KR20170015595A - 직렬 아크 검출 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 기술은 직렬 아크 검출 장치 및 방법이 개시된다. 본 발명의 구체적인 예에 따르면, 케이블 전선에 연결하여 전선에 흐르는 고주파 성분의 전류 신호에 대한 순시 전력 피크값을 가지는 임펄스 형태의 아크 신호와 상용 전원 전류 센서의 출력 신호의 비교 결과를 기반을 토대로 검출된 아크 신호의 발생 횟수를 소정 주기로 소정 구간 동안 각각 카운팅하고 카운팅 결과 아크 신호 발생 횟수가 기 정해진 판단 기준치에 도달한 경우 아크 고장 발생 여부를 판단하고 판단 결과를 토대로 케이블 단절 장치를 구동하는 트립 신호를 생성함에 따라, 아크 고장의 판정 결과에 대한 신뢰도를 극대화할 수 있고, 아크에 따른 전기적 피해를 근본적으로 방지할 수 있게 된다.

Description

직렬 아크 검출 장치 및 방법{APPARATUS FOR DETECTING SERIAL ARC USING HIGH FREQUENCY AND METHOD THEREOF}
본 발명은 직렬 아크 검출 장치 및 방법에 관한 것으로 더욱 상세하게는, 케이블 전선에 연결되어 전선에 흐르는 고주파 성분의 전류 신호를 토대로 직렬 아크 발생을 정확하게 검출하는 기술에 관한 것이다.
도시, 산업 또는 상업 지대와 같은 특정 지역의 배전반의 케이블은 열적인 열화(Thermal degradation), 노화, 습기 또는 쥐나 다람쥐 등의 동물에 의한 손상 등 다양한 원인에 의한 결함이 발생할 수 있다.
이러한 원인으로부터 화재나 감전 사고 예방을 위해서 가정에서는 배선용 차단기와 누전 차단기를 사용한다.
그러나 이러한 배선용 차단기와 누전 차단기가 설치되어 있음에도 불구하고, 전 세계적으로 매년 많은 화재가 발생하고 있는데, 이는 아크형 결함(Arcing type fault)이 보다 빈번하게 발생하기 때문이다. 이러한 아크 결함은 저전류 및 고임피던스이고, 차단기의 열적 문턱값(Thermal threshold) 이하의 평균 실효값(Root Mean Square: RMS)을 갖는 전류를 발생시키기 때문에 배선용 차단기와 누선 차단기를 포함하는 케이블 단절 장치가 결함에 반응하지 않게 되고, 그에 따라 화재가 발생하는 경우가 많아진다.
이러한 아크 결함이 발생하는 원인은 예컨대, 노화, 절연 및 배선 파괴, 과사용 또는 과전류에 의한 기계적 및 전기적 스트레스, 연결 결함 및 절연과 배선에 대한 과도한 기계적 손상 등 매우 다양하다.
또한, 아크 전류와 아크 전압이 일반적으로 정현파가 아니며, 아크의 종류에 따라 여러 가지 형태의 전압 및 전류 파형을 보여주는 데에서 발생하는데, 아크 전압과 아크 전류는 가정용 선풍기, 또는 드라이기 등의 전기 모터를 이용하는 가전 제품 등의 각종 전기 기기를 기동하는 경우에 발생하는 펄스와 유사한 특성을 가지고 있기 때문이다.
따라서, 아크가 발생하는 경우의 출력 전압과 전기 기기의 기동 시에 발생하는 펄스 전압이 유사하기 때문에 아크를 검출하기가 더욱 어려워진다.
또한, 기존의 과전류차단기 및 누전기 차단기는 일반 부하에서 직렬 아크 혹은 접촉 불량이 발생하는 경우 대부분의 동작 전류보다 낮은 전류가 흐르므로 케이블 단절의 기능을 수행하지 못하는 한계를 가진다.
