KR101625327B1 - 광파이버 온도 센서 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 샌드위치 부스바 상간 절연재에 온도 감시 기능을 실장한 광파이버 온도 센서로서, 상기 샌드위치 부스바 상간 절연재와 동등 이상의 절연 재질을 사용한 극박형 시트로 이루어지는 몸체 내에 광파이버 케이블을 수납하여 형성되고, 몸체 재료와 같은 재료로 이루어지는 복수의 극박 원주형상재가 상기 몸체 내의 복수의 개소에 수납되고, 상기 복수의 극박 원주형상재의 각각에 상기 광파이버 케이블을 고정하지 않고서 거리분해능에 상당하는 길이 이상으로 권회함에 의해 복수의 센싱 링을 형성하고, 상기 복수의 센싱 링에 의해 상기 복수의 개소의 온도를 측정하고, 몸체 측면부를 실리콘 실링하고, 상기 몸체의 표면 전체를 실리콘계의 액체 절연 재료로 이루어지는 밀봉 부재에 의해 밀봉한다.

Description

광파이버 온도 센서{OPTICAL FIBER THERMAL SENSOR}

본 발명은, 전기품 내부를 구성하는 부스바나 볼트 등의 개개의 기구의 온도 이상을 항상 감시하는 광파이버 온도 센서에 관한 것이다.

근래의 인버터반(盤)에서는, 고속 스위칭화에 의해, 인버터반 내의 부스바의 인덕턴스에 의한 스위칭 서지 전압이 커진다. 이 때문에, 이 스위칭 서지 전압을 저감하는 것이 중요하다. 인덕턴스를 저감하기 위해서는, 부하 제어용의 스위칭 회로의 일단에 스위칭 전류를 흘리는 부스바와, 스위칭 회로의 타단으로부터 스위칭 전류가 유출하는 부스바를, 전기적인 절연성을 갖는 재료를 통하여 대면시키는, 이른바, 샌드위치 부스바를 채용하는 것이 유효하다.

그러나 샌드위치 부스바의 경년 열화나 샌드위치 부스바 상간(相間) 절연 재료의 절연 열화에 의한 단락 등의 트러블이 발생하는 일이 있다. 그러나, 종래의 방법에서는 이 트러블을 미연에 방지할 수가 없었다.

또한, 부스바를 접합할 때의 체결 볼트류에서도, 경년 열화나 진동, 충격에 의해 볼트의 풀림이 발생하고 있다. 이 때문에, 국소적으로 과열이 발생한다는 문제가 있다.

이와 같이, 인버터 등의 전기품반 내부의 돌발적인 트러블을 미연에 방지하기 위한 감시를 행하는 것이 과제이다.

온도 이상의 감시 방법으로서, 광파이버를 이용한 온도 감시 장치가 있다. 이 온도 감시 장치는, 터널 방재 설비 등 다양한 분야에서 운용되고 있다(예를 들면, 특허 문헌 1).

특허 문헌 1에서는, 터널의 길이 방향으로 설치된 1개의 광파이버 케이블의 전체 길이가 온도 센서로서 기능하고, 광파이버 케이블의 일단부터 타단까지 전체 길이에 걸치는 온도 분포가 일괄로 측정됨에 의해, 화재의 발생이 검지된다.

그러나 특허 문헌 1에 기재된 터널 방재 설비는, 광파이버 케이블의 길이 방향에 따른 온도 분포를 계측할 수 있지만, 온도 측정점이 거리분해능(距離分解能)에 의해 결정된다. 이 때문에, 터널 방재 설비는, 대규모 구성 부품, 또는, 터널로 대표되는 대규모 선형상의 구조물에 대해 운용되고 있고, 기기 내부의 극히 좁은 공간에는 광파이버 온도 감시 장치는 그대로 이용할 수는 없었다.

이 협소 공간에 광파이버 온도 감시 장치를 적용한 것으로서 특허 문헌 2, 특허 문헌 3이 알려져 있다.

특허 문헌 2에 기재된 광파이버 온도 센서는, 광파이버 케이블을 거리분해능에 상당하는 길이 이상으로 권회하여 국소 온도를 측정하고 있다. 특허 문헌 2에서는, 센서부가 열전도성이 좋은 충전재와 함께 접착제로 고착되어 피측정체와 접촉하여 배치되어 있다.

그러나 광파이버 케이블 자신을 열전도성이 좋은 충전재와 접착재로 고착함에 의해, 측온(測溫) 정밀도가 저하된다.

