KR102561039B1 - 저주파 및 고주파 겸용 전류센서, 그것을 이용한 아크검출장치 및 아크차단장치 - Google Patents

저주파 및 고주파 겸용 전류센서, 그것을 이용한 아크검출장치 및 아크차단장치 Download PDF

Info

Publication number
KR102561039B1
KR102561039B1 KR1020230064852A KR20230064852A KR102561039B1 KR 102561039 B1 KR102561039 B1 KR 102561039B1 KR 1020230064852 A KR1020230064852 A KR 1020230064852A KR 20230064852 A KR20230064852 A KR 20230064852A KR 102561039 B1 KR102561039 B1 KR 102561039B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
frequency
low
wire
current
arc
Prior art date
Application number
KR1020230064852A
Other languages
English (en)
Inventor
배윤호
신문수
이은철
Original Assignee
주식회사 에코스
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 에코스 filed Critical 주식회사 에코스
Priority to KR1020230064852A priority Critical patent/KR102561039B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102561039B1 publication Critical patent/KR102561039B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R15/00—Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
    • G01R15/14—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
    • G01R15/18—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using inductive devices, e.g. transformers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/0092—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof measuring current only
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/165—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values
    • G01R19/16528—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values using digital techniques or performing arithmetic operations
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R23/00—Arrangements for measuring frequencies; Arrangements for analysing frequency spectra
    • G01R23/16—Spectrum analysis; Fourier analysis
    • G01R23/165—Spectrum analysis; Fourier analysis using filters
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/26—Measuring inductance or capacitance; Measuring quality factor, e.g. by using the resonance method; Measuring loss factor; Measuring dielectric constants ; Measuring impedance or related variables
    • G01R27/2605—Measuring capacitance
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/26—Measuring inductance or capacitance; Measuring quality factor, e.g. by using the resonance method; Measuring loss factor; Measuring dielectric constants ; Measuring impedance or related variables
    • G01R27/2611—Measuring inductance
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/12—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/12—Measuring magnetic properties of articles or specimens of solids or fluids
    • G01R33/1223—Measuring permeability, i.e. permeameters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/08—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Measurement Of Current Or Voltage (AREA)

Abstract

저주파 및 고주파 겸용 전류센서, 그것을 이용한 아크검출장치 및 아크차단장치에 관한 것으로, 하나의 자기코어에 저주파수 대역의 전류를 검출하는 저주파와이어와 고주파수 대역의 전류를 검출하는 고주파와이어가 감겨 있음에 따라 과전류 발생 대역인 저주파수 대역의 전류와 아크 발생 대역인 고주파수 대역의 전류를 모두 검출할 수 있는 저주파 및 고주파 겸용 전류센서를 이용하여 저주파수 대역에서의 과전류 발생과 고주파수 대역에서의 아크 발생을 모두 검출할 수 있고, 과전류 발생으로 인한 사고와 아크 발생으로 인한 사고를 모두 방지할 수 있다.

