KR102000033B1 - 전선 점접촉 단락 병렬아크 에너지 추출 방법 및 장치 - Google Patents

전선 점접촉 단락 병렬아크 에너지 추출 방법 및 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR102000033B1
KR102000033B1 KR1020170177799A KR20170177799A KR102000033B1 KR 102000033 B1 KR102000033 B1 KR 102000033B1 KR 1020170177799 A KR1020170177799 A KR 1020170177799A KR 20170177799 A KR20170177799 A KR 20170177799A KR 102000033 B1 KR102000033 B1 KR 102000033B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
short
impedance
arc
energy
value
Prior art date
Application number
KR1020170177799A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20190076196A (ko
Inventor
김재현
방선배
박진영
박광묵
Original Assignee
한국전기안전공사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국전기안전공사 filed Critical 한국전기안전공사
Priority to KR1020170177799A priority Critical patent/KR102000033B1/ko
Publication of KR20190076196A publication Critical patent/KR20190076196A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102000033B1 publication Critical patent/KR102000033B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G01R31/025—
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/16—Measuring impedance of element or network through which a current is passing from another source, e.g. cable, power line
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H1/00—Details of emergency protective circuit arrangements
    • H02H1/0007—Details of emergency protective circuit arrangements concerning the detecting means
    • H02H1/0015—Using arc detectors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/26—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Testing Of Short-Circuits, Discontinuities, Leakage, Or Incorrect Line Connections (AREA)

Abstract

본 발명은 전선 점접촉 단락 병렬아크 에너지 추출 방법 및 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전선 점접촉 단락 발생시의 접촉지점에 대한 전압 및 전류 파형 측정을 통하여 파형 특성과 아크 진행 특성을 분석하고, 전선 점접촉 단락에 의한 병렬 아크 에너지를 추출하는 전선 점접촉 단락 병렬아크 에너지 추출 방법 및 장치에 관한 것이다.
이러한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 특징에 따른 전선 점접촉 단락 병렬아크 에너지 추출 방법은 접촉 임피던스 문턱치값과 양의 임피던스 증가치의 문턱치값 및 아크소멸 임피던스 문턱치값을 설정하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 전압과 전류를 측정하고, 상기 측정된 전압과 전류를 토대로 순시 임피던스 값과 임피던스 변화값을 추출하는 단계와, 상기 추출된 순시 임피던스 값과 상기 접촉 임피던스 문턱치값을 비교 판단하고, 전도 단락전류에 의한 에너지를 추출하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 추출된 임피던스 변화값과 상기 양의 임피던스 증가치의 문턱치값을 비교 판단하고, 상기 전도 단락전류에 의한 에너지를 출력하는 단계와, 상기 추출된 순시 임피던스 값과 상기 아크소멸 임피던스 문턱치값을 비교 판단하고, 아크 단락전류에 의한 에너지를 추출하는 단계를 포함할 수 있다.
이를 통해, 전선 점접촉 단락에 의한 병렬아크 에너지를 용이하고 신속하게 추출할 수 있고, 상기 아크에너지를 토대로 전선 단락에 의한 용융흔 특성을 분석하여 전기화재의 원인을 규명할 수 있는 효과가 있다.

