KR101507921B1 - 하이테크 수배전반 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예는 하이테크 수배전반에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 수배전반을 구성하는 전기적 회로의 이상 발생시에도 스마트박스에 설치된 보호회로를 통하여 수배전반의 동작을 가능하게 하는데 있다.
이를 위해 본 발명의 일 실시예는 적어도 하나의 격실이 구비되는 하이테크 수배전반에 있어서, 상기 수배전반 내부에 구비된 적어도 하나의 감지 센서를 통하여 수배전반의 이상 유무, 아크 발생 여부 또는 부분 방전 발생 여부를 감지하는 감지 모듈; 상기 수배전반의 동작을 제어하되, 상기 감지 모듈의 감지 결과에 따라 상기 수배전반에 이상 발생시 상기 수배전반의 동작을 차단하는 메인 제어 모듈; 상기 수배전반에 이상 발생시 동작되어 상기 수배전반의 동작을 제어하는 보조 제어 모듈; 및 상기 수배전반에 이상 발생시 상기 감지 모듈의 감지 결과를 획득하여 외부로 전송하는 통신 모듈을 포함하고, 상기 보조 제어 모듈 및 통신 모듈은 상기 적어도 하나의 격실 중 하나의 격실에 구비되는 하이테크 수배전반을 개시한다.

Description

하이테크 수배전반{HIGH-TECH DISTRIBUTING BOARD}

본 발명의 일 실시예는 수배전반을 구성하는 전기적 회로의 이상 발생시에도 수배전반의 소손을 방지시킬 수 있는 하이테크 수배전반에 관한 것이다.

최근 산업의 발전과 함께 전력 수요는 매우 급속히 증가해 왔으며, 현재 우리 생활은 물론 산업 현장 전반에 걸쳐 사용되는 에너지의 대부분이 전력 에너지에 의존하고 있다. 특히, 우리나라의 경우 자동차 분야, IT 분야, 제철 분야를 비롯한 제조 분야의 산업이 주를 이루고 있는 점을 감안할 때 전력 공급은 생산성에 직접적인 영향을 미치고 있으며, 또한 최근 정전사고로 인해 막대한 경제적 손실이 발생하는 사고가 증가하고 있음을 고려할 때 양질의 전력 공급의 중요성이 대두된다.

수배전반은 전력 수용가에서 전력 에너지를 수전 받아 안전하게 사용하기 위한 장치로 전력 에너지의 수전기능, 변압기능, 조작 및 제어, 감시 및 보호 기능을 수행하여 신뢰성 있는 전력 공급을 위한 유지 보수가 중요한 설비이다.

그러나, 대부분의 수배전반은 무인 상태에서 운전되며 고압 및 특고압의 활선 상태에서 운전되므로 고장 및 노후시 정전은 물론 화재 사고를 유발할 수 있는 위험을 갖는다. 따라서, 이러한 사고를 예방하기 위해 정기적인 안전 점검을 수행하여야 하나 고압의 활선 상태에서 상시 운전되므로 인적 감전사고, 조작 오류로 인한 설비 고장, 수용가의 휴전 상태 동반과 같은 현실적 제약으로 인해 대부분 철저한 안전 점검의 수행이 이루어지지 않는 실정이다.

수배전반 내부의 전기적 회로 중에 특히 계기용 변압기와 계기용 변류기는 수배전반의 주요 기능인 보호 기능과 계측 기능에 있어서 가장 기본이 되는 전압과 전류를 측정하기 위한 기본 설비로 보호 기능을 담당하는 보호 계전기와 전력 감시를 위한 메타들의 기능에 있어서 매우 중요한 역할을 한다. 이러한, 계기용 변압기 및 계기용 변류기 회로의 이상 상태는 보호 계전기의 오동작 및 오부동작을 초래하고 또한 메타기기의 측정오차를 유발시키므로 수배전반 전체의 신뢰성을 저하시킨다.

수배전반의 또 다른 구성품의 하나인 차단기 또한 수배전반의 전력 공급 기능에 있어서 스위칭 역할을 하는 매우 중요한 기기이다. 이러한 차단기의 개폐 동작에 이상이 발생하였을 경우 상시 운전 상태에서 고장 발생시 보호 계전기에 의해 고장 감지 후 차단 명령이 발생하더라도 차단기의 이상으로 인해 동작하지 않을 경우 고장의 파급으로 인해 수용가의 막대한 손실을 가져올 위험이 발생한다.

또한, 계기용 변류기는 전력계통에 흐르는 큰 전류를 보호 계전기, 전류 메타와 같은 전류입력을 필요로 하는 장치의 정격 전류로 변환하여 입력하기 위한 장치로 1차 코일의 역할을 하는 전력선에 흐르는 전류에 의해 그 크기에 비례하여 2차 코일에 전류가 유기되며 계기용 변류기의 변류비에 의해 계기용 변류기 2차측 전류의 크기가 결정되는 장치이다.

이러한 계기용 변류기 회로는 다양한 형태의 고장이 발생할 수 있는데 그 예를 살펴보면 2차측 회로의 개방시 개방 단자에 유기되는 과전압에 의한 소손, 전력 계통으로부터 발생한 이상 전압에 의해 소손, 전력 계통의 단락 고장과 같은 큰 고장 전류에 의한 소손, 설비노후 및 인적 실수로 인한 2차측 회로의 단락과 같은 고장이 발생한다.

따라서, 계기용 변류기의 고장은 계기용 변류기 고장으로만 끝나는 것이 아니라 전류 입력을 필요로 하는 기타 보호 계전기와 전류 메타를 포함한 수배전반 전체에 영향을 미쳐 기기의 오동작 및 오부 동작으로 이어져 고장의 파급을 초래하게 되므로 이에 대한 대책이 필요하다.

