KR102298843B1 - 아크 검출 알고리즘에 따른 아크 검출 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 아크 검출 알고리즘에 따른 아크 검출 장치에 관한 것으로 보다 상세하게는 검출 대상인 회로로부터 전류와 전압을 순시적으로 센싱하여 실제 크기의 전류와 전압 데이터로 변형하는 데이터 변형부; 상기 데이터 변형부로부터 변형된 데이터를 특정 대역의 주파수를 필터링 하는 밴드패스필터부; 상기 밴드패스필터부를 통과한 고주파영역의 아날로그 데이터를 디지털 데이터로 변형하는 고주파 ADC부; 및 상기 고주파 ADC부로부터 출력된 데이터를 입력하여 아크를 검출하는 알고리즘이 임베딩된 MCU에 의해 아크를 검출하는 아크 검출부;를 포함하되, 상기 아크 검출부는 상기 고주파 ADC부로부터 출력되는 디지털 데이터를 기반으로 윈도우 함수(Window Function)를 이용하여 전력밀도 스펙트럼으로 변형하는 시그널 프로세싱부; 상기 시그널 프로세싱부로부터 출력되는 데이터를 기반으로 고속 푸리에 변환을 하는 고속 푸리에 변환부; 상기 고속 프리에 변환부로부터 전력변환기로부터 발생되는 스위칭 노이즈를 저감하여 아크 검출 장치가 탑재된 전체 시스템이 오작동하는 것을 방지하는 스위칭 노이즈 저감부; 상기 스위칭 노이즈 저감부로부터 처리되어 출력된 데이터를 평균화하는 데이터 평균화부; 및 상기 데이터 평균화부로부터 출력된 평균화 데이터와 미리 사용자에 의해 저장되는 임계치를 비교하여 아크 발생 여부를 판별하는 아크 판별부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 아크 검출 알고리즘에 따른 아크 검출 장치에 관한 것이다.

Description

아크 검출 알고리즘에 따른 아크 검출 장치{Arc Detection Device According To Arc Detection Algorithm}
본 발명은 아크 검출 알고리즘에 따른 아크 검출 장치에 관한 것으로 보다 상세하게는 검출 대상인 회로로부터 전류와 전압을 순시적으로 센싱하여 실제 크기의 전류와 전압 데이터로 변형하는 데이터 변형부; 상기 데이터 변형부로부터 변형된 데이터를 특정 대역의 주파수를 필터링 하는 밴드패스필터부; 상기 밴드패스필터부를 통과한 고주파영역의 아날로그 데이터를 디지털 데이터로 변형하는 고주파 ADC부; 및 상기 고주파 ADC부로부터 출력된 데이터를 입력하여 아크를 검출하는 알고리즘이 임베딩된 MCU에 의해 아크를 검출하는 아크 검출부;를 포함하되, 상기 아크 검출부는 상기 고주파 ADC부로부터 출력되는 디지털 데이터를 기반으로 윈도우 함수(Window Function)를 이용하여 전력밀도 스펙트럼으로 변형하는 시그널 프로세싱부; 상기 시그널 프로세싱부로부터 출력되는 데이터를 기반으로 고속 푸리에 변환을 하는 고속 푸리에 변환부; 상기 고속 프리에 변환부로부터 전력변환기로부터 발생되는 스위칭 노이즈를 저감하여 아크 검출 장치가 탑재된 전체 시스템이 오작동하는 것을 방지하는 스위칭 노이즈 저감부; 상기 스위칭 노이즈 저감부로부터 처리되어 출력된 데이터를 평균화하는 데이터 평균화부; 및 상기 데이터 평균화부로부터 출력된 평균화 데이터와 미리 사용자에 의해 저장되는 임계치를 비교하여 아크 발생 여부를 판별하는 아크 판별부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 아크 검출 알고리즘에 따른 아크 검출 장치에 관한 것이다.
보통 아크(Arc)라 함은 절연물질을 교차하여 연속적인 불꽃을 발생시키는 비정상 방전현상으로서, 비정상 방전 현상의 초기에는 전류가 증가하면서 동시에 전압이 급격히 증가하다가 전류가 임계량을 넘는 순간 전압이 급격하게 떨어지면서(전위차 감소) 이때 음극에서 전류에 의한 저항열에 가열된 다량의 열전자를 방출하는데 이러한 현상을 아크라 하며(도 1 참조), 이 경우 아크의 중심온도는 5,000 ~ 15,000 ℃로서, 전기화재의 주요한 발생원인이다.
