KR20220145582A - 화재 위험도 예측을 위한 아크 감지기 및 이의 동작 방법 - Google Patents

화재 위험도 예측을 위한 아크 감지기 및 이의 동작 방법 Download PDF

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Abstract

상용 전원 입력과 부하 사이에 연결되어 화재 위험도를 예측하는 아크 감지기가 개시될 수 있다. 상기 아크 감지기는, 두 전원 라인 중 소정의 전원 라인 상에 흐르는 제1 전류 신호를 감지하고 상기 제1 전류 신호를 이용하여 트리거 신호를 발생시키는 트리거 신호 발생부, 상기 트리거 신호에 의해 동작하며 상기 두 전원 라인 중 소정의 전원 라인 상에 흐르는 제2 전류 신호에 대응하는 제1 전류 신호 정보와 상기 두 전원 라인을 통해 감지한 위상 정보에 대응하는 제2 전류 신호 정보를 생성하는 신호 처리부, 그리고 상기 제1 전류 신호 정보와 상기 제2 전류 신호 정보를 이용하여 아크 발생 여부를 판단하는 추론부를 포함할 수 있다.

Description

화재 위험도 예측을 위한 아크 감지기 및 이의 동작 방법{ARC FAULT DETECTOR FOR FIRE RISK PREDICTION AND OPERATING METHOD THEREOF}
본 개시는 화재 위험도 예측을 위한 아크 감지기 및 이의 동작 방법에 관한 것이다.
축산 농장의 화재는 농가에 상당한 피해를 입히며, 복구에도 많은 시간과 노력이 요구된다. 화재 위험에도 불구하고 축산 농가에서는 경제적인 이유로 현대식 전기 설비 구축에 소극적이다. 축산 농장에서 발생하는 화재의 주요 원인 중 하나가 전기 아크에 의한 것임에도 불구하고, 아크 위험성에 대한 인식이 낮다. 일반적으로 전기 화재를 예방하기 위해 누전 차단기가 사용되고 있다. 누전 차단기는 과전류 및 누설 전류를 차단하는 장치로서 감전 사고를 예방하는 효과는 있지만, 전기 아크로 인한 화재를 예방하기는 어렵다. 누전 차단기를 축산 농장에 설치한 상황에서도 전기 화재가 지속적으로 발생하고 있는데, 이는 누전 차단기가 전기 아크를 적절히 감지하기 못하기 때문이다.
최근 생산되고 있는 저가의 아크 감지기는 병렬 아크(Parallel Arc Fault) 감지에는 어느 정도 신뢰할 수 있는 감지율을 갖고 있지만 직렬 아크(Series Arc Fault) 감지율은 50% 이하로서 낮다.
병렬 아크는 부하와 병렬로 발생하는 아크로서, 선간 단락 또는 접지와의 단락에 의해 발생하는 아크이다. 병렬 아크가 지속적으로 발생하는 경우에도 누전 차단기가 차단되지 않는 경우가 많다. 이는 병렬 아크의 전류 특성이 누전 차단기가 동작하기 위한 동작 구간을 벗어나는 경우가 있다는 증거이다.
직렬 아크는 부하와 직렬로 연결된 상태에서 발생하는 아크로서 파손된 전선 또는 단자의 접속부에서 발생하는 접속 불량이 원인이다. 직렬 아크에 의한 아크 전류는 부하의 종류 및 부하의 소비전력에 의해 결정된다. 아크 전류가 보호 장치의 정격 전류 크기를 넘지 않을 수 있으므로, 파손된 전선이나 단자의 접속부에서 직렬 아크가 발생하더라도 아크 감지기가 직렬 아크를 감지하기 어려울 수 있다. 한편, 직렬 아크는 전선의 노화 및 단선에 의한 접촉 불량, 그리고 멀티탭을 이용한 무분별한 전기 사용 등과 같은 원인에 의해 발생할 수 있다. 접촉 불량에 의해 국부적인 아크가 발생하고 온도가 순간적으로 급격하게 상승하는 경우, 주변의 발화성 물질과의 반응에 의해 화재가 발생할 수 있다.
아크 감지기를 도입하여 전기 화재를 예방할 수 있지만, 현재의 아크 감지기는 누전 차단기에 비해 10~20배 비싸므로, 저가의 아크 감지기의 도입이 필요하다. 한편, 아크 감지기는 전기 아크를 감지할 수 있는 전압의 크기, 전류의 크기, 그리고 검출 가능 위치(거리)가 있다. 이러한 크기와 거리를 벗어나는 경우, 아크 감지기는 전기 아크 사고를 검출하기 어렵다. 그리고 아크 감지기는 일반 누전 차단기보다 감도가 민감하므로 오동작할 확률도 높다.
실시예들 중 적어도 하나의 실시예는 높은 신뢰도로 병렬 아크와 직렬 아크를 감지하는 아크 감지기 및 이의 동작 방법을 제공하는 것이다.
실시예들 중 적어도 하나의 실시예는 저가의 보급형 아크 감지기 및 이의 동작 방법을 제공하는 것이다.
일측면에 따르면, 상용 전원 입력과 부하 사이에 연결되어 화재 위험도를 예측하는 아크 감지기가 제공될 수 있다. 상기 아크 감지기는, 두 전원 라인 중 소정의 전원 라인 상에 흐르는 제1 전류 신호를 감지하고, 상기 제1 전류 신호를 이용하여 트리거 신호를 발생시키는 트리거 신호 발생부, 상기 트리거 신호에 의해 동작하며, 상기 두 전원 라인 중 소정의 전원 라인 상에 흐르는 제2 전류 신호에 대응하는 제1 전류 신호 정보와 상기 두 전원 라인을 통해 감지한 위상 정보에 대응하는 제2 전류 신호 정보를 생성하는 신호 처리부, 그리고 상기 제1 전류 신호 정보와 상기 제2 전류 신호 정보를 이용하여 아크 발생 여부를 판단하는 추론부를 포함할 수 있다.
상기 신호 처리부는, 상기 제2 전류 신호에서 제로-크로싱 부분에서의 신호를 이용하여 상기 제2 전류 신호 정보를 생성할 수 있다.
상기 신호 처리부는, 상기 제로-크로싱 부분에서의 상기 신호에 대한 신호 평균, 신호 표준 편차, 특정 영역에서 전류의 최대값과 최소값의 차이(Pole Difference), 신호 평균 전력 중 적어도 하나를 계산하며, 상기 제로-크로싱 부분에서의 상기 신호에 대한 주파수 성분 변화 특성을 계산하여, 상기 제2 전류 신호 정보를 생성할 수 있다.