또한, 계기용 변압기는 전력 계통에서 전력 에너지 수송을 위한 높은 전압을 보호 계전기, 전압 메타와 같은 전압 입력을 필요로 하는 장치의 정격 전압으로 변환하여 입력하기 위한 장치로 변압기와 같은 원리로 동작한다. 즉, 1차 코일에 걸리는 높은 전압에 의해 그 크기에 비례하여 2차 코일에 전압이 유기되며 계기용 변압기의 변압비에 의해 계기용 변압기 2차측 전압의 크기가 결정되는 장치이다.

이러한, 계기용 변압기회로 또한 다양한 형태의 고장이 발생할 수 있는데 그 예를 살펴보면 1, 2차측 회로의 과부하 보호를 위한 퓨즈단선, 전력계통으로부터 발생한 이상전압에 의해 소손, 설비노후 및 인적 실수로 인한 2차측 회로의 단락과 같은 고장이 발생한다.

따라서, 계기용 변압기의 고장은 계기용 변압기 고장으로만 끝나는 것이 아니라 전압 입력을 필요로 하는 기타 보호 계전기와 전압 메타를 포함한 수배전반 전체에 영향을 미쳐 기기의 오동작 및 오부동작으로 이어져 고장의 파급을 초래하게 되므로 이에 대한 대책이 필요하다.

그리고, 차단기는 전력 수용가가 전력 에너지를 수전받기 위해 필요한 개폐장치로 그 동작에 따라 급전상태와 정전상태가 결정된다. 차단기의 주요기능으로는 먼저 앞에서 언급한 바와 같이 개폐동작을 통해 전력 에너지 공급여부를 결정하는 기능이 있으며, 또 다른 주요기능으로는 전력 계통 고장발생시 보호 계전기의 고장 감지에 따른 제어 명령(Trip)에 의해 고장의 파급 방지를 위해 차단기가 열림 상태로 전환하는, 즉 부하 전류 및 고장 전류를 차단할 수 있는 기능을 제공한다.

이러한 차단기의 고장은 수용가의 전력 에너지 공급을 위한 제어동작의 불능, 전력 수용가의 정전사고는 물론 외부고장에 의한 고장파급과 같은 상황으로 전력 수용가의 막대한 피해를 초래할 수 있다. 따라서, 상시 차단기의 상태를 감지하고 이상 감지시 관리자가 즉시 유지보수를 수행할 수 있도록 하기 위함이다.

등록특허공보 제10-1314123호 '계통연계형 분산전원용 피크제어 수배전반' 등록특허공보 제10-1307939호 '변류기 보호기능을 갖는 수배전반'

본 발명의 일 실시예는 수배전반을 구성하는 전기적 회로의 이상 발생시에도 스마트박스에 설치된 보호회로를 통하여 수배전반의 동작을 가능하게 하는 하이테크 수배전반을 제공한다.

또한, 본 발명의 일 실시예는 전기적 회로의 이상 발생을 실시간으로 감지하여 관리자에게 통지하는 하이테크 수배전반을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 의한 하이테크 수배전반은 적어도 하나의 격실이 구비되는 하이테크 수배전반에 있어서, 상기 수배전반 내부에 구비된 적어도 하나의 감지 센서를 통하여 수배전반의 이상 유무, 아크 발생 여부 또는 부분 방전 발생 여부를 감지하는 감지 모듈; 상기 수배전반의 동작을 제어하되, 상기 감지 모듈의 감지 결과에 따라 상기 수배전반에 이상 발생시 상기 수배전반의 동작을 차단하는 메인 제어 모듈; 상기 수배전반에 이상 발생시 동작되어 상기 수배전반의 동작을 제어하는 보조 제어 모듈; 및 상기 수배전반에 이상 발생시 상기 감지 모듈의 감지 결과를 획득하여 외부로 전송하는 통신 모듈을 포함하고, 상기 보조 제어 모듈 및 통신 모듈은 상기 적어도 하나의 격실 중 하나의 격실에 구비될 수 있다.

상기 감지 모듈은 상기 수배전반 관련기기의 전류, 전압, 전력, 역률 및 주파수 중 적어도 하나를 감시하는 전력 감시부; 상기 수배전반 관련기기의 환경을 감시하되, 변압기 온도, 수배전반 온도 또는 수배전반 화재 중 적어도 하나를 감시하는 환경 감시부; 상기 수배전반 관련기기와 각각을 연결하는 배선의 아크 발생여부 또는 부분 방전 발생 여부를 감지하는 아크 감지부; 상기 전력 감지부, 환경 감시부 또는 아크 감지부 중 어느 하나에 의하여 감지된 감지 결과 데이터와 미리 설정된 기준 데이터를 비교하여 상기 수배전반의 이상 유무를 판단하는 이상 판단부; 및 상기 이상 판단부에 의하여 상기 수배전반에 이상 발생이 감지되는 경우, 상기 수배전반 내부에서 이상 발생된 위치를 파악하는 위치 파악부를 포함할 수 있다.

상기 아크 감지부는 상기 배선에서 두 개의 전극 접촉에 의한 전압 강하에 의하여 전기적으로 방전되어 발생되는 아크 전류를 감지하는 아크 감지 센서와, 상기 배선에서의 소정 영역에 발생되는 부분 방전을 감지하는 부분 방전 센서를 포함할 수 있다.

상기 보조 제어 모듈 및 통신 모듈은 상기 적어도 하나의 격실 중 하나의 격실에 구비되는 스마트박스에 구비되고, 상기 스마트박스는 상기 전력 감지부, 환경 감시부 또는 아크 감지부 중 어느 하나에 의하여 감지된 감지 결과 데이터와, 미리 설정된 기준 데이터와, 상기 이상 판단부에 의한 판단 결과 데이터와, 상기 위치 파악부에 의하여 파악된 이상 발생 위치를 저장하는 저장 모듈; 및 상기 통신 모듈을 통하여 송수신되는 데이터를 표시하는 디스플레이 모듈을 더 포함할 수 있다.

