KR100892260B1 - Electric fire prevention equipment - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전기 선로상의 전류와 전압 신호를 계측하여 단락, 누전, 아크 및 트래킹을 검출하여 전기 화재를 예방할 수 있는 장치에 관한 것으로서, 상기 장치는 전압 센서로부터 선로상의 전압 신호를 검출하는 전압 검출부; 전류 센서로부터 선로상의 전류 신호를 검출하는 전류 검출부; 상기 디지털 변환된 신호로부터 실효값, 지연시간, 고조파, 숄더값 중 어느 하나 이상을 연산하여, 전류의 실효값의 기울기를 기준값과 비교하여 단락 여부를 판단하는 기능, 누설전류를 기준값과 비교하여 누전 여부를 판단하는 기능, 누전 상태에서 고조파 증가율을 기준값과 비교하여 트래킹 발생 여부를 판단하는 기능, 전류의 실효값, 숄더의 폭, 지연시간, 고조파 증가율을 각각의 기준값과 비교하여 아크 발생 여부를 판단하는 기능 중 어느 하나 이상의 기능을 수행하는 신호처리부; 상기 신호처리부의 처리 결과를 표시하는 표시부; 상기 신호처리부의 처리 결과를 원격 전송하는 송신부; 및 단락, 누전, 트래킹, 아크 중 하나 이상 발생시 경보를 발하는 경보부; 를 포함하여 구성되는 것으로, 상기 트래킹 및 아크 발생 여부 판단시 고조파 증가율을 기준값과 비교함에 있어서는 도비치스 함수를 모함수로 하는 웨이블릿 변환을 통해 추출한 고주파 성분의 크기를 기준값과 비교하는 것이 특징이며, 전기 화재의 직접적인 원인이 되는 단락, 누전, 아크 및 트래킹 발생 여부를 사전에 파악할 수 있고 특히 아크 및 트래킹 검출에 있어 다양한 형태의 고조파가 함유된 파형으로부터 정확하고 신속하게 그 특징을 추출하고 이상 여부를 판단할 수 있다는 효과를 가진다.The present invention relates to a device capable of preventing an electric fire by measuring a current and a voltage signal on an electric line to detect a short circuit, a short circuit, an arc, and a tracking. The apparatus includes: a voltage detector for detecting a voltage signal on a line from a voltage sensor; A current detector for detecting a current signal on a line from the current sensor; Calculates one or more of an effective value, a delay time, a harmonic, and a shoulder value from the digitally converted signal, and compares the slope of the effective value of the current with a reference value to determine whether a short circuit occurs; Determination of whether or not tracking occurs by comparing the harmonic growth rate with the reference value in the short-circuit state, and determining the arc occurrence by comparing the effective value of the current, the width of the shoulder, the delay time, and the harmonic growth rate with each reference value. A signal processor for performing any one or more of the following functions; A display unit which displays a processing result of the signal processor; A transmitter for remotely transmitting the processing result of the signal processor; And an alarm unit for generating an alarm when at least one of short circuit, short circuit, tracking, and arc occurs. When comparing the harmonic increase rate with the reference value when determining whether the tracking and the arc is generated, it is characterized by comparing the magnitude of the high-frequency components extracted through the wavelet transform with the Dobitis function as a reference value and the reference value. Identify in advance whether short circuits, short circuits, arcs, and tracking are the direct causes of a fire, and accurately and quickly extract features and determine abnormalities from waveforms containing various types of harmonics, especially in arc and tracking detection. It has the effect of doing it.

전기, 화재, 단락, 누전, 아크, 트래킹, 고조파, 웨이블릿 변환, 도비치스 Electricity, fire, short circuit, short circuit, arc, tracking, harmonic, wavelet transform, doviches

Description

전기 화재 예방장치{Electric fire prevention equipment}Electric fire prevention equipment

도 1은 본 발명에 따른 전기 화재 예방장치의 시스템 블록도이다.1 is a system block diagram of an electric fire prevention apparatus according to the present invention.

도 2는 본 발명에 따른 전기 화재 예방장치의 선로 이상 감지 방법을 나타내는 흐름도이다. 2 is a flow chart showing a line abnormality detection method of the electric fire prevention apparatus according to the present invention.

