KR101310752B1

KR101310752B1 - 화재감지 기능을 갖는 분전반, 전동기제어반

Info

Publication number: KR101310752B1
Application number: KR1020130034102A
Authority: KR
Inventors: 장세용
Original assignee: 주식회사 베스텍
Priority date: 2013-03-29
Filing date: 2013-03-29
Publication date: 2013-09-24

Abstract

본 발명은 화재감지 기능을 갖는 분전반, 전동기 제어반에 관한 것으로서, 분전반와 전동기 제어반의 내부 또는 외부에서의 불꽃을 감지하여 그에 상응한 데이터 신호를 출력하는 불꽃센서모듈, 연기발생 감지시 연기농도에 따른 적외선 입사량에 따라 선형적으로 가변되는 전압을 출력하는 연기센서모듈, 가스발생감지시 일산화탄소(CO) 농도에 따른 적외선 입사량에 따라 선형적으로 변화하는 특성을 이용하여 가스농도를 검출하여 출력하는 가스센서모듈, 피 측정물체로부터 측정된 온도데이터, 측정 온도와 기준온도의 차에 대한 데이터를 출력하는 온도센서모듈 및 상기 불꽃센서모듈, 연기센서모듈, 가스센서모듈 및 온도센서모듈에서 출력한 데이터를 입력받아 종합적으로 진단하고, 그 진단결과 불꽃 방전 횟수가 2초이내에 5회 이상 발생 시, 불꽃발생 지속 시간이 4초 이상 계속 될 시, 기준값을 초과하는 연기농도, CO가스농도의 레벨이 10%이상 상승, 접촉온도가 주위 온도보다 2배 이상 차이가 발생 및 온도센서 이상 여부 중 어느 한 항목이라도 해당되는 경우에 그에 따른 조치를 취하도록 관리자에게 표시 및 경고음을 출력하는 진단제어수단을 포함한 분전반, 전동기 제어반을 제공함으로써, 분전반과 전동기제어반 내,외부에서 화재 초기의 온도, 가스농도, 불꽃 및 연기 발생 여부를 별도로 검출함으로써 전기화재가 확대되기 전에 전기화재 원인으로 분류되는 현상을 사전에 검출하여 인명사고및 재산피해를 예방한다는 효과가 얻어진다.

Description

화재감지 기능을 갖는 분전반, 전동기제어반{Distribution panel and Motor Control Center having a fire sensing function}

본 발명은 분전반, 전동기제어반에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 분전반, 전동기제어반의 내,외부 화재 검출 요소인 불꽃, 연기, 가스, 온도를 감지하여 화재를 방지하는 화재감지 기능을 갖는 분전반, 전동기제어반에 관한 것이다.

전기 화재는 전기 기기나 전기설비 사용의 증가와 함께 점점 증가하고 있는 추세이며, 이로 인해 인명피해와 재산 피해는 물론 국가경제에도 큰 피해를 주고 있으므로 전기화재의 조기발견에 의해 화재를 미연에 방지할 필요성이 크게 대두되고 있다.

분전반과 전동기제어반은 전원을 수전하여 배분하는 기능을 하는 것으로 전기설비사고가 발생할 경우 정전이 발생하는 등 많은 피해가 발생한다. 이러한 전기사고를 사전에 예방하기 위하여 일산화탄소의 양을 체크하여 화재 여부를 감시하는 화재감시장치(등록특허 제200349278호), 연기, 불꽃을 감지하여 소화기를 분사하여 화재를 예방하는 소화기를 내장한 세대분전반(등록특허 제100647089호), 온도를 감지하여 화재발생 여부를 감시하는 분전반 감시 시스템 및 감시방법(등록특허 제100420491호) 등이 제안되어 분전반의 전기설비사고의 징후를 사전에 진단하여 설비사고를 예방하고 있다.

그러나, 종래 기술에 있어서는 분전반 또는 전동기제어반은 외부에서 센서와 계측기를 이용하여 설비를 진단할 경우 해당 설비에 대한 측정시점에서만 그 위험성 및 징후를 알 수 있는 문제점과 시간과 비용이 발생하고 있었다.