상기 보조 제어 모듈은 상기 위치 파악부에 의하여 파악된 이상 발생 위치를 제외한 다른 영역으로의 동작 제어를 수행할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 하이테크 수배전반은 수배전반을 구성하는 전기적 회로의 이상 발생시에도 스마트박스에 설치된 보호회로를 통하여 수배전반의 동작을 가능하게 함으로써, 수배전반의 소손을 방지시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예는 전기적 회로의 이상 발생을 실시간으로 감지하여 관리자에게 통지함으로써, 수배전반 자체의 고장예방과 전력계통 고장시 고장의 파급을 방지함은 물론 유지보수의 경제적 손실을 줄임과 동시에 수배전반의 동작 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이테크 수배전반을 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이테크 수배전반을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 3은 도 2의 감지 모듈을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이테크 수배전반의 내부 구조의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이테크 수배전반을 이용한 수배전반 관리 시스템을 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 하이테크 수배전반을 나타내는 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이테크 수배전반을 개략적으로 나타내는 블록도이며, 도 3은 도 2의 감지 모듈을 개략적으로 나타내는 블록도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이테크 수배전반의 내부 구조의 일 예를 나타내는 도면이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이테크 수배전반을 이용한 수배전반 관리 시스템을 나타내는 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이테크 수배전반(10)은 함체(11) 내부에 저고압반실(12), DM 박스(13) 및 접지 단자 박스(14)로 구성되고, 저고압반실(12)에는 계기표시판(12a)이 설치되며, 각각에는 개폐도어(12b, 13a, 14a)가 형성된다. 상기 함체(12)의 내부에 변압기나 차단기, 피뢰기 등 변압설비를 설치하여 각종 안전사고나 기기의 고장 등을 방지할 수 있다.

보다 구체적으로는, 본 하이테크 수배전반(10)은 저압반실과 고압반실이 일체로 형성되어 있고, 각각의 내부에는 기중차단기(ACB), MCCB, 콘덴서, CT, 고정 구간 자동 개폐기(ASS), 변성기(MOF), 계량기(DM), 변압기(TR), 피뢰기(LA) 등이 설치된다. 또한, 상기 저고압반실의 내측벽면에는 방음 또는 방열용 차단판(미도시)이 설치될 수 있다. 그리고, 저고압반실에 발생되는 고온의 열기는 환기팬(도 4의 18)을 통해 냉각될 수 있다.

도 1에서는 본 하이테크 수배전반(10)이 저압반실과 고압반실을 일체로 형성한 예를 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 설계자의 의도 및 목적에 따라 다양한 형태로 분리되어 형성될 수 있다.

상기 수배전반(10)의 함체(11)는 고압 전류의 노출 방지, 내부에 설치된 변압기 등의 부식 방지 및 그로부터 발생되는 소음 차단, 내부 과열에 의한 함체(11)의 과열에 따른 위험 방지 및 내부에서 화재 발생시 화재의 전파 방지 등의 기능을 하도록 형성되며, 이를 위하여 함체(11)의 패널은 강판과 함께 단열재를 사용하기도 한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이테크 수배전반(10)은 함체(11)의 상하부에 각각 다양한 방식으로 결합되거나 일체로 형성된 지지판(15, 16)을 포함한다.

이하에서는, 상기 함체(11, 11') 내부에 구비된 수배전반 설비에 대하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이테크 수배전반(10)은 함체(11) 내부에 구비된 수전 모듈(20), 변압 모듈(30), 배전 모듈(40), 차단 모듈(50), 감지 모듈(60), 메인 제어 모듈(70) 및 스마트박스(80)를 포함한다. 한편, 본 발명에서의 수배전반 설비는 하나의 큐비클 내에 형성된 격실 구조 내에 형성될 수 있다. 보다 구체적으로는, 상기 스마트박스(80)는 별도의 격실(17)에 구비될 수 있다. 본 발명에서는 각각의 수배전반 설비의 설치 위치 또는 격실 위치가 도 4에 도시된 사항에 한정되는 것은 아니며, 설계자의 의도 또는 목적에 의하여 다양하게 변경될 수 있다.

상기 수전 모듈(20)은 함체(11) 내부에 위치되어 부하 개폐기(LBS; Load Break Switch)(210), 피뢰기(LA; Lightning Arrest)(220), 계기용 변류기(CT; Current Transformer)(230), 파워 퓨즈(PF; Power Fuse)(240) 등의 각종 고압기기로 구성되어 있으며, 전력 회사로부터 고압의 전기가 인입되는 부분이다. 상기 수전 모듈(20)은 계기용 변압기(PT; Potential Transformer)(미도시), 진공차단기(VCB; Vacuum Circuit Breaker)(미도시), 계기용 변압 변류기(MOF; Metering Out Fit)(미도시)등이 더 포함될 수 있다.

상기 변압 모듈(30)은 전자기 유도 현상을 이용하여 교류의 전압 및 전류를 변압시키는 종래의 변압기를 개선한 하이브리드 변압기(300)가 장착되는 장치로서, 송배전 계통에 직렬로 연결된다. 상기 변압 모듈(30)은 수전 모듈(20)의 계기용 변류기(230)와, 배전 모듈(40)의 MCCB(410)와 연결된다. 이러한 변압 모듈(30)은 자체적으로 전류의 고조파를 감쇄시키고, 적어도 하나의 부하(미도시)에 의하여 발생하는 전압, 전류의 불평형을 상쇄시킨다. 따라서, 본 발명에서는 고조파 저감장치와 불평형 상쇄장치를 별도로 설치할 필요가 없기 때문에, 수배전반(10)의 내부 공간의 활용성이 증대되고, 투자 비용을 절감하며, 배전 계통에서 발생하는 전력 손실을 저감시킬 수 있다.

상기 배전 모듈(40)은 고정 구간 자동 개폐기(ASS)(420), 기중차단기(ACB; Air Circuit Breaker)(미도시), 분기차단기(Distribution Breaker)(미도시), MCCB(Molded Case Circuit Breaker)(410), 보호 계전기(Protection Relay)(미도시) 등이 구성되어 있으며, 변압 모듈(30)에 의해 강압된 전력을 각 수용가로 인출하여 분배하고, 과전류를 방지하는 장치이다. 또한, 상기 배전 모듈(400은 필요에 따라 전력 퓨즈나 전압용 변압기(미도시) 및 계기용 변압 변류기(미도시) 등이 더 구비될 수도 있다.