특허 문헌 1 : 일본 특개평8-4499호 공보 특허 문헌 2 : 일본 특개평7-181086호 공보 특허 문헌 3 : 일본 특개2000-356473호 공보

또한, 특허 문헌 3은, 도가니형 유도로에 있어서, 도가니를 형성하는 내화물 중에 광파이버 케이블을 매설함에 의해, 목적하는 온도를 검출하고 있다. 특허 문헌 3은, 어느 정도의 용량을 갖는 것에 대해, 그 가장 온도가 높은 위치의 온도를 하나만 검출하고 있고, 광파이버의 온도 검출 분해능에 대한 시책을 특단적으로 필요로 하는 케이스가 아니다. 즉, 특허 문헌 3은, 협소 공간에서의 국소(局所)마다의 복수의 온도 검출에는 적합하지가 않다.

이와 같이, 종래의 광파이버 온도 감시 장치는, 대규모 구성 부품, 선형상 구조물에 대한 운용에는 용이하게 적용할 수 있다. 그러나, 인버터반과 같은 한정된 스페이스에서, 또한, 협소 범위에 대한 적용에 관해서는 그 응용이 이루어지지 않았다. 특히 부스바의 과열 등 중대한 이상을 감시할 수가 없었다.

본 발명의 과제는, 협소 범위에서, 소망하는 복수의 위치의 온도를 항상 감시할 수 있고, 트러블을 미연에 방지할 수 있는 광파이버 온도 센서를 제공한다.

상기의 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 관한 광파이버 온도 센서는, 샌드위치 부스바 상간 절연재에 온도 감시 기능을 실장한 광파이버 온도 센서로서, 상기 샌드위치 부스바 상간 절연재와 동등 이상의 절연 재질을 사용한 극박형 시트로 이루어지는 몸체 내에 광파이버 케이블을 수납하여 형성되고, 몸체 재료와 같은 재료로 이루어지는 복수의 극박 원주형상재(圓柱狀材)가 상기 몸체 내의 복수의 개소에 수납되고, 상기 복수의 극박 원주형상재의 각각에 상기 광파이버 케이블을 고정하지 않고서 거리분해능에 상당하는 길이 이상으로 권회함에 의해 복수의 센싱 링을 형성하고, 상기 복수의 센싱 링에 의해 상기 복수의 개소의 온도를 측정하고, 몸체 측면부를 실리콘 실링하고, 상기 몸체의 표면 전체를 실리콘계의 액체 절연 재료로 이루어지는 밀봉 부재에 의해 밀봉하는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예 1에 관한 광파이버 온도 센서의 한 예를 도시하는 도면.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 관한 광파이버 온도 센서의 다른 한 예를 도시하는 도면.
도 3은 본 발명의 실시예 1에 관한 광파이버 온도 센서의 단면도.
도 4는 본 발명의 실시예 2에 관한 광파이버 온도 센서의 구조를 도시하는 도면.
도 5는 본 발명의 실시예 2에 관한 광파이버 온도 센서의 부스바 접합부 단체(單體)에 맞춘 시트 형상의 구성을 도시하는 도면.
도 6은 본 발명의 광파이버 온도 센서를 이용한 온도 분포 측정 장치를 도시하는 도면.

이하, 본 발명의 실시의 형태에 관한 광파이버 온도 센서가 도면을 참조하면서 상세히 설명되어 진다.

(실시예 1)

도 1은 본 발명의 실시예 1에 관한 광파이버 온도 센서의 한 예를 도시하는 도면이다. 도 1(A)는 2개의 샌드위치 부스바(10)와 광파이버 온도 센서(1a)와의 구조를 도시하는 사시도이고, 도 1(B)는 광파이버 온도 센서(1a)의 구조를 도시하는 사시도이다.

도 1에 도시하는 광파이버 온도 센서(1a)는, 반(盤) 내의 2개의 샌드위치 부스바(10)의 상호간(相間))에 설치되어 있다. 도 1에 도시하는 예는, 샌드위치 부스바(10)에 곡부(10A)가 형성되고, 이 곡부(10A)에 따르도록 몸체(1B)가 형성된 광파이버 온도 센서(1a)가 제작되어 있다.

광파이버 온도 센서(1a)는, 2개의 샌드위치 부스바(10)와 대향하는 위치에, 몸체(1A)와, 몸체(1A)에 접합된 몸체(1B)와, 몸체(1B)에 접합된 몸체(1C)를 갖고 있다.

