KR102475829B1 - Seismic switchboard with earthquake monitoring and diagnosis device using acceleration and displacement signals - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 가속도와 변위 신호를 이용한 지진감시 진단장치가 적용된 내진 배전반에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고압배전반, 저압배전반, 전동기제어반 및 분전반(이하, 배전반)에 지진에 의한 진동에너지 검출이 가능한 가속도 센서와 배전반의 기울기를 판단할 수 있는 변위센서를 이용하여 실제진동과 주변환경에 의한 진동을 구분하여 정확성을 향상하며, 지진 발생 전 초기에 발생되는 상황을 검출하고 판단하고, 지진발생 상황을 실시간으로 감시진단하는 가속도와 변위 신호를 이용하여 사고를 예방하며, 배전반 하부에 내진장치를 설치하여 전도사고를 예방하는 가속도와 변위 신호를 이용한 지진감시 진단장치가 적용된 내진 배전반(고압배전반, 저압배전반, 전동기제어반, 분전반)에 관한 것이다.The present invention relates to an earthquake-resistant switchboard to which an earthquake monitoring and diagnosis device using acceleration and displacement signals is applied, and more particularly, acceleration capable of detecting vibration energy caused by an earthquake in a high-voltage switchboard, a low-voltage switchboard, a motor control panel, and a switchboard (hereinafter, switchboard). By using a displacement sensor that can determine the tilt of the sensor and switchboard, it distinguishes between actual vibration and vibration caused by the surrounding environment to improve accuracy, detects and judges the situation that occurs in the early stage before an earthquake occurs, and monitors the situation of an earthquake in real time Acceleration and displacement signals that are monitored and diagnosed are used to prevent accidents, and earthquake-resistant switchboards (high voltage switchboard, low voltage switchboard, motor control panel, distribution panel).
일반적으로 배전반은 건물의 내부의 배전반 수용부의 바닥 혹은 건물 외부의 바닥에 내진설계에 따라 고정설치되게 된다.In general, a switchboard is fixedly installed on the floor of a switchboard accommodating part inside a building or on the floor outside a building according to an earthquake-resistant design.
통상적으로 배전반의 내진설계는 지진으로 인한 진동에 따라 상ㆍ하ㆍ좌ㆍ우축 진동에 따른 내진설계가 이루어진다. 이러한, 내진설계는 배전반을 바닥면에 고정할 때 사용되는 고정장치에 내진설계를 적용하여 그 내진설계가 적용된 고정장치에 의해 배전반이 설치되게 된다.In general, the seismic design of the switchboard is made according to the vibration of the upper, lower, left, and right axes according to the vibration caused by the earthquake. In such an earthquake-resistant design, the switchboard is installed by applying the earthquake-resistant design to a fixture used when fixing the switchboard to the floor, and the fixture to which the earthquake-resistant design is applied.
그러나, 상기와 같이 배전반을 고정하는 고정장치에 내진설계가 되어 있다 하더라도, 지진의 발생강도에 따라 건물의 심한 흔들림 또는 붕괴 등이 발생할 때에는 그 기능을 상실하게 되며, 그로 인해 파손되는 배전반에는 공급자가 인위적으로 전력차단장치를 하지 않을 경우 계속해서 전력이 공급되어 건물내부로 전력을 공급하는 상태를 유지하게 된다.However, even if the fixing device for fixing the switchboard has an earthquake-resistant design as described above, its function is lost when the building is shaken or collapsed depending on the intensity of the earthquake. If the power cut-off device is not artificially supplied, power is continuously supplied to maintain a state in which power is supplied to the inside of the building.
건물의 심한 흔들림 또는 붕괴로 인한 건물 내부의 전력선의 파괴로 인해 화재 발생 등의 위험이 상존하며, 그로 인해 대규모 인명피해 등을 일으킬 수 있는 문제가 있으며, 또한, 외부로의 전력누수로 감전사 등의 위험이 있다.There is always a risk of fire due to the destruction of power lines inside the building due to severe shaking or collapse of the building, and there is a problem that can cause large-scale human casualties. There is a risk.
이러한, 문제를 해소하기 위하여 최근에는 배전반 내부에 지진의 강도를 감지하는 진동감지센서를 배전반 내부 바닥면에 구비하여 지진의 강도에 따라, 배전반의 전력공급을 컨트롤하는 컨트롤러에 신호를 보내 건물내부로 공급되는 전력을 차단하는 기술의 개발이 이루어지고 있다.In order to solve this problem, recently, a vibration sensor for detecting the intensity of an earthquake is installed on the floor inside the switchboard to send a signal to the controller that controls the power supply of the switchboard according to the intensity of the earthquake, and send a signal to the inside of the building. A technology for cutting off supplied power is being developed.
그러나, 상기한 진동감지센서를 이용한 배전반의 전력공급차단은 건물 내부로 공급되는 전력은 차단되어 1차적인 재난은 예방이 가능하나, 외부에서 배전반으로 공급되는 전력은 차단하지 못하는 문제로 인하여, 외부공급 전력에 의한 2차적인 재난의 예방은 이루어지지 않는 단점이 있다.However, the power supply cut-off of the switchboard using the above-mentioned vibration sensor cuts off the power supplied to the inside of the building, so the primary disaster can be prevented, but due to the problem that the power supplied to the switchboard from the outside cannot be cut off, There is a disadvantage in that secondary disaster prevention by supply power is not performed.
또한, 진동감지센서는 상하 진동의 강도만을 측정하는 것으로, 배전반이 전후좌우측 횡방향의 변화가 일어날 때는 지진감지를 하지 못하는 오류가 일어날 수 있는 문제가 있다.In addition, since the vibration sensor measures only the intensity of vertical vibration, there is a problem in that an error of not detecting an earthquake may occur when the switchboard changes in the front, rear, left, and right lateral directions.
또한 배전반은 지진으로 인하여 내부기기가 소손되거나, 또는 배전반이 전도In addition, the internal devices of the switchboard may be damaged due to an earthquake, or the switchboard may be overturned.
되는 사고가 발생되는 등의 추가적인 사고 우려도 있다.There is also an additional risk of accidents, such as the occurrence of accidents.
이와 같은 진동이나 충격이 지속적으로 일어나면 외형적으로 문제가 없는 경우라도 실제로는 진동이 지속되는 와중에서 장시간의 진동으로 인해 내부의 접점이나 기타 접속지점에서 문제가 발생하여 제대로 작동이 불가능 할 수 있으며, 화재사고로 이어져 2차 피해가 발생할 수 있다.If such vibrations or shocks continuously occur, even if there is no problem externally, in reality, problems may occur at internal contacts or other connection points due to long-term vibration while the vibration continues, making it impossible to operate properly. It can lead to a fire accident and cause secondary damage.
또한 기존에 배전반을 진동으로부터 보호하기 위해 개발된 내진장치의 경우 수직적인 진동에 의한 내진은 효율적으로 내진 및 면진이 가능하나, 전후좌우의 수평 방향의 진동이나 수평과 수직의 복합적 진동으로 인해 배전반이 3차원적으로 기울어질 수 있는 방향으로 전방위 진동이 발생되는 상황에서는 수직방향 만큼 효과적인 내진 또는 면진 작용을 얻기 힘든 문제가 있다.In addition, in the case of earthquake-resistant devices that have been developed to protect switchboards from vibration, earthquake-resistance by vertical vibration can efficiently withstand earthquakes and base isolation, but due to horizontal vibrations in the front, rear, left and right directions, or combined horizontal and vertical vibrations, the switchboard is In a situation where omnidirectional vibration occurs in a direction that can be tilted three-dimensionally, there is a problem in that it is difficult to obtain an earthquake-resistant or seismic isolation action as effective as the vertical direction.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 단점과 문제점을 해결하기 위한 것으로, 배전반에 지진에 의한 진동에너지 검출이 가능한 가속도 센서와 배전반의 기울기를 판단할 수 있는 변위센서를 이용하여 실제진동과 주변환경에 의한 진동을 구분하여 정확성을 향상하고, 지진 발생 전 초기에 발생되는 상황을 검출하고 판단하여 사고를 예방하며, 지진발생 상황을 실시간으로 감시진단하여 이를 토대로 상황을 판단하고, 배전반 하부에 내진장치를 적용하여 전도사고를 예방하는 가속도와 변위 신호를 이용한 지진감시 진단장치가 적용된 내진 배전반을 제공하는데 그 목적이 있다. Therefore, the present invention is to solve various disadvantages and problems of the prior art as described above, by using an acceleration sensor capable of detecting vibration energy due to an earthquake in a switchboard and a displacement sensor capable of determining the inclination of the switchboard, real vibration and surroundings Accuracy is improved by classifying vibrations caused by the environment, accidents are prevented by detecting and judging the situation that occurs in the early stages before an earthquake occurs, monitoring and diagnosing the situation of an earthquake in real time to judge the situation based on this, and determining the situation based on this in real time. An object of the present invention is to provide a seismic switchboard equipped with an earthquake monitoring and diagnosis device using acceleration and displacement signals to prevent a fall accident by applying the device.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 배전반에 지진에 의한 진동에너지와, 배전반의 기울기를 판단하되, 실제진동과 주변환경에 의한 진동을 구분하여 정확성을 향상하기 위한 센싱 신호를 가속도 센서와 변위센서를 이용하여 센싱하는 센서부(100); 상기 센서부(100)의 각종 센싱값을 전송받아 제1분석으로 상기 배전반의 진동 가속도의 크기 데이터를 검출하고, 제2분석으로 상기 배전반의 기울기를 측정하여 검출된 변위의 크기 데이터인 변위량을 검출하며, 가속도와 변위량에 대한 제3분석을 통해 미리 설정된 안전, 주의, 경고, 위험 범위 초과를 판단하여 지진에 의해 발생하는 피해를 최소화하기 위한 경보발생 및 배전반 전력 차단 신호를 발생시키는 판단부(200); 및 상기 판단부(200)로부터의 경보발생 및 배전반 전력 차단 신호에 따라 배전반의 지진관련 경보를 발생시키고, 배전반의 전력을 차단하는 경보발생 및 전력차단부(300); 및 상기 배전반이 지면에 대해 변위가 발생되더라도 진동이 멈추면 원위치로 복귀되도록 상기 배전반 저면의 지면 기초면에 상기 배전반과 결합되어 설치된 내진 댐퍼;를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 가속도와 변위 신호를 이용한 지진감시 진단장치가 적용된 내진 배전반을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention judges the vibration energy caused by the earthquake in the switchboard and the tilt of the switchboard, but separates the actual vibration from the vibration caused by the surrounding environment and uses the sensing signal to improve accuracy with an acceleration sensor and a displacement sensor.
여기서 센서부(100)는 상부변위 센서와 하부변위 센서 및 가속도 센서로 구성된 것을 특징으로 한다.Here, the
또한 상부변위 센서와 하부변위 센서 및 가속도 센서는, 상부 좌측변위센서(110), 상부 우측변위센서(120), 하부 좌측변위센서(130), 하부 우측변위센서(140), 상부 가속도 센서(150) 및 하부 가속도센서(160)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.In addition, the upper displacement sensor, the lower displacement sensor, and the acceleration sensor include an upper
그리고 판단부(200)는, 센서부(100)의 각종 센서 중, 변위센서를 활용하여 배전반의 기울기 상태를 실시간으로 검출하고, 배전반 초기 설치시 기울기 값과 비교하여 위험도를 파악 후 현재 배전반 상태의 안전도를 확인하여 배전반의 이격거리 기준 이상의 기울기 발생시, 관리서버(400)를 통해 관리자의 스마트폰(500)으로도 배전반의 이상을 알려 재난, 재해에 따른 피해를 최소화하도록 구성된 것을 특징으로 한다.In addition, the
여기서 가속도 센서는 검출된 진동의 크기를 가속도 G값과 X축, Y축, Z축의 데이터를 검출하고, 상기 변위센서는 검출된 변위의 크기를 mm 단위의 데이터로 검출하는 것을 특징으로 한다.Here, the acceleration sensor detects the magnitude of the detected vibration as an acceleration G value and X-axis, Y-axis, and Z-axis data, and the displacement sensor detects the magnitude of the detected displacement as data in units of mm.
