KR102111028B1

KR102111028B1 - 전력설비의 아크 검출 시스템

Info

Publication number: KR102111028B1
Application number: KR1020190069746A
Authority: KR
Inventors: 최중현; 정용철
Original assignee: 주식회사 유트론
Priority date: 2019-06-13
Filing date: 2019-06-13
Publication date: 2020-05-15

Abstract

본 발명은 온도에 동작하는 바이메탈을 사용하여 아크 감지신호를 외부로 전송함으로써 관리하도록 한 전력설비의 아크 검출 시스템에 관한 것으로서, 전력설비 중 다수의 전원 케이블에 각각 결합되고 아크 발생에 따라 발생하는 온도를 검출하여 무선 통신을 통해 외부로 전송하는 다수의 아크 검출부와, 상기 전력설비의 일측면에 구성되어 상기 다수의 아크 검출부로부터 아크검출 신호를 전달받아 외부로 전송하는 전송 단말기와, 상기 전송 단말기로부터 아크 검출 신호를 전달받아 증폭하여 전파 음영지역을 극복하고 전송거리를 연장 및 확장하는 중계기와, 상기 중계기로부터 아크 검출 신호를 수신하여 상기 전력설비에서 발생하는 아크 정보 데이터를 수집하는 수집기와, 상기 수집기로부터 수집된 상기 전력설비의 아크 정보에 대한 데이터를 전달받아 저장하고 분석하는 관리 서버를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

전력설비의 아크 검출 시스템{ARC DETECTING SYSTEM OF A ELECTRIC EQUIPMENT}

본 발명은 전력설비의 아크 검출 시스템에 관한 것으로, 특히 전원 케이블에서 발생하는 아크에 대한 온도를 검출하고 검출된 아크 정보를 무선으로 전송하여 관리하도록 한 전력설비의 아크 검출 시스템에 관한 것이다.

현재시대는 새롭게 구현되고 있는 유비쿼터스 기술, 첨단 정보통신기술, 공간 활용기술을 이용한 U-city 환경에서 적합한 전기안전 및 사용자 시설환경에 대한 적합한 전기재해 예방 시스템이 요구되고 있는 실정이다.

기존의 수배전반이나 저압배선용 분전반은 수동형이었으나 최근에 와서는 전자제어기가 결합되어 전력의 품질 및 전력량을 측정하여 디지털 전송하는 방향으로 발전해가는 경향이 있다. 다만, 기존의 분전반이나 수배전반에서는 전기안전에 있어 위험요소들을 측정하고 전송하는 중요한 기능들이 빠져있어 생활의 편리성과 안전성을 IT 기술을 접목하여 해결하고자 하는 U-city 체제에 그대로 적용하기에는 부족한 면이 많았다.

통상적으로 전기재해 중 전기화재의 주요원인은 합선, 과전류, 아크, 누전 등이다. 또한 사용자의 주위 시설 환경(침수상태, 가스, 온도, 홈아울렛 접속불량)에 의한 경우도 주요원인이 되고 있다.

특히, 기존 수배전반에서는 내부의 부품 고장 및 절연 열화 등으로 인하여 예고 없이 정전 및 전기사고 등이 자주 발생되고 있다. 왜냐하면, 기존의 수배전반에서는 정전 및 전기사고를 미연에 방지할 수 있도록 수배전반에서 아크 및 부분 방전을 검출하기 위한 방안이 전무한 상태에 있었다.

