KR101481646B1 - 수배전반 시스템 및 이의 제어 방법 - Google Patents

수배전반 시스템 및 이의 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수배전반 시스템의 이상 상태를 검출할 수 있는 수배전반 시스템 및 이의 제어 방법에 관한 것으로서, 이상 상태 구현 제어 신호를 인가받아 수배전반에서 발생될 수 있는 이상 상태를 가상으로 구현할 수 있는 가상 이상 상태 구현 모듈; 상기 이상 상태를 감지하여 이상 감지 신호를 출력할 수 있는 센서 모듈; 및 상기 센서 모듈로부터 상기 이상 감지 신호를 인가받아 상기 센서 모듈의 정상 작동 여부를 확인할 수 있는 제어 모듈;을 포함할 수 있다.

Description

수배전반 시스템 및 이의 제어 방법{Incoming and distribution panel system and its control method}
본 발명은 수배전반 시스템 및 이의 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 수배전반 시스템의 이상 상태를 검출할 수 있는 수배전반 시스템 및 이의 제어 방법에 관한 것이다.
전력수요의 증가에 따른 전력설비의 용량과 대수가 급속도로 증가하고 있으나 정전, 고장 등에 따른 인명피해 및 경제적 손실도 또한 증가하고 있는 실정이다.
수배전반은 수배전에 필요한 각종 차단기, 변류기, 변압기, 제어 개폐기, 계전기 등으로 구성된다. 수배전반에 고장이 발생하면 수리하거나 교체하는데 많은 시간이 소요되며 이에 따른 피해가 크기 때문에 고장 발생 전에 교체 하거나 고장이 나더라도 피해를 최소화할 수 있어야 한다.
수배전반 계통에 문제가 발생할 경우 이의 확산을 방지할 수 있는 제어장치는 많이 고안되어 있지만 고장이나 문제가 발생하기 전에 미리 감지할 수 있는 방법은 용이하지 않다. 수배전반의 고장 및 파손은 화재의 경우 전기적인 요인으로서 전기적인 아크 및 단락이 차지하는 비율이 매우 크며 이러한 전기적 요인은 절연열화, 접촉불량, 트래킹 등이 있다. 보다 상세하게는 수배전반의 수명은 절연재료 서지 및 개폐서지의 이상전압, 외부단락의 전기적, 기계적 스트레스에 의한 열화, 과부화로 인한 열적 열화에 의해 좌우된다.
특히 코로나 및 아크에 발생하는 부분방전은 발생초기에는 전류 및 방전 전하량이 크지 않아 큰 문제가 되지 않지만 이러한 현상이 지속될 경우 절연성능이 저하되어 수배전반의 파손 및 고장으로 이어질 수 있기 때문에 열화초기에 이러한 부분방전을 신속하게 검출할 수 있는 기술 개발이 필요하다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 센서 모듈의 정상 작동 여부를 확인할 수 있고, 배열형 압전소자 어레이를 이용하여 제작된 초음파 센서는 기존의 하나의 압전소자를 이용하는 초음파 센서보다 감도 면에서 우수할 뿐만 아니라 임의의 압전 소자가 열화 되더라도 열화 되지 않은 나머지 압전 소자들에 의해 센서의 성능이 유지될 수 있으며, 압전 소자의 음향임피던스를 감소시키고 압전변형상수 등과 같은 압전 특성을 향상시킬 수 있게 하는 수배전반 시스템 및 이의 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 수배전반 시스템은, 이상 상태 구현 제어 신호를 인가받아 수배전반에서 발생될 수 있는 이상 상태를 가상으로 구현할 수 있는 가상 이상 상태 구현 모듈; 상기 이상 상태를 감지하여 이상 감지 신호를 출력할 수 있는 센서 모듈; 및 상기 센서 모듈로부터 상기 이상 감지 신호를 인가받아 상기 센서 모듈의 정상 작동 여부를 확인할 수 있는 제어 모듈;을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 가상 이상 상태 구현 모듈은, 부분 방전(PD: Partial Discharge)시 발생될 수 있는 대역의 초음파를 발생시키는 초음파 발생기를 포함하고, 상기 센서 모듈은, 상기 초음파를 감지하는 초음파 센서를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 초음파 센서는, 복수개의 기둥 형태의 압전 소자들이 매트릭스 배열되는 압전 소자 어레이; 상기 압전 소자들 사이에 충전되는 절연성 충전물; 상기 충전물 상면에 설치되고, 상기 압전 소자들의 상부 전극들과 각각 전기적으로 연결되는 제 1 전극층; 및 상기 충전물의 하면에 설치되고, 상기 압전 소자들의 하부 전극들과 각각 전기적으로 연결되는 제 2 전극층;을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 초음파 센서는, 상기 제 1 전극층의 상방에 설치되는 전면정합층; 상기 제 2 전극층의 하방에 설치되는 후면정합층; 상기 제 1 전극층과 전기적으로 연결되고, 감지 신호를 전달하는 신호선; 및 상기 제 2 전극층과 전기적으로 연결되는 접지선;을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 초음파 센서는, 측정 주파수 범위가 100 kHz 내지 2 MHz이고, 상기 전면정합층은, 최대 전달 음향임피던스가 2 MRayL 내지 4 MRayL 이며, 상기 후면정합층은, 공진형인 경우, 최대 전달 음향임피던스가 0 내지 1 MRayL 이고, 대역형인 경우, 최대 전달 음향임피던스가 1 내지 3 MRayL 일 수 있다.
