KR100883396B1 - 홈 분전반 분기회로의 진성아크 검출장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 홈 분전반 분기회로의 진성아크 검출장치에 관한 것으로서, 부하를 사용하는 전원전선에 발생하는 아크 신호를 검출하는 제 1 전류 검출부; 상기 제 1 전류 검출부로부터 검출된 아크 신호의 고주파 부분을 증폭하는 고주파 증폭부; 상기 고주파 증폭부를 통해 증폭된 고주파를 검파함으로써, 하나의 유효파를 검출한 후, 상기 유효파의 대역을 확장하는 유효파 증폭부; 인입구로부터 인출된 상용주파수의 정현파를 검출한 후 마이너스 부분을 반전시킴으로써, 반전 정현파를 검출하는 정현파 검출부; 상기 정현파 검출부로부터 검출된 반전 정현파의 제로점을 찾아 증폭함으로써, 상기 제로점을 중심으로 하는 구형파를 발생시키는 제로점 증폭부; 부하단의 전류를 검출하는 제 2 전류 검출부; 상기 부하단 전류에 포함된 고주파를 제거하고 반주기파로 가공하는 고주파 필터부; 상기 유효파 증폭부로부터 확장된 대역을 갖는 상기 유효파를 입력받고, 상기 제로점 증폭부로부터 상기 구형파를 입력받아, 이를 바탕으로 Sinωt의 주기함수 30°이하와 150°이상 범위에서 발생하는 아크 펄스를 검출하는 주파수 혼합부; 및 상기 고주파 필터부로부터 반주기파를 입력받아 왜곡된 파형을 검출하고, 계속적으로 입력되는 주기파를 상기 왜곡파형과 동일한 파형을 저장한 후, 주파수 혼합부로부터 입력된 아크 펄스와 조합함으로써, 진성아크를 검출하는 제어부; 를 포함한다.
원 포인트제로 ZCT, CT, 진성아크

Description

홈 분전반 분기회로의 진성아크 검출장치{APPARETUS FOR DETECTING TRUE ARC OF HOME CABINET PANEL BRANCH CIRCUIT}
본 발명은 진성아크 검출장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 부하단에 설치된 제 2 전류 검출부(CT)로부터 검출된 전류의 반파주기파(π-라디안)와, 제 1 전류 검출부(원 포인트제로 ZCT) 및 정현파 검출부로부터 각각 검출되는 유효파 및 구형파를 조합함으로써, 전원전선에 발생하는 진성아크를 검출하는 홈 분전반 분기회로의 진성아크 검출장치에 관한 것이다.
일반적인 종래 아크검출 기술은, 조광기나 기계식 형광등과 같이 점등될 때 아크가 발생하는 현상과 절연피복손상으로 말미암아 화재로 이어지는 진성아크와는 아크구별이 어려움에 따라 다양한 부하가 병렬로 사용하는 장소에는 사용할 수 없었다. 이러한 문제점을 극복하기 위하여 개별부하를 사용하고 있으나, 이는 오동작 발생에 따른 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 부하단에 설 치된 제 2 전류 검출부(CT)로부터 검출된 전류의 반파주기파(π-라디안)와, 제 1 전류 검출부(원 포인트제로 ZCT) 및 정현파 검출부로부터 각각 검출되는 유효파 및 구형파를 조합함으로써, 전원전선에 발생하는 진성아크를 검출하는 홈 분전반 분기회로의 진성아크 검출장치를 제공함에 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 부하를 사용하는 전원전선에 발생하는 아크 신호를 검출하는 제 1 전류 검출부; 상기 제 1 전류 검출부로부터 검출된 아크 신호의 고주파 부분을 증폭하는 고주파 증폭부; 상기 고주파 증폭부를 통해 증폭된 고주파를 제어부가 인식할 수 있도록, 검파다이오드를 이용하여 검파함으로써 하나의 유효파를 검출하고, 증폭기를 이용하여 상기 유효파를 증폭함으로써 상기 유효파의 대역을 확장하는 유효파 증폭부; 인입구로부터 인출된 상용주파수의 정현파를 검출한 후 마이너스 부분을 반전시킴으로써, 반전 정현파를 검출하는 정현파 검출부; 제어부가 전기각도 0도에서 30도 사이에서 발생하는 아크펄스를 검출할 수 있도록, 상기 정현파 검출부로부터 검출된 반전 정현파의 전기각도가 0도인 제로점을 찾아 증폭함으로써, 상기 제로점을 중심으로 하는 구형파를 발생시키는 제로점 증폭부; 부하단의 전류를 검출하는 제 2 전류 검출부; 상기 부하단 전류에 포함된 고주파를 제거하고 반주기파로 가공하는 고주파 필터부; 상기 유효파 증폭부를 통해 생성된 확장된 대역을 갖는 유효파와, 상기 제로점 증폭부를 통해 반전 정현파의 전기각도가 0도인 제로점을 중심으로 발생된 구형파를 엔드(END)게이트로 합성함으로써, 특정대역(전기각도 0도에서 30도 사이) 즉, Sinωt의 주기함수 30°이하와 150°이상 범위에서 발생하는 아크 펄스를 검출하는 주파수 혼합부; 및 상기 고주파 필터부로부터 반주기파를 입력받아 왜곡된 파형을 검출하고, 계속적으로 입력되는 주기파를 상기 왜곡파형과 동일한 파형을 저장한 후, 주파수 혼합부로부터 입력된 아크 펄스와 조합함으로써, 진성아크를 검출하는 제어부; 를 포함한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 홈 분전반 회로에 진성아크 검출장치를 직접 설치할 수 있어, 분기회로 개폐기에서 분기된 병렬 부하를 설치하더라도 오동작을 줄일 수 있는 효과가 있다.
