KR20100049216A - Method for detecting arc in power distribution system and system for alerting arc using the same method - Google Patents

Method for detecting arc in power distribution system and system for alerting arc using the same method Download PDF

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KR20100049216A KR1020080108295A KR20080108295A KR20100049216A KR 20100049216 A KR20100049216 A KR 20100049216A KR 1020080108295 A KR1020080108295 A KR 1020080108295A KR 20080108295 A KR20080108295 A KR 20080108295A KR 20100049216 A KR20100049216 A KR 20100049216A
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Abstract

PURPOSE: A method for detecting arc in a power distribution system and a system for alerting arc using the same method are provided to prevent an electrical fire by monitoring an arc in the power distribution system and generating a trip signal when abnormal arcs occurs. CONSTITUTION: A sensor(10) detects an arc. A signal conditioning unit(20) receives a current signal outputted from a sensor and divides an arc component. A central processor(30) calculates the number and width of a pulse of an arc outputted from the signal conditioning unit at period and classifies the state of arc based on the calculation result. An alarm output unit(40) generates a trip signal and an alarm signal by the control of the central processing unit.

Description

배전시스템내의 아크 검출방법 및 이를 이용한 아크 발생 경보시스템{Method For Detecting Arc In Power Distribution System And System For Alerting Arc Using The Same Method}Method for Detecting Arc In Power Distribution System And System For Alerting Arc Using The Same Method}

본 발명은 아크(arc) 검출방법 및 아크 발생 경보시스템에 관한 것으로, 특히 배전시스템내의 아크 발생 상태를 감시하고 이상 아크 발생 시 이를 경보하고 트립신호(trip signal)를 발생시켜 전기화재로부터 인명과 재산을 보호하기 위한 배전시스템내의 아크 검출방법 및 이를 이용한 아크 발생 경보시스템에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to an arc detection method and an arc generation alarm system, and in particular, monitors an arc generation state in a power distribution system, alarms when an abnormal arc occurs, generates a trip signal, and saves human life and property from an electric fire. The present invention relates to an arc detection method in a power distribution system for protecting an arc and an arc generation alarm system using the same.

저압 배전시스템내의 아크(arc)는 전선피복이나 접촉면에 발열을 유발하여 최종적으로 화재를 일으키는 원인이 된다. 최근 자료에 의하면 전체 전기화재 원인 중 약 80%가 아크에 의한 것으로 조사되었다.Arcs in low-voltage power distribution systems cause heat to the wire sheaths and contact surfaces, which in turn causes fires. Recent data show that about 80% of all fires are caused by arcing.

오늘날의 저압 배전시스템은 과부하와 단락을 검출하는 과전류보호용 회로차단기와 지락을 검출하는 누전차단기에 의해 보호된다. 이러한 보호계전기가 적절히 적용되면 다른 형태의 회로보호는 필요치 않은 것처럼 인식될 수도 있다. 그러나 전기적 아킹(arcing)현상은 이러한 보호계전기로는 막을 수 없다.Today's low-voltage distribution systems are protected by overcurrent protection circuit breakers that detect overloads and short circuits and earth leakage breakers that detect ground faults. If such protective relays are applied properly, other forms of circuit protection may be recognized as not necessary. However, electrical arcing cannot be prevented with these protective relays.

아크 발생의 공통적인 시작은 유기절연물에 걸친 스파크(spark) 현상이다. 아크가 발생하는 표면은 탄화 혹은 열분해 되어 전기도체가 더 큰 아크를 유발하며 결국 축적된 열이 발화점을 넘으면 화재로 연결된다. 이와 같이 기존의 보호계전기로 차단할 수 없는 아크에 의한 화재를 예방하기 위해서는 아크 경보 및 트립신호(trip signal) 발생기가 필요하다.A common beginning of arc generation is the spark phenomenon across organic insulators. The arcing surface is carbonized or pyrolyzed, causing the electrical conductors to generate larger arcs, eventually leading to a fire when the accumulated heat exceeds the ignition point. As such, an arc alarm and a trip signal generator are required to prevent a fire caused by an arc that cannot be blocked by an existing protective relay.

한편, 아크는 전기기계기구의 개폐 시에도 발생할 수 있다. 심지어 일부 전기기구에서는 정상동작 시에도 발생하고 있다. 즉, ON/OFF시 발생하는 개폐성 써지(surge), 큰 용량의 커패시터(capacitor)를 이용한 정류기를 사용할 경우에 발생하는 충전전류도 아크 성분을 가지고 있다. 그러므로 이러한 정상동작 중 발생하는 아크와 전선의 절연파괴, 선간 단락, 지락 등 고장 상태에서 발생하는 이상 아크를 명확히 구분하지 않으면 원치 않는 차단 또는 경보가 발생할 수 있다.On the other hand, the arc can also occur when opening and closing the electromechanical apparatus. It is even occurring in normal operation in some electrical appliances. In other words, the charging current generated when using a rectifier using a switching surge and a large capacity capacitor generated during ON / OFF also has an arc component. Therefore, if the arcs generated during the normal operation and the abnormal arcs occurring in the failure state such as insulation breakdown, line short circuit, ground fault, etc. of the wires are not clearly distinguished, unwanted interruption or alarm may occur.

