KR102525915B1 - IoT 및 발향기능 소재 기반 전력시설 안전관리 시스템 - Google Patents

Abstract

전열 설비의 과열에 따른 발향을 감지하는 감지 수단 및 지그비 통신 수단을 구비한 배·분전함;
배·분전함에서 수신한 감지 센서의 출력 신호와 현장 CCTV 영상을 LTE 및 와이파이 통신수단을 이용하여 관리 서버로 송신하는 IoT 관제센터;
IoT 기반으로 화재 발생을 실시간으로 점검하고 신속 알림 기능을 수행하는 관리서버;를 포함하는 것을 특징으로 하는 IoT 및 발향기능 소재 기반 전력시설 안전관리 시스템

Description

IoT 및 발향기능 소재 기반 전력시설 안전관리 시스템 {Safety Management system for Power facility based on IoT and Fragrant Material}

본 발명은 IoT 및 발향기능 소재가 구비된 전력시설의 이상상태를 감지하고 안전관리하는 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배·분전반 또는 차단기와 같은 각종 전력설비의 전원공급을 위해 배선접속(연결)을 위한 터미널단자 및 커넥터에 접촉불량과 같은 이상상태, 누전 및 단락으로 인해 과전류가 발생함에 따라 발열되어 설정온도 이상 상승하면 향기를 발생시키고, 이를 후각센서에 의해 감지하여 화재 및 전기사고를 미연에 방지할 수 있는 안전관리 시스템에 관한 것이다.

전기 요인 화재 발생 요인은 배전반, 분전반 차단기 및 전력설비의 오동작과 노후화로 과부하시 차단능력 저하, 차단기 전선 터미널 단자 커넥터의 접촉 불량, 누전 및 단락 등으로 과전류가 발생하는 것이다.

전력설비의 피로누적으로 열화(劣化, Degradation)가 발생되며, 발생한 축적된 주울 열 (Joul’s Heter = I²Rt) 에 의하여 건축물과 시설물 화재가 빈번하여 인명과 재산 피해가 발생하고 있다.

국민생활의 편익 수준 향상과 경제성장은 전기에너지 사용의 지속적 증가 요인이 되었으며 이로 인해 꾸준히 전기로 인한 화재사고가 발생 중이다.

한편, 본 출원인이 보유한 국내등록특허 제 10-2242239 호 (등록일자 2021년 04월 14일) 에 따르면,

배·분전반 또는 차단기에 사용되는 배선을 전기적으로 접속시켜주는 터미널단자(100); 및

상기 터미널단자에 과전류가 발생함에 따라 발열되어 설정온도 이상 상승하면 발향되는 발향수단(200);을 포함하고,

상기 발향수단(200)은,

상기 터미널단자를 배·분전반 또는 차단기의 모선에 접속되도록 고정 체결되는 볼트(211)와 너트(212); 및

상기 볼트와 너트의 외측을 감싸도록 설치되어 상기 터미널단자로부터 발생하는 발열이 볼트와 너트로 전달되어 가열됨에 따라 볼트와 너트가 설정온도 이상 상승하면 발향되도록 인공향료가 배합된 발향캡(210);을 더 포함하고,

상기 발향캡(210)은 절연재료로 사용되는 파라핀왁스, 소이왁스, 밀랍왁스 중 하나 이상, 융용점이 있는 고체형태와 가요성 젤 형태로 제조하기 위한 아교, 우뭇가사리, 트랜스지방, 유지와 같은 첨가물 중 하나 이상, 및 진한 향을 가진 인공향료가 혼합되어 제조되는 것을 특징으로 하는 발향 기능이 구비된 전력시설 이상상태 감지장치가 특허 등록되어 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-2242239호 (등록일자 2021년 04월 14일)

코로나 등 전염성이 강한 바이러스 출현으로 전 산업분야에 비대면 원격관리가 확산 추세에 있다.

현재 산업자원통산부 고시 제 2016-16호 전기직무고시규정에 따라 산업체, 빌딩, 아파트 등 전국 자가용 전기설비수용가의 전기안전관리는 전기안전관리자가 주기적인 사업장 방문과 관리사무소 직원과의 대면점검으로 이루어져 원격 전기안전관리 필요성이 요구되고 있다.

전기안전관리자가 주기적으로 건축물 전력시설을 안전점검을 하고 있으나 한 건물 내에 수많은 배·분전반에 설치된 차단기점검과, 공장이나 빌딩 등에 수시로 전원을 차단하여 전기안전점검과 전력시설의 열화 상태를 점검하기에는 현실상 어려우며 통상적으로 육안이나 외관점검에 의존하고 있는 실정이다.

