KR101176049B1 - 열화 감지 기능을 구비한 배전반 - Google Patents

열화 감지 기능을 구비한 배전반 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예는 열화 감지 기능을 구비한 배전반에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 자외선, 초음파 및 전파 등을 종합적으로 검출하여 다양한 기법에 따른 오차를 최소화하여 활용도를 증가시킴으로써, 불량 검출에 관한 전체적인 신뢰도를 향상시킬 수 있게 하는데 있다.
이를 위해 본 발명의 일 실시예는 수배전반에 설치된 내부기기들의 절연물의 열화를 검출하는 열화 감지 기능을 구비한 배전반에 있어서, 상기 내부기기들의 절연물의 열화에 의하여 발생되는 자외선, 초음파 및 전파 발생량을 각각 검출하도록 상기 수배전반 내부에 설치된 검출센서들을 통하여 각각의 전기신호를 발생시키는 검출부; 상기 각각의 전기신호를 다중화기술을 적용하여 하나의 다중화신호로 변환출력하는 다중화부; 상기 다중화신호를 각각의 이산신호로 변환출력하는 이산신호변환부; 및 상기 변환출력된 이산신호를 연속적으로 공급받아, 이를 기초로 생성되는 열화상태계측값과 열화상태추이값을 이용하여 열화상태 변화율값 및 열화상태 변화누적값을 연산하며, 상기 열화상태 변화율값 및 열화상태 변화누적값을 이용하여 상기 검출센서들에 의하여 검출된 내부기기들의 열화정보를 생성하되, 상기 열화정보 및 그 이전의 열화정보가 소정의 열화판정 알고리즘에 의하여 변환된 결과값의 차가 기준값을 초과하는지 여부에 의하여 상기 내부기기들의 절연물의 열화를 판정하는 판정부를 포함하는 열화 감지 기능을 구비한 배전반을 개시한다.

Description

열화 감지 기능을 구비한 배전반{POWER DISTRIBUTING BOARD HAVING INSULATION DETERIORATION MONITORING FUNCTION}
본 발명의 일 실시예는 열화 감지 기능을 구비한 배전반에 관한 것이다.
수배전반은 변전소로부터 공급되는 고압전력을 상용전압으로 강압하여 수용가로 공급하는 장치이다.
구체적으로, 수배전반은 변전소로부터 공급되는 고압의 전력을 공급받기 위한 수전설비, 변전소로부터 수전된 고압의 전력을 상용전압으로 강압하기 위한 변전설비, 강압된 전기를 빌딩내 각부의 전기장치로 공급하기 위한 배전설비, 스위치장치 및 기타 안전장치 등을 포함할 수 있다.
이러한 수배전반에 적용하는 폐쇄형 배전반에 있어서 접속부 및 지지부에 사용하는 절연체는 사용연수와 설치환경 및 운전조건에 따라서 열화 또는 기계적 손상이 발생된다. 이와 같이 절연체의 손상이 진행되면 고압방전현상에 의하여 손상의 정도가 단기간에 심화되고 계속 방치할 경우 아크가 발생하면서 절연파괴 및 화재로 이어질 수 있다. 따라서, 이러한 상황을 사전에 감지하여 재해를 방지하기 위하여 수배전반설비가 정상적으로 운전되는 상태(활선상태)에서 안전하게 절연불량을 검출하는데 적합한 장치로서 경제성과 신뢰성이 있는 장치가 필요하다.
일반적으로, 온도, 전파, 초음파 및 자외선을 검출하는 실험용 장비를 사용하여 정해진 일정 주기에 따라서 자격을 갖춘 검사원이 검사를 수행하는 것이 보편적인 실정이고, 이때 사용되는 검출장비들은 송전선로와 같은 구조물의 절연체 열화를 감시하는 용도로 설계 제작되어 사용하고 있으나, 장비의 규모가 크고 실험용 계측기 구조이기 때문에 폐쇄형 배전반과 같은 협소공간 내부에서의 사용이 용이하지 않다는 문제점이 있다. 또한, 이러한 장비의 가격이 고가인 관계로 한국전력변전소를 제외한 일반 수배전반에서의 활용이 거의 없는 실정이다.
그러나 종래의 방법은 배전반에서 부분 방전이 발생하는 지의 여부만을 검출할 수 있었을 뿐, 각각의 설치 기기의 절연 열화의 정도를 개별적으로 파악하기는 어려웠다. 따라서 절연 파괴를 사전에 예측하기도 어려웠다. 또한, 종래의 부분방전 측정법은 전력설비에서 발생하는 부분방전 펄스 또는 초음파 센서 또는 안테나와 같은 고가의 건(gun) 타입의 테스트 기기로 검출한 후, 이를 데이터의 형식으로 컴퓨터 쪽으로 옮겨와서 분석하여 부분방전 상태를 판정하는 시험이나, 시험 관리자의 수작업에 의해 정기 검진 시기에만 이루어지고 있는 실정이므로, 설치 기기의 절연 파괴를 실시간으로 예측할 수 없는 한계가 있었다.
