KR20040050871A - 아크 검출 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

로드를 통하여 흐르는 전류는 작은 상호 인덕턴스를 갖는 변압기(Tr1)에 의해 모니터링된다. 2차 코일은, 제1 바람직한 실시예에서, 매칭 다이오드(D9, D7, D10, D8) 및 커패시터(C2)를 구비하는 로그 전하 변환기 회로에 접속되는 전하를 운반하기 위해 정류기 회로를 통해 단락되어, 그 정류기 회로를 통해 운반되는 전하의 로그에 비례하는 커패시터 전압을 제공한다. 그 커패시터는 각 측정 후에 리셋된다. 변형 실시에에 있어서, 로그 변환기 회로는 한 쌍의 트랜지스터(T1, T2) 및 커패시터(C2)를 포함한다. 바람직한 실시예에 따르면, 커패시터 전압의 2개의 측정은 배선 전압의 절대치에 의해 결정되는 시간에 1/2 사이클마다 취해진다. 1/2 사이클마다의 측정은 하나의 스택의 워드에 저장되고, 반복 또는 연속적으로 변하는 불필요한 로드에 의해 발생되는 외란을 소거할 변동을 결정하기 위하여 3개 또는 5개 사이클 알고리즘을 통하여 처리된다. 전술한 실시예에 있어서, 60 워드의 푸쉬버튼 스택은 마이크로제어기에 의해 임의 선택된 한도와 비교되는 변동으로서 이용된다. 측정의 후반 동안에 측정은 처음과 마지막 측정을 무시하는 것이 고려되고, 그 변동의 합이 위의 선택된 한도를 초과하는 경우에, 아크가 나타나서, 회로 차단기는 시동된다. 자체 검사 버튼은 마이크로제어기에 접속되어, 그 버튼이 눌러질 때, 아크의 검출을 시뮬레이팅하기 위해 커패시터를 충전시킨다.

Description

아크 검출 장치 및 방법{ARC DETECTION APPARATUS AND METHOD}

본 발명은 일반적으로 전기 회로에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 말하면, 아크의 검출 및 이러한 아크의 검출시 회로 차단기를 시동시키는 것에 관한 것이다.

교류(AC) 전력 공급선 상에 아크 검출은 종래 기술에 알려져 있다. 종래의 검출기의 예로는 McEachern 등의 미국 특허 제4,694,402호, Baxter 등의 미국 특허 제5,229,651호 및 Zuercher 등의 미국 특허 제5,452,223호가 있다. McEachern 등의 특허는 인접 사이클들을 비교하여 파형 외란(waveform disturbance)을 검출하는 것을 교시한다. Baxter 등은 그 현재의 사이클과 많은 이전의 사이클로부터 가공된 기준 사이클의 비교를 교시하며, Zuercher 등은 아크를 검출하기 위해 많은 사이클에 걸쳐 미리 정해진 점에서의 누적 차신호의 이용을 교시한다. 그러나, McEachern 등 및 Baxter 등의 비교 신호들은 로드가 변함으로써 불필요하게 시동되는 것을 경험한다. 이러한 제한 사항은 아크를 검출하기 위해 신호를 더욱 분석하는 방법에 의해 Zuercher 등의 특허에 알려져 있다. 모든 3개의 기법들은, 사이클마다 복수의 점들이 샘플링될 필요가 있기 때문에, 상대적으로 비싼 에너지 다소비형 고속 디지털 처리를 필요로 한다.

본 발명의 목적은 회로 안에서 아크를 검출하고, 불필요한 로드, 예를 들면 주거용, 상용, 항공기용인지 간에 특정 회로에서 통상 발견되는 로드에 관하여 시동시하지 않으면서, 회로를 차단하는 차단기를 시동시키는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 크기가 컴팩트하고, 생산 비용이 저렴하며, 전력 소비가 매우 적은 아크 검출 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 회로 차단기를 시동하는 자체 검사 특성을 갖는 아크 검출 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 광 디머(light dimmer)등의 불필요한 로드에 의해 발생된 파형 외란과 로드에 의해 차폐(mask)되는 아크 사이를 식별하는 방법을 제공하는 것이다.

