KR102377795B1 - 불연속 구간 검출에 의한 아크 검출 방법 - Google Patents

불연속 구간 검출에 의한 아크 검출 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102377795B1
KR102377795B1 KR1020210169647A KR20210169647A KR102377795B1 KR 102377795 B1 KR102377795 B1 KR 102377795B1 KR 1020210169647 A KR1020210169647 A KR 1020210169647A KR 20210169647 A KR20210169647 A KR 20210169647A KR 102377795 B1 KR102377795 B1 KR 102377795B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
signal
arc
load
adc value
generating
Prior art date
Application number
KR1020210169647A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102377795B9 (ko
Inventor
이준배
Original Assignee
제일전기공업 주식회사
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 제일전기공업 주식회사 filed Critical 제일전기공업 주식회사
Priority to KR1020210169647A priority Critical patent/KR102377795B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102377795B1 publication Critical patent/KR102377795B1/ko
Publication of KR102377795B9 publication Critical patent/KR102377795B9/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/12—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing
    • G01R31/14—Circuits therefor, e.g. for generating test voltages, sensing circuits
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R15/00—Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
    • G01R15/14—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
    • G01R15/18—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using inductive devices, e.g. transformers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/165—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values
    • G01R19/16566—Circuits and arrangements for comparing voltage or current with one or several thresholds and for indicating the result not covered by subgroups G01R19/16504, G01R19/16528, G01R19/16533
    • G01R19/1659—Circuits and arrangements for comparing voltage or current with one or several thresholds and for indicating the result not covered by subgroups G01R19/16504, G01R19/16528, G01R19/16533 to indicate that the value is within or outside a predetermined range of values (window)
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/25—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof using digital measurement techniques
    • G01R19/252—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof using digital measurement techniques using analogue/digital converters of the type with conversion of voltage or current into frequency and measuring of this frequency

Abstract

본 발명은 불연속 구간 검출에 의한 아크 검출 방법에 관한 것으로서, 본 발명의 전원 차단 장치의 아크 검출 방법은, 부하에 전원을 공급하는 교류 전원선에서 검출된 검출 신호를 수신하는 단계, 상기 검출 신호를 정류하여 대상신호를 생성하는 단계; 상기 대상신호의 ADC 값을 생성하는 단계, 및 상기 대상신호의 ADC 값을 기초로 상기 부하에서의 아크 발생을 감지하여 상기 부하로의 전원 공급을 차단하기 위한 제어신호를 생성하는 단계를 포함하고, 상기 제어신호를 생성하는 단계는, 소정의 샘플링 주기로 상기 ADC 값의 변화량을 산출하는 단계, 및 상기 ADC 값의 변화량이 정상 상태에서의 값 보다 높게 설정된 변화 임계치 이상으로 나타나는 샘플 구간이 포함된, 상기 교류 전원의 1/2 주기 구간이 복수회 연속되면 상기 제어신호를 생성하는 단계를 포함한다.

