KR102590048B1 - 현장 적응형 알고리즘을 활용한 화재예측 및 소화기능을갖는 제어시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수배전반이나 제어반의 화재시 발생하는 염화수소, 공기질, 일산화탄소, 이산화탄소 등의 가스를 수집하는 화재가스 데이터수집장치와, 전기불꽃을 검출하는 적외선과 자외선을 이용한 복합 불꽃감지부, 부스바 또는 전력선 접속부의 온도 변화를 검출하는 비접촉 적외선 온도 센서를 구비하는 화재 예측 데이터 수집 장치와, 상기 화재 예측 데이터 수집 장치와 무선 또는 유선으로 연결되고, 상기 화재 예측 데이터 수집 장치에서 수집된 데이터를 Median Filter를 이용하여 노이즈 등의 무작위 잡음을 제거하는 정보수집부와, 상기 정보수집부에서 가공된 출력한 데이터를 입력받아 각각의 데이터에 각각의 가중치를 부여하여 그 현장 상황에 맞도록 총합의 평균값을 구하고, 그 결과 값의 변화에 따라 사전에 설정된 단계별 경보, 진화단계를 결정하는 진단제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 현장 적응형 알고리즘을 활용한 화재예측 및 소화기능을 갖는 제어시스템을 제공한다.

Description

현장 적응형 알고리즘을 활용한 화재예측 및 소화기능을 갖는 제어시스템 {Control system with fire prediction and fire extinguishing function using field adaptive algorithm}

본 발명은 현장 적응형 알고리즘을 활용한 화재예측 및 소화기능을 갖는 제어시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 본원 발명은 수배전반이나 제어반의 화재시 발생하는 염화수소, 공기질, 일산화탄소, 이산화탄소 등의 가스를 수집하는 화재 데이터 수집장치와, 전기불꽃을 검출하는 적외선과 자외선을 이용한 복합 불꽃 감지부, 부스바 또는 전력선 접속부의 온도 변화를 검출하는 비접촉 적외선 온도센서로 구성되는 화재 예측 데이터 수집장치, 각각의 센서에서 수집되는 데이터에 화재 진단에 미치는 영향도에 따라 각각의 가중치를 부여하고, 일정시간 그 총합의 평균값을 구하여 화재진단 지표로 활용한다. 즉 화재진단지표값의 크기에 따라 단계별로 경보, 진화단계를 결정하는 동시에 소화장치도 구동하는 신호를 출력하는 현장 적응형 알고리즘을 활용한 화재예측 및 소화기능을 갖는 제어시스템에 관한 것이다.

2022년 10월15일 발생한 SK C&C 판교 데이터 센터 화재 발생으로 약 127시간동안 “디지털 블랙아웃”이 지속되어 사회적. 경제적 피해금액이 약 220억원으로 추정된 사례에서 보듯 정보통신기술 및 전기시설의 역할증대 및 의존도가 증가하는 초연결 사회로 변화를 맞이함에 따라 재난이 과거와는 다른 대규모 피해로 확산돼 국민생활 전반에 매우 커다란 영향을 줄 것이 우려되므로 화재의 보다 정밀한 사전 예측과 대응을 위한 화재 재난관리에 선순환적인 시설이 필요하다.

전기화재 사고에 대응하기 위해 현재 설치된 배선용차단기를 비롯한 각종 보호 장치는 부하회로에서 과전류 발생 시 회로를 차단하는 기능을 가지고 있지만, 빌딩 및 대수용가의 저압 배전계통에 있어서 접촉 불량에 의한 과열, 단선, 단락에 의한 아크발생 및 절연피복제 열화에 의한 절연파괴 현상에서 발생하는 전기화재의 위험요소는 크게 전기적 요인, 환경적 요인, 물리적 요인으로 나눌 수 있고,

전기적 요인으로는 과전류, 단락, 접촉불량, 전류 불평형을 들 수 있는데, 이중 과전류에 의한 분전반 단자대와 접속부 등의 온도가 상승하여 기준온도 이상이 될 경우 주위온도에 대한 온도상승이 초과하여 절연재질의 열화가 급격하게 진행됨으로써 연소와 더불어 화재가 발생하게 된다. 이를 해결하기 위하여 특허 2007-0019229(출원일 : 2007.02.26.)가 출원되어 공지되어 있다.

