KR20190000472A - 배전시스템의 아크검출장치 및 아크검출방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 오퍼레이팅에 따른 노이즈의 영향이 제1주파수대역에서 검출되는 시스템의 제1선로에 흐르는 제1전류를 센싱하는 전류센서; 제1시구간 및 제2시구간 각각에서 상기 제1전류에 대한 센싱값을 처리하여 상기 제1주파수대역에 대한 제1주파수데이터 및 제2주파수데이터를 생성하는 제1주파수데이터생성부; 및 상기 제1주파수데이터와 상기 제2주파수데이터의 제1비교데이터에 따라 상기 시스템의 아크 발생 가능성을 판단하는 아크판단부;를 포함하고, 부하량이 일정 크기 이상으로 변동하는 제1부하변동시점을 기준으로 상기 제1시구간은 상기 제1부하변동시점 이전의 시구간이고 상기 제2시구간은 상기 제1부하변동시점 이후의 시구간인 것을 특징으로 하는 아크검출장치를 제공한다.

Description

배전시스템의 아크검출장치 및 아크검출방법{ARC DETECTING APPARATUS OF POWER DISTRIBUTION SYSTEM AND THE METHOD THEREOF}

본 발명은 아크를 검출하는 기술에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명은 전력을 분배하는 배전시스템에서 아크를 검출하는 기술에 관한 것이다.

서로 이격되어 있거나 불완전하게 접촉되어 있는 2개의 전극 사이에서 기체를 매개체로 하여 전류가 흐르는 것을 아크(Arc)라고 한다.

아크는 크게 하나의 도선에서 발생하는 직렬아크, 두 개의 도선 사이에서 발생하는 병렬아크, 접지와 하나의 도선 사이에서 발생하는 접지아크 및 다른 네트워크 사이에서 발생하는 크로스아크로 분류될 수 있다.

배전시스템에서 이러한 아크가 발생하면 일부 장치에 고장이 생길 수 있다. 특히, 이러한 아크가 지속적으로 발생하도록 방치하는 경우 아크 방전에 의한 열화 현상에 의해 전기화재가 발생할 수 있기 때문에, 아크 발생을 초기에 감지하고 추가적인 아크가 발생하지 않도록 해당 배전시스템을 인터럽트 하는 것이 필요하다.

아크가 발생하면 배전시스템의 선로에는 특정 주파수대역(예, 수십 kHz)의 성분이 발생하므로 이러한 주파수대역의 성분을 분석하여 아크 감지가 가능하다. 그러나 최근 배전시스템들은 스위칭 소자를 사용하는 전력변환장치를 포함하는 경우가 많고, 전력변환장치의 정상적인 동작 시에 발생하는 스위칭 노이즈와 아크에 의한 주파수대역이 유사한 경우가 많아 스위칭 노이즈와 아크를 구분하기 어렵다는 문제가 있다. 이에 따라, 정상적인 오퍼레이팅 상황에서 발생하는 전력변환장치의 노이즈를 아크로 오감지하는 문제가 발생할 수 있다.

또한, 최근의 배전시스템들은 싸이리스터(SCR) 등을 사용하여 상용 주파수대역(예, 50Hz ~ 60Hz) 혹은 그 두 배의 주파수대역에서 스위칭 동작을 통해 제어 기능을 수행하는 경우들이 많은데, 이러한 저주파수대역의 스위칭 동작 역시 아크 검출에 혼란을 줄 수 있는 요인이므로, 이를 고려하여 아크 발생 여부를 정확하게 검출할 필요가 있다.

이러한 배경에서, 본 발명의 목적은, 아크를 검출하는 기술을 제공하는 것이다.

다른 측면에서, 본 발명의 목적은, 정상적인 오퍼레이팅에서 발생하는 노이즈와 아크를 구분하는 기술을 제공하는 것이다.

또 다른 측면에서, 본 발명의 목적은, 전력변환장치의 고주파 스위칭 동작뿐만 아니라 싸이리스터 등에 의한 저주파 동작이 있는 경우에도 아크 발생 여부를 정확하게 검출하는 기술을 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면은, 오퍼레이팅에 따른 노이즈의 영향이 제1주파수대역에서 검출되는 시스템의 제1선로에 흐르는 제1전류를 센싱하는 전류센서; 제1시구간 및 제2시구간 각각에서 상기 제1전류에 대한 센싱값을 처리하여 상기 제1주파수대역에 대한 제1주파수데이터 및 제2주파수데이터를 생성하는 제1주파수데이터생성부; 및 상기 제1주파수데이터와 상기 제2주파수데이터의 제1비교데이터에 따라 상기 시스템의 아크 발생 가능성을 판단하는 아크판단부;를 포함하고, 부하량이 일정 크기 이상으로 변동하는 제1부하변동시점을 기준으로 상기 제1시구간은 상기 제1부하변동시점 이전의 시구간이고 상기 제2시구간은 상기 제1부하변동시점 이후의 시구간인 것을 특징으로 하는 아크검출장치이다.

상기 아크검출장치에 있어서, 상기 아크검출장치는 상기 제1시구간 및 상기 제2시구간에 비해 긴 시구간을 가지는 제3시구간 및 제4시구간 각각에서 상기 제1전류에 대한 센싱값을 처리하여 상기 제1주파수대역보다 낮은 주파수대역을 포함하는 제2주파수대역에 대한 제3주파수데이터 및 제4주파수데이터를 생성하는 제2주파수데이터생성부를 더 포함하고, 상기 아크판단부는 상기 제3주파수데이터와 상기 제4주파수데이터의 제2비교데이터를 더 고려하여 상기 시스템의 아크 발생 가능성을 판단할 수 있다.

상기 아크검출장치에 있어서, 상기 제3시구간 및 상기 제4시구간은 각각 상기 제1시구간 및 상기 제2시구간에 비해 10배 이상일 수 있다.

상기 아크검출장치에 있어서, 상기 제1부하변동시점을 기준으로 상기 제3시구간은 상기 제1부하변동시점 이전의 시구간이고 상기 제4시구간은 상기 제1부하변동시점 이후의 시구간일 수 있다.

상기 아크검출장치에 있어서, 상기 제2주파수대역은 전력계통의 상용주파수 또는 전력계통의 상용주파수의 두 배의 주파수를 포함할 수 있다.

상기 아크검출장치에 있어서, 상기 제1비교데이터의 분석 결과 아크 가능성이 있다고 판단되는 경우, 상기 제2주파수데이터생성부는 상기 제3주파수데이터 및 상기 제4주파수데이터를 생성하고, 상기 아크판단부는 상기 제2비교데이터를 고려하여 아크 발생 여부를 최종 판단할 수 있다.

상기 아크검출장치에 있어서, 상기 제1주파수데이터생성부는 푸리에변환을 통해 상기 제1주파수대역에 대해 상기 제1주파수데이터 및 상기 제2주파수데이터를 생성할 수 있다.

상기 아크검출장치에 있어서, 상기 제2주파수데이터생성부는 푸리에변환을 통해 상기 제2주파수대역에 대해 상기 제3주파수데이터 및 상기 제4주파수데이터를 생성할 수 있다.

상기 아크검출장치에 있어서, 상기 제1전류에 대한 센싱값에 대해 고주파수 성분을 통과시키는 고주파통과필터; 및 상기 고주파통과필터를 거친 센싱값에 대해 상기 제2주파수대역에서의 주파수 성분을 변화시키는 전처리부;를 더 포함할 수 있다.

상기 아크검출장치에 있어서, 상기 전처리부는 상기 고주파통과필터를 거친 센싱값이 전처리기준값을 상승 또는 하강하면서 크로스하는 지점마다 제1값과 제2값을 번갈아 가지도록 토글할 수 있다.

본 발명의 다른 일 측면은, 오퍼레이팅에 따른 노이즈의 영향이 제1주파수대역에서 검출되는 시스템의 제1선로에 흐르는 제1전류를 센싱하는 제1단계; 제1시구간 및 제2시구간 각각에서 상기 제1전류에 대한 센싱값을 처리하여 상기 제1주파수대역에 대한 제1주파수데이터 및 제2주파수데이터를 생성하는 제2단계; 상기 제1주파수데이터와 상기 제2주파수데이터의 제1비교데이터에 따라 상기 시스템의 아크 발생 가능성을 1차 판단하는 제3단계; 상기 제3단계에서 아크 발생 가능성이 있다고 판단되는 경우, 상기 제1시구간 및 상기 제2시구간에 비해 긴 시구간을 가지는 제3시구간 및 제4시구간 각각에서 상기 제1전류에 대한 센싱값을 처리하여 상기 제1주파수대역보다 낮은 주파수대역을 포함하는 제2주파수대역에 대한 제3주파수데이터 및 제4주파수데이터를 생성하는 제4단계; 및 상기 제3주파수데이터와 상기 제4주파수데이터의 제2비교데이터를 고려하여 상기 시스템의 아크 발생 가능성을 2차 판단하는 제5단계;를 포함하는 아크검출방법이다.

상기 아크검출방법에 있어서, 부하량이 일정 크기 이상으로 변동하는 제1부하변동시점을 기준으로 상기 제1시구간과 상기 제3시구간은 상기 제1부하변동시점 이전의 시구간이고 상기 제2시구간과 상기 제4시구간은 상기 제1부하변동시점 이후의 시구간일 수 있다.

상기 아크검출방법에 있어서, 상기 제3시구간 및 상기 제4시구간은 각각 상기 제1시구간 및 상기 제2시구간에 비해 10배 이상일 수 있다.

상기 아크검출방법에 있어서, 상기 제2주파수대역은 전력계통의 주파수 또는 전력계통의 주파수의 두 배의 주파수를 포함할 수 있다.