본 발명의 일 실시예는 자외선, 초음파 및 전파 등을 종합적으로 검출하여 다양한 기법에 따른 오차를 최소화하여 활용도를 증가시킴으로써, 불량 검출에 관한 전체적인 신뢰도를 향상시킬 수 있는 열화 감지 기능을 구비한 배전반을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 열화 감지 기능을 구비한 배전반은 수배전반에 설치된 내부기기들의 절연물의 열화를 검출하는 열화 감지 기능을 구비한 배전반에 있어서, 상기 내부기기들의 절연물의 열화에 의하여 발생되는 자외선, 초음파 및 전파 발생량을 각각 검출하도록 상기 수배전반 내부에 설치된 검출센서들을 통하여 각각의 전기신호를 발생시키는 검출부; 상기 각각의 전기신호를 다중화기술을 적용하여 하나의 다중화신호로 변환출력하는 다중화부; 상기 다중화신호를 각각의 이산신호로 변환출력하는 이산신호변환부; 및 상기 변환출력된 이산신호를 연속적으로 공급받아, 이를 기초로 생성되는 열화상태계측값과 열화상태추이값을 이용하여 열화상태 변화율값 및 열화상태 변화누적값을 연산하며, 상기 열화상태 변화율값 및 열화상태 변화누적값을 이용하여 상기 검출센서들에 의하여 검출된 내부기기들의 열화정보를 생성하되, 상기 열화정보 및 그 이전의 열화정보가 소정의 열화판정 알고리즘에 의하여 변환된 결과값의 차가 기준값을 초과하는지 여부에 의하여 상기 내부기기들의 절연물의 열화를 판정하는 판정부를 포함할 수 있다.
상기 판정부는 상기 열화상태 변화율값 및 열화상태 변화누적값을 연산하며, 상기 열화상태 변화율값 및 열화상태 변화누적값을 이용하여 상기 검출센서들에 의하여 검출된 내부기기들의 열화정보를 생성하는 연산부; 상기 검출센서들에 의하여 검출된 내부기기들의 열화정보를 미리 설정된 기준레벨과 비교하여 그에 따른 가중치를 부여하는 가중치부여부; 상기 가중치가 부여된 열화정보를 그 이전의 열화정보를 비교하여 소정의 열화판정 알고리즘에 의하여 상기 내부기기들의 절연물의 열화를 판정하는 컨트롤러; 및 상기 판정된 열화에 대한 정보를 외부 기기들과 유무선으로 송수신하는 통신부;를 포함할 수 있다.
상기 가중치 부여부는 상기 검출센서들에 의하여 검출된 자외선, 초음파 및 전파 발생량이 미리 설정된 유효범위의 기준레벨이상이면 가중치를 부여한다.
상기 컨트롤러는 상기 소정의 열화판정 알고리즘을 통하여 상기 열화정보에 가중치가 부여된 횟수가 일정 횟수 이상이면 상기 내부기기들이 절연물의 열화임을 판정할 수 있다.
상기 판정부에 전원을 공급하는 전원부가 더 설치되고, 상기 판정부와 상기 전원부 사이에는 미리 설정된 기준시간이 지나면 상기 사이의 연결을 자동으로 해제하는 스위칭 제어장치를 더 포함할 수 있다.
상기 검출부는 상기 내부기기들의 절연물의 열화에 의하여 발생되는 자외선을 검출하는 자외선 감지센서와, 초음파를 감지하는 초음파 감지센서와, 상기 전파발생량을 검출하는 전파감지 안테나부를 포함할 수 있다.
상기 자외선 감지센서와 상기 다중화부 사이에는 제1 증폭부, 필터부 및 제2 증폭부가 차례로 설치되어 상기 자외선 감지센서에 의하여 검출된 전기신호 중 원하는 신호를 제외한 신호를 필터링하여 증폭시키고, 상기 초음파 감지센서와 상기 다중화부 사이에는 변환부, 제3 증폭부 및 필터부가 차례로 설치되되, 상기 초음파 감지센서 주위에는 집음을 위한 혼구조체가 형성되어, 상기 혼구조체로부터 집음되어 초음파 감지센서에 의하여 검출된 음향 전기신호를 전압 전기신호로 변환하여 증폭 후 원하는 신호를 제외한 신호를 필터링하며, 상기 전파감지 안테나부와 상기 다중화부 사이에는 매칭증폭부, 선택증폭부 및 필터부가 차례로 설치되어 상기 전파감지 안테나부에 의하여 검출된 전파 전기신호를 원하는 전파영역과 동조시켜 그 신호강도를 선택적으로 증폭시킨 다음, 원하는 전파영역의 신호를 제외한 신호를 필터링한다.
상기 검출센서들은 상기 수배전반 내부에 각각의 격실로 구분되어 상기 격실 내부에 설치되되, 상기 격실 외면에는 상기 판정부에 의하여 판정된 열화에 관한 정보를 표시하는 표시부가 설치된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 열화 감지 기능을 구비한 배전반에 의하면, 수배전반 내부에 자외선, 초음파 및 전파 등을 검출하는 센서들을 설치하여, 다양한 정보를 종합적으로 검출하도록 하고, 또한 이러한 다양한 기법에 따른 오차를 판정 알고리즘을 통하여 최소화하도록 하고 있기 때문에, 다양한 기법에 따른 오차를 최소화하여 활용도를 증가시킴으로써, 불량 검출에 관한 전체적인 신뢰도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열화 감지 기능을 구비한 배전반의 구조를 나타내는 블록도이다.
도 2a 및 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 열화 감지 기능을 구비한 배전반의 검출부가 수배전반 내부에 설치된 상태를 간략하게 나타내는 블록도와 자외선 검출센서에 의하여 검출된 자외선 스펙트럼이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 열화 감지 기능을 구비한 배전반의 판정부의 구조를 나타내는 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 열화 감지 기능을 구비한 배전반의 동작의 일 예를 나타내는 순서도이다.