Description

저주파 및 고주파 겸용 전류센서, 그것을 이용한 아크검출장치 및 아크차단장치 {Current sensor for both low frequency and high frequency, and arc detecting apparatus and arc blocking apparatus using the same}
저주파 대역의 전류 검출과 고주파 대역의 전류 검출이 모두 가능한 저주파 및 고주파 겸용 전류센서, 그것을 이용한 아크검출장치 및 아크차단장치에 관한 것이다.
전기설비에 과전류, 아크 등 이상 전류가 발생하게 되면 전기설비의 손상을 초래하게 되고, 이로 인해 화재가 발생하게 되면 막대한 재산 손실 및 인명 피해로 확대될 수 있다. 최근 들어, 전기설비의 안전 기준이 높아지면서 아크 검출, 과전류 검출 등 이종의 이상 전류를 통합적으로 검출할 수 있는 기능을 요구하는 사례가 증가하고 있다. 이에 따라, 아크 검출, 과전류 검출 등 이종의 이상 전류를 통합적으로 검출할 수 있는 검출장치나 이종의 이상 전류를 모두 차단할 수 있는 차단장치에 대한 연구개발이 활발하게 이루어지고 있다.
이러한 통합 검출장치, 차단장치는 이종의 이상 전류를 통합적으로 검출하고 차단하기 위해 아크 검출용 전류센서와 과전류 검출용 전류센서 등 여러 개의 전류센서를 사용하고 있다. 전기설비 내부는 일반적으로 매우 많은 부품이 내장되어 있어 매우 비좁고, 전류센서는 주변 노이즈가 강하지 않으면서 이상 전류의 검출이 요구되는 제한된 공간에 설치되어야 함에 따라 전기설비의 안전 기준을 충족하기 위한 전기설비 설계가 어려운 경우가 빈번하게 발생하고 있다.
과전류 발생 대역인 저주파수 대역의 전류와 아크 발생 대역인 고주파수 대역의 전류를 모두 검출할 수 있는 저주파 및 고주파 겸용 전류센서, 그 저주파 및 고주파 겸용 전류센서를 이용하여 아크 발생과 과전류 발생을 모두 검출할 수 있는 아크검출장치, 및 그 저주파 및 고주파 겸용 전류센서를 이용하여 아크 전류와 과전류를 모두 차단할 수 있는 아크차단장치를 제공하는 데에 있다. 상기된 바와 같은 기술적 과제로 한정되지 않으며, 이하의 설명으로부터 또 다른 기술적 과제가 도출될 수도 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 저주파 및 고주파 겸용 전류센서는 중공을 갖는 링형으로 형성되어 상기 중공을 통과하는 전선에 흐르는 전류로부터 발생된 자기장을 집속하기 위한 자기코어; 상기 자기코어의 중공을 통과한 후에 상기 자기코어의 중공을 다시 통과하는 방식으로 상기 자기코어에 복수 회 감김으로써 상기 전선에 흐르는 전류 중에서 저주파수 대역의 전류를 검출하는 저주파와이어; 및 상기 자기코어의 중공을 통과한 후에 상기 자기코어의 중공을 다시 통과하는 방식으로 상기 자기코어에 상기 저주파와이어의 감김 횟수보다 적은 횟수로 감김으로써 상기 전선에 흐르는 전류 중에서 고주파수 대역의 전류를 검출하는 고주파와이어를 포함한다.
상기 저주파와이어 및 상기 고주파와이어 각각에 의해 검출되는 전류의 주파수대역은 상기 저주파와이어 및 상기 고주파와이어 각각의 감김 횟수에 반비례할 수 있다.
상기 저주파와이어는 상기 자기코어의 중공을 통과한 후에 상기 자기코어의 중공을 다시 통과하는 방식으로 상기 자기코어의 표면 둘레에 나선형으로 복수 회 감겨 있고, 상기 고주파와이어는 상기 저주파와이어가 감겨 있는 자기코어의 중공을 통과한 후에 상기 저주파와이어가 감겨 있는 자기코어의 중공을 다시 통과하는 방식으로 상기 저주파와이어가 감겨 있는 자기코어의 표면 둘레에 나선형으로 복수 회 감겨 있을 수 있다.
상기 나선형으로 감겨 있는 저주파와이어의 감김 횟수에 반비례하는 저주파와이어의 자기인덕턴스와 상기 저주파와이어의 나선형 감김 구조에 따라 서로 이웃하게 배치되는 두 가닥의 저주파와이어 사이의 커패시턴스에 의해 상기 저주파와이어에 의해 검출되는 전류의 주파수대역이 결정될 수 있다.
상기 자기코어는 환상 링형으로 형성되고, 상기 저주파와이어에 의해 검출되는 전류의 주파수대역은 하기 수학식 1에 의해 결정될 수 있다.
[수학식 1]
상기 수학식 1에서 BWL은 상기 저주파와이어에 의해 검출되는 전류의 주파수대역이고, μ은 상기 자기코어의 투자율이고, S는 상기 자기코어의 횡단면적이고, l은 상기 자기코어의 평균 둘레길이이고, NL은 상기 저주파와이어의 감김 횟수이고, NH는 상기 고주파와이어의 감김 횟수이고, aL은 상기 저주파와이어의 자기인덕턴스 보정계수이고, b는 상기 저주파와이어와 상기 고주파와이어간의 상호인덕턴스 보정계수이고, CL은 상기 서로 이웃하게 배치되는 두 가닥의 저주파와이어 사이의 커패시턴스이고, WL은 상기 저주파와이어에 의해 검출되는 전류의 주파수대역의 폭을 결정하는 값이다.
상기 나선형으로 감겨 있는 고주파와이어의 감김 횟수에 반비례하는 고주파와이어의 자기인덕턴스와 상기 고주파와이어의 나선형 감김 구조에 따라 서로 이웃하게 배치되는 두 가닥의 고주파와이어 사이의 커패시턴스에 의해 상기 고주파와이어에 의해 검출되는 전류의 주파수대역이 결정될 수 있다.
상기 자기코어는 환상 링형으로 형성되고, 상기 고주파와이어에 의해 검출되는 전류의 주파수대역은 하기 수학식 2에 의해 결정될 수 있다.
[수학식 2]
상기 수학식 2에서 BWH은 상기 고주파와이어에 의해 검출되는 전류의 주파수대역이고, μ은 상기 자기코어의 투자율이고, S는 상기 자기코어의 횡단면적이고, l은 상기 자기코어의 평균 둘레길이이고, NL은 상기 저주파와이어의 감김 횟수이고, NH는 상기 고주파h와이어의 감김 횟수이고, aH은 상기 고주파와이어의 자기인덕턴스 보정계수이고, b는 상기 저주파와이어와 상기 고주파와이어간의 상호인덕턴스 보정계수이고, CH은 상기 서로 이웃하게 배치되는 두 가닥의 고주파와이어 사이의 커패시턴스이고, WH은 상기 고주파와이어에 의해 검출되는 전류의 주파수대역의 폭을 결정하는 값이다.
본 발명의 다른 측면에 따라, 상기 저주파 및 고주파 겸용 전류센서를 이용하는 아크검출장치는 상기 저주파와이어에 의해 검출된 저주파수 대역의 전류와 상기 고주파와이어에 의해 검출된 고주파수 대역의 전류를 이용하여 상기 전선에서의 아크 발생을 검출한다.
상기 아크검출장치는 상기 저주파와이어에 의해 검출된 저주파수 대역의 전류에 대한 복수의 저주파 전류 순시값의 변동과 상기 고주파와이어에 의해 검출된 고주파수 대역의 전류에 대한 산출된 복수의 고주파 전류 순시값의 크기에 기초하여 상기 전선에서의 아크 발생을 검출할 수 있다.
상기 아크검출장치는 상기 저주파와이어에 의해 검출된 저주파수 대역의 전류 중 미리 설정된 상한주파수 이하의 저주파 전류 신호를 통과시키는 저역통과필터; 상기 고주파와이어에 의해 검출된 고주파 대역의 전류 중 미리 설정된 대역의 고주파 전류 신호를 통과키는 대역통과필터; 및 상기 저역통과필터를 통과한 저주파 전류 신호의 변동과 상기 대역통과필터를 통과한 고주파 전류 신호의 크기에 기초하여 상기 전선에서의 아크 발생을 검출하는 아크검출부를 포함할 수 있다.
상기 아크검출장치는 상기 저역통과필터를 통과한 저주파 전류 신호를 증폭하는 저역증폭부; 및 상기 고역통과필터를 통과한 고주파 전류 신호를 증폭하는 고역증폭부를 더 포함하고, 상기 아크검출부는 상기 저역증폭부에 의해 증폭된 저주파 전류 신호에 대한 복수의 저주파 전류 순시값의 변동과 상기 고역증폭부에 의해 증폭된 고주파 전류 신호에 대한 복수의 고주파 전류 순시값의 크기에 기초하여 상기 전선에서의 아크 발생을 검출할 수 있다.
상기 아크검출부는 상기 복수의 저주파 전류 순시값에 대한 실효값의 변동폭과 상기 복수의 고주파 전류 순시값 각각에서 상기 복수의 고주파 전류 순시값의 최소값을 감산한 결과의 평균값의 크기에 기초하여 상기 전선에서의 아크 발생을 검출할 수 있다.
상기 아크검출장치는 상기 저주파와이어에 의해 검출된 저주파 대역의 전류의 영점을 연속적으로 검출하는 영점검출부를 더 포함하고, 상기 아크검출부는 상기 영점검출부에 의해 검출된 영점을 기준으로 반주기 단위로 상기 저역증폭부에 의해 증폭된 저주파 전류 신호로부터 상기 복수의 저주파 전류 순시값을 추출하고, 상기 고역증폭부에 의해 증폭된 고주파 전류 신호로부터 상기 복수의 고주파 전류 순시값을 추출할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따라, 상기 저주파 및 고주파 겸용 전류센서를 이용하는 아크차단장치는 상기 전선에 설치되어 상기 전선에 흐르는 전류의 흐름을 허용하거나 차단하는 차단기; 상기 저주파와이어에 의해 검출된 저주파수 대역의 전류와 상기 고주파와이어에 의해 검출된 고주파수 대역의 전류를 이용하여 상기 전선에서의 아크 발생을 검출하는 아크검출부; 및 상기 아크검출부의 검출 결과에 따라 상기 차단기의 동작을 제어하는 제어부를 포함한다.
상기 아크차단장치는 상기 저주파와이어에 의해 검출된 저주파수 대역의 전류를 이용하여 상기 전선에서의 과전류 발생을 검출하는 과전류검출부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 과전류검출부의 검출 결과에 따라 상기 차단기의 동작을 제어할 수 있다.
