使用する。電力供給システムの電源は、過渡電流／電圧を短絡ループに誘導する試験および遮断開閉器の選択的切換えに連動して使用できる内蔵電源をシステムに提供する。誘導された過渡電流／電圧は、アーク故障／過渡の一般的作用を模倣する。本発明の有益な効果は、検出器が正しく機能していることを確認するのに必要な過渡電流／電圧を誘導するために外部電源をシステムに結合させる必要が避けられることである。本発明は、システム自体に固有の構成部品を使用して電力供給システムのアーク故障／過渡検出器が正しく機能していることを確認する簡略な方法を提供し、それにより、システムから検出器を取り除くことが避けられる。したがって、これにより、電力供給システムの保守に必要な時間が低減する。

このような過渡電流／電圧の誘導は、実際の過渡／アーク故障の事象において起きることを模倣する。監視するステップの間にこの誘導された過渡電流／電圧を検出する検出器の能力により、検出器が正しく機能していることを確認する能力が得られる。検出器が誘導された過渡電流／電圧を検出することができないことは、検出器が故障して機能していることを示す。逆の場合は、誘導された過渡電流／電圧を検出器が検出することが、検出器が正しく機能していることを示すことになる。

本発明は、直流（ＤＣ）および交流（ＡＣ）電力供給システムの両方における使用に適用可能である。

一態様において、試験および遮断開閉器の選択的切換えは、
１）遮断開閉器をその開位置に、および試験開閉器をその閉位置にもたらし、それにより、それぞれ、ｉ）導電性経路の電気的連続性を遮断し、およびｉｉ）短絡ループから接地への電気的連続性を提供し、短絡を確立し、
２）その後、遮断開閉器をその閉位置に切り換えて、導電性経路の電気的連続性を提供し、電源から短絡への電流の流れを注入する、
連続するステップを含む。

上記態様において、監視するステップは、一実施形態において、ステップ２によって誘導された短絡ループにおける過渡電流または過渡電圧のいずれかまたは両方の変化の速度を監視するステップを含み、検出器が故障して機能していることに対応する状態は、ステップ２によって誘導された変化の速度を検出器が検出することができないことを含む。

好都合なことには、方法は、開始ステップ１と開始ステップ２との間の第１の所定の時間間隔を含み、監視するステップは、少なくとも第１の所定の間隔の持続時間を包含し、検出器が故障して機能していることに対応する状態は、検出器が第１の所定の時間間隔の間、短絡ループにおける電流または電圧の変化の速度の存在を検出するステップを含む。（ステップ１におけるように）遮断開閉器をその開位置にすることは、システムが過渡電流／電圧を短絡ループに誘導できないことを意味する。したがって、この第１の所定の時間間隔の間、誘導された変化の速度が検出器によって正の指示であると、検出器が故障して機能していることを示す。本発明の方法にこのステップを組み込むことにより、その方法は、非存在アーク故障／過渡を感知することから生じる迷惑な作動を引き起こすことに対する検出器の感受性を診断するのに役立つ。

本発明の他の一態様において、方法は、ステップ２に続く他のステップをさらに含み、他のステップは、
３）遮断開閉器をその開位置に切り換えて、導電性経路の電気的連続性を遮断し、電源から短絡への電流の流れの注入を終了させるステップ
を含む。

本発明の上記の態様において、監視するステップは、一実施形態において、ステップ３によって誘導された短絡ループにおける過渡電流または過渡電圧のいずれかまたは両方の変化の速度を監視するステップを含み、検出器が故障して機能していることに対応する状態は、ステップ３によって誘導された変化の速度を検出器が検出することができないステップを含む。

本発明の他の一態様において、監視するステップは、ステップ３において試験開閉器はその閉位置のままで、遮断開閉器をその開位置に切り換えることから開始する第２の所定の時間間隔の経過後に短絡ループにおける過渡電流または過渡電圧のいずれかまたは両方の変化の速度を監視するステップを含み、第２の所定の時間間隔は、ステップ３によって誘導された変化の速度の減衰（電流または電圧において）に対する持続時間に対応する持続時間を有し、検出器が故障して機能していることに対応する状態は、試験開閉器がその閉位置のままにある間に、第２の所定の時間間隔の経過後に短絡ループにおける電流または電圧の変化の速度の存在を検出器が検出するステップを含む。この態様において、ステップ３において遮断開閉器を開くことから生じる誘導された電流／電圧の変化の速度の減衰（第２の所定の時間間隔にわたって）を可能にした後、遮断開閉器をその開位置にさせることは、システムがさらに過渡電流／電圧を短絡ループに誘導することができないことを意味する。したがって、検出器による誘導された変化の速度の正の指示は、検出器が故障して機能していることを示す。このように監視するステップを実施することは、それにより、非存在アーク故障／過渡を捉えることから迷惑な作動を引き起こすことに対する検出器の感受性を診断するのに役立つ。

