KR101542538B1 - An arc monitoring system for a distributing board with the optic fiber loop sensor - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 수전반, 배전반, 전동기 제어반, 고압반, 저압반, 분전반 중 적어도 하나를 포함하는 전력제어반 내에 광섬유 라인센서를 설치되어, 전력제어반 내에 발생되는 아크 플래시를 감지하는 광섬유 루프센서를 구비한 수배전반의 아크 감시 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an optical fiber loop sensor provided with a fiber optic line sensor in a power control panel including at least one of a water front panel, an electric panel, an electric motor control panel, a high pressure panel, a low pressure panel and a distribution panel, To an arc monitoring system of a switchboard.
또한, 본 발명은 광섬유 루프센서는 광섬유의 길이방향을 따라 측면에서 아크 플래시를 수광할 수 있도록 가공 처리된 광입사부를 다수 구비하되, 각 광입사부에 아크 파장 대역 중 특정 파장 대역만을 입력되도록 하는 광학 밴드패스 필터를 구비하는 광섬유 루프센서를 구비한 수배전반의 아크 감시 시스템에 관한 것이다.The optical fiber loop sensor includes a plurality of light incidence portions processed to receive an arc flash from the side along the longitudinal direction of the optical fiber, and only a specific wavelength band of the arc wavelength band is input to each light incidence portion To an arc monitoring system for a switchboard having an optical fiber loop sensor having an optical band pass filter.
현재 지속적으로 전기 사용량이 증가함에 따라 전력설비의 대용량화 및 교체가 필요하나, 현재 사용 중인 설비의 즉각적인 교체 및 설비 확충이 쉽지 않기 때문에 현재 전력시스템의 편익을 극대화해야 한다. 이러한 상황에서 전력 설비 운영 중 아크플래시 등 사고 발생 가능성이 더욱 높아지며, 단 몇 초간의 전기 공급 중단으로 말미암은 손해는 막대하다. 따라서 작은 전기 사고라도 간과해서는 안 되며 큰 사고로 번질 가능성을 차단하기 위해서, 원활한 전력설비 운용과 안정성/신뢰성 확보는 현대 전력 시스템에서 매우 중요한 이슈 중 하나이다. 그래서 이를 모니터링하고 차단할 수 있는 센서 안전제어 시스템 적용이 필수이다.It is necessary to maximize the benefits of the current power system because it is not easy to replace the existing equipment immediately and expand the facilities. In this situation, the possibility of accidents such as arc flash is increased during operation of power facilities, and the damages caused by interruption of power supply for only a few seconds are enormous. Therefore, it is one of the most important issues in Hyundai Electric Power System to ensure smooth operation of electric power facilities and ensure stability / reliability in order to prevent the possibility of a minor accident from being overlooked. Therefore, it is necessary to apply the sensor safety control system which can monitor and block them.
통상적으로 전기재해 중 전기화재의 주요원인은 합선, 과전류, 아크, 누전 등이다. 또한 사용자의 주위 시설 환경(침수상태, 가스, 온도, 홈아울렛 접속불량)에 의한 경우도 주요원인이 되고 있다. 특히, 기존 수배전반에서는 내부의 부품 고장 및 절연 열화 등으로 인하여 예고 없이 정전 및 전기사고 등이 자주 발생되고 있다. 왜냐하면, 기존의 수배전반에서는 정전 및 전기사고를 미연에 방지할 수 있도록 수배전반에서 아크 및 부분 방전을 검출하기 위한 방안이 전무한 상태에 있었다.Typically, electric fires are caused by short-circuit, over-current, arc, short-circuit, etc. during an electric disaster. Also, it is a major cause of the user's surrounding environment (flooded condition, gas, temperature, connection failure of home outlets). Especially, in the existing switchgear, power failure and electric accident are frequently occurred without notice due to internal component failure and insulation deterioration. Because there is no way to detect arc and partial discharge in the switchboard in order to prevent power outages and electric accidents in the existing switchboards.
이러한 안전사고의 발생을 방지하기 방안으로서, 아크 플래시 감지를 통한 전력 차단 기능을 가지는 수배전 설비가 하기 특허문헌 1에 개시되었다. 상기 특허문헌 1에 따른 수배전 설비는 접근 센서를 통해 작업자의 접근 거리를 감지하고, 아크 센서를 통해 아크를 감지하고, 전류 센서들을 통해 부하의 사용 전류량을 측정하고, 이들 감지 및 측정된 자원과 분전반 내의 공간 등을 고려하여 아크 플래시 사고 에너지 레벨을 산출하고, 산출된 아크 플래시 사고 에너지 레벨에 따라 차단기의 트립 코일에 제어 신호를 선택적으로 인가하여 전력의 공급/차단 여부를 제어할 수 있다.As a method for preventing the occurrence of such a safety accident, a water distribution facility having a power shutoff function through arc flash detection is disclosed in
한편, 수배전 설비는 그 주변에서 운용되는 용접기 또는 금속 등을 용융하는 전기로와 같은 아크를 이용하는 장비에도 지속적으로 전력을 공급할 수 있다. 이러한 아크 이용 장비에서 발생되는 아크 플래시는 상기 수배전 설비 내에서 발생될 수 있는 아크 플래시와 동일 또는 유사한 파장을 가질 수 있다. 그런 만큼, 상기 수배전 설비 내의 아크 센서는 정상적인 발생 요인에 따른 정상적인 아크 플래시(즉, 외부의 아크 플래시)를 사고 또는 절연 열화 등에 의해 수배전 설비의 내부에서 발생하는 아크 플래시로 감지할 수 있다. 그로 인하여, 상기 특허문헌 1에 따른 수배전 설비는 차단기를 불필요하게 구동시키거나 위험 경보를 불필요하게 발령할 수 있다. 이러한 불필요한 정전은 수배전 설비의 유지 관리에 혼선을 야기할 수 있을 뿐만 아니라 부하의 정상적인 운용을 어렵게 만들 수도 있다.On the other hand, the water distribution equipment can continuously supply electric power to equipment using an arc such as an electric arc furnace or an electric arc furnace which melts metal or the like. The arc flash generated in such an arc utilizing equipment may have the same or similar wavelength as the arc flash which may occur in the water distribution facility. As such, the arc sensor in the water distribution equipment can detect a normal arc flash (i.e., an external arc flash) according to a normal occurrence factor by an arc flash generated in the inside of the water distribution facility due to an accident or insulation deterioration. Therefore, the water distribution equipment according to the
상기 특허문헌 1에 따른 수배전 설비에서의 문제점을 해결하기 한 예로서, 아크 플래시의 발생 위치를 정확하게 감지할 수 있는 아크 플래시 센서를 구비한 수배전 설비가 하기 특허문헌 2에 개시되었다. 상기 특허문헌 2에 따른 수배전 설비는 상기 아크 플래시 센서가 광파이버 및 형광필터를 포함하게 구성되게 하여 센서로 유입될 수 있는 불필요한 자외선이 차단한다. 다시 말하여, 상기 수배전 설비는 내부의 아크 발생 가능 영역으로부터 아크 플래시만이 상기 아크 플래시 센서에 의해 감지될 수 있게 하였다. 이를 통하여, 상기 특허문헌 2에 따른 수배전 설비는 유지 보수 작업의 편의성을 도모하려 하였다.As an example for solving the problem in the water distribution apparatus according to
또한, 특허문헌 3에는, 아크 플래시 검출기가 광 감쇠 필터, 광센서 및 논리 회로를 포함하고, 주위 광이 사전 결정된 비율로 대기 광을 감쇠시키는 광 감쇠 필터에 입력되면, 감쇠된 주위 광(아크 플래시)은 광 감쇠 필터에서 광센서로 전달되고, 감쇠된 주위 광이 광 센서를 포화시키기에 충분한 강도이라면, 광센서는 출력 신호를 논리 회로로 출력하며, 논리 회로는 광 센서의 출력 신호를 평가하고, 아크 플래시 이벤트가 발생된 것으로 결정된다면 그 자체의 출력 신호를 발생하며, 논리 회로의 출력 신호는 아크 플래시를 정지시키고, 조작자에게 알리고 다른 행동을 취할 수 있도록 다른 장치에 의해 사용되는 아크 플래시 검출기에 대해 개시되어 있다.Patent Document 3 discloses that when the arc flash detector includes a light attenuating filter, an optical sensor and a logic circuit, and the ambient light is input to a light attenuation filter that attenuates the atmospheric light at a predetermined rate, ) Is passed from the light attenuating filter to the optical sensor, and if the attenuated ambient light is strong enough to saturate the optical sensor, the optical sensor outputs the output signal to the logic circuit, and the logic circuit evaluates the output signal of the optical sensor Generates an output signal of its own if it is determined that an arc flash event has occurred, and the output signal of the logic circuit stops the arc flash, and informs the operator of the arc flash detector .
