(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電気系統のアーク故障検知装置であって、
交流電気系統を流れる電流に少なくとも所定振幅のステップ状増加が検知されるごとに、振幅がこのステップ状増加の振幅の関数である電流パルスを含む信号を発生させる電流感知手段と、
第１の時定数を有し、電流パルスを積分して第１の追跡信号を発生させる第１の追跡手段、第１の時定数より短い第２の時定数を有し、電流パルスを積分して第２の追跡信号を発生させる第２の追跡手段、及び第２の追跡信号が第１の追跡信号の選択した比率分に減少すると、振幅が最も最近のステップ状増加の振幅の関数である充電パルスを発生させる手段よりなる、電流パルスのランダム性検知手段と、
充電パルスの時間減衰蓄積値を維持し、この時間減衰蓄積値が所定の値に到達するとアーク故障の指示を与える出力手段とよりなるアーク故障検知装置。
【請求項２】
充電パルスを発生させる前記手段は、第１の追跡信号と第２の追跡信号とに応答し、第２の追跡信号が第１の追跡信号の所定の比率分以下に減少すると、振幅が第１の追跡信号の振幅の関数である前記充電パルスを発生させる手段よりなることを特徴とする請求項１のアーク故障検知装置。
【請求項３】
第１の追跡信号と第２の追跡信号とに応答する前記手段は、第２の追跡信号と第１の追跡信号とを比較して、第２の追跡信号が第１の追跡信号の所定の比率分よりも大きい時は第１の出力を、第２の追跡信号が第１の追跡信号の所定の比率分よりも小さくなると第２の出力を発生させる比較手段と、前記比較手段が第２の出力を発生させると振幅が第１の追跡信号の振幅の関数である前記充電パルスを発生させる充電パルス発生手段とよりなることを特徴とする請求項２のアーク故障検知装置。
【請求項４】
前記充電パルス発生手段は、比較手段が第１の出力から第２の出力へ変化すると振幅が第１の追跡信号の振幅に比例するステップ状信号を発生させる手段と、前記ステップ状信号から前記充電パルスを発生させるハイパスフィルタ手段とよりなることを特徴とする請求項３のアーク故障検知装置。
【請求項５】
前記出力手段は、キャパシタ、このキャパシタを所定のレートで充電する調整手段、前記充電パルスに応答してこの充電パルスを印加することにより前記キャパシタから電荷を引き出すスイッチ、及び前記キャパシタの電圧が前記所定の値に減少するとアーク故障の指示を与える手段よりなることを特徴とする請求項４のアーク故障検知装置。
【請求項６】
前記出力手段は、キャパシタ、前記充電パルスをキャパシタに印加する手段、前記充電パルスとは反対の方向で所定のレートでキャパシタの電荷を調整する手段、及びキャパシタの電圧が前記所定の値に到達するとアーク故障の指示を与える手段よりなることを特徴とする請求項２のアーク故障検知装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は交流電気系統のアーク故障検知装置に関し、さらに詳細には、アーク故障により発生する電流のステップ状変化の振幅を追跡してそれに応答するかかる装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
回路遮断器や過負荷リレーのような交流電気系統の従来型過電流保護装置は通常、アーク故障には応答しないと認識されている。かかる故障は高抵抗性であることが多いため、故障電流はかかる保護装置の瞬時トリップ電流より小さい。交流電気系統のアーク故障にはまた、断続的傾向があるため、電流の時間積分値は典型的な回路保護遅延トリップ手段を作動させるに必要なレベルに達しない。
【０００３】
アーク故障を検知するための共通のアプローチとして、アーク電流は純粋な正弦波と比較すると相当程度歪んでいるという認識がある。例えば、高周波数ノイズをかなり含む。さらに、電流が零のインターバル及び／または短絡電流の期間がある。アーク電流のこれらの特性のうちの種々の組み合わせを利用した装置が、アーク検知器として提案されている。その一部では、電流波形に種々の判定基準を適用するためのマイクロコンピュータが必要とされる。このため、一般的に、かかる検知器は高価すぎて、広く用いられるに至っていない。加えて、通常の負荷の多くは、高周波数ノイズをフィルタリングするためのキャパシタまたは変成器を入力に備えている。