또한 상기 판단부(200)는 상기 가속도 센서에서 검출된 데이터에 대하여 시간영역의 변화량을 계산하여 연산 후 미리 설정된 안전상태일 경우와 분석을 진행해야 하는 경우를 비교 분석하여 제1분석을 하고, 상기 변위센서 검출된 데이터에 대하여 시간영역의 변화량을 계산하여 연산 후 미리 설정된 안전상태일 경우와 분석을 진행해야하는 경우를 비교 분석하여 제2분석을 하며, 상기 제1 분석결과 분석진행으로 판단된 경우와 발생한 배전반의 변위량의 제2검출결과 분석진행으로 판단된 경우 가속도와 변위량에 대한 제3분석을 하는 것을 특징으로 한다.In addition, the
그리고 내진 댐퍼는, 기초 면에 설치되는 하부 프레임과, 하부 프레임과 분리되어 설치되는 상부 프레임으로 이루어지는 가변 케이스와, 상기 상부 프레임과 하부 프레임 사이에 설치되는 메인 완충 스프링과, 상기 메인 완충 스프링에 수직 방향으로 삽입되고 상기 상부 프레임을 관통하여 상부 프레임의 상면보다 더 높이 돌출되게 설치되어, 메인 완충 스프링의 신축에 따라 상부 프레임이 함께 승강되는 것을 안내하는 가이드 샤프트를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.And the seismic damper is a variable case composed of a lower frame installed on the foundation surface and an upper frame installed separately from the lower frame, a main buffer spring installed between the upper frame and the lower frame, and a vertical to the main buffer spring It is inserted in the direction and is installed to protrude higher than the upper surface of the upper frame through the upper frame, and includes a guide shaft guiding the upper frame to be lifted together according to the expansion and contraction of the main buffer spring.
또한 상기 가이드 샤프트의 하단에는 가이드 샤프트의 수평 단면적이 확장되어 구 형상으로 형성되는 구면 볼이 마련되며, 상기 하부 프레임의 상부에는 상기 구면 볼이 제자리에서 회전 가능하게 내포되는 구형 포켓이 형성됨으로써, 상기 메인 완충 스프링이 수직 또는 수평 진동을 감쇄시킬 때, 상기 구면 볼로 인해 상기 가이드 샤프트는 상기 상부 프레임의 승강과 전단 가변을 모두 안내할 수 있고, 상기 가변 케이스에는 상부 프레임의 저면에 마련되는 내측 상부 프레임과 하부 프레임의 상면에 마련되는 내측 하부 프레임이 더 설치되며, 상기 구형 포켓은 내측 하부 프레임의 상면에 형성되는 것을 특징으로 한다.In addition, a spherical ball formed in a spherical shape by expanding the horizontal cross-sectional area of the guide shaft is provided at the lower end of the guide shaft, and a spherical pocket in which the spherical ball is rotatably contained in place is formed at the upper part of the lower frame, When the main buffer spring damps vertical or horizontal vibration, the spherical ball allows the guide shaft to guide both lifting and shearing of the upper frame, and the inner upper frame provided on the lower surface of the upper frame in the variable case. And an inner lower frame provided on the upper surface of the lower frame is further installed, and the spherical pocket is formed on the upper surface of the inner lower frame.
본 발명의 실시 예에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.According to an embodiment of the present invention, there are the following effects.
첫째, 배전반 상태를 배전반에 설치된 상부좌측 및 우측 변위센서와 하부 좌측 및 우측 변위센서 그리고 상부와 하부 가속도 센서에 의해 비교하므로 정확한 지진감지가 가능하여 지진발생 전 초기에 발생하는 위험상황을 검출하고, 지진발생 상황을 실시간으로 감시진단하여 이를 토대로 상황을 판단해 단계별 알람경보 및 전력차단장치를 통해 안전사고를 예방하는 효과가 있다.First, since the state of the switchboard is compared by the upper left and right displacement sensors, the lower left and right displacement sensors, and the upper and lower acceleration sensors installed in the switchboard, accurate earthquake detection is possible. It monitors and diagnoses the earthquake occurrence situation in real time, judges the situation based on this, and has the effect of preventing safety accidents through step-by-step alarms and power cutoff devices.
둘째, 배전반 상태를 단계별로 관리자나 관계자에게 전송하여 미리 점검하도록 함으로서 혹여 발생될 수 있는 오류를 미연에 방지할 수 있다.Second, errors that may occur can be prevented in advance by transmitting the status of the switchboard step by step to a manager or a person concerned so that they can check it in advance.
셋째, 배전반 하부에 수직 방향의 진동뿐만 아니라 수평 방향과 경사 방향 등 입체적인 3차원적 진동에 대해서도 완충이 가능하면서도 원상회복이 용이하며, 또한 배전반이 지면에 대해 변위가 발생되더라도 진동이 멈추면 즉각 원위치로 복귀될 수 있는 내진장치를 설치하여 전도사고를 예방할 수 있다.Third, it is possible to buffer not only vertical vibrations at the bottom of the switchboard, but also three-dimensional three-dimensional vibrations such as horizontal and inclined directions, and it is easy to restore to the original state. Also, even if the switchboard is displaced to the ground, it is immediately returned to its original position when the vibration stops Falling accidents can be prevented by installing an earthquake-resistant device that can be returned to.
도 1은 본 발명에 따른 가속도와 변위 신호를 이용한 지진감시 진단장치가 적용된 내진 배전반의 실시예를 설명하기 위한 블록 구성도,
도 2는 도 1에 나타낸 가속도와 변위 신호를 이용한 지진감시 진단장치가 적용된 내진 배전반의 세부 블록 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 가속도와 변위 신호를 이용한 지진감시 진단장치가 적용된 내진 배전반의 센서 및 내진 댐퍼의 설치 위치의 실시예를 나타낸 도면,
도 4는 본 발명에 따른 가속도와 변위 신호를 이용한 지진감시 진단 방법의 실시예를 설명하기 위한 흐름도,
도 5는 본 발명에 따른 가속도와 변위 신호를 이용한 지진감시 진단장치가 적용된 내진 배전반에서의 지진검출 분석결과를 설명하기 위한 도면,
도 6는 도 1에 나타낸 관제서버의 실시예를 나타낸 도면,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 판단부의 단계별 경보발생을 나타낸 도면,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 판단부 단자구성을 나타낸 도면,
도 9은 평행판 정전 구동원리를 나타낸 도면,
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서부에 적용된 콤 드라이브 액추에이터를 나타낸 도면,
도 11은 MEMS 가속도계의 차동 용량성 가속도계를 나타낸 도면이다.
도 12a는 본 발명에 따른 가속도와 변위 신호를 이용한 지진감시 진단장치가 적용된 내진 배전반의 전도사고를 예방하기 위한 3차원 내진이 가능한 내진 댐퍼의 실시예를 설명하기 위한 사시도,
도 12b는 도 12a에서 A 방향의 측면도,
도 12c는 도 12b의 단면도,
도 12d는 도 12a에서 B 방향의 단면도,
도 13은 도 12a의 분해사시도,
도 14a 내지 도 14c는 도 13에서 각 부분별 확대도,
도 15a는 도 12c의 작용 상태도,
도 15b는 도 15a에서 유동 와샤의 작용 개념도,
도 16a는 도 12b의 추가 실시예를 나타내는 측면도,
도 16b는 도 16a에서 변위 제어 완충부의 작용을 나타내는 개념도이다.1 is a block configuration diagram for explaining an embodiment of an earthquake-resistant switchboard to which an earthquake monitoring and diagnosis device using acceleration and displacement signals according to the present invention is applied;
2 is a detailed block configuration diagram of an earthquake-resistant switchboard to which an earthquake monitoring and diagnosis device using acceleration and displacement signals shown in FIG. 1 is applied;
3 is a view showing an embodiment of installation positions of sensors and earthquake-resistant dampers of an earthquake-resistant switchboard to which an earthquake monitoring and diagnosis device using acceleration and displacement signals according to the present invention is applied;
4 is a flowchart for explaining an embodiment of an earthquake monitoring diagnosis method using acceleration and displacement signals according to the present invention;
5 is a view for explaining an earthquake detection analysis result in a seismic switchboard to which an earthquake monitoring and diagnosis device using an acceleration and displacement signal according to the present invention is applied;
6 is a view showing an embodiment of the control server shown in FIG. 1;
7 is a diagram showing the step-by-step alarm generation of the determination unit according to an embodiment of the present invention;
8 is a diagram showing a terminal configuration of a determination unit according to an embodiment of the present invention;
9 is a view showing a parallel plate electrostatic driving principle;
10 is a view showing a comb drive actuator applied to a sensor unit according to an embodiment of the present invention;
11 is a diagram showing a differential capacitive accelerometer of a MEMS accelerometer.
12a is a perspective view for explaining an embodiment of an earthquake-resistant damper capable of three-dimensional earthquake resistance for preventing a fall accident of a seismic switchboard to which an earthquake monitoring diagnosis device using an acceleration and displacement signal according to the present invention is applied;
Figure 12b is a side view in the direction A in Figure 12a;
Figure 12c is a cross-sectional view of Figure 12b;
Figure 12d is a cross-sectional view in the direction B in Figure 12a;
Figure 13 is an exploded perspective view of Figure 12a;
14a to 14c are enlarged views of each part in FIG. 13;
15a is a working state diagram of FIG. 12c;
Figure 15b is a conceptual diagram of the action of the flow washer in Figure 15a;
Fig. 16a is a side view showing a further embodiment of Fig. 12b;
FIG. 16B is a conceptual diagram illustrating the operation of the displacement control buffer in FIG. 16A.
본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.A preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
아울러, 본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며 이 경우는 해당되는 발명의 설명부분에서 상세히 그 의미를 기재하였으므로, 단순한 용어의 명칭이 아닌 용어가 가지는 의미로서 본 발명을 파악하여야 함을 밝혀두고자 한다. 또한 실시예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고, 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.In addition, the terms used in the present invention have been selected from general terms that are currently widely used as much as possible, but in certain cases, there are terms arbitrarily selected by the applicant. It is intended to clarify that the present invention should be understood as the meaning of the term, not the name of. In addition, in describing the embodiments, descriptions of technical details that are well known in the technical field to which the present invention pertains and are not directly related to the present invention will be omitted. This is to more clearly convey the gist of the present invention without obscuring it by omitting unnecessary description.
도 1은 본 발명에 따른 가속도와 변위 신호를 이용한 지진감시 진단장치가 적용된 내진 배전반의 실시예를 설명하기 위한 블록 구성도이다.1 is a block configuration diagram for explaining an embodiment of a seismic switchboard to which an earthquake monitoring and diagnosis apparatus using acceleration and displacement signals according to the present invention is applied.
