KR20090067781A

KR20090067781A - 웨이블렛 변환을 이용한 아크검출장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR20090067781A
Application number: KR1020070135550A
Authority: KR
Inventors: 최원호; 최명희
Original assignee: 최명희; 주식회사 아이티파워
Priority date: 2007-12-21
Filing date: 2007-12-21
Publication date: 2009-06-25
Also published as: KR100924276B1

Abstract

본 발명은 웨이블렛 변환을 이용한 아크검출장치 및 그 방법에 관한 것이다.

본 발명의 아크검출장치는 외부의 전원을 부하로 인가하기 위해서 배선된 전력선의 중간에 설치되어 상기 부하 앞에 위치하며, 상기 전력선을 흐르는 전원전류신호를 측정하여 그 전류신호에 비례한 전압신호를 얻어 출력하기 위한 센서부; 및 상기 센서부와 전기적으로 연결되며 상기 센서부로부터 출력되는 전압신호를 아크판별부가 인식할 수 있게 변환하기 위한 신호변환부와, 상기 신호변환부와 전기적으로 연결되며 상기 신호변환부로부터 출력되는 전압신호를 다수 웨이블렛 변환하여 그 변환에 따른 근사계수들을 각각 얻고 그 얻은 근사계수들을 정량 분석해서 상기 전력선에 아크가 발생하였음을 판단한 신호를 생성하여 외부로 출력하기 위한 아크판별부로 이루어진 신호변환 및 아크판별부를 포함하여 구성된다.

이러한 본 발명은 부하에 전원을 인가하는 전력선에서 발생하는 아크고장전류를 아주 유효하게 검출함으로써 전기재해를 효과적으로 예방할 수 있도록 한다.

아크전류, 센서, 신호변화부, 아크판별부, 웨이블렛 변환

Description

웨이블렛 변환을 이용한 아크검출장치 및 그 방법{THE SYSTEM AND METHOD OF DETECTION ARC USING WAVELET TRANSFORMATION}

본 발명은 웨이블렛 변환을 이용한 아크검출장치 및 그 방법에 관한 것으로, 특히 부하에 전원을 인가하는 전력선에서 발생하는 아크고장전류를 아주 유효하게 검출함으로써 전기재해를 효과적으로 예방할 수 있도록 한 웨이블렛 변환을 이용한 아크검출장치 및 그 방법에 관한 것이다.

최근, 전기에너지의 이용이 증가함에 따라 전기화재, 감전, 설비사고 등과 같은 전기재해도 꾸준히 증가하고 있으며, 이에 따라 방지대책에 관하여도 많은 연구가 진행되고 있는 추세이다. 최근에는 화재, 감전 사고를 미연에 방지하기 위하여 GFCI(Ground Fault Circuit Interrupter)와 AFCI(Arc Fault Circuit Interrupter) 등과 같은 장치에 관한 연구와 개발이 진행되어 전기안전에 대비하고 있으나 계속적으로 전기화재는 발생되고 있다. 아크에 의해 발생하는 전기화재의 경우 미국 소비자제품안전위원회(Consumer Product Safety Commision)에 의하면 전체 전기화재의 40%를 차지하고 있다.

전기화재 점화를 가능하게 하거나 화재 점화 조건이 되는 아크는 절연 매질 이 전기적으로 관통되어 발생하는 지속적인 발광 방전 현상이다. 이러한 현상을 검출하여 회로를 분리시켜 주는 장치인 AFCI는 정상전류와 아크고장전류의 차이를 이용하여 아크를 검지한다. 이때, 정상전류에는 스위칭에 의한 아크와 부하의 기동, 점등시 발생되는 과도현상 전류를 포함하는데 그 형상이 비슷하여 아크고장 신호와의 구별이 매우 어렵다. 또한 아크 고장의 종류 중 직렬 아크 고장은 아크로 인한 전류의 변화가 극히 미미하여 더욱 검출이 어렵다. 이러한 이유로 최근까지 정확한 아크고장 시 검출을 위한 알고리즘 개발, 특이점 검출 방법 등의 연구는 지속적으로 진행되고 있다.

따라서 현재까지 아크고장 전류를 검출하기 위해서는 전압과 전류, 누설전류와 같은 타 자료를 함께 비교해야 하며 이를 위해 다수의 센서가 필요했고, 또한 기존의 고 임피던스 아크(High Impedance Arc) 검출 방식은 주로 긴시간 동안의 관찰로서 이루어지고, 비선형 부하로 인해 불연속 구간을 포함한 전류파형을 보일 경우 더욱 검출이 어려웠다.

