KR101528736B1 - 열화 검출 기능이 구비된 수배전반 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 열화상 카메라를 이용하여 활선상태에서 안전하게 절연불량을 검출하거나 또는 열화를 검출하여 사고를 미연에 방지할 수 있는 열화 검출 기능이 구비된 수배전반에 관한 것이다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 열화 검출 기능이 구비된 수배전반은, 상기 계기용변압변류기, 차단기 및 몰드 변압기의 열화를 검출하여 표시하는 열화상 감지부를 포함하여 구성되며, 상기 열화상 감지부는 상기 계기용변압변류기의 접속부에 대한 열화상을 촬영하는 제1 열화상 카메라, 차단기의 접속부에 대한 열화상을 촬영하는 제2 열화상 카메라 및 상기 몰드 변압기의 접속부에 대한 열화상을 촬영하는 제3 열화상 카메라를 포함하는 열화상 촬영모듈; 상기 열화상 촬영모듈로부터 촬영된 영상에서 색상을 검출하며, 상기 검출된 색상에 대한 열화 온도를 검출하는 열화 검출모듈; 상기 열화 검출모듈에서 검출된 열화 온도에 대응하여 열화 정도를 검출하며, 검출된 열화 정도에 따라 이상신호를 출력하는 열화 판정모듈; 상기 열화 판정모듈에서 판단된 이상신호를 출력하는 출력모듈; 상기 열화상 촬영모듈에서 촬영된 영상, 상기 열화 검출모듈에서 검출된 열화 온도 및 상기 열화 판정모듈에서 판단된 이상신호를 외부 기기로 전송하는 통신모듈; 상기 열화상 판정모듈에서 판단된 이상신호에 따라 상기 차단기에 트립 신호를 발생시키는 TC(Trip Coil)신호 발생모듈; 상기 함체의 전면측 도어에 설치되며, 상기 열화상 촬영모듈에서 촬영된 영상과 상기 열화 검출모듈에서 검출된 열화 온도를 표시하는 디스플레이모듈을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 열화 검출 기능이 구비된 수배전반은, 상기 계기용변압변류기, 차단기 및 몰드 변압기의 열화를 검출하여 표시하는 열화상 감지부를 포함하여 구성되며, 상기 열화상 감지부는 상기 계기용변압변류기의 접속부에 대한 열화상을 촬영하는 제1 열화상 카메라, 차단기의 접속부에 대한 열화상을 촬영하는 제2 열화상 카메라 및 상기 몰드 변압기의 접속부에 대한 열화상을 촬영하는 제3 열화상 카메라를 포함하는 열화상 촬영모듈; 상기 열화상 촬영모듈로부터 촬영된 영상에서 색상을 검출하며, 상기 검출된 색상에 대한 열화 온도를 검출하는 열화 검출모듈; 상기 열화 검출모듈에서 검출된 열화 온도에 대응하여 열화 정도를 검출하며, 검출된 열화 정도에 따라 이상신호를 출력하는 열화 판정모듈; 상기 열화 판정모듈에서 판단된 이상신호를 출력하는 출력모듈; 상기 열화상 촬영모듈에서 촬영된 영상, 상기 열화 검출모듈에서 검출된 열화 온도 및 상기 열화 판정모듈에서 판단된 이상신호를 외부 기기로 전송하는 통신모듈; 상기 열화상 판정모듈에서 판단된 이상신호에 따라 상기 차단기에 트립 신호를 발생시키는 TC(Trip Coil)신호 발생모듈; 상기 함체의 전면측 도어에 설치되며, 상기 열화상 촬영모듈에서 촬영된 영상과 상기 열화 검출모듈에서 검출된 열화 온도를 표시하는 디스플레이모듈을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 열화 검출 기능이 구비된 수배전반에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 열화상 카메라를 이용하여 활선상태에서 안전하게 절연불량을 검출하거나 또는 열화를 검출하여 사고를 미연에 방지할 수 있는 열화 검출 기능이 구비된 수배전반에 관한 것이다.
수배전반은 아파트, 빌딩, 공장 및 변전소 등의 전력 수용가 측에 설치된 상태에서, 특고압의 전력을 수전 및 배전하는 설비로서, 내부에는 부하개폐기, 계기용 변류기, 차단기 및 보호 계전기 등이 구비되어 있다.
수배전반에 적용되는 폐쇄형 배전반에 있어서 접속부 및 지지부에 사용하는 절연체는 사용연수와 설치 환경 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.
수배전반에 적용되어 열화를 검출하는 종래의 수단으로는, 적외선 온도센서를 이용하여 열화를 검출하였다. 그러나 상기 종래 기술은 수배전반의 크기에 따라서 복수 개의 적외선 온도센서를 구비해야 하는 문제점이 있었으며, 발생된 열화 구역을 원격에서는 용이하게 식별하지 못하는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하고자 등록특허공보 제10-1190244호에 배전반의 열 감지 및 원격 제어 장치가 개시되었다.
상기 기술은 버스-바의 연결부의 발열에 따라 색이 변하는 온도튜브와; 상기 온도튜브를 촬영하여 영상을 획득하는 내부영상 카메라와; 상기 내부영상 카메라에 의해 획득한 온도튜브 영상을 시각적으로 디스플레이해주는 모니터와; 상기 내부영상 카메라에 의해 획득한 온도튜브 영상을 원격에 위치한 단말기로 전송하기 위한 영상 전송기와; 상기 영상 전송기에서 전송된 온도튜브 영상을 수신하여 화면에 디스플레이해주는 단말기로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
그러나 버스-바의 온도튜브를 카메라로 촬영하는 경우, 별도의 조명장치를 수반해야 하는 문제점이 있다. 즉, 일반 카메라로 촬영하기 위해서 수배전반 내부에는 조명장치를 구비해야 한다.