Description

불연속 구간 검출에 의한 아크 검출 방법{Arc detection method by detecting discontinuous section}
본 발명은 전원을 공급받는 부하를 보호하기 위하여 전원 투입을 차단하기 위한 전원 차단 장치에서의 전원 차단 방법에 관한 것으로서, 특히, 전류 변화의 불연속 구간 검출에 의한 아크 검출 방법에 관한 것이다.
일반적으로 누전 차단기와 같은 전원 차단 장치는 가정, 상가, 공장, 사무실, 백화점 등의 분전반 등에 설치되어, 부하측 누전, 배선 단락 등의 경우에 발생하는 과전류에 따라 전자석 또는 바이메탈이 동작하여 전원 공급선으로부터 내부 부하로 인입되는 전선과의 콘택(contact)이 이격되도록 오프됨으로써 내부 부하로 전원 공급을 차단시킨다. 일반적으로 누전 차단기는, 링구조의 ZCT(Zero Phase Current Transformer, 영상변류기)를 이용한다. ZCT는 테스트 전류가 인가되거나 부하측 누전전류 발생의 경우에 이를 감지하여 트립장치가 동작하게 함으로써, 전원 공급선의 인입단자와 내부 부하에 연결된 부하단자 간의 연결을 끊어 내부 부하로의 전원 공급이 차단되도록 한다. 또한, 일반적으로 분전반 등에는 누전 차단기와 함께 부하측 순간적인 과전류나 과전압을 검출하여 부하로의 전원 차단이 이루어지도록 한다.
전선 자체의 결함 발생에 의하거나 전선들 사이 또는 전선과 접지 사이의 단락으로 인한 아크 발생 시에 화재 또는 후속 회로의 보호를 위해, 부하로의 전원 차단이 신속하고 정확하게 이루어져야 한다.
종래의 아크 검출 방식의 경우 변류기(CT) 혹은 션트 저항을 이용하여 전류를 측정하고 측정된 전류를 아날로그 고주파필터(HPF)를 이용하여 아크 발생에 따른 고주파 특성을 검출하는 방안으로 구성되어 있다. 그러나, 고주파 특성을 검출하는데 있어서 높은 신호 증폭이 요구되고 검출 신호의 제로 크로싱(zero crossing) 부근에서 발생되는 고주파를 검출하기 때문에 zero crossing 부근에서 발생되는 아크 이외에는 아크 검출이 정확하게 이루어지지 않는 문제점이 있다.
관련선행문헌으로서 특허출원번호 제10-2012-0122027호 (2012.12.31.) 등이 참조될 수 있다.
따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 변류기(CT), 전압 검출기 등에서 측정된 값의 ADC 값을 이용하여, 교류의 반주기(예, 8.3ms) 동안 마다 전류(또는 전압)의 변화량에서의 불연속 구간을 검출하고 분류하여 부하측의 아크 발생을 빠르고 정확하게 결정하며, 이에 따른 전원 차단으로 화재나 후속 회로의 보호 등 재난에 효과적으로 대비할 수 있도록 하기 위한, 아크 검출 방법을 제공하는 데 있다.
먼저, 본 발명의 특징을 요약하면, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 전원 차단 장치의 아크 검출 방법은, 부하에 전원을 공급하는 교류 전원선에서 검출된 검출 신호를 수신하는 단계; 상기 검출 신호를 정류하여 대상신호를 생성하는 단계; 상기 대상신호의 ADC 값을 생성하는 단계; 및 상기 대상신호의 ADC 값을 기초로 상기 부하에서의 아크 발생을 감지하여 상기 부하로의 전원 공급을 차단하기 위한 제어신호를 생성하는 단계를 포함하고, 상기 제어신호를 생성하는 단계는, 소정의 샘플링 주기로 상기 ADC 값의 변화량을 산출하는 단계; 및 상기 ADC 값의 변화량이 정상 상태에서의 값 보다 높게 설정된 변화 임계치 이상으로 나타나는 샘플 구간이 포함된, 상기 교류 전원의 1/2 주기 구간이 복수회 연속되면 상기 제어신호를 생성하는 단계를 포함한다.
상기 제어신호를 생성하는 단계에서, 상기 ADC 값의 변화량이 복합 부하에서의 하나 이상의 부하들의 조합에 대응되는 각각의 상기 변화 임계치 이상으로 나타나는 샘플 구간이 포함된, 상기 교류 전원의 1/2 주기 구간이 복수회 연속되면, 해당 조합을 구분하여 상기 제어신호를 생성할 수 있다.
상기 검출 신호는, 변류기로부터 검출된 신호일 수 있다.
다만, 상기 검출 신호는, 변류기로부터의 검출 신호이며, 상기 검출 신호를 수신하는 단계에서, 전압검출기로부터의 제2 검출 신호를 더 수신하고, 상기 제어신호를 생성하는 단계에서, 상기 변류기로부터의 검출 신호에 대한 제1 대상 신호 및 상기 제2 검출 신호에 대한 제2 대상 신호 각각의 ADC 값에 대하여, 미리 정한 신호크기 레벨에서의 위상 차이가 위상 임계치 이상일 때, 상기 제어신호를 생성할 수도 있다.
상기 미리 정한 신호크기 레벨은, 복합 부하에서의 하나 이상의 부하들의 조합에 대응되는 각 레벨을 포함하고, 상기 각 레벨에서의 상기 위상 차이가 각각의 위상 임계치 이상일 때 해당 조합을 구분하여 상기 제어신호를 생성할 수도 있다.
아크 트립에 의한 상기 부하로의 전원 공급을 차단을 위한, 상기 각 레벨에 대한 상기 각각의 위상 임계치는, 동일한 값으로 설정될 수 있다.
아크 트립에 의한 상기 부하로의 전원 공급을 차단을 위한, 상기 각 레벨에 대한 상기 각각의 위상 임계치는, 서로 다른 값으로 설정될 수도 있다.
상기 아크 검출 방법은, 상기 아크 발생 이전의 소정의 기간 동안의 상기 대상신호의 ADC 값의 데이터를 메모리에 저장하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 아크 검출 방법은, 상기 대상신호의 ADC 값의 데이터에 대한 텍스트 또는 그래프를 실시간으로 디스플레이 장치에 표시하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 아크 검출 방법은, 상기 제어신호를 생성하는 단계에서 복합 부하에 대응된 각각의 상기 변화 임계치를 기초로 어느 부하에서 아크가 발생했는지 여부를 판단하고 판단 결과를 디스플레이 장치에 표시하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 아크 검출 방법에 따르면, 변류기(CT), 전압 검출기 등에서 측정된 값의 ADC 값을 이용하여, 교류의 반주기(예, 8.3ms) 동안 마다 전류(또는 전압)의 변화량에서의 불연속 구간을 검출하고 복합 부하 등에 대해 분류하여 부하측의 아크 발생을 빠르고 정확하게 결정할 수 있으며, 이에 따른 전원 차단으로 화재나 후속 회로의 보호 등 재난에 효과적으로 대비할 수 있다.
본 발명의 이러한 특성은 기존의 zero-crossing에 국한되어 검출되었던 아크 검출 방식에서 벗어나 교류 입력 전 범위에서 아크 검출이 용이하고 정확하며, 복합 부하에 대하여도 아크 검출에 대한 신뢰성을 올릴 수 있다. 이외에도, 디지털 ADC 값의 저장 및 가공이 용이하여 아크 발생에 대한 현상을 추적하기 용이하고 통계적 분석으로 접근해 아크 발생 결정에 대한 임계치 등의 설정치에 참조가 되도록 하기 용이하다.
본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는 첨부도면은, 본 발명에 대한 실시예를 제공하고 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 차단 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 차단 장치의 동작 설명을 위한 흐름도이다.
도 3은 본 발명에서 예시하는 교류 전원을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명에서 예시하는 정류부에서 출력되는 정류된 신호를 설명하기 위한 도면이다.
도 5a는 정상 상태 시의 전류 대상 신호의 추이를 보여주는 파형도의 예이다.
도 5b는 아크 발생 시의 전류 대상 신호의 추이를 보여주는 파형도의 예이다.
도 6a는 복합 부하에서의 정상 상태 시의 전류 대상 신호의 추이를 보여주는 파형도의 예이다.
도 6b는 복합 부하에서 동시에 아크 발생 시의 전류 대상 신호의 추이를 보여주는 파형도의 예이다.
도 6c는 복합 부하 중 저항에서 아크 발생 시의 전류 대상 신호의 추이를 보여주는 파형도의 예이다.
도 6d는 복합 부하 중 조광기에서 아크 발생 시의 전류 대상 신호의 추이를 보여주는 파형도의 예이다.