本発明の一態様において、方法は、電力供給システムの使用者に、本発明の方法の監視するステップを通じて判定された機能状態に基づいて検出器の機能的健全性の報告を提供するステップを含む。「使用者」が誰かという範囲には、制限がない。しかし、例示だけとして、本発明が航空機上の電力供給システムに適用される場合、使用者は、パイロット（または航空機搭乗員の他の者（複数可））を含むことができる。したがって、本発明により、操作使用者が検出器などを組み込んだシステム（複数可）の通常動作の間にアーク故障／過渡検出器の機能状態を判定することが可能になることが分かる。「操作使用者」とは、通常動作の間に（保守の間とは対照的に）電力供給システムを（直接または間接的に）使用する使用者を意味する。しかし、本発明は、例えば、使用者が保守技術者である場合、保守の間の使用にも等しく適用可能である。

有利には、試験および遮断開閉器の選択的切換えは、２サイクル以上繰り返される。選択的切換えの複数サイクルにわたる繰り返しは、方法の統計的有意性を増大させる効果があり、システムの使用者に試験結果の有効性へのより大きな信頼性を与える。

本発明の方法は、遮断開閉器と、試験開閉器と、検出器とを組み込んだ固体電力制御器（ＳＳＰＣ）上で試されている。ＳＳＰＣに適用したとき、一実施形態において、電流制限の使用により、高く上がり過ぎて、ＳＳＰＣおよびシステムの他の構成部品への損傷を引き起こす、試験および遮断開閉器の選択的切換えから生じる誘導された電流の流れが避けられるので、ＳＳＰＣには電流制限がある。しかし、本発明の方法は、電流制限なしでＳＳＰＣを使用することにも適用され得るが、これにより、誘導された電流が高く上がり過ぎて損傷を引き起こすことに対して保護する試験および遮断開閉器の選択的切換えに一層の注意をすることが必要とされるであろう。さらに説明すると、ＳＳＰＣに電流制限がないことは、電源から短絡に電流の流れを注入するために（上記のおよび特許請求の範囲に記載のステップ（ｂ）および２）におけるように）遮断開閉器を閉じた後に、誘導された電流が高く上がり過ぎて損傷を引き起こすことに対して保護するために、遮断開閉器をそのすぐ後に再び開かなければならないことを意味する。対照的に、電流制限のあるＳＳＰＣを使用すると、誘導された電流が高く上がり過ぎて損傷を引き起こす問題が解消されるので、システムの使用者には、より多くの柔軟性と安全性が得られる。

本発明の別の一態様において、電力供給システムが提供され、システムは、
電力を負荷に提供する電源と、
電源と負荷との間の導電性経路内に設けられ、開位置と閉位置とを有する遮断開閉器と、
回路内に短絡ループを形成するために遮断開閉器の出力と接地との間に設けられ、短絡ループから接地への電気的連続性を遮断するための開位置と短絡ループから接地への電気的連続性を提供するための開位置とを有する試験開閉器と、を備えた回路を含み、
システムは、回路内の電流または電圧の一方または両方における変化の速度を監視するように動作可能なアーク故障／過渡検出器をさらに備え、検出器は、感知された変化の速度が所定の値を超える場合、閉位置から開位置に遮断開閉器を作動させるために遮断開閉器と共動可能であり、
試験および遮断開閉器は、
ａ）短絡ループから接地への電気的連続性を提供し、それにより、遮断開閉器の出力と接地との間に短絡を確立するステップに対して、その後、
ｂ）電源から短絡への電流の流れを注入するステップ、および／または
ｃ）電源から短絡への注入された電流の流れを終了させるステップ、
のいずれかまたは両方に対して、選択的に切換え可能であり、
検出器は、電源から短絡への電流の流れを注入するステップ／終了させるステップによって誘導された短絡ループにおける過渡電流または過渡電圧のいずれかまたは両方の変化の速度を監視するように動作可能であり、
システムは、監視するステップに基づいて検出器の機能状態を判定するように動作可能であり、検出器が故障して機能していることは、以下の状態、すなわち、監視するステップの間に誘導された変化の速度を検出器が検出することができないことが満たされることに対応する。

