(57)【要約】  本発明は、電気回路（５０）内の電気的障害（６１）を位置特定することに関し、特に電気回路（５０）の伝送線（６０）内の電気的障害（６１）に関する。本発明の実施例は、障害（６１）において開回路または不連続部を生じさせるために、電気回路（５０）内のスイッチ（９０）を開き、障害の位置を判定するために、開回路または不連続部から反射される信号を送信し（１００）、開回路または不連続部から反射される信号を受信する（１００）ための、方法および装置を提供する。本発明の実施例は、例えば１００Ｖを超える、高電圧システムに特に適している。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝送線（６０、１６０）を有する電気回路（５０、１５０）内の障害（６１、１６１）を位置特定する方法であって、
前記障害（６１、１６１）において開回路または不連続部を生じさせるために、前記電気回路（５０、１５０）内のスイッチ（９０、１９０）を開くことと、
前記開回路または不連続部から反射される信号を送信することと、
前記障害（６１、１６１）の前記位置を判定するために、前記開回路または不連続部から反射される前記信号を受信することと
を含む、方法。
【請求項２】
前記電気回路（５０、１５０）内の前記スイッチ（９０、１９０）を開くことが、前記障害（６１、１６１）を跨るアーク放電を消弧して、前記回路（５０、１５０）内の電圧の降下を生じさせ、前記送信された信号が反射される、前記障害（６１、１６１）における開回路になる、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記信号が、前記スイッチ（９０、１９０）が開かれる前から繰り返し送信される、請求項１または請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記電気回路（５０、１５０）が電気を搬送する、請求項１乃至３のいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
前記障害（６１、１６１）の前記位置が、前記送信された信号が前記開回路または不連続部によって反射されて受信されるのに要する時間を測定し、前記信号が前記回路（５０、１５０）の前記伝送線（６０、１６０）内を進む所定の速度を使用することによって判定される、請求項１乃至４のいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
前記信号が送信される位置から前記障害（６１、１６１）までの距離が、
障害までの距離＝伝搬速度×所要時間／２
を使用して判定される、請求項５記載の方法。
【請求項７】
伝送線を有する電気回路（６０、１６０）内の障害（６１、１６１）を位置特定するための装置（１００、２００）であって、前記障害（６１、１６１）において開回路または不連続部を生じさせるために、前記電気回路（５０、１５０）内のスイッチ（９０、１９０）を開き、前記開回路または不連続部によって反射される信号を送信し、前記障害（６１、１６１）の前記位置を判定するために、前記開回路または不連続部から反射される前記信号を受信するための、コントローラ（１９１）を含む、装置（１００、２００）。
【請求項８】
前記コントローラ（１９１）が、前記スイッチ（９０、１９０）を開く前に前記信号を繰り返し送信するように構成された、請求項７記載の装置（１００、２００）。
【請求項９】
前記コントローラ（１９１）が、前記送信された信号が前記開回路または不連続部によって反射されて受信されるのに要する時間を測定し、前記信号が前記伝送線（６０、１６０）内を進む所定の速度を使用することによって、前記障害（６１、１６１）の位置を判定するように構成された、請求項７または請求項８記載の装置（１００、２００）。
【請求項１０】
前記信号が送信される位置から前記障害（６１、１６１）までの距離が、
障害までの距離＝伝搬速度×所要時間／２
を使用して判定される、請求項９記載の装置（１００、２００）。
【請求項１１】
スナバ（１９４）が、前記スイッチ（９０、１９０）の出力と接地（１９６）との間に設けられた、請求項７乃至１０のいずれか１項記載の装置（１００、２００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気回路における電気的障害、特に電気回路の伝送線における電気的障害を位置特定することに関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機配電システムのような多くの電気システムは、電力源から電気負荷に電力を供給するために長さが数百メートルまたは数キロメートルの長い伝送線を使用する。しかし、長い伝送線には修理が必要な障害が発生する可能性がある。「反射率測定」を使用して、電気回路内の動作中の伝送線の障害の位置を識別する試みがなされている。この手法では、障害箇所における不連続部または開回路から信号が反射するまでの時間を測定する。信号が進行する速度を知ることにより、反射信号が不連続部から戻るのに要する時間から、障害の位置を決定することができる。