간략하게, 본 발명에 따르면, 로드를 통하여 흐르는 전류는 약하게 결합된 변압기(weakly coupled transformer), 말하자면, 대략 20-50에 속하는 작은 상호 인덕턴스를 갖는 변압기에 의해 모니터링된다. 이 변압기는 로드 위상에 직렬로 접속되어 수회 감은 1차 권선 및 비교적 많은 횟수, 예를 들면 수백회 감은 2차 권선을 마련하여, 1차 전류의 고주파 성분을 전달한다. 바람직한 실시예에서, 2차 권선의 각단은 제1 다이오드 및 제2 다이오드 각각의 캐소드에 접속되고, 이들 다이오드의 애노드는 접지에 접속된다. 제1 다이오드 및 제2 다이오드는 캐소드가 접지에 접속되어 있는 제3 다이오드 및 제4 다이오드를 이용하여 전파 정류기 브리지의 1/2을 형성한다. 제3 다이오드 및 제4 다이오드에 각각 매칭되는 제5 다이오드 및 제6 다이오드는 그들의 캐소드가 커패시터에 접속된 브리지에 접속됨으로써, 교대로 접지에 접속되게 한다. 커패시터는 측정 후에 0V로 커패시터를 리셋시키기 위하여 접지로 단락시키는 마이크로제어기의 아날로그 대 디지털 변환기에 접속된다. 변압기로부터 발생하는 전류는 다음과 같은 수학식에 따라 통합된 정류 전류의 로드에 비례하는 전술한 다이오드 네트워크를 통하여 전압을 발생한다.

V(P2.1)~ vt * In(IQIC/vt + 1 - V(P2.1)/vt)

이 수학식에서,

V(P2.1)은 마자막 커패시터 전압이 리셋하는 경우에 발생되는 커패시터 전압이다.

vt = 열전압(실온에서 kT/q ~ 26㎷)

Q는 다이오드 네트워크로 전달된 전하이다.

C는 정전 용량이다.

이것은 광범위한 동적 범위를 통하여 변압기로부터 전하를 측정하는 능력을 제공한다. 그 로그 기능은 또한 신호 처리를 간소화하고, 종래 기술에 통상 이용되는 디지털 신호 처리기보다 오히려 상대적으로 값이 저렴한 마이크로제어기를 이용할 수 있다.

전술한 실시예에 따르면, 전하의 로그 측정인 2개의 커패시터 전압 측정은 선형 전압이 절대치에 의해 결정된 시간에 1/2 사이클마다 이루어진다. 첫번째 측정은 선간 전압 영 교차율(line voltage zero crossing) 이전이나 그 근처에서 이루어지고, 두번째 측정은 선간 전압 영 교차율 후에 짧게 이루어진다. 이러한 1/2 사이클마다 2번의 측정은 스택안에 워드로서 저장되며, 바람직한 실시예에서는 함께 부가되고, 스택에 워드로서 저장된 후에, 외란을 없앨 파동을 결정하기 위하여 3개 사이클 알고리즘을 통해 처리된다. 그 외란은 반복적으로 또는 연속적으로 변하는 타입의 불필요한 로드에 의해 발생된다. 그 알고리즘에 따르면, 변동은 워드 1 + 2(사이클 1로부터)에 워드 3 + 4(사이클 2로부터)를 더하고, 2 ×워드 2 + 3(사이클 2로부터)을 감산하는 것에 의해 결정된다. 전술한 실시예에는 60 워드의 푸쉬 다운 스택(push down stack)이 이용된다. 60 워드의 변동이 마이크로제어기에 의해 max_limit로 불리는 한도와 비교된다. 60 ㎐ 측정의 후반 동안에 모든 변동은 제1 측정 및 마지막 측정을 무시하는 3개의 사이클 알고리즘을 이용하여 고려되고, 그 다음에, 그 합이 max_limit를 초과하는 경우에, 아크가 나타나고, SCR을 점화하여 회로 차단기를 시동한다. 본 발명에 따르면, 3개의 사이클이 중첩될 수 있으며, 다시 말하면, 필요한 경우에, 6개의 사이클이 이용될 수 있지만, 4개의 인접한 1/2사이클만이 필요하다. 다른 실시예에서는 5 사이클 알고리즘을 이용하여, 60 ㎐ 선간 전류의 비선형 변화, 즉 램프와 모터의 시동 전류에서 발견되는 변화의 영향을 최소화한다.

본 발명의 특징에 따르면, 자체 검사 버튼은 마이크로 제어기에 접속되어, 그 버튼이 눌려졌을 때, 마이크로제어기가 저항을 통해 커패시터가 충전되도록 하여, 아크 검출을 시뮬레이팅한다.

