KR102402085B1 - High voltage distributing board, low voltage distributing board, motor control board, distributing board having preventing and diagnosing of deterioration - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 열화 진단 및 예방 기능이 구비된 배전반(고압반, 저압반, 모터제어반, 분전반)에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 이상 온도를 검출하는 적외선 어레이 이미지센서, 일산화탄소(CO)/이산화탄소(CO2)를 검출하는 가스센서, 코로나방전을 검출하는 AA센서 및 아크 및 불꽃을 검출하는 아크센서를 통해 열화발생을 예측 진단하고, 융복합 열화진단장치를 통하여 사고 유무를 주의, 경고, 차단의 3단계로 구분하고 화재발생시 소화장치를 통하여 화재를 진압하는 열화 진단 및 예방 기능이 구비된 배전반(고압반, 저압반, 모터제어반, 분전반)에 관한 것이다.The present invention relates to a switchboard (high-pressure board, low-pressure board, motor control board, and distribution board) equipped with a deterioration diagnosis and prevention function, and more particularly, an infrared array image sensor for detecting abnormal temperature, carbon monoxide (CO) / carbon dioxide (CO) 2 ) Predict and diagnose the occurrence of deterioration through a gas sensor that detects ), an AA sensor that detects corona discharge, and an arc sensor that detects arcs and sparks. It is related to a switchboard (high voltage panel, low pressure panel, motor control panel, distribution panel) equipped with deterioration diagnosis and prevention functions that are divided into stages and suppress a fire through a fire extinguishing device in case of fire.
일반적으로 공공 건물이나 산업용 건물 등의 대형 건축물 내에는 다수의 고압배전반, 저압배전반, 분전반, 모터제어반 등과 같은 제어설비를 마련하여 건물 내외 및 구역 내의 전력 관리를 수행하고 있다. 이러한 제어설비의 경우 승인된 관리자만이 제어설비에 접근할 수 있도록 하는 안전장치와, 작업을 신속하고 안전하며 효율적으로 수행할 수 있도록 도와주는 교육 수단과, 작업 전체에 관한 상황을 실시간 모니터링 하여 이를 기록 및 저장할 수 있도록 하는 새로운 시스템 및 절차의 개발이 요구되었다.In general, in large buildings such as public buildings or industrial buildings, control facilities such as a large number of high-voltage switchgear, low-voltage switchboard, distribution board, and motor control panel are provided to manage power inside and outside the building and within the area. In the case of these control facilities, a safety device that allows only authorized managers to access the control facility, a training tool that helps to perform work quickly, safely and efficiently, and real-time monitoring of the overall work situation The development of new systems and procedures to enable recording and storage was required.
특히, 고압배전반, 저압배전반, 분전반, 모터제어반 등과 같은 제어설비는 큰 부하에 의한 과다한 열이 발생하거나, 내부의 온도가 기준치 이상으로 급격하게 변하는 등의 불안 요소가 어느 때라도 발생할 수 있다. 따라서 제어설비에는 불안 요소의 발생상황을 관리자나 관리 서버에 신속히 알리기 위한 안전관리장치가 필수적으로 구비되어야 한다.In particular, in control facilities such as high-voltage switchgear, low-voltage switchgear, distribution board, and motor control panel, an unsafe factor such as excessive heat due to a large load or a sudden change in internal temperature beyond the reference value may occur at any time. Therefore, it is essential that the control equipment be equipped with a safety management device to quickly notify the manager or the management server of the occurrence of unsafe factors.
상기 불안요소의 발생상황 중에서 열화는 다양한 원인에 의해 발생되는 데, 열화인 전기화재는 노출된 충전부 상호의 혼촉에 의한 단락, 누전, 접속부의 접속불량과 접속부에서의 산화물의 증식 성장에 의한 발열, 전극 사이 절연물의 열화에 의한 절연파괴(트래킹 등), 연선의 기계적 피로에 의한 소손 절단에 의한 반단선, 정전기에 의한 폭발, PCB 등 전자회로부에서의 이온 이동, 낙뢰 등에 의해 발생하게 된다. 즉 열화의 발생 요인으로 인해 전류가 급격히 증가되는 순간 과전류, 열화에 의해 순간 온도의 급상승, 누전에 의한 누설전류의 급격한 상승으로 인한 화재 위험성이 증가된다.Among the occurrence situations of the above unsafe factors, deterioration is caused by various causes, and electrical fires that are deterioration are short circuit due to contact between exposed charging parts, short circuit, electric leakage, poor connection in the connection part, and heat due to the growth of oxides in the connection part, It is caused by insulation breakdown (tracking, etc.) due to deterioration of the insulation between electrodes, breakage due to burnout and cutting due to mechanical fatigue of stranded wire, explosion due to static electricity, movement of ions in electronic circuits such as PCB, lightning, etc. That is, the risk of fire increases due to overcurrent when the current is rapidly increased due to the cause of deterioration, sudden rise in temperature due to deterioration, and sudden rise in leakage current due to leakage current.
배전반의 열화를 감시하기 위한 기술로서, 등록특허공보 제10-1575228호에 배전반의 자외선 아크 열화 감시 진단 시스템이 개시되었다.As a technology for monitoring the deterioration of the switchboard, a diagnostic system for monitoring the deterioration of the ultraviolet arc of the switchboard is disclosed in Korean Patent Registration No. 10-1575228.
또한, 등록특허공보 제10-2130435호에 전기 열화 감시 시스템이 장착된 배전반이 개시되었다.In addition, Korean Patent No. 10-2130435 discloses a switchboard equipped with an electrical deterioration monitoring system.
그러나 상기의 기술을 포함한 종래의 열화 감시 시스템은 다수 개의 검출센서에서 가스, 온도, 아크 등을 검출하여 열화 발생을 감지하기 때문에 열화를 감지하는 시스템이 복잡하고 검출성능 또한 미흡한 실정이며, 다수의 센서로 구성된 제어시스템으로 인한 빈번한 오동작으로 신뢰성이 저하되고 있다. 또한, 단일 센서를 통해 열화를 감지하는 경우 검출된 정보에만 의존하여야 하기 때문에 판단된 결과에 대한 신뢰성은 열화 요인으로 판단되는 구성요서의 전체 분석이 미흡하여 결과의 신뢰성이 저하되는 문제점이 있다.However, since the conventional deterioration monitoring system including the above technology detects the occurrence of deterioration by detecting gas, temperature, arc, etc. from a plurality of detection sensors, the system for detecting deterioration is complicated and the detection performance is also insufficient. Reliability is lowered due to frequent malfunctions caused by the control system composed of In addition, when deterioration is sensed through a single sensor, since only the detected information has to be relied on, the reliability of the determined result has a problem in that the overall analysis of the components determined as the deterioration factor is insufficient, and the reliability of the result is lowered.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 넓은 영역에서 온도를 검출할 수 있는 적외선 어레이 이미지센서와 가스센서, AA센서 및 아크, 불꽃을 검출하는 아크센서로부터 검출된 신호에 근거하여 열화진단장치에서 분석 판단하도록 구성하여 배전반의 열화를 종합적으로 감지할 수 있는 열화 진단 및 예방 기능이 구비된 배전반(고압반, 저압반, 모터제어반, 분전반)을 제공하는 데 있다.The present invention has been devised to solve the above problems, and the problem to be solved in the present invention is from an infrared array image sensor that can detect temperature in a wide area, a gas sensor, an AA sensor, and an arc sensor that detects arcs and flames. To provide a switchboard (high-pressure board, low-voltage board, motor control board, distribution board) equipped with a degradation diagnosis and prevention function that can comprehensively detect the degradation of the switchboard by configuring the degradation diagnosis device to analyze and judge based on the detected signal have.
상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 열화 진단 및 예방 기능이 구비된 배전반(고압반, 저압반, 모터제어반, 분전반)은 배전반에 설치되는 열화검출장치; 상기 열화검출장치로부터 검출된 신호에 근거하여 열화를 진단하는 열화진단장치 및 상기 열화진단장치의 진단 결과에 따라 화재를 진압하는 소화장치를 포함하고, 상기 열화검출장치는 온도값을 검출하는 적외선 어레이 이미지센서부; 일산화탄소(CO)와 이산화탄소(CO2)의 농도값을 검출하는 가스센서부; 코로나방전에 의한 음향신호를 검출하는 AA센서부; 및 아크 및 불꽃신호를 검출하는 아크센서부를 포함하는 것을 특징으로 한다.In accordance with the present invention for solving the above problems, a switchboard (high voltage board, low pressure board, motor control board, and distribution board) equipped with a deterioration diagnosis and prevention function includes a deterioration detection device installed in the switchboard; an infrared array for detecting a temperature value; image sensor unit; a gas sensor unit for detecting concentration values of carbon monoxide (CO) and carbon dioxide (CO2); AA sensor unit for detecting an acoustic signal due to corona discharge; and an arc sensor for detecting arc and flame signals.
여기서, 상기 적외선 어레이 이미지센서부는 대상 구역에서 발산되는 빛을 집광하는 집광렌즈; 상기 집광렌즈에서 집광된 빛 중에서 적외선 영역의 빛을 투과시키는 IR필터; 상기 IR필터에서 필터링된 적외선을 전기적 신호로 출력하는 IR디텍터; 상기 IR디텍터에서 출력되는 전기적 신호를 증폭하는 증폭기; 상기 증폭기에서 증폭된 전기적 신호의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 ADC; 상기 ADC에서 출력되는 디지털 신호에 대해 선형화하고 보정하여 출력하는 처리모듈; 및 상기 처리모듈에서 출력되는 디지털 신호를 송출하는 출력모듈을 포함한다.Here, the infrared array image sensor unit includes a condensing lens for condensing the light emitted from the target area; an IR filter that transmits light in an infrared region among the light collected by the condensing lens; an IR detector for outputting infrared filtered by the IR filter as an electrical signal; an amplifier amplifying the electrical signal output from the IR detector; ADC for converting the analog signal of the electric signal amplified by the amplifier into a digital signal; a processing module for linearizing, correcting and outputting the digital signal output from the ADC; and an output module for transmitting a digital signal output from the processing module.
또한, 상기 처리모듈은 상기 ADC로부터 출력되는 디지털 신호를 이미지 영상으로 재현시키는 영상처리기; 상기 영상처리기에서 처리된 상기 이미지 영상의 프레임에 대해 해상도를 고정한 상태에서 2차원 배열의 픽셀로 분할하는 이미지분할기; 상기 이미지분할기에서 분할된 각 픽셀에 대한 온도값을 검출하는 온도검출기; 및 상기 온도검출기에서 산출된 온도값을 보상하는 온도보상기를 포함한다.In addition, the processing module includes: an image processor for reproducing the digital signal output from the ADC as an image image; an image divider for dividing the frame of the image processed by the image processor into a two-dimensional array of pixels in a state where the resolution is fixed; a temperature detector for detecting a temperature value for each pixel divided by the image divider; and a temperature compensator for compensating for the temperature value calculated by the temperature detector.
