(57)【要約】【課題】交流回路で発生したアークを検出すると、特定回路に存在する負荷上でトリップせず、消弧装置をトリップして回路を消弧する装置と方法を提供する。【解決手段】負荷を流れる電流を弱結合変成器Ｔｒ１で監視する。２次巻き線に接続した整流器を介して到着する電荷を、ダイオードＤ７〜１０とコンデンサＣ２を含む対数電荷変換回路に接続し、電荷の対数に比例するコンデンサ電圧を発生する。線間電圧の絶対値で決まる時点の各半周期でコンデンサ電圧の２つの測定値を取得し、これら測定値を語としてスタックに格納した後、３または５周期アルゴリズムで処理する。この値から測定値のばらつきを取り出して得た値と限界値を比較し、限界値以上の場合、アークの存在を表示して消弧装置をトリップする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
線電流に接続する１次巻き線と弱結合二次巻き線とを有する変成器と、
前記二次巻き線に接続され、前記整流器回路から届けられた電荷の対数に比例する電圧となるコンデンサを備えた変換回路に接続された整流回路と、
複数の入力と出力を有するマイクロコントローラであって、前記コンデンサは、前記コンデンサ電圧を測定する前記マイクロコントローラの入力と、前記コンデンサ電圧をリセットする出力とに接続されるマイクロコントローラと、
線間電圧に比例する信号を発生する線間電圧検出回路であって、前記マイクロコントローラの入力に接続され、前記線間電圧の絶対値の選択された時点で、前記マイクロコントローラを動作可能にして前記コンデンサ電圧の測定値を取得するとともに、前記測定されたコンデンサ電圧に応答して出力を発生し、前記出力は、前記アーク障害の存在の表示を与える前記線間電圧検出回路と、
を含むアーク障害消弧装置。
【請求項２】
請求項１に記載のアーク障害消弧装置において、前記変成器の相互インダクタンスは、２０マイクロヘンリーから５０マイクロヘンリーのオーダーである前記アーク障害消弧装置。
【請求項３】
請求項１に記載のアーク障害消弧装置において、前記整流器回路は、全波ダイオード・ブリッジであって、前記ブリッジは、共に短絡される出力を有し、さらに前記整流器回路に接続されて前記コンデンサ電圧を発生する別のダイオードを含む前記アーク障害消弧装置。
【請求項４】
請求項１に記載のアーク障害消弧装置において、前記整流器回路は全波ダイオード・ブリッジであるとともに、前記整流器回路に接続され前記コンデンサ電圧を発生するトランジスタをさらに含む前記アーク障害消弧装置。
【請求項５】
請求項１に記載のアーク障害消弧装置において、コンデンサ電圧は、整流された電荷がない場合はゼロである前記アーク障害消弧装置。
【請求項６】
請求項１に記載のアーク障害消弧装置であって、電圧線負荷と前記マイクロコントローラの入力の間に接続された押しボタンと、前記マイクロコントローラのテスト出力と前記コンデンサの間に接続される抵抗器とをさらに含み、前記押しボタンが押下されると、前記マイクロコントローラに信号を入力して、アーク状信号を注入するため前記抵抗器を介して前記コンデンサを充電し、さらに前記マイクロコントローラを動作可能にしてアーク検出信号を発生する前記前記アーク障害消弧装置。
【請求項７】
線電流に接続される変成器によって届けられ整流された電荷の対数に近似して増加するとともに、線間電圧のゼロ交差を含む第１のウインドウの中の線間電圧と、ゼロ交差を含まない他のウインドウの中の線間電圧とによって決定される時点で測定された信号を発生する回路を有するアーク障害消弧装置であって、前記方法は、１周期にわたって信号の測定値を加算するステップと、
少なくとも選択された数の周期にわたって、ばらつきを計算するステップと、
他の選択された数の周期にわたって、ばらつきを加算するステップと、