【０００４】
アーク故障を検知するためのもう１つのアプローチでは、離隔した導体間または導体のギャップにかかる電圧がその空間またはギャップの絶縁破壊電圧に達した場合に限りアークが発生するという事実を利用している。従って、これらの検知器は、アークの発生により生じる電流のステップ状増加に応答し、かかる検知器の一例が米国特許第５，２２４，００６号明細書に記載されている。米国特許第５，９４０，２５６号明細書に記載されたこのタイプの別の検知器は、一部の典型的な負荷への電源投入時に突入電流が惹き起こす誤ったトリップを回避するために、反復して発生し中断するアーク故障に特有な、ある特定時間インターバル内に発生する電流の複数回のステップ状増加に着目する。アーク故障により発生するような電流のステップ状増加を表わすパルスの時間減衰蓄積値を発生させるこのタイプの検知器のさらに別の改良は、米国特許第５，６９１，８６９号明細書に記載されている。
【０００５】
アーク故障検知器は、真のアーク故障と通常負荷により発生する波形の歪みとを判別する能力を備えてはじめて「アーク故障検知器」と言える。かかる負荷の１つに調光装置がある。調光装置は、交流電圧の位相を半サイクルを遅らせて電流の反復的なステップ状増加を発生させる。電流の複数のステップ状増加に応答する上述したアーク故障検知器は、調光装置に誤って応答するのを回避するために感度を減少させる必要がある。この問題とは別に、タングステンランプを付勢する調光装置は、フィラメントが低温であるときは振幅が定常電流の十倍もの突入電流を発生させることがある。
【０００６】
米国特許第５，８１８，２３７号明細書は、低振幅のアーク故障に応答し、調光装置や、低温のタングステンランプへの電源投入により発生するスパイクに応答して誤った指示を発生しないアーク故障検知器を開示している。この検知器は、アークの発生により生じる電流のステップ状増加に対応するパルスを含んだ感知電流信号の包絡線におけるランダム性に着目する。かかる検知器の一例は、パルス信号の包絡線を、第１の時定数を有する第１の追跡回路により追跡して第１の追跡信号を発生させると共に、第１の時定数よりも短い第２の時定数を有する第２の追跡回路により追跡して第２の追跡信号を発生させる。第２の追跡信号が第１の追跡信号の所定の比率分以下に減少すると出力信号が発生する。調光装置は半サイクルごとに電流にステップ状増加を発生させるため、時定数とその比率を、第２の追跡信号が調光装置に応答して第１の追跡信号の所定の比率分に決して低下しないように選択することが可能である。一方、アーク故障により生じる電流のステップ状増加にはランダムに反復する性質があるため、第２の追跡信号が第１の追跡信号の所定の比率分に減少して出力が発生するインターバルが生じる。単一事象との判別を行うためには、第２の追跡信号が第１の追跡信号の所定の比率分へ所定の時間インターバルの間選択された回数減少してはじめて、アーク故障の指示が与えられるようにする必要がある。この検知器の別の実施例は、包絡線検知方式と、米国特許第５，６９１，８６９号明細書の検知器のような、アークによる電流のステップ状増加により生じるパルスの時間減衰蓄積値の発生とを組み合わせている。アーク故障に対する感度は、早い包絡線追跡信号が遅い包絡線追跡信号の所定の比率分に減少するたびに蓄積値にパルスを印加して時間減衰蓄積値を次々に増加させることにより改善している。
【０００７】
米国特許第５，８１８，２３７号明細書の検知器は、第２の追跡信号が第１の追跡信号の所定の比率分に低下すると固定パルスを発生する。この方式の動作性能はかなり良好であるが、改良の余地がある。特に、高電流で、より危険なアーク故障に対する反応時間を犠牲にせずに、低電流アークに対する包絡線検知型アーク故障検知器の感度を増加させたいという要望がある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、アーク電流の振幅に応答する包絡線検知型アーク故障検知器を提供することにより上記及び他の要望を充足するものである。