(57)【要約】  実施例はアーク障害検出回路を有する。このアーク障害検出回路は、ゼロ交差分析サブシステムを有し、該ゼロ交差分析サブシステムは、カウンタを有し、このカウンタは第１の波形に対して、第２の波形が所定のゼロ交差を行う連続する第１のペア間で発生する降下の第１の数を計数するように構成されている。第２の波形は電気回路から得られる。
2009536011.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アーク障害検出回路を有するシステムであって、
前記アーク障害検出回路は、第１のゼロ交差分析サブシステムを有し、
該第１のゼロ交差分析サブシステムは、第１の波形に対して、第２の波形が所定のゼロ交差を行う連続する第１のペア間で発生する降下の第１の数を計数するように構成されており、
前記アーク障害検出回路は計数分析サブシステムを有し、
該計数分析サブシステムは、降下の第１の計数が第１の計数閾値よりも大きく、しかし第２の計数閾値よりも低いことの検出に応答して電気装置の作動を要求するように構成されている、ことを特徴とするシステム。
【請求項２】
請求項１記載のシステムはさらに、フィルタを有し、
該フィルタは、前記第１の波形から前記第２の波形を導出するシステム。
【請求項３】
請求項１記載のシステムはさらに、第２のゼロ交差分析サブシステムを有し、
該第２のゼロ交差分析サブシステムは、前記第１の波形に対して、前記第２の波形が所定のゼロ交差を行う連続する第２のペア間で発生する降下の第２の数を計数するように構成されているシステム。
【請求項４】
請求項１記載のシステムはさらに、ローパスフィルタを有し、
該ローパスフィルタは、高周波信号を前記第１の波形を備える信号から除去するように構成されており、
前記高周波信号は、近似的に２ｋＨｚよりも高い周波数であるシステム。
【請求項５】
請求項１記載のシステムはさらに、ダイナミックレンジ基準計算器を有し、
該ダイナミックレンジ基準計算器は、前記第１の波形のダイナミックレンジを指示する基準信号を供給するシステム。
【請求項６】
請求項１記載のシステムはさらに、リセット回路を有し、
該リセット回路は、前記第１の波形に関連する電気測定値が所定の電気閾値以下であることに基づいて、前記第１の波形が障害を指示しないことを検出するように構成されているシステム。
【請求項７】
請求項１記載のシステムはさらに、スロープ基準計算器を有し、
該スロープ基準計算器は、前記第１の波形に含まれており、所定の傾斜閾値よりも傾斜の小さい低スロープゼロ交差を無視するように構成されているシステム。
【請求項８】
請求項１記載のシステムはさらに、マスク発生サブシステムを有し、
該マスク発生サブシステムは、ローパスフィルタを有し、
該ローパスフィルタは、高周波信号を前記第２の波形を備える信号から除去するように構成されており、
前記高周波信号は、近似的に２ｋＨｚよりも高い周波数であり、
前記マスク発生サブシステムは、前記第２の波形から導出された信号を前記ローパスフィルタを介して受信するように構成されているシステム。
【請求項９】
請求項１記載のシステムはさらに、マスク発生サブシステムを有し、
該マスク発生サブシステムは、ピーク検出器を有し、
該ピーク検出器はピーク信号を比較／積分回路に供給し、
該比較／積分回路は、前記電気装置の作動に関連する少なくとも１つの所定の閾値を変更するように構成されており、
該少なくとも１つの所定の閾値は前記計数分析サブシステムに関連するシステム。
【請求項１０】
請求項１記載のシステムはさらに、マスク発生サブシステムを有し、
該マスク発生サブシステムは、ゼロ交差マスク発生器を有し、
該ゼロ交差マスク発生器は、奇数ゼロ交差マスクと偶数ゼロ交差マスクを発生するように構成されており、
前記第１のゼロ交差分析サブシステムは、前記奇数ゼロ交差マスクおよび前記偶数ゼロ交差マスクの少なくとも１つを受信するように構成されているシステム。
【請求項１１】
請求項１記載のシステムはさらに奇数ゼロ交差分析サブシステムを有し、
該奇数ゼロ交差分析サブシステムは、直流除去回路を有し、
該直流除去回路は直流オフセットを前記第１の波形から除去するように構成されているシステム。
【請求項１２】
請求項１記載のシステムはさらに奇数ゼロ交差分析サブシステムを有し、
該奇数ゼロ交差分析サブシステムは、割込みカウンタを有し、
該割込みカウンタは、前記第２の波形のゼロ交差を指示する第１の信号の受信と、前記第１の波形の大きさが所定の大きさ閾値を越えることを指示する第２の信号の受信に応答して割込み計数を増分するように構成されているシステム。
【請求項１３】
請求項１記載のシステムはさらに奇数ゼロ交差分析サブシステムを有し、
該奇数ゼロ交差分析サブシステムは、割込みカウンタを有し、
該割込みカウンタは、前記降下の第１の計数値が前記第２の所定の閾値を越えることに応答して割込み計数をリセットするように構成されているシステム。
【請求項１４】
請求項１記載のシステムはさらに奇数ゼロ交差分析サブシステムを有し、
該奇数ゼロ交差分析サブシステムは、比較／積分回路を有し、
該比較／積分回路は、前記第１の計数値を指示する１つまたは複数の第１の信号、前記第１の波形が所定の傾斜閾値を越えることに関連する傾斜を指示する第２の信号、および電流基準の大きさを指示する第３の信号に応答して降下計数値を増分するように構成されているシステム。
【請求項１５】
請求項１記載のシステムはさらに、第２のゼロ交差分析サブシステムを有し、
該ゼロ交差分析サブシステムは、前記第１の波形に対して、前記第２の波形が所定のゼロ交差を行う連続する第２のペア間で発生する降下の第２の数を計数するように構成されており、
前記第２のゼロ交差分析サブシステムは直流除去回路を有し、
該直流除去回路は直流オフセットを前記第１の波形から除去するように構成されているシステム。
【請求項１６】
