(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流回路（１０３）の交流電流（１）を応答して、直列アーク故障のような交流電流の不連続部分に対応するパルスを含む、交流電流の時間に関する二次導関数を表わす二次導関数信号（１３）を発生する手段（１０７）と、
二次導関数信号（１３）に応答して、二次導関数信号中の第１の極性を有する第１のパルス（１７）に対応する第１の信号（反転ＰＬＵＳ）を発生する手段（１５１）と、
二次導関数信号（１３）に応答して、二次導関数信号中の第１の極性とは反対の第２の極性を有する第２のパルス（１９）に対応する第２の信号（反転ＭＩＮＵＳ）を発生する手段（１４９）と、
第１の信号に応答して、第１の信号から所定時間経過後に開始される所定持続時間の時間窓を形成する時間窓手段（１５９、１６１）と、
時間窓手段と第２の信号を発生する手段とに応答して、第２の信号が前記時間窓内で発生するか否かをチェックする手段（１６３）と、
前記チェック手段に応答して、第２の信号が前記時間窓内で発生すると直列アーク故障を示す出力信号（１８４）を発生する出力信号発生手段（１５７）とより成る交流回路（１０３）の直列アーク故障検出装置（１０１）。
【請求項２】
前記出力信号発生手段（１５７）は第２の信号が前記時間窓の前で発生する場合は前記出力信号の発生を阻止する手段（１７３、１７５）を含むことを特徴とする請求項１の検出装置。
【請求項３】
前記出力信号発生手段（１５７）は、二次導関数信号（１３）が前記時間窓内で発生するさらに別のパルスを含む場合は前記出力信号の発生を阻止する手段（１７１、１７５、１７７）を含むことを特徴とする請求項２の検出装置。
【請求項４】
出力信号の発生を阻止する前記手段（１７１、１７５、１７７）は、二次導関数信号（１３）が前記時間窓内で発生するさらに別のパルスを含まないことが判明するまで前記出力信号の発生を遅らせる手段（１７１）を含むことを特徴とする請求項３の検出装置。
【請求項５】
前記出力信号発生手段（１５７）は、二次導関数信号（１３）が第１のパルス（１７）の後で前記時間窓の前に発生する任意極性のさらに別のパルスを含む場合は前記出力信号の発生を阻止する手段（１７３、１７５、１７７）を含むことを特徴とする請求項２の検出装置。
【請求項６】
前記出力信号発生手段（１５７）は、第２の信号が前記時間窓内で発生する回数をカウントする手段（１８１）と、そのカウントが所与の時間周期内に所定数に達する場合に限り前記出力信号を発生する手段（１７９）とより成る請求項１の検出装置。
【請求項７】
交流回路（１０３）の交流電流（１）を応答して、直列アーク故障のような交流電流の不連続部分に対応するパルスを含む、交流電流の時間に関する二次導関数を表わす二次導関数信号（１３）を発生する手段（１０７）と、
二次導関数信号（１３）に応答して、二次導関数信号中の第１の極性を有する第１のパルス（１７）に対応する第１の信号（反転ＰＬＵＳ）を発生する手段（１５１）と、
二次導関数信号（１３）に応答して、二次導関数信号中の第１の極性とは反対の第２の極性を有する第２のパルス（１９）に対応する第２の信号（反転ＭＩＮＵＳ）を発生する手段（１４９）と、
第１の信号に応答して、第１の信号から所定時間経過後に開始される第１の時間窓を形成する第１の時間窓手段（１５９、１６１）と、
第１の時間窓手段と第２の信号を発生する手段とに応答して、第２の信号が第１の時間窓内で発生するか否かをチェックする第１のチェック手段（１６３）と、
第１のチェック手段に応答して、第２の信号が第１の時間窓内で発生すると第１の事象信号を発生する第１の事象信号発生手段（１６２、１８７、１９３）と、
第２の信号に応答して、第２の信号から所定時間経過後に開始される第２の時間窓を形成する第２の時間窓手段と、
