KR102554207B1 - 전기적 결함위치 및 화재 폭발 징후 예측 기능이 구비된 수배전반(고압반, 저압반, 전동기제어반, 분전반) - Google Patents

전기적 결함위치 및 화재 폭발 징후 예측 기능이 구비된 수배전반(고압반, 저압반, 전동기제어반, 분전반) Download PDF

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Abstract

본 발명은 수배전반 내부의 전기적 결함 위치를 정확하게 예측할 수 있고, 화재 및 폭발 징후를 예측하여 화재 및 폭발 사고를 미연에 방지할 수 있는 전기적 결함위치 및 화재 폭발 징후 예측 기능이 구비된 수배전반(고압반, 저압반, 전동기제어반, 분전반)에 관한 것이다.
상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 전기적 결함위치 및 화재 폭발 징후 예측 기능이 구비된 수배전반(고압반, 저압반, 전동기제어반, 분전반)은, 외함부; 복수 개의 센서모듈; 온습도 감지센서; 및 모니터링부를 포함하고, 상기 복수 개의 센서모듈은, 강자성 코어에 유도 코일이 권취되어 구성되는 HFCT 센서를 포함하며, 상기 모니터링부는, 부분방전 신호 검출 시 상기 복수 개의 센서모듈의 상기 HFCT 센서에서 검출되는 부분방전 신호의 시간차를 검출하여 결함 위치를 판단하고, 미리 저장된 상기 복수 개의 센서모듈의 식별번호를 포함하여 결함이 발생한 위치를 안내하는 것을 특징으로 한다.

Description

전기적 결함위치 및 화재 폭발 징후 예측 기능이 구비된 수배전반(고압반, 저압반, 전동기제어반, 분전반){Switchgear(High-voltage Panel, Low-voltage panel, Motor Control Panel, Distribution Panel) Equipped with the Function of Predicting Electrical Fault Location and Signs of Fire and Explosion}
본 발명은 전기적 결함위치 및 화재 폭발 징후 예측 기능이 구비된 수배전반(고압반, 저압반, 전동기제어반, 분전반)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기적 절연 이상시 발생하는 누설 전류와 아크 발생시 감지되는 오존가스, 화재 발생시 일산화질소를 감지하여 고압반, 저압반, 전동기제어반, 분전반 등의 수배전반(이하 '수배전반'으로 통칭한다) 내부의 전기적 결함 위치와 화재 폭발 징후를 예측하는 전기적 결함위치 및 화재 폭발 징후 예측 기능이 구비된 수배전반(고압반, 저압반, 전동기제어반, 분전반)에 관한 것이다.
일반적으로 수배전반은 변전소로부터 특고압 전력을 공급받는 수전부와, 상기 수전부에서 받은 특고압 전력을 상용전압으로 변환하는 변압부와, 상기 변압부에서 변압된 전기를 수용가로 공급하는 배전부로 구성된다.
그리고 근래에는 수배전반의 안전성을 높이기 위해 수배전반 내부에서 발생하는 절연열화, 누설 전류 및 아크 등을 다양한 방법으로 감지하여 화재 등의 각종 안전사고를 미연에 방지하는 안전 설비가 더 구비되고 있다.
상기와 같은 목적의 종래기술로는 등록특허공보 제2442552호의 열영상 및 실영상 기반의 화재 감지 시스템 및 방법(이하 '특허문헌'이라 한다)이 개시되어 있다.
상기 특허문헌은 영상 기반 화재 감지 시스템에 있어서, 인공지능 알고리즘인 영역 추출 알고리즘을 이용하여, 카메라로부터 수신한 화재 감지 영역에 대한 실영상으로부터 내부 화재 발생 가능성이 높은 영역을 포함하는 기 설정된 특정 관심영역(ROI; Region of Interest)을 검출하는 ROI 검출부; 열화상 카메라로부터 열영상을 출력하고 각 지점의 표면 온도를 예측하는 열 감지부; 상기 ROI 검출부에서 검출한 특정 관심영역에 대한 실영상과 상기 열 감지부에서 출력한 열영상을 정합하는 영상 정합부; 및 상기 특정 관심영역은 상기 영상 정합부에서 생성된 정합 영상에 기초하여 화재를 감지하고, 상기 특정 관심영역 이외의 영역은 실영상에 기초하여 불꽃 또는 연기를 검출하여 화재를 감지하는 화재 판단부를 포함하여 구성된다.