一実施形態において、システムは、監視するステップに基づいて検出器の機能状態を報告する出力信号を使用者に提供するように動作可能である。出力信号は、聴覚または視覚信号（またはその組合せ）の形でよい。例えば、検出器は、出力デバイスを含むまたは出力デバイスに結合することができる。一実施形態において、出力デバイスは、システムの使用者に検出器の健全性の指示を提供するために表示画面およびスピーカの一方または両方を備える。

以下の添付の図面を参照して本発明の諸実施形態を説明する。
アーク故障／過渡検出器を組み込んだ電力供給システムの様々な要素を機能的に表す図である。 図１に対応するが、構成部品レベルで電力供給システムを示すグラフである。 図２のシステムの電流、電圧、ならびに電流および電圧の変化の速度の予測された波形を示すグラフである。 図２のシステムによって検出された電流および電圧の変化の速度に対する波形の実験的に引き出された測定データを示すグラフである。 図２のシステムによって検出された電流および電圧の変化の速度に対する波形の実験的に引き出された測定データを示すグラフである。

各図は本発明の非限定例であることを意図していることに留意されたい。

説明は諸例を使用して、本発明を開示し、また当業者が本発明を製作し使用できるようにしている。誤解を避けるために、特許請求の範囲に定義されている本発明は、その範囲内に、本明細書の各図に示す諸例とは異なり得る、当業者に思いつく、他の諸例を含むことがある。

図１は、電力供給システム１を機能的な形で表す。システム１は、上流配線１２によって固体開閉器組立品１３に電気的に結合された発電機１１（以下、「電源」と称する）を含むとして示され、固体開閉器組立品１３は、下流配線１４によって負荷１５に結合される。電源１１は、電流を負荷１５に提供する働きをする。固体開閉器組立品１３にアーク故障／過渡検出器１６が統合されまたは結合される。

図２は、電力供給システム１を構成部品レベルで表す。電力供給システム１は、回路１０の形で示す。電源は電圧Ｖ_srcで動作する。上流配線１２のインダクタンスと抵抗は、それぞれＬ_upとＲ_upで示す。固体開閉器組立品１３は、遮断開閉器１３１および試験開閉器１３２の両方を組み込む。固体開閉器組立品１３に結合されるのは、アーク故障／過渡検出器１６であり、検出器は、マイクロプロセッサ１６１を含む。図示する実施形態において、固体開閉器組立品１３および検出器１６は、回路１０に統合された固体電力制御器（ＳＳＰＣ）を共に形成する。しかし、代替実施形態において、アーク故障／過渡検出器１６は、回路１０とは分離しているが回路１０に電気的に結合された個別素子でよい。上流配線１２および下流配線１４は、電源１１と負荷１５との間の導電性経路を形成し、遮断開閉器１３１は、導電性経路内に設けられる。各図に示す実施形態において、ＳＳＰＣは、電流制限Ｉ_limを組み込む。説明のこれまでの部分に示すように、このような電流制限を有するＳＳＰＣを使用すると、試験および遮断開閉器１３２、１３１を選択的に切り換えた結果としてＳＳＰＣを流れる電流の大きさが制限される。

遮断開閉器１３１および試験開閉器１３２の両方は、開位置と閉位置とを有する。遮断開閉器１３１を閉位置にすると、電源１１、上流配線１２および下流配線１４から負荷１５への導電性経路の電気的連続性が確保され、遮断開閉器１３１を開位置にすると、電源１１と負荷１５との間の導電性経路の電気的連続性が遮断される。

試験開閉器１３２は、回路１０内に短絡ループを提供するために遮断開閉器１３１の出力と接地との間に設けられ、短絡ループは４０で全体的に示される。本発明の諸例の各図には示していないが、接地は、ＳＳＰＣの筐体によって提供することができる。試験開閉器１３２を閉位置にすると、短絡ループ４０から接地への電気的連続性が提供され、試験開閉器１３２を開位置にすると、短絡ループ４０から接地への電気的連続性が遮断される。

