KR100695535B1

KR100695535B1 - 아크 결함 보호기기의 유해 아크 신호 검출장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR100695535B1
Application number: KR1020050103408A
Authority: KR
Inventors: 이우영; 박경엽; 송기동; 정진교; 이병윤; 오연호
Original assignee: 한국전기연구원
Priority date: 2005-10-31
Filing date: 2005-10-31
Publication date: 2007-03-14

Abstract

본 발명에 따른 아크 결함 보호기기의 유해 아크 신호 검출방법은, a) 상기 전기선로에서 검출된 전류 신호(아날로그 신호)를 디지털 데이터로 변환하는 단계; b) 상기 변환된 디지털 데이터로부터 전류신호의 기울기가 급격히 변하는 현상을 감지하는 단계; c) 상기 전류 신호의 급격한 변화로부터 전류의 불연속성이 존재하는지의 여부를 판별하는 단계; d) 상기 판별에서, 불연속성이 존재하지 않으면 상기 단계 a)로 회귀하고, 불연속성이 존재하면 불연속성의 감지 후 첫 번째로 나타나는 전류 영점을 검출하는 단계; e) 상기 전류 영점이 검출되면 아크 전류 펄스의 발생개수를 연산하는 단계; f) 상기 전류 펄스 시작시점과 전류 영점 사이의 시간차이로부터 아크 전류펄스폭 변화를 감지하는 단계; g) 상기 아크 전류 펄스의 최초 발생시점으로부터 경과된 시간인 식별시간을 연산하는 단계; h) 상기 식별시간 연산과정을 통해 얻은 경과된 시간이 아크발생여부의 판단을 위해 설정된 식별시간보다 큰 지를 판별하는 단계; i) 상기 경과된 시간이 설정된 식별시간보다 작으면 상기 단계 a)로 회귀하고, 경과된 시간이 설정된 식별시간보다 크면 검출된 전류의 유해 아크 여부를 감지하는 단계; 및 j) 상기 검출된 전류 펄스폭들의 변화가 일정 이상의 값을 가지거나 전류펄스의 발생개수가 설정된 값 이외의 값으로 검출되는 경우 유해 아크로 판정하는 단계를 포함한다.

Description

아크 결함 보호기기의 유해 아크 신호 검출장치 및 그 방법{Apparatus for detecting hazardous arc signal in arc-fault protector and method thereof}

도 1은 본 발명에 따른 아크 결함 보호기기의 유해 아크 신호 검출장치의 구성을 개략적으로 보여주는 도면.

도 2는 본 발명의 아크 결함 보호기기의 유해 아크 신호 검출장치에 의한 유해 아크 신호 검출과정을 보여주는 흐름도.

도 3은 본 발명에 따른 아크 결함 보호기기의 유해 아크 신호 검출방법에 채용되는 전류신호 불연속 감지를 위한 서브 루틴을 보여주는 도면.

도 4 및 도 5는 본 발명의 검출방법에 있어서, 아크 발생으로 인한 통전전류의 불연속 형태로부터 전류신호의 불연속 상태를 식별하기 위한 알고리즘의 기본개념을 보여주는 도면.

도 6은 본 발명의 검출방법에 있어서, 아크전류 펄스수와 아크 식별시간(T_R) 및 트립조건 확인의 기준시간(T_T)과의 관계를 보여주는 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

110...전류 불연속 감지부 120...전류영점 검출부

130...전류폭 변화 감지부 140...발생개수 연산부

150...식별시간 연산부 160...유해아크 감지부

170...트립명령 출력부

본 발명은 아크 결함 보호기기의 유해 아크 신호 검출장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 특히 아크 발생시에 수반되는 전류크기 변동 및 고주파 특성 등에 기반을 둔 기존의 유해 아크 검출방식과는 달리 아크 발생의 확률적 특성으로 나타나는 전류 불연속 특성, 아크전류 펄스 수 및 펄스 폭 변화 등을 이용하여 보다 신뢰성 있게 유해 아크 신호를 검출할 수 있는 아크 결함 보호기기의 유해 아크 신호 검출장치 및 그 방법에 관한 것이다.