그러나 상기 특허문헌은 수배전반 내부 온도를 열화상 카메라로 촬영하고, 촬영된 열화상 영상과 실시간 영상을 통해 화재 여부를 판단하는 것이나, 수배전반 내부에 고정 설치되는 카메라를 통해 촬영되는 영상으로는 이미 발생한 화재 및 연기 등을 감지하는 것만이 가능 할 뿐, 화재 발생전 전조 증상인 절연열화, 누설전류, 아크 등의 다양한 전기적 결함 여부와 위치를 초기에 발견하기가 어렵고, 이 때문에 수배전반의 화재로 인한 피해를 줄이는 데에 한계가 있다.
따라서 수배전반 내부의 결함 위치를 정확하게 예측할 수 있고, 화재 및 폭발 징후를 예측하여 화재 및 폭발 사고를 미연에 방지할 수 있는 수배전반의 개발이 요구된다.
KR 10-2442552 B1 (2022. 09. 06.) KR 10-2430962 B1 (2022. 08. 04.) KR 10-2382151 B1 (2022. 03. 30.) KR 10-2066534 B1 (2020. 01. 09.) KR 10-2018-0106318 A (2018. 10. 01.)
본 발명은 상기와 같은 종래의 화재 감지 기능이 구비된 수배전반이 가지는 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 수배전반 내부의 전기적 결함 위치를 정확하게 예측할 수 있고, 화재 및 폭발 징후를 예측하여 화재 및 폭발 사고를 미연에 방지할 수 있는 전기적 결함위치 및 화재 폭발 징후 예측 기능이 구비된 수배전반(고압반, 저압반, 전동기제어반, 분전반)을 제공하는 것이다.
상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 전기적 결함위치 및 화재 폭발 징후 예측 기능이 구비된 수배전반은, 내부에 복수의 전력기기가 수용되는 외함부; 상기 외함부의 내부에 설치되는 케이블을 따라 일정 간격을 두고 설치되어 부분방전 신호, 오존 및 일산화질소를 감지하는 복수 개의 센서모듈; 상기 외함부의 내부에 설치되어 내부 공기의 온도와 습도를 감지하는 온습도 감지센서; 상기 복수 개의 센서모듈를 통해 감지되는 부분방전 신호, 오존, 일산화질소에 기초하여 전기적 결함여부와 화재 및 폭발 징후를 예측하는 모니터링부를 포함하고, 상기 복수 개의 센서모듈은, 강자성 코어에 유도 코일이 권취되어 구성되는 HFCT 센서를 포함하며, 상기 모니터링부는, 부분방전 신호 검출 시 상기 복수 개의 센서모듈의 상기 HFCT 센서에서 검출되는 부분방전 신호의 시간차를 검출하여 결함 위치를 판단하고, 미리 저장된 상기 복수 개의 센서모듈의 식별번호를 포함하여 결함이 발생한 위치를 안내하는 것을 특징으로 한다.
그리고 본 발명은 상기 HFCT 센서가 100kHz ~ 20MHz의 주파수 대역폭을 가지는 것을 또 다른 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 모니터링부가 상기 HFCT 센서에서 검출되는 부분방전 신호의 펄스 형상을 패턴화하여 미리 저장된 부분방전 펄스 패턴과 대비하고, 대비 결과를 통해 부분방전 유형을 판단하는 것을 또 다른 특징으로 한다.
이에 더해 본 발명은 상기 모니터링부가 부분방전 신호 검출시, 부분방전 위치와 인접되는 2개의 상기 센서모듈을 통해 일산화질소의 농도를 측정하고, 측정되는 일산화질소의 농도 변화에 따라 화재 및 폭발 징후를 예측하는 것을 또 다른 특징으로 한다.
그리고 본 발명은 상기 모니터링부가 오존 농도 변화를 통해 아크 발생 여부를 판단하는 것을 또 다른 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 수배전반 내부에서 오존 및 일산화질소의 감지 여부를 모니터링하여 수배전반의 화재 및 폭발 징후를 예측하고, 이를 통해 수배전반의 화재 및 폭발 사고를 미연에 방지할 수 있는 장점이 있다.
