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  1. (School of Electrical and Electronic Engineering, Chung-Ang University, Korea.)



Series AC Arc, Parallel AC Arc, Shouldering Effect, Fast Fourier Transform, Arc Detection

1. μ„œ λ‘ 

μ „κΈ° ν™”μž¬μ˜ μ—¬λŸ¬ 원인 쀑 ν•˜λ‚˜λŠ” 아크이닀. μ „λ₯˜κ°€ 흐λ₯΄λŠ” μ„ λ‘œκ°€ μ–΄λ– ν•œ 원인에 μ˜ν•΄ μ†μƒλ˜λ©΄ μ„ λ‘œ 사이에 κ°­(gap)이 λ°œμƒν•˜κ²Œ λ˜λŠ”λ°, 이 κ°­ μ‚¬μ΄μ˜ 곡기의 μ ˆμ—°μ΄ νŒŒκ΄΄λ˜λ©΄μ„œ λΉ›κ³Ό 열이 λ°©μΆœλ˜λŠ” ν˜„μƒμ„ 아크라고 ν•œλ‹€. 아크에 μ˜ν•΄ λ°œμƒν•œ λΆˆκ½ƒμ€ μžμ—°μ μœΌλ‘œ μ†Œν˜Έλ˜λŠ” κ²½μš°λ„ μžˆμ§€λ§Œ ν™”μž¬λ‘œ 이어져 μž¬μ‚° 및 인λͺ… ν”Όν•΄λ₯Ό λ°œμƒμ‹œν‚€κΈ°λ„ ν•œλ‹€. μ•„ν¬λŠ” 크게 직렬 아크와 병렬 μ•„ν¬λ‘œ λΆ„λ₯˜λœλ‹€. 직렬 μ•„ν¬λŠ” 단일 μ„ λ‘œ 즉, μ „μœ„κ°€ 같은 μ„ λ‘œμ—μ„œ λ°œμƒν•˜λŠ” 아크이고 병렬 μ•„ν¬λŠ” μ „μœ„κ°€ λ‹€λ₯Έ 두 μ„ λ‘œ μ‚¬μ΄μ—μ„œ λ°œμƒν•˜λŠ” 아크이닀. 직렬 μ•„ν¬λŠ” ν•œ μ„ λ‘œκ°€ λŠμ–΄μ§€λ©΄μ„œ λ°œμƒν•˜κ³  병렬 μ•„ν¬λŠ” μ „μœ„κ°€ λ‹€λ₯Έ 두 μ„ λ‘œ μ‚¬μ΄μ˜ μ ˆμ—°μ΄ μ•½ν•΄μ Έμ„œ λ°œμƒν•œλ‹€. ꡐλ₯˜ μ„ λ‘œμ—μ„œ λ°œμƒν•˜λŠ” 직렬 μ•„ν¬λŠ” 병렬 μ•„ν¬μ™€λŠ” 달리 μ „μ›λ‹¨μ—μ„œμ˜ 전기적 νŠΉμ„±μ΄ λΆ€ν•˜μ˜ λ³€λ™μœΌλ‘œ μΈν•œ 전기적 νŠΉμ„±κ³Ό λΉ„μŠ·ν•˜μ—¬ 기쑴의 사고 감지 μž₯λΉ„λ‘œλŠ” 감지가 μ–΄λ ΅λ‹€. μ΄λŸ¬ν•œ 직렬 아크λ₯Ό 효과적으둜 κ°μ§€ν•˜κΈ° μœ„ν•΄ λ§Žμ€ 연ꡬ가 μ§„ν–‰λ˜μ—ˆλ‹€. λŒ€ν‘œμ μΈ λ°©λ²•μœΌλ‘œλŠ” 고쑰파 ν•„ν„°λ₯Ό ν†΅κ³Όμ‹œν‚¨ μ „λ₯˜λ₯Ό μ΄μš©ν•œ 방법(1), Chirp Zeta Transform을 μ΄μš©ν•œ μ „λ₯˜μ˜ 기본파 μ„±λΆ„ 뢄석을 ν†΅ν•œ 방법(2), μ „λ₯˜ μœ„μƒμ˜ non-stationary 성뢄을 μ΄μš©ν•œ 방법(3), μ „λ₯˜μ˜ Wavelet Transform을 μ΄μš©ν•œ 방법(4-5), 3μ°¨ 고쑰파 성뢄을 μ΄μš©ν•œ 방법 (6), 아크 μ „μ••κ³Ό μ „λ₯˜μ˜ νŠΉμ„±μ„ μ΄μš©ν•œ 방법(7-11), High-Pass Filter (HPF)λ₯Ό ν†΅κ³Όμ‹œν‚¨ μ „λ₯˜λ‘œλΆ€ν„° 얻은 non-stationary 주파수 성뢄을 μ΄μš©ν•œ 방법(12), μ „λ₯˜μ˜ Root-mean-square (RMS)λ₯Ό μ΄μš©ν•œ 방법(13), 그리고 톡계적 νŠΉμ„±μ„ μ΄μš©ν•œ 방법 (14) 등이 μžˆλ‹€. λ˜ν•œ μ‹œκ°„ μ˜μ—­μ—μ„œμ˜ 3κ°€μ§€ νŒŒλΌλ―Έν„°μΈ Maximum slip difference (MSP), 영점 ꡐ차 ꡬ간 (zero crossing period: ZCP), 그리고 maximum Euclidean distance (MED)와 주파수 μ˜μ—­ 정보λ₯Ό machine learning κΈ°λ²•μœΌλ‘œ ν˜Όν•©ν•˜μ—¬ 아크λ₯Ό κ°μ§€ν•˜λŠ” 논문도 μ œμ•ˆλ˜μ—ˆλ‹€ (17-19). ν•˜μ§€λ§Œ, ꡐλ₯˜ 아크 κ²€μΆœμ— λŒ€ν•œ μ—°κ΅¬λŠ” 직렬 아크 κ²€μΆœ λΆ„μ•Όμ—λ§Œ μ§‘μ€‘λ˜μ–΄ 있고, ꡐλ₯˜ 병렬 아크 λ°œμƒμ„ κ²€μΆœν•˜λŠ” 기법듀에 λŒ€ν•œ μ—°κ΅¬λŠ” 거의 μ§„ν–‰λ˜μ§€ μ•Šκ³  μžˆλ‹€. λ”°λΌμ„œ, λ³Έ λ…Όλ¬Έμ—μ„œλŠ” ꡐλ₯˜ 직렬 아크와 λ™μ‹œμ—, ꡐλ₯˜ 병렬 아크 λ°œμƒμ‹œ μ „λ ₯μ„ λ‘œμƒμ˜ μ „λ₯˜ 변화에 λŒ€ν•΄ κ³ μ°°ν•˜κ³  이듀을 κ²€μΆœν•  수 μžˆλŠ” 기법을 보인닀.

λ³Έ λ…Όλ¬Έμ—μ„œλŠ” 직렬 아크와 병렬 아크 λ°œμƒ μ‹œ μ„ λ‘œ μ „λ₯˜μ˜ λ³€ν™” νŠΉμ„±μ„ 비ꡐ λΆ„μ„ν•œλ‹€. 직렬 아크 및 병렬 아크 λ°œμƒ μ‹œ, ꡐλ₯˜ μ„ λ‘œμ— 흐λ₯΄λŠ” μ „λ₯˜λ₯Ό μ „λ₯˜ 크기와 μ „λ₯˜ ν˜•νƒœ μΈ‘λ©΄μ—μ„œ λΆ„μ„ν•œλ‹€. ꡐλ₯˜ μ„ λ‘œ 상에 직렬 아크 λ°œμƒ μ‹œ μ„ λ‘œμ— 흐λ₯΄λŠ” μ „λ₯˜λŠ”, ν¬κΈ°μ—μ„œμ˜ λ³€λ™λ³΄λ‹€λŠ” νŒŒν˜• ν˜•νƒœμ—μ„œ 더 νŠΉμ΄ν•œ λ³€ν™”λ₯Ό λ°œμƒμ‹œν‚΄μ„ μ‹€ν—˜μ„ ν†΅ν•˜μ—¬ ν™•μΈν•œλ‹€. 특히, μˆ„λ”λ§ (shouldering) νš¨κ³Όμ— μ˜ν•˜μ—¬ 아크 μ „λ₯˜ 원점 λΆ€κ·Όμ—μ„œ μ „λ₯˜ 크기가 0으둜 μˆ˜λ ΄ν•˜λŠ” ν˜„μƒμ΄ λ°œμƒν•˜κ³ , 이둜 μΈν•˜μ—¬ μ„ λ‘œ μ „λ₯˜ ν˜•νƒœκ°€ λ§Žμ€ 고쑰파λ₯Ό ν¬ν•¨ν•˜λŠ” μ™œκ³‘λœ λΉ„μ •ν˜„νŒŒ ν˜•νƒœλ₯Ό κ°€μ§€κ²Œ 됨을 μ‹€ν—˜μ μœΌλ‘œ 보인닀. λ˜ν•œ, 병렬 μ•„ν¬μ˜ 경우, 전원과 병렬 아크 경둜λ₯Ό ν†΅ν•˜μ—¬ 직렬 아크가 λ°œμƒν•˜λŠ” 원리와 λ™μΌν•˜κΈ° λ•Œλ¬Έμ— 병렬 아크 경둜 μƒμ˜ μ „λ₯˜κ°€ μˆ„λ”λ§ 효과λ₯Ό κ°€μ§€λŠ” 직렬 아크 μ „λ₯˜ νŒŒν˜•κ³Ό μœ μ‚¬ν•¨μ„ μ‹€ν—˜μ μœΌλ‘œ 보인닀. μ΄λŸ¬ν•œ 병렬 아크 경둜 상에 μƒμ„±λ˜λŠ” 아크 μ „λ₯˜λ‘œ μΈν•˜μ—¬, ꡐλ₯˜ μ„ λ‘œ 상에 흐λ₯΄λŠ” μ„ λ‘œ μ „λ₯˜ μ—­μ‹œ μ •ν˜„νŒŒ ν˜•νƒœκ°€ μ•„λ‹Œ λ‹€μˆ˜μ˜ 고쑰파 성뢄을 κ°€μ§€λŠ” μ™œκ³‘λœ μ „λ₯˜ ν˜•νƒœλ‘œ λ°”λ€Œκ²Œ λœλ‹€. λ³Έ λ…Όλ¬Έμ—μ„œλŠ”, 직렬 ꡐλ₯˜ 아크 및 병렬 ꡐλ₯˜ 아크 λ°œμƒ μ‹œμ— λ‹€μˆ˜μ˜ 고쑰파λ₯Ό ν¬ν•¨ν•˜λŠ” μ™œκ³‘λœ μ„ λ‘œ μ „λ₯˜λ₯Ό μ΄μš©ν•˜μ—¬, μ‹œκ°„ μ˜μ—­κ³Ό 주파수 μ˜μ—­μ—μ„œ 직렬 ꡐλ₯˜ 아크 λ°œμƒ μ—¬λΆ€λ₯Ό κ²€μΆœν•˜κ³  각 기법듀에 μ˜ν•œ μ„±λŠ₯을 비ꡐ λΆ„μ„ν•œλ‹€.

