KR101551195B1 - 변위량 센서를 이용한 배전반의 지진 감시진단 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 변위량 센서를 이용하여 배전반에 가해지는 진동을 감지하여 지진 발생을 판단하도록 하며 그에 따라 지진에 대한 신속한 조치가 이루어질 수 있도록 한 변위량 센서를 이용한 배전반의 지진 감시진단 시스템에 관한 것으로, 상세하게는 배전반; 및 상기 배전반에 가해지는 진동 에너지에 대한 기계적 변위를 검출하고 검출된 데이터를 통해 지진발생 여부와 지진의 세기를 분석하여 이를 제공하는 감시수단;을 포함하는 것이 특징이다.

Description

변위량 센서를 이용한 배전반의 지진 감시진단 시스템{Earthquake Monitoring and Diagnostic System For Distributing Board Using Displacement Sensor}

본 발명은 변위량 센서를 이용하여 고압배전반,저압배전반,분전반,모터제어반 등의 수배전반에 가해지는 진동 및 변위를 감지하여 지진 발생을 판단하도록 하며, 그에 따라 지진에 대한 신속한 조치가 이루어질 수 있도록 한 선형 변위량 센서를 이용한 배전반의 지진 감시진단 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 배전반은 지면 상에 설치되는 바, 이러한 지면에는 상기 배전반을 고정 및 설치하기 위한 지면 구조물이 구비된다. 상기 지면 구조물은 철골 구조물 또는 콘크리트 구조물로 구성될 수 있는데, 이때 상기 지면 구조물에 있어 지진 등 진동에너지가 발생하는 경우 구조물에 변형이 발생하여 구조물의 파괴로 이어질 수 있기 때문에 통상적으로 배전반과 지면 구조물 사이에는 진동을 완화하기 위하여 댐퍼부재가 구비된다.

이러한 댐퍼부재를 이용한 내진 보강공법으로서 유압댐퍼를 이용한 내진보강공법, 강재댐퍼를 이용한 내진보강공법 등이 다양한 내진 설계가 적용되어 구조적 성능 측면에서 대단위 수직하중을 적절하게 배분하여 기초와 지반에 안전하게 전달함은 물론, 바람이나 지진과 같은 수평 하중에도 효과적으로 저항하도록 하였다.

이처럼 종래 배전반은 구조적으로 지진 발생에 효과적으로 저항하기 위하여 내진 설계가 적용되었으나, 배전반 자체에서는 지진을 감시할 수 있는 감시 수단의 부재로 관련 기관의 정보에만 의존하기 때문에 실질적으로 지진이 발생하였을 경우 이를 직접적으로 감지할 수 없을 뿐만 아니라 지진 발생 시 그에 따른 신속한 대처가 어려운 문제점이 있다.

대한민국특허청 등록특허공보 10-0850228 대한민국특허청 등록특허공보 10-0966166

따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 제안되는 것으로서, 변위량 센서를 이용하여 배전반에 가해지는 진동 에너지 및 변위량을 실시간으로 감시하며 센서에서 검출되는 변위량 데이터를 통해 지진 관련 정보들을 분석함으로써 지진 발생 여부와 강도는 물론 그에 따른 신속한 대처가 이루어질 수 있는 선형 변위량 센서를 이용한 배전반의 지진 감시진단 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.

상기 본 발명의 목적에 따른 변위량 센서를 이용한 배전반의 지진 감시진단 시스템은 배전반; 및 상기 배전반에 가해지는 진동 에너지에 대한 기계적 변위를 검출하고 검출된 데이터를 통해 지진발생 여부와 지진의 세기를 분석하여 이를 제공하는 감시수단;을 포함하는 것이 특징이다.

하나의 예로써, 상기 감시수단은, 배전반에 가해지는 진동 에너지 및 변위량을 감시하고 진동 에너지의 기계적 변위를 전기적인 검출 신호로 출력하여 송신하는 변위량 검출센서 유닛; 상기 변위량 검출센서 유닛에서 송신된 검출 신호를 DC 전압 레벨로 변환하는 신호처리부; 및 상기 신호처리부에서 변환된 진동 변위량에 대한 검출 신호를 수신하여 배전반에 대한 실시간 진동 변위량 데이터과 최대 변위량을 산출하여 출력하는 데이터 수집·제어 유닛;을 포함할 수 있다.

여기서 상기 변위량 검출센서 유닛은, 원통형의 포머와, 상기 포머 내부에서 유동 가능하도록 구성되는 자성체의 코어와, 상기 포머의 중심부에 권선되며 신호 발생 전원을 공급하는 1차 코일 및 상기 1차 코일의 양측에서 각각 대칭하도록 권선되고 상호 직렬 연결되어 동일한 유동 기전력을 출력하는 한 쌍의 2차 코일을 포함하며 상기 코어의 유동에 따라 1차 코일과 2차 코일의 상호 인덕턴스의 변동에 의해 출력되는 전압 특성을 통해 변위량을 감지할 수 있다.

그리고 상기 감시수단은, 실시간으로 검출되는 진동 변위량 데이터를 포함한 결과값과 출력된 최대 변위량을 포함한 지진 감시 이벤트를 모니터링하며, 기설정된 기준값과 상기 결과값을 비교 분석하여 결과값이 기준값을 초과하는 경우 지진 경보를 출력하도록 하는 운영서버;를 더 포함할 수 있다.

