KR102076945B1 - 지진에 의한 기울기 분석 및 기울기 자체응급복구 기능을 갖는 내진형 수배전반 - Google Patents

지진에 의한 기울기 분석 및 기울기 자체응급복구 기능을 갖는 내진형 수배전반 Download PDF

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Abstract

본 발명은 지진에 의한 기울기 분석 및 기울기 자체응급복구 기능을 갖는 내진형 수배전반에 관한 것으로서, 본체; 상기 본체 내에 설치되는 센서부로서, 각도 센서, 가속도 센서, 접지단선 검출부, 온도 센서, 아크 센서, 접지저항 측정부를 포함하는 센서부; 상기 본체의 하부 지지대에 장착되어 상기 본체의 수평 상태를 조정하는 상태복구 조정부; 및, 상기 센서부로부터 감지된 측정값을 수신하고, 수신된 측정값을 분석하여 본체의 수평 상태를 판단하고, 상기 본체의 수평 상태가 이상 상태가 되면, 상기 상태복구 조정부에 제어신호를 전송하여 본체의 수평 상태를 조정하도록 제어하는 제어부를 포함하는 구성을 마련한다.
상기와 같은 수배전반에 의하여, 외부의 물리적 충격에 의한 변형 및, 그 변형에 의한 접지 상태 등을 감지하고 그에 따라 수배전반의 수평 상태를 조정함으로써, 수배전반의 기계적 전기적 안전도를 향상시키고 불요불급한 정전을 최소화 할 수 있다.

Description

지진에 의한 기울기 분석 및 기울기 자체응급복구 기능을 갖는 내진형 수배전반 { A distribution board of earthquake-proof type with ability of emergency restoration by using analysis of inclination from earthquake }
본 발명은 배전반, 수전반, 분전반, 태양광 접속반, 모터 제어반 등(또는 수배전반)에서, 온도 센서, 아크 센서, 가속도 센서, 각도 센서, 접지단선 검출부, 접지저항 측정부, 및, 수배전반의 수평상태 등 상태를 복구 조정하는 상태복구 조정부를 구비하여, 외부의 물리적 충격에 의한 변형에 대처할 수 있는, 지진에 의한 기울기 분석 및 기울기 자체응급복구 기능을 갖는 내진형 수배전반에 관한 것이다.
일반적으로, 배전반, 수전반, 분전반, 태양광 접속반, 모터 제어반 등(이하 이를 일괄하여 수배전반이라 함)은 각종 전력설비에 전력을 안정적으로 공급하고 이의 상태를 모니터링하여 제어하는 장치로서, 내부에는 계기용 변성기, 전압전류 측정기, 부하에 전력 공급을 단속하는 각종 차단기 또는 개폐기 등이 투입, 정지 단순구조로 구성되어 있다.
특히, 최근에는 수배전반은 그 내부에 온도감지 센서, 아크감지 센서, 누설전류감지 센서, 내진 감지를 위한 가속도 센서 등 각종 센서를 구비하고, 내진 설계로 구성되어, 안정적인 전력 공급 및 전력 품질 관리를 도모하고 있다.
이러한 수배전반에는 마이크로프로세서가 구비된 제어부를 구성하고, 상기 마이크로프로세서는 이들 각종 센서로부터 입력되는 데이터를 제어한다. 또한, 수배전반 제어부는 기본적인 전압, 전류, 역률, 입출력 전력 품질을 모니터링 하고, 이를 통하여 전기적 이상상태를 감지한다. 또한, 수배전반 제어부는 이상 상태 감지에 따라 각종 차단기를 단속할 뿐만 아니라, 감지된 이상 상태의 상황을 사용자에게 원격 송신하고 표시하는 기능을 기본적으로 구비하고 있다.
또한, 수배전반 제어부는 지진 등의 외부에서 가해지는 진동 등의 물리적인 환경변화에 따른 전기적인 이상 상태를 감지하고, 순차적으로 차단기 등을 제어하고 경보한다[특허문헌 1,2,3].
상기와 같은 기존의 수배전반은 수배전반 설치 시 사용자 또는 제작자가 설정한 조건에서 일정 범위 이상의 변화가 발생하면, 전력을 차단하는 함으로써, 전력 품질 관리 및 전기적 안전성을 확보하고 있다.
그러나 상기한 바와 같은 수배전반들은 내진, 면진, 제진 설계와 다양한 감지 센서에 의한 안정적 전력 관리와 안전성 확보를 위한 제어장치들이 구비되어 있더라도, 수배전반이 설치된 장소에서 지진 등에 의한 진동 등으로 수배전반 설치시 고정된 상태에서 변화가 유발될 수 있다. 즉, 고정된 상태의 변화가 수배전반이 최초 설치된 수평 각도, 즉, 수배전반의 설치 각도가 변경되므로, 각종 센서에서 사용자 또는 제조자가 설정된 범위 이내에서 정상적으로 동작한다고 오판될 수 있다. 결국, 설치 상태의 변화가 있음에도 불구하고 정상상태로 인정되어, 설치 상태 변화에 대한 조치가 취해 지지 아니할 수 있다.
이로 인하여 설치상태가 변화된 상태에서, 후속되는 내진 등에 의한 물리적 충격이 가하여 지는 경우, 정상설치 상태(최초 설치 상태)에서의 물리적 충격에 의한 변형에 추가적인 변형이 발생하여 그 변형 정도가 더욱 심하게 된다. 이로 인하여, 종래기술에 따른 수배전반은 기계적 전기적 안정성에 심각한 영향을 받을 수 있는 문제점을 가지고 있다.
