KR20210154365A - 주파수분석을 이용한 아크검출 방법 및 장치 - Google Patents

주파수분석을 이용한 아크검출 방법 및 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20210154365A
KR20210154365A KR1020200071301A KR20200071301A KR20210154365A KR 20210154365 A KR20210154365 A KR 20210154365A KR 1020200071301 A KR1020200071301 A KR 1020200071301A KR 20200071301 A KR20200071301 A KR 20200071301A KR 20210154365 A KR20210154365 A KR 20210154365A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
arc
frequency
magnitude
frequency band
conducting wire
Prior art date
Application number
KR1020200071301A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102449161B1 (ko
Inventor
채수용
박화평
백종복
김규덕
유승원
Original Assignee
한국에너지기술연구원
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 한국에너지기술연구원 filed Critical 한국에너지기술연구원
Priority to KR1020200071301A priority Critical patent/KR102449161B1/ko
Publication of KR20210154365A publication Critical patent/KR20210154365A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102449161B1 publication Critical patent/KR102449161B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H1/00—Details of emergency protective circuit arrangements
    • H02H1/0007—Details of emergency protective circuit arrangements concerning the detecting means
    • H02H1/0015—Using arc detectors
    • 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
    • G01R19/25—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof using digital measurement techniques
    • G01R19/252—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof using digital measurement techniques using analogue/digital converters of the type with conversion of voltage or current into frequency and measuring of this frequency
    • 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
    • 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
    • G01R31/1209—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 using acoustic measurements
    • 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
    • H02H3/46—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 frequency deviations

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Testing Of Short-Circuits, Discontinuities, Leakage, Or Incorrect Line Connections (AREA)
  • Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)

Abstract

일 실시예는, 장치가 아크를 검출하는 방법에 있어서, 도선에 흐르는 전류의 측정값을 획득하는 단계; 및 상기 측정값에 대한 주파수분석데이터에서, 미리 정의된 저주파대역에서의 주파수별 매그니튜드(magnitude)가 증가하면 상기 도선에서의 아크 발생 가능성을 높게 평가하는 단계를 포함하는 아크검출방법을 제공한다.

