KR102645245B1 - 전기화재의 징후 또는 이상현상을 알아내기 위한 배전반 - Google Patents

전기화재의 징후 또는 이상현상을 알아내기 위한 배전반 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기기기를 보호하는 외함 내부에 설치된 공간부 및 상기 공간부의 내부에 설치된 센서부를 이용하여 전기화재의 징후 또는 이상현상을 감시하는 제어부를 포함하는 배전반을 개시한다.

Description

전기화재의 징후 또는 이상현상을 알아내기 위한 배전반{DISTRIBUTION BOARD FOR FIGURING OUT SIGN OF ELECTRIC FIRE OR ABNORMALITY}
본 발명은 전기화재의 징후 또는 이상현상을 알아내기 위한 배전반에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전기기기 또는 연결기기의 상태변화를 감지하는 센서를 이용하여 사전에 전기화재의 징후를 알아내거나, 전기기기 또는 연결기기의 이상현상을 알아내는 기술에 관한 것이다.
<감시영역별 모니터링에 관하여>
종래에는 선행기술로 기재된 특허문헌 1과 같이 센서가 설치된 공간부로 유입되는 감시영역별 가스유입경로를 제어하여 감시영역별로 전기화재 징후 또는 이상현상을 감시하였다.
전기화재 징후 또는 이상현상에 따라 발생하는 가스농도는, 감시영역의 환경에 대응하여 감시영역별로 다를 수 있다. 예를 들어 특정환경에서는 가스농도가 낮더라도 전기화재 징후 또는 이상현상을 감시하기 위한 경고수준이 높을 수 있다. 더욱 상세하게는 배전반 내부에 형성된 전기기기와 배전반 외부에 형성된 모터는 구성되는 도체와 절연물의 성분이 다를 수 있고, 배전반과 모터의 내부환경은 부피측면에서도 다를 수 있으므로, 가스농도는 각각의 내부 환경별로 다를 수 있다.
그러나 종래에는 감시영역의 환경에 대응하여 가스농도 기준값을 설정하지 못하여, 전기화재 징후 또는 이상현상을 재대로 감시하지 못할 수 있다.
<가스감지 종류에 관하여>
종래에는 선행기술로 기재된 특허문헌 2와 같이 가스감지부에서 감지된 가스정보를 분석하여 절연물의 연소에 의해 발생하는 가스인지 또는 아크방전에 의해 발생하는 가스인지 등 가스의 종류를 분석하였다.
아크방전은 기체방전이 절정에 달하여 전극 재료의 일부가 증발해서 오존과 같은 기체가 된 상태를 의미하고, 전기화재의 원인이 된다. 여기서 전극은 도체를 의미하고, 아크방전은 도체 간 접속부위에서 발생할 수 있다.
절연물은 구성되는 물질에 대응하여 다양한 종류로 이루어져 있고, 가열 또는 열화 온도에 대응하여 발생하는 가스가 다를 수 있다. 도체는 아크방전의 세기에 대응하여 발생하는 가스의 양이 다를 수 있다.
도체는 아크방전 이외에도 산소나 수분에 의해 부식이 발생할 수 있고, 전기적 또는 열적 스트레스에 의해 부식이 더욱 가속화될 수 있으며, 부식이 되는 과정에서 수소와 같은 가스가 발생할 수 있다. 도체의 급격한 부식은 전기화재의 징후라 할 수 있다.
그러나 종래에는 가스의 종류에 대해서만 판별하였고, 화재원인이 되는 대상별로 경고수준을 판별하기 위한 기준을 제공하지 못하여, 전기화재 징후 또는 이상현상을 재대로 감시하지 못할 수 있다.
한국등록특허 제10-2260965호 한국등록특허 제10-1706622호
상기 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 감시영역별로 설정된 기준값과 센서부의 센서데이터를 비교하여 감시영역별 알림수준을 판별하는 전기화재의 징후 또는 이상현상을 알아내기 위한 배전반을 제공한다.
본 발명은 가스유입경로에 인접하여 온습도센서가 배치되고, 가스출구경로에 인접하여 가스센서가 배치된 전기화재의 징후 또는 이상현상을 알아내기 위한 배전반을 제공한다.
본 발명은 도체의 상태변화로 발생하는 가스를 감지하기 위한 제1 가스센서와 절연물의 상태변화로 발생하는 가스를 감지하기 위한 제2 가스센서를 이용하여 도체와 절연물의 상태변화를 함께 감시하는 전기화재의 징후 또는 이상현상을 알아내기 위한 배전반을 제공한다.
