WO2025178266A1 - 아크 감시 장치 및 그 장치의 제어 방법 - Google Patents

아크 감시 장치 및 그 장치의 제어 방법

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WO2025178266A1
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윤재식
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LS Electric Co Ltd
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Definitions

  • the present invention relates to an arc monitoring device for monitoring an arc and a control method of the device.
  • Arcing typically refers to an electrical spark or spark. It refers to a discharge phenomenon that occurs when a high potential difference occurs between positive and negative terminals, characterized by high current density. These arcs can be caused by damage to wires or electrical appliances, insulation breakdown, connection defects, or aging. They can also cause fires if there is flammable material nearby, making them a major cause of electrical fires.
  • conventional leakage circuit breakers or overcurrent circuit breakers are basically designed to prevent leakage or short circuits, and their circuit breaker function can be activated when a current exceeding a preset size is detected for a certain period of time.
  • arcs can occur even at low currents of 3 to 5 A or less, and it is difficult to detect arcs occurring at such low currents or arcs occurring for less than a certain period of time with leakage circuit breakers or overcurrent circuit breakers. Accordingly, various countries are mandating the installation of arc circuit breakers that can block such arcs, and research into detecting and blocking arcs is actively underway.
  • an arc detection device has been developed that detects noise in a current signal and uses the magnitude of the high-frequency component of the detected noise to detect the occurrence of an arc.
  • current arc detection devices only determine whether an arc has occurred based on the magnitude of a specific high-frequency component detected from the current noise, which limits their ability to distinguish between typical current noise and arcs. Consequently, there is a problem that the accuracy of arc detection is not high, such as misidentifying noise as arcs or misjudging arcs as noise.
  • the present invention aims to solve the above-mentioned problem and other problems, and to provide an arc monitoring device capable of detecting not only the magnitude of high-frequency noise capable of detecting an arc but also the variation of the high-frequency noise and the shoulder phenomenon caused by insulation damage by determining whether an arc has occurred in order to detect a series arc in which the characteristics of the arc appear more vaguely than in a parallel arc, and a method for controlling the arc monitoring device capable of detecting even insulation damage caused in one of the live and neutral wires.
  • an arc monitoring device comprises: a high-frequency signal detection unit for detecting a high-frequency signal from a current flowing in an electric circuit; a blocking unit for blocking the electric circuit to block the electrical connection between a power source and a load; a voltage detection unit for detecting a voltage change in the electric circuit; a current detection unit for detecting a current change in the electric circuit; a zero crossing point, which is a point in time having a reference voltage according to a phase alternation of voltage from the voltage change, and a zero section according to a time at which a current value within a critical range from the reference current is detected during a half cycle of the current corresponding to between zero crossing points; and an arc noise according to a fluctuation amount of a high-frequency signal; and when the zero section and the arc noise are detected, whether an arc (ARC) occurs during the half cycle is estimated based on an intensity average of the high-frequency signal; and
  • control unit estimates whether the zero section has occurred based on whether a preset number or more of samples having a voltage value within the threshold range are detected among current samples extracted during the half-cycle, and determines that the zero section has been detected when a zero count value obtained by accumulating the number of zero sections estimated for each half-cycle reaches a preset zero count reference value.
  • control unit is characterized in that, when the zero section is estimated, the control unit further performs a discrete Fourier transform to analyze the frequency components of the current values detected during the half cycle of the current, and re-estimates the zero section according to the ratio of the fundamental wave and the harmonic wave detected as a result of the frequency component analysis.
  • control unit calculates the root mean square values of current values detected during a half cycle of the current, and determines the allowable number of times based on the calculated root mean square values, and the allowable number of times is determined to be smaller as the calculated root mean square value increases.
  • control unit is characterized in that, when both the zero section and the arc noise are detected, the calculated effective value does not exceed a preset minimum value, and the number of arc occurrences estimated up to now is initialized.
  • control unit detects a change in current magnitude during a half-cycle of the current by comparing the calculated root mean square value with the root mean square value of the current during a half-cycle prior to the half-cycle of the current, estimates a zero section from current samples acquired during the half-cycle according to the detected change in current magnitude, and determines that the zero section is detected when a zero count value obtained by accumulating the number of zero sections estimated for each half-cycle reaches a preset zero count reference value.
  • control unit is characterized in that, when both the zero section and the arc noise are detected, it determines whether the half-cycle of the current has entered an arc check period for detecting whether an arc has occurred within a threshold period determined by a preset number of half-cycles, and if the half-cycle of the current is not a half-cycle included in the arc check period, it deducts the estimated number of arc occurrences estimated up to now.
  • control unit is characterized in that, when the zero crossing point is detected, the control unit increases an event time count for counting the time elapsed during the critical period, and when the increased event time count reaches a preset number, it is determined that the arc check period has been entered.
  • control unit is characterized in that, when the event time count reaches a preset number of half-cycles corresponding to the critical period, the event time count is initialized, and the number of arc estimates counted before the critical period is deducted from the number of arc estimates accumulated up to now.
  • the control unit calculates an average value and a maximum value of a high-frequency signal detected during a half cycle of the current, and compares the calculated average value and maximum value with the average value and the maximum value of a high-frequency signal detected during a half cycle prior to the half cycle of the current, and the average value and the maximum value of a high-frequency signal detected during a half cycle prior to one cycle from the half cycle of the current, thereby calculating a high-frequency signal fluctuation value during a half cycle and a high-frequency signal fluctuation value during one cycle, and based on the results of comparing the calculated high-frequency signal fluctuation value during a half cycle and the high-frequency signal fluctuation value during one cycle with a preset high-frequency signal minimum value, increases an arc noise count for estimating whether or not arc noise has occurred by at least one, and when the increased arc noise count is equal to or greater than a preset arc noise reference value, it is estimated that the arc noise has occurred.
  • control unit determines whether the root mean square values of the current values have changed based on the root mean square values of the current values detected during a half cycle of the current and the root mean square values of the current values detected during a half cycle prior to one cycle, and additionally increases the arc noise count when the root mean square values of the current values have changed.
  • control unit is characterized in that it receives the zero crossing point detected according to the voltage change of the voltage detection unit as an interrupt signal, and starts sampling the current signal and the high-frequency signal when the interrupt signal is received.
  • a control method of an arc monitoring device comprises: a first step of detecting a zero crossing point, which is a point in time having a reference voltage according to a voltage change of a current flowing in a circuit; a second step of sampling a current signal and a high-frequency signal during a half cycle of the current corresponding to the detected zero crossing point and the zero crossing point when the zero crossing point is detected; a third step of increasing an event time count for checking an elapsed time; a fourth step of detecting whether a zero section exists according to a time at which a current value within a critical range from a reference current is detected based on current samples acquired during the half cycle of the current; a fifth step of detecting arc noise according to a variation of a high-frequency signal based on high-frequency signal samples acquired during the half cycle of the current; a sixth step of estimating whether an arc (ARC) occurs during the half cycle based
  • the fourth step is characterized by including a step 4-1 of estimating whether the zero section has occurred based on whether a preset number or more of samples having a voltage value within the threshold range among current samples extracted during the half-cycle are detected, and a step 4-2 of determining that the zero section has been detected when a zero count value obtained by accumulating the number of zero sections estimated for each half-cycle reaches a preset zero count reference value.
  • the fourth step is characterized by further including a step 4-3 of analyzing frequency components of current values detected during a half cycle of the current by performing a discrete Fourier transform when the zero section is estimated, and a step 4-4 of re-estimating the zero section according to the ratio of the fundamental wave and harmonic wave detected as a result of the frequency component analysis.
  • the fourth step is characterized by including a fourth-fifth step of detecting a change in current magnitude during a half-cycle of the current by comparing the calculated root mean square value with the root mean square value of the current during a half-cycle prior to the half-cycle of the current, a fourth-sixth step of estimating a zero section during the half-cycle based on the detected change in current magnitude, and a fourth-seventh step of determining that the zero section is detected when a zero count value, which is an accumulated number of zero sections estimated for each half-cycle, reaches a preset zero count reference value.
  • the fifth step is characterized by including a step 5-1 of calculating an average value and a maximum value of a high-frequency signal detected during a half cycle of the current, a step 5-2 of comparing the calculated average value and maximum value with the average value and the maximum value of a high-frequency signal detected during a half cycle prior to the half cycle of the current, and the average value and the maximum value of a high-frequency signal detected during a half cycle prior to one cycle from the half cycle of the current, to calculate a high-frequency signal fluctuation value during a half cycle and a high-frequency signal fluctuation value during one cycle, a step 5-3 of increasing an arc noise count by at least one to estimate whether arc noise has occurred based on a result of comparing the calculated high-frequency signal fluctuation value during the half cycle and the high-frequency signal fluctuation value during the one cycle with a preset high-frequency signal minimum value, and a step 5-4 of estimating that the arc noise has occurred when the increased arc noise count is equal to or greater than a
  • the fifth step is characterized by further including a fifth step of determining whether the root mean square values of the current values have changed based on the root mean square values of the current values detected during the half cycle of the current and the root mean square values of the current values detected during the half cycle prior to one cycle, and a fifth step of further increasing the arc noise count if the root mean square values of the current values have changed.
  • the sixth step is characterized by including a sixth-first step of initializing the number of arc occurrences estimated up to now if, as a result of detection of the zero section and arc noise, neither the zero section nor the arc noise is detected.
  • the second step is characterized in that it calculates the root mean square value of the current values detected during the half cycle of the current, and determines the allowable number of times based on the calculated root mean square value, and the allowable number of times is determined to be smaller as the calculated root mean square value increases.
  • the sixth step is characterized by including a sixth-second step of initializing the number of arc occurrences estimated up to now if both the zero section and the arc noise are detected and the calculated effective value does not exceed a preset minimum value.
  • the sixth step is characterized by including a 6-3 step of determining whether the event time count has entered an arc check period for detecting whether an arc has occurred within the threshold period, based on whether the number of half-cycles corresponding to a preset threshold period has been reached when both the zero section and the arc noise are detected, and a 6-4 step characterized by deducting the estimated number of arc occurrences estimated up to now when the event time count has not entered the arc check period.
  • the present invention determines whether an arc has occurred by considering not only the magnitude of high-frequency noise but also the fluctuation of the high-frequency noise and the shoulder phenomenon caused by insulation damage, thereby detecting an arc caused by insulation damage of either a live line or a neutral line, i.e., a series arc. Accordingly, the present invention has the effect of preventing damage to a load and internal power devices due to the occurrence of the series arc.
  • the present invention can estimate whether an arc has occurred during each half-cycle of an alternating current whenever a current corresponding to that half-cycle flows, and determine that an arc has occurred when the estimated number of occurrences reaches a preset number. Accordingly, it has the effect of reducing the possibility of a malfunction in which noise with characteristics similar to those of an arc is temporarily mistaken for an arc and the circuit is mistakenly shut down.
  • Figure 2 is an example diagram showing an example of arc noise appearing in a wide frequency band in the form of white noise.
  • arcs may occur for individual reasons in each circuit.
  • arcs may occur in only one of the live lines and the neutral line as shown in Fig. 1 (a), or arcs may occur in all circuits, i.e., both the live line and the neutral line as shown in Fig. 1 (b).
  • noise signal including a typical noise for example, switching noise (211)
  • switching noise has the characteristic that its size decreases as the frequency increases, as shown in the noise signal (210) in FIG. 2.
  • noise generated when an arc occurs has the characteristic of occurring in the form of white noise that occurs evenly throughout a wide frequency band ranging from tens of MHz to hundreds of MHz, as shown in the arc noise signal (200) in FIG. 2.
  • the arc monitoring device may be configured to include a blocking unit (350), a current detection unit (310), a voltage detection unit (320), a high frequency current transformer (HFCT) (330), a filter unit (331), an amplifier unit (332), a control unit (300), a communication unit (360), a memory (370), and an output unit (380).
  • the device may further include a zero-phase current transformer (ZCT) (340).
  • ZCT zero-phase current transformer
  • the components illustrated in FIG. 3 are not essential for implementing the arc monitoring device, and thus, the arc monitoring device described in this specification may have more or fewer components than the components listed above.
  • each component of the arc monitoring device illustrated in FIG. 3 may be connected to the control unit (300) and may be controlled by the control unit (300).
  • the current detection unit (310) can detect the amount of current flowing in the electric circuit connecting the power source and the load.
  • the current detection unit (310) may include a preset shunt resistor or a low frequency current transformer (LFCT) to detect the amount of current.
  • the current detection unit (310) can detect the amount of current based on the voltage difference measured at both ends of the shunt resistor or the low frequency current signal detected by the LFCT.
  • the current detection unit (310) may be equipped with an LPF (Low Pass Filter) to remove noise from the measurement result, and may further include an amplifier to amplify the measured value to a level that the control unit (300) can recognize.
  • LPF Low Pass Filter
  • a bimetallic component used in an arc monitoring device may be used as the shunt resistor.
  • the current detection unit (310) may detect the amount of current flowing in the circuit based on the specific resistance value of the bimetallic component.
  • a separate shunt resistor may not be provided.
  • the voltage detection unit (320) can detect the voltage change of the electric circuit.
  • the current flowing in the electric circuit is a single-phase current
  • the current flowing between the power line and the internal line may be an alternating current whose voltage phase periodically alternates according to the cycle of the single-phase current. Accordingly, in the electric circuit, positive (+) voltage and negative (-) voltage may periodically alternate around the ZCP. Therefore, the control unit (300) can detect the ZCP based on the voltage change of the electric circuit.
  • the HFCT High Frequency Current Transformer
  • the HFCT (330) is a sensor for detecting a high-frequency noise signal of a current flowing in a circuit, and may be formed so that any one of the circuits passes through it.
  • the HFCT (330) may include at least one sensor for detecting a wide high-frequency noise signal ranging from several tens of MHz to several hundred MHz that is generated when a partial discharge or an arc occurs.
  • the HFCT (330) can detect a high-frequency noise signal ranging from 10 MHz to 150 MHz or from 10 MHz to 200 MHz.
  • the filter unit (331) is a HPF (High Pass Filter) formed to pass only high-frequency signals, and may be a filter that passes only signals in a high-frequency band ranging from tens of MHz to hundreds of MHz.
  • the filter unit (331) may further include a filter that filters a specific frequency in a frequency mask manner.
  • the specific frequency may be a frequency corresponding to living noise, noise generated when driving a load, or electromagnetic noise (EMC (ElectroMagnetic Compatibility) Noise).
  • EMC ElectroMagnetic Compatibility Noise
  • the filter unit (331) may be a filter that passes signals in a high-frequency band, and may be a filter that filters signals in at least one specific frequency band that is designated in advance so as not to pass. Through this, not only signals in a low-frequency band, but also noise whose frequency band is known in advance, such as living noise, driving noise of a load, electromagnetic noise, etc., can be removed.
  • the amplifier (332) can receive the filtered high-frequency noise signal and amplify the received signal into a signal of a level identifiable by the control unit (300).
  • the amplifier (332) can include an analog-to-digital converter (ADC) for converting an analog-type high-frequency current signal into a digital signal.
  • ADC analog-to-digital converter
  • the amplifier (332) can be a logarithmic amplifier whose input/output voltage ratio exhibits a logarithmic characteristic, which can indicate a wide input voltage range.
  • control unit (300) controls each component of the arc monitoring device and can control the overall operation of the arc monitoring device.
  • the control unit (300) can receive the amplified high-frequency noise signal through the amplification unit (332). Then, the control unit (300) can detect changes in the intensity of the high-frequency noise signal and changes in the current size over a certain period of time (e.g., a half-cycle of a single-phase current), and determine whether the current value is within a critical range from the reference current (e.g., 0 A), i.e., a zero section, based on the detection result.
  • a critical range from the reference current (e.g., 0 A), i.e., a zero section
  • the detection result can determine whether a fluctuation in the high-frequency noise has occurred based on the detection result, and can estimate whether the high-frequency noise corresponding to the arc occurrence has occurred (estimation of the arc occurrence) based on a reference value determined according to the current current level. Then, when a half-cycle (hereinafter, “half-cycle”) of the single-phase current estimated to include the high-frequency noise corresponding to the arc occurrence is detected more than a preset number of times during a preset period of time, it can be determined that an arc has occurred.
  • half-cycle hereinafter, “half-cycle”
  • control unit (300) can detect the zero crossing point (ZCP) based on the voltage change of the circuit detected by the voltage detection unit (320). Then, the interval between zero crossing points can be detected as a half-cycle of the single-phase current flowing in the circuit. Then, based on the current amount detected during the half-cycle, the peak current amount and the average value of the high-frequency noise signal can be calculated.
  • ZCP zero crossing point
  • Fig. 4 (a) is an exemplary diagram showing the characteristics of high-frequency arc noise
  • Fig. 4 (b) is a diagram showing the current change of the arc according to the periodic pattern of the single-phase current
  • Fig. 4 (c) is a diagram showing the voltage change of the arc according to the periodic pattern of the single-phase current.
  • Fig. 4 (c) shows the point where the voltage polarity switches according to the voltage change of the single-phase current that periodically crosses positive (+) and negative (-), i.e., the zero crossing point.
  • the supplied voltage may gradually increase as it passes the zero-crossing point. Then, the voltage difference between the arc contacts may gradually increase. And when the voltage difference between the arc contacts exceeds a certain level, a discharge due to the accumulated voltage difference, i.e., an arc may occur. Therefore, as it passes the no-arc stage (411) corresponding to the zero-crossing point, the intensity and size of the high-frequency noise signal may increase as the arc is generated due to the increase in the voltage difference. In this way, as the voltage difference between the arc contacts increases, a stage in which the intensity of the high-frequency noise signal increases, i.e., the arc strike stage (412), may proceed.
  • control unit (300) may set the allowable number of times to be smaller as the current during the half cycle, i.e., the root mean square (RMS) value of the current during the half cycle, is greater, so that even when the estimated number of arc occurrences is small, the electrical connection between the load and the power source can be cut off.
  • RMS root mean square
  • the root mean square value of the current during the half cycle is small, the effect on the arc may be small. For example, the smaller the calculated current, the less electricity may be discharged by the arc. Accordingly, the risk of fire, etc. may be lower. However, if the power between the load and the power source is cut off, the load cannot receive electrical energy, which may cause unexpected damage to the user. Accordingly, the smaller the root mean square value of the current during the half cycle, the more accurately it is possible to determine whether an arc has occurred, and the greater the allowable number of times can be set so that the electrical connection between the load and the power source is cut off only when the occurrence of an arc is confirmed. This allowable number of times may also be referred to as a time delay.
  • the memory (370) can store information on the root-mean-square current (hereinafter, the half-cycle current RMS) calculated from the samples acquired between ZCPs, that is, during the half-cycle, and various statistical values calculated in relation to the half-cycle current RMS and the high-frequency noise signal, such as the average value or maximum value of the high-frequency noise signal.
  • the half-cycle current RMS root-mean-square current
  • the arc monitoring device may further include a discrete Fourier transform (DFT) unit (not shown) for discrete Fourier transform (DFT) operation.
  • the discrete Fourier transform unit may perform discrete Fourier transform on current samples acquired during the half cycle under the control of the control unit (300) to analyze frequency components of the current during the half cycle.
  • the control unit (300) may detect fundamental components and harmonic components from the current during the half cycle based on the discrete Fourier transform result, and calculate the ratio of the harmonic components to the fundamental component, i.e., the harmonic ratio.
  • the arc monitoring device may further include an output unit (380) for indicating the operating status of the arc monitoring device.
  • the output unit (380) may include at least one of a light output unit and an audio signal output unit.
  • the light output unit may include at least one LED capable of emitting light of different colors.
  • the audio output unit may include at least one speaker or buzzer capable of outputting an audio signal.
  • the operating status of the arc monitoring device may be indicated using light emitted from an LED or the like.
  • the audio output unit the operating status of the arc monitoring device may be indicated using an audio signal output from a speaker or the like.
  • the arc monitoring device may further include a ZCT (Zero-phase Current Transformer) (340) for detecting leakage current of the circuit.
  • the ZCT can compare the magnitude of the current flowing from the power source to the load through the live line (L line) with the magnitude of the current flowing from the load to the power source through the neutral line (N line), and determine whether there is leakage current based on the difference.
  • the ZCT (340) may be equipped with an LPF (Low Pass Filter) for filtering current noise.
  • the arc monitoring device can detect whether a leakage current occurs based on the detection result of the ZCT (340).
  • the circuit breaker (350) can be controlled to output a trip control signal and perform a circuit breaker operation.
  • the above leakage current may be caused by an insulation breakdown at the ground.
  • the insulation breakdown means the occurrence of an arc
  • the above leakage current may correspond to an arc occurring at the ground, i.e., the occurrence of a ground arc. Therefore, the detection of the leakage current is to detect the occurrence of the ground arc, and accordingly, the arc monitoring device may determine whether a ground arc has occurred and, based on the determination result, may cut off the electrical connection between the power source and the load.
  • the ZCT (340) is an example of a leakage current detection unit for detecting leakage current, and it is obvious that the present invention is not limited to having the ZCT (340) as a configuration for detecting leakage current. That is, in the arc monitoring device according to an embodiment of the present invention, any other leakage current detection unit capable of detecting leakage current can replace the ZCT (340).
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating an operation process for determining whether an arc has occurred in an arc monitoring device according to an embodiment of the present invention.
  • the control unit (300) of the arc monitoring device can first detect a half-cycle of a single-phase current (S500).
  • the start and end of the half-cycle can be detected according to ZCP.
  • ZCP is the point in time when the voltage polarity switches, i.e., the point in time when the voltage reaches 0 V, and can be detected according to the detection result of the voltage detection unit (320).
  • the control unit (300) can start sampling the current signal and the high-frequency noise signal until the next ZCP is detected. Since the ZCP occurs periodically every half cycle according to the voltage change pattern of the AC current, the current signal and the high-frequency noise signal sampled from the ZCP until the next ZCP is reached may be the current signal and the high-frequency noise signal sampled during the half cycle of the AC current. That is, based on the ZCP, the current signal and the high-frequency noise signal are sampled according to a preset sampling interval for every half cycle of the AC current signal, so that the control unit (300) can obtain the current signal and the high-frequency current signal during the half cycle.
  • the process of obtaining the current signal and the high-frequency noise signal during the half cycle will be referred to as a process of detecting the half-cycle current.