발명에 따른 가속도와 변위 신호를 이용한 지진감시 진단장치가 적용된 내진 배전반의 실시예는 도 1에 나타낸 바와 같이, 센서부(100), 판단부(200) 및 경보발생 및 전력 차단부(300)를 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 1, an embodiment of a seismic switchboard to which an earthquake monitoring and diagnosis device using acceleration and displacement signals according to the present invention is applied includes a
센서부(100)는 배전반에 지진에 의한 진동에너지와, 배전반의 기울기를 판단하되, 실제진동과 주변환경에 의한 진동을 구분하여 정확성을 향상하기 위한 센싱 신호를 수집한다. 이를 위하여 센서부(100)는 배전반에 지진에 의한 진동에너지 검출이 가능한 가속도 센서와 배전반의 기울기를 판단할수 있는 변위센서를 이용하여 구성된다.The
또한, 지진 발생에 따른 배전반에 가해지는 진동에너지를 검출하는 가속도 센서는 일정 간격을 두고 이격 설치되는 한쌍의 고정판과 가동판으로 구성되어 초기의 정적 평형상태에서 고정판과 가동판 사이에 기준이 되는 커패시턴스 값을 측정하며, 외부 진동이 가해시면 유동판의 움직임에 따라 가속도 크기와 방향에 대응하는 커패시턴스 값을 출력하여 가속도값을 측정하는 가속도센서 모듈이 구성되고, 최초 설치되는 배전반의 기울기 상태와 현재 상태를 실시간으로 비교 분석하기 위해 자이로 변위센서모듈을 구성한다. 이러한 센서부에 의해 검출되는 각종 정보를 취합하여 분석하기 위한 판단부로 전송된다.In addition, the acceleration sensor that detects the vibration energy applied to the switchboard due to the occurrence of an earthquake consists of a pair of fixed and movable plates installed at regular intervals. When external vibration is applied, an acceleration sensor module is configured to measure the acceleration value by outputting a capacitance value corresponding to the magnitude and direction of the acceleration according to the movement of the fluid plate, and the tilt state and current state of the switchboard installed initially In order to compare and analyze in real time, configure the gyro displacement sensor module. Various types of information detected by the sensor unit are collected and transmitted to the determination unit for analysis.
본 발명의 일 실시예에 따른 가속도와 변위 신호를 이용한 지진감시 진단 장치를 적용한 배전반은 변위센서와 가속도 센서를 통한 연계를 통해 진동 검출에 대한 신뢰도 향상, 현장 상황에 맞게 유동적인 분석 및 판단으로 알림 및 경보를 하도록 한다. In the switchboard to which the earthquake monitoring and diagnosis device using acceleration and displacement signals according to an embodiment of the present invention is applied, the reliability of vibration detection is improved through linkage between the displacement sensor and the acceleration sensor, and notification is provided through flexible analysis and judgment according to the site situation. and give an alert.
변위센서와 가속도 센서는 실시간으로 평소에 발생되는 진동에너지의 크기 및 방향을 검출하여 미세진동 데이터를 수집하여 평상시 상태를 반복 학습(딥러닝)을 통해 진동검출에 대한 신뢰도를 향상한다.Displacement sensors and acceleration sensors detect the magnitude and direction of vibration energy that occurs normally in real time, collect micro-vibration data, and improve the reliability of vibration detection through repeated learning (deep learning) of the normal state.
변위센서와 가속도 센서는 검출된 진동에너지의 크기가 평상시 진동상태를 벗어나는 진동 발생시 자체 안전 상태를 격상하여, 기존 경고 및 위험 수준의 안정도 기준값 %를 유동적으로 현장 상황에 맞게 MEMS를 활용하여 분석 및 판단하여 변경한다.Displacement sensors and acceleration sensors upgrade their own safety state when vibration occurs where the magnitude of detected vibration energy is out of the normal vibration state, and analyzes and determines the stability standard % of the existing warning and risk level flexibly by using MEMS to suit the site situation. change it by
이러한 MEMS를 간략히 부연설명하면 다음과 같다. MEMS(미세전자제어기술)는 소형화된 전자 회로뿐만 아니라, 소형 암, 기어, 스프링과 같은 기계 부품에 통합되는 전문화된 실리콘 칩으로, 데이터를 처리하는 능력과 특정한 종류의 센서 형태로 데이터를 저장하는 능력이 있다. 센서들의 크기는 100만분의 1미터 또는 몇 마이크로미터 정도이다.A brief amplification of these MEMS is as follows. MEMS (microelectronic control technology) are specialized silicon chips that are integrated into miniaturized electronic circuits, as well as mechanical parts such as small arms, gears and springs, that have the ability to process data and store data in the form of certain types of sensors. have the ability The size of the sensors is on the order of a millionth of a meter or a few micrometers.
판단부(200)는 센서부(100)를 통해 검출한 결과로 지진발생 전 초기 단계를 파악한다. 이러한 판단부(200)는 센서부(100)와 통신 실드 케이블을 이용하여 검출된 데이터를 전송하거나 무선통신을 이용하여, 센서부(100)의 각종 센서들의 센싱 결과를 전송받는다.The
본 실시예에 따른 판단부(200)는 센서부(100)의 각종 센싱값을 전송받아 진동 가속도와 변위량을 측정하여 실제 지진에 의한 진동인지, 일시적인 외부 환경에 의한 진동인지를 검출함으로써, 발생하는 피해를 최소화할 수 있도록 구성된다.The
한편 판단부(200)는 지진 발생으로 인해 발생되는 진동에너지의 가속도의 크기와 방향을 센서부(100)를 통해 검출하고 발생한 진동에너지의 크기를 가속도 값으로 검출하여 설정한 값 이상의 진동에너지가 검출될 경우, 경보발생 및 전력차단부(300)를 통해 알람경보 및 전력을 차단하도록 하는 신호를 발생시켜 2차로 발생할 수 있는 추가 사고를 예방한다. On the other hand, the
또한 판단부(200)는 센서부(100)의 각종 센서 중, 변위센서를 활용하여 배전반의 기울기 상태를 실시간으로 검출하고, 배전반 초기 설치시 기울기 값과 비교하여 위험도를 파악 후 현재 배전반 상태의 안전도를 확인한다. 이때, 판단부(200)는 배전반의 이격거리 기준 이상의 기울기 발생시, 관리서버(400)를 통해 관리자의 스마트폰(500)으로도 배전반의 이상을 알려 재난, 재해에 따른 피해를 최소화하도록 하였다.In addition, the
이러한 본 발명의 가속도와 변위 신호를 이용한 지진감시 진단장치가 적용된 내진 배전반의 세부 구성에 대하여 도 2 및 도 3을 참조하여 보다 상세히 설명하면, 센서부(100)는 도 2에 나타낸 바와 같이, 상부변위 센서와 하부변위 센서 및 가속도 센서로 구성될 수 있는데, 보다 구체적으로는 상부 좌측변위센서(110), 상부 우측변위센서(120), 하부 좌측변위센서(130), 하부 우측변위센서(140), 상부 가속도 센서(150) 및 하부 가속도센서(160)를 포함하여 구성된다. The detailed configuration of the earthquake-resistant switchboard to which the earthquake monitoring and diagnosis device using the acceleration and displacement signals of the present invention is applied will be described in more detail with reference to FIGS. 2 and 3, the
여기서 상부 좌측변위센서(110), 상부 우측변위센서(120), 하부 좌측변위센서(130), 하부 우측변위센서(140)는 도 3의 실시예에서와 같이 배전반의 상부좌우측에 각각 설치되어 배전반의 상부좌측 기울기와 상부우측 기울기, 하부좌측 기울기와 하부우측 기울기를 센싱(검출)한다. 이와 같이 검출하는 경우 하부에 하나만 설치하거나, 상부와 하부에 하나씩 설치하는 경우에 비해 기울기의 센싱을 보다 정확히 할 수 있다는 장점이 있다. 즉 예를 들어 좌측 상부와 우측 상부를 예로 들면 배전반이 좌측으로 기운다고 할 경우 실제 좌측 변위센서의 변위량(변위값)보다는 우측 변위센서의 변위량이 더 클것이기 때문에 만약 변위센서를 좌측상부에 1개 구성한 경우에 비해 보다 정밀한 검출이 가능할 것이다. 이때, 배전반의 일측에는 배전반과 이격되어 배전반을 촬영하는 카메라가 설치되어 배전반을 원격에서 모니터링 할 수 있다. 이러한 모니터링 정보는 관제서버(400)와 관리자의 스마트폰(500)으로도 전송된다.Here, the upper
또한 본 발명에서는 가속도 센서 역시 상부 가속도 센서(150)와 하부 가속도센서(160)를 각각 구성하여 진동 가속도의 크기를 배전반의 상부와 하부에서 각각 검출하여 보다 정밀한 검출이 가능하다. In addition, in the present invention, the acceleration sensor also comprises an
또한 판단부(200)는 센싱 데이터 수신부(210), 메인프로세서(220), 표시부(230), 출력부(240) 및 전원부(250)를 포함하여 구성된다.In addition, the
여기서 센싱 데이터 수신부(210)는 상부 좌측변위센서(110), 상부 우측변위센서(120), 하부 좌측변위센서(130), 하부 우측변위센서(140), 상부 가속도 센서(150) 및 하부 가속도센서(160)에서 센싱된 데이터를 수신하여 메인프로세서(220)로 전송한다.Here, the
메인 프로세서(220)는 센싱 데이터 수신부(210)에서 전송된 상부 좌측변위센서(110), 상부 우측변위센서(120), 하부 좌측변위센서(130), 하부 우측변위센서(140), 상부 가속도 센서(150) 및 하부 가속도센서(160)에서 센싱된 변위 데이터와 가속도 데이터를 분석한다.The
이때, 메인 프로세서(220)에서의 분석은 1차에서 3차까지 수행되는데, 이를 도 5를 통해 분석값을 나타내었다.At this time, the analysis in the
또한 도 3에서는 본 발명에 따른 가속도와 변위 신호를 이용한 지진감시 진단장치가 적용된 내진 배전반의 내진 댐퍼의 설치 위치의 실시예를 나타내고 있는데, 이러한 내진 댐퍼에 대해서는 후술하는 도 12 내지 도 16에서 보다 상세히 그 실시예를 설명하기로 한다.In addition, FIG. 3 shows an embodiment of the installation position of the earthquake-resistant damper of the earthquake-resistant switchboard to which the earthquake monitoring and diagnosis device using acceleration and displacement signals according to the present invention is applied. An embodiment thereof will be described.
도 4는 본 발명에 따른 가속도와 변위 신호를 이용한 지진감시 진단 방법의 실시예를 설명하기 위한 흐름도이고, 도 5는 본 발명에 따른 가속도와 변위 신호를 이용한 지진감시 진단장치를 적용한 배전반에서의 지진검출 분석결과를 설명하기 위한 도면이다.4 is a flowchart illustrating an embodiment of an earthquake monitoring and diagnosis method using acceleration and displacement signals according to the present invention, and FIG. 5 is an earthquake in a switchboard to which an earthquake monitoring and diagnosis device using acceleration and displacement signals according to the present invention is applied. It is a drawing for explaining the detection analysis result.
본 발명에 따른 가속도와 변위 신호를 이용한 지진감시 진단 방법의 실시예는 도 4에 나타낸 바와 같이, 배전반에 설치된 가속도 센서를 통해 진동을 감시(센싱)한다(S100). 그리고 변위센서를 통해서는 기울기를 감시(센싱)한다(S150).As shown in FIG. 4, in an embodiment of the earthquake monitoring and diagnosis method using acceleration and displacement signals according to the present invention, vibration is monitored (sensed) through an acceleration sensor installed in a switchboard (S100). In addition, the tilt is monitored (sensed) through the displacement sensor (S150).
