KR100831338B1 - Signal detection circuit, digital data processing method for recognition of arc current and self- performance test method - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명에 따른 차동분류기형 전류검출회로와 전류검출 자가시험회로 구성을 개략적으로 보여주는 도면;1 is a view schematically showing the configuration of a differential classifier type current detection circuit and a current detection self test circuit according to the present invention;
도 2는 본 발명과 관련된 기존의 방법에 의한 전류검출회로를 보여주는 도면; 2 shows a current detection circuit by a conventional method related to the present invention;
도 3은 유해 아크전류 신호를 식별하기위한 데이터 처리과정의 흐름도;3 is a flow chart of a data process for identifying a noxious arc current signal;
도 4는 상기 데이터 처리과정 중 트립신호출력 결정구간에 대한 세부 과정도; 4 is a detailed process diagram of a trip signal output determination section in the data processing process;
도 5는 데이터 처리주기와 샘플링 주기의 상관성과 데이터 처리주기에서의 대표값 선정방법을 나타낸 도면;5 is a view showing a correlation between a data processing cycle and a sampling cycle and a representative value selection method in the data processing cycle;
도 6은 실제 전류의 불연속점과 전류검출회로의 포화응답특성으로 발생된 전류 신호의 불연속점을 나타낸 파형도;6 is a waveform diagram showing the discontinuity point of the current signal generated by the discontinuity point of the actual current and the saturation response characteristic of the current detection circuit;
도 7은 전류센서의 과도 응답특성으로 인해 전류영점부근에서 불연속점이 과장되게 나타나는 현상을 보인 파형도; 7 is a waveform diagram showing a phenomenon in which discontinuous points are exaggerated near a current zero due to a transient response characteristic of a current sensor;
도 8은 유해아크식별 구간에서 SCR의 도통각 제어 시에 나타나는 전류펄스 폭의 선형적 변위특성과 임의성을 가지고 변화되는 아크전류 펄스폭의 특성을 나타내는 도면;8 is a view showing the characteristics of the arc current pulse width that is changed with the linear displacement characteristics and randomness of the current pulse width appearing when the conduction angle control of the SCR in the hazardous arc identification period;
도 9는 과도기 SCR형 전류파형으로부터 유해아크전류파형을 식별하기위한 과정을 나타낸 흐름도이다. 9 is a flowchart illustrating a process for identifying a harmful arc current waveform from a transient SCR current waveform.
본 발명은 옥내 배전선로에서 아크결함으로 인하여 발생될 수 있는 전기화재를 예방하기위하여 보호기기에 적합한 아크전류의 검출과 다양한 조건하에서 발생되는 유해아크신호의 신뢰성 있는 식별을 수행하기 위한 아크전류 식별을 위한 신호검출회로 및 디지털 데이터 처리방법과 자체성능 시험방법에 관한 것이다.The present invention provides the arc current identification to perform the detection of the arc current suitable for the protection equipment and the reliable identification of the harmful arc signal generated under various conditions in order to prevent the electric fire which may be caused by the arc defect in the indoor distribution line. The present invention relates to a signal detection circuit, a digital data processing method, and a self performance test method.
종래의 전류 검출회로는 도 2와 같이 구성되어지는데, 분류선로로 분기되는 전류(Is)의 크기는 주 도체의 저항(R)과 분류선로의 저항크기에 따라 결정되어진다. 선로의 저항(R)은 선로의 길이(l)와 단면적(s)에 의해 주어지므로(즉 R∝l/s), 작은 전류를 분기시키기 위해서는 분류선로의 길이를 길게 하거나 단면적이 작은 도체를 사용하여야 한다.The conventional current detection circuit is constructed as shown in FIG. 2, wherein the magnitude of the current Is branched to the splitting line is determined by the resistance R of the main conductor and the resistance of the splitting line. Since the resistance (R) of the line is given by the length (l) and the cross-sectional area (s) of the line (ie R∝l / s), in order to diverge small currents, a conductor with a long split line or a small cross-sectional area is used. shall.
그러나 실제 기기를 구성하는 데에는 단면적과 길이를 아무런 제약 없이 자유롭게 설정하기는 쉽지 않으며 구현할 수 있는 길이와 굵기가 한정되어지게 되는데 이는 분기전류(Is)를 어느 값 이상으로 줄이는 데는 제약이 따른다는 것을 의미한다.However, it is not easy to freely set the cross-sectional area and length without any restrictions in the construction of the actual device, and the length and thickness that can be implemented are limited, which means that there is a limitation in reducing the branch current Is to a certain value or more. do.
