KR101917664B1 - 아크 종류 및 위치 검출 기능을 구비한 수배전반 시스템 - Google Patents

아크 종류 및 위치 검출 기능을 구비한 수배전반 시스템 Download PDF

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Abstract

본 실시 예는 아크 종류 및 위치 검출 기능을 구비한 수배전반 시스템에 관한 것으로서, 수배전반에서 발생된 방전 종류 및 방전 위치를 분석하여 방전 발생이 위험 수위를 초과하면 자동적으로 전원을 차단시켜 2차 피해를 사전에 방지할 수 있는 아크 종류 및 위치 검출 기능을 구비한 수배전반 시스템에 관한 것이다.
이에, 본 실시 예는 수배전반에서 발생된 방전의 종류뿐만 아니라, 방전 위치를 분석하여 방전 발생이 위험 수위를 초과하면 자동적으로 차단시켜 2차 피해를 사전에 방지할 수 있는 효과를 제공하게 된다.

Description

아크 종류 및 위치 검출 기능을 구비한 수배전반 시스템{DISTRIBUTION BOARD HAVING A DETECTING FUNCTION OF ARC TYPE AND ARC POSITION}
본 발명은 아크 종류 및 위치 검출 기능을 구비한 수배전반 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수배전반에서 발생된 방전 종류 및 방전 위치를 분석하여 방전 발생이 위험 수위를 초과하면 자동적으로 차단시켜 2차 피해를 사전에 방지할 수 있는 아크 종류 및 위치 검출 기능을 구비한 수배전반 시스템에 관한 것이다.
지속적으로 전기 사용량이 증가함에 따라 전력설비의 대용량화 및 교체가 필요하나, 사용 중인 설비의 즉각적인 교체 및 설비 확충이 쉽지 않기 때문에 현재 전력시스템의 편익을 극대화해야 한다.
이러한 상황에서 전력 설비 운영 중 아크, 코로나 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.
통상적으로 전기재해 중 전기화재의 주요원인은 합선, 과전류, 아크, 코로나, 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 또는 코로나를 검출하기 위한 방안이 전무한 상태에 있었다.
특히, 전력설비는 기계적 스트레스, 온도 등의 영향으로 절연열화가 발생하여 내부 절연부분에서의 국부적인 아크 또는 코로나가 발생하게 된다.
아크는 일반적으로 절연열화 현상에 의하여 접속불량, 단선, 또는 절연파괴전압(Breakdown voltage)에 도달하는 경우 등에 발생되며, 나타나는 물리적 현상은 빛(Light), 소리(음향신호), RF신호(전자파신호), 방전누설전류(전기적신호)의 신호가 방출된다.
이러한 아크신호는 짧은 펄스폭을 가지는 임펄스 형태로 발생되어지고 방전량에 따라 신호의 크기가 비례하며 반복되는 AC사이클에서 방전 개시전압을 초과하는 경우 발생되기 때문에 아크를 유발하는 원인에 따라 특정 위상에 반복되어 나타나는 특성을 가진다.
이러한 아크 현상은 초기에는 시스템의 성능 및 작동에 문제가 없더라도 지속적인 시간동안 발생하는 경우 전기트리 및 아크 시 발생하는 산화물 등에 의하여 절연열화의 정도가 증가하게 된다.
이러한 절연열화 현상은 전력설비의 기능정지를 초래할 수 있으며 극단적일 경우 폭발로 이어져, 정전(shutdown)과 같은 문제가 발생하여 도시 전체 또는 산업공단 등으로의 전기 공급이 중단되어 도시나 공단 등의 기능이 마비되는 치명적인 상황이 발생하게 된다.
또한, 코로나방전은 도체의 구조, 인가전압의 크기 및 기상상태 등에 따라 규모의 차이는 있으나, 공기를 절연물로 사용하고 있는 옥외 전력설비에서는 불가피한 현상이다.
특히 도체 및 이를 지지하는 절연물의 오염이나 우천 시 코로나의 개시전압은 낮게 되고, 방전음은 크게 나타남을 알 수 있다.
수배전반에서 부스바와 같은 도체와 이격되어 있는 절연물과의 절연내력 저하로 말미암은 도체주변의 공기의 국부 절연파괴로 인하여 기체방전의 일종인 코로나방전이 발생하게 된다.
이 코로나 방전은 절연물의 절연저항을 급격하게 저하시킬 뿐만 아니라 도체와 도체 간, 도체와 지지절연물 간에 섬락을 일으켜 상간 단락이나 절연파괴로 이어져 수배전반의 사고를 일으키는 주요요인으로 대두되고 있다.
따라서 이를 대비하기 위해서 코로나방전 초기의 징후를 나타내는 음향방출의 검출을 통해 수배전반의 사고 및 정전을 대비하고자 한다.
고전압 전력설비에서 아크나 코로나 방전이 일어나면 여러 가지 장해를 일으킬 뿐만 아니라 주변 절연물을 급속히 열화시켜 결국 절연파괴에 이르게 되는 경우가 많다.
따라서 기기의 고장을 미연에 방지하기 위해서는 이러한 아크나 코로나방전의 진전상태를 운전 중 연속적으로 감시할 필요가 있다. 따라서 이러한 아크 또는 코로나에 의한 문제를 방지하기 위해 다양한 방법이 강구되고 있다.
