JPH05180895A - 電気回路用のアーク検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電気回路を損傷する熱または他の望ましくな
い影響をもたらすアーク電流を検知して電気回路を過電
流から保護すること。 【構成】 電圧源(26)を負荷(30)に接続する帯電導体(4
6)を設けた電気回路用のアーク検出器であって、前記電
気回路に電気アークが発生することによって前記導体(4
6)の周囲に形成される電磁界を感知して、それに応じた
電磁界応答信号を発生する電磁界センサ(62)と、前記電
磁界センサ(62)に応答して、前記電磁界応答信号のラン
ダムカオスパターンに応答してアーク表示信号を発生す
るアーク弁別回路(64)とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電気回路の保護技術に
関し、特に、小さすぎて、回路ブレーカ等を引き外すこ
とのできないアークの検出に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】本発明は、人的危害及び物的損害を防止
するための過電流保護システムを備えた、住居用、商業
用、及び、工業用を含む電気回路の保護技術を開発する
努力を続ける間に生み出されたものである。こうした過
電流保護システムには、通常、電力会社の変圧器から電
力を受け取り、主回路ブレーカまたはヒューズを通り、
さらに、分岐回路ブレーカまたはヒューズを経て、それ
ぞれ、１つ以上の電気負荷に電流を供給する指定の分岐
回路に到達するための負荷センターすなわち分電盤が含
まれている。

【０００３】回路ブレーカまたはヒューズは、電流が過
大になるか、あるいは、導線及び負荷の設計限界を超え
ると、電流を遮断し、火災を含む傷害及び損害の危険を
少なくするように設計されている。一般的には、リセッ
トするだけで再利用できるので回路ブレーカの方が望ま
しい。

【０００４】回路ブレーカは熱／磁気引き外し特性を有
している。この熱特性はバイメタル部材の加熱持続時間
の延長による過負荷電流に応答してバイメタル部材を移
動させ、さらにラッチを解除して１組の接点を引き外し
によって開く働きをする。例えば、熱特性は１５アンペ
アの回路に３０アンペアが誘引されると応答する。磁気
特性は、突発的な大電流負荷条件に応答し、磁心に生じ
る磁界を利用して電機子を引きつけ、この動作によって
ラッチを解除し、接点を開かせる働きをする。例えば、
磁気タイプの操作は、熱くなった線路導線がアースまた
は中性点に直接接続されて負荷のバイパスが生じるとい
った短絡に応答して行われる。

【０００５】もう１つのタイプの回路保護は、所定の回
路の線路導線と中性線との間における電流の不均衡に応
答し、ブレーカを引き外して、回路状態にする接地事故
遮断機によって得られる。これは、人間が接地経路にな
る場合には、とりわけ望ましい。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明で取り扱うの
は、さらに、もう１つのタイプの電気回路保護及びモニ
タ、すなわち、電気回路におけるアーク発生の検出であ
る。モニタすべきアークには、ギャップを飛び越した
り、あるいは、ブレーカを引き外したりするのに十分な
エネルギはないが、それにもかかわらず、損傷を与える
だけの熱または他の望ましくない効果を及ぼす可能性の
ある、高インピーダンス故障、または、他の意図した、
あるいは、意図せぬ回路の経路によるものがある。アー
クは、負荷に対して直列または並列に生じる可能性があ
り、例えば、ゆるんだ接続部、摩耗または老化した配線
または絶縁材、使い過ぎによって生じるような事前の電
気的ストレス、事前の雷撃等といった数多くの原因が考
えられる。

【０００７】こうしたアーク電流は、ブレーカまたはヒ
ューズの熱及び磁気引き外しセッティング未満であっ
て、かつ、線路導線と中性線の間における電流の不均衡
をもたらさないか、あるいは、そのいずれかの可能性が
あり、従って、こうしたアークは、検出できなくなる可
能性がある。アークの発生による特定の危害は、火事の
恐れのある、住居等における電気配線に沿った過熱点で
ある。

【０００８】このような事情に鑑みて、本発明の目的
は、電気回路を損傷する熱または他の望ましくない影響
をもたらすアーク電流を検知して電気回路を過電流から
保護するアーク検出器を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、電圧源(26)を
負荷(30)に接続する帯電導体(46)を設けた電気回路用の
アーク検出器であって、前記電気回路に電気アークが発
生することによって前記導体(46)の周囲に形成される電
磁界を感知して、それに応じた電磁界応答信号を発生す
る電磁界センサ(62)と、前記電磁界センサ(62)に応答し
て、前記電磁界応答信号のランダムカオスパターンに応
答してアーク表示信号を発生するアーク弁別回路(64)と
を有していることを特徴とする。

【００１０】アーク弁別回路(64)は、時間に対して前記
電磁界応答信号を２回にわたって微分することによって
前記電磁界応答信号の２次導関数を与える二重微分回路
を備えている。

【００１１】アーク弁別回路(64)は、前記電磁界応答信
号の振幅のランダムカオスパターンに応答して前記アー
ク表示信号を発生する。また、電磁界応答信号の周波数
のランダムカオスパターンに応答して前記アーク表示信
号を発生することを特徴としている。

【００１２】

【作用】アーク検出器は、電気回路に電気アークが発生
することによって導体の周囲に形成される電磁界を感知
して、それに応じた電磁界応答信号を発生する。アーク
弁別回路が電磁界センサ(62)に応答して、電磁界応答信
号のランダムカオスパターンに応答してアーク表示信号
を発生する。

【００１３】カオスは時間に対して前記電磁界応答信号
を２回にわたって微分することによって前記電磁界応答
信号の２次導関数を与えることによって検出される。本
発明のアーク検出器は、電界（Ｅ）および／または磁界
（Ｂ）の振幅あるいは周波数のカオス（変動）を検出す
ることができる。

【００１４】

【実施例】本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１には、所定の励起周波数の電圧源２６から電力を受
け取る線路側２４と、負荷３０に電力を供給する負荷側
２８を備えた負荷センター２２を含む電流分配回路２０
が示されている。電圧源２６は、第１と第２の線路導
線、及び中性線によって６０Hzで２４０ボルト及び１２
０ボルトの電力を供給する電力会社の変圧器である。負
荷センターは、変圧器から電力を受け取り、その電力を
分岐回路ブレーカ３４、３６等に分配する主電気応答回
路ブレーカ３２を備えている。

【００１５】次に、分岐回路ブレーカは、分岐回路３８
で、負荷３０がプラグ４４によって差し込まれているコ
ンセント４０、４２等に電力を供給するか、あるいは分
岐導線３８が直接負荷に配線される。分岐導線３８には
図２の線路導線（帯電導体）４６、及び負荷３０に電力
を供給する中性線４８が含まれている。分岐導線３８に
は接地線５０も含まれている。回路ブレーカ３４には先
行技術において公知のように過負荷引き外し機構５２を
含み、この機構５２は所定の過負荷条件に応答してブレ
ーカ接点５４を引き外して開路状態にし、電圧源２６か
ら負荷を切断する、熱／磁気特性を備えている。また先
行技術において、線路または中性点と接地間の事故に応
答し、ＳＣＲ５８にゲート制御を加えて導通状態にし、
さらにコイル６０を励磁してブレーカ５４を開く接地事
故遮断回路５６を回路ブレーカ３４に設けることも公知
である。

【００１６】本発明は、電圧源２６を負荷３０に接続す
る、図２の帯電導線４６を含む電気回路用のアーク検出
器及び変換器を提供する。アンテナ変換器６２は導線４
６に隣接して配置されて電磁界センサを形成しており、
電気回路にアークが生じることによって導線４６の周り
に形成される電磁界を検出し、これに応答して電磁界応
答信号を発生する働きをする。

【００１７】応答回路６４には、後述される、許容可能
なアークと許容不可能なアークとの弁別を行うアーク弁
別回路が含まれており、電磁界センサ６２に応答し電磁
界応答信号の所定の特性に応答してアーク表示信号を発
生する。応答回路６４には後述の引き外し回路を含み、
アーク表示信号に応答してＳＣＲ５８のゲートに供給さ
れるゲート信号を発生し、該ＳＣＲにゲート制御を施し
て導通状態にし、コイルを励磁して、さらにブレーカ接
点５４を開く。回路５６および６４の出力は、共通ノー
ド６５でＳＣＲ５８のゲートに接続されている。回路ブ
レーカにＧＦＩ回路５６がなければ、ＳＣＲ５８及びコ
イル６０が、変換器６２及び応答回路６４と共に付加さ
れる。本回路構成は、例えば参考までに本書に組み込ま
れた米国再発行特許第３０，６７８号に示すようなＧＦ
Ｉ回路に利用するのが望ましい。

【００１８】アーク検出変換器６２は、図３に示す電界
センサ６６と磁界センサ６８から構成され、電界センサ
６６は回路にアークが生じることによって導線４６の周
りに形成される電界Ｅを検知し、磁界センサ６８は回路
にアークが生じることによって導線４６の周りに形成さ
れる磁界Ｂを検知する。

【００１９】電界センサ６６及び磁界センサ６８は、そ
れぞれ、導線４６のセグメントから電気的に分離され、
その周りに分散されている。アーク検出変換器には、さ
らに電界センサ６６に隣接しかつ電界センサ６６の電界
Ｅを増強する増強構造７０が含まれている。電界センサ
６６は導線４６と増強構造７０の間に位置している。ま
た、増強構造７０は磁界センサ６８に隣接しかつ導線４
６と磁界センサ６８の間に位置している。増強構造７０
は電界センサ６６と同軸をなし、磁界センサ６８は増強
構造７０と同軸をなしている。

【００２０】望ましい形態の場合、電界センサ６６はフ
ァラデー・リング、磁界センサ６８は変流器、増強構造
７０は接地リングである。変換器の構造は、導線４６周
りの第１の導電性環状スリーブ７２と、スリーブ７２周
りにあってそこから第１の電気的絶縁スリーブ７６によ
って隔てられた第２の導電性環状スリーブ７４と、スリ
ーブ７４の周りにあってそこから第２の電気的絶縁環状
スリーブ８０によって隔てられた第３の導電性環状スリ
ーブ７８と、スリーブ７８の周りの第３の電気的絶縁環
状スリーブ８２を備えている。

【００２１】変換器はさらにスリーブ７８の周りにあっ
てそこから絶縁スリーブ８２によって隔てられた透磁性
トロイダル・コア８４を備える。トロイダル・コア８４
には導電性ワイヤ・コイル８６が巻き付けられている。
導電性スリーブ７２，７４はファラデー・リングを形成
し、応答回路６４に接続されたリード線８８，９０を備
えている。スリーブ７８は上記増強構造７０を形成しリ
ード線９２に接続されている。トロイダル・コア８４の
コイル８６は、変流器を形成し、応答回路６４に接続さ
れたリード線９４，９６を備えている。スリーブ７８は
変流器６８と帯電導線４６の間の接地導体を形成し、導
線４６から放射される電界に対して変流器６８をシール
ドしている。接地導体７８はファラデー・リング７２、
７４の電界を増強する。図示実施例の場合、電界センサ
６６は電気回路のアークから放射されかつ導波管として
の導線４６に沿って伝搬する電界を検知し、磁界センサ
は線路４６に電流が通ることによる磁界を検知するが、
他の組み合わせも可能である。

【００２２】図４には電界応答信号を処理するためのア
ーク弁別回路の構成が示されている。電界センサのリー
ド線８８は、34074 増幅器によって形成される、図４の
演算増幅器９８の非反転入力に接続されている。この増
幅器の非反転入力は、後述の電圧源回路によって供給さ
れる基準電圧Ｖref と抵抗器１００を介して照合され
る。電界センサのリード線９０は、Ｖref に接続されて
いる。増幅器９８の出力は反転入力に送り返され、やは
り抵抗器１０２を介してノード１０４に供給され抵抗器
１０６を介してＶref と照合される。

【００２３】ノード１０４における出力信号は、電圧源
２６の周波数、すなわち、６０Hzを除く、100KHz 〜 1,0
00KHz の通過帯域を有する、Datel FLT-U2回路によって
形成される帯域フィルタ１０８を介して供給される。電
磁界応答信号を増幅し、帯域フィルタにかけた後、時間
に関した微分を２度行うことによって電磁界応答信号の
２次導関数が得られる。

【００２４】この信号は、抵抗器１１０、微分コンデン
サ１１２、34074 増幅器１１４、抵抗器１１６、微分コ
ンデンサ１１８、及び34074 増幅器１２０を通り、出力
ノード１２２に電磁界応答信号の２次導関数を与える。
図２の電気回路のアークは、こうしたアークの発生のた
め導線４６の周りに形成される電磁界に応答して発生す
るリード線８８，９０からの電磁界応答信号からなるラ
ンダムで無秩序なパターンを特徴とする。時間に関して
この電磁界応答信号を２度微分し、電磁界応答信号の２
次導関数を得るための二重微分回路を含むアーク弁別回
路によって、電磁界応答信号のランダムで無秩序なパタ
ーンを簡単にチェックすることが可能になる。

【００２５】ノード１２２の信号は、LM339 コンパレー
タ１２４，１２６を含むウインドーコンパレータ回路に
供給される。ノード１２２からの信号は、電位差計１３
０及び抵抗器１３２を介して後述のＶcc電圧源から供給
される第１の基準値と比較するために抵抗器１２８を介
して供給される。電界応答信号の２次導関数が、上記第
１の基準値を正方向に超えると、コンパレータ１２４は
ノード１３４から正の出力を発生する。抵抗器１３６は
プル・アップ抵抗器を形成し、抵抗器１３８はコンパレ
ータのしきい値に小量のヒステリシスを加えて、遷移を
確実に行うように手助けする。

【００２６】コンパレータ１２６は、抵抗器１４０を介
して供給されるノード１２２からの信号を電位差計１４
２及び抵抗器１４４を介して供給されるＶccからの第２
の基準値と比較し、電界応答信号の２次導関数が上記第
２の基準値を負方向に超えると、ノード１４６から正の
出力を送り出す。抵抗器１４８はプル・アップ抵抗器で
あり、抵抗器１５０はコンパレータのしきい値に小量の
ヒステリシスを加えて、遷移を確実に行うように手助け
する。ノード１３４，１４６におけるコンパレータの出
力は、抵抗ダイオード１５２，１５４を介して供給さ
れ、ノード１５６においてハード配線によるＯＲ演算を
施されて抵抗器１５８を介してアース電位と照合され、
出力リード線１６０に送り出されて後述する次の処理を
受けることになる。

