KR101406291B1 - 디지털 아크 플래시 릴레이를 탑재한 수배전 설비의 전원차단장치 및 그 차단방법 - Google Patents

디지털 아크 플래시 릴레이를 탑재한 수배전 설비의 전원차단장치 및 그 차단방법 Download PDF

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Abstract

아크 플래시를 감지하여 전기 공급을 선택적으로 차단하는 디지털 아크 플래시 릴레이를 탑재한 수배전 설비의 전원차단장치 및 그 차단방법에 관한 것으로, 수배전 설비의 전기 소자들에 유입되는 전력을 선택적으로 차단하기 위한 차단기, 상기 차단기의 트립 코일을 구동하기 위한 트립 코일 구동 유닛, 상기 수배전 설비 내부의 아크 플래시 광의 조도정보, 사고전류정보, 인체접근 거리정보 중 적어도 하나의 환경정보를 검출하는 감지 수단, 상기 감지 수단으로부터 검출된 환경정보에 기초하여 상기 수배전 설비 내부의 아크 플래시 사고 상태 정보를 추론하는 진단하는 진단 수단 및 상기 진단 수단으로부터 진단된 상기 수배전 설비 내의 아크 플래시 사고 상태 정보에 따라 상기 트립 코일 구동 유닛을 제어하여 상기 차단기의 트립 코일을 구동시키는 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

디지털 아크 플래시 릴레이를 탑재한 수배전 설비의 전원차단장치 및 그 차단방법{Power cutoff apparatus and method with function of controlling approch distance in accordance with arc flash energy}
본 발명은 고압 및 저압의 전기를 수전 및 변전하는 고ㆍ저압배전반, 전동기제어반 및 분전반 장치(이하, "수배전 설비"라 한다)의 전원차단장치 및 그 차단방법에 관한 것으로, 특히 아크 플래시를 감지하여 전기 공급을 선택적으로 차단하는 디지털 아크 플래시 릴레이를 탑재한 수배전 설비의 전원차단장치 및 그 차단방법에 관한 것이다.
일반적으로 공장, 학교, 건물 등의 여러 분야의 작업장에서, 전력을 사용하여 소정의 작업을 행하는 장비는 전원을 공급하는 본체, 이 본체로부터 전원을 공급받아 실제 작업을 수행하는 작업기 및 본체로부터 작업기까지 전력을 전송하는 케이블로 이루어져 있다.
대부분의 작업장에서 본체와 작업기는 인접해 있기보다는 비교적 원거리로 격리되어 있다. 또한, 여러 분야의 작업장의 소비 전력의 상태를 감지하는 중앙 통제소가 있으며, 이 중앙 통제소는 작업장에 과부하로 인한 화재 발생 위험을 감시하고, 이 감시 결과를 작업장이 상주해 있는 작업자에게 알려주며, 작업자는 이에 대한 조치를 취하여 화재 발생을 막을 수 있다.
이와 같이, 전력의 감시를 위하여 모든 작업장에서는 중앙 통제소의 감시 결과를 통제받는 작업자가 항상 대기하고 있어야 하므로, 이는 인건비 상승의 원인이 되고, 또한 작업자가 적절한 제어 동작을 취하지 않은 경우 전력 손실은 물론 엄청한 재해가 종종 발생할 수도 있는 위험성이 항상 내재해 있었다.
상기 수배전 설비는 각종 단자나, 부스바(bus-bar) 등을 포함하며, 사용하는 과정에서 인체의 감전 및 화재에 대한 안전성을 고려하여 외부와의 직접적인 접촉제한 및 내부 점검이나 유지보수를 위한 개폐형 배전함 도어가 장착된 절연 함체와 수배전반 몸체와 연속적이며 균일한 공급전압에 대한 신뢰성을 감안하여 함체 내부에 차단기나 피뢰기와 같은 각종 보호장비의 설치가 필수적인 설비요건이 되고 있다
상술한 바와 같은 수배전반, 분전반, 전동기 제어반 등은 화재 및/또는 정전 사고의 발생을 방지하기 위하여, 상기 수배전 설비에 대하여 안전점검 또는 유지 보수가 수시로 실시될 수밖에 없다.
이러한 안전 점검 및 유지 보수는 관리자 또는 작업자가 수배전 설비로부터 일정거리 이내로 접근하게 한다. 게다가, 상기 안전 점검 및 유지 보수는 작업자 또는 관리자가 활선 상태의 수배전 설비에 접근하게 한다. 그런 만큼, 작업자 또는 관리자가 감전되는 것과 같이 안전사고가 빈번하게 발생할 수밖에 없다.
이러한 안전사고의 발생을 방지하기 위한 방안으로서, 아크 플래시 감지를 통한 전력 차단 기능을 가지는 수배전 설비가 하기 특허문헌 1에 개시되었다. 상기 특허문헌 1에 따른 수배전 설비는 접근 센서를 통해 작업자의 접근 거리를 감지하고, 아크센서를 통해 아크를 감지하고, 전류 센서들을 통해 부하의 사용 전류량을 측정하고, 이들 감지 및 측정된 자원과 분전반 내의 공간 등을 고려하여 아크 플래시 사고 에너지 레벨을 산출하고, 산출된 아크 플래시 사고 에너지 레벨에 따라 차단기의 트립 코일에 제어 신호를 선택적으로 인가하여 전력의 공급/차단 여부를 제어할 수 있다.
일 예로, 아크 센서에 의해 아크가 감지되지 않고 또한 접근센서에 의해서도 작업자의 접근이 감지되지 않을 수 있다. 이 경우, 상기 수배전 설비는 당연히 정상동작 수행할 수 있다. 이와는 달리, 아크 플래시 감지 센서에 의해 아크의 감지는 없으나 작업자의 접근이 접근 센서에 의하여 감지되는 경우에는, 수배전 설비의 고장전류 및/또는 단락전류 등과 같은 수배전 설비의 특성과 감지된 작업자의 접근 거리에 근거하여 사고 에너지 레벨이 결정될 수 있고 그 사고 에너지 레벨에 따라 차단기의 트립코일에 인가되는 전류를 조절하여 트립 코일에 의해 차단기가 차단될 수 있다. 이와 더불어, 작업자의 접근 거리에 따른 경중의 접근 경보가 표시장치를 통해 표시 경고될 수 있다. 그런 만큼, 작업자는 경고를 보고 퇴장할 수 있고, 차단기도 동작되지 않을 수 있다. 그에 따라, 인명 및 정전의 피해가 최소화될 수 있다.
한편, 상기 수배전 설비는 그 특성상 어떠한 부하에도 정전없이 전력을 안정적으로 공급하여야 한다. 또한, 상기 수배전 설비는 그 주변에서 운용되는 용접기 또는 금속등을 용융하는 전기로와 같은 아크를 이용하는 장비에도 지속적으로 전력을 공급할 수 있다. 이러한 아크 이용 장비에서 발생되는 아크 플래시는 상기 수배전 설비 내에서 발생될 수 있는 아크 플래시와 동일 또는 유사한 파장을 가질 수 있다. 그런 만큼, 상기 수배전 설비 내의 아크 센서는 정상적인 발생 요인에 따른 정상적인 아크 플래시(즉, 외부의 아크 플래시)를 사고 또는 절연 열화 등에 의해 수배전 설비의 내부에서 발생하는 아크 플래시로 감지할 수 있다. 그로 인하여, 상기 특허문헌 1에 따른 수배전 설비는 차단기를 불필요하게 구동시키거나 위험 경보를 불필요하게 발령할 수 있다. 이러한 불필요한 정전은 수배전 설비의 유지 관리에 혼선을 야기할 수 있을 뿐만 아니라 부하의 정상적인 운용을 어렵게 만들 수도 있다.
상기 특허문헌 1에 따른 수배전 설비에서의 문제점을 해결하기 한 예로서, 아크 플래시의 발생 위치를 정확하게 감지할 수 있는 아크 플래시 센서를 구비한 수배전 설비가 하기 특허문헌 2에 개시되었다. 상기 특허문헌 2에 따른 수배전 설비는 상기 아크 플래시 센서가 광파이버 및 형광필터를 포함하게 구성되게 하여 센서로 유입될 수 있는 불필요한 자외선이 차단된다. 다시 말하여, 상기 수배전 설비는 내부의 아크 발생 가능 영역으로부터 아크 플래시만이 상기 아크 플래시 센서에 의해 감지될 수 있게 하였다. 이를 통하여, 상기 특허문헌 2에 따른 수배전 설비는 유지 보수 작업의 편의성을 도모하려 하였다.
한국등록특허 제10-1194708호 (2012년 10월 19일) 한국등록특허 제10-1197021호 (2012년 10월 29일)
그러나, 상술한 바와 같은 종래의 기술에서 광파이버 및 형광필터가 아크 플래시 센서에 장착되더라도 광의 특성상 센서로 유입될 수 있는 외부광을 완전히 차단하는 것은 극히 어려울 수밖에 없다. 그럼에도 불구하고, 외부광의 완벽한 차단을 위해 부가 장치가 수배전 설비에 추가로 설치될 수는 있으나, 이는 수배전 설비 내의 소자들 간의 거리를 감소시켜 수배전 설비의 절연특성을 저해할 수 있음은 물론 수배전 설비의 부피를 증가시킬 수 있다는 문제가 있었다.
또한, 상기 특허문헌 1 및 2에 따른 수배전 설비는 옥내외를 포함한 다양한 작업 환경에 설치될 수 있다. 그런 만큼, 수배전 설비의 주위의 조도가 설치 장소 및 시간에 따라 달라질 수밖에 없다. 이렇게 변하는 수배전 설비의 주변 조도는, 통상 300nm~1500nm의 파장 및 대략 9000lux의 밝기를 가지는 아크 플래시의 발생 여부의 감지에는 영향을 줄 수는 없으나, 센서에 의해 감지되는 아크 플래시의 강도(세기)는 영향을 끼칠 수 있다. 그로 인하여, 상기 특허문헌 1 및 2에 따른 수배전 설비들은 아크 플래시의 강도(세기)를 정확하게 검출할 수 없어 불필요하게 차단기를 구동시키거나 위험 경보를 발령할 수 있다. 이러한 불필요한 정전은 수배전 설비의 유지 관리에 혼선을 야기할 수 있을 뿐만 아니라 부하의 정상적인 운용도 어렵게 할 수도 있다.
본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 수전반, 배전반, 전동기 제어반, 고압반, 저압반, 분전반을 내부에 포함하는 수배전 설비의 아크 플래시를 정확하게 감지하여 전력의 공급 및 차단을 정확하게 실행하는 디지털 아크 플래시 릴레이를 탑재한 수배전 설비의 전원차단장치 및 그 차단방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 수배전 설비의 불필요한 정전을 최소화하기에 적합한 디지털 아크 플래시 릴레이를 탑재한 수배전 설비의 전원차단장치 및 그 차단방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 디지털 아크 플래시 릴레이를 탑재한 수배전 설비의 전원차단장치는 디지털 아크 플래시 릴레이를 탑재하고, 수전반, 배전반, 전동기 제어반, 고압반, 저압반, 분전반을 내부에 포함하는 수배전 설비의 아크 플래시 수배전 설비의 전원을 차단하는 장치로서, 상기 수배전 설비의 전기 소자들에 유입되는 전력을 선택적으로 차단하기 위한 차단기, 상기 차단기의 트립 코일을 구동하기 위한 트립 코일 구동 유닛, 상기 수배전 설비 내부의 아크 플래시 광의 조도정보, 사고전류정보, 인체접근 거리정보 중 적어도 하나의 환경정보를 검출하는 감지 수단, 상기 감지 수단으로부터 검출된 환경정보에 기초하여 상기 수배전 설비 내부의 아크 플래시 사고 상태 정보를 추론하는 진단하는 진단 수단 및 상기 진단 수단으로부터 진단된 상기 수배전 설비 내의 아크 플래시 사고 상태 정보에 따라 상기 트립 코일 구동 유닛을 제어하여 상기 차단기의 트립 코일을 구동시키는 제어수단을 포함하고, 상기 진단 수단은 상기 감지 수단으로부터 수신한 상기 수배전 설비 내부의 아크 플래시 광의 조도, 사고전류, 인체접근 거리에 기초하여 상기 수배전 설비 내부의 아크 플래시 광의 조도정보, 사고전류 정보, 인체접근 거리정보를 추출하는 특징 추출부, 상기 특징 추출부로부터 수신한 상기 아크 플래시 광의 조도정보, 사고전류 정보, 인체접근 거리정보에 기초하여 상기 수배전 설비 내부의 아크 플래시 사고 상태를 추론할 수 있는 결과값을 산출하는 추론부 및 상기 추론부의 결과값과 미리 설정된 기준을 비교하여 상기 수배전 설비 내부의 아크 플래시 사고 상태를 판단하는 판단부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 전원차단장치에 있어서, 상기 진단 수단으로부터의 상기 수배전 설비 내부의 아크 플래시 사고 상태 정보를 상기 수배전 시설의 외부에서 알 수 있도록 경고하는 경고수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 전원차단장치에 있어서, 상기 감지 수단은 상기 수배전 설비의 공간에서의 조도를 감지하여 그 감지된 조도를 아크 옵셋으로 공급하는 옵셋 감지 유닛, 상기 아크 옵셋을 적용하여 상기 수배전 설비에서 발생될 수 있는 아크 플래시를 감지하는 적어도 두 개의 포인트 광 감지 유닛, 상기 수배전 설비에 배치된 교류 전압 라인들을 통해 흐르는 상전류들을 감지하기 위한 전류 감지 모듈, 상기 수배전 설비의 도어의 개폐 상태를 감지하는 도어 감지 유닛, 상기 수배전 설비로의 접근자의 접근 거리를 감지하는 접근 거리 감지 유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 전원차단장치에 있어서, 상기 진단 수단은 상기 환경정보를 미리 설정된 주기 및 미리 설정된 개수로 검출하는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 전원차단장치에 있어서, 상기 추론부는 상기 특징 추출부로부터 수신된 상기 수배전 설비 내부의 아크 플래시 광의 조도정보, 사고전류 정보, 인체접근 거리정보 중 적어도 하나의 환경정보(특징점)를 FCM(Fuzzy C-means) 알고리즘을 이용하여, 상기 환경정보에 대한 소속행렬 및 클러스터 중심값을 결정하는 전반부모듈 및 다항식 형태의 수학식 모델로 표현되고, WLSE(Weighted Least Square Estimator)로 학습되어, 상기 다항식의 계수를 결정하고, 상기 전반부모듈에서 결정된 상기 환경정보에 대한 소속행렬 및 클러스터 중심값에 기초하여 상기 수배전 설비 내부의 아크 플래시 사고 상태를 추론할 수 있는 결과값을 FRBFNN(Fuzzy clustering based RBF Neural Network) 이용하여 산출하는 후반부모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 전원차단방법은 디지털 아크 플래시 릴레이를 탑재하고, 수전반, 배전반, 전동기 제어반, 고압반, 저압반, 분전반을 내부에 포함하는 수배전 설비의 아크 플래시 수배전 설비의 전원을 차단하는 방법으로서, (a) 상기 수배전 설비 내부의 아크 플래시 광의 조도, 사고전류, 인체접근 거리 중 적어도 하나에 기초하여 상기 수배전 설비 내부의 아크 플래시 광의 조도정보, 사고전류정보, 인체접근 거리정보를 추출하여 환경정보를 검출하는 단계, (b) 상기 검출된 환경정보에 기초하여 상기 수배전 설비 내부의 아크 플래시 사고 상태 정보를 산출하는 단계, (c) 상기 산출된 아크 플래시 사고 상태 정보에 기초하여 상기 수배전 설비 내부의 아크 플래시 사고 상태를 판단하는 단계 및 (d) 상기 단계 (c)에 의해 판단된 정보에 따라 수배전 설비의 차단기를 턴-오프하는 단계를 포함하고, 상기 단계 (b)는 (b1) 상기 수배전 설비 내부에 기초하여 상기 수배전 설비 내부의 아크 플래시 광의 조도정보, 사고전류정보, 인체접근 거리정보를 추출하는 단계, (b2) 상기 아크 플래시 광의 조도정보, 사고전류정보, 인체접근 거리정보를 추론할 수 있는 결과값을 산출하는 단계 및 (b3) 상기 결과값과 미리 설정된 기준을 비교하여 상기 수배전 설비 내부의 아크 플래시 사고 상태를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 전원차단방법에 있어서, (e) 상기 수배전 설비 내부의 아크 플래시 사고 상태를 상기 수배전 설비의 외부에서 알 수 있도록 경고하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 전원차단방법에 있어서,상기 단계 (a)는 상기 환경정보를 미리 설정된 주기 및 미리 설정된 개수로 검출하는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 전원차단방법에 있어서, 상기 단계 (b2)는 (b21) 상기 수배전 설비 내부의 아크 플래시 광의 조도정보, 사고전류 정보, 인체접근 거리정보 중 적어도 하나의 환경정보(특징점)를 FCM(Fuzzy C-means) 알고리즘을 이용하여, 상기 환경정보에 대한 소속행렬 및 클러스터 중심값을 결정하는 단계 및 (b22) 다항식 형태의 수학식 모델로 표현되고, WLSE(Weighted Least Square Estimator)로 학습되어, 상기 다항식의 계수를 결정하고, 상기 환경정보에 대한 소속행렬 및 클러스터 중심값에 기초하여 상기 수배전 설비 내부의 아크 플래시 사고 상태를 추론할 수 있는 결과값을 FRBFNN(Fuzzy clustering based RBF Neural Network) 이용하여 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 디지털 아크 플래시 릴레이를 탑재한 수배전 설비의 전원차단장치 및 그 차단방법에 의하면, 내부 조도에 따른 환경적 아크 성분 광량이 각 수납 공간 내에서 발생될 수 있는 아크 플래시 감지에 옵셋 보정량으로 사용하여 각 수납 공간에서 발생될 수 있는 아크 플래시가 주위의 조도와 무관하게 정확하게 감지하여 아크 플래시 발생에 대응하여 전력이 정확하게 차단될 수 있고 불필요한 정전이 방지되는 효과가 얻어진다.
