(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともひとつの負荷回路に電力を供給するＡＣ電力源からの漏洩電流を測定する漏洩電流センサと、
（ｉ）前記漏洩電流センサから測定された漏洩電流値を受け、（ｉｉ）測定された漏洩電流値とひとつ以上の所定のしきい値とを比較することで状態を確立し、（ｉｉｉ）前記漏洩電流センサが動作しているか否かを決定するべく自己診断を実行する制御回路と、を備え、
前記制御回路は、ひとつ以上の所定のしきい値のうちの少なくともひとつを設定するためにオペレータによってプログラム可能であり、
ひとつ以上の所定のしきい値は、（ｉ）測定された漏洩電流が過大であることを示す第１しきいレベルおよび（ｉｉ）第１しきいレベルより高い第２しきいレベルのうちの少なくともひとつを含み、
前記制御回路は、測定された漏洩電流値とひとつ以上の所定のしきい値との比較結果を取得し保持し、
前記制御回路は、（ｉ）周期的自己診断時間間隔、（ｉｉ）自己診断のひとつ以上の日付および（ｉｉｉ）自己診断の一回以上の回数のうちの少なくともひとつを設定するためにオペレータによってプログラム可能であること、および
前記制御回路は、前記漏洩電流センサの検証のための一回以上の自己診断の結果を取得し保持すること、のうちの少なくともひとつが成立し、
前記制御回路と接続されたメッセージ伝送システムをさらに備え、
前記メッセージ伝送システムは、一回以上の自己診断の結果および測定された漏洩電流値とひとつ以上の所定のしきい値との比較のうちの少なくともひとつを示すひとつ以上のメッセージを伝送し、
前記メッセージ伝送システムは、（ｉ）簡易ネットワーク管理プロトコル、（ｉｉ）パケット交換ネットワークプロトコル、（ｉｉｉ）電子メールプロトコル、（ｉｖ）インスタントメッセージプロトコル、および（ｖ）電話プロトコルのうちの少なくともひとつにおいて、前記ひとつ以上のメッセージを送り、
前記メッセージ伝送システムは、メッセージプロトコルを選択するようオペレータによってプログラム可能である、装置。
【請求項２】
前記制御回路は、一回以上の自己診断の結果および測定された漏洩電流値とひとつ以上の所定のしきい値との比較のうちの少なくともひとつをイベントログに保持する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記制御回路は、測定された漏洩電流値が第１しきいレベルより下であることが比較によって示されることに起因して測定された漏洩電流値が通常レベルにあるか否か、測定された漏洩電流値が第１しきいレベルより上であるが第２しきいレベルより下であることが比較によって示されることに起因して測定された漏洩電流値が警告レベルにあるか否か、測定された漏洩電流値が第２しきいレベルより上であることが比較によって示されることに起因して測定された漏洩電流値がクリティカルレベルにあるか否か、自己診断を実行中であるか否か、一回以上の自己診断の結果が前記漏洩電流センサが動作していないことを示すか否か、および、一回以上の自己診断の結果が前記漏洩電流センサが動作していることを示すか否か、のうちの少なくともひとつを含む状態インジケータをイベントログに保持する、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記制御回路と接続されたディスプレイをさらに備え、
前記ディスプレイは、測定された漏洩電流値、第１しきいレベル、第２しきいレベル、周期的自己診断時間間隔、自己診断のひとつ以上の日付、および自己診断の一回以上の回数のうちの少なくともひとつの表示を示す、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記制御回路と接続されたディスプレイをさらに備え、
前記ディスプレイは状態の表示を示し、
状態は、測定された漏洩電流値が第１しきいレベルより下であることが比較によって示されることに起因して測定された漏洩電流値が通常レベルにあるか否か、測定された漏洩電流値が第１しきいレベルより上であるが第２しきいレベルより下であることが比較によって示されることに起因して測定された漏洩電流値が警告レベルにあるか否か、測定された漏洩電流値が第２しきいレベルより上であることが比較によって示されることに起因して測定された漏洩電流値がクリティカルレベルにあるか否か、自己診断を実行中であるか否か、一回以上の自己診断の結果が前記漏洩電流センサが動作していないことを示すか否か、および、一回以上の自己診断の結果が前記漏洩電流センサが動作していることを示すか否か、のうちの少なくともひとつを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記制御回路と接続されたディスプレイをさらに備え、
前記ディスプレイは選択されたメッセージプロトコルの表示を示す、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記状態インジケータは、測定された漏洩電流値が第１しきいレベルより下であることが比較によって示されることに起因して測定された漏洩電流値が通常レベルにあるか否か、測定された漏洩電流値が第１しきいレベルより上であるが第２しきいレベルより下であることが比較によって示されることに起因して測定された漏洩電流値が警告レベルにあるか否か、測定された漏洩電流値が第２しきいレベルより上であることが比較によって示されることに起因して測定された漏洩電流値がクリティカルレベルにあるか否か、自己診断を実行中であるか否か、一回以上の自己診断の結果が前記漏洩電流センサが動作していないことを示すか否か、および、一回以上の自己診断の結果が前記漏洩電流センサが動作していることを示すか否か、のうちの少なくともひとつを含む、請求項３に記載の装置。
【請求項８】
前記ＡＣ電力源および前記少なくともひとつの負荷は電気絶縁境界の一次側にあり、
前記制御回路は電気絶縁境界の二次側にあり、