그리고 본 발명에 따르면, 원거리로 아크에 대한 데이터 전송가능하며 외부 점검자에 의한 실시간 확인이 가능함으로써 사고 시 빠른 대처를 취할 수 있고, 향후 아크의 원인 및 예방대책 분석이 용이한 효과도 있다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에 관련된 공지 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 구체적인 설명을 생략하였음에 유의해야 할 것이다.
이하, 첨부된 도 1 내지 도 7 을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
도 1 은 본 발명에 따른 홈 분전반 분기회로의 진성아크 검출장치(100)에 관한 전체 구성도이며, 도 2 는 본 발명에 따른 홈 분전반 분기회로의 진성아크 검출장치(100)가 주택용 홈 분전반 설치된 모습을 보여주는 일예시도이다.
제 1 전류 검출부(101)는 원 포인트제로 ZCT(One Point Zero Current Transformer)로서, 부하를 사용하는 전원전선에 미세하게 발생하는 아크의 신호를 검출하는 기능을 수행한다.
보통의 ZCT는 입·출력 2개 전원 선을 동시에 통과시켜 벡터의 합이 0이 되도록 하는 원리이며, CT(Current Transformer)는 1개선만 관통되어야 유기전류가 나타나게 되어 있으나, 본 발명의 특징적인 양상에 따른 제 1 전류 검출부(101)는 도 3 에 도시된 바와 같이, 흐르는 전원의 지로가 전원 L로 입력되어 한 쪽 방향으로 권선되어 있으나, R지점에서 반대방향으로 권선됨으로써, 유기되는 전류의 합은 0이 된다.
즉, 소정지점(R)을 중심으로 그 상부와 하부로 코일이 서로 반대방향으로 권선되어 있는 바, 부하유기 전류를 극소화 시키고, 전원선의 1선 지락사고가 발생되더라도 누설전류가 흐르지 않으며, 부하전선에 아크가 발생할 경우에만 아크 신호가 생성되게 된다.
고주파 증폭부(102)는 제 1 전류 검출부(101)로부터 검출된 아크 신호의 고주파 부분을 증폭하는 기능을 수행한다.
유효파 증폭부(103)는 상기 고주파 증폭부(102)를 통해 증폭된 고주파를 제어부(110)가 인식할 수 있도록, 검파다이오드를 이용하여 검파함으로써 하나의 유효파를 검출하고, 증폭기를 이용하여 상기 유효파를 증폭함으로써 상기 유효파의 대역을 확장하는 기능을 수행한다.
정현파 검출부(104)는 인입구로부터 인출된 전원의 주파수, 즉 상용주파수의 정현파를 검출한 후 마이너스 부분을 반전시킴으로써, 반전 정현파를 검출하는 기능을 수행한다.
제로점 증폭부(105)는 제어부(110)가 전기각도 0도에서 30도 사이에서 발생하는 아크펄스를 검출할 수 있도록, 상기 정현파 검출부(104)로부터 검출된 반전 정현파의 전기각도가 0도인 제로점을 찾아 증폭함으로써, 상기 제로점을 중심으로 하는 구형파를 발생시키며, 듀티비 조절부(106)는 상기 구형파의 폭을 조절하는 기능을 수행한다.
제 2 전류 검출부(CT:Current Transformer)(107)는 부하단의 전류를 검출하며, 고주파 필터부(108)는 상기 부하단 전류에 포함된 고주파를 제거하고 8.33ms의 반주기파로 가공하는 기능을 수행한다.
