KR101704611B1

KR101704611B1 - 고압 배전반, 저압 배전반, 분전반, 태양광 접속반, 모터 제어반, ess 설비의 내진 컨디션 분석장치

Info

Publication number: KR101704611B1
Application number: KR1020160071591A
Authority: KR
Inventors: 박기주; 박현수; 이국원
Original assignee: 주식회사 스마트파워
Priority date: 2016-06-09
Filing date: 2016-06-09
Publication date: 2017-02-08

Abstract

본 발명은 진동과 기울기 측정을 통해 사고를 미연에 방지하도록 한 고압 배전반, 저압 배전반, 분전반, 태양광 접속반, 모터 제어반, ESS의 내진 컨디션 분석장치에 관한 것으로서, 복수의 면으로 이루어지고 각종 기기를 탑재한 외함 본체와, 상기 외함 본체의 하부를 지지하고 지진 발생시 상기 외함 본체를 보호하는 내진장치와, 상기 내진장치의 하단부에 부착되어 지면에서 발생되는 진동을 측정하는 레퍼런스 모듈과, 상기 외함 본체의 각 면에 설치되어 상기 외함 본체에 직접 전달되는 진동과 상기 내진장치를 거쳐 외함 본체에 전달되는 진동 및 외함 본체의 기울기를 측정하는 다수의 슬레이브 모듈과, 상기 외함 본체의 적어도 한 면에 설치되어 상기 외함 본체에 직접 또는 간접적으로 전달되는 진동 및 기울기를 측정하고 상기 레퍼런스 모듈과 각 슬레이브 모듈에서 측정된 진동 및 기울기 정보를 제공받아 분석하여 지진 발생 여부 및 지진 강도를 판단하고 차단기의 트립 신호를 발생하는 마스터 모듈을 포함하여 이루어지고, 상기 마스터 모듈은 상기 내진장치가 설치된 외함 본체의 진동과 기울기에 대한 입체적 분석과 더불어 상기 내진장치의 열화를 검출하는 열화 검출부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

고압 배전반, 저압 배전반, 분전반, 태양광 접속반, 모터 제어반, ESS 설비의 내진 컨디션 분석장치{analysis equipment for seismic condition of high voltage distributing board, low tension voltage distributing board, distributing board, sunlight connector band, motor control board, ESS system}

본 발명은 고압 배전반, 저압 배전반, 분전반, 태양광 접속반, 모터 제어반, ESS 설비의 내진 컨디션 분석장치에 관한 것으로서, 특히 진동 및 기울기를 측정하여 설비의 효율적인 관리와 함께 차단기의 트립을 통해 사고 예방과 설비 보호가 가능하고 내진장치의 열화상태를 분석하도록 한 고압 배전반, 저압 배전반, 분전반, 태양광 접속반, 모터 제어반, ESS 설비의 내진 컨디션 분석장치에 관한 것이다.

일반적으로 수배전반은 전력 제공자로부터 전력을 받는 역할과 전력소비가 필요한 설비에 전력을 공급하는 역할을 담당하는 것으로서, 내부 수용공간에 수전설비와 배전설비를 구비한 통상의 변전실의 관련 설비를 구축하고 있다.

예컨대, 상기와 같은 수배전반의 내부에는 전력 제공자인 한국전력에서 전기를 받는 수전설비와, 상기 수전설비를 통해 수전된 전기를 사용자가 필요로 하는 전압 또는 용량으로 변경하여 공급하는 변압기 및 정전사고 등과 같은 사고로부터 전체 설비를 보호하는 차단기 등을 구비한 배전설비를 갖추고 있다.

이때 사용되는 수배전반은 사용하는 과정에서 인체의 감전 및 화재에 대한 안전성을 고려하여 외부와의 직접적인 접촉 제한 및 내부 점검이나 유지보수를 위한 개폐형 배전함 도어가 장착된 절연 본체, 즉 수배전반 몸체와 연속적이며 균일한 공급전압에 대한 신뢰성을 감안하여 본체 내부에 차단기나 피뢰기와 같은 각종 보호 장비가 필수요건으로 설치되고 있다.

또한 이러한 수배전반은 전력을 공급하는 VCB, VCS, VC, ACB, MCCB, PCB와 리액터(reactor), 인버터, 콘덴서, 계측제어모듈, SMPS, EMI필터 및 변압기를 구비한다.

그리고 상기한 수배전반은 외부로부터 발전된 직류전류를 직렬연결 방식으로 출력하는 입력부와, 입력부에 직렬로 연결되어 입력부로부터 출력되는 직류전류를 상기 인버터로 출력하는 출력부와, 출력된 전류값과 전압값을 검출하여 모니터링하는 제어부를 포함한다.

이와 같은 종래의 수배전반에 관한 기술은 등록실용신안 20-0457648호 “수배전반용 방진구”에 상세하게 기재되어 있다.

