KR20240036935A - 아크 검출 장치 및 방법 - Google Patents

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KR20240036935A KR1020220115598A KR20220115598A KR20240036935A KR 20240036935 A KR20240036935 A KR 20240036935A KR 1020220115598 A KR1020220115598 A KR 1020220115598A KR 20220115598 A KR20220115598 A KR 20220115598A KR 20240036935 A KR20240036935 A KR 20240036935A
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곽상신
김재창
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한국전력공사
중앙대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 부하 전압을 검출하여 전압 데이터를 생성하는 전압 센서, 및 전압 데이터를 고속 퓨리에 변환하고, 고속 퓨리에 변환된 전압 데이터를 필터링하여 제1 주파수 대역에 대한 전압 데이터를 추출하고, 제1 주파수 대역에 대한 부하 데이터에 기반하여 제1 주파수 대역에 대한 부하 전압의 평균값을 산출하고, 제1 주파수 대역에 대한 부하 전압의 평균값에 기반하여 부하에 연결된 선로에 병렬 아크가 발생하였는지 여부를 판단하는 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

아크 검출 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DETECTING ARC}
본 발명은 아크 검출 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 배선에 발생하는 직렬 및 병렬 아크를 검출할 수 있는 아크 검출 장치 및 방법에 관한 것이다.
Photovoltaic System(PV)에 의한 전력 생산이 증가함에 따라 PV 시스템에서 발생하는 DC 아크 사고에 대한 빈도와 위험성이 증가하고 있다. 일반적으로, DC 아크 사고는 직렬 아크 사고와 병렬 아크 사고로 분류될 수 있다. 직렬 아크는 전위가 같은 도선이 손상되어 발생한 틈 사이에서 발생하는 아크 사고이고, 병렬 아크는 절연이 파괴된 전위가 다른 두 도선 사이에 전류가 흐를 수 있는 경로가 생성되어 발생하는 아크 사고이다.
한편, PV 시스템에서 아크 사고가 발생했을 경우 아크를 소호시키는 방법은 아크의 종류에 따라 상이하다. 일반적으로, 직렬 아크의 경우 도선을 개방시켜 아크를 소호시킨다. 한편, 병렬 아크의 경우 전위가 다른 두 도선 사이에 새로운 전류 경로가 생겨 발생하는 아크이기 때문에, 도선의 개방하는 것만으로는 아크를 소호시킬 수 없다. 따라서, 병렬 아크를 소호시키기 위해서는 각 PV 모듈의 커넥터를 오픈시키거나, 스트링 또는 어레이를 단락시켜 아크를 소호시킨다.
이처럼, 아크의 종류에 따라 아크를 소호시키는 방법이 상이함에도 불구하고, 종래에는 아크의 종류를 판별하기 위한 명확한 방법이 제안되어 있지 않아, 직렬 아크를 소호하기 위한 방법과 병렬 아크를 소호하기 위한 방법을 연속적으로 적용하는 방식으로 병렬 또는 직렬 아크를 소호시키고 있으며, 이에 따라 아크를 소호할때까지 소요되는 시간이 증가하는 문제점이 발생하고 있다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허공보 제10-1956192호(2019.03.04.)의 '전력 제어 설비의 아크 검출 장치 및 방법'에 개시되어 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 착안된 것으로서, 본 발명의 일 측면에 따른 목적은 배선에 발생하는 직렬 및 병렬 아크를 검출할 수 있는 아크 검출 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 아크 검출 장치는 부하 전압을 검출하여 전압 데이터를 생성하는 전압 센서; 및 상기 전압 데이터를 고속 퓨리에 변환하고, 상기 고속 퓨리에 변환된 전압 데이터를 필터링하여 제1 주파수 대역에 대한 전압 데이터를 추출하고, 상기 제1 주파수 대역에 대한 부하 데이터에 기반하여 상기 제1 주파수 대역에 대한 부하 전압의 평균값을 산출하고, 상기 제1 주파수 대역에 대한 부하 전압의 평균값에 기반하여 부하에 연결된 선로에 병렬 아크가 발생하였는지 여부를 판단하는 프로세서;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 프로세서는, 상기 제1 주파수 대역에 대한 부하 전압의 평균값이 제1 기준값 이상인 경우 상기 선로에 병렬 아크가 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 제1 기준값은, 정상 상태에서의 부하 전압에 기반하여 설정되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 부하 