본 발명의 선택적인 특징에 따르면, 소형 커패시터는 변압기의 2차 권선측에직렬 또는 병렬로 접속되어, 필요한 경우에, 저주파 성분 또는 고주파 성분의 배제를 증가시킨다.

본 발명의 다른 선택적인 특징에 따르면, 로그 전하 변환기 회로는 관련 수학식을 간단하게 하기 위하여 다이오드보다는 트랜지스터로 구성될 수 있다.

본 발명의 다른 목적, 특징 및 이점들은 첨부 도면과 결합하여 후속하는 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.

도 1은 아크 검출 회로 및 회로 차단기 회로의 개략도이다.

도 2는 바람직한 일 실시예에 따른 도 1의 아크 검출 회로 및 회로 차단기 회로의 동작에 대한 흐름도이다.

도 3은 대안의 로드 전하 변환기 회로의 개략도이다.

도 1을 참조하면, 릴레이 코일(L1)은, 배선 위상에 접속되고, 로드 중립 및 로드 위상 배선 각각에 대하여 메인 배선 중립 및 배선 위상을 접속하거나 분리하는 메인 콘택(2, 4)의 여기 상태를 제어하기 위하여 배치된다. 통상, 코일의 전력은 릴레이 콘택이 폐쇄될(close) 정도로 충분히 낮다. 그러나, SCR1이 턴온될 때, 이후에 기술될 바와 같이, 그 릴레이 코일에 전류를 증가시켜 접촉을 개방한다. 배선 중립과 배선 위상 사이에는 MOV1(Metal oxide varistor)을 접속하여 과도한 배선 전압을 방지한다.

로드를 통하여 흐르는 전류는 1차 코일의 개략적인 3 권선 및 약하게 결합, 즉 20-50 마이크로 헨리 정도의 낮은 상호 인덕턴스를 갖는 결합의 2차 코일의 수백 권선으로 구성하는 변압기(Tr1)에 의해 모니터링되어, 1차 전류의 고주파 성분을 그 모니터링 회로에 전달한다. 2차 전류는 커패시터를 포함하는 로그 전하 변환기 네트워크에 정류되어 공급된다. 0V의 전하로부터 시동하면, 커패시터 양단에 인가된 전압은 그 전하의 로그에 비례한다. 마이크로제어기는 배선 전압의 절대값에 의해 결정되는 횟수에서 1/2 사이클마다 2번씩 바람직한 실시예에 따라 커패시터 또는 로그 전하를 측정하는데 이용된다. 그 마이크로제어기는 후속하는 측정마다 커패시터를 0V로 리셋한다. 이것은 많은 크기 순서, 예를 들면 6개의 크기 순서로 측정된 전하의 모니터링된 전압 범위를 제공한다.

그 로그 정류된 전하 변환기를 이용하면 광범위하게 변압기로부터 전하를 측정할 수 있을 뿐만 아니라, 그 로그 기능에 의해 신호 처리를 보다 간단하게 함으로써, 다른 방법에서는 필요한 매우 고가의 장치인 디지털 신호 처리기보다는 마이크로제어기를 이용할 수 있다. 그 전하는 시간이 경과함에 따라 통합되는 전류를 나타내기 때문에, 전하 측정은 1/2 사이클을 통해 개별 전류들을 많이 측정할 필요가 없다. 합 대수(adding logarithm)가 동일하지만 곱 연산보다 훨씬 빠르다는 것에 주목하자. 또한, 대수의 감산이 나눗셈 연산을 행할 필요없이 자동으로 정상화되는 것에 주목하자.