또한, 분전반과 전동기제어반 내부에서 화재 초기의 일산화탄소(CO)의 농도, 불꽃, 온도 및 연기 발생 여부를 종합적으로 검출하지 못하였다. 특히 천천히 진행되는 전기화재는 일산화탄소의 농도, 불꽃, 연기, 온도 중 하나 혹은 두 가지의 원인만으로는 검출하지 못하였다. 따라서 화재가 확대되기 전에 화재 원인으로 분류되는 현상을 사전에 검출하여 인명사고 및 재산피해를 예방하지 못하였다는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 분전반 및 전동기제어반 내부에서 화재 초기의 가스농도, 불꽃 및 연기 발생 여부를 별도로 검출함으로써 전기화재가 확대되기 전에 전기화재 원인으로 분류되는 현상을 사전에 검출하여 인명사고 및 재산피해를 예방하는 화재감지 기능을 갖는 분전반, 전동기제어반을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 화재감지 기능을 갖는 분전반, 전동기제어반은, 외부와 격리하고 보호하는 역할을 수행하는 케이스, 상기 케이스 내에 위치하여 각종 부품이 실제로 실장되는 베이스판을 구비한 분전반, 전동기제어반에 있어서, 상기 베이스판 내에 위치하여 분전반, 전동기제어반의 내부 또는 외부에서의 불꽃을 감지하여 그에 상응한 데이터 신호(불꽃에 대한 펄스 지속시간과 펄스 횟수)를 출력하는 불꽃센서모듈, 상기 베이스판 내에 위치하여 연기발생 감지시 연기농도에 따른 적외선 입사량에 따라 선형적으로 가변되는 전압을 출력하는 연기센서모듈, 상기 베이스판 내에 위치하여 가스발생 감지시 일산화탄소(CO) 농도에 따른 적외선 입사량에 따라 선형적으로 변화하는 특성을 이용하여 가스농도를 검출하여 출력하는 가스센서모듈, 상기 베이스판 내에 위치하여 피 측정물체로부터 측정된 온도데이터, 측정 온도와 기준 온도의 차에 대한 데이터를 출력하는 온도센서모듈 및 상기 불꽃센서모듈, 연기센서모듈, 가스센서모듈 및 온도센서모듈에서 출력한 데이터를 입력받아 종합적으로 진단하고, 그 진단결과 불꽃 방전 횟수가 2초 이내에 5회 이상 발생 시, 불꽃 발생 지속 시간이 4초 이상 계속 될 시, 기준 값을 초과하는 연기농도, CO가스농도의 레벨이 10%이상 상승, 접촉온도가 주위 온도보다 2배 이상 차이가 발생 및 온도센서 이상 여부 중 어느 한 항목이라도 해당되는 경우에 그에 따른 조치를 취하도록 관리자에게 표시 및 경고음을 출력하는 진단제어수단을 포함한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 화재감지 기능을 갖는 분전반, 전동기제어반에 의하면, 분전반, 전동기제어반 내,외부에서 화재 초기의 온도, 가스농도, 불꽃 및 연기 발생 여부를 별도로 검출함으로써 전기화재가 확대되기 전에 전기화재 원인으로 분류되는 현상을 사전에 검출하여 인명사고 및 재산피해를 예방한다는 효과가 얻어진다.

도 1(a)는 본 발명의 실시예에 따른 분전반의 구성을 간략하게 보인 예시도이고, 도 1(b)는 본 발명의 실시예에 따른 전동기제어반의 구성을 간략하게 보인 예시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 불꽃센서모듈의 구성을 간략하게 보인 블록도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 불꽃센서에서 검출한 데이터신호로부터 불꽃 발생 여부를 산출하는 흐름도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 불꽃 발생시 경보 신호를 발생하는 과정을 보인 흐름도.
도 5는 도 2에서 불꽃센서부의 구성을 간략하게 보인 예시도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 불꽃센서모듈의 자기진단 과정을 보인 흐름도.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 연기센서모듈의 구성을 간략하게 보인 예시도.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 연기검출 결과에 의한 진단 과정을 보인 흐름도.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 가스센서모듈의 구성을 간략하게 보인 블록도.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 가스농도 검출구간에서의 화재경보시점을 보인 그래프.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 비접촉식 적외선 온도센서모듈의 구성을 보인 예시도.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 온도검출 결과에 의한 진단 과정을 보인 흐름도.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 이상 온도 상승 시 경보 신호를 발생하는 과정을 보인 흐름도.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직 한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 또한, 본 발명을 설명하 는데 있어서 동일 부분은 동일 부호를 붙이고, 그 반복 설명은 생략한다.

도 1(a)와 도 1(b)에 도시된 바와 같이 분전반 및 전동기제어반은 케이스(110), 베이스판(120), 불꽃센서모듈(210), 연기센서모듈(220), 가스센서모듈(230), 온도센서모듈(240), 주차단기(311), 보조차단기(312), 제1,2 부스바(321, 322), 및 진단제어부(400)를 포함한다.

상기 주차단기(311)는 인입선(10)에 입력단(331a)이 연결되고, 출력단(332a) 이 제1 부스바(321)에 연결되며, 상기 보조차단기(312)는 입력단(332b)이 제2 부스 바(322)에 의해 상기 제1 부스바(321)와 연결되고, 출력단(331b)은 옥내배선과 연결된다. 아울러 상기 제1 부스바(321)의 종단은 부스바 고정대(324)에 의해 고정된다. 여기서 상기 주차단기(311) 또는 보조차단기(312)는 복수로 구비될 수 있으며, 도 1(a)의 분전반에서는 부스바가 2개의 부스바로 구성된 예를 도시하였으나, 3개 이상의 부스바로 구성될 수 있다. 또한, 도 1(b)의 전동기제어반에서는 보조차단기가 2개의 유니트로 구성된 예를 도시하였으나 3개 이상의 유니트로 구성될 수 있으며, 도시된 바에 의해 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

상기 불꽃센서모듈(210)은 분전반 및 전동기제어반의 내부 또는 외부에서의 불꽃을 감지하여 그에 상응한 데이터 신호(불꽃에 대한 펄스 지속시간과 펄스 횟수)를 출력한다.