상기 신호 처리부는, 상기 두 전원 라인을 통해 감지한 신호와 일반적인 전류 신호를 비교하여 상기 위상차를 추출할 수 있으며, 상기 위상차가 상기 제2 전류 신호 정보일 수 있다.
상기 신호 처리부는, 상기 제2 전류 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환기, 상기 디지털 신호를 이용하여 상기 제로-크로싱 부분에서의 신호를 감지하는 제로-크로싱 감지부, 그리고 상기 제로-크로싱 부분에서의 상기 신호를 이용하여 상기 제2 전류 신호 정보를 생성하는 특징 분석부를 포함할 수 있다.
상기 신호 처리부는, 상기 두 전원 라인에 연결되며 상기 두 전원 라인에 흐르는 신호를 이용하여 아날로그 저주파 신호에 대한 위상을 감지하는 위상 감지부, 그리고 상기 감지한 위상과 상기 일반적인 전류 신호의 위상을 비교하여, 상기 위상차를 추출하는 위상 분석부를 포함할 수 있다.
상기 신호 처리부는, 상기 제로-크로싱 부분에서의 상기 신호를 단시간 퓨리에 변환을 수행하여, 시간 변화에 따른 상기 주파수 성분 변화 특성을 추출할 수 있다.
상기 아크 감지는, 상기 두 전원 라인 중 상기 전원 라인 상에 위치하며 상기 제2 전류 신호를 감지하는 션트 저항, 그리고 상기 제2 전류 신호에서 고주파 성분을 제거하여 상기 아날로그-디지털 변환기로 출력하는 저역 통과 필터를 더 포함할 수 있다.
상기 트리거 신호 발생부는, 상기 제1 전류 신호에서 소정의 주파수 대역을 필터링하는 대역통과필터, 상기 대역통과 필터의 출력에서 에너지를 감지하는 고주파 센서, 그리고 상기 고주파 센서가 상기 에너지를 감지하는 경우 상기 트리거 신호를 발생시키는 스위칭부를 포함할 수 있다.
상기 추론부는 기계학습 추론 모델을 탑재하고 있으며 상기 아크 발생 여부를 판단하기 전에 미리 훈련되어 있을 수 있다.
다른 측면에 따르면, 상용 전원 입력과 부하 사이에 연결되어 화재 위험도를 예측하는 아크 감지기의 동작 방법이 제공될 수 있다. 상기 동작 방법은, 전원 라인 상에 흐르는 제1 전류 신호를 감지하는 단계, 상기 제1 전류 신호가 소정의 주파수 대역인 경우, 트리거 신호를 발생시키는 단계, 상기 트리거 신호가 발생된 경우, 전원 라인 상에 흐르는 제2 전류 신호를 감지하는 단계, 상기 트리거 신호가 발생된 경우, 전원 라인 상에 흐르는 제3 전류 신호에 대한 위상 정보를 획득하는 단계, 그리고 상기 제2 전류 신호에 대응되는 제1 전류 정보와 상기 위상 정보에 대응되는 제2 전류 정보를 이용하여, 아크 발생 여부를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 동작 방법은, 상기 제2 전류 신호에서 제로-크로싱되는 부분에서의 신호를 이용하여, 상기 제1 전류 정보를 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 전류 정보를 생성하는 단계는, 상기 제로-크로싱되는 부분에서의 상기 신호에 대한 신호 평균, 신호 표준 편차, 특정 영역에서 전류의 최대값과 최소값의 차이(Pole Difference), 신호 평균 전력 중 적어도 하나의 값을 계산하는 단계, 그리고 상기 제로-크로싱되는 부분에서의 상기 신호에 대한 주파수 성분 변화 특성을 계산하는 단계를 포함할 수 있으며, 상기 제1 전류 정보는 상기 적어도 하나의 값과 상기 주파수 성분 변화 특성일 수 있다.
상기 위상 정보를 획득하는 단계는, 상기 제3 전류 신호와 일반적인 전류 신호를 비교하여 위상차를 계산하는 단계를 포함할 수 있으며, 상기 제2 전류 정보는 상기 위상차일 수 있다.
상기 주파수 성분 변화 특성을 계산하는 단계는, 상기 제로-크로싱되는 부분에서의 상기 신호를 단시간 퓨리에 변환을 수행하여, 시간 변화에 따른 상기 주파수 성분 변화 특성을 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 트리거 신호를 발생시키는 단계는, 상기 제1 전류 신호에서 상기 소정의 주파수 대역을 필터링하는 단계, 상기 필터링된 신호에 대한 에너지를 감지하는 단계, 그리고 상기 에너지가 감지된 경우, 상기 트리거 신호를 발생시키는 단계를 포함할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상용 전원 라인 상에 연결되는 아크 감지기의 동작 방법이 제공될 수 있다. 상기 동작 방법은, 상기 상용 전원 라인 상에 흐르는 제1 전류 신호를 감지하는 단계, 상기 상용 전원 라인 상에 흐르는 제2 전류 신호를 감지하는 단계, 상기 제1 전류 신호와 정상 전류 신호를 비교하여, 위상차를 획득하는 단계, 상기 제2 전류 신호에 대한 주파수 성분 변화 특성을 획득하는 단계, 그리고 상기 위상차와 상기 주파수 성분 변화 특성을 이용하여, 아크 발생 여부를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 상용 전원 라인은 두 개의 전원 라인을 포함할 수 있으며, 상기 제1 전류 신호를 감지하는 단계는, 상기 두 개의 전원 라인에 흐르는 신호를 이용하여 상기 제1 전류 신호를 감지하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 주파수 성분 변화 특성을 획득하는 단계는, 상기 제2 전류 신호에서 제로-크로싱되는 부분에서의 신호를 추출하는 단계, 상기 제로-크로싱되는 부분에서의 상기 신호에 대해서 단시간 퓨리에 변환을 수행하는 단계, 그리고 상기 단시간 퓨리에 변환된 신호를 이용하여, 시간 변화에 따른 상기 주파수 성분 변화 특성을 획득하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 동작 방법은, 상기 제2 전류 신호에서 제로-크로싱되는 부분에서의 신호를 추출하는 단계, 그리고 상기 제로-크로싱되는 부분에서의 상기 신호에 대한 신호 평균, 신호 표준 편차, 특정 영역에서 전류의 최대값과 최소값의 차이(Pole Difference), 신호 평균 전력 중 적어도 하나의 값을 계산하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 판단하는 단계는, 상기 위상차, 상기 주파수 성분 변화 특성, 그리고 상기 적어도 하나의 값을 이용하여, 아크 발생 여부를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
실시예들 중 적어도 하나의 실시예에 따르면, 병렬 아크 뿐만 아니라 직렬 아크도 높은 신뢰도로 검출할 수 있다.