또한, 물리적 요인(설치 및 사용 조건에 의한 요인)으로는 기계적 진동에 의한 전기적 접속부의 이완에 의한 발열 또는 진동에 의해 발생한 아크에 의한 화재 등, 전선 피복 손상 등에 의한 화재(단락, 반단선, 누전 등)를 들 수 있는데, 이중, 아크 화재의 경우, 지락이나 용량초과, 타 물건과의 접촉 등에 의해 비정상적인 전류가 흐르게 되어 분전반 내부의 전선이 과열되고, 이로 인하여 다른 물체에 접촉함으로써 고장부위에서 선이 절단되어 차단되거나 부분적인 접촉으로 계속적인 반복적인 아크를 발생시키게 되는 문제점이 있어서 이를 해결하고자 특허공개공보 제2007-0005278호가 공지되어 있다.

또한, 특허공개공보 제2014-0101539호에는 분전반등에서 발생하는 전기화재의 위험요소는 크게 전기적 요인, 환경적 요인, 물리적 요인인 과전류, 누설전류 및 아크를 복합적으로 감지하여 어느 하나라도 감지되는 경우에 관리자에게 표시 및 경고음을 출력하는 진단제어수단을 포함하는 화재감지 기능을 갖는 고압반, 저압반, 분전반, 모터제어반이 공지되어 있으나, 각각의 센서등에서 나타나는 오작동을 제거할 수 없는 문제점이 있다.

한국 특허공개공보 제2014-0101539호 한국 특허공개공보 제2007-0005278호

따라서 본 발명은 전술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 수배전반이나 제어반의 화재시 발생하는 염화수소, 공기질, 일산화탄소, 이산화탄소 등의 가스를 수집하는 화재가스 데이터수집장치와, 전기불꽃을 검출하는 적외선과 자외선을 이용한 복합 불꽃감지부, 부스바 또는 전력선 접속부의 온도 변화를 검출하는 비접촉 적외선 온도 센서를 구비하는 화재 예측 데이터 수집장치와, 상기 화재 예측 데이터 수집 장치와 무선 또는 유선으로 연결되고, 상기 화재 예측 데이터 수집 장치에서 수집된 데이터를 Median Filter를 이용하여 노이즈 등의 무작위 잡음을 제거하는 정보수집부와, 상기 정보수집부에서 가공된 출력한 데이터를 입력받아 각각의 데이터에 각각의 가중치를 부여하고, 일정시간 그 총합의 평균값을 구하고 그 결과값의 변화에 따라 단계별 경보, 진화단계를 결정하여 소화장치를 구동하는 신호를 출력하는 현장 적응형 알고리즘을 활용한 화재예측 및 소화기능을 갖는 제어시스템을 제공하는데 있으며,

본 발명의 현장 적응형 알고리즘을 활용한 화재예측 및 소화기능을 갖는 제어시스템은 수배전반이나 제어반 시스템 운용을 총괄하는 주제어기와 연계하여 각 판넬에서 환경 데이터를 수집하고 화재발생여부를 판단하고 그 결과에 따라 소화탄을 터뜨릴 수 있는 소화장치를 포함하여 구성하며, 염화수소(HCl), 공기질(Aire Quality), 일산화탄소(Carbon Monoxide), 이산화탄소(Carbon Dioxide) 등을 수집하는 화재가스 데이터수집장치와 전기불꽃 등 화재를 발생을 검출하는 적외선과 자외선을 이용한 복합 불꽃감지부와 부스바 또는 전력선 접속부의 온도 변화를 검출하는 비접촉 적외선 온도 센서를 구비하여 구성된다.

수배전반이나 제어반 시스템 운용을 총괄하는 주제어기는 통합표시장치는 터치스크린 기능을 갖추고 있으며, 수집된 정보를 표시하거나 그래프로 트렌드를 실시간으로 표현하며, 로그기록 등을 열람할 수 있다.

또한, 본원 발명의 현장 적응형 알고리즘을 활용한 화재예측 및 소화기능을 갖는 제어시스템에서 수집된 화제예측과 진단에 필요한 정보를 화면에 표시하거나 명령을 내릴 수 있는 정보수신부와. 자동제어장치에 정보를 전송할 수 있는 정보송신부로 구성된다. 주제어기와는 무선 RF 또는 RS485 유선통신을 선택하여 사용할 수 있으며, 자동제어부와는 인터넷과 RS485 통신기능을 제공한다. 이들 통신은 모드버스 표준통신을 제공한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 수배전반이나 제어반의 화재시 발생하는 염화수소, 공기질, 일산화탄소, 이산화탄소 등의 가스를 수집하는 화재가스 데이터수집장치와, 전기불꽃을 검출하는 적외선과 자외선을 이용한 복합 불꽃감지부와 부스바 또는 전력선 접속부의 온도 변화를 검출하는 비접촉 적외선 온도 센서를 구비하는 화재 예측 데이터 수집 장치를 구비하고 있다.