또한, 상기 온도보상기는 주변온도, 방사율, 측정거리 및 반사 온도에 근거하여 상기 온도검출기에서 검출된 온도값를 보상하는 것을 특징으로 한다.In addition, the temperature compensator compensates the temperature value detected by the temperature detector based on the ambient temperature, the emissivity, the measurement distance, and the reflected temperature.
또한, 상기 주변온도에 대한 보상은 미리 저장된 온도보상 테이블에 기록된 온도값과 검출된 온도값에 대해 선형보간법을 이용하여 상기 검출된 온도값을 보상하도록 구성될 수 있다.In addition, the compensation for the ambient temperature may be configured to compensate for the detected temperature value using a linear interpolation method for the detected temperature value and the temperature value recorded in the temperature compensation table stored in advance.
이때, 상기 집광렌즈는 프레넬렌즈(fresnel lens)인 것을 특징으로 한다.At this time, the condensing lens is characterized in that the Fresnel lens (fresnel lens).
또한, 상기 열화진단장치는 상기 적외선 어레이 이미지센서부에서 검출되어 전송된 적외선 이미지를 생성하여 디스플레이에 표시하는 적외선 이미지생성부; 상기 적외선 어레이 이미지센서부, 가스센서부, AA센서부 및 아크센서부에서 검출된 온도값, 일산화탄소/이산화탄소의 농도값, 초음파 음향신호 및 아크신호에 근거하여 배전반의 열화를 진단하는 열화진단부; 및 상기 열화진단부에서 진단 결과에 근거하여 알람신호를 발생시키는 알람발생부를 포함하여 구성될 수 있다.The apparatus for diagnosing deterioration may include: an infrared image generating unit for generating an infrared image detected and transmitted by the infrared array image sensor unit and displaying it on a display; a deterioration diagnosis unit for diagnosing the deterioration of the switchboard based on the temperature value detected by the infrared array image sensor unit, the gas sensor unit, the AA sensor unit, and the arc sensor unit, the concentration value of carbon monoxide/carbon dioxide, the ultrasonic sound signal, and the arc signal; and an alarm generating unit for generating an alarm signal based on a diagnosis result in the deterioration diagnosis unit.
또한, 열화진단장치에서는 열화검출장치의 신호를 분석하여 주의, 경보, 차단하고 화재 발생시 소화장치를 제어하도록 구성될 수 있다.In addition, the deterioration diagnosis apparatus may be configured to analyze the signal of the deterioration detection apparatus to give attention, alarm, and block, and to control the fire extinguishing apparatus in case of a fire.
본 발명에 의하면, 적외선 어레이 이미지센서로 넓은 범위의 영역의 온도를 검출할 수 있기 때문에 적외선 어레이 이미지센서의 구성을 최소화하여 시스템을 구축할 수 있는 장점이 있으며, 경제성 확보 도한 가능하다.According to the present invention, since the infrared array image sensor can detect a temperature in a wide range, there is an advantage that a system can be built by minimizing the configuration of the infrared array image sensor, and economic feasibility can be secured.
이에 더하여, 온도, 가스, 초음파 음향 및 아크의 신호를 검출하고 검출된 신호에 근거하여 열화의 원인을 종합적으로 진단함으로써, 배전반의 열화를 조기에 진단할 수 있는 장점이 있다.In addition, there is an advantage in that the deterioration of the switchboard can be diagnosed early by detecting signals of temperature, gas, ultrasonic sound and arc and comprehensively diagnosing the cause of the deterioration based on the detected signals.
또한, 화재발생 시 소화장치를 통하여 신속하게 화재를 진압하여 사고확산을 방지할 수 있는 장점이 있다.In addition, in the event of a fire, there is an advantage in that the spread of an accident can be prevented by quickly extinguishing the fire through the fire extinguishing device.
도 1은 본 발명에 따른 열화 진단 및 예방 기능이 구비된 배전반의 개략적인 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 열화 진단 및 예방 기능이 구비된 배전반의 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 열화 진단 및 예방 기능이 구비된 배전반에 적용된 적외선 어레이 이미지센서부의 구성도,
도 3A는 본 발명에 따른 열화 진단 및 예방 기능이 구비된 배전반에 적용된 적외선 어레이 이미지센서부의 IR디텍터를 통해 온도 검출의 영역을 나타낸 도면,
도 4는 본 발명에 따른 열화 진단 및 예방 기능이 구비된 배전반에 적용된 적외선 어레이 이미지센서의 처리모듈에 대한 구성도,
도 5는 본 발명에 따른 열화 진단 및 예방 기능이 구비된 배전반에 적용된 온도보상기에 의한 보상된 온도의 그래프,
도 6은 본 발명에 따른 열화 진단 및 예방 기능이 구비된 배전반에 적용된 가스센서부의 구성도,
도 7은 본 발명에 따른 열화 진단 및 예방 기능이 구비된 배전반에 적용된 다른 실시 예의 가스센서부에 대한 구성(a)과 회로도(b),
도 8은 본 발명에 따른 열화 진단 및 예방 기능이 구비된 배전반에 적용된 AA센서부의 구성도,
도 9는 본 발명에 따른 열화 진단 및 예방 기능이 구비된 배전반에 적용된 AA센서부의 역결합회로에 대한 회로도,
도 10은 본 발명에 따른 열화 진단 및 예방 기능이 구비된 배전반에 적용된 AA센서부의 증폭기에 대한 회로도,
도 11은 본 발명에 따른 열화 진단 및 예방 기능이 구비된 배전반에 적용된 AA센서부의 밴드패스필터에 대한 회로도,
도 12는 본 발명에 따른 열화 진단 및 예방 기능이 구비된 배전반에 적용된 아크센서부에 대한 구성도,
도 13은 본 발명에 따른 열화 진단 및 예방 기능이 구비된 배전반에 적용된 소화장치의 사시도,
도 14는 도 13의 소화장치에 대한 단면도를 나타낸 것이다.1 is a schematic configuration diagram of a switchboard equipped with a deterioration diagnosis and prevention function according to the present invention;
2 is a block diagram of a switchboard equipped with a deterioration diagnosis and prevention function according to the present invention;
3 is a configuration diagram of an infrared array image sensor unit applied to a switchboard equipped with a deterioration diagnosis and prevention function according to the present invention;
3A is a view showing an area of temperature detection through an IR detector of an infrared array image sensor unit applied to a switchboard equipped with a deterioration diagnosis and prevention function according to the present invention;
4 is a block diagram of a processing module of an infrared array image sensor applied to a switchboard equipped with a deterioration diagnosis and prevention function according to the present invention;
5 is a graph of the temperature compensated by a temperature compensator applied to a switchboard equipped with a deterioration diagnosis and prevention function according to the present invention;
6 is a configuration diagram of a gas sensor unit applied to a switchboard equipped with a deterioration diagnosis and prevention function according to the present invention;
7 is a configuration (a) and a circuit diagram (b) of a gas sensor unit of another embodiment applied to a switchboard equipped with a deterioration diagnosis and prevention function according to the present invention;
8 is a configuration diagram of an AA sensor unit applied to a switchboard equipped with a deterioration diagnosis and prevention function according to the present invention;
9 is a circuit diagram of a reverse coupling circuit of an AA sensor unit applied to a switchboard equipped with a deterioration diagnosis and prevention function according to the present invention;
10 is a circuit diagram of an amplifier of an AA sensor unit applied to a switchboard equipped with a deterioration diagnosis and prevention function according to the present invention;
11 is a circuit diagram of a bandpass filter of an AA sensor unit applied to a switchboard equipped with a deterioration diagnosis and prevention function according to the present invention;
12 is a block diagram of an arc sensor unit applied to a switchboard equipped with a deterioration diagnosis and prevention function according to the present invention;
13 is a perspective view of a fire extinguishing device applied to a switchboard equipped with a deterioration diagnosis and prevention function according to the present invention;
14 is a cross-sectional view of the fire extinguishing device of FIG. 13 .
다음으로, 본 발명에 따른 열화 진단 및 예방 기능이 구비된 배전반(고압반, 저압반, 모터제어반, 분전반)의 바람직한 실시 예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Next, a preferred embodiment of a switchboard (high-pressure board, low-pressure board, motor control board, and distribution board) equipped with a function of diagnosing and preventing deterioration according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
이하에서 동일한 기능을 하는 기술요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용하고, 중복 설명을 피하기 위하여 반복되는 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, the same reference numerals are used for technical elements having the same function, and repeated detailed descriptions are omitted to avoid overlapping descriptions.
또한, 이하에 설명하는 실시 예는 본 발명의 바람직한 실시 예를 효과적으로 보여주기 위하여 예시적으로 나타내는 것으로, 본 발명의 권리범위를 제한하기 위하여 해석되어서는 안 된다.In addition, the examples described below are illustratively shown in order to effectively show the preferred embodiments of the present invention, and should not be construed to limit the scope of the present invention.
본 발명은 열화 진단 및 예방 기능이 구비된 배전반(고압반, 저압반, 모터제어반, 분전반)에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 이상 온도를 검출하는 적외선 어레이 이미지센서, 일산화탄소(CO)/이산화탄소(CO2)를 검출하는 가스센서, 코로나방전을 검출하는 AA센서 및 아크 및 불꽃을 검출하는 아크센서를 통해 열화발생을 예측 진단할 수 있는 열화 진단 및 예방 기능이 구비된 배전반(고압반, 저압반, 모터제어반, 분전반)에 관한 것이다.The present invention relates to a switchboard (high-pressure board, low-pressure board, motor control board, and distribution board) equipped with a deterioration diagnosis and prevention function, and more particularly, an infrared array image sensor for detecting abnormal temperature, carbon monoxide (CO) / carbon dioxide (CO) 2 ) A switchboard (high-pressure panel, low-pressure panel, motor control panel, distribution panel).
도 1은 본 발명에 따른 열화 진단 및 예방 기능이 구비된 배전반의 개략적인 구성을 나타낸 것이고, 도 2는 본 발명에 따른 열화 진단 및 예방 기능이 구비된 배전반의 구성을 나타낸 것이다.1 shows a schematic configuration of a switchboard equipped with a function for diagnosing and preventing deterioration according to the present invention, and FIG. 2 shows the configuration of a switchboard with a function for diagnosing and preventing deterioration according to the present invention.