또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 가상 이상 상태 구현 모듈은, 적어도 가상 부분 방전(PD: Partial Discharge) 발생 장치, 가상 이상 온도 상승 장치, 가상 이상 전압 상승 장치, 가상 이상 전류 상승 장치, 가상 가스 누출 장치, 가상 수분 누출 장치, 가상 정전기 발생 장치, 가상 이상 음파 발생 장치, 가상 이상 펄스파 발생 장치, 가상 이상 전자기장 발생 장치, 경광등 및 이들의 조합들 중 어느 하나 이상을 선택하여 이루어지는 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 가상 부분 방전 발생 장치는, 서로 이격되게 설치되는 제 1 전극과 제 2 전극; 및 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에서 방전을 발생되도록 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 고전압을 인가하는 고전압 발생 장치;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 센서 모듈은, 적어도 온도 센서, 적외선 감지 센서, 전압 센서, 전류 센서, 가스 감지 센서, 수분 감지 센서, 정전기 감지 센서, 음파 감지 센서, 펄스파 감지 센서, 전자기장 감지 센서, 카메라 및 이들의 조합들 중 어느 하나 이상을 선택하여 이루어지는 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 제어 모듈은, 상기 이상 상태 구현 제어 신호를 주기적으로 발생시키는 신호 발생부; 상기 신호 발생부에서 발생된 상기 이상 상태 구현 제어 신호의 발신 시간으로부터 상기 센서 모듈에서 인가 받은 상기 이상 감지 신호의 수신 시간까지 걸린 지연 시간을 측정하는 시간 측정부; 및 상기 지연 시간이 기준 범위 이내인 경우, 정상 작동 신호를 출력하고, 상기 지연 시간이 기준 범위를 초과하는 경우, 비정상 오작동 신호를 출력하는 판별부;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 제어 모듈은, 상기 이상 감지 신호의 세기의 변화를 감지하여 센서의 예상 교체 시기를 출력하는 센서 교체 알림부;를 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 수배전반 시스템의 제어 방법은, 가상 이상 상태 구현 모듈을 이용하여 수배전반에서 발생될 수 있는 이상 상태를 가상으로 구현하는 단계; 센서 모듈을 이용하여 상기 이상 상태를 감지하는 단계; 및 제어 모듈을 이용하여 상기 이상 감지 신호를 인가받아 상기 센서 모듈의 정상 작동 여부를 확인하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 센서 모듈의 정상 작동 여부를 확인할 수 있고, 배열형 압전소자 어레이를 이용하여 제작된 초음파 센서는 기존의 하나의 압전소자를 이용하는 초음파 센서보다 감도 면에서 우수할 뿐만 아니라 임의의 압전 소자가 열화 되더라도 열화 되지 않은 나머지 압전 소자들에 의해 센서의 성능이 유지될 수 있으며, 압전 소자의 음향임피던스를 감소시키고 압전변형상수 등과 같은 압전 특성을 향상시킬 수 있고, 부품의 교체 시기를 예측할 수 있는 효과를 갖는 것이다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 수배전반 시스템을 나타내는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일부 다른 실시예들에 따른 수배전반 시스템을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 3은 도 2의 초음파 센서의 일례를 나타내는 부품 분해 사시도이다.
도 4는 도 2의 초음파 센서의 일례를 나타내는 부품 조립 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일부 다른 실시예들에 따른 수배전반 시스템의 가상 이상 상태 구현 모듈의 일례를 나타내는 블록도이다.
도 6은 도 5의 가상 부분 방전 발생 장치의 일례를 나타내는 개념도이다.
도 7은 본 발명의 일부 다른 실시예들에 따른 수배전반 시스템의 센서 모듈의 일례를 나타내는 블록도이다.
도 8은 본 발명의 일부 다른 실시예들에 따른 수배전반 시스템의 제어 모듈의 일례를 나타내는 블록도이다.
도 9는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 수배전반 시스템의 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.