本発明によると、交流電気系統のアーク故障検知装置であって、交流電気系統を流れる電流に少なくとも所定振幅のステップ状増加が検知されるごとに、振幅がこのステップ状増加の振幅の関数である電流パルスを含む信号を発生させる電流感知手段と、第１の時定数を有し、電流パルスを積分して第１の追跡信号を発生させる第１の追跡手段、第１の時定数より短い第２の時定数を有し、電流パルスを積分して第２の追跡信号を発生させる第２の追跡手段、及び第２の追跡信号が第１の追跡信号の選択した比率分に減少すると、振幅が最も最近のステップ状増加の振幅の関数である充電パルスを発生させる手段よりなる、電流パルスのランダム性検知手段と、充電パルスの時間減衰蓄積値を維持し、この時間減衰蓄積値が所定の値に到達するとアーク故障の指示を与える出力手段とよりなるアーク故障検知装置が提供される。
【０００９】
この充電パルス発生手段は、好ましくは、第１の追跡信号と第２の追跡信号とに応答し、第２の追跡信号が第１の追跡信号の所定の比率分以下に減少すると、振幅が第１の追跡信号の振幅の関数である充電パルスを発生させる手段よりなる。さらに詳説すると、この充電パルス発生手段は、第２の追跡信号が第１の追跡信号の所定の比率分以下に減少すると出力を変化させるコンパレータまたは比較手段を有する。この充電パルス発生手段はさらに、第２の追跡信号が第１の追跡信号の所定の比率分以下に減少してコンパレータの状態が変化すると、出力がステップ状に変化する演算増幅器を有する。この演算増幅器出力のステップ状変化の振幅は、第１の追跡信号の振幅に比例する。このステップ状変化から、ハイパスフィルタが充電パルスを発生させる。
【００１０】
出力手段は、充電パルスを蓄積するキャパシタと、充電パルスとは反対の符号でキャパシタ上の電荷を調整する手段と有する。好ましい実施例において、この調整手段はキャパシタを充電するが、充電パルスに応答するスイッチが充電パルスを印加してキャパシタ上の電圧を減少させる。キャパシタ上の電圧が所定の値に減少すると、アーク故障を示す指示が発生する。
【００１１】
【発明に実施の形態】
直列アーク故障が発生しやすい典型的な交流電気系統の電流波形１を示す図１の（ａ）を参照すると、その電流に一連のランダムな不連続箇所があることが分かる。例えば、電流を運ぶ導体に、切断により生じるようなギャップがあると、電流が零交差点３で零になり、この状態は電圧がそのギャップにアークを再発生させるに充分なレベルになるまで続く。電流は、５においてステップ関数として急増した後、正弦波パターンに戻り、このパターンが零交差後も継続する。アークを維持できない状況になると、７におけるように再び不連続性が生じる。図示の例では、９における開放回路が、１１において電圧がアーク電圧に到達しアークが再発生するまでが維持される。この例において、アークは零交差点１３で消滅するが、次の半サイクルの１５において再発生する。その後、電圧は１７でアーク電圧以下になるため、１９で再び開放回路となる。図１の（ａ）に示す電流波形は、アークが発生しやすい交流回路における典型的な電流波形の一例であるが、かかる回路に生じる可能性がある不連続性の他のパターンは無数にあることを理解されたい。図１の（ａ）の目的は、これらの不連続性がランダムに生じることを示すことである。
【００１２】
叙上のように、米国特許５，９４０，２５６号明細書に記載されたようなある特定タイプのアーク故障検知器回路は、アーク故障により生じる電流のステップ状増加に着目し、かかるステップ状増加が所与時間インターバル内で所定の回数発生すると、アーク故障の指示を与える。また、叙上のように、交流電流のステップ状増加を発生させ得る特定種類の負荷が存在する。これらのアーク故障検知回路にとって最も厄介な負荷は、調光装置である。図２の（ａ）は、低温のタングステン製フィラメントを付勢させるため５０％よりも僅かに低いデューティーサイクルで作動する調光装置が交流回路に発生させる電流波形２１を示す。最悪のケースである半波調光装置を図２の（ａ）に示す。全波調光装置は、反対極性の半サイクルにつき鏡像波形を発生させることが容易に分かるであろう。いずれにしても、電流のかかる増加は、調光装置のスイッチが投入されたときに、２３におけるように生じることが分かる。調光装置が交流電流の各サイクルにつき同じ位相角でオンになると、一定のインターバルでステップ状増加２３が発生する。図２の（ａ）に示す例では、調光装置は低温のタングステン製フィラメントを付勢しているため、電流の振幅は最初は非常に大きいが、フィラメントの温度の上昇につれて連続する各半サイクルで定常振幅値へ徐々に減少することが分かる。
