KR101454203B1 - 저전류 아크 검출 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 저전류 아크 검출 시스템에 관한 것으로서, 최소전류 3A 미만의 낮은 전류에서 발생되는 아크 고장을 검출 및 차단함으로써, 배선 및 전기 장치에서 발생하는 전기화재를 사전 예방할 수 있으며, 광대역 고주파 RF 대역의 아크를 검출함으로써, 더욱 낮은 전류에서 아크 검출이 가능하며, 유해 아크 및 무해 아크를 구분함으로써, 아크 오동작 트립 차단을 방지할 수 있는 저전류 아크 검출 시스템을 제공함에 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 상용교류 전원을 정류하여 아크 발생여부를 카운트 하기 위한 기준신호를 생성하는 제로 크로싱부; CT(Current Transformer) 전류센서로서, 고주파 아크 신호를 검출하기 위하여, 상용교류 전원으로부터 고주파(RF) 아크 전류를 검출하는 광대역 고주파 전류 검출부; CT(Current Transformer) 전류센서로서, 상용교류 전원으로부터 저주파 전류를 검출하는 저주파 전류 검출부; ZCT(Zero Current Transformer) 전류센서로서, 상용교류 전원으로부터 누전시 발생하는 전류를 검출하는 누전 전류 검출부; 아크 신호를 주기적으로 카운팅 할 수 있도록, 상기 광대역 고주파 전류 검출부를 통해 검출한 고주파 아크 전류를 증폭하고 펄스로 변환하는 아크 펄스 변환부; 고주파 아크 신호의 변화 패턴 및 주파수 변화량을 검출할 수 있도록, 상기 아크 펄스 변환부를 통해 변환된 고주파 아크 신호를 증폭하여 준첨두값의 신호로 변환하는 아크 준첨두치 검출부; 상기 저주파 전류 검출부를 통해 검출한 저주파 전류의 실효치 값을 연산하는 실효치 전류 연산부; 상기 저주파 전류 검출부를 통해 검출한 전류로부터 병렬 아크, 과전류 및 단락 시 발생하는 전류를 검출하는 과부하 검출부; 상기 누전 전류 검출부를 통해 검출한 전류를 바탕으로, 상전류의 차이값에 따른 누전 여부를 판단하는 누전 판단부; 저전류 영역에서 아크 검출을 판단할 수 있도록, 상기 제로 크로싱부, 광대역 고주파 전류 검출부, 저주파 전류 검출부, 누전 전류 검출부, 아크 펄스 변환부, 아크 준첨두치 검출부, 실효치 전류 연산부, 과부하 검출부 및 누전 판단부를 통해 입력된 신호를 바탕으로 누전, 과부하 및 아크 발생을 판단하는 제어부; 및 상기 제어부의 제어에 따라, 유해 아크 발생시 전원 입력부분과 부하 출력부분을 전기적으로 분리하는 릴레이 트립 차단부; 를 포함한다.

Description

저전류 아크 검출 시스템{LOW CURRENT ARC DETECTING SYSTEM}
본 발명은 배선 및 전기 장치에서 발생하는 아크 고장으로부터 전기화재를 예방하기 위한 저전류 아크 검출 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 저전류 3A 미만의 직렬 아크 발생시, 고주파(RF) 아크 검출 통해 전기화재를 사전에 예방할 수 있도록 하며, 유해 아크 및 무해 아크를 구분하여, 아크 오동작 트립 차단을 예방할 수 있는 저전류 아크 검출 시스템에 관한 것이다.
전기 화재는 지속적으로 발생되고 있으며, 전기 화재 점유율이 전체 화재의 약 20%대를 유지하고 있다. 국내에서는 전기화재를 예방하기 위하여 누전 차단기를 설치하고 있다. 그러나, 누전 차단기가 일반용 주택에 100% 설치된 상황에서도 전기화재는 지속적으로 발생하고 있다.
누전 차단기는 과전류 및 누설전류를 차단하는 장치로서, 감전사고를 예방하는 효과는 크지만, 아크가 원인이 되어 발생하는 전기화재를 예방하는 측면에서는 미흡하다. 따라서, 최근까지 전기화재는 감소되지 않고 피해액은 증가되고 있는 실정이다.
