KR101734342B1 - 패널에서 아크를 검출하는 장치 및 방법, 그리고 그 패널 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 패널에 위치하는 아크검출장치로서, 제1선로에 흐르는 제1전류를 센싱하는 전류센서; 상기 제1전류에 대한 센싱값을 디지털 변환하여 디지털전류데이터를 생성하고 상기 디지털전류데이터에 대한 에지디텍션(edge detection) 처리를 통해 전류에지데이터를 생성하는 에지데이터생성부; 상기 패널 내에 형성되는 광을 검출하는 광학센서; 상기 광학센서에서 검출된 광의 세기와 광세기기준값을 비교하고 상기 전류에지데이터를 에지기준값과 비교하여 제1변동시점을 결정하고 상기 제1변동시점 이후의 상기 제1전류에 대한 센싱값을 디지털 프로세싱하여 주파수데이터를 생성하는 주파수데이터생성부; 및 상기 주파수데이터의 특성에 따라 아크 발생 가능성을 판단하는 아크판단부를 포함하는 아크검출장치를 제공한다.

Description

패널에서 아크를 검출하는 장치 및 방법, 그리고 그 패널{APPARATUS AND METHOD FOR DETECTING ARC IN A PANEL, AND THE PANEL}

본 발명은 아크를 검출하는 기술에 관한 것이다.

서로 이격되어 있거나 불안전하게 접촉되어 있는 2개의 전극 사이에서 기체를 매개체로 하여 전류가 흐르는 것을 아크(Arc)라고 한다.

아크는 크게 하나의 도선에서 발생하는 직렬아크, 두 개의 도선 사이에서 발생하는 병렬아크, 접지와 하나의 도선 사이에서 발생하는 접지아크 및 다른 네트워크 사이에서 발생하는 크로스아크로 분류될 수 있다.

전력시스템에서 이러한 아크가 발생하면 일부 장치에 고장이 생길 수 있다. 특히, 이러한 아크가 지속적으로 발생하도록 방치하는 경우 아크 방전에 의한 열화 현상에 의해 전기화재가 발생할 수 있기 때문에, 아크 발생을 초기에 감지하고 추가적인 아크가 발생하지 않도록 해당 전력시스템을 인터럽트하는 것이 필요하다.

한편, 아크가 발생하면 외관적으로 가장 먼저 나타나는 현상이 아크에 의한 섬광이다. 이러한 섬광을 이용하여 아크를 인지할 수 있으나 인지 장치의 주변에 자연광 혹은 인공광이 존재하는 경우, 오감지가 일어날 가능성이 있다.

이러한 배경에서, 본 발명의 목적은, 광학센서와 전류센서를 조합하여 오감지의 가능성을 낮추면서 빠르고 정확하게 아크를 검출하는 기술을 제공하는 것이다.

전술한 목적을 달성하기 위하여, 일 측면에서, 본 발명은, 패널에 위치하는 아크검출장치로서, 제1선로에 흐르는 제1전류를 센싱하는 전류센서; 상기 제1전류에 대한 센싱값을 디지털 변환하여 디지털전류데이터를 생성하고 상기 디지털전류데이터에 대한 에지디텍션(edge detection) 처리를 통해 전류에지데이터를 생성하는 에지데이터생성부; 상기 패널 내에 형성되는 광을 검출하는 광학센서; 상기 광학센서에서 검출된 광의 세기와 광세기기준값을 비교하고 상기 전류에지데이터를 에지기준값과 비교하여 제1변동시점을 결정하고 상기 제1변동시점 이후의 상기 제1전류에 대한 센싱값을 디지털 프로세싱하여 주파수데이터를 생성하는 주파수데이터생성부; 및 상기 주파수데이터의 특성에 따라 아크 발생 가능성을 판단하는 아크판단부를 포함하는 아크검출장치를 제공한다.

다른 측면에서, 본 발명은, 패널 내의 아크를 검출하는 방법에 있어서, 제1선로에 흐르는 제1전류의 센싱값을 디지털 변환하여 디지털전류데이터를 생성하는 단계; 상기 디지털전류데이터에 대한 에지디텍션(edge detection) 처리를 통해 전류에지데이터를 생성하는 단계; 상기 패널 내에 형성되는 광을 검출하는 단계; 제1버퍼에 상기 디지털전류데이터를 저장하는 단계; 검출된 광의 세기가 광세기기준값 이상이거나 상기 광세기기준값을 초과하고 상기 전류에지데이터가 에지기준값 이상이거나 상기 에지기준값을 초과하면 상기 디지털전류데이터를 제2버퍼에 저장하는 단계; 상기 제1버퍼에 저장된 디지털전류데이터에 대한 푸리에변환 처리를 통해 제1주파수데이터를 생성하고 상기 제2버퍼에 저장된 디지털전류데이터에 대한 푸리에변환 처리를 통해 제2주파수데이터를 생성하는 단계; 및 상기 제1주파수데이터와 상기 제2주파수데이터의 비교데이터에 따라 아크 발생 가능성을 판단하는 단계를 포함하는 아크검출방법을 제공한다.

또 다른 측면에서, 본 발명은, 외부 광이 차단되는 박스; 상기 박스 내에 위치하고 복수의 전기장치로 연결되는 복수의 선로; 제1선로에 흐르는 제1전류를 센싱하는 전류센서; 상기 박스 내에 형성되는 광을 검출하는 광학센서; 및 디지털신호처리가 가능한 디지털프로세서를 포함하고, 상기 디지털프로세서는, 상기 제1전류에 대한 센싱값을 디지털 변환하여 디지털전류데이터를 생성하고 상기 디지털전류데이터에 대한 에지디텍션(edge detection) 처리를 통해 전류에지데이터를 생성하는 에지데이터생성부, 상기 광학센서에서 검출된 광의 세기와 광세기기준값을 비교하고 상기 전류에지데이터를 에지기준값과 비교하여 제1변동시점을 결정하고 상기 제1변동시점 이후의 상기 제1전류에 대한 센싱값을 디지털 프로세싱하여 주파수데이터를 생성하는 주파수데이터생성부 및 상기 주파수데이터의 특성에 따라 아크 발생 가능성을 판단하는 아크판단부를 포함하는 패널을 제공한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 섬광을 일으키는 아크를 빠르고 정확하게 감지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전력시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 아크검출장치(110)의 블록도이다.
도 3은 아크 발생시 제1전류의 제1주파수대역 파형을 나타낸 도면이다.
도 4는 제1전류에서 검출된 전력변환장치의 스위칭 노이즈 파형을 나타낸 도면이다.
도 5는 기준주파수 파형과 비교주파수 파형을 나타낸 도면이다.
도 6은 제1전류의 파형에서 제1시구간과 제2시구간을 표시한 도면이다.
도 7은 주파수별 확률적 유사도를 양자화하여 나타낸 도표이다.
도 8은 변곡점으로부터 제1시구간 및 제2시구간을 결정하는 예시를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 에지데이터생성부를 더 포함하고 있는 아크검출장치의 블록도이다.
도 10은 에지디텍션 처리가 적용되는 예시를 나타내는 도면이다.
도 11은 차동 컨볼루션 처리를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 아크검출장치의 블록도이다.
도 13은 본 발명의 제3 실시예에 따른 아크검출방법의 흐름도이다.
도 14는 본 발명의 제4 실시예에 따른 전력시스템의 구성도이다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 아크발생장치를 시험하는 시험장치의 블록도이다.
도 16은 시험장치의 실제 외관도이다.
도 17은 아크가 발생했을 때의 시험전류의 파형도이다.
도 18은 제1시구간에서 생성한 제1주파수데이터의 파형도이다.
도 19는 제2시구간에서 생성한 제2주파수데이터의 파형도이다.
도 20은 아크발생의 기준이 되는 값과 아크 발생시의 파형을 함께 도시한 도면이다.
도 21은 본 발명의 제5 실시예에 따른 전력시스템의 구성도이다.
도 22는 본 발명의 제5 실시예에 따른 아크검출장치의 블록도이다.
도 23은 디지털프로세서의 세부 구성에 대한 예시 도면이다.
도 24는 본 발명의 제5 실시예에 따른 패널의 외관을 나타낸 도면이다.
도 25는 본 발명의 제6 실시예에 따른 아크검출방법에 대한 흐름도이다.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전력시스템의 구성도이다.

도 1을 참조하면, 전력시스템(100)은 복수의 장치들(110, 120, 130 및 140)을 포함하고 있으며 이러한 장치들(110, 120, 130 및 140)은 선로들에 의해 연결될 수 있다. 일 예로, 제1장치(120)와 제2장치(130) 사이에 하나의 선로(154)가 있고, 제2장치(130)와 제3장치(140) 사이에 다른 하나의 선로(152)가 있다. 설명의 편의상 후자를 제1선로(152)라고 하고, 전자를 제2선로(154)라고 한다.

