アーク閃光検出システム
アークを検出するための装置が提供される。装置には、アーク閃光の特性を検出するためのファイバセンサと、アーク閃光の少なくとも２つの特性を処理するためのプロセッサが含まれている。プロセッサは、さらに、アーク故障信号を生成するように構成されている。保護デバイスは、アーク故障信号に基づいてアーク閃光を抑制するように構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般にアーク閃光検出に関し、詳細にはアーク閃光の複数のパラメータを使用したアーク検出に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力回路および開閉装置は、絶縁体によって分離された導体を有している。空気空間は、いくつかの領域ではしばしばこの絶縁体の一部またはすべてとして作用している。これらの導体が互いに近すぎるか、あるいは電圧が絶縁レベルを超えると、これらの導体間にアークが生じることがある。導体間の空気または任意の他の絶縁体（気体、固体または液体）は、イオン化して絶縁体を導電性にし、それによりアーク発生事象を可能にすることがある。アーク事象により、２０，０００℃程度の高温に達することがある温度が誘導され、導体および隣接する材料が蒸発し、また、周囲の回路を破壊する爆発性エネルギーが放出される。
【０００３】
アーク閃光は、相と相の間、相と中性の間、あるいは相と接地の間のアーク発生故障による急激なエネルギー放出によるものである。アーク閃光は、爆発の場合と同様、高い熱、強烈な光、圧力波および音波／衝撃波をもたらすことがある。しかしながら、アーク故障電流は、通常、短絡電流と比較するとその大きさははるかに小さく、したがってアーク故障状態を取り扱うべく遮断器が選択されない限り、遮断器のトリッピングが遅延し、あるいはまったくトリップしないことが有り得る。通常、アーク閃光抑制技法には標準のヒューズおよび遮断器が使用されている。しかしながら、このような技法は応答時間が遅く、また、アーク閃光を抑制するだけの十分な速さを有していない。
【０００４】
アーク故障を抑制するための他の技法の１つは、光などのアーク発生事象の特定の特性を検出することである。光センサは、エンクロージャ内の光を検出し、かつ、アーク閃光事象が発生したことを決定する。しかしながら、光を検出するこのような方法は、迷光または他の光源からの光が検出されると、誤ったアーク検出をもたらすことがある。さらに、このような方法は、アーク発生事象の位置を提供していない。他の技法には、エンクロージャ内における、アーク閃光によって誘導される圧力変化を検出するための圧力センサの実施がある。しかしながら、このような方法は、実際にアーク閃光が発生した後の圧力蓄積に相当な時間を要するため、検出が遅延することになる。また、圧力センサによるアーク閃光の早期検出は、帯域幅および感度によっても制限されることがあり、したがって圧力センサの応答範囲を超えるアーク発生事象を捕えることができないことがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】欧州特許第１５３８７２２号公報
【発明の概要】
【０００６】
改良型応答時間を有し、かつ、誤った警報を回避する改良型アーク閃光防止機構が必要である。
【０００７】
簡潔には、アークを検出するための装置が提供される。装置には、アーク閃光の特性を検出するためのファイバセンサと、アーク閃光の少なくとも２つの特性を処理するためのプロセッサが含まれている。プロセッサは、さらに、アーク故障信号を生成するように構成されている。保護デバイスは、アーク故障信号に基づいてアーク閃光を抑制するように構成されている。
【０００８】
他の実施形態では、アーク検出システムが提供される。アーク閃光検出システムには、アーク閃光の１つまたは複数の特性を検出するための複数のファイバ知覚モジュールが含まれている。アーク閃光検出システムには、さらに、ファイバ知覚モジュールに結合された光スプリッタと、光スプリッタに結合された複数のフィルタが含まれている。プロセッサはフィルタに結合されており、また、１つまたは複数のアーク閃光特性の検出に基づいてアーク故障信号を生成するように構成されている。
【０００９】
他の実施形態では、配電システム内の複数の位置に配置された複数のファイバ知覚モジュールを有するアーク閃光検出システムが提案される。ファイバ知覚モジュールは、アーク閃光の１つまたは複数の特性を検出するように構成されている。アーク閃光検出システムには、さらに、アーク閃光特性を分割するための複数の光スプリッタと、アーク閃光の位置を計算し、かつ、アーク故障信号を生成するためのプロセッサが含まれている。保護デバイスは、アーク故障信号に基づいて配電システムへの電力供給を遮断するように構成されている。
【００１０】
他の実施形態では、インテリジェント格子が提案される。インテリジェント格子には、格子に結合された配電システムが含まれており、この配電システムは、所定の機能を実行するために電気結合された複数のデバイスを備えている。格子には、格子の１つまたは複数の特性を監視するための遠隔診断システムが結合されている。インテリジェント格子には、さらに、配電システム内の複数の位置に配置された複数のファイバ知覚モジュールを備えたアーク検出システムが含まれており、ファイバ知覚モジュールは、アーク閃光の１つまたは複数の特性を検出する。プロセッサは、アーク故障信号を生成してアーク閃光を抑制するために、複数のファイバセンサに結合されている。
【００１１】
他の実施形態では、アーク閃光検出システムが提供される。システムには、アーク閃光の光特性、音響特性および熱特性のうちの少なくとも１つを検出するためのファイバセンサが含まれている。アーク閃光の複数の特性を解析し、かつ、アーク閃光の複数の特性に基づいてアーク故障信号を生成するためのプロセッサがこれらのファイバセンサに結合されている。アーク故障信号に基づいてアーク閃光が抑制される。
【００１２】
本発明のこれらおよび他の特徴、態様ならびに利点は、同様の文字がすべての図面を通して同様の部品を表している添付の図面を参照して以下の詳細な説明を読むことにより、より深く理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】一例示的配電システムの略図である。
【図２】図１の配電システム内で実施されるファイバ知覚モジュールの一実施形態を示す図である。
【図３】図１の配電システム内で実施される一例示的アーク閃光検出システムを示す図である。
【図４】図２で実施されるファイバ熱センサを示す図である。
【図５】図２で実施されるファイバ音響センサの詳細図である。
【図６】図２で実施されるファイバ光センサの詳細図である。
【図７】複数のエンクロージャを有する、本発明の一実施形態によるアーク閃光検出システムを実施する配電システムを示す図である。
【図８】本発明の一実施形態によるアーク検出システムの代替接続形態を示す図である。
【図９】本発明の一態様によるアーク閃光検出システムを実施するインテリジェント格子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は、一例示的配電システムの略図である。配電システム１０には、電力源１２、保護デバイス１４、母線１６および負荷１８が含まれている。一例示的実施形態では、アーク閃光検出システム２０は、配電システム１０の中で実施されている。ファイバセンサ２２および２４は、アーク閃光検出システム２０に結合されており、アーク閃光事象２６を検出するように構成されている。電力源１２の一例には、保護デバイス１４を介して母線１６に電力を引き渡すように構成された発電機が含まれている。保護デバイス１４の一例には、電気コマンド信号を介して動作させることができる遮断器が含まれている。負荷１８は、母線１６を介して電力源１２から電力を受け取っている。
【００１５】