이에 더하여, 버스-바의 연결부의 발열에 따라 색이 변하는 온도튜브를 모두 채용해야 하는 문제점이 발생된다.
본 발명은 상기 종래 기술이 갖는 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 수배전반에 채용되어 열화를 검출할 수 있으며, 검출된 열화에 해당하는 배전측 전로를 차단하여 열화에 의한 소손를 방지할 수 있는 열화 검출 기능이 구비된 수배전반을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명에서 해결하고자 하는 다른 과제는 검출된 열화를 원격지에서 확인할 수 있는 열화 검출 기능이 구비된 수배전반을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 열화 검출 기능이 구비된 수배전반은, 상기 전면 도어 내측에 설치되는 전면 안전 도어; 상기 함체를 관통하는 부싱을 통해 연결된 모선 전력선에 연결되며 무부하 상태에서 전력을 개방하거나 통전시키는 부하개폐기; 상기 부하개폐기의 후단에 연결되어 고전압 고전류의 전력을 소정의 전력으로 변성하여 공급하는 계기용변압변류기; 상기 계기용변압변류기에 연결되어 최대 수용 전력량을 표시하는 최대 수용 전력량계; 상기 부하개폐기와 상기 계기용변압변류기 사이에 연결되며 서지 전압을 접지시키는 피뢰기; 상기 계기용변압변류기의 후단에 연결되어 과부하 및 단락 사고에 대한 전력을 차단하는 진공 차단기; 상기 진공 차단기와 병렬로 연결되어 전력선의 고장을 감시하여 상기 진공 차단기에 트립 신호를 발생시키는 보호계전기; 상기 진공 차단기와 병렬로 연결되어 고전압을 일정 수준의 전압으로 변성하여 제공하는 계기용변압기; 상기 진공 차단기의 후단에 흐르는 전류를 일정 수준의 전류로 변류하여 상기 보호 계전기에 제공하는 변류기; 상기 차단기의 후단에 설치되어 전력선에 공급되는 전압 및 전류를 일정 수준으로 감압하여 출력하는 몰드 변압기; 상기 몰드 변압기의 입/출력단에 각각 구비되어 과도 전류를 차단하는 전력퓨즈; 상기 몰드 변압기의 후단에 설치되어 전력을 분배시키는 버스바; 상기 버스바의 전단측에 병렬로 설치되어 전압과 전류의 위상차이를 보상하여 역률을 개선시키는 전력용 콘덴서, 상기 전력용 콘덴서의 전단에 설치되며 고조파를 제거하는 직렬리액터 및 상기 전력용 콘덴서와 상기 직렬리액터 사이에 병렬로 설치되어 상기 전력용 콘덴서의 잔류 전하를 방전하는 방전코일로 구성되는 역률보상부; 및 상기 계기용변압변류기, 차단기 및 몰드 변압기의 열화를 검출하여 표시하는 열화상 감지부를 포함하여 구성되며, 상기 열화상 감지부는 상기 계기용변압변류기의 접속부에 대한 열화상을 촬영하는 제1 열화상 카메라, 차단기의 접속부에 대한 열화상을 촬영하는 제2 열화상 카메라 및 상기 몰드 변압기의 접속부에 대한 열화상을 촬영하는 제3 열화상 카메라를 포함하는 열화상 촬영모듈; 상기 열화상 촬영모듈로부터 촬영된 영상에서 색상을 검출하며, 상기 검출된 색상에 대한 열화 온도를 검출하는 열화 검출모듈; 상기 열화 검출모듈에서 검출된 열화 온도에 대응하여 열화 정도를 검출하며, 검출된 열화 정도에 따라 이상신호를 출력하는 열화 판정모듈; 상기 열화 판정모듈에서 판단된 이상신호를 출력하는 출력모듈; 상기 열화상 촬영모듈에서 촬영된 영상, 상기 열화 검출모듈에서 검출된 열화 온도 및 상기 열화 판정모듈에서 판단된 이상신호를 외부 기기로 전송하는 통신모듈; 상기 열화상 판정모듈에서 판단된 이상신호에 따라 상기 차단기에 트립 신호를 발생시키는 TC(Trip Coil)신호 발생모듈; 상기 함체의 전면 도어에 설치되며, 상기 열화상 촬영부에서 촬영된 영상과 상기 열화 검출모듈에서 검출된 열화 온도를 표시하는 디스플레이모듈을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 열화상 촬영모듈은 상기 제1 내지 제3 열화상 카메라를 일정 주기마다 정지 열화상을 촬영하도록 제어하며, 상기 제1 내지 제3 열화상 카메라 각각은 촬영조정유닛에 결합되어 상하좌우로 촬영 각도를 가변 가능하도록 구성되고, 상기 촬영조정유닛은 상기 통신모듈을 통해 수신된 방향제어신호에 의해 구동되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 열화 판정모듈은 온도검출센서로부터 검출된 상기 함체 내부의 온도에 대응되어 상기 열화 검출모듈에서 검출된 열화 온도를 보정하고, 상기 보정된 열화 온도에 대응하여 열화 정도를 검출하며, 상기 검출된 함체 내부의 온도가 설정 온도를 초과하는 경우, 상기 함체 내부의 공기를 외부로 방출하는 송풍기를 구동하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 차단기, 변압기 및 계기용 변성기에서 발생되는 열화를 열화상 카메라로 검출할 수 있으며, 검출된 열화에 대하여 대응할 수 있으므로, 열화에 의한 수배전반의 소손 피해를 미연에 방지할 수 있는 장점이 있다.
