KR102031752B1 - 복합 화재 감시 및 진단 기능을 갖는 감지 모듈을 구비한 수배전반 - Google Patents

복합 화재 감시 및 진단 기능을 갖는 감지 모듈을 구비한 수배전반 Download PDF

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이승희
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전승헌
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Abstract

본 발명은 지진 및 화재로 인한 사고를 미연에 방지하도록 한 복합 화재 감시 및 진단 기능을 갖는 감지 모듈을 구비한 수배전반에 관한 것으로서, 전력설비를 내장한 외함 케이스의 내부에 구성되어 상기 전력 설비에서 발생한 불꽃, 온도, 연기를 감지하고 그 결과를 분석하여 화재 발생의 유무를 판단하여 제어함과 더불어 상기 외함 케이스의 내부를 조명하는 내부 조명등이 부착된 감지 모듈과, 상기 외함 케이스의 전면 상단에 상기 감지 모듈을 통해 판단된 화재 발생의 정도에 따라 외부에서 관리자가 확인 가능하도록 점멸 또는 발광하는 표시등을 포함하고, 상기 감지 모듈은 상기 외함 케이스 내부 주위 온도 및 습도를 검출하는 제 1 온도 검출부와, 상기 연기 농도를 측정하는 연기 감지부와, 상기 외함 케이스의 내부 온도, 불꽃 온도 및 불꽃을 감지하는 제 2 온도 검출부와, 상기 온도, 연기 농도, 불꽃에 대한 정보를 전달받아 분석 및 예측하여 화재의 발생의 유무를 판단하여 경보 발생 신호 및 상기 표시등의 점등 신호를 출력하는 제어부와, 상기 제어부에서 상기 불꽃에 대한 분석 및 예측할 때 상기 불꽃에 대한 주파수 시작점을 검출하여 검출오차를 방지하는 오동작 방지용 레퍼런스 검출부를 포함하여 이루어진다.

Description

복합 화재 감시 및 진단 기능을 갖는 감지 모듈을 구비한 수배전반{Electric Panel with Sensing Module Having Complex Fire Monitoring and Diagonostics}
본 발명은 수배전반에 관한 것으로, 특히 수배전반의 내부에서 발생하는 화재를 포함하여 지진발생의 여부 및 활선부의 상태 진단을 통해 외부에서 확인이 가능하도록 하여 지진 및 화재로 인한 사고를 미연에 방지하도록 한 복합 화재 감시 및 진단 기능을 갖는 감지 모듈을 구비한 수배전반에 관한 것이다.
일반적으로 수배전반은 전력 공급원과 연결된 모선으로부터의 전력을 부하 또는 다른 수배전반에 분배하는 역할을 하며, 이를 위해 수배전반에는 모선으로부터의 전력을 부하 또는 다른 수배전반에 적합한 전압으로 변압하는 변압기를 포함하여 구성된다. 여기서 전력공급원은 한국전력과 같은 전력계통을 운영하는 상용 전력원 또는 각종 발전 시스템, 축전 시스템으로 구성된 독립전원일 수 있다.
통상 이러한 수배전반은 큰 전력이 통전되기 때문에 전력량에 따라 활선부의 발열 정도가 달라지며, 경우에 따라서는 정상동작 범위를 벗어나는 온도까지 상승되기도 한다.
이와 같이 활선부의 온도가 과도하게 상승하는 경우 활선부의 통전 효율이 저하되고 이를 원인으로 하여 온도가 더욱 상승하거나, 경우에 따라서는 활선부의 절단, 소손 또는 열화가 발생되어 정전이 발생하기도 한다.
특히, 최근의 수배전반은 내부 활선부를 구성하는 장치들의 용이한 구성 및 배치를 위해 다양한 형태의 격벽을 가지는 프레임으로 구성되는데 이러한 격벽들이 내부 환기 효율을 저하시켜 온도상승에 따른 문제점이 가중되고 있다.
또한, 수배전반의 메인 및 서브 차단기, 메인 및 분기 부스바 및 케이스 내부의 이물질 누적, 차단기 노후화, 부스바의 노후화, 부스바간 연결부위 또는 부스바와 차단기의 연결부위의 부정확한 연결, 부하의 증가 및 이로 인한 활선부의 과열, 활선부 또는 연결부위에서 발생하는 아크의 발생이 수배전반의 손상, 열화의 주된 원인이 되고 있다.
이 때문에 기존에는 아크 검출기를 이용하여 아크의 발생만을 확인함으로 인해 아크가 발생하지 않는 상태의 과열 및 열화는 감지가 곤란하여, 이로 인한 수배전반의 고장이 발생하는 문제점이 있었다.
또한, 활선부의 온도를 감지하여 과열 및 열화를 감지하는 경우에는 활선부와의 절연이 필요해지고, 측정하고자 하는 대상이 많아질수록 수배전반 내부의 구성이 복잡해져서 이로 인한 합선, 누전과 같은 소손이 발생하는 문제점이 있었다.
