KR102596898B1 - 아크 발생 위치 식별 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 아크 감지 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 음향파를 이용해 효율적으로 아크 발생 감지하고 발생 위치를 식별하는 아크 발생 위치 식별 장치 및 방법에 대한 것이다. 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 센서의 방향성을 명확히 하여, 그 방향성에서 수신되는 음향파를 효과적으로 수신할 수 있다.

Description

아크 발생 위치 식별 장치 및 방법{DEVICE AND METHOD FOR IDENTIFYING A LOCATION WHERE AN ELECTRIC ARC HAS OCCURRED}

본 발명은 아크 감지 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 음향파를 이용해 효율적으로 아크 발생 감지하고 발생 위치를 식별하는 아크 발생 위치 식별 장치 및 방법에 대한 것이다.

최근 건축되는 건물들이 초고층화, 인텔리전트화 되어 감에 따라 전력수요가 많아지므로 대용량 전력 수용가의 부하에 전력을 공급하는 수배전 설비가 건축물마다 내외부에 필수적으로 설치되고 있는 추세이다. 수배전 설비는 부하용량 증가에 맞춰 대용량을 설계되고, 수배전 설비 사고로 인하여 정전 및 화재가 발생하면 인명 및 재산피해도 커지게 된다.

전기 설비 공간에서 발생하는 아크는 전력 기기의 절연 열화 현상의 하나로, 전력계 통상의 사고, 써지(Surge)와 같은 외부적인 요인과 과부하, 기기의 노후화 등과 같은 내부적인 요인에 의해 열화가 발생되거나 절연파괴와 같은 이상이 발생될 수 있다. 이는 전기공급이 중단되거나 화재와 같은 사고로 파급되기도 한다.

따라서 수배전 설비에서 아크가 발생하는 경우 더 큰 사고로 이어지기 전에 빠르게 상황을 판단하고 능동적으로 대처할 필요가 있다.

한편 전기 설비의 공간 방향에 따라 아크 발생시 생성되는 음향파의 강도(Intensity)는 일정한 공간 내에서의 “거리”와 “방향”에 따른 변수로 볼 수 있다. 이에 따라 발생 지역에 의해 감지되는 음향파 강도(Intensity)는 달라진다.

음향파는 지향성에 대한 특징이 있어 주파수가 높을수록 지향성이 높아지는 특징이 있다.

1. 한국 등록특허공보 제10-1810584호 “분배전반 감시 시스템”(등록일자: 2017년 12월 13일)

본 발명은 아크 발생시 생성되는 음향파 강도를 이용해 아크 발생을 감지하고, 아크 발생 위치를 식별하는 아크 발생 위치 식별 장치 및 방법을 제공한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 아크 발생 위치 식별 장치를 제공한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 아크 발생 위치 식별 장치는 복수의 음향파 센서를 포함하는 센서부, 음향파를 수집하는 획득부 및 상기 음향파를 이용해 아크 발생 위치를 예측하는 식별부를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 아크 발생 위치 식별 방법 및 이를 실행하는 컴퓨터 프로그램을 제공한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 아크 발생 위치 식별 장치 방법 및 이를 실행하는 컴퓨터 프로그램은 음향파를 수집하는 단계, 음향파를 필터링하여 증폭시키는 단계 및 음향파를 이용해 아크 발생 위치를 식별하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 센서의 방향성을 명확히 하여, 그 방향성에서 수신되는 음향파를 효과적으로 수신할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 음향파 수집의 효율성을 높일 수 있는 오목하게 움푹 들어간 형태를 이용해 음향파의 강도를 극대화할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 실시간 아크 감지 및 위치 식별을 하고, 이를 통해 해당 위치에서의 상황을 파악할 수 있다.

도 1내지 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 아크 감지 위치 식별 장치를 간략히 설명하기 위한 도면.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 아크 감지 위치 식별 장치가 측정한 아크 발생 위치에 따른 센서부와의 각도, 면적 및 음향파 강도를 비교한 실험 예시들.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 아크 발생 위치 식별 방법을 도시한 도면들.
도 9 및 도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 아크 발생 위치 식별 장치의 예시 평면도들.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서 및 청구항에서 사용되는 단수 표현은, 달리 언급하지 않는 한 일반적으로 "하나 이상"을 의미하는 것으로 해석되어야 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 아크 감지 위치 식별 장치를 간략히 설명하기 위한 도면이다.