전력시스템(100)의 이러한 선로들(152 및 154)에는 아크가 발생할 수 있다. 도 1에서는 제2선로(154)에 아크가 발생한 것으로 도시되어 있으나 다른 위치에 아크가 발생할 수도 있다.

전력시스템(100)은 이러한 아크를 검출하기 위해 제1선로(152)의 제1전류(i1)를 센싱하고 센싱값을 분석하여 아크 여부를 판단하는 아크검출장치(110)를 포함하고 있다.

아크검출장치(110)는 제1선로(152)에 흐르는 제1전류(i1)를 분석하여 제2선로(154)에 발생한 아크를 검출할 수 있다. 도 1에서는 제1선로(152)와 제2선로(154)가 서로 다른 위치에 있는 것으로 도시되었으나 제1선로(152)와 제2선로(154)는 같은 선로일 수 있다. 다시 말해, 아크검출장치(110)는 제1선로(152)에 흐르는 제1전류(i1)를 분석하여 제1선로(152)에 발생한 아크를 검출할 수 있다.

또한, 도 1에는 도시되지 않았으나 아크검출장치(110)는 제1선로(152)에 흐르는 제1전류(i1)를 분석하여 다른 선로 혹은 제1장치(120), 제2장치(130) 및 제3장치(140) 내부에서 발생한 아크도 검출할 수 있다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 아크검출장치(110)의 블록도이다.

도 2를 참조하면, 아크검출장치(110)는 전류센서(210), 주파수데이터생성부(220) 및 아크판단부(230) 등을 포함할 수 있다. 도 2에는 도시되지 않았으나 실시예에 따라서 아크검출장치(110)는 추가적인 구성을 더 포함할 수 있다.

전류센서(210)는 전력시스템(도 1에서 100)의 일 선로에 흐르는 전류를 센싱할 수 있다. 도 1에 도시된 실시예에 따르면, 전류센서(210)는 도 1에 도시된 제1선로(152)에 흐르는 제1전류(i1)를 센싱할 수 있다.

주파수데이터생성부(220)는 전류센서(210)의 센싱값을 디지털 프로세싱하여 주파수데이터를 생성할 수 있다.

그리고, 아크판단부(230)는 주파수데이터생성부(220)가 생성한 주파수데이터를 분석하여 전력시스템(도 1의 100)의 아크 발생 가능성을 판단할 수 있다.

주파수데이터생성부(220)와 아크판단부(230)의 추가적인 실시예를 설명하기 위해 도 3 내지 도 8을 참조한다.

도 3은 아크 발생시 제1전류의 제1주파수대역 파형을 나타낸 도면이다.

도 3을 참조하면, 제1주파수대역(FB1)에서 제1전류(i1)의 파형(310)이 상승하는 것을 알 수 있다. 다수의 실험에 의해, 아크 발생시 특정 주파수 대역(도 3에서 FB1에 해당되는 주파수 대역)의 파형이 상승된다는 사실이 확인되었다.

이러한 사실을 기반으로, 주파수데이터생성부(220)는 제1전류(i1)에 대한 제1주파수대역(FB1) 정보가 포함된 주파수데이터를 생성할 수 있다. 그리고, 아크판단부(230)는 이러한 주파수데이터에 포함된 제1주파수대역(FB1) 정보를 분석하여 아크 발생 가능성을 판단할 수 있다.

예를 들어, 주파수데이터생성부(220)는 제1전류(i1)에 대한 제1주파수대역(FB1)의 주파수별 크기 정보가 포함되도록 주파수데이터를 생성할 수 있다. 그리고, 아크판단부(230)는 이러한 주파수데이터에 포함된 제1주파수대역(FB1)의 주파수별 크기를 제1아크기준값(320)과 비교하여 아크 발생 가능성을 판단할 수 있다. 구체적으로 아크판단부(230)는 제1주파수대역(FB1)의 주파수별로 크기를 제1아크기준값(320)과 비교하고 제1아크기준값(320)보다 크기가 큰 주파수들의 대역을 제1주파수대역(FB1)으로 나눈 비율이 제1기준비율보다 큰 경우 아크 발생 가능성이 높은 것으로 판단할 수 있다.

여기서 아크 판단의 기준이 되는 제1아크기준값(320)은 주파수별로 다른 값을 가질 수 있다. 그리고, 이러한 제1아크기준값(320)은 설정에 따라 다른 값을 가질 수 있다. 예를 들어, 아크검출장치(110)가 포함된 전력시스템(100)의 특성에 따라 제1아크기준값(320)은 다른 값을 가질 수 있는데, 이러한 제1아크기준값(320)은 오프라인에서 측정하고 사용자의 입력에 따라 다르게 설정될 수 있다.

한편, 도 1에 도시된 전력시스템(100)은 전력변환장치(130)를 포함할 수 있는데, 이러한 전력변환장치(130)에서 생성된 스위칭 노이즈가 도 3에 도시된 제1주파수대역(FB1)에 영향을 미칠 수 있다.

도 4는 제1전류에서 검출된 전력변환장치의 스위칭 노이즈 파형을 나타낸 도면이다.

도 4를 참조하면, 전력변환장치(130)의 스위칭 주파수(fsw)가 제1주파수대역(FB1)에 해당되고 있다. 이에 따라, 제1전류(i1)의 제1주파수대역(FB1) 파형(410)에 전력변환장치(130)의 스위칭 노이즈가 나타나고 있다. 전력변환장치(130)의 스위칭 노이즈는 부하량에 따라 변할 수 있는데, 특정 부하 조건에서는 도 4에 도시된 것과 같이 스위칭 노이즈의 영향으로 인해 제1전류(i1)의 제1주파수대역(FB1) 파형(410)이 제1아크기준값(320)을 초과할 수 있다.

이에 따라, 아크판단부(230)가 제1아크기준값(320)과 제1전류(i1)의 제1주파수대역(FB1) 파형(410)을 비교하여 아크 발생 가능성을 판단하는 경우, 아크가 발생하지 않은 상황(정상적인 오퍼레이팅 상황)에서도 아크가 발생한 것으로 오감지할 수 있다.

이러한 오감지의 문제를 해결하기 위해, 주파수데이터생성부(220)는 비교의 기준이 되는 제1아크기준값(320)을 하나의 값으로 고정시키지 않고 가변적인 값으로 생성할 수 있다. 예를 들어, 주파수데이터생성부(220)는 전력시스템(100)이 정상적으로 오퍼레이팅하는 상황에서 주파수데이터를 생성하고 이러한 주파수데이터를 기준주파수데이터로 생성할 수 있다. 이러한 기준주파수데이터는 제1아크기준값(320)을 대체하는 것으로서 아크판단부(230)는 이러한 기준주파수데이터를 각각의 시점에서 생성한 비교주파수데이터와 비교하여 아크 발생 가능성을 판단할 수 있다.

구체적으로, 주파수데이터생성부(220)가 생성한 기준주파수데이터에는 정상적인 오퍼레이팅 상황에서 발생하는 스위칭 노이즈가 포함되어 있을 수 있다. 아크판단부(230)는 이러한 기준주파수데이터와 각각의 시점에서 생성한 비교주파수데이터를 비교함으로써 스위칭 노이즈의 영향에 따른 아크 오감지의 문제를 해결할 수 있다.

도 5는 기준주파수 파형과 비교주파수 파형을 나타낸 도면이다.

도 5를 참조하면, 기준주파수 파형(510)과 비교주파수 파형(520)이 도시되어 있다. 여기서 기준주파수 파형(510)은 전력시스템(100)의 정상적인 오퍼레이팅 상황에서 측정된 제1전류(i1)의 제1주파수대역(FB1) 파형이고, 비교주파수 파형(520)은 아크 발생시에 측정된 제1전류(i1)의 제1주파수대역(FB1) 파형일 수 있다.

아크판단부(230)는 이러한 기준주파수 파형(510) 정보를 포함하고 있는 기준주파수데이터와 각각의 시점(특히, 아크가 발생한 시점)에서 측정한 비교주파수 파형(520) 정보를 포함하고 있는 비교주파수데이터를 비교함으로써 스위칭 노이즈의 영향에 상관없이 아크 발생 가능성을 판단할 수 있다.

앞선 설명에서 전력변환장치(130)의 스위칭 주파수(fsw)가 제1주파수대역(FB1)에 위치하는 경우에 스위칭 노이즈가 제1주파수대역(FB1)에 영향을 미칠 수 있다고 설명하였으나 이러한 상황이외에도 스위칭 주파수(fsw)의 고조파가 상기 제1주파수대역(FB1)에 해당될 수도 있다.

또한, 전력변환장치(130)의 스위칭 노이즈 이외에도 전력시스템(100)은 다른 노이즈 소스원을 가질 수 있는데, 이러한 노이즈 소스원에 의한 노이즈도 제1주파수대역(FB1)에 영향을 주어 전술한 내용과 동일한 문제를 일으킬 수 있다.