첨부된 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 열화 진단 및 예방 기능이 구비된 배전반은 열화검출장치(10), 열화진단장치(20) 및 소화장치(30)를 포함하여 구성된다.1 and 2 , the switchboard equipped with the deterioration diagnosis and prevention function according to the present invention is configured to include a
열화검출장치(10)는 배전반(1)에 설치되어 열화의 원인 요소를 검출하는 기능을 수행하는 것으로서, 적외선 어레이 이미지센서부(100), 가스센서부(200), AA센서부(300) 및 아크센서부(400)를 포함하여 구성된다.The
이때, 상기 적외선 어레이 이미지센서부(100), 가스센서부(200), AA센서부(300) 및 아크센서부(400)는 배전반의 크기 및 개수에 따라 복수 개가 설치될 수 있다.At this time, a plurality of the infrared array
상기 열화진단장치(20)는 상기 열화검출장치(10)에서 검출된 검출값에 근거하여 배전반에 대한 열화를 진단하게 된다.The
또한, 상기 열화진단장치(20)에서 진단된 결과는 MMI(Man-Machine Interface)로 전송되도록 구성될 수 있고, 이러한 MMI로는 모니터링 결과를 모바일 앱(Mobile App)을 통하여 출력하는 모바일단말기, PC, 관리용 서버 및 경고장치 등을 포함할 수 있다.In addition, the results diagnosed by the
적외선 어레이 이미지센서부(100)는 온도를 검출하는 기능을 수행하는 것으로서, 적외선 영상을 통해 대상 지점의 온도를 검출한다.The infrared array
적외선 어레이 이미지센서부(100)는 피측정체가 발산하는 적외선 에너지를 측정하여 2차원 표면의 온도 이미지를 출력하는 것으로서, 적외선 어레이 이미지센서(IR 디텍터)에서 획득된 열화상 이미지에서 적외선을 검출하여 전기적 신호로 변환하고, 상기 전기적 신호를 디지털 신호로 변환한 후, 각각의 픽셀별로 검출된 온도를 출력하는 기능을 수행한다.The infrared array
상기 적외선 어레이 이미지센서부(100)는 외부로부터 빛의 공급이 없이도 물체가 방사하는 복사에너지를 모아 적절한 변환을 통해 가시화하고, 가시화된 이미지의 화소를 통해 온도를 검출하게 된다.The infrared array
여기서, 분전반 또는 전동기제어반(MCC, Motor Control Center) 등에서는 상기 적외선 어레이 이미지센서부(100)를 대신하여 선단형 온도센서, 접지형 온도센서, 저항 온도센서, NTC형 온도센서 등이 적용될 수 있다.Here, in a distribution board or a motor control center (MCC), etc., a tip-type temperature sensor, a ground-type temperature sensor, a resistance temperature sensor, an NTC-type temperature sensor, etc. may be applied instead of the infrared array
도 3은 본 발명에 따른 열화 진단 및 예방 기능이 구비된 배전반에 적용된 적외선 어레이 이미지센서부의 구성을 나타낸 것이다.3 shows the configuration of an infrared array image sensor unit applied to a switchboard equipped with a deterioration diagnosis and prevention function according to the present invention.
첨부된 도 3을 참조하면, 상기 적외선 어레이 이미지센서부(100)는 집광렌즈(110), 필터(120), IR디텍터(130), 증폭기(140), ADC(150, Analog-Digital Converter), 처리모듈(160) 및 출력모듈(170)를 포함하여 구성된다.3, the infrared array
집광렌즈(110)는 대상 구역에서 발산되는 빛을 집광하는 것으로서, 일반적으로 볼록렌즈가 적용될 수 있다.The
그러나 본 발명에서는 상대적으로 넓은 범위의 영역을 감시영역으로 설정하면서 설치 개수를 줄이기 위해 프레넬 렌즈(fresnel lens) 또는 넓은 범위의 영역을 감시할 수 있는 기능의 렌즈가 적용될 수 있다.However, in the present invention, in order to reduce the number of installations while setting a relatively wide area as the monitoring area, a Fresnel lens or a lens having a function of monitoring a wide area may be applied.
상기 프레넬 렌즈는 광학 렌즈의 곡면을 일련의 동심홈(concentric groove)으로 대체한 것으로서, 외형은 개별 굴절면처럼 작용해 평행 광선을 일반적인 초점 길이로 굴곡시킨다. 이에, 상기 프레넬 렌즈는 물리적으로 두께가 얇아도 종래 광학 렌즈(볼록 렌즈)와 비슷하게 빛을 집광할수 있으므로, 상기 적외선 어레이 이미지센서부(100)를 소형화할 수 있는 장점이 있다.The Fresnel lens replaces the curved surface of an optical lens with a series of concentric grooves, and the appearance acts like an individual refracting surface, bending parallel rays to a normal focal length. Accordingly, since the Fresnel lens can condense light similarly to a conventional optical lens (convex lens) even though it is physically thin, there is an advantage in that the infrared array
IR필터(120)는 상기 집광렌즈(110)에서 집광된 빛 중에서 적외선 영역의 빛을 투과시키는 것으로서, 적외선 이미지(영상)를 획득할 수 있는 적외선만을 통과시키게 된다.The
IR디텍터(130)는 상기 IR필터(120)에서 필터링된 적외선을 전기적 신호로 출력한다.The
이때, 상기 IR디텍터(130)는 8 ∼ 14㎛ 파장 대역을 감지하는 센서인 마이크로 볼로미터(μ-Bolometer)가 사용될 수 있다. 또한, 상기 IR디텍터(130)는 상기 집광렌즈(110)를 통해 입사되는 영역의 온도를 검출하기 위해 32×24 픽셀, 또는 32×64 픽셀로 출력할 수 있도록 구성될 수 있다.In this case, the
증폭기(140)는 상기 IR디텍터(130)에서 출력되는 전기적 신호를 증폭한다.The
상기 IR디텍터(130)에서 출력되는 전기적 신호는 수 ㎶ ∼ 수 ㎷정도로 매우 미약하므로 영상재현에 필요한 전압으로 증폭되어야 한다.Since the electrical signal output from the
ADC(150, Analog-Digital Converter)는 상기 증폭기(140)에서 증폭된 전기적 신호의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한다.An analog-digital converter (ADC) 150 converts an analog signal of the electrical signal amplified by the
처리모듈(160)은 상기 ADC(150)에서 출력되는 디지털 신호에 대해 선형화하고 보정하여 출력하는 기능을 수행한다.The
도 3A는 본 발명에 따른 열화 진단 및 예방 기능이 구비된 배전반에 적용된 적외선 어레이 이미지센서부의 IR디텍터를 통해 온도 검출의 영역을 나타낸 도면이다.3A is a view showing a temperature detection area through an IR detector of an infrared array image sensor unit applied to a switchboard equipped with a deterioration diagnosis and prevention function according to the present invention.
실시 예로 첨부된 도 3A를 참조하면, 본 발명에 적용된 적외선 어레이 이미지센서부(100)의 IR디텍터(130)는 가로(32pixels)×세로(24pixels)로 이루어진 768픽셀의 어레이로 구성되는 것으로서, 상기 IR디텍터(130)를 통해 검출된 영역은 1부터 24의 행(row)과 1부터 32까지의 열(column)으로 이루어지고, 각 픽셀에 대해 특정할 수 있도록 구성된다.Referring to FIG. 3A attached as an embodiment, the
여기서, 도 3A에 도시된 32×24 픽셀의 구성은 일 실시 예에 의한 것으로서, 32×32, 32×48, 64×48 등으로 변경하여 실시될 수 있는 것으로서, 상기 IR디텍터(130)는 도면에 도시된 픽셀에 의해 한정되는 것은 아니며, 대상물체와의 거리, 사용 환경에 따라 가변될 수 있다.Here, the configuration of 32×24 pixels shown in FIG. 3A is according to an embodiment, and can be implemented by changing to 32×32, 32×48, 64×48, etc., and the
이에, 상기 IR디텍터(130)는 종래의 IR디텍터(적외선 어레이 이미지센서)와 비교하여 상대적으로 더 넓은 영역의 온도를 검출할 수 있는 장점이 있다.Accordingly, the
도 4는 본 발명에 따른 열화 진단 및 예방 기능이 구비된 배전반에 적용된 적외선 어레이 이미지센서의 처리모듈에 대한 구성을 나타낸 것이다.4 shows the configuration of the processing module of the infrared array image sensor applied to the switchboard equipped with the deterioration diagnosis and prevention function according to the present invention.
첨부된 도 4를 참조하면, 상기 처리모듈(160)은 영상처리기(161), 이미지분할기(162), 온도검출기(163), 온도보상기(164) 및 동기신호발생기(165)를 포함하여 구성된다.4 , the
영상처리기(161)는 상기 ADC(150)로부터 출력되는 디지털 신호를 이미지 영상으로 재현시키는 기능을 수행한다.The
검출된 열화 이미지를 화면에 재현하여 실시간으로 검출하기 위해서는 이미지(영상)를 1초에 25∼30번 정도 재현하여야 하므로 단일 검출 소자로 영상을 구현하게 되면 주사속도가 매우 빨라져야 하고, 요구되는 신호 대역폭이 커서 출력은 그에 대응하는 많은 잡음을 가지게 된다. 따라서 단일 소자의 IR디텍터(130)를 이용하는 열화상 검출기를 이용하는 적외선 어레이 이미지센서부는 그 성능이 제한되어 점차 복수 개의 검출기로 구성되게 된다.In order to reproduce the detected degradation image on the screen and detect it in real time, the image (video) must be reproduced about 25 to 30 times per second. This cursor output will have a lot of noise corresponding to it. Accordingly, the performance of the infrared array image sensor unit using the thermal image detector using the single
IR디텍터(130)로부터 열화 이미지를 획득하는 방식으로 라인 스캐닝 방식 및 초점면 배열 방식으로 구분된다.A method of acquiring a degradation image from the
상기 라인 스캐닝 방식은 한 라인 또는 몇 개의 라인 형태로 IR디텍터를 배열하여 영상 신호를 추출하는 것으로서, 열화 이미지의 프레임에서 라인 수를 목적에 맞게 늘리거나 줄임으로써 해상도의 조정이 가능하지만 정밀한 광학 메카니즘과 신호처리가 요구된다.The line scanning method extracts the image signal by arranging the IR detector in the form of one line or several lines. It is possible to adjust the resolution by increasing or decreasing the number of lines in the frame of the degraded image according to the purpose, but a precise optical mechanism and Signal processing is required.
초점면 배열 방식은 프레임의 해상도가 고정되어 있으며, 각 픽셀이 2차원 배열로 결정된 위치가 지정된다.In the focal plane arrangement method, the resolution of the frame is fixed, and a position determined by a two-dimensional arrangement of each pixel is designated.
이에, 상기 영상처리기(161)는 초점면 배열 방식으로 ADC(150)로부터 출력되는 디지털 신호를 이미지 영상으로 재현시기도록 구성된다.Accordingly, the
이미지분할기(162)는 상기 영상처리기(161)에서 처리된 상기 이미지 영상의 프레임에 대해 해상도를 고정한 상태에서 2차원 배열의 픽셀로 분할하는 기능을 수행한다.The
온도검출기(163)는 상기 이미지분할기(162)에서 분할된 각 픽셀에 대한 온도값을 검출하는 한다.The
즉, 상기 온도검출기(163)는 미리 정해진 위치의 기준 픽셀(reference pixels)의 절대 온도를 이용하여 상기 이미지분할기(162)에서 분할된 각 픽셀에 대한 디지털 픽셀의 온도값을 산출하게 된다.That is, the
이때, 상기 기준 픽셀은 적외선 이미지에서 미리 정해진 복수 위치의 픽셀이다.In this case, the reference pixel is a pixel of a plurality of predetermined positions in the infrared image.