명세서 전체에 걸쳐서, 막, 영역 또는 기판과 같은 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "상에", "연결되어", "적층되어" 또는 "커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 상기 하나의 구성요소가 직접적으로 다른 구성요소 "상에", "연결되어", "적층되어" 또는 "커플링되어" 접촉하거나, 그 사이에 개재되는 또 다른 구성요소들이 존재할 수 있다고 해석될 수 있다. 반면에, 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "직접적으로 상에", "직접 연결되어", 또는 "직접 커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 그 사이에 개재되는 다른 구성요소들이 존재하지 않는다고 해석된다. 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 제 1, 제 2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제 1 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제 2 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
또한, "상의" 또는 "위의" 및 "하의" 또는 "아래의"와 같은 상대적인 용어들은 도면들에서 도해되는 것처럼 다른 요소들에 대한 어떤 요소들의 관계를 기술하기 위해 여기에서 사용될 수 있다. 상대적 용어들은 도면들에서 묘사되는 방향에 추가하여 소자의 다른 방향들을 포함하는 것을 의도한다고 이해될 수 있다. 예를 들어, 도면들에서 소자가 뒤집어 진다면, 다른 요소들의 상부의 면 상에 존재하는 것으로 묘사되는 요소들은 상기 다른 요소들의 하부의 면 상에 방향을 가지게 된다. 그러므로, 예로써 든 "상의"라는 용어는, 도면의 특정한 방향에 의존하여 "하의" 및 "상의" 방향 모두를 포함할 수 있다. 소자가 다른 방향으로 향한다면(다른 방향에 대하여 90도 회전), 본 명세서에 사용되는 상대적인 설명들은 이에 따라 해석될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 수배전반 시스템(100)을 나타내는 개념도이다.
먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 수배전반 시스템(100)은, 크게 가상 이상 상태 구현 모듈(10)과, 센서 모듈(20) 및 제어 모듈(30)을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 가상 이상 상태 구현 모듈(10)은, 이상 상태 구현 제어 신호를 인가받아 수배전반(1)에서 발생될 수 있는 이상 상태를 가상으로 구현할 수 있는 모듈일 수 있다.
또한, 상기 센서 모듈(20)은, 상기 수배전반(1)의 이상 상태를 감지하여 이상 감지 신호를 출력할 수 있는 것은 물론, 상기 가상 이상 상태 구현 모듈(10)을 이용하여 가상으로 구현된 상기 이상 상태를 감지하여 이상 감지 신호를 출력할 수 있는 모듈일 수 있다.
또한, 상기 제어 모듈(30)은, 상기 센서 모듈(20)로부터 상기 이상 감지 신호를 인가받아 정상 작동 여부를 확인할 수 있는 모듈일 수 있다.
따라서, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 수배전반 시스템(100)의 작동 과정을 설명하면, 먼저 상기 가상 이상 상태 구현 모듈(10)을 이용하여 상기 수배전반에서 발생될 수 있는 이상 상태, 즉 정상적인 상기 센서 모듈(20)이 감지할 수 있는 이상 환경, 예컨데, 초음파 발생, 부분 방전, 온도 상승, 전압 상승, 전류 상승, 가스 누출, 수분 누출, 정전기 발생, 이상 음파 발생, 이상 펄스파 발생, 이상 전자기장 발생, 빛 발생 등을 가상으로 구현할 수 있다.
이어서, 상기 센서 모듈(20)을 이용하여 가상으로 구현된 상기 이상 상태를 감지할 수 있다. 이 때, 상기 센서 모듈(20)에서는 상기 이상 환경에 따라 각종 이상 감지 신호가 출력될 수 있다.
이어서, 상기 제어 모듈(30)을 이용하여 상기 이상 감지 신호를 인가받아 상기 이상 감지 신호를 인지하고, 상기 이상 감지 신호가 정상인 경우, 상기 센서 모듈(20)을 정상 상태로 판별하는 등 상기 센서 모듈(20)의 정상 작동 여부를 확인할 수 있다.
그러므로, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 수배전반 시스템(100)에 의하면, 일반적으로 평상시에는 거의 작동을 하지 않기 때문에 정상 작동을 하는 지 여부를 확인하기 어려웠었던 상기 센서 모듈(20)의 정상 작동 여부를 확인할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일부 다른 실시예들에 따른 수배전반 시스템(200)을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
본 발명을 더욱 구체적으로 예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 가상 이상 상태 구현 모듈(10)은, 부분 방전(PD: Partial Discharge)시 발생될 수 있는 대역의 초음파를 발생시키는 초음파 발생기(10-1)를 포함하고, 상기 센서 모듈(20)은, 상기 초음파를 감지하는 초음파 센서(20-1)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 초음파 센서(20-1)는, 상기 수배전반(1)에서 발생될 수 있는 이상 현상들 중에 하나인 부분 방전시 발생될 수 있는 초음파를 감지할 수 있는 센서일 수 있다.
