KR102661329B1 - 화재 선행 탐지 기능을 갖는 장치 보호 계전 시스템 - Google Patents

화재 선행 탐지 기능을 갖는 장치 보호 계전 시스템 Download PDF

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삼화디에스피주식회사
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Abstract

본 발명은 화재의 발생을 선행적으로 탐지하여 경보하거나 장치의 운전 정지 또는 기동 제한을 수행할 수 있도록 하는 화재 선행 탐지 기능을 갖는 장치 보호 계전 시스템에 관한 것으로서, 보호 계전기를 수용하는 함체의 흡기구에 설치되어 상기 흡기구를 통해 유입되는 공기 중에서 가연성 가스의 농도를 감지하는 흡기구 가연성 가스 센서; 상기 함체의 배기구에 설치되어 상기 배기구를 통해 유출되는 공기 중에서 가연성 가스의 농도를 감지하는 배기구 가연성 가스 센서; 상기 흡기구 가연성 가스 센서의 제1 가스 농도 검출값과 상기 배기구 가연성 가스 센서의 제2 가스 농도 검출값을 입력받아 두 값의 차이인 가스 농도차를 연산하여 디지털 신호로 출력하는 가스 농도차 검출부; 및 상기 가스 농도차가 미리 정해진 제1 문턱값을 초과하는 경우 화재 위험 조기 경보 신호를 출력하며, 상기 가스 농도차가 상기 제1 문턱값에 비해 높은 값으로 미리 정해진 제2 문턱값을 초과하는 경우 상기 보호 계전기에 트립 신호를 출력하는 디지털 신호 처리부를 포함한다.

Description

화재 선행 탐지 기능을 갖는 장치 보호 계전 시스템{DEVICE PROTECTION RELAY SYSTEM WITH PRE-FIRE DETECTION FUNCTION}
본 발명은 산업용 설비의 배전반, 전력 설비의 간선에 연결되는 분전반, 발전 설비의 접속반, 데이터 센터의 서버 장치 등에서 화재의 발생을 선행적으로 탐지하여 경보하거나 장치의 운전 정지 또는 기동 제한을 수행할 수 있도록 하는 화재 선행 탐지 기능을 갖는 장치 보호 계전 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 산업용 설비의 배전반, MCC(Motor Control Center), 전력 설비의 간선에 연결되는 분전반, 발전 설비의 접속반, 데이터 센터의 서버 장치 등에는 장치에 과전류가 흐를 때 이를 차단하여 장치를 보호하기 위한 전자식 과전류 차단기(EOCR: Electronic Over Current Relay)가 설치된다. EOCR은 전동기 같은 장치에 정격 전류 이상의 과전류가 흐르는 것을 감지하고 계전기를 이용하여 전원 공급을 차단함으로써, 코일이 과열되어 소손되거나 전기 안전 화재로 확대되는 것을 방지한다. EOCR 이외에도 단락 전류, 지락전류, 과전압, 역상, 결상 등으로부터 장치를 보호하는 차단 장치들이 설치되며, 통상적으로 이러한 보호 장치들을 보호 계전기라 칭한다.
최근 들어 데이터 센터에서 화재가 발생하는 등의 사고가 발생하고 있다. 화재 발생 시에는 차단기가 즉각적으로 동작하여 장치들의 운전을 정지하고 있는데, 문제는 대부분의 화재 감시 시스템이 화재가 발생된 이후에 화재를 검출한다는 데에 있다. 고전적인 화재 검출 방법은 배전반 등에서 온도나 연기를 검출하고 검출값이 임계치를 넘어갈 때 보호 계전기를 동작시켜 전동기 등의 운전을 정지시키는 것이다. 하지만, 온도나 연기를 검출하는 방식 역시 사후적인 대처 방법에 불과하다.
한편, 대한민국 특허등록 제10-1104519호는 온도, 가스, 연기를 감지하고 감지 데이터를 종합적으로 판단하여 초기 화재의 발화점을 신속하게 감지하는 "비접촉식 통합 화재 감지 시스템"을 제안하고 있다. 그러나 여러 가지 센서를 조합하여 화재를 검출하는 방식은 무수히 많은 검증된 데이터를 필요로 하는데, 배전반, MCC(Motor Control Center), 분전반, 서버 장치 등의 종류에 따라 실제 화재 환경과 유사한 실험을 하는 것은 실질적으로 불가능하므로 센서 데이터를 종합하여 검토하는 것만으로 화재를 판단하거나 선행적으로 탐지하는 것은 매우 어렵다는 문제가 있다.