또한, 열화상 카메라를 사용하여 열화를 검출함에 따라 별도의 조명 장치를 구비하지 않아도 열화 정도를 검출할 수 있으며, 검출된 열화 정도를 원격지에서 확인할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 열화 검출 기능이 구비된 수배전반의 외형을 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 열화 검출 기능이 구비된 수배전반의 내부 구성을 나타낸 측면도.
도 3은 본 발명에 따른 열화 검출 기능이 구비된 수배전반의 단선 결선도를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 따른 열화 감기 기능이 구비된 수배전반에 적용된 열화상 감지부의 개략적인 구성을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명에 따른 열화 검출 기능이 구비된 수배전반에서 몰드 변압기의 접속부를 촬영한 사진과 해당 부분에 대한 열화상 촬영 영상을 나타낸 도면 대용 사진.
도 6은 본 발명에 따른 열화 검출 기능이 구비된 수배전반에서 디스플레이모듈에 표시되는 영상의 일 실시 예를 나타낸 화면.
도 2는 본 발명에 따른 열화 검출 기능이 구비된 수배전반의 내부 구성을 나타낸 측면도.
도 3은 본 발명에 따른 열화 검출 기능이 구비된 수배전반의 단선 결선도를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 따른 열화 감기 기능이 구비된 수배전반에 적용된 열화상 감지부의 개략적인 구성을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명에 따른 열화 검출 기능이 구비된 수배전반에서 몰드 변압기의 접속부를 촬영한 사진과 해당 부분에 대한 열화상 촬영 영상을 나타낸 도면 대용 사진.
도 6은 본 발명에 따른 열화 검출 기능이 구비된 수배전반에서 디스플레이모듈에 표시되는 영상의 일 실시 예를 나타낸 화면.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명은 열화상 카메라를 이용하여 활선상태에서 안전하게 절연불량을 검출하거나 또는 열화를 검출하여 사고를 미연에 방지할 수 있는 열화 검출 기능이 구비된 수배전반에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 열화 검출 기능이 구비된 수배전반의 외형을 나타낸 사시도이며, 도 2는 본 발명에 따른 열화 검출 기능이 구비된 수배전반의 내부 구성을 나타낸 측면도이다.
본 발명에 따른 열화 검출 기능이 구비된 수배전반은 육면체 형상으로 전면 도어 및 후면 도어가 구성되는 함체(10)와 상기 함체(10)의 내부에 설치되어 내부 기기들의 열화를 검출하는 열화상 감지부(60)를 포함하여 구성된다.
첨부된 도 2를 참조하면, 상기 함체(10)는 중심부의 프레임을 기준으로 전면측 공간부와 후면측 공간부로 구성되며, 전면측 공간부의 전면부에는 전면 도어(11)가 설치되며, 후면부에는 후면 도어(13)가 설치된다.
상기의 전면 도어(11) 및 후면 도어(13)에는 잠금장치가 구비되어 관계자 이외에 의한 도어 열림을 방지하여 안전 사고를 방지하도록 구성된다.
또한, 전면 도어(11)의 내측에는 전면 안전 도어(12)가 더 구비된다.
전면 도어(11)에는 수배전반에서 이루어지는 수전 및 배전 전력 상황, 차단기의 동작 버튼 및 보호계전기 등의 제어 회로가 설치되는 데, 제어 회로를 점검하기 위해서 전면 도어(11)를 개방하는 경우가 빈번히 발생된다.
상기 전면 안전 도어(12)는 전면 도어(11)를 개방하였을 경우 그 내측에 설치된 접속부에 대한 접촉을 방지하기 위한 것으로, 전체적으로 금속 패널로 이루어지되, 주요 부분은 육안으로 확인할 수 있도록 투명창이 구비된다. 이에 따라 사용자는 전면 도어(11)를 개방하는 것으로, 전면 안전 도어(12)에 의해 안전 사고를 방지하면서, 전면 안전 도어(12)에 구비된 투명창을 통해 주요 접속부를 육안으로 확인할 수 있는 장점이 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 수배전반 내부에 구성되며, 수전하여 배전하기까지 과정에 연결된 각 구성에 대해서 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 열화 검출 기능이 구비된 수배전반의 단선 결선도를 나타낸 도면이다.
첨부된 도 2 및 도 3을 참조하면, 인입구를 통해 수전된 전력은 부하개폐기(21)에 연결된다.
상기 부하개폐기(21, LBS(load breaker switch))는 상기 함체를 관통하는 부싱을 통해 연결된 모선 전력선에 연결되며 무부하 상태에서 전력을 개방하거나 통전시키는 기능을 수행한다. 즉, 활선 상태에서 소정의 전류를 투입, 차단 및 통전하고, 그 전로에 단락상태가 되어 이상전류가 흐르면 규정 시간 동안 통전할 수 있는 것으로서, 수변전설비의 인입구 개폐기로 많이 사용되며 고장전류는 차단할 수 없다. 이에 고장전류는 전력퓨즈를 사용하며 퓨즈의 용단시 결상을 방지하는 목적으로 채용된다. 상기 부하개폐기는 3상 부하가 있는 경우 트립장치(Trip Device)가 있는 3극 부하개폐기와 조합한 전력퓨즈를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 부하개폐기(21)를 대신하여 단로기(DS)가 설치될 수 있다. 상기 단로기(DS(disconnecting switch))는 기기의 점검을 위해 회로를 일시 전원에서 차단하기 위한 것으로서, 활선 상태에서는 절대로 동작시켜서는 안 된다. 이유는 나이프스위치를 개방할 때 스위치의 블레이드와 클립 간에 아크가 발생되며, 아크의 발생으로 공간이 전리되어 3상 단락이 발생되고, 3상 단락으로 사용자(조작자)가 감전사고에 노출될 위험이 있기 때문이다.