検出器１６は、遮断開閉器１３１の下流の場所から電流を取り出し、遮断開閉器１３１の上流から電圧を取り出す。

アーク故障／過渡検出器１６が正しく機能していることを確認する、１つの例示的な方法を以下に説明する。方法は、図１および２に示す例示的な電力供給システム１および回路１０の構成部品に関連して説明する。しかし、本発明は、図１および２に示す例の特定の構成を有するシステムへの使用に限定されず、特許請求の範囲内に含まれるどんなシステムへの使用も包含することができる。

第１のステップ（図３にステップ１として示す）において、遮断開閉器１３１は、その開位置で提供され、試験開閉器１３２は、その閉位置で提供され、検出器１６は、図２に示す場所から電流と電圧を取り出す。これには、
電源１１と負荷１５との間の導電性経路の電気的連続性を遮断し（遮断開閉器１３１をその開位置にもたらす動作により）、
短絡ループ４０から接地への電気的連続性を提供し、それにより、遮断開閉器１３１の出力と接地との間に短絡を確立する（試験開閉器１３２をその閉位置にもたらす動作により）効果がある。

第１の所定の時間間隔（図３にΔｔ１として示す）の後、遮断開閉器１３１を閉じる第２のステップが実施される。この第２のステップは、図３にステップ２として示す。ステップ１と２との間では、検出器１６が電流および電圧に変化がないか短絡ループ４０において、取り出された場所を監視する。プロセッサ１６１の動作と連動して検出器１６は、短絡ループにおける時間による電流および電圧の変化の速度の大きさおよび変動を表す出力信号を測定し提供することができ、このような量は、それぞれ、ｄＩ_loop／ｄｔおよびｄＶ_sspc／ｄｔと称する。しかし、ステップ１と２との間の第１の所定の時間間隔Δｔ１において、短絡ループ４０および検出器１６は、任意の過渡電流または電圧の発生に対して絶縁される。したがって、検出器１６がこの第１の所定の時間間隔Δｔ１において発生する過渡電流／電圧の存在を指示することがあった場合、検出器の機能に故障があることを示す。さらに説明すると、これは検出器１６がシステムの通常動作の間に、アーク故障／過渡が何も存在しない状況においてアーク故障／過渡の存在を指示することに影響されやすく、それにより、遮断開閉器１３１の誤った作動（すなわち「迷惑な作動」）を引き起こしたことを示す。したがって、ステップ１の開始とステップ２の開始との間のこの第１の所定の時間間隔Δｔ１における検出器１６の監視するステップは、通常動作の間にシステム１に「迷惑な作動」をもたらすことがある故障が、検出器１６に存在するかどうかを判定するのに役立つ。図３に、取り出された電流Ｉ_loopおよび電圧Ｖ_sspcならびにそれらのそれぞれの変化の速度ｄＩ_loop／ｄｔ、ｄＶ_sspc／ｄｔにおける予測される変動のグラフを示し、ステップ１と２との間の時間間隔Δｔ１におけるグラフは、電流および電圧の変化の速度に対してゼロの測定値を示す。このゼロの測定値は、検出器１６が正しく機能していることを示し、したがって、「迷惑な作動」を引き起こすことに対する検出器１６の良好な復元力を示す。

ステップ２において遮断開閉器１３１を閉じることは、遮断開閉器１３１の両端間に電気的連続性をもたらし、要するに、ＳＳＰＣを閉じて短絡させる。遮断開閉器１３１を閉じることにより、電流は電源１１から流れ始め短絡から接地にまで至る。短絡ループにおける電流Ｉ_loopは、ＳＳＰＣの電流制限Ｉ_limに達するまで増大し、その位置で、ｄＩ_loop／ｄｔはゼロまで降下する。これに対して、電圧Ｖ_sspcは、最初は、上流配線１２の線路インダクタンスが克服されるまで負の変化の速度ｄＶ_sspc／ｄｔを有し、その後、電圧Ｖ_sspcは、正の変化の速度につれて増大する。説明のこれまでの部分に示したように、電流制限をもつＳＳＰＣの使用は、遮断開閉器１３１を（それによってＳＳＰＣを）閉じて短絡させることにより誘導された高電流の流れによってＳＳＰＣが損傷することが避けられるので有益である。しかし、代替の実施形態において、電流制限のないＳＳＰＣを使用することができる。しかし、この場合、電流が上がり過ぎてＳＳＰＣを損傷することを避けるために遮断開閉器１３１をどの程度の時間、閉じたままにしておけるかということに関して制限がある。さらに説明すると、遮断開閉器１３１を閉じるステップは、電流レベルが確実に上がり過ぎないようにするために、後続の遮断開閉器１３１を開くステップがその後迅速に続く必要がある。