Description

전선 점접촉 단락 병렬아크 에너지 추출 방법 및 장치{The parallel arc energy measuring method and appratus of the wire point contact}
본 발명은 전선 점접촉 단락 병렬아크 에너지 추출 방법 및 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전선 점접촉 단락 발생시의 접촉지점에 대한 전압 및 전류 파형 측정을 통하여 파형 특성과 아크 진행 특성을 분석하고, 전선 점접촉 단락에 의한 병렬 아크 에너지를 추출하는 전선 점접촉 단락 병렬아크 에너지 추출 방법 및 장치에 관한 것이다.
한국전기안전공사의 2015년 전기재해 통계분석집에 의하면 전기적 발화 요인 중에 단락(절연 열화에 의한 단락, 트래킹에 의한 단락, 압착 손상에 의한 단락, 층간 단락, 미확인 단락)이 66.5%로 가장 많은 점유율을 차지하고 있다.
또한, 설비별 전기화재 분포에서는 21.3 ％의 전기화재가 배선 및 배선기구에서 발생한 것으로 조사되어 있고, 이는 발화지점이 확인된 전기화재 중에서는 가장 높은 점유율이다. 따라서 전기화재의 가장 대표적인 예는 전기배선의 단락이라고 볼 수 있다.
전선 단락에 의한 화재가 많이 발생하고 있지만(1차 단락), 화재가 발생하여 전선등의 전기설비에서 단락이 발생하는 경우도 많다(2차 단락). 또한, 화재진압 후 현장에 남아 있는 전선 단락 용융흔(단락에 의해 용융되었다가 재응고된 흔적으로 단락 발생을 추정해 볼 수 있는 증거물로 사용되며 망울 형태를 가지는 경우가 많다)을 이용하여 단락에 의한 화재인지를 분석하는 연구가 지속적으로 수행되고 있다.
화재의 원인이 된 1차 단락의 경우는 화재확산에 따라 부차적으로 발생하는 2차 단락의 경우보다 확률적으로 낮은 주위온도 조건에서 발생하여 용융흔 결정조직 형태와 크기등의 특성 확률분포가 차이가 있다. 또한, 단락 전류의 크기에 따라서도 용융흔 결정조직 특성이 차이가 있음을 실험적으로 확인한 연구도 발표되었다.
전선 단락 용융흔의 특성은 단락 발생 시점의 주위온도, 단락전류 및 단락 아크 등의 여러 인자에 의해 차이가 발생한다.
여러 인자에 의한 전선 단락 용융흔의 특성을 확인하기 위해서는 다양한 조건에서 전선 단락 실험을 수행하여 단락 용융흔을 만들고 특성을 분석하여야 한다. 또한, 단락전류와 단락 아크에 의한 용융흔 특성을 분석하기 위해서는 전선 단락 발생 시의 전압, 전류 등의 전기적 특성과 단락 아크에 의한 열적 특성에 대한 이론적 및 실험적 연구가 필요하다.
이에 따라 전선 단락 발생 시의 단락 전압, 전류, 에너지와 아크 방전 전압, 전류, 에너지 등의 특성 측정이 필요하다.
그러나, 전선 단락에 의한 단락 및 아크 에너지의 측정은 단락과 아크 발생 시점의 전압과 전류를 오실로스코프 등의 측정 장비를 이용하여 수행할 수 있으나, 측정된 파형을 분석하기 위해서는 사용자가 전문적 지식을 가지고 있어야 하며, 산출을 위한 별도의 연산을 필요로 하여 빠른 분석이 어려운 문제점이 있다.
특히, 상기 측정된 파형으로부터 어느 시점에서 아크 개시가 시작되었는지를 판단할 수 없으면 분석이 불가능한 문제점이 있다.
대한민국 등록특허 제10-1303840호(2013년 09월 04일 공고)
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 종래의 단점을 해결한 것으로서, 전선 단락에 의한 단락 및 아크 에너지를 용이하게 추출하는데 그 목적이 있다.
또한, 전선 단락에 의한 단락 및 아크 에너지의 측정된 파형을 분석하기 위해 소요되는 시간을 감소시키고자 하는데 그 목적이 있다.
이러한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 특징에 따른 전선 점접촉 단락 병렬아크 에너지 추출 방법은 접촉 임피던스 문턱치값(Zs_th)과 양의 임피던스 증가치의 문턱치값(△Zup_th) 및 아크소멸 임피던스 문턱치값(Ze_th)을 설정하는 단계를 포함할 수 있다.
여기에서, 상기 상기 접촉 임피던스 문턱치값(Zs_th)은 상기 전선 점접촉에 의한 접촉지점의 임피던스 강하를 판별할 수 있는 기준을 설정하기 위하여 결정하는 문턱치값이고, 상기 양의 임피던스 증가치의 문턱치값(△Zup_th)은 아크 개시 시점의 급격한 임피던스 증가를 판별하기 위한 문턱치값이며, 상기 아크소멸 임피던스 문턱치값(Ze_th)은 아크전류가 소멸하는 시점을 판별하기 위한 문턱치값(Ze_th)이다.
또한, 상기 전선 점접촉 단락이 발생하는 지점과 인접한 지점에서 전압과 전류를 측정하고, 상기 측정된 전압과 전류를 토대로 순시 임피던스 값과 임피던스 변화값을 추출하는 단계와, 상기 추출된 순시 임피던스 값과 상기 접촉 임피던스 문턱치값을 비교 판단하고, 전도 단락전류에 의한 에너지를 추출하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 추출된 임피던스 변화값과 상기 양의 임피던스 증가치의 문턱치값을 비교 판단하고, 상기 전도 단락전류에 의한 에너지를 출력하는 단계와, 상기 추출된 순시 임피던스 값과 상기 아크소멸 임피던스 문턱치값을 비교 판단하고, 아크 단락전류에 의한 에너지를 추출하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 전선 점접촉 단락 병렬아크 에너지 추출 장치는 전원공급부, MCCB(배선용차단기), 단락전류제한장치, 단락 처리부, 가변저항 부하, 원격구동부, 측정부 및 제어부를 포함할 수 있다.