【０００３】
しかし、「反射率測定」技術は、低電圧用途における障害などの特定の状況にしか適していないことが分かっている。電気システム内の障害の位置を確実に検出することができないことは、電気システムの停止を必要とする障害の位置を判定するための時間のかかる調査につながり、不都合である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】DATABASE WPI Week 198748 Thomson Scientific, London, GB; AN 1987 -341284 XP002750865, & SU 1 307 401 A (ELEC POWER RES INST) 30 April 1987 (1987-04-30) abstract
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１の態様によれば、伝送線を有する動作中の電気回路内の障害を特定する方法が提供され、この方法は、前記障害において開回路または不連続部を生じさせるために、電気回路のスイッチを開き、開回路または不連続部から反射される信号を送信し、開回路または不連続部から反射された信号を受信して、障害の位置を判定することを含む。
【０００６】
電気回路内のスイッチを開いて、障害箇所における開回路または不連続部を提供することにより、障害を跨るアーク放電が明確な開回路または不連続部が生成されることを妨げるような高電圧回路など、以前は確実に検出できなかった電気システムの障害位置を検出することができる。本発明の例は、例えば１００Ｖ以上の高電圧システムに特に適している。
【０００７】
本発明の第２の態様によれば、伝送線を有する電気回路内の障害を特定するための装置が提供され、装置は、電気回路内のスイッチを開き、障害で開回路または不連続部を生じさせ、開回路または不連続部によって反射される信号を送信し、開回路または不連続部から反射された信号を受信して、障害の位置を判定するコントローラを含む。
【０００８】
本発明の実施形態を、添付の図面を参照して、単なる例として以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明による電気システムにおける障害の位置特定の例を示す流れ図である。
【図２】本発明を説明する電気システムの一例を示す図である。
【図３】本発明を説明する電気システムのより詳細な例である。
【図４】図３の電気システムの様々なポイントにおける電気的障害の位置特定の際の応答を示す一連のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は、伝送線路を有する電気回路内の障害を特定する例を示す。ステップ１０において、電気回路のスイッチが開かれる。これは、アーク電流がアークを消弧するのに十分に低下して障害に開回路または不連続部を生じさせるまで、障害を跨るアーク電流と共に電気回路内の電圧が低下することにつながる。ステップ２０において、回路に送信された信号は、障害箇所における開回路または不連続部から反射される。ステップ３０において、開回路または不連続部から反射された信号が受信され、障害の位置が判定される。例えば、信号が既知の速度で伝送線路を進むことが分かっている場合、反射信号にかかる時間を用いて、障害までの距離、従って障害の位置を判定することができる。
【００１１】
図２は、本発明を説明する電気回路５０の例を示す。この回路は、ある長さの電気配線６０を含む。電気配線６０は、例えば、航空機、船舶などの輸送機器内、または工場、病院または他の施設内にあってもよい。図２は、配線６０に発生した障害６１を示す。回路５０はまた、配線６０によって互いに接続された電源７０および電気負荷８０を含む。スイッチ９０も、電気配線６０に設けられる。スイッチ９０は、ソリッドステートパワーコントローラ（ＳＳＰＣ）、発電機７０または電流トランスなどの回路の一部を形成する、いくつかの関連機器９１の一部であってもよい。
【００１２】