본 발명의 목적은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 부하에 전원을 인가하는 전력선에서 발생하는 아크고장전류를 아주 유효하게 검출하여 전기재해를 효과적으로 예방할 수 있도록 하기 위한 웨이블렛 변환을 이용한 아크검출장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 외부의 전원을 부하로 인가하기 위해서 배선된 전력선의 중간에 설치되어 상기 부하 앞에 위치하며, 상기 전력선을 흐르는 전원전류신호를 측정하여 그 전류신호에 비례한 전압신호를 얻어 출력하기 위한 센서부; 및 상기 센서부와 전기적으로 연결되며 상기 센서부로부터 출력되는 전압신호를 아크판별부가 인식할 수 있게 변환하기 위한 신호변환부와, 상기 신호변환부와 전기적으로 연결되며 상기 신호변환부로부터 출력되는 전압신호를 다수 웨이블렛 변환하여 그 변환에 따른 근사계수들을 각각 얻고 그 얻은 근사계수들을 정량 분석해서 상기 전력선에 아크가 발생하였음을 판단한 신호를 생성하여 외부로 출력하기 위한 아크판별부로 이루어진 신호변환 및 아크판별부를 포함하여 구성된다.

상기 센서부는 상기 전류신호에 비례한 전압신호가 출력으로 얻어지는 CT형 전류센서인 것이 바람직하다.

또, 상기 신호변환부는 상기 센서부로부터의 전압신호를 증폭하기 위한 신호 증폭기와, 그 신호증폭기로부터의 전압신호의 비선형 특성을 보상하기 위한 신호보상기와, 그 신호보상기에서 비선형 특성이 보상된 전압신호를 디지털신호로 변환하여 상기 아크판별부로 출력하기 위한 A/D변환기로 이루어짐이 바람직하다.

또, 상기 아크판별부는 상기 전압신호를 이산 웨이블렛 변환하여 상기 근사계수들을 얻음이 바람직하다.

또, 상기 신호변환 및 아크판별부는 메모리부를 더 구비하며, 상기 아크판별부는 상기 근사계수들을 정량 분석해서 얻은 분석값을 상기 메모리부에 저장하고, 그 저장한 분석값과 이어서 얻은 현재 분석값을 비교해서 상기 전력선에 아크가 발생하였음을 판단함이 바람직하다.

또, 상기 아크판별부는 상기 근사계수들 중 마지막에 얻은 근사계수와 중간에 얻은 어느1개의 근사계수와의 차이를 정량 분석해서 얻은 잡음 에너지 분석값을 저장하고, 그 저장한 잡음 에너지 분석과 이어서 얻은 현재 잡음 에너지 분석값의 차이가 기준치 이상이면 상기 전력선에 아크가 발생하였음을 판단함이 바람직하다.

또, 상기 아크판별부는 1.5배이상 차이가 나면 아크가 발생하였음을 판단함이 바람직하다.

또, 상기 잡음 에너지 분석값은 상기 2개의 근사계수들의 차이를 적분해서 얻은 값임이 바람직하다.

또, 상기 아크판별부는 상기 근사계수들 중 어느1개의 근사계수로부터 최대치 또는 실효치 중 어느1개를 구해 저장한 후 그 저장한 최대치 또는 실효치 중 어느1개와 이어서 얻은 현재 상기 근사계수들 중 상기 어느1개의 근사계수와 대응하 는 근사계수로부터 구한 최대치 또는 실효치 중 어느1개를 서로 비교해서 차이값을 구해 그 구한 차이값을 정량 분석해서 저장하고, 그 저장한 분석값과 이어서 얻은 현재 분석값의 변화량이 기준치 이상이면 상기 전력선에 아크가 발생하였음을 판단함이 바람직하다.

또, 상기 아크판별부는 선택한 근사계수를 극에 관계없이 파형의 음극을 양극으로 바꾸고 그 바꾼 파형을 2개이상 등분하여 그 구간들 사이에 측정된 최대치 또는 실효치 중 어느1개를 서로 비교해서 차이값을 구하고 그 구한 차이값들을 평균내서 분석값을 얻음이 바람직하다.

또, 상기 근사계수들 중 어느1개의 근사계수는 마지막에 얻은 근사계수임이 바람직하다.

또, 상기 아크판별부는 0.1배이상 차이가 나면 아크가 발생하였음을 판단함이 바람직하다.