종래에 아크 발생을 검출하고 이를 경보하는데 있어 가장 큰 문제점은 상기와 같이 정상적인 전기기계기구의 사용으로 인한 아킹현상을 고장상태로 인식하여 아크 경보를 발령하는데 있었다.Conventionally, the biggest problem in detecting and alarming the occurrence of the arc was to recognize the arcing phenomenon caused by the use of a normal electric machine as described above as a failure state to issue an arc alarm.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 아킹현상 전후의 부하전류를 비교하여 아크의 상태를 판별하는 방법이 등록특허 제10-0122576호, '전기화재 증후 경보장치 및 방법' 이 개시되어 있다. 상기 특허는 아크/스파크 발생 후에 부하전류가 증가하거나 감소하면, 전기제품의 사용시작 또는 사용중지로 인한 아킹현상으로 인 식한다. 즉, 아크/스파크 발생 전후의 부하전류에 변동이 있으면 전기제품 사용으로 인한 아킹현상으로 인식하고, 부하전류에 변동이 없으면 전기화재 증후로 인식한다.In order to solve the above problems, a method of determining the state of the arc by comparing the load current before and after the arcing phenomenon has been disclosed Patent Registration No. 10-0122576, 'Electric fire symptom warning device and method'. The patent recognizes arcing phenomena due to starting or stopping the use of electrical appliances when the load current increases or decreases after the arc / spark occurs. In other words, if there is a change in the load current before or after the arc / spark occurrence, it is recognized as an arcing phenomenon due to the use of electrical appliances. If there is no change in the load current, it is recognized as an electrical fire symptom.

그러나 상기 특허에서는 부하전류의 변동 여부를 판별하기 위하여 아크/스파크 발생 전과 발생 후 1분 동안 전선을 통과하는 부하전류의 평균치를 구하여 비교해야 하므로 미세한 부하변동의 경우 및 빈번한 기동정지가 되는 부하를 사용하는 경우, 그리고 급속히 진행되는 아크현상은 감지할 수 없는 문제점이 있다.However, in the above patent, in order to determine whether the load current fluctuates, the average value of the load current passing through the wire before and after the arc / spark occurrence must be calculated and compared. Therefore, a load that is used in case of minute load fluctuations and frequent starting stops is used. In this case, and rapidly progressing arc phenomenon is not detectable problem.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 하기의 특허문헌에 기재된 기술들이 제안되었다.In order to solve the above problems, techniques described in the following patent documents have been proposed.

김천연 등은 대한민국 특허출원 제10-2000-0048580호, '전자적인 트립이 가능한 회로 차단기 및 구현 방법' 에서 교류전원에 흐르는 전류변화를 전압으로 변환하고 고주파수 성분를 발취한 후, 비교기를 통해 일정전압 이상을 걸러낸 후, 적분하여 그 값이 설정된 값 이상이면 이상신호를 발생시키는 회로 차단기 및 구현방법을 제안하였다.Chun-Yeon Kim et al. In Korean Patent Application No. 10-2000-0048580, 'Circuit Breaker and Implementation Method for Electronic Trip' converts the current change flowing through the AC power into voltage, extracts high frequency components, and then After filtering, the integrated circuit breaker and its implementation method generate an abnormal signal when the value is over the set value.

또한, 김천연 등은 특허출원 제10-2001-0022392호, '아크 결함 보호용 차단기 및 이를 구비하는 회로 차단기' 에서 상기 특허와 유사한 배전시스템에 있어서, 아크 결함을 검출하는 아크 결함 보호용 회로 및 차단기를 제안하였다. 상기 출원에서도 전류 검출부의 출력 전압의 노이즈를 제거하기 위해 고주파 성분을 제거하고 특정 주파수 범위로 한정시키는 방법을 사용하고 있다.In addition, Kim Cheon-Yeon et al. Proposed an arc defect protection circuit and circuit breaker for detecting arc defects in a power distribution system similar to the patent in Patent Application No. 10-2001-0022392, 'Arc fault protection circuit breaker and circuit breaker having the same'. It was. In the above application, in order to remove noise of the output voltage of the current detector, a method of removing a high frequency component and limiting it to a specific frequency range is used.

지멘스의 브레이드스 등에 의해 등록특허 제10-0378629호, '고주파수 노이즈 모니터링에 의한 AC 전력시스템 내의 아킹 검출방법 및 장치' 에서 AC 전력 시스템내의 광대역 고주파수 노이즈에 대한 전력파형을 모니터링하고, 상기 전력 파형에 동기화된 그것의 진폭의 변화 패턴에 대해 검출된 노이즈를 시험함으로써 아킹현상을 검출하는 방식이 제안되었다.Siemens Braid et al., Patent No. 10-0378629, "Arking detection method and apparatus in the AC power system by high frequency noise monitoring" to monitor the power waveform for broadband high frequency noise in the AC power system, and to the power waveform A method of detecting arcing phenomenon has been proposed by testing the detected noise against a synchronized pattern of change in its amplitude.

상기 특허는 발생되는 아크 노이즈의 주파수 대역을 검출하기 위해 트랜스듀서 코일(transducer coil)과 함께 동조된 탱크회로를 형성하는 전압-가변-캐패시턴스 동조용 다이오드 등을 사용하여 검출 대역폭을 스위핑함으로써 검출된 아크 노이즈가 광대역에 걸쳐 발생하는 지를 확인하고 상기 아크 노이즈가 광대역이면 아크현상으로 판단한다. 또한, 상기 특허문헌에 기재된 참조문헌을 통해서 미국에서 출원되거나 등록된 다양한 아킹검출 관련 기술을 확인할 수 있다.The patent detects an arc detected by sweeping the detection bandwidth using a voltage-variable-capacitance tuning diode or the like which forms a tank circuit tuned with a transducer coil to detect the frequency band of generated arc noise. It is confirmed whether noise occurs over a wide band, and if the arc noise is a wide band, it is determined as an arc phenomenon. In addition, it is possible to confirm various arcing detection-related technologies filed or registered in the United States through the references described in the patent document.