2009년도에 발생한 전기 화재는 10,778건으로 전체 화재 중에서 22.8%의 점유율을 차지하며, 인명피해는 326명, 재산피해는 58,185백만원이다. 즉, 일일 평균 29건이 발생하여 11명의 인명피해와 159백만원의 재산피해를 유발한다.
1994년, 미국의 주요 재해예방기관인 NFPA, CPSC, UL 등을 주축으로 전기화재의 원인을 규명하기 위하여 합동 조사 연구를 수행한 결과 보고서에 의하며, 주택의 전기화재는 40%이상이 아크 고장(arc-fault)으로 인하여 발생한다고 보고되고 있다.
또한, 1994년부터 1998년까지 5년간 발생한 전기화재를 분석한 결과, 년간 약 73,500건의 전기화재가 발생하고 있으며, 그 중에서 약 60,000(80%)이 아크 고장으로 인한 화재라고 보고되고 있다.
이에 따라, 미국에서는 2002년부터 주택의 침실 부하기기 전원회로에 아크 차단기(Arc Fault Circuit Interrupter: AFCI) 설치를 규정하였고, 2008년부터는 주택의 침실, 거실, 서재, 현관등 대부분의 전기회로에 아크 차단기를 설치하도록 규정을 강화하였다. 그 결과, 주택의 전기화재가 매우 감소되는 효과를 얻을 수 있었다.
또한, 전기화재 사전 예방장치 개발 및 보급이 현재 시급한 실정이다. 1976년 국내 KS4613에 누전 차단시 시설 기준이 제정되어 감전사고 예방에는 많은 효과를 얻었지만, 전기화재 예방효과는 이에 부족하여 최근까지 전기화재는 많이 발생하고 있다. 따라서, 국내에서도 전기 화재 예방장치의 개발 보급 및 환경조성이 필요한 시점이다.
한편, 화재 예방을 위한 아크 검출을 위한 기술과 관련해서는, 한국공개특허 제10-2007-0005278호(이하, '선행문헌') 외에 다수 등록 및 공개되어 있다. 상기한 선행문헌은 사용 중인 부하의 전기 선로에서 발생하는 전류의 차이나 전압의 차이에 따른 아크를 검출하여 처리하는 구성을 개시하고 있다.
그러나, 상기한 선행문헌을 포함한 종래에는 3A 미만의 직렬 아크 현상 발생시 광대역 고주파 RF 대역의 아크 검출을 제대로 수행하지 못하지 못함으로써, 아크 오동작 트립이 발생하는 문제점이 있었다.
한국공개특허 제10-2007-0005278호.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 제 1 목적은, 최소전류 3A 미만의 낮은 전류에서 발생되는 아크 고장을 검출 및 차단함으로써, 배선 및 전기 장치에서 발생하는 전기화재를 사전 예방할 수 있는 저전류 아크 검출 시스템을 제공함에 있다.
또한 본 발명의 제 2 목적은, 광대역 고주파 RF 대역의 아크를 검출함으로써, 더욱 낮은 전류에서 아크 검출이 가능한 저전류 아크 검출 시스템을 제공함에 있다.
그리고 본 발명의 제 3 목적은, 유해 아크 및 무해 아크를 구분함으로써, 아크 오동작 트립 차단을 방지할 수 있는 저전류 아크 검출 시스템을 제공함에 있다.