상기 아크검출방법에 있어서, 상기 제1주파수데이터, 상기 제2주파수데이터, 상기 제3주파수데이터 및 상기 제4주파수데이터는 푸리에변환을 통해 생성될 수 있다.

상기 아크검출방법에 있어서, 상기 제4단계 이전에 상기 제1전류에 대한 센싱값에 대해 상기 제2주파수대역에서의 주파수 성분을 변화시키는 전처리 단계를 수행할 수 있다.

상기 아크검출방법에 있어서, 상기 전처리 단계는 상기 제1전류에 대한 센싱값이 전처리기준값을 상승 또는 하강하면서 크로스하는 지점마다 제1값과 제2값을 번갈아 가지도록 토글하는 방식으로 수행될 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 전력시스템에서 발생하는 아크를 검출하고 이를 바탕으로 전력시스템을 안정적으로 인터럽트할 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명에 의하면, 정상적인 오퍼레이팅에서 발생하는 노이즈와 아크를 구분하여 아크 오감지의 빈도를 줄일 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명에 의하면, 전력변환장치의 고주파 스위칭 동작뿐만 아니라 싸이리스터 등에 의한 저주파 동작에도 불구하고 아크 발생 여부를 정확하게 검출할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 아크검출장치(110)의 블록도이다.
도 3은 아크 발생시 제1전류의 제1주파수대역 파형을 나타낸 도면이다.
도 4는 제1전류에서 검출된 전력변환장치의 스위칭 노이즈 파형을 나타낸 도면이다.
도 5는 기준주파수 파형과 비교주파수 파형을 나타낸 도면이다.
도 6은 제1전류의 파형에서 제1시구간과 제2시구간을 표시한 도면이다.
도 7은 주파수별 확률적 유사도를 양자화하여 나타낸 도표이다.
도 8은 변곡점으로부터 제1시구간 및 제2시구간을 결정하는 예시를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 에지데이터생성부를 더 포함하고 있는 아크검출장치의 블록도이다.
도 10은 에지디텍션 처리가 적용되는 예시를 나타내는 도면이다.
도 11은 차동 컨볼루션 처리를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 아크검출방법의 흐름도이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 아크검출장치의 블록도이다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 아크검출장치의 블록도이다.
도 15는 센싱된 전류를 고주파통과필터를 사용하여 필터링한 파형 및 아크에 의한 전류 파형을 예시한다.
도 16은 아크가 발생하지 않은 경우 센싱 전류값에 대해 전처리를 수행하는 경우의 파형을 예시한다.
도 17은 아크가 발생하지 않은 경우 센싱 전류값에 대해 전처리를 수행한 후 제2주파수 대역을 분석한 결과를 예시한다.
도 18은 아크가 발생한 경우 센싱 전류값에 대해 전처리를 수행하는 경우의 파형을 예시한다.
도 19는 아크가 발생한 경우 센싱 전류값에 대해 전처리를 수행한 후 제2주파수 대역을 분석한 결과를 예시한다.
도 20는 본 발명의 다른 실시예에 따른 아크검출방법의 흐름도이다.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력시스템의 구성도이다.

도 1을 참조하면, 전력시스템(100)은 복수의 장치들(110, 120, 130 및 140)을 포함하고 있으며 이러한 장치들(110, 120, 130 및 140)은 선로들에 의해 연결될 수 있다. 일 예로, 제1장치(120)와 제2장치(130) 사이에 하나의 선로(154)가 있고, 제2장치(130)와 제3장치(140) 사이에 다른 하나의 선로(152)가 있다. 설명의 편의상 후자를 제1선로(152)라고 하고, 전자를 제2선로(154)라고 한다.

전력시스템(100)의 이러한 선로들(152 및 154)에는 아크가 발생할 수 있다. 도 1에서는 제2선로(154)에 아크가 발생한 것으로 도시되어 있으나 다른 위치에 아크가 발생할 수도 있다.

전력시스템(100)은 이러한 아크를 검출하기 위해 제1선로(152)의 제1전류(i1)를 센싱하고 센싱값을 분석하여 아크 여부를 판단하는 아크검출장치(110)를 포함하고 있다.

아크검출장치(110)는 제1선로(152)에 흐르는 제1전류(i1)를 분석하여 제2선로(154)에 발생한 아크를 검출할 수 있다. 도 1에서는 제1선로(152)와 제2선로(154)가 서로 다른 위치에 있는 것으로 도시되었으나 제1선로(152)와 제2선로(154)는 같은 선로일 수 있다. 다시 말해, 아크검출장치(110)는 제1선로(152)에 흐르는 제1전류(i1)를 분석하여 제1선로(152)에 발생한 아크를 검출할 수 있다.

또한, 도 1에는 도시되지 않았으나 아크검출장치(110)는 제1선로(152)에 흐르는 제1전류(i1)를 분석하여 다른 선로 혹은 제1장치(120), 제2장치(130) 및 제3장치(140) 내부에서 발생한 아크도 검출할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 아크검출장치(110)의 블록도이다.

도 2를 참조하면, 아크검출장치(110)는 전류센서(210), 주파수데이터생성부(220) 및 아크판단부(230) 등을 포함할 수 있다. 도 2에는 도시되지 않았으나 실시예에 따라서 아크검출장치(110)는 추가적인 구성을 더 포함할 수 있다.

전류센서(210)는 전력시스템(도 1에서 100)의 일 선로에 흐르는 전류를 센싱할 수 있다. 도 1에 도시된 실시예에 따르면, 전류센서(210)는 도 1에 도시된 제1선로(152)에 흐르는 제1전류(i1)를 센싱할 수 있다.

주파수데이터생성부(220)는 전류센서(210)의 센싱값을 디지털 프로세싱하여 주파수데이터를 생성할 수 있다.

그리고, 아크판단부(230)는 주파수데이터생성부(220)가 생성한 주파수데이터를 분석하여 전력시스템(도 1의 100)의 아크 발생 가능성을 판단할 수 있다.

주파수데이터생성부(220)와 아크판단부(230)의 추가적인 실시예를 설명하기 위해 도 3 내지 도 8을 참조한다.

도 3은 아크 발생시 제1전류의 제1주파수대역 파형을 나타낸 도면이다.

도 3을 참조하면, 제1주파수대역(FB1)에서 제1전류(i1)의 파형(310)이 상승하는 것을 알 수 있다. 다수의 실험에 의해, 아크 발생시 특정 주파수 대역(도 3에서 FB1에 해당되는 주파수 대역)의 파형이 상승된다는 사실이 확인되었다.

이러한 사실을 기반으로, 주파수데이터생성부(220)는 제1전류(i1)에 대한 제1주파수대역(FB1) 정보가 포함된 주파수데이터를 생성할 수 있다. 그리고, 아크판단부(230)는 이러한 주파수데이터에 포함된 제1주파수대역(FB1) 정보를 분석하여 아크 발생 가능성을 판단할 수 있다.

예를 들어, 주파수데이터생성부(220)는 제1전류(i1)에 대한 제1주파수대역(FB1)의 주파수별 크기 정보가 포함되도록 주파수데이터를 생성할 수 있다. 그리고, 아크판단부(230)는 이러한 주파수데이터에 포함된 제1주파수대역(FB1)의 주파수별 크기를 제1아크기준값(320)과 비교하여 아크 발생 가능성을 판단할 수 있다. 구체적으로 아크판단부(230)는 제1주파수대역(FB1)의 주파수별로 크기를 제1아크기준값(320)과 비교하고 제1아크기준값(320)보다 크기가 큰 주파수들의 대역을 제1주파수대역(FB1)으로 나눈 비율이 제1기준비율보다 큰 경우 아크 발생 가능성이 높은 것으로 판단할 수 있다.

여기서 아크 판단의 기준이 되는 제1아크기준값(320)은 주파수별로 다른 값을 가질 수 있다. 그리고, 이러한 제1아크기준값(320)은 설정에 따라 다른 값을 가질 수 있다. 예를 들어, 아크검출장치(110)가 포함된 전력시스템(100)의 특성에 따라 제1아크기준값(320)은 다른 값을 가질 수 있는데, 이러한 제1아크기준값(320)은 오프라인에서 측정하고 사용자의 입력에 따라 다르게 설정될 수 있다.

한편, 도 1에 도시된 전력시스템(100)은 전력변환장치(130)를 포함할 수 있는데, 이러한 전력변환장치(130)에서 생성된 스위칭 노이즈가 도 3에 도시된 제1주파수대역(FB1)에 영향을 미칠 수 있다.

도 4는 제1전류에서 검출된 전력변환장치의 스위칭 노이즈 파형을 나타낸 도면이다.

도 4를 참조하면, 전력변환장치(130)의 스위칭 주파수(fsw)가 제1주파수대역(FB1)에 해당되고 있다. 이에 따라, 제1전류(i1)의 제1주파수대역(FB1) 파형(410)에 전력변환장치(130)의 스위칭 노이즈가 나타나고 있다. 전력변환장치(130)의 스위칭 노이즈는 부하량에 따라 변할 수 있는데, 특정 부하 조건에서는 도 4에 도시된 것과 같이 스위칭 노이즈의 영향으로 인해 제1전류(i1)의 제1주파수대역(FB1) 파형(410)이 제1아크기준값(320)을 초과할 수 있다.

이에 따라, 아크판단부(230)가 제1아크기준값(320)과 제1전류(i1)의 제1주파수대역(FB1) 파형(410)을 비교하여 아크 발생 가능성을 판단하는 경우, 아크가 발생하지 않은 상황(정상적인 오퍼레이팅 상황)에서도 아크가 발생한 것으로 오감지할 수 있다.