도 3은 본 발명의 실시예 1에 관한 광파이버 온도 센서(1a)의 단면도이다. 광파이버 온도 센서(1a)에 갖는 몸체(1A 내지 1C)의 각각은, 극박형 절연 시트로 이루어진다. 몸체로서는, 극박형 시트에 성형 가공할 수 있는 절연 재료로서 유리 에폭시 수지 적층판이 사용된다.

몸체(1A 내지 1C)의 각각은, 몸체 윗면(1), 몸체 저면(2), 몸체 측면(3)으로 형성되고, 내부에 광파이버 케이블(5)이 수납된다.

몸체 측면(3)에는 실리콘 실링재에 의해 실리콘 실링(4)이 시행되어 있다. 또한, 몸체의 표면 전체는, 실리콘계의 액체 절연 재료로 이루어지는 밀봉 부재(9)에 의해 밀봉되어 있다. 밀봉 부재(9)에 의해 밀봉성을 높일 수 있다.

몸체 내의 복수의 개소에는, 몸체 재료와 같은 재료로 이루어지는 복수의 극박 원주형상재(6)가 수납되어 있다. 복수의 극박 원주형상재(6)의 각각에는, 광파이버 케이블(5)을 고정하지 않고서 거리분해능에 상당하는 길이 이상으로 권회함에 의해 복수의 센싱 링(7)을 형성하고 있다. 복수의 센싱 링(7)에 의해, 진동이나 과대한 힘 등을 받아도, 광파이버 케이블(5)이 단선되는 일 없이, 복수의 개소의 온도를 측정할 수 있다.

또한, 복수의 센싱 링(7)을 가짐에 의해, 샌드위치 부스바(10)에 대해 센싱 링(7)에 대향하는 부위에 있어서, 소망한 위치의 온도를 측정할 수 있다.

또한, 센싱 링(7)의 공극을 메우도록 극박 원주형상재(6)와 동일 구성 및 동일재료의 원형 스페이서(8)가 배치되어 있다. 이 때문에, 과대한 힘을 받아도 광파이버 온도 센서 자신이 파손되지 않아, 광파이버 케이블(5)이 단선되는 일 없이 온도를 측정할 수 있다.

샌드위치 부스바(10)는, 배선 거리를 저감하기 위해, 매우 근접되어 있고, 광파이버 온도 센서(1a)의 두께는 가능한 한 얇게 하는 것이 바람직하다. 이 때문에, 몸체 윗면(1), 몸체 저면(2)의 두께(L2, L3)는, 각각 0.5㎜의 극박형 시트이다. 센싱 링(7)과 원형 스페이서(8)의 두께(L1)는, 광파이버 케이블(5)을 권회하기 위해 필요한 최소 치수로서 1㎜로 설정한다. 따라서, 광파이버 온도 센서(1a) 전체의 두께는 2㎜로 한다. 광파이버 케이블(5)은, 극박 원주형상재(6)에 대해 약간의 클리어런스를 갖고서 권회된다.

도 1(B)에 도시하는 광파이버 케이블(5)은, 광파이버 온도 센서(1a)의 하단부터 우측 일렬로 배치된 복수의 극박 원주형상재(6)의 각각에 순번대로 권회되어 복수의 센싱 링(7)이 형성되어 있다. 또한, 광파이버 케이블(5)은, 광파이버 온도 센서(1a)의 상단부터 좌측 일렬로 배치된 복수의 극박 원주형상재(6)의 각각에 순번대로 권회되어 복수의 센싱 링(7)이 형성되고, 광파이버 케이블(5)은, 광파이버 온도 센서(1a)의 하단으로 되돌려져 있다.

이 경우, 각 몸체(1A 내지 1C)의 몸체 측면(3)에는 관통 구멍(11)이 마련되어, 광파이버 케이블(5)이 관통 구멍(11)을 통과하고 각 몸체 사이가 접합되어, 각 몸체(1A 내지 1C)가 일체화되어 있다.

도 2는 본 발명의 실시예 1에 관한 광파이버 온도 센서의 다른 한 예를 도시하는 도면이다. 도 2(A)는 2개의 샌드위치 부스바(10a)와 광파이버 온도 센서(1b)와의 구조를 도시하는 사시도이고, 도 2(B)는 광파이버 온도 센서(1b)의 구조를 도시하는 사시도이다.

도 2에 도시하는 광파이버 온도 센서(1b)는, 반 내의 2개의 샌드위치 부스바(10a)의 상간에 설치되어 있다. 도 2에 도시하는 예는, 샌드위치 부스바(10a)에 직각 곡부(10b)가 형성되고, 이 직각 곡부(10b)에 따르도록 직각 곡부(10B)가 형성된 광파이버 온도 센서(1b)가 제작되어 있다. 이 직각 곡부(10B)에는, 관통 구멍(11)이 마련되고, 광파이버 케이블(5)이 관통 구멍(11)을 통과하여 각 몸체 사이가 접합되어, 각 몸체가 일체화되어 있다.

도 1 및 도 2에 도시하는 광파이버 온도 센서(1a, 1b)는, 샌드위치 부스바(10, 10a) 상간의 절연성을 향상시키기 위해, 샌드위치 부스바(10, 10a)의 폭보다도 큰 폭으로 제작된다. 센싱 링(7)과 원형 스페이서(8)에 의한 온도 감시부는, 샌드위치 부스바(10, 10a)와 겹쳐지는 부분에만 마련되어 있다.

이와 같이 실시예 1의 광파이버 온도 센서에 의하면, 대향하는 샌드위치 부스바(10, 10a)에 극히 접근시킴에 의해, 소망하는 복수의 위치의 온도를 항상 감시할 수 있고, 트러블을 미연에 방지할 수 있다. 즉, 센서 링(7)의 어느 위치에서도 시간마다의 온도 변화를 수집할 수 있다. 운용으로서, 급격한 온도 변화나 서서히 온도가 계속 상승하는 등의 온도 변화 경향을 봄에 의해, 샌드위치 부스바(10, 10a)의 경년 변화, 이상을 감시할 수 있다.

또한, 극박형 시트 구조에 의해, 좁은 공간에 광파이버 온도 센서를 설치할 수 있고, 경량성이 우수하다. 또한, 메인터넌스시에 광파이버 온도 센서를 용이하게 교환, 탈착할 수 있다.

(실시예 2)

도 4는 본 발명의 실시예 2에 관한 광파이버 온도 센서의 구조를 도시하는 도면이다.

도 4에서, 부스바(12a)(제1의 부스바)와 부스바(12b)(제2의 부스바)가 볼트(13)에 의해 볼트 체결되는 경우에, 광파이버 온도 센서(1c)는, 부스바 접합부의 볼트(13)의 풀림에 의해 전류가 집중함에 의한 볼트(13)의 과열을 감시하는 것을 특징으로 한다. 광파이버 온도 센서(1c)는, 극박형 시트로 되이루어지고, 부스바(12b)상에 배치되어 있다. 광파이버 온도 센서(1c)의 내부 구조는, 도 3에 도시하는 구조와 같다.

도 4에서, 볼트 구멍(14)을 갖는 복수의 센서 링(15)이 형성되어 있다. 즉, 광파이버 온도 센서(1c)의 몸체는, 유리 에폭시 수지 적층판으로 이루어지고, 부스바(12b)에 접촉하는 광파이버 온도 센서(1c)의 몸체면에, 볼트(13)의 직경에 맞춘 볼트 구멍(14)(관통 구멍)을 형성하고, 유리 에폭시 와셔로서의 기능을 갖게 하고 있다.

구체적으로는, 복수의 극박 원주 부재(6)의 각각에, 볼트(13)의 직경에 맞춘 볼트 장착용의 볼트 구멍(14)이 마련되고, 볼트 구멍(14)을 통과하여 볼트(13)가 부스바(12a)와 부스바(12b)에 볼트 체결된다. 이에 의해, 광파이버 온도 센서(1c)는, 부스바 접합부의 볼트(13)의 풀림에 의해 전류가 집중함에 의한 볼트(13)의 과열을 감시할 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시예 2에 관한 광파이버 온도 센서의 부스바 접합부 단체(單體)에 맞춘 시트 형상의 구성을 도시하는 도면이다. 도 5(A)는 광파이버 온도 센서의 사시도, 도 5(B)는 광파이버 온도 센서의 단면도이다. 도 5에서는, 광파이버 케이블(5)이 도시하지 않은 측정 장치로부터 몸체(16)에 유도되고, 몸체(16) 내의 극박 원주형상재(6)에 광파이버 케이블(5)을 복수회 권회하여 센서 링(15)이 형성되어 있다. 이 센서 링(15)을 볼트(13)가 삽통시키고, 볼트(13)가 부스바(12a)와 부스바(12b)에 볼트 체결됨으로써, 도 4와 마찬가지로 온도 센싱 기능을 갖는 유리 에폭시 와셔로서 기능함과 함께, 소망하는 형상으로 만들어 넣을 수 있다.

도 6은 본 발명의 광파이버 온도 센서를 이용한 온도 분포 측정 장치를 도시하는 구성 블록도이다. 도 6을 참조하면서 광파이버 온도 센서를 이용한 온도 분포 측정 처리를 설명한다. 온도 분포 측정 장치는, 펄스 발생기(24), 광원(25), 광 분광기(26), 수광기(27), 데이터 처리부(28), 데이터 표시부(29)를 갖고 있다.

펄스 발생기(24)는, 펄스 신호를 발생하고, 펄스 신호를 광원(25)에 출력한다. 광원(25)은, 펄스 발생기(24)로부터의 펄스 신호에 응한 광신호를 광 분광기(26)에 출력한다. 광 분광기(26)는, 광원(25)으로부터의 광신호를, 샌드위치 부스바(10)나 접합 볼트의 센서 개수분의 광파이버 케이블(30)에 출력한다. 실시예 1 및 실시예 2의 광파이버 온도 센서를 하나의 측정 장치로 한번에 구비할 수 있다.

이 때문에, 광 분광기(26)는, 광신호를 센서 개수분의 광파이버 케이블(30)에 보내고, 센서 개수분의 광파이버 케이블(30)로부터 보내 오는 광신호를 수광기(27)에 출력한다. 데이터 처리부(28)는, 수광기(27)로부터의 광신호에 의거하여 광파이버 케이블(30)에 갖는 광파이버 온도 센서의 온도 정보에 의해 소망하는 위치의 온도 분포를 계측하고, 데이터 표시부(29)는, 소망하는 위치의 온도 분포를 표시한다.

[산업상의 이용 가능성]

본 발명은, 태풍이나 비, 먼지 등이 열악 환경이나, 유도자장 등에 의한 트러블이 생각될 수 있는 큐비클식 고압 수배전 설비에도 적용 가능하다.

Claims (3)

1. 샌드위치 부스바 상간 절연재에 온도 감시 기능을 실장한 광파이버 온도 센서로서,
   상기 샌드위치 부스바 상간 절연재와 동등 이상의 절연 재질을 사용한 극박형 시트로 이루어지는 몸체 내에 광파이버 케이블을 수납하여 형성되고,
   몸체 재료와 같은 재료로 이루어지는 복수의 극박 원주형상재가 상기 몸체 내의 복수의 개소에 수납되고, 상기 복수의 극박 원주형상재의 각각에 상기 광파이버 케이블을 고정하지 않고서 거리분해능에 상당하는 길이 이상으로 권회함에 의해 복수의 센싱 링을 형성하고, 상기 복수의 센싱 링에 의해 상기 복수의 개소의 온도를 측정하고,
   몸체 측면부를 실리콘 실링하고, 상기 몸체의 표면 전체를 실리콘계의 액체 절연 재료로 이루어지는 밀봉 부재에 의해 밀봉하고,
   상기 센싱 링의 공극을 메우도록 상기 극박 원주형상재와 동일 구성의 스페이서를 배치하는 것을 특징으로 하는 광파이버 온도 센서.
2. 삭제
3. 제1의 부스바와 제2의 부스바를 접합하는 볼트의 온도를 감시하는 광파이버 온도 센서로서,
   절연 재질을 사용한 극박형 시트로 이루어지는 몸체 내에 광파이버 케이블을 수납하여 형성되고,
   몸체 재료와 같은 재료로 이루어지는 복수의 극박 원주형상재가 상기 몸체 내의 복수의 개소에 수납되고, 상기 복수의 극박 원주형상재의 각각에 상기 광파이버 케이블을 고정하지 않고서 거리분해능에 상당하는 길이 이상으로 권회함에 의해 복수의 센싱 링을 형성하고, 상기 복수의 센싱 링에 의해 상기 복수 개소의 온도를 측정하고,
   몸체 측면부를 실리콘 실링하고, 상기 몸체의 표면 전체를 실리콘계의 액체 절연 재료로 이루어지는 밀봉 부재에 의해 밀봉하고,
   상기 복수의 센서 링의 각각의 센서 링 내에 상기 볼트를 장착하기 위한 관통 구멍을 갖고,
   상기 센싱 링의 공극을 메우도록 상기 극박 원주형상재와 동일 구성의 스페이서를 배치하는 것을 특징으로 하는 광파이버 온도 센서.

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