(57)【要約】      （修正有）【課題】迷惑なトリッピングに対して減少された感受性を持つ電気的なアーク不良を検出する装置および方法である。【解決手段】装置は、電流センサ、入力感知回路、アーク放電感知回路、電力供給、トリッピング回路、処理ユニット、および電気機械式のインターフェースを含む。処理ユニットは、特定の数の連続的な時間期間にアーク放電感知回路により提供された複数の電圧レベルを測定する。次に、処理ユニットは、電圧レベルが特定の最小値を超えるか、連続的により低い値またはより高い値をとるか、あるいは所定の通常の値の範囲外となる連続的な時間期間の数を決定する。この決定の結果に基づき、処理ユニットは、電気機械式のインターフェースをトリップさせて負荷への電力を遮断するか、電気機械式のインターフェースのトリッピングを禁止して迷惑なトリッピングの発生を減少させる。【選択図】  図１ｂ
2007267592.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アーク不良を検出する方法であって、
電力入力に関する少なくとも１つの信号を感知するステップであって、感知された信号は、少なくとも１つの電気的なアーク放電事象を示し、
少なくとも１つの感知された信号に対応する複数の蓄積された信号を発生するステップであって、複数の蓄積された信号の各々は各時間期間に発生され、
各時間期間に発生された複数の蓄積された信号の各々に関する少なくとも１つのレベルを測定するステップと、
蓄積された信号に関するレベルが特定の最小値を超える連続した時間期間の第１の数を決定するステップと、
連続的な時間期間の第１の数が第１の所定のしきい値を超える場合、少なくとも１つの電気的なアーク放電事象をアーク不良として示すステップと、
さもなければ、少なくとも１つの電気的なアーク放電事象を迷惑な状態として示すステップと、
を有する検出方法。
【請求項２】
電力入力は、負荷に結合可能な電力出力に関連され、前記検出方法はさらに、少なくとも１つの電気的なアーク放電事象がアーク不良として示される場合、電力出力を負荷から切断するステップを含む、請求項１に記載の検出方法。
【請求項３】
電力入力は、負荷に結合された電力出力に関連され、前記検出方法はさらに、少なくとも１つの電気的なアーク放電事象が迷惑な状態として示された場合、電力出力から負荷への接続を維持するステップを含む、請求項１に記載の検出方法。
【請求項４】
前記測定するステップは、各連続的な時間期間中に各蓄積された信号の１つのレベルを測定するステップを含む、請求項１に記載の検出方法。
【請求項５】
前記測定するステップは、各連続的な時間期間中に各蓄積された信号の複数のレベルを測定するステップを含む、請求項１に記載の検出方法。
【請求項６】
前記発生するステップは、ライン電圧の半サイクル中に複数の蓄積された信号の各々を発生するステップを含む、請求項１に記載の検出方法。
【請求項７】
前記発生するステップは、所定の一定の時間期間中に複数の蓄積された信号の各々を発生するステップを含む、請求項１に記載の検出方法。
【請求項８】
前記発生するステップは、所定の変化する時間期間中に複数の蓄積された信号の各々を発生するステップを含む、請求項１に記載の検出方法。
【請求項９】
前記検出方法はさらに、蓄積された信号に関するレベルが（１）連続的により低い値および（２）連続的により高い値のうちの１つを有する連続的な時間期間の第２の数を決定する、請求項１に記載の検出方法。
【請求項１０】
電力入力は負荷に結合可能な電力出力に関連され、前記検出方法はさらに、連続的な時間期間の第２の数が第２の所定のしきい値を超える場合、電力出力から負荷への接続を維持するステップと、さもなければ、負荷から電力出力を切断するステップとを含む、請求項９に記載の検出方法。
【請求項１１】
第１の所定のしきい値は、第２の所定のしきい値に等しい、請求項１０に記載の検出方法。
【請求項１２】
前記検出方法はさらに、蓄積された信号に関連するレベルが連続的により低い値を持つ連続的な時間期間の第２の数を決定するステップと、蓄積された信号に関連するレベルが連続的により高い値を持つ連続的な時間期間の第３の数を決定するステップとを含む、請求項１に記載の検出方法。
【請求項１３】
電力入力は、負荷に結合可能な電力出力に関連され、前記検出方法はさらに、連続的な時間期間の第２および第３の数が第２および第３の所定のしきい値を越える場合、電力出力から負荷への接続をそれぞれ維持するステップと、さもなければ、電力出力を負荷から切断するステップとを含む、請求項１に記載の検出方法。
【請求項１４】
第１の所定のしきい値は、第２および第３の所定のしきい値の少なくとも１つに等しい、請求項１３に記載の検出方法。
【請求項１５】
第２の所定のしきい値は、第３の所定のしきい値に等しい、請求項１３に記載の検出方法。
【請求項１６】
前記特定の最小値は、所定の値の範囲内にあり、前記検出方法はさらに、前記測定するステップで測定された少なくとも１つのレベルが前記所定の値の範囲外にあるか否かを決定するステップを含む、請求項１に記載の検出方法。
【請求項１７】
前記検出方法はさらに、前記測定するステップで測定された少なくとも１つのレベルが前記所定の値の範囲外にある場合、前記所定の値の範囲内になるように蓄積された信号のレベルを制限するステップを含む、請求項１６に記載の検出方法。
【請求項１８】
電力入力は、負荷に結合可能な電力出力に関連され、前記検出方法はさらに、少なくとも１つの電気的なアーク放電事象が迷惑な状態として示され、かつ前記測定するステップで測定された少なくとも１つのレベルが前記所定の値の範囲外である場合、電力出力から負荷への接続を維持するステップを含む、請求項１に記載の検出方法。
【請求項１９】
電力入力は、負荷に結合可能な電力出力に関連され、前記検出方法はさらに、前記測定するステップで測定された少なくとも１つのレベルが前記所定の値の範囲外にある場合、電力出力を負荷から切断するステップを含む、請求項１６に記載の検出方法。
【請求項２０】
アーク不良を検出する方法であって、
電力入力に関する少なくとも１つの信号を感知するステップであって、感知された信号は、少なくとも１つの電気的なアーク放電事象を示し、電力入力は負荷に結合可能な電力出力に関連されており、
少なくとも１つの感知された信号に対応する複数の蓄積された信号を発生するステップであって、複数の蓄積された信号の各々は各時間期間中に発生され、
各時間期間中に発生された複数の蓄積された信号の各々に関する少なくとも１つのレベルを測定するステップと、
蓄積された信号に関連されたレベルが電気的なアーク不良の特性であるか否かを決定するステップと、
蓄積された信号に関連されたレベルが電気的なアーク不良の特性である場合、蓄積された信号に関連されたレベルが（１）連続的により低い値および（２）連続的により高い値のうちの少なくとも１つを持つ連続的な時間期間の少なくとも１つの数を決定するステップと、
連続的な時間期間の少なくとも１つの数が少なくとも１つの所定のしきい値を超える場合、電力出力から負荷への接続を維持するステップと、
さもなければ電力出力を負荷から切断するステップと、
を含む検出方法。
【請求項２１】
アーク不良を検出するシステムであって、
電力入力に関連された少なくとも１つの信号を感知するように構成された入力感知回路であって、感知された信号は、少なくとも１つの電気的なアーク放電事象を示す、前記入力感知回路と、
少なくとも１つの感知された信号に対応する複数の蓄積された信号を発生するように構成された蓄積回路であって、複数の蓄積された信号の各々は各時間期間に発生される、前記蓄積回路と、
処理ユニットとを有し、
処理ユニットは、各時間期間に発生した複数の蓄積された信号の各々に関連された少なくとも１つのレベルを測定し、
蓄積された信号に関連されたレベルが特定の最小値を超える連続的な時間期間の第１の数を決定し、
連続した時間期間の第１の数が第１の所定のしきい値を越える場合、少なくとも１つの電気的なアーク放電をアーク不良として示し、
さもなければ、少なくとも電気的なアーク放電事象を迷惑な状態として示すように動作する、システム。
【請求項２２】
システムはさらに、負荷に結合可能な電力出力と、電力入力と電力出力間に結合された電気機械式のインターフェースとを含み、処理ユニットはさらに、少なくとも１つの電気的なアーク放電事象がアーク不良として示された場合、電気機械式のインターフェースをトリップさせ、電力出力を負荷から切断するように動作する、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２３】
システムはさらに、負荷に結合可能な電力出力と、電力入力と電力出力間に結合された電気機械式のインターフェースとを含み、処理ユニットはさらに、少なくとも１つの電気的なアーク放電事象が迷惑な状態として示された場合、電気機械式のインターフェースのトリッピングを禁止し、電力出力から負荷への接続を維持するように動作する、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２４】
処理ユニットはさらに、蓄積された信号に関連されたレベルが（１）連続的により低い値および（２）連続的により高い値のうちの少なくとも１つを持つ連続的な時間期間の第２の数を決定するように動作する、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２５】
第１の所定のしきい値は、第２の所定のしきい値に等しい、請求項２４に記載のシステム。
【請求項２６】
システムはさらに、負荷に結合可能な電力出力と、電力入力と電力出力間に結合された電気機械式のインターフェースとを含み、処理ユニットはさらに、連続的な時間期間の第２の数が第２の所定のしきい値を超える場合、電気機械式のインターフェースのトリッピングを禁止し、電力出力から負荷への接続する維持し、さもなければ、電気機械式のインターフェースをトリップさせ、電力出力を負荷から切断するように動作する、請求項２４に記載のシステム。
【請求項２７】