도 1을 참조하면 아크 감지 위치 식별 장치(10)는 일정 각도를 두고 방향에 따라 복수의 센서를 배치할 수 있다. 아크 감지 위치 식별 장치(10)는 지향성이 있는 음향파를 효과적으로 수신하기 위해 원뿔대를 90도 회전시켜 옆으로 눕힌 모양과 같이 오목하게 움푹 들어간 형태로 구성할 수 있다. 음향파는 지향성에 대한 특징이 있어 주파수가 높을 수록 지향성이 높아지는 특징이 있다.

아크 감지 위치 식별 장치(10)는 실시간으로 아크를 감지하고, 위치를 식별하여 설치된 촬상 도구를 이용해 아크가 발생한 위치의 상황을 영상으로 파악할 수 있다.

도 2를 참조하면, 아크 감지 위치 식별 장치(10)는 센서부(100), 획득부(200) 및 식별부(300)를 포함하고, 영상부(400)를 더 포함할 수 있다.

도 3을 참조하면, 센서부(100)는 각기 다른 방향성을 가지는 복수의 음향파 센서들을 포함할 수 있다. 센서부(100)는 방향별로 배치한 각 센서들 로부터 음향파 데이터를 수집할 수 있다.

획득부(200)는 음향파의 강도를 증폭시켜 극대화하여 음향파 수집의 효율성을 높인다. 획득부(200)는 원뿔대를 90도 옆으로 회전한 것과 같이 오목하게 움푹 들어간 형태로 구성하여 음향파의 강도를 극대화할 수 있다. 획득부(200)는 각기 다른 방향성을 가진 센서와 각각 결합하여 센서와 동일하게 방향성을 가진다. 획득부(200) 및 센서부(100)는 서로 결합하여 동일한 방향성을 가지며, 일정 각도의 간격을 두고 배치할 수 있다. 예를 들면 제1센서(110)는 제1획득부(210)와 결합되어 동일한 방향으로 배치할 수 있다. 동일하게 제2센서(220) 및 제2획득부(220)도 서로 결합되어 동일한 방향으로 배치하되, 제1센서(120) 및 제1획득부(210)와는 60도의 간격으로 방향성을 달리할 수 있다. 마찬가지로 제3센서(130) 및 제3획득부(23)는 제2센서(220) 및 제2획득부(220)와 60도의 일정한 간격으로 배치되어 다른 방향성을 가질 수 있다.

다시 도 2를 참조하면 식별부(300)는 음향파를 이용해 아크의 발생 위치를 예측할 수 있다. 자세히 설명하면, 식별부(300)는 수집된 음향파 데이터를 기반으로 아크 발생 위치에 따른 센서부와의 각도, 면적 및 음향파 강도를 산출하여 아크가 발생을 감지하고 위치를 식별할 수 있다.

도 4를 참조하면, 식별부(300)는 각 방향에서 아크가 발생할 때, 데이터를 수집하여 상관관계 데이터를 생성한다. 예를 들면 식별부(300)는 좌측에서 아크가 발생하면 가운데 및 우측의 경우 감지신호가 좌측보다 미약하게 감지되는 구조일 수 있다.

식별부(300)는 수집한 데이터를 이용해 아크 발생 위치와 음향파 감지 센서와의 각도 또는 면적의 상관관계를 도출할 수 있다. 식별부(300)는 센서의 각도 또는 면적에 대한 상관관계를 이용해 새로 발생하는 아크의 위치를 식별할 수 있다.

도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 아크 감지 위치 식별 장치가 측정한 아크 발생 위치에 따른 센서부와의 각도, 면적 및 음향파 강도의 상관관계를 비교한 실험 예시들이다.

도 5를 참조하면, 아크 발생 지점이 90도 지점인 경우 제2센서부와 거리와 방향이 가장 근접해 있다. 이 때 식별부(300)는 제2센서부(120)의 면적B 또는 각도 θ2 의 상관관계를 기반으로 아크가 발생한 위치 식별할 수 있다.