감시한 진동과 기울기는 메인 프로세서(220)에서 분석하는데, 메인 프로세서는 표 1 내지 표 3에서와 같은 진동, 기울기 및 진동/기울기를 분석한다.The monitored vibration and tilt are analyzed by the
이러한 메인 프로세서(220)에서의 분석 결과는 도 5에 그 실시예를 나타내고 있다.An analysis result of the
본 발명에서는 배전반에 지진에 의한 진동에너지 검출이 가능한 가속도 센서와 배전반의 기울기를 판단할수 있는 변위센서를 이용하여 실제진동과 주변환경에 의한 진동을 구분하되, In the present invention, an acceleration sensor capable of detecting vibration energy due to an earthquake in a switchboard and a displacement sensor capable of determining an inclination of the switchboard are used to distinguish between actual vibration and vibration caused by the surrounding environment,
진동 가속도를 측정하는 것으로, 검출된 진동의 크기(가속도 G값)와 방향(X축, Y축, Z축)의 데이터를 검출(S110)하고 시간영역의 변화량을 계산하여 연산 후 미리 설정된 값과 비교하여(S120), 안전상태일 경우(S140)와 분석을 진행해야 하는 경우를 판단부(200)의 메인프로세서(220)에서 1차로 분석(판단)한다(S130). 이때, 판단부(200)의 메인프로세서(220)에서는 표 1에서와 같이 미리 설정된 테이블과 비교한다.Vibration acceleration is measured by detecting the data of the magnitude (acceleration G value) and direction (X axis, Y axis, Z axis) of the detected vibration (S110), calculating the amount of change in the time domain, and calculating the change in the time domain. In comparison (S120), the
그리고 배전반의 변위량을 측정하는데, 검출된 변위의 크기(변위값 mm)의 데이터를 검출하고(S160) 시간영역의 변화량을 계산하여 연산 후 미리 설정된 값과 비교하여(S170) 안전상태일 경우(S190)와 분석을 진행해야하는 경우를 판단부(200)의 메인프로세서(220)에서 2차로 분석(판단)한다(S180). 이때, 판단부(200)의 메인프로세서(220)에서는 표 2에서와 같이 미리 설정된 테이블과 비교한다.In addition, the amount of displacement of the switchboard is measured. The data of the size of the detected displacement (displacement value mm) is detected (S160), the amount of change in the time domain is calculated, calculated, and compared with a preset value (S170). ) and the
안전한 것으로 판단한 경우(S140)(S190), 계속해서 진동과 기울기를 감시한다(S100)(S150).If it is determined to be safe (S140) (S190), the vibration and tilt are continuously monitored (S100) (S150).
그러나 제1분석(S130)과 제2분석(S180) 모두 안전상태가 아닌 경우 제3분석을 진행한다(S200). However, if both the first analysis (S130) and the second analysis (S180) are not in a safe state, the third analysis is performed (S200).
제3분석은 발생한 진동에너지 가속도값의 1차 검출결과 분석진행으로 판단된 경우와 발생한 배전반의 변위량의 2차 검출결과 분석진행으로 판단된 경우 가속도와 변위량에 대하여 판단부(200)의 메인프로세서(220)에서는 표 3에서와 같이 미리 설정된 테이블과 비교한다.The third analysis is the main processor of the
이러한 제3분석을 통해 미리 설정된 값과 비교하여 실제 지진에 의한 진동인지, 일시적인 외부 환경에 의한 진동인지를 판단부(200)의 메인프로세서(220)에서 3차로 분석(판단)(S200)하여, 가속도/변위 분석결과(S210)에 따라 위험단계별로 표시부(230)에 안전(S220), 주의(S230), 경고(S240), 위험(S250)을 표시함과 함께 출력부(240)를 통해 경보 발생부(310)에 안전, 주의, 경고, 위험에 대한 경보를 발생시키고(S270), 차단(S260)이 필요한 경우 메인프로세서(220)에서는 전력 차단부(320)를 통해 배전반의 전력 출력을 차단하고, 전력차단에 대한 알람경보를 발생(S280)하여 사고를 예방한다.Through this third analysis, the
센서부(100)에서 검출된 모든 데이터를 입력받고 이를 증폭하여 주파수 대역에 맞는 신호로 변화하는 센싱 데이터 수신부(210)를 통해 배전반에 가해지는 데이터를 파악하고 이를 기반으로 연산분석하는 메인프로세서(220)를 통해 단계별상태를 파악한다.A
판단부(200)는 실시간으로 분석된 배전반의 상태를 초기에 설정한 설정값을 기준으로 실시간 현재상태를 비교 분석하여 안전/주의/경고/위험 단계로 표시되고, 설정값 이상의 단계로 사고라고 판단하는 경우 출력부(240)를 통해 전력차단 신호를 보내 배전반의 전력을 차단한다.The
판단부(200)는 각 센서별 기준값 대비 100%이상의 데이터 검출시 또는 종합안전지수를 분석하여 100%이상의 지수가 발생한 경우 단독 사고로 판단하여 전력차단장치를 위한 신호를 보낸다,The
또한, 지진 발생에 의한 가속도센서, 변위센서의 검출을 통해 배전반에 가해지는 진동에너지 분석과 구조물 안전을 위한 기울기 분석을 위한 가속도센서는 외부 진동에 의한 3축 방향의 가속도의 크기와 방향성을 검출하고 0G ~ 2G까지 검출을 하고, 기준값 대비 현재값의 비율을 분석하여 정상범위 ~ 위험 범위까지를 판단하며, 참고로 변위센서는 최초 설치되는 배전반의 기울기를 기준으로 기준값 대비 현재값의 비율을 분석하여 정상범위 ~ 위험 범위까지를 판단하고, 75mm이상의 변위와 0.7G 이상의 가속도가 발생하는 경우 위험상태로 판단한다.In addition, the acceleration sensor for analyzing the vibration energy applied to the switchboard through the detection of the acceleration sensor and displacement sensor due to the occurrence of an earthquake and the slope analysis for the safety of the structure detects the magnitude and direction of the acceleration in the 3-axis direction caused by external vibration, It detects from 0G to 2G and analyzes the ratio of the current value to the reference value to determine the normal range to the dangerous range. It judges the normal range to the dangerous range, and if a displacement of 75mm or more and an acceleration of 0.7G or more occur, it is judged to be a dangerous state.
도 6는 도 1에 나타낸 관제서버의 실시예를 나타낸 도면이다.6 is a view showing an embodiment of the control server shown in FIG.
관제서버(400)는 판단부(200)와 통신을 이용한 중앙감시 모니터링을 수행하고, 관리자의 스마트폰(500) APP(어플리케이션)을 이용한 재난안전 관리를 수행할 수 있도록 한다.The
이러한 관제서버(400)는 도 6에 나타낸 바와 같이, 통신부(410), 배전반 모니터링부(420), 배전반 움직임 검출부(430), 센서데이터 수집부(440), 센서이상 검출부(450), 관리자 정비 요청부(460), 관리자/담당자 정보 저장부(470), 센서장비 정보부(480), 경보 발생 및 전력차단 요청부(490) 및 제어부(495)를 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 6, the
여기서 통신부(410)는 판단부(200)와 통신하여 판단부(200)에서 수집한 센서부(100)의 센싱 데이터를 전송받고, 관리자의 스마트폰(500)으로 각종 정비, 점검, 수리, 위험 정보 등을 전송한다. Here, the
배전반 모니터링부(420)는 도 3에 나타낸 바와 같은 카메라를 통해 배전반을 모니터링 한다. The
배전반 움직임 검출부(430)는 배전반 모니터링부(420)에서 모니터링한 결과에 따라 배전반이 지진에 의해 움직임이 검출되는 경우 이를 검출한다. 그리고 움직임이 검출되는 경우 관리자의 스마트폰(500)으로 배전반 모니터링 정보(촬영정보)에 대한 알람이 통신부(410)를 통해 자동 전송되도록 설정된다. 그에 따라 배전반 이상 발생을 센서부(100)와 함께 검출할 수 있다.The switchboard
센서데이터 수집부(440)는 센서부(100)에 구성된 상부 좌측변위센서(110), 상부 우측변위센서(120), 하부 좌측변위센서(130), 하부 우측변위센서(140), 상부 가속도 센서(150) 및 하부 가속도센서(160)로부터의 센싱정보를 판단부(200)의 출력부(240)로부터 주기적으로 전송받는다.The sensor
센서이상 검출부(450)는 센서데이터 수집부(440)에서 전송된 상부 좌측변위센서(110), 상부 우측변위센서(120), 하부 좌측변위센서(130), 하부 우측변위센서(140), 상부 가속도 센서(150) 및 하부 가속도센서(160)로부터의 센싱정보에 따라 센서이상을 검출한다. 이러한 센서 이상으로는 미리 설정된 변위값(변위 데이터)가 변동되거나, 가속도 데이터가 발생되거나, 설정된 주기로 상부 좌측변위센서(110), 상부 우측변위센서(120), 하부 좌측변위센서(130), 하부 우측변위센서(140), 상부 가속도 센서(150) 및 하부 가속도센서(160)로부터의 센싱정보가 전송되는지 그렇지 않은지까지를 검출하여 지진감지는 물론 센서자체의 이상 여부를 검출한다. 즉 미리 설정된 주기로 데이터가 전송되지 않는 센서에 대한 이상까지도 검출하는 것이다. The
관리자 정비 요청부(460)는 배전반 움직임 검출부(430)로부터 배전반 움직임 과 센서이상 검출부(450)로부터 센서 자체의 이상이 검출되는 경우 관리자의 스마트폰(500)으로 배전반 이상 또는 센서 이상에 대한 정비를 자동 요청한다.The manager
관리자/담당자 정보 저장부(470)는 배전반 관리자, 센서관리자 및 카메라 관리자의 정보(스마트폰 번호)가 저장된다.The manager/person in charge
센서장비 정보부(480)는 상부 좌측변위센서(110), 상부 우측변위센서(120), 하부 좌측변위센서(130), 하부 우측변위센서(140), 상부 가속도 센서(150) 및 하부 가속도센서(160)의 정보(제조사, 설치일, 이상 발생 주기 등)이 저장되어 센서이상 발생 시 센서 교체가 용이하도록 센서의 정보가 저장된다.The sensor
경보 발생 및 전력차단 요청부(490)는 배전반 움직임 검출부(430)에 따라 배전반의 움직임이 미리 설정된 범위(수mm 이상) 이상 움직이거나, 센서 데이터 수집부(440)의 데이터 수집 값이 설정된 범위를 벗어나 경우 판단부(200)와는 별도로 경보 발생 및 전력차단부(300)로 경보 발생 및 전력차단을 요청한다. 즉 판단부(200)와 함께 이중으로 배전반에 대한 경보 발생 및 전력 차단 요청을 통해 보다 안전하게 배전반의 위험상황 발생을 초기에 조치하여 안전사고 예방 등을 할 수 있다.The alarm generation and power cut-off
제어부(495)는 통신부(410), 배전반 모니터링부(420), 배전반 움직임 검출부(430), 센서데이터 수집부(440), 센서이상 검출부(450), 관리자 정비 요청부(460), 관리자/담당자 정보 저장부(470), 센서장비 정보부(480) 및 경보 발생 및 전력차단 요청부(490)를 제어한다.The
본 실시예에 따른 가속도와 변위 신호를 이용한 지진감시 진단장치를 적용한 배전반은 각종센서를 통해 실시간으로 전송되어 판단된 정보는 판단부를 통해 사고여부를 판단하고 모든 데이터 정보는 실시간으로 유선통신(RS-485, 이더넷 및 모든 유선통신으로 가능)을 통해 중앙감시반으로 전송하여 데이터를 활용하고 관리자가 수시 점검할 수 있도록 하며, 스마트폰 어플(APP)을 통해 관리자 핸드폰으로 실시간 상태정보를 전송하여 정상 여부 및 위험 여부를 판단하여 안정적인 전원공급과 사고 예방을 통해 인명, 재산피해를 최소화한다.The switchboard to which the earthquake monitoring diagnosis device using acceleration and displacement signals according to this embodiment is applied is transmitted in real time through various sensors, and the determined information determines whether there is an accident through the determination unit, and all data information is transmitted in real time through wired communication (RS- 485, Ethernet, and all wired communication), the data is transmitted to the central monitoring team so that the manager can inspect it at any time. Minimize human life and property damage through stable power supply and accident prevention by determining whether or not there is a risk.