請求項１記載のシステムはさらに、第２のゼロ交差分析サブシステムを有し、
該ゼロ交差分析サブシステムは、前記第１の波形に対して、前記第２の波形が所定のゼロ交差を行う連続する第２のペア間で発生する降下の第２の数を計数するように構成されており、
前記第２のゼロ交差分析サブシステムは割込みカウンタを有し、
該割込みカウンタは、前記第２の波形のゼロ交差を指示する第１の信号の受信と、前記第１の波形の大きさが所定の大きさ閾値を越えることの測定を指示する第２の信号の受信に応答して割込み計数を増分するように構成されているシステム。
【請求項１７】
請求項１記載のシステムはさらに、第２のゼロ交差分析サブシステムを有し、
該ゼロ交差分析サブシステムは、前記第１の波形に対して、前記第２の波形が所定のゼロ交差を行う連続する第２のペア間で発生する降下の第２の数を計数するように構成されており、
前記第２のゼロ交差分析サブシステムは割込みカウンタを有し、
該割込みカウンタは、前記降下の第１の計数値が前記第２の所定の閾値を越えることに応答して割込み計数をリセットするように構成されているシステム。
【請求項１８】
アーク障害検出回路の作動により、
第１のゼロ交差分析サブシステムがカウンタを有し、
該カウンタは第１の波形に対して、第２の波形が所定のゼロ交差を行う連続する第１のペア間で発生する降下の第１の数を計数するように構成されおり、
計数分析サブシステムを有し、
該計数分析サブシステムは、降下の第１の計数が第１の計数閾値よりも大きく、しかし第２の計数閾値よりも低いことの検出に応答して電気装置の作動を要求するように構成されている、ことを特徴とする方法。
【請求項１９】
電気回路が、降下の計数値が第１の計数値よりも大きいが、第２の計数閾値よりも小さいことを決定することにより電気装置の作動を要求する機械命令を有する機械読出し可能媒体において、
前記降下の計数値は、第１の波形に対して、第２の波形が所定のようにゼロ交差する連続するペア間で決定されるものである、機械読出し可能媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
背景技術
米国特許第５７２９１４５（Ｂｌａｄｅｓ）を参考文献として本発明に取り入れる。この刊行物には、ＡＣ電力システムにおけるアークを、電力波形を広帯域高周波ノイズについて監視することにより検出し、検出されたノイズを、電力波形と同期したその振幅の変動パターンについて検査することが記載されている。狭帯域掃引周波数検出器と同期平均化が、アークノイズをバックグランド干渉から弁別するのを改善するために使用される。信号回路をコントロールするためのアーク障害遮断器と、住宅内のいずれかの個所でのアークを検出するためのハウス全体モニタが記載されている。アブストラクト参照のこと。
【０００２】
米国特許第６５５６３９７号（Ｋｉｍ）を参考文献として本発明に取り入れる。この刊行物には、アーク障害を検出するための装置が記載されており、この装置は有害なアークを、調光器の操作および電子装置のスタートにより発生した信号から区別する。電流変換器から出力された信号は抵抗により減衰される。この抵抗は電流変換器に並列に接続されている。抵抗の減衰によって、調光器の操作により発生された信号は、アーク決定部でアークとして決定されない。有害なアークと、電子装置のスタートにより発生された信号は両方の信号の積分によって区別される。有害なアークは長時間、持続するから、大きな信号が積分器で積分され、一方、電子装置のスタートにより発生された信号は方時間、持続しない。アブストラクト参照のこと。
【０００３】
米国特許第６５６７２５０号明細書（Ｈａｕｎ）を参考文献として本発明に取り入れる。この刊行物には、電子装置に配置されたアーク障害保護アセンブリと、アークがその装置に存在するか否かを決定する相応の方法が記載されている。このアセンブリはセンサ、広帯域ノイズ回路、およびコントローラを有する。センサは電流を検出し、相応のセンサ信号を発生する。広帯域ノイズ回路は、広帯域ノイズがセンサ信号に存在するか否かを決定し、相応の出力信号を形成する。コントローラは前記センサ信号と前記出力信号を所定のように処理し、アーク障害が存在するか否かを決定する。
【０００４】
センサ、広帯域ノイズ回路、およびコントローラは装置に取り付けられている。アブストラクト参照のこと。
【０００５】
発明の概要
実施例はアーク障害検出回路を有する。アーク障害検出回路は、カウンタを備えるゼロ交差分析サブシステムを有する。このカウンタは、第１の波形に対して、第２の波形が所定のようにゼロ交差するペア間で発生する降下の数を計数するように構成されている。第２の波形は電気回路から得ることができる。
【０００６】
図面の簡単な説明
潜在的に実用かつ有用な多数の実施例をより簡単に理解するため、以下では添付図面を参照して特定の実施例について詳細に説明する。
図１は、例としてのアーク障害条件と例としてのＢＰＬ条件により発生された信号強度波形をプロットした図であり、ＢＰＬ信号波形は信号強度と周期が類似しているのでアーク障害で発生する波形を擬態できることを示す。
図２は、システム２０００の実施例のブロック回路図である。
図３は、システム３０００の実施例のブロック回路図である。
図４は、例としてのアーク障害検出方法４０００のフローチャートである。
図５は、情報デバイス５０００の実施例のブロック回路図である。
図６Ａは、ダイナミックレンジ基準計算器への例としての入力波形を示す。
図６Ｂは、ダイナミックレンジ基準計算器からの例としての出力波形を示す。
図７Ａは、スロープ基準計算器への例としての部分的入力波形を示す。
図７Ｂは、スロープ基準計算器への例としての入力波形を示す。
図７Ｃは、スロープ基準計算器からの例としての出力波形を示す。
図８は、ピーク検出器の例としての入力波形および出力波形を示す。
図９Ａは、ゼロ交差マスク発生器への例としての入力波形を示す。