또, 본 발명에 따른 디지털 아크 플래시 릴레이를 탑재한 수배전 설비의 전원차단장치 및 그 차단방법에 의하면, 각 수납 공간에서의 아크 플래시의 발생이 루프 아크 감지 신호와 포인트 아크 감지 신호에 근거하여 2회의 검사 과정을 통하여 결정되므로, 상기 아크 플래시의 발생을 정확하게 검출하여, 아크 플래시 발생에 대응하여 전력의 차단을 좀 더 정확하게 수행될 수 있으며, FRBFNN(Fuzzy clustering based RBF Neural Network) 이용하여 아크 플래시 사고 상태를 산출하여 수배전반 내부의 아크 플래시 사고 상태 정도를 정확히 산출할 수 있으며, 산출된 아크 플래시 사고 상태에 기초하여 수배전반 내부의 상태를 모니터링하므로, 접근자가 위험에 노출되는 것을 미연에 방지할 수 있다는 효과도 얻어진다.
또한, 본 발명에 따른 디지털 아크 플래시 릴레이를 탑재한 수배전 설비의 전원차단장치 및 그 차단방법에 의하면, 임계 트립 레벨과 감지된 아크 플래시의 크기의 비교를 통해 하드웨어적으로 전력의 차단이 개시된 후 소프트웨어적으로 상기 전력의 차단이 연속되므로, 긴급 상황의 발생 시에 전력의 차단이 신속하게 진행될 수 있어, 수배전 설비 내의 수배전 소자들의 손상을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수배전 설비의 전원을 차단하는 전원차단장치의 예시도,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 아크 플래시 감지를 통한 전원차단을 실행하는 수배전 설비를 도시하는 블록도,
도 3은 도 2에서의 원격 수신부에 포함되는 원격 수신 셀의 일 예를 도시하는 상세 회로도,
도 4는 도 2에서의 트립 레벨 설정부의 일 예를 도시하는 상세 회로도,
도 5는 도 2에서의 광 감지 모듈의 일 예를 도시하는 상세 블록도,
도 6은 도 5에서의 포인트 광 감지 유닛의 일 예를 도시하는 상세 회로도,
도 7은 도 5에서의 루프 광 감지 유닛의 일 예를 도시하는 상세 회로도,
도 8은 도 5에서의 옵셋 감지 유닛의 일 예를 도시하는 상세 회로도,
도 9는 도 2에서의 트립 코일 구동 유닛의 일 예를 도시하는 상세 회로도,
도 10은 도 2에서의 메인 MPU의 내부 구성의 일 예를 도시하는 핀 블록도,
도 11은 도 2에서의 서브 MPU의 내부 구성의 일 예를 도시하는 핀 블록도,
도 12는 도 2에서의 FPGA의 내부 구성의 일 예를 도시하는 상세 블록도,
도 13은 도 2에서의 메인 MPU의 기능을 설명하기 위한 블록도,
도 14는 본 발명의 일 실시 예에 따른 수배전반 내부의 아크 플래시 사고 발생 가능성 지수를 나타내는 추론부의 구성을 나타내는 블록도,
도 15는 도 14에 도시된 추론부를 학습시키기 위한 학습데이터를 나타내는 예시도,
도 16은 본 발명의 일 실시 예에 따른 디지털 아크 플래시 릴레이를 탑재한 수배전 설비의 전원차단방법을 설명하기 위한 흐름도.
본 발명의 상기 및 그 밖의 목적과 새로운 특징은 본 명세서의 기술 및 첨부 도면에 의해 더욱 명확하게 될 것이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. '및/또는' 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명의 기본적인 구성을 도면에 따라서 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수배전 설비의 전원을 차단하는 전원차단장치의 예시도 이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 아크 플래시 감지를 통한 전원차단을 실행하는 수배전 설비를 도시하는 블록도 이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 아크 플래시감지를 통한 전력 차단 기능을 가진 수배전 설비는 제어 모듈(10), 조작부(20), 원격 수신부(22), 트립 레벨 설정부(24), 광 감지 모듈(30), 전류 감지 모듈(32), 접근 감지유닛(34) 및 도어 감지 유닛(36)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 수배전 설비는 트립 코일 구동 유닛(40), 제1 및 제2 광 알림부(42,44), LED 표시부(50), 음성 출력부(52) 및 스크린 표시부(54)를 포함할 수 있다.
상기 제어 모듈(10)은 메인 MPU(Micro Proocess Unit)(12), 서브 MPU(14), FPGA(Field Programmable Gate Array)(16) 및 아날로그 멀티플렉서(18)를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 조작부(20)는 작업자 또는 관리자로부터의 명령을 상기 제어 모듈(10)의 상기 메인 MPU(12)에 전달할 수 있다. 예를 들면, 상기 조작부(20)는 온-라인 모드 및 서비스 모드 간의 전환을 요구하는 모드 명령, 에러 상태를 소거하라는 리셋 명령 및 트립 코일의 구동을 요구하는 트립 명령을 상기 제어 모듈(10)의 상기 메인 MPU(12)에 전달할 수 있다. 이를 위하여, 상기 조작부(20)는 모드 버튼, 리셋 버튼 및 트립 버튼을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 모드 버튼, 상기 리셋 버튼 및 상기 트립 버튼의 출력은 상기 제어 모듈(10)의 상기 메인 MPU(12)에 공급될 수 있다.
또한, 상기 조작부(20)는 설정 버튼, 취소 버튼, 업 버튼 및 다운 버튼을 추가로 포함할 수 있다. 상기 설정 버튼은 시스템의 설정을 위한 설정 화상을 스크린 표시부(52) 상에 표시하여 줄 것을 요구하는데 사용될 수 있다. 상기 취소 버튼은 상기 스크린 표시부(52)에 초기 화상을 표시하여 줄 것을 요구하는데 사용될 수 있다. 상기 업 및 다운 버튼은 상기 스크린 표시부(52) 상의 표시 화상을 위쪽 또는 아래쪽으로 스크롤하여 줄 것을 요구하는데 사용될 수 있다. 이러한 설정 버튼, 취소 버튼, 업 및 다운 버튼들의 출력은, 도면에 도시되지 않았지만, 상기 제어 모듈(10)의 상기 서브 MPU(14)에 공급될 수 있다.
상기 원격 수신부(22)는 리모트 컨트롤러로부터 송출된 작업자 또는 관리자의 명령을 상기 제어 모듈(10)의 상기 메인 MPU(12)에 전달할 수 있다. 예를 들면, 상기 원격 수신부(22)는 상기 모드 명령, 상기 리셋 명령 및 상기 트립 명령을 상기 제어 모듈(10)의 상기 메인 MPU(12)에 전달할 수 있다. 상기 트립 명령이 상기 조작부(20) 및 상기 원격 수신부(22) 중 어느 하나로부터 상기 제어 모듈(10)의 상기 메인 MPU(12)에 전달되더라도, 상기 제어 모듈(10)의 상기 메인 MPU(12)는 온-라인 모드에 있으면 상기 트립 명령을 무시할 수 있다.
일반적으로, 상기 리모트 컨트롤러는 펄스 열과 같은 디지털 데이터의 형태의 원격 신호(예를 들면, 적외선 신호)를 송출한다. 그러나, 상기 리모트 컨트롤러가 상기 원격 수신부(22)로부터 멀어짐에 따라, '0'과 '1'의 인식 불가능한 미약한 원격 신호가 상기 원격 수신부(22)에 입력되게 하는 트라이 스테이트 영역이 존재할 수밖에 없다. 그런 만큼, 상기 트라이 스테이트 영역에 위치한 상기 리모트 컨트롤러로부터 송출된 원격 신호를 수신하는 상기 원격 수신부(22)는 에러를 발생시킬 수 있다. 이를 방지하기 위하여, 상기 원격 수신부(22)는 수신된 미약한 원격 신호로 인한 에러의 발생을 방지하기 위하여 도 3에 도시된 바와 같은 아날로그 방식의 회로에 의해 구현될 수 될 수 있다. 또한, 상기 원격 수신부(22)는 상기 3개의 명령을 구분하여 수신하기 위하여 3개의 원격 수신 셀들을 포함할 수 있다. 상기 3개의 원격 수신 셀들에서 출력되는 제1 내지 제3 원격 신호들은 상기 제어 모듈(10)의 상기 아날로그 멀티플렉서(18)에 공급될 수 있다. 이러한 원격 수신 셀들은 각각 도 3에 도시된 바와 같이 구현될 수 있다.
도 3은 도 2에서의 원격 수신부에 포함되는 원격 수신 셀의 일 예를 도시하는 상세 회로도이다.
도 3을 참조하면, 상기 원격 수신 셀은 원격 신호 센서(IRS), 제1 내지 제4 저항(R1~R4), 제1 커패시터(C1), 제1 다이오드(D1) 및 제1 전압 추종기(OP1)를 포함할 수 있다.
상기 원격 신호 센서(IRS) 및 상기 제1 저항(R1)은 제1 직류 전압 라인(VCC) 및 기저 전압 라인(GND) 사이에 직렬 접속된다. 상기 제1 직류 전압(VCC)은 트랜지스터-트랜지스터 전압(Transistor-Transistor-Voltage, 예를 들면 대략 5V 정도)일 수 있다. 상기 원격 신호 센서(IRS)는 입사되는 원격 신호의 세기에 따라 낮아지는 저항값을 가지게 된다. 강한 원격 신호가 입사될 경우, 상기 원격 신호 센서(IRS)의 저항값은 제1 저항(R1)과 비슷하거나 그보다 낮은 저항값을 가질 수 있다. 이와는 달리, 미약한 원격 신호가 입사되거나 또는 원격 신호가 입사되지 않은 경우, 상기 원격 신호 센서(IRS)는 제1 저항(R1)에 비교하여 매우 큰 저항값을 가질 수 있다. 따라서, 상기 원격 신호 센서(IRS)는 입사되는 원격 신호의 세기가 강해짐에 따라 커지는 원격 수신 전압이 생성되게 할 수 있다. 이러한 원격 신호 센서(IRS)로는 적외선 센서가 사용될 수 있다. 상기 원격 수신 전압은 상기 원격 신호 센서(IRS)와 상기 제1 저항(R1) 간의 접속점으로부터 상기 제1 전압 추종기(OP1)의 비반전 단자 쪽으로 전송될 수 있다.
상기 제1 전압 추종기(OP1)는 상기 원격 신호 센서(IRS)와 상기 제1 저항(R1)의 접속점으로부터의 상기 원격 수신 전압을 완충할 수 있다. 상기 제1 전압 추종기(OP1)에 의해 완충된 원격 수신 전압(Vrrs)은 도 2에 도시된 상기 제어 모듈(10)의 상기 아날로그 멀티플렉서(18)에 공급될 수 있다.
상기 제2 저항(R2)과 상기 제1 커패시터(C1)는 상기 원격 신호 센서(IRS)에 의해 감지된 상기 원격 수신 전압에 포함된 적분하여 그 적분된 원격 수신 전압을 상기 제1 전압 추종기(OP1)에 공급할 수 있다. 상기 제2 저항(R2)과 상기 제1 커패시터(C1)의 적분 시정수는 상기 3개의 명령의 구분을 위하여 원격 수신 셀에 따라 다르게 설정될 수 있다. 이를 위하여, 상기 제2 저항(R2)은 상기 원격 신호 센서(IRS)와 상기 제1 전압 추종기(OP1)의 비반전 단자(+) 사이에 접속될 수 있고, 상기 제1 커패시터(C1)는 상기 제1 전압 추종기(OP1)의 비반전 단자(+)와 상기 기저 전압 라인(GND) 사이에 접속될 수 있다.
상기 제1 다이오드(D1)와 상기 제3 및 제4 저항(R3,R4)은 하나의 레벨 제한기를 구현할 수 있다. 따라서, 상기 제1 다이오드(D1)와 상기 제3 및 제4 저항(R3,R4)은 상기 원격 신호 센서(IRS)와 상기 제1 저항(R1)의 접속점으로부터 상기 제1 전압 추종기(OP1)의 상기 비반전 단자(+)에 공급될 수 있는 낮은 레벨의 원격 수신 전압(즉, 미약한 원격 신호)을 차단할 수 있다. 즉, 상기 제1 다이오드(D1)와 상기 제3 및 제4 저항(R3,R4)은 적어도 일정 레벨의 원격 수신 전압이 상기 원격 신호 센서(IRS)와 상기 제1 저항(R1)의 접속점으로부터 상기 제1 전압 추종기(OP1)의 상기 비반전 단자(+)에 공급되게 할 수 있다. 그에 따라, 상기 제1 전압 추종기(OP1)로부터 출력되는 상기 원격 수신 전압(Vrrs)에서의 에러 발생이 방지될 수 있다.
상기 트립 레벨 설정부(24)는 관리자 또는 작업자의 조작에 의해 임계 트립 레벨(또는 임계 아크 레벨)(Vcts)을 설정할 수 있다. 상기 임계 트립 레벨(Vcts)은 아크 플래시레벨 스케일 중 대략 50%의 상위 레벨 범위 내의 값을 가지게 설정될 수 있다. 예를 들어, 상기 아크 플래시 레벨 스케일이 아크 플래시의 발생이 검출될 수 있는 최소 아크 감지 레벨(Vmadl)에 '1'의 값을 할당함과 아울러 상기 아크 플래시가 가질 수 있는 최대 레벨에 '100'의 값을 할당하는 형태로 구분되는 경우, 상기 임계 트립 레벨(Vcts)은 대략 50~100의 상위 레벨 범위 내의 어느 값을 가지도록 설정될 수 있다. 또한, 상기 임계 트립 레벨(Vcts)은 아크 플래시의 강도(또는 세기), 지속 시간 및 발생 횟수 등의 통계적 사실들 중 적어도 하나에 근거하여 상기 수배전 설비에 적합하게 설정될 수 있다. 예를 들면, 상기 임계 트립 레벨(Vcts)은 적용되는 아크 센서의 종류 및 수배전 설비의 특성에 따라 조절될 수 있다. 이렇게 설정된 상기 임계 트립 레벨은 긴급 상황을 특정하기 위해 사용될 수 있다. 상기 트립 레벨 설정부(24)에 의해 설정된 상기 임계 트립 레벨(Vcts)은 상기 아날로그 멀티플렉서(18)를 경유하여 상기 메인 MPU(12)에 공급될 수 있다. 이러한 트립 레벨 설정부(24)는 도 4와 같이 구현될 수 있다.
도 4는 도 2에서의 트립 레벨 설정부의 일 예를 도시하는 상세 회로도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 트립 레벨 설정부(24)는 제5 및 제6 저항(R5,R6), 제1 가변 저항(VR1) 및 제2 전압 추종기(OP2)를 포함할 수 있다. 상기 제5 및 제6 저항(R5,R6) 및 상기 제1 가변 저항(VR1)은 제1 직류 전압 라인(VCC) 및 접지 전압 라인(GND) 사이에 직렬 접속될 수 있다. 상기 제1 가변 저항(VR1)은 상기 제5 및 제6 저항(R5,R6) 사이에 접속되어 관리자 또는 작업자의 조작에 의해 증감 조절되는 저항값을 가질 수 있다. 또한, 상기 제1 가변 저항(VR1)은 상기 제1 직류 전압(VCC)을 분압하여 그 분전압을 상기 임계 트립 레벨 신호(Vcts)로서 출력할 수 있다. 상기 제2 전압 추종기(OP2)는 상기 제1 가변 저항(VR1)으로부터의 상기 임계 트립 레벨 신호(Vcts)를 완충하고 그 완충된 임계 트립 레벨 신호를 도 1에 도시된 상기 제어 모듈(10)의 상기 아날로그 멀티플렉서(18)에 공급할 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 상기 광 감지 모듈(30)은 상기 수배전 설비 내의 다수의 공간들에서 발생될 수 있는 아크 플래시를 감지할 수 있다. 또한, 상기 광 감지 모듈(30)은 상기 수배전 설비의 주변 조도에 따른 환경적 아크 성분 광을 감지할 수도 있다. 게다가, 상기 광 감지 유닛(30)은 상기 감지된 환경적 아크 성분 광을 상기 아크 플래시의 감지에 제공하여 정확한 아크 플래시 감지가 가능하게 할 수 있다. 이를 위하여, 상기 광 감지 모듈(30)은 적어도 두 개의 포인트 광 감지 유닛, 하나의 루프 광 감지 유닛 및 옵셋 감지 유닛을 포함할 수 있다.
일 예로, 상기 수배전 설비가 5개의 수납 공간들로 구분되는 경우, 상기 광 감지 모듈(30)은 도 5와 같이 구현될 수 있다.
도 5는 도 2에서의 광 감지 모듈의 일 예를 도시하는 상세 블록도 이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 광 감지 모듈(30)은 제1 내지 제5 포인트 광 감지 유닛(100A~100E), 루프 광 감지 유닛(110) 및 옵셋 감지 유닛(120)을 포함할 수 있다.
상기 제1 내지 제5 포인트 광 감지 유닛(100A~100B)은 상기 5개의 수납 공간에 각각 배치될 수 있다. 또한, 상기 제1 내지 제5 포인트 광 감지 유닛(100A~100E)은 상기 옵셋 감지 유닛(120)으로부터의 아크 옵셋 전압(Voff)을 공통적으로 입력할 수 있다. 이러한 제1 내지 제5 포인트 광 감지 유닛(100A~100E) 각각은 상기 아크 옵셋 전압을 이용하여 해당 수납 공간에서 발생되는 아크 플래시를 정확하게 감지할 수 있다. 상기 제1 내지 제5 포인트 광 감지 유닛(100A~100E)에서 감지될 수 있는 제1 내지 제5 포인트 아크 감지 신호(Vpas1~Vpas5)는 도 2에 도시된 상기 제어 모듈(10)의 상기 메인 MPU(12)에 공급될 수 있다.
상기 루프 광 감지 유닛(110)도 상기 옵셋 감지 유닛(120)으로부터 상기 아크 옵셋 전압(Voff)를 입력할 수 있다. 또, 상기 루프 광 감지 유닛(110)은 상기 아크 옵셋 전압(Voff)을 이용하여 상기 5개의 수납 공간들 모두에서 발생되는 아크 플래시를 정확하게 감지할 수 있다. 상기 루프 광 감지 유닛(110)에서 감지될 수 있는 루프 아크 감지 신호(Vlas)는 도 1에 도시된 상기 제어 모듈(10)의 상기 메인 MPU(12)에 공급될 수 있다.
