(57)【要約】【課題】バイポーラ高電圧直流接地故障を検出する。【解決手段】航空機配電のためのシステム、方法、およびデバイス［２００］が、バイポーラ高電圧直流源構成部品［２１０］と、バイポーラ高電圧直流源構成部品［２１０］から電力を取り出すことができる電気装荷構成部品［２２６］と、バイポーラ高電圧直流源構成部品［２１０］からの電力を電気装荷構成部品［２２６］に選択的に結合するように構成されたスイッチング構成部品の組［２１６］と、スイッチング構成部品の組［２１６］に結合された接地故障遮断構成部品［２３２］とを含む。接地故障遮断構成部品［２１６］は、スイッチング構成部品の組［２１６］から流出する電流と電気装荷構成部品［２２６］から還流する電流との感知差に基づいて接地故障を検出するように構成される。【選択図】図１
2017060381.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
航空機配電のためのシステム［２００］であって、
正の電圧リードおよび負の電圧リードを有するバイポーラ高電圧直流源構成部品［２１０］と、
前記バイポーラ高電圧直流源構成部品［２１０］から電力を取り出すことができる電気装荷構成部品［２２６］と、
前記バイポーラ高電圧直流源構成部品［２１０］からの電力を前記電気装荷構成部品［２２６］に減結合する開状態と前記バイポーラ高電圧直流源構成部品［２１０］からの電力を前記電気装荷構成部品［２２６］に結合する閉状態とを切り替えることによって前記バイポーラ高電圧直流源構成部品［２１０］からの電力を前記電気装荷構成部品［２２６］に選択的に結合するように構成されたスイッチング構成部品の組［２１６］であって、スイッチング構成部品の第１のサブセット［２１２］が、前記バイポーラ高電圧直流源構成部品［２１０］の前記正のリードに結合され、スイッチング構成部品の第２のサブセット［２１４］が、前記バイポーラ高電圧直流源構成部品［２１０］の前記負のリードに結合される、スイッチング構成部品の組［２１６］と、
前記スイッチング構成部品の組［２１６］に結合され、前記スイッチング構成部品の組［２１６］から流出する電流と前記電気装荷構成部品［２２６］から還流する電流との感知差に基づいて接地故障を検出するように構成された接地故障遮断構成部品［２３２］とを備えるシステム［２００］。
【請求項２】
前記スイッチング構成部品の組［２１６］の少なくとも１つのサブセットが、前記接地故障遮断構成部品［２３２］からの感知信号に応答して開く、請求項１記載のシステム［２００］。
【請求項３】
前記バイポーラ高電圧直流源構成部品［２１０］が、２つの２７０ボルト直流電力供給装置［２１１］を含む、請求項１記載のシステム［２００］。
【請求項４】
前記２つの２７０ボルト直流電力供給装置のうちの一方の負のリードが、胴体接地［２３６］に結合され、前記２つの２７０ボルト直流電力供給装置のうちの他方の正のリードが、前記胴体接地［２３６］に結合される、請求項３記載のシステム［２００］。
【請求項５】
前記スイッチング構成部品の組［２１６］が、２つの固体電力コントローラ（ＳＳＰＣ）［２１２、２１４］を含む、請求項１記載のシステム［２００］。
【請求項６】
前記スイッチング構成部品［２１６］の組の状態を変更するために前記スイッチング構成部品の組［２１６］の制御端子の組にわたって外部電圧を印加するように構成された通信構成部品［２３４］をさらに備える、請求項１記載のシステム［２００］。
【請求項７】
前記接地故障遮断構成部品［２３２］が、高透磁率磁心または空心のうちの１つを有する変圧器を含む、請求項１記載のシステム［２００］。
【請求項８】
前記変圧器がトロイダル変流器を含む、請求項７記載のシステム［２００］。
【請求項９】
前記接地故障遮断構成部品［２３２］が、直流ホール効果センサまたはフラックスゲート型電流変換器のうちの１つを含む、請求項１記載のシステム［２００］。
【請求項１０】