処理ユニットはさらに、蓄積された信号に関連されたレベルが連続的により低い値を持つ連続的な時間期間の第２の数を決定し、蓄積された信号に関連されたレベルが連続的により高い値を持つ連続的な時間期間の第３の数を決定するように動作する、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２８】
負荷に結合可能な電力出力と、電力入力と電力出力間に結合された電気機械式のインターフェースとを含み、処理ユニットはさらに、
連続的な時間期間の第２および第３の数がそれぞれ第２および第３の所定のしきい値を超える場合、電気機械式のインターフェースのトリッピングを禁止し、電力出力から負荷への接続を維持し、さもなければ、電気機械式のインターフェースをトリップさせ、電力出力を負荷から切断するように動作する、請求項２７に記載のシステム。
【請求項２９】
第１の所定のしきい値は第２および第３の所定のしきい値の少なくとも１つに等しい、請求項２８に記載のシステム。
【請求項３０】
第２の所定のしきい値は、第３の所定のしきい値に等しい、請求項２８に記載のシステム。
【請求項３１】
前記特定の最小値は所定の値の範囲内にあり、処理ユニットはさらに、測定されたレベルの少なくとも１つが前記所定の値の範囲外にあるか否かを決定するように動作する、請求項２１に記載のシステム。
【請求項３２】
システムはさらに、負荷に結合可能な電力出力と、電力入力と電力出力間に結合された電気機械式のインターフェースとを含み、処理ユニットはさらに、少なくとも１つの電気的なアーク放電事象が迷惑な状態として示され、かつ少なくとも１つの測定されたレベルが前記所定の値の範囲外にある場合、電気機械式のインターフェースのトリッピングを禁止し、電力出力から負荷への接続を維持するように動作する、請求項３１に記載のシステム。
【請求項３３】
システムはさらに、負荷に結合可能な電力出力と、電力入力と電力出力間に結合された電気機械式のインターフェースとを含み、処理ユニットはさらに、少なくとも１つの測定されたレベルが前記所定の値の範囲外である場合、電気機械式のインターフェースをトリップさせ、電力出力を負荷から切断するように動作する、請求項３１に記載のシステム。
【請求項３４】
アーク不良を検出するシステムであって、
電力入力と、
負荷に結合可能な電力出力と、
電力入力に関連された少なくとも１つの信号を感知するように構成された入力感知回路であって、感知された信号は、少なくとも１つの電気的なアーク放電事象を示す、前記入力感知回路と、
少なくとも１つの感知された信号に対応する複数の蓄積された信号を発生するように構成された蓄積回路であって、複数の蓄積された信号の各々は各時間期間中に発生される、前記蓄積回路と、
電力入力と電力出力の間に結合された電気機械式のインターフェースと、
処理ユニットとを含み、
処理ユニットは、
各時間期間中に発生した複数の蓄積された信号の各々に関連された少なくとも１つのレベルを測定し、
蓄積された信号に関連されたレベルが電気的なアーク不良の特性であるか否かを決定し、
蓄積された信号に関連されたレベルが電気的なアーク不良の特性である場合、蓄積された信号に関連されたレベルが（１）連続的により低い値および（２）連続的により高い値のうちの少なくとも１つを持つ連続的な時間期間の少なくとも１つの数を決定し、
連続的な時間期間の少なくとも１つの数が少なくとも１つの所定のしきい値を越える場合、電気機械式のインターフェースのトリッピングを禁止し、電力出力から負荷への接続を維持し、さもなければ、電気機械式のインターフェースをトリップさせ、電力出力を負荷から切断するように動作する、システム
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、アーク不良を検出する方法という名称で２００４年９月９日に出願された米国特許出願第１０／９３７，４８７号の一部継続出願である。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、概してアーク不良または欠陥（faults）を検出するための装置および方法に関し、特に、迷惑なトリッピング（nuisance tripping）に対する感受性の少ないアーク不良検出装置および方法に関する。
【０００３】
アーク不良検出装置および方法は、負荷に関する電圧を測定したり、さらに電気的なアーク放電の存在を決定するため電圧測定を示すデータを処理するマイクロコントローラを用いることが知られている。例えば、従来のアーク不良検出装置は、交流負荷電流を感知し、ＡＣ信号をフィルターしかつ整流し、整流された信号を積分キャパシタ(integrating capacitor)に供給するように構成され得る。従来のアーク不良検出装置は、積分キャパシタの電圧を測定したり、アルゴリズムによる次の処理のために電圧測定をディジタルデータに変換するためにマイクロコントローラを使用することができる。例えば、このようなアルゴリズムは、ライン電圧の各サイクルに対応する測定された電圧レベルを分析するために用いられ、さらに、電圧測定が点接触、低レベル、または連続した電気的なアーク放電のような電気的なアーク不良の特性であるか、あるいは調光(dimmer)制御、モータ、白熱灯の照明、家庭電化製品用サーモスタットスイッチング、ドリル電流遷移、ランダムなライン電圧のスパイク、ＥＭＩバースト等の迷惑な負荷であるかを決定するために用いられる。電圧測定がアーク不良の特性である場合には、従来のアーク不良検出装置は、典型的に回路ブレーカをトリップさせ、電力出力を負荷から遮断している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した従来のアーク不良検出装置は、電気的なアーク不良と迷惑な負荷とを区別し、検出するのに用いられるが、さらなる信頼性をもつアーク不良検出技術が必要とされている。例えば、アーク不良を示す電気的なアーク放電は、おおよそ本質的に混沌としている。反対に、トライアック制御された調光回路のような迷惑な負荷は、周期的な電気的アーク放電事象を生成し得る。しかしながら、従来のアーク放電検出装置は、しばしば、周期的な電気的アーク放電事象と非周期的な電気的アーク放電事象とを信頼性を持って区別することができず、それ故、迷惑なトリッピングを行う傾向にある。さらに、調光制御、モータ、および白熱灯の照明のような迷惑な負荷は、これらのデバイスのセッティングが変更されたときに高い電圧遷移を生成することがあり、これによって、連続した期間に電気的なアーク放電の減少または増加するレベルを生じさせる。しかしながら、従来のアーク不良検出装置は、概して迷惑な負荷を示す電圧レベルの一時的な増加または減少によって特徴付けられる電気的なアーク放電事象と電気的なアーク不良とを区別することが時に困難なことがある。さらに、ある負荷は、異常な高電圧レベルを有するノイズを含むスイッチング信号を生成する場合があるけれども、そのような高電圧レベルは、必ずしも電気的なアーク放電を示さず、従来のアーク不良検出装置によってアーク不良と誤って特徴付けされることがある。
【０００５】
それ故、上述した従来のアーク不良検出装置および方法の欠点を回避した改善されたアーク不良検出装置および方法が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、電気的なアーク不良を検出する方法および装置が提供され、これは、迷惑なトリッピングに対して減少された感受性をもつ。ある実施例において、アーク不良検出装置は、電流センサ、入力感知回路、アーク放電感知回路、電力供給、トリッピング（ファイアリング）回路、処理ユニット、および電気機械式のインターフェースを含む。１つの動作モードにおいて、電流センサは、交流電流（ＡＣ）を含む電力入力を監視し、ＡＣ電流の高周波成分を入力感知回路に提供する。次に、入力感知回路は、入力でのＡＣ信号をフィルタし、かつ整流し、整流された信号をアーク放電感知回路へ提供する。そして、アーク放電感知回路は、複数の電圧レベルを処理ユニットへ提供する。処理ユニットは、各々の電圧レベルを測定し、測定された電圧レベルに関する情報を保存し、１つもしくはそれ以上のアルゴリズムを用いて保存された情報を処理し、これにより、電気的なアーク不良または迷惑な負荷から生じたＡＣ電流の高周波成分であるか否かを決定する。アーク不良から生じた高周波数のＡＣ電流成分である場合、処理ユニットは、電気機械式のインターフェースをトリップするためのファイアリング回路を活性化し、これにより、負荷への電力出力を遮断する。
【０００７】
ここに開示された実施例において、処理ユニットは、電気的なアーク不良と迷惑な状態とを検出し、区別するため、複数のアルゴリズムを実行する。第１のアルゴリズムによれば、処理ユニットは、特定の数の連続的な時間期間中にアーク放電感知回路により提供された複数の電圧レベルを測定する。ある実施例において、処理ユニットは、連続的な時間期間の各々の間に１つの電圧レベルの測定を実行する。別な実施例において、処理ユニットは、各々の時間期間中に複数の電圧レベルの測定を実行する。例えば、連続的な時間期間の各々は、ライン電圧の半サイクルに対応することができる。これとは別に、時間期間の各々は、所定の一定のまたは変化する時間期間に対応することができる。次に、処理ユニットは、アーク放電感知回路により提供された電圧レベルが特定の最小値を超えた連続的な時間期間の数を決定する。測定された電圧レベルが特定の最小値を超えた連続的な時間期間の数が所定のしきい値よりも大きいかまたはこれに等しい場合、処理ユニットは、ファイアリング回路を活性化し、電気機械式のインターフェースをトリップさせ、負荷への電力出力を遮断する。この場合、ＡＣライン電流の高周波成分は、電気的なアーク不良から生じたものとみなされる。測定された電圧レベルが特定の最小値を超えた連続的な時間期間の数が所定のしきい値よりも小さい場合、電気機械式のインターフェースのトリッピングが禁止される。この場合、ＡＣライン電流の高周波成分は、迷惑な負荷から生じたものとみなされる。
【０００８】