또한, 종래기술에 따른 수배전반은 접속부 등에서의 아크 발생, 온도 상승, 배전반 내부의 온도 등을 상시 감지하고 있으나, 수배전반의 필요 요소인 접지저항의 변화를 모니터링 하지 아니하고 있다. 즉, 연결된 접지선로의 단선 여부는 전혀 고려하지 아니하는 상태이다.
이에 따라 외부의 물리적 충격에 의하여 접지저항 변화, 접지 선로의 단선 등이 발생하더라도, 접속부 등에서의 아크 발생, 온도 상승, 배전반 내부의 온도상승, 각종 계측장비의 동작에는 급격한 변화가 발생하지 아니하므로, 수배전반을 제어하는 제어부는 정상 동작으로 판단할 수 있다.
그런데, 이와 같은 접지 단선이나 접지저항의 변화로 인하여 수배전반에서의 접지 상태가 불량하게 된 경우, 누전이 발생하거나 지락 사고가 발생되면, 대지로의 원활한 고장전류가 흐르지 못하여 감전사고를 유발할 수 있다. 또한, 접지 계전기 등의 장비의 오동작 요인으로 작용하는 문제점을 야기하고 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1457880호(2014.11.04. 공고) 대한민국 등록특허공보 제10-0816984호(2008.03.26. 공고) 대한민국 등록특허공보 제10-0714998호(2007.05.09. 공고) 대한민국 등록특허공보 제10-1795617호(2017.11.08. 공고)
본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 온도 센서, 아크 센서, 가속도 센서, 각도 센서, 접지단선 검출부, 접지저항 측정부, 및, 수배전반의 수평상태 등 상태를 복구 조정하는 상태복구 조정부를 구비하여, 외부의 물리적 충격에 의한 변형에 대처할 수 있는, 지진에 의한 기울기 분석 및 기울기 자체응급복구 기능을 갖는 내진형 수배전반을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 지진에 의한 기울기 분석 및 기울기 자체응급복구 기능을 갖는 내진형 수배전반에 관한 것으로서, 본체; 상기 본체 내에 설치되는 센서부로서, 각도 센서, 가속도 센서, 접지단선 검출부, 온도 센서, 아크 센서, 접지저항 측정부를 포함하는 센서부; 상기 본체의 하부 지지대에 장착되어 상기 본체의 수평 상태를 조정하는 상태복구 조정부; 및, 상기 센서부로부터 감지된 측정값을 수신하고, 수신된 측정값을 분석하여 본체의 수평 상태를 판단하고, 상기 본체의 수평 상태가 이상 상태가 되면, 상기 상태복구 조정부에 제어신호를 전송하여 본체의 수평 상태를 조정하도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 지진에 의한 기울기 분석 및 기울기 자체응급복구 기능을 갖는 내진형 수배전반에 관한 것으로서, 본체; 상기 본체 내에 설치되는 센서부로서, 각도 센서, 가속도 센서, 접지단선 검출부, 온도 센서, 아크 센서, 접지저항 측정부를 포함하는 센서부; 및, 상기 센서부로부터 감지된 측정값을 수신하고, 수신된 측정값을 분석하고, 분석 결과에 따라 위험 대비 동작을 수행하도록 제어하거나 알람을 알리는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 지진에 의한 기울기 분석 및 기울기 자체응급복구 기능을 갖는 내진형 수배전반에 있어서, 상기 수배전반은, 상기 본체의 하부 지지대에 장착되어 상기 본체의 수평 상태를 조정하는 상태복구 조정부를 더 포함하고, 상기 제어부는 수신된 측정값을 분석하여 본체의 수평 상태를 판단하고, 상기 본체의 수평 상태가 이상 상태가 되면, 상기 상태복구 조정부에 제어신호를 전송하여 본체의 수평 상태를 조정하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 지진에 의한 기울기 분석 및 기울기 자체응급복구 기능을 갖는 내진형 수배전반에 있어서, 상기 제어부는, (a) 상기 가속도 센서를 통해 진동 크기를 감지하고, 상기 진동 크기가 사전에 설정된 제1 기준값 이상이면 제1 위험대비 동작을 수행하는 단계; (b) 상기 아크 센서를 통해 아크 유무를 판단하고, 아크 측정값이 사전에 설정된 제2 기준값 이상이면 제2 위험대비 동작을 수행하는 단계; (c) 상기 온도 센서를 통해 상기 본체 내부의 온도를 감지하고, 온도가 사전에 설정된 제3 기준값 이상이면 제3 위험대비 동작을 수행하는 단계; (d) 상기 접지단선 검출부를 통해 접지 단선 여부를 판단하고, 접지 단선이 되었으면 단선 발생 상태를 통보하고 표시하는 단계; (e) 상기 접지저항 측정부를 통해 접지저항을 측정하고, 접지저항이 사전에 설정된 제2 기준값 이상이면 접지저항 변화 발생을 통보하고 표시하는 단계; (f) 상기 각도 센서를 통해 기울기 값을 측정하고, 상기 기울기 값이 상기 본체를 설치할 때의 설정상태 값과 동일한지 여부를 판단하는 단계; (g) 상기 기울기 값이 상기 설정상태 값과 동일하지 않으면, 상기 상태복구 조정부에 복원을 위한 제어신호를 전송하는 단계; 및, (h) 상기 (a)단계 내지 상기 (g)단계를 반복하는 단계를 포함하는 방법을 수행하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 지진에 의한 기울기 분석 및 기울기 자체응급복구 기능을 갖는 내진형 수배전반에 있어서, 상기 제어부와 상기 센서부는 마스터와 슬레이브 관계로 구성되고, 상기 마스터와 슬레이브 간의 통신은 RS485 통신 방식을 사용하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 지진에 의한 기울기 분석 및 기울기 자체응급복구 기능을 갖는 내진형 수배전반에 있어서, 상기 상태복구 조정부는 상기 본체의 하부 지지대에 설치되는 