前記変圧器が、前記電気装荷構成部品［２２６］の前記負荷の正側からの前記電流の流れと前記電気装荷構成部品［２２６］の前記負荷の負側からの前記電流との差に基づいて接地故障を示す正または負の電圧スパイクを感知する感知巻線［２４２］の対を含む、請求項７記載のシステム［２００］。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はバイポーラ高電圧直流接地故障の検出に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力配電システムは、分配された電力を消費する電気負荷へのエネルギー源からの電力の配分を管理する。航空機において、航空機を推進するためのガスタービンエンジンは、典型的には、発電機、始動機／発電機、永久磁石交流発電機（ＰＭＡ）、燃料ポンプ、および油圧ポンプ、例えば、航空機上に推進以外で必要とされる機能のための機器などの多くの異なる装備品に最終的に給電する機械エネルギーを提供する。例えば、現代の航空機は、航空電子機器、電動機、および他の電気機器に関連した電気負荷に電力を必要とする。
【０００３】
長年の間に、航空機の電源電圧が増加してきた。直流（ＤＣ）１４および２８ボルト（Ｖ）の電力系統を有する航空機が、交流（ＡＣ）１１５ボルト（Ｖ）およびＡＣ２３０Ｖで動作する電力系統を有する航空機に移行してきた。現在、航空機は、ＤＣプラス／マイナス２７０Ｖを含む電圧で動作する、１つまたは複数の電源を含むことができる。例えば、現在の広胴型双発商用ジェット旅客機は、ＤＣプラスおよびマイナス２７０Ｖの電源を含むバイポーラ高電圧直流サブシステムとともにＡＣ２３０Ｖ、ＡＣ１１５Ｖ、ＤＣ２８Ｖの電圧で動作するサブシステムを含むハイブリッド電圧システムである電気系統を使用する。
【０００４】
高電圧直流電気系統における電圧は、家庭用交流系統に匹敵するレベルに達する。家庭用交流系統において、回路遮断器は、典型的には、接地電流が２５〜３０ミリアンペア（ｍＡ）のレベルを超えるとき、およそ５０ミリ秒（ｍｓ）で作動して、給電ラインの電源を切ることができる電気機械スイッチによりオフ位置に作動することができる。しかし、高電圧直流電気系統において、同様の設備は、電流の十分に正確な測定を得るのに必要な接地帰路ループへのアクセスの制限のため、複雑である。すなわち、ユニポーラ直流電圧電気系統では、出力電流とリターン電流との相違は、負荷からの電流リターンパスが航空機の胴体中を流れるので測定するのが困難である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一態様において、航空機配電のためのシステムは、正の電圧リードおよび負の電圧リードを有するバイポーラ高電圧直流源構成部品と、バイポーラ高電圧直流源構成部品から電力を取り出すことができる電気装荷構成部品と、バイポーラ高電圧直流源構成部品からの電力を電気装荷構成部品に減結合する開状態とバイポーラ高電圧直流源構成部品からの電力を電気装荷構成部品に結合する閉状態とを切り替えることによってバイポーラ高電圧直流源構成部品からの電力を電気装荷構成部品に選択的に結合するように構成されたスイッチング構成部品の組であって、スイッチング構成部品の第１のサブセットが、バイポーラ高電圧直流源構成部品の正のリードに結合され、スイッチング構成部品の第２のサブセットが、バイポーラ高電圧直流源構成部品の負のリードに結合される、スイッチング構成部品の組と、スイッチング構成部品の組に結合された接地故障遮断構成部品とを含む。接地故障遮断構成部品は、スイッチング構成部品の組から流出する電流と、電気装荷構成部品から還流する電流との感知差に基づいて接地故障を検出するように構成される。
【０００６】
別の態様において、接地故障軽減の方法は、正の電圧リードおよび負の電圧リードを有するバイポーラ高電圧直流源構成部品から電力を印加するステップと、バイポーラ高電圧直流源構成部品からの電力をバイポーラ高電圧直流源構成部品から電力を取り出すことができる電気装荷構成部品に結合するためにスイッチング構成部品の組を閉じるステップと、スイッチング構成部品の組から流出する電流と電気装荷構成部品から還流する電流との感知差に基づいて接地故障遮断構成部品を用いて接地故障を検出するステップと、接地故障の検出を示す信号をスイッチング構成部品の組に供給するステップと、バイポーラ高電圧直流源構成部品からの電力を電気装荷構成部品に減結合するためにスイッチング構成部品の組を開くステップとを含む。
【０００７】