2. 직렬 및 병렬 ꡐλ₯˜ 아크

ꡐλ₯˜ μ „λ ₯ μ‹œμŠ€ν…œμ—μ„œ λ°œμƒν•  수 μžˆλŠ” μ•„ν¬λŠ” 아크 λ°œμƒμ˜ μœ„μΉ˜μ— 따라 직렬 아크 (Series arc)와 병렬 아크 (Parallel arc)둜 λΆ„λ₯˜ν•  수 μžˆλ‹€. κ·Έλ¦Ό 1은 아크 λ°œμƒ μœ„μΉ˜μ— λ”°λ₯Έ ꡐλ₯˜ μ•„ν¬μ˜ μ’…λ₯˜λ₯Ό λ‚˜νƒ€λ‚Έλ‹€. κ·Έλ¦Ό 1μ—μ„œ ν‘œν˜„λ˜μ–΄ μžˆλ“―μ΄ μ „λ₯˜κ°€ 흐λ₯΄λŠ” 단일 μ„ λ‘œμ˜ 손상에 μ˜ν•΄ λ°œμƒν•˜λŠ” 아크λ₯Ό 직렬 아크라고 ν•˜κ³  μ „μœ„κ°€ λ‹€λ₯Έ 두 μ„ λ‘œ μ‚¬μ΄μ˜ μ ˆμ—°μ΄ νŒŒκ΄΄λ˜μ–΄ 전기적 κ²½λ‘œκ°€ ν˜•μ„±λ˜λ©΄μ„œ λ°œμƒν•˜λŠ” 아크λ₯Ό 병렬 아크라고 ν•œλ‹€. κ·Έλ¦Ό 1κ³Ό 같은 직렬 아크와 병렬 μ•„ν¬μ˜ 전기적 νŠΉμ„±μ„ λΆ„μ„ν•˜κΈ° μœ„ν•΄ κ·Έλ¦Ό 2와 같이 μ‹€ν—˜νšŒλ‘œλ„λ₯Ό κ΅¬μ„±ν–ˆλ‹€.

κ·Έλ¦Ό. 1. 아크 λ°œμƒ μœ„μΉ˜μ— λ”°λ₯Έ ꡐλ₯˜ μ•„ν¬μ˜ μ’…λ₯˜

Fig. 1. Types of AC arcs according to the location of arcing

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κ·Έλ¦Ό 2(a)λŠ” 직렬 아크λ₯Ό λ°œμƒμ‹œν‚€κΈ° μœ„ν•œ νšŒλ‘œλ„ 이고 κ·Έλ¦Ό 2(b)λŠ” 병렬 아크λ₯Ό λ°œμƒμ‹œν‚€κΈ° μœ„ν•œ νšŒλ‘œλ„μ΄λ‹€. κ·Έλ¦Ό 2μ—μ„œ vsλŠ” 전원 μ „μ••, isλŠ” μ„ λ‘œ μ „λ₯˜, varcλŠ” 아크 μ „μ••, iarcλŠ” 아크 μ „λ₯˜, vloadλŠ” λΆ€ν•˜ μ „μ••, iloadλŠ” λΆ€ν•˜ μ „λ₯˜, 그리고 RlimitλŠ” μ œν•œ 저항을 μ˜λ―Έν•œλ‹€. 직렬 아크λ₯Ό λ°œμƒμ‹œν‚€κΈ° μœ„ν•΄μ„œ κ·Έλ¦Ό 2(a)와 같이 μ‹€ν—˜ 셋업을 κ΅¬μ„±ν•˜κ³  아크 λ°œμƒκΈ°μ˜ 아크 봉은 μ ‘μ΄‰ν•œ μƒνƒœλ‘œ λ‘”λ‹€. κ·Έ ν›„ 전원 전압을 μΈκ°€ν•˜μ—¬ μ„ λ‘œ μ „λ₯˜κ°€ 흐λ₯΄κ²Œ 되면 아크 λ°œμƒκΈ°μ˜ 아크 봉을 λΆ„λ¦¬μ‹œν‚¨λ‹€. λΆ™μ–΄ 있던 아크 봉이 λΆ„λ¦¬λ˜λ©΄μ„œ 직렬 아크가 λ°œμƒν•˜κ²Œ λœλ‹€.

ν•œνŽΈ 병렬 아크λ₯Ό λ°œμƒμ‹œν‚€κΈ° μœ„ν•΄μ„œ κ·Έλ¦Ό 2(b)와 같이 회둜λ₯Ό κ΅¬μ„±ν•˜κ³  아크 λ°œμƒκΈ°μ˜ 아크 봉은 λΆ„λ¦¬λœ μƒνƒœλ‘œ λ‘”λ‹€. κ·Έ ν›„ 전원 전압을 μΈκ°€ν•˜μ—¬ λΆ€ν•˜ μ „λ₯˜κ°€ 흐λ₯΄κ²Œ 되면 아크 λ°œμƒκΈ°μ˜ 아크 봉을 κ°€κΉκ²Œ μœ„μΉ˜μ‹œν‚¨λ‹€. 멀리 λ–¨μ–΄μ Έ 있던 아크 봉이 κ°€κΉŒμ›Œμ§€λ©΄ 병렬 아크가 λ°œμƒν•˜κ²Œ λœλ‹€. μ—¬κΈ°μ„œ μ œν•œ 저항이 μ—†λ‹€λ©΄ 맀우 큰 μ „λ₯˜κ°€ 흐λ₯΄κΈ° λ•Œλ¬Έμ— μ œν•œ μ €ν•­μ˜ 크기λ₯Ό μ μ ˆν•˜κ²Œ λ§žμΆ°μ€€λ‹€. ꡐλ₯˜ μ „κΈ° μ‹œμŠ€ν…œμ—μ„œ 직렬 아크가 λ°œμƒν•  경우, μ„ λ‘œ 상에 직렬둜 μž„ν”Όλ˜μŠ€κ°€ μ‚½μž…λœ 것과 같은 νš¨κ³Όκ°€ λ°œμƒν•œλ‹€. λ”°λΌμ„œ 직렬 아크 양단 전압이 μ¦κ°€ν•˜κ³  이에 따라 λΆ€ν•˜ 양단 전압은 κ°μ†Œν•œλ‹€. λ˜ν•œ 직렬둜 μ‚½μž…λœ μž„ν”Όλ˜μŠ€ 효과둜 인해 μ„ λ‘œ μƒμ˜ μ „λ₯˜ 크기가 κ°μ†Œν•˜κ³  직렬 아크에 μ˜ν•œ μ „λ ₯ μ†μ‹€λ‘œ 인해 λΆ€ν•˜μ— μ „λ‹¬λ˜λŠ” μ „λ ₯이 κ°μ†Œν•˜κ²Œ λœλ‹€. ν•œνŽΈ 병렬 아크가 λ°œμƒν•˜λ©΄ λΆ€ν•˜ μ „λ₯˜μ™Έμ˜ μƒˆλ‘œμš΄ 경둜둜 아크 μ „λ₯˜κ°€ 흐λ₯΄κΈ° λ•Œλ¬Έμ— μ„ λ‘œ μ „λ₯˜μ˜ 크기가 μ¦κ°€ν•˜κ²Œ λœλ‹€.

κ·Έλ¦Ό. 2. ꡐλ₯˜ 아크 μ‹€ν—˜ νšŒλ‘œλ„ (a) 직렬 아크 (b) 병렬 아크 (c) 아크 λ°œμƒκΈ°

Fig. 2. AC arc experiment schematic (a) series arc (b) parallel arc (c) arc generator

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2.1 직렬 μ•„ν¬μ˜ νŠΉμ„±

직렬 아크 데이터 μˆ˜μ§‘μ„ μœ„ν•΄ κ·Έλ¦Ό 2의 (a)와 같이 κ΅¬μ„±ν•œ μ‹€ν—˜ μ…‹μ—…μ—μ„œ κ·Έλ¦Ό (c)와 같이 μ œμž‘λœ 아크 λ°œμƒκΈ°κ°€ μ‚¬μš©ν•˜μ—¬ μ‹€ν—˜μ„ μ§„ν–‰ν•œλ‹€. μ‚¬μš©λœ 아크 λ°œμƒκΈ°λŠ” μŠ€ν…λͺ¨ν„°λ₯Ό μ΄μš©ν•΄ 아크 봉을 μ •λ°€ μ œμ–΄ ν•  수 μžˆλ„λ‘ μ œμž‘ν–ˆλ‹€. 아크 데이터 츑정에 μ‚¬μš©ν•œ μ˜€μ‹€λ‘œμŠ€μ½”ν”„μ˜ λͺ¨λΈλͺ…은 Tektronix μ‚¬μ˜ MSO3054이며, μ „λ₯˜ ν”„λ‘œλΈŒμ™€ 차동 μ „μ•• ν”„λ‘œλΈŒλŠ” λ™μΌν•œ νšŒμ‚¬μ˜ TCPA300와 P5200Aλ₯Ό μ‚¬μš©ν•˜μ˜€λ‹€. 직렬 아크 λ°μ΄ν„°λŠ” μ„ λ‘œ μ „λ₯˜μ˜ ν”Όν¬μΉ˜κ°€ 3 A, 5 A, 그리고 8 A 인 κ²½μš°μ— μˆ˜μ§‘ν–ˆκ³  각 λΆ€ν•˜ μ „λ₯˜λ₯Ό λ§Œλ“€κΈ° μœ„ν•΄ μ‚¬μš©λœ λΆ€ν•˜ 저항은 100 Ξ©, 60 Ξ©, 그리고 37.5 Ω이닀. λ˜ν•œ 직렬 아크 λ°œμƒ μ‹œ 아크 λ΄‰μ˜ λΆ„λ¦¬λ˜λŠ” μ†λ„λŠ” λͺ¨λ“  λΆ€ν•˜ μ‘°κ±΄μ—μ„œ 1 mm/s둜 κ³ μ •ν•˜μ˜€λ‹€.

