KR200278964Y1

KR200278964Y1 - 아크결함차단기 테스트용 아크 발생장치 및 임의파형발생기를 이용한 테스트시스템

Info

Publication number: KR200278964Y1
Application number: KR2020020008919U
Authority: KR
Inventors: 양승국
Original assignee: 단암전자통신주식회사
Priority date: 2002-03-26
Filing date: 2002-03-26
Publication date: 2002-06-21

Abstract

본 고안은 아크결함 차단기(AFCI: arc-fault circuit interrupter)의 테스트에 이용되는 아크 발생장치 및 이 아크 발생장치를 임의파형 발생기로써 구현한 테스트 시스템에 관한 것이다. 본 고안의 한 특징은, AFCI 테스트를 위하여 고전류가 아닌 저전류의 아크파형을 발생시키며 발생된 아크파형의 크기와 주파수를 조절하여 테스트에 필요한 아크파형을 정확한 모델링한 후에 AFCI의 입력검출부에 인가시키는, AFCI 테스트용 아크 발생장치에 관한 것이고, 본 고안의 다른 특징은, 별도의 아크 발생장치 및 부하장치를 사용하지 않고 범용계측기인 임의파형 발생기를 이용하여, 임의파형 발생기에 정형화된 아크파형 데이터를 입력시킨 후 임의파형 발생기에서 출력되는 아크파형의 출력을 조절하여 아크파형의 크기와 주파수 등을 변화시키고 PC에 의해 제어함으로써 AFCI의 전기적 특성을 자동으로 검사할 수 있는, AFCI 테스트를 위한 임의파형 발생기를 이용한 테스트 시스템에 관한 것이다.

Description

아크결함차단기 테스트용 아크 발생장치 및 임의파형 발생기를 이용한 테스트시스템 {Arc generating apparatus for AFCI test and test system using arbitrary waveform generator}

본 고안은 아크결함 차단기(AFCI: arc-fault circuit interrupter)의 테스트에 이용되는 아크 발생장치 및 이 아크 발생장치를 임의파형 발생기로써 구현한 테스트 시스템에 관한 것이다.

배전시스템의 한 구성요소로서, 종래에는 누전차단기를 이용하여 전기의 과부하 상태를 검출하여 전기화재에 대한 예방을 하였으나, 최근에는, 전기화재의 대부분이 누전이나 과부하가 아닌 아크에 의해 발생한다는 연구결과에 따라 미국의 경우 2002년부터 아크결함 차단기(AFCI)의 사용이 의무사항으로 법제화되었다.

AFCI는 크게 기구부, 센서부, 전자회로부로 구성된다. 이들 구성요소 중에서 전자회로부를 테스트하기 위하여 아크 발생장치가 필요한데, 종래에는, 칼날이나 전기봉을 사용하여 기계적으로 전기접촉을 시킴으로써 아크를 발생시키는 기계적 아크 발생장치가 일반적으로 사용되고 있다. 여기서 발생되는 아크파형은 일반적인 정현파가 아니며 각종 아크의 종류에 따라 여러가지 형태의 파형을 나타낸다.

도1a는 종래의 아크 발생장치를 개략적으로 나타내고 있다. 베이스판(11)에 전원과 연결된 고정전극(13)과 부하측에 연결된 가동전극(15)을 설치하고, 고정전극(13)과 가동전극(15) 사이의 간격에 따라 발생하는 전기스파크를 이용하여 아크를 발생하는 장치이다. 고정전극(13)에 연결된 전원은 상용전원의 Hot line과 Neutral line에 약 15~75A의 고전류가 흐르는 상태로 제어되고, 고정전극(13)과 가동전극(15) 사이에서 발생하는 고전류의 아크전류는 약 1000:1의 영상변류기(CT: current transformer)에 의해 저전류의 아크전류로 변환된 후, 이 전류를 저항의 양단에 인가하여 다시 저전압으로 변환하여 AFCI 내부에 있는 아크 검출회로의 입력에 인가함으로써 AFCI의 동작상태를 시험할 수 있다.

즉, 종래에는 도1b에서와 같이, 부하장치(17)와 AFCI 사이에 도1a의 아크 발생장치(10)를 삽입하여 아크를 회로에 임의로 인가할 때 AFCI의 차단스위치(S1)가 정상적으로 동작하는지를 검사한다.