第２のアルゴリズムによれば、処理ユニットは、特定の数の連続的な時間期間の間にアーク放電感知回路により提供された複数の電圧レベルを測定し、アーク放電感知回路により提供された電圧レベルが連続的により低い値を呈する連続的な時間期間の数を決定する。第３のアルゴリズムによれば、処理ユニットはまた、特定の数の連続した時間期間中にアーク放電感知回路により提供された複数の電圧レベルを測定する。しかしながら、第３のアルゴリズムを実行するとき、処理ユニットは、アーク放電感知回路により提供された電圧レベルが連続的により高い値を呈する連続的な時間期間の数を決定する。測定された電圧レベルが連続的により低い値またはより高い値を呈する連続的な時間期間の数が所定のしきい値よりも大きいかまたはそれに等しい場合、電気機械式のインターフェースのトリッピングが禁止される。この場合、ＡＣライン電流の高周波成分は、迷惑な負荷から生じたものとみなされる。これらの第２および第３のアルゴリズムは、迷惑なトリッピングの発生を減少させるために、上記した第１のアルゴリズムと関連して用いることができる。
【０００９】
第４のアルゴリズムによれば、処理ユニットは、特定の数の連続的な時間期間中にアーク放電感知回路により提供された複数の電圧レベルを測定し、１つもしくはそれ以上の測定された電圧レベルが所定の値の範囲外であるか否かを決定する。１つもしくはそれ以上の測定された電圧レベルが所定の範囲外あると決定する場合、１つもしくはそれ以上の測定された電圧レベルが異常に高いことを示し、電気機械式のインターフェースのトリッピングが禁止される。この場合、ＡＣライン電流の高周波成分は、例えば、高レベルまたは並列のアーク放電、ラインノイズ、回路故障、または迷惑な負荷から生じたものとみなされる。このような異常に高い電圧は、典型的に、ダイオード補正されたキャパシタかブリッジ、他の適切な出力を制限、束縛、クリップする回路、または適切なレンジチェック技術により制御され得る。上記した第２および第３のアルゴリズムと同様に、第４のアルゴリズムは、迷惑なトリッピングの発生を減少させるために、第１のアルゴリズムと関連して用いることができる。例えば、第１のアルゴリズムで用いられた特定の最小値は、第４のアルゴリズムで用いられた所定の値の範囲内になるように選択することができる。
【００１０】
特定の数の連続的な時間期間中にアーク放電感知回路により提供された複数の電圧レベルを測定することにより、かつ、測定されたレベルが特定の最小値を超える連続的な期間の数、測定されたレベルが連続的により低い値またはより高い値を呈する連続的な時間の数、および測定されたレベルが所定の値の範囲外にあるか否か、といった基準に基づき電圧レベルを分析することにより、電気的なアーク不良が高い信頼性でもって検出され、迷惑なトリッピングの発生が減少され得る。
【００１１】
本発明の他の特徴、機能および態様は、以下の本発明の詳細な説明から明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
アーク不良検出方法という名称で２００４年９月９日に提出された米国特許出願第１０／９３７，４８７号は、参照することによりここに包含される。
【００１３】
図１ａは、本発明によるアーク不良検出装置１００の例示的な実施例を示している。例示の実施例において、装置１００は、電流センサ１０１、入力感知回路１０２、アーク放電感知回路１０４、電力供給１０６、トリッピング（ファイアリング）回路１０８、処理ユニット１１２、および電気機械式インターフェース１１７を含む。動作の例示的なモードにおいて、電流センサ１０１は、電気機械式インターフェース１１７を介して電力入力を監視し、電力入力の高周波数成分を入力感知回路１０２へ提供する。次に、入力感知回路１０２は、入力におけるＡＣ信号をフィルターしかつ整流し、整流された信号をアーク放電感知回路１０４へ提供する。そして、アーク放電感知回路１０４は、電圧レベルと可能性のある電気的なアーク放電を示すディジタル信号を処理ユニット１１２へ提供する。次に、処理ユニット１１２は、電圧レベルを測定し、かつ１つもしくはそれ以上のアルゴリズムを用いて電圧測定とディジタル信号を分析し、アーク不良から生じた信号であるか迷惑な負荷から生じた信号であるかを決定する。アーク不良から生じた信号である場合、処理ユニット１１２は、ファイアリング回路１０８を活性化し、これにより、電力出力を負荷から切断するため電気機械式インターフェース１１７をトリッピングさせる。電気機械式インターフェース１１７をトリッピングさせる前に、入力感知回路１０２によって感知されたＡＣ信号が電気的なアーク不良または迷惑な負荷から生じたものであるか否かを決定することにより、処理ユニット１１２は、迷惑なトリッピングに対するアーク不良検出装置１００の感受性を低減させる。
【００１４】
図１ｂは、アーク不良検出装置１００の例示的な実施を示している。例示の実施例において、電流センサ１０１は、変圧器ＴＲ１を含み、変圧器ＴＲ１は、負荷ラインフェーズターミナルＴＰ９および負荷ニュートラルターミナルＴＰ１０、ＴＰ２２を介して電力出力に結合可能な負荷を流れる交流電流（ＡＣ）ｉを監視することにより電力入力を監視する。変圧器ＴＲ１は、１次コイルＬ１からのＡＣ電流ｉの高い周波数成分を磁気的に２次コイルに結合するように構成され、これにより、ＡＣ電流Ｉを入力感知回路１０２に提供する。ここに開示された実施例において、アーク不良検出装置１００は、積層プリント回路ボード基板（ＰＣＢ）、セラミック基板、あるいは他の適切な基板上において実行される。さらに、変圧器ＴＲ１の１次コイルＬ１は、２次コイルＬ２を取り囲み（図２ｃ−２ｄを参照）、基板に対して垂直な磁気軸を有する。好ましい実施例において、変圧器ＴＲ１の２次コイルＬ２は、約２０−５０μＨの相互コンダクタンスを提供することができる。
【００１５】
図１ｂに示すように、入力感知回路１０２は、キャパシタＣ１、抵抗Ｒ１−Ｒ２、およびダイオードＤ１−Ｄ６を含んでいる。変圧器ＴＲ１の２次コイルＬ２は、キャパシタＣ１と抵抗Ｒ２の間に接続されている。キャパシタＣ１はまた抵抗Ｒ１に接続され、抵抗Ｒ１−Ｒ２は、グランドに接続されている。キャパシタＣ１は、変圧器の２次コイルＬ２によって提供されたＡＣ信号を高域で通過させ、抵抗Ｒ１−Ｒ２は、２次コイルＬ２へのグランド基準を提供する。ダイオードＤ１のカソードは、キャパシタＣ１と抵抗Ｒ１に接続され、ダイオードＤ２のカソードは２次コイルＬ２と抵抗Ｒ２に接続され、ダイオードＤ１−Ｄ２のアノードはグラウンドに結合される。また、ダイオードＤ１のカソードはダイオードＤ３−Ｄ４のアノードに接続され、ダイオードＤ２のカソードはまたダイオードＤ５−Ｄ６のアノードに接続される。ダイオードＤ４−Ｄ５のカソードは、グラウンドに接続され、ダイオードＤ３とＤ６のカソードは、入力感知回路１０２の出力を提供するノード１１４に接続される。ダイオードＤ１−Ｄ２およびＤ４−Ｄ５は、全波整流されたブリッジを形成するように構成され、それ故、ノード１１４に提供される出力は、全波整流された信号である。好ましい実施例において、ダイオードＤ３とＤ６は、ダイオードＤ４−Ｄ５に整合される。さらに、ダイオードＤ３−Ｄ６およびアーク放電感知回路１０４に含まれるキャパシタＣ２は、ロギング（logging）回路を形成し、これにより、ノード１１４に提供された出力のレベルは、入力感知回路１０２の入力のログ（log）に比例される。
【００１６】
例示の実施例において、アーク放電感知回路１０４は、キャパシタＣ２、積分キャパシタＣ３、抵抗Ｒ３−Ｒ７、オペレーショナルアンプ（オペアンプ）１１６、およびダイオードＤ７を含む。図１ｂに示すように、キャパシタＣ２と抵抗Ｒ４は、ノード１１４とグランドの間に接続される。さらに、抵抗Ｒ３は、ノード１１４とマイクロコントローラのピン１０の間に接続され、マイクロコントローラは、処理ユニット１１２（図１ａ参照）の機能を実行する。オペアンプ１１６と抵抗Ｒ５−Ｒ６は、非反転増幅器１０５を形成するように構成される。キャパシタＣ２は、オペアンプ１１６の非反転入力に接続され、キャパシタＣ２の電圧がバッファされ、ダイオードＤ７と抵抗Ｒ７を介して積分キャパシタＣ３に提供される。キャパシタＣ３は、マイクロコントローラ１１２のピン９とグランドの間に接続される。ダイオードＤ７は、キャパシタＣ３からの逆電流を防止するように構成される。さらに、抵抗Ｒ７とキャパシタＣ３の組合せは、高周波ノイズを除去するローパスフィルタを形成する。
【００１７】
キャパシタＣ２の電圧は、約（Ｃ２）*（Ｒ４）秒の遅延時間でリセットすることに留意すべきである。例えば、もし、Ｒ４が１０ＫΩに等しく、キャパシタＣ２が１ｎｆに等しいならば、キャパシタＣ２の遅延時間は、約１０μ秒である。アーク放電感知回路１０４は、キャパシタＣ２の電圧の変化（△Ｖｃ２）を幅ｔｐｗを有するパルス幅に変換するように構成される。これは、次式（１）から決定され得る。
【００１８】
【数１】
2007267592.tif 000003
【００１９】
ここで、“Ｇ”は、オペアンプ１１６のゲインである。重要なｄｉ／ｄｔ事象（アーク放電事象）に応答して発生したパルスは、キャパシタＣ３の電圧の変化（△Ｖｃ３）を引き起こす。これは、次式のように表すことができる。
【００２０】
【数２】
2007267592.tif 000004
【００２１】
従って、数式（１）−（２）は、アーク放電事象の数が増加するにつれ、△ＶＣ３が△ＶＣ２のログで増加することを示し、これにより、アーク不良検出装置１００のダイナミックレンジを増加している。
【００２２】
マイクロコントローラ１１２は、マイクロコントローラのピン９で積分キャパシタＣ３の電圧の測定を取るように動作する。たとえば、マイクロコントローラ１１２は、米国、テキサス州、ダラスのテキサスインスツルメンツインコーポレイテッド（ＴＩ）によって販売されたＭＳＰ４３０Ｆ１１２２マイクロコントローラ、または他の適切なマイクロコントローラを用いることができる。ある実施例では、マイクロコントローラ１１２は、ライン電圧ゼロ交差近傍のライン電圧の半サイクル毎にキャパシタＣ３の電圧Ｖｃ３を測定する。測定された電圧は、積分キャパシタＣ３によって蓄積された電圧の合計を表し、これは、簡単な減衰期間によってリセットされる。従って、各測定が成される間、サンプリング期間は、アーク放電事象が生じるときに開始し、おおよそ減衰期間だけ存続する持続時間を有する。