한편, IR디텍터(130)를 통해 검출된 적외선 이미지는 주변온도, 방사율, 측정거리 및 반사 온도 등의 요소에 의해 영향을 받는다.On the other hand, the infrared image detected through the
상기 요소 중에서 방사율은 0∼1까지의 값을 가지는 것으로, 이상적인 물체의 경우 방사율은 1이 된다. 방사율이 1인 물체를 흑체(Blackbody)라 한다. 세라믹 계열의 재료들의 방사율은 대부분 0.9이상의 값을 가지며, 금속 계통은 0.5이하의 값을 가진다.Among the above elements, the emissivity has a value ranging from 0 to 1, and in the case of an ideal object, the emissivity is 1. An object with an emissivity of 1 is called a blackbody. Most of the emissivity of ceramic-based materials is 0.9 or more, and metal-based materials have a value of 0.5 or less.
측정거리는 검출대상의 물체(예를 들면, 전력을 분배하는 버스라인, 버스라인과 차단기의 결합부 등)와 IR디텍터(130) 사이의 거리로서, 이는 측정에 의해 산출될 수 있다.The measurement distance is the distance between the object to be detected (eg, a bus line for distributing power, a coupling part of a bus line and a circuit breaker, etc.) and the
반사 온도는 다른 물체에서 방사된 파장을 측정 대상으로 선정한 목표물이 반사한 것을 측정한 온도로서, 대상물에 가까이 있는 열원에서 방사된 열이 측정하고자 하는 물체의 표면에 반사되어 돌아올 경우, IR디텍터(130)는 상기 반사 온도를 측정하여 실제 온도보다 훨씬 높은 측정 값을 검출하게 된다.The reflected temperature is the temperature at which the wavelength radiated from another object is reflected by the target selected as the measurement target. ) measures the reflected temperature to detect a measured value much higher than the actual temperature.
검출된 적외선 이미지를 통해 온도 검출을 방해하는 요소로서 주변온도는 배전반 내부의 온도에 의해 IR디텍터(130)의 변화에 의한 것이다. 즉, 주변온도의 변화에 따라 IR디텍터(130)는 70℃ 이하의 온도에서 주변온도의 변화에 따라 무시할 수 없는 오차를 발생시키게 된다.As a factor that interferes with temperature detection through the detected infrared image, the ambient temperature is caused by the change of the
온도보상기(164)는 상기 온도검출기(163)에서 산출된 온도값을 보상한다.The
즉, 상기 온도보상기(140)는 주변온도, 방사율, 측정거리 및 반사 온도에 근거하여 상기 온도검출기에서 검출된 온도값를 보상하는 것이다.That is, the
상기의 요소 중에서 반사 온도는 방사율과 관련성이 높다.Among the above factors, the reflected temperature is highly related to the emissivity.
부연하면, 측정하려는 물체의 방사율이 높을 경우, IR디텍터 설정에서 방사율과 반사 온도를 조정하면 최적의 결과를 얻을 수 있다. 예를 들어, 사람의 체온을 측정하려면 방사율을 0.98(인체 피부의 방사율)로 설정하고 반사 온도를 환경 온도(실내에서는 약 20°C)로 설정하면, IR디텍터는 설정된 조건에 맞게 측정 값을 보정할 수 있도록 구성되는 것이다.In other words, if the emissivity of the object to be measured is high, optimal results can be obtained by adjusting the emissivity and reflection temperature in the IR detector settings. For example, to measure the body temperature of a person, if the emissivity is set to 0.98 (emissivity of human skin) and the reflected temperature is set to the environmental temperature (about 20 °C in the room), the IR detector will calibrate the measured value according to the set condition. It is designed to be able to do that.
또한, 측정거리는 열화를 검출하고자 하는 대상 물체의 방사율 및 IR디텍터와의 실측된 거리에 의해서, 상기 IR디텍터(130)에 의해 검출된 적외선 이미지의 픽셀을 보정할 수 있다.In addition, the measurement distance may correct the pixel of the infrared image detected by the
마지막으로, 주변온도에 대한 보상은 배전반의 내부 상황 및 외부 상황에 따라 시시각각 가변되기 때문에 이를 보상해야 대상물의 정확한 온도를 검출할 수 있게 된다.Finally, since the compensation for the ambient temperature varies from moment to moment depending on the internal and external conditions of the switchboard, the correct temperature of the object can be detected only when it is compensated.
이에, 상기 온도보상기(164)에서 주변온도에 대한 보상은 미리 저장된 온도보상 테이블에 기록된 온도값과 검출된 온도값에 대해 선형보간법을 이용하여 상기 검출된 온도값을 보상하도록 구성된다.Accordingly, the compensation for the ambient temperature in the
상기의 구성을 좀 더 상세히 설명한다.The above configuration will be described in more detail.
온도값의 정밀한 검측을 위해 주변온도 변화에 따라 IR디텍터(130)에서 검출된 적외선 이미지에 대한 출력값을 보상하기 위해서는 IR디텍터(130)의 온도변화 특성을 계측하여 수치해석적으로 정확한 온도값으로 보정할 수 있는 테이블을 작성하고, 작성된 테이블에 근거하여 보상을 수행하도록 구성된다.In order to compensate the output value of the infrared image detected by the
상기 온도보상 테이블을 작성하기 위한 과정에 대해 설명한다.A process for creating the temperature compensation table will be described.
1. 기준온도 설정1. Reference temperature setting
기준온도 설정은 대상 물체에 대한 기준 온도를 설정하는 과정으로서, 기준온도의 대상체로 흑체(black body)가 사용될 수 있다. 이 과정에서 주변온도를 가변시키기 위해 흑체 및 IR디텍터는 밀폐된 챔버 내부에 배치되게 되고, 기준온도는 20℃로 설정되며, 상기 챔버의 온도를 가변시키면서 내부 온도를 검출하는 별도의 온도검출장치가 구성될 수 있다.The reference temperature setting is a process of setting a reference temperature for the target object, and a black body may be used as the reference temperature object. In this process, in order to change the ambient temperature, the blackbody and IR detector are placed inside the sealed chamber, the reference temperature is set to 20°C, and a separate temperature detection device that detects the internal temperature while varying the temperature of the chamber is provided. can be configured.
2. IR디텍터를 통한 온도 검출2. Temperature detection through IR detector
IR디텍터를 통한 온도 검출은 IR디텍터로 흑체의 온도를 검출하는 과정이다.Temperature detection through an IR detector is the process of detecting the temperature of a black body with an IR detector.
3. 선형보간법을 적용한 온도테이블 작성3. Creating a temperature table applying linear interpolation
상기 IR디텍터를 통한 온도 검출과정에서 검출된 온도를 선형보간법을 적용하여 온도테이블을 작성하는 과정이다.This is a process of creating a temperature table by applying a linear interpolation method to the temperature detected in the temperature detection process through the IR detector.
상기 온도테이블을 작성하는 과정에서, 상기 선형보간법에 의해 온도의 보상은 아래의 수학식-1에 의해 산출되게 된다.In the process of creating the temperature table, the temperature compensation by the linear interpolation method is calculated by Equation-1 below.
(수학식-1)(Equation-1)
여기서, 상기 Tc는 온도보상후의 온도값, Ta는 온도검출기에서 검출된 온도값, Tref는 챔버내부의 온도값, Tb는 시험체(흑체)의 온도값 및 α는 온도보상 계수이다.Here, T c is the temperature value after temperature compensation, T a is the temperature value detected by the temperature detector, T ref is the temperature value inside the chamber, T b is the temperature value of the test object (black body), and α is the temperature compensation coefficient.
4. 챔버온도 증가4. Increase chamber temperature
챔버온도 증가는 챔버의 온도를 소정 증가시키는 단계이다.Increasing the chamber temperature is a step in which the temperature of the chamber is increased by a predetermined value.
챔버의 온도를 증가시킨 후, 대략 5분 정도의 지연 시간을 두고, 상기 IR디텍터를 통한 온도 검출과정과 선형보간법을 적용한 온도테이블 작성과정을 반복 수행하여 흑체의 온도가 150℃에 도달될때까지 온도테이블을 작성한다.After increasing the temperature of the chamber, with a delay time of about 5 minutes, the temperature detection process through the IR detector and the temperature table creation process applying the linear interpolation method are repeated until the temperature of the blackbody reaches 150°C. Create a table.
도 5는 본 발명에 따른 열화 진단 및 예방 기능이 구비된 배전반에 적용된 온도보상기에 의한 보상된 온도의 그래프를 나타낸 것이다.5 is a graph showing a temperature compensated by a temperature compensator applied to a switchboard equipped with a deterioration diagnosis and prevention function according to the present invention.
첨부된 도 5를 참조하면, 보상전의 온도값은 기준값과 비교하여 60℃이하 및 110℃ 이상에서 차이를 보이고 있으나, 보상후의 온도값은 기준값에 근사되어 검출된 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 5 , it can be seen that the temperature value before compensation shows a difference at 60° C. or less and 110° C. or more compared to the reference value, but the temperature value after compensation is detected close to the reference value.
동기신호발생기(165)는 영상처리기(161)에서 재현된 이미지 영상과 영상분할기(162)에서 픽셀로 분할된 이미지에 대한 동기신호를 발생시킨다.The
즉, 상기 동기신호발생기(165)는 상기 영상처리기(161)에서 재현된 이미지와 영상분할기(162)에서 소정의 픽셀로 분할된 이미지를 동기화시켜 이미지의 왜곡을 방지하고, 적외선 이미지가 전송된 후 적외선 이미지가 디스플레이에 표시되는 과정에서 발생된 동기신호에 근거하여 표시되게 된다.That is, the
출력모듈(170)은 상기 처리모듈(160)에서 출력되는 디지털 신호를 송출한다.The
여기서, 상기 출력모듈(170)은 상기 처리모듈(160)에서 보상된 온도값에 대한 최대 온도값, 최소 온보값, 온도값이 보상된 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환한 적외선 이미지 및 발생된 동기신호를 포함하는 온도검출정보를 출력하도록 구성된다.Here, the
상기와 같이 구성된 적외선 어레이 이미지센서부(100)의 지향각이 폭 55°, 높이 35°를 갖는 IR디텍터(130)를 이용하여 32×24의 픽셀 이미지가 검출될 수 있는 면적에 대해서 설명한다.An area in which a 32×24 pixel image can be detected using the
상기 IR디텍터(130)와 검출 대상물의 거리를 1m로 설정하고, 지향각에 대한 반각의 폭과 높이를 산출하면 다음의 수학식-2와 같다.When the distance between the
(수학식-2)(Equation-2)
여기서, hw는 반폭의 거리, hh는 반높이의 거리이다.Here, hw is the half-width distance, and hh is the half-height distance.
