(57)【要約】      （修正有）【課題】アーク信号を、ディマーによる信号および起動時の信号と区別し、誤ったトリップを未然に防止する。【解決手段】電流の変化量を検出し、これに比例する信号を生成する電流検出部と、高周波成分を通過させ、予め設定された信号レベルを超過しないようにレベルを制限する信号変換部と、前記信号変換部から出力する信号に対してレベルを制限して増幅する第１のレベル制限増幅部と、入力される信号が予め設定した第１の基準電圧を超過するか否かを判断して検出信号を生成する信号レベル検出部と、前記信号レベル検出部の検出信号を正規化したパルスの形態に変換するパルス発生部と、前記パルス発生部から出力するパルス信号を予め設定された時間の間カウントし、アークが発生したか否かを判断してアーク検出信号を生成する第１のアーク判断部と、回路遮断部とを備える。【選択図】図５
2005049326.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ソースと負荷とを連結する回路の導電線におけるアークを検出するアーク故障検出装置において、
前記導電線に流れる電流の変化量を検出し、これに比例する信号を生成する電流検出部；
前記電流検出部から出力される信号のうちの高周波成分を通過させ、予め設定された信号レベルを超過しないようにレベルを制限する信号変換部；
前記信号変換部から出力する信号に対してレベルを制限して増幅する第１のレベル制限増幅部；
入力される信号が予め設定した第１の基準電圧を超過するか否かを判断して検出信号を生成する信号レベル検出部；
前記信号レベル検出部の検出信号を正規化したパルスの形態に変換するパルス発生部；
前記パルス発生部から出力するパルス信号を予め設定された時間の間カウントし、アークが発生したか否かを判断してアーク検出信号を生成する第１のアーク判断部；および
前記アーク検出信号が生成される場合、前記導電線を遮断する回路遮断部；
を備えることを特徴とするアーク故障検出装置。
【請求項２】
前記電流検出部は、前記導電線に並列に連結された抵抗を含むことを特徴とする請求項１に記載のアーク故障検出装置。
【請求項３】
前記信号変換部は、
前記電流検出部から出力される交流信号を直流信号に整流する整流部；
前記整流部で整流された信号を予め設定された比率で分配する電圧分配部；
前記電圧分配部から出力する信号のうちの高周波成分を通過させ、信号を遅延させるフィルタ／遅延部；
前記フィルタ／遅延部から出力された信号が予め設定されたレベルを超過しないようにレベルを制限するレベル制限部；および
前記レベル制限部の出力信号のうちの高周波成分を通過させるフィルタ部；
を有することを特徴とする請求項１に記載のアーク故障検出装置。
【請求項４】
前記第１のレベル制限増幅部の出力信号のうちの低周波成分を除去するハイパスフィルタ；
前記ハイパスフィルタの出力信号をレベル制限して増幅する第２のレベル制限増幅部；および
前記第２のレベル制限増幅部の出力信号を積分してアークが発生したか否かを判断する第２の判断部；
をさらに有することを特徴とする請求項１に記載のアーク故障検出装置。
【請求項５】
前記第１のレベル制限増幅部は、ＯＰアンプを含むことを特徴とする請求項１に記載のアーク故障検出装置。
【請求項６】
前記信号レベル検出部は、
前記予め設定した第１の基準電圧レベルに相当する電圧を生成する第１の基準電圧発生部；および
前記第２のレベル制限増幅部の出力信号と前記第１の基準電圧とを比較して検出信号を生成する比較部；
を有することを特徴とする請求項１に記載のアーク故障検出装置。
【請求項７】
前記パルス発生部は、
前記検出信号が出力されるか否かを判断して感知信号を出力する信号感知部；
前記感知信号が出力される場合、電圧の充電を開始する充電部；
前記充電部で充電する電圧に対する充電完了電圧を生成する第２の基準電圧発生部；
前記充電完了電圧と前記充電部の電圧とを比較して充電完了信号を生成する比較部；および
前記信号感知部から感知信号を出力する場合は信号を遅延させ、前記比較部で充電完了信号を生成する場合は信号の遅延を中断させ、正規化したパルス信号を生成する信号遅延部；
を有することを特徴とする請求項１に記載のアーク故障検出装置。
【請求項８】
前記第１のアーク判断部は、
前記パルス発生部から出力する正規化したパルス信号をカウントするカウンタ；
予め設定した第３の基準電圧に相当する電圧を生成する第３の基準電圧発生部；および
前記カウンタに積分される信号レベルと前記第３の基準電圧とを比較して第１のアーク検出信号を生成する比較部；
を有することを特徴とする請求項１に記載のアーク故障検出装置。
【請求項９】
前記整流部は、４つのダイオードで構成され全波整流を行い、
前記フィルタ／遅延部は、抵抗とキャパシタを含むハイパスフィルタを構成し、
前記レベル制限部は、前記フィルタ／遅延部の出力信号を一定信号の以下に制限するツェナーダイオードを含むことを特徴とする請求項３に記載のアーク故障検出装置。
【請求項１０】
前記第２のレベル制限増幅部は、
前記ハイパスフィルタの出力信号が非反転端子に入力されるＯＰアンプ；
前記ハイパスフィルタと前記ＯＰアンプの非反転入力端子との間に連結される第１の抵抗；
前記ＯＰアンプの出力と前記ＯＰアンプの非反転入力端子との間に連結される第２の抵抗；
前記ＯＰアンプの出力と前記ＯＰアンプの反転入力端子との間に連結される第３の抵抗；および
前記ＯＰアンプの反転入力端子と接地との間に連結される第４の抵抗；
を有することを特徴とする請求項４に記載のアーク故障検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配電システムにおいて、アークの故障を検出するアーク故障検出装置に関し、より詳しくは、火事を誘発する有害なアークおよびアークと誤認される場合の多い電気機器の起動時に発生する電圧および照光器の動作時に発生する電圧を効果的に区別することのできるアーク故障検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
都市、産業または商業地域のような特定地域の配電盤においては、通常、６００ボルトまたはそれ以下の低電圧ネットワークが使用されている。特に、前記ネットワークのケーブルは地下に埋設されているが、一般に、１地点以上から流入されるように設計される。このようなケーブルは、熱的劣化（Ｔｈｅｒｍａｌ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ）、老化、湿気または鼠や栗鼠などの動物による損傷など、種々の原因による故障が発生することがある。このような原因からネットワークを保護するために遮断器（ｃｉｒｃｕｉｔ ｂｒｅａｋｅｒ）を設けているが、故障の発生したケーブルを絶縁させ、ネットワークの障害を最小化するため、ヒューズのようなケーブルを断絶させる断絶装置がケーブルの両端に設けられる必要がある。前記ケーブル断絶装置は、高電圧、低インピーダンス故障のように相間（ｐｈａｓｅ−ｔｏ−ｐｈａｓｅ）故障において安定して作用する装置である。
【０００３】
通常、火事や感電事故を予防するために家庭では配線用遮断器と漏電遮断器を使用している。配線用遮断器は、電線を保護するための目的から使用するもので、第一は、負荷の使用中に電流が定格電流以上に超過使用された場合、遮断器の内部に正常電流より高い電流が流れるため熱が発生し、この熱によって内部のバイメタルが湾曲し、電気器具の動作を遮断させる。第二は、負荷側において電動機具や他の金属物体によって相間に短絡が発生する場合であって、この場合は、瞬間的に高電流が発生するため、バイメタルが熱を受け、電気機具が動作する前に内部の磁石を動作させ、前記電気器具の動作を遮断させる。このような高電流は、磁場を多く発生させ、これによって電気器具内の磁石が動作するようになる。漏電遮断器の場合は、前述のような配線用遮断器の機能だけでなく、使用者が電気機器の使用中に感電した時に、これを回路的に感知して電源を遮断することによって使用者を保護する機能を備えている。
【０００４】