상기 부하개폐기(21)의 후단에는 계기용변압변류기(23)가 설치된다.
상기 계기용변압변류기(23, MOF(metering out fit))는 고전압 고전류의 전력을 소정의 전력으로 변성하여 공급하는 기능을 수행하는 것으로, 고압 전기를 수전하여 배전하는 수배전반에서 안전하게 적산 전력량계를 연결하기 위한 것이다. 상기 계기용변압변류기(23)의 내부에는 PT와 CT를 조합하여 고전압과 대전류를 저전압과 소전류로 각각 변압/변성하여 적산 전력량계를 설치할 수 있도록 구성된다.
상기 계기용변압변류기(23)에 연결되어 최대 수용 전력량을 표시하는 최대 수용 전력량계(25)가 설치된다.
또한, 상기 부하개폐기(21)와 상기 계기용변압변류기(23) 사이에 연결되며 서지(surge) 전압을 접지시키는 피뢰기(27)가 설치된다.
상기 피뢰기(27)는 서지 전압을 접지시키는 기능을 수행한다.
전기설비는 그 계통전압에 따라 임펄스전압 및 교류전압 등의 절연강도가 정해져 있으며, 정해진 값 이상의 과전압이 가해지면 전기설비는 절연 파괴된다. 이때, 정해진 임펄스전압 및 교류전압을 초과하는 것으로 낙뢰 또는 회로의 개폐 등으로 인한 과전압 등이 있다. 이에 따라, 피뢰기(27)는 파고값이 정해진 값을 초과한 경우 전류를 분류하여 특성요소(산화아연)에 의해 과전류를 단시간에 접지선을 통해 대지로 방전하고, 속류(정상전류)는 단시간에 차단하여 계통의 정상적인 상태로 자동 복귀시키는 장치이다.
진공 차단기(31, VCB(vacuum circuit breaker))는 상기 계기용변압변류기(23)의 후단에 연결되어 과부하 및 단락 사고 등의 이상 전류에 대해 전력을 차단하는 개폐장치이다. 상기 진공 차단기(31)는 과전류, 단락 및 지락사고 등의 이상전류 발생시 외부의 보호 계전기에 의해 그 내부의 진공 인터럽터(vacuum-intertupter)에서 진공 소호방식으로 회로를 차단하여 인명 및 부하기기를 보호하는 차단기이다.
상기 진공 차단기(31)로 인터럽트 신호를 발생시키는 구성으로서 보호계전기(33)가 설치된다.
상기 보호계전기(33)는 상기 진공 차단기(31)와 병렬로 연결되어 전력선의 고장을 감시하며, 전력선의 고장 발생시에 상기 진공 차단기에 트립 신호를 발생시키는 기능을 수행하는 것으로서, 과전류 계전기(OCR), 과전압 계전기(OVR), 부족전압 계전기(UVR) 및 지락 계전기(GR) 등이 있으며, 설계조건에 따라서 주파수 계전기, 비율차동 계전기, 결상 계전기 및 선택지락 계전기 등이 부가되어 설치될 수 있다.
상기 진공 차단기와 병렬로 연결되어 고전압을 일정 수준의 전압으로 변성하여 제공하는 계기용변압기(35)가 설치된다.
상기 계기용변압기(35, PT(potential transformer))는 전압계, 전력계, 주파수계, 역률계, 보호계전기 및 표시램프 등 각종 계기용으로 사용할 수 있도록 고압회로의 전압을 저압으로 변압하는 기기로서, 1차측은 전압에 따라 다르지만 2차측 정격전압은 110V로 출력하도록 구성된다. 이때, 코일의 소손 등 고장전류를 차단하여 사고의 확대를 방지할 목적으로 1차측에 전력퓨즈가 설치되나, 상기 전력퓨즈는 계기용변압기(35)를 보호하는 것이 목적이 아니고, 계기용변압기(35)에 고장이 생겼을 때 전력퓨즈가 즉시 끊어져 계기용변압기(35)를 고압 회로로부터 분리하여 주는 역할을 수행한다.
상기 진공 차단기(31)의 후단에 흐르는 전류를 일정 수준의 전류로 변류하여 상기 보호 계전기에 제공하는 변류기(37)가 설치된다.
상기 변류기(37, CT(current transformer))는 고압 회로의 대전류를 소전류로 변류하기 위해서 회로에 직렬로 접속하여 사용하는 장치이다. 즉, 상기 변류기(37)에서 변류된 전류는 수배전반의 전류계, 전력계의 전류코일 및 과전류계전기의 트립코일의 전원으로 사용된다. 여기서 주의할 것은 변류기 1차코일에 전류가 흐르는 상태에서 2차측을 개방하면 2차 단자에 고압이 발생하여 손상 또는 감전사고를 유발하므로 유의하여야 한다.
상기 진공 차단기(31)의 후단에 설치되어 전력선에 공급되는 전압 및 전류를 일정 수준으로 감압하여 출력하기 위해서 몰드 변압기(41)가 설치된다.
상기 몰드 변압기(41)는 변압기 본체를 에폭시 수지로 절연하여 몰드화한 것으로서, 크기가 작고 화재위험이 낮은 장점이 있으나, 충격전압에 약한 단점이 있다.
