KR20170036567A - Uhf안테나를 이용한 배전반의 아크 신호 분석처리 시스템 및 그 처리 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배전선로의 아크 발생에 따른 전자파를 검출하고, 검출된 아크 신호를 분석하여 아크의 발생 여부를 검출할 수 있으며, 검출된 아크 신호 분석을 이용하여 아크의 위치를 추적할 수 있는 UHF안테나를 이용한 배전반의 아크 신호 분석처리 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
상기의 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 UHF안테나를 이용한 배전반의 아크 신호 분석 처리를 통한 아크 검출방법은 배전선로에 인접하여 설치된 1개 또는 복수의 UHF안테나에 의해서 수신된 전자파를 각각 검출하는 전자파 검출단계; 상기 전자파 검출단계에서 각각 검출된 전자파에서 임펄스 잡음을 제거하는 필터링 단계; 상기 필터링 단계를 통해 임펄스 잡음이 제거된 전자파 각각에 대해 통계분석을 이용하여 상기 전자파를 속성 또는 매개변수 집합의 면으로 산출하는 통계 분석단계;상기 통계 분석단계를 통해 산출된 상기 각각의 전자파에서 유사점을 검출하는 유사점 검출단계; 상기 복수의 UHF안테나에서 수신된 전자파에 대한 도착 시간차를 검출하는 도착 시간차 검출단계; 및 상기 검출된 도착 시간차를 이용하여 아크 발생 위치를 추적하는 아크 발생 위치 추적단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

UHF안테나를 이용한 배전반의 아크 신호 분석처리 시스템 및 그 처리 방법{ARC ANALYSIS PROCESSING SYSTEM OF SWITCHBOARD USING UHF ANTENNA AND PROCESSING METHOD THEREOF}
본 발명은 UHF안테나를 이용한 배전반의 아크 신호 분석처리 시스템 및 그 처리 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 배전선로의 아크 발생에 따른 전자파를 검출하고, 검출된 아크 신호를 분석하여 아크의 발생 여부를 검출할 수 있으며, 검출된 아크 신호 분석을 이용하여 아크의 위치를 추적할 수 있는 UHF안테나를 이용한 배전반의 아크 신호 분석처리 시스템 및 그 처리 방법에 관한 것이다.
아크는 전기가 공간을 통과할 때 발생하는데, 전기가 주변의 먼지, 잔해 및 습기를 전도 매체로 사용하여 손상된 절연 경로를 흐를 때, 또는 전기가 고전압 송전선에서 누출되어 전기 접속의 갭을 건너뛰어 무선 신호를 생성할 때 발생한다.
이러한 아크가 발생되는 경우, 고장 전류의 높은 온도 때문에 고장 전류가 유도되어 전력계통에 많은 손상을 초래하게 된다. 아크 고장 전류의 크기는 아크의 저항과 접지 귀로의 임피던스에 의해 제한된다. 즉, 낮은 수준의 고장 전류는 아크 고장 근처에 설치된 과전류 장치를 즉시 트립시키기에는 역부족이라서 아크 고장의 증폭을 초래하고, 증폭된 아크는 전력계통의 손상을 키운다.
이때, 아크 고장은 지속 시간을 고려할 때 과도 고장(일시 고장), 반영구 고장 및 영구 고장으로 분류된다.
상기의 과도 고장과 반영구 고장에 따른 아크는 지속시간이 수 초에 불과하여 전력망에 미치는 손상이 적다. 이와 같이 단시간에 발생되는 아크는 차단기를 이용하여 고장 개소를 계통에서 분리한 후, 고장을 소거한 다음 회로 차단기를 재폐쇄함으로써 복구하게 된다.
반면, 영구 고장은 수 초 이상 지속되어 전력계통 설비에 상당한 손상을 초래할 수 있다. 영구 고장인 경우에는 자동 재폐쇄를 시도한 후 전기 공급이 이루어지기까지 상당한 시간이 소요된다.
한편, 분전반에서의 아크를 검출하는 기술로 등록특허공보 제10-1232739호에 전자파와 자외선검출에 의한 아크 및 코로나방전 감시진단 기능을 갖는 수배전반 및 전동기 제어반, 분전반이 개시되어 있다.
상기 기술은 분전반 내부의 전력기기에서 발생되며 방전으로 방사되는 전자파 신호의 주파수를 측정하는 전자파 검출부와, 수배전반 및 전동기 제어반, 분전반 내 전력기기에서 발생되는 방전으로 인해 방사되는 자외선의 파장을 측정하는 자외선 검출부와, 상기 전자파 검출부에 의해 측정된 전자파 신호의 주파수가 속하는 주파수 대역의 중간주파수 및 상기 중간주파수에 대해 기설정된 전파강도로 기준신호를 발생시키는 기준전파 발생부와, 상기 전자파 검출부를 통해 전자파 신호를 수신하면 일정 시간 경과 후 상기 기준전파 발생부를 제어하여 상기 기준신호를 발생시키고, 그 발생된 기준신호를 수신하여 수신된 기준신호의 수신강도가 허용범위를 벗어나는지 여부에 따라 상기 전자파 검출부의 정상 여부를 판단하고, 그 판단결과에 따라 상기 측정된 전자파 신호의 주파수를 수집하며 상기 자외선 검출부에 의해 측정된 자외선의 파장을 수집하는 수집부와, 상기 수집부에 의해 수집되는 측정데이터들을 분석하여 방전 형태를 진단하는 진단부를 포함하여 구성되는 것을 기술적 특징으로 한다.
그러나 상기의 기술은 분전반 내에서 발생된 아크에 의한 전자파의 반사 및 굴절 등에 의해 아크에 의한 전자파의 검출이 용이하지 못하여 수신 안테나의 오류에 따른 분전반의 오작동을 일으킬 수 있는 단점이 있다.
KR 10-1231739 B1 (2013. 02. 06.)
본 발명은 상기 종래 기술이 갖는 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 아크 발생시 발생되는 전자파에 대하여 반사 및 굴절에 의한 전자파의 왜곡을 배제하여 아크 발생에 따른 전자파를 검출하고, 검출된 전자파 신호를 분석하여 아크의 위치를 추적하는 방법을 제공하는 데 있다.