이에 본 발명에서, 케이블 전선에 연결하여 전선에 흐르는 고주파 성분의 전류 신호로부터 검출된 순시 전력 피크값을 가지는 아크 신호와 사용 전원 전류 센서의 출력 신호와의 비교를 통해 아크 고장을 정확하게 판정하고 아크 고장 판정 시 트립 신호를 생성하여 아크 고장으로 인한 전기 피해를 미연에 방지하기 위한 방안을 제안하고자 한다.
본 발명의 목적은, 케이블 전선에 연결하여 전선에 흐르는 고주파 성분의 전류 신호로부터 직렬 아크 검출을 실행함에 따라 아크 고장 판정에 대한 정확도를 근본적으로 향상시켜 제품에 대한 신뢰도를 향상시킬 수 있는 직렬 아크 검출 장치 및 방법을 제공하고자 함에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 아크 고장 판정 시 트립 신호를 생성하여 유해한 아크 고장으로 인한 전기적 피해를 방지할 수 있는 직렬 아크 검출 장치 및 방법을 제공하고자 함에 있다.
이러한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 고주파를 이용한 직렬 아크 검출 장치는, 케이블 전선에 연결하여 전선에 흐르는 고주파 성분의 전류 신호를 검출하는 전류 검출부와, 검출된 전류 신호에 포함된 노이즈 성분을 필터링한 후 증폭하여 순시 전력 피크값을 가지는 임펄스 형태의 파형의 직렬 신호를 출력하는 신호 처리부와, 순시 전력 피크값을 가지는 임펄스 형태의 파형의 직렬 신호 및 상용 전원 전류 센서의 출력 신호를 토대로 발생한 아크 신호의 아크 신호의 발생 횟수를 토대로 아크 고장 여부를 판단하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 제어부는, 순시 전력 피크값을 가지는 임펄스 형태의 파형의 아크 신호와 상용 전원 전류 센서의 출력 신호의 비교 결과를 기반으로 아크 고장 여부를 판정하도록 구비될 수 있고, 상기 신호 검출부는 도선에 흐르는 전류를 측정하여 전류 신호를 생성하는 전류 센서로 구비될 수 있고, 상기 신호 처리부는 검출된 전류 신호에 포함된 노이즈 성분을 필터링하여 기 정해진 주파수 대역의 전류 신호를 출력하는 임피던스 매칭 모듈과 상기 임피던스 매칭 모듈의 구형파 형태의 전류 신호의 포지티브 성분을 증폭하는 제1 알에프 증폭 모듈과 상기 증폭된 전류 신호로부터 순시 전력 피크값을 가지는 임펄스 형태의 전류 신호를 출력하는 피크 검출모듈과, 상기 피크 검출모듈를 통과한 전류 신호의 네거티브 성분을 증폭하는 제2 알에프 증폭 모듈을 더 포함할 수 있으며, 상기 제어부는 아크 신호의 발생 횟수를 토대로 트립 신호를 발생하여 케이블 단절 장치로 공급하도록 구비될 수 있고, 트립 신호는 아크 신호의 발생 횟수의 카운팅값이 기 정해진 판단 기준치를 초과한 경우 생성되어 케이블 단절 장치로 전달되도록 구비될 수 있다.
