KR101308003B1 - 웨이블릿 기반 아크 판별방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전기 패널 내의 화재를 사전에 예측하기 위하여 부하전류의 전기 신호 특성을 분석하여, 열과 연기 이외의 전기적인 화재 징후를 실시간으로 검출하여 화재에 신속히 대처할 수 있는 웨이블릿 기반 아크 판별방법으로서, 더욱 상세하게는 전기 패널 내의 전기 화재를 예측하기 위하여, 전기 패널 내의 전기 신호를 검출하는 단계; 상기 검출된 전기 신호를 시간(Time) 영역에서 분석하여 아크를 판정하는 단계; 상기 검출된 전기 신호를 주파수(Frequency) 영역에서 분석하여 아크를 판정하는 단계; 상기 검출된 전기 신호를 웨이블릿 변환 영역에서 분석하여 아크를 판정하는 단계 및 상기 시간영역, 주파수 영역 및 웨이블릿 변환 영역에서 상기 검출된 전기 신호가 모두 아크로 판정될 때에만 상기 검출된 전기 신호를 아크로 최종 판별하는 웨이블릿 기반 아크 판별 방법에 관한 것이다.

Description

웨이블릿 기반 아크 판별방법{Mehthod of arc detection based on Wavelet}
본 발명은 전기 패널 내의 화재를 사전에 예측하기 위하여 부하전류의 전기 신호 특성을 분석하여, 열과 연기 이외의 전기적인 화재 징후를 실시간으로 검출하여 화재에 신속히 대처할 수 있는 웨이블릿 기반 아크 판별방법으로서, 더욱 상세하게는 전기 패널 내의 전기 화재를 예측하기 위하여, 전기 패널 내의 전기 신호를 검출하는 단계; 상기 검출된 전기 신호를 시간(Time) 영역에서 분석하여 아크를 판정하는 단계; 상기 검출된 전기 신호를 주파수(Frequency) 영역에서 분석하여 아크를 판정하는 단계; 상기 검출된 전기 신호를 웨이블릿 변환 영역에서 분석하여 아크를 판정하는 단계 및 상기 시간영역, 주파수 영역 및 웨이블릿 변환 영역에서 상기 검출된 전기 신호가 모두 아크로 판정될 때에만 상기 검출된 전기 신호를 아크로 최종 판별하는 웨이블릿 기반 아크 판별 방법에 관한 것이다.
배전반, 고압전동기 기동반, 그리고 철도전원실에 설치된 신호 전원공급장치 등의 소공간에는 전기화재 발생 위험성이 내재되어 있으나, 기기 내부에 소화장치가 설치되어 있지 않거나, 자동화재탐지설비로 구성되어 있어 감지기의 오동작 또는 부동작에 의한 화재감지 실패 시 그 기능을 상실할 수 있다. 따라서 화재 발생 시 기기소실의 1차 피해뿐만 아니라, 화재 확대에 따른 2차 피해가 가능하다.
이와 같이 전기 Panel과 같은 소공간의 화재 감시제어를 위한 기존의 아크차단기는 전기화재로 전이되는 아크의 크기에 관계없이, 아크차단기로 일정크기의 아크를 감지하여 전기회로를 트립시키기 때문에 기존의 전기화재 예측시스템은 아크에 대한 경보만을 발생시켜 실제로 화재가 발생했을 때 화재진압을 할 수 없다.
특히, 전기화재로 인한 소공간의 화재감시를 위해서는 전기화재의 특성을 알아야 하며, 이를 사전에 점검하여야 전기화재를 미연에 방지할 수 있다. 전기화재의 발생요인으로는 단락(합선)이 가장 큰 부분을 차지하고 있고, 누전, 과전류, 스파크 등이 그 뒤를 따르고 있다. 전기화재에서의 고장요인과 발화과정을 보면 첫째, 부하용량 초과에 의한 과부하로 인한 전기화재, 둘째, 접촉불량 또는 타물건과의 접촉에 의한 스파크 현상과 이로 인한 과열 및 불똥에 의한 전기화재, 셋째, 기타 제품불량 등에 의한 전기화재로 구분할 수 있다.