(특허문헌 1) 등록특허공보 제10-1149520호
(특허문헌 2) 공개특허공보 제10-2003-0064548호
(특허문헌 3) 등록특허공보 제10-1021628호
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로 수배전반의 내부에서 발생하는 화재를 포함하여 지진발생의 여부 및 활선부의 상태 진단을 통해 외부에서 확인이 가능하도록 하여 지진 및 화재로 인한 사고를 미연에 방지하도록 한 복합 화재 감시 및 진단 기능을 갖는 감지 모듈을 구비한 수배전반을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 수배전반 내부에는 대류현상이 발생하지 않기 때문에 감지 모듈에 흡입부를 설치하여 일정 주기로 구동하게 함으로써 수배전반 내부의 이산화탄소 및 일산화탄소 등의 연기를 강제적으로 연기의 흐름을 유도하여 각종 가스를 흡입하여 측정함과 더불어 흡입량을 조절하여 보다 신속하게 화재를 검출할 수 있도록 한 복합 화재 감시 및 진단 기능을 갖는 감지 모듈을 구비한 수배전반을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 불꽃 감지를 위한 검출부의 오동작을 방지하기 위해 레퍼런스 검출부를 구비하여 각 검출부에 대한 인체, 복사열 파장에 따른 오동작 발생을 방지하도록 한 복합 화재 감시 및 진단 기능을 갖는 감지 모듈을 구비한 수배전반을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 복합 화재 감시 및 진단 기능을 갖는 감지 모듈을 구비한 수배전반은 전력설비를 내장한 외함 케이스의 내부에 구성되어 상기 전력 설비에서 발생한 불꽃, 온도, 연기를 감지하고 그 결과를 분석하여 화재 발생의 유무를 판단하여 제어함과 더불어 상기 외함 케이스의 내부를 조명하는 내부 조명등이 부착된 감지 모듈과, 상기 외함 케이스의 전면 상단에 상기 감지 모듈을 통해 판단된 화재 발생의 정도에 따라 외부에서 관리자가 확인 가능하도록 점멸 또는 발광하는 표시등을 포함하고, 상기 감지 모듈은 상기 외함 케이스 내부 주위 온도 및 습도를 검출하는 제 1 온도 검출부와, 상기 연기 농도를 측정하는 연기 감지부와, 상기 외함 케이스의 내부 온도, 불꽃 온도 및 불꽃을 감지하는 제 2 온도 검출부와, 상기 온도, 연기 농도, 불꽃에 대한 정보를 전달받아 분석 및 예측하여 화재의 발생의 유무를 판단하여 경보 발생 신호 및 상기 표시등의 점등 신호를 출력하는 제어부와, 상기 제어부에서 상기 불꽃에 대한 분석 및 예측할 때 상기 불꽃에 대한 주파수 시작점을 검출하여 검출오차를 방지하는 오동작 방지용 레퍼런스 검출부를 포함하여 이루어지고, 상기 감지 모듈은 본체의 일측과 타측면에 각각 구성되어 상기 연기의 흡입 및 배출을 위한 연기 흡입구 및 연기 배출구와, 상기 연기 흡입구를 통해 연기를 흡입하기 위해 일정 주기로 구동하는 나선형의 흡입팬과, 상기 흡입팬의 구동에 의해 흡입된 연기를 유도하여 가둬두는 내부공간을 구비하고, 상기 내부공간에 유입된 연기의 역류 방지하기 위해 상기 연기 배출구에는 연기역류 방지부를 포함하여 구성된 흡입부를 구비하며, 상기 흡입부의 연기 흡입구와 배출구는 각각 격자 패턴 구조로 이루어져 내부로 유입된 연기의 유출을 방지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 의한 복합 화재 감시 및 진단 기능을 갖는 감지 모듈을 구비한 수배전반은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 수배전반의 내부에서 발생하는 화재를 포함하여 지진발생의 여부 및 활선부의 상태 진단에 따라 경보 발생 및 시각으로 디스플레이 가능한 표시부와 연동하여 지진 및 화재로 인한 안전 사고를 미연에 방지할 수 있다.
둘째, 수배전반 내부에는 대류현상이 발생하지 않기 때문에 감지 모듈에 흡입부를 설치하여 일정 주기로 구동하게 함으로써 수배전반 내부의 CO 및 CO2 등의 연기를 강제로 흡입함과 더불어 흡입량을 조절하여 보다 신속하게 CO, CO2, 가스연기를 검출할 수 있다.
셋째, 불꽃 감지를 위한 검출부의 오동작을 방지하기 위해 레퍼런스 검출부를 구비하여 각 검출부에 대한 인체, 복사열 파장에 따른 오동작 발생을 방지할 수 있다.
넷째, 감지 모듈과 분리되면서 감지 모듈로부터 제어신호를 받아 외부에서 확인이 가능하도록 점등 또는 점멸 구동하는 표시등을 구성함으로써 지진이나 화재를 보다 신속하게 디스플레이할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 복합 화재 감시 및 진단 기능을 갖는 감지 모듈을 구비한 수배전반의 외함을 개략적으로 도시한 예시도
도 2는 도 1의 수배전반 내부 구성 및 배치를 도시한 예시도
도 3은 도 1의 감지 모듈의 구성을 나타낸 구성도
도 4는 계절별 온도변화에 따른 화재 판단 알고리즘을 통해 판단한 결과를 나타낸 그래프
도 5는 본 발명에 의한 복합 화재 감시 및 진단 기능을 갖는 감지 모듈을 구비한 수배전반에서 불꽃감지 능력 향상 및 주파수 분석 특성을 나타낸 그래프
도 6은 불꽃 감지 성능 향상 및 주파수 분석 판단 기술에 따른 결과를 나타낸 도면
도 7은 본 발명에 의한 복합 화재 감시 및 진단 기능을 갖는 감지 모듈을 구비한 수배전반에서 감지 모듈과 복합화재 판단부를 분리하여 구성한 예를 나타낸 도면
도 8은 본 발명에 의한 복합 화재 감시 및 진단 기능을 갖는 감지 모듈을 구비한 수배전반에서 표시등을 통해 표시되는 색상을 나타낸 도면
도 9 및 도 10은 도 3의 감지 모듈을 개략적으로 나타낸 구성도
도 11은 도 9의 흡입배관의 내부 격자 구조를 나타낸 도면
도 12는 도 11의 흡입팬 장착부에 장착된 흡입부를 개략적으로 나타낸 평면도
도 13은 도 12의 흡입부를 분해한 분해 사시도
도 14는 본 발명에 의한 복합 화재 감시 및 진단 기능을 갖는 감지 모듈을 구비한 수배전반에서 감지 모듈의 제어부를 개략적으로 나타낸 구성도
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명하기로 한다. 첨부된 도면들에서 구성에 표기된 도면번호는 다른 도면에서도 동일한 구성을 표기할 때에 가능한 한 동일한 도면번호를 사용하고 있음에 유의해야 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지의 기능 또는 공지의 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고 도면에 제시된 어떤 특징들은 설명의 용이함을 위해 확대 또는 축소 또는 단순화된 것이고, 도면 및 그 구성요소들이 반드시 적절한 비율로 도시되어 있지는 않다. 그러나 당업자라면 이러한 상세 사항들을 쉽게 이해할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 복합 화재 감시 및 진단 기능을 갖는 감지 모듈을 구비한 수배전반의 외함을 개략적으로 도시한 예시도이고, 도 2는 도 1의 수배전반 내부 구성 및 배치를 도시한 예시도이다.