한편, 아크검출 방식으로는 전자기적 간섭이 없는 광섬유 센서를 이용한 아크플래시 센서가 기술적으로 가장 진보한 형태이다. 특허문헌 4에는, 아크 플래시를 검출하기 위한 라인 센서 및 루프 센서의 광학계를 구비한 아크 플래시 검출장치 및 그 검출방법이 개시되고 있다. 상기 특허문헌 4는, 아크 검출용 광신호와 아크에 의해 변환된 광신호를 전송하기 위한 광섬유 케이블, 상기 광섬유 케이블을 통해 전송된 아크 검출용 광신호를 반사시키고, 아크가 발생할 경우 상기 발생한 아크에 의해 변형된 아크 검출용 광신호를 반사시키는 반사소자를 구비한 렌즈부, 상기 아크 검출용 광신호를 광섬유 케이블로 송신하고, 상기 광섬유케이블의 측면을 통해 수신한 아크 플래시 광신호 및 상기 렌즈에서 반사된 아크 플래시 광신호와 상기 아크 검출용 광신호를 비교하여 그 차이신호로 아크 발생 신호를 출력하는 광검출수단을 구비한다.On the other hand, an arc flash sensor using an optical fiber sensor without electromagnetic interference is the most technologically advanced type of arc detection method. Patent Document 4 discloses an arc flash detecting apparatus including an optical system of a line sensor and a loop sensor for detecting an arc flash and a detecting method thereof. Patent Document 4 discloses an optical fiber cable for transmitting an arc detection optical signal and an optical signal converted by an arc, an optical fiber cable for reflecting an arc detection optical signal transmitted through the optical fiber cable, And a reflection element for reflecting an optical signal for arc detection that has been deformed by the optical fiber cable; an optical fiber cable for transmitting the arc detection optical signal; an arc flash optical signal received through a side surface of the optical fiber cable; And an optical detection means for comparing the arc flash optical signal with the arc detection optical signal and outputting an arc generation signal with the difference signal.
또한, 특허문헌 5에는, 복수의 광 감지소자에 의해 검출하도록 하여 검출 정확도를 높이고, 아크 플래시가 발생된 위치를 표시하도록 하는 아크 플래시 감지 및 차단 시스템이 개시되고 있다. 상기 특허문헌 5는, 부하에 전력을 공급하는 전도체 또는 전력소자에서 발생하는 아크플래시의 광을 감지하는 광센서를 구비하는 센서부; 상기 센서부로부터의 감지결과에 따라 상기 아크플래시가 발생하는 것으로 판단되면, 차단기의 트립을 위한 트립출력을 출력하도록 제어신호를 생성하는 연산부; 상기 연산부로부터의 제어신호에 따라 상기 차단기의 트립을 위한 릴레이 제어신호를 출력하는 트립코일출력부를 가지는 출력부; 및 상기 트립코일출력부로부터 제어신호에 따라 차단기 트립코일을 동작시켜 상기 차단기를 트립시키는 릴레이로 구성된다.Patent Document 5 discloses an arc flash sensing and blocking system for detecting by a plurality of photo sensing elements to increase the detection accuracy and to display the position where the arc flash is generated. Patent Document 5 discloses a light emitting device comprising: a sensor unit having a conductor for supplying electric power to a load or an optical sensor for sensing light of an arc flash generated in a power device; An arithmetic unit for generating a control signal to output a trip output for tripping the breaker if it is determined that the arc flash is generated according to a detection result from the sensor unit; An output section having a trip coil output section for outputting a relay control signal for tripping the breaker in accordance with a control signal from the operation section; And a relay for tripping the breaker by operating a breaker trip coil according to a control signal from the trip coil output unit.
또한, 특허문헌 6에는, 광섬유의 길이방향을 따르는 측면에 센싱 포인트 마다 스크래치 패턴을 갖게 가공 처리한 구조로 되어 있어, 단일 광섬유로 다수의 센싱 위치에 대한 아크 플래시 발생여부를 검출할 수 있는 기술이 제시되고 있다. 특허문헌 6은, 전력 제어반 내에 설치되며 길이방향을 따라 측면에 아크 플래시를 수광할 수 있도록 가공 처리된 측면 가공형 광섬유를 포함하는 수광부와, 측면 가공형 광섬유를 통해 수신된 광을 검출하는 광검출부로 구성된다.Patent Document 6 discloses a technique in which a scratch pattern is processed for each sensing point on the side surface along the longitudinal direction of the optical fiber and a technique for detecting whether an arc flash occurs at a plurality of sensing positions with a single optical fiber Is presented. Patent Document 6 discloses a photodetector that includes a light receiving portion that is installed in a power control panel and that includes a side processing type optical fiber processed to receive an arc flash on a side surface along a length direction and a light detecting portion that detects light received through the side processing type optical fiber .
본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 광섬유 루프센서는 광섬유의 길이방향을 따라 측면에서 아크 플래시를 수광할 수 있도록 가공 처리된 광입사부를 다수 구비하되, 각 광입사부에 아크 파장 대역 중 특정 대역만을 입력되도록 하는 광학 밴드패스 필터를 구비하는 광섬유 루프센서를 구비한 수배전반의 아크 감시 시스템을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and an optical fiber loop sensor has a plurality of light incidence parts processed to receive an arc flash from the side along the longitudinal direction of the optical fiber, And an optical band pass filter for inputting only a specific one of the arc wavelength bands.
또한, 본 발명의 목적은 아크 대역을 다수의 대역으로 분할하고, 각 광입사부의 밴드패스 필터의 통과대역을 분할된 대역 중 하나로 설정하여, 광입사부에서 통과하는 아크의 파장이 서로 다를 수 있도록 하는 광섬유 루프센서를 구비한 수배전반의 아크 감시 시스템을 제공하는 것이다.It is also an object of the present invention to provide a method and an apparatus for dividing an arc band into a plurality of bands and setting a pass band of the band pass filter of each light incident part to one of the divided bands so that the wavelengths of the arcs And to provide an arc monitoring system for a switchboard having an optical fiber loop sensor.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 수전반, 배전반, 전동기 제어반, 고압반, 저압반, 분전반 중 적어도 하나의 전력제어반을 내부에 포함하는 하우징의 아크 플래시를 검출하는 광섬유 루프센서를 구비한 수배전반의 아크 감시 시스템에 관한 것으로서, 상기 하우징의 내부공간 온도 및, 상기 하우징 내부의 설비에서의 접촉온도를 검출하는 적어도 하나의 광섬유 루프센서로 구성된 센서부; 및, 상기 센서부에서 검출된 아크 플래시의 빈도에 기초하여 상기 하우징 내부의 부분 방전 상태를 진단하고, 진단된 상기 하우징 내의 부분 방전 상태 정보에 따라 상기 하우징의 내부 상태를 제어하거나 알람 신호를 발생하는 감시장치를 포함하고, 상기 광섬유 루프센서는, 아크 검출용 광신호와 아크에 의해 변환된 광신호를 전송하기 위한 광섬유 케이블, 상기 광섬유 케이블을 통해 전송된 아크 검출용 광신호를 반사시키고, 아크가 발생할 경우 상기 발생한 아크에 의해 변형된 아크 검출용 광신호를 반사시키는 반사소자를 구비한 렌즈부, 및, 상기 아크 검출용 광신호를 광섬유 케이블로 송신하고, 상기 광섬유케이블의 측면을 통해 수신한 아크 플래시 광신호 및 상기 렌즈부에서 반사된 아크 플래시 광신호와 상기 아크 검출용 광신호를 비교하여 그 차이신호로 아크 발생 신호를 출력하는 광검출수단을 포함하고, 상기 광섬유 케이블의 측면 상에는 스크래치되어 스크래치 패턴이 형성되고 밴드패스 필터로 구성되는 다수의 광입사부가 형성되는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a switchboard having an optical fiber loop sensor for detecting an arc flash of a housing including at least one power control panel among a water front panel, an electric switchboard, an electric motor control panel, An arc monitoring system, comprising: a sensor unit configured with at least one optical fiber loop sensor for detecting an internal space temperature of the housing and a contact temperature in a facility inside the housing; And a controller for diagnosing a partial discharge state of the inside of the housing based on the frequency of the arc flash detected by the sensor unit and controlling an internal state of the housing or generating an alarm signal according to the partial discharge state information in the housing Wherein the optical fiber loop sensor includes an optical fiber cable for transmitting an arc detection optical signal and an arc-converted optical signal, an arc detection optical signal transmitted through the optical fiber cable, And a reflection element for reflecting an arc-detecting optical signal deformed by the generated arc when an arc is detected, and a reflection part for transmitting the arc detection optical signal through an optical fiber cable, The flash optical signal and the arc flash optical signal reflected by the lens unit and the arc detection optical signal are compared A difference signal comprises a light detecting means for outputting an arc occurrence signal, and the scratches formed on the side of the optical fiber cable is characterized in that the scratch pattern is formed and additional plurality of light incidence consisting of a band-pass filter is formed.
또한, 본 발명은 광섬유 루프센서를 구비한 수배전반의 아크 감시 방법에 있어서, 상기 다수의 광입사부는 상기 광섬유 케이블의 길이방향을 따라 상호 이격되게 형성되고, 상기 광입사부의 밴드패스 필터는 아크 플래시의 파장 대역 이내의 빛을 통과시키는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided an arc monitoring method for a switchgear having an optical fiber loop sensor, wherein the plurality of light incidence portions are spaced apart from each other along a longitudinal direction of the optical fiber cable, And passes light within a wavelength band.
또한, 본 발명은 광섬유 루프센서를 구비한 수배전반의 아크 감시 방법에 있어서, 각 광입사부는 아크 플래시 파장 대역 내에서 서로 다른 대역의 밴드패스 필터로 구성되고, 상기 감시장치는 아크 플래시의 광신호를 상기 센서부로부터 수신하여, 광신호의 파장을 통해 아크 플래시가 검출되는 광입사부의 위치를 판단하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided an arc monitoring method for a switchboard having an optical fiber loop sensor, wherein each of the light incident portions comprises band-pass filters of different bands within an arc flash wavelength band, And a position of the light incidence part where the arc flash is detected through the wavelength of the optical signal is received.
또한, 본 발명은 광섬유 루프센서를 구비한 수배전반의 아크 감시 방법에 있어서, 상기 각 광입사부의 밴드패스 필터는 동일한 크기의 대역 필터로 형성되는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided an arc monitoring method for a switchgear having an optical fiber loop sensor, wherein the bandpass filter of each of the light incident portions is formed of a bandpass filter of the same size.