센서부(100)와 판단부(200)는 통신실드 케이블을 이용하여, 주변환경에 따른 노이즈 혼입을 방지하여 연결하고, 3M 이상의 원거리에 센서부(100)와 판단부(200)가 설치되는 경우 무선통신(지그비, 와이파이, 블루투스, 로라통신 등)을 이용하여 연결하여 사용자 및 관리자에게 편의성을 제공한다.When the
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 판단부의 단계별 경보발생을 나타낸 도면이다.7 is a diagram showing the step-by-step alarm generation of the determination unit according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 일 실시예에 따른 판단부(200)의 단계별 경보발생은 도 7에 도시된 바와 같은데, 판단부(200)는 설정값 기준에 따라 정상범위, 주위범위, 경고범위, 위험범위, 차단범위로 판단하여, 도 2의 판단부(200)의 세부 구성 중, 표시부(230)를 통해 램프의 색상을 없음, 노랑, 주황, 적색1, 적색2로 표시하도록 할 수 있다.The step-by-step alarm generation of the
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 판단부 단자구성을 나타낸 도면이다. 8 is a diagram showing a terminal configuration of a determination unit according to an embodiment of the present invention.
도 8의 유선 단자는 센서부(100)와 판단부(200) 간 정보 전송을 위한 통신 실드 유선 케이블 단자이다. 무선 단자는 센서부(100)와 판단부(200) 간 정보 전송을 위한 무선 통신을 위한 단자이다. ETH1은 원격감시를 위한 통신 케이블 단자이다. TRIP 단자는 단계별 경보발생에 따른 트립 접점 출력단자이다. 본 실시예에 따른 가속도와 변위 신호를 이용한 지진감시 진단장치를 적용한 배전반은 트립신호를 활용하여 알람경보, 전력차단, 소화장치 동작신호를 제어하도록 한다. 전원단자는 판단부 전원공급을 위한 제어전원 단자이다.The wired terminal of FIG. 8 is a communication shield wired cable terminal for transmitting information between the
도 9은 상하좌우 변위센서의 평행판 정전 구동원리를 나타낸 도면이다. 9 is a diagram showing the principle of parallel plate electrostatic driving of the vertical, horizontal, and horizontal displacement sensors.
변위센서는 물체가 이동한 거리 또는 기울기를 계측하는 것은 여러 가지 역학량을 측정하는 기초가 되는 것으로서 역학량을 일단 변위로 변화시키고 변위측정에서 역학량을 구하는 것도 있다. 변위를 전기량으로 변환하는 데 정전용량 변화나 인덕턴스 변화, 전기저항 변화, 발생 기전력변화를 이용하는 것이 많다. 수많은 변위센서가 시판되고 있다.Displacement sensors measure the distance or inclination of an object moving and are the basis for measuring various mechanical quantities. In many cases, capacitance change, inductance change, electrical resistance change, and generated electromotive force change are used to convert displacement into electric quantity. A number of displacement sensors are commercially available.
평행판 정전 구동원리는 도 9에 도시된 바와 같이, 서로 다른 전하가 두 개의 판에 대전되어 있으면 그 사이에 정전기력이 존재한다. 두평행판(parallel-plate)의 정전용량은 수학식 1과 같다.As shown in FIG. 9, in the parallel plate electrostatic driving principle, when different charges are charged on two plates, an electrostatic force exists between them. The capacitance of two parallel-plates is shown in
(A는 전극의 면적이고, d는 전극간 거리,ε0εr는 매질의 유전율)(A is the area of the electrode, d is the distance between electrodes, ε 0 εr is the permittivity of the medium)
이러한 시스템에 저장된 에너지는 다음의 수학식 2와 같다.The energy stored in this system is given by Equation 2 below.
정전기력은 이격 거리d에 대해 위 W를 미분하여 다음의 수학식 3과 같이 얻어진다.The electrostatic force is obtained as shown in
위 수학식은 힘(F)이 전압과 거리의 비선형 함수임을 보여주고 있다. 이때, 거리를 변경하여 평행판 간의 정전기력을 제어할 수 있다.The above equation shows that force (F) is a non-linear function of voltage and distance. At this time, it is possible to control the electrostatic force between the parallel plates by changing the distance.
본 발명의 일 실시예에 따른 지진감시 진단장치를 적용한 배전반에 사용된 액추에티터 설계 유형을 콤 드라이브 액추에이터(Comb drive actuator)라고 하며, 이는 도 9에 도시된 바와 같다. An actuator design type used in a switchboard to which an earthquake monitoring and diagnosis device according to an embodiment of the present invention is applied is called a comb drive actuator, which is shown in FIG. 9 .
기하학적으로 핑거(finger)의 두께가 길이와 너비에 비해 작다. 도 10에 도시된 바와 같은 간단한 콤(Comb) 구조에서 볼 수 있듯이 정전기 인력은 주로 평행판 필드가 아닌 프린징 필드(fringing field)로 인하여 발생된다. 이로 인하여 유발된 콤의 운동은 횡방향이며 중첩 영역이 변경됨으로 인하여 정전용량이 변하고 간격은 고정되어 있으므로, 변위는 전압의 제곱에 따라 달라진다. 고정 전극(Fixed electrode)은 기판에 견고하게 지지되며, 이동 전극(Moving electrode)은 활성 핑거에서 떨어진 적절한 지점에 앵커링되어 고정된다. 핑거와 기판 사이에서 추가된 기생 정전용량(parasitic capacitance)과 프린징 필드의 비대칭은 평면 외 힘(out-of-plane forces)을 유발할 수 있으며, 이는 보다 정교한 설계로 최소화할 수 있다.Geometrically, the thickness of a finger is small compared to its length and width. As can be seen in the simple comb structure shown in FIG. 10, the electrostatic attraction is mainly generated due to a fringing field rather than a parallel plate field. The motion of the comb caused by this is in the transverse direction, and since the capacitance changes due to the change of the overlapping area and the spacing is fixed, the displacement varies with the square of the voltage. The fixed electrode is firmly supported on the substrate, and the moving electrode is anchored and fixed at an appropriate point away from the active finger. The added parasitic capacitance between the finger and the substrate and the asymmetry of the fringing field can cause out-of-plane forces, which can be minimized with a more sophisticated design.
도 11은 MEMS 가속도계의 차동 용량성 가속도계를 나타낸 도면이다. MEMS 가속도계는 도 11에 도시된 바와 같이, 플레이트들을 가지는 이동식 검증 질량으로 구성된다. MEMS 가속도계는 기계식 서스펜션 시스템을 통하여 기준 프레임(reference frame)에 부착되어 있다. 이동판과 바깥 부분의 고정판은 커패시터를 나타낸다. 검증 질량의 편향은 정전용량 차이를 사용하여 측정된다.11 is a diagram showing a differential capacitive accelerometer of a MEMS accelerometer. The MEMS accelerometer consists of a moving verification mass with plates, as shown in FIG. 11 . The MEMS accelerometer is attached to a reference frame through a mechanical suspension system. The moving plate and the fixed plate in the outer part represent capacitors. The deflection of the verification mass is measured using the capacitance difference.
이동판 (movable plates)과 두 개의 고정된 외부판 사이의 자유 공간(공기) 정전용량 C1 및 C2 는 해당되는 전극간 거리 X1 및 X2의 함수이다. 가속도가 0 이면 정전용량 C1 및 C2 는 X1 = X2 이므로 그 값은 서로 같다.The free space (air) capacitances C1 and C2 between the movable plates and the two fixed external plates are a function of the corresponding interelectrode distances X1 and X2. If the acceleration is zero, the capacitances C1 and C2 are equal because X1 = X2.
검증 질량의 변위 x는 가속으로 인해 발생된다. x 가 0 이 아니면 전극 양쪽의 정전용량은 아래 수학식 4와 같이 표현된다.The displacement x of the verification mass is caused by acceleration. If x is not 0, the capacitance on both sides of the electrode is expressed as in Equation 4 below.
따라서, 차동 정전용량(differential capacitance)은 다음의 수학식 5와 같다.Therefore, the differential capacitance is equal to
변위 x가 거리 d에 비하여 매우 작아, 가 되므로 차동 정전용량은 아래와 같이 된다.If the displacement x is very small compared to the distance d, So, the differential capacitance becomes:
즉, 가속도 변화로 인한 변위값은 정전용량 차이에 비례한다는 결론을 내릴 수 있다. 시스템에 인가된 전압을 Vs 라고 하면 다음의 수학식 7과 같다.That is, it can be concluded that the displacement value due to the change in acceleration is proportional to the capacitance difference. If the voltage applied to the system is Vs, it is expressed in
임피던스 Z는 다음과 같은 방정식으로 주어지므로,Impedance Z is given by the equation
검증 질량에 출력되는 전압은 수학식 9와 같다.The voltage output to the verification mass is shown in Equation 9.
여기서, here,
기본적으로 가속도는 다음과 같이 출력 전압에 비례하는 공식이 산출된다.Basically, the acceleration is calculated by the formula proportional to the output voltage as follows.
m : 질량, k : 스프링 상수m: mass, k: spring constant
정전 용량형 가속도계에서 가속으로 인한 검증 질량의 변위는 비례 정전용량 변화(proportional capacitance change)로 변환되며, 나중에 전압 신호로 변환되고 증폭된다. 검증 질량에 부착된 이동 전극판과 기판에 부착된 고정 전극판이 있다. 정전 용량성 가속도계의 설계는 가속도를 정량화하는데 있어서, 차동 감지 방식으로 이동 전극판의 움직임에 따른 정전 용량의 증가 및 감소 값과 비례하는 가속도 값을 갖도록 수행된다. 이러한 차동 감지 방식은 감도를 2배 증가시킨다.In a capacitive accelerometer, the displacement of the verification mass due to acceleration is converted into a proportional capacitance change, which is later converted to a voltage signal and amplified. There is a moving electrode plate attached to the verification mass and a fixed electrode plate attached to the substrate. In designing the capacitive accelerometer, in quantifying the acceleration, the differential sensing method is performed to have an acceleration value proportional to the increase and decrease values of the capacitance according to the movement of the moving electrode plate. This differential sensing scheme doubles the sensitivity.
정전 용량성 가속도계를 제작하기 위해 표면 및 벌크 마이크로 머시닝의 두 가지 기본 프로세스가 있다.There are two basic processes for fabricating capacitive accelerometers: surface and bulk micromachining.
따라서, 이 방법의 주요 장점은 우수한 CMOS 호환성에 있다. 이 프로세스에서 첫 번째 단계는 기판에 희생 층을 증착하고 패턴화한 다음 상부에 구조층을 증착하고 패턴화하는 것이다. 이후 희생층이 에칭되어 현탁된 기계 구조가 해제된다. 표면 미세 가공을 사용하여 제조된 장치는 얇은 구조층 두께와 높은 내부 응력으로 인해 높은 소음이 발생한다.Therefore, the main advantage of this method lies in its excellent CMOS compatibility. The first step in this process is to deposit and pattern a sacrificial layer on the substrate, then deposit and pattern a structural layer on top. The sacrificial layer is then etched to release suspended mechanical structures. Devices fabricated using surface micromachining generate high noise due to the thin structural layer thickness and high internal stress.