또한, 가정에서 사용하는 분전반에는 누전이나 과부하시에 내부의 차단기가 동작하면서 전원공급을 차단할 뿐, 분전반 자체의 안전상태, 분전반 내부에 차단기 접속부나 배선 등에서 과부하, 과열 등으로 인하여 발생하는 가스정보, 주택, 아파트, 상가, 빌딩 등 모든 건물에 시설된 접속 불량 및 사용전력량 등에 대한 정보를 제공받을 수 있는 설비가 거의 전무한 상태라서 실제로 화재사고를 미연에 방지할 수 있는 기능은 부족한 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서 전력설비 내부의 전원 케이블에서 아크에 의해 발생된 온도에 동작하는 바이메탈을 배터리와 무선 통신부 사이에 구성하여 아크 감지신호를 외부로 전송함으로써 관리하도록 한 전력설비의 아크 검출 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 전력설비의 아크 검출 시스템은 전력설비 중 다수의 전원 케이블에 각각 결합되고 아크 발생에 따라 발생하는 온도를 검출하여 무선 통신을 통해 외부로 전송하는 다수의 아크 검출부와, 상기 전력설비의 일측면에 구성되어 상기 다수의 아크 검출부로부터 아크검출 신호를 전달받아 외부로 전송하는 전송 단말기와, 상기 전송 단말기로부터 아크 검출 신호를 전달받아 증폭하여 전파 음영지역을 극복하고 전송거리를 연장 및 확장하는 중계기와, 상기 중계기로부터 아크 검출 신호를 수신하여 상기 전력설비에서 발생하는 아크 정보 데이터를 수집하는 수집기와, 상기 수집기로부터 수집된 상기 전력설비의 아크 정보에 대한 데이터를 전달받아 저장하고 분석하는 관리 서버를 포함하여 구성되고, 상기 각 아크 검출부는 전원을 공급하는 배터리와, 상기 배터리로부터 전원을 공급받아 동작하고 상기 검출된 아크 정보를 무선 통신을 통해 외부로 전달하는 무선 통신부와, 상기 배터리와 무선 통신부 사이에 구성되고 상기 전원 케이블에 부착되어 상기 전원 케이블에서 발생되는 온도에 따라 온 또는 오프되어 상기 배터리와 무선 통신부를 선택적으로 연결하고 상기 무선 통신부를 통해 감지 신호를 외부로 전달하는 바이메탈을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 의한 전력설비의 아크 검출 시스템은 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 전력설비 내부의 전원 케이블에서 아크에 의해 발생된 온도에 동작하는 바이메탈을 배터리와 무선 통신부 사이에 구성하여 아크 발생시 배터리를 통해 무선 통신부에 전원을 공급하여 감지신호를 외부로 전송함으로써 배터리의 소모를 줄일 수 있다.

둘째, 전력설비의 내에 배치된 다수의 아크 검출부간에 미약전파를 활용하여 서로 통신을 수행함으로써 저전력 구동이 가능함과 더불어 주변 다른 포인트와 간섭을 최소화할 수 있다.

셋째, 전원 케이블에서 아크로 인해 발생되는 발열은 바이메탈의 기준온도값이상일 때 바이메탈이 자동으로 ON 되면서 배터리를 통해 무선 통신부로 전원이 공급되어 감지신호를 무선으로 전송함으로써 바이메탈의 기계적인 전원 공급 및 동작으로 초저전력의 구동할 수 있다.

넷째, 다수의 전력설비 내에서 검출된 아크 발생 정보를 전송 단말기, 중계기, 수집기 및 관리 서버를 통해 외부에서 관리할 수 있도록 함으로써 아크에 대한 전력설비의 사고를 미연에 방지할 수 있다.

다섯째, 전력설비내에 설치된 다수개의 아크 검출부에 각각 고유의 ID를 부여하여 아크가 발생된 지점을 보다 정확하게 파악할 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 전력설비의 아크 검출 시스템을 개략적으로 나타낸 개념도
도 2는 본 발명에 의한 전력설비의 아크 검출 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도
도 3은 도 1의 아크 검출부를 보다 구체적으로 나타낸 상세 구성도

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 다만, 하기의 설명 및 첨부된 도면에서 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 공지 기능 또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도면 전체에 걸쳐 동일한 구성 요소들은 가능한 한 동일한 도면 부호로 나타내고 있음에 유의하여야 한다.

이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명에 의한 전력설비의 아크 검출 시스템을 개략적으로 나타낸 개념도이고, 도 2는 본 발명에 의한 전력설비의 아크 검출 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도이며, 도 3은 도 1의 아크 검출부를 보다 구체적으로 나타낸 상세 구성도이다.