図９Ｂは、ゼロ交差マスク発生器からの例としての奇数マスク波形を示す。
図９Ｃは、ゼロ交差マスク発生器からの例としての偶数マスク波形を示す。
図９Ｄは、アーク障害を指示する例としてのＲＳＳＩ波形を示す。
図１０Ａは、直流除去回路への例としてのゼロ交差マスク入力波形を示す。
図１０Ｂは、直流除去回路への例としてのＲＳＳＩ入力波形を示す。
図１１Ａは、直流除去回路へのゼロ交差マスク入力信号の例としての波形の一部を示す。
図１１Ｂは、直流除去回路へのゼＲＳＳＩ入力信号の例としての波形の一部を示す。
図１２は、直流除去回路からの例としての出力波形を示す。
図１３Ａは、割込みカウンタへの例としてのＲＳＳＩ入力波形を示す。
図１３Ｂは、割込みカウンタへの例としてのゼロ交差マスク入力波形を示す。
図１３Ｃは、ダイナミックレンジ基準出力波形が重畳された割込みカウンタへの例としてのＲＳＳＩ入力波形を示す。
図１３Ｄは、降下の数を時間の関数として、例としての割込みカウンタについて示す図である。
図１３Ｅは、割込みカウンタからの例としての出力波形を示す。
図１４Ａは、比較／積分回路と関連して、アーク障害の決定を例として示す図である。
図１４Ｂは、比較／積分回路と関連する、アーク障害を指示する計数がない場合の決定を例として示す図である。
図１４Ｃは、ダイナミックレンジ基準出力閾値が重畳された、アーク障害を指示する例としてのＲＳＳＩ波形を示す。
図１４Ｄは、比較／積分回路への例としてのゼロ交差マスク入力波形を示す。
図１４Ｅは、ダイナミックレンジ基準出力閾値が重畳された、アーク障害を指示する例としてのＲＳＳＩ波形と、インデクスされた降下を示す。
図１４Ｆは、比較／積分回路と関連する例としての論理信号を示す。
図１４Ｇは、比較／積分回路と関連する、カウンタリセットによるアーク障害がない場合の決定を例として示す図である。
【０００７】
詳細な説明
実施例では、アーク障害検出回路が提供される。アーク障害検出回路は、カウンタを備えるゼロ交差分析サブシステムを有する。このカウンタは、第１の波形に対して、第２の波形が所定のようにゼロ交差するペア間で発生する降下の数を計数するように構成されている。第２の波形は電気回路から得られる。
【０００８】
交流（ＡＣ）電力システムでの低電流アーク放電は非アーク放電条件から、この放電により発生される広帯域の無線周波（ＲＦ）エネルギーを測定することによって区別することができる。「ブロードバンド・オーバー・パワーライン」（ＢＰＬ）は、電力線を高速データ伝送のための通信媒体として使用する。ＢＰＬは、電力線ネットワークに存在する種々の条件に適応することができ、これによりデータスループットを最大にする。この適応性は、ＢＰＬネットワークにより発生されるＲＰパターンに反映され、一般的にこのようなパターンはアーク障害発生条件に類似することがある。したがいＢＰＬは、ＲＦアーク障害検出器が動作する対象範囲で動作することがあり、ＢＰＬのダイナミック特性はアーク障害の存在に類似する。所定の実施例はアーク障害とＢＰＬ信号とを区別することができ、１つまたは複数のハードウエア（例えばアプリケーション専用集積回路の形態で）、ファームウエア、および／またはソフトウエアに実現することができる。
【０００９】
図１は、アーク障害条件とＢＰＬ条件により発生された信号強度波形をプロットした図であり、ＢＰＬ信号波形は信号強度と周期が類似しているのでアーク障害で発生する波形を擬態できることを示す。
【００１０】
実施例は、
・ＢＰＬ信号の作用を、ＢＰＬ信号の存在を真のアーク障害信号の存在に対して検出することによって区別し；
・アーク条件と非アーク条件とを、ＡＣ電力システムにおいて正確に区別し、とりわけ非アーク条件をブロードバンドＲＦ信号および／またはＢＰＬ信号として記述し；
・非アーク障害の発生と見なされるこれらの信号を減衰または区別し；
・ＢＰＬ条件のような非アーク条件をアーク条件として、および／またはアーク条件を非アーク条件として誤って識別することを回避し、および／または
・アーク条件と非アーク条件とを、電力線でのブロードバンドＲＦ信号の存在と真のアーク条件とに関連して区別する。
【００１１】
ＢＰＬ信号特性
ＢＰＬ信号は、周波数が広帯域であり、および／またはダイナミックであることを特徴とする。伝送ラインとして電力線の条件は、比較的変化し、および／またはデータ伝送に対しては非効率的である。このような要求に打ち勝つためＢＰＬの設計者は、典型的には直交周波数分割多重方式（ＯＦＤＭ）のようなダイナミック伝送技術に頼って、データスループットを改善してきた。
【００１２】
ＢＰＬ伝送技術は一般的にパルス形式でデータを伝送する傾向にしたがっている。すなわち典型的にはデータパケットを伝送し、次のパケットを伝送するまで所定期間待機する。伝送時間は伝送フレームで許容されるデータ量によって決めることができる。伝送フレームは協定プロトコルおよび／または通信プロトコルにより決定することができる。
【００１３】
いくつかの例で、このＢＰＬ条件（広帯域ＲＦコンテンツ、および／または近似的に６０Ｈｚまたはその倍数でのパルス伝送）はアーク障害を擬態することができる。
【００１４】
センサおよびＲＦハードウエア
実施例で、ＲＦ信号はＡＣ配線からＲＦセンサによってピックアップすることができる。ＲＦセンサはＥコア形状のフェライトセンサとすることができる。この信号は、発振する搬送波と混合されていることがある。この操作は、広帯域ＲＦ信号をさらに妥当にするのを支援する。この信号が搬送波と混合された場合、フィルタリングして増幅することができる。この信号のエネルギーレベルは測定し、定量化し、および／または信号強度レベルに相応して表わすことができる。例えば広帯域および／またはＲＦ信号は、中間周波数（ＩＦ）（この中間周波数は正確な周波数とすることができ、局所発振器信号によるヘテロダインによって発生される。この局所発振器信号には別の関連の回路が同調することができる）にダウンコンバートすることができ、このＩＦ中の広帯域および／またはＲＦ信号の信号エネルギー（強度）レベルを表わす信号を発生することができる。新たに発生された信号は、受信信号強度指示（ＲＳＳＩ）信号と呼ばれる。典型的にはこのＲＳＳＩ信号は、アーク障害条件に似ているが実質的に真の広帯域である条件、および／またはＡＣ回路に伝播する広帯域情報の他の潜在的ソースを代表する。実施例は、電流源と信号調整ブロック（増幅器とパッシブ調整素子）を有し、回路電流を表わす信号を供給する。