사고 신호의 감쇠 현상을 이용하면 사고로부터 가장 가까운곳에 위치한 검출기가 사고 신호의 크기를 가장 크게 받아들이게 함으로써 단락사고에 대한 복수 차단기의 보호 협조동작과 같은 개념으로 아크사고에 대한 시스템적 보호동작을 구현할 수 있다.
이러한 아크 검출 장치 및 방법에 대한 기술은 분산전원이 연계되는 마이크로 그리드에서 사고 지점을 파악할 수 있게하고, 배전망 내의 사고 확산을 방지할 수 있는 기술로서 LVDC 배전망내 안정적인 운영과 고품질의 전력망을 유지 할 수 있도록 하는 중요한 기술요소이다.
아크는 보통 다량의 전류와 국소적인 빛과 고온 현상등이 발생하는 바, 보통 이러한 전류, 광, 온도등을 검출하여 아크를 검출하게 되는데, 이중에서 전류와 빛을 검출하는 방법이 많이 알려져 있으나, 그 이외에도 압력, 음향 등도 아크 발생을 알리는 매개체가 되고 있다.
즉 아크로 인한 사고를 신속하게 차단하기 위해서는 아크 발생 여부를 고속으로 검출할 수 있는 기술이 요구되는데, 이 검출을 위한 기술로는 누설전류, 전압, 주파수, 빛, 온도 및 압력 등의 다양한 센서를 이용한 검출 기술이 연구 및 상용화 되고 있다.
현재 아크 검출 장비로는 아크 결함에 대한 제어나 다양한 아크플래시 발생 원인들에 대한 사고 요인을 완전히 제거하기에 어려움이 있는데, 특히 아크 전류는 차단기를 동작시키기에는 너무 작은 문제점도 존재하며, 전압 강하 같은 부하 변동으로 인한 전기적 특성 변화가 아크의 전기적 특성 변화와 유사하게 나타나기 때문에 이를 판단하는데 시간이 걸리게 되는바, 아크를 검출하기 위한 방법으로 <표 1>과 같이 아크 발생 시 온도, 압력, 음향, 빛, 전기신호를 감지하는 방법이 주로 사용되고 있으며, 각각의 감지 방법에는 장단점이 존재하여 단독으로 이용은 권장되지 않고 있는 실정이다.
이러한 실정을 고려하여, 대한민국 등록특허 제10-2040573호(발명의 명칭 : 복합센서를 이용한 아크 검출 장치 (2018.08.30))에 의하면 용전원선으로부터 고주파의 아크신호를 추출하는 아크 고주파 커플링회로; 상기 아크신호를 증폭하는 증폭부; 상기 증폭된 아크신호로부터 두드러진 아크신호만을 추출하는 대역통과필터; 상기 대역통과필터로부터 공급되는 아날로그의 아크신호를 디지털신호로 변환하는 제1아날로그 디지털 변환기; 상기 제1아날로그 디지털 변환기로부터 공급되는 디지털의 아크신호에 대하여 고주파를 분석하여 그 분석결과를 근거로 아크 발생 여부를 판단하는 고주파 분석부; 상기 상용전원선에 흐르는 전류량을 검출하여 그에 따른 전류신호를 출력하는 변류기; 상기 전류신호 중에서 소정 주파수 이상의 전류신호만 증폭하여 통과시키는 필터 및 증폭기; 상기 필터 및 증폭기로부터 공급된는 아날로그의 전류신호를 디지털 신호로 변환하는 제2아날로그 디지털 변환기; 상기 제2아날로그디지털 변환기로부터 공급되는 전류신호의 파형을 통계학적 분석기법으로 분석하여 그에 따른 분석결과를 출력하는 전류파형 분석부; 및 상기 고주파 분석부의 분석결과와 상기 전류파형 분석부의 분석결과 모두가 아크가 발생 조건을 만족할 때, 차단기를 구동시켜 부하에 공급되는 전원을 전원을 차단시키는 제어부 포함하여 아크 검출하는 데이터 분석에 통계학적인 분석기법을 도입하고 있는데, 일응 아크 검출을 위한 새로운 기법으로 해석되지만, 본 아크 검출 장치가 전력변환기의 접점에서 주로 많이 발생함을 고려하면 전력변환기를 구성하는 각종 반도체 스위치에 의한 고주파 노이즈와 아크를 적절하게 구별하여 오동작을 방지하는 단계에까지는 이르지 못한 것으로 보인다.