실시예들 중 적어도 하나의 실시예에 따르면, 간단한 구성을 통해 저가형의 아크 감지기를 제공할 수 있다.
도 1은 한 실시예에 따른 전기 아크 데이터 수집 시험 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 한 실시예에 따른 직렬 아크 발생 개념을 나타내는 등가 회로도이다.
도 3은 한 실시예에 따른 병렬 아크 발생 개념을 나타내는 등가 회로도이다.
도 4는 일반적인 전류 신호와 직렬 아크 신호의 예를 나타내는 그래프이다.
도 5는 일반적인 전류 신호와 병렬 아크 신호의 예를 나타내는 그래프이다.
도 6은 아크 신호의 주파수 영역 특성에 대한 예를 나타내는 그래프이다.
도 7은 직렬 아크 신호에 대해서 단시간 퓨리에 변환을 수행한 결과의 예를 나타내는 그래프이다.
도 8은 한 실시예에 따른 아크 감지기를 나타내는 블록도이다.
도 9는 한 실시예에 따른 신호 처리부의 내부 구성을 나타내는 블록도이다.
도 10은 한 실시예에 따른 아크 감지기의 동작 방법을 나타내는 플로우차트이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "커플링(coupling)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 또는 물리적으로 커플링"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "간접적으로 또는 비접촉 커플링"되어 있는 경우를 포함한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 또는 물리적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "간접적으로 또는 비접촉 연결"되어 있는 경우, 또는 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
아래에서 설명하는 실시예에서, 직렬 아크 신호와 병렬 아크 신호의 특성을 분석하기 위해 전기 아크 시험 장치가 이용된다. 전기 아크 시험 장치는 UL1699에서 명시하고 있는 시험 장치일 수 있다. 전기 아크 시험 장치를 이용하여, 다양한 부하(Load) 환경, 온도 환경, 습도 환경, 소비 전력 환경에서 전기 아크 신호의 특성 데이터(신호)가 추출된다. 수집된 데이터는 특징을 추출하기 위해 시간 영역과 주파수 영역에서 분석될 수 있다. 시간 영역에서는 아크 구간의 신호 평균, 신호 표준 편차, 특정 영역에서 전류의 최대값과 최소값의 차이(Pole Difference), 신호 평균 전력이 아크 특성 신호로 사용될 수 있다. 주파수 영역에서는 아크 구간에서의 단시간 퓨리에 변환(Short-Time Fourier Transform) 신호를 기반으로 시간 변환에 따른 주파수 특성이 아크 특성 신호로 사용될 수 있다. 이와 같은 아크 특성 신호들은 아크 발생 여부를 판단 및 예측하는 다양한 기계학습 모델(예를 들면, 분류 모델: 인공신경망(Artificial Neural Network), 서포트 벡터 머신(Support Vector Machine), 예측 모델: 선형 회귀(Linear Regression), 장단기 메모리 모델(Long Short-Term Memory))에 적용될 수 있다. 기계학습 모델을 기반으로 하는 아크 감지기는 아크의 발생 여부를 높은 정확도로 판단할 수 있으며 누적된 데이터를 기반으로 아크 발생에 대한 예측을 할 수 있다.
한편, 기계학습 모델 기반의 아크 감지기는 상시 전기 아크 신호를 수집하여 분석하는 것이 아니라 특정 트리거 신호가 발생한 경우에 아크 신호를 수집하여 분석할 수 있다. 이를 통해 기계학습 모델 기반의 아크 감지기의 시스템 부하를 줄일 수 있다. 트리거 신호를 획득하는 하나의 예로서, 특정 대역의 에너지 감지 센서를 이용하여 에너지 신호가 평상 시와 차이를 보일 때, 아크 감지기를 트리거링할 수 있다.
도 1은 한 실시예에 따른 전기 아크 데이터 수집 시험 장치를 나타내는 도면이다. 즉, 도 1의 전기 아크 시험 장치는 복수의 아크 신호 데이터를 추출(수집)하기 위한 UL1699에서 명시하고 있는 시험 장치일 수 있다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 한 실시예에 따른 전기 아크 시험 장치(100)는 아크 발생기(110), 복수의 부하(130_1, 130_2, 130_3), 복수의 스위치(140_1, 140_2, 140_3), 전류 센서(150), 대역통과필터(160), 저장부(170), 그리고 전원 플러그(180)를 포함할 수 있다.
아크 발생기(110)는 UL1699 기반으로 전기 아크를 발생시킨다. 아크 발생기(110)가 UL1699 기반으로 전기 아크를 발생시키는 방법은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 알 수 있는 바 구체적인 설명은 생략한다. 한편, 아크 발생기(110)는 아크가 발생하는 주변 환경에 해당하는 온도와 습도를 구성하기 위해 투명 아크릴(120) 내에 위치할 수 있다. 투명 아크릴(120) 내에는 습도 값을 가변 시키기 위한 가습기(121)가 위치할 수 있다.
전원 플러그(180)에는 상용 전원(220V, 60Hz)가 입력되고, 상용 전원은 아크 발생기(110) 입력단자로 입력된다. 복수의 부하(130_1, 130_2, 130_3)는 각각 아크 발생기(110)의 출력 단자에 연결되며, 복수의 부하(130_1, 130_2, 130_3)의 각각에는 복수의 스위치(140_1, 140_2, 140_3)가 연결된다.
전류 센서(150)는 전원 플러그(180)와 아크 발생기(110) 사이에 위치하며 전류를 센싱한다. 전류 센서(150)에 의해 센싱된 전류는 대역통과필터(Band Pass Filter)(160)로 입력되며, 대역통과필터(160)는 소정의 주파수 대역(예를 들면, 1.5 ~ 5MHz) 신호를 통과시킨다. 대역통과필터(160)를 통과한 신호는 저장부(170)에 저장된다. 즉, 저장부(170)는 복수의 아크 신호 데이터를 저장한다.
아크 신호 데이터를 수집하기 위한 방법에 대해서 설명하면 다음과 같다.
