JPH11329137A - ア―ク故障検知器のためのテスト回路 - Google Patents

ア―ク故障検知器のためのテスト回路

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JPH11329137A
JPH11329137A JP11081070A JP8107099A JPH11329137A JP H11329137 A JPH11329137 A JP H11329137A JP 11081070 A JP11081070 A JP 11081070A JP 8107099 A JP8107099 A JP 8107099A JP H11329137 A JPH11329137 A JP H11329137A
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capacitor
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 アーク故障により生じる交流電流のステップ
状増加に応答するアーク故障検知器のための簡単で低コ
ストのテスト回路を提供する。 【解決手段】 テスト回路は、パルス繰返しレートが毎
秒約１５個以下であるパルス信号を発生する弛緩発振器
４３、及びパルス信号をアーク故障検知器に結合する結
合回路４５より成る。弛緩発振器は、キャパシタ４７、
キャパシタ充電電流が流れる抵抗４９、及びキャパシタ
を分路する電圧ブレークダウン素子５１より成る。テス
トスイッチ４１を閉じると、キャパシタが充電され、電
圧ブレークダウン素子を介して急速に放電することによ
り、アークの発生をシミュレーションするパルスを発生
させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【発明の属する技術分野】本発明は、回路遮断器に用い
るようなアーク故障検知器のテストに関し、さらに詳細
には、低周波数弛緩発振器を用いてアーク故障検知器の
動作を簡単な方法で検証するアーク故障検知器テスト回
路に関する。
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】アーク
故障は、例えば、電気機器の隣接する裸の導体間、断線
導体の露出端部間、故障した接続部、また導体要素が近
接した他の状況下で発生することがある。アーク故障は
通常、高い抵抗を有するため、アーク電流は従来型回路
遮断器の瞬時または磁気トリップしきい値よりも小さ
い。また、アーク故障により生じる平均ＲＭＳ電流値も
かかる回路遮断器の熱動しきい値より小さい。それで
も、アークにより損傷が発生し、これが可燃性材料の近
傍であると火災が生じる可能性がある。アーク故障時と
同様な電流が普通の負荷により発生することがあるた
め、望ましくないトリップの発生を回避すべく従来型回
路遮断器のピックアップ電流値をただ下げるということ
は実際的でない。種々のタイプのアーク故障検知器が提
案されている。その一部は、アークが発生するたびに電
流にランダムに生じるステップ状増加に応答するもので
ある。かかる検知器の一例が米国特許第５，４５９，６
３０号に記載されている。この検知器は、所与の時間に
発生する電流のかかるステップ状変化の回数をカウント
する。米国特許第５，４５９，６３０号はまた、アーク
故障検知器のテスト回路を開示している。開示されたこ
の特定回路は、回路遮断器に設けたドーマント発振器地
絡故障回路のコイルの１つを利用する。テストボタンを
閉じると、キャパシタがこの感知コイルと共に発振器を
形成する。米国特許第５，４５９，６３０号において示
唆されたもう１つのテスト回路は、抵抗のようなインピ
ーダンスを線導体と中性導体の間に接続して、テストス
イッチを閉じるたびにパルスを発生させるものである。
アーク故障検知器が後でカウントするテストパルスをこ
のテスト回路により発生させるには、テストスイッチを
手動で繰返し操作する必要がある。アークの発生により
生じる電流のステップ状変化に応答するタイプの改良型
アーク故障検知器は、米国特許第５，６９１，８６９号
に記載されている。アークが発生するたびに生じるパル
