(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
線導体と中性導体とを有する電気系統を保護する回路遮断器の地絡故障トリップ装置において、
中性導体が貫通する感知コイル手段と、
感知コイル手段に接続され、電気系統の中性導体地絡故障に応答して回路遮断器のトリップ信号を発生させる中性導体地絡故障検出手段と、
感知コイル手段に結合され、中性導体地絡故障状態をシミレーションして中性導体地絡故障検出手段にトリップ信号を発生させる受動的な試験手段とより成り、
試験手段は、
感知コイル手段を貫通する試験導体手段と、
試験導体手段を感知コイル手段を貫通する閉ループになるように選択的に接続する試験スイッチとより成り、
試験導体手段は電気系統の中性導体地絡故障の最大インピーダンスにほぼ等価のインピーダンスを有することを特徴とする地絡故障トリップ装置。
【請求項２】
試験導体手段は、リード線と、電気系統の中性導体地絡故障の最大インピーダンスにほぼ等価の個別インピーダンスとより成ることを特徴とする請求項１の地絡故障トリップ装置。
【請求項３】
試験導体手段は、電気系統の中性導体地絡故障の最大インピーダンスにほぼ等価の分布インピーダンスを有する導体より成ることを特徴とする請求項１の地絡故障トリップ装置。
【請求項４】
感知コイル手段は、線導体と中性導体が共に貫通する第１の感知コイルと、中性導体が貫通するが線導体は貫通しない第２の感知コイルとより成り、地絡故障検出手段は第１及び第２の感知コイルに接続された休眠発振器型地絡故障検出回路より成り、試験導体手段は第１及び第２の感知コイルを共に貫通することを特徴とする請求項１の地絡故障トリップ装置。
【請求項５】
線導体と中性導体とを有し、スパッタリング・アーク故障及び地絡故障が起こり易い電気系統を保護する回路遮断器のためのトリップ装置において、
線導体と中性導体が共に貫通し二次巻線を有する第１の感知コイル及び中性導体が貫通するが線導体は貫通せず二次巻線を有する第２の感知コイルより成る、電気系統を流れる電流を感知する感知コイル手段と、
第１及び第２の感知コイルの二次巻線に接続された休眠発振器型地絡故障検出回路及び第２の感知コイルの二次巻線に接続されたスパッタリング・アーク故障検出回路より成る、中性導体地絡故障を含む地絡故障及びスパッタリング・アーク故障に応答して回路遮断器のトリップ信号を発生させる故障検出手段と、
感知コイル手段に結合され、中性導体地絡故障及びスパッタリング・アーク故障状態をシミレーションして故障検出手段にトリップ信号を発生させる試験手段とより成り、
試験手段は、
感知コイル手段を貫通し、電気系統の中性導体地絡故障の最大インピーダンスにほぼ等価のインピーダンスを有する試験導体手段と、
試験導体手段を感知コイル手段を貫通する閉ループになるように選択的に接続する試験スイッチと、
第２の感知コイルの二次巻線に接続されて試験信号を該第２の感知コイルの二次巻線に注入することによりスパッタリング・アーク故障検出器回路にトリップ信号を発生させる試験信号注入手段とより成ることを特徴とするトリップ装置。
【請求項６】
スパッタリング・アーク故障検出回路は、第２の感知コイルの二次巻線に接続されて帯域幅制限ｄｉ／ｄｔ信号（ｉは中性導体を流れる電流）を発生する手段と、ｄｉ／ｄｔ信号に応答して所定の状態のもとでトリップ信号を発生させる手段とより成ることを特徴とする請求項５のトリップ装置。
【請求項７】
試験信号注入手段は、二次巻線に接続されたインピーダンス手段と、インピーダンスを線導体に選択的に接続する第２のスイッチとより成ることを特徴とする請求項５のトリップ装置。
【請求項８】
試験信号注入手段は、二次巻線に接続されたキャパシタと、キャパシタを充電する手段と、キャパシタを二次巻線へ選択的に放電させる第２のスイッチとより成ることを特徴とする請求項５のトリップ装置。
【請求項９】
線導体と中性導体とを有し、スパッタリング・アーク故障及び地絡故障が起こり易い電気系統を保護する回路遮断器のためのトリップ装置において、
線導体と中性導体が共に貫通し二次巻線を有する第１の感知コイル及び中性導体が貫通するが線導体は貫通せず二次巻線を有する第２の感知コイルより成る、電気系統を流れる電流を感知する感知コイル手段と、
第１及び第２の感知コイルの二次巻線に接続された休眠発振器型地絡故障検出回路及び第２の感知コイルの二次巻線に接続されたスパッタリング・アーク故障検出回路より成る、中性導体地絡故障を含む地絡故障及びスパッタリング・アーク故障に応答して回路遮断器のトリップ信号を発生させる故障検出手段と、