먼저, 스위치(140_1)를 턴온시켜 부하(130_1)가 아크 발생기(110)에 연결된다. 아크가 발생하는 환경에 대응하는 습도 값을 조절하기 위해, 가습기(121)가 동작된다. 습도가 목표 값에 도달하는 경우, 아크 발생기(110)는 전기 아크를 주기적으로 발생시킨다. 아크가 발생하는 전선에 설치된 전류 센서(150)는 아크 신호를 센싱하고, 센싱된 신호는 대역통과필터(160)를 통과한 후 저장부(170)에 저장(수집)된다. 그리고, 다른 습도 환경에서 아크 신호 데이터를 수집하기 위해, 투명 아크릴(120) 내에 위치하는 가습기(121) 통해 습도 값이 변경된다. 변경된 습도 값에서 아크 발생기(110)는 전기 아크를 발생시키며, 아크 신호 데이터가 저장부(170)에 저장(수집)된다. 이와 같이 다양한 습도 값 조건에서 전기 아크 신호를 발생시킴으로써, 아크 신호 데이터가 수집될 수 있다.
부하(130_1)에 대한 아크 신호 데이터를 수집한 후에, 부하(130_2)에 대한 아크 신호 데이터가 수집된다. 부하(130_2)에 대한 아크 신호 데이터를 수집하기 위해, 스위치(140_1)는 턴오프되고, 스위치(140_2)가 턴온된다. 스위치(140_2)를 턴온시켜 부하(130_2)를 아크 발생기(110)에 연결한 상태에서, 상기 부하(130_1)에 대해서 진행했던 시험 절차가 반복된다.
부하(130_2)에 대한 아크 신호 데이터를 수집한 후에, 부하(130_3)에 대한 아크 신호 데이터가 수집된다. 부하(130_3)에 대한 아크 신호 데이터를 수집하기 위해, 스위치(140_2)는 턴오프되고, 스위치(140_3)가 턴온된다. 스위치(140_3)를 턴온시켜 부하(130_3)를 아크 발생기(110)에 연결한 상태에서, 상기 부하(130_1)에 대해서 진행했던 시험 절차가 반복된다.
이와 같은 시험 절차를 통해, 다양한 부하 및 다양한 습도 환경에서 아크 신호 데이터가 수집될 수 있다. 이와 같이 수집된 아크 신호 데이터는 아래에서 설명하는 기계학습 추론 모델을 훈련시키는데 사용될 수 있다.
도 2는 한 실시예에 따른 직렬 아크 발생 개념을 나타내는 등가 회로도이다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 전기 회로(200)는 전원(210), 부하 저항(240), 전선 저항(220)으로 등가화될 수 있다. 전선 저항(220)은 전체적인 전선을 등가화한 저항을 나타낸다.
외부의 충격에 의해 전선이 파손되는 경우, 전류의 흐름이 발생되면서 파손 주변에 높은 열이 발생한다. 이러한 높은 열에 의해 파손된 전선 부분이 탄화(Carbonization) 되면서 직렬 아크가 발생한다. 도 2에서, 직렬 아크에 대응하는 저항을 ZARC(230)로 나타내었다. 직렬 아크(230)에 의해 아크 전류(IARC)가 발생하게 된다. 회로의 구성 상, 아크 전류(IARC)는 부하(240)에 흐르는 전류보다 작은 것이 일반적이다. 이에 따라, 직렬 아크에 발생되는 전류(IARC)를 기반으로 직렬 아크를 감지하는 것이 쉽지 않을 수 있다.
도 3은 한 실시예에 따른 병렬 아크 발생 개념을 나타내는 등가 회로도이다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 전기 회로(300)는 전원(310), 부하 저항(340), 전선 저항(320)으로 등가화될 수 있다. 전선 저항(320)는 전체적인 전선을 등가화한 저항을 나타낸다.
병렬 아크는 전력이 전달되는 두 전선 사이에서 발생하는 제1 병렬 아크(330_1), 그리고 전선과 접지 사이에서 발생하는 제2 병렬 아크(330_2)를 포함할 수 있다. 두 전선 사이에서 발생하는 제1 병렬 아크(330_1)로 인해서는, 부하 저항(340) 쪽으로 전류가 흐르지 않을 수 있다. 이에 반해, 전선과 접지 사이에서 발생하는 제2 병렬 아크(330_2)로 인해서는, 부하 저항(340) 쪽으로 과전류(ILOAD)가 흐를 수 있다. 이에 따라, 병렬 아크 전류(330_1, 330_2)를 감지하는 것은 직렬 아크 전류를 감지하는 것보다 상대적으로 쉬울 수 있다.
도 4는 일반적인 전류 신호와 직렬 아크 신호의 예를 나타내는 그래프이다.
도 4에서, 400은 축산 농장 또는 일반 주택에 들어가는 일반적인 정상 전류 신호를 나타내며, 410은 직렬 아크 신호(직렬 아크가 발생했을 때의 전류 신호)를 나타낸다.
일반적인 전류 신호(400)는 60Hz 신호이다. 일반적인 전류 신호(400)는 잡음을 포함할 수 있으나 편의상 도 4에서는 표시하지 않았다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 직렬 아크 신호(410)와 일반적이 전류 신호(400)간에 위상차가 발생한다. 직렬 아크가 발생하는 경우, 신호의 위상이 갑작스럽게 변할 수 있다. 이에 따라, 아래에서 설명하는 한 실시예에 따른 아크 감지기는 직렬 아크에 의해 발생되는 위상을 감지하여 직렬 아크 발생의 특징 신호로 사용한다. 그리고, 대부분의 직렬 아크 신호(410)는 전류가 양(+)에서 음(-)으로 또는 음(-)에서 양(+)으로 변하는 제로-크로싱(Zero-Crossing) 지점(411)에서 신호가 왜곡된다. 이에 따라, 아래에서 설명하는 한 실시예에 따른 아크 감지기는 직렬 아크 신호를 효율적으로 수집하기 위해, 제로-크로싱(Zero-Crossing) 지점에서의 시간 영역 신호 특성과 주파수 영역 신호 특성을 정밀적으로 분석할 수 있다.
도 5는 일반적인 전류 신호와 병렬 아크 신호의 예를 나타내는 그래프이다.
도 5에서, 500은 축산 농장 또는 일반 주택에 들어가는 일반적인 전류 신호를 나타내며, 510은 병렬 아크 신호를 나타낸다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 병렬 아크 신호(510)의 크기는 일반적인 전류 신호(500)의 크기보다 크다.
도 6은 아크 신호의 주파수 영역 특성에 대한 예를 나타내는 그래프이다. 즉, 도 6의 그래프는 전원 네트워크에서 순간적으로 아크(직렬 아크와 병렬 아크를 모두 포함함)가 발생한 경우, 주파수 스펙트럼 특성을 나타낸다. 도 6에서의 각 그래프는 여러 번의 실험을 통해 측정한 아크 신호의 주파수 특성을 나타낸다.