アメリカでは、配電盤に配線用遮断器（Ｍｉｎｉａｔｕｒｅ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｒｅａｋｅｒ）を使用し、使用者の手が直接接触するコンセントにおいては、接地故障保護用遮断器（ＧＦＣＩ：Ｇｒｏｕｎｄ Ｆａｕｌｔ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｉｎｔｅｒｒｕｐｔｅｒ）を使用している。前記ＧＦＣＩは、一種の漏電遮断器であって、高感度の漏電感知機能を備えており、湿気や水分の多い台所、トイレ、駐車場または地下室などの場所における使用が義務化されている。
【０００５】
このような配線用遮断器と漏電遮断器とが設けられているにもかかわらず、全世界的に毎年火事が多く発生しているが、これは、上記のような相間故障よりは接地に対するアーク型故障（Ａｒｃｉｎｇ ｔｙｐｅ ｆａｕｌｔ）がより頻発するためである。このようなアーク故障は、低電流および高インピーダンスであり、遮断器の熱的閾値（Ｔｈｅｒｍａｌ ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）以下の根平均自乗（ＲＭＳ：Ｒｏｏｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ）を有する電流を発生させるため、ケーブル断絶装置が故障に反応しなくなり、これによって火事が多く発生する。
【０００６】
それにもかかわらず、前記アーク故障は、高温で発生するため、非常に危険であるが、アーク故障が接地を介して十分なリーク電流を発生させる場合にのみ接地故障保護用遮断器（ＧＦＣＩ）によって検出され得る。さらにアークによる電流が遮断器の熱的／磁気的構造のパラメータを超過する場合に遮断器が動作するため、アーク故障を遮断し得るアーク故障保護用遮断器（ＡＦＣＩ）は、必須である。特に、米国家電製品安全委員会（ＣＰＳＣ：Ｃｏｎｓｕｍｅｒ Ｐｒｏｄｕｃｔ Ｓａｆｅｔｙ Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ）では、１９９７年発生した火事のなかの４０％がアーク故障が原因であると判定した。それで、米国内線規定（ＮＥＣ：Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｄｅ）では、２００２年１月からアーク故障保護用遮断器（ＡＦＣＩ：Ａｒｃ Ｆａｕｌｔ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｉｎｔｅｒｒｕｐｔｅｒ）の家庭での使用を義務化させた。
【０００７】
アーク故障の発生原因は、例えば、老化、絶縁および配線破壊、過多使用または過電流による機械的および電気的ストレス、連結欠陥および絶縁と配線に対する過度な機械的損傷など、非常に多様である。一般に、住居用建物または産業用建物で発生するアーク故障としては３つ挙げられる。
【０００８】
第一は、負荷と直列連結された導電線の間で発生する直列アーク（接触アーク）で、直列アークが発生した場合を図１に示した。同図に示されたように、ケーブル１０を構成する導電線１４、１６は、絶縁体１２で分離され、取り囲まれ、絶縁される。同図において上部導電線１４は、所定の部分が破裂され、直列ギャップ１８が発生した。この状態でアークが発生すると、ケーブルに局所的に熱が多く発生し、アーク発生地点に隣接した絶縁体１９が破裂されるか炭化される程度に熱が継続して発生すると、火事が発生してしまう。このような直列アークは、負荷によってアークに流れる電流の大きさが調節される。第二は、導電線の間で発生する並列アーク（ラインアーク）で、並列アークが発生した場合を図２に示した。同図に示されたように、ケーブル２０内部の導電線２４、２６は、外部絶縁体２２で取り囲まれ、内部絶縁体２８によって絶縁されている。前記内部絶縁体２８が劣化または損傷されると、上部導電線２４と下部導電線２６との間でアーク故障２３が発生するようになる。前記内部絶縁体の劣化または損傷は、過度な直射光線への露出のように配線システムに影響を与える稲光による炭化によって発生し、また、椅子などの家具によって押され、ケーブル拡張コード部分が切断される機械的な作用によって発生することもある。
【０００９】
第三は、導電線と接地との間で発生するアークで、接地アークが発生する場合を図３に示した。同図に示されたように、前記並列アークのように導電線３４、３６を保護しているケーブル３０の絶縁体３８が破損され、前記破損された部分３９を介して導電線３６が接地される場合に接地アークが発生する。
【００１０】
特に、並列アークと接地アークは、負荷と並列に発生するため、アークに流れる電流は、電源のインピーダンスによって変化する。
【００１１】
このようにケーブルの劣化現象が長期間継続されると、ケーブルの炭化で被覆が損傷され、アーク電流によるジュール熱が発生し、該ケーブルはさらに劣化する。このとき、発生されるジュール熱Ｊ＝（アーク電流）２×時間となり、これによって、ケーブルの炭化によるアークが発生する。
【００１２】
図４は、一般的な従来のアーク故障検出装置の構成を示したブロック図である。
【００１３】
同図に示されたように、従来のアーク故障検出装置は、電流検出部４００、信号変換部４０２、レベル判断部４０４、アーク信号検出部４０６および回路遮断部４０８を有している。
【００１４】
従来のアーク故障検出装置において、電流検出部４００は、相導電線４１６に流れる電流を検出し、信号変換部４０２は、電流検出部で検出する信号をアークの判断を行う前に適正な信号に変換する。
【００１５】
レベル判断部４０４は、信号変換部４０２の出力レベルが予め設定された基準電圧を超過するか否かを判断し、予め設定した基準電圧を超過する場合、出力信号を生成する。
【００１６】
アーク信号検出部４０６は、前記レベル判断部４０４から出力する信号を積分して予め設定した基準電圧を超過するか否かを判断し、予め設定した基準電圧を超過した場合、アーク検出信号を生成する。
【００１７】
生成されたアーク検出信号は、回路遮断部４０８に入力され、回路遮断部は、ソース４１０と負荷４１２とを連結する相導電線を遮断する。
【００１８】
アーク検出において、最も問題とされるのは、電気機器の起動時の信号とディマーによる信号である。これらの２つの信号の形態がほぼ似ているため、従来のアーク故障検出器は、電気機器の起動時の信号とディマーによる信号が発生する場合においてもアークと誤認して回路を遮断することがあった。
【００１９】
電気機器の起動時の波形と火事などを誘発する有害なアークの波形とが似ているため、このような問題点を解決するため、従来のアーク故障検出装置では、電気機器の起動時に発生する信号と有害なアーク信号とが、波形それ自体は類似していても波形の持続時間が互いに異なっているという特徴を用いて両者を区別して回路の遮断を行うようにする。従来のアーク故障検出装置においては、アーク信号検出部４０６が積分を行う理由は、信号の持続時間を判断するためである。
【００２０】
ディマーの動作時に発生する信号は、アークと波形が類似しているだけでなく、電気機器の起動時に発生する信号とは異なり、長い間継続されるという特徴がある。従って、従来のアーク故障検出装置は、ディマーの動作時に発生する信号をアーク信号と誤認して回路を遮断してしまうという問題点があった。また、ディマーの動作時に発生する信号は、信号の大きさがアーク信号とほぼ同じであるため、従来、信号の大きさによってアークを検出する装置では、有害なアークとディマーの動作時に発生する信号とが区別できないという問題点があった。
【００２１】
なお、特許文献１には、負荷により引き起こされる広いバンドのノイズをＯＰアンプを用いて整流する構成が開示されている（特許文献１図３参照）。また、特許文献２には、高周波ノイズが含まれている場合に、アーク信号を検出する回路が開示されている。また、特許文献３には、ＡＣラインのサイクル毎の信号変化を測定してアーク信号を検出する方法が開示されている。
【特許文献１】米国特許第５，２４０，７４０号明細書