또한, 대한민국 특허등록 제10-1715079호는 수배전반 내의 전력설비에서 발생되는 음향 신호를 검출하여 부분 방전을 판단하는 "수배전반의 음향방출 신호검출에 의한 부분방전 열화감시 진단장치"를 제안하고 있다. 그러나 배전반, MCC, 분전반, 서버 장치들이 설치된 곳에는 환기와 방열을 위해 대부분 팬(fan)이 가동되고 있어 소음이 상당하므로 음향 신호만으로 전기 설비의 방전을 검출하는 것은 매우 부정확하다는 문제가 있다.
대한민국 특허등록 제10-1104519호 대한민국 특허등록 제10-1715079호
본 발명은 전기 사용 설비의 공기 흡입단과 공기 배출단에서 각각 가연성 가스의 농도를 검출하고, 입출구의 가스 농도차를 미리 정해진 문턱값과 비교하여 화재 발생 위험을 조기에 경보하거나 보호 계전기를 동작시켜 장치의 운전을 정지시킴으로써, 배전반, MCC, 분전반, 접속반, 서버 장치 등에서 화재에 의한 안전사고를 방지할 수 있는 화재 선행 탐지 기능을 갖는 장치 보호 계전 시스템을 제공하는 것에 목적이 있다.
또한, 본 발명은 가스 농도차의 단위 시간당 변화량을 연산한 제1 미분값과 음향 신호의 단위 시간당 변화량을 연산한 제2 미분값을 비교 분석하고, 두 신호의 변화량이 이상 징후를 나타내는 시점 간의 상관관계에 따라 화재 위험을 조기 경보하는 신호를 발생시키거나 장치의 운전 정지 또는 기동 제한 신호를 발생시킴으로써, 화재 발생 징후에 대응하는 대책을 선제적으로 시행하여 화재 사고를 미연에 방지할 수 있도록 하는 것에 다른 목적이 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 화재 선행 탐지 기능을 갖는 장치 보호 계전 시스템은, 보호 계전기를 수용하는 함체의 흡기구에 설치되어 상기 흡기구를 통해 유입되는 공기 중에서 가연성 가스의 농도를 감지하는 흡기구 가연성 가스 센서; 상기 함체의 배기구에 설치되어 상기 배기구를 통해 유출되는 공기 중에서 가연성 가스의 농도를 감지하는 배기구 가연성 가스 센서; 상기 흡기구 가연성 가스 센서의 제1 가스 농도 검출값과 상기 배기구 가연성 가스 센서의 제2 가스 농도 검출값을 입력받아 두 값의 차이인 가스 농도차를 연산하여 디지털 신호로 출력하는 가스 농도차 검출부; 및 상기 가스 농도차가 미리 정해진 제1 문턱값을 초과하는 경우 화재 위험 조기 경보 신호를 출력하며, 상기 가스 농도차가 상기 제1 문턱값에 비해 높은 값으로 미리 정해진 제2 문턱값을 초과하는 경우 상기 보호 계전기에 트립 신호를 출력하는 디지털 신호 처리부를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 화재 선행 탐지 기능을 갖는 장치 보호 계전 시스템은, 상기 함체 내부에 설치되는 전력 설비에 인접하여 배치되며 상기 전력 설비에서 발생되는 음향방출 신호를 감지하는 음향 센서; 및 상기 음향 센서의 출력값을 가청 주파수 대역 신호로 변환하고 노이즈를 제거한 후 소정 레벨의 디지털 음향 신호를 출력하는 이상 음파 검출부를 더 포함하며, 상기 디지털 신호 처리부는, 상기 가스 농도차 검출부의 출력값의 단위 시간당 변화량을 연산하여 제1 미분값을 출력하는 제1 미분 연산부; 상기 이상 음파 검출부의 출력값의 단위 시간당 변화량을 연산하여 제2 미분값을 출력하는 제2 미분 연산부; 및 상기 제1 미분값과 상기 제2 미분값을 비교 분석하여 상기 화재 위험 조기 경보 신호를 출력하거나 상기 트립 신호를 출력하는 이상 판정부를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 화재 선행 탐지 기능을 갖는 장치 보호 계전 시스템은, 상기 이상 판정부는, 상기 제1 미분값이 미리 정해진 제1 기준치를 초과하는 횟수를 카운트하고, 소정의 제1 주기마다 제1 미분값 카운트 횟수를 리셋하며, 상기 제1 미분값 카운트 횟수가 미리 정해진 제1 기준횟수를 초과하는 경우 제1 시간(T1) 동안 가스 농도 이상 감지 신호를 생성하며, 상기 제2 미분값이 미리 정해진 제2 기준치를 초과하는 횟수를 카운트하고, 소정의 제2 주기마다 제2 미분값 카운트 횟수를 리셋하며, 상기 제2 미분값 카운트 횟수가 미리 정해진 제2 기준횟수를 초과하는 경우 제2 시간(T2) 동안 음파 이상 감지 신호를 생성하며, 상기 가스 농도 이상 감지 신호가 생성되는 경우 상기 화재 위험 조기 경보 신호를 출력하며, 상기 가스 농도 이상 감지 신호가 생성되는 상기 제1 시간(T1) 동안에 상기 음파 이상 감지 신호가 생성되면 상기 트립 신호를 출력한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 화재 선행 탐지 기능을 갖는 장치 보호 계전 시스템은, 상기 이상 판정부는, 상기 제1 시간(T1) 이후에 상기 가스 농도 이상 감지 신호의 생성을 중지하는 제1 휴지기(T1')를 가지며, 상기 제2 시간(T2) 이후에 상기 음파 이상 감지 신호의 생성을 중지하는 제2 휴지기(T2')를 가진다.