본 발명은, 상기에 소개한 종래기술에 따른 아크 검출 관련 기술들과 달리, 전류신호와 전압신호를 구분하여 상기 전류신호의 위상과 동일한 전압신호를 주파수 성분으로 변환한 후, 상기 전류신호의 기본주파수성분을 제외한 나머지 아크성분을 입력받아서, 입력된 아크성분의 펄스특성과 이전 구간의 펄스특성을 비교하여 이상아크의 발생을 경보할 수 있는 배전시스템내의 아크 검출방법 및 이를 이용한 아크 발생 경보시스템을 제공하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 아크 검출방법 및 아크 발생 경보시스템은 상기한 어떠한 문헌들에도 개시되어 있지 않다.The present invention, unlike the arc detection related technologies according to the prior art introduced above, by separating the current signal and the voltage signal to convert the voltage signal equal to the phase of the current signal into a frequency component, the basic of the current signal The arc detection method in the distribution system that can detect the occurrence of abnormal arc by comparing the pulse characteristic of the input arc component with the pulse characteristic of the previous section by receiving the remaining arc component except the frequency component, and the arc generation alarm system using the same For the purpose of providing, the arc detection method and the arc generation alarm system according to the invention are not disclosed in any of the above documents.

따라서 본 발명의 목적은 전술한 여러 가지 문제점을 보완 및 개선하여 배전라인의 전류 신호를 통해 아크를 검출할 수 있는 배전시스템내의 아크 검출방법을 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide an arc detection method in a power distribution system that can detect an arc through a current signal of a power distribution line by supplementing and improving the aforementioned various problems.

또한, 본 발명의 다른 목적은 배전라인의 전류신호를 부하전류신호와 아크 노이즈신호로 분리할 수 있는 배전시스템내의 아크 검출방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide an arc detection method in a distribution system that can separate a current signal of a distribution line into a load current signal and an arc noise signal.

또한, 본 발명의 다른 목적은 배전라인의 전류신호에서 분리한 아크 노이즈신호의 한 주기당 입력 아크 펄스수와 펄스폭을 DSP(Digital Signal Processor)를 통해 읽어들일 수 있는 배전시스템내의 아크 검출방법을 제공하는데 있다.In addition, another object of the present invention is to provide an arc detection method in a distribution system that can read the input arc pulse number and pulse width per cycle of the arc noise signal separated from the current signal of the distribution line through a digital signal processor (DSP). To provide.

또한, 본 발명의 다른 목적은 DSP를 통해 읽어들인 한 주기당 입력되는 아크 펄스수와 펄스폭을 분석하고 이전 구간의 상태와 비교하여 펄스입력수가 급격하게 증가하고 그 폭이 랜덤하다면 고장상태로 인식하여 경보할 수 있는 배전시스템내의 아크 발생 경보시스템을 제공하는데 있다.In addition, another object of the present invention is to analyze the number of arc pulses and the pulse width input per cycle read through the DSP and to recognize the fault state if the pulse input number increases rapidly and the width is random compared to the state of the previous section. The present invention provides an arc generation alarm system in a power distribution system that can alarm.

상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배전시스템내의 아크를 감지하여 정상적인 아크인지 고장상태의 아크인지를 판별하고 경보 및 트립신호를 발생시키기 위한 아크 검출 방법은, 상기 배전시스템내의 전기신호를 전류신호 및 전압신호로 분리 검출하고; 상기 전류신호와 같은 위상의 전압신호를 주파수 성분 으로 변환하며; 상기 전류신호의 기본주파수성분을 제외한 나머지 아크성분을 추출하여; 상기 추출한 아크성분의 한 주기당 입력되는 펄스의 개수와 펄스의 폭으로 아크발생을 인지함;을 특징으로 한다.An arc detection method for detecting an arc in a power distribution system according to the present invention for achieving the above objects and determining whether it is a normal arc or an arc in a fault state and generating an alarm and a trip signal includes an electric signal in the power distribution system. Separate detection into a current signal and a voltage signal; Converting a voltage signal of the same phase as the current signal into a frequency component; Extracting the remaining arc component except the fundamental frequency component of the current signal; Recognizing arc generation by the number of pulses and the width of the pulse input per one period of the extracted arc component;

상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 저압 배전시스템내의 아크를 감지하여 정상적인 아크인지 고장상태의 아크인지를 판별하고 경보 및 트립신호를 발생시키기 위한 배전시스템내의 아크 검출 방법을 이용한 아크 발생 경보시스템은, 아크 검출을 위한 센서부; 상기 센서부에서 출력되는 전류신호를 입력받아 아크성분을 분리하기 위한 시그널 컨디셔닝부; 상기 시그널 컨디셔닝부에서 입력된 아크의 주기당 입력된 펄스의 개수와 폭을 계산하고 이를 바탕으로 정상아크인지 이상아크인지를 구분하는 중앙처리부; 및 상기 중앙처리부의 제어를 받아 트립신호 및 아크발생 경보를 발생시키는 경보출력부;를 포함함을 특징으로 한다.Arc generation alarm using the arc detection method in the power distribution system to detect the arc in the low-voltage power distribution system according to the present invention for achieving the above objects to determine whether it is a normal arc or a faulted arc and to generate an alarm and a trip signal The system includes a sensor unit for arc detection; A signal conditioning unit for separating an arc component by receiving a current signal output from the sensor unit; A central processing unit for calculating the number and width of pulses input per cycle of the arc input from the signal conditioning unit and distinguishing between normal arcs and abnormal arcs based on this; And an alarm output unit configured to generate a trip signal and an arc generation alarm under the control of the central processing unit.

