KR102096075B1 - 수배전반의 아크측정 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수배전반의 아크측정 장치에 관한 것으로서, 수배전반에 구비되는 접점의 아크 성능을 측정하는 수배전반의 아크측정 장치는 케이스; 케이스 내부에 배치되며, - 전극막대의 종단에 구비되는 -접점재를 구비하여 이동 가능하게 결합되는 자동선형스테이지와, +전극막대의 종단에 구비되는 +접점재를 구비하여 이동 가능하게 결합되는 3축 광학스테이지를 구비하는 전극유닛; -접점재와 +접점재가 맞닿을 때 발생하는 아크 광 파워를 측정하는 자외선검출기와 -접점재와 +접점재가 맞닿는 위치에 배치되도록 자외선검출기의 위치를 조정하는 3축광학스테이지를 구비하는 광파워측정유닛; 및 +전극막대에 +전원을 공급하고, -전극막대에 -전원을 공급하는 전원유닛을 포함하며, - 접점재 및 + 접점재는 수배전반에 구비되는 스위치, 하네스 또는 단자대 중 어느 하나일 수 있다.

Description

수배전반의 아크측정 장치{Arc measuring apparatus for distributing board}
본 발명은 수배전반의 아크측정 장치에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 수배전반의 스위치, 하네스 및 단자와 같은 접점의 아크 성능을 간단하고, 신속하고, 반복적으로 테스트 할 수 있는 수배전반의 아크측정 장치에 관한 것이다.
수배전반, ESS 장치, 접속함 등과 같은 전력 제어 설비에는 수많은 배선과 개폐기, 차단기, 계전기 등의 부품이 밀집되어 있는데, 그 기능이 상시 동작하면서 열화와 노후화 그리고 화재 발생으로 까지 이어지는 사고가 빈번하게 발생하고 있다.
특히, 아크(arc) 방전은 주요 사고 원인이 되어 화재나 폭발 등으로 이어질 수 있다. 아크 화재의 경우, 지락이나 용량 초과, 타 물건과의 접촉 등에 의해 비정상적인 전류가 흐르게 되어 전력 제어 설비 내부의 부스바, 케이블, 전선간의 접촉부, 단자 접촉부 등이 과열된다. 이로 인하여 다른 물체에 접촉함으로써 고장 부위에서 선이 절단되어 차단되거나 부분적인 접촉으로 계속적인 반복적인 아크를 발생시키게 된다.
이와 같이 아크의 발생을 방지하는 것이 쉽지 않으므로, 아크의 발생시 이를 신속하고 정확하게 센싱하여 화재를 예방하는 것이 매우 중요하다.
(한국등록특허 제10-1363287호, 2014년 2월 18일)
본 발명의 목적은 효과적으로 수배전반의 스위치, 하네스 및 단자와 같은 접점의 아크 성능을 간단하고, 신속하고, 반복적으로 테스트 할 수 있는 수배전반의 아크측정 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
위와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 수배전반에 구비되는 접점의 아크 성능을 측정하는 수배전반의 아크측정 장치는 케이스; 케이스 내부에 배치되며, - 전극막대의 종단에 구비되는 -접점재를 구비하여 이동 가능하게 결합되는 자동선형스테이지와, +전극막대의 종단에 구비되는 +접점재를 구비하여 이동 가능하게 결합되는 3축 광학스테이지를 구비하는 전극유닛; -접점재와 +접점재가 맞닿을 때 발생하는 아크 광 파워를 측정하는 자외선검출기와 -접점재와 +접점재가 맞닿는 위치에 배치되도록 자외선검출기의 위치를 조정하는 3축광학스테이지를 구비하는 광파워측정유닛; 및 +전극막대에 +전원을 공급하고, -전극막대에 -전원을 공급하는 전원유닛을 포함하며, - 접점재 및 + 접점재는 수배전반에 구비되는 스위치, 하네스 또는 단자대 중 어느 하나일 수 있다.