アーク閃光は、場合によっては少なくとも２つの電流搬送母線／導体間のシステム１０のあらゆる位置で生じる。さらに、アーク発生事象は、場合によっては電流搬送母線／導体と接地または中性導体の間で生じる。アーク閃光が生じる位置は、一般に、閉位置または開位置として分類することができる。閉位置は、パネルボードまたは密閉開閉装置パネルあるいは配電システムを含むことができる。開位置は、エンクロージャの外部の環境に露出される領域であって、例えば開閉装置またはパネルを電源から負荷に接続する母線または電気導線などの領域である。アーク発生故障が生じる主な原因は、相導体間または相導体と接地導体の間の離間距離の不足によるものである。離間距離は、環境条件（例えば湿度あるいは汚染環境中の導電粒子）、絶縁故障、導体間の異物（例えば技術者が落とした工具）を含むいくつかの要因によって影響されることがある。
【００１６】
参照数表示２６は、場合によっては光および他の成分（例えば蒸発物質）を放出する１つのこのようなアーク閃光の例を示したものである。ファイバセンサ２２および２４は、２８および３０などのアーク閃光の１つまたは複数の特性を検出するように構成されている。アーク閃光検出システム２０は、ファイバセンサ２２、２４から信号を受け取り、かつ、受け取った信号をさらに処理してアーク発生事象を検証するように構成されている。システム２０は、アーク閃光を示すアーク故障信号３２を生成するように構成することも可能である。信号３２は、アーク閃光を抑制するために電力を遮断することができる保護デバイス１４に結合することができる。
【００１７】
従来のシステムには、通常、アーク閃光を抑制するために、遮断器またはヒューズなどの直列デバイス、および「クローバ」（回路の開を効果的に誘発する）などの並列デバイスの２つのカテゴリの保護デバイスが使用されている。直列デバイスは従来から使用されているが、反応時間および動作時間が遅く、満足すべきデバイスではない。クローバデバイスにも同様の欠点があり、実際に有害な故障をもたらすことがある。さらに、このような従来のシステムは、警報をトリガするためにアーク閃光のいずれか１つの特性を検出している。しかしながら、いずれか１つの特性に頼ることは、アーク閃光を誤って検出し、したがって誤って警報を発し、また、誤ってトリッピングすることになりかねない。本明細書において開示されている実施形態によれば、実際のアーク閃光を分類するために、アーク閃光の様々なパラメータが処理される。
【００１８】
２２および２４のようなファイバセンサは、配電システム１０内の複数の位置に配置することができる。本説明では２つのこのようなセンサまたは知覚モジュールが説明されているが、３つ以上または１つのセンサ／モジュールを使用することも可能である。本明細書において使用されているように、「配電システム」という用語には、いくつかの例を挙げると、例えばＡＣ−ＤＣ駆動、可変周波数駆動などの所定の機能を実行するために電気的または光学的に結合された複数のデバイスが含まれている。さらに、「配電システム」は、制御または電力引渡しのために構成された電気デバイスを有する他の電気サブシステムを具体化することも可能である。
【００１９】
次に図２を参照すると、図１の配電システムの中で実施されるファイバセンサの一実施形態が示されている。一例示的実施形態によれば、ファイバセンサ２２には、光ファイバコア３５および外部シールド３４が含まれている。ファイバコア３５は、入射光３６を受け取るように構成されている。１つまたは複数のファイバブラッグ回折格子がファイバコア３５内に刻まれている。このようなファイバブラッグ回折格子は、ファイバ熱センサ３８、ファイバ音響センサ４０およびファイバ光センサ４２として個々に構成することができる。一実施形態では、ファイバブラッグ回折格子は、特定の波長の光を反射し、それ以外の波長の光を透過光４９として透過させるように構成されている。図に示されている実施形態では、個々の回折格子は、特定の波長を反射するように構成されており、例えばファイバ光センサ４２は、入射光３６の特性波長λ3を反射し、それ以外の波長を透過させるように構成されている。同様に、ファイバ熱センサ３８およびファイバ音響センサ４０は、それぞれ特性波長λ1、λ2を反射するように構成されている。一実施形態では、ファイバ光センサ４２の周囲の外部シールド３４は、紫外光に対して敏感な重合体４４でコーティングされている。他の実施形態では、ファイバ音響センサ４０の周囲の外部シールド３４には、以下でより詳細に説明する圧力差動パッケージ４６が含まれている。
【００２０】
一実施形態では、個々のファイバセンサ（３８、４０または４２）は、アーク閃光を検出するように構成することができる。２つまたは３つのこのようなファイバセンサ（３８、４０、４２）を組み合わせて、ファイバ知覚モジュールとして構成することができる。このような知覚モジュールは、アーク発生事象によって生じる熱、音響および光の過渡変化を同時に測定することができ、それによりアーク閃光を抑制することができる。さらに、アーク閃光を抑制するために複数のパラメータを知覚することにより、誤ったアーク閃光の検出が低減される。他の実施形態では、ファイバ知覚モジュールは冗長性を提供しており、したがってこれらのファイバセンサのうちの１つが故障しても高い信頼性が得られる。
【００２１】
一例示的動作では、広い波長を特長とする入射光３６は、ファイバコア３５に入射する。センサ３８、４０、４２は、とりわけ波長、強度などの入射光特性を反射する。反射光５２を解析することにより、このような反射パラメータが入射部分４８で測定される。別法としては、透過光４９を解析してアーク閃光を検出することも可能である。一例示的実施形態では、式λ＝２・ｎ・Λによって個々のファイバセンサ（３８、４０、４２）の中心波長が決定され、ｎは光ファイバコア３５の実効屈折率であり、また、Λは回折格子変調の周期性である。個々の回折格子（３８、４０、４２）は、反射スペクトル中の中心波長（例えばλ1、λ2、λ3）を画定する特定の周期性に対して構成されている。
【００２２】
図３は、図１の配電システム内で実施される一例示的アーク閃光検出システムを示したものである。アーク閃光検出システム２０には、反射光５２を受け取るように構成された光スプリッタ５３が含まれている。一実施形態では、反射光５２は、強度に基づいて少なくとも３つの信号５４、５６および５８に一様に分割される。個々の信号５４、５６および５８には、すべての特性波長λ1、λ2およびλ3が含まれている。帯域通過フィルタ６０、６２および６４などのフィルタは、個々の波長λ1、λ2およびλ3を検出するように構成されている。これらのフィルタに結合された光検出器６６、６８および７０は、個々のフィルタ６０、６２および６４からの信号の光強度を測定するように構成されている。光検出器６６、６８、７０に結合されたプロセッサ５０は、特性波長を解析し、アーク閃光の熱特性、音響特性および光特性を検出するように構成されている。プロセッサ５０は、上で言及した複数のパラメータのうちの少なくとも２つに基づいてアーク故障信号３２を生成する。理解されるように、少なくとも２つのパラメータを使用することにより、誤った検出が低減される。例えば、ファイバセンサは迷光（閃光からの）を検出することがある。しかしながらこのような事象には圧力変化または熱変化が伴わないことがある。したがって少なくとも２つのパラメータを利用することにより、アーク閃光の誤った検出が低減される。
【００２３】
アーク閃光は通常、光、音響を放出し、また、それによって温度が上昇する。ファイバセンサを使用した個々のこのようなパラメータの検出について、図４〜６を参照して説明する。図４は、図２で実施されるファイバ熱センサを示したものである。ファイバ熱センサ３８（温度モニタとして構成されている）には、入射光３６の特性波長λ1を反射し、それ以外の波長を射出光７８として透過させるように構成されたファイバブラッグ回折格子７６が含まれている。例えばアーク閃光７７が回折格子７６の近傍に入射すると温度が変化する。ファイバ熱センサ３８の中心波長λ1は、Δλ＝ｋ・ΔＴだけ上にシフトすることになり、温度感度ｋは約１２ｐｍ／℃であり、また、ΔＴは温度変化である。ファイバ熱センサ３８は、アーク閃光（７７）によって誘導される温度変化によって熱センサ３８からの信号強度が大きくなるよう、図３に示されているフィルタ６０の中心波長の近くに中心波長λ1を有するように構成されている。このような温度変化によって特性反射光８０が得られる。反射光８０は、反射光８０より広い帯域幅８２を有する狭帯域通過フィルタ（図３に示されているフィルタ６０など）を介してフィルタリングされる。解析に都合がいいよう、フィルタリングされた反射光は、対応する電圧８４に変換される。変換された電圧は、温度変化を決定するために閾値電圧８６と比較される。例えば、変換された電圧８４の大きさが閾値電圧８６より大きい場合、正の温度変化が検出される。