유압 실린더, 오일을 공급하는 유압펌프, 오일을 각 유압 실린더로 분배하는 분배기, 상기 유압펌프에서 분배기 사이의 유로에 설치된 주 솔레노이드 밸브, 및, 상기 분배기에서 상기 유압 실린더 각각의 유로에 설치된 피더 솔레노이드 밸브로 구성되고, 상기 유압 펌프는 오일을 유압 실린더로 공급함으로써 유압 실린더의 높이를 조절하고, 상기 제어부는 상기 본체의 X축, Y축의 전후좌우 해당 기울기의 보정 점에 맞추어, 솔레노이드 밸브의 개방 신호를 송출하고, 각 하부 지지대에 대응되는 피더 솔레노이드 밸브를, 각 하부 지지대의 기울기가 보정될 수 있도록, 기울어진 정도에 비례하여 오일이 공급되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 지진에 의한 기울기 분석 및 기울기 자체응급복구 기능을 갖는 내진형 수배전반에 있어서, 상기 제어부는 기울기 값에 따라 상기 기울기가 사전에 정해진 제1 기준값 이하인 경우 정상으로 판단하고, 상기 기울기가 상기 제1 기준값을 초과하고 사전에 정해진 제2 기준값 이하이면 자체 복구로 판단하여 자체 복구 조정 작업을 수행하도로 제어하고, 상기 기울기가 사전에 정해진 제2 기준값을 초과하면 복구하지 않고 차단 작업 또는 경보 작업을 수행하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 지진에 의한 기울기 분석 및 기울기 자체응급복구 기능을 갖는 내진형 수배전반에 있어서, 상기 제1 기준값은 1˚이고, 제2 기준값은 5˚인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 지진에 의한 기울기 분석 및 기울기 자체응급복구 기능을 갖는 내진형 수배전반에 있어서, 상기 수배전반은 배전반, 수전반, 분전반, 태양광 접속반, 모터 제어반 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 지진에 의한 기울기 분석 및 기울기 자체응급복구 기능을 갖는 내진형 수배전반에 의하면, 외부의 물리적 충격에 의한 변형 및, 그 변형에 의한 접지 상태 등을 감지하고 그에 따라 수배전반의 수평 상태를 조정함으로써, 수배전반의 기계적 전기적 안전도를 향상시키고 불요불급한 정전을 최소화 할 수 있는 효과가 얻어진다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 지진에 의한 기울기 분석 및 기울기 자체응급복구 기능을 갖는 내진형 수배전반에 대한 전체 구성도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 지진에 의한 기울기 분석 및 기울기 자체응급복구 기능을 갖는 내진형 수배전반의 구성에 대한 블록도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 센서부(20), 제어부(30), 및, 통신부(60)을 마스터-슬레이브 구조로 구현한 예시 구성도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 각 센서의 측정값의 조합에 따른 수행 동작을 나타낸 예시 표.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 배전반에 대한 구성도.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 상태복구 조정부에 대한 구성도.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 기울기 값 연산을 예시한 도면.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 지진에 의한 기울기 분석 및 기울기 자체응급복구 기능을 갖는 내진형 수배전반의 구동 방법을 설명하는 흐름도.
이하, 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 도면에 따라서 설명한다.
또한, 본 발명을 설명하는데 있어서 동일 부분은 동일 부호를 붙이고, 그 반복 설명은 생략한다.
먼저, 본 발명의 일실시예에 따른 지진에 의한 기울기 분석 및 기울기 자체응급복구 기능을 갖는 내진형 수배전반의 구성에 대하여 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한다.
도 1에서 보는 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 지진에 의한 기울기 분석 및 기울기 자체응급복구 기능을 갖는 내진형 수배전반(100)은 본체(10), 본체 하부에 설치되어 수평 등 상태를 복구 조정하는 상태복구 조정부(40), 온도 센서, 아크 센서, 가속도 센서, 각도 센서, 접지단선 센서 등 각종 센서로 구성되는 센서부(20), 및, 센서부로부터 측정 값을 수신하여 수배전반 상태를 모니터링하고 조정장치를 통해 본체의 수평 등 상태를 조정하거나 차단부를 통해 기능을 차단하도록 제어하는 제어부(30)로 구성된다.
즉, 본 발명에 따른 수배전반(100)은 열화 감시(온도, 아크), 지진 감시(기울기/각도, 가속도), 접지 감시(접지단선, 상시접지저항)의 3종류의 상태를 감시한다. 또한, 접지와 평상시의 열화, 지진 감시의 판넬 기울기의 상관 관계 및 접지와 지진 발생 시 열화, 지진감시의 역학적 상관관계를 이용하여, 자체 응급 복구 가능성을 확인한다. 또한, 그 확인 결과에 따라 자체 응급복구 및 경보/차단 기능을 구비한다.
먼저, 도 2에서 보는 바와 같이, 센서부(20)는 본체(10) 내에 설치되는 각종 센서로 구성되며, 특히, 각도 센서(21), 가속도 센서(22), 접지단선 검출부(23), 온도센서(24), 아크 센서(25), 접지저항 측정부(26))를 포함한다.