【００１５】
混合信号マイクロプロセッサ
実施例は混合信号マイクロプロセッサを有し、この混合信号マイクロプロセッサはアナログ／デジタル変換（Ａ／Ｄ）能力を有する。このマイクロプロセッサは、実現されたアルゴリズムに基づいて選択することができる。
【００１６】
アプリケーション専用集積回路
実施例では、集積ハードウエアブロックは、アプリケーション専用集積回路（ＡＳＩＣ）で代表的アルゴリズムを擬態するように設計される。ＡＳＩＣは、ＢＰＬおよび／またはアーク障害検出と関連する電気信号をセンシングするように構成されたコンポーネントの一部とすることができる。
【００１７】
機能演算
実施例では２つの入力が、アーク障害信号の存在を検出するために、および／またはアーク障害とＢＰＬ伝送から発生する信号とを区別するために使用される。
【００１８】
第１の入力は可変信号であり、潜在的にアーク障害により発生する広帯域ＲＦ信号強度（エネルギー）を表わす。この入力は、受信信号強度指示（ＲＳＳＩ）信号と呼ばれ、Ｂｌａｄｅｓにより記述されたＩＦ受信器により供給される。第２の入力は、保護された分岐回路により引き出される電流を表わす信号である。
【００１９】
アーク障害検出
広帯域ＲＦに対する所定の実施例テストは、電源周波数の近似的に２倍での振幅変調（ＡＭ）である。広帯域部分は、スーパーヘテロダイン受信器（Ｂｌａｄｅｓ）の局所発振器の掃引によって引き受けられ、ＡＭ変調周波数と位相は実施例の方法により処理される。近似的に６０Ｈｚである電源周波数に関連する実施例について、この方法は、電源周波数に同期し、回路遮断器の電流に位相ロックされた、近似的に１２０Ｈｚで変調されない広帯域ＲＦ信号を拒絶する。この方法は、近似的に６０Ｈｚで変調されたＲＦノイズのような周波数を発生する負荷に対するＲＳＳＩ信号のスロープを追跡する。実施例は、アーク障害がＡＣ電流サイクルのゼロ交差近傍で突然の中断を有することを考慮する。したがい実施例は、近似的に６０Ｈｚの周波数を有し、比較的高速の変化を特徴する条件、すなわち電源信号を探索する。
【００２０】
この方法は２つの入力、負荷電流、およびＲＳＳＩを処理し、出力を形成するためにそれらを結合する。２つの入力はローパスフィルタを通過する。この回路／処理は、２つの同じ半分に分けることができる。それぞれの半分は近似的に６０Ｈｚの周波数でゼロ交差（ＺＣ）する（この実施例では、近似的に６０Ｈｚの電源周波数が特徴である）。最初の半分は奇数のゼロ交差を処理するように構成されている。第２の半分は偶数のゼロ交差を処理するように構成されている。
【００２１】
実施例では、若干の変化が次のような電流を発生させる。すなわちこの電流は複数サイクルの間、ゼロ交差せず、奇数のデューティ比を有する。このような実施例では、奇数ゼロ交差と偶数ゼロ交差との間のスペースは、偶数ゼロ交差と奇数ゼロ交差との間のスペースと同じではない。しかし奇数と奇数の間のスペースおよび偶数と偶数の間のスペースは近似的に同じままとすることができる。
【００２２】
以下では変数をＶ１，Ｖ２等々と称する。どのように回路が動作するかをコントロールする固定パラメータはＰ１，Ｐ２等々と名付ける。
【００２３】
それぞれの電流ゼロ交差をまたぐマスクパルスを、ゼロ交差の奇数の半分と偶数の半分に対してそれぞれ発生する。このマスクはＺＣの各側で近似的に３５°（Ｐ１）内とすることができる。マスクパルスの発生は電流波形のピークに適合され、これにより幅は正弦波電流に類似する。
【００２４】
マスクパルスの上昇縁では、内部値（Ｖ１）をＲＳＳＩ入力と等しくすることができ、一方、マスクは論理的にハイレベルである。Ｖ１はＲＳＳＩ入力のほとんどの負の値を追跡するように構成される。パルスマスクが論理ローレベルに、マスクの下降縁で戻ると、Ｖ１は近似的に一定の値に保持される。
【００２５】
Ｖ１はＲＳＳＩ入力から減算し、信号Ｖ２を形成することができる。この信号Ｖ２は多くの負の偏位をゼロのマスク内に有する。この操作は「直流除去」操作と称することができる。
【００２６】
Ｖ２はそれぞれの時間（Ｐ２）で積分してＶ３を形成することができる。実施例では、Ｖ３は近似的に０から近似的に２Ｖの範囲を特徴とする。Ｖ２を積分する積分器の利得は、１０ユニット／ｓの出力を１つのユニット入力で形成するように構成することができる。
【００２７】
Ｖ２は値Ｐ３、ＲＳＳＩ信号のピークツーピーク比と、論理比較器によって比較することができる。Ｖ２がＰ３より小さければ、カウンタはカウントアップする。カウンタが連続するマスクパルスの間に、３（Ｐ４）に達すると、積分器はリセットされ、Ｖ３は「０」値にセットされる。カウンタはゼロに、マスクパルスによりリセットすることができる。
【００２８】
カウンタを増分する比較器からの出力は、２つのＺＣマスクのＯＲによりゲートすることができる。なぜなら信号振幅は典型的にはＺＣの付近で低下するからである。近似的に６０Ｈｚの周波数を特徴とする電源信号に対して、ＢＰＬ信号は、６０Ｈｚの期間で連続するパルスマスク間のＲＳＳＩ信号の３から４つのホールを有する。典型的にはアークＲＳＳＩは０から２のホールを類似の時間内に有する。したがいカウンタは、ＢＰＬ信号に対しては、これが作動閾値（Ｐ５）に達する前にリセットされる傾向にある。
【００２９】