도 3은 도 2의 초음파 센서(20-1)의 일례를 나타내는 부품 분해 사시도이고, 도 4는 도 2의 초음파 센서(20-1)의 일례를 나타내는 부품 조립 단면도이다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상술된 상기 초음파 센서(20-1)를 보다 구체적으로 설명하면, 상기 초음파 센서(20-1)는, 크게 압전 소자 어레이(20-12)와, 절연성 충전물(20-13)과, 제 1 전극층(20-14)과, 제 2 전극층(20-15)과, 전면정합층(20-16)과, 후면정합층(20-17)과, 신호선(20-18) 및 접지선(20-19) 등을 포함할 수 있다.
여기서, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 압전 소자 어레이(20-12)는, 복수개의 사각 기둥 또는 원형 기둥 등 다양한 형태의 압전 소자(20-11)들이 행과 열을 이루어서 매트릭스 배열되는 어레이 형태의 구조물일 수 있다.
이러한 상기 압전 소자 어레이(20-12)는 복수개의 상기 압전 소자(20-11)들을 조립하여 이루어지거나 모재를 X축 및 Y축으로 절단하여 형성하는 것이 모두 가능하다. 여기서, 상기 압전 소자(20-11)는 초음파의 진동 에너지를 전기적 에너지로 변환할 수 있는 소자의 일종일 수 있다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 절연성 충전물(20-13)은 상기 압전 소자(20-12)들 사이에 충전되는 절연 재료로서, 에폭시, 글래스, 레진, 실리콘 수지 조성물, 실리콘 변성 에폭시 수지 등의 변성 에폭시 수지 조성물, 에폭시 변성 실리콘 수지 등의 변성 실리콘 수지 조성물, 폴리이미드 수지 조성물, 변성 폴리이미드 수지 조성물, 폴리프탈아미드(PPA), 폴리카보네이트 수지, 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 액정 폴리머(LCP), ABS 수지, 페놀 수지, 아크릴 수지, PBT 수지 등의 수지 등 각종 수지가 적용될 수 있다.
또한, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 전극층(20-14)은, 상기 충전물(20-13) 상면에 설치되고, 상기 압전 소자(20-11)들의 상부 전극들과 각각 전기적으로 연결되는 일종의 배선층으로서, 각종 패턴이나 솔더, 와이어나 범프 등과 같은 본딩 부재 또는 신호 전달 부재 등이 설치될 수 있다.
또한, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제 2 전극층(20-15)은, 상기 충전물(20-13)의 하면에 설치되고, 상기 압전 소자(20-11)들의 하부 전극들과 각각 전기적으로 연결되는 일종의 배선층으로서, 각종 패턴이나 솔더, 와이어나 범프 등과 같은 본딩 부재 또는 신호 전달 부재 등이 설치될 수 있다.
또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 전면정합층(20-16)은, 상기 제 1 전극층(20-14)의 상방에 설치되고, 초음파 진동을 상기 압전 소자 어레이(20-12)로 전달할 수 있는 물질로서, 이러한 상기 전면정합층(20-16)의 임피던스를 설정하여 원하는 대역의 초음파 진동을 선택적으로 감지할 수 있다.
또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 후면정합층(20-17)은, 상기 제 2 전극층(20-15)의 하방에 설치되고, 상기 압전 소자 어레이(20-12)로 전달되는 초음파 진동의 일부분을 흡수할 수 있는 물질로서, 이러한 상기 후면정합층(20-17)의 임피던스를 설정하여 원하는 대역의 초음파 진동을 선택적으로 감지할 수 있다.
또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 신호선(20-18)은, 초음파 진동에 의해 변환된 전기적인 신호를 외부로 전달할 수 있도록 상기 제 1 전극층(20-14)과 전기적으로 연결되는 전선이나 와이어 또는 신호 전달 매체의 일종일 수 있다.
또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 접지선(20-19)은, 기준의 되는 전류 또는 전압을 확보하기 위하여 접지 부재와 접지될 수 있도록 상기 제 2 전극층(20-15)과 전기적으로 연결되는 전선이나 와이어 또는 신호 전달 매체의 일종일 수 있다.
이외에도, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 초음파 센서(20-1)는, 외부 전선이나 외부 기기와 선택적으로 착탈이 가능하도록 외부 전선이나 외부 기기와 전기적인 연결되는 동축 커넥터(C)과, 상술된 부품들을 수용하는 금속 케이스(C1) 및 상기 금속 케이스(C1)를 밀폐시키는 금속 뚜껑(C2) 등을 더 포함할 수 있다.
더욱 구체적으로 예를 들면, 상기 초음파 센서(20-1)는, 수배전반(1)에서 발생되는 부분 방전시 나타나는 초음파 대역, 즉 측정 주파수 범위가 100 kHz 내지 2 MHz일 수 있고, 이를 위하여 상기 전면정합층(20-16)은, 최대 전달 음향임피던스가 2 MRayL 내지 4 MRayL 일 수 있으며, 상기 후면정합층(20-17)은, 공진형인 경우, 최대 전달 음향임피던스가 0 내지 1 MRayL 이고, 대역형인 경우, 최대 전달 음향임피던스가 1 내지 3 MRayL 일 수 있다.