그리고, 전술한 장치를 기반으로 하는 본 발명의 직렬 아크 검출 방법은, 전류 검출부에서 케이블 전선에 연결하여 전선에 흐르는 고주파 성분의 전류 신호를 검출하는 (a) 단계; 신호 처리부에서 검출된 전류 신호에 포함된 노이즈 성분을 필터링한 후 포지티브 증폭하고, 증폭된 전류 신호로부터 순시 전력 피크값을 가지는 전류 신호를 검출하는 (b) 단계; 및 제어부에서 순시 전력 피크값을 가지는 임펄스 형태의 파형의 전류 신호와 상용 전원 전류 센서의 출력 신호의 비교 결과를 기반으로 아크 고장 발생인 지를 판정하는 (c) 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 (d) 단계는, 기 저장된 소정 시간 주기로 순시 전력 피크값을 가지는 전류 신호와 상용 전원 전류 센서의 출력 신호를 비교하여 순시 전력 피크값을 가지는 임펄스 형태의 아크 신호를 기 정해진 소정 주기로 소정 회 동안 카운팅하는 (d-1) 단계; 및 아크 신호 발생 횟수의 카운팅값이 기 정해진 판단 기준치를 초과한 경우 아크 고장 발생으로 판정하여 트립 신호를 생성하는 (d-2) 단계를 포함할 수 있고, 아크 신호는 전선으로부터 검출된 전류 신호에 대해 순시 전력 피크값을 가지는 임펄스 형태의 파형인 전류 신호로 구비될 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 케이블 전선에 연결하여 전선에 흐르는 고주파 성분의 전류 신호에 대한 순시 전력 피크값을 가지는 임펄스 형태의 아크 신호와 상용 전원 전류 센서의 출력 신호의 비교 결과를 기반을 토대로 검출된 아크 신호의 발생 횟수및 아크 신호 미발생 횟수를 소정 주기로 소정 구간 동안 각각 카운팅하고 카운팅 결과 아크 신호 발생 횟수가 기 정해진 판단 기준치에 도달한 경우 유해 아크 신호 발생 여부를 판단함으로써, 아크 검출의 정확도를 근본적으로 향상시켜 제품에 대한 신뢰도를 향상시킬 수 있는 효과를 얻는다.
또한 본 발명에 의하면, 유해 아크 검출 시 트립 신호를 생성하여 유해한 아크로 인한 화재 등의 사고를 방지할 수 있는 잇점을 가진다.
본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 직렬 아크 검출 장치의 구성을 보인 도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 직렬 아크 검출 장치의 세부적인 구성을 보인 도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 직렬 아크 검출 장치 각 부에서 출력된 신호를 보인 파형도들이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 직렬 아크 검출 장치의 제어부에서 출력된 트립 신호를 보인 파형도들이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 고주파를 이용한 직렬 아크 검출 과정을 보인 흐름도이다.
본 발명의 구체적인 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에 관련된 공지 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 구체적인 설명을 생략하였음에 유의해야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 고주파를 이용한 직렬 아크 검출 장치의 구성을 보인 도이고, 도 2는 도 1에 도시된 고주파를 이용한 직렬 아크 검출 장치의 세부적인 구성을 보인 도이며, 도 3은 도 1에 도시된 고주파를 이용한 직렬 아크 검출 장치의 각 부에서 출력되는 신호를 보인 파형도들이고, 도 4는 도 1에 도시된 트립 신호를 보인 파형도들이다.
본 발명의 실시 예에 따른 직렬 아크 검출 장치는, 케이블 전선에 연결하여 전선에 흐르는 고주파 성분의 전류 신호에 대한 순시 전력 피크값을 가지는 임펄스 형태의 아크 신호와 상용 전원 전류 센서의 출력 신호의 비교 결과를 기반을 토대로 검출된 아크 신호의 발생 횟수및 아크 신호 미발생 횟수를 소정 주기로 소정 구간 동안 각각 카운팅하고 카운팅 결과 아크 신호 발생 횟수가 기 정해진 판단 기준치에 도달한 경우 아크 고장 발생 여부를 판단하고 판단 결과를 토대로 케이블 단절 장치를 구동하는 트립 신호를 생성하도록 구비되며, 이러한 장치는 신호 검출부(10), 신호 처리부(20), 피크 검출부(30), 제어부(30)를 포함한다.
신호 검출부(10)는, 배선된 전선에 연결하여 전선에 흐르는 부하 전류에 포함된 신호를 검출하는 전류 센서로 마련되며, 상기 전류 센서는 사용 전류가 도통하는 케이블에 커플링되어 사용 주파수 전류가 아닌 1MHz 이상 100MHz 이하의 고주파 성분을 감지할 수 있다. 즉, 상기 전류 센서는 광대역 또는 협대역으로 전류 신호의 검출 특성을 나타내며, 전선에 공심 인덕터 및 고주파 페라이트 코어 등에 권선 방식으로 배치된다.