【００２７】図５には磁界応答信号を処理するためのア
ーク弁別回路が示されているが、図４の電界アーク弁別
回路と同様である。磁界センサのリード線９４及び９６
は、負担抵抗器１６２を介して接続されており、さら
に、コンデンサ１６４及び抵抗器１６６によって形成さ
れたフィルタを介して、利得決定コンデンサ１７０を備
えるLMS386増幅器１６８の入力に接続されている。増幅
器１６８の出力は抵抗器１７２を介してノード１７４に
送られ抵抗器１７６を介してＶref と照合される。

【００２８】ノード１７４における信号は、電圧源２６
の上述の周波数、すなわち、６０Hzを除く100KHz〜 1,0
00KHz の帯域幅を有するDatel FLT-U2回路によって形成
される帯域フィルタ１７６を介して供給される。帯域フ
ィルタにかけられた信号は、次に２重微分回路に送ら
れ、ここで、磁界応答信号に対し時間に関して２回の微
分をおこないその２次導関数が得られる。この信号は、
抵抗器１７６、微分コンデンサ１８０、34074 増幅器１
８２、抵抗器１８４、微分コンデンサ１８６、及び3407
4 増幅器１８８を介してノード１９０に供給される。抵
抗器１９１及び１９３によって利得がセットされる。

【００２９】ノード１９０における磁界応答信号の２次
導関数は、次に、LM339 コンパレータ１９２，１９４を
備えたウインドーコンパレータに供給される。コンパレ
ータ１９２は、抵抗器１９６を介して供給されるノード
１９０からの信号と電位差計１９８及び抵抗器２００を
介して供給されるＶccからの基準電圧との比較を行い、
磁界応答信号の２次導関数が上記基準値を正方向に超え
ると、ノード２０２から正の出力を発生する。抵抗器２
０４はプル・アップ抵抗器であり、抵抗器２０６はコン
パレータのしきい値に小量のヒステリシスを加えて遷移
を確実に行うように手助けする。

【００３０】コンパレータ１９４は、抵抗器２０８を介
して供給されるノード１９０からの信号を電位差計２１
０及び抵抗器２１２を介して供給されるＶccからの基準
値と比較し、磁界応答信号の２次導関数が上記基準値を
負方向に超えると、ノード２１４から正の出力を送り出
す。抵抗器２１６はプル・アップ抵抗器であり、抵抗器
２１８はコンパレータのしきい値に小量のヒステリシス
を加えて遷移を確実に行うように手助けする。ノード２
０２及び２１４におけるコンパレータの出力は、抵抗ダ
イオード２２０及び２２２を介して供給され、ノード２
２４においてハード配線によるＯＲ演算を施され、抵抗
器２２６を介して、アース電位と照合され、リード線２
２８に送り出されて、後述する、後続の処理を受けるこ
とになる。

【００３１】図４及び図５のアーク弁別回路は、電界セ
ンサ６６及び磁界センサ６８に応答し、それぞれの電界
または磁界の応答信号のランダムで無秩序なパターンに
応答して、アーク表示信号を発生する。上記通過帯域周
波数範囲における上記電磁界の応答信号の無秩序は、回
路におけるアークの発生を示している。リード線１６０
の信号とリード線２２８の信号の両方または一方を引き
外し信号として利用し、回路ブレーカを引き外してもよ
いし、あるいは、別様にアーク発生状態を表示すること
も可能である。代替案として、望ましい実施例の場合、
リード線１６０の信号及びリード線２２８の信号を仮ア
ーク表示信号として扱うが、確認アーク信号を発生する
前に、さもなければ、回路ブレーカを引き外す前にその
他の条件も満たさなければならない。その他の条件の１
つに、後述の、アークがどの方向から、すなわち、負荷
側と線路側のどちらから生じたものかを示す方向表示信
号がある。もう１つの条件は、後述の適合する２重タイ
ミング・ウインドウを満たすことである。従って、望ま
しい実施例の場合、リード線１６０及び２２８の信号は
仮アーク表示信号と考えられる。

【００３２】図４及び図５のアーク弁別回路は、電界及
び磁界応答信号のそれぞれの振幅における無秩序状態を
検出するものである。これは十分であることが分かって
いるので、従って、簡略化することが望ましい。代替案
として、電界及び磁界応答信号のそれぞれの周波数にお
ける無秩序状態を検出する回路構成もとられる。電磁界
応答信号の周波数における無秩序も、回路内におけるア
ークの発生を表す。例えば、図６には電磁界応答信号２
３０が示され、この信号は電磁界センサによって発生
し、間隔２３６で表されたリング・アウト周波数の２３
４でゼロまで減少する初期ピーク振幅２３２を有してい
る。この振幅は、間隔２４０で表された繰り返し周波数
の２３８で、再び増大する。

【００３３】次に、該振幅は、間隔２４４で表されたリ
ング・アウト周波数の２４２でゼロまで減少し、さら
に、間隔２４８で表された繰り返し周波数の２４６で、
再び増大する。間隔２３６、２４４等で表されたリング
・アウト周波数のランダムで無秩序なパターンは、回路
内におけるアークの特性である。間隔２４０、２４８等
で表された繰り返し周波数のランダムで無秩序なパター
ンは、やはり、回路内におけるアークの特性である。

【００３４】図７において、電界センサのリード線９０
はＶref に接続され、リード線８８は34074 増幅器２５
０の非反転入力に接続されており、この入力は抵抗器２
５２を介してＶref と照合される。増幅器２５０の出力
は、ダイオード２５４、コンデンサ２５６、抵抗器２５
８、コンデンサ２６０、抵抗器２６２、及び34074 増幅
器２６４を備える振幅ピーク検出回路に供給される。次
に、振幅復調信号は、抵抗器２６６及びコンデンサ２６
８を備える低域フィルタを介して供給され、約1,000KHz
を超える周波数が除去される。さらに、低域フィルタ
にかけられた電界応答信号は、２重微分回路に供給さ
れ、この微分回路は第１の微分段を形成する抵抗器２７
０、微分コンデンサ２７２、34074 増幅器２７４と、第
２の微分段を形成する抵抗器２７６、微分コンデンサ２
７８、34074 増幅器２８０を含んでいる。フィードバッ
ク抵抗器２８２，２８４が利得をセットする。ノード２
８６における出力は電界応答信号の低域フィルタにかけ
られた検出振幅の２次導関数である。

【００３５】また、増幅器２５０の出力は、コンデンサ
２８８と抵抗器２９０によって形成される高域フィルタ
・ネットワークに通され、さらに、抵抗器２９２を介し
て、３３９コンパレータ２９４の非反転入力に供給さ
れ、この反転入力には抵抗器２９６を介してＶref が送
り込まれる。抵抗器２９８はプル・アップ抵抗器であ
り、抵抗器３００がヒステリシスをセットする。

【００３６】抵抗器２９２を介した入力が抵抗器２９６
を介して供給されるＶref を超える場合は、ノード３０
２におけるコンパレータ２９４の出力が高になり、抵抗
器２９２を介した入力が抵抗器２９６を介して供給され
るＶref 未満の場合は、ノード３０２におけるコンパレ
ータ２９４の出力が低になり、コンパレータ２９４は、
入力正弦波を出力方形波に変換し、これが、４０９８単
安定マルチバイブレータ３０４に送り込まれることにな
るが、ここで、分かりやすくするため、図７及び図面全
般にわたって、メーカ指定のピン表示が示されている。

【００３７】抵抗器３０６及びコンデンサ３０８は、整
流ダイオード３１２及び抵抗器３１４を介して、低速の
放電抵抗器３１８を備えた充電コンデンサ３１６に供給
される、リード線３１０の時限出力パルスの持続時間を
設定し、ノード３２０に直流電圧を生じるようになって
いる。ノード３２０の直流電圧の大きさは、所定の期間
内に、コンパレータ２９４の出力ノード３０２に立ち上
がり区間が生じ、単安定マルチバイブレータ３０４をト
リガする回数に比例するので、ノード３２０の直流電圧
は、コンパレータ２９４に対する信号入力の周波数に比
例する。

【００３８】ノード３２０における周波数比例信号は、
出力ノード３３４において、時間に関する第１の導関数
を送り出す、抵抗器３２２、微分コンデンサ３２４、及
び34074 増幅器３２６と、時間に関する第２の導関数を
送り出す、抵抗器３２８、微分コンデンサ３３０、3407
4 増幅器３３２を含む２重微分回路に供給される。抵抗
器３３６及び３３８によって、利得がセットされる。

【００３９】ノード２８６における増幅器２８０からの
信号は、LM339 コンパレータ３４０及び３４２を含むウ
インドーコンパレータに供給される。コンパレータ３４
０は、抵抗器３４４を介して供給されるノード２８６か
らの信号と電位差計３４６及び抵抗器３４８を介して供
給されるＶccからの基準値を比較し、ノード２８６から
の電界応答信号の振幅の２次導関数が上記基準値を正方
向に超えると、ノード３５０において正の出力を発生す
る。

【００４０】抵抗器３５２はプル・アップ抵抗器であ
り、抵抗器３５４はコンパレータのしきい値に小量のヒ
ステリシスを加えて遷移を確実に行うように手助けす
る。コンパレータ３４２は、抵抗器３５６を介して供給
されるノード２８６からの信号と電位差計３５８及び抵
抗器３６０を介して供給されるＶccからの基準値を比較
し、電界応答信号の振幅の２次導関数が上記基準値を負
方向に超えると、ノード３６２において正の出力を発生
する。抵抗器３６４はプル・アップ抵抗器であり、抵抗
器３６６はコンパレータのしきい値に小量のヒステリシ
スを加えて遷移を確実に行うように手助けする。

【００４１】ノード３３４におけるコンパレータ３３２
からの電界応答信号は、LM339 コンパレータ３６８及び
３７０によって形成されるウインドーコンパレータに供
給される。コンパレータ３６８は、抵抗器３７２を介し
て供給されるノード３３４からの信号と電位差計３７４
及び抵抗器３７６を介して供給されるＶccからの基準値
を比較し、ノード３３４からの電界応答信号の振幅の２
次導関数が、上記基準値を正方向に超えると、ノード３
７８において正の出力を発生する。抵抗器３８０はプル
・アップ抵抗器であり、抵抗器３８２はコンパレータの
しきい値に小量のヒステリシスを加えて遷移を確実に行
うように手助けする。

【００４２】コンパレータ３７０は、抵抗器３８４を介
して供給されるノード３３４からの信号と電位差計３８
６及び抵抗器３８８を介して供給されるＶccからの基準
値を比較し、電界応答信号の振幅の２次導関数が上記基
準値を負方向に超えると、ノード３９０において正の出
力を発生する。抵抗器３９２はプル・アップ抵抗器であ
り、抵抗器３９４はコンパレータのしきい値に小量のヒ
ステリシスを加えて遷移を確実に行うように手助けす
る。

【００４３】ノード３５０，３６２におけるコンパレー
タ３４０，３４２の出力は、ダイオード３９６及び３９
８を介して供給され、ノード４００においてハード配線
によるＯＲ演算を施され、抵抗器４０２を介してアース
電位と照合されＡＮＤゲート４０４の入力の一方に供給
される。ノード３７８，３９０におけるコンパレータ３
６８，３７０の出力は、ダイオード４０６，４０８を介
して供給され、ノード４１０においてハード配線による
ＯＲ演算を施され、抵抗器４１２を介してアース電位と
照合されＡＮＤゲート４０４の入力のもう一方に供給さ
れる。抵抗器４０２及び４１２によってそれぞれのノー
ド４００及び４１０からの高レベルの信号がない場合、
それぞれのゲート入力がバイアスのかかった低い状態に
留まることが保証される。ＡＮＤゲート４０４の出力
は、リード線４１４に送り出され、後述する、後続の処
置を受けることになる。

【００４４】図８の場合、磁界センサのリード線９４及
び９６は、負担抵抗器４１６を介して接続され、さら
に、コンデンサ４１８及び抵抗器４２０によって形成さ
れたフィルタ・ネットワークを介して、利得決定コンデ
ンサ４２４を備えるLMS386増幅器４２２の入力に接続さ
れている。

【００４５】コンパレータ４２２の出力は、ダイオード
４２６、コンデンサ４２８、抵抗器４３０、コンデンサ
４３２、抵抗器４３４、及び34074 増幅器４３６を含む
振幅ピーク検出回路に加えられる。この信号は抵抗器４
３８及びコンデンサ４４０による低域フィルタにかけら
れ、約 1,000KHz を超える周波数が除去される。次に、
この信号は、抵抗器４４２、微分コンデンサ４４４、及
び34074 増幅器４４６によって微分され、さらに、抵抗
器４４８、微分コンデンサ４５０、及び34074増幅器４
５２によって微分されて、ノード４５４で、２次導関数
が得られることになる。抵抗器４５６及び４５８によっ
て、利得がセットされる。ノード４５４における信号は
磁界応答信号の振幅被変調信号に関する２次導関数であ
る。

【００４６】増幅器４２２の出力は、また、コンデンサ
４６０と抵抗器４６２による高域フィルタにかけられ、
さらに、抵抗器４６４を介して、３３９コンパレータ４
６６の非反転入力に供給され、この反転入力には抵抗器
４６８を介してＶref が送り込まれる。抵抗器４７０は
プル・アップ抵抗器であり、抵抗器４７２がヒステリシ
スをセットする。コンパレータ４６６は、図７のコンパ
レータ２９４と同様の働きをし、ノード４７４におい
て、入力正弦波を出力方形波に変換する。

【００４７】ノード４７４における信号は4098ワンショ
ット単安定マルチバイブレータ４７６をトリガし、マル
チバイブレータ４７６は抵抗器４７８及びコンデンサ４
８０によってその持続時間がセットされる時限出力パル
スを出す。リード線４８２の出力パルスは、ダイオード
４８４及び抵抗器４８６を介して、低速の放電抵抗器４
９０を備えた充電コンデンサ４８８６に供給される。

