KR101966598B1 - 배전반 화재 감지 및 알림 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전류 및 전압, 온·습도, 연기, 이산화탄소 등의 감지기능이 결합된 하이브리드 센싱 모듈을 적용하여 배전반의 화재 및 감전사고를 효과적으로 방지할 수 있는 배전반 화재 감지 및 알림 시스템에 관한 것이다.

Description

배전반 화재 감지 및 알림 시스템 {Power distribution board fire detection and notification system}

본 발명은 배전반 화재 감지 및 알림 시스템에 관한 것으로, 자세하게는 전류 및 전압, 온·습도, 연기, 이산화탄소 등의 감지기능이 결합된 하이브리드 센싱 모듈을 적용하여 배전반의 화재 및 감전사고를 효과적으로 방지할 수 있는 배전반 화재 감지 및 알림 시스템에 관한 것이다.

배전반은 전기의 사용량이 많은 빌딩 또는 변전소 등의 옥내나 옥외에 설치되어 사용되는 장비로서 각종 스위치, 계기, 릴레이(계전기) 등이 일정하게 배열되어 관리하는 장비로 고압 주회로의 차단기를 개폐하는 조작 레버, 저압 주회로의 기중 개폐기를 비롯하여 전압계, 전류계, 전력계, 적산전력계, 전류계전기 등이 설치된다.

이러한 배전반은 분전반들로 전원을 분배하며, 각 분전반은 간선을 통해 배전반으로부터 공급된 전력을 부하, 전기사용설비 등으로 공급하게 되며, 통상 한전으로부터 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 공급하는 것이 일반적이다.

배전반이 다수 설치되는 병원, 발전소, 변전소 그 밖의 전력을 사용하는 공장과 같은 설비는 상시 안정적인 전력공급이 중요하므로, 전력을 분배하는 배전반에서는 열화에 따른 누전, 방전, 화재, 결로 등 사고 위험요소의 감시가 요구된다.

특히 배전반에서 발생하는 사고는 단순히 배전반의 손상뿐 아니라, 현장의 수많은 전기전자 장치들의 오작동과, 화재에 따른 소실 등 큰 피해로 이어질 수 있으므로 배전반의 안전관리는 매우 중요하나, 대부분 점검은 관리자에게 육안으로 확인 및 관리되는 실정이다.

이에 전자통신기술의 발달에 따라 배전반 등 전력 설비의 감시, 진단, 모니터링하기 위한 다양한 제품의 연구·개발이 이루어지고 있으나, 통상 수배전반의 제작은 모든 과정이 수요자의 주문에 의한 주문방식으로 모두 수작업으로 제작되는 상황에서 기존 아날로그 방식은 각각의 도어에 디지털보호계전기 등을 장착하여 사용하고 있어 데이터 값을 받기 위해 반드시 CT 및 PT 배선 작업을 계전기까지 직접 연결해야 하는 어려움이 있었고, 복수의 배전반 또는 분전반을 통신으로 연결하여 일괄적인 관리 제어를 위한 플랫폼 기술의 개발 또한 미흡하였다.

한국등록특허 제10-1601605호(2016.03.02)

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 전류 및 전압, 온·습도, 연기, 이산화탄소 등의 감지기능이 결합된 하이브리드 센싱 모듈을 적용하여 배전반의 화재 및 감전사고를 방지하고 사고발생시 확장을 효과적으로 막을 수 있는 배전반 화재 감지 및 알림 시스템을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 위해 본 발명은 전면에 도어가 형성된 밀폐구조의 몸체를 구비하는 배전반의 화재 감지 및 알림 시스템에 있어서, 인입 전선에 설치되는 전압센서 및 전류센서와, 상기 몸체 내부를 측정하는 온도센서와 습도센서와 연기센서와 이산화탄소센서를 구비하되, 이들로부터의 측정값을 수집하여 무선방식으로 전송하는 제1통신부를 구비한 통합감지부; 상기 통합감지부의 측정값을 모니터링하여 상태정보를 생성하되, 화재 및 누전을 포함하는 이상상태를 판단함에 따른 경보신호를 생성하는 경보부; 상기 도어 외측에 설치되며 상기 통합감지부를 통해 전송된 측정값 및 상기 상태정보를 출력하는 디스플레이부; 상기 경보부의 경보신호 발생에 따라 상기 인입 전선으로부터 공급되는 전원을 차단하는 차단부; 상기 통합감지부를 통해 전송된 측정값 및 상기 상태정보를 취합하여 네트워크 케이블을 통해 전송하는 중계부; 상기 중계부를 통해 전송된 측정값 및 상태정보를 시간에 따라 저장하는 저장부와, 지정된 단말기와 통신하며 상기 저장부에 저장된 측정값 및 상태정보를 전송하는 제2통신부를 구비하는 관제서버; 로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이때 상기 몸체는, 제어신호 및 키를 통해 상기 도어를 잠금 및 해제 가능하되 상기 경보부의 화재 판단에 따라 상기 도어를 잠그는 잠금장치와, 별도의 비상전원을 상기 통합감지부와 경보부와 디스플레이부와 중계부와 잠금장치에 공급할 수 있는 비상전원부를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 몸체는 한쪽과 다른 쪽 벽면에 각각 통기공이 형성되고, 각 통기공에는 각각 외기의 인입 및 내기의 배출을 위한 통풍팬과, 상기 통기공을 여닫을 수 있는 밀폐커버와, 상기 밀폐커버가 닫히도록 작용하는 탄성체와, 전원공급에 따라 상기 탄성체의 작용력을 넘어 상기 밀폐커버 개방상태를 유지하는 솔레노이드가 설치될 수 있다.