상기 전원공급부는 상용전원을 공급하고, 상기 MCCB(배선용차단기)는 상기 전원공급부와 단락 처리부의 사이에 마련되어 상기 상용전원을 단락 처리부에 공급 또는 차단할 수 있다. 또한, 상기 단락전류제한장치는 상기 MCCB(배선용차단기)와 상기 단락 처리부의 사이에 마련되어 단락 처리부에 공급되는 단락 전류를 조절할 수 있다.
또한, 단락 처리부는 상기 상용전원이 공급되는 복수의 입력 단자와 상기 입력 단자에 대응되는 복수의 출력 단자 및 상기 입력 단자와 출력 단자를 각각 전기적으로 연결하고, 상기 제어부의 제어에 따라 단락이 가능하도록 단락될 각 전선 부위의 피복이 제거되어 서로 교차되는 복수의 전선을 포함할 수 있다.
또한, 상기 원격구동부는 상기 제어부로부터 원격 제어 신호를 수신하여 상기 단락 처리부의 전선이 단락되도록 상기 입력 단자 또는 출력 단자 중 어느 하나의 단자를 하강시킬 수 있다. 또한, 상기 측정부는 상기 단락 처리부에서 감지되는 전압 및 전류를 측정할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 측정된 전압과 전류의 측정 데이터를 토대로 순시 임피던스 값과 임피던스의 변화값을 추출하고, 상기 순시 임피던스 값과 임피던스의 변화값을 이용하여 전선 점접촉이 발생한 시점과 아크 개시 시점 및 아크 소멸 시점을 판단하며, 상기 판단 결과를 토대로 전도 단락전류에 의한 에너지와 아크 단락전류에 의한 에너지를 추출할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전선 점접촉 단락 병렬아크 에너지 추출 방법 및 장치는 전선 점접촉 단락에 의한 병렬아크 에너지를 용이하고 신속하게 추출할 수 있으며, 실시간 측정에 의하지 않고 사전에 측정된 전압 및 전류 시계열 데이터로부터 아크에너지를 계산할 수 있는 효과가 있다.
또한, 상기 아크에너지를 토대로 전선 단락에 의한 용융흔 특성을 분석하여 전기화재의 원인을 규명할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전선 점접촉 단락 병렬아크 에너지 추출 장치를 나타내는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 전선 점접촉 단락 병렬아크 에너지 추출 장치를 나타내는 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 전선 점접촉 단락 및 아크에 대한 전압과 전류의 파형을 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 전선 점접촉 단락 병렬아크 에너지 추출 장치에서 전선 점접촉 단락 상태를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 전선 점접촉 단락 병렬아크 에너지 추출 방법을 나타내는 흐름도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "…모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 또는 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다.
각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전선 점접촉 단락 병렬아크 에너지 추출 장치를 나타내는 개념도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 전선 점접촉 단락 병렬아크 에너지 추출 장치를 나타내는 구성도이다.
본 발명은 전선 점접촉 단락 병렬아크 에너지 추출 장치에 관한 것으로서, 전원공급부(100), MCCB(배선용차단기)(200), 단락전류제한장치(300), 단락 처리부(400), 가변저항 부하(500), 원격구동부(600), 측정부(700) 및 제어부(800)를 포함할 수 있다.
여기에서, 단락 처리부(400)는 전선들을 각각 고정하여 설치하는 a 단자(410), a' 단자(420), b 단자(430) 및 b' 단자(440)를 포함할 수 있다.
전원공급부(100)는 상용전원을 공급할 수 있다. 즉, 전원공급부(100)는 전선을 고정한 a 단자(410)와 b 단자(430)에 단상 200V, 60Hz의 상용전원을 공급할 수 있다. 또한, MCCB(배선용차단기)(200)는 전원공급부(100)와 단락 처리부(400)의 사이에 마련되어 상용전원을 a 단자(410) 및 b 단자(430)에 공급 또는 차단할 수 있다.
또한, MCCB(배선용차단기)(200)와 단락 처리부(400)의 사이에는 단락 처리부(400)에 공급되는 단락 전류를 조절하는 단락전류제한장치(300)가 포함될 수 있다.
또한, 단락 처리부(400)는 단락될 각 전선 부위의 피복을 제거한 상태에서 단락될 전선 부위가 서로 교차되도록 전선을 a 단자(410), a' 단자(420), b 단자(430) 및 b' 단자(440)에 고정하여 설치할 수 있다. 또한, a' 단자(420)와 b' 단자(440)에는 가변저항 부하(500)가 연결될 수 있다.
또한, 상기 전선의 단락될 지점은 이격되어 있으며, 원격구동부(600)는 원격으로 제어신호를 수신하여 a 단자(410), a' 단자(420), b 단자(430) 및 b' 단자(440) 중 어느 하나의 단자를 하강되게 하여 두 전선이 접촉되도록 할 수 있다.
또한, 전선 점접촉 단락 측정의 안전한 수행을 위해 MCCB(배선용차단기)(200)와 b 단자(430)의 사이에는 전원을 공급 또는 차단하는 제1스위치(S1)(450)가 포함될 수 있다. 또한, 가변저항 부하(500)와 a' 단자(420)의 사이에는 제2스위치(S2)(460)가 포함될 수 있다.