도 3은 본 발명에 있어서 웨이블릿 분해를 위한 변환 과정을 나타내는 도면이다.3 is a diagram illustrating a conversion process for wavelet decomposition according to the present invention.

도 4는 본 발명에 있어서 웨이블릿 합성을 위한 변환 과정을 나타내는 도면이다.4 is a diagram illustrating a conversion process for wavelet synthesis in the present invention.

도 5는 본 발명에 따른 트래킹 검출 방법을 나타내는 흐름도이다. 5 is a flowchart illustrating a tracking detection method according to the present invention.

도 6은 본 발명에 따른 아크 검출 방법을 나타내는 흐름도이다.6 is a flowchart illustrating an arc detection method according to the present invention.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **** Description of symbols for the main parts of the drawing **

11: 전압 검출부 12: 전류 검출부11: voltage detector 12: current detector

20: A/D 변환부 30: 신호처리부20: A / D conversion unit 30: signal processing unit

31: 메모리 41: 표시부31: memory 41: display unit

42: 송신부 43: 경보부42: transmitter 43: alarm

본 발명은 전기 화재 예방장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 선로상의 전류와 전압 신호를 계측하여 단락, 누전, 아크 및 트래킹을 검출하여 전기 화재를 예방할 수 있는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an electric fire prevention device, and more particularly, to a device capable of preventing an electric fire by measuring a current and a voltage signal on a line to detect a short circuit, a short circuit, an arc, and tracking.

화재는 담배, 방화, 불장난, 불티 등으로 발생하는 경우도 있지만 가장 큰 원인은 전기에 의한 것으로서 특히 호텔이나 백화점과 같이 사람이 많이 모여 있는 장소에서 전기로 인한 화재가 발생할 경우 막대한 재산적 손해와 인명피해가 발생하게 되므로 전기에 의한 화재 방지의 중요성은 아무리 강조해도 부족함이 없다. 이러한 전기화재의 주요 원인은 크게 주로 합선이나 과부하로 인한 과전류와 절연불량에 의한 배선의 누전 및 트래킹, 접촉 불량에 의한 아크 등으로 분류된다. 이 중 과전류 및 누전은 과전류 및 누전 차단기의 설치로 예방할 수 있지만 트래킹 및 아크에 의한 화재를 막을 수 있는 장치는 아직까지 실용화 되어 있지 않다. 일반적으로 옥내 배선의 피복재 손상부가 습기 및 오손되어 전선 피복이 자연열화 하거나, 주위의 영향을 받아 전선 상호간 또는 전선과 대지 사이에 전선 피복재를 통하여 누설전류가 흐른다. 전선 피복재를 통해서 도체 상호간에 누설전류가 흐르면 도체 사이의 절연층이 미소방전에 의하여 탄화되어 탄화도전로가 형성되고, 이 탄화도전로를 따라서 누설전류가 점차 증가하여 드디어는 도체 사이에 트래킹(tracking) 파괴와 함께 전선피복재가 착화하게 된다.Fires can be caused by cigarettes, arson, fire, or fire, but the biggest cause is electricity, especially when there is a fire caused by electricity in crowded places such as hotels or department stores. Since damage is caused, the importance of preventing fire by electricity cannot be emphasized enough. The main causes of such electric fires are mainly classified into short circuits and short circuits caused by short circuits and overloads and poor insulation and poor wiring, and arcs due to poor contact. Among them, overcurrent and leakage can be prevented by installing overcurrent and leakage circuit breaker, but devices that can prevent fire by tracking and arc have not been put to practical use. In general, the damage to the coating material of the indoor wiring is moist and dirty, and the wire coating is deteriorated naturally, or the leakage current flows through the wire coating material between the wires or between the wires and the ground under the influence of the surroundings. When leakage current flows between the conductors through the wire covering material, the insulating layer between the conductors is carbonized by microdischarge to form a carbonized conductive path, and the leakage current gradually increases along the carbonized conductive path, finally tracking between the conductors. ) With destruction, the wire covering material is ignited.