본 발명의 화재 선행 탐지 기능을 갖는 장치 보호 계전 시스템에 따르면, 전기 사용 설비의 공기 흡입단과 공기 배출단에서 각각 가연성 가스의 농도를 검출하고, 입출구의 가스 농도차를 미리 정해진 문턱값과 비교하여 화재 발생 위험을 조기에 경보하거나 보호 계전기를 동작시켜 장치의 운전을 정지시킴으로써, 배전반, MCC, 분전반, 접속반, 서버 장치 등에서 화재에 의한 안전사고를 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 화재 선행 탐지 기능을 갖는 장치 보호 계전 시스템에 따르면, 가스 농도차의 단위 시간당 변화량을 연산한 제1 미분값과 음향 신호의 단위 시간당 변화량을 연산한 제2 미분값을 비교 분석하고, 두 신호의 변화량이 이상 징후를 나타내는 시점 간의 상관관계에 따라 화재 위험을 조기 경보하는 신호를 발생시키거나 장치의 운전 정지 또는 기동 제한 신호를 발생시킴으로써, 화재 발생 징후에 대응하는 대책을 선제적으로 시행하여 화재 사고를 미연에 방지할 수 있도록 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 화재 선행 탐지 기능을 갖는 장치 보호 계전 시스템을 예시한 블록도,
도 2는 본 발명이 배전반에 적용되는 예를 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 가스 농도차의 크기에 따른 보호 동작을 예시한 흐름도,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따라 가스 농도차의 미분값과 음향 신호의 미분값을 이용한 보호 동작 구성을 예시한 블록도, 및
도 5는 도 4의 실시예에 따른 보호 동작을 예시한 타이밍 차트이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 구체적인 실시예가 설명된다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대하여 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
명세서 전체에 걸쳐 유사한 구성 및 동작을 갖는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 그리고 본 발명에 첨부된 도면은 설명의 편의를 위한 것으로서, 그 형상과 상대적인 척도는 과장되거나 생략될 수 있다.
실시예를 구체적으로 설명함에 있어서, 중복되는 설명이나 당해 분야에서 자명한 기술에 대한 설명은 생략되었다. 또한, 이하의 설명에서 어떤 부분이 다른 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 기재된 구성요소 외에 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서에 기재된 "~부", "~기", "~모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, 어떤 부분이 다른 부분과 전기적으로 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 다른 구성을 사이에 두고 연결되어 있는 경우도 포함한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다.