상기 몰드 변압기(41)의 입/출력단에 각각 구비되어 과도 전류를 차단하기 위해서 전력퓨즈(43)가 설치되며, 상기 몰드 변압기(41)의 후단에 설치되어 전력을 분배시키기 위해서 버스바(45)가 구비된다.
상기 버스바의 전단측에 병렬로 설치되어 전압과 전류의 위상차이를 보상하여 역률을 개선하기 위한 역률보상부(51)가 설치된다.
상기 역률보상부(51)는 도면에 도시하지 않았으나, 수전측 전력선에 연결되는 전력용 콘덴서와 스위칭제어에 따라 상기 전력용 콘덴서의 동작 여부를 결정하는 IGBT 스택으로 구성되는 역률 보상부; 상기 IGBT 스택의 동작을 결정하는 스위칭제어 신호를 출력하는 스위치신호 제어부; 상기 전력용 콘덴서의 전압과 설정된 제1 기준전압을 비교하여 전압 보상치를 결정하는 전압 제어부; 배전측 전력선에서 검출되는 기본주파수와 상기 전압 제어부에서 결정된 전압 보상치에 근거하여 배전측 전류를 보상하며, 상기 보상된 전류와 수전측 전력선의 입력전압에서 검출된 위상에 근거하여 상기 역률 보상부에서 출력되게 하는 목표전류를 생성하는 전류지령 생성부; 및 상기 전류지령 생성부에서 생성된 목표전류와 상기 역률 보상부에서 출력되는 전류를 검출하여 보상전류를 생성하고, 상기 생성된 보상전류에 따라 상기 스위치신호 제어부로 동작 신호를 제공하는 전류 제어부를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 역률보상부(51)의 전단에는 고조파를 제거하는 직렬리액터(53)가 설치되며, 상기 전력용 콘덴서와 상기 직렬리액터(53) 사이에 병렬로 설치되어 상기 전력용 콘덴서의 잔류 전하를 방전하는 방전코일(55)이 구비된다.
다음으로, 열화를 감지하기 위한 열화상 감지부(60)에 대해서 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 열화 감기 기능이 구비된 수배전반에 적용된 열화상 감지부의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다.
첨부된 도 4를 참조하면, 상기 열화상 감지부(60)는 열화상 촬영모듈(100), 열화 검출모듈(200), 열화 판정모듈(300), 출력모듈(400), 통신모듈(500), TC(Trip Coil)신호 발생모듈(600) 및 디스플레이모듈(700)을 포함하여 구성된다.
상기 열화상 촬영모듈(100)은 상기 계기용변압변류기(23)의 접속부에 대한 열화상을 촬영하는 제1 열화상 카메라(110), 상기 진공 차단기(31)의 접속부에 대한 열화상을 촬영하는 제2 열화상 카메라(120) 및 상기 몰드 변압기(41)의 접속부에 대한 열화상을 촬영하는 제3 열화상 카메라(130)를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 열화상 카메라(110, 120, 130)는 열(온도) 분포를 측정하는 카메라로 온도 차에 의한 이미지를 생성할 뿐만 아니라 이러한 온도 차를 정확하게 측정할 수 있다. 또한, 절대온도 0K 이상의 모든 물체는 적외선을 자체적으로 발생하기 때문에 열화상 카메라를 이용하여 별도의 조명 없이도 주·야간에 상관없이 영상을 획득할 수 있는 장점이 있다. 이러한 열화상 카메라(110,120,130)는 야간감시 목적의 군사목적으로 개발되어 왔지만 요즘에는 비접촉식 온도계측장비로 활용도가 인정되어 적용사례가 점점 더 증가하는 추세에 있다.
상기 열화상 카메라는 별도의 조명 없이 영상을 획득할 수 있고 온도 차를 정확하게 측정할 수 있는 특성을 이용하여 자동차나 철도와 같은 운송수단, 감시시스템, 전자장비의 결함 검사, 신종플루 검사 등 다양한 분야에 적용할 수 있다.
본 발명에서 상기 열화상 카메라는 촬영 대상부(계기용변압변류기(23)의 접속부, 진공 차단기(31)의 접속부 및 몰드 변압기(41)의 접속부)의 열 영상을 촬영하는 데 이용된다.
이러한 열화상 카메라는 계기용변압변류기(23)의 접속부, 진공 차단기(31)의 접속부 및 몰드 변압기(41)의 접속부를 촬영할 수 있는 함체(10) 내벽에 설치되며, 설치 대상 함체의 환경 또는 함체 내부의 구성에 따라 별도의 지주 프레임을 설치하고 해당 지주 프레임에 설치될 수 있다.
상기 열화상 촬영모듈(100)은 상기 제1 내지 제3 열화상 카메라를 일정 주기마다 정지 열화상을 촬영하도록 설정될 수 있다.
즉, 실시간으로 연속하여 촬영하는 경우, 촬영된 영상을 분석하는 데 소요되는 시간과 촬영된 영상이 통신망을 통해 전송하기 위한 비용이 과도하게 소요될 수 있는 문제점이 있어, 일정 주기마다 촬영되도록 설정하여 상기의 문제점을 다소 해결할 수 있도록 구성된다.
수배전반 내에서의 기기 사고는 장기 사용에 따른 기기 열화에 의한 사고, 접점 및 각 연결 부위의 접촉 불량에 의한 방전, 과열 현상, 서지(Surge), 고장전류 등에 의한 사고 등이 있다.