본 발명에 의한 전력설비의 아크 검출 시스템은 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 전력설비(100) 중 다수의 전원 케이블(10)에 각각 결합되고 아크 발생에 따라 발생하는 온도를 검출하여 무선 통신을 통해 외부로 전송하는 다수의 아크 검출부(200)와, 상기 전력설비(100)의 일측면에 결합되어 상기 다수의 아크 검출부(200)로부터 아크검출 신호를 전달받아 외부로 전송하는 전송 단말기(300)와, 상기 전송 단말기(300)로부터 아크 검출 신호를 전달받아 증폭하여 전파 음영지역을 극복하고 전송거리를 연장 및 확장하는 중계기(400)와, 상기 중계기(400)로부터 아크 검출 신호를 수신하여 상기 전력설비(100)에서 발생하는 아크 정보 데이터를 수집하는 수집기(500)와, 상기 수집기(500)로부터 수집된 상기 전력설비(100)의 아크 정보에 대한 데이터를 전달받아 저장하고 분석하는 관리 서버(500)를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 각 아크 검출부(200)는 전원을 공급하는 배터리(210)와, 상기 배터리(210)로부터 전원을 공급받아 동작하고 상기 검출된 아크 정보를 무선 통신을 통해 외부로 전달하는 무선 통신부(220)와, 상기 배터리(210)와 무선 통신부(220) 사이에 구성되고 상기 전원 케이블(100)에 부착되어 상기 전원 케이블(100)에서 발생되는 온도에 따라 온 또는 오프되어 상기 배터리(210)와 무선 통신부(220)를 선택적으로 연결하고 상기 무선 통신부(220)를 통해 감지신호를 외부로 전달하는 바이메탈(230)을 포함하여 이루어진다.

상기 전력설비(100)는 저압 및 고압 배전반이나 분전반, 모터 제어반, 태양광 인버터(전력변환장치), 태양광 접속반, ESS 등은 금속 함체상의 본체 내부에 각종 전기적 제어수단 및 이들을 서로 연결하는 전원 케이블 및 상기 제어수단을 콘트롤하기 위한 스위치 및 계측기 등이 형성된 콘트롤 패널이 내장되어 구성된다. 한편, 상기 분전반은 가정용 전기 분전함을 포함한다.

상기 바이메탈(230)은 아크 발생에 의하여 상기 전원 케이블(10)의 온도가 기준온도에 도달시 ON 되어 상기 무선 통신부(220)에 배터리(210)의 전원을 공급하여 상기 무선 통신부(220)를 통해 아크 발생에 따른 감지 신호를 무선으로 전송하도록 한다.

상기 바이메탈(230)은 상기 전원 케이블(10)의 온도가 기준온도 이하에서 OFF 상태를 유지하여 상기 배터리(210)의 전원이 무선 통신부(220)로 공급되는 것을 차단하고, 기준 온도 이상에서 ON되어 상기 배터리(210)의 전원을 상기 무선 통신부(220)에 공급한다.

상기 아크 검출부(200)는 고유의 ID(240)가 부여되어 있다. 따라서 상기 ID(240)에 따라 아크가 발생한 정확한 지점을 파악하여 보다 신속하게 고장 수리나 화재를 진화할 수 있다.

상기 아크 검출부(200)는 상기 전원 케이블(10)에 C형 슬리브 형태로 결합 즉, 상기 아크 검출부(200)는 상기 전원 케이블(10)의 결선부에 결합되어 아크 발생에 따른 온도를 감지하여 반응하도록 구성한다.

상기 전력설비(100)내에서 각 아크 검출부(200)는 서로 미약전파를 활용하여 통신하고, 상기 아크 검출부(200)는 상기 전원 케이블(10)의 아크발생시 발생부로부터 5㎝ 내외까지 아크 발생에 따른 온도를 감지하여 반응한다.

상기 배터리(210)는 충전식 배터리를 사용한다. 한편, 상기 배터리(210)는 충전식 배터리에 한정하지 않고 코인 배터리를 사용할 수도 있다.

상기 무선 통신부(220)는 본 발명의 실시예에서는 UHF 대역의 자가망 통신을 사용하고 있다. 한편, 상기 무선 통신부(220)는 UHF 대역의 자가망 통신을 포함하여 셀룰러 네트워크(예컨대, GSM(Global System for Mobile Communications), EDGE(Enhanced Data Rates for GSM Evolution), GPRS(General Packet Radio Service), CDMA(Code Division Multiple Access), 시분할(Time Division)-CDMA(TD-CDMA), UMTS(Universal Mobile Telecommunications System), LTE(Long Term Evolution), 또는 다른 셀룰러 네트워크), 근거리 통신망(LAN) 등을 포함한 다양한 유형의 네트워크를 사용할 수도 있다.