대조적으로, 벌크 마이크로 머시닝은 벌크 실리콘 기판의 에칭을 사용하여 웨이퍼 내에 매달린 구조를 생성한다. 에칭은 습식 (등방성 / 이방성) 또는 건식 에칭 기술을 사용하여 수행할 수 있다. 등방성 에칭에서 에칭 속도는 모든 방향에서 동일하지만 이방성 에칭에서는 결정 방향에 따라 속도가 다르다. 높은 종횡비 구조의 경우, 반응성 이온 에칭 (RIE) 또는 깊은 반응성 이온 에칭 (DRIE) 기술이 사용된다. 벌크 마이크로 머시닝 공정을 사용하여 구현된 구조는 두꺼운 구조와 우수한 안정성으로 인해 소음이 적다는 장점이 있다.In contrast, bulk micromachining uses etching of the bulk silicon substrate to create suspended structures within the wafer. Etching can be performed using wet (isotropic/anisotropic) or dry etching techniques. In isotropic etching, the etching rate is the same in all directions, but in anisotropic etching, the rate is different depending on the crystal orientation. For high aspect ratio structures, reactive ion etching (RIE) or deep reactive ion etching (DRIE) techniques are used. The structure realized using the bulk micromachining process has the advantage of low noise due to the thick structure and excellent stability.
이 두 가지 기본 제조 프로세스 외에도 다음의 새로운 특징이 있다. 일부는 표면 및 벌크 미세 가공의 장점을 모두 활용하는 반면 다른 일부는 레지스트 몰드를 통한 전기 도금과 같은 표면 미세 가공 방법을 사용한다. 전기 도금은 구조의 두께를 증가시켜 표면 미세 가공의 단점을 완화한다. 또한 단일 칩에서 3 축 가속도계, 3 축 자이로 스코프 및 3 축 자력계를 모놀리식으로 제조하기도 한다.In addition to these two basic manufacturing processes, there are new features: Some utilize the advantages of both surface and bulk micromachining, while others use surface micromachining methods such as electroplating over resist molds. Electroplating increases the thickness of the structure, alleviating the disadvantages of surface micromachining. It also monolithically manufactures a 3-axis accelerometer, 3-axis gyroscope and 3-axis magnetometer on a single chip.
본 발명에 따른 가속도와 변위 신호를 이용한 지진감시 진단장치가 적용된 내진 배전반의 전도사고를 예방하기 위한 3차원 내진이 가능한 내진장치로써의 내진 댐퍼의 실시예는 도 12a 내지 도 12c에 도시된 바와 같이 가변 케이스(10)와, 메인 완충 스프링(21)과, 가이드 샤프트(40)로 이루어진다.An embodiment of an earthquake-resistant damper as an earthquake-resistant device capable of 3-dimensional earthquake resistance for preventing a fall accident of an earthquake-resistant switchboard to which an earthquake monitoring diagnosis device using acceleration and displacement signals according to the present invention is applied is shown in FIGS. 12A to 12C. It consists of a
가변 케이스(10)는 기초 면에 설치되는 하부 프레임(12)과, 하부 프레임(12)과 분리되어 하부 프레임(12)의 상부에 설치되는 상부 프레임(11)으로 이루어진다.The
도 12a 내지 도 12c에서는 상부 프레임(11)이 하부 프레임(12)을 내포하는 형태로 도시되어 있지만, 도면과 반대로 설령 하부 프레임(12)이 상부 프레임(11)을 내포하는 구조라 하더라도 상부 프레임(11)과 하부 프레임(12)이 서로 분리되기만 하면 본 발명에 따른 3차원 내진이 가능한 내진 댐퍼에서의 가변 케이스(10)에 해당된다.In FIGS. 12A to 12C , the
메인 완충 스프링(21)은 상부 프레임(11)과 하부 프레임(12) 사이에 설치되어, 상부 프레임(11)과 하부 프레임(12) 사이에서 진동을 흡수하는 작용을 한다.즉 지진으로 인한 진동이 기초 면과 기초 면에 설치된 하부 프레임(12)을 통하여 메인 완충 스프링(21)으로 전달될 때 메인 완충 스프링(21)은 신축 작용으로 진동을 흡수하여, 진동이 상부 프레임(11)으로 전달되는 것을 대폭 제거하는 작용을 한다.The
가이드 샤프트(40)는 메인 완충 스프링(21)에 수직 방향으로 삽입되고 상부프레임(11)을 관통하여 상부 프레임(11)의 상면보다 더 높이 돌출되게 설치되어, 메인 완충 스프링(21)의 신축에 따라 상부 프레임(11)이 함께 승강되는 것을 안내하는 작용을 한다.The
이때 가이드 샤프트(40)의 하단에는 도 12c에 도시된 바와 같이 가이드 샤프트(40)의 수평 단면적이 확장되어 구 형상으로 형성되는 구면 볼(42)이 마련된다.At this time, a
구면 볼(42)은 가이드 샤프트(40)와 일체로 형성되거나 또는 견고하게 결합되는 부재로서, 전체적으로 구 형상으로 형성되는 부재이다.The
구면 볼(42)에 대응되도록 도 12c에 도시된 바와 같이 하부 프레임(12)의 상부에는 구면 볼(42)이 제자리에서 회전 가능하게 내포되는 구형 포켓(141)이 형성된다.As shown in FIG. 12C to correspond to the
이처럼 구면 볼(42)이 제자리에서 회전 가능하도록 구형 포켓(141) 내부에 안착되면 수직 진동뿐만 아니라 구면 볼(42)로 인해 가이드 샤프트(40)는 수평 방향의 진동에 대해서도 도 15a에 도시된 바와 같이 상부 프레임(11)이 수평 방향으로가변되는 것을 안내할 수 있으므로, 결국 수평 방향의 진동에 대해서도 완충 작용을 수행할 수 있다.As such, when the
그리고 도 12b에 도시된 바와 같이 메인 완충 스프링(21)의 둘레에는 메인 완충 스프링(21)의 중심을 기준으로 수평 방향으로 방사상 대칭되는 지점에 수평유지스프링(31)이 설치된다.And, as shown in FIG. 12B, a
복수개의 수평 유지 스프링(31)은 메인 완충 스프링(21)의 완충 작용을 보조함과 동시에 메인 완충 스프링(21)의 공진 주기를 교란하여 메인 완충 스프링(21)의 진동 주기가 공진으로 발전되는 것을 억제한다.The plurality of horizontal holding springs 31 assist the buffer action of the
또한 메인 완충 스프링(21)을 중심으로 방사상 대칭되는 위치에 수평 유지 스프링(31)이 설치됨으로써, 진동이 발생될 때 상부 프레임(11)이 어느 한쪽으로 과도하게 기울어지는 것이 방지되어 상부 프레임(11)의 수평을 유지시켜 줄 수 있다.In addition, since the
또한 수평 유지 스프링(31)은 모두 메인 완충 스프링(21)과 다른 탄성계수를 가짐으로써, 메인 완충 스프링(21)의 공진 주기를 교란하여, 공진으로 인한 폭발적인 진동과 장치의 손상이 억제될 수 있다.In addition, all of the horizontal holding springs 31 have a different modulus of elasticity from the main
또한 도 12b 내지 도 12d에 도시된 바와 같이 가변 케이스(10)에는 상부 프레임(11)의 저면에 마련되는 내측 상부 프레임(13)과 하부 프레임(12)의 상면에 마련되는 내측 하부 프레임(14)이 더 설치된다. 따라서 구형 포켓(141)은 내측 하부 프레임의 상면에 형성될 수 있다.12b to 12d, the
특히 이처럼 상부 프레임(11)과 하부 프레임(12) 사이에 내측 상부 및 내측하부 프레임(13,14)이 설치되면 내측 상부 프레임(13)의 상면과 상부 프레임(11)의 저면 사이에는 제2 내측 상부 프레임(15)이 더 설치되고, 제2 내측 상부 프레임(15)과 내측 상부 프레임(13)의 사이에는 메인 완충 스프링(21)의 완충 작용을 보조하는 보조 완충부(50)가 설치될 수 있다.In particular, when the inner upper and inner
이때 도 13과 도 12d 및 도 14c에 도시된 바와 같이 내측 하부 프레임(14)과 하부 프레임(12)은 연결 부재(33)로 서로 결합될 수 있다.At this time, as shown in FIGS. 13, 12d, and 14c, the inner
그리고 보조 완충부(50)는 도 14a에 도시된 바와 같이 곡선으로 구부러지는 형태로 설치되는 복수개의 와이어 로프(51)와, 와이어 로프(51)의 양 단에 결합되어 와이어 로프(51)를 고정시키는 로프지지 블록(52)으로 이루어질 수 있다. 따라서 수직 방향과 수평 방향의 진동이 탄성을 가지는 와이어 로프(51)로 인하여 추가적으로 흡수될 수 있다.Also, as shown in FIG. 14A, the
또한 상부 프레임(11)에는 도 14a에 도시된 바와 같이 가이드 샤프트(40)가 통과 가능한 홀이 형성되고, 가이드 샤프트(40)의 상단은 상부 프레임(11)보다 더위로 돌출된다. 이때 가이드 샤프트(40)의 상단 근처의 외주면에는 나사산이 형성되는 나사 섹터(41)가 마련되고, 나사 섹터(41)에는 상기 홀의 직경보다 큰 직경을 가지는 스토퍼 너트(61)가 결합된다.In addition, a hole through which the
특히 스토퍼 너트(61)와 상부 프레임(11) 사이에는 도 14a에 도시된 바와 같이 상기 홀을 향하여 볼록하게 형성되는 반구형상의 유동 와샤(60)가 설치될 수 있다.In particular, between the
따라서 도 15a에 도시된 바와 같이 상부 프레임(11)이 하부 프레임(12)에 대해 상대 가변 될 때 상기 홀과 가이드 샤프트(40)와 스토퍼 너트(61) 사이에 상호간섭 및 손상이 방지될 수 있다.Therefore, as shown in FIG. 15A, when the
즉 유동 와샤(60)는 반구형상으로 형성되므로 도 15b에 도시된 바와 같이 상부 프레임(11)이 하부 프레임(12)에 대해 수평 방향으로 가변될 때 가이드 샤프트(40)가 상기 홀의 내주면과 충돌되거나 마찰되면서 손상되거나 또는 가이드 샤프트(40)와 상기 홀의 내주면 사이에 뻑뻑한 움직임이 발생되지 않게 해 주는 일종의 베어링으로 작용된다.That is, since the
한편 앞서 설명된 수평유지 스프링(31)은 메인 완충 스프링(21)과 서로 탄성계수가 다르므로 메인 완충 스프링(21)의 공진 형성을 억제 해 주는 작용을 하긴 하지만, 수평유지 스프링(31)과 메인 완충 스프링(21)의 공진 주기가서로 일치되는 순간이 발생되면 공진 효과는 오히려 더 증폭될 수 있다.On the other hand, the
따라서 이러한 현상의 방지를 위해 수평유지 스프링(31)의 중심에는 내측 상부 프레임(13)과 내측 하부 프레임(14)을 연결시키는 탄성 로프(32)가 설치될 수 있다.Therefore, in order to prevent this phenomenon, an
탄성 로프(32)는 자체적인 탄성력을 가지지만, 길이가 신축되는 범위가 제한적이므로 상부 프레임(11)과 하부 프레임(12)이 서로 멀어지는 거리에 한계를 두는 일종의 스토퍼와 유사한 작용을 하여, 공진의 발생을 효과적으로 억제할 수 있다.The
또한 탄성 로프(32)는 자세하게 도시되진 않았지만 와이어로프와, 와이어로프의 표면을 둘러싸는 형태로 와이어로프에 결합되는 탄성튜브(도시되지 않음)로 이루어져, 자체적인 공진 형성이 방지될 수 있도록 제작될 수 있다.In addition, although not shown in detail, the
한편 하부 프레임(12)과 기초 면 사이에는 도 16a에 도시된 바와 같이 하부 프레임(12)의 저면에 부착되며 기초 면을 향해 볼록하게 형성되는 활주 부재(75)와, 기초 면 상면에 부착되고 상면의 형상이 활주 부재(75)보다 더 큰 곡률 반경을 가지는 오목 면으로 형성되는 곡면 플레이트(71)로 이루어지는 변위 제어 완충부(70)가 더 구비될 수 있다.On the other hand, between the
지진으로 인한 진동이 발생될 때 활주 부재(75)는 곡면 플레이트(71)의 상면을 타고 활주함으로써 본 발명에 따른 3차원 내진이 가능한 내진 댐퍼의 상부에 설치되는 시설물인 배전반은 기초 면에 대해 자유롭게 가변될 수 있다. 그러면서도 지진의 진동이 약해지거나 진동이 소멸되면 활주 부재(75)가 곡면 플레이트(71)의 상면에서 가장 높이가 낮은 중심으로 미끄러져 내려오면서 복귀됨으로써 결국 배전반의 원상 복귀가 보장될 수 있다.When vibration caused by an earthquake occurs, the sliding
또한 곡면 플레이트(71)의 상면의 주위 테두리에는 도 16a에 도시된 바와 같이 정지 턱(72)이 형성됨으로써, 전단 방향의 진동의 파장이 크게 형성되더라도 활주 부재(75)가 정지 턱(72)을 넘지 못하므로, 결국 활주 부재(75)는 곡면 플레이트(71)에서 벗어나는 것이 방지될 수 있다.In addition, as shown in FIG. 16A, the
특히 도 16a 및 도 16b에 도시된 바와 같이 곡면 플레이트(71)의 상면 중심에 는 일정한 직경으로 형성되는 정위치 홀(73)이 형성됨으로써, 활주 부재(75)와 곡면 플레이트(71)가 서로 상대 가변된 후에 활주 부재(75)가 곡면 플레이트(71)의 중심으로 원상 복귀되는 과정이 촉진될 수 있다.In particular, as shown in FIGS. 16A and 16B, a
또한 정위치 홀(73)로 인해 활주 부재(75)는 곡면 플레이트(71)의 중심에 정확하게 복귀될 수 있으므로, 지진 발생 후에 예상되는 배전반의 뒤틀림으로 인한 위치 이탈로 발생될 수 있는 접점 파괴나 접점 불량과 같은 문제가 예방될 수 있다.In addition, since the sliding
그런데, 정위치 홀(73)로 인해 활주 부재(75)는 곡면 플레이트(71)의 중심에 정확하게 유도될 수는 있지만, 지진이 발생되는 경우 활주 부재(75)가 정위치홀(73)에 구속된 상태에서 벗어나서 자유롭게 활주되기 위해서는 큰 진동이 필요하게 되는 문제가 있다.However, the sliding
그러나 활주 부재(75)가 곡면 플레이트(71)의 중심에 정확하게 착지되려면 활주 부재(75)의 하부 중에서 상당한 부분이 정위치 홀(73)에 삽입될 수 있어야 한다.However, in order for the sliding