이러한 오감지의 문제를 해결하기 위해, 주파수데이터생성부(220)는 비교의 기준이 되는 제1아크기준값(320)을 하나의 값으로 고정시키지 않고 가변적인 값으로 생성할 수 있다. 예를 들어, 주파수데이터생성부(220)는 전력시스템(100)이 정상적으로 오퍼레이팅하는 상황에서 측정한 데이터에 기반하여 주파수데이터를 생성하고 이러한 주파수데이터를 기준주파수데이터로 생성할 수 있다. 이러한 기준주파수데이터는 제1아크기준값(320)을 대체하는 것으로서 아크판단부(230)는 이러한 기준주파수데이터를 각각의 시점에서 생성한 비교주파수데이터와 비교하여 아크 발생 가능성을 판단할 수 있다.

구체적으로, 주파수데이터생성부(220)가 생성한 기준주파수데이터에는 정상적인 오퍼레이팅 상황에서 발생하는 스위칭 노이즈가 포함되어 있을 수 있다. 아크판단부(230)는 이러한 기준주파수데이터와 각각의 시점에서 생성한 비교주파수데이터를 비교함으로써 스위칭 노이즈의 영향에 따른 아크 오감지의 문제를 해결할 수 있다.

도 5는 기준주파수 파형과 비교주파수 파형을 나타낸 도면이다.

도 5를 참조하면, 기준주파수 파형(510)과 비교주파수 파형(520)이 도시되어 있다. 여기서 기준주파수 파형(510)은 전력시스템(100)의 정상적인 오퍼레이팅 상황에서 측정된 제1전류(i1)의 제1주파수대역(FB1) 파형이고, 비교주파수 파형(520)은 아크 발생시에 측정된 제1전류(i1)의 제1주파수대역(FB1) 파형일 수 있다.

아크판단부(230)는 이러한 기준주파수 파형(510) 정보를 포함하고 있는 기준주파수데이터와 각각의 시점(특히, 아크 발생 여부를 판단하려는 시점)에서 측정한 비교주파수 파형(520) 정보를 포함하고 있는 비교주파수데이터를 비교함으로써 스위칭 노이즈의 영향에 상관없이 아크 발생 가능성을 판단할 수 있다.

앞선 설명에서 전력변환장치(130)의 스위칭 주파수(fsw)가 제1주파수대역(FB1)에 위치하는 경우에 스위칭 노이즈가 제1주파수대역(FB1)에 영향을 미칠 수 있다고 설명하였으나 이러한 상황 이외에도 스위칭 주파수(fsw)의 고조파가 상기 제1주파수대역(FB1)에 해당될 수도 있다.

또한, 전력변환장치(130)의 스위칭 노이즈 이외에도 전력시스템(100)은 다른 노이즈 소스원을 가질 수 있는데, 이러한 노이즈 소스원에 의한 노이즈도 제1주파수대역(FB1)에 영향을 주어 전술한 내용과 동일한 문제를 일으킬 수 있다.

전력변환장치(130)의 스위칭 노이즈는 부하량에 따라 그 크기가 달라질 수 있다. 예를 들어, 전력변환장치(130)에서 전도 노이즈가 크게 발생하는 경우, 부하량이 감소하면 스위칭 노이즈가 감소할 수 있다. 이에 따라, 부하량이 감소하면 제1주파수대역(FB1)에서 검출되는 스위칭 노이즈의 영향도 감소할 수 있다.

한편, 주파수데이터생성부(220)는 제1시구간에서 센싱된 제1전류(i1)를 이용하여 기준주파수데이터를 생성하고 제2시구간에서 센싱된 제1전류(i1)를 이용하여 비교주파수데이터를 생성할 수 있다. 그리고, 아크판단부(230)는 이러한 기준주파수데이터와 비교주파수데이터에 대한 비교데이터에 따라 전력시스템(100)의 아크 발생 가능성을 판단할 수 있다.

도 6은 시간에 따른 제1전류의 파형에서 제1시구간과 제2시구간을 표시한 도면이다.

전력시스템(100)에 아크가 발생하는 경우, 전류 파형에 일정한 변곡점이 생길 수 있다. 아크검출장치(110)는 이러한 변곡점을 기준으로 제1시구간(TI1)과 제2시구간(TI2)을 구분할 수 있다.

도 6을 참조하면, 제1전류(i1)의 파형에서 제1지점(P1)에서 변곡점이 발생하고 있다. 이에 따라, 아크검출장치(110)는 변곡점(P1) 이전 구간에서 제1시구간(TI1)을 설정하고 변곡점(P1) 이후 구간에서 제2시구간(TI2)을 설정할 수 있다. 그리고, 제1시구간(TI1)의 종료시점 혹은 제2시구간(TI2)의 시작시점은 변곡점(P1)이 나타난 시점으로부터 일정 시간 이내에 위치할 수 있다. 이러한 변곡점은 아크의 발생에 의해 생길 수도 있지만 부하량이 일정 크기 이상으로 감소하거나 증가하여 발생할 수도 있다.

한편, 주파수데이터생성부(220)는 제1시구간(TI1)에서 제1주파수데이터를 생성할 수 있고, 제1주파수데이터는 전술한 기준주파수데이터로 이용될 수 있다. 그리고, 주파수데이터생성부(220)는 제2시구간(TI2)에서 제2주파수데이터를 생성할 수 있고, 제2주파수데이터는 전술한 비교주파수데이터로 이용될 수 있다.

제1시구간(TI1)은 다시 세부 시구간으로 구분될 수 있다. 도 6을 참조하면, 제1시구간(TI1)은 제1-1시구간(TI11), 제1-2시구간(TI12), 제1-3시구간(TI13), 제1-4시구간(TI14) 및 제1-5시구간(TI15)으로 세분되고 있다. 주파수데이터생성부(220)는 이러한 세분된 시구간들에서 제1주파수데이터의 서브데이터를 생성할 수 있다. 예를 들어, 주파수데이터생성부(220)는 제1-1시구간(TI11)에서 제1주파수데이터의 제1-1서브데이터를 생성할 수 있다. 같은 방식으로, 주파수데이터생성부(220)는 제1-2 내지 제1-5서브데이터도 생성할 수 있다. 주파수데이터생성부(220)는 이러한 제1-1 내지 제1-5서브데이터를 이용하여 제1주파수데이터를 생성할 수 있다. 이러한 서브데이터를 이용하여 주파수데이터를 생성하는 경우, 주파수데이터생성부(220)는 주파수별 크기의 평균뿐만 아니라 주파수별 크기의 분산 등 확률분포데이터도 함께 생성할 수 있다.

아크판단부(230)는 제1주파수데이터와 제2주파수데이터의 비교데이터에 따라 아크 발생 가능성을 판단할 수 있는데, 이러한 비교데이터는 제2주파수데이터의 제1주파수데이터에 대한 확률적 유사도를 나타내는 데이터일 수 있다.

예를 들어, 제1주파수데이터 및 제2주파수데이터는 주파수별 크기를 포함할 수 있고, 제1주파수데이터는 전술한 바와 같이 세분된 시구간 데이터를 이용하여 주파수별 크기의 평균, 분산 및 표준편차 등의 확률분포데이터를 포함할 수 있다. 이에 따라, 아크판단부(230)는 제2주파수데이터의 주파별 크기가 제1주파수데이터의 주파수별 크기의 평균으로부터 N(N은 양의 실수)배의 표준편차 범위 이내에 있는지를 확인할 수 있게 되는데, 이러한 N값에 따라 확률적 유사도를 계산할 수 있게 된다. 아크판단부(230)는 주파수별로 확률적 유사도를 계산하여 비교데이터를 생성할 수 있다. 그리고, 이러한 비교데이터에 저장된 주파수별 확률적 유사도를 종합하여 유사도가 높으면 아크 발생 가능성이 낮고 유사도가 낮으면 아크 발생 가능성이 높다고 판단할 수 있다.

좀더 구체적으로 아크판단부(230)는 주파수별로 제1주파수데이터와 제2주파수데이터의 확률적 유사도를 양자화하여 비교데이터를 생성할 수 있다. 예를 들어, 아크판단부(230)는 제2주파수데이터의 주파수별 크기가 제1주파수데이터의 주파수별 크기의 평균으로부터 N(N은 양의 실수)배의 표준편차 범위 이내에 해당되는지 여부를 1 혹은 0으로 나타내어 비교데이터를 생성할 수 있다. 여기서, N은 고정된 값일 수 있다.

도 7은 주파수별 확률적 유사도를 양자화하여 나타낸 도표이다.

도 7을 참조하면, 아크판단부(230)는 제1주파수대역(FB1)을 일정 크기의 주파수 간격(1KHz)으로 세분하고 각 주파수별로 제1주파수데이터와 제2주파수데이터를 비교하여 제2주파수데이터의 주파수별 크기가 제1주파수데이터의 주파수별 크기의 평균으로부터 N배의 표준편차 범위 이내에 해당되는지 여부를 확률적 유사도로서 1 혹은 0으로 나타낼 수 있다.

여기서, 주파수별 크기는 푸리에변환한 값에 의한 각 주파수별 크기를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 주파수데이터생성부(220)는 푸리에변환을 포함하는 디지털 프로세싱에 따라 제1주파수데이터 및 제2주파수데이터를 생성하는데, 제1주파수데이터 및 제2주파수데이터에 포함된 주파수별 크기는 제1전류(i1)의 센싱값을 푸리에변환하여 획득한 주파수별 크기일 수 있다.