또한, 측정부(700)는 단락 처리부(400)에서 감지되는 전압 및 전류를 측정할 수 있다. 또한, 측정부(700)는 전압측정모듈(710)과 전류측정모듈(720)을 포함할 수 있다. 즉, 전압측정모듈(710)은 a 단자(410)와 b 단자(430) 사이의 양단 전압을 측정하고, 전류측정모듈(720)은 단락전류제한장치(300)와 a 단자(410) 사이 전선의 통전 전류를 측정할 수 있다. 여기에서, 측정부(700)는 오실로스코프가 될 수 있다.
제어부(800)는 MCCB(배선용차단기)(200), 단락전류제한장치(300), 원격구동부(600) 및 측정부(700)를 제어할 수 있다. 또한, 제어부(800)는 전압과 전류의 측정 데이터를 토대로 순시 임피던스 값과 임피던스의 변화값을 추출하고, 상기 순시 임피던스 값과 임피던스의 변화값을 이용하여 이벤트 발생시점을 판단하며 전도 단락전류에 의한 에너지(Ec)와 아크 단락전류에 의한 에너지(Ea)를 추출할 수 있다.
또한, 제어부(800)는 제1판단모듈(810)과 제2판단모듈(820)을 포함할 수 있다. 제1판단모듈(810)은 전선 점접촉이 발생한 시점을 판단하여 샘플링 시기마다 전압과 전류의 곱에 샘플링 주기를 곱하고, 이를 지속적으로 누적하여 상기 전도 단락전류에 의한 에너지(Ec)를 추출할 수 있다.
또한, 제2판단모듈(820)은 아크가 개시된 시점을 판단하여 전압과 전류의 곱에 샘플링 주기를 곱하고, 이를 지속적으로 누적하여 상기 아크 단락전류에 의한 에너지(Ea)를 추출할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 전선 점접촉 단락 병렬아크 에너지 추출 장치(10)는 전압, 전류 및 누적 에너지를 표시하는 표시부(900)를 더 포함할 수 있다. 즉, 표시부(900)는 측정부(700)로부터 측정된 전압 및 전류와 제어부(800)를 통해 추출된 상기 전도 단락전류에 의한 에너지(Ec) 및 아크 단락전류에 의한 에너지(Ea)를 표시할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 전선 점접촉 단락 및 아크에 대한 전압과 전류의 파형을 나타내는 그래프이다. 즉, 본 발명에 따른 전선 점접촉 단락 병렬아크 에너지 추출 장치(10)를 이용하여 측정한 전선 점접촉 단락 발생 시점의 전압 및 전류 파형과 누적 에너지를 나타내는 그래프이다.
여기에서, 분홍색으로 나타나는 (가)는 전류 파형이고, 파랑색으로 나타나는 (나)는 전압 파형이며, 노랑색으로 나타나는 (다)는 전압과 전류의 곱을 적분한 누적 에너지를 나타내는 파형이다. 이때, MCCB(배선용차단기)(200)는 트립(trip) 되지 않은 상태이다.
본 발명에 따른 전선 점접촉 단락 병렬아크 에너지 추출 장치(10)를 이용하여 전선 점접촉 단락 및 아크의 전압과 전류를 측정하기 위해서는 제1스위치(S1)(450)와 제2스위치(S2)(460)를 온(On) 시키고, MCCB(배선용차단기)(200)를 온(On) 시킨 후 원격구동부(600)에 원격 제어신호를 전송하여 전선의 점접촉 단락을 발생시키는 것이 바람직하다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 전선 점접촉 단락 병렬아크 에너지 추출 장치에서 전선 점접촉 단락 상태를 나타내는 도면이다.
즉, 도 4a는 단락 처리부(400)의 두 전선이 접촉하여 상기 도 3에서 A 시점으로 나타나는 전선 접촉 상태에서의 단락 처리부(400)를 나타내는 도면이고, 도 4b는 상기 도 3에서 B 시점으로 나타나는 아크 개시 시점에서의 단락 처리부(400)를 나타내는 도면이다.
또한, 도 4c는 상기 도 3에서 C 시점 직전에 대응되는 단락 처리부(400)의 아크 상태를 나타내는 도면이고, 도 4d는 상기 도 3에서 C 시점 직후에 대응되는 단락 처리부(400)의 아크 상태를 나타내는 도면이며, 도 4e는 상기 도 3에서 C 시점으로부터 15ms가 경과 후에 단락 처리부(400)에서 화염이 발생하는 것을 나타내는 도면이다.
도 4a에서 도시된 바와 같이 전선 접촉(도 3의 A) 시점에서 아크 개시(도 3의 B) 시점까지는 두 전선이 접촉된 상태로 아래로 약간의 이동이 발생할 수 있다. 또한, 도 4b에서 도시된 바와 같이 아크 개시(도 3의 B) 시점에서 청백색의 아크가 개시될 수 있다.
아크 개시(도 3의 B) 시점에서 발생한 상기 청백색의 아크는 확대된 후 점차 약해지고, 도 3의 C 시점 직전까지 도 4c와 같이 진행될 수 있다. 또한, 상기 C 시점 직후에는 도 4d와 같이 황색의 화염으로 변한다.
또한, 상기 C 시점으로부터 15ms가 경과 후에는 도 4e에서 나타난 바와 같은 화염으로 작아지면서 점차적으로 소멸될 수 있다. 또한, 접촉 지점을 중심으로 전선 도체가 용단 된것도 확인할 수 있다.
한편, 도 3에서 전압의 급격한 순시 강하와 전류의 급격한 상승으로 A 시점에서 단락이 발생한 사실은 쉽게 판단할 수 있으나, 아크가 발생한 시점은 판단하기가 어려우며, 아크 에너지의 계산을 위해서는 별도의 조작과 연산이 필요하다.
도 3에서 도시된 바와 같이 A 시점 이전까지는 전압과 전류 파형은 정현파이지만 상기 A 시점에서 전압은 거의 0 전위로 하강한다. 그 이후 도 3의 B 시점까지는 상용전압 보다 매우 작은 정현파의 형태로 나타난다.
또한, 도 3에서 전류는 A 시점 직후부터 A' 시점까지 급상승하고, A' 시점에서 B 시점까지는 전압에 근사적으로 비례한다. 또한, A 시점과 B 시점까지의 누적 에너지 증가는 작게 나타난다.
따라서 A 시점과 B 시점 사이에서는 전선 접촉 지점의 접촉저항이 작아 대부분의 전압은 변압기 2차측에서 단락지점까지의 전선회로에 인가되어 대부분의 주울열 에너지가 변압기 2차측과 단락지점 사이에서 발생하고, 두 전선이 접촉된 지점은 상대적으로 매우 작은 주울열 에너지가 발생한 것으로 분석할 수 있다.