전류를 검출하여 전류 데이터를 생성하는 전류 센서;를 더 포함하고, 상기 프로세서는, 상기 전류 데이터를 고속 퓨리에 변환하고, 상기 고속 퓨리에 변환된 전류 데이터를 필터링하여 제2 및 제3 주파수 대역에 대한 전류 데이터를 추출하고, 상기 제2 및 제3 주파수 대역에 대한 전류 데이터에 기반하여 상기 제2 및 제3 주파수 대역에 대한 부하 전류의 평균값을 각각 산출하고, 상기 제2 및 제3 주파수 대역에 대한 부하 전류의 평균값에 기반하여 상기 선로에 직렬 아크가 발생하였는지 여부를 판단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 제3 주파수 대역은, 상기 제2 주파수 대역보다 높은 주파수 대역인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 프로세서는, 상기 제2 주파수 대역에 대한 부하 전류의 평균값이 제2 기준값 이상이고, 상기 제2 주파수 대역에 대한 부하 전류의 평균값이 상기 제3 주파수 대역에 대한 부하 전류의 평균값의 기준 배수 이상인 경우 상기 선로에 직렬 아크가 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 제2 기준값은, 정상 상태에서의 부하 전류에 기반하여 설정되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 아크 검출 방법은 전압 센서를 통해 부하 전압을 검출하여 전압 데이터를 생성하는 단계; 상기 전압 데이터를 고속 퓨리에 변환하는 단계; 상기 고속 퓨리에 변환된 전압 데이터를 필터링하여 제1 주파수 대역에 대한 전압 데이터를 추출하는 단계; 상기 제1 주파수 대역에 대한 전압 데이터에 기반하여 상기 제1 주파수 대역에 대한 부하 전압의 평균값을 산출하는 단계; 및 상기 제1 주파수 대역에 대한 부하 전압의 평균값에 기반하여 부하에 연결된 선로에 병렬 아크가 발생하였는지 여부를 판단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 부하 전류 및 부하 전압에 대한 주파수 분석을 통해 배선에 발생하는 아크를 정확하고 신속하게 검출할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 부하 전류 및 부하 전압에 대한 주파수 분석을 통해 배선에 발생하는 아크의 종류(직렬 아크, 병렬 아크)를 정확하게 식별할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 부하 전류 및 부하 전압에 대한 주파수 분석을 통해 아크를 검출함으로써 다른 원인에 의해 부하 출력이 급변한 것을 아크에 의한 것으로 오판단하는 것을 방지할 수 있다.
한편, 본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 측면에 따른 아크 검출 장치를 보인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 측면에 따른 아크 검출 장치를 보인 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 측면에 따른 아크 검출 방법을 보인 제1 흐름도이다.
도 4는 병렬 아크의 특징을 설명하기 위한 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일 측면에 따른 아크 검출 방법을 보인 제2 흐름도이다.
도 6은 직렬 아크의 특징을 설명하기 위한 예시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 아크 검출 장치의 출력을 보인 예시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 아크 검출 장치의 정확도를 보인 예시도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 아크 검출 장치의 아크 검출 시간을 보인 예시도이다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 아크 검출 장치 및 방법을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 측면에 따른 아크 검출 장치를 보인 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 측면에 따른 아크 검출 장치를 보인 회로도이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 아크 검출 장치는 전압 센서(100), 전류 센서(200), 출력 인터페이스(300), 메모리(400) 및 프로세서(500)를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 아크 검출 장치는 도 1에 도시된 구성 요소 외에 다양한 구성 요소를 더 포함하거나, 위 구성 요소들 중 일부 구성 요소를 생략할 수 있다.
전압 센서(100)는 부하 전압을 검출하여 전압 데이터를 생성하고, 생성된 전압 데이터를 후술하는 프로세서(500)로 출력할 수 있다. 전압 센서(100)를 통해 생성된 전압 데이터는 아크를 검출하는데 이용될 수 있다.