상기 수학식-2에 따르면, 적외선 어레이 이미지센서부(100)의 지향각이 폭 55°, 높이 35°를 갖는 IR디텍터(130)에 대한 검출 범위는 대략 폭이 1.04m이고 높이는 0.63m인 구역의 대상물에 대한 적외선 이미지를 얻을 수 있다.According to Equation-2, the detection range for the
이때, 상기 IR디텍터(130)가 32×24의 픽셀 이미지를 출력하는 경우, 1개 픽셀에 대한 폭은 3.25cm이고 높이는 2.625cm으로 산출된다.At this time, when the
이에, 상기 IR디텍터(130)의 폭에 대한 높이의 비율은 26/21로 산정된다.Accordingly, the ratio of the height to the width of the
가스센서부(200)는 일산화탄소(CO)와 이산화탄소(CO2)의 농도를 검출하는 기능을 수행한다.The
배전반 내부에 열화에 의해 전선(케이블), 에폭시몰드 및 개폐기 등에 화재가 발생되게 되면 일산화탄소(CO), 이산화탄소(CO2), 포름알데히드(HCHO), 염화수소(HCl), 질소산화물(NOx) 및 시안화수소(HCN) 등의 유해가스가 발생된다.If a fire occurs in electric wires (cables), epoxy molds and switchgear due to deterioration inside the switchboard, carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO 2 ), formaldehyde (HCHO), hydrogen chloride (HCl), nitrogen oxides (NOx) and cyanide Noxious gases such as hydrogen (HCN) are generated.
상기 유해가스 중에서 일산화탄소(CO) 및 이산화탄소(CO2)의 배출이 전체 배출가스 중에서 55% 이상을 차지하기 때문에, 열화가 발생되면 일산화탄소(CO) 및 이산화탄소(CO2)의 다른 유해가스 농도보다 상대적으로 급격히 상승하므로, 일산화탄소(CO) 및 이산화탄소(CO2)의 농도를 검출하는 것이 열화를 신속히 검출하는 데에 유리하다.Among the harmful gases, since the emission of carbon monoxide (CO) and carbon dioxide (CO 2 ) accounts for more than 55% of the total exhaust gas, when deterioration occurs, the concentration of other harmful gases of carbon monoxide (CO) and carbon dioxide (CO 2 ) is relative Since it rapidly rises, it is advantageous to detect the deterioration rapidly to detect the concentrations of carbon monoxide (CO) and carbon dioxide (CO 2 ).
일산화탄소 및 이산화탄소의 농도를 검출하기 위한 분석방식으로 광학적 분석식, 전기 분석식, 습식 분석식, 분리 분석식 등이 있다. 이때, 광학적 분석방식은 적외선 흡광방식 또는 자외선 흡광방식이 사용되고 있는데, 상기 자외선 흡광방식의 경우 감도에 비해 타성분의 방해가 심하므로, 일산화탄소 또는 이산화탄소의 가스 측정에는 비분산 적외선방식이 주로 이용되고 있다.As an analysis method for detecting the concentrations of carbon monoxide and carbon dioxide, there are an optical analysis method, an electrical analysis method, a wet analysis method, a separation analysis method, and the like. At this time, as the optical analysis method, an infrared absorption method or an ultraviolet absorption method is used. In the case of the ultraviolet absorption method, the interference of other components is severe compared to the sensitivity, so the non-dispersive infrared method is mainly used for gas measurement of carbon monoxide or carbon dioxide. .
비분산 적외선방식은 일산화탄소(CO) 및 이산화탄소(CO2) 분자가 특정 적외선 파장영역에서 빛을 흡수하는 특성을 이용한 것으로, 이산화탄소(CO2) 농도에 따라 달라지는 적외선 흡수량의 변화를 검출기로 측정하는 방법이다. The non-dispersive infrared method uses the characteristic that carbon monoxide (CO) and carbon dioxide (CO 2 ) molecules absorb light in a specific infrared wavelength region, and a method of measuring the change in the amount of infrared absorption that varies depending on the concentration of carbon dioxide (CO 2 ) with a detector to be.
예를 들어, 일산화탄소(CO)의 적외선 흡수파장은 4.6㎛, 이산화탄소(CO2)의 적외선 흡수파장은 4.3㎛로 매우 근접한다.For example, the infrared absorption wavelength of carbon monoxide (CO) is 4.6 μm, and the infrared absorption wavelength of carbon dioxide (CO 2 ) is 4.3 μm, which is very close.
다만, 일산화탄소 또는 이산화탄소의 농도가 일정수준 이상 증가되면, 간섭효과에 의해 정확한 농도를 측정할 수 없는 문제점이 있다. 즉, 이산화탄소의 농도가 일정수준 이상이거나 일산화탄소의 농도가 일정수준 이상인 경우, 간섭효과에 따라 어느 하나의 가스 농도가 실제 농도보다 상대적으로 낮게 검출된다.However, when the concentration of carbon monoxide or carbon dioxide is increased above a certain level, there is a problem in that the concentration cannot be accurately measured due to the interference effect. That is, when the concentration of carbon dioxide is above a certain level or the concentration of carbon monoxide is above a certain level, the concentration of any one gas is detected to be relatively lower than the actual concentration according to the interference effect.
도 6은 본 발명에 따른 열화 진단 및 예방 기능이 구비된 배전반에 적용된 일 실시 예의 가스센서부에 대한 구성을 나타낸 도면이다.6 is a view showing the configuration of a gas sensor unit according to an embodiment applied to a switchboard equipped with a deterioration diagnosis and prevention function according to the present invention.
첨부된 도 6을 참조하면, 상기 가스센서부(200)는 반사거울을 갖는 챔버(210), 적외선 출력모듈(220) 및 적외선 검출모듈(230)을 포함하여 구성된다.Referring to the accompanying FIG. 6 , the
상기 챔버(210)는 길이 방향으로 길게 형성되되, 내부에는 복수 개의 미러(211, 212, 213)와 반사경(214, 215)이 설치되고, 공기가 유입되는 유입구(216), 공기가 배출되는 배출구(217) 및 상기 배출구(217)에 설치되어 공기를 인위적으로 순환시키는 팬(218)이 설치된다.The
적외선 출력모듈(220)은 일산화탄소를 검출하기 위한 적외선 및 이산화탄소를 검출하기 위한 적외선을 교번하여 상기 챔버(210)로 입사시킨다.The
적외선 검출모듈(230)은 상기 챔버(210)에서 출사되는 적외선을 검출하여 일산화탄소 및 이산화탄소의 농도를 검출한다.The
상기 구성에 대해 구체적으로 설명하면, 상기 챔버(210) 내부에는 제1 미러(211), 제2 미러(212), 제3 미러(213), 제1 반사경(214) 및 제2 반사경(215)을 포함하여 구성된다. 이때, 상기 제1 미러(211), 제2 미러(212) 및 제3 미러(213)는 오목 거울로 이루어지며, 상기 제1 미러(211)와 제3 미러(213)는 나란히 배치되고, 제2 미러(212)는 상기 제1 미러(211)와 제2 미러(212)에 대향하여 배치된다.When describing the configuration in detail, the
또한, 제1 반사경(214)은 상기 적외선 출력모듈(220)에서 출력되는 적외선을 제1 미러(211)로 반사시키고, 제2 반사경(215)은 제3 미러(213)에서 반사된 적외선을 상기 적외선 검출모듈(230)로 반사시킨다.In addition, the
즉, 상기 적외선 출력모듈(220)에서 출력된 적외선은 제1 반사경(214), 제1 미러(211), 제2 미러(212), 제3 미러(213) 및 제2 반사경(215)의 순서로 반사되어 상기 적외선 검출모듈(230)로 진행되게 된다.That is, the infrared output from the
상기 과정에서 팬(218)의 구동에 의해 배전반 내부의 공기는 유입구(216)를 통해 챔버(210) 내부로 유입되어 배출구(217)로 배출되고, 상기 배전반의 공기가 챔버 내부를 통과하면서 상기 적외선 출력모듈(220)에서 출력된 적외선에 노출되게 된다.In the process, the air inside the switchboard is introduced into the
상기 적외선 출력모듈(220)은 일산화탄소(CO)를 검출하기 위한 4.6㎛파장의 적외선을 통과시키는 제1 필터(221), 이산화탄소(CO2)를 검출하기 위한 4.3㎛파장의 적외선을 통과시키는 제2 필터(222), 적외선을 출력하는 적외선 방사유닛(223) 및 상기 제1 필터(221)와 제2 필터(222)를 교번시키는 교번유닛(224)을 포함하여 구성된다.The
또한, 상기 적외선 검출모듈(230)은 적외선을 통과시키는 밴드패스필터(231) 및 적외선 검출기(232)를 포함하여 구성된다.In addition, the
상기 밴드패스필터(231)는 제2 반사경(215)에 의해 반사되어 상기 챔버(210)로부터 방출되는 파장 중에서 적외선의 영역의 파장만을 필터링하여 통과시킨다.The band-
상기 적외선 검출기(232)는 상기 적외선 출력모듈(220)의 교번유닛(224)과 동기화되어 동작되되 상기 밴드패스필터(231)를 통과한 적외선의 양을 검출하고, 검출된 적외선의 양에 따라 일산화탄소와 이산화탄소의 농도를 검출한다.The
4.6㎛파장과 4.3㎛파장의 적외선은 각각 일산화탄소 및 이산화탄소에 의해 흡수되게 되는 데, 상기 적외선 검출기(232)에서 검출하는 일산화탄소 농도 및 이산화탄소의 농도가 높을수록 상기 적외선 검출기(232)를 통해 검출되는 적외선의 양이 감소되게 된다. Infrared rays having a wavelength of 4.6 μm and a wavelength of 4.3 μm are absorbed by carbon monoxide and carbon dioxide, respectively. As the concentration of carbon monoxide and carbon dioxide detected by the
즉, 상기 적외선 검출기(232)를 통해 검출되는 적외선의 양과 일산화탄소 또는 이산화탄소 농도는 반비례한다.That is, the amount of infrared light detected through the
이때, 상기 챔버(210) 내부의 일산화탄소 농도에 의해 검출된 이산화탄소의 농도에 간섭을 일으킬 수 있고, 반대로 이산화탄소 농도는 일산화탄소 농도에 간섭을 발생시킬 수 있다. 따라서 상기 적외선 검출기(232)에서 검출된 일산화탄소 농도 및 이산화탄소 농도 중에서 선택된 하나의 농도가 설정값을 초과하는 경우에는 화재로 판단하도록 구성될 수 있다.In this case, the concentration of carbon dioxide detected by the concentration of carbon monoxide in the
상기 구성에 따른 가스센서부(200)에 의하면, 하나의 광원을 이용하여 일산화탄소와 이산화탄소의 농도를 검출할 수 있고, 적외선 광원이 제1 미러, 제2 미러 및 제3 미러에 반사되어 진행하면서 챔버 내부에서 일산화탄소와 이산화탄소에 노출되는 거리가 상대적으로 증가되어 검출된 농도값의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.According to the
도 7은 본 발명에 따른 열화 진단 및 예방 기능이 구비된 배전반에 적용된 다른 실시 예의 가스센서부에 대한 구성(a)과 회로도(b)를 나타낸 도면이다.7 is a view showing a configuration (a) and a circuit diagram (b) of a gas sensor unit of another embodiment applied to a switchboard equipped with a deterioration diagnosis and prevention function according to the present invention.