도 5는 도 3의 스위칭 제어장치를 나타내는 블록도이다.
도 6a 내지 6c는 도 5의 스위치 제어장치의 제어부의 제어방법을 간략하게 나타내는 도면이다.
본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 일 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열화 감지 기능을 구비한 배전반의 구조를 나타내는 블록도이고, 도 2a 및 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 열화 감지 기능을 구비한 배전반의 검출부가 수배전반 내부에 설치된 상태를 간략하게 나타내는 블록도와 자외선 검출센서에 의하여 검출된 자외선 스펙트럼이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 열화 감지 기능을 구비한 배전반의 판정부의 구조를 나타내는 블록도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 열화 감지 기능을 구비한 배전반의 동작의 일 예를 나타내는 순서도이다.
도 1 내지 도 2b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 열화 감지 기능을 구비한 배전반은 수배전반에 설치된 내부기기들의 절연물의 열화를 검출하는 장치로서, 검출부(10), 다중화부(20), 이산신호변환부(30) 및 판정부(40)를 포함한다.
한편, 상기 수배전반에 설치된 내부기기들은 고전압부위인 애자를 포함하는 절연체 또는 각종 연결부들을 포함한다. 여기서, 애자를 포함한 절연체의 열화 또는 각종 연결부의 불량이 발생하면 누설전류가 발생하며, 절연체 연면을 통한 고전압에 의한 미소 방전에서도 코로나 현상에 의한 자외선이 발생하고, 또한 이상소음 및 스펙트럼이 매우 넓은 Band(spectrum)를 갖는 전파가 발생하게 된다. 따라서, 본 발명에서는 다양한 검출센서들을 포함하는 검출부(10)와 소정의 판정 알고리즘을 사용하는 판정부(40)를 통하여 자외선 센서에 의한 검출과 음향, 전파 등을 종합적으로 검출하고, 다양한 기법에 다른 오차를 최소화하고 활용도를 높임으로서 불량검출에 관한 전체적인 신뢰도를 높이게 된다.
상기 검출부(10)는 내부기기들의 절연물의 열화에 의하여 발생되는 자외선, 초음파 및 전파 발생량을 각각 검출하도록 수배전반 내부에 설치된 검출센서들을 통하여 각각의 전기신호를 발생한다. 이를 위하여, 상기 검출부(10)는 내부기기들의 절연물의 열화에 의하여 발생되는 자외선을 검출하는 자외선 감지센서(11)와, 초음파를 감지하는 초음파 감지센서(12)와, 전파발생량을 검출하는 전파감지 안테나부(13)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 자외선 감지센서(11)와 다중화부(20) 사이에는 제1 증폭부(11b), 필터부(11c) 및 제2 증폭부(11d)가 차례로 설치되어 자외선 감지센서(11)에 의하여 검출된 전기신호 중 원하는 신호를 제외한 신호를 필터링하여 증폭시켜 다중화부(20)로 출력한다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 자외선을 포함한 스팩트럼이 도 2b의 그래프와 같이 나타나며 코로나방전에 의한 자외선 스팩트럼은 도 2b의 그래프에서 시안색 그래프와 같은 형태로 나타난다. 특히, 도 2b의 그래프에서 300~400 Å영역의 신호가 수배전반에서의 방전현상에 의한 자외선이다. 따라서, 본 발명에서는 자외선 감지센서(11)를 이용하여 특성주파수인 300~400 Å영역의 자외선 발생강도에 따른 에너지에 해당하는 전기신호를 취득하고, 취득된 전기신호를 증폭하여 다중화부(20)에 입력한다.
또한, 상기 초음파 감지센서(12)와 다중화부(20) 사이에는 변환부(12b), 제3 증폭부(12c) 및 필터부(12d)가 차례로 설치되되, 초음파 감지센서(12) 주위에는 집음을 위한 혼구조체(12a)가 형성되어, 혼구조체(12a)로부터 집음되어 초음파 감지센서(12)에 의하여 검출된 음향 전기신호를 전압 전기신호로 변환하여 증폭 후 원하는 신호를 제외한 신호를 필터링하여 다중화부(20)로 출력한다. 상기 초음파 감지센서(12) 주위에는 집음을 위한 혼(Horn)구조(12a)를 갖추고, 초음파 감지센서(12)를 통하여 주변 초음파를 수신한다. 이와 같이 수신된 초음파 중에서 특성주파수인 40kHz의 초음파만 선택적으로 전기신호로 변환한 후, 변환된 전기신호를 다중화부(20)에 입력한다. 즉, 본 발명에서는 수배전반에서 발생되는 방전현상에 의한 초음파 중에서 특성주파수인 40kHz 의 초음파를 초음파 감지센서(12)를 통하여 검출한다.
또한, 상기 전파감지 안테나부(13)와 다중화부(20) 사이에는 매칭증폭부(13b), 선택증폭부(13c) 및 필터부(13d)가 차례로 설치되어 전파감지 안테나부(13)에 의하여 검출된 전파 전기신호를 원하는 전파영역과 동조시켜 그 신호강도를 선택적으로 증폭시킨 다음, 원하는 전파영역의 신호를 제외한 신호를 필터링하여 다중화부(20)로 출력한다. 즉, 본 발명에서는 각 영역에 동조된 안테나를 각각 내장하여 각 전파영역(즉, 주파수 90 ~ 108MHz, 170~222 MHz, 470~770 MHz)의 신호강도를 전기적 신호로 변환하여 다중화부(20)에 입력한다.