전력변환장치(130)의 스위칭 노이즈는 부하량에 따라 그 크기가 달라질 수 있다. 예를 들어, 전력변환장치(130)에서 전도 노이즈가 크게 발생하는 경우, 부하량이 감소하면 스위칭 노이즈가 감소할 수 있다. 이에 따라, 부하량이 감소하면 제1주파수대역(FB1)에서 검출되는 스위칭 노이즈의 영향도 감소할 수 있다.

한편, 주파수데이터생성부(220)는 제1시구간에서 센싱된 제1전류(i1)를 이용하여 기준주파수데이터를 생성하고 제2시구간에서 센싱된 제1전류(i1)를 이용하여 비교주파수데이터를 생성할 수 있다. 그리고, 아크판단부(230)는 이러한 기준주파수데이터와 비교주파수데이터에 대한 비교데이터에 따라 전력시스템(100)의 아크 발생 가능성을 판단할 수 있다.

도 6은 제1전류의 파형에서 제1시구간과 제2시구간을 표시한 도면이다.

전력시스템(100)에 아크가 발생하는 경우, 전류 파형에 일정한 변곡점이 생길 수 있다. 아크검출장치(110)는 이러한 변곡점을 기준으로 제1시구간(TI1)과 제2시구간(TI2)을 구분할 수 있다.

도 6을 참조하면, 제1전류(i1)의 파형에서 제1지점(P1)에서 변곡점이 발생하고 있다. 이에 따라, 아크검출장치(110)는 변곡점(P1) 이전 구간에서 제1시구간(TI1)을 설정하고 변곡점(P1) 이후 구간에서 제2시구간(TI2)을 설정할 수 있다. 그리고, 제1시구간(TI1)의 종료시점 혹은 제2시구간(TI2)의 시작시점은 변곡점(P1)이 나타난 시점으로부터 일정 시간 이내에 위치할 수 있다. 이러한 변곡점은 아크의 발생에 의해 생길 수도 있지만 부하량이 일정 크기 이상으로 감소하거나 증가하여 발생할 수도 있다.

한편, 주파수데이터생성부(220)는 이러한 제1시구간(TI1)에서 제1주파수데이터를 생성할 수 있고, 이러한 제1주파수데이터는 전술한 기준주파수데이터로 이용될 수 있다. 그리고, 주파수데이터생성부(220)는 제2시구간(TI2)에서 제2주파수데이터를 생성할 수 있고, 이러한 제2주파수데이터는 전술한 비교주파수데이터로 이용될 수 있다.

제1시구간(TI1)은 다시 세부 시구간으로 구분될 수 있다. 도 6을 참조하면, 제1시구간(TI1)은 제1-1시구간(TI11), 제1-2시구간(TI12), 제1-3시구간(TI13), 제1-4시구간(TI14) 및 제1-5시구간(TI15)으로 세분되고 있다. 주파수데이터생성부(220)는 이러한 세분된 시구간들에서 제1주파수데이터의 서브데이터를 생성할 수 있다. 예를 들어, 주파수데이터생성부(220)는 제1-1시구간(TI11)에서 제1주파수데이터의 제1-1서브데이터를 생성할 수 있다. 같은 방식으로, 주파수데이터생성부(220)는 제1-2 내지 제1-5서브데이터도 생성할 수 있다. 주파수데이터생성부(220)는 이러한 제1-1 내지 제1-5서브데이터를 이용하여 제1주파수데이터를 생성할 수 있다. 이러한 서브데이터를 이용하여 주파수데이터를 생성하는 경우, 주파수데이터생성부(220)는 주파수별 크기의 평균 뿐만 아니라 주파수별 크기의 분산 등 확률분포데이터도 함께 생성할 수 있다.

아크판단부(230)는 제1주파수데이터와 제2주파수데이터의 비교데이터에 따라 아크 발생 가능성을 판단할 수 있는데, 이러한 비교데이터는 제2주파수데이터의 제1주파수데이터에 대한 확률적 유사도를 나타내는 데이터일 수 있다.

예를 들어, 제1주파수데이터 및 제2주파수데이터는 주파수별 크기를 포함할 수 있고, 제1주파수데이터는 전술한 바와 같이 세부된 시구간 데이터를 이용하여 주파수별 크기의 평균, 분산 및 표준편차 등의 확률분포데이터를 포함할 수 있다. 이에 따라, 아크판단부(230)는 제2주파수데이터의 주파별 크기가 제1주파수데이터의 주파수별 크기의 평균으로부터 N(N은 양의 실수)배의 표준편차 범위 이내에 있는지를 확인할 수 있게 되는데, 이러한 N값에 따라 확률적 유사도를 계산할 수 있게 된다. 아크판단부(230)는 주파수별로 확률적 유사도를 계산하여 비교데이터를 생성할 수 있다. 그리고, 이러한 비교데이터에 저장된 주파수별 확률적 유사도를 종합하여 유사도가 높으면 아크 발생 가능성이 낮고 유사도가 낮으면 아크 발생 가능성이 높다고 판단할 수 있다.

좀더 구체적으로 아크판단부(230)는 주파수별로 제1주파수데이터와 제2주파수데이터의 확률적 유사도를 양자화하여 비교데이터를 생성할 수 있다. 예를 들어, 아크판단부(230)는 제2주파수데이터의 주파수별 크기가 제1주파수데이터의 주파수별 크기의 평균으로부터 N(N은 양의 실수)배의 표준편차 범위 이내에 해당되는지 여부를 1 혹은 0으로 나타내어 비교데이터를 생성할 수 있다. 여기서, N은 고정된 값일 수 있다.

도 7은 주파수별 확률적 유사도를 양자화하여 나타낸 도표이다.

도 7을 참조하면, 아크판단부(230)는 제1주파수대역(FB1)을 일정 크기의 주파수 간격(1KHz)으로 세분하고 각 주파수별로 제1주파수데이터와 제2주파수데이터를 비교하여 제2주파수데이터의 주파수별 크기가 제1주파수데이터의 주파수별 크기의 평균으로부터 N배의 표준편차 범위 이내에 해당되는지 여부를 확률적 유사도로서 1 혹은 0으로 나타낼 수 있다.

여기서, 주파수별 크기는 푸리에변환한 값에 의한 각 주파수별 크기를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 주파수데이터생성부(220)는 푸리에변환을 포함하는 디지털 프로세싱에 따라 제1주파수데이터 및 제2주파수데이터를 생성하는데, 제1주파수데이터 및 제2주파수데이터에 포함된 주파수별 크기는 제1전류(i1)의 센싱값을 푸리에변환하여 획득한 주파수별 크기일 수 있다.

한편, 도 7과 같이 아크판단부(230)는 비교데이터를 생성하고, 확률적 유사도의 총합을 계산한 후 이러한 확률적 유사도의 총합이 제1기준값 이상이거나 제1기준값을 초과하면 전력시스템(100)의 아크 가능성에 대한 제1아크변수를 증가시킬 수 있다. 이러한 과정이 반복되어 제1아크변수의 값이 제2기준값 이상이거나 제2기준값을 초과하면 아크판단부(230)는 전력시스템(100)에서 아크가 발생한 것으로 판단할 수 있다.

제1아크변수를 증가시키기 위해서는 아크판단부(230)가 제1주파수데이터와 제2주파수데이터의 비교데이터를 생성하는 과정이 반복되어야 한다. 이를 위해, 도 6에 도시된 것과 같이 주파수데이터생성부(220)는 제2시구간(TI2)을 세분하여 서브데이터를 생성하고, 아크판단부(230)는 이러한 서브데이터들 각각에 대해 비교데이터를 생성하여 아크 발생 가능성을 판단할 수 있다. 예를 들어, 도 6을 다시 참조하면, 제2시구간(TI2)은 제2-1시구간(TI21) 및 제2-2시구간(TI22)으로 세분된다. 그리고, 주파수데이터생성부(220)는 제2-1시구간(TI21) 및 제2-2시구간(TI22)에서 각각 제1주파수대역(FB1)에 대한 주파수별 크기 데이터를 생성할 수 있다. 그리고, 아크판단부(230)는 제2-1시구간(TI21) 및 제2-2시구간(TI22)에서 각각 생성된 제1주파수대역(FB1)에 대한 주파수별 크기 데이터를 제1주파수데이터와 비교하여 비교데이터를 생성할 수 있다.

한편, 제1시구간(TI1) 및 제2시구간(TI2)의 시작시점과 종료시점을 결정하는 다양한 실시예가 있을 수 있다.

도 8은 변곡점으로부터 제1시구간 및 제2시구간을 결정하는 예시를 설명하기 위한 도면이다.

도 8을 참조하면, 제1시구간(TI1)의 종료시점(t3)은 변곡점(P1)이 나타난 시점(t1)으로부터 일정 시간 이전에 위치할 수 있다. 그리고, 제2시구간(TI2)의 시작시점(t2)은 변곡점(P1)이 나타난 시점(t1)으로부터 일정 시간 이후에 위치할 수 있다.