이러한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은 저전류 아크 검출 시스템에 관한 것으로서, 상용교류 전원을 정류하여 아크 발생여부를 카운트 하기 위한 기준신호를 생성하는 제로 크로싱부; CT(Current Transformer) 전류센서로서, 고주파 아크 신호를 검출하기 위하여, 상용교류 전원으로부터 고주파(RF) 아크 전류를 검출하는 광대역 고주파 전류 검출부; CT(Current Transformer) 전류센서로서, 상용교류 전원으로부터 저주파 전류를 검출하는 저주파 전류 검출부; ZCT(Zero Current Transformer) 전류센서로서, 상용교류 전원으로부터 누전시 발생하는 전류를 검출하는 누전 전류 검출부; 아크 신호를 주기적으로 카운팅 할 수 있도록, 상기 광대역 고주파 전류 검출부를 통해 검출한 고주파 아크 전류를 증폭하고 펄스로 변환하는 아크 펄스 변환부; 고주파 아크 신호의 변화 패턴 및 주파수 변화량을 검출할 수 있도록, 상기 아크 펄스 변환부를 통해 변환된 고주파 아크 신호를 증폭하여 준첨두값의 신호로 변환하는 아크 준첨두치 검출부; 상기 저주파 전류 검출부를 통해 검출한 저주파 전류의 실효치 값을 연산하는 실효치 전류 연산부; 상기 저주파 전류 검출부를 통해 검출한 전류로부터 병렬 아크, 과전류 및 단락 시 발생하는 전류를 검출하는 과부하 검출부; 상기 누전 전류 검출부를 통해 검출한 전류를 바탕으로, 상전류의 차이값에 따른 누전 여부를 판단하는 누전 판단부; 저전류 영역에서 아크 검출을 판단할 수 있도록, 상기 제로 크로싱부, 광대역 고주파 전류 검출부, 저주파 전류 검출부, 누전 전류 검출부, 아크 펄스 변환부, 아크 준첨두치 검출부, 실효치 전류 연산부, 과부하 검출부 및 누전 판단부를 통해 입력된 신호를 바탕으로 누전, 과부하 및 아크 발생을 판단하는 제어부; 및 상기 제어부의 제어에 따라, 유해 아크 발생시 전원 입력부분과 부하 출력부분을 전기적으로 분리하는 릴레이 트립 차단부; 를 포함한다.
또한 상기 광대역 고주파 전류 검출부는, 트로이덜 형상의 보빈에 코일을 가지는 코어가 권선되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 아크 펄스 변환부는, 저역통과 필터가 구성되어, 필터 출력 신호를 펄스로 변환시키는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제어부는, 상기 제로 크로싱부를 통해 생성된 기준신호와, 아크 펄스 변환부 및 아크 준첨두치 검출부를 통해 변환된 신호를 주기별로 확인하여, 아크 신호의 펄스를 광대역 주파수별로 카운팅함으로써, 아크 발생을 확인하는 아크 확인모듈; 상기 아크 준첨두치 검출부를 통해 변환된 신호로부터 아크 신호의 주기적인 변화량인 시간에 따른 아크 발생량을 추출하는 아크 발생량 추출모듈; 및 상기 실효치 전류 연산부를 통해 연산된 실효치 값을 기준값으로 주파수별 카운팅된 값과 비교하며, 상기 아크 발생량 추출모듈을 통해 추출된 아크 발생량과 기준값을 비교하여 유해 아크를 판단하는 유해 아크 판단모듈; 을 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 유해 아크 판단모듈은, 상기 아크 확인모듈을 통해 주파수별로 카운팅된 값이 상기 실효치 전류 연산부를 통해 연산된 실효치 값 이상이고, 상기 아크 발생량 추출모듈을 통해 추출된 아크 발생량이 기준값 이상일 경우, 유해 아크로 판단하여 상기 릴레이 트립 차단부가 트립동작을 수행하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 최소전류 3A 미만의 낮은 전류에서 발생되는 아크 고장을 검출함으로써 배선 및 전기장치에서 발생하는 전기화재를 많은 부분 사전에 예방할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따르면, 고주파수 RF 대역(100kHz-1MHz)에서 아크 신호를 검출함에 따라 기존 제품보다 더욱 많은 아크 신호를 검출할 수 있어, 더욱 낮은 전류에서 아크 검출이 가능한 효과도 있다.
그리고 본 발명에 따르면, 기존 차단기에 과전류 보호를 위하여 바이메탈식 차단이 아닌 디지털 방식으로 과전류 차단 및 단락 보호 기능을 제공할 수 있도록 할 뿐만 아리라, 누전 차단기능을 추가로 제공할 수 있는 효과도 있다.
정리하면, 전기화재 원인이 되는 직렬 아크(3A 미만) 고장, 병렬아크 고장, 과부하 보호, 단락 보호, 누전 검출 등의 사고를 미연에 방지할 수 있는 효과도 있다.
도 1 은 본 발명에 따른 저전류 아크 검출 시스템을 개념적으로 도시한 전체 구성도.
도 2 는 본 발명에 따른 저전류 아크 검출 시스템의 동작상태를 나타내기 위한 회로도.
도 3 은 본 발명에 따른 권선 코어 및 보빈으로 이루어진 광대역 고주파 전류 검출부를 보이는 일예시도.