다시 말하면, 도 2에 표시된 바와 같이 도전선에만 분류선을 설치하고 중성선은 분류선을 설치하지 않는 회로를 사용하는 경우 부하전류의 1%에 해당되는 전류크기로 전류신호를 검출하고자 하면 분류선의 조건은 주 도선의 저항 값의 약 100배가 되어야 하는 것으로 주 도선에 비해 단면적이 아주 작거나 길이가 아주 긴 도선으로 분류선을 구성하여야 한다. In other words, as shown in FIG. 2, when the classification line is installed only in the conductive line and the neutral line is not installed in the circuit, when the current signal corresponding to 1% of the load current is to be detected, the condition of the classification line is used. Should be about 100 times the resistance of the main conductor, and the fractionation line shall be composed of conductors with a very small cross-section or a very long length compared to the main conductor.
이러한 구성의 제약으로 일반적으로 사용되는 분류선 전류 크기는 부하전류의 약 10%영역에서 사용되어지고 있다. 측정전류의 크기가 커지게 되면 변류기의 코아도 자속포화에 의한 비선형 검출특성을 피하기 위해 함께 커져야하고 검출성능 시험을 위한 시험용 신호발생기의 출력도 커져야 하기 때문에 가능한 작은 전류크기로 부하전류를 검출할 수 있는 것이 유리하다. Due to the limitation of this configuration, the dividing line current size, which is generally used, is used in about 10% of the load current. As the magnitude of the measured current increases, the core of the current transformer must also grow together to avoid the nonlinear detection characteristics due to magnetic flux saturation, and the output of the test signal generator for the detection performance test must also increase, so that the load current can be detected with the smallest current size. It is advantageous to be.
따라서, 기존의 방식과 같이 한쪽 상도전선에만 설치되는 분류선을 사용하는 방식은 분류선으로 흐르는 전류값의 크기로 결정되어지는 방식으로 분류비를 낮게 하는데 실제 기기 구현상의 제약이 있어 중성선의 도체에도 분류선을 설치하고 토로이드 코아에 이 두 분류선로를 함께 통과시킴으로 한 측 도체 분류선의 전류값이 아니라 양측 도체 분류선의 상대적 전류값의 차이로 응답특성의 기울기가 주어지도록 하는 것이 유리하다.Therefore, as in the conventional method, the method of using a splitter installed only on one phase conducting wire lowers the splitting ratio in a manner that is determined by the magnitude of the current value flowing through the splitter. It is advantageous to install a split line and pass these two split lines together in the toroid core so that the slope of the response characteristic is given by the difference of the relative current values of the two conductor split lines, not the current value of one conductor split line.
전류측정에 있어 원하는 전류크기의 응답범위를 얻기 위해 일정 값 이상의 전류에서 코아의 자속이 포화되지 않아야 되고 이는 일정한 크기의 코아가 요구되어지게 된다.In the current measurement, in order to obtain the response range of the desired current magnitude, the core flux of the core must not be saturated at a current higher than a certain value, which requires a constant core size.
아크전류의 디지털 식별방식으로는 아크발생 시에 아크저항으로 인해 전류가 감소하는 현상을 이용하여 일정기간동안 축적된 전류크기의 변화정도가 설정치 이상이 되면 아크로 인식하고 트립 신호를 출력하는 방식이 제시된 바가 있다.As the digital identification method of arc current, the current decreases due to arc resistance when an arc is generated, and when the change of current magnitude accumulated for a certain period exceeds the set value, it recognizes it as an arc and outputs a trip signal. There is a bar.
아크전류의 아날로그 식별방식으로는 아크전류에 고주파 성분이 포함되는 것을 이용하여 정상전류와 식별하며 전기기기의 기동과도현상 그리고 디머에 의한 전력제어장치 사용시의 전류형상 등도 고주파성분을 포함하나 아크전류보다는 그 크기나 빈도가 작다는 전제하에 식별방법을 제시한 바가 있다. The analog identification method of arc current is to identify the normal current by using the high frequency component in the arc current.The transient state of the electric equipment and the current shape when the power control device is used by the dimmer also include the high frequency component. The identification method has been suggested under the premise that the size or frequency is small.
그러나, 이러한 제시된 방식들은 구현과 이에 따른 식별결과의 신뢰성에 대하여 검증된 자료가 미미하며 보다 더 효율적인 방식들이 연구되고 제시되는 것이 필요하다.However, these suggested approaches require little data on the implementation and the reliability of the identification results, and more efficient methods need to be studied and presented.