예를 들어, 상기 무선 통신부(220)가 근거리 통신망인 경우, 근거리 통신망은 무선 랜(Wireless LAN), 와이파이(Wi-Fi), 블루투스, 지그비(zigbee), WFD(Wi-Fi Direct), UWB(ultra wideband), 적외선 통신(IrDA, infrared Data Association), BLE(Bluetooth Low Energy), NFC(Near Field Communication) 중 어느 하나일 수 있다.

다른 예로서, 네트워크 데이터 액세스 요소(들)가 GSM 네트워크의 일부인 경우, 네트워크 데이터 액세스 요소(들)는 BTS(base transceiver station), BSC(Base Station Controller), MSC(Mobile Switching Center), SGSN(Serving GPRS Support Node)등 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

또 다른 예로서, 네트워크 데이터 액세스 요소(들)가 LAN의 일부인 경우, 네트워크 데이터 액세스 요소는 하나 이상의 네트워크 스위치, 라우터, 허브, 모뎀 등을 포함할 수 있다.

상기 바이메탈(230)은 열팽창계수 즉, 온도의 변화에 따라 팽창·수축하는 정도가 다른 두 종류의 얇은 금속을 포개어 붙여서 만든 것으로, 온도가 높아지면 열팽창계수가 큰 쪽이 더 많이 팽창하면서 반대쪽으로 휜다. 그리고 다시 온도가 내려가면 원래 상태로 돌아온다.

한편, 팽창이 잘 되지 않는 금속으로 니켈(Ni)과 철(Fe)의 합금이 사용되며, 팽창이 잘되는 금속은 니켈·망간·철의 합금, 니켈·몰리브덴·철의 합금, 니켈·망간·구리(Cu)의 합금 중에서 어느 하나를 사용한다.

상기 바이메탈(230)은 온도에 따라 휘는 성질을 이용하여 스위치를 닫거나 여는 장치를 구성할 수 있고, 상기 바이메탈(230) 자체를 스위치로 사용하여 회로를 조절할 수도 있다.

따라서 본 발명에서는 상기와 같은 바이메탈(230)의 성질을 이용하여 상기 전원 케이블(10)에서 아크에 의해 발생되는 온도가 기준보다 높게 상승할 때 스위치 동작을 하도록 함으로써 화재 등을 미연에 방지함과 더불어 기기를 보호할 수 있다.

상기 전송 단말기(300)는 상기 전력설비(100)의 외측면 또는 내측면에 적어도 하나씩 부착되어 구성된다.

상기 중계기(400)는 상기 전송 단말기(300)를 각각 상기 수집기(500)와 무선 연결할 수 있다. 예를 들어, 상기 전송 단말기(300)와 상기 수집기(500) 사이에는 적어도 하나의 중계기(400)가 위치할 수 있다. 상기 전송 단말기(300)는 정해진 경로를 통해 해당 계량 데이터를 전송할 수 있다. 상기 수집기(500)는 상기 전송 단말기(300)의 데이터 전송 경로를 수신할 수 있다. 예를 들어, 상기 아크 정보 데이터는 해당 전송 단말기(300)의 데이터 전송 경로를 포함할 수 있다.

상기 중계기(400)는 무선 네트워크로 전송거리의 확장 및 통신 환경의 개선을 위해 필요하다.

상기 수집기(500)를 중심으로 반경 1km정도의 셀 내에 각 수용가의 미터기에 전송 단말기(300)를 연결하여 설치하고, 상기 수집기(500)와의 통신이 양호하면 전송 단말기(300)가 수집기(500)에 직접 접속하도록 망을 구성하며, 그렇지 않은 경우에는 전파환경상 적절한 위치를 선정하여 중계기(400)를 설치하고 설치된 중계기(400)를 통해 망을 구성한다.

상기 수집기(500)는 전송 단말기(300)로부터 아크 정보 데이터를 수신할 수 있다. 상기 아크 정보 데이터는 해당 전송 단말기(300)에 의해 수집된 데이터를 포함할 수 있다. 상기 전송 단말기(300)는 고유 번호를 포함할 수 있다. 예를 들어, 각 전송 단말기(300)에는 위치에 따른 고유 번호가 부여될 수 있다.

상기 수집기(500)는 각 전송 단말기(300)의 아크 정보 데이터와 함께 해당 전송 단말기(300)의 위치 정보를 수신할 수 있다. 예를 들어, 상기 아크 정보 데이터는 해당 전송 단말기(300)의 고유 번호를 포함할 수 있다.