본 발명에 따른 저주파 및 고주파 겸용 전류센서는 하나의 자기코어에 저주파수 대역의 전류를 검출하는 저주파와이어와 고주파수 대역의 전류를 검출하는 고주파와이어가 감겨 있음에 따라 과전류 발생 대역인 저주파수 대역의 전류와 아크 발생 대역인 고주파수 대역의 전류를 모두 검출할 수 있다. 그 결과, 하나의 전류 센서를 이용하여 저주파수 대역에서의 과전류 발생과 고주파수 대역에서의 아크 발생을 모두 검출할 수 있다. 이에 따라, 여러 개의 센서 사용에 따른 전기설비 내부의 공간 확보가 불필요하게 되어 아크, 과전류 등 이종의 이상 전류를 통합적으로 검출할 수 있는 기능을 갖는 전기설비의 제작이 용이해질 수 있고, 제작 비용이 절감될 수 있다.
게다가, 본 발명에 따른 저주파 및 고주파 겸용 전류센서를 이용하는 아크검출장치는 저주파와이어에 의해 검출된 저주파수 대역의 전류와 고주파와이어에 의해 검출된 고주파수 대역의 전류를 이용하여 전선에서의 아크 발생을 검출함으로써 아크가 발생하는 고주파수 대역의 신호만을 이용하는 종래의 아크 검출기에 비해 아크 발생을 정확하게 검출할 수 있다. 본 발명에 따른 저주파 및 고주파 겸용 전류센서를 이용하는 아크차단장치는 하나의 전류센서를 사용하여 과전류 발생으로 인한 사고와 아크 발생으로 인한 사고를 모두 방지할 수 있다. 상기된 바와 같은 기술적 과제로 한정되지 않으며, 이하의 설명으로부터 또 다른 기술적 과제가 도출될 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 저주파 및 고주파 겸용 전류센서(10)의 평면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 저주파 및 고주파 겸용 전류센서(10)의 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 저주파 및 고주파 겸용 전류센서(10)를 이용하는 아크검출장치의 구성도이다.
도 4는 도 1에 도시된 저주파 및 고주파 겸용 전류센서(10)를 이용하는 아크차단장치의 구성도이다.
도 5는 도 3, 4에 도시된 아크검출부(70)의 아크 검출 방법의 흐름도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예는 과전류 발생 대역인 저주파수 대역의 전류와 아크 발생 대역인 고주파수 대역의 전류를 모두 검출할 수 있는 저주파 및 고주파 겸용 전류센서, 그 저주파 및 고주파 겸용 전류센서를 이용하여 아크 발생과 과전류 발생을 모두 검출할 수 있는 아크검출장치, 및 그 저주파 및 고주파 겸용 전류센서를 이용하여 아크 전류와 과전류를 모두 차단할 수 있는 아크차단장치에 관한 것이다. 이하에서는 이러한 아크검출장치와 아크차단장치를 간략하게 "아크검출장치", "아크차단장치"로 호칭할 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 저주파 및 고주파 겸용 전류센서(10)의 평면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 저주파 및 고주파 겸용 전류센서(10)의 사시도 및 기호이다. 도 1, 2를 참조하면, 저주파 및 고주파 겸용 전류센서(10)는 자기코어(11), 저주파와이어(12), 및 고주파와이어(13)로 구성된다. 도 1, 2에 도시된 저주파와이어(12), 고주파와이어(13)의 감김 횟수는 본 실시예에 대한 이해를 돕기 위한 예시적인 것으로 저주파 및 고주파 겸용 전류센서(10)가 제품으로 구현될 경우의 실제 감김 횟수와 다르다. 예를 들어, 저주파와이어(12)는 자기코어(11)에 수백회 감길 수 있다.
도 2의 (a)에는 도 1에 도시된 저주파 및 고주파 겸용 전류센서의 사시도가 도시되어 있고, 도 2의 (b)에는 도 1에 도시된 저주파 및 고주파 겸용 전류센서의 기호(symbol)가 도시되어 있다. 대표적인 전류센서인 변류기의 기호는 일자 라인에 중첩된 하나의 원으로 표현되는 반면, 본 실시예에 따른 전류센서의 기호는 일자 라인에 중첩된 두 개의 동심원으로 표현된다. 두 개의 동심원 각각의 크기는 자기코어(11)에 감기는 각 와이어의 길이를 상징적으로 나타낸다. 따라서, 두 개의 동심원 중 내측 원은 고주파와이어(13)에 해당되고, 외측 원은 저주파와이어(12)을 나타낸다.
자기코어(11)는 중공을 갖는 링형으로 형성되어 중공을 통과하는 전선(1)에 흐르는 전류로부터 발생된 자기장을 집속한다. 전선(1)에 흐르는 전류는 50Hz 교류 또는 60Hz 교류일 수 있다. 전선(1)은 단상 교류를 공급하기 위한 두 가닥의 전선 중 어느 하나일 수 있고, 삼상 교류를 공급하기 위한 세 가닥의 전선 중 어느 하나일 수 있다. 자기코어(11)는 자기장 집속력을 높기 위해 여러 장의 규소 강판이 적층된 형태로 제작될 수도 있고, 나노크리스탈 자성체로 제작될 수도 있다.
저주파와이어(12)는 자기코어(11)의 중공을 통과한 후에 자기코어(11)의 중공을 다시 통과하는 방식으로 자기코어(11)에 복수 회 감김으로써 전선에 흐르는 전류 중에서 저주파수 대역의 전류를 검출한다. 도 1, 2에 도시된 바와 같이, 저주파와이어(12)는 자기코어(11)의 중공을 통과한 후에 자기코어(11)의 중공을 다시 통과하는 방식으로 자기코어(11)의 표면 둘레에 나선형으로 복수 회 감겨 있다. 예를 들어, 저주파와이어(12)에 의해 검출된 저주파수 대역의 전류는 50Hz 또는 60Hz를 포함하는 저주파수 대역의 전류일 수 있다.
고주파와이어(13)는 저주파와이어(12)가 감겨 있는 자기코어(11)의 중공을 통과한 후에 저주파와이어(12)가 감겨 있는 자기코어(11)의 중공을 다시 통과하는 방식으로 자기코어(11)에 복수 회 감김으로써 전선에 흐르는 전류 중에서 고주파수 대역의 전류를 검출한다. 도 1, 2에 도시된 바와 같이, 고주파와이어(13)는 저주파와이어(12)가 감겨 있는 자기코어(11)의 중공을 통과한 후에 저주파와이어(12)가 감겨 있는 자기코어(11)의 중공을 다시 통과하는 방식으로 저주파와이어(12)가 감겨 있는 자기코어(11)의 표면 둘레에 나선형으로 복수 회 감겨 있다.
본 실시예에 따르면, 저주파와이어(12)는 자기코어(11)의 중공을 통과한 후에 자기코어(11)의 중공을 다시 통과하는 방식으로 자기코어(11)에 고주파와이어(13)의 감김 횟수보다 많은 횟수로 감김으로써 전선(1)에 흐르는 전류 중에서 저주파수 대역의 전류를 검출하고, 고주파와이어(13)는 자기코어(11)의 중공을 통과한 후에 자기코어(11)의 중공을 다시 통과하는 방식으로 자기코어(11)에 저주파와이어(12)의 감김 횟수보다 적은 횟수로 감김으로써 전선(1)에 흐르는 전류 중에서 고주파수 대역의 전류를 검출한다. 이와 같이, 저주파와이어(12) 및 고주파와이어(13) 각각에 의해 검출되는 전류의 주파수대역은 저주파와이어(12) 및 고주파와이어(13) 각각의 감김 횟수에 반비례한다.
자기코어(11)가 도 1, 2에 도시된 바와 같이 환상 링형으로 형성될 경우, 저주파와이어(12)에 의해 검출되는 전류의 주파수대역은 아래와 같은 수학식 1에 의해 결정된다.
수학식 1에서 BWL은 저주파와이어(12)에 의해 검출되는 전류의 주파수대역이고, μ은 자기코어(11)의 투자율이고, S는 자기코어(11)의 횡단면적이고, l은 자기코어(11)의 평균 둘레길이이고, NL은 저주파와이어(12)의 감김 횟수이고, NH는 고주파와이어(13)의 감김 횟수이고, aL은 저주파와이어(12)의 자기인덕턴스 보정계수이고, b는 저주파와이어(12)와 고주파와이어(13)간의 상호인덕턴스 보정계수이다. CL은 서로 이웃하게 배치되는 두 가닥의 저주파와이어(12) 사이의 커패시턴스이고, WL은 저주파와이어(12)에 의해 검출되는 전류의 주파수대역의 폭을 결정하는 값이다.
여기에서, aL, b, CL, WL은 자기코어(11)의 형태, 저주파와이어(12)과 고주파와이어(13) 각각의 감김 간격, 동선 굵기 등 다양한 인자에 의해 결정되는 값이다. 오실로스코프, 스펙트럼 분석기 등을 사용하여 저주파와이어(12)에 의해 검출되는 전류의 주파수대역을 모니터링하면서 다양한 인자들을 조정해나가는 방식으로 저주파 및 고주파 겸용 전류센서(10)를 설계함으로써 설계자가 원하는 정확한 주파수대역의 전류를 검출하는 저주파 및 고주파 겸용 전류센서(10)를 제작할 수 있다.
수학식 1에 따르면, 나선형으로 감겨 있는 저주파와이어(12)의 감김 횟수에 반비례하는 저주파와이어(12)의 자기인덕턴스와 저주파와이어(12)의 나선형 감김 구조에 따라 서로 이웃하게 배치되는 두 가닥의 저주파와이어(12) 사이의 커패시턴스에 의해 저주파와이어(12)에 의해 검출되는 전류의 주파수대역이 결정된다. NL은 고전압 전류를 저저압 전류로 변환하기 위해 매우 큰 값이 되는 반면, NH는 고주파수 대역의 전류를 검출하기 위해 NL에 비해 매우 작은 값이 된다. NL과 NH의 차이가 많이 날수록 저주파와이어(12)와 고주파와이어(13)간의 상호인덕턴스는 저주파와이어(12)에 의해 검출되는 전류의 주파수대역에 거의 영향을 주지 않게 된다. 전선(1)에 흐르는 고전압 전류를 저저압 전류로 변환하기 위한 저주파와이어(12)의 감김 횟수의 큰 변화 없이 저주파와이어(12)에 의해 설계자가 원하는 저주파수 대역의 전류가 검출될 수 있게 된다.
자기코어(11)가 도 1, 2에 도시된 바와 같이 환상 링형으로 형성될 경우, 고주파와이어(13)에 의해 검출되는 전류의 주파수대역은 아래와 같은 수학식 2에 의해 결정된다.