상기 화재 예측 데이터 수집 장치와 무선 또는 유선으로 연결되고, 상기 화재 예측 데이터 수집 장치에서 수집된 데이터를 Median Filter를 이용하여 노이즈 등의 무작위 잡음을 제거하는 정보수집부와, 상기 정보수집부에서 가공된 출력한 데이터를 입력받아 각각의 데이터에 각각의 가중치를 부여하여 그 현장 상황에 맞도록 총합의 평균값을 구하고, 그 결과 값의 변화에 따라 사전에 설정된 단계별 경보, 진화단계를 결정하는 진단제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 현장 적응형 알고리즘을 활용한 화재예측 및 소화기능을 갖는 제어시스템으로 한다.

이를 더욱 상세하게 설명하면, 상기 정보수집부는 센서 데이터 수집단계에서 임펄스성 데이터를 없애기 위해 Median Filter를 사용하며, 수집되는 센서데이터가 안정적으로 측정되기 시작하면 일정시간동안 측정된 각각의 센서값의 평균 데이터는 다음 [수학식 1]에 의해 구하여 최종결과를 판단한다.

[수학식 1]

여기서 은 m 센서의 n번째 측정 데이터이며, N은 측정횟수이다.

즉, 각각 센서를 N번 측정하여 평균값을 구한다.

또한, 상기 정보수집부는 번째 센서의 측정값()과 번째 센서의 평균값()의 비례값()을 다음 [수학식 2]로 구하며,

[수학식 2]

여기서 은 번째 센서의 측정값이고, 은 번째 센서의 평균값이다.

[수학식 2]에 의하여 구해진 값이 1.0보다 크면 즉 이면 번째 센서의 농도가 증가하는 것이며, 반대로 값이 1.0보다 작으면 즉 이면 번째 센서의 농도가 감소하는 것이다.

또한, 상기 진단제어부는 화재가 발생하면 나타날 수 있는 각각의 센서 측정값을 분석하고, 단계별 진행단계에 따라 변화되는 센서값 등을 분석하여 각각의 센서(개의 센서)에 대하여 화재 지표에 미치는 영향에 따라 가중치()을 부여하고, 상기 가중치()를 각각 동시에 반영하여 새로운 화재감지 지표()를 다음 [수학식 3]에 의해 연산한다.

[수학식 3]

[수학식 3]에 의해 연산된 화재감지 지표()가 정해진 기준값을 넘게 되면 단계별 처리(1차: 경 경보단계, 2차: 중 경보단계, 3차: 소화 1단계, 4차: 소화 2단계)로 수행한다.

본 발명에 따른 현장 적응형 알고리즘을 활용한 화재예측 및 소화기능을 갖는 제어시스템은 수배전반이나 제어반에 구비되는 통상의 가스 센서부와, 복합 불꽃 감지 센서부와, 비접촉 적외선 온도 센서를 이용하여 오작동 없이 화재 감지 성능을 향상시킴으로써 화재로 인한 피해를 경감할 수 있는 효과를 나타낼 수 있다.

본 발명에 따른 현장 적응형 알고리즘을 활용한 화재예측 및 소화기능을 갖는 제어시스템은 각각의 센서(개의 센서)의 비례값에 각 센서별 가중치를 부여하여 새로운 화재감지 지표()를 연산하여 그 결과를 기준으로 정상단계, 경 및 중 경보단계, 1단계 화재 진압단계, 2단계 화재 진압단계를 판단하여 화재 감지 성능을 향상시키고, 자동화재 진압장비를 가동시킴으로 화재로 인한 피해를 경감할 수 있는 효과를 나타낼 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 현장 적응형 알고리즘을 활용한 화재예측 및 소화기능을 갖는 제어시스템에 대한 블록도이다.
도 2는 본 발명에 적용되는 현장 적응형 알고리즘을 활용한 화재예측에 적용되는 전선 피복의 연소시 나타나는 가스의 특성을 나타낸 비교 데이터 그래프이다.
도 3은 도2의 비교 데이터에서 염화수소()의 변화를 나타내는 데이터 그래프이다.
도 4는 도2의 비교 데이터에서 공기질(VOC)의 변화를 나타내는 데이터 그래프이다.
도 5는 도2의 비교 데이터에서 일산화탄소()의 변화를 나타내는 데이터 그래프이다.
도 6은 도2의 비교 데이터에서 이산화탄소()의 변화를 나타내는 데이터 그래프이다.
도 7은 도2의 비교 데이터에서 온도 및 습도의 변화를 나타내는 데이터 그래프이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 현장 적응형 알고리즘을 활용한 화재예측 및 소화기능을 갖는 제어시스템에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