【００２４】
図５は、図２で実施されるファイバ音響センサの詳細図である。ファイバ音響センサ４０（圧力センサとして構成されている）には、入射光７８の特性波長λ2を反射し、それ以外の波長を射出光９２として透過させるように構成されたファイバブラッグ回折格子９０が含まれている。回折格子９０の周囲に配置された圧力差動パッケージ４６は、パッケージ４６の近傍の圧力変化を検出するように構成されていることに留意されたい。例えば、アーク閃光によって発せられる音波９４がパッケージ４６に入射すると圧力が変化する。このような動的圧力変化Ｐ（ｔ）は、ベース圧力９６（エンクロージャ４６の内側、ＰO）と比較され、特性反射光９８が得られる。反射光９８は、反射光９８より広い帯域幅１００を有する狭帯域通過フィルタ（図３に示されているフィルタ６２など）を介してフィルタリングされる。圧力変化は、パッケージ４６の内側と外側の間の圧力差ΔＰによって誘導される。このような圧力変化によってファイバ音響センサ４０の中心波長λ2が変化する。解析に都合がいいよう、フィルタリングされた反射光は、対応する電圧１０２に変換される。フィルタの中心波長は固定されているため、電圧１０２は、アーク閃光シグネチャ周波数を表す周波数領域信号１０４に変換される。周波数領域信号１０４は、ファイバ音響センサ４０に入射する９４などアーク閃光からの音波の周波数を表している。
【００２５】
図６は、図２で実施されるファイバ光センサの詳細図である。ファイバ光センサ４２（光検出器として構成されている）には、入射光９２の特性波長λ3を反射し、それ以外の波長を透過光４９として透過させるように構成されたファイバブラッグ回折格子１０８が含まれている。一例示的実施形態では、紫外光に対して感光性である重合体４４が回折格子１０８の周囲に配置されている。感光性重合体４４の屈折率は、紫外光エネルギーに露出されると約１０-6 から約１０-3まで適合するように構成されている。
【００２６】
ファイバ光センサ４２は、感光性重合体４４の屈折率の変化に応答するように構成されている。導波モードの入射光９２は、ファイバコアに沿って伝搬する。一実施形態では、ファイバ回折格子１０８は、エバネッセントフィールドエネルギーが隣接するファイバクラッド領域へ透過してクラッドモード透過が形成されるよう、アポダイズされ、かつ、傾斜が付けられている。感光性重合体４４は、導波モードのエバネッセントフィールドエネルギーを放射モード透過として感光性重合体層４４中に散逸させることができるよう、ファイバクラッドより大きい屈折率に対して構成されている。アーク発生事象によって誘導される屈折率の変化は、導波モードとクラッドモードの間の結合強度に影響を及ぼすことができる。結合強度変化のあらゆる変動は、導波モード波長を修正し、また、伝送損失を含むことができる。一例示的実施形態では、結合強度を増すために、アポダイズされた輪郭を備えた傾斜回折格子構造が実施されており、クラッド領域への光エネルギーの案内を促進している。傾斜回折格子構造とアポダイズされた輪郭のこのような組合せにより、事実上、エバネッセントフィールドがファイバコアからファイバクラッドまで拡張される。紫外光によって誘導される屈折率の変化は、前方および後方導波モード結合を変調して、事実上、ファイバセンサ共振波長をシフトさせることになる。例えば、アーク閃光によって発せられる光１１０がコーティング４４に入射すると、重合体コーティング材料４４の屈折率が変化する。このような変化は、中心波長λ3に影響を及ぼす反射光１１２中で検出することができる。反射光１１２は、反射光１１２より広い帯域幅１１４を有する狭帯域通過フィルタ（図３に示されているフィルタ６４など）を介してフィルタリングされる。解析に都合がいいよう、フィルタリングされた反射光は、対応する電圧１１８に変換される。変換された電圧は、紫外光を決定するために閾値電圧１２０と比較される。例えば、変換された電圧１１８の大きさが閾値電圧１２０より大きい場合、紫外光の存在が確証される。
【００２７】
図７は、複数のエンクロージャを有する、本発明の一実施形態によるアーク閃光検出システムを実施する配電システムを示したものである。配電システム１２４には、複数のエンクロージャ内の複数の位置に配置された複数のファイバセンサ２２、２４、１２６〜１３８が含まれている。透過および反射などの様々な検出構成を実施することができる。図に示されている実施形態では、１つのこのような透過ベース検出が実施されている。光源１４０は、特性波長を有する光を光ファイバコア１４２を介して伝送するように構成されている。図２で説明した異なる回折格子ファイバセンサを有する複数のファイバ知覚モジュール２２、２４、１２６〜１３８は、温度、音響および紫外光などのアーク閃光の複数の特性を検出するように構成されている。光スプリッタ１４４は、複数のエンクロージャに従って透過光１４３を分割している。分割された個々の光は、さらに解析するために（特性のフィルタリングおよび検出など）、プロセッサ５０、１４６〜１５２に結合される。アーク閃光事象が生じると、遮断器などの保護デバイスがアーク故障信号３２を介して駆動される。アーク故障信号を生成したプロセッサを追跡することにより、アーク閃光の位置を決定することができる。
【００２８】
図８は、反射構成に基づくアーク閃光検出システムの代替接続形態を示したものである。配電システム１６０には、複数のエンクロージャ内の複数の位置に配置された複数のファイバセンサ２２、２４、１２６〜１３８が含まれている。光源１４０は、特性波長を有する光を光ファイバコア１４２を介して伝送するように構成されている。図２で説明した回折格子を有する複数のファイバセンサ２２、２４、１２６〜１３８は、温度、音響および紫外光などのアーク閃光の複数の特性を検出するように構成されている。光結合１６２は、複数のセンサ２２、２４、１２６〜１３８からのすべての反射光信号が共同するように実施されている。さらに、光スプリッタ１４４は、複数のエンクロージャに従って反射光１６４を分割している。分割された個々の光は、さらに解析するために（特性のフィルタリングおよび検出など）、プロセッサ５０、１４６〜１５２に結合される。アーク閃光事象が生じると、遮断器などの保護デバイスがアーク故障信号３２を介して駆動される。アーク故障信号を生成したプロセッサを追跡することにより、アーク閃光の位置を決定することができる。
【００２９】
図９は、本発明の一態様によるアーク検出システムを実施するインテリジェント格子を示したものである。インテリジェント格子１７０には、送電線路１７８を介して送電基地１７６に結合された１つまたは複数の配電システム１０、１７２、１７４が含まれている。さらに、インテリジェント格子には、遠隔診断システム１８０および地域伝送器オペレータを備えた電気ネットワークへの通信ネットワーク（ダッシュ線で示されている）相互接続が含まれている。一例では、配電システム１０の所定の機能には、送電基地からの電力の受取り（この送電基地は発電所１８４から電力を受け取っている）、および様々な産業および住宅負荷ネットワークへの配電が含まれている。一実施形態では、遠隔診断システムは、格子の１つまたは複数の特性を監視するように構成されている。アーク検出システム２０は、複数の位置で格子に結合することができる。既に説明したように、このようなアーク検出システムは、配電システム内の複数の位置に配置された複数のファイバセンサを実施しており、これらのファイバセンサは、アーク閃光の１つまたは複数の特性を検出している。アーク閃光が検出されると、これらの複数のファイバセンサに結合されたプロセッサがアーク故障信号を生成する。遠隔診断システムは、格子に結合されている複数のアーク検出システム全体にわたってアーク故障信号を監視している。地域送電オペレータ１８２は、格子内における故障の正確な位置を識別するために、遠隔診断システムを介してイネーブルすることができる。