【００２３】
他の実施例において、マイクロコントローラ１１２は、ライン電圧の半サイクルにつき複数回、積分キャパシタＣ３の電圧Ｖｃ３を測定する。例えば、マイクロコントローラ１１２は、ライン電圧の絶対値により決定される時間で各半サイクルにつき２回電圧Ｖｃ３を測定することができ、各測定後にキャパシタＣ３を０ボルトにリセットする。具体的に、マイクロコントローラ１１２は、各半サイクルの２つの所定の領域に対応する時間で電圧Ｖｃ３を測定する。マイクロコントローラ１１２は、各所定の領域の開始にキャパシタＣ３を０ボルトに最初にリセットし、それから各領域の終了にキャパシタ電圧を測定することにより、これらの測定を合計する。好ましい実施例において、半サイクル毎の２つの電圧測定は、ライン電圧ゼロ交差近傍で成され、例えば、１つの測定は、ゼロ交差の直前で成され、他の測定は、ゼロ交差の直後に成される。
【００２４】
ここに開示された実施例では、マイクロコントローラ１１２のピン９は、マイクロコントローラ１１２内のアナログディジタルコンバータ（ＡＤＣ）に接続される。ＡＤＣは、積分キャパシタＣ３から取られたアナログ電圧測定をディジタルデータに変換し、これにより、マイクロコントローラ１１２に内部メモリに測定データを蓄積させる。測定後に、マイクロコントローラ１１２は、ピン９をグラウンドに短絡させ、次のサンプリング期間の電流を積算するように積分キャパシタＣ３を準備させる。さらに、マイクロコントローラ１１２のピン１０は、オペアンプ１１６の出力に接続され、これは、マイクロコントローラ１１２のピン１３に直接的にパルスカウンタ信号を提供する。マイクロコントローラ１１２は、内部カウンタを用い、信号内に生じるパルスの軌道（トラック）を保持するようにパルスカウンタ信号を監視する。そして、マイクロコントローラ１１２は、測定された電圧および監視されたパルスに関するデータを蓄積し、１つもしくはそれ以上のアルゴリズムを用いてデータを処理し、電圧／パルスが電気的なアーク不良または迷惑な負荷によって発生されたか否かを決定する。
【００２５】
アーク不良検出装置１００はさらに、リセット回路１１０を含み、これは、キャパシタＣ４、抵抗Ｒ８−Ｒ１０、ツェナーダイオードＤ８、およびラインフェーズをマイクロコントローラ１１２のピン１２へ接続するように動作可能なプッシュボタンＰＢ１を含む。例示された実施例において、直列に接続された抵抗Ｒ９−Ｒ１０とピン１２とグラウンドの間に接続された抵抗Ｒ８は、マイクロコントローラ１１２に対して適切なレベルに、ライン電圧およびライン電流を減少させる。ＴＩ  ＭＳＰ４３０Ｆ１１２２マイクロコントローラは、内部保護ダイオードを含むけれど、ツェナーダイオードＤ８は、ピン１２とグラウンドの間に接続され、冗長な電圧制限を提供する。キャパシタＣ４は、ピン１２とグランドの間に接続され、高周波数のノイズを除去する。プッシュボタンＰＢ１が動作され、テストが開始されたとき、マイクロコントローラ１１２は、増加するパルス幅をもつセンステスト信号をピン１０に提供する。その結果、マイクロコントローラ１１２は、パルス幅が増加するにつれ、抵抗Ｒ３を介してキャパシタＣ２に増加する電圧を印加し、これにより、変化する電圧で、シミュレートされたアーク放電を生成する。
【００２６】
図１ｂに示すように、ファイアリング(トリッピング)回路１０８は、キャパシタＣ５−Ｃ７、抵抗Ｒ１１−Ｒ１２、ダイオードＤ９、およびシリコン制御整流器（ＳＣＲ１）を含む。特に、キャパシタＣ７は、ＳＣＲ１のアノードとカソードの間に接続され、キャパシタＣ６と抵抗Ｒ１２は、ＳＣＲ１のゲートとカソードの間に接続され、重要なｄｖ／ｄｔ事象によってＳＣＲ１の故意でないターンオンを防止する。キャパシタＣ５は、マイクロコントローラ１１２のピン１４と電流制限抵抗Ｒ１１の間に直列に接続され、電力供給の過度の消耗を防止する。電気機械式のインターフェース１１７は、ダイオードＤ１２−Ｄ１５を含むダイオードブリッジ、ソレノイド１１８、および過度のライン電圧を防止するためにラインニュートラルとラインフェーズの端子間に接続された金属酸化バリスタ（ＭＯＶ１）を有する。ダイオードＤ９は、ダイオードブリッジＤ１２−Ｄ１５とＳＣＲ１のアノード間に接続される。ダイオードＤ９は、抵抗Ｒ１６−Ｒ１７を含むライン電圧監視回路およびマイクロコントローラ１１２のピン８に接続されたキャパシタＣ８から、キャパシタＣ７を隔離する。従って、ＳＣＲ１がターンオンするとき、ＳＣＲ１は、ダイオードブリッジＤ１２−Ｄ１５を介して増加された電流を引き込み、ライン電圧にほぼ等しい電圧レベルがソレノイド１１８をトリップさせ、負荷から電力出力を切断する。
【００２７】
例示された実施例において、電力供給１０６は、抵抗Ｒ１３−Ｒ２０、キャパシタＣ８−Ｃ１０およびダイオードＤ１０−Ｄ１１を含む。直列に接続された抵抗Ｒ１３−Ｒ１５は、ツェナーダイオードＤ１１に提供された電流量を制限する。図１ｂに示すように、抵抗Ｒ２０は、ダイオードＤ１０およびツェナーダイオードＤ１１の接合とマイクロコントローラ１１２の正の供給Ｖｃｃ（ピン２）との間に接続される。ダイオードＤ１０は、キャパシタＣ９からの逆電流の流れを防止し、キャパシタＣ９は、ダイオードＤ１０−Ｄ１１の接合とグラウンドの間に接続される。さらに、キャパシタＣ１０は、マイクロコントローラ１１２のピン２とグランドの間に接続され、マイクロコントローラ１１２に電圧Ｖｃｃを供給する。直列に接続された抵抗Ｒ１６−Ｒ１７は、抵抗Ｒ１４−Ｒ１５の接合とグランドの間に接続される。さらに、キャパシタＣ８は、Ｒ１６−Ｒ１７の接合とグランドの間に接続され、マイクロコントローラ１１２のピン８に基準電圧（ＶＲＥＦ）を提供する。基準電圧ＶＲＥＦは、ダイオードブリッジＤ１２−Ｄ１５の電圧に比例し、これは、ライン電圧の絶対値におおよそ等しい。ここに開示される実施例において、マイクロコントローラ１１２は、ＶＲＥＦを介してライン電圧を監視し、監視されたライン電圧に基づきキャパシタＣ３の電圧の測定をいつ実行するかを決定する。別の実施例において、マイクロコントローラ１１２は、ディジタルタイマーの出力を監視することができ、タイマーの出力に基づき積分キャパシタＣ３の電圧測定を事項することができる。
【００２８】
上記したように、マイクロコントローラ１１２は、１つもしくはそれ以上のアルゴリズムを用いて、蓄積された電圧／パルスデータを処理することによりアーク放電事象の発生を決定する。迷惑な負荷に関するトリッピングの発生を減少させるための３サイクルアルゴリズム（ＴＣＡ）を使用するアーク不良検出装置１００の動作方法は、図１ｂおよび図２を参照して以下に説明される。ステップ２０２に示されるように、積分キャパシタＣ３は、０ボルトにリセットされ、マイクロコントローラ１１２内のすべてのフラグが初期化される。ステップ２０６−２０９は、マイクロコントローラ１１２のピン８で監視された基準電圧ＶＲＥＦが所定の値samp_hiを超えるまでループするサブルーチンを形成し、それから下方の選択された値サンプル１に進み、これにより、サンプリング点またはライン電圧ゼロ交差近傍の測定点が定義される。それから、ステップ２１４に示すように、マイクロコントローラ１１２のピン９でキャパシタＣ３の電圧の測定が成され、その後、キャパシタＣ３が０ボルトにリセットされる。次に、ステップ２１６に示すように、ブッシュボタンＰＢ１が動作されたか否かに関する決定が成される。プッシュボタンＰＢ１が動作された場合、ステップ２２０に示すように、マイクロコントローラ１１２のピン１０に接続された抵抗Ｒ３を介してキャパシタＣ２に電気的なアークのようなノイズが注入され、ライン電圧の複数の半サイクルに注入されかつ以下に示すステップ２４０のＴＣＡにより処理されるかなりのノイズで、ソレノイド１１８を、負荷電流内で検出された電気的なアークと同様の方法でトリップさせる。
【００２９】
好ましい実施例において、電気的なアークを持続するために最小限の電圧、例えば、約１５ボルトが必要とされるため、典型的に５０ボルトまでのウインドウがライン電流とライン電圧の間の位相差を示す電圧測定のために選択される。ライン電圧ゼロ交差付近のウインドウは、ゼロ交差近傍で典型的に発生するまたは消される比較的小さなアークを捕捉する。
【００３０】
次に、電圧測定は、ステップ２３４に示すように、ディジタルフォームに変換され、マイクロコントローラ１１２内に蓄積され、測定データの履歴を維持する。ここに開示された実施例において、連続的な電圧測定値は、スタックにワードとして入力される。それから、ステップ２４０に示すように、ＴＣＡが実行される。具体的には、サイクル１のワード（すなわち、Ｖ［ｎ−１］）マイナスサイクル２のワード（すなわち、Ｖ［ｎ］）が計算され、第１の計算値を得るために絶対値が取られ、サイクル３のワード（すなわち、Ｖ［ｎ＋１］）マイナスサイクル２のワード（すなわち、Ｖ［ｎ］）が計算され、第２の計算値を得るために絶対値が取られ、さらにサイクル３のワード（すなわち、Ｖ［ｎ＋１］）マイナスサイクル１のワード（すなわち、Ｖ［ｎ−１］）が計算され、第３の計算値を得るために絶対値が取られる。それから、第１の計算値プラス第２の計算値マイナス第３の計算値が計算され、それらの絶対値が取られる。ステップ２４０で実行されるＴＣＡは、それ故、次のように表すことができる。
【００３１】
【数３】
2007267592.tif 000005
【００３２】
式（３）の絶対値の符号の最も外側の対は、厳格に要求されないが、ＴＣＡの実行中に最下位ビット（ＬＳＢ）エラーの発生を回避するべくその必要性を強調するために含まれることを理解されたい。ＴＣＡにおいて用いられる隣接したフルサイクル１−３は、重複することができ、あるいは重複されなくてもよいことに留意すべきである。もし、３サイクルが重複しないならば、ＴＣＡを実行するのに６つの半サイクルが要求される。もし、３サイクルが重複するならば、４つの半サイクルのみがＴＣＡのために要求される。
【００３３】