첨부된 도 7의 (a)를 참조하면, 상기 가스센서부(201)는 반도체식 가스 센서의 구성으로 이루어진 것으로서, 레진몰딩(250)의 내부에 배치되는 히팅코일(260), 상기 레지몰딩(250)의 상부에 메탈와이어(271)로 연결되는 센서(270) 및 상기 레진몰딩(250)의 상부에 배치되는 메쉬망(281)을 갖는 캡(280)을 포함하여 구성된다.Referring to the accompanying FIG. 7 (a), the
첨부된 도 7의 (b)를 참조하면, 센서(270)를 가열하는 히팅코일(260)과 상기 센서(270)에 직렬로 연결되는 검출저항(RL)을 포함하여 구성된다.Referring to the accompanying FIG. 7 ( b ), it is configured to include a
이때, 상기 검출저항(RL)은 가변저항(VR)과 내부저항(rL)의 합산저항이고, 상기 가변저항은 온도 및 습도에 따라 보상하기 위한 저항이다.In this case, the detection resistance (R L ) is the sum of the variable resistance (V R ) and the internal resistance (r L ), and the variable resistance is a resistance for compensating according to temperature and humidity.
상기의 구성에 의한 가스센서부(201)의 동작을 살펴보면, 전원의 인가에 따라 히팅코일(260)에 전원이 투입되어 센서(270)를 가열하게 된다. 여기서 상기 센서(270)의 저항(RS)는 반도체로 구성되기 때문에 상기 히팅코일(260)의 가열에 따라 저항값이 낮아진다.Looking at the operation of the
전원이 인가되는 상태에서 메쉬망(281)을 통과한 공기는 센서(270)에 흡착되고, 일산화탄소 및 이산화탄소의 농도에 따라 센서(270)의 저항값(RS)이 가변되게 된다. 즉, 일산화탄소 및 이산화탄소의 농도가 높을 수록 센서(270)의 저항값은 낮아지게 되며, 검출저항(RL)에 인가되는 전압값(Vout)은 반대로 높아지게 된다.Air passing through the
이에, 검출저항(RL)에 인가되는 전압값(Vout)을 검출함으로써 일산화탄소 및 이산화탄소의 농도를 검출할 수 있다.Accordingly, the concentration of carbon monoxide and carbon dioxide may be detected by detecting the voltage value Vout applied to the detection resistor R L .
AA센서부(300)는 코로나 방전에 의한 40kHz 대역의 초음파를 검출한다.The
즉, 상기 AA(초음파 음향방출, Airborne-Acoustic)센서는 코로나 방전에 의해 발생되는 음압 중에서 30 ~ 50kHz 대역의 초음파를 검출하여, 배전반에서 코로나 방전이 발생하고 있는지 확인할 수 있는 것으로서, 30~ 50kHz의 음압이 특정 레벨 이상인 경우 코로나 방전이 발생된 것으로 판단한다.That is, the AA (ultrasonic acoustic emission, airborne-acoustic) sensor detects ultrasonic waves in the 30 to 50 kHz band among the sound pressure generated by the corona discharge, and can confirm whether corona discharge is occurring in the switchboard, and 30 to 50 kHz When the sound pressure is above a certain level, it is determined that corona discharge has occurred.
도 8은 본 발명에 따른 열화 진단 및 예방 기능이 구비된 배전반에 적용된 AA센서부의 구성을 나타낸 도면이다.8 is a view showing the configuration of an AA sensor unit applied to a switchboard equipped with a deterioration diagnosis and prevention function according to the present invention.
첨부된 도 8을 참조하면, 상기 AA센서부(300)는 마이크로폰(310), 역결합회로모듈(320), 증폭기(330) 및 밴드패스필터(340)를 포함하여 구성된다.Referring to FIG. 8 , the
상기 마이크로폰(310)은 공기 중의 파동인 음파를 수신하여 전기신호로 출력하는 것으로서, 음파를 수신하는 수신기, 수신기에서 수신된 음파를 전기신호로 변환하는 변환기 및 전기신호를 출력하는 출력기를 포함하여 구성된다.The
상기 역결합회로(320)는 상기 마이크로폰(310)에서 출력되는 전기신호 중에서 초음파 음향신호를 검출하기 위한 것이다.The
상기 마이크로폰(310)은 전원의 인가에 의해 동작되기 때문에, 초음파 음향신호에는 전원에 의한 신호가 포함된다.Since the
도 9는 본 발명에 따른 열화 진단 및 예방 기능이 구비된 배전반에 적용된 AA센서부의 역결합회로에 대한 회로도를 나타낸 것이다.9 is a circuit diagram showing the reverse coupling circuit of the AA sensor unit applied to the switchboard equipped with the deterioration diagnosis and prevention function according to the present invention.
상기 역결합회로(320)에 의하면, 전류제한저항(R1)에 의해 전류가 제한되어 정전류가 회로에 공급되고, 전원에 포함한 고주파 노이즈는 LC공진회로인 인덕터(L1), 커패시터(C1, C2)에 의해 차단되고, 상기 마이크로폰(310)에서 출력되는 전기신호는 출력커패시터(C3)에 의해 출력된다.According to the
증폭기(330)는 상기 역결합회로(320)에서 출력되는 전기신호를 증폭시킨다.The
도 10은 본 발명에 따른 열화 진단 및 예방 기능이 구비된 배전반에 적용된 AA센서부의 증폭기에 대한 회로도이다.10 is a circuit diagram of an amplifier of an AA sensor unit applied to a switchboard equipped with a deterioration diagnosis and prevention function according to the present invention.
첨부된 도 10을 참조하면, 측정된 미소의 전기신호에 대한 감도를 개선하기 위하여 2단 증폭기로 구성된다.Referring to the accompanying FIG. 10, it is composed of a two-stage amplifier in order to improve the sensitivity to the measured minute electric signal.
즉, 증폭에 의한 잡음을 최소화하기 위해 전단에서 1 ~ 2배로 증폭하고, 후단에서 2~ 3배로 증폭하도록 구성된다.That is, in order to minimize noise caused by amplification, it is configured to amplify 1 to 2 times at the front end and 2 to 3 times at the rear end.
여기서, 상기 증폭기(330)의 신호 왜곡을 최소화하기 위해서 인가되는 전원은 양전원으로 구성되고, 전기신호에 대한 양의 영역과 음의 영역이 균형을 이루도록 구성된다.Here, the power applied in order to minimize signal distortion of the
밴드패스필터(340)는 상기 증폭기(330)에서 증폭된 전기신호 중에서 35 ~ 50kHz 대역의 초음파를 통과시킨다.The
도 11은 본 발명에 따른 열화 진단 및 예방 기능이 구비된 배전반에 적용된 AA센서부의 밴드패스필터에 대한 회로도이다.11 is a circuit diagram of a bandpass filter of an AA sensor unit applied to a switchboard equipped with a deterioration diagnosis and prevention function according to the present invention.
첨부된 도 11을 참조하면, 상기 밴드패스필터는 수집되는 40kHz 대역의 전기신호의 선택도를 높이기 위하여 대역통과 필터로 구성된다.Referring to FIG. 11 attached, the bandpass filter is configured as a bandpass filter to increase the selectivity of the collected electrical signals in the 40kHz band.
높은 주파수 대역에서는 대역통과 필터로 구성될 수 있으나, 수 kHz 대역의 LF(Low Frequency) 대역에서는 소자(R, L, C)의 값이 너무 커져서 구현에 어려움이 발생된다. 따라서 본 발명에 적용된 밴드패스필터(340)는 고역통과 필터인 하이패스필터(a)와 저역통과 필터인 로패스필터(b)의 조합으로 구성된다.In a high frequency band, it can be configured as a bandpass filter, but in the LF (Low Frequency) band of several kHz bands, the values of the elements R, L, and C become too large, which causes difficulties in implementation. Therefore, the band-
상기 하이패스필터(도 11의 (a))는 Sallen-key 구조를 채택하였으며, 통과대역의 선형특성 보다는 차단특성을 고려하여 Chebychev 방식을 적용하여 차단주파수는 35kHz로 설계된다.The high-pass filter (FIG. 11(a)) adopts a Sallen-key structure, and a cut-off frequency of 35 kHz is designed by applying the Chebychev method in consideration of the cut-off characteristics rather than the linear characteristics of the pass band.
상기 로패스필터(도 11의 (b))는 Analog Device사의 LTC1569을 적용하여 차단주파수는 50kHz로 설계된다.The low-pass filter (FIG. 11 (b)) is designed to have a cut-off frequency of 50 kHz by applying LTC1569 of Analog Device.
이에, 상기 밴드패스필터(340)는 통과 주파수 대역은 35kHz ~ 45kHz로 구성된다.Accordingly, the
상기 AA센서부(300)에서 검출된 전기신호를 분석하는 방식으로 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform), 국소 푸리에 변환(Short-Tim Fourier Transform) 및 웨이블렛 변환(Wavelet Transform) 방식 등 다양한 방식이 적용될 수 있으며, 본 발명에서는 상기 방식 중에서 선택된 하나의 방식이 적용될 수 있다.As a method of analyzing the electrical signal detected by the
상기 AA센서부(300)에 의하면, 마이크로폰의 구동을 위해 인가된 전원 및 외부 잡음에 의한 영향을 받지 않고 배전반 내부에서 발생된 코로나 방전에 의한 초음파를 검출할 수 있는 장점이 있다.According to the
아크센서부(400)는 아크에 의한 불꽃을 검출한다.The
상기 아크센서부(400)는 금속과 가스의 광전효과의 원리를 이용한 비접촉형 자외선 센서(UVtron sensor, 410)로 이루어질 수 있다. 비접촉형 자외선 센서(410)로 구성되는 경우, 첨부된 도 12에 도시된 바와 같이 상기 아크센서부(400)는 글래스 벌브(glass bulb)(401) 내에 대향 배치되는 애노드(anode) 전극(402)과 캐소드(cathode) 전극(403)으로 구성된다.The
상기 애노드 전극(402)은 코일 형태의 금속 와이어로 구성된다. 상기 캐소드 전극(403)은 상기 애노드 전극(402)과 일정간격 이격되게 배치되고, 금속판으로 구성된다.The
또한, 상기 글래스 벌브(401)의 외부에는 상기 애노드 전극(402)과 캐소드 전극(403)이 각각 연결되는 애노드 리드(404)와 캐소드 리드(405)가 구성된다.In addition, an
상기 2개의 리드(404, 405)에는 직류 전원이 일정한 전압으로 인가된다.A DC power is applied at a constant voltage to the two leads 404 and 405 .