Ｖ３増分は２つのファクタによる変数とすることができる。第１のファクタは負荷電流（Ｖ４）の振幅に比例することができる。第１のファクタは、大電流のアーク障害が発生するときに回路遮断器を高速に作動させるために使用することができる。第２のファクタはＲＳＳＩ信号の傾斜（Ｖ５）に関連することができる。第２のファクタは、ＡＣ変調された信号を除外するように構成することができる。このような信号は突然の中断により特徴付けられない。
【００３０】
２つの積分器出力Ｖ３は加算することができ、結果はＲＳＳＩ信号のピークツーピークに関連する値（Ｐ５）と比較される。
【００３１】
ＲＳＳＩ信号に関連する２つのパラメータＰ３とＰ５が発生される。ＲＳＳＩの正のピークは、漏れのあるピーク検知器により追跡することができる。負のピークはピーク検知器により追跡することができる。２つの信号は、電圧を形成するために引き算される。この電圧はピークツーピーク、またはゼロに関してのダイナミックレンジに比例する。この電圧は２つの定数と乗算され、Ｐ５とＰ３が形成される。
【００３２】
ＺＣマスクは電流波形を、電流のピーク値に比例する電圧によりスライスすることにより発生することができる。この電流は単純な正のピーク検知器を使用する。ピーク電流は、正または負の定数Ｐ７と乗算することができ、ゼロの上下に対称のスライスレベルを形成する。出力は論理結合し、マスクの２つの集合を形成することができる。
【００３３】
図２は、システム２０００の実施例のブロック回路図であり、このシステム２０００は回路２１００を有し、この回路を流れる交流はセンサ２２００により検出することができる。センサ２２００からの信号はフィルタ２２５０に供給される。フィルタ２２５０は、ＲＳＳＩ波形と負荷電流波形を、センサ２２００の信号から導出するように構成されている。フィルタ２２５０は、ＲＳＳＩ波形および／または負荷電流波形により特徴付けられる信号を、情報デバイス２３００に処理のために供給するように構成されている。情報デバイス２３００で信号を処理および／またはサンプリングすることができる。
【００３４】
情報デバイス２３００では、結果データを分析し、例えば所定期間中の波形のゼロ交差の数が第１の所定の閾値を上回っているか、第２の所定の閾値よりまだ下であるかを決定する。アークイベント２６００の決定および／またはアーク条件の検出および／または危険なアーク条件の検出等の応答として情報デバイス２３００により発生された信号に基づいて、アクチュエータ２４００はスイッチ２５００に回路２１００を遮断させることができる。スイッチ２５００は回路遮断器、例えばＡＦＣＩとすることができる。
【００３５】
図３は、システム３０００の実施例のブロック回路図である。このシステム３０００は、回路遮断器を、検出されたアーク障害に応答して作動させ、検出されたアーク障害をＢＰＬ信号から区別する。システム３０００はローパスフィルタ３１２０を有する。このローパスフィルタはＲＳＳＩ信号３１００を受信するように構成されている。ローパスフィルタ３１２０は、所定の周波数よりも高い周波数を特徴とするＲＳＳＩ信号３１００の成分を除去する。
【００３６】
システム３０００は、マスク発生サブシステ３０５０を有する。マスク発生サブシステム３０５０はローパスフィルタ３３２０を有する。このローパスフィルタは負荷電流信号３３００を受信するように構成されている。ローパスフィルタ３３２０は、所定の周波数よりも高い周波数を特徴とする負荷電流信号３３００の成分を除去するように構成されている。所定の実施例では、ローパスフィルタ３１２０および／またはローパスフィルタ３３２０は２次のバターワースフィルタとすることができ、３ｄＢのコーナを２ｋＨｚに有する。
【００３７】
システム３０００はピーク検出器３３４０を有する。このピーク検出器３３４０はろ波された負荷電流信号３３００を受信し、電流基準信号３４２０を出力するように構成されている。この電流基準信号３４２０は、ろ波された負荷電流信号３３００の正と負のピークに振幅が近似的に等しい波形を特徴とする。ろ波された負荷電流信号３３００のピーク間で、ピーク検出器３３４０の出力波形の振幅は低下することがある。ピーク検出器３３４０は、ピーク信号を奇数比較／積分回路３５８０および／または偶数比較／積分回路３７８０に供給する。奇数比較／積分回路３５８０および／または偶数比較／積分回路３７８０の１つまたは複数は、所定の閾値を電気装置の作動に関連して変更する。所定の閾値は計数分析サブシステムに関連している。
【００３８】
ろ波された負荷電流信号３３００および／または電流基準信号３４２０はゼロ交差マスク発生器３３６０に供給される。このゼロ交差マスク発生器３３６０は２つの信号、すなわち奇数マスク信号３３８０と偶数マスク信号３４００を発生する。これらの信号は、奇数直流除去回路３５４０、偶数直流除去回路３７４０、奇数比較／積分回路３５８０、および／または偶数比較／積分回路３７８０に供給される。ゼロ交差マスク発生器３３６０は、電流基準信号３４２０を、交流（ＡＣ）信号がゼロ交差領域に入るか、または去る時を確定するための基準として使用する。このような領域に対する境界は、基準信号３４２０に関連して設定される。第１の境界は、ゼロ交差ラインのわずか上に、第２の境界はゼロ交差ラインのわずか下とすることができる。ＡＣ電流が第１の境界よりも上からゼロ交差領域を、第２の境界を通って下方に横切れば、このＡＣ波形の関連の部分は下降縁として特徴付けられる。マスク発生器の信号出力は、これが境界をゼロ交差の内側で「下降縁」として交差するときはいつでも「ｌｏｗ」とすることができ、波形がゼロ交差領域の外側にあるとき出力は論理「ｈｉｇｈ」とすることができる。このような出力は、奇数マスク信号３３８０の特徴である。偶数マスク信号３４００も同様に発生することができる。しかし論理ｌｏｗは「上昇縁」条件が合致するときに決定することができる。上昇縁は下降縁に類似するが、ゼロ交差領域に下方境界から上方境界を通って入り込む。この信号は実際の電流振幅に関連することができるから、ゼロ交差領域の評価はすべての電流に対して比例する。