상술한 바와 같이 본 발명은 전류신호와 전압신호를 구분하여 상기 전류신호의 위상과 동일한 전압신호를 주파수 성분으로 변환한 후, 상기 전류신호의 기본주파수성분을 제외한 나머지 아크성분을 입력받음으로써, 전류신호로부터 부하전류신호와 아크 노이즈신호를 각각 분리하고, 상기 아크 노이즈신호로부터 이상아크를 명확히 구분함으로써, 원치 않는 차단 또는 경보가 발생하지 않고 이상아크 발생 시에만 경보할 수 있는 효과가 있다.As described above, the present invention distinguishes the current signal from the voltage signal, converts a voltage signal equal to the phase of the current signal into a frequency component, and receives an arc component other than the fundamental frequency component of the current signal, thereby receiving the current. By separately separating the load current signal and the arc noise signal from the signal, and clearly distinguishing the abnormal arc from the arc noise signal, there is an effect that the alarm can be alarmed only when an abnormal arc occurs without an unwanted interruption or alarm.

또한, 본 발명은 상기 이상아크를 DSP를 이용하여 판단함으로써 구조가 간단 하고 동작속도가 빠른 아크 발생 경보시스템을 제공할 수 있다. In addition, the present invention can provide an arc generation alarm system having a simple structure and fast operation speed by determining the abnormal arc using a DSP.

이에 따라, 본 발명은 이상아크에 대한 조기 경보가 가능한 효과가 있다. Accordingly, the present invention has an effect that can be an early warning for the abnormal arc.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예들의 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 도면들 중 동일한 구성들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들을 나타내고 있음을 유의하여야 한다. 하기 설명에서 구체적인 특정 사항들이 나타나고 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해 제공된 것이다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a detailed description of preferred embodiments of the present invention will be given with reference to the accompanying drawings. It should be noted that the same components in the figures represent the same numerals wherever possible. Specific details are set forth in the following description, which is provided to provide a more thorough understanding of the present invention. In the following description of the present invention, detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

본 발명은, 상기에 소개한 종래기술에 따른 아크 검출 관련 기술들과 달리, 전류신호와 전압신호를 구분하여 상기 전류신호의 위상과 동일한 전압신호를 주파수 성분으로 변환한 후, 상기 전류신호의 기본주파수성분을 제외한 나머지 아크성분을 입력받아서, 입력된 아크성분의 한 주기당 입력 아크 펄스수와 펄스폭을 읽고 분석하여, 이를 이전 구간의 상태와 비교하여 펄스입력수가 급격히 증가하고 그 폭이 랜덤하면 이상아크의 발생을 경보할 수 있는 배전시스템내의 아크 검출방법 및 이를 이용한 아크 발생 경보시스템을 제공한다.The present invention, unlike the arc detection related technologies according to the prior art introduced above, by separating the current signal and the voltage signal to convert the voltage signal equal to the phase of the current signal into a frequency component, the basic of the current signal Receives the arc component except frequency component, reads and analyzes the input arc pulse number and pulse width per cycle of the input arc component, compares it with the state of the previous section, and if the pulse input number increases rapidly and the width is random Provided are an arc detection method in a power distribution system that can alarm occurrence of abnormal arcs, and an arc generation alarm system using the same.

본 발명은 저압 배전시스템내의 배전라인의 전류센서를 통해 전류신호를 입력받아 이를 전압신호로 변환시키고 부하전류 계산용과 아크 측정용으로 분리한다. 상기 부하전류 계산용은 정류된 후, 증폭되고 평활되어 DSP(Digital Signal Processor)의 A/D입력포트로 인가된다. 그리고 중앙처리부는 입력된 부하전류를 읽고 해당부하의 전류크기를 외부의 감시시스템으로 전송한다.The present invention receives the current signal through the current sensor of the distribution line in the low-voltage distribution system, converts it into a voltage signal and separates the load current for calculation and arc measurement. The load current calculation is rectified and then amplified and smoothed and applied to the A / D input port of a digital signal processor (DSP). The central processing unit reads the input load current and transmits the current magnitude of the load to an external monitoring system.

상기 아크 측정용 신호는 고역통과 필터를 통해 60Hz의 기본파 성분을 제외한 고조파 성분을 검출하고 비교기를 통해서 기준전압이상의 펄스 신호만 DSP(Digital Signal Processor)의 카운터 입력포트에 인가된다.The arc measurement signal detects harmonic components other than a fundamental component of 60 Hz through a high pass filter, and only a pulse signal above the reference voltage is applied to the counter input port of the DSP through a comparator.