기존에 사용되고 있는 전기배선용 보호기기는 과전류, 사고전류 및 누설전류 등으로 인해 전기배선, 부하 등의 손상과 전기화재 및 감전으로부터 재산과 인명의 보호를 목적으로 하고 있다. 따라서, 바이메탈에 의한 과부하 온도특성, 전자기력에 의한 사고전류의 순시동작 특성, 그리고 누설전류 검출을 위한 ZCT(zero phase current transformer:영상변류기)와 솔레노이드 조작기를 이용한 누설전류 동작특성 등이 전기배선 보호기기의 주된 동작을 이루는 구성요소로 되어 있다. 하지만, 전기화재의 주요 요인으로 밝혀지고 있는 전기 아크에 대한 보호대책은 기존에 사 용되고 있는 전기배선 보호기기 즉 배선용 차단기(MCCB)나 누전차단기(ELCB)에는 포함되어 있지 않아 이를 보완할 수 있는 방안이 요구되고 있는 중에 미국과 캐나다를 시작으로 최근 들어 적용되기 시작하였다. 아크 결함 보호용 배선기기가 폭 넓게 사용되기 위해서는 신뢰성 있는 아크 결함 검출특성이 무엇보다 요구되고 있으며, 정상상태의 아크 현상과 과도현상들에 의해 배전선로 보호기기가 오동작 하게 되는 것은 실제 적용에 있어 큰 장애가 된다. 주로 제시된 방법으로는 저가형의 아나로그 신호처리 방식과 유연성에 장점을 두고 있는 디지털 신호처리방식으로 크게 구분되며 유해 아크 검출에는 전류 크기변동 및 아크 발생시의 고주파 동반특성 등에 기반을 둔 유해 아크 검출 및 식별방안들이 사용되고 있다.

선로에 발생하는 아크에 대한 보호개념은 선로에서 아크 신호로 인식될 수 있는 신호가 감지될 때마다 선로 보호용 차단기를 동작시키는 것이 아니라 발생하는 아크가 주변 인화물을 착화시켜 화재가 발생하기 전에 선로 보호용 차단기를 동작시키는 것으로 관련 규격(UL1699)에 응답시간이 규정되어 있다. 그리고 주거용이 아니라 업무용, 산업용 등을 보호대상으로 하게 되면 아크 형태의 다양성이 상당히 넓어지기 때문에 신뢰성 있는 유해 아크 신호의 검출은 어려워지게 된다. 따라서 모든 사용조건에 적합한 유해 아크 검출방식은 이상적 목표이며 부하특성에 적합한 보호방안의 적용이 현실적이다. 이러한 어려움들은 유해 아크 신호의 검출에 신뢰성을 향상시키는 기술개발 필요성을 더욱 부각시키며, 이를 위한 노력들이 요구되고 있다.

본 발명은 이상과 같은 사항을 감안하여 창출된 것으로서, 아크 발생시에 수반되는 전류크기 변동 및 고주파 특성 등에 기반을 둔 기존의 유해 아크 검출방식과는 달리 아크 발생의 확률적 특성으로 나타나는 전류 불연속 특성, 아크전류 펄스 수 및 펄스 폭 변화 등을 이용하여 보다 신뢰성 있게 유해 아크 신호를 검출할 수 있는 아크 결함 보호기기의 유해 아크 신호 검출장치 및 그 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 아크 결함 보호기기의 유해 아크 신호 검출장치는,

전원부와 부하를 연결하는 전기선로에서 측정되는 전류신호를 통하여 아크사고를 예방하는 보호용 기기에 사용되는 유해 아크 신호 검출장치에 있어서,

상기 전기선로에서 검출된 전류 신호로부터 아크 전류의 특성으로 발생하는 전류불연속 지점을 찾는 전류 불연속 감지부;