【００４８】ノード４９２の直流電圧は、図７と同様、
コンパレータ４６６に対する信号入力の周波数に比例す
る。ノード４９２における周波数比例直流信号は、抵抗
器４９４、微分コンデンサ４９６、及び34074 増幅器４
９８によって形成された第１段において微分され、抵抗
器５００、微分コンデンサ５０２、及び34074 増幅器５
０４によって形成された第２段において微分されて、ノ
ード５０６で２次導関数が得られる。抵抗器５０８及び
５１０によって、利得がセットされる。ノード５０６に
おける信号は、磁界応答信号の周波数に関する２次導関
数である。

【００４９】ノード４５４における増幅器４５２からの
磁界応答信号の振幅に関する２次導関数は、LM339 コン
パレータ５１２及び５１４を備えたウインドーコンパレ
ータ回路に供給される。コンパレータ５１２は、抵抗器
５１６を介して供給されるノード４５４からの信号と電
位差計５１８及び抵抗器５２０を介して供給されるＶcc
からの基準値を比較し、磁界応答信号の振幅の２次導関
数が、上記基準値を正方向に超えると、ノード５２２に
おいて正の出力を発生する。

【００５０】抵抗器５２４はプル・アップ抵抗器であ
り、抵抗器５２６はコンパレータのしきい値に小量のヒ
ステリシスを加えて遷移を確実に行うように手助けす
る。コンパレータ５１４は、抵抗器５２８を介して供給
されるノード４５４からの信号と電位差計５３０及び抵
抗器５３２を介して供給されるＶccからの基準値を比較
し、磁界応答信号の振幅の２次導関数が上記基準値を負
方向に超えると、ノード５３４において正の出力を発生
する。抵抗器５３６はプル・アップ抵抗器であり、抵抗
器５３８はコンパレータのしきい値に小量のヒステリシ
スを加えて遷移を確実に行うように手助けする。

【００５１】ノード５０６における増幅器５０４からの
磁界応答信号の振幅に関する２次導関数は、LM339 コン
パレータ５４０及び５４２によって形成されるウインド
ーコンパレータ回路に供給される。コンパレータ５４０
は、抵抗器５４４を介して供給されるノード５０６から
の信号と電位差計５４６及び抵抗器５４８を介して供給
されるＶccからの基準値を比較し、磁界応答信号の振幅
の２次導関数が上記基準値を正方向に超えると、ノード
５５０において正の出力を発生する。

【００５２】抵抗器５５２はプル・アップ抵抗器であ
り、抵抗器５５４はコンパレータのしきい値に小量のヒ
ステリシスを加えて遷移を確実に行うように手助けす
る。コンパレータ５４２は、抵抗器５５６を介して供給
されるノード５０６からの信号と電位差計５５８及び抵
抗器５６０を介して供給されるＶccからの基準値を比較
し、磁界応答信号の振幅の２次導関数が上記基準値を負
方向に超えると、ノード５６２において正の出力を発生
する。抵抗器５６４はプル・アップ抵抗器であり、抵抗
器５６６はコンパレータのしきい値に小量のヒステリシ
スを加えて遷移を確実に行うように手助けする。

【００５３】ノード５２２及び５３４におけるコンパレ
ータ５１２及び５１４の出力は、ダイオード５６８及び
５７０を介して供給され、ノード５７２においてハード
配線によるＯＲ演算を施され、抵抗器５７４を介してア
ース電位と照合されＡＮＤゲート５７６の入力の一方に
供給される。コンパレータ５４０及び５４２の出力は、
ダイオード５７６及び５７８を介して供給され、ノード
５８０においてハード配線によるＯＲ演算を施され、抵
抗器５８２を介してアース電位と照合されＡＮＤゲート
５７６の入力のもう一方に供給される。

【００５４】抵抗器５７４及び５８２によって、それぞ
れのノード５７２及び５８０に高レベルの信号がない場
合、それぞれのゲート入力がバイアスのかかった低い状
態に留まることが保証される。ＡＮＤゲート５７６の出
力は、リード線５８４に送り出され、後述する、後続の
処置を受けることになる。

【００５５】図３の磁界センサ６８は、透磁率が約１０
の粉末鉄心８４、及び１００回巻きの信号検出巻線８６
を備えている。抵抗器４１６は、変流器の整合のための
負担負荷を形成している。スリーブ７８は、磁界センサ
６８に対するＥ結合を最小限に抑える。図８の抵抗器４
１６の両端間に生じる電圧信号は、検知されたＢに対応
する。

【００５６】信号は、コンデンサ４１８及び抵抗器４２
０によって形成される高域フィルタによって増幅器４２
２の入力に結合される。磁界応答信号の振幅変調の作用
は、ＡＭラジオに用いられているのと同様のピーク検出
または復調回路を介して増幅信号を送ることによって得
られる。ピークは、ダイオード及びコンデンサ４２８に
よって整流及びフィルタリングを施され、さらに、抵抗
器４３０、コンデンサ４３２、及び抵抗器４３４によっ
てフィルタリングを施されて、コンデンサ４３２におけ
る信号は、約 1,000KHz までの基本周波数を含むアーク
・サインに約２０KHz までの割合で生じる振幅変調に対
応することになる。

【００５７】次に、復調ＡＭすなわちピーク検出ＡＭ信
号は、ソース・フォロワ段演算増幅器４３６に送られ、
後続の処理段に適合した、厳しい低インピーダンス・レ
ベルに対するバッファリングが、該信号に対して施され
る。信号は、この時点で、アークによって誘導された無
秩序な磁界応答信号の実際の振幅変調パターンのサイン
を正確に表している。

【００５８】次の段において、ピーク検出信号の変化
率、すなわち、１次導関数が求められ、次に、変化率の
変化率、すなわち、２次導関数が求められ、これによっ
て、磁界応答信号における無秩序状態の程度が分かる。
１次導関数は、一般的な能動演算微分回路である、抵抗
器４４２、コンデンサ４４４、抵抗器４５６、及び演算
増幅器４４６を含む微分段によって求められる。結果得
られる変化率出力信号が、次に、抵抗器４４８、コンデ
ンサ４５０、抵抗器４５８、及び演算増幅器４５２によ
って形成される、後続する同様の微分段に送られる。ノ
ード４５４における出力は、ピーク検出ＡＭ信号の２次
導関数であり、これは磁界応答信号の振幅に関する無秩
序な作用の程度である。

【００５９】図７及び８の振幅作用の回路構成以外に、
アークによって誘導される磁界応答信号の周波数におけ
る摂動をモニタするため、周波数作用回路が設けられ
る。図８の場合、増幅器４２２からの出力はダイオード
３４２６で始まるＡＭピーク検出処理回路に送られ、さ
らに、周波数・電圧変換器にも送られて、周波数の変化
に応じて変化する出力電圧が得られ、この周波数に比例
した電圧がＡＭ信号の場合と同様に１次導関数及び２次
導関数に関して処理されることによって周波数の無秩序
の程度が求められる。

【００６０】増幅器４２２からの増幅出力が、コンパレ
ータ４６６、コンデンサ４６０、抵抗器４６２、抵抗器
４６４、抵抗器４６８、抵抗器４７２、及び抵抗器４７
０によって形成される整形回路またはゼロ・クロス・オ
ーバ検出器に送られる。コンデンサ４６０及び抵抗器４
６４を介してコンパレータ４６６の非反転入力に結合さ
れた磁界応答信号が正と負の間で揺動するので、これに
応じてコンパレータの入力も抵抗器４６８を介して結合
された反転入力における基準電位に対し上下に揺動す
る。信号が揺動して基準を超える毎に、ノード４７４の
コンパレータ出力がトグルによって高になり、信号が揺
動して基準より低くなると、ノード４７４におけるコン
パレータ出力がトグルによって低に戻される。

【００６１】従って、入力信号の周波数に対応するが、
振幅変動を示さない方形波信号が生じる。抵抗器４７０
はプル・アップ抵抗器であり、抵抗器４７２が小量のヒ
ステリシスを加えて確実に遷移できるようにする。ノー
ド４７４における方形波信号は4098単安定ワンショット
・マルチバイブレータ回路４７６に送られ、この回路で
は入力パルスの幅に関係なく各入力パルスを精確な有限
幅のパルスに変換する。

【００６２】単安定回路４７６からの出力幅は、抵抗器
４７８及びコンデンサ４８０によって決まる。リード線
４８２の単安定出力パルスは、パルスに積分を施してパ
ルスの発生率に対応したレベルにする整流及びフィルタ
段に通して送られ、周波数・電圧変換が行われる。ダイ
オード４８４が、単安定回路をフィルタ・コンポーネン
トから減結合し、パルスの高出力持続時間の間、電流が
ダイオード４８４及び充電抵抗器４８６を通って、積分
コンデンサ４８８及び放電抵抗器４９０に流入する。単
安定パルスのオフ部分の間、ダイオード４８４は逆フィ
ルタ放電を阻止して整流作用が得られるようにする。

【００６３】ダイオード４８４及び４８６からの交番充
電及び抵抗器４９０を介した放電によって、平均して有
限幅の単安定パルスの発生率に対応する電圧がコンデン
サ４８８の両端間に生じることになる。発生率すなわち
周波数が一定の場合、ノード４９２における電圧は特定
のレベルに留まる。発生率が変化する場合、すなわち、
周波数が変動する場合、ノード４９２における電圧もこ
の変化に応じて変動する。コンデンサ４８８の放電時定
数は、高速変化を観測し、かつ、望ましくない高周波成
分はフィルタで除去できるように選択されている。次
に、信号は、２つの縦続接続微分回路に送られて、ノー
ド５０６に、磁界応答信号の周波数における無秩序状態
の存在を示す２次導関数が生じる。

【００６４】図９には、方向検知回路が示されている。
図２及び図９の帯電線路導線４６はアーク検出器から電
圧源に延びる線路側を備えている。図９の方向検知回路
は検知したアークが負荷側と線路側のどちらであるかを
検出し方向表示信号を発生する。後述のように、アーク
弁別回路は、電磁界センサに応答して、電磁界応答信号
の所定の特性と方向表示信号の所定の特性との組み合わ
せに応じたアーク表示信号を発生する。

【００６５】方向検知回路には、線路側と負荷側の間の
帯電した線路導線４６と直列に接続されたチョークを形
成するインダクタ５８６が含まれている。コンデンサ５
８８は、インダクタ５８６の線路側と中性線４８の間に
接続されている。コンデンサ５８８とインダクタ５８６
との組み合わせによって、負荷側からインダクタを通っ
て伝搬する高周波信号を減衰させる第１のチョーク・フ
ィルタが形成される。電圧源２６の６０Ｈｚの励起周波
数を超える周波数は、こうして減衰させることが望まし
い。コンデンサ５９０とインダクタ５８６の組み合わせ
によって、線路側からインダクタを通って伝搬する上記
高周波信号を減衰させる第２のチョーク・フィルタが形
成される。

【００６６】コンデンサ５９２と抵抗器５９４が直列に
接続されてＲＣフィルタを形成し、コンデンサ５９６と
抵抗器５９８が直列に接続されてＲＣフィルタを形成す
ることにより周波数選択回路が得られる。コンデンサ５
９２は、インダクタ５８６の線路側及びコンデンサ５８
８に結合されており、上記高周波は通し、電圧源２６の
上記励起周波数、すなわち、６０Hzを阻止する。コンデ
ンサ５９６はインダクタ５８６の負荷側及びコンデンサ
５９０に結合されており、上記高周波は通し、６０Hzの
上記励起周波数を阻止する。

【００６７】コンデンサ６００は、コンデンサ５９２、
整流ダイオード６０２、及び、レジスタ６０４を介して
ＤＣレベルまで充電される。抵抗器６０６は、放電のた
め、コンデンサ６００に結合される。抵抗器６０６は、
抵抗器６０４に比べると抵抗が大きいため、コンデンサ
６００の放電速度は、充電速度よりも遅くなる。コンデ
ンサ６０８は、コンデンサ５９６、整流ダイオード６１
０、及び、レジスタ６１２を介してＤＣレベルまで充電
され、抵抗器６１４を介して放電される。抵抗器６１４
は、抵抗器６１２に比べると抵抗が大きいため、コンデ
ンサ６０８の放電速度は、充電速度よりも遅くなる。

【００６８】LM339 コンパレータ６１６は、第１の入力
６１８がコンデンサ６０８に結合され、第２の入力６２
０がコンデンサ６００に結合され、出力リード線６２２
から方向表示信号を送り出す。出力リード線６２２が高
状態の場合、入力６２０に対する入力６１８の高状態に
対応し、これが、さらにインダクタ５８６の線路側に比
べた、インダクタ５８６の負荷側における高電圧に対応
しているので、負荷方向表示信号が送り出される。出力
リード線６２２が低状態の場合、入力６２０に対する入
力６１８の低状態に対応し、これが、さらに、インダク
タ５８６の線路側に対する、インダクタ５８６の負荷側
における低電圧に対応しているので、線路方向表示信号
が送り出される。出力リード線６２２における低状態
は、アーク表示信号の存在しない場合にも生じる。

【００６９】方向検知回路用の電源は抵抗器６２４、整
流ダイオード６２６、フィルタ・コンデンサ６２８、抵
抗器６３０、及び、クランプ・ツェナー・ダイオード６
３２を介して供給される、線路４６からの電圧によって
与えられ、ノード６３４において、コンパレータ６１６
のための電源電圧が与えられ、さらに、抵抗器６３６、
電位差計６３８、及び、抵抗器６４０を介して、コンパ
レータ入力６２０におけるしきい値を変動させるために
供給される。コンパレータ出力リード線６２２は、プル
・アップ抵抗器６４２を介してノード６３４に接続さ
れ、また、光応答性トランジスタ６４６に光学的に結合
されたＬＥＤ６４４の陽極にも接続されている。コンパ
レータ入力６２０の電圧レベルがコンパレータ入力６１
８に比べて高ければ、コンパレータ出力６２２は低であ
り、ＬＥＤ６４４がオフになる。コンパレータ入力６１
８の電圧レベルが、コンパレータ入力６２０に比べて高
ければ、コンパレータ出力６２２は高であり、ＬＥＤ６
４４はバイアスがかけられて導通状態になり、光を発し
てトランジスタ６４６を光学的にトリガして導通状態に
し、抵抗器６４８を介してＶccから電流を通し、ノード
６５０において高状態が得られ、これが後述する、後続
の処理に備えて出力リード線に送り出される。