상기 연기센서모듈(220)은 연기발생 감지 시 연기농도에 따른 적외선 입사량에 따라 선형적으로 가변되는 전압을 출력한다.

삭제

상기 가스센서모듈(230)은 가스발생 감지 시 일산화탄소(CO) 농도에 따른 적외선 입사량에 따라 선형적으로 변화하는 특성을 이용하여 가스농도를 검출하여 출력한다.

상기 온도센서모듈(240)은 피 측정물체로부터 측정된 온도데이터, 측정 온도 와 기준온도의 차에 대한 데이터를 출력한다.

상기 진단제어부(400)는 상기 불꽃센서모듈, 연기센서모듈, 가스센서모듈 및 온도센서모듈에서 출력한 데이터를 입력받아 종합적으로 진단하고, 그 진단결과 불 꽃 방전 횟수가 2초 이내에 5회 이상 발생 시, 불꽃발생 지속 시간이 4초 이상 계속될 시, 기준 값을 초과하는 연기농도, CO가스농도의 레벨이 10%이상 상승, 접촉 온도가 주위 온도보다 2배 이상 차이가 발생 및 온도센서 이상 여부 중 어느 한 항목이라도 해당되는 경우에 그에 따른 조치를 취하도록 관리자에게 표시 및 경고음을 출력한다.

이와 같이 구성한 본 발명에 따른 실시예의 동작 과정을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

삭제

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 불꽃센서모듈의 구성을 간략하게 보인 블록도이다.

삭제

일반적으로 불꽃은 300 ~ 1100nm 가시광선과 자외선 파장영역으로 분포되어있어, 본 발명에서는 가시광선 영역파장을 제거하고 자외선 영역마다 파장 대역을 검출하여 불꽃을 검출한다.

삭제

도 2에 도시한 바와 같이 불꽃 센서부(211)로부터 검출되는 신호로부터 기준 레벨을 초과하는 신호가 검출되면 화재가능성이 크기 때문에, 그 위험도가 미리 정해진 경보 레벨을 초과하는 경우 불꽃 발생으로 인한 경보 및 차단 신호를 생성하도록 하였다.

삭제

먼저, DC-DC 변환기(212)에서는 전압조정기(213)에서 출력된 DC 5V를 DC 400V로 승압하여 상기 불꽃 센서(TR 형태)의 애노드에 걸리게 한다.

이때, 분전반 및 전동기제어반의 접촉부에서 접촉불량으로 인한 불꽃이 발생할 경우, 상기 불꽃 센서부(211)의 불꽃 센서(미도시)가 이를 감지하여 캐소드를 활성화시켜 불꽃 센서의 양극과 음극사이에 고압의 전압(DC 400V)이 방전하도록 한다. 이때 방전펄스는 신호처리부(214)로 입력되어 펄스레벨과 타이밍제어를 통해 신호발생부(215)에서 지속시간과 펄스횟수의 요소를 포함한 데이터 신호를 출력하게 된다.

상기 신호발생부(215)에서 출력한 데이터 신호는 진단제어부(400)로 입력되는데, 도 3에 도시한 바와 같이 상기 진단제어부(400)는 불꽃에 대한 펄스 발생횟수, 펄스 지속시간, 펄스 피크 값, 평균 값, 첨도, 표준편차 등을 산출하여 기 설정한 경보 레벨을 초과하는 경우 불꽃 발생으로 인한 경보 및 차단 신호를 생성한다(S100 ~ S170).

삭제

이때, 상기 불꽃 펄스 첨도, 불꽃 펄스 표준 편차에 대한 산출 과정은 다음과 같다.

삭제

먼저, 상기 단계 S120에서 불꽃 펄스 첨도 산출은 [수학식 1]을 통해 불꽃 펄스 발생 분포의 모양의 뾰족한 정도를 산출한다.

삭제

[수학식 1]

예를 들어,

인 경우에는 분포가 종 모양인 경우이고,

인 경우에 는 분포가 더 뾰족한 경우이다.

또한, 상기 단계 S150에서 불꽃 펄스 표준 편차 산출은 [수학식 2]를 통해 산출하는 것으로, 100 msec 간격으로 4번 정도의 불꽃 펄스 피크 값들을 메모리에 저장해 놓고 약 500 msec 마다 표준 편차를 산출한다.

[수학식 2]

상기 [수학식 2]에 따른 표준 편차값에 의해 4번의 불꽃 펄스 피크 값들이 평균값에서 S 만큼 떨어져 있음을 알 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 불꽃 발생 시 경보 신호를 발생하는 과정을 보인 흐름도이다.