상기 DSP는 입력된 상기 고조파 펄스의 수를 카운트하고 그 폭을 측정하여 메모리에 저장한다. 상기 DSP는 입력되는 신호를 분석하여 한 주기당 입력되는 아크 펄스수와 펄스폭을 분석하고 이전의 몇 구간의 상태와 비교하여 펄스입력수가 급격하게 증가하고 그 폭이 랜덤하다면 고장상태로 인식하게 된다. 또한 상기 DSP는 입력되는 아크가 고장상태의 아크로 인지되면 경보신호를 발하게 된다.The DSP counts the number of input harmonic pulses, measures the width, and stores the width in the memory. The DSP analyzes the input signal and analyzes the number of arc pulses and pulse widths inputted per cycle, and compares the state of the previous several sections with a sudden increase in the number of pulse inputs and recognizes a fault condition if the width is random. . In addition, the DSP generates an alarm signal when the incoming arc is recognized as an arc in a fault state.

이하에서, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 더욱 상세히 설명한다. 본 발명의 아크 발생 경보 시스템은 전류센서를 통해 입력되는 전류신호의 기본 주파수 성분(60Hz)을 제외한 나머지 아크성분을 검출하여 한 주파수 당 입력되는 펄스의 개수와 펄스의 폭으로 아크발생을 인지한다.Hereinafter, with reference to the drawings will be described an embodiment according to the present invention in more detail. The arc generation alarm system of the present invention detects the remaining arc component except the fundamental frequency component (60 Hz) of the current signal input through the current sensor and recognizes the arc generation by the number of pulses input and the width of the pulse per frequency.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 아크 발생 경보시스템의 블록 구성도로서, 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 아크 발생 경보시스템은 센서부(10), 시그널 컨디셔닝부(20), 중앙처리부(30) 및 경보출력부(40)를 포함한다.1 is a block diagram of an arc generating alarm system according to a preferred embodiment of the present invention, as shown in the arc generating alarm system according to the present invention, the sensor unit 10, the signal conditioning unit 20, the central processing unit ( 30) and an alarm output unit 40.

상기 센서부(10)는 아크 검출을 위하여, 배전시스템의 3상 전압 및 전류를 전압센서회로와 전류센서회로로 입력받아 이를 각각 상기 시그널링 컨디셔닝부(20) 로 인가한다. 상기 전압센서회로 및 전류센서회로는 이하에서 각각 도 2 및 도 3에 그 실시예를 상세히 도시하였다.The sensor unit 10 receives the three-phase voltage and current of the power distribution system to the voltage sensor circuit and the current sensor circuit for arc detection, and applies them to the signaling conditioning unit 20, respectively. The voltage sensor circuit and the current sensor circuit are shown in detail below in the embodiments of FIGS. 2 and 3, respectively.

상기 시그널 컨디셔닝부(20)는 상기 센서부(10)에서 출력되는 전류신호를 입력받아 아크성분을 분리하기 위하여 상기 센서부(10)의 전류센서회로로부터 인가되는 전류신호를 처리하는 전류신호 처리부와, 상기 전류신호와 같은 위상의 전압의 주파수 성분을 분리하기 위해 상기 센서부(10)의 전압센서회로로부터 인가되는 전압신호를 처리하는 전원 전압 주파수 신호 검출부와, 상기 센서부(10)에서 출력되는 전류신호를 입력받아 정류한 후 증폭 및 평활시킴으로써 부하전류 계산용으로 상기 중앙처리부(30)로 출력하기 위하여 상기 센서부(10)의 전류센서회로로부터 인가되는 전류신호를 처리하는 부하전류 처리부로 구성된다. 상기 전류신호 처리부, 상기 전원 전압 주파수 신호 검출부 및 상기 부하전류 처리부는 이하에서 각각 도 4 내지 도 6에 그 실시예를 상세히 도시하였다.The signal conditioning unit 20 receives a current signal output from the sensor unit 10 and a current signal processing unit for processing a current signal applied from the current sensor circuit of the sensor unit 10 to separate the arc component; A power supply voltage frequency signal detection unit for processing a voltage signal applied from a voltage sensor circuit of the sensor unit 10 to separate a frequency component of a voltage having the same phase as the current signal, and output from the sensor unit 10. It consists of a load current processing unit that processes the current signal applied from the current sensor circuit of the sensor unit 10 for outputting to the central processing unit 30 for calculating the load current by rectifying the current signal, rectified and then amplified and smoothed. do. The current signal processor, the power supply voltage frequency signal detector, and the load current processor are described in detail below with reference to FIGS. 4 to 6.

상기 중앙처리부(30)는 상기 시그널 컨디셔닝부(20)에서 입력된 아크의 주기당 입력된 펄스의 개수와 폭을 계산하고 이를 바탕으로 정상아크인지 이상아크인지를 구분한다. 본 발명에 따른 상기 중앙처리부(30)는 DSP로 구현되며, 이에 대한 실시예를 도 7에 상세히 도시하였다. The central processing unit 30 calculates the number and width of the input pulses per cycle of the arc input from the signal conditioning unit 20 and distinguishes whether it is a normal arc or an abnormal arc. The central processing unit 30 according to the present invention is implemented as a DSP, and an embodiment thereof is shown in detail in FIG. 7.

상기 경보출력부(40)는 상기 중앙처리부(30)의 제어를 받아 트립신호 및 아크발생 경보를 발생시킨다. 상기 중앙처리부(30)와 마찬가지로 이에 대한 실시예를 도 7에 상세히 도시하였다.The alarm output unit 40 generates a trip signal and an arc generation alarm under the control of the central processing unit 30. Like the central processing unit 30, an embodiment thereof is shown in detail in FIG.