그런데 트래킹 파괴에 의하여 착화하는 전류의 크기는 수십 밀리암페어(mA)에서 수 암페어(A)에 불과한 반면 배선용 차단기의 정격전류는 20 암페어(A) 이상 이므로 트래킹에 의한 발화전류는 검출할 수 없다는 문제점이 있다. 일반적으로 전류나 전압의 파형의 해석에는 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform, FFT)이 이용되지만, 시간 축에 있어서 파형의 구조적 변화를 분리 검출하는 것이 어려워 시간적으로 변화하는 트래킹 누전현상의 검출에는 부적절하여 이용할 수 없는 것이다. However, the magnitude of the current ignited by the tracking breakage is only several amperes (A) at several tens of milliamps (mA), whereas the rated current of the circuit breaker is 20 amperes (A) or more, so that the ignition current due to tracking cannot be detected. There is this. In general, fast Fourier transform (FFT) is used to analyze waveforms of current or voltage, but it is difficult to detect structural changes in waveforms on the time axis, which is inappropriate for detecting time-varying tracking leakage. It is not available.

본 발명의 목적은 전기 화재의 직접적인 원인이 되는 단락, 누전, 아크 및 트래킹을 사전에 선로상의 전류와 전압 신호를 계측하여 검출하고, 경보를 발생시켜 전기 화재를 예방할 수 있는 장치를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a device capable of preventing short circuits, short circuits, short circuits, arcs and tracking, which are direct causes of an electric fire, by measuring current and voltage signals on a line in advance and generating an alarm to prevent an electric fire.

본 발명의 다른 목적은 아크 및 트래킹이 발생하였을 때의 미세한 전류파형을 측정하여 웨이블릿 변환을 통해 아크 및 트래킹 유무를 판별하고, 파형 DB구축으로 시계열 분석에 의한 이상 유무를 분류 및 검출할 수 있는 장치를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to determine the presence of arc and tracking through the wavelet transform by measuring a fine current waveform when the arc and tracking occurs, and to classify and detect the presence or absence of abnormality by time series analysis by the waveform DB construction To provide.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전기 화재 예방장치는,Electric fire prevention device according to the present invention for achieving the above object,

전압 센서로부터 선로상의 전압 신호를 검출하는 전압 검출부;A voltage detector for detecting a voltage signal on a line from the voltage sensor;

전류 센서로부터 선로상의 전류 신호를 검출하는 전류 검출부;A current detector for detecting a current signal on a line from the current sensor;

상기 디지털 변환된 신호로부터 실효값, 지연시간, 고조파, 숄더값 중 어느 하나 이상을 연산하여, 전류의 실효값의 기울기를 기준값과 비교하여 단락 여부를 판단하는 기능, 누설전류를 기준값과 비교하여 누전 여부를 판단하는 기능, 누전 상태에서 고조파 증가율을 기준값과 비교하여 트래킹 발생 여부를 판단하는 기능, 전류의 실효값, 숄더의 폭, 지연시간, 고조파 증가율을 각각의 기준값과 비교하여 아크 발생 여부를 판단하는 기능 중 어느 하나 이상의 기능을 수행하는 신호처리부; Calculates one or more of an effective value, a delay time, a harmonic, and a shoulder value from the digitally converted signal, and compares the slope of the effective value of the current with a reference value to determine whether a short circuit occurs; Determination of whether or not tracking occurs by comparing the harmonic growth rate with the reference value in the short-circuit state, and determining the arc occurrence by comparing the effective value of the current, the width of the shoulder, the delay time, and the harmonic growth rate with each reference value. A signal processor for performing any one or more of the following functions;

상기 신호처리부의 처리 결과를 표시하는 표시부;A display unit which displays a processing result of the signal processor;

상기 신호처리부의 처리 결과를 원격 전송하는 송신부; 및 A transmitter for remotely transmitting the processing result of the signal processor; And

단락, 누전, 트래킹, 아크 중 하나 이상 발생시 경보를 발하는 경보부; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.An alarm unit that generates an alarm when one or more of short circuit, short circuit, tracking, and arc occur; Characterized in that comprises a.

여기서, 상기 트래킹 및 아크 발생 여부 판단시 고조파 증가율을 기준값과 비교함에 있어서는 도비치스 함수를 모함수로 하는 웨이블릿 변환을 통해 추출한 고주파 성분의 크기를 기준값과 비교하는 것이 바람직하다.Here, in comparing the harmonic increase rate with the reference value when determining whether the tracking and arcing are generated, it is preferable to compare the magnitude of the high frequency component extracted through the wavelet transform using the Dobitice function as the reference value.