도 4 는 본 발명에 따른 광대역 고주파 전류 검출부의 주파수에 따른 이득 특성을 나타낸 그래프.
도 5 는 본 발명에 따른 정상 상태 및 아크 발생시의 주파수 스펙트럼을 측정한 비교 그래프.
도 6 은 본 발명에 따른 아크 검출 및 릴레이 차단을 수행하는 상용 교류 전원 배치를 보이는 일예시도.
도 7 은 본 발명에 따른 아크 발생시 저전류 차단 특성을 나타낸 측정도를 나타낸 그래프.
도 8 은 본 발명에 따른 저전류 아크 검출 시스템이 적용된 아크 콘센트를 보이는 외관도.
본 발명의 구체적 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서 본 발명에 관련된 공지 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 구체적인 설명을 생략하였음에 유의해야 할 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 저전류 아크 검출 시스템에 관하여 도 1 내지 도 8 을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1 은 본 발명에 따른 저전류 아크 검출 시스템을 개념적으로 도시한 전체 구성도이며, 도 2 는 본 발명에 따른 저전류 아크 검출 시스템의 동작상태를 나타내기 위한 회로도이다.
도시된 바와 같이 제로 크로싱부(10), 광대역 고주파 전류 검출부(20), 저주파 전류 검출부(30), 누전 전류 검출부(40), 아크 펄스 변환부(50), 아크 준첨두치 검출부(60), 실효치 전류 연산부(70), 과부하 검출부(80), 누전 판단부(90), 제어부(100), 릴레이 트립 차단부(110) 및 보조 전원부(120)를 포함하여 이루어진다.
제로 크로싱부(10)는 상용교류 전원을 정류하여 아크 발생여부를 카운트 하기 위한 기준신호를 생성한다. 이때, 제로 크로싱부(10)는 브리지 정류 다이오드 및 포토 커플러를 포함하는 회로로 이루어진다.
광대역 고주파 전류 검출부(20)는 CT(Current Transformer) 전류센서로서, 고주파 아크 신호를 검출하기 위하여, 상용교류 전원으로부터 고주파(RF) 아크 전류를 검출한다.
구체적으로, 광대역 고주파 전류 검출부(20)는 도 3 에 도시된 바와 같이 권선 코어(a)와 외부 실드 보빈(b)으로 이루어지며, 트로이덜 형상의 보빈에 코어가 권선된다. 이때, 코어는 비자성체이거나, 자성체 재질로서 자성 제한이 없다. 본 실시예에서는, 순간적 전류의 변화량을 광대역으로 센싱하기 위하여 포화특성이 우수하며, 주파수 특성이 우수한 비자성체 로고스키 코일이 사용될 수 있다.
이러한 권선 코어는 수백턴의 코일로 이루어져 있으므로, 외부 노이즈 (ELECTRO MAGNETIC SUSEPTIBILTY: EMS)에 매우 취약하여, 외부 노이즈와 아크 신호를 전기적으로 절연하기 위한 별도의 패러데이 차페가 요구된다.
이에, 도 3 의 (b) 와 같이, 트로이덜 코일 외부에 별도의 실드권선을 하기 위하 차페 보빈이 구성된다. 1차권선 실드 권선의 턴비는 정해진바 없으나 임피던스 매칭을 위하여 1:1 권선으로 이루어진다. 도 3 의 (c) 는 1차 권선 및 실드 권선이 조립된 전류센서 어셈블리를 나타낸 것이며, 에폭싱으로 충진된 형상으로 구성된다.
도 4 는 본 발명에 따른 광대역 고주파 전류 검출부(20)의 주파수에 따른 이득 특성을 나타낸 그래프로서, 전기 화재의 원인이 되는 아크 신호의 주파수를 분석하면 3kHz-1GHz의 광대역 신호로 나타난다.
이로 인하여 아크 신호를 검출하여 오동작없이 구분하는 것은 극히 용이치 않다. 기존의 저주파 대역(3kHz-100kHz)에서의 아크 차단기 제품은 오동작의 문제점이 가정 및 산업현장에서 대두된다. 전원 전류 고조파로 인하여 아크 신호 여부 판단 알로리즘에 영향을 미치게 된다.
따라서, 본 발명에서는 광대역(100kHz-1MHz) 영역에서 높은 증폭 이득 특성을 가지는 전류센서를 적용하도록 한다.