상기 전기선로에서 검출된 전류 신호로부터 전류 불연속성의 감지 후 첫 번째로 나타나는 전류 영점을 찾는 전류영점 검출부;

상기 전류 불연속 감지부에서 출력되는 반주기 아크 전류의 신호 폭을 연산하고 전류폭 변화상태를 감지하는 전류폭 변화 감지부;

상기 전류 불연속 감지부에서 출력되는 반주기의 아크 전류 발생회수를 일정 기간동안 감지하여 그 개수를 연산하는 발생개수 연산부;

상기 전류 불연속 감지부에서 검출된 첫 번째 전류 불연속 시점으로부터 현 샘플링 시점까지의 경과시간을 연산하는 식별시간 연산부;

상기 발생개수 연산부 및 전류폭 변화 감지부에서 출력되는 반주기 아크 전류 발생개수 및 전류폭 변화상태로부터 검출된 아크 신호의 유해성을 감지하는 유해 아크 감지부; 및

상기 유해 아크 감지부에서 출력되는 유해 아크의 시간축 상의 발생빈도 특성으로부터 보호기기의 동작지령을 출력하는 트립명령 출력부를 포함하여 구성된 점에 그 특징이 있다.

또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 아크 결함 보호기기의 유해 아크 신호 검출방법은,

전원부와 부하를 연결하는 전기선로에서 측정되는 전류신호를 통하여 아크사고를 예방하는 보호용 기기에 있어서의 유해 아크 신호를 검출하는 방법에 있어서,
전원부와 부하를 연결하는 전기선로에서 측정되는 전류신호를 통하여 아크사고를 예방하는 보호용 기기에 있어서의 유해 아크 신호를 검출하는 방법에 있어서:
a) 상기 전기선로에서 검출된 전류 신호(아날로그 신호)를 디지털 데이터로 변환하는 단계;
b) 상기 변환된 디지털 데이터로부터 전류신호의 기울기가 급격히 변하는 현상을 감지하는 단계;
c) 상기 전류 신호의 급격한 변화로부터 전류의 불연속성이 존재하는지의 여부를 판별하는 단계;
d) 상기 판별에서, 불연속성이 존재하지 않으면 상기 단계 a)로 회귀하고, 불연속성이 존재하면 불연속성의 감지 후 첫 번째로 나타나는 전류 영점을 검출하는 단계;
e) 상기 전류 영점이 검출되면 아크 전류 펄스의 발생개수를 연산하는 단계;
f) 상기 전류 펄스 시작시점과 전류 영점 사이의 시간차이로부터 아크 전류펄스폭 변화를 감지하는 단계;
g) 상기 아크 전류 펄스의 최초 발생시점으로부터 경과된 시간인 식별시간을 연산하는 단계;
h) 상기 식별시간 연산과정을 통해 얻은 경과된 시간이 아크발생여부의 판단을 위해 설정된 식별시간보다 큰 지를 판별하는 단계;
i) 상기 경과된 시간이 설정된 식별시간보다 작으면 상기 단계 a)로 회귀하고, 경과된 시간이 설정된 식별시간보다 크면 검출된 전류의 유해 아크 여부를 감지하는 단계; 및

j) 상기 검출된 전류 펄스폭들의 변화가 일정 이상의 값을 가지거나 전류펄스의 발생개수가 설정된 값 이외의 값으로 검출되는 경우 유해 아크로 판정하는 단계를 포함하는 점에 그 특징이 있다.