도 4에 도시한 바와 같이 경보를 발하는 경우는 3가지의 경우로서, 불꽃 방 전 횟수가 2초 이내에 5회 이상 발생 시(S200), 불꽃발생 지속 시간이 4초 이상 계 속 될 시(S210)에 경보 발생에 따른 조치 사항을 아래와 같이 행한다.

먼저, 엘이디(LED)를 0.5초 간격으로 점멸, 수동으로 시스템 리셋하기 전까지 계속 점멸하고 있는다(S220). 이후 MOD-BUS 통신으로 원격 모니터링 장치로 경보 발생 내역의 데이터를 전송한다(S230).

한편, 도 5는 도 2에서 불꽃센서부의 구성을 간략하게 보인 예시도이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 불꽃센서모듈의 자기진단 과정을 보인 흐름도이다. 상기, 도 5 내지 도 6에 도시한 바와 같이 불꽃센서모듈(210)은 자기진단 기능을 통해 불꽃센서모듈(210)의 일부분인 펄스트랜스의 전압을 주기적으로 검사하여(S300) 최저 방전 개시전압 이하로 떨어질 때(S310 ~ S330) 또는 홀 센서 출력이'0'이하로 떨어질 때(S340 ~ S370)는 불꽃센서모듈(210)에 대한 자외선 영역검출의정확도가 저하되기 때문에 이 상태를 진단함으로써 불꽃센서모듈(210)의 검출성능을 테스트한다.

이에 따라, 도 5에 도시한 바와 같이 불꽃센서의 애노드(anode)로 공급되는 고압신호를 슈미트 트리거의 발진회로를 이용하여 발생시킨다. 발진회로의 펄스폭 은 약 52Ms로 하며, 2차 슈미트 트리거 IC를 이용하여 파형정형한 후 DUTY 폭은 8:2로 하여 초크트랜스의 2차측의 전압을 약 350V로 증폭한 후 검파하여 자외선 센 서(UV-TRON)의 애노드측으로 공급한다. 초크트랜스의 1차측에 드라이브 펄스는 슈미트 로직에 의해 파형정형 후 불꽃센서의 드라이브 TR의 손상에 따른 불량을 검사하게 된다.

이때, 실제 불꽃이 발생하여 불꽃발생 신호가 입력되면 입력된 신호를 슈미트 트리거로직으로 구성된 IC로 입력하여 파형을 로직화한 후 진단제어부(400)로 입력시킨다.

삭제

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 연기센서모듈의 구성을 보인 예시도이고, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 연기검출에 따른 진단 과정을 보인 흐름도이다.

본 발명의 연기센서는 연소생성물인 열, 연기 및 불꽃을 감지하여 화재를 경 보하는 방식으로서, 비화재보 및 화재의 조기 감지에 따른 초동 대처 어려움과 천 천히 발생하는 화재연기에 대한 신뢰성 있는 감지를 위해 먼지, 습기 및 온도 등의 변화 등만으로는 동작되지 않는 것을 방지하기 위해 비분산 적외선 방식의 가스와 연기를 검출하는 방식을 채용한다.

상기 비분산적외선 방식의 연기센서는 다원자 분자 기체의 특정 파장의 적외선 흡수 특성을 이용하여 가스 및 연기 농도에 대한 해당 파장의 적외선 흡수율을측정하고 농도로 환산하는 방식으로서, 타 가스에 영향을 받지 않을 뿐만 아니라 높은 정밀성과 정확성 및 긴 수명을 갖는 측정 신뢰도가 높은 방식이다.

상기 비분산적외선 방식은 각 연기센서의 응답시간을 고려하여 연기의 발생시점 이후 일정한 시간 간격(step)에 대한 농도 증가량의 기울기를 구하여 분전반 및 전동기제어반의 전기화재를 검출한다.

상기, 도 7 및 도 8에 도시한 바와 같이 연기센서의 출력전압은 저항분배방식을 이용하여 연기농도에 따른 적외선 입사량에 따라 선형적으로 변화하도록 가변저항기(Vr)와 직렬로 연결하여 출력을 얻는데, 이 출력전압은 진단제어부(400)로 전송된다.

상기 진단제어부(400)는 연기 농도가 증가하기 시작하여 사전에 설정한 농도를 초과할 경우, 초기 농도를 기준 값으로 일정한 시간 간격으로 각각의 연기 농도의 기울기를 산출하고(S410), 기준농도 기울기를 초과하면(S420) 각각의 시간간격 에 대한 표준편차를 구하여(S430) 기준값과 비교한 후 화재발생 진행상태를 판단하게 된다(S440 ~ S450).

상기 연기센서에서 검출한 연기농도와 출력전압은 [표 1]에서와 같이 선형관 계를 보여준다.

[표 1]

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 가스센서모듈의 구성을 간략하게 보인 블록도이고, 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 가스농도 검출구간에서의 화재경보시점을 보인 그래프이다.