別の態様において、接地故障遮断デバイスは、スイッチング構成部品の組に結合された接地故障遮断構成部品を含む。スイッチング構成部品の組は、バイポーラ高電圧直流源構成部品からの電力を電気装荷構成部品に減結合する開状態とバイポーラ高電圧直流源構成部品からの電力を電気装荷構成部品に結合する閉状態とを切り替えることによってバイポーラ高電圧直流源構成部品からの電力をバイポーラ高電圧直流源構成部品から電力を取り出すことができる電気装荷構成部品に選択的に結合するように構成される。スイッチング構成部品の第１のサブセットは、バイポーラ高電圧直流源構成部品の正のリードに結合され、スイッチング構成部品の第２のサブセットは、バイポーラ高電圧直流源構成部品の負のリードに結合される。接地故障遮断構成部品は、スイッチング構成部品の組から流出する電流と、電気装荷構成部品から還流する電流との感知差に基づいて接地故障を検出するように構成される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】航空機、および本明細書に説明する様々な態様による電力配電システムの概略的上面図例である。
【図２】本明細書に説明する様々な態様による、高電圧直流電力配電システムの図例である。
【図３】本明細書に説明する様々な態様による、バイポーラ高電圧直流電力系統上の接地故障を遮断する方法を例示する流れ図である。
【図４】本明細書に説明する様々な態様による、接地故障遮断構成部品を有するバイポーラ高電圧電力配電システムの回路図例である。
【図５】本明細書に説明する様々な態様による、接地故障遮断構成部品を有するバイポーラ高電圧電力配電システムの回路図例である。
【図６】本明細書に説明する様々な態様による、接地故障遮断構成部品を有するバイポーラ高電圧電力配電システムの動作を示す電圧および電流波形のグラフ例である。
【図７】本明細書に説明する様々な態様による、接地故障遮断構成部品を有するバイポーラ高電圧電力配電システムの動作を示す電圧および電流波形のグラフ例である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の実施形態は、タービンエンジン、ジェット燃料、水素などのエネルギー源からの電力の生産を可能とする航空機の文脈で本明細書に説明する。しかし、本発明の一実施形態を航空機環境で示すが、本発明はそのように限定されず、他のモバイル用途ならびに非モバイル工業、商業、および住宅用途などの非航空機用途において電力配電システムに一般的に適用されることが理解されよう。例えば、適用可能なモバイル環境には、航空機、宇宙船、宇宙発射ロケット、人工衛星、機関車、自動車などを含むことができる。商業環境には、製造施設または発電および配電施設もしくはインフラストラクチャを含むことができる。
【００１０】
本発明の実施形態の少なくともいくつかは、接地故障検出および遮断機能を含む、バイポーラ高電圧電力配電システム、方法および装置を提供する。バイポーラ高電圧電力配電システムは、固体電力コントローラ（ＳＳＰＣ：ｓｏｌｉｄ−ｓｔａｔｅ  ｐｏｗｅｒ  ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）などのスイッチング構成部品の組を含む。「組」は、単一の固体スイッチを含む任意の数の固体スイッチを含むことができることが理解されよう。同様に、「組」は、本明細書では、単一の素子を含む任意の数の素子を含むことができる。バイポーラ直流電力供給装置またはバイポーラ直流電源は、本明細書では、出力電圧を正または負に設定することができ、電流を引き出すことができる直流電源と定義することができることが理解されよう。高電圧直流とは、本明細書では、生物に危害を加えるのに十分な高い電圧における電気エネルギーと定義することができることを理解されよう。例えば、５０Ｖ超の電圧を乾いた無傷の人間の皮膚にわたって印加すると、生体組織中に電流を生じ、その電流がたまたま胸部領域を通過した場合、心臓の細動をひき起こすことがある。接地故障とは、本明細書では、電気負荷または電力配電システムの通電された導体と胴体接地などの電気接地との不注意な接触と定義することができることが理解されよう。
【００１１】
現在、ＤＣプラスおよびマイナス２７０Ｖなどのバイポーラ高電圧電源を含む航空機はほとんどなく、これらの航空機はいずれもバイポーラ高電圧電力用に電力配電システムを統合していない。しかし、高電圧直流配電システムの設備により、バイポーラ高電圧直流源は、もはや航空機の単一の領域に限定されない。したがって、バイポーラ高電圧直流源は、配電システムにより、負荷がバイポーラ高電圧直流源によって給電される航空機上のどこかで起きうる接地故障事象を軽減させる能力が必要とされる。
【００１２】