그러나, 상기 변압기 2차측과 단락지점 사이의 전선회로는 전선 접촉 지점보다 매우 길기 때문에 단위 체적당 열에너지 발생률은 전선접촉 지점이 훨씬 크고, 온도 상승은 전선 접촉 부위에서 집중적으로 나타날 수 있다.
이에 따라 전선 접촉 부위에서 온도가 급상승한다. 도 4b에서 도시된 바와 같이 아크 개시(도 3의 B) 시점까지 외형상 도체의 뚜렷한 용융현상은 식별되지 않는다. 따라서 전선 도체의 용융현상은 아크 개시 시점 이후에 발생한 것으로 볼 수 있다.
도 3에서 노랑색으로 나타나는 누적 에너지((다) 파형)도 A와 B 사이 구간은 변화가 작아 전선 점접촉 지점의 에너지 발생이 작은 것을 알 수 있고, B와 C 구간 사이의 에너지 상승은 상대적으로 매우 커서 에너지 발생이 큰 것을 알 수 있다.
도 3의 아크 개시(도 3의 B) 시점에서 전압의 절대값이 순간적으로 상승하고, 그 이전 전류의 기울기는 갑자기 변화한다. 또한, B 시점에서 전류는 연속적이고 전압 절대값이 급격하게 상승하므로 저항값이 급격하게 상승한 것을 알 수 있다.
따라서 아크 개시와 동시에 저항이 상승하므로 두 전선 사이 접촉이 약해지면서 간격이 발생하고 아크 방전 경로 저항값이 추가적으로 발생한 것으로 분석된다. 아크 개시 이후 전압 절대값은 불규칙하지만 상승하는 추세이고, 전류는 B' 시점까지 상승하다가 그 이후 감소하여 C 시점에서 아크 소멸과 함께 거의 소멸된다.
또한, 전류가 거의 소멸된 후 전압은 과도상태를 거쳐 인가된 전원의 상용전압 파형으로 변한다. 이는 도 3을 나타내는 전선 점접촉 단락 병렬아크 에너지 추출 장치(10)에서 MCCB(배선용차단기)(200)가 트립되지 않았기 때문으로 분석되고, MCCB(배선용차단기)(200)가 트립되면 과도상태를 거쳐 전압값이 소멸될 수 있다.
또한, 전선 점접촉에 의한 단락발생시 초기 전선 점접촉에 의한 전압 감소 및 전류 급상승이 발생하고, 아크 개시와 함께 전압의 급격한 변화와 전류 기울기 변화가 발생 한 후, 아크가 소멸될 때는 전류가 소멸되는 패턴이 나타난다.
특정 경우에는 아크가 2회 이상 발생하면서 같은 수의 패턴이 나타난다. 이 점을 전선 점접촉 부위의 저항으로 변환하여 분석하면, 전선 점접촉시 저항은 급격히 감소하고, 아크 개시 시점에서는 변동하는 아크 경로 저항으로 상승한 후 아크 소멸과 함께 저항이 급격하게 상승한 것을 알 수 있다.
도 3에서 A 시점으로부터 B 시점까지의 에너지는 단락전류에 의한 전선 점접촉 지점에서 발생하는 에너지이고, B 시점에서 C 시점까지의 에너지는 아크 발생에 의한 에너지이다. 또한, A 시점에서 C 시점 부근까지의 전압은 전원 전압보다 대부분 크기가 작으므로 나머지 전압(전원 전압, 단락 또는 아크 전압)에 의한 전력소비는 단락 지점 이전의 전선로 등에서 발생할 수 있다.
즉, 전선 점접촉에 의한 접촉부위에서 발생하는 에너지는 도 3의 A에서 B 구간 사이에서 발생하는 전도 단락전류에 의해 발생하고, B에서 C 구간 사이에서 발생하는 아크 단락전류에 의해 발생하며, 에너지 발생량의 대부분은 B와 C 구간에서 발생한다.
또한, 전선 점접촉에 의한 전선 도체 용융은 대부분 아크 에너지에 의한 것일 수 있다. 이와 같이 발생하는 용융흔의 특성을 아크 에너지와 비교하여 상관관계 정도를 확인할 수 있다.
본 발명에 따른 전선 점접촉 단락 병렬아크 에너지 추출 방법은 전선이 점접촉될 때 접촉 지점의 임피던스가 감소하여 전류가 급상승하다가 아크가 발생하면 임피던스가 불연속적으로 증가하고, 아크가 소멸될 때는 임피던스가 매우 커지는 특성을 이용하여 전선 점접촉 시점과 아크 개시 및 소멸 시점을 판단하고 각 시점 사이의 전압, 전류 및 샘플링 주기의 곱을 누적하여 전도 단락전류와 아크 단락전류에 의한 에너지를 계산할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 전선 점접촉 단락 병렬아크 에너지 추출 방법을 나타내는 흐름도이다. 즉, 도 5a는 본 발명의 실시 예에 따른 전선 점접촉 단락 병렬아크 에너지 추출 방법을 나타내는 전체적인 흐름도이고, 도 5b는 상기 도 5a에서 (S3) 측정 단계를 상세하게 나타내는 흐름도이다.
또한, 도 5c는 상기 도 5b에서 (S34) 접촉 단계를 상세하게 나타내는 흐름도이고, 도 5d는 상기 도 5c에서 (S346) 아크 발생 단계를 상세하게 나타내는 흐름도이다.
여기에서, Zs_th는 전선의 접촉 시작을 판단하기 위한 접촉 임피던스 문턱치값이고, △Zup_th는 아크 개시 시점을 판단하기 위한 양의 임피던스 증가치의 문턱치값이며, Ze_th는 아크 전류가 소멸되는 시점을 판단하기 위한 아크소멸 임피던스 문턱치값이다. 또한, Tmax는 최대 측정시간 설정치이고, T는 측정 시작 후 진행된 시간이며, Ec는 전도 단락전류에 의한 에너지이고, Ea는 아크 단락전류에 의한 에너지이다.
또한, △Z는 임피던스의 순간 변화량이고, Temp는 상기 △Z(임피던스의 순간 변화량)를 계산하기 위한 임시 변수이며, △t는 샘플링 주기이다.
본 발명의 실시 예에 따른 전선 점접촉 단락 병렬아크 에너지 추출 방법은 접촉 임피던스 문턱치값(Zs_th)과 양의 임피던스 증가치의 문턱치값(△Zup_th) 및 아크소멸 임피던스 문턱치값(Ze_th)을 결정하는 단계를 포함할 수 있다(S1 단계).