상기의 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 UHF안테나를 이용한 배전반의 아크 신호 분석처리 시스템은 배전반의 내부에 설치되되 배전선로 인접하여 설치되며, 아크 발생에 따른 전자파를 수신하는 1개 또는 복수 개의 UHF안테나; 및 상기 UHF안테나에서 수신된 전자파에서 저역통과필터에 의해 임펄스 잡음을 제거하고, 상기 임펄스 잡음이 제거된 전자파에 대해 산술 평균, 표준 편차, 자동 상관계수 및 분산 중에서 선택된 하나를 이용하여 매개변수 집합의 면으로 산출하며, 상기 산출된 매개변수 집합의 면에서 유사점을 검출하여 출력하며, 상기 복수의 UHF안테나로 구성되는 경우, 상기 UHF안테나에서 각각 수신된 전자파에 대한 도착 시간차를 이용하여 아크 발생 위치를 추적하는 전자파 검출장치를 포함하여 구성되며, 상기 UHF안테나는 중심부에 루프가 형성된 엘리먼트; 상기 엘리먼트의 양단에 각각 연결되는 접속선; 상기 접속선 중에서 적어도 하나의 접속선에 루프를 가로질러 발달한 전자파를 교정하는 다이오드; 상기 접속선이 연결되는 커넥터; 상기 커넥터가 설치되는 절연판; 및 상기 절연판에 수직으로 설치되는 반사판을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전자파 검출장치는 현재시간 및 상기 UHF안테나에서 수신된 채널별 상태를 표시하는 화면 표시부, 통신 상태를 표시하는 램프 표시부, 기능 제어를 설정하는 조작 스위치부가 구성되는 전면 및 UHF안테나 접속단자, MMI 접속단자, 경보 출력단자, MMI ID 셀렉터 및 전원 연결단자로 구성되는 후면을 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기의 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 UHF안테나를 이용한 배전반의 아크 신호 분석처리 방법은 배전선로에 인접하여 설치된 1개 또는 복수의 UHF안테나에 의해서 수신된 전자파를 각각 검출하는 전자파 검출단계; 상기 전자파 검출단계에서 각각 검출된 전자파에서 임펄스 잡음을 제거하는 필터링 단계; 상기 필터링 단계를 통해 임펄스 잡음이 제거된 전자파 각각에 대해 통계분석을 이용하여 상기 전자파를 속성 또는 매개변수 집합의 면으로 산출하는 통계 분석단계;상기 통계 분석단계를 통해 산출된 상기 각각의 전자파에서 유사점을 검출하는 유사점 검출단계; 상기 1개 또는 복수의 UHF안테나에서 수신된 전자파에 대한 도착 시간차를 검출하는 도착 시간차 검출단계; 및 상기 검출된 도착 시간차를 이용하여 아크 발생 위치를 추적하는 아크 발생 위치 추적단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 통계 분석단계에서 이루어지는 통계 분석은, 산술 평균, 표준 편차, 자동 상관계수 및 분산 중에서 선택된 하나를 이용하여 분석인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 유사점 검출단계는 상기 유사점 검출단계는 상기 전자파의 검출 시간에 따른 지연 시간을 사용하여 상기 전자파의 유사점을 검출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 아크 발생원에서 방사되는 전자파를 UHF 안테나를 통해 수신하고 수신된 전자파를 분석하여 전자파의 왜곡 여부를 배제할 수 있으므로, 굴절 및 반사에 따른 왜곡된 전자파에 의한 오작동을 방지할 수 있는 장점이 있다.
또한, 배전선로에 접촉하지 않은 상태에서 아크 검출을 수행할 수 있으므로, 설치가 용이하고 분전반에 구성된 전력기기에 간섭을 최소화하여 분전반 본연의 기능을 수행할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 UHF안테나를 이용한 배전반의 아크 신호 분석처리 시스템에서 배전반 내부의 아크에 의해 발생된 전자파를 검출하기 위한 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 UHF안테나를 이용한 배전반의 아크 신호 분석처리 시스템에서 UHF안테나의 구성을 나타낸 도면.
도 3은 본 발명에 따른 UHF안테나를 이용한 배전반의 아크 신호 분석처리 시스템에서 전자파 검출장치의 전면(a) 및 후면(b) 구성을 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 따른 UHF안테나를 이용한 배전반의 아크 신호 분석처리 방법에 대한 흐름도.
도 5는 본 발명에 따른 UHF안테나를 이용한 배전반의 아크 신호 분석처리 시스템 및 그 방법을 평가하기 위한 평가 테스트의 구성도.
도 6은 본 발명에 따른 UHF안테나를 이용한 배전반의 아크 신호 분석처리 시스템 및 그 방법을 평가하기 위한 평가 테스트의 아크 발생 회로도.
도 7은 본 발명에 따른 UHF안테나를 이용한 배전반의 아크 신호 분석 처리를 통한 아크 검출방법을 평가하기 위한 평가 테스트에서 안테나로 검출된 신호의 파형을 나타낸 그래프.
도 8은 본 발명에 따른 UHF안테나를 이용한 배전반의 아크 신호 분석처리 시스템 및 그 방법에서 자동 상관계수에 의해 산출된 그래프.
도 9는 본 발명에 따른 UHF안테나를 이용한 배전반의 아크 신호 분석처리 시스템 및 그 방법에서 교차 상관을 적용한 전자파의 그래프.
도 10은 본 발명에 따른 UHF안테나를 이용한 배전반의 아크 신호 분석처리 시스템 및 그 방법에서 아크의 위치를 검출하는 일 실시 예의 도면.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명은 배전선로의 아크 발생에 따른 전자파를 검출하고, 검출된 아크 신호를 분석하여 아크의 발생 여부를 검출할 수 있으며, 검출된 아크 신호 분석을 이용하여 아크의 위치를 추적할 수 있는 UHF안테나를 이용한 배전반의 아크 신호 분석처리 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
본 발명의 상세한 설명에 앞서서, 송전계통에서 발생되는 아크에 대해서 설명한다.
전력계통에서 가장 빈번히 발생되는 고장은 단상 접지 고장이며, 전체 고장의 90%를 차지한다. 이때 공기는 가공 전선의 주요한 절연 매체가 된다.
이러한 단상 접지 고장에 따른 경로 상에는 절연 갭의 일부를 메우는 아크를 포함하게 되며, 아크 발생시 쇄도 이온화(avalanche ionization)가 먼저 발생된다.
아크 발생에 따른 비선형 전류는 초장파(VLF: very low frequency) 대역에서 극초단파(UHF) 대역까지 주파수가 발생된다.
즉, 아크 발생시 동반되는 주파수를 검출하는 것으로서 아크 발생을 검출할 수 있게 된다.
아크 발생시 동반되는 주파수(이하 '전자파'라 한다)는 진행과정에서 경로 손실이 발생된다. 또한, 굴절, 반사, 투과 및 회절 등을 거치면서 전자파가 전달된다.