【特許文献２】米国特許第５，４３２，４５５号明細書
【特許文献３】米国特許第５，４５２，２２３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するためになされたもので、本発明の目的は、ディマーによる信号と電気機器の起動時に発生する信号を、アーク信号と区別し、誤ったトリップを防止し得るアーク故障検出装置を提供することにある。
【００２３】
本発明の他の目的は、アーク信号がディマーによる信号および電気機器の起動時に発生する信号より高周波であるという特性を用い、アーク信号とディマーによる信号および電気機器の起動時の信号とを区別するアーク故障検出装置を提供することにある。
【００２４】
本発明のまた他の目的は、検出する信号の周波数特性をより正確に把握するため、検出された信号を増幅して周波数成分を判断し、アーク信号を検出するアーク故障検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
上記の目的を達成するため、本発明の好適な一実施例によれば、ソースと負荷とを連結する回路の導電線におけるアークを検出するアーク故障検出装置において、前記導電線に流れる電流の変化量を検出し、これに比例する信号を生成する電流検出部と、前記電流検出部から出力される信号のうちの高周波成分を通過させ、予め設定された信号レベルを超過しないようにレベルを制限する信号変換部と、前記信号変換部から出力する信号に対してレベルを制限して増幅する第１のレベル制限増幅部と、入力される信号が予め設定した第１の基準電圧を超過するか否かを判断して検出信号を生成する信号レベル検出部と、前記信号レベル検出部の検出信号を正規化したパルスの形態に変換するパルス発生部と、前記パルス発生部から出力するパルス信号を予め設定された時間の間カウントし、アークが発生したか否かを判断してアーク検出信号を生成する第１のアーク判断部と、前記アーク検出信号が生成される場合、前記導電線を遮断する回路遮断部と、を備えるアーク故障検出装置が提供される。
【発明の効果】
【００２６】
以上のように、本発明のアーク故障検出装置によれば、検出された信号を増幅し、比較的小さな信号も正確に検出することができるため、検出された信号の周波数特性をより正確に把握し、アークが発生したか否かを判断することができるという効果が得られる。
【００２７】
さらに、能動素子を通じた信号の増幅時に発生するノイズ成分を除去し、アークが発生したか否かを判断するため、誤ったトリップを未然に防止し得る効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、添付の図面を参照して本発明によるアーク故障検出装置の好適な実施例について詳述する。
【００２９】
図５は、本発明の好適な実施例に係るアーク故障検出装置の構成を示したブロック図である。
【００３０】
同図に示されたように、本発明の好適な実施例に係るアーク故障検出装置は、電流検出部５００、信号変換部５０２、第１のレベル制限増幅部５０４、ハイパスフィルタ部５２６および第２のレベル制限増幅部５０６、信号レベル検出部５０８、パルス発生部５１０および第１のアーク判断部５１２、回路遮断部５１４および第２のアーク判断部５２４を有し得る。
【００３１】
電流検出部５００は、相導電線５１８に流れる電流の変化量を感知して電流検出信号を出力する。図５において、電流検出部がソース５２０と負荷５２２との間を結ぶ相導電線５１８上に連結される場合を示したが、電流検出部５００が中性線に連結される場合および相導電線および中性線に共に連結される場合も本発明の範疇に属することは当業者にとっては明らかであろう。本発明の好適な実施例によれば、電流検出部５００は、電流変換機（ＣＴ：Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）で具現されるのが好ましい。電流変換機が使用される場合、前記検出信号は電圧の形態で出力されるようになる。
【００３２】
信号変換部５０２は、前記電流検出部５００の出力信号を、アークが発生したか否かを判断し得る信号に変換する機能を果たす。電流検出部５００から出力する電流検出信号は、交流の形態であり、通常、非常に高い根平均自乗を有する。従って、信号変換部は、電流検出信号を整流させ、回路が保護され得る値に信号レベルの大きさを制限する機能を果たす。また、信号変換部５０２は、電流検出部５００から出力される信号のうちの高周波帯域の信号のみを通過させる機能を果たす。アーク信号は、高周波信号を多く含み、正常な常用周波数の信号は、低周波であるため、高周波信号のみを通過させる。
【００３３】
第１のレベル制限増幅部５０４は、信号変換部から出力される信号を増幅する機能を果たす。本発明は、アーク信号が、電気機器の起動時の信号およびディマー信号より高周波成分をより多く含んでいるという性質を用いてアークの検出を行う。電流検出部から出力される信号は、大きな振幅を有するメイン信号とメイン信号の間に小さな振幅を有するサイド信号とからなる。アーク信号は、高周波信号であるため、メイン信号間のサイド信号がより多く生成される。
【００３４】
なお、このようなサイド信号は、振幅が非常に小さいため、検出が容易でない。従って、本発明においては、このようなサイド信号が正確に検出されるように信号変換部５０２から出力される信号を第１のレベル制限増幅部５０４を用いて増幅する。
【００３５】
メイン信号は、大きな振幅を有し、大きな振幅を有する信号が再び増幅される場合、回路素子が損傷を受けることがあり得るため、本発明では、増幅レベルを制限して信号を増幅するようになっている。
【００３６】
本発明の一実施例によれば、通常のＯＰアンプを用いて信号変換部５０２の出力信号を増幅することができる。本発明の他の実施例によれば、トランジスタを含むまた他の増幅素子を用いて信号を増幅することもできる。
【００３７】
ハイパスフィルタ５２６は、第１のレベル制限増幅部５０４の出力信号のうちの高周波成分の信号のみを通過させる。前述のように、第１のレベル制限増幅部５０４は、ＯＰアンプまたはトランジスタで具現し得るが、このような能動素子の出力信号には、ノイズ成分が多く含まれ得る。従って、ハイパスフィルタ部５２６は、能動素子の出力時に発生するノイズ成分を除去するものである。
【００３８】
第２のレベル制限増幅部５０６は、ハイパスフィルタ部５２６の出力信号を増幅する。ハイパスフィルタ５２６を通過すると、インピーダンスの分配および低周波信号の除去によって信号レベルが減衰する。従って、第２のレベル制限増幅部は、減衰された信号を再び増幅し、二次にわたった増幅によってサイド信号とメイン信号との間の振幅差はさらに少なくなる。第２のレベル制限増幅部の詳細な構成については別の図面によって後述する。
【００３９】
第２のアーク判断部５２４は、前記第２のレベル制限増幅部５０６の出力信号を予め設定された時間の間積分してアークが検出されたか否かを判断する。第２のアーク判断部は、並列アークのように瞬間的に発生するアークを判断する機能をする。
【００４０】
信号レベル検出部５０８は、第２のレベル制限増幅部５０６の出力信号を基準信号レベルと比較し、基準信号レベルより高い場合、検出信号を出力する機能を果たす。本発明の一実施例によれば、信号レベル検出部における信号レベルの比較は、一般のＯＰアンプまたは複数のトランジスタを用いて行うことができる。
【００４１】
本発明の一実施例によれば、第２のレベル制限増幅部５０６と信号レベル検出部５０８との間に電圧安定化回路が含まれ、この場合、電圧安定化回路の出力信号が信号レベル検出部５０８に入力される。
【００４２】