여기서 활주 부재(75)가 정확하게 곡면 플레이트(71)의 중심에 안착되려면 활주 부재(75)가 일정 부분까지 정위치 홀(73)에 삽입될 수 있을 정도로 정위치 홀(73)이 일정한 크기 이상으로 형성되어야 하지만, 그럴 경우 정작 지진이 발생되어 활주 부재(75)가 곡면 플레이트(71) 상에서 자유롭게 가변되어야 함에도 활주부재(75)가 정위치 홀(73)에서 벗어나지 못하는 문제가 발생될 수 있다.Here, in order for the sliding
본 발명에 따른 3차원 내진이 가능한 내진 댐퍼에서는 이러한 서로 모순되는 요청이 모두 해결될 수 있도록 도 16b에 도시된 바와 같이 정위치 홀(75)에는 판스프링 또는 압축 스프링으로 구성되는 가변 촉진 스프링(742)과, 가변 촉진 스프링(742)의 상단에 연결되어 활주 부재(75)의 표면에 접촉되는 접촉 부재(741)로 이루어지는 가변 촉진 모듈(74)이 설치될 수 있다.In the seismic damper capable of three-dimensional earthquake resistance according to the present invention, as shown in FIG. 16B, a variable acceleration spring (742) composed of a leaf spring or a compression spring is installed in the
가변 촉진 모듈(74)이 설치됨으로써 전단 방향의 진동이 발생되는 상황에서, 진동으로 인해 활주 부재(75)와 접촉 부재(741)의 충돌이 반복되면서 활주 부재(75)가 정위치 홀(73)로부터 벗어나는 과정이 촉진될 수 있다.In a situation where vibration in the shear direction is generated due to the installation of the
즉 활주 부재(75)와 접촉 부재(741)의 충돌이 반복되면 접촉 부재(741)가 가변 촉진 스프링(742)을 충돌하는 횟수가 반복되고, 이때 가변 촉진 스프링(742)은 자체 탄성력뿐만 아니라 작용 반작용에 따른 힘까지 얻게 되어 점차 자체 공진 주기에 가까워지면서 상부를 향한 탄성력이 증가된다.That is, if the sliding
이처럼 가변 촉진 스프링(742)의 자체 탄성력이 증가되면서 일정 시점에서 가변 촉진 스프링(742)은 접촉 부재(741)를 매개로 하여 활주 부재(75)를 정위치홀(73)의 상부 보다 더 높이 튕겨낼 수 있게 된다. 따라서 활주 부재(75)의 저면 중심이 정위치 홀(73)에 걸려서 활주 부재(75)의 자유로운 가변이 방해되는 현상이방지될 수 있다.As the elastic force of the
이상과 같은 예로 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 예들에 국한되는 것이 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서 본 발명에 개시된 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 예들에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다. Although the present invention has been described with the above examples, the present invention is not necessarily limited to these examples, and may be variously modified and implemented without departing from the technical spirit of the present invention. Therefore, the examples disclosed in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention, but to explain, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these examples. The protection scope of the present invention should be construed according to the claims below, and all technical ideas within the equivalent range should be construed as being included in the scope of the present invention.
10 : 가변 케이스 11 : 상부 프레임
12 : 하부 프레임 13 : 내측 상부 프레임
14 : 내측 하부 프레임 13a,14a : 구형 포켓
15 : 제2 내측 상부 프레임 21 : 메인 완충 스프링
31 : 수평유지 스프링 32 : 탄성 로프
33 : 연결 부재 34 : 수평 스프링 연결 키트
40 : 가이드 샤프트 41 : 나사 섹터
42 : 구면 볼
50 : 보조 완충부 51 : 와이어 로프
52 : 로프지지 블록 60 : 유동 와샤
61 : 스토퍼 너트 70 : 변위 제어 완충부
71 : 곡면 플레이트 72 : 정지 턱
73 : 정위치 홀 74 : 가변 촉진 모듈
75 : 활주 부재
741 : 접촉 부재 742 : 가변 촉진 스프링
100 : 센서부 110 : 상부 좌측변위센서
120 : 상부 우측변위센서 130 : 하부 좌측변위센서
140 : 하부 우측변위센서 150 : 상부 가속도 센서
160 : 하부 가속도센서
200 : 판단부 210 : 센싱 데이터 수신부
220 : 메인프로세서 230 : 표시부
240 : 출력부 250 : 전원부
300 : 경보발생 및 전력차단부 310 : 경보발생부
320 : 전력차단부
400 : 관제서버 410 : 통신부
421 : 배전반 모니터링부 430 : 배전반 움직임 검출부
440 : 센서데이터 수집부 450 : 센서이상 검출부
460 : 관리자 정비 요청부 470 : 관리자/담당자 정보 저장부
480 : 센서장비 정보부 490 : 경보 발생 및 전력차단 요청부
495 : 제어부 500 : 스마트폰10: variable case 11: upper frame
12: lower frame 13: inner upper frame
14: inner
15: second inner upper frame 21: main buffer spring
31: leveling spring 32: elastic rope
33: connecting member 34: horizontal spring connection kit
40: guide shaft 41: screw sector
42: spherical ball
50: auxiliary buffer 51: wire rope
52: rope support block 60: floating washer
61: stopper nut 70: displacement control buffer
71: curved plate 72: stop jaw
73: fixed position hall 74: variable acceleration module
75: slide member
741: contact member 742: variable acceleration spring
100: sensor unit 110: upper left displacement sensor
120: upper right displacement sensor 130: lower left displacement sensor
140: lower right displacement sensor 150: upper acceleration sensor
160: lower acceleration sensor
200: determination unit 210: sensing data receiving unit
220: main processor 230: display unit
240: output unit 250: power unit
300: alarm generation and power cutoff unit 310: alarm generation unit
320: power cut-off unit
400: control server 410: communication department
421: switchboard monitoring unit 430: switchboard movement detection unit
440: sensor data collection unit 450: sensor abnormality detection unit
460: manager maintenance request unit 470: manager/person in charge information storage unit
480: sensor equipment information unit 490: alarm generation and power cutoff request unit
495: control unit 500: smartphone
Claims (8)
상기 센서부(100)의 각종 센싱값을 전송받아 제1분석으로 상기 배전반의 진동 가속도의 크기 데이터를 검출하고, 제2분석으로 상기 배전반의 기울기를 측정하여 검출된 변위의 크기 데이터인 변위량을 검출하며, 가속도와 변위량에 대한 제3분석을 통해 미리 설정된 안전, 주의, 경고, 위험 범위 초과를 판단하여 지진에 의해 발생하는 피해를 최소화하기 위한 경보발생 및 배전반 전력 차단 신호를 발생시키는 판단부(200);
상기 판단부(200)로부터의 경보발생 및 배전반 전력 차단 신호에 따라 배전반의 지진관련 경보를 발생시키고, 배전반의 전력을 차단하는 경보발생 및 전력차단부(300); 및
상기 판단부(200)로부터의 경보발생 및 배전반 전력 차단 신호에 따라 배전반의 지진관련 경보를 발생시키고, 배전반의 전력을 차단하는 경보발생 및 전력차단부(300); 및
상기 배전반이 지면에 대해 변위가 발생되더라도 진동이 멈추면 원위치로 복귀되도록 상기 배전반 저면의 지면 기초면에 상기 배전반과 결합되어 설치된 내진 댐퍼를 포함하여 구성된 것에 있어서,
상기 내진 댐퍼는 기초 면에 설치되는 하부 프레임(12)과, 상기 하부 프레임(12)과 분리되어 설치되는 상부 프레임(11)으로 이루어지는 가변 케이스(10)와, 상기 상부 프레임(11)과 하부 프레임(12) 사이에 설치되는 메인 완충 스프링(21)과, 상기 메인 완충 스프링(21)에 수직 방향으로 삽입되고 상기 상부 프레임(11)을 관통하여 상부 프레임(11)의 상면보다 더 높이 돌출되게 설치되어, 메인 완충 스프링(21)의 신축에 따라 상부 프레임(11)이 함께 승강되는 것을 안내하는 가이드 샤프트(40)를 포함하여 구성되고,
상기 가이드 샤프트(40)의 하단에는 가이드 샤프트(40)의 수평 단면적이 확장되어 구 형상으로 형성되는 구면 볼(42)이 마련되며, 상기 하부 프레임(12)의 상부에는 상기 구면 볼(42)이 제자리에서 회전 가능하게 내포되는 구형 포켓(141)이 형성됨으로써,
상기 메인 완충 스프링(21)이 수직 또는 수평 진동을 감쇄시킬 때, 상기 구면 볼(42)로 인해 상기 가이드 샤프트(40)는 상기 상부 프레임(11)의 승강과 전단 가변을 모두 안내할 수 있고, 상기 가변 케이스(10)에는 상부 프레임(11)의 저면에 마련되는 내측 상부 프레임(13)과 하부 프레임(12)의 상면에 마련되는 내측 하부 프레임(14)이 더 설치되며, 상기 구형 포켓(141)은 내측 하부 프레임(14)의 상면에 형성되고,
상기 메인 완충 스프링(21)의 둘레에는 메인 완충 스프링(21)의 중심을 기준으로 수평 방향으로 방사상 대칭되는 지점에 복수개의 수평유지 스프링(31)이 설치됨으로써, 복수개의 상기 수평유지 스프링(31)은 상기 메인 완충 스프링(21)의 완충 작용을 보조함과 동시에 메인 완충 스프링(21)의 공진 주기를 교란하여 메인 완충 스프링(21)의 공진발생이 억제되며, 진동이 발생될 때 어느 한쪽으로 기울어지는 것이 방지되어 상기 상부 프레임(11)의 수평을 유지시켜 주고,
상기 내측 상부 프레임(13)의 상면과 상기 상부 프레임(11)의 저면 사이에는 제2내측상부 프레임(15)이 더 설치되고, 상기 제2내측 상부 프레임(15)과 상기 내측 상부 프레임(13)의 사이에는 상기 메인완충 스프링(21)의 완충 작용을 보조하는 보조 완충부(50)가 설치되며,
상기 보조 완충부(50)는 곡선으로 구부러지는 형태로 설치되는 복수개의 와이어로프(51)와, 상기 와이어로프(51)의 양 단에 결합되어 와이어로프(51)를 고정시키는 로프지지 블록(52)으로 이루어지져 수직 방향과 수평 방향의 진동이 탄성을 가지는 상기 와이어 로프(51)로 인하여 추가적으로 흡수되고,
상기 상부 프레임에는 상기 가이드 샤프트가 통과 가능한 홀이 형성되고, 상기 상부 프레임보다 더 위로 돌출되는 가이드 샤프트의 상단 부위에는 상기 홀의 직경보다 큰 직경을 가지는 스토퍼 너트가 결합되며,
상기 스토퍼 너트와 상기 상부 프레임 사이에는 상기 홀을 향하여 볼록하게형성되는 반구형상의 유동 와샤가 설치됨으로써, 상기 상부 프레임이 하부 프레임에 대해 상대 가변 될 때 상기 홀과 가이드 샤프트와 스토퍼 너트 사이에 상호 간섭 및 손상이 방지되는 것을 특징으로 하는 가속도와 변위 신호를 이용한 지진감시 진단장치가 적용된 내진 배전반(고압배전반, 저압배전반, 전동기제어반, 분전반)
A sensor unit 100 that senses a sensing signal to improve accuracy by distinguishing between actual vibration and vibration caused by the surrounding environment while determining the vibration energy caused by an earthquake in the switchboard and the tilt of the switchboard using an acceleration sensor and a displacement sensor. ;
After receiving various sensed values of the sensor unit 100, first analysis detects magnitude data of the vibration acceleration of the switchboard, and second analysis detects displacement amount, which is magnitude data of the detected displacement by measuring the tilt of the switchboard. and a determination unit (200 );
an alarm generating and power blocking unit 300 generating an earthquake-related alarm of the switchboard and cutting off power of the switchboard according to an alarm generating and switchboard power cutoff signal from the determination unit 200; and
an alarm generating and power blocking unit 300 generating an earthquake-related alarm of the switchboard and cutting off power of the switchboard according to an alarm generating and switchboard power cutoff signal from the determination unit 200; and