次に図１を見てみると、航空機、および本明細書に説明する様々な態様による電力配電システムの概略的上面図例が示される。航空機２は、ここでは互いに実質的に同一であり得る左エンジン系１２および右エンジン系１４として示される、少なくとも１つのガスタービンエンジンを有するものとして例示される。航空機２は、任意の数のエンジン系を有することができる。左エンジン系１２は、機械エネルギーを電力に変換する１つまたは複数の電源１６に結合することができる。左および右エンジン系１２、１４を含む、航空機２におけるエンジンのいずれかまたはすべては、そのように１つまたは複数のバイポーラ高電圧直流電源１６に結合することができることが理解されよう。バイポーラ高電圧直流電源１６は、集合的に電気負荷を構成する航空機２上のシステムおよびデバイスの組に選択的に通電する電力配電システム１８に結合することができる。電力配電システム１８によりバイポーラ高電圧直流電源１６によって給電されるシステムおよびデバイスは、電気負荷を取り出すことができる航空機上の任意のシステムまたはデバイスであり得、飛行制御アクチュエータ２６、コックピットディスプレイ用の局部ダウンコンバータ２７、環境制御システム２８などを含むがそれらに限定されない。
【００１３】
航空機２において、動作時の左および右エンジン系１２、１４は、スプールを介して抽出して、バイポーラ高電圧直流電源１６の駆動力を提供することができる機械エネルギーを提供する。他の電源は、発電機、蓄電池、燃料電池、ラムエアタービン（ＲＡＴ）などのバックアップ電源、１つまたは複数の交流電源入力をバイポーラ高電圧直流源に変換するための整流器などを含むことができるが、それらに限定されない。次いで、電源１６は、電力配電システム１８によって分配される発生電力を負荷動作のためにシステムおよびデバイスの電気負荷２６、２７、２８に提供する。
【００１４】
次に図２を見てみると、本明細書に説明する様々な態様による、バイポーラ高電圧直流電力配電システム５０の図例が示される。バイポーラ高電圧直流電力配電システムは、スイッチング構成部品の組５４に結合されたバイポーラ高電圧直流源構成部品５２を含む。スイッチング構成部品の組５４は、バイポーラ高電圧直流源構成部品からの電力を電気装荷構成部品５８に選択的に結合する。スイッチング構成部品の組５４および電気装荷構成部品５８の両方に結合された、接地故障遮断構成部品５６は、スイッチング構成部品の組５４から流出する電流および電気装荷構成部品５８から還流する電流の測定を行う。通信構成部品６０は、スイッチング構成部品の組５４の状態を制御し監視するためにスイッチング構成部品の組５４に結合される。
【００１５】
バイポーラ高電圧直流源構成部品５２は、バイポーラ高電圧直流電源はまたは電力供給装置である。バイポーラ高電圧直流源構成部品５２は、正および負の２７０Ｖを含むがそれに限定されない電力を電気装荷構成部品５８に分配するのに使用されるための任意の正および負の電圧レベルを出力することができる。
【００１６】
スイッチング構成部品の組５４は、固体スイッチの組を含む。固体スイッチの組は、外部電圧がスイッチの制御端子の組にわたって印加されたとき、オンまたはオフに切り替える（すなわち、閉じるまたは開く）ことができる任意のタイプの固体スイッチを含むことができる。スイッチング構成部品の組５４における固体スイッチの各々は、電力を電気装荷構成部品５８の負荷回路に切り替える固体電子スイッチングデバイスと、電気機械構成部品なしで制御信号がスイッチを作動させることを可能にする結合機構とを含むことができる。スイッチング構成部品の組５４は、固体電力コントローラ（ＳＳＰＣ）、単一の金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）を含む固体リレー、並列構成で配列された複数のＭＯＳＦＥＴを含む固体リレーなどを含むがそれらに限定されない任意のタイプの固体電子スイッチであり得る。
【００１７】