第２の時間窓手段と第１の信号を発生する手段とに応答して、第１の信号が第２の時間窓内で発生するか否かをチェックする第２のチェック手段と、
第２のチェック手段に応答して、第１の信号が第２の時間窓内で発生すると第２の事象信号を発生する第２の事象信号発生手段（１８９、１９１）と、
所与の時間周期内に所定数の第１及び第２の事象信号が発生すると直列アーク故障を示す出力信号を発生する出力信号発生手段とよりなる交流回路（１０３）の直列アーク故障検出装置（１０１）。
【請求項８】
前記出力信号発生手段は、第１及び第２の事象信号をカウントする手段（１８１）と、そのカウントが所与の時間周期内に所定数に達すると前記出力信号を発生する手段（１７９）とを含むことを特徴とする請求項７の検出装置。
【請求項９】
交流回路（１０３）の直列アーク故障を検出する方法であって、
交流回路（１０３）の交流電流（１）を応答して、直列アーク故障のような交流電流の不連続部分に対応するパルスを含む、交流電流の時間に関する二次導関数を表わす二次導関数信号（１３）を発生させ、
二次導関数信号（１３）に応答して、二次導関数信号中の第１の極性を有する第１のパルス（１７）に対応する第１の信号（反転ＰＬＵＳ）を発生させ、
二次導関数信号（１３）に応答して、二次導関数信号中の第１の極性とは反対の第２の極性を有する第２のパルス（１９）に対応する第２の信号（反転ＭＩＮＵＳ）を発生させ、
第１の信号に応答して、第１の信号から所定時間経過後に開始される時間窓を形成し、
第２の信号が時間窓内で発生するか否かをチェックし、
第２の信号が時間窓内で発生するとそれに応答して直列アーク故障を示す出力信号（１８４）を発生させるステップより成る交流回路の直列アーク故障検出方法。
【請求項１０】
第２の信号が第１の時間窓の前で発生する場合は前記出力信号の発生を阻止することを特徴とする請求項９の検出方法。
【請求項１１】
二次導関数信号（１３）が前記時間窓内で発生するさらに別のパルスを含む場合は前記出力信号の発生を阻止することを特徴とする請求項１０の検出方法。
【請求項１２】
二次導関数信号（１３）が前記時間窓内で発生するさらに別のパルスを含まないことが判明するまで前記出力信号の発生を遅らせることを特徴とする請求項１０の検出方法。
【請求項１３】
二次導関数信号（１３）が時間窓の前に発生する任意極性のさらに別のパルスを含む場合は前記出力信号の発生を阻止することを特徴とする請求項１０の検出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電気系統における直列アークの検出及びその遮断に関する。
【０００２】
【従来の技術】
交流電気系統のアーク故障には，並列アークと直列アークの２つの種類がある。
【０００３】
並列アーク故障は線間故障または接地故障であり，導体上の絶縁物がすり切れるか穿孔が生じた場合に起こることがある。かかる並列アーク故障が発生すると，典型的な回路遮断器のピックアップ電流値よりも通常は低いがかなりの大きさの電流が流れることがある。この現象は，アーク電流により生じる反発力が導体を一時的に引き離し消弧する傾向があるため間欠的である。このため，並列アークはスパッタリングアークと呼ばれることが多い。
【０００４】
一方，直列アーク故障は例えば，導体が切断状態か，接続不良か，または接続部が緩んだ状態にある時単一の導体に生じるものである。直列アークの電流は負荷に左右されるが，ミリアンペアの範囲である。線間アークまたは接地アークを検出する従来の方法及び装置はそれなりに有効である。しかしながら，低レベルのアークが負荷と直列に発生している場合，これらの技術で検出するのは不可能である。その理由は，これら従来の技術の感度をただ増加させるには２つの障害があるからである。即ち，感度を増加させると，さらに多くの負荷または負荷の組合せにより誤トリップが生じる可能性がある。