  • control unit (300) can receive the ZCP detected according to the voltage change of the voltage detection unit (320) as an interrupt signal. Then, sampling of the current signal and the high-frequency noise signal can be started depending on whether the interrupt signal is received. The sampling can continue until the next interrupt signal is received, i.e., until the next ZCP is received, and sampling can be restarted when the next interrupt signal is received.
  • Fig. 5 may be an operation process that is performed when current signal samples (hereinafter, current samples) and high-frequency noise signal samples (hereinafter, high-frequency noise samples) are collected during a half-cycle in this manner.
  • the S500 step may be a step in which an event time count is cumulatively increased at the same time as the semi-cycle current is detected.
  • the event time count is for detecting the number of semi-cycles in which a current signal and a high-frequency noise signal are detected, and is for checking the passage of time.
  • the event time count is for initializing at least one parameter for arc detection at a preset time cycle, and can prevent the current occurrence of an arc from being determined based on a result estimated a certain amount of time ago.
  • control unit (300) can calculate the root mean square (RMS) value for each current value during the half-cycle in which the current current samples and high-frequency noise samples were acquired.
  • RMS root mean square
  • the allowable number of times (or delay time) can be determined (S501).
  • the control unit (300) may set the allowable number of times to be small so that the occurrence of an arc can be determined more quickly as the current during the half cycle is large.
  • the control unit (300) may set the allowable number of times to be large so that the occurrence of an arc can be determined more accurately as the current during the half cycle is small.
  • control unit (300) can determine whether arc noise, which is a fluctuation in the zero section and high-frequency noise signal, has been detected (S502).
  • the zero section refers to a time during which current does not flow due to insulation damage of the wire, and may refer to a time during which current within a preset range from a reference current (e.g., 0 A) flows during the half cycle.
  • a reference current e.g., 0 A
  • Fig. 4 (b) which illustrates a current flowing in a wire when an arc occurs
  • sections in which current does not flow occur in a no-arc state (411, 421), an arc strike state (412, 422), and an arc quench state (414, 424).
  • a section in which current does not flow that is, a section in which the current corresponds to 0 A
  • an arc monitoring device may utilize this zero section section as an indicator for estimating whether an arc has occurred.
  • the control unit (300) sets a preset current range based on a reference current, i.e., 0 A, and if the currently acquired current sample has a current value included within the preset current range, it can be determined that the current sample corresponds to the zero section. In addition, based on the number of current samples corresponding to the zero section, it can be detected whether the half-cycle from which the current current sample is acquired includes a zero section.
  • the control unit (300) can further determine whether the half-cycle in which the current current sample is acquired contains arc noise. In this case, the control unit (300) can compare the high-frequency noise during the half-cycle in which the current current sample is acquired with the high-frequency noise during the half-cycle acquired prior to the half-cycle and with the high-frequency noise during the half-cycle acquired prior to one cycle to detect whether a fluctuation in the high-frequency noise has occurred. If a fluctuation in the high-frequency noise has occurred, it can be determined that arc noise has occurred during the half-cycle in which the current current sample is acquired.
  • the operation process for determining whether arc noise is detected in the half cycle in which the current current sample is acquired (hereinafter, the current half cycle) will be examined in more detail.
  • step S502 if no zero section and arc noise are detected in the current half-cycle, the control unit (300) can initialize the arc check count calculated up to this point (S503). Then, the process proceeds to step S500 to acquire current samples and high-frequency noise samples for a new half-cycle. In this case, the event time count can be increased.
  • step S502 if a zero section and arc noise are detected in the current half cycle, the control unit (300) can compare the current root mean square value during the current half cycle with the preset minimum current value (S504). In addition, if the current root mean square value during the current half cycle is lower than or equal to the minimum current value, the control unit can proceed to step S503 to initialize the arc check count. This is because, if the current root mean square value during the current half cycle is lower than or equal to the minimum current value, the resulting arc can also be so small that it can be ignored.
  • the control unit (300) can determine whether the arc check cycle has been entered by comparing the event time count accumulated up to now with the preset threshold time (S506).
  • the threshold time can be set to the number of half cycles of the AC current. Therefore, the control unit (300) can determine whether the arc check cycle has been entered by comparing the accumulated event time count with the number of half cycles corresponding to the threshold time.
  • the above arc check cycle refers to a cycle in which whether an arc occurs is checked, and may refer to a time in which an arc check is performed within a preset time for determining whether an arc occurs based on the current effective value during the half cycle.
  • control unit (300) can detect a current signal and a high-frequency noise signal for each half-cycle based on a half-cycle (sample the current signal and the high-frequency noise signal based on a half-cycle), and check whether an arc occurs at a preset time interval.
  • the preset time is a time corresponding to when a preset number of half-cycles of the AC current have elapsed, and it can be determined whether the preset time has elapsed based on the number of half-cycles in which current samples and high-frequency noise samples have been detected.
  • the preset time may be a time corresponding to 30 cycles of an alternating current.
  • the control unit (300) may determine that the preset time has elapsed when the number of half cycles in which current samples and high-frequency noise samples are detected reaches 60.
  • the control unit (300) can enter the arc check period after a certain period of time has elapsed since the event time count has been initialized. To this end, the control unit (300) can compare the accumulated event time count with a preset threshold time (the number of half-cycles corresponding to the threshold time), and can determine that the arc check period has been entered if the event time count is greater than or equal to the threshold time. That is, when the threshold time is 0, the control unit (300) can enter the arc check period immediately after the event time count has been initialized. On the other hand, when the threshold time is 10, the control unit (300) can enter the arc check period after current samples and high-frequency noise samples for 9 half-cycles have been detected.
  • a preset threshold time the number of half-cycles corresponding to the threshold time
  • step S506 If the judgment result of the step S506 above is that the arc check period has not been entered, that is, if the threshold time has not elapsed since the event time count was initialized, the control unit (300) can deduct the arc check count accumulated up to now (S507). In this case, if the arc check count accumulated up to now is the minimum value (e.g., the initial value, 0), the control unit (300) can maintain the minimum value of the arc check count. Then, the process proceeds to step S500 again to acquire current samples and high-frequency noise samples for a new half-cycle. In this case, the event time count can be increased.
  • the minimum value e.g., the initial value, 0
  • the arc check level may be determined based on the root mean square (RMS) current during the current half cycle. For example, if the root mean square (RMS) current during the current half cycle is 20 A or more, the arc check level may be set to 5. On the other hand, if the root mean square (RMS) current during the current half cycle is less than 2.5 A, the arc check level may be set to 20.
  • RMS root mean square
  • control unit (300) can proceed to step S500 again in a state where the arc check count counted before the reference time count is initialized, and acquire current samples and high-frequency noise samples for a new half-cycle. In this case, the event time count can be increased. And the processes below step S500 can be performed again.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating an operation process for detecting whether a zero section has occurred during a half cycle of an AC current in an arc monitoring device according to an embodiment of the present invention.
  • step S502 of FIG. 5 the operation process of FIG. 6 described below may be performed to detect whether a zero section has occurred.
  • the zero section may refer to a section in which no current flows or current flows below a certain level due to a disconnected portion of a wire when the wire is partially disconnected due to insulation damage of the wire.
  • Fig. 4 which illustrates the current flow in the case of arc generation due to insulation damage
  • other stages no-arc stage, arc strike stage, arc quench stage
  • the arc conduction state in which current flows due to an electric discharge (arc) generated by a high voltage may be sections corresponding to the zero section.
  • the control unit (300) can detect a preset number or more of consecutive samples among the extracted current samples (S602).
  • the current samples corresponding to the reference current value (e.g., 0A) that are continuous for a preset number or more can correspond to a section in which a current corresponding to the reference current value is detected for a certain period of time or more, i.e., a zero section.
  • control unit (300) can determine that the zero section is not included during the half-cycle in which the current current samples were acquired. Then, the control unit (300) can check whether it has entered the arc check cycle for checking whether an arc has occurred based on the event time count accumulated up to the present (S606).
  • a preset number among the current samples corresponding to the reference current value e.g., 0A
  • the control unit (300) can determine that a zero section is included during the half cycle in which the current current samples were acquired. Accordingly, the control unit (300) can increase the zero count, which is a count indicating zero section detection (S604). Then, when the zero count is increased, the control unit can proceed to step S606 to check whether to enter the arc check cycle for checking whether an arc has occurred.
  • the control unit (300) may determine that the arc check cycle has not been entered and may determine that the zero section has not been detected regardless of the zero count (S612). In this case, the zero section flag indicating whether or not the zero section has been detected may be maintained in the off state.
  • the control unit (300) can check whether the event time count is currently initialized (e.g., check whether the event time count is '1') (S614). If the event time count is initialized, the zero count accumulated up to the present can be initialized (S616). Therefore, when the event time count is initialized and a new cycle for determining whether an arc occurs begins, the zero count can be initialized. On the other hand, if the event time count is not initialized as a result of the check in step S614, the control unit (300) can end the operation process of FIG. 6 without initializing the zero count. Therefore, the zero count increased in step S604 can be maintained in an accumulated state. Then, when a current sample for another half cycle is acquired, the operation process of FIG. 6 is performed again, and the zero count can be increased and accumulated depending on the result of the determination of whether a zero section is included in step S602.
  • the event time count is currently initialized (e.g., check whether the event time count is '1') (
  • the zero count reference value may be determined based on the current amount (effective value) during the half cycle calculated in step S501 of FIG. 5. For example, the greater the current amount during the half cycle, the smaller the zero count reference value may be. Accordingly, the detection time of the zero section may become faster. On the other hand, the smaller the current amount during the half cycle, the larger the zero count reference value may be. Accordingly, the detection time of the zero section may become longer.
  • the control unit (300) can determine that a zero section has been detected (S610). In this case, the zero section flag indicating whether a zero section has been detected can be switched on. Then, the control unit (300) can proceed to the step S616 above to initialize the zero count according to the check result of the step S614 above.
  • these zero sections can also be detected when the phase of the current supplied to a load is artificially controlled, depending on the type of load or the phenomenon related to arc.
  • the load is a light
  • artificial phase control of the current supplied to the light can be utilized during dimming to limit the light output so that the light turns on at the brightness desired by the user.
  • Fig. 7 is a flowchart illustrating an operation process of increasing a zero count based on a harmonic ratio during the operation process of Fig. 6.
  • step S602 if the detection result of step S602 during the operation process of FIG. 6 is that current samples corresponding to the reference current value (e.g., 0 A) that are consecutively greater than a preset number are detected, the control unit (300) can perform discrete Fourier transform on the current samples during the currently acquired half-cycle to analyze the frequency components of the current samples during the half-cycle (S700).
  • the reference current value e.g., 0 A
  • the control unit (300) can detect the fundamental component corresponding to the currently supplied AC current and the harmonic component for the fundamental component among the frequency components of the current samples during the half cycle. And the ratio of the harmonic component to the fundamental component, i.e., the harmonic ratio, can be calculated (S702).
  • the control unit (300) can check whether the calculated harmonic ratio is equal to or greater than a preset ratio (S704). In this case, if phase control is performed, such as the dimming, the harmonic component applied for the phase control can be detected, so that the harmonic component can be detected at a higher level than when phase control is not performed. Therefore, based on the harmonic ratio, it can be determined whether the current sample during the half cycle is in a phase control state or not.
  • step S704 If the check result of step S704 above shows that the harmonic ratio is greater than or equal to the preset ratio, the zero section included in the current half-cycle current sample may be due to the phase control. Therefore, the control unit (300) can proceed to the next step, that is, step S606 of FIG. 6, without increasing the zero count. On the other hand, if the check result of step S704 above shows that the harmonic ratio is less than the preset ratio, the zero section included in the current half-cycle current sample may be due to insulation damage of the wire, that is, arc generation. Therefore, the control unit (300) can increase the zero count (S706) and proceed to the next step, that is, step S606 of FIG. 6.
  • the presence or absence of a zero section was determined based on the current values of current samples acquired during a half-cycle.
  • the current samples whose current values are close to the reference current, e.g., 0 A increase, which may result in a decrease in the current amount (rms value).
  • the presence or absence of a zero section can also be determined based on the change in the magnitude of the current amount (rms value).
  • FIG. 8 is a flowchart illustrating another operation process for detecting a zero section, which detects whether a zero section has occurred during the half cycle based on a change in the effective current value in an arc monitoring device according to an embodiment of the present invention.
  • step S502 of FIG. 5 the operation process of FIG. 8 described below may be performed to detect whether a zero section has occurred.
  • the control unit (300) of the arc monitoring device can first determine a zero count reference value for determining whether a zero section exists (S800).
  • a zero count reference value for determining whether a zero section exists (S800).
  • the zero count reference value can be determined based on the magnitude of high-frequency noise samples during the currently detected half-cycle.
  • the zero count reference value may be determined based on the minimum value of the high-frequency noise samples when the average value of the high-frequency noise samples is greater than or equal to a preset reference value.
  • the zero count reference value may be determined based on the average value of the high-frequency noise samples. Accordingly, the greater the average or minimum value of the high-frequency noise samples, the greater the zero count reference value may be set.
  • control unit (300) can check whether the effective value of the currently calculated half-cycle current samples, i.e., the effective value of the half-cycle current amount, is less than or equal to the preset minimum current value (S802).
  • the control unit (300) can check whether the effective current value of the previous half-cycle, which is the effective value of the current samples obtained during the previous half-cycle, i.e., the half-cycle before the current half-cycle, is less than or equal to the preset minimum current value (S804). That is, if the effective current value of the current during the current half-cycle exceeds the minimum current value, it can be checked whether the effective current value of the previous half-cycle is less than or equal to the minimum current value, and whether the current has increased to exceed the preset minimum value since the previous half-cycle, i.e., during the current half-cycle.
  • control unit (300) can determine that a sudden change in the current amount has occurred and increase the zero count for determining the zero section (S806).
  • step S802 shows that the effective current value of a half-cycle is less than or equal to the preset minimum current value
  • the control unit (300) can check whether the effective current value of the previous half-cycle, which is the effective value of current samples acquired during the previous half-cycle, i.e., the half-cycle before the current half-cycle, exceeds the preset minimum current value (S803).
  • step S803 shows that the effective current value of the previous half-cycle exceeds the minimum current value, i.e., if the current exceeding the minimum value is reduced to less than or equal to the minimum value in the current half-cycle, the control unit (300) can determine that a sudden change in the current amount has occurred and increase the zero count for determining the zero section (S806).
  • control unit (300) can check whether the arc check cycle has been entered based on the event time count accumulated up to now (S808).
  • step S804 determines whether the current amount of the previous half-cycle is greater than the minimum current value, that is, if the state in which the current amount exceeds the minimum current value is maintained as is, or if the result of the check in step 803 is that the current amount of the previous half-cycle is less than or equal to the minimum current value, that is, if the state in which the current amount is less than or equal to the minimum current value is maintained as is.
  • the control unit (300) can determine that no sudden change in the current amount has occurred. Accordingly, the control unit can proceed to step S808 to determine whether the arc check cycle has been entered without increasing the zero count.
  • control unit (300) may determine that the zero section has not been detected regardless of the zero count (S814). In this case, the zero section flag indicating whether the zero section has been detected may remain in the off state.
  • control unit (300) can check whether the event time count has been initialized in step S516 of the above-mentioned FIG. 5 (S816). If the event time count has been initialized, the zero count accumulated to date can be initialized (S818). Accordingly, the event time count is initialized, and a new cycle for determining whether an arc has occurred begins, and the zero count can be initialized.
  • the control unit (300) can end the operation process of FIG. 8 without initializing the zero count. Accordingly, the zero count increased in step S806 can be maintained in an accumulated state. Then, when a current sample for the next half cycle is acquired, the operation process of FIG. 8 is performed again, and the zero count can be increased and accumulated based on the result of comparing the root mean square values of the current amounts for the current half cycle and the previous half cycle in steps S802 to S804.
  • control unit (300) can check whether the zero count accumulated up to now has reached the zero count reference value determined in step S800 (S810).
  • step S810 may proceed to step S814 and determine that the zero section has not been detected. In this case, the zero section flag indicating whether the zero section has been detected may remain in the off state. And, the control unit (300) may proceed to step S818 and initialize the zero count according to the result of the check in step S816.
  • step S810 if the check result of step S810 indicates that the accumulated zero count to date has reached the zero count reference value, the control unit (300) may determine that a zero section has been detected (S812). In this case, the zero section flag indicating whether a zero section has been detected may be switched on. Then, the control unit (300) may proceed to step S818 to initialize the zero count according to the check result of step S816.
  • Whether a zero section is detected can be determined in step S502 of FIG. 5 through the process described in FIGS. 6 to 7 or 8. Meanwhile, the control unit (300) of the arc monitoring device according to an embodiment of the present invention can proceed to step S504 of determining whether the current half-cycle current effective value exceeds a preset minimum value only when arc noise due to fluctuations in high-frequency noise is detected in step S502 of FIG. 5 in addition to the zero section.
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating an operation process for determining whether arc noise is detected according to fluctuations in high-frequency noise in step S502 of FIG. 5.
  • step S502 of FIG. 5 the operation process of FIG. 9 described below may be performed to detect whether arc noise has occurred.
  • the control unit (300) can calculate the average and maximum values of the high-frequency noise samples during a half-cycle (previous half-cycle) prior to the current half-cycle in which the current sample and the high-frequency noise sample were acquired, in order to detect whether there is a fluctuation in the high-frequency noise.
  • the control unit can calculate the average and maximum values of the high-frequency noise samples acquired during a half-cycle prior to one cycle from the current half-cycle, that is, a half-cycle detected prior to a time corresponding to two half-cycles including the current half-cycle (hereinafter, “half-cycle prior to one cycle”) (S900).
  • the control unit (300) can calculate the average and maximum values of the high-frequency noise samples acquired during the current half-cycle (S902).
  • control unit (300) can calculate the amount of variation in the average value of the high frequency noise during the half cycle by subtracting the average value of the high frequency noise samples during the previous half cycle from the average value of the high frequency noise samples during the current half cycle.
  • control unit (300) can calculate the amount of variation in the maximum value of the high frequency noise during the half cycle by subtracting the maximum value of the high frequency noise samples during the previous half cycle from the maximum value of the high frequency noise samples during the current half cycle. That is, the average variation value and the maximum variation value of the high frequency noise during the half cycle can be calculated based on the average value and the maximum value of the high frequency noise samples during the current half cycle and the average value and the maximum value of the high frequency noise samples during the previous half cycle.
  • control unit (300) can calculate the average value fluctuation of high-frequency noise during one cycle by subtracting the average value of high-frequency noise samples during the half cycle preceding the one cycle from the average value of high-frequency noise samples during the current half cycle.
  • control unit (300) can calculate the maximum value fluctuation of high-frequency noise during one cycle by subtracting the maximum value of high-frequency noise samples during the half cycle preceding the one cycle from the maximum value of high-frequency noise samples during the current half cycle.
  • the average value fluctuation and the maximum value fluctuation of high-frequency noise during one cycle can be calculated based on the average value and the maximum value of high-frequency noise samples during the current half cycle and the average value and the maximum value of high-frequency noise samples during the half cycle preceding the one cycle (S904).
  • step S904 when the average fluctuation value and maximum fluctuation value of high frequency noise during a half cycle and the average fluctuation value and maximum fluctuation value of high frequency noise during one cycle are calculated, the control unit (300) can check whether the average fluctuation value of high frequency noise during the half cycle exceeds a preset reference value. In addition, it can check whether the maximum fluctuation value of high frequency noise during the one cycle exceeds a preset reference value (S906).
  • the average change value of high-frequency noise during the above half cycle or the maximum change value of high-frequency noise during the above one cycle exceeds a preset reference value, it is determined that the high-frequency noise includes arc noise, and the arc noise count for arc noise detection can be increased (S907).
  • the S907 step may be omitted and the arc noise count may not be increased.
  • control unit (300) can check whether the average fluctuation value of high-frequency noise during the one cycle exceeds a preset reference value. And it can check whether the maximum fluctuation value of high-frequency noise during the half cycle exceeds a preset reference value (S908).
  • the average fluctuation value of high-frequency noise during the above one cycle or the maximum fluctuation value of high-frequency noise during the above half cycle exceeds a preset reference value, it is determined that the fluctuation amount of high-frequency noise includes arc noise, and the arc noise count for arc noise detection can be increased (S910).
  • the S908 step may be omitted and the arc noise count may not be increased.
  • step S906 if the average change in high-frequency noise during a half cycle or the maximum change in high-frequency noise during one cycle is less than or equal to a preset reference value in step S906, the arc noise may not increase.
  • step S908 may be entered, and it may be checked whether the average change in high-frequency noise during a half cycle or the maximum change in high-frequency noise during one cycle exceeds a preset reference value. In addition, if the check result of step S908 shows that the average change in high-frequency noise during a half cycle or the maximum change in high-frequency noise during one cycle is less than or equal to a preset reference value, the arc noise may not increase.
  • step S906 the control unit (300) may proceed to step S907 to increase the arc noise. If the check result of step S908 shows that the average change value of high-frequency noise during a half cycle or the maximum change value of high-frequency noise during one cycle again exceeds a preset reference value, the control unit (300) may proceed to step S910 to increase the arc noise again. That is, the arc noise may increase up to two times in steps S907 and S910.
  • the control unit (300) can determine an arc noise count reference value for arc noise detection based on the accumulated arc noise count (S912).
  • the arc noise count reference value can be determined according to a threshold time for determining whether the arc monitoring device according to an embodiment of the present invention has entered an arc check period for checking whether an arc has occurred.
  • the arc noise count reference value can be determined according to a certain ratio (e.g., 0.75) of the threshold time. That is, as the threshold time becomes longer (as the number of half-cycles corresponding to the threshold time becomes larger), the arc noise count reference value can be determined to be larger.
  • control unit (300) can check whether the arc noise count accumulated up to now has reached the determined arc noise count reference value (S914).
  • step S914 the control unit (300) may proceed to step S915 and determine that arc noise has not been detected. In this case, the arc noise flag indicating whether arc noise has been detected may be maintained in the off state. Then, the control unit (300) may check whether the event time count has been initialized in step S516 of FIG. 5 (S918). And if the event time count has been initialized, the arc noise count accumulated up to now may be initialized (S920). Therefore, when the event time count has been initialized and a new cycle for determining whether an arc has occurred begins, the arc noise count may be initialized.