본 발명에 의한 복합 화재 감시 및 진단 기능을 갖는 감지 모듈을 구비한 수배전반은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 폐쇄형 박스 형태의 외함으로 외부와 격리하고, 각종 장치를 설치하는데 이용한다. 이러한 수배전반은 외함 케이스(10)에 내부를 확인할 수 있는 투시창(13)과, 내부와 외부를 연결할 수 있는 단자함(14) 및 상기 외함 케이스(10)의 내부에는 상기 각종 장치의 상태 확인 및 지진, 화재 발생을 감지하고 그 결과를 분석하여 외부로 송출하는 감지 모듈(300)이 구비되어 있고, 상기 외함 케이스(10)의 전면 상단에는 상기 감지 모듈(300)을 통해 감지된 결과에 따라 외부의 작업자나 관리자가 확인 가능하도록 점등 또는 점멸 구동하는 표시등(310)이 설치되고 상기 감지 모듈(300)의 전면 또는 후면에 장착되어 상기 외함 케이스(10)의 도어를 오픈할 때 내부를 조명하는 내부 조명등(320)을 구비한다.
여기서, 상기 감지 모듈(300)에 대해서는 하기의 도면 및 설명을 통해 좀 더 상세히 설명하기로 한다.
한편, 본 발명은 수배전반을 하나의 실시예로 설명하고 있지만 이외에 분전반, 모터제어반, 태양광 접속반, ESS와 동등 또는 유사한 설비에 적용이 가능하며, 본 발명에서는 수배전반에 적용된 예를 실시예로하여 설명을 진행하기로 한다.
이러한 상기 외함 케이스(10)의 일측면에는 도어(12)가 형성되어, 정비, 점검시 내부로 작업자가 진입하거나 내부 구성물을 직접 접할 수 있도록 구성된다.
그리고, 상기 외함 케이스(10) 내부에는 개폐기, 퓨즈, 변압기와 같은 배전을 위한 장치들이 설치된다. 구체적으로 모선이 상기 외함 케이스(10) 내부의 고장구간 자동개폐기(50)를 거쳐 퓨즈(60)에 연결되고, 계기용변성기(70)를 거쳐 변압기(80)에 연결된다. 그리고, 상기 변압기(80)를 통해 변압된 전력은 차단기(90)를 거쳐 부하측과 연결된다.
이러한 자동개폐기(50), 퓨즈(60), 계기용변성기(70), 변압기(80) 및 차단기(90)는 부스바(또는 버스바, busbar: 98) 또는 전력케이블(99)에 의해 상호 연결된다. 상기 부스바(98)와 전력케이블(99)(여기서, 이하에서는 부스바와 전력케이블을 '전력선'으로 통칭하기로 한다)은 수변전 설비가 정상동작 하는 동안 고전압이 도통(또는 충전)된 상태로 유지된다.
그리고, 상기 외함 케이스(10)는 내부에 자동개폐기(50), 퓨즈(60), 계기용변성기(70), 변압기(80) 및 차단기(90)와 부하측 배전장치의 설치를 위해 복수의 격실(95)을 구획하는 격벽(96)을 복수로 구비한다.
아울러, 상기 외함 케이스(10) 특히, 사용자 또는 관리자에 의해 확인이 용이한 내부 도어(12) 측에는 화재 감시, 판단 및 차단을 위한 감지 모듈(300)이 설치된다.
또한, 상기 감지 모듈(300)과 연동하여 상기 도어(12) 또는 외함 케이스(10)의 외측에는 표시등(320)이 부착되어 있다. 이때 상기 표시등(320)은 상기 감지 모듈(300)과 일체형 또는 분리형으로 구성될 수도 있다.
도 3은 도 1의 감지 모듈의 구성을 나타낸 구성도이다.