【００３０】
有利には、本明細書において開示されている、ファイバセンサを実施するアーク検出システムなどの実施形態は、応答が速く、また、費用有効性が高い。紫外光は、光スペクトルの中では最初に放出される光の１つであるため、紫外光を検出することによってアーク検出時間が短縮される。さらに、音響検出を実施しているアーク検出システムにより、アークの正確な位置の検出が促進される。アーク閃光の少なくとも２つ以上の特性を利用して検出することにより、誤った警報率の低減が促進される。ファイバ検出システムはＥＭＩに対して鈍感であり、したがって外部妨害が低減される。ファイバ検出システムと格子ベース監視システムとを統合することにより、格子の健全性を監視することができる。
【００３１】
以上、本発明の特定の特徴についてのみ、本明細書において図に示し、かつ、説明したが、当業者には多くの修正および変更が可能である。したがって特許請求の範囲には、すべてのこのような修正および変更が本発明の真の精神の範疇として包含されることが意図されていることを理解されたい。
【符号の説明】
【００３２】
１０、１２４、１６０、１７２、１７４ 配電システ
ム
１２ 電力源
１４ 保護デバイス
１６ 母線
１８ 負荷
２０ アーク閃光検出システム、アーク検出システム
２２、２４、１２６〜１３８ ファイバセンサ（ファイバ知覚モジュール）
２６ アーク閃光事象
２８、３０、７７ アーク閃光
３２ アーク故障信号
３４ 外部シールド
３５、１４２ 光ファイバコア
３６ 入射光
３８ ファイバ熱センサ
４０ ファイバ音響センサ
４２ ファイバ光センサ
４４ 重合体（重合体層、コーティング、重合体コーティング材料、感光性重合体）
４６ 圧力差動パッケージ、エンクロージャ
４８ 入射部分
４９、１４３ 透過光
５０、１４６〜１５２ プロセッサ
５２、１１２、１６４ 反射光
５３、１４４ 光スプリッタ
５４、５６、５８ 信号
６０、６２、６４ 帯域通過フィルタ
６６、６８、７０ 光検出器
７６、９０、１０８ ファイバブラッグ回折格子
７８、９２ 射出光（入射光）
８０、９８ 特性反射光
８２、１００、１１４ 帯域幅
８４、１０２、１１８ 電圧
８６、１２０ 閾値電圧
９４ 音波
９６ ベース圧力
１０４ 周波数領域信号
１１０ 光
１４０ 光源
１６２ 光結合
１７０ インテリジェント格子
１７６ 送電基地
１７８ 送電線路
１８０ 遠隔診断システム
１８２ 地域送電オペレータ
１８４ 発電所
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般にアーク閃光検出に関し、詳細にはアーク閃光の複数のパラメータを使用したアーク検出に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力回路および開閉装置は、絶縁体によって分離された導体を有している。空気空間は、いくつかの領域ではしばしばこの絶縁体の一部またはすべてとして作用している。これらの導体が互いに近すぎるか、あるいは電圧が絶縁レベルを超えると、これらの導体間にアークが生じることがある。導体間の空気または任意の他の絶縁体（気体、固体または液体）は、イオン化して絶縁体を導電性にし、それによりアーク発生事象を可能にすることがある。アーク事象により、２０，０００℃程度の高温に達することがある温度が誘導され、導体および隣接する材料が蒸発し、また、周囲の回路を破壊する爆発性エネルギーが放出される。
【０００３】
アーク閃光は、相と相の間、相と中性の間、あるいは相と接地の間のアーク発生故障による急激なエネルギー放出によるものである。アーク閃光は、爆発の場合と同様、高い熱、強烈な光、圧力波および音波／衝撃波をもたらすことがある。しかしながら、アーク故障電流は、通常、短絡電流と比較するとその大きさははるかに小さく、したがってアーク故障状態を取り扱うべく遮断器が選択されない限り、遮断器のトリッピングが遅延し、あるいはまったくトリップしないことが有り得る。通常、アーク閃光抑制技法には標準のヒューズおよび遮断器が使用されている。しかしながら、このような技法は応答時間が遅く、また、アーク閃光を抑制するだけの十分な速さを有していない。
【０００４】
アーク故障を抑制するための他の技法の１つは、光などのアーク発生事象の特定の特性を検出することである。光センサは、エンクロージャ内の光を検出し、かつ、アーク閃光事象が発生したことを決定する。しかしながら、光を検出するこのような方法は、迷光または他の光源からの光が検出されると、誤ったアーク検出をもたらすことがある。さらに、このような方法は、アーク発生事象の位置を提供していない。他の技法には、エンクロージャ内における、アーク閃光によって誘導される圧力変化を検出するための圧力センサの実施がある。しかしながら、このような方法は、実際にアーク閃光が発生した後の圧力蓄積に相当な時間を要するため、検出が遅延することになる。また、圧力センサによるアーク閃光の早期検出は、帯域幅および感度によっても制限されることがあり、したがって圧力センサの応答範囲を超えるアーク発生事象を捕えることができないことがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】欧州特許第１５３８７２２号公報
【発明の概要】
【０００６】
改良型応答時間を有し、かつ、誤った警報を回避する改良型アーク閃光防止機構が必要である。
【０００７】
簡潔には、アークを検出するための装置が提供される。装置には、アーク閃光の特性を検出するためのファイバセンサと、アーク閃光の少なくとも２つの特性を処理するためのプロセッサが含まれている。プロセッサは、さらに、アーク故障信号を生成するように構成されている。保護デバイスは、アーク故障信号に基づいてアーク閃光を抑制するように構成されている。
【０００８】
他の実施形態では、アーク検出システムが提供される。アーク閃光検出システムには、アーク閃光の１つまたは複数の特性を検出するための複数のファイバ知覚モジュールが含まれている。アーク閃光検出システムには、さらに、ファイバ知覚モジュールに結合された光スプリッタと、光スプリッタに結合された複数のフィルタが含まれている。プロセッサはフィルタに結合されており、また、１つまたは複数のアーク閃光特性の検出に基づいてアーク故障信号を生成するように構成されている。
【０００９】
他の実施形態では、配電システム内の複数の位置に配置された複数のファイバ知覚モジュールを有するアーク閃光検出システムが提案される。ファイバ知覚モジュールは、アーク閃光の１つまたは複数の特性を検出するように構成されている。アーク閃光検出システムには、さらに、アーク閃光特性を分割するための複数の光スプリッタと、アーク閃光の位置を計算し、かつ、アーク故障信号を生成するためのプロセッサが含まれている。保護デバイスは、アーク故障信号に基づいて配電システムへの電力供給を遮断するように構成されている。
【００１０】
他の実施形態では、インテリジェント格子が提案される。インテリジェント格子には、格子に結合された配電システムが含まれており、この配電システムは、所定の機能を実行するために電気結合された複数のデバイスを備えている。格子には、格子の１つまたは複数の特性を監視するための遠隔診断システムが結合されている。インテリジェント格子には、さらに、配電システム内の複数の位置に配置された複数のファイバ知覚モジュールを備えたアーク検出システムが含まれており、ファイバ知覚モジュールは、アーク閃光の１つまたは複数の特性を検出する。プロセッサは、アーク故障信号を生成してアーク閃光を抑制するために、複数のファイバセンサに結合されている。
【００１１】
他の実施形態では、アーク閃光検出システムが提供される。システムには、アーク閃光の光特性、音響特性および熱特性のうちの少なくとも１つを検出するためのファイバセンサが含まれている。アーク閃光の複数の特性を解析し、かつ、アーク閃光の複数の特性に基づいてアーク故障信号を生成するためのプロセッサがこれらのファイバセンサに結合されている。アーク故障信号に基づいてアーク閃光が抑制される。