그러나, 종래에는 기계적인 아크 발생장치를 사용하기 때문에 아크파형이 불규칙적으로 발생함으로 AFCI의 시험조건이 매번 달라지게 되어 정확한 시뮬레이션의 수행에 어려움이 있으며, 또한 종래의 아크 발생장치는 주로 120V의 상용전압을 사용하여 50~200A 정도의 높은 전류의 아크를 발생시키므로 이 고전류 아크에 견디기 위해서 고용량의 부하장치가 필요하여 테스트비용이 증가되어, AFCI의 대량생산이 곤란하였다. 또한 고전류의 아크 발생에 따른 감전사고 및 발화 등의 위험성이 큰 문제가 있다.

본 고안은 위와 같은 종래의 아크 발생장치의 단점을 해결하기 위하여, 정현파와 구형파를 곱하여 아크파형을 발생시킴으로써 AFCI의 입력검출부에 인가하여 AFCI 테스트를 수행하도록 개발된 것이다.

본 고안의 목적은 AFCI 테스트를 위하여 고전류가 아닌 저전류의 아크파형을 발생시키며 발생된 아크파형의 크기와 주파수를 조절하여 테스트에 필요한 아크파형을 정확한 모델링한 후에 AFCI의 입력검출부에 인가시키는, AFCI 테스트용 아크 발생장치를 제공하는 것이다.

본 고안의 다른 목적은 별도의 아크 발생장치 및 부하장치를 사용하지 않고범용계측기인 임의파형 발생기를 이용하여, 임의파형 발생기에 정형화된 아크파형 데이터를 입력시킨 후 임의파형 발생기에서 출력되는 아크파형의 출력을 조절하여 아크파형의 크기와 주파수 등을 변화시키고 PC에 의해 제어함으로써 AFCI의 전기적 특성을 자동으로 검사할 수 있는, AFCI 테스트를 위한 임의파형 발생기를 이용한 테스트 시스템을 제공하는 것이다.

도1a는 종래의 기계식 아크 발생장치.

도1b는 종래의 AFCI 테스트방법.

도2는 본 고안의 구성도.

도3은 아크파형이 인가되어 왜곡된 파형.

도4a는 정현파.

도4b는 구형파.

도4c는 정현파에 구형파가 곱해진 모델링된 아크파형.

<도면부호의 설명>

베이스판(11); 고정전극(13); 가동전극(15); 부하장치(17); 차단스위치(S1); 정현파 발진기(21); 구형파 발진기(23); 아크발생기(25); 증폭기(27); AFCI 아크검출부(29); 트랜스포머(T)

<고안의 기본구성>

도2는 본 고안에 따른 아크 발생장치의 구성블록도이다. 정현파 발진기(21), 구형파 발진기(23), 정현파 발진기(21)에서 출력되는 정현파에 구형파를 인가하여 양 파형을 곱함으로써 아크를 발생하는 아크발생기(25), 발생된 아크신호를 증폭하며 아크신호의 크기와 주파수를 변화시키는 증폭기(27)로 구성된다.

증폭기(27)에서 출력되는 아크신호는 AFCI의 아크검출부(29)에 입력되어 AFCI의 동작테스트를 수행하도록 한다. 아크신호가 입력되는 선로에는 트랜스포머(T)가 위치해 있다. 이 트랜스포머는 아크발생 장치와 AFCI 회로부의 그라운드를 분리하기 위한 수단이다.

위의 구성의 동작 원리를 설명한다. 도2의 구성은 결국, 아크파형의 모델링을 위한 구성인데, AFCI의 입력검출부에 소신호(small signal) 아크파형을 전압으로 인가함으로써 정확하게 AFCI의 전자회로부를 테스트하기 위한 구성이다.

도3에서 보는 것과 같이, 아크가 발생하면 정상적인 정현파(sine wave)에 매우 가파른 기울기를 갖는 EVENT가 발생하면서 파형의 왜곡이 일어난다는 것을 알 수 있다. 이러한 정형화된 아크파형의 EVENT를 구현하기 위하여 도4a와 같은 정현파에 도4b와 같은 구형파를 곱하면 도4c와 같은 EVENT가 발생하면서 도3의 경우와 유사한 왜곡된 파형을 갖는 아크파형을 만들 수 있다.