즉, 각도 센서(21)는 전, 후, 좌, 우 기울기에 따라 롤(ROLL), 피치(PITCH), 요(YAW) 값 변화로 기울기 값을 감지한다. 즉, 각도 센서(21)는 수배전반 본체(10) 또는 판넬(본체의 판넬)의 기울기를 측정한다.
바람직하게는, 각도 센서(21)는 6축 오실로스코프로 변화 값을 기울기의 값으로 모니터링할 수 있다.
다음으로, 가속도 센서(22)는 X축, Y축, Z축(좌우, 전후, 상하)의 임의의 진동값을 발생하여 진동 및 흔들림을 감지하는 센서이다. 바람직하게는, 상용화된 공지된 가속도 센서를 이용한다. 더욱 바람직하게는, 제어부(30)를 구성하는 마스터 보드(master board)에 실장된다.
다음으로, 접지단선 검출부(23)는 수배전반 본체(10)의 접지 단선 여부를 검출하는 센서이다. 바람직하게는, 접지단선 검출부(23)는 종래 기술에 따른 접지단선 경보기[특허문헌 4] 등을 활용한다. 그러나 이에 한정하지 아니하고 동일 기능의 접지단선 경보 신호를 발생 할 수 있는 공지된 기술을 활용할 수 있다.
바람직하게는, 접지단선 검출부(23)는 수배전반의 본체 외함에 접속된 접지선과, 수배전반의 변압기 등에 연결된 중성점(N상)에 연결되어, 접지 여부를 측정한다.
더욱 바람직하게는 접지단선 검출부(23)는 상용화된 접지단선 경보기(SD-GR600 등)를 적용하여 접지선의 단선을 모니터링할 수 있다. 또한, 실시간 다중 접지저항 온라인 감지기(SD-GR500 등)를 적용하여 접지저항을 상시 모니터링할 수 있다.
또한, 접지단선 검출부(23)는 단선 여부의 신호를 수배전반 제어부(30)로 송신한다.
다음으로, 온도 센서(24)는 수배전반 본체(10) 내에 설치되어, 수배전반 본체(10) 내부의 온도를 측정하는 센서이다. 바람직하게는, 온도 센서(24)는 적외선 온도 센서(예를 들어, SDET-100 등)로 구성하여, 열적 열화를 모니터링할 수 있다.
다음으로, 아크 센서(25)는 수배전반 본체(10) 내에 설치되어, 수배전반 본체(10) 내부에 아크 발생을 측정하는 센서이다. 바람직하게는, 아크 센서(25)는 자외선 아크 센서로서, 코로나 및 아크 현상을 모니터링할 수 있다.
다음으로, 접지저항 측정부(26)는 수배전반 본체(10) 내부에 설치되어, 접지 저항을 측정한다. 측정된 접지 저항은 제어부(30)로 전송된다.
한편, 도 3에서 보는 바와 같이, 센서부(20)는 제어부(30)에 대해, 마스터(master)에 대한 슬레이브(slave) 관계 형태로 구현된다. 즉, 제어부(30)는 마스터(master)로 구현되고, 센서부(20)의 각 센서들을 슬레이브(slave)로 구성한다. 이때, 바람직하게는, 마스터와 슬레이브의 통신은 RS485 통신 방식(프로토콜)을 사용한다. 특히, 센서부(20)의 각 센서들은 RS485 방식으로 통신하여, 직렬로 연결되어 데이터를 송수신한다. 또는 RF 무선 방식을 이용하여 데이터를 송수신할 수 있다.
다음으로, 제어부(30)는 센서부(20)로부터 센싱된 결과 값 또는 측정값을 수신하고, 수신된 측정값을 분석하여 본체의 수평 등 상태를 판단한다. 또한, 본체의 수평 상태가 이상 상태가 되면, 상태복구 조정부(40)를 통해 본체의 수평 상태 등 상태를 복구 조정하도록 제어한다. 또한, 제어부(30)는 측정값 또는 분석 결과에 따라 알람을 출력하거나 차단한다.
제어부(30)는 평상시에는 접지단선 및 상시접지 저항, 온도감지, 아크감지, 판넬의 기울기(각도), 지진 발생 대비 X축/Y축/Z축의 가속도 및 진동의 변화추이를 트랜드 분석을 통해 이상 유무를 확인한다. 또한, 지반침하 등으로 판넬의 기울기(각도) 발생하는 경우, 접지단선 및 상시접지저항, 온도감지, 아크감지, 판넬의 기울기(각도), 지진 발생 대비 X축/Y축/Z축의 가속도 및 진동의 설정치 범위를 넘어설 때 자체 응급복구가 가능하면, 복구 작업 또는 복구 조정을 수행하도록 제어한다. 즉, 4축의 방향에 유압 잭에 의해 판넬(본체)의 수평을 복구 조정한다. 또한, 접지 및 열화 지진 등의 설정범위에 있는지 분석 후 발생 데이터를 관리자에게 통보한다. 또한, 지진 발생시 접지단선 및 상시접지저항, 온도감지, 아크감지, 본체 판넬의 기울기(각도), 지진 발생 대비 X축/Y축/Z축의 가속도 및 진동 등의 상관관계를 분석하여 자체 응급복구 설정을 넘어설 경우, 경보 및 차단 작업을 제어하고, 자체 응급복구 설정치 이내 일 경우 자체 응급 복구 작업을 제어한 후 관리자에게 통보한다.