前記ばらつきの合計を所定の閾値と比較するステップと、
前記ばらつきの合計が前記閾値を超える場合、アーク検出信号を発生するステップと、
を含む前記アーク障害消弧装置。
【請求項８】
請求項７に記載の方法において、前記信号のばらつきを計算する前記ステップは、４つの半周期を取得し、隣接する半周期を合計して３つの値を発生し、値（１）マイナス値（２）の２倍、プラス値（３）の絶対値を計算することを含む前記方法。
【請求項９】
請求項７に記載の方法において、前記信号のばらつきを計算する前記ステップは、６つの半周期を取得し、隣接する半周期を合計して５つの値を発生し、値（１）マイナス値（２）の４倍、プラス値（３）の６倍、マイナス値（４）の４倍、プラス値（５）の絶対値を計算することを含む前記方法。
【請求項１０】
請求項８に記載の方法において、前記測定された信号は、整流された電荷がない場合はゼロである前記方法。
【請求項１１】
請求項８に記載の方法において、前記線間電圧のゼロ交差を含むウインドウは、アークを持続する最小電圧を超える線間電圧を含む前記方法。
【請求項１２】
線間電圧の半周期ごとに２回、線電流に関する信号を発生する回路を有するアーク障害消弧装置であって、前記方法は、
各半周期の中の線間電圧のゼロ交差の直前に第１のウインドウの中で信号を測定し、線間電圧のゼロ交差の直後に第２のウインドウの中で信号を測定するステップと、
各全周期の前記測定値の前記合計を、先入れ先出しスタックの語として格納するステップと、
３つの連続する語、語１〜３を取得し、語１プラス語３、マイナス語２の２倍の絶対値を計算して前記信号のばらつきを決定するステップと、
前記ばらつきを格納するステップと、
３つの連続する語の他の組に対して前記同じ計算を繰り返すステップと、
選択された数の語の前記ばらつきを合計するステップと、
所定の閾値と前記合計したばらつきを比較して、アーク障害の発生を決定するステップと、
前記合計したばらつきが前記所定の閾値を超える場合、アーク障害信号を発生するステップと、
を含むアーク障害消弧装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の方法において、前記語は、オーバーラップする周期から取り出される前記方法。
【請求項１４】
請求項１２に記載の方法において、前記語は、隣接する周期から取り出される前記方法。
【請求項１５】
線間電圧の半周期ごとに線電流に関する信号を発生する回路を有するアーク障害消弧装置であって、前記方法は、
４つの隣接する半周期の中の信号１〜４を取得し、
４つの隣接する半周期の中の信号１マイナス信号２、マイナス信号３、プラス信号４の前記絶対値を計算するステップと、
４つの隣接する半周期の他の組に対して前記同じ計算を繰り返すステップと、
４つの隣接する半周期の少なくとも選択された複数組の上記計算を合計するステップと、
４つの半周期の前記少なくとも選択された複数組の前記計算の前記合計を所定の閾値と比較し、アーク障害の発生を決定するステップと、
４つの半周期の前記少なくとも選択された複数組の前記合計した計算が前記所定の閾値を超える場合、信号を発生するステップと、
を含み、正常な負荷を示す反復的かつ連続的に変化する信号に対する感度が比較的低く、複雑なアーク信号に対する感度が比較的高い前記アーク障害消弧装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明、一般に電気回路に関し、より詳細には、アークの検出することと、アークを検出するときの消弧装置（circuit interrupter）をトリップすることに関する。
【背景技術】
【０００２】
