A Study on Analysis of Arc Current Waveforms for Detection of Prognostics of Electrical Fires

Jin-Kwon, Hwang

Fire Science and Engineering 2009;23(1):7-14.
Published online February 28, 2009.

전기화재 징후 감지를 위한 아크전류 파형분석에 관한 연구

황진권

우석대학교 소방안전학과

A Study on Analysis of Arc Current Waveforms for Detection of Prognostics of Electrical Fires

Hwang Jin-Kwon

요약

전류 돌입형, 비선형 및 전류 단속형 부하들은 정상작동 상태에서 아크 발생의 경우와 유사한 전류파형을 갖는다. 이러한 부하들에서 아크 검출기법을 정확하게 구현하기 위하여서는 아크 유무에 따른 전류파형의 전형적인 특징을 찾을 필요가 있다. 본 논문에서는 UL 1699의 직렬과 병렬 아크 발생장치들로 이러한 부하들에 마크를 발생시키고 시간 및 주파수 영역에서 아크 전류파형을 분석한다. 아크 실험의 분석결과를 통하여 아크 전류파형의 전형적인 특징은 시간영역에서는 영점전류의 처짐 현상이고 주파수영역에서는 60Hz 고조파 성분을 제외한 전대역의 주파수에 걸쳐서 스펙트럼 크기가 증가되는 것임을 보인다. 비선형 및 전류 단속형 부하들에서 시간영역보다는 주파수영역의 아크 전류의 특징이 보다 명확히 나타남을 보인다. 본 논문에서 제시된 아크 전류파형의 특징들은 아크 차단기 개발을 위한 기반자료로 활용될 것으로 기대된다.

Abstract

Several electrical loads such as inrush current, normal operation arcing and non-sinusoidal loads have normal current waveforms similar to arc waveforms. To detect arcs in such loads, therefore, it is necessary to analyze difference between current waveforms with or without arcs. In this paper, using apparatuses of arc generation in UL 1699, arcs are generated in these loads and, then, arc current waveforms are investigated in both the time and the frequency domains to find arc characteristics. This investigation shows that arc current signals have shoulders at some zero current points in the time domain and increment of spectrum magnitude in all over frequency domain. It also shows that the arc characteristics at normal operation arcing and non-sinusoidal loads are detected more easily in the frequency domain than in the time domain. This investigated arc characteristics are expected to be utilized as the basis of development of arc-fault circuit interrupters.

Key Words: Arc, Electrical fire, UL 1699, Current transformer, Arc-Fault Circuit-Interrupter