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

도면에서 각 구성요소 또는 그 구성요소를 이루는 특정 부분의 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 따라서, 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그러한 설명은 생략하도록 한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 현장 적응형 알고리즘을 활용한 화재예측 및 소화기능을 갖는 제어시스템을 개략적으로 도시한 개념도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 시스템은 시스템 운용을 총괄하는 주제어기와 각 판넬에서 환경 데이터를 수집하고 화재발생여부를 판단하고 그 결과에 따라 소화탄을 터뜨릴 수 있는 본원발명인 현장 적응형 알고리즘을 활용한 화재예측 및 소화기능을 갖는 제어시스템으로 구성하며, 본 현장 적응형 알고리즘을 활용한 화재예측 및 소화기능을 갖는 제어시스템은 염화수소(HCl), 공기질(Aire Quality), 일산화탄소(Carbon Monoxide), 이산화탄소(Carbon Dioxide) 등을 수집하는 복합가스센서부와 전기불꽃 등 화재를 발생을 검출하는 적외선과 자외선을 이용한 복합 불꽃 감지 센서와 부스바 또는 전력선 접속부의 온도 변화를 검출하는 비접촉 적외선 온도센서로 구성된 비접촉 온도계측 및 복합 불꽃 검출센서부로 구성된다.

주제어기는 통합표시장치는 터치스크린 기능을 갖추고 있으며, 수집된 정보를 표시하거나 그래프로 트렌드를 실시간으로 표현하며, 로그기록 등을 열람할 수 있다.

부제어기인 본원발명의 현장 적응형 알고리즘을 활용한 화재예측 및 소화기능을 갖는 제어시스템에서 수집된 화제예측과 진단에 필요한 정보를 화면에 표시하거나 명령을 내릴 수 있는 정보수신부와. 자동제어장치에 정보를 전송할 수 있는 정보송신부로 구성된다. 주제어기와는 무선 RF 또는 RS485 유선통신을 선택하여 사용할 수 있으며, 자동제어부와는 인터넷과 RS485 통신기능을 제공한다. 이들 통신은 모드버스 표준통신을 제공한다. 주제어기는 기본적으로 최대 16대까지 부제어기를 연결할 수 있고, 부제어기는 디바이스주소를 16개까지 지정이 가능하다.

본원 발명의 현장 적응형 알고리즘을 활용한 화재예측 및 소화기능을 갖는 제어시스템은 염화수소(), 공기질(Air Quality : VOC, Smoke etc), 일산화탄소(), 이산화탄소() 등의 농도를 수집하는 화재가스 데이터수집장치, 불꽃 등 화염을 검출하는 복합 불꽃감지부, 부스바온도를 측정하는 비접촉 적외선 온도 센서 등의 수배전반 내부의 환경 변화 데이터를 수집하며, 수집된 환경데이터를 가공하고, 적절한 판단기법을 적용함으로써 화재발생여부를 결정하고 화재발생으로 판단되면 소화탄을 터뜨려 화재를 진압한다. 이 모든 과정은 주제어기에서 자동으로 모니터링되고, 로그기록이 저장된다.

본 발명의 실시 예에 따른 현장 적응형 알고리즘을 활용한 화재예측 및 소화기능을 갖는 제어시스템은 수배전반이나 제어반 시스템 운용을 총괄하는 주제어기와 연계하여 각 판넬에서 환경 데이터를 수집하고 화재발생여부를 판단하고 그 결과에 따라 소화탄을 터뜨릴 수 있는 소화장치를 포함하여 구성하며, 화재 예측 데이터 수집 장치(100), 정보수집부(200), 진단제어부(300) 및 알림부(400), 소화장치(500)를 포함한다.