본 발명은 이상과 같은 사항을 감안하여 창출된 것으로서, 기존 방식이 가지고 있는 분류선로의 구성에 대한 제약과 관계없이 작은 크기의 토로이드로 보다 넓은 범위의 부하전류를 선형적으로 검출하기 위한 아크전류 식별을 위한 신호검출 회로와, 디지털 데이터 처리방법 및 자체성능 시험방법을 제공함에 그 목적이 있다.The present invention has been made in view of the above matters, and is an arc current for linearly detecting a wider range of load current with a small toroid, regardless of the limitation of the configuration of the classification line. Its purpose is to provide a signal detection circuit for identification, a digital data processing method and a self-performance test method.
만약 주 도체 전류 (Im)과 분류선로 전류 (Is)의 비를 임의대로 설정할 수 있는 상태가 된다면 주어진 전류측정의 원하는 범위를 만족시키면서 코아의 크기를 조절할 수 있는 유연성이 생기게 되는데 이는 도 1과 같은 차동 분류기형 전류검출(Differential shunted current sensor) 개념을 도입함으로 보다 용이하게 구현할 수 있다. If the ratio between the main conductor current Im and the split line current Is can be set arbitrarily, the flexibility to adjust the core size while satisfying the desired range of the given current measurement is provided. The concept of differential shunted current sensor makes it easier to implement.
회로 상으로는 도 2에 나타나 있는 기존의 B-shunt 전류측정 회로에 중성선에 분류선로를 설치하고 이를 토로이드 코아 내로 통과시킴으로 기존방식의 분류전류로 발생된 자속을 감소시키는 차동방식의 전류측정방식이다. 이러한 형태로 구성된 전류측정회로는 측정하고자 하는 전류와 비례되는 전류를 아주 작은 전류영역까지에서도 얻을 수 있는 방식으로 작은 코아로도 포화되지 않고 전류를 측정할 수 있게 된다. The circuit is a differential current measuring method for reducing the magnetic flux generated by the conventional split current by installing a split line in the neutral line in the existing B-shunt current measuring circuit shown in FIG. 2 and passing it into the toroid core. This type of current measurement circuit can measure current without being saturated with small cores in such a way that a current proportional to the current to be measured can be obtained even in a very small current range.
검출된 전류신호로부터 유해아크의 유무여부를 식별하는 과정에서 아크가 지니는 다양한 특징들을 적용하여 보다 신뢰성 있는 식별결과를 얻기 위한 디지털 데이터 처리방법들에 대하여 제시하였다. 이러한 방법에는 외부의 잡음에 대한 강인성을 가지기위한 방식과 전류신호의 가변정도가 검출센서의 응답범위를 벗어남으로 인한 불연속성을 아크자체의 불연속성과 구분하기위한 방식 그리고 정상상태의 전류 펄스폭 가변특성과 아크로인한 전류 펄스폭의 가변특성의 식별을 위한 방안 등을 제시하였다. In the process of identifying the presence of noxious arcs from the detected current signals, various data of arcs are applied to obtain digital data processing methods to obtain more reliable identification results. These methods include robustness against external noise, differentiation of discontinuity due to the variation of the current signal out of the response range of the detection sensor, and differentiation between the current pulse width and the steady-state current pulse width. A method for identifying the variable characteristics of the current pulse width caused by the arc is presented.