수학식 2에서 BWH은 고주파와이어(13)에 의해 검출되는 전류의 주파수대역이고, μ은 자기코어(11)의 투자율이고, S는 자기코어(11)의 횡단면적이고, l은 자기코어(11)의 평균 둘레길이이고, NL은 저주파와이어(12)의 감김 횟수이고, NH는 고주파와이어(12)의 감김 횟수이고, aH은 고주파와이어(13)의 자기인덕턴스 보정계수이고, b는 저주파와이어(12)와 고주파와이어(13)간의 상호인덕턴스 보정계수이다. CH은 서로 이웃하게 배치되는 두 가닥의 고주파와이어(13) 사이의 커패시턴스이고, WH은 고주파와이어(13)에 의해 검출되는 전류의 주파수대역의 폭을 결정하는 값이다. 상술한 바와 같이, aL, b, CL, WH은 자기코어(11)의 형태, 저주파와이어(12)과 고주파와이어(13) 각각의 감김 간격, 동선 굵기 등 다양한 인자에 의해 결정되는 값이다.
수학식 2에 따르면, 나선형으로 감겨 있는 고주파와이어(13)의 감김 횟수에 반비례하는 고주파와이어(13)의 자기인덕턴스와 고주파와이어(13)의 나선형 감김 구조에 따라 서로 이웃하게 배치되는 두 가닥의 고주파와이어(13) 사이의 커패시턴스에 의해 고주파와이어(13)에 의해 검출되는 전류의 주파수대역이 결정된다. 고주파와이어(13)의 감김 횟수는 전선(1)에 흐르는 고전압 전류를 저저압 전류로 변환하기 위한 권선비와는 관련이 없고, 전선(1) 주변의 노이즈 정도의 에너지를 갖는 초기 아크 노이즈를 검출하기 위한 것이므로 초기 아크 노이즈의 발생 주파수 대역에 맞게 자유롭게 설계될 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 저주파 및 고주파 겸용 전류센서(10)를 이용하는 아크검출장치의 구성도이다. 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 아크검출장치는 저주파 및 고주파 겸용 전류센서(10), 저역통과필터(20), 저역증폭부(30), 대역통과필터(40), 고역증폭부(50), 영점검출부(60), 및 아크검출부(70)로 구성된다. 저주파 및 고주파 겸용 전류센서(10)는 도 2의 (b) 기호로 표시되어 있다.
저역통과필터(20)는 저주파와이어(12)에 의해 검출된 저주파 대역의 전류 중 미리 설정된 상한주파수 이하의 저주파 전류 신호를 통과시킨다. 예를 들어, 저역통과필터(20)는 상한주파수 1Khz 이하의 저주파 전류 신호를 통과시키고, 1Khz를 초과하는 신호를 차단할 수 있다. 저역통과필터(20)에 연결된 두 가닥의 저주파와이어(12) 사이에는 버든 저항이 병렬 연결되어 전압 형태의 전류 신호가 저역통과필터(20)로 입력될 수 있다. 저역통과필터(20)는 인덕터, 캐패시터 등과 소자들의 조합으로 이루어진 아날로그 저역통과필터로 구현될 수 있고, 상한주파수는 이러한 소자들의 값 조정으로 설정될 수 있다. 저역통과필터(20)는 저주파와이어(12)를 통해 검출된 저주파 대역의 전류로부터 주변 노이즈를 제거하는 역할을 한다.
저역증폭부(30)는 저역통과필터(20)를 통과한 저주파 전류 신호를 증폭한다. 저역증폭부(30)는 아크검출부(70)의 아날로그 디지털 변환의 입력 범위에 맞추어 옵셋과 게인이 설계된 차동증폭기로 구현될 수 있다.
대역통과필터(40)는 고주파와이어(13)에 의해 검출된 고주파 대역의 전류 중 미리 설정된 대역의 고주파 전류 신호를 통과시킨다. 예를 들어, 대역통과필터(40)는 중심주파수가 150Mhz이고 대역폭이 68Mhz인 고주파 전류 신호를 통과시키고, 나머지 대역의 전류 신호를 차단할 수 있다. 대역통과필터(40)는 인덕터, 캐패시터 등과 소자들의 조합으로 이루어진 아날로그 대역통과필터로 구현될 수 있고, 통과 대역은 이러한 소자들의 값 조정으로 설정될 수 있다. 대역통과필터(40)는 아크 범위에 속하는 주파수 대역의 고주파 전류 신호만을 추출하는 역할을 한다.
고역증폭부(50)는 대역통과필터(40)를 통과한 고주파 전류 신호를 증폭한다. 고역증폭부(50)는 광대역의 신호 증폭이 가능한 로그증폭기와 아크검출부(70)의 아날로그 디지털 변환의 입력 범위에 맞추어 옵셋과 게인이 설계된 차동증폭기의 조합으로 구현될 수 있다. 아크 노이즈는 매우 넓은 대역에 걸쳐 발생하기 때문에 광대역의 신호 증폭이 가능한 로그증폭기가 사용된다. 로그증폭기의 입력 임피던스가 버든 저항의 역할을 하기 때문에 버든 저항 사용이 생략될 수 있다.
영점검출부(60)는 저역증폭부(30)에 의해 증폭된 저주파 전류 신호의 영점을 연속적으로 검출함으로써 저주파와이어(12)에 의해 검출된 저주파 대역의 전류의 영점을 연속적으로 검출한다. 저주파와이어(12)에 의해 검출된 저주파 대역의 전류는 교류 타입의 전류로 영점검출부(60)에 의해 연속적으로 검출된 두 영점 사이의 구간은 저주파와이어(12)를 통해 검출된 저주파 대역의 전류의 반주기에 해당된다.
아크검출부(70)는 저주파와이어(12)에 의해 검출된 저주파수 대역의 전류와 고주파와이어(13)에 의해 검출된 고주파수 대역의 전류를 이용하여 전선(1)에서의 아크 발생을 검출한다. 보다 상세하게 설명하면, 아크검출부(70)는 저역통과필터(20)를 통과한 저주파 전류 신호의 변동과 대역통과필터(40)를 통과한 고주파 전류 신호의 크기에 기초하여 전선(1)에서의 아크 발생을 검출한다. 아크검출부(70)는 마이크로프로세서와 두 개의 ADC(Analog Digital Converter)의 조합으로 구현될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 아크검출부(70)는 저주파와이어(12)에 의해 검출된 저주파수 대역의 전류에 대한 복수의 저주파 전류 순시값의 변동과 고주파와이어(13)에 의해 검출된 고주파수 대역의 전류에 대한 복수의 고주파 전류 순시값의 크기에 기초하여 전선(1)에서의 아크 발생을 검출할 수 있다. 즉, 아크검출부(70)는 저역증폭부(30)에 의해 증폭된 저주파 전류 신호에 대한 복수의 저주파 전류 순시값의 변동과 고역증폭부(50)에 의해 증폭된 고주파 전류 신호에 대한 복수의 고주파 전류 순시값의 크기에 기초하여 전선(1)에서의 아크 발생을 검출한다.
도 4는 도 1에 도시된 저주파 및 고주파 겸용 전류센서(10)를 이용하는 아크차단장치의 구성도이다. 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 아크차단장치는 저주파 및 고주파 겸용 전류센서(10), 저역통과필터(20), 저역증폭부(30), 대역통과필터(40), 고역증폭부(50), 영점검출부(60), 아크검출부(70), 과전류검출부(80), 제어부(90), 및 차단기(100)로 구성된다. 이와 같이, 본 실시예에 따른 아크차단장치는 도 3에 도시된 아크검출장치에 과전류검출부(80), 제어부(90), 및 차단기(100)가 추가되어 구성된다. 이하에서는 과전류검출부(80), 제어부(90), 및 차단기(100)에 대해서 설명하기로 하며, 나머지 구성요소들에 대해서 도 3에 도시된 아크검출장치의 설명으로 갈음하기로 한다.
과전류검출부(80)는 저주파와이어(12)에 의해 검출된 저주파수 대역의 전류를 이용하여 전선(1)에서의 과전류 발생을 검출한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 과전류검출부(80)는 아날로그 비교기를 이용하여 저역통과필터(20)를 통과한 저주파 전류 신호의 크기와 미리 결정된 임계 크기를 비교하고, 그 비교 결과 저역통과필터(20)를 통과한 저주파 전류 신호의 크기가 임계 크기보다 크면 전선(1)에서 과전류가 발생한 것으로 결정한다. 임계 크기는 전선(1)으로부터 전류가 흘러들어가는 전기회로의 정격 전류, 전선(1)을 통해 전력을 공급받는 부하의 정격 전력 등을 고려하여 결정된다.
아날로그 비교기의 성능에 따라, 과전류검출부(80)는 저역증폭부(30)에 의해 증폭된 저주파 전류 신호의 크기와 미리 결정된 임계 크기를 비교하고, 그 비교 결과 저역증폭부(30)에 의해 증폭된 저주파 전류 신호의 크기가 임계 크기보다 크면 전선(1)에서 과전류가 발생한 것으로 결정한다. 전기설비 내부는 일반적으로 매우 많은 부품이 내장되어 있어 매우 비좁다. 본 실시예에 따르면, 하나의 센서(10)를 이용하여 전선(1)에서의 아크 발생과 과전류 발생을 모두 검출할 수 있어 여러 개의 센서 사용에 따른 전기설비 내부의 공간 확보가 불필요하게 된다. 그 결과, 아크, 과전류 등 이종의 이상 전류를 통합적으로 검출할 수 있는 기능을 갖는 전기설비의 제작이 용이해질 수 있고, 제작 비용이 절감될 수 있다.
제어부(90)는 아크검출부(70)의 검출 결과와 과전류검출부(80)의 검출 결과에 따라 차단기(100)의 동작을 제어한다. 제어부(90)는 아크검출부(70)에 의해 전선(1)에 아크가 발생된 것으로 결정되거나 과전류검출부(80)에 의해 전선(1)에 과전류가 발생된 것으로 결정되면 차단기(100)가 전선(1)에 흐르는 전류의 흐름을 차단하도록 차단기(100)의 동작을 제어한다. 즉, 제어부(90)는 아크검출부(70)에 의해 전선(1)에 아크가 발생된 것으로 결정되거나 과전류검출부(80)에 의해 전선(1)에 과전류가 발생된 것으로 결정되면 차단기(100)가 전선(1)에 흐르는 전류의 흐름을 차단하도록 차단기(100)에 트립 신호를 출력한다.