그러므로 위의 요인을 사전에 감시하고 검출할 수 있다면 많은 전기화재를 미연에 방지하고 사전점검을 통한 예지보전이 가능하다. 즉, 현재 사용하는 부하전류량을 감시하고, 전기시스템 및 회로에서 접촉불량이나 절연파괴 등을 미리 감지하여 전기화재를 예측할 수 있는 것이다. 대부분의 전기화재에서 미리 아크를 감지하면 많은 화재를 미연에 방지할 수 있을 것이고, 이를 전기화재의 징후로 이용할 수 있다.
그러나, 현재 국내의 경우 전기사고를 방지하기 위하여 배선용차단기, 누전차단기 등의 보호장치가 사용되고 있으나 이들 보호장치는 사고 발생 시 확산을 막기 위하여 신속히 차단할 수는 있지만 각종 사고의 원인이 되는 아크신호를 검출하여 감시하는 시스템은 이루어져 있지 않다. 게다가, 현재 사용되는 차단기는 전류동작형 차단기로, 아크전압이 높은 경우에는 아크전류가 상당히 낮아져 회로를 차단할 수 없다. 따라서 반복적으로 발생하는 아크로 에너지가 축적되어 전기화재가 발생할 가능성이 높아진다.
아크를 주파수 영역에서 분석하면 1~10kHz 사이의 주파수 특성을 발견 할 수가 있고, 이는 접촉불량이나 절연 파괴의 징후로 해석 될 수 있다. 그러나 부하의 정상적인 스위치 동작에서도 이러한 주파수 특성을 보이고 있고 또한 부하의 정상적인 동작 시에도 지속적인 고주파를 발생시키므로 이를 구별하여 부하에 의한 스파크인지 고장원인으로서의 스파크인지를 판단해야 한다.
지금까지 알려진 아크검출방법은 시간영역, 주파수영역, 이산 웨이블릿 분석 등이 있다. 시간영역을 이용한 방법은 최대치 및 실효치의 변화를 통해 아크를 검출할 수 있으나 저항성 부하 등에서는 그 변화가 미소하여 한계가 있고, 주파수 영역을 이용한 방법은 고조파, 내부고조파의 실효치 및 에너지 등을 통해 아크를 검출하지만 시간 정보가 없고 스위치 등의 순간적인 Surge 등에서는 정확한 주파수분석이 어려운 단점이 있다. 이산 웨이블릿을 이용한 방법은 아크파형을 근사계수와 상세계수로 분해하여 최대치 및 실효치의 변화율로 아크를 검출할 수 있으나 파형의 특성에 따라 적합한 분해레벨과 주파수 범위를 선정해야 하기 때문에 다양한 부하에서 정확히 검출하기에는 어려움이 있었다.
한국공개특허공보 2010-0125810호(2010.12.01.공개) 한국공개특허공보 2010-0125810호에서는 전력기기용 아크 발생 위치 측정장치에 있어서, 아크에 의해 발생한 광신호를 전달하는 광섬유와, 상기 광섬유의 단부에 마련되고 접속하여 신호를 전달하는 커넥터(connector)를 갖는 광 센서; 상기 광 센서의 커넥터에 접속되는 다수의 커넥터 단자와, 상기 커넥터 단자에 설치되며 광신호를 전기적 신호로 변환하여 검출신호로서 출력하는 광전변환소자를 가지며, 상기 광전변환소자로부터의 검출신호를 아날로그-디지털 변환하여 검출 데이터로서 제공하는 데이터 획득 유닛(data acquisition unit); 및 상기 데이터 획득 유닛에 접속되어, 상기 데이터 획득 유닛으로부터 제공되는 검출 데이터를 수신하고, 상기 광 센서가 포인트 센서(point sensor)인 경우, 해당 포인트 센서의 설치 위치에 따라서 저장된 위치정보로서 아크 발생 위치를 결정하며, 상기 광 센서가 루프 센서(loop sensor)인 경우, 각각의 검출 데이터 수신시간의 차이를 측정한 측정값과 미리 설정된 광 센서 내 빛의 속도를 근거로, 아크 발생 위치를 산출하는 신호처리부;를 포함하는 전력기기용 아크발생 위치 측정장치를 공개하고 있다. 그러나, 한국공개특허공보 2010-0125810호에서도 단지 아크 발생위치를 신속하게 측정하고 알 수 있도록 측정장치를 제공하는 것으로서, 아크에 대한 전압값과 전력값을 정확히 측정하기 어려웠으며, 파형의 특성에 따라 적합한 분해레벨과 주파수 범위를 선정해야 하기 때문에 다양한 부하에서 정확히 검출하기에는 어려움이 있었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 전기 패널과 같은 좁은 공간에서 전기화재가 발생하기 전에 전기화재를 예측할 수 있도록 아크를 판별하는 웨이블릿 기반 아크 판별방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 시간영역, 주파수 영역 및 웨이블릿 변환영역에서 부하 전류 신호를 모두 분석하여 아크를 판정함으로써 화재를 유발할 수 있는 전기 신호를 정확하게 판별하는 웨이블릿 기반 아크 판별방법을 제공하는 것이다.