상기 옵셋 감지 유닛(120)은 상기 수배전 설비의 주변 조도에 따른 상기 환경적 아크 성분 광을 감지할 수 있다. 또한, 상기 옵셋 감지 유닛(120)은 상기 감지된 환경적 아크 성분 광을 상기 아크 옵셋 전압(Voff)으로서 상기 제1 내지 제5 포인트 광 감지 유닛(100A~100E) 및 상기 루프 광 감지 유닛(110)에 공급할 수 있다. 다른 방법으로, 상기 옵셋 감지 유닛(120)은 상기 감지된 환경적 아크 성분 광을 옵셋 감지 전압(Voff)으로서 도 2에 도시된 상기 제어 모듈(10)의 상기 메인 MPU(12)에 공급할 수도 있다. 이 경우, 상기 제1 내지 제5 포인트 광 감지 유닛(100A~100E) 및 상기 루프 광 감지 유닛(110)은 상기 옵셋 감지 유닛(120)이 아닌 상기 제어 모듈(10)의 상기 메인 MPU(12)로부터 상기 아크 옵셋 전압(Voff)을 입력할 수 있다.
도 6은 도 5에 도시된 포인트 광 감지 유닛(100)의 일 예를 도시하는 상세 회로도이다.
도 6을 참조하면, 상기 포인트 광 감지 유닛(100)은 제1 광 센서(LSS1), 제1 옵셋 보정부(102) 및 제1 증폭부(104)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 포인트 광 감지 유닛(100)은 제1 센서 상태 표시부(106)를 추가로 포함할 수 있다.
상기 제1 광 센서(LSS1)는 제2 가변 저항(VR2)을 경유하여 상기 제1 직류 전압 라인(VCC)에 접속될 수 있음은 물론 상기 기저 전압 라인(GND)에 접속될 수 있다. 상기 제2 가변 저항(VR2)이 관리자 또는 작업자의 조정에 의해 조절된 저항값을 가짐에 따라, 상기 제1 광 센서(LSS1)의 센싱 감도가 조절될 수 있다. 또한, 상기 제1 광 센서(LSS1)는 상기 수배전 설비의 수납 공간들 중 어느 하나에 배치된다. 게다가, 상기 제1 광 센서(LSS1)는 입사되는 아크 광의 세기에 따라 전류량을 증가시킬 수 있다. 그런 만큼, 상기 제1 광 센서(LSS1)에 입사되는 아크 광의 세기에 따라 높아지는 전압 레벨을 가지는 포인트 광 감지 신호가 발생될 수 있다. 이 포인트 광 감지 신호에는 해당 수납 공간 내의 조도 상태에 따른 환경적 아크 성분 광과 해당 수납 공간 내의 특정 부분들 중 적어도 어느 하나에서 발생될 수 있는 아크 플래시가 포함될 수 있다. 이러한 제1 광 센서(LSS1)로는 잘 알려진 자외선 센서가 사용될 수 있다.
상기 제1 옵셉 보정부(102)는 상기 아크 옵셋 전압(Voff)을 이용하여 상기 제1 광 센서(LSS1)에 의해 감지된 상기 포인트 광 감지 신호를 옵셋-보정하여 그 옵셋-보정된 신호를 포인트 아크 감지 신호로서 제공할 수 있다. 다시 말하여, 상기 제1 옵셋 보정부(102)는 상기 포인트 광 감지 신호로부터 상기 아크 플래시만을 분리-추출할 수 있다. 그런 만큼, 상기 제1 옵셋 보정부(102)에서 출력되는 상기 포인트 아크 감지 신호는 해당 수납 공간의 어느 특정 부위에서 발생될 수 있는 아크 플래시 성분만을 포함할 수 있다. 그에 따라, 상기 제1 옵셋 보정부(102)는 상기 수배전 설비의 외부 광이 통풍구 및/또는 틈새들을 통해 해당 수납 공간으로 유입되더라도 해당 수납 공간에서 발생될 수 있는 아크 플래시가 정확하게 검출되게 한다. 다시 말하여, 상기 수배전 설비의 외부에서 아크를 이용하는 작업(금속 용융로 및 용접기 등)이 진행되더라도, 상기 옵셉 보정부(102)는 해당 수납 공간에서 발생되는 아크 플래시를 정확하게 검출할 수 있다. 이러한 제1 옵셋 보정부(102)는 제1 차동 증폭기(OP3), 제7 및 제8 저항(R7,R8) 및 제1 트랜지스터(Q1)에 의하여 구성될 수 있다.
상기 제1 차동 증폭기(OP3)는 상기 제1 광 센서(LSS1)와 상기 제2 가변 저항(VR2) 간의 접속점으로부터의 상기 포인트 광 감지 신호를 자신의 반전 단자(-) 쪽으로 입력함과 아울러 도 5의 옵셋 감지 유닛(120)으로부터의 상기 아크 옵셋 전압(Voff)을 자신의 비반전 단자(+) 쪽으로 입력할 수 있다. 상기 제1 차동 증폭기(OP3)의 출력 단자는 상기 제7 저항(R7)을 경유하여 상기 제1 트랜지스터(Q1)의 베이스 전극에 접속될 수 있다. 상기 제1 트랜지스터(Q1)의 콜렉터 전극은 상기 제1 직류 전압 라인(VCC)에 접속될 수 있고, 상기 제1 트랜지스터(Q1)의 에미터 전극은 제8 저항(R8)을 경유하여 기저 전압 라인(GND)에 접속될 있다.
상기 반전 단자(-) 상의 상기 포인트 광 감지 신호가 상기 비반전 단자(+) 상의 상기 아크 옵셋 전압(Voff) 보다 높지 않으면, 상기 제1 차동 증폭기(OP3)의 출력 단자로부터 상기 제1 직류 전압(VCC)에 해당하는 전압이 출력될 수 있다. 그런 만큼, 상기 제1 트랜지스터(Q1)는 턴-오프될 수 있고, 턴-오프된 상기 제1 트랜지스터(1)의 에미터 전극으로부터 상기 제1 증폭부(104) 쪽으로 기저 전압에 해당하는 상기 포인트 아크 감지 신호가 출력될 수 있다.
이와는 달리, 상기 반전 단자(-) 상의 상기 포인트 광 감지 신호가 상기 비반전 단자(+) 상의 상기 아크 옵셋 전압(Voff)보다 높으면, 상기 제1 직류 전압(VCC)로부터 상기 포인트 광 감지 신호와 상기 아크 옵셋 전압(Voff)의 차전압에 상응하는(또는 비례하는) 전압만큼 낮아진 상기 제1 차동 증폭기(OP3)의 출력 신호가 출력될 수 있다. 그런 만큼, 상기 제1 트랜지스터(Q1)는 턴-온되어 상기 포인트 광 감지 신호와 상기 아크 옵셋 전압(Voff)의 차전압에 상응하는(또는 비례하는) 전류량이 상기 제1 직류 전압 라인(VCC)으로부터 상기 제8 저항(R8) 쪽으로 흐르게 할 수 있다. 그에 따라, 상기 포인트 광 감지 신호와 상기 아크 옵셋 전압(Voff)의 차전압에 상응하는(또는 비례하는) 상기 포인트 아크 감지 신호가 상기 제1 트랜지스터(Q1)의 에미터 전극으로부터 상기 제1 증폭부(104)에 공급될 수 있다.
상기 제1 증폭부(104)는 상기 제1 옵셋 보정부(102)로부터의 상기 포인트 아크 감지 신호를 증폭하고, 그 증폭된 포인트 아크 감지 신호(Vpas)를 도 2에 도시된 상기 제어 모듈(10)의 상기 메인 MPU(12)에 공급할 수 있다. 이를 위하여, 상기 제1 증폭부(104)는 제2 다이오드(D2), 제2 커패시터(C2), 제9 내지 제13 저항(R9~r13) 및 제1 연산 증폭기(OP4)에 의하여 구현될 수 있다.
상기 제2 다이오드(D2) 및 상기 제11 저항(R11)은 상기 제1 옵셋 보정부(102)의 상기 제1 트랜지스터(Q1)의 에미터 전극과 상기 제1 연산 증폭기(OP4)의 비반전 단자(+) 사이에 직렬 접속될 수 있다. 상기 제9 저항(R9)은 상기 제1 직류 전압 라인(VCC) 및 상기 제2 다이오드(D2)의 캐소드 전극 사이에 접속될 수 있다. 상기 제10 저항(R10)은 상기 제2 다이오드(D2)의 캐소드 전극 및 상기 기저 전압 라인(GND) 사이에 접속될 수 있다. 상기 제2 커패시터(C2)는 상기 제1 연산 증폭기(OP4)의 비반전 단자(+) 및 상기 기저 전압 라인(GND) 사이에 접속될 수 있다. 상기 제12 저항(R12)은 상기 제1 연산 증폭기(OP4)의 반전 단자(-) 및 출력 단자 사이에 접속될 수 있다. 상기 제13 저항(R13)은 상기 제1 연산 증폭기(OP4)의 반전 단자(-) 및 상기 기저 전압 라인(GND) 사이에 접속될 수 있다.
상기 제2 다이오드(D2)와 상기 제9 및 제10 저항(R9,R10)은 하나의 레벨 제한기를 구현할 수 있다. 그런 만큼, 상기 제2 다이오드(D2)와 상기 제9 및 제10 저항(R9,R10)은 상기 제1 옵셋 보정부(102) 내의 상기 제1 트랜지스터(Q1)의 에미터 전극으로부터 상기 제1 연산 증폭기(OP4)의 상기 비반전 단자(+)에 공급될 수 있는 낮은 레벨의 포인트 아크 감지 신호(즉, 미약한 포인트 아크 감지 신호)를 차단할 수 있다. 다시 말하여, 상기 제2 다이오드(D2)와 상기 제9 및 제10 저항(R9,R10)은 적어도 일정 레벨의 포인트 아크 감지 신호가 상기 제1 트랜지스터(Q1)의 에미터 전극으로부터 상기 제1 연산 증폭기(OP4)의 상기 비반전 단자(+)에 공급되게 할 수 있다. 그런 만큼, 해당 수납 공간 내의 어느 특정 부위에서 발생될 수 있는 아크 플래시가 좀 더 정확하게 검출될 수 있다.
상기 제1 연산 증폭기(OP4)는 상기 제2 다이오드(D2)를 통해 자신의 비반전 단자(+) 쪽으로 입력되는 상기 포인트 아크 감지 신호를 일정한 증폭률로 증폭할 수 있다. 상기 제1 연산 증폭기(OP4)에 의해 증폭된 포인트 아크 감지 신호(Vpas)는 도 2에 도시된 상기 제어 모듈(10)의 상기 메인 MPU(12)에 공급될 수 있다. 상기 제1 연산 증폭기(OP4)의 증폭율은 상기 제10 내지 제13 저항(R10~R13)의 저항값들에 의해 결정될 수 있다. 상기 제2 커패시터(C2)는 상기 제1 연산 증폭기(OP4)의 비반전 단자(+)에 공급되는 상기 포인트 아크 감지 신호에 포함된 고주파 성분의 잡음을 제거할 수 있다.
상기 제1 센서 상태 표시부(106)는 도 2에 도시된 상기 제어 모듈(10)의 제어하에 (좀 더 상세하게는, 상기 메인 MPU(12) 또는 상기 FPGA(16)의 제어하에) 포인트 광 감지 유닛(100)의 정상 구동 상태 및 아크 플래시 감지 상태를 표시할 수 있다. 이러한 제1 센서 상태 표시부(106)는 제1 LED(LD1), 제2 트랜지스터(Q2) 및제14 저항(R14)을 포함할 수 있다.
상기 제1 LED(LD1)는 상기 제1 직류 전압 라인(VCC) 및 상기 제2 트랜지스터(Q2)의 콜렉터 전극 사이에 접속될 수 있다. 상기 제14 저항(R14)은 상기 제2 트랜지스터(Q2)의 베이스 전극 및 제어 입력 라인(CSled) 사이에 접속될 수 있다. 상기 제2 트랜지스터(Q2)의 에미터 전극은 상기 기저 전압 라인(GND)에 접속될 수 있다. 상기 제어 입력 라인(CSled)에는 도 2에 도시된 상기 제어 모듈(10)(즉, 상기 메인 MPU(12) 또는 상기 FPGA(16))으로부터 점멸 제어 신호(CSled)가 공급될 수 있다. 상기 점멸 제어 신호(CSled)는 빠른 주기의 펄스 열 또는 느린 주기의 펄스 열을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 광 센서(LSS1), 상기 제1 옵셋 보정부(102) 및 상기 제1 증폭부(104)가 올바르게 구성되어 정상적으로 구동될 경우, 상기 점멸 제어 신호(CSled)는 빠른 주기의 펄스 열을 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 제2 트랜지스터(Q2)는 상기 빠른 주기의 펄스 열에 따라 상기 제1 LED(LD1)의 전류 통로를 빠른 주기로 개폐시킨다. 그런 만큼, 상기 제1 LED(LD1)은 빠른 주기로 점멸되어 상기 포인트 광 감지 유닛(100)의 정상 구동 상태가 표시되게 한다.
또한, 상기 제1 광 센서(LSS1), 상기 제1 옵셋 보정부(102) 및 상기 제1 증폭부(104)에 의하여 해당 수납 공간의 어느 특정 부위에서 발생된 아크 플래시가 감지된 때에는, 상기 점멸 제어 신호(CSled)는 느린 주기의 펄스열을 포함할 수 있다. 그런 만큼, 상기 제2 트랜지스터(Q2)는 상기 느린 주기의 펄스 열에 따라 상기 제1 LED(LD1)의 전류 통로를 느린 주기로 개폐시킨다. 그에 따라, 상기 제1 LED(LD1)은 느린 주기로 점멸되어 해당 수납 공간에서의 아크 플래시의 발생 사실이 표시되게 한다.
이와는 달리, 상기 제1 광 센서(LSS1), 상기 제1 옵셋 보정부(102) 및 상기 제1 증폭부(104)가 올바르게 구성되지 않아 정상적으로 구동될 수 없는 경우, 상기 점멸 제어 신호(CSled)는 어떠한 펄스 열도 포함하지 않는다. 다시 말하여, 상기 제1 옵셋 보정부(102) 및 상기 제1 증폭부(104)가 올바르게 구성되지 않아 정상적으로 구동될 수 없는 경우, 상기 점멸 제어 신호(CSled)는 상기 기저 전압(GND)을 유지할 수 있다. 이 경우, 상기 제2 트랜지스터(Q2)는 상기 기저 전압(GND)에 의하여 상기 제1 LED(LD1)의 전류 통로를 개방시킨다. 그런 만큼, 상기 제1 LED(LD1)는 소등되어 상기 제1 옵셋 보정부(102) 및 상기 제1 증폭부(104)가 올바르게 구성되지 않아 정상적으로 구동될 수 없다는 것이 표시되게 한다.
도 7은 도 5에 도시된 루프 광 감지 유닛(110)의 일 예를 도시하는 상세 회로도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 상기 루프 광 감지 유닛(110)은 광 섬유 케이블(LFC), 제2 광 센서(LSS2), 제2 옵셋 보정부(112) 및 제2 증폭부(114)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 루프 광 감지 유닛(110)은 제1 센서 상태 표시부(116)를 추가로 포함할 수 있다. 또, 상기 루프 광 감지 유닛(110)은 적어도 하나의 아크 광 발생부(118)를 추가로 포함할 수 있다.
상기 광 섬유 케이블(LFC)은 상기 수배전 설비의 수납 공간들을 경유하게 배치될 수 있다. 또한, 상기 광 섬유 케이블(LFC)은 상기 수납 공간들에서의 광들을 상기 제2 광 센서(LSS2) 쪽으로 안내할 수 있다. 그런 만큼, 상기 광 섬유 케이블(LFC)에 의하여, 상기 수납 공간들 각각에서의 조도 상태에 따른 환경적 아크 성분 광과 상기 수납 공간들 각각에서 발생될 수 있는 아크 플래시가 상기 제2 광 센서(LSS2) 쪽으로 안내될 수 있다.
상기 제2 광 센서(LSS2)는 제3 가변 저항(VR3)을 경유하여 상기 제1 직류 전압 라인(VCC)에 접속될 수 있음은 물론 상기 기저 전압 라인(GND)에 접속될 수 있다. 상기 제3 가변 저항(VR3)이 관리자 또는 작업자의 조정에 의해 조절된 저항값을 가짐에 따라, 상기 제2 광 센서(LSS2)의 센싱 감도가 조절될 있다. 또한, 상기 제2 광 센서(LSS1)는 상기 광 섬유 케이블(LFC)이 한쪽 끝에 배치되어 상기 광 섬유 케이블(LFC)에 의해 안내되는 상기 수배전 설비의 수납 공간들로부터의 아크 광들을 수광할 수 있다. 게다가, 상기 제2 광 센서(LSS2)는 입사되는 아크 광의 세기에 따라 전류량을 증가시킬 수 있다. 그런 만큼, 상기 제2 광 센서(LSS2)에 입사되는 아크 광의 세기에 따라 높아지는 전압 레벨을 가지는 루프 광 감지 신호가 발생될 수 있다. 이 루프 광 감지 신호에는 상기 수배전 설비의 수납 공간들에서의 조도 상태에 따른 환경적 아크 성분 광과 상기 수배전 설비의 수납 공간들 중 적어도 어느 하나에서 발생될 수 있는 아크 플래시가 포함될 수 있다. 이러한 제2 광 센서(LSS2)로는 잘 알려진 자외선 센서가 사용될 수 있다.