도 7a는 정상 상태 시의 전압과 전류 대상 신호들의 위상 차이를 보여주는 파형도의 예이다.
도 7b는 아크 발생 시의 전압과 전류 대상 신호들의 위상 차이를 보여주는 파형도의 예이다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 대해서 자세히 설명한다. 이때, 각각의 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타낸다. 또한, 이미 공지된 기능 및/또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 이하에 개시된 내용은, 다양한 실시 예에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분을 중점적으로 설명하며, 그 설명의 요지를 흐릴 수 있는 요소들에 대한 설명은 생략한다. 또한 도면의 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시될 수 있다. 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니며, 따라서 각각의 도면에 그려진 구성요소들의 상대적인 크기나 간격에 의해 여기에 기재되는 내용들이 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 본 발명의 실시 예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적이어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하도록 해석되어서는 안 된다.
또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되는 것은 아니며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 차단 장치(100)를 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 차단 장치(100)는, 부하에 전원을 공급하는 전원선에 결합된, ZCT(Zero Phase Current Transformer, 영상변류기)(20), 변류기들(CT, Current Transformer)(30, 40), 전압검출기(50)를 포함하며, 신호 변환이나 조정을 위한 정류부들(21, 31, 41, 51), 증폭기들(22, 32, 42), 전압조정부(52)를 포함한다. 정류부들(21, 31, 41, 51) 각각과 증폭기들(22, 32, 42)이나 전압조정부(52) 사이에는, 저역통과필터링을 통해 고주파 노이즈를 제거하기 위한 LPF(Low Pass Filter)(23, 33, 43, 53)가 각각 구비될 수 있다. 또한, 전원 차단 장치(100)는, 써킷 브레이커(120), 스위치(10)를 더 포함하며, 이와 같은 구성 요소들로부터의 신호들을 분석해 부하로의 전원 차단 여부를 제어하기 위한 주제어부(110)를 더 포함한다.
전원 차단 장치(100)는, 가정, 상가, 공장, 사무실, 백화점 등의 분전반 등에 설치되어, 부하측 누전, 배선 단락, 아크 등의 경우에 발생하는 과전류에 따라, 주제어부(110)가 제어 신호를 발생시켜서, 써킷 브레이커(120)는 제어신호에 따라 부하로의 전원 공급의 차단을 위한 구동 신호를 생성하고, 스위치(10)는 이에 따라 트립장치(예, 크로스바, 래치 등의 작동)를 구동하여, 교류 전원이 인입되는 인입단자와 부하로 연결되는 부하단자 간의 연결을 차단(단자간 콘택이 이격되도록 오프시킴)시킴으로써 부하로의 전원 공급을 차단한다.
주제어부(110)는 위와 같은 전원 차단 장치(100)의 구성 요소들의 전반적인 제어를 담당하며, ZCT(20), 변류기(30, 40) 또는 전압검출기(50)에서 검출하는 검출 신호를 기초로 입력되는 대상신호에 대하여 부하로의 전원 공급에 대한 순시 트립(순간적인 과전류에 대한 트립장치의 구동), 누전 트립(누전 시의 과전류에 대한 트립장치의 구동), 또는 아크 트립(아크에 의한 과전류에 대한 트립장치의 구동)을 위한 제어신호를 생성한다. 주제어부(110)는 구성 요소들의 전반적인 제어를 위하여 반도체 프로세서 등의 하드웨어(예, 마이크로 콘트롤 유닛(MCU), 중앙 콘트롤 유닛(CPU) 등)로 구성될 수 있으며, 또한, 응용 프로그램 등 소프트웨어와 조합하여 동작하도록 구현될 수 있다.
ZCT(20)는 2개의 전원선(예, 핫 라인과 중성선)이 관통하기 위한 링구조물을 가지며(일반적으로 테스트를 위한 테스트선의 관통을 포함함), ZCT(20)는 스위치(10)와 부하 사이에서 링구조물을 관통하는 2개의 전원선(예, 핫 라인과 중성선)에 흐르는 전류를 감지하여 과전류 발생 등 그에 상응하는 전기적 신호를 검출 신호로서 생성한다. 예를 들어, 부하 측의 순간적인 또는 누전이나 단락에 의한 과전류 발생에 따라, ZCT(20)의 링구조물을 관통하는 전원선들의 전류 합산값이 제로가 되지 않는 경우에, ZCT(20)는 그에 상응하는 전기적 신호를 생성하며, ZCT(20)의 해당 신호는 브리지다이오드 등 전파 정류를 위한 정류부(21)와 소정의 레벨로 신호를 증폭하기 위한 증폭기(22)를 거쳐 전원 순시 트립, 누전 트립, 또는 아크 트립을 위한 대상 신호로서 주제어부(110)로 입력된다.
본 발명에서, 인입되는 교류 전원은 핫 라인과 중성선인 것을 예시하여 설명하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 경우에 따라 3상 3선식/4선식 등의 전원을 부하에 공급하는 경우에 3개, 4개(예, 3상 R, S, T와 중성선 N) 등의 전원선에도 유사하게 적용될 수도 있다.
변류기들(30, 40)은 각각의 전원선에 대하여 전류의 크기에 대응되는 전기적 신호를 해당 검출 신호로서 생성한다. 변류기들(30, 40) 각각의 해당 전기적 신호는 브리지다이오드 등 정류부(31/41)와 소정의 레벨로 신호를 증폭하기 위한 증폭기(32/42)를 거쳐 주제어부(110)로 순시 트립, 누전 트립, 또는 아크 트립을 위한 대상 신호로서 입력될 수 있다.
전압검출기(50)는 2개의 전원선에서의 전압의 크기(예, 220V)에 대응되는 전기적 신호를 도 3과 같이 해당 검출 신호로서 생성한다. 전압검출기(50)의 해당 전기적 신호는 도 4와 같이 브리지다이오드 등 정류부(51)에 의해 정류되며, 전압조정부(52)는 주제어부(110)로 입력하기 위한 소정의 레벨로 신호를 조정하여 주제어부(110)로 순시 트립, 누전 트립, 또는 아크 트립을 위한 대상 신호로서 입력할 수 있다.
특히, 본 발명에서, 주제어부(110)는 다수의 변류기(30/40) 중 하나 및 전압검출기(50)에서 검출하는 검출 신호들을 기초로 정류부(31, 41, 51)와 증폭기(22, 32, 42)/전압조정부(52)에서 처리된 후 입력되는 해당 대상신호들(변류기(30/40) 중 하나에 기초한 제1대상신호 및/또는 전압검출기(50)에 기초한 제2대상신호)을 분석하여 부하에서의 아크 발생을 감지함으로써 부하로의 전원 공급에 대한 아크 트립을 위한 제어신호를 생성한다. 즉, 주제어부(110)는 해당 대상신호들의 ADC(Analog to Digital Converter) 값을 생성하며 이에 따라 디지털 분석 처리 과정에서 대상신호들에 대한 아크 트립을 위한 임계치 조건의 만족 여부를 반주기 내에서 신속히 판단해 부하 측의 아크 발생에 의한 과전류에 대해 부하로의 전원 공급을 효과적으로 차단할 수 있다. 예를 들어, 부하측 아크 등의 경우에 발생하는 과전류에 따라, 주제어부(110)가 제어 신호를 발생시켜서, 써킷 브레이커(120)는 제어신호에 따라 부하로의 전원 공급의 차단을 위한 구동 신호를 생성하고, 스위치(10)는 이에 따라 트립장치(예, 크로스바, 래치 등의 작동)를 구동하여, 교류 전원이 인입되는 인입단자와 부하로 연결되는 부하단자 간의 연결을 차단(단자간 콘택이 이격되도록 오프시킴)시킴으로써 부하로의 전원 공급을 차단한다. 이외에도 주제어부(110)가 제어 신호를 발생시켜서 순시 트립이나 누전 트립을 더 제어할 수 있다.
주제어부(110)는 이와 같은 순시 트립, 누전 트립, 또는 아크 트립 이전의 소정의 기간 동안(예, 1시간, 2시간 등)의 대상신호의 ADC 값의 데이터를 메모리에 저장할 수 있다. 예를 들어, USB(Universal Serial Bus) 포트에 연결된 휘발성 메모리 등에 일정 기간의 대상신호의 ADC 값의 데이터를 저장할 수 있다.