본 발명의 화재 선행 탐지 기능을 갖는 장치 보호 계전 시스템은, 산업용 설비의 배전반, MCC(Motor Control Center), 전력 설비의 간선에 연결되는 분전반, 발전 설비의 접속반, 데이터 센터의 서버 장치 등에 적용되어 화재 발생의 선행적 지표를 검출하고 화재 발생 위험도에 따라 화재 위험을 조기에 경보하거나 보호 계전기를 동작시켜 장치의 운전을 정지(또는 장치의 기동을 제한)하는 것으로서 화재로부터 설비를 보호하는 방안을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 배전반, MCC, 분전반, 접속반, 서버 장치 등의 공기 흡입단과 배기단 사이의 가스 농도차를 검출하는 것으로서 화재 발생을 선행적으로 탐지한다. 설비의 함체에는 환기나 방열을 위해 팬이 설치되며, 함체 내로 공기가 유입되는 흡기구와 열교환 된 공기를 외부로 배출하는 배기구가 구비된다. 본 발명의 장치 보호 계전 시스템은 흡기구와 배기구에 각각 가연성 가스 센서를 설치하고, 일산화탄소, 메탄, 프로판, 부탄 등의 가연성 가스 농도를 검출한다. 열거한 가연성 가스들은 일정 농도 범위 내에서 연소가 일어나는 폭발한계를 가지고 있다. 종래 화재 감지 시스템들은 가연성 가스의 농도가 폭발한계에 도달하는지를 검출하는 방식이었는데, 이는 사후적 탐지에 불과하다. 본 발명의 화재 선행 탐지 기법은 사후적 탐지의 한계를 극복하기 위해 흡기구에서의 가연성 가스 농도와 배기구에서의 가연성 가스 농도 간의 차이를 미리 정해진 문턱값과 비교하는 것으로서 화재를 선행적으로 탐지한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 좀 더 보강된 화재 선행 탐지 기법을 제공한다. 종래에 배전반 등의 내부에 음향 센서를 설치하고, 부분방전에 의한 음향방출 신호를 검출하여 화재를 탐지하는 방법이 알려져 있지만, 외부 잡음에 의해 오탐지 현상이 발생하는 등의 한계가 있었다. 본 발명의 화재 선행 탐지 기법은 상술한 가스 농도차의 단위 시간당 변화량과 함체 내의 전력 설비로부터 수집한 음향 신호의 단위 시간당 변화량을 비교 분석하고, 두 신호의 변화량이 이상 징후를 나타내는 시점 간의 상관관계에 따라 화재를 선행적으로 탐지한다. 따라서 오탐지 확률을 크게 낮출 수 있다.
이하에서 본 발명의 화재 선행 탐지 기능을 갖는 장치 보호 계전 시스템의 실시예들을 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 화재 선행 탐지 기능을 갖는 장치 보호 계전 시스템을 예시한 블록도이고, 도 2는 본 발명이 배전반에 적용되는 예를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 장치 보호 계전 시스템은 배전반, MCC, 분전반, 접속반, 서버 장치 등에 설치되는 것으로서, 감지신호 입력부(110)와, 흡기구 가연성 가스 센서(120)와, 배기구 가연성 가스 센서(130)와, 음향 센서(140)와, 온도 센서(150)와, 신호 전처리 검출부(210)와, 가스 농도차 검출부(220)와, 이상 음파 검출부(240)와, 이상 온도 검출부(250)와, 유저 인터페이스부(260)와, 통신부(270)와, 디지털 신호 처리부(300)와, 경보 출력부(410)와, 보호 계전기(420)를 포함하여 구성된다.
감지신호 입력부(110)는 전력 설비에 공급되는 전압, 전류, 지락전류 등을 검출하는 수단이다. 신호 전처리 검출부(210)는 전압, 전류, 지락전류 등의 검출 신호를 샘플링하여 디지털 데이터를 획득하고, 디지털 데이터를 연산하여 전압, 전류, 지락전류 등의 실효치를 연산하는 수단이다.
디지털 신호 처리부(300)는 신호 전처리 검출부(210)에서 소정 주기로 출력되는 전압, 전류, 지락전류의 실효치를 입력받고, 유저 인터페이스부(260)를 통해 입력받은 트립 설정값과 비교하여 트립 신호 또는 지정된 제어 신호를 출력한다. 예를 들어, 트립 설정값은 과전압, 부족전압, 과전류, 지략전류 등의 기준값이다. 디지털 신호 처리부(300)는 과전압, 부족전압, 과전류, 저전류, 지락, 결상 여부를 결정하고, 이상 상황 발생 시에 보호 계전기(420)에 트립 신호를 출력하여, 전력 설비의 동작을 정지시킨다. 또한, 경보 출력부(410)에 경보 신호를 출력하여, 부저를 울리거나 경광등을 점등시키도록 제어한다.
상기한 보호 계전기 동작 시스템은 통상 알려진 수배전반의 장치 보호 계전 시스템과 동일하다. 여기서, 본 발명의 장치 보호 계전 시스템은 아래에서 설명하는 바와 같이 화재 선행 탐지를 위한 구성들을 더 포함한다.
도 2를 참조하면, 배전반(500)의 하단부에는 외부 공기가 유입되는 흡기구(520)가 구비되고, 상단부에는 열교환 된 내부의 공기를 외부로 배출하는 배기구(530)가 구비된다. 흡기구(520)에는 배전반(500)의 함체 내부로 유입되는 공기 중에서 가연성 가스의 농도를 검출하는 흡기구 가연성 가스 센서(120)가 설치된다. 배기구(530)에는 배전반(500)의 함체 외부로 유출되는 공기 중에서 가연성 가스의 농도를 검출하는 배기구 가연성 가스 센서(130)가 설치된다.