前記漏洩電流センサは、（ｉ）電気絶縁境界の一次側に設けられた第１回路と、（ｉｉ）電気絶縁境界の二次側に設けられた第２回路と、（ｉｉｉ）前記第１回路と前記第２回路との間の電気絶縁境界を維持しつつ、前記漏洩電流センサの前記第１回路と前記第２回路とを互いに接続するひとつ以上の第３回路と、を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記漏洩電流センサの前記ひとつ以上の第３回路は、差動電流トランスフォーマとアイソレータ回路とを含み、
前記差動電流トランスフォーマは、（ｉ）トランスフォーマのコアの周りを同じ回数巻き回されたのひとつ以上の対応する脚部によって形成される一次巻き線であって、そのような脚部は前記ＡＣ電力源から前記少なくともひとつの負荷へと通過する一次巻き線と、（ｉｉ）トランスフォーマのコアの周りを複数回巻き回されたワイヤによって形成される二次巻き線と、を有し、
前記アイソレータ回路は、（ｉ）トランスフォーマのコアに非平衡磁束を誘起する一次側回路であって、非平衡磁束は前記差動電流トランスフォーマの二次巻き線に電流を生成し、非平衡磁束は二次側から電気絶縁境界を越えてくる中間制御信号に応じたものである一次側回路と、（ｉｉ）前記制御回路によって生成されたテスト制御信号に応じて中間制御信号を生成する二次側回路と、を有する、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記アイソレータ回路の前記二次側回路は、
中間制御信号に応じてオンオフするスイッチ回路と、
差動電流トランスフォーマに一回以上巻き回されたテスト巻き線と、
抵抗と、を含み、
前記スイッチ回路、前記テスト巻き線および前記抵抗は前記脚部の間に直列に接続され、前記スイッチ回路をオンにする中間制御信号に応じて非平衡磁束が生成される、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記アイソレータ回路の前記二次側回路は、
中間制御信号に応じてオンオフするスイッチ回路と、
抵抗と、を含み、
前記スイッチ回路および前記抵抗は前記脚部の間に直列に接続され、前記スイッチ回路をオンにする中間制御信号に応じて非平衡磁束が生成され、
前記アイソレータ回路の前記二次側回路は、前記スイッチ回路および前記抵抗を流れる電流がトランスフォーマのコアをバイパスするように、前記脚部と接続される、請求項９に記載の装置。
【請求項１２】
前記アイソレータ回路は、前記二次側回路内に設けられた発光デバイスと、光感応性スイッチ回路と、を含み、
前記発光デバイスは、前記制御回路によって生成されたテスト制御信号に応じて、光を中間制御信号として生成し、その光は二次側から一次側へ電気絶縁境界を横切り、
前記光感応性スイッチ回路は、中間制御信号の光に応じてオンオフする、請求項９に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、システムにおいて漏洩電流を検出する方法および装置に関し、特にそのような漏洩を検出することができると共に適切な検出性能を担保するために自己診断を実行する回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
交流（ＡＣ）電力回路では、単相ＡＣ源からの電流は通常、ＡＣ源から相線を介して負荷に流れ、その負荷にはＡＣ電力が与えられる。そして電流は中性線を通じてＡＣ源に戻る。その逆もしかりである。相線を介して負荷に流れない電流部分および負荷から中性線を介して流れない電流部分はひとつ以上の漏洩経路を通じてグランドへと流れる。そのような電流は漏洩電流または残余電流として知られている。適切に制御されない場合、漏洩電流は感電および／または火災を引き起こしうるので危険である。
【０００３】
漏洩電流の流れを検出し遮断するために、漏電遮断器（ＧＦＩｓ）（残余電流検出器（ＲＣＤｓ）としても知られている）は広く利用可能なデバイスである。図１は、典型的なＧＦＩ回路１０を示す図である。例えば、単相ＡＣ電力源は相線Ｌおよび中性線Ｎによって与えられる。相線Ｌおよび中性線Ｎは負荷１４（住居においてはある種の電化製品であってもよい）に接続される。ＡＣ電流は、電力源から相線Ｌを介して負荷１４を通じて流れ、中性線Ｎを介して電力源に戻るようサイクルする。その逆もしかりである。
【０００４】
ＧＦＩ回路１０は差動電流トランスフォーマ（Ｔ１）を含む。差動電流トランスフォーマ（Ｔ１）はトロイダルコアを含み、相線Ｌおよび中性線Ｎはそのトロイダルコアを通過する。相線Ｌおよび中性線Ｎは、電流トランスフォーマＴ１を通過することで、Ｔ１の一次巻き線として機能する。二次巻き線１２は、トランスフォーマＴ１のコアの周りに多数回巻き回されたワイヤを含む。二次巻き線１２は回路安全装置１６と接続される。回路安全装置１６は制御機能１６Ａおよびスイッチ１６Ｂを含む。スイッチ１６Ｂは２極単投（ＤＰＳＴ）スイッチとして示されている。制御機能１６Ａは、二次巻き線１２に電圧が存在する場合および／または二次巻き線１２に電流が流れる場合、ＤＰＳＴスイッチ１６Ｂを駆動する（開く）よう動作する。
【０００５】
グランドへの漏洩電流がない場合、トランスフォーマＴ１の相線Ｌおよび中性線Ｎのそれぞれを流れるＡＣ電流の和（一次巻き線を通じた電流）はゼロである。これにより、トランスフォーマＴ１の一次巻き線に流れる電流は全体としてゼロとなり、したがって二次巻き線１２には誘導電流は流れない。したがって、制御機能１６ＡはＤＰＳＴスイッチ１６Ｂを開かず、ＡＣ電流はＡＣ源から負荷１４を通じて流れ続ける。
【０００６】