感知コイル手段に結合され、中性導体地絡故障及びスパッタリング・アーク故障状態をシミレーションして故障検出手段にトリップ信号を発生させる試験手段とより成り、
試験手段は、
感知コイル手段を貫通し、電気系統の中性導体地絡故障の最大インピーダンスにほぼ等価のインピーダンスを有する試験導体手段と、
試験導体手段を感知コイル手段を貫通する閉ループになるように選択的に接続する試験スイッチと、
中性導体に接続されたリード線及びローパスフィルタより成る感知手段と、
ローパスフィルタとスパッタリング・アーク故障検出回路との間に接続されたハイパスフィルタと、
ローパスフィルタに接続されたインピーダンスと、
選択的に閉じるとインピーダンスを線導体と中性導体とに接続する第２のスイッチとを含むことを特徴とするトリップ装置。
【請求項１０】
ローパスフィルタは抵抗とキャパシタより成り、インピーダンスと抵抗とが試験信号を発生させる分圧器を形成することを特徴とする請求項９のトリップ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は回路遮断器のための電子トリップ装置に関し、さらに詳細には地絡故障とスパッタリング・アーク故障に応答すると共にこれらの機能の完全な試験を行うための試験回路を組み込んだかかるトリップ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の家庭用及び低圧の産業用・商業用回路遮断器には、中位の大きさの持続的過電流に応答して遅延引き外しを行う熱動トリップ装置と、大きな過電流に瞬時に応答する磁気トリップ装置とが備わっている。従って、瞬時的な引き外しが起こるためには故障電流は例えば定格電流の１０倍の所定の大きさになる必要があり、また遅延引き外しを行うには過電流は所定の時間インターバルに亘って所定の平均値を維持する必要がある。
【０００３】
最近、かかる回路遮断器に地絡故障トリップ装置を組み込むのが普通である。地絡故障トリップ装置は線導体とアース及び中性導体とアースの間の地絡を検出する。線導体の地絡故障は通常、トロイダルコイルより成る差動変圧器により検出する。線導体と中性導体とがそのコイルを貫通しているため、線導体の地絡故障が存在しない時これら２つの導体を流れる電流は大きさが等しくて反対方向である。このためコイルの二次巻線には信号が発生しない。線導体の地絡故障が発生すると、導体を流れる電流に大きな不平衡が生じるためこれをレベル検出器により検出する。中性導体は規則により回路遮断器の近傍で接地を義務付けられている。従って、電気系統に中性導体地絡故障が発生すると中性導体とアースとの間に閉じたループが生じる。中性導体地絡故障の検出は、この故障によりループが閉じるとそのループを介するフィードバックにより発振を起こす信号を中性導体に注入することにより行うのが普通である。
【０００４】
地絡故障検出器は通常、休眠発振器（ｄｏｒｍａｎｔ  ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）回路より成る。この地絡故障検出回路は２つの感知コイルを備えている。第１のコイルは線導体地絡故障を検出する差動変圧器として働く。中性導体地絡故障が発生すると２つのコイルが結合されてフィードバックが生じ、演算増幅器が発振する。
【０００５】
地絡故障遮断器はその回路の線導体地絡故障検出部分の試験を行う試験回路を組み込むのが普通である。通常、この試験回路は差動変圧器のコイルを貫通する試験導体を含み、この試験導体はスイッチにより線導体と中性導体との間に選択的に接続される。本出願人の知るところ、中性導体地絡故障の試験を行う装置は現在のところ公知ではない。
【０００６】
最近、スパッタリング・アークによる故障から電気系統を保護することに関心が高まっている。スパッタリング・アーク故障は裸の或いは被覆が剥げた導体が接触することによって生じる。かかる故障が発生すると電流が磁気反発力を生ぜしめ、導体が引き離されてアークが発生する。このアークは電流が零になると消える。機械的或いは静電的な力により導体が再び接触すると、このサイクルが繰り返される。この故障により発生するアークは導体、特に引出し線のようなより線の導体中の銅を溶融させるため、周りの材料が発火することがある。かかる故障は火災の危険を内抱するものであるが、電流は通常それ程高いものではないため熱動形或いは磁気形トリップ装置では検出されない。