본 실시예에 있어서, 자동선형스테이지 및 3축 광학스테이지 중 적어도 하나는, 각 전극막대에 가해지는 충격을 완화시킬 수 있는 완충유닛을 구비하고, 완충유닛은 내부에 공간이 형성되는 몸체; 몸체에 형성된 내부의 공간을 따라 전후진하는 피스톤; 몸체의 내벽에 피스톤의 전후진 시, 피스톤이 흔들리지 않도록 잡아주는 일방향을 따라 일정간격으로 배치되는 베어링; 및 피스톤 후방에 배치되어 +접점재와 -접점재가 접촉되어 - 전극막대와 + 전극막대가 뒤로 밀릴 때 압축되었다가 다시 팽창시키면서 +접점재와 -접점재의 접촉을 유지시키는 스프링;을 구비할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 접점재는 9.93wt% ZnO, 0.07wt%CNT, 잔부 Ag로 구성될 수 있다.
본 발명에 의한 수배전반의 아크측정 장치는 효과적으로 수배전반의 스위치, 하네스 및 단자와 같은 접점의 아크 성능을 간단하고, 신속하고, 반복적으로 테스트 할 수 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수배전반의 아크측정 장치의 개념 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 수배전반의 아크측정 장치의 접점재와 전극막대의 결합구조를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 수배전반의 아크측정 장치의 완충유닛의 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 수배전반의 아크측정 장치의 자외선광검출기의 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 수배전반의 아크측정 장치의 접점재의 접촉상태를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 수배전반의 아크측정 장치의 소재에 따른 아크 광파워를 측정한 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체에서, “~상에”라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상측에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수배전반의 아크측정 장치의 개념 사시도이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 수배전반의 아크측정 장치의 접점재와 전극막대의 결합구조를 나타내는 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 수배전반의 아크측정 장치의 완충유닛의 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 수배전반의 아크측정 장치의 자외선광검출기의 도면이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 수배전반의 아크측정 장치의 접점재의 접촉상태를 나타내는 도면이다.
도 1 내지 도 5를 참조하여 설명하면, 본 발명의 실시예에 따른 수배전반의 아크측정 장치는(1)는, 케이스(2), 전극유닛(10), 광파워측정유닛(20), 전원유닛(30)으로 구성된다. 본 발명에서 -접점재 또는 +접점재는 수배전반 구비되는 스위치, 하네스 또는 단자대 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
케이스(2) 내부에, 전극유닛(10), 광파워측정유닛(20)이 설치된다. 케이스(2)의 내벽에는 온도센서(Ts), 습도센서(Hs)가 설치된다.
온도센서(Ts)는 케이스(2) 내부의 온도를 측정한다. 습도센서(Hs)는 케이스(2) 내부의 습도를 측정한다.
케이스(2) 내부의 온도와 습도에 따라서, 광파워측정유닛(20)의 측정감도가 달라질 수 있으므로, 온도센서(Ts)에서 측정된 온도와, 습도센서(Hs)에서 측정된 습도에 따라, 광파워 측정값을 보정한다.
케이스(2)는 불투명한 재질로 만든다. 이로 인해, 케이스(2) 내부가 어두워져, 광파워측정유닛(20)의 아크 측정 감도를 높일 수 있다.
전극유닛(10)은, +전극막대(11), +접점재(12), -전극막대(13), -접점재(14), 자동선형스테이지(15), 3축광학스테이지(16)로 구성된다.
+전극막대(11)는 사각막대형상을 가지며 구리로 만들어진다. 물론, +전극막대(11)는 다양한 형상을 가지며, 다양한 소재로 만들어질 수 있다. -전극막대(13)는 사각막대형상을 가지며 구리로 만들어진다. 물론, -전극막대(13)는 다양한 형상을 가지며, 다양한 소재로 만들어질 수 있다.
+접점재(12)는 +전극막대(11)의 끝단에 용접된다. 전술한 바와 같이, +접점재(12)는 수배전반 구비되는 스위치, 하네스 또는 단자대일 수 있으며, 9.93wt% ZnO, 0.07wt%CNT, 잔부 Ag로 구성될 수 있다. 물론, +접점재(12)는 다양한 소재로 만들어질 수 있다.