도 8에 도시되지는 않았으나 제1시구간(TI1)의 시작시점은 전력시스템(100)의 정상 오퍼레이팅 시작시점과 같을 수 있다.

한편, 제1시구간(TI1)은 연속된 시구간으로 구성되지 않고 여러 개의 시구간의 조합으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 제2시구간(TI2)의 종료시점에서 아크가 발생하지 않았다고 판단되면 제2시구간(TI2)의 종료시점으로부터 혹은 종료시점으로부터 일정 시간 이후부터 제1시구간(TI1)을 다시 연장할 수 있다. 제1시구간(TI1)은 전력시스템(100)이 정상적으로 오퍼레이팅하는 시구간에 대응될 수 있기 때문에 제2시구간(TI2) 이외의 구간 중 제외되어야하는 시구간을 제외한 나머지 시구간은 모두 제1시구간(TI1)에 포함될 수 있다.

한편, 제1시구간(TI1)과 제2시구간(TI2)을 구분하기 위해서는 제1시구간(TI1)과 제2시구간(TI2)을 구분짓는 변곡점(P1)을 설정하는 것이 중요하다. 이러한 변곡점(P1)을 설정하는 실시예에 대해 좀더 살펴본다.

도 9는 에지데이터생성부를 더 포함하고 있는 아크검출장치의 블록도이다.

도 9를 참조하면, 아크검출장치(910)는 도 2를 참조하여 설명한 아크검출장치(110)에 포함된 전류센서(210), 주파수데이터생성부(220) 및 아크판단부(230) 이외에 에지데이터생성부(940)를 더 포함할 수 있다.

에지데이터생성부(940)는 제1전류(i1)에 대한 센싱값을 디지털 변환하여 디지털전류데이터를 생성하고 이러한 디지털전류데이터에 대한 에지디텍션(edge detection) 처리를 통해 전류에지데이터를 생성할 수 있다. 그리고, 전술한 제1시구간(TI1)과 제2시구간(TI2)은 이러한 전류에지데이터에 따라 결정될 수 있다.

에지디텍션 처리는 특정 값의 불연속점을 찾는 처리이다. 에지디텍션 처리는 정상적인 상황에서는 연속된 데이터를 나타내는 특정 값들에서 불연속점을 찾는 처리이다.

도 10은 에지디텍션 처리가 적용되는 예시를 나타내는 도면이다.

도 10에서 좌측의 이미지(1010)는 카메라 등의 영상 장치에 의해 획득된 이미지이다. 해당 이미지(1010)에 나타난 물체들(구름, 하늘, 나무 및 산)은 각각 연속된 표면을 가지고 있기 때문에 각 객체의 내부 표면의 영상 데이터는 연속적인 혹은 비교적 유사한 데이터 값을 가지고 있게 된다. 이에 반해, 각 객체들 끼리는 서로 다른 영상 데이터들을 가지게 되는데, 이에 따라 각 객체들의 경계에서는 영상 데이터의 불연속점이 나타나게 된다. 이러한 불연속점을 이미지로 표시한 것이 도 10의 우측 이미지(1020)이다. 이렇게 특정 이미지(1010)의 불연속점을 표시하게 되면 도 10의 우측 이미지(1020)와 같이 경계만 표시되는 이미지(1020)를 획득할 수 있게 된다.

한편, 전력시스템(100)에서 아크가 발생하게 되면 전류 측정값에서 전술한 것과 같은 불연속점이 나타나게 된다. 본 발명의 실시예에 따른 아크검출장치(910)는 이러한 불연속점을 인식하고 불연속점을 전후로 제1시구간(TI1)과 제2시구간(TI2)를 구분할 수 있다.

에지디텍션 처리로는 데이터들을 미분 처리하는 라플라시안(Laplacian) 필터 처리가 이용될 수 있고, 데이터들의 차이를 계산하는 차동 컨볼루션(difference convolution) 처리가 이용될 수도 있다.

도 11은 차동 컨볼루션 처리를 설명하기 위한 도면이다.

도 11을 참조하면, 제1전류(i1)의 시간에 따른 측정치가 제1배열(1110)에 저장될 수 있다. 도 11에서 제1배열(1110)의 우측에 도시된 제1그래프(1112)는 제1배열(1110)을 시간축과 크기축으로 표시한 그래프이다. 제1그래프(1112)를 참조하면 확인할 수 있는 바와 같이 제1전류(i1)는 변곡점(P2)에서 데이터가 불연속하게 혹은 크게 변하는 것을 알 수 있다.

도 11에서 제2배열(1120)은 제1배열(1110)에서 연속된 세 개의 값에 {-1, 0, 1}의 값을 곱하는 차동 컨볼루션을 적용한 배열이다. 제2배열(1120)을 통해 확인할 수 있는 바와 같이 특정 부분의 데이터(제2배열에서 4번째 데이터)가 다른 부분의 데이터보다 높게 나오는데, 이 부분이 변곡점(P2)이 될 수 있다. 도 11에서 제2배열(1120)의 우측에 도시된 제2그래프(1122)는 제2배열(1120)을 시간축과 크기축으로 표시한 그래프이다. 제2그래프(1120)를 참조하면 제1전류(i1)에서의 변곡점(P2)은 시간 t4에서 발생하고 있는 것이 확인된다.

도 11을 참조하여 설명한 제1배열(1110)의 값은 전술한 디지털전류데이터의 일 예시이고, 제2배열(1120)은 전류에지데이터의 일 예시가 될 수 있다.

주파수데이터생성부(220)는 이러한 전류에지데이터와 제1에지기준값을 비교하여 변동시점을 결정하고 이러한 변동시점을 기준으로 제1시구간(TI1)과 제2시구간(TI2)를 결정할 수 있다.

예를 들어, 도 11에서 주파수데이터생성부(220)는 제2배열(1120)에 저장된 전류에지데이터를 제1에지기준값(도 11에서 1130에 해당되는 값)과 비교하여 전류에지데이터가 제1에지기준값(도 11에서 1130에 해당되는 값)보다 크면 해당 전류에지데이터에 대응되는 시점을 변동시점(t4)으로 결정할 수 있다.

한편, 주파수데이터생성부(220)는 전류에지데이터 중 음(-)의 값만을 이용하여 변동시점을 결정할 수도 있고, 양(+)의 값만을 이용하여 변동시점을 결정할 수도 있다. 예를 들어, 주파수데이터생성부(220)가 제1전류(i1)가 급격히 줄어드는 상황에서만 변동시점을 인식하고자 한다면 음(-)의 값만을 이용하여 변동시점을 결정할 수 있고, 제1전류(i1)가 급격히 증가하는 상황에서만 변동시점을 인식하고자 한다면 양(+)의 값만을 이용하여 변동시점을 결정할 수도 있다.

통상적으로 직렬아크에서는 전류가 급격히 즐어들기 때문에 전류에지데이터 중 음(-)의 값만을 이용하여 변동시점을 결정하는 것이 유리하고, 병렬아크에서는 전류가 급격히 증가하기 때문에 전류에지데이터 중 양(+)의 값만을 이용하여 변동시점을 결정할 수도 있다.

한편, 주파수데이터생성부(220)는 전류에지데이터를 이용하여 변동시점을 결정할 때, 전류에지데이터들의 평균 및 표준편차에 따라 제1에지기준값을 생성하고 이러한 제1에지기준값을 기준으로 변동시점을 결정할 수 있다. 이때, 주파수데이터생성부(220)가 음(-)의 값만을 이용하여 변동시점을 결정하는 경우, 특정 시구간(제3시구간)에서 획득된 전류에지데이터들 중 음(-)의 전류에지데이터들만을 이용하여 평균과 표준편차를 구할 수도 있다. 여기서, 제1에지기준값은 앞서 계산한 평균에 M(M은 실수)배의 표준편차를 더한 값으로 결정할 수 있다. 다른 한편으로, 주파수데이터생성부(220)는 전류에지데이터의 절대값을 기준으로 변동시점을 결정하거나 제1에지기준값을 생성할 수도 있다.

전류에지데이터의 평균 및 표준편차는 계속해서 업데이트될 수 있는데, 예를 들어, 전류에지데이터 중 절대값이 제1에지기준값 이하이거나 제1에지기준값 미만인 전류에지데이터에 따라 제3시구간에서 획득된 전류에지데이터들에 대한 평균 및 표준편차가 업데이트될 수 있다.

한편, 에지디텍션 처리는 데이터의 노이즈에 민감하게 반응할 수 있음으로 에지데이터생성부(940)는 제1전류(i1)에 대한 센싱값을 디지털 변환하는 과정에서 가우시안 컨볼루션(Gaussian Convolution)과 같은 필터 처리를 적용할 수 있다.