【００１２】
本発明のこれらおよび他の特徴、態様ならびに利点は、同様の文字がすべての図面を通して同様の部品を表している添付の図面を参照して以下の詳細な説明を読むことにより、より深く理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】一例示的配電システムの略図である。
【図２】図１の配電システム内で実施されるファイバ知覚モジュールの一実施形態を示す図である。
【図３】図１の配電システム内で実施される一例示的アーク閃光検出システムを示す図である。
【図４】図２で実施されるファイバ熱センサを示す図である。
【図５】図２で実施されるファイバ音響センサの詳細図である。
【図６】図２で実施されるファイバ光センサの詳細図である。
【図７】複数のエンクロージャを有する、本発明の一実施形態によるアーク閃光検出システムを実施する配電システムを示す図である。
【図８】本発明の一実施形態によるアーク検出システムの代替接続形態を示す図である。
【図９】本発明の一態様によるアーク閃光検出システムを実施するインテリジェント格子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は、一例示的配電システムの略図である。配電システム１０には、電力源１２、保護デバイス１４、母線１６および負荷１８が含まれている。一例示的実施形態では、アーク閃光検出システム２０は、配電システム１０の中で実施されている。ファイバセンサ２２および２４は、アーク閃光検出システム２０に結合されており、アーク閃光事象２６を検出するように構成されている。電力源１２の一例には、保護デバイス１４を介して母線１６に電力を引き渡すように構成された発電機が含まれている。保護デバイス１４の一例には、電気コマンド信号を介して動作させることができる遮断器が含まれている。負荷１８は、母線１６を介して電力源１２から電力を受け取っている。
【００１５】
アーク閃光は、場合によっては少なくとも２つの電流搬送母線／導体間のシステム１０のあらゆる位置で生じる。さらに、アーク発生事象は、場合によっては電流搬送母線／導体と接地または中性導体の間で生じる。アーク閃光が生じる位置は、一般に、閉位置または開位置として分類することができる。閉位置は、パネルボードまたは密閉開閉装置パネルあるいは配電システムを含むことができる。開位置は、エンクロージャの外部の環境に露出される領域であって、例えば開閉装置またはパネルを電源から負荷に接続する母線または電気導線などの領域である。アーク発生故障が生じる主な原因は、相導体間または相導体と接地導体の間の離間距離の不足によるものである。離間距離は、環境条件（例えば湿度あるいは汚染環境中の導電粒子）、絶縁故障、導体間の異物（例えば技術者が落とした工具）を含むいくつかの要因によって影響されることがある。
【００１６】
参照数表示２６は、場合によっては光および他の成分（例えば蒸発物質）を放出する１つのこのようなアーク閃光の例を示したものである。ファイバセンサ２２および２４は、２８および３０などのアーク閃光の１つまたは複数の特性を検出するように構成されている。アーク閃光検出システム２０は、ファイバセンサ２２、２４から信号を受け取り、かつ、受け取った信号をさらに処理してアーク発生事象を検証するように構成されている。システム２０は、アーク閃光を示すアーク故障信号３２を生成するように構成することも可能である。信号３２は、アーク閃光を抑制するために電力を遮断することができる保護デバイス１４に結合することができる。
【００１７】
従来のシステムには、通常、アーク閃光を抑制するために、遮断器またはヒューズなどの直列デバイス、および「クローバ」（回路の開を効果的に誘発する）などの並列デバイスの２つのカテゴリの保護デバイスが使用されている。直列デバイスは従来から使用されているが、反応時間および動作時間が遅く、満足すべきデバイスではない。クローバデバイスにも同様の欠点があり、実際に有害な故障をもたらすことがある。さらに、このような従来のシステムは、警報をトリガするためにアーク閃光のいずれか１つの特性を検出している。しかしながら、いずれか１つの特性に頼ることは、アーク閃光を誤って検出し、したがって誤って警報を発し、また、誤ってトリッピングすることになりかねない。本明細書において開示されている実施形態によれば、実際のアーク閃光を分類するために、アーク閃光の様々なパラメータが処理される。
【００１８】
２２および２４のようなファイバセンサは、配電システム１０内の複数の位置に配置することができる。本説明では２つのこのようなセンサまたは知覚モジュールが説明されているが、３つ以上または１つのセンサ／モジュールを使用することも可能である。本明細書において使用されているように、「配電システム」という用語には、いくつかの例を挙げると、例えばＡＣ−ＤＣ駆動、可変周波数駆動などの所定の機能を実行するために電気的または光学的に結合された複数のデバイスが含まれている。さらに、「配電システム」は、制御または電力引渡しのために構成された電気デバイスを有する他の電気サブシステムを具体化することも可能である。
【００１９】
次に図２を参照すると、図１の配電システムの中で実施されるファイバセンサの一実施形態が示されている。一例示的実施形態によれば、ファイバセンサ２２には、光ファイバコア３５および外部シールド３４が含まれている。ファイバコア３５は、入射光３６を受け取るように構成されている。１つまたは複数のファイバブラッグ回折格子がファイバコア３５内に刻まれている。このようなファイバブラッグ回折格子は、ファイバ熱センサ３８、ファイバ音響センサ４０およびファイバ光センサ４２として個々に構成することができる。一実施形態では、ファイバブラッグ回折格子は、特定の波長の光を反射し、それ以外の波長の光を透過光４９として透過させるように構成されている。図に示されている実施形態では、個々の回折格子は、特定の波長を反射するように構成されており、例えばファイバ光センサ４２は、入射光３６の特性波長λ3を反射し、それ以外の波長を透過させるように構成されている。同様に、ファイバ熱センサ３８およびファイバ音響センサ４０は、それぞれ特性波長λ1、λ2を反射するように構成されている。一実施形態では、ファイバ光センサ４２の周囲の外部シールド３４は、紫外光に対して敏感な重合体４４でコーティングされている。他の実施形態では、ファイバ音響センサ４０の周囲の外部シールド３４には、以下でより詳細に説明する圧力差動パッケージ４６が含まれている。
【００２０】
一実施形態では、個々のファイバセンサ（３８、４０または４２）は、アーク閃光を検出するように構成することができる。２つまたは３つのこのようなファイバセンサ（３８、４０、４２）を組み合わせて、ファイバ知覚モジュールとして構成することができる。このような知覚モジュールは、アーク発生事象によって生じる熱、音響および光の過渡変化を同時に測定することができ、それによりアーク閃光を抑制することができる。さらに、アーク閃光を抑制するために複数のパラメータを知覚することにより、誤ったアーク閃光の検出が低減される。他の実施形態では、ファイバ知覚モジュールは冗長性を提供しており、したがってこれらのファイバセンサのうちの１つが故障しても高い信頼性が得られる。
【００２１】
一例示的動作では、広い波長を特長とする入射光３６は、ファイバコア３５に入射する。センサ３８、４０、４２は、とりわけ波長、強度などの入射光特性を反射する。反射光５２を解析することにより、このような反射パラメータが入射部分４８で測定される。別法としては、透過光４９を解析してアーク閃光を検出することも可能である。一例示的実施形態では、式λ＝２・ｎ・Λによって個々のファイバセンサ（３８、４０、４２）の中心波長が決定され、ｎは光ファイバコア３５の実効屈折率であり、また、Λは回折格子変調の周期性である。個々の回折格子（３８、４０、４２）は、反射スペクトル中の中心波長（例えばλ1、λ2、λ3）を画定する特定の周期性に対して構成されている。
【００２２】