【００１３】
所与の時間インターバル内に生ずる電流のステップ状増加をカウントしてアーク故障を検知するアーク故障検知器は、図２の（ａ）に示すような調光装置により生ずる電流のステップ状増加に応答しないように感度を低下させなければならない。感度を下げることにより払わなければならない代償は、低温のタングステン製フィラメントにより生ずる突入電流に起因する誤ったトリップを回避しようとすれば、かなり大きいものになり得る。
【００１４】
米国特許第５，８１８，２３７号明細書に記載された改良型直列アーク故障検知器は、アーク故障により生じる電流のステップ状増加に、調光装置が発生させる規則的なステップ状増加とは対照的な時間的ランダム性があるという事実を利用している。この改良は、電流信号の包絡線におけるランダム性を検知することにより達成される。詳説すると、電流信号を微分することにより、電流のステップ状増加に応答する電流パルスを含むｄｉ／ｄｔ信号を発生させる。第１の追跡回路は、このｄｉ／ｄｔ信号を第１の時定数で追跡する。このｄｉ／ｄｔ信号はまた、第１の時定数よりも短い第２の時定数を有する第２の追跡回路により追跡される結果、第２の追跡信号が発生する。これら２つの追跡信号を比較して、減衰の速い第２の追跡信号が第１の追跡信号の所定の比率分に到達すると、アーク故障を示す出力信号が発生する。この時定数及びその比率は、調光装置の電流信号の反復性のステップ状変化が追跡回路を規則正しくリセットすることにより第２の追跡信号が第１の追跡信号の特定の比率分へ減少することがないように選択する。これを図２の（ｂ）乃至（ｄ）に示すが、（ｂ）は規則正しい間隔の一連のパルス２７を有するｄｉ／ｄｔ信号２５を示す。（ｃ）は、遅いレートで減少しパルスが再発生するたびにリセットされる第１の追跡信号２９を示す。同様に、（ｄ）は第２の追跡信号３１を示すが、これにより、この第２の追跡信号は第１の追跡信号よりは速く減少するが、第１の追跡信号の振幅の選択した比率分（この例では、２分の１）までは決して減少しないように繰り返しリセットされることが分かる。かくして、（ｅ）から分かるように、出力信号３３は零のレベルを維持する。
【００１５】
再び図１の（ｂ）を参照して、ｄｉ／ｄｔ信号３５は間隔がランダムな電流パルス３７を含むため、図１の（ｃ）に示す第１の追跡信号３９と、図１の（ｄ）に示す第２の追跡信号４１とは、第２の追跡信号４１が第１の追跡信号の振幅の２分の１以下に減少して図１の（ｄ）の出力信号４３が高レベルになるに充分長い時間減少を続けることが分かる。
【００１６】
図３は、本発明による包絡線追跡型アーク故障検知器４５のブロック回路図である。この検知器４５は、交流回路の電流を感知する変換器４７を有する。この実施例の回路では、この変換器またはセンサー４７はｄｉ／ｄｔ（電流の変化率）信号を発生させる変流器である。ｄｉ／ｄｔ信号は信号コンディショニング増幅器４９により帯域幅制限されると共に全波整流されるため、図１の（ｂ）及び図２の（ｂ）に示すようなパルス信号が発生する。このパルス信号は、遅い応答の第１の包絡線追跡信号またはフォロアー信号、即ち第１の追跡信号を発生させる第１の時定数を有する第１の包絡線追跡回路またはフォロアー回路５１と、速い応答の第２の包絡線追跡信号またはフォロアー信号、即ち第２の追跡信号を発生させる第２の時定数を有する第２の包絡線追跡回路またはフォロアー回路５３に印加される。この速い応答の第２の追跡信号を、図１の（ｄ）及び図２の（ｄ）に示す。
【００１７】
第１の追跡回路５１により発生される第１の追跡信号は、所定の比率を乗算された後、信号コンパレータ５７に印加される。また、第２の追跡回路５３により発生される第２の追跡信号も、信号コンパレータ５７に印加される。信号コンパレータ５７は、速い応答の第２の追跡回路５３が発生する第２の追跡信号が第１の追跡回路５１が発生する第１の追跡信号の所定の比率分（この例では、２分の１）よりも大きい値にある限り第１の出力を発生する。第２の追跡信号が第１の追跡信号のこの所定の比率分以下に減少すると、信号コンパレータ５７の出力が第２のレベルへ変化する。