数キロメートルなどの、かなりの長さに延びることがあり得る、電気配線６０の障害６１の位置を判定するために、スイッチ９０は、アーク障害位置特定装置１００内のコントローラによって開かれ、それにより電気回路５０内の電圧および電流の降下に至る。障害６１を跨るアークの電流が、短いアークに対して（ギャップの大きさに応じて異なる電流だが）通常は２００〜４００ｍＡに低下すると、アークは消弧して開回路を生じる。アーク消弧は、電気回路５０における電流の急速な降下をもたらし、その結果、アークがエアギャップに置き換えられたときに配線６０のインピーダンスが変化する。電気回路５０の配線６０に設けられたアーク障害位置特定装置１００のコントローラからの信号は、障害６１におけるアーク消弧に起因する配線６０のインピーダンスの変化によって反射される。反射信号は、この場合、アーク障害位置特定装置１００によって受信されるが、回路５０内の同じ位置または他の位置の別の構成要素によって受信されることも可能である。信号がアーク障害位置特定装置１００から障害６１との間で往復するための所要時間が判定され、信号が配線６０内を進む速度を知ることにより、障害６１までの距離、従って障害６１の位置を計算することができる。障害６１の位置を特定する方法は、位置をより正確に判定するために繰り返されてもよい。
【００１３】
図３は、スイッチ１９０を備えたソリッドステートパワーコントローラ（ＳＳＰＣ）装置１９１を有する、典型的な直流航空機電力配電回路１５０を示す。この例のＳＳＰＣ装置１９１は、アーク障害検出（ＡＦＤ）能力を有する。アーク障害位置特定能力は、反射率測定システム２０１を含むアーク障害位置特定装置２００によって提供される。図４は、回路１５０内の様々なポイントにおける電気特性の波形を示す。
【００１４】
この例では、電圧Ｖsrcおよび固有出力インピーダンスＺsrcを有する発電機１７０の形態の電源が設けられている。航空機内で使用される場合、作動しているガスタービンエンジンは、発電機１７０に駆動力を提供するために使用され得る機械的エネルギーを提供することができる。
【００１５】
発電機１７０は、固有インダクタンスＬupおよび抵抗Ｒupを有する上流電流制限配線１７１によってＳＳＰＣ１９１に接続されている。この例では、メインスイッチ１９０は、スイッチが開かれたときに発生する過渡的な電気信号を抑制するためにトランソーブ１９２およびダイオード１９３を備えている。
【００１６】
スイッチ１９０と電気負荷１５０との間の配線１６１は、固有のインダクタンスＬdnおよび抵抗Ｒdnによって示されている。２つの分離された端子１６２、１６３間の物理的分離として示される障害１６１が配線１６０に存在する。固有のインダクタンスＬload、抵抗ＲloadおよびキャパシタンスＣloadを有する負荷１８０も示される。
【００１７】
アーク障害位置特定装置２００は、信号を電気回路１５０に送信し、障害１６１から反射された信号を受信するための反射率測定システム２０１を含む。障害位置特定装置２００はまた、スイッチ１９０を開閉するスイッチ装置２０２と、反射率測定システム２０１およびスイッチ装置２０２を制御し、障害１６１までの距離、従ってその位置を計算するためのマイクロプロセッサ２０３とを含む。この例では、障害１６１の発生を検出するために使用され得る、電流および電圧センサ２０４、２０５も示される。図３の例のマイクロプロセッサ２０３は、アーク障害検出および位置特定の機能、ならびに特定の回路１５０がその使用に依存して実行するように構成され得る他のスイッチ機能を制御するように構成される。
【００１８】
図４の時刻（１）より前には、システムに直列アーク障害が存在する。アーク障害の存在は、回路１５０の電流および／または電圧を監視することなど、当業者に知られている任意の方法によって検出することができる。あるいは、障害の位置を特定する方法は、障害が発生していることを具体的に検出する必要無しに、あらかじめ定期的に実行されてもよい。
【００１９】
図４のポイント（１）において、図３のＳＳＰＣ装置１９１内のアーク障害検出ハードウェアは、考えられるアーク障害にフラグを立てるのに十分な時間を有していたことになる。この例では、アーク障害の存在は、アーク放電中の接続断およびその後の再接続によって引き起こされる短絡電流の減少を検出することによって判定することができる。
【００２０】
図４のポイント（１）において、アーク障害位置特定装置２００が有効化される。この時点で、回路は、障害時のアーク放電が消弧されたときに、回路内の障害によって反射される信号を送信し始める。
【００２１】