スを蓄積して時間減衰させた値が所定の大きさになる
と、回路遮断器をトリップさせるアーク故障信号が発生
する。従って、回路遮断器をトリップするには、小振幅
のアークよりも大きなステップ状増加を示す電流を発生
させる少数のアークが必要である。米国特許第５，４５
９，６３０号に記載されたようなテスト回路を米国特許
第５，６９１，８６９号のアーク故障検知器に利用する
ことも可能であるが、アーク故障検知器の改良型テスト
回路に対する要望がある。さらに詳細には、アークの発
生をシミュレーションするステップ状増加が自動的に発
生するため、一連のアークをシミュレーションするため
の反復作動が不要なアーク故障検知器の改良型テスト回
路に対する要望が存在する。さらに、テスト回路の動作
についてさらに別の情報が得られるアーク故障検知器の
テスト回路に対する要望が存在する。さらに、トリップ
を発生させたアークのシミュレーションの回数について
の指示を与えるテスト回路に対する要望も存在する。さ
らに、オペレータが手動でトリップ時間を計時できる能
力を別に備えたテスト回路に対する要望が存在する。
【課題を解決するための手段】上記及び他の要望は、所
定の時間の間アーク故障により生じる交流電流のステッ
プ状増加に応答するアーク故障検知器のためのテスト回
路に関する本発明により充足される。このテスト回路
は、パルス繰返しレートが毎秒約１５個以下であるパル
ス信号を発生する弛緩発振器と、このパルス信号をアー
ク故障検知器に結合する結合手段とを有する。この弛緩
発振器の電力は交流電流により整流器を介して給電する
のが好ましい。この弛緩発振器は、好ましくはキャパシ
タと、キャパシタを充電する直流電流が流れる抵抗と、
キャパシタを分路する電圧ブレークダウン素子とよりな
る。テストスイッチを閉じると、キャパシタがこの電圧
ブレークダウン素子のブレークダウン電圧に充電され
る。その後、キャパシタはこの電圧ブレークダウン素子
を介して急速に放電することにより、アークの発生をシ
ミュレーションするパルスを発生させる。好ましい電圧
ブレークダウン素子としてディアックがあるが、ネオン
管、シリコン双方向スイッチ、ユニジャンクショントラ
ンジスタ等の他の電圧ブレークダウン素子を使用しても
よい。アーク故障検知器が少なくとも最小振幅を越える
交流電流のステップ状増加にのみ応答する場合、この結
合手段は、好ましくはテスト回路からのほぼこの最小振
幅のパルス信号をアーク故障検出器に結合する。これに
より低電流のアークに対するアーク故障検知器の応答特
性を検証できる。低周波数の弛緩発振器を用いることに
よって、ユーザーはトリップ時間を手動で測定すること
が可能となる。弛緩発振器のパルス繰返しレートを既知
の値にセットすると、トリップ信号が所定の時間内に発
生することによってアーク故障検知器の正常動作を確か
めることができる。本発明のもう一つの特徴は、弛緩発
振器にテストパルスが発生するたびに指示を与えるイン
ジケータを設けたことである。好ましくは、電圧ブレー
クダウン素子に発光ダイオード（ＬＥＤ）を直列に接続
し、電圧ブレークダウンが生じてパルスが発生するたび
に光パルスを発生させる。再び、弛緩発振器は低周波数
であるため、ユーザーはトリップを発生させるに要する
パルスの数をカウントすることができる。
【発明の実施の形態】本発明を、回路遮断器に組み込む
アーク故障検知器に用いるものとして説明する。しかし
ながら、本発明のテスト回路は、アークが反復してラン
ダムに発生することにより生じる電流のステップ状増加
に応答するタイプのアーク故障検知器であればいかなる
ものにも利用可能である。図１を参照して、線導体３及
び負荷導体５を有する配電系統１が回路遮断器７により
保護されている。実施例の回路遮断器７は、住宅用及び
軽負荷の商業用に常用される周知の「ミニチュア型」回
路遮断器である。かかる回路遮断器７は、バイメタル１
１を線導体３に直列に接続した熱動−磁気トリップ装置
９を有する。配電系統１に持続的過電流が発生すると、
バイメタル１１が加熱されて撓曲し、トリップ機構１３
を作動して、開離可能な接点１５を開くことにより、配