交流（ＡＣ）電力線（power line）上のアーク検出は当業者には公知である。先行技術の検出器の例には、ＭｃＥａｃｈｅｒｎほかに交付された米国特許第４，６９４，４０２号、Ｂａｘｔｅｒほかに交付された米国特許第５，２２９，６５１号、Ｚｕｅｒｃｈｅｒほかに交付された米国特許第５，４５２，２２３号が含まれている。ＭｃＥａｃｈｅｒｎほかは、隣接周期を比較して波形の乱れを検出することを教示している。Ｂａｘｔｅｒほかは、いくつかの先行する周期から作り出した基準周期と現在の周期を比較することを教示しており、さらにＺｕｅｒｃｈｅｒほかは、多数の周期について所定の時点における差を蓄積する信号を使用することを教示している。しかし、ＭｃＥａｃｈｅｒｎほかと、Ｂａｘｔｅｒほかの信号の比較は、負荷の変動によって発生するトリッピングの妨害を受ける。この制約は、アークを検出する信号をさらに解析することによって、Ｚｕｅｒｃｈｅｒほかの特許の中で対処されている。３つの方法のすべては、比較的高価で電力を必要とする（ｐｏｗｅｒ−ｈｕｎｇｒｙ）高速のデジタル処理が要求される。何故ならば、周期ごとに複数の点をサンプルする必要があるからである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的は、回路内のアークを検出し、住宅、商業施設、航空機などの負荷であるか否かに関係なく、面倒な負荷、たとえば、特定の回路で通常発見される負荷をトリップせずに、消弧装置をトリップして回路を消弧する装置と方法を提供することである。
【０００４】
本発明の他の目的は、大きさがコンパクトで、製造費用が高くなく、さらに消費電力が非常に少ないアーク検出装置を提供することである。本発明のさらに別の目的は、遮断器（circuit breaker）をトリップする自己テスト機能を備えたアーク検出装置を提供することである。本発明の他の目的は、光度加減器（light dimmers）のような面倒な負荷によって発生する波形障害と、負荷によってマスクされるアークとの間を区別する方法を提供することである。
【０００５】
簡単に説明すると、本発明によれば、負荷を流れる電流は、弱結合変成器（weakly-coupled transformer）、つまり、２０マイクロヘンリーから５０マイクロヘンリーと相互インダクタンスが小さい変成器によって監視される。この変成器の１次側は、電圧線負荷（load phase）に直列に接続される数ターンで構成され、２次側は、１次側電流の高周波成分を転送するため、たとえば、数百ターンと比較的ターン数が多い。好適実施例では、２次側の各端部は、陽極が接地されている第１と第２のダイオードの各陰極にそれぞれ接続されている。この第１と第２のダイオードは、陰極が接地されている第３と第４のダイオードとともに全波整流器ブリッジの半分を形成する。それぞれ第３と第４のダイオードと一致する（matched with）第５と第６のダイオードは、コンデンサに接続されている陰極でブリッジに接続され、このコンデンサは次に接地される。このコンデンサは、測定が終了するとコンデンサを大地に短絡させてコンデンサをゼロボルトにリセットするマイクロコントローラのアナログ・デジタル変換器に接続されている。変成器から流入する電流はすべて、上に説明したダイオードを介して電圧を発生させ、この電圧は、次に示す式に従って整流され積分された電流の対数に比例する。
（数１）
Ｖ（Ｐ２．１)〜ｖｔ＊Ｉｎ（ＩＱＩＣ／ｖｔ＋１−Ｖ（Ｐ２．１）／ｖｔ）
ここで、
Ｖ（Ｐ２．１）は、最後のコンデンサ電圧がリセットされてから大きくなった電圧であり、
ｖｔ＝熱電圧（ｋＴ／ｑ、室温でほぼ２６ｍＶ）
Ｑはダイオード回路網に届けられる電荷であり、
Ｃはコンデンサの容量である。
【０００６】
これによって、広いダイナミックレンジで変成器から届けられる電荷を測定する能力が与えられる。対数関数を使うと、信号処理が簡潔になるとともに、先行技術による手法で使用される信号処理プロセッサより比較的廉価なマイクロコントローラの使用が可能になる。