또한, 배전반(500)의 함체 내부에는 전력 설비에 인접하여 배치되며, 전력 설비에서 발생되는 음향방출 신호를 감지하는 음향 센서(140)와, 전력 설비의 온도를 감지하는 온도 센서(150)가 설치된다.
흡기구 가연성 가스 센서(120), 배기구 가연성 가스 센서(130), 음향 센서(140), 온도 센서(150)의 출력은 마스터 컨트롤러(310)로 전송된다. 마스터 컨트롤러(310) 내에는 신호 전처리 검출부(210)와, 가스 농도차 검출부(220)와, 이상 음파 검출부(240)와, 이상 온도 검출부(250)와, 유저 인터페이스부(260)와, 통신부(270)와, 디지털 신호 처리부(300)가 포함되며, 디지털 신호 처리부(300)는 센서들의 검출 신호로부터 화재 위험 정도를 판단하고, 판단 결과에 따라 경보 출력부(410)로 화재 위험 조기 경보 신호를 출력하거나 보호 계전기(420)로 트립 신호를 출력한다.
가스 농도차 검출부(220)는 흡기구 가연성 가스 센서(120)의 제1 가스 농도 검출값과 배기구 가연성 가스 센서(130)의 제2 가스 농도 검출값을 입력받아 두 값의 차이인 가스 농도차를 연산하고, 연산 결과를 디지털 신호로 출력한다. 이상 음파 검출부(240)는 음향 센서(140)의 검출값을 가청 주파수 대역 신호로 변환하고, 노이즈를 제거한 후 소정 레벨의 디지털 음향 신호로 출력한다. 이상 온도 검출부(250)는 온도 센서(150)의 검출값을 디지털 온도 신호로 변환하여 출력한다.
디지털 신호 처리부(300)는 센서들의 검출값들을 디지털 신호로 입력받고, 화재를 선행적으로 탐지하는 프로세싱을 수행하기 위한 프로세서와, 검출값 및 화재 탐지 결과와 관련된 디지털 데이터를 저장하는 메모리를 포함한다. 디지털 신호 처리부(300)에서 처리된 화재 선행 탐지 결과 데이터는 통신부(270)를 통해 원격의 중앙 감시 서버로 전송될 수 있다. 또한, 디지털 신호 처리부(300)는 화재 선행 탐지 결과에 따라 경보 출력부(410)를 동작시키거나 보호 계전기(420)에 트립 신호를 전달한다. 예를 들어, 디지털 신호 처리부(300)는 온도 검출값이 제1 온도 설정치를 초과하는 경우 경보 출력부(410)에 화재 위험 조기 경보 신호를 출력한다. 그리고 디지털 신호 처리부(300)는 온도 검출값이 제1 온도 설정치보다 높은 제2 온도 설정치를 초과하는 경우 보호 계전기(420)에 트립 신호를 출력한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 가스 농도차의 크기에 따른 보호 동작을 예시한 흐름도이다. 도 3을 참조하여 본 발명에서 화재 발생을 선행적으로 탐지하는 첫 번째 방법을 설명한다.
도 3을 참조하면, 먼저 흡기구(520)와 배기구(530) 간의 가연성 가스 농도차를 검출한다(ST310).
만약, 배전반 내의 전력 설비가 고온으로 발열되면 공기 중에 포함된 가연성 가스 성분들이 급격하게 배전반(500) 내로 유입되어 흡기구(520)에서 검출되는 가연성 가스의 농도값이 상승할 것이다. 유입된 가연성 가스는 고온의 전력 설비 주변으로 모이게 되며, 배기구(530)로 배출되는 가연성 가스의 농도는 매우 낮아질 것이다. 따라서 단계 ST310에서 검출되는 가스 농도차가 큰 값을 나타낼수록 화재 발생 위험이 커진다는 것을 의미한다.
단계 ST320에서 가스 농도차(IGCdiff)가 미리 정해진 제1 문턱값을 초과하는지를 판단한다(ST320). 단계 ST320의 조건이 만족되면, 경보 출력부(410)에 화재 위험 조기 경보 신호를 출력한다(ST330). 경보 출력부(410)는 부저나 경광등을 동작시켜 현장 관리자가 화재 위험을 신속하게 인지할 수 있도록 한다. 또한, 디지털 신호 처리부(300)는 통신부(270)를 통해 원격의 중앙 감시 서버에 화재 위험 조기 경보 신호를 전송함으로써, 적절한 대응책이 시행될 수 있도록 한다.