도 5 는 본 발명에 따른 정상 상태 및 아크 발생시의 주파수 스펙트럼을 측정한 비교 그래프로서, 일반 가정용 전기 부하장치를 기준으로하여 정상 동작시 및 아크 동작시 발생되는 전원 전류 주파수 스펙트럼으로 보인 것으로, 큰 차이를 보인다. 100kHz-1MHz 영역에서 가장 큰 아크 에너지 스펙트럼을 나타낸다.
저주파 전류 검출부(30)는 CT(Current Transformer) 전류센서로서, 상용교류 전원으로부터 저주파(60Hz) 전류를 검출한다.
누전 전류 검출부(40)는 ZCT(Zero Current Transformer) 전류센서로서, 누전 감전 사고 등을 예방하기 위하여, 상용교류 전원으로부터 누전시 발생하는 전류를 검출한다.
아크 펄스 변환부(50)는 아크 신호를 주기적으로 카운팅 할 수 있도록, 광대역 고주파 전류 검출부(20)를 통해 검출한 고주파 아크 전류를 증폭하고 펄스로 변환한다. 이때, 아크 펄스 변환부(50)는 저역통과 필터가 구성되어, 필터 출력 신호를 펄스로 변환시킨다.
아크 준첨두치 검출부(60)는 고주파 아크 신호의 변화 패턴 및 주파수 변화량을 검출할 수 있도록, 아크 펄스 변환부(50)를 통해 변환된 고주파 아크 신호를 증폭하여 준첨두값의 신호로 변환한다.
실효치 전류 연산부(70)는 저주파 전류 검출부(30)를 통해 검출한 저주파 전류의 실효치 값을 연산한다.
과부하 검출부(80)는 저주파 전류 검출부(30)를 통해 검출한 전류로부터 병렬 아크, 과전류 및 단락 시 발생하는 전류를 검출한다.
누전 판단부(90)은 누전 전류 검출부(40)를 통해 검출한 전류를 바탕으로, 상전류의 차이값에 따른 누전 여부를 판단한다.
제어부(100)는 저전류 영역에서 아크 검출을 판단할 수 있도록, 제로 크로싱부(10), 광대역 고주파 전류 검출부(20), 저주파 전류 검출부(30), 누전 전류 검출부(40), 아크 펄스 변환부(50), 아크 준첨두치 검출부(60), 실효치 전류 연산부(70), 과부하 검출부(80) 및 누전 판단부(90)를 통해 입력된 신호를 바탕으로 누전, 과부하 및 아크 발생 등을 판단하며, 도 1 에 도시된 바와 같이 아크 확인모듈(101), 아크 발생량 추출모듈(102) 및 유해 아크 판단모듈(103)을 포함한다.
구체적으로, 아크 확인모듈(101)은 제로 크로싱부(10)를 통해 생성된 기준신호와, 아크 펄스 변환부(50) 및 아크 준첨두치 검출부(60)를 통해 변환된 신호를 주기별로 확인하여, 아크 신호의 펄스를 광대역 주파수별로 카운팅함으로써, 아크 발생을 확인한다.
한편, 아크 신호의 카운팅 값만으로 아크 차단여부를 결정하는 것은 오동작의 위험이 있다. 따라서, 본 발명에서는 아크 준첨두치 값을 이용하여 오동작 방지 및 저전류에서 확실한 아크 신호 검출이 이루어지도록 한다.
아크 발생량 추출모듈(102)은 아크 준첨두치 검출부(60)를 통해 변환된 신호로부터 아크 신호의 주기적인 변화량, 즉, 시간에 따른 아크 발생량을 추출한다.
유해 아크 판단모듈(103)은 실효치 전류 연산부(70)를 통해 연산된 실효치 값을 기준값으로 주파수별 카운팅된 값과 비교하며, 아크 발생량 추출모듈(102)을 통해 추출된 아크 발생량과 기준값을 비교하여 유해 아크를 판단한다.
구체적으로, 유해 아크 판단모듈(103)은 주파수별로 카운팅된 값이 실효치 전류 연산부(70)를 통해 연산된 실효치 값 이상이고, 아크 발생량 추출모듈(102)을 통해 추출된 아크 발생량이 기준값 이상일 경우, 유해 아크로 판단하여 릴레이 트립 차단부(110)가 트립동작을 수행하도록 제어한다. 한편, 그렇지 않을 경우, 무해 아크로 판단한다.