【０００７】
説明した実施例によれば、電荷の対数の測定値である２つのコンデンサ電圧の測定値は、線間電圧の絶対値によって決定する時の各半周期で取得される。１つの測定値は、線間電圧がゼロ交差する直前（prior and close to）で取得され、第２の測定値は、線間電圧がゼロ交差する直後に取得される。半周期ごとに取得されるこの２つの測定値が、語としてスタックの中に格納され、反復的にまたは連続して変化する型式の面倒な負荷によって発生する妨害を相殺す３周期アルゴリズム（three cycle algorithm）を介して処理されると、ばらつき（ばらつき）が決定される。このアルゴリズムによれば、（周期１からの）語１プラス３と（周期３からの）語３プラス４を加算し、（周期２からの）語２プラス３の２倍を減算することによってばらつきが決定される。説明した実施例では、６０語の先入れ先出し（push down）スタックが使用される。６０語のばらつきはマイクロコントローラによって、ｍａｘ＿ｌｉｍｉｔと呼ぶ限界値と比較される。６０Ｈｚの最終０．５秒の測定値のすべてのばらつきは３周期アルゴリズムを使用して検討され、最初と最終の測定値を無視し、合計がｍａｘ＿ｌｉｍｉｔを超過すれば、アークが表示され、ＳＣＲが点弧して消弧装置をトリップする。本発明によれば、３周期をオーバーラップできること、つまり、必要ならば６つの半周期を使用してもよいが、隣接する４つの半周期だけが必要なのである。他の実施例では５周期アルゴリズムが使用され、６０Ｈｚの線電流の非線形変動の効果、つまり、ランプやモータの始動電流に見られる変動を最小にする。
【０００８】
本発明の特徴によれば、マイクロコントローラに自己テストボタンが接続され、押下されるとマイクロコントローラが抵抗器を介してコンデンサを充電して、アークの検出をシミュレートする。
【０００９】
本発明のオプションとしての機能によれば、変成器の２次側に直列または並列に小容量のコンデンサを接続し、必要に応じて低周波成分または高周波成分の除去を強化することができる。
【００１０】
本発明のオプションとしての他の機能によれば、電荷の値を対数に変換する回路（log charge translator circuit：以下、電荷対数変換回路と記す）は、ダイオードではなくトランジスタで構成され、該当する数式を簡単にすることができる。
【００１１】
本発明の他の目的、機能および利点は、添付の図面とともに以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
（好適実施例の詳細な説明）
【００１２】
図１を参照すると、継電器巻き線Ｌ１は、電圧線（line phase）に接続され、それぞれ主中性線（main line neutral）と電圧線を中性線負荷（load neutral）と電圧線負荷（load phase line）に接続したり、中性線負荷（load neutral）と電圧線負荷（load phase line）から切り離したりする主接点２、４による付勢状態を制御するように配置されている。通常は巻き線の電力は十分に低く、継電器の接点は閉じられている。しかし、後で説明するように、ＳＣＲ１がオンになると、継電器巻き線の電流が増加して接点を開く。金属酸化膜バリスタＭＯＶ１は、中性線と電圧線の間に接続され過大な線間電圧を防止する。
【００１３】