-접점재(14)는 -전극막대(13)의 끝단에 용접된다. +접점재(12)는 수배전반 구비되는 스위치, 하네스 또는 단자대일 수 있으며, 9.93wt% ZnO, 0.07wt%CNT, 잔부 Ag로 구성될 수 있다. 물론, -접점재(14)는 다양한 소재로 만들어질 수 있다.
한편, 전극막대(11,13)의 끝단에 접점재(12,14)를 용접하는 대신에, 착탈가능하게 설치할 수 있다.
일 예로, 도 2(a)에 도시된 바와 같이, 접점재(12,14)를 T자 형상으로 만들고, 전극막대(11,13)의 끝단에 홈(G)을 파고, 접점재(12,14)를 홈(G)에 억지로 끼울 수 있다.
다른 예로, 도 2(b)에 도시된 바와 같이, 접점재(12,14)와 전극막대(11,13)를 용접하는 대신에, 접점재(12,14)를 캡슐 형상으로 만들어, 전극막대(11,13)의 끝단에 억지로 씌울 수 있다.
이 경우, 전극막대(11,13)를 그대로 둔 상태에서, 접점재(12,14) 만을 교체하여, 접점재(12,14)의 아크의 광학적 특성을 측정할 수 있다. 이로 인해, 접점재(12,14)를 다양한 소재로 만들어, 그 성능을 신속하게 테스트 해 볼 수 있다.
자동선형스테이지(15) 위에 -전극막대(13)가 설치된다. 자동선형스 테이지(15)는 -전극막대(13)를 전진 또는 후진시켜, -접점재(14)와 +접점재(12)를 접촉 또는 비접촉시킨다.
자동선형스테이지(15)는 수 마이크로미터 단위로, -전극막대(13)를 정밀하게 이동시킬 수 있다. 자동선형스테이지(15)는 공지된 장치이므로 자세한 설명은 생략한다.
3축광학스테이지(16) 위에 +전극막대(11)가 설치된다.
3축광학스테이지(16)는 +전극막대(11)의 위치를 X,Y,Z축 방향으로 정밀하게 조절하여, -전극막대(13) 접근 시, +전극막대(11)의 끝단에 설치된 +접점재(12)와 -전극막대(13)의 끝단에 설치된 -접점재(14)를 정 위치에서 접촉시킨다. 3축광학스테이지(16)는 공지된 장치이므로 더 자세한 설명은 생략한다.
한편, 반대로, 자동선형스테이지(15) 위에 +전극막대(11)를 설치하고, 3축광학스테이지(16) 위에 -전극막대(13)를 설치하여, 자동선형스테이지(15)가 +전극막대(11)를 전진 또는 후진시켜, +접점재(12)와 -접점재(14)를 접촉 또는 비접촉시킬 수도 있다. 이때, 3축광학스테이지(16)는 -전극막대(13)의 위치를 X,Y,Z축 방향으로 정밀하게 조절하여, +전극막대(11) 접근 시, -전극막대(13)의 끝단에 설치된 -접점재(14)와 +전극막대(11)의 끝단에 설치된 +접점재(12)를 정 위치에서 접촉시킨다.
한편, 자동선형스테이지(15)가 -접점재(14)를 이동시켜 +접점재(12) 접촉시 또는 아크 발생시, 전극막대(11,13)에 가해지는 충격을 완화시키기 위해, 도 3에 도시된 바와 같이, 완충유닛(40)을 더 둘 수 있다.
완충유닛(40)은 +전극막대(11)의 충격을 완화시키도록 3축광학스테이지(16) 위와, -전극막대(13)의 충격을 완화시키도록 자동선형스테이지(15) 위에 각각 설치된다.
완충유닛(40)은, 몸체(41), 피스톤(42), 스프링(43)으로 구성된다.
몸체(41)의 내부에는 피스톤(42)이 전후진할 수 있는 공간(S)이 마련된다. 몸체(41)의 내벽에는 피스톤(42) 전후진시, 피스톤(42)을 흔들리지 않게 잡아주는 볼베어링(41a)이 일정간격으로 설치된다.