κ·Έλ¦Ό. 3. λΆ€ν•˜μ˜ μ’…λ₯˜μ— λ”°λ₯Έ 직렬 아크 λ°œμƒ νšŒλ‘œλ„ (a) μ €ν•­ λΆ€ν•˜ (b) PFC λΆ€ν•˜

Fig. 3. Circuit diagram of series arc generation according to load type (a) Resistive load (b) PFC load

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μ €ν•­ λΆ€ν•˜μ™€ PFC λΆ€ν•˜μ—μ„œ 직렬 아크가 λ°œμƒν•  λ•Œ μ–΄λ–€ 차이점이 μžˆλŠ”μ§€ μ•Œμ•„λ³΄κΈ° μœ„ν•΄ κ·Έλ¦Ό 3κ³Ό 같이 각 λΆ€ν•˜λ³„λ‘œ 직렬 아크 λ°œμƒ μ‹€ν—˜ 셋업을 κ΅¬μ„±ν–ˆλ‹€. κ·Έλ¦Ό 3의 (a)λŠ” μ €ν•­ λΆ€ν•˜μ—μ„œμ˜ 직렬 아크 λ°œμƒ μ…‹μ—… νšŒλ‘œλ„μ΄κ³  κ·Έλ¦Ό 3의 (b)λŠ” PFC λΆ€ν•˜μ—μ„œμ˜ 직렬 아크 λ°œμƒ μ…‹μ—… νšŒλ‘œλ„λ₯Ό λ‚˜νƒ€λ‚Έλ‹€. κ·Έλ¦Ό 4λŠ” λΆ€ν•˜ μ’…λ₯˜μ— λ”°λ₯Έ 직렬 아크 μ‹€ν—˜ κ²°κ³Όλ₯Ό 보여쀀닀.

κ·Έλ¦Ό 4의 (a)은 μ €ν•­ λΆ€ν•˜λ₯Ό κ°€μ§€λŠ” 단상 ꡐλ₯˜ μ„ λ‘œ μƒμ—μ„œ 직렬 아크가 λ°œμƒν–ˆμ„ λ•Œμ˜ μ‹€ν—˜ νŒŒν˜•μ„ λ‚˜νƒ€λ‚Έλ‹€. 직렬 아크λ₯Ό λ°œμƒμ‹œν‚€κΈ° μœ„ν•΄ μ „μ›μœΌλ‘œ μƒμš© 계톡 전원인 220 V/60 Hzλ₯Ό μ‚¬μš©ν•˜μ˜€μœΌλ©° λΆ€ν•˜λŠ” 순수 μ €ν•­ λΆ€ν•˜λ‘œ 60 Ξ©λ₯Ό μ‚¬μš©ν•˜μ—¬ μ„ λ‘œ μ „λ₯˜μ˜ ν”Όν¬μΉ˜κ°€ 5 Aκ°€ λ˜λ„λ‘ ν–ˆλ‹€. κ·Έλ¦Ό 4(a)의 κ²½μš°λŠ” κ·Έλ¦Ό 2(a)와 같은 단상 ꡐλ₯˜ μ„ λ‘œμ΄κΈ° λ•Œλ¬Έμ— μ„ λ‘œ μ „λ₯˜κ°€ κ³§ 아크 μ „λ₯˜κ°€ λœλ‹€. κ·Έλ¦Ό 4(a)의 μ„ λ‘œ μ „λ₯˜μ™€ 전원 μ „μ••μ˜ 비ꡐλ₯Ό 톡해 직렬 아크가 λ°œμƒν•œ μ‹œμŠ€ν…œμ˜ λΆ€ν•˜κ°€ μ €ν•­λΆ€ν•˜μ΄λ―€λ‘œ 직렬 아크 λ°œμƒ 전후에 μ„ λ‘œ μ „λ₯˜ ν˜•νƒœμ™€ λΆ€ν•˜ μ „μ•• ν˜•νƒœκ°€ 동일함을 μ•Œ 수 μžˆλ‹€. κ·Έλ¦Ό 4(a)λ₯Ό 톡해 μ •μƒμƒνƒœμ—μ„œ μ •ν˜„νŒŒμ˜ ν˜•νƒœμ΄λ˜ λΆ€ν•˜ μ „μ••μ˜ νŒŒν˜•μ΄ 직렬 아크가 λ°œμƒν•˜μž μ™œκ³‘μ΄ λ°œμƒν•œ 것을 μ•Œ 수 μžˆλ‹€. 직렬 아크 λ°œμƒ 후에 λΆ€ν•˜ μ „μ••μ˜ 크기가 0 인 κ΅¬κ°„μ˜ 길이가 더 κΈΈμ–΄μ‘ŒμœΌλ©° λΆ€ν•˜ μ „μ••μ˜ 크기 λ˜ν•œ κ°μ†Œν–ˆλ‹€. 이와 λ§ˆμ°¬κ°€μ§€λ‘œ μ„ λ‘œ μ „λ₯˜μ˜ 크기가 0 인 ꡬ간이 아크 λ°œμƒ 후에 μ¦κ°€ν•˜μ˜€κ³  기본파 μ„±λΆ„μ˜ 크기 λ˜ν•œ κ°μ†Œν•˜μ˜€λ‹€. 이처럼 크기가 0 인 ꡬ간이 κΈΈμ–΄μ§€λŠ” ν˜„μƒμ„ μˆ„λ”λ§ ν˜„μƒμ΄λΌκ³  ν•œλ‹€. λ˜ν•œ κ·Έλ¦Ό 4(a)λ₯Ό 톡해 아크 λ°œμƒ μ „μ—λŠ” 크기가 0 μ΄μ—ˆλ˜ 아크 전압이 직렬 아크가 λ°œμƒν•¨μ— 따라 고쑰파 성뢄을 λ³΄μ΄λŠ” 것을 μ•Œ 수 μžˆλ‹€. κ·Έλ¦Ό 4(b)은 PFC 회둜λ₯Ό λΆ€ν•˜λ‘œ κ°€μ§€λŠ” 단상 ꡐλ₯˜ μ„ λ‘œ μƒμ—μ„œ 직렬 아크 λ°œμƒ μ‹œμ˜ μ‹€ν—˜ νŒŒν˜•μ΄λ‹€. κ·Έλ¦Ό 4(a)와 κ·Έλ¦Ό 4(b)의 μ„ λ‘œ μ „λ₯˜λŠ” 아크 λ°œμƒ μ‹œ μœ μ‚¬ν•œ ν˜•νƒœμ˜ μ™œκ³‘μ„ 보인닀. ν•˜μ§€λ§Œ κ·Έλ¦Ό 4(a)와 κ·Έλ¦Ό 4(b)의 λΆ€ν•˜ 전압은 아크 λ°œμƒ μ‹œ λ‹€λ₯Έ ν˜•νƒœλ₯Ό 보인닀. μ΄λŸ¬ν•œ μ΄μœ λŠ” PFC 회둜의 큰 μž…λ ₯ μž„ν”Όλ˜μŠ€λ‘œ μΈν•˜μ—¬ 아크 λ°œμƒ ꡬ간 λ™μ•ˆ λΆ€ν•˜ 전압은 큰 변동이 μ—†κΈ° λ•Œλ¬Έμ΄λ‹€. λ”°λΌμ„œ ꡐλ₯˜ μ„ λ‘œ μƒμ˜ 직렬 아크 κ²€μΆœμ„ μœ„ν•΄μ„œλŠ” ꡐλ₯˜ μ„ λ‘œ μƒμ˜ μ „λ₯˜λ₯Ό κ²€μΆœ 인자둜 μ‚¬μš©ν•˜λŠ” 것이 νƒ€λ‹Ήν•˜λ‹€.

κ·Έλ¦Ό. 4. λΆ€ν•˜μ˜ μ’…λ₯˜μ— λ”°λ₯Έ 직렬 아크 μ‹€ν—˜ κ²°κ³Ό (a) μ €ν•­ λΆ€ν•˜ (b) PFC λΆ€ν•˜

Fig. 4. Series arc test results according to load type (a) resistive load (b) PFC load

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κ·Έλ¦Ό. 5. 직렬 아크 μ „ν›„μ˜ μ„ λ‘œ μ „λ₯˜μ˜ νŒŒν˜•κ³Ό 주파수 μŠ€νŽ™νŠΈλŸΌ (a) 직렬 아크 μ „ν›„μ˜ μ„ λ‘œ μ „λ₯˜ νŒŒν˜• (b) 직렬 아크 λ°œμƒ μ „μ˜ μ„ λ‘œ μ „λ₯˜μ˜ Fast Fourier transform (FFT) κ²°κ³Ό (c) 직렬 아크 λ°œμƒ ν›„μ˜ μ„ λ‘œ μ „λ₯˜μ˜ FFT κ²°κ³Ό

Fig. 5. Waveform and frequency spectrum of line current before and after series arcing (a) Line current waveform before and after series arcing (b) Fast Fourier transform (FFT) result of line current before series arcing (c) FFT result of line current after series arcing