【０００７】
本出願人の米国特許第５，２２４，００６号はスパッタリング・アーク故障に応答する電子トリップ装置を備えた回路遮断器を開示している。このトリップ装置は、スパッタリング・アーク故障が雷による故障及び過負荷電流により生じる正弦波形とは対照的にステップ状の電流波形を発生させるという知見に基づいている。このため、このトリップ装置は帯域幅を制限したｄｉ／ｄｔ信号を発生させ、これをレベル検出器により検出して、スパッタリング・アーク故障が熱動・磁気形トリップ装置のピックアップレベルより低いピーク電流を持つ場合に回路遮断器をトリップさせる。
【０００８】
米国特許第５，２２４，００６号のスパッタリング・アーク故障検出器は、中性導体地絡故障の検出を行うためのフィードバック・ループを与える休眠発振器型地絡故障検出器の感知コイルを利用してｄｉ／ｄｔ信号を発生させる。
【０００９】
本出願人の特願平６−５３０３６号（発明の名称：回路遮断器）は、スパッタリング・アーク故障による高電流値への急激な導通の結果生じるアーク波形は、幾つかの電気器具或いは幾つかの群の電気器具が同時に作動させられた時にも生じるという問題点を指摘している。これらの電気器具により発生する突入電流はスパッタリング・アーク故障により生じる電流ほど大きなものではなく、従ってレベル検出器のレベルを適当にセットすれば誤トリップを回避することができるが、この出願人の先願に開示された装置では電気器具の突入電流は単発的事象であるがスパッタリング・アーク故障は反復的事象であるという事実に着目してスパッタリング故障と電気器具による突入電流とを弁別する。かくして、この先願のトリップ装置では所定の時間インターバル内にｄｉ／ｄｔ信号が何回しきい値を越えるかがカウントされる。
【００１０】
この先願に記載されたトリップ装置は上述した線導体地絡故障検出機能だけをテストする試験装置を備えている。しかしながら、中性導体地絡故障検出器もスパッタリング・アーク故障検出器も試験しない。
【００１１】
かくして、中性導体地絡故障を含む地絡故障の検出器及びスパッタリング・アーク故障検出器の完全な試験を行う改良型電子トリップ装置に対する要望が存在する。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上記及びその他の要望は、線導体地絡故障検出機能のみならず中性導体地絡故障検出機能の試験を行う自己試験型トリップ装置に関する本願発明により充足される。加えて、本発明の自己試験型トリップ装置はトリップ装置のスパッタリング・アーク故障検出機能を試験することができる。かくして、電子式トリップ装置のトリップ機能全てについて完全な試験が行える。
【００１３】
さらに詳細には、トリップ装置の中性導体地絡故障検出機能の試験を行うため、受動的な試験手段は、感知コイルを貫通する試験導体と、試験導体を選択的に接続して感知コイルを貫通するループにする試験スイッチとより成る。試験スイッチを閉じると中性導体地絡故障をシミレーションできる。休眠発振器型地絡故障検出器の場合、試験導体は両方の感知コイルを貫通するため、スイッチを閉じるとこれら２つのコイルを結合する。中性導体地絡故障を検出するには両感知コイルを含む休眠発振器回路全体が作動しなければならないため、この簡単な受動的試験装置は休眠発振器型地絡故障検出器の完全なテストを行える。
【００１４】
電流感知コイルの二次巻線に後でレベル検出する帯域幅制限ｄｉ／ｄｔ信号発生手段を接続したスパッタリング・アーク故障検出器では、感知コイルの二次側に試験信号を注入する。これは必要な大きさの信号をコイルの一次側に発生させるのが困難であるという理由による。しかしながら、スパッタリング・アーク故障検出器を地絡故障検出器と結合して後者の感知コイルを共用する場合、地絡故障検出器の試験によりそのコイルの試験も行える。
【００１５】
スパッタリング・アーク故障検出器を試験する試験信号注入手段は、第１の実施例では、感知コイルの二次巻線に接続したインピーダンスと、そのインピーダンスを線導体に選択的に接続する試験スイッチとを含む。スパッタリング・アーク検出器が帯域幅制限ｄｉ／ｄｔ信号がしきい値を越える回数をカウントする手段を含む場合、線導体からの連続する交流半サイクルが検出器の試験に必要な反復的事象を提供する。
【００１６】