또한 미국 등록특허 제US10243343B1호( 발명의 명칭 : Systems and methods for detecting and identifying arcing based on numerical analysis(수치 분석기법에 기반한 아크 검출 장치 및 시스템))에 의하면 아크 결함은 라인 전압과 전류의 개별적 사이클이 관찰되고 각각의 사이클 동안 수집된 데이터가 근접한 사이클의 미리 정의된 번호 내에 발생하는 아크 이벤트의 미리 정의된 번호에 기초가 된 각각의 개별적 사이클 내에 아크 이벤트의 존재의 가능성을 추정하기 위해 처리된 수치 해석에 기초가 되는 것으로 탐지되며, 빠른 일시적인 것 전류 스파이크 검출이 행해질 수 있고, 사이클, 차이의 평균과 선 전류의 피크 대 피크값 위에서 수집된 연속적 선 전류 샘플 사이의 차분 값을 연산하고, 각각의 차분 값을 비교하는 것은 차이의 평균에 의한 것으로서 피크 대 피크값과 각각의 차분 값을 비교하여, 아크를 검출하는 발명에 관한 것인바, 이도, 역시 전력변환기를 구성하는 스위칭 소자의 고주파 노이즈와 아크를 구별할 수 있는 방법에 관한 논의가 없는바, 이에 대한 해결책이 절실하게 요구된다 할 것이다.
대한민국 등록특허공보 제10-2040573호(2018.08.30) 미국 등록특허공보 제10243343호(2015.03.31)
본 발명인 아크 검출 알고리즘에 따른 아크 검출 장치는 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서 다음과 같은 목적을 가진다.
(1) 본 발명의 목적은 아크가 발생할 수 있는 회로로부터 전류와 전압을 순시적으로 센싱하여 실제 크기의 전류와 전압 데이터로 변형하는 데이터변형부, 변형된 데이터를 특정 대역의 주파수를 필터링 하는 밴드패스필터부, 고주파영역의 아날로그 데이터를 디지털 데이터로 변형하는 고주파 ADC부 및 아크를 검출하는 알고리즘이 임베딩된 MCU에 의해 아크를 검출하는 아크 검출부(400)를 포함하는 아크 검출장치를 제공함을 목적으로 한다.
(2) 본 발명의 또다른 목적은 디지털 데이터를 기반으로 윈도우 함수(Window Function)를 이용하여 전력밀도 스펙트럼으로 변형하는 시그널 프로세싱부, 고속 푸리에 변환을 하는 고속 푸리에 변환부, 전력변환기로부터 발생되는 스위칭 노이즈를 저감하여 아크 검출 장치가 탑재된 전체 시스템이 오작동하는 것을 방지하는 스위칭 노이즈 저감부, 데이터를 평균화하는 데이터 평균화부 및 평균화 데이터와 미리 사용자에 의해 저장되는 임계치를 비교하여 아크 발생 여부를 판별하는 아크 판별부를 포함하는 아크판별부를 포함하는 아크검출부를 제공함을 목적으로 한다.
본 발명인 아크 검출 알고리즘에 따른 아크 검출 장치는 검출 대상인 회로로부터 전류와 전압을 순시적으로 센싱하여 실제 크기의 전류와 전압 데이터로 변형하는 데이터 변형부(100); 상기 데이터 변형부(100)로부터 변형된 데이터를 특정 대역의 주파수를 필터링 하는 밴드패스필터부(200); 상기 밴드패스필터부(200)를 통과한 고주파영역의 아날로그 데이터를 디지털 데이터로 변형하는 고주파 ADC부(300); 및 상기 고주파 ADC부(300)로부터 출력된 데이터를 입력하여 아크를 검출하는 알고리즘이 임베딩된 MCU에 의해 아크를 검출하는 아크 검출부(400);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 아크 검출부(400)는 상기 고주파 ADC부(300)로부터 출력되는 디지털 데이터를 기반으로 윈도우 함수(Window Function)를 이용하여 전력밀도 스펙트럼으로 변형하는 시그널 프로세싱부(410); 상기 시그널 프로세싱부(410)로부터 출력되는 데이터를 기반으로 고속 푸리에 변환을 하는 고속 푸리에 변환부(420); 상기 고속 프리에 변환부(420)로부터 전력변환기로부터 발생되는 스위칭 노이즈를 저감하여 아크 검출 장치가 탑재된 전체 시스템이 오작동하는 것을 방지하는 스위칭 노이즈 저감부(430); 상기 스위칭 노이즈 저감부(430)로부터 처리되어 출력된 데이터를 평균화하는 데이터 평균화부(440); 및 상기 데이터 평균화부(440)로부터 출력된 평균화 데이터와 미리 사용자에 의해 저장되는 임계치를 비교하여 아크 발생 여부를 판별하는 아크 판별부(450);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 아크 판별부(450)에 있어서, 사용자에 의해 저장되는 임계치는 시간인덱스에 따라 변화하는 데이터 평균화 데이터에 따라 서로 관계를 가지며 상대적으로 정해지는 공분산(Covariance)에 따라 변화할 수 있음을 특징으로 한다.