일반적으로 분전반 및 전동기제어반 내부에서 차단기와 개폐기의 단자대는 주로 에폭시몰드와폴리에틸렌 등으로 구성되어 있고, 케이블은 주로 폴리에틸렌 수지로 구성되어 있다. 국부과열로 인한 연소 시에 에틸렌 가스와 일산화탄소(이하'CO'라 함)가 주로 발생하는데, 화재 발생 시 CO의 경우 내부 온도상승보다 빠르게 증가하는 것으로 나타나, 분전반 및 전동기제어반 내부에서 발생하는 화재의 징후인 가스검출 즉, CO를 사전에 검출하여 감시하고 관리하면 분전반이나 전동기제어반과 같은 공간에서 발생할 수 있는 전기화재를 사전에 예방이 가능하다.

상기 도 9에 도시한 바와 같이 연소가 초기에 개시되어 화염이 발생하지 않은 상태에서 다량의 연기와 불완전 연소도 진행되며 CO가 다량 발생하면, 비분산적외선 방식의 가스센서모듈(220)의 가스센서(231)는 가스농도에 의한 적외선 흡수량이 선형적으로 변화하는 특성을 이용하여 가스농도를 검출한다. CO가스농도에 의

한 미세한 출력신호를 신호증폭부(232)에서 증폭하고 이를 A/D변환부(233)에서 디지털 신호로 변환하여 신호처리부(234)에서 CO가스농도의 값을 얻어 상기 진단제어부(400)로 출력한다.

삭제

이때, 상기 연소는 도 10에 도시한 바와 같이 분전반 및 전동기제어반의 에폭시 몰드 절연재의 연소가 개시될 경우 다량의 연기와 함께 화염이 발생하지 않은 상태에서는 연소 온도가 낮아 불완전 연소로 인한 CO가 다량 발생하여 점차 확대되어 연기, CO도 이와 비례하여 기하급수적으로 발생하는데, 연소가 정점에 도달하면 연소의 규모가 가장 크며 화염과 더불어 가장 많은 CO 가스가 발생하고, 연소 후 재의 생성도 정점에 도달한다. 이와 같은 연소 과정과 화염 발생 등의 성장 곡선은 일정한 패턴을 가진다.

상기 화염이 발생한 이후 연소도 확대되다 연소의 규모가 점차 작아지고 화염이 소멸되며, CO가스도 점차 축소되고 다량의 재가 생성되어 연소의 증가 속도는 서서히 감소하게 되는데, 화염이 소멸된 이후 잔여 열에 의해 연소가 진행되다 더 이상의 연소 확대가 없을 경우 CO 가스의 생성량은 자연 감소의 패턴인 지수 함수적으로 감소하게 된다.

한편, 상기 진단제어부(400)는 가스농도의 레벨이 10%이상 상승하는 경우 바로 화재의 위험성을 인식하여 경보를 발령한다.

도 11은 본 발명의 실시예에 따른 비접촉식 적외선 온도센서모듈의 구성을 보인 예시도이다.

상기 도 11에 도시한 바와 같이 비접촉식 적외선 온도센서모듈(240)은 -30℃ ~ +500℃ 까지 피사체의 온도를 측정할 수 있는 적외선 온도센서(U2)에 기준 출력(1.225Vdc)과 측정된 온도계수에 따라 온도에 비례하는 아날로그 출력을 내보내는 회로와 연결된다. 이때 온도 감도(TEMPRATURE SENSITIVITY)는 15mV/℃이다.

상기 적외선 센서(U2)에서 출력되는 신호는 전압신호로서 직류전원라인에 중첩시켜 신호를 전송할 수 없기 때문에 적외선 온도센서의 전압신호를 주파수로 변환하고, 전원라인에 캐리어를 실어 2가닥으로 전송하는 방법을 구현하였다.

즉, 피 측정물체로부터 측정된 적외선 온도센서의 온도데이터는 전압-주파수변환기(미도시)에서 센서데이터 입력레벨에 맞는 주파수로 변환되어 C1을 통해 정전류원으로 들어오는 전원라인에 더해진다. 공급되어진 전원은 내부의 전원공급부에서 +5V의 정전압원으로 적외선 온도센서와 전압-주파수 변환기의 전원으로 공급되게 된다.

상기 전압-주파수 변환기는 측정입력전압 Vdc를 주파수로 변환 출력하는 회로로서, 1Hz ~ 10KHz의 범위로 동작하는데, 발진주파수 출력은 다음과 같이 구한다.

상기 전압-주파수 변환기의 출력은 측정용 Vdc 입력단자로 입력되는 값에 따라 문턱값에 각각 비교전압 출력과 변환주파수 출력 그리고 전류출력으로 출력된다. 이때 주파수출력 이득의 설정을 위해 R4, VR5를 사용하고, 허용오차 조정을 위해 R1, C2, R2를 사용한다.

상기 피 측정물체로부터 측정된 비접촉식 적외선 온도센서(U2)의 온도출력레벨(AOT)은 소자 U1으로 입력되며, U2의 AOR(REFERNCE LEVEL)과 비교하여 출력 차에대한 레벨에 대해 주파수 변환이 이루어진다.