수전반, 배전반, 전동기 제어반, 고압반, 저압반, 분전반 등 전력제어반 또는 수배전반은 다양하고 많은 전력설비들이 구비된 설비함 내에 구비되고 있다.
따라서 아크 또는 코로나가 발생하더라도 정확히 어느 곳에서 발생하는지를 검출하여야 해당 전기설비의 흠결을 찾아내고 교정할 수 있다.
한편, 수배전반은 하우징 내에 설치된 전기설비에 의해 발열이 많이 발생될 수 있다.
또한, 주변 환경에 따라 하우징 내부의 온도나 습도에도 많은 영향을 받는다.
따라서 내부 발열이나 주변 환경에 따라, 수배전반의 하우징 내부의 온도나 습도 등의 변화폭이 매우 크다.
한편, 방전 종류 중 아크, 코로나 방전을 판단하여 이에 따른 전력설비의 운전을 정지시키도록 하는 전원 차단 여부를 판단하는 과정이 필요하게 되었으며, 전원의 차단시에 이를 신속하게 관리자에게 통보할 수 있는 시스템을 필요로 하고 있다.
대한민국 공개특허공보 제2002-0065789호
본 실시 예는 전술한 문제점을 해결하기 위하여, 수배전반에서 발생된 방전의 종류뿐만 아니라, 방전 위치를 분석하여 방전 발생이 위험 수위를 초과하면 자동적으로 전원을 차단시켜 2차 피해를 사전에 방지할 수 있는 방전 발생 대응 조작 기능을 제공하고자 한다.
다른 목적은 화재 검출요소인 과열온도와 전류 및 전압 검출 그리고, 아크 혹은 코로나 방전을 감지하여 관리자에게 제공하여 이를 확인한 후, 즉시 해당 수배전반 등을 점검할 경우에 정확한 위치를 제공하여 점검 시간 단축 효과와 전기 화재 예측을 통해 화재를 사전에 대비할 수 있도록 하는 데 있다.
하나의 실시 예에 따르면, 아크 종류 및 위치 검출 기능을 구비한 수배전반 시스템을 제공한다.
상기 아크 종류 및 위치 검출 기능을 구비한 수배전반 시스템은 수배전반의 내부 주요 전력설비들을 경유하도록 배치되는 수배전반용광섬유와, 수배전반의 내부 주요 전력설비들을 촬영하여 열화상 정보를 획득하는 열화상카메라와, 자외선선택투과필터를 포함하여 구성되어 이를 투과한 빛을 감지하여 전기 신호 변환하여 고유아이디값에 전기 신호 및 측정 주파수 정보를 매핑하여 방전발생대응조작장치로 제공함으로써, 방전 발생 위치 및 방전 종류를 판단할 수 있도록 하기 위하여, 수배전반용광섬유에 일정 간격으로 다수 배치되는 방전정보검출장치와, 상기 방전정보검출장치로부터 제공된 전기 신호 및 주파수 측정 정보를 기 설정된 방전 기준치와 비교하여 직렬 아크 방전, 코로나 방전 중 어느 하나의 방전 종류를 검출하며, 방전정보검출장치로부터 제공된 고유아이디값과 메모리부를 참고하여 방전 발생 위치를 판단하기 위한 방전발생대응조작장치와, 수배전반 내부로 인입되는 전선의 전류 및 부하로 공급되는 전류를 검출하기 위한 전류검출부; 수배전반 내부로 인입되는 전선에 가압된 전압 및 부하에 걸리는 전압을 검출하기 위한 전압검출부; 수배전반 내부의 온도를 검출하기 위한 온도검출부; 검출된 전류값, 전압값, 온도값과 상기 방전발생대응조작장치로부터 판단된 방전 종류 정보와 방전 발생 위치 정보를 획득하여 모바일기기로 송출할 수 있는 제어 신호를 생성하여 출력하는 모니터링정보송출부를 포함하여 구성되는 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 수배전반에서 발생된 방전의 종류뿐만 아니라, 방전 위치를 분석하여 방전 발생이 위험 수위를 초과하면 자동적으로 전원을 차단(개방)시켜 2차 피해를 사전에 방지할 수 있는 효과를 제공하게 된다.
또한, 본 발명은 화재 검출요소인 과열온도와 전류 및 전압 검출 그리고, 아크 혹은 코로나 방전을 감지하여 관리자에게 제공하여 이를 확인한 후, 즉시 해당 수배전반 등을 점검할 경우에 정확한 위치를 제공하여 점검 시간 단축 효과와 전기 화재 예측을 통해 화재를 사전에 대비할 수 있도록 함으로써, 수배전반 시스템의 안전적 운용과 인명 사고 및 재산 피해를 방지할 수 있게 된다.
도 1은 일 실시 예에 따른 아크 종류 및 위치 검출 기능을 구비한 수배전반 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도.
도 2는 일 실시 예에 따른 아크 종류 및 위치 검출 기능을 구비한 수배전반 시스템의 방전정보검출장치 일례를 예시적으로 나타낸 블럭도.
도 3은 일 실시 예에 따른 아크 종류 및 위치 검출 기능을 구비한 수배전반 시스템의 방전발생대응조작장치 일례를 예시적으로 나타낸 블럭도.