다시, 도 1을 참조하면, 변압기(Tr1)의 2차측은 고역 필터링을 제공하기 위하여 2차측의 대향 단부와 접지 사이에 접속된 선택적인 커패시터(C10, C11)에 접속되는 것을 보여준다. 필요한 경우에, 또 다른 필터링이 인덕터와 직렬로 위치된 커패시터(도시 생략)에 의해 제공될 수 있다. 선택적인 커패시터(C10, C11) 옆에, 한 쌍의 저항(R1, R2)은 변압기 회로에 부착되고, 2차 코일의 접지 기준으로서 제공하기 위하여 접지에 접속된다. 그 저항(R1, R2) 옆의 변압기 회로에는 다이오드 (D5, D6)가 접속되며, 그 다이오드(D5, D6)의 애노드는 접지에 접속된다. 그 다이오드(D5, D6)에 후속하여, 2개 이상의 다이오드(D7, D8)는 전파 정류 브리지를 형성하는 변압기 회로에 접속되고, 그들 다이오드(D7, D8)의 캐소드는 접지에 접속된다. 그 변압기 회로에는 다른 쌍의 다이오드(D9, D10)가 접속되며, 그들의 캐소드는 커패시터(C2)에 접속된다. 다이오드(D9, D10)는 그들의 인접한 다이오드(D7, D8)에 각각 매칭된다. 다이오드(D5, D6)는 필요한 다른 다이오드에 매칭되거나 매칭되지 않을 수 있다. 앞서 주목한 바와 같이, 변압기로부터 받아들여지는 전류는 통합 정류된 전류의 로그에 비례하는 전압을 발생한다. 커패시터(C2)는 마이크로제어기(U1)의 핀(9)에 접속된다. 도 1에 따른 아크 검출 및 회로 차단 장치의 일예로서, U1은 대략 2 ㎒ 클록주파수를 갖는 텍사스 인스트루먼트 마이크로제어기 MSP430F1122 이다. 핀(9)은 마이크로제어기 내의 10 비트 아날로그 대 디지털 변환기에 접속된다. 마이크로제어기에 의한 후속하는 측정마다, 핀(9)은 내부적으로 접지로 단락되어, 논의될 다음 시간 주기 동안에 전류를 통합하기 위하여 커패시터를 준비한다.

마이크로제어기(U1)의 핀(10)은 커패시터(C2)에 교대로 접속되는 저항(R3)에접속된다. 이것에 의해 마이크로제어기는 논의될 아크를 시뮬레이트하기 위하여 커패시터를 충전되게 할 수 있다. 푸쉬버튼(PB1)은 부하 위상을 핀(11)에 접속한다. 직렬 접속 저항(R4, R5) 뿐만 아니라 핀(11)과 접지 사이에 접속된 저항(R6)은 그 배선 전압 및 전류를 마이크로제어기에 적합한 레벨로 줄인다. 마이크로제어기(U1)에 내부 보호 다이오드들이 설치되더라도, 핀(11)과 접지 사이에 접속된 제너 다이오드(Z1)는 여분의 3V 한도를 제공한다. 핀(11)과 접지 사이에 접속된 커패시터 (C3)는 그 로드상에 임의 고주파 잡음을 필터링하기 위하여 제공된다. 자체 검사를 시작하기 위하여 푸쉬버튼(PB1)이 눌러질 때, 마이크로제어기는 변하는 펄스폭을 갖는 핀(10)에 펄스를 제공할 것이며, 그 펄스폭은, 전압을 변하게 하는 신호처럼 아크를 생성하기 위하여 펄스폭을 증가시킴으로서 더 많은 전압을 커패시터에 인가한다.

SCR 점화 회로는 마이크로제어기의 핀(13)에 접속되고, SCR의 애노드와 캐소드 사이에 접속된 종래의 커패시터(C4)와 함께 SCR1을 포함한다. 그 SCR의 게이트와 캐소드 사이에 접속된 커패시터(C5)는 높은 dv/dt에 의해 우연한 SCR의 턴온을 방지한다. 그 게이트와 캐소드 사이에 접속된 저항(R7)도 또한 우연한 턴온을 방지한다. 저항(R8)은 전류 제한 저항이고, 저항(R8)과 핀(13) 사이에 직렬 접속된 커패시터(C6)는 전원의 과도한 공핍을 방지한다. 4개의 다이오드(D1-D4)를 포함하는 제2 다이오드 브리지와 SCR1의 애노드 사이에는 다이오드(D11)가 접속된다. SCR1이 턴온될 때, SCR1은 코일(L1) 양단에 인가된 배선 전압에 인접하게 제2 다이오드 브리지를 통하여 더 많은 전류를 흐르게 함으로써 차단기를 시동시킨다. 다이오드(D11)는 논의될 핀(8)에 접속된 배선 모니터링 회로와 커패시터(C4)를 분리하는 동작을 한다.

직렬 접속 저항(R9, R10, R11)과 제어 다이오드(Z2)는 검출 회로용 전원을 일부분 형성한다. 그 저항들은 전류량을 제어 다이오드(Z2)로 제한한다. 저항(R11)과 제너 다이오드(Z2)의 결합과 마이크로제어기(U1)의 VCC 핀(2) 사이에 접속된 다이오드(D12)는 마이크로제어기에 3V 전압을 제공하는 커패시터(C8)와 병렬로 핀(2)과 접지사이에 접속된 커패시터(C7)로부터 역전류 흐름을 방지한다.