상기 제2 옵셉 보정부(112)는 상기 아크 옵셋 전압(Voff)을 이용하여 상기 제2 광 센서(LSS2)에 의해 감지된 상기 루프 광 감지 신호를 옵셋-보정하여 그 옵셋-보정된 신호를 루프 아크 감지 신호로서 제공할 수 있다. 다시 말하여, 상기 제2 옵셋 보정부(112)는 상기 루프 광 감지 신호로부터 상기 아크 플래시만을 분리-추출할 수 있다. 그런 만큼, 상기 제2 옵셋 보정부(112)에서 출력되는 상기 루프 아크 감지 신호는 상기 수배전 설비의 수납 공간들 중 적어도 하나에서 발생될 수 있는 아크 플래시 성분만을 포함할 수 있다. 그에 따라, 상기 제2 옵셋 보정부(112)는 상기 수배전 설비의 수납 공간들에서 발생할 수 있는 아크 플래시가 정확하게 검출되게 한다.
그에 따라, 상기 제1 옵셋 보정부(102)는 상기 수배전 설비의 외부 광이 통풍구 및/또는 틈새들을 통해 해당 수납 공간으로 유입되더라도 수납 공간들에서 발생될 수 있는 아크 플래시가 정확하게 검출되게 한다. 다시 말하여, 상기 수배전 설비의 외부에서 아크를 이용하는 작업(금속 용융로 및 용접기 등)이 진행되더라도, 상기 옵셉 보정부(102)는 다수의 수납 공간들에서 발생하는 아크 플래시를 정확하게 검출할 수 있다. 이러한 제2 옵셋 보정부(112)는 도 5에 도시된 상기 제1 옵셋 보정부(102)와 동일하게 구성될 수 있다. 그런 만큼, 상기 제2 옵셋 보정부(112)에 대한 상세한 설명은 생략될 것이다.
상기 제2 증폭부(114)는 상기 제2 옵셋 보정부(102)로부터의 상기 루프 아크 감지 신호를 증폭하고, 그 증폭된 루프 아크 감지 신호(Vlas)를 도 2에 도시된 상기 제어 모듈(10)의 상기 메인 MPU(12)에 공급할 수 있다. 이러한 제2 증폭부(114)는 도 6에 도시된 상기 제1 증폭부(104)와 동일하게 구성될 수 있다. 그런 만큼, 상기 제2 증폭부(114)에 대한 상세한 설명은 생략될 것이다.
상기 제2 센서 상태 표시부(116)는 도 2에 도시된 상기 제어 모듈(10)의 제어하에 (좀 더 상세하게는, 상기 메인 MPU(12) 또는 상기 FPGA(16)의 제어하에) 루프 광 감지 유닛(110)의 정상 구동 상태 및 아크 플래시 감지 상태를 표시할 수 있다. 이러한 제2 센서 상태 표시부(116)는 도 6에 도시된 상기 제1 센서 상태 표시부(106)와 동일하게 구성될 수 있다. 그런 만큼, 상기 제2 센서 상태 표시부(116)에 대한 상세한 설명은 생략될 것이다.
예를 들어, 상기 제2 광 센서(LSS2), 상기 제2 옵셋 보정부(112) 및 상기 제2 증폭부(114)가 올바르게 구성되어 정상적으로 구동될 경우, 상기 제2 LED(LD2)가 빠른 주기로 점멸되어 상기 루프 광 감지 유닛(110)의 정상 구동 상태가 표시되게 한다. 또한, 상기 제2 광 센서(LSS2), 상기 제2 옵셋 보정부(112) 및 상기 제2 증폭부(114)에 의하여 상기 수배전 설비의 수납 공간들 둥 적어도 어느 하나에서 발생된 아크 플래시가 감지된 때에는, 상기 제2 LED(LD2)가 느린 주기로 점멸되어 상기 수배전 설비의 수납 공간들 중 적어도 어느 하나에서의 아크 플래시의 발생 사실이 표시되게 한다. 이와는 달리, 상기 제2 광 센서(LSS2), 상기 제2 옵셋 보정부(112) 및 상기 제2 증폭부(114)가 올바르게 구성되지 않아 정상적으로 구동될 수 없는 경우, 상기 제2 LED(LD2)는 소등되어 상기 제2 광 센서(LSS2), 상기 제2 옵셋 보정부(112) 및 상기 제2 증폭부(114)가 올바르게 구성되지 않아 정상적으로 구동될 수 없다는 것이 표시되게 한다.
상기 적어도 하나의 아크 광 발생부(118)는 상기 광 섬유 케이블(LFC)의 타측 끝단 또는 그로부터 일정 간격으로 배치될 수 있다. 상기 적어도 하나의 아크 광 발생부(118)는 상기 제2 광 센서(LSS2)에 의해 감지되는 상기 환경적 아크 광 성분 광량을 보충할 수 있다. 실제로, 상기 제2 광 센서(LSS2)에 의해 감지되는 상기 환경적 아크 광 성분 광량은 도 6에 도시된 상기 포인트 광 감지 유닛(100)의 상기 제1 광 센서(LSS1)에 의해 감지되는 그것에 비교하여 현저하게 적을 수 있다. 이로 인하여, 상기 루프 아크 감지 신호(Vlas)에서 에러가 발생될 수 있다. 이러한 루프 아크 감지 신호(Vlas)에서의 에러 발생을 방지하기 위하여, 상기 적어도 하나의 아크 광 발생부(118)가 상기 루프 광 감지 유닛(110)에 사용될 수 있다.
상기 광 발생부(118)는 발광 소자(OAD) 및 제4 가변 저항(VR4)을 포함할 수 있다. 상기 제4 가변 저항(VR4) 및 상기 발광 소자(OAD)는 상기 제1 직류 전압 라인(VCC) 및 상기 기저 전압 라인(GND) 사이에 직렬 접속될 수 있다.
상기 발광 소자(OAD)는 아크 성분 광에 해당하는 대략 650nm의 가시광을 방사할 수 있다. 상기 발광 소자(OAD)에서 방사되는 가시광은 상기 광 섬유 케이블(LFC)을 따라 상기 제2 광 센서(LSS2)에 입사될 수 있다. 또한, 상기 발광 소자(OAD)에서 방사되는 가시광의 량은 관리자 또는 작업자의 조작에 의한 상기 제4 가변 저항(VR4)의 저항값 조절을 통해 결정될 수 있다.
도 8은 도 5에서의 옵셋 감지 유닛(120)의 일 예를 도시하는 상세 회로도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 상기 옵셋 감지 유닛(120)은 제3 광 센서(LSS3), 제3 커패시터(C3), 제5 및 제16 저항(R15,R16) 및 제3 전압 추종기(OP5)를 포함할 수 있다.
상기 제3 광 센서(LSS3)는 제15 저항(R15)을 경유하여 상기 제1 직류 전압 라인(VCC)에 접속될 수 있음은 물론 상기 기저 전압 라인(GND)에 접속될 수 있다. 상기 제15 저항(R15)은 상기 제3 광 센서(LSS3)의 센싱 감도를 결정할 수 있다. 또한, 상기 제3 광 센서(LSS3)는 상기 수배전 설비의 다수의 수납 공간들 중 어느 하나에 배치될 수 있다. 게다가, 상기 제3 광 센서(LSS3)는 입사되는 광의 세기에 따라 감소하는 저항값을 가질 수 있다. 그런 만큼, 상기 제3 광 센서(LSS3)에 입사되는 광의 세기에 따라 높아지는 전압 레벨을 가지는 내부 광 감지 신호가 상기 제3 광 센서(LSS3)와 상기 제15 저항(R15)과의 접속점에서 발생될 수 있다. 이 내부 광 감지 신호에는 상기 수배전 설비의 수납 공간의 조도 상태에 따른 환경적 아크 성분 광(즉, 가시광)이 포함될 수 있다. 이러한 제3 광 센서(LSS1)로는 잘 알려진 황화카드뮴과 같은 가시광 센서가 사용될 수 있다.
상기 제16 저항(R16)은 상기 제3 광 센서(LSS3) 및 상기 제15 저항(R15)의 접속점과 상기 제3 전압 추종기(OP5)의 비반전 단자(+) 사이에 접속될 수 있다. 상기 제3 커패시터(C3)는 상기 제3 전압 추종기(OP5)의 비반전 단자(+)와 상기 기저 전압 라인(GND) 사이에 접속될 수 있다. 이러한 제16 저항(R16) 및 제3 커패시터(C3)는 상기 제3 광 센서(LSS3)에 의해 감지된 상기 환경적 아크 성분 광 감지 신호을 적분하는 적분기를 구성할 수 있다. 그런 만큼, 상기 제3 광 센서(LSS3) 및 상기 제15 저항(R15)의 접속점으로부터의 상기 환경적 아크 성분 광 감지 신호는 상기 제16 저항(R16) 및 상기 제3 커패시터(C3)에 의해 적분된 후 상기 제3 전압 추종기(OP5)에 공급될 수 있다.
상기 제3 전압 추종기(OP5)는 상기 적분된 환경적 아크 성분 광 감지 신호를 완충할 수 있다. 상기 제3 전압 추종기(OP5)에 의해 완충된 환경적 아크 성분 광 감지 신호는 상기 아크 옵셋 전압(Voff)으로서 도 5에 도시된 상기 제1 내지 제5 포인트 광 감지 유닛(100A~100E) 및 상기 루프 광 감지 유닛(110)에 공급될 수 있다. 다시 말하여, 상기 완충된 환경적 아크 성분 광 감지 신호는 상기 아크 옵셋 전압(Voff)으로서 도 6 및 도 7에 도시된 제1 차동 증폭기(OP3)의 반전 단자(-)에 공급될 수 있다.
도 2로 되돌아가면, 상기 전류 감지 모듈(32)은 상기 수배전 설비 내의 3상 전력 선로(즉, R상, T상 및 S상 전력 선로)를 통해 수배전되는 3개의 상전류들(즉, R상, T상 및 S상 전류들)을 감지할 수 있다. 그런 만큼, 3개의 상전류 감지 신호가 상기 전류 감지 모듈(32)로부터 상기 아날로그 멀티플렉서(18)에 공급될 수 있다. 이러한 전류 감지 모듈(32)은 상기 3상 전력 선로에 대응하게 배치된 3개의 상 전류 감지 유닛을 포함할 수 있다. 상기 상 전류 감지 유닛들 각각은 해당 상 전력 선로에 배치된 비접촉식 홀 센서 및 홀 센서로부터의 상 전류 감지 신호를 완충하는 완충기로 구성될 수 있다. 상기 홀 센서는 최대 100A의 전류까지 감지할 수 있다. 또한, 상기 홀 센서는 해당 상 전력 선로에서의 전류 흐름이 없는 경우에는 대략 2.5V의 중간 전압을 가지는 상전류 감지 신호를 출력할 수 있다. 상기 완충기는 대응 접속된 홀 센서로부터의 상전류 감지 신호를 완충하여 상기 아날로그 멀티플렉서(18)에 공급할 수 있다.
상기 접근 감지 유닛(34)은 상기 수배전 설비의 도어가 열렸을 때, 접근하는 관리자 또는 작업자와의 거리를 감지하여 감지된 접근 감지 데이터를 상기 제어 모듈(10)의 서브 MPU(14)에 공급할 수 있다. 그런 만큼, 상기 접근 감지 유닛(34)은 상기 수배전 설비의 내부에 배치될 수 있다. 상기 접근 거리 데이터의 전송을 위하여, 상기 접근 감지 유닛(34)은 RS-485 직렬 버스에 의해 상기 서브 MPU(14)와 연결될 수 있다.
상기 도어 감지 유닛(36)은 상기 수배전 설비의 도어가 개폐 상태를 감지하여 도어 개폐 감지 신호를 상기 제어 모듈(10)의 상기 서브 MPU(14)에 공급할 수 있다. 상기 도어 개폐 감지 신호의 전송을 위하여, 상기 도어 감지 유닛(34)은 상기 RS-485 직렬 버스에 의해 상기 서브 MPU(14)와 연결될 수 있다. 또한, 상기 도어 감지 유닛(36)에서 생성되는 상기 도어 개폐 감지 신호는 상기 서브 MPU(14)에 의하여 대략 0.5초의 주기로 스캔될 수 있다.
상기 트립 코일 구동 유닛(40)은 상기 제어 모듈(10)의 상기 메인 MPU(12)로부터의 소프트웨어적인 트립 제어 신호(CSstr)에만 응답하여 트립 코일(도시하지 않음)을 구동하여 수배전되는 3상 전력이 선택적으로 차단되게 할 수 있다. 이에 더하여, 상기 트립 코일 구동 유닛(40)은 상기 광 감지 모듈(30)로부터의 아크 감지 신호와 상기 트립 레벨 설정부(24)로부터의 임계 트립 레벨로부터 하드웨어적인 트립 제어 신호(CShtr)를 생성할 수 있다. 이 경우, 상기 트립 코일 구동 유닛(40)은 상기 제어 모듈(10)의 상기 메인 MPU(12)로부터의 상기 트립 금지 제어 신호(CStrp)의 논리 값에 따라 상기 하드웨어적인 트립 제어 신호(CShtr)에 응답할 수 있다. 예를 들면, 상기 트립 금지 제어 신호(CStrp)가 디스에이블된 상태(예를 들면, 하이 논리 상태)인 때에만, 상기 트립 코일 구동 유닛(40)은 상기 하드웨어적인 트립 제어 신호(CShtr)에 응답하여 즉, 트립 코일(도시하지 않음)을 구동하여 수배전되는 3상 전력이 선택적으로 차단되게 할 수 있다. 또한, 상기 소프트웨어적인 트립 제어 신호(CSstr)는 상기 메인 MPU(12)의 확인 과정으로 인하여 과도한 아크 플래시의 감지 시점으로부터 대략 0.5~2.5 msec의 시간 경과 후에 발생되는 반면, 상기 하드웨어적인 트립 제어 신호(CShtr)는 상기 과도한 아크 플래시의 감지 시점으로 대략 0.5msec의 기간 내에 발생될 수 있다. 그런 만큼, 상기 트립 코일 구동 유닛(40)은 상기 하드웨어적인 트립 제어 신호(CShtr)에 먼저 응답하여 상기 트립 코일의 구동을 개시하고, 이어서 상기 소프트웨어적인 트립 제어 신호(CSstr)에 응답하여 상기 트립 코일의 구동을 유지할 수 있다. 따라서, 상기 트립 코일 구동 유닛(40)은 트립 요인(긴급 상황)이 야기될 때 신속하게 상기 트립 코일을 구동하여 수배전되는 전력을 즉각적으로 차단할 수 있다. 이러한 트립 코일 구동 유닛(40)은 도 9와 같이 구성될 수 있다.
도 9는 도 2에서의 트립 코일 구동 유닛의 일 예를 도시하는 상세 회로도이다.
도 9을 참조하면, 상기 트립 코일 구동 유닛(40)은 제어용 고전압 스위치(IGBT), 브리지 다이오드(BD), 트랜스포머(TM1), 클럭 발생기(200) 및 스위치 구동부(210)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 트립 코일 구동 유닛(40)은 트립 코일 전압 감시부(220) 및 트립 가속부(230)를 더 포함할 수 있다.
상기 제어용 고전압 스위치(IGBT)는 트립 코일(TC)에 직렬 연결될 수 있다. 또한, 상기 제어용 고전압 스위치(IGBT)는 자신의 제어 단자에 제어 전압이 공급될 때 상기 트립 코일(TC)의 전류 통로를 형성시킬 수 있다. 상기 트립 코일(TC)은 전류가 공급될 때 도시하지 않은 수배전 설비의 차단기를 턴-오프시킬 수 있다. 그런 만큼, 상기 수배전 설비의 차단기를 통해 수배전 설비의 주위의 부하에 공급되는 단상 또는 삼상 전력이 차단될 수 있다.
상기 브리지 다이오드(BD)는 상기 차단기에 유입되는 교류 전압(ACV)을 정류하여 고전압(대략 220V)의 제2 직류 전압을 생성할 수 있다. 상기 브리지 다이오드(BD)에서 생성된 상기 제2 직류 전압은 상기 제어용 고전압 스위치(IGBT) 및 상기 트립 코일(TC)의 직렬 회로의 양단에 공급될 수 있다. 상기 브리지 다이오드(BD)의 양 입력 단자들 사이에 접속된 제6 가변 저항(VR6)은 상기 브리지 다이오드(BD)에 흐르는 전류량을 분산-제한할 수 있다.
상기 클럭 발생기(200), 상기 트랜스포머(TM1) 및 상기 스위치 구동부(210)는 하나의 제어용 승압 회로를 구현할 수 있다. 상기 제어용 승압 회로는 도 2에 도시된 상기 제어 모듈(10)의 상기 메인 MPU(12)로부터의 상기 소프트웨어적인 트립 제어 신호(CSstr)의 논리 상태에 따라 상기 제어용 고전압 스위치(IGBT)의 제어 단자에 상기 제어 전압을 선택적으로 공급할 수 있다. 예를 들어, 상기 소프트웨어적인 트립 제어 신호(CSstr)가 로우 논리를 가지는 경우, 상기 제어용 승압 회로는 상기 제어 전압을 상기 제어용 고전압 스위치(IGBT)의 제어 단자에 공급할 수 있다.
다른 형태로, 상기 제어용 승압 회로는 상기 차단 가속부(230)로부터의 합성 트립 제어 신호(CStr)의 논리 상태에 따라 상기 제어용 고전압 스위치(IGBT)의 제어 단자에 상기 제어 전압을 선택적으로 공급할 수 있다. 예를 들어, 상기 합성 트립 제어 신호(CStr)가 로우 논리를 가지는 경우, 상기 제어용 승압 회로는 상기 제어 전압을 상기 제어용 고전압 스위치(IGBT)의 제어 단자에 공급할 수 있다.
상기 클럭 발생기(200)는 상기 소프트웨어적인 트립 제어 신호(CSstr) 또는 상기 합성 트립 제어 신호(CStr)의 논리 상태에 따라 선택적으로 구동될 수 있다. 예를 들면, 상기 클럭 발생기(200)는 상기 소프트웨어적인 트립 제어 신호(CSstr) 또는 상기 합성 트립 제어 신호(CStr)가 로우 논리를 가질 때 구동될 수 있다. 구동된 클럭 발생기(200)는 일정 주파수(예를 들면, 대략 500MHz 정도)의 클럭 신호을 생성할 수 있다. 상기 클럭 발생기(200)에서 발생된 클럭 신호는 상기 트랜스포머(TM1)의 일차 코일에 공급될 수 있다.