しかしながら、グランドへの漏洩電流がある場合、トランスフォーマＴ１の相線Ｌおよび中性線Ｎのそれぞれを流れるＡＣ電流の和（一次巻き線を通じた電流）はゼロではない。実際、例えば、ＡＣ源から相線Ｌを介してグランドへいくらかの電流が流れ、その電流がＡＣ源に戻ることで事実上トランスフォーマＴ１がバイパスされる場合、トランスフォーマＴ１の一次巻き線を通じて相線Ｌを介して流れるＡＣ電流の大きさは、トランスフォーマＴ１の一次巻き線を通じて中性線Ｎを介して戻る電流の大きさよりも大きい。漏洩電流の流れに起因する、トランスフォーマＴ１の一次巻き線を流れる電流の非平衡は、トランスフォーマＴ１の二次巻き線１２に電流を誘起する。二次巻き線１２に誘起された電流は制御機能１６Ａによって検出され、ＤＰＳＴスイッチ１６Ｂを開く。その結果、漏洩電流および負荷１４への電力の両方が遮断される。典型的なＧＦＩ回路１０では、回路安全装置１６がいったんトリップすると（ＤＰＳＴスイッチ１６Ｂが開くと）、漏洩経路を除去しなくてはならない。ユーザは手動でスイッチ１８Ｂを閉状態にリセットしなければならない。
【０００７】
ユーザがＧＦＩ回路１０の動作を確認するために、すなわち、明らかなゼロの一次巻き線電流および／またはゼロの二次巻き線電流が不具合によるものでないことを確認するために、ＧＦＩ回路１０はテストフィーチャを含む。テストフィーチャはテストボタンまたはスイッチＳ１によって実装される。このスイッチＳ１はユーザによって手動で押し下げられてもよい。テストスイッチＳ１を押し下げると、回路安全装置１６がトリップしてＤＰＳＴスイッチ１６ｂを開くことが意図されている。これにより、ＧＦＩ回路１０が適切に動作していることを示すことができる。テストスイッチＳ１を押し下げると、小さな抵抗性負荷Ｒ１は電流を引き込み、このように引き込まれた電流はトランスフォーマＴ１の一次巻き線をバイパスする。トランスフォーマＴ１の一次巻き線を通過する、相線Ｌおよび中性線Ｎのそれぞれを流れるＡＣ電流の和はゼロではない点で、バイパス電流は漏洩電流と同じ影響を有する。一次巻き線を流れるゼロでない電流はトランスフォーマＴ１の二次巻き線１２に電流を誘起し、二次巻き線１２に誘起された電流は制御機能１６Ａによって検出され、ＤＰＳＴスイッチ１６Ｂを開く。その結果、相線Ｌおよび中性線Ｎを介した電流経路が遮断される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
情報技術（ＩＴ）装置の部屋において漏洩電流は関心事のひとつであるが、従来のＧＦＩ回路１０は漏洩電流の課題に対する適切なソリューションではない。ＩＴ装置の部屋（データセンタとしても知られている）は、数百もの、ときには数千ものＩＴ装置のユニットを使用する。各ＩＴ装置は、配電器（ＰＤＵ）のアウトレットにつながれることによって主電源を得る。ＰＤＵもまたＩＴ装置のひとつであり、典型的には、（ａ）ＩＴ装置が（典型的には配電盤から）電力を受ける大電力インレットと、（ｂ）複数の小電力アウトレットと、（ｃ）（オプションで）アウトレットを過電流状態（短絡等）から保護するためのブレーカまたはフューズと、を含む。ＰＤＵは多くの場合、通信および／または入出力インタフェースを介して所定のステータス情報を報告するよう設計される。ステータス情報は、（ａ）所与のＰＤＵのインレットに供給されている電圧と、（ｂ）インレットおよび各アウトレットにどの程度の電力が流れているかと、（ｃ）各ブレーカのトリップ状態（電圧が存在するか否か）と、を含む。
【０００９】
データセンタでは、多くの理由により、スタンダードなＧＦＩ回路１０を使用することは現実的ではない。例えば、漏洩電流のためにＩＴデバイスへのＡＣ電力を無条件に遮断することは破壊的に過ぎるであろう。実際、ＡＣ電力が通告無く遮断された場合、重要なデータが破損したり、および／または再現不能な形で失われたりしうる。加えて、（データセンタなどにおける）産業用装置は、従来の家庭用ＧＦＩ回路１０で確立される漏洩電流と同じレベルの漏洩電流を示すことは許されないであろう。実際、データセンタ（および／または他の産業用環境）における漏洩電流の許可可能なレベルは、約３．５ｍＡまでであってもよい。しかしながら、スタンダードなＧＦＩ回路は漏洩電流についての固定されたトリップしきい値を用いており、そのしきい値はデータセンタにとっては適切ではない。さらに、データセンタは数千ユニットものＩＴ装置を含んでいるので、手動で各ＧＦＩ回路１０をテストするのは時間がかかり過ぎるし、エラーも発生しやすい。
【００１０】
従来のシステムは漏洩電流に伴ういくつかの問題を指向するが、既知のソリューションはデータセンタ（または他の産業用環境）の文脈においては不十分である。したがって、本技術分野では、システムにおいて地絡電流を検出する新たな方法および装置、特にそのような地絡を検出することができると共に適切な検出性能を担保するために自己診断を実行することが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本明細書で説明される本発明のひとつ以上の態様によると、漏洩電流を検出するシステムは、以下の特徴のうちのひとつ以上を含む。（ｉ）自動的に、そして好ましくはプログラム可能な周期的ベースで、漏洩電流を測定し監視するために使用されるクリティカルなシステムハードウエアおよび／またはソフトウエアの自己診断を実行する能力。（ｉｉ）オペレータが、警告レベルおよび／またはクリティカルレベルなどのひとつ以上の漏洩電流レベルを設定することを可能とする能力。（ｉｉｉ）実際のＲＭＳ漏洩電流測定や、通常（または許容可能な）漏洩電流レベルの表示や、警告（例えば、上昇したがクリティカルではない）漏洩電流レベルの表示や、クリティカル（許容不可なほどにまたはほぼ許容不可なほどに上昇した）漏洩電流レベルの表示や、自己診断が不具合を起こしているハードウエアおよび／またはソフトウエアを見つけたことの表示などのひとつ以上の漏洩電流条件の状態表示を視覚的に示す能力。（ｉｖ）例えば簡易ネットワーク管理プロトコル（ＳＮＭＰ）、電子メールおよび／または他の電子的手段によって、ひとつ以上の上述の状態表示（および／またはそのような状態の変化）の存在を報告する通知を送る能力。
【００１２】
添付の図面と連携して、本明細書の記載から、本発明の他の態様や特徴や利点は当業者には明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