즉, 제어부(30)는 센서부(20)의 각종 센서로부터 센싱된 결과값(또는 측정값)을 수신한다. 이때, 제어부(30)와 센서부(20)의 통신 방식은 RS-485 유선 통신 방식, RF 무선 통신 방식 등을 사용하며, 이들을 혼용하여 설계될 수 있다. 또한, 제어부(30)와 센서부(20)의 통신선은 통신 모듈의 RX, TX, 2LINE으로 구성되고, 전압 DC 3.7V 또는 DC 5V의 P, N 상으로 4LINE 으로 구성된다.
한편, 제어부(30)는 센서부(20)의 각 센서들에서 측정된 값을 이용하여, 위험 상태를 분석한다. 예를 들어, 도 4에서 보는 바와 같이, 각 센서의 측정값의 조합에 따라 복구 작업, 경보 작업, 차단 작업 여부를 사전에 설정해둔다. 사전에 설정해둔 규칙에 의해 각 측정값의 조합에 따라 해당 작업을 수행한다.
또한, 제어부(30)는 센서부(20)의 각 센서들이 측정한 개별 값에 따라 사전에 정해진 처리 작업을 수행할 수 있다.
즉, 제어부(30)는 접지단선 검출부(23)로부터 단선 여부를 확인하고, 단선된 경우 배전반 설비를 차단시키는 차단 신호를 전송한다.
또한, 제어부(30)는 상시 접지저항 온라인 측정기 등 접지저항 측정부(26)로부터 접지 저항의 변화 추이를 분석하여, 그 결과에 따라 경보를 출력하거나 설비를 차단시킨다. 이때, E1 - 10ohm, E2 - 75ohm, E3 - 100ohm, 특별 제3종 - 10ohm, 의 각 종별 접지저항의 변화 추이를 분석한다.
또한, 제어부(30)는 적외선 온도 감지 센서 등 온도 센서(24)로부터 측정된 온도 값을 입력받고, 주위온도 대비 측정 온도의 설정범위 약 80℃ 에 도달할 경우 경보를 출력하고, 100℃에 도달할 경우 차단한다.
또한, 제어부(30)는 아크 센서(25)로부터 아크를 감지하고, 접촉 부위에 아크 감지가 단순인가 아님 지속인가에 대한 비교 분석을 수행하고, 그 결과에 따라 경보 또는 차단을 수행하게 제어한다.
또한, 제어부(30)는 가속도 센서(22)로부터 진동 및 가속도를 입력받아, 지진파에 따른 변화의 추이를 비교 분석한다. 그래서 그 결과가 설정범위를 벗어날 경우 경보 또는 차단 작업을 수행하게 제어한다.
또한, 제어부(30)는 각도 센서(21)에 의해 기울기를 감지하고, 평상시와 지진에 따른 비교 분석에 대한 데이터를 구분한다. 평시는 지반침하 등에 따른 기울기 각도를 비교 분석하여 설정범위 이상시 응급복구 가능여부 확인한다. 응급복구가 가능하면 조치 후 관리자에게 통보한다. 또한, 지진파 발생시는 발생 당시위험범위 수준을 완전히 넘어서면 차단한다. 또한, 위험범위 이내 일 경우 지진파가 완전히끝나고 난 이후에 기울기 각도를 비교 분석하여 설정범위 이상시 응급복구가 가능하다. 또한, 조치 후 관리자에게 통보하고 응급복구가 불가능할 시 경보 및 차단을 수행하게 한다.
특히, 제어부(30)는 수배전반 본체(10)가 설치할 때의 상태 값(이하 설치상태 값)을 사전에 설정한다. 즉, 설치시의 설치상태 값은 본체(10)가 정상적인 상태일 때의 상태 값이다. 바람직하게는, 설치상태 값은 본체(10)가 정상적인 설치 상태에서의 롤(ROLL), 피치(PITCH), 요(YAW) 값이다.
그리고 제어부(30)는 각도 센서(21)로부터 전, 후, 좌, 우 기울기에 따른 롤(ROLL), 피치(PITCH), 요(YAW) 값을 수신한다. 그리고 설치상태 값을 기준으로, 측정된 값의 변화량을 산출하여, 산출한 변화로 기울기 값을 감지한다.
또한, 제어부(30)는 변위된 롤(ROLL), 피치(PITCH), 요(YAW) 값으로 원래의 위치(설치시 상태)로 조정할 수 있는(또는 복원할 수 있는) 위치 조정 값을 연산한다.
다음으로, 제어부(30)는 위치 조정 값으로 상태복구 조정부(40)를 제어신호를 전송하여, 본체(10)가 원래의 상태(또는 수평 상태)로 복원하도록 제어한다.
또한, 제어부(30)는 통신부(60)을 통해 외부와 통신한다.
다음으로, 상태복구 조정부(40)는 본체(10)의 하부 지지대에 장착된다.
상태복구 조정부(40)는 제어부(30)의 제어(또는 구동 신호)에 따라 동작된다.
도 5에서 보는 바와 같이, 상태복구 조정부(40)는 유압펌프, 주 솔레노이드 밸브, 분배기, 피더 솔레노이드 밸브, 유압 실린더로 구성된다.
즉, 본체(10)의 바닥에는 유압 실린더가 설치되어, 유압 실린더에 의해 높이가 조절되도록 구성된다. 유압 실린더는 본체(10)의 바닥, 특히, 하부 지지대 각각에 설치된다. 즉, 적어도 4개가 설치된다. 따라서 유압 실린더를 제어하여, 본체(10)의 수평 상태를 조정하여 복구할 수 있다.