실시 예에 따라, 아크 발생 지점과 각 센서부(100)의 각도를 비교하면, 아크가 발생한 위치에서 가장 가까운 센서의 각도가 가장 크다.

실시 예에 따라, 아크 발생 지점까지의 면적을 비교하면, 아크가 발생한 위치에서 가장 가까운 센서의 면적이 가장 크다.

실제 아크가 발생하는 면적 B 에서 음향파의 강도가 면적 A 및 면적 C 에서의 음향파 강도보다 강하다. 도5는 실제 아크가 발생하는 면적 B 에서 음향파의 강도와 면적 A 및 면적 C 에서의 음향파 강도를 비교한 예시이다. 면적 B 에서의 음향파가 다른 면적 A 또는 면적 C 에서의 음향파보다 강도가 더 높은 것을 확인할 수 있다. 아크 감지 위치 식별 장치(10)는 음향파의 강도에 따라 아크 발생 위치를 식별할 수 있다.

도 6을 참조하면, 아크 발생 지점이150도 지점인 경우 제1센서부와 거리와 방향이 가장 근접해 있다. 가장 근접한 제1센서부의 각도 θ1이 가장 큰 것을 확인할 수 있다. 또한 면적 A 가 가장 넓고 음향파의 강도 또한 가장 세게 측정된다. 또한 면적 B 의 경우 일부 각도에 따라 일부 데이터가 수신되지만, 면적 C의 경우 음향 반사파 등으로 간접적으로 입력된 값 정도가 수신됨을 알 수 있다.

실시 예에 따라 아크 감지 위치 식별 장치(10)는 아크 발생 위치에 따른 센서부와의 각도, 면적 및 음향파 강도의 상관관계를 미리 산출하고, 실제 아크가 발생하면 상관관계를 이용하여 아크 발생 위치를 식별할 수 있다.

다시 도 2를 참조하면, 영상부(400)는 아크 발생 위치에 따라 카메라의 각도를 조정하여 아크 발생 위치를 영상으로 직접 모니터링할 수 있다.

도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 아크 발생 위치 식별 방법을 도시한 도면이다. 이하 설명하는 각 과정은 단계에서 아크 발생 위치 식별 장치를 구성하는 각 기능부가 수행하는 과정이나, 본 발명의 간결하고 명확한 설명을 위해 각 단계의 주체를 아크 발생 위치 식별 장치로 통칭하도록 한다.

도7을 참조하면, S710 단계에서 아크 발생 위치 식별 장치(10)는 센서의 방향성에 따라 각 방향에서 발생하는 음향파를 수집할 수 있다. 예를 들면 아크 발생 위치 식별 장치(10)는 각기 다른 방향성을 가지는 복수의 센서를 이용하여 음향파를 수집할 수 있다. 아크 발생 위치 식별 장치(10)는 원뿔대를 90도 옆으로 회전한 것과 같이 오목하게 움푹 들어간 형태로써, 음향파의 강도를 극대화할 수 있다.

S720 단계에서 아크 발생 위치 식별 장치(10)는 아크에서 발생하는 음향파만 필터링하여 증폭시키고, 동시 샘플링(simultaneous Sampling)을 수행하여 아크에서 발생하는 음향파를 획득할 수 있다. 아크 발생 위치 식별 장치(10)는 음향파의 강도를 증폭시켜 극대화함으로써 음향파 수집의 효율성을 높인다.

S730 단계에서 아크 발생 위치 식별 장치(10)는 획득한 아크에서 발생한 음향파를 이용해 아크 발생 위치를 식별할 수 있다. 자세히 설명하면 아크 발생 위치 식별 장치(10)는 아크 발생 위치에 따른 센서부와의 각도, 면적 및 음향파 강도의 상관관계에 따라 각도와 면적을 비교하여 아크 발생 위치를 식별할 수 있다.