먼저, 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 전압센서회로 및 전류센서회로를 살펴보면, 도시된 바와 같이, 도 2의 전압센서회로는 3상 입력 전압들(S1_VR, S1_VS, S1_VT)을 각각 입력받아서 출력 전압들(V1, V2, V3)을 각각 출력한다. 상기 전압센서회로의 출력 전압들(V1, V2, V3)은 하기에서 설명하는 도 5에 도시된 전원전압 주파수 신호 검출기로 입력된다. 일반적으로 사용되는 배전시스템의 전기신호는 3상 신호이므로, 이하의 설명에서는 이를 기준으로 하여 설명한다.First, referring to FIG. 2 and FIG. 3, the voltage sensor circuit and the current sensor circuit according to the present invention will be described. As shown in FIG. 2, the voltage sensor circuit of FIG. 2 respectively uses three-phase input voltages S1_VR, S1_VS, and S1_VT. It receives the input and outputs output voltages V1, V2, and V3, respectively. The output voltages V1, V2, V3 of the voltage sensor circuit are input to the power supply voltage frequency signal detector shown in FIG. 5 described below. Since the electrical signal of the power distribution system generally used is a three-phase signal, the following description will be based on this.

도 3의 전류센서회로는 3상 입력 전류들을 각각 입력받아서 출력 전류들(CT_IN1, CT_IN2, CT_IN3)을 각각 출력한다. 상기 전류센서회로의 출력 전류들(CT_IN1, CT_IN2, CT_IN3)은 하기에서 설명하는 도 4에 도시된 전류신호처리부 및 도 6에 도시된 부하전류처리부로 각각 분기되어 입력된다. The current sensor circuit of FIG. 3 receives three-phase input currents and outputs output currents CT_IN1, CT_IN2, and CT_IN3, respectively. The output currents CT_IN1, CT_IN2, and CT_IN3 of the current sensor circuit are branched and input to the current signal processor shown in FIG. 4 and the load current processor shown in FIG. 6, which will be described below.

도 4는 도 1의 아크 발생 경보시스템의 시그널 컨디셔닝부 중 전류신호처리부의 일 실시 도면으로서, 도시된 바와 같이 상기 도 3의 전류센서회로로부터 출력 전류들(CT_IN1, CT_IN2, CT_IN3)을 각각 입력받아서, 고역통과필터(HPF)를 통과시켜 정류하고, 증폭한 후 소정의 전류값 이상의 신호만 비교기를 통하여 출력한다. FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a current signal processing unit among the signal conditioning units of the arc generation warning system of FIG. 1. As shown in FIG. 4, output currents CT_IN1, CT_IN2, and CT_IN3 are respectively inputted from the current sensor circuit of FIG. 3. After rectifying through the high pass filter (HPF), amplifying and outputting only a signal of a predetermined current value or more through the comparator.

이때, 도 4의 점선으로 표시된 일부 회로는 상기 도 3의 전류센서회로를 통해 입력되는 전류신호의 기본 주파수 성분(60Hz)을 제거하는 부분이다. 상기 전류신호처리부에서 각각 출력되는 신호들(IntR, IntS, IntT)은 하기에서 설명하는 도 7의 DSP로 인가된다. In this case, some of the circuits indicated by the dotted lines of FIG. 4 remove portions of the fundamental frequency component (60 Hz) of the current signal input through the current sensor circuit of FIG. 3. The signals IntR, IntS, and IntT respectively output from the current signal processor are applied to the DSP of FIG. 7 described below.

도 5는 도 1의 아크 발생 경보시스템의 시그널 컨디셔닝부 중 전원전압 주파수 신호 검출부의 일 실시 도면으로서, 도시된 바와 같이 상기 도 2의 전원전압 주 파수 신호 검출기로부터 출력 전압들(V1, V2, V3)을 각각 입력받아서, 각 전압의 주파수 성분을 출력하기 위한 신호처리회로를 나타낸다. 출력단에 걸리는 전압이 양(+)의 값을 가질 때 출력은 HIGH가 되고 반대로 음(-)의 값을 가지면 출력은 LOW가 된다. 상기 전원전압 주파수 신호 검출부의 출력신호들(IntFR, IntFS, IntFT)은 하기에서 설명하는 도 7의 DSP로 인가된다.FIG. 5 is a diagram illustrating a power supply voltage frequency signal detection unit of the signal conditioning unit of the arc generation warning system of FIG. 1, and outputs the voltages V1, V2, and V3 from the power supply voltage frequency signal detector of FIG. And a signal processing circuit for outputting the frequency component of each voltage. When the voltage across the output has a positive value, the output goes HIGH and, conversely, if the voltage on the output has a positive value, the output goes LOW. The output signals IntFR, IntFS, and IntFT of the power voltage frequency signal detector are applied to the DSP of FIG. 7 described below.