이와 같이, 본 실시예에 따른 아크차단장치는 하나의 전류센서를 사용하여 전선(1)으로부터의 과전류 유입과 아크전류 유입을 차단함으로써 과전류 발생으로 인한 사고와 아크 발생으로 인한 사고를 모두 방지할 수 있다. 아크는 그 세기가 미약한 전조 단계에서 검출되어 미리 차단될 수 있으나, 마이크로프로세서 등으로 구현되는 아크검출부(70)에 과전류가 유입되면 아크검출부(70)가 고장날 수 있다. 본 실시예에 따르면, 과전류검출부(80)는 아날로그 방식으로 과전류를 검출하기 때문에 디지털 방식으로 아크를 검출하는 아크검출부(70)에 과전류가 입력되기 전에 과전류 검출이 가능하게 된다. 이에 따라, 아크검출부(70)로의 과전류 유입이 차단될 수 있다.
차단기(100)는 제어부(90)의 제어에 따라 전선(1)에 설치되어 전선(1)에 흐르는 전류의 흐름을 허용하거나 차단한다. 차단기(100)는 제어부(90)로부터 투입 신호가 입력되거나 어떤 신호도 입력되지 않는 정상 상태에서는 투입된 상태로 유지된다. 차단기(100)는 제어부(90)로부터 트립 신호를 수신하면 트립되어 전선(1)에 흐르는 전류의 흐름을 차단한다. 이후, 사용자에 의해 과전류와 아크에 대한 점검 수리가 이루어지게 된다. 사용자의 점검 수리가 완료되면 사용자에 의해 수동으로 차단기(100)가 투입된다.
도 5는 도 3, 4에 도시된 아크검출부(70)의 아크 검출 방법의 흐름도이다. 도 5를 참조하면, 도 3, 4에 도시된 아크검출부(70)의 아크 검출 방법은 다음과 같이 101~103 단계, 201~203 단계, 301~306 단계로 구성된다. 101~103 단계는 저역증폭부(30)에 의해 증폭된 저주파 전류 신호에 대해 반주기 단위로 실효값과 변동폭을 반복해서 산출하는 저주파 전류 루프 과정에 해당된다. 101~103 단계는 저역증폭부(30)에 의해 증폭된 저주파 전류 신호에 대해 반주기 단위로 실효값과 변동폭을 반복해서 산출하는 루프 과정에 해당된다. 201~203 단계는 고역증폭부(50)에 의해 증폭된 고주파 전류 신호에 대해 반주기 단위로 아크 점수를 반복해서 산출하는 루프 과정에 해당된다.
301~306 단계는 101~103 단계의 루프 과정에서 반주기 단위로 산출된 실효값과 변동폭과 201~203 단계의 루프 과정에서 반주기 단위로 산출된 아크 점수를 이용하여 전선(1)에서의 아크 발생 여부를 결정하는 메인 과정이다. 101~103 단계와 201~203 단계는 301~306 단계의 메인 과정이 수행되는 동안에 그 메인 과정의 진행과 별개로 계속적으로 반복되는 루프 과정으로서 301~306 단계는 그 메인 과정의 수행 시점에서 101~103 단계, 201~203 단계에서 산출된 값을 이용하게 된다.
101 단계에서 아크검출부(70)는 영점검출부(60)에 의해 검출된 영점을 기준으로 반주기 단위로 저역증폭부(30)에 의해 증폭된 저주파 전류 신호를 32회 샘플링함으로써 저역증폭부(30)에 의해 증폭된 저주파 전류 신호로부터 반주기마다 32 개의 저주파 전류 순시값을 추출한다. 이와 같이 추출된 32 개의 저주파 전류 순시값은 디지털 값으로 101 단계는 아날로그 타입의 저주파 신호를 디지털 신호로 변환하는 과정에 해당된다.
102 단계에서 아크검출부(70)는 101 단계에서 추출된 반주기 동안의 32 개의 저주파 전류 순시값에 대한 실효값을 산출한다. 아크검출부(70)는 반주기 동안의 32 개의 저주파 전류 순시값 각각을 제곱하고, 그 제곱값들에 대한 반주기 동안의 평균값을 산출하고, 그 평균값에 대한 제곱근 값을 산출함으로써 반주기 동안의 32 개의 저주파 전류 순시값에 대한 실효값을 산출한다. 이와 같이 산출된 실효값은 반주기 동안의 저주파 전류 실효값에 해당된다.
103 단계에서 아크검출부(70)는 102 단계에서 산출된 반주기 동안의 저주파 전류 실효값을 이전 반주기 동안의 저주파 전류 실효값으로부터 감산함으로써 저주파 전류 실효값의 변동폭을 산출한다.
201 단계에서 아크검출부(70)는 영점검출부(60)에 의해 검출된 영점을 기준으로 반주기 단위로 고역증폭부(50)에 의해 증폭된 고주파 전류 신호를 32회 샘플링함으로써 제고역증폭부(50)에 의해 증폭된 고주파 전류 신호로부터 반주기마다 32 개의 고주파 전류 순시값을 추출한다. 여기에서, 반주기는 영점검출부(60)에 의해 연속적으로 검출된 두 영점 사이의 구간에 해당된다. 이와 같이 추출된 32 개의 고주파 전류 순시값은 디지털 값으로 201 단계는 아날로그 타입의 고주파 신호를 디지털 신호로 변환하는 과정에 해당된다.
이와 같이, 영점검출부(60)에 의해 검출된 영점을 기준으로 저주파 전류 순시값과 고주파 전류 순시값이 추출되기 때문에 저주파 전류와 고주파 전류간의 동기화가 이루어져 그 각각의 주파수 변동에 기인한 오차가 방지될 수 있다.
202 단계에서 아크검출부(70)는 201 단계에서 추출된 반주기 동안의 32 개의 고주파 전류 순시값 각각에서 201 단계에서 추출된 반주기 동안의 32 개의 고주파 전류 순시값의 최소값을 감산하고, 그 감산 결과의 평균값을 산출한다. 반주기 동안의 32 개의 고주파 전류 순시값의 최소값은 전선(1)에 흐르는 전류에 아크가 없는 상태에서의 주변 노이즈의 크기로 추정될 수 있다. 따라서, 202 단계에서 산출된 평균값은 아크 노이즈의 평균 값으로 볼 수 있다.
203 단계에서 아크검출부(70)는 202 단계에서 산출된 평균값을 정규화함으로써 202 단계에서 산출된 평균값에 대한 아크 점수를 산출한다. 202 단계에서 산출된 평균값의 정규화는 매우 넓은 범위에 분포하는 평균값을 아크 검출 판단을 위한 일정 범위 내의 값으로 변환하는 과정을 의미한다. 예를 들어, 아크검출부(70)는 202 단계에서 산출된 평균값을 미리 결정된 상수 값으로 나눔으로써 202 단계에서 산출된 평균값에 대한 아크 점수를 산출한다.
301 단계에서 아크검출부(70)는 102 단계에서 산출된 반주기 동안의 저주파 전류 실효값의 크기에 반비례하여 타이머 시간을 설정하고, 이와 같이 설정된 타이머 시간에 대한 카운트다운을 시작한다. 반주기 동안의 저주파 전류 실효값이 클수록 전선(1)에 발생된 아크의 크기가 커지게 되고, 결과적으로 화재 발생 가능성도 높아지게 된다. 본 실시예에서는 반주기 동안의 저주파 전류 실효값이 클수록 타이머 시간을 짧게 함으로써 아크 검출이 신속하게 이루어지도록 한다.
302 단계에서 아크검출부(70)는 203 단계에서 산출된 아크 점수를 누적 가산한다. 203 단계에서 산출된 아크 점수를 누적 가산한다는 것은 203 단계에서 아크 점수가 산출될 때마다 지금까지 누적 가산된 아크 점수의 합계에 새로 산출된 아크 점수를 가산한다는 것을 의미한다.
303 단계에서 아크검출부(70)는 301 단계에서 설정된 타이머 시간이 경과되었는가를 확인한다. 303 단계에서의 확인 결과, 301 단계에서 설정된 타이머 시간이 경과되었으면 304 단계로 진행한다. 그렇지 않으면, 302 단계로 돌아간다. 301 단계에서 설정된 타이머 시간 동안에 203 단계는 여러 번 반복된다. 즉, 301 단계에서 설정된 타이머 시간 동안, 203 단계의 수행 회수 만큼 203 단계에서 산출된 아크 점수의 누적 가산이 반복된다.
304 단계에서 아크검출부(70)는 103 단계에서 산출된 저주파 전류 실효값의 변동폭이 102 단계에서 산출된 저주파 전류 실효값에 대해 미리 설정된 기준 비율에 해당하는 값보다 큰가를 확인한다. 예를 들어, 기준 비율이 5%이면 아크검출부(70)는 103 단계에서 산출된 저주파 전류 실효값의 변동폭이 102 단계에서 산출된 저주파 전류 실효값의 5%에 해당하는 값보다 큰가를 확인한다. 전선(1)에서 아크가 발생되면 저주파 전류 실효값의 변동이 발생된다. 304 단계에서의 확인 결과, 103 단계에서 산출된 저주파 전류 실효값의 변동폭이 102 단계에서 산출된 저주파 전류 실효값의 5%에 해당하는 값보다 크면 305 단계로 진행한다. 그렇지 않으면, 301 단계로 돌아간다.
305 단계에서 아크검출부(70)는 302 단계에서 누적 가산된 아크 점수의 합계가 미리 설정된 기준값보다 큰가를 확인한다. 305 단계에서의 확인 결과, 302 단계에서 산출된 아크 점수의 누적 합계가 기준값보다 크면 306 단계로 진행한다. 그렇지 않으면, 301 단계로 돌아간다. 301 단계로 돌아가게 되면, 다시 301 단계가 수행되는 시점에서 102 단계에서 산출된 반주기 동안의 저주파 전류 실효값의 크기에 반비례하여 타이머 시간이 재설정되고, 상기된 메인 과정이 반복된다.
306 단계에서 아크검출부(70)는 전선(1)에서 아크가 발생된 것으로 결정한다. 본 실시예에 따르면, 아크검출부(70)는 복수의 저주파 전류 순시값에 대한 실효값의 변동폭과 복수의 고주파 전류 순시값 각각에서 복수의 고주파 전류 순시값의 최소값을 감산한 결과의 평균값의 크기에 기초하여 전선(1)에서의 아크 발생을 검출함으로써 전선(1)의 주변 노이즈의 영향 없이 정확하게 전선(1)에서의 아크 발생을 검출할 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 ... 저주파 및 고주파 겸용 전류센서
11 ... 자기코어
12 ... 저주파와이어
13 ... 고주파와이어
20 ... 저역통과필터
30 ... 저역증폭부
40 ... 대역통과필터
50 ... 고역증폭부
60 ... 영점검출부
70 ... 아크검출부
80 ... 과전류검출부
90 ... 제어부
100 ... 차단기