説明のために現状好ましい形態が図面に示される。しかしながら、本発明は図示された通りの正確な構成および実装に限定されるものではないことは理解される。
【００１４】
【図１】従来技術に係る、漏洩電流が存在する場合に負荷へのＡＣ電力を検出し遮断するための従来のＧＦＩ回路を示すブロック図である。
【図２】本発明のひとつ以上の態様に係る、漏洩電流検出システムを示すブロック図である。
【図３】図２の漏洩電流検出システムおよび／または他の開示されるおよび／または説明される実施の形態での使用に適した視覚的ユーザインタフェースの一般化された図である。
【図４】図２の漏洩電流検出システムおよび／または他の開示されるおよび／または説明される実施の形態で用いられ得るプロセスフローの図である。
【図５】図２の漏洩電流検出システムおよび／または他の開示されるおよび／または説明される実施の形態を実装するのに適した回路のより詳細な模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
同様の参照符号は同様の要素を示す図面を参照すると、図２には、本発明のひとつ以上の態様に係るシステム１００のブロック図が示されている。システム１００は、漏洩電流センサ１０２と、制御回路１０４と、を含む。漏洩電流センサ１０２は、少なくともひとつの負荷回路１４０に電力を供給するＡＣ電力源からの漏洩電流を測定する。本発明のひとつ以上の態様によると、負荷回路１４０がデータセンタ内のひとつ以上のＩＴ装置を含むことが特に想定されている。
【００１６】
制御回路１０４は、漏洩電流センサ１０２から受けた測定された漏洩電流値に応じて所定の動作を行う。受信された測定漏洩電流値に対して制御回路１０４が行う主な動作は、（ｉ）測定漏洩電流値とひとつ以上の所定のしきい値とを比較してその状態を確立すること、および（ｉｉ）一回以上の自己診断を実行して漏洩電流センサ１０２が動作しているか否かを決定すること、である。
【００１７】
前者の動作、すなわち測定漏洩電流値とひとつ以上の所定のしきい値とを比較することに関して、システム１００の動作は以下の通りである。ＡＣ電力源は相線Ｌおよび中性線Ｎによって負荷１４０と接続される。漏洩電流センサ１０２は差動電流トランスフォーマ（Ｔ１００）を含む。差動電流トランスフォーマ（Ｔ１００）はトロイダルコアなどのコアを含み、相線Ｌおよび中性線Ｎはそのコアを通過する。相線Ｌおよび中性線Ｎは、トランスフォーマＴ１００のトロイダルコアの中心を通過することで、二本線の単一ターンのコイルを確立し、それはＴ１００の一次巻き線として機能する。二次巻き線１２０は、トランスフォーマＴ１００のコアの周りに多数回巻き回されたワイヤを含む。二次巻き線１２０は、電流電圧変換回路などの信号処理回路１０６に入力される。信号処理回路１０６は、トランスフォーマＴ１００の二次巻き線１２０に誘起される電流を示す電圧を生成する。
【００１８】
議論のために、ＡＣ電力源は単相源であることが仮定される。そこでは、ＡＣ源の脚部は相線および中性線である。しかしながら、本明細書で開示され説明される本発明の実施の形態は、分相構成および／または３相源を含む他のタイプのＡＣ源にまで容易に拡張可能であることは理解される。分相構成では、脚部は多相ＡＣ源の相線のそれぞれとなる。例えば、ライン１とライン２、ライン１と中性、またはライン２と中性等である。３相ＡＣ源では、脚部はライン１、ライン２およびライン３となるか、またはライン１、ライン２、ライン３および中性であってもよい。実際、他の任意のタイプのＡＣ源について、脚部はトランスフォーマＴ１００のトロイダルコアの中心を単純に通過する。その脚部は多線、単一ターンコイルを形成する。そのコイルはＴ１００の一次巻き線として機能する。したがって、本明細書で議論され図面に示されている実施の形態は単相ＡＣ源の文脈におけるものではあるが、そのような実施の形態は他のタイプのＡＣ源で動作するよう容易に拡張可能であることは理解される。
【００１９】
トランスフォーマＴ１００の二次巻き線１２０に誘起される電圧は、システム１００における漏洩電流のインジケータである。この説明において前述された通り、漏洩電流がない場合、相線Ｌおよび中性線Ｎのそれぞれに正確に同じ大きさの電流が流れるが、そのような大きさの電流のそれぞれはコアを通じて流れる逆極性のものである。漏洩電流が存在する場合、コアに対する等しいが逆向きの電流は存在せず、電流のある部分はグランドＥＧなどの他の経路を通じてＡＣ源に戻る路を見つける。漏洩電流がない場合、トランスフォーマＴ１００の一次巻き線には全体として電流が流れず、したがって二次巻き線１２０には誘導電流は流れない。したがって、信号処理回路１０６によって生成される電圧は実質的にゼロである（実際の回路ではいくらかのノイズ成分は存在しうるが）。しかしながら、漏洩電流がある場合、相線Ｌおよび中性線Ｎのそれぞれを流れてコアを通過するＡＣ電流の和はゼロではない。漏洩電流の流れに起因する、トランスフォーマＴ１００の一次巻き線を流れる電流の非平衡は、トランスフォーマＴ１の二次巻き線１２０に電流を誘起する。したがって、信号処理回路１０６によって生成される電圧は二次巻き線１２０の電流を示すあるアナログ値である。
【００２０】
制御回路１０４は適切なマイクロコントローラによって実装されることが好ましい。マイクロコントローラは、ソフトウエア／ファームウエアインストラクションを実行することでシステム１００の所望の動作を実現するよう動作する。そのようなマイクロコントローラ１０４は、信号処理回路１０６からの電圧などのアナログ電圧信号を受信するためのひとつ以上のハイインピーダンス入力ピン（図２では、ＩＮＰＵＴとして示されている）を含んでもよい。より具体的には、マイクロコントローラ１０４は、アナログ電圧信号を受け、それを操作のためにデジタル信号に変換するようセットアップされた少なくともひとつの入力ピンを含むことが好ましい。代替的な構成では、マイクロコントローラ１０４が適切な内部回路を含まない場合、信号処理回路１０６とマイクロコントローラ１０４のデジタル入力ピンとの間に外部のアナログデジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ（不図示）を用いてもよい。