따라서, 배열형 압전소자 어레이를 이용하여 제작된 상기 초음파 센서(20-1)는 기존의 하나의 압전 소자를 이용하는 초음파 센서보다 감도 면에서 우수할 뿐만 아니라 임의의 압전 소자가 열화 되더라도 열화 되지 않은 나머지 압전 소자들에 의해 센서의 성능이 유지될 수 있으며, 압전 소자의 음향임피던스를 감소시키고 압전변형상수 등과 같은 압전 특성을 향상시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 일부 다른 실시예들에 따른 수배전반 시스템의 가상 이상 상태 구현 모듈(10)의 일례를 나타내는 블록도이다.
도 5에 예시된 바와 같이, 상기 가상 이상 상태 구현 모듈(10)은, 상기 초음파 발생기(10-1) 이외에도, 가상 부분 방전(PD: Partial Discharge) 발생 장치(10-2), 가상 이상 온도 상승 장치(10-3), 가상 이상 전압 상승 장치(10-4), 가상 이상 전류 상승 장치(10-5), 가상 가스 누출 장치(10-6), 가상 수분 누출 장치(10-7), 가상 정전기 발생 장치(10-8), 가상 이상 음파 발생 장치(10-9), 가상 이상 펄스파 발생 장치(10-10), 가상 이상 전자기장 발생 장치(10-11), 경광등(10-12) 및 이들의 조합들 중 어느 하나 이상을 선택하여 이루어질 수 있다.
도 6은 도 5의 가상 부분 방전 발생 장치(10-2)의 일례를 나타내는 개념도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 예컨데, 상기 가상 부분 방전 발생 장치(10-2)는, 서로 이격되게 설치되는 제 1 전극(10-21)과 제 2 전극(10-22) 및 상기 제 1 전극(10-21)과 상기 제 2 전극(10-22) 사이에서 방전을 발생되도록 상기 제 1 전극(10-21)과 상기 제 2 전극(10-22) 사이에 고전압을 인가하는 고전압 발생 장치(10-23)를 포함할 수 있다.
따라서, 상기 제어 모듈(30)이 상기 고전압 발생 장치(10-23)에 고전압 제어 신호를 인가하면, 상기 고전압 제어 신호에 의해서 상기 제 1 전극(10-21)과 상기 제 2 전극(10-22) 사이에서 방전을 발생된다.
이어서, 상기 제어 모듈(30)이 상기 초음파 센서(20-1)로부터 이상 상태 신호를 인가받으면 이를 정상 상태로 판별할 수 있고, 그렇지 않고, 상기 이상 상태 신호를 인가받지 못하면 이를 비정상 상태로 판별하여 작업자에게 알려줄 수 있다.
이외에도, 도 5에 도시된 바와 같이, 예컨데, 상기 가상 이상 온도 상승 장치(10-3)는 마치 특정 부분이 열화된 것처럼 히터를 이용하여 상기 수배전반(1)의 온도를 상승시키는 장치일 수 있다.
또한, 예컨데, 상기 가상 이상 전압 상승 장치(10-4)는 마치 특정 부분의 전압이 상승한 것처럼 전압 상승 장치를 이용하여 상기 수배전반(1)의 전압을 상승시키는 장치일 수 있다.
또한, 예컨데, 상기 가상 이상 전류 상승 장치(10-5)는 마치 특정 부분의 전류가 상승한 것처럼 전류 상승 장치를 이용하여 상기 수배전반(1)의 전류를 상승시키는 장치일 수 있다.
또한, 예컨데, 상기 가상 가스 누출 장치(10-6)는 마치 가스가 누출된 것처럼 가스 분사 장치를 이용하여 상기 수배전반(1)의 내외부에 소량의 가스를 누출시키는 장치일 수 있다.
또한, 예컨데, 상기 가상 수분 누출 장치(10-7)는 마치 수분이 누출된 것처럼 수분 분사 장치를 이용하여 상기 수배전반(1)의 내외부에 소량의 수분을 누출시키는 장치일 수 있다.
또한, 에컨데, 상기 가상 정전기 발생 장치(10-8)는 마치 정전기가 발생된 것처럼 정전기 장치를 이용하여 상기 수배전반(1)의 내외부에 소량의 정전기를 발생시킬 수 있는 장치일 수 있다.
또한, 예컨데, 상기 가상 이상 음파 발생 장치(10-9)는 마치 이상 음파가 발생된 것처럼 음파 장치를 이용하여 상기 수배전반(1)의 내외부에 소량의 이상 음파를 발생시킬 수 있는 장치일 수 있다.
또한, 예컨데, 상기 가상 이상 펄스파 발생 장치(10-10)는 마치 이상 펄스파가 발생된 것처럼 펄스파 장치를 이용하여 상기 수배전반(1)의 내외부에 소량의 펄스파를 발생시킬 수 있는 장치일 수 있다.