상기 밴드패스필터부(200)의 특정 대역의 주파수대역은 40-100kHz 임을 특징으로 한다.
상기 고주파 ADC부(300)는 250kHz로 구동되어 최대 125kHz 대역의 주파수 성분 관측이 가능한 16비트 ADC(Analogue to Digital Conversion) 장치를 사용함을 특징으로 한다.
본 발명은 다음과 같은 효과가 있다.
(1) 본 발명은 아크를 검출하는 알고리즘이 임베딩된 MCU에 의해 효과적으로 아크를 검출할 수 있다.
(2) 본 발명은 디지털 데이터를 기반으로 윈도우 함수(Window Function)를 이용하여 전력밀도 스펙트럼으로 변형하고, 이를 고속 푸리에 변환한 다음 스위칭 노이즈 저감하여 스위칭 노이즈와 아크를 용이하게 구별할 수 있도록 한 다음 데이터 평균화 과정을 거친 최종 데이터를 사용자가 설정한 임계치와 비교하여 최종적으로 아크 검출 여부를 판별하도록 하여 전력변환기 또는 각종 전력회로의 안정성 및 신뢰성을 보장할 수 있도록 한다.
(3) 본 발명은 사용자가 초기에 설정한 임계치를 시간인덱스에 따라 데이터 평균화 데이터와 함께 스스로 변형할 수 있도록 하는 공분산 개념을 도입하여 아크 검출을 정교하게 검출 할 수 있도록 하였다.
도 1은 전력변환기에 발생하는 아크를 개념적으로 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명인 아크 검출 알고리즘에 따른 아크 검출 장치를 개념적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명인 아크 검출 알고리즘에 따른 아크 검출 장치에서 상기 아크 검출 알고리즘을 시계열적인 순서도로 나타낸 도면이다.
먼저, 본 발명의 구체적인 설명에 들어가기에 앞서, 본 발명에 관련된 공지 기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라 질 수 있으므로, 그 정의는 본 발명에 따른 "아크 검출 알고리즘에 따른 아크 검출 장치"를 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.
본 명세서에서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지는 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
본 명세서에서 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 전력변환기에 발생하는 아크를 개념적으로 나타낸 그래프이고, 도 2는 본 발명인 아크 검출 알고리즘에 따른 아크 검출 장치를 개념적으로 나타낸 도면이며, 도 3은 본 발명인 아크 검출 알고리즘에 따른 아크 검출 장치에서 상기 아크 검출 알고리즘을 시계열적인 순서도로 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면 본 발명인 아크 검출 알고리즘에 따른 아크 검출 장치는 검출 대상인 회로로부터 전류와 전압을 순시적으로 센싱하여 실제 크기의 전류와 전압 데이터로 변형하는 데이터 변형부(100); 상기 데이터 변형부(100)로부터 변형된 데이터를 특정 대역의 주파수를 필터링 하는 밴드패스필터부(200); 상기 밴드패스필터부(200)를 통과한 고주파영역의 아날로그 데이터를 디지털 데이터로 변형하는 고주파 ADC부(300); 및 상기 고주파 ADC부(300)로부터 출력된 데이터를 입력하여 아크를 검출하는 알고리즘이 임베딩된 MCU에 의해 아크를 검출하는 아크 검출부(400);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
도 2를 참조하면 상기 아크 검출부(400)는 상기 고주파 ADC부(300)로부터 출력되는 디지털 데이터를 기반으로 윈도우 함수(Window Function)를 이용하여 전력밀도 스펙트럼으로 변형하는 시그널 프로세싱부(410); 상기 시그널 프로세싱부(410)로부터 출력되는 데이터를 기반으로 고속 푸리에 변환을 하는 고속 푸리에 변환부(420); 상기 고속 프리에 변환부(420)로부터 전력변환기로부터 발생되는 스위칭 노이즈를 저감하여 아크 검출 장치가 탑재된 전체 시스템이 오작동하는 것을 방지하는 스위칭 노이즈 저감부(430); 상기 스위칭 노이즈 저감부(430)로부터 처리되어 출력된 데이터를 평균화하는 데이터 평균화부(440); 및 상기 데이터 평균화부(440)로부터 출력된 평균화 데이터와 미리 사용자에 의해 저장되는 임계치를 비교하여 아크 발생 여부를 판별하는 아크 판별부(450);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 아크 판별부(450)에 있어서, 사용자에 의해 저장되는 임계치는 시간인덱스에 따라 변화하는 데이터 평균화 데이터에 따라 서로 관계를 가지며 상대적으로 정해지는 공분산(Covariance)에 따라 변화할 수 있음을 특징으로 한다.