【００２１】
マイクロコントローラ１０４は任意の既知の技術を使用して実現されてもよい。そのような技術は例えば商用マイクロプロセッサや、デジタル信号プロセッサや、ソフトウエアおよび／またはファームウエアプログラムを実行するよう動作可能な任意の既知のプロセッサや、プログラム可能なデジタルデバイスまたはシステムや、プログラム可能なアレイ論理デバイスや、それらの任意の組み合わせであってもよく、また現在利用可能なデバイスおよび／または今後開発されるデバイスを含んでもよい。例示として、マイクロコントローラ１０４はSTMicroelectronicsと称される会社が提供するＳＴＭ３２、ＡＲＭ、ＭＣＵを使用して実現されてもよい。
【００２２】
マイクロコントローラ１０４によって実行されるソフトウエア／ファームウエアはＩＮＰＵＴ端子に提供されるデータを数学的に操作するよう動作する。このデータは、トランスフォーマＴ１００の二次巻き線１２０に誘起された測定電流のデジタルバージョンである。好適には、上述の、測定された漏洩電流値とひとつ以上の所定のしきい値との比較は、そのような数学的操作のひとつである。この点で、マイクロコントローラ１０４は、トランスフォーマＴ１００の二次巻き線１２０の電流を表すデジタル値を実際の漏洩電流のＲＭＳ値に変換する。この変換規則は、本明細書における説明から当業者には良く理解されるであろう。変換は、トランスフォーマＴ１００の一次巻き線の巻き数と、トランスフォーマＴ１００の二次巻き線１２０の巻き数と、信号処理回路１０６の変換特性と、の関数である。
【００２３】
本発明のひとつ以上の態様によると、図２および図３にも示される通り、システム１００は、マイクロコントローラ１０４と接続されたディスプレイ１０８を含んでもよい。ディスプレイ１０８は、測定された漏洩電流値３０２の視覚的表示を提供するあるタイプのスクリーン３００を含む。データセンタ内のオペレータは、ひとつ以上のＩＴ装置における漏洩電流に関する表示を容易に得ることができるので有利である。個々のＩＴ装置またはそのような装置の個々のグループにおける漏洩電流を個別に測定するために（および／または後述の他の機能のために）、複数の別個の漏洩電流センサ１０２および／またはマイクロコントローラ１０４を用いてもよいことが想定されている。
【００２４】
測定された漏洩電流値とひとつ以上の所定のしきい値とを比較するという特定の動作に戻り、マイクロコントローラ１０４は、それを走るソフトウエア／ファームウエアによってそのような機能を実行する。システム１００は、ひとつ以上の所定のしきいレベルが予めプログラムされた状態で現れてもよい。しかしながら、マイクロコントローラ１０４は、ひとつ以上の所定のしきい値のうちの少なくともひとつを設定するべく、オペレータによってプログラムされると好適である。この点に関して、図３および図４を参照する。図４は、システム１００の所定のプロセスステップおよび／または機能４００を示すフローチャートである。一般に、プロセス４００は、システム１００の所望の動作を得るためにマイクロコントローラ１０４上で走るソフトウエア／ファームウエアの少なくともある部分を示す。
【００２５】
図４の動作４０２において、オペレータは、ひとつ以上の所定のしきい値などの所定のセッティングを入力するよう促されてもよいし、またはオペレータはそのような所定のセッティングをマイクロコントローラ１０４に積極的に受けさせてもよい。これに関して、オペレータがひとつ以上のしきい値を設定することが許されない場合、プロセスフローは否定へと分岐し動作４０６に至る。しかしながら、オペレータがひとつ以上のしきい値を設定することが許される場合、プロセスフローは肯定へと分岐し動作４０４に至る。例えば、オペレータは第１しきいレベルを設定することができる。第１しきいレベルは、漏洩電流が存在する場合、特定のアプリケーションのスペックを考えた場合に所望の値より高いおよび／またはそうでなければ過剰となる漏洩電流の値を示す。第１しきいレベルは警告レベルであると考えられてもよい。レベルが上昇してもシステムは動作し続けるためである。または、そのレベルによって提起される警告は極端ではないからである。また例えば、オペレータは第２しきいレベルを設定することができる。第２しきいレベルは、漏洩電流が存在する場合、測定下の特定のシステムの通常動作を考えた場合に、所望の値よりも実質的に高い第１しきいレベルよりもさらに高いかつ過剰な漏洩電流の値を示す。第２しきいレベルはクリティカルレベルであると考えられてもよい。システムが適切に動作しなくなるからである。または、そのレベルによって提起される警告は許容不可であるからである。
【００２６】
動作４０４において、第１および第２しきいレベルのセッティングはメモリ（不図示）に保持され、比較プロセス（後述）の間に使用される。加えて、図３に示されるように、第１および第２しきいレベルは、ディスプレイ１０８の位置３０４に、それぞれ警告レベルおよびクリティカルレベルとして、表示されてもよい。特に、ディスプレイ１０８の位置３０４にリストされるレベルは、二重の機能を示してもよい。すなわち、選択されたレベルを表示する機能、およびマイクロコントローラ１０４に対するオペレータの選択の入力としての機能の両方である。この場合、ディスプレイ１０８は入出力デバイスとして動作する。動作４０４が完了すると、プロセスフローは動作４０６に続く。
【００２７】
動作４０６において、マイクロコントローラ１０４は漏洩電流値を読み出す（例えば、トランスフォーマＴ１００の二次巻き線１２０の電流のデジタル表現を得、それを測定された漏洩電流の値、好適にはＲＭＳ値に変換する）。次に、動作４０８において、マイクロコントローラ１０４は測定された漏洩電流値がクリティカル値より上であるか否かを決定する。否定の場合、プロセスフローは動作４１２へと分岐する。動作４１２では、マイクロコントローラ１０４は測定された漏洩電流値が警告値より上であるか否かを決定する。