전류 센서(200)는 부하 전류를 검출하여 전류 데이터를 생성하고, 생성된 전류 데이터를 프로세서(500)로 출력할 수 있다. 전류 센서(200)를 통해 생성된 전류 데이터는 아크를 검출하는데 이용될 수 있다.
출력 인터페이스(300)는 프로세서(500)에 의해 산출되는 정보를 외부로 출력할 수 있다. 출력 인터페이스(300)는 디스플레이, 램프, LED와 같은 출력 장치를 포함할 수 있으며, 프로세서(500)에 의해 산출되는 각종 정보를 사용자에게 출력할 수 있다.
메모리(400)에는 프로세서(500)가 작동하는 과정에서 요구되는 각종 정보가 저장되어 있을 수 있다. 또한, 메모리(400)에는 프로세서(500)가 작동하는 과정에서 산출되는 각종 정보가 저장될 수 있다.
프로세서(500)는 전압 센서(100), 전류 센서(200), 출력 인터페이스(300) 및 메모리(400)와 작동적으로 연결될 수 있다. 프로세서(500)는 중앙 처리 장치(CPU: Central Processing Unit), DSP(Digital Signal Processor), MCU(Micro Controller Unit) 또는 SoC(System on Chip)로도 구현될 수 있으며, 운영 체제 또는 어플리케이션을 구동하여 프로세서(500)에 연결된 복수의 하드웨어 또는 소프트웨어 구성요소들을 제어할 수 있고, 각종 데이터 처리 및 연산을 수행할 수 있으며, 메모리(400)에 저장된 적어도 하나의 명령을 실행시키고, 그 실행 결과 데이터를 메모리(400)에 저장하도록 구성될 수 있다.
프로세서(500)는 전압 센서(100)를 통해 생성된 전압 데이터와 전류 센서(200)를 통해 생성된 전류 데이터에 기반하여 부하에 연결된 선로에 아크가 발생하였는지 여부를 판단할 수 있다. 프로세서(500)는 아크가 발생하였는지 여부를 판단한 결과를 출력 인터페이스(300)를 통해 사용자에게 출력할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 프로세서(500)는 전압 센서(100)를 통해 생성된 전압 데이터를 고속 퓨리에 변환(FFT: Fast Fourier Transform)하고, 고속 퓨리에 변환된 전압 데이터를 필터링하여 제1 주파수 대역에 대한 전압 데이터를 추출하고, 제1 주파수 대역에 대한 전압 데이터에 기반하여 제1 주파수 대역에 대한 부하 전압의 평균값을 산출하고, 제1 주파수 대역에 대한 부하 전압의 평균값에 기반하여 부하에 연결된 선로에 병렬 아크가 발생하였는지 여부를 판단할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 프로세서(500)는 전류 센서(200)를 통해 생성된 전류 데이터를 고속 퓨리에 변환하고, 고속 퓨리에 변환된 전류 데이터를 필터링하여 제2 및 제3 주파수 대역에 대한 전류 데이터를 추출하고, 제2 및 제3 주파수 대역에 대한 전류 데이터에 기반하여 제2 및 제3 주파수 대역에 대한 부하 전류의 평균값을 산출하고, 제2 및 제3 주파수 대역에 대한 부하 전류의 평균값에 기반하여 부하에 연결된 선로에 직렬 아크가 발생하였는지 여부를 판단할 수 있다.
한편, 전술한 실시예에서는 전압 데이터 또는 전류 데이터를 필터링하기 위한 필터가 프로세서(500)와 일체화되어 구현되는 것으로 기재하였으나, 전압 데이터 또는 전류 데이터를 필터링하기 위한 필터는, 도 2에 도시된 바와 같이, 프로세서(500)와 별개의 하드웨어로 구현될 수도 있다.
도 3은 본 발명의 일 측면에 따른 아크 검출 방법을 보인 제1 흐름도이다. 이하에서는 도 3을 참고하여, 프로세서(500)가 병렬 아크를 검출하는 방법을 설명하도록 한다. 한편, 후술하는 과정 중 일부 과정은 후술하는 순서와 다른 순서로 수행되거나 생략될 수 있다.