삭제

여기서, 더 나아가 상기 단계 j)에서 유해 아크로 판정되는 경우 보호기기의 트립 조건을 확인하는 단계와, 트립 조건의 만족 여부를 판별하는 단계 및 트립 조건이 만족되지 않을 경우에는 펄스 개수 및 경과시간의 기준을 후속 발생 펄스의 기준으로 변경하고, 트립 조건이 만족될 경우에는 트립명령을 출력하여 아크 결함 발생원인을 전원으로부터 분리시키는 단계를 더 포함한다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 아크 결함 보호기기의 유해 아크 신호 검출장치의 구 성을 개략적으로 보여주는 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 아크 결함 보호기기의 유해 아크 신호 검출장치는 전원부와 부하를 연결하는 전기선로에서 측정되는 전류신호를 통하여 아크 사고를 예방하는 보호용 기기에 사용되는 유해 아크 신호 검출장치로서, 전류 불연속 감지부(110), 전류영점 검출부(120), 전류폭 변화 감지부(130), 발생개수 연산부(140), 식별시간 연산부(150), 유해아크 감지부(160), 트립명령 출력부(170)를 포함하여 구성된다.

상기 전류 불연속 감지부(110)는 상기 전기선로에서 검출된 전류 신호로부터 아크 전류의 특성으로 발생하는 전류 불연속 지점을 찾는다. 여기서, 이와 같은 전류 불연속 감지부(110)는 바람직하게는 아크가 발생되는 시점에서부터 전류의 흐름이 시작되는 경우와, 아크가 발생되는 시점이 통전되는 전류의 크기가 불연속적 형태로 증가되는 경우의 두 가지 조건에 대하여 처리 가능한 기능을 갖는다. 또한, 바람직하게는 전류 파형의 오목한 형태(concave)를 식별할 수 있는 신호처리기능을 더 갖는다.

상기 전류영점 검출부(120)는 상기 전기선로에서 검출된 전류 신호로부터 전류 불연속성의 감지 후 첫 번째로 나타나는 전류 영점을 찾는다.

상기 전류폭 변화 감지부(130)는 상기 전류 불연속 감지부(110)에서 출력되는 반주기 아크 전류의 신호 폭을 연산하고 전류폭 변화상태를 감지한다.

상기 발생개수 연산부(140)는 상기 전류 불연속 감지부(110)에서 출력되는 반주기의 아크 전류 발생회수를 일정 기간동안 감지하여 그 개수를 연산한다.

상기 식별시간 연산부(150)는 상기 전류 불연속 감지부(110)에서 검출된 첫 번째 전류 불연속 시점으로부터 현 샘플링 시점까지의 경과시간을 연산한다.

상기 유해 아크 감지부(160)는 상기 발생개수 연산부(140) 및 전류폭 변화 감지부(130)에서 출력되는 반주기 아크 전류 발생개수 및 전류폭 변화상태로부터 검출된 아크 신호의 유해성을 감지한다.

상기 트립명령 출력부(170)는 상기 유해 아크 감지부(160)에서 출력되는 유해 아크의 시간축 상의 발생빈도 특성으로부터 보호기기의 동작지령을 출력한다.

도 1에서 참조번호 105는 전원부와 부하를 연결하는 전기선로에 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출센서, 180은 트립명령 출력부(170)로부터의 트립명령에 따라 스위치가 오픈(open) 동작하도록 구동하는 동작구동부, 190은 동작구동부의 동작 구동에 따라 오픈 동작하는 스위치를 각각 나타낸다.

그러면, 이상과 같은 구성을 갖는 본 발명의 아크 결함 보호기기의 유해 아크 신호 검출장치에 의한 유해 아크 신호 검출방법에 대하여 설명해 보기로 한다.

도 2는 본 발명의 아크 결함 보호기기의 유해 아크 신호 검출장치에 의한 유해 아크 신호 검출과정을 보여주는 흐름도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 아크 결함 보호기기의 유해 아크 신호 검출방법에 따라, 먼저 전원과 부하를 연결하는 전기선로에서 전류 검출센서(105)에 의해 검출된 전류 신호(아날로그 신호)를 디지털 데이터로 변환하게 된다(단계 S200). 그런 후, 그 변환된 디지털 데이터로부터 전류신호의 기울기가 급격히 변하는 현상(점프 현상)을 감지하여(단계 S201), 그 전류 신호의 급격한 변화로부터 전 류의 불연속성이 존재하는지의 여부를 판별한다(단계 S202). 여기서, 이와 같은 전류신호의 불연속성 감지와 관련하여 도 3을 참조하면서 설명을 부연해 보기로 한다.