パルス信号発生部５１０は、信号レベル検出部５０８から検出信号を出力する場合に一定の幅と高さを有するパルス信号を生成する機能をする。本発明によれば、ディマーによる信号および電気機器の起動時の信号をアーク信号と区別するため、アーク信号が、ディマーによる信号および電気機器の起動時の信号より高周波成分を多く含んでいるという特性を用いる。即ち、アーク信号は、前記信号レベル検出部５０８の検出信号をディマーによる信号および電気機器の起動時の信号より一層高い頻度で出力する。しかし、アーク信号やディマーによる信号などは、信号の大きさおよび信号の幅が定められておらず、種々に変化する。従って、信号の検出頻度の正確なカウントを行うために、本発明では、信号レベル検出部５０８から検出信号が出力される時、信号の幅と大きさが一定したパルスを生成するようにする。パルス発生部５１０の具体的な構成については別の図面によって後述する。
【００４３】
第１のアーク判断部５１２は、前記パルス発生部５１０で生成するパルス信号を受信してアークが発生したか否かを判断する機能を果たす。第１のアーク判断部５１２は、パルス発生部５１０で生成するパルスをカウントしてアークが発生したか否かを判断する。すなわち、第１のアーク判断部５１２は、一定時間の間予め設定されたパルスの数と受信するパルスの数とを比較し、受信するパルスの数の方が多い場合、アーク検出信号を出力する。前述のように、アーク信号は、ディマーによる信号および電気機器の起動時に発生する信号よりは高周波成分を多く含む。従って、ディマーによる信号および電気機器の起動時に発生する信号は、アークよりは小さな数のパルスを生成する。さらに、高周波成分の信号が第１のレベル制限増幅部および第２のレベル増幅部にて増幅されるため、高周波成分をより正確に検出することができる。
【００４４】
回路遮断部５１４は、前記第１のアーク判断部５１２が出力する第１のアーク検出信号または第２のアーク判断部が出力する第２のアーク検出信号を受信し、ソースと負荷とを連結する相導電線を遮断する機能を果たす。図１には、回路遮断部５１４が相導電線５１８に結合され、相導電線５１８を遮断する場合が示されているが、回路遮断部５１４が中性線５１６に結合され、中性線５１６を遮断することもできることは、当業者にとっては明らかである。
【００４５】
本発明の好適な一実施例によれば、前記回路遮断部５１４は、ソレノイドとスイッチを有し、アーク検出信号を受信する場合、前記ソレノイドをターンオンさせ、ソレノイドの自己信号によってスイッチの位置を変えて回路を遮断することができる。
【００４６】
図６（ａ）は、本発明の好適な一実施例に係る電流検出部の回路構成を示した図である。
同図に示されたように、本発明の好適な一実施例に係る電流検出部は、電流変換機６００によって具現することができる。電流変換機６００は、ファラデー法則によって相導電線に流れる電流の変化量を検出し、これに比例する電圧を出力する。電流変換機６００が相導電線でない中性線に連結され、電流の変化量を検出することもできるのは前述の通りである。相導電線に流れる電流が交流であるため、電流の変化量は、電流の大きさに比例する値であると言える。
【００４７】
図６（ｂ）は、本発明の他の実施例に係る電流検出部の回路構成を示した図である。
【００４８】
同図に示された電流検出回路はシャント（Ｓｈｕｎｔ）方式によって電流量を検出する回路である。シャント方式は、並列抵抗を介して電流が流れる経路を分離し、分離された経路における電流の大きさを検出して電流量を測定する方法である。
【００４９】
同図では、相導電線と並列連結される抵抗Ｒ６０１が前記並列抵抗の役割をする。同図において相導電線に並列抵抗を連結する構成を示したが、中性線に並列抵抗を連結する場合も本発明の範疇に属するのは当業者にとって明らかであろう。
相導電線に並列に抵抗Ｒ６０１を連結すると、相導電線固有のインピーダンスと並列抵抗の大きさの比に応じて電流が並列抵抗に流れる。従って、相導電線に流れる電流の大きさと並列抵抗Ｒ６０１に流れる電流の大きさとは比例関係にあるため、並列抵抗に流れる電流の大きさ情報を電流量を判断する情報として使用することができる。
【００５０】
本発明の他の実施例によれば、前記電流検出部５００は、ロゴフスキーセンサで構成され、電流変換機と同様に電流の変化量に比例する信号を電圧として出力することもできる。
【００５１】
図７（ａ）は、電流検出部から出力するアーク信号波形の一例を示したものであり、図７（ｂ）は、電流検出部から出力するディマーによる信号波形の一例を示したものであり、図７（ｃ）は、電流検出部から出力する電気機器の起動時に発生する信号波形の一例を示したものであり、図７（ｄ）は、正常な信号波形の一例を示したものである。
同図に示されたように、ディマーによる出力信号や電気機器の起動時に出力される信号は、信号のレベルは大であるが、ほとんど高周波信号であることが確認される。アーク信号の場合、メイン信号の他にもメイン信号の間に比較的電圧レベルの小さなサイド信号が多数存在するところ、他の信号に比べて高周波であることが確認される。また、アーク信号は、正常な信号に比べて比較的振幅が大きい。正常な信号波形の場合、振幅が小さくかつ低周波であることが確認される。
【００５２】
図８は、本発明の好適な実施例に係る信号変換部の詳細構成を示したブロック図である。
【００５３】
同図に示されたように、本発明の一実施例に係る信号変換部５０２は、整流部８００、電圧分配部８０２、フィルタ／遅延部８０４、レベル制限部８０６およびフィルタ部８０８を有し得る。
【００５４】
整流部８００は、前記電流検出信号を整流する機能をする。直接的に電流の大きさを測定するシャント方式の場合、ソースから負荷に供給される電流が交流であるため、整流の過程が必要であり、電流の時間に従う変化量の情報を検出する電流変換機の場合においてもやはり交流信号が出力されるため、整流の過程が必要となる。整流部８００としては、一般のダイオードを用いることができ、半波整流を行う場合と全波整流を行う場合とのいずれも整流部８００の範疇に属し得る。
【００５５】
電圧分配部８０２は、整流部８００から出力する電圧を予め設定された比率で分配する機能を果たす。整流部８００から出力する電圧は、場合によっては非常に大きくなり、このような信号は、回路素子に影響を及ぼすため、予め信号の一部を減衰させる。電圧の分配は、電圧分配抵抗を用いて具現することができる。
【００５６】
フィルタ／遅延部８０４は、高周波帯域の信号を通過させ、フィルタから出力される信号を遅延させる機能をする。電圧分配部８０２から出力される信号は、直流成分を含む全ての周波数帯域の信号が全て含まれている。しかし、直流成分などの低周波成分は、アークとは関係がないため、ハイパスフィルタを介して高周波帯域の信号のみを通過させる。また、ハイパスフィルタは、キャパシタ成分を含んでいるため、キャパシタを用いて入力される信号を遅延させ、過度なインパルス信号が出力されないようにする。
【００５７】
レベル制限部８０６は、フィルタ／遅延部８０４から出力する信号のレベルが予め設定されたレベルを超過する場合、超過する信号のレベルを制限する機能を果たす。電圧分配部８０２およびフィルタ／遅延部８０４で電流検出部の出力信号をある程度減衰させてはいるが、出力レベルが非常に大きなインパルス信号が出力されることがあるため、レベル制限部８０６は、回路の保護のために信号の出力レベルを予め設定されたレベル以下に制限するようにする。本発明の好適な一実施例によれば、レベル制限部は、ツェナーダイオードで具現することができる。
【００５８】
フィルタ部８０８は、レベル制限部８０６の出力信号のうちの高周波信号を通過させるハイパスフィルタとして動作する。
【００５９】
図１０は、本発明の好適な一実施例に係る信号レベル検出部の詳細構成を示したブロック図である。
【００６０】
同図に示されたように、本発明の好適な一実施例による信号レベル検出部は、比較部１０００および第１の基準電圧発生部１００２を有している。
【００６１】
第１の基準電圧発生部１００２は、第１の基準電圧を生成して比較部１０００に入力する機能を果たす。
【００６２】