도 6은 도 1의 아크 발생 경보시스템의 시그널 컨디셔닝부 중 부하전류처리부의 일 실시 도면으로서, 도시된 바와 같이 상기 도 3의 전류센서회로로부터 출력 전류들(CT_IN1, CT_IN2, CT_IN3)을 각각 입력받아서, 고역통과필터(HPF)를 통과시켜 정류하고, 증폭 및 평활한 후 소정의 전류값 이상의 신호만 비교기를 통하여 출력한다. 상기 부하전류처리부에서 각각 출력되는 신호들(CUR_IN_R, CUR_IN_S, CUR_IN_T)은 하기에서 설명하는 도 7의 DSP의 A/D입력포트로 인가되어, 상기 DSP가 입력되는 부하전류로부터 해당 부하의 전류크기를 외부의 감시시스템으로 전송하도록 한다. FIG. 6 is a diagram illustrating an embodiment of a load current processing unit of a signal conditioning unit of the arc generation alarm system of FIG. 1. As shown in FIG. 6, output currents CT_IN1, CT_IN2, and CT_IN3 are respectively input from the current sensor circuit of FIG. 3. After rectifying through the high pass filter (HPF), amplifying and smoothing, only signals of a predetermined current value or more are output through the comparator. The signals CUR_IN_R, CUR_IN_S, and CUR_IN_T respectively output from the load current processing unit are applied to the A / D input ports of the DSP of FIG. 7 to be described below, and the current magnitude of the load from the load current to which the DSP is input. Transfer to an external surveillance system.

도 7은 도 1의 아크 발생 경보시스템의 중앙처리부 및 경보출력부의 일 실시 도면으로서, 도시된 바와 같이 DSP칩은 상술한 도 4의 전류신호처리부로부터 입력되는 출력신호들(IntR, IntS, IntT)과 도 5의 전원전압 주파수 신호 검출부로부터 입력되는 출력신호들(IntFR, IntFS, IntFT) 및 도 6의 부하전류처리부로부터 입력되는 출력신호들(CUR_IN_R, CUR_IN_S, CUR_IN_T)을 각각 입력받는다. 상기 DSP칩은 상기 도 1의 중앙처리부(30)로서, 입력되는 전류의 아크성분을 1주기 당 카운트하고, 그 펄스폭을 계산한다. 상기 DSP칩은 입력된 펄스의 수가 설정치를 초과하거나 펄스의 폭이 일정값 이상이 되면 경보를 발생하도록 경보출력부(40)에 제어신호를 인가한다. 이때, 상기 펄스수의 설정치 및 펄스폭의 일정값은 공인기관의 시험을 통해 검증된 설정치를 미리 설정하여 모든 현장에서 동일하게 적용한다.FIG. 7 is a diagram illustrating an embodiment of a central processing unit and an alarm output unit of the arc generation warning system of FIG. 1. As illustrated, the DSP chip outputs signals IntR, IntS, and IntT input from the current signal processor of FIG. 4. And output signals IntFR, IntFS, and IntFT input from the power voltage frequency signal detector of FIG. 5 and output signals CUR_IN_R, CUR_IN_S, and CUR_IN_T respectively input from the load current processor of FIG. 6. The DSP chip is the central processing unit 30 of FIG. 1, and counts an arc component of an input current per cycle and calculates a pulse width thereof. The DSP chip applies a control signal to the alarm output unit 40 to generate an alarm when the number of input pulses exceeds a set value or the width of the pulse is greater than or equal to a predetermined value. At this time, the set value of the number of pulses and the constant value of the pulse width is set in advance to the set value verified through the test of the authorized institution and apply the same in all sites.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해서 정해져야 한다. Meanwhile, in the detailed description of the present invention, specific embodiments have been described, but various modifications are possible without departing from the scope of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited by the described embodiments, but should be determined by the scope of the appended claims and equivalents thereof.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 아크 발생 경보시스템의 블록 구성도,1 is a block diagram of an arc generation alarm system according to a preferred embodiment of the present invention;

도 2는 도 1의 아크 발생 경보시스템의 센서부 중 전압센서의 일 실시 도면, Figure 2 is an embodiment of the voltage sensor of the sensor unit of the arc generation alarm system of Figure 1,

도 3은 도 1의 아크 발생 경보시스템의 센서부 중 전류센서의 일 실시 도면, Figure 3 is an embodiment of the current sensor of the sensor unit of the arc generation alarm system of Figure 1,

도 4는 도 1의 아크 발생 경보시스템의 시그널 컨디셔닝부 중 전류신호처리부의 일 실시 도면, 4 is a diagram illustrating an embodiment of a current signal processing unit among signal conditioning units of the arc generation warning system of FIG. 1;

도 5는 도 1의 아크 발생 경보시스템의 시그널 컨디셔닝부 중 전원전압 주파수 신호 검출부의 일 실시 도면,5 is a diagram illustrating an exemplary embodiment of a power supply voltage frequency signal detection unit of a signal conditioning unit of the arc generation alarm system of FIG. 1;

도 6은 도 1의 아크 발생 경보시스템의 시그널 컨디셔닝 부 중 부하전류 처리부의 일 실시 도면,FIG. 6 is a diagram illustrating one embodiment of a load current processing unit among signal conditioning units of the arc generation alarm system of FIG. 1;

도 7은 도 1의 아크 발생 경보시스템의 중앙처리부 및 경보출력부의 일 실시 도면.7 is a diagram illustrating one embodiment of a central processing unit and an alarm output unit of the arc generation alarm system of FIG.