여기서, 차단기(진공 차단기)의 열화 요인은 열 열화, 전기적 열화, 기계적 열화, 환경적 열화 및 접점의 열화 등이 있으며, 각각의 요인은 전기적, 열적, 기계적 스트레스 및 환경적 요인으로 나타난다. 이러한 요인들 중 하나 또는 하나 이상의 복합적인 요인에 의해 열화가 발생되며, 이 중에서 전기적 열화에 따른 고장이 가장 빈번히 발생된다.
변압기(몰드 변압기)의 열화 요인은 고온 운전 및 외부 단락에 의한 열적 열화, 부분 방전에 의한 열화, 수분, 산소 및 기계적인 응력에 의한 열화 등이 있다.
변압기 내부의 이상은 철심 부위의 경우 과열 및 진동 증가가 원인이 되며, 코일의 경우 과열, 방전 및 코일 도체의 변위에 의하여 발생된다. 절연물의 경우 과열, 경년 열화 및 이물질 혼입에 의해 발생된다.
계기용변압변류기의 열화 요인은 열적 열화와 전기적 열화가 주요 요인으로 작용한다. 구체적으로, 몰드 부위에서의 열화, 극단자 도체부위에서의 열화 및 리드선 단자함에서 열화 등이 있다.
본 발명에서 열화상 카메라를 이용한 열화의 감지는 점진적으로 발생되는 열화를 감지하는 데 그 목적이 있으며, 순간적인 열화에 의한 사고는 보호계전기에 의존해야 한다. 즉, 본 발명은 점진적인 열화에 대해서, 이를 미리 검출하고 대비하기 위한 것이며, 수배전반의 사용 경과에 따른 이물질(먼지 및 수분 등)의 집적에 의한 열화 및 노후화 등에 따른 열화 등을 검출하고 열화에 의한 사고 발생을 미연에 방지하고자 하는 데 그 목적이 있는 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 열화 검출 기능이 구비된 수배전반에서 몰드 변압기의 접속부를 촬영한 사진과 해당 부분에 대한 열화상 촬영 영상을 나타낸 것이다.
첨부된 도 5의 (b)를 참조하면, 몰드 변압기의 접속부에 대한 열화상 영상을 촬영하고, 촬영된 영상으로부터 접속부의 열화를 검출할 수 있다.
상기 열화 검출모듈(200)은 상기 열화상 촬영모듈(100)로부터 촬영된 영상에서 색상을 검출하며, 상기 검출된 색상에 대한 열화 온도를 검출하게 된다. 여기서, 온도의 검출은 촬영된 열상의 색으로 검출하게 된다.
상기 열화 판정모듈(300)은 상기 열화 검출모듈(200)에서 검출된 열화 온도에 대응하여 열화 정도를 검출하며, 검출된 열화 정도에 따라 이상신호를 출력하는 기능을 수행한다. 즉, 촬영된 영상에서 검출된 온도의 최대값이 설정된 온도를 초과하는 경우, 상기 열화 판정모듈(300)은 이상신호를 출력하여 경고하게 된다.
이때, 상기 열화 판정모듈(300)은 수배전반 내부의 온도에 따라 열화상 카메라로 촬영된 영상에서 검출된 온도를 보정하도록 구성될 수 있다.
즉, 수배전반의 내부는 구비된 기기들의 구동에 따라 발열이 발생되며, 발생된 발열에 의해 열화상 카메라로 촬영된 영상은 실제 열화 온도보다 높게 검출될 수 있다. 실제 온도보다 높게 검출된 경우 진공 차단기를 동작할 수 있는데, 이러한 진공 차단기의 동작은 부하측 전력이 차단되는 문제점이 발생된다.
따라서, 온도검출센서(310)로부터 검출된 상기 함체(10) 내부의 온도에 대응되어 상기 열화 검출모듈(200)에서 검출된 열화 온도를 보정하고, 상기 보정된 열화 온도에 대응하여 열화 정도를 검출하도록 구성될 수 있다. 아울러, 상기 열화 판정모듈(300)은 상기 검출된 함체 내부의 온도가 설정 온도를 초과하는 경우, 상기 함체 내부의 공기를 외부로 방출하는 송풍기를 구동하도록 제어하게 구성될 수 있다. 더욱 바람직하게는 검출된 함체 내부의 온도가 설정 온도를 초과하는 경우, 사용자의 휴대 단말기 또는 원격지의 클라이언트로 상기 정보를 전송하도록 구성될 수 있다.
상기 출력모듈(400)은 상기 열화 판정모듈(300)에서 판단된 이상신호를 출력하는 것으로서, 스피커를 이용한 경고음 또는 화면에 경고메시지 등으로 출력된다.
또한, 통신모듈(500)은 상기 열화상 촬영모듈에서 촬영된 영상, 상기 열화 검출모듈에서 검출된 열화 온도 및 상기 열화 판정모듈에서 판단된 이상신호를 외부 기기로 전송하는 기능을 수행하는 것으로서, 전송된 이상신호는 사용자의 휴대 단말기, 원격지의 클라이언트 등으로 전송되어 표시되게 구성된다.
상기 TC(Trip Coil)신호 발생모듈(600)은 상기 열화 판정모듈(300)에서 발생된 이상신호에 따라 상기 진공 차단기(31)에 트립 신호를 발생시키는 것으로서, 발생된 트립 신호는 진공 차단기의 트립코일을 여자시켜 전로를 차단하게 된다. 이에 따라, 열화에 의한 부하측의 사고를 예방하여 수용가의 전력 기기를 안전하게 보호할 수 있는 장점이 있다.