먼저, 프로세서(500)는 전압 센서(100)를 통해 부하 전압을 검출하여 전압 데이터를 생성할 수 있다(S301). 여기서, 전압 데이터는 부하 전압에 대한 시계열 데이터로서, 소정의 샘플링 속도(예: 250kHz)로 소정의 시간동안 부하 전압을 검출한 데이터일 수 있다.
이어서, 프로세서(500)는 전압 데이터에 대한 고속 퓨리에 변환을 수행할 수 있다(S303). 즉, 프로세서(500)는 전압 데이터의 주파수 특성을 분석하기 위해 전압 데이터에 대한 고속 퓨리에 변환을 수행할 수 있으며, 이에 따라 부하 전압에 대한 주파수 데이터(즉, 주파수별 부하 전압에 대한 데이터)가 생성될 수 있다.
이어서, 프로세서(500)는 고속 퓨리에 변환된 전압 데이터를 필터링하여 제1 주파수 대역에 대한 전압 데이터를 추출할 수 있다(S305). 즉, 프로세서(500)는 전체 주파수 대역 중 제1 주파수 대역에 대응하는 전압 데이터만을 추출할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 프로세서(500)는 컷오프(Cut-off) 주파수가 100kHz인 저역 통과 필터(Low Pass Filter)를 통해 고속 퓨리에 변환된 전압 데이터에 대한 필터링을 수행할 수 있다. 즉, 제1 주파수 대역은 0~100kHz에 해당하는 주파수 대역일 수 있다. 다만, 제1 주파수 대역이 전술한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 제1 주파수 대역은 본 실시예가 적용되는 장치 또는 시스템의 특성을 고려하여 미리 설정되어, 메모리(400)에 저장될 수 있다.
이어서, 프로세서(500)는 제1 주파수 대역에 대한 전압 데이터에 기반하여 제1 주파수 대역에 대한 부하 전압의 평균값을 산출할 수 있다(S307). 즉, 프로세서(500)는 제1 주파수 대역에 대응하는 부하 전압들에 대한 평균값을 산출할 수 있다.
이어서, 프로세서(500)는 제1 주파수 대역에 대한 부하 전압의 평균값에 기반하여 부하에 연결된 선로에 병렬 아크가 발생하였는지 여부를 판단할 수 있다(S309). 일 실시예에 따르면, 프로세서(500)는 제1 주파수 대역에 대한 부하 전압의 평균값이 제1 기준값 이상인 경우 선로에 병렬 아크가 발생한 것으로 판단할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제1 기준값은 정상 상태에서의 부하 전압에 근거하여 미리 설정되어, 메모리(400)에 저장될 수 있다. 프로세서(500)는 제1 주파수 대역에 대한 부하 전압의 평균값이 정상 상태(즉, 아크가 발생하지 않은 상태)에서의 부하 전압에 비해 소정치 이상 큰 경우 부하에 연결된 선로에 병렬 아크가 발생한 것으로 판단할 수 있다.
도 4a는 병렬 아크 발생 후 주파수 영역에 대한 부하 전압에서 병렬 아크 발생 전 주파수 영역에 대한 부하 전압을 감산한 결과를 보인 예시도이고, 도 4b는 병렬 아크 발생 후 주파수 영역에 대한 부하 전류에서 병렬 아크 발생 전 주파수 영역에 대한 부하 전류를 감산한 결과를 보인 예시도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 병렬 아크가 발생하는 경우 전체 주파수 영역(0~100kHz)에서 부하 전압(VL)이 크게 증가하는 것을 확인할 수 있다. 본 발명은 전술한 사실로부터 착안된 것으로서, 주파수 영역(0~100kHz)에서 부하 전압이 증가하는지 여부를 확인함으로써 병렬 아크의 발생 여부를 확인할 수 있다.
병렬 아크가 발생하지 않은 것으로 판단되는 경우, 프로세서(500)는 카운트 횟수를 초기화시키고(S311), S301 단계로 회귀할 수 있다. 반면, 병렬 아크가 발생한 것으로 판단되는 경우, 프로세서(500)는 카운트 횟수를 증가시킬 수 있다(S313).