피스톤(42)의 전단에는 전극막대(11,13)가 설치되고, 피스톤(42)의 후단은 공간(S)에 삽입된다. 피스톤(42)은 절연소재로 만들어진다. 피스톤(42)의 후측 테두리에는 공간(S)에서 피스톤(42)이 빠지지 못하게 하는 스톱돌기(42a)가 구비된다.
스프링(43)은 공간(S) 내 피스톤(42)의 후측에 설치된다. 스프링(43)은 +접점재(12)와 -접점재(14)가 접촉되어 전극막대(11,13)가 뒤로 밀릴 때, 잠시 압축되었다가, 다시 팽창하여 전극막대(11,13)를 민다.
또한, 스프링(43)은 아크발생시, 그 충격에 의해 전극막대(11,13)가 뒤로 밀릴 때, 잠시 압축되었다가, 다시 팽창하여 전극막대(11,13)를 민다.
이로 인해, -접점재(14)와 +접점재(12)의 접촉이 유지된다.
광파워측정유닛(20)은, 자외선광검출기(21), 3축광학스테이지(22)로 구성된다.
자외선광검출기(21)는, +접점재(12)와 -접점재(14) 접촉시 발생하는 아크 광 파워를 측정한다.
자외선광검출기(21)는 몸체(21a)와 몸체(21a)의 끝부분 상면에 설치된 광센서(21b)로 구성된다.
3축광학스테이지(22) 위에 자외선광검출기(21)가 설치된다. 3축광학 스테이지(22는 자외선광검출기(21)의 위치를 X,Y,Z축 방향으로 정밀하게 조절한다. 광센서(21b)의 위치가 조금이라도 달라지면, 아크의 광파워 측정값이 달라지므로, 광센서(21b)를 정확한 측정 위치에 두는 것이 중요하다.
접촉된 +접점재(12)와 -접점재(14)의 3mm 아래에서 광센서(21b)의 감도가 가장 좋게 나타나므로, 3축광학스테이지(22)는 접촉된 +접점재(12)와 -접점재(14)의 3mm 아래에 광센서(21b)를 정확하게 위치시킨다.
한편, 자외선광검출기(21)는 적어도 하나 이상일 수 있다.
일 예로, 도 4(a)에 도시된 바와 같이, 자외선광검출기(21)를 위아래로 두어, 상하에서 아크의 광파워를 측정할 수 있다. 위아래에 위치된 자외선광검출기(21)는 우측 끝에서 연결대(21d)로 서로 연결된다. 접촉된 +접점재(12)와 -접점재(14)의 3mm 위아래 각각에 광센서(21b)가 위치된다. 접촉된 +접점재(12)와 -접점재(14)의 위아래(2군데)에서 아크의 광파워를 동시에 측정하므로, 보다 신뢰성 있는 데이터를 얻을 수 있다.
다른 예로, 도 4(b)에 도시된 바와 같이, 자외선광검출기(21)를 위아래 및 우측면에 두어, 상하 및 우측에서 아크의 광파워를 측정할 수 있다. 위아래에 위치된 자외선광검출기(21)는 우측 끝에서 연결대(21d)로 서로 연결된다. 우측 자외선광검출기(21)는 위아래 자외선광검출기(21) 사이에 수직방향으로 설치된다.
접촉된 +접점재(12)와 -접점재(14)의 3mm 위아래와 3mm 우측 각각에 광센서(21b)가 위치된다. 접촉된 +접점재(12)와 -접점재(14)의 위아래 및 우측(3군데)에서 아크의 광파워를 동시에 측정하므로, 보다 신뢰성 있는 데이터를 얻을 수 있다.
전원유닛(30)은 +전극막대(11)에 +전원을 공급하고, -전극막대(13)에 -전원을 공급한다. 전원유닛(30)은 800V 급 DC Power supply이다. 도면부호 w는 전원유닛(30)과 +전극막대(11), 전원유닛(30)과 -전극막대(13)를 연결하는 전선을 나타낸다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 수배전반의 아크측정 장치의 작동을 설명한다. 도 1을 기본적으로 참조한다.
전원유닛(30)이 +전극막대(11)에 +전원을 공급하고, -전극막대(13)에 -전원을 공급한다.