또한, 복수 개의 HFCT 센서를 통해 전기적 결함의 위치를 예측하고, 이를 통해 전기적 결함 부위를 쉽고 빠르게 점검 및 교체할 수 있으며, 이를 통해 수배전반의 운용 안전성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 전기적 결함위치 및 화재 폭발 징후 예측 기능이 구비된 수배전반(고압반, 저압반, 전동기제어반, 분전반)의 예를 보인 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 센서모듈이 접지선을 통해 설치되는 예를 보인 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 센서모듈의 예를 보인 구성도.
도 4는 본 발명에 따른 센서모듈의 다른 실시예를 보인 구성도.
도 5는 본 발명에 따른 센서모듈을 통해 부분방전 위치가 추적되는 예를 보인 도면.
도 6은 본 발명에 따른 HFCT 센서와 부분방전 거리 차이에 따른 펄스 강도와 시간차를 예로 보인 도면.
도 7은 본 발명에 따른 센서모듈의 오존 감지센서를 통해 오존 농도가 감지되는 예를 보인 도면.
도 8은 본 발명에 따른 센서모듈의 일산화질소 감지센서를 통해 일산화질소 농도가 감지되는 예를 보인 도면.
도 9는 본 발명에 따른 센서모듈이 케이블 상에 설치되는 예를 보인 도면.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 도시한 첨부도면에 따라 상세하게 설명한다.
본 발명은 수배전반 내부의 전기적 결함 위치를 정확하게 예측할 수 있고, 화재 및 폭발 징후를 예측하여 화재 및 폭발 사고를 미연에 방지할 수 있는 전기적 결함위치 및 화재 폭발 징후 예측 기능이 구비된 수배전반(고압반, 저압반, 전동기제어반, 분전반)을 제공하고자 하는 것으로, 이러한 본 발명은 도 1에 도시된 바와 같이 외함부(10), 복수 개의 센서모듈(20), 온습도 감지센서(30) 및 모니터링부(40)를 포함한다.
외함부(10)는 사각 박스 모양으로 형성되면서 내부에 복수 개의 전력기기가 설치되고, 외력으로부터 내부의 전력기기를 보호하는 구성이다.
이러한 외함부(10)는 복수 개로 구획된 공간이 형성되고, 구획된 공간에 각각 주요 전력기기가 분배되어 설치되도록 구성될 수 있으며, 각각의 구획된 공간에는 전력기기의 화재 발생시 조기 진압을 위한 소화장치(도시하지 않음)가 설치될 수 있다.
복수 개의 센서모듈(20)은 외함부(10)의 내부에 설치되는 전력기기와 연결되는 케이블을 따라 일정 간격을 두고 설치되어 부분방전 신호를 검출하고, 필요시 오존 및 일산화질소를 감지하는 구성이다.
이러한 복수 개의 센서모듈(20)은 도 2에 도시된 바와 같이 케이블과 연결되는 접지선 상에 설치될 수 있다.
또한, 복수 개의 센서모듈(20)은 소정 크기를 가지는 강자성 코어에 유도 코일이 복수 회 권취되어 구성되는 HFCT 센서(High Frequency Current Transformer, 21)와, 오존 가스를 감지하는 오존 감지센서(22) 및 일산화질소를 감지하는 일산화질소 감지센서(23)를 포함하여 구성될 수 있다.
이때 HFCT 센서(21)는 접지선이 가운데 부분을 관통하도록 링 모양으로 형성되고, 이에 더해 일단이 개방되도록 반원 모양을 가지는 2개의 코어가 분리 조립되도록 구성될 수 있다.
또한, 복수 개의 센서모듈(20)은 도 3에 도시된 바와 같이 내부에 HFCT 센서(21) 중 반원 모양의 상부측 코어가 수납되는 소정 크기의 상부케이스(1)와, HFCT 센서(21) 중 반원 모양의 하부측 코어가 수납되는 하부케이스(2)를 포함하여 구성될 수 있다.
그리고 상부케이스(1)에는 내부에 수용공간이 형성되는 소정 크기의 제어박스(3)가 더 구비될 수 있고, 상기 제어박스(3)의 내부에는 HFCT 센서(21), 오존 감지센서(22) 및 일산화질소 감지센서(23)에서 각각 감지되는 신호를 수집하는 신호수집부(24)와, 상기 신호수집부(24)에 수집된 정보를 유선을 통해 후술되는 모니터링부(40)로 전송하는 통신모듈(25)을 포함하여 구성될 수 있다.