상기 차단 모듈(50)은 메인 제어 모듈(70)의 제어에 의하여 감지 모듈(60)의 결과에 따라 수배전단(10)의 인입 전력 및/또는 인출 전력을 차단하는 장치이다. 본 발명에서의 차단 모듈(50)은 수전 모듈(20), 배전 모듈(40) 등에 전류, 전압 등을 차단하기 위하여, 진공 차단기(VCB, Vacuum Circuit Breaker) 또는 기중 차단기(ACB, Air Circuit Breaker)와 같은 차단기(500)를 포함할 수 있다. 상기 진공 차단기 또는 기중 차단기는 전기 회로에 인가되는 전압 또는 전류를 차단하여 사용자가 안전 사고에 노출되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 상기 차단 모듈(50)은 수배전반(10)에 이상 발생시, 진공 차단기 또는 기중 차단기에서의 전류, 전압 등을 차단하게 된다. 이를 통하여, 지진이나 화재 등 예기치 않은 사고로부터 수배전반(10)을 보호하고, 수배전반(10)으로부터 발생하는 2차적 피해를 줄일 수 있다. 한편, 상기 차단 모듈(50)은 수배전반(10)이 정상 동작시, 수배전단(10)의 인입 전력을 통전시켜 수배전단(10)에 전류, 전압이 흐르도록 할 수 있다.

상기 감지 모듈(60)은 수배전반(10) 내부에 구비된 적어도 하나의 감지 센서(미도시)를 통하여 수배전반(10)의 이상 유무, 아크 발생 여부 또는 부분 방전 발생 여부를 감지하는 장치이다.

상기 감지 모듈(60)은 전력 감시부(610), 환경 감시부(620), 아크 감지부(630), 이상 판단부(650) 및 위치 파악부(640)를 포함한다. 도시되어 있지는 않지만, 상기 전력 감시부(610), 환경 감시부(620) 및 아크 감지부(630)는 감지하고자 하는 위치, 즉 수배전반(10) 내부의 고압 모선 접촉부분, 차단기 및 개폐기의 접속부분, 변압기 접속부분, 케이블 접속부분, MOF 단자 접속부분, 부스바 부분, 단자대 부분 등에 설치될 수 있고, 이상 판단부(650) 및 위치 파악부(640)는 수배전반(10)의 함체(11) 내부에 별도로 설치되거나 메인 제어 모듈(70)과 함께 하나의 인쇄회로기판으로 구현될 수 있다.

상기 전력 감시부(610)는 수배전반 설비의 전류, 전압, 전력, 역률 및 주파수 중 적어도 하나를 감시하는 장치이다. 이러한 전력 감시부(610)는 예를 들어, 특고압반의 전류의 흐름을 실시간으로 감지하여, 정상 전류범위를 초과하는지 여부를 감시할 수 있다. 보다 구체적인 예로, 상기 전력 감시부(610)는 전력 감시 항목 중 CT의 경우 전류량 변화를 검출하여 전류 이상 유무를 모니터링할 수 있고, 전력 감시 항목 중 PT의 경우 전압 변화를 검출하여 전압 이상 유무를 모니터링할 수 있으며, 전력 감시 항목 중 ZCT의 경우 미소 전류 변화를 검출하여 전류 이상 유무를 모니터링할 수 있다. 이와 같이 상기 전력 감시부(610)는 수배전반 설비의 전류, 전압, 전력, 역률 및 주파수 중 적어도 하나의 이상 발생 여부에 대한 감시 결과를 이상 판단부(650)에 전송하여, 이상 판단부(650)로 하여금 메인 제어 모듈(70) 및 블랙 박스(80)를 통하여 관리자(즉, 도 5의 100)에게 메시지를 전송하여 수배전반(10)에 이상이 발생하였음을 알리도록 할 수 있다. 따라서, 이를 확인한 관리자는 그에 상응하는 조치를 취할 수 있다.

상기 환경 감시부(620)는 수배전반 설비의 환경을 감시하되, 변압기 온도, 수배전반 온도 또는 수배전반 화재 중 적어도 하나를 감시하는 장치이다. 이러한 환경 감시부(620)는 예를 들어, 배전반 온도 감시 센서로부터 배전 모듈(40)의 온도를 실시간으로 파악하여 온도가 기설정된 정상범위를 벗어나는지 여부 등을 감시할 수 있다. 이를 위해, 변전소 온도, 수배전반 온도, 화재 모니터링을 위한 환경 센서로부터 각각 센서의 특성에 맞는 신호 검출 회로를 구성하여 환경감시 모니터링을 수행할 수 있다. 또한, 상기 환경 감시부(620)는 진공 차단기, 기중 차단기, 모터 등의 작동상태를 감시할 수 있다. 아울러, 상기 환경 감시부(620)는 피뢰기 열화진단, CT 2차 개방 진단 등을 수행하여 이상 징후 발생여부를 감시할 수 있다. 이와 같이 상기 환경 감시부(620)는 수배전반 설비의 이상 발생 여부에 대한 감시 결과를 이상 판단부(650)에 전송하여, 이상 판단부(650)로 하여금 메인 제어 모듈(70) 및 블랙 박스(80)를 통하여 관리자에게 메시지를 전송하여 수배전반(10)에 이상이 발생하였음을 알리도록 할 수 있다. 따라서, 이를 확인한 관리자는 그에 상응하는 조치를 취할 수 있다.