負荷を介して流れる電流は、約３ターンの１次巻き線と、１次電流の高周波成分を監視回路に転送するため２０〜５０マイクロヘンリーのオーダーの低相互インダクタンスで結合する数百ターンの２次巻き線を含む弱結合変成器Ｔｒ１によって監視される。この２次電流は整流され、コンデンサを含む電荷対数変換回路に供給される。ゼロボルトの電荷ｃｈａｒｇｅから始まるコンデンサの両端に印加される電圧は、充電の対数に比例する。マイクロコントローラは、好適実施例に従って線間電圧の絶対値によって決定される時に半周期ごとに２回、コンデンサの測定値または電荷の対数を取得するために使用される。マイクロコントローラは、各測定の後にコンデンサをゼロボルトにリセットする。これによって、多数桁の大きさ、たとえば、６桁の大きさで測定した電荷を監視する電圧範囲が与えられる。
【００１４】
整流された電荷対数変換回路（log rectified charge translator）を使用すると、広範囲にわたって変成器からの電荷を測定する能力が生じるだけでなく、対数関数を使うことによって信号処理が簡単になるので、それ以外で必要となるはるかに高価なデバイスである信号プロセッサではなく、マイクロコントローラを使用することができる。電荷は、時間について積分された電流を表しているのであるから、電荷を測定することにより、半周期で多数の個別電流測定値を取得する必要性がなくなる。対数の加算は、乗法動作と同じであるが、乗法動作よりも遙かに速いことに注意されたい。また対数の減算は、自動的に正規化することになるので、除算動作の必要性がなくなることに注意されたい。
【００１５】
図１に戻ると、２次側の反対の端部と大地の間に接続されハイパスフィルタになるように接続された、オプションのコンデンサＣ１０、Ｃ１１に接続されている変成器Ｔｒ１の２次側が示されている。必要ならば、インダクタンス・コイルに直列に配置されたコンデンサ（図示されず）を使ってさらに多数回濾波してもよい。オプションのコンデンサＣ１０、Ｃ１１の先に一対に抵抗器Ｒ１、Ｒ２が変成器に接続されるとともに接地され、２次側線輪の接地基準（reference ground）として機能する。陽極が接地されているダイオードＤ５、Ｄ６は、抵抗器Ｒ１、Ｒ２の先の変成器回路に接続される。ダイオードＤ５、Ｄ６の後に、陰極が接地されている２つのダイオードＤ７、Ｄ８が変成器回路に接続され、全波整流するブリッジを形成する。陰極がコンデンサＣ２に接続されている他の一対のダイオードＤ９、Ｄ１０は、変成器回路に接続される。ダイオードＤ９、Ｄ１０は、それぞれ隣のダイオードＤ７、Ｄ８と一致する。ダイオードＤ５、Ｄ６は、必要に応じて隣のダイオードと一致しても良いし、一致しなくても良い。上に注意したように、変成器から受け取る電流は、積分した整流電流の対数に比例する電圧を発生させる。コンデンサＣ２は、マイクロコントローラＵ１のピン９に接続される。図１に従ってつくられたアーク検出装置と消弧装置の一例では、Ｕ１は、テキサス・インスツルメンツ社のクロック周波数が約２ＭＨｚのマイクロコントローラＭＳＰ４３０Ｆ１１２２である。ピン９は、マイクロコントローラ内部の１０ビットのアナログ・デジタル変換器に接続される。マイクロコントローラによって実行される各測定に続いて、ピン９は内部で大地と短絡され、次の時間中に考察すべき電流を積分するコンデンサを用意する。
【００１６】
マイクロコントローラＵ１のピン１０が抵抗器Ｒ３に接続されると、ピン１０は次にコンデンサＣ２に接続される。これによってマイクロコントローラは、コンデンサＣ２を充電して、考察すべきアークをシミュレートする。押しボタンＰＢ１は、電圧線負荷をピン１１に接続する。直列接続された抵抗器Ｒ４、Ｒ５は、ピン１１と大地の間に接続された抵抗器Ｒ６とともに、線間電圧と線電流をマイクロコントローラに適切なレベルにまで低くする。マイクロコントローラＵ１の内部には保護ダイオードがあるが、ピン１１と大地の間に接続されたツェナー・ダイオードＺ１により３ボルトの冗長限界値が与えられている。ピン１１と大地の間に接続されたコンデンサＣ３は、負荷に生じる何らかの高周波雑音を濾波するために用意されている。押しボタンＰＢ１を押下して自己テストを開始すると、マイクロコントローラは、パルス幅が変化するパルスをピン１０に与える。このパルス幅は、パルスの幅が大きくなるのに伴ってより高圧の電圧をコンデンサに印加して、アーク状の信号をつくり出す。