【００３９】
奇数マスク信号３３８０は、奇数ゼロ交差の周囲での所定の時間インターバルでは論理ｌｏｗであるパルス状信号である。奇数マスク信号３３８０は、奇数ゼロ交差イベントの間の論理ｈｉｇｈとすることができる。偶数マスク信号３４００は、偶数ゼロ交差の周囲での所定の時間インターバルでは論理ｌｏｗであるパルス状信号である。偶数マスク信号３４００は、偶数ゼロ交差イベントの間の論理ｈｉｇｈとすることができる。
【００４０】
ろ波されたＲＳＳＩ信号３１００は、ダイナミックレンジ基準計算器３１４０に供給される。このダイナミックレンジ基準計算器３１４０は、ろ波されたＲＳＳＩ信号３１００のダイナミックレンジを指示する基準信号を発生するように構成されている。基準信号は、一般リセットブロック３１８０、奇数割込みカウンタブロック３５６０、および／または偶数割込みカウンタブロック３７６０により使用される。ダイナミックレンジ基準計算器３１４０の出力は、ＲＳＳＩ信号３１００のダイナミックレンジを指示する。ダイナミックレンジ基準計算器３１４０の出力は、一般リセット閾値の下のレベルから一般リセット閾値の上のレベルに、アーク障害を指示する入力信号に応答して傾斜する。
【００４１】
ろ波されたＲＳＳＩ信号３１００は、スロープ基準計算器３１６０に供給される。このスロープ基準計算器３１６０は、ろ波されたＲＳＳＩ信号３１００の傾斜を検出し、ＲＳＳＩスロープ３２００に供給するように構成されている。ＲＳＳＩスロープ３２００は、奇数積分／比較ブロック３５８０および／または偶数積分／比較ブロック３７８０の積分定数を変更するために使用される。システム３０００および／またはスロープ基準計算器３１６０は、ろ波されたＲＳＳＩ信号３１００に含まれる低スロープゼロ交差を無視するように構成されている。この低スロープゼロ交差は、所定の傾斜閾値以下の波形傾斜を特徴とする。
【００４２】
アーク障害の場合、ＲＳＳＩスロープ３２００は発生されたＲＦの急激な中断により比較的大きくなる。作動中の所定の電気的負荷はＲＦ信号を放射する。このようなＲＦ信号はアーク障害信号から、ＲＳＳＩスロープ３２００に対する比較的大きな値が欠けていることにより区別することができる。
【００４３】
一般リセットブロック３１８０は、システム３０００の感度をノイズに対して制限するように構成されている。一般リセットブロック３１８０は、ＲＳＳＩ信号３１００のダイナミックレンジを受信および／または決定し、このダイナミックレンジを所定のダイナミックレンジ閾値と比較する。一般リセットブロック３１８０は、リセット信号３２２０を、所定のダイナミックレンジ閾値より低いダイナミックレンジの検出に応答して発生する。システム３０００は、ＲＳＳＩ信号３１００が所定のダイナミック閾値よりも小さい場合、電気回路の作動を無視および／または回避する。所定の実施例では、アーク障害条件のダイナミックレンジは、アーク障害回路遮断器（ＡＦＣＩ）と障害との間のワイヤの長さが増大すると小さくすることができる。所定の実施例は近似的に４５．７２ｍまでの長さを、ＲＳＳＩノイズフロア変動の近似的に３つの標準偏差の最小ダイナミックレンジを利用することによって使用することができる。
【００４４】
奇数直流除去回路３５４０は、奇数マスク信号３３８０がｈｉｇｈであるとき、ろ波ＲＳＳＩ信号３１００の最小値を検査する。奇数マスク信号３３８０がｌｏｗであるとき、奇数直流除去回路３５４０はろ波されたＲＳＳＩ信号３１００を減算する。偶数直流除去回路３７４０は、偶数マスク信号３４００がｈｉｇｈであるとき、ろ波されたＲＳＳＩ信号３１００の最小値を検査する。偶数マスク信号３４００がｌｏｗであるとき、奇数直流除去回路３５４０はろ波ＲＳＳＩ信号３１００を減算する。奇数直流除去回路３５４０と偶数直流除去回路３７４０はそれぞれ、ろ波されたＲＳＳＩ信号３１００を変形し、ろ波ＲＳＳＩ信号３１００内の降下が近似的にゼロＶの最小電圧を有するようにすることができる。
【００４５】
奇数割込みカウンタ３５６０と偶数割込みカウンタ３７６０は、奇数直流除去回路３５４０と偶数直流除去回路３７４０のそれぞれの出力を、ダイナミックレンジ基準計算器３１４０からの出力信号のスケーリングされた変形と一緒に検査する。奇数割込みカウンタ３５６０と偶数割込みカウンタ３７６０は、奇数マスク信号３３８０および／または偶数マスク信号３４００がｌｏｗであるときに、ろ波ＲＳＳＩ信号３１００内の降下を探索する。奇数割込みカウンタ３５６０と偶数割込みカウンタ３７６０は、降下を計数し、降下計数値が所定の計数閾値よりも上にあるときに、比較／積分回路により増分された積分値をゼロにリセットする。所定の実施例では、所定の計数閾値は２と４の間とすることができる。実施例では奇数割込みカウンタ３５６０は、カウンタを有する第１ゼロ交差分析サブシステムとすることができる。このカウンタは、ろ波ＲＳＳＩ信号３１００と関連する波形に対して、負荷電流信号３３００に関連する波形が所定のようにゼロ交差を行うときの、連続する第１のペア間で発生する降下の第１の数を計数するように構成されている。ろ波ＲＳＳＩ信号３１００に関連する波形は、負荷電流信号３３００に関連するか、および／または負荷電流信号３３００に関連する信号波形から導出することができる。実施例では、負荷電流信号３３００に関連する波形は電気回路から得ることができる。
【００４６】
実施例では偶数割込みカウンタ３７６０は、カウンタを有する第２ゼロ交差分析サブシステムとすることができる。このカウンタは、ろ波ＲＳＳＩ信号３１００と関連する波形に対して、負荷電流信号３３００に関連する波形が所定のようにゼロ交差を行うときの、連続する第１のペア間で発生する降下の第１の数を計数するように構成されている。
【００４７】