그리고 자체동작성능 시험을 위해 아크신호 모의 발생기를 구성하고 외부 성능시험버튼을 설치하여 내부 알고리즘 및 제어부의 동작상태를 주기적으로 확인할 수 있도록 하였고 또 전류신호검출 회로를 사용하여 중성선 한 개의 도체에 신호발생기로 모의시험전류를 주입하면 미소 전류출력에 의해서도 선로에 큰 부하전류를 통전시키는 것과 동일한 신호검출 효과를 얻을 수 있어 동작제어회로 전체에 대한 성능확인을 수행할 수 있다.In addition, the arc signal simulation generator was configured for the self-operation performance test, and the external performance test button was installed to periodically check the operation status of the internal algorithm and the control unit, and the signal generator was connected to one conductor using a current signal detection circuit. When the simulation test current is injected, the same signal detection effect can be obtained as the large load current is energized by the small current output, so that the performance control of the entire operation control circuit can be performed.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 아크전류 식별을 위한 신호검출회로는, 전원과 부하 사이에 설치되는 상 도전선에 연결 설치되어 상기 전원으로부터 상기 부하로 공급되는 전류를 주 도체 전류 및 분류 선로 전류로 분류하기 위한 제1 분류 선로; 상기 전원과 상기 부하 사이에 설치되는 중성선에 연결 설치되어 상기 전원으로부터 상기 부하로 공급된 상기 전류를 상기 제1 분류 선로의 주 도체 전류 및 분류 선로 전류와의 원하는 차이를 갖는 주 도체 전류 및 분류 선로 전류로 분류하는 제2 분류 선로; 및 상기 제1 및 제2 분류선로를 공통으로 통과하도록 설치되어 상기 제1 분류 선로의 주 도체 전류와 상기 제2 분류선로의 주 도체 전류와의 차이 또는 상기 제1 분류 선로의 분류 선로 전류와 상기 제2 분류선로의 분류 선로 전류 간의 차이를 기초로 상기 전원으로부터 상기 부하로 공급되는 전류에 아크가 발생하였는 지를 검출하는 검출 신호를 출력하는 토로이드 변류기를 포함하는 것을 특징으로 한다.The signal detection circuit for identifying the arc current of the present invention for achieving the above object is connected to the phase conductive line provided between the power supply and the load, the current supplied to the load from the power supply to the main conductor current and classification A first splitting line for sorting into line currents; A main conductor current and a split line having a desired difference between the main conductor current and the split line current of the first splitting line, the current supplied to the load being connected to a neutral line installed between the power source and the load; A second classifying line classifying current; And a difference between the main conductor current of the first splitting line and the main conductor current of the second splitting line or the splitting line current of the first splitting line and the first splitting line. And a toroidal current transformer for outputting a detection signal for detecting whether an arc has occurred in the current supplied from the power supply to the load based on the difference between the currents of the classification lines of the second classification line.
본 발명에 있어서, 신호처리과정에서 잡음의 영향을 최소화하기 위하여 일정구간에서 발생된 샘플링 값의 대표 값 선정시 신호크기를 기준으로 배열된 상태의 중간 값으로 채택하고 이 값을 데이터 처리주기의 신호 값으로 수행하는 것이 바람직하다.In the present invention, in order to minimize the influence of noise in the signal processing process, when selecting the representative value of the sampling value generated in a certain period, it is adopted as the intermediate value of the state arranged based on the signal size, and this value is the signal of the data processing cycle. It is preferable to carry out by value.
본 발명은 전술한 아크전류 식별을 위한 신호검출회로를 이용하여 정격전류 영역 내에서 발생되는 신호 자체의 불연속성과 정격전류 크기를 벗어나 신호 측정영역의 이탈로 기인되는 신호의 불연속성을 식별하고, 불연속성을 감지하기위해 사용되는 전류신호의 크기를 기준으로 삼으며, 상기 전류신호의 크기로부터 유해아크 여부에 대해 판정할 수 있는 이점이 있다.The present invention uses the above-described signal detection circuit for identifying the arc current to identify the discontinuity of the signal itself generated within the rated current region and the signal discontinuity caused by the deviation of the signal measurement region beyond the rated current magnitude, Based on the magnitude of the current signal used to detect, there is an advantage that can determine whether the harmful arc from the magnitude of the current signal.
그리고, 본 발명은 전류 불연속점에서 나타나는 전류의 기울기의 변화를 이용하여 아크 발생시점에서 나타나는 전류 불연속점과, 아크가 소호되는 시점에서 센서의 과도기 응답특성으로 인해 발생되는 전류 불연속점을 식별하도록 하였다.In addition, the present invention uses the change in the slope of the current at the current discontinuity point to identify the current discontinuity at the arc occurrence point and the current discontinuity generated by the transient response characteristics of the sensor at the arc arc extinguishing time. .
따라서, 유해아크를 식별하는 방법으로는 아크로 인해 발생되는 펄스폭의 임의적 변화상태와, SCR로 제어되는 부하에서 도통 각을 변화시킬 때 나타나는 펄스폭의 선형적 변화상태를 구분함으로써 가능하다.Therefore, the method of identifying the harmful arc is possible by distinguishing the arbitrary change state of the pulse width generated by the arc from the linear change state of the pulse width when the conduction angle is changed in the load controlled by the SCR.