또한 본 발명은 외부의 전원을 부하로 인가하기 위해서 배선된 전력선의 중간에 설치되어 상기 부하 앞에 위치하는 센서부가 상기 전력선을 흐르는 전원전류신호를 측정해서 그 전류신호에 비례한 전압신호를 얻어 출력하는 제1단계; 상기 센서부와 전기적으로 연결되는 신호변환부가 상기 센서부로부터 출력되는 전압신호를 아크판별부가 인식할 수 있게 변환하는 제2단계; 및 상기 신호변환부와 전기적으로 연결되는 아크판별부가 상기 신호변환부로부터 출력되는 전압신호를 다수 웨이블렛 변환하여 그 변환에 따른 근사계수들을 각각 얻고 그 얻은 근사계수들을 정량 분석해서 상기 전력선에 아크가 발생하였음을 판단한 신호를 생성하여 외부로 출력하는 제3단계를 포함하여 구성된다.

상기 아크판별부는 상기 전압신호를 이산 웨이블렛 변환하여 상기 근사계수들을 얻음이 바람직하다.

또, 상기 제3단계는 상기 근사계수들을 정량 분석해서 얻은 분석값을 메모리부에 저장하는 단계를 더 포함하며, 상기 아크판별부는 그 저장한 분석값과 이어서 얻은 현재 분석값을 비교해서 상기 전력선에 아크가 발생하였음을 판단함이 바람직하다.

또, 상기 아크판별부는 상기 근사계수들 중 어느1개의 근사계수로부터 최대치 또는 실효치 중 어느1개를 구해 저장한 후 그 저장한 최대치 또는 실효치 중 어느1개와 이어서 얻은 현재 상기 근사계수들 중 상기 어느1개의 근사계수와 대응하는 근사계수로부터 구한 최대치 또는 실효치 중 어느1개를 서로 비교해서 차이값을 구해 그 구한 차이값을 정량 분석해서 저장하고, 그 저장한 분석값과 이어서 얻은 현재 분석값의 변화량이 기준치 이상이면 상기 전력선에 아크가 발생하였음을 판단함이 바람직하다.

상기 해결 수단에 의해서, 부하에 전원을 인가하는 전력선에서 발생하는 아크고장전류를 아주 유효하게 검출할 수 있게 됨으로서 전기재해를 효과적으로 예방한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 웨이블렛 변환을 이용한 아크검출장치의 설치 위치를 나타낸 도면, 도 2는 본 발명에 따른 웨이블렛 변환을 이용한 아크검출장치를 나타낸 블록도, 도 3은 청소기에서 정상전류(상)와 아크고장전류(하)의 웨이블렛 변환 근사계수들을 비교한 그래프도이다.

도 4는 도 3에서 정상전류의 잡음에너지분석값(1번 파형)과 아크고장전류의 잡음에너지분석값(2번 파형)을 비교해서 표시한 그래프도, 도 5는 컴퓨터에서 정상전류일 경우 웨이블렛 변환의 레벨8의 근사계수에 대한 잡음 제거 파형을 나타낸 그래프도, 도 6은 최대치 또는 실효치를 얻기 위해서 도 5에서 구한 그래프의 피크 변화를 정량화하는 방법을 보인 그래프도이다.

도 7 및 도 8은 정상전류에서의 주기당 최대치 변화량과 실효치 변화량을 각각 표시한 그래프도, 도 9는 컴퓨터에서 아크고장전류일 경우 웨이블렛 변환의 레벨8의 근사계수에 대한 잡음 제거 파형을 나타낸 그래프도이다.

도 10 및 도 11은 아크고장전류에서의 주기당 최대치 변화량과 실효치 변화량을 각각 표시한 그래프도이다.

도면에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 웨이블렛 변환을 이용한 아크검출장치는 센서부(10)와 신호변환 및 아크판별부(100)로 대별되고, 상기 신호변환 및 아크판별부(100)는 신호변환부(120) 및 아크판별부(130)로 이루어지며, 상기 신호변환 및 아크판별부(100)는 케이스의 내부에 장착되어 외부로부터 보호를 받는다.

상기 센서부(10)는 외부의 전원(1)을 전기기기인 부하(3)로 인가하기 위해서 배선된 전력선(5)의 중간에 설치되어 상기 부하(3) 앞에 위치하여 상기 전력선(5)을 흐르는 전원전류신호를 측정하여 그 전류신호에 비례한 전압신호를 얻어 출력하고, 상기 신호변환부(120)는 상기 센서부(10)로부터 출력되는 전압신호를 상기 아크판별부(130)가 인식할 수 있게 변환하며, 상기 아크판별부(130)는 그 변환된 전 압신호를 가지고 아크발생여부를 판단한 후 아크가 발생하면 그에 해당하는 신호를 생성해서 외부로 출력한다.