ポイント（２）では、直列アーク障害は、さらなる短絡電流減少によって確認され、ＳＳＰＣスイッチ１９０が開かれ、ＳＳＰＣ１９１の出力電圧がアーク電流と共に低下する。アーク電流が典型的には短絡アークに対して約２００〜４００ｍＡであるときに生じるポイント（３）において、アークは消弧する。アーク消弧は、アーク障害が存在することを示す非常に速い負のｄｌ／ｄｔを特徴とする。図３は、ＳＳＰＣ装置１９１の出力ノード１９５と接地１９６との間の直列の抵抗器とコンデンサとを含む、スナバ１９４を示す。スナバ１９４は、図４のポイント（３）でアークが消弧することを確実にする。アークの消弧は、アークがエアギャップによって置き換えられたときのラインインピーダンスの全体的な変化として、アーク障害位置特定装置２００の反射率測定ハードウェア２０１によって見ることができる。
【００２２】
反射率測定システム２０１によって送信された信号は、障害１６１での開回路または不連続部から反射されて受信され、信号が障害に進んで戻る時間を測定し、障害の位置を決定する。装置２００内のマイクロプロセッサ２０３は、往復に要した時間（装置２００と障害１６１との間の距離の２倍）とケーブル内の信号の伝播速度を知って、装置２００から障害１６１までの距離を、式
障害までの距離＝伝搬速度×所要時間／２
を使用して計算する。
【００２３】
ポイント（４）では、ＳＳＰＣスイッチ１９０が閉じられ、ＳＳＰＣ１９１の出力電圧が上昇してライン電圧に一致する。このポイントでは、図３に示す電極１６２、１６３のそれぞれの側の間にギャップが残っているため、アーク電流は上昇しない。ポイント（５）では、電極１６２、１６３を跨る電圧が、その間でアーク放電が発生するのに十分に上昇しており、ループ電流が上昇する。ポイント（４）とポイント（５）との間の遅延は、直列アークが存在したことの別の指標である。ポイント（６）では、アークが確認され、ＳＳＰＣスイッチ１９０がトリップされる（開かれる）。ポイント（７）において、ループ電流はゼロまで低下している。この確認／摂動／位置特定方法（ポイント（１）〜ポイント（５））は、さらに信頼度を向上させるために複数回実行することができる。
【００２４】
直流２７０Ｖシステムの電力品質は、航空宇宙規格ＲＴＣＡ  ＤＯ−１６０Ｇに従って５０ミリ秒の中断をサポートできることが分かっている。本発明の実施例のアーク障害摂動方法が正しく機能するために必要な中断時間は、約１００マイクロ秒であり、電力品質に重大な影響を及ぼさない。
【００２５】
一般的に言えば、反射率測定法は、往復時間の増加のために、遠くにある障害を検出するためにより多くの時間を必要としていた。光速の約０．６６倍の伝播速度および最大ケーブル長１００ｍを仮定すると、往復時間は、往復時間＝２×距離／速度＝２×１００／（０．６６×３×１０＾８）＝１マイクロ秒、のように計算することができる。従って、ケーブル破損を監視するために、多数の反射率測定信号を使用することができる。例えば、ｔ＿ｄｅｌａｙ中に図４のポイント（３）でアークが消弧された後に、多数の反射率測定信号を使用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
上述した例に対して多くの変形が可能であるが、それらは本発明の範囲内にある。例えば、スイッチ１９０は、独立した構成要素であってもよく、またはＳＳＰＣ装置または発電機などの回路内の既存の装置の一部として提供されてもよい。本発明の方法は、航空機内の配線の障害を特定するだけでなく、船舶、工場、病院、および太陽光または光起電発電設備などの他の設備などにおける他の状況においても、配線障害を特定するために使用され得る。開回路または不連続部によって反射される信号は、スイッチが開かれる前またはスイッチが開かれるときに繰り返し送信されるなど、任意の適切なタイミングで送信されてもよい。それは、反射信号が受信された後、またはスイッチがその後に閉じられるまで、またはその後に繰り返し送信されてもよい。
【符号の説明】
【００２７】
５０  電気回路
６０  電気配線
６１  障害
７０  電源
８０  電源負荷
９０  スイッチ
９１  関連機器
１００  アーク障害位置特定装置
１５０  直流航空機電力分配回路
１６０  配線
１６１  障害
１６２  電極
１６３  電極
１７０  発電機
１７１  上流電流制限配線
１８０  負荷
１９０  スイッチ
１９１  ソリッドステート電力コントローラ（ＳＳＰＣ）装置
１９２  トランソーブ
１９３  ダイオード
１９４  スナバ
１９５  出力ノード
１９６  接地
２００  アーク障害位置特定装置
２０１  反射率測定システム
２０２  スイッチ装置
２０３  マイクロプロセッサ
２０４  電流センサ
２０５  電圧センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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