직렬 접속 저항(R12, R13)들은 저항(R10, R11)의 접합과 접지사이에 접속된다. 저항(R12, R13)의 접합은 커패시터(C9)에 접속되고, 번갈아 접지에 접속되며, 다이오드 브리지(D1-D4) 전압에 비례하는 커패시터 전압을 제공한다. 이 전압은 배선 전압의 절대치와 거의 같다. 그 커패시터 전압은 마이크로제어기(U1)의 핀(8)에 접속되고, 핀(9)에서 전압 측정을 수행할 시간을 결정하는데 이용된다.

마이크로제어기(U1)의 핀(7)에 접속된 저항(R14)과 커패시터(C12) 및 핀(1)에 접속된 저항(R15)은 제어기(U1)의 특정 구조에 의해 요구된다.

로그 전하 변환기 회로는 트랜지스터와 커패시터 뿐만 아니라 도 1의 매칭 다이오드와 커패시터를 포함할 수 있다. 도 3은 디이오드를 접속한 바이폴라 트랜지스터(T1, T2)를 구비한 대안의 로드 전그 변환기 회로를 도시한다. 도 3의 회로가 도 1의 다이오드 네트워크와 반대로 트랜지스터(T2)에 대하여 전원이 필요하더라도, 커패시터 전압 vx = vt*In (Q/C/vt+1) ~ vt*In(Q/C/vt)이고, 여기서, vt = 열전압 = 실온에서 KT/q ~ 26㎷ 이며, Q = 마지막 커패시터가 리셋한 직후에 전달된 전하이다. 도 1의 회로에 있어서, 커패시터 전압 vx = vt*In(Q/C/vt-vx/vt +1) ~ vt*(Q/C/vt)이다. 그 트랜지스터 대안은 vx/vt 기간이 관련 공식에 나타나지 않는 이점을 제공한다. 그러나, Q>>C*vx에 대하여, 다이오드 네트워크의 회로 동작은 트랜지스터의 회로 동작에 접근한다. 도 1의 다이오드 네트워크가 vt 기간을 통해 주변 온도에 민감한 반면, 마이크로제어기(U1)는 온도 센서를 포함하며, 이것에 의해 적합한 온도 보상을 제공한다.

도 2를 참조하면, 단계(100)에서 바람직한 실시예에 따른 프로그램이 시작하고, 제1 단계(102)에서, 커패시터(102)는 0V로 리셋되고, 모든 플래그는 개시된다. 단계(104)에서, 그 감도 임계치는 절대 온도에 비례하는 출력 전압을 제공하는 마이크로제어기(U1)에 제공된 온도 센서를 이용하여 온도의 비율에 따라 정해진다.

단계(106-112)는 핀(8) 상에 측정된 배선 전압이 제1 선택값 samp_hi를 초과한 후에, 제2 값 sample1 미만으로 갈 때까지 루프를 지속하는 보조루틴을 형성한다. 이것은 커패시터(C2)를 리셋하는 단계(114)에서 취해지는 측정점들 중 하나를 정의한다. 그 보조루틴은 잡음 배선 전압이 정해진 시간에 우연한 점에서 샘플링을 시작하는 것을 피하기 위하여 선택된 히스테리시스를 제공한다.

검사 버튼이 눌러지지 않은 경우, 판정 단계(116) 후에, 그 프로그램은 단계 (120)에서 마이크로제어기 타이머를 리셋하기 위하여 진행한다. 그 타이머는 배선 전압 1/2 사이클 주기를 모니터링하여 비정상적인 배선 전압 상황을 검출하는데 이용될 수 있는 반면에, 커패시터(C2) 전압 측정은 앞서 논의한 바와 같이 핀(8)의 배선 전압에 의해 결정된다. 검사 버튼(PB1)이 눌러지는 경우, 단계(118)에서 아크같은 잡음은, 충분한 잡음이 복수의 1/2 사이클에 도입되어 논의될 알고리즘에 의해 처리됨으로써, 회로 차단기가 배선 전류에서 검출된 아크와 동일한 방법으로 시동시킬 커패시터(C2)에 도입된다.