주파수 혼합부(109)는 상기 유효파 증폭부(103)를 통해 생성된 확장된 대역을 갖는 유효파와, 상기 제로점 증폭부(105)를 통해 반전 정현파의 전기각도가 0도인 제로점을 중심으로 발생된 구형파를 엔드(END)게이트로 합성함으로써, 특정대역(전기각도 0도에서 30도사이) 즉, Sinωt의 주기함수 30°이하와 150°이상 범위에서 발생하는 아크 펄스를 검출한다.
제어부(110)는 고주파 필터부(108)로부터 반주기파를 입력받아 왜곡된 파형을 검출하고, 계속적으로 입력되는 주기파를 상기 왜곡파형과 동일한 파형을 저장한 후, 주파수 혼합부(109)로부터 입력된 아크 펄스와 조합함으로써, 진성아크를 검출하는 기능을 수행하는 바, 도 4 에 도시된 바와 같이, 고주파 필터부(108)로부터 반주기파를 입력받아 상기 반주기파의 30°내지 150°에서 발생하는 왜곡파형(도 5 참조)을 검출하고, 그 왜곡지점을 저장하는 왜곡파형 검출모듈(110a)과, 상기 고주파 필터부(108)를 통해 계속적으로 입력되는 주기파가 상기 왜곡지점이 포함되어 있는 동일한 왜곡파형인지 여부를 판단함으로써, 동일할 경우 진성아크가 아닌 펄스로서 무시하고, 동일하지 않을 경우 1차 진성아크로 판단하여 저장하는 진성아크 판단모듈(110b)과, 도 6 에 도시된 바와 같이, 1차 검출된 상기 진성아크 와 상기 주파수 혼합부(109)로부터 입력된 아크 펄스와 조합함으로써, 최종 진성아크를 검출하는 아크 조합모듈(110c) 및 검출된 최종 진성아크에 따른 차단신호를 생성하여 전원을 차단케 하는 차단신호 생성모듈(110d)을 포함한다.
따라서, 제어부의 진성아크 판단모듈(110b)은 아크에 대한 왜곡파형과 다음 파형을 비교한 후, 동일하지 않을 경우 그 값을 저장하고 또 다시 다음 파형을 읽는다. 즉, 앞서 저장된 파형과 그 다음으로 입력되는 파형을 순차적으로 비교한 후, 서로 다른 파형을 갖는 앞선 파형과 그 다음으로 입력되는 파형을 순차적으로 저장함으로써, 도 7 에 도시된 바와 같이 나타내는 것이다.
그리고, 본 발명에 따른 홈 분전반 분기회로의 진성아크 검출장치(100)는, 진성아크에 대한 검출 데이터 및 전원전선 진성아크에 따른 고장신호를 원거리의 원격 제어시스템으로 자동 전송하며, 외부 점검자에 의해 확인이 가능하도록 하는 '검출제어 프로그램'을 바탕으로, 인터넷의 TCP/IP, 광통신, PLC 통신 등의 무선통신이 가능한 통신부(111) 및 상기 검출 데이터와 고장신호를 표시하는 디스플레이부(112)를 더 포함할 수 있다. 본 실시예에서, 통신부(111)는 상술한 TCP/IP, 광통신, PLC 통신 이외에 다양하게 설계변경이 가능하다.
이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
도 1 은 본 발명에 따른 홈 분전반 분기회로의 진성아크 검출장치에 관한 전체 구성도.
도 2 는 본 발명에 따른 홈 분전반 분기회로의 진성아크 검출장치가 주택용 홈 분전반 설치된 모습을 보여주는 일예시도이다.
도 3 은 본 발명에 따른 제 1 전류 검출부(원 포인트제로 ZCT)의 코일 권선양상을 보여주는 일예시도.
도 4 는 본 발명에 따른 제어부에 관한 세부 구성도.
도 5 는 본 발명에 따른 아크에 의해 왜곡된 파형과 왜곡되지 않은 파형을 보여주는 일예시도.
도 6 은 본 발명에 따른 1차 진성아크와 주파수 혼합부로부터 입력된 아크 펄스가 조합된 모습을 보여주는 일예시도.
도 7 은 본 발명에 따른 서로 다른 파형을 갖는 순차적으로 보여주는 일예시도.
** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **
100: 홈 분전반 분기회로의 진성아크 검출장치
101: 제 1 전류 검출부 102: 고주파 증폭부
103: 유효파 증폭부 104: 정현파 검출부
105: 제로점 증폭부 106: 듀티비 조절부
107: 제 2 전류 검출부 108: 고주파 필터부
109: 주파수 혼합부 110: 제어부
110a: 왜곡파형 검출모듈 110b: 진성아크 판단모듈
110c: 아크 조합모듈 110d: 차단신호 생성모듈
111: 통신부 112: 디스플레이부

Claims (7)

  1. 홈 분전반 분기회로의 진성아크 검출장치에 있어서,
    부하를 사용하는 전원전선에 발생하는 아크 신호를 검출하는 제 1 전류 검출부(101);
    상기 제 1 전류 검출부(101)로부터 검출된 아크 신호의 고주파 부분을 증폭하는 고주파 증폭부(102);
    상기 고주파 증폭부(102)를 통해 증폭된 고주파를 검파함으로써, 하나의 유효파를 검출한 후, 상기 유효파의 대역을 확장하는 유효파 증폭부(103);
    인입구로부터 인출된 상용주파수의 정현파를 검출한 후 마이너스 부분을 반전시킴으로써, 반전 정현파를 검출하는 정현파 검출부(104);
    상기 정현파 검출부(104)로부터 검출된 반전 정현파의 제로점을 찾아 증폭함으로써, 상기 제로점을 중심으로 하는 구형파를 발생시키는 제로점 증폭부(105);
    부하단의 전류를 검출하는 제 2 전류 검출부(107);
    상기 부하단 전류에 포함된 고주파를 제거하고 반주기파로 가공하는 고주파 필터부(108);
    상기 유효파 증폭부(103)로부터 확장된 대역을 갖는 상기 유효파를 입력받고, 상기 제로점 증폭부(105)로부터 상기 구형파를 입력받아, 이를 바탕으로 Sinωt의 주기함수 30°이하와 150°이상 범위에서 발생하는 아크 펄스를 검출하는 주파수 혼합부(109); 및
    상기 고주파 필터부(108)로부터 반주기파를 입력받아 왜곡된 파형을 검출하고, 계속적으로 입력되는 주기파를 상기 왜곡파형과 동일한 파형을 저장한 후, 주파수 혼합부(109)로부터 입력된 아크 펄스와 조합함으로써, 진성아크를 검출하는 제어부(110); 를 포함하는 홈 분전반 분기회로의 진성아크 검출장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 홈 분전반 분기회로의 진성아크 검출장치(100)는,
    상기 제로점을 중심으로 하는 구형파의 폭을 조절하는 듀티비 조절부(106); 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 홈 분전반 분기회로의 진성아크 검출장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전류 검출부(101)는,
    소정지점(R)을 중심으로 그 상부와 하부로 코일이 서로 반대방향으로 권선되어 있는 원 포인트제로 ZCT인 것을 특징으로 하는 홈 분전반 분기회로의 진성아크 검출장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부(110)는,
    상기 고주파 필터부(108)로부터 반주기파를 입력받아 상기 반주기파의 30° 내지 150°에서 발생하는 왜곡파형을 검출하고, 그 왜곡지점을 저장하는 왜곡파형 검출모듈(110a);
    상기 고주파 필터부(108)를 통해 계속적으로 입력되는 주기파를 상기 왜곡지점이 포함되어 있는 동일한 왜곡파형인지 여부를 판단함으로써, 동일하지 않을 경우 1차 진성아크로 판단하여 저장하는 진성아크 판단모듈(110b); 및
    상기 1차 검출된 진성아크를 상기 주파수 혼합부(109)로부터 입력된 아크 펄스와 조합함으로써, 최종 진성아크를 검출하는 아크 조합모듈(110c); 을 포함하는 홈 분전반 분기회로의 진성아크 검출장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제어부(110)는,
    상기 아크 조합모듈(110c)을 통해 검출된 최종 진성아크에 따른 차단신호를 생성하여 전원을 차단케 하는 차단신호 생성모듈(110d); 을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 홈 분전반 분기회로의 진성아크 검출장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 홈 분전반 분기회로의 진성아크 검출장치(100)는,
    진성아크에 대한 검출 데이터 및 전원전선 진성아크에 따른 고장신호를 원거리의 원격 제어시스템으로 자동 전송하며, 외부 점검자에 의해 확인이 가능하도록 하는 '검출제어 프로그램'을 바탕으로, 인터넷의 TCP/IP, 광통신, PLC 통신 등의 무선통신이 가능한 통신부(111); 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 홈 분전반 분기회로의 진성아크 검출장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 홈 분전반 분기회로의 진성아크 검출장치(100)는,
    진성아크에 따른 검출데이터 및 고장신호를 표시하는 디스플레이부(112); 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 홈 분전반 분기회로의 진성아크 검출장치.
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