또한 상기 신호변환 및 아크판별부(100)는 메모리부(150)를 구비하여 상기 아크판별부(130)가 생성하는 각종 데이터를 차후 읽을 수 있도록 저장하며, 상기 아크판별부(130) 자신도 별도의 내부 메모리수단을 탑재하여 데이터를 효율적으로 저장한다.

상기 아크판별부(130)는 예컨대, 경고음을 울리거나 경고등을 점멸시키는 경고장치나 컴퓨터와 같은 단말기 등으로 아크가 발생하였음을 판단한 신호를 출력해서 아크의 발생을 간접적으로 고지함으로써 전기재해를 예방하게 하거나, 상기 전력선(5)의 중간에 설치되는 회로차단기(7)로 신호를 보내 상기 회로차단기(7)가 전기의 흐름을 차단하게 함으로써 적극적으로 전기재해를 예방하게 한다.

상기 센서부(10)는 상기 전류신호에 비례한 전압신호가 출력으로 얻어지는 CT형 전류센서임이 바람직하고, 상기 신호변환부(120)는 상기 센서부(10)로부터의 전압신호를 증폭하기 위한 신호증폭기(121)와, 그 신호증폭기(121)로부터의 전압신호의 비선형 특성을 보상하기 위한 신호보상기(123)와, 그 신호보상기(123)에서 비선형 특성이 보상된 전압신호를 디지털신호로 변환하여 상기 아크판별부(130)로 출력하기 위한 A/D변환기(125)로 이루어짐이 바람직하다. 이때 A/D변환기(125)의 샘플링 주파수는 1㎒이고 그 분해능은 8bit 이상임이 바람직하다.

이와 같은 시스템에서 상기 아크판별부(30)는 상기 신호변환부(120)로부터 출력되는 전압신호를 이산 웨이블렛 변환하여 근사계수들을 얻고 그 얻은 근사계수 들을 정량 분석해서 상기 전력선(5)에 아크가 발생하였음을 판단한다.

상기 웨이블렛 변환은 연속 웨이블렛과 이산 웨이블렛으로 나누어지는데, 연속 웨이블렛 변환은 비정상신호(non-stationary signal), 광대역신호(wideband signal) 등의 스케일 특성 표현 및 분석에 유용하게 사용되는 시간-주파수(time-frequency), 시간-스케일(time-scale) 변환이고, 이산 웨이블렛 변환은 정규직교 기저함수인 스케일 함수와 이로부터 구해진 웨이블렛을 이용하고 필터 뱅크 이론에 기초한 신호의 데이터 프로세싱 및 분석을 위한 시간-스케일 변환이다.

이러한 이산 웨이블렛 변환은 다해상도 분석방법을 사용하며 분해 트리구조를 갖는다. 입력신호는 웨이블렛을 기저로 하는 저역통과 필터를 적용하여 근사 성분에 해당하는 근사계수를 얻고, 웨이블렛을 기저로 하는 고역통과 필터를 적용하여 상세 성분에 해당하는 상세계수을 얻으며, 그 다음 단계에서는 근사계수에 대해서만 저역통과 필터 및 고역통과 필터를 적용하는 트리구조를 갖는다.

즉 상기 전압신호를 이산 웨이블렛 변환하면 근사계수와 상수계수가 얻어지고(레벨1 변환), 이중 근사계수를 다시한번 이산 웨이블렛 변환하면 근사계수와 상수계가 얻어진다(레벨2 변환). 상기 아크판별부(30)는 이러한 과정을 수차례 반복 실시해서 그 변환에 따른 각각의 근사계수들을 얻어 그 근사계수들을 가지고 분석값을 얻는다.

이때 상기 아크판별부(30)는 다우비치(Daubechies) 10번이나 14번 모함수(mother wavelet function)를 사용해서 근사계수들을 얻고 있으며, 또한 레벨 6∼10까지 실행하여 얻은 근사계수들로 분석값을 얻고 있다. 레벨 6∼10정도면 노이 즈 및 펄스(pulse)가 우수하게 제거된 근사계수를 얻을 수 있기 때문이다. 그러나 웨이블렛 변환의 기저로 사용하는 모함수로는 어떤 것을 사용해도 무방함을 밝혀둔다.