일반적으로 아크가 없는 경우, 2MHz 이하 대역에서 대부분의 에너지가 분포하고 있다. 이에 반해, 도 6을 참조하면, 아크가 발생하는 경우, 5MHz이하(600)에서 대부분의 에너지가 분포하고 있다. 이에 따라, 아크 신호를 수집하기 위해서는 최소 10MHz 이상의 샘플링 주파수 특성을 갖는 아날로그-디지털 변환기(ADC, Analog to Digital Converter)가 필요할 수 있다.
도 7은 직렬 아크 신호에 대해서 단시간 퓨리에 변환을 수행한 결과의 예를 나타내는 그래프이다.
상기 도 4에서 설명한 바와 같이, 대부분의 직렬 아크 신호는 전류가 양(+)에서 음(-)으로 또는 음(-)에서 양(+)으로 변하는 제로-크로싱(Zero-Crossing) 지점에서 신호 왜곡이 주로 발생한다. 이에 따라, 직렬 아크 신호를 정밀적으로 분석하기 위해서는, 제로-크로싱(Zero-Crossing) 지점에서의 시간 영역 신호 특성과 주파수 영역 신호 특성이 필요하다. 시간 영역 신호 특성을 획득하기 위해, 제로-크로싱(Zero-Crossing) 지점에서 측정된 전류에 대해서 신호 평균, 신호 표준 편차, 특정 영역에서 전류의 최대값과 최소값의 차이(Pole Difference), 신호 평균 전력 이 분석될 수 있다. 그리고, 주파수 영역 신호 특성을 획득하기 위해, 제로-크로싱 지점에서의 측정된 전류에 대해서 단시간 퓨리에 변환((Short Time Fourier Transform)을 통한 주파수 특성 데이터가 분석될 수 있다. 제로-크로싱 지점에서의 측정된 전류에 대해서 단시간 퓨리에 변환을 수행하면, 도 7의 700과 같이 단시간(short-time) 별로 주파수 스펙트럼 특성이 변한다.
도 8은 한 실시예에 따른 아크 감지기를 나타내는 블록도이다.
아크 감지기(800)은 상용 전원 입력(801)과 부하(802) 사이에 연결되며, 전원 라인(803, 804)으로 흐르는 전류 신호를 감지하고 감지한 전류 신호를 분석하여 아크를 감지한다. 도 8에서, 상용 전원 입력(801)은 가정용 또는 산업용으로 입력되는 상용 전원을 나타내며, 부하(802)는 가정용 또는 산업용에서 사용되는 전자 기기를 나타낸다.
도 8에 나타낸 바와 같이, 한 실시예에 따른 아크 감지기(800)는 트리거 신호 발생부(810), 션트(shunt) 저항(820), 저역통과필터(LPF, Low Pass Filter)(830), 신호 처리부(840), 그리고 추론부(850)를 포함할 수 있다.
트리거 신호 발생부(810)는 전원 라인(804) 상에 흐르는 전류 신호를 감지하고 감지한 전류 신호가 소정의 주파수 대역에서 강한 신호인 경우 신호 처리부(840)를 구동시키기 위한 트리거 신호를 발생시킨다. 트리거 신호 발생부(810)는 트리거 신호를 신호 처리부(840)로 전송하며, 신호 처리부(840)는 트리거 신호를 수신하는 경우 동작을 시작한다.
도 8에 나타낸 바와 같이, 트리거 신호 발생부(810)는 대역통과필터(BPF, Band Pass Filter)(811), 고주파 센서(812), 그리고 스위칭부(813)를 포함할 수 있다.
대역통과필터(811)는 전원 라인(804)에 연결되며 전원 라인(804)으로 흐르는 전류 신호에서 소정의 주파수 대역 신호만을 필터링한다. 아크 신호가 발생하는 경우, 아크 신호는 소정의 주파수 대역에서 에너지가 증가한다. 이에 따라 대역통과필터(811)는 전원 라인(804)으로 흐르는 전류 신호에서 소정의 주파수 대역만을 필터링한다. 일반적인 전류 신호는 60Hz를 가지므로, 60Hz 대역에서 전력 스펙트럼이 크게 나타나고 다른 대역에서 노이즈 성분이 약하게 발생한다. 그러나 직렬 아크 또는 병렬 아크가 발생하는 경우에는 특정 주파수 대역에서 노이즈 성분이 증가한다. 하나의 예로서, 소정의 주파수 대역(특정 주파수 대역)은 22~24MHz 일 수 있다. 이에 따라, 트리거 신호 발생부(810)는 이러한 주파수 대역을 감지하여, 트리거 신호를 발생시킨다.
고주파 센서(812)는 대역통과필터(811)에서 필터링된 소정 주파수 대역 신호를 입력 받으며 소정 주파수 대역 신호에 대한 에너지를 감지한다. 즉, 고주파 센서(812)는 대역통과필터(811)에서 필터링된 신호가 있는지를 감지하는 역할을 수행한다.
스위칭부(813)는 고주파 센서(812)가 소정의 주파수 대역 신호의 에너지가 있는 것으로 감지한 경우, 트리거 신호를 발생시킨다. 스위칭부(813)에서 발생된 트리거 신호는 신호 처리부(840)로 입력된다.
션트 저항(820)은 전원 라인(804) 상에 위치하며, 전원 라인(804)으로 흐르는 전류 신호를 감지하는 역할을 수행한다. 즉, 전원 라인(804) 상에 위치하는 션트 저항(820)에 대한 양단 전압은 전원 라인(804) 상에 흐르는 전류 신호에 대응한다. 이에 따라, 션트 저항(820)은 전원 라인(804)로 흐르는 전류 신호를 감지하는 역할을 수행한다. 실질적으로는 션트 저항(820)의 양단 전압이 저주파통과필터(830)로 입력되며, 이하에서는 설명의 편의상 션트 저항(820)이 감지하는 신호를 '전류 신호'라 한다.
저역통과필터(830)는 션트 저항(820)에 의해 감지된 전류 신호에서 고주파 성분을 제거한다. 상기 도 6에서 설명한 바와 같아, 아크 신호가 발생하는 경우, 5MHz 이하에서 대부분의 에너지가 분포한다. 이에 따라, 저역통과필터(830)는 전류 신호에서 고주파 성분을 제거한다.