Claims (15)

  1. 중공을 갖는 링형으로 형성되어 상기 중공을 통과하는 전선에 흐르는 전류로부터 발생된 자기장을 집속하기 위한 자기코어;
    상기 자기코어의 중공을 통과한 후에 상기 자기코어의 중공을 다시 통과하는 방식으로 상기 자기코어에 복수 회 감김으로써 상기 전선에 흐르는 전류 중에서 저주파수 대역의 전류를 검출하는 저주파와이어; 및
    상기 자기코어의 중공을 통과한 후에 상기 자기코어의 중공을 다시 통과하는 방식으로 상기 자기코어에 상기 저주파와이어의 감김 횟수보다 적은 횟수로 감김으로써 상기 전선에 흐르는 전류 중에서 고주파수 대역의 전류를 검출하는 고주파와이어를 포함하고,
    상기 저주파와이어 및 상기 고주파와이어 각각에 의해 검출되는 전류의 주파수대역은 상기 저주파와이어 및 상기 고주파와이어 각각의 감김 횟수에 반비례하는 것을 특징으로 하는 저주파 및 고주파 겸용 전류센서.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 저주파와이어는 상기 자기코어의 중공을 통과한 후에 상기 자기코어의 중공을 다시 통과하는 방식으로 상기 자기코어의 표면 둘레에 나선형으로 복수 회 감겨 있고,
    상기 고주파와이어는 상기 저주파와이어가 감겨 있는 자기코어의 중공을 통과한 후에 상기 저주파와이어가 감겨 있는 자기코어의 중공을 다시 통과하는 방식으로 상기 저주파와이어가 감겨 있는 자기코어의 표면 둘레에 나선형으로 복수 회 감겨 있는 것을 특징으로 하는 저주파 및 고주파 겸용 전류센서.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 나선형으로 감겨 있는 저주파와이어의 감김 횟수에 반비례하는 저주파와이어의 자기인덕턴스와 상기 저주파와이어의 나선형 감김 구조에 따라 서로 이웃하게 배치되는 두 가닥의 저주파와이어 사이의 커패시턴스에 의해 상기 저주파와이어에 의해 검출되는 전류의 주파수대역이 결정되는 것을 특징으로 하는 저주파 및 고주파 겸용 전류센서.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 자기코어는 환상 링형으로 형성되고, 상기 저주파와이어에 의해 검출되는 전류의 주파수대역은 하기 수학식 1에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 저주파 및 고주파 겸용 전류센서.
    [수학식 1]