도 1은 본 발명에 따른 UHF안테나를 이용한 배전반의 아크 신호 분석 처리를 통한 아크 검출방법에서 배전반 내부에서 아크에 의해 발생된 전자파를 검출하기 위한 구성도를 나타낸 것이다.
첨부된 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 UHF안테나를 이용한 배전반의 아크 신호 분석 처리를 통한 아크 검출방법을 수행하기 위한 구성은 배전반(10) 내부에 설치되는 UHF안테나(20), 전자파 검출장치(30) 및 PC(40)를 포함하여 구성된다.
상기 배전반(10)은 그 내부가 구획 분리된 복수의 공간을 가지며 그 전후 일측 또는 양측에는 도어가 구비되는 몸체(11), 상기 몸체(11)의 상측 공간에 형성된 고장구간 자동개폐기, 하측 공간에 형성된 변압기(12), 전면 공간에 구비되어 전원을 단속하는 차단기(13)와 배선용 차단기, 후방 상부에 형성된 파워퓨즈와 피뢰기 및 그 하부에 형성된 계기용 변압기(14)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 몸체(11)의 내부는 고압측과 저압측을 구분을 짓도록 소정의 두께를 갖는 격벽으로 구획될 수 있으며, 상기 몸체(11)를 이루는 벽체는 고단위 흡음단열재를 이용하여 소음을 줄이도록 형성될 수 있다. 또한, 몸체(11)의 전방 하측에 형성된 인입구로부터 상기 몸체(11)의 상부에 형성된 절연성 커넥팅 부재와 고정부재를 통해 고장구간 자동개폐기의 입력측 단자에 연결 접속되어 있다. 상기 고장구간 자동개폐기의 출력측 단자에는 연결용 케이블이 피뢰기와 한류형 파워퓨즈 및 계기용 변압변류기(14)를 통해 변압기(12)의 고압측으로 고압의 전기가 인가되도록 설치된다.
상기와 같은 배전반(10)의 구성에서 UHF안테나(20)는 상기 배전반(10)의 내부에 설치되되, 그 위치는 아크 발생이 빈번히 발생되는 전력기기에 근접하여 설치될 수 있다. 이때, 아크 발생이 빈번히 발생될 수 있는 전력기기로는 변압기(13) 및 차단기(13) 등이 있으며, 전력기기와 배전선로가 연결되는 지점에서도 아크가 발생될 수 있다.
이에, UHF안테나(20)는 상기 전력기기와 근접하여 설치될 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 UUHF안테나를 이용한 배전반의 아크 신호 분석 처리를 통한 아크 검출방법에서 UHF안테나의 구성을 나타낸 도면이다.
첨부된 도 2를 참조하면, 상기 UHF안테나(20)의 중심부에 루프가 형성된 엘리먼트(21), 상기 엘리먼트(21)의 양단에 각각 연결되는 접속선(22), 상기 접속선 중에서 적어도 하나의 접속선(21)에 루프를 가로질러 발달한 전자파를 교정하는 다이오드(23), 상기 접속선(22)이 연결되는 커넥터(24), 상기 커넥터(24)가 설치되는 절연판(25) 및 상기 절연판(25)에 수직으로 설치되는 반사판(26)을 포함하여 구성된다.
상기 엘리먼트(21)는 1회전 루프로 구성될 수 있는데, 1회전 루프는 UHF안테나의 기계적인 안정성을 제공할 수 있으며, 저주파 간섭을 방지할 수 있는 장점이 있다. 또한, 루프에서 연장되는 선의 경우 루프의 직경에 따라 연장된 길이는 1/4의 파장을 갖도록 구성된다.
이와 같은 엘리먼트(21)의 양단은 커넥터(24)에 접속선(22)으로 연결되며, 적어도 하나의 접속선(22)에는 다이오드(23)가 접속된다.
상기 다이오드(23)는 아크 발생에 따른 전자파를 수신하는 과정에서 루프를 가로질러 발달하는 전자파를 교정하게 된다.
아크 발생은 전자파를 동반하는 데, 전자파는 전자기장을 형성하게 된다. 이러한 전자기장은 상기 UHF안테나(20)를 통해 전자파(전자파(RF: Radio Frequency))로 수신된다.
전자파에 의한 전자파 전력이 UHF안테나(20)로 전달될 때 2개의 전기장이 발달한다. 하나는 유도장(또는 근접장)으로서 저장된 에너지와 관련된 것이며, 다른 하나는 방사장이다.
이러한 전기장의 크기는 UHF안테나로 전달되는 전자파의 양에 비례한다. 이때 방사장은 반응성 근접장, 방사 근접장 및 원거리장으로 구분되는 세 가지 영역으로 구분된다.
상기 반응성 근접장은 전기장(E)과 자기장(H)이 서로 직교하지 않는 안테나에 근접한 영역으로서, 이 영역 내에 있으면서 안테나와 결합된 것은 무엇이든 방사 패턴을 왜곡시키게 된다. 반응성 근접장에서의 안테나 게인은 의미있는 매개변수가 되지 못한다.
상기 방사 근접장(전이 영역 또는 프레넬 영역)은 상기 반응성 근접장과 원거리장 사이의 영역이다. 상기 방사 근접장에서의 안테나 게인(gain)은 거리에 따라 달라진다.
상기 원거리장(프라운호퍼(Fraunhofer) 영역)은 각 영역 분배(angular field distribution)가 근본적으로 안테나로부터의 거리와 독립적인 영역으로 정의되며, 안테나 게인은 거리에 따라 일정한 값을 가진다.
상기 전자파 검출장치(30)는 상기 UHF안테나(20)에서 검출된 전자파를 수신하고, 상기 수신된 전자파를 분석하여 아크 발생에 따른 전자파인지를 판단하며, 판단에 따라 아크 발생에 따른 전자파인 경우 경고 등의 신호를 출력하는 장치이다.
도 3은 본 발명에 따른 UHF안테나를 이용한 배전반의 아크 신호 분석 처리를 통한 아크 검출방법에서 전자파 검출장치의 전면(a) 및 후면(b) 구성을 나타낸 도면이다.
첨부된 도 3을 참조하면, 상기 전자파 검출장치(30)의 전면에는 현재시간 및 각 UHF안테나(20)에서 수신된 채널별 상태를 표시하는 화면 표시부(31), 통신 상태를 표시하는 램프 표시부(32), 기능 제어를 설정하는 조작 스위치부(33)를 포함하여 구성된다.