또한 전류신호 불연속성과 전류크기 정보로부터 유해 아크상태를 식별하는 방법으로 불연속성이 있는 전류가 정격 전류보다 큰 상태에서 일정한 빈도 이상으로 발생될 때 병렬 아크형태의 유해아크로 식별할 수 있다.In addition, by identifying the harmful arc state from the current signal discontinuity and the current size information, it can be identified as a harmful arc in the parallel arc form when the current with the discontinuity is generated more than a certain frequency in a state larger than the rated current.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 마이크로프로세서에 프로그램 된 임의의 아크신호 발생기의 출력을 D/A변환기에서 아날로그 신호로 변환하고, 이를 스위치(S/W1)를 통해 A/D변환기의 입력 단에 연결되게 한 상태에서 외부에서 입력되는 아크신호와 동일한 과정으로 처리하게 함으로 자체 동작에 대한 성능확인을 할 수 있도록 한 자체동작 성능시험방법이 제공되는바, 이는 변환된 아날로그 신호에 전력 증폭기를 사용하여 일정 값의 출력전류가 발생되게 하고 이를 스위치(S/W2)를 통해 전류 센서를 관통하는 중성선에 연결하여 작은 출력 시험전류로 아크검출회로 전체의 성능확인을 자체적으로 검증할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.According to another aspect of the invention, the output of any arc signal generator programmed in the microprocessor is converted from the D / A converter to an analog signal and connected to the input terminal of the A / D converter via a switch S / W1. In this state, the self-operating performance test method is provided to perform the same process as the arc signal input from the outside, so that the performance of the self-operation can be checked. It is desirable that the output current of the value is generated and connected to the neutral line passing through the current sensor through the switch (S / W2) so that the performance verification of the entire arc detection circuit can be verified by itself with a small output test current.
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 아크전류 식별을 위한 신호 검출회로는 제1 분류 선로(110), 제2 분류 선로(120), 및 토로이드 변류기(130)를 포함한다. 제1 분류 선로(110)는 전원(10)과 부하(20) 사이에 설치되는 상 도전선(30)에 연결 설치되어 상기 전원(10)으로부터 상기 부하(20)로 공급되는 전류 Ii를 주 도체 전류 Im1 및 분류 선로 전류 Is1로 분류한다. 제2 분류 선로(120)는 상기 전원(10)과 상기 부하(20) 사이에 설치되는 중성선(40)에 연결 설치되어 상기 전원(10)으로부터 상기 부하(20)로 공급된 상기 전류를 상기 제1 분류 선로(110)의 주 도체 전류 Im1 및 분류 선로 전류 Is1와의 원하는 차이를 갖는 주 도체 전류 Im2 및 분류 선로 전류 Is2로 분류한다. 토로이드 변류기(130)는 상기 제1 및 제2 분류선로(110 및 120)를 공통으로 통과하도록 설치되어 상기 제1 분류 선로(110)의 주 도체 전류 Im1와 상기 제2 분류선로(120)의 주 도체 전류 Im2와의 차이 또는 상기 제1 분류 선로(110)의 분류 선로 전류 Is1와 상기 제2 분류선로(120)의 분류 선로 전류 Is2 간의 차이를 기초로 상기 전원(10)으로부터 상기 부하(120)로 공급되는 전류에 아크가 발생하였는 지를 검출하는 검출 신호를 출력한다. 도 1의 Is2와 Im2가 주 전류 Ii의 50%로 동일한 전류가 흐르도록 같은 길이와 같은 도체 굵기의 선으로 구성하고 Im1과 Is1은 51%와 49%로 분담되도록 도체조건을 설정하면 코아에 의해 측정되는 유효전류 크기는 전체 전류크기의 1%가 된다. 즉 전체크기의 1%에 해당되는 전류크기로 전체 전류를 측정하기 때문에 코아의 크기가 아주 작아질 수 있으며 전류 회귀선측에만 2%의 전류를 인가하게 되는 경우 코아를 통해서는 인가 시험전류의 반에 해당되는 1%의 인가효과가 있어 성능시험회로를 구성하는데 주 도체에 실제전류의 크기를 인가하지 않고도 아주 작은 에너지로 회로의 신호검출성능을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 1, a signal detection circuit for identifying an arc current according to the present invention includes a
도 3은 유해아크 식별알고리즘의 과정도를 나타낸 것으로 크게는 유해아크 식별구간(TR)과 트립신호 출력결정구간(TT)으로 나누어 수행된다. 그리고 유해아크 식별구간 종료시점에서는 식별구간동안 측정된 신호들로부터 전류펄스 폭과 전류크기 그리고 전류 불연속점 유무 등을 토대로 다양한 형태의 전류형태들에 대해 유해 아크를 식별하게 된다. 식별구간에서의 전류신호가 유해아크로 인정되면 트립지령을 출력할 조건의 만족여부 확인을 위해 트립신호 출력 결정구간 동안 입력되는 전류신호를 처리하게 된다.3 is a flowchart illustrating a harmful arc identification algorithm, and is largely divided into a hazardous arc identification section T R and a trip signal output determination section T T. At the end of the hazardous arc identification section, harmful arcs are identified for various types of currents based on the current pulse width, the current magnitude, and the presence or absence of current discontinuities. If the current signal in the identification section is recognized as a noxious arc, the current signal input during the trip signal output decision section is processed to confirm whether the condition to output the trip command is satisfied.