또한, 주제어부(110)는 이와 같은 순시 트립, 누전 트립, 아크 트립 발생에 따른 전원 차단에 대하여, 해당 대상신호의 ADC 값의 데이터에 대한 텍스트 또는 그래프 형태로 실시간으로 디스플레이 장치(예, LCD, LED 등)에 표시할 수 있도록 하기 위한 데이터를 출력할 수 있다. 이러한 표시에 따라 전원 차단 시의 해당 데이터를 파악하기 위해 외부 인터페이스를 연결하지 않아도 디스플레이 장치(예, LCD, LED 등)를 통하여 통하여 즉각적으로 직렬 아크 혹은 병렬 아크 혹은 과부하 등에 의한 과전류 발생인지 등을 용이하게 확인할 수 있게 된다.
이에 따라, 아크 발생 현상 등 해당 차단 발생의 원인에 대한 추적하기 용이하고 후속 조치가 빠르게 이루어지도록 응용될 수 있으며, 저장된 데이터를 통계적 분석으로 접근해 아크 발생 등의 차단 발생에 대한 결정에 대한 임계치 등의 설정치에 참조가 되도록 하기 용이하다.
나아가, 본 발명에서는 교류전원의 반주기(예, 8.3ms) 내에서 부하측 아크 등에 의한 과전류에 대해 신속한 트립이 이루어지도록 함으로써, 과전류에 의한 후속 회로의 손상, 화재 등의 재난에 효과적으로 대비할 수 있도록 하였다.
예를 들어, 주제어부(110)는, 해당 전류/전압 검출에 대한 대상신호들의 ADC 값을 생성하여 해당 대상신호들(변류기(30/40) 중 하나에 기초한 제1대상신호 및/또는 전압검출기(50)에 기초한 제2대상신호)의 ADC 값을 기초로, 교류의 반주기(예, 8.3ms) 동안 마다 전류(또는 전압)의 변화량에서의 불연속 구간을 검출하고 복합 부하 등에 대해 분류하여 부하측의 아크 발생을 빠르고 정확하게 결정할 수 있으며, 이에 따른 전원 차단으로 화재나 후속 회로의 보호 등 재난에 효과적으로 대비할 수 있도록 하였다. 나아가, 상기 ADC 값을 기초로, 미리 정한 신호크기 레벨에서의 전압과 전류의 위상 차이가, 아크 발생 시 달라짐을 이용하여, 전원 차단을 위한 상기 제어신호를 생성할 수 있다. 즉, 변류기(30/40), 전압 검출기(50) 등을 이용하여 측정된 대상 신호들이 주제어부(110)에 입력될 때, 디지털 분석 처리 과정에서 대상신호들에 대한 아크 트립을 위한 임계치 조건의 만족 여부를 반주기 내에서 신속히 판단해 부하 측의 아크에 의한 과전류에 대해 부하로의 전원 공급을 효과적으로 차단할 수 있도록 하였다.
이하, 도 2의 흐름도를 이용하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 차단 장치(100)의 동작을 좀 더 자세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 차단 장치(100)의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
먼저, ZCT(20), 변류기들(30, 40), 전압검출기(50)는 각각의 검출 신호를 생성한다(S110). ZCT(20)는 스위치(10)와 부하 사이에서 링구조물을 관통하는 2개의 전원선(예, 핫 라인과 중성선)에 흐르는 전류를 감지하여 과전류 발생 등 그에 상응하는 전기적 신호를 검출 신호로서 생성한다. 특히, 변류기들(30, 40)은 각각의 전원선에 대하여 전류의 크기에 대응되는 전기적 신호를 해당 검출 신호로서 생성한다. 또한, 전압검출기(50)는 2개의 전원선에서의 전압의 크기(예, 220V)에 대응되는 전기적 신호를 도 3과 같이 해당 검출 신호로서 생성한다.
ZCT(20), 변류기들(30, 40), 전압검출기(50) 각각에서 생성한 검출 신호는 정류 또는 증폭이나 조정되어 대상 신호로서 주제어부(110)로 입력된다(S120). ZCT(20)가 생성하는 해당 검출 신호는 브리지다이오드 등 정류부(21)와 소정의 레벨로 신호를 증폭하기 위한 증폭기(22)를 거쳐 순시 트립, 누전 트립, 또는 아크 트립을 위한 대상 신호로서 주제어부(110)로 입력된다. 특히, 변류기들(30, 40)에서 생성된 해당 검출 신호들은 브리지다이오드 등 정류부(31/41)와 소정의 레벨로 신호를 증폭하기 위한 증폭기(32/42)를 거쳐 주제어부(110)로 아크 트립을 위한 대상 신호로서 입력될 수 있다. 전압검출기(50)가 생성한 해당 검출 신호는 브리지다이오드 등 정류부(51)에 의해 도 4와 같이 정류되며, 전압조정부(52)는 주제어부(110)로 입력하기 위한 소정의 레벨로 신호를 조정하여 주제어부(110)로 아크 트립을 위한 대상 신호로서 입력할 수 있다.
주제어부(110)는 특히 변류기(30/40) 중 미리 선택된 하나 및/또는 전압검출기(50)에서 검출하는 검출 신호를 기초로 해당 정류부(31/41)와 증폭기(32, 42) 및 전압조정부(52)에서 처리된 후 입력되는 해당 대상신호들을 분석하여 부하로의 전원 공급에 대한 아크 트립을 위한 제어신호를 생성한다(S130).
주제어부(110)는 해당 대상신호들의 ADC(Analog to Digital Converter) 값을 생성하며 이에 따라 디지털 분석 처리 과정에서 대상신호들(변류기(30/40) 중 하나에 기초한 제1대상신호 및/또는 전압검출기(50)에 기초한 제2대상신호)의 ADC 값을 기초로, 교류의 반주기(예, 8.3ms) 동안 마다 전류(또는 전압)의 변화량에서의 불연속 구간을 검출하고 복합 부하 등에 대해 분류하여 부하측의 아크 발생을 빠르고 정확하게 결정해 전원 차단을 위한 상기 제어신호를 생성할 수 있으며, 이에 따른 전원 차단으로 화재나 후속 회로의 보호 등 재난에 효과적으로 대비할 수 있도록 하였다. 예를 들어, 주제어부(110)는, 해당 전류 또는 전압 검출에 대한 대상신호들의 ADC 값을 생성하여 해당 대상신호들의 ADC 값의 변화량(예, 전류 크기 변화량)이 아크 발생 시 불연속적으로 달라짐을 이용하여, 아크 발생 후 소정의 샘플 주기로 상기 ADC 값의 변화량을 산출해, 상기 ADC 값의 변화량이 정상 상태에서의 값 보다 높게 설정된 변화 임계치 이상으로 나타나는 , 상기 교류 전원의 1/2 주기 구간이 복수회 연속되면, 전원 차단을 위한 상기 제어신호를 생성할 수 있다.
또한, 주제어부(110)는 해당 대상신호들의 ADC(Analog to Digital Converter) 값을 생성하며 이에 따라 디지털 분석 처리 과정에서 대상신호들(변류기(30/40) 중 하나에 기초한 제1대상신호 및/또는 전압검출기(50)에 기초한 제2대상신호)의 ADC 값을 기초로, 상기 ADC 값의 미리 정한 신호크기 레벨에서의 전압과 전류의 위상 차이가, 소정의 임계치 조건의 만족 여부를 반주기 내에서 신속히 판단해, 부하 측의 아크에 의한 과전류에 대해 부하로의 전원 공급을 효과적으로 차단할 수 있다. 즉, 본 발명에서는 인입되는 교류전원의 반주기 내에서 부하측 아크 등에 의한 과전류에 대해 신속한 트립이 이루어지도록 함으로써, 과전류에 의한 후속 회로의 손상, 화재 등의 재난에 효과적으로 대비할 수 있도록 한다. 예를 들어, 주제어부(110)는, 해당 전류/전압 검출에 대한 대상신호들의 ADC 값을 생성하여 해당 대상신호들의 ADC 값의 미리 정한 신호크기 레벨에서의 위상 차이가, 아크 발생 시 달라짐을 이용하여, 아크 발생 후 교류전원의 1/2 주기 내에서 전압과 전류의 위상 차이가 위상 임계치 이상일 때, 전원 차단을 위한 상기 제어신호를 생성할 수 있다.
도 5a는 정상 상태 시의 전류 대상 신호의 추이를 보여주는 파형도의 예이다.
도 5a를 참조하면, 주제어부(110)가 변류기(30/40) 중 하나의 검출 신호에 기초한 제1대상신호의 ADC 값을 도 5a와 같이 샘플링 시간 0,1,2,3,..에 대하여(예, 전원 60Hz에서 반주기 8.3msec의 1/100 간격), 아크 등이 발생하지 않은 정상 상태의 경우에 해당 전류에 대한 제1대상 신호에 대한 ADC 값(510)을 산출한 경우에(도면에서 세로축은 전류값에 대해 환산한 ADC 값), 단위 시간(샘플링간격) 동안의 전류의 크기 변화량, 즉, 전류에 대한 ADC 값의 변화량(520)이 소정의 작은 값(예, 도면에서 1.0)을 가지면서 거의 동일하게 유지된다.