試験信号をスパッタリング・アーク故障検出器に注入する別の例では、キャパシタを感知コイルの二次巻線に接続し、このキャパシタを充電する手段を設ける。試験スイッチを閉じてキャパシタを感知コイルの二次巻線へ選択的に放電させることにより、帯域幅制限ｄｉ／ｄｔ信号が所定の時間インターバル内に必要な回数しきい値を越えるに充分な大きさの発振を起こさせる。上述の先願に記載されたように、中性導体の抵抗の電圧降下測定値から得た信号をローパスフィルタとハイパスフィルタを通過させるスパッタリング・アーク故障の別の検出方法では、試験信号を第１のフィルタ部分の出力へそれに接続したインピーダンスを介し、またそのインピーダンスを線導体に接続する試験スイッチを介して注入する。
【００１７】
以下、添付図面を参照して本発明を実施例につき詳細に説明する。
【００１８】
【実施例】
本発明を、米国特許第４，０８１，８５２号に記載されたような従来の家庭用回路遮断器に適用した場合について説明する。その回路遮断器は、熱動・磁気型過電流トリップ機構と地絡故障検出器とを成形ハウジング内の隣り合わせたコンパートメントに取り付けたものである。この地絡故障検出器はプランジャー付きトリップソレノイドを有し、このプランジャーは成形ハウジング内の２つのコンパートメントの隔壁を貫通し、地絡故障の発生に応答して熱動・磁気型トリップ機構を作動することにより回路遮断器をトリップする。
【００１９】
図１に示す好ましい実施例において、本発明の回路遮断器１はスパッタリング・アーク検出器３と地絡故障検出器５とを結合したものである。回路遮断器１は負荷１３へ電力を供給する線導体９と中性導体１１とを含む電気系統７を保護する。負荷１３による典型的な過電流及び雷による線導体・中性導体接触故障に対する保護とは別に、本発明の回路遮断器１は線導体９と中性導体１１の間のスパッタリング・アークによる故障１５、線導体の地絡故障１７及び中性導体の地絡故障１９に対しても保護を与える。上述したように、スパッタリング・アーク故障１５は線導体と中性導体の裸の部分が例えば絶縁物の磨耗または剥離によるなどして接触すると発生する。電気系統７のこれらの故障は感知コイルまたは変流器２１，２３より成る電流センサを介して回路遮断器１により検出される。これらの変流器２１，２３はトロイダルコイルである。線導体９及び中性導体１１はトロイダルコイル２１の開口部を貫通してその変流器の一次巻線を形成する。変流器２３はトロイダルコイルの開口部を貫通する中性導体１１より成る単一の一次巻線を有する。変流器２１の二次巻線２５及び変流器２３の二次巻線２７はそれぞれ集積回路２９に接続してある。
【００２０】
変流器２１は線導体の地絡故障を検出する。電気系統７に線導体地絡故障が存在しない場合、変流器の一次巻線を形成する線導体９及び中性導体１１を流れる電流は大きさが等しく方向が反対であるため二次巻線２５には電流が誘導されない。線導体９が接地されるとこの導体に大きな電流が流れ、またこの場合中性導体１１の電流が零かほとんど零に等しくなるため、二次巻線２５には大きな電流が誘導される。この信号は直流阻止キャパシタ３１を経てＮＥＧＧＦＩ及びＰＯＳＧＦＩ入力から集積回路２９へ印加されるため、集積回路の演算増幅器（後述する）のオフセットは変流器２１へ印加されない。抵抗３３は直列接続のキャパシタ３１と変流器２１の二次巻線２５とによる共振を臨界的に減衰させる。集積回路入力に接続したキャパシタ３５は雑音を抑制する。フィードバック抵抗３７は集積回路２９の演算増幅器の利得をセットする。
【００２１】
後で詳しく説明するように、変流器２１の二次巻線２５を流れる電流が線導体地絡故障を検出するため選択したしきい値を越えると、集積回路２９のＯＲ出力が高レベルとなりＳＣＲ３９をオンにする。ＳＣＲ３９がオンになるとトリップソレノイド４１を付勢するための電流が流れるが、この電流は線導体と中性導体から供給される。この電流はダイオード４３により半波整流されたものである。ＳＣＲ３９は金属酸化物バリスタ（ＭＯＶ）４５によりサージに対して保護され、またキャパシタ４７によりゲート上の雑音から保護されている。トリップソレノイド４１が作動させると、米国特許第４，０８１，８５２号に記載されたトリップ機構４９が作動されて線導体９の接点５１が開く。
【００２２】