상기의 해결하고자 하는 과제를 위한 본 발명의 실시예에 따른 전기화재의 징후 또는 이상현상을 알아내기 위한 배전반은, 전기기기를 보호하는 외함 내부에 설치된 공간부(120) 및 상기 공간부의 내부에 설치된 센서부(200)를 이용하여 전기화재의 징후 또는 이상현상을 감시하는 제어부(300)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부는 공간부로 유입되는 감시영역별 가스유입경로를 제어하고, 감시영역별로 설정된 기준값과 센서부의 센서데이터를 비교하여 감시영역별 알림수준을 판별하며, 특정 감시영역에 대한 알림수준이 설정된 기준수준보다 높으면 IEC 61850 또는 DNP 프로토콜을 기반으로 특정 감시영역과 관련된 개폐기의 동작을 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 공간부는 가스유입경로를 위한 하부공간부(120a)와 가스출구경로를 위한 상부공간부(120b)를 포함하고, 상기 센서부는 가스유입경로에 인접하여 형성된 온습도센서(220)와 가스출구경로에 인접하여 형성된 가스센서(210)를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 센서부는 도체의 상태변화로 발생하는 가스를 감지하기 위한 제1 가스센서(210a)와 절연물의 상태변화로 발생하는 가스를 감지하기 위한 제2 가스센서(210b)를 포함하고, 상기 제어부는 도체와 절연물의 상태변화를 함께 감시하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제어부는 공간부로 유입되는 감시영역별 가스유입경로를 제어하고, 감시영역별로 생성된 센서데이터와 감시영역별로 위치하는 기기에 관한 기기데이터를 매칭시켜 빅데이터로 저장부에 저장시키며, 센서데이터와 기기데이터의 비교에 의한 빅데이터 분석을 통하여 단일의 기기 또는 이웃하는 기기 간의 이상현상을 예측하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명은 감시영역별로 설정된 기준값과 센서부의 센서데이터를 비교하여 감시영역별 알림수준을 판별함으로써, 감시영역별로 전기화재 징후 또는 이상현상을 재대로 감시할 수 있다.
본 발명은 가스경로를 고려하여 가스센서와 온습도센서를 효율적으로 배치함으로써, 신뢰성이 있는 센서데이터를 획득할 수 있다.
본 발명은 도체와 절연물의 상태변화를 함께 감시함으로써, 전기화재 징후 또는 이상현상을 정확하게 알아낼 수 있다.
도 1과 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전기화재 징후 또는 이상현상을 알아내기 위한 감시장치를 도시한 것이다.
이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
배전반은 외함, 전기기기 및 감시장치를 포함한다. 외함은 큐비클 또는 금속함일 수 있고, 외부에 노출되지 않도록 전기기기를 보호하기 위해 사용된다. 전기기기는 전기의 송전, 배전 또는 분배를 위한 기기로서, 변압기 또는 개폐기를 포함할 수 있다.
배전반은 전기기기와 연결되는 연결기기를 더 포함할 수 있다. 연결기기는 전기기기 간의 연결을 위한 기기일 수 있고, 전기기기의 부속품일 수 있으며, 전기기기로부터 전력을 공급받는 기기일 수 있다. 연결기기는 배전반의 내부 또는 외부에 형성될 수 있고, 전기에너지를 운동에너지로 전환하면서 열을 발생할 수 있는 기기일 수 있다. 예를 들어 연결기기는 전기기기로부터 전력을 공급받는 모터이다. 모터는 수중 또는 지상용 모터이다.
본 발명은 배전반뿐만 아니라 전기기기가 구비된 전기시설에도 적용이 가능하다. 전기시설은 송전소, 변전소 또는 발전소이다.
도 1과 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전기화재 징후 또는 이상현상을 알아내기 위한 감시장치를 도시한 것으로서, 감시기기는 감시영역을 감시한다. 감시기기는 전기기기 및 연결기기 중 적어도 하나의 상태를 감시할 수 있으므로, 감시영역은 배전반의 내부 또는 외부일 수 있고, 배전반의 내부에서 복수의 영역으로 구분될 수 있다.
감시기기는 공간부(120), 센서부(200) 및 제어부(300)를 포함한다. 공간부(120)는 외함 내부에 설치된다. 공간부(120)는 케이스(110)를 통하여 공간을 형성한다. 공간부(120)는 가스유입경로를 위한 하부공간부(120a)와 가스출구경로를 위한 상부공간부(120b)를 포함한다.
감시기기는 근거리의 가스유입경로를 위한 근거리 유입부(130), 가스출구경로를 위한 가스 출구(140), 원거리의 가스유입경로를 위한 원거리 유입부(150) 및 가스유입경로의 개폐를 위한 개폐부(160)를 더 포함할 수 있다. 도 1에서는 근거리 유입부(130)가 개방된 상태를 도시한 것이고, 도 2에서는 원거리 유입부(150)가 개방된 상태를 도시한 것이다.