スイッチング構成部品の組５４の一構成は、負荷に供給された電力を制御する半導体デバイスであるＳＳＰＣの用意を含む。さらに、ＳＳＰＣは、過負荷状態を識別し、短絡を防止するために監視および診断機能を実施する。機能的に、ＳＳＰＣは、配線および負荷を故障から保護する電気機械スイッチング素子を有する回路遮断器と同様であるが、ＳＳＰＣのほうが電気機械回路遮断素子よりも電力をオフに切り替えるのに信頼性があり、高速であるので、ＳＳＰＣは、典型的には、航空機に見られる電力系統など、安全を最重視すべき電力系統に使用される。ＳＳＰＣは、１つの状態から別の状態への移行を完了するのにおよそ３０ｍｓを要する電気機械スイッチに比較してマイクロ秒程度内で状態を切り替えることができる。ＳＳＰＣを用いて実装された、スイッチング構成部品の組５４は、電圧監視、電流監視、温度監視、電流制限、Ｉ2ｔ監視、アーク故障保護、および低忠実度接地故障保護などを含むがそれらに限定されない組込み監視および保護機能を含むことができる。ＳＳＰＣの組込み監視および保護機能により、スイッチング構成部品の組５４は、適正な動作を確実にするために負荷への出力を制御することができるコントローラとして機能することが可能になる。ＳＳＰＣは、制御特性を高めるようにプログラムすることができる構成可能なマイクロプロセッサを含むことができる。ＳＳＰＣ上の電流監視は、典型的には、接地故障検出に十分な分解能ではない。すなわち、ＳＳＰＣの電流監視機能は、３〜５％の分解能の範囲が可能である。したがって、およそ１０アンペア（Ａ）を通すスイッチは、ＳＳＰＣの組込み接地故障保護を用いて３００ｍＡ未満の接地故障を検出しない。
【００１８】
スイッチング構成部品の組５４は、バイポーラ高電圧直流源構成部品５２からの正のリードに結合された１つのスイッチおよびバイポーラ高電圧直流源構成部品５２からの負のリードに結合された第２のスイッチを含むがそれらに限定されない任意の数のスイッチを含むことができる。したがって、一構成において、スイッチング構成部品の組５４は、バイポーラ高電圧直流源構成部品５２からの正のリードに結合された第１のＳＳＰＣと、バイポーラ高電圧直流源構成部品５２からの負のリードに結合された第２のＳＳＰＣとを含む。
【００１９】
スイッチング構成部品の組５４の状態を制御し監視するための通信構成部品６０は、航空機の他の制御素子と通信する。通信構成部品６０は、ＳＳＰＣの状態の報告を他の車両管理制御システムに返す。通信構成部品６０は、スイッチが開いているかまたは閉じているかを含むスイッチの状態を表示し、スイッチの温度を含むスイッチの健全性を監視する、スイッチへの命令を示すデータをスイッチに伝送することができる。通信構成部品６０は、認定標準４８５（ＲＳ−４８５）を実装するように構成された平衡相互接続ケーブル、コントローラエリアネットワーク（ＣＡＮバス）プロトコルを実装するように構成された２線シリアルケーブル、認定標準２３２（ＲＳ−２３２）を実装するように構成された３線または５線シリアルケーブルなどを含むがそれらに限定されない、スイッチング構成部品の組５４の制御および状態に関連したデータを伝送することができる任意のデータ通信ハードウェアおよびプロトコルに基づくことができる。
【００２０】
接地故障遮断構成部品５６は、バイポーラ高電圧直流配電システム５０における正および負両方のＳＳＰＣの電流の出力を監視する。バイポーラ高電圧配電システム５０により、電流は、バイポーラ高電圧直流源構成部品５２から出てスイッチング構成部品の組５４に進み、それを出て電気装荷構成部品５８に進み、次いで元に戻る。したがって、接地故障遮断構成部品５６は、スイッチング構成部品の組５４から電気装荷構成部品５８に流れる電流と、電気装荷構成部品５８からスイッチング構成部品の組５４に還流する電流との差を決定するように構成される。接地故障遮断構成部品５６は、従来の物理的変圧器、トロイダル変流器、直流ホール効果センサ、およびフラックスゲート型電流変換器を含むがそれらに限定されない、バイポーラ高電圧配電システム５０における接地故障を示す差動電流を決定することができる任意のデバイスから形成することができる。
【００２１】
次に図３を参照すると、本明細書に説明する様々な態様による、バイポーラ高電圧直流電力系統上の接地故障を遮断する方法１００を例示する流れ図が示される。１１０において、バイポーラ高電圧直流源構成部品５２は、電力をバイポーラ高電圧直流配電システム５０に印加する。バイポーラ高電圧直流源構成部品５２のタイプまたは構成により、電力の印加は、発電機の作動、エンジンの始動、電源に通電する制御命令の発行、１つまたは複数の回路の閉路などを含むことができる。１１２において、スイッチング構成部品の組５４が閉じる。電気装荷構成部品５８が通電され、正常な動作の間、前記電気装荷構成部品５８の動作要件により、正しく電力を取り込む。接地故障が起きた場合、１１４において、接地故障遮断構成部品５６が接地故障を検出する。