상기 디스플레이모듈(700)은 상기 함체(10)의 전면 도어(11)에 설치되며, 상기 열화상 촬영부에서 촬영된 영상과 상기 열화 검출모듈에서 검출된 열화 온도를 표시하게 된다.
설계조건에 따라서, 상기 디스플레이모듈(700)에는 상기 제1 내지 제3 열화상 카메라(110, 120, 130)의 방향으로 조정할 수 있는 입력부가 구성될 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 열화 검출 기능이 구비된 수배전반에서 디스플레이모듈에 표시되는 영상의 일 실시 예를 나타낸 화면이다.
첨부된 도 6을 참조하면, 상기 제1 열화상 카메라(110)로 촬영된 상기 계기용변압변류기(23)의 접속부에 대한 열화상 표시창(701), 상기 제2 열화상 카메라(120)로 촬영되어 상기 진공 차단기(31)의 접속부에 대한 열화상 표시창(702), 상기 제3 열화상 카메라(130)로 촬영되어 상기 몰드 변압기(41)의 접속부에 대한 열화상 표시창 및 상기 제1 내지 제3 열화상 카메라의 촬영 방향을 조정하기 위한 조정창(704)이 표시된다.
이때, 상기 제1 내지 제3 열화상 카메라의 촬영 방향을 조정하기 위해서, 상기 제1 내지 제3 열화상 카메라는 각각 촬영조정유닛(111, 121, 131)에 결합되어 구성된다.
상기 촬영조정유닛(111, 121, 131)은 입력되는 조정신호에 따라 열화상 카메라의 촬영 방향을 조정한다. 이에 촬영조정유닛은 열화상 카메라의 좌우 각도, 상하 각도 및 줌(Zoom) 배율을 조정하기 위해서, 패닝 유닛, 틸팅 유닛 및 배율조정 유닛을 포함한다.
패닝(panning)은 좌우로 수평적으로 카메라를 이동시키는 것을 의미하고 틸팅(tilting)은 상하로 움직이는 것을 의미한다. 또한, 배율은 줌인/아웃을 통하여 촬영 지역을 확대/축소하는 기능을 의미한다. 이 구성에서, 화면의 확대 및 축소는 열화상 카메라의 줌인 및 줌아웃 기능과 연계되어 구성될 수 있다.
물론 상기의 설명에서와 같이, 상기 촬영조정유닛(111, 121, 131)은 통신모듈(500)를 통해서 수신된 조정신호에 의해서도 구동될 수 있도록 구성된다.
이에 따라, 사용자는 전면 도어(11)에 구비된 디스플레이모듈(700)에 의해서 내부에 위치된 열화상 카메라의 각도를 조정할 수 있으며, 전면 도어(11)를 개방하지 않아도 내부의 열화상 영상을 좌/우/상/하로 조정하면서 열화를 육안으로 확인할 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 의하면, 차단기, 변압기 및 계기용 변성기에서 발생되는 열화를 열화상 카메라로 검출할 수 있으며, 검출된 열화에 대하여 대응할 수 있으므로, 수배전반의 소손 피해를 미연에 방지할 수 있는 장점이 있다.
또한, 열화상 카메라를 사용하여 열화를 검출함에 따라 별도의 조명 장치를 구비하지 않아도 열화 정도를 검출할 수 있으며, 검출된 열화 정도를 원격지에서 확인할 수 있는 장점이 있다.
한편, 본 발명에 따른 열화 검출 기능이 구비된 수배전반에 적용된 열화 감지는 열화상 카메라를 이용하는 것으로 설명하였으나, 상기 열화상 카메라는 열화를 감지할 수 있는 열화상 감지 센서로도 구성될 수 있다. 열화상 카메라가 열화를 감지하는 센서로 변경되는 경우, 상기 촬영조정유닛은 센서조정유닛으로 변경하여 실시 가능하며, 이러한 변경도 본 발명의 권리범위에 속함이 당연하다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시 예와 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리범위가 미치는 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능하다.