이때, 제어부(100)는 과부하, 단락, 누전, 아크 발생 여부 확인, 유해 및 무해 아크 판단 등의 복잡한 알고리즘을 수행하는 바, 마이크로 컨트롤러가 아닌, 고속의 많은 양을 신호를 처리할 수 있는 디지털 시그널 프로세서를 이용할 수 있다.
릴레이 트립 차단부(110)은 제어부(100)의 제어에 따라, 유해 아크 발생시 전원 입력부분과 부하 출력부분을 전기적으로 분리한다.
보조 전원부(120)는 상용전원과 시스템 제어전원을 전기적으로 절연하고, 시스템 전원을 공급한다.
도 6 은 본 발명에 따른 아크 검출 및 릴레이 차단을 수행하는 상용 교류 전원 배치를 보이는 일예시도로서, 도시된 바와 같이 광대역 고주파 전류 검출부(20), 저주파 전류 검출부(30) 및 누전 전류 검출부(40)를 포함해 총 3종의 전류 센서와, 릴레이 트립 차단부(110)가 구성될 수 있다. 이때, 상용 교류 전원 라인선 및 중성선에 대한 각각의 위치는 변경 가능하다.
도 7 은 본 발명에 따른 아크 발생시 저전류 차단 특성을 나타낸 측정도를 나타낸 그래프이다. 도시된 바와 같이, 부하전류 1.8A 발생되는 상황에 직렬아크 발생시 0.2초 안에 트립 차단되는 것을 측정한 것으로, 본 발명에 따른 아크 검출 및 알고리즘이 유효하게 동작하는 것을 나타낸 것이다.
도 8 은 본 발명에 따른 저전류 아크 검출 시스템이 적용된 아크 콘센트(1)를 보이는 외관도로서, 케이스 외부에 다중으로 부하를 연결하는 부하 전원 인입구(2), 부하 전기장치를 개별적으로 온/오프하는 부하 개별 스위치(3), 아크 발생여부를 외부 육안으로 확인할 수 있도록 하는 아크 표시부(4), 부하 사용량에 따라 표시 색깔이 가변될 수 있도록 하여 사용자에 과부하 및 과전류 상태를 표시하여 경각심을 나타낼 수 있도록 하는 감성 표시부(5), 추가로 각종 핸드폰, 태블릿 IT 기기의 충전을 가능하게 하는 USB 충전포트(6)로 구성된다.
더욱 상세하세는, 감성 표시부(5)는 정상상태시 녹색 상태로 표시되며, 밝기량에 따라 전원 전력 사용량을 사용자에게 전달한다. 만약, 감성 표시부(5)가 적색으로 표시되면, 콘센트 정격 전류 초과 15A 이상 사용하는 것으로 판단시켜 소비자에게 간접적으로 경고할 수 있는 역할을 수행한다.
지금까지 상술한 바와 같은, 시스템은 저전류에서 더욱 정확한 아크 검출이 가능함으로써, 원치 않는 오동작 차단 트립의 문제점을 해결할 수 있는 특징적인 장점을 가진다.