이때 상기 운영서버는, 상기 데이터 수집·제어 유닛과 연계되어 데이터 수집·제어 유닛에서 전달되는 결과값 및 지진 감시 이벤트를 기록 및 저장하는 저장부 및 관리자의 요청 시 또는 기설정된 시간 주기로 관리자에게 제공하는 출력부를 포함하는 DAQ부를 포함하되, 상기 저장부는 상기 결과값이 기준값을 초과하는 시점으로부터 전, 후로 20초 내지 40초 사이의 데이터를 지진 감시 이벤트로 저장할 수 있다.

하나의 예로써, 상부 플레이트와, 상기 상부 플레이트로부터 이격 설치되는 하부 플레이트 및 상기 상부 플레이트와 하부 플레이트 사이에 장착되는 둘 이상의 탄성 부재를 포함하며 배전반의 저면과 지면 사이에서 상호 결합에 의해 배열되는 복수의 단위 내진 패드; 및 상호 인접하는 상기 단위 내진 패드 간을 연결하기 위한 연결 부재;를 더 포함하여 상기 배전반에 가해지는 진동을 흡수 또는 저감할 수 있다.

본 발명의 변위량 센서를 이용한 배전반의 지진 감시진단 시스템은 배전반에 가해지는 진동 에너지 및 변위량을 실시간으로 감시하기 위한 감시수단을 포함하는 바, 감시수단을 통해 진동 변위량 데이터 등을 파악하여 지진 발생의 유무를 판단하고 보다 정확한 정보를 제공할 수 있도록 진동 변위량 데이터를 기반으로 한 최대 변위량 등 다양한 지진 정보에 대한 결과값을 모니터링 및 제공함으로써 지진 발생 시 그에 대응하는 배전반의 신속한 조치가 이루어질 수 있도록 하는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 감지수단의 구성을 나타내는 블록도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 변위량 검출센서 유닛을 나타내는 부분 절개도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 변위량 검출센서 유닛의 유동에 따른 회로 구성도.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 변위량 검출센서 유닛의 입출력 선형 특성을 나타내는 그래프.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 신호처리부의 절대값을 산출하기 위한 연산 회로 구성도.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 신호처리부의 회로 구성도.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 운영서버의 구성을 나타내는 블록도.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 내진 구조물을 나타내는 도면.
도 9a는 본 발명의 일 구성인 단위 내진 패드를 나타내는 사시도.
도 9b는 본 발명의 일 구성인 단위 내진 패드를 나타내는 측단면도.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 탄성 부재를 나타내는 측단면도.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 연결 부재를 타나내는 사시도.
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 연결 부재에 의해 중첩되는 단위 내진 패드를 나타내는 부분 측단면도.
도 13a 내지 도 13c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 단위 내진 패드의 작동 상태를 나타내는 측단면도.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 상세하게 설명하고자 한다.

그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 변위량 센서를 이용한 배전반의 지진 감시진단 시스템은 배전반과 상기 배전반에 가해지는 진동 에너지 및 변위량을 검출하고 검출된 진동 에너지 및 변위량으로부터 지진발생 여부와 지진의 세기를 분석하여 이를 제공하는 감시수단을 포함한다.

여기서 상기 배전반은 고압배전반, 저압배전반, 분전반 및 모터제어반을 총칭하는 개념으로 이들 중 어느 하나일 수 있다.

상기 감시수단(200)은 지진 발생에 따라 배전반으로 부여되는 진동 에너지 및 변위량을 감시할 수 있는 일종 이상의 센서를 포함하는 것으로, 이러한 센서는 진동 에너지 및 변위량을 직접적으로 검출할 수 있도록 상기 배전반의 측면 내지 하부면에 장착될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 감지수단의 구성을 나타내는 블록도이다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 있어 일 실시 예로써 제시되는 상기 센서는 지진 발생 시 배전반의 진동에 의한 기계적 변위를 감시하고 그에 따른 변위량 데이터를 수집할 수 있는 변위량 검출센서 유닛(210)을 포함할 수 있는 바, 이하에서는 변위량 검출센서 유닛(210)이 센서의 일 예로 적용된 구성에 대하여 설명한다.

본 실시 예의 감시수단(200)은 변위량 검출센서 유닛(210)에 더하여 데이터 수집·제어 유닛(220)을 더 포함하여 배전반에 부여되는 실시간 변위량과 최대 변위량과 같은 지진 감시 정보를 산출하게 되고 그에 따른 감시 이벤트를 기록 및 저장하여 모니터링한다.

구체적으로 상기 변위량 검출센서 유닛(210)은 앞서 설명한 바와 같이 지진 발생에 따른 배전반의 미세 진동을 감시하기 위한 일 예로 제시되는 것으로, 이러한 변위량 검출센서 유닛(210)에서 검출되는 검출 신호는 상기 데이터 수집·제어 유닛(220)로 전송되는데 이때, 상기 감시수단(200)은 상기 변위량 검출센서 유닛(210)의 신호를 상기 데이터 수집·제어 유닛(220)으로 전송하기 위한 수단으로서 신호처리부(230)를 더 포함하여 전송되는 검출 신호에 대하여 미약한 신호를 증폭함과 더불어 주파수 대역에 맞는 신호로 필터링을 수행하여 데이터 전송의 안정화를 도모하도록 한다.