그러나 종전의 수배전반은 설치면으로부터 수직방향 또는 수평방향 중 어느 일 방향으로 가해지는 진동에 대응하여 방진설비가 되어 있거나, 방진설비가 하중에 지속적으로 노출되어 있어 고형(固形)되거나 또는 변형되는 등의 문제점이 지적되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로 외함 본체에 가해지는 진동과 내진재의 열화에 의한 외함 본체의 기울기를 측정함으로써 진동과 기울기가 일정 기준 값 이상이 되었을 때 메인 차단기에 트립신호를 발생하여 사고를 미연에 방지하도록 한 고압 배전반, 저압 배전반, 분전반, 태양광 접속반, 모터 제어반, ESS 설비의 내진 컨디션 분석장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 외함 본체에 직접 가해지는 진동과 내진재를 거친 진동을 비교 판단하여 진동의 원인을 파악함과 더불어 내진장치의 열화 상태 및 유지보수 시점 파악이 가능한 고압 배전반, 저압 배전반, 분전반, 태양광 접속반, 모터 제어반, ESS 설비의 내진 컨디션 분석장치를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 고압 배전반, 저압 배전반, 분전반, 태양광 접속반, 모터 제어반, ESS 설비의 내진 컨디션 분석장치는 복수의 면으로 이루어지고 각종 기기를 탑재한 외함 본체와, 상기 외함 본체의 하부를 지지하고 지진 발생시 상기 외함 본체를 보호하는 내진장치와, 상기 내진장치의 하단부에 부착되어 지면에서 발생되는 진동을 측정하는 레퍼런스 모듈과, 상기 외함 본체의 각 면에 설치되어 상기 외함 본체에 직접 전달되는 진동과 상기 내진장치를 거쳐 외함 본체에 전달되는 진동 및 외함 본체의 기울기를 측정하는 다수의 슬레이브 모듈과, 상기 외함 본체의 적어도 한 면에 설치되어 상기 외함 본체에 직접 또는 간접적으로 전달되는 진동 및 기울기를 측정하고 상기 레퍼런스 모듈과 각 슬레이브 모듈에서 측정된 진동 및 기울기 정보를 제공받아 분석하여 지진 발생 여부 및 지진 강도를 판단하고 차단기의 트립 신호를 발생하는 마스터 모듈을 포함하여 이루어지고, 상기 마스터 모듈은 상기 내진장치가 설치된 외함 본체의 진동과 기울기에 대한 입체적 분석과 더불어 상기 내진장치의 열화를 검출하는 열화 검출부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 고압 배전반, 저압 배전반, 분전반, 태양광 접속반, 모터 제어반, ESS 설비의 내진 컨디션 분석장치는 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 지진, 주변 발파, 건축물 파괴, 메인 차단기의 ON/OFF 등으로 인해 외함 본체에 가해지는 진동과 함께 내진재 및 설비의 열화에 의한 외함 본체의 기울기를 측정함으로써 진동 및 기울기가 일정 기준 값의 이상이 되었을 때 메인 차단기에 트립신호를 발생하여 사고를 미연에 방지할 수 있다.

둘째, 외함 본체에 직접 가해지는 진동과 내진재를 거친 진동을 비교 판단하여 진동의 원인을 파악함과 더불어 내진장치 및 설비의 열화 상태 및 수명을 파악할 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 고압 배전반, 저압 배전반, 분전반, 태양광 접속반, 모터 제어반, ESS의 내진 컨디션 분석장치를 개략적으로 나타낸 정면도
도 2는 도 1의 내진장치 및 레퍼런스 모듈의 개략적으로 나타낸 부분 확대도
도 3은 외함 본체의 지면에 설치된 레퍼런스 모듈에서 측정한 가속도(g)를 나타낸 그래프
도 4는 외함 본체의 바닥에 부착된 슬레이브(센서) 모듈에서 측정한 가속도(g)를 나타낸 그래프
도 5는 외함 본체의 바닥에 부착된 슬레이브(센서) 모듈에서 측정한 가속도(g)를 나타낸 그래프
도 6은 본체 외함의 수평변위를 구한 그래프
도 7은 본체 외함의 기울기를 나타낸 그래프
도 8은 일상 수평변위 측정에 따른 열화 상태를 나타낸 그래프
도 9는 일상 각도변위에 따른 열화 상태를 나타낸 그래프
도 10은 외함 본체 저면의 내진장치를 부분적으로 확대하여 도시하는 단면도

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 배전반, 저압 배전반, 분전반, 태양광 접속반, 모터 제어반, ESS 설비의 내진 컨디션 분석장치를 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명의 예시적인 형태를 도시한 것으로, 이는 본 발명을 보다 상세히 설명하기 위해 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적인 범위가 한정되는 것은 아니다.

또한, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응되는 구성요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 하며, 설명의 편의를 위하여 도시된 각 구성 부재의 크기 및 형상은 과장되거나 축소될 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 고압 배전반, 저압 배전반, 분전반, 태양광 접속반, 모터 제어반, ESS 설비의 내진 컨디션 분석장치를 개략적으로 나타낸 정면도이고, 도 2는 도 1의 마스터 모듈을 개략적으로 나타낸 구성도이다.

본 발명에 의한 고압 배전반, 저압 배전반, 분전반, 태양광 접속반, 모터 제어반, ESS 설비의 내진 컨디션 분석장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 복수의 면으로 이루어지고 각종 기기를 탑재한 외함 본체(110)와, 상기 외함 본체(110)의 하부를 지지하고 지진 발생시 상기 외함 본체(110)를 보호하는 내진장치(120)와, 상기 내진장치(120)의 하단부에 부착되어 지면에서 발생되는 진동을 측정하는 레퍼런스 모듈(130)과, 상기 외함 본체(110)의 각 면에 설치되어 상기 외함 본체(110)에 직접 전달되는 진동과 상기 내진장치(120)를 거쳐 외함 본체(110)에 전달되는 진동 및 외함 본체(110)의 기울기를 측정하는 다수의 슬레이브 모듈(140)과, 상기 외함 본체(110)의 적어도 한 면에 설치되어 상기 외함 본체(110)에 직접 또는 간접적으로 전달되는 진동 및 기울기를 측정하고 상기 레퍼런스 모듈(130)과 각 슬레이브 모듈(140)에서 측정된 진동 및 기울기 정보를 제공받아 분석하여 지진 발생 여부 및 지진 강도를 판단하고 차단기의 트립 신호를 발생하는 마스터 모듈(150)을 포함하여 이루어지고, 상기 마스터 모듈(150)은 상기 내진장치(120)가 설치된 외함 본체(110)의 진동과 기울기에 대한 입체적 분석과 더불어 상기 내진장치(120)의 열화를 검출하는 열화 검출부(157)를 포함한다.