한편, 도 7과 같이 아크판단부(230)는 비교데이터를 생성하고, 확률적 유사도의 총합을 계산한 후 이러한 확률적 유사도의 총합이 제1기준값 이상이거나 제1기준값을 초과하면 전력시스템(100)의 아크 가능성에 대한 제1아크변수를 증가시킬 수 있다. 이러한 과정이 반복되어 제1아크변수의 값이 제2기준값 이상이거나 제2기준값을 초과하면 아크판단부(230)는 전력시스템(100)에서 아크가 발생한 것으로 판단할 수 있다.

제1아크변수를 증가시키기 위해서는 아크판단부(230)가 제1주파수데이터와 제2주파수데이터의 비교데이터를 생성하는 과정이 반복되어야 한다. 이를 위해, 도 6에 도시된 것과 같이 주파수데이터생성부(220)는 제2시구간(TI2)을 세분하여 서브데이터를 생성하고, 아크판단부(230)는 이러한 서브데이터들 각각에 대해 비교데이터를 생성하여 아크 발생 가능성을 판단할 수 있다. 예를 들어, 도 6을 다시 참조하면, 제2시구간(TI2)은 제2-1시구간(TI21) 및 제2-2시구간(TI22)으로 세분된다. 그리고, 주파수데이터생성부(220)는 제2-1시구간(TI21) 및 제2-2시구간(TI22)에서 각각 제1주파수대역(FB1)에 대한 주파수별 크기 데이터를 생성할 수 있다. 그리고, 아크판단부(230)는 제2-1시구간(TI21) 및 제2-2시구간(TI22)에서 각각 생성된 제1주파수대역(FB1)에 대한 주파수별 크기 데이터를 제1주파수데이터와 비교하여 비교데이터를 생성할 수 있다.

한편, 제1시구간(TI1) 및 제2시구간(TI2)의 시작시점과 종료시점을 결정하는 다양한 실시예가 있을 수 있다.

도 8은 변곡점으로부터 제1시구간 및 제2시구간을 결정하는 예시를 설명하기 위한 도면이다.

도 8을 참조하면, 제1시구간(TI1)의 종료시점(t3)은 변곡점(P1)이 나타난 시점(t1)으로부터 일정 시간 이전에 위치할 수 있다. 그리고, 제2시구간(TI2)의 시작시점(t2)은 변곡점(P1)이 나타난 시점(t1)으로부터 일정 시간 이후에 위치할 수 있다.

도 8에 도시되지는 않았으나 제1시구간(TI1)의 시작시점은 전력시스템(100)의 정상 오퍼레이팅 시작시점과 같을 수 있다.

한편, 제1시구간(TI1)은 연속된 시구간으로 구성되지 않고 여러 개의 시구간의 조합으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 제2시구간(TI2)의 종료시점에서 아크가 발생하지 않았다고 판단되면 제2시구간(TI2)의 종료시점으로부터 혹은 종료시점으로부터 일정 시간 이후부터 제1시구간(TI1)을 다시 연장할 수 있다. 제1시구간(TI1)은 전력시스템(100)이 정상적으로 오퍼레이팅하는 시구간에 대응될 수 있기 때문에 제2시구간(TI2) 이외의 구간 중 제외되어야하는 시구간을 제외한 나머지 시구간은 모두 제1시구간(TI1)에 포함될 수 있다.

한편, 제1시구간(TI1)과 제2시구간(TI2)을 구분하기 위해서는 제1시구간(TI1)과 제2시구간(TI2)을 구분하는 변곡점(P1)을 설정하는 것이 중요하다. 이러한 변곡점(P1)을 설정하는 실시예에 대해 좀더 살펴본다.

도 9는 에지데이터생성부를 더 포함하고 있는 아크검출장치의 블록도이다.

도 9를 참조하면, 아크검출장치(910)는 도 2를 참조하여 설명한 아크검출장치(110)에 포함된 전류센서(210), 주파수데이터생성부(220) 및 아크판단부(230) 이외에 에지데이터생성부(940)를 더 포함할 수 있다.

에지데이터생성부(940)는 제1전류(i1)에 대한 센싱값을 디지털 변환하여 디지털전류데이터를 생성하고 이러한 디지털전류데이터에 대한 에지디텍션(edge detection) 처리를 통해 전류에지데이터를 생성할 수 있다. 그리고, 전술한 제1시구간(TI1)과 제2시구간(TI2)은 이러한 전류에지데이터에 따라 결정될 수 있다.

에지디텍션 처리는 특정 값의 불연속점을 찾는 처리이다. 에지디텍션 처리는 정상적인 상황에서는 연속된 데이터를 나타내는 특정 값들에서 불연속점을 찾는 처리이다.

도 10은 에지디텍션 처리가 적용되는 예시를 나타내는 도면이다.

도 10에서 좌측의 이미지(1010)는 카메라 등의 영상 장치에 의해 획득된 이미지이다. 해당 이미지(1010)에 나타난 물체들(구름, 하늘, 나무 및 산)은 각각 연속된 표면을 가지기 때문에 각 객체의 내부 표면의 영상 데이터는 연속적인 혹은 비교적 유사한 데이터 값을 가지게 된다. 이에 반해, 각 객체들끼리는 서로 다른 영상 데이터들을 가지게 되는데, 이에 따라 각 객체들의 경계에서는 영상 데이터의 불연속점이 나타나게 된다. 이러한 불연속점을 이미지로 표시한 것이 도 10의 우측 이미지(1020)이다. 이렇게 특정 이미지(1010)의 불연속점을 표시하게 되면 도 10의 우측 이미지(1020)와 같이 경계만 표시되는 이미지(1020)를 획득할 수 있게 된다.

한편, 전력시스템(100)에서 아크가 발생하게 되면 전류 측정값에서 전술한 것과 같은 불연속점이 나타나게 된다. 본 발명의 실시예에 따른 아크검출장치(910)는 이러한 불연속점을 인식하고 불연속점을 전후로 제1시구간(TI1)과 제2시구간(TI2)를 구분할 수 있다.

에지디텍션 처리로는 데이터들을 미분 처리하는 라플라시안(Laplacian) 필터 처리가 이용될 수 있고, 데이터들의 차이를 계산하는 차동 컨볼루션(difference convolution) 처리가 이용될 수도 있다.

도 11은 차동 컨볼루션 처리를 설명하기 위한 도면이다.

도 11을 참조하면, 제1전류(i1)의 시간에 따른 측정치가 제1배열(1110)에 저장될 수 있다. 도 11에서 제1배열(1110)의 우측에 도시된 제1그래프(1112)는 제1배열(1110)을 시간축과 크기축으로 표시한 그래프이다. 제1그래프(1112)를 참조하면 확인할 수 있는 바와 같이 제1전류(i1)는 변곡점(P2)에서 데이터가 불연속하게 혹은 크게 변하는 것을 알 수 있다.

도 11에서 제2배열(1120)은 제1배열(1110)에서 연속된 세 개의 값에 {-1, 0, 1}의 값을 곱하는 차동 컨볼루션을 적용한 배열이다. 제2배열(1120)을 통해 확인할 수 있는 바와 같이 특정 부분의 데이터(제2배열에서 4번째 데이터)가 다른 부분의 데이터보다 높게 나오는데, 이 부분이 변곡점(P2)이 될 수 있다. 도 11에서 제2배열(1120)의 우측에 도시된 제2그래프(1122)는 제2배열(1120)을 시간축과 크기축으로 표시한 그래프이다. 제2그래프(1120)를 참조하면 제1전류(i1)에서의 변곡점(P2)은 시간 t4에서 발생하고 있는 것이 확인된다.

도 11을 참조하여 설명한 제1배열(1110)의 값은 전술한 디지털전류데이터의 일 예시이고, 제2배열(1120)은 전류에지데이터의 일 예시가 될 수 있다.

주파수데이터생성부(220)는 이러한 전류에지데이터와 제1에지기준값을 비교하여 변동시점을 결정하고 이러한 변동시점을 기준으로 제1시구간(TI1)과 제2시구간(TI2)를 결정할 수 있다.

예를 들어, 도 11에서 주파수데이터생성부(220)는 제2배열(1120)에 저장된 전류에지데이터를 제1에지기준값(도 11에서 1130에 해당되는 값)과 비교하여 전류에지데이터가 제1에지기준값(도 11에서 1130에 해당되는 값)보다 크면 해당 전류에지데이터에 대응되는 시점을 변동시점(t4)으로 결정할 수 있다.

한편, 주파수데이터생성부(220)는 전류에지데이터 중 음(-)의 값만을 이용하여 변동시점을 결정할 수도 있고, 양(+)의 값만을 이용하여 변동시점을 결정할 수도 있다. 예를 들어, 주파수데이터생성부(220)가 제1전류(i1)가 급격히 줄어드는 상황에서만 변동시점을 인식하고자 한다면 음(-)의 값만을 이용하여 변동시점을 결정할 수 있고, 제1전류(i1)가 급격히 증가하는 상황에서만 변동시점을 인식하고자 한다면 양(+)의 값만을 이용하여 변동시점을 결정할 수도 있다.

통상적으로 직렬아크에서는 전류가 급격히 즐어들기 때문에 전류에지데이터 중 음(-)의 값만을 이용하여 변동시점을 결정하는 것이 유리하고, 병렬아크에서는 전류가 급격히 증가하기 때문에 전류에지데이터 중 양(+)의 값만을 이용하여 변동시점을 결정할 수도 있다.