【００１８】
充電パルス発生器５５はまた、信号コンパレータ５７の出力が第２の出力レベルに変化するたびに、換言すれば、第２の追跡信号が第１の追跡信号の所定の比率分以下に減少するたびに、充電パルスを発生させる充電パルス変調器５９を有する。充電パルス変調器５９が発生する充電パルスの振幅は、充電パルスが発生したときの第１の追跡信号の振幅に比例する。第１の追跡信号がアークにより発生するパルスのピーク振幅を追跡するため、充電パルスの振幅はアークにより発生するパルスの振幅、従って交流電流に検知されるステップ状増加の振幅の一次関数である。事実、第１の追跡回路の時定数が長いため（本発明の実施例では、約６サイクル）、第１の追跡信号の振幅は第２の追跡信号が第１の追跡信号の所定の比率分に減少するときまでには目立った減少を示さない。
【００１９】
充電パルス変調器５９が出力する充電パルスは時間減衰蓄積器６１へ送られ、充電パルスの時間減衰蓄積値が所定のレベルへ到達したことをコンパレータ６３が検知すると、アーク故障信号が発生する。充電パルス発生器５５からの充電パルスの振幅はアークの発生により生じるステップ状増加の振幅と関連があるため、本発明のアーク故障検知器は低電流アーク故障に対して高い感度を有すると共に、大きなアーク故障に対しては速い応答を維持する。その理由は、大きなアーク故障が生じると大きな充電パルスが発生して所定の値への蓄積が急速に行われるからである。
【００２０】
図４は、図３のアーク故障検知器４５を実現する回路を示す。変換器４７は変流器であり、交流電気系統６７の導体６５を流れる電流に比例する信号を発生させる。変流器４７からの信号は、バンドパスフィルタ６９を含む信号コンディショニング増幅器４９へ送られる。このバンドパスフィルタ６９は、並列キャパシタ７３と直列抵抗７５とにより形成されるローパスフィルタ７１と、演算増幅器７９がフィードバック抵抗８１、フィードバックキャパシタ８３及び入力抵抗８５を備えた増幅機能付きハイパスフィルタ７７とよりなる。このバンドパスフィルタ６９は、導体を流れる電流の一次導関数、ｄｉ／ｄｔ、である信号を出力する。この感知電流信号は、アークの発生により導体６５を流れる電流にステップ状増加が生じるたびに１個のパルスを含む。
【００２１】
感知電流信号に含まれる６０Ｈｚの信号は、直列キャパシタ８７と並列抵抗８９とによりをさらに減衰される。キャパシタ８７と抵抗８９とにより形成される第２のハイパスフィルタが出力する感知電流信号は、整流回路９１により全波整流される。この整流回路は、互いに反対極性のダイオード９５及び９７を有する演算増幅器９３を備え、これらのダイオードを介して感知電流信号がその反転及び非反転入力に印加される。抵抗９９、抵抗１０１及び抵抗１０３が協働して、負と正のパルスの選択利得をそれぞれ決定する。
【００２２】
変換器または変流器４７と、バンドパスフィルタ６９、キャパシタ８７と抵抗８９よりなる第２のハイパスフィルタ、及び全波整流器９１を含む信号コンディショニング回路４９とは、協働して、アーク故障の発生により生じるような電流のステップ状増加が発生するたびにパルスを含む感知電流信号を発生させる電流センサーを形成する。これらパルスの振幅はステップ状増加の振幅の関数であるため、アーク電流の振幅と関連性がある。
【００２３】
感知電流信号の包絡線を追跡する遅い応答の第１の追跡回路５１は、ダイオード１０５、キャパシタ１０７、抵抗１０９，１１１を含む。キャパシタ１０７及び抵抗１０９，１１１の値が、第１の追跡回路５１の時定数を決定する。本発明の実施例では、この長い方の時定数は交流電流の約３サイクルである。
【００２４】
速い応答の第２の追跡回路５３は、ダイオード１１３及びキャパシタ１１５を含む。第２の追跡回路５３の時定数は、キャパシタ１１５、抵抗９９及び別の抵抗１１７の値により決定される。この第２の追跡回路５３の時定数は第１の追跡回路５１の時定数よりも短く、実施例の検知器では交流電流の約半サイクルである。
【００２５】