상기 수집기(500)는 상기 전송 단말기(300)로부터 수신된 아크 정보 데이터들을 상기 관리 서버(600)로 송신할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시 예에 따른 전력설비의 아크 검출 시스템은 상기 수집기(500)를 상기 관리 서버(600)와 연결하는 무선 네트워크(도시되지 않음)를 더 포함할 수 있다. 상기 무선 네트워크는 CDMA, GSM, WiBro, IP 망 등과 같은 광대역 통신망일 수 있다.

상기 수집기(500)는 UHF 및 통신 종류별 인터페이스가 가능하고, 이더넷(etheret) 인터페이스를 내장하고 있다.

상기 관리서버(600)는 상기 수집기(500)로부터 아크 정보 데이터를 수신하고, 이를 관리하며, 각종 명령신호를 송신하는 구성이다.

본 발명에 따른 전력설비의 아크 검출 시스템의 각 구성장치들은 배터리 구동으로 8년 이상의 장기간 정상 운용할 수 있는 초저전력 데이터 통신이 가능하도록 구성요소들의 하드웨어에 대하여 초저전력 설계를 기본으로 하고 저전력 제어와 효율적인 저전력 데이터 통신을 위해서 저전력 MAC 프로토콜 및 저전력 검침운용구조로 설계된다.

한편, 이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

10 : 전원 케이블 100 : 전력설비
200 : 아크 검출부 300 : 전송 단말기
400 : 중계기 500 : 수집기
600 : 관리 서버

Claims

전력설비 중 다수의 전원 케이블에 각각 결합되고 아크 발생에 따라 발생하는 온도를 검출하여 무선 통신을 통해 외부로 전송하는 다수의 아크 검출부와,
상기 전력설비의 일측면에 구성되어 상기 다수의 아크 검출부로부터 아크검출 신호를 전달받아 외부로 전송하는 전송 단말기와,
상기 전송 단말기로부터 아크 검출 신호를 전달받아 증폭하여 전파 음영지역을 극복하고 전송거리를 연장 및 확장하는 중계기와,
상기 중계기로부터 아크 검출 신호를 수신하여 상기 전력설비에서 발생하는 아크 정보 데이터를 수집하는 수집기와,
상기 수집기로부터 수집된 상기 전력설비의 아크 정보에 대한 데이터를 전달받아 저장하고 분석하는 관리 서버를 포함하여 구성되고, 상기 각 아크 검출부는
전원을 공급하는 배터리와,
상기 배터리로부터 전원을 공급받아 동작하고 상기 검출된 아크 정보를 무선 통신을 통해 외부로 전달하는 무선 통신부와,
상기 배터리와 무선 통신부 사이에 구성되고 상기 전원 케이블에 부착되어 상기 전원 케이블에서 발생되는 온도에 따라 온 또는 오프되어 상기 배터리와 무선 통신부를 선택적으로 연결하고 상기 무선 통신부를 통해 감지 신호를 외부로 전달하는 바이메탈을 포함하여 이루어지고,
상기 바이메탈은 상기 전원 케이블의 온도가 기준온도에 도달시 ON 되어 상기 무선 통신부에 배터리의 전원을 공급하여 상기 무선 통신부를 통해 아크 발생에 따른 감지 신호를 무선으로 전송하며,
상기 전력설비내에서 각 아크 검출부는 서로 미약전파를 활용하여 통신하며,
상기 바이메탈은 상기 전원 케이블의 온도가 기준온도 이하에서 OFF 상태를 유지하여 상기 배터리와 무선 통신부를 차단하고, 기준 온도 이상에서 ON되어 상기 배터리와 무선 통신부를 연결하고,
상기 아크 검출부는 고유의 ID가 부여되어 있고, 상기 전원 케이블에 C형 슬리브 형태로 결합되며, 상기 전원 케이블의 결선부에 결합되어 아크 발생에 따른 온도를 감지하며,
상기 아크 검출부는 상기 전원 케이블의 아크발생시 발생부로부터 5㎝ 내외까지 아크 발생에 따른 온도를 감지하는 것을 특징으로 하는 전력설비의 아크 검출 시스템.
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제 1 항에 있어서, 상기 전력설비는 수배전반, 태양광 인버터, 태양광 접속반, 분전반, 모터 제어반, ESS, 가정용 전기 분전함 중에서 어느 하나인 것을 특징으로 하는 전력설비의 아크 검출 시스템.