센서부(200)는 공간부의 내부에 설치된다. 센서부(200)는 가스유입경로에 인접하여 형성된 온습도센서(220)와 가스출구경로에 인접하여 형성된 가스센서(210)를 포함한다.
가스센서(210)는 공기보다 가벼운 전기화재의 징후 또는 이상현상을 알아내기 위한 가스를 감지할 수 있고, 수분에 의해 부품의 수명이 단축될 수 있으며, 수분에 의해 가스농도의 오차가 발생할 수 있으므로, 가스출구경로에 인접하여 형성된다.
온습도센서(220)는 가스농도의 오차를 보정하기 위해 사용되는 센서이다. 온습도센서(220)는 감시영역의 온도와 습도를 정확하게 측정하기 위해 가스유입경로에 인접하여 형성된다.
본 발명은 가스경로를 고려하여 가스센서(210)와 온습도센서(220)를 효율적으로 배치함으로써, 신뢰성이 있는 센서데이터를 획득할 수 있다.
외함의 하부에는 외부의 공기를 유입하기 위한 흡입구가 형성될 수 있고, 외함의 상부에는 내부의 공기를 배출하기 위한 배출구가 형성될 수 있다. 센서부(200)는 외함의 상부측에 형성될 수 있고, 원거리 유입부(150)는 외함의 하부에 존재하는 가스를 유입시킬 수 있다. 원거리 유입부(150)는 외함의 외부에 위치하는 모터와 연결될 수 있고, 모터 내부의 가스를 유입시킬 수 있다.
외함의 상부영역과 하부영역은 흡입구와 배출구에 의해 온습도값이 다를 수 있고, 외함과 모터의 내부는 전기기기의 발열이나 회전자의 회전운동에 의해 온습도값이 다를 수 있다.
예를 들어 모터의 내부는 회전자의 회전운동에 따라 과열될 수 있고, 내외부의 온도차에 의해 결로가 발생될 수 있으며, 외함의 내부보다 부피가 작고 수분발생확률이 높아 고온 다습하면서 가스발생량이 적을 수 있으므로, 온습도와 가스농도 간의 상관관계가 존재할 수 있다.
다른 예를 들어 외함의 내부는 전술한 바와 같이 상하부 영역별로 가스농도값과 온습도값의 차이가 발생할 수 있고, 온도값이 상승될 때 가스농도값이 상승될 수 있으므로, 온습도와 가스농도 간의 상관관계가 존재할 수 있다.
따라서 본 발명은 감시영역별로 온습도와 가스농도 간 상관관계가 존재할 수 있으므로, 제어부(300)는 온습도와 가스농도 간 상관관계를 설정할 수 있다. 제어부(300)는 센서부(200)의 센서데이터에 상관관계를 적용하여 전기화재의 징후 또는 이상현상을 더욱 정확하게 알아낼 수 있다.
제어부(300)는 상관관계를 기반으로 온습도센서(220)의 온습도값과 가스센서(210)의 가스농도값을 비교하여 센서의 오동작 여부도 함께 판별할 수 있다. 더욱 상세하게는 제어부(300)는 외함의 내부가 전기기기에 대한 정상 동작범위의 온도로 측정되고, 모터의 내부가 회전자 정지에 대한 정상 동작범위의 온도로 측정되며, 모터가 비가동 상태라는 정보를 알고 있는 상태일 때, 가스센서(210)의 가스농도값이 비정상으로 높게 나온다면 가스센서(210)의 오작동이라 함을 판별할 수 있다. 또한 제어부(300)는 반대로 모터가 정지된 상태에서 비정상적으로 온도가 높게 나온다면 온습도센서(220)의 오작동이라 함을 판별할 수 있다.
제어부(300)는 전술한 상관관계에 의해 감시영역별 온습도센서(220)의 보정기준값을 설정할 수 있다. 보정기준값은 가스농도값의 보정을 위해 사용되는 값이다. 더욱 상세하게는 제어부(300)는 공간부로 유입되는 감시영역별 가스유입경로를 제어하고, 가스농도값 보정을 위해 감시영역의 환경을 고려하여 감시영역별 온습도센서(220)의 보정기준값을 설정할 수 있다.
본 발명은 상관관계와 보정기준값을 통하여 감시영역별로 전기화재의 징후 또는 이상현상을 더욱 정확하게 알아낼 수 있고, 부가적으로 센서의 오작동 여부도 판별할 수 있다.