【００２８】
動作４０８における肯定的な決定、または動作４１２における肯定的もしくは否定的な決定は、終局的な状態条件を生じさせる。動作４０８における肯定的な決定によると、プロセスフローは動作４１０へと分岐する。そのような肯定的な決定は、システムの測定された漏洩電流が第２しきいレベルすなわちクリティカルレベルよりも上であることを示す。クリティカルレベルはこの例では約１０ｍＡである。動作４１０において、マイクロコントローラ１０４は状態レベルをクリティカルに設定し、潜在的にさらなる動作を実行する。例えば、クリティカル状態に際して（および／または他のものからクリティカルへの状態変化に際して）、マイクロコントローラ１０４はディスプレイ１０８の例えば位置３０６にその状態を表示してもよい。この場合、「クリティカル」とラベルされた漏洩状態レベルが強調される。代替的にまたは追加的に、マイクロコントローラ１０４はそのような状態をイベントログに保持してもよい。状態は、（クリティカル）レベルと、具体的な電流の大きさと、しきい値設定と、時刻と、日付と、状態の継続期間と、を含んでもよい。その後、オペレータおよび／または他のプログラムはマイクロコントローラ１０４を介してイベントログにアクセスし、状態データを取得し、それを考慮し、システム１００の漏洩電流を監視する能力を確認してもよい。
【００２９】
代替的にまたは追加的に、マイクロコントローラ１０４は状態（または状態変化）の通知をひとつ以上の宛先に送ってもよい。これに関して、システム１００は、マイクロコントローラ１０４と接続された（および／またはマイクロコントローラ１０４と一体化された）メッセージ伝送システム１１０を含んでもよい。メッセージ伝送システム１１０は、上述の状態を示すひとつ以上のメッセージを伝送する。当業者であれば、ひとつ以上のメッセージは任意の数の具体的なプロトコルのものであってもよいことを理解するであろう。そのようなプロトコルは例えば（ｉ）簡易ネットワーク管理プロトコル、（ｉｉ）パケット交換ネットワークプロトコル、（ｉｉｉ）電子メールプロトコル、（ｉｖ）インスタントメッセージプロトコル、（ｖ）電話プロトコル、および／または他の任意の適切なプロトコルであってもよい。メッセージ伝送システム１１０は、メッセージプロトコルを選択するために、オペレータによってプログラム可能であることが好ましい。ディスプレイ１０８は位置３０８に、選択されたメッセージプロトコルを視覚的に表示することが好ましい。特に、ディスプレイ１０８の位置３０８にリストされるプロトコルは、二重の機能を提供してもよい。すなわち、選択されたプロトコルを表示する機能、およびマイクロコントローラ１０４に対するオペレータの選択の入力としての機能の両方である。この場合、ディスプレイ１０８は入出力デバイスとして動作する。
【００３０】
動作４１０に関連するプロセスが完了すると、プロセスフローは動作４０６に回帰し、このプロセスはクリティカル状態が存在する限り繰り返される。
【００３１】
動作４１２における肯定的な決定によると、プロセスフローは動作４１４へと分岐する。そのような肯定的な決定は、システムの測定された漏洩電流が第１しきいレベルすなわち警告レベルよりも上（しかしながら第２しきいレベルよりは下）であることを示す。警告レベルはこの例では約４ｍＡより上であるが１０ｍＡよりは下である。動作４１４において、マイクロコントローラ１０４は状態レベルを警告に設定し、潜在的にさらなる動作を実行する。例えば、警告状態に際して（および／または他のものから警告への状態変化に際して）、マイクロコントローラ１０４は位置３０６に、「警告」とラベルされたレベルを強調することによってその状態を表示してもよい。代替的にまたは追加的に、マイクロコントローラ１０４はそのような状態をイベントログに保持してもよい。状態は、（警告）レベル、測定された具体的な電流の大きさ、しきい値設定、時刻、日付、状態の継続期間、のうちのひとつ以上を含んでもよい。代替的にまたは追加的に、クリティカル状態に関して上述されたのと同様に、マイクロコントローラ１０４は状態（または状態変化）の通知をひとつ以上の宛先に送ってもよい。
【００３２】
動作４１４に関連するプロセスが完了すると、プロセスフローは動作４０６に回帰し、このプロセスは警告状態が存在する限り繰り返される。
【００３３】
さらに、動作４１２における否定的な決定によると、プロセスフローは動作４１６へと分岐する。そのような否定的な決定は、システムの測定された漏洩電流が第１しきいレベルおよび第２しきいレベルのいずれをも超えない、すなわち通常レベルであることを示す。通常レベルはこの例では４ｍＡより下である。動作４１６において、マイクロコントローラ１０４は状態レベルを通常に設定する。可能性のあるさらなる動作は、（ｉ）「通常」とラベルされたレベルを強調することによって位置３０６に状態を表示すること、（ｉｉ）イベントログにそのような状態を保持すること、および（ｉｉｉ）状態（または状態変化）の通知をひとつ以上の宛先に送ること、のうちのひとつ以上を含む。
【００３４】
動作４１６に関連するプロセスが完了すると、プロセスフローは動作４１８に進む。受信された測定漏洩電流値に関してマイクロコントローラ１０４が行う主な動作についての前述の議論に戻ると、第２の一般的な動作は、一回以上の自己診断を（好ましくは自動的に）実行して漏洩電流センサ１０２が動作しているか否かを決定すること、であることが好ましい。動作４１８に関連する特定の機能および側面を議論する前に、自己診断能力に関するシステム１００の構成および動作についての議論が提供される。
【００３５】