도 4는 일 실시 예에 따른 아크 종류 및 위치 검출 기능을 구비한 수배전반 시스템의 컨트롤러의 일례를 예시적으로 나타낸 블럭도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 이하의 실시 예에서 개시되는 "포함하다", "구비하다" 또는 '이루어지다"등의 용어들은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것으로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 구비하는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 이하의 실시 예에서 개시되는 아크 종류 및 위치 검출 기능을 구비한 수배전반 시스템은, 수배전반에서 발생된 방전의 종류뿐만 아니라, 방전 위치를 분석하여 방전 발생이 위험 수위를 초과하면 자동적으로 전원을 차단(개방)시켜 2차 피해를 사전에 방지할 수 있는 효과를 제공하게 된다.
본 발명의 과제를 해결하기 위하여, 아크 종류 및 위치 검출 기능을 구비한 수배전반 시스템은 수배전반의 내부 주요 전력설비들을 경유하도록 배치되는 수배전반용광섬유와, 수배전반의 내부 주요 전력설비들을 촬영하여 열화상 정보를 획득하는 열화상카메라와, 자외선선택투과필터를 포함하여 구성되어 이를 투과한 빛을 감지하여 전기 신호 변환하여 고유아이디값에 전기 신호 및 측정 주파수 정보를 매핑하여 방전발생대응조작장치로 제공함으로써, 방전 발생 위치 및 방전 종류를 판단할 수 있도록 하기 위하여, 수배전반용광섬유에 일정 간격으로 다수 배치되는 방전정보검출장치와, 상기 방전정보검출장치로부터 제공된 전기 신호 및 주파수 측정 정보를 기 설정된 방전 기준치와 비교하여 직렬 아크 방전, 코로나 방전 중 어느 하나의 방전 종류를 검출하며, 방전정보검출장치로부터 제공된 고유아이디값과 메모리부를 참고하여 방전 발생 위치를 판단하기 위한 방전발생대응조작장치와, 수배전반 내부로 인입되는 전선의 전류 및 부하로 공급되는 전류를 검출하기 위한 전류검출부; 수배전반 내부로 인입되는 전선에 가압된 전압 및 부하에 걸리는 전압을 검출하기 위한 전압검출부; 수배전반 내부의 온도를 검출하기 위한 온도검출부; 검출된 전류값, 전압값, 온도값과 상기 방전발생대응조작장치로부터 판단된 방전 종류 정보와 방전 발생 위치 정보를 획득하여 모바일기기로 송출할 수 있는 제어 신호를 생성하여 출력하는 모니터링정보송출부를 포함하여 구성되는 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 컨트롤러는 방전종류및위치판단부에 의해 판단된 방전의 시간당 발생 빈도 또는 지속 시간을 연산하는 방전빈도연산부; 시간당 발생 빈도 또는 지속 시간이 설정된 시간당 발생 빈도 또는 지속 시간을 충족할 경우에 모니터링정보송출부로 전원 차단 이벤트 신호를 제공하며, 방전발생대응조작처리부로 전원 차단 신호를 제공하기 위한 전기화재예측부를 더 포함하여 이루어진다.
또한, 상기 방전정보검출장치는 방전 발생시, 방전 주파수 중 자외선 영역의 빛만을 선택적으로 투과시키고 다른 파장 대역의 빛을 차단하는 자외선선택투과필터; 상기 자외선선택투과필터를 통해 투과된 빛을 감지하여 전기 신호로 변환하여 고유아이디값송출부로 제공하며, 주파수를 측정하기 위한 방전발생센서부; 고유아이디값을 가지고 있으며, 방전발생센서부로부터 전송된 전기 신호 및 주파수 측정 정보 획득시에 고유아이디값에 전기 신호 및 측정 주파수 정보를 매핑하여 방전종류및위치판단부로 제공하여 방전 발생 위치 및 방전 종류를 판단하도록 하기 위한 고유아이디값송출부(230)를 포함하여 이루어진다.
또한, 상기 방전발생대응조작장치는 상기 방전정보검출장치로부터 제공된 전기 신호 및 주파수 측정 정보를 디지털 신호로 변환시키는 A/D변환부; 고유아이디값별 설치 위치 정보, 방전 기준치 정보를 저장하고 있는 메모리부; 상기 A/D변환부에서 변환된 디지털 신호와 기 설정된 방전 기준치를 비교하여 직렬 아크 방전, 코로나 방전 중 어느 하나의 방전 종류를 검출하며, 방전정보검출장치로부터 제공된 고유아이디값과 메모리부를 참고하여 방전 발생 위치를 판단하기 위한 방전종류및위치판단부; 상기 방전 발생 위치 정보를 컨트롤러로 송출하기 위한 방전발생위치정보송출부를 포함하여 이루어진다.
이때, 다른 양태에 따라, 상기 방전발생대응조작장치(100)는 상기 열화상카메라(400)에 의해 촬영된 내부를 복수의 영역으로 분할하고, 분할된 영역들에 대한 위치 정보와 상기 영역 내의 전력설비들의 온도 정보를 저장 처리하는 열화상정보처리부(140); 방전종류및위치판단부(130)에 의해 판단된 방전 발생 위치 정보와 상기 열화상정보처리부에 의해 처리된 방전 발생 위치 정보를 비교하기 위한 방전발생위치비교부(150)를 더 포함하여 이루어진다.
이때, 다른 양태에 따라, 상기 방전발생위치비교부에 의해 비교 위치가 일치하고 온도가 전원 차단 기준치를 초과하게 되면 전원을 차단시키며, 비교 위치가 일치하지 않고 온도가 전원 차단 기준치 범위 내에 있으면 위험 이벤트 신호를 발생시키며, 비교 위치가 일치하지 않고 온도가 전원 차단 기준치 미만에 있으며 경고 이벤트 신호를 발생시키기 위한 방전발생대응조작처리부(160)를 포함하여 구성될 경우에, 상기 모니터링정보송출부(340)는 방전 발생 화상 정보 및 방전 발생 대응 결과 정보를 획득하여 모바일기기로 송출할 수 있는 제어 신호를 생성하여 출력하는 것을 특징으로 한다.
이하에서는, 아크 종류 및 위치 검출 기능을 구비한 수배전반 시스템에 대하여 보다 구체적으로 설명하고자 한다.
도 1은 일 실시 예에 따른 아크 종류 및 위치 검출 기능을 구비한 수배전반 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 아크 종류 및 위치 검출 기능을 구비한 수배전반 시스템은, 수배전반용광섬유(500), 열화상카메라(400), 방전정보검출장치(200), 방전발생대응조작장치(100), 컨트롤러(300)를 포함하여 이루어진다.
상기 수배전반용광섬유는 방전 사고 중 특히 직렬 아크 방전 혹은 코로나 방전으로 인한 화재가 발생할 염려가 있는 접촉 부위와 전력선 및 전력설비들을 경유하도록 배치하게 되는 것이다.
접촉 부위의 경우에는 조립시 작업자가 볼트 하나라도 덜 조이게 되면 아크가 발생될 확률이 높아지기 때문에 해당 접촉 부위에도 수배전반용광섬유를 배치하게 되는 것이다.
그리고 수배전반용광섬유(500)를 수배전반의 내부 주요 전력설비를 경유하도록 배치하게 되는 것이다.
또한, 상기 수배전반용광섬유에 일정 간격으로 방전정보검출장치(200)를 다수 배치하게 된다.
이때, 다른 양태에 따라 일반적으로 상기 수배전반용광섬유로 기본 광신호를 송출하는 광송신 유닛 및 상기 광송신 유닛에서 송출된 후 상기 수배전반용광섬유를 통해 입력되는 광신호를 수신하는 광수신 유닛을 포함하여 구성된다.
상기 광송신 유닛에서 송출되는 기본 광신호는 상기 수배전반용광섬유를 진행하는 기본 광신호에 직렬 아크 방전 혹은 코로나 방전이 입력되게 되면, 상기 기본 광신호는 특성이 변환되게 되며, 변환된 광신호가 상기 광수신 유닛에 입력된다.
이에, 상기 광수신 유닛에서 변환된 광신호가 입력되게 되면 방전이 발생된 것으로 판단할 수도 있다.
한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 상기한 광수신 유닛에서 해당 아크 발생 신호를 컨트롤러로 제공할 수도 있지만, 본 발명에서의 방전정보검출장치(200)는 도 2에 도시한 바와 같이, 자외선선택투과필터(210), 방전발생센서부(220), 고유아이디값송출부(230)를 포함하여 이루어진다.
즉, 방전정보검출장치(200)는 수배전반용광섬유(500)에 일정 간격으로 복수 개 설치 구성하되, 각각 방전 발생 정보를 컨트롤러로 제공하게 된다.
상기 자외선선택투과 필터(210)는 방전 발생시, 아크 중 자외선 영역의 빛만을 선택적으로 투과시키고 다른 파장 대역의 빛을 차단하게 된다.
하기부터는 직렬 아크 방전 혹은 코로나 방전을 방전라는 용어로 통일하여 사용하도록 하겠다.
특히, 상기 수배전반용광섬유가 절곡된 위치, 방전 발생이 빈번한 위치로 사전에 설정될 수 있으며, 자외선선택투과 필터의 변질 및 증발을 방지하기 위하여 상기 외측에 코팅이 이루어질 수도 있다.
그리고 상기 방전발생센서부(220)는 자외선선택투과 필터를 통해 투과된 빛을 감지하여 전기 신호로 변환하여 고유아이디값송출부로 제공하게 된다.
즉, 아크 발생시 해당 위치를 정확히 알 수 있도록 정보를 제공하기 위한 구성인 것이다.
이때, 상기 고유아이디값송출부(230)는 고유아이디값을 가지고 있으며, 방전발생센서부로부터 전송된 전기 신호 획득시에 고유아이디값을 방전발생대응조작장치(100)의 방전종류및위치판단부(130)로 제공하여 아크 발생 위치를 판단할 수 있도록 한다.
그리고 상기 고유아이디값송출부와 방전발생대응조작장치(100) 간의 신호 송수신을 위하여 유무선 통신을 이용할 수 있는데, 예를 들어, RFID 통신 방식, 지그비 통신 방식, 비콘 통신 방식 혹은 유선 케이블 등을 이용할 수 있을 것이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 아크 종류 및 위치 검출 기능을 구비한 수배전반 시스템의 방전발생대응조작장치 일례를 예시적으로 나타낸 블럭도이다.
도 3과 같이, 본 발명의 방전발생대응조작장치(100)는 수배전반에 설치 구성되게 된다.
바람직한 실시예에 따른 상기 방전발생대응조작장치(100)는 상기 방전정보검출장치로부터 제공된 전기 신호 및 주파수 측정 정보를 디지털 신호로 변환시키는 A/D변환부(110); 고유아이디값별 설치 위치 정보, 방전 기준치 정보를 저장하고 있는 메모리부(120); 상기 A/D변환부(110)에서 변환된 디지털 신호와 기 설정된 방전 기준치를 비교하여 직렬 아크 방전, 코로나 방전 중 어느 하나의 방전 종류를 검출하며, 방전정보검출장치로부터 제공된 고유아이디값과 메모리부를 참고하여 방전 발생 위치를 판단하기 위한 방전종류및위치판단부(130); 상기 방전 발생 위치 정보를 컨트롤러로 송출하기 위한 방전발생위치정보송출부(135)를 포함하여 이루어진다.
상기 A/D변환부(110)는 방전정보검출장치로부터 제공된 전기 신호 및 주파수 측정 정보를 디지털 신호로 변환시키게 된다. 즉, 설정된 방전 기준치와 비교하기 위하여 디지털 신호로 변환하게 되는 것이다.
그리고 상기 메모리부(120)는 고유아이디값별 설치 위치 정보, 방전 기준치 정보를 저장하고 있게 된다.
그리고 상기 방전종류및위치판단부(130)는 상기 A/D변환부에서 변환된 디지털 신호와 기 설정된 방전 기준치를 비교하여 직렬 아크 방전, 코로나 방전 중 어느 하나의 방전 종류를 검출하게 되는 것이다.
즉, 전기 신호와 주파수 측정 정보를 가지고 사전에 설정된 방전 기준치 값을 저장하게 된다.
이때, 상기 방전종류및위치판단부(130)는 방전정보검출장치로부터 제공된 고유아이디값과 메모리부를 참고하여 방전 발생 위치를 판단하게 되는 것이다.
예를 들어, a01이면, 수배전반의 변류기 주변에 형성된 방전정보검출장치(200)이며, 직렬 아크 방전과 코로나 방전의 형태, 패턴 등에 대하여 사전에 저장 관리하게 되면, 해당 형태와 패턴을 분석하게 되어 방전 종류를 판별할 수가 있게 된다.
이때, 상기 방전발생위치정보송출부(135)는 방전 발생 위치 정보를 컨트롤러로 송출하게 되는 것이다.
그리고 아크 신호의 진폭은 수배전반의 어디에서 아크가 발생하는가에 따라서 크게 변한다.
이러한 사실 때문에 넓은 범위의 진폭에서 감지장치가 올바르게 작동하도록 만드는 것이 중요한 관계로 A/D변환부(110)는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환시키는 것이다.
전기 아크 전류는 무질서한 주파수 스펙트럼으로 이어질 수 있다.
예를 들면, 아크의 스펙트럼은 DC로부터 전체 무선 주파수 스펙트럼을 거쳐서 초단파 및 광 방사까지 확장된다.
상기의 A/D변환부를 통해 출력된 신호와 기 설정된 아크 기준치를 비교하여 아크 종류를 검출할 수 있게 되며, 상기 방전정보검출장치(200)로부터 제공된 고유아이디값과 메모리부에 저장된 정보를 참고하여 아크 발생 위치를 정확하게 판단해 낼 수가 있게 된다.
즉, 관리자에게 아크가 발생하였다는 정보 뿐만 아니라, 방전(아크)의 종류, 아크가 발생한 정확한 위치까지도 제공할 수 있게 되는 것이다.
상기 메모리부(120)에는 고유아이디값별 설치 위치 정보를 저장하게 된다.
즉, 수배전반의 어느 접촉 부위인지, 아니면 수배전반 중 어느 부품 부위인지 등을 확인하기 위한 것이다.
또한, 아크 기준치 정보를 저장하고 있게 된다.
일반적으로, 측정된 아크 신호의 진폭은 어느 부위에서 아크가 발생하는가에 따라서 다르게 발생할 수 있다.
따라서, 상기 방전종류및위치판단부(130)는 상기한 일반적인 특성을 토대로 직렬 아크 방전, 코로나 방전 중 어느 하나의 방전 종류를 검출하며, 방전정보검출장치로부터 제공된 고유아이디값과 메모리부를 참고하여 방전 발생 위치를 판단하게 되는 것이다.
한편, 부가적인 양태에 따라, 상기 방전발생대응조작장치(100)는 열화상정보처리부(140), 방전발생위치비교부(150), 방전발생대응조작처리부(160)를 더 포함하여 이루어진다.
구체적으로, 상기 열화상정보처리부(140)는 열화상카메라(400)에 의해 촬영된 내부를 복수의 영역으로 분할하고, 분할된 영역들에 대한 위치 정보와 상기 영역 내의 전력설비들의 온도 정보를 저장 처리하게 된다.
상기와 같이, 전체 영역이 아닌 전체 영역을 복수의 영역으로 분할하게 되며, 분할된 영역들에 대한 위치 정보를 저장하고 관리하게 된다.
이때, 각각의 분할된 영역 내에 위치한 전력설비들의 온도 정보를 주기적으로 저장하게 된다.
즉, 수배전반은 여러 개의 전기적 특성을 가지는 부품 및 설비들로 구성이 되어 있어 온도의 변화를 동일하게 관리하는 것은 부정확한 결과를 얻게 되는 문제점을 갖고 있기 때문이다.
따라서, 수배전반 내부에서의 부품들인 부스바, 스위치, 전원부 및 기타 여러 설비에 대하여 분할 영역으로 설정하고, 설정된 영역에 대하여 개별적으로 그 특성에 따라 서로 다른 범위의 온도 변환에 따라 주의, 경고, 위험 등으로 관리할 수 있다.
즉, 평상시의 온도 분포와 아크 방전 발생시의 온도 분포를 사전에 저장하고 있다가 해당 아크 방전시 온도 분포와 유사하게 되면 즉시 주의, 경고, 위험 등으로 처리할 수 있게 된다.
한편, 다른 양태에 따라 상기 방전발생대응조작장치(100)는, 방전종류및위치판단부(130)에 의해 판단된 방전 발생 위치 정보와 상기 열화상정보처리부에 의해 처리된 방전 발생 위치 정보를 비교하기 위한 방전발생위치비교부(150)를 더 포함하여 구성할 수 있다.
즉, 방전종류및위치판단부(130)에 의해 판단된 방전 발생 위치 정보와 상기 열화상정보처리부에 의해 처리된 방전 발생 위치 정보가 일치하는 지를 비교하게 되는 것이다.
일치하게 되면, 아크 검출의 정확도뿐만 아니라, 해당 위치에서 온도가 기준치를 초과할 경우에 별도의 원격지에서의 조작없이 자동적으로 시스템을 차단시키기 위한 것이며, 이를 통해 시스템의 정확성을 확보할 수가 있게 된다.
이때, 상기 방전발생대응조작처리부(160)는 방전발생위치비교부에 의해 비교 위치가 일치하고 온도가 전원 차단 기준치를 초과하게 되면 전원을 차단시키게 된다.
예를 들어, 변압기의 위치이며, 변압기의 온도가 기 설정된 전원 차단 기준치인 50 ~ 60도를 초과하게 되면 별도의 보고없이 즉각적으로 전원을 차단하면서 동시에 원격지에 보고하게 된다.
만약, 방전종류및위치판단부(130)에 의해 판단된 방전 발생 위치 정보와 상기 열화상정보처리부에 의해 처리된 방전 발생 위치 정보가 서로 일치하지 않게 되면 바로 차단시킬 수가 없게 되므로, 이때에는 온도가 전원 차단 기준치 범위 내에 있는지 판단하게 되는데, 예를 들어, 50도라면, 위험 이벤트 신호를 발생시키게 된다.
그리고 비교 위치가 일치하지 않으며, 온도가 전원 차단 기준치 미만에 있으면 경고 이벤트 신호를 발생시키게 된다.
즉, 50도 미만이지만, 아크가 발생한 것이기 때문에 이때에는 경고 이벤트 신호를 발생시키는 것이다.
상기와 같이, 무조건 전원을 차단(개방)시키는 것이 아니라, 기존에 설정된 조건 범위를 참고하여 각각의 단계에 따라 순차적으로 경고, 위험, 차단 등으로 처리하게 되는 것이다.
한편, 상기와 같이 이벤트 신호를 송출하기 위하여, 상기 모니터링정보송출부(340)는 방전 발생 화상 정보 및 방전 발생 대응 결과 정보를 획득하여 모바일기기로 송출할 수 있는 제어 신호를 생성하여 출력하게 된다.
즉, 방전 발생 화상 정보에는 발생 위치, 발생 온도 등을 포함하게 되며, 방전 발생 대응 결과 정보에는 경고, 위험, 차단 중 어느 하나의 이벤트 신호를 포함하게 된다.
도 4는 일 실시 예에 따른 아크 종류 및 위치 검출 기능을 구비한 수배전반 시스템의 컨트롤러의 일례를 예시적으로 나타낸 블럭도이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 컨트롤러(300)는 전류검출부(310), 전압검출부(320), 온도검출부(330), 모니터링정보송출부(340)를 포함하여 구성된다.
상기 전류검출부(310)는 수배전반 내부로 인입되는 전선의 전류 및 부하로 공급되는 전류를 검출하게 된다.
예를 들어, CT(계기용 변류기)를 이용하여 일정 비율로 감소된 전류를 검출하도록 구성될 수 있다.
상기 전압검출부(320)는 수배전반 내부로 인입되는 전선에 가압된 전압 및 부하에 걸리는 전압을 검출하게 된다.
예를 들어, PT(계기용 변압기)를 이용하여 일정 비율로 감소된 전압을 검출하도록 구성될 수 있다.
상기 온도검출부(330)는 상기 수배전반 내부의 온도를 검출하게 된다.
즉, 방전 발생시 검출된 전류값, 전압값, 온도값을 방전 종류 정보와 아크 발생 위치 정보와 함께 모바일기기로 송출하기 위한 것이다.
이는 관리자가 방전 발생의 원인이 무엇인지를 판단할 수 있도록 방전 발생시 뒷받침될 수 있는 전류, 전압, 온도 정보를 함께 제공하는 것이다.
즉, 상기 모니터링정보송출부(340)는 전류검출부에 의해 검출된 전류값, 전압검출부에 의해 검출된 전압값, 온도검출부에 의해 검출된 온도값, 방전발생대응조작장치로부터 판단된 방전 종류 정보와 방전 발생 위치 정보를 모바일기기로 송출할 수 있는 제어 신호를 생성하여 출력하게 되는 것이다.
한편, 다른 양태에 따라, 방전종류및위치판단부(130)에 의해 판단된 방전의 시간당 발생 빈도 또는 지속 시간을 연산하는 방전빈도연산부(350)를 더 포함하여 구성할 수 있다.
즉, 일정 주기마다 방전종류및위치판단부가 감시 개시 후 일정주기마다 감지되는 신호의 빈도 또는 지속 시간을 검출하는 방전 발생 빈도 또는 방전 발생지속 시간을 연산한다.
방전 발생 빈도 또는 방전 발생지속 시간에 대한 일정주기는 수배전반 설치 조건 및 사용 환경 변화에 따른 방전빈도연산부의 기준이 변경될 수 있으며, 관리자가 사용 환경에 적합하게 조정할 수 있다.
수배전반의 특성상 방전 아크가 감지 되었다하더라도, 이 감지된 방전 아크가 연속되거나 소정의 시간 동안 그 회수가 빈번하지 않으면 화재로 전이될 가능성이 희박하다고 볼 수도 있으므로 이러한 경우에는 수배전반의 메인 전원을 차단하게 되면 수배전반과 연결된 기타 시설물들의 운전에 영향을 주는 제어 동작을 하지 않는 것이 효율적이다.
이때, 전기화재예측부(360)는 시간당 발생 빈도 또는 지속 시간이 설정된 시간당 발생 빈도 또는 지속 시간을 충족할 경우에 모니터링정보송출부로 전원 차단 이벤트 신호를 제공하게 되며, 동시에 방전발생대응조작처리부(160)로 전원 차단 신호를 제공하게 되는 것이다.
즉, 모니터링정보송출부를 통해 관리자의 모바일기기로 해당 정보를 제공하게 되면서 동시에 수배전반으로 공급되는 전원을 즉시 차단하여 2차적 피해를 최소화하기 위한 것이다.
본 발명에 의하면, 수배전반에서 발생된 방전의 종류뿐만 아니라, 방전 위치를 분석하여 방전 발생이 위험 수위를 초과하면 자동적으로 전원을 차단(개방)시켜 2차 피해를 사전에 방지할 수 있는 효과를 제공하게 된다.
또한, 본 실시 예는 화재 검출요소인 과열온도와 전류 및 전압 검출 그리고, 아크 혹은 코로나 방전을 감지하여 관리자에게 제공하여 이를 확인한 후, 즉시 해당 수배전반 등을 점검할 경우에 정확한 위치를 제공하여 점검 시간 단축 효과와 전기 화재 예측을 통해 화재를 사전에 대비할 수 있도록 함으로써, 수배전반 시스템의 안전적 운용과 인명 사고 및 재산 피해를 방지할 수 있게 된다.
이상에서 설명된 아크 종류 및 위치 검출 기능을 구비한 수배전반 시스템은 다양한 컴퓨터 구성요소를 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령어의 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능한 매체에 기록될 수 있다.
컴퓨터 판독 가능한 매체는 프로세서에 의해 액세스 가능한 임의의 매체일 수 있다. 이러한 매체는 휘발성 및 비휘발성 매체 둘 다, 착탈식과 비착탈식 매체, 통신 매체, 저장 매체 및 컴퓨터 저장 매체를 포함할 수 있다.
통신 매체는 컴퓨터 판독 가능한 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈, 반송파 또는 기타 전송 메커니즘 등의 변조된 데이터 신호의 기타 데이터를 포함할 수 있고, 공지된 임의의 기타 형태의 정보 전달 매체를 포함할 수 있다.
저장 매체는 RAM, 플래시 메모리, ROM, EPROM, 전기적으로 소거 가능한 판독 전용 메모리("EEPROM"), 레지스터, 하드 디스크, 착탈식 디스크, 콤팩트 디스크 판독 전용 메모리("CD-ROM"), 또는 공지된 임의의 기타 형태의 저장 매체를 포함할 수 있다.
이상에서와 같이, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 이상에서 기술한 실시 예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것이다.
100 : 방전발생대응조작장치
200 : 방전정보검출장치
300 : 컨트롤러
400 : 열화상카메라
500 : 수배전반용광섬유

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 수배전반(10)의 내부 주요 전력설비(11)들을 경유하도록 배치되는 수배전반용광섬유(500)와,
    수배전반(10)의 내부 주요 전력설비(11)들을 촬영하여 열화상 정보를 획득하는 열화상카메라(400)와,
    자외선선택투과필터(210)를 포함하여 구성되어 이를 투과한 빛을 감지하여 전기 신호 변환하여 고유아이디값에 전기 신호 및 측정 주파수 정보를 매핑하여 방전발생대응조작장치(100)로 제공함으로써, 방전 발생 위치 및 방전 종류를 판단할 수 있도록 하기 위하여, 수배전반용광섬유(500)에 일정 간격으로 다수 배치되는 방전정보검출장치(200)와,
    상기 방전정보검출장치(200)로부터 제공된 전기 신호 및 주파수 측정 정보를 기 설정된 방전 기준치와 비교하여 직렬 아크 방전, 코로나 방전 중 어느 하나의 방전 종류를 검출하며, 방전정보검출장치(200)로부터 제공된 고유아이디값과 메모리부를 참고하여 방전 발생 위치를 판단하기 위한 방전발생대응조작장치(100)와,
    상기 방전발생대응조작장치(100)로부터 판단된 방전 종류 정보와 방전 발생 위치 정보를 획득하여 모바일기기로 송출할 수 있는 제어 신호를 생성하여 출력하는 모니터링정보송출부(340)를 포함하는 컨트롤러(300);
    를 포함하여 구성되고,
    상기 방전발생대응조작장치(100)는,
    상기 방전정보검출장치(200)로부터 제공된 전기 신호 및 주파수 측정 정보를 디지털 신호로 변환시키는 A/D변환부(110);
    고유아이디값별 설치 위치 정보, 방전 기준치 정보를 저장하고 있는 메모리부(120);
    상기 A/D변환부(110)에서 변환된 디지털 신호와 기 설정된 방전 기준치를 비교하여 직렬 아크 방전, 코로나 방전 중 어느 하나의 방전 종류를 검출하며, 상기 방전정보검출장치(200)로부터 제공된 고유아이디값에 대해 메모리부를 참고하여 방전 발생 위치를 판단하기 위한 방전종류및위치판단부(130);
    상기 방전 발생 위치 정보를 상기 컨트롤러(300)로 송출하기 위한 방전발생위치정보송출부(135);
    상기 열화상카메라(400)에 의해 촬영된 내부를 복수의 영역으로 분할하고, 분할된 영역들에 대한 위치 정보와 상기 영역 내의 전력설비들의 온도 정보를 저장 처리하는 열화상정보처리부(140);
    상기 방전종류및위치판단부(130)에 의해 판단된 방전 발생 위치 정보와 상기 열화상정보처리부(140)에 의해 처리된 방전 발생 위치 정보를 비교하기 위한 방전발생위치비교부(150);
    상기 방전발생위치비교부(150)에 의해 비교 위치가 일치하고 온도가 전원 단락 기준치를 초과하게 되면 전원을 차단시키며, 비교 위치가 일치하지 않고 온도가 전원 차단 기준치 범위 내에 있으면 위험 이벤트 신호를 발생시키며, 비교 위치가 일치하지 않고 온도가 전원 차단 기준치 미만에 있으면 경고 이벤트 신호를 발생시키기 위한 방전발생대응조작처리부(160);
    를 포함하여 구성되며,
    상기 방전정보검출장치(200)는,
    방전 발생시, 방전 주파수 중 자외선 영역의 빛만을 선택적으로 투과시키고 다른 파장 대역의 빛을 차단하며, 변질 및 증발을 방지하기 위하여 외측이 코팅된 자외선선택투과필터(210);
    상기 자외선선택투과필터(210)를 통해 투과된 빛을 감지하여 전기 신호로 변환하여 고유아이디값송출부로 제공하며, 주파수를 측정하기 위한 방전발생센서부(220); 및
    고유아이디값을 가지고 있으며, 상기 방전발생센서부(220)로부터 전송된 전기 신호 및 주파수 측정 정보 획득시 고유아이디값에 전기 신호 및 측정 주파수 정보를 매핑하여 상기 방전종류및위치판단부(130)로 제공하여 방전 발생 위치 및 방전 종류를 판단하도록 하기 위한 고유아이디값송출부(230);
    를 포함하여 구성되고,
    상기 컨트롤러(300)는,
    수배전반 내부로 인입되는 전선의 전류 및 부하로 공급되는 전류를 검출하기 위한 전류검출부(310);
    수배전반 내부로 인입되는 전선에 가압된 전압 및 부하에 걸리는 전압을 검출하기 위한 전압검출부(320);
    수배전반 내부의 온도를 검출하기 위한 온도검출부(330);
    를 더 포함하여 구성되고,
    상기 모니터링정보송출부(340)는,
    검출된 전류값, 전압값, 온도값과 상기 방전발생대응조작장치로부터 판단된 방전 종류 정보와 방전 발생 위치 정보를 획득하여 모바일기기로 송출할 수 있는 제어 신호를 생성하여 출력하며.
    상기 수배전반용광섬유(500)는 방전 사고 중 직렬 아크 방전 혹은 코로나 방전으로 인한 화재가 발생할 염려가 있는 접촉 부위와 전력선 및 전력설비들을 경유하도록 배치되고, 상기 수배전반용광섬유(500)로 기본 광신호를 송출하는 광송신 유닛 및 상기 광송신 유닛에서 송출된 후 상기 수배전반용광섬유(500)를 통해 입력되는 광신호를 수신하는 광수신 유닛을 포함하여 구성되되, 상기 광송신 유닛에서 송출되는 기본 광신호는 상기 수배전반용광섬유(500)를 진행하는 기본 광신호에 직렬 아크 방전 혹은 코로나 방전이 입력되게 되면, 상기 기본 광신호는 특성이 변환되게 되며, 변환된 광신호가 상기 광수신 유닛에 입력되면 방전이 발생된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 아크 종류 및 위치 검출 기능을 구비한 수배전반 시스템.
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