第１の追跡回路５１の出力信号１１８は信号コンパレータ５７の非反転入力に印加され、速い応答の第２の追跡回路５３が発生する第２の追跡信号１２１は反転入力に印加される。信号コンパレータ５７は、第２の追跡信号１２１、即ち速い応答の第２の追跡回路５３のキャパシタ１１５の電圧を、遅い応答の第１の追跡回路５１のキャパシタ１０７の電圧、即ち第１の追跡回路５１が発生する第１の追跡信号１１９の、抵抗１０９と１１１の相対値により設定される比率分と比較する。実施例の検知器では、これらの抵抗の値は等しいため、キャパシタ１１５の電圧、即ち第２の追跡信号１２１は、キャパシタ１０７の電圧、即ち第１の追跡信号１１９の半分である第１の追跡回路５１の出力信号１１８と比較される。キャパシタ１１５の電圧である速い応答の第２の追跡信号１２１が遅い応答の第１の追跡信号１１９であるキャパシタ１０７の電圧の半分よりも大きい値である限り、信号コンパレータ５７の出力は低レベルである。速い応答の第２の追跡信号１２１が遅い応答の第１の追跡信号１１９の所定の比率分（即ち、半分）以下に減少すると、信号コンパレータ５７の出力は高レベルとなる。
【００２６】
充電パルス変調器５９は、フィードバック抵抗１２５と入力抵抗１２７とを備えた演算増幅器１２３を含む。第２の追跡信号１２１が第１の追跡信号の半分よりも大きく、そのため信号コンパレータ５７の出力が低レベルである限り、演算増幅器１２３の出力は第１の追跡回路５１の出力信号１１８、従って第１の追跡信号１１９に追従する。第１の追跡回路５１の時定数が比較的長いため、演算増幅器１２３の出力は感知電流信号に最も最近生じたパルスの大きさの一次関数である。
【００２７】
速い応答の第２の追跡信号が遅い応答の第１の追跡信号の所定の比率分に減少すると、信号コンパレータ５７の出力は高レベルとなり、演算増幅器１２３の出力が直ちにアース電位になる。充電パルス変調器５９はまた、抵抗１３１と共にハイパスフィルタ１３３を形成する直流阻止キャパシタ１２９を含む。このハイパスフィルタ１３３は、演算増幅器１２３の出力のステップ状変化を、演算増幅器１２３の出力のステップ状変化の関数、従って振幅が感知電流信号のパルス振幅の関数である充電パルス１３７へ変換する。第１の追跡回路５１及び第２の追跡回路５３、信号コンパレータ５７及び充電パルス変調器５９により実現される充電パルス発生器５５は、感知電流信号におけるパルスのランダム性を検知するランダム性検知器を形成する。交流電気系統の交流電流の半サイクルごとに調光装置が発生するような規則的なパルスに応答して、充電パルスが発生することはない。その理由は、速い応答の第２の追跡信号１２１が、遅い応答の第１の追跡信号１１９と共に同じ値にリセットされる前にその遅い応答の第１の追跡信号１１９の所定の比率分に減少する可能性がないからである。これとは対照的に、アーク故障はランダムに発生するため、速い応答の第２の追跡信号が遅い応答の第１の追跡信号の所定の比率分に減少するだけの充分な時間が存在する。従って、叙上のように、感知電流信号のパルス振幅の関数であり、かくして、アークにより発生する交流電流のステップ状変化の振幅の関数である振幅の充電パルスが発生する。
【００２８】
充電パルス１３７は時間減衰蓄積器６１へ印加される。この時間減衰蓄積器６１は、充電パルス１３７を時間積分するキャパシタ１３９を含む。この蓄積器はさらに、キャパシタ１３９の電荷を調整する並列抵抗１４１よりなる調整手段を含む。キャパシタ１３９の上方端子は２７．２ボルトの電源１４３に接続されているため、キャパシタ１３９の２つの電極の電圧は、常態では、共に２７．２ボルトである。ベース−エミッタ抵抗１４９を有するトランジスタ１４７により形成されるスイッチ１４５は、充電パルス変調器５９の出力においてキャパシタ１３９の下方端子とキャパシタ１２９との間に直列接続されている。充電パルス変調器５９により発生するパルス１３７は、トランジスタ１４７をオンにしてキャパシタ１３９から電荷を引き出す。引き出される電荷の量は、感知電流信号のパルスの振幅、従ってアークにより生じる交流電流のステップ状変化の振幅の関数である充電パルスの大きさの関数である。従って、キャパシタ１３９が充電パルス１３７を積分することになる。同時に、並列抵抗１４１は、２７．２ボルトの電源１４３からこのキャパシタへ継続して電荷を与える。キャパシタ１３９及び抵抗１４１の値は、キャパシタ１３９へ充電パルス１３７が所望のように時間減衰蓄積されるように選択される。