【００１７】
ＳＣＲ点弧回路は、マイクロコントローラのピン１３に接続され、従来のコンデンサＣ４がＳＣＲの陽極と陰極の間に接続されているＳＣＲ１を含む。ＳＣＲのゲートと陰極の間に接続されているコンデンサＣ５は、ｄｖ／ｄｔが大きいことにより、ＳＣＲが意図しないのにオンになることの防止に役立つ。ゲートと陰極の間に接続されている抵抗器Ｒ７も意図しないのにオンになることの防止に役立つ。抵抗器Ｒ８は電流制限用抵抗器であり、抵抗器Ｒ８とピン１３の間に直列に接続されているコンデンサＣ６は電源の過剰な枯渇を防止する。ダイオードＤ１１は、４つのダイオードＤ１〜Ｄ４を含む第２のダイオード・ブリッジとＳＣＲ１の陽極の間に接続されている。ＳＣＲ１がオンになると、ＳＣＲ１は、巻き線Ｌ１の両端に印加される線間電圧に近く、第２のダイオード・ブリッジを介して流れ、遮断機をトリップさせるより大電流を引き出す。ダイオードＤ１１は、後で考察すべきピン８に接続される線路監視回路からコンデンサＣ４を隔離する役目をする。
【００１８】
直列接続された抵抗器Ｒ９、Ｒ１０、Ｒ１１とツェナー・ダイオードＺ２は、検出回路の電源の一部を形成する。これらの抵抗器は、ツェナー・ダイオードＺ２に対する電流の大きさを制限する。抵抗器Ｒ１１とツェナー・ダイオードＺ２の接合点とマイクロコントローラＵ１のピン２ＶＣＣの間に接続されたダイオードＤ１２は、ピン２と大地の間にコンデンサＣ８と並列に接続され、マイクロコントローラの３ボルト電源を与えるコンデンサＣ７からの逆方向電流フローを防止する。
【００１９】
直列接続された抵抗器Ｒ１２、Ｒ１３は、抵抗器Ｒ１０、Ｒ１１の接合点と接地の間に接続される。抵抗器Ｒ１２、Ｒ１３の接合点はコンデンサＣ９に接続され、ついで接地されて、ダイオード・ブリッジＤ１〜Ｄ４の電圧に比例するコンデンサ電圧を与える。この電圧は、線間電圧の絶対値にほぼ等しい。このコンデンサ電圧は、マイクロコントローラＵ１のピン８に接続され、ピン９における電圧測定をいつ実行すべきかを決定するために使用される。
【００２０】
マイクロコントローラＵ１のピン７に接続された抵抗器Ｒ１４、コンデンサＣ１２と、ピン１に接続された抵抗器Ｒ１５は、コントローラＵ１の特別な構造によって要求される。
【００２１】
電荷対数変換回路は、図１の整合ダイオードとコンデンサとともに、トランジスタとコンデンサを含むことができる。図３は、ダイオードがトランジスタＴ１、Ｔ２に接続されている代替可能な電荷対数変換回路を示している。図３の回路は、図１のダイオード回路網と対照的にトランジスタＴ２の電源が必要であるが、コンデンサ電圧はｖｘ＝ｖｔ*ｌｎ（Ｑ／Ｃ／ｖｔ＋１）で表され、ほぼｖｔ*ｌｎ（Ｑ／Ｃ／ｖｔ）に等しく、ここでｖｔ＝熱電圧＝ｋＴ／ｑであり、室温でほぼ２６ｍＶ、Ｑ＝最後にコンデンサがリセットされてから転送された電荷である。図１の回路では、コンデンサ電圧は、ｖｘ＝ｖｔ*ｌｎ（Ｑ／Ｃ／ｖｔ−ｖｘ／ｖｔ＋１）であり、ほぼｖｔ*ｌｎ（Ｑ／Ｃ／ｖｔ）である。トランジスタによる代替方法は、該当する式でｖｘ／ｖｔの項が存在しないという利点がある。しかし、Ｑ＞＞Ｃ*ｖｘに対するダイオード回路網の回路動作は、トランジスタ回路網の回路動作に近い。図１のダイオード回路網はｖｔの項があるため室温に敏感であるが、マイクロコントローラＵ１は温度センサを含んでいるので、適切に温度を補正する。
【００２２】
図２に移ると、１００で好適実施例によるプログラムが開始し、第１のステップ１０２でコンデンサがゼロボルトにリセットされ、すべてのフラグが初期化される。ステップ１０４では、マイクロコントローラＵ１の中に用意されている、絶対温度に比例する電圧を出力する温度センサを使用して、温度に対する感度の閾値が調整される。