한편, 주파수데이터생성부(220)는 전류에지데이터를 이용하여 변동시점을 결정할 때, 전류에지데이터들의 평균 및 표준편차에 따라 제1에지기준값을 생성하고 이러한 제1에지기준값을 기준으로 변동시점을 결정할 수 있다. 이때, 주파수데이터생성부(220)가 음(-)의 값만을 이용하여 변동시점을 결정하는 경우, 특정 시구간(제3시구간)에서 획득된 전류에지데이터들 중 음(-)의 전류에지데이터들만을 이용하여 평균과 표준편차를 구할 수도 있다. 여기서, 제1에지기준값은 앞서 계산한 평균에 M(M은 실수)배의 표준편차를 더한 값으로 결정할 수 있다. 다른 한편으로, 주파수데이터생성부(220)는 전류에지데이터의 절대값을 기준으로 변동시점을 결정하거나 제1에지기준값을 생성할 수도 있다.

전류에지데이터의 평균 및 표준편차는 계속해서 업데이트될 수 있는데, 예를 들어, 전류에지데이터 중 절대값이 제1에지기준값 이하이거나 제1에지기준값 미만인 전류에지데이터에 따라 평균 및 표준편차가 업데이트될 수 있다.

한편, 에지디텍션 처리는 데이터의 노이즈에 민감하게 반응할 수 있음으로 에지데이터생성부(940)는 제1전류(i1)에 대한 센싱값을 디지털 변환하는 과정에서 가우시안 컨볼루션(Gaussian Convolution)과 같은 필터 처리를 적용할 수 있다.

도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 아크검출방법의 흐름도이다.

도 12의 아크검출방법은 전술한 아크검출장치에 의해 수행될 수 있으나 이로 제한되는 것은 아니고 다른 형태의 하드웨어에 의해 수행될 수도 있다.

도 12을 참조하면, 도 1의 제1선로(152)의 예시와 같은 선로에 흐르는 전류의 센싱값이 디지털 변환되어 디지털전류데이터가 생성된다(S1202).

그리고, 이러한 디지털전류데이터에 대한 에지디텍션 처리에 의해 전류에지데이터가 생성된다(S1204).

전류에지데이터는 제1에지기준값과 비교되는데(S1206), 전류에지데이터가 제1에지기준값보다 작으면 디지털전류데이터는 제1버퍼에 저장된다(S1208). 제1버퍼에 저장된 디지털전류데이터는 푸리에변환 처리를 통해 제1주파수데이터가 생성된다(S1210). 이후 다시 디지털전류데이터 생성 단계(S1202)가 반복된다. 전류에지데이터가 제1에지기준값보다 작다는 것은 전류의 급격한 변화가 없다는 것을 의미하므로 정상적인 동작 상황으로 분류되어 제1주파수데이터가 생성되는 것이다. 이러한 과정을 거치며 제1주파수데이터는 여러 번에 걸쳐 생성될 수 있는데, 이 경우 통계적인 방법으로 처리되어 정상적인 상황의 기준데이터로 사용될 수 있다.

만약, 전류에지데이터가 제1에지기준값 이상이거나 제1에지기준값을 초과하면 전류에 급격한 변화가 있다는 것을 의미하므로 디지털전류데이터는 제2버퍼에 저장되고(S1212), 제2버퍼에 저장된 디지털전류데이터는 푸리에변환 처리를 통해 제2주파수데이터가 생성된다(S1214). 제2주파수데이터는 제1주파수데이터와 비교되어 아크 발생 가능성이 판단된다(S1216).

한편, 전류에지데이터를 생성하는 단계(S1204)에서, 디지털전류데이터에 대해 가우시안(Gaussian) 필터 처리가 수행된 후 제3버퍼에 저장되고 제3버퍼에 저장된 데이터에 대한 에지디텍션 처리에 의해 전류에지데이터가 생성될 수 있다.

여기서, 제3버퍼는 3개의 디지털전류데이터가 저장되는 FIFO(first in first out) 버퍼일 수 있다. 그리고, 전류에지데이터를 생성하는 단계(S1204)에서, 3개의 디지털전류데이터를 저장하고 있는 제3버퍼에 대해 차동 컨볼루션(Difference convolution) 벡터를 곱해 전류에지데이터가 생성될 수 있다.

한편, 제1버퍼 및 제2퍼버 또한 FIFO(first in first out) 버퍼일 수 있다.

지금까지 여러가지 실시예를 통해 상술한 아크검출장치는 전류의 급격한 변동이 있고 고주파수대역의 성분이 증가하면 아크가 발생한 것으로 판단하는 방법에 기초하고 있다. 여기서 아크 발생을 감지할 수 있는 고주파수대역은 전력변환장치의 스위칭 노이즈가 발생하는 주파수와 유사한 범위로서 통상 수 kHz에서 수십 kHz 범위일 수 있다.

고주파수 성분에 더하여 전류에지데이터를 사용하여 전류의 급격한 변동이 있는지 여부에 따라 아크를 판단하는 이러한 방법에 의하면 전력변환장치의 스위칭 노이가 존재하는 상황에서도 아크 발생을 좀 더 정확하게 검출할 수 있다는 장점이 있다.

한편, 최근의 배전시스템은 MOSFET, IGBT 등과 같은 고속 스위칭 소자를 사용한 수 kHz ~ 수백 kHz 범위의 고주파 스위칭 동작뿐만 아니라, 싸이리스터(SCR) 등과 같은 저속 스위칭 소자를 사용하여 상용 주파수(예, 50 Hz ~ 60 Hz) 또는 그 두 배의 주파수에서 스위칭 동작을 시키면서 전력을 제어하는 경우가 흔히 있고, 이 경우 싸이리스터 등의 동작에 의해 전류의 급격한 변화 및 노이즈가 발생할 수 있다. 전술한 실시예의 아크검출장치의 경우 정상적인 저주파 스위칭 동작 등에 의한 전류의 급격한 변화 및 스위칭 노이즈를 아크 발생으로 오검출하는 경우가 발생할 수 있다. 이하에서는 저주파 스위칭 동작 등이 있는 경우에도 아크 발생에 대한 오검출을 줄일 수 있는 또 다른 실시예를 설명한다. 아래에서 도 13 내지 도 20를 통해 설명하는 실시예에서는 그 내용과 배치되지 않는 한 전술한 내용, 특히 도 3 내지 도 12를 통해 설명한 아크기준값의 설정, 전류 변곡점과 시구간의 설정 및 에지데이터 생성 등과 관련한 내용은 동일 또는 유사하게 활용될 수 있다.

도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 아크검출장치의 블록도이다. 도 13을 참조하면, 아크검출장치(1300)는 전류센서(1310), 제1주파수데이터생성부(1320), 아크판단부(1330), 에지데이터생성부(1340), 제2주파수데이터생성부(1350) 및 고주파통과필터(1360) 등을 포함할 수 있다.

전류센서(1310)는 전력시스템의 일 선로에 흐르는 전류를 센싱할 수 있다. 전류센서(1310)는 도 1에 예시된 선로(152)에 흐르는 제1전류(i1)을 센싱할 수 있다.

제1주파수데이터생성부(1320)는 전류센서(1310)의 센싱값을 디지털 프로세싱하여 주파수데이터를 생성할 수 있다. 제1주파수데이터생성부(1320)는 제1시구간에서 제1전류에 대한 센싱값을 처리하여 제1주파수대역에 대한 제1주파수데이터를 생성하고, 제2시구간에서 제1전류에 대한 센싱값을 처리하여 제1주파수대역에 대한 제2주파수데이터를 생성할 수 있다. 제1주파수데이터생성부(1320)는 푸리에변환 처리를 통해 제1주파수대역에 대해 제1주파수데이터 및 제2주파수데이터를 생성할 수 있다. 제1시구간 및 제2시구간은 앞서 언급한 바와 같이, 부하량이 일정 크기 이상으로 변동하는 제1부하변동시점을 기준으로 제1시구간은 제1부하변동시점 이전의 시구간이고, 제2시구간은 제1부하변동시점 이후의 시구간일 수 있다.

제2주파수데이터생성부(1350)는 전류센서(1310)의 센싱값을 디지털 프로세싱하여 주파수데이터를 생성할 수 있다. 제2주파수데이터생성부(1350)는 제3시구간에서 제1전류에 대한 센싱값을 처리하여 제2주파수대역에 대한 제3주파수데이터를 생성하고, 제4시구간에서 제1전류에 대한 센싱값을 처리하여 제2주파수대역에 대한 제4주파수데이터를 생성할 수 있다. 제2주파수데이터생성부(1350)는 푸리에변환 처리를 통해 제2주파수대역에 대해 제3주파수데이터 및 제4주파수데이터를 생성할 수 있다.

제3시구간 및 제4시구간은 제1시구간 및 제2시구간과 마찬가지로, 부하량이 일정 크기 이상으로 변동하는 제1부하변동시점을 기준으로 제3시구간은 제1부하변동시점 이전의 시구간이고, 제4시구간은 제1부하변동시점 이후의 시구간일 수 있다. 제1부하변동시점 이전의 제3시구간은 정상적인 동작에서의 기준데이터를 획득하기 위한 것이고, 제1부하변동시점 이후의 제4시구간은 아크 발생 판단을 위한 비교데이터로 활용될 수 있다.

여기서, 제3시구간 및 제4시구간은 각각 제1시구간 및 제2시구간에 비해 긴 시간을 가지는 구간일 수 있다. 제1시구간 및 제2시구간은 예를 들어 수 kHz ~ 수십 kHz 범위를 주파수성분을 검출하기 위한 것이고 제3시구간 및 제4시구간은 상용주파수대역의 성분을 검출하기 위한 것임을 고려하면 제3시구간 및 제4시구간은 제1시구간 및 제2시구간에 비해 10배 이상인 것이 바람직하다. 예를 들어, 제1시구간 및 제2시구간은 2 ms이고 제3시구간 및 제4시구간은 20 ms일 수 있다.