加えて，低電流では，主としてアークを吹き離すには電流レベルが低すぎ，電流が零交差点の不連続部分を除き連続であるため，電流波形が高電流で発生する波形と異なる。直列アークを検出しようとする従来の試みは主としてアーク電流の高周波数成分を分析することを主眼としている。かかる方法はこの高周波数成分の種々の良さの指数(figures of merit)の分析を含むのが普通である。しかしながら，この方法には幾つかの問題点がある。まず第１に，例えばコンピュータのような負荷の多くは入力に容量性フィルタを含むが，変圧器入力を有するモータ或いはオーディオ装置のような負荷は電気系統に対して誘導性インピーダンスと成る。かかる負荷はアーク電流の高周波成分をフィルタリングにより除去する。さらに，アーク電流の高周波数成分を分析するこれらアーク検出器の多くはマイクロプロセッサを必要とするため，広範囲に利用されるためにはコストが高すぎる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従って，直列アーク故障を検出する改良型装置及び方法を提供すると言う課題がある。
【０００６】
さらに，容量性フィルタ入力，変圧器及びモータ負荷を含む普通の負荷の任意なものを給電する交流回路に使用可能な直列アーク故障検出装置及び方法を提供すると言う課題がある。
【０００７】
さらに，アークが被保護回路部分のいずれの箇所に生じてもかかるアークを検出できる直列アーク検出方法及び装置を提供すると言う課題がある。
【０００８】
故障電流の広い動的範囲に亘って動作可能なかかる直列アーク故障検出方法及び装置を提供すると言う課題がある。
【０００９】
さらに，広範囲の使用を可能にする低コストの改良型アーク故障検出装置及び方法を提供すると言う課題がある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題は，直列アークが交流電流に認識可能で予測可能な歪みを発生させるという発見に基づく本願発明により解決される。電圧がアーク電圧以下になる各半サイクルの間電流は零になり，電圧が次の半サイクルにおいて再びアーク電圧以上になるまで零のままである。アーク電圧は通常，一定であるため，交流波形の不連続部分は零交差ごとに規則的に繰り返し発生する。これらの不連続部分により電流の二次導関数には反対極性のパルスが発生する。パルスの極性は零交差時において２つの方向，即ち反転する。零交差時に発生する２つのパルスの間隔は零交差時の不連続部分の長さに等しい。この時間はアーク電圧，線電圧及び線周波数の関数であり，電流レベルの線形関数ではない。従って，この現象を利用すると，広い範囲の電流振幅に亘りアーク故障を検出できる。
【００１１】
本発明によると、交流回路の交流電流を応答して、直列アーク故障のような交流電流の不連続部分に対応するパルスを含む、交流電流の時間に関する二次導関数を表わす二次導関数信号を発生する手段と、二次導関数信号に応答して、二次導関数信号中の第１の極性を有する第１のパルスに対応する第１の信号を発生する手段と、二次導関数信号に応答して、二次導関数信号中の第１の極性とは反対の第２の極性を有する第２のパルスに対応する第２の信号を発生する手段と、第１の信号に応答して、第１の信号から所定時間経過後に開始される所定持続時間の時間窓を形成する時間窓手段と、時間窓手段と第２の信号を発生する手段とに応答して、第２の信号が前記時間窓内で発生するか否かをチェックする手段と、前記チェック手段に応答して、第２の信号が前記時間窓内で発生すると直列アーク故障を示す出力信号を発生する出力信号発生手段とより成る交流回路の直列アーク故障検出装置が提供される。