  • the control unit (300) can end the operation process of FIG. 9 without initializing the arc noise count. Accordingly, the accumulated state of the arc noise count increased in steps S907 and S910 can be maintained. Then, when a current sample for the next half cycle is acquired, the operation process of FIG. 9 is performed again, and the arc noise count can be increased and accumulated up to two times according to the check results in steps S906 and S908.
  • the control unit (300) can determine that arc noise has been detected (S916). In this case, the arc noise flag indicating whether arc noise has been detected can be switched on. Then, the control unit (300) can proceed to the step S920 above to initialize the arc noise count according to the check result of the step S918 above.
  • Fig. 10 is a flowchart illustrating an operation process in which the accumulation of the arc noise count is accelerated based on whether or not the current amount fluctuates.
  • the control unit (300) proceeds to step S910 of FIG. 9 and if the arc noise count increases, or if the average change value of high-frequency noise for one cycle or the maximum change value of high-frequency noise for half a cycle is lower than or equal to a preset reference value as a result of the check in step S908, the control unit (300) can detect the root mean square (RMS) current for the previous half cycle and the root mean square (RMS) current for the half cycle prior to one cycle (S1000).
  • the memory (370) of the arc monitoring device stores data for detecting whether an arc has occurred whenever the operation process of FIG. 5 for each half cycle ends, and the root mean square (RMS) current for the half cycle prior to one cycle and the root mean square (RMS) current for the previous half cycle may be pre-stored in the memory (370).
  • the control unit (300) can determine whether the currently calculated root mean square root of current during the half cycle is less than or equal to a preset minimum value (S1002). If the determination result shows that the currently calculated root mean square root of current during the half cycle preceding one cycle is less than or equal to a preset minimum value, the control unit (300) can determine whether the detected root mean square root of current during the half cycle preceding one cycle exceeds the preset minimum value (S1004). In other words, it can be determined whether the current during the current half cycle has decreased to less than or equal to the minimum value compared to the current during the half cycle preceding one cycle.
  • the control unit (300) can increase the arc noise count (S1008). Therefore, if the arc noise count is increased in the steps S907 and S910 of FIG. 9 and the arc noise count is further increased through the step S1008, the arc noise count can be increased three times. That is, the arc noise count can be increased up to three times.
  • the control unit (300) can determine that there is no change in the current amount. Accordingly, the arc noise count reference value can be calculated based on the critical time for determining the arc check cycle without increasing the arc noise count (S1010). Then, the process can proceed to step S914 of FIG. 9.
  • step S1002 if the current effective value for the currently calculated half-cycle as a result of the determination in step S1002 exceeds the preset minimum value, it can be determined whether the current effective value for the half-cycle prior to the detected one cycle is less than or equal to the minimum value (S1006). In other words, it can be determined whether the current for the current half-cycle increases and exceeds the minimum value while the current for the half-cycle prior to the one cycle has the minimum value.
  • step S1006 determines whether the root mean square (RMS) current during the half cycle prior to the detected one cycle is less than the minimum value.
  • the control unit (300) may proceed to step S1008 to increase the arc noise count.
  • the determination result of step S1006 is that the root mean square (RMS) current during the half cycle prior to the detected one cycle exceeds the minimum value, that is, if both the current during the current half cycle and the current during the half cycle prior to the one cycle are equal to or greater than the preset minimum value
  • the control unit (300) may determine that there is no change in the current amount. Therefore, without increasing the arc noise count, the control unit may proceed to step S1010 to calculate the arc noise count reference value according to the critical time for determining the arc check cycle. And the control unit may proceed to step S914 of FIG. 9.
  • Fig. 11 is a flowchart illustrating an operation process for determining whether high-frequency noise corresponding to arc occurrence is included in an arc monitoring device according to an embodiment of the present invention.
  • step S508 of Fig. 5 the operation process of Fig. 11 described below may be performed to detect high-frequency noise corresponding to the arc occurrence.
  • the control unit (300) can first calculate the average of the high-frequency noise samples collected during the current half-cycle (S1100). Then, the control unit can calculate the cumulative average of the high-frequency noise samples collected for each half-cycle prior to the current half-cycle (S1102). In this case, the cumulative high-frequency noise average may be the cumulative average of the high-frequency noise samples collected during each half-cycle detected after the event time count was initialized.
  • the cumulative high-frequency noise average may be an average of high-frequency noise typically detected in a wire on which arc monitoring is performed in an arc monitoring device according to an embodiment of the present invention.
  • control unit (300) can determine the arc check level corresponding to arc occurrence based on the current effective value for the currently calculated half cycle (S1104).
  • different arc check levels may correspond to different high-frequency noise values (e.g., signal strength).
  • a higher arc check level may correspond to a larger high-frequency noise value.
  • the control unit (300) can determine an accumulated arc check level to be compared with the accumulated high-frequency noise average based on the determined arc check level (S1106).
  • the accumulated arc check level can be determined according to a certain ratio of the arc check level determined in the step S1104. That is, the accumulated arc check level does not exceed the arc check level determined in the step S1104, and can increase or decrease in proportion to the size of the arc check level. For example, the accumulated arc check level can be determined as half of the arc check level.
  • control unit (300) can compare the high-frequency noise average for the current half-cycle calculated in step S1100 with the high-frequency noise value according to the arc check level calculated in step S1104 (S1108).
  • the arc check level is a level for determining a reference value (reference high frequency noise value) for determining whether an arc has occurred based on the magnitude of the detected high frequency noise, and a corresponding high frequency noise value (e.g., signal intensity) can be designated for each level. Then, when the arc check level is determined, the control unit (300) can compare the high frequency noise value corresponding to the determined arc check level with the average of the high frequency noise measured during the current half cycle, thereby determining whether the high frequency noise corresponding to the arc occurrence is included during the current half cycle.
  • a reference value reference high frequency noise value
  • a corresponding high frequency noise value e.g., signal intensity
  • step S1108 shows that the average high-frequency noise during the current half-cycle is lower than or equal to the high-frequency noise value according to the arc check level
  • the control unit (300) can determine that the current half-cycle in which the high-frequency noise sample is collected does not include high-frequency noise corresponding to arc occurrence (S1114).
  • the arc check level flag indicating whether high-frequency noise corresponding to the arc occurrence is detected can be maintained in the off state. Accordingly, the control unit (300) can proceed to step S507 of FIG. 5, which deducts the arc check count accumulated up to the present in step S508 of FIG. 5.
  • control unit (300) can check whether the cumulative high-frequency noise average calculated in the step S1102 exceeds the high-frequency noise value according to the cumulative arc check level determined in the step S1106 (S1110).
  • step S1110 if the result of the check in step S1110 is that the accumulated high frequency noise average is lower than or equal to the high frequency noise value according to the accumulated arc check level, the control unit (300) may proceed to step S1114 to determine that the half-cycle in which the current high frequency noise sample is collected does not include high frequency noise corresponding to arc occurrence. Accordingly, the arc check level flag indicating whether high frequency noise corresponding to arc occurrence is detected may be maintained in the off state. Then, the control unit (300) may proceed to step S507 of FIG. 5 to deduct the arc check count accumulated up to the present in step S508 of FIG. 5.
  • step S1110 determines that the result of the check in step S1110 is that the accumulated high-frequency noise average exceeds the high-frequency noise value according to the accumulated arc check level.
  • the control unit (300) can determine that the half-cycle in which the current high-frequency noise sample is collected includes high-frequency noise corresponding to arc occurrence (S1112).
  • the arc check level flag indicating whether the high-frequency noise corresponding to the arc occurrence is detected can be switched to an on state. Then, the control unit (300) can proceed to step S510 of FIG. 5, which increases the arc check count accumulated up to the present in step S508 of FIG. 5.
  • Computer-readable media include all types of recording devices that store data that can be read by a computer system.
  • Examples of computer-readable media include hard disk drives (HDDs), solid-state disks (SSDs), silicon disk drives (SDDs), ROMs, RAMs, CD-ROMs, magnetic tapes, floppy disks, optical data storage devices, etc., and also include media implemented in the form of carrier waves (e.g., transmission via the Internet). Therefore, the above detailed description should not be construed as limiting in any respect, but rather as illustrative. The scope of the present invention should be determined by a reasonable interpretation of the appended claims, and all changes within the equivalent scope of the present invention are intended to be included in the scope of the present invention.

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Abstract

본 발명은 아크 감시 장치에 관한 것으로, 전로로부터 고주파 신호를 검출하는 고주파 신호 검출부와, 전로를 차단하여 전원과 부하 사이의 연결을 차단하는 차단부와, 전로의 전압 변화를 검출하는 전압 검출부와, 전로의 전류 변화를 검출하는 전류 검출부와, 전압 변화로부터 전압의 위상 교번에 따라 기준 전압을 가지는 시점인 ZCP를 검출 및 ZCP와 ZCP 사이에 해당하는 전류의 반주기 동안 기준 전류로부터 임계 범위 이내의 전류값이 검출된 시간에 따른 제로 섹션과, 고주파 신호의 변동량에 따른 아크 노이즈를 검출하며, 제로 섹션과 아크 노이즈가 검출되는 경우, 고주파 신호의 세기 평균에 근거하여 반주기 동안에 아크 발생 여부를 추정하며, 아크 발생이 추정된 횟수가 허용 횟수 이상인지 여부에 근거하여 아크 발생 여부를 판별 및, 판별 결과에 따라 상기 전로를 차단하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

아크 감시 장치 및 그 장치의 제어 방법
본 발명은 아크(ARC)를 감시하기 위한 아크 감시 장치 및 그 장치의 제어 방법에 대한 것이다.
통상적으로 아크(Arc)는 전기불꽃 또는 스파크(spark)를 의미하며, 양의 단자와 음의 단자에 고압의 전위차가 발생하는 경우에 발생하는 방전 현상을 말하는 것으로, 전류 밀도가 크다는 특성이 있다. 이러한 아크는 전선이나 전기 제품의 손상, 전선의 절연 파괴, 접속 결함이나 노후화 등으로 발생하며, 주변에 발화 물질이 있는 경우 화재가 발생할 수 있으므로, 전기화재의 주원인으로 알려져 있다.
한편 통상적인 누전 차단기 또는 과전류 차단기의 경우, 기본적으로 누전이나 합선을 예방하기 위한 것으로, 기 설정된 크기 이상의 전류가 일정 시간 이상 검출되는 경우에 차단 기능이 구동될 수 있다. 그러나 아크의 경우 3 ~ 5A 이하의 저전류에서도 발생할 수 있는 바, 이러한 저전류에서 발생하는 아크 또는 일정 시간 이하로 발생하는 아크의 경우 누전 차단기 또는 과전류 차단기로 검출이 어렵다는 문제가 있다. 이에 다양한 국가에서 이러한 아크를 차단할 수 있는 아크 차단기의 탑재를 의무화하고 있는 등, 아크를 검출하고 차단하기 위한 연구가 활발하게 진행되고 있는 실정이다.
이러한 연구의 일환으로 전류 신호의 노이즈를 검출하고, 검출된 노이즈의 고주파(High Frequency) 성분의 크기를 이용하여 아크의 발생을 감지하는 아크 검출 장치가 등장하였다. 그러나 현재의 아크 검출 장치의 경우, 단지 전류의 노이즈로부터 검출되는 특정 고주파 성분의 크기에 따라 아크의 발생 여부를 판별하는 것으로, 통상적인 전류 노이즈와 아크의 구별에 한계가 있으며, 이에 따라 노이즈를 아크로 오인하거나 또는 아크를 노이즈로 오판단하는 등, 아크 검출의 정밀도가 높지 않다는 문제가 있다.
이러한 아크 검출의 정밀도를 높이기 위한 방안으로 아크 발생 시 발생하는 노이즈에 대하여 특정 관심 주파수 대역을 설정하고, 설정된 관심 주파수 대역에서 노이즈의 발생 여부를 판별하여 아크의 발생 여부를 판별하는 방안들이 등장하였다. 그러나 이러한 방식은 상기 관심 주파수 대역을 벗어나는 영역에서 발생하는 아크 노이즈에 대해서는 검출이 어렵다는 문제가 있다. 또한 현재 전력변환장치의 기술 개발로 인해, 특정 대역의 주파수가 아니라 넓은 주파수 대역에 걸쳐서 발생하는 화이트 노이즈의 형태로 아크 노이즈가 발생하는 특성을 가지는 바, 상술한 바와 같이 특정 관심 주파수 대역에서의 감시로는 아크의 정확한 검출이 어렵다는 문제가 있다.
더욱이 활선과 중성선 중 어느 하나의 전선에서 절연 손상이 발생하는 경우에 발생할 수 있는 직렬 아크의 경우 어느 하나의 전선에서는 절연이 손상되지 않은 상태임에 따라, 활선과 중성선 모두에서 절연 손상이 발생하는 병렬 아크에 비하여 아크의 특징이 모호하게 나타나는 바, 병렬 아크에 비하여 상기 직렬 아크의 검출이 보다 어렵다는 문제가 있다.
본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 하는 것으로, 병렬 아크에 비하여 아크의 특징이 모호하게 나타나는 직렬 아크를 검출하기 위하여, 아크를 검출할 수 있는 고주파 노이즈의 크기 뿐만 아니라 상기 고주파 노이즈의 변동 및, 절연 손상으로 인해 발생하는 숄더(shoulder) 현상을 모두 고려하여 아크의 발생 여부를 판별함으로써, 상기 직렬 아크, 즉 활선과 중성선 중 어느 하나의 전선에서 발생한 절연 손상까지도 검출할 수 있는 아크 감시 장치 및 그 아크 감시 장치의 제어 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명의 실시 예에 따른 아크 감시 장치는, 전로에 흐르는 전류로부터 고주파 신호를 검출하는 고주파 신호 검출부와, 상기 전로를 차단하여 전원과 부하 사이의 전기적 연결을 차단하는 차단부와, 상기 전로의 전압 변화를 검출하는 전압 검출부와, 상기 전로의 전류 변화를 검출하는 전류 검출부와, 상기 전압 변화로부터 전압의 위상 교번에 따라 기준 전압을 가지는 시점인 제로 크로싱 포인트(Zero Crossing Point)를 검출 및 제로 크로싱 포인트와 제로 크로싱 포인트 사이에 해당하는 상기 전류의 반주기 동안 기준 전류로부터 임계 범위 이내의 전류값이 검출된 시간에 따른 제로 섹션과, 고주파 신호의 변동량에 따른 아크 노이즈를 검출하며, 상기 제로 섹션과 아크 노이즈가 검출되는 경우, 상기 고주파 신호의 세기 평균에 근거하여 상기 반주기 동안에 아크(ARC)의 발생 여부를 추정하며, 아크 발생이 추정된 횟수가 기 설정된 허용 횟수 이상인지 여부에 근거하여 상기 전로에 아크가 발생하였는지 여부를 판별 및, 판별 결과에 따라 상기 전로를 차단하도록 상기 차단부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 반주기 동안에 추출된 전류 샘플들 중 상기 임계 범위 이내인 전압값을 가지는 샘플이 기 설정된 개수 이상 검출되었는지 여부에 근거하여 상기 제로 섹션의 발생 여부를 추정하며, 각 반주기 마다 추정된 제로 섹션의 개수를 누적한 제로 카운트 값이 기 설정된 제로 카운트 기준값에 도달하는 경우 상기 제로 섹션이 검출된 것으로 판별하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 제로 섹션이 추정되는 경우 이산 푸리에 변환을 더 수행하여 상기 전류의 반주기 동안 검출된 전류값들의 주파수 성분을 분석하며, 주파수 성분 분석 결과 검출된 기본파와 고조파의 비율에 따라 상기 제로 섹션을 재추정하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 제로 섹션 및 아크 노이즈의 검출 결과, 상기 제로 섹션과 아크 노이즈가 모두 검출되지 않은 경우라면 현재까지 추정된 아크 발생 횟수를 초기화하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 전류의 반주기 동안 검출된 전류값들의 실효값을 산출하고, 산출된 실효값에 근거하여 상기 허용 횟수를 결정하며, 상기 허용 횟수는, 상기 산출된 실효값이 클수록 작게 결정되는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 제로 섹션 및 아크 노이즈가 모두 검출되면, 상기 산출된 실효값이 기 설정된 최소값을 초과하지 않는 경우 현재까지 추정된 아크 발생 횟수를 초기화하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 산출된 실효값과 상기 전류의 반주기 이전 반주기 동안의 전류값 실효값을 비교하여 상기 전류의 반주기 동안의 전류 크기 변화를 검출 및, 검출된 전류 크기 변화에 따라 상기 반주기 동안 획득된 전류 샘플들로부터 제로 섹션을 추정하며, 각 반주기 마다 추정된 제로 섹션의 개수를 누적한 제로 카운트 값이 기 설정된 제로 카운트 기준값에 도달하는 경우 상기 제로 섹션이 검출된 것으로 판별하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 제로 섹션 및 아크 노이즈가 모두 검출되면, 상기 전류의 반주기가, 기 설정된 반주기 개수로 결정되는 임계 주기 내에서 아크 발생 여부를 검출하는 아크 체크 주기 내에 진입하였는지 여부를 판별하며, 상기 전류의 반주기가, 상기 아크 체크 주기 내에 포함되는 반주기가 아닌 경우 현재까지 추정된 아크 발생 추정 횟수를 차감하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 제로 크로싱 포인트가 검출되면, 상기 임계 주기 동안 진행된 시간을 카운트하기 위한 이벤트 타임 카운트를 증가시키고, 증가된 이벤트 타임 카운트가 기 설정된 개수에 도달하는 경우 상기 아크 체크 주기에 진입한 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 이벤트 타임 카운트가 상기 임계 주기에 대응하는 기 설정된 반주기 개수에 도달하는 경우 상기 이벤트 타임 카운트를 초기화하며, 현재까지 누적된 아크 추정 횟수 중, 상기 임계 주기 이전에 카운팅된 아크 추정 횟수를 차감하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 전류의 반주기 동안 검출된 고주파 신호의 평균값과 최대값을 산출 및, 산출된 평균값과 최대값을, 상기 전류의 반주기 이전 반주기 동안에 검출된 고주파 신호의 평균값과 최대값, 및 상기 전류의 반주기로부터 한주기 이전의 반주기 동안에 검출된 고주파 신호의 평균값과 최대값과 각각 비교하여 반주기 동안의 고주파 신호 변동값과 한주기 동안의 고주파 신호 변동값을 산출하며, 산출된 상기 반주기 동안의 고주파 신호 변동값과 상기 한주기 동안의 고주파 신호 변동값을 기 설정된 고주파 신호 최소값과 각각 비교한 결과에 근거하여 아크 노이즈의 발생 여부를 추정하기 위한 아크 노이즈 카운트를 적어도 하나 증가시키고, 증가된 아크 노이즈 카운트가 기 설정된 아크 노이즈 기준값 이상인 경우 상기 아크 노이즈가 발생한 것으로 추정하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 전류의 반주기 동안 검출된 전류값들의 실효값과, 한주기 이전의 반주기 동안에 검출된 전류값들의 실효값에 근거하여 전류값들의 실효값이 변동되었는지 여부를 판별하고, 전류값들의 실효값이 변동된 경우 상기 아크 노이즈 카운트를 추가로 증가시키는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 전압 검출부의 전압 변화에 따라 검출되는 상기 제로 크로싱 포인트를 인터럽트(interrupt) 신호로 입력받고, 인터럽트 신호가 수신되면 전류 신호와 고주파 신호의 샘플링을 시작하는 것을 특징으로 한다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명의 실시 예에 따른 아크 감시 장치의 제어 방법은, 전로에 흐르는 전류의 전압 변화에 따라 기준 전압을 가지는 시점인 제로 크로싱 포인트(Zero Crossing Point)를 검출하는 제1 단계와, 제로 크로싱 포인트가 검출되면 검출된 제로 크로싱 포인트와 제로 크로싱 포인트 사이에 해당하는 상기 전류의 반주기 동안의 전류 신호 및 고주파 신호를 샘플링하는 제2 단계와, 경과 시간을 체크하기 위한 이벤트 타임 카운트를 증가시키는 제3 단계와, 상기 전류의 반주기 동안 획득된 전류 샘플들에 근거하여 기준 전류로부터 임계 범위 이내의 전류값이 검출된 시간에 따라 제로 섹션 여부를 검출하는 제4 단계와, 상기 전류의 반주기 동안 획득된 고주파 신호 샘플들에 근거하여 고주파 신호의 변동량에 따른 아크 노이즈를 검출하는 제5 단계와, 상기 제로 섹션과 아크 노이즈가 검출되는 경우, 상기 고주파 신호의 세기 평균에 근거하여 상기 반주기 동안에 아크(ARC)의 발생 여부를 추정하는 제6 단계와, 아크 발생이 추정되는 경우 추정된 아크 발생 횟수를 증가시키고, 현재까지 누적된 아크 발생 횟수가 기 설정된 허용 횟수 이상인지 여부를 체크하는 제7 단계와, 상기 누적된 아크 발생 횟수가 상기 허용 횟수 이상인 경우 상기 전로를 차단하여 전원과 부하 사이의 전기적 연결을 차단하는 제8 단계와, 상기 누적된 아크 발생 횟수가 허용 횟수 미만인 경우 누적된 이벤트 타임 카운트가 기 설정된 임계 주기에 대응하는 기 설정된 반주기 개수에 도달하였는지 여부를 체크하는 제9 단계 및, 상기 누적된 이벤트 타임 카운트가 상기 임계 주기에 대응하는 기 설정된 반주기 개수에 도달한 경우 상기 이벤트 타임 카운트를 초기화하는 제10 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 누적된 아크 발생 횟수 중, 기 설정된 시간 이전에 카운팅된 횟수를 차감하는 제10-1 단계를 더 포함하며, 상기 기 설정된 시간은, 상기 임계 주기에 대응하는 기 설정된 반주기 개수에 대응하는 시간임을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제4 단계는, 상기 반주기 동안에 추출된 전류 샘플들 중 상기 임계 범위 이내인 전압값을 가지는 샘플이 기 설정된 개수 이상 검출되었는지 여부에 근거하여 상기 제로 섹션의 발생 여부를 추정하는 제4-1 단계 및, 각 반주기 마다 추정된 제로 섹션의 개수를 누적한 제로 카운트 값이 기 설정된 제로 카운트 기준값에 도달하는 경우 상기 제로 섹션이 검출된 것으로 판별하는 제4-2 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제4 단계는, 상기 제로 섹션이 추정되는 경우 이산 푸리에 변환을 수행하여 상기 전류의 반주기 동안 검출된 전류값들의 주파수 성분을 분석하는 제4-3 단계와, 상기 주파수 성분 분석 결과 검출된 기본파와 고조파의 비율에 따라 상기 제로 섹션을 재추정하는 제4-4 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제4 단계는, 상기 산출된 실효값과 상기 전류의 반주기 이전 반주기 동안의 전류값 실효값을 비교하여 상기 전류의 반주기 동안의 전류 크기 변화를 검출하는 제4-5 단계와, 검출된 전류 크기 변화에 따라 상기 반주기 동안의 제로 섹션을 추정하는 제4-6 단계 및, 각 반주기 마다 추정된 제로 섹션의 개수를 누적한 제로 카운트 값이 기 설정된 제로 카운트 기준값에 도달하는 경우 상기 제로 섹션이 검출된 것으로 판별하는 제4-7 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제5 단계는, 상기 전류의 반주기 동안 검출된 고주파 신호의 평균값과 최대값을 산출하는 제5-1 단계와, 산출된 평균값과 최대값을, 상기 전류의 반주기 이전 반주기 동안에 검출된 고주파 신호의 평균값과 최대값, 및 상기 전류의 반주기로부터 한주기 이전의 반주기 동안에 검출된 고주파 신호의 평균값과 최대값과 각각 비교하여 반주기 동안의 고주파 신호 변동값과 한주기 동안의 고주파 신호 변동값을 산출하는 제5-2 단계와, 산출된 상기 반주기 동안의 고주파 신호 변동값과 상기 한주기 동안의 고주파 신호 변동값을 기 설정된 고주파 신호 최소값과 각각 비교한 결과에 근거하여 아크 노이즈의 발생 여부를 추정하기 위한 아크 노이즈 카운트를 적어도 하나 증가시키는 제5-3 단계 및, 상기 증가된 아크 노이즈 카운트가 기 설정된 아크 노이즈 기준값 이상인 경우 상기 아크 노이즈가 발생한 것으로 추정하는 제5-4 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제5 단계는, 상기 전류의 반주기 동안 검출된 전류값들의 실효값과, 한주기 이전의 반주기 동안에 검출된 전류값들의 실효값에 근거하여 전류값들의 실효값이 변동되었는지 여부를 판별하는 제5-5 단계 및, 전류값들의 실효값이 변동된 경우 상기 아크 노이즈 카운트를 추가로 증가시키는 제5-6 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제6 단계는, 상기 제로 섹션 및 아크 노이즈의 검출 결과, 상기 제로 섹션과 아크 노이즈가 모두 검출되지 않은 경우라면 현재까지 추정된 아크 발생 횟수를 초기화하는 제6-1 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제2 단계는, 상기 전류의 반주기 동안 검출된 전류값들의 실효값을 산출하고, 산출된 실효값에 근거하여 상기 허용 횟수를 결정하며, 상기 허용 횟수는, 상기 산출된 실효값이 클수록 작게 결정되는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제6 단계는, 상기 제로 섹션 및 아크 노이즈가 모두 검출되면, 상기 산출된 실효값이 기 설정된 최소값을 초과하지 않는 경우 현재까지 추정된 아크 발생 횟수를 초기화하는 제6-2 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제6 단계는, 상기 제로 섹션 및 아크 노이즈가 모두 검출되면, 상기 이벤트 타임 카운트가, 기 설정된 임계 주기에 대응하는 반주기 개수에 도달하였는지 여부에 따라 상기 임계 주기 내에서 아크 발생 여부를 검출하는 아크 체크 주기 내에 진입하였는지 여부를 판별하는 제 6-3 단계 및, 상기 아크 체크 주기 내에 진입하지 않은 경우 현재까지 추정된 아크 발생 추정 횟수를 차감하는 것을 특징으로 하는 제6-4 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 아크 감시 장치 및 그 아크 감시 장치 제어 방법의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 본 발명은 고주파 노이즈의 크기 뿐만 아니라 상기 고주파 노이즈의 변동 및, 절연 손상으로 인해 발생하는 숄더 현상을 모두 고려하여 아크의 발생 여부를 판별함으로써, 활선과 중성선 중 어느 한 전선의 절연 손상에 의해 발생하는 아크, 즉 직렬 아크까지 검출할 수 있다는 효과가 있다. 이에 따라 본 발명은 상기 직렬 아크의 발생으로부터 부하 및 내부 전력 장치의 소손을 방지할 수 있다는 효과가 있다.