주제어부(110)가 전압검출기(50)에서 검출하는 검출 신호를 기초로 해당 대산 신호의 ADC 값을 산출하고 단위 시간(샘플링 간격/주기) 동안의 전압의 크기 변화량, 즉, 전압에 대한 ADC 값의 변화량을 통하여도, 그 변화량이 아크 발생 시 달라짐을 이용하여, 전원 차단을 위한 상기 제어신호를 생성할 수도 있지만, 여기서는 도 a와 같이 변류기(30/40) 중 하나의 검출 신호에 기초한 제1대상신호의 ADC 값을 기초로 전원 차단을 위한 상기 제어신호를 생성하는 예에 대하여 설명한다.
도 5b는 아크 발생 시의 전류 대상 신호의 추이를 보여주는 파형도의 예이다.
도 5b를 참조하면, 아크 발생 시에는 도 5b와 같이, 해당 전류에 대한 제1대상 신호에 대한 ADC 값(530)을 소정의 샘플 주기로 산출하고, 아크 발생 후에 ADC 값의 변화량(540)이 정상상태의 경우 보다 불연속적으로 큰 값으로 나타나는 샘플링 구간(불연속 구간)이 발생하며, 1/2 주기 마다 동일하게 반복성을 갖지는 않는다.
이와 같은 전류 변화 특성은 순간적인 전류나 누전, 단락 등의 경우보다 낮은 아크 전류에서 더욱 심하게 나타나며 전류에서의 불연속 구간 검출을 이용하여 아크를 검출할 수 있다. 따라서, 상기 ADC 값의 변화량(540)이 정상 상태에서의 값(예, 1.0) 보다 높게 설정된 변화 임계치(예, 2.0) 이상으로 나타나는 샘플 구간이 포함된, 상기 교류 전원의 1/2 주기 구간이 2회이상 복수회 연속되면(ADC 값의 변화량이 변화 임계치 이상으로 나타난 경우가 1/2 주기 단위로 2이상 정수배 연속한 경우), 주제어부(110)는 전원 차단을 위한 상기 제어신호를 생성할 수 있다. 이에 따라 부하 측의 아크에 의한 과전류로 인식해 부하로의 전원 공급을 효과적으로 차단할 수 있게 된다. 즉, 변류기(30/40) 등을 이용하여 측정된 대상 신호들이 주제어부(110)에 입력될 때, 디지털 분석 처리 과정에서 대상신호들에 대한 아크 트립을 위한 임계치 조건의 만족 여부를 반주기 내에서 신속히 판단해 부하 측의 아크에 의한 과전류에 대해 부하로의 전원 공급을 효과적으로 차단할 수 있도록 하였다.
도 6a는 복합 부하에서의 정상 상태 시의 전류 대상 신호의 추이를 보여주는 파형도의 예이다.
도 6b는 복합 부하에서 동시에 아크 발생 시의 전류 대상 신호의 추이를 보여주는 파형도의 예이다.
도 6c는 복합 부하 중 저항에서 아크 발생 시의 전류 대상 신호의 추이를 보여주는 파형도의 예이다.
도 6d는 복합 부하 중 조광기에서 아크 발생 시의 전류 대상 신호의 추이를 보여주는 파형도의 예이다.
도 6a 내지 도 6d에서, A1_1은 교류 전원의 첫번째 1/2 주기의 전류에 대한 파형이고, A1_2은 교류 전원의 두번째 1/2 주기의 전류에 대한 파형이고, A1_3은 교류 전원의 세번째 1/2 주기의 전류에 대한 파형이고, A1_4은 교류 전원의 네번째 1/2 주기의 전류에 대한 파형이다.
도 6a 내지 도 6d를 참조하면, 저항, 조광기 등의 복합 부하에서의 아크 발생 시에도 이와 같은 해당 전류에 대한 제1대상 신호에 대한 ADC 값(610)을 소정의 샘플 주기로 산출하고, 아크 발생 후에 상기 ADC 값의 변화량(620)을 산출한 경우에, ADC 값의 변화량(620)의 변화에 대해 판단하여 교류 전원의 차단을 위한 제어신호를 생성할 수 있다. 즉, 복합부하에 적용을 위하여, 주제어부(110)는 ADC 값의 변화량(620)이 복합 부하에서의 하나 이상의 부하들의 조합에 대응되는 각각의 변화 임계치 이상으로 나타나는, 샘플 구간(불연속 구간)이 포함된, 상기 교류 전원의 1/2 주기 구간이 복수회 연속되면, 해당 조합을 구분하여 상기 제어신호를 생성할 수 있다. 여기서 복합 부하로서 저항과 조광기를 예시하여 설명하지만, 상기 복합 부하는, 가정, 상가, 공장, 사무실, 백화점 등의 전기 시설에 적용된 다양한 부하를 포함할 수 있다.
예를 들어, 저항 및 조광기를 포함하는 2개의 복합 부하에서의 아크 검출을 위하여 부하들의 조합(예, 저항만, 조광기만, 저항과 조광기 모두)에 대응되는 각 변화 임계치에서 전류 변화량의 불연속 구간을 검출하여 판단할 수 있다. 이러한 복합 부하에서 만약 저항 부하에서만 아크가 발생하였을 경우와 조광기 부하에서만 아크가 발생하였을 경우, 저항과 조광기 모두에서 아크가 발생하였을 경우, 서로 다른 변화 임계치를 갖는 불연속 구간이 나타날 수 있다. 이러한 경우 하나의 변화 임계치 레벨을 기준으로 2가지 부하에 대한 불연속 구간의 검출을 수행한다면, 해당 어느 한 부하에 대응된 ADC 값의 변화량(620)에서만 불연속 구간이 있는 것으로 검출되므로 다른 부하의 아크 발생에 대하여는 불연속 구간이 없는 것으로 검출된다. 그러므로, 이러한 복합부하에서의 아크를 검출하기 위해서는 부하들의 조합에 대한 상기 변화 임계치 레벨에 대하여 구분하여, 각각 아크 발생을 판단하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 저항 부하에 해당하는 미리 설정된 제1 변화 임계치 레벨(예, 도 6c의 ADC값 10), 조광기 부하에 해당하는 미리 설정된 제2 변화 임계치 레벨(예, 도 6d의 ADC값 9), 저항 및 조광기 모두의 아크에 대한 미리 설정된 제3 변화 임계치 레벨(예, 도 6b의 ADC값 11)의 위치들을 설정해, 각 레벨에서의 불연속 구간을 판단해 제어신호를 생성할 수 있다.
즉, 도 6c에서, 산출된 ADC 값(650)에 대하여 ADC 값의 변화량(660)이 제1 변화 임계치 레벨(예, ADC값 10) 이상인 샘플 구간(불연속 구간)이 포함된, 상기 교류 전원의 1/2 주기 구간이 복수회 연속되면, 저항에서의 아크 발생을 판단하고 상기 제어신호를 생성할 수 있다. 또한, 도 6d에서, 산출된 ADC 값(670)에 대하여 ADC 값의 변화량(680)이 제2 변화 임계치 레벨(예, ADC값 9) 이상인 샘플 구간(불연속 구간)이 포함된, 상기 교류 전원의 1/2 주기 구간이 복수회 연속되면, 조광기에서의 아크 발생을 판단하고 상기 제어신호를 생성할 수 있다. 또한, 도 6b에서, 산출된 ADC 값(630)에 대하여 ADC 값의 변화량(640)이 제3 변화 임계치 레벨(예, ADC값 11) 이상인 샘플 구간(불연속 구간)이 포함된, 상기 교류 전원의 1/2 주기 구간이 복수회 연속되면, 저항 및 조광기에서의 아크 발생을 판단하고 상기 제어신호를 생성할 수 있다. 즉, 이와 같은 각 레벨에 대응된 변화 임계치들의 크기는 서로 동일한 값일 수도 있지만, 이와 같은 정확한 레벨 설정으로 아크 발생 부하를 판단하여 디스플레이로 표시하도록 서로 다른 값으로 설정될 수도 있다.
도 7a는 정상 상태 시의 전압과 전류 대상 신호들의 위상 차이를 보여주는 파형도의 예이다.
도 7b는 아크 발생 시의 전압과 전류 대상 신호들의 위상 차이를 보여주는 파형도의 예이다.
주제어부(110)가 대상신호의 ADC 값을 도 7a와 같이 샘플링 시간 0,1,2,3,..에 대하여(예, 전원 60Hz에서 반주기 8.3msec의 1/100 간격), 아크 등이 발생하지 않은 정상 상태의 경우에 해당 전류에 대한 제1대상 신호(511)와 해당 전압에 대한 제2대상신호(512) 각각에 대한 ADC 값을 산출한 경우에, 전류의 위상이 앞서면서 미리 정한 신호크기 레벨(예, ADC 값 20)이 동일한 시점 간의 간격(위상차이)(T1)이 소정의 작은 값을 가지면서 거의 동일하게 유지된다.
아크 발생 시에는 도 7b와 같이, 해당 전류에 대한 제1대상 신호(611)와 해당 전압에 대한 제2대상신호(612) 각각에 대한 ADC 값을 산출한 경우에, 전압의 위상이 앞서면서 미리 정한 신호크기 레벨(예, ADC 값 20)이 동일한 시점 간의 간격(위상차이)(T2)이, 정상상태의 경우 보다 큰 값으로 나타나며, 1/2 주기 마다 동일하게 반복성을 갖지는 않고 어느정도 변동폭(fluctuation) 내에서 정상 상태 보다 큰 값으로 나타난다.