이하 첨부한 도면을 참조하면서 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 화재 예방장치의 구성 및 동작을 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described the configuration and operation of the electric fire prevention device according to an embodiment of the present invention.

도 1은 본 발명에 따른 전기 화재 예방장치의 시스템 블록도이다.1 is a system block diagram of an electric fire prevention apparatus according to the present invention.

장치가 동작을 시작하면 각 구성요소들의 기능이 설정되고 버퍼가 초기화 되어 센서를 통해 실시간으로 계측되는 전압 및 전류 신호를 받아들인다. When the device starts to operate, each component's function is set, the buffer is initialized, and the sensor accepts voltage and current signals that are measured in real time.

전압 검출부(11)는 전압센서로부터 입력되는 전압의 변화를 감지하여 선로의 이상 여부를 판단하기 위한 전압 입력회로이다.The voltage detector 11 is a voltage input circuit for determining whether a line is abnormal by detecting a change in voltage input from a voltage sensor.

전류 검출부(12)는 전류센서로부터 입력되는 전류 파형을 분석하여 선로의 이상 여부를 판단하기 위한 전류 입력회로이다.The current detector 12 is a current input circuit for determining whether a line is abnormal by analyzing a current waveform input from a current sensor.

전압 검출부(11)와 전류 검출부(12)는 센서가 감지한 전압/전류 신호를 증폭하는 전압/전류 증폭기와 입력되는 전압/전류 신호를 A/D 변환부(20)의 정격에 맞는 신호로 변환, 조정해 주는 바이어스 회로로 구성된다.The voltage detector 11 and the current detector 12 convert a voltage / current amplifier that amplifies the voltage / current signal detected by the sensor and an input voltage / current signal into a signal corresponding to the rating of the A / D converter 20. It consists of a bias circuit that adjusts.

필터부(미도시)는 상기 전압 및 전류신호에서 잡음신호를 제거한다.A filter unit (not shown) removes a noise signal from the voltage and current signals.

A/D 변환부(20)는 상기 검출된 아날로그 전압신호와 전류신호를 디지털 신호로 변환하여 신호처리부(30)로 전달한다.The A / D converter 20 converts the detected analog voltage signal and current signal into a digital signal and transmits the converted digital signal to the signal processor 30.

신호처리부(30)는 디지털 신호로 변환된 전압, 전류 파형의 입력값 및 주파수를 연산한 후 각각의 기준 설정값과 비교하여 누전, 단락, 아크 및 트래킹 발생 여부를 판단한다. 메모리(31)는 RAM, FLASH 등으로 구성되며 상기 설정값 및 연산, 비교를 위한 프로그램을 저장한다.The signal processor 30 calculates an input value and a frequency of a voltage and current waveform converted into a digital signal, and compares the result with a reference set value to determine whether a short circuit, a short circuit, an arc, and a tracking occurs. The memory 31 is composed of RAM, FLASH, and the like and stores the set value, a program for calculation and comparison.

신호처리부의 처리 결과는 LCD와 같은 표시부(41)에 표시되거나 통신포트로 구성된 송신부(42)를 통해 원격으로 전송된다. 선로 관리자는 키 조작을 통하여 표시부에 표시되는 정보를 선택적으로 검색할 수 있으며, 송신부를 통하여 전송되는 데이터를 컴퓨터로 수신하여 선로 상태를 원격으로 감시할 수도 있다.The processing result of the signal processing unit is displayed on the display unit 41 such as an LCD or transmitted remotely through the transmission unit 42 configured as a communication port. The line manager may selectively search for information displayed on the display unit through key manipulation, and may remotely monitor the line state by receiving data transmitted through the transmitter to a computer.

한편, 누전, 단락, 아크 또는 트래킹 발생으로 인하여 선로 이상을 감지한 경우에는 정보 릴레이 접점 출력으로 램프나 부저 등으로 구성되는 경보부(43)를 동작시켜서 선로 관리자가 용이하게 이상이 발생하였음을 알 수 있도록 한다.On the other hand, when a line abnormality is detected due to a short circuit, a short circuit, an arc, or a tracking occurrence, the line manager can easily recognize that the abnormality has occurred by operating an alarm unit 43 composed of a lamp or a buzzer as an information relay contact output. Make sure

도 2는 본 발명에 따른 전기 화재 예방장치의 선로 이상 감지 방법을 나타내는 흐름도이다. 2 is a flow chart showing a line abnormality detection method of the electric fire prevention apparatus according to the present invention.