또한 본 발명은 교류 전류의 반주기에 해당하는 전류가 흐를 때마다 해당 반주기에 상기 아크 발생 여부를 추정하고 추정된 횟수가 기 설정된 횟수에 도달하는 경우에 아크가 발생한 것으로 판단할 수 있다. 이에 따라 일시적으로 아크의 특징과 유사한 특징을 가지는 노이즈를 아크로 오인하여 회로를 잘못 차단하는 오동작 가능성을 낮출 수 있다는 효과가 있다.
또한 본 발명은 아크 발생 여부를 추정하기 위한 기준값들 중 적어도 하나를, 전선에 흐르는 전류의 특성에 따라 결정함으로써 상기 아크 발생 여부를 상기 전류 특성에 따라 동적으로 추정할 수 있다. 이에 따라 아크의 발생 여부를 보다 정확하게 검출할 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 발생 원인에 따른 아크의 유형을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 화이트 노이즈의 형태로 넓은 주파수 대역에서 나타나는 아크 노이즈의 예를 나타낸 예시도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 아크 감시 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 4는 통상적인 고주파 아크 노이즈 및 아크 발생 시의 고주파 노이즈와 전류 및, 전압 변화를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 아크 감시 장치에서 아크 발생 여부를 판별하는 동작 과정을 도시한 흐름도이다.
도 6은, 본 발명의 실시 예에 따른 아크 감시 장치에서, 교류 전류의 반주기 동안에 제로 섹션이 발생하였는지 여부를 검출하는 동작 과정을 도시한 흐름도이다.
도 7은 상기 도 6의 동작 과정 중, 고조파 비율에 근거하여 제로 카운트를 증가시키는 동작 과정을 도시한 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 아크 감시 장치에서, 전류 실효값에 근거하여 상기 반주기 동안에 제로 섹션이 발생하였는지 여부를 검출하는 다른 동작 과정을 도시한 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 아크 감시 장치에서, 고주파 노이즈의 변동 여부를 판별하는 동작 과정을 도시한 흐름도이다.
도 10은, 전류량의 변동량에 근거하여 아크 노이즈 카운트 누적이 가속되는 동작 과정을 도시한 흐름도이다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 아크 감시 장치에서, 아크 발생에 대응하는 고주파 노이즈의 포함 여부를 판별하기 위한 동작 과정을 도시한 흐름도이다.
본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다
본 명세서에서, "구성된다." 또는 "포함한다." 등의 용어는 명세서상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계를 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 본 명세서에 개시된 기술을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 기술의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한 이하에서 설명되는 각각의 실시 예들 뿐만 아니라, 실시 예들의 조합은 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 변경, 균등물 내지 대체물로서, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 해당될 수 있음은 물론이다.
도 1은 발생 원인에 따른 아크의 유형을 설명하기 위한 개념도이다.
도 1을 참조하여 살펴보면, 도 1은 활선과 중성선으로 이루어지는 단상 전로에서 아크가 발생하는 예를 보이고 있다. 아크는 상술한 바와 같이 노화나 열화 또는 물리적 손상 등으로 인한 절연 파괴에 의해 발생하는 것으로, 전선의 적어도 일부가 단선되어 단선된 전선의 양단 사이에서 기체를 통전 매개체로 전기적인 방전이 일어나는 현상을 의미할 수 있다. 즉, 전선의 적어도 일부가 단선되었으나, 전기 방전으로 인해 통전이 가능한 상태를 ‘아크’라고 할 수 있다.
이처럼 전로의 일부만 단선된 경우 또는 전로의 전부가 단선된 경우라고 할지라도 기체를 매개로 통전이 이루어질 수 있는 상태인 경우, 상기 단선 되지 않은 일부 부분 또는 통전 매개체가 된 기체를 통해 전원의 전기 에너지가 부하로 공급될 수 있다. 그러나 기체를 통전 매개체로 하여 전류가 흐르는 경우 전기 에너지의 공기 방전이 주변에서 발생하게 되므로 전기 화재가 발생할 수 있다는 위험이 있다.
한편 이러한 아크는 각 전로에서 개별적인 원인으로 발생할 수 있다. 예를 들어 도 1에서 보이고 있는 바와 같이 활선(L선)과 중성선(N선)으로 이루어지는 단상 전로의 경우, 도 1의 (a)에서 보이고 있는 바와 같이 활선과 중성선 중 어느 하나에서만 아크가 발생할 수 있거나, 또는 도 1의 (b)에서 보이고 있는 바와 같이 모든 전로, 즉 활선과 중성선 모두에서 아크가 발생될 수도 있다.
예를 들어 전로의 노화나 열화와 같은 경우 도 1의 (a)에서 보이고 있는 바와 같이 활선과 중성선 중 어느 하나에서만 아크가 발생할 수 있다. 이와 같이 어느 한 전로에서만 발생하는 아크를, 이하 직렬 아크라고 하기로 한다.
반면 상기 직렬 아크와 달리 도 1의 (b)에서 보이고 있는 바와 같이, 활선과 중성선 모두에서 아크가 발생할 수 있다. 예를 들어 두 개의 전로 모두에 중장비 등에 의한 강한 물리적 압력이 가해지는 경우 두 개의 전로 모두에 물리적 손상이 발생할 수 있으며, 이러한 물리적 손상으로 인해 두 개의 전로 모두에 아크가 발생될 수 있다. 이하 이처럼 두 개의 전로 모두에 발생한 물리적 손상으로 발생하는 아크를 병렬 아크라고 하기로 한다.
한편 이러한 아크가 발생하는 경우 단선된 각 전로의 양 단 사이에 발생하는 방전 현상으로 부하로의 전기 공급이 이루어질 수 있다. 이에 따라 아크가 발생하게 되면 전류의 극성이 전환됨에 따라 기준 전압(예 : 0V)을 가지는 시점인 ZCP(Zero Cross Point)를 중심으로 아크의 크기가 변화하는 특징을 가진다. 보다 자세하게, ZCP와 멀어질수록 아크의 크기가 증가하고, ZCP와 가까워질수록 아크의 크기가 감소하는 주기적인 특징을 가진다.
한편 통상적인 노이즈, 예를 들어 스위칭 노이즈(211)를 포함하는 노이즈 신호는 도 2에서 보이고 있는 노이즈 신호(210)와 같이 주파수가 높아질수록 그 크기가 작아지는 특징을 가진다. 그러나 아크 발생 시에 발생하는 노이즈는 도 2에서 보이고 있는 아크 노이즈 신호(200)와 같이 수십 MHz에서 수백 MHz이르는 넓은 주파수 대역에서 전체적으로 고르게 발생하는 화이트 노이즈(white noise)의 형태로 발생하는 특징을 가진다.
도 3은 이처럼 ZCP(Zero Cross Point)를 중심으로 아크가 변화하는 주기적인 특징을 가지며, 수십 MHz에서 수백 MHz이르는 넓은 주파수 대역에서 발생하는 화이트 노이즈 형태의 아크를 감시하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 아크 감시 장치의 구성을 도시한 블록도이다. 그리고 도 4는 아크가 발생하는 경우에 발생하는 고주파 노이즈 신호의 주기적 특성 및 아크 발생 시의 전류 변화를 설명하기 위한 예시도이다.
먼저 도 3을 참조하여 살펴보면, 본 발명의 실시 예에 따른 아크 감시 장치는 차단부(350), 전류 검출부(310)와 전압 검출부(320), HFCT(High Frequency Current Transformer)(330)와 필터부(331), 증폭부(332) 및 제어부(300)와, 통신부(360) 메모리(370), 그리고 출력부(380)를 포함하여 구성될 수 있다. 또한 ZCT(Zero-phase Current Transformer)(340)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 도 3에서 도시된 구성요소들은 아크 감시 장치를 구현하는데 필수적인 것은 아니어서, 본 명세서 상에 설명되는 아크 감시 장치는 위에서 열거된 구성요소들보다 많거나 또는 적은 구성요소들을 가질 수 있다. 또한 도 3에 도시된 아크 감시 장치의 각 구성부들은 제어부(300)와 연결될 수 있으며, 제어부(300)에 의해 제어될 수 있다.
먼저 차단부(350)는 아크가 발생한 것으로 판별되거나 누설 전류가 발생되는 경우, 전원과 부하 사이의 전기적 연결을 차단할 수 있다. 상기 차단부(350)는 트립 코일(trip coil) 및 상기 트립 코일을 구동하기 위한 구동 회로를 포함할 수 있으며, 상기 구동 회로는 제어부(300)로부터 제공되는 트립 제어 신호에 따라 구동될 수 있다. 즉, 차단부(350)는 제어부(300)로부터 제공되는 트립 제어 신호에 따라 구동되어 부하와 전원 사이의 연결을 차단하는 차단 동작을 수행할 수 있다.
전류 검출부(310)는 전원과 부하를 연결하는 전로에 흐르는 전류량을 검출할 수 있다. 상기 전류 검출부(310)는 상기 전류량을 검출하기 위해 기 설정된 션트(shunt) 저항 또는 LFCT(Low Frequency Current Transformer) 등을 포함할 수 있다. 이 경우 전류 검출부(310)는 션트 저항의 양 단에서 계측되는 전압차, 또는 LFCT에서 검출되는 저주파 전류 신호에 근거하여 상기 전류량을 검출할 수 있다. 또한 상기 전류 검출부(310)는 계측 결과로부터 노이즈를 제거하기 위한 LPF(Low Pass Filter)를 구비할 수 있으며, 계측값을 제어부(300)가 인식 가능한 레벨의 값으로 증폭하기 위한 증폭부를 더 포함할 수 있다.
여기서 상기 션트 저항으로서 본 발명의 실시 예에 따른 아크 감시 장치에서 사용되는 바이메탈(bimetal) 소재의 부품이 상기 션트 저항으로 이용될 수 있다. 이 경우 전류 검출부(310)는 상기 바이메탈 소재 부품의 고유 저항값에 근거하여 상기 전로에 흐르는 전류량을 검출할 수 있다. 이 경우 별도의 션트 저항이 구비되지 않을 수 있다.
그리고 상기 전압 검출부(320)는 상기 전로의 전압 변화를 검출할 수 있다. 이 경우 상기 전로에 흐르는 전류가 단상 전류인 경우라면, 상기 전력선과 상기 내부 선로 사이에 흐르는 전류는, 상기 단상 전류의 주기에 따라 전압 위상이 주기적으로 교번되는 교류 전류일 수 있다. 따라서 상기 전로에서는 ZCP를 중심으로 양(+)의 전압과 음(-)의 전압이 주기적으로 교번될 수 있다. 그러므로 제어부(300)는 상기 전로의 전압 변화에 근거하여 ZCP를 검출할 수 있다.
한편 HFCT(High Frequency Current Transformer)(330)는 전로에 흐르는 전류의 고주파 노이즈 신호를 검출하기 위한 센서로서 상기 전로들 중 어느 하나의 전로가 관통하도록 형성될 수 있다. 그리고 상기 HFCT(330)는 부분 방전 또는 아크가 발생할 때에 발생하는 수십 MHz에서 수백 MHz에 이르는 넓은 고주파 대역의 노이즈 신호를 검출하는 적어도 하나의 센서를 포함할 수 있다. 바람직하게 상기 HFCT(330)는 10MHz에서 150MHz 또는 10MHz에서 200MHz 대역에 이르는 고주파 노이즈 신호를 검출할 수 있다.
또한 필터부(331)는 고주파 신호만을 통과시키도록 형성된 HPF(High Pass Filter)로서, 수십 MHz에서 수백 MHz에 이르는 고주파 대역의 신호만을 통과시키는 필터일 수 있다. 또한 필터부(331)는 주파수 마스크 방식으로 특정 주파수를 필터링하는 필터를 더 포함할 수 있다. 여기서 상기 특정 주파수는 생활 노이즈나 부하의 구동시 발생하는 노이즈, 또는 전자파 노이즈(EMC(ElectroMagnetic Compatibility) Noise)에 대응하는 주파수일 수 있다. 즉, 필터부(331)는 고주파 대역의 신호를 통과시키는 필터일 수 있으며, 미리 지정된 적어도 하나의 특정 주파수 대역의 신호가 통과하지 못하도록 필터링하는 필터일 수 있다. 이를 통해 저주파 대역의 신호 뿐만 아니라, 주파수 대역을 미리 알고 있는 노이즈, 예를 들어 생활 노이즈나 부하의 구동 노이즈, 전자파 노이즈 등이 제거될 수 있다.
그리고 증폭부(332)는 필터링된 고주파 노이즈 신호를 수신하고, 수신된 신호를 제어부(300)에서 식별 가능한 레벨의 신호로 증폭할 수 있다. 증폭부(332)는 아날로그 형태의 고주파 전류 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 아날로그 디지털 변환기(ADC, Analog Digital Converter)를 포함할 수 있다. 또한 증폭부(332)는 넓은 입력 전압 범위를 지시할 수 있는 출입력의 전압비가 로그(log) 특성을 나타내는 로그 증폭기(Logarithmic Amplifier)일 수 있다.
그리고 제어부(300)는 아크 감시 장치의 각 구성부를 제어하며 상기 아크 감시 장치의 전반적인 동작을 제어할 수 있다.
제어부(300)는 상기 증폭부(332)를 통해 증폭된 고주파 노이즈 신호를 수신할 수 있다. 그리고 일정 시간 동안(예 : 단상 전류의 반주기)에 상기 고주파 노이즈 신호 세기의 변화 및 전류 크기 변화를 검출하고, 검출 결과에 따라 전류값이 기준 전류(예 : 0 A)로부터 임계 범위 이내인 구간, 즉, 제로 섹션(Zero Section) 여부를 판단할 수 있다. 또한 상기 검출 결과에 따라 고주파 노이즈의 변동이 발생하였는지 여부를 판단하고, 현재 전류 수준에 따라 결정되는 기준값에 근거하여 아크 발생에 대응하는 고주파 노이즈의 발생 여부를 추정(아크 발생 추정)할 수 있다. 그리고 기 설정된 시간 동안에 기 설정된 횟수 이상 상기 아크 발생에 대응하는 고주파 노이즈를 포함하는 것으로 추정되는 상기 단상 전류의 반주기(이하 반주기)가 검출되는 경우 아크가 발생한 것으로 판단할 수 있다.
먼저 제어부(300)는 전압 검출부(320)를 통해 검출되는 전로의 전압 변화에 근거하여 제로 크로싱 포인트(ZCP)를 검출할 수 있다. 그리고 제로 크로싱 포인트와 제로 크로싱 포인트 사이를, 전로에 흐르는 단상 전류의 반주기로 검출할 수 있다. 그리고 반주기 동안 검출되는 전류량에 근거하여 피크 전류량을 산출 및 고주파 노이즈 신호의 평균값을 산출할 수 있다.
도 4의 (a)는 고주파 아크 노이즈의 특성을 나타낸 예시도이고, 도 4의 (b)는 단상 전류의 주기적 패턴에 따른 아크의 전류 변화를 나타낸 도면이다. 그리고 도 4의 (c)는 상기 단상 전류의 주기적 패턴에 따른 아크의 전압 변화를 나타낸 도면이다. 여기서 도 4의 (c)는 주기적으로 양(+), 음(-)이 교차되는 단상 전류의 전압 변화에 따라 전압 극성이 전환되는 시점, 즉 제로 크로싱 포인트(Zero Crossing Point)를 나타내고 있다.
도 4의 (a)를 참조하여 살펴보면, 상기 제로 크로싱 포인트에 근접한 경우, 인접한 아크 접점들 사이의 전압차가 작아질 수 있다. 그리고 ZCP에 도달하는 경우 아크가 발생하지 않을 수 있다. 이처럼 아크 접점들 사이에 아크가 발생하지 않는 단계, 즉 노 아크 단계(411)의 경우, 아크가 발생하지 않음에 따라 고주파 노이즈 신호가 거의 검출되지 않을 수 있다.
그러나 단상 전류, 즉 교류 전류의 특성에 따라, 제로 크로싱 포인트를 지나면서 공급되는 전압이 점차 증가될 수 있다. 그러면 아크 접점들 사이의 전압차가 점점 커질 수 있다. 그리고 아크 접점들 사이의 전압차가 일정 수준 이상이 되면, 축적된 전압차로 인한 방전, 즉 아크가 발생할 수 있다. 따라서 제로 크로싱 포인트에 해당하는 노 아크 단계(411)를 지나면서, 전압차의 증가로 인해 아크가 발생하면서 고주파 노이즈 신호의 세기 및 크기가 증가할 수 있다. 이와 같이 아크 접점들 사이의 전압차가 높아짐에 따라 고주파 노이즈 신호의 세기가 증가하는 단계, 즉 아크 스트라이크 단계(412)가 진행될 수 있다.
한편 아크 접점들 사이의 전압차가 더욱 증가하여 기체를 매개로 통전 가능한 상태, 즉 방전이 가능한 상태의 전압에 도달하면, 방전 현상이 발생할 수 있다. 그러면 방전 현상으로 인해 단선된 전로 양측의 아크 접점들 사이에 통전이 이루어질 수 있다. 이 경우 전류가 도통됨에 따라 고주파 노이즈 신호의 세기가 감소할 수 있으며, 전류가 증가할 있다. 이처럼 접점 사이의 전압차가 일정 수준에 이름에 따라 기체를 매개로 통전되어 고주파 노이즈 신호가 오히려 감소되는 아크 컨덕트 단계(413)가 진행될 수 있다.
아크 컨덕트 단계(413)에서, 교류 전류의 전압 변화 패턴에 따라 전압이 다시 감소하게 되면, 양측 아크 접점들 사이에 통전이 이루어지기에 충분한 크기의 전압이 형성되지 않을 수 있다. 그러면 전류 도통이 중단되면서 아크 접점들 사이에 흐르던 전류가 공기 중에 방전될 수 있다. 이에 따라 고주파 노이즈 신호의 세기가 다시 증가하는 아크 퀀치스 단계(414)가 진행될 수 있다.