상기와 같은 구성에서 상기 애노드 전극(402)에는 양극 포텐셜(potential)을 인가하고, 상기 애노드 전극(402)에 양극이 연결된 상태에서 아크(불꽃)가 발생되게 되면, 글래스 튜브(401)를 투과한 자외선이 캐소드 전극(403)에 전달되고 포톤(photon) 에너지에 의해 캐소드 전극(403)에서 전자가 여기된다. 여기된 상기 전자는 양극 포텐셜에 의해 애노드 전극(402)측으로 끌려가게 되어 양전극 사이에 전류가 흐르게 된다.In the above configuration, an anode potential is applied to the
즉, 아크 또는 불꽃에 의해 캐소드 리드(404)와 애노드 리드(405)에는 전류가 발생되고, 발생된 전류에 의해 아크신호를 검출하게 된다.That is, current is generated in the
상기와 같은 구조의 아크센서(410)는 원거리 아크의 자외선 성분을 신속하게 감지할 수 있고, 고압 코로나 방전 같은 미소방전을 감지할 수 있다. 또한, 상기 아크 센서(410)는 185nm ~ 260nm의 자외선 감도를 가지며 소형으로 제작이 가능하다. 또한, 초소형으로 제작되어도 자외선 방사의 감지 범위가 120° 각도에서 5m이내의 자외선(아크)를 빠르게 감지할 수 있는 장점이 있다.The
이와 같은 아크센서(410)는 종래의 반도체 방식의 자외선 센서와 달리 필터를 요구하지 않으며 검출 정확도가 높다.The
상기 아크센서(410)를 포함하여 구성되는 상기 아크센서부(400)는 배전반 내에서 방전 등에 의해 발생하는 자외선을 검출하고, 발생한 자외선의 강도를 아크신호로 출력한다.The
열화진단장치(20)는 열화검출장치(10)로부터 검출된 신호에 근거하여 열화를 진단한다.The
즉, 열화진단장치(20)는 상기 열화검출장치(10)에서 검출된 열화검출정보를 수신하고, 수신된 열화검출정보에 근거하여 열화상태 변화율값 및 열화상태 변화누적값을 연산하며, 상기 열화상태 변화율에 따른 배전반의 열화를 진단한다.That is, the
첨부된 도 2를 참조하면, 상기 열화진단장치(20)는 적외선 이미지생성부(500), 열화진단부(600) 및 알람발생부(700)를 포함하여 구성된다.2 , the
적외선 이미지생성부(500)는 적외선 어레이 이미지센서부(100)에서 검출되어 전송된 적외선 이미지를 생성하여 디스플레이(510)에 표시한다.The infrared
즉, 상기 적외선 이미지생성부(500)는 동기신호발생기(165)에서 발생된 동기신호에 근거하여 온도보상기(164)에서 픽셀별로 보상된 온도값에 따라 적외선 이미지를 생성하고, 생성된 적외선 이미지는 디스플레이(510)를 통해 출력한다.That is, the infrared
열화진단부(600)는 적외선 어레이 이미지센서부(100), 가스센서부(200), AA센서부(300) 및 아크센서부(400)에서 검출된 온도값, 일산화탄소/이산화탄소의 농도값, 음향신호 및 아크신호에 근거하여 배전반의 열화를 진단한다.The
예를 들어, 열화의 진단은 온도값, 농도값, 음향신호 및 아크신호에 대한 제1 설정값을 초과하는 경우 주의, 제2 설정값을 초과하는 경우 경고 등으로 구분하여 열화진단을 수행할 수 있도록 구성될 수 있다.For example, deterioration diagnosis can be performed by dividing the first set value for temperature value, concentration value, acoustic signal, and arc signal into caution and warning when exceeding the second set value. It can be configured to
알람발생부(700)는 상기 열화진단부(600)에서 진단 결과에 근거하여 알람신호를 발생시킨다.The
이때, 알람신호는 주의 및 경고로 세분화된 경우, 주의 및 경고에 따라 발생되는 신호를 차등하여 발생되도록 구성될 수 있다.In this case, when the alarm signal is subdivided into caution and warning, it may be configured to differentially generate signals generated according to the caution and warning.
소화장치(30)는 열화진단장치(20)의 진단 결과 열화로 진단되는 경우 소화약제를 분사하여 열화에 의한 화재를 진압하기 위한 것이다.The
도 13은 본 발명에 따른 열화 진단 및 예방 기능이 구비된 배전반에 적용된 소화장치의 사시도이고, 도 14는 도 13의 소화장치에 대한 단면도를 나타낸 것이다.13 is a perspective view of a fire extinguishing apparatus applied to a switchboard equipped with a deterioration diagnosis and prevention function according to the present invention, and FIG. 14 is a cross-sectional view of the fire extinguishing apparatus of FIG. 13 .
첨부된 도 13 및 도 14를 참조하면, 상기 소화장치(30)는 외부하우징(31), 내부하우징(32), 니크롬선(33), 캡(34), 접속선(35), 소화약제(36) 및 기폭제(37)를 포함하여 구성된다.13 and 14, the
외부하우징(31)은 내부에 수용 공간을 형성할 수 있는 소정의 형상으로 이루어지고 상부는 개방된 형태로 구성되며, 외측면에는 팽창에 의해 쉽게 절개될 수 있는 절취선(31a)이 형성된다.The
내부하우징(32)은 상기 외부하우징(31)의 내부에 배치되고, 그 내부에는 소정의 공간이 형성된다. 이때, 상기 내부하우징(32)의 외측면과 상기 외부하우징(31)의 내측면 사이에는 소정의 공간이 형성된다.The
니크롬선(33)은 상기 내부하우징(32)의 내부에 배치된다.The
캡(34)은 상기 내부하우징(32)을 결합한 상태에서 상기 외부하우징(31)의 개방된 입구측에 결합되어 외부하우징(31)을 밀폐시킨다.The
접속선(35)은 상기 캡(34)에 설치되되 상기 니크롬선(33)에 연결되고, 외부로부터 인가된 전원을 상기 니크롬선(33)에 전달한다.The
소화약제(36)는 상기 내부하우징(32)의 외측면과 상기 외부하우징(31)의 내측면 사이의 소정 공간에 충전된다.The extinguishing
상기 소화약제(36)는 열에 의해 팽창하는 플루오르화 케톤액, 산소공급을 차단하는 소화제 및 연소열을 냉각시키는 냉각제를 포함하여 구성된다.The
상기 소화제로는 질산칼륨(KNO3), 염소산칼륨(KClO4), 초산염 올레인산, 탄소, 아세테이나글리세린, 올레인산, 스테아르산디아민디오 레아나 레시틴, 에폭시드, 불포화폴리에스테르 수지 중에서 선택되는 적어도 하나를 포함하여 이루어지고, 상기 냉각제는 수산화마그네슘(Mg(OH)2), 탄산나트륨(Na2CO3), 붕산(H3BO3), 염소산칼륨(KClO4), 질산칼륨(KN03), 탄산칼슘(CaCO3, CaCO4) 중에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하여 이루어질 수 있다.The extinguishing agent is potassium nitrate (KNO 3 ), potassium chlorate (KClO 4 ), acetic acid oleic acid, carbon, acetate or glycerin, oleic acid, stearic acid diamine dioleana lecithin, epoxide, at least one selected from unsaturated polyester resin Made to include, the coolant is magnesium hydroxide (Mg(OH) 2 ), sodium carbonate (Na 2 CO 3 ), boric acid (H 3 BO 3 ), potassium chlorate (KClO 4 ), potassium nitrate (KN0 3 ), carbonate Calcium (CaCO 3 , CaCO 4 ) It may include at least one selected from among.
기폭제(37)는 상기 내부하우징(32)에 충전되고, 열에 의해 반응하여 기폭될 수 있는 고체 형태의 물질로 이루어질 수 있고, 종류로는 아지드화납, 아세틸화은, 뇌산수은, 디아조디니트로페놀, 니트로소구아니딘, 스티프네이트 납, 펜타에리트리톨 테트라니트레이트 중에서 선택된 하나로 이루어질 수 있다.The
상기 소화장치(30)의 동작을 살펴보면, 상기 열화진단부(600)에서 진단 결과 열화로 판단되는 알람신호에 의해 상기 접속선(35)에는 소정의 전류가 인가되고, 접속선(35)에 인가된 전류에 의해 니크롬선(33)은 발열되게 된다.Looking at the operation of the
상기 니크롬선(33)의 발열에 따라 상기 니크롬선(33)에 접촉된 기폭제(37)가 폭발하고, 기폭제(37)의 폭발에 의해 팽창되면서 열을 발생시킨다.The
상기 기폭제(37)의 팽창에 의해 상기 내부하우징(32)은 폭발하여 파열되고, 기폭제(37)의 폭발에 의한 열이 소화약제(36)에 전달되게 된다.The
상기 소화약제(36)에 포함된 플루오르화 케톤액이 열에 의해 팽창하면서 상기 외부하우징(31)은 절취선(31a)을 따라 파열되며, 상기 절취선(31a)의 절개에 의해 외부하우징(31)에 수용된 소화약제(36)가 비산되어 열화에 의한 화재를 진압하게 된다.As the fluorinated ketone solution contained in the
본 발명에 의하면, 적외선 어레이 이미지센서로 넓은 범위의 영역의 온도를 검출할 수 있기 때문에 적외선 어레이 이미지센서의 구성을 최소화하여 시스템을 구축할 수 있는 장점이 있으며, 경제성 확보 도한 가능하다.According to the present invention, since the infrared array image sensor can detect a temperature in a wide range, there is an advantage that a system can be built by minimizing the configuration of the infrared array image sensor, and economic feasibility can be secured.
이에 더하여, 온도, 가스, 초음파 음향 및 아크의 신호를 검출하고 검출된 신호에 근거하여 열화의 원인을 종합적으로 진단함으로써, 배전반의 열화를 조기에 진단할 수 있는 장점이 있다.In addition, there is an advantage in that the deterioration of the switchboard can be diagnosed early by detecting signals of temperature, gas, ultrasonic sound and arc and comprehensively diagnosing the cause of the deterioration based on the detected signals.
또한, 화재발생 시 소화장치를 통하여 신속하게 화재를 진압하여 사고확산을 방지할 수 있는 장점이 있다.In addition, in the event of a fire, there is an advantage in that the spread of an accident can be prevented by quickly extinguishing the fire through the fire extinguishing device.
상기에서는 본 발명에 따른 열화 진단 및 예방 기능이 구비된 배전반(고압반, 저압반, 모터제어반, 분전반)의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고, 청구범위 및 발명의 설명, 첨부한 도면의 범위 내에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이 또한 본 발명의 범위 내에 속한다.In the above, preferred embodiments of the switchboard (high-pressure board, low-pressure board, motor control board, and distribution board) equipped with the deterioration diagnosis and prevention function according to the present invention have been described, but the present invention is not limited thereto. It is possible to carry out various modifications within the scope of the description and the accompanying drawings, and this also falls within the scope of the present invention.