그리고 상기 데이터 수집·제어 유닛(220)에서는 상기 신호처리부(230)를 통해 증폭 및 필터링된 검출 신호를 수신하여 배전반에 가해지는 지진에 의한 진동 변위량을 연산 및 분석함으로써 로컬 또는 원격에서 지진에 대한 영향을 실시간으로 분석 및 판단하게 되는 것이다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 변위량 검출센서 유닛을 나타내는 부분 절개도이다.

상기 변위량 검출센서 유닛(210)은 기계적 변위를 전기적인 신호로 변환하도록 구성될 수 있다.

일 예로서 도 2에 도시된 바와 같이 코어(core 또는 armature)(215)의 이동으로 1차 코일(216)에서 2차 코일(217)에 유도되는 자속의 변화, 즉 상호 인덕턴스를 변화시키는 transducer로서 기계적, 전기적으로 분리되어 움직일 수 있는 코어(215)의 변위에 비례하여 전기적 출력이 발생된다.

이러한 변위량 검출센서 유닛(210)은 상기 배전반의 불특정 부위에 여러 개소 장착될 수 있는 것으로, 도 2에 도시된 바와 같이 코일이 권선된 포머(former)(218)와, 코어(core)(215)와, 상기 코어(215)를 지지해 주는 지지봉 및 케이스(case)(219)로 구성될 수 있다.

전기적 절연이 우수한 원통형의 포머(218)에는 신호 발생 전원을 공급하는 1차 코일(216)을 감고 상기 1차 코일(216)의 중심으로부터 대칭적으로 동일한 모양을 가진 2차 코일(217)을 감아서 외부적으로 반대방향으로 직렬 연결한다.

그리고 자성체로 구성되는 상기 코어(215)는 상기 포머(218) 내에서 유동 가능한 바, 이러한 코어(215)의 움직임은 각각의 2차 코일(217)에서 발생되는 유도전압을 일으키게 하는 1차 코일(216)과 2차 코일(217)의 상호 인덕턴스를 변하게 하여 기계적 변위를 감지하게 되는 것이다.

상기 코어(215)가 1차 코일(216) 중간에 위치하면 각각의 2차 코일(217)에 유도되는 기전력은 동일하고 180°의 위상차를 가지기 때문에 출력은 0이 되나, 상기 코어(215)가 움직여 중간을 벗어나게 되면 2차 코일(217)과 1차 코일(216) 사이의 상호 인덕턴스가 다른 한 쪽보다 크게 되어 서로 직렬로 연결되어 있는 2차측 출력에서는 차동전압(differential voltage)이 발생하게 된다.

도 3은 변위량 검출센서 유닛(210)의 회로연결을 나타내는 것으로, 상기 코어(215)의 위치에 따른 변위량 검출센서 유닛(210)의 출력 전압을 알 수 있으며, 1차 코일(216)과 2차 코일(217) 사이의 상호 유도계수를 m1, m2라 하면 2차 코일(217)에 유기되어 출력되는 전압은 상호인덕턴스 차(m1-m2)에 비례함으로 도 4에서와 같이 코어(217)의 위치에 직선적으로 비례한다.

그리고 2차 코일(217)에 유도되는 기전력은 패러데이의 법칙에 의해 아래의 수학식 1으로 나타내어지고, 변위량 검출센서 유닛(210)의 출력전압은 아래의 수학식 2과 같이 표현할 수 있다.

여기서, e는 유도 기전력, N은 코일의 권선수, φ는 자속, a는 자속이 지나가는 단면적이며 B는 자기장이다.

외부적으로 반대로 연결되어져 있는 2차 측의 양 코일(217)에서 출력되는 차동전압 즉, 상기 수학식 2의 출력전압을 다시 표현하면 아래의 수학식 3와 같이 표현할 수 있다.

여기서, x는 코어(215)의 변위를 나타내면 (x1-x2)2로 주어진다. 또한 K1은 센서의 Sensitivity가 되며 K2는 Linearity의 factor가 된다.

이와 같이 본 실시 예의 변위량 검출센서 유닛(210)에서는 코어(215)의 위치에 따라 출력되는 전압 특성을 통해 진동에 의한 변위량의 크기를 파악할 수 있으며, 이러한 계측 데이터는 앞서 설명한 데이터 수집·제어 유닛(220)으로 전송됨으로써 상기 데이터 수집·제어 유닛(220)의 분석 데이터로서 활용되는 것이다.

한편, 본 실시 예에서는 앞서 설명한 바와 같이 상기 변위량 검출센서 유닛(210)에서 출력되는 변위량에 대한 출력 전압을 상기 데이터 수집·제어 유닛(220)으로 전달하는 신호처리부(230)가 구비되며, 이러한 신호처리부(230)에서는 상기 변위량 검출센서 유닛(210)에 의한 변위량을 DC 전압 레벨로 변환해주는 기능을 갖는다.

그리고 상기 신호처리부(230)는 주파수와 게인을 설정하기 위하여 몇 개의 수동소자를 사용하는 것으로, 2차 출력을 스케일된 DC 신호로 변환하고 1차측을 구동하기 위해 저왜곡 정현파 발진 기능을 포함한다.