次に、ステップ２４４に示すように、ＴＣＡ計算の少なくとも１つの連続的な実行中の合計が維持される。ＴＣＡ計算の各々の実行中の合計は、各サンプリング期間に発生する電気的なアーク放電の全体の量を表す。サンプリング期間の終わりに、ステップ２４６に示すように、実行中の合計が所定の最大のしきい値max_limitを越えるか否かに関する決定がなされる。実行中の合計値がmax_limitを越える場合、アーク不良が検出され、ステップ２４８に示すようにＳＣＲ１が点火（ファイア）され、負荷から電力出力を切断する。好ましい実施例において、ＳＣＲ１は、たとえライン電圧の短い障害であっても、点火を確実にするために３回点火される。ここに開示された実施例では、選択された幅を持つパルス、例えば３０μ秒、がＳＣＲ１に供給される。そして、方法は、ステップ２０２にループで戻り、次の電圧の測定のために積分キャパシタＣ３を準備させる。
【００３４】
上記例示の実施例を説明したが、他の選択的な実施例または変形を行うことができる。例えば、アーク放電感知回路１０４（図１ｂ参照）は、オペアンプ１１６と抵抗Ｒ５−Ｒ６を含み、これは非反転増幅器１０５を形成すると説明したが、図３は、非反転増幅器１０５に代えて用いることができる比較器回路１０５ａを示している。図３に示すように、比較器回路１０５ａは、比較器１２０、抵抗Ｒ３０−Ｒ３２、ダイオードＤ７、およびキャパシタＣ３を含む。特に、抵抗Ｒ３０−Ｒ３１は、比較器の反転入力をバイアスする分圧器を形成する。入力感知回路１０２による比較器１２０の非反転入力に供給される信号レベルが比較器１２０の反転入力のレベルを超えるとき、比較器１２０は、Ｒ３２*Ｃ３に比例する割合で抵抗Ｒ３２を介してキャパシタＣ３を充電する。キャパシタＣ３は、比較器１２０の非反転入力の信号レベルが、Ｖｃｃ*［Ｒ３１／（Ｒ３０+Ｒ３１）］より大きいことを維持する限り、キャパシタＣ３を充電し続けることに留意すべきである。従って、比較器回路１０５ａの入力に負荷電流に大きな変化が検出されるたび（すなわち、大きなｄｉ／ｄｔ事象が発生するたび）、比較器の出力は、正の電源（rail）に駆動され、これにより、ダイオードＤ７および抵抗Ｒ７を介してキャパシタＣ３を充電するためのパスルを発生する。
【００３５】
ここに開示の実施例において、マイクロコントローラ１１２は、第１のパスルカウンタアルゴリズムを実行し、比較器回路１０５ａ（または非反転増幅器１０５）の出力が各半サイクル中にハイに駆動される回数をカウントする。電気的なアーク放電の概して混沌とした性質により、アーク不良は、典型的にライン電圧の半サイクル毎に異なる数のアーク放電事象を生じさせる。反対に、迷惑な負荷は、典型的に半サイクル毎に同じ数のアーク放電事象を生じさせ、それ故、複数の半サイクルに周期的なアーク放電事象を生じさせる。このような情報は、通常の動作状態における迷惑なトリッピングを禁止するために使用することができ、電敵的なアーク不良が検出されたときトリッピングが発生するのを許可する。具体的には、比較器回路１０５ａは、パルスカウンタ信号をマイクロコントローラ１１２のピン１３に提供し、マイクロコントローラは、第１のパルスカウンタアルゴリズムの実行中にこの信号を使用する。パルスカウンタ信号のレベルによって示されるように、比較器回路１０５ａが各半サイクル中にハイに駆動されるたび毎に、マイクロコントローラ１１２内のディジタルカウンタがインクリメントされる。キャパシタＣ３がマイクロコントローラ１１２によってリセットされるとき、カウンタ値がマイクロコントローラ１１２内に保存され、第１のパルスカウンタアルゴリズムが実行される。ここに開示された実施例において、マイクロコントローラ１１２は、第１のパルスカウンタアルゴリズムを実行し、マイクロコントローラ１１２に保存された１つもしくはそれ以上の測定データセット内の所定数のデータエレメントの周期性を決定する。例えば、保存されたカウンタ値が４に等しい場合、第１のパルスカウンタアルゴリズムは、少なくとも１つの測定データセットの１−４データエレメントの周期性を決定する。
【００３６】
第１のパルスカウンタアルゴリズムの動作は、図４ａを参照して以下に説明される。ステップ４０２に示すように、パルスカウンタアルゴリズムは、同一の第１のデータ値ｋを持つ測定データセットの所定数のデータエレメントをサーチする。ステップ４０４に示すように、全体の測定データのセットが分析され、ゼロ（０’ｓ）の値を持つデータエレメントの存在を決定し、第１のデータ値（ｋ’ｓ）を持つ別のデータエレメントの存在を決定し、第１のデータ値と異なる第２のデータ値（ｊ’ｓ）を持つデータエレメントの存在を決定する。次に、ステップ４０６に示すように、データセットがマップされる。例えば、模範的なデータセットは、ゼロの値を持つ第１のデータエレメント、第１の値３を持つ第２のデータエレメント、第１の値３と同じ値を有する第３のデータエレメント、異なる第２の値２を持つ第４のデータエレメントを含むことができ、それ故、［０，ｋ，ｋ，ｊ］にマップされる。次に、ステップ４０８に示すように、マップされたデータセットが多数のアーク放電事象の周期性を示す複数の所定のデータセットの少なくとも１つに一致するか否かを決定する。上記したように、迷惑な負荷は、典型的に周期的なアーク放電事象を生成し、他方、アーク不良により生成されたアーク放電事象は、典型的に非周期的である。さらに、スタートアップおよびシャットダウン状態は、周期的なアーク放電事象に似ていることがある。図５は、周期的なアーク放電事象を示す複数のデータセットのマッピングの例を示す。例えば、模範的なマッピング［０，ｋ，ｋ，ｊ］は、図５に示されたデータセットのいずれにも一致しない。この場合、パルスカウンタは、“アクティブ（Ｎ）”であるとみなされず、トリッピングが許可される。ステップ４１０に示すように、一致が成された場合には、パルスカウンタは、“アクティブ（Ｙ）”であるとみなされ、トリッピングが禁止され、これにより、通常の動作状態における迷惑なトリッピングの発生を減少させる。例えば、トリッピングは、上記した３サイクルアルゴリズム（ＴＣＡ）により用いられる所定の最大しきい値value_limitおよび／または他の適切な定数および又は係数を増加することにより禁止されるようにしてもよい。ＴＣＡに用いられる定数／係数はまた、重大なアーク不良が検出されたときにトリッピングを可能にするために適切に変更することができる。
【００３７】
上記したように、第１のパルスカウンタアルゴリズムは、マップされたデータセットがアーク放電事象の周期性を示す少なくとも１つの所定のデータセットに一致するか否かを決定するステップを含む。他の実施例において、マップされたデータセットが、データ履歴の中の重要でない事象（例えば、ノイズ）を示す１つもしくはそれ以上所定のデータセットに一致するか否かに関する決定も行われるようにすることができる。例えば、このようなデータセットは、［０，ｋ，ｋ，ｊ，ｋ，ｋ］にマップすることができ、これは、マッピングに１つの“ｊ”エレメントがなければ、周期性を示すであろう。このような一致が生じるときにトリッピングを禁止することにより、ノイズフィルタリングの度合いが第１のパルスカウンタアルゴリズムに含まれるようにすることができる。
【００３８】
ここに開示の実施例において、第２のパルスカウンタアルゴリズムがまた実行され、１つもしくはそれ以上のアーク放電事象に関するタイミング情報を捕捉する。第２のパルスカウンタアルゴリズムは、図４ｂを参照して以下に説明される。ステップ４１４に示すように、マイクロコントローラ１１２内のカウンタは、サンプリング期間内に発生するアーク放電事象に要求される時間の量を追跡するために用いられる。例えば、カウンタは、サンプリング期間の開始からサンプリング期間内のアーク放電事象の発生までの時間を測定するのに使用される。そして、ステップ４１６に示すように、複数の測定された時間の値は、多数のサンプリング期間の間保存され、アーク放電事象時間の履歴を提供する。次に、ステップ４１８に示すように、時間の履歴が分析され、アーク放電時間のランダム性を決定する。そして、ステップ４２０に示すように、アーク放電事象が各サンプリング期間中に実質的に同一時間に生じるか否かに関する決定が成される。アーク放電が各サンプリング期間中に実質的に同一時間で発生する場合、ステップ４２２に示すように、アーク放電は、迷惑な負荷によって引き起こされているとみなされ、トリッピングが禁止される。上記した３サイクルアルゴリズムにより用いられる定数／係数は、第２のパルスカウンタアルゴリズムにより得られたアーク時間履歴に基づきトリッピングを禁止および／または可能にするために適切に変更され得ることが理解されよう。
【００３９】
ＴＣＡが次のように表されることが詳述された。
【００４０】
【数４】
2007267592.tif 000006
【００４１】
（式（３）を参照）。しかしながら、式（３）は、一つのアーク放電事象に対して比較的スムースな応答を提供する。一つのアーク放電事象に対してよりインパルス特性である応答を達成するために、変更されたＴＣＡは次のように表される。
【００４２】
【数５】
2007267592.tif 000007
【００４３】
ここで、ＴＣＡ＿１は、式（３）で表され、“ｋｎｏｂ”は定数であり、“ＴＣＡ＿２”は、次のように表される。
【００４４】
【数６】
2007267592.tif 000008
【００４５】
ここで、Ｖ［ｎ−１］は、ライン電圧の第１のサイクルに対応する第１の電圧測定を表し、Ｖ［ｎ］は、ライン電圧の第２のサイクルに対応する第２の電圧測定を表し、Ｖ［ｎ＋１］は、ライン電圧の第３のサイクルに対応する第３の電圧測定を表す。ＴＣＡ＿２は、ひとつのアーク放電事象に対して一層のインパルス応答を提供することに留意すべきである。上記の式（６）において、ｋｎｏｂ定数は調整され（例えば、ｋｎｏｂ定数は、１／８または他の適切な値にセットされ得る）、インパルス応答の変化する量を提供する。
【００４６】
３サイクルアルゴリズム（ＴＣＡ）の結果として生じる合計が、サンプリング期間中に生じる電気的なアーク放電の全体の量を表すＴＣＡ計算の連続的な継続中の合計に加算されることもまた説明された。各サンプリング期間の最後に、継続中の合計が所定の最大しきい値max_limitと比較され、そして、しきい値を越えた場合にＳＣＲ１が点火される。他の実施例において、より迷惑なトリッピングを避けるため、マイクロコントローラ１１２（図１を参照）は、アーク放電事象カウンタアルゴリズムを実行し、継続中の合計に含まれるアーク放電事象の数をカウントする。