【００２９】
コンパレータ６３は、キャパシタ１３９の下方端子の電圧を継続してモニターする。この電圧がコンパレータ６３の非反転入力に印加される基準電圧によりセットされた選択値に減少すると、常態では低レベルである出力が、実施例の検知器では１３．６ボルトである基準電圧に変化する。フィードバック抵抗１５１及び入力抵抗１５３は、出力抵抗１５５を介して送られるアーク故障の検知を指示する出力信号を発生させるために基準電圧に加えられる利得を設定する。
【００３０】
要約すると、交流電気系統６７においてアークにより、または調光装置のような他の現象の発生により、導体６５に生じる電流のステップ状増加が、変流器４７により検知され、バンドパスフィルタ６９により微分且つ帯域幅制限され、整流回路９１により全波整流されて、振幅が交流電流のステップ状変化の振幅の関数である単極パルスを含む感知電流信号が発生する。このパルスを含む感知電流信号は、遅い時定数を有する第１の追跡回路５１と速い時定数を有する第２の追跡回路５３とにより追跡され、速い時定数を有する第２の追跡回路により発生する追跡信号１２１が遅い時定数を有する第１の追跡信号１１９の選択した比率分に減少して、アーク故障に起因するような交流電流の不規則的なステップ状変化の発生が指示されると、振幅が感知電流信号のパルスの振幅、従ってアーク電流の振幅の関数である充電パルス１３７が発生する。これら充電パルス１３７の時間減衰蓄積値は、抵抗１４１が並列接続されたキャパシタ１３９に維持される。キャパシタ１３９の電圧が所定の値に減少すると、コンパレータ６３はアーク故障を示す出力信号を与える。充電パルス１３７の大きさを交流電流のステップ状増加の振幅と関連付けることにより、低電流アーク故障に対する検知器の感度が増加する。同時に、大きなアーク故障に対する応答は、かかるアークにより発生する大きな充電パルスの蓄積が迅速に行われるため維持される。
【００３１】
本発明の実施例を詳細に説明したが、当業者は本願の記載全体に照らして種々の変形例及び設計変更を想到することが可能であろう。従って、図示説明した特定の構成は例示の目的に過ぎず、本発明の技術的範囲を限定するものでなく、この範囲は頭書した特許請求の範囲及びその均等物の全幅を与えられるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）はアーク故障の影響を受ける電流波形；（ｂ）は（ａ）に示す電流波形の一次導関数の波形；（ｃ）は（ｂ）の信号を第１の遅い時定数で追跡する第１の包絡線追跡信号；（ｄ）は（ｂ）の信号を第２の速い時定数で追跡する第２の包絡線追跡信号；（ｅ）は（ｄ）の第２の包絡線追跡信号が（ｃ）の第１の包絡線追跡信号より小さくなると高レベルとなる出力信号を示す図。
【図２】（ａ）は低温のタングステン負荷を半波モードで付勢するための調光装置の電流波形；（ｂ）は（ａ）に示す電流波形の一次導関数の波形；（ｃ）は（ｂ）の信号を第１の遅い時定数で追跡する第１の包絡線追跡信号；（ｄ）は（ｂ）の信号を第２の速い時定数で追跡する第２の包絡線追跡信号；（ｅ）は（ｃ）及び（ｄ）の信号により発生される出力信号を示す図。
【図３】本発明によるアーク故障検知器のブロック回路図。
【図４】図３のアーク故障検知器の特定の実施例を示す回路図である。
【符号の説明】
３  零交差点
４５  アーク故障検知器
４７  変換器、変流器またはセンサー
４９  信号コンディショニング増幅器
５１  第１の追跡回路
５３  第２の追跡回路
５７  信号コンパレータ
５９  充電パルス変調器
６１  時間減衰蓄積器
６３  コンパレータ
６９  バンドパスフィルタ
７１  ローパスフィルタ
７７  ハイパスフィルタ
７９  演算増幅器
９１  全波整流器
９３  演算増幅器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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