도 3은 전류신호 불연속 감지과정을 보여주는 서브 루틴으로서, 전술한 바와 같이 먼저 검출된 전류신호(아날로그 신호)를 디지털 데이터로 변환하고(단계 S301), 그 변환된 디지털 전류신호를 매 샘플링 시점마다 바로 직전의 샘플링 값과 비교하여 변화량을 연산하게 된다(단계 S302). 그런 후, 직전 샘플링 값을 이것의 양측 샘플링 값의 평균값과 비교하여(단계 S303), 그 차이가 일정값 이상이면 불연속성이 있는 것으로 판정한다(단계 S304). 그런 후, 메인 프로그램(도 2의 흐름도)으로 복귀한다(단계 S305).

한편, 다시 도 2를 참조하면, 상기 단계 S202의 판별에서, 불연속성이 존재하지 않으면 상기 단계 S200으로 회귀하고, 불연속성이 존재하면 불연속성의 감지 후 첫 번째로 나타나는 전류 영점을 검출한다(단계 S203). 그리고, 전류 영점이 검출되면 아크 전류 펄스의 발생개수를 연산한다(단계 S204). 또한, 상기 전류 펄스 시작시점과 전류 영점 사이의 시간차이로부터 아크 전류 펄스폭 변화를 감지한다(단계 S205). 그런 후, 상기 아크 전류 펄스의 최초 발생시점으로부터 경과된 시간을 연산하고(단계 S206), 그 식별시간 연산과정을 통해 얻은 경과된 시간이 설정된 식별시간보다 큰 지를 판별한다(단계 S207).

상기 판별에서 경과된 시간이 설정된 식별시간보다 작으면 상기 단계 a)로 회귀하고, 경과된 시간이 설정된 식별시간보다 크면 검출된 전류의 유해 아크 여부 를 감지한다(단계 S208). 즉, 아크전류 펄스의 발생수와 각 전류 펄스폭 간의 변화 크기를 근거로 검출된 전류가 유해한 아크인지, 아니면 정상상태의 전류인지를 식별하는 것이다.

이때, 상기 검출된 전류 펄스폭들의 변화가 일정 이상의 값을 가지는지의 여부와, 전류펄스의 발생개수가 설정된 값 이외의 값으로 검출되는지의 여부를 판별하여, 검출된 전류 펄스폭들의 변화가 일정 이상의 값을 가지는 경우 유해한 아크로 판단한다. 또한, 전류펄스 폭의 변화가 작은 경우에는 전류펄스의 발생수가 식별시간 내에 발생될 수 있는 60Hz 주파수의 주기에 해당되는 개수 혹은 그 값의 두 배인 경우 외의 숫자로 검출되는 경우 유해 아크인 것으로 판정한다(단계 S209).

다음의 표 1은 전류펄스 발생개수와 전류폭 변화상태에 따른 유해아크 판정기준(식별시간: 66ms설정 시)의 예를 보여주는 것이다.

		전류펄스 발생개수
		4	8	기타
전류폭 변화상태	일정	정상	정상	유해아크
전류폭 변화상태	변화	유해아크	유해아크	유해아크

한편, 상기 단계 S209에서 정상상태의 전류신호로 판정되면 상기 사용된 펄스 발생수(n)와 식별시간을 영의 값으로 초기화(리셋)시키는 한편(단계 S210), 프로그램 진행을 초기단계로 회귀하여 상기 과정을 반복한다. 그리고, 유해 아크로 판정이 되는 경우 보호기기의 트립 조건을 확인하는 과정으로 넘어간다(단계 S211).