【００４７】
アーク放電事象カウンタアルゴリズムは、図６を参照して以下に説明される。ステップ６０２に示すように、キャパシタＣ３の電圧が測定される。次に、ステップ６０４に示すように、測定された電圧値が第１の所定のしきい値を超えるか否かに関する決定が成される。もし、測定された電圧値が第１のしきい値を超えるならば、ステップ６０６に示すように、マイクロコントローラ１１２内の第１の事象カウンタがインクリメントされる。次に、ステップ６０８に示すように、測定された電圧値が第２の所定のしきい値を超えるか否かに関する少なくとも１つの第２の決定が成される。もし、測定された電圧値が第２のしきい値を超えるならば、マイクロコントローラ１１２内の第２の事象カウンタがインクリメントされる。次に、ステップ６１２に示すように、上記したＴＣＡのような少なくとも１つのアルゴリズムによりキャパシタＣ３の電圧の測定が処理される。好ましい実施例において、電圧測定は、電圧測定の第１及び第２の継続中の合計に加えられる。例えば、第１の電圧測定の継続中の合計は、大きな電圧スパイクが時間の短い期間に監視される間、短いサンプル期間に対応することができ、第２の電圧測定の継続中の合計は、より小さな電圧スパイクが時間のより長い期間に監視される間、長いサンプリング期間に対応することができる。ステップ６１４に示すように、第１の実行中または継続中の合計（running sum 1）が第１の所定のトリップしきい値（trip threshold 1）を超えるか否かに関する決定が成される。第１の継続中の合計値が第１のトリップしきい値を超えるならば、ステップ６１６に示すように、第１の事象カウンタ(event counter 1)の出力が第１の所定の最小限の事象の数（min.event 1）を超えるか否かに関する決定が成される。第１の事象カウンタ出力が第１の事象の数を超えるならば、ステップ６２２に示すように、トリッピングが発生し、電力出力を負荷から切断する。ステップ６１８に示すように、第２の実行中または継続中の合計（running sum 2）が第２の所定のトリップしきい値（trip threshold 2）を超えるか否かに関する決定が成される。第２の継続中の合計値が第２のトリップしきい値を超えるならば、ステップ６２０に示すように、第２の事象カウンタ（event counter 2）の出力が第２の所定の最小限の事象の数（min. events 2）を超えるか否かに関する決定が成される。第２の事象カウンタ出力が第２の事象の数を超える場合、ステップ６２２に示すように、トリップが発生し、電力出力を負荷から切断する。従って、第１の事象カウンタ出力が第１の所定のカウント数を超えるか、または第２の事象カウンタ出力が第２の所定のカウント数を超えるならば、トリッピングが発生する。さもなければ、トリッピングは生じない。
【００４８】
このようにして、例えばノイズのあるスイッチング信号による迷惑なトリッピングが避けられる。このようなノイズのある信号は、比較的大きな電圧測定になることがあるけれども、それらの信号は必ずしも電気的なアーク放電を示すとは限らない。
【００４９】
測定された電圧の継続中の合計のレベルを監視し、かつ、継続中の合計に含まれるアーク放電事象の数をトラッキングすることにより、アーク放電事象の幾つかの半サイクルを含む電気的なアーク放電がより信頼性をもって検出され、アーク放電事象の制限された数のみを含む迷惑な負荷がより安全に無視される。
【００５０】
マイクロコントローラ１１２は、ＶＲＥＦを介してライン電圧を監視し、監視されたライン電圧に基づきキャパシタＣ３の電圧測定をいつ実行するかを決定することを説明した。通常の動作状態において、これらの電圧測定の間の時間は、規則的であり周期的である。しかしながら、高電流のアーク放電状態の間、ＶＲＥＦ信号は、瞬間的なハードの短絡回路により引き起こされるライン電圧降下により劣化され得る。もし、マイクロコントローラ１１２がライン電圧の半サイクル上の特定の電圧点を探すならば、このような電圧降下は、測定のための不注意なまたは初期の命令を引き起こし得る。さらに、この種のアーク放電事象の間、積分キャパシタＣ３の電圧は、典型的に過度に高くなる。通常のライン降下（またはブラウンアウト（brown out））の間、意図された測定点は、マイクロコントローラによって見つけることができるが、キャパシタＣ３には異常な電圧は全くないかもしれない。反対に、高電流アーク放電状態の間、意図された測定点は見つけられ、そして過度に高い電圧がキャパシタＣ３において検出されるかもしれない。従って、高いレベルのアーク放電を検出するため、マイクロコントローラ１１２は、測定点の間の時間を測定するように動作される。早期に測定が見つけられ、かつ過度の大きなキャパシタ電圧Ｖｃ３が検出された場合、マイクロコントローラは、ファイアリング回路１０８を活性化し、これにより、ソレノイド１１８をトリップし、電力出力を負荷から切断する。
【００５１】
マイクロコントローラ１１２（図１を参照）は、各半サイクルに２回、キャパシタＣ３の電圧を測定することができ、アナログ−ディジタルコンバータ（ＡＤＣ）を用いて電圧測定をディジタルフォームに変換し、測定された電圧データを保存し、電圧測定が完了したときキャパシタＣ３を放電することを説明した。キャパシタＣ３の電圧は、非反転増幅器１０５により提供された信号の積分または積算を表すことに留意すべきである。他の実施例において、マイクロコントローラ１１２内のディジタルカウンタは、非反転増幅器１０５の出力を有効に積分するためのアキュムレータとして用いられ、これにより、積分キャパシタＣ３およびＡＤＣの必要性が避けられる。
【００５２】
他の実施例において、比較器回路１０５ａまたは１０５ｂは、非反転増幅器１０５の代わりに使用され、比較器回路のディジタル出力は、マイクロコントローラ１１２に直接的に提供され、内部カウンタをインクリメントさせる。さらに、サンプリング期間が、ライン電圧の１つもしくはそれ以上の半サイクルに対応する期間をもつように定義される。マイクロコントローラ１１２の動作および比較器回路１０５ａの出力を積分する内部カウンタは、図７を参照して以下に説明される。ステップ７０２に示すように、カウンタは、サンプリング期間の初めにリセットされる。次に、ステップ７０４に示すように、比較器回路１０５ａがアクティブか否かに関する決定が成され、これにより、電気的なアーク放電の存在が示される。比較器回路出力がアクティブならば、ステップ７０６に示すように、カウンタが開始される。そして、ステップ７０８に示すように、比較器回路１０５ａの出力が、電気的なアーク放電の終了を示すインアクティブになったか否かに関する決定が成される。電気的なアーク放電が終了した場合には、方法は、ステップ７１２に分岐する。さもなければ、ステップ７１０に示すように、サンプリング期間の終わりに到達したか否かに関する決定が成される。サンプリング期間の終わりに到達した場合には、方法は、ステップ７１２を開始する。さもなければ、方法は、ステップ７０８にループバックする。次に、ステップ７１２に示すように、カウンタの出力値が保存される。保存されたカウンタ値、これは、比較器回路１０５ａの出力の積分を表すものであり、上記したアーク不良検出アルゴリズムにおける積分キャパシタＣ３の電圧測定の代わりに引き続き使用される。
【００５３】
パルスカウンタアルゴリズム、３サイクルアルゴリズム（ＴＣＡ）、およびアーク放電事象カウンタアルゴリズムを使用するアーク不良検出装置１００の動作方法が図１ｂおよび図８の参照によって例示される。ステップ８０２に示すように、積分キャパシタＣ３は０ボルトにリセットされる。次に、ステップ８０４に示すように、測定のための初期の命令が検出されたか否かに関する決定が成される。例えば、マイクロコントローラ１１２は、もし、ＶＲＥＦ信号がライン電圧降下により劣化するならば、そのような初期の命令を検出し、電圧測定を実行する。初期の測定が検出され、かつキャパシタＣ３の過度の大きな電圧が測定された場合、ステップ８２４に示すように、アーク不良が検出され、ソレノイド１１８がトリップされ、電力出力を負荷から切断する。さもなければ、ステップ８０６に示すように、マイクロコントローラ１１２は、ＶＲＥＦ信号を監視し、サンプリングまたは到来する測定点を待つ。測定点が到来するとき、ステップ８０８に示すように、積分キャパシタＣ３の電圧が測定され、その後、キャパシタＣ３が０ボルトにリセットされる。次に、マイクロコントローラ１１２は、アーク放電感知回路１０４によって提供されたパルスカウンタ信号を監視し、ステップ８１０に示すように、サンプリング期間中に生じるパルスカウント数を保存する。さらに、マイクロコントローラ１１２は、ステップ８１２に示すように、積分キャパシタの電圧測定を履歴データストア（例えば、スタック）に保存する。そして、ステップ８１４に示すように、上記したパルスカウンタアルゴリズムを用いて、保存されたパルスカウント情報が分析される。次に、ステップ８１６に示すように、電圧測定データの保存された履歴を用いて、３サイクルアルゴリズム（ＴＣＡ）が実行され、結果として生じるＴＣＡ計算が少なくとも１つの継続中の合計に加えられる。そして、マイクロコントローラ１１２内の１つ若しくはそれ以上の事象カウンタは、ステップ８１８に示すように、調整され、電圧測定は、上記したアーク放電事象カウンタアルゴリズムを用いて分析される。そして、ステップ８２０に示すように、１つもしくはそれ以上の事象カウンタが所定の最小限のアーク放電事象の数を超えるか否かに関する決定が成される。もし、カウンタがアーク放電事象の所定の最小限の数を超える場合、ステップ８２２に示すように、ＴＣＡ実行中の合計が所定のトリップしきい値を超えるか否かに関する更なる決定が成される。ＴＣＡ実行中の合計が所定のトリップしきい値を超える場合、ステップ８２４に示すように、アーク不良が検出され、ソレノイド１１８がトリップされ、電力出力を負荷から切断する。
【００５４】