여기서, 상기 레퍼런스 모듈(130)과 각 슬레이브 모듈(140)에서 측정된 진동 및 기울기 값을 차동 분석하여 상기 마스터 모듈(150)에서 지진 여부를 판정하고, 상기 마스터 모듈(150)에서 지진 판정시 상기 레퍼런스 모듈(130)의 측정 값에 따라 약진, 중진, 강진의 지진 강도를 구분한다.

상기 외함 본체(110)는 직육면체 형상으로 내부에는 인버터, 변압기를 포함한 각종 기기들이 위치할 수 있도록 하나 또는 복수개의 구획벽(미도시)이 마련되어 수평 또는 수직방향으로 분리 또는 결합되도록 복수개의 공간부(미도시)가 형성된다.

또한, 상기 공간부 내부에는 도면에 나타나지는 않았지만 PCB, 차단기, 피뢰기, 퓨즈 및 개폐기 등의 기본적인 구성요소와, 방열 및 방습에 따른 구성이 추가적으로 마련된다.

상기 외함 본체(110)의 일 측면에는 상기 공간부를 선택적으로 개방할 수 있도록 도어부(160)가 마련된다.

상기 도어부(160)는 상기 공간부를 전체 또는 부분적으로 개폐할 수 있도록 하나 또는 복수개가 마련되며, 상기 도어부(160)를 통하여 각종 기기의 설치 및 유지보수가 이루어진다.

상기 도어부(160)는 여닫이 또는 미닫이 구조로 형성될 수 있으며, 본 발명에 따른 상기 외함 본체(110)에 설치되는 상기 도어부(160)가 여닫이 구조로 설치되는 것을 일 예로 설명한다.

이때 상기 도어부(160) 상에는 작업자가 상기 외함 본체(110) 내부를 확인할 수 있도록 투시창(170)이 마련될 수 있다.

상기 투시창(170)은 투명한 유리 또는 합성 플라스틱 재질로 형성되어 상기 외함 본체(110) 내부가 확인 가능하도록 형성되고, 또한 상기 투시창(170)이 개폐 가능하도록 형성되어 작업자의 손이나 상체 일부가 드나들 수 있도록 형성될 수도 있다.

또한, 상기 외함 본체(110)는 각종 기기들의 동작 상태를 포함한 이상 유무를 나타내는 디스플레이부(도시되지 않음)를 포함한다.

상기 레퍼런스 모듈(130)은 상기 내진장치(120)의 하부 또는 외함 본체(110)가 설치되는 바닥면에 설치되어 지면으로부터 발생하는 진동을 측정하고 상기 외함 본체(110)의 도어 개폐, 메인 차단기의 ON/OFF, 주위 환경에 의한 충격에 의해 내진장치(120)를 통해 흡수된 진동을 감지한다.

상기 슬레이브 모듈(140)은 상기 외함 본체(110)의 각 면 중에서 상기 마스터 모듈(150)이 설치된 면을 제외하고 모든 면에 설치되어 상기 외함 본체(110)의 도어 개폐, 메인 차단기의 ON/OFF, 주위 환경에 의한 충격에 의해 내진장치(120)를 통해 흡수된 진동을 감지함과 더불어 상기 외함 본체(110)의 기울기를 측정한다. 또한, 상기 슬레이브 모듈(140)은 지면에서 발생하여 상기 내진장치(120)를 거쳐서 상기 외함 본체(110)로 전달되는 진동도 함께 측정한다.

상기 마스터 모듈(150)은 상기 레퍼런스 모듈(130)이 부착된 외함 본체(110)의 한 면에 설치되어 상기 외함 본체(110)에 직접 전달되는 진동 및 기울기를 측정한다. 또한, 상기 마스터 모듈(150)은 지면에서 발생하여 상기 내진장치(120)를 거쳐서 상기 외함 본체(110)로 전달되는 진동도 함께 측정한다.

상기 마스터 모듈(150)은 자체적으로 측정된 외함 본체(110)의 진동 및 기울기 정보와 함께 상기 레퍼런스 모듈(130)과 각 슬레이브 모듈(140)에서 측정된 진동 및 기울기 정보를 공급받아 저장한다.

또한, 상기 마스터 모듈(150)은 저장된 진동 및 기울기 정보를 기준 값과 비교하여 내진 성능의 분석을 통해 일상적인 진동인지, 지진에 의한 진동인지를 판단함과 더불어 기울기에 따라 메인 차단기의 트립 신호를 발생한다.

또한, 상기 마스터 모듈(150)은 진동 및 기울기 정보를 근거로 분석된 결과를 외부의 관리자에게 전달하는 기능을 포함한다.

상기 마스터 모듈(150)은 마스터 모듈(150) 또는 슬레이브 모듈(140)에서 측정된 진동 값과 내진장치(120)에 설치되는 레퍼런스 모듈(130)에서 측정된 진동 값을 차동 비교하여 내진장치(120)의 진동 흡수 상태 및 지진의 경중을 확인할 수가 있고 시간 경과에 따른 진동의 트렌드를 분석할 경우에 내진장치(120)의 수명 파악 및 유지 보수의 시점도 확인하는 것이 가능하다.

상기 마스터 모듈(150)은 상기 외함 본체(110)에 전달되는 진동이 일상적으로 자체에서 발생하는 진동인지 외부의 환경이나 지진에 의해 발생한 진동인지를 판단하는데, 메인 차단기의 ON/OFF, 도어의 개폐 등 설비 자체에서 진동이 발생한 경우에는 상기 마스터 모듈(150) 및 슬레이브 모듈(140)에 직접 진동이 측정되고, 반대로 상기 레퍼런스 모듈(130)은 설치위치 상 측정이 어렵기 때문에 '0'에 가까운 값들이 측정된다.