상기 소자 U1의 단자 F-OUT으로 출력된 변환된 주파수는 Q1에서 임피던스 변환이 이루어진 후 C5를 통해 정전류원 소스의 입력 접속점 J1으로 연결되어 전원라인에 주파수신호를 출력하게 된다.

상기 각부의 전원공급은 J1에서 입력된 전류원 소스를 정전압 소스(+5V)로 변환하여 각부의 전원으로 공급하게 된다.

상기 정전류원 소스 J1으로 출력된 변환주파수는 도 12에 도시한 바와 같이 진단제어부(400)에서 주파수신호측만 분리하여 증폭한 후, 주파수를 다시 전압신호로 변환해주는 F-V 변환기(미도시)에 의해 DC전압신호로 변환 후 측정온도로 표시 되게 된다.

이때, 부스바, 접속부 및 단자대의 온도를 1초 간격의 주기로 읽어 접촉온도를 표시하고, 주위온도와의 관계를 이용하여 온도상승한도를 산출한 후, 허용온도 상승한도를 초과하는지의 여부를 검출하여 온도과열에 의한 화재 가능성을 감지하게 된다.

또한, 정해진 설정주기마다 온도 기울기를 산출함으로써 급격한 온도상승이 기준값 보다 현저하게 증가하는 경우도 분전반 및 전동기제어반의 화재상태를 검출하여 경보 및 차단 신호를 발생시킨다.

도 13은 본 발명의 실시예에 따른 이상 온도 상승시 경보 신호를 발생하는 과정을 보인 흐름도이다.

도 13에 도시한 바와 같이 경보를 발하는 경우에는 온도상승이 발생 시 온도기울기가 기준값보다 증가여부에 따른 과정(S610, S620) 또는 접촉온도가 주위 온도보다 2배 이상 차이가 발생하고 4초 이상 그 차가 유지되는가의 여부에 따른 과정(S640 ~ S660) 중 어느 하나를 수행하여 그에 경보 발생에 따른 조치 사항을 아래와 같이 행한다.

먼저, 엘이디(LED)를 0.5초 간격으로 점멸, 수동으로 시스템 리셋하기 전까 지 계속 점멸하고, MOD-BUS 통신으로 원격 모니터링 장치로 경보 발생 내역의 데이터를 전송한다(S630).

또한, 상기 온도센서모듈(240)은 자기진단 기능을 가지고 있는데, 온도센서 모듈이 정상적인 센서 기능을 수행하고 있는지의 여부를 판단하기 위해서 진단제어부(400)에서 RS-485 통신프로토콜에 별도의 센서모듈 자기진단용 기능 코드(Function Code)를 실어 센서모듈에 대한 고장유무의 상태를 스스로 진단하도록 한다.

즉, 상기 진단제어부(400)는 요청모드(REQUEST Mode)에서 온도센서모듈(접촉 온도센서와 주위 온도센서)로 자가진단 기능 코드(예를 들어 접촉부 온도센서 자기 진단 기능 코드, 주위 온도센서 자기진단 기능 코드)를 전송한다.

이에 따라 상기 온도센서모듈(240)에서 접촉온도 센서 이상 유 기능 코드(예 를 들어 0x15) 또는 접촉온도 센서 이상 무 기능 코드(예를 들어 0x15) 또는 주위 온도 센서 이상 유 기능 코드(예를 들어 0x4F) 또는 주위온도 센서 이상 무 기능 코드(예를 들어 0x45) 중 적어도 어느 하나를 진단제어부(400)로 전송한다.

한편, 상기 진단제어부(400)는 불꽃센서모듈(210), 가스센서모듈(220), 연기 센서모듈(230), 온도센서모듈(240)에서 보내는 데이터인 불꽃에 대한 펄스 지속시 간과 펄스 횟수 및 불꽃센서 고장여부, 연기 농도, 일산화탄소의 검출량, 급격한 온도상승 및 온도센서 고장여부 등을 종합적으로 진단한다.

여기서 종합적으로 진단 한다 함은, 그 진단결과 불꽃 방전 횟수가 설정된 시간이내에 설정된 회수 이상 발생 시, 불꽃발생 지속 시간이 설정된 시간 이상 계 속 될 시, 설정값 이상의 기준값을 초과하는 연기농도, 설정레벨이상으로 CO가스농 도의 레벨이 상승, 접촉온도가 주위 온도보다 설정 범위 이상으로 차이가 발생 및 온도센서 이상 여부 중 어느 한 항목이라도 해당되는 경우이며, 본 발명의 최적의 설정조건의 일예를 적용하여 보면, 그 진단결과 불꽃 방전 횟수가 2초 이내에 5회 이상 발생 시, 불꽃발생 지속시간이 4초 이상 계속 될 시, 기준값을 초과하는 연기농도, CO가스농도의 레벨이10%이상 상승, 접촉온도가 주위 온도보다 2배 이상 차이가 발생 및 온도센서 이상여부 중 어느 한 항목이라도 해당되는 경우에 그에 따른 조치를 취하도록 관리자에게 표시 및 경고음을 출력한다.