ステップ２において遮断開閉器１３１を閉じた後に発生する電流Ｉ_loopにおける理想的な（または予測される）変化の速度ｄＩ_loop／ｄｔは、次式で表すことができる。

ステップ２の開始で遮断開閉器１３１を閉じることによって生じた電流の注入およびその結果誘導された電流および電圧の変化の速度ｄＩ_loop／ｄｔ、ｄＶ_sspc／ｄｔは、通常動作の間に発生するアーク故障／過渡の作用を模倣する。検出器１６は、ステップ２の遮断開閉器１３１を閉じた後に電流および電圧に変化がないかその監視機能の実施を継続する。ＳＳＰＣを閉じて短絡させる、このステップ２によって誘導された電流／電圧の変化の検出は、検出器１６が正しく機能していることを示す。しかし、誘導された電流／電圧の変化の存在を検出することができないと、検出器１６が故障して機能していることを示し、検出器１６が実際のアーク故障／過渡の事象において遮断開閉器１３１を作動させることができないリスクがあることを示す。したがって、ステップ２において遮断開閉器１３１をその閉位置に切り換えた後、検出器１６によって実施された監視機能は、検出器がシステム１の通常動作の間に発生するどんなアーク故障／過渡も無効にするように応答する可能性があるかどうかについての指示を提供するのに役立つ。

第３のステップ（図３においてステップ３として示す）において、遮断開閉器１３１は、その開位置に切り換えられ、それにより、電源からの電流の注入を終了させる働きをする。各図に表す電流制限ＳＳＰＣに関して、遮断開閉器１３１を閉じるステップ２と、遮断開閉器を開くステップ３との間の典型的だが非制限の時間は、６０μｓの領域にある（図３に示すように）。短絡への電流Ｉ_loopは、降下するが、ただし、上流配線１２の線路インダクタンスのために瞬時ではない。図３は、遮断開閉器１３１をその開位置に切り換える動作を通じて電源１１からの電流の流れを終了させる結果として誘導された電流Ｉ_loopおよび電圧Ｖ_sspcにおける予測される変化を表す。電流の注入の終了およびその結果生じる、このステップ３で遮断開閉器１３１を開くことによって誘導される、短絡ループにおける電流および電圧の変化は、通常動作の間に発生するアーク故障／過渡の作用を模倣する。検出器１６は、ステップ３の遮断開閉器１３１を開いた後、電流および電圧に変化がないかその監視機能の実施を継続する。遮断開閉器１３１を開くこのステップ３によって誘導された誘導電流／電圧の変化を検出すると、検出器１６が正しく機能していることを示す。しかし、誘導電流／電圧の変化の存在を検出することができないと、検出器が故障して機能していることを示し、システム１の通常動作の間に発生する実際のアーク故障／過渡の事象において、検出器が遮断開閉器１３１を作動させることができないリスクがあることを示す。したがって、ステップ３において遮断開閉器１３１をその開位置に切り換えた後、検出器１６によって実施される監視機能は、検出器が通常動作の間に発生するどんなアーク故障／過渡も無効にするように応答する可能性があるかどうかについての指示を提供するのに役立つ。

遮断開閉器１３１をその開位置に切り換えた後の時間、誘導された電流および電圧の変化は、減衰したはず、すなわち、ｄＩ_loop／ｄｔおよびｄＶ_sspc／ｄｔがゼロ値のはずである。この時間は、以下、第２の所定の時間間隔Δｔ２と称し、図３に示す。第２の所定の時間間隔の経過後、短絡ループ４０において発生する電流または電圧には何も変化がないはずであり、遮断および試験開閉器１３１、１３２は、ここで、それぞれその開および閉位置にあるはずである。検出器１６は、第２の所定の時間間隔Δｔ２の経過後、短絡ループにおける電流および電圧を監視する働きをし、遮断開閉器は、ステップ３からその開位置のままであり、これは図３にステップ４の開始であるとして示す。検出器１６は、試験開閉器１３２が一定時間後に開かれるまで（図３にステップ５であるとして示す事象）、ステップ４の開始から発生する短絡ループにおける電流または電圧に変化がないか監視する。図３に示すステップ４の開始とステップ５の開始との間のΔｔ３の時間において、短絡ループ４０および検出器１６は、どんな過渡電流または電圧に対しても絶縁される。したがって、検出器１６がこの時間間隔Δｔ３において発生する過渡電流／電圧の存在を検出した場合、これは、検出器の機能に故障があることを示す。さらに説明すると、これは、検出器１６がシステムの通常動作の間に、アーク故障／過渡事象が何も存在しない状況においてアーク故障／過渡の存在を示すことに対して影響されやすく、それにより、遮断開閉器１３１の誤った作動（すなわち、「迷惑な作動」）を引き起こしたことを示す。したがって、時間間隔Δｔ３における検出器１６の監視するステップは、システム１の通常動作の間に発生する「迷惑な作動」に至ることがある故障が、検出器１６に存在するのかどうかを判定するのに役立つ。