또한, 상기 검출센서들(11, 12, 13)은 수배전반 내부에 각각의 격실로 구분되어 격실 내부에 설치되어 있다. 상기 격실 외면에는 판정부(40)에 의하여 판정된 열화에 관한 정보를 표시하는 표시부(11a, 12e, 13a)가 설치된다. 이때, 상기 표시부(11a, 12e, 13a)는 격실 개폐구에 설치되는 것이 바람직하다. 상기 검출부(10)에 의하여 수배전반 내부의 각종 현상을 종합적으로 검출하여 판정부(40)에 의하여 열화의 고장단계까지 진행여부를 자동으로 판별하고, 상기 표시부(11a, 12e, 13a)는 이렇게 판별된 판별결과를 음향이나 램프와 같은 수단으로 표시한다.
상기 다중화부(20)는 검출부(10)에 출력되는 각각의 전기신호를 다중화기술을 적용하여 하나의 다중화신호로 변환출력하는 다중화기(multiplexer)로서, 다중화기를 통하여 변환된 다중화신호가 이산신호변환부(30)로 출력된다.
상기 이산신호변환부(30)는 다중화부(20)로부터 변환출력된 다중화신호를 각각의 이산신호로 하여 판정부(40)로 변환출력한다. 이때, 변환된 이산신호는 x(자외선), y(초음파) 및 z(전파)로 구분된다.
상기 판정부(40)는 상기 변환출력된 이산신호를 연속적으로 공급받아, 이를 기초로 생성되는 열화상태계측값과 열화상태추이값을 이용하여 열화상태 변화율값(dx/dt, dy/dt, dz/dt) 및 열화상태 변화누적값(∫f(x)dx, ∫f(y)dy, ∫f(z)dz)을 연산하며, 상기 열화상태 변화율값 및 열화상태 변화누적값을 이용하여 상기 검출센서들에 의하여 검출된 내부기기들의 열화정보 E(F(x), F(y), F(z))를 아래 [수학식 1] 내지 [수학식 3]에 의하여 생성한다. 여기서, 상기 열화상태변화율(dx/dt, dy/dt, dz/dt)은 계측되는 신호값이 증감을 반복하거나 변화량은 많으나 안정을 유지하는 상황을 인지하기 위하여 도입된다.
[수학식 1]
F(x) = a1ㆍx(t) + b1ㆍdx/dt + c1ㆍ∫f(x)dx
[수학식 2]
F(y) = a2ㆍy(t) + b2ㆍdy/dt + c2ㆍ∫f(y)dy
[수학식 3]
F(z) = a3ㆍx(z) + b3ㆍdz/dt + c3ㆍ∫f(z)dz
그런 다음, 상기 열화정보 E(F(x), F(y), F(z)), 이와 보정계수 Fe(n-1)를 추가한 그 이전의 열화정보 E(Fx(n-1),Fy(n-1),Fz(n-1),Fe(n-1))를 이용하여 [수학식 4]에 의하여 열화판정 알고리즘에 사용되는 입력신호 W(F(x),F(y),F(z),F(e))를 생성한다.
[수학식 4]
W = w1F(x) + w2F(y) + w3F(z) + w4F(e)
이와 같이 생성된 입력신호 W를 열화판정 알고리즘에 입력하여 열화판정값 E(Fx(n),Fy(n),Fz(n),Fe(n))를 얻게 된다.
그런 다음, 상기 열화판정 알고리즘에 의한 [수학식 5]에 의하여 연산된 결과값의 차를 이용하여 이 결과값의 차가 소정의 기준값을 초과하는지 여부로 내부기기들의 절연물의 열화를 판정한다.
[수학식 5]
E = W(n) - W(n-1)
여기서, W(n) 은 현재의 입력신호 변환결과이고, W(n-1)는 직전의 입력신호 변환결과이며, E는 결과값 차를 나타낸다.
또한, 상기 판정부(40)는 변화상태의 누적추이값(∫f(x)dx, ∫f(y)dy, ∫f(z)dz)이 안정범위에 있어도 변화율이 제한값을 초과하는 상황이 허용횟수 이상 발생하는 경우에는 절연물의 열화경고판정을 내린다. 또한, 상기 판정부(40)는 열화정보(F(x), F(y), F(z))에 가중치를 부여하여 W(F(x),F(y),F(z),F(e))를 생성하고 열화상태를 판정한다.
보다 구체적으로는 상기 판정부(40)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 연산부(41), 가중치부여부(42), 컨트롤러(43), 통신부(44)를 포함한다.
상기 연산부(41)는 열화상태 변화율값 및 열화상태 변화누적값을 연산하며, 열화상태 변화율값 및 열화상태 변화누적값을 이용하여 상기 검출센서들에 의하여 검출된 내부기기들의 열화정보를 생성한다.
상기 가중치부여부(42)는 검출센서들에 의하여 검출된 내부기기들의 열화정보를 미리 설정된 기준레벨과 비교하여 그에 따른 가중치를 부여한다. 즉, 상기 가중치부여부(42)는 검출센서들에 의하여 검출된 자외선, 초음파 및 전파 발생량이 미리 설정된 유효범위의 기준레벨이상이면 가중치를 부여한다.