【００２３】
ステップ１０６〜１１２は、ピン８で測定された線間電圧が最初に選択された値ｓａｍｐ＿ｈｉを超えて第２の値ｓａｍｐｌｅ１以下になるまで、プログラムがループを続けるサブルーチンを形成する。これによって、その後にコンデンサＣ２のリセットが続くステップ１１４で取得される測定点の１つが決まる。このサブルーチンは選択された履歴を備えており、意図しない時点で雑音の多い線間電圧のサンプリングが始まることを回避する。
【００２４】
テストボタンが押下されていなければ、判断ステップ１１６の後で、プログラムはステップ１２０に進みマイクロコントローラのタイマをリセットする。このタイマは、参観電圧の半周期を監視して何らかの異常な線間電圧を検出するために使用できるが、上に説明したように、コンデンサＣ２の電圧測定値はピン８の線間電圧で決定される。テストボタンＰＢ１が押下されていれば、ステップ１１８でアーク状雑音がコンデンサＣ２に注入される。複数の半周期について十分な雑音が注入され、考察すべきアルゴリズムで処理されると、線電流で検出されたアークと同じように、このアーク状雑音によって遮断機がトリップする。
【００２５】
第２のサブルーチンはステップ１２２〜１２８を含み、この中で線間電圧が第３の選択された値ｓａｍｐ＿ｌｏ以下になり、次に第４の選択された値ｓａｍｐｌｅ２を超えるまでプログラムはループを続ける。これによって、その後にゼロ交差が続く第２の測定点（ステップ１３０）が決まる。アークを持続するために最小の電圧、たとえば、約１５ボルトが必要であるから、普通、線電流と線間電圧の位相差を説明する電圧測定値として、最大５０ボルトのウインドウが選択される。線間電圧のゼロ交差に近いこのウインドウは、ゼロ交差点の付近で発生したり消滅したりする代表的な小規模のアークを捕捉する。
【００２６】
ステップ１１４で取得された第１の測定値が、ステップ１３０の測定値に加算されると、コンデンサＣ２がリセットされる。この結果生じた値は１３２の押し込みレジスタに入力され、ステップ１３４で、プログラムは隣接する電圧レジスタの値を合計して、最小値、ｍｉｎ＿ｌｉｍｉｔを超えるこれらの合計を他のレジスタに入力する。これらの合計は、線間電圧の極性に依存する負荷電流の大きさによってダイオードにもたらされる何らかの効果を解消する。この最小値は、レジスタの値を選択された値に制限するために使用できる。
【００２７】
ステップ１３６において、３周期アルゴリズムが計算される。周期１の語、プラス周期３の語、マイナス周期２の語が計算されると絶対値が得られる。隣接するこれらの全周期は、必要に応じてオーバーラップしていてもしていなくてもよい。これらの３周期がオーバーラップしていなければ、計算に６つの半周期が必要であり、これらの３周期がオーバーラップしていると４つの半周期だけが必要である。
【００２８】
ステップ１３８で、第１レジスタと最終レジスタの値を無視して、たとえば、ライトをオフまたはオンに切り替えることによって発生するイベントなど、１つのイベントが結果に過剰な影響を及ぼすことを防止する（判断ステップ１４０）。３周期アルゴリズムは最終の０．５秒に対する残りのレジスタの値に適用され、計算された３周期アルゴリズムが、選択された値、ｍａｘ＿ｌｉｍｉｔより大きければ、ステップ１４２で障害が表示される。
【００２９】
合計がｍａｘ＿ｌｉｍｉｔの値を超えると、ＳＣＲ１が点弧する。この動作は３回繰り返され線間電圧の短い中断でも点弧を保証する。選択されたパルス、たとえば、３０マイクロ秒のパルスがＳＣＲに与えられる。
【００３０】