삭제

상기에서 본 발명실시의 최적상태를 나타내는 조건을 "불꽃 방전 횟수가 2 초 이내에 5회 이상 발생 시, 불꽃발생 지속 시간이 4초 이상 계속 될 시, 기준값 을 초과하는 연기농도, CO가스농도의 레벨이 10%이상 상승, 접촉온도가 주위 온도보다 2배 이상 차이" 라는 설정 조건을 한정하였으나 여기서 설정된 조건은 사용상태 및 본 발명의 실시자가 설계조건에 따라 설정조건을 변경할 수 있다.

예를 들어, [표 2]에 나타낸 바와 같이 불꽃방전 횟수가 2초 이내에 5회 이 상이고, 접촉온도와 주위온도차가 2배 이상나는 경우(불꽃, 온도센서는 정상)에는 적색경보 및 전체 분기 회로 차단 또는 화재상태경보(연속음) 및 모든 점멸등 가동 및 분전반 및 전동기제어반으로 공급되는 전원회로차단을 실행한다.

만약, 감지한 연기농도가 200 ppm이고, 불꽃센서가 비정상(온도센서는 정상)인 경우에는 수리경보와 동시에 화재 가능성이 있음을 알리는 점멸경보를 실행한다.

[표 2]

<사전에 설정된 각각의 조건 테이블 예시>

상기 표2의 조건 테이블은 본 발명의 한 실시예를 제시한 것으로 각각 센서에서 입력되는 설정값 및 조건 테이블은 실제 사용조건에 적합하게 본 발명 실시자에 의하여 설정 변경 될 수 있음은 자명하다 할 것이다.

이상, 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

110 : 케이스 120 : 베이스판
210 : 불꽃센서모듈 220 : 연기센서모듈
230 : 가스센서모듈 240 : 온도센서모듈
311 : 주차단기 312 : 보조차단기
321, 322 : 제1,2 부스바 400 : 진단제어부
311 : 주차단기 312 : 보조차단기
324 : 부스바 고정대