따라서 상기 마스터 모듈(150), 슬레이브 모듈(140), 레퍼런스 모듈(130)에서 측정된 진동의 크기를 비교하여 진동의 유형을 파악할 수 있고, 상기 내진장치(120) 자체에서 발생한 오류 진동에 대한 필터링도 가능하다.

상기 마스터 모듈(150)은 상기 슬레이브 모듈(140) 및 레퍼런스 모듈(130)과 함께 외함 본체(110)의 기울기를 측정하여 상기 내진장치(120)에 지속적인 진동이 인가될 경우에 볼트 풀림, 내진장치(120)의 열화, 파손 등의 이유로 특정 방향으로 기울어질 수 있는데, 기울기 측정 및 트렌드 분석을 통해 내진장치(120)의 이상 예측 및 판단이 가능하다.

상기 마스터 모듈(150)은 상기 슬레이브 모듈(140)과 함께 측정된 진동 값과 기울기 값을 분석하여 일정 값에 도달했을 때 트립신호를 발생하여 메인 차단기를 트립시킴으로써 전기 안전 사고 예방 및 설비를 보호할 수 있다.

한편, 상기 레퍼런스 모듈(130) 및 슬레이브 모듈(140)은 자이로센서와 가속도센서를 내장하여 상기 본체 외함(110)에 대한 기울기를 측정할 수가 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 마스터 모듈(150)은 외함 본체(110)의 진동 및 기울기를 측정하는 센서부(151)와, 상기 센서부(151)에서 측정된 외함 본체(110)의 진동 및 기울기 정보와 슬레이브 모듈(140) 및 레퍼런스 모듈(130)에서 측정된 진동 및 기울기 정보를 받아 저장하는 저장부(152)와, 상기 저장부(152)에 저장된 외함 본체(110)의 진동 및 기울기 정보와 기준 값을 비교 연산하는 비교부(153)와, 상기 비교부(153)에서 비교 연산된 결과 상기 외함 본체(110)의 진동 또는 기울기가 기준 값보다 클 경우에 메인 차단기에 트립 신호를 인가하여 제어부(154)와, 상기 비교부(153)에서 비교 연산된 결과를 외부로 전달하는 통신부(155)와, 상기 비교부(153)를 통해 비교 연산된 결과를 외부로 표시하는 표시부(156)와, 상기 내진장치(120)가 설치된 외함 본체(110)의 진동과 기울기에 대한 입체적 분석과 더불어 상기 내진장치(120)의 열화를 검출하는 열화 검출부(157)를 포함한다.

상기 제어부(154)는 상기 비교부(153)에서 비교 연산된 결과를 받아 상기 외함 본체(110)에 전달되는 진동이 외함 본체(110)에서 발생한 것인지 아니면 외부에서 발생했는지를 판단한다.

상기 제어부(154)는 상기 마스터 모듈(150), 슬레이브 모듈(140), 레퍼런스 모듈(130)로부터 공급된 데이터를 근거로 하여 예컨대 지진과 같이 설정된 진동크기 이상의 외력이 가해지는 경우 비정상적인 진동으로 간주하여 상기 외함 본체(110) 내부에 공급되는 전원을 차단하도록 제어할 수 있음은 물론이다.

그리고 상기 제어부(154)는 상기 마스터 모듈(150), 슬레이브 모듈(140), 레퍼런스 모듈(130)은 진동과 같은 외력의 크기를 감지할 수 있기 때문에 진동의 유무를 판단하고 진동의 반복과 시간을 측정한 후에 조치를 취하는 것과 달리, 첫 번째 진동이라 할지라도 바로 설정된 크기 이상의 외력이 감지되면 곧바로 전원 차단과 같은 조치를 취할 수 있는 감지 기능을 제공한다.

상기 마스터 모듈(150)은 진동과 기울기를 측정하는 3축 진동 가속도계, 자이로스코프 센서가 내장되어 있고, 영점을 조정할 수 있는 영점 세팅기가 설치되어 있다.

상기 슬레이브 모듈(140)은 진동과 기울기를 측정하는 3축 진동 가속도계, 자이로스코프 센서가 내장되어 있으며, 영점을 조정하는 영점 세팅기가 설치되어 있다. 또한, 상기 슬레이브 모듈(140)은 상기 마스터 모듈(150)로 데이터를 전송하기 위한 통신기능이 내장되어 있다.

여기서, 상기 마스터 모듈(150)과 슬레이브 모듈(140)에 구비된 영점 세팅기는 주변 환경에 의해 어쩔 수 없이 외함 본체가 기울어져 있는 경우에 강제로 영점을 설정하게 된다.

상기 마스터 모듈(150)은 상기 외함 본체(110)의 다수 면 중에서 메인 면에 부착되고 다른 나머지 면에는 슬레이브 모듈(140)이 부착되며, 상기 마스터 모듈(150)이 부착되는 외함 본체(110)의 면에 설치된 내진장치(120)에 레퍼런스 모듈(130)이 부착되어 있다.

상기 레퍼런스 모듈(130)은 지진 등에 의해 진동 발생시 내진장치(120)를 거치지 않은 순수 진동을 측정하며, 상기 마스터 모듈(150)의 진동 측정 조건에 따라 슬레이브 모듈(140)과 레퍼런스 모듈(130)의 진동 측정상태를 차동 비교하여 상기 내진장치(120)의 진동흡수 상태 및 지진의 경중 파악이 가능해진다. 따라서 마스터 모듈(150)과 슬레이브 모듈(140)에서 측정된 진동 값과 레퍼런스 모듈(130)에서 측정된 진동 값을 차동 비교하여 내진장치(120)를 구성하는 내진재의 진동 흡수 상태를 확인할 수가 있고, 시간 경과에 따른 진동 및 기울기 트렌드를 분석할 경우 내진장치(120)의 열화 상태 및 수명을 파악할 수 있다.

지진을 포함한 외부 진동의 경우 상기 마스터 모듈(150)에는 상대적으로 큰 진동이, 상기 슬레이브 모듈(140)에는 상대적으로 작은 진동이 측정되며, 상기 마스터 모듈(150)과 슬레이브 모듈(140)의 설치 위치에 따라 진동의 세기를 달라질 수 있다.

그러나, 차단기 온/오프, 충격에 의해 외함 본체(110) 자체에서 진동이 발생할 경우 마스터 모듈(150)과 슬레이브 모듈(140)에는 진동이 바로 인가되므로 큰 진동 값이 측정되고, 반대로 레퍼런스 모듈(130)에는 설치위치 상 측정이 어렵기 때문에 '0'에 가까운 값들이 측정된다.

따라서 상기 마스터 모듈(150), 슬레이브 모듈(140)과 레퍼런스 모듈(130)의 진동 크기를 비교할 경우 진동의 소스를 파악할 수 있으며, 외함 본체에서 발생한 진동에 의한 오류를 제거할 수 있다.

또한, 상기 마스터 모듈(150)과 슬레이브 모듈(140)을 사용하여 외함 본체(110)의 기울기를 측정하는데, 이는 외함 본체(110)의 설치시에도 활용할 수 있다. 상기 내진장치(120)에 지속적으로 진동이 인가될 경우 내진 설비(120)가 열화되어 외함 본체(110)가 기울어지게 된다.

따라서 상기 마스터 모듈(150)과 슬레이브 모듈(140)은 상기 외함 본체(110)의 기울기를 측정하며, 일정 이상의 기울기가 발생할 경우 상기 마스터 모듈(150)을 통해 트립 신호를 출력하며, 기울기 트랜드를 분석하여 내진장치(120) 수명을 분석할 수 있다.

한편, 상기 내진장치(120)의 열화를 검출하는 열화 검출부(157)는 상기 슬레이브 모듈(140)을 통해 내진장치(120)의 열화 전 평균 변화율을 기준으로 평균 변화율을 산출하여 기준치를 10% 초과하면 주의, 20%를 초과하면 점검, 30% 이상을 초과하면 긴급 명령을 상기 제어부(154)를 통해 외부로 전달하여 모니터링 분석을 행함과 더불어 설비를 보호할 수 있다.

상기 내진장치(120)는 상기 외함 본체(110)에 지속적으로 발생하는 진동 및 하중으로 인하여 열화가 발생하고, 이로 인하여 상기 외함 본체(110)가 한쪽 방향으로 기울기 발생하는데, 상기 가속도 센서와 자이로센서를 이용하여 외함 본체(110)의 기울기를 검출함으로써 내진장치(120)의 열화를 판단할 수가 있다.

따라서 상기 레퍼런스 모듈(130) 및 슬레이브 모듈(140)은 상기 외함 본체(110)의 진동 및 지속 하중으로 인한 기울기를 감지하고, 시간 구간별 평균 변화율을 계산하여 시간 구간별 최대, 최소 값을 구한다. 상기 내진장치(120)의 열화시 가속도 값이 크게 변화함과 더불어 비규칙적인 변화율이 발생하게 된다.

아래의 수학식 1은 시간 구간별 평균 변화율(Δ)을 나타낸다.

여기서, θg는 가속도이고, t는 시간이다.

따라서 시간 구간별(1초 단위) 평균 변화율(Δ)을 수학식 1처럼 계산하는데, 이때 상기 평균 변화율(Δ)은 구간별 특정 함수가 존재해야 한다.

한편, 지진 가속도는 불규칙한 데이터로서 특정함수 존재가 어려우며, 편의상 시간별 최대, 최고 값에 대한 △θg , Δt를 계산한다.

도 3은 외함 본체의 지면에 설치된 레퍼런스 모듈에서 측정한 가속도(g)를 나타낸 그래프이다.

도 3에서와 같이, 1g 가진시 레퍼런스 모듈의 가속도 측정 값은 가진시 입력 값 대비 큰 변화가 없고 일정한 변화율을 유지하므로 정상이다.

도 4는 외함 본체의 바닥에 부착된 슬레이브(센서) 모듈에서 측정한 가속도(g)를 나타낸 그래프이다.

도 4에서와 같이, 1g 가진시 슬레이브 모듈의 가속도 측정 값은 정상시 큰 가속도 값을 갖지만 일정한 변화율을 유지하고 있다.

도 5는 외함 본체의 바닥에 부착된 슬레이브(센서) 모듈에서 측정한 가속도(g)를 나타낸 그래프이다.

도 5에서와 같이, 1g 가진시 슬레이브 모듈의 가속도 측정 값은 열화시 큰 가속도 값과 비규칙적 변화율이 발생한다.

아래의 수학식 2는 실효 값(RMS)을 구하는 식을 나타낸다.

여기서, g는 가속도, n은 저장된 가속도값 개수이고, 평균 변화율과 마찬가지고 시가 구간별(1초 단위) RMS 값을 계산한다. 즉, 1초 구간내에 생성되어 있는 12개의 데이터에 대한 RMS를 계산하여 각 시간 구간별 RMS를 생성한다.

아래의 수학식 3은 시간 구간별 최대 값(MAX)을 구하는 식을 나타낸다.

수학식 3처럼 시간 구간별(1초 단위) 최대 값을 구하고, 저장하여 트렌드화한다.

상기 내진장치(120)의 열화를 검출하는 열화 검출부(157)는 상기 슬레이브 모듈(140)을 통해 내진장치(120)의 열화 전 평균 변화율을 기준으로 평균 변화율을 산출하여 기준치를 10% 초과하면 주의, 20%를 초과하면 점검, 30% 이상을 초과하면 긴급 명령을 상기 제어부(154)를 통해 외부로 전달하여 모니터링 분석을 행함과 더불어 설비를 보호할 수 있다.

또한, 상기 슬레이브 모듈(140)의 열화전 RMS를 기준으로 평균 변화율 데이터를 근거로 상세 자료를 생성하여 트렌드화하고, 상기 슬레이브 모듈(140)의 열화전 최대 값을 기준으로 평균 변화율 데이터를 근거로 상세 자료를 생성하여 트렌드화한다. 단, 상기 레퍼런스 모듈(130)에서 측정된 값을 참고 데이터를 활용하여 지진 및 일상진동 여부를 판단하는 것이 가능하고, 지진강도를 측정할 수 있다.

한편, 아래의 수학식 4는 본체 외함의 이동변위(DRIFT)를 측정하는 식이다.

여기서, X는 본체 외함의 상부변위, H는 본체 외함의 설비 높이다.

한편, 상기 이동변위의 신뢰성을 위해 본체 외함의 기울기에 대한 신뢰성이 보장되어야 하며, 이를 위하여 상보필터 기술을 적용하여 본체 외함의 기울기 오차를 최소화한다. 아래의 수학식 5는 가속도 센서와 자이로센서의 장단점을 보완하여 최적의 기울기 값을 구하는 식을 나타낸다.

도 6은 본체 외함의 수평변위를 구한 그래프이다.

도 6에서와 같이, 가진시 시간 구간별(80~100㎳ 단위)로 수평변위를 구하여 저장하고, 상기 수평변위 값은 측정 각도에 대한 산출 값으로 규정한다. 이때 수평변위(기울기)의 기준 값은 75㎜을 설정하고, 기준 값의 80%이면 주의, 90%이면 점검, 기준 값에 도달할 경우에 트립신호를 출력하게 된다.

도 7은 본체 외함의 기울기를 나타낸 그래프이다.

도 7에서와 같이, 가진시 시간 구간별(80~100㎳ 단위)로 수학식 4처럼 기울기 값을 구하여 저장한다. 이때 상기 기울기의 기준 값은 수평변위 값에 따라 자동 산출되고, 상기 수평변위 값을 근거로 참조하여 상세 분석 자료를 생성하게 된다.

도 8은 일상 수평변위 측정에 따른 열화 상태를 나타낸 그래프이다.

도 8에서와 같이, 시간별, 일별, 월별, 년별로 구분하여 각 시간 구간별로 최대 값을 측정하여 열화 상태를 분석한다.

도 9는 일상 각도변위에 따른 열화 상태를 나타낸 그래프이다.

도 9에서와 같이, 시간별, 일별, 월별, 년별로 구분하여 각 시간 구간별로 최대 값을 측정하여 열화 상태를 분석한다.

따라서 가진시 수평변위 및 기울기(각도) 정보에 따라 트립 제어 신호를 출력하며, 일상 시 수평변위 및 기울기 정보는 열화 정보를 확인할 수가 있다.

도 10은 외함 본체 저면의 내진장치를 부분적으로 확대하여 도시하는 단면도이다.

도 10에 도시된 바와 같이, 내진장치(120)는 상기 외함 본체(110) 저면에 결합되는 제 1 지지부(121)와, 상기 제 1 지지부(121)의 하측에 배치되는 제 2 지지부(122)와, 상기 제 1 지지부(121)와 제 2 지지부(122) 사이에 결합되는 탄성부(123)와, 상기 제 1 지지부(121)와 제 2 지지부(122)와, 상기 탄성부(123)의 상측에서 상기 제 1 지지부(121)를 결합시키는 제 1 고정부(124) 및 상기 탄성부(123)의 하측에서 상기 제 2 지지부(122)를 결합시키는 제 2 고정부(125)를 포함한다.

여기서 상기 외함 본체(110)는 외부로부터 발생된 진동으로부터 보호되어야 하는 피가진부에 해당하며, 상기 제 2 지지부(122)는 진동이 가해지는 설치면 즉 가진부에 설치된다. 상기 제2지지부(122)는 설치면 상에 별도로 설치된 프레임 또는 구조물(미도시) 상에 고정될 수 있다.

또한 상기 외함 본체(110)는 발전기, 배전반, 분전반, 모터 제어반 및 수변전반, 태양광 접속반, ESS 중 선택된 하나로써 내진구조를 필요로 하는 독립적인 외함에 설치되는 것이 바람직하다.

상기 제 1 지지부(121)는 상기 외함 본체(110)의 저면 모서리 부분에 복수개 결합된다.

상기 제 1 지지부(121)는 상기 외함 본체(110)의 저면에 고정되며, 상기 제1고정부(124)가 삽입되도록 통공이 형성된다. 그리고 상기 통공에는 상기 제 1 지지부(121)의 두께보다 큰 두께로 형성되는 제 1 방진부재(126)가 삽입된다. 여기서 상기 제 1 방진부재(126)는 일 단면이 'T'자 형상으로 형성되고, 내부에 상기 제 1 고정부(124)가 삽입되도록 관통된다.

따라서 상기 제 1 고정부(124)는 상기 제 1 방진부재(126)에 삽입되고, 상기 탄성부(123)의 상부에 고정되며, 이때 상기 제 1 방진부재(126)는 상기 제 1 고정부(124)와 제 1 지지부(121) 사이에서 발생된 진동의 전달을 차단한다. 또한 상기 제 1 방진부재(126)의 상부에는 상기 제 1 고정부(124)로부터 상기 제 1 방진부재(126)가 탈거되는 것을 방지하는 와셔(128)가 구비된다.

상기 탄성부(123)는 고무 또는 합성수지재(합성고무 포함)로 형성되고, 상기 제 1 지지부(121)와 제 2 지지부(122)가 서로 직접적으로 접촉하는 것을 방지하여 상기 제 1 지지부(121) 또는 제 2 지지부(122) 중 일 측으로부터 발생된 진동이 타 측 방향으로 전달되는 것을 방지하는 기능을 제공한다.

상기 탄성부(123)는 상부에 상기 제 1 고정부(124)가 삽입되어 나사 결합되는 제 1 체결부재(123a)가 구비되고, 하부에 상기 제 2 고정부(125)가 삽입되어 나사 결합되는 제 2 체결부재(123b)가 구비된다. 상기 제 1 체결부재(123a)와 제 2 체결부재(123b)는 각각 상기 제 1 고정부(124)와 제 2 고정부(125)가 결합력을 유지할 수 있도록 금속재질로 형성되는 것이 바람직하다.

물론 상기 제 1 체결부재(123a)와 제 2 체결부재(123b) 없이 상기 탄성부(123)에 홀을 가공하여 직접 결합하는 구조를 취할 수도 있다. 이때 상기 탄성부(123) 상에서 상기 제 1 고정부(124)와 제 2 고정부(125)는 서로 직접적으로 접촉하지 않도록 결합된다. 따라서 상기 탄성부(123)는 상기 탄성부(123)의 상부에 상기 제 1 지지부(121)의 하중이 실려 수직 하측으로 가압되는 경우, 상기 제 1 지지부(121)와 제 2 지지부(122)가 서로 접촉하는 것을 방지하면서 외형이 변형되어 방진이 이루어진다.

상기 탄성부(123)는 상기 제 1 지지부(121) 또는 제 2 지지부(122)의 형상에 대응하여 원형 또는 다각형으로 형성될 수 있다.

상기 탄성부(123)는 합성 고무재질로 형성되는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 GEPO250C가 적용될 수 있다. 이러한 방진고무용 소재는 고무나 플라스틱의 경도를 측정하는 경도측정기를 통하여 경도가 측정되며, 측정자와 스프링의 강도에 따른 종류에 따라서 여러 가지 타입으로 나누어진다. 보다 정확하게는 서로 다른 타입의 고무경도기를 사용하는 경우가 있으므로 ASTM 규격을 참조하여 선택할 수 있다.

상기 제 2 지지부(122)는 상기 탄성부(123)를 중심으로 상기 제 1 지지부(121)와 대향하도록 배치된다. 보다 바람직하게는 대칭구조가 될 수 있다.

상기 제 2 지지부(122) 역시 상기 제 2 고정부(125)가 삽입되도록 통공이 형성된다. 그리고 상기 통공에는 상기 제 2 지지부(122)의 두께보다 큰 두께로 형성되는 제 2 방진부재(127)가 삽입된다.

상기 제 2 방진부재(127)는 상기 제 1 방진부재(126)와 동일 구성으로 동일한 기능 및 효과를 제공하여 중복 설명은 생략한다. 그리고 상기 제 2 방진부재(127)의 저면에는 상기 제 2 고정부(125)로부터 상기 제 2 방진부재(127)가 탈거되는 것을 방지하는 와셔(128)가 구비된다.

상기 제 2 지지부(122)의 일측 상부에는 지면에서 발생하는 진동과 더불어 외함 본체(110)에서 발생한 진동을 측정하여 마스터 모듈(150)로 전송하는 레퍼런스 모듈(130)이 부착되어 있다.

한편, 이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여 져야만 할 것이다.

110 : 외함 본체 120 : 내진장치
130 : 레퍼런스 모듈 140 : 슬레이브 모듈
150 : 마스터 모듈

Claims

복수의 면으로 이루어지고 각종 기기를 탑재한 외함 본체와,
상기 외함 본체의 하부를 지지하고 지진 발생시 상기 외함 본체를 보호하는 내진장치와,
상기 내진장치의 하단부에 부착되어 지면에서 발생되는 진동을 측정하는 레퍼런스 모듈과,
상기 외함 본체의 각 면에 설치되어 상기 외함 본체에 직접 전달되는 진동과 상기 내진장치를 거쳐 외함 본체에 전달되는 진동 및 외함 본체의 기울기를 측정하는 다수의 슬레이브 모듈과,
상기 외함 본체의 적어도 한 면에 설치되어 상기 외함 본체에 직접 또는 간접적으로 전달되는 진동 및 기울기를 측정하고 상기 레퍼런스 모듈과 각 슬레이브 모듈에서 측정된 진동 및 기울기 정보를 제공받아 분석하여 지진 발생 여부 및 지진 강도를 판단하고 차단기의 트립 신호를 발생하는 마스터 모듈을 포함하여 이루어지고,
상기 마스터 모듈은 상기 내진장치가 설치된 외함 본체의 진동과 기울기에 대한 입체적 분석과 더불어 상기 내진장치의 열화를 검출하는 열화 검출부를 포함하여 이루어지고,
상기 열화 검출부는 상기 레퍼런스 모듈과 슬레이브 모듈로부터 검출된 진동 및 기울기 정보를 전달받아 시간 구간별 평균 변화율을 계산하여 상기 내진장치의 열화를 판단하고, 상기 레퍼런스 모듈과 슬레이브 모듈로부터 검출된 진동 및 기울기 정보를 전달받아 시간 구간별로 실효 값과 최대 값을 산출하여 계산하며, 상기 레퍼런스 모듈과 슬레이브 모듈로부터 검출된 진동 및 기울기 정보를 전달받아 수평변위와 기울기 값을 산출하여 상기 내진장치의 열화를 판단하고, 상기 슬레이브 모듈을 통해 내진장치의 열화 전 평균 변화율을 기준으로 평균 변화율을 산출하여 기준치를 10% 초과하면 주의, 20%를 초과하면 점검, 30% 이상을 초과하면 긴급 명령을 외부로 전달하여 모니터링 분석을 행함과 더불어 설비를 보호하는 것을 특징으로 하는 고압 배전반, 저압 배전반, 분전반, 태양광 접속반, 모터 제어반, ESS의 내진 컨디션 분석장치.
제 1 항에 있어서, 상기 레퍼런스 모듈은 상기 내진장치의 하부 또는 외함 본체가 설치되는 바닥면에 설치되어 지면으로부터 발생하는 진동을 측정하는 것을 특징으로 하는 고압 배전반, 저압 배전반, 분전반, 태양광 접속반, 모터 제어반, ESS의 내진 컨디션 분석장치.
제 1 항에 있어서, 상기 슬레이브 모듈은 상기 외함 본체의 각 면 중에서 상기 마스터 모듈이 설치된 면을 제외하고 모든 면에 설치되어 상기 외함 본체에 직접 전달되는 진동 및 기울기를 측정함과 더불어 지면에서 발생하여 상기 내진장치를 거쳐서 상기 외함 본체로 전달되는 진동도 함께 측정하는 것을 특징으로 하는 배전반, 분전반, 태양광 접속반, 모터 제어반, ESS의 내진 컨디션 분석장치.
제 1 항에 있어서, 상기 마스터 모듈은 상기 레퍼런스 모듈이 부착된 외함 본체의 한 면에 설치되어 상기 외함 본체에 직접 전달되는 진동 및 기울기를 측정함과 더불어 상기 외함 본체의 도어 개폐, 메인 차단기의 ON/OFF, 지면에서 발생하여 상기 내진장치를 거쳐서 상기 외함 본체로 전달되는 진동도 함께 측정하는 것을 특징으로 하는 배전반, 분전반, 태양광 접속반, 모터 제어반, ESS의 내진 컨디션 분석장치.
제 1 항에 있어서, 상기 마스터 모듈은 외함 본체의 진동 및 기울기를 측정하는 센서부와, 상기 센서부에서 측정된 외함 본체의 진동 및 기울기 정보와 슬레이브 모듈 및 레퍼런스 모듈에서 측정된 진동 및 기울기 정보를 받아 저장하는 저장부와, 상기 저장부에 저장된 외함 본체의 진동 및 기울기 정보와 기준 값을 비교 연산하는 비교부와, 상기 비교부에서 비교 연산된 결과 상기 외함 본체의 진동 또는 기울기가 기준 값보다 클 경우에 메인 차단기에 트립 신호를 인가하여 제어부와, 상기 비교부에서 비교 연산된 결과를 외부로 전달하는 통신부와, 상기 비교부를 통해 비교 연산된 결과를 외부로 표시하는 표시부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 고압 배전반, 저압 배전반, 분전반, 태양광 접속반, 모터 제어반, ESS의 내진 컨디션 분석장치.
제 5 항에 있어서, 상기 마스터 모듈은 진동과 기울기를 측정하는 3축 진동 가속도계, 자이로스코프 센서가 내장되어 있고, 영점을 조정할 수 있는 영점 세팅기가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 고압 배전반, 저압 배전반, 분전반, 태양광 접속반, 모터 제어반, ESS의 내진 컨디션 분석장치.
제 5 항에 있어서, 상기 슬레이브 모듈은 진동과 기울기를 측정하는 3축 진동 가속도계, 자이로스코프 센서가 내장되어 있으며, 영점을 조정하는 영점 세팅기가 설치되어 있고, 상기 마스터 모듈로 데이터를 전송하기 위한 통신기능이 내장되어 있는 것을 특징으로 하는 고압 배전반, 저압 배전반, 분전반, 태양광 접속반, 모터 제어반, ESS의 내진 컨디션 분석장치.
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삭제
제 1 항에 있어서, 상기 내진장치는 상기 외함 본체의 저면에 고정되는 제 1 지지부와, 상기 제 1 지지부와 대향하여 하측에 배치되고 설치면에 고정되는 제 2 지지부와, 상기 제 1 지지부와 제 2 지지부 사이에 개재되어 진동이 전달되는 것을 차단하는 탄성부와, 상기 제 1 지지부의 상부에서 상기 탄성부 상면에 결합되어 상기 제 1 지지부와 탄성부를 결합시키는 제 1 고정부 및 상기 제 2 지지부의 하부에서 상기 탄성부 하면에 결합되어 상기 제 2 지지부와 탄성부를 결합시키는 제 2 고정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고압 배전반, 저압 배전반, 분전반, 태양광 접속반, 모터 제어반, ESS의 내진 컨디션 분석 장치.
제 11 항에 있어서, 상기 제 1 지지부와 제 1 고정부 사이에 개재되어 진동이 전달되는 것을 차단하는 제1방진부재와, 상기 제 2 지지부와 제 2 고정부 사이에 개재되어 진동이 전달되는 것을 차단하는 제 2 방진부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고압 배전반, 저압 배전반, 분전반, 태양광 접속반, 모터 제어반, ESS의 내진 컨디션 분석 장치.
제 11 항에 있어서, 상기 탄성부는 상기 제 1 고정부가 나사 결합되도록 상면에 구비되는 제 1 체결부재와, 상기 제 2 고정부가 나사 결합되도록 하면에 구비되는 제 2 체결부재를 포함하고, 상기 제 1 체결부재와 제 2 체결부재는 상기 탄성부 내부에서 서로 접촉하지 않도록 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 고압 배전반, 저압 배전반, 분전반, 태양광 접속반, 모터 제어반, ESS의 내진 컨디션 분석 장치.