10: 함체 11: 전면 도어
12: 전면 안전 도어 13: 후면 도어
21: 부하개폐기 23: 계기용변압변류기
25: 최대 수용 전력량계 27: 피뢰기
31: 진공 차단기 33: 보호계전기
35: 계기용변압기 37: 변류기
41: 몰드 변압기 43: 전력퓨즈
45: 버스바 51: 역률보상부
53: 직렬리액터 55: 방전코일
60: 열화상 감지부 100: 열화상 촬영모듈
110: 제1 열화상 카메라 120: 제2 열화상 카메라
130: 제3 열화상 카메라 111, 121, 131: 촬영조정유닛
200: 열화 검출모듈 300: 열화 판정모듈
310: 온도검출센서 320: 송풍기
400: 출력모듈 500: 통신모듈
600: TC신호 발생모듈 700: 디스플레이모듈
701, 702, 703: 열화상 표시창 704: 조정창
12: 전면 안전 도어 13: 후면 도어
21: 부하개폐기 23: 계기용변압변류기
25: 최대 수용 전력량계 27: 피뢰기
31: 진공 차단기 33: 보호계전기
35: 계기용변압기 37: 변류기
41: 몰드 변압기 43: 전력퓨즈
45: 버스바 51: 역률보상부
53: 직렬리액터 55: 방전코일
60: 열화상 감지부 100: 열화상 촬영모듈
110: 제1 열화상 카메라 120: 제2 열화상 카메라
130: 제3 열화상 카메라 111, 121, 131: 촬영조정유닛
200: 열화 검출모듈 300: 열화 판정모듈
310: 온도검출센서 320: 송풍기
400: 출력모듈 500: 통신모듈
600: TC신호 발생모듈 700: 디스플레이모듈
701, 702, 703: 열화상 표시창 704: 조정창
Claims (3)
- 육면체 형상으로 전면 도어 및 후면 도어가 구성되는 함체와 상기 함체의 내부에 설치되어 내부 기기들의 열화를 검출하는 열화 검출 기능이 구비된 수배전반에 있어서,
상기 전면 도어 내측에 설치되는 전면 안전 도어;
상기 함체를 관통하는 부싱을 통해 연결된 모선 전력선에 연결되며 무부하 상태에서 전력을 개방하거나 통전시키는 부하개폐기;
상기 부하개폐기의 후단에 연결되어 고전압 고전류의 전력을 소정의 전력으로 변성하여 공급하는 계기용변압변류기;
상기 계기용변압변류기에 연결되어 최대 수용 전력량을 표시하는 최대 수용 전력량계;
상기 부하개폐기와 상기 계기용변압변류기 사이에 연결되며 서지 전압을 접지시키는 피뢰기;
상기 계기용변압변류기의 후단에 연결되어 과부하 및 단락 사고에 대한 전력을 차단하는 진공 차단기;
상기 진공 차단기와 병렬로 연결되어 전력선의 고장을 감시하여 상기 진공 차단기에 트립 신호를 발생시키는 보호계전기;
상기 진공 차단기와 병렬로 연결되어 고전압을 일정 수준의 전압으로 변성하여 제공하는 계기용변압기;
상기 진공 차단기의 후단에 흐르는 전류를 일정 수준의 전류로 변류하여 상기 보호 계전기에 제공하는 변류기;
상기 차단기의 후단에 설치되어 전력선에 공급되는 전압 및 전류를 일정 수준으로 감압하여 출력하는 몰드 변압기;
상기 몰드 변압기의 입/출력단에 각각 구비되어 과도 전류를 차단하는 전력퓨즈;
상기 몰드 변압기의 후단에 설치되어 전력을 분배시키는 버스바;
상기 버스바의 전단측에 병렬로 설치되어 전압과 전류의 위상차이를 보상하여 역률을 개선시키는 전력용 콘덴서, 상기 전력용 콘덴서의 전단에 설치되며 고조파를 제거하는 직렬리액터 및 상기 전력용 콘덴서와 상기 직렬리액터 사이에 병렬로 설치되어 상기 전력용 콘덴서의 잔류 전하를 방전하는 방전코일로 구성되는 역률보상부; 및
상기 계기용변압변류기, 차단기 및 몰드 변압기의 열화를 검출하여 표시하는 열화상 감지부를 포함하여 구성되며,
상기 열화상 감지부는,
상기 계기용변압변류기의 접속부에 대한 열화상을 촬영하는 제1 열화상 카메라, 상기 진공 차단기의 접속부에 대한 열화상을 촬영하는 제2 열화상 카메라 및 상기 몰드 변압기의 접속부에 대한 열화상을 촬영하는 제3 열화상 카메라를 포함하는 열화상 촬영모듈;
상기 열화상 촬영모듈로부터 촬영된 영상에서 색상을 검출하며, 상기 검출된 색상에 대한 열화 온도를 검출하는 열화 검출모듈;
상기 열화 검출모듈에서 검출된 열화 온도에 대응하여 열화 정도를 검출하며, 검출된 열화 정도에 따라 이상신호를 출력하는 열화 판정모듈;
상기 열화 판정모듈에서 판단된 이상신호를 출력하는 출력모듈;
상기 열화상 촬영모듈에서 촬영된 영상, 상기 열화 검출모듈에서 검출된 열화 온도 및 상기 열화 판정모듈에서 판단된 이상신호를 외부 기기로 전송하는 통신모듈;
상기 열화상 판정모듈에서 판단된 이상신호에 따라 상기 진공 차단기에 트립 신호를 발생시키는 TC(Trip Coil)신호 발생모듈;
상기 함체의 전면 도어에 설치되며, 상기 열화상 촬영모듈에서 촬영된 영상과 상기 열화 검출모듈에서 검출된 열화 온도를 표시하는 디스플레이모듈;
을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 열화 검출 기능이 구비된 수배전반.
- 청구항 1에 있어서,
상기 열화상 촬영모듈은 상기 제1 내지 제3 열화상 카메라를 일정 주기마다 정지 열화상을 촬영하도록 제어하며,
상기 제1 내지 제3 열화상 카메라 각각은 촬영조정유닛에 결합되어 상하좌우로 촬영 각도를 가변 가능하도록 구성되고,
상기 촬영조정유닛은 상기 통신모듈를 통해 수신된 방향제어신호에 의해 구동되는 것을 특징으로 하는 열화 검출 기능이 구비된 수배전반.
- 청구항 1에 있어서,
상기 열화 판정모듈은,
온도검출센서로부터 검출된 상기 함체 내부의 온도에 대응되어 상기 열화 검출모듈에서 검출된 열화 온도를 보정하고, 상기 보정된 열화 온도에 대응하여 열화 정도를 검출하며, 상기 검출된 함체 내부의 온도가 설정 온도를 초과하는 경우, 상기 함체 내부의 공기를 외부로 방출하는 송풍기를 구동하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 열화 검출 기능이 구비된 수배전반.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020150065637A KR101528736B1 (ko) | 2015-05-11 | 2015-05-11 | 열화 검출 기능이 구비된 수배전반 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020150065637A KR101528736B1 (ko) | 2015-05-11 | 2015-05-11 | 열화 검출 기능이 구비된 수배전반 |
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