図４および５は、図２のデータに対応する回路の試験から引き出された実験的なデータであり、ただし、ＳＳＰＣの電流制限Ｉ_limは２０アンペアに設定される。図４および５は、それぞれ短絡への立ち上がりエッジの電流の流れと立下りエッジの電流の流れに対する電圧と電流の変化の速度のグラフである。図４を考察すると、時間０．９１５ｍｓにおいて、遮断開閉器１３１は、ＳＳＰＣを閉じて短絡させるために閉じられ、これは、上記のステップ２に対応する。図４の最上部のグラフから分かるように、０．９２３ｍｓあたりにおけるピークまで電流の流れに急激な上昇があり、ＳＳＰＣの電流制限構成は、電流の上昇の大きさを抑制する。しかし、図４は、０．９２３ｍｓで電流制限に達すると、電流は発振し、指数関数的に減衰する（電流の「リンギング」と呼ばれる効果）。０．９２３ｍｓ後に発生するリンギングは、検出器１６による検出を依然としてトリガすることができる（０．９２３ｍｓ後に発生するｄＶ／ｄｔおよびｄＩ／ｄｔのグラフに起きる応答を参照）。しかし、図４において対象となるのは、０．９１５ｍｓと０．９２３ｍｓとの間の検出器１６の応答であり（図４において領域Ａとして示す）、この図は、検出器が電流および電圧の変化の速度を記録し、それによって、検出器１６が正しく動作したことを示す。図５は、０．９７４ｍｓと０．９８１ｍｓとの間の応答曲線が対象である、短絡への立下りエッジの電流の流れに対する検出器１６の応答を示す。

図には示していないが、検出器１６は、電源から短絡へ電流の流れを注入するステップまたは終了させるステップの結果として、短絡ループに誘導された過渡電流の変化の速度ｄＩ_loop／ｄｔを検出する手段を組み込む。このような電流検出器の諸例は、ロゴスキーコイルと、分流抵抗器と、増幅器とを含むがそれらに限定されない。各図に示す例示的な電力供給システム１は、電源から短絡へ電流の流れを注入するステップまたは終了させるステップの結果として、短絡ループに誘導された過渡電圧における変化の速度を監視するために、遮断開閉器１３１の前（すなわち、の上流）から電圧Ｖ_sspcを取り出す検出器を示す。しかし、同じ機能性を遮断開閉器１３１の後（すなわち、の下流）から電圧Ｖ_sspcを取り出すことによって得ることができる。遮断開閉器の上流から電圧を取り出すことは、電圧の変化の大きさが遮断開閉器の下流から電圧Ｖ_sspcを取り出す場合より小さいので、好ましい。

各図には示していないが、システム１は、システム１の使用者に上記の監視するステップの結果に基づいて検出器１６の健全性の報告を提供するための出力デバイスを含むことがでる、または出力デバイスに結合することができる。一実施形態において、出力デバイスは、システムの使用者に検出器１６の健全性の指示を提供するために表示画面および／またはスピーカのいずれかまたは両方を含む。

この書面による説明では、好ましい諸実施形態を含めて、諸例を使用して本発明を開示し、また、任意のデバイスまたはシステムを製作し使用し、任意の組み込まれた方法を実施することを含めて、当業者であれば本発明を実施することができる。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が思いつく他の諸例を含むことができる。このような他の諸例は、特許請求の範囲の文字どおりの言語と差異がない構造的要素を有する場合、あるいは、特許請求の範囲の文字どおりの言語と差異が非実質的である同等の構造的要素を含む場合、特許請求の範囲内にあることを意図している。