상기 컨트롤러(43)는 가중치가 부여된 열화정보를 그 이전의 열화정보를 비교하여 소정의 열화판정 알고리즘에 의하여 상기 내부기기들의 절연물의 열화를 판정한다. 또한, 상기 컨트롤러(43)는 상기 소정의 열화판정 알고리즘을 통하여 열화정보에 가중치가 부여된 횟수가 일정 횟수 이상이면 내부기기들의 절연물이 열화임을 판정할 수 있다. 상기 컨트롤러(43)는 통신부(44)와 정보를 송수신하는 외부 기기들의 응용 프로그램이 내장되어 있고, 이러한 응용 프로그램은 컨트롤러(43)의 운영방법을 웹기반 컴퓨터 네트워크망 상에서 동작할 수 있도록 프로그램된 것이다.
상기 통신부(44)는 상기 판정된 열화에 대한 정보를 외부 기기들과 유무선으로 송수신한다. 상기 통신부(44)는 검출부(10)에 의하여 검출되는 정보와 판정부(40)에 의한 판별결과를 외부 기기들로 정해진 통신수단을 이용하여 전송하여 전기설비관리자가 상황을 진단하고 대응조치를 취하도록 지원한다. 여기서, 상기 통신부는 전력선 통신(PLC), 광통신, 랜통신 등을 포함한 유선망 또는 액서스포인트(AP)와 무선모뎀을 이용한 무선망 둥 어느 하나를 이용할 수 있다.
또한, 상기 판정부(40)은 그와 전기적으로 연결되어 있는 전원부(50)로부터 동작전원을 공급받는다. 상기 전원부(50)는 솔라셀에 의하여 충전된 충전지의 전원 또는 일반적인 220V의 상용교류전원을 사용할 수 있다.
상기 판정부(40)와 상기 전원부(50) 사이에는 미리 설정된 기준시간이 지나면 상기 사이의 연결을 자동으로 해제하는 스위칭 제어장치를 더 포함할 수 있다. 상기 스위칭 제어장치에 대하여 도 5 내지 도 6c에서 보다 상세하게 설명하기로 한다.
한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 검출부(10)에 의하여 검출된 감지신호로부터 최종판정까지의 과정을 일 예를 들어 설명하자면, 우선 3종 센서 및 센서 회로 별로 자기진단을 수행한 다음, 고전압부위의 절연물의 열화에 의하여 발생하는 자외선, 전파 및 초음파 순으로 그 발생량 계측을 수행한다.
그런 다음, 자외선 검출값에 가중치를 적용하여 절연물의 열화를 검출하고, 가중결과값(A)를 판정한다. 그런 다음, 전파와 초음파 검출값에 대하여도 가중치를 적용하여 절연물의 열화를 검출하고 가중결과값 (B), (C)를 결정한다. 이와 같이 결정된 (A), (B), (C)값을 이용하여 절연물의 열화 위험판정 합산값(N)을 계산하고, 각각을 지수로 활용한다. 그런 다음, 절연물의 열화위험을 나타낸 지수의 갯수에 따라서 절연물의 열화 경보단계를 열화경보 1단계와 열화경보 2단계로 설정한 다음, 각 지수값을 가중 평균하여 최종상태를 판정할 수 있다.
도 5는 도 3의 스위치 제어장치를 나타내는 블록도이고, 도 6a 내지 6c는 도 5의 스위치 제어장치의 제어부의 제어방법을 간략하게 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 열화 감지 기능을 구비한 배전반의 스위치 제어 장치(100)는 스위치(110), 정류 회로(120), 충전부(130), 솔레노이드(140) 및 제어부(150)를 포함한다. 또한, 본 스위치 제어 장치(100)는 제1다이오드(D1), 제2다이오드(D2), 제3다이오드(D3), 제1저항(R1), 제2저항(R2), 제3저항(R3) 및 캐패시터(C)를 더 포함한다. 여기서, 상기 스위치(110)는 전원부(50)를 컨트롤러()(이하, 부하부(A)라 한다.)에 연결시키거나 해제시키는 역할을 한다.
상기 전원부(50)는 부하부(A)에 전원을 공급하는 역할을 한다. 상기 전원부(50)는 솔라셀에 의하여 충전된 충전지의 전원 또는 일반적인 220V의 상용교류전원을 사용할 수 있다.
상기 부하부(A)는 전원부(50)로부터 전원을 공급받아 동작한다. 또한, 상기 부하부(A)는 직렬로 연결된 제1저항(R1)에 비해 상대적으로 매우 작은 저항값을 가지고 있다. 따라서, 스위치(110)가 오프 상태 일 때, 부하부(A)에는 미세한 누설 전류가 흐를 수 있다. 여기서, 상기 부하부(A)에 흐르는 누설 전류에 의해 충전부(130)가 충전될 수 있으며, 누설 전류는 충전부(130)를 충전시킬 수 있는 최소한의 전류다.
상기 스위치(110)는 전원부(50)와 부하부(A) 사이에 위치하며, 전원부(50)와 부하부(A) 사이를 전기적으로 연결하거나 연결을 해제하는 역할을 한다. 즉, 상기 스위치(110)가 턴 온(turn-on)되면, 전원부(50)와 부하부(A)는 전기적으로 연결되어 부하부(A)가 동작하게 된다.