한편 아크 퀀치스 단계(414)에서, 교류 전류의 전압 변화 패턴에 따라 전압은 더욱 감소될 수 있다. 그러면 감소되는 전압이 제로 크로싱 포인트에 다시 근접할 수 있으며 이 경우 접점 사이의 전압차는 다시 0에 가까워질 수 있다. 그러면 아크가 발생하지 않는 노 아크 단계(421)가 다시 진행될 수 있다.
한편 제어부(300)는 상기 전압 검출부(320)의 검출 결과, 상기 제로 크로싱 포인트가 검출되면, 다음 제로 크로싱 포인트가 검출될 때까지 전류 및 고주파 노이즈 신호의 샘플링을 시작할 수 있다. 이와 같이 샘플링된 전류 신호 및 고주파 노이즈 신호들은 상기 반주기 동안의 전류량 및 고주파 노이즈 신호들일 수 있다.
그러면 제어부(300)는 고주파 노이즈 신호 세기의 변화 및 전류 크기 변화를 검출하고, 검출 결과에 따라 전류 변화가 기준 전류(예 : 0A)로부터 임계 범위 이내인 제로 섹션(Zero Section) 여부를 판단할 수 있다. 또한 상기 검출 결과에 따라 고주파 노이즈의 변동이 발생하였는지 여부를 판단하고, 현재 검출된 전류량에 따라 결정되는 기준값에 근거하여 아크 발생에 대응하는 고주파 노이즈의 발생 여부를 추정할 수 있다.
그리고 기 설정된 시간 동안에 기 설정된 횟수 이상 상기 아크 발생에 대응하는 고주파 노이즈를 포함하는 것으로 추정되는 상기 단상 전류의 반주기(이하 반주기)가 검출되는 경우 아크가 발생한 것으로 판단할 수 있다. 그리고 전원으로부터 부하가 차단되도록 차단부(350)를 구동시키기 위한 트립 제어 신호를 상기 차단부(350)에 출력할 수 있다.
이 경우 제어부(300)는 검출된 전류 샘플들에 대하여 실효값(RMS, Root Mean Square) 연산을 수행하여 반주기 동안의 전류량을 산출할 수 있다. 그리고 산출된 반주기 동안의 전류량에 근거하여 상기 아크 검출을 위한 기준값들 중 적어도 하나를 결정할 수 있다.
예를 들어 제어부(300)는 상기 아크 발생이 추정된 횟수에 근거하여 아크 발생 여부를 판별하는 상기 기 설정된 기준 횟수를, 상기 전로를 통해 흐르는 전류의 크기에 따라 다르게 할 수 있다. 이 경우 상기 전로에 흐르는 전류량은 상기 반주기 동안의 전류량일 수 있다.
또한 직렬 아크의 경우 아크 발생시 발생하는 고주파 노이즈의 크기나 특성이 모호하여 통상적인 노이즈와 구분하기 어렵다. 이에 따라 아크 발생이 추정됨을 이유로 트립 신호를 출력하는 경우 불필요하게 부하로의 전기 공급이 차단되는 문제가 발생될 수 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은 전로에서 아크 발생이 추정되는 경우 1차적으로 노이즈로 간주하여 일정 횟수만큼 허용하고, 상기 일정 횟수 이상 유사한 현상이 발생하는 경우 이를 아크 발생으로 판단할 수 있다. 이 경우 직렬 아크는 지속적으로 그리고 주기적으로 발생하므로, 상기 일정 횟수 이상 발생된다는 점에서, 임의로 발생되는 노이즈와 상기 직렬 아크가 구분될 수 있다. 그리고 제어부(300)는 상기 아크 유사 현상이 검출된 횟수가 상기 일정 횟수 이상인 경우에도 상기 아크 유사 현상이 검출되는 경우 아크가 발생한 것으로 판단할 수 있다. 이하 상기 일정 횟수는, 아크가 발생한 것으로 추정되더라도 허용되는 횟수로서, 이하에서는 허용 횟수라고 하기로 한다.
한편 상기 반주기 동안의 전류량이 클수록 아크에 미치는 영향이 클 수 있다. 예를 들어 산출된 전류량이 클수록 아크에 의해 방전되는 전기량이 많을 수 있다. 이에 따라 화재의 위험성이 보다 높아질 수 있다. 이에 따라 제어부(300)는 상기 반주기 동안의 전류량, 즉 상기 반주기 동안의 전류량 실효값(RMS)이 클수록 상기 허용 횟수를 적게 설정하여, 아크 발생이 추정되는 횟수가 적은 경우에도 부하와 전원 사이의 전기적 연결이 차단될 수 있도록 할 수 있다.
반면 상기 반주기 동안의 전류량 실효값이 작은 경우 아크에 미치는 영향이 작을 수 있다. 예를 들어 산출된 전류량이 작을수록 아크에 의해 방전되는 전기량이 적을 수 있다. 이에 따라 화재 등의 위험성이 보다 낮을 수 있다. 그러나 부하와 전원 사이의 전원이 차단되는 경우 부하가 전기 에너지의 공급을 받을 수 없으므로 사용자에게 예상하지 못한 피해가 발생할 수 있다. 이에 따라 상기 반주기 동안의 전류량 실효값이 작을수록 보다 정확하게 아크 발생 여부를 판별하고, 아크의 발생이 확실한 경우에 한하여 부하와 전원 사이의 전기적 연결이 차단될 수 있도록, 상기 허용 횟수를 크게 설정할 수 있다. 이러한 허용 횟수는 지연 시간(Time delay)이라고도 명명될 수 있다.
한편 상기 허용 횟수는 상기 반주기 동안의 전류 실효값에 따라 각각의 구간 별로 서로 다르게 설정될 수 있다.
예를 들어 상기 반주기 동안의 전류 실효값이 20A 이상인 경우라면 상기 허용 횟수는 2회로 설정될 수 있다. 이 경우 2회를 초과하여 아크 발생이 추정되는 경우에 한하여 아크가 발생한 것으로 판단될 수 있다.
반면 상기 반주기 동안의 전류 실효값이 2.5A 미만 1A 이하인 사이인 경우라면 상기 허용 횟수는 18회로 설정될 수 있다. 또한 상기 반주기 동안의 전류 실효값이 1A 미만인 경우라면 상기 허용 횟수는 20회로 설정될 수 있다. 이 경우 각각 18회 및 20회를 초과하여 아크 발생이 추정되는 경우에 한하여 아크가 발생한 것으로 판단될 수 있다.
한편 메모리(370)는 제어부(300)의 동작을 위한 프로그램을 저장할 수 있고, 상기 아크 감시 장치의 기능 수행을 위해 입력 또는 출력되는 데이터들을 저장할 수 있다. 예를 들어 메모리(370)는 전압 검출부(320)에서 검출되는 전압 변화에 따라 검출되는 ZCP의 정보를 저장할 수 있으며, 전류 검출부(310)에서 샘플링된 전류 신호 및 HFCT(330)에서 샘플링된 고주파 노이즈 신호의 정보를 저장할 수 있다. 또한 ZCP와 ZCP 사이, 즉 상기 반주기 동안의 획득된 샘플들로부터 산출되는 반주기 동안의 전류 실효값(이하 반주기 전류 RMS) 및, 고주파 노이즈 신호의 평균값이나 최대값 등 상기 반주기 전류 RMS 및 고주파 노이즈 신호와 관련되어 산출되는 다양한 통계값의 정보를 저장할 수 있다.
또한 통신부(360)는 기 설정된 외부 서버 또는 기 설정된 단말기와 유선 또는 무선으로 통신 연결을 수행할 수 있다. 상기 통신부(360)는 계측된 정보를 상기 유선 또는 무선 통신 연결을 통해 상기 외부 서버 또는 기 설정된 외부 단말기에 제공할 수 있다. 여기서 상기 외부 서버는, 본 발명의 실시 예에 따른 아크 감시 장치를 관리하는 관리 서버일 수 있으며, 상기 외부 단말기는 기 설정된 사용자의 단말기일 수 있다. 이 경우 상기 사용자의 단말기는 사용자의 이동 단말기나 스마트 폰, 태블릿 PC나 노트북 등 이동 가능한 단말기일 수 있다. 또는 상기 외부 단말기는 스마트 워치나 스마트 글래스 등 사용자가 착용 가능한 웨어러블 디바이스일 수 있다. 또는 상기 외부 단말기는 PC 등 고정된 단말기일 수도 있다.
한편 본 발명의 실시 예에 따른 아크 감시 장치는 이산 푸리에 변환(Discrete Fourier Transform, DFT) 연산을 위한 이산 푸리에 변환부(도시되지 않음)를 더 포함할 수 있다. 상기 이산 푸리에 변환부는 제어부(300)의 제어에 따라 상기 반주기 동안 획득된 전류 샘플들에 대한 이산 푸리에 변환을 수행하여 상기 반주기 동안의 전류에 대한 주파수 성분을 분석할 수 있다. 그리고 제어부(300)는 상기 이산 푸리에 변환 결과에 근거하여, 상기 반주기 동안의 전류로부터 기본파 성분과 고조파 성분을 검출하고, 기본파 성분에 대한 고조파 성분의 비율, 즉 고조파 비율을 산출할 수 있다.
또한 상기 아크 감시 장치는, 아크 감시 장치의 동작 상태를 나타내기 위한 출력부(380)를 더 포함할 수 있다. 상기 출력부(380)는 광 출력부 및 음향 신호 출력부 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 광 출력부는 서로 다른 색상의 광을 발광할 수 있는 LED를 적어도 하나 포함할 수 있다. 또한 음향 출력부는 음향 신호의 출력이 가능한 스피커 또는 버저(buzzer) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 광 출력부의 경우 LED 등에서 발광되는 광을 이용하여 상기 아크 감시 장치의 동작 상태를 나타낼 수 있다. 그리고 음향 출력부의 경우 스피커 등에서 출력되는 음향 신호를 이용하여 상기 아크 감시 장치의 동작 상태를 나타낼 수 있다.
또한 상기 아크 감시 장치는 전로의 누설 전류를 검출하기 위한 ZCT(Zero-phase Current Transformer)(340)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 상기 ZCT는 활선(L선)을 통해 전원에서 부하로 흐르는 전류의 크기와 중성선(N선)을 통해 부하에서 전원으로 흐르는 전류의 크기를 비교하여 그 차이에 따라 누설 전류가 있는지 여부를 판별할 수 있다. 상기 ZCT(340)는 전류 노이즈를 필터링하기 위한 LPF(Low Pass Filter)를 구비할 수 있다. 이 경우 아크 감시 장치는 상기 ZCT(340)의 검출 결과에 근거하여 누설 전류 발생 여부를 검출할 수 있다. 그리고 누설 전류가 발생한 경우 트립 제어 신호를 출력하여 차단 동작을 수행하도록 차단부(350)를 제어할 수 있다.
여기서 상기 누설 전류는 접지에서의 절연 파괴에 의해 발생할 수 있다. 이 경우 절연 파괴는 아크의 발생을 의미하므로, 상기 누설 전류는 접지에서 발생하는 아크, 즉 접지 아크의 발생에 대응할 수 있다. 따라서 누설 전류의 검출은 상기 접지 아크의 발생을 검출하는 것이며, 이에 따라 아크 감시 장치는 접지 아크의 발생 여부를 판별하고, 판별 결과에 따라 전원과 부하 사이의 전기적 연결을 차단하는 것일 수 있다.
한편 상기 ZCT(340)는 누설 전류를 검출하기 위한 누설 전류 검출부의 일 예로서, 누설 전류 검출을 위한 구성으로 ZCT(340)를 구비하는 것으로 본 발명이 한정되는 것이 아님은 물론이다. 즉, 본 발명의 실시 예에 따른 아크 감시 장치는, 누설 전류를 검출할 수 있는 다른 누설 전류 검출부가 상기 ZCT(340)를 얼마든지 대체할 수 있음은 물론이다.
이상의 설명에서는 본 발명의 실시 예에 따른 아크 감시 장치를 구성하는 각 구성부에 대하여 자세히 설명하였다. 이하의 설명에서는 상술한 구성부들을 포함하는 아크 감시 장치에서 직렬 아크를 검출하는 동작 과정을 복수의 흐름도를 참조하여 자세하게 살펴보기로 한다.
먼저 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 아크 감시 장치에서 아크 발생 여부를 판별하는 동작 과정을 도시한 흐름도이다.
도 5를 참조하여 살펴보면, 본 발명의 실시 예에 따른 아크 감시 장치의 제어부(300)는 먼저 단상 전류의 반주기를 검출할 수 있다(S500). 이 경우 상기 반주기의 시작 및 종료는 ZCP에 따라 검출될 수 있다. 여기서 ZCP는 전압의 극성이 전환되는 시점, 즉 전압이 0V에 이르는 시점으로서 전압 검출부(320)의 검출 결과에 따라 검출할 수 있다.
ZCP가 검출되면, 제어부(300)는 다음 ZCP가 검출될 때까지 전류 신호 및 고주파 노이즈 신호의 샘플링을 시작할 수 있다. ZCP는 교류 전류의 전압 변화 패턴에 따라 반주기 마다 주기적으로 발생되므로, ZCP에서 다음 ZCP에 도달할 때까지 샘플링된 전류 신호 및 고주파 노이즈 신호는, 상기 교류 전류의 반주기 동안에 샘플링된 전류 신호 및 고주파 노이즈 신호일 수 있다. 즉, ZCP를 기준으로, 교류 전류 신호의 반주기마다 기 설정된 샘플링 간격에 따른 전류 신호와 고주파 노이즈 신호의 샘플링이 이루어짐으로써 제어부(300)는 상기 반주기 동안의 전류 신호 및 고주파 전류 신호를 획득할 수 있다. 이하 상기 반주기 동안의 전류 신호 및 고주파 노이즈 신호를 획득하는 과정을 반주기 전류를 검출하는 과정이라고 하기로 한다.
상기 반주기 전류 검출을 위해 제어부(300)는 전압 검출부(320)의 전압 변화에 따라 검출되는 ZCP를 인터럽트(interrupt) 신호로 입력받을 수 있다. 그리고 상기 인터럽트 신호의 수신 여부에 따라 전류 신호 및 고주파 노이즈 신호의 샘플링을 시작할 수 있다. 상기 샘플링은 다음 인터럽트 신호가 수신될 때까지, 즉 다음 ZCP가 수신될 때까지 지속될 수 있으며, 다음 인터럽트 신호가 수신되면 샘플링이 새로 다시 시작될 수 있다.
따라서 전류 신호의 반주기가 경과할 때마다, 각 반주기 동안에 샘플링 된 전류 신호들과 고주파 노이즈 신호들이 수집될 수 있다. 도 5는 이와 같이 반주기 동안 전류 신호 샘플(이하 전류 샘플)들과 고주파 노이즈 신호 샘플(이하 고주파 노이즈 샘플)들이 수집된 경우에 진행되는 동작 과정일 수 있다.
또한 상기 S500 단계는 반주기 전류가 검출됨과 동시에 이벤트 타임 카운트가 누적 증가되는 단계일 수 있다. 상기 이벤트 타임 카운트는 전류 신호 및 고주파 노이즈 신호가 검출된 반주기의 개수를 검출하기 위한 것으로 시간의 경과를 체크하기 위한 것이다. 또한 상기 이벤트 타임 카운트는 기 설정된 시간을 주기로 아크 검출을 위한 적어도 하나의 파라미터를 초기화하기 위한 것으로, 일정 시간 이상 이전에 추정된 결과에 의해 현재의 아크 발생 여부가 판별되는 것을 방지할 수 있다.
상기 S500 단계에서 반주기 전류의 검출 및 이벤트 타임 카운트의 값이 증가되면, 제어부(300)는 현재 전류 샘플들 및 고주파 노이즈 샘플들이 획득된 반주기 동안의 각 전류값에 대한 실효값(RMS, Root, Mean, Square)을 산출할 수 있다.
그리고 전로에서 아크가 발생된 것으로 추정되더라도 허용하는 허용 횟수(또는 지연 시간(Time delay))를 결정할 수 있다(S501).
여기서 상술한 바와 같이 반주기 동안의 전류량이 클수록 아크에 미치는 영향이 클 수 있다. 반면 상기 반주기 동안의 전류량이 작은 경우 아크에 미치는 영향이 작을 수 있다. 이에 따라 상기 반주기 동안의 전류량이 클수록 보다 신속하게 아크 발생 여부를 판별할 수 있도록 제어부(300)는 상기 허용 횟수를 작게 설정할 수 있다. 반면 상기 반주기 동안의 전류량이 작을수록 보다 정확하게 아크 발생 여부를 판별할 수 있도록 제어부(300)는 상기 허용 횟수를 크게 설정할 수 있다.
그리고 상기 반주기 동안의 전류 샘플들에 따른 전류량, 즉 실효값이 산출되고 상기 허용 횟수가 결정되면, 제어부(300)는 제로 섹션(Zero Section) 및 고주파 노이즈 신호의 변동인 아크 노이즈가 검출되었는지 여부를 판별할 수 있다(S502).
여기서 상기 제로 섹션은 전선의 절연 손상으로 인해 전류가 흐르지 못하는 시간을 의미하는 것으로, 상기 반주기 동안에 기준 전류(예 : 0 A)로부터 기 설정된 범위 내의 전류가 흐른 시간을 의미할 수 있다. 예를 들어 아크 발생 시에 전선에 흐르는 전류를 도시한 도 4의 (b)를 참조하여 보면, 방전 현상으로 인해 전류가 도통되는 아크 컨덕트 상태(413, 423)를 제외하고, 노 아크 상태(411, 421)와 아크 스트라이크 상태(412, 422), 그리고 아크 퀀치스 상태(414, 424)에서는 전류가 흐르지 않는 구간이 발생함을 알 수 있다. 여기서 전류가 흐르지 않는 구간, 즉 전류가 0A에 해당하는 구간을 제로 섹션 구간이라고 지칭할 수 있으며, 본 발명의 실시 예에 따른 아크 감시 장치는 이러한 제로 섹션 구간을, 아크 발생 여부를 추정하는 하나의 지표로 활용할 수 있다.
한편 절연 손상이 발생하더라도 전선이 완전히 단절된 상태가 아닐 수 있으므로, 일정 수준 이하의 전류 도통이 일어날 수 있다. 이러한 경우에 상기 일정 수준 이하의 전류 도통이 발생하는 경우에도 이를 제로 섹션으로 검출할 수 있도록, 제어부(300)는 기준 전류, 즉 0A를 기준으로 기 설정된 전류 범위를 설정하고, 현재 획득된 전류 샘플이 상기 기 설정된 전류 범위 내에 포함되는 전류값을 가지는 경우, 상기 전류 샘플이 상기 제로 섹션에 해당하는 샘플이라고 판단할 수 있다. 그리고 상기 제로 섹션에 해당하는 전류 샘플의 개수에 근거하여 현재 전류 샘플이 획득된 반주기가 제로 섹션을 포함하고 있는지 여부를 검출할 수 있다.
이하 도 6 내지 도 8을 참조하여 현재 전류 샘플이 획득된 반주기에서 제로 섹션이 검출되었는지 여부를 판별하는 동작 과정을 보다 자세하게 살펴보기로 한다.
한편 상기 S502 단계에서 제어부(300)는 현재 전류 샘플이 획득된 반주기가, 아크 노이즈를 포함하고 있는지 여부를 더 판단할 수 있다. 이 경우 제어부(300)는 현재 전류 샘플이 획득된 반주기 동안의 고주파 노이즈를, 반주기 이전에 획득된 반주기 동안의 고주파 노이즈 및, 한주기 이전에 획득된 반주기 동안의 고주파 노이즈와 비교하여 고주파 노이즈의 변동이 발생하였는지 여부를 검출할 수 있다. 그리고 고주파 노이즈의 변동이 발생한 경우, 현재 전류 샘플이 획득된 반주기에서 아크 노이즈가 발생한 것으로 판단할 수 있다.
이하 도 9를 참조하여 현재 전류 샘플이 획득된 반주기(이하 현재 반주기)에서 아크 노이즈가 검출되었는지 여부를 판별하는 동작 과정을 보다 자세하게 살펴보기로 한다.
상기 S502 단계에서, 상기 현재 반주기에서 제로 섹션 및 아크 노이즈가 검출되지 않은 경우라면, 제어부(300)는 현재까지 산출되었던 아크 체크 카운트를 초기화할 수 있다(S503). 그리고 다시 S500 단계로 진행하여 새로운 반주기 동안의 전류 샘플들 및 고주파 노이즈 샘플들을 획득할 수 있다. 이 경우 이벤트 타임 카운트가 증가될 수 있다.
반면 상기 S502 단계에서, 상기 현재 반주기에서 제로 섹션 및 아크 노이즈가 검출된 경우라면, 제어부(300)는 상기 현재 반주기 동안의 전류 실효값과 기 설정된 전류 최소값을 비교할 수 있다(S504). 그리고 상기 현재 반주기 동안의 전류 실효값이 상기 전류 최소값 이하인 경우라면, 상기 S503 단계로 진행하여 아크 체크 카운트를 초기화할 수 있다. 이는 현재 반주기 동안의 전류 실효값이 상기 전류 최소값 이하인 경우, 그에 따른 아크 역시 무시할 수 있을 정도로 작을 수 있기 때문이다.
그러나 상기 S504 단계의 비교 결과, 상기 현재 반주기 동안의 전류 실효값이 기 설정된 전류 최소값을 초과하는 경우라면, 제어부(300)는 현재까지 누적된 이벤트 타임 카운트와 기 설정된 임계 시간을 비교하여 아크 체크 주기에 진입하였는지 여부를 판별할 수 있다(S506). 이 경우 상기 임계 시간은 교류 전류의 반주기 개수로 설정될 수 있다. 따라서 제어부(300)는 상기 누적된 이벤트 타임 카운트와 상기 임계 시간에 대응하는 반주기 개수를 비교하여 아크 체크 주기에 진입하였는지 여부를 판별할 수 있다.
여기서 상기 아크 체크 주기는 아크 발생 여부가 체크되는 주기를 의미하는 것으로, 상기 반주기 동안의 전류 실효값에 따라 아크 발생 여부를 판별하는 기 설정된 시간 내에서 아크 체크가 이루어지는 시간을 의미할 수 있다.