상기 화면 표시부(31)는 현재시간을 표시하거나 상기 조작 스위치의 조작 신호에 따라 연결 상태를 표시하거나 또는 UHF안테나(20)에 검출된 전자파의 판단 결과에 따른 경보상태를 표시한다.
상기 램프 표시부(32)는 MMI(Main and Machine Interface)와의 연결에 따라 통신 상태를 표시하는 MMI 통신램프, 각 UHF안테나(20)에서 검출된 전자파에 대한 경고신호가 출력되는 채널별 경고램프로 구성될 수 있다.
상기 조작 스위치부(33)는 ADJ, REPORT, UP, DOWN 및 ENTER 등의 5가지의 조작 스위치로 구성될 수 있다.
상기 ADJ 스위치는 현재시간, 주기설정, 발생횟수 등을 조작하는 스위치로서, UP 및 DOWN 스위치와 병행하여 사용된다.
예를 들어, 상기 ADJ 스위치가 순차적으로 선택(눌림)되면 현재시간의 년, 월, 일 및 시각이 점멸되면서 선택되고, 선택된 위치에서 UP 및 DOWN 스위치를 조작하여 시간 조정이 이루어지도록 구성될 수 있다. 이때, 시간은 초 단위까지 설정할 수 있도록 구성될 수 있다.
또한, ADJ 스위치에 의해서 상기 UHF안테나(20)에서 전자파를 검출하는 주기 및 경고를 발생시키는 최소 검출횟수와 카운팅하는 발생횟수를 조절할 수 있도록 구성된다.
여기서, ENTER 스위치는 설정된 값을 저장하는 스위치이다.
상기 REPORT 스위치는 검출된 전자파에 대한 저장된 경보상황을 상기 화면 표시부(31)를 통해 표시하기 위한 스위치로, 최후에 입력된 경보상황부터 표시할 수 있는 LIFO(LAST IN FIRST OUT) 방식으로 구성될 수 있다.
첨부된 도 3을 참조하면, 상기 전자파 검출장치(30)의 후면에는 안테나 접속단자(34), MMI 접속단자(35), 경보 출력단자(36), MMI ID 셀렉터(37) 및 전원 연결단자(38) 등으로 구성될 수 있다.
상기 안테나 접속단자(34)는 상기 UHF안테나(20)의 커넥터(24)와 연결되는 부분으로서, 연결은 케이블(도면에 미표시)을 통해 이루어진다. 케이블 연결이 성공되면 상기 램프 표시부(32)의 해당 채널에 램프가 점등된다.
상기 MMI 접속단자(34)는 MMI와의 연결을 위한 것으로서, PC(40)등의 상위 장치와 연결된다. 마찬가지로 MMI 장치와 연결되면 MMI 통신램프가 점등된다.
상기 경보 출력단자(36)는 검출된 전자파가 아크 발생에 따른 전자파로 판단되는 경우 위험 상황을 출력하는 단자로서, 경광램프와 연결되는 LIGHT ALARM 접속단자와 경고음을 발생시키기 위해 스피커와 연결되는 SIREN ALARM 접속단자를 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 경미한 아크 발생에 대해서는 경광램프를 동작시키도록 구성되며, 위험 수위의 아크 발생에 대해서는 경고음을 발생시키도록 구성될 수 있다. 또는 위험 수위의 아크 발생에 대해서는 경광램프와 경고음을 동시에 발생시키도록 구성될 수 있음은 당연하다.
상기 MMI 셀렉터(37)는 MMI에 상기 전자파 검출장치(30)를 구별하여 인식시키기 위한 ID를 선택하는 것으로서, 하나의 MMI에 복수 개의 전자파 검출장치(30)를 연결하여 각각에 대한 아크 신호를 분석 검출하기 위한 식별코드를 생성한다.
이에 따라, MMI에서는 복수 개의 배전반을 총괄하여 관리할 수 있게 된다.
상기 전원 연결단자(38)는 상기 전자파 검출장치(30)에 전원을 인가시키기 위한 연결단자이다.
상기의 구성에서 각각의 접속단자 및 연결단자는 외부 장치와의 원활한 통신을 위해 해당 기기와 접속가능하도록 커넥터를 구비한 케이블로 구성된다. 예를 들어, 상기 MMI 접속단자(36)는 MMI와의 통신을 수행하기 위해 RS-485 통신규약에 따른 접속단자로 구성될 수 있다.
상기 PC(40)는 MMI 중 하나의 기기로서, 상기 전자파 검출장치(30)에서 전송된 데이터를 저장 관리한다. 설계 조건에 따라서 상기 PC(40)는 상기 전자파 검출장치(30)의 설정을 변경할 수 있도록 구성될 수 있으며, 상기 전자파 검출장치(30)에서 위험 상황을 출력하는 경우 이를 담당자의 이동통신 단말기로 메시지를 송신하도록 구성될 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 UHF안테나를 이용한 배전반의 아크 신호 분석처리 방법의 흐름도를 나타낸 것이다.
첨부된 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 UHF안테나를 이용한 배전반의 아크 신호 분석 처리를 통한 아크 검출방법은 전자파 검출단계(S10), 필터링 단계(S20), 통계 분석단계(S30), 유사점 검출단계(S40), 도착 시간차 검출단계(S50) 및 아크 발생 위치 추적단계(S60)를 포함하여 이루어진다.
1. 전자파 검출단계(S10)
전자파 검출단계(S10)는 배전반의 내부에 구성되되 배전선로에 인접하여 설치된 1개 또는 복수의 안테나에 의해서 수신된 전자파를 각각 검출하는 단계이다.
상기 안테나는 UHF안테나(20)로 구성될 수 있으며, 전자파를 수신할 수 있는 안테나이면 충분하다. 예를 들어, 상기에서 설명된 UHF안테나 이외에도, 마르코니 안테나 또는 헤르츠 안테나 등으로 구성될 수 있다. 또한, 안테나의 형태에 따라 단극 안테나, 쌍극 안테나, 루프 안테나, 패치 안테나, 슬롯 안테나 및 헬리컬 안테나 등 다양하게 구성될 수 있다.
2. 필터링 단계(S20)
필터링 단계(S20)는 상기 전자파 검출단계에서 각각 검출된 전자파에서 임펄스 잡음을 제거하는 단계이다.
상기 안테나에 의해서 검출된 전자파는 임펄스 잡음과 혼재되어 검출되게 된다.
상기의 임펄스 잡음은 불규칙한 진폭과 불규칙한 스펙트럼을 갖는 불규칙한 에너지 스파이크로 형성된 잡음을 의미하는 것으로서, 고조파 성분이 여기에 속하며, 고조파 성분은 저역통과필터(LPF)를 통해 제거될 수 있다.