또한, 예컨데, 상기 가상 이상 전자기장 발생 장치(10-11)는 마치 이상 전자기장이 발생된 것처럼 전자기장 장치를 이용하여 상기 수배전반(1)의 내외부에 소량의 전자기장을 발생시킬 수 있는 장치일 수 있다.
또한, 예컨데, 상기 경광등(10-12)은 마치 비상 상태이거나 불이나거나 연기가 피어 오르는 것처럼 전등이나 기타 디스플레이어 등을 이용하여 상기 수배전반(1)의 내외부에 빛을 발생시킬 수 있는 장치일 수 있다.
도 7은 본 발명의 일부 다른 실시예들에 따른 수배전반 시스템의 센서 모듈(10)의 일례를 나타내는 블록도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 상술된 상기 가상 이상 상태 구현 모듈(10)에서 구현된 각종의 가상 이상 상태를 감지할 수 있도록 상기 센서 모듈(20)은, 상기 초음파 센서(20-1)는 물론, 적어도 온도 센서(20-2), 적외선 감지 센서(20-3), 전압 센서(20-4), 전류 센서(20-5), 가스 감지 센서(20-6), 수분 감지 센서(20-7), 정전기 감지 센서(20-8), 음파 감지 센서(20-9), 펄스파 감지 센서(20-10), 전자기장 감지 센서(20-11), 카메라(20-12) 및 이들의 조합들 중 어느 하나 이상을 선택하여 이루어지는 것일 수 있다.
여기서, 상기 온도 센서(20-2) 또는 상기 적외선 감지 센서(20-3)는, 상기 가상 이상 온도 상승 장치(10-3)에 의해서 온도가 상승된 상기 수배전반(1)을 감지할 수 있다.
또한, 상기 전압 센서(20-4)는, 상기 가상 이상 전압 상승 장치(10-4)에 의해서 전압이 상승된 상기 수배전반(1)을 감지할 수 있다.
또한, 상기 전류 센서(20-5)는, 상기 가상 이상 전류 상승 장치(10-5)에 의해서 전류가 상승된 상기 수배전반(1)을 감지할 수 있다.
또한, 상기 가스 감지 센서(20-6)는, 상기 가상 가스 누출 장치(10-6)에 의해서 가스가 누출된 상기 수배전반(1)을 감지할 수 있다.
또한, 상기 수분 감지 센서(20-7)는, 상기 가상 수분 누출 장치(10-7)에 의해서 수분이 누출된 상기 수배전반(1)을 감지할 수 있다.
또한, 상기 정전기 감지 센서(20-8)는, 상기 가상 정전기 발생 장치(10-8)에 의해서 정전기가 발생된 상기 수배전반(1)을 감지할 수 있다.
또한, 상기 음파 감지 센서(20-9)는, 상기 가상 이상 음파 발생 장치(10-9)에 의해서 이상 음파가 발생된 상기 수배전반(1)을 감지할 수 있다.
또한, 상기 펄스파 감지 센서(20-10)는, 상기 가상 이상 펄스파 발생 장치(10-10)에 의해서 펄스파가 발생된 상기 수배전반(1)을 감지할 수 있다.
또한, 상기 전자기장 감지 센서(20-11)는, 상기 가상 이상 전자기장 발생 장치(10-11)에 의해서 전자기장을 발생된 상기 수배전반(1)을 감지할 수 있다.
또한, 상기 카메라(20-12)는, 상기 경광등(10-12)에 의해서 빛이 발생된 상기 수배전반(1)을 감지할 수 있다.
따라서, 상기 수배전반(1)의 내외부에 설치되는 각종 센서들의 정상 작동 여부를 주기적으로 원격으로도 쉽게 확인할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일부 다른 실시예들에 따른 수배전반 시스템의 제어 모듈(30)의 일례를 나타내는 블록도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 상기 제어 모듈(30)은, 상기 이상 상태 구현 제어 신호를 주기적으로 발생시키는 신호 발생부(31)와, 상기 신호 발생부(31)에서 발생된 상기 이상 상태 구현 제어 신호의 발신 시간으로부터 상기 센서 모듈(20)에서 인가 받은 상기 이상 감지 신호의 수신 시간까지 걸린 지연 시간을 측정하는 시간 측정부(32)와, 상기 지연 시간이 기준 범위 이내인 경우, 정상 작동 신호를 출력하고, 상기 지연 시간이 기준 범위를 초과하는 경우, 비정상 오작동 신호를 출력하는 판별부(33) 및 상기 이상 감지 신호의 세기의 변화를 감지하여 센서의 예상 교체 시기를 출력하는 센서 교체 알림부(34)를 포함할 수 있다.
따라서, 상기 신호 발생부(31)가 상기 이상 상태 구현 제어 신호를 주기적으로 발생시키면, 상기 시간 측정부(32)가 상기 신호 발생부(31)에서 발생된 상기 이상 상태 구현 제어 신호의 발신 시간으로부터 상기 센서 모듈(20)에서 인가 받은 상기 이상 감지 신호의 수신 시간까지 걸린 지연 시간을 측정할 수 있다.