아래에서는 본 발명 다른 실시예에 대해 설명한다. 전술한 일 실시예와 기술적으로 충돌이 발생하지 않는 한도에서 일 실시예의 기술들은 아래에서 설명하는 다른 실시예에 적용될 수 있다. 마찬가지로 전술한 일 실시예와 기술적으로 충돌하지 않는 한도에서 아래 설명하는 다른 실시예의 기술들은 전술한 일 실시예의 구성들과 접목될 수 있다.

도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 아크검출장치의 블록도이다.

도 12를 참조하여 설명하는 아크검출장치(1200)는 도 1에 도시된 전력시스템(100)에서 제1 실시예에 따른 아크검출장치(110)을 대체하여 적용될 수 있다.

아래에서 별도의 설명이 없으면 도 12의 아크검출장치(1200)는 도 1에 도시된 제1장치(120), 제2장치(130) 및 제3장치(140)와 연계하여 작동되는 것으로 생각할 수 있다.

도 12를 참조하면, 아크검출장치(1200)는 전류센서(210), 주파수데이터생성부(1220), 아크판단부(1230) 및 에지데이터생성부(1240)를 포함할 수 있다.

전류센서(210)는 도 1에 도시된 제1선로(152)에 흐르는 제1전류(i1)를 센싱할 수 있다.

그리고, 에지데이터생성부(1240)는 제1전류(i1)에 대한 센싱값을 디지털 변환하여 디지털전류데이터를 생성하고 이러한 디지털전류데이터에 대한 에지디텍션 처리를 통해 전류에지데이터를 생성할 수 있다.

그리고, 주파수데이터생성부(1220)는 이러한 전류에지데이터를 제1에지기준값과 비교하여 제1변동시점을 결정하고 제1변동시점 이후의 제1전류(i1)에 대한 센싱값을 디지털 프로세싱하여 주파수데이터를 생성할 수 있다.

그리고, 아크판단부(1230)는 이러한 주파수데이터의 특성에 따라 전력시스템(도 1의 100 참조)의 아크 발생 가능성을 판단할 수 있다.

구체적으로, 에지데이터생성부(1240)는 제1전류(i1)에 대한 센싱값을 디지털 변환하는 과정에서 가우시안 컨볼루션(Gaussian Convolution)을 적용할 수 있다.

그리고, 디지털전류데이터에 대한 에지디텍션 처리는 라플라시안(Laplacian) 필터 처리 혹은 차동 컨볼루션(difference convolution) 처리일 수 있다.

주파수데이터생성부(1220)는 전류에지데이터의 음(-)의 값만을 이용하여 제1변동시점을 결정할 수 있다.

또한, 주파수데이터생성부(1220)는 특정 시구간에서 획득된 전류에지데이터들에 대한 평균 및 표준편차에 따라 제1에지기준값을 생성할 수 있다. 여기서, 평균 및 표준편차의 생성에는 전술한 특정 시구간에서 획득된 음(-)의 전류에지데이터들만 이용될 수 있다. 그리고, 주파수데이터생성부(1220)는 절대값이 제1에지기준값 이하이거나 제1에지기준값 미만인 전류에지데이터를 이용하여 특정 시구간에서 획득된 전류에지데이터들에 대한 평균 및 표준편차를 업데이트할 수 있다.

도 13은 본 발명의 제3 실시예에 따른 아크검출방법의 흐름도이다.

도 13의 아크검출방법은 전술한 아크검출장치에 의해 수행될 수 있으나 이로 제한되는 것은 아니고 다른 형태의 하드웨어에 의해 수행될 수도 있다.

도 13을 참조하면, 도 1의 제1선로(152)의 예시와 같은 선로에 흐르는 전류의 센싱값이 디지털 변환되어 디지털전류데이터가 생성된다(S1302).

그리고, 이러한 디지털전류데이터에 대한 에지디텍션 처리에 의해 전류에지데이터가 생성된다(S1304).

전류에지데이터는 제1에지기준값과 비교되는데(S1306), 전류에지데이터가 제1에지기준값보다 작으면 디지털전류데이터는 제1버퍼에 저장된다(S1308). 반대로, 전류에지데이터가 제1에지기준값 이상이거나 제1에지기준값을 초과하면 디지털전류데이터는 제2버퍼에 저장된다(S1310).

그리고, 제1버퍼에 저장된 디지털전류데이터는 푸리에변환 처리를 통해 제1주파수데이터로 변환되고 제2버퍼에 저장된 디지털전류데이터는 푸리에변환 처리를 통해 제2주파수데이터로 변환된다(S1312).

그리고, 제1주파수데이터와 제2주파수데이터의 비교데이터에 따라 시스템의 아크 발생 가능성이 판단된다(S1314).

한편, 전류에지데이터를 생성하는 단계(S1304)에서, 디지털전류데이터에 대해 가우시안(Gaussian) 필터 처리가 수행된 후 제3버퍼에 저장되고 제3버퍼에 저장된 데이터에 대한 에지디텍션 처리에 의해 전류에지데이터가 생성될 수 있다.

여기서, 제3버퍼는 3개의 디지털전류데이터가 저장되는 FIFO(first in first out) 버퍼일 수 있다. 그리고, 전류에지데이터를 생성하는 단계(S1304)에서, 3개의 디지털전류데이터를 저장하고 있는 제3버퍼에 대해 차동 컨볼루션(Difference convolution) 벡터를 곱해 전류에지데이터가 생성될 수 있다.

한편, 제1버퍼 및 제2퍼버 또한 FIFO(first in first out) 버퍼일 수 있다.

도 14는 본 발명의 제4 실시예에 따른 전력시스템의 구성도이다.

*아크검출장치(1410)는 일부 선로 혹은 전체 선로에 DC 전류가 형성되는 전력시스템(1400)에 적용될 수 있다.

전력시스템(1400)은 전력원(1420)을 포함할 수 있는데, 이러한 전력원(1420)은 DC 전류를 출력하는 태양광발전패널 혹은 대용량배터리일 수 있다. 경우에 따라서는 전력원(1420)으로서 태양광발전패널이 사용되는 전력시스템(1400)을 태양광발전시스템으로 호칭할 수도 있다. 그리고, 전력원(1420)으로서 대용량배터리가 사용되는 전력시스템(1400)을 대용량배터리에너지저장시스템으로 호칭할 수도 있다.

전력시스템(1400)은 제1스위칭주파수로 전력을 변환하는 전력변환장치(1430)를 포함할 수 있다. 전력변환장치(1430)에는 부하장치(1440)이 연결될 수 있다.

그리고, 이러한 전력변환장치(1430)는 부하량에 따라 제1스위칭주파수에 관련된 노이즈의 크기가 달라질 수 있다. 또한, 전력변환장치(1430)는 가변주파수로 제어될 수 있는데, 이때, 제1스위칭주파수는 변동될 수 있다.

전력시스템(1400)은 전력시스템(1400)의 일 선로에 흐르는 선로전류를 센싱하는 전류센서(1412)를 포함할 수 있다.

그리고, 전력시스템(1400)은 제1시구간 및 제2시구간 각각에서 제1전류에 대한 센싱값을 디지털 프로세싱하여 제1주파수대역에 대한 제1주파수데이터 및 제2주파수데이터를 생성하는 주파수데이터생성부(1414)를 포함할 수 있다. 이때, 전력변환장치(1430)에 의한 스위칭 노이즈가 제1주파수데이터 및 제2주파수데이터에 영향을 미칠 수 있는데, 부하량에 따라 제1주파수데이터 혹은 제2주파수데이터에 나타나는 제1스위칭주파수 성분의 크기가 달라질 수 있다.

전력시스템(1400)은 제1주파수데이터와 제2주파수데이터의 비교데이터에 따라 전력시스템(1400)의 아크 발생 가능성을 판단하는 아크판단부(1416)를 포함할 수 있다.

또한, 전력시스템(1400)은 제1전류에 대한 센싱값을 디지털 변환하여 디지털전류데이터를 생성하고 이러한 디지털전류데이터에 대한 에지디텍션 처리를 통해 전류에지데이터를 생성하는 에지데이터생성부(1418)를 더 포함할 수 있다. 이때, 제1시구간과 제2시구간은 전류에지데이터에 따라 결정될 수 있다. 그리고, 아크판단부(1416)는 제1주파수데이터와 제2주파수데이터의 비교데이터에 따라 전류에지데이터의 특성 변화가 부하량 변화에 따른 것인지 아크 발생에 따른 것인지 판단할 수 있다.

이러한 전류센서(1412), 주파수데이터생성부(1414), 아크판단부(1416) 및 에지데이터생성부(1418)는 아크검출장치(1410) 내에 포함되어 있을 수 있다.

도 15 내지 도 21은 본 발명의 실시예에 따른 아크발생장치를 시험하는 장치와 그 장치에 의한 실험 파형을 나타내는 도면들이다.