또한, 신호 처리부(20)는, 검출된 전류 신호에 포함된 노이즈 성분을 필터링하여 기 정해진 주파수 대역의 전류 신호를 출력하는 임피던스 매칭모듈(21)과 상기 임피던스 매칭 모듈의 전류 신호의 포지티브 성분을 증폭하는 제1 알에프 증폭 모듈(22)과, 상기 제1 알프 증폭모듈의 증폭된 전류 신호 중 순시 전력 피크값을 가지는 전류 신호를 검출하는 피크 검출모듈(23)과, 상기 피크 검출모듈를 통과한 순시 전력 피크값을 가지는 전류 신호의 네거티브 성분을 증폭하는 제2 알에프 증폭 모듈(24)를 포함한다.
여기서, 임피던스 매칭모듈(21)은, 전류 신호에 포함된 노이즈 , EMI(Electro Magnetic Interference) 잡음 등의 내성 특성 및 기 정해진 대역의 신호를 추출하는 필터 회로를 포함하고 있으며, 상기 필터 회로는 코일(L1)과 캐패시터(C1)로 마련된 고역통과필터와, 코일(L2)및 캐패시터(C2)로 마련된 대역통과필터와, 코일(L3) 및 캐패시터(C3)를 포함하는 저역통과필터를 구성된다. 즉, 필터회로는 기준 주파수 대역의 이상의 고역대역의 전류 신호와 임계 주파수 대역 이하의 저역의 전류 신호를 추출하도록 마련된다. 이러한 임피던스 매칭모듈(21)의 출력 신호는 임펄스 형태로 출력된다.
한편 임피던스 매칭모듈(21)의 전류 신호의 출력값은 수십 mV의 작은 값을 가지는 임펄스 형태이므로 후술된 디지털 신호로 변환하기 위해 기 정해진 소정치 이상의 큰 값을 가지는 평균치를 가지는 임펄스 형태의 전류 신호로 증폭하여야 한다.
이에 따라 임피던스 매칭모듈(21)의 출력 신호는 제1 알에프 증폭모듈(22)로 공급되고, 제1 알에프 증폭모듈(22)은 구형파 형태의 전류 신호의 포지티브 성분을 증폭한다. 이때 제1 알에프 증폭모듈(22)의 증폭도는 저항(R1, R2)값 및 기준저항(Rref)을 토대로 증폭도가 결정되며, 임피던스 매칭모듈(21)의 포지티브 성분의 전류 신호는 결정된 증폭도를 토대로 증폭되고, 포지티브 성분이 증폭된 전류 신호는 피크 검출모듈(23)로 전달된다.
상기 피크 검출모듈(23)은 포지티브 성분이 증폭된 구형파 형태의 전류 신호로부터 순시 전력 피크값을 가지는 전류 신호를 검출한다. 순시 전력 피크값 이라 함은 순간적으로 상승하는 전력의 피크값으로, 전류 신호의 순시 전력 피크값은 제2 알에프 증폭모듈(24)로 전송된다.
상기 제2 알에프 증폭모듈(24)는 피크 검출모듈(23)을 통과한 네거티브 성분의 전류 신호를 저항(R4, R5) 및 저항(R6)의 저항값으로 결정된 증폭도로 증폭한다. 이에 따라, 증폭된 포지티브 성분과 네거티브 성분이 모두 증폭된 임펄스 형태의 전류 신호는 평균값을 가지는 임펄스 형태의 파형으로 변환되어 신호 처리부(20)에서 출력된다.
상기 순시전력 피크값을 가지는 임펄스 형태의 전류 신호는 제어부(30)로 전달되며, 상기 제어부(30)는 상기 증폭된 전류 신호를 디지털 형태로 변환하고 디지털 형태의 순시 전력 피크값을 토대로 임펄스 형태의 파형을 토대로 아크 신호의 발생 여부를 판정한다. 일 례로 소정 주기 동안 증폭된 전류 신호는 디지털 전류 신호로 변환되고 변환된 디지털 형태의 순시 전력 피크값을 가지는 임펄스 형태의 전류 신호와 상용 전원의 전류 신호 파형의 비교에 의거하여 아크 고장 q발생 여부가 판단된다.