3. 통계 분석단계(S30)
통계 분석단계(S30)는 상기 필터링 단계를 통해 임펄스 잡음이 제거된 전자파 각각에 대한 통계분석을 이용하여 상기 전자파를 속성 또는 매개변수 집합의 면으로 표시하는 단계이다.
상기 통계 분석단계(S30)는 1개 또는 복수 개의 안테나에서 검출된 각각의 전자파를 비교하여 전자파의 유효성을 판단할 수 있는 데이터로 활용하기 위한 과정이다.
상기 통계 분석은 데이터가 집중되는 값을 계산하여 이루어질 수 있으며, 이 중심집중 경향은 평균을 측정하는 데 사용될 수 있다.
예를 들어, 상기 통계 분석은 산술평균, 표준편차, 자동상관계수 및 분산 등을 통하여 이루어질 수 있다.
이때, 사용되는 매개변수는 데이터 즉, 전자파 신호가 집중되는 값을 이용하여 계산될 수 있다. 이와 같이 신호가 집중되는 경향의 모든 측정은 평균을 추정하는 데 사용된다.
4. 유사점 검출단계(S40)
유사점 검출단계(S40)는 상기 통계 분석단계를 통해 상기 각각의 전자파에서 유사점을 검출하는 단계이다.
상기 복수 개의 안테나로부터 각각 검출된 전자파는 도착 시간(지연 시간) 즉, 첫 번째의 안테나에서 전자파가 검출된 시간 이후 다른 안테나에서 전자파가 검출된 시간 차이를 고려할 필요성이 있다. 전자파의 지연 시간은 아크가 발생된 시점에서의 아크 발생에 따른 전자파의 유사성을 검증하거나 또는 거리 측정 방식을 통해 아크 발생 위치를 추적하는 데 사용될 수 있는 데이터로 활용될 수 있기 때문이다.
지연 시간 설정은 교차 상관법을 통해 검출할 수 있으며, 보간법에 의해 2개의 전자파의 유사점을 검출할 수 있다.
이때, 2개의 전자파 신호(xi, xj)가 지연 시간(τ)을 통해 서로 이격된 안테나에서 검출된 전자파는 다음 식 1 및 식 2로 표시될 수 있다.
식 1)
xi = S(t) + ni(t)
식 2)
xj = αS(t - tji) + nj(t)
여기서, xi 및 xj는 각각 다른 안테나에서 검출된 전자파 신호, S(t)는 아크 발생에 따른 소스 신호, α는 감쇠율, ni(t) 및 nj(t)는 비상관 잡음 소스인 경우 제로 평균값 및 tji는 신호를 수신한 각각 안테나의 사이의 지연 시간이다.
위 식 1 및 식 2를 이용하여 직접 교차 상관 방식을 이용하여 2개 신호의 유사점을 검출하기 위해 교차 상관법을 이용하면 다음의 식 3으로 표시된다.
식 3)
rxixj(τ) = E[xi(t)xj(t + τ)]
여기서, rxixj는 교차 상관값, τ는 지연 시간, E는 전자파의 크기 및 t는 수신 시간이다.
식 3에서 i=1, 2이고, j=1, 2인 경우, 교차 상관값은 전자파 신호(xi, xj)의 쉬프트(이동)를 나타낸다.
이에 따라, 상기 UHF안테나에서 시간 지연을 고려한 검출된 각각의 전자파가 유사점이 가지는 경우, 아크가 발생된 것으로 판단할 수 있다. 반대로, 시간 지연을 고려한 검출된 각각의 전자파가 유사점이 없는 경우, 아크 발생이 없는 것으로 판단할 수 있다.
5. 도착 시간차 검출단계(S50)
도착 시간차 검출단계(S50)는 상기 복수의 UHF안테나에서 수신된 전자파에 대한 도착 시간차를 검출하는 단계이다.
도착 시간차는 첫 번째 UHF안테나에서 아크 신호가 검출되고, 이후 제2 내지 제4 UHF안테나에서 아크 신호가 검출된 시간차이를 의미하는 것이다.
즉, 복수의 UHF안테나 중 아크를 최초로 검출한 UHF안테나에서 아크를 검출한 시간은 기준시간으로 설정된다. 이후, 나머지 UHF안테나에서 아크를 검출한 시간은 설정된 기준시간에 대한 지연시간이 된다.
6. 아크 발생 위치 추적단계(S60)
아크 발생 위치 추적단계(S60)는 상기 검출된 도착 시간차를 이용하여 아크 발생 위치를 추적하는 단계이다.
위치를 검출하는 일반적인 식은 다음의 식 4로 표현될 수 있다.
식 4)
C2(tq-τ)2 = (xs-wq)2 + (ys-yq)2 + (zs-zq)2
여기서, C는 전자파의 속도(3×105km/s), tq는 최초 아크 검출 시간, τ는 지연 시간이며, (xs , ys , zs)는 안테나의 위치이고, (xq , yq , zq)는 아크 발생의 위치를 나타낸다.
상기의 식 4를 통해 안테나와 아크 발생 위치와의 거리는 다음의 식 5로 간략히 표현될 수 있다.
식 5)
Ctnm = dn - dm
여기서, C는 전자파의 속도(3×105km/s), t는 도착 시간이며, n은 안테나 1이며, m은 안테나 2 내지 4를 의미한다.
즉, n=1 이고, m=2인 경우, t12는 안테나 1에서 아크를 검출하고 난 후, 안테나 2에서 아크가 검출된 시간차이다.
상기와 같은 방법에 근거하여 본 발명에 따른 UHF안테나를 이용한 배전반의 아크 신호 분석 처리 및 아크 검출 방법을 평가하기 위해 테스트를 실시하였다.
평가 테스트는 안테나의 방향(수평 및 수직)을 가변시키면서 8회 실시되었다. 즉, 안테나의 방향과 각도를 달리하여 테스트하면서 안테나의 최적 설치 조건을 검출하기 위한 테스트를 병행하였다. 이때, 아크 발생에 따른 전자파의 크기는 동일하게 조정하였다.
도 5는 본 발명에 따른 UHF안테나를 이용한 배전반의 아크 신호 분석 처리를 통한 아크 검출방법을 평가하기 위한 평가 테스트의 구성도를 나타낸 것이다.
평가에 따른 구성을 살펴보면, 아크 발생원(10), 상기 아크 발생원(10)으로부터 이격 배치된 4개의 안테나(20), 주파수 검출장치(30) 및 PC(40)로 구성될 수 있다.