상기 트랜스포머(TM1)는 상기 클럭 발생기(200)로부터의 클럭 신호를 변압하여 저전압의 제2 교류 전압이 자신의 2차 코일에 유기되게 할 수 있다. 상기 클럭 신호의 하이 논리 값은 대략 5V의 상기 제1 직류 전압(VCC)인 반면, 상기 제2 교류 전압의 최대 값은 상기 제1 직류 전압(VCC)의 2배 높은 전압 레벨이 될 수 있다.
상기 스위치 구동부(210)는 상기 트랜스포머(TM1)의 2차 코일로부터의 제2 교류 전압으로부터 직류 전압 형태의 상기 제어 전압을 생성할 수 있다. 또한, 상기 스위치 구동부(210)는 상기 제어 전압을 상기 제어용 고전압 스위치(IGBT)의 제어 단자에 공급할 수 있다. 이를 위하여, 상기 스위치 구동부(210)는 제3 다이오드(D3), 제4 및 제5 커패시터(C4,C5), 제21 내지 제25 저항(R21~R25), 제5 가변 저항(VR5) 및 제2 차동 증폭기(OP7)를 포함할 수 있다.
상기 제3 다이오드(D3) 및 상기 제4 커패시터(C4)는 상기 트랜스포머(TM1)의 2차 코일로부터의 상기 제2 교류 전압을 정류 및 평활하여 제3 직류 전압이 발생되게 한다. 상기 제3 직류 전압은 상기 제1 직류 전압(VCC)보다 대략 2배 높은 전압 레벨을 가질 수 있다.
상기 제5 가변 저항(VR5) 및 상기 제21 저항(R21)은 상기 제3 다이오드(D3)의 캐소드 전극으로부터의 상기 제3 직류 전압을 분압하여 그 분전압(이하 '제1 분전압'이라 함)을 생성할 수 있다. 상기 제1 분전압은 상기 제2 차동 증폭기(OP7)의 비반전 단자(+)에 공급될 수 있다.
상기 제22 및 제23 저항들(R22,R23)은 상기 제3 다이오드(D3)의 캐소드 전극으로부터의 상기 제3 직류 전압을 분압하여 그 분전압(이하 '제2 분전압'이라 함)을 생성할 수 있다. 상기 제2 분전압은 상기 제2 차동 증폭기(OP7)의 반전 단자(-)에 공급될 수 있다.
상기 제2 차동 증폭기(OP7)는 자신의 비반전 및 반전 단자들에 공급되는 상기 제1 및 제2 분전압을 차동-증폭하여 상기 제3 직류 전압에 근접하는 전압 레벨을 가지는 상기 제어 전압을 생성할 수 있다. 상기 제어 전압의 레벨은 상기 제1 및 제2 분전압 간의 차이에 의해 결정될 수 있다. 다시 말하여, 상기 제어 전압의 크기는 상기 제5 가변 저항(VR5) 및 상기 제21 저항(R21)의 저항값 비율과 상기 제22 및 제23 저항들(R22,R23)의 저항값 비율에 의해 결정될 수 있다. 그런 만큼, 상기 제어 전압은 상기 제5 가변 저항(VR5)의 저항값을 조절함에 의해 높게 또는 낮게 조정될 수 있다. 상기 제24 및 제25 저항(R24,R25) 및 상기 제5 커패시터(C5)는 상기 제2 차동 증폭기(OP7)의 출력인 상기 제어 전압을 안정화하는 역할을 할 수 있다.
상기 트립 코일 전압 감시부(220)는 상기 제어용 고전압 스위치(IGBT)에 공급되는 제2 직류 전압의 크기(즉, 트립 코일 전압의 레벨)를 감지할 수 있다. 또한, 상기 트립 코일 전압 감시부(220)는 감지된 트립 코일 전압의 레벨에 따른 트립 코일 전압 감지 신호(Vtss)를 도 2에 도시된 상기 제어 모듈(10)의 상기 메인 MPU(12)에 공급할 수 있다. 상기 트립 코일 전압 감지 신호(Vtss)는 상기 제2 직류 전압이 정상 레벨을 유지하는 경우(즉, 상기 트립 코일(TC)에 정상 레벨의 제2 직류 전압이 공급될 때)에 로우 논리를 가질 수 있다. 반대로, 상기 제2 직류 전압이정상 레벨보다 낮아진 경우(즉, 낮은 레벨의 상기 제2 직류 전압이 상기 트립 코일(TC)에 공급될 때)에는 하이 논리를 가질 수 있다. 이러한 트립 코일 전압 감시부(220)는 제26 및 제27 저항(R26,R27), 적어도 두 개의 다이오드(D4,D5) 및 포토 커플러(PDC)를 포함할 수 있다.
상기 제26 저항(R26), 상기 적어도 두 개의 다이오드(D4,D5) 및 상기 포토 커플러(PDC)의 발광부는 상기 브리지 다이오드(BD)의 양 출력단자 사이에 직렬 접속될 수 있다. 상기 제27 저항(R27) 및 상기 포토 커플러(PDC)의 수광부는 상기 제1 직류 전압 라인(VCC)와 상기 기저 전압 라인(GND) 사이에 직렬 접속될 수 있다.
상기 제26 저항(R26)은 상기 브리지 다이오드(BD)로부터 상기 적어도 두 개의 다이오드(D4,D5)에 인가되는 상기 제2 직류 전압을 일정한 크기만큼 낮출 수 있다. 상기 적어도 두 개의 다이오드(D4,D5)는 상기 브리지 다이오드(BD)에서 출력되는 상기 제2 직류 전압의 크기(즉, 레벨)에 따라 상기 포토 커플러(PDC)의 발광부의 전류 통로를 개폐시킬 수 있다.
예를 들어, 상기 브리지 다이오드(BD)에서 출력되는 상기 제2 직류 전압이 정상 레벨을 유지하면, 상기 적어도 두 개의 다이오드(D4,D5)는 상기 포토 커플러(PDC)의 발광부의 전류 통로를 형성시킬 수 있다. 이때, 상기 포토 커플러(PDC)의 발광부는 광을 방사하게 된다. 그에 따라, 상기 발광부로부터의 방사 광을 수광하는 포토 커플러(PDC)의 수광부는 턴-온되어 로우 논리의 상기 트립 코일 전압 감지 신호(Vtss)가 도 2의 메인 MPU(12)에 공급되게 할 수 있다. 상기 로우 논리의 상기 트립 코일 전압 감지 신호(Vtss)는 상기 트립 코일 전압이 정상적으로 상기 제어용 고전압 스위치(IGBT)에 공급되고 있음을 나타낸다.
이와는 달리, 상기 브리지 다이오드(BD)에서 출력되는 상기 제2 직류 전압이 정상 레벨보다 낮아지면, 상기 적어도 두 개의 다이오드(D4,D5)에 공급되는 전압도 낮아질 수밖에 없다. 그런 만큼, 상기 적어도 두 개의 다이오드(D4,D5)는 상기 포토 커플러(PDC)의 발광부의 전류 통로를 개방시킬 수 있다. 이때, 상기 포토 커플러(PDC)의 발광부는 광을 방사할 수 없게 된다. 그에 따라, 턴-오프되는 포토 커플러(PDC)의 수광부는 하이 논리의 상기 트립 코일 전압 감지 신호(Vtss)를 도 2의 메인 MPU(12)에 공급할 수 있다. 상기 하이 논리의 상기 트립 코일 전압 감지 신호(Vtss)는 상기 트립 코일 전압이 비정상적으로 상기 제어용 고전압 스위치(IGBT)에 공급되고 있음을 나타낸다.
상기 트립 가속부(230)는 상기 제어 모듈(10)의 상기 메인 MPU(12)로부터의 상기 소프트웨어적인 트립 제어 신호(CSstr)가 인에이블되기 전(즉, 로우 논리를 갖기 전)에 상기 클럭 발생기(200)에 공급되는 상기 합성 트립 제어 신호(CStr)를 미리 로우 논리 상태로 인에이블시킬 수 있다. 그런 만큼, 임계 트립 레벨 이상의 과도한 아크 플래시의 발생 시점으로부터 짧은 시간 내에 상기 제어용 고전압 스위치(IGBT)가 턴-온될 수 있다.
일 예로, 상기 메인 MPU(12)에서 출력되는 상기 소프트웨어적인 트립 제어 신호(CSstr)는 임계 트립 레벨(Vcts) 이상의 과도한 아크 플래시의 발생 시점으로부터 적어도 0.5~2.5 msec의 시간 경과 후에 인에이블될 수 있다. 그런 만큼, 상기 제어용 고전압 스위치(IGBT)도 상기 임계 트립 레벨(Vcts) 이상의 과도한 아크 플래시의 발생 시점으로부터 적어도 0.5~2.5 msec의 시간 경과 후에 턴-온될 수밖에 없다. 그러나, 상기 소프트웨어적인 트립 제어 신호(CSstr)가 인에이블되기 전(즉, 로우 논리를 갖기 전)에 상기 합성 트립 제어 신호(CStr)를 인에이블시키는 상기 트립 가속부(230)는 임계 트립 레벨 이상의 과도한 아크 플래시의 발생 시점으로부터 0.5 msec의 시간 이내에 상기 제어용 고전압 스위치(IGBT)를 턴-온시킬 수 있다. 이를 위하여, 상기 트립 가속부(230)는 제2 비교기(OP6), 제1 내지 제3 스미트트리거 인버터(INV1~INV3), 제3 내지 제5 트랜지스터(Q3~Q5) 및 제17 내지 제20 저항(R17~R20)을 포함할 수 있다.
상기 제2 비교기(OP6)는 상기 광 감지 모듈(30)로부터의 상기 포인트 아크 감지 신호들(Vpas) 및 상기 루프 아크 감지 신호(Vlas) 중 어느 하나(바람직하게는, 상기 루프 아크 감지 신호(Vlas)와 상기 트립 레벨 설정부(24)로부터의 상기 임계 트립 레벨(Vcts)를 입력할 수 있다. 또한, 상기 제2 비교기(OP6)는 자신의 반전 단자(-) 상의 상기 루프 아크 감지 신호(Vlas)와 자신의 비반전 단자(+) 상의 상기 임계 트립 레벨(Vcts)을 비교하여 상기 하드웨어적인 트립 제어 신호(CShtr)를 생성할 수 있다. 상기 하드웨어적인 트립 제어 신호(CShtr)는 상기 루프 아크 감지 신호(Vlas)의 전압이 상기 임계 트립 레벨(Vcts)보다 낮지 않은 경우에 로우 논리 상태로 인에이블될 수 있다. 상기 하드웨어적인 트립 제어 신호(CShtr)는 임계 트립 레벨 이상의 과도한 아크 플래시의 발생 시, 상기 소프트웨어적인 트립 제어 신호(CSstr)보다 빠른 시점에서 인에이블될 수 있다. 예를 들면, 상기 하드웨어적인 트립 제어 신호(CShtr)는 임계 트립 레벨 이상의 과도한 아크 플래시의 발생 시점으로부터 0.5msce의 시간 이내에 인에이블될 수 있다.
상기 제1 스미트트리거 인버터(INV1), 제17 및 제18 저항(R17,R18) 및 상기 제3 트랜지스터(Q3)는 도 2에 도시된 상기 제어 모듈(10)의 상기 메인 MPU(12)로부터 상기 소프트웨어적인 트립 제어 신호(CSstr)를 완충할 수 있다. 상기 제17 저항(R17)은 상기 제3 트랜지스터(Q3)의 베이스 전극에 공급되는 전류를 제한할 수 있다. 상기 제18 저항(R18)은 상기 제3 및 제4 트랜지스터(Q3,Q4)의 풀-업 저항의 역할을 할 수 있다.
상기 제2 스미트트리거 인버터(INV2), 제19 및 제18 저항(R19,R18) 및 상기 제4 트랜지스터(Q4)는 상기 제2 비교기(OP6)로부터의 상기 하드웨어적인 트립 제어 신호(CShtr)를 완충할 수 있다. 상기 제19 저항(R19)은 상기 제4 트랜지스터(Q4)의 베이스 전극에 공급되는 전류를 제한할 수 있다.
또한, 상기 제1 및 제2 스미트트리거 인버터(INV1,INV2), 제17 내지 제19 저항(R17~R19) 그리고 상기 제3 및 제4 트랜지스터(Q3,Q4)는 AND-게이트를 구성할 수 있다. 이 AND-게이트는 상기 제2 비교기(OP6)로부터의 상기 하드웨어적인 트립 제어 신호(CShtr)와 상기 메인 MPU(12)로부터의 상기 소프트웨어적인 트립 제어 신호(CSstr)를 AND-로직연산하여 상기 합성 트립 제어 신호(CStr)가 생성되게 한다.
상기 제3 스미트트리거 인버터(INV3), 상기 제20 저항(R20) 및 상기 제5 트랜지스터(Q5)는 도 2의 상기 메인 MPU(12)로부터의 상기 트립 금지 제어 신호(CStrp)의 논리 상태에 따라 상기 제2 비교기(OP6)로부터 상기 AND-게이트에 공급되는 상기 하드웨어적인 트립 제어 신호(CShtr)를 선택적으로 차단할 수 있다. 예를 들면, 상기 트립 금지 제어 신호(CStrp)가 로우 논리 상태로 인에이블될 때(즉, 차단 금지 명령이 입력되거나 또는 상기 수배전 설비가 서비스 모드에 있을 때), 상기 제3 스미트트리거 인버터(INV3), 상기 제20 저항(R20) 및 상기 제5 트랜지스터(Q5)에 의하여 상기 제2 비교기(OP6)로부터 상기 AND-게이트에 공급되는 상기 하드웨어적인 트립 제어 신호(CShtr)를 차단될 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 상기 제1 광 알람부(42)는 상기 제어 모듈(10)의 메인 MPU(12)로부터의 서비스 모드 알람 신호, 온라인 모드 알람 신호 및 트립 알람 신호에 응답하여 서비스 모드 알람등, 온라인 모드 알람등 및 트립 알람등을 선택적으로 점등시킬 수 있다. 상기 서비스 모드 알람 신호 및 상기 온라인 모드 알람 신호는 서로 상호 보완적으로 인에이블될 수 있다. 그런 만큼, 상기 서비스 모드 알람등 및 상기 온라인 모드 알람등은 서로 상호 보완적으로 점등될 수 있다. 상기 트립 알람 신호는 전력 차단이 실시될 때, 즉 상기 트립 코일 구동 유닛(40)에 의해 상기 트립 코일일 구동될 때에 인에이블될 수 있다. 그런 만큼, 상기 트립 알람등은 전력 차단이 실시되는 동안 점등될 수 있다.
상기 제2 광 알람부(44)는 상기 제어 모듈(10)의 상기 서브 MPU(14)로부터의 도어 알람 신호 및 접근 알람 신호에 응답하여 도어 개방 알람등의 점등 및 접근 상태 알람등의 점멸시킬 수 있다. 상기 도어 알람 신호는 상기 수배전 설비의 도어가 개방된 동안 인에이블될 수 있다. 그런 만큼, 상기 도어 개방 알람등은 상기 도어가 열려진 동안 점등될 수 있다. 상기 접근 알람 신호는 상기 수배전 설비의 도어가 개방된 동안에 인에이블될 수 있다. 또한, 상기 접근 알람 신호는 상기 도어 개방 알람 신호가 인에이블된 동안에 접근 센서에 대한 관리자 또는 작업자의 접근 거리에 따라 다른 주기로 인에이블될 수 있다.
예를 들면, 상기 접근 센서에 대한 관리자 또는 작업자의 접근 거리가 짧아질수록 상기 접근 알람 신호의 인에이블 주기가 짧아질 수 있다. 그런 만큼, 상기 접근 상태 알람등은 접근 센서에 대한 관리자 또는 작업자의 접근 거리가 짧아짐에 따라 점진적으로 빠르게 점멸될 수 있다.
상기 LED 표시부(50)는 상기 제어 모듈(10)의 상기 FPGA(16)로부터의 LED 구동 제어 신호들에 응답하여 상기 수배전 설비 내의 소자들 각각의 상태를 표시할 수 있다. 상기 LED 표시부(50)에 포함된 LED들은 지정된 동작을 수행하지 않거나 구동 전원의 공급이 없는 경우 소등될 수 있다. 또한, 상기 LED 표시부(50)에 포함된 LED들은 해당 소자들이 규정된 동작을 수행할 경우 지속적으로 녹색 점등되거나 적색 점등될 수 있다. 이러한 LED 표시부(50) 내의 LED들은 상기 조작부(20) 및 상기 원격 수신부(22)를 통한 금지 명령, 트립 명령 및 리셋 명령의 입력여부, 상기 광 감지 모듈(30) 내의 광 센서들의 구동 상태, 상기 전류 감지 모듈(32) 내의 홀 센서들의 구동 상태, 트립 레벨의 설정 여부, 온라인 및 서비스 모드, 트립 코일 전압 상태, 트립/비트립 상태, 상전류의 수배전 상태 등을 표시할 수 있다.
상기 음성 출력부(52)는 상기 FPGA(16)로부터의 음성 합성 메시지를 출력할 수 있다. 상기 음성 합성 메시지는 도어의 개방을 알리는 음성 메시지, 관리사 또는 작업자의 접근 정도를 알리는 음성 메시지 및 전력 차단(즉, 트립 코일의 구동 상태)를 알리는 음성 메시지 등을 포함할 수 있다.