도 3은 3MHz 내지 5MHz 영역에서 높은 증폭도 특성을 가지는 전류 센서로부터 수신된 전류 신호를 변환하여 신호 처리부(20)에서 측정된 전류 신호의 파형을 나타내고 있으며, 아크 전압, 상용 전원에 의한 입력 전류, 및 신호 처리부(20)의 전류 신호이다. 신호 처리부(20)의 출력 신호는 아크 신호에 의한 임펄스 형태의 파형임을 알 수 있다. 이러한 임펄스 형태의 파형은 순시 전력 피크값을 가지는 전류 신호이다.
제어부(30)는 소정 주기의 소정 구간 동안 수신된 순시 전력 피크값을 임펄스 형태의 아크 신호와 사용 전원의 전류 신호의 파형과 비교하여 아크 고장 신호의 발생 여부를 판정한다. 여기서 제어부(30)는, 8bit 20㎒ 주파수를 갖고 내부에 Analog to Digital Converter(ADC)를 보유한 마이크로프로세서로 내부에 메모리 기능과 순시 전력 피크값을 가지는 임펄스 형태의 아크 신호의 수를 카운팅하는 아크 신호의 발생 횟수 및 아크 신호의 미발생 횟수를 각각 카운팅하는 카운터를 가진다.
즉, 소정 주기(250 μs)로 수신되는 신호 처리부(20)의 고주파 성분의 전류 신호가 디지털 형태로 변환되고 소정 주기의 반주기의 설정 주기로 소정회(32회) 동안 수신된 순시 전력 피크값을 가지는 임펄스 형태의 아크 신호의 발생 횟수를 토대로 아크 고장 발생 여부가 판정된다.
아크 신호의 발생이 반복적으로 발생한다는 점을 이용하여 아크 신호 검출 판단에 있어 제어부(30)는 소정 주기의 반주기로 소정 회(32 구간) 동안 수신된 디지털 형태의 전류 신호에 포함된 순시 전력 피크값을 가지는 임펄스 형태의 파형의 수를 토대로 아크 신호의 발생 여부를 판정한다.
즉, 제어부(30)는 아크 신호 검출 판단에 있어서 중요한 부분은 반복적인 특성이므로, 소정 주기의 반주기로 소정 회(32 구간) 동안 수신된 디지털 형태의 전류 신호에 포함된 순시 전력 피크값을 가지는 임펄스 형태의 파형의 수를 아크 신호의 발생 횟수로 카운팅한다.
도 4는 제어부(30)에서 측정된 아크 신호, 상용 전원의 직류 전원 및 트립 신호 발생 상태를 보인 파형도이고, 제어부(30)는 아크 신호의 발생 횟수가 기 정해진 판단 기준치에 도달하는 경우 아크 고장으로 판정하고, 아크 고장인 경우 트립 신호를 생성하여 케이블 단절 장치(미도시됨)로 전달하여 케이블의 전원이 차단됨을 알 수 있다.
이외에도 일반적으로 디지털 형태의 전류 신호의 저주파 성분의 평균 전류값을 토대로 아크 발생 여부를 추가로 판정할 수 있으며, 이러한 디지털 형태의 전류 신호의 저주파 성분의 평균 전류값을 토대로 아크 발생 여부를 추가로 판정하는 일련의 과정을 널리 알려진 공지의 기술이므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
이에 따라, 케이블 전선에 연결하여 전선에 흐르는 고주파 성분의 전류 신호에 대한 순시 전력 피크값을 가지는 임펄스 형태의 아크 신호와 상용 전원 전류 센서의 출력 신호의 비교 결과를 기반을 토대로 검출된 아크 신호 발생 횟수를 소정 주기로 소정 구간 동안 각각 카운팅하고 카운팅 결과 아크 신호 발생 횟수가 기 정해진 판단 기준치에 도달한 경우 아크 고장 발생 여부를 판단하고 판단 결과를 토대로 케이블 단절 장치를 구동하는 트립 신호를 생성함으로써, 아크에 따른 전기적 피해를 근본적으로 방지할 수 있게 된다.