Description

주파수분석을 이용한 아크검출 방법 및 장치{ARC DETECTION METHOD AND APPARATUS USING FREQUENCY ANALYSIS}
본 실시예는 아크를 검출하는 기술에 관한 것이다.
서로 이격되어 있거나 불안전하게 접촉되어 있는 2개의 전극 사이에서 기체를 매개체로 하여 전류가 흐르는 것을 아크(Arc)라고 한다.
아크는 크게 하나의 도선에서 발생하는 직렬아크, 두 개의 도선 사이에서 발생하는 병렬아크, 접지와 하나의 도선 사이에서 발생하는 접지아크 및 다른 네트워크 사이에서 발생하는 크로스아크로 분류될 수 있다.
전력시스템에서 이러한 아크가 발생하면 일부 장치에 고장이 생길 수 있다. 특히, 이러한 아크가 지속적으로 발생하도록 방치하는 경우 아크 방전에 의한 열화 현상에 의해 전기화재가 발생할 수 있기 때문에, 아크 발생을 초기에 감지하고 추가적인 아크가 발생하지 않도록 해당 전력시스템을 인터럽트하는 것이 필요하다.
국제공개특허문서 WO2002/39561에 아크를 검출하고 전력시스템을 인터럽트하는 기술이 소개되고 있으나 해당 기술에는 문제점이 있다.
최근 전력시스템들은 전력변환장치를 포함하고 있는 경우가 많은데, 해당 기술은 이러한 전력변환장치에 의한 노이즈와 아크를 구분하지 못하는 문제가 있다. 이에 따라, 정상적인 오퍼레이팅 상황에서도 전력변환장치의 노이즈에 따라 아크가 오감지되는 문제가 발생할 수 있다.
이러한 배경에서, 본 실시예의 목적은, 아크를 검출하는 기술을 제공하는 것이다.
다른 측면에서, 본 실시예의 목적은, 정상적인 오퍼레이팅에서 발생하는 노이즈와 아크를 구분하는 기술을 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 일 실시예는, 장치가 아크를 검출하는 방법에 있어서, 도선에 흐르는 전류의 측정값을 획득하는 단계; 및 상기 측정값에 대한 주파수분석데이터에서, 미리 정의된 저주파대역에서의 주파수별 매그니튜드(magnitude)가 증가하면 상기 도선에서의 아크 발생 가능성을 높게 평가하는 단계를 포함하는 아크검출방법을 제공한다.
상기 아크검출방법은 상기 주파수분석데이터에서 상기 저주파대역에서의 주파수별 매그니튜드가 기준값을 초과하면 상기 도선에서 아크가 발생한 것으로 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 저주파대역은 가청주파수대역 이내에서 정의될 수 있다.
상기 아크검출방법은 상기 주파수분석데이터에서, 미리 정의된 고주파대역에서의 주파수별 매그니튜드가 증가하면 상기 도선에서의 아크 발생 가능성을 높게 평가하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 아크검출방법은 서로 다른 N(N은 2 이상의 자연수)개의 시구간에 대하여 주파수분석을 실시하고 각각의 시구간에서의 주파수분석데이터에서 확인되는 상기 저주파대역에서의 주파수별 매그니튜드의 변동의 크기가 기준값을 초과하는 경우, 상기 도선에서 아크가 발생한 것으로 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 변동의 크기는 각 시구간의 주파수별 매그니튜드의 분산 혹은 표준편차에 따라 계산될 수 있다.
상기 기준값은 아크 판단 전의 시구간에서 계산되는 주파수별 매그니튜드의 평균값일 수 있다.
다른 실시예는, 장치가 아크를 검출하는 방법에 있어서, 도선에 흐르는 전류의 측정값을 획득하는 단계; 상기 측정값에 대한 주파수분석데이터에서, 가청주파수대역 내에서 정의되는 저주파대역에서의 주파수별 매그니튜드(magnitude)의 변동성이 증가하면 상기 도선에서의 아크 발생 가능성을 높게 평가하는 단계를 포함하는 아크검출방법을 제공한다.
상기 아크검출방법은 서로 다른 N(N은 2 이상의 자연수)개의 시구간에 대하여 주파수분석을 실시하고 각각의 시구간에서의 주파수분석데이터에서 확인되는 상기 저주파대역에서의 주파수별 매그니튜드의 변동의 크기가 기준값을 초과하는 경우, 상기 도선에서 아크가 발생한 것으로 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 아크검출방법은 상기 서로 다른 N개의 시구간 전의 서로 다른 M(M은 2 이상의 자연수)개의 시구간에 대하여 주파수분석을 실시하고 각각의 시구간에서의 주파수분석데이터에서 확인되는 상기 저주파대역에서의 주파수별 매그니튜드의 변동의 크기를 상기 기준값으로 설정하는 단계를 포함할 수 있다.
또 다른 실시예는, 일측으로 전력변환장치가 전기적으로 연결되는 도선으로 흐르는 전류에 대한 측정값을 획득하는 측정장치; 상기 측정값에 대한 주파수분석데이터를 생성하는 주파수분석장치; 상기 주파수분석데이터에서, 가청주파수대역 내에서 정의되는 저주파대역에서의 주파수별 매그니튜드(magnitude)의 변동성이 증가하면 상기 도선에서의 아크 발생 가능성을 높게 평가하는 아크판단장치; 및 상기 아크판단장치가 상기 도선에 아크가 발생한 것으로 판단하는 경우, 상기 도선으로 흐르는 전류를 차단하는 제어신호를 발생시키는 신호발생장치를 포함하는 아크검출장치를 제공한다.
상기 도선의 타측으로는 직류전압을 생성하는 태양광발전패널 혹은 에너지저장장치가 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 저주파대역은 상기 도선에 형성되는 아크갭의 공진주파수에 따라 결정될 수 있다.
상기 공진주파수는 상기 도선의 인덕턴스에 영향을 받을 수 있다.
상기 아크판단장치는, 서로 다른 N(N은 2 이상의 자연수)개의 시구간에 대하여 주파수분석을 실시하고 각각의 시구간에서의 주파수분석데이터에서 확인되는 상기 저주파대역에서의 주파수별 매그니튜드의 변동의 크기가 기준값을 초과하는 경우, 상기 도선에서 아크가 발생한 것으로 판단할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 전력시스템에서 발생하는 아크를 검출하고 이를 바탕으로 전력시스템을 안정적으로 인터럽트할 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 실시예에 의하면, 정상적인 오퍼레이팅에서 발생하는 노이즈와 아크를 구분하여 아크 오감지의 빈도를 줄일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 아크검출장치의 구성도이다.
도 2는 도 1의 A 부분에서 아크가 발생했을 때의 전류 및 전압의 파형을 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1의 A 부분을 저항으로 대체했을 때의 전류 및 전압의 파형을 나타내는 도면이다.
도 4는 아크갭에 대한 스몰시그널(small signal)모델 측정 장치의 구성도이다.