그리고, 본 발명은 전기화재가 발생하기 전에 전기화재를 예측할 수 있는 아크를 정확히 판별하여, 관리자에게 알람 또는 LED로 경보해 줌으로써 전기로 인한 화재를 미연에 방지할 수 있는 웨이블릿 기반 아크 판별방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 과제들을 해결하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웨이블릿 기반 아크 판별방법은 전기 패널 내의 전기 화재를 사전에 예측하기 위하여, (a) 전기 패널 내의 전기 신호를 검출하는 단계; (b-1) 상기 검출된 전기 신호를 시간(Time) 영역에서 분석하여 아크를 판정하는 단계; (b-2) 상기 검출된 전기 신호를 주파수(Frequency) 영역에서 분석하여 아크를 판정하는 단계; (b-3) 상기 검출된 전기 신호를 웨이블릿 변환하여 분석하여 아크를 판정하는 단계 및 (c) 상기 (b-1),(b-2), (b-3) 단계에서 상기 검출된 전기 신호가 모두 아크로 판정될 때에만 상기 검출된 전기 신호를 아크로 최종 판별하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 웨이블릿 기반 아크 판별 방법은 상기 (b-1) 단계는 전류파형 왜곡값을 이용하여 아크를 판정하는 것을 특징으로 하며, (b-2) 단계는 홀수 고조파 증가율 및 1kHz 이상 대역의 고주파 증가율에 따라 아크를 판정하는 것을 특징으로 하며, (b-3) 단계는 미리 정해진 문턱값보다 큰 경우에는 아크로 판정하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명의 웨이블릿 기반 아크 판별방법은 전류파형 왜곡값을 (b-1-1) 전기 패널 내의 정상적인 전기 신호를 2의 n배수(n은 3 이상의 자연수)로 샘플링하여 디지털 변환하고, 그 값을 저장하는 단계; (b-1-2) 상기 검출된 전기 신호를 2의 n배수(n은 3 이상의 자연수)로 샘플링하여 디지털 변환하는 단계; (b-1-3) 상기 정상적 전기신호의 저장된 디지털 변환 값과 검출된 전기신호의 디지털 변환 값의 절대값 차이의 평균값을 연산하는 단계, (b-1-4) 상기 정상적 전기신호의 저장된 디지털 변환 값 중 최하위의 값과 상기 검출된 전기 신호의 디지털 변환 값의 최하위 값의 절대값을 구하는 단계, (b-1-5) 상기 정상적 전기신호의 저장된 디지털 변환 값 중 최하위의 값에 대한 시간값과 상기 검출된 전기 신호의 디지털 변환 값의 최하위 값의 시간값의 차이를 절대값으로 연산하는 단계 및 (b-1-6) 상기 (b-1-3)에서 연산된 평균값, (b-1-4)에서 구한 절대값 및 (b-1-5)의 절대값의 합을 전류파형의 왜곡값으로 결정하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 웨이블릿 기반 아크 판별방법은 상기 검출된 전기 신호가 아크로 최종 판별되었을 경우에는 LED 또는 알람을 통해 관리자에게 경보하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 웨이블릿 변환은 Coiflet 웨이블릿 함수를 적용하여 변환하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 웨이블릿 기반 아크 판별방법은 전기 패널과 같은 좁은 공간에서 전기화재가 발생하기 전에 전기화재를 예측할 수 있도록 하여준다.
또한, 본 발명의 웨이블릿 기반 아크 판별방법은 시간영역, 주파수 영역 및 웨이블릿 변환영역에서 부하 전류 신호를 모두 분석하여 아크를 판정함으로써 화재를 유발할 수 있는 전기 신호를 정확하게 판별하는 것이 가능하다.