이와 같은 위상 변화 특성은 순간적인 전류나 누전, 단락 등의 경우보다 낮은 아크 전류에서 더욱 심하게 나타나며 아크 전류에서의 위상의 변화를 이용하여 아크를 검출할 수 있다. 따라서, 미리 정한 신호크기 레벨(예, ADC 값 20)이 동일한 시점 간의 간격(위상차이)과, 해당 대상신호들에 대한 소정의 임계치 간의 비교를 통하여, 해당 간격이 임계치보다 크게 될 때 부하 측의 아크에 의한 과전류로 인식해 부하로의 전원 공급을 효과적으로 차단할 수 있게 된다. 즉, 변류기(30/40), 전압 검출기(50) 등을 이용하여 측정된 대상 신호들이 주제어부(110)에 입력될 때, 디지털 분석 처리 과정에서 대상신호들에 대한 아크 트립을 위한 임계치 조건의 만족 여부를 반주기 내에서 신속히 판단해 부하 측의 아크에 의한 과전류에 대해 부하로의 전원 공급을 효과적으로 차단할 수 있도록 하였다.
종래의 상용화된 아크 차단기(AFCI, Arc Fault Circuit Interrupters)는 대부분 고주파 검출 방식에 의한 아크 검출이다. 즉, 아크 발생시 전력 손실에 의하여 발생되는 고주파의 특성을 검출하여 아크를 검출한다. 이러한 종래의 아크 검출 방식의 경우 SMPS(switched mode power supply) 또는 수은등과 같은 방전 방식에 의한 부하와 브러시를 갖고 있는 모터의 회전 등에서 발생하는 고주파 특성에 의하여 아크를 검출하는 데 있어서 오동작을 일으킬 수 있다. 또한 기존 배선시설의 열악한 환경 등에 의한 전원 노이지 특성에서 취약하다. 특히 발생되는 고주파의 영역은 수십 KHz에서 수백 MHz까지 다양하게 발생하게 된다. 이로 인하여 이러한 고주파를 검출하는 CT 혹은 OPAMP의 특성에 따라 발생하는 주파수 영역은 다르게 판단이 되며 아크 발생에 있어서도 순시적인 특성을 나타내기 때문에 정량적인 검출에 한계가 있다.
그러므로, 아크 발생은 비 반복적인 특성과 순시적인 특성으로 인하여 상당한 기술적인 노하우를 요구하기도 한다. 따라서 종래에 사용하는 아크 검출 방식에서는 일정 주기 동안에서 발생되는 고주파 발생 여부와 반복성 등을 확인하여 아크를 검출하는 방식을 도입하고 있지만, 본 발명에서는 이러한 고주파 검출에 의한 방식이 아닌 LPF를 이용하고 ADC 값을 이용하여 부하에서 발생되는 고주파 노이즈 성분을 제거하고 순수한 전류/전압의 특성과 그 왜곡현상을 검출하여 아크를 검출할 수 있도록 한 것이다.
마찬가지로, 저항, 조광기 등의 복합 부하에서의 아크 발생 시에도 이와 같은 위상 차이의 변화에 대해 판단하여 교류 전원의 차단을 위한 제어신호를 생성할 수 있다. 즉, 복합부하에 적용을 위하여, 주제어부(110)는 위와 같이 미리 정한 신호크기 레벨을 각각의 하나 이상의 부하들의 조합에 대응되는 복수의 레벨로 정하고 각 레벨에서의 위상 차이를 기초로 해당 조합을 구분하여 상기 제어신호를 생성할 수 있다.
예를 들어, 저항 및 조광기를 포함하는 2개의 복합 부하에서의 아크 검출을 위하여 부하들의 조합(예, 저항만, 조광기만, 저항과 조광기 모두)에 대응되는 각 레벨에서 위상을 검출하여 판단할 수 있다. 이러한 복합 부하에서 만약 저항 부하에서만 아크가 발생하였을 경우와 조광기 부하에서만 아크가 발생하였을 경우, 저항과 조광기 모두에서 아크가 발생하였을 경우, 서로 다른 레벨에서 위상 차이가 나타날 수 있다. 이러한 경우 하나의 신호크기 레벨을 기준으로 2가지 부하에 대한 위상 차이를 검출을 수행한다면, 해당 어느 한 부하에 대응된 전압 레벨에서만 위상의 편차가 있는 것으로 검출되므로 다른 부하의 아크 발생에 대하여는 위상의 편차가 없는 것으로 검출된다. 그러므로, 이러한 복합부하에서의 아크를 검출하기 위해서는 부하들의 조합에 대한 레벨에 대하여 구분하여, 각각 아크 발생을 판단하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 저항 부하에 해당하는 미리 설정된 제1레벨(예, ADC값 10)의 위치와 조광기 부하에 해당하는 미리 설정된 제2레벨(예, ADC값 40)의 위치, 저항 및 조광기 모두의 아크에 대한 미리 설정된 제3레벨(예, ADC값 50)의 위치들을 설정해, 각 레벨에서의 위상 차이를 기초로 제어신호를 생성할 수 있다. 즉, 제1레벨(예, ADC값 10)에서의 제1간격(위상차이)과 제1 위상임계치를 비교하여 제1간격이 제1 위상임계치보다 크게 되는 조건 만족 시에 저항에서의 아크 발생을 판단하고 상기 제어신호를 생성할 수 있고, 또한, 제2레벨(예, ADC값 40)에서의 제2간격(위상차이)과 제2 위상임계치를 비교하여 제2간격이 제2 위상임계치보다 크게 되는 조건 만족 시에도 조광기에서의 아크 발생을 판단하고 상기 제어신호를 생성할 수 있다. 또한, 제3레벨(예, ADC값 50)에서의 제3간격(위상차이)과 제3 위상임계치를 비교하여 제3간격이 제3 위상임계치보다 크게 되는 조건 만족 시에도 저항 및 조광기에서의 아크 발생을 판단하고 상기 제어신호를 생성할 수 있다. 즉, 이와 같은 각 레벨에 대응된 위상 임계치들의 크기는 서로 동일한 값일 수도 있지만, 이와 같은 정확한 레벨 설정으로 아크 발생 부하를 판단하여 디스플레이로 표시하도록 서로 다른 값으로 설정될 수도 있다.
이와 같이, 아크 등의 경우에 발생하는 과전류에 따라, 주제어부(110)가 해당 제어 신호를 발생시키면, 써킷 브레이커(120)는 제어신호에 따라 부하로의 전원 공급의 차단을 위한 구동 신호를 생성하고(도 2의 S140 참조), 스위치(10)는 이에 따라 트립장치(예, 크로스바, 래치 등의 작동)를 구동하여, 교류 전원이 인입되는 인입단자와 부하로 연결되는 부하단자 간의 연결을 차단(단자간 콘택이 이격되도록 오프시킴)시킴으로써 부하로의 전원 공급을 차단한다(도 2의 S150 참조).
주제어부(110)는 이와 같은 순시 트립, 누전 트립, 또는 아크 트립 이전의 소정의 기간 동안(예, 1시간, 2시간 등)의 대상신호의 ADC 값의 데이터를 메모리에 저장할 수 있다. 예를 들어, USB 포트에 연결된 휘발성 메모리 등에 일정 기간의 대상신호의 ADC 값의 데이터를 저장함으로써, 해당 차단 발생의 원인분석 및 후속 조치가 빠르게 이루어지도록 응용될 수 있다. 나아가, 주제어부(110)는 이와 같은 순시 트립, 누전 트립, 또는 아크 트립 발생에 따른 전원 차단에 대하여, 해당 대상신호의 ADC 값의 데이터에 대한 텍스트 또는 그래프 형태로 실시간으로 디스플레이 장치(예, LCD, LED 등)에 표시할 수 있도록 하기 위한 데이터를 출력할 수 있다. 또한 주제어부(110)는 위와 같은 복합 부하의 아크 발생에 대해 상기와 같이 어느 부하에서 발생했는지를 판단한 결과에 대하여 판단 결과(예, 아크 발생 부하 종류)를 디스플레이 장치로 표시하도록 제어할 수 있다. 이러한 표시에 따라 전원 차단 시의 해당 데이터를 파악하기 위해 외부 인터페이스를 연결하지 않아도 디스플레이 장치(예, LCD, LED 등)를 통하여 즉각적으로 직렬 아크 혹은 병렬 아크 혹은 과부하 등에 의한 과전류 발생인지 등을 용이하게 확인할 수 있게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 전원 차단 장치(100)에 따르면, 변류기(CT)(30/40), 전압 검출기(50) 등에서 측정된 값의 ADC 값을 이용하여, 교류의 반주기(예, 8.3ms) 동안 마다 전류(또는 전압)의 변화량에서의 불연속 구간을 검출하고 복합 부하 등에 대해 분류하여 부하측의 아크 발생을 빠르고 정확하게 결정할 수 있으며, 이에 따른 전원 차단으로 화재나 후속 회로의 보호 등 재난에 효과적으로 대비할 수 있다.
본 발명의 이러한 특성은 기존의 zero-crossing에 국한되어 검출되었던 아크 검출 방식에서 벗어나 교류 입력 전 범위에서 아크 검출이 용이하고 정확하며, 복합 부하에 대하여도 아크 검출에 대한 신뢰성을 올릴 수 있다. 이외에도, 디지털 ADC 값의 저장 및 가공이 용이하여 아크 발생에 대한 현상을 추적하기 용이하고 통계적 분석으로 접근해 아크 발생 결정에 대한 임계치 등의 설정치에 참조가 되도록 하기 용이하다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
스위치(10)
ZCT(20)
변류기(30, 40)
전압검출기(50)
정류부(21, 31, 41, 51)
증폭기(22, 32, 42)
LPF(23, 33, 43, 53)
전압조정부(52)
주제어부(110)
써킷 브레이커(120)