奇数割込みカウンタ３５６０および／または偶数割込みカウンタ３７６０は、負荷電流信号３３００のゼロ交差を指示する信号の受信と、所定大きさ閾値を越える大きさのろ波ＲＳＳＩ信号３１００の測定を指示する信号の受信に応答して、割込み計数を増分する。
【００４８】
奇数比較／積分回路３５８０および／または偶数比較／積分回路３７８０は、降下の計数値が第１の所定の降下閾値を越えているが、第２の所定の降下閾値よりも小さい場合に、奇数割込みカウンタ３５６０および／または偶数割込みカウンタ３７６０から得られた信号に基づいて出力信号を増分する。奇数比較／積分回路３５８０および／または偶数比較／積分回路３７８０に関連する増分は、電流基準信号３４２０のレベルおよび／またはＲＳＳＩスロープ３２００によって減弱される。奇数比較／積分回路３５８０および／または偶数比較／積分回路３７８０は次のいずれかの場合に作動信号を無視する、および／または供給しないように構成することができる。
・奇数マスク信号３３８０と偶数マスク信号３４００がｌｏｗであるとき、またはリセット信号３２２０がｌｏｗであるとき。
【００４９】
所定の実施例では、奇数比較／積分回路３５８０および／または偶数割込みカウンタ３７８０は、比較器を有する計数分析サブシステムであると見なすことができる。この比較器は、降下の計数値が第１の計数閾値よりも大きいが、第２の計数閾値よりも低いことの決定に応答して電気回路の作動を要求するように構成することができる。
【００５０】
作動条件ブロック３８００は、奇数ゼロ交差分析サブシステム３５００と偶数ゼロ交差分析サブシステム３７００からの両方の出力を加算し、それらをダイナミック基準計算器３１４０からの出力信号を比較するように構成することができる。システム３０００は、ＢＰＬ信号とアーク障害により発生される信号とを区別する。付加的にシステム３０００は、ダイナミックレンジの小さいアーク障害（ＡＦＣＩからさらに離れている）に対しては、回路遮断器を低い積分作動値に応答して作動するように構成することができる。
【００５１】
図４は、方法４０００の実施例のフローチャートである。
【００５２】
ステップ４１００で、アーク障害検出回路が作動される。
アーク障害検出回路は、カウンタを備えるゼロ交差分析サブシステムを有する。このゼロ交差分析サブシステムは、第１の波形に対して、第２の波形が所定のゼロ交差を行う連続する第１のペア間で発生する降下の第１の数を計数するように構成されている。第１の波形と第２の波形は、電気回路から得ることのできる信号に関連して検出された信号から導出することができる。アーク障害検出回路は、比較器を備える計数分析サブシステムを有する。計数分析サブシステムは、降下の第１の計数が第１の計数閾値よりも大きく、しかし第２の計数閾値よりも低いことの検出に応答して前記電気装置の作動を要求するように構成することができる。
【００５３】
ステップ４２００では、負荷電流信号および／またはＲＳＳＩ信号がローパスフィルタによりろ波される。ローパスフィルタは、所定の閾値周波数よりも高い周波数を特徴とする信号成分を除去するように構成されている。所定の閾値周波数は、ｋＨｚで０．１１、０．８、１、１．７６、２、２．９、３、３．１、３．６、４、５等とすることができる。および／またはこれらの間のサブレンジまたはいずれかの値とすることができる。
【００５４】
ステップ４３００で、電流基準が決定される。電流基準は、ピーク検出器により決定することができる。電流基準は、特定の信号波形がゼロ交差領域にあるか否かについての指示を提供する。所定の実施例では、電流基準は、所定の信号波形が上昇しているかまたは下降しているかについての情報を提供する。
【００５５】
ステップ４４００で、奇数および／または偶数ゼロ交差マスクが決定される。各決定されたゼロ交差マスクは、負荷電流波形が所定のゼロ交差の範囲内にない場合に論理ｈｉｇｈである信号を有する。各決定されたゼロ交差マスクは、負荷電流波形が所定のゼロ交差の範囲内にある場合には論理ｌｏｗである信号を有する。所定の実施例で奇数ゼロ交差マスクは、負荷電流波形の上昇縁を特徴とするゼロ交差に対して論理ｌｏｗとすることができる。所定の実施例で偶数ゼロ交差マスクは、負荷電流波形の下降縁を特徴とするゼロ交差に対して論理ｌｏｗとすることができる。
【００５６】
ステップ４５００で、ダイナミックレンジが決定される。このダイナミックレンジは、ＲＳＳＩ信号の波形振幅を指示する。
【００５７】
ステップ４６００で、リセット信号が決定される。リセット信号は、波形振幅が所定の閾値よりも低いときに発生される。波形振幅が所定の閾値よりも低い場合、アーク障害検出システムは、降下信号を回路遮断器に送信すべきではないと決定する。リセット信号は、アーク障害検出システムに含まれるカウンタおよび／または積分器をリセットする。
【００５８】
ステップ４７００で、ＲＳＳＩスロープ信号が決定される。ＲＳＳＩスロープは、アーク障害の存在を決定するために使用される。ＲＳＳＩスロープに対する比較的高い値は、アーク障害が検出されたことを指示する。ＲＳＳＩスロープに対する比較的低い値は、非アーク障害条件を指示する。
【００５９】
ステップ４８００で、波形中の降下が計数される。第１の波形に対して決定される降下は、第２の波形が所定のようにゼロ交差する連続するペア間で計数することができる。所定の実施例では、第１の波形と第２の波形が検出された信号から導出される。この検出された信号は電気回路から得られる。
【００６０】
ステップ４９００で、第１の波形における降下の計数値が第１の計数閾値よりも大きいが、第２の計数閾値よりも小さいことの決定に応答して回路遮断器が作動される。
【００６１】
図５は、情報デバイス５０００の実施例のブロック回路図である。この情報デバイス５０００は実施例では図２の情報デバイス２３００を有する。情報デバイス５０００は複数の公知の素子、例えば１つまたは複数のプロセッサ５１００、１つまたは複数の命令５２００を格納したメモリ５３００、入出力（Ｉ／Ｏ）デバイス５４００、センサ５５００、アクチュエータ５６００、記憶デバイス５７００、ユーザインタフェース５８００、および／またはネットワークインタフェース５９００等を有する。