또한, 본 발명은 광섬유 루프센서를 구비한 수배전반의 아크 감시 방법에 있어서, 상기 다수의 광입사부를 다수의 그룹으로 분할하고, 동일한 그룹 내의 광입사부는 동일한 대역의 밴드패스 필터로 구성되는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided an arc monitoring method for a switchboard having an optical fiber loop sensor, wherein the plurality of light incidence portions are divided into a plurality of groups, and the light incidence portions in the same group are constituted by band- do.
또한, 본 발명은 광섬유 루프센서를 구비한 수배전반의 아크 감시 방법에 있어서, 동일한 그룹 내에서 각 광입사부의 스크래치 패턴은 광검출수단으로부터 거리가 멀어질수록 스크래치 패턴의 수광영역이 점진적으로 넓거나 좁아지게 형성되는 것을 특징으로 한다.According to the present invention, there is provided a method for monitoring an arc in a switchgear with an optical fiber loop sensor, wherein a scratch pattern of each light incidence portion in the same group becomes progressively wider or narrower as the distance from the light detection means increases, Is formed.
또한, 본 발명은 광섬유 루프센서를 구비한 수배전반의 아크 감시 방법에 있어서, 동일한 그룹 내에서 각 광입사부의 스크래치 패턴은 광검출수단으로부터 거리가 멀어질수록 스크래치 패턴의 식각 깊이가 순차적으로 다르게 형성되는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided an arc monitoring method for a switchgear having an optical fiber loop sensor, wherein scratch patterns of the respective light incident portions in the same group are sequentially formed differently in etching depth of the scratch pattern .
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 광섬유 루프센서를 구비한 수배전반의 아크 감시 시스템에 의하면, 광섬유의 길이방향을 따르는 측면에 구비된 광입사부 마다 서로 다른 밴드패스 필터를 구비하여, 단일 광섬유로 아크 플래시가 발생되는 광입사부의 위치를 검출할 수 있는 효과가 얻어진다.As described above, according to the arc monitoring system of a switchgear with an optical fiber loop sensor according to the present invention, different band-pass filters are provided for each light incidence portion provided on the side along the longitudinal direction of the optical fiber, The effect of detecting the position of the light incidence portion where the flash is generated can be obtained.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광섬유 루프센서를 구비한 수배전반의 아크 감시 시스템의 구성에 대한 블록도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 광섬유 루프센서의 구성도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 플라스틱 광섬유 구성 물질 및 구조도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 광섬유 내 도파 조건에 대한 설명도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 광집속을 위한 개구수(NA) 계산에 대한 설명도.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 아크플래시 수광 효율을 높이기 위한 플라스틱 광섬유의 조건을 나타낸 표.
도 7은 본 발명에 따른 아크플래시 감지 광섬유 센서 개요도.
도 8은 본 발명의 일실시 예에 따른 흡광물질의 도포층 구조를 설명하기 위한 도면.
도 9는 본 발명에 따른 광검출수단에 마련된 광 전송기의 블록도.
도 10은 본 발명에 따른 아크 플래시 루프센서에서 광 전송기의 회로도.
도 11은 본 발명에 따른 광섬유 측면 수광 검출용 포토 다이오드를 구비한 측면 수광 수신기의 블록도.
도 12는 본 발명에 따른 아크 플래시 루프센서의 광 수신기의 회로도.
도 13은 본 발명에 따른 아크 플래시 라인 센서부의 회로도.
도 14는 본 발명에 따른 발란스 검출기(Balanced detector)를 이용한 아크 플래시 광섬유 센서 기본 구성도.
도 15는 도 14에 도시된 발란스 검출기를 이용한 광 아크 검출 알고리즘을 나타내는 흐름도.
도 16은 본 발명에 따른 감시장치의 구성을 나타낸 블록도.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram of a configuration of an arc monitoring system for a switchboard having an optical fiber loop sensor according to an embodiment of the present invention; FIG.
2 is a block diagram of an optical fiber loop sensor according to an embodiment of the present invention;
3 is a structural view of the plastic optical fiber constituent material and the structure according to the embodiment of the present invention.
4 is an explanatory diagram of waveguiding conditions in an optical fiber according to an embodiment of the present invention;
5 is an explanatory diagram of calculation of numerical aperture (NA) for light focusing according to an embodiment of the present invention;
6 is a table showing the conditions of a plastic optical fiber for increasing arc flash light receiving efficiency according to an embodiment of the present invention.
7 is an outline view of an arc flash-sensing optical fiber sensor according to the present invention.
8 is a view for explaining a coating layer structure of a light absorbing material according to an embodiment of the present invention.
9 is a block diagram of an optical transmitter provided in the light detecting means according to the present invention.
10 is a circuit diagram of an optical transmitter in an arc flash loop sensor according to the present invention.
11 is a block diagram of a side light receiving receiver including a photodiode for optical fiber side light receiving detection according to the present invention.
12 is a circuit diagram of an optical receiver of an arc flash loop sensor according to the present invention.
13 is a circuit diagram of an arc flash line sensor unit according to the present invention.
FIG. 14 is a basic structural view of an arc flash optical fiber sensor using a balanced detector according to the present invention. FIG.
15 is a flowchart showing an optical arc detection algorithm using the balance detector shown in Fig.
16 is a block diagram showing a configuration of a monitoring apparatus according to the present invention.
이하, 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 도면에 따라서 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
또한, 본 발명을 설명하는데 있어서 동일 부분은 동일 부호를 붙이고, 그 반복 설명은 생략한다.In the description of the present invention, the same parts are denoted by the same reference numerals, and repetitive description thereof will be omitted.
먼저, 본 발명의 일실시예에 따른 광섬유 루프센서를 구비한 수배전반의 아크 감시 시스템의 구성에 대하여 도 1을 참조하여 설명한다.First, a configuration of an arc monitoring system for a switchboard having an optical fiber loop sensor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
도 1에서 보는 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 광섬유 루프센서를 구비한 수배전반의 아크 감시 시스템은 수배전반 하우징(10)에 설치된 센서부(20), 감시 장치(30), 및, 원격 서버(40)로 구성된다. 추가적으로, 감시장치(30)의 부하율을 모니터링 하는 부하율 모니터링 장치(50)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 부하율은 변압기의 용량 대비 현재의 부하전력의 백분률로 구한다.As shown in FIG. 1, an arc monitoring system for a switchboard having an optical fiber loop sensor according to an embodiment of the present invention includes a
센서부(20)는 광섬유 루프센서로 구성된다. 광섬유 루프센서는 수배전반 하우징(10) 내부에 구비된 설비(11)의 근접 설치되어 아크 플래시를 검출한다.The
또한, 수배전반 또는 전력제어반은 대용량의 전력을 사용하는 건축물 또는 공장 등지에 설치되는 것으로서, 그 용도에 따라 수전반, 배전반, 분전반 등으로 구분되며, 하우징(10)의 내측에 전력을 분배하고 안정적으로 공급하기 위한 다양한 전력장비들이 설치된다.In addition, the switchgear or power control panel is installed in a building or factory using a large amount of electric power, and is divided into a water main panel, an electric distribution panel, a distribution panel panel, etc. according to its use, and distributes electric power to the inside of the
수배전반 하우징(10)의 내부에 설치되는 기기 또는 설비(11)는 부스바, 진공차단기(VCB), 계기용변압기(PT), 전력량계량기(MOF), 부하개폐기(LBS), 부싱소자 등과 같이, 각종 몰드형 절연기기와 기기 연결 부품 및 절연 열화 예측이 요구되는 구성품 등이다. 예컨대, 본 발명의 아크 감시 시스템은 수배전반 내부의 저압측 구성장치인 배선용차단기(MCCB: Molded Case Circuit Breaker), 각종 배전 라인 등의 설비를 감시하는 장치로서 응용하여 사용할 수 있음은 물론이다.The equipment or the