상기 아크판별부(130)는 이와 같은 이산 웨이블렛 변환으로 얻은 근사계수들 중 마지막에 얻은 근사계수와 중간에 얻은 어느1개의 근사계수와의 차이를 정량 분석해서 얻은 잡음 에너지 분석값을 상기 메모리부(150)에 저장하고, 그 저장한 잡음 에너지 분석값과 이어서 얻은 현재 잡음 에너지 분석값의 차이가 기준치 이상이면 상기 전력선(5)에 아크가 발생하였음을 판단한다.

예컨대 상기 부하(3)가 청소기이고 웨이블렛 변환을 레벨8까지 수행해서 정상전류와 아크전류의 근사계수들을 그래프도로 비교해 보면, 도 3에서 상측에 위치하는 정상전류의 경우 웨이블렛 변환 근사계수들 간에 차이가 없음을 알 수 있다. 이때 붉은색 선은 웨이블렛 변환의 레벨3에서의 근사계수이고, 파란색 선은 웨이블렛 변환의 레벨8의 근사계수이다. 따라서 레벨3의 근사계수와 레벨8의 근사계수의 차이를 적분하면 잡음 에너지 분석값이 구해지는데, 그 잡음 에너지 분석값은 거의 제로(0)에 가깝게 나타난다.

이와 같이 제로에 가까운 잡음 에너지 분석값(이하, "과거 잡음 에너지 분석값"이라 한다)이 계속 구해지다가, 아크가 발생하면 도 3의 하측에 위치한 그래프도와 같이 붉은색의 레벨3의 근사계수와 파란색의 레벨8의 근사계수가 차이가 나면서 그 차이를 적분하면 잡음 에너지 분석값(이하, "현재 잡음 에너지 분석값"이라 한다)의 크기가 변화하기 시작한다.

이와 같은 변화가 기준치 이상이면, 즉 도 4에 도시된 바와 같이 과거 잡음 에너지 분석값과 현재 잡음 에너지 분석값의 차이가 1.5배이상이면, 상기 아크판별부(130)는 상기 전력선(5)에 아크가 발생하였음을 판단하여 그에 해당하는 신호를 생성해서 외부로 출력한다.

이와 달리 상기 아크판별부(130)는 상기 근사계수들 중 어느1개의 근사계수로부터 최대치 또는 실효치 중 어느1개를 구해 저장한 후 그 저장한 최대치 또는 실효치 중 어느1개와 이어서 얻은 현재 상기 근사계수들 중 상기 어느1개의 근사계수와 대응하는 근사계수로부터 구한 최대치 또는 실효치 중 어느1개를 서로 비교해서 차이값을 구해 그 구한 차이값을 정량 분석해서 저장하고, 그 저장한 분석값과 이어서 얻은 현재 분석값의 변화량이 기준치 이상이면 상기 전력선에 아크가 발생하였음을 판단한다.

예컨대 상기 부하(3)가 컴퓨터(예컨대, PC)이고 웨이블렛 변환을 레벨8까지 수행한 후 레벨8의 근사계수에 대한 그래프도(잡음을 제거한 파형의 그래프도이다)를 보면 도 5에 표시된 바와 같고, 그 그래프를 도 6에 표시된 바와 같이 극에 관계없이 파형의 음극을 양극으로 바꾸고 그 바꾼 파형을 6등분하여 그 구간들 사이에서 측정된 최대치 또는 실효치 중 어느1개(이하, "과거값"이라 한다)를 구해 얻는데, 도 5의 그래프도는 정상전류일 경우의 그래프도이다.

이와 같은 방식으로 과거값를 구해 저장한 후 현재 전송되는 전류를 재차 웨이블렛 변환하여 레벨8의 근사계수를 얻은 다음 상기 과정을 수행하여 최대치 또는 실효치 중 어느1개(이하, "현재값"이라 한다)를 구한다. 이후 상기 과거값과 현재 값의 구간별 차이값을 얻고 그 얻어진 차이값들을 평균내서 상기 분석값을 얻어 저장한다.

한편 상기 현재값을 구하는데 사용한 근사계수를 과거 근사계수라고 하면, 현재 전송되는 전류를 웨이블렛 변환하여 얻은 레벨8의 근사계수는 현재 근사계수가 될 것이고, 그 근사계수들을 가지고 상기의 과정을 수행하여 분석값을 구하면, 그 구한 분석값이 현재 분석값이 될 것이고, 이전에 구한 분석값은 과거 분석값이 될 것이다.