상기 화재 예측 데이터 수집 장치(100)는 수배전반이나 제어반의 화재시 발생하는 염화수소, 공기질, 일산화탄소, 이산화탄소 등의 가스를 수집하는 화재가스 데이터수집장치(10)와, 전기불꽃을 검출하는 적외선과 자외선을 이용한 복합 불꽃감지부(20)와, 부스바 또는 전력선 접속부의 온도 변화를 검출하는 비접촉 적외선 온도 센서(30)를 구비한다.

또한, 상기 화재 예측 데이터 수집 장치(100)는 수배전반이나 제어반의 내부의 온도 및 습도를 측정할 수 있는 온습도센서(50)를 더 구비할 수 있다.

또한, 화재가스 데이터수집장치(10)는 가스센서의 특성상 감응 전극의 감도를 높이기 위하여 히터를 사용하여 예열하며, 120초 정도의 히터 예열시간을 필요하기 때문에 전원이 인가된 후에는 히터 예열단계를 거처 측정할 수 있도록 형성된다.

따라서 상기 화재 예측 데이터 수집 장치(100)는 서로 다른 대상 값을 측정하는 복수개의 센서가 착탈식으로 설치되는 접속 단자로 이루어진 슬롯으로 형성할 수 있다.

또한, 슬롯은 복수개로 마련될 수 있으며, 동일한 접속 단자를 구비하도록 마련될 수 있지만 설계에 따라 서로 상이한 규격의 접속 단자로서 구비될 수도 있다.

상기와 같이 복수의 슬롯으로 접속된 화재 예측 데이터 수집 장치(100)는 복수개의 감지 센서에서 수집된 데이터를 무선 또는 유선으로 연결된 정보수집부(200)로 송신하게 된다.

상기 정보수집부(200)에서는 화재 예측 데이터 수집 장치(100)에서 송신된 데이터에는 순간적으로 톡톡 튀는 임펄스성 잡음이 혼재되어 측정된 데이터들은 임펄스성 잡음의 영향을 줄이기 위해 Median Filter를 이용하여 노이즈등의 무작위 잡음을 제거한다.

상기와 같은 과정을 거쳐 센서 데이터가 안정적으로 측정되기 시작하면 일정시간동안 측정된 각각의 센서값의 평균 데이터()를 다음 [수학식 1]에 의해 구한다.

[수학식 1]은

여기서 은 m 센서의 n번째 측정 데이터이며, m은 임의의 센서(1, 2, 3, 4.......m)이고, N은 측정횟수이다.

즉, 각각 센서(1, 2, 3, 4.......m)를 N번 측정하여 각각의 평균값을 구할 수 있다.

또한, 상기 각각의 센서(1, 2, 3, 4.......m)에서 측정된 측정 데이터는 평균값()과 비교하여 현재의 농도 또는 온도 변화를 분석할 수 있으며, 이를 위해서는 정보수집부(200)는 번째 센서의 측정값 과 번째 센서의 평균값()의 비례값()을 다음 [수학식 2]로 구하며,

[수학식 2]

여기서 은 번째 센서의 측정값, 번째 센서의 평균값().

[수학식 2]로 구해진 값이 1.0보다 크면 즉 이면 번째 센서의 특성값이 증가하는 것이며, 즉, 가스의 경우는 가스의 농도가 높아지는 것이고, 온도이면 온도가 높아지는 것이다.

또한, 반대로 값이 1.0보다 작으면 즉 이면 번째 센서의 특성값이 감소하는 것으로 판단한다.

이와 같이 정보수집부(200)에서는 각각의 센서[번째 센서의 측정값()]이 구해지면, 진단제어부(300)로 송신되면, 진단제어부(300)에서는 각각의 센서[1, 2, 3..... 번 센서]에 가중치()을 부여한다.

상기 가중치()는 각 측정항목이 화재에 미치는 영향력에 따라 그 값을 부여하는 것으로, 부스바 온도의 경우는 초기 화재 원인에 해당하며, 공기질()은 화재발생 초기 발생하는 연기에 의해서 증가하며, 화재가 진행 될수록 검은색 매연 등에 의해 최대로 증가하게 된다.

전선피복이 연소하면서 검은 연기뿐만 아니라 이산화탄소(), 일산화탄소() 등이 발생하며, 190℃ 이상 온도가 상승하면 염화수소() 농도가 급증한다.