본 발명에 따른 수배전반의 아크 감시 시스템은 이러한 하우징(10) 내의 각각의 기기 상태를 감지하기 위한 감지 수단을 마련하여 수배전반의 열화 상태를 감지하는 것이다.The arc monitoring system of the switchboard according to the present invention is provided with sensing means for sensing the state of each device in the
한편, 센서부(20)와 감시 장치(30), 감시 장치(30) 및 원격 서버(40)는 각각 네트워크에 의해 연결되어 데이터 통신을 수행한다. 바람직하게는, 센서부(20) 및 감시 장치(30)는 UDP 프로토콜에 의한 인터넷으로 연결되고, 감시 장치(30) 및 원격 서버(40)는 TCP 프로토콜에 의한 인터넷으로 연결된다.Meanwhile, the
센서부(20)는 앞서 설명한 바와 같이 부스바, 차단기, MOF, CT, PT 및 변압기 등의 고압기기를 포함하는 수배전반 하우징 내에 있는 구성 설비(11)에서 발생하는 아크 플래시를 감지하는 광섬유 센서로 구성된다. 바람직하게는, 센서부(20)는 광섬유 루프센서로 구성되어, 아크 플래시로 인하여 발생되는 빛을 한 가닥의 광섬유(21)로 검출한다. 특히, 광섬유(21)의 측면에 길이 방향을 따라 스크래치와 광학 밴드패스 필터 등으로 형성된 다수의 광입사부(22)가 구비된다. 즉, 아크 플래시로 인하여 발생되는 빛이 광입사부(22)를 통해 광섬유(21) 내부 코어로 들어오고, 들어온 빛을 검출하여 아크 플래시의 발생을 검출한다.The
다음으로, 감시 장치(30)는 센서부(20)로부터 센싱된 광 신호(또는 아크 플래시에 의한 광신호)를 수신하고, 수신된 광신호를 분석하여 수배전반의 이상 유무를 판단한다. 감시 장치(30)는 수배전반 하우징(10) 내부 영역 또는 각 설비(11)에서 아크 플래시 등을 모니터링하고, 기준치와 비교하거나 아크 플래시의 발생 횟수나 빈도 등을 구하여 전체, 또는, 설비 구성별로 이상 유무를 판단한다. 또한, 감시 장치(30)는 측정된 내부 또는 설비의 아크 플래시 발생 정도를 영상으로 디스플레이에 표시하거나, 이상 유무를 감지하면 감지 사항을 알람으로 관리자 등에 알린다.Next, the
즉, 감시장치(30)는 센서부(20)에서 검출된 내부 또는 각 설비의 아크 플래시의 발생강도나 빈도에 기초하여 상기 하우징 내부의 이상 상태를 추론하여 진단하고, 진단된 상기 하우징 내의 이상 상태 정보에 따라 상기 하우징의 내부 상태를 제어하거나 알람 신호를 발생한다.That is, the
바람직하게는, 감시 장치(30)는 수배전반 하우징(10)에 부착하여 설치될 수 있다. 예를 들어, 센서부(20)는 수배전반 하우징(10) 내부에 설치되거나 각 설비(11)에 부착되어 설치되고, 수배전반 하우징(10) 외부에 감시 장치(30)를 설치할 수 있다. 이때, 내부에 설치된 광섬유 루프센서로부터 내부 또는 설비의 아크 플래시를 검출하고, 감시 장치(30)가 검출된 아크 플래시를 분석하여 수배전반 하우징(10) 내부의 이상 유무를 판단할 수 있다.Preferably, the
원격 서버(40)는 개인용 컴퓨터(PC) 또는 서버 장치 등 컴퓨팅 처리 기능을 가진 장치로서, 네트워크를 통해 감시 장치(30)와 연결되어, 감시 장치(30)로부터 검출된 아크 플래시 또는 판단된 데이터 등을 수신한다.The
원격 서버(40)는 감시 장치(30)와 역할을 분담하여 처리할 수 있다. 예를 들어, 감시 장치(30)는 실시간으로 측정된 아크 플래시를 모니터링하여 간단한 비교만 수행하여 이상 여부를 감시하고, 원격 서버(40)는 과거 아크 플래시 데이터 및 이상 결과를 학습하여 아크 플래시 강도 또는 빈도에 따른 이상유무 규칙 등을 도출하거나, 임계값 등을 설정하거나 관리하는 등의 기능을 수행한다. 특히, 원격 서버(40)는 데이터 저장 용량이나 컴퓨팅 능력 등 뛰어난 성능을 가지고 있고, 감시 장치(30)는 현장에 설비된 장비로서 원견 서버(40)에 비하여 성능이 떨어질 수 있다. 이러한 성능 차를 감안하여, 원격서버(40)와 감시 장치(30) 간의 기능을 분담할 수 있다. 이하에서는, 감시 장치(30)에서 상기 모든 기능을 수행하는 것으로 설명한다.The
한편, 원격 서버(40)는 수배전반이 장착된 중앙관제소의 컴퓨터 시스템으로 구현되지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 관리자의 휴대용 통신기기, 예를 들어 스마트폰, PDA 등이어도 좋다.Meanwhile, the
또한, 감시장치(30)에는 부하율 모니터링 장치(50)가 연결되어, 부하율을 모니터링 한다.Further, the
다음으로, 본 발명에 따른 광섬유 루프센서(20)에 대하여 도 2 내지 도 5를 참조하여 설명한다.Next, an optical
도 2에서 보는 바와 같이, 광섬유 루프센서(20)는 아크 검출용 광신호와 아크에 의해 변환된 광신호를 전송하기 위한 광섬유 케이블(21), 상기 광섬유 케이블(21)을 통해 전송된 아크 검출용 광신호를 반사시키고, 아크가 발생할 경우 상기 발생한 아크에 의해 변형된 아크 검출용 광신호를 반사시키는 반사소자를 구비한 렌즈부(23), 및, 상기 아크 검출용 광신호를 광섬유 케이블(21)로 송신하고, 상기 광섬유케이블의 측면을 통해 수신한 아크 플래시 광신호 및 상기 렌즈에서 반사된 아크 플래시 광신호와 상기 아크 검출용 광신호를 비교하여 그 차이신호로 아크 발생 신호를 출력하는 광검출수단(24)을 포함한다.2, the optical
광섬유 케이블(21)은 길이방향을 따라 코어층(211)과, 코어층(211)을 감싸는 클래드층(212)으로 되어 있고, 클래드층(212)은 검출대상 위치에 연마 또는 식각에 의해 길이방향을 따라 요철형태의 스크래치 패턴(213) 및 밴드패스 필터(214)를 구비한 광입사부(22)가 이격되게 다수 형성되어 있다.The
아크플래시로 인해 발생한 빛을 한 가닥의 광섬유로 검출하기 위해서는 코어 비율이 큰 플라스틱 광섬유가 유리하다. 바람직하게는, 코어/클래딩 크기가 980/1000 μm인 플라스틱 광섬유를 사용한다. 플라스틱 광섬유 구조 및 구성 물질 분류는 도 3과 같으며, 상대적으로 전송송실이 큰 고순도 아크릴 레진(PMMA : Polymethyl methacrylate) 언덕형(Step index profile) 광섬유를 사용한다. 즉, 플라스틱 광섬유로서 고순도 아크릴 레진(PMMA : Polymethyl methacrylate)으로 된 코어와 불소 폴리머(F-PMMA : Fluorine Polymethyl methacrylate)로 만들어진 얇은 클래드층으로 구성되며, 클래드의 굴절율(refractive index)이 코어보다 낮으므로 광섬유의 한쪽 끝단으로부터 들어온 빛은 코어와 클래드의 접속면에서 전반사(Total-Reflection)를 일으켜 코어를 통하여 다른 광섬유 끝단으로 나가며, 측면에서 발광 기능을 갖는 언덕형(Step index profile)을 사용하는 것이 바람직하다.A plastic optical fiber having a large core ratio is advantageous for detecting light generated by an arc flash with a single stranded optical fiber. Preferably, a plastic optical fiber having a core / cladding size of 980/1000 μm is used. The plastic optical fiber structure and the material classification are as shown in FIG. 3, and a high-purity acrylic resin (PMMA: polymethyl methacrylate) step index profile optical fiber having a relatively large transmission transmission is used. That is, a plastic optical fiber is composed of a core made of high-purity acrylic resin (PMMA) and a thin clad layer made of fluorine polymer (F-PMMA), and the refractive index of the clad is lower than that of the core It is preferable to use a step index profile having a light emitting function at the side, because the light coming from one end of the optical fiber causes total reflection at the connection surface of the core and the clad to reach the other end of the optical fiber through the core Do.
광섬유 내 빛의 도파 조건과 관련된 변수는 내부전반사와 임계각이다. 내부전반사는 광섬유 내로 입사된 빛이 손실되지 않고 도파하기 위한 조건이고, 임계각은 내부전반사가 일어나는 최소 입사각이다. 한편, 도 4에서 보는 바와 같이, 광섬유 내 빛의 도파조건은 일반적으로 코어가 클래딩보다 굴절률이 높기 때문에 코어와 클래딩 경계에서 전반사를 일으키며 빛이 계속 진행한다.The parameters related to the light guiding condition in the optical fiber are the total internal reflection and the critical angle. The total internal reflection is a condition for guiding the light incident into the optical fiber without loss, and the critical angle is the minimum incident angle at which total internal reflection occurs. Meanwhile, as shown in FIG. 4, the light guiding condition of the optical fiber generally causes total reflection at the core and the cladding boundary because the core has a higher refractive index than the cladding, and the light continues to travel.
도 5에서 보는 바와 같이, 개구수(NA, Numerical Aperture)는 광섬유 내의 빛의 전파(傳播)를 좌우하는 입사각을 결정하는 수치로서, 외부의 빛을 광섬유 끝단에 집속하여 광섬유를 통해 전달하기 위해서는 NA 보다 작은 각도로 입사하여야 하며, 이보다 큰 경우 삽입손실로 인한 광손실이 발생한다.As shown in FIG. 5, the numerical aperture (NA) is a numerical value that determines an incident angle that determines the propagation of light in the optical fiber. In order to transmit external light through the optical fiber by focusing the light on the optical fiber end, The incident light should be incident at a smaller angle, and if it is larger than this, optical loss due to insertion loss occurs.
아크플래시 수광 효율을 높이기 위한 플라스틱 광섬유의 조건은 도 6의 표와 같다. NA값이 상대적으로 큰 언덕형(SI, Step Index) 플라스틱 광섬유의 경우, 루프센서 Tx, Rx 구성 시 허용정렬 오차범위가 커서 패키징의 장점이 있으나, 코어/클래드 굴절률 차이로 인한 아크플래시 수광 효율이 Graded Index(GI) 플라스틱 광섬유보다 낮을 수 있다. 또한, 1 km 당 전송손실에서도 GI-POF가 SI-POF보다 상대적으로 작음을 알 수 있으며, 이에 따라 아크플래시 감지용 광섬유로는 SI-POF를 사용하는 것이 더 바람직하다.The conditions of the plastic optical fiber for increasing the arc flash light receiving efficiency are shown in the table of Fig. In the case of a plastic index fiber with a relatively large NA value, the indexing tolerance range of the loop sensors Tx and Rx is large, which is advantageous for packaging. However, the arc flash receiving efficiency due to the difference in core / Graded Index (GI) can be lower than plastic optical fiber. Also, it can be seen that the GI-POF is relatively smaller than the SI-POF even in the transmission loss per km, and thus it is more preferable to use the SI-POF as the arc flash sensing optical fiber.