도 4는 이 구간의 과정들을 보다 상세히 나타낸 것으로 전류크기를 확인한 후 일정크기 이하이면 아크전류 펄스의 발생수를 그리고 일정크기 이상이 되면 불연속점을 가진 전류펄스의 개수를 기준으로 트립신호를 발생시키게 된다. 4 shows the processes in this section in more detail. After checking the current size, the trip signal is generated based on the number of occurrences of the arc current pulse when the current size is smaller than the predetermined size, and the number of current pulses having the discontinuous point when the current size exceeds the predetermined size. do.
외부잡음에 대한 데이터 처리에서의 영향을 최소화하기위해 도 3의 과정(3)에서 일정 기간동안 발생된 샘플링 데이터들로부터 이 구간의 대표 값으로 이들 값을 발생순서와는 상관없이 크기 순으로 배열된 상태에서 중앙값을 선택하여 사용하는 방법을 적용하였다. 이 방식에서는 데이터 처리주기는 실제 샘플링 주기보다 느리게 되는데 일예로 50us의 샘플링 주기로 데이터를 획득하는 시스템에서 처리주기는 250us로 설정하면 5개의 획득한 데이터로부터 실제 처리주기를 대표하는 값을 크기 배열 상 중앙값으로 선정하게 된다. 도 5는 이를 도식적으로 나타낸 것으로 다섯 개의 샘플링 주기가 포함된 데이터 처리주기 SD1, SD2, SD3에서 화살표로 표시된 샘플 값들이 각 데이터 처리 주기의 대표 값으로 선정되어 사용되게 된다. In order to minimize the influence in the data processing on the external noise, these values are arranged in the order of magnitude regardless of the generation order from the sampling data generated for a certain period in the process (3) of FIG. The method of selecting and using the median in the state was applied. In this method, the data processing cycle is slower than the actual sampling cycle. For example, in a system that acquires data with a sampling cycle of 50 us, if the processing cycle is set to 250 us, a value representing the actual processing cycle is obtained from five acquired data. Will be selected. FIG. 5 schematically illustrates this, and sample values indicated by arrows in data processing periods SD1, SD2, and SD3 including five sampling periods are selected and used as representative values of each data processing period.
사용하는 알고리즘에서 전류신호의 불연속점을 검출하는 것은 중요한 과정으로 볼 수 있는데 입력되는 전류크기의 범위가 넓어 실제전류는 불연속성을 가지지 아니하지만 측정시스템의 응답특성이 포화됨으로 인해 발생되는 유사 불연속점이 발생하게 됨으로 이를 실제 전류 불연속성과 식별하는 것이 필요하게 된다. Detecting the discontinuity point of the current signal in the algorithm used is an important process. Since the range of the input current is wide, the actual current does not have discontinuity, but similar discontinuity occurs due to the saturation of the response characteristics of the measurement system. This makes it necessary to identify the actual current discontinuity.
도 6을 참조하면, 위의 두 가지 경우에 대하여 불연속점으로 검출될 수 있는 지점들을 각 파형 상( a), c) )에 작은 원으로 표시하였으며 각 불연속 시점마다 발생되는 펄스 신호( b), d) )도 각각 해당신호 아래 부분에 나타내었다. 아크로 인해 발생되는 전류신호상의 불연속점과 측정시스템의 포화특성으로 발생되는 불연속점에는 불연속성이 발생되는 시점의 전류크기가 서로 상이하다는 점에 착안하여 이를 적용하여 이들을 식별하는데 사용한다. Referring to FIG. 6, for the above two cases, points that can be detected as discrete points are indicated by small circles on each waveform (a) and c), and the pulse signal (b) generated at each discrete point in time, d)) are also shown below the corresponding signal. The discontinuity point in the current signal generated by the arc and the saturation characteristic of the measurement system are used to identify them by applying the fact that the current magnitude at the time of discontinuity is different from each other.