그리고, 본 발명의 웨이블릿 기반 아크 판별방법은 전기화재가 발생하기 전에 전기화재를 예측할 수 있는 아크를 정확히 판별하여, 관리자에게 알람 또는 LED로 경보해 줌으로써 전기로 인한 화재를 미연에 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 아크실험 구성도
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 시간영역에서의 아크 발생시 전압과 전류의 파형도
도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 시간영역에서의 저항부하의 아크 발생시 전류의 변화도
도 2c는 본 발명의 실시예에 따른 시간영역에서의 일반부하의 아크 발생시 전류의 변화도
도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 주파수영역에서의 정상상태의 고조파 성분도
도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 주파수영역에서의 아크발생시 저항부하의 고조파 성분도
도 3c는 본 발명의 실시예에 따른 본 발명의 실시예에 따른 주파수영역에서의 정상상태의 일반 부하의 고조파 성분도
도 3d는 본 발명의 실시예에 따른 본 발명의 실시예에 따른 주파수영역에서의 아크 발생시 일반 부하의 고조파 성분도
도 4a는 본 발명의 실시예에 따른 주파수 대역별 저항부하의 아크전력과 정상전력의 비율
도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 주파수 대역별 일반부하의 아크전력과 정상전력의 비율
도 5a는 본 발명의 실시예에 따른 웨이블릿 변환에서의 아크 발생시 저항부하의 전류파형
도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 저항부하에서 웨이블릿 변환시 Coiflet 5 Level을 적용한 전류파형
도 5c는 본 발명의 실시예에 따른 저항부하에서의 문턱값 결정을 위한 전류파형도
도 6a는 본 발명의 실시예에 따른 웨이블릿 변환에서의 아크 발생시 일반부하의 전류파형
도 6b는 본 발명의 실시예에 따른 일반부하에서 웨이블릿 변환시 Coiflet 5 Level을 적용한 전류파형
도 6c는 본 발명의 실시예에 따른 일반부하에서의 문턱값 결정을 위한 전류파형도
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 아크 판별방법을 설명하는 플로우 차트
도 8a는 본 발명의 실시예에 따른 정상적 전기신호의 아크판별도
도 8b는 본 발명의 실시예에 따른 아크와 유사한 정상적 전기신호의 아크판별도
도 8c는 본 발명의 실시예에 따른 아크 신호의 아크판별도
아크 검출방법에는 아크 발생 시의 빛을 검출하는 광 검출법, 전자기파 검출법, 급격한 임피던스의 변화로 인하여 나타나는 고주파 전압, 전류검출법, 전압검출법이 있다. 그러나 기존의 많은 아크차단기 및 아크감지기, 전기화재 예측시스템은 아크전류의 시간영역과 주파수영역에 국한하여 아크특성의 주요 요소들을 다양하게 조합하여 검출 알고리즘을 제시하고 있다.
일반적으로 아크현상은 일상생활에서 많이 볼 수 있으며, 브러시가 부착된 모터나 전기 코드의 접촉 시, 전기 도선이 느슨하게 연결된 경우, 형광등 On/Off시에도 확인할 수 있. 그러나 이러한 아크에서는 부동작하고, 전기 화재의 위험성을 내포하는 아크현상을 검출하고 경보를 울려야 한다.
따라서 본 발명에서는 도 1과 같은 아크실험 구성도를 통해 대표적인 저항성 부하와 R-L-C 혼합으로 구성된 일반부하 가동 중 아크를 발생시켰을 때의 파형특성을 분석하였다.
(가) 시간영역에서의 전기신호 분석
저항성 부하가 가동 중 아크가 발생하면 아크발생 지점 양단의 전압파형은 도 2a와 같이 구형파와 임펄스의 혼합파형이 나타난다. 또한 전압의 임펄스 파형 부분에서 전류의 0점 지연현상이 나타나고, 도 2b와 같이 전류의 크기는 감소한다. 이와 같은 현상은 도2c와 같이 R-L-C 혼합의 일반부하 일 때 더 두드러지게 나타난다.