예를 들어 제어부(300)는 반주기를 기준으로, 각 반주기마다 전류 신호 및 고주파 노이즈 신호를 검출(반주기를 기준으로 전류 신호 및 고주파 노이즈 신호를 샘플링)하면서, 기 설정된 시간을 주기로 아크 발생 여부를 체크할 수 있다. 여기서 상기 기 설정된 시간은 교류 전류의 기 설정된 개수의 반주기가 경과되는 경우에 대응하는 시간으로서, 전류 샘플들 및 고주파 노이즈 샘플들이 검출된 반주기의 개수에 따라 상기 기 설정된 시간이 경과되었는지 여부가 판별될 수 있다.
예를 들어 상기 기 설정된 시간은 교류 전류의 30주기에 해당하는 시간일 수 있다. 이 경우 제어부(300)는 전류 샘플들 및 고주파 노이즈 샘플들이 검출된 반주기의 개수가 60개에 도달하는 경우 상기 기 설정된 시간이 경과되었음을 판단할 수 있다.
이 경우 제어부(300)는 이벤트 타임 카운트가 초기화된 이후에 일정 시간이 경과한 이후에 상기 아크 체크 주기로 진입할 수 있다. 이를 위해 제어부(300)는 기 설정된 임계 시간(임계 시간에 대응하는 반주기의 개수)과 누적된 이벤트 타임 카운트를 비교할 수 있으며, 이벤트 타임 카운트가 상기 임계 시간 이상인 경우에 상기 아크 체크 주기에 진입한 것으로 판단할 수 있다. 즉, 임계 시간이 0인 경우, 제어부(300)는 이벤트 타임 카운트가 초기화된 이후 바로 아크 체크 주기에 진입할 수 있다. 반면 상기 임계 시간이 10인 경우, 제어부(300)는 9개의 반주기에 대한 전류 샘플들 및 고주파 노이즈 샘플들이 검출된 이후에 아크 체크 주기에 진입할 수 있다.
상기 S506 단계의 판단 결과, 아크 체크 주기에 진입하지 않은 경우라면, 즉 이벤트 타임 카운트가 초기화된 이후 상기 임계 시간이 경과되지 않은 경우라면, 제어부(300)는 현재까지 누적된 아크 체크 카운트를 차감할 수 있다(S507). 이 경우 현재까지 누적된 아크 체크 카운트가 최소값(예 : 초기값, 0)인 경우라면, 제어부(300)는 상기 아크 체크 카운트의 최소값을 유지할 수 있다. 그리고 다시 S500 단계로 진행하여 새로운 반주기 동안의 전류 샘플들 및 고주파 노이즈 샘플들을 획득할 수 있다. 이 경우 이벤트 타임 카운트가 증가될 수 있다.
반면 상기 S506 단계의 판단 결과, 아크 체크 주기에 진입한 경우라면, 제어부(300)는 상기 현재 반주기 내에, 기 설정된 아크 체크 레벨에 근거하여 아크 발생에 대응하는 고주파 노이즈가 포함되어 있는지 여부를 판별할 수 있다(S508).
여기서 상기 아크 체크 레벨은 상기 현재 반주기 동안의 전류량 실효값에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어 상기 현재 반주기 동안의 전류 실효값이 20A 이상인 경우라면 아크 체크 레벨은 5로 설정될 수 있다. 반면 상기 반주기 동안의 전류 실효값이 2.5A 미만인 경우라면 아크 체크 레벨은 20으로 설정될 수 있다.
즉, 상기 현재 반주기 동안의 전류량(실효값)이 클수록 보다 신속한 아크 검출이 필요하므로 아크 체크 레벨은 낮게 설정될 수 있다. 반면 상기 현재 반주기 동안의 전류량(실효값)이 작을수록 신속한 검출보다 정확한 검출이 필요하므로 아크 체크 레벨은 높게 설정될 수 있다.
한편 상기 현재 반주기 내에서, 기 설정된 아크 체크 레벨에 근거하여 아크 발생에 대응하는 고주파 노이즈가 포함되어 있는지 여부는, 상기 현재 반주기 동안의 고주파 노이즈 평균값이 상기 아크 체크 레벨에 따른 고주파 노이즈 값을 초과하는지 여부 및, 현재까지 누적된 각 반주기 동안의 고주파 노이즈 평균값이 상기 아크 체크 레벨에 따라 결정되는 누적 아크 체크 레벨에 따른 고주파 노이즈 값을 초과하는지 여부에 따라 결정될 수 있다.
이와 같이 현재 반주기 동안의 고주파 노이즈 평균값 및, 누적된 고주파 노이즈 평균값, 그리고 상기 아크 체크 레벨에 근거하여, 아크 발생에 대응하는 고주파 노이즈의 포함 여부를 판단하는 동작 과정을 하기 도 11을 참조하여 보다 자세하게 살펴보기로 한다.
한편 상기 S508 단계의 판별 결과, 아크 발생에 대응하는 고주파 노이즈가 포함된 것으로 판단되면, 제어부(300)는 아크 체크 카운트를 증가시킬 수 있다(S510). 따라서 현재까지 누적된 아크 체크 카운트가 있는 경우라면 아크 체크 카운트의 누적값이 증가될 수 있다.
그러면 제어부(300)는 상기 아크 체크 카운트의 누적값과 상기 S501 단계에서 결정된 허용 횟수를 비교할 수 있다(S512).
그리고 상기 S512 단계의 비교 결과 아크 체크 카운트가 상기 허용 횟수 이상인 경우라면 제어부(300)는 아크가 발생한 것으로 판별할 수 있다. 따라서 부하를 전원으로부터 차단하기 위해 트립 제어 신호를 차단부(350)에 전송할 수 있다(S513). 그러면 차단부(350)의 동작에 따라 전원과 부하 사이의 회로가 개방되어, 부하로의 전력 공급이 차단될 수 있다.
반면 상기 S512 단계의 비교 결과 아크 체크 카운트가 상기 허용 횟수 미만인 경우라면, 제어부(300)는 이벤트 타임 카운트가 기 설정된 기준 타임 카운트에 도달하였는지 여부를 체크할 수 있다(S514).
그리고 상기 S514 단계의 체크 결과, 현재까지 누적된 아크 체크 타임 카운트가 상기 기준 타임 카운트에 도달하지 않은 경우라면, 제어부(300)는 다시 S500 단계로 진행하여 새로운 반주기 동안의 전류 샘플들 및 고주파 노이즈 샘플들을 획득할 수 있다. 그러면 이벤트 타임 카운트가 증가되고 상기 S500 단계 이하의 과정들을 다시 수행할 수 있다.
반면 상기 S514 단계의 체크 결과, 현재까지 증가된 이벤트 타임 카운트가 기 설정된 기준 타임 카운트에 도달한 경우라면, 제어부(300)는 현재까지 카운팅된 이벤트 타임 카운트를 초기화할 수 있다(S516). 예를 들어 기준 타임 카운트가 60으로 설정된 경우라면, 현재까지 누적된 이벤트 타임 카운트가 60에 도달할 때에 S512 단계와 S514 단계를 거쳐서 이벤트 타임 카운트가 0으로 초기화될 수 있다.
그리고 제어부(300)는 현재까지 체크된 아크 체크 카운트 중, 상기 기준 타임 카운트 이전에 체크되었던 아크 체크 카운트를 리셋할 수 있다(S518). 이에 따라 현재까지 카운팅된 아크 체크 카운트 중 기준 타임 카운트(예 : 60) 이전에 카운팅되었던 아크 체크 카운트가 초기화될 수 있다. 따라서 현재까지 카운팅된 아크 체크 카운트의 개수가 감소될 수 있다.
예를 들어 이벤트 타임 카운트가 50일 때에 아크 체크 카운트가 카운팅되면, 이벤트 타임 카운트가 60에 도달할 때 이벤트 타임 카운트는 다시 0으로 초기화될 수 있다. 그러나 아크 체크 카운트는 1이 카운팅된 상태를 그대로 유지할 수 있다.
그리고 이벤트 타임 카운트가 다시 20이 되었을 때 아크 체크 카운트가 카운팅되는 경우 아크 체크 카운트는 2로 증가될 수 있다. 또한 이벤트 타임 카운트가 59일 때 아크 체크 카운트가 카운팅되는 경우 아크 체크 카운트는 3으로 증가될 수 있다. 이러한 상태에서 이벤트 타임 카운트가 다시 60이 되는 경우 이벤트 타임 카운트는 다시 0으로 초기화될 수 있다.
그런데 이 경우 현재까지 카운팅된 아크 체크 카운트 중, 첫 번째로 카운팅된 아크 체크 카운트는 이벤트 타임 카운트가 0으로 초기화된 시점으로부터 60 이벤트 타임 카운트(기준 타임 카운트) 이전에 카운팅된 아크 체크 카운트일 수 있다.
위의 예의 경우 상기 첫 번째 아크 체크 카운트는, 이벤트 타임 카운트가 70개에 대응하는 시간 전에 카운팅된 아크 카운트일 수 있다. 따라서 제어부(300)는 상기 S518 단계에서, 현재까지 카운팅된 아크 체크 카운트 중 상기 기준 타임 카운트 이전에 발생한 아크 체크 카운트를 초기화할 수 있다. 즉, 상기 첫 번째 아크 체크 카운트가 초기화되면서, 아크 체크 카운트는 3에서 2로 감소될 수 있다.
그리고 제어부(300)는 상기 기준 타임 카운트 이전에 카운팅된 아크 체크 카운트가 초기화된 상태에서 다시 S500 단계로 진행하여 새로운 반주기 동안의 전류 샘플들 및 고주파 노이즈 샘플들을 획득할 수 있다. 이 경우 이벤트 타임 카운트가 증가될 수 있다. 그리고 상기 S500 단계 이하의 과정들을 다시 수행할 수 있다.
이를 위해 제어부(300)는 아크 체크 카운트가 카운팅될 때마다 카운팅된 아크 체크 카운트에 대응하는 이벤트 타임 카운트의 정보를 메모리(370)에 저장할 수 있다. 그리고 메모리(370)에 저장된 각 아크 체크 카운트에 대응하는 이벤트 타임 카운트의 정보에 근거하여, 누적된 아크 체크 카운트 중 상기 기준 타임 카운트 이전에 카운팅되었던 아크 체크 카운트를 차감할 수 있다. 그리고 다시 S500 단계로 진행하여 새로운 반주기 동안의 전류 샘플들 및 고주파 노이즈 샘플들을 획득할 수 있다. 이 경우 이벤트 타임 카운트가 증가될 수 있다. 그리고 상기 S500 단계 이하의 과정들을 다시 수행할 수 있다.
한편 도 6은, 본 발명의 실시 예에 따른 아크 감시 장치에서, 교류 전류의 반주기 동안에 제로 섹션이 발생하였는지 여부를 검출하는 동작 과정을 도시한 흐름도이다. 상기 도 5의 S502 단계가 진행되는 경우 제로 섹션 발생 여부를 검출하기 위해 하기에 설명되는 도 6의 동작 과정이 수행될 수 있다.
먼저 제로 섹션은 상술한 바와 같이, 전선의 절연 손상으로 인해 전선의 일부가 단선되는 경우에 상기 단선된 부분으로 인해 전류가 통전되지 않거나 또는 일정 수준 이하의 전류가 흐르는 구간을 의미할 수 있다. 예를 들어 절연 손상으로 인해 아크가 발생하는 경우의 전류 흐름을 도시한 상기 도 4의 경우, 높은 전압으로 인해 발생하는 전기 방전(아크)로 인해 통전이 이루어지는 아크 컨덕트 상태를 제외한 다른 단계(노 아크 단계, 아크 스트라이크 단계, 아크 퀀치스 단계)가 상기 제로 섹션에 해당하는 구간일 수 있다.
따라서 본 발명은 현재 전류 샘플 및 고주파 노이즈 샘플이 획득된 반주기 동안에 상기 제로 섹션에 해당하는 구간을 검출함으로써 아크의 발생 여부를 추정할 수 있도록 한다.
도 6을 참조하여 살펴보면, 제어부(300)는 먼저 현재 획득된 반주기 동안의 전류 샘플들 중 전류값이 기 설정된 기준 전류값에 따른 임계 범위 이내인 전류 샘플들을 추출할 수 있다(S600). 여기서 상기 기준 전류값은 0A 일 수 있으며, 이에 따라 전류값이 상기 임계 범위 이내인 전류 샘플들은 상기 전류값이 0A로부터 상기 임계 범위 이내인 전류 샘플들로 간주될 수 있다.
상기 S600 단계에서 기준 전류값(예 : 0A)에 상응하는 전류 샘플들이 추출되면, 제어부(300)는 추출된 전류 샘플들 중 기 설정된 개수 이상 연속된 샘플을 검출할 수 있다(S602). 여기서 상기 전류 샘플은 기 설정된 샘플링 간격에 따라 샘플링되므로, 상기 기 설정된 개수 이상 연속된 상기 기준 전류값(예 : 0A)에 상응하는 전류 샘플들은 일정 시간 이상 상기 기준 전류값에 상응하는 전류가 검출된 구간, 즉 제로 섹션에 대응할 수 있다.
따라서 상기 S602 단계의 검출 결과, 기준 전류값(예 : 0A)에 상응하는 전류 샘플들 중 기 설정된 개수 이상 연속된 샘플들이 없는 경우라면, 제어부(300)는 현재 전류 샘플들이 획득된 반주기 동안에 제로 섹션이 포함되지 않은 것으로 판단할 수 있다. 그러면 제어부(300)는 현재까지 누적된 이벤트 타임 카운트에 근거하여 아크 발생 여부를 체크하는 아크 체크 주기에 진입한 상태인지 여부를 체크할 수 있다(S606).
그러나 상기 S602 단계의 검출 결과, 기준 전류값(예 : 0 A)에 상응하는 전류 샘플들 중 기 설정된 개수 이상 연속된 샘플들이 있는 경우라면, 제어부(300)는 현재 전류 샘플들이 획득된 반주기 동안에 제로 섹션이 포함된 것으로 판단할 수 있다. 따라서 제어부(300)는 제로 섹션 검출을 나타내는 카운트인 제로 카운트를 증가시킬 수 있다(S604). 그리고 제로 카운트가 증가되면 상기 S606 단계로 진입하여 아크 발생 여부를 체크하는 아크 체크 주기로의 진입 여부를 체크할 수 있다.
상기 S606 단계의 체크 결과, 현재까지 누적된 이벤트 타임 카운트가 기 설정된 임계 시간에 대응하는 카운트 값 미만이면 제어부(300)는 아크 체크 주기에 진입하지 않은 것으로 판별하고 제로 카운트에 상관없이 제로 섹션이 검출되지 않은 것으로 판단할 수 있다(S612). 이 경우 제로 섹션의 검출 여부를 나타내는 제로 섹션 플래그(flag)가 오프 상태를 유지할 수 있다.
그러면 제어부(300)는 이벤트 타임 카운트가 현재 초기화된 상태인지 여부를 체크(예: 이벤트 타임 카운트가 '1' 인지 여부를 체크)할 수 있다(S614). 그리고 이벤트 타임 카운트가 초기화된 상태인 경우 현재까지 누적된 제로 카운트를 초기화할 수 있다(S616). 따라서 이벤트 타임 카운트가 초기화되어 아크 발생 여부를 판별하는 새로운 주기가 시작되는 경우에는 제로 카운트가 초기화될 수 있다. 반면 상기 S614 단계의 체크 결과 이벤트 타임 카운트가 초기화되지 않은 경우, 제어부(300)는 제로 카운트의 초기화 없이 도 6의 동작 과정을 종료할 수 있다. 따라서 상기 S604 단계에서 증가된 제로 카운트가 누적된 상태를 유지할 수 있다. 그러면 다른 반주기 동안의 전류 샘플이 획득되는 경우에 다시 도 6의 동작 과정이 수행되고, S602 단계의 제로 섹션 포함 여부 판단 결과에 따라 제로 카운트가 증가되어 누적될 수 있다.
한편 상기 S606 단계의 체크 결과, 현재까지 누적된 이벤트 타임 카운트가 기 설정된 임계 시간에 대응하는 카운트 값 이상이면 제어부(300)는 아크 체크 주기에 진입한 것으로 판단할 수 있다. 그러면 제어부(300)는 현재까지 누적된 제로 카운트가 기 설정된 제로 카운트 기준값에 도달하였는지 여부를 체크할 수 있다(S608).
여기서 상기 제로 카운트 기준값은 상기 도 5의 S501 단계에서 산출된 반주기 동안의 전류량(실효값)에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어 상기 반주기 동안의 전류량이 클수록 상기 제로 카운트 기준값은 작아질 수 있다. 따라서 제로 섹션의 검출 시간이 보다 빨라질 수 있다. 반면 상기 반주기 동안의 전류량이 작을수록 상기 제로 카운트 기준값은 커질 수 있다. 따라서 제로 섹션의 검출 시간이 보다 길어질 수 있다.
상기 S608 단계의 체크 결과, 현재까지 누적된 제로 카운트가 기 설정된 제로 카운트 기준값에 도달하지 않은 경우라면 제어부(300)는 상기 S612 단계로 진행하여 제로 섹션이 검출되지 않은 것으로 판단할 수 있다. 이 경우 제로 섹션의 검출 여부를 나타내는 제로 섹션 플래그가 오프 상태를 유지할 수 있다. 그리고 제어부(300)는 상기 S614 단계의 체크 결과에 따라 상기 S616 단계로 진행하여 제로 카운트를 초기화할 수 있다.
반면 상기 S608 단계의 체크 결과, 현재까지 누적된 제로 카운트가 기 설정된 제로 카운트 기준값에 도달한 경우라면 제어부(300)는 제로 섹션이 검출된 것으로 판단할 수 있다(S610). 이 경우 제로 섹션의 검출 여부를 나타내는 제로 섹션 플래그(flag)가 온 상태로 전환될 수 있다. 그리고 제어부(300)는 상기 S614 단계의 체크 결과에 따라 상기 S616 단계로 진행하여 제로 카운트를 초기화할 수 있다.
한편 이러한 제로 섹션은 아크와 관련된 현상이나, 부하의 종류에 따라 부하에 공급되는 전류의 위상을 인위적으로 제어하는 경우에도 상기 제로 섹션이 검출될 수 있다. 예를 들어 부하가 라이트(light)인 경우, 상기 라이트가 사용자가 원하는 밝기로 온 되도록 상기 라이트의 출력을 제한하는 디밍(dimming) 시에 상기 라이트에 공급되는 전류에 대한 인위적인 위상 제어가 이용될 수 있다.
이러한 디밍의 경우 고조파를 이용하여 제어된 위상을 가지는 전류 파형이 형성되므로, 상기 제어된 위상에 따른 제로 섹션이 검출될 수 있다. 따라서 이러한 위상 제어에 의하여 아크 감지를 위한 제로 섹션 검출 여부가 오판별되지 않도록, 본 발명의 실시 예에 따른 아크 감시 장치는 고조파를 검출할 수 있는 이산 푸리에 변환부(도시되지 않음)를 더 포함할 수 있다. 그리고 상기 도 6의 S602 단계에서 현재 반주기에 제로 섹션 구간이 포함된 것으로 판별되면, 상기 이산 푸리에 변환 연산 결과에 근거하여 제로 카운트가 증가될 수 있도록 한다. 이에 따라 상기 위상 제어에 따라 제로 섹션이 증가하는 경우에 제로 카운트가 증가되는 것을 방지할 수 있다.
도 7은 상기 도 6의 동작 과정 중, 고조파 비율에 근거하여 제로 카운트를 증가시키는 동작 과정을 도시한 흐름도이다.
도 7을 참조하여 살펴보면, 상기 도 6의 동작 과정 중 S602 단계의 검출 결과 기 설정된 개수 이상 연속된 상기 기준 전류값(예 : 0 A)에 상응하는 전류 샘플들이 검출된 경우라면, 제어부(300)는 현재 획득된 반주기 동안의 전류 샘플들에 대한 이산 푸리에 변환을 수행하여 상기 반주기 동안의 전류 샘플들에 대한 주파수 성분을 분석할 수 있다(S700).
그리고 상기 S700 단계의 분석 결과에 따라 주파수 성분이 분석되면, 제어부(300)는 상기 반주기 동안의 전류 샘플들의 주파수 성분들을 현재 공급되는 교류 전류에 대응하는 기본파 성분과, 상기 기본파 성분에 대한 고조파 성분을 검출할 수 있다. 그리고 상기 기본파 성분에 대한 고조파 성분의 비율, 즉 고조파 비율을 산출할 수 있다(S702).
상기 S702 단계에서 고조파 비율이 산출되면, 제어부(300)는 산출된 고조파 비율이 기 설정된 비율 이상인지 여부를 체크할 수 있다(S704). 이 경우 상기 디밍과 같이 위상 제어가 이루어진 경우라면, 상기 위상 제어를 위해 인가된 고조파 성분이 검출될 수 있으므로, 위상 제어가 이루어지지 않은 경우에 비하여 고조파 성분이 높게 검출될 수 있다. 그러므로 상기 고조파 비율에 근거하여 상기 반주기 동안의 전류 샘플이 위상 제어가 이루어진 상태인지 그렇지 않은지 여부가 판별될 수 있다.
상기 S704 단계의 체크 결과 고조파 비율이 기 설정된 비율 이상인 경우라면 현재 반주기 전류 샘플에 포함된 제로 섹션은 상기 위상 제어에 의한 것일 수 있다. 따라서 제어부(300)는 제로 카운트의 증가 없이 다음 단계, 즉 도 6의 S606 단계로 진행할 수 있다. 반면 상기 S704 단계의 체크 결과 고조파 비율이 기 설정된 비율 미만인 경우라면 현재 반주기 전류 샘플에 포함된 제로 섹션은 전선의 절연 손상, 즉 아크 발생에 의한 것일 수 있다. 따라서 제어부(300)는 제로 카운트를 증가시키고(S706), 다음 단계인 상기 도 6의 S606 단계로 진행할 수 있다.
한편 상술한 도 6 및 도 7에서는 반주기 동안에 획득된 전류 샘플의 전류값에 근거하여 제로 섹션 여부를 판별하였다. 그러나 아크에 의한 제로 섹션이 발생하는 경우 전류값이 기준 전류량, 예를 들어 0 A에 가까운 전류 샘플들이 증가하므로 전류량(실효값)이 감소할 수 있다. 이에 따라 전류량(실효값)의 크기 변화에 따라 제로 섹션 여부를 판별할 수도 있다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 아크 감시 장치에서, 전류 실효값의 변화에 근거하여 상기 반주기 동안에 제로 섹션이 발생하였는지 여부를 검출하는, 제로 섹션을 검출하는 다른 동작 과정을 도시한 흐름도이다. 상기 도 5의 S502 단계가 진행되는 경우 제로 섹션 발생 여부를 검출하기 위해 하기에 설명되는 도 8의 동작 과정이 수행될 수 있다.