【００７０】後述のように、アーク表示信号を発生する
には、少なくとも３つの条件に合致することが望まし
い。この条件の１つは、出力リード線６５２がアークが
負荷側のものであることを示す高状態にあることであ
る。この偶発状態は、図１及び２に示すような、電力会
社の変圧器から生じる、さらに、電力会社の変圧器に接
続された別の住居からの線路で誘導される可能性のある
アークによる間違った引き外しをなくすための用途には
とりわけ望ましい。

【００７１】この方向表示偶発条件は、アークが導線４
６の負荷側から生じる場合に限って、アーク表示信号が
発生すること、すなわち、アークが所有者の住居の回路
ブレーカによって供給される負荷によるものであって、
隣人の住居の負荷によるものでない場合に限って、回路
ブレーカ３４が引き外されることを保証する。アーク表
示信号を発生するのに必要な他の条件には、電磁界応答
信号の所定の特性、できれば、電界応答信号の所定の特
性と、磁界応答信号の所定の特性との組み合わせ、さら
には、できれば、電界応答信号のランダムで無秩序なパ
ターンと、磁界応答信号のランダムで無秩序なパターン
が含まれるが、後述の、他の特性でも構わない。

【００７２】インダクタ５８６は、定格線路電流で過熱
を伴うことなく、また、定格線路電流の６倍でも飽和せ
ずに、通常のＡＣ線路電流負荷を通すことの可能なＲＦ
チョークであることが望ましい。実施例の１つでは、イ
ンダクタンスが約６５マイクロヘンリのトロイダル粉末
鉄心チョークを用いたが、広範囲にわたるチョーク・タ
イプ及び値の利用が可能である。アークがチョークの負
荷側の下流で生じる場合、アーク信号が所定の大きさで
そのチョークに戻ってくる。

【００７３】信号の伝導高周波成分は、チョークの誘導
性リアクタンスと、コンデンサ５８８の分路効果との組
み合わせによって有効なフィルタが形成されるため、チ
ョークを通って線路側に入り込むと、大幅な減衰を生じ
ることになる。高周波信号の電圧レベルがチョークのそ
れぞれの側で測定を受け比較される場合、負荷側と線路
側の間で、測定可能な差が観測される。

【００７４】逆に、アークが線路側において生じると、
この場合、高周波アーク情報がチョークの線路側に存在
し、チョークとコンデンサ５３０によって形成されるフ
ィルタのため負荷側に減衰が生じる。従って、チョーク
のどちら側において、高周波アーク信号の振幅が最大に
なるのを観測するかによってアークの生じる方向を判定
することができる。

【００７５】チョークの各端部において、例えば、４７
ピコファラッドという、小さい結合コンデンサ５９２及
び５９６を用いて高周波信号のサンプリングを行い、例
えば、１０キロオームといった抵抗器５９４及び５９８
に送られる。これらの値のＲＣ微分時定数によって、６
０Hzの線路周波数信号の結合をほんのわずかで済ますこ
とが可能になるが、上述のチョークによるフィルタリン
グのため、一方が他方より大きくなる点を除けば、抵抗
器５９４と５９８の間で観測する高周波成分の減衰はほ
とんどない。

【００７６】さらに、それぞれのダイオード６０２及び
６１０によって、両方の信号に整流を施し、ＲＣネット
ワークで、フィルタにかけることによって、アーク信号
の大きさに比例した直流電圧が得られる。次に、直流電
圧を比較し、チョークの負荷側に対応する電圧が、線路
側に比べて高ければ、高の論理出力信号がリード線６２
２に生じる。電圧が逆になれば、リード線６２２に、低
の論理信号が生じる。

【００７７】ダイオード６１０からの整流信号は、抵抗
器６１２を介してフィルタ・コンデンサ６０８を充電す
る。抵抗器６１２、コンデンサ６０８、抵抗器６１４の
時定数によってコンデンサの充電速度が決まり、コンデ
ンサ６０８、抵抗器６１４の時定数によって、信号が中
断した場合の放電速度が決まる。放電速度はやや遅いの
で適正な積分が行われる。チョークの負荷側にアークが
存在する場合、コンデンサ６０８の両端間に形成される
直流電圧はコンデンサ６００に生じる直流電圧より高く
なる。２つの電圧がコンパレータ６１６の入力に加えら
れると、その出力は、非反転入力の直流電圧の方が反転
入力に比べて高ければ、トグルされて高になる。

【００７８】抵抗器６３６、抵抗器６４０、及び電位差
計６３８によって形成されるオフセット・バイアス回路
をコンパレータの反転入力に接続することによって、ト
グル・ポイントのしきい値調整も、コンパレータ入力の
オフセット電圧差の補償も可能である。電位差計６３８
は方向センサに対する感度制御装置の働きをし、出力リ
ード線６２２における論理表示の発生に必要なアーク信
号レベル及び負荷側／線路側信号差に調整を加える。リ
ード線６２２におけるコンパレータ出力は電流制限抵抗
器６４２を介してオプト・カップラを駆動する。

【００７９】オプト・カップラは、付勢された線路導線
４６で交流線路に直接結合される方向検知回路と、該線
路から切り離された他のアーク検出回路の間におけるイ
ンターフェイスを分離するために設けることが望まし
い。オプト・カップラは電源の基準が異なるために必要
とされる。コンパレータ６１６用の直流電力が、整流ダ
イオード６２６、電流制限抵抗器６２４、フィルタ・コ
ンデンサ６２８、抵抗器６３０、及びツェーナ・ダイオ
ード６３２を介して供給される。コンデンサ６２８の両
端間に生じる整流及びフィルタリングの施された電圧
は、抵抗器６３０を介してツェーナ調整器によってクラ
ンプされ、１２ボルトに調整される。

【００８０】この電源回路は、方向検知回路の低電力コ
ンパレータ／論理セクションに対して安定したバイアス
及び基準電圧を供給するのに十分である。図９における
チョーク／フィルタ・セクションに関する他の利点とし
ては、該フィルタが、所定のタイプの負荷によって発生
する他の高周波ノイズ信号が導線の線路側に戻らないよ
うにするのに役立つこと、さらに、負荷に対する線路安
定化ネットワークとして働き、アーク検出回路要素が配
置されるポイントに予測可能なソース・インピーダンス
特性を生じさせるということがある。この結果、電源線
路と負荷線路の特性の差によって、取り付け毎に生じる
可能性のある変動が抑えられる。

【００８１】図１０におけるもう１つの実施例の場合、
方向検知回路は、図４のノード１０４からの電界応答信
号及び図５のノード１７４からの磁界応答信号を乗算す
る乗算器６５４を設けており、参考までに本書に組み込
まれている米国特許第４，８１０，９５４号に記載のよ
うな、方向を表示するポインティングベクトルが出力６
５６に生じるようにする。ポインティングベクトル・ア
プローチは、線路導線４６と直列にチョーク５８６を挿
入する必要をなくす。後述の回路の場合、出力リード線
６５２の方向表示信号は出力リード線６５６の方向表示
信号によって代替することもできる。

【００８２】図１１〜図１３には、２重ウインドー・タ
イミング回路が示されている。図１２のカッド入力ＡＮ
Ｄゲート６５０には、図４のリード線１６０における電
界入力、図５のリード線２２８における磁界入力、及び
図９のリード線６５２における方向表示入力がある。代
替案として、リード線１６０の代わりに図７のリード線
４１４、リード線２２８の代わりに図８のリード線５８
４、及び、リード線６５２の代わりに図１０のリード線
６５６を用いるか、あるいは、このいずれかを実施する
ことも可能である。

【００８３】ＡＮＤゲート６５８には、抵抗器６６２と
コンデンサ６６４によって形成されるパワー・アップ回
路からのリード線６６０による入力もある。電力がオン
になると、Ｖccからの電圧は、まず、抵抗器６６２を介
してコンデンサ６６４を充電し、リード線６６０の電圧
は当初、低になり、さらにノード６６６におけるＡＮＤ
ゲートの出力が低に保たれる。コンデンサ６６４が充電
されると、リード線６６０は高になり、ＡＮＤゲート６
５８はその他の入力によって制御される。ＡＮＤゲート
の出力６６６における高状態は、電磁界応答信号の所定
の特性に応じて、好ましくは電界信号，磁界信号，およ
び方向信号のＡＮＤ演算を施した組み合わせに応答して
発生する仮アーク信号とみなされる。アークタイミング
・ウインドー回路は、ノード６６６におけるアーク弁別
回路の出力に応答し、ノード６６６における仮アーク信
号の所定のタイミング特性に応答して確認アーク信号を
発生する。

【００８４】タイミング回路には、図１１のオシレータ
６６８、コンデンサ６７０，６７２、抵抗器６７４，６
７６、及びリード線６８２に既知周波数のクロック・パ
ルスを出力するインバータ６７８，６８０によって形成
される一般的なオシレータ回路が設けられている。水晶
６６８は、１ＭHzの水晶であり、インバータ６７８及び
その関連抵抗器及びコンデンサによって１ＭHzの方形波
が出力され、インバータ６８０によってバッファリング
を施され、リード線６８２にバッファ出力が生じる。組
をなす４つの１０進カウンタ６８４、６８６、６８８、
６９０が、通常の方法でリード線６８２に対して直列に
接続され、クロック・パルスをカウントし、それぞれの
キャリアウト・ポートにリード線６９２の１００ＫHzク
ロック信号、リード線６９４の１０ＫHzクロック信号、
リード線６９６の１ＫHzクロック信号、及びリード線６
９８の１００Hzクロック信号を加える。このカウンタに
は、分かりやすくするため図面全般にわたって他のコン
ポーネントと同様にメーカ指定のピン表示が示されてい
る。

【００８５】図１１の4520カウンタ７００が、図１２の
ノード６６６においてリード線６６７の仮アーク信号に
よって始動し、リード線６９８からの１００Hzのクロッ
ク・パルスを所定のカウントまでカウントする。ノード
６６６における仮アーク信号はリード線６６７によって
4013フリップ・フロップ７０２のセット入力に供給さ
れ、リード線６６７のノード６６６における仮アークが
高になるとそのＱ出力も高になる。高Ｑ出力状態がＡＮ
Ｄゲート７０４を介して供給され、カウンタ７００を始
動させ、クロック・パルスが所定のカウントまでカウン
トされる。フリップ・フロップ７０２がセットされる
と、カウンタ７００がフリップ・フロップ７０２によっ
て使用可能になる。

【００８６】この結果、図１４のタイミング・ウインド
ー７０６が始動する。ヘッダ７１０を介して供給される
4082ＡＮＤゲート７０８に対する全ての入力が高になる
と、タイマがタイム・アウトし、ＡＮＤゲート７０８の
出力が高になり、これによって、4013フリップ・フロッ
プ７１２がセットされ、そのＱＢ出力が低になり、ＡＮ
Ｄゲート７０４の出力がトグルされて低になり、カウン
タ７００がカウントを停止する。フリップ・フロップ７
１２のＱ出力が高になり、ＯＲゲート７１４に加えら
れ、カウンタ７００をゼロ・カウントにリセットする。
タイミング・ウインドー７０６の終了が、図１４の７１
６に示されている。タイミング・ウインドー７０６の長
さは、約２〜３秒が望ましい。インバータ７１８によっ
て、後述の、インバータ７４０、７７２、７９２がそれ
ぞれのカウンタについて行う、一般的な、カウンタの従
属接続が可能になる。

【００８７】図１１のもう１つのカウンタ７２０が、Ａ
ＮＤゲート７２２を介して供給されるリード線６６７に
おけるノード６６６からの仮アーク信号によって使用可
能になる。カウンタ７２０は、仮アーク信号が存在する
場合、例えば、７２６における仮アーク信号の存在に対
応する図１４のカウント間隔７２４で、リード線６９８
からの１００Hzのクロック・パルスをカウントし、次
に、７３０における仮アーク信号の存在に対応するカウ
ント間隔７２８でカウントする。カウンタ７２０が、ウ
インドー７０６の終了前に所定のカウントに達すると、
ヘッダ７３２によって供給されるＡＮＤゲートの全ての
入力が高になるが、これは、カウンタ７２０の所定のタ
イム・アウト条件に相当し、4013フリップ・フロップ７
３４がセットされる。

【００８８】図１４の場合、カウンタ７２０は、ウイン
ドー７０６の終了前に、７３６で所定のカウントに達し
た、すなわち、間隔７２４及び７２８の累積持続時間が
所定のしきい値に達した。図示の例における所定のしき
い値は、間隔７２４及び７２８累積持続時間が約０．５
秒になるように選択されている。カウンタ７２０がタイ
ム・アウトになり、フリップ・フロップ７３４がセット
されると、フリップ・フロップ７３４のＱＢ出力におけ
る低状態がＡＮＤゲート７２２の出力を低に保持し、カ
ウンタ７２０はカウントを停止する。フリップ・フロッ
プ７３４のＱ出力の高状態がＯＲゲート７３８を介して
加えられ、カウンタ７２０がゼロ・カウントにリセット
される。

【００８９】図１１のフリップ・フロップ７３４のＱ出
力は、リード線７３５によって図１２のＡＮＤゲート７
４２の入力に接続されており、このゲートのもう１つの
入力はノード６６６に接続されている。フリップ・フロ
ップ７３４がセットされていると、すなわち、リード線
７３５の論理状態が高であれば、フリップ・フロップ７
４４は仮アーク信号によってセットされる。図１４のし
きい値７３６において、フリップ・フロップ７３４のリ
ード線７３５におけるＱ出力が高になり、ノード６６６
における仮アーク信号が、図１４の７４６に示すよう
に、まだ存在すると、ＡＮＤゲート７４２の出力が高に
なり、フリップ・フロップ７４４がセットされ、この結
果、４５２０カウンタ７４８がクロック・パルスのカウ
ントを開始可能になり、図１４の開始遷移７５０に示す
ように、ウインドー７５２が形成される。