따라서 상기 아크판별부(130)는 상기 과거 분석값과 현재 분석값을 비교해서 그 변화량이 0.1배이상이면 상기 전력선(5)에 아크가 발생하였음을 판단하는데, 이때 상기 현재 근사계수가 정상전류이면 그 변화가 나타나지 않기 때문에 아크가 발생하지 않았음을 판단한다. 즉 주기당 최대치(도 7 참조) 또는 실효치(도 8 참조)의 변화량이 거의 제로(0)에 가깝게 나타난다.

이후 아크가 발생하고 그 아크고장전류를 웨이블렛 변환하여 얻은 레벨8의 근사계수의 그래프도를 보면 도 9에 표시된 바와 같은데, 그 아크고장전류를 웨이블렛 변환하여 얻은 레벨8의 근사계수를 제1현재 근사계수라고 하면, 상기 현재 분석값을 구하는데 사용한 현재 근사계수는 제1과거 근사계수가 될 것이다. 따라서 그 근사계수들을 가지고 상기의 과정을 수행하여 분석값을 구하면, 그 구한 분석값이 제1현재 분석값이 될 것이고, 상기 현재 분석값은 제1과거 분석값이 될 것이다.

따라서 상기 아크판별부(130)는 상기 제1과거 분석값과 제1현재 분석값을 비교해서 그 변화량이 0.1배이상이면 상기 전력선(5)에 아크가 발생하였음을 판단하 는데, 그 주기당 최대치(도 10 참조) 또는 실효치(도 11 참조)의 변화량이 0.1배이상이 되기 때문에, 상기 전력선(5)에 아크가 발생하였음을 판단하여 그에 해당하는 신호를 생성해서 외부로 출력한다.

이와 같이 상기 아크판별부(130)는 선자의 방식과 후자의 방식을 사용해서 상기 전력선(5)에 아크발생여부를 판단하는데, 판단의 정밀성을 더욱 높이기 위해서 선자의 방식과 후자의 방식을 모두 사용해서 상기 전력선(5)에 아크발생여부를 판단할 수 있다. 따라서 이와 같은 수정 및 변경은 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술사상에 속하는 수정 및 변경이기 때문에, 본 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면은 본 발명의 기술사상을 한정한 것이 아니라 단지 예시한 것으로 해석되어야 한다.

이와 같은 방식으로 아크발생여부를 검출하면, 어떤 부하(3)에도 구애받지 않고 아크발생여부를 효과적으로 검출할 수 있고, 또한 아크 검출이 짧은 시간 내에 이루어질 수 있으며, 비선형 부하로 인해 불연속 구간을 포함한 전류파형을 보일 경우에도 아크를 매우 효과적으로 검출할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 부하에 전원을 인가하는 전력선에서 발생하는 아크고장전류를 아주 유효하게 검출함으로써 전기재해를 효과적으로 예방할 수 있도록 한 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 웨이블렛 변환을 이용한 아크검출장치의 설치 위치를 나타낸 도면이다.

도 2는 본 발명에 따른 웨이블렛 변환을 이용한 아크검출장치를 나타낸 블록도이다.

도 3은 청소기에서 정상전류(상)와 아크고장전류(하)의 웨이블렛 변환 근사계수들을 비교한 그래프도이다.

도 4는 도 3에서 정상전류의 잡음에너지분석값(1번 파형)과 아크고장전류의 잡음에너지분석값(2번 파형)을 비교해서 표시한 그래프도이다.

도 5는 컴퓨터에서 정상전류을 경우 웨이블렛 변환의 레벨8의 근사계수에 대한 잡음 제거 파형을 나타낸 그래프도이다.

도 6은 최대치 또는 실효치를 얻기 위해서 도 5에서 구한 그래프의 피크 변화를 정량화하는 방법을 보인 그래프도이다.

도 7 및 도 8은 정상전류에서의 주기당 최대치 변화량과 실효치 변화량을 각각 표시한 그래프도이다.