평가 테스트.
1. 아크 발생원 구성
도 6은 본 발명에 따른 UHF안테나를 이용한 배전반의 아크 신호 분석처리 시스템 및 그 방법을 평가하기 위한 평가 테스트의 아크 발생 회로도를 나타낸 도면이다.
첨부된 도 6을 참조하면, 아크 발생원은 전원(S)에 연결되어 저항(R) 및 갭(G)을 구비한 개방루프를 형성하였으며, 갭(G)에는 병렬로 커패시터(C)를 연결하였다.
사용된 전원(S)은 2kv 교류전압이 인가되게 구성하였고, 갭(G)의 간격은 0.25㎜로 형성하였다. 또한, 커패시터(C)의 용량은 5×10-9F 및 저항(R)은 5×106Ω으로 구성하였다. 이때, 갭(G)의 지면 높이는 아크 발생에 따른 불꽃의 높이(26.7cm)보다 낮은 26.5cm으로 구성하였다.
상기의 구성에서 커패시터의 충전시간은 저항과 커패시터의 곱으로 산출되며, 상기 구성된 저항 및 커패시터를 참조하면 충전시간은 0.25s이다.
이에, 전원(11)을 회로에 인가시키면, 저항(R)은 충전 전류(ic(t))를 갖는 충전 저항 역할을 수행하고, 커패시터(C)가 완전히 충전된 경우 상기 저항(R)은 상기 커패시터(C)가 방전되는 동안 회로 보호 기능을 수행한다. 또한, 커패시터(C)는 0.25s 이후에는 방전을 하게 되는데, 방전에 의해서 갭(G)에 아크를 발생시켜 전자파의 파장을 유도하게 된다.
2. 안테나 설치
안테나는 상기에서 설명된 UHF안테나(20)를 설치하였다.
이때, 상기 UHF안테나(20)는 아크 발생원의 갭(G)에서 일정거리 이격된 위치에 복수 개 배치되게 구성하였다. 아크 발생 여부를 검출하는 데 요구되는 안테나의 최소 개수는 1개이다. 그러나 교차 상관에 의해 검출된 전자파의 유효성을 판단하기 위해서는 적어도 2개 이상 필요하며, 위치 검출까지 고려하면 기준 시간을 검출하는 안테나를 제외한 3개 이상 설치되어야 한다.
이때, 테스트가 실내에서 이루어짐에 따라 배전반의 밀폐 상황과 동일한 조건을 만족한다. 즉, 배전반의 내부에서 아크가 발생되어 전자파를 유도하게 되면, 유도된 전자파는 직접 수신되는 전자파와 배전반의 몸체(11)를 이루는 벽체에 의한 반사, 굴절 등의 왜곡이 포함된 전자파가 검출될 수 있다. 예를 들어 아크에 의해 발생된 전자파는 벽체에 의해 반사된 반사파가 안테나에 의해서 검출될 수 있다. 이때, 아크 발생원에서 벽면까지의 거리가 1m로 설정된 경우, 반사파가 검출되는 시점은 6.67ns 이후에 검출되게 된다.
이에 따라, 반사된 신호에 의한 간섭이 검출되지 않은 신호를 유효신호로 고려해 볼 수 있다.
또한, 본 발명의 아크 검출 방법이 실제 상황에 적용될 경우, 반사에 의한 왜곡 주파수뿐만 아니라 굴절, 투과 및 회절 등의 왜곡 주파수가 고려될 수 있다.
3. 전자파 검출
주파수 검출장치(30)는 안테나에서 검출된 각각의 전자파를 수신하여 노이즈를 제거하는 필터링을 수행하고, 필터링된 전자파를 분석하여 경고 등을 발생시키는 기능을 수행한다.
상기 필터링은 발생된 아크에 의해 유도된 전자파를 수신하고, 수신된 전자파로부터 노이즈 신호를 제거하는 아날로그 필터를 구비한다. 상기 아날로그 필터는 UHF안테나로부터 전송된 전자파에서 노이즈를 아날로그 저역통과 필터링을 통해 제거한다.
도 7은 본 발명에 따른 UHF안테나를 이용한 배전반의 아크 신호 분석처리 시스템 및 그 방법을 평가하기 위한 평가 테스트에서 안테나로 검출된 신호의 파형을 나타낸 그래프이다.
첨부된 도 7을 참조하면, 아크 발생원(갭)과 안테나 사이의 거리 및 안테나의 배향각을 달리하여 테스트되고, 테스트에 따라 검출된 전자파의 그래프이다.
도 7의 (a)는 아크 발생원(10)과 안테나와의 거리가 동일한 거리(42cm)로 배치되고, 각각 안테나의 배향각(β)은 모두 45°로 설정되었으며, 측정은 수평과 수직 2개 방향에서 실시되어 검출된 전자파의 그래프(테스트 1)이다. 이때, 아크 발생원(10)과 안테나와의 거리가 동일하게 배치됨에 따라 안테나에서 검출되는 전자파의 지연 시간이 0인 조건을 만족한다.
도 7의 (b)는 아크 발생원(10)과 안테나와의 거리를 서로 달리하여 배치되고, 각각 안테나의 배향각(β)은 모두 45°로 설정되었으며, 측정은 수평과 수직 2개 방향에서 실시되어 검출된 전자파의 그래프(테스트 2)이다.
도 7의 (c)는 아크 발생원(10)과 안테나와의 거리를 서로 달리하여 배치되되, 안테나의 x축 좌표는 동일하게 배치되고, 각각 안테나의 배향각(α)은 모두 45°로 설정되었으며, 측정은 수평과 수직 2개 방향에서 실시된 전자파의 그래프(테스트 3)이다.
도 7의 (d)는 아크 발생원(10)과 안테나와의 거리를 서로 달리하여 배치되되, 안테나의 y축 좌표는 동일하게 배치되고, 각각 안테나의 배향각(α)은 모두 0°로 설정되었으며, 측정은 수평과 수직 2개 방향에서 실시되어 검출된 전자파의 그래프(테스트 4)이다.
도 7의 (a)를 살펴보면, 아크 발생원(10)과 안테나와의 거리가 동일하기 때문에 검출된 시간이 동일한 패턴을 보이는 반면, 도 7 (b) 내지 도 7 (d)는 아크 발생원과 안테나와의 거리가 각각 달라 지연 시간이 달라짐을 보이고 있다.