상기 아크 감지부(630)는 수배전반 설비와 각각을 연결하는 배선의 아크 발생여부 또는 부분 방전 발생 여부를 감지하는 장치이다. 이러한 아크 감지부(630)는 배선에서 두 개의 전극 접촉에 의한 전압 강하에 의하여 전기적으로 방전되어 발생되는 아크 전류를 감지하는 아크 감지 센서(미도시)와, 배선에서의 소정 영역에 발생되는 부분 방전을 감지하는 부분 방전 센서(미도시)를 포함할 수 있다. 상기 아크는 수배전반(10) 내의 노후된 케이블이나 열화된 터미널에서 발생하고, 부분 방전은 수배전반 내부에 설치된 계기용 변압변류기(metering outfit, MOF) 및 변압기의 부싱이나 지지 애자 등의 전력 기기에서 발생할 수 있다. 본 발명에서는 아크나 부분 방전의 발생이 수배전반(10)의 화재 위험을 증대시키므로, 아크 감지 센서와 부분 방전 센서를 통해 화재의 위험을 미리 감지하여 이상 판단부(650)로 전송하고, 이상 판단부(650)로부터 해당 정보를 전송받은 메인 제어 모듈(70)을 통하여 차단 모듈(50)(예를 들면, 기중 차단기, 진공 차단기 등)를 동작시킬 수 있다. 또한, 상기 메인 제어 모듈(70)은 블랙 박스(80)를 통하여 관리자에게 메시지를 전송하여 수배전반(10)에 차단 모듈(50)이 동작하였음을 알리도록 할 수 있다. 따라서, 이를 확인한 관리자는 그에 상응하는 조치를 취할 수 있다.

상기 이상 판단부(650)는 전력 감시부(610), 환경 감시부(620) 또는 아크 감지부(630) 중 어느 하나에 의하여 감지된 감지 결과 데이터와 미리 설정된 기준 데이터를 비교하여 수배전반의 이상 유무를 판단하는 장치이다. 상기 이상 판단부(650)는 판단 결과를 메인 제어 모듈(70)로 전송한다.

구체적으로, 상기 이상 판단부(650)는 획득하여 저장한 수배전반 설비에 대한 감지 데이터가 미리 설정된 기준 범위 내인지를 비교 및 판단하게 된다. 그리하여, 순간적인 전압 동요 현상인 순시전압강하(Sag), 순간전압상승(Swell), 순간정전(Interruption), 고조파(Harmonics), 고조파 왜형율(THD, Total Harmonics Distortion) 등 전기 품질 이상 유무를 감지하여 수배전반(10)의 이상 유무를 판단하게 된다.

상기 위치 파악부(640)는 이상 판단부(650)에 의하여 수배전반(10)에 이상 발생이 감지되는 경우, 수배전반(10) 내부에서 이상 발생된 위치를 파악하는 장치이다. 상기 위치 파악부(640)는 파악 결과를 이상 판단부(650)로 재전송하고, 이상 판단부(650)를 통하여 메인 제어 모듈(70)로 전송하도록 할 수 있다.

상기 메인 제어 모듈(70)은 수배전반(10)의 동작을 제어하되, 감지 모듈(60)의 감지 결과에 따라 수배전반(10)의 이상 발생 여부를 판단하여 이상 발생 시 수배전반(10)의 동작을 차단하도록 제어하는 장치이다. 또한, 상기 메인 제어 모듈(70)은 이상 판단부(650)로부터 전송된 신호를 디지털 신호로 변환하고 변환된 신호를 스마트박스(80)로 전송할 수 있다. 일 예로, 상기 메인 제어 모듈(70)은 이상 판단부(650)로부터 전송된 신호를 디지털 신호로 변환시, 전송된 신호를 초당 128회의 속도로 샘플링하고, 10-bit의 분해능으로 디지털 신호로 변환할 수 있다. 이러한 메인 제어 모듈(70)은 저전력 마이크로프로세서(ex. ATmega128)를 이용하여 구성될 수 있다.

상기 스마트박스(80)는 수배전반(10)의 상시 감시를 위한 장치로서, 수배전반(10)에 이상 발생시 메인 제어 모듈(70)의 제어에 의하여 동작되어 수배전반(10)의 동작을 제어하는 장치이다. 일반적으로 스마트박스(black box)라 함은 비행기나 자동차의 사고를 분석하기 위해 데이터나 음성 등을 기록 저장하는 장치를 말한다. 본 발명의 스마트박스(80)는 메인 제어 모듈(70)로부터 수배전반 설비에 대한 이상 발생 여부 데이터를 획득하여 저장하고, 이상 발생시 동작되어 수배전반(10)의 동작을 제어함과 동시에 이상 발생 여부 데이터를 관리자에게 제공한다. 이를 통해 관리자는 신속하게 수배전반 설비에 접근하여 설비의 세부상태를 확인하고 대응조치를 취할 수 있다. 한편, 데이터는 전력 계통의 이상 발생 여부 데이터뿐만 아니라, 수배전반 내부에 설치된 카메라(미도시)가 획득하는 이미지 등을 포함하는 포괄적인 개념이다. 여기서, 상기 스마트박스(80)는 하나의 모듈로써 상기의 기능을 수행할 수도 있으나, 상기의 기능을 모듈 별로 구성하면서 기능을 수행하게 할 수도 있다.

또한, 상기 스마트박스(80)는 함체의 내벽이나 천장 부분에 설치되는 것이 일반적이나, 스마트박스(80)의 일부 구성, 특히 통신 모듈(820), 저장 모듈(830) 및 디스플레이 모듈(840)은 수배전반(10)의 외부에 구성될 수도 있다. 이는 스마트박스(80)에 저장된 데이터의 손실을 미연에 방지하고, 수배전반(10)의 이상 유무를 수배전반(10)의 관리자에게 신속하게 알리기 위함이다.

이러한 동작을 구현하기 위하여, 상기 스마트박스(80)는 수배전반(80) 내부의 격실(17) 내부에 구비되어, 보조 제어 모듈(810), 통신 모듈(820), 저장 모듈(830) 및 디스플레이 모듈(840)을 포함한다.

상기 보조 제어 모듈(810)은 수배전반(10)에 이상 발생시 동작되어 수배전반(10)의 동작을 제어하는 장치이다. 또한, 상기 보조 제어 모듈(810)은 위치 파악부(640)에 의하여 파악된 이상 발생 위치를 제외한 다른 영역으로의 동작 제어를 수행할 수 있다.