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κ·Έλ¦Ό 5은 직렬 아크 μ „ν›„μ˜ μ„ λ‘œ μ „λ₯˜μ˜ νŒŒν˜•κ³Ό 주파수 μŠ€νŽ™νŠΈλŸΌμ„ 보여쀀닀. κ·Έλ¦Ό 5(a)λŠ” μ‹œκ°„ μ˜μ—­μ—μ„œ λ³Έ 직렬 아크 μ „ν›„μ˜ μ„ λ‘œ μ „λ₯˜ νŒŒν˜•μ„ λ‚˜νƒ€λ‚Έλ‹€. λ˜ν•œ κ·Έλ¦Ό 5(b)와 κ·Έλ¦Ό 5(c)λŠ” 각각 직렬 아크 λ°œμƒ μ „μ˜ μ„ λ‘œ μ „λ₯˜μ˜ FFT 결과와 직렬 아크 λ°œμƒ ν›„μ˜ μ„ λ‘œ μ „λ₯˜μ˜ FFT κ²°κ³Όλ₯Ό 보여쀀닀. κ·Έλ¦Ό 5(a)λ‘œλΆ€ν„° 직렬 아크 λ°œμƒ 후에 μ„ λ‘œ μ „λ₯˜μ— μˆ„λ”λ§ ν˜„μƒμ΄ λ°œμƒν•˜λŠ” 것을 μ•Œ 수 μžˆλ‹€. λ˜ν•œ 직렬 아크 λ°œμƒ μ „ν›„μ˜ FFT 결과인 κ·Έλ¦Ό 5 (b)와 (c)λ₯Ό 톡해 직렬 아크 λ°œμƒ ν›„ 0 Hzμ—μ„œ 3 kHz 사이에 고주파수 성뢄이 μ¦κ°€ν•œ 것을 μ•Œ 수 μžˆλ‹€. κ·Έλ¦Ό 5의 κ²°κ³Όλ₯Ό 기반으둜 ꡐλ₯˜ μ‹œμŠ€ν…œμ—μ„œ λ°œμƒν•˜λŠ” 직렬 아크λ₯Ό κ°μ§€ν•˜κΈ° μœ„ν•΄ μ‹œκ°„ μ˜μ—­μ—μ„œλŠ” μˆ„λ”λ§ ν˜„μƒμ„ μ‚¬μš©ν•  수 있고 주파수 μ˜μ—­μ—μ„œλŠ” 0 Hzμ—μ„œ 3 kHz λŒ€μ—­μ˜ 크기λ₯Ό ν™œμš©ν•  수 μžˆλ‹€.

2.2 병렬 μ•„ν¬μ˜ νŠΉμ„±

병렬 아크 데이터λ₯Ό μˆ˜μ§‘ν•˜κΈ° μœ„ν•΄ κ·Έλ¦Ό 2(b)와 같이 μ‹€ν—˜ 셋업을 κ΅¬μ„±ν–ˆλ‹€. 병렬 아크 데이터λ₯Ό μ–»κΈ° μœ„ν•΄ μ‚¬μš©λœ μ˜€μ‹€λ‘œμŠ€μ½”ν”„, μ „λ₯˜ ν”„λ‘œλΈŒ, 그리고 차동 ν”„λ‘œλΈŒλŠ” 직렬 아크 데이터λ₯Ό μ–»κΈ° μœ„ν•΄ μ‚¬μš©λœ 것과 λ™μΌν•˜λ‹€. 병렬 아크 λ°μ΄ν„°λŠ” λΆ€ν•˜ μ „λ₯˜μ˜ ν”Όν¬μΉ˜κ°€ 3 A 일 λ•Œ μˆ˜μ§‘ν–ˆλ‹€. λ˜ν•œ λ‹€μ–‘ν•œ 아크 μ „λ₯˜ ν¬κΈ°μ—μ„œμ˜ 데이터 μˆ˜μ§‘μ„ μœ„ν•΄ 3 μ’…λ₯˜(1 A, 3 A, 그리고 5 A)의 아크 μ „λ₯˜μ—μ„œ 병렬 아크λ₯Ό λ°œμƒμ‹œμΌ°λ‹€. 이λ₯Ό μœ„ν•΄ λΆ€ν•˜ 저항은 100 Ω을 μ‚¬μš©ν–ˆκ³  아크 μ „λ₯˜λ₯Ό 1 A, 3 A, 그리고 5 A둜 λ§Œλ“€κΈ° μœ„ν•΄ μ œν•œ 저항은 각각 300 Ξ©, 100 Ξ©, 그리고 60 Ω을 μ‚¬μš©ν–ˆλ‹€. 병렬 아크λ₯Ό λ°œμƒμ‹œν‚€κΈ° μœ„ν•΄μ„œ μ•žμ„œ μ–ΈκΈ‰ν•œλŒ€λ‘œ λ–¨μ–΄μ Έ μžˆλŠ” 아크 봉을 κ°€κΉκ²Œ μœ„μΉ˜μ‹œν‚¨λ‹€. μ΄λ•Œμ˜ 아크 봉이 μ›€μ§μ΄λŠ” μ†λ„λŠ” 1 mm/s둜 μ„€μ •ν–ˆλ‹€.

κ·Έλ¦Ό. 6. 아크 μ „λ₯˜ 5 Aμ—μ„œ 병렬 아크 λ°œμƒ μ‹œ μ „μ•• 및 μ „λ₯˜ μ‹€ν—˜ νŒŒν˜•

Fig. 6. Voltage and current experimental waveform for parallel arcing at arc current 5 A

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κ·Έλ¦Ό 6은 아크 μ „λ₯˜ 5 Aμ—μ„œ 병렬 아크 λ°œμƒ μ‹œ μ „μ•• 및 μ „λ₯˜ νŒŒν˜•μ΄λ‹€. 전원은 μƒμš© 계톡 전원인 220 V/60 Hzλ₯Ό μ‚¬μš©ν•˜μ˜€μœΌλ©° λΆ€ν•˜λŠ” 순수 μ €ν•­λΆ€ν•˜λ‘œ 100 Ξ©λ₯Ό μ‚¬μš©ν–ˆλ‹€. λ˜ν•œ μ œν•œ 저항은 60 Ω을 μ‚¬μš©ν•˜μ—¬ 아크 μ „λ₯˜ 크기가 5 Aκ°€ λ˜λ„λ‘ ν–ˆλ‹€. κ·Έλ¦Ό 6을 톡해 정상 μƒνƒœμ—μ„œλŠ” 아크 λ°œμƒκΈ°λ₯Ό 톡해 μ „λ₯˜κ°€ 흐λ₯΄μ§€ μ•ŠκΈ° λ•Œλ¬Έμ— 아크 μ „λ₯˜κ°€ 0이 λœλ‹€. ν•˜μ§€λ§Œ 아크 λ°œμƒκΈ°μ˜ 아크 봉 간격이 μ’μ•„μ§€λ©΄μ„œ 아크 μ „λ₯˜κ°€ 흐λ₯΄κ²Œ 되고 그에 따라 병렬 아크가 λ°œμƒν•œλ‹€. 병렬 아크가 λ°œμƒν•¨μ— 따라 아크 μ „λ₯˜μ—μ„œλŠ” 직렬 아크와 μœ μ‚¬ν•œ ν˜•νƒœμΈ μˆ„λ”λ§ ν˜„μƒμ΄ λ‚˜νƒ€λ‚œλ‹€. λ˜ν•œ μ„ λ‘œ μ „λ₯˜μ˜ 경우 기쑴의 μ •ν˜„νŒŒ λΆ€ν•˜ μ „λ₯˜μ— 아크 μ „λ₯˜κ°€ 합쳐진 ν˜•νƒœμ˜ μ „λ₯˜λ₯Ό 보여 μ •ν˜„νŒŒ ν˜•νƒœκ°€ μ•„λ‹Œ λ‹€μˆ˜μ˜ 고쑰파 성뢄을 κ°€μ§„λ‹€. λΆ€ν•˜ μ „λ₯˜μ˜ 경우 전원 전압이 μ™œκ³‘λ˜μ§€ μ•ŠκΈ° λ•Œλ¬Έμ— 아크 λ°œμƒκ³Ό 관계없이 μ •ν˜„νŒŒ μ „λ₯˜μ˜ ν˜•νƒœλ₯Ό λ‚˜νƒ€λ‚Έλ‹€. κ·Έλ¦Ό 7λŠ” λΆ€ν•˜ μ „λ₯˜κ°€ 3 A 일 λ•Œ 아크 μ „λ₯˜ 크기에 λ”°λ₯Έ 병렬 μ•„ν¬μ˜ 아크 λ°œμƒ μ „ν›„μ˜ FFT κ²°κ³Όλ₯Ό 보여쀀닀. κ·Έλ¦Ό 7을 톡해 아크 μ „λ₯˜ 크기에 상관없이 병렬 아크 λ°œμƒ 후에 0 Hzμ—μ„œ 3 kHz λŒ€μ—­μ˜ μ£ΌνŒŒμˆ˜κ°€ μ¦κ°€ν•˜λŠ” 것을 μ•Œ 수 μžˆλ‹€. 병렬 아크 λ°œμƒ μ‹œ 전기적 νŠΉμ„±μ„ μ—°κ΅¬ν•˜κΈ° μœ„ν•΄ 병렬 아크 λ°œμƒ μ‹œ 회둜의 각 λΆ€λΆ„μ˜ νŒŒν˜•μ„ μ‚΄νŽ΄λ³΄μ•˜λ‹€. κ·Έλ¦Ό 7을 톡해 병렬 아크 λ°œμƒ μ‹œ μ„ λ‘œ μ „λ₯˜, 아크 μ „μ••, 아크 μ „λ₯˜μ—μ„œ 0 Hzμ—μ„œ 3 kHz λŒ€μ—­μ˜ μ£ΌνŒŒμˆ˜κ°€ μ¦κ°€ν•˜λŠ” 것을 ν™•μΈν–ˆλ‹€. ν•˜μ§€λ§Œ 아크 μ „μ••κ³Ό 아크 μ „λ₯˜μ˜ 경우 병렬 아크가 λ°œμƒν•˜λŠ” μœ„μΉ˜λŠ” νŠΉμ •ν•  수 μ—†κΈ° λ•Œλ¬Έμ— 병렬 아크 λ°œμƒμ„ κ°μ§€ν•˜κΈ° μœ„ν•΄ μ‚¬μš©ν•  νŒŒλΌλ―Έν„°λ‘œ λΆ€μ μ ˆν•˜λ‹€. λ”°λΌμ„œ μ„ λ‘œ μ „λ₯˜λ₯Ό μ΄μš©ν•΄ 병렬 아크λ₯Ό νŒλ³„ν•˜λŠ” 것이 더 λ°”λžŒμ§ν•˜λ‹€.