이때 상부케이스(1)와 하부케이스(2)는 일단이 힌지로 결합되고, 타단이 클립 등의 잠금장치를 통해 결합되거나 또는 결합이 해제되도록 구성되며, 이를 통해 상, 하부케이스(1, 2)의 내부에 HFCT 센서(21)의 상, 하부측 코어가 각각 수납된 상태에서 상, 하부케이스(1, 2)의 타단 잠금을 해제하는 것으로 HFCT 센서(21)의 코어 중심 쪽으로 접지선을 위치시킬 수 있고, 이렇게 코어의 중심 쪽에 접지선이 위치된 상태에서 상, 하부케이스(1, 2)의 잠금장치를 잠그는 것으로 코어에서 접지선이 임의로 이탈되지 않게 된다.
또한, 오존 감지센서(22)와 일산화질소 감지센서(23)는 도 3에 도시된 바와 같이 제어박스(3)의 일측으로 감지부(도면부호 없음)가 노출되도록 설치될 수 있고, 또 다르게는 도 4에 도시된 바와 같이 제어박스(3)의 내부로 외부 공기가 유입되도록 제1, 2 통공(3A, 3B)이 형성된 다음, 상기 제1, 2 통공(3A, 3B)으로 유입되는 외부 공기를 감지하여 오존과 일산화질소의 농도를 감지하도록 구성될 수 있다.
이때 제1, 2 통공(3A, 3B) 사이에는 외부 공기의 유입 및 배출을 유도하는 급기팬(26)이 설치되고, 필요시 모니터링부(40)의 제어에 의해 급기팬(26)의 동작이 제어되어 외부 공기가 확실하게 유입 및 배출되도록 유도될 수 있다.
또한, 제1, 2 통공(3A, 3B) 사이에는 도 4에 도시된 바와 같이 유로가 직선 상으로 연통되지 않도록 공간을 구획하는 구획판(27)이 더 설치될 수 있고, 이러한 구획판(27)을 통해 외부 공기가 급기팬(26)을 통해 빠르게 유입 및 배출되더라도 오존 감지센서(22) 및 일산화질소 감지센서(23)의 감지부를 확실하게 경유하게 되면서 오존 및 일산화질소의 감지 성능이 담보되게 된다.
한편, HFCT 센서(21)는 부분방전 신호를 확실하게 검출할 수 있으면서도 불필요한 대역의 신호를 제거하기 위해 100kHz ~ 20MHz의 주파수 대역폭을 가지도록 구성될 수 있다.
이는 부분방전 원점(PD)에서 발생하는 전류 펄스(이하 '부분방전 신호'라 한다)가 수백 MHz에서 수백 GHz에 상당하는 넓은 주파수 스펙트럼을 나타내는데, 이는 몇 나노초 이하의 상승 시간을 가질 뿐, 센서모듈(20)의 HFCT 센서(21)를 통해 감지될 때에는 대부분의 고주파 대역의 주파수는 제거되게 되고, 결과적으로 부분방전 원점과 이격된 거리에 따라 10MHz 미만의 주파수 성분이 검출되게 된다.
따라서 센서모듈(20)과 가장 근접한 위치에서 발생하는 부분방전 신호를 감안하여 HFCT 센서(21)가 20MHz미만의 주파수 성분이 검출되도록 구성되면, 센서모듈(20)이 설치된 위치와 같거나 근접된 위치에서 발생하는 부분방전 신호까지 검출하는 것이 가능하게 된다.
또한, 부분방전 신호는 원점(PD)을 기준으로 양 방향으로 동일한 펄스폭으로 발생하면서 원점(PD)으로부터 멀어질수록 주파수가 펄스폭이 점진적으로 작아지게 되는데 100kHz 이하로 감지되는 부분방전 신호의 경우, 그 만큼 부분방전 원점(PD)과 해당 센서모듈(20) 간의 이격된 거리가 먼 것을 나타내게 된다.
즉, 케이블(C)을 따라 서로 인접하게 설치되는 2개의 센서모듈(20)의 간격을 조절하는 것으로 각각의 센서모듈(20)에서 감지되는 부분방전 신호가 최소 100kHz 이상이 되도록 조절할 수 있게 된다.