本発明によると、交流回路の交流電流を応答して、直列アーク故障のような交流電流の不連続部分に対応するパルスを含む、交流電流の時間に関する二次導関数を表わす二次導関数信号を発生する手段と、二次導関数信号に応答して、二次導関数信号中の第１の極性を有する第１のパルスに対応する第１の信号を発生する手段と、二次導関数信号に応答して、二次導関数信号中の第１の極性とは反対の第２の極性を有する第２のパルスに対応する第２の信号を発生する手段と、第１の信号に応答して、第１の信号から所定時間経過後に開始される第１の時間窓を形成する第１の時間窓手段と、第１の時間窓手段と第２の信号を発生する手段とに応答して、第２の信号が第１の時間窓内で発生するか否かをチェックする第１のチェック手段と、第１のチェック手段に応答して、第２の信号が第１の時間窓内で発生すると第１の事象信号を発生する第１の事象信号発生手段と、第２の信号に応答して、第２の信号から所定時間経過後に開始される第２の時間窓を形成する第２の時間窓手段と、第２の時間窓手段と第１の信号を発生する手段とに応答して、第１の信号が第２の時間窓内で発生するか否かをチェックする第２のチェック手段と、第２のチェック手段に応答して、第１の信号が第２の時間窓内で発生すると第２の事象信号を発生する第２の事象信号発生手段と、所与の時間周期内に所定数の第１及び第２の事象信号が発生すると直列アーク故障を示す出力信号を発生する出力信号発生手段とよりなる交流回路の直列アーク故障検出装置をも提供される。
本発明によると、交流回路の直列アーク故障を検出する方法であって、交流回路の交流電流を応答して、直列アーク故障のような交流電流の不連続部分に対応するパルスを含む、交流電流の時間に関する二次導関数を表わす二次導関数信号を発生させ、二次導関数信号に応答して、二次導関数信号中の第１の極性を有する第１のパルスに対応する第１の信号を発生させ、二次導関数信号に応答して、二次導関数信号中の第１の極性とは反対の第２の極性を有する第２のパルスに対応する第２の信号を発生させ、第１の信号に応答して、第１の信号から所定時間経過後に開始される時間窓を形成し、第２の信号が時間窓内で発生するか否かをチェックし、第２の信号が時間窓内で発生すると直列アーク故障を示す出力信号を発生させるステップより成る交流回路の直列アーク故障検出方法をも提供される。
【００１２】
２つの負荷が直列アークの波形によく似た波形を発生させることが知られている。ランプの調光装置と，例えばテレビ受像機に用いられるような全波整流器と容量性入力フィルタを用いる電源である。この電源が発生させる波形は，電源投入時における非常に短い時間周期を除き直列アークよりも長い不連続部分をもつものと予想できる。従って，本発明の好ましい実施例では，互いに反対極性のパルス対が所定のタイミングで繰り返し発生するパターンが感知される場合に限りアークを示す出力信号を発生させる手段を用いる。
【００１３】
ランプ調光装置が発生する電流の二次導関数信号は，零交差時において極性が交番する３つのパルスを有する。第１と第２のパルスの間の間隔は調光装置の設定の関数であり，従って直列アークについて予想されるタイミングの範囲内にある。しかしながら，第２の第３のパルスは常に非常に接近している。従って，本発明の装置は，第３のパルスが第２のパルスの後の所定持続時間の区間内で発生すればアークを示す出力信号の発生を阻止する手段を含む。加えて，第１のパルスの後であるがその区間の前に別のパルスが発生してもその出力信号の発生がブロックされる。
【００１４】
本発明は，零交差時におけるパルスの１方向だけの或いは両方向における極性の変化を検出する手段を含む。後者の場合，零交差時におけるパルスの両方向における極性の変化に応答する手段によって出力信号が発生する場合に限り最終的な出力信号を発生させる手段を設けることができる。
【００１５】
【実施例】
以下，添付図面を参照して本発明を実施例につき詳細に説明する。
【００１６】