제2 보조루틴은 배선 전압이 제3 선택값 samp_Io 아래로 내려간 후에, 제4 선택값 sample2를 초과할 때까지 프로그램이 지속적으로 루프하는 단계(122-128)를 포함한다. 이것은 영 교차율이 결과로 일어나는 제2 측정점을 정의한다(단계 130). 아크, 예를 들면 대략 15V를 유지하는데 최소의 전압이 필요하기 때문에, 윈도우는 통상, 배선 전류와 배선 전압 사이의 위상차를 설명하기 위해서 최대 50V까지 전압 측정이 선택된다. 배선 전압의 영 교차율 주위의 윈도우는 영 교차율 근처에서 발생 또는 소멸되는 통상적인 소형 아크를 포획한다.

단계(114)에서 취해지는 제1 전압 측정은 단계(130)에서 제2 전압 측정에 부가되고, 그 다음에, 커패시터(C2)가 리셋된다. 그 결과값은 단계(132)에서 푸쉬다운 레지스터에 입력되고, 단계(134)에서 프로그램은 인접한 전압 레지스터 값을 합하여, 최소값 min_limit를 초과하는 이들 합을 다른 레지스터에 놓아둔다. 그 합은 배선 전압 극성의 로드 전류 크기에 따라 발생되는 임의 다이오드 효과를 제거한다. 그 최소값은 레지스터 값을 앞서 선택된 값으로 제한하는데 이용된다.

단계(136)에서, 3 사이클 알고리즘이 계산된다. 사이클 1의 워드 + 사이클 3의 워드 - 2 ×사이클 2의 워드가 계산되고, 그 절대값이 얻어진다. 이들 인접한 전사이클(full cycle)들은 필요에 따라 충첩되거나 중첩되지 않을 수 있다. 이들 3 사이클이 중첩하지 않으면, 6개의 1/2 사이클이 그 계산에 필요하게 되고, 이들 3개 사이클이 중첩하면, 4개의 1/2 사이클만이 필요하게 된다.

단계(138)에서, 제1 레지스터 값 및 마지막 레지스터 값은 단일 이벤트, 예를 들면, 광을 스위치 온 또는 오프하는 것에 의해 발생된 이벤트가 그 결과에 너무 많이 영향을 미치는 것을 방지하기 위하여 무시된다(판정 단계 140). 3 사이클 알고리즘은 후반부 동안에 나머지 레지스터 값에 제공되며, 계산된 3 사이클 알고리즘의 합이 선택된 값 max_limit을 초과하면, 단계(142)에서 불량이 표시된다.

합이 max_limit 값을 초과하는 경우, SCR1이 점화된다. 이것은 배선 전압의 간단한 중단으로 점화를 훨씬 확실히 하기 위하여 3번 반복된다. 선택된 펄스, 예를 들면, 30 마이크로초 펄스가 SCR에 제공된다.

필요한 경우에, 개별 레지스터들은 그들을 전술한 바와 같이 단일 레지스터에 합하는 것 보다는 처음의 2개의 측정치를 기록하는데 이용될 수 있다. 그 후에, 알고리즘은 개별 레지스터마다 적용될 수 있다.

앞서 주목한 바와 같이, 중첩하는 3 사이클 알고리즘은 정보에 대하여 4개의 1/2 사이클을 요구한다. 이 알고리즘은 신호(1) - 2 ×신호(2) + 신호(3)의 절대값을 계산한다. 이 알고리즘은 시간의 경과에 따른 신호(t)= a+b*t 변화에 의한 변동에 기여하는 것을 없앤다. t의 고차 호출 파워는 제거되지만, t^2 보다 크거나 같은 짝수 파워는 제거되지 않는다.

5 사이클 알고리즘은 시간의 경과에 따른 신호(t)=a+b*t+c*t^2 변화에 의한 변동에 기여하는 것을 제거하는데 이용될 수 있다. 이러한 알고리즘은 신호(1) - 4×신호(2) + 6 ×신호(3) - 4 ×신호(4) + 신호(5)의 절대값을 계산한다. t의 고차홀수 파워는 제거되지만, t^4보다 크거나 같은 짝수 파워는 제거되지 않는다.

필요한 경우에, 이전의 2개의 파라메터에 기술된 알고리즘들이 단일 측정 또는 임의의 선택된 복수의 측정에 1/2 사이클마다 이용될 수 있다는 것이 이해될 것이며, 그 기간 신호는 중첩하는지 또는 인접하는지 여부에 따라 사이클마다의 복합 신호로 칭한다.