반대로, 상기 스위치(110)가 턴 오프(turn-off)되면, 전원부(50)와 부하부(A)는 연결이 해제되어 부하부(A)는 동작하지 않는다. 이때, 상기 스위치(110)가 턴 오프되면, 스위치(110)의 양단에는 전압차가 발생한다. 상기 스위치(110)는 사용자에 의해 턴 온될 수 있으며, 솔레노이드(140)에 의해 턴 오프될 수 있다. 일례로, 사용자에 의해 스위치(110)가 턴 온되어 조명등이 켜지고, 설정된 기준시간이 지나면 솔레노이드(140)에 의해 스위치(110)가 턴 오프되어 조명등이 꺼질 수 있다. 상기 스위치(110)는 전원부(50)와 부하부(A) 사이를 수동으로 온/오프(ON/OFF)할 수 있는 장치이다. 다시 말해, 도 6a 내지 도 6c를 참조하면, 상기 스위치(110)는 평상시 스프링 등과 같은 탄성체(미도시)에 의해서 오프 상태를 유지하고, 사용자가 스위치(110)를 온 시키면 스위치(110)가 걸쇠(111)에 걸려 온 상태를 유지하게 된다. 따라서, 상기 스위치(110)는 온 상태 또는 오프 상태를 유지하는데 전류가 소모되지 않는다. 또한, 상기 스위치(110)는 설정된 기준시간이 지나면 솔레노이드(140)에 의해 걸쇠가 해제되어 다시 오프 상태가 된다. 상기 스위치(110)는 걸쇠(111)에 걸려 온 상태를 유지하게 되고, 걸쇠(111)가 해제되고 탄성체(미도시)에 의해 오프 상태를 유지할 수 있다. 여기서, 도 6a 내지 도 6c에는 상기 걸쇠(111)를 개략적으로 도시하였으나, 걸쇠는 스위치(110)가 걸려서 그 상태를 유지하게 할 수 있는 것이라면 어떤 형태로라도 구현될 수 있다.
상기 정류 회로(120)는 스위치(110)에 전기적으로 연결된다.
상기 정류 회로(120)는 스위치(110)가 오프되었을 때, 부하부(A)에 흐르는 누설 전류를 정류하여 충전부(130)에 제공하는 역할을 한다. 여기서, 상기 스위치(110)와 정류 회로(120) 사이에는 제1저항(R1)과 제1다이오드(D1)가 직렬로 연결되어 있다. 또한, 상기 제1저항(R1)과 제1다이오드(D1) 사이에는 제2다이오드(D2)와 제2저항(R2) 및 제3저항(R3)이 병렬로 연결되어 있다. 따라서, 상기 정류회로(120)에는 제1저항(R1)과 제2다이오드(D2), 제2저항(R2) 및 제3저항(R3)에 의해 분배된 전압이 인가된다. 여기서, 제1다이오드(D1) 및 제2다이오드(D2)는 전류가 반대 방향으로 흐르는 것을 방지한다. 즉, 상기 제1다이오드(D1) 및 제2다이오드(D2)는 정류 회로(120)를 통해서 충전된 충전부(130)의 전원이 부하(A)로 흐르는 것을 방지한다. 또한, 상기 제3저항(R3)과 스위치(110) 사이에는 제3다이오드(D3)가 연결되어 있으며, 제3다이오드(D3)는 전원부(50)의 전원이 제어부(150)로 흐르는 것을 방지한다.
상기 충전부(130)는 정류 회로(120)에 전기적으로 연결된다.
또한, 상기 충전부(130)는 스위치(110)가 오프 되었을 때, 스위치(110)의 양단에 걸리는 전압에 의해 충전된다. 다시 말해, 상기 스위치(110)가 오프 상태일 때 부하부(A)에는 누설 전류가 흐르므로, 충전부(150)는 부하부(A)에 흐르는 누설전류를 이용하여 충전된다. 이때, 상기 누설전류는 정류 회로(120)를 통해 정류되어 충전부(130)에 충전된다. 또한, 상기 충전부(130)가 부하부(A)에 흐르는 누설전류로 충전되더라도, 부하부(A)에는 어떠한 영향도 미치지 않는다. 이와 같이, 상기 충전부(130)는 별도의 전원으로 충전되는 것이 아니라, 스위치(110)가 오프 되었을 때 스위치(110)의 양단에 걸리는 전압으로 충전된다. 따라서, 본 발명에 따른 스위치 제어 장치(100)는 비용을 절감할 수 있다. 또한, 상기 충전부(130)에 충전된 전압은 솔레노이드(140)를 동작시켜 스위치(110)의 걸쇠(111)를 해제하는데 사용된다. 이러한 충전부(130)는 충방전이 가능한 이차 전지(secondary battery) 또는 전기이중층 캐패시터(EDLC)일 수 있으나, 여기서 그 종류를 한정하는 것은 아니다.