比較部１０００は、第２のレベル制限増幅部５０６から出力信号のレベルと前記第１の基準電圧発生部１００２から出力される信号とを比較し、第２のレベル制限増幅部５０６の出力信号が第１の基準電圧発生部１００２の出力電圧のレベルより高い場合、検出信号を出力する。前述のように、第２のレベル制限増幅部５０６および信号レベル検出部の間に電圧安定化回路が含まれ得、この場合、比較部は、電圧安定化回路の出力信号を第１の基準電圧と比較する。本発明の一実施例によれば、比較部は、ＯＰアンプまたはＯＰアンプを集積した回路で具現することができ、これとは異なり、複数のトランジスタを用いることもできる。比較部の回路構成は種々に変形することができ、このような変形が本発明の範疇に影響を与えないことは当業者にとっては明らかであろう。
【００６３】
第１のレベル制限増幅部５０４および第２のレベル制限増幅部５０６にてサイド信号が十分増幅されるため、信号レベル検出部５０８は、サイド信号をより正確に検出することができる。
【００６４】
図１１は、本発明の好適な一実施例に係るパルス発生部の詳細構成を示したブロック図である。
【００６５】
同図に示されたように、本発明の好適な実施例に係るパルス発生部５１０は、信号感知部１１００、充電部１１０２、比較部１１０４、第２の基準電圧発生部１１０６および信号遅延部１１０８を有している。
【００６６】
前記信号感知部１１００は、前記信号レベル検出部５０８から検出信号を出力するか否かを感知する機能をする。本発明の好適な一実施例によれば、信号感知部１１００は、信号レベル検出部の出力端と結合され、検出信号が予め設定された基準信号レベルを超過するか否かを判断して検出信号を感知する。信号感知部１１００は、検出信号の出力を感知する場合、感知信号を生成して充電部１１０２および信号遅延部１１０８に入力する。
【００６７】
充電部１１０２は、信号感知部１１００から感知信号を出力すると、充電を開始する。充電部１１０２は、一般の充電回路である抵抗、キャパシタおよび充電電圧を提供する電源で構成される。充電電圧は、前記キャパシタに充電され、充電時間は、抵抗とキャパシタの値および電圧の大きさによって変化する。充電時間は、パルス発生部５１０で生成するパルスの幅を決定する。
【００６８】
信号遅延部１１０８は、前記信号感知部から感知信号を出力すると、出力された感知信号を遅延させる機能を果たす。即ち、信号遅延部１１０８は、信号レベル検出部５０８から検出信号を出力し、信号感知部１１００がこれを感知する場合、信号を遅延させて矩形波のパルスを生成するようにする。前述のように、信号レベル検出信号は、大きさおよび幅が異にして出力される。このように信号の大きさおよび幅が異にして出力される場合、信号の正確な周波数成分の把握が容易でない。本発明では、アーク信号が、ディマーによる信号および電気機器の起動時の信号より一層高周波であるという特性を用いるため、本発明では、周波数を正確に把握するため、信号を遅延させ、大きさおよび幅の一定したパルスを生成するようにする。
【００６９】
第２の基準電圧発生部１１０６は、予め設定された充電終了電圧を生成して比較部１６０４に提供する。比較部１１０４は、充電部１１０２に充電される電圧が第２の基準電圧発生部で生成する充電終了電圧を超過する場合、出力信号を生成する。比較部１１０４は、信号レベル検出部の比較部と同様にＯＰアンプまたは複数のトランジスタを用いて具現することができる。
【００７０】
比較部１１０４の出力信号は、信号遅延部１１０８に入力され、信号遅延部１１０８は、比較部の出力信号を受信して信号の遅延を中断する。即ち、信号遅延部１１０８は、信号感知部１１００が信号を感知する場合は信号を遅延させ、比較部１１０４が出力信号を生成する場合は信号の遅延を中断させ、矩形波のパルスを生成する。充電部の充電時間が一定であるため、信号遅延部は、常時一定の幅を有するパルスを生成することができる。
【００７１】
充電部１１０２では、比較部の出力信号を受信し、または、信号遅延部が信号の遅延を中断するのを感知して充電を中断し、充電された電圧を放電させる。
【００７２】
図１２は、本発明の好適な実施例に係る第１のアーク判断部の詳細構成を示したブロック図である。
【００７３】
同図に示されたように、本発明の好適な実施例に係る第１のアーク判断部は、カウンタ１２００、第３の基準電圧発生部１２０２および比較部１２０４を有している。
【００７４】
カウンタ１２００は、パルス発生部５１０から出力するパルスの数をカウントする機能を果たす。本発明の好適な一実施例によれば、カウンタ１２００は、パルス発生部５１０から出力するパルスを積分することによってパルスの数をカウントする。パルスの積分は、抵抗とキャパシタで具現される積分回路を用いて行うことができる。積分回路以外に他のカウントも使用できるのは当業者にとっては明らかであろう。
【００７５】
第３の基準電圧発生部１２０２は、比較部１２０４にアーク信号と判断される基準電圧を入力させ、比較部１２０４は、カウンタに積分された電圧と第３の基準電圧発生部から出力する第３の基準電圧とを比較し、カウンタに積分された電圧の方が大きい場合、第１のアーク検出信号を出力する。
【００７６】
アーク信号は、ディマーによる信号および電気機器の起動時に発生する信号より高周波成分を多く含んでいるため、パルス発生部は、一定時間の間にアーク信号が発生する場合においてより多いパルスを生成する。従って、第３の基準電圧をディマーによる信号または電気機器の起動時に発生する信号によって発生するパルスの積分電圧より高く設定する場合、アーク信号のみを検出することが可能となる。
【００７７】
前述のように、比較部１７０４から出力する第１のアーク検出信号は、回路遮断部１０１２に入力され、回路遮断部１０１２は、ソースと負荷とを連結する導電線を遮断する。
【００７８】
図１３は、本発明の好適な一実施例に係る整流部の回路構成を示した図である。
【００７９】
同図に示されたように、本発明の一実施例に係る整流部８００は、４つのダイオードＤ１３０、Ｄ１３１、Ｄ１３２、Ｄ１３３で具現され得る。同図において、Ｄ１３２とＤ１３３は、交流信号のうち正の値を有する信号を通過させ、Ｄ１３１とＤ１３４は、交流信号のうち負の値を有する信号を正の値に変換させ、全波整流を行う。
【００８０】
同図においては、４つのダイオードを用いて全波整流を行う整流部の一例を示したが、１つのダイオードを用いて半波整流を行う整流部を具現することもできるのは当業者にとっては明らかであろう。
【００８１】
図１４は、本発明の好適な一実施例に係る電圧分配部およびフィルタ／遅延部の回路構成を示した図である。
【００８２】
同図に示されたように、本発明の一実施例に係る電圧分配部およびフィルタ／遅延部は、２つの抵抗Ｒ１４０、Ｒ１４１およびキャパシタＣ１４２を有し得る。
【００８３】
同図において、２つの抵抗Ｒ１４０、Ｒ１４１は、電圧分配抵抗として動作する。従って、整流部８０から出力する信号は、抵抗Ｒ１４０、Ｒ１４１の値の比によって分配される。抵抗Ｒ１４１とキャパシタＣ１４２は、フィルタ／遅延部の機能を行う。抵抗Ｒ１４１とキャパシタ１４２は、ハイパスフィルタとして動作し、高周波信号を通過させ、キャパシタ１４２は、信号を遅延させ、過度なインパルスの出力を防止する。
【００８４】
図１５は、本発明の好適な一実施例に係るレベル制限部の回路構成を示した図である。
【００８５】
同図に示されたように、本発明の一実施例に係るレベル制限部８０６は、ツェナーダイオードＺＤ１５０で具現される。
【００８６】
ツェナーダイオードＺＤ１５０は、規格に合う電圧以上の電圧がかかる場合、これを規格電圧に制限する。例えば、ツェナーダイオードの規格電圧が２０Ｖであり、２５Ｖの電圧が入力される場合、ツェナーダイオードＺＤ２００は、２０Ｖの電圧のみがかかるようにする。回路の安定のため、電圧分配部８０２で整流信号を一定の比率で減衰させてはいるが、過度なインパルスが発生する場合、減衰された信号であっても回路に影響を与えることがあるため、レベル制限部８０６によって回路に入力され得る電圧レベルを制限するようにする。
【００８７】
図１６は、本発明の好適な一実施例に係るフィルタ部の回路構成を示した図である。
【００８８】
同図に示されたように、本発明の好適な一実施例に係るフィルタ部は、抵抗Ｒ１６０とこれに並列連結されたキャパシタＣ１６１を有している。同図に示された回路は、ハイパスフィルタ回路であって、レベル制限部８０６から出力される信号のうちアークと関連のある高周波帯域の信号のみを通過させる。