電系統１の電流を遮断する。さらに、熱動−磁気トリッ
プ装置９は磁気トリップ機能を有する。アーマチュア１
７が短絡に付随するような非常に大きな過電流により作
動されると、トリップ機構１３を作動して、開離可能な
接点１５を開く。回路遮断器７はまた、アーク故障に対
する保護を与える。かかる故障は通常、アークが断続的
に反復して発生するものである。回路遮断器７は、アー
クが発生するたびに生じる交流電流のステップ状増加に
応答するアーク故障検知器１９を備えている。適当なア
ーク故障検知器として例えば、米国特許第５，２２４，
００６号に記載したものがあるが、好ましいタイプとし
ては本明細書の一部を形成するものとして引用する米国
特許第５，６９１，８６９号に記載されたものがある。
アーク故障検知器１９は、米国特許第５，５１９，４６
１号に記載された態様で、バイメタル１１にかかるを電
圧をリード線２１を介してモニターすることにより、配
電系統１の電流を感知する。バイメタル１のインピーダ
ンス値は既知であるため、その両端間の電圧降下が線電
流を表わす。米国特許第５，６９１，８６９号に記載さ
れるように、アーク故障検知器１９は電流のステップ状
増加に応答してパルスを発生する回路を含む。このパル
ス信号は積分され、その積分値が経時的に減衰する。パ
ルスを蓄積し経時的に減衰させた値が所定のレベルに到
達すると、アーク故障検知器１９はトリップ信号を発生
する。リード線２３上のこのトリップ信号出力は、シリ
コン制御整流器（ＳＣＲ）２５をトリガーする。ＳＣＲ
２５がトリガーされるとトリップコイル２７が付勢さ
れ、トリップ機構１３を解放して開離可能な接点１５を
開く。キャパシタ２９は、ＳＣＲ２５がゲート電極上の
過渡現象により誤作動しないように保護を与える。アー
ク故障検知器１９は、配電系統１により付勢される直流
電源３１により給電される。直流電源３１は半波整流電
力を供給するダイオード３３を含み、この半波整流電力
は第１のローパスフィルタ３５と、６０サイクルのリッ
プルの多くを除去する第２のローパスフィルタ３７によ
りフィルタリングされる。アーク故障検知器１９は、必
要な直流電圧をアーク故障検知器１９へ送る電圧調整器
（図示せず）を含む。テスト回路３９は、テストボタン
４１を閉じるとアーク故障検知器１９の動作をテストす
るテスト信号を自動的に発生させる。テスト回路３９
は、低周波数弛緩発振器４３と、弛緩発振器４３が発信
するパルス信号をアーク故障検知器１９へ結合する結合
回路４５とを含む。弛緩発振器４３は、テストボタン４
１を閉じると抵抗４９を介して充電されるキャパシタ４
７を含む。このキャパシタ４７は電圧ブレークダウン素
子５１により分路されている。好ましい電圧ブレークダ
ウン素子５１としてディアックがあるが、ネオン管、シ
リコン双方向スイッチ、ユニジャンクショントランジス
タ等の他の電圧ブレークダウン素子を用いてもよい。電
源３１は弛緩発振器４３へも給電するが、弛緩発振器４
３を動作させる電圧としては第１のローパスフィルタ３
５だけによりフィルタリングした直流電力で充分であ
る。テストボタン４１を閉じると、キャパシタ４７はそ
のキャパシタと充電抵抗４９の値により決まる時定数に
依存するレートで充電される。キャパシタ４７両端間の
電圧がディアック５１のブレークダウン電圧に到達する
と、ディアックは導通してキャパシタ４７を急速に放電
させるため、このキャパシタ両端間の電圧にステップ状
の変化が生じる。かくして、弛緩発振器４３が発生する
波形がアークにより生ずる配電系統１の電流のステップ
状変化をシミュレーションする。弛緩発振器の出力は、
結合回路４５を介してアーク故障検知器１９へ印加され
る。この結合回路４５は、直列接続したキャパシタ５３
と抵抗５５とを含む。図２に示すように、アーク故障検
知器１９は、アークの発生により生ずるような電流のス
テップ状変化に応答してパルス信号を発生させるバンド
パスフィルタをその入力に備えている。バンドパスフィ
ルタ５７は、ハイパスフィルタ５９と、それに続くロー
パスフィルタ６１とにより構成されている。バイメタル
の抵抗は非常に低いため、弛緩発振器４３の出力は充分
な電力をもたない。従って、この出力をリード線２１と