이어서, 프로세서(500)는 카운트 횟수가 미리 설정된 기준 횟수에 도달하였는지 여부를 판단할 수 있다(S315). 즉, 프로세서(500)는 미리 설정된 기준 횟수(예: 10회) 이상 연속적으로 병렬 아크가 발생한 것으로 판단되는 경우에만 병렬 아크가 발생한 것으로 최종 판단함으로써 병렬 아크 검출에 대한 신뢰도 및 정확도를 향상시킬 수 있다.
카운트 횟수가 미리 설정된 기준 횟수에 도달한 경우, 프로세서(500)는 부하에 연결된 선로에 병렬 아크가 발생한 것으로 최종 판단할 수 있다(S317). 반면, 카운트 횟수가 미리 설정된 기준 횟수에 도달하지 않은 경우, 프로세서(500)는 S301 단계로 회귀할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 측면에 따른 아크 검출 방법을 보인 제2 흐름도이다. 이하에서는 도 5를 참고하여, 프로세서(500)가 직렬 아크를 검출하는 방법을 설명하도록 한다. 한편, 후술하는 과정 중 일부 과정은 후술하는 순서와 다른 순서로 수행되거나 생략될 수 있다.
먼저, 프로세서(500)는 전류 센서(200)를 통해 부하 전류를 검출하여 전류 데이터를 생성할 수 있다(S501). 여기서, 전류 데이터는 부하 전류에 대한 시계열 데이터로서, 소정의 샘플링 속도(예: 250kHz)로 소정의 시간동안 부하 전류를 검출한 데이터일 수 있다.
이어서, 프로세서(500)는 전류 데이터에 대한 고속 퓨리에 변환을 수행할 수 있다(S503). 즉, 프로세서(500)는 전류 데이터의 주파수 특성을 분석하기 위해 전류 데이터에 대한 고속 퓨리에 변환을 수행할 수 있으며, 이에 따라 부하 전류에 대한 주파수 데이터(즉, 주파수별 부하 전류에 대한 데이터)가 생성될 수 있다. 한편, S503 단계 이전에, 전류 데이터에 포함된 노이즈를 제거하기 위한 필터링이 수행될 수도 있다.
이어서, 프로세서(500)는 고속 퓨리에 변환된 전류 데이터를 필터링하여 제2 주파수 대역에 대한 전류 데이터와 제3 주파수 대역에 대한 전류 데이터를 추출할 수 있다(S505). 즉, 프로세서(500)는 전체 주파수 대역 중 제2 및 제3 주파수 대역에 대응하는 전류 데이터만을 추출할 수 있다. 일 실시예에 따르면 제3 주파수 대역은 제2 주파수 대역보다 높은 주파수 대역일 수 있다. 예를 들어, 제2 주파수 대역은 5~40kHz에 해당하는 주파수 대역일 수 있고, 제3 주파수 대역은 50~100kHz에 해당하는 주파수 대역일 수 있다. 다만, 제2 및 제3 주파수 대역이 전술한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 제2 및 제3 주파수 대역은 본 실시예가 적용되는 장치 또는 시스템의 특성을 고려하여 미리 설정되어, 메모리(400)에 저장될 수 있다.
이어서, 프로세서(500)는 제2 및 제3 주파수 대역에 대한 전류 데이터에 기반하여 제2 주파수 대역에 대한 부하 전류의 평균값과 제3 주파수 대역에 대한 부하 전류의 평균값을 각각 산출할 수 있다(S507). 즉, 프로세서(500)는 제2 주파수 대역에 대응하는 부하 전류들에 대한 평균값과 제3 주파수 대역에 대응하는 부하 전류들에 대한 평균값을 산출할 수 있다.