도2에서 AFCI에 공급하는 전원부에 표시되어 있는 저항 R에 대해 설명한다. 종래의 AFCI 시험에 있어서는, AFCI가 trip시에는 솔레노이드가 동작하여 전기적 trip을 기계적 trip으로 변환시켜 AFCI의 내부의 솔레노이드가 파손되는 것을 막아주었으나, 본 발명에서와 같이 AFCI의 전자부만을 별도로 테스트하는 경우(즉, 기계부가 없는 상태로 시험)에는 솔레노이드가 동작시 솔레노이드에 과전류가 유입됨으로써 솔레노이드의 파손을 가져오게 된다. 따라서, 이를 보호하기 위하여 AFCI의 전원단에 과전류 보호용 저항을 외부에서 부착하여 AFCI가 동작시에 AFCI 내부의 솔레노이드에 과전류가 인가되어 솔레노이드가 파손되는 것을 방지할 수 있다.

<본 고안의 이용>

도2와 같은 구성을 갖는 본 고안의 기본적인 구성원리를 이용하여 도2와 같은 구성을 사용하지 않고도 임의파형 발생기를 이용하여 AFCI를 테스트할 수 있다. 이를 위해서는 임의파형 발생기에, 모델링된 아크파형 데이터를 입력해줘야 한다.

도2와 같은 하드웨어에 의해 아크파형을 발생시키는 이외에, 이 아크파형을 수학적으로 해석하여 아크파형의 크기에 대한 데이터를 구할 수 있다. 예를 들어, "엑셀(상표명임)" 등의 프로그램으로 정현파의 단위시간에 대한 크기를 계산한 후여기에 구형파에 해당하는 "0"과 "1"을 곱하면 아크파형의 데이터를 생성할 수 있다. 이렇게 하여 생성한 아크파형 데이터를 GPIB를 이용하여 임의파형 발생기에 입력하여 저장한다. 임의파형 발생기에서 출력되는 아크파형은 물론, 임의파형 발생기 자체의 진폭 및 주파수 조절노브로 조절가능하다. 또한, 임의파형 발생기 자체로 PC를 이용하여 GPIB 제어방식으로 제어가 가능하므로, 시험하는 AFCI의 동작상태를 체크할 수 있는 자동화 시스템을 구성할 수 있다.

본 고안에 따르면, 별도의 고전압/고전류의 아크발생장치나 대용량의 부하장치를 제작할 필요가 없어서 생산성 향상 및 생산비용 감소 효과를 기대할 수 있다. 또한, 범용계측기인 임의파형 발생기를 사용할 경우에는 임의파형 발생기 자체의 조절수단으로써 아크의 파형 및 크기를 조절할 수 있고 GPIB로 원격제어를 함으로써 쉽게 테스트 시스템을 구성할 수 있다.

Claims

정현파 발진기(21),

구형파 발진기(23),

정현파 발진기(21)에서 출력되는 정현파에 구형파를 인가하여 양 파형을 곱함으로써 아크를 발생하는 아크발생기(25),

발생된 아크신호를 증폭하며 아크신호의 크기와 주파수를 변화시키는 증폭기(27)로 구성되어,

증폭기(27)에서 출력되는 아크신호를 AFCI의 아크검출부(29)에 입력하여 AFCI 전자회로부의 동작테스트를 수행하는 것을 특징으로 하는, AFCI 테스트용 아크 발생장치.
청구항 1에 있어서, 상기 증폭기와 AFCI 아크검출부 사이의 입력선로에는 청구항 1의 아크발생 장치와 AFCI의 그라운드를 분리하는 수단이 추가로 포함되는, AFCI 테스트용 아크 발생장치.
청구항 2에 있어서, 상기 분리수단은 트랜스포머(T)인 것을 특징으로 하는, AFCI 테스트용 아크 발생장치.
청구항 1에 있어서, AFCI의 전원단에 과전류 보호용 저항이 연결되어 AFCI가동작시에 AFCI 내부의 솔레노이드에 과전류가 인가되어 솔레노이드가 파손되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는, AFCI 테스트용 아크 발생장치.
입력수단을 통해 입력된 아크파형 데이터를 저장하여 아크파형을 출력하고, 출력되는 아크파형의 크기와 주파수를 조절하는 노브를 갖는 임의파형 발생기와,

상기 임의파형 발생기를 제어수단을 통해 외부에서 제어하는 PC로 구성되어,

증폭기(27)에서 출력되는 아크신호를 AFCI의 아크검출부(29)에 입력하여 AFCI의 동작테스트를 수행하는 것을 특징으로 하는, AFCI 테스트를 위한 임의파형 발생기를 이용한 테스트 시스템.
청구항 5에서, 상기 임의파형 발생기에 아크파형 데이터를 입력하는 수단 및 상기 PC로써 임의파형 발생기를 제어하는 수단은 GPIB인 것을 특징으로 하는, AFCI 테스트를 위한 임의파형 발생기를 이용한 테스트 시스템.