또한, 유압 펌프는 오일을 유압 실린더로 공급함으로써 유압 실린더를 조절하며, 특히, 오일의 양을 조절하고, 오일이 공급되는 유로의 밸브를 제어하여, 특정 유압 실린더를 제어한다. 밸브는 솔레노이드 밸브를 사용한다. 특히, 유압 펌프에서 분배기 간의 유로에 주 솔레노이드 밸브가 설치되고, 분배기에서 각 유압 실린더 사이 각각에 피더 솔레노이드 밸브(feeder solenoid valve)가 구비된다.
한편, 제어부(30)는 X축, Y축의 전후좌우 해당 기울기의 보정 점에 맞추어, 솔레노이드 밸브의 개방 신호를 송출한다. 즉, 각 하부 지지대에 대응되는 피더 솔레노이드 밸브를, 각 하부 지지대의 기울기가 보정될 수 있도록, 기울어진 정도에 비례하여 오일이 공급되도록 제어한다.
다음으로, 차단부(50)는 배전반 내에 설치된 설비를 차단하는 장치로서, 차단 스위치 등으로 구성된다. 차단부(50)는 제어부(30)의 제어 신호에 따라, 설비의 차단 스위치를 온/오프 하여 설비를 온(on)시키거나, 오프(off) 시켜 차단시킨다.
다음으로, 관리자 단말(200)은 관리자가 사용하는 단말로서, 스마트폰, PDA, 태블릿 PC, 노트북, PC 등 컴퓨팅 단말이다.
다음으로, 본 발명의 일실시예에 따른 제어부가 보정 기울기를 연산하는 방법을 도 7을 참조하여 설명한다.
제어부(30)는 가속도 센서(22)로부터 본체(10) 내부의 진동, 및 6축 각도 센서(21)에 의한 롤(ROLL), 피치(PITCH), 요(YAW) 값에 대한 트렌드 분석(추이 분석)을 수행한다.
또한, 제어부(30)는 온도, 아크, 접지단선, 접지저항, 기울기 등을 연산한 후, 설정범위를 분석한다. 이때, 범위 이상시 차단 및 경보를 수행하고, 설정범위 이내면 자체 위치 제어 연산을 통하여 복구가 가능한지를 판단하고, 가능하면 기울어진 각의 축을 올려서 자체 복구를 처리한다. 그리고 처리 결과를 관리자에게 경보한다.
먼저, 제어부(30)는 지진파 발생 후 약 3분 이후, X축 좌, 우 및 Y축 전, 후 트렌드를 분석하여 본체 판넬의 기울기 축을 확인한다.
기울기 값은 다음과 같은 수식에 의해 산출한다.
sinθ = b / c , cosθ = a / c , tanθ = b / a
α = 180 - 90 - θ = 90 - θ
α + β = 90
∴ β = 90 - α = 90 - 90 + θ
∴ b = c × sinθ
다음으로, 기울기 값 θ에 따라 다음과 같이 대응 작업을 수행한다.
즉, 제어부(30)는 기울기 값 θ에 따라 상기 기울기가 사전에 정해진 제1 기준값 이하인 경우 정상으로 판단하고, 상기 기울기가 상기 제1 기준값을 초과하고 사전에 정해진 제2 기준값 이하이면 자체 복구로 판단하여 자체 복구 조정 작업을 수행하도로 제어하고, 상기 기울기가 사전에 정해진 제2 기준값을 초과하면 복구하지 않고 차단 작업 또는 경보 작업을 수행한다.
[케이스 1] θ ≤ 1˚ 인 경우,
- 1˚기준시 (W1400 기준 : 약 24.5mm) = 정상
[케이스 2] 5˚≥ θ > 1˚
- 3˚ 기준시 (W1400 기준 : 약 73.4mm) = 자체긴급복구
[케이스 3] θ > 5˚
- 5˚기준시 (W1400 기준 : 약 122.5mm) = 차단 및 경보
다음으로, 제어부(30)는 기울기 축 및 기울기 값을 확인 후, 상태복구 조정부(40)에서 유압펌프 가동 및 주 솔레노이드 밸브(Main Solenoid Valve)를 개방하고, 해당 위치의 솔레노이드 밸브(Solenoid Valve) 또는 피더 솔레노이드 밸브를 개방하여 유압 실린더를 상승시킨다.
다음으로, 유압 실린더 상승으로 본체(10) 판넬의 기술 값이 보상된다.
이때, 기울기 값이 보상(조정)되면, 해당 위치의 솔레노이드 밸브(Solenoid Valve) 또는 피더 솔레노이드 밸브를 닫는다. 그리고 유압 펌프를 정지시키고, 주 솔레노이드 밸브(Main Solenoid Valve)를 잠근다.
다음으로, 제어부(30)는 자체 임시복구를 완료하면, 그 결과를 관리자 또는 관리자 단말(200)로 경보 알림을 통보한다.
다음으로, 본 발명의 일실시예에 따른 지진에 의한 기울기 분석 및 기울기 자체응급복구 기능을 갖는 내진형 수배전반의 동작 방법을 도 8을 참조하여 설명합니다.
먼저, 제어부(30)는 가속도 센서(22)로부터 진동(또는 흔들림)을 감지하여, 지진 등의 외란이 발생된 것인지를 판단한다(S11). 즉, 가속도 센서(22)는 지진에 의한 수배전반 본체(10)의 진동(또는 흔들림)을 감지하여, 제어부(30)로 전송한다. 제어부(30)는 진동의 크기를 사전에 설정된 제1 기준값과 대비한다.
만약, 제어부(30)는 측정된 진동의 크기가 제1 기준값 이상으로 판단하면, 설정 조건에 따라 일련의 동작 과정(이하 제1 위험대비 동작)을 수행한다(S12). 이때, 제1 기준값은 전원 차단 등이 필요한 기준으로 설정된 값이다. 따라서, 제어부(30)는 측정된 진동 크기가 제1 기준값 이상이면, 전원 차단 등 제1 위험 대비 동작(사전에 설정된 동작 과정)을 수행한다.