ダイオード４３はまた集積回路２９のシャントレギュレータへ直流電力を給電する。集積回路へ送られる電流はトリップソレノイド４１を作動するには不十分なものである。集積回路２９の電源はフィルタキャパシタ５３及び電源の電流レベルを決定する一対の抵抗５５，５７を含む。この直流電力は集積回路２９のＶＰＯＳ入力へ送られる。ＶＮＥＧピンは中性導体のためアースに接地される。バイパスキャパシタ５９はＶＰＯＳ入力に交流が存在しないようにする。同様に、別のバイパスキャパシタ６１はＰＯＳＧＦＩ入力に交流がないようにする。
【００２３】
地絡故障検出器は休眠発振器型である。変流器２３の二次巻線２７もまた結合キャパシタ６３を介して集積回路２９のＧＡＭＰピンの演算増幅器出力に接続してある。中性導体地絡故障が発生すると、二次巻線２５，２７が変流器２１，２３を介して結合され、これにより集積回路２９の周りにフィードバック・ループが形成されて集積回路の演算増幅器が発振する。この発振の周波数はキャパシタ６３及び６５の値及び変流器２１，２３のパラメータを選択することによりセット可能である。実施例の回路遮断器ではこの周波数は約２０ＫＨｚである。発振の大きさが所定のしきい値を越えると、ＳＣＲ３９が作動されて回路遮断器をトリップする。
【００２４】
本発明によると、変流器２３はスパッタリング・アーク故障を検出するために電流の検出・感知にも用いられる。スパッタリング・アーク故障の検出に必要な電流変化率（ｄｉ／ｄｔ）信号はトリップに必要な電流レベルで飽和しないコアを変流器２３に用いることによって発生させる。このコアの適当な材料としては低いミユーと高い磁束飽和レベルを有する粉末状の鉄がある。かかるコアは発振周波数を僅かに増加させて中性導体地絡故障の検出を可能にする。
【００２５】
変流器２３の二次巻線２７に発生するｄｉ／ｄｔ信号はローパスフィルタ６７を通過させることによって帯域幅を制限する。これは二極のローパスフィルタであり、第１極はキャパシタ６９と抵抗７１により、また第２極はキャパシタ７３と抵抗７５により形成されている。実施例の回路遮断器のこのローパスフィルタ６７の電力半値周波数は約２ＫＨｚである。上述した先願に記載したように、このｄｉ／ｄｔ信号を用いて過電流、線導体・中性導体接触故障及びスパッタリング・アーク故障を指示させることができる。帯域幅制限ローパスフィルタ６７のパラメータは、スパッタリング・アーク故障により生じるｄｉ／ｄｔ信号のスパイクを減衰させ且つ過電流を発生させる線導体・中性導体接触故障により流れる正弦波電流とスパッタリング・アーク故障のステップ関数とに対する回路の相対的感度を調整するように選択する。上述したように、本発明は所定の時間周期内に検出されるステップ関数の数をカウントすることによってスパッタリング・アーク故障といくつかの電気器具により生ずる突入電流とを弁別する。キャパシタ７７及び抵抗７９は以下に述べるようにして所定の時間インターバルをセットする。
【００２６】
図２は集積回路２９の概略的回路図である。この集積回路２９のチップの電源８１は、上述したようにＶＰＯＳ及びＶＮＥＧピンを介して供給される半波整流電圧により付勢される。演算増幅器８３は変流器２１の二次巻線上の信号を増幅するが、これはコンパレータ８７，８９より成るウインドコンパレータ８５へ加えられる。コンパレータ８７は、線導体地絡故障を検出するための正のしきい値である、電源８１により供給される基準電圧によりバイアスされている。同様に、負のしきい値であるバイアス電圧がコンパレータ８９に印加されている。電源電圧のほぼ半値電圧であるバイアス電圧が演算増幅器８３の非反転入力に印加されている。プルアップ抵抗９１がコンパレータ８７，８９の出力とＶＰＯＳとの間に接続してある。これらのコンパレータの出力はＯＲ回路９３の反転入力にも接続してあり、このＯＲ回路の出力は集積回路２９のＯＲピンを介してＳＣＲ３９のゲートに接続してある。通常、コンパレータ８７，８９の出力は高レベルにあるためＳＣＲ３９は非ゲート状態にある。線導体地絡故障が発生すると、変流器２１の二次巻線２５に発生した信号が負荷電流の交互の半サイクルの間コンパレータ８７，８９に与えられたしきい値を越える。地絡故障電流の正の半サイクルごとにコンパレータ８７の出力は低レベルとなるため、ＯＲ回路９３の出力は高レベルとなってＳＣＲ３９をゲートし、トリップソレノイド４１を付勢する。コンパレータ８９は負の半サイクルごとにＳＣＲ３９をオンにする。
【００２７】