이어서, 프로세서(500)는 제2 및 제3 주파수 대역에 대한 부하 전류의 평균값에 기반하여 부하에 연결된 선로에 직렬 아크가 발생하였는지 여부를 판단할 수 있다(S509). 일 실시예에 따르면, 프로세서(500)는 제2 주파수 대역에 대한 부하 전류의 평균값이 제2 기준값 이상이고, 제2 주파수 대역에 대한 부하 전류의 평균값이 제3 주파수 대역에 대한 부하 전류의 평균값의 기준 배수 이상인 경우 부하에 연결된 선로에 직렬 아크가 발생한 것으로 판단할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제2 기준값은 정상 상태에서의 부하 전류에 근거하여 미리 설정되어, 메모리(400)에 저장될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 기준 배수는 3배일 수 있다. 다만, 기준 배수가 전술한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 기준 배수는 본 실시예가 적용되는 장치 또는 시스템의 특성을 고려하여 미리 설정되어, 메모리(400)에 저장될 수 있다. 예를 들어, 프로세서(500)는 제2 주파수 대역에 대한 부하 전류의 평균값이 정상 상태(즉, 아크가 발생하지 않은 상태)에서의 부하 전류에 비해 소정치 이상 큰 경우로서, 제2 주파수 대역에 대한 부하 전류의 평균값이 제3 주파수 대역에 대한 부하 전류의 평균값보다 3배 이상 큰 경우 부하에 연결된 선로에 직렬 아크가 발생한 것으로 판단할 수 있다.
도 6a는 직렬 아크 발생 후 주파수 영역에 대한 부하 전압에서 직렬 아크 발생 전 주파수 영역에 대한 부하 전압을 감산한 결과를 보인 예시도이고, 도 6b는 직렬 아크 발생 후 주파수 영역에 대한 부하 전류에서 직렬 아크 발생 전 주파수 영역에 대한 부하 전류를 감산한 결과를 보인 예시도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 직렬 아크가 발생하는 경우 주파수 영역에 대한 부하 전압(VL)은 거의 변화하지 않지만, 일부 주파수 대역(5~40kHz)에서 부하 전류(IL)가 증가하는 것을 확인할 수 있다. 또한, 전체 주파수 영역(0~100kHz)에서 부하 전류(IL)가 증가하는 병렬 아크와 달리, 특정 주파수 대역(5~40kHz)에서만 부하 전류(IL)가 증가하는 것을 확인할 수 있다. 본 발명은 전술한 사실로부터 착안된 것으로서, 특정 주파수 영역에서만 부하 전류가 증가하는지 여부를 확인함으로써 직렬 아크의 발생 여부를 확인할 수 있다.
직렬 아크가 발생하지 않은 것으로 판단되는 경우, 프로세서(500)는 카운트 횟수를 초기화시키고(S511), S501 단계로 회귀할 수 있다. 반면, 직렬 아크가 발생한 것으로 판단되는 경우, 프로세서(500)는 카운트 횟수를 증가시킬 수 있다(S513).
이어서, 프로세서(500)는 카운트 횟수가 미리 설정된 기준 횟수에 도달하였는지 여부를 판단할 수 있다(S515). 즉, 프로세서(500)는 미리 설정된 기준 횟수(예: 10회) 이상 연속적으로 직렬 아크가 발생한 것으로 판단되는 경우에만 직렬 아크가 발생한 것으로 최종 판단함으로써 직렬 아크 검출에 대한 신뢰도 및 정확도를 향상시킬 수 있다.