여기서 2차 출력은 신호처리부(230)를 직접 구동해주는 두 개의 정현파로 구성한다. 또한 상기 신호처리부(230)는 두 개의 신호를 합과 차를 분배함으로써 DC 출력을 생성하여 상기 데이터 수집·제어 유닛(220)으로 전송한다.

구체적으로 상기 변위량 검출센서 유닛(210)에서 기계적 변위의 계측 범위는 통상 ±100μm 내지 ±25cm로 그 범위가 다양하다.

도 6은 상기 신호처리부(230)의 상세 회로도로, 도 6에 도시된 바와 같이 상기 신호처리부(230)는 제어 트랜스(Control Transformer)가 구비되는 바, 이때 제어 트랜스의 여자전압(excitation voltage)은 50Hz 내지 20kHz의 주파수에서 1V 내지 24V로 출력될 수 있다.

그리고 상기 제어 트랜스(Control Transformer)의 null 값은 상기 변위량 검출센서 유닛(210)의 코어(215)가 중심에 있을 지라도 2개의 2차권선 간의 미스매치(mismatch)와 누설인덕턴스 때문에 발생하지 않게 된다.

따라서 이러한 어려움을 해결하기 위한 신호처리부(230)는 절대값을 산출하기 위한 연산회로를 구성하는 것으로, 도 5에 도시된 바와 같이 두 전압의 절대값(Absolute Value)을 빼어서 처리함으로써 중심 위치에 대한 정(+), 부(-)의 변위를 계측하도록 하는 것이다.

도 5를 참조하면, 상기 신호처리부(230)의 연산회로의 구성은 다이오드와 커패시터를 이용한 정류회로를 적용하여 선형적이고 정확한 값을 얻을 수 있으며, 이때 그 입력신호는 아날로그 배율기(Analog Multiplier)를 구동해주는 전압/전류변환기(V/I converter)에 인가되도록 한다.

또한 차동입력(Differential Input)의 부호는 비교기에 의해서 검출되는데, 그 비교기의 출력은 아날로그 배율기를 경유하여 전압/전류 변환기의 부호를 스위치하는 역할을 한다. 이때 최종 출력은 입력의 절대값을 표현한다.

그리고 도 6에 도시된 바와 같이 상기 신호처리부(230)에서 발진기 회로의 경우 주파수를 20Hz에서 20kHz까지 가변하고, 2 개의 필터에 의해서 2 개의 절대 값(ABS VALUE)이 A와 B의 채널 입력 값 크기를 검출하는데 이용한다.

이때 VA와 VB의 출력 절대값과 필터의 출력을 경유하여 함수 [A-B]/[A+B]를 발생시킨다.

여기서 상기 함수는 상기 변위량 검출센서 유닛(210)에 대한 출력전압의 합이 동작 범위에 걸쳐서 일정하다는 것을 가정할 때 상기 제어 트랜스의 1차 권선 여자전압의 크기와는 독립적이다.

저항을 통해서 제어 트랜스의 여자전압을 정현파 실효값으로 1V에서 24V까지 설정할 수 있으며 구동 전류는 30mA로 설계한다.

상기 도 6의 회로 상에서 위상 전이(Phase Shift)나 신호의 절대 값 크기에 의해서 영향을 받지 않도록 설계함으로써 상기 변위량 검출센서 유닛(210)을 100미터까지 드라이브 할 수 있으며, Vout의 위치에 대한 출력범위는 6mA부하에서 ±11V 할 경우, 케이블을 100미터까지 드라이브 할 수 있다. 여기서 VA와 VB입력은 100mV로 낮은 값이다.

한편 상기 데이터 수집·제어 유닛(220)은 상기 신호처리부(230)를 통해 전달되는 데이터 수집·제어 유닛(220)의 검출 신호 즉, 코어(215)의 위치에 따라 출력되는 전압을 입력받게 되고, 이러한 검출 신호를 실시간으로 분석하게 된다.

이때 분석되는 지진 감시 정보는 실시간으로 분석되는 진동 변위량 데이터는 물론 기 설정된 기간 내에서 발생되는 최대 변위량 데이터를 포함할 수 있다.

상기 데이터 수집·제어 유닛(220)은 분석되는 지진 감시 정보를 통해 기준값과의 비교 분석을 통해 지진 발생을 판단하며, 배전반에 가해지는 지진의 세기를 판단하게 된다. 이렇게 데이터 수집·제어 유닛(220)에서 분석 및 판단되는 정보들은 데이터 수집·제어 유닛(220)에 구비된 디스플레이부(221)를 통해 모니터링하여 감시함으로써 배전반에 지진 발생 시에 지진의 피크 값을 현장에서 동시에 확인할 수 있게 되어 보다 정확한 지진 정보를 파악할 수 있게 되고 이를 관리자에게 제공하게 됨으로서 지진에 대한 신속한 조치가 이루어질 수 있게 되는 것이다.

한편, 본 발명의 감시수단(200)은 상술한 구성에 의해 분석 및 예측된 지진 발생에 대하여 그 결과값의 기록 및 저장과 모니터링은 물론 알림을 자동으로 수행할 수 있는 운영서버(240)를 더 포함하여 구성될 수 있다.

상기 운영서버(240)는 다종의 입력 및 출력 인터페이스를 포함하여 설정값의 입력은 물론 외부 기기들과의 데이터 통신이 가능하며, 요청 정보에 따른 응답 결과를 출력하도록 한다. 바람직하게 상기 입력 및 출력 인터페이스는 하나의 기기를 통해 입력과 출력이 가능한 터치스크린(246)를 포함할 수 있다.