상기 솔레노이드(140)는 충전부(130)에 충전된 전원으로 동작하여, 스위치(110)를 턴 오프 시키는 역할을 한다. 도 6a 내지 도 6c를 참조하면, 상기 솔레노이드(140)는 중심봉(141)과 중심봉(141)을 원통형으로 감싸고 있는 코일(142)로 형성된다. 상기 솔레노이드(140)는 코일(142)에 전류가 흐르면 코일(142) 내부에 균일한 크기의 자기장이 형성되어, 중심봉(141)이 움직이게 된다. 또한, 상기 솔레노이드(140)는 코일(142)에 전류가 흐르지 않으면 중심봉(141)은 다시 원상태로 돌아오게 된다. 도 6a에 도시된 바와 같이, 상기 스위치(110)가 온 상태일 때에는 스위치(110)를 통해 부하부(A)로 전류(iL)가 흘러 부하부(A)가 동작한다. 이때, 상기 솔레노이드(140)에는 전류가 흐르지 않는다. 그리고 나서, 도 6b에 도시된 바와 같이, 설정된 기준시간이 지나면 솔레노이드(140)의 코일(142)에 전류(iS)가 흘러 중심봉(141)이 움직여 걸쇠(111)를 해제시키므로, 스위치(140)는 턴 오프 된다. 이때, 상기 솔레노이드(140)는 충전부(130)에 충전된 전원으로 동작한다. 도 6c에 도시된 바와 같이, 상기 솔레노이드(140)는 스위치(110)를 턴오프 시킨 후에는 원상태로 돌아온다. 상기 솔레노이드(140)가 원상태로 돌아오더라도 스위치(110)는 탄성체에 의해 계속하여 오프상태를 유지하게 된다. 즉, 상기 스위치(110)는 사용자에 의해 턴온 되어 걸쇠(111)에 걸리지 않는 이상 계속 오프 상태를 유지하게 된다. 이러한 솔레노이드(140)는 미세한 전류에 의해서도 동작할 수 있으며, 일반적으로 솔레노이드 밸브라고 불린다.
상기 제어부(150)는 충전부(130)를 충전시키고, 충전부(130)에 충전된 전압을 이용하여 상기 솔레노이드(140)를 제어한다. 상기 제어부(150)는 센싱부(151) 및 저장부(152)를 포함한다. 상기 센싱부(151)는 제2저항(R2)과 제3저항(R3) 사이에 전기적으로 연결되고, 제3저항(R3)에는 캐패시터(C)가 병렬로 연결되어 있다. 상기 센싱부(151)는 캐패시터(C)의 전압을 센싱하여, 스위치(110)의 상태 즉, 스위치(110)의 온/오프를 감지하는 역할을 한다. 여기서, 상기 제3저항(R3)에는 캐패시터(C)가 병렬로 연결되어 있다. 예를 들어, 상기 스위치(110)가 온 상태이면, 제2다이오드(D2)를 통해 전류가 흐르지 않으므로, 캐패시터(C)에 충전된 전하가 제3저항(R3)을 통해 방전된다. 따라서, 상기 센싱부(151)는 캐패시터(C)의 전압이 하강하는 것을 감지하여 스위치(110)가 온 상태임을 알 수 있다. 반대로, 상기 스위치(110)가 오프 상태이면, 제2다이오드(D2)를 통해 전류가 흐르므로, 캐패시터(C)에 전하가 충전된다. 따라서, 상기 센싱부(151)는 캐패시터(C)의 전압이 상승하는 것을 감지하여 스위치(110)가 오프 상태임을 알 수 있다. 상기 저장부(152)에는 사용자에 의해 설정된 기준시간이 저장되어 있다. 상기 기준시간은 스위치(110)가 사용되는 장소 또는 공간에 따라 알맞게 변경될 수 있다.
상기 제어부(150)의 동작 방법을 살펴보면 다음과 같다. 상기 제어부(150)는 센싱부(151)를 통해 스위치(110)의 상태를 확인한다. 이때, 상기 스위치(110)가 오프 상태이면, 제어부(150)는 충전부(130)를 충전시킨다. 여기서, 상기 제어부(150)는 충전부(130)의 충전 전압이 솔레노이드(140)를 동작시킬 수 있는 기준 전압에 도달하면, 충전부(130)의 충전을 중지시킬 수 있다. 또한, 상기 제어부(150)는 센싱부(151)로부터 스위치(110)가 오프 상태에서 온 상태로 변경된 것을 확인하고 나서 저장부(152)에 저장된 기준시간이 경과하면, 충전부(130)에 충전된 전압을 이용하여 솔레노이드(140)를 동작시킨다. 상기 솔레노이드(140)가 동작하면 스위치(110)는 턴 오프 된다. 여기서, 상기 솔레노이드(140)는 코일(142)에 전류가 흘러 중심봉(141)이 걸쇠(111)를 해제함으로써, 스위치(110)를 턴 오프 시킬 수 있다.
상기 중심봉(141)은 걸쇠(111)를 해제한 후 다시 원상태로 복귀한다.
즉, 상기 제어부(150)는 스위치(110)가 오프 되었을 때 충전부(130)에 전압을 충전해두고, 스위치(110)가 턴 온되고 난후 설정된 기준시간이 경과하면 솔레노이드(140)를 동작시켜 스위치(110)를 턴 오프시킨다. 따라서, 상기 제어부(150)에 의해 스위치(110)는 설정된 기준시간이 지나면 자동으로 꺼지게 된다.