다음으로 가스 농도차(IGCdiff)가 제1 문턱값보다 높게 미리 정해진 제2 문턱값을 초과하는지를 판단한다(ST340). 단계 ST340의 조건이 만족되면, 디지털 신호 처리부(300)는 보호 계전기(420)에 트립 신호를 출력한다(ST350). 따라서 전력 설비의 동작을 정지시키거나, 기동을 제한하여 화재의 발생이나 확산을 방지한다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따라 가스 농도차의 미분값과 음향 신호의 미분값을 이용한 보호 동작 구성을 예시한 블록도이고, 도 5는 도 4의 실시예에 따른 보호 동작을 예시한 타이밍 차트이다. 도 4 및 5를 참조하여 본 발명에서 화재 발생을 선행적으로 탐지하는 두 번째 방법을 설명한다.
도 4를 참조하면, 디지털 신호 처리부는 제1 미분 연산부(320)와, 제2 미분 연산부(340)와, 이상 판정부(350)를 포함한다.
제1 미분 연산부(320)는 가스 농도차 검출부(220)의 출력값의 단위 시간당 변화량을 연산하여 제1 미분값을 출력한다. 제2 미분 연산부(340)는 이상 음파 검출부(240)의 출력값의 단위 시간당 변화량을 연산하여 제2 미분값을 출력한다. 이상 판정부(350)는 제1 미분값과 제2 미분값을 비교 분석하여 경보 출력부(410)로 화재 위험 조기 경보 신호를 출력하거나 보호 계전기(420)로 트립 신호(운전 정지/기동 제한 신호)를 출력한다.
이상 판정부(350)는 제1 미분값이 미리 정해진 제1 기준치를 초과하는 횟수를 카운트하고, 소정의 제1 주기마다 제1 미분값 카운트 횟수를 리셋한다. 그리고 제1 미분값 카운트 횟수가 미리 정해진 제1 기준횟수를 초과하는 경우 제1 시간(T1) 동안 가스 농도 이상 감지 신호를 생성한다.
또한, 이상 판정부(350)는 제2 미분값이 미리 정해진 제2 기준치를 초과하는 횟수를 카운트하고, 소정의 제2 주기마다 제2 미분값 카운트 횟수를 리셋한다. 그리고 제2 미분값 카운트 횟수가 미리 정해진 제2 기준횟수를 초과하는 경우 제2 시간(T2) 동안 음파 이상 감지 신호를 생성한다.
이상 판정부(350)는 가스 농도 이상 감지 신호가 생성되는 경우 화재 위험 조기 경보 신호를 출력하며, 가스 농도 이상 감지 신호가 생성되는 제1 시간(T1) 동안에 음파 이상 감지 신호가 중첩하여 생성되면 운전 정지/기동 제한 신호를 출력한다.
여기서, 이상 판정부(350)는 제1 시간(T1) 이후에 가스 농도 이상 감지 신호의 생성을 중지하는 제1 휴지기(T1')를 가지며, 제2 시간(T2) 이후에 음파 이상 감지 신호의 생성을 중지하는 제2 휴지기(T2')를 가진다. 제1 휴지기(T1') 및 제2 휴지기(T2')는 전력 설비의 운전 정지가 오검출에 기반하여 이루어지거나 화재 발생 위험이 신속하게 제거된 이후 등에 전력 설비의 동작이 복원될 때, 이상 판정을 금지하는 구간을 갖도록 한다. 이는 전력 설비의 복원 시에 가스 농도차 또는 음향 신호가 튀는 구간이 발생하고, 이러한 구간에서 이상 판정을 할 경우 잘못된 판정(즉, 화재 발생 위험이 없는데도 불구하고 화재 발생 위험으로 오판하는 경우와 같은)을 할 수 있기 때문이다.
도 5는 이상 판정부(350)가 시간의 경과(t1~t9)에 따라 화재 위험 조기 경보 신호를 발생시키거나 운전 정지/기동 제한 신호를 발생시키는 과정을 예시한 타이밍 차트로서, 발명의 이해를 돕기 위해 이상 감지 신호의 생성 타이밍을 예시한 것이다.
도 5를 참조하면, 이상 판정부(350)가 가스 농도차의 단위 시간당 변화량인 제1 미분값의 제1 기준치 초과 횟수를 카운트 한 결과 제1 기준횟수를 초과할 때, t1 시점에서와 같이 가스 농도 이상 감지 신호를 생성한다(ⓐ).