도 9는 컴퓨터에서 아크고장전류일 경우 웨이블렛 변환의 레벨8의 근사계수에 대한 잡음 제거 파형을 나타낸 그래프도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1:전원 3:부하

5:전력선 10:센서부

100:신호변환 및 아크판별부 120:신호변환부

121:신호증폭기 123:신호보상기

125:A/D변환기 130:아크판별부

150:메모리부

Claims

외부의 전원을 부하로 인가하기 위해서 배선된 전력선의 중간에 설치되어 상기 부하 앞에 위치하며, 상기 전력선을 흐르는 전원전류신호를 측정하여 그 전류신호에 비례한 전압신호를 얻어 출력하기 위한 센서부; 및

상기 센서부와 전기적으로 연결되며 상기 센서부로부터 출력되는 전압신호를 아크판별부가 인식할 수 있게 변환하기 위한 신호변환부와, 상기 신호변환부와 전기적으로 연결되며 상기 신호변환부로부터 출력되는 전압신호를 다수 웨이블렛 변환하여 그 변환에 따른 근사계수들을 각각 얻고 그 얻은 근사계수들을 정량 분석해서 상기 전력선에 아크가 발생하였음을 판단한 신호를 생성하여 외부로 출력하기 위한 아크판별부로 이루어진 신호변환 및 아크판별부를 포함하여 구성된 웨이블렛 변환을 이용한 아크검출장치.
제1항에 있어서, 상기 센서부는 상기 전류신호에 비례한 전압신호가 출력으로 얻어지는 CT형 전류센서인 것을 특징으로 하는 웨이블렛 변환을 이용한 아크검출장치.
제1항에 있어서, 상기 신호변환부는 상기 센서부로부터의 전압신호를 증폭하기 위한 신호증폭기와, 그 신호증폭기로부터의 전압신호의 비선형 특성을 보상하기 위한 신호보상기와, 그 신호보상기에서 비선형 특성이 보상된 전압신호를 디지털신 호로 변환하여 상기 아크판별부로 출력하기 위한 A/D변환기로 이루어짐을 특징으로 하는 웨이블렛 변환을 이용한 아크검출장치.
제1항에 있어서, 상기 아크판별부는 상기 전압신호를 이산 웨이블렛 변환하여 상기 근사계수들을 얻음을 특징으로 하는 웨이블렛 변환을 이용한 아크검출장치.
제1항에 있어서, 상기 신호변환 및 아크판별부는 메모리부를 더 구비하며, 상기 아크판별부는 상기 근사계수들을 정량 분석해서 얻은 분석값을 상기 메모리부에 저장하고, 그 저장한 분석값과 이어서 얻은 현재 분석값을 비교해서 상기 전력선에 아크가 발생하였음을 판단함을 특징으로 하는 웨이블렛 변환을 이용한 아크검출장치.
제5항에 있어서, 상기 아크판별부는 상기 근사계수들 중 마지막에 얻은 근사계수와 중간에 얻은 어느1개의 근사계수와의 차이를 정량 분석해서 얻은 잡음 에너지 분석값을 저장하고, 그 저장한 잡음 에너지 분석과 이어서 얻은 현재 잡음 에너지 분석값의 차이가 기준치 이상이면 상기 전력선에 아크가 발생하였음을 판단함을 특징으로 하는 웨이블렛 변환을 이용한 아크검출장치.
제6항에 있어서, 상기 아크판별부는 1.5배이상 차이가 나면 아크가 발생하였 음을 판단함을 특징으로 하는 웨이블렛 변환을 이용한 아크검출장치.
제6항에 있어서, 상기 잡음 에너지 분석값은 상기 2개의 근사계수들의 차이를 적분해서 얻은 값임을 특징으로 하는 웨이블렛 변환을 이용한 아크검출장치.
제5항에 있어서, 상기 아크판별부는 상기 근사계수들 중 어느1개의 근사계수로부터 최대치 또는 실효치 중 어느1개를 구해 저장한 후 그 저장한 최대치 또는 실효치 중 어느1개와 이어서 얻은 현재 상기 근사계수들 중 상기 어느1개의 근사계수와 대응하는 근사계수로부터 구한 최대치 또는 실효치 중 어느1개를 서로 비교해서 차이값을 구해 그 구한 차이값을 정량 분석해서 저장하고, 그 저장한 분석값과 이어서 얻은 현재 분석값의 변화량이 기준치 이상이면 상기 전력선에 아크가 발생하였음을 판단함을 특징으로 하는 웨이블렛 변환을 이용한 아크검출장치.
제9항에 있어서, 상기 아크판별부는 선택한 근사계수를 극에 관계없이 파형의 음극을 양극으로 바꾸고 그 바꾼 파형을 2개이상 등분하여 그 구간들 사이에 측정된 최대치 또는 실효치 중 어느1개를 서로 비교해서 차이값을 구하고 그 구한 차이값들을 평균내서 분석값을 얻음을 특징으로 하는 웨이블렛 변환을 이용한 아크검출장치.
제9항에 있어서, 상기 근사계수들 중 어느1개의 근사계수는 마지막에 얻은 근사계수임을 특징으로 하는 웨이블렛 변환을 이용한 아크검출장치.
제9항에 있어서, 상기 아크판별부는 0.1배이상 차이가 나면 아크가 발생하였음을 판단함을 특징으로 하는 웨이블렛 변환을 이용한 아크검출장치.
외부의 전원을 부하로 인가하기 위해서 배선된 전력선의 중간에 설치되어 상기 부하 앞에 위치하는 센서부가 상기 전력선을 흐르는 전원전류신호를 측정해서 그 전류신호에 비례한 전압신호를 얻어 출력하는 제1단계;