제2주파수대역은 제1주파수대역에 비해 낮은 주파수 범위를 포함하는 것으로서, 제2주파수대역은 전력계통의 상용주파수인 50 Hz ~ 60 Hz 범위이거나 또는 상용주파수 및 그 고조파를 포함하는 범위일 수 있다. 즉, 제1주파수데이터생성부(1320)는 제1전류의 고주파수대역을 분석하기 위한 것이고 제2주파수데이터생성부(1350)은 제1전류의 상용주파수를 포함하는 저주파수대역을 분석하기 위한 것이다. 이를 위해 제1주파수데이터생성부(1320)는 상대적으로 짧은 시구간(제1시구간 및 제2시구간)을 샘플링하여 분석하고, 제2주파수데이터생성부(1350)는 제1주파수데이터생성부(1320)에 비해 긴 시구간(제3시구간 및 제4시구간)을 샘플링하여 분석할 수 있다. 제2주파수데이터생성부(1350)가 상용주파수를 포함하는 저주파수대역을 분석하여 상용주파수 및 그 고조파 성분이 많은 것으로 분석될 경우 싸이리스터 등에 의한 정상적인 스위칭 동작인 것으로 판단할 수 있다.

한편, 제2주파수데이터생성부(1350)는 상용주파수대역을 포함하는 저주파수대역을 분석하는 것이 주된 목적이지만, 반드시 저주파수대역만을 분석하는 것이 아니라 고주파수대역을 함께 분석할 수도 있다. 제2주파수데이터생성부(1350)가 상대적으로 긴 시구간을 샘플링하여 고주파수대역을 분석한 결과는 제1주파수데이터생성부(1320)가 상대적으로 짧은 시구간을 샘플링하여 고주파수대역을 분석한 결과를 보완하여 아크 검출의 정확성을 높이는데 활용될 수 있다. 제1주파수데이터생성부(1320)가 상대적으로 짧은 시구간을 샘플링하여 주파수 성분을 분석하면 전체 주파수 대역에서 실제보다 그 크기가 증가한 것으로 나타나는 경향이 있고, 이로 인해 싸이리스터 등의 스위칭 동작에 따른 노이즈를 아크가 발생한 것으로 오검출하는 문제가 발생할 가능성이 있다. 제2주파수데이터생성부(1350)가 상대적으로 긴 시구간을 샘플링하여 고주파수대역을 분석한 결과는 제1주파수데이터생성부(1320)가 상대적으로 짧은 시구간을 샘플링하여 고주파수대역을 분석한 결과를 보완할 수 있으므로 오검출의 가능성을 줄일 수 있다.

아크판단부(1330)는 제1주파수데이터생성부(1320) 및 제2주파수데이터생성부(1350)가 생성한 주파수데이터를 분석하여 시스템의 아크 발생 가능성을 판단할 수 있다. 아크판단부(1330)는 상대적으로 짧은 시구간을 샘플링하여 고주파수대역에 대해 분석한 결과인 제1주파수데이터와 제2주파수데이터의 비교데이터, 및 상대적으로 긴 시구간을 샘플링하여 저주파수대역 및/또는 고주파수대역에 대해 분석한 결과인 제3주파수데이터와 제4주파수데이터의 비교데이터를 함께 고려하여 아크 발생 가능성을 판단할 수 있다. 제3주파수데이터와 제4주파수데이터의 비교데이터를 활용하여 저주파수대역을 분석하면, 저주파수대역에서의 변화가 있는지 여부를 검토하여 싸이리스터 등에 의한 정상적인 저주파수 스위칭 동작을 아크 발생으로 잘못 판단할 가능성을 줄일 수 있다. 예를 들어, 정상적인 동작상황에서 검출된 전류를 제1주파수데이터생성부(1320)에서 고주파수대역에 대해 분석하면 싸이리스터 등의 스위칭 동작에 의해 발생하는 펄스 형태의 파형으로 인해 고주파수 성분이 검출될 수 있으므로 1차적으로 아크 가능성이 있다고 판단될 수 있다. 이 경우 제2주파수데이터생성부(1350)에서 저주파수대역에 대해 분석을 하여 상용주파수 및 그 고조파 성분이 다른 주파수 성분에 비해 현저하게 드러날 경우 싸이리스터 등에 의한 정상적인 동작으로 판단함으로써 오검출을 방지할 수 있다. 또한, 제2주파수데이터생성부(1350)에서 제3주파수데이터와 제4주파수데이터의 비교데이터를 활용하여 고주파수대역을 분석하면 상대적으로 짧은 시구간(제1시구간 및 제2시구간)에서 샘플링한 데이터(제1주파수데이터 및 제2주파수데이터)로 고주파수대역을 분석한 결과를 보완하여 고주파수대역에서의 변화를 좀 더 정확하게 판단할 수 있는 장점도 있다.

한편, 제1주파수데이터생성부(1320)와 제2주파수데이터생성부(1350)가 동시에 동작하도록 할 수도 있으나, 이와는 달리 전류의 급격한 변동이 있고 제1주파수데이터 및 제2주파수데이터를 비교하여 아크 가능성이 있다고 판단되는 경우에만 제2주파수데이터생성부(1350)를 동작시켜 제3주파수데이터 및 제4주파수데이터를 비교하여 최종적으로 아크 발생 여부를 판단할 수 있다. 이 경우 부하량이 일정 크기 이상으로 변동하고 제1주파수데이터와 제2주파수데이터를 사용하여 고주파수대역을 비교한 결과 아크 가능성이 예측되는 경우에만 제3주파수데이터 및 제4주파수데이터의 생성하고 저주파수대역에 대한 처리가 수행되므로, 상대적으로 긴 시구간(제3시구간 및 제4시구간)에 대한 분석 회수 및 시간을 줄이고 하드웨어 자원의 소모를 줄일 수 있으므로 바람직하다.

아크검출장치(1300)는 전류의 급격한 변화가 있는지 여부를 판단하기 위한 한 방법으로 에지데이터생성부(1340)를 포함할 수 있다. 에지데이터생성부(1340)는 전술한 바와 같은 방식으로 전류의 급격한 변화 여부를 판단하는데 활용될 수 있다.

아크검출장치(1300)는 고주파통과필터(1360, HPF)를 포함하여 센싱된 전류에 대한 필터링을 수행하고, 필터링 처리된 전류값을 사용하여 제1주파수데이터 및 제2주파수데이터를 생성할 수 있다. 정상적인 상황에서의 전류의 크기가 아크발생에 의한 전류의 변화량에 비해 매우 큰 경우 제1주파수데이터생성부 및 제2주파수데이터생성부에서 푸리에변환 등의 방법으로 주파수 성분을 분석할 때 아크발생에 의한 전류 성분이 유효하게 검출되지 않는 경우도 있을 수 있다. 고주파통과필터(1360)는 이러한 상황에서 아크발생에 의한 전류 성분이 효율적으로 검출될 수 있도록 하기 위해 선택적으로 사용될 수 있다.

이와 같이 아크검출장치(1300)는 제2주파수데이터생성부(1350)에서 생성한 저주파수대역(고주파수대역을 선택적으로 포함 가능)의 성분을 분석하고 아크판단에 활용함으로써 싸이리스터 등에 의한 전류의 급격한 변화 및 노이즈에 의해 아크가 발생하지 않았음에도 아크가 발생한 것으로 잘못 판단하는 경우를 줄일 수 있다.

한편, 도 13에 예시된 아크검출장치(1300)는 전력을 변환하여 공급하는 전력변환장치가 포함된 전력시스템, 특히 배전시스템에 사용되어 아크가 발생하는지 여부를 검출하는데 사용될 수 있다. 본 발명은 아크검출장치뿐만 아니라 아크검출장치가 포함된 전력시스템 또는 배전시스템을 포함할 수 있다.

도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 아크검출장치의 블록도이다. 도 14에 도시된 아크검출장치(1400)는 도 13에 도시된 아크검출장치(1300)에 비해 전처리부(1470)을 더 포함하는 점에서 차이가 있다. 전처리부(1470)는 제2주파수데이터생성부(1360)에서 생성하는 제2주파수대역의 성분이 싸이리스터 등의 동작에 의한 것인지 아크에 의한 것인지를 더욱 정확히 구분할 수 있도록 하기 위해 부가될 수 있다. 이하에서는 전처리부(1470)의 동작에 대해 상세히 설명한다.

먼저, 도 15를 참조하여 전치리부(1470)가 필요한 이유에 대해 설명한다. 도 15의 (a)는 센싱전류파형(1510), (b)는 센싱전류파형(1510)이 고주파통과필터를 거친 후인 필터링된 전류파형(1530), (c)는 아크가 발생한 경우 발생하는 아크전류파형(1550), (d)는 필터링된 전류파형(1530)과 아크전류파형(1550)을 합성한 합성전류파형(1570)을 예시한다.

센싱전류파형(1510)은 싸이리스터 등의 저주파수 스위칭 동작에 의해 상용주파수 또는 그 두 배의 주파수 성분을 가지는 파형일 수 있다. 예를 들어, 싸이리스터 등이 위상제어 정류기로 동작하여 조광기능을 수행하는 경우 도 15(a)와 같이 상용주파수의 위상 일부가 잘린 형태의 전류파형이 센싱될 수 있다. 센싱전류파형(1510)이 고주파통과필터(HPF)를 거치면 도 15(b)의 필터링된 전류파형(1530)과 같이 센싱전류파형(1510)이 급격히 변화하는 부분에서 펄스가 발생하는 형태의 파형이 생성될 수 있다. 도 15(c)는 아크전류파형(1550)을 예시하고 있고, 도 15(d)는 필터링된 전류파형(1530)과 아크전류파형(1550)의 합성전류파형(1570)을 예시한다. 즉, 도 15(b)는 정상적인 동작상황에서의 주파수분석 대상파형이고 도 15(d)는 아크가 발생한 경우의 주파수분석 대상파형이다.