가스 농도 이상 감지 신호는 제1 시간(T1) 동안 하이레벨을 유지한다. 가스 농도 이상 감지 신호가 하이레벨인 구간에서 화재 위험 조기 경보 신호가 경보 출력부(410)로 전달된다. t1 시점에서 t2 시점까지 음파 이상 감지 신호가 발생되지 않았으므로, 운전 정지/기동 제한 신호는 생성되지 않는다. 그리고 t2 시점과 t3 시점 사이에서 제1 휴지기(T1')가 부여된다.
이상 판정부(350)가 음향 신호의 단위 시간당 변화량인 제2 미분값의 제2 기준치 초과 횟수를 카운트 한 결과 제2 기준횟수를 초과할 때, t4 시점에서와 같이 음파 이상 감지 신호를 생성한다(ⓑ).
음파 이상 감지 신호는 제2 시간(T2) 동안 하이레벨을 유지한다. t4 시점에서 t5 시점까지 가스 농도 이상 감지 신호는 생성되지 않았으므로, 이상 판정부(350)는 어떠한 경보 신호나 정지/제한 신호도 생성하지 않는다. t4 시점에서 t5 시점까지의 음파 이상 감지 구간은 노이즈에 의한 신호 발생 구간일 확률이 높기 때문에, 이 구간의 음파 이상 감지 신호들은 무시한다. 그리고 t5 시점과 t6 시점 사이에 제2 휴지기(T2')가 부여된다.
이상 판정부(350)가 t7 시점에서 다시 가스 농도 이상 감지 신호를 생성하였고(ⓒ), 가스 농도 이상 감지 신호가 유지되는 제1 시간(T1) 내에서 t8 시점에 음파 이상 감지 신호를 생성한(ⓓ) 경우를 가정해보자. 이 경우는 배전반(500)의 입출구 가스 농도차가 급격하게 상승하는 동시에 전력 설비에서 이상 음파가 발생되는 상황에 해당하므로, 화재 발생 위험이 매우 높은 상황이다.
이상 판정부(350)는 t8 시점에서 즉시 운전 정지/기동 제한 신호를 발생시켜 보호 계전기(420)를 트립시킴으로써 화재의 발생을 방지하거나, 이미 화재가 발생된 경우 화재의 확산을 방지한다.
위에서 개시된 발명은 기본적인 사상을 훼손하지 않는 범위 내에서 다양한 변형예가 가능하다. 즉, 위의 실시예들은 모두 예시적으로 해석되어야 하며, 한정적으로 해석되지 않는다. 따라서 본 발명의 보호범위는 상술한 실시예가 아니라 첨부된 청구항에 따라 정해져야 하며, 첨부된 청구항에 한정된 구성요소를 균등물로 치환한 경우 이는 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 보아야 한다.
110 : 감지신호 입력부 120 : 흡기구 가연성 가스 센서
130 : 배기구 가연성 가스 센서 140 : 음향 센서
150 : 온도 센서 210 : 신호 전처리 검출부
220 : 가스 농도차 검출부 240 : 이상 음파 검출부
250 : 이상 온도 검출부 260 : 유저 인터페이스부
270 : 통신부 300 : 디지털 신호 처리부
310 : 마스터 컨트롤러 320 : 제1 미분 연산부
340 : 제2 미분 연산부 350 : 이상 판정부
410 : 경보 출력부 420 : 보호 계전기
500 : 배전반 520 : 흡기구
530 : 배기구

Claims (4)

  1. 보호 계전기를 수용하는 함체의 흡기구에 설치되어 상기 흡기구를 통해 유입되는 공기 중에서 가연성 가스의 농도를 감지하는 흡기구 가연성 가스 센서;
    상기 함체의 배기구에 설치되어 상기 배기구를 통해 유출되는 공기 중에서 가연성 가스의 농도를 감지하는 배기구 가연성 가스 센서;
    상기 흡기구 가연성 가스 센서의 제1 가스 농도 검출값과 상기 배기구 가연성 가스 센서의 제2 가스 농도 검출값을 입력받아 두 값의 차이인 가스 농도차를 연산하여 디지털 신호로 출력하는 가스 농도차 검출부;
    상기 함체 내부에 설치되는 전력 설비에 인접하여 배치되며 상기 전력 설비에서 발생되는 음향방출 신호를 감지하는 음향 센서;
    상기 음향 센서의 출력값을 가청 주파수 대역 신호로 변환하고 노이즈를 제거한 후 소정 레벨의 디지털 음향 신호를 출력하는 이상 음파 검출부; 및
    상기 가스 농도차가 미리 정해진 제1 문턱값을 초과하는 경우 화재 위험 조기 경보 신호를 출력하며, 상기 가스 농도차가 상기 제1 문턱값에 비해 높은 값으로 미리 정해진 제2 문턱값을 초과하는 경우 상기 보호 계전기에 트립 신호를 출력하는 디지털 신호 처리부