카운트 횟수가 미리 설정된 기준 횟수에 도달한 경우, 프로세서(500)는 부하에 연결된 선로에 직렬 아크가 발생한 것으로 최종 판단할 수 있다(S517). 반면, 카운트 횟수가 미리 설정된 기준 횟수에 도달하지 않은 경우, 프로세서(500)는 S501 단계로 회귀할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 아크 검출 장치의 출력을 보인 예시도이다. 도 7에서, ia는 부하 전류이고, Varc는 아크 발생 지점의 양단 전압이고, GPIO0은 아크 검출 장치의 직렬 아크 검출 신호이고, GPIO1은 아크 발생 검출 장치의 병렬 아크 검출 신호에 해당할 수 있다. 도 7a와 같이, 직렬 아크가 발생한 상황에서 아크 발생 검출 장치가 신속하게 직렬 아크 검출 신호를 출력함을 확인할 수 있다. 또한, 도 7b와 같이, 병렬 아크가 발생한 상황에서 아크 발생 검출 장치가 신속하게 병렬 아크 검출 신호를 출력함을 확인할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 아크 검출 장치의 정확도를 보인 예시도이다. 도 8에서, IL은 부하 전류이고, fsw는 부하(예: PWM 인버터)의 스위칭 주파수이고, Iarc는 아크 전류에 해당할 수 있다. 도 8a와 같이, 부하 전류와 부하의 스위칭 주파수를 변경시키면서 실시한 8가지 유형의 실험에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 아크 검출 장치가 대략 100%의 높은 직렬 아크 감지 확률을 보임을 확인할 수 있다. 또한, 도 8b와 같이, 아크 전류와 부하의 스위칭 주파수를 변경시키면서 실시한 8가지 유형의 실험에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 아크 검출 장치가 대략 96.25%의 높은 병렬 아크 감지 확률을 보임을 확인할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 아크 검출 장치의 아크 검출 시간을 보인 예시도이다. 도 9에서, IL은 부하 전류이고, fsw는 부하(예: PWM 인버터)의 스위칭 주파수이고, Iarc는 아크 전류에 해당할 수 있다. 도 9a와 같이, 부하 전류와 부하의 스위칭 주파수를 변경시키면서 실시한 8가지 유형의 실험에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 아크 검출 장치의 평균 감지 시간이 0.11초 정도임을 확인할 수 있다. 또한, 도 9b와 같이, 아크 전류와 부하의 스위칭 주파수를 변경시키면서 실시한 8가지 유형의 실험에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 아크 검출 장치의 평균 감지 시간이 0.16초 정도임을 확인할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 아크 검출 장치 및 방법은 부하 전류 및 부하 전압에 대한 주파수 분석을 통해 배선에 발생하는 아크를 정확하고 신속하게 검출할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 아크 검출 장치 및 방법은 부하 전류 및 부하 전압에 대한 주파수 분석을 통해 배선에 발생하는 아크의 종류(직렬 아크, 병렬 아크)를 정확하게 식별할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 아크 검출 장치 및 방법은 부하 전류 및 부하 전압에 대한 주파수 분석을 통해 아크를 검출함으로써 다른 원인(예: 부하의 과도 현상)에 의해 부하 출력이 급변한 것을 아크에 의한 것으로 오판단하는 것을 방지할 수 있다.
본 명세서에서 설명된 구현은, 예컨대, 방법 또는 프로세스, 장치, 소프트웨어 프로그램, 데이터 스트림 또는 신호로 구현될 수 있다. 단일 형태의 구현의 맥락에서만 논의(예컨대, 방법으로서만 논의)되었더라도, 논의된 특징의 구현은 또한 다른 형태(예컨대, 장치 또는 프로그램)로도 구현될 수 있다. 장치는 적절한 하드웨어, 소프트웨어 및 펌웨어 등으로 구현될 수 있다. 방법은, 예컨대, 컴퓨터, 마이크로프로세서, 집적 회로 또는 프로그래밍가능한 로직 디바이스 등을 포함하는 프로세싱 디바이스를 일반적으로 지칭하는 프로세서 등과 같은 장치에서 구현될 수 있다. 프로세서는 또한 최종-사용자 사이에 정보의 통신을 용이하게 하는 컴퓨터, 셀 폰, 휴대용/개인용 정보 단말기(personal digital assistant: "PDA") 및 다른 디바이스 등과 같은 통신 디바이스를 포함한다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 전압 센서 200: 전류 센서
300: 출력 인터페이스 400: 메모리
500: 프로세서

Claims (14)

  1. 부하 전압을 검출하여 전압 데이터를 생성하는 전압 센서; 및