【００８９】
図１７（ａ）は、本発明の好適な一実施例に係る第１のレベル制限増幅部の回路構成を示した図である。
【００９０】
同図に示されたように、本発明の一実施例に係る第１のレベル制限増幅部は、ＯＰアンプ１７０と、ＯＰアンプ１７０の出力端とＯＰアンプ１７０の反転入力端との間に連結された抵抗１７１と、ＯＰアンプ１７０の反転入力端と接地との間に連結された抵抗Ｒ１７２とを有し得る。
【００９１】
信号変換部の出力信号をｖｉと仮定し、第１のレベル制限増幅信号をｖｏと仮定する。
ここで、図１７（ａ）に示された回路は、次の数式１のような関係が成立する。
【数１】
2005049326.tif 000003
【００９２】
従って、信号変換部の出力信号と第１のレベル制限増幅信号との比は、次の数式２のように表現される。
【数２】
2005049326.tif 000004
【００９３】
従って、第１のレベル制限増幅部は、信号変換出力信号に比べて
【数３】
2005049326.tif 000005
倍だけ増幅された信号を出力する。
【００９４】
また、ＯＰアンプ１７０を用いて信号を増幅するため、第１のレベル増幅部は、バイアス電圧Ｖｃｃ以上に信号を増幅しない。
【００９５】
図１７（ｂ）は、本発明の他の実施例に係る第１のレベル制限増幅部の回路構成を示した図である。
【００９６】
同図に示されたように、本発明の他の実施例に係る第１のレベル制限増幅部は、ＯＰアンプ１７５とＯＰアンプの出力端と非反転入力端との間に連結される抵抗Ｒ１７４およびＯＰアンプの非反転入力端子に連結される抵抗Ｒ１７３を有し得る。
【００９７】
図１７（ａ）に示された第１のレベル制限増幅回路は、出力電圧が非反転とされ、増幅される回路を示したものであり、同図に示された第１のレベル制限増幅回路は、出力電圧が反転されて増幅される回路を示したものである。
【００９８】
信号変換部の出力信号をｖｉと仮定し、レベル制限増幅信号をｖｏと仮定する。
【００９９】
ここで、図１７（ｂ）に示された回路のｖｉとｖｏの関係から、次の数式３のような関係が成立する。
【数４】
2005049326.tif 000006
【０１００】
従って、図１７（ｂ）に示されたレベル制限増幅部は、信号変換出力信号に比べて
【数５】
2005049326.tif 000007
だけ増幅され、位相が反転された信号を出力する。
【０１０１】
図９（ａ）は、第１のレベル制限増幅部から出力されるアーク信号波形の一例を示したものであり、図９（ｂ）は、第１のレベル制限増幅部に出力されるディマーによる信号波形の一例を示したものであり、図９（ｃ）は、第１のレベル制限増幅部から出力される電気機器の起動時に発生する信号波形の一例を示したものであり、図９（ｄ）は、第１のレベル制限増幅部から出力される正常な信号波形の一例を示したものである。
【０１０２】
同図に示されたように、レベルを制限して増幅しているため、全ての信号の振幅は、ほぼ同様である。しかし、アーク信号の場合、サイド信号が十分増幅され、高周波信号であることが一層明確となり、アーク以外の信号は、アークより低周波信号であることが確認された。
【０１０３】
図１８（ａ）は、ハイパスフィルタから出力されるアーク信号波形の一例を示したものであり、図１８（ｂ）は、ハイパスフィルタから出力されるディマーによる信号波形の一例を示したものであり、図１８（ｃ）は、ハイパスフィルタから出力される電気機器の起動時に発生する信号波形の一例を示したものであり、図１８（ｄ）は、ハイパスフィルタから出力される正常な信号波形の一例を示したものである。
【０１０４】
同図に示されたように、ハイパスフィルタ部を通過する場合、電圧分配および低周波成分の除去によって信号のレベルが減衰することが確認される。
【０１０５】
図１９は、本発明の好適な一実施例に係る第２のレベル制限増幅部の回路構成を示した図である。
【０１０６】
同図に示されたように、本発明の好適な一実施例に係る第２のレベル制限増幅部は、ＯＰアンプ１９４、ＯＰアンプ１９４の出力とＯＰアンプ１９４の非反転入力端子との間に連結された抵抗Ｒ１９１、ＯＰアンプ１９４の出力とＯＰアンプ１９４の反転入力端子との間に連結された抵抗Ｒ１９２およびＯＰアンプ１９４の反転入力端子と接地との間に連結される抵抗Ｒ１９３を有し得る。
【０１０７】
同図において、ハイパスフィルタの出力信号は、ＯＰアンプ１０４に入力され、ＯＰアンプ１９４は、入力されたハイパスフィルタの出力信号を増幅する。なお、増幅比は、
【数６】
2005049326.tif 000008
である。
【０１０８】
第１のレベル制限増幅部５０４の出力信号は、プラスの信号であるが、ハイパスフィルタを通過しながらマイナスの信号となり得る。このとき、ＯＰアンプ１９４は、マイナスの信号に対しても増幅を行う。マイナス信号の増幅比は、抵抗Ｒ１９１および非反転入力端子から見たインピーダンスによって決定される。
【０１０９】
抵抗Ｒ１９１の代わりにキャパシタを使用することもでき、キャパシタが使用される場合、第２のレベル制限増幅部によってノイズが除去され得る。
【０１１０】
図２０（ａ）は、第２のレベル制限増幅部から出力されるアーク信号波形の一例を示したものであり、図２０（ｂ）は、第２のレベル制限増幅部から出力されるディマーによる信号波形の一例を示したものであり、図２０（ｃ）は、第２のレベル制限増幅部から出力される電気機器の起動時に発生する信号波形の一例を示したものであり、図２０（ｄ）は、第２のレベル制限増幅部から出力される正常な信号波形の一例を示したものである。
【０１１１】
同図に示されたように、第２のレベル制限増幅部によってハイパスフィルタの出力信号のうちのプラスの信号およびマイナスの信号が全て増幅される。また、二次にわたった増幅によってメイン信号とサイド信号との間の振幅の差が一層少なくなり、これによって、アーク信号が他の信号に比べて高周波信号であることが明らかになる。
【０１１２】
図２１は、本発明の好適な一実施例に係る信号レベル検出部の回路構成を示した図である。
【０１１３】
同図に示されたように、本発明の一実施例に係る信号レベル検出部は、３つのトランジスタＱ２１０、Ｑ２１１、Ｑ２１２を有し得る。第２のレベル制限増幅部の出力信号は、トランジスタＱ２１０のベース端子に入力される。図２１に示された回路は、トランジスタＱ２１０、Ｑ２１１のエミッタが互いに連結された共通エミッタ回路であり、第１の基準電圧信号は、トランジスタＱ２１１のベース端子に入力される。
【０１１４】
第２のレベル制限増幅部の出力信号レベルが第１の基準電圧より高い場合、トランジスタＱ２１０のベース電圧がエミッタ電圧より一層高いため、トランジスタＱ２１０は、ターンオンされる。
【０１１５】
トランジスタＱ２１０がターンオンされると、トランジスタＱ２１０の出力信号は、トランジスタＱ２１２のベースに入力される。出力信号がトランジスタＱ２１２のベースに入力されると、トランジスタＱ２１２はターンオンされ、トランジスタＱ２１２のコレクタは検出信号を生成する。
【０１１６】
第２のレベル制限増幅部の出力信号レベルが第１の基準電圧より低い場合、トランジスタＱ２１０のベース電圧がエミッタ電圧より高くないため、トランジスタＱ２１０はターンオンされず、従って、トランジスタＱ２１２のコレクタは、検出信号を出力しない。
【０１１７】
図２２は、本発明の好適な一実施例に係るパルス発生部の信号感知部の回路構成を示した図である。
【０１１８】
同図に示されたように、本発明の一実施例に係る信号感知部は、３つのトランジスタＱ２２０、Ｑ２２１、Ｑ２２２を有し得る。
【０１１９】
同図に示された回路は、信号レベル検出部と結合され、検出信号が予め設定された基準電圧を超過するか否かを判断して検出信号を感知する回路である。
【０１２０】
検出信号は、トランジスタＱ２２０のベース端子に入力され、基準電圧は、トランジスタＱ２２１のベース端子に入力され、２つのトランジスタＱ２２０、Ｑ２２１のエミッタが互いに連結されている。
【０１２１】