Claims

외부와 격리하고 보호하는 역할을 수행하는 케이스, 상기 케이스 내에 위치하여 각종 부품이 실제로 실장되는 베이스판을 구비한 분전반에 있어서,
상기 베이스판 내에 위치하여 분전반의 내부 또는 외부에서의 불꽃을 감지하여 그에 상응한 데이터 신호(불꽃에 대한 펄스 지속시간과 펄스 횟수)를 출력하는 불꽃센서모듈,
상기 베이스판 내에 위치하여 연기발생 감지시 연기농도에 따른 적외선 입사량에 따라 선형적으로 가변되는 전압을 출력하는 연기센서모듈,
상기 베이스판 내에 위치하여 가스발생 감지시 일산화탄소(CO) 농도에 따른적외선 입사량에 따라 선형적으로 변화하는 특성을 이용하여 가스농도를 검출하여출력하는 가스센서모듈,
상기 베이스판 내에 위치하여 피 측정물체로부터 측정된 온도데이터, 측정 온도와 기준온도의 차에 대한 데이터를 출력하는 온도센서모듈 및
상기 불꽃센서모듈, 연기센서모듈, 가스센서모듈 및 온도센서모듈에서 출력 한 데이터를 입력받아 종합적으로 진단하고, 그 진단결과 불꽃 방전 횟수가 정하여진 불꽃 펄스 발생분포 모양의 뾰족한 정도로 설정된 시간 이내에 설정된 횟수 이상 발생인지 여부, 정하여진 불꽃 펄스 발생분포 모양의 뾰족한 정도로 불꽃발생 지속 시간이 설정된 시간 이상 계속 되는지 여부, 기준값을 초과하는 연기농도 인지 여부, CO가스농도의 레벨이 설정된 레벨이상 상승인지 여부, 접촉온도가 주위 온도보다 설정된 범위 이상 차이가 발생하는지 여부 및 온도센서 이상 여부 중 각각의 항목에 해당하는 조건이 사전에 설정된 각각의 조건을 만족하는 경우에 해당하는 조치를 취하도록 관리자에게 표시 및 경고음을 출력하는 진단제어수단을 포함하는 화재감지 기능을 갖는 분전반.
제1항에 있어서,
상기 진단제어수단은 [수학식 1]을 통해 불꽃 펄스 발생분포 모양의 뾰족한정도를 산출하는 것을 특징으로 하는 화재감지 기능을 갖는 분전반.
[수학식 1]
제2항에 있어서,
상기 진단제어수단은 [수학식 2]를 통해 검출한 불꽃 펄스 피크 값이 평균값에서 얼마만큼 떨어져 있는가를 판단하기 위한 표준편차를 더 산출하는 것을 특징으로 하는 화재감지 기능을 갖는 분전반.
[수학식 2]
제1항에 있어서,
상기 불꽃센서모듈은 내부의 펄스 트랜스 전압이 최저 방전 개시전압 이하로떨어질 때 또는 CT 전류값이 '0'이하로 떨어질 때를 진단하는 자기진단기능을 더포함하는 것을 특징으로 하는 화재감지 기능을 갖는 분전반.
제1항에 있어서,
상기 온도센서모듈은 상기 진단제어수단으로부터 자가진단 기능 코드를 전송받으면 정상적인 센서 기능을 수행하고 있는지의 여부를 판단하여 그에 대한 응답신호를 전송하는 자기진단기능을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화재감지 기능을갖는 분전반.
제5항에 있어서,
상기 응답신호는 접촉온도 센서 이상 유 기능 코드 또는 접촉온도 센서 이상무 기능 코드 또는 주위온도 센서 이상 유 기능 코드 또는 주위온도 센서 이상 무기능 코드 중 적어도 어느 하나를 진단제어부로 전송하는 것을 특징으로 하는 화재감지 기능을 갖는 분전반.
외부와 격리하고 보호하는 역할을 수행하는 케이스, 상기 케이스 내에 위치하여 각종 부품이 실제로 실장되는 베이스판을 구비한 전동기제어반에 있어서,
상기 베이스판 내에 위치하여 전동기 제어반의 내부 또는 외부에서의 불꽃을 감지하여 그에 상응한 데이터 신호(불꽃에 대한 펄스 지속시간과 펄스 횟수)를 출력하는 불꽃센서모듈,
상기 베이스판 내에 위치하여 연기발생 감지시 연기농도에 따른 적외선 입사량에 따라 선형적으로 가변되는 전압을 출력하는 연기센서모듈,
상기 베이스판 내에 위치하여 가스발생 감지시 일산화탄소(CO) 농도에 따른적외선 입사량에 따라 선형적으로 변화하는 특성을 이용하여 가스농도를 검출하여출력하는 가스센서모듈,
상기 베이스판 내에 위치하여 피 측정물체로부터 측정된 온도데이터, 측정 온도와 기준온도의 차에 대한 데이터를 출력하는 온도센서모듈 및
상기 불꽃센서모듈, 연기센서모듈, 가스센서모듈 및 온도센서모듈에서 출력 한 데이터를 입력받아 종합적으로 진단하고, 그 진단결과 불꽃 방전 횟수가 정하여진 불꽃 펄스 발생분포 모양의 뾰족한 정도로 설정된 시간 이내에 설정된 횟수 이상 발생인지 여부, 정하여진 불꽃 펄스 발생분포 모양의 뾰족한 정도로 불꽃발생 지속 시간이 설정된 시간 이상 계속 되는지 여부, 기준값을 초과하는 연기농도 인지 여부, CO가스농도의 레벨이 설정된 레벨이상 상승인지 여부, 접촉온도가 주위 온도보다 설정된 범위 이상 차이가 발생하는지 여부 및 온도센서 이상 여부 중 각각의 항목에 해당하는 조건이 사전에 설정된 각각의 조건을 만족하는 경우에 해당하는 조치를 취하도록 관리자에게 표시 및 경고음을 출력하는 진단제어수단을 포함하는 화재감지 기능을 갖는 전동기제어반.
제7항에 있어서,
상기 진단제어수단은 [수학식 1]을 통해 불꽃 펄스 발생분포 모양의 뾰족한정도를 산출하는 것을 특징으로 하는 화재감지 기능을 갖는 전동기제어반.
[수학식 1]
제8항에 있어서,
상기 진단제어수단은 [수학식 2]를 통해 검출한 불꽃 펄스 피크 값이 평균값에서 얼마만큼 떨어져 있는가를 판단하기 위한 표준편차를 더 산출하는 것을 특징으로 하는 화재감지 기능을 갖는 전동기제어반.
[수학식 2]
제7항에 있어서,
상기 불꽃센서모듈은 내부의 펄스 트랜스 전압이 최저 방전 개시전압 이하로떨어질 때 또는 CT 전류값이 '0'이하로 떨어질 때를 진단하는 자기진단기능을 더포함하는 것을 특징으로 하는 화재감지 기능을 갖는 전동기제어반.
제7항에 있어서,
상기 온도센서모듈은 상기 진단제어수단으로부터 자가진단 기능 코드를 전송받으면 정상적인 센서 기능을 수행하고 있는지의 여부를 판단하여 그에 대한 응답신호를 전송하는 자기진단기능을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화재감지 기능을갖는 전동기제어반.
제11항에 있어서,
상기 응답신호는 접촉온도 센서 이상 유 기능 코드 또는 접촉온도 센서 이상무 기능 코드 또는 주위온도 센서 이상 유 기능 코드 또는 주위온도 센서 이상 무기능 코드 중 적어도 어느 하나를 진단제어부로 전송하는 것을 특징으로 하는 화재감지 기능을 갖는 전동기제어반.