플라스틱 광섬유 중 2가지 종류의 굴절률 프로파일에 대해서만 고려하였으나, 전송손실이 큰 광섬유일수록 아크플래시 광섬유센서로 적합함에 따라 광섬유 선정에 있어서 전송손실이 큰 플라스틱 광섬유를 사용하는 것이 바람직하다.Although considering only two kinds of refractive index profiles of plastic optical fiber, it is preferable to use a plastic optical fiber having a large transmission loss in selecting the optical fiber because it is suitable as an arc flash optical fiber sensor for an optical fiber having a large transmission loss.
한편, 광섬유 다발에 흡광 특성이 있는 폴리머 재질을 코팅한 특수 제작된 광섬유 루프를 사용할 수 있다. 바람직하게는, 본 발명에서는 일반적인 광섬유 한 가닥만을 이용한다. On the other hand, it is possible to use a specially fabricated optical fiber loop in which an optical fiber bundle is coated with a polymer material having a light absorbing characteristic. Preferably, only one ordinary optical fiber is used in the present invention.
도 7에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 광섬유 루프센서는 연속적인 구간에 설치된 광섬유 측면을 통해 입사하는 아크플래시 광신호를 검출하여 릴레이(Relay)에 전달하는 센서이다. 구체적으로, 광섬유를 통하여 광신호가 진행할 때 측면을 통해 미약한 세기의 광신호가 빠져나가게 되며, 루프센서는 이러한 현상을 역으로 활용한 센서이다. 이러한 현상은 플라스틱 광섬유를 통해 극대화 할 수 있으며, 이를 위해, 광섬유 케이블(21)의 측면에 스크래치 패턴(213)을 형성하여 광입사부(22)를 구성한다.As shown in FIG. 7, the optical fiber loop sensor according to the present invention detects an arc flash optical signal incident through a side surface of an optical fiber installed in a continuous section and transmits it to a relay. Specifically, when an optical signal is propagated through an optical fiber, a light signal of a weak intensity passes through the side surface, and the loop sensor is a sensor utilizing this phenomenon in reverse. This phenomenon can be maximized through a plastic optical fiber. For this purpose, a
광입사부(22)에 형성된 스크래치 패턴(213)은 단위 수광영역을 형성하는 부분이며, 정상적인 클래드층(212)으로부터 코어층(111)을 향하는 방향으로 두께가 얇아지게 식각되되 표면이 골과 돌기가 반복되는 거칠기를 갖게 요철형태로 형성되는 것이 바람직하다.The
또한, 광입사부(22)에 형성된 밴드패스 필터(214)는 일정한 대역의 파장만을 투과시키는 광학 필터이다. 즉, 밴드패스 필터(214)는 광학 필터로서 필름 형태로 되어, 광섬유의 주변을 감싸서 구성된다[특허문헌 7]. 바람직하게는, 밴드패스 필터(214)는 아크 플래시의 파장 대역을 통과시키는 필터로 구성된다. 더욱 바람직하게는, 밴드패스 필터(214)는 아크 플래시의 파장 대역 내의 일부 대역을 통과시키는 필터로 구성된다.The band-
플라스틱 광섬유의 파장별 전송 손실(자외선 흡수 손실, 재료에 의한 손실)도 고려한다. 325 nm, 380 nm, 525 nm 부근 대역의 파장 스펙트럼을 갖는 아크플래시의 경우 광섬유 내 전송손실을 고려하면 525 nm 부근 대역을 감지하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 500nm ~ 550nm 대역을 감지하는 것이 바람직하다. 다만, 센서의 오동작 방지를 위해 부분방전(PD) 윈도우에는 500nm ~ 550nm 대역 파장만 투과하는 필터를 구성하고, 그와 반대로 실내등과 같은 주변광원에는 500nm ~ 550nm 대역의 파장을 차단하는 필터를 구성하는 것이 바람직하다. 따라서 밴드패스 필터(214)는 500nm ~ 550nm 대역의 파장만을 투과하는 필터로 구성되는 것이 바람직하다.Transmission loss (ultraviolet absorption loss, material loss) of the plastic optical fiber by wavelength is also considered. In the case of an arc flash having a wavelength spectrum of 325 nm, 380 nm and 525 nm, it is desirable to detect a band around 525 nm in consideration of the transmission loss in the optical fiber. More preferably, it is preferable to detect the band from 500 nm to 550 nm. However, in order to prevent malfunction of the sensor, a filter that transmits only wavelengths in the 500 nm to 550 nm band is formed in the PD (partial discharge) window, and a filter that blocks wavelengths in the band of 500 nm to 550 nm is configured in the peripheral light source such as a room lamp . Therefore, it is preferable that the band-
광입사부(22)는 검출대상 위치마다 등간격으로 상호 이격되게 형성될 수 있다. 다른 실시예로서, 광입사부(22)는 검출대상 위치마다 다수가 상호 이격되게 형성될 수 있다.The
한편, 바람직하게는, 각 광입사부(22)는 아크 플래시 파장 대역 내에서 서로 다른 대역의 밴드패스 필터(214)로 구성된다. 특히, 바람직하게는, 각 광입사부(22)의 밴드패스 필터(214)는 동일한 크기의 대역 필터로 형성된다. 예를 들어, 도 2에서, 제1 밴드패스 필터(214a)는 500nm ~ 515nm 대역의 필터, 제2 밴드패스 필터(214b)는 510nm ~ 530nm 대역의 필터, 제3 밴드패스 필터(214c)는 530nm ~ 545nm 대역의 필터 등으로 구성할 수 있다.On the other hand, preferably, each
각 광입사부(22)의 투과 파장 대역을 다르게 설정함으로써, 아크 플래시에 의한 광신호를 검출할 때 파장으로 어느 위치에 있는 광입사부(22)에서 수광되었는지를 판단할 수 있다. 즉, 광입사부(22)의 수광 대역 차이에 따라 광검출수단(24)에서 수신된 광에 대해 어느 광입사부(22)에서 광이 수광됐는지를 확인할 수 있도록 구별이 가능하게 수광 대역의 차이를 부여하는 경우, 각 광입사부(22)에 대해 고유 어드레스를 부여하는 것과 같이 형성할 수 있음은 물론이다.By setting the transmission wavelength band of each
또한, 다른 실시예로서, 각 광입사부(22)를 인접한 광입사부(22) 끼리 그룹을 형성하게 하고, 같은 그룹 내의 광입사부(22)의 밴드패스 필터(214)의 통과 대역을 동일하게 형성한다. 예를 들어, 광입사부(22)가 30개가 형성된 경우, 광검출수단(24)에서 멀어지는 순서대로, 10개, 10개, 10개를 각각 그룹으로 형성하여, 3개의 그룹을 형성할 수 있다. 이때, 3개의 그룹 각각에는 밴드패스 필터(214)의 통과 대역을 서로 다른 통과대역으로 설정한다. 즉, 제1 그룹의 밴드패스 필터(214a)는 500nm ~ 515nm 대역의 필터, 제2 그룹의 제2 밴드패스 필터(214b)는 510nm ~ 530nm 대역의 필터, 제3 그룹의 제3 밴드패스 필터(214c)는 530nm ~ 545nm 대역의 필터 등으로 구성할 수 있다.In another embodiment, the respective
이때, 바람직하게는, 동일한 그룹 내에서 각 광입사부(22)의 스크래치 패턴(213)은 광검출수단(24)으로부터 거리가 멀어질수록 스크래치 패턴(213)의 수광영역이 점진적으로 넓거나 좁아지게 형성될 수 있다. 또한, 다른 실시예로서, 각 광입사부(22)의 스크래치 패턴(213)은 광검출수단(24)으로부터 멀어질수록 식각 깊이가 순차적으로 다르게 형성될 수 있다.At this time, preferably, the
이와 같이, 동일한 그룹 내의 광입사부(22)에서 스크래치 패턴(213)의 식각 깊이를 순차적으로 다르게 적용하거나, 수광영역을 점진적으로 넓거나 좁아지게 하게 되면, 동일한 그룹 내에서 각 스크래치 패턴(113)의 수광 능력을 차별화시킬 수 있다.When the etching depth of the
즉, 스크래치 패턴(213)의 수광능력 차이에 따라 광검출수단(24)에서 수신된 광에 대해 어느 광입사부(22)에서 광이 수광됐는지를 확인할 수 있도록 구별이 가능하게 수광능력의 차이를 부여하는 경우, 각 광입사부(22)의 광신호의 파장과 수광 능력에 의하여, 각 광입사부(22)에 대해 고유 어드레스를 부여하는 것과 같이 형성할 수 있다.That is, a difference in light receiving ability is assigned to the light received by the
또한, 렌즈부(23)는 광섬유 케이블(21)의 선단 즉, 광검출수단(24)과 대향되는 부분 반대편에 있는 부분에 형성되어, 외부광의 유입을 차단하며 스크래치 패턴(213)을 통해 수광된 광중 광검출수단(24)를 향하는 방향과 반대방향으로 진행되는 광을 반사시킬 수 있도록 내측면에 고반사율을 갖는 소재로 형성되어 있다.The lens section 23 is formed at a tip end of the
한편, 본 발명에 따른 아크 플래시 검출장치에서는 도 8에 도시된 바와 같이, 자외선 흡광물질을 이용한 아크 플래시 감도를 향상시키기 위해 상기 광섬유의 클래딩의 부분에 자외선 흡광 물질이 도포된 도포층(215)을 마련하여도 좋다. 특히, 바람직하게는, 광입사부(22)의 광섬유 케이블(21) 또는 클래드층(212)에 도포층을 형성한다. 더욱 바람직하게는, 도 8과 같이, 스크래치 패턴(213) 부분 또는 밴드패스 필터(214) 부분에 자외선 흡광물질의 도포층(215)을 형성한다.8, in order to improve the arc flash sensitivity using the ultraviolet absorbing material, a
일반적으로 폴리머의 분자에 광이 쪼이면 이 에너지를 분자가 흡수하게 되고, 분자가 회전하거나 원자 간 결합이 공명 진동하는 등 전자 운동이 일어난다. 이와 같은 전자 운동이 일어나면 광이 흡수되기 때문에 투과성이 저하된다.Generally, when molecules of a polymer are irradiated with light, the molecules absorb this energy, and electrons move, such as molecules rotating or resonance vibrations between atoms. When such electron movement occurs, the light is absorbed and the transmittance is lowered.