S740 단계에서 아크 발생 위치 식별 장치(10)는 아크 발생이 예측되는 위치로 카메라를 각도를 조정하여 아크 발생 위치를 모니터링할 수 있다. 예를 들어 도 7에 도시된 바와 같이 아크 발생 위치가 A 지역이라면 카메라를 A 지역을 촬영하도록 조정하여 A 지역을 모니터링할 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 아크 발생 위치 식별 방법을 A 지역에서 아크가 발생한 경우를 예시로 나타낸 도면이다.

도8을 참조하면, S810 단계에서 아크 발생 위치 식별 장치(10)는 센서의 방향성에 따라 각 방향에서 발생하는 음향파를 수집한다. 예를 들면 아크 발생 위치 식별 장치(10)는 A 지역에서 아크가 발생하면 A 지역으로 방향성을 가진 제1센서가 음향파를 수집할 수 있다.

S820 단계에서 아크 발생 위치 식별 장치(10)는 아크에서 발생하는 음향파만 필터링하여 증폭시키고, 동시 샘플링(simultaneous Sampling)을 수행하여 아크에서 발생하는 음향파를 획득한다.

S830 단계에서 아크 발생 위치 식별 장치(10)는 획득한 아크에서 발생한 음향파를 이용해 아크 발생 위치를 식별할 수 있다. 자세히 설명하면 아크 발생 위치 식별 장치(10)는 아크 발생 위치에 따른 센서부와의 각도, 면적 및 음향파 강도의 상관관계에 따라 각도와 면적을 비교하여 아크 발생 위치를 식별할 수 있다.

S840 단계에서 아크 발생 위치 식별 장치(10)는 아크 발생이 예측되는 위치로 카메라를 각도를 조정하여 아크 발생 위치를 모니터링할 수 있다. 예를 들어 도 7에 도시된 바와 같이 아크 발생 위치가 A 지역이라면 카메라를 A 지역을 촬영하도록 조정하여 A 지역을 모니터링할 수 있다.

도 9 및 도 10을 본 발명의 일 실시 예에 따른 아크 발생 위치 식별 장치의 예시 평면도들이다.

도 9를 참조하면, 아크 발생 위치 식별 장치(10)는 3개의 센서를 이용해 아크 발생 위치를 식별할 수 있다. 예를 들면, 아크 발생 위치 식별 장치(10)는 180도를 좌, 우 및 중앙으로 60도씩 나누어 각각의 센서가 해당 각도에서 발생하는 아크 탐지할 수 있다.

도 10을 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따라 아크 발생 위치 식별 장치(10)는 도 9의 예시와 같이 좌, 우 및 중앙과 함께 상, 하에도 음향파 센서를 더 구성하여 5 방향에서 아크 발생 위치를 탐지할 수 있다.

상술한 아크 발생 위치 식별 방법은 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체 상에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 구현될 수 있다. 상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체는, 예를 들어 이동형 기록 매체(CD, DVD, 블루레이 디스크, USB 저장 장치, 이동식 하드 디스크)이거나, 고정식 기록 매체(ROM, RAM, 컴퓨터 구비형 하드 디스크)일 수 있다. 상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 기록된 상기 컴퓨터 프로그램은 인터넷 등의 네트워크를 통하여 다른 컴퓨팅 장치에 전송되어 상기 다른 컴퓨팅 장치에 설치될 수 있고, 이로써 상기 다른 컴퓨팅 장치에서 사용될 수 있다.

이상에서, 본 발명의 실시 예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위안에서라면, 그 모든 구성요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다.

도면에서 동작들이 특정한 순서로 도시되어 있지만, 반드시 동작들이 도시된 특정한 순서로 또는 순차적 순서로 실행되어야만 하거나 또는 모든 도시 된 동작들이 실행되어야만 원하는 결과를 얻을 수 있는 것으로 이해되어서는 안 된다. 특정 상황에서는, 멀티태스킹 및 병렬 처리가 유리할 수도 있다. 더욱이, 위에 설명한 실시 예 들에서 다양한 구성들의 분리는 그러한 분리가 반드시 필요한 것으로 이해되어서는 안 되고, 설명된 프로그램 컴포넌트들 및 시스템들은 일반적으로 단일 소프트웨어 제품으로 함께 통합되거나 다수의 소프트웨어 제품으로 패키지 될 수 있음을 이해하여야 한다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 아크 발생 위치 식별 장치
100: 센서부
200: 획득부
300: 식별부
400: 영상부