図２を参照すると、システム１００はシステム１００の漏洩電流検知能力を自己診断する手段を含む。特に漏洩電流センサ１０２は、マイクロコントローラ１０４から出力される制御信号（ＧＰＩＯ）に応じてオンオフするスイッチ回路Ｓ１００と、抵抗Ｒ１００と、を含む。スイッチ回路Ｓ１００および抵抗Ｒ１００は相線Ｌと中性線Ｎとの間に直列に接続されている。その結果、スイッチＳ１００がオンすると、トランスフォーマＴ１００のコアの中に非平衡磁束が生成される。示される例では、スイッチＳ１００と抵抗Ｒ１００との直列回路は、それを流れる電流がトランスフォーマＴ１００のコアをバイパスするように構成される。したがって、相線Ｌおよび中性線Ｎを流れる電流は等しくなく、かつ、コアを通じて逆向きに流れる。その結果、コイルに追加的な磁束成分が生成され、それがトランスフォーマＴ１００の二次巻き線１２０に電流を誘起する。抵抗Ｒ１００の抵抗値は、二次巻き線１２０に誘起される電流がシステム１００の漏洩電流検出能力を診断するのに十分となるように選択される。
【００３６】
マイクロコントローラのソフトウエア／ファームウエアは、（ＭＯＳＦＥＴなどのひとつ以上のトランジスタを使用して実現されてもよい）スイッチ回路Ｓ１００に適切な電位を与えることでそのスイッチ回路Ｓ１００をオンオフするよう動作する。ＧＰＩＯピンは出力として動作することができる。そこでは、マイクロコントローラ１０４上で実行されているソフトウエア／ファームウエアによって確立されるコマンドに依って、ＧＰＩＯピンの状態はＯＦＦまたはＯＮのいずれかをとってもよい。ＯＦＦ状態は論理「ロー」レベルとして定義される。このレベルは任意の適切な電位（多くの場合、約０ボルトまたはグランド）であってもよく、そのような状態ではＧＰＩＯピンは電流を（比較的低いインピーダンスへ）シンクすることができる。ＯＮ状態は論理「ハイ」レベルとして定義され、このレベルもまた任意の適切な電位であってもよい。多くの場合、ＯＮ状態におけるＧＰＩＯピンの実際の電圧は、マイクロコントローラ１０４への動作ＤＣサプライ電圧によって規定される。例示として、そのような論理ハイ電圧レベルは、（グランドに対して）約０．３３３ＶＤＣと約５ＶＤＣとの間のいずこかであってもよく、またより低いまたはより高い電圧レベルも可能である。ＯＮ状態では、ＧＰＩＯピンは（比較的低いソースインピーダンスから）論理ハイ電圧レベルにおいて電流をソースすることができる。
【００３７】
スイッチ回路Ｓ１００の実装は、ＧＰＩＯピンのＯＮ状態に応じてスイッチがオンし、ＧＰＩＯピンのＯＦＦ状態に応じてスイッチがオフすることを確立するであろう。スイッチ回路Ｓ１００の具体的な実装は、ＧＰＩＯピンのＯＮ状態またはＯＦＦ状態のいずれに応じてスイッチがオンするかを規定するが、どちらの関係でも十分であることを注意しておく。スイッチ回路Ｓ１００がオンし二次巻き線１２０に電流が誘起されると、マイクロコントローラ１０４は擬似漏洩電流を測定し、それとしきいレベルとを比較する。このしきいレベルは上述の警告レベルおよび／またはクリティカルレベルのうちのひとつであってもよく、および／または自己診断に特定的な他のレベルであってもよい。
【００３８】
図３および図４に戻り、動作４１８において、自己診断過程のための機は熟したか否かが決定される。例えば、条件は時刻、日付、間隔、および／または他の指標を含んでもよい。ある実施の形態では、２４時間毎のように自己診断を周期的に行うことが望ましい。これに関して、オペレータは（設定に関連して上述された）動作４０２において自己診断のための条件を設定してもよい。そのような設定は位置３０４に表示されてもよい。ディスプレイ１０８が入出力デバイスとして機能する場合、オペレータはスクリーン３００の操作を通じてまたはディスプレイ１０８の他の入力要素を通じて、自己診断条件（この例では、２４時間の時間間隔）を設定してもよい。
【００３９】
動作４１８における肯定的な決定によると、プロセスフローは動作４２０へと分岐する。そのような肯定的な決定は、システム１００の状態が自己診断モードにあることを示す。ディスプレイ１０８は、「診断中」というラベルを強調することによって、位置３０６に（図３）自己診断モードを示してもよい。上述の通り、ソフトウエア／ファームウエアはマイクロコントローラ１０４のＧＰＩＯピンに制御信号を生成してもよい。この制御信号は、スイッチ回路Ｓ１００をオンする。マイクロコントローラ１０４は、測定された漏洩電流とひとつ以上のしきい値とを比較する。このしきい値は、例えば４ｍＡ、１０ｍＡおよび／または他のしきい値であってもよい。プロセスは次に動作４２２に進む。動作４２２では、動作４２０における比較結果は漏洩電流検出回路が自己診断で失敗したことを示すか否かが決定される。決定の結果が否定（すなわち、テストを通過したこと）である場合、プロセスフローは動作４０２へとループバックし、そこでプロセスフローは繰り返される。しかしながら、決定の結果が肯定（すなわち、テストで失敗したこと）である場合、プロセスフローは動作４２４へと進む。
【００４０】
動作４２４において、マイクロコントローラ１０４は状態をハードウエア不具合に設定し、潜在的にさらなる動作を実行する。例えば、ハードウエア不具合状態に際して（および／または他のものからそのようなものへの状態変化に際して）、マイクロコントローラ１０４は位置３０６に、「ＨＷ不具合」というラベルを強調することによってその状態を表示してもよい。代替的にまたは追加的に、マイクロコントローラ１０４はそのような状態をイベントログに保持してもよい。状態は、テスト電流測定、しきい値、時刻、日付、状態の継続期間、のうちのひとつ以上を含んでもよい。代替的にまたは追加的に、上述されたのと同様に、マイクロコントローラ１０４は状態（または状態変化）の通知をひとつ以上の宛先に送ってもよい。動作４２４のプロセスが完了すると、プロセスフローは動作４０２へとループバックし、そこでプロセスフローは繰り返される。
【００４１】
図５を参照する。図５は、上述のシステムおよび／または本明細書で開示されるまたは説明される他の実施の形態を実装するのに適した回路のより詳細な模式図である。多くの点で、システム１００Ａは上述のシステム１００と同様である。図５には、漏洩電流センサを実装するためのより具体的（および／または代替的）な例が示されている。