κ·Έλ¦Ό. 7. 아크 μ „λ₯˜ 크기에 λ”°λ₯Έ 병렬 아크 λ°œμƒ μ „ν›„μ˜ μ„ λ‘œ μ „λ₯˜ 주파수 μŠ€νŽ™νŠΈλŸΌ (a) 병렬 아크 λ°œμƒ μ „μ˜ μ„ λ‘œ μ „λ₯˜μ˜ FFT κ²°κ³Ό(아크 μ „λ₯˜ 1 A) (b) 병렬 아크 λ°œμƒ ν›„μ˜ μ„ λ‘œ μ „λ₯˜μ˜ FFT κ²°κ³Ό(아크 μ „λ₯˜ 1 A) (c) 병렬 아크 λ°œμƒ μ „μ˜ μ„ λ‘œ μ „λ₯˜μ˜ FFT κ²°κ³Ό(아크 μ „λ₯˜ 3 A) (d) 병렬 아크 λ°œμƒ ν›„μ˜ μ„ λ‘œ μ „λ₯˜μ˜ FFT κ²°κ³Ό(아크 μ „λ₯˜ 3 A) (e) 병렬 아크 λ°œμƒ μ „μ˜ μ„ λ‘œ μ „λ₯˜μ˜ FFT κ²°κ³Ό(아크 μ „λ₯˜ 5 A) (f) 병렬 아크 λ°œμƒ ν›„μ˜ μ„ λ‘œ μ „λ₯˜μ˜ FFT κ²°κ³Ό(아크 μ „λ₯˜ 5 A)

Fig. 7. Line current frequency spectrum before and after parallel arc generation according to the magnitude of arc current (a) FFT result of line current before parallel arcing (arc current 1 A) (b) FFT result of line current after parallel arcing (arc current 1 A) (c) FFT result of line current before parallel arcing (arc current 3 A) (d) FFT result of line current after parallel arcing (arc current 3 A) (e) FFT result of line current before parallel arcing (arc Current 5 A) (f) FFT result of line current after parallel arcing (arc current 5 A)

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3. 직렬 아크 감지 방법

3.1 ZCPλ₯Ό μ΄μš©ν•œ κ²€μΆœ 기법

μ•žμ„œ μ–ΈκΈ‰ν•œ 바와 같이 직렬 아크 λ°œμƒ μ‹œ μ‹œκ°„ μ˜μ—­μ—μ„œμ˜ νŠΉμ§•μ€ μ„ λ‘œ μ „λ₯˜μ—μ„œ μˆ„λ”λ§ ν˜„μƒμœΌλ‘œ 인해 μ„ λ‘œ μ „λ₯˜μ˜ 크기가 0인 ꡬ간이 μ¦κ°€ν•˜κ²Œ λœλ‹€. 이 ꡬ간을 영점 ꡐ차 ꡬ간(Zero Crossing Period: ZCP)라고 ν•˜κ³ , 이 ꡬ간을 μ΄μš©ν•œ 직렬 아크 κ²€μΆœμ΄ κ°€λŠ₯ν•˜λ‹€(17-19).

κ·Έλ¦Ό. 8. ZCPλ₯Ό ν†΅ν•œ 직렬 아크 κ²€μΆœ μ•Œκ³ λ¦¬μ¦˜

Fig. 8. Serial Arc Detection Algorithm via ZCP

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κ·Έλ¦Ό 8λŠ” ZCPλ₯Ό ν†΅ν•œ 직렬 아크 감지 μ•Œκ³ λ¦¬μ¦˜μ˜ 흐름도λ₯Ό 보여쀀닀. κ·Έλ¦Ό 8μ—μ„œ tzcpλŠ” μ„ λ‘œ μ „λ₯˜μ˜ ZCPλ₯Ό μ˜λ―Έν•˜κ³  TthλŠ” 아크 λ°œμƒμ„ νŒλ‹¨ν•˜κΈ° μœ„ν•œ ZCP의 λ¬Έν„± 값을 λ‚˜νƒ€λ‚Έλ‹€. ZCPλ₯Ό ν†΅ν•œ 직렬 아크 감지 μ•Œκ³ λ¦¬μ¦˜μ—μ„œλŠ” λ¨Όμ € μ„ λ‘œ μ „λ₯˜μ˜ λ…Έμ΄μ¦ˆ 성뢄을 μ œκ±°ν•˜κΈ° μœ„ν•΄ 이동 평균(Moving average)을 μ‚¬μš©ν•œλ‹€. 이동 평균은 ꡬ간을 움직이며 κ³„μ‚°ν•˜λŠ” ν‰κ· μœΌλ‘œ μ—¬λŸ¬ 데이터 뢄식 기법 쀑 ν•˜λ‚˜μ΄λ‹€. 이동 ν‰κ· μ˜ ꡬ간은 κΈΈμ–΄μ§ˆμˆ˜λ‘ 작음의 필터링 νš¨κ³Όκ°€ μ¦κ°€ν•œλ‹€. 이동 평균에 κ΄€ν•œ μˆ˜μ‹μ€ 식(1)κ³Ό κ°™λ‹€. 식(1)μ—μ„œ is(n)은 n번째 μ‹œμ μ˜ μ„ λ‘œ μ „λ₯˜λ₯Ό μ˜λ―Έν•œλ‹€. λ³Έ λ…Όλ¬Έμ—μ„œλŠ” 20개의 μ „λ₯˜ 데이터λ₯Ό μ΄μš©ν•΄ 이동평균을 κ³„μ‚°ν–ˆλ‹€. λ‹€μ‹œ 말해 ν˜„μž¬μ˜ μ „λ₯˜ 데이터 ν•˜λ‚˜μ™€ 과거의 μ „λ₯˜ 데이터 19개둜 이동 평균을 κ³„μ‚°ν•œλ‹€. λ”°λΌμ„œ 식(1)의 N 값은 20을 μ‚¬μš©ν–ˆλ‹€.

(1)
이동 평균 = 1Nβˆ‘Nnβˆ’N+1is(n)

κ·Έλ¦Ό. 9. 직렬 아크 λ°œμƒ μ‹œ μ„ λ‘œ μ „λ₯˜μ˜ νŒŒν˜• (a) μ„ λ‘œ μ „λ₯˜ (b) 이동 평균을 μ μš©ν•œ μ„ λ‘œ μ „λ₯˜

Fig. 9. Waveform of line current when series arc occurs (a) Line current (b) Line current with moving average applied

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κ·Έλ¦Ό. 10. μ„ λ‘œ μ „λ₯˜ 8 Aμ—μ„œ ZCPλ₯Ό μ΄μš©ν•œ 직렬 아크 κ²€μΆœ (a) μ„ λ‘œ μ „λ₯˜ (b) 이동평균을 μ μš©ν•œ μ„ λ‘œ μ „λ₯˜ (c) ZCP (d) 직렬 아크 κ²€μΆœ μ—¬λΆ€

Fig. 10. Series arc detection using ZCP at line current 8 A (a) Line current (b) Line current with moving average applied (c) ZCP (d) Series arc detection

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ν‘œ 1. ZCPλ₯Ό μ΄μš©ν•œ μ„ λ‘œ μ „λ₯˜ 크기 별 직렬 아크 κ²€μΆœμ— μ†Œμš”λœ μ‹œκ°„

Table 1. Time taken for series arc detection by line current size using ZCP

Current magnitude (A)

Arc detection time (ms)

3

10

5

30

8

30

κ·Έλ¦Ό 9λŠ” κ·Έλ¦Ό 2(a)의 νšŒλ‘œλ„μ—μ„œ λΆ€ν•˜ 저항을 30 Ω으둜 μ„€μ •ν•˜μ—¬ 얻은 직렬 아크 λ°œμƒ μ‹œ μ„ λ‘œ μ „λ₯˜ νŒŒν˜•μ„ λ‚˜νƒ€λ‚Έλ‹€. κ·Έλ¦Ό 9(a)λŠ” μ„ λ‘œ μ „λ₯˜ νŒŒν˜•μ„ μ˜λ―Έν•˜κ³  κ·Έλ¦Ό 9(b)λŠ” μ„ λ‘œ μ „λ₯˜μ— 이동 평균을 μ μš©ν•œ κ²°κ³Όλ₯Ό 보여쀀닀. κ·Έλ¦Ό 9을 톡해 μ„ λ‘œ μ „λ₯˜λŠ” ν”Όν¬μΉ˜ 10 A인 것을 μ•Œ 수 μžˆλ‹€. λ˜ν•œ 직렬 아크가 μ§„ν–‰λ˜λŠ” λ™μ•ˆ νŒŒν˜•μ΄ μ™œκ³‘λ˜μ–΄ μˆ„λ”λ§ ν˜„μƒμ΄ λ°œμƒν•˜λŠ” 것을 μ•Œ 수 있으며, μ•½ 50 ms λ™μ•ˆ 아크가 μ§€μ†λœ ν›„ 아크가 μ†Œν˜Έλ¨μ„ 확인할 수 μžˆλ‹€. κ·Έλ¦Ό 9의 (b)λ‘œλΆ€ν„° μ„ λ‘œ μ „λ₯˜μ— 이동 평균을 μ μš©ν•˜λ©΄ λ…Έμ΄μ¦ˆ 성뢄이 κ°μ†Œν•˜λŠ” 것을 확인할 수 μžˆλ‹€. λ³Έ μ•Œκ³ λ¦¬μ¦˜μ—μ„œλŠ” ZCPλ₯Ό μΈ‘μ •ν•˜κΈ° μœ„ν•΄ Ath,upκ³Ό Ath,down을 μ‚¬μš©ν•˜κ³ , 이 λ•Œ Ath,upλŠ” μ„ λ‘œ μ „λ₯˜μ˜ ν”Όν¬μΉ˜μ˜ 0.1λ°° 값이고 Ath,downλŠ” Ath,up에 음수λ₯Ό μ·¨ν•œ 값이닀. μ„ λ‘œ μ „λ₯˜κ°€ Ath,upκ³Ό Ath,down 사이에 μ‘΄μž¬ν•˜λŠ” μ‹œκ°„μ„ μΈ‘μ •ν•˜μ—¬ κ·Έ μ‹œκ°„μ„ tzcp라고 μ •μ˜ν•œλ‹€. μΈ‘μ •ν•œ tzcpκ°€ 미리 μ •ν•œ λ¬Έν„± 값인 Tthλ₯Ό 두 μ£ΌκΈ° μ—°μ†μœΌλ‘œ λ„˜κ²Œ 되면 직렬 아크가 λ°œμƒν–ˆλ‹€κ³  νŒλ‹¨ν•œλ‹€. μ—¬κΈ°μ„œ TthλŠ” 0.2 ms둜 μ„€μ •ν–ˆλ‹€. κ·Έλ¦Ό 10λŠ” μ„ λ‘œ μ „λ₯˜κ°€ 8 A일 λ•Œ, ZCP μ•Œκ³ λ¦¬μ¦˜μ„ μ΄μš©ν•˜μ—¬ 직렬 아크λ₯Ό κ²€μΆœν•œ λͺ¨μŠ΅μ΄λ‹€. λΆ€ν•˜μ €ν•­μœΌλ‘œ 37.5 Ω을 μ‚¬μš©ν•˜μ—¬ μ„ λ‘œ μ „λ₯˜μ˜ 크기가 8 Aκ°€ λ˜λ„λ‘ μ„€μ •ν•˜μ˜€λ‹€. κ·Έλ¦Ό 10의 (a), (b), (c), 그리고 (d)λŠ” 각각 μ„ λ‘œ μ „λ₯˜, μ„ λ‘œ μ „λ₯˜λ₯Ό 이동 ν‰κ· ν•œ κ²°κ³Ό, ZCP, 그리고 직렬 아크 감지 μ—¬λΆ€λ₯Ό λ‚˜νƒ€λ‚Έλ‹€. κ·Έλ¦Ό 10을 톡해 직렬 μ•„ν¬λŠ” 3주기인 μ•½ 50 ms λ™μ•ˆ μ§€μ†λ˜μ—ˆκ³  κ·Έ ν›„ μ†Œν˜Έλ˜μ—ˆλ‹€. λ˜ν•œ κ·Έλ¦Ό 10(d)λ₯Ό 톡해 ZCPλ₯Ό μ΄μš©ν•œ μ•Œκ³ λ¦¬μ¦˜μ΄ 직렬 아크λ₯Ό 2회 κ²€μΆœν•˜μ˜€μœΌλ©° κ²€μΆœκΉŒμ§€ μ†Œμš”λœ μ‹œκ°„μ€ 30 msμž„μ„ μ•Œ 수 μžˆλ‹€. ν‘œ 1은 κ·Έλ¦Ό 8의 ZCP μ•Œκ³ λ¦¬μ¦˜μ΄ 직렬 아크λ₯Ό κ²€μΆœν•˜λŠ”λ° κ±Έλ¦¬λŠ” μ‹œκ°„μ„ μ„ λ‘œ μ „λ₯˜ 크기에 따라 μ •λ¦¬ν•œ ν‘œμ΄λ‹€. 직렬 아크 κ²€μΆœμ„ μœ„ν•œ λ¬Έν„± 값을 ν•œ μ£ΌκΈ° μ „λ₯˜ μ΅œλŒ“κ°’μ˜ 1/10으둜 μ„ μ •ν•˜μ˜€κΈ° λ•Œλ¬Έμ— μ „λ₯˜μ˜ 크기가 μž‘μ•„λ„ λΉ λ₯Έ κ²€μΆœ μ„±λŠ₯을 λ³΄μ—¬μ£ΌλŠ” 것을 확인할 수 μžˆλ‹€.