케이블 전선에 연결하여 전선에 흐르는 고주파 성분의 전류 신호에 대한 순시 전력 피크값을 가지는 임펄스 형태의 아크 신호와 상용 전원 전류 센서의 출력 신호의 비교 결과를 기반을 토대로 검출된 아크 신호의 발생 횟수를 소정 주기로 소정 구간 동안 각각 카운팅하고 카운팅 결과 아크 신호 발생 횟수가 기 정해진 판단 기준치에 도달한 경우 아크 고장 발생 여부를 판단하고 판단 결과를 토대로 케이블 단절 장치를 구동하는 트립 신호를 생성하는 일련의 과정을 도 5를 참조하여 설명한다.
도 5는 도 1에 도시된 직렬 아크 검출 장치에 대한 동작 과정을 보인 순서도로서, 도 5를 참조하여 본 발명의 다른 실시 예에 따른 직렬 아크 검출 과정을 설명한다.
우선, 제어부(30)는 소정 주기(250 μs)로 고주파 성분의 전류 신호를 검출하고, 검출된 고주파 성분의 전류 신호에 포함된 순시 전력 피크값을 가지는 임펄스 형태의 파형을 추출한다(S1, S2).
이어 제어부는 소정 주기의 반 주기로 소정 회(32 구간) 동안 수신된 디지털 형태의 순시 전력 피크값을 가지는 임펄스 형태의 전류 신호와 상용 전원 전류 센서의 출력 신호의 비교 결과에 따라 아크 신호 발생 횟수를 카운팅하고, 아크 신호의 미발생 횟수를 각각 증가한다(S3, S4).
그리고 제어부(30)는 전류 신호의 발생 횟수가 기 정해진 판단 기준치에 도달하는 경우 아크 고장으로 판정하고, 아크 고장인 경우 트립 신호를 생성하여 케이블 단절 장치(미도시됨)로 전달한다(S5-S7).
단계(S5)의 판단 결과 아크 신호의 발생 횟수가 판단 기준치에 도달하지 아니한 경우 상기 반주기의 소정 회가 경과하였는 지를 판단하고 경과되지 아니한 경우 단계(S3)로 전달한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 케이블 전선에 연결하여 전선에 흐르는 고주파 성분의 전류 신호에 대한 순시 전력 피크값을 가지는 임펄스 형태의 전류 신호와 상용 전원 전류 센서의 출력 신호의 비교 결과를 기반을 토대로 검출된 아크 신호 발생 횟수를 소정 주기로 소정 구간 동안 카운팅하고 카운팅 결과 아크 신호 발생 횟수가 기 정해진 판단 기준치에 도달한 경우 아크 고장 발생으로 판정하여 케이블 단절 장치를 구동하는 트립 신호를 생성함에 따라, 아크 고장의 판정 결과에 대한 신뢰도를 극대화할 수 있고, 아크에 따른 전기적 피해를 근본적으로 방지할 수 있게 된다.
이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시 예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등 물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
케이블 전선에 연결하여 전선에 흐르는 고주파 성분의 전류 신호에 대한 순시 전력 피크값을 가지는 임펄스 형태의 전류 신호와 상용 전원 전류 센서의 출력 신호의 비교 결과를 기반을 토대로 검출된 아크 신호의 아크 신호 발생 횟수를 소정 주기로 소정 구간 동안 각 카운팅하고 카운팅 결과 아크 신호 발생 횟수가 기 정해진 판단 기준치에 도달한 경우 아크 고장 발생으로 판정하여 케이블 단절 장치를 구동하는 트립 신호를 생성함에 따라, 아크 고장의 판정 결과에 대한 신뢰도를 극대화할 수 있고, 아크에 따른 전기적 피해를 근본적으로 방지할 수 있는 직렬 아크 검출 장치 및 방법에 대한 운용의 정확성 및 신뢰도 측면, 더 나아가 성능 효율 면에 매우 큰 진보를 가져올 수 있으며, 적용되는 전선의 시판 또는 영업의 가능성이 충분할 뿐만 아니라 현실적으로 명백하게 실시할 수 있는 정도이므로 산업상 이용가능성이 있는 발명이다.