아울러 첨부된 도 7을 참조하면, 그래프로 표시되는 데이터 사이의 시간적 차이가 현저하게 부각되어 표시되지 않지만, 이러한 검출 결과는 실내 공간의 협소한 공간에서 수행되어 아크 발생원과 안테나 사이의 거리가 짧고, 검출한 결과를 보여주는 샘플링 시간이 짧은 것에 기인하는 것으로 볼 수 있다.
상기에서 검출된 전자파는 저주파 필터를 통해 필터링되고, 상기 필터링된 전자파의 값은 통계 분석이 수행된다.
상기 통계 분석은 산술 평균, 표준 편차, 자동 상관계수 및 분산 중에서 선택된 하나를 이용하여 분석되게 된다.
산술 평균은 다음의 식 6에 의해서 이루어진다.
식 6)
Figure pat00001
여기서,
Figure pat00002
는 산술평균, n은 전자파의 검출 개수이며 xi는 검출된 전자파의 절대값이다.
다음의 표 1은 안테나(21, 22, 23, 24)를 각각 A1 내지 A4로 정의하고 각각의 안테나에서 검출된 전자파에 대한 산술평균값을 산출하여 나타낸 표이다.
H(수평) A1 A2 A3 A4
테스트 2 0.0516 0.0632 0.0534 0.0912
테스트 3 0.0884 0.0619 0.0632 0.0260
테스트 4 0.0199 0.0369 0.0136 0.0036
V(수직)
테스트 2 0.0934 0.0796 0.0220 0.0856
테스트 3 0.0098 0.0319 0.0335 0.0517
테스트 4 0.0193 0.0435 0.0558 0.0091
표 1을 참조하면, 수평 위치의 안테나에서 검출된 전자파가 수직 위치의 안테나에서 검출된 전자파보다 강조된 것을 알 수 있다. 이러한 결과는 안테나를 수평방향으로 설치하여야 검출 효과가 증가됨을 의미한다.
표 2는 안테나(A1 내지 A4)에서 검출된 전자파에 대한 표준편차 값을 산출하여 나타낸 표이다.
H(수평) A1 A2 A3 A4
테스트 2 0.4212 0.4357 0.4161 0.4305
테스트 3 0.5422 0.4326 0.4321 0.3438
테스트 4 0.7620 0.0840 0.2660 0.1806
V(수직)
테스트 2 0.5615 0.4427 0.3219 0.4726
테스트 3 0.3306 0.2981 0.3806 0.3043
테스트 4 0.4732 0.2599 0.3548 0.1778
표준편차는 평균에서 샘플이 벗어난 정도를 측정한 값이다.
상기 표준편차의 값을 살펴보면, 안테나 위치는 신호 검출 과정에서 상당히 큰 영향을 미친다.
표 3은 안테나(A1 내지 A4)에서 검출된 전자파에 대한 분산 값을 산출하여 나타낸 표이다.
H(수평) A1 A2 A3 A4
테스트 2 0.1774 0.1899 0.1731 0.1853
테스트 3 0.2940 0.1871 0.1867 0.1182
테스트 4 0.5807 0.1951 0.0707 0.0326
V(수직)
테스트 2 0.3153 0.1960 0.1036 0.2233
테스트 3 0.1093 0.0889 0.1448 0.0926
테스트 4 0.2239 0.0676 0.1259 0.0316
분산은 상기 표준편차의 제곱의 평균이고, 대응하여 산출된 값은 표준편차에 의해 산출된 값을 추종한다.
표 4는 안테나(A1 내지 A4)에서 검출된 전자파에 대한 자동 상관계수 값을 산출하여 나타낸 표이다.
H(수평) A1 A2 A3 A4
테스트 2 1.000 -0.0134 -0.0585 -0.2065
테스트 3 1.000 0.3591 0.3550 0.1498
테스트 4 1.000 0.1917 0.0669 0.1059
V(수직)
테스트 2 1.000 0.1196 -0.2923 0.0171
테스트 3 1.000 0.1891 0.3003 0.1057
테스트 4 1.000 -0.1486 -0.1706 -0.1441
상기 자동 상관계수는 서로 다른 거리에 떨어져 있는 샘플 간의 상관을 측정한다. 이 계수들은 데이터를 생성하는 개연성 모형에 대한 통찰을 제공할 수 있는데, 자동 상관계수는 정상 상관 계수와 유사하다. 즉, 두 개의 변수 x와 y에서 N개의 샘플 쌍을 가정할 때 상관계수는 다음의 식 5로 표현된다.
식 7)
Figure pat00003
여기서, r은 상관계수,
Figure pat00004
는 산술평균, x 및 y는 좌표이고, i=1, 2, 3, 4(안테나 A1, A2, A3, A4)이다.
도 8은 본 발명에 따른 UHF안테나를 이용한 배전반의 아크 신호 분석처리 시스템 및 그 방법에서 자동 상관계수에 의해 산출된 그래프이다.
첨부된 도 8을 참조하면, 안테나에서 검출된 전자파는 서로 상관이 있는 것을 나타내며, 이에 각각의 안테나에서 검출된 전자파는 아크 발생에 따른 유효한 데이터로 판단될 수 있다.
다음으로, 검출된 전자파에 대한 유사성을 검출하게 된다.
유사성 검출은 안테나 사이에서 검출된 지연 시간을 고려해야 한다. 즉, 아크 발생원과 복수 개의 안테나 사이 거리가 각각 다르기 때문에, 아크 발생원에서 발생된 전자파를 안테나에서 검출하는 시간이 각각 다르게 도출되며, 이에 전자파의 도착 시간을 고려한 전자파의 유사성을 검출해야 한다.
부연하면, 동일 시간대에 맞추어서 검출된 전자파의 파형이 유사성을 가지는 경우, 아크 발생이 이루어진 것으로 판단할 수 있다.
도 9는 본 발명에 따른 UHF안테나를 이용한 배전반의 아크 신호 분석 처리를 통한 아크 검출방법에서 교차 상관을 적용한 전자파의 그래프이다.
도 9의 (a)는 도 7 (c)에 대한 교차 상관이 적용된 전자파 그래프이고, 도 9의 (b)는 도 7 (d)에 대한 교차 상관이 적용된 전자파 그래프이다.
첨부된 도 6을 참조하면, 동일 시간으로 맞추어진 전자파 그래프는 유사성을 가지는 것으로 볼 수 있으며, 이에 따라 아크 발생에 대한 검출이 이루어진 것으로 판단할 수 있다.
한편, 상기 지연 시간은 아크 발생원의 위치를 예측하는 데이터로도 활용될 수 있다.