정상적인 동작상황에서의 주파수분석 대상파형인 필터링된 전류파형(1530)을 제1주파수데이터생성부에서 고주파수대역에 대해 분석하면 전류의 급격한 변화가 있을 뿐만 아니라 펄스 형태의 파형으로 인해 고주파수 성분이 검출될 것이므로 일차적으로 아크 가능성이 있다고 판단될 수 있다. 이 경우 제2주파수데이터생성부에서 필터링된 전류파형(1530)에 대해 상대적으로 긴 구간을 샘플링하고 저주파수대역에 대해 분석을 하여 상용주파수 및 그 고조파 성분이 다른 주파수 성분에 비해 현저히 드러날 경우 싸이리스터 등에 의한 정상적인 동작으로 판단함으로써 아크 오검출을 방지할 수 있다.

그러나 필터링된 전류파형(1530)은 도 15(b)에 예시된 바와 같이 펄스 형태이므로 상용주파수대역의 성분을 가지고는 있으되 그 크기가 크지 않을 수 있다. 이 경우 제2주파수데이터생성부에서 필터링된 전류파형(1530)의 저주파수대역을 분석하더라도 상용주파수 및 그 고조파 성분이 명확하게 드러나지 않아 싸이리스터 등에 의한 정상적인 동작에 의한 것인지 여부를 정확하게 판단하기 어려운 경우가 발생할 수 있다. 즉, 제2주파수데이터생성부가 도 15(b)에 예시된 정상상황에서의 파형(1530)과 도 15(d)에 예시된 아크가 발생한 합성전류파형(1570)에 대해 상용주파수 및 그 고조파 대역의 성분을 검출해서 양자의 구분이 가능해야 하는데 필터링된 전류파형(1530)의 펄스폭이 작은 경우 상용주파수 및 그 고조파 성분이 많지 않아서 구분이 곤란한 경우가 발생할 수 있다. 이러한 현상은 필터링된 전류파형(1530)의 펄스폭이 작을수록 상용주파수 및 그 고조파 성분의 크기가 작아지므로 더 문제가 될 수 있다.

도 14의 전처리부(1470)는 이러한 상황에서 아크가 발생하지 않은 경우의 필터링된 전류파형(1530)과 아크가 발생한 경우의 합성전류파형(1570)이 저주파수대역에서 구분이 가능하도록 하기 위한 것으로서, 도 15(b)에 예시된 필터링된 전류파형(1530)과 같이 상용주파수에서 주기적으로 발생하는 펄스 형태의 신호에 대해서는 상용주파수 성분이 증폭되도록 하면서 도 15(d)에 예시된 합성전류파형(1570)에 대해서는 상용주파수 성분이 상대적으로 작게 검출되도록 하는 기능을 수행할 수 있다. 이하 도 16 및 도 17을 참조하여 전처리부의 동작에 대해 설명한다.

도 16은 아크가 발생하지 않은 경우 센싱 전류값에 대해 전처리를 수행하는 경우의 파형을 예시한다. 도 16(a)는 센싱전류파형(1510)을 예시하고, 도 16(b)는 필터링된 전류파형(1530)을 예시하며, 도 16(c)는 전처리를 수행한 후인 전처리후파형(1630)을 예시한다. 도 16(b)의 부호 1620은 전처리기준값을 예시한다.

전처리부는 필터링된 전류파형(1530)을 전처리기준값(1620)과 비교하고, 필터링된 전류파형(1530)이 전처리기준값(1620)을 상승하면서 크로스할 때마다 제1값(예를 들어, '0')과 제2값(예를 들어, '1')의 값을 번갈아 가지도록 토글시킨다. 즉, 전처리후파형(1630)이 '0'의 값을 가진 상태에서 필터링된 전류파형(1530)이 전처리기준값(1620)을 상승하면서 크로스하면 전처리후파형(1630)이 '1'로 변경되고 다시 필터링된 전류파형(1530)이 전처리기준값(1620)을 상승하면서 크로스하면 전처리후파형(1630)이 '0'으로 변경되는 방식이다. 여기서 필터링된 전류파형(1530)이 전처리기준값(1620)을 상승하면서 크로스할 때 토글하는 것을 예시하였으나, 반대로 하강하면서 크로스할 때마다 토글하도록 할 수도 있다. 그러면 도 16(c)에 예시된 전처리후파형(1630)이 생성될 수 있다. 전처리후파형(1630)의 경우 필터링된 전류파형(1530)과 같은 상용주파수 성분을 가지면서도 펄스 형태가 아니므로 필터링된 전류파형(1530)에 비해 상용주파수 성분이 현저하게 드러날 수 있다. 전처리후파형(1630)에 대해 저주파수대역의 성분을 분석해보면 도 17과 같이 상용주파수 및 그 고조파 성분이 명확하게 드러나게 된다.

도 18은 아크가 발생한 경우 센싱 전류값에 대해 전처리를 수행하는 경우의 파형을 예시한다. 도 18(a)는 센싱전류파형을 예시하고, 도 18(b)는 필터링된 전류파형(1870)을 예시하며, 도 18(c)는 전처리를 수행한 후인 전처리후파형(1830)을 예시한다. 센싱전류파형은 싸이리스터 등에 의한 전류파형(1810)과 아크에 의한 전류파형(1850)을 함께 포함하고 있다. 부호 1820은 전처리기준값을 예시한다.

전처리부는 필터링된 전류파형(1870)을 전처리기준값(1820)과 비교하고, 필터링된 센싱전류파형이 전처리기준값(1820)을 상승하면서 크로스할 때마다 '0'과 '1'의 값을 번갈아 가지도록 토글시킨다. 그러면 도 18(c)의 전처리후파형(1830)이 생성될 수 있다. 도 18(c)에 예시된 전처리후파형(1830)의 경우 싸이리스터 등에 의한 전류성분에 의해서도 토글이 되지만 아크에 의한 성분에 의해서도 토글이 되므로 상용주파수 및 그 고조파 성분이 상대적으로 감소하면서 그 외의 주파수 성분이 상대적으로 증가하게 된다. 도 18(c)에 예시된 전처리후파형(1830)에 대해 저주파수대역의 성분을 분석해보면 도 19와 같이 상용주파수(예, 60 Hz) 성분이 두드러지는 대신 수백 Hz 이하의 주파수 범위에서 다양한 주파수가 혼재되어 나타남을 알 수 있다.

이와 같이 전처리부는 필터링된 전류파형의 주파수 성분을 변화시키는데, 도 17 및 도 19의 대비를 통해 명백히 파악되는 바와 같이, 정상적인 동작 상황에서 발생하는 상용주파수의 펄스 형태의 파형에 대해서는 해당 상용주파수 성분을 증폭시키되 아크가 발생한 경우에는 상용주파수 성분이 두드러지지 않도록 하여 상용주파수 및 그 고조파 성분이 다른 주파수 성분에 비해 현저히 드러나는지 여부를 분석함으로써 정상적인 동작과 아크 발생을 구분할 수 있도록 한다.

도 20은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 아크검출방법의 흐름도이다. 도 20의 아크검출방법은 전술한 아크검출장치에 의해 수행될 수 있으나 이로 제한되는 것은 아니고 다른 형태의 하드웨어에 의해 수행될 수도 있다.

도 20를 참조하면, 도 1의 제1선로(152)의 예시와 같은 선로에 흐르는 전류를 검출할 수 있다(S2002). 검출된 전류는 디지털 변환되어 디지털전류데이터 형태로 처리될 수 있다.

다음으로 검출된 전류가 급격한 변동을 수반하는지 여부를 판단할 수 있다(S2004). 전류의 급격한 변동 여부는 전술한 바와 같이 에지디텍션 처리에 의해 전류에지데이터가 생성되고, 전류에지데이터가 에지기준값과 비교되는 방식으로 수행될 수 있다.

S2004 단계에서 전류의 급격한 변동이 있다고 판단되면 S2006 단계로 진행하고 전류의 급격한 변동이 없다고 판단되면 다시 S2002 단계로 복귀할 수 있다.

S2004 단계에서 전류의 급격한 변동이 있다고 판단된 경우, 제1주파수데이터와 제2주파수데이터를 생성하고 비교할 수 있다(S2006). 제1주파수데이터와 제2주파수데이터는 전술한 제1시구간 및 제2시구간을 샘플링하여 상대적으로 높은 주파수대역인 제1주파수대역을 분석한 데이터일 수 있다.

다음으로 제1주파수데이터와 제2주파수데이터의 비교 결과에 기반하여 아크 가능성을 1차 판단할 수 있다(S2008). 제1주파수데이터와 제2주파수데이터를 사용하여 아크 가능성을 판단하는 방법에 대해서는 전술한 바 있으므로 여기서 중복되는 설명은 생략한다.

S2008 단계에서 아크 가능성이 낮거나 없다고 판단되는 경우 다시 S2002 단계로 복귀하여 다음 전류 검출 단계로 복귀할 수 있다. 이러한 과정을 통해 여러 번에 걸쳐 확보된 제1주파수데이터는 누적되고 통계처리되어 정상적인 동작 상황에서의 기준데이터로 사용될 수 있다.

S2008 단계에서 아크 가능성에 대한 1차 판단 결과 아크 가능성이 있다고 판단되는 경우, 전류 데이터에 대한 전처리 과정을 거쳐(S2010) 제3주파수데이터 및 제4주파수데이터를 생성하고 비교할 수 있다(S2012).