가스센서(210)는 도체의 상태변화로 발생하는 가스를 감지하기 위한 제1 가스센서(210a)와 절연물의 상태변화로 발생하는 가스를 감지하기 위한 제2 가스센서(210b)를 포함한다. 제어부(300)는 도체와 절연물의 상태변화를 함께 감시한다.
도체에서 발생하는 가스와 절연물에서 발생하는 가스의 종류 또는 양은 서로 다를 수 있으므로, 제어부(300)는 가스센서별로 기준값을 설정할 수 있고, 가스센서별로 감지된 가스농도값과 기준값을 비교하여 알림수준을 판별할 수 있다.
감시영역마다 발생하는 가스의 종류 또는 양은 서로 다를 수 있으므로, 제어부(300)는 개폐부(160)를 통하여 공간부(120)로 유입되는 감시영역의 가스유입경로를 제어할 수 있고, 감시영역의 환경을 고려하여 가스센서별로 기준값을 설정할 수 있다.
제어부(300)는 공간부(120)로 유입되는 감시영역별 가스유입경로를 제어할 수 있고, 감시영역별로 설정된 기준값과 센서부(200)의 센서데이터를 비교하여 감시영역별 알림수준을 판별할 수 있다.
제어부(300)는 감시영역별 알림수준의 비교를 통하여 전기기기와 연결된 연결기기 및 외함의 내부 중 적어도 하나에 대한 통합적 진단이 가능하다. 예를 들어 제어부(300)는 외함 내부의 상부 감시영역과 하부 감시영역의 통합적 진단을 통하여 외함 내부에서 전기화재의 징후를 알아낼 수 있고, 연결기기 중 하나인 모터의 내부와 외함 내부의 환경에 대한 통합적 진단을 제공할 수 있으며, 감시영역별 가스농도의 비교를 통하여 오작동하는 센서도 진단할 수 있다.
센서부(200)는 선택성 또는 분해능을 고려하여 다수의 센서를 포함할 수 있다. 제어부(300)는 센서별 알림수준의 비교를 통하여 오동작하는 센서의 판별 및 통합적 알림수준 판별 중 적어도 하나가 가능하다. 통합적 알림수준은 각각의 센서에서 감지된 값의 비교를 통하여 결정된 알림수준을 의미한다.
감시장치는 알림을 출력하는 입출력부(400)를 더 포함할 수 있다. 입출력부(400)는 알림의 수준을 출력할 수 있고, 제어부(300)를 원격제어하기 위한 입력을 수신할 수 있다. 입출력부(400)는 제어부(300)와 분리된 분리형 센서(미도시)로부터 센서데이터를 수신할 수 있고, 제어부(300)는 분리형 센서를 이용하여 알림의 수준을 판별할 수 있다.
제어부(300)는 센서데이터를 이용하여 알림수준을 결정하고, 알림수준이 설정된 기준수준보다 낮으면 관리자 단말기 또는 관리 서버에게 알림수준에 관한 정보를 제공하도록 하고, 기준수준보다 높으면 해당되는 감시영역과 관련된 기기의 동작을 제어할 수 있다. 제어부(300)는 알림수준이 기준수준보다 낮거나 높을 때 모든 상황을 관리자 단말기 또는 관리 서버에게 알림수준에 관한 정보를 제공하도록 할 수 있다. 기준수준은 위험정도를 나타내는 척도이고, 기준수준의 이하이면 관리자의 조치가 가능한 것을 의미하며, 기준수준의 이상이면 제어부(300)의 조치가 이루어져야 한다는 것을 의미한다. 본 발명은 기준수준의 이하의 알림수준이 발생하여도 관리자에 의한 입력에 의해 제어부(300)에서 조치가 이루어질 수 있다.
관리자 단말기는 감시장치를 포함하여 배전반을 관리하는 관리자의 단말기이고, 관리 서버는 제어부(300)의 동작 또는 배전반의 기기를 원격으로 관리하거나 제어하는 서버이다.
본 발명은 알림수준에 대응하여 관리자에 의한 직접적인 조치와 기기의 원격제어를 통한 간접적인 조치를 제공함으로써, 관리자의 안전을 도모할 수 있고, 기기의 손상의 사전에 예방할 수 있다.
제어부(300)는 공간부(120)로 유입되는 감시영역별 가스유입경로를 제어하고, 감시영역별로 생성된 센서데이터와 감시영역별로 위치하는 기기에 관한 기기데이터를 매칭시켜 빅데이터의 형태로 저장부(미도시)에 저장시키며, 센서데이터와 기기데이터를 비교 분석하여 단일의 기기 또는 이웃하는 기기 간의 이상현상을 예측할 수 있다. 예를 들어 제어부(300)는 감시영역별로 데이터를 분석하여 단독적인 기기의 이상인지 또는 복수의 기기 간의 이상인지 알아내는 것이다.