따라서 본 발명의 HFCT 센서(21)는 코어에 권취되는 유도 코일의 권취 횟수를 조절하여 100kHz ~ 20MHz의 주파수 대역폭을 가지도록 제작된 다음, 케이블(C)을 따라 이격되어 설치되는 간격을 조절하여 인접하여 설치되는 2개의 HFCT 센서(21) 사이의 거리를 1/2한 지점에서 발생하는 부분방전 신호가 최소 100kHz 이상이 되도록 설치하는 것으로, 인접하는 2개의 HFCT 센서(21) 사이에서 발생하는 부분방전 신호를 미리 설정된 주파수 대역폭 내에서 확실하게 검출하는 것이 가능하게 된다.
또한, 인접하는 2개의 HFCT 센서(21)에서 부분방전 신호가 검출되는 시간의 시간차를 이용하여 부분방전 신호의 원점(PD)을 추정하는 것이 가능한데, 예를 들어 도 2에 도시된 바와 같이 제1 센서모듈(20-1), 제2 센서모듈(20-2), 제3 센서모듈(20-3) 및 제4 센서모듈(20-4)의 설치 간격이 같고, 이를 통해 부분방전 신호가 케이블(C)을 따라 전파되는 속도가 같을 때, 특정 위치에서 발생하는 부분방전 신호가 각 센서모듈에서 검출되는 시간차를 통해 원점(PD)과 근접한 2개의 센서모듈을 알 수 있게 된다.
이러한 예로 도 5에 도시된 바와 같이 제2 센서모듈(20-2)과 제3 센서모듈(20-3) 사이의 특정 위치에서 부분방전이 발생한 경우, 원점(PD)을 기준으로 케이블(C)을 따라 양 방향으로 부분방전 신호가 전달되게 되고, 이를 통해 부분방전 신호가 감쇄되어 소멸되기까지 최소 2개 이상의 센서모듈에서 부분방전 신호가 감지되게 된다.
또한, 복수 개의 센서모듈(20)은 각각의 HFCT 센서(21), 오존 감지센서(22) 및 일산화질소 감지센서(23)에서 감지되는 신호의 시간이 정확하게 일치하도록 동기화될 필요가 있고, 따라서 본 발명은 GPS의 초당 펄스 신호(PPS)에서 조정된 범용시간(CUT)을 기준으로 각 센서모듈(20)의 시간이 동기화되게 된다.
상기와 같은 센서모듈(20)의 구성을 통해 부분방전 신호와 함께 부분방전이 발생한 원점(PD)과 근접된 위치의 오존과 일산화질소의 농도 변화를 감지할 수 있고, 이를 이용하여 부분방전으로 인한 아크 발생여부와 화재 및 폭발 징후를 더욱 정확하게 예측할 수 있게 된다.
온습도 감지센서(30)는 외함부(10)의 내부에 설치되어 내부 공기의 온도와 습도를 감지하는 구성으로, 이러한 온습도 감지센서(30)를 통해 필요시 내부 공기를 외부로 배출하고, 외부 공기를 내부로 공급하여 적정의 온습도가 유지되도록 제어될 수 있다.
그리고 온습도 감지센서(30)를 통해 후술되는 모니터링부(40)는 실시간으로 감지되는 온도가 설정된 온도 이상 상승되고, 온도 상승에 소요되는 시간이 설정된 시간보다 짧은 경우에는 외함부(10)의 내부에서 화재가 발생한 것으로 판단될 수 있으며, 이 경우 차단기(도시하지 않음) 및 소화장치(도시하지 않음)의 동작을 제어하여 화재를 초기에 진압하고, 피해가 확산되지 않도록 방지하게 된다.
모니터링부(40)는 복수 개의 센서모듈(20)과 온습도 감지센서(30)를 통해 감지되는 부분방전 신호, 오존, 일산화질소 및 온습도 정보에 기초하여 전기적 결함여부와 화재 및 폭발 징후를 예측하는 구성이다.
여기서 일산화질소는 화재를 유발하고 폭발성을 가지는 산화제로서 이러한 일산화질소의 유무 및 농도를 검출하는 것에 의해 화재 및 폭발 징후를 예측하는 것이 가능하게 된다.
이러한 모니터링부(40)는 도 5에 도시된 바와 같이 특정 위치에서 부분방전이 발생하여 신호가 검출되면, 부분방전 원점(PD)을 기준으로 양방향 쪽에 인접 위치되는 2개의 센서모듈(20)을 통해 부분방전 신호가 검출되게 된다.