１ 電力供給システム
１０ 回路
１１ 発電機（電源）
１２ 上流配線
１３ 固体開閉器組立品
１４ 下流配線
１５ 負荷
１６ アーク故障／過渡検出器（検出器）
４０ 短絡ループ
１３１ 遮断開閉器
１３２ 試験開閉器
１６１ マイクロプロセッサ（プロセッサ）

Claims (18)

1. アーク故障／過渡検出器が正しく機能していることを確認する方法であって、電力供給システムを提供するステップを含み、前記システムが、
   電力を負荷に提供するための電源と、
   前記電源と前記負荷との間の導電性経路内に設けられ、開位置と閉位置とを有する遮断開閉器と、
   回路内に短絡ループを形成するために前記遮断開閉器の出力と接地との間に設けられ、前記短絡ループから前記接地への電気的連続性を遮断するための開位置と前記短絡ループから前記接地への電気的連続性を提供するための閉位置とを有する試験開閉器と、を備えた回路を含み、
   前記システムが、前記回路内の電流または電圧の一方または両方における変化の速度を監視するように動作可能なアーク故障／過渡検出器であって、感知された変化の速度が所定の値を超える場合、前記閉位置から前記開位置に前記遮断開閉器を作動させるために前記遮断開閉器と共動可能な検出器をさらに備え、
   ａ）前記短絡ループから前記接地への電気的連続性を提供し、それにより、前記遮断開閉器の前記出力と前記接地との間に短絡を確立するステップを行うように、その後、
   ｂ）前記電源から前記短絡への電流の流れを注入するステップ、および／または
   ｃ）前記電源から前記短絡への注入された電流の流れを終了させるステップ、
   のいずれかまたは両方を行うように、前記試験および遮断開閉器を選択的に切り換えるステップをさらに含む方法であって、
   前記電源から前記短絡へ前記電流の流れを前記注入するステップ／終了させるステップによって誘導された前記短絡ループにおける過渡電流または過渡電圧のいずれかまたは両方の変化の速度を前記アーク故障／過渡検出器を使用して監視するステップと、
   前記監視するステップに基づいて前記検出器の機能状態を判定するステップと、をさらに含み、前記検出器が故障して機能していることが、以下の状態、すなわち、監視するステップの間に前記誘導された変化の速度を前記検出器が検出することができないことが満たされることに対応する、方法。
2. 前記監視するステップを通じて判定された前記機能状態に基づいて前記検出器の機能的健全性の報告を前記電力供給システムの使用者に提供するステップを含む、請求項１記載の方法。
3. 前記電力供給システムが、航空機上に備えられ、前記使用者が、パイロットまたは前記航空機の搭乗員の他の成員、および保守要員のうちの１または複数である、請求項２記載の方法。
4. 前記試験および遮断開閉器を前記選択的に切り換えるステップが、
   １）前記遮断開閉器をその開位置におよび前記試験開閉器をその閉位置にもたらし、それにより、それぞれ、ｉ）前記導電性経路の電気的連続性を遮断し、ｉｉ）前記短絡ループから前記接地への電気的連続性を提供し、前記短絡を確立するステップ、
   ２）その後、前記遮断開閉器をその閉位置に切り換えて前記導電性経路の電気的連続性を提供し、前記電源から前記短絡への電流の流れを注入するステップ、
   の連続的ステップを含む、請求項１乃至３のいずれか１項記載の方法。
5. 前記監視するステップが、ステップ２によって誘導された前記短絡ループにおける過渡電流または過渡電圧のいずれかまたは両方の変化の速度を監視するステップを含み、検出器が故障して機能していることに対応する状態は、ステップ２によって誘導された変化の速度を検出器が検出することができないことを含む、請求項４記載の方法。
6. 開始ステップ１と開始ステップ２との間の第１の所定の時間間隔をさらに含み、前記監視するステップが、前記第１の所定の間隔の少なくとも持続時間を包含し、前記検出器が故障して機能していることに対応する状態が、前記第１の所定の時間間隔の間に前記短絡ループにおける電流または電圧の変化の速度の存在を前記検出器が検出するステップを含む、請求項４または５のいずれかに記載の方法。
7. ステップ２に続く他のステップをさらに含む方法であって、前記他のステップが、
   ３）前記導電性経路の電気的連続性を遮断するために前記遮断開閉器をその開位置に切り換え、前記電源から前記短絡への前記電流の流れの注入を終了させるステップ