신호 처리부(840)는 저역통과필터(830)로부터 고주파 성분이 제거된 전류 신호를 입력 받으며, 두 전원 라인(803, 804)에 흐르는 신호에 대한 위상 성분을 검출하기 위해 전원 라인(803, 804)에 연결된다. 신호 처리부(840)는 고주파 성분이 제거된 전류 신호를 분석하고 처리하는 역할을 수행하며, 두 전원 라인(803, 804)에 흐르는 신호에 대한 위상 성분을 검출하고 분석하는 역할을 수행한다. 신호 처리부(840)의 구체적인 구성 및 동작에 대해서는 아래의 도 9에서 좀 더 상세히 설명한다.
추론부(850)는 기계학습 추론 모델을 탑재하고 있으며, 신호 처리부(840)에서 분석된 데이터를 이용하여 아크 발생 여부를 판단 및 예측한다. 추론부(850)에 탑재된 기계학습 추론 모델은 분류 모델의 예로 인공신경망(Artificial Neural Network), 서포트 벡터 머신(Support Vector Machine)일 수 있으며, 예측 모델의 예로는 선형 회귀(Linear Regression), 장단기 메모리 모델(Long Short-Term Memory)일 수 있다. 이와 같은 기계학습 추론 모델은 상기 도 1에서 수집한 데이터를 바탕으로 미리 훈련되어 있을 수 있다.
도 9는 한 실시예에 따른 신호 처리부(840)의 내부 구성을 나타내는 블록도이다.
도 9에 나타낸 바와 같이, 신호 처리부(840)는 아날로그-디지털 변환기(ADC, Analog-to-Digital Converter)(841), 제로-크로싱 감지부(842), 특징 분석부(843), 위상 감지부(844), 위상 분석부(845), 그리고 메모리(846)을 포함할 수 있다.
ADC(841)는 저역통과필터(830)으로부터 고주파 성분이 제거된 전류 신호(아날로그 전류 신호)를 입력 받으며 아날로그 전류 신호를 디지털 신호로 변환한다. 즉, ADC(841)는 아날로그 전류 신호를 소정의 샘플링 주파수로 샘플링하여, 이산(Discrete) 신호로 변환한다. 여기서, 소정의 샘플링 주파수는 상기 도 6에서 설명한 바와 같이 10MHz 일 수 있다. 이와 같이 디지털 신호로 변환된 전류 신호는 메모리(846)에 저장될 수 있다.
제로-크로싱 감지부(842)는 ADC(841)에서 출력된 디지털 전류 신호를 이용하여, 제로-크로싱 부분을 감지한다. 상기 도 4에서 설명한 바와 같이, 대부분의 직렬 아크 신호는 전류가 양(+)에서 음(-)으로 또는 음(-)에서 양(+)으로 변하는 제로-크로싱(Zero-Crossing) 지점에서 신호 왜곡이 주로 발생하므로, 제로-크로싱 감지부(843)는 제로-크로싱 부분을 감지한다.
특징 분석부(843)는 제로-크로싱 감지부(843)에서 감지한 제로-크로싱 부분을 기초로, 제로-크로싱 부분의 디지털 전류 신호에 대해서 단시간 퓨리에 변환(Short Time Fourier Transform)을 수행한다. 그리고 특징 분석부(843)는 단시간 퓨리에 변환((Short Time Fourier Transform)을 통해 획득한 시간 변화에 따른 주파수 성분 변화 특성을 메모리(846)에 저장한다. 즉, 특징 분석부(843)는 제로-크로싱 부분의 디지털 전류 신호에 대해서 도 7과 같은 단시간 퓨리에 변환을 수행하여, 시간 변화에 따른 주파수 성분 변화 특성을 추출할 수 있다. 한편, 시간 변화에 따른 주파수 성분 변화 값에서 특성을 추출하고, 추출한 특성을 메모리(846)에 저장할 수 있다.
또한, 특징 분석부(843)는 제로-크로싱 감지부(843)에서 감지한 제로-크로싱 부분을 기초로, 제로-크로싱 부분의 디지털 전류 신호에 대해서 신호 평균, 신호 표준 편차, 특정 영역에서 전류의 최대값과 최소값의 차이(Pole Difference), 신호 평균 전력을 계산할 수 있다. 이와 같이 계산된 결과는 메모리(846)에 저장된다.
위상 감지부(844)는 두 전원 라인(803, 804)에 연결되어, 두 전원 라인(803, 804)에 흐르는 신호를 이용하여 아날로그 저주파 신호(예를 들어, 60Hz 신호)에 대한 위상을 감지한다.
위상 분석부(845)는 위상 감지부(844)에서 감지한 전류 위상과 정상 상태 전류 신호(일반적인 전류 신호)의 위상을 서로 비교하여, 위상차 정보를 획득한다. 상기 도 4에서 설명한 바와 같이, 일반적인 전류 신호(400)와 직렬 아크 신호(410)는 위상 차가 발생하므로, 위상 분석부(845)는 이러한 위상차 정보를 획득한다. 위상 분석부(845)는 획득한 위상차 정보를 메모리(846)에 저장하며, 이 위상차 정보는 아크 발생 신호의 특징으로 사용된다.
메모리(846)는 추론부(850)가 아크를 판단하는데 필요한 전류 신호 정보를 저장하고 있다. 여기서, 메모리(846)에 저장되어 있는 전류 신호 정보는 특징 분석부(843)에서 획득한 제로-크로싱 부분에서의 단시간 퓨리에 변환 스펙트럼 특성, 그리고 특징 분석부(843)에서 계산한 제로-크로싱 부분에서의 신호 평균, 신호 표준 편차, 특정 영역에서 전류의 최대값과 최소값의 차이(Pole Difference), 신호 평균 전력을 포함할 수 있다. 그리고, 메모리(846)에 저장되어 있는 전류 신호 정보는 위상 분석부(845)에서 생성된 위상차 정보를 더 포함할 수 있다.
전원 네트워크에서 발생하는 아크 신호를 감지하기 위해, 한 실시예에 따른 아크 감지기(800)는 시간 영역에서는, 제로-크로싱(Zero-Crossing) 부분의 전류 신호에 대한 신호 평균, 신호 표준 편차, 특정 영역에서 전류의 최대값과 최소값의 차이(Pole Difference), 신호 평균 전력 그리고 두 전원 라인의 전류 신호를 통해 획득한 위상차 정보를 사용한다. 그리고, 한 실시예에 따른 아크 감지기(800)는 주파수 영역에서는, 제로-크로싱(Zero-Crossing) 부분의 전류 신호에 대한 단시간 퓨리에 변환 스펙트럼 특성을 사용한다.