    (상기 수학식 1에서 BWL은 상기 저주파와이어에 의해 검출되는 전류의 주파수대역이고, μ은 상기 자기코어의 투자율이고, S는 상기 자기코어의 횡단면적이고, l은 상기 자기코어의 평균 둘레길이이고, NL은 상기 저주파와이어의 감김 횟수이고, NH는 상기 고주파와이어의 감김 횟수이고, aL은 상기 저주파와이어의 자기인덕턴스 보정계수이고, b는 상기 저주파와이어와 상기 고주파와이어간의 상호인덕턴스 보정계수이고, CL은 상기 서로 이웃하게 배치되는 두 가닥의 저주파와이어 사이의 커패시턴스이고, WL은 상기 저주파와이어에 의해 검출되는 전류의 주파수대역의 폭을 결정하는 값임)
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 나선형으로 감겨 있는 고주파와이어의 감김 횟수에 반비례하는 고주파와이어의 자기인덕턴스와 상기 고주파와이어의 나선형 감김 구조에 따라 서로 이웃하게 배치되는 두 가닥의 고주파와이어 사이의 커패시턴스에 의해 상기 고주파와이어에 의해 검출되는 전류의 주파수대역이 결정되는 것을 특징으로 하는 저주파 및 고주파 겸용 전류센서.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 자기코어는 환상 링형으로 형성되고, 상기 고주파와이어에 의해 검출되는 전류의 주파수대역은 하기 수학식 2에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 저주파 및 고주파 겸용 전류센서.
    [수학식 2]

    (상기 수학식 2에서 BWH은 상기 고주파와이어에 의해 검출되는 전류의 주파수대역이고, μ은 상기 자기코어의 투자율이고, S는 상기 자기코어의 횡단면적이고, l은 상기 자기코어의 평균 둘레길이이고, NL은 상기 저주파와이어의 감김 횟수이고, NH는 상기 고주파와이어의 감김 횟수이고, aH은 상기 고주파와이어의 자기인덕턴스 보정계수이고, b는 상기 저주파와이어와 상기 고주파와이어간의 상호인덕턴스 보정계수이고, CH은 상기 서로 이웃하게 배치되는 두 가닥의 고주파와이어 사이의 커패시턴스이고, WH은 상기 고주파와이어에 의해 검출되는 전류의 주파수대역의 폭을 결정하는 값임)
  8. 제 1 항의 저주파 및 고주파 겸용 전류센서를 이용하는 아크검출장치에 있어서,
    상기 저주파와이어에 의해 검출된 저주파수 대역의 전류와 상기 고주파와이어에 의해 검출된 고주파수 대역의 전류를 이용하여 상기 전선에서의 아크 발생을 검출하는 것을 특징으로 하는 아크검출장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 저주파와이어에 의해 검출된 저주파수 대역의 전류에 대한 복수의 저주파 전류 순시값의 변동과 상기 고주파와이어에 의해 검출된 고주파수 대역의 전류에 대한 산출된 복수의 고주파 전류 순시값의 크기에 기초하여 상기 전선에서의 아크 발생을 검출하는 것을 특징으로 하는 아크검출장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 저주파와이어에 의해 검출된 저주파수 대역의 전류 중 미리 설정된 상한주파수 이하의 저주파 전류 신호를 통과시키는 저역통과필터;
    상기 고주파와이어에 의해 검출된 고주파 대역의 전류 중 미리 설정된 대역의 고주파 전류 신호를 통과키는 대역통과필터; 및
    상기 저역통과필터를 통과한 저주파 전류 신호의 변동과 상기 대역통과필터를 통과한 고주파 전류 신호의 크기에 기초하여 상기 전선에서의 아크 발생을 검출하는 아크검출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 아크검출장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 저역통과필터를 통과한 저주파 전류 신호를 증폭하는 저역증폭부; 및
    상기 대역통과필터를 통과한 고주파 전류 신호를 증폭하는 고역증폭부를 더 포함하고,
    상기 아크검출부는 상기 저역증폭부에 의해 증폭된 저주파 전류 신호에 대한 복수의 저주파 전류 순시값의 변동과 상기 고역증폭부에 의해 증폭된 고주파 전류 신호에 대한 복수의 고주파 전류 순시값의 크기에 기초하여 상기 전선에서의 아크 발생을 검출하는 것을 특징으로 하는 아크검출장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 아크검출부는 상기 복수의 저주파 전류 순시값에 대한 실효값의 변동폭과 상기 복수의 고주파 전류 순시값 각각에서 상기 복수의 고주파 전류 순시값의 최소값을 감산한 결과의 평균값의 크기에 기초하여 상기 전선에서의 아크 발생을 검출하는 것을 특징으로 하는 아크검출장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 저주파와이어에 의해 검출된 저주파 대역의 전류의 영점을 연속적으로 검출하는 영점검출부를 더 포함하고,
    상기 아크검출부는 상기 영점검출부에 의해 검출된 영점을 기준으로 반주기 단위로 상기 저역증폭부에 의해 증폭된 저주파 전류 신호로부터 상기 복수의 저주파 전류 순시값을 추출하고, 상기 고역증폭부에 의해 증폭된 고주파 전류 신호로부터 상기 복수의 고주파 전류 순시값을 추출하는 것을 특징으로 하는 아크검출장치.
  14. 제 1 항의 저주파 및 고주파 겸용 전류센서를 이용하는 아크차단장치에 있어서,
    상기 전선에 설치되어 상기 전선에 흐르는 전류의 흐름을 허용하거나 차단하는 차단기;
    상기 저주파와이어에 의해 검출된 저주파수 대역의 전류와 상기 고주파와이어에 의해 검출된 고주파수 대역의 전류를 이용하여 상기 전선에서의 아크 발생을 검출하는 아크검출부; 및
    상기 아크검출부의 검출 결과에 따라 상기 차단기의 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 아크차단장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 저주파와이어에 의해 검출된 저주파수 대역의 전류를 이용하여 상기 전선에서의 과전류 발생을 검출하는 과전류검출부를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 과전류검출부의 검출 결과에 따라 상기 차단기의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 아크차단장치.
KR1020230064852A 2023-05-19 2023-05-19 저주파 및 고주파 겸용 전류센서, 그것을 이용한 아크검출장치 및 아크차단장치 KR102561039B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020230064852A KR102561039B1 (ko) 2023-05-19 2023-05-19 저주파 및 고주파 겸용 전류센서, 그것을 이용한 아크검출장치 및 아크차단장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020230064852A KR102561039B1 (ko) 2023-05-19 2023-05-19 저주파 및 고주파 겸용 전류센서, 그것을 이용한 아크검출장치 및 아크차단장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102561039B1 true KR102561039B1 (ko) 2023-07-28