   を含む、請求項４乃至６のいずれか１項記載の方法。
8. 前記監視するステップが、ステップ３によって誘導された前記短絡ループにおける過渡電流または過渡電圧のいずれかまたは両方の変化の速度を監視するステップを含み、検出器が故障して機能していることに対応する状態は、ステップ３によって誘導された変化の速度を検出器が検出することができないことを含む、請求項７記載の方法。
9. 前記監視するステップが、ステップ３において前記試験開閉器をその閉位置のままにして、前記遮断開閉器をその開位置に切り換えることから開始する第２の所定の時間間隔の経過後に前記短絡ループにおける過渡電流または過渡電圧のいずれかまたは両方の変化の速度を監視するステップを含み、前記第２の所定の時間間隔が、ステップ３によって誘導された前記変化の速度の減衰に対する持続時間に対応する持続時間を有し、前記検出器が故障して機能していることに対応する状態が、前記試験開閉器がその閉位置のままにある間に、前記第２の所定の時間間隔の経過後に前記短絡ループにおける電流または電圧の変化の速度の存在を前記検出器が検出するステップを含む、請求項７または８のいずれかに記載の方法。
10. 前記検出器が、前記回路に統合される、請求項１乃至９のいずれか１項記載の方法。
11. 前記検出器が、固体電力制御器であり、前記遮断開閉器と、前記試験開閉器と、前記検出器とを備え、前記固体電力制御器が、電流制限を有する、請求項１乃至１０のいずれか１項記載の方法。
12. 前記電源が、直流（ＤＣ）電源および交流（ＡＣ）電源の一方または両方を備える、請求項１乃至１１のいずれか１項記載の方法。
13. 電力を負荷に提供する電源と、
    前記電源と前記負荷との間の導電性経路内に設けられ、開位置と閉位置とを有する遮断開閉器と、
    回路内に短絡ループを形成するために前記遮断開閉器の出力と接地との間に設けられ、前記短絡ループから前記接地への電気的連続性を遮断するための開位置と前記短絡ループから前記接地への電気的連続性を提供するための閉位置とを有する試験開閉器と、を備えた前記回路を含む電力供給システムであって、
    前記回路内の電流または電圧の一方または両方における変化の速度を監視するように動作可能なアーク故障／過渡検出器をさらに備え、前記検出器が、感知された変化の速度が所定の値を超える場合、前記閉位置から前記開位置に前記遮断開閉器を作動させるために前記遮断開閉器と共動可能であり、
    前記試験および遮断開閉器が、
    ａ）前記短絡ループから前記接地への電気的連続性を提供し、それにより、前記遮断開閉器の前記出力と前記接地との間に短絡を確立するステップに対して、その後、
    ｂ）前記電源から前記短絡への電流の流れを注入するステップ、および／または
    ｃ）前記電源から前記短絡への注入された電流の流れを終了させるステップ、
    のいずれかまたは両方に対して、選択的に切換え可能であり、
    前記検出器が、前記電源から前記短絡へ前記電流の流れを前記注入するステップ／終了させるステップによって誘導された前記短絡ループにおける過渡電流または過渡電圧のいずれかまたは両方の変化の速度を監視するように動作可能であり、
    システムが、前記監視するステップに基づいて前記検出器の機能状態を判定するように動作可能であり、前記検出器が故障して機能していることが、以下の状態、すなわち、監視するステップの間に前記誘導された変化の速度を前記検出器が検出することができないことが満たされることに対応する、システム。
14. 前記検出器に結合されまたは統合され、監視するステップを通じて判定された機能状態に基づいて前記検出器の機能的健全性の報告を前記電力供給システムの使用者に提供するように動作可能な出力デバイスを備える、請求項１３記載のシステム。
15. 前記出力デバイスが、表示画面およびスピーカの一方または両方を備える、請求項１４記載のシステム。
16. 前記検出器が、前記回路に統合される、請求項１３乃至１５のいずれか１項記載のシステム。
17. 前記検出器が、固体電力制御器であり、前記遮断開閉器と、前記試験開閉器と、前記検出器とを備え、前記固体電力制御器が、電流制限を有する、請求項１３乃至１６のいずれか１項記載のシステム。
18. 前記電源が、直流（ＤＣ）電源および交流（ＡＣ）電源の一方または両方を備える、請求項１３乃至１７のいずれか１項記載のシステム。