즉, 특수한 상황(전선피복 연소하면 검은 연기와 )에서만 나타나는 측정항목들은 가중치()를 높게 한다.

이와 같이 각각의 센서(개의 센서)에 대하여 화재 지표에 미치는 영향에 따라 가중치()을 부여하고, 상기 가중치()를 각각 동시에 반영하여 새로운 화재감지 지표()를 다음 [수학식 3]에 의해 연산한다.

[수학식 3]

이와 같이 진단제어부(300)에서 각각의 센서[번째 센서의 측정값()]이 구하여,

[수학식 3]로 구해진 상기 화재감지 지표()에 따라 상기 화재감지 지표()가 정해진 기준값을 넘게 되면 소화장치(500)와 자동화기기를 통해 단계별(정상단계: 정상운전단계, 경보단계: 화재 예비단계, 소화1단계: 초기 화재 진압단계, 소화2단계: 주 화재 진압단계)로 처리할 수 있도록 수행한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 각각의 센서(개의 센서)에서 측정되는 데이터를 Median Filter를 이용하여 노이즈등의 무작위 잡음을 제거하고, 각각의 센서 데이터 평균을 구해, 구해진 평균값은 대푯값이 되며, 이 대푯값과 측정값의 비례관계 백분위를 계산한다.

이와 같이 구해진 백분위 값이 100%보다 크면 센서의 농도가 증가함을 의미하며, 100%보다 낮으면 농도가 감소함을 의미한다.

각각의 센서(개의 센서)의 비례값에 각 센서별 가중치를 부여하고 일정시간 그 총합의 평균값을 구하고 그 결과값에 따라 단계별 경보, 진화단계로 구분하여 소화장치(500)과 자동화기기를 통해 단계별로 결정하고 화재발생으로 판단되면 알림부(400)을 구동하여 화재를 진압하며, 소화장치(500)을 통하여 관리자에게 통지함으로서, 화재로 인한 피해를 경감시킬 수 있는 효과를 나타낼 수 있다.

본원 발명에서 도2에 도시된 비교 데이터 그래프를 얻기 위해서는 수배전반과 유사한 실험장치내에서 전선을 소각하고, 전선이 소각될 때 발생하는 연기를 인입하는 밀폐된 공간을 구비하고, 상기 밀폐된 공간에는 , , , 측정센서를 설치하여 데이터를 수집하였고, 측정되는 데이터는 1초 단위로 수집하였으며, 600초에서 1500초 구간에서 최대 50,000 단위로 정규화 하여 수집한 데이터를 비교하면 도3에 도시하였다.

이와 같이 수집한 데이터의 공기질(VOC), 일산화탄소(CO), 이산화탄소(), 염화수소()의 변화량을 도3에 도시하였다.

도3에 도시된 그래프와 같이 공기질(VOC),일산화탄소(CO)는 연소과정에서 데이터의 변화량이 크게 나타나며, 염화수소()의 변화량은 미미하게 나타났다.

또한, 이와 같이 측정된 변화량을 각각 그래프로 살펴보면,

도 3에는 염화수소()의 변화량을 그래프로 나타내고, 염화수소()는 연소 시간이 일정시간 이상 지나야 측정이 되며, 연소시작 후 500초 정도 지나서부터 점점 농도가 증가하고 연소가 멈추면 점점 감소됨을 알 수 있고, 측정값의 변화폭이 15 정도로 매우 작다.

도 4에는 공기질()의 변화량을 그래프로 나타내고,

도 4에 도시된 변화량 그래프와 같이 공기질()은 연소가 시작되면서 진한 검은색 연기로 인하여 급격하게 증가되며, 연소가 멈춤과 동시에 연기 농도가 낮아지면서 공기질 농도(VOC)값이 낮아진다. 공기질 농도(VOC)는 연소가 시작될 때 10,000에서 최대 45,000까지 증가하며, 최대 변화폭이 35,000으로 매우 크게 나타남을 알 수 있다.

도 5에는 일산화탄소()의 변화량을 그래프로 나타내고,

도 5에 도시된 변화량 그래프와 같이 일산화탄소() 농도는 연소 시작될 때 8,000부터 증가하기 시작하여 최대 30,000까지 증가하여 변화폭이 22,000 정도로 매우 크다.