이러한 광의 흡수는 자외선영역에서 일어나는 '전자천이흡수'와 적외선영역에서 보이는 '분자진동흡수'로 크게 나누어진다. 아크 플래시의 경우, 전자천이흡수가 잘 일어나는 물질을 플라스틱 광섬유에 코팅하게 되면 감지 효율을 더 높일 수 있다.Absorption of light is largely divided into 'electron transition absorption' in the ultraviolet region and 'molecular vibration absorption' in the infrared region. In the case of an arc flash, coating efficiency of the plastic optical fiber with a substance which is well absorbed by the electronic cloth can increase the detection efficiency.
상기 전자천이흡수에 대해 부가적으로 설명하면 다음과 같다. The electronic transient absorption will be further described as follows.
일반적으로 광학재료는 태양광을 이용하는 경우가 많기 때문에 우선 가시광영역에서의 투과성이 중요하다. 그것은 주로 전자의 광여기에 기초로 한 자외흡수, 즉, '전자천이흡수'에 지배되며, '전자천이흡수'는 재료를 구성하는 원자 간의 결합 강도에 좌우된다.In general, since optical materials often use sunlight, the transmittance in the visible light region is important. It is mainly governed by ultraviolet absorption based on the photoexcitation of electrons, ie, 'electron transition absorption', and 'electron transition absorption' depends on the bond strength between the atoms that make up the material.
결합이 강한 δ 전자에 기반한 단일결합으로 이루어진 폴리머계는 상호적으로 전자가 속박되어 있기 때문에 전자운동이 일어나기 어렵고 광의 흡수는 작다. 그러나 π 전자로부터 된 결합이 약한 이중결합을 분자사슬 중에 갖는 폴리머계는 광이 쪼이면 전자운동이 일어나고 전자의 에너지 준위가 변화하기 때문에 흡수가 보인다.Polymer systems composed of single bonds based on δ electrons with strong bonds are difficult to electronically move and absorb light because electrons are mutually bound. However, a polymer system having a weak double bond from a π electron in a molecular chain is absorbed because the electron movement occurs and the energy level of the electron changes when the light is irradiated.
대표적인 것은 벤젠고리, azo기 등 이중결합에 의한 π→π* 천이, CO기에 의한 n →π*천이, 그리고 SH결합에 근거로 한 n→δ* 등이 있다.Typical examples are π → π * transition due to double bond such as benzene ring and azo group, n → π * transition by CO group, and n → δ * based on SH bond.
또한 자외선 파장의 구분으로 UV-A 400 ~ 320㎚, UV-B 320 ~ 280㎚, UV-C 280㎚ 이하로 나누어진다. In addition, UV-A wavelength is divided into 400 ~ 320nm, UV-B 320 ~ 280nm and UV-C 280nm.
또한, 아크 플래시 스펙트럼 파장은 325㎚, 380㎚, 525㎚ 부근이다.Further, the arc flash spectrum wavelength is in the vicinity of 325 nm, 380 nm, and 525 nm.
이와 같은 센서 코팅에 사용될 수 있는 자외선 흡수 물질로서는 Benzophenone 계, Benzotriazole 계, Salicylate 계, Cyanoacrylate 계, Oxanilide 계, 기타 Hindered amine 계, 금속착염계 광안정제 등이 있다.Benzophenone, benzotriazole, salicylate, cyanoacrylate, oxanilide, other hindered amine, and metal complex salt light stabilizers can be used for the sensor coating.
다음으로, 본 발명에 따른 아크 감시 시스템에 적용되는 광검출수단(24)의 구성을 도 9 내지 도 13에 따라 설명한다.Next, the configuration of the light detection means 24 applied to the arc monitoring system according to the present invention will be described with reference to Figs. 9 to 13. Fig.
본 발명에 따른 광검출수단(24)은 광섬유 케이블이 연결되어 광섬유 끝단에서 아크를 검출하는 라인 또는 루프 센서부 및 연속적인 구간에 설치된 광섬유 케이블의 측면을 통해 입사하는 아크 플래시 광신호를 검출하여 릴레이에 전달하는 루프 센서부를 포함한다.The optical detecting means 24 according to the present invention detects an arc flash optical signal incident through a line or loop sensor unit connected to an optical fiber cable and detecting an arc at an end of the optical fiber and a side of an optical fiber cable installed in a continuous section, And a loop sensor unit.
센서 채널당 하나의 센서로 구성된 아크 센서로서 광검출기로만 구성된 포인트 센서와 광섬유가 연결되어 광섬유 끝단에서 아크를 검출하는 라인 센서(또는 루프센서)가 있지만, 본 발명에서는 전자기적 영향을 고려할 때 배전반 내부 설치의 경우 루프 센서를 적용한다.Although there is an arc sensor composed of one sensor per sensor channel and a point sensor composed only of a photodetector, and a line sensor (or a loop sensor) for detecting an arc at the end of the optical fiber connected to the optical fiber, in the present invention, The loop sensor is applied.
상기 루프센서는 광섬유를 통하여 광신호가 진행할 때 측면을 통해 미약한 세기의 광신호가 빠져나가게 되는 현상을 역으로 활용한 센서이다. 이러한 현상은 플라스틱 광섬유를 통해 극대화할 수 있으며, 본 발명에서는 루프센서에 적합한 광섬유를 선정하였다. 또한, 종래의 기술에서는 광섬유 다발에 흡광 특성이 있는 폴리머 재질을 코팅한 특수 제작된 광섬유 루프를 사용하고 있으나, 본 발명에서는 클래딩에 비해 코어가 큰 플라스틱 광섬유의 한 가닥만을 이용하였다.The loop sensor reversely utilizes a phenomenon in which an optical signal of a weak intensity passes through the side surface when the optical signal travels through the optical fiber. This phenomenon can be maximized through a plastic optical fiber, and an optical fiber suitable for a loop sensor is selected in the present invention. In addition, in the prior art, a specially manufactured optical fiber loop coated with a polymer material having a light absorbing characteristic is used for an optical fiber bundle. However, in the present invention, only one strand of a plastic optical fiber having a core is used compared to a cladding.
도 9는 본 발명에 따른 광검출수단에 마련된 광 전송기의 블록도 이고, 도 10은 아크 플래시 루프센서에서 광 전송기의 회로도이다.Fig. 9 is a block diagram of an optical transmitter provided in the light detecting means according to the present invention, and Fig. 10 is a circuit diagram of an optical transmitter in an arc flash loop sensor.
광케이블은 플라스틱 광섬유를 사용하며 가시광영역에 형성된 아크의 광세기를 검출하도록 구성하도록 루프센서 광트립을 위한 광 전송기를 제작하였다.The optical fiber uses a plastic optical fiber and an optical transmitter for loop light sensor trip is constructed to detect the light intensity of the arc formed in the visible region.
특히, 도 10의 회로도는 TO-CAN type LD 구동 회로이다. Particularly, the circuit diagram of Fig. 10 is a TO-CAN type LD driving circuit.
도 9 및 도 10에서 알 수 있는 바와 같이, 제어부(미도시)에서 단자(CON4)를 통해 레이저 광다이오드(LD) 구동신호가 입력되면, 전압-전류 변환부(241)(R16, R17)를 통해 동작 상태 표시용 LED 또는 동작상태 표시부(243)(D10) 및 레이저 다이오드(242)(D9)에 동작 전류가 공급된다. 이와 같은 동작 전류의 공급에 따라 동작 상태 표시용 LED(D10)가 ON되어 광 전송기의 동작 상태를 표시하게 되고, 레이저 다이오드(D9)는 동작 전류에 대응하는 광을 광 섬유 케이블(21)로 전송한다.9 and 10, when the laser diode LD driving signal is inputted through the terminal CON4 in the control unit (not shown), the voltage-current conversion unit 241 (R16, R17) An operating current is supplied to the operating state indicating LED or the operating state indicating portion 243 (D10) and the laser diodes 242 (D9). The operation state display LED D10 is turned on by the supply of the operation current to display the operation state of the optical transmitter. The laser diode D9 transmits light corresponding to the operation current to the
상술한 바와 같은 구조를 마련하는 것에 의해 전송 및 트립을 최적화할 수 있다.The transmission and trip can be optimized by providing the structure as described above.
도 11은 본 발명에 따른 광섬유 측면 수광 검출용 포토 다이오드(245)를 구비한 측면 수광 수신기의 블록도 이고, 도 12는 아크 플래시 루프센서의 광 수신기의 회로도이다.FIG. 11 is a block diagram of a side light receiving receiver provided with a
도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 측면 수광을 위한 광섬유 케이블(21)의 스크래치 패턴(213) 또는 도포층(215)을 통한 수광을 포토 다이오드(PD)(245)를 통해 검출하고, 전류-전압 변환 및 증폭부(246)에서 증폭되어 pd 증폭신호를 출력한다. 상기 전류-전압 변환 및 증폭부(246)는 PWM(펄스폭 변조) 등 펄스형 전원에 따른 전원 안정화 회로(247)와 감도 조절 회로(248)에 의해 증폭 상태가 제어된다. 11 and 12, the light reception through the
도 11 및 도 12에 도시된 바와 같은 포토 다이오드의 수신 회로를 마련하는 것에 의해 센서 감도 및 트립 레벨을 최적화할 수 있다.By providing a photodiode receiving circuit as shown in Figs. 11 and 12, the sensor sensitivity and the trip level can be optimized.