신호처리부(30)는 디지털 신호로 변환된 데이터로부터 실효값, 지속시간, 지 연시간, 고조파, 숄더(shoulder) 크기 등을 구한 후 다음과 같은 방법으로 선로 이상 여부를 판단한다. 여기서 숄더라 함은 사람의 어깨 형상과 비슷한 모양을 가지는 파형으로서 아크 발생시에 나타나는 고유 파형의 형태를 말한다.The signal processor 30 obtains an effective value, a duration, a delay time, a harmonic, a shoulder size, and the like from the data converted into a digital signal, and then determines whether the line is abnormal in the following manner. Here, the shoulder is a waveform having a shape similar to the shape of a human shoulder, and refers to a form of an intrinsic waveform that appears when an arc is generated.

단락의 경우 짧은 지속시간에 수십 내지 수백 암페어의 전류가 흐르게 되므로 샘플링 시간 내에 전류의 기울기를 추적한 후 설정값 S1 및 S2와 비교하여 단락여부를 판단한다. In the case of a short circuit, a current of tens to hundreds of amperes flows in a short duration, and then the slope of the current is tracked within the sampling time, and then the short circuit is determined by comparing with the set values S1 and S2.

누전이 될 때는 수 밀리암페어 이하의 누설전류(Io)가 발생됨으로 이를 설정값 S5와 비교하여 누전여부를 판단한다. When a short circuit occurs, a leakage current (Io) of several milliamperes or less is generated, and it is compared with the set value S5 to determine whether there is a short circuit.

상기 누전으로 판단시에 고조파의 증가가 동시에 발생되면 트래킹으로 판단한다.If the increase in harmonics occurs at the same time when determining that the leakage current is determined by tracking.

아크는 전류의 실효값, 숄더의 폭, 지연시간 등을 입력 파라미터로 하여, 전류의 실효값이 작아지거나 숄더의 폭 및 지연시간이 설정값보다 크거나 샘플링 주기 내에 고조파가 증가하면 아크로 판단한다. 그리고 고조파 및 숄더 폭을 연산하여 아크의 방향을 검출하고 아크의 기준을 설정한다.The arc is an input parameter using the effective value of the current, the width of the shoulder, the delay time, etc., and the arc is determined when the effective value of the current decreases, the width and the delay time of the shoulder are larger than the set value, or the harmonics increase within the sampling period. The harmonics and shoulder widths are calculated to detect the direction of the arc and set the arc reference.

트래킹 및 아크 판단시 고조파 증가를 판단하기 위하여 본 발명에서는 웨이블릿 변환(Wavelet Transform)을 통한 알고리즘을 사용한다. 즉, 트래킹과 아크 신호는 미세한 신호 성분을 갖기 때문에 실효값으로 그 발생 여부를 판단할 수 없으므로 주파수와 시간성분의 특징요소를 갖는 웨이블릿 변환을 이용한 분석 알고리즘에 의해 데이터를 처리하도록 한다. 웨이블릿 변환은 전류 파형을 시간 축과 주파수 축에서 분석하여 파형의 시계열적인 분포를 해석할 수 있기 때문에 미약한 트래 킹 누전 상태도 파악할 수 있다.In order to determine the harmonic increase in tracking and arc determination, the present invention uses an algorithm through a wavelet transform. That is, since the tracking and arc signals have fine signal components, it is impossible to determine whether they are generated by effective values, and the data are processed by an analysis algorithm using wavelet transform having characteristic elements of frequency and time components. The wavelet transform can also analyze current waveforms on the time and frequency axes to interpret the time series distribution of the waveforms, thus identifying weak tracking leakage.