상기 접촉 임피던스 문턱치값(Zs_th)은 상기 전선 점접촉에 의한 접촉지점의 임피던스 강하를 판별할 수 있는 기준을 설정하기 위하여 결정하는 문턱치값이고, 상기 양의 임피던스 증가치의 문턱치값(△Zup_th)은 아크 개시 시점의 급격한 임피던스 증가를 판별하기 위한 문턱치값이며, 상기 아크소멸 임피던스 문턱치값(Ze_th)은 아크전류가 소멸하는 시점을 판별하기 위한 문턱치값(Ze_th)이다.
또한, 측정시작과 종료 사이의 최대 측정시간(Tmax)을 설정할 수 있다. 상기 최대 측정시간(Tmax)의 설정은 본 발명의 실시 예에 따른 전선 점접촉 단락 병렬아크 에너지 추출 알고리즘이 무한루프에 빠지지 않도록 하고, 총 측정 시간을 제어할 수 있다.
또한, 전선 점접촉 단락이 발생하는 지점과 인접한 지점에서 전압과 전류를 측정하고, 순시 임피던스 값(Z)과 임피던스 변화값(△Z)을 추출하는 단계를 포함할 수 있다 (S2 ~ S3 단계).
도 5b에서 도시된 바와 같이 측정이 시작되면 전도 단락전류에 의한 에너지(Ec)와 아크 단락전류에 의한 에너지(Ea)를 0으로 초기화한다(S31 단계). 또한, 매 샘플링 주기별로 단락이 발생한 양단의 전압(V)과 회로의 전류(I)를 측정하여 접촉지점의 순시 임피던스 값(Z)을 추출할 수 있다(S32 단계).
또한, 상기 추출된 순시 임피던스 값(Z)이 접촉 임피던스 문턱치값(Zs_th) 보다 크면 다음 샘플링 주기의 전압, 전류 및 임피던스를 측정하고, 상기 추출된 순시 임피던스 값(Z)이 접촉 임피던스 문턱치값(Zs_th) 보다 작으면 전선의 사이에 점접촉이 발생한 것으로 판단하여 전도 단락전류에 의한 에너지(Ec)를 추출할 수 있다(S33 ~ S34 단계).
여기에서, 상기 전도 단락전류에 의한 에너지(Ec)는 샘플링 시기마다 전압과 전류의 곱에 샘플링 주기를 곱하고 이를 지속적으로 누적하여 추출할 수 있다.
아크 개시 시점의 임피던스 상승 값을 추출하기 위하여 임피던스 변화량(△Z)을 측정해야 한다. 따라서, 도 5c에서 도시된 바와 상기 측정된 임피던스(Z)를 임시 변수 Temp에 저장하고, 전압, 전류 및 임피던스를 다시 측정하여 추출할 수 있다(S341 ~ S342 단계).
또한, 상기 다시 측정된 전압과 전류의 곱에 샘플링 주기 △t를 곱한 값을 계속 누적하여 전도 단락전류에 의한 에너지(Ec)를 추출할 수 있다(S343 단계).
또한, 순시 임피던스 값(Z)에서 이전 샘플링 단계의 임피던스(Temp)를 감산하여 임피던스 변화 값(△Z)을 추출하고, 상기 추출된 임피던스 변화 값(△Z)이 양의 임피던스 증가치의 문턱치값(△Zup_th) 보다 클때까지 전도 단락전류에 의한 에너지(Ec)와 임피던스 변화 값(△Z)을 반복 추출할 수 있다.
또한, 도 5c에서 도시된 바와 같이 상기 추출된 임피던스 변화값(△Z)이 양의 임피던스 증가치의 문턱치값(△Zup_th) 보다 크면 아크가 개시된 것으로 판단하여 전도 단락전류에 의한 에너지(Ec) 값 누적을 중단하고, 상기 누적된 전도 단락전류에 의한 에너지(Ec) 추출 결과를 출력할 수 있다(S344 ~ S345 단계). 또한, 아크 단락전류에 의한 에너지(Ea)를 추출하기 위한 과정을 수행할 수 있다(S346 단계).
또한, 상기 아크 단락전류에 의한 에너지(Ea)를 추출하는 과정은 도 5d에서 도시된 바와 같이 측정된 전압과 전류의 곱에 샘플링 주기(△t)를 곱하고 이를 지속적으로 누적하여 아크 단락전류에 의한 에너지(Ea)를 추출하는 단계를 포함할 수 있다(S3461 ~ S3462 단계).
또한, 상기 추출된 순시 임피던스 값(Z)이 아크소멸 임피던스 문턱치값(Ze_th) 보다 클 때까지 전압, 전류 및 임피던스를 측정하고, 아크 단락전류에 의한 에너지(Ea)를 추출할 수 있다. 상기 아크 단락전류에 의한 에너지(Ea)는 상기 측정된 전압 및 전류의 곱에 샘플링 주기(△t)를 곱한 값을 계속 누적하여 추출할 수 있다.
또한, 상기 추출된 순시 임피던스 값(Z)이 아크소멸 임피던스 문턱치값(Ze_th) 보다 크면 아크가 소멸한 것으로 판단하여 아크 단락전류에 의한 에너지(Ea) 값 누적을 중단하고, 상기 누적된 아크 단락전류에 의한 에너지(Ea) 결과를 출력할 수 있다(S3463 ~ S3464 단계).
아크가 2회 이상 발생하는 경우 상술한 방식을 반복 적용하여 전선 점접촉에 의한 접촉지점의 전도 및 아크 단락전류에 의한 에너지(Ec, Ea)를 반복적으로 판단하여 출력할 수 있다.
본 발명에 따른 전선 점접촉 단락 병렬아크 에너지 추출 방법 및 장치는 전선 점접촉 단락 발생시의 접촉 지점에 대한 전압 및 전류 파형 측정과 아크 발생 지점의 초고속카메라 촬영을 통하여 파형 특성과 아크 진행 특성을 비교 분석하고, 그 결과를 바탕으로 전선 점접촉 단락에 의한 병렬아크 에너지를 추출함으로써 확인할 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 전선 점접촉 단락 병렬아크 에너지 추출 방법 및 장치는 전선 점접촉 단락에 의한 병렬아크 에너지를 계산할 수 있으며 실시간 측정에 의하지 않고, 사전에 측정된 전압 및 전류 시계열 데이터로부터 아크 에너지를 추출할 수 있는 효과가 있다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
10 : 전선 점접촉 단락 병렬아크 에너지 추출 장치
100 : 전원공급부
200 : MCCB(배선용차단기) 300 : 단락전류제한장치
400 : 단락 처리부 410 : a 단자
420 : a' 단자 430 : b 단자
440 : b' 단자 450 : 제1스위치(S1)
460 : 제2스위치(S2) 500 : 가변저항 부하
600 : 원격구동부 700 : 측정부
710 : 전압측정모듈 720 : 전류측정모듈
800 : 제어부 810 : 제1판단모듈
820 : 제2판단모듈 900 : 표시부