上記したように、アーク不良検出装置１００（図１ａ−１ｂを参照）は、ここに開示されたパルスカウンタアルゴリズム、３サイクルアルゴリズム（ＴＣＡ）、およびアーク放電事象カウンタアルゴリズムを用いることができ、迷惑なトリッピングの発生を減少させる。本発明に従い、アーク不良検出装置１００は、１つもしくはそれ以上のさらなるアルゴリズムを実行することにより迷惑なトリッピングの発生をさらに減少させることができ、アーク感知回路１０４によって提供された複数の電圧レベルが特定の数の連続的な時間期間中に測定され、引き続き、測定されたレベルが特定の最小値を超えた連続的な期間の数、測定されたレベルが連続的により低い値かより高い値をとる連続的な期間の数、および／または１つもしくはそれ以上の測定されたレベルが所定の値の範囲外になるか否か、といった基準に基づき分析される。
【００５５】
迷惑なトリッピングの発生を減少させるためアーク不良検出装置１００（図１ａ−１ｂ）により実行されるこれらのさらなるアルゴリズムは、以下に示される例を参照することでより理解されよう。各々の例において、電流センサ１０１は、交流電流（ＡＣ）を有する電力入力を監視し、ＡＣ電流の高周波成分を入力感知回路１０２に提供する。次に、入力感知回路１０２は、その入力のＡＣ信号をフィルターしかつ整流し、整流された信号をアーク放電感知回路１０４に提供し、アーク放電感知回路１０４は、次いで、複数の電圧レベルをマイクロコントローラ１１２へ提供する。アーク放電感知回路１０４によりマイクロコントローラ１１２へ提供された電圧レベルの各々は、積分キャパシタＣ３の電圧に対応し、特定の時間期間の積分キャパシタＣ３により蓄積された電圧の合計を表すことができる。マイクロコントローラ１１２は、各電圧レベルを測定し、測定された電圧レベルに関する情報を保存し、１つもしくはそれ以上のこれらのさらなるアルゴリズムを用いて保存された情報を処理し、電気的なアーク不良または迷惑な負荷から生じたＡＣ電流の高周波成分であるか否かを決定する。アーク不良から生じた高周波ＡＣ電流成分である場合、マイクロコントローラ１１２は、ファイアリング回路１０８を活性化し、電気機械式インターフェース１１７をトリップさせ、これにより、電力出力を負荷から遮断する。
【００５６】
第１の例示する例において、マイクロコントローラ１１２は、特定の数の連続した時間期間に、積分キャパシタＣ３の電圧を複数測定する。図９は、４つの連続的な時間期間中に生じる４つのこのような電圧を例示する。具体的には、１番目の電圧は、時間期間ｔ１からｔ３の間に生じ、２番目の電圧は、時間期間ｔ３からｔ５の間に生じ、３番目の電圧は、時間期間ｔ５からｔ７の間に生じ、４番目の電圧は、時間期間ｔ７からｔ９の間に生じる。この第１の例において、積分キャパシタＣ３は、１番目、２番目、３番目および４番目の時間期間中に、おおよそ時間ｔ２、ｔ４、ｔ６およびｔ８でリセットされる。例えば、マイクロコントローラ１１２は、各４つの連続的な時間期間中に一つの電圧レベル測定を実行することができ、または、各時間期間中に複数の電圧レベル測定を実行することができる。さらに、４つの連続的な時間期間の各々は、ライン電圧の半サイクルに対応することができ、または他の適切な定数または変化する時間期間に対応することができる。次に、マイクロコントローラ１１２は、測定された電圧レベルが特定の最小値を超えた連続的な時間期間の数を決定する。図９に示すように、第１の例示する例において、４つの連続的な時間期間に対応するすべての４つの電圧は、特定の最小値を超えた。測定された電圧レベルが特定の最小値を超えた連続的な時間期間の数が所定のしきい値よりも大きいかまたはそれに等しい場合、マイクロコントローラ１１２は、ファイアリング回路１０８を活性化し、電気機械式インターフェース１１７をトリップさせ、負荷への電力出力を遮断する。従って、第１の例において、もし、所定のしきい値が４に等しいならば、マイクロコントローラ１１２は、ファイアリング回路１０８を活性化し、負荷への電力出力を遮断するであろう。この場合、ＡＣライン電流の高周波成分は、電気的なアーク不良から生じたものとみなされるであろう。
【００５７】
第１の例示的な例において、もし、測定された電圧レベルが特定の最小値を超えた連続的な時間期間の数が４よりも小さいならば、電気機械式のインターフェース１１７のトリッピングは、禁止されることに留意すべきである。この場合、ＡＣライン電流の高周波成分は、迷惑な負荷から生じたものとみなされるであろう。迷惑なトリッピングの発生を減少させるための所望の性能レベルは、測定された電圧レベルの特定の最小値、および測定された電圧レベルが特定の最小値を超えた連続的な時間期間の特定の回を適切に選択することにより達成されることが理解されよう。さらに、積分キャパシタＣ３のマイクロコントローラ１１２への結合および／または積分キャパシタＣ３の充電タイミングは、アーク不良検出装置１００の性能をより改善するために変更することができる。
【００５８】
第２の例示する例において、マイクロコントローラ１１２は、再度、特定の数の連続的な時間期間中に、積分キャパシタＣ３の電圧を複数測定する。図１０ａは、６つの連続的な時間期間中に生じる６つのこのような電圧を例示する。具体的に、１番目の電圧は、時間期間ｔ１からｔ３の間に発生し、２番目の電圧は、時間期間ｔ３からｔ５の間に発生し、３番目の電圧は、時間期間ｔ５からｔ７の間に発生し、４番目の電圧は、時間期間ｔ７からｔ９の間に発生し、５番目の電圧は、時間期間ｔ９からｔ１１の間に発生し、６番目の電圧は、時間期間ｔ１１からｔ１３の間に発生する。第２の例において、積分キャパシタＣ３は、１番目、２番目、３番目、４番目、５番目および６番目の時間期間中におおよそ時間ｔ２、ｔ４、ｔ６、ｔ８、ｔ１０、ｔ１２でそれぞれリセットされる。次に、マイクロコントローラ１１２は、電圧レベルが連続的により低い値または減少する値を呈する連続的な時間期間の数を決定する。図１０ａに示すように、第２の例示的な例において、６つの連続的な時間期間に対応するすべての６つの電圧は、連続的により低い値または減少する値を呈する。測定された電圧レベルが減少する値を持つ、連続的な時間期間の数が所定のしきい値よりも大きいかもしくは等しい場合、電気機械式のインターフェース１１７のトリッピングが禁止されるようにすることができる。従って、第２の例において、もし、所定のしきい値が６に等しいならば、マイクロコントローラ１１２は、電気機械式のインターフェース１１７のトリッピングを禁止することができる。この場合、ＡＣライン電流の高周波成分は、迷惑な負荷から生じたものとみなすことができる。
【００５９】
第２の例示的な例で用いられたアルゴリズムは、迷惑なトリッピングの発生をより減少させるため、上記した第１の例示的な例で用いられたアルゴリズムと関連して使用することができることに留意すべきである。例えば、もし、（１）第１のアルゴリズムにより、測定された電圧レベルが特定の最小値を超えた連続的な時間期間の数が所定のしきい値より大きいかまたはそれに等しい場合、および（２）第２のアルゴリズムにより、連続的な時間期間に対応するすべての電圧が連続的により低い値をとる場合、マイクロコントローラ１１２は、そのような状態が迷惑な負荷を示すことがあるので、電気機械式のインターフェース１１７のトリッピングを禁止すことができる。迷惑なトリッピングの発生を減少させるための所望の性能のレベルは、測定された電圧レベルが減少する値をもつ期間中の特定の連続的な時間期間の数を適切に選択することにより達成され得ることが理解されよう。
【００６０】
第３の例示的な例において、マイクロコントローラ１１２は、再度、特定の数の連続的な時間期間中に、積分キャパシタＣ３の複数の電圧を測定する。図１０ｂは、６つの連続的な時間期間中に発生する６つのこのような電圧を例示する。具体的に、１番目の電圧は、時間期間ｔ１からｔ３の間に発生し、２番目の電圧は、時間期間ｔ３からｔ５の間に発生し、３番目の電圧は、時間期間ｔ５からｔ７の間に発生し、４番目の電圧は、時間期間ｔ７からｔ９の間に発生し、５番目の電圧は、時間期間ｔ９からｔ１１の間に発生し、６番目の電圧は、時間期間ｔ１１からｔ１３の間に発生する。この第３の例において、積分キャパシタＣ３は、１番目、２番目、３番目、４番目、５番目および６番目の時間期間中におおよそ時間ｔ２、ｔ４、ｔ６、ｔ８、ｔ１０、ｔ１２でそれぞれリセットされる。次に、マイクロコントローラ１１２は、電圧レベルが連続的により高い値または増加する値を呈する連続的な時間期間の数を決定する。図１０ｂに示すように、第３の例示的な例において、６つの連続的な時間期間に対応するすべての６つの電圧は、連続的により高い値または増加する値を呈する。測定された電圧レベルが増加する値を持つ連続的な時間期間の数が所定のしきい値よりも大きいかもしくは等しい場合、電気機械式のインターフェース１１７のトリッピングが禁止されるようにすることができる。従って、この第３の例において、もし、所定のしきい値が６に等しいならば、マイクロコントローラ１１２は、電気機械式のインターフェース１１７のトリッピングを禁止することができる。この場合、ＡＣライン電流の高周波成分は、迷惑な負荷から生じたものとみなすことができる。
【００６１】
上記した第２の例示的な例で用いられたアルゴリズムと同様に、第３の例示的な例で用いられたアルゴリズムは、迷惑なトリッピングの発生をより減少させるため、上記した第１の例示的な例で用いられたアルゴリズムと関連して使用することができることに留意すべきである。例えば、もし、（１）第１のアルゴリズムにより、測定された電圧レベルが特定の最小値を超えた連続的な時間期間の数が所定のしきい値より大きいかまたはそれに等しい場合、および（２）第３のアルゴリズムにより、連続的な時間期間に対応するすべての電圧が連続的により高い値をとる場合、マイクロコントローラ１１２は、そのような状態が迷惑な負荷を示すことがあるので、電気機械式のインターフェース１１７のトリッピングを禁止すことができる。迷惑なトリッピングの発生を減少させるための所望の性能のレベルは、測定された電圧レベルが増加する値を持つ連続的な時間期間の特定の数を適切に選択することにより達成され得ることが理解される。この第３の例で用いられたアルゴリズムは、第２の例で用いられたアルゴリズムと関連して用いることができ、この場合、マイクロコントローラ１１２は、電圧レベルが連続的により高い値をとる連続的な時間期間の数を決定し、電圧レベルが連続的により低い値をとる連続的な時間期間の数を決定し、決定された連続的な時間期間の数が１つもしくはそれ以上の所定のしきい値を越えるか否かに基づき適切なアクションをとる（すなわち、電気機械式のインターフェース１１７をトリップさせ、または電気機械式のインターフェースのトリッピングを禁止する）ように動作され得ることが理解されよう。