【００９０】カウンタ７４８はリード線６９６からの１
ＫHzのクロック・パルスを所定のカウントまでカウント
し、所定の持続時間、本実施例の場合、０．２秒のウイ
ンドー７５２を形成する。ウインドー７５２の終了時に
所定のカウントに達すると、カウンタ７４８はタイム・
アウトし、ヘッダ７５７を介して供給されるＡＮＤゲー
ト７５６に対する全ての入力が高になり、ＡＮＤゲート
７５６の出力が高になる。ＡＮＤゲート７５６の出力は
リード線７５８によって図１３のＡＮＤゲート７６０の
入力の１つに供給される。後述の、確認アーク信号がな
ければ、ＡＮＤゲート７６０に対するもう１つの入力が
高になり、これによって、リード線７５８におけるＡＮ
Ｄゲート７５６の出力が高になり、ＡＮＤゲート７６０
の出力が高になり、この高状態がＯＲゲート７６２及び
リード線７６４を介して供給され、図１２のカウンタ７
４８が図１４の７５４に示すようにゼロ・カウントにリ
セットされる。カウンタ７４８は、図１４の７６６で、
７６８に示す次のアーク表示信号から再びカウントを開
始し、この結果、ウインドー７７０が開始される。

【００９１】図１２のＡＮＤゲート７４２の出力は、リ
ード線７７４によって、図１３の4620カウンタ７７６に
も供給され、図１１のフリップ・フロップ７３４がセッ
トされると、カウンタ７７６はノード６６６における仮
アーク信号によって使用可能になる。カウンタ７７６は
リード線６９６からのリード線７７８における１ＫHzの
パルスを所定のカウントまでカウントする。カウンタ７
７６がタイム・アウトになると、すなわち、所定のカウ
ントしきい値に達すると、ヘッダ７８０を介して供給さ
れるＡＮＤゲートに対する全ての入力が高になり、この
結果、ＡＮＤゲート７７８の出力が高になって、4013フ
リップ・フロップ７８２がセットされ、そのＱ出力が高
であれば、確認アーク信号がリード線７８４に生じる。

【００９２】カウンタ・タイマ７７６は、しきい値７３
６の後、ウインドー７５２において生じる仮アーク信号
７４６及び７９０に対応するアーク間隔７８６及び７８
８に示された、図１４のウインドー７５２における仮ア
ーク信号の累積持続時間を計る。所定の例においてカウ
ンタ７７６のために選択されたカウントしきい値は、約
０．０５秒である。アーク間隔７８６及び７８８の累積
持続時間は０．０５秒未満であり、従って、カウンタ７
７６は、ウインドー７５２の終了前にそのしきい値に達
しない。

【００９３】このため、カウンタ７４８が７５４におい
てタイム・アウトになると、図１２のＡＮＤゲートの出
力が高になり、この高状態がリード線７５８によって図
１３のＡＮＤゲート７６０に供給され、フリップ・フロ
ップ７８２はセットされていないので、もう一方の入力
も高になり、従って、ＡＮＤゲート７６０の出力が高に
なり、さらに、これが、ＯＲ７６２ゲートを介してリー
ド線７６４に供給され、図１２のカウンタ７４８がゼロ
・カウンタにリセットされ、図１４の７６８で次の仮の
アーク信号遷移が生じると、７６６において再びカウン
トを開始する。リード線７６４の高状態によってカウン
タ７７６もリセットされる。

【００９４】図１３のカウンタ７７６が、図１４の仮の
アーク信号遷移７６８によって再び使用可能になり、７
９４で再びカウントを開始し、それぞれ、８０２、８０
４、８０６において仮アーク信号の存在に対応するアー
ク間隔７９６、７９８、８００の累積持続時間にをカウ
ントする。図示の例の場合、仮のアーク信号間隔７９
６、７９８、８００の累積持続時間は、カウンタ・タイ
マ７４８によって形成されるウインドー、すなわち、ウ
インドー７７０において、０．０５秒に達する。従っ
て、カウンタ７７６は、８０８で示すように、ウインド
ー７７０の終了前にタイム・アウトし、図１３のフリッ
プ・フロップ７８２がセットされ、図１４の８１０に示
すようにリード線７８４にアーク確認信号が発生する。

【００９５】図１３のコンデンサ８１２及び抵抗器８１
４によって初期設定回路が形成される。オンになると、
ノード８１６における電圧は、当初、低状態であるが、
コンデンサ８１２の充電時にスパイクによって高にな
り、その後、コンデンサがＶccからの電圧を阻止し、ノ
ード８１６において低状態を生じさせる。スパイクによ
って生じるノード８１６における高状態により、当初、
ＯＲゲート７６２の出力を高にすることができ、これ
が、次に、リード線７６４に送られ、図１２のカウンタ
７４８及びフリップ・フロップ７４４をリセットさせ
る。

【００９６】ノード８１６における高状態は、また、リ
ード線８１８により、図１１のＯＲゲート８２０を介し
て供給され、フリップ・フロップ７３４をリセットし、
遅延インバータ８２２、８２４を介してフリップ・フロ
ップ７１２をリセットする。ＯＲゲート８２０を介した
初期設定信号は、リード線８２１を介してＡＮＤゲート
８２６に供給されるが、初期設定回路６６２、６６４の
ため、リード線６６７によって図１２のノード６６６か
ら当初は低の信号を受信する、インバータ８２８を介し
て供給されるこのＡＮＤゲートの他入力もまた当初は高
である。図１１のＡＮＤゲート８２６の出力における初
期高状態はフリップ・フロップ７０２をリセットする。
上記リセットは、また、カウンタ７００及び７４８が、
それぞれ、それぞれのしきい値カウントに達すると、Ａ
ＮＤゲート８３０からＯＲゲート８２０を介して行わ
れ、次に、それぞれフリップ・フロップ７１２をリセッ
トし、そのＱＢ出力がリード線８２９によってＡＮＤゲ
ート８３０に接続されたフリップ・フロップ７４４をリ
セットする。

【００９７】図１３のリード線７８４における確認アー
ク信号は、34074 増幅器８３２によってバッファリング
を施され、抵抗器８３４を介してＬＥＤ８３６に供給さ
れ、このＬＥＤはオプト・トランジスタに光学的に結合
されており、これを光学的にトリガして導通状態にし、
線路４６からの電流を抵抗器８４０及びダイオード８４
２を介してＳＣＲ５８のゲートに通し、該ＳＣＲをトリ
ガして導通状態にし、電流を引き外しコイル６０及び抵
抗器８４４に通して、図２のブレーカ接点５４を開く。
抵抗器８４６は、ゲートの感度及び故障引き外しを抑
え、コンデンサ８４８はノイズ・スパイクのフィルタリ
ングを行う。

【００９８】図１１〜１３のアークタイミング・ウイン
ドー回路は、従って、図１１のノード６６６におけるア
ーク弁別回路の出力に応答し、ノード６６６における仮
アーク信号の所定のタイミング特性に応答して、図１３
の線路７８４において図１４の確認アーク信号８１０を
発生する。タイミング回路は、所定のタイミング・ウイ
ンドーの間に仮アーク信号の累算持続時間を計り、累算
持続時間が所定のしきい値に達すると確認アーク信号を
発生する。カウンタ・タイマ７００及び７４８によって
タイミング・ウインドーが開始する。仮アーク信号が存
在すれば他のカウンタ・タイマ７２０及び７７６が使用
可能になり、存在しなければ使用禁止になり、仮アーク
信号が再び生じると、もう１度、使用可能になるなどの
形で、全てが、カウンタ７００及び７４８によってセッ
トされたそれぞれのタイミング・ウインドー内において
実施され、こうしたタイミング・ウインドーにおける仮
アーク信号の累積持続時間がカウントされる。

【００９９】該回路によれば、仮アーク信号に応答し
て、タイミング・ウインドーが開始し、仮アーク信号の
累積持続時間が第１のしきい値７３６に達するまで前記
累積持続時間を計り、次に、累積持続時間７９６、７９
８、８００が第２のしきい値８０８に達するまで、タイ
ミング・ウインドー７０６の残りの部分の所定の部分７
５２、７７０等における仮アーク信号の累積持続時間を
計る。上記第２のしきい値８０８に達すると、確認アー
ク信号８１０が発生する。

【０１００】図１４の例の場合、ウインドー７５２で
は、こうしたしきい値に到達せず、ウインドー７７０の
間に到達する。タイミング・ウインドー７０６の残りに
おける上記所定の部分、すなわち、ウインドー７０６の
しきい値７３６に後続する部分は、ウインドー７０６に
おいて上記第１のしきい値７３６に達した場合に限り計
られることになる。

【０１０１】図１１〜図１３の２重タイミング回路は第
１のタイミング・ウインドー７０６と第２のウインドー
７５２、７７０等を備えており、第１のタイミング・ウ
インドーは、例えば７２４、７２８において、仮アーク
信号の累積持続時間を計り、第２の条件付きタイミング
・ウインドーは、例えば、７８６、７８８、及び、７９
６、７９８、８００等において、仮アーク信号の累積持
続時間を計る。

【０１０２】第２のウインドー７５２、７７０等は、仮
アーク信号の累積持続時間が第１のウインドー７０６の
間に第１のしきい値７３６に達することを条件としたも
のである。第２のウインドー７７０における仮アーク信
号７９６、７９８、８００の累積持続時間が第２のしき
い値８０８に達すると、タイミング回路が確認アーク信
号８１０を発生する。第１のウインドーにおける仮アー
ク信号の累積持続時間が第１のしきい値７３６に達する
と、第２のウインドーが仮アーク信号によって使用可能
になり開始される。

【０１０３】第１と第２のタイミング・ウインドーに
は、第１のしきい値７３６に後続する並行部分が含まれ
ている。第２のタイミング・ウインドーにおける仮アー
ク信号の累積持続時間には、第１のタイミング・ウイン
ドーにおける仮アーク信号の累積持続時間の、第１のし
きい値７３６に後続する部分しか含まれていない。第１
のタイミング・ウインドー７０６は、第１のタイミング
間隔、例えば、０．２秒の間続いて、こうした間隔の終
了時７１６にタイム・アウトになる。第２のタイミング
・ウインドーは、第２のタイミング間隔、例えば、０．
２秒の間続いて、こうした間隔の終了時７５４にタイム
・アウトになる。

【０１０４】第１のタイミング・ウインドー７０６がタ
イム・アウトになっていなければ、該回路は、ウインド
ー７５４によって定まるタイミング間隔の終了後、７６
８において仮アーク信号がもう１度現れると、図１４の
７６６において、上記第２のタイミング・ウインドーを
再開する。さらに、該回路では、７１６において別様に
生じるタイミング・ウインドー７０６の終了をオーバラ
イドし、その代わり、再開した第２のタイミング・ウイ
ンドーが第１のタイミング・ウインドー７０６のタイム
・アウト前にタイム・アウトしていなければ、タイミン
グ・ウインドー７１６の持続時間を延長する。該回路に
より、再開した第２のタイミング・ウインドーがタイム
・アウトになるまで、タイミング・ウインドー７０６の
タイム・アウトが阻止される。

【０１０５】第１のウインドー・タイマが、図１１のカ
ウンタ７００によって形成されていて仮アーク信号によ
って使用可能になり、図１４の第１のタイミング・ウイ
ンドーを開始する。第１のアーク・タイマが、図１１の
カウンタ７２０によって形成されていて、仮アーク信号
によって使用可能になり、第１のタイミング・ウインド
ーにおける仮アーク信号の累積持続時間７２４、７２８
が上記第１のしきい値７３６に達するまで前記累積持続
時間をカウントする。アーク・タイマ７２０はしきい値
７３６においてタイム・アウトになる。

【０１０６】タイマ７２０のタイミング間隔は、照明、
器具等のような各種負荷３０のオン・オフ、あるいは、
その他のスイッチング事象といった、スイッチング事象
によって生じる仮アークより長く続くように選択されて
いる。スイッチング事象によって生じる仮アークの累積
持続時間が、約２〜３秒の第１のタイミング・ウインド
ー７０６において約０．５秒の第１のしきい値に達しな
ければ、こうしたスイッチング事象は無視される。スイ
ッチング事象を表したアークの後、継続するアークは、
仮アーク信号の累積持続時間７２４、７２８が上記第１
のしきい値７３６に達するのに必要である。

【０１０７】第２のウインドー・タイマが図１２のカウ
ンタ７４８によって形成されており、第１のタイミング
・ウインドー７０６における仮アーク信号の累積持続時
間が上記第１のしきい値７３６に達すると使用可能にな
り、次に、カウンタ・タイマ７４８が、７６６等で再開
可能な上記第２のタイミング・ウインドー７５２を開始
する。第２のアーク・タイマが、図１３のカウンタ７７
６によって形成されていて、上記第２のタイミング・ウ
インドー７５２が開始すると、仮アーク信号によって使
用可能になり、第２のタイミング・ウインドーにおける
仮アーク信号の累積持続時間が上記第２のしきい値８０
８に達するまで前記累積持続時間をカウントする。

【０１０８】図１４の実施例の場合、累積持続時間７８
６、７８８は、タイミング・ウインドー７５２において
しきい値８０８に到達しない。累積持続時間７９６、７
９８、８００は再開されたタイミング・ウインドー７７
０においてしきい値８０８に到達しない。第２のアーク
タイマ７７６のタイミング間隔は、図２の電気回路にお
ける取るに足りないアークより長く続くように選択され
ているので、それによって生じる仮アークの累積持続時
間がタイミング・ウインドー７５２において累積持続時
間７８６、７８８によって示される上記第２のしきい値
に達しなければ、取るに足りないアークは無視される。
第２のアークタイマ７７６のために選択された間隔は、
図１４の例の場合、０．０５秒になる、すなわち、累積
持続時間７９６、７９８、８００が、０．０５秒に等し
くなる。

【０１０９】オーバライド回路には、図１１のＡＮＤゲ
ート８３０が含まれており、図１２のフリップ・フロッ
プ７４４のＱＢ出力からの、リード線８２９における入
力は、フリップ・フロップ７４４がリード線７６４の信
号によってリセットされるまで低に留まるが、リード線
７５８におけるＡＮＤゲート７５６の出力が、カウンタ
７４８が所定のカウントに達したことに相当する高さに
なるまで、このリセットは生じない。