接地故障を検出するために、接地故障遮断構成部品５６が、電力配電システム５０の内部または外部の任意の電気構成部品における電圧、電流、抵抗、電圧の変化、電流の変化、抵抗の変化を含むがそれらに限定されない、接地故障を示すいずれかの電気特性を感知または検出することができる。接地故障遮断構成部品５６は、デジタル、アナログ、離散、連続またはその両方を含むがそれらに限定されない信号検出および処理に使用される任意のモダリティを有する信号を感知または検出することができる。接地故障遮断構成部品５６は、１１６において、以下の図４および５における、スイッチング構成部品の組５４の構成部品２１８と同様に、監視モジュールに信号を供給する。１１８において、スイッチング構成部品の組５６はスイッチを開き、電気装荷構成部品５８の電源を切る。
【００２２】
次に図４を参照すると、本明細書に説明する様々な態様による、接地故障遮断構成部品２３２を有するバイポーラ高電圧電力配電システム２００の回路図例が示される。バイポーラ高電圧直流源構成部品２１０は、一方が負のリードにより、他方が正のリードにより、各々胴体接地２３６に結合された２つの高電圧直流源２１１を含む。バイポーラ高電圧直流源構成部品２１０は、バイポーラ高電圧直流源構成部品２１０の正側に結合された第１のＳＳＰＣ２１２と、バイポーラ高電圧直流源構成部品２１０の負側に結合された第２のＳＳＰＣ２１４との２つのＳＳＰＣ２１２および２１４を含むスイッチング構成部品の組２１６に結合される。バイポーラ高電圧直流源構成部品２１０とスイッチング構成部品の組２１６との結合には、電流制限線２３８を含むことができる。スイッチング構成部品の組２１６は、接地故障遮断構成部品２３２に結合される。接地故障遮断構成部品２３２は、電気装荷構成部品２２６に結合される。接地故障遮断構成部品２３２と電気装荷構成部品２２６との結合には、電流制限線２３８を含むことができる。
【００２３】
第１および第２のＳＳＰＣ２１２、２１４は、スイッチング構成部品の組２１６を制御し保護するためのいくつかのサブ構成部品およびモジュールを含むことができる。ＳＳＰＣ２１２、２１４は、電気装荷構成部品２２６をバイポーラ高電圧直流源構成部品２１０に結合または減結合するために開くまたは閉じる主固体スイッチ２２４を含むことができる。主固体スイッチ２２４は、金属酸化物バリスタ（ＭＯＶ）、過渡電圧サプレッサ（ＴＶＳ）などを含むがそれらに限定されない１つまたは複数の保護素子を含むことができる。ＳＳＰＣ２１２、２１４は、スイッチを開いたときに回路インダクタンスによって起こされる電圧スパイクを抑制し、リンギングを減衰させるためにスイッチの入力、スイッチの出力または両方にわたって１つまたは複数のスナバ回路２２８を含むことができる。ＳＳＰＣ２１２、２１４は、組込み試験（ＢＩＴ）機能を提供するために１つまたは複数の組込み試験回路２３０を含むことができる。組込み試験回路２３０により、ＳＳＰＣ２１２、２１４の適正な機能を確認するためにＳＳＰＣ２１２、２１４のセルフテストをすることを可能にする組込み試験開始（ＩＢＩＴ）方式の動作が可能になる。組込み試験回路２３０は、ＳＳＰＣの任意の機能を試験することができ、アーク故障の検出のためのアーク故障検出回路を含むがそれに限定されない。両方のＳＳＰＣが開いたとき、半導体リークにより各ＳＳＰＣの出力に生じた電圧は、ＳＳＰＣ２１２、２１４の出力および胴体接地２３６に結合された抵抗素子２４０、２４１によって管理される。ＳＳＰＣ２１２、２１４は、外部通信構成部品２３４との通信を調整することができ、監視モジュール２１８を介して保護機能を有効にし、ＳＳＰＣ２１２、２１４の主スイッチ２２４の状態を制御するスイッチ制御サブ構成部品２２２を含むことができる。監視モジュール２１８は、電圧監視、電流監視、温度監視、電流制限、Ｉ2ｔ監視、アーク故障保護、および低忠実度接地故障保護などを含むがそれらに限定されない、スイッチを損傷することがある潜在的事象を決定するための任意の監視機能を含むことができる。制御モジュール２２０は、外部通信構成部品２３４または監視モジュール２１８またはそれらの組合せのいずれかからの入力に基づいて、主スイッチ２２４の状態を制御することができる。
【００２４】