【００６２】
第４の例示的な例において、マイクロコントローラ１１２は、再度、特定の数の連続的な時間期間中に、積分キャパシタＣ３の複数の電圧を測定する。図１１は、４つの連続的な時間期間中に生じる４つのこのような電圧を例示する。具体的に、１番目の電圧は、時間期間ｔ１からｔ３の間に発生し、２番目の電圧は、時間期間ｔ３からｔ５の間に発生し、３番目の電圧は、時間期間ｔ５からｔ７の間に発生し、４番目の電圧は、時間期間ｔ７からｔ９の間に発生する。この第４の例において、積分キャパシタＣ３は、１番目、２番目、３番目、４番目の時間期間中におおよそ時間ｔ２、ｔ４、ｔ６、ｔ８でそれぞれリセットされる。次に、マイクロコントローラ１１２は、１つもしくはそれ以上の４つの連続的な時間期間中に測定された電圧レベルが所定の通常の値の範囲外になるか否かを決定する。図１１に示すように、第４の例示的な例において、４つの電圧レベルのうちの１つは、特に、時間期間ｔ７からｔ９の間に生じる４番目の電圧が所定の通常の範囲の外側にある。この場合、ＡＣライン電流の高周波成分は、例えば、高いレベルまたは並行なアーク放電、ラインノイズ、回路故障、または迷惑な負荷から生じたものとみなすことができる。たとえ時間期間ｔ７からｔ９の間の電圧レベルが異常に高いとしても、このような高い電圧レベルは、典型的にダイオード補正されたキャパシタかブリッジか他の適切な出力制限、出力束縛、クリッピング回路、他の適切なレンジチェック技術を介して制御することができるため、電気機械式のインターフェース１１２のトリッピングは、禁止され得る。ある実施例において、マイクロコントローラ１１２は、異常な高い電圧レベルの検出後に、電力出力を負荷から切断するために電気機械式のインターフェース１１７をトリップするように動作する。
【００６３】
上記した第２および第３の例示的な例で用いられたアルゴリズムと同様に、第４の例示的な例で用いられたアルゴリズムは、迷惑なトリッピングの発生をより減少させるため、上記した第１の例示的な例で用いられたアルゴリズムと関連して使用することができることに留意すべきである。例えば、もし、４つの連続的な時間期間中に１つの異常に高い電圧レベルが検出されたならば、マイクロコントローラ１１２は、第１の例で用いられたアルゴリズムがこれらの４つの連続的な時間期間中に電気的なアーク不良を検出したか否かに基づき、電気機械式のインターフェース１１７のトリッピングを禁止し、または禁止しないようにすることができる。さらに、この第４の例で用いられたアルゴリズムは、上記した第２および第３の例で用いられたアルゴリズムに関連して使用することができる。迷惑なトリッピングの発生を減少させるための所望の性能のレベルは、測定された電圧レベルが異常に高いレベルで監視された連続的な時間期間の特定の数を適切に選択することにより達成され得ることが理解される。
【００６４】
上記の例示的な例で用いられたアルゴリズムを含むアーク不良検出装置１００を動作する例示的な方法が図１ｂおよび図１２を参照して以下に説明される。ステップ１２０２に示すように、処理ユニット１１２は、特定の数の連続的な時間期間中にアーク放電感知回路１０４により提供された複数の電圧レベルをそれぞれ測定する。この例示的な動作方法において、アーク放電感知回路１０４によって提供された電圧レベルは、少なくとも１つの電気的なアーク放電事象を示すことに留意すべきである。次に、ステップ１２０４に示すように、処理ユニット１１２により、アーク放電感知回路１０４により提供された少なくとも１つの電圧レベルが所定の値の範囲外になるいか否かに関する決定が成される。アーク放電感知回路１０４により提供された少なくとも１つの電圧レベルが所定の値の範囲外になる場合、ステップ１２０６に示すように、電圧レベルは、適切な出力制限回路または範囲チェック技術により所定の範囲内になるように制限される。さらに、ステップ１２０８に示すように、電気機械式のインターフェース１１７のトリッピングが禁止される。そして、処理ユニット１１２は、ステップ１２１０に示すように、アーク放電感知回路１０４により提供された電圧レベルが特定の最小値を超えた連続的な時間期間の数を決定する。次に、ステップ１２１２に示すように、電圧レベルが特定の最小値を越えた連続的な時間期間の数が所定のしきい値より大きいかまたはそれに等しいかに関し処理ユニット１１２により決定が成される。電圧レベルが特定の最小値を超えた連続時間期間の数が所定のしきい値よりも小さい場合、ステップ１２０８に示すように、電気機械式のインターフェース１１７のトリッピングが禁止される。次に、ステップ１２１４に示すように、アーク放電感知回路１０４により提供された電圧レベルが、特定の数の連続的な時間期間中に、連続的により低い値またはより高い値をとるか否かに関して処理ユニット１１２による決定が成される。特定の数の連続的な時間期間中に電圧レベルが連続的により低い値またはより高い値を取る場合、ステップ１２０８に示すように、電気機械式のインターフェース１１７のトリッピングは禁止される。この場合、電気的なアーク放電事象は、アーク不良として示されることができる。さもなければ、処理ユニット１１２は、ステップ１２１６に示すように、ファイアリング回路１０８を活性化し、電気機械式のインターフェース１１７をトリップさせ、これにより、電力出力を負荷から遮断する。この場合、電気的なアーク放電事象は、迷惑な状態として表すことができる。
【００６５】
ここに開示されたアーク不良検出装置および方法は、適切なディジタル、アナログ、またはミックスされた信号環境で用いることができ、電気的なアーク不良と迷惑な状態とを検出し、区別する。例えば、ここに開示された装置および方法は、電力を１つもしくはそれ以上の保護された回路から遮断したり、航空機システムの状態および維持に関するより高いレベルの通信を提供したりするため、商業的または軍事的な航空機内のより集積されたシステムまたはアーク不良回路ブレーカ（ＡＦＣＢ）で使用することができる。ここに開示されたアーク不良検出装置および方法はまたは、他の適切な住宅、商業的、工業的または軍事的な適用に使用することができ、高い信頼性でもって、電気的なアーク不良と迷惑な状態を検出し区別する。
【００６６】
アーク放電の連続した機関により特徴付けされたアーク不良を検出する上記方法のさらなる変更または変形が、この技術の当業者によって、開示された発明概念から逸脱することなく成し得ることが理解されよう。従って、本発明は、特許請求の範囲の範囲および精神を除いて制限されるように解釈されるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１ａ】図１ａは、本発明によるアーク不良検出装置のブロック図である。
【図１ｂ】図１ｂは、図１ａのアーク不良検出装置を例示する回路図である。
【図２】図２は、図１ａのアーク不良検出装置によって実行される３つのサイクルアルゴリズムを例示するフロー図である。
【図３】図３は、図１ａのアーク不良検出装置において使用され得る比較回路を例示する回路図である。
【図４ａ】図４ａ−４ｂは、図１ａのアーク不良検出装置により実行されるパルスカウンタアルゴリズムを例示するフロー図である。
【図４ｂ】図４ａ−４ｂは、図１ａのアーク不良検出装置により実行されるパルスカウンタアルゴリズムを例示するフロー図である。
【図５】図５は、図４ａ−４ｂのパルスカウンタアルゴリズムにより用いられる測定データセットのマッピングを例示するテーブルである。
【図６】図６は、図１ａのアーク不良検出装置により実行されるアーク放電事象カウンタアルゴリズムを例示するフロー図である。
【図７】図７は、図１ａのアーク不良検出装置により実行されるディジタルカウンタを用いた比較器回路の出力を積分する方法を例示するフロー図である。
【図８】図８は、図１ａのアーク放電検出装置によって実行される、図２の３つのサイクルアルゴリズム、図４ａ―４ｂのパルスカウンタアルゴリズム、および図６のアーク放電事象カウンタアルゴリズムを含む動作の方法を例示するフロー図である。
【図９】図９は、図１ａのアーク不良検出装置に含まれる積分キャパシタの高電圧の連続期間の回数を例示する図であり、可能性のある電気的なアーク不良を示している。
【図１０ａ】図１０ａは、図１ａのアーク不良検出装置に含まれる積分キャパシタの減少する電圧の連続期間の回数を例示する図であり、可能性のある迷惑な負荷を示している。
【図１０ｂ】図１０ｂは、図１ａのアーク不良検出装置に含まれる積分キャパシタの増加する電圧の連続期間の回数を例示する図であり、可能性のある迷惑な負荷を示している。
【図１１】図１１は、図１ａのアーク不良検出装置に含まれる積分キャパシタの異常な高電圧の一つの期間を例示する図であり、これにより、可能性のある迷惑な負荷を示している。
【図１２】図１２は、図１ａのアーク不良検出装置の動作する方法を例示するフロー図であり、幾つかの連続的な期間の間に装置に含まれる積分キャパシタの電圧を監視することにより電気的なアーク不良が検出されるか、迷惑なトリッピングか禁止され得ることを例示する。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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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１０ａ】
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【図１０ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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