도 8을 참조하여 살펴보면, 본 발명의 실시 예에 따른 아크 감시 장치의 제어부(300)는 먼저 제로 섹션 여부를 판별할 제로 카운트 기준값을 결정할 수 있다(S800). 이 경우 상기 제로 카운트 기준값은, 상기 도 6에서 반주기 전류량(실효값)의 크기에 따라 결정되는 것과 달리, 현재 검출된 반주기 동안의 고주파 노이즈 샘플들의 크기에 근거하여 결정될 수 있다.
이 경우 상기 제로 카운트 기준값은, 고주파 노이즈 샘플들의 평균값이 기 설정된 기준값 이상인 경우에는 상기 고주파 노이즈 샘플들의 최소값에 따라 결정될 수 있다. 반면 고주파 노이즈 샘플들의 평균값이 기 설정된 기준값 미만인 경우에는 상기 고주파 노이즈 샘플들의 평균값에 따라 결정될 수 있다. 따라서 고주파 노이즈 샘플들의 평균값 또는 최소값이 클 수록 상기 제로 카운트 기준값이 크게 설정될 수 있다.
상기 S800 단계에서 제로 카운트 기준값이 결정되면, 제어부(300)는 현재 산출된 반주기 전류 샘플들의 실효값, 즉 반주기 전류량 실효값이 기 설정된 전류 최소값 이하인지 여부를 체크할 수 있다(S802).
그리고 상기 S802 단계의 체크 결과 반주기 전류량 실효값이 기 설정된 전류 최소값을 초과하는 경우라면, 제어부(300)는 이전 반주기, 즉 현재 반주기 이전의 반주기 동안에 획득되었던 전류 샘플들의 실효값인 이전 반주기 전류량 실효값이, 상기 기 설정된 전류 최소값 이하인지 여부를 체크할 수 있다(S804). 즉, 현재 반주기 동안의 전류량 실효값이 상기 전류 최소값을 초과하는 경우 이전 반주기 동안의 전류량 실효값이 상기 전류 최소값 이하인지 여부를 체크하여, 이전 반주기 이후, 즉 현재 반주기 동안에 전류량이 기 설정된 최소값을 초과하여 증가하였는지 여부를 체크할 수 있다.
그리고 상기 S804 단계의 체크 결과, 이전 반주기 동안에 최소값 이하이던 전류량이 현재 반주기에서 최소값을 초과하여 증가된 경우라면, 제어부(300)는 급격한 전류량의 변동이 발생한 것으로 판별하고 제로 섹션 판별을 위한 제로 카운트를 증가시킬 수 있다(S806).
한편 상기 S802 단계의 체크 결과 반주기 전류량 실효값이 기 설정된 전류 최소값 이하인 경우라면, 제어부(300)는 이전 반주기, 즉 현재 반주기 이전의 반주기 동안에 획득되었던 전류 샘플들의 실효값인 이전 반주기 전류량 실효값이 상기 기 설정된 전류 최소값을 초과하는지 여부를 체크할 수 있다(S803). 그리고 상기 S803 단계의 체크 결과, 상기 이전 반주기 전류량 실효값이 상기 전류 최소값을 초과하는 경우라면, 즉 최소값을 초과하던 전류량이 현재 반주기에서 최소값 이하로 감소된 경우라면, 제어부(300)는 급격한 전류량의 변동이 발생한 것으로 판별하고 제로 섹션 판별을 위한 제로 카운트를 증가시킬 수 있다(S806).
그리고 제어부(300)는 현재까지 누적된 이벤트 타임 카운트에 근거하여 아크 체크 주기에 진입하였는지 여부를 체크할 수 있다(S808).
그러나 상기 S804 단계의 체크 결과, 이전 반주기 전류량 실효값이 상기 전류 최소값을 초과하는 경우라면, 즉, 전류량이 상기 전류 최소값을 초과하는 상태가 그대로 유지되는 상태라면, 또는 상기 803 단계의 체크 결과 이전 반주기 전류량 실효값이 상기 전류 최소값 이하인 경우라면, 즉, 전류량이 상기 전류 최소값 이하인 상태가 그대로 유지되는 상태라면, 제어부(300)는 급격한 전류량의 변동이 발생하지 않은 것으로 판별할 수 있다. 따라서 상기 제로 카운트를 증가시키지 않고, 아크 체크 주기에 진입하였는지 여부를 판별하는 상기 S808 단계로 진행할 수 있다.
한편 상기 S808 단계의 체크 결과, 아크 체크 주기로 진입하지 않은 경우, 제어부(300)는 제로 카운트에 상관없이 제로 섹션이 검출되지 않은 것으로 판단할 수 있다(S814). 이 경우 제로 섹션의 검출 여부를 나타내는 제로 섹션 플래그(flag)가 오프 상태를 유지할 수 있다.
그러면 제어부(300)는 이벤트 타임 카운트가 상기 도 5의 S516 단계에서 초기화된 상태인지 여부를 체크할 수 있다(S816). 그리고 이벤트 타임 카운트가 초기화된 상태인 경우 현재까지 누적된 제로 카운트를 초기화할 수 있다(S818). 따라서 이벤트 타임 카운트가 초기화되어 아크 발생 여부를 판별하는 새로운 주기가 시작되고 제로 카운트가 초기화될 수 있다.
반면 상기 S816 단계의 체크 결과 이벤트 타임 카운트가 초기화되지 않은 경우, 제어부(300)는 제로 카운트의 초기화 없이 도 8의 동작 과정을 종료할 수 있다. 따라서 상기 S806 단계에서 증가된 제로 카운트가 누적된 상태를 유지할 수 있다. 그러면 다음 반주기 동안의 전류 샘플이 획득되는 경우에 다시 도 8의 동작 과정이 수행되고, S802 단계 내지 S804 단계에서 현재 반주기와 이전 반주기 동안의 전류량 실효값 비교 결과에 따라 제로 카운트가 증가되어 누적될 수 있다.
한편 상기 S808 단계의 체크 결과, 아크 체크 주기에 진입한 것으로 판단되면, 제어부(300)는 현재까지 누적된 제로 카운트가 상기 S800 단계에서 결정된 제로 카운트 기준값에 도달하였는지 여부를 체크할 수 있다(S810).
그리고 상기 S810 단계의 체크 결과, 현재까지 누적된 제로 카운트가 상기 제로 카운트 기준값에 도달하지 않은 경우라면 제어부(300)는 상기 S814 단계로 진행하여 제로 섹션이 검출되지 않은 것으로 판단할 수 있다. 이 경우 제로 섹션의 검출 여부를 나타내는 제로 섹션 플래그(flag)가 오프 상태를 유지할 수 있다. 그리고 제어부(300)는 상기 S816 단계의 체크 결과에 따라 상기 S818 단계로 진행하여 제로 카운트를 초기화할 수 있다.
반면 상기 S810 단계의 체크 결과, 현재까지 누적된 제로 카운트가 상기 제로 카운트 기준값에 도달한 경우라면 제어부(300)는 제로 섹션이 검출된 것으로 판단할 수 있다(S812). 이 경우 제로 섹션의 검출 여부를 나타내는 제로 섹션 플래그(flag)가 온 상태로 전환될 수 있다. 그리고 제어부(300)는 상기 S816 단계의 체크 결과에 따라 상기 S818 단계로 진행하여 제로 카운트를 초기화할 수 있다.
상기 도 6 내지 도 7 또는 도 8에서 설명한 과정을 통해 상기 도 5의 S502 단계에서 제로 섹션 검출 여부가 결정될 수 있다. 한편 본 발명의 실시 예에 따른 아크 감시 장치의 제어부(300)는, 상기 도 5의 S502 단계에서 상기 제로 섹션 뿐만 아니라, 고주파 노이즈의 변동에 따른 아크 노이즈가 검출되는 경우에 한하여 현재 반주기 전류 실효값이 기 설정된 최소값이 초과하는지 여부를 판별하는 S504 단계로 진행할 수 있다.
도 9는 상기 도 5의 S502 단계에서, 고주파 노이즈의 변동에 따른 아크 노이즈의 검출 여부를 판별하는 동작 과정을 도시한 흐름도이다. 상기 도 5의 S502 단계가 진행되는 경우 아크 노이즈의 발생 여부를 검출하기 위해 하기에 설명되는 도 9의 동작 과정이 수행될 수 있다.
도 9를 참조하여 살펴보면, 제어부(300)는 고주파 노이즈의 변동이 있는지 여부를 검출하기 위해, 전류 샘플 및 고주파 노이즈 샘플이 획득된 현재 반주기 이전의 반주기(이전 반주기) 동안의 고주파 노이즈 샘플들의 평균값과 최대값을 산출할 수 있다. 그리고 상기 현재 반주기로부터 한 주기 이전의 반주기, 즉 상기 현재 반주기를 포함하여 2개의 반주기에 대응하는 시간 이전에 검출된 반주기(이하 한주기 이전 반주기) 동안 획득된 고주파 노이즈 샘플들의 평균값 및 최대값을 산출할 수 있다(S900). 그리고 제어부(300)는 현재 반주기 동안 획득된 고주파 노이즈 샘플들의 평균값 및 최대값을 산출할 수 있다(S902).
그리고 제어부(300)는 현재 반주기 동안의 고주파 노이즈 샘플들의 평균값으로부터 상기 이전 반주기 동안의 고주파 노이즈 샘플들의 평균값을 차감하여, 반주기 동안의 고주파 노이즈 평균값 변동량을 산출할 수 있다. 또한 현재 반주기 동안의 고주파 노이즈 샘플들의 최대값으로부터 상기 이전 반주기 동안의 고주파 노이즈 샘플들의 최대값을 차감하여, 반주기 동안의 고주파 노이즈 최대값 변동량을 산출할 수 있다. 즉, 현재 반주기 동안의 고주파 노이즈 샘플들의 평균값 및 최대값과 이전 반주기 동안의 고주파 노이즈 샘플들의 평균값 및 최대값에 근거하여 반주기 동안의 고주파 노이즈 평균 변동값과 최대값 변동값을 산출할 수 있다.
또한 제어부(300)는 현재 반주기 동안의 고주파 노이즈 샘플들의 평균값으로부터 상기 한주기 이전 반주기 동안의 고주파 노이즈 샘플들의 평균값을 차감하여, 한주기 동안의 고주파 노이즈 평균값 변동량을 산출할 수 있다. 또한 현재 반주기 동안의 고주파 노이즈 샘플들의 최대값으로부터 상기 한주기 이전 반주기 동안의 고주파 노이즈 샘플들의 최대값을 차감하여, 한주기 동안의 고주파 노이즈 최대값 변동량을 산출할 수 있다. 즉, 현재 반주기 동안의 고주파 노이즈 샘플들의 평균값 및 최대값과 한주기 이전 반주기 동안의 고주파 노이즈 샘플들의 평균값 및 최대값에 근거하여 한주기 동안의 고주파 노이즈 평균 변동값과 최대값 변동값을 산출할 수 있다(S904).
상기 S904 단계에서, 반주기 동안의 고주파 노이즈 평균 변동값과 최대값 변동값 및, 한주기 동안의 고주파 노이즈 평균 변동값과 최대값 변동값이 산출되면, 제어부(300)는 상기 반주기 동안의 고주파 노이즈 평균 변동값이 기 설정된 기준값을 초과하였는지 여부를 체크할 수 있다. 그리고 상기 한주기 동안의 고주파 노이즈 최대값 변동값이 기 설정된 기준값을 초과하였는지 여부를 체크할 수 있다(S906).
그리고 상기 반주기 동안의 고주파 노이즈 평균 변동값 또는 상기 한주기 동안의 고주파 노이즈 최대값 변동값이 기 설정된 기준값을 초과하는 경우라면 고주파 노이즈가 아크 노이즈를 포함하고 있는 것으로 판단하고 아크 노이즈 검출을 위한 아크 노이즈 카운트를 증가시킬 수 있다(S907).
그러나 상기 반주기 동안의 고주파 노이즈 평균 변동값 또는 상기 한주기 동안의 고주파 노이즈 최대값 변동값 중 어느 하나라도 상기 기준값을 초과하지 않는 경우라면 상기 S907 단계를 생략하여 아크 노이즈 카운트를 증가시키지 않을 수 있다.
그리고 제어부(300)는 상기 한주기 동안의 고주파 노이즈 평균 변동값이 기 설정된 기준값을 초과하였는지 여부를 체크할 수 있다. 그리고 상기 반주기 동안의 고주파 노이즈 최대값 변동값이 기 설정된 기준값을 초과하였는지 여부를 체크할 수 있다(S908).
그리고 상기 한주기 동안의 고주파 노이즈 평균 변동값 또는 상기 반주기 동안의 고주파 노이즈 최대값 변동값이 기 설정된 기준값을 초과하는 경우라면 고주파 노이즈의 변동량이 아크 노이즈를 포함하고 있는 것으로 판단하고 아크 노이즈 검출을 위한 아크 노이즈 카운트를 증가시킬 수 있다(S910).
그러나 상기 한주기 동안의 고주파 노이즈 평균 변동값 또는 상기 반주기 동안의 고주파 노이즈 최대값 변동값 중 하나라도 상기 기준값을 초과하지 않는 경우라면 상기 S908 단계를 생략하여 아크 노이즈 카운트를 증가시키지 않을 수 있다.
따라서 상기 S906 단계에서 반주기 동안의 고주파 노이즈 평균 변동값 또는 한주기 동안의 고주파 노이즈 최대값 변동값이 기 설정된 기준값 이하인 경우라면 아크 노이즈가 증가되지 않을 수 있다. 그리고 아크 노이즈가 증가되지 않은 상태에서 상기 S908 단계로 진입하여 한주기 동안의 고주파 노이즈 평균 변동값 또는 반주기 동안의 고주파 노이즈 최대값 변동값이 기 설정된 기준값을 초과하는지 여부가 체크될 수 있다. 그리고 상기 S908 단계의 체크 결과 한주기 동안의 고주파 노이즈 평균 변동값 또는 반주기 동안의 고주파 노이즈 최대값 변동값이 기 설정된 기준값 이하인 경우라면 아크 노이즈가 증가되지 않을 수 있다.
반면 상기 S906 단계에서 반주기 동안의 고주파 노이즈 평균 변동값 또는 한주기 동안의 고주파 노이즈 최대값 변동값이 기 설정된 기준값을 초과하는 경우라면 제어부(300)는 S907 단계로 진행하여 아크 노이즈를 증가시킬 수 있다. 그리고 상기 S908 단계의 체크 결과 한주기 동안의 고주파 노이즈 평균 변동값 또는 반주기 동안의 고주파 노이즈 최대값 변동값이 기 설정된 기준값을 또 초과하는 경우라면 제어부(300)는 S910 단계로 진행하여 아크 노이즈를 다시 증가시킬 수 있다. 즉, 아크 노이즈는 상기 S907 단계와 S910 단계에서 최대 2회 증가될 수 있다.
그리고 제어부(300)는 누적되는 아크 노이즈 카운트에 근거하여 아크 노이즈 검출을 위한 아크 노이즈 카운트 기준값을 결정할 수 있다(S912). 상기 아크 노이즈 카운트 기준값은 본 발명의 실시 예에 따른 아크 감시 장치가 아크 발생 여부를 체크하는 아크 체크 주기에 진입하였는지 여부를 결정하는 임계 시간에 따라 결정될 수 있다. 여기서 상기 아크 노이즈 카운트 기준값은 상기 임계 시간의 일정 비율(예 : 0.75)에 따라 결정될 수 있다. 즉, 임계 시간이 길어질수록(임계 시간에 대응하는 반주기의 개수가 클수록) 아크 노이즈 카운트 기준값이 크게 결정될 수 있다.
한편 상기 S912 단계에서 아크 노이즈 카운트 기준값이 결정되면, 제어부(300)는 현재까지 누적된 아크 노이즈 카운트가 상기 결정된 아크 노이즈 카운트 기준값에 도달하였는지 여부를 체크할 수 있다(S914).
그리고 상기 S914 단계의 체크 결과, 현재까지 누적된 아크 노이즈 카운트가 상기 아크 노이즈 카운트 기준값에 도달하지 않은 경우라면 제어부(300)는 상기 S915 단계로 진행하여 아크 노이즈가 검출되지 않은 것으로 판단할 수 있다. 이 경우 아크 노이즈의 검출 여부를 나타내는 아크 노이즈 플래그가 오프 상태를 유지할 수 있다. 그러면 제어부(300)는 이벤트 타임 카운트가 상기 도 5의 S516 단계에서 초기화된 상태인지 여부를 체크할 수 있다(S918). 그리고 이벤트 타임 카운트가 초기화된 상태인 경우 현재까지 누적된 아크 노이즈 카운트를 초기화할 수 있다(S920). 따라서 이벤트 타임 카운트가 초기화되어 아크 발생 여부를 판별하는 새로운 주기가 시작되는 경우에는 아크 노이즈 카운트가 초기화될 수 있다.
반면 상기 S918 단계의 체크 결과 이벤트 타임 카운트가 초기화되지 않은 경우, 제어부(300)는 아크 노이즈 카운트의 초기화 없이 도 9의 동작 과정을 종료할 수 있다. 따라서 상기 S907 단계 및 S910에서 증가된 아크 노이즈 카운트가 누적된 상태가 유지될 수 있다. 그러면 다음 반주기 동안의 전류 샘플이 획득되는 경우에 다시 도 9의 동작 과정이 수행되고, 상기 S906 단계와 S908 단계의 체크 결과에 따라 아크 노이즈 카운트가 최대 2회 증가되어 누적될 수 있다.
반면 상기 S914 단계의 체크 결과, 현재까지 누적된 아크 노이즈 카운트가 상기 아크 노이즈 카운트 기준값에 도달한 경우라면 제어부(300)는 아크 노이즈가 검출된 것으로 판단할 수 있다(S916). 이 경우 아크 노이즈의 검출 여부를 나타내는 아크 노이즈 플래그가 온 상태로 전환될 수 있다. 그리고 제어부(300)는 상기 S918 단계의 체크 결과에 따라 상기 S920 단계로 진행하여 아크 노이즈 카운트를 초기화할 수 있다.
한편 상기 도 9에서는 고주파 노이즈의 평균값 및 최대값의 변동량에 근거하여 아크 노이즈 카운트가 증가되는 것을 설명하였으나, 현재 산출된 반주기 동안의 전류량이, 이전 반주기 또는 한주기 이전 반주기 동안의 전류량에 비하여 변동량이 큰 경우 상기 아크 노이즈의 카운트의 증가가 가속화될 수 있다. 도 10은 이처럼 전류량의 변동 여부에 근거하여 아크 노이즈 카운트 누적이 가속되는 동작 과정을 도시한 흐름도이다.
도 10을 참조하여 살펴보면, 제어부(300)는 상기 도 9의 S910 단계로 진행하여 아크 노이즈 카운트가 증가되거나, 또는 상기 S908 단계의 체크 결과 한주기 동안의 고주파 노이즈 평균 변동값 또는 반주기 동안의 고주파 노이즈 최대값 변동값이 기 설정된 기준값 이하인 경우, 제어부(300)는 이전 반주기 동안의 전류량 실효값과 한주기 이전 반주기 동안의 전류량 실효값을 검출할 수 있다(S1000). 여기서 본 발명의 실시 예에 따른 아크 감시 장치의 메모리(370)는 각 반주기에 대한 도 5의 동작 과정이 종료될 때마다 아크 발생 여부를 검출하기 위한 데이터들을 저장하는 바, 상기 한주기 이전 반주기 동안의 전류량 실효값과 상기 이전 반주기 동안의 전류량 실효값은 메모리(370)에 기 저장된 상태일 수 있다.
상기 S1000 단계에서 상기 이전 반주기 동안의 전류량 실효값과 한주기 이전 반주기 동안의 전류량의 실효값이 검출되면, 제어부(300)는 현재 산출된 반주기 동안의 전류량 실효값이 기 설정된 최소값 이하인지 여부를 판별할 수 있다(S1002). 그리고 판별 결과 현재 산출된 반주기 동안의 전류량 실효값이 기 설정된 최소값 이하인 경우라면, 상기 검출된 한주기 이전 반주기 동안의 전류량 실효값이 상기 최소값을 초과하는지 여부를 판별할 수 있다(S1004). 즉, 한주기 이전 반주기 동안의 전류량에 비하여 현재 반주기 동안의 전류량이 최소값 이하로 감소하였는지 여부를 판별할 수 있다.
그리고 상기 S1004 단계의 판별 결과, 상기 검출된 한주기 이전 반주기 동안의 전류량 실효값이 상기 최소값을 초과하는 경우라면 제어부(300)는 아크 노이즈 카운트를 증가시킬 수 있다(S1008). 따라서 상기 도 9의 S907 단계와 S910 단계에서 각각 아크 노이즈 카운트가 증가된 상태에서, 상기 S1008 단계를 통해 아크 노이즈 카운트가 더 증가되는 경우, 아크 노이즈 카운트는 3회 증가될 수 있다. 즉 최대 3회 아크 노이즈 카운트가 증가될 수 있다.
그러나 상기 S1004 단계의 판별 결과, 상기 검출된 한주기 이전 반주기 동안의 전류량 실효값이 상기 최소값 미만인 경우라면, 즉 현재 반주기 동안의 전류량과 상기 한주기 이전 반주기 동안의 전류량이 모두 기 설정된 최소값 이하인 경우라면 제어부(300)는 전류량의 변동이 없는 것으로 판단할 수 있다. 따라서 아크 노이즈 카운트의 증가 없이, 아크 체크 주기를 결정하기 위한 임계 시간에 근거하여 아크 노이즈 카운트 기준값을 산출할 수 있다(S1010). 그리고 도 9의 S914 단계로 진행할 수 있다.
한편 상기 S1002 단계의 판별 결과 현재 산출된 반주기 동안의 전류량 실효값이 기 설정된 최소값을 초과하는 경우라면, 상기 검출된 한주기 이전 반주기 동안의 전류량 실효값이 상기 최소값 이하인지 여부를 판별할 수 있다(S1006). 즉, 한주기 이전 반주기 동안의 전류량이 최소값을 가지는 상태에서, 현재 반주기 동안의 전류량이 증가되어 상기 최소값을 초과하는지 여부를 판별할 수 있다.