상기 센서부와 전기적으로 연결되는 신호변환부가 상기 센서부로부터 출력되는 전압신호를 아크판별부가 인식할 수 있게 변환하는 제2단계; 및

상기 신호변환부와 전기적으로 연결되는 아크판별부가 상기 신호변환부로부터 출력되는 전압신호를 다수 웨이블렛 변환하여 그 변환에 따른 근사계수들을 각각 얻고 그 얻은 근사계수들을 정량 분석해서 상기 전력선에 아크가 발생하였음을 판단한 신호를 생성하여 외부로 출력하는 제3단계를 포함하여 구성된 웨이블렛 변환을 이용한 아크검출방법.
제13항에 있어서, 상기 아크판별부는 상기 전압신호를 이산 웨이블렛 변환하여 상기 근사계수들을 얻음을 특징으로 하는 웨이블렛 변환을 이용한 아크검출방법.
제13항에 있어서, 상기 제3단계는 상기 근사계수들을 정량 분석해서 얻은 분석값을 메모리부에 저장하는 단계를 더 포함하며, 상기 아크판별부는 그 저장한 분석값과 이어서 얻은 현재 분석값을 비교해서 상기 전력선에 아크가 발생하였음을 판단함을 특징으로 하는 웨이블렛 변환을 이용한 아크검출방법.
제15항에 있어서, 상기 아크판별부는 상기 근사계수들 중 마지막에 얻은 근사계수와 중간에 얻은 어느1개의 근사계수와의 차이를 정량 분석해서 얻은 잡음 에너지 분석값을 저장하고, 그 저장한 잡음 에너지 분석과 이어서 얻은 현재 잡음 에너지 분석값의 차이가 기준치 이상이면 상기 전력선에 아크가 발생하였음을 판단함을 특징으로 하는 웨이블렛 변환을 이용한 아크검출방법.
제16항에 있어서, 상기 아크판별부는 1.5배이상 차이가 나면 아크가 발생하였음을 판단함을 특징으로 하는 웨이블렛 변환을 이용한 아크검출방법.
제16항에 있어서, 상기 잡음 에너지 분석값은 상기 2개의 근사계수들의 차이를 적분해서 얻은 값임을 특징으로 하는 웨이블렛 변환을 이용한 아크검출방법.
제15항에 있어서, 상기 아크판별부는 상기 근사계수들 중 어느1개의 근사계수로부터 최대치 또는 실효치 중 어느1개를 구해 저장한 후 그 저장한 최대치 또는 실효치 중 어느1개와 이어서 얻은 현재 상기 근사계수들 중 상기 어느1개의 근사계 수와 대응하는 근사계수로부터 구한 최대치 또는 실효치 중 어느1개를 서로 비교해서 차이값을 구해 그 구한 차이값을 정량 분석해서 저장하고, 그 저장한 분석값과 이어서 얻은 현재 분석값의 변화량이 기준치 이상이면 상기 전력선에 아크가 발생하였음을 판단함을 특징으로 하는 웨이블렛 변환을 이용한 아크검출방법.
제19항에 있어서, 상기 아크판별부는 선택한 근사계수를 극에 관계없이 파형의 음극을 양극으로 바꾸고 그 바꾼 파형을 2개이상 등분하여 그 구간들 사이에 측정된 최대치 또는 실효치 중 어느1개를 서로 비교해서 차이값을 구하고 그 구한 차이값들을 평균내서 분석값을 얻음을 특징으로 하는 웨이블렛 변환을 이용한 아크검출방법.
제19항에 있어서, 상기 근사계수들 중 어느1개의 근사계수는 마지막에 얻은 근사계수임을 특징으로 하는 웨이블렛 변환을 이용한 아크검출방법.
제19항에 있어서, 상기 아크판별부는 0.1배이상 차이가 나면 아크가 발생하였음을 판단함을 특징으로 하는 웨이블렛 변환을 이용한 아크검출방법.