즉 아크 발생을 판별함에 있어서 두 변수 즉 데이터 평균화 데이터와 사용자에 의해 설정되는 임계치는 서로 상대적으로 상관관계를 맺는다고 가정한 것으로서, 임계치가 모든 상황에서 절대적으로 변화할 수 없는 수치가 아니라는 것을 귀납적으로 가정한 것이다.
즉 예를 들면 평균화 데이터와 임계치(시간 인덱스에 따라 변화한다고 가정)의 평균값에 대해 fij 를 (평균화데이터i, 임계치평균값i)의 상대도수라 할 때 다음과 같은 관계가 만족되는 공분산 공식이 활용된다.
Figure 112019123273170-pat00001
도 2를 참조하면 상기 밴드패스필터부(200)의 특정 대역의 주파수대역은 40-100kHz 임을 특징으로 한다.
상기 고주파 ADC부(300)는 250kHz로 구동되어 최대 125kHz 대역의 주파수 성분 관측이 가능한 16비트 ADC(Analogue to Digital Conversion) 장치를 사용함을 특징으로 한다.
도 3을 참조하면 본 발명인 아크 검출 알고리즘에 따른 아크 검출 장치에서 상기 아크 검출 알고리즘을 시계열적인 순서도로 나타낸 것인데, 이를 하기에서 설명한다.
우선 아크 검출 알고리즘은 전력변환기 스위칭 노이즈 및 기타 오작동 요인으로부터 강인하게 동작하기 위하여 하기의 두 단계의 데이터 프로세싱을 사용함을 특징으로 한다.
첫 번째 단계는 전력변환기로부터 발생되는 스위칭 노이즈를 저감하여 오작동을 억제하며(Switching noise reduction), 두 번째 단계는 데이터를 평균화(Data averaging)하여 부하 급변과 같은 순간적인 노이즈에 강인한 검출이 가능하도록 한것이다.
이 때
Figure 112019123273170-pat00002
는 고속 푸리에 변환으로 얻어진 전력 스펙트럼 밀도를 말하며, N은
Figure 112019123273170-pat00003
에 포함된 데이터의 길이를 의미하고
Figure 112019123273170-pat00004
는 아크사고 검출에 사용할 주파수 대역의 데이터만을 포함하는 개념이다.
Figure 112019123273170-pat00005
은 주파수 스펙트럼 데이터의 평균값을 저장하며
Figure 112019123273170-pat00006
와
Figure 112019123273170-pat00007
은 각각
Figure 112019123273170-pat00008
의 최대값과 최대값을 가지는 데이터의 위치를 저장한다.
스위칭 노이즈 저감을 위해 프로세서는 조건에 따라
Figure 112019123273170-pat00009
에 제거해야 할 성분이 있는지 판단해야 하는바,
Figure 112019123273170-pat00010
은 스펙트럼 평균값
Figure 112019123273170-pat00011
에 곱하는 이득으로 차단할 스위칭 성분의 기저대역 대비 상대 크기를 결정하며 조건식의 참, 거짓을 결정하는 상수
Figure 112019123273170-pat00012
의 크기에 따라 노이즈 억제 정도가 달라지도록 정해진다.