Claims (9)

  1. 케이블 전선에 연결하여 전선에 흐르는 고주파 성분의 전류 신호를 검출하는 전류 검출부;
    검출된 전류 신호에 포함된 노이즈 성분을 필터링한 후 증폭하여 순시 전력 피크값을 가지는 임펄스 형태의 파형의 전류 신호를 출력하는 신호 처리부; 및
    순시 전력 피크값을 가지는 임펄스 형태의 파형의 전류 신호 및 사용 전원 전류 센서의 출력 신호를 토대로 아크 고장 여부를 판단하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 직렬 아크 검출 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
    순시 전력 피크값을 가지는 임펄스 형태의 파형의 전류 신호와 상용 전원 전류 센서의 출력 신호의 비교 결과를 기반으로 아크 고장 여부를 판정하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 직렬 아크 검출 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 신호 검출부는
    도선에 흐르는 전류를 측정하여 전류 신호를 생성하는 전류 센서로 구비되는 것을 특징으로 하는 직렬 아크 검출 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 신호 처리부는
    검출된 전류 신호에 포함된 노이즈 성분을 필터링하여 기 정해진 주파수 대역의 전류 신호를 출력하는 임피던스 매칭모듈;
    상기 임피던스 매칭 모듈의 구형파 형태의 전류 신호의 포지티브 성분을 증폭하는 제1 알에프 증폭 모듈;
    상기 증폭된 전류 신호로부터 순시 전력 피크값을 가지는 임펄스 형태의 전류 신호를 출력하는 피크 검출모듈; 및
    상기 피크 검출모듈을 통과한 전류 신호의 네거티브 성분을 증폭하는 제2 알에프 증폭 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 직렬 아크 검출 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제어부는
    아크 신호의 발생 횟수를 토대로 트립 신호를 발생하여 케이블 단절 장치로 공급하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 직렬 아크 검출 장치.
  6. 제6항에 있어서, 트립 신호는 아크 신호의 발생 횟수의 카운팅값이 기 정해진 판단 기준치를 초과한 경우 생성되어 케이블 단절 장치로 전달되도록 구비되는 것을 특징으로 하는 직렬 아크 검출 장치.
  7. 전류 검출부에서 케이블 전선에 연결하여 전선에 흐르는 고주파 성분의 전류 신호를 검출하는 (a) 단계;
    신호 처리부에서 검출된 전류 신호에 포함된 노이즈 성분을 필터링한 후 포지티브 증폭하고, 증폭된 전류 신호로부터 순시 전력 피크값을 가지는 전류 신호를 검출하는 (b) 단계; 및
    제어부에서 순시 전력 피크값을 가지는 임펄스 형태의 파형인 전류 신호와 상용 전원 전류 센서의 출력 신호의 비교 결과를 기반으로 검출된 아크 신호의 아크 신호 발생 횟수를 토대로 아크 고장 발생인 지를 판정하는 (c) 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 직렬 아크 검출 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 (d) 단계는,
    기 저장된 소정 주기로 수신된 순시 전력 피크값을 가지는 임펄스 형태의 파형의 전류 신호 수를 아크 신호 발생 횟수로 기 정해진 소정 주기로 소정 회 동안 카운팅하는 (d-1) 단계; 및
    아크 신호 발생 횟수의 카운팅값이 기 정해진 판단 기준치를 도달한 경우 아크 고장 발생으로 판정하여 트립 신호를 생성하는 (d-2) 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 직렬 아크 검출 방법.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 아크 신호는
    전선으로부터 검출된 전류 신호에 대해 순시 전력 피크값을 가지는 임펄스 형태의 파형인 전류 신호로 구비되는 것을 특징으로 하는 직렬 아크 검출 방법.
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