특히, 지하공동구(전기, 통신구 등)나 특수시설의 배·분전반 차단기와 전력시설들의 열화 된 상태를 파악하기가 용이하지 못하여 각종 주요시설물에 화재와 전기사고에 노출되어 사회적 물의가 발생하고 있다.

또한, 국가기간산업인 전기의 재해는 다른 사고와 달리 대형사고로 이어지고 인명과 재산피해에 직결이 되어 사회적 문제를 발생하고 있다.

상기와 같은 문제는 전력시설 안전관리기술 및 시스템의 고도화를 위한 발열감지 무선 발향소재와 IoT, AI 시스템 구성으로, 전력시설의 이상상태로 인해 과전류가 발생함에 따라 발열되어 설정 온도(70℃~80℃) 이상 상승하면 지정한 향기를 통한 검출 방법으로 전력시설 이상상태 예측, 진단이 가능한 전력시설 안전관리 시스템으로 해결 할 수 있다.

본 발명은 발향기능 소재 및 IoT 기반 안전관리 시스템에 관한 것으로서, 현실적으로 전기안전점검과 전력시설의 열화 상태를 점검하기에 어려운 사이트에 적용하여 화재 예방의 효과를 기대할 수 있다.

도 1 은 종래 안전점검에 취약한 전력시설의 모습이다.
도 2는 본 발명에 따른 안전관리 시스템의 개요이다.
도 3은 본 발명에 따른 안전관리 시스템의 세부 구성도이다.
도 4는 본 발명에 따른 배·분전함의 감지 소재 및 감지 수단의 실시예이다.
도 5는 본 발명에 따른 감지 소재의 열화 온도 특성 곡선이다.
도 6은 본 발명에 따른 VOC값 300의 SMS 경고 문자이다.
도 7은 본 발명에 따른 안전관리 시스템이 작동하는 실시 예이다.

본 발명은 휘발유, LPG, 프로판 가스 등 위험물질 누출될 때 냄새로써 즉시 감지할 수 있도록 기능을 부여하는 부취제처럼, 전기기기, 전선과 기기 연결 커넥터 등 전력시설의 과부하, 누전, 단락, 접촉 불량 등과 같은 이상 상태에서 열화 온도 발열을 감지할 수 있는 발향 기능이 있는 소재를 포함한다.

본 발명은 열가소성 계열과 첨가물을 배합하여 설정한 열화 온도, 예를 들면 70℃ ~ 80℃ 의 용융점으로 온도를 감지하는 물질을 포함한다.

본 발명은 특정한 향(멘톨, 체리 유기화학 인공향료 등)이 있는 미세 향기 캡슐을 온도감지 물질에 첨가하여 열화 온도에서 발향을 유도한다.

본 발명은 전력시설이 이상 상태에 의한 발열로 위험 설정 온도 이상 상승하여 감지 소재 부품의 변형된 형태와 발향 수단으로 전력시설 이상상태를 감지한다.

본 발명은 IoT 및 발향기능 소재를 기반으로 한 전력시설 안전관리 시스템으로서,

열화 감지 소재, 감지 수단 및 지그비 통신 수단을 구비한 배·분전함;

현장 CCTV, LTE 및 와이파이 통신수단 및 감지 데티어 수집 보드를 구비한 IoT 관제센터;

모니터링부, 스마트폰 어플리케이션부, 인공지능 관리부 및 비상 알람 처리부를 구비한 관리서버; 를 포함한다. (도 2, 도 3 참조)

본 발명에서 전력 시설의 이상 상태를 감지하는 소재는 도 4에 개시된 바와 같이 배·분전함 내에 복수 개 설치된다.

본 발명에 따른 감지 소재는 열화 온도 (70℃ ~ 80℃) 에서 발열을 감지하여, 향기를 발생하는 기능을 구비한다.

본 발명의 감지 소재를 위한 주재료는 열가소성 초산비닐 수지와 아세틸렌과 물을 부가 중합한 액체 형태가 건조 후 생성된 고체 가요성 물질이다.

본 발명의 감지 소재를 위한 첨가물은 액상상태를 머금을 수 있는 석고분말 및 화산재(분재용 화산 용암 볼 가루)를 사용한다. 상기 석고 분말과 화산재의 첨가 비율에 따라서 열화 온도를 조정할 수 있다.

도 5에 개시된 바와 같이 감지 센서인 후각 센서의 VOC 값의 증감으로 감지 센서의 발향 온도를 조정할 수 있으며, 발향 온도를 낮게 설정 할수록 감지 센서의 향기에 대한 민감도는 상승한다.

도 5의 실시예에 따르면 VOC 값(천분율)이 300을 초과하는 지점에서 발열을 확인할 수 있도록 첨가 물질을 혼합하여 열화 온도를 설정하고 있다.