    상기 전압 데이터를 고속 퓨리에 변환하고, 상기 고속 퓨리에 변환된 전압 데이터를 필터링하여 제1 주파수 대역에 대한 전압 데이터를 추출하고, 상기 제1 주파수 대역에 대한 부하 데이터에 기반하여 상기 제1 주파수 대역에 대한 부하 전압의 평균값을 산출하고, 상기 제1 주파수 대역에 대한 부하 전압의 평균값에 기반하여 부하에 연결된 선로에 병렬 아크가 발생하였는지 여부를 판단하는 프로세서;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 아크 검출 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 프로세서는, 상기 제1 주파수 대역에 대한 부하 전압의 평균값이 제1 기준값 이상인 경우 상기 선로에 병렬 아크가 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 아크 검출 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제1 기준값은, 정상 상태에서의 부하 전압에 기반하여 설정되는 것을 특징으로 하는 아크 검출 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    부하 전류를 검출하여 전류 데이터를 생성하는 전류 센서;
    를 더 포함하고,
    상기 프로세서는, 상기 전류 데이터를 고속 퓨리에 변환하고, 상기 고속 퓨리에 변환된 전류 데이터를 필터링하여 제2 및 제3 주파수 대역에 대한 전류 데이터를 추출하고, 상기 제2 및 제3 주파수 대역에 대한 전류 데이터에 기반하여 상기 제2 및 제3 주파수 대역에 대한 부하 전류의 평균값을 각각 산출하고, 상기 제2 및 제3 주파수 대역에 대한 부하 전류의 평균값에 기반하여 상기 선로에 직렬 아크가 발생하였는지 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 아크 검출 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제3 주파수 대역은, 상기 제2 주파수 대역보다 높은 주파수 대역인 것을 특징으로 하는 아크 검출 장치.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 프로세서는, 상기 제2 주파수 대역에 대한 부하 전류의 평균값이 제2 기준값 이상이고, 상기 제2 주파수 대역에 대한 부하 전류의 평균값이 상기 제3 주파수 대역에 대한 부하 전류의 평균값의 기준 배수 이상인 경우 상기 선로에 직렬 아크가 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 아크 검출 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제2 기준값은, 정상 상태에서의 부하 전류에 기반하여 설정되는 것을 특징으로 하는 아크 검출 장치.
  8. 전압 센서를 통해 부하 전압을 검출하여 전압 데이터를 생성하는 단계;
    상기 전압 데이터를 고속 퓨리에 변환하는 단계;
    상기 고속 퓨리에 변환된 전압 데이터를 필터링하여 제1 주파수 대역에 대한 전압 데이터를 추출하는 단계;
    상기 제1 주파수 대역에 대한 전압 데이터에 기반하여 상기 제1 주파수 대역에 대한 부하 전압의 평균값을 산출하는 단계; 및
    상기 제1 주파수 대역에 대한 부하 전압의 평균값에 기반하여 부하에 연결된 선로에 병렬 아크가 발생하였는지 여부를 판단하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 아크 검출 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 병렬 아크가 발생하였는지 여부를 판단하는 단계는,
    상기 제1 주파수 대역에 대한 부하 전압의 평균값이 제1 기준값 이상인 경우 상기 선로에 병렬 아크가 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 아크 검출 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 제1 기준값은, 정상 상태에서의 부하 전압에 기반하여 설정되는 것을 특징으로 하는 아크 검출 방법.
  11. 제 8항에 있어서,
    전류 센서를 통해 부하 전류를 검출하여 전류 데이터를 생성하는 단계;
    상기 전류 데이터를 고속 퓨리에 변환하는 단계;
    상기 고속 퓨리에 변환된 전류 데이터를 필터링하여 제2 및 제3 주파수 대역에 대한 전류 데이터를 추출하는 단계;
    상기 제2 및 제3 주파수 대역에 대한 전류 데이터에 기반하여 상기 제2 및 제3 주파수 대역에 대한 부하 전류의 평균값을 각각 산출하는 단계; 및
    상기 제2 및 제3 주파수 대역에 대한 부하 전류의 평균값에 기반하여 상기 선로에 직렬 아크가 발생하였는지 여부를 판단하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 아크 검출 방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 제3 주파수 대역은, 상기 제2 주파수 대역보다 높은 주파수 대역인 것을 특징으로 하는 아크 검출 방법.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 직렬 아크가 발생하였는지 여부를 판단하는 단계는,
    상기 제2 주파수 대역에 대한 부하 전류의 평균값이 제2 기준값 이상이고, 상기 제2 주파수 대역에 대한 부하 전류의 평균값이 상기 제3 주파수 대역에 대한 부하 전류의 평균값의 기준 배수 이상인 경우 상기 선로에 직렬 아크가 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 아크 검출 방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 제2 기준값은, 정상 상태에서의 부하 전류에 기반하여 설정되는 것을 특징으로 하는 아크 검출 방법.
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