상기 통신 모듈(820)은 수배전반(10)에 이상 발생시 감지 모듈(60)의 감지 결과를 획득하여 외부로 전송하는 장치로서, 유선 통신 수단과 무선 통신 수단을 모두 포함하며, 수배전반(10) 외부의 관제실 또는 관리자 단말(도 5의 100) 등과 유선 또는 무선으로 송수신하게 된다. 따라서, 본 발명에서는 수배전반(10)에 이상 발생시 감지 모듈(60)의 감지 결과를 저장 모듈(830)에 저장함과 동시에 즉각적인 조치를 위해 관리자가 보유한 관리자 단말로 전송하여 이상 발생 사실을 인식하도록 할 수 있다. 따라서, 메시지를 전송받은 관리자는 수배전반 설비를 원격으로 직접 제어하는 등의 필요한 조치를 취할 수 있다. 또한, 이러한 과정을 통하여 수배전반(10)의 멸실, 정보의 손실 등에 대비할 수 있다. 그러나, 본 발명에서는 네트워크의 종류를 한정하는 것은 아니고, 와이파이(wifi) 방식, 지그비(zigbee) 방식, 블루투스(bluetooth) 방식, 3G, 4G, LTE, LTE-A 방식 및 그 등가 방식 등의 다양한 유무선 통신 방식을 적용할 수도 있다.

상기 저장 모듈(830)은 전력 감시부(610), 환경 감시부(620) 또는 아크 감지부(630) 중 어느 하나에 의하여 감지된 감지 결과 데이터와, 미리 설정된 기준 데이터와, 이상 판단부(650)에 의한 판단 결과 데이터와, 위치 파악부(640)에 의하여 파악된 이상 발생 위치를 저장하는 장치로서, RAM, ROM, EEPROM(Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory), SDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory) 또는 HDD로 구성될 수 있으나, 이는 본 발명은 저장 모듈(830)의 종류를 한정하는 것은 아니다. 상기 저장 모듈(830)은 상술한 결과 데이터뿐만 아니라 스마트박스(80) 또는 수배전반 설비의 전체적인 제어 및 실행에 필요한 프로그램 등을 저장한다.

또한, 본 발명에서는 수배전반 내부의 스마트박스(80)에 구비된 저장 모듈(830) 이외에, 통신 모듈(820)로부터 전송된 정보를 저장하기 위한 메모리 등의 별도의 저장 장치가 관제실 등의 수배전반(10) 외부에 더 구비될 수 있음은 물론이다.

상기 디스플레이 모듈(840)은 통신 모듈(820)을 통하여 송수신되는 데이터를 표시하는 장치로서, LCD(Liquid Crystal Display), LED(Liquid Emitting Diode), OLED(Organic LED), AMOLED(Active Matrix OLED) 방식을 사용할 수 있다. 또한, 상기 수배전반(10)의 큐비클 외부 표면에도 디스플레이 모듈(840)과 동일한 역할을 수행하는 출력 장치가 설치될 수도 있다.

한편, 본 하이테크 수배전반(10)의 함체(11)는 수배전반(10) 내부에서 발생되는 열이나 충격 등에 대한 수배전반 설비의 보호를 위하여 올레핀계 수지 25~39중량%와, 유리섬유 또는 황산바륨이거나 이들의 혼합물인 무기충전제 61~75중량%를 포함하는 폴리올레핀 수지 조성물로 이루어질 수 있다.

상기 올레핀계 수지는 25~39중량%를 포함하는 것이 바람직하며, 초고결정성 수지로 무기 충전제의 흐름성을 향상시키고 폴리올레핀 수지 조성물의 내열성, 강성 및 열변형성을 향상시키는 역할을 한다. 25중량%미만이면 무기 충전제가 과량으로 사용되어 수지의 흐름성과 성형성을 저하시키는 문제점을 나타내며, 39중량%를 초과하면 사출 성형품으로 제조 시, 강도, 내충격성 및 치수안정성을 향상시키는데 효과적이지 못한 문제점을 가진다. 구체적으로는, 상기 초고결정성 올레핀계 수지는 아이소택틱 폴리프로필렌, 프로필렌-에틸렌 코폴리머, 프로필렌-1-부텐 코폴리머, 프로필렌-1-헥센 코폴리머 및 프로필렌-4-메틸-1-펜텐 코폴리머 중에서 선택된 1종 이상과 프로필렌의 공중합체 또는 랜덤 공중합체이거나 이들의 혼합물인 것이 바람직하다.

상기 올레핀계 수지는 용융지수가 1~70g/10min(230℃)인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 3~30g/10min이다.

또한, 상기 올레핀계 수지 중 호모 부분의 C13-NMR에 의한 아이소택틱(isotactic) 펩타드분율이 96~99%인 것이 바람직한데, 96%미만이면 폴리올레핀 수지 조성물의 내열성, 강성 및 열변형성이 저하되는 문제점을 나타낸다.

상기 무기 충전제는 유리섬유 또는 황산바륨이거나 이들의 혼합물인 것인 것이 바람직한데, 61~75중량%를 포함하여 사출 성형품으로 제조 시, 강도, 내충격성을 향상시키는 역할을 한다. 상기 무기 충전제가 61중량% 미만이면 강도 및 내충격성이 저하되고 저중량으로 인한 문제점을 나타내며, 75중량%를 초과하는 경우에는 고중량 및 고강성으로 인하여 생산 공정이 원활하지 않는 문제점을 가진다.