그리고, 이 트립조건 확인과정을 통하여 특정 트립조건, 예컨대 식별시간 0.5초 동안 8개의 아크 전류펄스가 발생하는지의 조건이 만족되는지를 판별하게 된다(단계 S212). 이 판별에서 트립조건이 만족되지 못하는 경우, 즉 유해 아크의 발생은 있지만 설정된 일정 기준이상의 아크 발생 빈도가 발생하지 않는 것으로 판단하고 펄스 개수 및 경과시간의 기준을 상기 적용된 아크 전류펄스의 후속으로 발생된 펄스기준으로 변경하여(단계 S213) 앞의 과정을 반복한다. 그리고 상기 단계 S212에서 트립조건이 만족되면 트립명령 출력부(170)(도 1 참조)에 의해 트립명령을 출력하여 동작구동부(180)에 의해 스위치(190)를 오픈(open)시킴으로써 아크결함 발생원인이 전원으로부터 분리되게 한다(단계 S214).

한편, 도 4 및 도 5는 아크 발생으로 인한 통전전류의 불연속 형태로부터 전류신호의 불연속 상태를 식별하기 위한 알고리즘의 기본개념을 보여주는 도면이다.도 4 및 도 5에서 가로축은 전류신호에 대한 샘플링 시점(Tn)을 나타내고 세로축은 전류크기(I)와 샘플링 시점간의 전류크기 변화분(△I)를 표시한 것이다.

도 4는 아크가 발생되는 시점에서부터 전류의 흐름이 시작되는 경우를, 그리고 도 5는 아크가 발생되는 시점이 통전되는 전류의 크기가 불연속적 형태로 증가되는 경우를 각각 나타낸다. 정현파 형태의 정상 전류신호는 전류치의 절대값을 기준하면 볼록형태(convex)를 가지기 때문에 연속되는 세 개의 샘플 시점의 전류 값의 변화폭 값에서 양쪽 끝점에서의 값의 평균값은 실제 중간 시점의 값보다 절대 값이 항상 작거나 같다.

하지만, 아크로 인한 전류의 급격한 상승이 발생하면 전류값 및 전류 기울기 값은 오목형태(concave)를 띄게 되어 전류변화 시점을 포함하는 세 개의 샘플링 시점에서의 값은 양단의 평균값이 가운데의 실제값보다 커지게 된다.

도 4에서 아크발생으로 인한 전류 점프시점은 샘플링 T3와 T4 사이에 존재하며 T4에서의 전류 상승분이 급격히 커지게 되어 T3에서의 실제 전류상승 값보다 T2와 T4의 전류 상승분 값의 평균이 정상상태에 비해 T3의 굵은 선으로 표시된 만큼 커지게 된다. 도 5는 여러 개의 부하가 병렬로 연결된 상태에서 한 선로의 부하측에 아크가 발생되는 경우를 나타내는 것으로, 도 4의 경우와 유사한 형태를 나타내며 동일한 원리로 전류 불연속점을 식별할 수 있다. 도 4 및 도 5에서 점선은 산술연산으로 주어지는 전류크기 변화 정도를, 실선은 측정된 전류크기 변화분을 각각 나타낸다.