또한 상기 운영서버(240)는 기설정된 기준값 이상의 데이터가 입력되는 경우 경보를 발생시켜 관리자가 인지하도록 함으로써 신속한 대처가 가능하도록 한다. 그리고 결과값의 기록 및 저장을 통해 데이터베이스화된 데이터는 추후 지진발생 후에 배전반에 대한 내진설계 및 운영기준에 중요한 자료로 활용될 수 있다.

이러한 상기 운영서버(240)는 도 7에 도시된 바와 같이 수집부(241)와, 진동 변위량 데이터의 저장 및 계측을 위한 DAQ부(Data Acquisition)(242)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 수집부(241)는 상기 변위량 검출센서 유닛(210)과 상기 입력 및 출력 인터페이스를 통해 데이터 통신하여 상기 변위량 검출센서 유닛(210)으로부터 측정된 진동 변위량에 대한 데이터를 입력받게 되고, 이를 상기 DAQ부(242)로 송신한다.

그리고 상기 수집부(241)는 전기적 신호에 의해 상기 변위량 검출센서 유닛(210)을 정량적으로 가진하도록 하고, 그 가진된 진동 출력 또는 변위량 출력은 반도체형 센서를 채용함으로서 센서의 고장 여부를 판단하도록 함으로써 센서의 유지, 보수가 용이해질 수 있도록 한다.

상기 DAQ부(242)는 상기 데이터 수집·제어 유닛(220)과 연계되는 것으로 저장부(243)를 포함하는 바, 상기 수집부(241)로부터 수신된 진동 변위량 데이터를 포함한 결과값을 포함한 지진 감시 이벤트를 기록 및 저장하고, 이러한 결과값을 포함한 지진 감시 이벤트를 관리자의 요청 시 또는 기설정된 시간에 따라 관리자에게 전송하는 출력부(244)를 포함한다.

뿐만 아니라 상기 DAQ부(242)에 의해 관리자에게 제공되는 정보는 최대 변위량에 대한 데이터와 비교 분석 프로그램에 의한 지진 경보는 물론 자체적인 자기진단 결과를 포함할 수 있다.

일 예로써, 상기 DAQ부(242)는 상기 입력 및 출력 인터페이스를 통해 입력 및 설정된 기준값과 상기 출력부(244)를 통해 출력된 결과값을 비교분석하는 분석부(245)를 포함할 수 있다.

상기 분석부(245)는 기준값과 상기 결과값을 비교 분석하며, 기준값보다 결과값이 초과할 경우 지진 경보를 구동시키고 그에 따라 알람이 울리도록 하여 현장의 관리자에게 긴급 상황을 알림으로써 빠른 대처가 가능하도록 한다.

이와 함께 상기 DAQ부(242)는 상기 지진 경보의 구동 정보, 비교 분석에 따라 상기 결과값이 기준값을 초과하는 시점과 해당 결과값 등을 포함하는 지진발생 정보는 물론 이러한 지진 관련 정보들을 이벤트 데이터로 상기 저장부(243)에 저장하는 바, 이때 상기 결과값이 초과하는 제1시간으로부터 전후 제2시간 동안의 이벤트 데이터를 상기 저장부(243)에 저장하는 것으로 바람직하게는 상기 제2시간은 20초 내지 40초일 수 있다.

또한 상기 DAQ부(242)는 Band-Pass Filler를 내장하여 신호 통과 대역폭을 현장의 각 배전반에 맞게 터치스크린(246)을 통해 입력할 수 있게 하여, 지진의 고유주파수 부근 대역에서 지진파의 강도를 연산함으로써 정확도를 높이도록 함이 바람직하다.

그리고 상기 DAQ부(242)는 상기 수집부(241)로부터 수신된 실시간 진동 변위량 데이터는 물론 과거에 발생했던 진동 변위량 데이터 등을 상기 터치스크린(246)을 통해 파형 또는 그래프 또는 도형 등으로 표출하여 관리자가 용이하게 지진 상황을 파악할 수 있도록 한다.

이때 상기 터치스크린(246)을 통해 표출되는 파형 또는 그래프 또는 도형 등의 크기는 산출된 최대 변위량의 크기에 따라 적합한 단위로 환산하여 표출될 수 있도록 함이 바람직하다.

여기서 상기 DAQ부(242)의 최대 변위량에 대한 결과값의 산출 과정은 앞서 데이터 수집·제어 유닛(220)에서 상세히 설명하였으므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

상술한 운영서버(240)는 상기 변위량 검출센서 유닛(210) 및 데이터 수집·제어 유닛(220)과 각기 독립적으로 분리된 형태로 기재하고 있으나, 이에 본 발명이 한정되는 것은 아니며 상호 구성들이 일체로 결합된 형태로 구성될 수 있음은 당연하다.

뿐만 아니라 상기 운영서버(240)는 도면에 도시된 바 없으나 웹와 연계될 수 있는 웹 서버를 포함할 수 있는 바, 현장의 관리자는 물론 웹페이지 등을 통해 원격의 관리자에게도 지진 발생에 따른 다양한 정보들을 제공할 수 있도록 한다.