【０１１０】従って、ＡＮＤゲート８３０の出力は低の
ままであり、ＯＲゲート８２０の出力も低のままであ
り、フリップ・フロップ７１２及び７３４のリセットが
阻止され、この結果、タイミング・ウインドー７０６の
終了がオーバライドされ、タイミング・ウインドー７７
０の終了時に、タイマ７４８がタイム・アウトになるま
で、こうしたタイミング・ウインドーの持続時間が延長
されることになる。

【０１１１】上述のように、図１２の抵抗器６６２とコ
ンデンサ６６４が、オン時に、ノード６６６における仮
アーク信号を低に保持する初期設定回路を形成してい
る。リード線１６０の電界応答信号、リード線２２８の
磁界応答信号、及びリード線６５２の方向表示信号が、
リード線６６０の初期設定信号と共にＡＮＤゲート６５
８においてＡＮＤ演算を施され、これによって、別様で
あれば、アナログ回路のパワーが上昇し、安定化する間
に生じる可能性のある、オン時におけるエラー信号によ
るデジタル・カウンタの始動が阻止される。

【０１１２】このホールド・オフ機能は、パワー・アッ
プ時に、抵抗器６６２を介して、充電コンデンサ６６４
によって行われる。これによって、リード線６６０は、
抵抗器６６２及びコンデンサ６６４の制御を受ける初期
期間の間、低状態に保たれ、ＡＮＤゲート６５８の出力
が高になるのが防止される。また、図１３のコンデンサ
８１２及び抵抗器８１４も、コンデンサ８１２及び抵抗
器８１４によって形成される微分ネットワークによるパ
ワー・アップ時にリセット・パルスを発生する初期設定
回路を形成する。このリセット・パルスは、全てのフリ
ップ・フロップ及びカウンタをリセットするので、パワ
ー・アップ時に、全てが既知の状態から開始される。

【０１１３】パワー・アップ・シーケンスが完了する
と、図１２のリード線６６０が高になり、この結果、電
界、磁界、及び方向信号が、それぞれ高であれば、ノー
ド６６６におけるＡＮＤゲート６５８の出力を高にする
ことができる、すなわち、電界、磁界、及び、方向信号
が一致することによって、ＡＮＤゲート６５８の出力が
一致の持続時間にわたって高になる。ノード６６６及び
リード線６６７における信号の最初の立ち上がり区間に
おいて、図１１のフリップ・フロップ７０２のＱ出力
が、高にセットされる。このため、フリップ・フロップ
７１２のＱＢ出力が高状態であれば、カウンタ７００は
１００Hzの速度でカウントすることが可能になる。カウ
ンタ７００が、配線によりＡＮＤゲート７０８にかけら
れたビットによって選択されたプリセット・カウントに
達すると、ＡＮＤゲート７０８の出力によって、フリッ
プ・フロップ７１２のＱ出力が高状態にセットされ、Ｏ
Ｒゲート７１４を介してカウンタ７００をリセットする
働きをする。

【０１１４】カウンタ７００は、検出機能のための主ウ
インドー・タイマまたは第１のウインドー・タイマを形
成し、第１のアーク・タイマ７２０によって形成された
スイッチング遅延ウインドーをリセットする。ノード６
６６及びリード線６６７における仮アーク信号が高にな
り、フリップ・フロップ７３４のＱＢ出力が高であれ
ば、カウンタ７２０は、１００Hzの速度でカウントを開
始する。連続してカウントするカウンタ７００とは異な
り、カウンタ７２０は、ノード６６６における仮アーク
信号が低になる毎に、カウントを中止し、その値を保持
する。ノード６６６における仮アーク信号が高に戻る
と、カウンタ７２０は、中止した位置からカウントを続
行する。カウンタ７２０が、配線式プリセット・カウン
トに達すると、ＡＮＤゲート７３０の出力が、高にな
り、フリップ・フロップ７３４のＱ出力が、高状態にセ
ットされ、カウンタが、リセットされる。タイマ７２０
の目的は、アークの存在を確認する前の、スイッチ時間
を考慮した遅延の働きをする。

【０１１５】図１１のフリップ・フロップ７３４のＱ出
力が高になると、図１２のＡＮＤゲート７４２が、使用
可能になり、ノード６６６からの仮アーク信号によっ
て、フリップ・フロップ７４４のＱ出力を高状態にし、
フリップ・フロップ７４４のＱＢ出力を低状態にするこ
とができる。図１１のＡＮＤゲート８３０に関連したＱ
Ｂ出力は、フリップ・フロップ７４４のＱ出力によって
アーク・タイミング・ウインドーが使用可能の場合、フ
リップ・フロップ７１２及び７３４によって形成された
ラッチのリセットを阻止する。タイミング・ウインドー
７０６の持続時間を通常のタイム・アウトを超えて延長
するオーバライド機能に関して上述のように、この事象
が生じ、７１６でリセットすると、フリップ・フロップ
７１２及び７３４によって形成されたラッチが、第２の
ウインドー・タイマ７４８のリセットに続いて、リセッ
トされる。図１２のフリップ・フロップ７４４によって
使用可能になると、カウンタ７４８は、１ＫHzの速度で
カウントする。図１３のＡＮＤゲート７７８の出力が高
になって、ブレーカ３４を引き外し、開回路状態にする
前に、ＡＮＤゲート７５６の配線式カウント出力が高に
なると、カウンタ７４８がリセットされる。タイマ７４
８は、ブレーカの引き外しのため、所定量のアーク発生
時間を与える必要なあるタイム・ウインドーを提供す
る。

【０１１６】図１２のＡＮＤゲート７４２が使用可能に
なると、図１３のカウンタ７７６は、ノード６６６にお
ける仮アーク信号がいつ高状態になろうと１ＫHzでカウ
ントを行う。ＡＮＤゲート７５６の出力がカウンタ７４
８で選択されたカウントによって決まる高状態になる前
に、カウンタ７７６に累算された総カウントによってＡ
ＮＤゲート７７８の出力が強制的に高になる場合、フリ
ップ・フロップ７８２のＱ出力は高にセットされ、ＱＢ
出力は、低にセットされる。タイマ７７６の機能は、タ
イマ７４８によってセット・アップされたタイム・ウイ
ンドー内において所定量のアーク時間を探すことにあ
る。その量のアーク時間に達しなければ、カウンタはＡ
ＮＤゲート７５６からのパルスによってリセットされ
る。一方、適正な量のアーク時間に達すれば、図１４の
アーク確認信号８１０がリード線７８４に発生し、ブレ
ーカ３４が引き外されて開回路状態になる。タイマ７７
６は、単一タイマとしてタイマ７２０と組み合わせるこ
とも可能であるが、アーク時間機能の分解能が増し、実
現が容易であるため、本システムが望ましい。

【０１１７】上述のように、クロック回路が設けられて
おり、全てのデジタル・カウンタの計時を行う。１ＭHz
の方形波クロック出力が１０で割られて、上述の１００
ＫHz、１０ＫHz、１ＫHz、及び１００Hzの周波数にな
る。タイミングに用いられる２つのクロック周波数は、
１００Hz及び１ＫHzの周波数である。１００Hzはクロッ
ク・タイマ７００，７０２のために利用され、１ＫHzは
クロック・タイマ７４８，７７６のために利用される。
もちろん、他のクロック周波数を利用することも可能で
ある。

【０１１８】カウンタ７００、７２０、７４８、７７６
は、それぞれ、２つのカスケード接続された別個のカウ
ンタによって形成されており、第２のカウンタが第１の
カウンタによってクロックされる。インバータ７１８、
７４０、７７２、７９２のそれぞれが第１のカウンタの
最上位ビットの立ち下がり区間を捕らえ、反転、すなわ
ち、立ち上がり区間を利用して、一般的な、第２の、す
なわちより重要なカウンタをクロックする。カウンタ
は、単一の８ビットカウンタで、あるいは、他のビット
数のカウンタで実現することも可能である。

【０１１９】図１１のインバータ８２８及びＡＮＤゲー
ト８２６は、フリップ・フロップ７４４のセット入力に
データが生じるのと同時に、フリップ・フロップ７４４
のリセットを防ぐ働きをするリセット・ロックアウト回
路の役目をする。これは、フリップ・フロップの立ち往
生を防ぐために行われる。

【０１２０】図１１のフリップ・フロップ７１２及びイ
ンバータ８２２及び８２４は、リセット・ホールド及び
遅延回路を形成している。タイマ７００がタイム・アウ
トになると、１クロック・サイクル毎にパルスが発生す
る。ただし、カウンタがタイミング・ウインドー７７０
における活動のためリセットを許されない場合、第２の
ウインドー・タイマ７４８がリセットされた後の時点に
おける利用に備えて、リセット・パルスを保持していな
ければならない。これが、フリップ・フロップ７１２の
機能である。リセットを行うことが許されると、リセッ
ト信号自体をリセットする前に、全てのリセットが可能
か確認しなければならない。従って、インバータ８２
２、８２４の機能は、これら２つの反転段の伝搬遅延を
利用して、リセット信号を含んでいるフリップ・フロッ
プ７１２のリセットを遅延させることにある。

【０１２１】図１３のフリップ・フロップ７８２のＱ出
力が高にセットされると、ブレーカ３４が引き外しによ
って開回路状態になる。フリップ・フロップ７８２から
の高信号は、増幅器後続段８３２によってインピーダン
ス整合がとられる。次に、この信号は直列抵抗８３４を
介してオプト・カップラ８３６、８３８のエミッタ部分
を駆動し、交流電流が検出部分８３８を流れ、抵抗器８
４０を通り、ダイオード８４２によってこの電流に半波
整流が施され、ＳＣＲのゲートが点弧される。抵抗器８
４６が、ＳＣＲのゲートを通常の低状態に保って、ＳＣ
Ｒの誤った点弧を防止する。点弧されると、ＳＣＲによ
って、交流電流が線路４６からラッチ・コイル６０を通
り、直列制限抵抗器８４４に流れ、中性線４８に戻るこ
とが可能になる。

【０１２２】これによって、ブレーカ３４が引き外さ
れ、全ての電子部品がブレーカの負荷側から電力供給を
受けているので、それらにパワー・ダウンが生じる。電
子部品は、後述のように、全波線誘導電源によって電力
供給を受けており、従って、回路の接地線が中性線と同
じ電位でないのでオプト・アイソレーションが望まし
い。ＡＮＤゲート７６０に関連したフリップ・フロップ
７８２のＱＢ出力によって、引き外しリセット・ロック
アウト回路が形成され、形成リード線７８４の引き外し
信号すなわち確認アーク信号８１０が送り出された場合
にフリップ・フロップ７８２、カウンタ７４８、及びカ
ウンタ７７６のリセットを阻止する。

【０１２３】これは、機械的回路ブレーカのラッチが付
勢されて引き外される間、リセットを阻止するために行
われる。この結果、チャタリングが除去され、ブレーカ
の引き外しが確実になる。この時点において、フリップ
・フロップ７８２及びリード線７８４における確認アー
ク信号をリセットするのは、ブレーカの引き外しと、後
続の電子部品のパワー・ダウンだけということになる。

【０１２４】図１５及び図１６には、多重化櫛形フィル
タを備えたアーク弁別回路が示されており、このフィル
タは電界センサ６６に応答し、かつ電界応答信号の所定
の周波数サインに応答してアーク表示信号を発生するも
ので、電界応答信号には複数の通過帯域の所定の組み合
わせにおいて生じる電界応答信号周波数を含んでいる。
周波数応答回路は、電界センサに応答し、電界応答信号
の所定の周波数特性に応答してアーク表示信号を発生す
る。この方法の場合、スペクトル分解を利用して、アー
クを表示する電界において適合するデータを求める。櫛
形フィルタが望ましいが、他のタイプのスペクトル分解
を利用することもできる。櫛形フィルタを用いたスペク
トル分解は、磁界応答信号と方向表示信号の両方または
一方に適用することも可能である。

【０１２５】図１５の34072 演算増幅器８５０は、関連
する抵抗器８５２、８５４、８５６と共に、リード線８
８及び９０に接続された図３のスリーブ７２及び７４間
に誘導される電圧差を増幅するため、リード線８８に接
続される高入力インピーダンス増幅器を形成している。
演算増幅器８５０の出力は、異なる周波数帯域のエネル
ギを求めるため、複数の帯域フィルタ８５８、８６０、
８６２、８６４にかけられる。

【０１２６】帯域フィルタ８５８には、２つの段、すな
わち、第１のフィルタ段と、第２の線形増幅段が設けら
れている。単一段を用いることも可能であるが、利得レ
ベルの調整が容易になるので、２段に分ける方が望まし
い。34072 演算増幅器８６６、抵抗器８６８、抵抗器８
７０、抵抗器８７２、コンデンサ８７４、及び、コンデ
ンサ８７６によって、帯域幅が５０ＫHzで、中心周波数
が５５ＫHzの帯域フィルタが形成されている。線形増幅
段は、34072 演算増幅器８７８、抵抗器８８０、抵抗器
８８２によって形成されている。残りのフィルタ８６
０、８６２、８６４は、類似のものであり、帯域フィル
タ８５８と同じ帯域幅を備えているが、中心周波数は、
それぞれ、２２５ＫHz、５２５ＫHz、８２５ＫHzであ
る。

【０１２７】インバータ８４４、８８６、コンデンサ８
８８、及び、抵抗器８９０、８９２、８９４によって方
形波クロック信号が発生する。方形波の周波数は抵抗器
８９０を調整することによって選択されるが、図示の実
施例の場合は、１００ＫHzであり、この周波数によって
リード線８９６における多重化回路がクロックされる。

【０１２８】図１５のリング・カウンタ８９８は、多重
化の制御を行う。リード線９００、９０２、９０４、９
０６が、それぞれの帯域フィルタ８５８、８６０、８６
２、８６４からの信号を４０６６アナログ・スイッチ９
０８のそれぞれの入力端子に供給する。リード線８９６
にカウンタ８９８に対する第１のクロック・パルスが生
じると、リード線９１０が高になり、アナログ・スイッ
チ９０８を介して、リード線９００の帯域フィルタ８５
８からのデータを出力リード線９１２に送ることが可能
になる。