図４に示すように、接地故障遮断構成部品２３２は、磁心を有する従来の物理的変圧器を含む。正および負のＳＳＰＣ２１２、２１４の出力からの正および負の給電線は、同相の巻線を有する変圧器を通じて供給される。変圧器における感知巻線２４２は、接地故障を示す不平衡の指示を提供する。電流が電気装荷構成部品２２６の負荷の正側から流れ、電気装荷構成部品２２６の負荷の負側からの電流が等しい大きさである正常な動作の間、結果として生じる感知電圧はゼロである。電気装荷構成部品２２６の負荷が非対称的に胴体基準ではないので、ユニポーラ直流電圧源を有するシステムの場合のように、接地故障がスイッチング構成部品の組２１６の正または負のいずれかの出力で起きる時点において、正または負の電圧スパイクが接地故障遮断構成部品２３２の変圧器の感知巻線２４２上で感知され、したがって、故障の存在および位置が決定される。２つの巻線は、接地故障を監視する２つの別々のＳＳＰＣ２１２、２１４を考慮して、接地故障遮断構成部品２３２の変圧器上に設けられる。正常な動作の間、変圧器の磁心に直流磁界がないので、変圧器は空心または高透磁率磁心のいずれかを含むことができる。各感知巻線２４２上の巻数は、心材の透磁率を選択することができるように、接地故障に対する感度をさらに得るために増加させることができる。各感知巻線からの出力電圧は、様々な電気特性を有する複数の負荷を切り替える動作によって生じる厄介なトリップをなくすために、フィルタリングすることができる。
【００２５】
図５は、本明細書に説明する様々な態様による、接地故障遮断構成部品を有するバイポーラ高電圧電力配電システムの概略図である。接地故障遮断構成部品を有するバイポーラ高電圧電力配電システムは、図４に例示するバイポーラ高電圧電力配電システムと同様である。したがって、同じ部分は１００だけ増加された同じ符号で識別され、接地故障遮断構成部品を有する第１のバイポーラ高電圧電力配電システムの同じ部分の説明は、特に他の記載がない限り、接地故障遮断構成部品を有する第２のバイポーラ高電圧電力配電システムに当てはまることが理解される。接地故障遮断構成部品３３２はトロイダル変流器を含む。
【００２６】
図６は、正のＳＳＰＣ２１２の出力に直接接続された人体モデルを用いた接地故障検出システムのシミュレーションの結果を示す。提供されるグラフ例の組は、説明するように、方法の例示された一非限定例が意図され、方法の任意の必要な信号、センサ、値、または動作を具体的に表さない。時間（１）において、図４および図５に２１０、３１０として示すなど、正および負のＤＣ２７０Ｖの供給装置であるバイポーラ高電圧直流源構成部品５２に電力が印加される。時間（２）において、２つのＳＳＰＣ２１２、２１４であるスイッチング構成部品の組５４が電気装荷構成部品５８に通電するために閉じられる。時間（３）において、５００オーム（Ω）の抵抗と並列の４５０ナノファラッド（ｎＦ）のコンデンサによってモデル化される接地故障が正のＳＳＰＣ２１２、３１２の出力に加えられ、したがって、接地故障遮断構成部品５６、２３２、３３２の感知巻線２４２、３４２上に電圧スパイクがトリガされる。信号は、ＳＳＰＣ２１２、２１４、３１２、３１４のスイッチ制御サブ構成部品２２２、３２２の監視モジュール２１８、３１８に供給することができる。確認された故障の場合には、制御モジュール２２０、３２０は、ＳＳＰＣ２１２、２１４、３１２、３１４を開くことができる。
【００２７】
図７は、負のＳＳＰＣ２１４、３１４の出力に直接接続された人体モデルによる接地故障検出システムのシミュレーションの結果を示す。この場合も、提供されるグラフ例の組は、説明するように、方法の例示された一非限定例が意図され、方法の任意の必要な信号、センサ、値、または動作を具体的に表さない。時間（１）において、電力が、図４および図５に２１０、３１０として示すなど、正および負のＤＣ２７０Ｖの供給装置であるバイポーラ高電圧直流源構成部品５２に印加される。時間（２）において、２つのＳＳＰＣ２１２、２１４、３１２、３１４であるスイッチング構成部品の組５４が電気装荷構成部品５８に通電するために閉じられる。時間（３）において、５００オーム（Ω）の抵抗と並列の４５０ナノファラッド（ｎＦ）のコンデンサによってモデル化される接地故障が正のＳＳＰＣ２１２、３１２の出力に加えられ、したがって、接地故障遮断構成部品５６、２３２、３３２の感知巻線２４２、３４２上に電圧スパイクがトリガされる。この場合も、信号は、ＳＳＰＣ２１２、２１４、３１２、３１４のスイッチ制御サブ構成部品２２２、３２２の監視モジュール２１８、３１８に供給することができる。確認された故障の場合には、制御モジュール２２０は、ＳＳＰＣ２１２、２１４を開くことができる。
【００２８】