図３は、図１の配電システム内で実施される一例示的アーク閃光検出システムを示したものである。アーク閃光検出システム２０には、反射光５２を受け取るように構成された光スプリッタ５３が含まれている。一実施形態では、反射光５２は、強度に基づいて少なくとも３つの信号５４、５６および５８に一様に分割される。個々の信号５４、５６および５８には、すべての特性波長λ1、λ2およびλ3が含まれている。帯域通過フィルタ６０、６２および６４などのフィルタは、個々の波長λ1、λ2およびλ3を検出するように構成されている。これらのフィルタに結合された光検出器６６、６８および７０は、個々のフィルタ６０、６２および６４からの信号の光強度を測定するように構成されている。光検出器６６、６８、７０に結合されたプロセッサ５０は、特性波長を解析し、アーク閃光の熱特性、音響特性および光特性を検出するように構成されている。プロセッサ５０は、上で言及した複数のパラメータのうちの少なくとも２つに基づいてアーク故障信号３２を生成する。理解されるように、少なくとも２つのパラメータを使用することにより、誤った検出が低減される。例えば、ファイバセンサは迷光（閃光からの）を検出することがある。しかしながらこのような事象には圧力変化または熱変化が伴わないことがある。したがって少なくとも２つのパラメータを利用することにより、アーク閃光の誤った検出が低減される。
【００２３】
アーク閃光は通常、光、音響を放出し、また、それによって温度が上昇する。ファイバセンサを使用した個々のこのようなパラメータの検出について、図４〜６を参照して説明する。図４は、図２で実施されるファイバ熱センサを示したものである。ファイバ熱センサ３８（温度モニタとして構成されている）には、入射光３６の特性波長λ1を反射し、それ以外の波長を射出光７８として透過させるように構成されたファイバブラッグ回折格子７６が含まれている。例えばアーク閃光７７が回折格子７６の近傍に入射すると温度が変化する。ファイバ熱センサ３８の中心波長λ1は、Δλ＝ｋ・ΔＴだけ上にシフトすることになり、温度感度ｋは約１２ｐｍ／℃であり、また、ΔＴは温度変化である。ファイバ熱センサ３８は、アーク閃光（７７）によって誘導される温度変化によって熱センサ３８からの信号強度が大きくなるよう、図３に示されているフィルタ６０の中心波長の近くに中心波長λ1を有するように構成されている。このような温度変化によって特性反射光８０が得られる。反射光８０は、反射光８０より広い帯域幅８２を有する狭帯域通過フィルタ（図３に示されているフィルタ６０など）を介してフィルタリングされる。解析に都合がいいよう、フィルタリングされた反射光は、対応する電圧８４に変換される。変換された電圧は、温度変化を決定するために閾値電圧８６と比較される。例えば、変換された電圧８４の大きさが閾値電圧８６より大きい場合、正の温度変化が検出される。
【００２４】
図５は、図２で実施されるファイバ音響センサの詳細図である。ファイバ音響センサ４０（圧力センサとして構成されている）には、入射光７８の特性波長λ2を反射し、それ以外の波長を射出光９２として透過させるように構成されたファイバブラッグ回折格子９０が含まれている。回折格子９０の周囲に配置された圧力差動パッケージ４６は、パッケージ４６の近傍の圧力変化を検出するように構成されていることに留意されたい。例えば、アーク閃光によって発せられる音波９４がパッケージ４６に入射すると圧力が変化する。このような動的圧力変化Ｐ（ｔ）は、ベース圧力９６（エンクロージャ４６の内側、ＰO）と比較され、特性反射光９８が得られる。反射光９８は、反射光９８より広い帯域幅１００を有する狭帯域通過フィルタ（図３に示されているフィルタ６２など）を介してフィルタリングされる。圧力変化は、パッケージ４６の内側と外側の間の圧力差ΔＰによって誘導される。このような圧力変化によってファイバ音響センサ４０の中心波長λ2が変化する。解析に都合がいいよう、フィルタリングされた反射光は、対応する電圧１０２に変換される。フィルタの中心波長は固定されているため、電圧１０２は、アーク閃光シグネチャ周波数を表す周波数領域信号１０４に変換される。周波数領域信号１０４は、ファイバ音響センサ４０に入射する９４などアーク閃光からの音波の周波数を表している。
【００２５】
図６は、図２で実施されるファイバ光センサの詳細図である。ファイバ光センサ４２（光検出器として構成されている）には、入射光９２の特性波長λ3を反射し、それ以外の波長を透過光４９として透過させるように構成されたファイバブラッグ回折格子１０８が含まれている。一例示的実施形態では、紫外光に対して感光性である重合体４４が回折格子１０８の周囲に配置されている。感光性重合体４４の屈折率は、紫外光エネルギーに露出されると約１０-6 から約１０-3まで適合するように構成されている。
【００２６】
ファイバ光センサ４２は、感光性重合体４４の屈折率の変化に応答するように構成されている。導波モードの入射光９２は、ファイバコアに沿って伝搬する。一実施形態では、ファイバ回折格子１０８は、エバネッセントフィールドエネルギーが隣接するファイバクラッド領域へ透過してクラッドモード透過が形成されるよう、アポダイズされ、かつ、傾斜が付けられている。感光性重合体４４は、導波モードのエバネッセントフィールドエネルギーを放射モード透過として感光性重合体層４４中に散逸させることができるよう、ファイバクラッドより大きい屈折率に対して構成されている。アーク発生事象によって誘導される屈折率の変化は、導波モードとクラッドモードの間の結合強度に影響を及ぼすことができる。結合強度変化のあらゆる変動は、導波モード波長を修正し、また、伝送損失を含むことができる。一例示的実施形態では、結合強度を増すために、アポダイズされた輪郭を備えた傾斜回折格子構造が実施されており、クラッド領域への光エネルギーの案内を促進している。傾斜回折格子構造とアポダイズされた輪郭のこのような組合せにより、事実上、エバネッセントフィールドがファイバコアからファイバクラッドまで拡張される。紫外光によって誘導される屈折率の変化は、前方および後方導波モード結合を変調して、事実上、ファイバセンサ共振波長をシフトさせることになる。例えば、アーク閃光によって発せられる光１１０がコーティング４４に入射すると、重合体コーティング材料４４の屈折率が変化する。このような変化は、中心波長λ3に影響を及ぼす反射光１１２中で検出することができる。反射光１１２は、反射光１１２より広い帯域幅１１４を有する狭帯域通過フィルタ（図３に示されているフィルタ６４など）を介してフィルタリングされる。解析に都合がいいよう、フィルタリングされた反射光は、対応する電圧１１８に変換される。変換された電圧は、紫外光を決定するために閾値電圧１２０と比較される。例えば、変換された電圧１１８の大きさが閾値電圧１２０より大きい場合、紫外光の存在が確証される。
【００２７】
図７は、複数のエンクロージャを有する、本発明の一実施形態によるアーク閃光検出システムを実施する配電システムを示したものである。配電システム１２４には、複数のエンクロージャ内の複数の位置に配置された複数のファイバセンサ２２、２４、１２６〜１３８が含まれている。透過および反射などの様々な検出構成を実施することができる。図に示されている実施形態では、１つのこのような透過ベース検出が実施されている。光源１４０は、特性波長を有する光を光ファイバコア１４２を介して伝送するように構成されている。図２で説明した異なる回折格子ファイバセンサを有する複数のファイバ知覚モジュール２２、２４、１２６〜１３８は、温度、音響および紫外光などのアーク閃光の複数の特性を検出するように構成されている。光スプリッタ１４４は、複数のエンクロージャに従って透過光１４３を分割している。分割された個々の光は、さらに解析するために（特性のフィルタリングおよび検出など）、プロセッサ５０、１４６〜１５２に結合される。アーク閃光事象が生じると、遮断器などの保護デバイスがアーク故障信号３２を介して駆動される。アーク故障信号を生成したプロセッサを追跡することにより、アーク閃光の位置を決定することができる。
【００２８】