이때, 2개 이상의 센서모듈(20)에서 부분방전 신호가 검출되는 경우가 있을 수 있고, 이 경우에는 부분방전 신호가 검출된 시간을 기준으로 가장 빠른 2개의 신호가 선택되게 된다.
이렇게 부분방전 신호가 검출된 시간이 가장 빠른 2개의 센서모듈(20)이 선택되고 나면, 두 센서모듈(20)에서 각각 부분방전 신호가 검출된 시간(t1, t2)을 비교하여 시간차(Δt)가 계산된다.
예를 들면, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 제2 센서모듈(20-2)과 제3 센서모듈(20-3) 사이에서 부분방전 신호가 검출되어 이들 사이에 부분방전 원점(PD)이 있을 경우, 제2 센서모듈(20-2)에서 부분방전 신호가 검출되는 시간(t1)과 제3 센서모듈(20-3)에서 부분방전 신호가 검출되는 시간(t2)이 같거나 차이가 있게 되는데, 시간이 같을 경우에는 제2, 3 센서모듈(20-2, 20-3) 사이의 케이블(C) 길이(L)를 1/2한 지점에 정확하게 부분방전 원점(PD)이 위치되는 것으로 추정될 수 있다.
또한, 부분방전 신호가 검출되는 시간이 다를 경우, 제2, 3 센서모듈(20-2, 20-3) 중 어느 하나와 보다 근접된 위치에 부분방전 원점(PD)이 위치되는 것으로 추정될 수 있다.
더욱 상세하게는 두 센서모듈 사이의 케이블(C) 길이(L)가 고정된 상태에서 부분방전 신호가 전달되는 속도(V)와, 두 센서모듈에서 부분방전 신호가 검출되기 까지 소요되는 시간을 이용하여 센서모듈과 부분방전 원점(PD) 간의 거리를 계산할 수 있고, 이를 통해 케이블(C) 상의 부분방전 원점(PD)을 추정할 수 있으며, 이는 아래의 수학식 1 내지 수학식 3을 통해 정리될 수 있다.
Figure 112023009639422-pat00001
여기서, tW는 전파시간이고, L은 두 센서모듈 사이의 케이블의 길이이며, V는 전파 속도이다.
Figure 112023009639422-pat00002
여기서, Δt는 두 센서모듈에서 검출되는 부분방전 신호의 시간차(지연시간)이고, t1 및 t2는 센서모듈에서 검출되는 부분방전 신호의 시간이다.
Figure 112023009639422-pat00003
여기서,
Figure 112023009639422-pat00004
는 부분방전 원점이다.
위와 같이 부분방전 신호가 검출되어 부분방전 신호의 원점(PD)이 추정되고 나면, 모니터링부(40)는 부분방전 신호가 검출된 2개의 센서모듈(20)의 식별번호와 함께 결함이 발생한 위치 정보를 관리자에게 안내하고, 이를 통해 관리자가 해당 위치의 케이블(C)을 쉽고 빠르게 점검하여 교체할 수 있도록 한다.
한편, 모니터링부(40)는 HFCT 센서(21)에서 검출되는 부분방전 신호의 펄스 형상을 패턴화하여 미리 저장된 부분방전 펄스 패턴과 대비하고, 대비 결과를 통해 부분방전 유형을 판단하여 함께 안내하도록 구성될 수 있는데, 이를 위해 모니터링부(40)는 부분방전 신호의 패턴이 저장되는 데이터베이스와, 검출되는 부분방전 신호와 저장된 부분방전 신호의 패턴을 대비하는 비교부를 포함하고, 상기 비교부는 머신러닝을 통해 데이터베이스에 저장된 부분방전 신호의 패턴이 반복 학습되어 검출되는 부분방전 신호가 실시간 대비되어 판단되도록 구성될 수 있다.
이에 더해 모니터링부(40)는 부분방전 신호가 검출되면, 오존 감지센서(22)와 일산화질소 감지센서(23)를 통해 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이 오존과 일산화질소의 농도를 검출하도록 구성되고, 이를 통해 부분방전 신호 검출에 따른 위험도를 판단하도록 구성될 수 있다.
이때 부분방전 위치와 인접되는 2개의 센서모듈(20)을 통해 오존과 일산화질소의 농도를 각각 측정하고, 측정되는 오존과 일산화질소의 농도 변화와 온습도 감지센서(30)의 온도 변화를 이용하여 화재 및 폭발 징후를 예측하게 된다.