3.2 주파수 평균을 μ΄μš©ν•œ κ²€μΆœ 기법

κ·Έλ¦Ό 7을 톡해 μ–ΈκΈ‰ν–ˆλ“―μ΄, 직렬 아크가 λ°œμƒν•˜λ©΄ μ„ λ‘œ μ „λ₯˜, 아크 μ „μ••, 그리고 아크 μ „λ₯˜μ— 고주파 성뢄이 λ°œμƒν•˜κ²Œ λœλ‹€. ν•˜μ§€λ§Œ 아크 μ „μ••κ³Ό 아크 μ „λ₯˜μ˜ 경우 아크 λ°œμƒ μœ„μΉ˜λ₯Ό νŠΉμ •ν•  수 μ—†κΈ° λ•Œλ¬Έμ— 직렬 아크λ₯Ό κ²€μΆœν•˜λŠ”λ° μ‚¬μš©ν•  수 μ—†λ‹€. λ”°λΌμ„œ 직렬 아크 λ°œμƒ 감지λ₯Ό μœ„ν•΄ μ„ λ‘œ μ „λ₯˜λ₯Ό μ‚¬μš©ν–ˆλ‹€. 기쑴의 ꡐλ₯˜ 직렬 아크 감지 μ•Œκ³ λ¦¬μ¦˜μ—μ„œ 주파수 μ˜μ—­μ„ μ‚¬μš©ν•œ μ—°κ΅¬μ—μ„œλŠ” 3μ°¨ 고쑰파 λ“±μ˜ νŠΉμ • 주파수 성뢄을 μ΄μš©ν•΄ 아크 λ°œμƒμ„ νŒλ³„ν•œλ‹€. [6, 17-19] λ˜ν•œ, κΈ°μ‘΄ 직λ₯˜ 직렬 아크 감지 μ•Œκ³ λ¦¬μ¦˜μ—μ„œλŠ” κ°œλ³„ 주파수 성뢄이 μ•„λ‹Œ, νŠΉμ • λŒ€μ—­μ˜ 주파수 성뢄듀을 ν•©μ‚°ν•˜κ³  μ΄λ“€μ˜ 평균을 μ΄μš©ν•œ 아크 감지 기법듀이 μ„±κ³΅μ μœΌλ‘œ μ μš©λ˜μ—ˆλ‹€. (15) λ”°λΌμ„œ, λ³Έ λ…Όλ¬Έμ—μ„œλŠ” ꡐλ₯˜ 직렬 아크 감지λ₯Ό μœ„ν•˜μ—¬, κ°œλ³„ 주파수 μ„±λΆ„λ§Œμ„ μ΄μš©ν•˜λŠ” 방식이 μ•„λ‹Œ, νŠΉμ • λŒ€μ—­μ˜ μ „λ₯˜ 주파수 성뢄듀을 ν•©μ‚°ν•˜μ—¬ 평균을 μ μš©ν•˜λŠ” 방식을 μ΄μš©ν•œ ꡐλ₯˜ 아크 감지 기법듀과 κ·Έ μ„±λŠ₯을 보인닀. νŠΉμ • 주파수 λŒ€μ—­μ˜ 크기λ₯Ό μ΄μš©ν•˜κΈ° μœ„ν•΄μ„œ Fast Fourier transform (FFT)을 ν™œμš©ν•œλ‹€. 주파수 뢄석을 μœ„ν•΄ μ–΄λ–€ 데이터에 FFTλ₯Ό μˆ˜ν–‰ν•˜κ²Œ 되면 FFT의 μ—¬λŸ¬ νŒŒλΌλ―Έν„°μ— μ˜ν•΄ FFTλ₯Ό 톡해 λ³Ό 수 μžˆλŠ” μ΅œλŒ€ 주파수 및 해상도가 μ •ν•΄μ§„λ‹€. FFTλ₯Ό 톡해 λ³Ό 수 μžˆλŠ” μ΅œλŒ€ μ£ΌνŒŒμˆ˜λŠ” λ‚˜μ΄ν€΄μŠ€νŠΈ μƒ˜ν”Œλ§ 이둠에 μ˜ν•΄ μƒ˜ν”Œλ§ 주파수의 절반 값이닀(16). λ˜ν•œ FFTλ₯Ό 톡해 λ³Ό 수 μžˆλŠ” 주파수 해상도 값은 μƒ˜ν”Œλ§ 속도와 ν•˜λ‚˜μ˜ FFT κ²°κ³Όλ₯Ό μ–»κΈ° μœ„ν•΄ μ‚¬μš©λ˜λŠ” 데이터 μˆ˜μ— μ˜ν•΄ κ²°μ •λœλ‹€. 식(2)λŠ” FFT 해상도 계산법을 λ‚˜νƒ€λ‚Έλ‹€. 식(2)μ—μ„œ Sampling rateλŠ” λΆ„μ„ν•˜λ €λŠ” 데이터가 μˆ˜μ§‘λ˜λŠ”λ° μ‚¬μš©λœ μƒ˜ν”Œλ§ 속도λ₯Ό μ˜λ―Έν•˜κ³  JλŠ” ν•˜λ‚˜μ˜ FFT κ²°κ³Ό 값을 μ–»λŠ”λ° μ‚¬μš©λœ 데이터 수λ₯Ό λ‚˜νƒ€λ‚Έλ‹€.

(2)
FFT 해상도 (Hz) =Sampl∈grateJ

λ³Έ λ…Όλ¬Έμ—μ„œ 직렬 아크 데이터λ₯Ό μˆ˜μ§‘ν•  λ•Œ μ‚¬μš©λœ μƒ˜ν”Œλ§ μ†λ„λŠ” 250 kHz이닀. λ˜ν•œ 4165개의 μ „λ₯˜ 데이터λ₯Ό μ‚¬μš©ν•˜μ—¬ FFT κ²°κ³Ό 값을 μ–»κΈ° λ•Œλ¬Έμ— 주파수 ν•΄μƒλ„λŠ” μ•½ 60 Hzκ°€ λœλ‹€. κ·Έλ¦Ό 5μ—μ„œ μ•Œ 수 μžˆλ“―μ΄ 직렬 아크 λ°œμƒ μ‹œ 0 Hzμ—μ„œ 3 kHz λŒ€μ—­μ˜ 주파수 성뢄이 μ¦κ°€ν•œλ‹€. λ³Έ λ…Όλ¬Έμ—μ„œλŠ” 주파수λ₯Ό μ΄μš©ν•΄ 직렬 아크λ₯Ό κ°μ§€ν•˜κΈ° μœ„ν•΄ 1 kHzμ—μ„œ 3 kHz λŒ€μ—­μ˜ 주파수 성뢄을 μ‚¬μš©ν•œλ‹€. 0 Hzκ°€ μ•„λ‹Œ 1 kHz λŒ€μ—­μ˜ 주파수 μ„±λΆ„λΆ€ν„° μ‚¬μš©ν•˜λŠ” μ΄μœ λŠ” 직λ₯˜ μ„±λΆ„μ˜ 영ν–₯을 쀄이기 μœ„ν•΄μ„œμ΄λ‹€. FFTλ₯Ό μˆ˜ν–‰ν•˜κ²Œ 되면 1ν–‰ Kμ—΄ ν˜•νƒœμ˜ λ°°μ—΄λ‘œ κ²°κ³Ό 값을 얻을 수 μžˆλŠ”λ° 첫 번째 열은 0 Hzμ—μ„œμ˜ 크기λ₯Ό μ˜λ―Έν•˜κ³  두 번째 열은 FFT 해상도에 ν•΄λ‹Ήν•˜λŠ” μ£ΌνŒŒμˆ˜μ—μ„œμ˜ 크기λ₯Ό λ‚˜νƒ€λ‚Έλ‹€. λ”°λΌμ„œ 1 kHz λŒ€μ—­μ— ν•΄λ‹Ήν•˜λŠ” μ—΄ λ²ˆν˜ΈλŠ” 18번째 (60 * 17 = 1020 Hz)κ°€ 되고 3 kH에 ν•΄λ‹Ήν•˜λŠ” μ—΄ λ²ˆν˜ΈλŠ” 51 번째 (60 * 50 = 3000 Hz)κ°€ λœλ‹€. FFT κ²°κ³Όλ₯Ό 톡해 얻은 주파수 별 크기둜 (15)μ—μ„œ μ‚¬μš©ν•œ νŠΉμ • 주파수 λŒ€μ—­μ˜ Root-mean-square (RMS)을 κ΅¬ν•˜λ©΄ λ‹€μŒ (3)κ³Ό κ°™λ‹€.