예를 들어, 제1 안테나에서 전자파가 검출되고, 제2 안테나에서 전자파가 검출된 시간을 제2 시간(t2), 제3 안테나에서 전자파가 검출된 시간을 제3 시간(t3) 및 제4 안테나에서 전자파가 검출된 시간을 제4 시간(t4)이라 하면, 제2 내지 제4 안테나로부터 아크 발생원까지의 거리(d)는 다음의 식 8로 표현된다. 이때, 전자파를 최초로 수신한 안테나(제1 안테나)의 검출 시간은 기준 시간으로 사용된다.
식 8)
di = c× ti
여기서, di는 각각 아크 발생원과 제2 안테나 내지 제4 안테나와의 거리, c는 전자파의 속도(3×108m/s), ti(i= 2, 3, 4)는 제1 안테나에서 전자파가 검출된 이후 제2 내지 제4 안테나에서 상기 전자파가 검출된 지연 시간(s)이다.
도 10은 본 발명에 따른 UHF안테나를 이용한 배전반의 아크 신호 분석처리 시스템 및 그 방법에서 아크의 위치를 검출하는 일 실시 예의 도면이다.
첨부된 도 10을 참조하면, 상기의 식 8을 이용하여 d2, d3 및 d4의 거리가 산출되면, 제2 내지 제4 안테나의 위치값은 알고 있으므로, 제2 내지 제4 안테나를 중심으로 하여 원(d2, d3 및 d4)이 산출되며, 산출된 원이 서로 교차하는 1개의 점이 아크 발생원이다.
또한, 상기의 방법 이외에도 위성 위치 확인 시스템을 이용하여 위치를 추적하는 방식, 도래각을 이용한 방식 등이 사용될 수 있다.
본 발명에 따르면, 아크 발생원에서 방사되는 전자기파를 무선 안테나를 통해 수신하여 배전선로에 물리적인 결합없이도 아크를 검출할 수 있으므로, 광범위한 아크 검출 및 아크 위치를 추적할 수 있는 장점이 있다.
또한, 송전계통과 분리된 아크 검출을 수행할 수 있으므로, 설치에 따른 구성을 간소화할 수 있으며, 설치에 따른 비용이 저렴할 뿐만 아니라 아크 검출에 따른 오류 발생시 송전계통에 영향을 제공하지 않게 되는 장점이 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시 예와 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리범위가 미치는 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능하다.
10: 분전반 11: 몸체
12: 변압기 13: 차단기
14: 계기용 변압기
20: UHF안테나 21: 엘리먼트
22: 접속선 23: 다이오드
24: 커넥터 25: 절연판
27: 반사판
30: 전자파 검출장치 31: 화면 표시부
32: 램프 표시부 33: 조작 스위치부
34: 안테나 접속단자 35: MMI 접속단자
36: 경보 출력단자 37: MMI 셀렉터
38: 전원 연결단자
40: PC
S: 전원 R: 저항
C: 커패시터 G: 갭

Claims (5)

  1. 배전반의 내부에 설치되되 배전선로 인접하여 설치되며, 아크 발생에 따른 전자파를 수신하는 1개 또는 복수 개의 UHF안테나; 및
    상기 UHF안테나에서 수신된 전자파에서 저역통과필터에 의해 임펄스 잡음을 제거하고, 상기 임펄스 잡음이 제거된 전자파에 대해 산술 평균, 표준 편차, 자동 상관계수 및 분산 중에서 선택된 하나를 이용하여 매개변수 집합의 면으로 산출하며, 상기 산출된 매개변수 집합의 면에서 유사점을 검출하여 출력하며, 상기 UHF안테나가 복수 개로 구성되는 경우 상기 각각의 UHF안테나에서 각각 수신된 전자파에 대한 도착 시간차를 이용하여 아크 발생 위치를 추적하는 전자파 검출장치;
    를 포함하여 구성되며,
    상기 UHF안테나는,
    중심부에 루프가 형성된 엘리먼트(21);
    상기 엘리먼트(21)의 양단에 각각 연결되는 접속선(22);
    상기 접속선 중에서 적어도 하나의 접속선(21)에 루프를 가로질러 발달한 전자파를 교정하는 다이오드(23);
    상기 접속선(22)이 연결되는 커넥터(24);
    상기 커넥터(24)가 설치되는 절연판(25); 및
    상기 절연판(25)에 수직으로 설치되는 반사판(26);
    을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 UHF안테나를 이용한 배전반의 아크 신호 분석처리 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 전자파 검출장치(30)는,
    현재시간 및 상기 UHF안테나(20)에서 수신된 채널별 상태를 표시하는 화면 표시부(31), 통신 상태를 표시하는 램프 표시부(32) 및 기능 제어를 설정하는 조작 스위치부(33)가 구성되는 전면; 및
    UHF안테나 접속단자(34), MMI 접속단자(35), 경보 출력단자(36), MMI ID 셀렉터(37) 및 전원 연결단자(38)로 구성되는 후면;
    을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 UHF안테나를 이용한 배전반의 아크 신호 분석처리 시스템.
  3. 배전반의 내부 배전선로에 인접하여 설치된 1개 또는 복수의 UHF안테나에 의해서 수신된 전자파를 검출하는 전자파 검출단계;
    상기 전자파 검출단계에서 검출된 전자파에서 저역통과피터를 이용하여 임펄스 잡음을 제거하는 필터링 단계;
    상기 필터링 단계를 통해 임펄스 잡음이 제거된 전자파 각각에 대해 통계분석을 이용하여 상기 전자파를 속성 또는 매개변수 집합의 면으로 산출하는 통계 분석단계;
    상기 통계 분석단계를 통해 산출된 상기 각각의 전자파에서 유사점을 검출하는 유사점 검출단계;
    상기 복수의 UHF안테나에서 수신된 전자파에 대한 도착 시간차를 검출하는 도착 시간차 검출단계; 및
    상기 검출된 도착 시간차를 이용하여 아크 발생 위치를 추적하는 아크 발생 위치 추적단계;
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 UHF안테나를 이용한 배전반의 아크 신호 분석처리 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 통계 분석단계에서 이루어지는 통계 분석은,
    산술 평균, 표준 편차, 자동 상관계수 및 분산 중에서 선택된 하나를 이용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 UHF안테나를 이용한 배전반의 아크 신호 분석 처리를 통한 아크 검출방법.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 유사점 검출단계는,
    상기 전자파의 검출 시간에 따른 지연 시간을 사용하여 상기 전자파의 유사점을 검출하는 것을 특징으로 하는 UHF안테나를 이용한 배전반의 아크 신호 분석 처리를 통한 아크 검출방법.
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