図８は、反射構成に基づくアーク閃光検出システムの代替接続形態を示したものである。配電システム１６０には、複数のエンクロージャ内の複数の位置に配置された複数のファイバセンサ２２、２４、１２６〜１３８が含まれている。光源１４０は、特性波長を有する光を光ファイバコア１４２を介して伝送するように構成されている。図２で説明した回折格子を有する複数のファイバセンサ２２、２４、１２６〜１３８は、温度、音響および紫外光などのアーク閃光の複数の特性を検出するように構成されている。光結合１６２は、複数のセンサ２２、２４、１２６〜１３８からのすべての反射光信号が共同するように実施されている。さらに、光スプリッタ１４４は、複数のエンクロージャに従って反射光１６４を分割している。分割された個々の光は、さらに解析するために（特性のフィルタリングおよび検出など）、プロセッサ５０、１４６〜１５２に結合される。アーク閃光事象が生じると、遮断器などの保護デバイスがアーク故障信号３２を介して駆動される。アーク故障信号を生成したプロセッサを追跡することにより、アーク閃光の位置を決定することができる。
【００２９】
図９は、本発明の一態様によるアーク検出システムを実施するインテリジェント格子を示したものである。インテリジェント格子１７０には、送電線路１７８を介して送電基地１７６に結合された１つまたは複数の配電システム１０、１７２、１７４が含まれている。さらに、インテリジェント格子には、遠隔診断システム１８０および地域伝送器オペレータを備えた電気ネットワークへの通信ネットワーク（ダッシュ線で示されている）相互接続が含まれている。一例では、配電システム１０の所定の機能には、送電基地からの電力の受取り（この送電基地は発電所１８４から電力を受け取っている）、および様々な産業および住宅負荷ネットワークへの配電が含まれている。一実施形態では、遠隔診断システムは、格子の１つまたは複数の特性を監視するように構成されている。アーク検出システム２０は、複数の位置で格子に結合することができる。既に説明したように、このようなアーク検出システムは、配電システム内の複数の位置に配置された複数のファイバセンサを実施しており、これらのファイバセンサは、アーク閃光の１つまたは複数の特性を検出している。アーク閃光が検出されると、これらの複数のファイバセンサに結合されたプロセッサがアーク故障信号を生成する。遠隔診断システムは、格子に結合されている複数のアーク検出システム全体にわたってアーク故障信号を監視している。地域送電オペレータ１８２は、格子内における故障の正確な位置を識別するために、遠隔診断システムを介してイネーブルすることができる。
【００３０】
有利には、本明細書において開示されている、ファイバセンサを実施するアーク検出システムなどの実施形態は、応答が速く、また、費用有効性が高い。紫外光は、光スペクトルの中では最初に放出される光の１つであるため、紫外光を検出することによってアーク検出時間が短縮される。さらに、音響検出を実施しているアーク検出システムにより、アークの正確な位置の検出が促進される。アーク閃光の少なくとも２つ以上の特性を利用して検出することにより、誤った警報率の低減が促進される。ファイバ検出システムはＥＭＩに対して鈍感であり、したがって外部妨害が低減される。ファイバ検出システムと格子ベース監視システムとを統合することにより、格子の健全性を監視することができる。
【００３１】
以上、本発明の特定の特徴についてのみ、本明細書において図に示し、かつ、説明したが、当業者には多くの修正および変更が可能である。したがって特許請求の範囲には、すべてのこのような修正および変更が本発明の真の精神の範疇として包含されることが意図されていることを理解されたい。
【符号の説明】
【００３２】
１０、１２４、１６０、１７２、１７４ 配電システ
ム
１２ 電力源
１４ 保護デバイス
１６ 母線
１８ 負荷
２０ アーク閃光検出システム、アーク検出システム
２２、２４、１２６〜１３８ ファイバセンサ（ファイバ知覚モジュール）
２６ アーク閃光事象
２８、３０、７７ アーク閃光
３２ アーク故障信号
３４ 外部シールド
３５、１４２ 光ファイバコア
３６ 入射光
３８ ファイバ熱センサ
４０ ファイバ音響センサ
４２ ファイバ光センサ
４４ 重合体（重合体層、コーティング、重合体コーティング材料、感光性重合体）
４６ 圧力差動パッケージ、エンクロージャ
４８ 入射部分
４９、１４３ 透過光
５０、１４６〜１５２ プロセッサ
５２、１１２、１６４ 反射光
５３、１４４ 光スプリッタ
５４、５６、５８ 信号
６０、６２、６４ 帯域通過フィルタ
６６、６８、７０ 光検出器
７６、９０、１０８ ファイバブラッグ回折格子
７８、９２ 射出光（入射光）
８０、９８ 特性反射光
８２、１００、１１４ 帯域幅
８４、１０２、１１８ 電圧
８６、１２０ 閾値電圧
９４ 音波
９６ ベース圧力
１０４ 周波数領域信号
１１０ 光
１４０ 光源
１６２ 光結合
１７０ インテリジェント格子
１７６ 送電基地
１７８ 送電線路
１８０ 遠隔診断システム
１８２ 地域送電オペレータ
１８４ 発電所
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アークを検出するための装置であって、
アーク閃光の特性を検出するためのファイバセンサと、
前記アーク閃光の特性を処理し、かつ、アーク故障信号を生成するためのプロセッサと、
前記アーク故障信号に基づいて前記アーク閃光を抑制するための保護デバイスと
を備える装置。
【請求項２】
前記ファイバセンサによって検出される前記アーク閃光の少なくとも１つの特性を分割するためのスプリッタをさらに備える、請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記スプリッタに結合された１つまたは複数のフィルタをさらに備える、請求項２記載の装置。
【請求項４】
前記アーク閃光の前記特性が、紫外光特性、温度特性、圧力特性および音響特性のうちの少なくとも１つを含む、請求項１記載の装置デバイス。
【請求項５】
前記特性が複数の位置で知覚される、請求項４記載の装置デバイス。
【請求項６】
前記ファイバセンサが、ファイバ光センサ、ファイバ熱センサおよびファイバ音響センサのうちの１つまたは複数を備える、請求項１記載の装置。
【請求項７】
アーク閃光検出システムであって、
アーク閃光の１つまたは複数の特性を検出するための複数のファイバ知覚モジュールと、
前記ファイバ知覚モジュールに結合された光スプリッタと、
前記光スプリッタに結合された複数のフィルタと、
前記フィルタに結合されたプロセッサであって、１つまたは複数のアーク閃光特性の検出に基づいてアーク故障信号を生成するように構成されたプロセッサと
を備えるアーク閃光検出システム。
【請求項８】
アーク閃光検出システムであって、
配電システム内の複数の位置に配置され、アーク閃光の１つまたは複数の特性を検出する複数のファイバ知覚モジュールと、
前記アーク閃光特性を分割するための複数の光スプリッタと、
前記アーク閃光の位置を計算し、かつ、アーク故障信号を生成するためのプロセッサと、
前記アーク故障信号に基づいて前記配電システムへの電力供給を遮断するための保護デバイスと
を備えるアーク閃光検出システム。
【請求項９】
前記ファイバ知覚モジュールが、ファイバ光センサ、ファイバ熱センサおよびファイバ音響センサのうちの１つまたは複数を備える、請求項８記載のアーク検出システム。
【請求項１０】
前記ファイバ光センサが紫外光を検出する、請求項９記載のアーク検出システム。
【請求項１１】
前記ファイバ熱センサが温度を検出する、請求項９記載のアーク検出システム。
【請求項１２】
前記ファイバ音響センサが前記アーク閃光からの動的圧力波を検出する、請求項９記載のアーク検出システム。
【請求項１３】
前記配電システムが格子に結合される、請求項８記載のアーク検出システム。
【請求項１４】
遠隔診断デバイスが前記格子に結合される、請求項１３記載のアーク検出システム。
【請求項１５】
インテリジェント格子であって、
格子に結合され、所定の機能を実行するために電気結合された複数のデバイスを備えた配電システムと、
前記格子の１つまたは複数の特性を監視するための遠隔診断システムと、
アーク閃光検出システムであって、