Claims (7)

배전시스템내의 아크를 감지하여 정상적인 아크인지 고장상태의 아크인지를 판별하고 경보 및 트립신호를 발생시키기 위한 아크 검출 방법에 있어서,In the arc detection method for detecting the arc in the power distribution system to determine whether it is a normal arc or a faulted arc and to generate an alarm and a trip signal, 상기 배전시스템내의 전기신호를 전류신호 및 전압신호로 분리 검출하고, 상기 전류신호와 같은 위상의 전압신호를 주파수 성분으로 변환하며, 상기 전류신호의 기본주파수성분을 제외한 나머지 아크성분을 추출하여, 상기 추출한 아크성분의 한 주기당 입력되는 펄스의 개수와 펄스의 폭으로 아크발생을 인지함을 특징으로 하는 배전시스템내의 아크 검출 방법.The electric signal in the power distribution system is separated into a current signal and a voltage signal, and the voltage signal of the same phase as the current signal is converted into a frequency component, and the remaining arc components except the basic frequency component of the current signal are extracted. An arc detection method in a power distribution system, characterized in that the arc generation is recognized by the number of pulses input and the width of the pulse per cycle of the extracted arc component. 제 1항에 있어서, 상기 추출한 아크성분의 한 주기당 입력되는 펄스의 개수와 펄스의 폭이,The method of claim 1, wherein the number of pulses input and the width of the pulses per one period of the extracted arc component, 이전의 몇 구간의 펄스 입력수보다 급격하게 증가하고, 펄스 폭이 랜덤하면 이상아크가 발생했음을 인지함을 특징으로 하는 배전시스템내의 아크 검출 방법.A method for detecting arcs in a power distribution system, characterized by a sudden increase in the number of pulse inputs in the previous several sections and the occurrence of abnormal arcs when the pulse width is random. 배전시스템내의 아크를 감지하여 정상적인 아크인지 고장상태의 아크인지를 판별하고 경보 및 트립신호를 발생시키기 위한 아크 검출 방법을 이용한 아크 발생 경보시스템에 있어서,In the arc generation alarm system using the arc detection method for detecting the arc in the power distribution system to determine whether it is a normal arc or a faulted arc and to generate an alarm and a trip signal, 아크 검출을 위한 센서부;A sensor unit for arc detection; 상기 센서부에서 출력되는 전류신호를 입력받아 아크성분을 분리하기 위한 시그널 컨디셔닝부;A signal conditioning unit for separating an arc component by receiving a current signal output from the sensor unit; 상기 시그널 컨디셔닝부에서 입력된 아크의 주기당 입력된 펄스의 개수와 폭을 계산하고 이를 바탕으로 정상아크인지 이상아크인지를 구분하는 중앙처리부; 및A central processing unit for calculating the number and width of pulses input per cycle of the arc input from the signal conditioning unit and distinguishing between normal arcs and abnormal arcs based on this; And 상기 중앙처리부의 제어를 받아 트립신호 및 아크발생 경보를 발생시키는 경보출력부;를 포함함을 특징으로 하는 배전시스템내의 아크 검출 방법을 이용한 아크 발생 경보시스템.And an alarm output unit configured to generate a trip signal and an arc generation alarm under the control of the central processing unit. The arc generation warning system using the arc detection method in the power distribution system, comprising: a. 제 3항에 있어서, 상기 센서부는, The method of claim 3, wherein the sensor unit, 상기 배전시스템내의 전압 및 전류를 각각 분리하여 출력하는 전압센서회로 및 전류센서회로로 구성됨을 특징으로 하는 배전시스템내의 아크 검출 방법을 이용한 아크 발생 경보시스템.Arc generation alarm system using the arc detection method in the power distribution system, characterized in that consisting of a voltage sensor circuit and a current sensor circuit for separating and outputting the voltage and current in the power distribution system, respectively. 제 3항에 있어서, 상기 시그널 컨디셔닝부는,The method of claim 3, wherein the signal conditioning unit, 상기 센서부로부터 입력되는 전압신호를 주파수 성분으로 변환하여 출력하는 전원전압 주파수 신호 검출기 및 상기 센서부로부터 입력되는 전류신호를 정류 및 증폭한 후 소정 전류값 이상의 전류신호만을 출력하는 전류신호처리부로 구성됨을 특징으로 하는 배전시스템내의 아크 검출 방법을 이용한 아크 발생 경보시스템.It consists of a power supply voltage frequency signal detector for converting the voltage signal input from the sensor unit into a frequency component and outputting it, and a current signal processing unit for rectifying and amplifying the current signal input from the sensor unit and outputting only a current signal of a predetermined current value or more. Arc generation alarm system using the arc detection method in the power distribution system characterized in that. 제 5항에 있어서, 상기 시그널 컨디셔닝부는,The method of claim 5, wherein the signal conditioning unit, 상기 센서부로부터 입력되는 전류신호를 정류한 후 증폭 및 평활시켜 부하전류 계산용으로 출력하는 부하전류처리부를 더 구비함을 특징으로 하는 배전시스템내의 아크 검출 방법을 이용한 아크 발생 경보시스템.And a load current processing unit for rectifying, amplifying and smoothing the current signal inputted from the sensor unit, and outputting the load current for calculation of load current. 제 3항에 있어서, 상기 중앙처리부는,The method of claim 3, wherein the central processing unit, 상기 시그널 컨디셔닝부에서 입력된 아크의 주기당 입력된 펄스의 개수와 폭이 이전의 몇 구간의 펄스 입력수보다 급격하게 증가하고, 펄스 폭이 랜덤하면 이상아크가 발생했음을 판단함을 특징으로 하는 배전시스템내의 아크 검출 방법을 이용한 아크 발생 경보시스템.The number and width of the input pulses per cycle of the arc input from the signal conditioning unit is increased more rapidly than the number of pulse inputs of the previous several intervals, and if the pulse width is random, it is determined that abnormal arc has occurred Arc generation alarm system using arc detection method in the system.
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