上に説明したように、最初の２つの測定値を合計して１つのレジスタに入れるのではなく、必要ならば別々のレジスタを使用して、最初の２つの測定値を記録してもよい。このアルゴリズムを各レジスタに別々に適用することができる。
【００３１】
上に注意したように、オーバーラップする３周期アルゴリズムは、４つの半周期の情報を必要とする。このアルゴリズムは、信号（１）マイナス信号（２）の２倍、プラス信号（３）の絶対値を計算する。このアルゴリズムは、長時間にわたる信号（ｔ）＝ａ＋ｂ＊ｔの変動からばらつきに対する寄与を解消する。ｔの高次の奇数乗は消去されるが、ｔ＾２に等しいかｔ＾２より大きい偶数乗は消去されない。
【００３２】
５周期アルゴリズムを使用して、長時間にわたる信号（ｔ）＝ａ＋ｂ＊ｔ＋ｃ＊ｔ＾２の変動からばらつきに対する寄与を解消してもよい。このアルゴリズムは、信号（１）マイナス信号（２）の４倍、プラス信号（３）の６倍、マイナス信号（４）の４倍、プラス信号（５）の絶対値を計算する。ｔの高次の奇数乗は消去されるが、ｔ＾４に等しいかｔ＾４より大きい偶数乗は消去されない。
【００３３】
必要に応じ前の２つの段落で説明したアルゴリズムを、半周期ごとの１つの測定値、または任意に選択された複数の測定値に対して使用してもよく、オーバーラップしているか隣接しているかを問わず、周期ごとの複合値と呼ぶ信号という用語を使用してもよい。
図１に従ってつくられたアーク検出装置と消弧装置には、次に示す構成部品がある。
【００３４】
【表１】
2004193120.tif 000003
【００３５】
本発明は、例としてここに述べた特定の実施例に限定されるものではなく、これら実施例の改造された形態特許請求の範囲内に入るものであることは理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】アーク検出回路と遮断器回路の模式図である。
【図２】好適実施例による、図１のアーク検出回路と遮断器回路の動作の流れ図である。
【図３】交流充電対数変換回路の模式図である。
【符号の説明】
【００３７】
２，４  主接点
（流れ図の中の各ステップの参照番号とその説明）
１００  プログラムの開始
１０２  コンデンサのリセットとフラグの初期化
１０４  温度に対する感度閾値の調整
１０６  線間電圧がｓａｍｐ＿ｈｉ以上であることの判断と決定
１０８  待つ
１１０  待つ
１１２  線間電圧がｓａｍｐｌｅ１以下であることの判断と決定
１１４  コンデンサ電圧にｖｏｌｔ＿ｍｅａｓへの記録とコンデンサのリセット
１１６  テストボタンは押下されていことの判断と決定
１１８  コンデンサへのアーク状雑音の注入
１２０  タイマの値の記録とタイマのリセット
１２２  線間電圧がｓａｍｐ＿ｌｏ以下であることの判断と決定
１２４  待つ
１２６  待つ
１２８  線間電圧がｓａｍｐｌｅ２以上であることの判断と決定
１３０  ｖｏｌｔ＿ｍｅａｓへのコンデンサ電圧の加算とコンデンサのリセット
１３２  ｖｏｌｔ＿ｍｅａｓの値の電圧レジスタへの押し込み
１３４  隣接する電圧レジストの値の合計とｍｉｎ＿ｌｉｍｉｔの値を超える合計の順  序レジスタへの入力
１３６  順序スタック上の３周期アルゴリズムの走行と各計算をｍａｘ＿ｖｏｌｔ／４にする限定
１３８  第１と最後の順序レジスタの値の無視と、全３周期アルゴリズムの計算の合計の集計
１４０  順序レジスタの合計がｍａｘ＿ｌｉｍｔより大きいことの判断と決定
１４２  障害の表示
【図１】
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【図２】
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【図３】
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