(3)
IFreqAvg=βˆšβˆ‘k=51k=18IFreq(k)232

식(3)μ—μ„œ IFreqAvgλŠ” μ„ λ‘œ μ „λ₯˜ 주파수 μ„±λΆ„ 쀑 1 kHzλΆ€ν„° 3 kHz λŒ€μ—­μ˜ RMS 값을 μ˜λ―Έν•œλ‹€. λ˜ν•œ IFreq(k)λŠ” FFT 결과둜 얻은 ν–‰λ ¬μ˜ k번째 열값을 λ‚˜νƒ€λ‚Έλ‹€. κ·Έλ¦Ό 11은 μ„ λ‘œ μ „λ₯˜μ˜ 주파수 λŒ€μ—­μ„ μ΄μš©ν•œ 직렬 아크 감지 μ•Œκ³ λ¦¬μ¦˜μ˜ 흐름도λ₯Ό λ‚˜νƒ€λ‚Έλ‹€. κ·Έλ¦Ό 11μ—μ„œ IthλŠ” 직렬 아크 감지λ₯Ό μœ„ν•œ 식(3)의 주파수 λŒ€μ—­ RMS의 λ¬Έν„± 값을 μ˜λ―Έν•œλ‹€. κ·Έλ¦Ό 12λŠ” μ„ λ‘œ μ „λ₯˜κ°€ 5 A 일 λ•Œμ˜ 주파수 λŒ€μ—­μ„ μ΄μš©ν•œ 직렬 아크 κ²€μΆœ κ²°κ³Όλ₯Ό λ‚˜νƒ€λ‚Έλ‹€. κ·Έλ¦Ό 12의 νŒŒν˜•μ„ μ–»κΈ° μœ„ν•΄ μ‚¬μš©λœ λΆ€ν•˜ μ €ν•­μ˜ ν¬κΈ°λŠ” 60 Ω이닀. κ·Έλ¦Ό 12 (a), (b), 그리고 (c) λŠ” 각각 μ„ λ‘œ μ „λ₯˜, IFreqAvg, 그리고 직렬 아크 κ²€μΆœ κ²°κ³Όλ₯Ό λ‚˜νƒ€λ‚Έλ‹€. κ·Έλ¦Ό 12의 (b)λ₯Ό 톡해 직렬 아크가 λ°œμƒν•˜λ©΄ IFreqAvgκ°€ μ¦κ°€ν•˜λŠ” 것을 μ•Œ 수 μžˆλ‹€. λ˜ν•œ μ„ λ‘œ μ „λ₯˜κ°€ 3 A인 κ²½μš°μ™€ λΉ„κ΅ν–ˆμ„ λ•Œ 직렬 아크 λ°œμƒ ν›„ μ¦κ°€ν•˜λŠ” IFreqAvg의 크기가 더 큰 것을 확인할 수 μžˆλ‹€. 그에 따라 직렬 아크가 κ°μ§€λ˜λŠ”λ° κ±Έλ¦¬λŠ” μ‹œκ°„μ€ μ•½ 30 ms인 것을 κ·Έλ¦Ό 12(c)λ₯Ό 톡해 μ•Œ 수 μžˆλ‹€. ν‘œ 2λŠ” μ„ λ‘œ μ „λ₯˜ 크기에 λ”°λ₯Έ 주파수 λŒ€μ—­μ„ μ΄μš©ν•œ 직렬 아크 μ•Œκ³ λ¦¬μ¦˜μ˜ 아크 κ²€μΆœ μ‹œκ°„μ„ μ •λ¦¬ν•œ ν‘œμ΄λ‹€. ν‘œ 2λ₯Ό 톡해 μ„ λ‘œ μ „λ₯˜μ˜ 크기가 클수둝 아크 감지 μ‹œκ°„μ΄ λΉ¨λΌμ§€λŠ” 것을 μ•Œ 수 μžˆλ‹€. μ΄λŸ¬ν•œ μ΄μœ λŠ” μ„ λ‘œ μ „λ₯˜μ˜ 크기가 클수둝 직렬 아크 λ°œμƒ 후에 μ¦κ°€ν•˜λŠ” 고주파 μ„±λΆ„μ˜ 크기가 컀지기 λ•Œλ¬Έμ΄λ‹€.

κ·Έλ¦Ό. 11. μ„ λ‘œ μ „λ₯˜μ˜ 주파수 λŒ€μ—­μ„ μ΄μš©ν•œ 직렬 아크 감지 μ•Œκ³ λ¦¬μ¦˜ 흐름도

Fig. 11. Flowchart of series arc detection algorithm using frequency band of line current

../../Resources/kiee/KIEE.2021.70.9.1295/fig11.png

κ·Έλ¦Ό. 12. μ„ λ‘œ μ „λ₯˜μ˜ 크기가 5 A 일 λ•Œμ˜ 주파수 λŒ€μ—­μ„ μ΄μš©ν•œ 직렬 아크 κ²€μΆœ κ²°κ³Ό (a) μ„ λ‘œ μ „λ₯˜ (b) IFreqAvg (c) 직렬 아크 κ²€μΆœ κ²°κ³Ό

Fig. 12. Series arc detection result using frequency band when the line current is 5 A (a) Line current (b) (c) Series arc detection result

../../Resources/kiee/KIEE.2021.70.9.1295/fig12.png

ν‘œ 2. μ„ λ‘œ μ „λ₯˜ 크기에 λ”°λ₯Έ 주파수 λŒ€μ—­μ„ μ΄μš©ν•œ 직렬 아크 μ•Œκ³ λ¦¬μ¦˜μ˜ 아크 κ²€μΆœ μ‹œκ°„

Table 2. Arc detection time of series arc algorithm using frequency band according to line current size

Current magnitude (A)

Arc detection time (ms)

3

70

5

30

8

30

4. 병렬 아크 감지 방법

ꡐλ₯˜ 아크 κ²€μΆœμ— λŒ€ν•œ μ—°κ΅¬λŠ” 직렬 아크 κ²€μΆœ λΆ„μ•Όμ—λ§Œ μ§‘μ€‘λ˜μ–΄ 있고, ꡐλ₯˜ 병렬 아크 λ°œμƒμ„ κ²€μΆœν•˜λŠ” 기법듀에 λŒ€ν•œ μ—°κ΅¬λŠ” 거의 μ§„ν–‰λ˜μ§€ μ•Šμ•˜μœΌλ―€λ‘œ, λ³Έ λ…Όλ¬Έμ—μ„œλŠ” ꡐλ₯˜ 직렬 아크와 λ™μ‹œμ—, ꡐλ₯˜ 병렬 아크 λ°œμƒμ‹œμ—λ„ μ „λ ₯μ„ λ‘œμƒμ˜ μ „λ₯˜ 변화에 μ˜ν•΄ ꡐλ₯˜ 병렬 아크λ₯Ό κ²€μΆœν•  수 μžˆλŠ” 기법을 보인닀. 병렬 μ•„ν¬μ˜ 경우 μ•žμ„œ μ–ΈκΈ‰ν•œ 바와 같이 κ·Έλ¦Ό 2(b) νšŒλ‘œλ„μ˜ μ„ λ‘œ μ „λ₯˜λ₯Ό μ΄μš©ν•΄ κ°μ§€ν•œλ‹€. 직렬 아크와 λ™μΌν•˜κ²Œ 1 kHzλΆ€ν„° 3 kHz λŒ€μ—­μ˜ 주파수λ₯Ό μ΄μš©ν•΄ 식(3)의 IFreqAvg을 κ΅¬ν•œλ‹€. λ”°λΌμ„œ 병렬 아크 감지 μ•Œκ³ λ¦¬μ¦˜μ˜ νλ¦„λ„λŠ” κ·Έλ¦Ό 11κ³Ό λ™μΌν•˜λ‹€.

κ·Έλ¦Ό. 13. λΆ€ν•˜ μ „λ₯˜ 3 A, 아크 μ „λ₯˜ 5 Aμ—μ„œ 주파수 λŒ€μ—­μ„ μ΄μš©ν•œ 병렬 아크 κ²€μΆœ κ²°κ³Ό (a) μ„ λ‘œ μ „λ₯˜ (b) IFreqAvg (c) 병렬 아크 κ²€μΆœ κ²°κ³Ό

Fig. 13. Parallel arc detection result using frequency band at load current 3 A and arc current 5 A (a) Line current (b) (c) Parallel arc detection result

../../Resources/kiee/KIEE.2021.70.9.1295/fig13.png

ν‘œ 3. 아크 μ „λ₯˜ 크기에 λ”°λ₯Έ 주파수 λŒ€μ—­μ„ μ΄μš©ν•œ 병렬 아크 κ²€μΆœ μ‹œκ°„

Table 3. Parallel arc detection time using the frequency band according to the size of the arc current

Current magnitude (A)

Arc detection time (ms)