이와 같이, 본 스위치 제어 장치(100)는 설정된 기준시간이 지나면 스위치(110)를 오프시키는 제어부(150)를 구비하여 사용자가 스위치(110)를 오프하지 않더라도 자동으로 스위치(110)를 오프시킴으로써, 전원이 낭비되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 스위치 제어 장치(100)는 스위치(110)가 오프상태일 때 스위치(110)의 양단에 걸리는 전압으로 충전부(130)를 충전시킴으로써, 충전부(130)를 충전시키는 별도의 전원이 필요 없게 된다. 이에 따라, 본 스위치 제어 장치(100)는 비용을 절감할 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 열화 감지 기능을 구비한 배전반을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
10: 검출부 11: 자외선 감지센서
12: 초음파 감지센서 13: 전파감지 안테나부
20: 다중화부 30: 이산신호변환부
40: 판정부 50: 전원부
100: 스위칭 제어장치

Claims (8)

  1. 수배전반에 설치된 내부기기들의 절연물의 열화를 검출하는 열화 감지 기능을 구비한 배전반에 있어서,
    상기 내부기기들의 절연물의 열화에 의하여 발생되는 자외선, 초음파 및 전파 발생량을 각각 검출하도록 상기 수배전반 내부에 설치된 검출센서들을 통하여 각각의 전기신호를 발생시키는 검출부;
    상기 각각의 전기신호를 다중화기술을 적용하여 하나의 다중화신호로 변환출력하는 다중화부;
    상기 다중화신호를 각각의 이산신호로 변환출력하는 이산신호변환부; 및
    상기 변환출력된 이산신호를 연속적으로 공급받아, 이를 기초로 생성되는 열화상태계측값과 열화상태추이값을 이용하여 열화상태 변화율값 및 열화상태 변화누적값을 연산하며, 상기 열화상태 변화율값 및 열화상태 변화누적값을 이용하여 상기 검출센서들에 의하여 검출된 내부기기들의 열화정보를 생성하되, 상기 열화정보 및 그 이전의 열화정보가 소정의 열화판정 알고리즘에 의하여 변환된 결과값의 차가 기준값을 초과하는 지 여부에 의하여 상기 내부기기들의 절연물의 열화를 판정하는 판정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 열화 감지 기능을 구비한 배전반.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 판정부는
    상기 열화상태 변화율값 및 열화상태 변화누적값을 연산하며, 상기 열화상태 변화율값 및 열화상태 변화누적값을 이용하여 상기 검출센서들에 의하여 검출된 내부기기들의 열화정보를 생성하는 연산부;
    상기 검출센서들에 의하여 검출된 내부기기들의 열화정보를 미리 설정된 기준레벨과 비교하여 그에 따른 가중치를 부여하는 가중치부여부;
    상기 가중치가 부여된 열화정보를 그 이전의 열화정보를 비교하여 소정의 열화판정 알고리즘에 의하여 상기 내부기기들의 절연물의 열화를 판정하는 컨트롤러; 및
    상기 판정된 열화에 대한 정보를 외부 기기들과 유무선으로 송수신하는 통신부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 열화 감지 기능을 구비한 배전반.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 가중치 부여부는 상기 검출센서들에 의하여 검출된 자외선, 초음파 및 전파 발생량이 미리 설정된 유효범위의 기준레벨이상이면 가중치를 부여하는 것을 특징으로 하는 열화 감지 기능을 구비한 배전반.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 소정의 열화판정 알고리즘을 통하여 상기 열화정보에 가중치가 부여된 횟수가 일정 횟수 이상이면 상기 내부기기들이 절연물의 열화임을 판정할 수 있는 것을 특징으로 하는 열화 감지 기능을 구비한 배전반.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 판정부에 전원을 공급하는 전원부가 더 설치되고,
    상기 판정부와 상기 전원부 사이에는 미리 설정된 기준시간이 지나면 상기 사이의 연결을 자동으로 해제하는 스위칭 제어장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열화 감지 기능을 구비한 배전반.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 검출부는
    상기 내부기기들의 절연물의 열화에 의하여 발생되는 자외선을 검출하는 자외선 감지센서와, 초음파를 감지하는 초음파 감지센서와, 상기 전파발생량을 검출하는 전파감지 안테나부를 포함하는 것을 특징으로 하는 열화 감지 기능을 구비한 배전반.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 자외선 감지센서와 상기 다중화부 사이에는 제1 증폭부, 필터부 및 제2 증폭부가 차례로 설치되어 상기 자외선 감지센서에 의하여 검출된 전기신호 중 원하는 신호를 제외한 신호를 필터링하여 증폭시키고,
    상기 초음파 감지센서와 상기 다중화부 사이에는 변환부, 제3 증폭부 및 필터부가 차례로 설치되되, 상기 초음파 감지센서 주위에는 집음을 위한 혼구조체가 형성되어, 상기 혼구조체로부터 집음되어 초음파 감지센서에 의하여 검출된 음향 전기신호를 전압 전기신호로 변환하여 증폭 후 원하는 신호를 제외한 신호를 필터링하며,
    상기 전파감지 안테나부와 상기 다중화부 사이에는 매칭증폭부, 선택증폭부 및 필터부가 차례로 설치되어 상기 전파감지 안테나부에 의하여 검출된 전파 전기신호를 원하는 전파영역과 동조시켜 그 신호강도를 선택적으로 증폭시킨 다음, 원하는 전파영역의 신호를 제외한 신호를 필터링하는 것을 특징으로 하는 열화 감지 기능을 구비한 배전반.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 검출센서들은 상기 수배전반 내부에 각각의 격실로 구분되어 상기 격실 내부에 설치되되, 상기 격실 외면에는 상기 판정부에 의하여 판정된 열화에 관한 정보를 표시하는 표시부가 설치되는 것을 특징으로 하는 열화 감지 기능을 구비한 배전반.
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