한편, 본 발명에 따른 변위량 센서를 이용한 배전반의 지진 감시진단 시스템은 도 8에 도시된 바와 같이 배전반의 저면에 구비되어 지면으로부터 전달될 수 있는 지진에 의한 진동에너지를 흡수 및 소산하도록 구성되는 내진 구조물을 더 포함할 수 있다.

상기 내진 구조물은 도 8에 도시된 바와 같이 배전반(10)의 저면에 구비되어 지면으로부터 전달될 수 있는 지진에 의한 진동에너지를 흡수 및 소산하도록 구성되는 복수의 단위 내진 패드(100)를 포함한다.

이러한 단위 내진 패드(100)는 인접하는 타 단위 내진 패드(100)와 조립식으로 구성되어 상기 배전반(10)의 면적에 따라 선택적으로 기제작된 단위 내진 패드(100)의 갯수를 결정할 수 있고, 이들을 상호 배열 및 조립함으로써 배전반(10)의 설계로부터 유동적으로 시공할 수 있게 되어, 종래 각 현장별로 제작되었던 내진 구조에 비하여 경제적인 측면에서 장점이 있다.

구체적으로, 각각의 단위 내진 패드(100)는 상부 플레이트(101)와, 상기 상부 플레이트(101)로부터 이격 설치되는 하부 플레이트(102) 및 상기 상부 플레이트(101)와 하부 플레이트(102) 사이에 장착되는 둘 이상의 탄성 부재(103)를 포함한다.

즉, 상기 단위 내진 패드(100)는 지진에 따른 진동 에너지가 작용하는 경우 상기 상부 플레이트(101)와 하부 플레이트 간에서 발생되는 상대적 변위를 상기 탄성 부재(103)로 전달함으로써 상기 진동 에너지를 소산시키게 되어 이러한 진동 에너지가 상기 단위 내진 패드(100) 상부에 안착된 배전반(10)으로 전달되는 것을 최소화하도록 하는 것이다.

먼저 본 발명에서 제시되는 상기 탄성 부재(103)는 도 10에 도시된 바와 같이 강재플레이트(103-1)와 고무플레이트(103-2)가 교번으로 적층 형성되고 외곽부는 고무커버(103-4)가 둘러싼 형상으로 구성되는 탄성층을 포함한다.

이렇게 상기 고무플레이트(103-1)와 강재플레이트(103-2)가 교번으로 적층형성 되도록 탄성층을 구성하는 것은 상기 탄성층을 고무만으로 구성하게 되면 수직 하중에 대해 좌굴이 발생할 수 있어 고무플레이트(103-1) 사이에 강재플레이트(103-2)를 게재시킴으로써 수직 하중에 대해서도 안정성을 유지하면서도 지진 하중에 대해서 고무의 탄성이 유지되도록 하여 어느 정도의 지진에 따른 진동 에너지를 흡수할 수 있도록 하는 것이다.

즉 지진하중 발생시 고무플레이트(103-1)의 전단 변형을 통해 진동 에너지를 흡수하면서 지진 하중 종료 후에는 탄성에 기해 원래 위치로 복원하는 기능을 가지게 되는 것이다. 이러한 기능을 배가시키는 구성으로 외부를 둘러싸는 상기 고무커버(103-4)가 더 제시되는 것이다.

또한, 상기 탄성 부재(103)는 상기 탄성층을 관통하도록 복수의 소성바(103-3)가 구성되는 바, 상기 소성바(103-3)는 납 등 소성 변형을 형성하는 재질로 구성됨이 타당하다.

이와 같이 구성된 상기 탄성 부재(103)는 풍하중이나 차량의 제동하중과 같이 단기간에 작용하는 상시 하중에 대해서는 상기 소성바(103-3)에 의해서 초기 강성으로 저항하고, 풍하중을 능가하는 설계 지진하중 수준의 지진 하중에 대해서는 상기 소성바(103-3)가 항복하여 고무플레이트에 의한 장주기화가 달성되도록 하여 진동 에너지의 유발을 줄이면서 상기 소성바(103-3)의 비선형거동으로 진동 에너지를 흡수하게 되는 것이다.

여기서 상기 상부 플레이트(101) 및 하부 플레이트(102)는 상기 소성바(103-3)보다는 강성이 있는 재질을 사용하여 지진 하중 작용에도 변형이 발생되지 않게 하는 것이 바람직하다.

또한 상기 탄성 부재(103)의 경우 상기 상부 플레이트(101) 및 하부 플레이트(102) 사이에 배치됨에 있어, 진동 에너지의 균일한 흡수 및 소산을 위하여 도 9a에 도시된 바와 같이 상, 하부 플레이트(101, 102)의 모서리 부위에 각각 배치되도록 하고, 상기 모서리 부위에서 안정적인 지지 및 정위치를 유지할 수 있도록 상기 상부 플레이트(101) 및 하부 플레이트(102)에는 상기 탄성 부재(103)와 접하는 각 내측면에 상기 탄성 부재(103)의 일부가 삽입되는 삽입홈(101-1, 102-1)을 형성하도록 한다.

한편, 상기 단위 내진 패드(100)는 상기 상부 플레이트(101) 및 하부 플레이트(102) 간에서 수직으로 장착되며 상기 탄성 부재(103)의 측면으로부터 이격되는 제 2소성바(104)를 더 포함할 수 있다.