상기 감지 모듈(300)은 도 3에 도시된 바와 같이, 외함 케이스(10) 내부의 주위온도 및 습도를 실시간으로 검출하는 제 1 온도 검출부(331)와, 상기 외함 케이스(10)의 X, Y, Z축의 진동을 감지하여 지진 발생 유무를 감지하는 지진 검출부(332)와, 상기 외함 케이스(10) 내부의 연기에 포함된 CO, CO2, C2H4, HCL의 농도를 검출하는 연기 감지부(333)와, 상기 외함 케이스(10)의 내부 온도, 불꽃 온도 및 불꽃을 감지하는 제 2 온도 검출부(334), 상기 외함 케이스(10) 내부의 N-E 전압 및 전류, 부하 불평형율, 고조파, 3상전력, 역률을 감시하는 전력 감시부(335)와, 상기 연기 감지부(333)에서 연기의 검출이 용이하도록 흡입량 조절이 가능하고 유입구와 유출구에 각각 격자 패턴을 구조를 갖으면 일정주기로 가동되는 흡입부(336)과, 상기 온도, CO, CO2, C2H4, HCL 농도, 불꽃에 대한 정보를 전달받아 분석 및 예측하여 화재의 발생의 유무를 판단하여 경보 발생 신호 및 상기 표시등(310)의 점등 신호를 출력하는 제어부(337)와, 상기 제어부(337)의 경보 발생 신호를 전달받아 경보음을 발생하는 경보부(338)와, 상기 외함 케이스(10)의 도어가 오픈했을 때 상기 제어부(337)의 제어를 받아 실내를 조명하는 내부 점검등(339)과, 상기 제어부(337)의 판단 결과에 따라 지진 감도, 지진 및 화재레벨, 차단기 트립수준, 차단요소를 디스플레이하는 디스플레이부(LCD)(340)와, 상기 제어부(337)에서 상기 불꽃에 대한 분석 및 예측할 때 상기 불꽃에 대한 주파수 시작점을 검출하여 검출오차를 방지하는 오동작 방지용 레퍼런스 검출부(341)를 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 감지 모듈(300)은 상기 외함 케이스(10) 내측에 부착 및 고정되고 상기 제어부(337)의 램프 구동 신호를 받아 화재 또는 지진이 발생하였을 때 점멸 발광하는 표시등(310)이 상기 감지 모듈(300)과는 분리 또는 일체형으로 구성되어 있다.
여기서, 상기 표시등(310)은 외부로 발광 또는 점멸하면서 디스플레이되는 램프이고, 상기 내부 점검등(339)은 도어(12)를 OPEN 했을 때 주변에서 인체가 감지되는 경우에 외함 케이스(10)의 내부를 조명하는 역할을 한다. 즉, 상기 감지 모듈(300)에는 작업자의 인체 유무를 감지하기 위해 전면에 인체 감지센서(342)가 부착되어 있다. 상기 인체 감지센서(342)의 인체 감지 유무에 따라 상기 제어부(337)는 상기 내부 점검등(339)의 발광을 제어한다.
한편, 상기 인체 감지센서(342)는 대류에 대한 온도 변화를 감지하여 제 2 온도 검출부(334)의 오동작을 방지할 수도 있다.
상기 제 1 온도 검출부(331)는 상기 외함 케이스(10)의 내부 온도뿐만 아니라 주위의 온도와 습도를 실시간으로 측정한다. 화재가 발생했을 때 온도가 상승하거나 습도가 내려가는 것을 특정하여 화재 발생 유무를 검출하는데, 온도 및 습도에 따라 편차 발생 및 이를 보정하기 위하여 온습도 센서를 적용한다.
상기 제 2 온도 검출부(334)는 비접촉식으로 온도를 검출할 수 있다.
상기 지진 검출부(332)는 상기 외함 케이스(10)의 주변에서 발생되는 진동이나 흔들림을 감지하기 위해 자이로센서 및 가속도 센서를 일체형으로 구성하고, 상기 감지 모듈(300)은 밧데리(도시되지 않음)를 탑재하고 있다. 상기 밧데리를 탑재함으로써 상용전원이 공급되지 않더라도 비상전원으로 사용하여 1시간동안 비상상황을 구현할 수가 있다.
상기 지진 검출부(332)는 기울기의 수평을 자동으로 맞출 수 있는 기능을 포함한다. 즉, 상기 지진 검출부(332)는 영점 조정을 자동으로 맞출 수 있다.
한편, 상기 지진 검출부(332)는 본 발명의 실시예에서는 자이로센서 및 가속도 센서를 일체형으로 구성하는 것을 설명하고 있지만, 이에 한정하지 않고 자이로 센서와 가속도 센서를 분리형으로 구성하거나 가속도 센서 하나만을 사용할 수도 있다.
상기 지진 검출부(332)는 별도의 기울기 셋팅을 진행하지 않고 알고리즘을 탑재하여 수배전반을 설치했을 때 제품의 가동시 일정 시간동안 현재의 값을 인지하고 자동 기울기를 설정하고 P파와 S파를 측정을 통해 지진의 레벨을 표현할 수 있다.
상기 흡입부(336)는 연기의 흐름을 위해 주기적으로 구동하여 외함 케이스(10) 내부에서 발생하는 연기를 흡입하여 연기 내에 포함된 CO, CO2, C2H4, HCL의 농도를 검출하는데, 평상시보다 연기의 농도가 상승할 경우에 흡입력을 자동으로 향상시켜 현재의 상태를 감시, 판단, 예측력을 보다 형상시킬 수 있도록 한다.
상기 연기 감지부(333)는 연기에 포함된 CO, CO2, C2H4, HCL 중에서 적어도 어느 하나의 가스를 검출하고, 이외에도 연기에 포함된 다른 가스의 농도도 검출할 수 있다.
한편, 본 발명에 의한 수배전반의 설치시 설치된 곳의 기본 연기 농도, 온도, 주변 상태를 일정시간 동안 감시하고 가중 이동 평균법에 의한 설치장소의 기준값을 셋팅한다. 이때 상기 기준값은 절대값 셋팅이 아닌 설치 장소의 평상시 상태를 데이터화하여 기준값으로 저장한다.
상기 감지 모듈(300)은 상기 제어부(337)에 전달된 CO, CO2, C2H4, HCL의 농도 온습도, 불꽃정보, 내진 정보와 함께 상기 제어부(337)를 통해 분석된 결과를 저장하는 저장부(343)와, 상기 제어부(337)를 통해 분석된 결과를 외부로 전송하는 통신부(344)를 포함하여 구성되어 있다.
상기 감지 모듈(300)은 상기 제어부(337)의 분석 결과에 의해 화재가 발생한 경우 상기 제어부(337)는 상기 차단부(90)에 제어신호를 출력하는 릴레이부(345)를 구비한다.