또한, 상기 경보부는 화재 판단에 따라 상기 통풍팬 및 솔레노이드의 전원을 차단하되 상기 온도센서와 연기센서 및 이산화탄소센서의 측정값을 모니터링 후 설정된 패턴을 나타냄에 따라 상기 잠금장치를 해제하도록 구성될 수 있다.

본 발명은 전류 및 전압, 온·습도, 연기, 이산화탄소 등의 감지기능이 결합된 하이브리드 센싱 모듈을 적용하고 디지털 소형 디스플레이를 통해 제작하여 배선과 부품을 최소화하여 안정성 향상 및 유지보수비용 및 제작시간을 최소화할 수 있으며, 이를 통해 배전반의 화재 및 감전사고를 방지하고 사고발생시 확장을 효과적으로 막을 수 있다.

도 1은 본 발명의 시스템 구성도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배전반의 형태를 나타낸 사시도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 구성 및 연결관계를 나타낸 블록도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 배전반의 구조를 나타낸 부분단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명 배전반 화재 감지 및 알림 시스템의 구성을 구체적으로 설명한다.

도 1은 본 발명의 시스템 구성도, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배전반의 형태를 나타낸 사시도이다. 본 발명은 기본적으로 전면에 도어(101)가 형성된 밀폐구조의 몸체(100)를 구비하는 배전반의 상태를 모니터링하게 되며 특히 화재와 같은 사고를 감지 및 알림이 이루어지도록 한다.

이러한 배전반은 기본적으로 다양한 장소에 설치되어 부하의 운전 등을 위해 스위치, 계기, 릴레이(계전기) 등을 넣어 관리하며, 본 발명에서는 상용의 모든 타입의 수배전반에 적용 가능하다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 구성 및 연결관계를 나타낸 블록도로서, 본 발명에서 상기 배전반 몸체(100)에는 통합감지부(110)와, 경보부(120)와, 디스플레이부(130)와, 차단부(140)와, 중계부(150)가 구비된다.

상기 통합감지부(110)는 기본적으로 배전반의 인입 전선에 설치되어 각각 전압 및 전류를 측정하는 전압센서(111) 및 전류센서(112)를 비롯하여 상기 몸체(100) 내부의 이상상태, 특히 화재상황이나 누전 가능성을 감지할 수 있는 측정센서로 온도센서(113)와 습도센서(114)와 연기센서(115)와 이산화탄소센서(116)를 구비한다.

즉 상기 통합감지부(110)는 기존 아날로그 방식의 배선을 연결하는 방식이 아닌 전압 및 전류, 온·습도, 연기, 이산화탄소를 모두 검출할 수 있도록 단일 모듈로 이루어지게 된다.

수배전반 제작은 모든 과정이 수요자의 주문에 의한 주문방식으로 모두 수작업으로 제작되는 상황에서 기존 아날로그 방식은 각각의 도어에 디지털보호계전기 등을 장착하여 사용하고 있으며 데이터 값을 받기 위해 반드시 CT 및 PT를 비롯한 센서 배선 작업을 계전기까지 직접 연결해야만 했다.