Claims (7)

  1. 전선 점접촉에 의한 접촉지점의 임피던스 강하를 판별하는 기준을 설정하기 위한 접촉 임피던스 문턱치값과, 아크 개시 시점의 급격한 임피던스 증가를 판별하기 위한 양의 임피던스 증가치의 문턱치값 및 아크전류가 소멸하는 시점을 판별하기 위한 아크소멸 임피던스 문턱치값을 설정하는 단계(S1);
    상기 전선 점접촉 단락이 발생하는 지점과 인접한 지점에서 전압과 전류를 측정하고, 상기 측정된 전압과 전류를 토대로 순시 임피던스 값과 임피던스 변화값을 추출하는 단계(S32);
    상기 추출된 순시 임피던스 값과 상기 접촉 임피던스 문턱치값을 비교 판단하고, 전도 단락전류에 의한 에너지를 추출하는 단계(S33);
    상기 추출된 임피던스 변화값과 상기 양의 임피던스 증가치의 문턱치값을 비교 판단하고, 상기 전도 단락전류에 의한 에너지를 출력하는 단계(S345); 및
    상기 추출된 순시 임피던스 값과 상기 아크소멸 임피던스 문턱치값을 비교 판단하고, 아크 단락전류에 의한 에너지를 추출하는 단계(S3464);를 포함하는 전선 점접촉 단락 병렬아크 에너지 추출 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 전도 단락전류에 의한 에너지 및 아크 단락전류에 의한 에너지는 샘플링 시기마다 측정된 전압과 전류의 곱에 샘플링 주기를 곱하고 이를 지속적으로 누적하여 추출하는 것을 특징으로 하는 전선 점접촉 단락 병렬아크 에너지 추출 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 S33 단계에 따른 상기 판단 결과 상기 추출된 순시 임피던스 값이 접촉 임피던스 문턱치값 보다 크면 다음 샘플링 주기의 전압, 전류 및 임피던스를 측정하고, 상기 추출된 순시 임피던스 값이 접촉 임피던스 문턱치값 보다 작으면 전선의 사이에 점접촉이 발생한 것으로 판단하여 상기 전도 단락전류에 의한 에너지를 추출하는 것을 특징으로 하는 전선 점접촉 단락 병렬아크 에너지 추출 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 S345 단계에 따른 상기 판단 결과 상기 추출된 임피던스 변화값이 양의 임피던스 증가치의 문턱치값 보다 크면 아크가 개시된 것으로 판단하여 상기 전도 단락전류에 의한 에너지 값 누적을 중단하고, 상기 누적된 전도 단락전류에 의한 에너지 추출 결과를 출력하는 것을 특징으로 하는 전선 점접촉 단락 병렬아크 에너지 추출 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 S3464 단계에 따른 상기 판단 결과 상기 추출된 순시 임피던스 값이 아크소멸 임피던스 문턱치값 보다 크면 아크가 소멸한 것으로 판단하여 상기 아크 단락전류에 의한 에너지 값 누적을 중단하고, 상기 누적된 아크 단락전류에 의한 에너지 결과를 출력하는 것을 특징으로 하는 전선 점접촉 단락 병렬아크 에너지 추출 방법.
  6. 상용전원을 공급하는 전원공급부;
    상기 전원공급부와 단락 처리부의 사이에 마련되어 상기 상용전원을 단락 처리부에 공급 또는 차단하는 MCCB(배선용차단기);
    상기 MCCB(배선용차단기)와 상기 단락 처리부의 사이에 마련되어 단락 처리부에 공급되는 단락 전류를 조절하는 단락전류제한장치;
    상기 상용전원이 공급되는 복수의 입력 단자와 상기 입력 단자에 대응되는 복수의 출력 단자 및 상기 입력 단자와 출력 단자를 각각 전기적으로 연결하고, 제어부의 제어에 따라 단락이 가능하도록 단락될 각 전선 부위의 피복이 제거되어 서로 교차되는 복수의 전선을 포함하는 단락 처리부;
    상기 제어부로부터 원격 제어 신호를 수신하여 상기 단락 처리부의 전선이 단락되도록 상기 입력 단자 또는 출력 단자 중 어느 하나의 단자를 동작시키는 원격구동부;
    상기 단락 처리부에서 감지되는 전압 및 전류를 측정하는 측정부; 및
    상기 측정된 전압과 전류의 측정 데이터를 토대로 순시 임피던스 값과 임피던스의 변화값을 추출하고, 상기 순시 임피던스 값과 임피던스의 변화값을 이용하여 전선 점접촉이 발생한 시점과 아크 개시 시점 및 아크 소멸 시점을 판단하며, 상기 판단 결과를 토대로 전도 단락전류에 의한 에너지와 아크 단락전류에 의한 에너지를 추출하는 제어부;를 포함하는 전선 점접촉 단락 병렬아크 에너지 추출 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 전선 점접촉이 발생한 시점을 판단하여 샘플링 시기마다 전압과 전류의 곱에 샘플링 주기를 곱하고, 이를 지속적으로 누적하여 상기 전도 단락전류에 의한 에너지를 추출하는 제1판단모듈과,
    상기 아크가 개시된 시점을 판단하여 샘플링 시기마다 전압과 전류의 곱에 샘플링 주기를 곱하고, 이를 지속적으로 누적하여 상기 아크 단락전류에 의한 에너지를 추출하는 제2판단모듈을 포함하는 전선 점접촉 단락 병렬아크 에너지 추출 장치.