도 13은 본 발명에 따른 아크 플래시 루프 센서부의 회로도이다.13 is a circuit diagram of an arc flash loop sensor unit according to the present invention.
즉, 도 13의 루프 센서부는 아크 플래시 포토 다이오드 기반 센서로서, TO-CAN PD 윈도우에 UV영역 필터 처리를 통해 325 ~ 450㎚, 또는 500 ~ 550 nm 파장 영역 아크의 광세기를 검출하도록 구성된 광 수신기의 회로도이다.13 is an arc flash photodiode-based sensor, which is configured to detect the light intensity of a 325 to 450 nm, or 500 to 550 nm wavelength region arc through a UV region filter process on a TO-CAN PD window Fig.
루프센서는 포인트센서와 달리 광섬유 측면 수광 효율에 대한 의존도가 더 높기 때문에 본 발명에서는 포토 다이오드(PD)의 감도를 최대화한 후 저항값을 변화하며 10 klux에 대한 저항 최소값을 추적하였다.Since the loop sensor is more dependent on the optical fiber side light receiving efficiency than the point sensor, the present invention maximizes the sensitivity of the photodiode (PD) and then changes the resistance value and tracks the minimum resistance value for 10 klux.
제작된 루프센서의 감도를 최대화함으로써 10 ~ 45 klux 정도의 넓은 동적 범위 특성을 갖는 것으로 나타났다. 테스트 결과, 제작된 루프센서는 10 ~ 40 klux 조건을 만족하며, 아크 광에 대한 반응이 최대 2.5 msec 이내에 종료되는 것으로 분석되었다. 이와 더불어 광검출소자의 감도를 극대화하는 방법과 플라스틱 광섬유 표면에 스크래치 패턴을 형성하는 방법을 중용할 경우, 매우 효과적이었다.By maximizing the sensitivity of the fabricated loop sensor, it has a wide dynamic range of 10 ~ 45 klux. The test results show that the fabricated loop sensor satisfies the condition of 10 ~ 40 klux and the response to the arc light is completed within 2.5 msec maximum. In addition, the method of maximizing the sensitivity of the optical detector and the method of forming the scratch pattern on the plastic optical fiber surface were very effective.
다음에 본 발명의 또 다른 구성의 예를 도 14 및 도 15에 따라 설명한다.Next, another example of the configuration of the present invention will be described with reference to Figs. 14 and 15. Fig.
도 14는 발란스 검출기(Balanced detector)를 이용한 아크 플래시 광섬유 센서 기본 구성도이고, 도 15는 도 14에 도시된 발란스 검출기를 이용한 광 아크 검출 알고리즘을 나타내는 흐름도이다.FIG. 14 is a basic configuration diagram of an arc flash optical fiber sensor using a balanced detector, and FIG. 15 is a flowchart illustrating an optical arc detection algorithm using the balance detector shown in FIG.
도 14에 도시된 광검출수단은 제1 광검출기 및 상기 제1 광검출기와 위상이 반대인 제2 광검출기를 포함하는 것을 특징으로 한다.14 is characterized in that it comprises a first photodetector and a second photodetector which is opposite in phase to the first photodetector.
즉 발란스 검출기를 이용한 아크 플래시 광검출은 노이즈 억제 및 감도 향상 에 효과적이다. That is, the arc flash light detection using the balance detector is effective for noise suppression and sensitivity improvement.
상기 발란스 검출기는 도 14에 도시된 바와 같이, 동일한 특성을 갖는 포토 다이이드로 구성된 Ch+와 Ch-의 출력은 같지만 각각의 위상이 다른 광검출기로서, 노이즈 억제를 통한 작은 크기의 신호 검출에 효과적이다.As shown in Fig. 14, the balance detector is effective for detection of a small-sized signal through noise suppression, which is a photodetector having the same output of Ch + and Ch-, which are composed of photodiodes having the same characteristics but have different phases.
이와 같은 발란스 검출기는 아크 플래시에 의해 발생한 광펄스를 멀티모드 광섬유 분배기를 사용하여 50%씩 나누어 각각 채널+, 채널-로 입력한 후 각각의 포토 다이오드로부터의 전기 신호를 중첩하면 노이즈 상쇄 및 그로 인한 신호대 잡음비(Signal to Noise Ratio ; SNR)이 향상된다.Such a balance detector uses a multimode optical fiber splitter to divide the optical pulses generated by the arc flash into 50% of the divided optical pulses, inputting the pulses to the respective channels + and -, and then superimposing the electrical signals from the respective photodiodes, Thereby improving the signal-to-noise ratio (SNR).
따라서, 광섬유 표면을 통해 입사된 매우 약한 광신호를 APD(avalanche photo diode) 혹은 TIA(transimpedance amplifier)를 통한 증폭과정을 거치지 않고 신호 콘트라스트(contrast)의 향상이 가능하다.Therefore, it is possible to improve the signal contrast without amplifying very weak optical signals incident through the surface of the optical fiber through an APD (avalanche photo diode) or a TIA (transimpedance amplifier).
통상 노이즈로 인한 작은 신호 검출이 불가하나, 본 발명에 따른 발란스 검출기의 구성을 채용하는 것에 의해 노이즈 억제가 가능하며, 아크 플래시 발생 유무를 판단하는 문턱 전압 조정 및 신호처리에 효과적이다.It is impossible to detect small signals due to normal noise. However, by employing the configuration of the balance detector according to the present invention, it is possible to suppress noise, and is effective for threshold voltage adjustment and signal processing for judging the occurrence of arc flash.
다음에, 도 15에 따라 발란스 검출기를 이용한 광 아크 검출을 설명한다.Next, light arc detection using the balance detector will be described with reference to Fig.
도 14에 도시된 발란스 검출기의 각 채널 Ch+와 Ch-의 출력을 측정한다(S10).The outputs of the channels Ch + and Ch- of the balance detector shown in FIG. 14 are measured (S10).
그 후, 제어부(미도시)에서는 상기 단계 S10에서 측정된 각 채널 측정값을 비교하고, 차이를 측정한다. 상기 단계 S20에서 측정된 차이값을 출력하고(S30), 미리 설정된 광 수신 감도와 비교하고, 설정된 감도 이상인 경우, 광 아크 발생으로 판단한다(S40).Thereafter, the control unit (not shown) compares the measured channel values measured in step S10 and measures the difference. In step S30, the measured difference value is output in step S20. If the difference is greater than the preset sensitivity, the light arc is determined to be generated in step S40.
상기 단계 S40에서 차이값이 미리 설정된 광 감도 이내인 경우 종료한다.If the difference value is within the predetermined light sensitivity in step S40, the process is terminated.
한편, 상기 단계 S40에서 광 아크의 발생으로 판단된 경우, 상기 단계 S10으로 진행하여 상술한 과정을 반복한다. On the other hand, if it is determined in step S40 that the light arc is generated, the process proceeds to step S10 and repeats the above-described process.
상술한 바와 같은 발란스 검출기의 구성을 채용하는 것에 의해 아크 플래시 발생 유무를 정밀하고, 신속하게 판단할 수 있다.By employing the above-described configuration of the balance detector, it is possible to accurately and quickly determine whether or not an arc flash is generated.
다음으로, 감시장치(30)의 구성에 대하여 도 16을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.Next, the configuration of the
감시장치(30)는 특정한 지점에서 아크 플래시의 강도나 빈도 등을 분석하고, 알람 설정은 아크 플래시의 강도나 빈도가 위험 범위 임계치 범위 안에서 이루어진다. 아크 플래시가 발생하였을 때 광섬유 루프센서를 통하여 수집된 정보를 데이터베이스에 저장하여 실시간으로 아크 플래시를 검출하고 검출된 아크 플래시의 강도나 빈도와 데이터베이스에 저장된 강도 또는 빈도 정보를 비교하여 분석한다. 또한, 감시장치(30)는 과거의 아크 플래시의 강도 또는 빈도의 자료와 열화상태 결과를 학습하여 추론 규칙을 생성하고, 추론 규칙에 의하여 열화 여부를 추론할 수 있다.The
도 10에서 보는 바와 같이, 감시 장치(30)는 센서 수신부(31), 표시부(32), 설정부(33), 이상유무 판단부(34), 및, 저장부(36)로 구성된다. 바람직하게는, 알람부(35)를 추가하여 구성될 수 있다.10, the
센서 수신부(31)는 광섬유 루프 센서부(20)로부터 검출된 아크 플래시의 데이터를 수신한다. 설정부(33)는 아크 플래시의 빈도나 강도, 알람 기준, 알람 형태 등 각종 감시장치의 감시를 위한 변수나 상수, 조건 등을 사전에 설정하는 입력장치이다.The
광검출수단(24)는 광섬유 케이블(21)를 통해 수신된 광에 대응되는 전기적 신호를 센서 수신부(31)에 출력한다. The optical detecting
다음으로, 이상유무 판단부(34)는 하우징(10)의 각 설비(11) 또는 주변의 아크 플래시의 강도 또는 빈도 등을 이용하여, 이상 유무를 판단한다. 아크 플래시 외에도, 온도나 습도 등을 측정하여 복합적으로 판단할 수 있다.Next, the
이상유무 판단부(34)는 광검출수단(24)에서 출력되는 신호로부터 플래시 아크의 발생여부를 판단하고, 플래시 아크가 발생된 것으로 판단되면 표시부(32)를 통해 플래시 아크 발생상황을 표시한다.The
이상유무 판단부(34)는 아크 플래시의 발생에 따라 어느 검출대상 위치에 해당하는 광입사부(22)를 통해 입력된 신호인지를 구별할 수 있도록 각 광입사부(22)마다 앞서 설명된 바와 같이 신호 투과 대역 및 수광능력이 다르게 설정된 경우, 광입사부(22)의 위치별로 대응되는 비교 기준신호들이 광입사부(22) 위치에 대응되게 룩업테이블(미도시)에 기록되어 있고, 룩업테이블의 정보를 이용하여 아크 플래시 발생 위치정보를 판단하고, 판단된 아크 플래시 발생위치 정보도 표시부(32)를 통해 표시처리하도록 구축될 수 있다.The
표시부(32)는 아크 플래시 강도나 빈도 등 부분 방전 상태의 데이터를 2차원 디스플레이에 표시한다. 즉, 표시부(32)는 하우징(10)의 내부 설비의 위치 및 해당 설비에서의 검출된 아크 플래시의 빈도를 표시하거나, 추론된 열화 상태 또는 열화 판단 결과를 화면에 표시한다. 특히, 수배전반 배치도 상에서 각 설비 별로 이상 유무를 표시할 수 있다.The
저장부(36)는 하우징(10)의 각 설비(11), 또는 설치된 광섬유 루프센서(20)에서의 광입사부(22)의 위치, 검출된 아크 플래시를 연산한 결과 등을 필요한 데이터를 저장한다. 또한, 실시간으로 수집된 검출 값과 비교하기 위한 이력 검출 값 등을 저장한다.The
알람부(35)는 판단부(34)에서 이상이 있는 것으로 판단하는 경우, 이상 상태를 알린다. 특히, 이상 상태와, 해당 설비 또는 이상 상태의 설비에 대한 정보를 같이 알린다. 실시간 검출 부분 방전의 상태가 임계치보다 크면 경보가 작동한다. 또는, 열화상태 추론에 의하여 이상상태로 판단되면 해당 이상상태에 대응되는 알람을 발생시킨다.When the
광섬유 루프센서를 통하여 수집된 정보를 데이터베이스에 저장하고 실시간 측정 부분 방전 상태가 임계치(기준 빈도나 기준 강도 등) 보다 크면 경보가 작동한다. 이때 경보가 발생하면 자동으로 경보 발생 위치를 화면에 나타내어 주어야 하고 문제점을 찾을 수 있도록 한다. The information collected through the fiber loop sensor is stored in the database and the alarm is activated if the real-time measurement partial discharge condition is greater than a threshold (reference frequency or reference strength, etc.). At this time, if an alarm occurs, the location of the alarm should be automatically displayed on the screen so that the user can find the problem.