도 6은 아크전류 펄스수와 아크 식별시간(T_R) 및 트립조건 확인의 기준시간 (T_T)과의 관계를 나타낸 것이다. 아크의 확률적 발생 특성으로 인해 발생주기가 일정치 않기 때문에 설정된 아크식별시간 내에 발생되는 아크 전류펄스의 수는 정상적인 아크 혹은 정상적인 부하전류와 구별하는 효과적인 요소로 사용될 수 있다. 아크 식별시간으로 설정된 T_R이 60Hz 전원 주파수 주기의 정수배로 주어지면 싸이리스터와 같은 전력용 소자로 제어되는 부하의 전류들은 불연속성을 가지는 특성에서는 아크 전류와 유사하지만 발생 주기는 일정하게 나타나기 때문에 유해 아크 신호를 식별하는데 시간 T_R동안의 전류펄스 발생 수 m은 중요한 역할을 한다. 그리고 불연속성을 가진 전류의 펄스 폭 PW 또한 정상 부하전류 형태와 아크 전류펄스가 상이한 특성을 가지게 되는데 정상부하전류에서는 거의 일정한 펄스폭을 가진 파형이 나타나지만 아크전류 펄스는 불확정적인 아크발생 특성으로 인해 펄스폭의 변화가 크게 나타난다. 따라서 전류 펄스폭의 변화정도가 또 하나의 유해 아크전류 식별 지표가 된다. 도 6의 T_T는 일정기간 동안 발생되는 전류펄스의 수 n을 트립신호 발생 조건으로 적용하기 위해 사용하며, 일례로 0.5초 동안 8개의 전류 펄스 발생여부로 트립신호가 발생되도록 한다.

이상의 설명에서와 같이, 본 발명에 따른 아크 결함 보호기기의 유해 아크 신호 검출방법은 전류의 기울기와 전류 펄스 폭 그리고 발생빈도 등 다수의 아크 특성들을 복합적으로 적용하여 유해 아크 신호를 판정하므로, 기존의 검출방식 보다 선로 보호기기의 트립 오동작에 대한 신뢰성을 높일 수 있는 장점이 있다.

Claims

전원부와 부하를 연결하는 전기선로에서 측정되는 전류신호를 통하여 아크사고를 예방하는 보호용 기기에 사용되는 유해 아크 신호 검출장치에 있어서,

상기 전기선로에서 검출된 전류 신호로부터 아크 전류의 특성으로 발생하는 전류불연속 지점을 찾는 전류 불연속 감지부;

상기 전기선로에서 검출된 전류 신호로부터 전류 불연속성의 감지 후 첫 번째로 나타나는 전류 영점을 찾는 전류영점 검출부;

상기 전류 불연속 감지부에서 출력되는 반주기 아크 전류의 신호 폭을 연산하고 전류폭 변화상태를 감지하는 전류폭 변화 감지부;

상기 전류 불연속 감지부에서 출력되는 반주기의 아크 전류 발생회수를 일정 기간동안 감지하여 그 개수를 연산하는 발생개수 연산부;

상기 전류 불연속 감지부에서 검출된 첫 번째 전류 불연속 시점으로부터 현 샘플링 시점까지의 경과시간을 연산하는 식별시간 연산부;

상기 발생개수 연산부 및 전류폭 변화 감지부에서 출력되는 반주기 아크 전류 발생개수 및 전류폭 변화상태로부터 검출된 아크 신호의 유해성을 감지하는 유해 아크 감지부; 및

상기 유해 아크 감지부에서 출력되는 유해 아크의 시간축 상의 발생빈도 특성으로부터 보호기기의 동작지령을 출력하는 트립명령 출력부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 아크 결함 보호기기의 유해 아크 신호 검출장치.
제1항에 있어서,

상기 전류 불연속 감지부는 아크가 발생되는 시점에서부터 전류의 흐름이 시작되는 경우와, 아크가 발생되는 시점이 통전되는 전류의 크기가 불연속적 형태로 증가되는 경우의 두 가지 조건에 대하여 처리 가능한 기능을 갖는 것을 특징으로 하는 아크 결함 보호기기의 유해 아크 신호 검출장치.
제2항에 있어서,