이어서, 상기 판변부(33)가 상기 지연 시간이 기준 범위 이내인 경우, 정상 작동 신호를 출력하고, 상기 지연 시간이 기준 범위를 초과하는 경우, 비정상 오작동 신호를 출력하여 작업자가 자동으로 상기 센서 모듈(20)의 정상 작동 여부를 확인할 수 있게 할 수 있다.
한편, 상기 센서 교체 알림부(34)를 이용하면, 상기 이상 감지 신호의 세기의 변화를 감지하여 센서의 예상 교체 시기를 산출할 수 있다.
예를 들어서, 상기 제어 모듈(30)의 신호 발생부(31)에서 발생되는 상기 이상 상태 구현 제어 신호가 매일 주기적으로 발생된다고 가정하고, 오늘 감지된 상기 이상 감지 신호의 세기가 어제 감지된 상기 이상 감지 신호의 세기 보다 10분의 1만큼 감소되었다면 센서의 예상 교체 시기는 10일 후라고 산출할 수 있다.
그러므로, 작업자는 센서 모듈(20)의 정상 작동 여부를 주기적으로 확인할 수 있을 뿐만이 아니라 센서의 교체 시기를 예상하여 교체할 센서를 미리 준비할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 수배전반 시스템의 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 수배전반 시스템의 제어 방법은, 가상 이상 상태 구현 모듈(10)을 이용하여 수배전반에서 발생될 수 있는 이상 상태를 가상으로 구현하는 단계(S1)와, 센서 모듈(20)을 이용하여 상기 이상 상태를 감지하는 단계(S2) 및 제어 모듈(30)을 이용하여 상기 이상 감지 신호를 인가받아 상기 센서 모듈(20)의 정상 작동 여부를 확인하는 단계(S3)를 포함할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
1: 수배전반
10: 가상 이상 상태 구현 모듈
10-1: 초음파 발생기
10-2: 가상 부분 방전 발생 장치
10-3: 가상 이상 온도 상승 장치
10-4: 가상 이상 전압 상승 장치
10-5: 가상 이상 전류 상승 장치
10-6: 가상 가스 누출 장치
10-7: 가상 수분 누출 장치
10-8: 가상 정전기 발생 장치
10-9: 가상 이상 음파 발생 장치
10-10: 가상 이상 펄스파 발생 장치
10-11: 가상 이상 전자기장 발생 장치
10-12: 경광등
20: 센서 모듈
20-1: 초음파 센서
20-2: 온도 센서
20-3: 적외선 감지 센서
20-4: 전압 센서
20-5: 전류 센서
20-6: 가스 감지 센서
20-7: 수분 감지 센서
20-8: 정전기 감지 센서
20-9: 음파 감지 센서
20-10: 펄스파 감지 센서
20-11: 전자기장 감지 센서
20-12: 카메라
30: 제어 모듈
31: 신호 발생부
32: 시간 측정부
33: 판별부
34: 센서 교체 알림부
100, 200: 수배전반 시스템

Claims (11)

  1. 이상 상태 구현 제어 신호를 인가받아 수배전반에서 발생될 수 있는 이상 상태를 가상으로 구현할 수 있는 가상 이상 상태 구현 모듈;
    상기 이상 상태를 감지하여 이상 감지 신호를 출력할 수 있는 센서 모듈; 및
    상기 센서 모듈로부터 상기 이상 감지 신호를 인가받아 상기 센서 모듈의 정상 작동 여부를 확인할 수 있는 제어 모듈;
    을 포함하고,
    상기 가상 이상 상태 구현 모듈은, 부분 방전을 발생시키는 가상 부분 방전(PD: Partial Discharge) 발생 장치를 포함하고,
    상기 센서 모듈은, 상기 부분 방전 시 발생되는 초음파를 상기 이상 상태로서 감지하는 초음파 센서를 포함하고,
    상기 초음파 센서는,
    복수개의 기둥 형태의 압전 소자들이 매트릭스 배열되는 압전 소자 어레이;
    상기 압전 소자들 사이에 충전되는 절연성 충전물;
    상기 충전물 상면에 설치되고, 상기 압전 소자들의 상부 전극들과 각각 전기적으로 연결되는 제 1 전극층;
    상기 충전물의 하면에 설치되고, 상기 압전 소자들의 하부 전극들과 각각 전기적으로 연결되는 제 2 전극층;
    상기 제 1 전극층의 상방에 설치되는 전면정합층;
    상기 제 2 전극층의 하방에 설치되는 후면정합층;
    상기 제 1 전극층과 전기적으로 연결되고, 감지 신호를 전달하는 신호선; 및
    상기 제 2 전극층과 전기적으로 연결되는 접지선;
    을 포함하고,
    상기 초음파 센서는, 측정 주파수 범위가 100 kHz 내지 2 MHz이고,
    상기 전면정합층은, 최대 전달 음향임피던스가 2 MRayL 내지 4 MRayL 이며,
    상기 후면정합층은, 공진형인 경우, 최대 전달 음향임피던스가 0 내지 1 MRayL 이고, 대역형인 경우, 최대 전달 음향임피던스가 1 내지 3 MRayL 인, 수배전반 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가상 이상 상태 구현 모듈은, 부분 방전(PD: Partial Discharge)시 발생될 수 있는 대역의 초음파를 발생시키는 초음파 발생기를 더 포함하고,