Even if the switchboard is displaced with respect to the ground, it is configured to include a seismic damper coupled to the switchboard and installed on the ground foundation surface of the bottom of the switchboard so that it returns to its original position when the vibration stops,
The earthquake-resistant damper includes a variable case 10 composed of a lower frame 12 installed on the foundation surface and an upper frame 11 installed separately from the lower frame 12, and the upper frame 11 and the lower frame (12) installed between the main buffer spring 21, inserted into the main buffer spring 21 in a vertical direction and penetrating the upper frame 11 to protrude higher than the upper surface of the upper frame 11 It is configured to include a guide shaft 40 that guides the upper frame 11 to be lifted together according to the expansion and contraction of the main buffer spring 21,
A spherical ball 42 formed in a spherical shape by extending the horizontal cross-sectional area of the guide shaft 40 is provided at the lower end of the guide shaft 40, and the spherical ball 42 is formed on the upper part of the lower frame 12. By forming a spherical pocket 141 rotatably nested in place,
When the main damping spring 21 damps vertical or horizontal vibration, the guide shaft 40 can guide both the lifting and shearing of the upper frame 11 due to the spherical ball 42, In the variable case 10, an inner upper frame 13 provided on the lower surface of the upper frame 11 and an inner lower frame 14 provided on the upper surface of the lower frame 12 are further installed, and the spherical pocket 141 ) Is formed on the upper surface of the inner lower frame 14,
A plurality of horizontal holding springs 31 are installed around the main buffer spring 21 at points radially symmetrical in the horizontal direction with respect to the center of the main buffer spring 21, so that the plurality of horizontal holding springs 31 assists the buffer action of the main buffer spring 21 and at the same time disturbs the resonance period of the main buffer spring 21 to suppress the resonance of the main buffer spring 21, and tilts to one side when vibration occurs is prevented to keep the upper frame 11 horizontal,
A second inner upper frame 15 is further installed between the upper surface of the inner upper frame 13 and the lower surface of the upper frame 11, and the second inner upper frame 15 and the inner upper frame 13 An auxiliary buffer 50 is installed between the main buffer spring 21 to assist in the buffer action,
The auxiliary shock absorber 50 is coupled to a plurality of wire ropes 51 installed in a curved form, and both ends of the wire rope 51 to fix the wire rope 51, a rope support block 52 ), and vibrations in the vertical and horizontal directions are additionally absorbed due to the wire rope 51 having elasticity,
A hole through which the guide shaft passes is formed in the upper frame, and a stopper nut having a larger diameter than the diameter of the hole is coupled to an upper end of the guide shaft protruding more upward than the upper frame,
A hemispherical flow washer convexly formed toward the hole is installed between the stopper nut and the upper frame, so that when the upper frame is relatively variable with respect to the lower frame, mutual interference between the hole, the guide shaft, and the stopper nut and Earthquake-resistant switchboard (high voltage switchboard, low voltage switchboard, motor control panel, distribution panel) applied with an earthquake monitoring diagnosis device using acceleration and displacement signals, characterized in that damage is prevented
상기 센서부(100)는 배전반의 상부에 위치하는 상부변위 센서와 상기 배전반의 하부에 위치하는 변위 센서 및 가속도 센서로 구성된 것을 특징으로 하는 가속도와 변위 신호를 이용한 지진감시 진단장치가 적용된 내진 배전반.
According to claim 1,
The sensor unit 100 is composed of an upper displacement sensor located on the upper part of the switchboard, a displacement sensor and an acceleration sensor located on the lower part of the switchboard, and an earthquake monitoring and diagnosis device using acceleration and displacement signals. Seismic switchboard applied.
상기 상부변위 센서와 하부변위 센서 및 가속도 센서는,
상부 좌측변위센서(110), 상부 우측변위센서(120), 하부 좌측변위센서(130), 하부 우측변위센서(140), 상부 가속도 센서(150) 및 하부 가속도센서(160)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 가속도와 변위 신호를 이용한 지진감시 진단장치가 적용된 내진 배전반.
According to claim 2,
The upper displacement sensor, the lower displacement sensor, and the acceleration sensor,
The upper left displacement sensor 110, the upper right displacement sensor 120, the lower left displacement sensor 130, the lower right displacement sensor 140, the upper acceleration sensor 150, and the lower acceleration sensor 160. Seismic switchgear applied with an earthquake monitoring diagnosis device using characteristic acceleration and displacement signals.
상기 판단부(200)는,
상기 센서부(100)의 각종 센서 중, 기울기 센서를 활용하여 배전반의 기울기 상태를 실시간으로 검출하고, 배전반 초기 설치시 기울기 값과 비교하여 위험도를 파악 후 현재 배전반 상태의 안전도를 확인하여 배전반의 이격거리 기준 이상의 기울기 발생시, 관리서버(400)를 통해 관리자의 스마트폰(500)으로도 배전반의 이상을 알려 재난, 재해에 따른 피해를 최소화하도록 구성된 것을 특징으로 하는 가속도와 변위 신호를 이용한 지진감시 진단장치가 적용된 내진 배전반.
According to claim 1,
The determination unit 200,
Among the various sensors of the sensor unit 100, the tilt sensor is used to detect the tilt state of the switchboard in real time, compare it with the tilt value at the time of initial installation of the switchboard to determine the degree of risk, and then check the safety level of the current switchboard state to separate the switchboard. Earthquake monitoring diagnosis using acceleration and displacement signals, characterized in that configured to minimize damage due to disasters and disasters by notifying the manager's smartphone (500) of an abnormality in the switchboard through the management server (400) when an inclination greater than the distance standard occurs Seismic switchboard with device applied.
상기 가속도 센서는 검출된 진동의 크기를 가속도 G값과 X축, Y축, Z축의 데이터를 검출하고, 상기 변위센서는 검출된 변위의 크기를 mm 단위의 데이터로 검출하는 것을 특징으로 하는 가속도와 변위 신호를 이용한 지진감시 진단장치가 적용된 내진 배전반.
According to claim 1,
The acceleration sensor detects the magnitude of the detected vibration as an acceleration G value and data of the X-axis, Y-axis, and Z-axis, and the displacement sensor detects the magnitude of the detected displacement as data in mm unit Acceleration, characterized in that Seismic switchgear applied with earthquake monitoring diagnosis device using displacement signal.
상기 판단부(200)는,
상기 가속도 센서에서 검출된 데이터에 대하여 시간영역의 변화량을 계산하여 연산 후 미리 설정된 안전상태일 경우와 분석을 진행해야 하는 경우를 비교 분석하여 제1분석을 하고, 상기 변위센서 검출된 데이터에 대하여 시간영역의 변화량을 계산하여 연산 후 미리 설정된 안전상태일 경우와 분석을 진행해야하는 경우를 비교 분석하여 제2분석을 하며, 상기 제1 분석결과 분석진행으로 판단된 경우와 발생한 배전반의 변위량의 제2검출결과 분석진행으로 판단된 경우 가속도와 변위량에 대한 제3분석을 하는 것을 특징으로 하는 가속도와 변위 신호를 이용한 지진감시 진단장치가 적용된 내진 배전반.
According to claim 5,
The determination unit 200,
For the data detected by the acceleration sensor, the amount of change in the time domain is calculated, and after the calculation, a first analysis is performed by comparing and analyzing the case in which the case is in a preset safe state and the case in which analysis is to be performed, and the time domain for the data detected by the displacement sensor After calculating the amount of change in the area, the second analysis is performed by comparing and analyzing the case of a preset safety state and the case of needing to proceed with the analysis, and the second detection of the case where the analysis is judged to be in progress and the displacement of the generated switchboard A seismic switchboard applied with an earthquake monitoring diagnosis device using an acceleration and displacement signal, characterized in that a third analysis is performed on the amount of acceleration and displacement when it is determined that the result analysis is in progress.
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