도 5는 도 4의 측정장치에 의해 측정된 임피던스값을 나이키스트선도로 나타낸 도면이다.
도 6은 도 5의 나이키스트선도에 따라 아크갭을 모델링한 것이다.
도 7은 아크전류에 대한 일 예시 FFT 파형을 나타내는 도면이다.
도 8은 아크전류의 FFT 결과에서 주파수별 매그니튜드의 분산을 나타내는 도면이다.
도 9는 도선에 아크가 발생했을 때 나타나는 가청음을 형상화한 것이다.
도 10은 일 실시예에 따른 아크검출방법의 흐름도이다.
도 11은 일 실시예에 따른 전력장치의 구성도이다.
도 12는 일 실시예에 따른 전력장치의 시험 구성도이다.
도 13은 도 12의 시험에서 아크가 발생한 상황에서의 아크전류와 아크전압의 파형을 나타내는 도면이다.
도 14는 도 12의 시험에서 로드에 변화가 있을 때의 아크전류 및 아크전압의 파형을 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 일 실시예에 따른 아크검출장치의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 아크검출장치(100)는 측정장치(110), 주파수분석장치(120), 아크판단장치(130), 신호발생장치(140) 등을 포함할 수 있다.
측정장치(110)는 대상체에 배치되는 센서와 연결되면서 센서의 측정값을 획득할 수 있다. 측정장치(110)는 도선(10)에 배치되는 전류센서(11)와 연결되면서 전류센서(11)의 측정값을 획득할 수 있다. 혹은 측정장치(110)는 도선(10)에 배치되는 전압센서(미도시)와 연결되면서 전압센서(미도시)의 측정값을 획득할 수 있다.
측정장치(110)는 도선(10)에 흐르는 전류(ia)의 측정값을 획득할 수 있다. 전류(ia)의 측정값은 전류센서(11)를 통해 획득할 수도 있고, 다른 센서-예를 들어, 전압센서 등-를 통해 획득할 수도 있다.
도선(10)에는 노이즈원들(21, 22)이 영향을 미칠 수 있다. 노이즈원들(21, 22)은 도선(10)에 직접적으로 연결될 수도 있고, 도선(10) 주변에 배치될 수도 있다.
도선(10)의 일측에 연결될 수 있는 제1노이즈원(21)은 전원장치일 수 있다. 예를 들어, 제1노이즈원(21)은 태양광패널과 같은 신재생에너지원일 수도 있고, ESS(Energy Storage System)일 수도 있다. 제1노이즈원(21)은 도선(10)으로 제1노이즈(nos1)를 유입시킬 수 있다. 그리고, 제1노이즈(nos1)는 도선(10)에 흐르는 전류(ia)에 포함되거나 영향을 미칠 수 있다.
도선(10)의 타측에 연결될 수 있는 제2노이즈원(22)은 전력변환장치일 수 있다. 예를 들어, 제2노이즈원(22)은 DC/DC컨버터, DC/AC컨버터(인버터) 등일 수 있다. 제2노이즈원(22)은 도선(10)으로 제2노이즈(nos2)를 유입시킬 수 있다. 그리고, 제2노이즈(nos2)는 도선(10)에 흐르는 전류(ia)에 포함되거나 영향을 미칠 수 있다.
제2노이즈원(22)은 일정한 주파수를 가지는 노이즈를 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 전력변환장치는 일정한 주파수로 작동되는 스위치를 포함할 수 있는데, 이러한 스위치에서 일정한 주파수를 가지는 스위칭 노이즈가 발생할 수 있다. 제2노이즈원(22)은 이러한 스위칭 노이즈 이외에도 회로의 배선이나 소자의 임피던스 특성에 따라 일정한 주파수를 가지는 노이즈들을 다수 발생시킬 수 있다.
측정장치(110)에서 획득하는 전류(ia)의 측정값에는 이러한 노이즈들(nos1, nos2)이 포함되어 있을 수 있다. 측정장치(110)는 필터와 같은 프로세서를 더 포함하고 있으면서 이러한 노이즈들(nos1, nos2)의 전류(ia)에 대한 영향을 최소화시킬 수 있다. 예를 들어, 측정장치(110)는 저주파필터, 밴드패스필터, 고주파필터 등을 포함하고 있으면서 전류(ia)의 측정값에서 노이즈들(nos1, nos2)의 성분을 낮출 수 있다.
하지만, 이러한 노이즈들(nos1, nos2)의 주파수대역이 관측하고자 하는 아크의 주파수대역과 동일 혹은 유사한 경우 필터를 사용하면 노이즈들(nos1, nos2)과 더불어 관측하고자 하는 특성치도 함께 감쇄하기 때문에 이러한 방법이 유효하지 않을 수 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해 일 실시예에 따른 아크검출장치(100)는 노이즈들(nos1, nos2)의 영향이 적은 주파수대역을 관측하여 아크의 발생을 판단할 수 있다. 혹은 아크검출장치(100)는 아크의 특성이 보다 잘 나타나는 주파수대역을 관측하여 아크의 발생을 판단할 수 있다. 혹은 아크검출장치(100)는 복수의 주파수대역을 관측함으로써 한 주파수대역만 관측했을 때 나타날 수 있는 오판단의 가능성을 최소화할 수 있다.
주파수분석장치(120)는 측정장치(110)로부터 전달받은 전류측정값(iT)에 대해 주파수분석을 수행하여 주파수분석데이터(iF)를 생성할 수 있다. 전류측정값(iT)은 타임도메인에 나타낼 수 있는 값으로, 시계열데이터의 형태를 가질 수 있다. 주파수분석장치(120)는 일정한 시간동안 획득한 전류측정값(iT)을 분석하여 주파수도메인에 나타낼 수 있는 주파수분석데이터(iF)를 생성할 수 있다. 주파수분석장치(120)는 전류측정값(iT)에 대하여 예를 들어, FFT(Fast Fourier Transform)분석을 실시하여 주파수분석데이터(iF)를 생성할 수 있다.
주파수분석데이터(iF)에는 주파수별 매그니튜드(magnitude) 값이 포함될 수 있다. 주파수분석데이터(iF)에는 특정 주파수대역의 주파수별 매그니튜드 값이 포함될 수 있다. 예를 들어, 주파수분석데이터(iF)에는 미리 정의된 저주파대역의 주파수별 매그니튜드 값이 포함될 수 있다. 그리고, 주파수분석데이터(iF)에는 미리 정의된 고주파대역의 주파수별 매그니튜드 값이 포함될 수 있다.
여기서, 저주파대역은 가청주파수대역 이내에서 정의될 수 있다.
종래의 아크검출방법 중에는 아크발생지점 근처에 마이크를 배치하고 마이크를 통해 검출되는 음향의 세기가 기준값을 초과하면 아크로 판단하는 방법이 있었다. 이러한 종래의 아크검출방법은 아크의 실제 특성-가청음이 발생한다는 특성-을 잘 반영하고 있기 때문에 아크가 발생하는 것을 잘 검출하는 방법으로 인식되었다. 그러나, 이러한 종래의 아크검출방법은 아크가 발생하지 않은 상황에서 주변 소음에 민감하게 반응하는 문제를 가지고 있었다.
이러한 종래의 아크검출방법을 분석해 볼 때, 우리는 가청주파수대역에서의 가청음향의 발생을 아크의 특성 중의 하나로 인정할 수 있다. 그러나, 또한, 우리는 이러한 가청음향을 마이크와 같은 장치를 이용하여 탐지하고 그 결과를 아크 발생 여부의 판단에 사용하는 것은 주변 소음의 영향으로 인해 적절하지 않다는 것을 인정할 수 있다.
일 실시예는 전술한 아크의 특성-가청음이 발생한다는 특성-을 이용하면서도 이를 마이크와 같은 음향탐지장치로 탐지하지 않고 전류센서로 탐지함으로써 종래 기술의 문제점인 주변 소음에 영향을 받지 않으면서 정확하게 아크 발생 여부를 판단할 수 있게 된다.
한편, 주파수분석데이터(iF)에 포함되는 고주파대역은 여러 연구에서 알려진 것과 같이 30KHz 혹은 100KHz 이상의 대역일 수 있다. 주파수분석을 이용하는 종래의 아크검출방법은 모두 이러한 고주파대역에서의 주파수별 매그니튜드를 이용하여 아크 발생을 판단하였다. 아크가 발생하면 아크주파수대역이라고 알려진 특정 고주파대역의 매그니튜드가 증가하는 것으로 알려져 있다. 종래의 아크검출방법은 아크의 이러한 특성을 이용하여 아크 발생 여부를 판단하였다. 그런데, 노이즈원들(21, 22)과 같이 아크주파수대역과 동일 혹은 유사한 대역에서 노이즈를 발생시키는 장치들이 많아지면서 이러한 종래의 아크검출방법은 오감지의 문제를 많이 일으켰다. 특히, 전력변환장치의 스위칭 노이즈의 주파수대역이 많은 부분에서 아크주파수대역과 중첩되기 때문에 고주파대역에서의 주파수별 매그니튜드를 기준값과 비교하는 방법만으로는 아크를 정확하게 검출할 수 없게 되었다.
일 실시예는 전술한 아크의 특성-고주파대역, 아크주파수대역에서의 매그니튜드 증가 특성-을 이용하면서도 노이즈들의 영향을 최소화하기 위해 다른 아크검출방법과 조합하거나 혹은 단순히 매그니튜드의 증가 여부만 관측하지 않고 매그니튜드의 변동성을 관측하여 아크의 발생 여부를 판단하고 이를 통해 보다 정확하게 아크 발생 여부를 판단할 수 있게 된다.
아크판단장치(130)는 주파수분석데이터(iF)를 이용하여 도선(10)에서의 아크 발생 가능성을 평가하고 최종적으로 도선(10)에서의 아크 발생 여부를 판단할 수 있다.
아크판단장치(130)는 주파수분석데이터(iF)에 포함되는 주파수별 매그니튜드 값을 이용하여 도선(10)에서의 아크 발생 가능성을 평가할 수 있다. 예를 들어, 아크판단장치(130)는 특정 주파수대역에서 주파수별 매그니튜드가 증가하는 경우, 도선(10)에서의 아크 발생 가능성을 높게 평가할 수 있다. 여기서, 특정 주파수대역은 전술한 저주파대역이거나 전술한 고주파대역일 수 있다.
아크판단장치(130)는 저주파대역에서의 아크 발생 가능성과 고주파대역에서의 아크 발생 가능성을 조합하여 아크 발생 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 아크판단장치(130)는 저주파대역에서의 주파수별 매그니튜드가 제1기준값을 초과하고, 고주파대역에서의 주파수별 매그니튜드가 제2기준값을 초과하는 경우 도선(10)에 아크가 발생한 것으로 판단할 수 있다. 여기서, 특정 주파수대역에서의 주파수별 매그니튜드가 기준값을 초과한다는 것은 해당 대역의 전체 주파수의 매그니튜드가 기준값을 초과한다는 것이 아니고 일부 주파수의 매그니튜드가 기준값을 초과하는 것으로 이해될 수 있다. 그래프적인 관점에서 보면 특정 주파수대역에서의 주파수별 매그니튜드 곡선의 일부가 기준값으로 구성되는 곡선의 상측에 위치하는 것으로 이해될 수 있다.
기준값은 모든 주파수에 대하여 하나의 값을 가지는 것은 아니고 주파수별로 다른 값을 가질 수 있다. 기준값은 고정된 값일 수도 있고, 변하는 값일 수 있다. 예를 들어, 기준값은 아크 판단 전의 시구간에서 계산되는 주파수별 매그니튜드의 평균값일 수 있다. 아크판단장치(130)는 일정한 주기로 아크를 판단하고, 그러한 아크 판단 전의 일정 시구간 동안 축적된 주파수별 매그니튜드의 평균값으로 기준값을 설정할 수 있다.
아크판단장치(130)는 주파수분석데이터에서 주파수별 매그니튜드의 변동성을 확인하고 변동성이 증가하면 도선(10)에서의 아크 발생 가능성을 높게 평가할 수 있다. 매그니튜드의 변동성 혹은 변동의 크기는 매그니튜드의 흩어짐 정도를 나타내는 통계값-예를 들어, 분산 혹은 표준편차-에 따라 계산될 수 있다.
주파수분석장치(120)는 서로 다른 N(N은 2 이상의 자연수)개의 시구간에 대하여 주파수분석을 실시하고 각각의 시구간마다 주파수분석데이터를 생성할 수 있다. 그리고, 아크판단장치(130)는 각 시구간에서의 주파수분석데이터에서 확인되는 주파수별 매그니튜드의 분산 혹은 표준편차를 계산하고 그 계산값에 따라 주파수별 매그니튜드의 변동성 혹은 변동의 크기를 확인할 수 있다.
아크판단장치(130)는 주파수별 매그니튜드의 변동의 크기가 기준값을 초과하는 경우, 도선(10)에서 아크가 발생한 것으로 판단할 수 있다. 아크판단장치(130)는 아크 판단 전에 확인된 주파수별 매그니튜드의 변동의 크기를 기준값으로 설정할 수 있다. 예를 들어, 아크판단장치(130)는 서로 다른 N개의 시구간 전의 서로 다른 M(M은 2 이상의 자연수)개의 시구간에 대하여 주파수분석을 실시하고 각각의 시구간에서의 주파수분석데이터에서 확인되는 주파수별 매그니튜드의 변동의 크기를 기준값으로 설정할 수 있다.
신호발생장치(140)는 아크판단장치(130)로부터 아크판단결과(fa)를 수신하고 아크판단결과(fa)에 따라 도선(10)에 아크가 발생한 것으로 판단되는 경우, 도선(10)으로 흐르는 전류를 차단하는 제어신호(sa)를 발생시킬 수 있다. 도선(10)에는 전류(ia)를 차단할 수 있는 차단기(미도시)가 더 배치될 수 있는데, 이러한 차단기(미도시)는 제어신호(sa)에 따라 작동되고 도선(10)으로 흐르는 전류(ia)를 단속할 수 있다.
한편, 일 실시예는 노이즈의 영향이 최소화하는 저주파수대역에서 아크 발생을 판단할 수 있는데, 이하에서는 이러한 저주파수대역에서의 아크의 특성을 살펴보고 그러한 특성에 따라 아크를 좀더 정확하게 검출하기 위해 아크검출장치에서 추가되거나 변형될 수 있는 구성에 대해 살펴본다.
도 2는 도 1의 A 부분에서 아크가 발생했을 때의 전류 및 전압의 파형을 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 아크가 발생한 시각(Ta)을 중심으로 이전 시간에서 전류(ia)는 일정한 값으로 제어되고 있다. 그러나 이러한 이전 시간에서 전류(ia)에는 리플이 크게 보이는데, 이러한 리플은 전력변환장치에서의 스위칭 동작에 기인한 것이다. 아크가 발생한 시각(Ta) 이전 시간에서 아크 전압(Va)-A 부분의 아크갭 양단의 전압-은 0V를 나타낸다.
한편, 아크가 발생하면, 아크갭-A 부분-에 임피던스가 형성되면서, 아크 전압(Va)이 증가한 파형을 가지게 된다. 그리고, 아크가 발생한 시각(Ta)으로부터 일정한 시간 동안 전류(ia)에 공진 파형(201)이 나타나게 된다. 일 실시예에 따른 아크검출장치는 아크 전류(ia)의 이러한 공진 파형(201)에 주목하고 있다. 아크가 발생했을 때 나타나는 전류(ia)의 공진 파형(201)에서 그 공진주파수는 저주파수대역에 위치한다. 좀더 구체적으로 그 공진주파수는 가청주파수대역에 위치한다. 저주파대역-가청주파수대역-에서의 이러한 공진 파형(201)은 아크가 발생했을 때, 가청음이 발생하는 것과 일치하는 물리적 현상이다. 이러한 원리에 따라 일 실시예에 따른 아크검출장치는 아크 전류(ia)에서 저주파대역의 주파수성분-매그니튜드-이 증가하거나 그 변동성이 증가하면 도선에 아크가 발생했을 가능성이 높은 것으로 평가한다.
도 3은 도 1의 A 부분을 저항으로 대체했을 때의 전류 및 전압의 파형을 나타내는 도면이다.
종래의 아크에 대한 연구에서는 아크갭이 저항으로 모델링될 수 있다고 보았다. 이러한 이론이 타당한지를 살펴보기 위해 발명자는 A 부분에 아크가 발생한 것으로 가정하고 아크가 발생한 시점에 A 부분이 저항으로 대체되도록 시험을 실시하였다.
도 3을 참조하면, 아크가 발생한 것으로 가정되는 시점(Ta') 이전까지의 전류(ia') 및 전압(Va')의 파형은 도 2의 파형과 일치한다. 그러나, 아크가 발생한 것으로 가정되는 시점(Ta') 이후에 전류(ia')에 공진 파형이 나타나지 않고 있으며-참조번호 301 부분 참조-, 전압(Va')도 도 2의 전압(Va)과 차이가 나는 것을 확인할 수 있다.
이러한 실험결과를 볼 때, 아크갭을 단순 저항으로 모델링하는 것은 타당하지 않다는 것을 알 수 있다.
도 4는 아크갭에 대한 스몰시그널(small signal)모델 측정 장치의 구성도이다.
도 4를 참조하면, 측정장치(400)는 도선에 아크갭(A)을 형성할 수 있는 장치(미도시)를 포함하고, 아크갭(A)에 AC파형의 전압변동(Δvi)을 가지는 전압(Vi+Δvi)을 공급해 줄 수 있는 앰프(410)를 포함하며, 부하(420)를 포함할 수 있다.
앰프(410)가 공급하는 전압(Vi+Δvi)은 DC부분(Vi)과 AC부분(Δvi)으로 구성되는데, 이러한 전압파형(430)에 따라 아크갭(A)에 흐르는 전류(ia)도 DC부분(Ii)과 AC부분(Δii)을 가지게 된다.
스몰시그널모델에 사용되는 임피던스(Z)는 AC전압(Δvi)를 AC전류(Δii)로 나눈 값에 따라 결정될 수 있다.
임피던스(Z)를 나이키스트선도(nyquist plot)로 나타내면 임피던스(Z)의 세부 구성을 좀더 정확하게 파악할 수 있다.
도 5는 도 4의 측정장치에 의해 측정된 임피던스값을 나이키스트선도로 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 아크갭은 나이키스트선도에서 반원부분과 직선부분을 가지고 있는 것을 확인할 수 있으며, 아크갭에서 갭 간격이 증가할 수록 곡선이 리얼(real)축을 따라 좌측으로 이동하는 것을 알 수 있다.
이러한 아크갭의 나이키스트선도의 모양을 바탕으로 임피던스의 세부 구성을 도출할 수 있는데, 예를 들어, 반원부분은 RC병렬로 모델링할 수 있고 직선부분은 인덕터 등으로 모델링할 수 있다.
도 6은 도 5의 나이키스트선도에 따라 아크갭을 모델링한 것이다.
도 6을 참조하면, 아크갭은 직렬저항(Rs), RC병렬부분-제1병렬저항(Rp1) 및 제1병렬캐패시터(Ci)-, RL병렬부분-제2병렬저항(Rp2) 및 병렬인덕턴스(L)-, 그리고, 제2병렬캐패시터(Co)로 모델링될 수 있다. 각 구성의 연결관계는 도 6을 참조하면 알 수 있다.
한편, 도 6에서 확인되는 것과 같이, 아크갭에는 여러 개의 공진점이 있는 것으로 보인다. 예를 들어, 제1병렬캐패시터(Ci)와 병렬인덕턴스(L)의 공진, 제2병렬캐패시터(Co)와 병렬인덕턴스(L)의 공진, 그리고, 제1병렬캐패시터(Ci)/제2병렬캐패시터(Co)와 병렬인덕턴스(L)의 공진이 아크갭에 나타날 수 있다.
일 실시예에 따른 아크검출장치는 전류에서 이러한 공진점들을 관측함으로써 아크의 발생 여부를 판단할 수 있다. 이러한 공진점의 일부는 저주파대역에서 나타날 수 있고, 일부는 고주파대역에서 나타날 수 있다.
아크검출장치의 설계자는 도 4의 측정장치를 통해 아크갭을 모델링하고 아크갭의 모델에 따라 공진점을 찾아낼 수 있다. 그리고, 그러한 공진점에 따라 아크검출장치에서 관측할 공진주파수 혹은 관측주파수대역을 설정할 수 있다.
도 7은 아크전류에 대한 일 예시 FFT 파형을 나타내는 도면이다.
도 7을 참조하면, 아크전류의 FFT 파형(710)에서 저주파대역-0~fa(Hz)-에 특징적인 파형(712)이 나타난다.
아크검출장치는 미리 정의된 저주파대역-0~fa(Hz)-에서 아크전류의 FFT 파형(710 혹은 712)을 기준선(720)과 비교하고 아크전류의 FFT 파형(710 혹은 712) 중 기준선(720)을 넘어서는 부분이 나타나면 도선에 아크가 발생했을 가능성이 높은 것으로 평가할 수 있다.
도 8은 아크전류의 FFT 결과에서 주파수별 매그니튜드의 분산을 나타내는 도면이다.
도 8을 참조하면, 아크가 발생했을 때의 파형(710)에서 주파수별 매그니튜드의 분산값이 아크가 발생하지 않았을 때의 파형(720)에서 주파수별 매그니튜드의 분산값보다 크다는 것을 확인할 수 있으며, 특히, 저주파대역-0~fa(Hz)-에서 그 차이가 보다 명확하다는 것을 확인할 수 있다.
아크검출장치는 미리 정의된 저주파대역-0~fa(Hz)-에서 FFT 결과의 주파수별 매그니튜드의 분산 혹은 표준편차를 계산하고 이를 기준값 혹은 아크가 발생하지 않았을 때의 값과 비교하여 도선에 아크가 발생했는지 여부를 판단할 수 있다.
도 9는 도선에 아크가 발생했을 때 나타나는 가청음을 형상화한 것이다.
연구자들은 경험적으로 도선에 아크가 발생하면 가청음이 발생한다는 것을 알게 되었다. 다만, 연구자들은 이러한 가청음을 마이크와 같은 음향감지장치를 통해서만 확인하려는 경향이 있었다. 음향감지장치는 주변 소음과 아크에서 발생하는 가청음을 구분하기 어렵기 때문에 아크를 판단하는 정확한 장치로 사용되기 어려웠다.
일 실시예는 종래의 이러한 문제를 해결하기 위해 아크전류에서 가청주파수대역을 관찰하고 그 관찰결과에 따라 아크를 판단하는 방법을 제시하고 있다. 또한, 발명자는 이러한 방법의 이론적 근거를 제시하기 위해 스몰시그널장치를 고안하여 아크갭의 임피던스를 모델링하고 그 모델링 결과에 따라 아크갭에서 가청주파수대역의 공진점이 나타난다는 것을 확인시켜주었다.
도 10은 일 실시예에 따른 아크검출방법의 흐름도이다.
도 10을 참조하면, 아크검출장치는 도선에 흐르는 전류측정값을 획득할 수 있다(S1002). 아크검출장치는 전류센서를 이용하여 전류측정값을 직접 측정할 수도 있고, 다른 장치에 의해 측정된 전류측정값을 통신이나 신호를 통해 전달받을 수 있다. 전류측정값은 시간도메인에서 측정된 값으로 일정한 시간단위로 측정된 값일 수 있다. 일정 시구간 동안 획득된 전류측정값은 시계열데이터를 형성할 수 있다.
아크검출장치는 전류측정값에 대한 시계열데이터를 주파수분석할 수 있다(S1004). 주파수분석은 아날로그 회로나 디지털 회로에 의해 수행될 수 있고, 계산능력이 있는 장치에서 FFT(Fast Fourier Transform)의 방법으로 수행될 수 있다.
주파수분석은 한번만 수행될 수도 있고, 일정한 시간간격으로 주기적으로 수행될 수도 있다. 예를 들어, TU의 시구간 동안 측정된 전류측정값의 모음으로 시계열데이터가 생성될 수 있고, 이러한 시계열데이터에 대해 주파수분석이 수행될 수 있는데, 아크검출장치는 TU의 시간 간격마다 시계열데이터를 생성하고 주파수분석을 수행할 수 있다.
주파수분석에서 생성되는 주파수분석데이터에는 주파수별 매그니튜드가 포함될 수 있다. 매그니튜드는 주파수성분이라고 불리기도 하는 것으로서 분석대상이 되는 값의 각 주파수별 에너지크기를 나타내는 것으로 이해될 수 있다.
아크검출장치는 주파수분석데이터를 이용하여 도선에서의 아크 발생 가능성을 평가할 수 있다(S1006).
아크검출장치는 주파수분석데이터에서, 미리 정의된 저주파대역에서의 주파수별 매그니튜드(magnitude)가 증가하면 도선에서의 아크 발생 가능성을 높게 평가할 수 있다.
아크검출장치는 주파수분석데이터에서 저주파대역에서의 주파수별 매그니튜드가 기준값을 초과하면 도선에서 아크가 발생한 것으로 판단할 수 있다.
아크검출장치는 주파수분석데이터에서, 미리 정의된 고주파대역에서의 주파수별 매그니튜드가 증가하면 도선에서의 아크 발생 가능성을 높게 평가할 수 있다.
아크검출장치는 서로 다른 N(N은 2 이상의 자연수)개의 시구간에 대하여 주파수분석을 실시하고 각각의 시구간에서의 주파수분석데이터에서 확인되는 저주파대역에서의 주파수별 매그니튜드의 변동의 크기가 기준값을 초과하는 경우, 도선에서 아크가 발생한 것으로 판단할 수 있다.
아크검출장치는 주파수분석데이터에서, 가청주파수대역 내에서 정의되는 저주파대역에서의 주파수별 매그니튜드(magnitude)의 변동성이 증가하면 도선에서의 아크 발생 가능성을 높게 평가할 수 있다.
아크검출장치는 서로 다른 N(N은 2 이상의 자연수)개의 시구간에 대하여 주파수분석을 실시하고 각각의 시구간에서의 주파수분석데이터에서 확인되는 저주파대역에서의 주파수별 매그니튜드의 변동의 크기가 기준값을 초과하는 경우, 도선에서 아크가 발생한 것으로 판단할 수 있다. 여기서, 아크검출장치는 서로 다른 N개의 시구간 전의 서로 다른 M(M은 2 이상의 자연수)개의 시구간에 대하여 주파수분석을 실시하고 각각의 시구간에서의 주파수분석데이터에서 확인되는 저주파대역에서의 주파수별 매그니튜드의 변동의 크기를 기준값으로 설정할 수 있다.
아크검출장치는 아크가 발생한 것으로 판단되면, 도선으로 흐르는 전류를 차단하는 제어신호를 발생시킬 수 있다(S1008).
도 11은 일 실시예에 따른 전력장치의 구성도이다.
도 11을 참조하면, 전력장치(1100)는 전원장치(1121), 전력변환장치(1122), 전류센서(1111) 및 아크검출장치(100) 등을 포함할 수 있다.
전원장치(1121)는 태양광패널과 같은 신재생에너지장치일 수 있고, 배터리와 같은 에너지저장장치일 수 있다.
전력변환장치(1122)는 전력을 변환하는 장치로서, 직류전압(DC)을 교류전압(AC)으로 변환하여 계통으로 송전할 수 있다.
전원장치(1121)와 전력변환장치(1122)는 도선을 통해 연결될 수 있는데, 도선에는 전류센서(1111)가 배치될 수 있다.
아크검출장치(100)는 전류센서(1111)와 연결되어 있으면서 도선에 흐르는 전류측정값을 획득할 수 있다.
아크검출장치(100)는 도선으로 흐르는 전류에 대한 측정값을 획득하고, 측정값에 대한 주파수분석데이터를 생성하며, 주파수분석데이터에서, 가청주파수대역 내에서 정의되는 저주파대역에서의 주파수별 매그니튜드(magnitude)의 변동성이 증가하면 도선에서의 아크 발생 가능성을 높게 평가할 수 있다. 그리고, 아크검출장치(100)는 도선에 아크가 발생한 것으로 판단하는 경우, 도선으로 흐르는 전류를 차단하는 제어신호를 발생시킬 수 있다.
여기서, 저주파대역은 도선에 형성되는 아크갭의 공진주파수에 따라 결정될 수 있으며, 공진주파수는 도선의 인덕턴스에 영향을 받을 수 있다.
도 12는 일 실시예에 따른 전력장치의 시험 구성도이다.
일 실시예에 따른 전력장치의 아크검출능력을 평가하기 위해 전력장치를 모사한 시험장치가 구성되었다. 시험장치(1200)는 태양광패널시뮬레이터(1221), 태양광인버터(1222), 전류센서(1211), 전류측정값전처리장치(1232), DSP장치(1231) 및 아크갭생성장치(1212)로 구성되었다.
태양광패널시뮬레이터(1221)와 태양광인버터(1222)는 도선으로 연결되었고, 도선의 중간에는 아크갭생성장치(1212)가 배치되었다. 아크갭생성장치(1212)는 도선의 일부에 아크갭을 생성할 수 있는 장치로서 아크갭 양단의 전압도 측정할 수 있다.
DSP장치(1231)에서는 전술한 아크검출방법이 프로그램화되어 수행되었으며, DSP장치(1231)는 전류센서(1211)와 연결되는 전류측정값전처리장치(1232)로부터 도선에 흐르는 전류측정값을 획득하였다.
도 13은 도 12의 시험에서 아크가 발생한 상황에서의 아크전류와 아크전압의 파형을 나타내는 도면이다.
도 13을 참조하면, 아크가 발생한 시점(Ta)에서 아크전류(ia)에 공진파형이 나타나는 것을 확인할 수 있으며, 아크전압(Va)이 상승하는 것을 확인할 수 있다.
DSP장치(1231)는 일정 시구간동안 축적된 전류측정값에 대해 주파수분석을 수행하고 주파수분석에 따라 아크 발생 후 83ms가 지난 시점(Tb)에서 제어신호(Sa)를 상승시키고 있다.
아크 발생 시점(Ta)과 제어신호 생성 시점(Tb)의 차이는 주파수분석을 위한 전류측정값의 축적에 따라 발생하는 시간으로 이러한 시간은 83ms로 화재가 발생하기 위한 아크 에너지 축적 시간보다 훨씬 짧다는 것을 알 수 있다.
도 14는 도 12의 시험에서 로드에 변화가 있을 때의 아크전류 및 아크전압의 파형을 나타내는 도면이다.
아크검출장치가 로드의 변화를 아크로 오판단하는지를 시험하기 위해 시험 중의 일 시점(Tc)에서 로드를 변경하였으나 제어신호(Sa)가 로드의 변경에 영향을 받지 않는다는 것을 확인할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 전력시스템에서 발생하는 아크를 검출하고 이를 바탕으로 전력시스템을 안정적으로 인터럽트할 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 실시예에 의하면, 정상적인 오퍼레이팅에서 발생하는 노이즈와 아크를 구분하여 아크 오감지의 빈도를 줄일 수 있는 효과가 있다.
이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (15)

  1. 장치가 아크를 검출하는 방법에 있어서,
    도선에 흐르는 전류의 측정값을 획득하는 단계; 및
    상기 측정값에 대한 주파수분석데이터에서, 미리 정의된 저주파대역에서의 주파수별 매그니튜드(magnitude)가 증가하면 상기 도선에서의 아크 발생 가능성을 높게 평가하는 단계
    를 포함하는 아크검출방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 주파수분석데이터에서 상기 저주파대역에서의 주파수별 매그니튜드가 기준값을 초과하면 상기 도선에서 아크가 발생한 것으로 판단하는 단계를 더 포함하는
    아크검출방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 저주파대역은 가청주파수대역 이내에서 정의되는 아크검출방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 주파수분석데이터에서, 미리 정의된 고주파대역에서의 주파수별 매그니튜드가 증가하면 상기 도선에서의 아크 발생 가능성을 높게 평가하는 단계를 더 포함하는
    아크검출방법.
  5. 제1항에 있어서,
    서로 다른 N(N은 2 이상의 자연수)개의 시구간에 대하여 주파수분석을 실시하고 각각의 시구간에서의 주파수분석데이터에서 확인되는 상기 저주파대역에서의 주파수별 매그니튜드의 변동의 크기가 기준값을 초과하는 경우, 상기 도선에서 아크가 발생한 것으로 판단하는 단계
    를 더 포함하는
    아크검출방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 변동의 크기는 각 시구간의 주파수별 매그니튜드의 분산 혹은 표준편차에 따라 계산되는 아크검출방법.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 기준값은 아크 판단 전의 시구간에서 계산되는 주파수별 매그니튜드의 평균값인 아크검출방법.
  8. 장치가 아크를 검출하는 방법에 있어서,
    도선에 흐르는 전류의 측정값을 획득하는 단계;
    상기 측정값에 대한 주파수분석데이터에서, 가청주파수대역 내에서 정의되는 저주파대역에서의 주파수별 매그니튜드(magnitude)의 변동성이 증가하면 상기 도선에서의 아크 발생 가능성을 높게 평가하는 단계
    를 포함하는 아크검출방법.
  9. 제8항에 있어서,
    서로 다른 N(N은 2 이상의 자연수)개의 시구간에 대하여 주파수분석을 실시하고 각각의 시구간에서의 주파수분석데이터에서 확인되는 상기 저주파대역에서의 주파수별 매그니튜드의 변동의 크기가 기준값을 초과하는 경우, 상기 도선에서 아크가 발생한 것으로 판단하는 단계를 더 포함하는
    아크검출방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 서로 다른 N개의 시구간 전의 서로 다른 M(M은 2 이상의 자연수)개의 시구간에 대하여 주파수분석을 실시하고 각각의 시구간에서의 주파수분석데이터에서 확인되는 상기 저주파대역에서의 주파수별 매그니튜드의 변동의 크기를 상기 기준값으로 설정하는 단계를 더 포함하는
    아크검출방법.
  11. 일측으로 전력변환장치가 전기적으로 연결되는 도선으로 흐르는 전류에 대한 측정값을 획득하는 측정장치;
    상기 측정값에 대한 주파수분석데이터를 생성하는 주파수분석장치;
    상기 주파수분석데이터에서, 가청주파수대역 내에서 정의되는 저주파대역에서의 주파수별 매그니튜드(magnitude)의 변동성이 증가하면 상기 도선에서의 아크 발생 가능성을 높게 평가하는 아크판단장치; 및
    상기 아크판단장치가 상기 도선에 아크가 발생한 것으로 판단하는 경우, 상기 도선으로 흐르는 전류를 차단하는 제어신호를 발생시키는 신호발생장치
    를 포함하는 아크검출장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 도선의 타측으로는 직류전압을 생성하는 태양광발전패널 혹은 에너지저장장치가 전기적으로 연결되는 아크검출장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 저주파대역은 상기 도선에 형성되는 아크갭의 공진주파수에 따라 결정되는 아크검출장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 공진주파수는 상기 도선의 인덕턴스에 영향을 받는 아크검출장치.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 아크판단장치는,
    서로 다른 N(N은 2 이상의 자연수)개의 시구간에 대하여 주파수분석을 실시하고 각각의 시구간에서의 주파수분석데이터에서 확인되는 상기 저주파대역에서의 주파수별 매그니튜드의 변동의 크기가 기준값을 초과하는 경우, 상기 도선에서 아크가 발생한 것으로 판단하는 아크검출장치.
KR1020200071301A 2020-06-12 2020-06-12 주파수분석을 이용한 아크검출 방법 및 장치 KR102449161B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200071301A KR102449161B1 (ko) 2020-06-12 2020-06-12 주파수분석을 이용한 아크검출 방법 및 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200071301A KR102449161B1 (ko) 2020-06-12 2020-06-12 주파수분석을 이용한 아크검출 방법 및 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210154365A true KR20210154365A (ko) 2021-12-21
KR102449161B1 KR102449161B1 (ko) 2022-09-30