다음으로, 제어부(30)는 진동 크기(또는 가속도의 크기)가 일정 규정(또는 제1 기준값) 이하이면, 아크 센서(25)를 통해 아크 유무를 판단한다(S21). 이 경우는 전원 차단 등의 조작이 필요한 규모 이하인 경우이다. 즉, 진동 크기가 제1 기준값 이상이 아니면, 제어부(30)는 아크 유무를 판단한다.
다음으로, 제어부(30)는 아크가 발생된 것으로 판단하면, 아크 발생에 따른 대비 과정을 수행한다(S22). 즉, 아크 센서(25)에 의해 측정된 값(아크 측정값)이 제2 기준값 이상이면, 부하 차단 등 위험 대비 동작(제2 위험대비 동작)을 수행한다.
제2 기준값은 사용자 또는 제조자에 의해 사전에 설정된 값이다. 또한, 제2 위험대비 동작은 사용자 또는 제조자에 의해 설정된 해당 부분의 부하 차단 등을 포함한다.
다음으로, 아크 측정값이 제2 기준값 이하이고 온도 센서(24)에 의해 감지된 온도가 제3 기준값(사용자 또는 제조자가 사전에 설정한 값) 이상이면, 온도에 따른 위험대비 동작(이하 제3 위험대비 동작)을 수행한다(S30). 제3 위험대비 동작은 사용자 또는 제조자가 사전에 설정한 동작으로서, 사용자 또는 제조자가 사전에 정한 해당 부분의 부하 차단 등으로 구성된다.
다음으로, 감지된 온도가 제3 기준값 이하이면, 제어부(30)는 접지단선 검출부(23)로부터 단선 여부 신호를 수신하여, 단선 여부를 판단한다(S40). 단선이 된 경우, 통신부(60)을 통하여 단선 발생을 통보하고 표시부(미도시)에 표시한다.
통상적으로 접지 단선이 발생하였다 하여, 바로 전기적 사고로 이어지는 확률이 높지 않다. 따라서 제어부(30)는 앞서 설명한 전력 차단 등의 위험대비 동작을 수행하지 않는다.
다음으로, 단선이 아니라고 판단되면, 제어부(30)는 접지저항 측정부(26)로부터 접지 저항값을 수신하고, 수신한 접지저항 값을 제4 기준값과 대비한다(S51). 제4 기준값은 해당 수배전반이 요구하는 접지저항 값이다. 접지 저항이 제4 기준값 이하이어야 정상이다.
만약 감지된 접지저항 값이 제4 기준값 이상이면, 제어부(30)는 접지저항 변화가 발생하였다는 메시지를 통보하고 표시부에 표시한다(S52). 통상적으로 접지 저항이 증가하였다하여 바로 전기적 사고로 이어지는 확률이 높지 않다. 따라서 상기와 같은 전력 차단 등의 위험대비 동작을 수행하지 아니한다.
다음으로, 접지저항 값이 제4 기준값 이내라 판단되면, 제어부(30)는 각도 센서(21)로부터 전, 후, 좌, 우 기울기 값을 입력받아서, 전, 후, 좌, 우 기울기가 최초 설치 시 값(또는 설치상태 값)과 동일한지를 판단한다(S60). 만약 동일하다면 종료한다.
다음으로, 최초 설치시 값(또는 설치상태 값)과 동일하지 않으면, 제어부(30)는 위치 조정값을 산출하여, 산출된 위치 조정값에 따른 제어신호를 상태복구 조정부(40)에 전송한다(S70). 즉, 설치상태 값과 동일하지 않다는 것은 본체(10)에서 변위가 발행한 것이고, 변위량 만큼의 조정값으로 조정해야 한다. 이를 통해, 설치시와 동일하게 복원하도록 제어신호를 전송한다. 상태복구 구동부(40)는 제어신호에 따라 구동하여, 본체(10)의 수평 상태를 복원한다.
다음으로, 상태복구 구동부(40)에 의한 조정이 완료되면, 제어부(30)는 앞서 단계(S11 내지 S70)를 반복하여 수행한다(S80). 즉, 앞서 단계를 반복 수행하여 다시 한번 조정한다.
또한, 제어부(30)는 통신부(60)을 통해 변위가 발생하여 조정되었음을 통보하고 표시한다(S90). 이때, 변위시킨 값을 함께 통보 표시하여, 관리자 등이 추후 수리 보강할 수 있도록 한다.