이러한 예로, 검출되는 온도가 기준 온도보다 낮고, 오존과 일산화질소가 검출되지 않은 경우에는 부분방전 초기 상태로 예측될 수 있고, 이 경우에는 위험도가 낮음으로 판단되어 관리자에게 점검하도록 안내될 수 있다.
그리고 검출되는 온도가 기준 온도보다 낮거나 같고, 오존의 농도가 상승 추세에 있으며, 일산화질소가 검출되지 않은 경우에는 부분방전을 통해 아크가 발생하고 있는 것으로 예측될 수 있고, 이 경우에는 위험도가 높음으로 판단되어 차단기를 제어하여 아크 발생으로 인한 화재로 확산되지 않도록 미리 조치된 다음, 관리자에게 점검하도록 안내될 수 있다.
또한, 검출되는 온도가 기준 온도보다 높고, 오존과 일산화질소가 모두 검출되거나 또는 일산화질소의 농도가 상승 추세인 경우에는 부분방전을 통해 화재가 발생하여 추가로 폭발 가능성이 높은 상태인 것으로 예측될 수 있고, 이 경우에는 위험도가 매우 높음으로 판단되어 차단기와 소화장치가 동시에 제어되고, 이를 통해 화재가 초기에 진압될 수 있도록 조치되며, 이와 동시에 관리자에게 화재에 따른 피해가 발생하지 않도록 대피와 조치가 이루어지도록 안내될 수 있다.
상기와 같이 모니터링장치(40)는 복수 개의 센서모듈(20)을 통해 부분방전 신호가 검출되면, 우선적으로 부분방전 신호의 원점(PD)을 계산하고, 부분방전 신호가 검출된 센서모듈(20)로부터 부분방전이 발생한 위치와 근접된 위치의 오존과 일산화질소 농도의 변화를 감지하여 아크 발생여부와 화재 및 폭발 가능성에 따른 위험도를 판단하게 되며, 위험도에 따라 적절하게 대응하여 화재 및 폭발의 피해를 줄일 수 있게 된다.
한편, 위에서는 복수 개의 센서모듈(20)이 케이블(C)과 접지된 접지선 상에 설치되는 것으로만 도시되고 설명되었으나, 이와 달리 도 9에 도시된 바와 같이 케이블(C) 상에 직접 설치되는 것으로 변경되어도 무방하다.
이상 설명한 바와 같이 수배전반 내부에서 오존 및 일산화질소의 감지 여부를 모니터링하여 수배전반의 화재 및 폭발 징후를 예측하고, 이를 통해 수배전반의 화재 및 폭발 사고를 미연에 방지할 수 있으며, 복수 개의 HFCT 센서를 통해 전기적 결함의 위치를 예측하고, 이를 통해 전기적 결함 부위를 쉽고 빠르게 점검 및 교체할 수 있게 된다.
위에서는 설명의 편의를 위해 바람직한 실시예를 도시한 도면과 도면에 나타난 구성에 도면부호와 명칭을 부여하여 설명하였으나, 이는 본 발명에 따른 하나의 실시예로서 도면상에 나타난 형상과 부여된 명칭에 국한되어 그 권리범위가 해석되어서는 안 될 것이며, 발명의 설명으로부터 예측 가능한 다양한 형상으로의 변경과 동일한 작용을 하는 구성으로의 단순 치환은 통상의 기술자가 용이하게 실시하기 위해 변경 가능한 범위 내에 있음은 지극히 자명하다고 볼 것이다.