반면 본 발명에서는 각각의 초소형 센서를 탑재한 모듈로부터 모든 측정값을 수집하여 무선방식으로 전송하는 제1통신부(117)를 구비함에 따라 배선과 부품을 최소화하여 안정성 향상 및 유지보수비용 및 제작시간을 최소화할 수 있다.

상기 경보부(120)는 상기 통합감지부(110)의 측정값을 RS-485 통신 등을 통해 수신하여 모니터링하는 구성으로, 수집된 측정값을 통해 상태정보를 생성하게 된다. 이때 상기 통합감지부(110)의 각각의 센서, 즉 전압센서(111) 및 전류센서(112)와, 온도센서(113)와 습도센서(114)와 연기센서(115)와 이산화탄소센서(116)의 측정값에 대한 정상범위가 설정되고, 정상범위를 벗어난 상태에서 특정 패턴이 확인됨에 따라 화재 및 누전을 포함하는 배전반의 각종 이상상태를 판단할 수 있으며, 이러한 이상상태로 판단함에 따른 경보신호를 생성하게 된다.

일례로 상기 전압센서(111)를 통해 인입 전선으로부터 전력이 양호하게 공급되고 있는지 파악이 가능하며, 전류센서(112)를 통해 과부하나 합선 등으로 인한 과전류의 확인인 가능하다. 또한, 상기 온도센서(113)를 통해서 과전류 등으로 인한 몸체 내부 온도상승을 비롯하여 화재상황을 판단할 수 있으며, 상기 습도센서(114)를 통해 수분으로 인한 누전 발생 가능성을 사전에 인지할 수 있다. 상기 연기센서(115) 및 이산화탄소센서(116)는 배전반 화재를 감시하기 위한 용도로 연기센서(115)를 통해 화재 초기 빠른 감지와 더불어 이산화탄소센서(116)를 통해 화재상황을 정확하게 판별하며 밀폐된 상태에서의 진화 여부의 확인도 이루어질 수 있다.

상기 디스플레이부(130)는 상기 도어(101) 외측에 설치되며 상기 통합감지부(110)를 통해 전송된 측정값 및 상기 상태정보를 출력하는 구성으로, 배전반의 상태와 차단부(140)의 동작을 쉽게 감시할 수 있다. 앞서 언급한 바와 같이 배선작업의 간편성을 비롯하여 설비의 간소화 및 공간 확보에 용이하도록 설치된다.

더불어 배전반용 전압·전류 센서모듈의 알고리즘 및 로직 기능으로 신뢰성을 향상시킬 수 있으며, 정전에도 작동 가능하도록 동작 전원은 정류기반의 DC 110V 전원 사용할 수 있도록 한다. 또한, 본 발명에 따른 모니터링 및 제어동작의 자동/수동 모드 확인 표시, 차단기 투입 위치 및 전원 가용 여부 확인 표시, 현장 관리자 유지 보수를 위한 차단기 정보 표시 기능을 제공하며 상용 라인의 PT값 및 CT값에 대한 감지결과를 표시할 수 있다.

상기 차단부(140)는 상기 경보부의 경보신호 발생에 따라 상기 인입 전선으로부터 공급되는 전원을 차단하기 위한 차단스위치의 구성이다. 기본적으로 과전류 상황에서 부하로 공급되는 전원을 자동으로 차단하는 기능을 갖는 가운데 경보신호가 발생함에 따라 전원을 차단하며 부하의 손상 및 2차 피해를 방지 내지는 최소화할 수 있다.

또한, 공장과 같은 대형 시설에서는 한 공간에 다수의 배전반을 설치하여 관리가 이루어지는 상황에서 이들의 통합관리를 위해 관제서버가 구비됨에 따라 상기 중계부(150)는 상기 통합감지부(110)를 통해 전송된 측정값 및 상기 상태정보를 취합하여 네트워크 케이블을 통해 상기 관제서버로 전송하게 된다. 상기 중계부(150)는 다양한 통신모듈을 적용할 수 있으나 Ethernet 통신을 기반으로 하는 범용통신방식을 채택하는 것이 바람직하다.

상기 관제서버(200)는 상기 중계부를 통해 전송된 측정값 및 상태정보를 시간에 따라 저장하는 저장부(210)를 구비하여 다수의 배전반에 대한 동시 상태 모니터링과 사고 발생시 상태 추적이 이루어질 수 있으며, 지정된 단말기(300)와 통신하며 상기 저장부에 저장된 측정값 및 상태정보를 전송하는 제2통신부(220)를 구비하며 원격의 관리자가 실시간으로 단말기에 설치된 모바일 앱을 통해 모니터링 및 관리가 이루어질 수 있다.