上述したように、中性導体地絡故障を検出するため、変流器２３の二次巻線は集積回路２９のＧＡＭＰピンに接続した結合キャパシタ６３を介して演算増幅器８３の出力に接続してある。中性導体地絡故障が発生すると、演算増幅器８３の出力に接続された変流器２３とその入力に接続された変流器２１との間にフィードバック・ループが完成する。発振の大きさがウインドコンパレータ８５のしきい値を越えると、ＳＣＲ３９がＯＲ回路９３を介してゲートされる。
【００２８】
上述したように、変流器２３はスパッタリング・アーク故障の検出にも利用する。二次巻線２７に発生し、ローパスフィルタ６７により帯域幅を制限されたｄｉ／ｄｔ信号は、コンパレータ９９，１０１よりなる第２のウインドコンパレータ９７へフォロア演算増幅器９５を介して印加される。コンパレータ９９，１０１は帯域幅制限ｄｉ／ｄｔ信号を電源８１によりセットされた正及び負のしきい値と比較する。ＶＰＯＳピンに接続したプルアップ抵抗１０３は、帯域幅制限ｄｉ／ｄｔ信号が所定の限界内にある時はコンパレータ９９，１０１の出力に高レベルの論理信号を維持する。スパッタリング・アーク故障を表わす電流波形が検出されると、ウインドコンパレータ９７の出力は低レベルとなる。ある特定の電気器具が同様な波形を発生させることが分かっているため（もっともそれらは通常、振幅が小さいが）、ウインドコンパレータ９７の出力にカウンタ回路１０７を設ける。カウンタ回路１０７はウインドコンパレータ９７のしきい値を越えた回数をカウントする。本発明の好ましい実施例におけるこのカウンタ回路１０７は、所定の時間インターバル内にかかる事象が２つ発生するとトリップ信号を発生させる。
【００２９】
カウンタ回路１０７はＤ形フリップフロップ１０９を有する。このフリップフロップ１０９はインバータ１１１を介してウインドコンパレータ９７の出力によりクロックされる。ウインドコンパレータ９７の出力はダイオード１１３を介してコンパレータ１１５の反転入力にも接続してある。このコンパレータ１１５はウインドコンパレータ９７の出力を電源８１により発生される正のしきい値と比較する。通常、この基準電圧は電源電圧の約４分の３の大きさである。コンパレータ１１５の出力はフリップフロップ１０９のデータ入力Ｄに印加される。フリップフロップ１０９のＱ出力（図２の回路では使用されない）は、ＣＬＫ入力にクロックパルスが印加されるとＤ端子の信号の論理値になる。従って、フリップフロップの反転Ｑ出力は、フリップフロップがクロックされるとＤ入力に印加された信号とは反対の論理値へ変化する。この反転Ｑ信号はＯＲ回路９３の反転入力に接続してある。
【００３０】
コンパレータ１１５の反転入力は集積回路２９のＲＣピンを介してタイミングキャパシタ７７（図１を参照）にも接続してある。キャパシタ７７のもう一方の側はＶＰＯＳピンに接続してある。常態では、キャパシタ７７はシャント抵抗７９により放電状態にある。従って、コンパレータ１１５の出力は低レベルにある。ウインドコンパレータ９７の出力が初めて低レベルとなってスパッタリング・アーク故障の発生を指示すると、フリップフロップ１０９がこのパルスの先端部によりクロックされる。Ｄ入力はクロックパルスの発生時低レベルにあるため、反転Ｑ出力は高レベルを持続し、ＳＣＲ３９にはＯＲ回路９３を介してゲート信号が印加されない。ウインドコンパレータ９７の出力が低レベルとなると、キャパシタ７７がダイオード１１３を介して急速にほぼＶＰＯＳピンのレベルに充電される。非反転入力の電圧が基準電圧を越えると、コンパレータ１１５の出力が高レベルとなる。スパッタリング・アークによる電流がそのピークに到達してウインドコンパレータ９７の出力が再び高レベルとなると、キャパシタ７７が抵抗７９を介して放電を開始する。これらの回路素子の値は、キャパシタ７７の電圧が所定の時間インターバルの間コンパレータ１１５に印加される基準電圧より高いレベルにあるように選択する。上述したように、適当な時間インターバルは約１秒である。ウインドコンパレータ９７の出力がタイマーがタイムアウトする前に低レベルになると（これはスパッタリング・アーク故障の発生を指示する）、フリップフロップ１０９のＤ入力がフリップフロップのクロック時高レベルとなり、このため反転Ｑ出力が低レベルとなってＯＲ回路９３の出力が高レベルとなり、ＳＣＲ３９をオンにゲートしてトリップソレノイド４１を付勢する。
【００３１】
上述した先願の回路遮断器を含む地絡故障回路遮断器は通常、変流器２１に一次電流を注入して地絡故障検出電子回路の作動をテストする試験スイッチを内部に備えている。これは線導体地絡故障に対する地絡故障回路遮断器の応答能力を試験するものに過ぎない。中性導体地絡故障検出回路の作動は試験できない。もしこの回路が故障し、中性導体地絡故障が線導体地絡故障と共に存在する場合、地絡故障回路遮断器は試験スイッチによりトリップできるが、この状況ではトリップしない。