상기 감지 모듈(300) 상기 제어부(337)는 이상상태 복귀 후 상기 차단부(90)에 리셋 신호를 출력하는 리셋부(346)를 포함하고, 자외선 파장을 감지하기 위한 자외선 감지부(347)를 구비하고 있다.
또한, 상기 감지 모듈(300)은 화재 감지시 화재 진압용 소화장치를 구동하기 위해 에어로졸 전원부(348)를 구비하고 있다. 이때 상기 에어로졸 전원부(348)는 DC6V~12VDC 0.8A의 배터리 용량으로 설치된다.
상기 연기 감지부(333)는 고유의 ID를 부착되어 센서가 동작한 위치 확인이 가능하여 화재가 발생한 위치를 보다 신속하게 파악하여 필요한 조치를 행할 수가 있다.
상기 제 2 온도 검출부(334)는 불꽃을 감지할 때 보다 정확한 감지를 위해 레퍼런스 검출부(341)를 구성하고 있다. 상기 레퍼런스 검출부(341)는 인체, 복사열 파장에 의하여 불꽃 감지의 오동작이 발생되는 것을 미연에 방지하기 위하여 오동작 방지용으로 작용한다.
상기 불꽃은 화재 초기 발생부터 특유의 연소 특성을 나타내는데, 이 특성 중 육안으로 구분하지 못하는 자외선과 적외선의 서로 다른 파장대가 존재한다. 불꽃과 아크에서 방사되는 자외선 파장특성을 감지하는 자외선 센서와 적외선 파장 특성을 감지하는 적외선 센서를 복합하여 자외선 및 적외선 불꽃, 아크를 감지한다.
상기 제 2 온도 검출부(334)는 상기 레퍼런스 검출부(341)에 의해 특정 파장대역만을 감지하기 때문에 주위의 여러 가지 광원의 검출로 인해 오동작 검출을 최소화하여 화재만을 검출할 수 있고, 화각의 증대를 렌즈(도시되지 않음)를 구비하고 있다. 예를 들어, 상기 제 2 온도 검출부(334)의 온도 측정 범위를 증대하기 위해 렌즈이다.
상기 전력 감시부(335)는 N-E전압 및 전류를 검출함으로써 단상 부하와 삼 상 부하, 역률 저하와 같은 검출 대상의 불평형과 함께 중성선(N)에 흐르는 과도한 전류와 이로 인한 열화 및 화재를 감시할 수 있다.
상기 흡입부(336)는 수배전반 내부에서 유도현상을 통해 연기의 흡입이 원활하게 이루어지도록 구성됨과 함께 흡입된 연기 내에 CO 및 CO2의 농도를 측정하기 위해 일정시간동안 연기를 가둬둘 수 있도록 설계되어 있고, 주위 환경에 따라 연기의 흡입량을 조절할 수 있다. 상기 흡입부(336)는 수동 또는 자동으로 회전팬의 구동을 제어하여 흡입량을 조절할 수 있다.
상기 흡입부(336)는 평소에는 일정 주기로 동작하고 있다가 일정 농도 이상의 연기가 검출되는 경우에 흡입량을 자동으로 증대하여 보다 정확한 연기 농도를 검출할 수 있도록 한다.
상기 제어부(337)는 외부 및 내부의 정보를 전달받아 화재 진단 및 예측할 수 있도록 상기 감지 모듈(300)과 분리형으로 구성할 수 있다. 이로 인하여 상기 제어부(337)는 복합 판단부의 기능을 갖게 되는데 다수의 감지 모듈로부터 각종 정보를 전달받아 수집 및 분석하여 전기화재, 가스 및 연기 화재판단, 예측을 할 수가 있다.
상기 감지 모듈(300)은 에어로졸 전원부(348)를 포함하는데, 상기 에어로졸 전원부(348)는 상기 제어부(337)의 제어를 받아 상기 외함 케이스(10) 내부 상측에 구성된 에어로졸 소화기(도시되지 않음)에 필요한 전원을 공급하여 동작하도록 한다.
여기서, 상기 에어로졸 소화기는 일반 소화기와 비교하여 40분의 1 수준의 저장공간이 필요하고 무게도 10% 정도에 불과하지만, 범용 제품보다 성능이 우수하고 소화 농도는 1㎥당 65g으로, 일반 약제인 할론(1㎥당 330g)의 5분의 1로도 화재 진압이 가능하다.
또한, 상기 전력 감시부(335)를 추가로 구성하여 N-E 전압과 전류를 실시간으로 검출하여 접지단자와 부스바 중 N상의 부스바에 대한 전위차를 검출함과 누설전류 감지할 수 있다. 즉, 상기 전력 감시부(335)는 부스바와 접지단자 중 N상의 부스바에 대한 전압을 측정하여 실시간으로 전위차를 검출함과 함께 N상 전류를 검출하여 누설전류를 감지할 수 있다.
상기 감지 모듈(300)의 표면에 연기 흡입구가 형성되는데, 상기 연기 흡입구를 통해 외함 케이스(10) 내부에서 발생된 연기가 감지 모듈(300)의 내부로 유입되게 함과 더불어 유입된 연기를 일정 시간 가둬 두도록 설계하여 연기 농도를 보다 용이하게 검출할 수가 있다.
상기 표시등(310)과 내부 점검등(320)은 배전반의 내부 상태 및 지진이나 화재 발생에 대한 진단 결과를 표시하며, 관리자에 의한 도어(12) 오픈시 배전반 내부에 대한 조명 및 작업자의 존재 유무를 알리는 역할을 한다.
한편, 상기 표시등(310)과 내부 점검등(320)은 일체형 또는 분리형으로 구성할 수 있다.