    상기 초음파 센서는 상기 초음파 발생기에서 발생된 초음파를 감지하는, 수배전반 시스템.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 가상 이상 상태 구현 모듈은, 가상 이상 온도 상승 장치, 가상 이상 전압 상승 장치, 가상 이상 전류 상승 장치, 가상 가스 누출 장치, 가상 수분 누출 장치, 가상 정전기 발생 장치, 가상 이상 음파 발생 장치, 가상 이상 펄스파 발생 장치, 가상 이상 전자기장 발생 장치, 경광등 및 이들의 조합들 중 어느 하나 이상을 더 포함하는, 수배전반 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 가상 부분 방전 발생 장치는,
    서로 이격되게 설치되는 제 1 전극과 제 2 전극; 및
    상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에서 방전을 발생되도록 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 고전압을 인가하는 고전압 발생 장치;
    를 포함하는, 수배전반 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 센서 모듈은, 온도 센서, 적외선 감지 센서, 전압 센서, 전류 센서, 가스 감지 센서, 수분 감지 센서, 정전기 감지 센서, 음파 감지 센서, 펄스파 감지 센서, 전자기장 감지 센서, 카메라 및 이들의 조합들 중 어느 하나 이상을 더 포함하는, 수배전반 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 모듈은,
    상기 이상 상태 구현 제어 신호를 주기적으로 발생시키는 신호 발생부;
    상기 신호 발생부에서 발생된 상기 이상 상태 구현 제어 신호의 발신 시간으로부터 상기 센서 모듈에서 인가 받은 상기 이상 감지 신호의 수신 시간까지 걸린 지연 시간을 측정하는 시간 측정부; 및
    상기 지연 시간이 기준 범위 이내인 경우, 정상 작동 신호를 출력하고, 상기 지연 시간이 기준 범위를 초과하는 경우, 비정상 오작동 신호를 출력하는 판별부;
    를 포함하는, 수배전반 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제어 모듈은,
    상기 이상 감지 신호의 세기의 변화를 감지하여 센서의 예상 교체 시기를 출력하는 센서 교체 알림부;
    를 더 포함하는, 수배전반 시스템.
  11. 가상 이상 상태 구현 모듈을 이용하여 수배전반에서 발생될 수 있는 이상 상태를 가상으로 구현하는 단계;
    센서 모듈을 이용하여 상기 이상 상태를 감지하는 단계; 및
    제어 모듈을 이용하여 상기 이상 감지 신호를 인가받아 상기 센서 모듈의 정상 작동 여부를 확인하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 가상 이상 상태 구현 모듈은, 부분 방전을 발생시키는 가상 부분 방전(PD: Partial Discharge) 발생 장치를 포함하고,
    상기 센서 모듈은, 상기 부분 방전 시 발생되는 초음파를 상기 이상 상태로서 감지하는 초음파 센서를 포함하고,
    상기 초음파 센서는,
    복수개의 기둥 형태의 압전 소자들이 매트릭스 배열되는 압전 소자 어레이;
    상기 압전 소자들 사이에 충전되는 절연성 충전물;
    상기 충전물 상면에 설치되고, 상기 압전 소자들의 상부 전극들과 각각 전기적으로 연결되는 제 1 전극층;
    상기 충전물의 하면에 설치되고, 상기 압전 소자들의 하부 전극들과 각각 전기적으로 연결되는 제 2 전극층;
    상기 제 1 전극층의 상방에 설치되는 전면정합층;
    상기 제 2 전극층의 하방에 설치되는 후면정합층;
    상기 제 1 전극층과 전기적으로 연결되고, 감지 신호를 전달하는 신호선; 및
    상기 제 2 전극층과 전기적으로 연결되는 접지선;
    을 포함하고,
    상기 초음파 센서는, 측정 주파수 범위가 100 kHz 내지 2 MHz이고,
    상기 전면정합층은, 최대 전달 음향임피던스가 2 MRayL 내지 4 MRayL 이며,
    상기 후면정합층은, 공진형인 경우, 최대 전달 음향임피던스가 0 내지 1 MRayL 이고, 대역형인 경우, 최대 전달 음향임피던스가 1 내지 3 MRayL 인, 수배전반 시스템의 제어 방법.
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