(나) 주파수 영역에서의 전기신호 중 고조파 분석
도 3a와 도 3b의 정상전류 및 아크전류에 대해 FFT 분석을 하였다. 정상상태에서는 부하에 따른 고조파성분이 존재하나, 아크 발생 시에는 홀수 고조파 성분이 증가한다. 저항성분이 큰 부하의 경우는 도 3c와 같이 홀수 고조파가 현저하게 증가하고, R-L-C 혼합의 일반부하의 경우는 도 3d와 같이 짝수 고조파도 같이 증가한다. 정수배가 아닌 고조파인 비정규 고조파도 정상상태를 벗어나면 함께 증가하나 특징적인 요소를 뽑기 위해 정수배 고조파만을 고려한다.
(다) 주파수 영역에서의 전기신호 중 고주파 분석
고주파란 높은 주파수를 가진 전자파를 뜻하는 것으로 저주파에 대응하는 의미로 사용되며, 쓰이는 분야에 따라 여러 가지로 뜻으로 쓰이고 있어 명확한 구분이 없다. 전력공학 분야에서는 상용주파수인 50~60Hz를 저주파, 그 이상을 고주파라고 하고 있으나, 본 발명에서는 아크에 대한 주파수 발생영역을 구분하기 위해 1kHz를 기준으로 저주파와 고주파를 구분하여 서술하였다.
도 4a와 도 4b의 정상전류 및 아크전류에 대해 고주파 분석을 하였다. 1kHz 이하의 저주파 영역에서는 아크전력의 크기가 정상상태 전력의 크기보다 약 50% 작고, 1kHz 이상의 고주파 영역에서는 그 크기가 최소 200% 이상 증가하며, R-L-C 혼합의 일반부하일 경우 그 증가 비율은 더 커진다.
(라) 웨이블릿 기반의 전기신호 분석
아크는 부하의 종류 및 크기에 따라 아크의 형태 및 크기를 정량화하는 것이 쉽지 않고, 무수히 많은 가능성이 존재하기 때문에 시간영역 분석과 주파수 영역의 분석만으로는 전기화재를 유발할 수 있는 아크를 모두 판별해낼 수 없다. 따라서, 본 발명에서는 직교변환인 웨이블릿 변환을 통해 전기신호를 재분석하였다.
본 발명에서 사용된 웨이블릿은 Coiflet 웨이블릿 함수를 적용하였다. 웨이블릿 변환방식에서는 아크전류파형을 근사계수로 오차를 가장 작은 값으로 변환을 시켜 변환계수를 Level 5까지 분해하여, Threshold 값을 통해 아크를 검출한다. Level 5이상의 분해 Level부터는 유사한 형태를 가지고 있어 연산회수의 축소를 위해 Level 5까지 분해 Level을 정해 전기신호를 분석하였다.
(라-1) 저항성 부하
먼저 도 5a는 저항성 부하에 아크 발생 시 발생한 파형으로 파형의 왜곡과 0에 가까운 값에 일정시간동안 지연되고 있는 것을 알 수 있다.
도 5b는 변환계수 5 Level 적용 시 파형을 나타낸다. Coiflet 웨이블릿을 적용한 것으로 아크가 발생된 지점에 임펄스 형식의 파형이 발생하는 것을 볼 수 있다.
도 5c도 아크가 발생된 지점에 임펄스 형식의 파형이 생성됨을 알 수 있고, 이 값을 이용하여 Threshold 값을 결정 할 수 있다. 정상파형 부분에서는 0에 수렴하고 있으며, 점선으로 Threshold 값을 0.1로 할 경우 이보다 큰 아크에서는 검출이 가능한 것을 알 수 있다.
(라-2) 일반부하
도 6a는 일반부하(R-L-C 혼합부하)에 아크 발생 시 발생한 파형으로 파형의 왜곡과 잡음 그리고 0에 가까운 값에 일정시간동안 지연되고 있는 것을 알 수 있다.
도 6b는 변환계수 5 Level를 적용하여 Coiflet 웨이블릿을 수행한 파형으로, 아크가 발생한 지점에 임펄스 형식의 파형이 생기는 것을 볼 수 있다.
도 6c는 아크가 발생한 지점에 임펄스 형식의 파형이 생성됨을 알 수 있고, 이 값을 이용하여 Threshold 값을 결정 할 수 있다. 정상파형 부분에서는 0에 수렴하고 있으며, 점선으로 Threshold 값을 0.1로 할 경우 이보다 큰 아크에서는 검출이 가능한 것을 알 수 있다.