상기 스크린 표시부(54)는 상기 제어 모듈(10)의 상기 서브 MPU(14)의 제어하에, 현재 수배전 설비에 설정된 연도 및 시간, 상기 광 감지 모듈(30) 내의 광 센서들의 설정, 상기 전류 감지 모듈(24) 내의 전류 센서들의 설정, 상기 조작부(20) 및 상기 원격 수신부(22)를 통한 명령 입력 설정, 상기 트립 코일의 설정, 트립 발생 정보, 트립 레벨 및 통신 관련 설정 등을 표시할 수 있다. 상기 스크린 표시부(54)에 표시되는 화상은 상기 조작부(20) 내의 설정 버튼이 눌려질 때마다 전환될 수 있다. 또한, 상기 스크린 표시부(54)에 표시되는 화상은 이벤트가 발생될 때마다 자동적으로 전환될 수 있다. 게다가, 상기 스크린 표시부(54)에 표시되는 화상은 상기 조작부(20) 내의 업/다운 버튼이 눌려짐에 따라 상하 방향으로 스크롤 될 수 있다. 이러한 스크린 표시부(54)는 LCD(Liquid Crystal display) 장치 및 OLED(Organic Light Emitting Display) 장치 등과 같은 평판 표시 장치들 중 어나를 포함할 수 있다.
상기 제어 모듈(10)은 상기 광 감지 모듈(30)로부터의 아크 감지 신호들, 상기 전류 감지 모듈(32)로부터의 상전류 감지 신호들 및 상기 트립 레벨 설정부(24)로부터의 상기 임계 트립 레벨에 근거하여 상기 트립 코일 구동 유닛(40)의 동작을 제어할 수 있다. 구체적으로 설명하면, 상기 제어 모듈(10)은 상기 광 감지 모듈(30)의 상기 루프 광 감지 유닛(110)으로부터의 루프 아크 감지 신호(Vlas)에 아크 플래시가 포함되어 있는가를 검사하여 아크 플래시의 발생 여부를 1차적으로 확인할 수 있다. 다시 말하여, 상기 루프 아크 감지 신호(Vlas)의 레벨이 적어도 최소 아크 검출 레벨(예를 들어, 최대 아크 검출 레벨이 '100'으로 설정되었을 경우, '1')에 해당할 경우, 상기 제어 모듈(10)은 상기 수배전 설비 내의 다수의 수납 공간들 중 어느 하나에서 아크 플래시가 발생한 것으로 1차적으로 판단할 수 있다. 또한, 상기 제어 모듈(10)은 상기 광 감지 모듈(30) 내의 상기 제1 내지 제5 포인트 아크 감지 신호들(Vpas1~Vpas5) 중 어느 하나에 상기 아크 플래시가 포함되어 있는가를 2차적으로 검사할 수 있다. 상기 2차적인 검사에서 상기 제1 내지 제5 포인트 아크 감지 신호들(Vpas1~Vpas5) 중 어느 하나가 상기 최소 아크 검출 레벨 이상의 크기를 가지면, 상기 제어 모듈(10)은 상기 수배전 설비 내의 다수의 수납 공간들 중 어느 하나에서 아크 플래시가 발생된 것으로 판단할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 포인트 아크 감지 신호(Vpas1)의 크기가 상기 최소 아크 검출 레벨 이상이면, 상기 제어 모듈(10)은 상기 수배전 설비의 제1 수납 공간에서 아크 플래시가 발생한 것으로 판단할 수 있다. 다른 예로, 상기 제5 포인트 아크 감지 신호(Vpas1)의 크기가 상기 최소 아크 검출 레벨 이상이면, 상기 제어 모듈(10)은 상기 수배전 설비의 제5 수납 공간에서 아크 플래시가 발생한 것으로 판단할 수 있다. 이와는 달리, 상기 제1 내지 제5 포인트 아크 감지 신호들(Vpas1~Vpas5) 중 어느 것도 상기 최소 아크 검출 레벨(Vmadl)에 못미치는 경우, 상기 제어 모듈(10)은 1차적으로 판단된 상기 아크 플래시는 에러인 것으로 간주할 수 있다. 이렇게 아크 플래시의 발생이 판단되면, 상기 제어 모듈(10)은 상기 판단된 아크 플레쉬의 크기(또는 세기)가 상기 임계 트립 레벨(Vcts)보다 낮은지를 검사하여 긴급 상황 발생 여부를 판단할 수 있다. 이때, 상기 판단된 아크 플래시가 긴급 상황에 해당하지 않을 경우, 상기 제어 모듈(10)은 상기 판단된 포인트 아크 감지 신호와 그를 통해 얻어진 최근 일정 기간의 아크 플래시의 발생 횟수, 지속시간 및 평균 크기(또는 세기)에 근거하여 아크 플래시 에너지 레벨을 연산할 수 있다. 아울러 상기 제어 모듈(10)은 상기 전류 검출 모듈(32)로부터 스캔된 3개의 상전류 감지 신호들과 최근 일정 시간 동안에 얻어진 3상 전류 감지 신호들에 근거하여 수배전되는 3상 전류의 피크값, 피크 주파수, 첨도, 왜도, 실효값 및 표준 편차를 산출하고, 그 연산된 그것들을 이용하여 부하 레벨을 산출할 수 있다.
상기 제어 모듈(10)은 상기 산출된 아크 플래시에너지 레벨이 상기 등급별 아크 플래시에너지 범위들 중 어느 범위에 속하고 상기 산출된 부하 레벨이 상기 등급별 부하 레벨 범위들 중 어느 레벨 범위에 속하는가를 검사하여 트립(즉, 전력 차단)이 필요한가를 판단할 수 있다.
상기 아크 플래시에너지 스케일이 최소 아크 플래시에너지 레벨에 '1'을, 그리고 최대 아크 플래시에너지 레벨에 '100'을 할당하는 형태로 구분되고, 또한 상기 아크 플래시 레벨 범위들이 20 레벨 간격으로 다섯 등급으로 구분될 수 있다. 이 경우, 상기 산출된 아크 플래시 에너지는 다섯 등급의 아크 플래시레벨 범위 중 하위 둘 내지 네 등급의 아크 플래시 에너지 레벨이 속할 수 있다. 이는 상기 긴급상황의 발생과 그렇지 않은 상황과의 경계가 상기 임계 트립 레벨(Vcts)에 의해 결정되는 것에 기인한다. 이와 비슷하게, 상기 부하 레벨 스케일이 최소 부하 레벨에 '1'을 그리고 최대 부하 레벨에 '100'을 할당하는 형태로 구분될 수 있고, 또한 상기 부하 레벨 범위들이 20 레벨 간격으로 다섯 등급으로 구분될 수 있다. 그런 만큼, 상기 산출된 부하 레벨은 상기 다섯 등급의 부하 레벨 범위 중 어느 하나에 속할 수 있다.
만약, 상기 산출된 아크 플래시에너지가 최하위 등급의 아크 플래시에너지 레벨 범위에 속하고 상기 산출된 부하 레벨도 최하위 등급의 부하 레벨 범위에 속하는 것으로 검사되면, 상기 제어 모듈(10)은 트립(즉, 전력 차단)의 필요성이 없는 것으로 판단할 수 있다. 이와는 달리, 상기 산출된 아크 플래시 에너지가 최하위 등급의 아크 플래시에너지 레벨 범위에 속하더라도 상기 산출된 부하 레벨이 적어도 차하위 등급의 부하 레벨 범위에 속하는 것으로 검사되면, 상기 제어 모듈(10)은 트립(즉, 전력 차단)의 필요성이 있는 것으로 판단할 수 있다.
이렇게 긴급상황이 발생되거나 또는 트립의 필요성이 있는 것으로 판단되면, 상기 제어 모듈(10)은 상기 트립 코일 구동 유닛(40)에 로우 논리의 상기 소프트웨어적인 트립 제어 신호(CSstr)을 인가하여 상기 트립 코일(TC)을 구동할 수 있다. 그에 따라, 도시하지 않은 차단기가 턴-오프되어 수배전되던 전력이 차단될 수 있다.
또한, 상기 제어 모듈(10)은 상기 접근 감지 유닛(34)으로부터의 상기 접근 거리 데이터 및 상기 도어 감지 유닛(36)으로부터의 상기 도어 감지 신호에 근거하여 상기 수배전 설비의 도어의 개폐 상태 및 작업자 또는 관리자의 접근 상태들 상기 제2 광 알림부(44)를 통해 시각적으로 통지할 수 있다. 게다가, 상기 제어 모듈(10)은 상기 조작부(20) 및 상기 원격 수신부(22)를 통해 입력되는 관리자 또는 작업자의 명령에 따른 동작들이 수행될 수 있게 제어할 수 있다. 예를 들면, 리셋 명령에 따른 리셋 동작, 모드 전환 명령에 따른 온라인/서비스 모드의 전환, 트립 명령에 따른 트립 코일의 강제 구동, 금지 명령에 따른 트립 코일의 구동 방지, 그리고 설정, 취소 및 업/다운 명령들에 따른 상기 스크린 표시부(54) 상의 표시 화상의 전환/스크롤 동작 등이 상기 제어 모듈(10)의 제어 하에 수행될 수 있다. 나아가, 상기 제어 모듈(10)은 상기 광 감지 모듈(30), 상기 전류 감지 모듈(32), 상기 접근 감지 유닛(34), 상기 도어 감지 유닛(36) 및 상기 트립 코일 구동 유닛(40) 등의 정상 동작 여부 및 상기 트립 코일 전압 상태 등이 상기 제1 및 제2 알림부(42,44), 상기 LED 표시부(50) 및 상기 스크린 표시부(54)를 통해 시각적으로 표시되게 하거나 상기 음성 출력부(52)를 통해 청각적으로 통지되게끔 제어할 수 있다. 더 나아가, 상기 제어 모듈(10)은 상위의 HMI(Human Machine Interface)에 상기 수배전 설비의 현재 상태를 전송하거나 또는 상위의 HMI로부터 제어 데이터를 수신할 수도 있다. 이러한 제어 모듈(10)은, 상기한 제반 동작 제어의 수행에 따른 많은 연산 처리 부하를 완화하기 위하여, 적어도 두 개의 MPU를 포함하는 형태로 구현될 수 있다. 예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제어 모듈(10)은 상기 메인 MPU(12), 상기 서브 MPU(14), 상기 FPGA(16) 및 아날로그 멀티플렉서(18)를 포함할 수 있다.
상기 메인 MPU(12)는 상기 광 감지 모듈(30)로부터의 아크 감지 신호들, 상기 전류 감지 모듈(32)로부터의 상전류 감지 신호들 및 상기 트립 레벨 설정부(24)로부터의 상기 임계 트립 레벨에 근거하여 상기 트립 코일 구동 유닛(40)을 제어하기 위한 상기 소프트웨어적인 트립 제어 신호(CSstr)를 발생할 수 있다.
또한, 상기 메인 MPU((12)는 상기 조작부(20) 및 상기 원격 수신부(22)를 통해 입력되는 관리자 또는 작업자의 명령에 따른 동작 들이 수행될 수 있게 제어할 수 있다. 예를 들면, 리셋 명령에 따른 리셋 동작, 모드 전환 명령에 따른 온라인/서비스 모드의 전환, 트립 명령에 따른 트립 코일의 강제 구동, 금지 명령에 따른 트립 코일의 구동 억제 등의 동작이 수행되게 할 수 있다. 게다가, 상기 메인 MPU(12)는 상기 트립 코일 구동 유닛(40)의 구동 상태 및 상기 온라인/서비스 모드의 선택 상태가 상기 제1 광 알림부(42)를 통해 시각적으로 표시되게 제어할 수 있다. 나아가, 상기 메인 MPU(12)는 상기 광 감지 모듈(30), 상기 전류 감지 모듈(32) 및 상기 트립 코일 전압 상태에 대한 데이터를 상기 FPGA(16)에 공급할 수 있다. 이러한 메인 MPU(12)는 도 10에 도시된 바와 같은 핀 블록들을 포함할 수 있다.
도 10은 도 2에서의 메인 MPU의 내부 구성의 일 예를 도시하는 핀 블록도 이다.
도 10에 도시된 상기 메인 MPU(12)는 48 MHZ의 속도로 동작할 수 있고 A/D 변환 동작을 비트당 5MHZ의 속도로 수행할 수 있다. 또한, 상기 메인 MPU(12)는 상기 LED 표시부(50) 및 상기 서브 MPU(14)로의 상태 전송을 위하여 상기 FPGA(16)와 버스 라인을 통해 연결될 수 있다. 이러한 메인 MPU(12)는 도 10에서와 같이, A/D 변환부, 터미널 통신부, 트립 제어부, RTC 인터페이스, 버튼 입력부, 릴레이 출력부, LED부, FPGA 인터페이스, USB 인터페이스를 포함할 수 있다.
상기 A/D변환부는 'SENSOR 1~6'를 통하여 상기 광 감지 모듈(30)로부터의 제1 내지 제5 포인트 아크 감지 신호들 및 루프 아크 감지 신호를 입력할 수 있다. 또한, 상기 A/D 변환부는 'MUX1_OUT'를 통해서 상기 원격 수신부(22)로부터의 수신된 원격 신호를, 그리고 'MUX2_OUT'를 통해서는 상기 전류 감지 모듈(32)로부터의 상전류등, 상기 트립 레벱 설정부(24)로부터의 상기 임계 트립 레벨 및 상기 제어용 고전압 스위치(IGBT)의 인가전압을 입력할 수 있다. 'MUX1_OUT' 및 'MUX2_OUT'를 통한 신호의 입력을 위하여, 상기 A/D 변환부는 'MUX1_A,B,C' 및 'MUX2_A,B,C'를 통해서 선택신호를 상기 아날로그 멀티플렉서(18)에 공급할 수 있다.
상기 터미널 통신부는 서비스 모드에서 시스템 설정을 위하여 사용될 수 있다. 또한, 상기 터미널 통신부는 115200bps의 통신속도로 퍼스널 컴퓨터의 단말기에 연결하여, 서비스 모드에서 시스템의 상태가 모니터링 될 수 있게 한다.
상기 RTC 인터페이스는 DS1307과 I2C통신을 통하여 현재 시간과 날짜를 읽어 올 수 있다.
상기 트립 제어부는 'PA6(ARC DETECT)'을 통하여 입력되는 상기 수신된 원격신호 또는 모드 버튼의 상태를 확인하여 'PB6(TRIIP INHIBIT)'를 통해 상기 트립 금지 제어 신호(CStrp)를 출력할 수 있다. 또한, 트립 제어부는 'PB13(TRIP ENABLE)'을 통해 상기 소프트웨어적인 트립 제어 신호(CSstr)를 출력할 수 있다.
상기 버튼 입력부는 'TRIP_SW', 'MODE_SW' 및 'RESET_SW'를 통해 상기 조작부(20) 상의 트립 버튼, 모드 버튼 및 리셋 버튼을 스캔할 수 있다.
상기 릴레이 출력부는 'ONLINE_RELAY' 및 'SERVICE_RELAY'를 통하여 서비스 모드 알람 신호 및 상기 온라인 모드 알람 신호를 출력할 수 있다. 서비스 모드 알람 신호 및 상기 온라인 모드 알람 신호는 상기 모드 버튼의 조작에 따라 상호 보완적으로 인에이블된다. 또한, 상기 릴레이 출력부는 'TRIPPED_RELAY'를 통해 상기 트립 알람 신호를 출력할 수 있다. 상기 트립 알람 신호는 서비스 모드에서 트립 버튼에 의한 트립 테스트 중에는 인에이블되지 않는다.
상기 LED부는 'LED1(A/D)'를 점등 또는 소등하여 A/D변환 상태를 표시할 수 있다. 상기 'LED1(A/D)'의 소등은 현재 시스템에서 A/D 변환을 못하고 있는 상태를 나타낸다. 또한, 상기 LED부는 'LED2(SYSTEM)'을 250ms의 주기로 점멸시켜 시스템 전체가 정상 동작함을 표시할 수 있다.
상기 FPGA 인터페이스는 상기 FPGA(16)와 버스방식으로(8비트,11어드레스) 데이터를 주고 받을 수 있다.
USB 인터페이스는 'ERASE'통해 입력되는 신호에 의해 펌웨어를 삭제하고 새로운 펌웨어를 다운 로드하는데 사용될 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 상기 서브 MPU(14)는 상기 접근 감지 유닛(34)으로부터의 상기 접근 거리 데이터 및 상기 도어 감지 유닛(36)으로부터의 상기 도어 감지 신호에 근거하여 상기 수배전 설비의 도어의 개폐 상태 및 작업자 또는 관리자의 접근 상태들 상기 제2 광 알림부(44)를 통해 시각적으로 통지할 수 있다. 또한, 상기 서브 MPU(14)는 상기 조작부(20)를 통해 관리자 또는 작업자가 입력한 명령에 따른 동작들이 수행될 수 있게 제어할 수 있다. 예를 들면, 설정, 취소 및 업/다운 명령들에 따른 상기 스크린 표시부(54) 상의 표시 화상의 전환/스크롤 동작 등이 상기 서브 MPU(14)의 제어하에 수행될 수 있다. 게다가, 상기 서브 MPU(14)는 상기 FPGA(16)에 저장되어진 '상기 광 감지 모듈(30), 상기 전류 감지 모듈(32), 상기 접근 감지 유닛(34), 상기 도어 감지 유닛(36) 및 상기 트립 코일 구동 유닛(40) 등의 정상 동작 여부 및 동작 상태에 대한 데이터'가 상기 스크린 표시부(54)를 통해 시각적으로 표시되게끔 제어할 수 있다. 나아가, 상기 서브 MPU(14)는 상위의 HMI쪽으로 상기 FPGA(16)에 저장되어진 상기 수배전 설비의 현재 상태의 정보를 전송하거나 또는 상위의 HMI로부터 제어 데이터를 수신하여 상기 FPGA(16)에 저장할 수도 있다. 이러한 서브 MPU(14)는 도 11에 도시된 바와 같은 핀 블록도을 포함할 수 있다.
도 11은 도 2에서의 서브 MPU의 내부 구성의 일 예를 도시하는 핀 블록도 이다.
도 11에 도시된 상기 서브 MPU(14)는 RISC방식으로 16 MHZ의 속도로 동작할 수 있다. 또한, 상기 서브 MPU(14)는 메모리 맵 방식으로 구현되었으나 동작 속도가 느린 LCD 장치가 상기 스크린 표시부(54)로서 사용되는 경우에는 포트 구동 방식의 외부 제어로 전환될 수 있다. 이러한 서브 MPU(14)는 도 11에 도시된 바와 같이, 키 버튼부, HMI 통신부, 도어 통신부, 국번 딥 스위치부, 릴레이 출력부, LED 출력부, FPGA 인터페이스 및 LCD 인터페이스를 포함할 수 있다.