図１は，交流電気系統における直列アークに関連する波形を示す。図１（Ａ）は交流電気系統の電流を示す。交流電気系統の電圧がアーク電圧（１２０ボルトの系統では通常，約２０乃至３０ボルト）以下になると，図１（Ａ）の３に示すように電流が中断する。電圧が次の半サイクルにおいてアーク電圧よりも高くなりアークが再点弧するまで，電流は零のままである。かくして，点５におけるアーク再点弧後に電流が生じる。
【００１７】
図１（Ａ）に示すアーク電流１の一次導関数を図１（Ｂ）の７で示す。図示のように，電流の遮断時と，再発生時に実質的なステップ状部分９及び１１が生じる。図１（Ｃ）はアーク電流の二次導関数１３を示す。この二次導関数信号１３は，アークの遮断時及び再点弧時の電流の不連続部分に起因する一対のパルス１７，１９（総称して１５）を含んでいる。これらのパルス１７，１９は互いに反対極性である。また極性変化の方向は零交差の方向に左右される。換言すれば，極性変化の方向は半サイクルごとに逆転する。
【００１８】
叙上のように，負荷としてのランプ調光装置は，直列アークが発生させる波形によく似た波形を発生させる。調光装置は，負荷に供給される電力を抑制するために交流電圧の各半サイクルの間スイッチング装置の導通を遅延させる。電力をある範囲に亘って設定できるようにするため位相遅延角は選択可能であるのが普通である。このスイッチングの遅延により，図２（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示すような波形が生じる。図２（Ａ）は調光装置の電流波形２１を示す。図示のごとく，この電流は半サイクルの終点である２３においてオフとなり，２５において調光装置のスイッチが再びオンになるまで零のままであり，その後点２７において急激に増加した後，再び正弦波形となる。図２（Ｂ）は調光装置の電流の一次導関数２９を示す。図示のごとく，その一次導関数は値が零になる所で不連続部分３１を有し，また３３においてスパイクを含む。図２（Ｃ）は調光装置の電流の二次導関数を示す波形３５である。図示のごとく，調光装置の電流の二次導関数は電流が零になる所で小さなパルス３７を有し，その後零のままである。そして，電流が最初に流れ初めて急激に増加する所で第１のパルス４１を，また正弦波形に移行する所で第２のパルス４３を有する。図示のごとく，パルス４１と４３は互いに反対極性である。また，パルス３７と４１も互いに反対極性であることが分かる。
【００１９】
本発明の直列アーク検出方法は，直列アーク故障により生じる電流の二次関数の第２のパルス１９が第１のパルスとは反対極性で第１のパルスから予想可能な時間の後生じるという事実を利用するものである。従って，かかるパルスは，交流電気系統の電流の二次導関数において第１のパルスから所定時間経過後に開始される時間窓の間に生じる第１のパルスとは反対極性の第２のパルスを探すことにより検出できる。図２（Ｃ）を参照して，調光装置は時間的に離隔した極性が反対の一対のパルス３７，４１を発生させることが分かる。パルス４１及び４３もまた互いに反対極性のパルス対であるが，それらは常に間髪を入れずに発生する。しかしながら，パルス３７と４１の間のタイミングはパルス１７と１９を検出するための窓の中に入る。直列アーク故障を調光装置から判別するために，本発明は調光装置の電流の二次導関数の第２のパルス４１の直ぐ後に生じる第３のパルス４３を探す。また，第２のパルスが第１のパルスの直後に生じる状態を無視する。
【００２０】