본 발명에서 상기 몸체(100)에는 제어신호 및 키를 통해 상기 도어(101)를 잠금 및 해제 가능하되 상기 경보부(120)의 화재 판단에 따라 상기 도어(101)를 내부에서 잠그는 잠금장치(103)가 마련된다. 이러한 잠금장치(103)는 기본적으로 관리자 이외 허가되지 않은 사람이 배전반을 함부로 열지 못하게 하는 보안을 위한 구성으로 관리자가 소지한 키를 통해 도어(101)를 개방할 수 있는 자물쇠 등으로 이루어질 수 있다.

본 발명에서는 이에 더하여 전자적인 잠금장치(103)로 도어(101)의 내부에 설치되며 입력되는 제어신호에 따라 도어(101)의 잠금 및 해제가 이루어질 수 있도록 구성하되 비상시 관리자가 소지한 키를 통해 개방할 경우 기계적인 해제가 가능하도록 구성하게 된다.

더불어 앞서 언급한 바와 같이 정전, 즉 주 전원 차단시 상기 디스플레이부(130)를 비롯한 경보부(120)의 정상적인 기능을 지원할 수 있도록 비상전원부(104)를 구비하게 된다. 상기 비상전원부(104)는 상용의 주 전원이 끊어지더라도 별도의 비상전원을 상기 통합감지부(110)와 경보부(120)와 디스플레이부(130)와 중계부(150)와 잠금장치(103)에 공급할 수 있도록 구성되며, 평상시 상용 전력을 공급받는 상태에서 정전시 비상발전기나 무정전시스템 등과 같은 외부의 비상전력계통으로부터 전원을 전환공급 받을 수 있도록 하거나 별도의 배터리로 구성되어 상시 충전이 이루어지는 상태에서 주 전원 차단시 비상전원을 공급하도록 구성할 수 있다.

이때 상기 통합감지부(110)와 경보부(120)와 디스플레이부(130)와 중계부(150)와 잠금장치(103)는 직류전원을 공급받게 되므로 비상전원부가 직류전원을 공급하는 경우에는 관계없으나 교류 전원이 공급될 경우 이를 직류전원으로의 변환을 위한 전원 변환회로를 구비되어야 함은 자명하다.

상기 몸체(100)는 한쪽과 다른 쪽 벽면에 각각 통기공(102)이 형성되고, 각 통기공(102)에는 각각 외기의 인입 및 내기의 배출을 위한 통풍팬(105)이 구비되어 몸체(100) 내부에서 발생하는 열기를 비롯하여 습기를 배출하는 등의 통기가 이루어질 수 있도록 하여 고온으로 인한 회로의 보호와 더불어 내외부 온도차로 인한 결로 등을 방지하도록 한다.

이러한 통기공(102) 및 통풍팬(105)의 구조는 배전반의 양호한 성능유지에 도움을 주나 내부 화재발생시 산소공급을 원활하게 하여 피해를 키울 수 있음에 따라 본 발명에서는 상기 통기공(102)을 여닫을 수 있는 밀폐커버(106)를 구비한다.

상기 밀폐커버(106)는 상시 통기공(102)을 개방한 상태를 유지하면 통기 작용이 원활하도록 하나 내부 화재 발생시 닫혀 밀폐구조의 몸체(100) 내부로의 산소공급을 차단하여 화재가 확산되지 않도록 한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 배전반의 구조를 나타낸 부분단면도로서, 이를 위해 상기 밀폐커버(106)가 닫히도록 작용하는 탄성체(107) 즉 스프링과, 전원공급에 따라 상기 탄성체(107)의 작용력을 넘어 상기 밀폐커버(106) 개방상태를 유지하는 솔레노이드(108)가 설치된다.

즉 평상시 상기 솔레노이드(108)에 전원이 공급됨에 따라 밀폐커버(106)가 통기공(102)을 개방하게 되며, 화재발생시 상기 솔레노이드(108)에 전원 공급이 차단되어 상기 탄성체(107)의 작용력에 의해 밀폐커버(106)가 통기공(102)을 닫아 몸체(100) 내부가 밀폐된다.