Claims (9)

1. 복수의 음향파 센서를 포함하는 센서부;
   음향파를 수집하는 획득부;
   상기 음향파를 이용해 아크 발생 위치를 예측하는 식별부; 및
   아크 발생 위치에 따라 카메라의 각도를 조정하여 아크 발생 위치를 영상으로 직접 모니터링하는 영상부를 포함하되,
   상기 센서부는
   180도를 좌, 우 및 중앙으로 60도의 간격으로 방향성을 달리하여 방향별로 상기 복수의 음향파 센서를 배치하여 해당 각도에서 발생하는 아크의 음향파를 수집하고,
   상기 획득부는
   원뿔대를 90도 옆으로 회전한 것과 같이 확성기 모양으로 오목하게 움푹 들어간 형태로 구성되고, 상기 센서부와 결합되어 180도를 60도의 일정한 간격으로 나누어 다른 방향성을 가지도록 하여 각각 다른 각도에서 발생하는 아크의 발생을 감지하고,
   아크에서 발생하는 음향파만 필터링하여 증폭시키고, 동시 샘플링을 수행하여 아크에서 발생하는 음향파를 획득하고
   상기 식별부는
   아크 발생 위치에 따른 센서부 각도, 면적 및 음향파 강도의 상관관계를 미리 산출하고,
   아크 발생 지점이 특정 센서부와 가장 가까운 경우 특정 센서부 각도가 가장 크고, 음향파를 수신하는 상기 특정 센서부의 수신 면적이 가장 넓고, 상기 특정 센서부의 수신면적에서의 음향파의 강도가 가장 쎈 상관관계에 따라 센서부 각도, 센서부 수신 면적 및 음향파의 강도 중 적어도 하나를 이용하여 아크 발생 위치를 식별하는 아크 발생 위치 식별 장치.
   
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3. 삭제
4. 삭제
5. 아크 발생 위치 식별 장치의 아크 발생 위치 식별 방법에 있어서,
   음향파를 수집하는 단계;
   상기 음향파를 필터링하여 증폭시키는 단계;
   상기 음향파를 이용해 아크 발생 위치를 식별하는 단계; 및
   상기 아크 발생 위치에 따라 카메라의 각도를 조정하여 아크 발생 위치를 영상으로 모니터링하는 단계를 포함하되,
   180도를 좌, 우 및 중앙으로 60도의 간격으로 방향성을 달리하여 각각의 음향파 센서가 해당 각도에서 발생하는 아크를 탐지하고,
   원뿔대를 90도 옆으로 회전한 것과 같이 확성기 모양으로 오목하게 움푹 들어간 형태로 구성되고, 상기 음향파 센서와 결합되어 180도를 60도의 일정한 간격으로 나누어 배치되어 방향성을 달리하여 각각 다른 각도에서 발생하는 아크의 발생을 감지하고,
   상기 음향파를 이용해 아크 발생 위치를 식별하는 단계는
   아크에서 발생하는 음향파만 필터링하여 증폭시키고, 동시 샘플링을 수행하여 아크에서 발생하는 음향파를 획득하고
   아크 발생 위치에 따른 음향파 센서 각도, 수신 면적 및 음향파 강도의 상관관계를 미리 산출하여,
   아크 발생 지점이 특정 음향파 센서와 가장 가까운 경우 특정 음향파 센서 각도가 가장 크고, 음향파를 수신하는 상기 특정 음향파 센서 수신 면적이 가장 넓고, 상기 특정 음향파 센서 수신 면적에서의 음향파의 강도가 가장 쎈 상관관계에 따라 음향파 센서 각도, 음향파 센서 수신 면적 및 음향파의 강도 중 적어도 하나를 이용하여 아크 발생 위치를 식별하는 아크 발생 위치 식별 방법.
   
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9. 제5항의 아크 발생 위치 식별 방법을 실행하고 컴퓨터가 판독 가능한 기록매체에 기록된 컴퓨터 프로그램.

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