이산 웨이블릿 변환을 이용하여 아크 및 트래킹신호를 분석하기 위해서는 모함수의 선택과 다중 분해의 단계를 결정해야 한다. 본 실시예에서는 아크 및 트래킹의 전류신호로부터 특징추출 및 고조파성분 제거 능력을 감안하여 도비치스(Daubechies)를 모함수로 선택한다. 또한 분해 단계는 원신호의 샘플링 주파수(Fs)에 따라 영향을 받는데, 본 실시예에서는 도 3과 같이 고역 필터 성분으로 나누기 위해 필터 뱅크를 사용하여, 3단계의 주파수 대역(Fs/2, Fs/4, Fs/8) 으로 나누어 처리하도록 한다. 즉, 이산 웨이블릿 변환을 이용하여 이상신호를 저역통과 필터(L)를 통과한 신호(A1, A2, A3)와 고역통과필터(H)를 통과한 신호(D1, D2, D3)로 나눈다. 저역통과 필터(L)를 통과한 신호는 하이 스케일(High-scale)로 저주파 성분이며 아크신호의 고유한 특성으로 크기와 해상도를 변화시킬 때 각 조건에서의 파형의 변화된 상태만을 나타낸다. 한편 고역통과필터(H)를 통과한 신호는 로우 스케일(low-scale)로 고주파 성분이고 이상신호의 미세한 특성을 나타내며 신호분석에 있어서 중요한 정보를 제공한다.In order to analyze the arc and tracking signals using discrete wavelet transforms, the choice of mother function and the stage of multiple decomposition must be determined. In the present embodiment, Dobechies is selected as a mother function in consideration of the ability to extract features and remove harmonic components from current signals of arc and tracking. In addition, the decomposition step is influenced by the sampling frequency (Fs) of the original signal. In this embodiment, the filter bank is used to divide the high frequency filter component into three frequency bands (Fs / 2, Fs / 4, Fs / 8). That is, the discrete signal is divided into signals A1, A2 and A3 passing through the low pass filter L and signals D1, D2 and D3 passing through the high pass filter H using discrete wavelet transform. The signal passing through the low pass filter (L) is a high-frequency low-frequency component, and the unique characteristics of the arc signal show only the changed state of the waveform under each condition when changing the size and resolution. On the other hand, the signal passing through the high pass filter (H) is a low-scale (low-scale) high-frequency components, and represents the fine characteristics of the abnormal signal and provides important information in signal analysis.

분해된 아크신호를 원래의 신호로 재구성하는 웨이블릿 역변환은 도 4와 같이 고역통과 필터(H)와 저역통과 필터(L)의 미러 필터(mirror filter)인 H'과 L'에 분해된 신호를 통과시켜 수행한다.The wavelet inverse transform reconstructing the decomposed arc signal into the original signal passes through the decomposed signal at H 'and L', which are mirror filters of the high pass filter H and the low pass filter L, as shown in FIG. To do it.

본 실시예에서 모함수는 이산 웨이블릿 분석이 가능한 도비치스 중에서 절점을 5개 가진 db 5로 선정하며, 샘플링 주파수는 256 sample/cycle 로 선정한다. 3단계 분해를 통해 저주파 영역인 D1, D2, D3성분과 고주파 영역인 A3성분을 추출한 다. 계측되는 각 상의 전류가 기준 이상으로 증가하면 웨이블릿 변환을 통해 추출한 D1의 고주파 성분의 크기를 비교한다.In the present embodiment, the mother function is selected as db 5 having five nodes among the dobiches capable of discrete wavelet analysis, and the sampling frequency is selected as 256 sample / cycle. The three-step decomposition extracts the low-frequency regions D1, D2 and D3 and the high-frequency region A3. When the current of each phase to be measured increases beyond the reference, the magnitude of the high frequency components of D1 extracted through the wavelet transform is compared.

도 5는 본 발명에 따른 트래킹 검출 방법을 나타내는 흐름도이다.5 is a flowchart illustrating a tracking detection method according to the present invention.

전류 센서로부터 입력된 전류는 파형 필터링 후 이산 웨이블릿 변환(Discrete Wavelet Transform)된다. 이산 웨이블릿 변환은 스케일링 함수를 적용하여 웨이블릿 변환식을 적용하며, 웨이블릿 함수를 이용하여 입력신호의 저주파성분과 고주파성분을 찾아내어 실시간으로 전류 파형의 특징을 추출한다. 트래킹에 의한 특징을 나타내는 자료로서 웨이블릿 계수(Wavelet Coefficient), 평균값(Average Value), 분산값(Dispersion), 왜곡값(Skewness) 등이 연산될 수 있다. 트랙킹 누전원인에 대한 각 고유 파형을 분석하여 이를 사전에 유형화 시켜 구축된 트래킹 DB를 기초로 추출된 파형을 분석하여 트래킹 발생 원인을 진단한다. 아울러 향후 현장에서 입력될 트래킹 파형 분석을 위해 트래킹 DB에 저장된다.The current input from the current sensor is discrete wavelet transform after waveform filtering. The discrete wavelet transform applies a wavelet transform equation by applying a scaling function, and extracts the characteristics of the current waveform in real time by finding the low frequency component and the high frequency component of the input signal using the wavelet function. Wavelet coefficients, average values, dispersion values, skewness, and the like may be calculated as data representing characteristics by tracking. Analyze each unique waveform for tracking leakage power source and type it in advance, and analyze the extracted waveform on the basis of the built-in tracking DB to diagnose the cause of tracking occurrence. In addition, it is stored in the tracking DB for tracking waveform analysis to be input in the field in the future.