도 1에 따라 만들어진 아크 검출 장치 및 회로 차단기 장치는 다음과 같은 부품을 갖는다.

부품

본 발명이 예시적으로 본원에 설정된 특정 실시예에 한정되는 것이 아니라, 후속하는 청구 범위 내에 모든 그러한 수정된 형태가 포함된다는 것을 이해할 것이다.

본 발명은 크기가 컴팩트하고, 생산 비용이 저렴하며, 전력 소비가 매우 적은 아크 검출 장치를 제공하고, 회로 차단기를 시동하는 자체 검사 특성을 갖는 아크 검출 장치를 제공하는 것이다.

Claims (16)

1. 배선 전류에 접속하기 위한 1차 권선 및 약하게 결합된 2차 권선을 갖는 변압기와,

   상기 2차 권선에 접속되는 정류기 회로로서, 이 정류기 회로가 변환기 회로에 접속되고, 이 변환기 회로가 상기 정류기 회로에 의해 운반되는 전하의 대수 (logarithm)에 전압이 비례하는 커패시터를 갖는 정류기 회로와,

   입력 및 출력을 갖는 마이크로제어기와,

   배선 전압에 비례하는 신호를 발생하는 배선 전압 검출 회로로서, 그 배선 전압 검출 회로가 상기 마이크로제어기의 입력에 접속되어 마이크로제어기가 상기 배선 전압의 선택된 절대값에서 상기 커패시터 전압을 측정할 수 있게 하고, 상기 마이크로제어기가 상기 측정된 커패시터 전압에 응답하여 출력을 발생하며, 그 출력이 아크 불량이 있는지의 표시를 제공하는 배선 전압 검출 회로를 포함하고,

   상기 커패시터는 상기 커패시터 전압을 측정하는 마이크로제어기의 입력 및 상기 커패시터 전압을 리셋하는 출력에 접속되는 것인 아크 불량 회로 차단기.
2. 제1항에 있어서, 상기 변압기의 상호 인덕턴스가 20-50에 속하는 것인 아크 불량 회로 차단기.
3. 제1항에 있어서, 상기 정류기 회로는 전파 다이오드 브리지이고, 이 브리지의 출력들은 함께 단락되며,

   상기 커패시터 전압을 발생하기 위하여 상기 정류기 회로에 접속된 추가 다이오드를 더 포함하는 것인 아크 불량 회로 차단기.
4. 제1항에 있어서, 상기 정류기 회로는 전파 다이오드 브리지이고,

   상기 커패시터 전압을 발생하기 위하여 상기 정류기 회로에 접속되는 트랜지스터들을 더 포함하는 것인 아크 불량 회로 차단기.
5. 제1항에 있어서, 상기 커패시터 전압은 정류 전하가 제로인 아크 불량 회로 차단기.
6. 제1항에 있어서, 로드 위상과 마이크로제어기의 입력 사이에 접속된 푸쉬버튼 스위치를 더 포함하고,

   상기 마이크로제어기의 검사 출력과 커패시터 사이에 저항이 접속되며, 상기 푸쉬버튼이 눌러진 경우에 상기 마이크로제어기로 신호를 입력하여 상기 저항을 통해 커패시터를 충전하게 함으로서 신호처럼 아크를 도입하고, 상기 마이크로제어기가 아크 검출 신호를 발생하게 하는 것인 아크 불량 회로 차단기.
7. 배선 전류에 접속된 변압기에 의해 전달되는 정류 전하의 대수에 따라 대략증가하고, 배선 전압 영 교차율을 포함하는 제1 윈도우에서, 그리고 상기 영 교차율을 포함하지 않는 다른 윈도우에서 배선 전압에 의해 결정되는 횟수로 측정되는 신호를 발생하는 회로를 구비한 아크 불량 회로 차단기에서 아크 불량을 검출하는 방법으로서,