즉 아크에 의한 전류 불연속점은 단일부하의 경우 전류 영점부근에서 불연속점이 발생되고 아크결함선로와 건전선로가 함께 존재하는 다중부하가 인가된 상태에서도 일반적으로 보호기기의 정격전류 범위 이내에서 발생된다. In other words, the current discontinuity point due to the arc is generated within the rated current range of the protective equipment, even in the case of a single load, the discontinuity point is generated near the current zero point, and the multi-load with the arc fault line and the health line is applied.
그러나, 전류 측정시스템의 포화특성으로 인한 전류 불연속점은 발생지점에서 전류크기가 이보다 훨씬 큰 영역이 됨으로 전류불연속 식별변수연산에 사용되는 데이터 값이 일정 영역의 전류크기 이상이 되면 발생된 전류불연속성은 아크로 인한 것이 아니라 측정시스템의 포화특성으로 인한 것으로 간주하게 되는 방식이다.However, the current discontinuity point due to the saturation characteristics of the current measurement system is a region where the current magnitude is much larger than this at the point of occurrence. Therefore, when the data value used for calculating the current discontinuity identification variable exceeds the current size in a certain range, This is not because of the arc, but because of the saturation characteristics of the measurement system.
도 7을 참조하면, 전류신호가 영점에 도달하는 시점에서 발생될 수 있는 전류 불연속점으로 이에 해당되는 펄스 신호는 그림 상에 점선으로 나타내었다. 그림 앞쪽에서 보인바와 같이 전류를 검출하는 코아의 과도기적 특성으로 전류 영점지점을 정 확히 나타내지 못하고 영점을 지나치게 되어 다시 영점으로 되돌아오는 현상들로부터 전류 불연속 현상이 보다 과장되어 나타나게 된다. 이러한 상황들에 대한 영향을 최소화하기위해 관심 있는 전류 불연속점은 기울기가 작은 곳에서부터 기울기가 큰 쪽으로 변화되는 전류 불연속점만 고려의 대상으로 삼는 방식을 사용한다.Referring to FIG. 7, a pulse discontinuity point that may be generated when a current signal reaches zero is represented by a dotted line in the figure. As shown in the front of the figure, the current discontinuity phenomenon is exaggerated from the phenomenon that the current zero point is not accurately represented due to the transient nature of the core that detects the current, and the zero point is excessively returned to the zero point again. To minimize the impact on these situations, the current discontinuity point of interest is considered by considering only the current discontinuity point where the slope changes from the smaller slope to the larger slope.
전류신호의 불연속성과 전류 펄스폭의 가변정도에 대한 정보를 기반으로 아크전류를 식별하는 방식에서 혼란을 주기 쉬운 대상은 SCR로 도통각을 제어하여 부하에 전력을 공급하는 회로전류로서 여기에는 전류 불연속성과 전류펄스폭의 변화특성이 모두 포함되어있기 때문이다. 이를 아크전류와 구별하기위해서는 아크발생의 임의성(도 8의 하측 그림)에 초점을 두어 SCR 제어 하에서 전류 펄스폭의 선형적 변화특성(도 8의 상측 그림)과 비교하는 방식을 채택한다. 즉 식별구간에서의 펄스 발생수와 펄스 폭 변화의 시간에 따른 주된 경향을 파악하여 펄스 발생수가 일정 수 이상으로 많이 발생하고 식별구간 초기발생 펄스폭과 종료시점 발생 펄스폭과의 차이가 임의 설정값 이상으로 클 경우 이는 이 구간에서 펄스 폭이 선형적으로 증 혹은 감 한 것으로 보고 SCR에 의해 제어된 전류파형으로 판정하는 방식이다.Based on the information on the discontinuity of the current signal and the degree of change of the current pulse width, the object that is likely to be confused in the method of identifying the arc current is a circuit current that supplies power to the load by controlling the conduction angle with SCR. This is because the variation characteristic of the overcurrent pulse width is included. To distinguish this from the arc current, a method of focusing on the randomness of arc generation (lower figure in FIG. 8) and comparing the linear change characteristic of the current pulse width (upper figure in FIG. 8) under SCR control is adopted. In other words, the number of pulses generated in the identification section and the main trends according to the time of change of the pulse width are identified, and the number of pulse generations occurs more than a certain number. If it is larger than this, it is considered that the pulse width is linearly increased or decreased in this section, and it is determined as the current waveform controlled by SCR.