키 버튼부는, 스크린 표시부(예를 들면, LCD 패널) 상에 표시되는 화상의 제어를 위해, 'KEY_SW1(DOWN)', 'KEY_SW1(UP)', 'KEY_SW1(SET)' 및 'KEY_SW1(CANCLE)'를 통해 상기 조작부(20) 상의 다운, 업, 설정 및 취소 버튼들을 스캔할 수 있다.
상기 HMI 통신부는 RS485 MODBUS 스탠다드 0x03 명령에 의해 내부 설정데이터를 상위의 HMI 쪽으로 9600bps로 전송한다. 전송되는 데이터는 'MODBUS 프로토콜'에 따라 포맷될 수 있다.
상기 도어 통신부은 RS-485 직렬 통신 방식으로 9600bps의 속도로 상기 접근 감지 유닛(34) 및 상기 도어 감지 유닛(36)으로부터 디지털 데이터 형태의 상기 접근 거리 데이터 및 상기 도어 감지 신호를 수신할 수 있다. 상기 접근 및 도어 감지 신호들은 'MODBUS 프로토콜'에 따라 포맷될 수 있다.
상기 국번 딥 스위치부는 'SW1 ~ SW4'의 조작을 통해 HMI 통신에 사용될 수 있는 슬레이브 국번(고유 어드레스)을 설정할 수 있다.
상기 릴레이 출력부는 'DOOR_RELAY' 및 'DISTANCE_RELAY'를 통해 상기 도어 알람 신호 및 접근 알람 신호를 출력할 수 있다.
상기 LED 출력부는 'DOOR_LED'를 점등 또는 소등하여 상기 수배전 설비의 도어의 개폐 상태를 표시할 수 있다. 또한, 상기 LED 출력부는 'DISTANCE_LED'의 점등량(또는 점등 길이)를 조절하여 관리자 또는 작업자의 접근 거리를 시가적으로 표시할 수 있다.
상기 FPGA 인터페이스는 상기 FPGA(16)으로부터 데이터를 가져올 수 있다. 이를 위하여, 상기 FPGA 인터페이스는 포트 방식의 버스 라인(데이터 8비트, 어드레스 6비트)을 통해 상기 FPGA(16)과 연결될 수 있다.
상기 LCD 인터페이스는 128*64 도트의 상기 스크린 표시부(54)(예를 들면, LCD 패널)를 구동하기 위한 제어신호들을 출력할 수 있다.
도 2로 되돌아 가면, 상기 FPGA(16)는 상기 메인 MPU(12) 및 상기 서브 MPU(14)에 의해 처리된 데이터, 상기 트립 코일의 제어에 필요한 데이터(예를 들면, 등급별 아크 플래시 에너지 범위 테이블 및 등급별 부하 레벨 범위 테이블), 그리고 상기 메인 MPU(12) 및 상기 서브 MPU(14)에 의해 수행될 프로그램을 저장할 수 있다. 또한, 상기 FPGA(16)는 상기 메인 MPU(12)와 상기 서브 MPU(14)와의 양방향 통신을 중계할 수 있다. 게다가, 상기 FPGA(16)는 상기 LED 표시부(52) 및 상기 음성 출력부(54)를 구동하여 상기 메인 MPU(12) 및 상기 서브 MPU(14)에 의해 처리된 상기 광 감지 모듈(30), 상기 전류 감지 모듈(32), 상기 접근 감지 유닛(34), 상기 도어 감지 유닛(36) 및 상기 트립 코일 구동 유닛(40) 등의 정상 동작 여부 및 상기 트립 코일 전압 상태 등이 상기 LED 표시부(50) 및 상기 음성 출력부(54)를 통해 시각적 및 청각적으로 출력되게 할 수 있다. 이를 위하여, 상기 FPGA(16)는 도 12에 도시된 바와 같이 구성될 수 있다.
도 12는 도 2에서의 FPGA의 내부 구성의 일 예를 도시하는 상세 블록도 이다.
도 12를 참조하면, 상기 FPGA(16)는 듀얼 포트 메모리(이하, 'DPRAM'이라 함)(300), 제1 및 제2 액세스부(310,312) 및 LED/음성 구동부(320)를 포함할 수 있다.
상기 DPRAM(300)은 도 2에 도시된 상기 메인 MPU(12) 및 상기 서브 MPU(14)에 의해 처리된 상기 광 감지 모듈(30), 상기 전류 감지 모듈(32), 상기 접근 감지 유닛(34), 상기 도어 감지 유닛(36) 및 상기 트립 코일 구동 유닛(40) 등의 정상 동작 여부 및 상기 트립 코일 전압 상태에 대한 데이터를 저장할 수 있다. 또한, 상기 DPRAM(300)은 상기 트립 코일의 제어에 필요한 기준 데이터(예를 들면 등급별 아크 플래시 에너지 레벨 범위 테이블 및 등급별 부하 레벨 범위 테이블 등)를 저장할 수 있다. 게다가, 상기 DPRAM(300)은 상기 메인 MPU(12) 및 상기 서브 MPU(14)에 의해 수행될 프로그램들을 저장할 수 있다.
상기 제1 액세스부(310)는 제1 버스 라인(BUS1) 및 제1 제어 라인(CSL1)을 통해 도 2에 도시된 상기 메인 MPU(12)에 접속될 수 있다. 상기 제1 버스 라인(BUS1)은 8개의 데이터 라인들 및 12개의 어드레스 라인들을 포함할 수 있다. 상기 제1 제어 라인(CSL1)은 상기 메인 MPU(12)로부터의 칩 선택 신호(C_CS), 리드 제어 신호(C_RD) 및 기록 제어 신호(C_WR)을 전송하기 위한 3개의 제어 라인을 포함할 수 있다. 상기 12개의 어드레스 라인들 최상위 어드레스 라인 상의 최상위 어드레스 신호(C_AD11)가 '0'의 값을 가지면, 상기 제1 액세스부(310)는 상기 DPRAM(300)이 상기 메인 MPU(12)에 의해 액세스되게 할 수 있다. 이와는 달리, 상기 12개의 어드레스 라인들 최상위 어드레스 라인 상의 최상위 어드레스 신호(C_AD11)가 '1'의 값을 가지는 경우, 상기 제1 액세스부(310)는 상기 LED/음성 구동부(320)가 상기 메인 MPU(12)에 의해 액세스 되게 할 수 있다.
상기 제2 액세스부(312)는 제2 버스 라인(BUS2) 및 제2 제어 라인(CSL2)을 통해 도 2에 도시된 상기 서브 MPU(14)에 접속될 수 있다. 상기 제2 버스 라인(BUS2)은 8개의 데이터 라인들 및 6개의 어드레스 라인들을 포함할 수 있다. 상기 제2 제어 라인(CSL2)은 상기 서브 MPU(14)로부터의 칩 선택 신호(C_CS*), 리드 제어 신호(C_RD*) 및 기록 제어 신호(C_WR*)을 전송하기 위한 3개의 제어 라인을 포함할 수 있다. 상기 칩 선택 신호(C_CS*)가 특정 논리(예를 들면, '0')를 가질 경우, 상기 제2 액세스부(312)는 상기 DPRAM(300)이 상기 서브 MPU(14)에 의해 액세스 되게 할 수 있다.
상기 LED/음성 구동부(320)는 상기 제1 액세스부(310)를 경유하여 상기 메인 MPU(12)로부터 상기 광 감지 모듈(30), 상기 전류 감지 모듈(32), 상기 접근 감지 유닛(34), 상기 도어 감지 유닛(36) 및 상기 트립 코일 구동 유닛(40) 등의 정상 동작 여부 및 동작 상태에 데이터를 입력할 수 있다. 상기 LED/음성 구동부(320)의 데이터 입력 동작은 상기 제1 버스 라인(BUS1)의 상기 12개의 어드레스 라인들 최상위 어드레스 라인 상의 최상위 어드레스 신호(C_AD11)가 '1'의 값을 가질 때 수행될 수 있다. 또한, 상기 LED/음성 구동부(320)는 입력된 데이터가 도 1에 도시된 상기 LED 표시부(50) 및 상기 음성 출력부(52)를 통해 시각적 및 청각적으로 출력되게 한다.
또한, 상기 FPGA(16)는 상기 메인 MPU(12)와 상기 서브 MPU(14)와의 양방향 통신을 중계할 수 있다. 게다가, 상기 FPGA(16)는 상기 LED 표시부(52) 및 상기 음성 출력부(54)를 구동하여 상기 메인 MPU(12) 및 상기 서브 MPU(14)에 의해 처리된 상기 광 감지 모듈(30), 상기 전류 감지 모듈(32), 상기 접근 감지 유닛(34), 상기 도어 감지 유닛(36) 및 상기 트립 코일 구동 유닛(40) 등의 정상 동작 여부 및 상기 트립 코일 전압 상태 등이 상기 LED 표시부(50) 및 상기 음성 출력부(54)를 통해 시각적 및 청각적으로 출력되게 할 수 있다. 이를 위하여, 상기 FPGA(16)는 도 12에 도시된 바와 같이 구성될 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 상기 아날로그 멀티플렉서(18)는 상기 원격 수신부(22)로부터의 상기 원격 수신 신호, 상기 트립 레벨 설정부(23)로부터의 상기 임계 트립 레벨, 및 상기 전류 감지 모듈(32)로부터의 상기 상전류 감지 신호들을 선택적으로 상기 메인 MPU(12) 쪽으로 전송할 수 있다. 상기 아날로그 멀티플렉서(18)의 선택 동작은 상기 메인 MPU(12)로부터의 선택 신호의 논리 값에 의해 제어될 수 있다.
다음에 상기 메인 MPU(12)에 의해 수배전 설비의 전원차단장치의 작동에 대해 도 13 내지 도 15에 따라 구체적으로 설명한다.
도 13은 도 2에서의 메인 MPU의 기능을 설명하기 위한 블록도 이고, 도 14는 본 발명의 일 실시 예에 따른 수배전반 내부의 아크 플래시 사고 발생 가능성 지수를 나타내는 추론부의 구성을 나타내는 블록도 이며, 도 15는 도 14에 도시된 추론부를 학습시키기 위한 학습데이터를 나타내는 예시도 이다.
도 13에 도시된 바와 같이, 메인 MPU(12)는 광 감지 모듈(30), 전류 감지 모듈(32), 접근 감지유닛(34) 및 도어 감지 유닛(36)으로부터 검출된 수배전 설비의 환경정보에 기초하여 수배전 설비 내부의 아크 플래시 사고 발생 가능성 지수를 추출하여 진단하고 이에 따라 전력을 차단하도록, 특징 추출부(131), 추론부(132), 판단부(133) 및 제어부(134)를 포함할 수 있다. 특징 추출부(131), 추론부(132), 판단부(133)에 의해 실행되는 프로그램은 상기 DPRAM(300) 저장할 수 있다.
도 14 및 도 15를 참조하면, 추론부(132)는 특징 추출부(131)로부터 수신한 (본 실시 예에서는 아크 플래시 사고 시에 발생하는 고휘도광의 조도정보, 사고 전류정보, 인체 접근 거리정보인 3개의 특징점을 이용한다) 3개의 특징점을 이용하여 수배전반 내부의 아크 사고 발생 가능성 정도를 판단할 수 있는 결과값을 산출할 수 있으며, 추론엔진으로는 도 14에 도시된 바와 같이, 퍼지 클러스트링 기반 RBF 뉴럴 네트워크(Fuzzy clustering based RBF Neural Network: FRBFNN)를 사용한다.
추론부(132)는 입력모듈(132-1), 전반부모듈(132-2), 후반부모듈(132-3) 및 출력부모듈(132-4)을 포함할 수 있다. 여기서, 추론부(132)는 3개의 특징점을 이용하여 아크 사고 발생 가능성을 추론하는 것으로 표현하였으나, 이에 한정되지 않는다.
입력모듈(132-1)은 특징 추출부(131)로부터 수신한 아크 플래시 광의 조도정보, 사고전류 정보, 인체접근 거리정보 등의
Figure 112013092210125-pat00001
개의 특징점(x1, . .., xl)을 수신할 수 있다. 여기서, x1, x2, x3은 각각 특징점 1, 특징점 2, 특징점 3을 의미한다.
전반부모듈(132-2)은 FCM(Fuzzy C-means) 일 수 있고, FCM을 이용하여 입력공간 분할 및 각 공간에서 입력값의 활성레벨을 결정할 수 있다. 또한, 전반부모듈(132-2)은 FRBFNN의 멤버쉽(Membership) 함수의 학습이 FCM에 의해 수행되며, 수행결과에 따라 멤버쉽 값이 결정될 수 있다.
후반부모듈(132-3)은 각 퍼지공간에서의 로컬 모델일 수 있고, 후반부모듈(132-3)은 다항식형태의 수학식 모델로 표현될 수 있다. 또한, 후반부모듈(132-3)은 다항식의 학습이 WLSE(Weighted Least Square Estimator)에 의해 수행될 수 있다.
한편, FRBFNN는 하기의 수학식 1과 같이 “if-then” 퍼지규칙 형태로 표현될 수 있으며, 후반부모듈(132-3)의 다항식 형태는 하기의 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.
또한, 후반부모듈(132-3)의 다항식은 개별 염색체의 적합도를 나타내며 최적의 적합도를 갖는 유전자 알고리즘을 이용하여 탐색될 수 있다.
Figure 112013092210125-pat00002
수학식 1은 입력되는 ℓ개의 데이터
Figure 112013092210125-pat00003
가 j 번째 클러스터 Aj의 조건을 만족시키면 후반부모듈의 출력 데이터
Figure 112013092210125-pat00004
가 얻어지고, 이 값은 하기의 수학식 2와 같은 다항식으로 표시되는 함수
Figure 112013092210125-pat00005
의 값이 된다.
Figure 112013092210125-pat00006
여기서,
Figure 112013092210125-pat00007
는 j 번째 클러스터의 중심값을 나타낸다. 아래 네 개의 다항식 가운데 어떤 다항식을 사용할 것인지와, 다항식의 차수는 유전알고리즘을 사용하여 결정될 수 있다.
즉, ℓ은 아크 플래시 광의 조도정보, 사고전류정보, 인체접근 거리정보 등의 입력변수의 수, Rj는 j번째 퍼지 규칙을 의미한다. 또한, j= 1,…,n에서 n은 퍼지 규칙의 수를 의미하고,
Figure 112013092210125-pat00008
는 j번째 규칙에 대한 후반부모듈로써 j번째 입력공간에 대한 로컬모델이며,
Figure 112013092210125-pat00009
는 j번째 규칙에 대한 중심점으로써 FCM으로부터 얻어진다.
또한, FRBFNN 모델은 하기의 수학식 3과 같이 표현될 수 있으며, 본 발명의 수배전 설비의 전원차단장치에서는 후반부모듈(132-3)의 출력 데이터와 미리 설정된 청정기준을 비교하여 수배전반 활선부의 아크 플래시 사고도를 판단하여 전원을 차단한다.
Figure 112013092210125-pat00010
여기서, n은 클러스터(퍼지규칙)의 수,
Figure 112013092210125-pat00011
는 j 번째 입력공간에 대한 입력 데이터들의 활성레벨(소속 값)을 나타낼 수 있다. 즉,
Figure 112013092210125-pat00012
는 퍼지의 적합도로서 가중치를 의미할 수 있다. 또한,
Figure 112013092210125-pat00013
는 로컬의 입출력 관계식을 의미할 수 있다.
즉,
Figure 112013092210125-pat00014
는 입력 값이 각 규칙에 대하여 어느 정도의 영향력을 미치는지를 의미하는 값으로서 FCM(전반부모듈(132-2))으로부터 계산될 수 있다.
여기서, 규칙의 수는 임의의 경험에 의하여 결정될 수 있으며, 본 발명에서는 규칙의 수를 10개로 하였으며, 일반적으로 5~20개 사이의 값으로 결정할 수 있다.
또한, FRBFNN을 본 발명의 수배전 설비의 전원차단장치의 추론엔진으로 사용하기 위해서는 학습 데이터를 통하여 학습이 되어야 한다. 본 발명에서는 수배전반 내부의 아크 플래시 사고 가능성의 정도를 판단하기 위해, 도 15에 도시된 형태의 학습 데이터를 사용할 수 있다.
구체적으로, 학습을 위해서는 실험 데이터를 취득해야하며, 이때, 실험 데이터인 특징점 1, 특징점 2 및 특징점 3은 동시에 측정되어야 한다. 예를 들어, 도 15를 참조하여 설명하면, 아크 플래시 광의 조도정보, 사고전류정보, 인체접근 거리정보 등의 변화를 설정할 수 있는 실험환경에서 변화에 따른 100개의 데이터 세트를 수집할 수 있다.
수집된 데이터 세트에 대하여 FRBFNN의 출력값인 아크 플래시 사고 가능성 정도를 정의할 수 있다.
예를 들어, 사고 가능성 정도가 가장 높은 경우에 출력 값 y를 100으로, 사고가능성 정도가 가장 낮을 경우에 y를 0으로 정의할 수 있다.
한편, FRBFNN는 전반부 학습과 후반부 학습이 순차적으로 수행되며, 전반부 학습은 FCM 알고리즘에 의해 수행되며, 후반부 학습은 WLSE에 의해 수행된다. FCM은 초기 C-Means 클러스터링을 개선하여 퍼지집합 이론과 최소자승 에러 평가에 기반을 둔 알고리즘이다.
FCM과 C-Means 클러스터링의 중요한 차이점은 C-Means 클러스터링 알고리즘에서 임의의 데이터는 0과 1 사이의 멤버쉽 값으로 특정 지어지는 소속 정도를 가지고 여러 개의 클러스터에 속할 수 있다는 점이다. 그러나, FCM은 목적함수(비용함수)를 사용하여 데이터를 분할하는 동안에 비용함수가 최소가 되도록 분류한다.
소속 행렬 u는 0과 1 사이의 값을 가질 수 있으며 주어진 데이터가 각 클러스터에 속하는 소속 정도의 합은 하기의 수학식 4와 같이 1이 될 수 있다.