이러한 제 2소성바(104)는 상기 상부 플레이트(101)와 하부 플레이트(102) 간을 연결 및 고정하기 위한 수단으로서의 기능과 함께 앞서 설명한 소성바(103-3)의 기능을 동시에 수행할 수 있도록 한다.

즉, 상기 제 2소성바(104)는 상기 소성바(103-3)보다 강성이 상대적으로 약한 재질로 구성되어 지진 하중이 작용할 시 상기 소성바(103-3)의 변형이 발생하기 이전 먼저 소성 변형이 이루어지도록 하는 것으로, 약한 진동 에너지가 부여되는 경우 제 2소성바(104)의 초기 강성에 의해 진동 에너지로부터 저항하도록 하고, 저항 수준을 초과하게 되는 경우 상기 제 2소성바(104)가 항복하여 2차적으로 상기 탄성 부재(103)에 의해 지진 하중이 전달될 수 있도록 함으로써 단계적 소성변형에 기해 안정적인 거동이 가능하게 되는 것이다.

이처럼 상기 제 2소성바(104)의 분리만으로 상기 상부 플레이트(101)와 하부 플레이트(102) 역시 분리 가능하게 됨으로 지진 발생 후 변형이 발생된 탄성 부재(103)만의 교체가 용이하게 이루어지기 때문에 시설 경제면에서 유리하다.

한편, 본 발명에서는 상기 단위 내진 패드(100)에 더불어 상호 인접하는 단위 내진 패드(100) 간을 연결하기 위한 연결 부재(110)를 포함한다.

상기 연결 부재(110)는 도 11에 도시된 바와 같이 상기 상부 플레이트(101) 및 하부 플레이트(102)의 각 테두리를 따라 연장되는 4개의 날개단(111, 112)으로 구성되는 날개부를 포함하되, 상기 날개부는 이웃하는 2개의 날개단(111)에는 상부단턱(111-1)이 구성되고 이와 대칭되는 2개의 날개단(112)에는 하부단턱(112-1)이 구성되어 인접하는 단위 내진 패드(100) 간은 상기 상부단턱(111-1)과 하부단턱(112-1)에 의해 상호 중첩 부위를 형성하면서 배열될 수 있다.

그리고, 상기 연결 부재(110)의 경우 상기 날개부에 의해 배열되는 단위 내진 패드(100) 간을 고정함과 더불어 최대지진하중에 대한 보완책으로서의 기능을 제시하도록 구성된다.

구체적으로, 상기 연결 부재(110)는 단위 내진 패드(100) 간의 중첩 부위에서 상기 상부 플레이트(101)의 날개단 즉 상부 플레이트의 상부단턱(111-1)과 하부단턱(112-1), 그리고 하부 플레이트(102)의 상부단턱(111-1)과 하부단턱(112-1)을 관통하는 제 3소성바(115)를 포함할 수 있다.

이러한 제 3소성바(115)는 그 일단이 상부 플레이트(101) 또는 하부 플레이트(102) 중 어느 일 플레이트에 고정되는 반면, 타단은 타 플레이트에 형성된 장공(114)에 삽입되는 구조로 구성되어 일 플레이트에 횡방향 변위가 발생할 경우 타 플레이트에서는 장공(114) 내에서 슬라이드 되도록 구성되는 바, 일 예로 도 12에서는 제 3소성바(116)의 일단이 상부 플레이트(101)의 날개단에 형성된 상부단턱(111-1)과 하부단턱(112-1)에 고정이 되며, 하부 플레이트(102)의 날개단에 형성된 상부단턱(111-1)과 하부단턱(112-1)에는 장공(114)이 형성되어 상기 장공(114)에서 상기 제 3소성바(115)의 타단이 슬라이드 되도록 하는 예가 제시된다.

여기서 상기 상부 플레이트(101) 또는 하부 플레이트(102)에 형성되는 횡방향 잔공(114)의 경우 상기 단위 내진 패드(100)의 전, 후 또는 좌, 우 거동을 고려하여 그에 적합한 방향으로 절개될 수 있도록 함이 바람직하다.

이에 더하여 상기 제 3소성바(115)는 앞서 설명한 바와 같이 상기 중첩부위 즉, 상부단턱(111-1)과 하부단턱(112-1)이 중첩되는 부위에서 인접하는 양 상부 플레이트(101)와 양 하부 플레이트(102)를 관통하는 핀 구조로 결합되는 바, 인접하는 단위 내진 패드(100) 간을 고정하여 배열된 복수의 단위 내진 패드(100)들이 일체로 거동될 수 있도록 하는 고정수단으로서의 기능을 수행한다.

한편, 도 13a 내지 도 13b는 설계 지진하중이 작용하는 경우의 작동예로서 상기에서 언급한 바와 같아 그 설명을 생략한다.

도 13c는 최대 지진하중이 작용하는 예로서, 먼저 도 13b에서 도시된 바와 같이 상기 소성바(103-3) 및 제 2소성바(104)에는 소성변형이 발생하여 진동 에너지의 흡수와 상기 탄성 부재(103)의 전단변형이 발생된 상태이며, 그 다음으로 변형이 계속적으로 발생되어 상기 제 3소성바(115)가 상기 장공(114)에서 슬라이드 되면서 제 3소성바(115)가 상기 장공(114)의 끝단에 걸리게 되는 것이다.

이에 지진하중에 의해 계속적인 변형이 발생되는 경우 상기 제 3소성바(115)에도 소성변형이 발생되어 지진에너지를 흡수하게 되는 것이다. 즉 최대지진하중에서도 소성바(103-3) 및 제 2소성바(104)에 더하여 제 3소성바(115)의 단계적 소성변형에 기해 더욱 안정적인 거동이 가능하게 되는 것이다.

이상 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

200 : 감시수단 210 : 변위량 검출센서 유닛
220 : 데이터 수집·제어 유닛 230 : 신호처리부
240 : 운영서버

Claims (6)

1. 배전반; 및
   상기 배전반에 가해지는 진동 에너지를 감시하고 진동 에너지의 기계적 변위를 전기적인 검출 신호로 출력하여 송신하는 변위량 검출센서 유닛과, 상기 변위량 검출센서 유닛에서 송신된 검출 신호를 DC 전압 레벨로 변환하는 신호처리부 및 상기 신호처리부에서 변환된 진동 변위량에 대한 검출 신호를 수신하여 배전반에 대한 실시간 진동 변위량 데이터과 최대 변위량을 산출하여 출력하는 데이터 수집·제어 유닛을 포함하며, 상기 데이터 수집·제어 유닛에서 출력되는 데이터를 기반으로 배전반에 대한 지진발생 여부와 지진의 세기를 분석하여 이를 제공하는 감시수단;
   상부 플레이트와 상기 상부 플레이트로부터 이격 설치되는 하부 플레이트 및 상기 상부 플레이트와 하부 플레이트 사이에 장착되는 둘 이상의 탄성 부재를 포함하며 상기 배전반의 저면과 지면 사이에서 상호 결합에 의해 배열되는 복수의 단위 내진 패드; 및
   상호 인접하는 상기 단위 내진 패드 간을 연결하기 위한 연결 부재;를 포함하며,
   상기 탄성 부재는,
   강재플레이트와 고무플레이트가 교번으로 적층 형성되고 외곽부는 고무커버가 둘러싼 형상으로 구성되는 탄성층과, 상기 탄성층을 관통하는 하나 이상의 소성바 및 상기 상부 플레이트 및 하부 플레이트 간에서 수직으로 장착되며 상기 탄성 부재의 측면으로부터 이격되는 제 2소성바를 포함하며,
   상기 연결 부재는,
   상기 상부 플레이트 및 하부 플레이트의 각 테두리를 따라 연장되는 4개의 날개단으로 구성되는 날개부를 포함하되, 상기 날개부가 이웃하는 2개의 날개단에는 상부단턱이 구성되고 이와 대칭되는 2개의 날개단에는 하부단턱이 구성되어 인접하는 단위 내진 패드 간에서 상기 상부단턱과 하부단턱에 의해 상호 중첩 부위를 형성하며, 상기 중첩 부위에는 상기 상부 플레이트의 상부단턱 및 하부단턱과 하부 플레이트의 상부단턱 및 하부단턱을 관통하는 제 3소성바가 구성되되, 상기 제 3소성바는 그 일단이 상기 상부 플레이트 또는 하부 플레이트 중 일 플레이트에는 고정되고 타단은 타 플레이트의 날개단에 횡방향으로 절개된 장공에 삽입되어 상기 장공에 의해 슬라이드 되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 변위량 센서를 이용한 배전반의 지진 감시진단 시스템.
   
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,
   상기 변위량 검출센서 유닛은,
   원통형의 포머와, 상기 포머 내부에서 유동 가능하도록 구성되는 자성체의 코어와, 상기 포머의 중심부에 권선되며 신호 발생 전원을 공급하는 1차 코일 및 상기 1차 코일의 양측에서 각각 대칭하도록 권선되고 상호 직렬 연결되어 동일한 유동 기전력을 출력하는 한 쌍의 2차 코일을 포함하며 상기 코어의 유동에 따라 1차 코일과 2차 코일의 상호 인덕턴스의 변동에 의해 출력되는 전압 특성을 통해 변위량을 감지하는 것을 특징으로 하는 변위량 센서를 이용한 배전반의 지진 감시진단 시스템.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 감시수단은,
   실시간으로 검출되는 진동 변위량 데이터를 포함한 결과값과 출력된 최대 변위량을 포함한 지진 감시 이벤트를 모니터링하며, 기설정된 기준값과 상기 결과값을 비교 분석하여 결과값이 기준값을 초과하는 경우 지진 경보를 출력하도록 하는 운영서버;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 변위량 센서를 이용한 배전반의 지진 감시진단 시스템.
   
5. 제 4항에 있어서,
   상기 운영서버는,
   상기 데이터 수집·제어 유닛과 연계되어 데이터 수집·제어 유닛에서 전달되는 결과값 및 지진 감시 이벤트를 기록 및 저장하는 저장부 및 관리자의 요청 시 또는 기설정된 시간 주기로 관리자에게 제공하는 출력부를 포함하는 DAQ부를 포함하되,
   상기 저장부는 상기 결과값이 기준값을 초과하는 시점으로부터 전, 후로 20초 내지 40초 사이의 데이터를 지진 감시 이벤트로 저장하는 것을 특징으로 하는 변위량 센서를 이용한 배전반의 지진 감시진단 시스템.
   
6. 삭제

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