표 1에 제시된 식별구간에서 발생된 양 끝단 펄스폭의 상이성과 최대 펄스폭에 대한 유사성은 비교 대상의 두 펄스 간에 펄스 폭 차이가 설정된 일정 값의 범위 내로 주어지게 되는 경우 유사성이 있는 것으로 그리고 일정 값을 벗어나면 상이성이 있는 것으로 하며 데이터 처리과정의 흐름도는 도 9와 같다.The differences between the pulse widths at both ends and the similarity between the maximum pulse widths generated in the identification intervals shown in Table 1 are similar when the pulse width difference between two pulses to be compared is given within a predetermined range. It is assumed that there is a difference from the above, and the flowchart of the data processing process is shown in FIG. 9.
(표 1) 과도기 SCR형 전류파형과 아크전류펄스의 식별방안(Table 1) Identification of Transient SCR Type Current Waveform and Arc Current Pulse
그후 검출된 전류신호가 정격전류보다 큰 영역의 일정값 이상일 경우에 전류 불연속점이 존재하는 경우 정상적 전류 제어영역이 아니라고 간주하고 이는 병렬 아크에 의해 발생된 전류로 식별한다. 따라서 이러한 조건에서는 전류 펄스폭의 가변여부와는 무관하게 아크전류로 판단하여 일정 빈도수 이상으로 발생되면 트립명령을 출력하게 되고 만약 전류가 동일하게 큰 영역이라도 전류 불연속점이 나타나지 않으면 부하특성에 의한 돌입전류의 경우로 판단하게 된다. Thereafter, if the current discontinuity point exists when the detected current signal is above a certain value in the area larger than the rated current, it is regarded as not a normal current control area and is identified as the current generated by the parallel arc. Therefore, in this condition, regardless of whether the current pulse width is variable or not, it is judged as arc current and if it occurs more than a certain frequency, it outputs a trip command.If the current discontinuity point does not appear even in a region where the current is the same, the inrush current due to the load characteristics Judging by the case.
본 발명의 자체동작 성능시험기능을 살펴보면, 마이크로프로세서에 프로그램 된 임의 아크신호 발생기의 출력을 D/A변환기에서 아날로그신호로 변환하고 이를 A/D변환기의 입력 단에 연결하여 외부에서 입력되는 전류신호와 동일한 아크식별과정으로 처리하게 함으로 트립 신호의 출력여부를 자체적으로 확인하는 기능을 수행할 수 있게 한다. 이러한 과정은 외부에 설치한 test button의‘on' 동작으로 실시된다. 물론 필요부품 수가 증가되기는 하지만 상기 D/A 출력을 별도의 전력증폭부에 연결하고 이 아크 모의전류를 토로이드 코아의 중선선로로 통해 흐르도록 하면 아크신호의 아날로그 신호처리부 즉 전류검출 센서부 및 필터부의 성능까지도 시험할 수 있는 회로가 구성되어 진다.Looking at the self-operating performance test function of the present invention, by converting the output of the arbitrary arc signal generator programmed in the microprocessor into an analog signal in the D / A converter and connected to the input terminal of the A / D converter, the current signal input from the outside By performing the same arc identification process as, it is possible to perform the function of checking whether the trip signal is output by itself. This process is performed by 'on' operation of externally installed test button. Of course, although the number of parts required increases, if the D / A output is connected to a separate power amplifier and the arc simulation current flows through the toroid core core line, the analog signal processing unit of the arc signal, that is, the current detection sensor unit and the filter A circuit that can test even negative performance is constructed.
이상의 설명에서와 같이, 본 발명에 따른 차동분류기형 전류검출회로와 아크식별 데이터처리방식과 전류검출 자가시험방법은 분류선의 구성에 제약받지 않고 폭넓은 선로전류 크기를 작은 크기의 코아로서도 자속포화 영향을 받지 않고 검출할 수 있게 하며 외부잡음 및 아크신호와 유사한 정상전류신호에 대해 신뢰성 있는 식별결과를 얻을 수 있게 하고 또한 자체 신호발생기로 동작성능을 확인할 수 있게 하는 장점이 있다.As described above, the differential classifier type current detection circuit, the arc identification data processing method, and the current detection self-test method according to the present invention are not limited by the configuration of the splitter line and influence the magnetic flux saturation even with a small core with a wide line current size. It is possible to detect without receiving the signal, to obtain reliable identification results for normal current signals similar to external noise and arc signals, and to verify operation performance with its own signal generator.
비록 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 설명하였을지라도 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니라 하기의 특허청구범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 많은 변형 및 수정이 있을 수도 있다.Although the present invention has been described with reference to the accompanying drawings, the present invention is not limited thereto and many variations and modifications may be made without departing from the scope of the following claims.
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