ユニポーラ直流源を有する電力配電システムが航空機の胴体を通じて電流を戻している間、バイポーラ直流源を有する電力配電システムが電流を１つの線で伝送し、別の線を通じて戻し、各供給装置からの給電およびリターンの両方へのアクセスを可能にする。このようにして、接地故障遮断構成部品は、負荷上の正および負の線を利用する。したがって、バイポーラ直流電力配電システムは、送電供給とリターン供給との差動電流の測定を含むことができる。差動電流測定により、バイポーラ直流電力配電システムは、電力が負荷の１つの側から接地故障を示す胴体接地に伝送されているのかどうかを決定することが可能になる。
【００２９】
上記実施形態の技術的効果は、簡単で費用効果的な接地故障の検出および遮断方式の用意に基づく高電圧直流電力分配システムにおける接地故障事象の検出および軽減を含む。また、上記の実施形態は、変圧器ベースの接地故障遮断システムにおける定常状態の直流バイアスの問題を、結果として変圧器の磁心における非定常状態の磁界となる、給電およびリターン電流に対して単一の磁心を使用することによって回避する。上記の電力配電システムは、より感度の高い接地故障検出システムを提供するためにバイポーラ高電圧直流回路網における正および負の両方のＳＳＰＣ電流の出力を監視し、５ｍＡ程度の接地リーク電流を決定することができる。
【００３０】
まだ説明していない限りにおいて、様々な実施形態の異なる特徴および構造を所望の通りに互いに組み合わせて使用することができる。１つの特徴を実施形態のすべてにおいて例示することができないことは、例示することができないと解釈されることが意図されているのではなく、説明の簡潔さのためにそうしている。したがって、新たな実施形態が明示的に説明されているかどうかにかかわらず、異なる実施形態の様々な特徴を所望の通りに混合し、合致させて、新たな実施形態を構成することができる。本明細書に説明する特徴のすべての組合せまたは並び替えは、本開示によって包含される。
【００３１】
この書面による説明は、最良の態様を含む例を使用して本発明を開示し、また当業者が任意のデバイスまたはシステムを製作し使用し、任意の組み込まれた方法を実施することを含み、本発明を実施することも可能にする。本発明の特許可能範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が思いつく他の例を含むことができる。そのような他の例は、特許請求の範囲の文字通りの言語と異ならない構造要素を有する場合、または特許請求の範囲の文字通りの言語と非実質的な相違を有する同等の構造要素を含む場合、特許請求の範囲内にあることが意図される。
【符号の説明】
【００３２】
２  航空機
１２  左エンジン系
１４  右エンジン系
１６  バイポーラ高電圧直流電源
１８  電力配電システム
２６  飛行制御アクチュエータ
２７  局部ダウンコンバータ
２８  環境制御システム
５０  バイポーラ高電圧直流電力配電システム
５２  バイポーラ高電圧直流源構成部品
５４  スイッチング構成部品の組
５６  接地故障遮断構成部品
５８  電気装荷構成部品
６０  通信構成部品
１００  接地故障を遮断する方法
２００  バイポーラ高電圧電力配電システム
２１０  バイポーラ高電圧直流源構成部品
２１１  高電圧直流源
２１２  ＳＳＰＣ
２１４  ＳＳＰＣ
２１６  スイッチング構成部品の組
２１８  監視モジュール
２２０  制御モジュール
２２２  スイッチ制御サブ構成部品
２２４  主固体スイッチ
２２６  電気装荷構成部品
２２８  スナバ回路
２３０  組込み試験回路
２３２  接地故障遮断構成部品
２３４  外部通信構成部品
２３６  胴体接地
２３８  電流制限線
２４０  抵抗素子
２４１  抵抗素子
２４２  感知巻線
３１０  バイポーラ高電圧直流源構成部品
３１２  ＳＳＰＣ
３１４  ＳＳＰＣ
３１８  監視モジュール
３２０  制御モジュール
３２２  スイッチ制御サブ構成部品
３３２  接地故障遮断構成部品
３４２  感知巻線
【図１】
2017060381.tif 000003
【図２】
2017060381.tif 000004
【図３】
2017060381.tif 000005
【図４】
2017060381.tif 000006
【図５】
2017060381.tif 000007
【図６】
2017060381.tif 000008
【図７】
2017060381.tif 000009
【外国語明細書】
2017060381000001.pdf