図３及び４は，線導体または中性導体であろう一本の導体１０５を有する交流電気系統１０３の直列アーク故障を検出するため本発明に従って構成されたアーク故障検出装置１０１の実施例を示す。感知回路１０７は導体１０５を流れる電流の二次導関数を感知する。この感知回路１０７は変流器１０９を有し，この変流器は低μで磁束飽和レベルが高い粉末状の鉄のような材料の鉄心を用いて電流信号の一次導関数ｄｉ／ｄｔを発生させる。電流のこの一次導関数信号は，分路キャパシタ１１３及び抵抗１１５よりなる帯域幅リミッタ１１１により帯域幅を制限される。直列のキャパシタ１１９及び抵抗１２１より成る微分器１１７は電流信号の二次導関数ｄｉ2／ｄｔを発生させる。フィードバック抵抗１２７とフィードバックキャパシタ１２９を有する演算増幅器１２５より成る回路１２３は帯域幅をさらに制限する。背面接続の２つのツェナーダイオード１３１は，二次導関数信号ｄｉ2／ｄｔの大きなパルスによる演算増幅器１２５の飽和を防止する。キャパシタ１３３は６０ヘルツの雑音をさらに減衰させる。演算増幅器１２５の入力に接続したキャパシタ１３５は無線周波数雑音信号を抑制する。
【００２１】
二次導関数信号ｄｉ2／ｄｔに生じるパルスは広い動的レンジを有することがあるから，フィードバック抵抗１４１と入力抵抗１４３を有する演算増幅器１３９より成る増幅段１３７を設ける。また，背面接続されたツェナーダイオード１４５は演算増幅器１３９が大きなパルスにより飽和するのを防止し，またキャパシタ１４７は無線周波数雑音信号を抑制する。
【００２２】
感知回路１０７はまた，差動コンパレータ１４９，１５１を有し，これらのコンパレータは増幅器段１３７の出力をそれぞれ６．５ボルト及び１９．５ボルトの基準電圧と比較する。演算増幅器１２５及び１３９には＋１３ボルトのバイアスが印加されているため，コンパレータ１４９の非反転入力とコンパレータ１５１の反転入力に印加される信号は二次導関数信号が零の時は１３ボルトである。かかる条件下において，コンパレータ１４９，１５１の出力は高レベルにあり，コンパレータ１４９の出力の反転ＭＩＮＵＳ信号はプルアップ抵抗１５３により１３ボルトまで引き上げられる。同様に，コンパレータ１５１の出力の反転ＰＬＵＳ信号もプルアップ抵抗１５５により１３ボルトまで引き上げられる。演算増幅器１３９の出力の二次導関数信号ｄｉ2／ｄｔの正のパルスは６．５ボルトの絶対しきい値よりも高いため，同様に，反転ＰＬＵＳ信号は低レベルとなる。絶対値が６．５ボルト以上の負のパルスは反転ＭＩＮＵＳ信号を低レベルにする。かくして，反転ＰＬＵＳ信号及び反転ＭＩＮＵＳ信号は通常，高レベルであるが，二次導関数信号ｄｉ2／ｄｔの正及び負のパルスにそれぞれ応答して瞬間的に低レベルとなる。
【００２３】
図４は，二次導関数信号ｄｉ2／ｄｔのパルスの極性変化が所定の方向でありそれらの間のタイミングが所定の関係にある場合それに応答してアークを示す出力信号を発生する信号発生回路１５７を示す。反転ＰＬＵＳ信号は第１の単安定マルチバイブレータタ１５９のＢ入力に印加される。反転ＰＬＵＳ信号の負または後方の縁部は単安定マルチバイブレータ１５９によるタイミングを始動させ，第１のタイミング区間を画定する。これにより単安定マルチバイブレータ１５９のＱ出力が高レベルとなる。単安定マルチバイブレータ１５９がタイムアウトするとそのＱ出力が低レベルとなり，第２の単安定マルチバイブレータ１６１をトリガーして第２のタイミング区間を開始する。これが直列アーク故障の場合反対極性の第２のパルスが現れるタイミング区間、即ち時間窓である。
【００２４】
出力信号発生器１６２はＲ−Ｓフリップフロップ１６３を有し，そのリセット入力Ｒには第２の単安定マルチバイブレータ１６１の反転Ｑ出力が接続されている。単安定マルチバイブレータ１６１の反転Ｑ出力は通常，第２のタイミング区間にある間を除き高レベルであるため，Ｒ−Ｓフリップフロップ１６３のＱ出力は通常，低レベルである。Ｒ−Ｓフリップフロップ１６３のＳ入力は負の論理ＮＡＮＤ回路１６５に接続され，このＮＡＮＤ回路には入力として第２の単安定マルチバイブレータ１６１の反転Ｑ出力と，反転ＭＩＮＵＳ信号が印加される。この反転ＭＩＮＵＳ信号は，直列抵抗１６９と分路キャパシタ１７１を含む遅延回路１６７を介して加えられる。