이를 위해 상기 경보부(120)는 화재 판단에 따라 상기 통풍팬(105) 및 솔레노이드(108)의 전원을 차단하여 상기 밀폐커버(106)가 통기공(102)을 막아 몸체(100) 내부의 밀폐상태를 유지하여 화재 확산을 방지하게 된다.

이때 내부 화재가 진화되지 않은 상태에서 도어(101)를 개방할 경우 급작스런 산소 공급으로 인한 역화 현상 등으로 피해가 커질 수 있으므로, 이후 상기 경보부(120)는 온도센서(113)와 연기센서(115) 및 이산화탄소센서(116)의 측정값을 모니터링 후 설정된 패턴, 즉 더는 화재가 확산하지 않고 진화된 상태로 판단됨에 따라 비로소 상기 잠금장치(103)를 해제하여 도어(101)를 개방 가능하도록 구성된다.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시 예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

100: 몸체 101: 도어
102: 통기공 103: 잠금장치
104: 비상전원부 105: 통풍팬
106: 밀폐커버 107: 탄성체
108: 솔레노이드 110: 통합감지부
111: 전압센서 112: 전류센서
113: 온도센서 114: 습도센서
115: 연기센서 116: 이산화탄소센서
117: 제1통신부 120: 경보부
130: 디스플레이부 140: 차단부
150: 중계부 200: 관제서버
210: 저장부 220: 제2통신부
300: 단말기

Claims (4)

1. 전면에 도어(101)와, 한쪽과 다른 쪽 벽면에 각각 통기공(102)이 형성된 밀폐구조의 몸체(100)를 구비하는 배전반의 화재 감지 및 알림 시스템에 있어서,
   인입 전선에 설치되는 전압센서(111) 및 전류센서(112)와, 상기 몸체(100) 내부를 측정하는 온도센서(113)와 습도센서(114)와 연기센서(115)와 이산화탄소센서(116)를 구비하되, 이들로부터의 측정값을 수집하여 무선방식으로 전송하는 제1통신부(117)를 구비한 통합감지부(110);
   상기 통합감지부(110)의 측정값을 모니터링하여 상태정보를 생성하되, 화재 및 누전을 포함하는 이상상태를 판단함에 따른 경보신호를 생성하는 경보부(120);
   상기 도어(101) 외측에 설치되며 상기 통합감지부(110)를 통해 전송된 측정값 및 상기 상태정보를 출력하는 디스플레이부(130);
   상기 경보부(120)의 경보신호 발생에 따라 상기 인입 전선으로부터 공급되는 전원을 차단하는 차단부(140);
   상기 통합감지부(110)를 통해 전송된 측정값 및 상기 상태정보를 취합하여 네트워크 케이블을 통해 전송하는 중계부(150);
   상기 중계부(150)를 통해 전송된 측정값 및 상태정보를 시간에 따라 저장하는 저장부(210)와, 지정된 단말기와 통신하며 상기 저장부(210)에 저장된 측정값 및 상태정보를 전송하는 제2통신부(220)를 구비하는 관제서버(200); 로 이루어지되,
   상기 몸체(100)는, 제어신호 및 키를 통해 상기 도어(101)를 잠금 및 해제 가능하되 상기 경보부(120)의 화재 판단에 따라 상기 도어(101)를 잠그는 전자적인 잠금장치(103)와, 별도의 비상전원을 상기 통합감지부(110)와 경보부(120)와 디스플레이부(130)와 중계부(150)와 잠금장치(103)에 공급할 수 있는 비상전원부(104)를 더 포함하거,
   각 통기공(102)에는 각각 외기의 인입 및 내기의 배출을 위한 통풍팬(105)과, 상기 통기공(102)을 여닫을 수 있는 밀폐커버(106)와, 상기 몸체(100) 내부의 밀폐상태를 유지하도록 상기 밀폐커버(106)가 닫히도록 작용하는 탄성체(107)와, 전원공급에 따라 상기 탄성체(107)의 작용력을 넘어 상기 밀폐커버(106) 개방상태를 유지하는 솔레노이드(108)가 설치되며,
   상기 경보부(120)는 화재 판단에 따라 상기 통풍팬(105) 및 솔레노이드(108)의 전원을 차단하되 상기 온도센서(113)와 연기센서(115) 및 이산화탄소센서(116)의 측정값을 모니터링 후 진화된 상태로 판단됨에 따라 상기 잠금장치(103)를 해제하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배전반 화재 감지 및 알림 시스템.
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