1

15

3

15

5

15

κ·Έλ¦Ό 13λŠ” λΆ€ν•˜ μ „λ₯˜ 3 A, 아크 μ „λ₯˜ 5 A μ‘°κ±΄μ—μ„œ 병렬 아크가 λ°œμƒ ν–ˆμ„ λ•Œ 주파수 λŒ€μ—­μ„ μ΄μš©ν•˜μ—¬ 병렬 아크λ₯Ό κ²€μΆœν•œ κ²°κ³Όλ₯Ό 보여 μ€€λ‹€. κ·Έλ¦Ό 13 (a), (b), 그리고 (c)λŠ” 각각 μ„ λ‘œ μ „λ₯˜, IFreqAvg, 그리고 병렬 아크 κ²€μΆœ κ²°κ³Όλ₯Ό λ‚˜νƒ€λ‚Έλ‹€. 아크 μ „λ₯˜λ₯Ό 5 A둜 μ„€μ •ν•˜κΈ° μœ„ν•΄ μ œν•œ 저항은 60 Ω을 μ‚¬μš©ν–ˆλ‹€. κ·Έλ¦Ό 13(a)λ₯Ό 톡해 병렬 아크가 μ•½ 30 ms λ™μ•ˆ λ°œμƒν•˜κ³  κ·Έ 후에 μ†Œν˜Έλ˜λŠ” 것을 μ•Œ 수 μžˆλ‹€. λ˜ν•œ κ·Έλ¦Ό 13 (b)와 (c)λ₯Ό 톡해 아크 λ°œμƒ ν›„ 15ms 후에 주파수 λŒ€μ—­μ„ μ΄μš©ν•œ 병렬 아크 감지 μ•Œκ³ λ¦¬μ¦˜μ΄ 병렬 아크λ₯Ό κ°μ§€ν•˜λŠ” 것을 확인할 수 μžˆλ‹€. ν‘œ 3은 아크 μ „λ₯˜ 크기에 λ”°λ₯Έ 주파수 λŒ€μ—­μ„ μ΄μš©ν•œ 병렬 아크 감지 μ•Œκ³ λ¦¬μ¦˜μ˜ 병렬 아크 κ²€μΆœ μ‹œκ°„μ„ 보여쀀닀. ν‘œ 3을 톡해 병렬 μ•„ν¬μ˜ μ „λ₯˜ 크기에 관계없이 병렬 아크λ₯Ό λΉ λ₯΄κ²Œ κ²€μΆœν•¨μ„ 확인할 수 μžˆλ‹€. λ‹€λ§Œ, 병렬 아크 μ „λ₯˜μ˜ 크기가 μž‘μ•„μ§ˆμˆ˜λ‘ 주파수 λŒ€μ—­μ˜ 크기가 μ •μƒμƒνƒœμ™€ 차이가 적기 λ•Œλ¬Έμ— λ¬Έν„± κ°’ 섀정에 λ‹€μ†Œ 어렀움이 μžˆλ‹€.

5. κ²° λ‘ 

λ³Έ λ…Όλ¬Έμ—μ„œλŠ” 직렬 아크 및 병렬 아크 λ°œμƒ μ‹œ, ꡐλ₯˜ μ„ λ‘œμ— 흐λ₯΄λŠ” μ „λ₯˜λ₯Ό μ „λ₯˜ 크기와 μ „λ₯˜ ν˜•νƒœ μΈ‘λ©΄μ—μ„œ λΆ„μ„ν–ˆλ‹€. ꡐλ₯˜ 아크 κ²€μΆœμ— λŒ€ν•œ μ—°κ΅¬λŠ” 직렬 아크 κ²€μΆœ λΆ„μ•Όμ—λ§Œ μ§‘μ€‘λ˜μ–΄ 있고, ꡐλ₯˜ 병렬 아크 λ°œμƒμ„ κ²€μΆœν•˜λŠ” 기법듀에 λŒ€ν•œ μ—°κ΅¬λŠ” 거의 μ§„ν–‰λ˜μ§€ μ•Šμ€λ° λ°˜ν•΄, λ³Έ λ…Όλ¬Έμ—μ„œλŠ” ꡐλ₯˜ 직렬 아크와 λ™μ‹œμ—, ꡐλ₯˜ 병렬 아크 λ°œμƒμ‹œμ—λ„ μ „λ ₯μ„ λ‘œμƒμ˜ μ „λ₯˜ λ³€ν™”λ₯Ό κ³ μ°°ν•˜κ³  이λ₯Ό ν†΅ν•˜μ—¬ ꡐλ₯˜ 병렬 아크λ₯Ό κ²€μΆœν•  수 μžˆλŠ” 기법을 λ³΄μ˜€λ‹€. ꡐλ₯˜ μ„ λ‘œ 상에 직렬 아크 λ°œμƒ μ‹œ μ„ λ‘œμ— 흐λ₯΄λŠ” μ „λ₯˜λŠ”, ν¬κΈ°μ—μ„œμ˜ λ³€λ™λ³΄λ‹€λŠ” νŒŒν˜• ν˜•νƒœμ—μ„œ 더 νŠΉμ΄ν•œ λ³€ν™”λ₯Ό λ°œμƒμ‹œν‚΄μ„ μ‹€ν—˜μ„ ν†΅ν•˜μ—¬ ν™•μΈν–ˆλ‹€. λ˜ν•œ, 병렬 μ•„ν¬μ˜ 경우, 병렬 아크 경둜 상에 μƒμ„±λ˜λŠ” μˆ„λ”λ§ ν˜„μƒμ„ κ°€μ§€λŠ” 아크 μ „λ₯˜λ‘œ μΈν•˜μ—¬, ꡐλ₯˜ μ„ λ‘œ 상에 흐λ₯΄λŠ” μ„ λ‘œ μ „λ₯˜ μ—­μ‹œ μ •ν˜„νŒŒ ν˜•νƒœκ°€ μ•„λ‹Œ λ‹€μˆ˜μ˜ 고쑰파 성뢄을 κ°€μ§€λŠ” μ™œκ³‘λœ μ „λ₯˜ ν˜•νƒœλ‘œ λ°”λ€Œκ²Œ 됨을 μ‹€ν—˜μ μœΌλ‘œ λ³΄μ˜€λ‹€. 직렬 ꡐλ₯˜ 아크 및 병렬 ꡐλ₯˜ 아크 λ°œμƒ μ‹œ, μ‹œκ°„ μ˜μ—­κ³Ό 주파수 μ˜μ—­μ—μ„œ 직렬 ꡐλ₯˜ 아크 λ°œμƒ μ—¬λΆ€λ₯Ό κ²€μΆœν•˜κ³  각 기법듀에 μ˜ν•œ μ„±λŠ₯을 비ꡐ λΆ„μ„ν•œ κ²°κ³Ό, μ„ λ‘œ μ „λ₯˜ 크기가 μž‘μ€ 직렬 μ•„ν¬μ˜ κ²½μš°λŠ” μ‹œκ°„ μ˜μ—­μ—μ„œμ˜ κ²€μΆœμ΄ 주파수 μ˜μ—­μ—μ„œμ˜ κ²€μΆœλ³΄λ‹€ 더 νš¨κ³Όμ μ΄μ—ˆλ‹€. 반면, μ„ λ‘œ μ „λ₯˜ 크기가 큰 κ²½μš°μ—λŠ”, μ‹œκ°„ μ˜μ—­κ³Ό 주파수 μ˜μ—­μ—μ„œ 직렬 아크 κ²€μΆœ μ„±λŠ₯은 μœ μ‚¬ν–ˆλ‹€. ν•œνŽΈ, 병렬 아크 λ°œμƒ μ‹œμ—λŠ”, 직렬 아크 λ°œμƒλ³΄λ‹€ 더 λͺ…ν™•ν•œ μ„ λ‘œ μ „λ₯˜ λ³€ν™”κ°€ κ°μ§€λ˜κ³  이λ₯Ό μ΄μš©ν•˜μ—¬ 주파수 μ˜μ—­μ—μ„œμ˜ 병렬 아크 κ²€μΆœμ΄ 직렬 아크 κ²€μΆœλ³΄λ‹€ 더 μš©μ΄ν•¨μ„ μ‹€ν—˜μ μœΌλ‘œ λ³΄μ˜€λ‹€.

Acknowledgements

λ³Έ μ—°κ΅¬λŠ” μ •λΆ€(κ³Όν•™κΈ°μˆ μ •λ³΄ν†΅μ‹ λΆ€)의 μž¬μ›μœΌλ‘œ ν•œκ΅­μ—°κ΅¬μž¬λ‹¨ (No. 2020R1A2C1013413) 및 ν•œκ΅­μ „λ ₯κ³΅μ‚¬μ˜ 2021λ…„ 착수 κΈ°μ΄ˆμ—°κ΅¬κ°œλ°œ 과제 연ꡬ비(과제번호 : R21XA01-3)에 μ˜ν•΄ μ§€μ›λ˜μ—ˆμœΌλ©°, κ΄€κ³„λΆ€μ²˜μ— κ°μ‚¬λ“œλ¦½λ‹ˆλ‹€.

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μ €μžμ†Œκ°œ

λ°•μ°½μ£Ό(Chang-Ju Park)
../../Resources/kiee/KIEE.2021.70.9.1295/au1.png

Chang-cu Park received the B.S degree and the M.S. degree in electrical and electronics engineering from Kwangwoon University and Chung-Ang University, Seoul, South Korea, in 2019 and 2021, respectively.

κΉ€μž¬μ°½(Jae-Chang Kim)
../../Resources/kiee/KIEE.2021.70.9.1295/au2.png

Jae-Chang Kim received the B.S. degree in electrical and electronics engineering from Chung-Ang University, Seoul, South Korea, in 2017, where he is currently pursuing the combined M.S. and Ph.D. degrees in electrical and electronics engineering.

His research interests include control and analysis for two-level, multilevel, and matrix converters.

μ •μž¬μœ€(Jae-Yoon Jeong)
../../Resources/kiee/KIEE.2021.70.9.1295/au3.png

Jae-Yoon Jeong received the B.S. degree in Physics from Chung-Ang University, Seoul, South Korea, in 2021, where he is currently pursuing the M.S. degree in electrical and electronics engineering.

곽상신(Sangshin Kwak)
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Sang-Shin Kwak received the Ph.D. degree in electrical engineering from Texas A&M University, College Station, TX, USA, in 2005.

From 1999 to 2000, he was a Research Engineer with LG Electronics, Changwon, South Korea.

From 2005 to 2007, he was a Senior Engineer with Samsung SDI R&D Center, Yongin, South Korea.

From 2007 to 2010, he was an Assistant Professor with Daegu University, Gyeongsan, South Korea.

Since 2010, he has been with Chung- Ang University, Seoul, South Korea, where he is currently a Professor.

His current research interests include the design, modeling, control, and analysis of power converters for electric vehicles and renewable energy systems as well as the prognosis and fault tolerant control of power electronics systems.