도 4는 계절별 온도변화에 따른 화재 판단 알고리즘을 통해 판단한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 4에서와 같이, 시간에 따른 온도 추세의 변화가 없는 경우에 안정적이고, 시간에 따라 온도 추세 변화가 있는 경우에는 비안정적이며, 비안정적 형태에 속하는 온도변화 시계열 계절적(주기적 성질) 온도 변화 특성을 갖는 경우에 비안정적 계절적 요인으로 판단한다.
이와 같이, 안정적, 비안정적, 비안정적인 계절적 요인의 온도 변화는 급격하게 변하지 않는다. 화재가 아닌 평상시 온도의 변화는 이동평균법에 의하여 평균치를 산출하여 온도와 변화시간을 데이터화한다.
일반적으로 화재의 경우에 1.6초~5초 사이에 급격한 온도 변화를 보이고, 안정적, 비안정적, 비안정인 계절적 요인은 Ts-a(여기서, Ts-a는 급격한 온도 변화 시간으로 5초이다), Ts(급격한 변화 온도)만큼 빠르게 변화하지 않으며 이동 평균법에 의한 온도 시간변화 값을 비교하여 오동작을 방지한다.
도 5는 본 발명에 의한 복합 화재 감시 및 진단 기능을 갖는 감지 모듈을 구비한 수배전반에서 불꽃감지 능력 향상 및 주파수 분석 특성을 나타낸 그래프이다.
도 5에서와 같이, 제 2 온도 검출부(334)에 의해 특정 파장 즉, NBP 4.3㎛의 파장을 측정하여 불꽃을 감지한다. 이때 상기 레퍼런스 검출부(341)는 IR 필터로 구성되어 NBP 3.9㎛의 파장을 측정하여 불꽃 발생의 시작점을 검출하여 상기 제 2 온도 검출부(334)가 불꽃 감지의 오동작을 사전에 방지한다.
여기서, 4.3㎛의 파장은 가시광선의 영역에서는 벗어나 있으나 열에 의한 흑체 방사의 파장과 중첩되어 있다. 이는 4.3㎛의 파장이 열에 의해 불꽃을 오인할 수 있음을 나타낸다.
즉, 빠르게 변화하는 값이 일정시간 연속으로 측정되는 경우를 불꽃 화재로 인식할 수 있도록 하고, 3.9㎛, 4.3㎛ 대역의 파장 신호를 측정하여 FFT로 주파수로 변환한 후 낮은 주파수 영역의 값을 무시하고 5Hz이상의 주파수 값을 합산하여 t초 동안 유지하는 경우에 불꽃으로 판단한다.
따라서 상기 제 2 온도 검출부(334)는 FFT 주파수 분석을 통해 불꽃 유무를 판단하고 상기 레퍼런스 검출부(341)로 불꽃 감지의 시작점을 확인하여 보다 정확한 불꽃을 감지할 수 있다.
이를 도 6에 나타내었다. 즉, 도 6은 불꽃 감지 성능 향상 및 주파수 분석 판단 기술에 따른 결과를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명에 의한 복합 화재 감시 및 진단 기능을 갖는 감지 모듈을 구비한 수배전반에서 감지 모듈과 복합화재 판단부를 분리하여 구성한 예를 나타낸 도면이다.
도 7에서와 같이, 다수의 감지 모듈(300)로부터 하나의 복합 판단부(400)를 통해 정보를 수집하고 분석하여 전기화재, 가스 및 연기 화재를 판단 및 예측할 수 있다.
이때 상기 감지 모듈(300)과 복합 판단부(400)는 일대일 또는 하나의 복합 판단부(400)에 다수의 감지 모듈(300)을 구성할 수 있다.
도 8은 본 발명에 의한 복합 화재 감시 및 진단 기능을 갖는 감지 모듈을 구비한 수배전반에서 표시등을 통해 표시되는 색상을 나타낸 도면이다.
도 8에서와 같이, 빨간색은 위험 신호로서, 운전시 큰 사고가 날 수 있으니 가동중인 수배전반을 멈추고 즉시 점검할 수 있도록 하는 표시이고, 노란색은 경고등으로 수배전반의 가동은 가능하지만 안전에 문제가 있으니 유의하시고 점검이 필요하다는 것을 나타내는 표시이며, 초록색은 수배전반의 현재 상태가 양호하므로 정상적으로 동작하고 있을 나타낸 표시이다.
도 9 및 도 10은 도 3의 감지 모듈을 개략적으로 나타낸 구성도이고 도 11은 도 9의 흡입배관의 내부 격자 구조를 나타낸 도면이다.
도 9 내지 도 11에 도시된 바와 같이, 감지 모듈(300)은 내부 공간을 갖는 케이스의 일측에 연기 흡입구와 타측에 연기 배기구를 구비하고, 상기 연기 흡입구를 통해 유입된 연기내에 포함된 CO, CO2, C2H4, HCL의 농도를 검출하기 위한 검출부들이 부착되어 있다.
일반적으로 수배전반 내부에는 대류 현상이 발생하지 않아 일반적으로 연기의 흐름이 거의 없는데, 본 발명은 감지 모듈(300)에 흡입부를 설치하여 강제적으로 연기의 흐름을 유도하여 각종 가스의 측정을 보다 용이하게 할 수 있다.
이때 상기 연기, CO, CO2가 포함된 연기의 흡입이 원활하게 진행되도록 연기 흡입구에 격자 패턴의 구조를 갖도록 구성되고, 상기 흡입된 연기가 바로 배기되지 않고 일정시간 포집할 수 있는 연기 포집 공간을 구비하고, 상기 연기 포집 공간에 일정한 간격을 갖고 CO, CO2, C2H4, HCL의 농도를 검출하기 위한 검출부들이 부착되어 연기의 감지 능력 및 농도 측정 능력을 극대화시킬 수 있다.