기기데이터는 전기기기 또는 연결기기의 작동값을 포함할 수 있다. 예를 들어 기기데이터는 전기기기에서 승압 또는 강압 전력량이고, 연결기기에서 모터의 회전량 또는 토크이며, 기기의 작동을 의미하는 데이터이다.
저장부는 전기화재 징후 또는 이상현상에 대응하여 과거에 조치했던 조치데이터를 포함하여 빅데이터로 저장할 수 있다. 조치데이터는 자신의 배전반뿐만 아니라 다른 배전반에 관한 데이터를 포함할 수 있다. 조치데이터는 과거에 조치했던 직접적인 조치와 간접적인 조치를 포함할 수 있다.
제어부(300)는 조치데이터로부터 센서데이터와 기기데이터와 관련된 조치예상정보를 추출하고, 조치예상정보를 관리자 단말기 또는 관리 서버에게 제공할 수 있다. 제어부(300)는 조치예상정보 또는 관리자입력정보를 이용하여 현재 상황을 조치한 조치현재정보를 생성하며, 조치현재정보를 기반으로 조치데이터를 업데이트할 수 있다.
본 발명의 과거의 조치했던 조치데이터를 이용하여 현재 상황의 해결방법에 도움을 제공할 수 있고, 현재 상황의 해결방법을 기반으로 조치데이터를 업데이트함으로써, 빅데이터의 품질 향상과 안전사고 예방을 제공할 수 있다.
제어부(300)는 녹색기술에서 분류코드가 T040904인 지능형 개폐장치 기술을 제공하기 위하여 IEC 61850 또는 DNP 프로토콜을 기반으로 기기를 제어할 수 있다. 예를 들어 제어부(300)는 센서데이터, 기기데이터 또는 조치데이터를 이용하여 도체 간 접속불량 또는 과전류를 발견하면 IEC 61850 또는 DNP 프로토콜을 기반으로 개폐기의 동작을 제어한다.
제어부(300)는 감시영역별로 설정된 기준값과 센서부(200)의 센서데이터를 비교하여 감시영역별 알림수준을 판별하며, 특정 감시영역에 대한 알림수준이 설정된 기준수준보다 높으면 IEC 61850 또는 DNP 프로토콜을 기반으로 특정 감시영역과 관련된 개폐기의 동작을 제어할 수 있다.
110: 케이스 120: 공간부
120a: 하부공간부 120b: 상부공간부
130: 근거리 유입부 140: 가스 출구
150: 원거리 유입부 160: 개폐부
200: 센서부 210: 가스센서
210a: 제1 가스센서 210b: 제2 가스센서
220: 온습도센서 220a: 온도센서
220b: 습도센서 300: 제어부
400: 입출력부

Claims (5)

  1. 전기기기를 보호하는 외함 내부에 설치된 공간부(120);
    상기 공간부의 내부에 설치된 센서부(200)를 이용하여 전기화재의 징후 또는 이상현상을 감시하는 제어부(300) 및
    감시영역별 센서데이터와 기기데이터를 매칭시켜 빅데이터로 저장하고, 전기화재 징후 또는 이상현상에 대응하여 과거에 조치했던 조치데이터를 포함하여 빅데이터로 저장하는 저장부를 포함하고,
    상기 제어부는 감시영역별 센서데이터와 기기데이터를 비교 분석하여 단일이나 이웃하는 기기 간의 이상현상인지 예측하고, 이상현상에 대응하여 조치데이터로부터 센서데이터와 기기데이터와 관련된 조치예상정보를 추출하며, 조치예상정보와 관리자입력정보를 이용하여 현재 상황을 조치하기 위한 조치현재정보를 생성하고, 조치현재정보를 기반으로 조치데이터를 업데이트하고, 데이터 비교나 분석할 때 감시영역별로 설정된 기준값과 센서데이터를 비교하여 감시영역별 알림수준도 함께 판별하여,
    상기 조치데이터를 이용하여 현재 상황의 해결방법에 도움을 제공하고, 조치데이터를 업데이트하여 빅데이터의 품질 향상을 제공하며, 알림수준에 대응하여 관리자에 의한 직접적인 조치와 기기의 원격제어를 통한 간접적인 조치를 제공하여 관리자의 안전을 도모하는 것을 특징으로 하는 전기화재의 징후 또는 이상현상을 알아내기 위한 배전반.
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