【００６２】
実施例では、アーク障害条件を検出すると、この事実がグラフィカルユーザインタフェース５８００を介して提示される。振幅デュレーションペア、アークイベントおよび／または非アークイベント、および／またはそれらへの応答に関連する信号情報は、記録され、保存され、および／または分析され、これにより事故が回避され、原因が決定され、パターンを見分け、傾向を検出し、および／または予測的および／または予防的メンテナンスが実行される。
【００６３】
アーク障害の検出に関連する情報および／またはＢＰＬ信号の検出に関連する情報は処理され、ネットワークにネットワークインタフェース５９００を介して伝送される。１つまたは複数の情報デバイス（図示せず）はネットワークに接続されており、信号情報を受信し、処理し、レンダリングし、リポートし、および／または格納するように構成されている。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】図１は、例としてのアーク障害条件と例としてのＢＰＬ条件により発生された信号強度波形をプロットした図であり、ＢＰＬ信号波形は信号強度と周期が類似しているのでアーク障害で発生する波形を擬態できることを示す。
【図２】図２は、システム２０００の実施例のブロック回路図である。
【図３】図３は、システム３０００の実施例のブロック回路図である。
【図４】図４は、例としてのアーク障害検出方法４０００のフローチャートである。
【図５】図５は、情報デバイス５０００の実施例のブロック回路図である。
【図６】図６Ａは、ダイナミックレンジ基準計算器への例としての入力波形を示す。図６Ｂは、ダイナミックレンジ基準計算器からの例としての出力波形を示す。
【図７】図７Ａは、スロープ基準計算器への例としての部分的入力波形を示す。図７Ｂは、スロープ基準計算器への例としての入力波形を示す。図７Ｃは、スロープ基準計算器からの例としての出力波形を示す。
【図８】図８は、ピーク検出器の例としての入力波形および出力波形を示す。
【図９】図９Ａは、ゼロ交差マスク発生器への例としての入力波形を示す。図９Ｂは、ゼロ交差マスク発生器からの例としての奇数マスク波形を示す。図９Ｃは、ゼロ交差マスク発生器からの例としての偶数マスク波形を示す。図９Ｄは、アーク障害を指示する例としてのＲＳＳＩ波形を示す。
【図１０】図１０Ａは、直流除去回路への例としてのゼロ交差マスク入力波形を示す。図１０Ｂは、直流除去回路への例としてのＲＳＳＩ入力波形を示す。
【図１１】図１１Ａは、直流除去回路へのゼロ交差マスク入力信号の例としての波形の一部を示す。図１１Ｂは、直流除去回路へのゼＲＳＳＩ入力信号の例としての波形の一部を示す。
【図１２】図１２は、直流除去回路からの例としての出力波形を示す。
【図１３Ａ】図１３Ａは、割込みカウンタへの例としてのＲＳＳＩ入力波形を示す。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、割込みカウンタへの例としてのゼロ交差マスク入力波形を示す。
【図１３Ｃ】図１３Ｃは、ダイナミックレンジ基準出力波形が重畳された割込みカウンタへの例としてのＲＳＳＩ入力波形を示す。
【図１３Ｄ】図１３Ｄは、降下の数を時間の関数として、例としての割込みカウンタについて示す図である。
【図１３Ｅ】図１３Ｅは、割込みカウンタからの例としての出力波形を示す。
【図１４Ａ】図１４Ａは、比較／積分回路と関連して、アーク障害の決定を例として示す図である。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、比較／積分回路と関連する、アーク障害を指示する計数がない場合の決定を例として示す図である。
【図１４Ｃ】図１４Ｃは、ダイナミックレンジ基準出力閾値が重畳された、アーク障害を指示する例としてのＲＳＳＩ波形を示す。
【図１４Ｄ】図１４Ｄは、比較／積分回路への例としてのゼロ交差マスク入力波形を示す。
【図１４Ｅ】図１４Ｅは、ダイナミックレンジ基準出力閾値が重畳された、アーク障害を指示する例としてのＲＳＳＩ波形と、インデクスされた降下を示す。
【図１４Ｆ】図１４Ｆは、比較／積分回路と関連する例としての論理信号を示す。
【図１４Ｇ】図１４Ｇは、比較／積分回路と関連する、カウンタリセットによるアーク障害がない場合の決定を例として示す図である。
【図１】
2009536011.tif 000003
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
2009536011.tif 000016
【図１３Ｃ】
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【図１３Ｄ】
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【図１３Ｅ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１４Ｄ】
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【図１４Ｅ】
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【図１４Ｆ】
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【図１４Ｇ】
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【国際調査報告】
2009536011.tif 000027
2009536011.tif 000028