도 6은 본 발명에 따른 아크 검출 방법을 나타내는 흐름도로서, 아크 고장 전류의 크기와 웨이블릿 변환을 통해 추출한 각 상의 D1 성분의 크기를 비교함으로써 고장을 검출하는 것을 보여준다.FIG. 6 is a flowchart illustrating an arc detection method according to the present invention, and shows a fault detection by comparing the magnitude of the arc fault current with the magnitude of the D1 component of each phase extracted through wavelet transform.

아크가 발생할 경우 다음 세 가지 경우의 특성을 보이는데, 이러한 점을 이용하여 아크전류를 분류하고 파형을 분석한다.When an arc occurs, the following three characteristics are shown. Using this point, the arc current is classified and the waveform is analyzed.

1)아크가 발생할 때 특정대역 사이 주파수성분이 정상의 경우보다 수배 이상 증가한다.1) When arc occurs, frequency component between specific bands is increased by several times more than normal case.

2)지속적으로 아크가 발생할 때 전류 실효값보다 작은 값을 형성한다.2) When the arc continuously occurs, it forms a value smaller than the current effective value.

3)지속적인 방전으로 영점 부근의 숄더(Shoulder) 현상이 발생한다.3) Shoulder discharge occurs near zero point due to continuous discharge.

D1성분은 아크 신호에 대해 반응이 민감하므로 보다 신속한 고장검출이 가능해진다.The D1 component is sensitive to the arc signal, enabling faster fault detection.

수학식 1과 같이 한 주기 D1 성분의 절대값의 합이 설정값을 초과하면 이벤트 상태(아크 발생)로 판별한다. 여기서 설정값인 k는 임의로 조정가능하다.As shown in Equation 1, if the sum of the absolute values of one period D1 component exceeds the set value, it is determined as an event state (arc generation). The set value k is arbitrarily adjustable here.

Figure 112007030794914-pat00001
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이벤트 상태가 될 때 수학식 2와 같이 각 상의 D1성분의 크기를 비교하여, RST 상중에서 한 상의 크기가 다른 두 상의 크기보다 크게 되면 이상(abnormal) 상태로 판별하도록 한다. 여기서 설정 값 k는 5로 선정하였다. 단, 일시적인 부하변동이나 개폐스위치의 동작 등으로 인한 오작동을 최소화하기 위하여 설정 값보다 높을 때, 32 샘플이 유지되면 최종적으로 고장을 판별한다.When the event state, as shown in Equation 2, the size of the D1 component of each phase is compared, and if the size of one phase in the RST phase is larger than the size of the other two phases to determine the abnormal (abnormal) state. The set value k was chosen here. However, in order to minimize the malfunction due to temporary load fluctuation or operation of open / close switch, when the sample is higher than the set value, 32 samples are maintained.

Figure 112007030794914-pat00002
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또한, 계측된 전류 파형을 누적시켜 모니터링하면 신호가 누적되어 형성된 패턴을 분석할 수 있다. 이러한 누적 패턴을 분석함으로써 현재 아크의 발생 유무와 발생 빈도, 발생된 아크의 크기 등을 파악할 수 있다. 특정 위상의 모양을 분석 하여 아크발생 유무뿐 아니라 발생 빈도와 발생된 아크의 크기를 알아내어 현재의 상태를 좀 더 정밀하게 진단하면 더 확실한 해결책을 제시할 수 있다.In addition, when the measured current waveform is accumulated and monitored, a pattern formed by accumulating signals may be analyzed. By analyzing the cumulative pattern, it is possible to determine whether the current arc is generated, the frequency of occurrence, and the size of the generated arc. By analyzing the shape of a particular phase, it is possible to provide a more reliable solution by determining the occurrence frequency and the size of the generated arc as well as the presence of the arc.