Claims (10)

  1. 전원 차단 장치의 아크 검출 방법에 있어서,
    부하에 전원을 공급하는 교류 전원선에서 검출된 검출 신호를 수신하는 단계;
    상기 검출 신호를 정류하여 대상신호를 생성하는 단계;
    상기 대상신호의 ADC 값을 생성하는 단계; 및
    상기 대상신호의 ADC 값을 기초로 상기 부하에서의 아크 발생을 감지하여 상기 부하로의 전원 공급을 차단하기 위한 제어신호를 생성하는 단계를 포함하고,
    상기 제어신호를 생성하는 단계는,
    소정의 샘플링 주기로 상기 ADC 값의 변화량을 산출하는 단계;
    상기 ADC 값의 변화량이 정상 상태에서의 값 보다 높게 설정된 변화 임계치 이상으로 나타나는 샘플 구간이 포함된, 상기 교류 전원의 1/2 주기 구간이 복수회 연속되면 상기 제어신호를 생성하는 단계; 및
    상기 ADC 값의 변화량이 복합 부하에서의 하나 이상의 부하들의 조합에 대응되는 각각의 상기 변화 임계치 이상으로 나타나는 샘플 구간이 포함된, 상기 교류 전원의 1/2 주기 구간이 복수회 연속되면, 해당 조합을 구분하여 상기 제어신호를 생성하는 단계
    를 포함하는 아크 검출 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 검출 신호는, 변류기로부터 검출된 신호인 아크 검출 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 검출 신호는, 변류기로부터의 검출 신호이며,
    상기 검출 신호를 수신하는 단계에서, 전압검출기로부터의 제2 검출 신호를 더 수신하고,
    상기 제어신호를 생성하는 단계에서, 상기 변류기로부터의 검출 신호에 대한 제1 대상 신호 및 상기 제2 검출 신호에 대한 제2 대상 신호 각각의 ADC 값에 대하여, 미리 정한 신호크기 레벨에서의 위상 차이가 위상 임계치 이상일 때, 상기 제어신호를 생성하는 아크 검출 방법.
  5. 전원 차단 장치의 아크 검출 방법에 있어서,
    부하에 전원을 공급하는 교류 전원선에서 검출된 검출 신호를 수신하는 단계;
    상기 검출 신호를 정류하여 대상신호를 생성하는 단계;
    상기 대상신호의 ADC 값을 생성하는 단계; 및
    상기 대상신호의 ADC 값을 기초로 상기 부하에서의 아크 발생을 감지하여 상기 부하로의 전원 공급을 차단하기 위한 제어신호를 생성하는 단계를 포함하고,
    상기 검출 신호는, 변류기로부터의 검출 신호이며,
    상기 제어신호를 생성하는 단계에서, 소정의 샘플링 주기로 상기 ADC 값의 변화량을 산출하고, 상기 ADC 값의 변화량이 정상 상태에서의 값 보다 높게 설정된 변화 임계치 이상으로 나타나는 샘플 구간이 포함된, 상기 교류 전원의 1/2 주기 구간이 복수회 연속되면 상기 제어신호를 생성하되,
    상기 검출 신호를 수신하는 단계에서, 전압검출기로부터의 제2 검출 신호를 더 수신하고, 상기 제어신호를 생성하는 단계에서, 상기 변류기로부터의 검출 신호에 대한 제1 대상 신호 및 상기 제2 검출 신호에 대한 제2 대상 신호 각각의 ADC 값에 대하여, 미리 정한 신호크기 레벨에서의 위상 차이가 위상 임계치 이상일 때, 상기 제어신호를 생성하며,
    상기 미리 정한 신호크기 레벨은, 복합 부하에서의 하나 이상의 부하들의 조합에 대응되는 각 레벨을 포함하고, 상기 각 레벨에서의 상기 위상 차이가 각각의 위상 임계치 이상일 때 해당 조합을 구분하여 상기 제어신호를 생성하는 아크 검출 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    아크 트립에 의한 상기 부하로의 전원 공급을 차단을 위한, 상기 각 레벨에 대한 상기 각각의 위상 임계치는, 동일한 값으로 설정되는 아크 검출 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    아크 트립에 의한 상기 부하로의 전원 공급을 차단을 위한, 상기 각 레벨에 대한 상기 각각의 위상 임계치는, 서로 다른 값으로 설정되는 아크 검출 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 아크 발생 이전의 소정의 기간 동안의 상기 대상신호의 ADC 값의 데이터를 메모리에 저장하는 단계
    를 더 포함하는 아크 검출 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 대상신호의 ADC 값의 데이터에 대한 텍스트 또는 그래프를 실시간으로 디스플레이 장치에 표시하는 단계
    를 더 포함하는 아크 검출 방법.
  10. 전원 차단 장치의 아크 검출 방법에 있어서,
    부하에 전원을 공급하는 교류 전원선에서 검출된 검출 신호를 수신하는 단계;
    상기 검출 신호를 정류하여 대상신호를 생성하는 단계;
    상기 대상신호의 ADC 값을 생성하는 단계; 및
    상기 대상신호의 ADC 값을 기초로 상기 부하에서의 아크 발생을 감지하여 상기 부하로의 전원 공급을 차단하기 위한 제어신호를 생성하는 단계를 포함하고,
    상기 제어신호를 생성하는 단계는,
    소정의 샘플링 주기로 상기 ADC 값의 변화량을 산출하는 단계;
    상기 ADC 값의 변화량이 정상 상태에서의 값 보다 높게 설정된 변화 임계치 이상으로 나타나는 샘플 구간이 포함된, 상기 교류 전원의 1/2 주기 구간이 복수회 연속되면 상기 제어신호를 생성하는 단계; 및
    상기 제어신호를 생성하는 단계에서 복합 부하에 대응된 각각의 상기 변화 임계치를 기초로 어느 부하에서 아크가 발생했는지 여부를 판단하고 판단 결과를 디스플레이 장치에 표시하는 단계
    를 더 포함하는 아크 검출 방법.
KR1020210169647A 2021-12-01 2021-12-01 불연속 구간 검출에 의한 아크 검출 방법 KR102377795B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210169647A KR102377795B1 (ko) 2021-12-01 2021-12-01 불연속 구간 검출에 의한 아크 검출 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210169647A KR102377795B1 (ko) 2021-12-01 2021-12-01 불연속 구간 검출에 의한 아크 검출 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR102377795B1 true KR102377795B1 (ko) 2022-03-24
KR102377795B9 KR102377795B9 (ko) 2023-07-13