トランジスタＱ２２０のベース端子に入力される信号が正常な検出信号である場合は、基準電圧より出力レベルが高い。従って、正常な検出信号が入力されると、トランジスタＱ２２０のベース電圧がエミッタの電圧より高いため、トランジスタＱ２２０がターンオンされる。
【０１２２】
トランジスタＱ２２０がターンオンされると、トランジスタＱ２２０の出力信号は、トランジスタＱ２２２のベースに入力される。出力信号がトランジスタＱ２２２のベースに入力されると、トランジスタＱ２２２はターンオンされ、トランジスタＱ２２２のコレクタは、感知信号を出力する。
【０１２３】
図２３は、本発明の好適な一実施例に係るパルス発生部の充電部および比較部の回路構成を示した図である。
【０１２４】
同図において、バイアス電圧Ｖｃｃ１、抵抗Ｒ２３０およびキャパシタ２３１は、充電部を構成し、３つのトランジスタＱ２３２、Ｑ２３３、Ｑ２３４は、比較部を構成する。
【０１２５】
信号感知部１１００から感知信号が出力されると、充電部のキャパシタＣ２３１は、バイアス電圧Ｖｃｃ１によってキャパシタＣ２３１に電圧が充電される。キャパシタＣ２３１に充電される電圧は、トランジスタＱ２３２のベースに入力され、トランジスタＱ２３３のベースには、第２の基準電圧が入力される。
【０１２６】
キャパシタＣ２３１に充電される電圧が第２の基準電圧を超過する場合、トランジスタＱ２３２は、ターンオンされる。トランジスタＱ２３２がターンオンされると、トランジスタＱ２３２の出力信号は、トランジスタＱ２３４のベースに入力され、トランジスタＱ２３４はターンオンされる。
【０１２７】
トランジスタＱ２３４がターンオンされる場合、トランジスタＱ２３４のコレクタは、充電完了信号を生成し、前記充電完了信号は、信号遅延部１１０８に入力される。
【０１２８】
図２４は、本発明の好適な一実施例に係る信号遅延部の回路構成を示した図である。  
【０１２９】
同図において、信号感知部１１００から出力する感知信号は、トランジスタＱ２４０のベースに入力される。感知信号がトランジスタＱ２４０のベースに入力されると、トランジスタＱ２４０は、ターンオンされる。トランジスタＱ２４０がターンオンされると、トランジスタＱ２４１は、オフされ、これによって、トランジスタＱ２４２は、ターンオンされる。
【０１３０】
同図に示されたように、トランジスタＱ２４２のコレクタは、抵抗Ｒ２４５を介してトランジスタＱ２４１のベースに連結されている。即ち、トランジスタＱ２４２の出力は、再びトランジスタＱ２４１の入力に連結される。
【０１３１】
従って、一旦、感知信号が出力され、トランジスタＱ２４２がターンオンされると、トランジスタＱ２４２は、続けてハイ状態の出力を生成する。
【０１３２】
比較部１１０４から充電完了信号が入力されると、トランジスタＱ２４１は、ターンオンされ、これによって、トランジスタＱ２４２はロー状態の出力を生成する。
【０１３３】
感知信号が出力された後、比較部１１０４は、予め設定された一定の時間で充電完了信号を生成するため、トランジスタＱ２４２は、常に一定の幅と大きさを有するパルスを生成する。トランジスタＱ２４２が出力するパルス信号は、アーク判断部５１２に入力される。
【０１３４】
比較部１１０４から充電完了信号が入力されると、トランジスタＱ２４４がターンオンされ、トランジスタＱ２４４のコレクタは、充電部１１０２のキャパシタと連結されている。従って、トランジスタＱ２４４がターンオンされると、充電部１１０２のキャパシタは、接地と連結され、放電される。
【０１３５】
従って、充電が完了すると、充電部の充電電圧は、再び放電され、比較部は、新しい感知信号が出力される場合、予め設定された一定時間の間隔で充電完了信号を生成する。
【０１３６】
図２５は、本発明の好適な一実施例に係る第１のアーク判断部の回路構成を示した図である。
【０１３７】
同図において、カウンタ１２００は、抵抗Ｒ２５０とキャパシタＣ２５１で構成され、比較部１２０４は、３つのトランジスタＱ２５２、Ｑ２５３、Ｑ２５４で構成される。
【０１３８】
パルス発生部から出力するパルス信号は、抵抗Ｒ２５０を介してキャパシタＣ２５１に入力され、キャパシタＣ２５１は、出力されるパルス信号を積分する。前述のようにアークが発生する場合は、ディマーによる場合または電気機器の起動時より高周波の信号が出力されるため、パルス発生部からより多いパルスが出力され、キャパシタＣ２５１には一層高い電圧が積分される。
【０１３９】
キャパシタＣ２５１に積分される電圧は、トランジスタＱ２５２に入力され、トランジスタＱ２５３のベースには第３の基準電圧が入力される。
【０１４０】
キャパシタＣ２５１に充電される電圧が第３の基準電圧を超過する場合、トランジスタＱ２５２はターンオンされ、トランジスタＱ２５２の出力信号は、トランジスタＱ２５２に入力される。
【０１４１】
トランジスタＱ２５２の出力信号がトランジスタＱ２５４のベースに入力されると、トランジスタＱ２５４はターンオンされ、トランジスタＱ２５４のコレクタは、第２のアーク検出信号を出力する。アーク検出信号は、回路遮断部５１４に入力され、回路遮断部５１４は、相導電線を遮断することによってソースから負荷への電源伝達を中断する。
【０１４２】
図２７（ａ）は、アークが発生した場合のカウンタに積分される信号の波形を示したものであり、図２７（ｂ）は、ディマーを使用した場合のカウンタに積分される信号の波形を示したものであり、図２７（ｃ）は、電気機器の起動時にカウンタに積分される信号の波形を示したものであり、図２７（ｄ）は、正常な状態でカウンタに積分される信号の波形を示したものである。
【０１４３】
同図に示されたように、ディマーによる信号および電気機器の起動時の信号よりアークが発生した場合においてより大きな電圧がカウンタに積分されることが確認される。
【０１４４】
図２６は、本発明の好適な一実施例に係る第２のアーク判断部の構成を示したブロック図である。
【０１４５】
同図に示されたように、本発明の一実施例に係る第１のアーク判断部は、積分部２６０、比較部２６２および第４の基準電圧発生部２６４を有し得る。
【０１４６】
第１のアーク判断部は、電線がある壁に釘を打つなど、電線に金属性物質が接触する場合に発生する並列アークの発生を感知する機能を果たす。このような並列アーク信号は瞬間的に発生し、発生時に非常に高い大きさの信号を発生させる。
【０１４７】
従って、瞬間アークが発生したかどうかは、前述の一般的なアークのように、周波数成分の分析でなく信号の大きさの分析によって判断する。
【０１４８】
図２６において積分部２６０は、第２のレベル制限増幅部５０６から出力する信号を積分する機能をする。本発明の好適な実施例によれば、積分部は、第２のアーク判断部のカウンタのように抵抗とキャパシタからなる積分回路で具現することができ、積分回路のＲＣ定数値を小さくして短時間の間のみ信号を積分するようにするのが好ましい。
【０１４９】
第４の基準電圧発生部２６４は、瞬間アークを判断するための基準電圧を比較部に提供する。比較部２６２は、第４の基準電圧発生部から提供する電圧と積分部２６０に積分された電圧とを比較し、積分された電圧の方が大きな場合、第１のアーク検出信号を出力する。
【０１５０】
積分部２６０および比較部２６２の回路構成は、第２のアーク判断部のカウンタおよび比較部と同様にして具現することができるため、詳細な説明は省略する。
【図面の簡単な説明】
【０１５１】
【図１】直列アークが発生した場合の図である。
【図２】並列アークが発生した場合の図である。
【図３】接地アークが発生した場合の図である。
【図４】一般的な従来のアーク故障検出装置の構成を示したブロック図である。
【図５】本発明の好適な実施例に係るアーク故障検出装置の構成を示したブロック図である。
【図６（ａ）】本発明の好適な一実施例に係る電流検出部の回路構成を示した図である。
【図６（ｂ）】本発明の好適な他の実施例に係る電流検出部の回路構成を示した図である。
【図７（ａ）】電流検出部から出力するアーク信号波形の一例を示した図である。
【図７（ｂ）】電流検出部から出力するディマーによる信号波形の一例を示した図である。