본 발명에 따른 전기 화재 예방장치는 선로상의 전류와 전압 신호를 계측, 검출하여 전기 화재의 직접적인 원인이 되는 누전과 아크 및 트래킹 발생 여부를 사전에 파악하여 화재 위험에 효율적으로 대처하게 할 수 있도록 한다.Electric fire prevention device according to the present invention by measuring and detecting the current and voltage signal on the line to determine in advance whether the leakage, arc and tracking that directly causes the electric fire to be able to effectively deal with the fire risk .

또한 아크 및 트래킹 검출에 있어 주파수 스펙트럼 성분을 이산 웨이블릿 변환하는 검출 방법을 사용함으로써 다양한 형태의 고조파가 함유된 파형으로부터 정확하고 신속하게 그 특징을 추출하고 이상 여부를 판단할 수 있도록 한다.In addition, the detection method of discrete wavelet transform of frequency spectral components in arc and tracking detection enables accurate and rapid extraction of features and determination of abnormalities from waveforms containing various types of harmonics.

Claims (5)

전압 센서로부터 선로상의 전압 신호를 검출하는 전압 검출부;A voltage detector for detecting a voltage signal on a line from the voltage sensor; 전류 센서로부터 선로상의 전류 신호를 검출하는 전류 검출부;A current detector for detecting a current signal on a line from the current sensor; 상기 검출된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환시키는 A/D 변환부;An A / D converter converting the detected analog signal into a digital signal; 상기 디지털 변환된 신호로부터 실효값, 지연시간, 고조파, 숄더값 중 어느 하나 이상을 연산하여, 전류의 실효값의 기울기를 기준값과 비교하여 단락 여부를 판단하는 기능, 누설전류를 기준값과 비교하여 누전 여부를 판단하는 기능, 누전 상태에서 고조파 증가율을 기준값과 비교하여 트래킹 발생 여부를 판단하는 기능, 전류의 실효값, 숄더의 폭, 지연시간, 고조파 증가율을 각각의 기준값과 비교하여 아크 발생 여부를 판단하는 기능 중 어느 하나 이상의 기능을 수행하는 신호처리부; 및Calculates one or more of an effective value, a delay time, a harmonic, and a shoulder value from the digitally converted signal, and compares the slope of the effective value of the current with a reference value to determine whether a short circuit occurs; Determination of whether or not tracking occurs by comparing the harmonic growth rate with the reference value in the short-circuit state, and determining the arc occurrence by comparing the effective value of the current, the width of the shoulder, the delay time, and the harmonic growth rate with each reference value. A signal processor for performing any one or more of the following functions; And 상기 신호처리부의 처리 결과를 표시하는 표시부를 포함하여 구성되며,It comprises a display unit for displaying the processing result of the signal processing unit, 상기 트래킹 및 아크 발생 여부 판단시 고조파 증가율을 기준값과 비교함에 있어서는 웨이블릿 변환을 통해 추출한 고주파 성분의 크기를 기준값과 비교하는 것을 특징으로 하는, 전기 화재 예방장치.In comparing the harmonic increase rate with the reference value when determining whether the tracking and arcing occurs, the magnitude of the high frequency component extracted through the wavelet transform is compared with the reference value. 삭제delete 제 1 항에 있어서, 도비치스 함수를 웨이블릿 변환의 모함수로 하는 것을 특징으로 하는, 전기 화재 예방장치.The electric fire prevention apparatus according to claim 1, wherein the dobitice function is a mother function of wavelet transform. 제 1 항에 있어서, 상기 신호처리부의 처리 결과를 원격 전송하는 송신부를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는, 전기 화재 예방장치.The electric fire prevention apparatus according to claim 1, further comprising a transmission unit for remotely transmitting the processing result of the signal processing unit. 제 1 항에 있어서, 단락, 누전, 트래킹, 아크 중 하나 이상 발생시 경보를 발하는 경보부를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는, 전기 화재 예방장치.The electric fire prevention apparatus according to claim 1, further comprising an alarm unit for generating an alarm when at least one of short circuit, short circuit, tracking, and arc occurs.
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