Family

ID=87427073

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020230064852A KR102561039B1 (ko) 2023-05-19 2023-05-19 저주파 및 고주파 겸용 전류센서, 그것을 이용한 아크검출장치 및 아크차단장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102561039B1 (ko)

Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004219294A (ja) * 2003-01-16 2004-08-05 Fuji Electric Device Technology Co Ltd 電流センサとその製作方法
JP2004535748A (ja) * 2001-07-10 2004-11-25 ダイムラークライスラー・アクチェンゲゼルシャフト アークが発生したときに導体を保護する方法および装置
WO2010041340A1 (ja) * 2008-10-10 2010-04-15 有限会社ワイワイオフィス 磁性流体を用いたセンサ用の磁気ブリッジ、及び、この磁気ブリッジを用いた電流センサ並びに磁界センサ
JP2013231601A (ja) * 2012-04-27 2013-11-14 Mitsubishi Electric Corp 電力変換装置の電流検出装置、およびこの電流検出装置を備えた半導体モジュール
JP2015513109A (ja) * 2012-04-12 2015-04-30 インスティテュート オブ ジオロジカル アンド ニュークリア サイエンシズ リミティド 磁力計
JP2017510818A (ja) * 2014-03-10 2017-04-13 コアテク， インコーポレイテッドＱｏｒｔｅｋ， Ｉｎｃ． 非接触磁歪電流センサ
JP2018072220A (ja) * 2016-10-31 2018-05-10 横河電機株式会社 電流測定装置
JP2018126006A (ja) * 2017-02-02 2018-08-09 宮崎県 電流センサおよび電流測定装置並びに太陽電池ストリング用電流測定システム
WO2019159582A1 (ja) * 2018-02-15 2019-08-22 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 アーク検出回路、ブレーカ、パワーコンディショナ、太陽光パネル、太陽光パネル付属モジュール、接続箱
JP2020067434A (ja) * 2018-10-26 2020-04-30 スミダコーポレーション株式会社 コイル線材、電流センサ部材及び電流センサ
JP2021063711A (ja) * 2019-10-15 2021-04-22 ロイヤルセンシング合同会社 二重ソレノイド磁性流体磁界センサおよび二重ソレノイド磁性流体電流センサ
JP2021152514A (ja) * 2020-03-24 2021-09-30 甲神電機株式会社 可飽和コアの固定具を備えたフラックスゲート電流センサ
JP2022013185A (ja) * 2020-07-03 2022-01-18 株式会社日立産機システム 電流センサおよび変圧器
KR102409588B1 (ko) * 2022-03-08 2022-06-23 주식회사 케이에너지시스템 다중 주파수 대역 판별 기능을 구비한 아크 감지장치
KR20230069750A (ko) * 2021-11-12 2023-05-19 효성중공업 주식회사 단일 로고스키 코일을 이용한 차단기 운전전류 및 사고전류 측정장치

Patent Citations (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004535748A (ja) * 2001-07-10 2004-11-25 ダイムラークライスラー・アクチェンゲゼルシャフト アークが発生したときに導体を保護する方法および装置
JP2004219294A (ja) * 2003-01-16 2004-08-05 Fuji Electric Device Technology Co Ltd 電流センサとその製作方法
WO2010041340A1 (ja) * 2008-10-10 2010-04-15 有限会社ワイワイオフィス 磁性流体を用いたセンサ用の磁気ブリッジ、及び、この磁気ブリッジを用いた電流センサ並びに磁界センサ
JP2015513109A (ja) * 2012-04-12 2015-04-30 インスティテュート オブ ジオロジカル アンド ニュークリア サイエンシズ リミティド 磁力計
JP2013231601A (ja) * 2012-04-27 2013-11-14 Mitsubishi Electric Corp 電力変換装置の電流検出装置、およびこの電流検出装置を備えた半導体モジュール
JP2017510818A (ja) * 2014-03-10 2017-04-13 コアテク， インコーポレイテッドＱｏｒｔｅｋ， Ｉｎｃ． 非接触磁歪電流センサ
KR101965977B1 (ko) * 2016-10-31 2019-04-04 요코가와 덴키 가부시키가이샤 전류 측정 장치
JP2018072220A (ja) * 2016-10-31 2018-05-10 横河電機株式会社 電流測定装置
JP2018126006A (ja) * 2017-02-02 2018-08-09 宮崎県 電流センサおよび電流測定装置並びに太陽電池ストリング用電流測定システム
WO2019159582A1 (ja) * 2018-02-15 2019-08-22 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 アーク検出回路、ブレーカ、パワーコンディショナ、太陽光パネル、太陽光パネル付属モジュール、接続箱
JP2020067434A (ja) * 2018-10-26 2020-04-30 スミダコーポレーション株式会社 コイル線材、電流センサ部材及び電流センサ
JP2021063711A (ja) * 2019-10-15 2021-04-22 ロイヤルセンシング合同会社 二重ソレノイド磁性流体磁界センサおよび二重ソレノイド磁性流体電流センサ
JP2021152514A (ja) * 2020-03-24 2021-09-30 甲神電機株式会社 可飽和コアの固定具を備えたフラックスゲート電流センサ
JP2022013185A (ja) * 2020-07-03 2022-01-18 株式会社日立産機システム 電流センサおよび変圧器
KR20230069750A (ko) * 2021-11-12 2023-05-19 효성중공업 주식회사 단일 로고스키 코일을 이용한 차단기 운전전류 및 사고전류 측정장치
KR102409588B1 (ko) * 2022-03-08 2022-06-23 주식회사 케이에너지시스템 다중 주파수 대역 판별 기능을 구비한 아크 감지장치

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2641311B1 (en) Multi-pole arcing fault circuit breaker including a neutral current sensor
EP2115843B1 (en) Arc fault circuit interrupter and method of parallel and series arc fault detection
US20090161270A1 (en) Industrial arc fault circuit interrupter and method of detecting arcing conditions
US5839092A (en) Arcing fault detection system using fluctuations in current peaks and waveforms
US9347978B2 (en) Arc fault detector with circuit interrupter
US7633727B2 (en) Arc fault circuit interrupter and series arc fault detection method using plural high frequency bands
US6567250B1 (en) Arc fault protected device
US7463465B2 (en) Series arc fault current interrupters and methods
TW200934027A (en) Transformer inrush current detector
EP2633595B1 (en) A protection relay for sensitive earth fault portection
MXPA97007859A (en) System of detection of failure by formation of a
EP3663778B1 (en) Low cost high frequency sensor for arc-fault detection
KR102173348B1 (ko) 누전 차단기 및 그 누설 전류 검출 방법
KR102561039B1 (ko) 저주파 및 고주파 겸용 전류센서, 그것을 이용한 아크검출장치 및 아크차단장치
KR102608745B1 (ko) 이종의 이상 전류로 인한 사고를 방지할 수 있는 전기차충전시스템
EP3386051B1 (en) Electronic protection device for detecting arcing fault
KR102630790B1 (ko) 이종의 이상 전류로 인한 사고를 방지할 수 있는 태양광발전시스템
KR102441745B1 (ko) 전기 안전형 태양광 접속함의 아크 및 누설 전류 감시 및 차단 장치
JP5656291B2 (ja) 遮断装置
JP2015122203A (ja) 遮断器
KR102596766B1 (ko) 태양광 시스템 설치용 직류 아크 3중화 검출장치
CN114814496A (zh) 一种低压电弧故障检测方法及装置

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant