KR101946584B1

KR101946584B1 - 내진형 스마트 배전반 시스템

Info

Publication number: KR101946584B1
Application number: KR1020180090367A
Authority: KR
Inventors: 홍춘근
Original assignee: (주)서전기전
Priority date: 2018-08-02
Filing date: 2018-08-02
Publication date: 2019-05-21

Abstract

본 발명은, 전력을 분배하는 기계기구가 격납된 내진형 스마트 배전반 시스템에 있어서, 배전반의 하부에 설치된 상태에서 탄성적으로 변형되어 외부로부터 가해지는 진동 및 충격을 완충하거나 흡수하는 탄성 지지대; 배전반에 격납된 기계기구와 배전반의 하면을 통해 노출된 지면이 촬영되도록 화각이 설정되어, 중파장의 적외선 영상으로 배전반의 아크 방전을 감지하고, 지면과 배전반의 상대변위를 감지하는 영상 카메라; 및 상기 아크 센서에서 측정한 적외선 영상의 휘도 값을 설정된 제1 기준값과 비교하고, 상기 제1 기준값을 초과한 휘도 값을 카운트하여 설정된 제2 기준값을 비교하여 상기 배전반의 아크 발생 여부를 판단하고, 상기 영상 카메라의 영상 이미지를 판독하여 상기 탄성 지지대의 내진 성능을 평가하는 스마트 제어부를 포함하여, 영상을 이용한 아크 감지 및 내진 성능 평가가 가능한 것을 특징으로 한다. 보다 바람직하게, 본 발명은 바람직하게, 본 발명에 따른 내진형 스마트 배전반 시스템은, 배전반의 내부에 배치되어 지진의 발생을 감지하는 내부 감진 센서; 및 지면에 배치되어 지진의 발생을 감지하는 외부 감진 센서를 더 포함하고, 상기 스마트 제어부는 상기 내부 감진 센서의 계측값과 상기 외부 감진 센서의 계측값을 연산하여 상기 탄성 지지대의 내진 성능을 평가한다.

Description

내진형 스마트 배전반 시스템{ASEISMATIC SMART SWITCHBOARD SYSTEM}

본 발명은 배전반 시스템에 관한 것으로서, 영상을 이용한 아크 감지와 내진 성능의 평가가 가능한 내진형 스마트 배전반 시스템에 관한 것이다.

배전반은 발전소나 변전소 등의 운전이나 제어, 전동기의 운전 등을 위해 스위치, 계기, 릴레이(계전기) 등이 일정하게 넣어 관리하는 장치로서, 각각의 분전반들로 전원을 분배한다. 분전반은 간선을 통해 배전반으로부터 전력을 공급 받아 말단 부하, 전기사용설비 등으로 전력을 공급한다. 일반적으로, 배전반은 한전측으로부터 22.9KV의 특고압을 수전받아 변전실에서 3.3KV 또는 6.6KV의 고압으로 강압하여 전원을 공급받으며, 변압기에서 3상 4선으로 강압하여 부하에 690V, 440V, 380V 또는 220V의 전원을 공급한다.

배전반은 발전소, 변전소, 개폐소 또는 이에 준하는 곳에 고압용 또는 특별고압용 전기의 수전이나 배전을 위하여 설치된다. 일 예시로, 배전반은 병원 등 주요 시설에 정전을 대비하여 변전실에서 서로 다른 변전소에서 각각 수전 받아 서로 다른 선로를 통해 전원을 공급받으며, 배전반은 고장 등에 대비하여 2개의 변압기를 통해 수전 받아 전압을 강압하여 전원을 공급하는 2회로 수전 방식으로 운영되기도 하며, 비상발전기를 추가로 설치하여 운영하는 시공예가 다수 있어 왔다.

배전반이 다수 설치되는 병원, 발전소, 변전소 그 밖의 전력을 사용하는 공장과 같은 설비는 비상시조차 전력이 안정적으로 공급될 수 있는 것이 무엇보다 중요하다. 특히, 전력을 분배하는 배전반에서는 지진, 열화에 따른 누전, 방전, 화재, 결로 등 자연적인 요소로 발생되는 수많은 사고의 위험성이 존재한다. 배전반으로부터 발생되는 전기안전 사고는 단순히 배전반 기기 자체의 고장 뿐만 아니라, 현장의 수많은 전기전자 장치들의 오작동과, 화재에 따른 공장의 소실 등 천문학적인 피해를 야기시킬 수 있다. 따라서, 배전반의 전기안전 측면의 관리는 전력 분배라는 배전반 고유의 기능보다 중요시 고려되어야 할 것이다.

지진 발생에 의한 전기안전 사고를 헤아려보면, 배전반은 지면에 고정 설치되기 때문에 지진 발생 시 지진파의 충격으로 배전반에 구비된 함체에 변형이 발생되거나, 배전반 내부에 설치된 각종 전기기기가 파손될 수 있고, 심할 경우 배전반이 넘어질 수 있는 문제점이 있다. 이에 따라, 지진 등에 의해 배전반에 진동이나 충격이 가해져도 함체가 변형되지 않고 내부 전기기기가 파손되지 않도록 하며, 배전반이 넘어지는 것을 막아 누전이나 화재 등의 안전사고를 미연에 방지할 수 있는 내진형 배전반이 요구되었다.

한편, 동 출원인은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 ‘무방향 탄성 지지대를 이용한 내진형 배전반’을 다수 출원한 바 있다. ‘무방향 탄성 지지대를 이용한 내진형 배전반’은 지면과 배전반 사이에 배전반의 하중을 떠받침과 더불어, 지면으로부터 전달되는 진동이나 충격을 흡수하거나 완충할 수 있는 탄성 지지대를 설치하여 배전반을 지진과 같은 외부 충격으로부터 안전하게 보호할 수 있는 구조를 개시한다. 나아가, 상기의 발명을 실시 할 때, ‘무방향 탄성 지지대를 이용한 내진형 배전반’이 지진 등과 같은 외부 충격이 없을 때에도 육중한 배전반이 탄성 지지대를 짓누르고 있어 탄성 지지대의 외형이 일그러짐과 동시에 초기 탄성력이 잃는 문제점을 해결하고자 ‘전자력 지지대와 무방향 탄성 지지대를 이용한 내진형 배전반’한국등록특허 제10-1054686호)을 출원한 바 있다. 또한, 동 출원인은 배전반의 지진 감지를 위해 ‘지진감지 기능을 구비한 전력차단 시스템이 내장된 배전반 및 그 구동방법’한국등록특허 제10-1629906호)을 출원한 바 있다.

동 출원인이 개발한 종래의 내진형 배전반은 지진을 감지하거나, 내진 특성을 강화하는 구성을 개시한다. IT의 고도화와 시스템의 원격화 패러다임으로 배전반의 원격제어 및 관리는 기술적으로 충분히 구현 가능한 환경에 이르렀다. 이에, 본 출원인은 종래의 지진 감지 및 내진 설비의 배전반을 개량하여, 지진의 원격 감지 뿐만 아니라 설비된 내진 설비의 성능 및 마모 상태 여부를 판단할 수 있는 내진형 스마트 배전반 시스템을 고안하게 되었다.

한국등록특허 제10-1054686호 한국등록특허 제10-1134503호 한국등록특허 제10-1629906호

본 발명은 복수개의 배전반에 발생될 수 있는 사고를 사전에 원격으로 감지, 진단, 모니터링할 수 있도록 ICT 기술이 융합된 내진형 스마트 배전반 시스템을 제공하고자 한다.

본 발명은 영상 촬영 장비를 이용하여 아크 발생을 사전에 감지할 수 있고, 촬영된 영상 이미지의 분석으로부터 내진 성능을 평가할 수 있고, 복수개의 지진 감진 센서의 계측값 조합으로 배전반 내부의 건전성 및 배전반 시스템 전체의 내진 성능을 평가하여, 지진 발생의 감지 뿐만 아니라 내진 성능이 유지되는 배전반의 건전성을 판단하여 관리자가 내진 설비의 이상 유무를 파악할 수 있는 내진형 스마트 배전반 시스템을 제공하고자 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 전력을 분배하는 기계기구가 격납된 내진형 스마트 배전반 시스템에 있어서, 배전반의 하부에 설치된 상태에서 탄성적으로 변형되어 외부로부터 가해지는 진동 및 충격을 완충하거나 흡수하는 탄성 지지대; 배전반에 격납된 기계기구와 배전반의 하면을 통해 노출된 지면이 촬영되도록 화각이 설정되어, 중파장의 적외선 영상으로 배전반의 아크 방전을 감지하고, 지면과 배전반의 상대변위를 감지하는 영상 카메라; 및 상기 아크 센서에서 측정한 적외선 영상의 휘도 값을 설정된 제1 기준값과 비교하고, 상기 제1 기준값을 초과한 휘도 값을 카운트하여 설정된 제2 기준값을 비교하여 상기 배전반의 아크 발생 여부를 판단하고, 상기 영상 카메라의 영상 이미지를 판독하여 상기 탄성 지지대의 내진 성능을 평가하는 스마트 제어부를 포함하여, 영상을 이용한 아크 감지 및 내진 성능 평가가 가능한 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 본 발명에 따른 내진형 스마트 배전반 시스템은, 배전반의 내부에 배치되어 지진의 발생을 감지하는 내부 감진 센서; 및 지면에 배치되어 지진의 발생을 감지하는 외부 감진 센서를 더 포함하고, 상기 스마트 제어부는 상기 내부 감진 센서의 계측값과 상기 외부 감진 센서의 계측값을 연산하여 상기 탄성 지지대의 내진 성능을 평가한다.

바람직하게, 상기 내부 감진 센서는 배전반의 수직 방향으로 층간마다 설치되는 복수개의 감진 센서로서, 하층에 배치되는 제1 감진 센서와, 상층에 배치되는 제2 감진 센서를 포함하여, 상기 스마트 제어부는 상기 제1 감진 센서와 상기 제2 감진 센서의 계측값을 연산하여 상기 탄성 지지대의 내진 성능을 평가한다.

바람직하게, 상기 스마트 제어부는 상기 제1 감진 센서의 계측값과 상기 제2 감진 센서의 계측값 간의 차이값을 연산하여, 배전반의 상층부와 하층부 간 상대적인 흔들림이나 진동을 정량적으로 평가하고, 상기 제1 감진 센서의 계측값과 상기 제2 감진 센서의 계측값의 평균을 상기 내부 감진 센서의 계측값으로 연산하여, 상기 내부 감진 센서의 계측값과 상기 외부 감진 센서의 계측값 간의 차이값으로부터 배전반의 내진 성능을 종합적으로 평가한다.

바람직하게, 본 발명에 따른 내진형 스마트 배전반 시스템은, 배전반의 하면에 형성된 소정의 넓이로 개구된 영역에 개폐 가능하도록 마련된 투명 플레이트; 및 지면에 마련되어 상기 투명 플레이트를 통해 노출되는 타겟판을 더 포함하고, 상기 영상 카메라는 배전반의 하면에 상기 투명 플레이트를 통해 노출된 지면의 상기 타겟판을 화각으로 수용하여 지면과 배전반의 상대변위를 감지한다.

바람직하게, 상기 스마트 제어부는 상기 영상 카메라의 영상 이미지를 프레임별로 획득하고, 프레임별 획득된 영상 이미지의 일치된 픽셀 값을 기준 이미지로 설정하며, 지진 발생시 획득된 프레임별 영상 이미지가 상기 기준 이미지 대비 변동된 픽셀의 위치 차이를 내진 성능 평가 변수로 산출한다.

바람직하게, 상기 영상 카메라는 1.2mm 내지 1.7mm의 초점거리를 갖는 어안 렌즈(fish eye lens)를 구비하여, 상기 어안 렌즈의 화각이 배전반 내에 격납된 복수개의 기계기구를 수용함에 따라 배전반 내부의 시각적 모니터링 영상의 출력이 가능하다.

바람직하게, 상기 영상 카메라는 적외선 영상 센서를 포함하여, 영상 촬영 속도가 1000 프레임 이상 2000프레임 이하로 설정되어, 상기 스마트 제어부의 아크 발생 판단의 속도가 0 초과 [상기 제1 기준값을 초과한 휘도 값의 카운트]/1000 sec 미만이 된다.

바람직하게, 상기 스마트 제어부는 상기 아크 센서가 촬영한 적외선 영상의 픽셀 값을 프레임 단위로 배열하여 픽셀 단위로 휘도 값을 출력하는 FPGA; 상기 FPGA에서 출력된 휘도 값을 상기 제1 기준값과 비교하는 비교기; 및 상기 비교기에서 상기 제1 기준값을 초과하는 휘도 값을 카운팅하는 카운터를 포함한다.

바람직하게, 상기 FPGA는 상기 아크 센서가 차단된 상태의 영상 픽셀 값을 수신하여 상기 스마트 제어부로 전송하고, 상기 스마트 제어부는, 상기 아크 센서가 차단된 상태의 영상 픽셀 값을 0 으로 만들기 위한 오차 값 테이블을 메모리에 저장하고 오차 값을 각 픽셀에 입력하여 기준 상태를 0으로 오프셋 할 수 있다.

또한, 본 발명은 전력을 분배하는 기계기구가 격납된 내진형 스마트 배전반 시스템에 있어서, 배전반의 하부에 설치된 상태에서 탄성적으로 변형되어 외부로부터 가해지는 진동 및 충격을 완충하거나 흡수하는 탄성 지지대; 배전반에 격납된 기계기구와 배전반의 하면을 통해 노출된 지면이 촬영되도록 화각이 설정되어, 지면과 배전반의 상대변위를 감지하는 영상 카메라; 배전반의 내부에 배치되어 지진의 발생을 감지하는 내부 감진 센서; 지면에 배치되어 지진의 발생을 감지하는 외부 감진 센서; 및 상기 내부 감진 센서의 계측값과 상기 외부 감진 센서의 계측값을 연산하고, 상기 영상 카메라의 영상 이미지를 판독하여 상기 탄성 지지대의 내진 성능을 평가하는 스마트 제어부를 포함하는 것을 다른 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 영상 카메라로부터 배전반의 아크 감지 및 내진 성능의 평가가 가능한 이점이 있다. 본 발명에 따르면, 배전반에 열 발생 없이 아크가 발생하더라도 약 0.001sec의 짧은 시간에 감지가 가능하며, 아크가 발생되어 화재로 이어지기 전 단계에서 배전반의 이상 상태를 관리할 수 있다.

본 발명에 따르면, 배전반이 탄성 지지대에 의해 외부의 충격으로부터 완충되며, 영상 카메라의 이미지 처리와 배전반의 내외부에 마련되는 감진 센서의 계측값 연산으로부터 탄성 지지대의 내진 성능의 이상 여부를 판단할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 내진형 스마트 배전반 시스템을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배전반의 내부 시스템 구성도를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스프링 장치의 분해 사시도를 나타낸다.
도 4은 본 발명의 실시예에 따른 스프링 장치의 결합 구성도를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 어안 렌즈가 적용된 영상 카메라의 초점별 촬영 모습을 나타낸다.
도 6는 본 발명의 실시예에 따른 스마트 제어부의 블록 구성도를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 스마트 제어부의 아크 감지 프로세스를 나타낸다.

이하, 첨부된 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 다만, 본 발명이 예시적 실시 예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일 참조부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부재를 나타낸다.

본 발명의 목적 및 효과는 하기의 설명에 의해서 자연스럽게 이해되거나 보다 분명해 질 수 있으며, 하기의 기재만으로 본 발명의 목적 및 효과가 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 내진형 스마트 배전반 시스템을 나타낸다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배전반의 내부 시스템 구성도를 나타낸다. 도 1은 설명의 편의를 위해 배전반(5) 내부의 격납기계가 생략된 내부 구성도이고, 도 2는 설명의 편의를 위해 배전반(5) 내부의 내부 감진 센서(81, 83)가 생략된 내부 구성도를 나타낸다.

도 1 및 2를 참조하면, 내진형 스마트 배전반 시스템은 전력을 분배하는 기계기구가 격납된 배전반(5), 탄성 지지대(40), 영상 카메라(10), 스마트 제어부(30) 및 배전반 패드(50)를 포함할 수 있다.

배전반(5)은 전력을 분배하는 기계기구가 격납되는 주지의 구성이나, 본 실시예의 경우 배전반(5) 내에 영상 카메라(10)의 기기가 추가로 격납된다. 본 실시예에 따른 배전반(5)은 배전반 패드(50) 상부에 설비될 수 있으며, 배전반 패드(50)와 배전반(5) 사이에 외부 충격 완충을 위한 탄성 지지대(40)가 배치되어 내진 성능을 갖고, 이러한 탄성 지지대(40)의 완충 성능을 평가 및 모니터링 하기 위한 영상 카메라(10)가 구비된다. 배전반 패드(50)는 지면과 고정되는 구성으로 지면의 흔들림이 반영된다. 이에, 이하 본 명세서에서 배전반(5)과의 상대변위 측정을 위해 ‘지면’으로 지칭하는 것은 배전반 패드(50)가 생략된 경우는 배전반(5)이 설치된 지면을 의미하고, 배전반 패드(50) 상에 배전반(5)이 설치된 경우는 배전반 패드(50)를 의미할 수 있다. 이하 각 구성을 상세히 설명한다.

탄성 지지대(40)는 배전반(5)의 하부에 설치된 상태에서 탄성적으로 변형되어 외부로부터 가해지는 진동 및 충격을 완충하거나 흡수한다. 배전반 패드(50)는 지면에 고정 설치될 수 있다. 배전반 패드(50)는 육중한 배전반(5)의 이송 및 운반의 편의를 위해 고정 가능한 롤러를 구비할 수 있다. 배전반 패드(50)는 배전반(5)의 안정적인 설치를 위한 하부 플레이트로서 기능하나, 반드시 구비되어야 하는 것은 아니다. 지면이 충분히 고르고 단단한 장소라면 배전반(5)의 하면에 탄성 지지대(40)를 부착하여 지면상에 바로 설비되어도 무방하다.

탄성 지지대(40)는 탄력적으로 수축되거나 복원됨으로써 지면으로부터 전달되는 진동이나 충격을 완충하는 스프링 장치(41)를 포함한다. 탄성 지지대(40)의 경우 육중한 배전반의 하부에 위치되어 기기 하중에 의해 시간이 지날수록 탄성력 및 지지력이 저감되는 점이 고려되어야 한다.

본 실시예에 따른 탄성 지지대(40)는 강지진 흡수형 비선형 와이어 로프 스프링 및 비선형 폴리우레탄 스프링을 조합한 복합형 스프링 장치(41)를 포함할 수 있다. 본 실시예에 따른 스프링 장치(41)는 비선형 와이어 로프 스프링(411), 폴리우레탄 스프링(413), 상부 베이스(43) 및 하부 베이스(44)로 구성될 수 있다. 상부 베이스(43)와 하부 베이스(44)는 비선형 와이어 로프 스프링(411)과 폴리우레탄 스프링(413)을 수용한다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스프링 장치(41)의 분해 사시도를 나타낸다. 도 4은 본 발명의 실시예에 따른 스프링 장치(41)의 결합 구성도를 나타낸다. 도 3 및 도 4을 참조하면, 비선형 와이어 로프 스프링(411)은 굵기가 가는 금속제 와이어가 여러 겹 감겨 제작되며, 나선형의 원통형 코일 형태로 감아 지진에 의해 발생하는 배전반(5)이나 전기기기의 진동을 소멸시킨다.

와이어 고정대(412)는 비선형 와이어 로프 스프링(411)이 일정 간격의 나선형 코일 형상으로 감길 수 있도록, 비선형 와이어 로프 스프링(411)을 일정 간격으로 상하에서 고정하여 지진에 의해 발생되는 진동을 골고루 비선형 와이어 로프 스프링(411)에 전달한다. 와이어 고정대(412)는 비선형 와이어 로프 스프링(411)의 상부 코일 부분이 통과하는 상부 와이어 고정판(4121)과 비선형 와이어 로프 스프링(411)의 하부 코일 부분이 통과하는 하부 와이어 고정판(4122)으로 구성된다.

폴리우레탄 스프링(413)은 상기 비선형 와이어 로프 스프링(411)이 형성된 타원기둥형 코일 내부에 설치되어, 상부에 설치된 배전반(5)이나 전기기기의 하중을 비선형 와이어 로프 스프링(411)과 같이 받아주며, 강 지진으로 인한 순간 동적 압력이 비선형 와이어 로프 스프링(411)으로 가해지는 힘을 완충시켜 비선형 와이어 로프 스프링(411)의 진폭을 줄여줄 수 있다. 이 경우, 폴리우레탄 스프링(413)은 좌우 진동시 발생하는 충격을 흡수하며 진동으로 인한 비선형 와이어 로프 스프링(411)과의 마찰로 인한 마모를 줄이기 위해 비선형 와이어 로프 스프링(411)과 좌우 사이에 공간을 둔 구조를 갖는다.

상부 와이어 고정판(4121)은 상부 베이스(43)와 체결되고, 하부는 비선형 와이어 로프 스프링(411)과 접촉한다. 와이어 고정대(412)는, 상부는 상부 와이어 고정판(4121)과 비선형 와이어 로프 스프링(411)과 접촉하고, 하부는 폴리우레탄 스프링(413)과 접촉되는 상부 와이어 결합판(212)을 더 포함할 수 있다.

하부 와이어 고정판(4122)은 하부가 비선형 와이어 로프 스프링(411)과 접촉하고 상부는 폴리우레탄 스프링(413)과 밀착된다. 와이어 고정대(412)는, 하부 와이어 고정판(4122)이 하부에 체결되며, 하부는 하부 와이어 고정판(4122)과 비선형 와이어 로프 스프링(411)과 접촉하고, 상부는 폴리우레탄 스프링(413)과 밀착되는 하부 와이어 결합판(222)을 더 포함할 수 있다.

본 실시예에 따른 스프링 장치(41)는 강 지진 발생시 비선형 와이어 로프 스프링(411)의 탄성력 및 인장력을 갖는 비선형 와이어 로프와 와이어 로프 사이에 보조로 스태빌라이저 역할을 한다. 스프링 장치(41)는 상하 좌우 진동 및 충격시 흔들림을 감소시키고 자세를 안정되게 하며 비선형 와이어 로프 스프링(411)의 조종성과 탄성력을 가지고 점탄성 물질이며 선형적이지 않고, 변형률 및 변형 속도에 의해 거동이 비선형적인 성향을 갖는 비선형 폴리우레탄 스프링(413)이 조합된다. 이러한 복합형 스프링 장치(41)는 순시하중 및 좌우형 압력 진동을 흡수하고 외부 환경적 요소에 영향을 크게 받지 않는 비선형 폴리우레탄 스프링(413)이 조합되어, 비선형 와이어 로프 스프링(411)만 설치시 설치 제품 하중에 의해 시간이 지날수록 와이어 탄성력 및 지지력이 약해져 비선형 와이어 로프 스프링(411)의 처짐 현상을 개선한다.

본 실시예에 따른 스프링 장치(41)는 본 출원인이 선 출원하여 등록받은 한국등록특허 제10-1134503호에 개시된 강지진 흡수형 비선형 와이어 로프 및 비선형 폴리우레탄 스프링을 조합한 복합형 스프링 장치가 참조될 수 있다.

본 실시예에 따른 배전반 시스템은 탄성 지지대(40)의 내진 성능을 지속적으로 관찰 및 평가할 수 있다. 탄성 지지대(40)가 노후되거나 성능이 저하된 경우, 스프링 장치(41)의 회수 또는 유지 보수가 가능하도록 상부 베이스(43) 또는 하부 베이스(44)는 배전반(5)으로부터 결합 또는 분리 될 수 있도록 구비됨이 바람직하다.

다시 도 1을 참조하면, 영상 카메라(10)는 배전반(5)에 격납된 기계기구(51)와 배전반(5)의 하면을 통해 노출된 지면이 촬영되도록 화각이 설정되어, 중파장의 적외선 영상으로 배전반(5)의 아크 방전을 감지하고, 지면과 배전반(5)의 상대변위를 감지한다. 도 1을 통해 영상 카메라(10)가 지면과 배전반(5)의 상대 변위를 감지하는 과정을 설명하고, 도 5 내지 도 7을 통해 영상 카메라(10)의 아크 감지 프로세스를 설명한다.

본 실시예에 따른 영상 카메라(10)는 탄성 지지대(40)의 내진 성능 평가 뿐만 아니라, 배전반(5) 내부의 기계기구(51)가 화각상 수용되어 관리 모니터링이 함께 수행될 수 있다. 영상 카메라(10)는 배전반(5)의 후면에 배치될 수 있다. 영상 카메라(10)는 배전반(5)의 후면에서 배전반(5)의 전면 방향으로 조영하여 내부의 기계기구(51)를 실시간 감시하며, 이 때 배전반(5)의 하부를 통해 지면(16)이 촬영 이미지로 수용됨에 주목한다. 본 실시예에서, 배전반(5)은 하면에 소정의 넓이로 개구된 영역에 개폐 가능하도록 투명 플레이트(11)가 마련될 수 있다. 투명 플레이트(11)는 아크릴 소재일 수 있다. 투명 플레이트(11)는 영상 카메라(10)의 화각 상 수용 가능한 위치로 배치되어 배전반(5)의 하부 지면이 노출될 수 있도록 한다.

본 실시예로, 배전반 시스템에는 지면에 마련되어 투명 플레이트(11)를 통해 노출되는 타겟판(16)이 더 포함될 수 있다. 타겟판(16)은 배전반 패드(50)에서 투명 플레이트(11)와 대응되는 위치로 배치된다. 영상 카메라(10)가 배전반(5)의 천정에 배치되는 경우, 타겟판(16)은 배전반 패드(50)에 투명 플레이트(11)와 높이 방향으로 동일 축 상에 위치될 수 있다. 영상 카메라(10)가 도 1의 실시예와 같이 배전반(5)의 후면에 배치되는 경우, 타겟판(16)은 영상 카메라(10)의 화각을 고려하여 영상 카메라(10)의 조사각으로 투명 플레이트(11)보다 전면 쪽에 위치될 수 있다.

영상 카메라(10)는 투명 플레이트(11)를 통해 노출된 지면의 타겟판(16)을 화각으로 수용하여 지면과 배전반(5)의 상대변위를 감지하게 된다. 강 지진 발생시 탄성 지지대(40)에 의하여 배전반(5)이 완충되어 건전하다면, 배전반(5)과 지면에 해당하는 배전반 패드(50)의 상대적 움직임이 발생될 것이다. 이 경우, 영상 카메라(10)는 타겟판(16)의 이미지에서 흔들림 현상을 감지할 수 있다. 반면, 강 지진 발생시 탄성 지지대(40)가 마모되어 배전반(5)의 내진성이 떨어진다면, 배전반(5)과 지면에 해당하는 배전반 패드(50)의 상대적 움직임이 발생되지 않는다. 이 경우, 영상 카메라(10)는 타겟판(16)의 이미지 차이가 거의 발생되지 않는 현상을 감지하게 된다. 이러한 이미지 차이는 후술하게 될 스마트 제어부(30)에서 이미지 프로세스를 통해 정량화 할 수 있다.

다른 실시예로, 배전반(5)의 내부에 배치된 영상 카메라(10)와 달리 배전반(5)의 외부에 추가적인 내진성 평가 영상 카메라(13)가 구비될 수 있다. 시스템 설비의 제조단가를 고려하여, 배전반(5)의 외부에 배치되는 영상 카메라(13)는 도 1의 예시와 같이 복수개의 배전반(5)이 세트로 설비되는 경우 복수개의 배전반(5) 중 일 배전반(5)의 하부 지면에 배치될 수 있다. 배전반(5)의 외부에 배치되는 영상 카메라(13)는 지면 또는 배전반 패드(50) 상에 투명 플레이트(11)의 하부에 위치되어 투명 플레이트(11)를 통해 배전반(5) 내부의 일 격납기계(51)를 타겟할 수 있다. 영상 카메라(13)가 촬영하는 격납기계(51)는 건전성 중요도가 특히 중요한 기계기구로서 차단기(T1)가 될 수 있다. 외부에 배치되는 영상 카메라(13)는 전술한 내부의 영상 카메라(10)와 유사한 원리로, 감시중인 차단기 이미지의 흔들림 현상을 통해 탄성 지지대(40)의 건전성을 평가할 수 있다.

전술한 원리로 영상 카메라(10)는 배전반(5)의 내부에 배치되어 격납기계(51)의 실시간 모니터링 및 탄성 지지대(40)의 내진 성능을 평가한다. 이 경우, 영상 카메라(10)는 내부의 격납기계와 투명 플레이트(11)의 하부에 배치된 타겟판(16)을 모두 화각 상 수용해야 한다. 이는 영상 카메라(10)에 어안 렌즈(fish eye lens)가 사용됨으로써 가능하다. 일반적으로, 어안 렌즈는 특수한 효과를 필요로 하는 사진촬영에도 사용되나 하늘의 구름의 양을 측정하기 위해 사용되는 렌즈이다. 본 실시예에서, 어안 렌즈는 영상 카메라(10)가 배전반(5) 내부의 격납기계 전체를 이미지로 모니터링 할 수 있도록 한다. 어안 렌즈는 360°의 화각을 가지므로 주요 관리 구성품의 영역마다 분할 이미지 처리시 실시간 영상 모니터링에 특히 유용하다.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 어안 렌즈가 적용된 영상 카메라(10)의 초점별 촬영 모습을 나타낸다. 도 5를 참조하면, 일반 어안 렌즈의 초점 거리가 2mm인 경우와, 1.2mm 내지 1.7mm 의 초점거리를 갖는 어안 렌즈의 배전반 내부 촬영 모습을 비교할 수 있다. 이하에서, 초점 거리란 어안 렌즈와 CMOS 센서 사이의 거리를 의미한다. 초점 거리가 좁아질수록 근거리의 피사체를 더 명확하게 볼 수 있으나, 화각이 작아지게 된다.

바람직하게, 어안 렌즈의 초점거리는 1.57mm일 수 있다. 도 5의 (a)는 일반 어안 렌즈의 초점 거리가 2mm인 경우의 촬영 영상이다. 도 5의 (b)는 본 실시예에 따른 1.57mm 초점 거리의 어안 렌즈 촬영 영상이다. 본 실시예로, 영상 카메라(10)는 1.2mm 내지 1.7mm의 초점거리를 갖는 어안 렌즈, 및 CMOS 센서를 구비할 수 있다. 본 실시예로, CMOS 센서는 1/2.5“센서로 1920*1920의 해상도를 통해 선명한 영상을 제공할 수 있다.

스마트 제어부(30)는 영상 카메라(10)의 영상 이미지를 판독하여 탄성 지지대(40)의 내진 성능을 평가한다. 스마트 제어부(30)는 영상 카메라(10)의 실시간 모니터링 이미지로부터 탄성 지지대(40) 또는 기타 내진 설비의 성능을 평가하기 위한 내진 성능 평가 변수를 산출한다.

스마트 제어부(30)는 영상 카메라(10)의 영상 이미지를 프레임별로 획득한다. 스마트 제어부(30)는 프레임별 획득된 영상 이미지의 일치된 픽셀 값을 기준 이미지로 설정한다. 보다 상세하게, 프레임별로 영상 카메라(10)로부터 수신되는 영상 이미지는 별도의 외부 진동이 없는 경우 이미지의 동일한 좌표에 동일한 화소를 갖는다. 여기서, 픽셀 값이란 이미지의 특정 좌표(위치)에서의 화소 값을 의미할 수 있다. 스마트 제어부(30)는 평상시 상기와 같이 소정의 시간동안 획득된 영상 이미지의 픽셀 값이 일치되는 경우 이를 기준 이미지(오프셋)로 설정한다.

도 1의 실시예에서, 스마트 제어부(30)는 평상시 영상 카메라(10)가 촬영하는 분할 영역 중 타겟판(16) 이미지를 기준 이미지로 설정한다. 스마트 제어부(30)는 지진 또는 외부 충격 발생시 영상 카메라(10)가 획득한 타겟판(16)의 영상 이미지가 상기 기준 이미지와 어긋난 정도를 산출한다.

본 실시예로, 스마트 제어부(30)는 지진 또는 외부 충격 발생시 영상 카메라(10)가 획득한 타겟판(16)의 영상 이미지가 상기 기준 이미지로부터 변동된 픽셀의 위치 차이 값을 내진 성능 평가 변수로 한다. 스마트 제어부(30)는 내진 성능 평가 변수를 메모리(306)의 LUT에 기록할 수 있으며, 데이터 테이블에 프레임별로 획득되는 내진 성능 평가 변수는 그래프로 변환될 때 픽셀의 위치 차이 값이 심한 프레임의 순간에서 오버슈팅이 발생됨에 따라 가시적으로 이상 유무를 손쉽게 확인할 수 있다.

스마트 제어부(30)는 원격감시 제어시스템 또는 감시 제어 데이터 수집시스템이라고도 불리우는 SCADA 시스템, 디지털보호계전기 등의 지능형 전자 디바이스(IED), 관리자의 스마트폰과 같은 이동형 단말 기기 등과 연동될 수 있다. 본 실시예로, 내진형 배전반 시스템은 메인관리센터(SCADA), 지능형 전자 디바이스(IED), 또는 관리자의 스마트폰 중 적어도 어느 하나와 통신하여 상기 스마트 제어부의 아크 발생 정보를 전달하는 관리 제어부(60, 도 6)를 더 포함할 수 있다.

내진 성능에 이상이 발생된 경우, 스마트 제어부(30)는 SCADA 시스템, 디지털보호계전기 등의 지능형 전자 디바이스(IED), 관리자의 스마트폰과 같은 이동형 단말 기기 등의 관리 제어 구성에 경보 신호를 보내 관리자가 인지할 수 있도록 한다.

스마트 제어부(30)는 데이터 분석 알고리즘이 내장된 프로세서를 더 포함할 수 있다. 스마트 제어부(30)는 메모리에 저장되는 내진 성능 평가 변수 및 배전만의 실시간 모니터링 정보를 관리 제어부(60)에 전송하여 빅 데이터로 축적할 수 있다. 스마트 제어부(30)의 분석 데이터는 관리 제어부(60)에서 데이터 분석 알고리즘으로 내진 성능 평가 변수를 분석할 수 있다. 데이터 분석 알고리즘은 인공지능 기반 기계학습으로 내진 성능 평가 변수 데이터들의 분류, 분석 및 처리를 수행할 수 있다. 관리 제어부(60)의 빅 데이터 처리에 따라 내진 성능 평가 변수가 오버슈팅 되어 지진 발생시 배전반(5)이 건전성을 잃은 경우, 차단기가 즉시 작동될 수 있다.

다시 도 1을 참조하면, 배전반(5)의 내진 성능 평가는 영상 카메라(10)와 함께 복수개의 감진 센서가 이용될 수 있다. 내진형 스마트 배전반 시스템은 내부 감진 센서(81, 83)와 외부 감진 센서(80)를 포함할 수 있다.

감진 센서 모듈은 지진 감지를 위한 3축 감진센서 또는 MEMS 센서일 수 있다. 감진 센서 모듈과 연계될 수 있도록, 진도 계급에 대한 정보가 스마트 제어부(30)의 메모리(306)에 저장될 수 있다. 진도 계급에 대한 정보는 수정 메르켈리 진도표(Modified Mercalli intensity scale)에 근거할 수 있다.

감진 센서 모듈은 감지된 3축 방향의 진동에 대한 가속도 데이터를 기록하고 저장한다. 특히, 감진 센서 모듈 중 외부 감진 센서(80)가 계측한 지진 감도 정보는 메모리(306)의 진도 계급 정보와 비교하여 지진 발생 여부 및 현재의 지진 감도 정보를 제공할 수 있다.

본 실시예에서, 스마트 제어부(30)는 내부 감진 센서(81, 83)의 계측값과 외부 감진 센서(80)의 계측값을 연산하여 탄성 지지대(40)의 내진 성능을 평가할 수 있다.

내부 감진 센서(81, 83)는 배전반의 수직 방향으로 층간마다 설치되는 복수개의 감진 센서로서, 하층에 배치되는 제1 감진 센서(83)와, 상층에 배치되는 제2 감진 센서(81)를 포함할 수 있다. 이와 같이 내부 감진 센서(81, 83)가 복수개로 배전반(5)의 층간마다 설치되는 이유는 저층보다 고층에서 수평방향 변위가 더 크기 때문이다. 즉, 미세한 지진이 발생하더라도 하층에 설치된 제1 감진 센서(83)에 비해 상대적으로 높이 배치된 제2 감진 센서(81)가 미미한 흔들림이나 진동을 보다 정확하게 감지할 수 있다.

스마트 제어부(30)는 제1 감진 센서(83)와 제2 감진 센서(81)의 계측값을 연산하여 탄성 지지대(40)의 내진 성능을 평가할 수 있다. 제1 감진 센서(83)와 제2 감진 센서(81)의 계측값은 배전반(5)의 길이 방향으로 내진 성능이 유지되는지 판단하기 위한 내부 내진 성능 평가 변수로 활용될 수 있다. 배전반(5)과 탄성 지지대(40)의 고정결합에 문제가 있는 경우, 탄성 지지대(40)의 성능에는 문제가 없을지라도 배전반(5)의 수평방향 흔들림이 발생될 수 있다.

스마트 제어부(30)는 제1 감진 센서(83)의 계측값과 제2 감진 센서(81)의 계측값 간의 차이값을 연산하여, 배전반의 상층부와 하층부 간 상대적인 흔들림이나 진동을 정량적으로 평가한다.

또한, 스마트 제어부(30)는 제1 감진 센서(83)의 계측값과 제2 감진 센서(81)의 계측값의 평균을 내부 감진 센서(81, 83)의 계측값으로 연산하여, 내부 감진 센서(81, 83)의 계측값과 외부 감진 센서(80)의 계측값 간의 차이값으로부터 배전반의 내진 성능을 종합적으로 평가할 수 있다. 내부 감진 센서(81, 83)의 계측값은 배전반(5) 내부의 흔들림 정도를 나타내며, 이 값은 배전반(5)의 외부에 배치된 외부 감진 센서(80)와 편차가 클수록 탄성 지지대(40)가 건전한 것으로 평가될 수 있다.

이하에서, 아크 감지를 위한 영상 카메라(10)와 스마트 제어부(30)의 실시예를 개시한다.

영상 카메라(10)는 촬영 속도가 1000 프레임 이상인 것이 바람직하다. 본 실시예로, 영상 카메라(10)의 프레임은 1000 내지 2000의 범위로 설정될 수 있다. 이는 내진이나 순간적인 외부 충격에 따른 이미지의 변위를 분별해야 하기 때문이며, 영상 카메라(10)를 아크 방전을 검출하는 영상 센서로도 활용이 가능하기 때문이다. 영상 카메라(10)는 적외선 영상 센서를 구비하여 아크 방전 사고가 발생되는 전조 증상인 사전 열화를 감지할 수 있다.

도 6는 본 발명의 실시예에 따른 스마트 제어부(30)의 블록 구성도를 나타낸다. 도 6를 참조하면, 아크를 감지하는 구성은 영상 카메라(10)의 적외선 영상 센서(1033), 보정 전압 발생기(1037), 스마트 제어부(30) 및 관리 제어부(50)가 포함될 수 있다.

적외선 영상 센서(1033)는 영상 촬영 속도가 1000 프레임 이상 2000 프레임 이하로 설정되어, 스마트 제어부(30)의 아크 발생 판단의 속도가 0 초과 [제1 기준값을 초과한 휘도 값의 카운트]/1000 sec 미만이 되도록 한다.

도 6의 실시예에서, 아크를 감지하는 센서가 적외선 센서가 아닌 적외선 영상 센서(1033)가 사용되는 것에 주목한다. 적외선 센서는 센서가 부착된 위치에서의 적외선 감지 기능을 갖는다. 헤아려보면, 배전반은 상당한 내부 공간을 갖고, 내부에 전력을 분배하는 기계기구가 다수 격납된다. 따라서, 적외선 센서로 아크 발생을 감지하고자 할 경우, 아크 발생을 감지해야하는 다수의 기계기구 모두에 센서를 배치해야 한다. 다수의 적외선 센서를 설치해야 하는 모니터링 시스템은 높은 비용과 데이터 처리에 상당한 부담을 야기할 수 있다. 따라서, 본 실시예에서는 영상(image) 센싱 방식으로 아크를 감지한다.

한편, 일반 비주얼 카메라는 1/30초, 또는 1/60초의 감지 속도를 갖는 것이 일반적이다. 이러한 일반 비주얼 카메라는 순간적으로 발생하는 아크 발생을 프레임으로 획득하지 못하는 문제가 있다. 따라서, 본 실시예에서는 영상 센싱을 위해 중파장의 적외선 영상 센서(1033)를 사용하며 프레임 속도를 1000 프레임 이상 2000 프레임 이하로 설정한다. 본 실시예에 따른 적외선 영상 센서(1033)가 상기의 프레임 속도 범위로 설정될 경우, 아크의 순간 발생을 프레임으로 획득할 수 있다. 적외선 영상 센서(1033)가 1000프레임의 속도로 아크 발생을 감지한 경우, 경보를 발생하는 시간은 (카운트 수)/1000 [초] 이내가 될 수 있다. 카운트 과정은 후술하게 될 스마트 제어부(30)의 휘도 분석에서 설명하며, 본 실시에에서 바람직하게 약 0.001초 정도의 짧은 반응 시간으로 아크를 감지할 수 있게 된다. 적외선 영상 센서(1033)는 80x80 픽셀의 해상도를 갖는다.

한편, 본 실시예에 따라 아크 센서를 적외선 영상 센서(1033)로 구현할 경우, 모니터링시 획득되는 정보는 아크 크기 및 영상 데이터가 될 수 있다. 이 때, 영상 데이터로부터 색온도의 인식이 가능하다. 즉, 영상 데이터로부터 색온도를 획득할 수 있음에 따라 아크 발생 외에 아크 발생 부위의 열화 상태를 함께 감지할 수 있게 된다. 일반적인 열화 센서는 부착된 주위의 열을 감지하는 반면, 본 실시예에 따른 적외선 영상 센서(1033)는 영상의 색온도로부터 열화를 감지함에 따라 온도의 변위 부위를 영상으로부터 정확하게 확인할 수 있는 장점이 있다. 적외선 영상 센서(1033)는 격납기계(51)와 케이블이 연결되는 접촉 부위의 단자(T1)를 아크 발생의 관심 영역으로 모니터링 한다.

보정 전압 발생기(1037)는 적외선 영상 센서(1033)로 음 전압을 인가할 수 있다. 보정 전압 발생기(1037)는 적외선 영상 센서의 픽셀 노이즈 값을 저감하여 노이즈 레벨을 0으로 오프셋 시킬 수 있다. 음 전압의 초기값은 메인 프로세서(307)에서 입력될 수 있으며, 초기값은 관리 제어부(50)의 빅 데이터 분석에 따라 보정될 수 있다. 보정 전압 발생기(1037)는 전체적인 신호의 레벨을 저감시키는 것으로 기본 노이즈 레벨을 오프셋 시키고, 후술하게 될 FPGA(301)에서는 영상의 픽셀 값을 오프셋 시킴으로써 노이즈와 픽셀 각각을 초기값으로 세팅한다.

스마트 제어부(30)는 적외선 영상 센서(1033)에서 측정한 적외선 영상의 휘도 값을 설정된 제1 기준값과 비교하고, 제1 기준값을 초과한 휘도 값을 카운트하여 설정된 제2 기준값을 비교하여 배전반의 아크 발생 여부를 판단할 수 있다. 제1 기준값은 적외선 영상 센서(1033)가 측정한 적외선 영상에서 휘도값이 일정치 이상 초과한 픽셀을 검출하기 위한 것이다. 제2 기준값은 휘도값이 일정치 이상 초과한 픽셀의 개수를 체크하기 위한 것이다. 제1 기준값과 제2 기준값은 사용자로부터 입력받을 수 있다.

본 실시예에 따른 관리 제어부(60)는 스마트 제어부(30)의 모니터링 정보로서 휘도 값, 노이즈 레벨을 저감시키는 초기 음 전압 값, 제1 기준값 및 제2 기준값을 지속적으로 모니터링 데이터로 축적한다. 축적된 빅 데이터는 배전반의 운전정보를 고려하여, 배전반이 운전중일 때의 온도 변화에 따른 적외선 픽셀의 휘도로 오차 범위를 파악하여 기준값을 보정하는데 이용될 수 있다.

FPGA(301)는 아크 센서(1033)가 촬영한 적외선 영상의 픽셀 값을 프레임 단위로 배열하여 픽셀 단위로 휘도 값을 출력할 수 있다. FPGA(301)는 적외선 영상 센서(1033)로부터 각 픽셀 값을 읽어내고 다시 초기치를 설정한다. FPGA(301)는 읽어 낸 픽셀 값을 프레임 단위로 재배열하고 픽셀 단위로 휘도 값을 출력한다. 출력된 정보는 메모리(306)에 저장될 수 있다. 메모리(306)는 적외선 영상 센서(1033)로부터 읽혀진 데이터를 임시 저장할 수 있다. 본 실시예에 따른 메모리(306)는 임시 저장 뿐만 아니라 적외선 영상 센서(1033)가 촬영한 영상 자료를 저장하는 데이터베이스를 포함할 수 있다. 영상자료저장장치로서, 실시간 영상 정보를 소정의 기간 동안 저장하는 메모리(306)는 스마트 제어부(30) 또는 관리 제어부(60) 내에 구비될 수 있다.

FPGA(301)는 아크 센서(1033)가 차단된 상태의 영상 픽셀 값을 수신하여 스마트 제어부(30)로 전송하고, 이 때 스마트 제어부(30)는 아크 센서(1033)가 차단된 상태의 영상 픽셀 값을 0 으로 만들기 위한 오차 값 테이블을 메모리(306)에 저장하고 각 픽셀에 오차 값을 입력하여 기준 상태를 0으로 오프셋 할 수 있다. 오프셋 조정 과정에서 적외선 영상 센서(1033)는 어안 렌즈 앞 부분의 셔터를 닫아, 무(無)신호 입력 상태로 제어된다. 적외선 영상 센서(1033)의 무신호 입력 상태에서의 각 픽셀 값을 FPGA(301)가 수신한다.

메모리(306)는 적외선 영상 센서(1033)의 무신호 입력 상태에서 FPGA(301)가 수신한 픽셀 값을 저장할 수 있다. 메모리(306)에는 차단된 상태의 영상 픽셀 값과, 각 픽셀 값을 0으로 만들기 위한 오차 값 테이블이 저장될 수 있다. 메모리(306)에 저장된 오차 값 테이블을 참조하여 FPGA(301)는 오차값을 입력하여 초기 상태의 픽셀 기준 상태를 0 레벨로 오프셋 한다.

비교기(303)는 Magnitude comparator로서, FPGA(301)에서 출력된 휘도 값을 상기 제1 기준값과 비교할 수 있다. 메인 프로세서(307)는 스마트 제어부(30)의 각 블록을 전체적으로 제어하는 중앙 제어 장치로 이해될 수 있다. 메인 프로세서(307)에는 제1 기준값, 제2 기준값이 설정될 수 있다. 제1 기준값과 제2 기준값은 기준값 레지스터(308)에 등록되며, 등록 데이터 정보는 관리 제어부(50)를 통해 빅 데이터로 축적 및 보정될 수 있다.

비교기(303)는 메인 프로세서(307)에서 설정된 제1 기준값과 FPGA(301)가 출력한 휘도 값의 크고 작음을 비교한다. 또한, 비교기(303)는 제1 기준값을 초과한 카운트 수와 제2 기준값을 비교할 수 있다.

카운터(305)는 비교기(303)에서 제1 기준값을 초과하는 휘도 값을 카운팅할 수 있다. 신호 생성기(309)는 비교기(303)에서 제1 기준값을 초과하는 카운트 수가 제2 기준값 이상일 때 아크 발생 위험 신호를 생성하여 관리 제어부(60)로 전달한다. 본 실시예에 따른 스마트 제어부(30)는 적외선 영상 센서(1033)의 영상을 저장하고 아크 감지의 프로세스를 수행하는 기능을 표현하기 위한 구성으로 정의된 것으로, 스마트 제어부(30)가 마련되는 위치가 한정되는 것은 아니다. 스마트 제어부(30)의 FPGA(301), 비교기(303), 카운터(305), 메모리(306), 메인 프로세서(307), 기준값 레지스터(308) 또는 신호 생성기(309)는 적외선 영상 센서(1033) 상에 모듈화 되어 배치되거나, 적외선 영상 센서(1033)와 구분되어 서버 상에 마련될 수도 있다.

관리 제어부(60)는 메인관리센터(SCADA), 지능형 전자 디바이스(IED), 또는 관리자의 스마트폰 중 적어도 어느 하나와 통신하여 스마트 제어부(30)의 아크 발생 정보를 전달할 수 있다. 스마트 제어부(30)는 적외선 영상의 데이터만으로 열 발생이 없는 아크의 발생을 감지할 수 있다.

관리 제어부(60)는 스마트 제어부(30)의 휘도 값과 배전반의 운전 정보를 빅 데이터로 취합하며, 인공지능 기반 기계학습 알고리즘이 내장되어 빅 데이터의 정보 분류, 분석 및 처리를 수행하여 상기 제1 기준값과 상기 제2 기준값을 보정할 수 있다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 스마트 제어부(30)의 아크 감지 프로세스를 나타낸다. 도 7을 참조하면, 적외선 영상 센서(1033)가 감지한 신호의 스마트 제어부(30) 처리 프로세스는 오프셋을 설정하는 단계(S10), 제1 기준값 비교 단계(S30), 카운트 단계(S40), 제2 기준값 비교 단계(S50), 및 경보 신호 생성 단계(S60)를 포함할 수 있다.

오프셋을 설정하는 단계(S10)는 보정 전압 발생기(1037)로부터 음 전압을 인가 받아 노이즈 레벨을 저감시키는 단계(S101), 픽셀의 초기값을 보정하는 단계(S103) 및 FPGA(301)가 오프셋 된 픽셀 값을 로드하는 단계(S105)를 포함할 수 있다. 오프셋을 설정하는 단계(S10)는 FPGA(301)에서 수행될 수 있으며, 관련 내용은 전술한 바 원용은 생략한다.

제1 기준값 비교 단계(S30)는 픽셀의 휘도 값과 제1 기준값(threshold)의 크고 작음을 비교하는 단계로서 전술한 비교기(303)에서 수행된다.

카운트 단계(S40)는 제1 기준값 비교 단계(S30)에서 픽셀의 휘도 값이 제1 기준값(threshold)을 초과하는 경우, 카운트 값을 +1 한다. 카운트 단계(S40)는 전술한 카운터(305)에서 수행된다.

제2 기준값 비교 단계(S50)는 카운트 단계(S40)에서 카운팅 된 카운트 값이 제2 기준값(reference value)을 초과하는지 비교하는 단계이다. 제2 기준값 비교 단계(S50)는 전술한 비교기(303)에서 수행될 수 있다.

경보 신호 생성 단계(S60)는 제2 기준값 비교 단계(S50)에서 카운팅된 카운트 값이 제2 기준값(reference value)을 초과할 경우 경보 출력신호를 생성하는 단계이다. 경보 신호 생성 단계(S60)는 전술한 신호 생성기(309)에서 수행될 수 있다.

이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리 범위는 설명한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 특허청구범위와 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태에 의하여 정해져야 한다.

5: 배전반 10, 13: 영상 카메라
11: 투명 플레이트 16: 타겟판
30: 스마트 제어부 1033: 적외선 영상 센서
1037: 보정 전압 발생기 301: FPGA
303: 비교기 307: 메인 프로세서
308: 기준값 레지스터 305: 카운터
309: 신호 생성기 40: 탄성 지지대
41: 스프링 장치 43: 상부 베이스
44: 하부 베이스 50: 배전반 패드
51: 기계기구 53: 케이블
41: 스프링 장치 411: 비선형 와이어 로프 스프링
412: 와이어 고정대 413: 폴리우레탄 스프링
4121: 상부 와이어 고정판 4122: 하부 와이어 고정판
212: 상부 와이어 결합판 222: 하부 와이어 결합 판
60: 관리 제어부 81, 83: 내부 감진 센서
81: 제2 감진 센서 83: 제1 감진 센서
80: 외부 감진 센서

Claims

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전력을 분배하는 기계기구가 격납된 내진형 스마트 배전반 시스템에 있어서,
배전반의 하부에 설치된 상태에서 탄성적으로 변형되어 외부로부터 가해지는 진동 및 충격을 완충하거나 흡수하는 탄성 지지대;
배전반에 격납된 기계기구와 배전반의 하면을 통해 노출된 지면이 촬영되도록 화각이 설정되어, 지면과 배전반의 상대변위를 감지하는 영상 카메라;
배전반의 내부에 배치되어 지진의 발생을 감지하는 내부 감진 센서;
지면에 배치되어 지진의 발생을 감지하는 외부 감진 센서; 및
상기 내부 감진 센서의 계측값과 상기 외부 감진 센서의 계측값을 연산하고, 상기 영상 카메라의 영상 이미지를 판독하여 상기 탄성 지지대의 내진 성능을 평가하는 스마트 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 내진형 스마트 배전반 시스템.
제 11 항에 있어서,
상기 영상 카메라는,
배전반에 격납된 기계기구와 배전반의 하면을 통해 노출된 지면이 촬영되도록 화각이 설정되어, 중파장의 적외선 영상으로 배전반의 아크 방전을 감지하고, 지면과 배전반의 상대변위를 감지하고,
상기 스마트 제어부는,
상기 영상 카메라에서 측정한 적외선 영상의 휘도 값을 설정된 제1 기준값과 비교하고, 상기 제1 기준값을 초과한 휘도 값을 카운트하여 설정된 제2 기준값을 비교하여 상기 배전반의 아크 발생 여부를 판단하고, 상기 영상 카메라의 영상 이미지를 판독하여 상기 탄성 지지대의 내진 성능을 평가하는 것을 특징으로 하는 내진형 스마트 배전반 시스템.
제 11 항에 있어서,
상기 내부 감진 센서는,
배전반의 수직 방향으로 층간마다 설치되는 복수개의 감진 센서로서,
하층에 배치되는 제1 감진 센서와, 상층에 배치되는 제2 감진 센서를 포함하여,
상기 스마트 제어부는,
상기 제1 감진 센서와 상기 제2 감진 센서의 계측값을 연산하여 상기 탄성 지지대의 내진 성능을 평가하는 것을 특징으로 하는 내진형 스마트 배전반 시스템.
제 13 항에 있어서,
상기 스마트 제어부는,
상기 제1 감진 센서의 계측값과 상기 제2 감진 센서의 계측값 간의 차이값을 연산하여, 배전반의 상층부와 하층부 간 상대적인 흔들림이나 진동을 정량적으로 평가하고,
상기 제1 감진 센서의 계측값과 상기 제2 감진 센서의 계측값의 평균을 상기 내부 감진 센서의 계측값으로 연산하여, 상기 내부 감진 센서의 계측값과 상기 외부 감진 센서의 계측값 간의 차이값으로부터 배전반의 내진 성능을 종합적으로 평가할 수 있는 것을 특징으로 하는 내진형 스마트 배전반 시스템.
제 11 항에 있어서,
배전반의 하면에 형성된 소정의 넓이로 개구된 영역에 개폐 가능하도록 마련된 투명 플레이트; 및
지면에 마련되어 상기 투명 플레이트를 통해 노출되는 타겟판을 더 포함하고,
상기 영상 카메라는,
배전반의 하면에 상기 투명 플레이트를 통해 노출된 지면의 상기 타겟판을 화각으로 수용하여 지면과 배전반의 상대변위를 감지하는 것을 특징으로 하는 내진형 스마트 배전반 시스템.
제 11 항에 있어서,
상기 스마트 제어부는,
상기 영상 카메라의 영상 이미지를 프레임별로 획득하고, 프레임별 획득된 영상 이미지의 일치된 픽셀 값을 기준 이미지로 설정하며,
지진 발생시 획득된 프레임별 영상 이미지가 상기 기준 이미지 대비 변동된 픽셀의 위치 차이를 내진 성능 평가 변수로 산출하는 것을 특징으로 하는 내진형 스마트 배전반 시스템.
제 11 항에 있어서,
상기 영상 카메라는,
1.2mm 내지 1.7mm의 초점거리를 갖는 어안 렌즈(fish eye lens)를 구비하여,
상기 어안 렌즈의 화각이 배전반 내에 격납된 복수개의 기계기구를 수용함에 따라 배전반 내부의 시각적 모니터링 영상의 출력이 가능한 것을 특징으로 하는 내진형 스마트 배전반 시스템.
제 11 항에 있어서,
상기 영상 카메라는,
적외선 영상 센서를 포함하여, 영상 촬영 속도가 1000 프레임 이상 2000프레임 이하로 설정되어,
상기 스마트 제어부의 아크 발생 판단의 속도가 0 초과 [상기 제1 기준값을 초과한 휘도 값의 카운트]/1000 sec 미만인 것을 특징으로 하는 내진형 스마트 배전반 시스템.
제 11 항에 있어서,
상기 스마트 제어부는,
상기 영상 카메라가 촬영한 적외선 영상의 픽셀 값을 프레임 단위로 배열하여 픽셀 단위로 휘도 값을 출력하는 FPGA;
상기 FPGA에서 출력된 휘도 값을 상기 제1 기준값과 비교하는 비교기; 및
상기 비교기에서 상기 제1 기준값을 초과하는 휘도 값을 카운팅하는 카운터를 포함하는 것을 특징으로 하는 내진형 스마트 배전반 시스템.
제 19 항에 있어서,
상기 FPGA는,
상기 영상 카메라가 차단된 상태의 영상 픽셀 값을 수신하여 상기 스마트 제어부로 전송하고,
상기 스마트 제어부는,
상기 영상 카메라가 차단된 상태의 영상 픽셀 값을 0 으로 만들기 위한 오차 값 테이블을 메모리에 저장하고 오차 값을 각 픽셀에 입력하여 기준 상태를 0으로 오프셋 하는 것을 특징으로 하는 내진형 스마트 배전반 시스템.