KR1020170177799A 2017-12-22 2017-12-22 전선 점접촉 단락 병렬아크 에너지 추출 방법 및 장치 KR102000033B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170177799A KR102000033B1 (ko) 2017-12-22 2017-12-22 전선 점접촉 단락 병렬아크 에너지 추출 방법 및 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170177799A KR102000033B1 (ko) 2017-12-22 2017-12-22 전선 점접촉 단락 병렬아크 에너지 추출 방법 및 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190076196A KR20190076196A (ko) 2019-07-02
KR102000033B1 true KR102000033B1 (ko) 2019-07-15

Family

ID=67257802

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170177799A KR102000033B1 (ko) 2017-12-22 2017-12-22 전선 점접촉 단락 병렬아크 에너지 추출 방법 및 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102000033B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220153948A (ko) * 2021-05-12 2022-11-21 한국 전기안전공사 용융흔의 경계선 선정 및 선명도 결정 방법과 그 시스템

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009278744A (ja) 2008-05-13 2009-11-26 Sinfonia Technology Co Ltd アーク検出装置及びこれを備えた航空機

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101019462B1 (ko) * 2008-12-22 2011-03-07 한국전기안전공사 임펄스 검출을 이용한 아크결함 판단방법
DE102011008140A1 (de) * 2010-08-31 2012-03-01 Ellenberger & Poensgen Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Schalten einer Gleichspannungsanlage
KR101303840B1 (ko) 2013-07-10 2013-09-04 주식회사 케이디파워 아크 플래시 감지 및 차단을 위한 아크플래시 에너지 산출 방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009278744A (ja) 2008-05-13 2009-11-26 Sinfonia Technology Co Ltd アーク検出装置及びこれを備えた航空機

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220153948A (ko) * 2021-05-12 2022-11-21 한국 전기안전공사 용융흔의 경계선 선정 및 선명도 결정 방법과 그 시스템
KR102535231B1 (ko) 2021-05-12 2023-05-26 한국전기안전공사 용융흔의 경계선 선정 및 선명도 결정 방법과 그 시스템

Also Published As

Publication number Publication date
KR20190076196A (ko) 2019-07-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5369490B2 (ja) アーク検出装置及びこれを備えた航空機
US8189307B2 (en) Composite type electric circuit breaker and method thereof
CN107449999B (zh) 干扰电弧识别单元
EP1659670B1 (en) Arc detection circuit
CN109038511B (zh) 基于光热预警和电弧转移的高压柜电缆仓防护系统及方法
AU2007327278B2 (en) Method and apparatus for detection of resistive fault conditions
CN105262053A (zh) 电弧闪光消除系统，装置和方法
KR20090004718A (ko) 접촉불량 감지장치 및 방법
CN109451770B (zh) 故障电弧识别单元
KR102000033B1 (ko) 전선 점접촉 단락 병렬아크 에너지 추출 방법 및 장치
EP3772147B1 (en) Power interruption method and device based on phase measurement and arc detection of power level
Grassetti et al. A novel algorithm for the parallel arc fault identification in DC aircraft power plants
KR101303840B1 (ko) 아크 플래시 감지 및 차단을 위한 아크플래시 에너지 산출 방법
Wade et al. Investigation of arc flash in single-phase vertical conductors in a box
Li et al. A method for residential series arc fault detection and identification
US20170331275A1 (en) Reverse fault current interruptor and electrical power system employing the same
US10778142B2 (en) Method and device for evaluating the energy produced by an electric arc in a photovoltaic installation
US10910992B2 (en) Method and device for detecting a stray electric arc in a photovoltaic installation
CN107144763B (zh) 一种电线老化火灾预警方法及系统
KR101464246B1 (ko) Ｚｃｔ를 이용한 아크 검출 차단기
US20240332952A1 (en) Short-circuiting device
CN114552401A (zh) 一种电涌保护器智能化保护装置及保护方法
CN112909902B (zh) 配电网柔性跳闸的控制方法、故障馈线辨识方法及系统
US10777991B2 (en) Method and device for evaluating the energy produced by an electric arc in a photovoltaic installation
Lshikawa et al. discharge-induced ignition of combustibles on AC power-supply cords

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant