KR20240056135A - 전기시스템에서의 단선 혹은 아크를 검출하는 방법 및 장치 - Google Patents

전기시스템에서의 단선 혹은 아크를 검출하는 방법 및 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20240056135A
KR20240056135A KR1020220136363A KR20220136363A KR20240056135A KR 20240056135 A KR20240056135 A KR 20240056135A KR 1020220136363 A KR1020220136363 A KR 1020220136363A KR 20220136363 A KR20220136363 A KR 20220136363A KR 20240056135 A KR20240056135 A KR 20240056135A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
wiring
current
possibility
value
zero crossing
Prior art date
Application number
KR1020220136363A
Other languages
English (en)
Inventor
채수용
Original Assignee
포항공과대학교 산학협력단
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 포항공과대학교 산학협력단 filed Critical 포항공과대학교 산학협력단
Priority to KR1020220136363A priority Critical patent/KR20240056135A/ko
Publication of KR20240056135A publication Critical patent/KR20240056135A/ko

Links

Images

Classifications

    • 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
    • G01R31/1227—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 of components, parts or materials
    • G01R31/1263—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 of components, parts or materials of solid or fluid materials, e.g. insulation films, bulk material; of semiconductors or LV electronic components or parts; of cable, line or wire insulation
    • G01R31/1272—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 of components, parts or materials of solid or fluid materials, e.g. insulation films, bulk material; of semiconductors or LV electronic components or parts; of cable, line or wire insulation of cable, line or wire insulation, e.g. using partial discharge measurements
    • 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
    • G01R19/16566—Circuits and arrangements for comparing voltage or current with one or several thresholds and for indicating the result not covered by subgroups G01R19/16504, G01R19/16528, G01R19/16533
    • G01R19/16571—Circuits and arrangements for comparing voltage or current with one or several thresholds and for indicating the result not covered by subgroups G01R19/16504, G01R19/16528, G01R19/16533 comparing AC or DC current with one threshold, e.g. load current, over-current, surge current or fault current
    • 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
    • G01R19/175—Indicating the instants of passage of current or voltage through a given value, e.g. passage through zero
    • 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
    • G01R23/165—Spectrum analysis; Fourier analysis using filters
    • 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
    • G01R23/20—Measurement of non-linear distortion
    • 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
    • G01R31/50—Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections
    • G01R31/52—Testing for short-circuits, leakage current or ground faults
    • 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
    • G01R31/50—Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections
    • G01R31/58—Testing of lines, cables or conductors
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B21/00—Alarms responsive to a single specified undesired or abnormal condition and not otherwise provided for
    • G08B21/18—Status alarms
    • G08B21/185—Electrical failure alarms

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Emergency Management (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Testing Of Short-Circuits, Discontinuities, Leakage, Or Incorrect Line Connections (AREA)

Abstract

일 실시예는, 크기가 주기적으로 변동하는 일 배선의 전류에 대하여, 상기 전류의 제로크로싱 주변 시간대의 센싱값들을 획득하는 단계; 상기 제로크로싱 주변 시간대의 센싱값들의 시계열 변동성을 계산하는 단계; 및 상기 시계열 변동성이 높을 수록 상기 배선의 단선가능성 혹은 상기 배선에서의 아크발생가능성을 높게 평가하는 단계를 포함하는 방법을 제공한다.

Description

전기시스템에서의 단선 혹은 아크를 검출하는 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR DETECTING DISCONNECTION OR ARC IN ELECTRICAL SYSTEM}
본 실시예는 배선에서의 단선 혹은 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, 일 측면에서, 배선에서의 아크를 검출하는 기술을 제공하는 것이다. 다른 측면에서, 본 실시예의 목적은, 배선에서의 단선, 특히, 불안정한 단선 상태를 검출하는 기술을 제공하는 것이다. 또 다른 측면에서, 본 실시예의 목적은, 노이즈의 영향을 최소화하면서 정확도가 높은 단선 혹은 아크 검출 기술을 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 일 실시예는, 크기가 주기적으로 변동하는 일 배선의 전류에 대하여, 상기 전류의 제로크로싱 주변 시간대의 센싱값들을 획득하는 단계; 상기 제로크로싱 주변 시간대의 센싱값들의 시계열 변동성을 계산하는 단계; 및 상기 시계열 변동성이 높을 수록 상기 배선의 단선가능성 혹은 상기 배선에서의 아크발생가능성을 높게 평가하는 단계를 포함하는 방법을 제공한다.
상기 방법은, 상기 전류의 제로크로싱 주변 시간대의 센싱값들을 획득하는 단계에서, 상기 전류의 센싱값이 제1기준전류값보다 작고 제2기준전류값보다 큰 것으로 판단되는 시간대를 상기 제로크로싱 주변 시간대로 지정할 수 있다.
상기 방법은, 상기 전류의 제로크로싱 주변 시간대의 센싱값들을 획득하는 단계에서, 제1기준전류값보다 작고 제2기준전류값보다 큰 센싱값들을 상기 제로크로싱 주변 시간대의 센싱값들로 획득할 수 있다.
상기 방법은, 상기 시계열 변동성을 계산하는 단계에서, 복수의 주기에서 획득한 상기 제로크로싱 주변 시간대의 센싱값들을 일정 간격으로 그룹핑하고 각 그룹에서 센싱값 크기의 표준편차를 상기 시계열 변동성으로 계산할 수 있다.
상기 방법은, 상기 평가하는 단계에서, 상기 표준편차를 일정 그룹 개수별로 누적시킨 값과 평가기준값을 비교하여 상기 배선의 단선가능성 혹은 상기 배선에서의 아크발생가능성을 평가할 수 있다.
다른 실시예는, 크기가 주기적으로 변동하는 일 배선의 전류를 센싱하는 전류센서; 상기 전류센서의 출력신호에서 고주파노이즈 성분을 제거하는 아날로그필터; 상기 아날로그필터에서 출력되는 아날로그신호를 디지털데이터로 변환하는 아날로그디지털컨버터; 및 상기 디지털데이터에서 상기 전류의 센싱값들을 인식하고, 상기 전류의 제로크로싱 주변 시간대의 센싱값들의 시계열 변동성을 계산하며, 계산된 상기 시계열 변동성에 따라 상기 배선의 단선가능성 혹은 상기 배선에서의 아크발생가능성을 평가하는 디지털프로세서를 포함하는 장치를 제공한다.
상기 디지털프로세서는, 상기 디지털프로세서는 상기 전류의 센싱값들 중 제1기준전류값 이상이거나 제2기준전류값 이하인 센싱값들을 일정값으로 치환시키는 세츄레이터, 및 상기 일정값으로 치환된 부분을 제거하는 데이터리젝터를 포함할 수 있다.
상기 디지털프로세서는, 상기 전류의 주기에 해당되는 주파수성분 및 그 고조파성분을 제거하기 위한 밴드패스필터를 더 포함할 수 있다.
상기 디지털프로세서는, 상기 세츄레이터, 상기 밴드패스필터 및 상기 데이터리젝터가 순차적으로 적용되어 추려진 센싱값들에 대해 일정 간격마다 표준편차를 상기 시계열 변동성에 대한 값으로 계산할 수 있다.
상기 장치는, 상기 디지털프로세서가 상기 배선의 단선가능성 혹은 상기 배선에서의 아크발생가능성을 높게 평가하는 경우, 외부에 알람을 제공하거나 상기 배선에 대한 보호조치를 수행하는 고장대응기를 더 포함할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 배선에서의 아크를 검출하는 기술을 제공할 수 있고, 배선에서의 단선, 특히, 불안정한 단선 상태를 검출하는 기술을 제공할 수 있다. 그리고, 본 실시예에 의하면, 노이즈의 영향을 최소화하면서 정확도가 높은 단선 혹은 아크 검출 기술을 제공할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 전기시스템의 구성도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 장치의 구성도이다.
도 3은 배선에서의 단선 상황에서 나타나는 전류의 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 디지털프로세서의 구성도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 디지털프로세서가 분석대상 센싱값들을 추출하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 6은 분석대상 센싱값들에서 시계열 변동성을 계산한 결과를 나타내는 예시 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 장치의 효과를 검증하기 위해 실시한 실험의 구성도이다.
도 8은 실험장치에서의 전류센싱값을 처리한 파형을 나타내는 도면이다.
도 9는 부하의 각 상태에 따른 실험결과를 나타내는 도면이다.
도 10은 일 실시예에 따른 방법의 흐름도이다.
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 전기시스템의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 전기시스템(100)에는 전력원과 전기부하(10)를 연결시키는 배선(20)이 배치될 수 있다. 배선(20)은 케이블뿐만 아니라 케이블과 케이블을 연결시키는 커넥터 등이 더 포함될 수 있다. 배선(20)은 전류가 흐르는 하나의 경로에 관련된 것들을 모두 포함할 수 있다.
전기시스템(100)은 배선(20)의 단선여부 혹은 단선가능성을 판단할 수 있다. 전기시스템(100)은 배선(20)에서 전류가 흐르지 못하는 완전한 단선 상태를 검출할 수도 있고, 전류가 불안정하게 흐르는 불안정 단선 상태를 검출할 수도 있다. 불안정 단선 상태에서 전류는 원하는 레벨을 유지하지 못하거나 소위 아크노이즈라는 성분을 포함하고 있을 수 있다. 불안정 단선 상태에서 전기부하(10)는 원하는 레벨의 전류를 수신하지 못하여 정상적으로 동작하지 못할 수 있고, 아크노이즈 성분을 포함하는 전류를 전달받아 오동작할 수 있다.
전기시스템(100)은 이러한 배선(20)이 단선 상태인지 아닌지의 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 전기시스템(100)은 배선(20)이 '단선 상태이다'라고 판단할 수 있고, 배선(20)이 '정상 상태이다'라고 판단할 수 있다.
전기시스템(100)은 이러한 배선(20)의 단선가능성을 판단할 수 있다. 단선가능성에 대한 판단은 불안정 단선 상태에 대한 판단과 유사할 수 있다. 전기시스템(100)은 배선(20)이 단선 상태-불안정 단선 상태를 포함하는 단선 상태-일 가능성을 수치로 표현할 수 있다. 예를 들어, 전기시스템(100)은 배선(20)이 단선 상태일 가능성이 80%라고 수치로 표현할 수 있다. 이러한 단선가능성에 대한 수치는 고장진단에 사용되거나 예방조치에 사용될 수 있다.
전기시스템(100)은 배선(20)의 아크발생여부 혹은 아크발생가능성을 판단할 수 있다.
전기시스템(100)은 배선(20)에서 아크가 발생했는지 혹은 아크가 발생하지 않았는지의 여부를 판단할 수 있다.
그리고, 전기시스템(100)은 이러한 배선(20)의 아크발생가능성을 판단할 수 있다. 전기시스템(100)은 배선(20)에서 아크가 발생했을 가능성을 수치로 표현할 수 있다. 예를 들어, 전기시스템(100)은 배선(20)에서 아크가 발생했을 가능성을 80%라고 수치로 표현할 수 있다. 이러한 아크발생가능성에 대한 수치는 고장진단에 사용되거나 예방조치에 사용될 수 있다.
전기시스템(100)은 배선(20)의 단선 혹은 아크를 검출하기 위한 장치(110)와 배선(20)에서의 단선사고 혹은 아크사고에 대한 조치를 수행할 차단기(120) 등을 포함할 수 있다.
장치(110)는 전류센서(112)를 포함하거나 전류센서(112)와 유무선으로 연결되어 있을 수 있다. 그리고, 장치(110)는 전류센서(112)로부터 배선(20)의 전류에 대한 센싱값들을 획득하고, 센싱값들을 이용하여 배선(20)에서의 단선 혹은 아크를 검출할 수 있다.
장치(110)가 배선(20)에서의 단선 혹은 아크를 검출하면, 외부에 알람을 제공하거나 차단기(120)로 차단신호를 전송하여 배선(20)에 대한 보호조치를 수행할 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 장치의 구성도이다.
도 2를 참조하면, 장치(110)는 아날로그필터(210), 아날로그디지털컨버터(220), 디지털프로세서(230) 및 고장대응기(240) 등을 포함할 수 있다.
전류센서의 출력신호(센싱전류)는 아날로그필터(210)로 전달될 수 있다.
아날로그필터(210)는 전류센서의 출력신호에서 고주파노이즈 성분을 제거할 수 있다. 예를 들어, 아날로그필터(210)는 120KHz 이하의 성분만 통과시키는 로우패스필터일 수 있다. 아날로그필터(210)는 아날로그회로로 구성될 수 있기 때문에 고속의 신호처리가 가능할 수 있다. 그리고, 아날로그필터(210)는 디지털프로세서의 계산부하를 줄여줄 수 있다.
아날로그디지털컨버터(220)는 아날로그필터(210)에서 출력되는 아날로그신호를 디지털데이터로 변환할 수 있다.
디지털프로세서(230)는 아날로그디지털컨버터(220)에서 전달되는 디지털데이터를 통해 전류의 센싱값들을 인식하고, 전류의 제로크로싱 주변 시간대의 센싱값들의 시계열 변동성을 계산할 수 있다. 그리고, 디지털프로세서(230)는 계산된 시계열 변동성에 따라 배선의 단선가능성 혹은 배선에서의 아크발생가능성을 평가할 수 있다.
그리고, 고장대응기(240)는 디지털프로세서(230)가 배선의 단선가능성 혹은 배선에서의 아크발생가능성을 높게 평가하는 경우, 외부에 알람을 제공하거나 배선에 대한 보호조치를 수행할 수 있다-예를 들어, 차단신호 전송-.
도 3은 배선에서의 단선 상황에서 나타나는 전류의 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 배선(20)에 미세한 갭이 생겼을 때, 갭에 아크가 발생할 수 있다. 이러한 아크를 직렬아크라고 하기도 한다.
직류배선에서는 갭에 형성되는 아크전압(Varc)이 직류이기 때문에 갭에서 아크현상이 지속적으로 유지될 수 있다. 그러나, 배선(20)에 흐르는 전류가 주기적으로 변동하는 전류-예를 들어, 교류전류-인 경우, 배선(20)에서 갭에 걸리는 아크전압(Varc)이 변동하기 때문에 아크가 발생했다가 소멸하는 현상이 주기적으로 반복될 수 있다.
갭에 걸리는 아크전압(Varc)이 일정 이상이 되면 갭에서 아크가 안정적으로 발생하게 되는데, 이때 관측되는 아크노이즈는 일반노이즈와 잘 구별되지 않을 수 있다. 이에 따라, 일 실시예에 따른 장치는 아크가 기동되거나 소멸되는 부분의 노이즈를 관측하여 배선(20)에서의 단선 혹은 아크를 검출하려고 한다.
일 실시예에 따른 장치는 배선(20)에서의 전류가 제로가 되는 시점-일명, 제로크로싱-의 주변 시간대의 센싱값들을 분석하여 단선 혹은 아크를 검출할 수 있다. 이렇게 하면, 일반노이즈의 영향이 최소화되어 아크노이즈를 보다 정확하게 분별할 수 있고, 또한, 보다 적은 데이터량을 분석대상으로 하기 때문에 디지털프로세서의 계산 부담을 경감시킬 수 있다.
장치는 전류에 대한 센싱값들에서 분석대상이 되는 센싱값들을 추출하기 위해 제로크로싱 주변 시간대(T1~T2)를 설정할 수 있다. 장치는 전류의 센싱값이 제1기준전류값(LV1)보다 작고 제2기준전류값(LV2)보다 작은 것으로 판단되는 시간대를 제로크로싱 주변 시간대(T1~T2)로 설정할 수 있다.
장치는 전류의 센싱값이 제2기준전류값(LV2)을 넘어서는 시점을 제1시점(T1)으로 설정할 수 있다. 장치는 노이즈의 영향을 최소화하기 위해 P(P는 자연수)개 이상의 센싱값이 연속해서 혹은 평균적으로 제2기준전류값(LV2)을 넘어서는 시점을 제1시점(T1)으로 설정할 수 있다.
장치는 전류의 센싱값이 제1기준전류값(LV1)을 넘어서는 시점을 제2시점(T2)으로 설정할 수 있다. 장치는 노이즈의 영향을 최소화하기 위해 P개 이상의 센싱값이 연속해서 혹은 평균적으로 제1기준전류값(LV1)을 넘어서는 시점을 제2시점(T2)으로 설정할 수 있다.
교류파형은 전술한 내용과 같이 상승할 때, 제로크로싱이 나타날 수도 있지만 하강할 때도 제로크로싱이 나타날 수 있다.
하강할 때와 관련하여, 장치는 전류의 센싱값이 제1기준전류값(LV1)보다 작아지는 시점을 제1시점(T1)으로 설정할 수 있다. 장치는 노이즈의 영향을 최소화하기 위해 P개 이상의 센싱값이 연속해서 혹은 평균적으로 제1기준전류값(LV1)보다 작아지는 시점을 제1시점(T1)으로 설정할 수 있다.
그리고, 장치는 전류의 센싱값이 제2기준전류값(LV2)보다 작아지는 시점을 제2시점(T2)으로 설정할 수 있다. 장치는 노이즈의 영향을 최소화하기 위해 P(P는 자연수)개 이상의 센싱값이 연속해서 혹은 평균적으로 제2기준전류값(LV2)보다 작아지는 시점을 제2시점(T2)으로 설정할 수 있다.
장치는 센싱값의 크기를 중심으로 분석대상을 추출할 수 있다. 장치는 제1기준전류값보다 작고 제2기준전류값보다 큰 센싱값들을 제로크로싱 주변 시간대의 센싱값들로 획득할 수 있다. 이때, 제로크로싱 주변 시간대는 연속적이지 않고, 일부 노이즈성 센싱값에 따라 양단에서 비연속적일 수 있다.
이러한 계산들은 디지털프로세서에 의해 수행될 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 디지털프로세서의 구성도이다.
도 4를 참조하면, 디지털프로세서(230)는 세츄레이터(410), 밴드패스필터(420), 데이터리젝터(430) 및 사고판단부(440) 등을 포함할 수 있다.
세츄레이터(410)는 전류의 센싱값들 중 제1기준전류값 이상이거나 제2기준전류값 이하인 센싱값들을 적어도 하나의 일정값으로 치환할 수 있다. 예를 들어, 세츄레이터(410)는 전류의 센싱값들 중 제1기준전류값 이상인 센싱값들은 제1기준전류값으로 치환시킬 수 있다. 그리고, 세츄레이터(410)는 전류의 센싱값들 중 제2기준전류값 이하인 센싱값들은 제2기준전류값으로 치환시킬 수 있다. 여기서, 제1기준전류값과 제2기준전류값의 절대값은 같을 수 있다.
세츄레이터(410)는 정규화의 과정을 더 수행할 수 있다. 예를 들어, 세츄레이터(410)는 치환이 완료된 센싱값들을 제1기준전류값으로 나누어서 정규화시킬 수 있다.
데이터리젝터(430)는 세츄레이터(410)가 일정값으로 세츄레이팅시킨 부분을 제거하고 나머지만 분석대상으로 남겨 놓을 수 있다.
밴드패스필터(420)는 전류의 주기에 해당되는 주파수성분-예를 들어, 60Hz 성분- 및 그 고조파성분을 제거하기 위한 밴드패스필터링 작업을 수행할 수 있다. 밴드패스필터(420)는 디지털필터로서 예를 들어, 10KHz에서 100KHz 성분을 밴드패스시키도록 설계될 수 있다.
전류센싱에 대한 데이터는 세츄레이터(410), 밴드패스필터(420) 및 데이터리젝터(430)의 순서로 처리될 수 있다. 이러한 순서에 의하면, 세츄레이터(410)는 제1기준전류값 이상이거나 제2기준전류값 이하인 센싱값을 일정값으로 치환할 수 있는데, 이렇게 처리된 센싱값들이 밴드패스필터(420)를 통과하면, 일정값에 의한 부분들이 0으로 변경될 수 있다. 그러면, 데이터리젝터(430)는 0으로 변경된 부분을 골라서 제거함으로써 데이터리젝션을 수행할 수 있다.
분석대상의 센싱값들이 추출되면, 사고판단부(440)는 해당 센싱값들을 일정 간격으로 그룹핑할 수 있다. 예를 들어, 사고판단부(440)는 해당 센싱값들을 일정 시간 단위-예, 8ms, 60Hz의 반주기 시간-로 그룹핑할 수 있고, 일정 샘플링 개수 단위로 그룹핑할 수 있다.
그리고, 사고판단부(440)는 각 그룹에서의 센싱값들의 크기에 대한 표준편차를 시계열적으로 계산하여 전술한 시계열 변동성을 계산할 수 있다.
사고판단부(440)는 판단의 오류 가능성을 더 줄이기 위해 시계열 변동성으로 계산된 표준편차를 일정 그룹 개수별로 누적시킬 수 있다. 예를 들어, 사고판단부(440)는 연속되는 6개 그룹마다 표준편차를 누적시켜 합산할 수 있다.
그리고, 사고판단부(440)는 누적값과 평가기준값을 비교하여 배선의 단속 혹은 아크를 검출할 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 디지털프로세서가 분석대상 센싱값들을 추출하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 디지털프로세서는 먼저, 제1기준전류값 및 제2기준전류값을 결정하고, 이 기준전류값을 이용하여 제로크로싱 주변 시간대의 센싱값들과 그 이외의 센싱값들을 구분할 수 있다(S510).
그리고, 디지털프로세서는 전류의 센싱값들 중 제1기준전류값 이상이거나 제2기준전류값 이하인 센싱값들을 적어도 하나의 일정값으로 치환할 수 있다(S520). 예를 들어, 디지털프로세서는 전류의 센싱값들 중 제1기준전류값 이상인 센싱값들은 제1기준전류값으로 치환시킬 수 있다. 그리고, 디지털프로세서는 전류의 센싱값들 중 제2기준전류값 이하인 센싱값들은 제2기준전류값으로 치환시킬 수 있다.
그리고, 디지털프로세서는 치환처리된 센싱값들을 밴드패스필터에 통과시킬 수 있다(S530).
그리고, 디지털프로세서는 밴드패스필터에서 0으로 처리되는 부분들을 제거하여 분석대상 센싱값들을 추출할 수 있다(S540).
도 6은 분석대상 센싱값들에서 시계열 변동성을 계산한 결과를 나타내는 예시 도면이다.
도 6을 참조하면, 장치는 아크판단에 적합한 제로크로싱 주변 시간대의 센싱값들에 대해 표준편차를 계산하고, 그 표준편차를 일정 간격으로 누적시킬 수 있다. 이때, 도 6의 파란색 선과 같이 아크가 발생한 경우에는 그 누적값이 크게 증가하고, 빨간색 선과 같이 정상인 경우에는 그 누적값이 적게 증가할 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 장치의 효과를 검증하기 위해 실시한 실험의 구성도이다.
도 7을 참조하면, 실험에서 220V/60Hz의 교류전원이 사용되었고, 아크를 인위적으로 발생시키기 위한 아크폴트테스터가 사용되었다. 그리고, 일 실시예에 따른 장치는 홀센서를 통해 전류를 센싱하였으며, PCB(Printed Circuit Board)에 실장된 칩의 형태로 구현되었다.
부하의 종류에 따라 일반노이즈가 다르게 발생하기 때문에, 효과를 정확하게 검증하기 위해, 할로겐램프, 디머가 사용된 할로겐램프, 형광등, 진공청소기 등이 부하로 사용되었다.
도 8은 실험장치에서의 전류센싱값을 처리한 파형을 나타내는 도면이다.
도 8의 좌상단 그래프가 전류센싱값의 원본 파형이고, 좌하단 그래프가 전압센싱값의 원본 파형이다. 전압센싱값은 아크가 실제 발생했다는 것을 확인하기 위해 표시되었다.
도 8의 우상단 그래프는 세츄레이터를 통해 일정값 이상의 센싱값들을 세츄레이팅시킨 파형이고, 도 8의 우하단 그래프는 세츄레이팅된 부분을 0으로 만든 후의 파형이다.
일 실시예에 따른 장치는 이러한 과정을 통해 도 8의 우하단 그래프와 같은 데이터를 생성하고 해당 데이터에서 0으로 만든 부분을 제거한 후 아크를 분석하였다.
도 9는 부하의 각 상태에 따른 실험결과를 나타내는 도면이다.
도 9에서 좌상단은 모든 부하를 동작시켰을 때의 실험결과이고, 우상단은 할로겐램프만 동작시켰을 때의 실험결과이고, 좌하단은 디머를 오프시켰을 때의 실험결과이고, 우하단은 형광등이 동작하나 아크가 발생하지 않았을 때의 실험결과이다.
실험결과에서 파란색은 아크가 발생하였을 때의 표준편차를 누적시킨 그래프이고, 빨간색은 아크가 발생하지 않은 정상적인 상황에서의 표준편차를 누적시킨 그래프이다.
실험결과 그래프에서 알 수 있는 것과 같이 일 실시예에 의한 장치에 의하면, 배선의 단선 혹은 아크를 보다 정확하게 검출할 수 있게 된다.
도 10은 일 실시예에 따른 방법의 흐름도이다.
일 실시예는 다양한 형태의 장치에서 도 10에 도시된 것과 같은 방법으로 구현될 수 있다.