도 6에는 이산화탄소()의 변화량을 그래프로 나타내고,

도 6에 도시된 변화량 그래프와 같이 이산화탄소() 농도는 연소가 시작될 때 33,000부터 증가하기 시작하여 최대 38,000까지 증가하여 변화폭이 5,000 정도 되었다. 연소가 멈추고 나면 이산화탄소 농도가 점차 낮아진다.

도 7에는 온도와 습도의 변화의 변화량을 나타내고,

도 7에 도시된 변화량 그래프와 같이 판넬 내부에서 소각이 진행되면 내부의 온도는 증가하고 습도는 낮아진다. 결과적으로 판넬 내부에서 화재가 발생하면 기본적으로 습도가 낮아지고 온도가 증가한다.

이와 같은 실험결과로 알 수 있듯이 연소가 시작되면 각각 가스농도 측정값이 급격하게 증가하고 연소를 멈추면 점점 낮아진다.

따라서 화재 발생 시에는 내부에서 VOC, CO 농도가 급격하게 증가하고, 염화수소()가 검출되면 전선이 연소되고 있다고 판단할 수 있어, 급격하게 변화하는 센서에서 측정되는 데이터에는 가중치를 높게 부여하여 앞에서 설명한 화재감지 지표()로 판단하게 되면 각각의 센서 등에서 나타나는 오작동을 제거하고, 보다 신속하고 정확한 화재 감지 성능을 향상시킬 수 있다.

이상 본 발명을 구체적인 실시 예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 범주에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허 청구 범위에 의해 명확해질 것이다.

10 : 화재가스 데이터수집장치 20 : 복합불꽃감지부
30 : 비접촉 적외선 온도 센서 100 : 화재 예측 데이터 수집 장치
200 : 정보수집부 300: 진단제어부
400 : 알림부 500 : 소화장치

Claims (4)

1. 수배전반이나 제어반의 화재시 발생하는 염화수소, 공기질, 일산화탄소, 이산화탄소 등의 가스를 수집하는 화재가스 데이터수집장치,
   전기불꽃을 검출하는 적외선과 자외선을 이용한 복합 불꽃감지부,
   부스바 또는 전력선 접속부의 온도 변화를 검출하는 비접촉 적외선 온도 센서를 구비하는 화재 예측 데이터 수집 장치와,
   상기 화재 예측 데이터 수집 장치와 무선 또는 유선으로 연결되고, 상기 화재 예측 데이터 수집 장치에서 수집된 데이터를 Median Filter를 이용하여 노이즈 등의 무작위 잡음을 제거하는 정보수집부와,
   상기 정보수집부에서 가공 출력한 데이터를 입력받는 진단제어부를 포함하며,
   상기 정보수집부는 수집되는 센서데이터가 안정적으로 측정되기 시작하면 일정시간 동안 측정된 각각의 센서값의 평균 데이터는 다음 [수학식 1]에 의해 구하며,
   
   [수학식 1]
   
   여기서 은 m 센서의 n번째 측정 데이터이며, N은 측정횟수이다.
   즉, 각각 센서를 N번 측정하여 각각의 평균값을 구한다.
   
   또한, 상기 정보수집부는
   번째 센서의 측정값 과 번째 센서의 평균값()의 비례값()을 다음 [수학식 2]로 구하며,
   
   [수학식 2]
   
   여기서 은 번째 센서의 측정값
   상기 값이 1.0보다 크면 즉 이면 번째 센서의 특성값이 증가하는 것이며, 반대로 값이 1.0보다 작으면 즉 이면 번째 센서의 특성값이 감소하는 것이고,
   
   또한, 상기 진단제어부는 화재가 발생하면 나타날 수 있는 각각의 센서 측정값을 분석하고 단계별 진행단계에 따라 변화되는 센서값 등을 분석하여 각각의 센서(개의 센서)에 대하여 화재 지표에 미치는 영향에 따라 가중치()을 부여하고, 상기 가중치()를 각각 동시에 반영하여 새로운 화재감지 지표()를 다음 [수학식 3]에 의해 연산하며,
   
   [수학식 3]
   
   
   상기 화재감지 지표()가 정해진 기준값을 넘게 되면 단계별 처리(1차: 경보 단계, 2차: 소화 1단계, 3차: 소화 2단계, 4차: 진화 완료단계)로 수행하는 것을 특징으로 하는 현장 적응형 알고리즘을 활용한 화재예측 및 소화기능을 갖는 제어시스템.
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