추론부(846)는 메모리(846)에 저장되어 있는 상기 전류 신호 정보를 기반으로 하여 아크 발생 여부를 판단하고, 아크 발생의 주기성을 기반으로 화재 위험도를 예측 및 판단할 수 있다.
도 10은 한 실시예에 따른 아크 감지기의 동작 방법을 나타내는 플로우차트이다.
먼저, 아크 감지기(800)는 트리거 신호를 생성하기 위해, 고주파 신호를 모니터링한다(S1010). 즉, 아크 감지기(800)의 트리거 신호 발생부(810)는 전원 라인 상에 흐르는 전류 신호를 감지하고, 감지한 전류 신호가 소정의 주파수 대역에서 강한 신호 특성을 갖는지를 모니터링한다.
아크 감지기(800)는 상기 S1010 단계에서 감지한 전류 신호가 고주파 신호인 경우 트리거 신호를 생성한다(S1020). 즉, 아크 감지기(800)의 트리거 신호 발생부(810)는 감지한 전류 신호가 소정의 주파수 대역에서 강한 신호(즉, 고주파 신호)인 경우 트리거 신호를 생성한다. 이와 같이 생성된 트리 신호에 의해 아크 감지기(800)의 신호 처리부(840)가 동작을 개시하게 된다.
아크 감지기(800)는 상기 S1020 단계에서 트리거 신호가 생성된 경우, 전류 아크 신호를 감지한다(S1030). 즉, 신호 처리부(840)는 션트 저항(820)에 의해 감지된 전류 신호에 대해서 감지를 수행한다.
아크 감지기(800)는 상기 S1020 단계에서 트리거 신호가 생성된 경우, 전원 네트워크에 흐르는 전류 신호를 감지한다(S1040). 즉, 신호 처리부(840)는 두 전원 라인(803, 804)을 통해 흐르는 전류 신호를 감지한다.
아크 감지기(800)는 상기 S1030 단계에서 감지한 전류 아크 신호와 상기 S1040 단계에서 감지한 저주파 전류 신호를 이용하여, 전류 신호 정보를 생성하고, 생성한 전류 신호 정보를 메모리에 저장한다(S1050). 아크 감지기(800)의 신호 처리부(840)는 상기 S1030 단계에서 감지한 전류 신호에서 제로-크로싱(Zero-Crossing) 부분의 전류 신호에 대한 신호 평균, 신호 표준 편차, 특정 영역에서 전류의 최대값과 최소값의 차이(Pole Difference), 신호 평균 전력을 계산하고, 이를 전류 신호 정보로서 메모리에 저장한다. 그리고 아크 감지기(800)의 신호 처리부(840)는 상기 S1040 단계에서 감지한 저주파 전류 신호를 정상 상태의 전류 신호와 비교하여 위상차를 계산하고, 이를 전류 신호 정보로서 메모리에 저장한다. 한편, 아크 감지기(800)의 신호 처리부(840)는 상기 S1030 단계에서 감지한 전류 신호에서 제로-크로싱(Zero-Crossing) 부분의 전류 신호에 대한 단시간 퓨리에 변환 스펙트럼 특성을 계산하고, 이를 전류 신호 정보로서 메모리에 저장한다.
아크 감지기(800)는 상기 S1050 단계에서 생성된 전류 신호 정보를 이용하여, 아크 여부를 판단하고 예측한다(S1060). 즉, 아크 감지기(800)의 추론부(850)는 상기 S1050 단계에서 생성된 전류 신호 정보를 기초로 기계학습 추론 모델에 적용하여, 아크 여부를 판단한다. 그리고 아크 감지기(800)는 아크 발생이 주기적으로 발생하는 경우까지 판단하여, 화재 위험도를 예측할 수 있다. 아크 감지기(800)는 아크 발생이 주기적으로 발생하지 않고 일 회성으로 발생하는 경우에는 화재 위험도가 낮은 것으로 판단할 수 있다.
한편, 아크 감지기(800)는 상기 S1060 단계에서 아크 발생이 주기적으로 발생하는 것으로 판단한 경우에는 알람(Alarm)을 발생시킬 수 있다(S1070).
이와 같은 실시예에 따르면, 병렬 아크 신호뿐만 아니라 검출이 용이하지 않은 직렬 아크 신호를 효과적으로 검출할 수 있다. 그리고 실시예에 따르면, 간단한 구성을 통해 저가형의 아크 감지기를 제공할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (20)

  1. 상용 전원 입력과 부하 사이에 연결되어 화재 위험도를 예측하는 아크 감지기로서,
    두 전원 라인 중 소정의 전원 라인 상에 흐르는 제1 전류 신호를 감지하고, 상기 제1 전류 신호를 이용하여 트리거 신호를 발생시키는 트리거 신호 발생부,
    상기 트리거 신호에 의해 동작하며, 상기 두 전원 라인 중 소정의 전원 라인 상에 흐르는 제2 전류 신호에 대응하는 제1 전류 신호 정보와 상기 두 전원 라인을 통해 감지한 위상 정보에 대응하는 제2 전류 신호 정보를 생성하는 신호 처리부, 그리고
    상기 제1 전류 신호 정보와 상기 제2 전류 신호 정보를 이용하여 아크 발생 여부를 판단하는 추론부를 포함하는 아크 감지기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 신호 처리부는, 상기 제2 전류 신호에서 제로-크로싱 부분에서의 신호를 이용하여 상기 제2 전류 신호 정보를 생성하는 아크 감지기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 신호 처리부는, 상기 제로-크로싱 부분에서의 상기 신호에 대한 신호 평균, 신호 표준 편차, 특정 영역에서 전류의 최대값과 최소값의 차이(Pole Difference), 신호 평균 전력 중 적어도 하나를 계산하며, 상기 제로-크로싱 부분에서의 상기 신호에 대한 주파수 성분 변화 특성을 계산하여, 상기 제2 전류 신호 정보를 생성하는 아크 감지기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 신호 처리부는, 상기 두 전원 라인을 통해 감지한 신호와 일반적인 전류 신호를 비교하여 상기 위상차를 추출하며,
    상기 위상차가 상기 제2 전류 신호 정보인 아크 감지기.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 신호 처리부는,
    상기 제2 전류 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환기,
    상기 디지털 신호를 이용하여 상기 제로-크로싱 부분에서의 신호를 감지하는 제로-크로싱 감지부, 그리고
    상기 제로-크로싱 부분에서의 상기 신호를 이용하여 상기 제2 전류 신호 정보를 생성하는 특징 분석부를 포함하는 아크 감지기.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 신호 처리부는,
    상기 두 전원 라인에 연결되며 상기 두 전원 라인에 흐르는 신호를 이용하여 아날로그 저주파 신호에 대한 위상을 감지하는 위상 감지부, 그리고
    상기 감지한 위상과 상기 일반적인 전류 신호의 위상을 비교하여, 상기 위상차를 추출하는 위상 분석부를 포함하는 아크 감지기.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 신호 처리부는, 상기 제로-크로싱 부분에서의 상기 신호를 단시간 퓨리에 변환을 수행하여, 시간 변화에 따른 상기 주파수 성분 변화 특성을 추출하는 아크 감지기.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 두 전원 라인 중 상기 전원 라인 상에 위치하며 상기 제2 전류 신호를 감지하는 션트 저항, 그리고
    상기 제2 전류 신호에서 고주파 성분을 제거하여 상기 아날로그-디지털 변환기로 출력하는 저역 통과 필터를 더 포함하는 아크 감지기.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 트리거 신호 발생부는,
    상기 제1 전류 신호에서 소정의 주파수 대역을 필터링하는 대역통과필터,
    상기 대역통과 필터의 출력에서 에너지를 감지하는 고주파 센서, 그리고
    상기 고주파 센서가 상기 에너지를 감지하는 경우 상기 트리거 신호를 발생시키는 스위칭부를 포함하는 아크 감지기.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 추론부는 기계학습 추론 모델을 탑재하고 있으며 상기 아크 발생 여부를 판단하기 전에 미리 훈련되어 있는 아크 감지기.