도 10을 참조하면, 장치는 크기가 주기적으로 변동하는 일 배선의 전류를 센싱할 수 있다(S1000).
그리고, 장치는 전류의 센싱값들 중에서 제로크로싱 주변 시간대의 센싱값들을 획득할 수 있다(S1002).
제로크로싱 주변 시간대의 센싱값들을 획득하기 위해, 장치는 전류의 센싱값이 제1기준전류값보다 작고 제2기준전류값보다 큰 것으로 판단되는 시간대를 제로크로싱 주변 시간대로 지정할 수 있다. 혹은 장치는 제1기준전류값보다 작고 제2기준전류값보다 큰 센싱값들을 제로크로싱 주변 시간대의 센싱값들로 획득할 수 있다.
장치는 제로크로싱 주변 시간대의 센싱값들의 시계열 변동성을 계산할 수 있다(S1004).
시계열 변동성을 계산할 때, 장치는 복수의 주기에서 획득한 제로크로싱 주변 시간대의 센싱값들을 일정 간격으로 그룹핑하고 각 그룹에서 센싱값 크기의 표준편차를 시계열 변동성으로 계산할 수 있다.
그리고, 장치는 계산된 시계열 변동성을 이용하여 배선의 단선 혹은 아크를 판단할 수 있다(S1006).
장치는 시계열 변동성이 높을 수록 배선의 단선가능성 혹은 배선에서의 아크발생가능성을 높게 평가할 수 있다.
장치는 표준편차를 일정 그룹 개수별로 누적시킨 값과 평가기준값을 비교하여 배선의 단선가능성 혹은 배선에서의 아크발생가능성을 평가할 수 있다.
장치는 배선의 단선가능성 혹은 배선에서의 아크발생가능성이 높게 평가되는 경우, 외부에 알람을 제공하거나 배선에 대한 보호조치를 수행할 수 있다(S1008).
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 배선에서의 아크를 검출하는 기술을 제공할 수 있고, 배선에서의 단선, 특히, 불안정한 단선 상태를 검출하는 기술을 제공할 수 있다. 그리고, 본 실시예에 의하면, 노이즈의 영향을 최소화하면서 정확도가 높은 단선 혹은 아크 검출 기술을 제공할 수 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 (10)

  1. 크기가 주기적으로 변동하는 일 배선의 전류에 대하여, 상기 전류의 제로크로싱 주변 시간대의 센싱값들을 획득하는 단계;
    상기 제로크로싱 주변 시간대의 센싱값들의 시계열 변동성을 계산하는 단계; 및
    상기 시계열 변동성이 높을 수록 상기 배선의 단선가능성 혹은 상기 배선에서의 아크발생가능성을 높게 평가하는 단계
    를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전류의 제로크로싱 주변 시간대의 센싱값들을 획득하는 단계에서,
    상기 전류의 센싱값이 제1기준전류값보다 작고 제2기준전류값보다 큰 것으로 판단되는 시간대를 상기 제로크로싱 주변 시간대로 지정하는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전류의 제로크로싱 주변 시간대의 센싱값들을 획득하는 단계에서,
    제1기준전류값보다 작고 제2기준전류값보다 큰 센싱값들을 상기 제로크로싱 주변 시간대의 센싱값들로 획득하는 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 시계열 변동성을 계산하는 단계에서,
    복수의 주기에서 획득한 상기 제로크로싱 주변 시간대의 센싱값들을 일정 간격으로 그룹핑하고 각 그룹에서 센싱값 크기의 표준편차를 상기 시계열 변동성으로 계산하는 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 평가하는 단계에서,
    상기 표준편차를 일정 그룹 개수별로 누적시킨 값과 평가기준값을 비교하여 상기 배선의 단선가능성 혹은 상기 배선에서의 아크발생가능성을 평가하는 방법.