그리고 상기 S1006 단계의 판별 결과, 상기 검출된 한주기 이전 반주기 동안의 전류량 실효값이 상기 최소값 미만인 경우라면 제어부(300)는 S1008 단계로 진행하여 아크 노이즈 카운트를 증가시킬 수 있다. 그러나 상기 S1006 단계의 판별 결과, 상기 검출된 한주기 이전 반주기 동안의 전류량 실효값이 상기 최소값을 초과하는 경우라면, 즉 현재 반주기 동안의 전류량과 상기 한주기 이전 반주기 동안의 전류량이 모두 기 설정된 최소값 이상인 경우라면 제어부(300)는 전류량의 변동이 없는 것으로 판단할 수 있다. 따라서 아크 노이즈 카운트의 증가 없이, S1010 단계로 진행하여, 아크 체크 주기를 결정하기 위한 임계 시간에 따라 아크 노이즈 카운트 기준값을 산출할 수 있다. 그리고 도 9의 S914 단계로 진행할 수 있다.
한편 도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 아크 감시 장치에서, 아크 발생에 대응하는 고주파 노이즈의 포함 여부를 판별하기 위한 동작 과정을 도시한 흐름도이다. 상기 도 5의 S508 단계가 진행되는 경우 상기 아크 발생에 대응하는 고주파 노이즈를 검출하기 위해 하기에 설명되는 도 11의 동작 과정이 수행될 수 있다.
도 11을 참조하여 살펴보면, 제어부(300)는 먼저 현재 반주기 동안 수집된 고주파 노이즈 샘플들의 평균을 산출할 수 있다(S1100). 그리고 현재 반주기 이전의 각 반주기 별로 수집되었던 고주파 노이즈 샘플들의 누적 평균을 산출할 수 있다(S1102). 이 경우 상기 누적 고주파 노이즈 평균은, 이벤트 타임 카운트가 초기화된 이후에 검출된 각 반주기들 동안에 수집된 고주파 노이즈 샘플들의 누적 평균일 수 있다.
또는 기 설정된 기간 동안 검출된 각 반주기들 동안에 수집된 고주파 노이즈 샘플들의 누적 평균일 수 있다. 이 경우 상기 누적 고주파 노이즈 평균은 현재 본 발명의 실시 예에 따른 아크 감시 장치에서 아크 감시가 이루어지는 전선에서 통상적으로 검출되는 고주파 노이즈의 평균일 수 있다.
상기 누적 고주파 노이즈 평균이 산출되면, 제어부(300)는 현재 산출된 반주기 동안의 전류량 실효값에 근거하여 아크 발생에 대응하는 아크 체크 레벨을 결정할 수 있다(S1104).
여기서 상기 아크 체크 레벨은 상기 현재 반주기 동안의 전류량 실효값이 클수록 낮게 설정될 수 있다. 반면 상기 현재 반주기 동안의 전류량 실효값이 작을수록 높게 설정될 수 있다. 예를 들어 상기 현재 반주기 동안의 전류량 실효값이 20A 이상인 경우라면 아크 체크 레벨은 5로 설정될 수 있다. 반면 상기 반주기 동안의 전류량 실효값이 2.5A 미만인 경우라면 아크 체크 레벨은 20으로 설정될 수 있다.
한편 서로 다른 아크 체크 레벨은 서로 다른 고주파 노이즈 값(예 : 신호 세기)에 대응될 수 있다. 그리고 아크 체크 레벨이 높을수록 보다 큰 값의 고주파 노이즈 값이 대응될 수 있다.
상기 S1104 단계에서 아크 체크 레벨이 결정되면, 제어부(300)는 결정된 아크 체크 레벨에 근거하여 상기 누적 고주파 노이즈 평균과 비교할 누적 아크 체크 레벨을 결정할 수 있다(S1106). 이 경우 상기 누적 아크 체크 레벨은 상기 S1104 단계에서 결정된 아크 체크 레벨의 일정 비율에 따라 결정될 수 있다. 즉, 상기 누적 아크 체크 레벨은 상기 S1104 단계에서 결정된 아크 체크 레벨을 초과하지 않으며, 상기 아크 체크 레벨의 크기에 비례하여 커지거나 작아질 수 있다. 예를 들어 상기 누적 아크 체크 레벨은, 상기 아크 체크 레벨의 1/2로 결정될 수 있다.
상기 누적 아크 체크 레벨이 결정되면, 제어부(300)는 상기 S1100 단계에서 산출된 현재 반주기 동안의 고주파 노이즈 평균과 상기 S1104 단계에서 산출된 아크 체크 레벨에 따른 고주파 노이즈 값을 비교할 수 있다(S1108).
즉, 아크 체크 레벨은 검출된 고주파 노이즈의 크기에 따라 아크가 발생하였는지 여부를 판단하기 위한 기준값(기준 고주파 노이즈 값)을 결정하기 위한 레벨로서, 각각의 레벨마다 그에 대응하는 고주파 노이즈 값(예 : 신호 세기)가 지정될 수 있다. 그리고 아크 체크 레벨이 결정되면 제어부(300)는 결정된 아크 체크 레벨에 대응하는 고주파 노이즈 값과 현재 반주기 동안에 측정된 고주파 노이즈 평균을 비교하여, 아크 발생에 대응하는 고주파 노이즈가 현재 반주기 동안에 포함되어 있는지 여부를 판별할 수 있다.
따라서 상기 S1108 단계의 비교 결과 현재 반주기 동안의 고주파 노이즈 평균이 상기 아크 체크 레벨에 따른 고주파 노이즈 값 이하인 경우라면, 제어부(300)는 현재 고주파 노이즈 샘플이 수집된 반주기가, 아크 발생에 대응하는 고주파 노이즈를 포함하지 않는 것으로 판단할 수 있다(S1114). 이 경우 상기 아크 발생에 대응하는 고주파 노이즈의 검출 여부를 나타내는 아크 체크 레벨 플래그가 오프 상태를 유지할 수 있다. 따라서 제어부(300)는 도 5의 S508 단계에서 현재까지 누적된 아크 체크 카운트를 차감하는 상기 도 5의 S507 단계로 진행할 수 있다.
한편 상기 S1108 단계의 비교 결과 현재 반주기 동안의 고주파 노이즈 평균이 상기 아크 체크 레벨에 따른 고주파 노이즈 값을 초과하는 경우라면, 제어부(300)는 상기 S1102 단계에서 산출된 누적 고주파 노이즈 평균이 상기 S1106 단계에서 결정된 누적 아크 체크 레벨에 따른 고주파 노이즈 값을 초과하는지 여부를 체크할 수 있다(S1110).
그리고 상기 S1110 단계의 체크 결과, 상기 누적 고주파 노이즈 평균이 상기 누적 아크 체크 레벨에 따른 고주파 노이즈 값 이하인 경우라면, 제어부(300)는 S1114 단계로 진행하여 현재 고주파 노이즈 샘플이 수집된 반주기가, 아크 발생에 대응하는 고주파 노이즈를 포함하지 않는 것으로 판단할 수 있다. 따라서 상기 아크 발생에 대응하는 고주파 노이즈의 검출 여부를 나타내는 아크 체크 레벨 플래그가 오프 상태를 유지할 수 있다. 그러면 제어부(300)는 도 5의 S508 단계에서 현재까지 누적된 아크 체크 카운트를 차감하는 도 5의 S507 단계로 진행할 수 있다.
반면 상기 S1110 단계의 체크 결과, 상기 누적 고주파 노이즈 평균이 상기 누적 아크 체크 레벨에 따른 고주파 노이즈 값을 초과하는 경우라면, 제어부(300)는 현재 고주파 노이즈 샘플이 수집된 반주기가, 아크 발생에 대응하는 고주파 노이즈를 포함하는 것으로 판단할 수 있다(S1112). 이 경우 상기 아크 발생에 대응하는 고주파 노이즈의 검출 여부를 나타내는 아크 체크 레벨 플래그가 온 상태로 전환될 수 있다. 그러면 제어부(300)는 도 5의 S508 단계에서 현재까지 누적된 아크 체크 카운트를 증가시키는 상기 도 5의 S510 단계로 진행할 수 있다.
전술한 본 발명은, 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 따라서 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (24)

  1. 전로에 흐르는 전류로부터 고주파 신호를 검출하는 고주파 신호 검출부;
    상기 전로를 차단하여 전원과 부하 사이의 전기적 연결을 차단하는 차단부;
    상기 전로의 전압 변화를 검출하는 전압 검출부;
    상기 전로의 전류 변화를 검출하는 전류 검출부; 및,
    상기 전압 변화로부터 전압의 위상 교번에 따라 기준 전압을 가지는 시점인 제로 크로싱 포인트(Zero Crossing Point)를 검출 및
    제로 크로싱 포인트와 제로 크로싱 포인트 사이에 해당하는 상기 전류의 반주기 동안 기준 전류로부터 임계 범위 이내의 전류값이 검출된 시간에 따른 제로 섹션과, 고주파 신호의 변동량에 따른 아크 노이즈를 검출하며,
    상기 제로 섹션과 아크 노이즈가 검출되는 경우, 상기 고주파 신호의 세기 평균에 근거하여 상기 반주기 동안에 아크(ARC)의 발생 여부를 추정하며,
    아크 발생이 추정된 횟수가 기 설정된 허용 횟수 이상인지 여부에 근거하여 상기 전로에 아크가 발생하였는지 여부를 판별 및,
    판별 결과에 따라 상기 전로를 차단하도록 상기 차단부를 제어하는 제어부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 아크 감시 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 반주기 동안에 추출된 전류 샘플들 중 상기 임계 범위 이내인 전압값을 가지는 샘플이 기 설정된 개수 이상 검출되었는지 여부에 근거하여 상기 제로 섹션의 발생 여부를 추정하며,
    각 반주기 마다 추정된 제로 섹션의 개수를 누적한 제로 카운트 값이 기 설정된 제로 카운트 기준값에 도달하는 경우 상기 제로 섹션이 검출된 것으로 판별하는 것을 특징으로 하는 아크 감시 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 제로 섹션이 추정되는 경우 이산 푸리에 변환을 더 수행하여 상기 전류의 반주기 동안 검출된 전류값들의 주파수 성분을 분석하며, 주파수 성분 분석 결과 검출된 기본파와 고조파의 비율에 따라 상기 제로 섹션을 재추정하는 것을 특징으로 하는 아크 감시 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 제로 섹션 및 아크 노이즈의 검출 결과, 상기 제로 섹션과 아크 노이즈가 모두 검출되지 않은 경우라면 현재까지 추정된 아크 발생 횟수를 초기화하는 것을 특징으로 하는 아크 감시 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 전류의 반주기 동안 검출된 전류값들의 실효값을 산출하고, 산출된 실효값에 근거하여 상기 허용 횟수를 결정하며,
    상기 허용 횟수는,
    상기 산출된 실효값이 클수록 작게 결정되는 것을 특징으로 하는 아크 감시 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 제로 섹션 및 아크 노이즈가 모두 검출되면, 상기 산출된 실효값이 기 설정된 최소값을 초과하지 않는 경우 현재까지 추정된 아크 발생 횟수를 초기화하는 것을 특징으로 하는 아크 감시 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 산출된 실효값과 상기 전류의 반주기 이전 반주기 동안 산출된 실효값을 비교하여 상기 전류의 반주기 동안의 전류 크기 변화를 검출 및, 검출된 전류 크기 변화에 따라 상기 반주기 동안 획득된 전류 샘플들로부터 제로 섹션을 추정하며,
    각 반주기 마다 추정된 제로 섹션의 개수를 누적한 제로 카운트 값이 기 설정된 제로 카운트 기준값에 도달하는 경우 상기 제로 섹션이 검출된 것으로 판별하는 것을 특징으로 하는 아크 감시 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 제로 섹션 및 아크 노이즈가 모두 검출되면, 상기 전류의 반주기가, 기 설정된 반주기 개수로 결정되는 임계 주기 내에서 아크 발생 여부를 검출하는 아크 체크 주기 내에 진입하였는지 여부를 판별하며,
    상기 전류의 반주기가, 상기 아크 체크 주기 내에 포함되는 반주기가 아닌 경우 현재까지 추정된 아크 발생 추정 횟수를 차감하는 것을 특징으로 하는 아크 감시 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 제로 크로싱 포인트가 검출되면, 상기 임계 주기 동안 진행된 시간을 카운트하기 위한 이벤트 타임 카운트를 증가시키고,
    증가된 이벤트 타임 카운트가 기 설정된 개수에 도달하는 경우 상기 아크 체크 주기에 진입한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 아크 감시 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 이벤트 타임 카운트가 상기 임계 주기에 대응하는 기 설정된 반주기 개수에 도달하는 경우 상기 이벤트 타임 카운트를 초기화하며,
    현재까지 누적된 아크 추정 횟수 중, 상기 임계 주기 이전에 카운팅된 아크 추정 횟수를 차감하는 것을 특징으로 하는 아크 감시 장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 전류의 반주기 동안 검출된 고주파 신호의 평균값과 최대값을 산출 및,
    산출된 평균값과 최대값을, 상기 전류의 반주기 이전 반주기 동안에 검출된 고주파 신호의 평균값과 최대값, 및 상기 전류의 반주기로부터 한주기 이전의 반주기 동안에 검출된 고주파 신호의 평균값과 최대값과 각각 비교하여 반주기 동안의 고주파 신호 변동값과 한주기 동안의 고주파 신호 변동값을 산출하며,
    산출된 상기 반주기 동안의 고주파 신호 변동값과 상기 한주기 동안의 고주파 신호 변동값을 기 설정된 고주파 신호 최소값과 각각 비교한 결과에 근거하여 아크 노이즈의 발생 여부를 추정하기 위한 아크 노이즈 카운트를 적어도 하나 증가시키고,
    증가된 아크 노이즈 카운트가 기 설정된 아크 노이즈 기준값 이상인 경우 상기 아크 노이즈가 발생한 것으로 추정하는 것을 특징으로 하는 아크 감시 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 전류의 반주기 동안 검출된 전류값들의 실효값과, 한주기 이전의 반주기 동안에 검출된 전류값들의 실효값에 근거하여 전류값들의 실효값이 변동되었는지 여부를 판별하고, 전류값들의 실효값이 변동된 경우 상기 아크 노이즈 카운트를 추가로 증가시키는 것을 특징으로 하는 아크 감시 장치.
  13. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 전압 검출부의 전압 변화에 따라 검출되는 상기 제로 크로싱 포인트를 인터럽트(interrupt) 신호로 입력받고, 인터럽트 신호가 수신되면 전류 신호와 고주파 신호의 샘플링을 시작하는 것을 특징으로 하는 아크 감시 장치.
  14. 전로에 흐르는 전류의 전압 변화에 따라 기준 전압을 가지는 시점인 제로 크로싱 포인트(Zero Crossing Point)를 검출하는 제1 단계;
    제로 크로싱 포인트가 검출되면 검출된 제로 크로싱 포인트와 제로 크로싱 포인트 사이에 해당하는 상기 전류의 반주기 동안의 전류 신호 및 고주파 신호를 샘플링하는 제2 단계;
    경과 시간을 체크하기 위한 이벤트 타임 카운트를 증가시키는 제3 단계;
    상기 전류의 반주기 동안 획득된 전류 샘플들에 근거하여 기준 전류로부터 임계 범위 이내의 전류값이 검출된 시간에 따라 제로 섹션 여부를 검출하는 제4 단계;
    상기 전류의 반주기 동안 획득된 고주파 신호 샘플들에 근거하여 고주파 신호의 변동량에 따른 아크 노이즈를 검출하는 제5 단계;
    상기 제로 섹션과 아크 노이즈가 검출되는 경우, 상기 고주파 신호의 세기 평균에 근거하여 상기 반주기 동안에 아크(ARC)의 발생 여부를 추정하는 제6 단계;
    아크 발생이 추정되는 경우 추정된 아크 발생 횟수를 증가시키고, 현재까지 누적된 아크 발생 횟수가 기 설정된 허용 횟수 이상인지 여부를 체크하는 제7 단계;
    상기 누적된 아크 발생 횟수가 상기 허용 횟수 이상인 경우 상기 전로를 차단하여 전원과 부하 사이의 전기적 연결을 차단하는 제8 단계;
    상기 누적된 아크 발생 횟수가 허용 횟수 미만인 경우 누적된 이벤트 타임 카운트가 기 설정된 임계 주기에 대응하는 기 설정된 반주기 개수에 도달하였는지 여부를 체크하는 제9 단계; 및,
    상기 누적된 이벤트 타임 카운트가 상기 임계 주기에 대응하는 기 설정된 반주기 개수에 도달한 경우 상기 이벤트 타임 카운트를 초기화하는 제10 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 아크 감시 장치의 제어 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제10 단계는,
    상기 누적된 아크 발생 횟수 중, 기 설정된 시간 이전에 카운팅된 횟수를 차감하는 제10-1 단계를 더 포함하며,
    상기 기 설정된 시간은,
    상기 임계 주기에 대응하는 기 설정된 반주기 개수에 대응하는 시간임을 특징으로 하는 아크 감시 장치의 제어 방법.
  16. 제14항에 있어서, 상기 제4 단계는,
    상기 반주기 동안에 추출된 전류 샘플들 중 상기 임계 범위 이내인 전압값을 가지는 샘플이 기 설정된 개수 이상 검출되었는지 여부에 근거하여 상기 제로 섹션의 발생 여부를 추정하는 제4-1 단계; 및,
    각 반주기 마다 추정된 제로 섹션의 개수를 누적한 제로 카운트 값이 기 설정된 제로 카운트 기준값에 도달하는 경우 상기 제로 섹션이 검출된 것으로 판별하는 제4-2 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 아크 감시 장치의 제어 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 제4 단계는,
    상기 제로 섹션이 추정되는 경우 이산 푸리에 변환을 수행하여 상기 전류의 반주기 동안 검출된 전류값들의 주파수 성분을 분석하는 제4-3 단계;
    상기 주파수 성분 분석 결과 검출된 기본파와 고조파의 비율에 따라 상기 제로 섹션을 재추정하는 제4-4 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 아크 감시 장치의 제어 방법.
  18. 제14항에 있어서, 상기 제4 단계는,
    상기 산출된 실효값과 상기 전류의 반주기 이전 반주기 동안의 전류값 실효값을 비교하여 상기 전류의 반주기 동안의 전류 크기 변화를 검출하는 제4-5 단계;
    검출된 전류 크기 변화에 따라 상기 반주기 동안의 제로 섹션을 추정하는 제4-6 단계; 및,
    각 반주기 마다 추정된 제로 섹션의 개수를 누적한 제로 카운트 값이 기 설정된 제로 카운트 기준값에 도달하는 경우 상기 제로 섹션이 검출된 것으로 판별하는 제4-7 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 아크 감시 장치의 제어 방법.
  19. 제14항에 있어서, 상기 제5 단계는,
    상기 전류의 반주기 동안 검출된 고주파 신호의 평균값과 최대값을 산출하는 제5-1 단계;
    산출된 평균값과 최대값을, 상기 전류의 반주기 이전 반주기 동안에 검출된 고주파 신호의 평균값과 최대값, 및 상기 전류의 반주기로부터 한주기 이전의 반주기 동안에 검출된 고주파 신호의 평균값과 최대값과 각각 비교하여 반주기 동안의 고주파 신호 변동값과 한주기 동안의 고주파 신호 변동값을 산출하는 제5-2 단계;
    산출된 상기 반주기 동안의 고주파 신호 변동값과 상기 한주기 동안의 고주파 신호 변동값을 기 설정된 고주파 신호 최소값과 각각 비교한 결과에 근거하여 아크 노이즈의 발생 여부를 추정하기 위한 아크 노이즈 카운트를 적어도 하나 증가시키는 제5-3 단계; 및,
    상기 증가된 아크 노이즈 카운트가 기 설정된 아크 노이즈 기준값 이상인 경우 상기 아크 노이즈가 발생한 것으로 추정하는 제5-4 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 아크 감시 장치의 제어 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 제5 단계는,
    상기 전류의 반주기 동안 검출된 전류값들의 실효값과, 한주기 이전의 반주기 동안에 검출된 전류값들의 실효값에 근거하여 전류값들의 실효값이 변동되었는지 여부를 판별하는 제5-5 단계; 및,
    전류값들의 실효값이 변동된 경우 상기 아크 노이즈 카운트를 추가로 증가시키는 제5-6 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 아크 감시 장치의 제어 방법.
  21. 제14항에 있어서, 상기 제6 단계는,
    상기 제로 섹션 및 아크 노이즈의 검출 결과, 상기 제로 섹션과 아크 노이즈가 모두 검출되지 않은 경우라면 현재까지 추정된 아크 발생 횟수를 초기화하는 제6-1 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 아크 감시 장치의 제어 방법.
  22. 제14항에 있어서, 상기 제2 단계는,
    상기 전류의 반주기 동안 검출된 전류값들의 실효값을 산출하고, 산출된 실효값에 근거하여 상기 허용 횟수를 결정하며,
    상기 허용 횟수는,
    상기 산출된 실효값이 클수록 작게 결정되는 것을 특징으로 하는 아크 감시 장치의 제어 방법.
  23. 제22항에 있어서, 상기 제6 단계는,
    상기 제로 섹션 및 아크 노이즈가 모두 검출되면, 상기 산출된 실효값이 기 설정된 최소값을 초과하지 않는 경우 현재까지 추정된 아크 발생 횟수를 초기화하는 제6-2 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 아크 감시 장치의 제어 방법.
  24. 제14항에 있어서, 상기 제6 단계는,
    상기 제로 섹션 및 아크 노이즈가 모두 검출되면, 상기 이벤트 타임 카운트가, 기 설정된 임계 주기에 대응하는 반주기 개수에 도달하였는지 여부에 따라 상기 임계 주기 내에서 아크 발생 여부를 검출하는 아크 체크 주기 내에 진입하였는지 여부를 판별하는 제 6-3 단계; 및,
    상기 아크 체크 주기 내에 진입하지 않은 경우 현재까지 추정된 아크 발생 추정 횟수를 차감하는 것을 특징으로 하는 제6-4 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 아크 감시 장치의 제어 방법.
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