문턱값은 아크가 없을 경우에는 0에 근접한 값이나, 아크나 임펄스 발생시 그 값이 변화하므로 부하 상태에 따른 전류파형의 패턴을 며칠 간(약 15일) 저장 후 민감도에 따라 문턱값(0.1 내외)을 결정한다.
도 7은 본 발명에 따른 웨이블릿 기반의 아크 판별방법을 플로우차트로 나타낸 도면이다.
본 발명에서는 검출된 전기신호를 아날로그-디지털 (ADC) 변환한다. 그리고, 디지털 변환된 값으로부터 전류파형 왜곡값을 계산하고, 계산된 전류파형 왜곡값이 미리 정해진 값보다 높은지를 판별하게 된다.
시간 영역에서의 전기신호의 분석 및 전류파형 왜곡값은 아래와 같이 산출한다.
먼저, 시간영역의 분석을 위해 정상적인 전기신호의 정펄스 시작점부터 다음 정펄스 시작점까지 한 주기를 2의 n배수(n은 3 이상의 자연수)로 샘플링하여 디지털 변환하고, 그 값을 저장하며, 검출된 전기 신호를 2의 n배수(n은 3 이상의 자연수)로 샘플링하여 디지털 변환한다. 그리고, 정상적 전기신호의 저장된 디지털 변환 값과 검출된 전기신호의 디지털 변환 값의 절대값 차이의 평균값을 연산하며, 정상적 전기신호의 저장된 디지털 변환 값 중 최하위의 값과 상기 검출된 전기 신호의 디지털 변환 값의 최하위 값의 절대값을 구한다.
또한, 시간축의 차이값을 계산하기 위하여 정상적 전기신호의 저장된 디지털 변환 값 중 최하위의 값에 대한 시간값과 검출된 전기 신호의 디지털 변환 값의 최하위 값의 시간값의 차이를 절대값으로 연산한다.
이렇게 연산된 평균값, 최하위값의 절대값 및 시간값 차이의 절대값의 합을 전류파형의 왜곡값으로 결정하게 된다.
전류파형 왜곡값을 통해 아크 여부를 판별하기 위한 기준값은 아크가 없을 경우에는 0에 근접한 값이나, 아크나 임펄스 발생시 그 값이 변화하므로 기준값인 파형의 왜곡값을 설정하기 위해 부하 상태에 따른 전류파형의 패턴을 며칠 간(약 15일) 저장 후 민감도에 따라 판별 기준값을 결정한다.
또한, 본 발명에서는 검출된 전기신호를 퓨리에 변환하여 고조파 및 고주파가 정해진 값보다 큰 지를 판별하게 된다. 본 발명의 주파수 영역에서의 홀수 고조파 증가율과 1kHz이상의 고주파 검출을 아크로 판별하게 된다.
그리고, 본 발명에서는 시간영역 분석과 주파수 영역의 분석만으로는 전기화재를 유발할 수 있는 아크를 모두 판별해낼 수 없는 아크를 판별하기 위하여 웨이블릿 변환하고, 정해진 문턱값보다 높은 경우에는 아크로 판별한다.
즉, 본 발명은 시간영역, 주파수 영역 및 웨이블릿 변환영역에서 모두 아크로 판정되어야만 전기화재를 유발할 수 있는 아크로 최종판별하게 된다.
그리고, 이렇게 아크로 최종 판별하게 되면, 관리자가 전기화재의 유발요소가 있음을 인식할 수 있도록 알람 또는 LED로 경보하게 된다.
본 발명의 웨이블릿 기반 아크 판별방법을 시간, 주파수, 웨이블릿 변환 영역에서 판정하여 보았다.
도 8a는 정상파형이 입력되었을 때 단계별 아크판정을 나타낸다. 정상파형이 입력되었을 때에는 각 단계별로 모두 정상파형으로 판정하였다.
본 발명의 웨이블릿 기반 아크 판별방법은 시간영역 단계에서 정상파형으로 판정하면 주파수 영역의 분석이나 웨이블릿 변환을 수행하지 않고 다음 신호파형을 받아들인다.
도 8b는 아크와 유사한 정상파형이 입력되었을 때 단계별 아크판정을 나타낸다. 스위칭이나 Surge로 인해 발생한 정상파형의 왜곡은 시간 영역 및 주파수 영역에서 아크로 오판정 하였다.