경보 발생 후 임계치를 초과한 부분 방전에 대한 정보와 데이터베이스에 저장된 이력 방전 정보를 자동으로 비교 분석한다. 실시간 측정한 방전 상태 정보와 이력 방전 정보와 비교 분석 후에 경보가 발생한 위치를 확인한다.Automatically compare and analyze information on partial discharges exceeding the threshold value after alarm occurrence and hysteresis discharge information stored in the database. Check the real-time discharge status information and hysteresis discharge information and the location where the alarm occurred after the comparison analysis.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.Although the present invention has been described in detail with reference to the above embodiments, it is needless to say that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications may be made without departing from the spirit of the present invention.
10 : 수배전반 하우징 11 : 구성 설비
20 : 센서부 21 : 광섬유 케이블
22 : 광입사부 23 : 렌즈부
24 : 광검출수단
30 : 감시 장치 31 : 센서 수신부
32 : 표시부 33 : 설정부
34 : 이상유무 판단부 35 : 알람부
36 : 저장부 40 : 원격 서버
211 : 코어 212 : 클래드층
213 : 스크래치 패턴 214, 214a, 214b, 214c : 밴드패스 필터
215 : 자외선 흡광물질
241 : 전압전류 변환부 242 : 레이저 다이오드(LD)
243 : 동작상태 표시부 245 : 포토 다이오드(PD)
246 : 전류전압 변환증폭부 247 : 안정화 회로
248 : 감도조절 회로10: Switchgear housing 11: Components
20: sensor part 21: optical fiber cable
22: light incidence part 23: lens part
24: light detecting means
30: Monitoring device 31: Sensor receiving part
32: display section 33: setting section
34: abnormality determination unit 35: alarm unit
36: Storage unit 40: Remote server
211: core 212: clad layer
213:
215: Ultraviolet light absorbing substance
241: voltage-current conversion unit 242: laser diode (LD)
243: Operation state display section 245: Photodiode (PD)
246: current-voltage conversion amplification unit 247: stabilization circuit
248: Sensitivity adjustment circuit
Claims (7)
상기 하우징의 내부공간 온도 및, 상기 하우징 내부의 설비에서의 접촉온도를 검출하는 적어도 하나의 광섬유 루프센서로 구성된 센서부; 및,
상기 센서부에서 검출된 아크 플래시의 빈도에 기초하여 상기 하우징 내부의 부분 방전 상태를 진단하고, 진단된 상기 하우징 내의 부분 방전 상태 정보에 따라 상기 하우징의 내부 상태를 제어하거나 알람 신호를 발생하는 감시장치를 포함하고,
상기 광섬유 루프센서는,
아크 검출용 광신호와 아크에 의해 변환된 광신호를 전송하기 위한 광섬유 케이블,
상기 광섬유 케이블을 통해 전송된 아크 검출용 광신호를 반사시키고, 아크가 발생할 경우 상기 발생한 아크에 의해 변형된 아크 검출용 광신호를 반사시키는 반사소자를 구비한 렌즈부, 및,
상기 아크 검출용 광신호를 광섬유 케이블로 송신하고, 상기 광섬유케이블의 측면을 통해 수신한 아크 플래시 광신호 및 상기 렌즈부에서 반사된 아크 플래시 광신호와 상기 아크 검출용 광신호를 비교하여 그 차이신호로 아크 발생 신호를 출력하는 광검출수단을 포함하고,
상기 광섬유 케이블의 측면 상에는 스크래치되어 스크래치 패턴이 형성되고 밴드패스 필터로 구성되는 다수의 광입사부가 형성되고,
상기 다수의 광입사부는 상기 광섬유 케이블의 길이방향을 따라 상호 이격되게 형성되고, 상기 광입사부의 밴드패스 필터는 아크 플래시의 파장 대역 이내의 빛을 통과시키고,
각 광입사부는 아크 플래시 파장 대역 내에서 서로 다른 대역의 밴드패스 필터로 구성되고,
상기 감시장치는 아크 플래시의 광신호를 상기 센서부로부터 수신하여, 광신호의 파장을 통해 아크 플래시가 검출되는 광입사부의 위치를 판단하는 것을 특징으로 하는 광섬유 루프센서를 구비한 수배전반의 아크 감시 시스템.
1. An arc monitoring system for a switchgear having an optical fiber loop sensor for detecting an arc flash of a housing including at least one power control panel of a water front panel, an electric switchboard, an electric motor control panel, a high pressure panel, a low pressure panel,
At least one optical fiber loop sensor for detecting an internal space temperature of the housing and a contact temperature at a facility inside the housing; And
A controller for diagnosing a partial discharge state of the inside of the housing based on the frequency of the arc flash detected by the sensor unit and for controlling the internal state of the housing in accordance with the partial discharge state information in the housing, Lt; / RTI >
The optical fiber loop sensor comprises:
An optical fiber cable for transmitting an arc detection optical signal and an arc-converted optical signal,
A lens unit having a reflection element for reflecting an optical signal for arc detection transmitted through the optical fiber cable and reflecting an optical signal for arc detection deformed by the generated arc when an arc is generated,
Detecting an arc flash optical signal received through a side surface of the optical fiber cable and an arc flash optical signal reflected by the lens unit and the arc detection optical signal, And an optical detection means for outputting an arc generation signal to the light source,
A plurality of light incidence portions formed of scratch patterns and formed of band-pass filters are formed on side surfaces of the optical fiber cable,
Wherein the plurality of light incidence portions are spaced apart from each other along the longitudinal direction of the optical fiber cable, the band pass filter of the light incidence portion passes light within a wavelength band of the arc flash,
Each of the light incidence portions is composed of band-pass filters of different bands within the arc flash wavelength band,
Wherein the monitoring apparatus receives the optical signal of the arc flash from the sensor unit and determines the position of the light incidence unit where the arc flash is detected through the wavelength of the optical signal. .
상기 각 광입사부의 밴드패스 필터는 동일한 크기의 대역 필터로 형성되는 것을 특징으로 하는 광섬유 루프센서를 구비한 수배전반의 아크 감시 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the band-pass filter of each of the light incidence portions is formed of a band filter of the same size.
상기 다수의 광입사부를 다수의 그룹으로 분할하고, 동일한 그룹 내의 광입사부는 동일한 대역의 밴드패스 필터로 구성되는 것을 특징으로 하는 광섬유 루프센서를 구비한 수배전반의 아크 감시 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the plurality of light incidence portions are divided into a plurality of groups, and the light incidence portions in the same group are constituted by band-pass filters of the same band.
동일한 그룹 내에서 각 광입사부의 스크래치 패턴은 광검출수단으로부터 거리가 멀어질수록 스크래치 패턴의 수광영역이 점진적으로 넓거나 좁아지게 형성되는 것을 특징으로 하는 광섬유 루프센서를 구비한 수배전반의 아크 감시 시스템.
The method of claim 5, wherein
Wherein the scratch pattern of each light incidence portion in the same group is formed such that the light receiving region of the scratch pattern becomes gradually wider or narrower as the distance from the light detecting means increases.
동일한 그룹 내에서 각 광입사부의 스크래치 패턴은 광검출수단으로부터 거리가 멀어질수록 스크래치 패턴의 식각 깊이가 순차적으로 다르게 형성되는 것을 특징으로 하는 광섬유 루프센서를 구비한 수배전반의 아크 감시 시스템.
The method of claim 5, wherein
Wherein the scratch pattern of each light incidence portion in the same group is sequentially formed differently from the etching depth of the scratch pattern as the distance from the light detecting means increases.
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