Family

ID=79165240

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200071301A KR102449161B1 (ko) 2020-06-12 2020-06-12 주파수분석을 이용한 아크검출 방법 및 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102449161B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102436316B1 (ko) * 2022-05-09 2022-08-25 비케이엠 주식회사 태양광발전설비의 아크검출 방법 및 시스템

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101454203B1 (ko) * 2014-07-16 2014-11-04 주식회사 태강전기 저전류 아크 검출 시스템
KR20190000472A (ko) * 2017-06-23 2019-01-03 한국에너지기술연구원 배전시스템의 아크검출장치 및 아크검출방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101454203B1 (ko) * 2014-07-16 2014-11-04 주식회사 태강전기 저전류 아크 검출 시스템
KR20190000472A (ko) * 2017-06-23 2019-01-03 한국에너지기술연구원 배전시스템의 아크검출장치 및 아크검출방법

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102436316B1 (ko) * 2022-05-09 2022-08-25 비케이엠 주식회사 태양광발전설비의 아크검출 방법 및 시스템
WO2023219207A1 (ko) * 2022-05-09 2023-11-16 비케이엠 주식회사 태양광발전설비의 아크검출 방법 및 시스템

Also Published As

Publication number Publication date
KR102449161B1 (ko) 2022-09-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107024654B (zh) 用于电机的监视***与方法
US9025287B2 (en) Arc fault detection equipment and method using low frequency harmonic current analysis
EP2806518B1 (en) Serial arc detection based on harmonic content of DC current signal
JP4157636B2 (ja) ガス絶縁機器の部分放電診断装置
CN110007197B (zh) 串联电弧故障检测***及检测方法
CN104614608B (zh) 一种低压并联电弧故障检测装置及方法
CN104678265A (zh) 一种串联故障电弧检测装置及检测方法
Cheng et al. Series arc fault detection and implementation based on the short-time fourier transform
CN202720309U (zh) 一种局部放电检测定位***
CN103915818A (zh) 串联故障电弧检测方法及其专用装置
Yao et al. Review and recent developments in DC arc fault detection
US11519952B2 (en) Arc detection method and apparatus using statistical value of electric current
CN111398750B (zh) 电弧识别方法和用于电弧识别的***
KR102449161B1 (ko) 주파수분석을 이용한 아크검출 방법 및 장치
JPH10104304A (ja) 送電又は配電ネットワークに接続されたデバイスの絶縁不良の検出装置及び方法
Artale et al. Characterization of DC series arc faults in PV systems based on current low frequency spectral analysis
JP5599982B2 (ja) 高圧受電設備の絶縁劣化診断装置
KR20220145582A (ko) 화재 위험도 예측을 위한 아크 감지기 및 이의 동작 방법
JP2018151345A (ja) 部分放電検出方法および部分放電検出装置
CN105093084A (zh) 一种局部放电自动测试装置
KR20130028302A (ko) 활선 전력케이블 절연상태 감시장치 및 방법
Hong et al. Short-time fourier transform based analysis to characterization of series arc fault
CN205353294U (zh) 一种故障电弧探测装置的测试设备
Artale et al. DC series arc faults in PV systems. Detection methods and experimental characterization
KR101719315B1 (ko) 적응형 교류 아크 결함 검출 방법, 장치 및 패널

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