負の論理ＮＡＮＤ回路１６５は第２のタイミング区間の間，第２の単安定マルチバイブレータ１６１の反転Ｑ出力によってのみ許容状態にされる。第２のタイミング区間の間に二次導関数信号ｄｉ2／ｄｔに負のパルスが発生すると（反転ＭＩＮＵＳ信号が低レベルになると），Ｒ−Ｓフリップフロップ１６３のＳ入力が高レベルとなり，Ｒ−ＳフリップフロップのＱ出力を高レベルにセットする。遅延回路１６７は，この第２のタイミング区間に第３のパルスの発生がないことが判明するまで，Ｒ−Ｓフリップフロップ１６３のセットを防止する。この状態は，一方の入力に反転ＰＬＵＳ信号を，もう一方の入力に第２の単安定マルチバイブレータ１６１の反転Ｑ出力を有する負の論理ＮＡＮＤ回路１７３を含む回路により検出される。従って，負の論理ＮＡＮＤ回路１７３の出力はこの第２のタイミング区間の間は通常，零である。負の論理ＮＡＮＤ回路１７３のこの出力はＮＯＲ回路１７５の入力となり，このＮＯＲ回路は第２の入力は負の論理ＮＡＮＤ回路１７７の出力を受ける。このＮＡＮＤ回路１７７は後述するように，第２のタイミング区間の間低レベルである。かくして，通常，第２のタイミング区間の間，ＮＯＲ回路１７５の出力は高レベルであり，これにより第１及び第２の単安定マルチバイブレータ１５９，１６１の反転Ｒ入力が高レベルに維持される。第２のタイミング区間の間反転ＰＬＵＳ信号が低レベルになって第２のタイミング区間に第２のパルスが発生したか或いはタイミング開始後第３のパルスが発生したことが指示されと，負の論理ＮＡＮＤ回路１７３の出力は高レベルとなり，ＮＯＲ回路１７５の出力が低レベルとなって，両方の単安定マルチバイブレータ１５９，１６１がリセットされる。第２の単安定マルチバイブレータ１６１がリセットされると，その反転Ｑ信号が高レベルとなり，Ｒ−Ｓフリップフロップ１６３をリセットし，また負の論理ＮＡＮＤ回路１６５を非作動状態にして，遅延回路１６７がタイムアウトした後，反転ＭＩＮＵＳ信号がＲ−Ｓフリップフロップをセットするのを防止する。
【００２５】
負の論理ＮＡＮＤ回路１７７は第２のパルスの発生が早すぎる場合，即ち第１のタイミング区間内で発生した場合，タイミングを終了させる。この第１のタイミング区間の間，負の論理ＮＡＮＤ回路１７７は第１の単安定マルチバイブレータ１５９からの反転Ｑ信号により許容状態にある。反転ＭＩＮＵＳ信号は第１のタイミング区間の間通常は，高レベルにあり，そのため負の論理ＮＡＮＤ回路１７７の出力が低レベルである。しかしながら，反転ＭＩＮＵＳ信号が低レベルとなり，二次導関数信号ｄｉ2／ｄｔ中に第２のパルスが発生したことが指示されると，負の論理ＮＡＮＤ回路１７７の出力は高レベルとなり，単安定マルチバイブレータ１５９，１６１をＮＯＲ回路１７５を介してリセットする。
【００２６】
Ｒ−Ｓフリップフロップ１６３のＱ出力が高レベルとなって，第１のパルスの所定時間（第１のタイミング区間）経過後に開始される区間（第２のタイミング区間）内に正のパルスに続いて負のパルスが検出されたことが指示されると，出力信号発生器１６２の一部を形成する第３の単安定マルチバイブレータ１７９がタイミング区間のカウントを開始する。Ｒ−Ｓフリップフロップ１６３のこの出力はまたカウンタ１８１をクロックする。Ｒ−Ｓフリップフロップ１６３が単安定マルチバイブレータ１７９により設定されたタイミング区間の間にパルスを発生するたびにカウンタ１８１のカウントが増加する。単安定マルチバイブレータ１７９がタイムアウトすると，その反転Ｑ出力が高レベルとなりカウンタ１８１をリセットする。カウンタ１８１の複数の出力１８３の内の所定のものがアーク故障を示す出力信号１８４を構成する。この所定の出力のカウントは，正のパルスに続いて単安定マルチバイブレータ１７９により設定されるタイミング区間の間に負のパルスが発生した事象の回数を示す。
【００２７】