도 15는 본 발명의 실시예에 따른 아크발생장치를 시험하는 시험장치의 블록도이다.

도 15를 참조하면, 시험장치(1500)는 DC 전원을 출력하는 DC380V전원장치(1520), DC/DC전력변환장치(1530), 부하(1540) 및 아크검출장치(1510)를 포함할 수 있다. 그리고, DC380V전원장치(1520)와 DC/DC전력변환장치(1530)는 아크가 발생되는 시험선로(1502)로 연결될 수 있고, 아크검출장치(1510)는 이러한 시험선로(1502)를 도통하는 시험전류를 센싱할 수 있다.

도 16은 시험장치의 실제 외관도이다.

도 16을 참조하면, 시험장치(1500)는 DC380V전원장치(1520), DC/DC전력변환장치(1530), 부하(1540) 및 아크검출장치(1510)를 포함할 수 있는데, 도 16의 이미지상에는 부하(1540)가 나타나지 않고 있다.

도 17은 아크가 발생했을 때의 시험전류의 파형도이다.

도 17을 참조하면, 아크 발생과 함께 제1지점(1702)에서 전류의 불연속점이 나타나고 잠시 후에 다시 제2지점(1704)에서 전류의 불연속점이 나타나고 있다. 아크검출장치(1510)는 제1지점(1702)을 인식하여 제1시구간(T11)과 제2시구간(TI2)를 구분할 수 있고, 이러한 제1시구간(TI1)에서 제1주파수데이터를 생성하고 제2시구간(TI2)에서 제2주파수데이터를 생성할 수 있다.

도 18은 제1시구간에서 생성한 제1주파수데이터의 파형도이다.

아크검출장치(1510)는 제1시구간(TI1)을 서브 구간으로 세분하고 각각의 서브 구간에서 시험전류의 센싱값에 대한 푸리에변환을 통해 주파수 파형을 획득할 수 있는데, 도 18에 여러 가지 색깔로 구분되어 나타난 파형은 이러한 서브 구간에서 각각 푸리에변환을 통해 획득한 주파수 파형이다.

도 18을 참조하면, 정상적인 오퍼레이팅 상황이기 때문에 주파수 파형이 낮게 형성되고 있는 것을 알 수 있다. 다만, DC/DC전력변환장치(1530)의 영향에 의해 10KHz에서 20KHz 사이의 값이 다소 높게 나타나고 있는 것을 확인할 수 있다.

*도 19는 제2시구간에서 생성한 제2주파수데이터의 파형도이다.

아크검출장치(1510)는 제2시구간(TI2)을 서브 구간으로 세분하고 각각의 서브 구간에서 시험전류의 센싱값에 대한 푸리에변환을 통해 주파수 파형을 획득할 수 있는데, 도 19에 여러 가지 색깔로 구분되어 나타난 파형은 이러한 서브 구간에서 각각 푸리에변환을 통해 획득한 주파수 파형이다.

도 19를 참조하면, 도 18의 파형에 비해 10KHz에서 70KHz 사이 주파수대역의 파형이 높게 형성되는 것을 알 수 있다. 이러한 사실을 통해 시험장치(1500)에 아크가 발생한 것을 감지할 수 있다.

도 20은 아크발생의 기준이 되는 값과 아크 발생시의 파형을 함께 도시한 도면이다.

아크검출장치(1510)는 제1주파수데이터를 기준으로 아크 발생을 판단하는 기준값을 생성할 수 있다. 도 20에서 최하단 파형(2010)은 제1주파수데이터를 통해 계산한 정상 오퍼레이팅 상황에서의 주파수별 크기의 평균값 파형이다. 그리고, 도 20에서 중간에 위치한 파형(2020)은 제1주파수데이터를 통해 계산한 정상 오퍼레이팅 상황에서의 주파수별 크기의 평균값에 3배의 표준편차값을 더한 파형이다.

아크검출장치(1510)는 정상 오퍼레이팅 상황에서의 주파수별 크기의 평균값 파형을 기준 파형으로 설정할 수도 있고, 주파수별 크기의 평균값에 3배의 표준편차값을 더한 파형을 기준 파형으로 설정할 수도 있다. 그리고 아크검출장치(1510)는 이러한 기준 파형과 제2주파수데이터를 통해 생성한 파형(2030)을 비교하여 시험장치(1500)의 아크 발생 여부를 판단할 수 있다.

아크검출장치(1510)는 아크로 판단한 경우, 시스템이 오프되도록 신호를 발생시킬 수 있다.

도 21은 본 발명의 제5 실시예에 따른 전력시스템의 구성도이다.

도 21을 참조하면, 전력시스템(2100)은 복수의 장치들(120, 140a 및 140b)을 포함하고 있으며 이러한 장치들(120, 140a 및 140b)은 선로들에 의해 연결될 수 있다. 일 예로, 제1장치(120)와 제4노드(N4) 사이에 제1선로(2102)가 위치하고 제1장치(120)와 제3노드(N3) 사이에 제2선로(2104)가 위치할 수 있다. 제2장치(140a)는 제1선로(2102)에 위치하는 제1노드(N1) 및 제2노드(N2)에서 분기될 수 있다. 그리고, 제3장치(140b)와 제3노드(N3) 사이에 제3선로(2106)가 위치하고 제3장치(140b)와 제4노드(N4) 사이에 제4선로(2108)가 위치함으로써 제1장치(120)와 제3장치(140b)가 연결될 수 있다.

여기서, 제1장치(120)는 전력을 공급하는 전원장치이고, 제2장치(140a) 및 제3장치(140b)는 전력을 소비하는 부하장치일 수 있으나 이로 제한되는 것은 아니다.

한편, 이러한 선로들(2102, 2104, 2106 및 2108)에는 아크가 발생할 수 있다. 도 21에서는 제3선로(2106)에 아크가 발생한 것으로 도시되어 있으나 다른 위치에 아크가 발생할 수도 있다.

아크검출장치(2112)는 제1선로(2102)에 흐르는 제1전류(i1)를 분석하여 제3선로(2106)에 발생한 아크를 검출할 수 있다. 도 21에서는 제1선로(2102)와 제3선로(2106)가 서로 다른 위치에 있는 것으로 도시되었으나 제1선로(2102) 및 제3선로(2106)는 같은 선로일 수 있다.

도 21에 도시되지 않았으나 아크검출장치(2112)는 제1선로(2102)에 흐르는 제1전류(i1)를 분석하여 다른 선로 혹은 제1장치(120), 제2장치(140a) 및 제3장치(140b) 내부에서 발생한 아크도 검출할 수 있다.

장치들(120, 140a 및 140b)을 연결시키는 선로들(2102, 2104, 2106 및 2108)은 패널(2110) 내에 위치할 수 있다. 패널(2110)은 전력을 분배한다는 의미에서 분전반 혹은 배전반으로 불릴 수도 있으나 본 발명이 이러한 명칭으로 제한되는 것은 아니다.

아크검출장치(2112)는 패널(2110)의 외부를 구성하는 박스(2114) 내부에 위치할 수 있다.

박스(2114)는 외부광이 차단되도록 밀폐될 수 있는데, 아크검출장치(2112)는 이러한 밀폐 공간 내부에 위치할 수 있다.

아크검출장치(2112)는 이러한 박스(2114) 내부에서 발생하는 아크를 광학센서를 이용하여 검출할 수 있다.

아크가 발생하면 해당 위치에서 섬광이 발생할 수 있는데, 아크검출장치(2112)는 광학센서를 이용하여 이러한 섬광을 인지함으로써 아크를 검출할 수 있다.

광학센서는 아크에 의해 발생되는 광이 아닌 다른 광(예를 들어, 자연광 혹은 인공광)에 의해 간섭받을 수 있는데, 아크검출장치(2112)는 이러한 간섭에 의한 아크 오감지를 방지하기 위해 전술한 에지디텍션 기술을 이용할 수 있다.

도 22는 본 발명의 제5 실시예에 따른 아크검출장치의 블록도이다.

도 22를 참조하면, 아크검출장치(2112)는 전류센서(210), 광학센서(2210) 및 디지털프로세서(2220)를 포함할 수 있다.

전류센서(210)는 패널(2110) 내에 위치하는 선로들 중 일부 선로에 흐르는 전류를 센싱할 수 있다.

광학센서(2210)는 패널(2110) 내에 형성되는 광을 검출할 수 있다. 광학센서(2210)로는 광전 효과를 이용하여 광 에너지를 전기적 에너지로 변환하는 광 센서(optical sensor)로 알려진 센서가 사용될 수도 있고, 전하결합소자(CCD : charge coupled device)를 이용하는 이미지센서 혹은 영상센서로 알려진 센서가 사용될 수도 있다. 제5 실시예는 이러한 세부적인 종류로 제한되지 않으며 패널(2110) 내에 형성되는 광에 따라 전기신호를 발생시킬 수 있는 모든 종류의 센서는 이러한 광학센서(2210)로 이용될 수 있다.