同じ入力に注入することができない。このため、テスト
信号をアーク故障検知器１９のハイパスフィルタ５９の
後に注入する。結合回路４５のキャパシタ５３及び抵抗
５５は、弛緩発振器の出力信号のためのバンドパスフィ
ルタのハイパスフィルタ部分を形成する。ローパスフィ
ルタ６１の出力は、アークの発生により生ずる、または
弛緩発振器により生ずる電流のステップ状変化に応答し
て発生される、パルス信号である。時間減衰積分器６３
では、これらのパルスを積分し、その積分値を経時的に
減衰させる。経時的に減衰した積分値の値が所定レベル
に到達すると、出力信号発生器６５がトリップ信号を発
生し、ＳＣＲ２５を作動させる。パルスの時間減衰積分
値は、振幅が大きければ大きいほど、またステップ状変
化が急激に起これば起こるほど、トリップレベルに早く
到達する。しかしながら、このステップ状変化が積分さ
れるためには、その変化が少なくとも最小振幅をもつ必
要がある。従って、キャパシタ５３及び抵抗５５の値
は、最小レベル以上であるがそれに近いパルスを発生す
るように選択される。これにより、アーク故障検知器は
小振幅のアークにも正しく確実に応答することができ
る。叙上のように、弛緩発振器４３は低周波数で作動す
るように設計されている。「低周波数」とは、トリップ
信号を発生させるために人間が感知できる長さ時間、例
えば１乃至数秒を必要とする周波数を意味する。このよ
うに選択した周波数で弛緩発振器を作動させると、配電
系統の電圧が比較的一定である限り、テストボタンを押
圧後トリップ信号が発生するまでに要する時間がアーク
故障検知器１９の性能を表わす一指標となる。アーク故
障検知器１９の動作を検証するもう１つの手段として、
ディアック５１に直列に信号発生器６７を接続してもよ
い。好ましい実施例におけるこの信号発生器６７は、弛
緩発振器４３が発生させるステップ状変化を含む電流が
アーク故障検知器１９へ印加されるたびに、ユーザーへ
視覚表示を与える発光ダイオード（ＬＥＤ）である。従
って、弛緩発振器５３のパルス繰返しレートとして、ユ
ーザーが発生中のステップ状変化の回数をカウントでき
るような値に選択する必要がある。この目的で、弛緩発
振器のパルス繰返しレートは毎秒約１５サイクル、好ま
しくは毎秒約５サイクル以下にする。この特徴により、
ユーザーはステップ状変化の回数だけでなく、トリップ
信号の発生に要する時間を知ることができるため、アー
ク故障検知器の動作を分析することが可能となる。本発
明のアーク故障検知器テスト回路は、アークの発生によ
り生じる電流のステップ状変化に応答するタイプのアー
ク故障検知器の作動をテストする、簡単で低コストの構
成を提供することが分かる。本発明を特定の実施例につ
き詳細に説明したが、当業者にとっては本明細書及び図
面の記載全体に照らして種々の変形例及び設計変更を想
到できることが分かる。従って、図示説明した特定の構
成は例示的なものであって本発明の技術的範囲を限定す
るものでなく、この範囲は頭書の特許請求の範囲及びそ
の全て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】本発明によるテスト回路を組み込んだアーク故
障検知器を備えた回路遮断器の概略図。
【図２】図１の一部を形成するアーク故障検知器の概略
ブロック図である。
【符号の説明】
１ 配電系統 ３ 負荷導体 ５ 線導体 ７ 回路遮断器 ９ 熱動−磁気トリップ装置 １１ バイメタル １３ トリップ機構 １９ アーク故障検知器 ３１ 直流電源 ３５ 第１のローパスフィルタ ３７ 第２のローパスフィルタ ３９ テスト回路 ４１ テストボタン ４３ 弛緩発振器 ４５ 結合回路 ４７ キャパシタ ４９ 抵抗 ５１ 電圧ブレークダウン素子 ５７ バンドパスフィルタ ５９ ハイパスフィルタ ６１ ローパスフィルタ ６３ 時間減衰積分器 ６５ 出力信号発生器
フロントページの続き (71)出願人 390033020 Ｅａｔｏｎ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｃｌｅｖｅｌ ａｎｄ，Ｏｈｉｏ 44114，Ｕ．Ｓ．Ａ.