도 12는 도 11의 흡입팬 장착부에 장착된 흡입부를 개략적으로 나타낸 평면도이고, 도 13은 도 12의 흡입부를 분해한 분해 사시도이다.
도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이, 흡입부(336)는 연기가 흡입 및 배출되는 바텀 케이스(336-1) 및 탑 케이스(336-2)와, 상기 바텀 케이스(336-1)의 내부에 탑재되어 연기의 역류를 방지하는 연기 역류 방지부(336-3)와, 상기 탑 케이스(336-2)에 탑재된 일정한 간격을 갖고 배치되는 제 1, 제 2 회전팬(336-4, 336-5)과, 상기 제 1, 제 2 회전팬(336-4, 336-5)의 사이에 배치되어 상기 제 1, 제 2 회전팬(336-4, 336=5)을 구동하는 모터를 탑재한 샤프트 케이스(366-6)로 구성된다.
도 14는 본 발명에 의한 복합 화재 감시 및 진단 기능을 갖는 감지 모듈을 구비한 수배전반에서 감지 모듈의 제어부를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 14에 도시된 바와 같이, 수배전반 내부의 연기 농도, 온도, 불꽃에 대한 정보 데이터를 전달받아 퍼지 논리적으로 추론하여 하나의 결과로 융합하여 출력하는 퍼지 논리부(220)와, 상기 퍼지 논리부(220)를 통해 출력된 데이터를 근거로 화재 상태를 판별하는 화재상태 판별부(230)를 포함하고, 상기 퍼지 논리부(220)는 상기 정보 데이터를 퍼지 논리에 사용되는 포맷으로 변환하는 퍼지화부(221)와, 상기 퍼지화부(221)에서 퍼지화된 데이터간의 규칙을 전문가 활용을 통해 설정하는 룰 베이스부(222)와, 상기 퍼지화부(221)로부터 퍼지화된 데이터와 상기 룰 베이스부(222)의 규칙을 사용하여 하나의 데이터로 융합하여 출력되는 추론부(223)와, 상기 추론부(223)에서 융합된 데이터를 전달받아 현실값(단일값)의 포맷으로 변환하여 출력하는 역퍼지화부(224)와, 상기 역퍼지화부(224)를 통해 현실값을 역퍼지화 보정기법을 적용하여 확장하여 출력하는 역퍼지화 보상부(228)를 포함하며, 상기 추론부(223)는 맘다니형 추론 방식을 사용하고 상기 퍼지화부(221)로부터 퍼지화된 데이터가 상기 룰 베이스부(222)에 각각 얼마나 적합한 데이터인지 최소값 연산(min operation)을 사용하여 적합도를 평가하는 규칙 평가부(225)와, 상기 규칙 평가부(225)를 평가된 데이터를 전달받아 최대값 연산(max operation)을 사용하여 하나의 데이터로 융합하여 출력하는 통합부(226)를 포함하여 구성하고, 상기 규칙 평가부(225)에 비례적인 합 연산을 적용하여 평가하는 비례적인 합 연산 동작부(227)를 포함하여 구성되며, 상기 룰 베이스부(222)는 멤버쉽 함수를 서로간의 연관성을 갖고 전문가의 지식과 경험을 내재한 규칙을 설정한다.
상기 비례적인 합 연산 기법은 규칙 평가 단계 중 적합도를 연산하는 과정에서 사용되는 연산에 비례적인 합 연산을 부분적으로 적용함으로써 연산으로 발생하는 최소값, 최대값만 반영하는 단점을 보완할 수 있는 방식이다.
한편, 이상에서 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위해 구체적인 실시 예로 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기와 같이 구체적인 실시 예와 동일한 구성 및 작용에만 국한되지 않고, 여러가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 실시될 수 있다. 따라서, 그와 같은 변형도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주해야 하며, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의해 결정되어야 한다.
331 : 제 1 온도 검출부 332 : 지진 검출부
333 : 연기 감지부 334 : 제 2 온도 검출부
335 : 전력 감시부 336 : 흡입부
337 : 제어부 338 : 경보부
339 : 내부 점검등 340 : LCD
341 : 레퍼런스 검출부

Claims (15)

  1. 전력설비를 내장한 외함 케이스의 내부에 구성되어 상기 전력 설비에서 발생한 불꽃, 온도, 연기를 감지하고 그 결과를 분석하여 화재 발생의 유무를 판단하여 제어함과 더불어 상기 외함 케이스의 내부를 조명하는 내부 조명등이 부착된 감지 모듈과,
    상기 외함 케이스의 전면 상단에 상기 감지 모듈을 통해 판단된 화재 발생의 정도에 따라 외부에서 관리자가 확인 가능하도록 점멸 또는 발광하는 표시등을 포함하고, 상기 감지 모듈은
    상기 외함 케이스 내부 주위 온도 및 습도를 검출하는 제 1 온도 검출부와, 상기 연기 농도를 측정하는 연기 감지부와, 상기 외함 케이스의 내부 온도, 불꽃 온도 및 불꽃을 감지하는 제 2 온도 검출부와, 상기 온도, 연기 농도, 불꽃에 대한 정보를 전달받아 분석 및 예측하여 화재의 발생의 유무를 판단하여 경보 발생 신호 및 상기 표시등의 점등 신호를 출력하는 제어부와, 상기 제어부에서 상기 불꽃에 대한 분석 및 예측할 때 상기 불꽃에 대한 주파수 시작점을 검출하여 검출오차를 방지하는 오동작 방지용 레퍼런스 검출부를 포함하여 이루어지고,
    상기 감지 모듈은 본체의 일측과 타측면에 각각 구성되어 상기 연기의 흡입 및 배출을 위한 연기 흡입구 및 연기 배출구와, 상기 연기 흡입구를 통해 연기를 흡입하기 위해 일정 주기로 구동하는 흡입팬과, 상기 흡입팬의 구동에 의해 흡입된 연기를 유도하여 가둬두는 내부공간을 구비하고, 상기 내부공간에 유입된 연기의 역류 방지하기 위해 상기 연기 배출구에는 연기역류 방지부를 포함하여 구성된 흡입부를 구비하며,
    상기 흡입부의 연기 흡입구와 배출구는 각각 격자 패턴 구조로 이루어져 내부로 유입된 연기의 유출을 방지하고,