이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
10: 제로 크로싱부
20: 광대역 고주파 전류 검출부
30: 저주파 전류 검출부
40: 누전 전류 검출부
50: 아크 펄스 변환부
60: 아크 준첨두치 검출부
70: 실효치 전류 연산부
80: 과부하 검출부
90: 누전 판단부
100: 제어부
110: 릴레이 트립 차단부
120: 보조 전원부
101: 아크 확인모듈
102: 아크 발생량 추출모듈
103: 유해 아크 판단모듈
1: 아크 콘센트
2: 부하 전원 인입구
3: 부하 개별 스위치
4: 아크 표시부
5: 감성 표시부
6: USB 충전포트

Claims (6)

  1. 상용교류 전원을 정류하여 아크 발생여부를 카운트 하기 위한 기준신호를 생성하는 제로 크로싱부;
    CT(Current Transformer) 전류센서로서, 고주파 아크 신호를 검출하기 위하여, 상용교류 전원으로부터 고주파(RF) 아크 전류를 검출하는 광대역 고주파 전류 검출부;
    CT(Current Transformer) 전류센서로서, 상용교류 전원으로부터 저주파 전류를 검출하는 저주파 전류 검출부;
    ZCT(Zero Current Transformer) 전류센서로서, 상용교류 전원으로부터 누전시 발생하는 전류를 검출하는 누전 전류 검출부;
    아크 신호를 주기적으로 카운팅 할 수 있도록, 상기 광대역 고주파 전류 검출부를 통해 검출한 고주파 아크 전류를 증폭하고 펄스로 변환하는 아크 펄스 변환부;
    고주파 아크 신호의 변화 패턴 및 주파수 변화량을 검출할 수 있도록, 상기 아크 펄스 변환부를 통해 변환된 고주파 아크 신호를 증폭하여 준첨두값의 신호로 변환하는 아크 준첨두치 검출부;
    상기 저주파 전류 검출부를 통해 검출한 저주파 전류의 실효치 값을 연산하는 실효치 전류 연산부;
    상기 저주파 전류 검출부를 통해 검출한 전류로부터 병렬 아크, 과전류 및 단락 시 발생하는 전류를 검출하는 과부하 검출부;
    상기 누전 전류 검출부를 통해 검출한 전류를 바탕으로, 상전류의 차이값에 따른 누전 여부를 판단하는 누전 판단부;
    저전류 영역에서 아크 검출을 판단할 수 있도록, 상기 제로 크로싱부, 광대역 고주파 전류 검출부, 저주파 전류 검출부, 누전 전류 검출부, 아크 펄스 변환부, 아크 준첨두치 검출부, 실효치 전류 연산부, 과부하 검출부 및 누전 판단부를 통해 입력된 신호를 바탕으로 누전, 과부하 및 아크 발생을 판단하는 제어부; 및
    상기 제어부의 제어에 따라, 유해 아크 발생시 전원 입력부분과 부하 출력부분을 전기적으로 분리하는 릴레이 트립 차단부; 를 포함하는 저전류 아크 검출 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광대역 고주파 전류 검출부는,
    트로이덜 형상의 보빈에 코일을 가지는 코어가 권선되어 있는 것을 특징으로 하는 저전류 아크 검출 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 아크 펄스 변환부는,
    저역통과 필터가 구성되어, 필터 출력 신호를 펄스로 변환시키는 것을 특징으로 하는 저전류 아크 검출 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제로 크로싱부를 통해 생성된 기준신호와, 아크 펄스 변환부 및 아크 준첨두치 검출부를 통해 변환된 신호를 주기별로 확인하여, 아크 신호의 펄스를 광대역 주파수별로 카운팅함으로써, 아크 발생을 확인하는 아크 확인모듈;
    상기 아크 준첨두치 검출부를 통해 변환된 신호로부터 아크 신호의 주기적인 변화량인 시간에 따른 아크 발생량을 추출하는 아크 발생량 추출모듈; 및
    상기 실효치 전류 연산부를 통해 연산된 실효치 값을 기준값으로 주파수별 카운팅된 값과 비교하며, 상기 아크 발생량 추출모듈을 통해 추출된 아크 발생량과 기준값을 비교하여 유해 아크를 판단하는 유해 아크 판단모듈; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 저전류 아크 검출 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 유해 아크 판단모듈은,
    상기 아크 확인모듈을 통해 주파수별로 카운팅된 값이 상기 실효치 전류 연산부를 통해 연산된 실효치 값 이상이고, 상기 아크 발생량 추출모듈을 통해 추출된 아크 발생량이 기준값 이상일 경우, 유해 아크로 판단하여 상기 릴레이 트립 차단부가 트립동작을 수행하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 저전류 아크 검출 시스템.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중, 어느 한항에 따른 저전류 아크 검출 시스템이 적용된 아크 콘센트에 있어서,
    케이스 외부에 다중으로 부하를 연결하는 부하 전원 인입구;
    부하 전기장치를 개별적으로 온/오프 하는 부하 개별 스위치;
    아크 발생여부를 외부 육안으로 확인할 수 있도록 하는 아크 표시부;
    부하 사용량에 따라 표시 색깔이 가변될 수 있도록 하여, 사용자에 과부하 및 과전류 상태를 표시하는 감성 표시부; 및
    각종 기기의 충전을 가능하게 하는 USB 충전포트; 를 포함하는 아크 콘센트.
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