상기 유리섬유는 평균입경이 5~15㎛이고, 길이가 1~16㎜인 쵸핑된 스트랜드(chopped strand) 형태를 사용하는 것이 바람직하며, 평균입경이 5㎛미만이면 혼합하는 동안에 유리섬유가 깨지기 쉬워 강성효과가 미흡한 문제점을 나타내며, 15㎛를 초과하는 경우에는 사출 성형품으로 제조 시, 성형품의 변형이 악화되어 외관 상태가 불량해질 수 있다. 또한, 길이가 1㎜미만이면 강도, 내충격성 및 중량이 저하되는 문제점을 가지며, 16㎜를 초과하는 경우에는 가공 공정에서의 투입이 어려워 생산 공정이 원활하지 않는 문제점을 나타낸다. 구체적으로는, 상기 유리섬유는 불포화 카르본산 또는 그 무수물을 그라프트한 변성 폴리프로필렌에 의해 표면이 처리된 유리섬유인 것이 바람직한데, 사출 성형품으로 제조 시, 성형품의 강도, 내충격성 및 내열성을 개선하는데 효과적인 역할을 한다. 상기 불포화 카르본산은 아크릴산, 타크릴산, 말레인산, 푸마르산, 이타콘산, 크로톤산, 디트라콘산, 소르빈산 및 인그리카산 중에서 선택된 1종인 것이 바람직하며, 상기 무수물은 산무수물, 에스테르, 아미드, 이미드 및 금속염 중에서 선택된 1종 이상이며, 구체적인 예로는 무수말레인산, 무수이타콘산, 무수디트라콘산, 아크릴산 나트륨 및 메타크릴산 나트륨 등이 있다. 상기 유리섬유의 표면을 처리하기 위해서는 결정성 폴리프로필렌에 불포화 카르본산 또는 그 무수물과 촉매를 이축 압출기에 투입하여 180~220℃의 온도에서 가열하여 용융함으로써 제조된 변성 폴리프로필렌을 사용하는 것이 바람직하며, 상기 변성 폴리프로필렌 및 유리섬유는 1:9의 비율로 표면을 처리하는 것이 바람직하다.

상기 황산바륨은 레이저회절 산란법에 의한 평균입경이 0.5~1㎛인 것이 바람직한데, 유리섬유와 혼합하여 사용할 경우 고중량의 특성을 나타내는데 효과적인 역할을 하며, 0.5㎛미만이면 고중량 및 고강성의 물성이 저하되며 가공 공정에서의 투입이 어려운 문제점을 가지며, 1㎛를 초과하면 사출 성형품으로 제조 시 성형품의 표면 외관의 광택이 저하되는 문제점을 가진다.

또한, 상기 유리섬유와 황산바륨을 혼합하여 무기충전제로 사용할 경우에는 유리섬유 및 황산바륨의 혼합비가 2:8~8:2인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 4:6~5:5이다.

또한, 상기 폴리올레핀 수지 조성물은 본 기술 분야에서 알려진 수지 조성물의 제조방법 및 가공 조건을 토대로 응용될 수 있다. 예를 들어, 폴리프로필렌을 융점 이상에서 배합하고 혼련하여 사용될 수 있다. 즉, 상기 폴리올레핀 수지 조성물은 사출성형 및 압출성형 등의 통상적인 성형법을 통하여 함체(11, 11')를 제조하기 위하여 사용될 수 있다.

이하에서는 상기 폴리올레핀 수지 조성물을 실시예를 들어 설명하기로 한다.

<실시예 1~4 및 비교예 1~4>

올레핀계 수지 및 무기충전제를 투입하고 리본믹서에서 0.5~4시간 동안 드라이 블렌드한 후, 혼련압출기의 호퍼에 투입하고 180~220℃의 온도에서 용융혼련하여 폴리올레핀 수지 조성물을 제조하였으며, 각 성분의 투입 함량은 아래 표 1에 나타내었다.

구분(중량%)		실시예1	실시예2	실시예3	실시예4	비교예1	비교예2	비교예3	비교예4
올레핀계 수지		39	30	25	39	100	70	46	70
무기 충전제	유리섬유-1	31	30	30	-	-	30	-	-
	유리섬유-2	-	-	-	21	-	-	-	-
	유리섬유-3	-	-	-	-	-	-	-	30
	황산바륨	30	40	45	40	-	-	54	-

(단, 올레핀계 수지는 초고결정성 폴리프로필렌(용융수지: 1~70g/10min, 에틸렌 단위함량: 10.5몰%, 아이소택틱 펩타드분율: 96~99%)을 사용하였으며, 유리섬유-1은 평균입경이 9~13㎛, 길이가 3.0~4.5㎜이며, 유리섬유-2는 평균입경이 9~13㎛, 길이가 10.0~15.0㎜이며, 유리섬유-3은 평균입경이 28~32㎛, 길이가 3.0~4.5㎜인 것을 사용함.)

<시험예>

상기 실시예 1~4 및 비교예 1~4를 통해 제조된 폴리올레핀 수지 조성물의 기계적 물성을 측정하기 위하여, 70℃의 금형온도 및 60~100bar의 사출압력에서 사출 성형하여 시편을 제작하였으며, 측정된 결과는 아래 표 2에 나타내었다.

구분	실시예1	실시예2	실시예3	실시예4	비교예1	비교예2	비교예3	비교예4
굴곡탄성률	90,000	100,000	100,000	70,000	14,000	62,000	31,000	89,000
상온충격강도	15	15	15	21	10	15	4	22
저온충격강도	12	12	12	18	5	9	3	13
비중	1.53	1.87	1.91	1.67	0.91	1.12	1.56	1.12
MD 수축률	3.1	3.1	3.1	2.8	15.8	9.0	9.0	8.8
TD 수축률	2.6	2.6	2.6	2.4	15.8	2.0	8.8	1.9
표면광택	35	30	28	40	75	20	60	10

상기 시험예에 있어서, 굴곡탄성률(kg/㎠)은 ASTM D 790의 방법으로 상온에서 측정하였고, 상온 충격강도(kg·㎝/㎝)는 ASTM D 256의 방법으로 상온에서 측정하였으며, 저온 충격강도(kg·㎝/㎝)는 ASTM D 256의 방법으로 -10 ℃에서 측정하였고, 비중은 ASTM D 1238의 방법으로 상온에서 측정하였으며, 표면광택(%, 60′)은 ASTM D 523의 방법으로 상온에서 측정하였고, MD 수축률(%)은 ASTM D 955의 방법으로 상온에서 흐름방향(Machine Direction)으로 측정하였으며, TD 수축률(%)은 ASTM D 955의 방법으로 상온에서 흐름직각방향(Transverse Direction)으로 측정하였다.