Figure 112013092210125-pat00015
여기서, n은 클러스터의 수이며, m은 데이터의 수를 의미한다.
또한, FCM에서의 비용함수는 하기의 수학식 5와 같이 일반화될 수 있다.
Figure 112013092210125-pat00016
여기서,
Figure 112013092210125-pat00017
는 0과 1 사이의 값이며,
Figure 112013092210125-pat00018
는 i번째 클러스터의 중심값을 의미하고,
Figure 112013092210125-pat00019
은 퍼지화 계수를 의미한다. 또한,
Figure 112013092210125-pat00020
는 i번째 클러스터의 중심과 j번째 데이터 사이의 거리로써 하기의 수학식 6과 같이 정의되는 정규화된 유클리디안 거리를 사용한다.
Figure 112013092210125-pat00021
여기서, r은 입력공간의 차원이며,
Figure 112013092210125-pat00022
은
Figure 112013092210125-pat00023
번째 변수의 분산을 의미한다.
정규화된 유클리디안 거리를 사용함으로써 큰 값을 갖는 입력변수가 작은 크기를 갖는 입력 변수보다 클러스터의 중심을 결정하는데 많은 영향을 미치는 것을 방지할 수 있다.
한편, 하기의 수학식 8의 비용함수가 최소가 되기 위한 필요조건은 상기의 수학식 6과 하기의 수학식 7과 같다.
Figure 112013092210125-pat00024
FCM은 상기 수학식 7과 하기의 수학식 8을 더 이상 향상시키지 않을 때까지 반복적인 처리를 수행한다. 여기서, 퍼지화 계수는 정규화 정도를 결정하는 역할을 수행하며, 이값은 FRBFNN의 성능에 영향을 미치며 추후에 유전알고리즘을 이용하여 최적화될 수 있다.
구체적으로, FCM은 후술할 단계를 이용하여 소속행렬
Figure 112013092210125-pat00025
와 클러스터 중심값
Figure 112013092210125-pat00026
를 결정할 수 있다.
Figure 112013092210125-pat00027
FCM은 상기 수학식 4를 만족하며, 0과 1 사이의 랜덤한 값을 갖는 소속행렬
Figure 112013092210125-pat00028
를 초기화한다(단계 1). 다음에, 상기 수학식 7을 이용하여 클러스터의 중심값
Figure 112013092210125-pat00029
를 계산한다(단계 2). 다음으로, 상기 수학식 5의 비용함수를 계산한다.
만일 비용함수의 계산 결과가 허용오차보다 적거나 더 이상 개선되지 않는 경우에 계산을 중단한다(단계 3). 다음으로, 하기의 수학식 8을 이용하여 새로운 소속행렬
Figure 112013092210125-pat00030
를 계산하고, 상기 단계 2를 수행한다.
또한, 상술한 바와 같이, FCM 알고리즘으로부터 각 클러스터의 중심값
Figure 112013092210125-pat00031
가 결정되며, 상기 수학식 1에서 입력벡터
Figure 112013092210125-pat00032
에 대한 멤버쉽 값은 상기 수학식 8의 다른 표현인 하기의 수학식 9로부터 계산된다.
Figure 112013092210125-pat00033
여기서,
Figure 112013092210125-pat00034
는 j번째 규칙(클러스터)에 대한 소속 값을 의미하며, p는 퍼지화 계수를 의미한다. 멤버쉽 값은 클러스터의 중심으로부터 거리가 가까울수록 커지며 다른 클러스터의 중심에 영향을 받는다.
Figure 112013092210125-pat00035
후반부 학습은 후반부 다항식의 계수를 결정하는 것으로서, WLSE를 이용하여 수행되며, 상기 수학식 10의 성능 평가함수의 값이 최소가 되도록 다항식의 계수를 계산하며, 상기 수학식 10을 행렬형식으로 표현하면, 하기의 수학식 11과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112013092210125-pat00036
여기서,
Figure 112013092210125-pat00037
는 추정하고자 하는 j번째 다항식의 계수이며,
Figure 112013092210125-pat00038
는 출력되는 데이터를 의미한다.
Figure 112013092210125-pat00039
는 j번째 입력공간에 대한 입력 데이터들의 활성레벨(소속 값)을 의미하며, 하기의 수학식 12로부터 계산된다.
여기서,
Figure 112013092210125-pat00040
는 j번째 로컬모델의 계수를 추정하기 위한 입력데이터 행렬을 의미하며, 로컬모델이 선형일 경우 하기의 수학식 12와 같이 정의된다.
Figure 112013092210125-pat00041
여기서, m은 데이터의 수를 의미한다.
또한, j번째 규칙에 대한 로컬모델인 다항식의 계수는 하기의 수학식 13에 의해서 계산된다.
Figure 112013092210125-pat00042
FRBFNN는 FCM과 WLSE에 의해 전반부와 후반부 학습이 수행되지만, 규칙 수, 후반부 다항식의 차수, FCM에서 사용되는 퍼지화 계수의 값을 미리 결정해야 하며, 이들 값은 성능에 많은 영향을 미칠 수 있다.
출력부 모듈(132-4)의 출력은 0~100 사이의 값이 출력되도록 학습된다.
최종적으로 학습을 통하여 구축된 FRBFNN은 상술한 수학식 3이며, 특징점 1, 특징점 2, 특징점 3이 입력되는 경우 아크 플래시 사고 가능성 정도가 계산되어 출력된다.
여기서, 아크 플래시 사고 가능성 정도는 0~100 사이의 값으로 출력될 수 있고, 아크 플래시 사고 가능성 정도 값의 범위에 따라 도 15에 도시된 바와 같이, 정상상태, 주의상태, 위험상태, 차단상태로 판단결과를 표시할 수 있고, 아크 플래시 사고 가능성 정도를 값으로 표시할 수 있다.
예를 들어, 아크 플래시 사고 가능성 정도를 산출하기 위해 메인 MPU(12)의 판단부(133)는 상기 추론부(132)로부터의 출력 값과 미리 설정된 청정기준을 비교하여 수배전반 내부의 아크 플래시 사고 가능성 정도를 판단할 수 있다.
예를 들어, 미리 설정된 기준이 아크 플래시 사고 가능성 정도가 20보다 작을 경우는 정상상태, 아크 플래시 사고 가능성 정도가 20~70사이면 주의상태, 아크 플래시 사고 가능성 정도가 70보다 클 경우 위험 경보상태로 설정된 경우, 아크 플래시 사고 가능성 정도가 80인 경우에 차단상태 등으로 판단하고, 제어부(134)는 각각에 대한 상태를 경보를 발생하거나 트립 제어 신호에 의해 수배전 설비의 차단기를 턴-오프시키도록 할 수 있도록 한다.
다음에, 도 16에 따라 본 발명에 따른 디지털 아크 플래시 릴레이를 탑재한 수배전 설비의 전원차단방법에 대해 설명한다.
도 16은 본 발명의 일 실시 예에 따른 디지털 아크 플래시 릴레이를 탑재한 수배전 설비의 전원차단방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 16을 참조하면, 수배전 설비의 전원차단 방법은 수배전 시설의 일 측에 설치된 광 감지 모듈(30), 전류 감지 모듈(32), 접근 감지유닛(34) 및 도어 감지 유닛(36)에 각각 마련된 광파이버 아크 센서 및 전류센서, 거리센서 등을 통하여 아크 플래시 광의 조도정보, 사고전류정보, 인체접근 거리정보가 내부로 유입되며, 내부에 각종 센서장치 및 제어장치가 설치되어 제어하는 방법이다.
먼저, 수배전 설비 내부의 광 감지 모듈(30), 전류 감지 모듈(32), 접근 감지유닛(34) 및 도어 감지 유닛(36)으로부터 아크 플래시 광의 조도정보, 사고전류정보, 인체접근 거리정보 중 적어도 하나의 상태정보를 검출한다(S100).
또 검출된 상태정보에 기초하여 수배전반 내부의 사고 정도를 산출하며(S110), 산출된 사고 정도의 정보에 기초하여 수배전반 내부의 아크 사고 정도를 제어할 수 있다(S120).
여기서, 상태정보는 미리 설정된 주기 및 미리 설정된 개수로 검출될 수 있다.
또한, 수배전 설비의 전원차단방법은 수배전 설비 내부의 아크 플래시 사고 정보를 수배전 설비 외부에서 알 수 있도록 경고하는 단계를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 단계 S110은 광 감지 모듈(30), 전류 감지 모듈(32), 접근 감지유닛(34) 및 도어 감지 유닛(36)으로부터 아크 플래시 광의 조도정보, 사고전류정보, 인체접근 거리정보에 기초하여 수배전 설비 내부의 상태 정보를 추출한다. 이 추출 정보에 따라 수배전 설비 내부의 아크 플래시 사고 상태를 추론할 수 있는 결과값을 산출할 수 있다.
즉, 상기 단계 S110은 수신된 수배전 설비 내부의 아크 플래시 광의 조도정보, 사고전류정보, 인체접근 거리정보 중 적어도 하나의 환경정보(특징점)를 FCM(Fuzzy C-means) 알고리즘을 이용하여, 환경정보에 대한 소속행렬 및 클러스터 중심값을 결정할 수 있다.
다음으로, 다항식 형태의 수학식 모델로 표현되고, WLSE(Weighted Least Square Estimator)로 학습되어, 다항식의 계수를 결정하고, 환경정보에 대한 소속행렬 및 클러스터 중심값에 기초하여 수배전 설비 내부의 청정도를 추론할 수 있는 결과값을 FRBFNN(Fuzzy clustering based RBF Neural Network) 이용하여 산출할 수 있다.
또한 상기 단계 S110은 수배전 설비 내부의 아크 플래시 사고 상태를 추론할 수 있는 결과값과 미리 설정된 기준을 비교하여 수배전 설비 내부의 아크 플래시 사고 상태를 판단하여 제어부(134)로 전달한다.
제어부(134)는 산출된 아크 플래시 사고 상태 정보에 기초하여 아크 플래시 사고 상태 정도를 제어하도록 관리자 단말기로 진단된 수배전 설비 내의 아크 플래시 사고 상태 정보를 전송하거나, 입력/표시부(23) 및 알람부(24)로 전송하여 관리자가 아크 플래시 사고를 인지하도록 할 수 있다. 이와 함께 상기 제어부(134)는 상술한 바와 같이 미리 설정된 값에 따라 아크 플래시 사고 가능성 정도가 80인 경우에 차단상태로 판단하고, 트립 제어 신호에 의해 수배전 설비의 차단기를 턴-오프시키도록 한다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
본 발명에 따른 디지털 아크 플래시 릴레이를 탑재한 수배전 설비의 전원차단장치 및 그 차단방법을 사용하는 것에 의해 수배전 설비의 아크 플래시 사고시 접근자가 위험에 노출되는 것을 미연에 방지할 수 있다.
10 ; 제어 모듈 12 ; 메인 MPU
14 ; 서브 MPU 16 ; FPGA
18 ; 아날로그 멀티플렉서 20; 조작부
22 ; 원격 수신부 24 ; 트립 레벨 설정부
30 ; 광 감지 모듈 32 ; 전류 감지 모듈
34 ; 접근 감지 유닛 36 ; 도어 감지 유닛
40 ; 트립 코일 구동 유닛 42, 44 ; 제1 및 제2 광 알림부
50 ; LED 표시부 52 ; 스크린 표시부
54 ; 음성 출력부 131 ; 특징 추출부
132 ; 추론부 133 ; 판단부
134 ; 제어부

Claims (9)

  1. 디지털 아크 플래시 릴레이를 탑재하고, 수전반, 배전반, 전동기 제어반, 고압반, 저압반, 분전반을 내부에 포함하는 수배전 설비의 아크 플래시 수배전 설비의 전원을 차단하는 장치로서,
    상기 수배전 설비의 전기 소자들에 유입되는 전력을 선택적으로 차단하기 위한 차단기,
    상기 차단기의 트립 코일을 구동하기 위한 트립 코일 구동 유닛,
    상기 수배전 설비 내부의 아크 플래시 광의 조도정보, 사고전류정보, 인체접근 거리정보 중 적어도 하나의 환경정보를 검출하는 감지 수단,
    상기 감지 수단으로부터 검출된 환경정보에 기초하여 상기 수배전 설비 내부의 아크 플래시 사고 상태 정보를 추론하는 진단하는 진단 수단 및
    상기 진단 수단으로부터 진단된 상기 수배전 설비 내의 아크 플래시 사고 상태 정보에 따라 상기 트립 코일 구동 유닛을 제어하여 상기 차단기의 트립 코일을 구동시키는 제어수단을 포함하고,
    상기 진단 수단은,
    상기 감지 수단으로부터 수신한 상기 수배전 설비 내부의 아크 플래시 광의 조도, 사고전류, 인체접근 거리에 기초하여 상기 수배전 설비 내부의 아크 플래시 광의 조도정보, 사고전류 정보, 인체접근 거리정보를 추출하는 특징 추출부,
    상기 특징 추출부로부터 수신한 상기 아크 플래시 광의 조도정보, 사고전류 정보, 인체접근 거리정보에 기초하여 상기 수배전 설비 내부의 아크 플래시 사고 상태를 추론할 수 있는 결과값을 산출하는 추론부 및
    상기 추론부의 결과값과 미리 설정된 기준을 비교하여 상기 수배전 설비 내부의 아크 플래시 사고 상태를 판단하는 판단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원차단장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 진단 수단으로부터의 상기 수배전 설비 내부의 아크 플래시 사고 상태 정보를 상기 수배전 시설의 외부에서 알 수 있도록 경고하는 경고수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전원차단장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 감지 수단은,
    상기 수배전 설비의 공간에서의 조도를 감지하여 그 감지된 조도를 아크 옵셋으로 공급하는 옵셋 감지 유닛,
    상기 아크 옵셋을 적용하여 상기 수배전 설비에서 발생될 수 있는 아크 플래쉬를 감지하는 적어도 두 개의 포인트 광 감지 유닛,
    상기 수배전 설비에 배치된 교류 전압 라인들을 통해 흐르는 상전류들을 감지하기 위한 전류 감지 모듈,
    상기 수배전 설비의 도어의 개폐 상태를 감지하는 도어 감지 유닛,
    상기 수배전 설비로의 접근자의 접근 거리를 감지하는 접근 거리 감지 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 전원차단장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 진단 수단은 상기 환경정보를 미리 설정된 주기 및 미리 설정된 개수로 검출하는 것을 특징으로 하는 전원차단장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 추론부는,
    상기 특징 추출부로부터 수신된 상기 수배전 설비 내부의 아크 플래시 광의 조도정보, 사고전류 정보, 인체접근 거리정보 중 적어도 하나의 환경정보(특징점)를 FCM(Fuzzy C-means) 알고리즘을 이용하여, 상기 환경정보에 대한 소속행렬 및 클러스터 중심값을 결정하는 전반부모듈 및
    다항식 형태의 수학식 모델로 표현되고, WLSE(Weighted Least Square Estimator)로 학습되어, 상기 다항식의 계수를 결정하고, 상기 전반부모듈에서 결정된 상기 환경정보에 대한 소속행렬 및 클러스터 중심값에 기초하여 상기 수배전 설비 내부의 아크 플래시 사고 상태를 추론할 수 있는 결과값을 FRBFNN(Fuzzy clustering based RBF Neural Network) 이용하여 산출하는 후반부모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 전원차단장치.
  6. 디지털 아크 플래시 릴레이를 탑재하고, 수전반, 배전반, 전동기 제어반, 고압반, 저압반, 분전반을 내부에 포함하는 수배전 설비의 아크 플래시 수배전 설비의 전원을 차단하는 방법으로서,
    (a) 상기 수배전 설비 내부의 아크 플래시 광의 조도, 사고전류, 인체접근 거리 중 적어도 하나에 기초하여 상기 수배전 설비 내부의 아크 플래시 광의 조도정보, 사고전류정보, 인체접근 거리정보를 추출하여 환경정보를 검출하는 단계,
    (b) 상기 검출된 환경정보에 기초하여 상기 수배전 설비 내부의 아크 플래시 사고 상태 정보를 산출하는 단계,
    (c) 상기 산출된 아크 플래시 사고 상태 정보에 기초하여 상기 수배전 설비 내부의 아크 플래시 사고 상태를 판단하는 단계 및
    (d) 상기 단계 (c)에 의해 판단된 정보에 따라 수배전 설비의 차단기를 턴-오프하는 단계를 포함하고,
    상기 단계 (b)는
    (b1) 상기 수배전 설비 내부에 기초하여 상기 수배전 설비 내부의 아크 플래시 광의 조도정보, 사고전류정보, 인체접근 거리정보를 추출하는 단계,
    (b2) 상기 아크 플래시 광의 조도정보, 사고전류정보, 인체접근 거리정보를 추론할 수 있는 결과값을 산출하는 단계 및
    (b3) 상기 결과값과 미리 설정된 기준을 비교하여 상기 수배전 설비 내부의 아크 플래시 사고 상태를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원차단방법.
  7. 제6항에 있어서,
    (e) 상기 수배전 설비 내부의 아크 플래시 사고 상태를 상기 수배전 설비의 외부에서 알 수 있도록 경고하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전원차단방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 단계 (a)는 상기 환경정보를 미리 설정된 주기 및 미리 설정된 개수로 검출하는 것을 특징으로 하는 전원차단방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 단계 (b2)는,
    (b21) 상기 수배전 설비 내부의 아크 플래시 광의 조도정보, 사고전류 정보, 인체접근 거리정보 중 적어도 하나의 환경정보(특징점)를 FCM(Fuzzy C-means) 알고리즘을 이용하여, 상기 환경정보에 대한 소속행렬 및 클러스터 중심값을 결정하는 단계 및
    (b22) 다항식 형태의 수학식 모델로 표현되고, WLSE(Weighted Least Square Estimator)로 학습되어, 상기 다항식의 계수를 결정하고, 상기 환경정보에 대한 소속행렬 및 클러스터 중심값에 기초하여 상기 수배전 설비 내부의 아크 플래시 사고 상태를 추론할 수 있는 결과값을 FRBFNN(Fuzzy clustering based RBF Neural Network) 이용하여 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원차단방법.
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