디지털프로세서(2220)에는 아크검출 알고리즘이 탑재될 수 있는데, 디지털프로세서(220)는 전류센서(210)에서 검출된 전류와 광학센서(2210)에서 검출된 광을 이용하여 아크 발생 가능성을 판단한다.

디지털프로세서(2220)에 탑재되는 아크검출 알고리즘은 기능적으로 몇 가지 블록으로 구분될 수 있다.

도 23은 디지털프로세서의 세부 구성에 대한 예시 도면이다.

도 23을 참조하면, 디지털프로세서(2220)에는 에지데이터생성부(940), 주파수데이터생성부(2310) 및 아크판단부(230)가 내재되어 있을 수 있다.

에지데이터생성부(940)는 전류센서(210)에 의해 검출된 전류를 디지털 변환하여 디지털전류데이터를 생성하고 이러한 디지털전류데이터에 대한 에지디텍션(edge detection) 처리를 통해 전류에지데이터를 생성할 수 있다.

여기서, 에지데이터생성부(940)는 전류에 대한 센싱값을 디지털 변환하는 과정에서 가우시안 컨볼루션을 적용할 수 있다. 그리고, 에지디텍션 처리는 라플라시안 필터 처리 혹은 차동 컨볼루션 처리일 수 있다.

에지기준값은 고정된 값이 아니고 아크검출장치(2112)의 작동 중에 계산되는 값일 수 있는데, 에지기준값은 특정 시구간에서 획득된 전류에지데이터들에 대한 평균 및 표준편차에 따라 생성될 수 있다.

에지디텍션 처리를 포함한 에지데이터생성부(940)의 상세 실시예는 도 9 내지 도 13에 대한 설명 부분을 참조하면 된다.

주파수데이터생성부(2310)는 광학센서(2210)에서 검출된 광의 세기와 광세기기준값을 비교하고 전류에지데이터를 에지기준값과 비교하여 변동시점을 결정할 수 있다.

아크 발생 전의 센싱 전류에 대한 주파수데이터와 아크 발생 후의 센싱 전류에 대한 주파수데이터에는 특성 차이가 있는데, 이러한 특성 차이를 분석하면 선로들에서의 아크 발생 여부를 판단할 수 있다.

아크검출장치(2112)는 변동시점을 결정하고 이러한 변동시점 전후의 전류에 대한 주파수데이터의 특성을 비교하여 변동시점에서 아크가 발생하였는지 여부를 판단한다.

이러한 변동시점에서는 전류의 급격한 변동이 나타날 수 있고 또한, 섬광이 나타날 수 있다.

주파수데이터생성부(2310)는 이러한 전류의 급격한 변동 및 섬광 발생을 감지하여 변동시점을 결정할 수 있다.

구체적으로 주파수데이터생성부(2310)는 광학센서(2210)에서 검출된 광의 세기가 광세기기준값보다 큰 지 여부를 결정한다.

주변광이 존재하는 상태에서 광학센서(2210)는 일정한 세기 이하에 해당되는 광을 상시적으로 검출할 수 있다. 예를 들어, 광학센서(2210)는 패널(2110)의 박스(2114) 내로 침투하는 자연광을 검출할 수 있다. 이러한 자연광은 낮 12시 즈음에 최대의 광 세기를 나타내다가 최고점 이후로 점차 작아지는 광의 세기를 나타낼 수 있다. 주변광은 인공광-예를 들어, 조명광-일 수도 있는데, 주변광이 인공광인 경우 밤 시간대에서 광 세기가 더 높을 수도 있다.

주파수데이터생성부(2310)는 이러한 주변광의 광 세기 중 최대값을 광세기기준값으로 결정할 수 있다. 혹은 이러한 최대값에서 일정한 마진을 가지는 값을 광세기기준값으로 결정할 수 있다.

예를 들어, 아크가 발생하지 않는 상황에서 주파수데이터생성부(2310)는 일일 중 광 세기가 최대가 되는 시점에 검출된 광 세기를 광세기기준값으로 결정할 수 있다. 또는 주파수데이터생성부(2310)는 일년 중 광 세기가 최대가 되는 시점에 검출된 광 세기를 광세기기준값으로 결정할 수 있다.

또는 아크가 발생하지 않은 상황에서 주파수데이터생성부(2310)는 일정 시간 동안 검출된 광의 세기의 평균값에 마진을 더한 값을 광세기기준값으로 결정할 수 있다. 여기서, 일정 시간은 하루 중 광 세기가 최대가 되는 시간-예를 들어, 낮 12시부터 낮 13시까지의 시간-일 수 있다.

주파수데이터생성부(2310)는 이렇게 평상시에 측정되는 광의 세기에 해당되는 광세기기준값보다 큰 광 세기를 가지는 광이 검출되면 아크에 의한 변동시점이 발생한 것으로 판단할 수 있다.

다만, 주변광에 의해 광 검출에 오류가 발생할 수 있기 때문에 주파수데이터생성부(2310)는 전류에지데이터를 에지기준값과 비교하는 과정을 통해 이러한 오류의 가능성을 낮추게 된다.

구체적으로 주파수데이터생성부(2310)는 전류에지데이터가 에지기준값보다 클 때 변동시점이 발생한 것으로 판단할 수 있다. 좀더 구체적으로 주파수데이터생성부(2310)는 광학센서(2210)에서 검출된 광의 세기가 광세기기준값보다 크고 전류에지데이터가 에지기준값보다 클 때 변동시점이 발생한 것으로 판단할 수 있다.

변동시점이 결정되면, 주파수데이터생성부(2310)는 변동시점 이후의 제1전류(i1)에 대한 센싱값을 디지털 프로세싱하여 주파수데이터를 생성한다.

아크판단부(230)는 주파수데이터생성부(2310)에 의해 생성된 주파수데이터의 특성에 따라 아크 발생 가능성을 판단한다.

한편, 아크검출장치(2112)는 패널(2110)의 박스(2114) 내에 위치할 수 있는데, 이러한 박스(2114)에 의해 외부 광이 차단되는 경우 광학센서(2210)에 의한 아크 광 검출의 신뢰도가 더 높아질 수 있다.

도 24는 본 발명의 제5 실시예에 따른 패널의 외관을 나타낸 도면이다.

도 24를 참조하면, 패널(2110)의 외곽은 박스(2114)로 구성되는데, 이러한 박스(2114) 내부에는 복수의 전기장치로 연결되는 복수의 선로가 위치할 수 있고, 이러한 복수의 선로에서 발생하는 아크를 감지하는 아크검출장치(2112)가 위치할 수 있다.

박스(2114)의 전면에는 관리자가 내부 구성의 상태를 파악할 수 있도록 하는 문(2410)이 위치할 수 있는데, 문(2410)이 닫혀진 상태에서는 외부 광이 차단되어 아크검출장치(2112)의 광학센서(2210)에는 외부 광이 직접 도달되지 않고 간접 광만 도달될 수 있다.

다만, 문(2410)이 개방된 상태에서는 외부 광이 광학센서(2210)에 직접적으로 영향을 미칠 수 있다.

이러한 외부 광은 강한 세기를 가지고 있기 때문에 주파수데이터생성부(2310)는 이러한 외부 광을 아크에 의한 섬광으로 오인할 수 있다. 물론 이러한 경우에도 주파수데이터생성부(2310)는 전류에지데이터에 대한 판단을 통해 오인식의 가능성을 낮출 수 있지만 전류에지데이터에 대한 판단에도 노이즈가 영향을 미칠 수 있다.

문(2410) 개방에 따른 이러한 오인식을 방지하기 위해 박스(2114)에는 문개폐센서(2420)가 설치되어 있을 수 있다.

주파수데이터생성부(2310)는 이러한 문개폐센서(2420)의 신호에 따라 변동시점에 대한 판단을 다르게 할 수 있다.

구체적으로 주파수데이터생성부(2310)는 문개폐센서(2420)의 신호에 따라 박스(2114)가 개방된 것으로 판단되는 경우, 검출된 광의 세기와 광세기기준값을 비교결과를 변동시점의 결정에 사용하지 않을 수 있다. 이러한 비교결과의 신뢰도가 낮기 때문에 주파수데이터생성부(2310)는 전류에지데이터만을 이용하여 변동시점을 결정할 수 있다.

다른 예로서, 주파수데이터생성부(2310)는 문개폐센서(2420)의 신호에 따라 광세기기준값을 변경할 수 있다. 구체적으로, 주파수데이터생성부(2310)는 문(2410)이 개방되었다고 판단되는 경우, 광세기기준값을 높게 변경할 수 있다. 물론, 이때, 아크에 의한 섬광의 광 세기가 변경된 광세기기준값보다 작으면 아크가 검출되지 않게 되는데, 통상적으로 아크에 의한 섬광은 자연광보다 광 세기가 더 클 수 있기 때문에 이렇게 광세기기준값을 높게 변경하여도 아크에 의한 섬광이 검출될 수 있다. 또한, 패널(2110)은 실내에 위치하기 때문에 문(2410)이 개방되어 있는 상태에서도 외부 광의 광 세기는 일정값 이하를 가지게 되어 전술한 우려는 실제로 발생하지 않을 가능성이 높다.