1: 상부케이스 2: 하부케이스
3: 제어박스 3A: 제1 통공
3B: 제2 통공 10: 외함부
20: 센서모듈 20-1: 제1 센서모듈
20-2: 제2 센서모듈 20-3: 제3 센서모듈
20-4: 제4 센서모듈 21: HFCT 센서
22: 오존 감지센서 23: 일산화질소 감지센서
24: 신호수집부 25: 통신모듈
26: 급기팬 27: 구획판
30: 온습도 감지센서 40: 모니터링부
C: 케이블 PD: 부분방전 원점

Claims (5)

  1. 내부 전력기기의 상태를 실시간 감시하도록 구성되는 수배전반에 있어서,
    상기 수배전반은,
    내부에 복수의 전력기기가 수용되는 외함부(10);
    상기 외함부(10)의 내부에 설치되는 케이블을 따라 일정 간격을 두고 설치되어 부분방전 신호, 오존 및 일산화질소를 감지하는 복수 개의 센서모듈(20);
    상기 외함부(10)의 내부에 설치되어 내부 공기의 온도와 습도를 감지하는 온습도 감지센서(30); 및
    상기 복수 개의 센서모듈(20)과 상기 온습도 감지센서(30)를 통해 감지되는 부분방전 신호, 오존, 일산화질소 및 온습도 정보에 기초하여 전기적 결함여부와 화재 및 폭발 징후를 예측하는 모니터링부(40);
    를 포함하고,
    상기 복수 개의 센서모듈(20)은,
    강자성 코어에 유도 코일이 권취되어 구성되는 HFCT 센서((High Frequency Current Transformer, 21)를 포함하고,
    상기 모니터링부(40)는,
    부분방전 신호 검출 시 상기 복수 개의 센서모듈(20)의 상기 HFCT 센서(21)에서 검출되는 부분방전 신호의 시간차를 검출하여 결함 위치를 판단하고, 미리 저장된 상기 복수 개의 센서모듈(20)의 식별번호를 포함하여 결함이 발생한 위치를 안내하며,
    상기 복수 개의 센서모듈(20)은,
    내부에 상기 HFCT 센서(21) 중 반원 모양의 상부측 코어가 수납되는 소정 크기의 상부케이스(1);
    상기 HFCT 센서(21) 중 반원 모양의 하부측 코어가 수납되는 하부케이스(2); 및
    상기 상부케이스(1)의 상부에 위치되어 내부에 수용공간이 형성되는 소정 크기의 제어박스(3);
    를 포함하고,
    상기 제어박스(3)의 내부에는,
    상기 HFCT 센서(21)와 오존 감지센서(22) 및 일산화질소 감지센서(23)에서 각각 감지되는 신호를 수집하는 신호수집부(24);
    상기 신호수집부(24)에 수집된 정보를 유선을 통해 후술되는 모니터링부(40)로 전송하는 통신모듈(25);
    을 포함하며,
    상기 상부케이스(1)와 상기 하부케이스(2)는,
    일단이 힌지로 결합되고, 타단이 클립 등의 잠금장치를 통해 결합되거나 또는 결합이 해제되도록 구성되어, 상기 상, 하부케이스(1, 2)의 내부에 상기 HFCT 센서(21)의 상, 하부측 코어가 각각 수납된 상태에서 상기 상, 하부케이스(1, 2)의 타단 잠금을 해제하는 것으로 상기 HFCT 센서(21)의 코어 중심 쪽으로 접지선이 위치되고, 코어의 중심 쪽에 접지선이 위치된 상태에서 상기 상, 하부케이스(1, 2)의 잠금장치를 잠그는 것으로 코어에서 접지선이 임의로 이탈되지 않도록 구성되며,
    상기 오존 감지센서(22)와 상기 일산화질소 감지센서(23)는,
    상기 제어박스(3)의 일측으로 감지부가 노출되도록 설치되고,
    상기 모니터링부(40)는,
    부분방전 신호 검출시, 부분방전 위치와 인접되는 2개의 상기 센서모듈(20)을 통해 일산화질소의 농도를 측정하고, 측정되는 일산화질소의 농도 변화에 따라 화재 및 폭발 징후를 예측하는 것을 특징으로 하는 전기적 결함위치 및 화재 폭발 징후 예측 기능이 구비된 수배전반.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 HFCT 센서(21)는,
    100kHz ~ 20MHz의 주파수 대역폭을 가지는 것을 특징으로 하는 전기적 결함위치 및 화재 폭발 징후 예측 기능이 구비된 수배전반.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 모니터링부(40)는,
    상기 HFCT 센서(21)에서 검출되는 부분방전 신호의 펄스 형상을 패턴화하여 미리 저장된 부분방전 펄스 패턴과 대비하고, 대비 결과를 통해 부분방전 유형을 판단하는 것을 특징으로 하는 전기적 결함위치 및 화재 폭발 징후 예측 기능이 구비된 수배전반.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 모니터링부(40)는,
    오존 농도 변화를 통해 아크 발생 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 전기적 결함위치 및 화재 폭발 징후 예측 기능이 구비된 수배전반.
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