순간적인 노이즈에 의한 오작동 방지를 위해 제안된 알고리즘은 데이터 평균화 과정을 수행하는데, 이 경우 두 번째 조건에 포함된
Figure 112019123273170-pat00013
는 평균화할 데이터의 개수를 결정하며 평균화된 데이터는
Figure 112019123273170-pat00014
에 저장되어 임계치와 비교됨을 의미하며,
이때 임계치는 사용자가 초기에 설정하며, 이와 같은 비교를 통해 아크 발생을 판별할 수 있게 되는 것이다.
본 발명은 다음과 같은 효과가 있다.
(1) 본 발명은 아크를 검출하는 알고리즘이 임베딩된 MCU에 의해 효과적으로 아크를 검출할 수 있다.
(2) 본 발명은 디지털 데이터를 기반으로 윈도우 함수(Window Function)를 이용하여 전력밀도 스펙트럼으로 변형하고, 이를 고속 푸리에 변환한 다음 스위칭 노이즈 저감하여 스위칭 노이즈와 아크를 용이하게 구별할 수 있도록 한 다음 데이터 평균화 과정을 거친 최종 데이터를 사용자가 설정한 임계치와 비교하여 최종적으로 아크 검출 여부를 판별하도록 하여 전력변환기 또는 각종 전력회로의 안정성 및 신뢰성을 보장할 수 있도록 한다.
(3) 본 발명은 사용자가 초기에 설정한 임계치를 시간인덱스에 따라 데이터 평균화 데이터와 함께 스스로 변형할 수 있도록 하는 공분산 개념을 도입하여 아크 검출을 정교하게 검출 할 수 있도록 하였다.
100 : 데이터 변형부 200 : 밴드패스필터부
300 : 고주파 ADC부 400 : 아크 검출부
410 : 시그널 프로세싱부 420 : 고주 푸리에 변환부
430 : 스위칭 노이즈 저감부 440 : 데이터 평균화부
450 : 아크 판별부

Claims (5)

  1. 아크 검출 장치에 있어서,
    상기 아크 검출 장치는
    검출 대상인 회로로부터 전류와 전압을 순시적으로 센싱하여 실제 크기의 전류와 전압 데이터로 변형하는 데이터 변형부;
    상기 데이터 변형부로부터 변형된 데이터를 40-100kHz 주파수대역을 필터링 하는 밴드패스필터부;
    상기 밴드패스필터부를 통과한 고주파영역의 아날로그 데이터를 디지털 데이터로 변형하는 고주파 ADC부; 및
    상기 고주파 ADC부로부터 출력된 데이터를 입력하여 아크를 검출하는 알고리즘이 임베딩된 MCU에 의해 아크를 검출하는 아크 검출부;를 포함하여 구성되며,
    상기 고주파 ADC부는 250kHz로 구동되어 최대 125kHz 대역의 주파수 성분 관측이 가능한 16비트 ADC(Analogue to Digital Conversion) 장치를 사용하며,
    상기 아크 검출부는
    상기 고주파 ADC부로부터 출력되는 디지털 데이터를 기반으로 윈도우 함수(Window Function)를 이용하여 전력밀도 스펙트럼으로 변형하는 시그널 프로세싱부;
    상기 시그널 프로세싱부로부터 출력되는 데이터를 기반으로 고속 푸리에 변환을 하는 고속 푸리에 변환부;
    상기 고속 프리에 변환부로부터 전력변환기로부터 발생되는 스위칭 노이즈를 저감하여 아크 검출 장치가 탑재된 전체 시스템이 오작동하는 것을 방지하는 스위칭 노이즈 저감부;
    상기 스위칭 노이즈 저감부로부터 처리되어 출력된 데이터를 평균화하는 데이터 평균화부; 및
    상기 데이터 평균화부로부터 출력된 평균화 데이터와 미리 사용자에 의해 저장되는 임계치를 비교하여 아크 발생 여부를 판별하는 아크 판별부;를 포함하되,
    상기 아크 판별부에 있어서, 사용자에 의해 저장되는 임계치는 시간인덱스에 따라 변화하는 데이터 평균화 데이터에 따라 서로 관계를 가지며 상대적으로 정해지는 공분산(Covariance)에 따라 변화할 수 있음을 특징으로 하는 아크 검출 알고리즘에 따른 아크 검출 장치.
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