図３及び４に示す回路は，二次導関数信号ｄｉ2／ｄｔに正のパルスの後所与のタイミング区間内に負のパルスが発生した事象の回数をカウントするだけである。従って，負から正への零交差の間に起こる事象をカウントするだけで，１サイクルにつき１回である。図４の反転ＰＬＵＳ信号と反転ＭＩＮＵＳ信号入力を逆にすると，反対方向の零交差の間に生じる事象を検出できる。再び，これは交流の各サイクルに１回の事象をカウントするだけである。直列アーク検出器の信頼性を向上させるために，半サイクルごとに二次導関数信号ｄｉ2／ｄｔに発生する互いに反対極性のパルスを検出できるようにする。これは図４の回路を二重に設け，反転ＰＬＵＳ信号と反転ＭＩＮＵＳ信号の入力を逆にしてそれぞれのＲ−Ｓフリップフロップの出力を共通のタイマー又は単安定マルチバイブレータ１７９及びカウンタ１８１に接続することにより達成できる。さらに簡単な構成は図５に示すような逆転回路１８５を設けることである。この逆転回路１８５は４つのＣＭＯＳスイッチ１８７，１８９，１９１，１９３を有する。スイッチ１８７は反転ＰＬＵＳ信号を出力Ａに接続し，一方スイッチ１８９は同じ信号を出力Ｂに接続する。同様に，スイッチ１９１は反転ＭＩＮＵＳ信号を出力Ａに接続し，スイッチ１９３は同じ信号を出力Ｂに接続する。スイッチ１８７と１９３はカウンタ１８１のＱ1出力が高レベルになると同時に閉じられるため，このカウントが高レベルの時，反転ＰＬＵＳ信号が出力Ａに接続され，反転ＭＩＮＵＳ信号が出力Ｂに接続される。インバータ１９５はスイッチ１８９，１９１をオンにしてカウンタのカウントの１つおきに反転ＰＬＵＳ信号と反転ＭＩＮＵＳ信号を逆転させる。これらの出力Ａ，Ｂは図４の信号発生回路１５７の入力Ａ，Ｂに接続されるため，交流電流の両方向の零交差時に起こる事象が検出されることが分かる。この場合，単安定マルチバイブレータ１７９により決まるタイミング区間の間のカウンタ１８１のカウントは，１つの方向の零交差時に生じる事象の最初に説明したカウントの二倍となる。
【００２８】
本発明の直列アーク検出器はそれ自体で，直列アークを指示するものとして使用できる。また，回路遮断器に組み込むことによって直列アークに応答してトリップ信号を発生させることも可能である。さらに，米国特許第５，２２４，００６号に開示したような並列アーク故障検出器にと共に使用することもできる。
【００２９】
本発明の特定の実施例を詳細に説明したが，当業者にとっては本願の開示全体に照らして種々の変形例及び設計変更が想到されることであろう。従って，開示した特定の構成は例示の目的をもつものに過ぎず，本発明の技術的範囲を限定するのでなく，技術的範囲として頭書した特許請求の範囲の全幅及びその均等物の範囲を与えられるべきである。
【００３０】
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（Ａ），図１（Ｂ）及び図１（Ｃ）は交流電気系統の直列アークにより発生する電流波形，その一次導関数及び二次導関数をそれぞれ示す。
【図２】図２（Ａ），図２（Ｂ）及び図２（Ｃ）は交流電気系統により付勢される調光装置が発生する電流波形，その一次導関数及び二次導関数をそれぞれ示す。
【図３】本発明による直列アーク検出器の一部の回路を示す。
【図４】本発明による直列アーク検出器の一部の回路を示す。
【図５】本発明の別の実施例に従って構成した図３及び４の回路の一部を示す。
【符号の説明】
１  電流波形
７  電流波形の一次導関数信号
１３  電流波形の二次導関数信号
１７  第１のパルス
１９  第２のパルス
１０７  感知回路
１５７  信号発生回路
１６２  出力信号発生器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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