    상기 흡입부는 2중의 나선형 회전팬 및 고정팬으로 구성되며,
    상기 흡입부는 연기가 흡입 및 배출되는 바텀 케이스 및 탑 케이스와, 상기 탑 케이스에 탑재된 일정한 간격을 갖고 배치되는 제 1, 제 2 회전팬과, 상기 제 1, 제 2 회전팬의 사이에 배치되어 상기 제 1, 제 2 회전팬을 구동하는 모터를 탑재한 샤프트 케이스로 구성되고,
    상기 제어부는 수배전반 내부의 연기, 온도, 불꽃에 대한 정보 데이터를 전달받아 퍼지 논리적으로 추론하여 하나의 결과로 융합하여 출력하는 퍼지 논리부와, 상기 퍼지 논리부를 통해 출력된 데이터를 근거로 화재 상태를 판별하는 화재상태 판별부를 포함하고, 상기 퍼지 논리부는 상기 정보 데이터를 퍼지 논리에 사용되는 포맷으로 변환하는 퍼지화부와, 상기 퍼지화부에서 퍼지화된 데이터간의 규칙을 설정하는 룰 베이스부와, 상기 퍼지화부로부터 퍼지화된 데이터와 상기 룰 베이스부의 규칙을 사용하여 하나의 데이터로 융합하여 출력되는 추론부와, 상기 추론부에서 융합된 데이터를 전달받아 무게중심법을 사용하여 현실값(단일값)의 포맷으로 변환하여 출력하는 역퍼지화부와, 상기 역퍼지화부를 통해 현실값을 역퍼지화 보정기법에 적용 및 확장하여 출력하는 역퍼지화 보상부를 포함하며, 상기 추론부는 맘다니형 추론 방식을 사용하고 상기 퍼지화부로부터 퍼지화된 데이터가 상기 룰 베이스부에 각각 얼마나 적합한 데이터인지를 최소 연산을 통해 평가하는 규칙 평가부와, 상기 규칙 평가부를 평가된 데이터를 전달받아 최대 연산을 사용하여 하나의 데이터로 융합하여 출력하는 통합부를 포함하고, 상기 규칙 평가부에 비례적인 합 연산을 적용하여 평가하는 비례적인 합 연산 동작부를 포함하여 구성되며, 상기 룰 베이스부는 멤버쉽 함수를 서로 간의 연관성을 짓고 전문가의 지식과 경험을 내재한 규칙을 설정하는 것을 특징으로 하는 복합 화재 감시 및 진단 기능을 갖는 감지 모듈을 구비한 수배전반.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 감지 모듈은 상기 제어부의 분석 결과를 외부로 전달 또는 외부로부터 제어신호를 상기 제어부를 전달하는 통신부를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 복합 화재 감시 및 진단 기능을 갖는 감지 모듈을 구비한 수배전반.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 감지 모듈은 상기 외함 케이스 및 주위의 진동을 감지하는 지진 검출부를 구비하고, 상기 지진 검출부는 자이로 및 가속도 일체형 센서인 것을 특징으로 하는 복합 화재 감시 및 진단 기능을 갖는 감지 모듈을 구비한 수배전반.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 연기 감지부는 고유의 ID를 부착되어 센서가 동작한 위치 확인이 가능한 것을 특징으로 하는 복합 화재 감시 및 진단 기능을 갖는 감지 모듈을 구비한 수배전반.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 감지 모듈은 상기 제어부의 경보 발생 신호를 전달받아 경보음을 발생하는 경보부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 복합 화재 감시 및 진단 기능을 갖는 감지 모듈을 구비한 수배전반.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 감지 모듈의 전면에 부착되어 인체 유무를 감지하는 인체감지센서를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 복합 화재 감시 및 진단 기능을 갖는 감지 모듈을 구비한 수배전반.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 감지 모듈은 상기 외함 케이스 내부의 N-E 전압 및 전류를 감시하는 전력 감시부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 복합 화재 감시 및 진단 기능을 갖는 감지 모듈을 구비한 수배전반.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 연기 감지부는 CO, CO2, C2H4, HCL 중에서 적어도 어느 하나의 가스 농도를 검출하는 것을 특징으로 하는 복합 화재 감시 및 진단 기능을 갖는 감지 모듈을 구비한 수배전반.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부는 FFT 주파수 분석 방식을 사용하여 화재 유무를 판단하는 것을 특징으로 하는 복합 화재 감시 및 진단 기능을 갖는 감지 모듈을 구비한 수배전반.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 온도 검출부는 화각 증대를 위해 렌즈를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 복합 화재 감시 및 진단 기능을 갖는 감지 모듈을 구비한 수배전반.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부는 상기 연기의 흡입을 통해 가스의 농도를 확인하고 일정량의 변화량 감지시 상기 흡입부를 구동하여 흡입량을 자동으로 늘리는 것을 특징으로 하는 복합 화재 감시 및 진단 기능을 갖는 감지 모듈을 구비한 수배전반.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 비례적인 합 연산 동작부는 상기 규칙 평가부에서 적합도를 연산하는 과정에서 사용되는 연산에 비례적인 합 연산을 부분적으로 적용하는 것을 특징으로 하는 복합 화재 감시 및 진단 기능을 갖는 감지 모듈을 구비한 수배전반.
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