상기와 같은 일련의 구성과 동작을 통하여 수배전반의 기계적 전기적 안전도를 향상시키고 불요불급한 정전을 최소화 시킬 수 있다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
10 : 수배전반 본체 20: 센서부
21 : 각도 센서 22 : 가속도 센서
23 : 접지단선 검출부 24 : 온도 센서
25 : 아크 센서 26 : 접지저항 측정부
30 : 제어부 40 : 상태복구 조정부
100 : 배전반 200 : 관리자 단말

Claims (8)

  1. 지진에 의한 기울기 분석 및 기울기 자체응급복구 기능을 갖는 내진형 수배전반에 있어서,
    본체;
    상기 본체 내에 설치되는 센서부로서, 각도 센서, 가속도 센서, 접지단선 검출부, 온도 센서, 아크 센서, 접지저항 측정부를 포함하는 센서부; 및,
    상기 센서부로부터 감지된 측정값을 수신하고, 수신된 측정값을 분석하고, 분석 결과에 따라 위험 대비 동작을 수행하도록 제어하거나 알람을 알리는 제어부를 포함하고,
    상기 수배전반은, 상기 본체의 하부 지지대에 장착되어 상기 본체의 수평 상태를 조정하는 상태복구 조정부를 더 포함하고,
    상기 제어부는 수신된 측정값을 분석하여 본체의 수평 상태를 판단하고, 상기 본체의 수평 상태가 이상 상태가 되면, 상기 상태복구 조정부에 제어신호를 전송하여 본체의 수평 상태를 조정하도록 제어하고,
    상기 제어부는,
    (a) 상기 가속도 센서를 통해 진동 크기를 감지하고, 상기 진동 크기가 사전에 설정된 제1 기준값 이상이면 제1 위험대비 동작을 수행하는 단계;
    (b) 상기 아크 센서를 통해 아크 유무를 판단하고, 아크 측정값이 사전에 설정된 제2 기준값 이상이면 제2 위험대비 동작을 수행하는 단계;
    (c) 상기 온도 센서를 통해 상기 본체 내부의 온도를 감지하고, 온도가 사전에 설정된 제3 기준값 이상이면 제3 위험대비 동작을 수행하는 단계;
    (d) 상기 접지단선 검출부를 통해 접지 단선 여부를 판단하고, 접지 단선이 되었으면 단선 발생 상태를 통보하고 표시하는 단계;
    (e) 상기 접지저항 측정부를 통해 접지저항을 측정하고, 접지저항이 사전에 설정된 제2 기준값 이상이면 접지저항 변화 발생을 통보하고 표시하는 단계;
    (f) 상기 각도 센서를 통해 기울기 값을 측정하고, 상기 기울기 값이 상기 본체를 설치할 때의 설정상태 값과 동일한지 여부를 판단하는 단계;
    (g) 상기 기울기 값이 상기 설정상태 값과 동일하지 않으면, 상기 상태복구 조정부에 복원을 위한 제어신호를 전송하는 단계; 및,
    (h) 상기 (a)단계 내지 상기 (g)단계를 반복하는 단계를 포함하는 방법을 수행하고,
    상기 상태복구 조정부는 상기 본체의 하부 지지대에 설치되는 유압 실린더, 오일을 공급하는 유압펌프, 오일을 각 유압 실린더로 분배하는 분배기, 상기 유압펌프에서 분배기 사이의 유로에 설치된 주 솔레노이드 밸브, 및, 상기 분배기에서 상기 유압 실린더 각각의 유로에 설치된 피더 솔레노이드 밸브로 구성되고,
    상기 유압 펌프는 오일을 유압 실린더로 공급함으로써 유압 실린더의 높이를 조절하고,
    상기 제어부는 상기 본체의 X축, Y축의 전후좌우 해당 기울기의 보정 점에 맞추어, 솔레노이드 밸브의 개방 신호를 송출하고, 각 하부 지지대에 대응되는 피더 솔레노이드 밸브를, 각 하부 지지대의 기울기가 보정될 수 있도록, 기울어진 정도에 비례하여 오일이 공급되도록 제어하고,
    상기 제어부는 기울기 값에 따라 상기 기울기가 사전에 정해진 제1 기준값 이하인 경우 정상으로 판단하고, 상기 기울기가 상기 제1 기준값을 초과하고 사전에 정해진 제2 기준값 이하이면 자체 복구로 판단하여 자체 복구 조정 작업을 수행하도로 제어하고, 상기 기울기가 사전에 정해진 제2 기준값을 초과하면 복구하지 않고 차단 작업 또는 경보 작업을 수행하고,
    상기 제1 기준값은 1˚이고, 제2 기준값은 5˚이고,
    상기 제어부는 평상시에는 접지단선 및 상시접지 저항, 온도감지, 아크감지, 판넬의 기울기, 지진 발생 대비 X축,Y축,Z축의 가속도 및 진동의 변화추이를 트랜드 분석을 통해 이상 유무를 확인하고, 판넬의 기울기가 사전에 정해진 수준 이상으로 발생하는 경우, 접지단선 및 상시접지저항, 온도감지, 아크감지, 판넬의 기울기, 지진 발생 대비 X축,Y축,Z축의 가속도 및 진동의 설정치 범위를 넘어설 때 자체 응급복구가 가능하면, 복구 작업 또는 복구 조정을 수행하도록 제어하고, 지진 발생시, 접지단선 및 상시접지저항, 온도감지, 아크감지, 본체 판넬의 기울기, 지진 발생 대비 X축,Y축,Z축의 가속도 및 진동의 상관관계를 분석하여 자체 응급복구 설정을 넘어설 경우, 경보 및 차단 작업을 제어하고, 자체 응급복구 설정치 이내 일 경우 자체 응급 복구 작업을 제어한 후 관리자에게 통보하는 것을 특징으로 하는 지진에 의한 기울기 분석 및 기울기 자체응급복구 기능을 갖는 내진형 수배전반.
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  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부와 상기 센서부는 마스터와 슬레이브 관계로 구성되고, 상기 마스터와 슬레이브 간의 통신은 RS485 통신 방식을 사용하는 것을 특징으로 하는 지진에 의한 기울기 분석 및 기울기 자체응급복구 기능을 갖는 내진형 수배전반.
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  8. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    상기 수배전반은 배전반, 수전반, 분전반, 태양광 접속반, 모터 제어반 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 지진에 의한 기울기 분석 및 기울기 자체응급복구 기능을 갖는 내진형 수배전반.
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