한편, 외부 광에 의한 오인식을 낮추기 위해 광학센서(2210)에는 특정 파장 대역의 광을 선별적으로 통과시키는 광학필터가 더 포함되어 있을 수 있다.

외부 광은 통상적으로 가시광 대역의 세기가 높게 나타나는데, 아크에 의한 섬광은 가시광 대역 뿐만 아니라 적외선 대역의 세기도 높게 나타난다.

광학센서(2210)에 가시광 대역의 광을 차단하고 적외선 대역의 광을 통과시키는 광학필터가 위치하는 경우 외부 광에 의한 오인식 가능성은 더 낮아질 수 있다.

도 25는 본 발명의 제6 실시예에 따른 아크검출방법에 대한 흐름도이다.

도 25를 참조하면, 도 21의 제1선로(2102)의 예시와 같은 선로에 흐르는 전류의 센싱값이 디지털 변환되어 디지털전류데이터가 생성된다(S2502).

그리고, 이러한 디지털전류데이터에 대한 에지디텍션 처리에 의해 전류에지데이터가 생성된다(S2504).

그리고, 패널(2110) 내에 형성되는 광이 검출된다(S2506).

검출된 광의 세기는 광세기기준값과 비교되고, 전류에지데이터는 에지기준값과 비교되는데(S2508), 검출된 광 세기가 광세기기준값보다 작거나(혹은 이하이거나) 전류에지데이터가 에지기준값보다 작으면(혹은 이하이면) 디지털전류데이터는 제1버퍼에 저장된다(S2510). 반대로, 검출된 광 세기가 광세기기준값 이상이고(혹은 초과이고) 전류에지데이터가 에지기준값 이상이면(혹은 초과이면) 디지털전류데이터는 제2버퍼에 저장된다(S2512).

그리고, 제1버퍼에 저장된 디지털전류데이터는 푸리에변환 처리를 통해 제1주파수데이터로 변환되고 제2버퍼에 저장된 디지털전류데이터는 푸리에변환 처리를 통해 제2주파수데이터로 변환된다(S2514).

그리고, 제1주파수데이터와 제2주파수데이터의 비교데이터에 따라 시스템의 아크 발생 가능성이 판단된다(S2516).

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 전력시스템에서 발생하는 아크를 검출하고 이를 바탕으로 전력시스템을 안정적으로 인터럽트할 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명에 의하면, 섬광을 일으키는 아크를 빠르고 정확하게 감지할 수 있는 효과가 있다.

이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (15)

1. 패널에 위치하는 아크검출장치로서,
   제1선로에 흐르는 제1전류를 센싱하는 전류센서;
   상기 제1전류에 대한 센싱값을 디지털 변환하여 디지털전류데이터를 생성하고 상기 디지털전류데이터에 대한 에지디텍션(edge detection) 처리를 통해 전류에지데이터를 생성하는 에지데이터생성부;
   상기 패널 내에 형성되는 광을 검출하는 광학센서;
   상기 광학센서에서 검출된 광의 세기와 광세기기준값을 비교하고 상기 전류에지데이터를 에지기준값과 비교하여 제1변동시점을 결정하고 상기 제1변동시점 이후의 상기 제1전류에 대한 센싱값을 디지털 프로세싱하여 주파수데이터를 생성하는 주파수데이터생성부; 및
   상기 주파수데이터의 특성에 따라 아크 발생 가능성을 판단하는 아크판단부
   를 포함하는 아크검출장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 패널에는 문개폐센서가 포함되어 있고,
   상기 주파수데이터생성부는,
   상기 문개폐센서의 신호에 따라 상기 광세기기준값을 변경하는 아크검출장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 패널에는 문개폐센서가 포함되어 있고,
   상기 주파수데이터생성부는,
   상기 문개폐센서의 신호에 따라 상기 패널이 개방된 것으로 판단되는 경우, 검출된 광의 세기와 광세기기준값의 비교 결과를 상기 제1변동시점의 결정에 사용하지 않는 것을 특징으로 하는 아크검출장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 광학센서는 특정 파장 대역의 광을 선별적으로 통과시키는 광학필터를 더 포함하는 아크검출장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 특정 파장 대역은 적외선 대역에 위치하는 것을 특징으로 하는 아크검출장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 광세기기준값은 아크가 발생하지 않은 상황에서 일정 시간 동안 검출된 광의 세기의 평균값에 마진을 더한 값으로 결정되는 것을 특징으로 하는 아크검출장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 에지데이터생성부는,
   상기 제1전류에 대한 센싱값을 디지털 변환하는 과정에서 가우시안 컨볼루션(Gaussian Convolution)을 적용하는 것을 특징으로 하는 아크검출장치.
8. 제1항에 있어서,
   상기 에지디텍션 처리는 라플라시안(Laplacian) 필터 처리 혹은 차동 컨볼루션(difference convolution) 처리인 것을 특징으로 하는 아크검출장치.
9. 제1항에 있어서,
   상기 주파수데이터생성부는,
   상기 전류에지데이터의 음(-)의 값만을 이용하여 상기 제1변동시점을 결정하는 것을 특징으로 하는 아크검출장치.
10. 제1항에 있어서,
    특정 시구간에서 획득된 전류에지데이터들에 대한 평균 및 표준편차에 따라 상기 에지기준값이 생성되는 것을 특징으로 하는 아크검출장치.
11. 제10항에 있어서,
    상기 주파수데이터생성부는,
    절대값이 상기 에지기준값 이하이거나 상기 에지기준값 미만인 상기 전류에지데이터를 이용하여 상기 특정 시구간에서 획득된 전류에지데이터들에 대한 평균 및 표준편차를 업데이트하는 것을 특징으로 하는 아크검출장치.
12. 패널 내의 아크를 검출하는 방법에 있어서,
    제1선로에 흐르는 제1전류의 센싱값을 디지털 변환하여 디지털전류데이터를 생성하는 단계;
    상기 디지털전류데이터에 대한 에지디텍션(edge detection) 처리를 통해 전류에지데이터를 생성하는 단계;
    상기 패널 내에 형성되는 광을 검출하는 단계;
    제1버퍼에 상기 디지털전류데이터를 저장하는 단계;
    검출된 광의 세기가 광세기기준값 이상이거나 상기 광세기기준값을 초과하고 상기 전류에지데이터가 에지기준값 이상이거나 상기 에지기준값을 초과하면 상기 디지털전류데이터를 제2버퍼에 저장하는 단계;
    상기 제1버퍼에 저장된 디지털전류데이터에 대한 푸리에변환 처리를 통해 제1주파수데이터를 생성하고 상기 제2버퍼에 저장된 디지털전류데이터에 대한 푸리에변환 처리를 통해 제2주파수데이터를 생성하는 단계; 및
    상기 제1주파수데이터와 상기 제2주파수데이터의 비교데이터에 따라 아크 발생 가능성을 판단하는 단계
    를 포함하는 아크검출방법.
13. 제12항에 있어서,
    상기 패널의 문개폐센서의 신호에 따라 상기 광세기기준값을 변경하는 단계를 더 포함하는 아크검출방법.
14. 외부 광이 차단되는 박스;
    상기 박스 내에 위치하고 복수의 전기장치로 연결되는 복수의 선로;
    제1선로에 흐르는 제1전류를 센싱하는 전류센서;
    상기 박스 내에 형성되는 광을 검출하는 광학센서; 및
    디지털신호처리가 가능한 디지털프로세서를 포함하고,
    상기 디지털프로세서는,
    상기 제1전류에 대한 센싱값을 디지털 변환하여 디지털전류데이터를 생성하고 상기 디지털전류데이터에 대한 에지디텍션(edge detection) 처리를 통해 전류에지데이터를 생성하는 에지데이터생성부,
    상기 광학센서에서 검출된 광의 세기와 광세기기준값을 비교하고 상기 전류에지데이터를 에지기준값과 비교하여 제1변동시점을 결정하고 상기 제1변동시점 이후의 상기 제1전류에 대한 센싱값을 디지털 프로세싱하여 주파수데이터를 생성하는 주파수데이터생성부 및
    상기 주파수데이터의 특성에 따라 아크 발생 가능성을 판단하는 아크판단부를 포함하는 패널.
15. 제14항에 있어서,
    상기 박스에 위치하는 문의 개폐를 센싱하는 문개폐센서를 더 포함하고,
    상기 주파수데이터생성부는,
    상기 문개폐센서의 신호에 따라 상기 광세기기준값을 변경하는 것을 특징으로 하는 패널.

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