  11. 상용 전원 입력과 부하 사이에 연결되어 화재 위험도를 예측하는 아크 감지기의 동작 방법으로서,
    전원 라인 상에 흐르는 제1 전류 신호를 감지하는 단계,
    상기 제1 전류 신호가 소정의 주파수 대역인 경우, 트리거 신호를 발생시키는 단계,
    상기 트리거 신호가 발생된 경우, 전원 라인 상에 흐르는 제2 전류 신호를 감지하는 단계,
    상기 트리거 신호가 발생된 경우, 전원 라인 상에 흐르는 제3 전류 신호에 대한 위상 정보를 획득하는 단계, 그리고
    상기 제2 전류 신호에 대응되는 제1 전류 정보와 상기 위상 정보에 대응되는 제2 전류 정보를 이용하여, 아크 발생 여부를 판단하는 단계를 포함하는 동작 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제2 전류 신호에서 제로-크로싱되는 부분에서의 신호를 이용하여, 상기 제1 전류 정보를 생성하는 단계를 더 포함하는 동작 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 전류 정보를 생성하는 단계는,
    상기 제로-크로싱되는 부분에서의 상기 신호에 대한 신호 평균, 신호 표준 편차, 특정 영역에서 전류의 최대값과 최소값의 차이(Pole Difference), 신호 평균 전력 중 적어도 하나의 값을 계산하는 단계, 그리고
    상기 제로-크로싱되는 부분에서의 상기 신호에 대한 주파수 성분 변화 특성을 계산하는 단계를 포함하며,
    상기 제1 전류 정보는 상기 적어도 하나의 값과 상기 주파수 성분 변화 특성인 동작 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 위상 정보를 획득하는 단계는, 상기 제3 전류 신호와 일반적인 전류 신호를 비교하여 위상차를 계산하는 단계를 포함하며,
    상기 제2 전류 정보는 상기 위상차인 동작 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 주파수 성분 변화 특성을 계산하는 단계는, 상기 제로-크로싱되는 부분에서의 상기 신호를 단시간 퓨리에 변환을 수행하여, 시간 변화에 따른 상기 주파수 성분 변화 특성을 계산하는 단계를 포함하는 동작 방법.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 트리거 신호를 발생시키는 단계는,
    상기 제1 전류 신호에서 상기 소정의 주파수 대역을 필터링하는 단계,
    상기 필터링된 신호에 대한 에너지를 감지하는 단계, 그리고
    상기 에너지가 감지된 경우, 상기 트리거 신호를 발생시키는 단계를 포함하는 동작 방법.
  17. 상용 전원 라인 상에 연결되는 아크 감지기의 동작 방법으로서,
    상기 상용 전원 라인 상에 흐르는 제1 전류 신호를 감지하는 단계,
    상기 상용 전원 라인 상에 흐르는 제2 전류 신호를 감지하는 단계,
    상기 제1 전류 신호와 정상 전류 신호를 비교하여, 위상차를 획득하는 단계,
    상기 제2 전류 신호에 대한 주파수 성분 변화 특성을 획득하는 단계, 그리고
    상기 위상차와 상기 주파수 성분 변화 특성을 이용하여, 아크 발생 여부를 판단하는 단계를 포함하는 동작 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 상용 전원 라인은 두 개의 전원 라인을 포함하며,
    상기 제1 전류 신호를 감지하는 단계는, 상기 두 개의 전원 라인에 흐르는 신호를 이용하여 상기 제1 전류 신호를 감지하는 단계를 포함하는 동작 방법.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 주파수 성분 변화 특성을 획득하는 단계는,
    상기 제2 전류 신호에서 제로-크로싱되는 부분에서의 신호를 추출하는 단계,
    상기 제로-크로싱되는 부분에서의 상기 신호에 대해서 단시간 퓨리에 변환을 수행하는 단계, 그리고
    상기 단시간 퓨리에 변환된 신호를 이용하여, 시간 변화에 따른 상기 주파수 성분 변화 특성을 획득하는 단계를 포함하는 동작 방법.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 제2 전류 신호에서 제로-크로싱되는 부분에서의 신호를 추출하는 단계, 그리고
    상기 제로-크로싱되는 부분에서의 상기 신호에 대한 신호 평균, 신호 표준 편차, 특정 영역에서 전류의 최대값과 최소값의 차이(Pole Difference), 신호 평균 전력 중 적어도 하나의 값을 계산하는 단계를 더 포함하며,
    상기 판단하는 단계는, 상기 위상차, 상기 주파수 성분 변화 특성, 그리고 상기 적어도 하나의 값을 이용하여, 아크 발생 여부를 판단하는 단계를 포함하는 동작 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN116316712A (zh) * 2023-04-07 2023-06-23 国网江苏省电力有限公司南通市通州区供电分公司 一种基于用电特征的三相负载智能化协同调控方法
WO2024114610A1 (zh) * 2022-11-29 2024-06-06 上海正泰智能科技有限公司 电弧信号处理电路及方法、电器设备

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