상기 표 2에서 보는 바와 같이, 실시예 1~4를 통해 제조된 폴리올레핀 수지 조성물은 비교예 1~4에 비하여 굴곡탄성률, 충격강도 및 비중이 높고, 수축률이 낮으므로 치수 안정성에 있어서도 효과적임을 확인할 수 있다.

따라서, 상기 폴리올레핀 수지 조성물은 사출 성형을 통하여 함체(11)로 제조 시, 강도, 내충격성 및 치수 안정성을 향상시킬 수 있다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 하이테크 수배전반을 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: 수배전반 11: 함체
12: 저고압반실 12a: 계기표시판
12b, 13a, 14a: 개폐도어 13: DM 박스
14: 접지 단자 박스 15, 16: 지지판
17: 격실 18: 환기 팬
20: 수전 모듈 30: 변압 모듈
40: 배전 모듈 50: 차단 모듈
60: 감지 모듈 70: 메인 제어 모듈
80: 스마트박스 210: 자동 개폐기
220: 피뢰기 230: 계기용 변류기
240: 파워 퓨즈 300: 변압기
410: MCCB 420: 기중 차단기
500: 차단기 610: 전력 감시부
620: 환경 감시부 630: 아크 감지부
640: 위치 파악부 650: 이상 판단부
810: 보조 제어 모듈 820: 통신 모듈
830: 저장 모듈 840: 디스플레이 모듈

Claims (5)

1. 수전 모듈, 변압 모듈 및 배전 모듈이 내부에 설치된 함체를 포함하는 하이테크 수배전반에 있어서,
   상기 함체 내부에는 일체로 형성된 저고압반실 및 고압반실과, DM 박스, 접지 단자 박스가 마련되고, 상기 저고압반실의 내측벽에는 방음 또는 방열용 차단판이 설치되어 있고, 상기 함체에는 상기 저고압반실에서 발생되는 고온의 열기를 배출하는 환기팬이 설치되어 있으며, 상기 함체 내부에는 적어도 하나의 격실이 구비되되,
   상기 수배전반의 관련기기의 전류, 전압, 전력, 역률 및 주파수 중 적어도 어느 하나를 감시하는 전력 감시부와, 상기 수배전반의 관련기기의 환경을 감시하되, 변압기 온도, 수배전반 온도 또는 수배전반 화재 중 적어도 하나를 감시하는 환경 감시부와, 상기 수배전반의 관련기기와 각각을 연결하는 배선의 아크 발생 여부 또는 부분 방전 발생 여부를 감지하는 아크 감지부와, 상기 전력 감지부, 환경 감시부 또는 아크 감지부 중 어느 하나에 의하여 감지된 감지 결과 데이터와 미리 설정된 기준 데이터를 비교하여 상기 수배전반의 이상 유무를 판단하는 이상 판단부와, 상기 이상 판단부에 의하여 상기 수배전반에 이상 발생이 감지되는 경우 상기 수배전반 내부에서 이상 발생된 위치를 파악하는 위치 파악부를 포함하는 감지 모듈;
   상기 수배전반의 동작을 제어하되, 상기 이상 판단부로부터 상기 수배전반의 이상 발생에 대응하는 신호가 수신되면 상기 수배전반의 동작을 차단하는 메인 제어 모듈;
   상기 메인 제어 모듈의 제어에 의하여 상기 수배전반의 인입 전력 및 인출 전력을 차단하는 차단모듈; 및
   상기 적어도 하나의 격실 중 어느 하나의 격실에 구비되어 상기 메인 제어 모듈로부터 디지털 신호로 전송된 상기 수배전반에 대한 이상 발생 여부 데이터를 획득하여 저장하고, 상기 수배전반의 이상 발생시 동작되어 상기 수배전반의 동작을 제어함과 동시에 상기 수배전반의 이상 발생 여부 데이터를 관리자에게 제공하는 스마트박스; 를 포함하되,
   상기 스마트박스는 상기 수배전반에 이상 발생시 동작되어 상기 수배전반의 동작을 제어하는 보조 제어 모듈과, 상기 수배전반의 이상 발생시 상기 감지 모듈의 감지 결과를 획득하여 외부의 관제실 또는 관리자 단말로 전송하는 통신 모듈과, 상기 전력 감시부, 상기 환경 감시부 또는 상기 아크 감지부 중 어느 하나에 의하여 감지된 감지 결과 데이터, 미리 설정된 기준 데이터, 상기 이상 판단부에 의한 판단 결과 데이터 및 상기 위치 파악부에 의하여 파악된 이상 발생 위치를 저장하는 저장 모듈과, 상기 통신 모듈을 통해 송수신되는 데이터를 표시하는 디스플레이 모듈을 포함하고,
   상기 아크 감지부는 상기 배선에서 두 개의 전극 접촉에 의한 전압 강하에 의하여 전기적으로 방전되어 발생되는 아크 전류를 감지하는 아크 감지 센서와, 상기 배선에서의 소정 영역에 발생되는 부분 방전을 감지하는 부분 방전 센서를 포함하고,
   상기 보조 제어 모듈은 상기 위치 파악부에 의하여 파악된 이상 발생 위치를 제외한 다른 영역으로의 동작 제어를 수행하고,
   상기 수배전반의 이상 발생 여부 데이터는 상기 수배전반 내부에 설치된 카메라가 획득하는 이미지를 포함하고,
   상기 함체는 상기 수배전반 내부에서 발생되는 열이나 충격으로부터 보호하기 위하여 올레핀계 수지 25~39중량%와, 유리섬유, 황산바륨 또는 이들의 혼합물인 무기충전제 61~72중량%를 포함하는 폴리올레핀 수지 조성물로 이루어지는,
   것을 특징으로 하는 하이테크 수배전반.
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