【００３２】
図１及び２に示す改良型地絡故障回路遮断器１では、スパッタリング・アーク故障に対する保護も行うためこの試験の問題がさらに複雑となる。内部の試験スイッチによりスパッタリング・アーク故障検出回路の試験に必要なレベルの一次電流を発生させることは実用的でないと思われる。さらに、スパッタリング・アーク故障検出回路３はアークの検出に中性導体地絡故障を検出する変流器２３を用いるが、線導体地絡故障試験ではこの変流器の健全性試験は行わない。
【００３３】
本発明では、線導体地絡故障検出回路の代わりに中性導体地絡故障検出回路の試験を行うことによって地絡故障回路遮断器のより完全な自己試験を行う。中性導体地絡故障検出回路の試験に合格するためには、トリップを行うための電子回路全体が機能状態にある必要がある。中性導体地絡試験回路１１９は、両方の感知コイルあるいは変流器２１，２３を貫通してさらに別の一次巻線となる試験導体１２１を含む。この試験導体１２１には抵抗１２３及び試験スイッチ１２５を直列に接続し、この試験スイッチを閉じると共に両方の変流器２１，２３のコイルを貫通するループ１２７が選択的に完成されるようにする。抵抗１２３は中性導体地絡故障時、中性導体１１とアースとによって形成されるループの最大インピーダンスにほぼ等価の値を有する。この値は公称約２オームである。試験導体１２１はこの値に等しい分布抵抗であってもよく、この場合個別抵抗が不要になる。
【００３４】
試験スイッチ１２５を閉じるとループ１２７が完成し、これにより中性導体地絡故障がシミレーションされる。中性導体地絡故障によりトリップ信号が発生するには両変流器２１，２３が作動状態になければならないため、地絡故障検出器全体がテストされることになる。試験回路１１９は電源の接続が不要のため線導体地絡故障試験装置よりも簡単である。交流１２０ボルトがあれば離隔の必要な導体部分がほとんど存在しないため、回路板のレイアウトが単純化される。中性導体地絡検出感度が最初は過大でないと仮定すると、線導体地絡故障に対する感度が減少するとこの回路による中性導体地絡故障の試験もできなくなる。
【００３５】
図１及び２に示す回路遮断器１に使用する中性導体地絡故障試験回路１１９は、両感知コイル即ち変流器２１，２３、トリップコイル４１、回路素子３９，４３−４７，５３−５７より成る電源、カスタム集積回路２９の殆ど全て、及び５９−６１，６９−７５を除く全ての受動素子を含む殆どの電子回路を試験できる。スパッタリング・アーク故障検出器３が用いる感知コイル即ち変流器２３はこの試験に含まれるから、この試験回路１１９による試験に合格するとスパッタリング・アーク故障検出器が作動する蓋然性も増加する。これは、スパッタリング・アーク故障検出器のための完全な即ち１００％の試験ではないが、この検出器にとっては充分であろう。
【００３６】
スパッタリング・アーク故障検出器３のための電子回路全体は図３に示す第２の試験回路１２９でも試験することが可能である。図示を単純化するため、スパッタリング・アーク検出器３と地絡故障検出器５をブロック１３１で示した。この第２の試験回路１２９は、線導体９と、中性導体１１が貫通する変流器２３の二次巻線２７との間に接続したインピーダンス１５３を含む。スイッチ１３５はこの二次巻線２７へ交流信号を選択的に注入する。インピーダンス１５３は抵抗、キャパシタ或いは抵抗とキャパシタを直列に接続したものでよい。このインピーダンスは回路のインピーダンスと共に線導体の電圧が試験を行うに適当なレベルへ減衰するように選択する。理想的には、この減衰度は低い線電圧でトリップが確実に起こるような大きさに適宜する必要がある。試験回路１２９により連続して印加される交流電圧の半サイクルが、スパッタリング・アーク故障検出回路のトリップに必要な事象をシミレーションするものとして提供される。この試験回路１２９は、スパッタリング・アーク故障検出器と地絡故障検出器の電子回路全体がテストされるように試験回路１１９と結合して用いるのが好ましい。
【００３７】