【００４２】
システム１００Ａでは、ＡＣ電力源および負荷回路１４０は電気絶縁境界の一次側に設けられる。マイクロコントローラ１０４は電気絶縁境界の二次側に設けられる。負荷１４０および／またはマイクロコントローラ１０４を使用する／維持するオペレータを感電やＡＣ源に関連する他の災害から保護するために、絶縁境界を維持することが望ましいし、多くの場合法律やスペックによって要求されている。
【００４３】
漏洩電流センサ２０２は、電気絶縁境界の一次側に設けられた第１回路２０２Ａと、電気絶縁境界の二次側に設けられた第２回路２０２Ｂと、を含む。追加的に、漏洩電流センサ２０２は、漏洩電流センサ２０２の第１回路２０２Ａと第２回路２０２Ｂとの間の電気絶縁境界を維持しつつそれらの回路を互いに接続するひとつ以上の第３回路をふくむ。本例では、ひとつ以上の第３回路は、差動電流トランスフォーマＴ１００と、アイソレータ回路２０４と、を含む。差動電流トランスフォーマＴ１００では二次巻き線１２０から一次巻き線（相線Ｌおよび中性線Ｎ）への直接接続は存在しないので、差動電流トランスフォーマＴ１００は絶縁を維持する。トランスフォーマは、二本線構成の１以上の巻き数を有する相線Ｌおよび中性線Ｎと、複数回巻き回された二次巻き線１２０と、を含み、巻き線比は１０００：１となっている。
【００４４】
同様に、アイソレータ回路２０４では一次側から二次側への直接接続はないので、アイソレータ回路２０４は絶縁を維持する。特に、アイソレータ回路２０４は一次側回路２０８と二次側回路２０６とを含む。一次側回路２０８はトランスフォーマのコアに非平衡磁束を誘起するよう動作する。この非平衡磁束は差動電流トランスフォーマＴ１００の二次巻き線１２０に電流を生成する。非平衡磁束は（アイソレータ回路２０４の中の）中間制御信号に応じたものである。中間制御信号は、アイソレータ回路２０４の二次側から電気絶縁境界を超えてくる。本例では、アイソレータ回路２０４は二次側回路２０６内の発光デバイスを含む。発光デバイスはマイクロコントローラ１０４（不図示）によってアクティブ化された場合、光を生成する。中間制御信号（光）は二次側から一次側へ電気絶縁境界を超える。アイソレータ回路２０４は一次側回路２０８内に光感応性スイッチ回路（本例では、ＴＲＩＡＣ）を含む。光感応性スイッチ回路は中間制御信号の光に応じてオンオフする。発光デバイス２０６はＴＲＩＡＣのＬＥＤカソードであり、マイクロコントローラ１０４のＧＰＩＯピンに接続されている。マイクロコントローラ１０４がＧＰＩＯピンをＯＦＦ状態に設定すると、ＴＲＩＡＣのＲ２０１およびＬＥＤ２０６を通じて電流が流れ、それによりＴＲＩＡＣの光感応性スイッチ２０８がオンする。
【００４５】
漏洩電流センサ２０２はトランスフォーマＴ１００に設けられた追加的なテスト巻き線を含む。テスト巻き線は、光感応性スイッチ回路２０８のオンに応じてトランスフォーマのコアに非平衡磁束を生成する。特に、光感応性スイッチ回路２０８、テスト巻き線および抵抗Ｒ２１０（本例では、複数の抵抗を使用して実装されている）は、相線Ｌと中性線Ｎとの間に直列に接続されている。その結果、中間制御信号（光）がスイッチ回路２０８をオンすることに応じて、非平衡磁束が生成される。テスト巻き線を通じて電流が流れることで非平衡磁束が誘起される。これにより、トランスフォーマＴ１００の二次巻き線１２０に電流が誘起される。ＴＲＩＡＣのスイッチ２０８をオンすることによる総合的な結果は、Ｖ×Ｔ／Ｒに等しい自己診断（擬似）漏洩電流が発生することである。ここで、Ｖは一次ＡＣ電圧であり、Ｔはテスト巻き線のコアへの巻き数（例えば、約１または２）であり、Ｒは抵抗値である。例えば、Ｖ＝２３０、Ｔ＝１およびＲ＝３９９０の場合、５．７６ｍＡの漏洩電流が生成される。
【００４６】
二次側回路２０６は約１００オームであってもよい負担抵抗Ｒ２０５を含む。負担抵抗Ｒ２０５に亘って生成される電圧は実際の漏洩電流を０．１倍したものに等しく、以下の数式にしたがう。
Ｖ＝ＩＬＥＡＫ／Ｎ×Ｒ２０５
ここで、ＩＬＥＡＫＩは漏洩電流であり、Ｎはトランスフォーマの巻き線比であり、Ｒ２０５は負担抵抗の抵抗値をオームで表したものである。
【００４７】
Ｒ２０５に亘る差動電圧Ｖは、演算増幅器Ｕ２００によってシングルエンド電圧出力に変換される。演算増幅器Ｕ２００はゲイン１００の差動増幅器として構成される（ゲインはＲ２０８／Ｒ２０６およびＲ２０９／Ｒ２０７の比によって設定される）。抵抗Ｒ２０８＝Ｒ２０９＝１００ＫおよびＲ２０６＝Ｒ２０７＝１Ｋとすると、出力電圧ＶＯＵＴ＝１０×ＩＬＥＡＫとなり、この電圧がマイクロコントローラ１０４の好適にはＡＤＣ入力に入力される。高周波ノイズのピックアップを低減または除去するために、キャパシタＣ２０１およびＣ２０２（例えば、約１．５ｎＦ）は、約１０００Ｈｚのカットオフ周波数を有する一次ローパスフィルタを形成するように含められる。演算増幅器Ｕ２０２はバッファとして構成され、Ｕ２００のためのバイアス点を提供する。例えば、演算増幅器Ｕ２０２のコンポーネントは約１．６５ボルトのバイアス点を生成するよう構成されてもよい。テスト漏洩電流が５．７６ｍＡである例を仮定すると、Ｕ２００の出力には５７．６ｍＶの信号が生成されるであろう。
【００４８】
本明細書において本発明は特定の実施の形態を参照して説明されたが、これらの実施の形態は本発明の原理および応用を説明するための単なる例であることは理解されるべきである。したがって、説明された実施の形態に対する種々の変形が可能であり、他の構成もまた請求の範囲によって規定される本発明の思想、範囲から離れることなく創出されうることは理解されるべきである。
【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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