Family

ID=80935651

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210169647A KR102377795B1 (ko) 2021-12-01 2021-12-01 불연속 구간 검출에 의한 아크 검출 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102377795B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116845822A (zh) * 2023-07-11 2023-10-03 北京达三江电器设备厂 抗干扰型智能剩余电流动作保护器系统

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58146861A (ja) * 1982-02-24 1983-09-01 Ricoh Co Ltd 電源電圧表示装置
KR100900273B1 (ko) * 2008-05-21 2009-05-29 주식회사 루텍 아크 감지기능을 갖는 전력량계
KR20100072455A (ko) * 2008-12-22 2010-07-01 한국전기안전공사 임펄스 검출을 이용한 아크결함 판단방법
KR20130017611A (ko) * 2011-08-11 2013-02-20 (주) 예스텔레콤 아크 펄스 타이밍을 이용한 아크 결함 검출 장치
KR20130095947A (ko) * 2012-02-21 2013-08-29 주식회사 헤코 아크 검출장치 및 방법
KR20140033768A (ko) * 2012-09-10 2014-03-19 삼성전자주식회사 아크 결함 검출 장치, 그를 가지는 전기기기 및 그 제어 방법
KR101555841B1 (ko) * 2015-05-27 2015-10-07 한국에너지기술연구원 아크검출장치, 아크검출방법 및 전력시스템
KR101635612B1 (ko) * 2015-11-03 2016-07-04 (주) 동보파워텍 사물 인터넷 기반의 수배전 설비 감시 진단 시스템
KR101746798B1 (ko) * 2016-08-30 2017-06-14 주식회사 한산에이엠에스텍크 전력량을 이용한 아크검출장치
KR20180138448A (ko) * 2017-06-21 2018-12-31 디지털파워넷 주식회사 감시기능을 포함하는 직류 아크차단장치
KR102048367B1 (ko) * 2019-04-01 2019-11-26 제일전기공업 주식회사 순시 전력 레벨의 시간 측정에 기초한 전원 차단 방법 및 장치
KR102063287B1 (ko) * 2019-07-29 2020-01-08 제일전기공업 주식회사 전력 위상 측정과 아크 검출에 기초한 전원 차단 방법 및 장치
KR20210067036A (ko) * 2019-11-29 2021-06-08 주식회사 이엘티 아크 검출 알고리즘에 따른 아크 검출 장치

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58146861A (ja) * 1982-02-24 1983-09-01 Ricoh Co Ltd 電源電圧表示装置
KR100900273B1 (ko) * 2008-05-21 2009-05-29 주식회사 루텍 아크 감지기능을 갖는 전력량계
KR20100072455A (ko) * 2008-12-22 2010-07-01 한국전기안전공사 임펄스 검출을 이용한 아크결함 판단방법
KR20130017611A (ko) * 2011-08-11 2013-02-20 (주) 예스텔레콤 아크 펄스 타이밍을 이용한 아크 결함 검출 장치
KR20130095947A (ko) * 2012-02-21 2013-08-29 주식회사 헤코 아크 검출장치 및 방법
KR20140033768A (ko) * 2012-09-10 2014-03-19 삼성전자주식회사 아크 결함 검출 장치, 그를 가지는 전기기기 및 그 제어 방법
KR101555841B1 (ko) * 2015-05-27 2015-10-07 한국에너지기술연구원 아크검출장치, 아크검출방법 및 전력시스템
KR101635612B1 (ko) * 2015-11-03 2016-07-04 (주) 동보파워텍 사물 인터넷 기반의 수배전 설비 감시 진단 시스템
KR101746798B1 (ko) * 2016-08-30 2017-06-14 주식회사 한산에이엠에스텍크 전력량을 이용한 아크검출장치
KR20180138448A (ko) * 2017-06-21 2018-12-31 디지털파워넷 주식회사 감시기능을 포함하는 직류 아크차단장치
KR102048367B1 (ko) * 2019-04-01 2019-11-26 제일전기공업 주식회사 순시 전력 레벨의 시간 측정에 기초한 전원 차단 방법 및 장치
KR102063287B1 (ko) * 2019-07-29 2020-01-08 제일전기공업 주식회사 전력 위상 측정과 아크 검출에 기초한 전원 차단 방법 및 장치
KR20210067036A (ko) * 2019-11-29 2021-06-08 주식회사 이엘티 아크 검출 알고리즘에 따른 아크 검출 장치

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116845822A (zh) * 2023-07-11 2023-10-03 北京达三江电器设备厂 抗干扰型智能剩余电流动作保护器系统
CN116845822B (zh) * 2023-07-11 2024-01-26 北京达三江电器设备厂 抗干扰型智能剩余电流动作保护器系统

Also Published As

Publication number Publication date
KR102377795B9 (ko) 2023-07-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11831139B2 (en) Processor-based circuit interrupting devices
US10790658B2 (en) Apparatus and methods for monitoring and responding to power supply and/or detection circuit failures within an electronic circuit breaker
US11940498B2 (en) Apparatuses and methods for passive fault monitoring of current sensing devices in protective circuit interrupters
US10181714B2 (en) Distributed arc fault protection between outlet and circuit breaker
US7697248B2 (en) Electrical arc fault circuit interrupter apparatus and method
US11283256B2 (en) Power interruption method and device based on phase measurement and arc detection of power level
KR102048367B1 (ko) 순시 전력 레벨의 시간 측정에 기초한 전원 차단 방법 및 장치
US7103486B2 (en) Device for monitoring a neutral and earth break and electrical switchgear apparatus comprising such a device
US10345347B2 (en) Device and method for fault current detection
US7443644B2 (en) Circuit for preventing malfunction of arc fault detection device
US8072716B2 (en) AFCI device
JPWO2017221493A1 (ja) 直流電気回路保護装置およびアーク検出方法
WO2017221493A1 (ja) 直流電気回路保護装置およびアーク検出方法
US20240085479A1 (en) Safety fault interrupter circuit with power fault monitor
KR102377795B1 (ko) 불연속 구간 검출에 의한 아크 검출 방법
KR20130095947A (ko) 아크 검출장치 및 방법
KR102274269B1 (ko) 쇼트된 다이오드들의 검출
KR101464246B1 (ko) Ｚｃｔ를 이용한 아크 검출 차단기
CN108281331B (zh) 三相欠压跳闸装置以及具有三相欠压跳闸装置的塑壳断路器
US7405912B2 (en) Arc fault detection apparatus using microcomputer
KR101030193B1 (ko) 중성선 대체기능이 구비된 분배전반 및 그 분배전반의 중성선 대체방법
KR101287727B1 (ko) 접지를 이용한 전기기기와 전자기기의 동작차단기능이 부가된 안전장치
US10483055B2 (en) Programmable arc fault circuit interrupter (AFCI)
KR102551607B1 (ko) 누전 차단기
JP2019198214A (ja) インバータの出力欠相検出装置

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
G170 Re-publication after modification of scope of protection [patent]