10: 열화검출장치 20: 열화진단장치
30: 소화장치
100: 적외선 어레이 이미지센서부 110: 집광렌즈
120: IR필터 130: IR디텍터
140: 증폭기 150: ADC
160: 처리모듈 161: 영상처리기
162: 이미지분할기 163: 온도검출기
164: 온도보상기 200: 가스센서부
300: AA센서부 400: 아크센서부
500: 적외선 이미지생성부 600: 열화진단부
700: 알람발생부10: deterioration detection device 20: deterioration diagnosis device
30: fire extinguishing system
100: infrared array image sensor unit 110: condensing lens
120: IR filter 130: IR detector
140: amplifier 150: ADC
160: processing module 161: image processor
162: image splitter 163: temperature detector
164: temperature compensator 200: gas sensor unit
300: AA sensor unit 400: arc sensor unit
500: infrared image generating unit 600: deterioration diagnosis unit
700: alarm generating unit
Claims (7)
상기 열화검출장치(10)로부터 검출된 신호에 근거하여 열화를 진단하는 열화진단장치(20); 및
상기 열화진단장치(20)의 진단 결과에 따라 화재를 진압하는 소화장치(30);
를 포함하고,
상기 열화검출장치(10)는,
온도값을 검출하는 적외선 어레이 이미지센서부(100);
일산화탄소(CO)와 이산화탄소(CO2)의 농도값을 검출하는 가스센서부(200);
코로나방전에 의한 초음파 음향신호를 검출하는 AA센서부(300); 및
아크 또는 불꽃신호를 검출하는 아크센서부(400);
를 포함하고,
상기 적외선 어레이 이미지센서부(100)는,
대상 구역에서 발산되는 빛을 집광하는 집광렌즈(110);
상기 집광렌즈(110)에서 집광된 빛 중에서 적외선 영역의 빛을 투과시키는 IR필터(120);
상기 IR필터(120)에서 필터링된 적외선을 전기적 신호로 출력하는 IR디텍터(130);
상기 IR디텍터(130)에서 출력되는 전기적 신호를 증폭하는 증폭기(140);
상기 증폭기(140)에서 증폭된 전기적 신호의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 ADC(150);
상기 ADC(150)에서 출력되는 디지털 신호에 대해 선형화하고 보정하여 출력하는 처리모듈(160); 및
상기 처리모듈(160)에서 출력되는 디지털 신호를 송출하는 출력모듈(170);
을 포함하여 구성되며,
상기 처리모듈(160)은,
상기 ADC(150)로부터 출력되는 디지털 신호를 이미지 영상으로 재현시키는 영상처리기(161);
상기 영상처리기(161)에서 처리된 상기 이미지 영상의 프레임에 대해 해상도를 고정한 상태에서 2차원 배열의 픽셀로 분할하는 이미지분할기(162);
상기 이미지분할기(162)에서 분할된 각 픽셀에 대한 온도값을 검출하는 온도검출기(163); 및
상기 온도검출기(163)에서 산출된 온도값을 보상하는 온도보상기(164);
를 포함하고,
상기 온도보상기(164)는,
주변온도, 방사율, 측정거리 및 반사 온도에 근거하여 상기 온도검출기에서 검출된 온도값을 보상하며,
상기 AA센서부(300)는,
공기 중의 파동인 음파를 수신하여 전기신호로 출력하는 마이크로폰(310);
전류제한저항에 의해 전류가 제한되어 정전류가 회로에 공급되고, 전원에 포함한 고주파 노이즈는 LC공진회로인 인덕터, 커패시터에 의해 차단되고, 상기 마이크로폰(310)에서 출력되는 전기신호는 출력커패시터에 의해 초음파 음향신호를 검출하는 역결합회로(320);
상기 역결합회로(320)에서 출력되는 전기신호를 전단에서 1 ~ 2배로 증폭하고, 후단에서 2~ 3배로 증폭시키는 증폭기(330); 및
상기 증폭기(330)에서 증폭된 전기신호 중에서 35 ~ 50kHz 대역의 초음파를 통과시키는 밴드패스필터(340);
를 포함하여 구성되고,
상기 소화장치(30)는,
내부에 수용 공간을 형성할 수 있는 소정의 형상으로 이루어지고 상부는 개방된 형태로 구성되며, 외측면에는 팽창에 의해 쉽게 절개될 수 있는 절취선(31a)이 형성되는 외부하우징(31);
상기 외부하우징(31)의 내부에 배치되고, 그 내부에는 소정의 공간이 형성되는 내부하우징(32);
상기 내부하우징(32)의 내부에 배치되는 니크롬선(33);
상기 내부하우징(32)을 결합한 상태에서 상기 외부하우징(31)의 개방된 입구측에 결합되어 외부하우징(31)을 밀폐시키는 캡(34);
상기 캡(34)에 설치되되 상기 니크롬선(33)에 연결되고, 외부로부터 인가된 전원을 상기 니크롬선(33)에 전달하는 접속선(35);
상기 내부하우징(32)의 외측면과 상기 외부하우징(31)의 내측면 사이의 소정 공간에 충전되는 소화약제(36); 및
상기 내부하우징(32)에 충전되고, 상기 니크롬선(33)의 발열에 따라 기폭되는 기폭제(37);
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 열화 진단 및 예방 기능이 구비된 배전반(고압반, 저압반, 모터제어반, 분전반).
a deterioration detection device 10 installed in the switchboard;
a deterioration diagnosis device 20 for diagnosing deterioration based on a signal detected from the deterioration detection device 10; and
a fire extinguishing device 30 for suppressing a fire according to the diagnosis result of the deterioration diagnosis device 20;
including,
The deterioration detection device 10,
an infrared array image sensor unit 100 for detecting a temperature value;
a gas sensor unit 200 for detecting concentration values of carbon monoxide (CO) and carbon dioxide (CO2);
AA sensor unit 300 for detecting an ultrasonic acoustic signal by corona discharge; and
Arc sensor unit 400 for detecting an arc or flame signal;
including,
The infrared array image sensor unit 100,
Condensing lens 110 for condensing the light emitted from the target area;
an IR filter 120 for transmitting light in an infrared region among the light collected by the condensing lens 110;
an IR detector 130 for outputting the infrared ray filtered by the IR filter 120 as an electrical signal;
an amplifier 140 amplifying an electrical signal output from the IR detector 130;
ADC (150) for converting the analog signal of the electric signal amplified by the amplifier (140) into a digital signal;
a processing module 160 for linearizing, correcting and outputting the digital signal output from the ADC 150; and
an output module 170 for transmitting a digital signal output from the processing module 160;
It consists of
The processing module 160,
an image processor 161 for reproducing the digital signal output from the ADC 150 as an image image;
an image divider 162 for dividing the frame of the image processed by the image processor 161 into a two-dimensional array of pixels in a state where the resolution is fixed;
a temperature detector 163 for detecting a temperature value for each pixel divided by the image divider 162; and
a temperature compensator 164 for compensating the temperature value calculated by the temperature detector 163;
including,
The temperature compensator 164,
Compensating the temperature value detected by the temperature detector based on the ambient temperature, the emissivity, the measurement distance and the reflected temperature,
The AA sensor unit 300,
a microphone 310 for receiving sound waves, which are waves in the air, and outputting them as electrical signals;
The current is limited by the current limiting resistor so that a constant current is supplied to the circuit, the high-frequency noise included in the power is blocked by the inductor and capacitor that are the LC resonance circuit, and the electrical signal output from the microphone 310 is ultrasonicated by the output capacitor. a decoupling circuit 320 for detecting an acoustic signal;
an amplifier 330 amplifying the electrical signal output from the decoupling circuit 320 by 1 to 2 times at the front end and 2 to 3 times at the rear end; and
a band pass filter 340 for passing ultrasonic waves in a band of 35 to 50 kHz from among the electric signals amplified by the amplifier 330;
consists of,
The fire extinguishing device 30,
The outer housing 31 is made of a predetermined shape that can form a receiving space therein, the upper portion is configured in an open form, the outer surface is formed with a perforated line (31a) that can be easily cut by expansion;
an inner housing 32 disposed inside the outer housing 31 and having a predetermined space therein;
a nichrome wire 33 disposed inside the inner housing 32;
a cap (34) coupled to the open inlet side of the outer housing (31) in a state in which the inner housing (32) is coupled to seal the outer housing (31);
a connection line (35) installed on the cap (34) and connected to the nichrome wire (33) and transmitting power applied from the outside to the nichrome wire (33);
a fire extinguishing agent 36 filled in a predetermined space between the outer surface of the inner housing 32 and the inner surface of the outer housing 31; and
an initiator 37 charged in the inner housing 32 and detonated according to the heat generated by the nichrome wire 33;
A switchboard (high-pressure board, low-pressure board, motor control board, distribution board) equipped with a deterioration diagnosis and prevention function, characterized in that it comprises a.
상기 주변온도에 대한 보상은,
미리 저장된 온도보상 테이블에 기록된 온도값과 검출된 온도값에 대해 선형보간법을 이용하여 상기 검출된 온도값을 보상하는 것을 특징으로 하는 열화 진단 및 예방 기능이 구비된 배전반(고압반, 저압반, 모터제어반, 분전반).
The method according to claim 1,
Compensation for the ambient temperature is
Switchgear (high platen, low platen, motor control panel, distribution panel).
상기 집광렌즈(110)는,
프레넬렌즈(fresnel lens)인 것을 특징으로 하는 열화 진단 및 예방 기능이 구비된 배전반(고압반, 저압반, 모터제어반, 분전반).
The method according to claim 1,
The condensing lens 110,
A switchboard (high voltage board, low voltage board, motor control board, distribution board) equipped with a deterioration diagnosis and prevention function, characterized in that it is a Fresnel lens.
상기 열화진단장치(20)는,
상기 적외선 어레이 이미지센서부(100)에서 검출되어 전송된 적외선 이미지를 생성하여 디스플레이(510)에 표시하는 적외선 이미지생성부(500);
상기 적외선 어레이 이미지센서부(100), 가스센서부(200), AA센서부(300) 및 아크센서부(400)에서 검출된 온도값, 일산화탄소/이산화탄소의 농도값, 음향신호 및 아크신호에 근거하여 배전반의 열화를 진단하는 열화진단부(600); 및
상기 열화진단부(600)에서 진단 결과에 근거하여 알람신호를 발생시키는 알람발생부(700);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 열화 진단 및 예방 기능이 구비된 배전반(고압반, 저압반, 모터제어반, 분전반).
The method according to claim 1,
The deterioration diagnosis device 20,
an infrared image generating unit 500 for generating an infrared image detected and transmitted by the infrared array image sensor unit 100 and displaying it on the display 510;
Based on the temperature value detected by the infrared array image sensor unit 100, the gas sensor unit 200, the AA sensor unit 300 and the arc sensor unit 400, the concentration value of carbon monoxide/carbon dioxide, the acoustic signal and the arc signal a deterioration diagnosis unit 600 for diagnosing deterioration of the switchboard; and
an alarm generating unit 700 for generating an alarm signal from the deterioration diagnosis unit 600 based on a diagnosis result;
A switchboard (high voltage board, low pressure board, motor control board, distribution board) equipped with a deterioration diagnosis and prevention function, characterized in that it comprises a.
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