   하나의 사이클을 통하여 상기 신호 측정을 부가하는 단계와,

   적어도 하나의 선택된 횟수의 사이클을 통한 변동을 계산하는 단계와,

   다르게 선택된 횟수의 사이클을 통한 변동을 합하는 단계와,

   상기 변동 합과 미리 정해진 임계치를 비교하는 단계와,

   상기 변동 합이 상기 임계치를 초과하는 경우에 아크 검출 신호를 발생하는 단계를 포함하는 것인 방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 신호들의 변동을 계산하는 단계는 4개의 1/2 사이클을 갖고, 인접한 1/2 사이클을 합하여 3개의 값을 발생하며, 값(1) - 2 ×값(2) + 값(3)의 절대값을 계산하는 것인 방법.
9. 제7항에 있어서, 상기 신호들의 변동을 계산하는 단계는 6개의 1/2 사이클을 갖고, 인접한 1/2 사이클을 합하여 5개의 값을 발생하며, 값(1) - 4 ×값(2) + 6 ×값(3) - 4 ×값(4) + 값(5)의 절대값을 계산하는 것인 방법.
10. 제8항에 있어서, 상기 측정된 신호는 정류 전하가 제로인 것인 방법.
11. 제8항에 있어서, 상기 배선 전압의 영 교차율을 포함하는 윈도우는 최소의 아크 유지 전압을 초과하는 배선 전압을 포함하는 것인 방법.
12. 배선 전압의 1/2 사이클마다 2배의 배선 전류와 관련된 신호를 발생하는 회로를 구비한 아크 불량 회로 차단기에서 아크 불량을 검출하는 방법으로서,

    배선 전압 영 교차율 전에 및 그 근처의 제1 윈도우에서 신호 측정과, 1/2 사이클마다 배선 전압 영 교차율 후에 및 그 근처의 신호 측정을 취하는 단계와,

    상기 측정의 합을 전사이클(full cycle)마다 워드로서 푸쉬다운 스택에 저장하는 단계와,

    3개의 연속 워드, 즉 워드(1-3)를 가지고, 워드 1 + 워드 3 - 2 ×워드 2의 절대값을 계산하여 신호들의 변동을 결정하는 단계와,

    상기 변동을 저장하는 단계와,

    3개의 연속 워드의 다른 집합에 대하여 동일한 계산을 반복하는 단계와,

    선택된 워드수의 상기 변동을 합하는 단계와,

    상기 합산된 변동과 미리 정해진 임계치를 비교하여 아크 불량의 출현을 판정하는 단계와,

    상기 합산된 변동이 상기 미리 정해진 임계치를 초과하는 경우에 아크 불량 신호를 발생하는 단계를 포함하는 것인 방법.
13. 제12항에 있어서, 상기 워드들은 중첩 사이클로부터 유도되는 것인 방법.
14. 제12항에 있어서, 상기 워드들은 인접한 사이클들로부터 유도되는 것인 방법.
15. 배선 전압의 1/2 사이클마다 배선 전류와 관련된 신호를 발생하는 회로를 구비한 아크 불량 회로 차단기에서 아크 불량을 검출하는 방법으로서,

    4개의 인접한 1/2 사이클에서 신호(1-4)들을 취하는 단계와,

    상기 4개의 인접한 1/2 사이클에서 신호(1) - 신호(2) - 신호(3) + 신호(4)의 절대값을 계산하는 단계와,

    4개의 인접한 1/2 사이클의 다른 집합에 대하여 동일한 계산을 반복하는 단계와,

    4개의 인접한 1/2 사이클들의 집합 중 최소의 선택된 복수의 집합에 대한 상기 계산을 합하여, 상기 신호들의 변동을 판정하는 단계와,

    4개의 1/2 사이클의 집합 중 상기 적어도 선택된 복수의 집합의 계산 합과 미리 정해진 임계치를 비교하여 아크 불량의 출현을 판정하는 단계와,

    상기 4개의 1/2 사이클의 집합 중 상기 적어도 선택된 복수의 집합에 대한 합산 계산이 상기 미리 정해진 임계치를 초과하는 경우에 신호를 발생하는 단계를 포함하고,

    상기 방법은 반복에 상대적으로 덜 민감하고, 정상 로드를 나타내는 신호를연속적으로 변하게 하며, 무질서한 아크 신호에 상대적으로 더욱 민감한 것인 방법.
16. 배선 전류에 접속된 변압기에 의해 유도되는 정류 전하의 대수에 따라 대략 증가하고, 1/2 사이클마다 적어도 한번 측정되는 신호를 발생하는 회로를 구비한 아크 불량 회로 차단기에서 아크 불량을 검출하는 방법으로서,

    최소한 선택된 사이클수를 통하여 변동을 계산하는 단계와,

    다른 선택된 사이클수를 통하여 변동을 합하는 단계와,

    상기 변동합과 미리 정해진 임계치를 비교하는 단계와,

    상기 변동합이 상기 임계치를 초과하는 경우에 아크 검출 신호를 발생하는 단계를 포함하는 방법.