【０１２９】このデータは、さらに、34072 演算増幅器
９１４によって形成されるバッファ段においてインピー
ダンスの整合がとられ、その後、上述のウインドー・コ
ンパレータに匹敵する、１対の 339コンパレータ９１６
及び９１８を含む、ウインドー・コンパレータに供給さ
れる。増幅器９１６は、抵抗器９２０を介して供給され
る演算増幅器９１４からの多重化出力と電位差計９２２
及び抵抗器９２４を介してＶccから供給される基準値の
比較を行い、多重化出力信号が正方向において上述の基
準電位を超えると、ノード９２６から正の信号を出力す
る。抵抗器９２８はプル・アップ抵抗器であり、抵抗器
９３０はコンパレータのしきい値に小量のヒステリシス
を加えて、遷移が確実に行われるように手助けする。

【０１３０】コンパレータ９１８は、抵抗器９３２を介
して供給される演算増幅器９１４からの多重化出力と電
位差計９３４及び抵抗器９３６を介してＶccから供給さ
れる基準値の比較を行い、多重化出力信号が負方向にお
いて上述の基準電位を超えると、ノード９３８から正の
信号を出力する。抵抗器９４０は、プル・アップ抵抗器
であり、抵抗器９４２は、コンパレータのしきい値に小
量のヒステリシスを加えて遷移が確実に行われるように
手助けする。ノード９２６及び９３８におけるコンパレ
ータの出力信号は、それぞれの整流ダイオード９４４及
び９４６を介して供給され、ノード９４８においてハー
ド配線によるＯＲ演算を施され、抵抗器９４９を介して
大地電位と照合され4098単安定マルチバイブレータ９５
０に供給される。

【０１３１】図１５のノード９４８からパルスの立ち上
がり区間を受信すると、単安定マルチバイブレータ９５
０は、固定持続時間の正のパルスをリード線９５２に生
じさせる。単安定マルチバイブレータ９５０は、コンデ
ンサ９５４、９５６、及び、抵抗器９５８、９６０に従
ってプログラム可能である。時限パルスの長さは、コン
デンサ９５６及び抵抗器９６０によって制御される。単
安定マルチバイブレータ９５０からのパルスは、リード
線９５２を介して図１６のＡＮＤゲート９６２の一方の
入力に供給されるが、このゲートのもう１つの入力は，
抵抗器９６４及びコンデンサ９６６によって形成された
初期設定回路に接続されている。

【０１３２】回路の最初のオン時に、コンデンサ９６６
は、抵抗器９６４を介してＶccから充電され、ノード９
６８に低状態を示すことになるので、ノード９６３にお
けるＡＮＤゲート９６２の出力は低になる。回路が最初
にオンになった後、コンデンサ９６６は十分なレベルま
で充電されるので、ノード９６８に高状態が示され、ノ
ード９６３におけるＡＮＤゲート９６２の出力はリード
線９５２の入力に従うことになる。従って、リード線９
５２のパルスは、ＡＮＤゲート９６２に通され、１組の
４０１３フリップ・フロップ９７０、９７２、９７４、
９７６のデータ入力に並列に供給される。

【０１３３】図１５のリード線８９６における次のクロ
ック・パルスによって、リング・カウンタ８９８からの
リード線９１０が低になり、リード線９７８が高にな
る。リード線９７８の高状態は、図１６のフリップ・フ
ロップ９７０のクロック入力に供給され、ノード９６３
からフリップ・フロップ９７０に送り込まれるデータの
クロックが行われ、ＡＮＤゲート９６２を介して供給さ
れる、リード線９５２における、図１５の単安定マルチ
バイブレータ９５０からのデータが、フリップ・フロッ
プ９７０のＱ出力リード線９８０に生じることになる。
リード線９７８の高状態は、図１５のＯＲゲート９８２
にも供給され、単安定マルチバイブレータ９５０がリセ
ットされる。

【０１３４】上述のように、リセット遅延は、抵抗器９
５８及びコンデンサ９５４によって制御される。このリ
セットの遅延によって、単安定マルチバイブレータ９５
０をリセットして、リード線９５２からのパルス及びフ
リップ・フロップ９７０に入力されるデータを除去する
前に、フリップ・フロップ９７０に対する入力データの
クロックが確実に行われることになる。このリセット
は、単安定マルチバイブレータ９５０をリセットしてか
ら次の帯域フィルタ８６０の処理が行われることを保証
するために用いられる。

【０１３５】図１５のリード線８９６のクロック信号
は、カウント・シーケンスを通してリング・カウンタ８
９８のクロックをカウントする。このカウント・シーケ
ンスは残りの各帯域フィルタ８６０、８６２、８６４を
読み取り、そのサイクルを繰り返し、帯域フィルタ８５
８等を読み取り、それぞれの各周波数が十分に高けれ
ば、それぞれのフリップ・フロップ９７０、９７２、９
７４、９７６のＱ出力を高状態にセットする。

【０１３６】例えば、リード線８９６の第３のクロック
・パルスによってカウンタ出力リード線９７８が低に、
リード線９８４が高になり、この結果、リード線９０２
の帯域フィルタ８６０からの信号をアナログ・スイッチ
９０８を介してリード線９１２に、さらに、演算増幅器
９１４へと通すことが可能になり、こうした信号が正ま
たは負の方向において上記基準値を超えると、ワンショ
ット単安定マルチバイブレータ９５０がトリガされて、
リード線９５２に出力パルスが発生し、これが、ＡＮＤ
ゲート９６２及びノード９６３を介してフリップ・フロ
ップ９７０、９７２、９７４、９７６のデータ入力に供
給される。

【０１３７】リード線８９６の次のクロック・パルスに
よってリード線９８４が低に、リード線９８６が高にな
り、フリップ・フロップ９７２の入力データがクロック
されて、そのＱ出力リード線９８８に送り出され、リー
ド線９８６の高状態によって、単安定マルチバイブレー
タ９５０がＯＲゲート９８２を介してリセットされる。
リード線８９６の次のクロック・パルスによって、リー
ド線９８６が低に、リード線９９０が高になり、この結
果、リード線９０４の帯域フィルタ８６２からの信号が
アナログ・スイッチ９０８を介して通され、十分であれ
ば、ワンショット単安定マルチバイブレータ９５０がト
リガされて、リード線９５２に出力パルスが発生し、こ
れがフリップ・フロップのデータ入力に供給され、リー
ド線８９６の次のクロック・パルスによってリード線９
９０が低にリード線９９２が高になり、フリップ・フロ
ップ９７４を通るデータがクロックされて、そのＱ出力
９９４に送り出され、リード線９９２の高状態によって
単安定マルチバイブレータ９５０がＯＲゲート９８２を
介してリセットされる。

【０１３８】リード線８９６の次のクロック・パルスに
よって、リード線９９２が低に、リード線９９６が高に
なり、この結果、リード線９０６の帯域フィルタ８６４
からの信号をアナログ・スイッチ９０８に通すことが可
能になり、こうした信号が正または負の方向において上
記基準値を超えると、ワンショット単安定マルチバイブ
レータ９５０がトリガされて、リード線９５２に出力パ
ルスが発生し、これがフリップ・フロップのデータ入力
に供給され、リード線８９６の次のクロック・パルスに
よって、リード線９９６が低にリード線９９８が高にな
り、フリップ・フロップ９７６を通るデータがクロック
されてそのＱ出力1000に送り出され、リード線９９８の
高状態によって単安定マルチバイブレータ９５０がＯＲ
ゲート９８２を介してリセットされる。

【０１３９】上述のように、それぞれのチャネル、また
は、帯域フィルタ８５８、８６０、８６２、８６４の通
過帯域におけるエネルギが不十分であれば、それぞれの
Ｑ出力９８０、９８８、９９４、1000が、低になる。

【０１４０】ＯＲゲート1002,1004,1006および4081ＡＮ
Ｄゲート1008,1010,1012,1014 の組み合わせによって、
４つのＱ出力リード線９８０、９８８、９９４、1000の
内３つが高であれば、出力リード線１０１６に高状態を
発生する論理段が形成される。リード線１０１６におけ
る出力信号が、4013フリップ・フロップ1018のデータ入
力に供給され、リード線８９６の第９のクロック・パル
スに応答して、クロックされ、フリップ・フロップ1018
通って、リード線1020のＱ出力に送り出され、リング・
カウンタ８９８からのリード線1022が高になる。各組を
なす多重化チャネルがリード線1024でクロック・パルス
を受信する毎に、フリップ・フロップがリセットされ
る。

【０１４１】リード線1024のリセット・クロック信号
は、直接フリップ・フロップ1018に供給され、またＯＲ
ゲート1026を介してフリップ・フロップ９７０、９７
２、９７４、９７６に供給される。また、ＯＲゲート10
26はリセット信号を回路の最初のオン時にフリップ・フ
ロップに供給する。これは、抵抗器1028、コンデンサ10
30、及びダイオード1032からなる初期設定回路により、
コンデンサ1030が充電されるまでリード線1030に初期設
定信号を送り出すようになっている。

【０１４２】リード線1020の信号は、仮か確認かはとも
かく、アーク表示信号として利用することもできるし、
図１１のリード線１６０における信号の代わりに用いる
こともできるし、あるいは、図１１のＡＮＤゲート６５
８に対する第５の入力として追加し、ノード６６６にお
いて、仮アーク信号を発生する前に、満たさなければな
らないもう１つの条件を規定することも可能である。

【０１４３】図１５および１６の周波数弁別回路は、電
界センサに応答し、電界応答信号の所定の周波数特性に
応答して、アーク表示信号を発生する周波数応答回路を
形成する。周波数応答回路は、帯域フィルタ８５８、８
６０、８６２、８６４を通る電界応答信号の複数の異な
る周波数をモニタし、例えば、４つの帯域の内の３つと
いった、電界応答信号の周波数の所定の組み合わせに応
答して、出力1020からアーク表示信号を発生するが、他
の組み合わせ及び特性を用いることも可能である。帯域
フィルタ８５８、８６０、８６２、８６４によって形成
された櫛形フィルタは、複数の帯域幅を備えており、電
界センサ６６に応答し、電界応答信号の所定の周波数サ
インに応答して、アーク表示信号を発生する。

【０１４４】図示例の場合、アーク表示信号は、通過帯
域の所定の組み合わせで生じる電界応答信号に応答して
発生する。櫛形フィルタは、それぞれ、電界応答信号を
受信する、複数の帯域フィルタによって形成され、アー
ク弁別回路には、所定の組み合わせを選択して、これに
応答し、アーク表示信号を送り出す選択論理回路1002〜
1014が含まれている。費用効率のため、電界応答信号
は、複数の通過帯域によって多重化するのが望ましい
が、別様に多重化される各チャネル毎に、専用の回路を
別様に設けることも可能である。

【０１４５】マルチプレクサには、複数のチャネルと、
各チャネル毎に１つずつ、それぞれの帯域フィルタ出力
に結合された複数の入力と、チャネルを組み合わせるマ
ルチプレクサ出力が設けられている。各チャネル毎に１
つずつの、複数のフリップ・フロップ９７０、９７２、
９７４、９７６が、並列に接続され、マルチプレクサ出
力を受信する。リング・カウンタ８９８は、マルチプレ
クサのクロックを行って、マルチプレクサの入力の１つ
を順次選択し、マルチプレクサを通って、マルチプレク
サの出力に送られるその入力にクロックを施し、フリッ
プ・フロップのクロックを行って、それぞれのフリップ
・フロップを経て、それぞれのフリップ・フロップ出力
９８０、９８８、９９４、1000に至る、マルチプレクサ
における所定のチャネルのクロックを行う。

【０１４６】論理ゲート回路1002〜1014はフリップ・フ
ロップの出力に結合されており、フリップ・フロップ出
力９８０、９８８、９９４、1000の指定の組み合わせに
応答してアーク表示信号を発生する。コンパレータ９１
６，９１８を含むウインドー・コンパレータ回路がマル
チプレクサ出力と第１と第２の基準値との比較を行い、
マルチプレクサ出力が第１の基準値を正方向に超える
か、あるいは、第２の基準値を負方向に超えると出力を
発生する。ワンショット単安定マルチバイブレータ９５
０は、ウインドー・コンパレータ回路の出力に応答し、
リード線９５２においてフリップ・フロップ９７０、９
７２、９７４、９７６に対する時限出力パルスを発生す
る。

【０１４７】また、リング・カウンタ８９８によって形
成されるタイミング回路が、マルチプレクサ出力におけ
る次のチャネルに先立って、ワンショット単安定マルチ
バイブレータ９５０をリセットする。リング・カウンタ
８９８は、複数の順次クロックされる出力を備えてい
て、上記クロック機能を果たし、各出力パルス毎に、マ
ルチプレクサ出力における次のチャネルに先立って、ワ
ンショット単安定マルチバイブレータ９５０をリセット
するもので、この出力は、マルチプレクサに結合された
リード線９１０、９８４、９９０、９９６における第１
組の出力と、ＯＲゲート９８２を介してワンショット単
安定マルチバイブレータ９５０に結合され、かつフリッ
プ・フロップ９７０、９７２、９７４、９７６にも結合
されたリード線９７８、９８６、９９２、９９８におけ
る第２組の出力を備えている。

【０１４８】図１７には、電源回路が示されている。交
流電源２６からの電力が、変圧器1034及び全波整流ダイ
オード・ブリッジ1036を介して供給され、コンデンサ10
38及び1040によってフィルタリングを施され、接地され
たリード線1046に対してリード線1044に１５ボルト調整
電源を与える7815電圧調整器1042によって調整を加えら
れる。この電圧を抵抗器1048及び1050によって形成され
た分圧器ネットワークで分割し、34072 演算増幅器1052
によって形成されたバッファ段に通して供給することに
よって、リード線1054に接地したリード線1046に対する
７．５ボルトの基準電位が生じる。さらに、コンデンサ
1056,1058,1060,1062 によって、平滑化及びフィルタリ
ングが施される。