  6. 크기가 주기적으로 변동하는 일 배선의 전류를 센싱하는 전류센서;
    상기 전류센서의 출력신호에서 고주파노이즈 성분을 제거하는 아날로그필터;
    상기 아날로그필터에서 출력되는 아날로그신호를 디지털데이터로 변환하는 아날로그디지털컨버터; 및
    상기 디지털데이터에서 상기 전류의 센싱값들을 인식하고, 상기 전류의 제로크로싱 주변 시간대의 센싱값들의 시계열 변동성을 계산하며, 계산된 상기 시계열 변동성에 따라 상기 배선의 단선가능성 혹은 상기 배선에서의 아크발생가능성을 평가하는 디지털프로세서
    를 포함하는 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 디지털프로세서는,
    상기 디지털프로세서는 상기 전류의 센싱값들 중 제1기준전류값 이상이거나 제2기준전류값 이하인 센싱값들을 적어도 하나의 일정값으로 치환시키는 세츄레이터, 및
    상기 일정값으로 치환된 부분을 제거하는 데이터리젝터를 포함하는 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 디지털프로세서는,
    상기 전류의 주기에 해당되는 주파수성분 및 그 고조파성분을 제거하기 위한 밴드패스필터를 더 포함하는 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 디지털프로세서는,
    상기 세츄레이터, 상기 밴드패스필터 및 상기 데이터리젝터가 순차적으로 적용되어 추려진 센싱값들에 대해 일정 간격마다 표준편차를 상기 시계열 변동성에 대한 값으로 계산하는 장치.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 디지털프로세서가 상기 배선의 단선가능성 혹은 상기 배선에서의 아크발생가능성을 높게 평가하는 경우, 외부에 알람을 제공하거나 상기 배선에 대한 보호조치를 수행하는 고장대응기를 더 포함하는 장치.
KR1020220136363A 2022-10-21 2022-10-21 전기시스템에서의 단선 혹은 아크를 검출하는 방법 및 장치 KR20240056135A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220136363A KR20240056135A (ko) 2022-10-21 2022-10-21 전기시스템에서의 단선 혹은 아크를 검출하는 방법 및 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220136363A KR20240056135A (ko) 2022-10-21 2022-10-21 전기시스템에서의 단선 혹은 아크를 검출하는 방법 및 장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20240056135A true KR20240056135A (ko) 2024-04-30

Family

ID=90884656

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020220136363A KR20240056135A (ko) 2022-10-21 2022-10-21 전기시스템에서의 단선 혹은 아크를 검출하는 방법 및 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20240056135A (ko)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2766968B1 (en) Method and apparatus for detecting an arc in a dc circuit
US9347978B2 (en) Arc fault detector with circuit interrupter
CN109417285B (zh) 直流电气回路保护装置及电弧检测方法
JP2008167645A (ja) 電気システムにおける直列アークを検出するための方法およびシステム
US11277000B2 (en) DC electrical circuit protection apparatus and ARC detection method
KR20070098598A (ko) 연속 아킹 기간에 특징이 있는 아크 결함 검출방법
US20040027749A1 (en) Detection of arcing in dc electrical systems
JP2002300717A (ja) 交流負荷回路におけるアーク電流を含む異常電流判別方法及びこの判別方法を用いた異常電流検出装置
JP2006517672A (ja) アーク故障検出システム
KR101333648B1 (ko) 아크 검출장치 및 방법
CN109596956B (zh) 直流串联电弧检测方法及装置
CN102539997A (zh) 用于检测交流电压电网中的干扰电弧事件的方法和装置
EP3959525B1 (en) Arc fault detector
JP2005503743A (ja) 直流電気システムにおけるアーク検出
KR20220061754A (ko) 전원시스템의 아크 검출 장치 및 이를 이용한 아크 검출 방법
KR20240056135A (ko) 전기시스템에서의 단선 혹은 아크를 검출하는 방법 및 장치
KR101464246B1 (ko) Ｚｃｔ를 이용한 아크 검출 차단기
JP2001289900A (ja) 絶縁劣化検出回路と該回路を用いた装置
KR102377795B1 (ko) 불연속 구간 검출에 의한 아크 검출 방법
Li et al. Arc Fault Detection and Protection–Opportunities and Challenges
US10778142B2 (en) Method and device for evaluating the energy produced by an electric arc in a photovoltaic installation
KR101019462B1 (ko) 임펄스 검출을 이용한 아크결함 판단방법
KR20230126239A (ko) 배전계통의 아크 검출 및 구간 판정 시스템 및 방법
US10777991B2 (en) Method and device for evaluating the energy produced by an electric arc in a photovoltaic installation
KR102453122B1 (ko) 주파수 분할법을 이용한 비정상 아크 검출 장치 및 이를 이용한 비정상 아크 검출 방법