상기 전류 불연속 감지부는 전류 파형의 오목한 형태(concave)를 식별할 수 있는 신호처리기능을 더 갖는 것을 특징으로 하는 아크 결함 보호기기의 유해 아크 신호 검출장치.
전원부와 부하를 연결하는 전기선로에서 측정되는 전류신호를 통하여 아크사고를 예방하는 보호용 기기에 있어서의 유해 아크 신호를 검출하는 방법에 있어서:

a) 상기 전기선로에서 검출된 전류 신호(아날로그 신호)를 디지털 데이터로 변환하는 단계;

b) 상기 변환된 디지털 데이터로부터 전류신호의 기울기가 급격히 변하는 현상을 감지하는 단계;

c) 상기 전류 신호의 급격한 변화로부터 전류의 불연속성이 존재하는지의 여부를 판별하는 단계;

d) 상기 판별에서, 불연속성이 존재하지 않으면 상기 단계 a)로 회귀하고, 불연속성이 존재하면 불연속성의 감지 후 첫 번째로 나타나는 전류 영점을 검출하는 단계;

e) 상기 전류 영점이 검출되면 아크 전류 펄스의 발생개수를 연산하는 단계;

f) 상기 전류 펄스 시작시점과 전류 영점 사이의 시간차이로부터 아크 전류펄스폭 변화를 감지하는 단계;

g) 상기 아크 전류 펄스의 최초 발생시점으로부터 경과된 시간인 식별시간을 연산하는 단계;

h) 상기 식별시간 연산과정을 통해 얻은 경과된 시간이 아크발생여부의 판단을 위해 설정된 식별시간보다 큰 지를 판별하는 단계;

i) 상기 경과된 시간이 설정된 식별시간보다 작으면 상기 단계 a)로 회귀하고, 경과된 시간이 설정된 식별시간보다 크면 검출된 전류의 유해 아크 여부를 감지하는 단계; 및

j) 상기 검출된 전류 펄스폭들의 변화가 일정 이상의 값을 가지거나 전류펄스의 발생개수가 설정된 값 이외의 값으로 검출되는 경우 유해 아크로 판정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 아크 결함 보호기기의 유해 아크 신호 검출방법.
제4항에 있어서,

상기 단계 j)에서 유해 아크로 판정되는 경우 보호기기의 트립 조건을 확인 하는 단계와, 트립 조건의 만족 여부를 판별하는 단계 및 트립 조건이 만족되지 않을 경우에는 펄스 개수 및 경과시간의 기준을 후속 발생 펄스의 기준으로 변경하고, 트립 조건이 만족될 경우에는 트립명령을 출력하여 아크 결함 발생원인을 전원으로부터 분리시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 아크 결함 보호기기의 유해 아크 신호 검출방법.
제5항에 있어서,

상기 트립조건의 만족여부 판별은 설정한 식별시간 내에 발생되는 아크전류 펄스의 개수 즉 일예로서 식별시간 0.5초 동안 8개의 아크 전류펄스가 발생하는지의 조건이 만족되는지를 판별하는 것을 특징으로 하는 아크 결함 보호기기의 유해 아크 신호 검출방법.
제4항에 있어서,

상기 단계 c)에서의 전류의 불연속성이 존재하는지의 여부를 판별하기 위해 실행하는 전류 불연속성 감지를 위한 서브 루틴은,

검출된 전류신호(아날로그 신호)를 디지털 데이터로 변환하는 단계;

상기 변환된 디지털 전류신호를 매 샘플링 시점마다 바로 직전의 샘플링 값과 비교하여 변화량을 연산하는 단계; 및

상기 직전 샘플링 값을 이것의 양측 샘플링 값의 평균값과 비교하여 그 차이가 일정값 이상이면 불연속성이 있는 것으로 판정하는 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 아크 결함 보호기기의 유해 아크 신호 검출방법.
제4항에 있어서,

상기 단계 j)에서의 유해 아크 판정에 있어서 전류펄스 폭의 변화가 작은 경우에는 전류펄스의 발생수가 식별시간 내에 발생될 수 있는 60Hz 주파수의 주기에 해당되는 개수 혹은 그 값의 두 배인 경우 외의 숫자로 검출되는 경우 유해 아크인 것으로 판정하는 것을 특징으로 하는 아크 결함 보호기기의 유해 아크 신호 검출방법.