S2010 단계에서 수행되는 전류 데이터에 대한 전처리는 전술한 바와 같이 전류가 전처리기준값을 상승하면서 크로스하는 지점마다 '0'과 '1'의 값을 번갈아 가지도록 토글하는 방식으로 수행될 수 있다.

제3주파수데이터 및 제4주파수데이터는 전술한 바와 같이 상대적으로 긴 시구간인 제3시구간과 제4시구간을 샘플링하여 상대적으로 낮은 주파수 범위를 포함하는 제2주파수대역을 분석한 데이터일 수 있다. 제3주파수데이터 및 제4주파수데이터는 전술한 바와 같이 상용주파수 또는 그 두 배의 주파수를 포함하는 저주파수대역에 대한 데이터이거나, 또는 저주파수대역과 고주파수대역을 모두 포함하는 데이터일 수 있다. 제3시구간 및 제4시구간은 부하량이 일정 크기 이상으로 변동하는 제1부하변동시점을 기준으로 제3시구간은 제1부하변동시점 이전의 구간이고, 제4시구간은 제1부하변동시점 이후의 구간일 수 있다. 제3시구간 및 제4시구간은 각각 제1시구간 및 제2시구간에 비해 10배 이상일 수 있다.

다음으로 전류의 급격한 변동 여부, 제1주파수데이터와 제2주파수데이터의 비교 결과, 및 제3주파수데이터와 제4주파수데이터의 비교 결과를 종합하여 최종적으로 아크 발생 여부를 판단할 수 있다(S2014). 만약, 최종적으로 아크 발생이 아닌 것으로 판단된 경우 제3주파수데이터는 누적되고 통계처리되어 정상적인 동작 상황에서의 기준데이터로 활용될 수 있다.

전류의 급격한 변동이 검출될 때마다 매번 상대적으로 긴 시구간인 제3시구간 및 제4시구간에 대해 제3주파수데이터 및 제4주파수데이터를 분석하게 되면 데이터의 분석에 많은 시간이 소모되고 하드웨어 자원의 소모가 클 것이지만, 도 20에 예시된 바와 같이 전류의 급격한 변동 여부 및 상대적으로 짧은 시구간인 제1시구간 및 제2시구간에 대한 제1주파수데이터와 제2주파수데이터를 먼저 분석하고, 그 결과 아크 발생 가능성이 예측되는 경우에만 제3주파수데이터 및 제4주파수데이터를 분석하게 되면 불필요한 하드웨어 자원의 소모나 데이터 분석 시간을 줄일 수 있으면서도 오검출을 줄이고 아크 발생의 정확한 검출이 가능하다는 장점이 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 전력시스템에서 발생하는 아크를 검출하고 이를 바탕으로 전력시스템을 안정적으로 인터럽트할 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명에 의하면, 정상적인 오퍼레이팅에서 발생하는 노이즈와 아크를 구분하여 아크 오감지의 빈도를 줄일 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명에 의하면, 고주파수대역의 스위칭 노이즈뿐만 아니라 저주파수대역에서의 싸이리스터 등의 동작과 아크 발생을 구분하여 아크 감지의 정확성을 높일 수 있는 효과가 있다.

이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (17)

1. 오퍼레이팅에 따른 노이즈의 영향이 제1주파수대역에서 검출되는 시스템의 제1선로에 흐르는 제1전류를 센싱하는 전류센서;
   제1시구간 및 제2시구간 각각에서 상기 제1전류에 대한 센싱값을 처리하여 상기 제1주파수대역에 대한 제1주파수데이터 및 제2주파수데이터를 생성하는 제1주파수데이터생성부; 및
   상기 제1주파수데이터와 상기 제2주파수데이터의 제1비교데이터에 따라 상기 시스템의 아크 발생 가능성을 판단하는 아크판단부;를 포함하고,
   부하량이 일정 크기 이상으로 변동하는 제1부하변동시점을 기준으로 상기 제1시구간은 상기 제1부하변동시점 이전의 시구간이고 상기 제2시구간은 상기 제1부하변동시점 이후의 시구간인 것을 특징으로 하는 아크검출장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 아크검출장치는 상기 제1시구간 및 상기 제2시구간에 비해 긴 시구간을 가지는 제3시구간 및 제4시구간 각각에서 상기 제1전류에 대한 센싱값을 처리하여 상기 제1주파수대역보다 낮은 주파수대역을 포함하는 제2주파수대역에 대한 제3주파수데이터 및 제4주파수데이터를 생성하는 제2주파수데이터생성부를 더 포함하고,
   상기 아크판단부는 상기 제3주파수데이터와 상기 제4주파수데이터의 제2비교데이터를 더 고려하여 상기 시스템의 아크 발생 가능성을 판단하는 것을 특징으로 하는 아크검출장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제3시구간 및 상기 제4시구간은 각각 상기 제1시구간 및 상기 제2시구간에 비해 10배 이상인 것을 특징으로 하는 아크검출장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제1부하변동시점을 기준으로 상기 제3시구간은 상기 제1부하변동시점 이전의 시구간이고 상기 제4시구간은 상기 제1부하변동시점 이후의 시구간인 것을 특징으로 하는 아크검출장치.
5. 제2항에 있어서,
   상기 제2주파수대역은 전력계통의 상용주파수 또는 전력계통의 상용주파수의 두 배의 주파수를 포함하는 것을 특징으로 하는 아크검출장치.
6. 제2항에 있어서,
   상기 제1비교데이터의 분석 결과 아크 가능성이 있다고 판단되는 경우, 상기 제2주파수데이터생성부는 상기 제3주파수데이터 및 상기 제4주파수데이터를 생성하고, 상기 아크판단부는 상기 제2비교데이터를 고려하여 아크 발생 여부를 최종 판단하는 것을 특징으로 하는 아크검출장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 제1주파수데이터생성부는 푸리에변환을 통해 상기 제1주파수대역에 대해 상기 제1주파수데이터 및 상기 제2주파수데이터를 생성하는 것을 특징으로 하는 아크검출장치.
8. 제2항에 있어서,
   상기 제2주파수데이터생성부는 푸리에변환을 통해 상기 제2주파수대역에 대해 상기 제3주파수데이터 및 상기 제4주파수데이터를 생성하는 것을 특징으로 하는 아크검출장치.
9. 제2항에 있어서,
   상기 제1전류에 대한 센싱값에 대해 고주파 성분을 통과시키는 고주파통과필터; 및
   상기 고주파통과필터를 거친 센싱값에 대해 상기 제2주파수대역에서의 주파수 성분을 변화시키는 전처리부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 아크검출장치.
10. 제9항에 있어서,
    상기 전처리부는 상기 고주파통과필터를 거친 센싱값이 전처리기준값을 상승 또는 하강하면서 크로스하는 지점마다 제1값과 제2값을 번갈아 가지도록 토글하는 방식으로 동작하는 것을 특징으로 하는 아크검출장치.
11. 아크검출장치에 의해 수행되는 아크검출방법으로서,
    오퍼레이팅에 따른 노이즈의 영향이 제1주파수대역에서 검출되는 시스템의 제1선로에 흐르는 제1전류를 센싱하는 제1단계;
    제1시구간 및 제2시구간 각각에서 상기 제1전류에 대한 센싱값을 처리하여 상기 제1주파수대역에 대한 제1주파수데이터 및 제2주파수데이터를 생성하는 제2단계;
    상기 제1주파수데이터와 상기 제2주파수데이터의 제1비교데이터에 따라 상기 시스템의 아크 발생 가능성을 1차 판단하는 제3단계;
    상기 제3단계에서 아크 발생 가능성이 있다고 판단되는 경우, 상기 제1시구간 및 상기 제2시구간에 비해 긴 시구간을 가지는 제3시구간 및 제4시구간 각각에서 상기 제1전류에 대한 센싱값을 처리하여 상기 제1주파수대역보다 낮은 주파수대역을 포함하는 제2주파수대역에 대한 제3주파수데이터 및 제4주파수데이터를 생성하는 제4단계; 및
    상기 제3주파수데이터와 상기 제4주파수데이터의 제2비교데이터를 고려하여 상기 시스템의 아크 발생 가능성을 2차 판단하는 제5단계;
    를 포함하는 아크검출방법.
12. 제11항에 있어서,
    부하량이 일정 크기 이상으로 변동하는 제1부하변동시점을 기준으로 상기 제1시구간과 상기 제3시구간은 상기 제1부하변동시점 이전의 시구간이고 상기 제2시구간과 상기 제4시구간은 상기 제1부하변동시점 이후의 시구간인 것을 특징으로 하는 아크검출방법.
13. 제12항에 있어서,
    상기 제3시구간 및 상기 제4시구간은 각각 상기 제1시구간 및 상기 제2시구간에 비해 10배 이상인 것을 특징으로 하는 아크검출방법.
14. 제11항에 있어서,
    상기 제2주파수대역은 전력계통의 주파수 또는 전력계통의 주파수의 두 배의 주파수를 포함하는 것을 특징으로 하는 아크검출방법.
15. 제11항에 있어서,
    상기 제1주파수데이터, 상기 제2주파수데이터, 상기 제3주파수데이터 및 상기 제4주파수데이터는 푸리에변환을 통해 생성되는 것을 특징으로 하는 아크검출방법.
16. 제11항에 있어서, 상기 제4단계 이전에 상기 제1전류에 대한 센싱값에 대해 상기 제2주파수대역에서의 주파수 성분을 변화시키는 전처리 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 아크검출방법.
17. 제16항에 있어서, 상기 전처리 단계는 상기 제1전류에 대한 센싱값이 전처리기준값을 상승 또는 하강하면서 크로스하는 지점마다 제1값과 제2값을 번갈아 가지도록 토글하는 방식으로 수행되는 것을 특징으로 하는 아크검출방법.

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