자동선형스테이지(15)가 -전극막대(13)를 전진시킨다.
도 5(a)에 도시된 바와 같이 비 접촉 상태인 +접점재(12)와 -접점재 (14)가, 도 5(b)에 도시된 바와 같이, 접촉하게 된다.
+접점재(12)와 -접점재(14)가 접촉하면서 아크가 발생한다.
접촉된 +접점재(12)와 -접점재(14) 아래에서, 광센서(21b)가 아크의 광파워를 감지한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 아크 광파워는 인가전압이 커질수록 커진다. 또한, 아크 광파워는 +접점재(12) 및 -접점재(14)의 소재에 따라 달라진다. 예를 들어, Ag-993wt% ZnO-007wt%CNT 소재로 접점재(12,14)를 만들면, 종래 소재에비해 아크 광파워가 20 % 이상 감소하는 것을 알 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명이 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
1: 수배전반의 아크측정 장치
2: 케이스
10: 전극유닛
20: 광파워측정유닛
30: 전원유닛
40: 완충유닛

Claims (3)

  1. 수배전반에 구비되는 접점의 아크 성능을 측정하는 수배전반의 아크측정 장치에 있어서,
    케이스;
    상기 케이스 내부에 배치되며, (-)전극막대의 종단에 구비되는 (-)접점재를 구비하여 이동 가능하게 결합되는 자동선형스테이지와, (+)전극막대의 종단에 구비되는 (+)접점재를 구비하여 이동 가능하게 결합되는 3축 광학스테이지를 구비하는 전극유닛;
    상기 (-)접점재와 상기 (+)접점재가 맞닿을 때 발생하는 아크 광 파워를 측정하는 자외선검출기와 상기 (-)접점재와 상기 (+)접점재가 맞닿는 위치에 배치되도록 상기 자외선검출기의 위치를 조정하는 3축광학스테이지를 구비하는 광파워측정유닛; 및
    상기 (+)전극막대에 (+)전원을 공급하고, 상기 (-)전극막대에 (-)전원을 공급하는 전원유닛을 포함하며,
    상기 (-) 접점재 및 (+) 접점재는,
    상기 수배전반에 구비되는 스위치, 하네스 또는 단자대 중 어느 하나이며,
    상기 자동선형스테이지 및 3축 광학스테이지 중 적어도 하나는,
    각 전극막대에 가해지는 충격을 완화시킬 수 있는 완충유닛을 구비하고,
    상기 완충유닛은,
    내부에 공간이 형성되는 몸체;
    상기 몸체에 형성된 내부의 공간을 따라 전후진하는 피스톤;
    상기 몸체의 내벽에 상기 피스톤의 전후진 시, 상기 피스톤이 흔들리지 않도록 잡아주는 일방향을 따라 일정간격으로 배치되는 베어링; 및
    상기 피스톤의 후방에 배치되어 상기 (+)접점재와 상기 (-)접점재가 접촉되어 상기 (-)전극막대와 상기 (+)전극막대가 뒤로 밀릴 때 압축되었다가 다시 팽창시키면서 상기 (+)접점재와 상기 (-)접점재의 접촉을 유지시키는 스프링;을 구비하고,
    상기 자외선검출기는,
    상하로 서로 마주보도록 배치되는 몸체(21a)와 상기 몸체(21a)의 후단에서 상하로 배치된 상기 몸체(21a)를 연결하는 연결대(21d)와 전방 내측면에 서로 마주보도록 배치되는 몸체(21a)의 내주면 각각에 배치되어 아크의 광파워를 측정하는 광센서(21b)를 구비하고,
    상기 (+, -)접점재는,
    9.93wt% ZnO, 0.07wt%CNT, 잔부 Ag로 구성되며,
    상기 케이스의 내벽에는 상기 케이스 내부의 온도를 측정하는 온도센서 및 습도를 센싱하는 습도센서가 설치되고, 상기 온도센서 및 상기 습도센서를 통해 센싱되는 온도 및 습도를 통해 광파워측정유닛을 통해 센싱되는 광파워 측정값을 보정하는 것을 특징으로 하는 수배전반의 아크 측정 장치.
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