도 8c는 아크파형이 입력되었을 때 단계별 아크판정을 나타낸다. 아크파형이 입력되었을 때에는 각 단계에서 모두 아크파형으로 판정하였다.
도 8b는 왜곡파형의 특성이 아크 발생 시 나타나는 전기적 특성인 실효값 감소, 홀수고조파 및 고주파성분 증가를 보이고 있기 때문에 시간영역과 주파수 영역에서 아크로 판정하였으나, 웨이블릿 영역에서 Threshold 값을 넘지 않아 정상파형으로 판정하였고, 이것으로 인하여 최종 정상파형으로 판정하였다.
즉, 도 8a의 정상파형은 시간 영역에서 장상으로 판정되어 정상으로 최종 판정되고, 도 8b의 아크 파형과 유사한 파형의 경우에는 시간영역, 주파수 영역에서는 아크로 판정되었더라도 웨이블릿 영역에서 정상으로 판정되어 최종적으로는 정상으로 판정되었으며, 도 8c의 아크파형은 시간영역, 주파수 영역 및 웨이블릿 영역 모두에서 아크로 판정되어 최종적으로 아크로 판정되었다.
비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.

Claims (7)

  1. 전기 패널 내의 전기 화재를 사전에 예측하기 위하여,
    (a) 전기 패널 내의 전기 신호를 검출하는 단계;
    (b-1) 상기 검출된 전기 신호를 시간(Time) 영역에서 분석하여 아크를 판정하는 단계;
    (b-2) 상기 검출된 전기 신호를 주파수(Frequency) 영역에서 분석하여 아크를 판정하는 단계;
    (b-3) 상기 검출된 전기 신호를 웨이블릿 변환하여 분석하여 아크를 판정하는 단계 및
    (c) 상기 (b-1),(b-2), (b-3) 단계에서 상기 검출된 전기 신호가 모두 아크로 판정될 때에만
    상기 검출된 전기 신호를 아크로 최종 판별하는 것을 특징으로 하는
    웨이블릿 기반 아크 판별 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    (b-1) 단계는 전류파형 왜곡값을 이용하여 아크를 판정하는 것을 특징으로 하는
    웨이블릿 기반 아크 판별 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    (b-2) 단계는 홀수 고조파 증가율 및 1 kHz 이상 대역의 고주파 증가율에 따라 아크를 판정하는 것을 특징으로 하는
    웨이블릿 기반 아크 판별 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    (b-3) 단계는 미리 정해진 문턱값보다 큰 경우에는 아크로 판정하는 것을 특징으로 하는 웨이블릿 기반 아크 판별 방법.

  5. 제 2 항에 있어서,
    (b-1-1) 전기 패널 내의 정상적인 전기 신호를 2의 n배수(n은 3 이상의 자연수)로 샘플링하여 디지털 변환하고, 그 값을 저장하는 단계;
    (b-1-2) 상기 검출된 전기 신호를 2의 n배수(n은 3 이상의 자연수)로 샘플링하여 디지털 변환하는 단계;
    (b-1-3) 상기 정상적 전기신호의 저장된 디지털 변환 값과 검출된 전기신호의 디지털 변환 값의 절대값 차이의 평균값을 연산하는 단계,
    (b-1-4) 상기 정상적 전기신호의 저장된 디지털 변환 값 중 최하위의 값과 상기 검출된 전기 신호의 디지털 변환 값의 최하위 값의 절대값을 구하는 단계;
    (b-1-5) 상기 정상적 전기신호의 저장된 디지털 변환 값 중 최하위의 값에 대한 시간값과 상기 검출된 전기 신호의 디지털 변환 값의 최하위 값의 시간값의 차이를 절대값으로 연산하는 단계;
    (b-1-6) 상기 (b-1-3)에서 연산된 평균값, (b-1-4)에서 구한 절대값 및 (b-1-5)의 절대값의 합을 전류파형의 왜곡값으로 결정하는 것을 특징으로 하는
    웨이블릿 기반 아크 판별 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 검출된 전기 신호가 아크로 최종 판별되었을 경우에는 LED 또는 알람을 통해 관리자에게 경보하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
    웨이블릿 기반 아크 판별 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 웨이블릿 변환은 Coiflet 웨이블릿 함수를 적용하여 변환하는 것을 특징으로 하는
    웨이블릿 기반 아크 판별 방법.
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