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 所定時間の間アーク故障により生じる交
    流電気系統の交流電流の複数のステップ状増加に応答す
    るアーク故障検知器のためのテスト回路であって、 電源と、 電源により給電され、繰返しレートが毎秒約１５個以下
    のステップ状変化を示す反復性のパルス信号を発生する
    弛緩発振器と、 反復性のパルス信号をアーク故障検知器に結合する結合
    手段とよりなるテスト回路。
  2. 【請求項２】 前記弛緩発振器は、キャパシタと、電源
    からのキャパシタ充電電流を流す抵抗と、キャパシタを
    分路する電圧ブレークダウン素子とよりなり、抵抗とキ
    ャパシタの値と電圧ブレークダウン素子のブレークダウ
    ン電圧が前記繰返しレートを与えるように選択されてい
    ることを特徴とする請求項１のテスト回路。
  3. 【請求項３】 前記電源は交流電気系統に接続された整
    流器手段よりなる請求項２のテスト回路。
  4. 【請求項４】 前記結合手段はキャパシタにかかる電圧
    をアーク故障検知器へ送る回路手段よりなる請求項２の
    テスト回路。
  5. 【請求項５】 前記アーク故障検知器は少なくとも最小
    振幅を有する前記交流電流のステップ状増加にのみ応答
    し、前記回路手段はほぼ最小振幅の前記反復性パルス信
    号をアーク故障検知器に加える回路成分よりなる請求項
    ４のテスト回路。
  6. 【請求項６】 前記結合回路手段は直列の抵抗及びキャ
    パシタよりなる請求項４のテスト回路。
  7. 【請求項７】 前記電圧ブレークダウン素子はディアッ
    クである請求項６のテスト回路。
  8. 【請求項８】 前記電源は交流電流系統に接続された整
    流器手段よりなる請求項７のテスト回路。
  9. 【請求項９】 電圧ブレークダウン素子に直列接続した
    信号発生手段を含んでなる請求項５のテスト回路。
  10. 【請求項１０】 前記信号発生手段はＬＥＤである請求
    項９のテスト回路。
  11. 【請求項１１】 電圧ブレークダウン素子に直列接続し
    た信号発生手段を含んでなる請求項２のテスト回路。
  12. 【請求項１２】 前記信号発生手段はＬＥＤである請求
    項１１のテスト回路。
  13. 【請求項１３】 前記電圧ブレークダウン素子はディア
    ックである請求項１２のテスト回路。
  14. 【請求項１４】 前記弛緩発振器は反復性パルス信号の
    ステップ状変化を指示する信号発生手段を含む請求項１
    のテスト回路。
  15. 【請求項１５】 前記信号発生手段はＬＥＤである請求
    項１４のテスト回路。
  16. 【請求項１６】前記弛緩発振器は繰返しレートが毎秒約
    １５個から毎秒約１個である反復性パルス信号を発生す
    る請求項１のテスト回路。
JP08107099A 1998-03-27 1999-03-25 アーク故障検知器のためのテスト回路 Expired - Fee Related JP4149606B2 (ja)

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