    를 포함하며,
    상기 디지털 신호 처리부는,
    상기 가스 농도차 검출부의 출력값의 단위 시간당 변화량을 연산하여 제1 미분값을 출력하는 제1 미분 연산부;
    상기 이상 음파 검출부의 출력값의 단위 시간당 변화량을 연산하여 제2 미분값을 출력하는 제2 미분 연산부; 및
    상기 제1 미분값과 상기 제2 미분값을 비교 분석하여 상기 화재 위험 조기 경보 신호를 출력하거나 상기 트립 신호를 출력하는 이상 판정부를 더 포함하며,
    상기 이상 판정부는,
    상기 제1 미분값이 미리 정해진 제1 기준치를 초과하는 횟수를 카운트하고, 소정의 제1 주기마다 제1 미분값 카운트 횟수를 리셋하며, 상기 제1 미분값 카운트 횟수가 미리 정해진 제1 기준횟수를 초과하는 경우 제1 시간(T1) 동안 가스 농도 이상 감지 신호를 생성하며,
    상기 제2 미분값이 미리 정해진 제2 기준치를 초과하는 횟수를 카운트하고, 소정의 제2 주기마다 제2 미분값 카운트 횟수를 리셋하며, 상기 제2 미분값 카운트 횟수가 미리 정해진 제2 기준횟수를 초과하는 경우 제2 시간(T2) 동안 음파 이상 감지 신호를 생성하며,
    상기 가스 농도 이상 감지 신호가 생성되는 경우 상기 화재 위험 조기 경보 신호를 출력하며, 상기 가스 농도 이상 감지 신호가 생성되는 상기 제1 시간(T1) 동안에 상기 음파 이상 감지 신호가 생성되면 상기 트립 신호를 출력하는 화재 선행 탐지 기능을 갖는 장치 보호 계전 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 이상 판정부는, 상기 제1 시간(T1) 이후에 상기 가스 농도 이상 감지 신호의 생성을 중지하는 제1 휴지기(T1')를 가지며, 상기 제2 시간(T2) 이후에 상기 음파 이상 감지 신호의 생성을 중지하는 제2 휴지기(T2')를 가지는 화재 선행 탐지 기능을 갖는 장치 보호 계전 시스템.
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101104519B1 (ko) 2011-06-20 2012-01-12 황수명 비접촉식 통합 화재 감지 시스템
KR101389844B1 (ko) * 2013-02-22 2014-05-02 주식회사 피닉스테크닉스 복합센서를 이용한 보호 계전 시스템
KR20150107170A (ko) * 2014-03-13 2015-09-23 한국에너지기술연구원 다중센서를 이용한 화재감지시스템 및 전기설비박스
KR20150109525A (ko) * 2014-03-19 2015-10-02 (유)대진엔지니어링 수배전 전력설비를 관리하기 위한 블랙박스 시스템
KR101715079B1 (ko) 2016-11-11 2017-03-09 주식회사 현대콘트롤전기 수배전반의 음향방출 신호검출에 의한 부분방전 열화감시 진단장치
KR20190115439A (ko) * 2019-09-27 2019-10-11 채령 조기화재 검지센서 단말기

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101104519B1 (ko) 2011-06-20 2012-01-12 황수명 비접촉식 통합 화재 감지 시스템
KR101389844B1 (ko) * 2013-02-22 2014-05-02 주식회사 피닉스테크닉스 복합센서를 이용한 보호 계전 시스템
KR20150107170A (ko) * 2014-03-13 2015-09-23 한국에너지기술연구원 다중센서를 이용한 화재감지시스템 및 전기설비박스
KR20150109525A (ko) * 2014-03-19 2015-10-02 (유)대진엔지니어링 수배전 전력설비를 관리하기 위한 블랙박스 시스템
KR101715079B1 (ko) 2016-11-11 2017-03-09 주식회사 현대콘트롤전기 수배전반의 음향방출 신호검출에 의한 부분방전 열화감시 진단장치
KR20190115439A (ko) * 2019-09-27 2019-10-11 채령 조기화재 검지센서 단말기

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