또한 본 발명의 감지 소재는 열화 온도에서의 발향을 위한 향료를 포함한다. 상기 향료는 식물성분 모노테르팬(C₅H₈)계열의 박하를 증류하고 냉각하여 무색 고체 멘톨(C₁₀H₂₀O)을 석출하며 열화 시 액상상태에서 발향한다.

감지 소재는 기타 필름과 PVC의 부재료를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 감지 소재의 주재료, 첨가물질, 향료 및 부재료의 혼합 비율(중량%)은 78~82 : 8~12 : 7~9 : 1.5~2.5 가 바람직하다.

감지 수단은 후각 센서, 즉 VOC(Volatile Organic Compound) 센서로서, 상기 VOC 센서는 배전반 분전반 내에서 열화 온도에서 감지 소재에서 발생하는 오염 물질을 감지한다.

상기 VOC 센서는 노이즈, 온도 및 리플 등 외부 환경 요인에 대하여 보상 및 제거 수단을 구비하여, 열화 온도에서 감지 소재의 발향을 고정밀로 센싱한다.

지그비 통신 수단은 각 감지 수단의 네트워크를 구성하고, 각 감지 수단의 중계기 역할을 하여 안정적으로 감지 데이터를 송신 한다.

IoT 관제센터는 배·분전함에서 수신한 감지 센서의 출력 신호 뿐만 아니라, 현장 CCTV 영상을 LTE 및 와이파이 통신수단을 이용하여 관리 서버로 송신한다.

데이터 수집 보드는 다중 슬레이브 제어기를 구비하고, 관리서버 및 데이터 베이스와 LTE 및 와이파이 통신프로토콜을 이용하여 연동한다.

관리서버는 IoT 기반으로 화재 발생을 실시간으로 점검하고 신속 알림 기능을 수행한다.

각 배·분전반의 상태를 모니터링하는 모니터링부;

각 배·분전반의 모니터링 결과를 관리자의 스마트폰 어플리케이션을 통해 실시간으로 볼 수 있도록 처리하는 스마트폰 어플리케이션 처리부;

이벤트 발생 시 신속하게 알림 처리하는 비상 알람 처리부;를 구비한다.

바람직하게는 빅데이터 기반의 전기 특성과 발향 연관 관계 알고리즘을 구비하여 전기 설비의 발열을 예측, 진단하는 인공지능(AI) 관리시스템을 더 포함할 수 있다.

도 6은 관리자의 스마트폰 어플리케이션을 통해 설정된 VOC값 300 을 초과하는 시점에 SMS 경보를 발생 처리하는 실시예이다.

본 발명에 따른 IoT 시스템을 통한 비대면 전력시설 안전 관리 시스템은 전기실에서 전기 문제로 인한 발열, 화재 등이 발생하더라도, VOC 센서를 통한 발향 감지와 현장 관리자에 대한 신속한 경보 발생, 관리자 스마트폰 어플리케이션을 통해 SMS 경보 발생을 처리할 수 있다. (도 7 참조)

Claims (3)

1. 전열 설비의 과열에 따른 발향을 감지하는 감지 수단 및 지그비 통신 수단을 구비한 배·분전함;
   배·분전함에서 수신한 감지 센서의 출력 신호와 현장 CCTV 영상을 LTE 및 와이파이 통신수단을 이용하여 관리 서버로 송신하는 IoT 관제센터;
   IoT 기반으로 화재 발생을 실시간으로 점검하고 신속 알림 기능을 수행하는 관리서버;를 포함하며,
   상기 감지 수단은 VOC(Volatile Organic Compound) 센서로서, 배·분전함 내에서 열화 온도에서 감지 소재에서 발생하는 오염 물질을 감지하며,
   상기 감지 소재는 주재료와 첨가물과 향료를 포함하며,
   상기 주재료는 열가소성 초산비닐 수지와 아세틸렌과 물을 부가 중합한 액체 형태가 건조 후 생성된 고체 가요성 물질이며,
   상기 첨가물은 액상상태를 머금을 수 있는 석고분말 및 화산재(분재용 화산 용암 볼 가루)이며,
   상기 향료는 식물성분 모노테르팬(C₅H₈)계열의 박하를 증류로 냉각하여 석출한 무색 고체 멘톨(C₁₀H₂₀O)을 포함하며,
   상기 감지소재는 70℃ ~ 80℃ 의 열화온도 범위에서 발열을 감지하여, 향기를 발생하는 것을 특징으로 하는 IoT 및 발향기능 소재 기반 전력시설 안전관리 시스템
   
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 관리서버는 빅데이터 기반의 전기 특성과 발향 연관 관계 알고리즘을 구비하여 전기 설비의 발열을 예측 진단하는 인공지능(AI) 관리시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 IoT 및 발향기능 소재 기반 전력시설 안전관리 시스템
   

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