付加的な試験回路の別の実施例を図４に示す。この試験回路１３７は、スパッタリング・アーク故障検出器の完全な試験に必要なパルスを発生させるため内部の電源８１から得られる直流電力を利用する。この試験回路１３７は変流器２３の二次巻線２７にリード１４１により接続したキャパシタ１３９を含む。キャパシタ１３９は抵抗１４３を介して直流電源８１により充電される。試験スイッチ１４５を閉じると、キャパシタ１３９が変流器２３の二次巻線２７の両端間に接続される。二次巻線２７とキャパシタ１３９により形成される共振回路が連続パルスを発生し、これがスパッタリング・アーク故障検出器をトリップする。試験回路１３７は変流器２３を含むスパッタリング・アーク故障検出器の完全なテストを行えるため、この試験回路を中性導体地絡故障試験回路１１９、或いは線導体地絡故障検出回路だけが対象の従来型試験回路と共に用いることができる。
【００３８】
図５は、回路遮断器１′が地絡故障及びスパッタリング・アーク故障の両方に応答するがスパッタリング・アーク故障の検出に地絡故障検出器の感知コイルを使用しない本発明の別の実施例を示す。図５に示す回路遮断器１′はその代わりに中性導体の固有の抵抗率を利用してスパッタリング・アーク故障を上述した特願平６−５３０３６号に示した態様で検出する。この変形例である回路遮断器１′では、中性導体１１の抵抗率により、抵抗１４９とキャパシタ１５１より成るローパスフィルタ１４７へ送られる電圧が発生する。このローパスフィルタの出力をその後キャパシタ１５５と抵抗７５よりなるハイパスフィルタ１５３により微分する。ローパスフィルタ１４７とそれに続くハイパスフィルタ１５３の組み合わせにより、図１のコイル回路と同じ帯域幅制限ｄｉ／ｄｔ信号が発生する。もっともその信号レベルは著しく低い。この帯域幅制限ｄｉ／ｄｔ信号は図６に示すように集積回路２９の演算増幅器９５の非反転入力でなくて反転入力に印加する。フィードバック抵抗１５７は非常に低いレベルの検出信号を増幅するに必要な利得を与える。回路遮断器の残りの部分は図１と同じである。
【００３９】
回路遮断器１′のスパッタリング・アーク故障検出部分の試験回路１５９は抵抗１４９と直列なインピーダンス１６１を含み、これらは試験スイッチ１６３により線導体と中性導体とに接続される。抵抗１４９と１６１は分圧器を形成し、この分圧器により適当な大きさの試験電圧がスパッタリング・アーク故障検出回路へ注入される。
【００４０】
本発明の特定の実施例を詳細に説明したが、当業者にとっては上記説明に鑑みて種々の変形例及び設計変更が想到されるであろう。従って、図示説明した特定の構成は例示の目的をもつものに過ぎず本発明の技術的範囲を限定するものではなく、この技術的範囲は頭書した特許請求の範囲及びその均等物の全ての幅を与えられるべきである。
【００４１】
【図面の簡単な説明】
【図１】地絡故障検出回路と結合されてその感知コイルを共用し且つ本発明の試験回路の一実施例を含んだスパッタリング・アーク故障検出回路遮断器の概略図。
【図２】図１の回路の一部を形成する集積回路の概略図。
【図３】図１及び２の回路遮断器の別の試験回路を一部ブロックで示す概略図。
【図４】図１及び２の回路遮断器のさらに別の試験回路を一部ブロックで示す概略図。
【図５】本発明による試験回路を含む地絡故障検出回路と結合した別のスパッタリング・アーク故障検出回路遮断器の概略図。
【図６】図５の回路遮断器の一部を形成する集積回路の概略図である。
【符号の説明】
３  スパッタリング・アーク検出器
５  地絡故障検出器
９  線導体
１１  中性導体
１３  負荷
１５  スパッタリング・アーク故障
１７  線導体地絡故障
１９  中性導体地絡故障
２１，２３  感知コイルまたは変流器
２９  集積回路
４９  トリップ機構
６７  ローパスフィルタ
８１  電源
８３  演算増幅器
８５、９７  ウインドコンパレータ
１０７  カウンタ回路
１１１  インバータ
１１５  コンパレータ
１１９  中性導体地絡故障試験回路
１２１  試験導体
１２５  試験スイッチ
１２７  ループ
１２９  第２の試験回路
１３１  地絡故障回路及びスパッタリング・アーク故障検出回路
１３３  インピーダンス
１３５  試験スイッチ
１３７  第３の試験回路
１４５  試験スイッチ
１４７  ローパスフィルタ
１５３  ハイパスフィルタ
１５９  第３の試験回路
１６３  試験スイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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