【０１４９】上述のように、図３の磁気センサ６８は、
変流器が望ましい。さらに、こうした変流器、及び、負
担抵抗器１６２（図５）または４１６（図８）は、放射
電界の影響等からシールドされていることが望ましい。
図１８及び図１９の導電性シールド1064が、鉄心８４及
びコイル８６を包囲している。このシールドは、互いに
向かい合い、その間に密閉環状空間1070を形成する第１
と第２の環状銅カップ1066及び1068によって得られる。
鉄心８４及びコイル８６は、環状の空間1070に収容され
ている。環状の電気絶縁層1072が、カップ1066と1068の
間に配置されて鉄心周りにおけるカップの短絡を防ぎ、
渦電流のループを阻止する。ジャンパ体1074が短絡を生
じないようにして、カップ1066とカップ1068を電気的に
接続している。ジャンパ導体は、カップの開口に打ち込
まれた、あるいは、別様に挿入された導電性ピンと、そ
の間の絶縁体によって形成される。ジャンパ導体1074は
各カップの同じ面において、カップ1066と1068を電気的
に接続し短絡を防止することが望ましい。

【０１５０】各カップは、図１９のように、Ｕ字形の断
面を有している。カップ1066は、間隔をあけて平行に位
置する１対の脚1078と10801080の間に延びる湾曲部1076
を備えている。カップ1068は逆Ｕ字形であり、湾曲部10
82が間隔をあけて平行に位置する１対の脚1084と1086の
間に延びている。カップはかみ合って、図１９のように
その間に上部と下部によって画定する空間1070が形成さ
れ、遠位の両端がそれぞれの各湾曲部1082及び1076によ
って形成され、左右の遠位側部は、それぞれの脚1078、
1084、及び、1080、1086によって形成されている。絶縁
層1072は、Ｕ字形の断面を有しており、カップ1066の内
側に裏当てを施している。カップ1068は逆になってお
り、カップ1066に入れ子式に納まるようになっているの
で、カップ1066の脚1078及び1080が、カップ1068の脚10
84及び1086と重なって、平行に延び、絶縁層がカップの
脚の間に位置することになる。

【０１５１】コイル８６は、それぞれの導線９４及び９
６に接続された第１と第２の負荷1088及び1090を備えて
いる。負担抵抗器１６２は、上方端がリード線1088に接
続され、下方端がリード線1090に接続されている。負担
抵抗器１６２は、巻きコイル８６の抵抗以下の抵抗を備
えることが望ましい。シールド1064は、負担抵抗器１６
２を包囲するセクション1092を備えている。カップ106
6，1068は、ジャンパ導体1074によって電気的に接続さ
れており、また、導線1094によって負担抵抗器１６２の
下方端に接続されている。接地線1096によって、カップ
及び負担抵抗器１６２の下方端が接地されている。導線
９４，９６は、その外側の電気的絶縁シース1098が導線
９６を形成する導電性の導線シースを包囲し、導線９６
が電気的絶縁シース1100を包囲し、絶縁シース1100が、
内側の導線９４を包囲している、図１８の同軸ケーブル
によって形成されている。

【０１５２】こうして、電気回路にアークが生じること
によって、帯電導線の周りに形成される電磁界を検知し
て、その応答信号を発生し、電磁界応答信号に弁別応答
して、電磁界応答信号における所定の特性に応じたアー
ク表示信号を発生する、アーク検出システムが得られ
る。さまざまな特性及び状態について開示したが、他の
可能性もある。

【０１５３】検知変換器は、導線から電気的に分離され
ている。該回路は、できれば、ただし、必要というわけ
ではないが、電圧源２６の励起周波数を除く、１つ以上
の所定の帯域内における周波数に対し選択的に応答する
ことが望ましい。望ましい帯域は、約１ＫHz〜約５ＭHz
である。このシステムは、線路導線に沿った直列アー
ク、中性線に沿った直列アーク、線路間アーク、線路・
中性点間アーク、及び、線路・接地間アークを、全て、
電磁界の検知によって検知するという点で、かなりの利
点が得られる。

【０１５４】代替案としての電界センサには、ポインテ
ィングベクトル・センサが含まれている。代替案の磁界
センサには、ホールセンサ、磁気応答センサ、励磁鉄心
センサ、ポインティングベクトル・センサが含まれる。
代替案の方向センサには、ポインティングベクトル・セ
ンサ、指向性アンテナ、及び、パターン導波管、また
は、例えば、１９８６年２月号、RF Design P 62〜64、
Alejandro Duenas J. による「Direction Coupler Desi
gn Graphs 」及び、１９７９年９／１０月号、RFDesign
P 40〜49、Antonio N. Paolantonio による「Directio
n Couplers」に示すような方向性カップラが含まれる。

【０１５５】もう１つの代替例では、方向検知信号の無
秩序状態のモニタが追加される。開発の継続中に、各種
の個別部品を用途に固有の集積回路に組み込むことによ
って、サイズの凝縮の容易化が期待される。本書で用い
るアークという用語は、気体を介した、または、絶縁媒
体間の放電を含むだけでなく、ギャップを飛び越した
り、あるいは、ブレーカを引き外したりするのに十分な
エネルギまたは電流はないが、それにもかかわらず、損
傷を与える熱またはその他の望ましくない影響を及ぼす
可能性のある、高インピーダンス故障、あるいは、他の
意図した、または、意図しない回路の経路も含むように
定義されている。

【０１５６】

【発明の効果】本発明によれば、電気回路にアークが生
じることによって、帯電導体の周りに形成される電磁界
をセンサにより検知し、これに応じた電磁界応答信号の
ランダムカオスパターンに応答してアーク表示信号を発
生するので、アーク表示信号の所定の特性に応じて回路
ブレーカが引き外されて開路状態になり、電気回路を損
傷する熱または他の望ましくない影響を与える高インピ
ーダンス故障をもたらすアーク電流を検知して電気回路
を過電流から保護することができる。

【０１５７】本発明のアーク検出器は、アーク弁別回路
によって電磁界応答信号の振幅／周波数の変動に応じた
アーク表示信号を発生することができる。本発明は、帯
電導体によって負荷及び電気応答回路ブレーカに直列に
結合された、所定の励起周波数の電圧源を備える電流分
配回路に利用できる。また、他の用途には、ＤＣシステ
ムを含む航空機の電流分配システム、個人のベルトに装
着される個人用安全装置、病院において要求される特殊
な配線施設等がある。

【０１５８】さらに、本発明は、アークが、故障と考え
られるレベルに達する前に、予防の意味でモニタし利用
できるアーク表示信号を発生するモニタ及び診断応用に
用いることも可能である。本発明は、駆動装置、始動装
置、及び、制御装置における、回転子、固定子、ソリッ
ド・ステート電力半導体、スリップ・リング、整流子等
を含む、交流モータ及び直流モータ及び回路の状態をモ
ニタするのに用いることもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】電流分配回路の概略図である。

【図２】図１の回路の一部の概略図である。

【図３】アーク検出変換センサを示す図である。

【図４】電界振幅無秩序検出回路を示す回路図である。

【図５】磁界振幅無秩序検出回路を示す回路図である。

【図６】リング・アウト周波数及び繰り返し周波数の概
略を示す図である。

【図７】電界振幅及び周波数無秩序検出回路を示す回路
図である。

【図８】磁界振幅及び周波数無秩序検出回路を示す回路
図である。

【図９】方向検知回路の回路図である。

【図１０】もう１つの方向検知回路の回路図である。

【図１１】２重ウインドー・タイミング回路の回路図で
ある。

【図１２】２重ウインドー・タイミング回路の回路図で
ある。

【図１３】２重ウインドー・タイミング回路の回路図で
ある。

【図１４】図１１ないし図１３の回路の動作を示すタイ
ミング図である。

【図１５】多重化櫛形フィルタ回路の回路図である。

【図１６】多重化櫛形フィルタ回路の回路図である。

【図１７】電源の回路図である。

【図１８】図３の磁気センサのもう１つの実施例を示す
図である。

【図１９】図１８のライン１９−１９に沿って描いた断
面図である。

【図２０】図１８のセンサに電気的接続を示す図であ
る。

【符号の説明】

２０ 電流分配回路 ２６ 電圧源 ３０ 負荷 ３２ 主回路ブレーカ ３４ 分岐回路ブレーカ ４６ 線路導体 ４８ 中性線 ５０ 接地線 ５６ 接地事故遮断回路 ５８ ＳＣＲ ６０ コイル ６２ アンテナ変換器（電磁界センサ） ６４ アーク弁別回路 ６６ 電界センサ ６８ 磁気センサ

フロントページの続き (72)発明者 チャールズ ジョセフ テニーズ アメリカ合衆国 ウイスコンシン 53188 ワウケシャー ムックルストーン コー ト 2904 (72)発明者 ウォルター ケネス オニール アメリカ合衆国 ミシガン 48009 バー ミンガムエバグリーン ロード 32501 (72)発明者 フランシス シドニー リチャード ジュ ニア アメリカ合衆国 ウイスコンシン 53022 ゲルマンタウン ウォーター ストリー ト ダブリュ164 エヌ9706

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電圧源(26)を負荷(30)に接続する帯電導
   体(46)を設けた電気回路用のアーク検出器であって、前
   記電気回路に電気アークが発生することによって前記導
   体(46)の周囲に形成される電磁界を感知して、それに応
   じた電磁界応答信号を発生する電磁界センサ(62)と、前
   記電磁界センサ(62)に応答して、前記電磁界応答信号の
   ランダムカオスパターンに応答してアーク表示信号を発
   生するアーク弁別回路(64)とを有していることを特徴と
   するアーク検出器。
2. 【請求項２】 前記アーク弁別回路(64)は、時間に対し
   て前記電磁界応答信号を２回にわたって微分することに
   よって前記電磁界応答信号の２次導関数を与える二重微
   分回路（図４、５、７、８）を有していることを特徴と
   する請求項１のアーク検出器。
3. 【請求項３】 前記アーク弁別回路(64)はさらに、前記
   ２次導関数を第１及び第２基準値と比較して、前記２次
   導関数が前記第１基準値を正方向に超えているか、前記
   第２基準値を負方向に超えている時に前記アーク表示信
   号を発生するウインドー比較回路（図４、５、７、８）
   を有していることを特徴とする請求項２のアーク検出
   器。
4. 【請求項４】 前記電磁界センサ(62)は、前記電気回路
   に電気アークが発生することによって前記導体(46)の周
   囲に形成される電界を感知して電界応答信号を発生する
   電界センサ(66)を有していることを特徴とする請求項１
   のアーク検出器。
5. 【請求項５】 前記電磁界センサ(62)はさらに、前記電
   気回路に電気アークが発生することによって前記導体(4
   6)の周囲に形成される磁界を感知して磁界応答信号を発
   生する磁界センサ(68)を組み合わせて有しており、前記
   所定特性は、前記電界応答信号のランダムカオスパター
   ンと前記磁界応答信号のランダムカオスパターンとを組
   み合わせたものであることを特徴とする請求項４のアー
   ク検出器。
6. 【請求項６】 前記アーク弁別回路(64)は、前記電磁界
   応答信号の振幅のランダムカオスパターンに応答して前
   記アーク表示信号を発生することを特徴とする請求項１
   のアーク検出器。
7. 【請求項７】 前記アーク弁別回路(64)は、前記電磁界
   応答信号の周波数のランダムカオスパターンに応答して
   前記アーク表示信号を発生することを特徴とする請求項
   １のアーク検出器。
8. 【請求項８】 電圧源(26)を負荷(30)に接続する帯電導
   体(46)を設けた電気回路用のアーク検出器であって、 前記電気回路に電気アークが発生することによって前記
   導体(46)の周囲に形成される電界を感知して、それに応
   じた電界応答信号を発生する電界センサ(66)と、 前記電気回路に電気アークが発生することによって前記
   導体(46)の周囲に形成される磁界を感知して、それに応
   じた磁界応答信号を発生する磁界センサ(68)と、 時間に対して前記電界応答信号を２回にわたって微分す
   ることによって前記電界応答信号の２次導関数を与える
   第１の二重微分回路（図４、５、７、８）と、 時間に対して前記磁界応答信号を２回にわたって微分す
   ることによって前記磁界応答信号の２次導関数を与える
   第２の二重微分回路（図４、５、７、８）と、前記第１
   及び第２二重微分回路に応答して、前記電界応答信号及
   び磁界応答信号の両方がランダムカオスパターンである
   時、アーク表示信号を発生するアーク表示信号回路(65
   8) とを有していることを特徴とするアーク検出器。
9. 【請求項９】 所定励起周波数の電圧源(26)が帯電導体
   (46)によって負荷(30)及び電気応答式回路ブレーカ(34)
   に直列に接続している電流分配回路用のアーク検出器で
   あって、前記電流分配回路に電気アークが発生すること
   によって前記導体(46)の周囲に形成される電磁界を感知
   して、それに応じた電磁界応答信号を発生する電磁界セ
   ンサ(62)と、前記電磁界センサ(62)に応答して、前記電
   磁界応答信号のランダムカオスパターンに応答してアー
   ク表示信号を発生するアーク弁別回路(64)と、前記アー
   ク弁別回路(64)に応答して、前記アーク表示信号に応答
   して前記回路ブレーカ(34)を開路状態へ引き外す引き外
   し回路(58、60) とを有していることを特徴とするアーク
   検出器。
10. 【請求項１０】 所定励起周波数の電圧源(26)が帯電導
    体(46)によって負荷(30)及び電気応答式回路ブレーカ(3
    4)に直列に接続している電流分配回路用のアーク検出器
    であって、 前記電流分配回路に電気アークが発生することによって
    前記導体(46)の周囲に形成される電界を感知して、それ
    に応じた電界応答信号を発生する電界センサ(66)と、 前記電気回路に電気アークが発生することによって前記
    導体(46)の周囲に形成される磁界を感知して、それに応
    じた磁界応答信号を発生する磁界センサ(68)と、 時間に対して前記電界応答信号を２回にわたって微分す
    ることによって前記電界応答信号の２次導関数を与える
    第１の二重微分回路（図４、５、７、８）と、 時間に対して前記磁界応答信号を２回にわたって微分す
    ることによって前記磁界応答信号の２次導関数を与える
    第２の二重微分回路（図４、５、７、８）と、前記第１
    及び第２二重微分回路に応答して、前記電界応答信号及
    び磁界応答信号の両方がランダムカオスパターンである
    時、前記回路ブレーカ(34)を開路状態へ引き外す引き外
    し回路(58、60) とを有していることを特徴とするアーク
    検出器。