前記配電システム内の複数の位置に配置され、アーク閃光の１つまたは複数の特性を検出する複数のファイバ知覚モジュール、および
前記複数のファイバ知覚モジュールに結合されてアーク故障信号を生成し、かつ、前記アーク閃光を抑制するためのプロセッサ
を備えたアーク閃光検出システムと
を備えるインテリジェント格子。
【請求項１６】
前記遠隔診断システムが、前記格子に結合されている複数のアーク閃光検出システム全体にわたって前記アーク故障信号を監視する、請求項１５記載のインテリジェント格子。
【請求項１７】
前記アーク閃光検出システムが、前記ファイバ知覚モジュールに結合された光スプリッタおよびフィルタをさらに備える、請求項１５記載のインテリジェント格子。
【請求項１８】
前記アーク故障信号が前記格子の前記特性を表す、請求項１５記載のインテリジェント格子。
【請求項１９】
アーク閃光検出システムであって、
アーク閃光の光特性、音響特性および熱特性のうちの少なくとも１つを検出するためのファイバセンサと、
アーク閃光の複数の特性を解析し、かつ、アーク閃光の複数の特性に基づいてアーク故障信号を生成し、また、前記アーク故障信号に基づいて前記アーク閃光を抑制するためのプロセッサと
を備えるアーク閃光検出システム。
【請求項２０】
前記プロセッサが光スプリッタおよびフィルタをさらに含む、請求項１９記載のファイバアーク閃光検出システム。
【請求項２１】
前記プロセッサに結合された保護デバイスをさらに備える、請求項１９記載のファイバアーク閃光検出システム。
【請求項２２】
前記保護デバイスが電力を遮断するように構成される、請求項２１記載のファイバアーク閃光検出システム。
【請求項１】
アークを検出するための装置であって、
アーク閃光の特性を検出するためのファイバセンサと、
前記アーク閃光の特性を処理し、かつ、アーク故障信号を生成するためのプロセッサと、
前記アーク故障信号に基づいて前記アーク閃光を抑制するための保護デバイスと
を備える装置。
【請求項２】
前記ファイバセンサによって検出される前記アーク閃光の少なくとも１つの特性を分割するためのスプリッタをさらに備える、請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記スプリッタに結合された１つまたは複数のフィルタをさらに備える、請求項２記載の装置。
【請求項４】
前記アーク閃光の前記特性が、紫外光特性、温度特性、圧力特性および音響特性のうちの少なくとも１つを含む、請求項１記載の装置デバイス。
【請求項５】
前記特性が複数の位置で知覚される、請求項４記載の装置デバイス。
【請求項６】
前記ファイバセンサが、ファイバ光センサ、ファイバ熱センサおよびファイバ音響センサのうちの１つまたは複数を備える、請求項１記載の装置。
【請求項７】
アーク閃光検出システムであって、
アーク閃光の１つまたは複数の特性を検出するための複数のファイバ知覚モジュールと、
前記ファイバ知覚モジュールに結合された光スプリッタと、
前記光スプリッタに結合された複数のフィルタと、
前記フィルタに結合されたプロセッサであって、１つまたは複数のアーク閃光特性の検出に基づいてアーク故障信号を生成するように構成されたプロセッサと
を備えるアーク閃光検出システム。
【請求項８】
アーク閃光検出システムであって、
配電システム内の複数の位置に配置され、アーク閃光の１つまたは複数の特性を検出する複数のファイバ知覚モジュールと、
前記アーク閃光特性を分割するための複数の光スプリッタと、
前記アーク閃光の位置を計算し、かつ、アーク故障信号を生成するためのプロセッサと、
前記アーク故障信号に基づいて前記配電システムへの電力供給を遮断するための保護デバイスと
を備えるアーク閃光検出システム。
【請求項９】
前記ファイバ知覚モジュールが、ファイバ光センサ、ファイバ熱センサおよびファイバ音響センサのうちの１つまたは複数を備える、請求項８記載のアーク検出システム。
【請求項１０】
前記ファイバ光センサが紫外光を検出する、請求項９記載のアーク検出システム。
【請求項１１】
前記ファイバ熱センサが温度を検出する、請求項９記載のアーク検出システム。
【請求項１２】
前記ファイバ音響センサが前記アーク閃光からの動的圧力波を検出する、請求項９記載のアーク検出システム。
【請求項１３】
前記配電システムが格子に結合される、請求項８記載のアーク検出システム。
【請求項１４】
遠隔診断デバイスが前記格子に結合される、請求項１３記載のアーク検出システム。
【請求項１５】
インテリジェント格子であって、
格子に結合され、所定の機能を実行するために電気結合された複数のデバイスを備えた配電システムと、
前記格子の１つまたは複数の特性を監視するための遠隔診断システムと、
アーク閃光検出システムであって、
前記配電システム内の複数の位置に配置され、アーク閃光の１つまたは複数の特性を検出する複数のファイバ知覚モジュール、および
前記複数のファイバ知覚モジュールに結合されてアーク故障信号を生成し、かつ、前記アーク閃光を抑制するためのプロセッサ
を備えたアーク閃光検出システムと
を備えるインテリジェント格子。
【請求項１６】
前記遠隔診断システムが、前記格子に結合されている複数のアーク閃光検出システム全体にわたって前記アーク故障信号を監視する、請求項１５記載のインテリジェント格子。
【請求項１７】
前記アーク閃光検出システムが、前記ファイバ知覚モジュールに結合された光スプリッタおよびフィルタをさらに備える、請求項１５記載のインテリジェント格子。
【請求項１８】
前記アーク故障信号が前記格子の前記特性を表す、請求項１５記載のインテリジェント格子。
【請求項１９】
アーク閃光検出システムであって、
アーク閃光の光特性、音響特性および熱特性のうちの少なくとも１つを検出するためのファイバセンサと、
アーク閃光の複数の特性を解析し、かつ、アーク閃光の複数の特性に基づいてアーク故障信号を生成し、また、前記アーク故障信号に基づいて前記アーク閃光を抑制するためのプロセッサと
を備えるアーク閃光検出システム。
【請求項２０】
前記プロセッサが光スプリッタおよびフィルタをさらに含む、請求項１９記載のファイバアーク閃光検出システム。
【請求項２１】
前記プロセッサに結合された保護デバイスをさらに備える、請求項１９記載のファイバアーク閃光検出システム。
【請求項２２】
前記保護デバイスが電力を遮断するように構成される、請求項２１記載のファイバアーク閃光検出システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公表番号】特表２０１２−５３０８９７（Ｐ２０１２−５３０８９７Ａ）
【公表日】平成２４年１２月６日（２０１２．１２．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５１６１３６（Ｐ２０１２−５１６１３６）
【出願日】平成２２年６月１０日（２０１０．６．１０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０３８０７８
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１４７８３２
【国際公開日】平成２２年１２月２３日（２０１０．１２．２３）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年１２月６日（２０１２．１２．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月１０日（２０１０．６．１０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０３８０７８
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１４７８３２
【国際公開日】平成２２年１２月２３日（２０１０．１２．２３）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【Ｆターム（参考）】
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