【図７（ｃ）】電流検出部から出力する電気機器の起動時に発生する信号波形の一例を示した図である。
【図７（ｄ）】正常な信号波形の一例を示した図である。
【図８】本発明の好適な実施例に係る信号変換部の詳細構成を示したブロック図である。
【図９（ａ）】第１のレベル制限増幅部から出力されるアーク信号波形の一例を示した図である。
【図９（ｂ）】第１のレベル制限増幅部に出力されるディマーによる信号波形の一例を示した図である。
【図９（ｃ）】第１のレベル制限増幅部から出力される電気機器の起動時に発生する信号波形の一例を示した図である。
【図９（ｄ）】第１のレベル制限増幅部から出力される正常な信号波形の一例を示した図である。
【図１０】本発明の好適な一実施例に係る信号レベル検出部の詳細構成を示したブロック図である。
【図１１】本発明の好適な一実施例に係るパルス発生部の詳細構成を示したブロック図である。
【図１２】本発明の好適な実施例に係る第１のアーク判断部の詳細構成を示したブロック図である。
【図１３】本発明の好適な一実施例に係る整流部の回路構成を示した図である。
【図１４】本発明の好適な一実施例に係る電圧分配部およびフィルタ／遅延部の回路構成を示した図である。
【図１５】本発明の好適な一実施例に係るレベル制限部の回路構成を示した図である。
【図１６】本発明の好適な一実施例に係るフィルタ部の回路構成を示した図である。
【図１７（ａ）】本発明の好適な一実施例に係る第１のレベル制限増幅部の回路構成を示した図である。
【図１７（ｂ）】本発明の好適な他の実施例に係る第１のレベル制限部の回路構成を示した図である。
【図１８（ａ）】ハイパスフィルタから出力されるアーク信号波形の一例を示した図である。
【図１８（ｂ）】ハイパスフィルタから出力されるディマーによる信号波形の一例を示した図である。
【図１８（ｃ）】ハイパスフィルタから出力される電気機器の起動時に発生する信号波形の一例を示した図である。
【図１８（ｄ）】ハイパスフィルタから出力される正常な信号波形の一例を示した図である。
【図１９】本発明の好適な一実施例に係る第２のレベル制限増幅部の回路構成を示した図である。
【図２０（ａ）】第２のレベル制限増幅部から出力されるアーク信号波形の一例を示した図である。
【図２０（ｂ）】第２のレベル制限増幅部から出力されるディマーによる信号波形の一例を示した図である。
【図２０（ｃ）】第２のレベル制限増幅部から出力される電気機器の起動時に発生する信号波形の一例を示した図である。
【図２０（ｄ）】第２のレベル制限増幅部から出力される正常な信号波形の一例を示した図である。
【図２１】本発明の好適な一実施例に係るレベル検出部の回路構成を示した図である。
【図２２】本発明の好適な一実施例に係るパルス発生部の信号感知部の回路構成を示した図である。
【図２３】本発明の好適な一実施例に係るパルス発生部の充電部および比較部の回路構成を示した図である。
【図２４】本発明の好適な一実施例に係る信号遅延部の回路構成を示した図である。
【図２５】本発明の好適な一実施例に係る第１のアーク判断部の回路構成を示した図である。
【図２６】本発明の好適な一実施例に係る第２のアーク判断部の構成を示したブロック図である。
【図２７（ａ）】アークが発生した場合のカウンタに積分される信号の波形を示した図である。
【図２７（ｂ）】ディマーを使用した場合のカウンタに積分される信号の波形を示した図である。
【図２７（ｃ）】電気機器の起動時にカウンタに積分される信号の波形を示した図である。
【図２７（ｄ）】正常な状態でカウンタに積分される信号の波形を示した図である。
【符号の説明】
【０１５２】
１０４    ＯＰアンプ
１７０    ＯＰアンプ
１９４    ＯＰアンプ
２６０    積分部
２６２    比較部
２６４    第４の基準電圧発生部
５００    電流検出部
５０２    信号変換部
５０４    第１のレベル制限増幅部
５０６    第２のレベル制限増幅部
５０８    信号レベル検出部
５１０    パルス発生部
５１２    第１のアーク判断部
５１４    回路遮断部
５１６    中性線
５１８    相導電線
５２０    ソース
５２２    負荷
５２４    第２のアーク判断部
５２６    ハイパスフィルタ
６００    電流変換機
８００    整流部
８０２    電圧分配部
８０４    フィルタ／遅延部
８０６    レベル制限部
８０８    フィルタ部
１０００    比較部
１００２    第１の基準電圧発生部
１０１２    回路遮断部
１１００    信号感知部
１１０２    充電部
１１０４    比較部
１１０６    第２の基準電圧発生部
１１０８    信号遅延部
１２００    カウンタ
１２０２    第３の基準電圧発生部
１２０４    比較部
【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】
2005049326.tif 000013
【図６（ａ）】
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【図６（ｂ）】
2005049326.tif 000015
【図７（ａ）】
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【図７（ｂ）】
2005049326.tif 000017
【図７（ｃ）】
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【図７（ｄ）】
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【図８】
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【図９（ａ）】
2005049326.tif 000021
【図９（ｂ）】
2005049326.tif 000022
【図９（ｃ）】
2005049326.tif 000023
【図９（ｄ）】
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【図１０】
2005049326.tif 000025
【図１１】
2005049326.tif 000026
【図１２】
2005049326.tif 000027
【図１３】
2005049326.tif 000028
【図１４】
2005049326.tif 000029
【図１５】
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【図１６】
2005049326.tif 000031
【図１７（ａ）】
2005049326.tif 000032
【図１７（ｂ）】
2005049326.tif 000033
【図１８（ａ）】
2005049326.tif 000034
【図１８（ｂ）】
2005049326.tif 000035
【図１８（ｃ）】
2005049326.tif 000036
【図１８（ｄ）】
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【図１９】
2005049326.tif 000038
【図２０（ａ）】
2005049326.tif 000039
【図２０（ｂ）】
2005049326.tif 000040
【図２０（ｃ）】
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【図２０（ｄ）】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７（ａ）】
2005049326.tif 000049
【図２７（ｂ）】
2005049326.tif 000050
【図２７（ｃ）】
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【図２７（ｄ）】
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