KR20140043223A - 화재 예방 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전선과 같은 부하에서 발생하는 아크 중 병렬 아크와 부하 노이즈를 정확하게 검출하도록 부하의 전류 주파수를 시간영역에서 주파수영역으로 변환하여 병렬 아크로 인한 전선의 이상 유무를 용이하게 감시할 수 있도록 하는 화재 예방 시스템에 관한 것으로, 전선에 흐르는 전류 변화량을 검출하는 부하전류 검출 센서; 상기 부하전류 검출 센서에서 출력하는 신호에서 전압의 고주파 신호를 제거하고 전류의 주파수 신호를 검출하는 아크특성 필터부; 상기 아크특성 필터부에서 출력하는 신호를 증폭하는 제1 증폭기; 상기 제1 증폭기에서 출력하는 전류의 주파수 신호를 변환하여 상기 전류의 주파수 신호 중 상기 전선의 기준 전류 주파수보다 작은 전류 주파수가 발생하는 가를 판단하여 이상신호를 발생하는 아크 전류 판단부를 포함한다.

Description

화재 예방 시스템{A system for monitoring a fire}

본 발명은 화재 예방 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전선과 같은 부하에서 발생하는 아크 중 병렬 아크와 부하 노이즈를 정확하게 검출하도록 부하의 전류 주파수를 시간영역에서 주파수영역으로 변환하여 병렬 아크로 인한 전선의 이상 유무를 용이하게 감시할 수 있도록 하는 화재 예방 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 화재수신기는 사람이 상시 근무하는 곳에 설치되어 화재를 감지하고 화재 발생시 경보신호를 발생하여 화재를 초기에 진화하기 위한 동작(스프링클러나 소화전 등의 소화장치의 동작)을 수행하는 장비이다.

통상의 화재감지 장비들은 화재나 연기가 발생하여 화재의 규모가 벽이나 천장에 설치된 화재감지기가 인지할 수 있을 정도의 화재로 확산된 이후에나 감지가 되도록 되어있다.

한편, 최근에는 현재 건물의 수가 증가하고 건물이 대형화됨에 따라 전력설비가 늘어나면서 첨단사업화에 따른 정밀제어용 전력기기가 증가하고 있다. 특히, 다수의 건물이 일정 거리 이격된 곳의 경우에는 각 건물마다 다수의 전력설비가 설치되고 대 전력이 다수의 전력설비를 위해 분전반이나 수/배전반 등을 통해 일시에 공급되는 바, 이로 인해 단위 분전반이나 수/배전반은 배선의 소손 등으로 인한 다량의 화재위험요소를 지니고 있게 된다.

그래서 전선에 의한 화재를 예방하기 위하여 수/배전반 등에 누설전류, 아크전류 등을 감지하여 전선의 이상을 감지함으로써, 화재를 예방하는 기술들이 개발되고 있다. 허나, 현재까지도 합선, 질연피복의 열화, 중량물에 의해 눌려서 발생하는 아크 전류인 병렬 아크에 대해서는 정확하게 감지하고 있지 못하고 있다.

한편, 상기와 같은 종래의 화재 감지 시스템으로는 국내 등록실용신안공보 제20-0243481호의 "자동 화재 진화 기능을 포함하는 화재 예방 시스템 ", 국내 공개특허공보 제10-2012-0037640호의 "화재 예방 시스템 및 방법" 등이 개시되어 있다.

상기와 같은 종래의 화재 감지 시스템은 전선에서 발생하는 부하 노이즈와 병렬 아크를 정확하게 구분할 수 없으므로, 부하 노이즈에 의한 경보 발생이나 불필요하게 전력을 차단하는 문제점이 있다.

본 발명은 위와 같은 종래의 문제점을 개선하기 위하여 개발된 것으로, 아크 전류 주파수의 전형적인 특징인 시간영역에서는 영점전류의 처짐 현상이고 주파수영역에서는 60Hz 고조파 성분을 제외한 전대역의 주파수에 걸쳐서 스펙트럼 크기가 증가하는 것을 이용하여 부하의 전류 주파수를 시간영역에서 주파수영역으로 변환함으로써, 전선과 같은 부하에서 발생하는 아크 중 병렬 아크와 부하 노이즈를 정확하게 검출하여 병렬 아크로 인한 전선의 이상 유무를 용이하게 감시할 수 있도록 하는 화재 예방 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 전선에 흐르는 전류 변화량을 검출하는 부하전류 검출 센서; 상기 부하전류 검출 센서에서 출력하는 신호에서 전압의 고주파 신호를 제거하고 전류의 주파수 신호를 검출하는 아크특성 필터부; 상기 아크특성 필터부에서 출력하는 신호를 증폭하는 제1 증폭기; 상기 제1 증폭기에서 출력하는 전류의 주파수 신호를 변환하여 상기 전류의 주파수 신호 중 상기 전선의 기준 전류 주파수보다 작은 전류 주파수가 발생하는 가를 판단하여 이상신호를 발생하는 아크 전류 판단부를 포함하는 화재 예방 시스템을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 아크 전류 판단부가 상기 부하 전류를 FFT(Fast Fourier Transform) 변환하는 화재 예방 시스템을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 아크 전류 판단부는 상기 전류 주파수 신호에 기준 전류 주파수보다 작은 아크전류 주파수가 발생하면 이를 병렬아크 전류로 판단하는 화재 예방 시스템을 제공한다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 화재 예방 시스템에 의하면, 전선과 같은 부하에서 발생하는 아크 중 병렬 아크와 부하 노이즈를 정확하게 검출하도록 부하의 전류 주파수를 시간영역에서 주파수영역으로 변환하여 병렬 아크로 인한 전선의 이상 유무를 용이하게 감시할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 화재 예방 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 전력선 감지부를 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 아크 감지부를 나타낸 블록도이다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 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.

이하, 본 발명의 실시 예에 따른 화재 예방 시스템을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시 예에 따른 화재 예방 시스템은 건물 내에서 발생하는 신호를 감지하는 감시서버(100), 상기 감시서버(100)를 통해 감지할 수 있도록 건물의 내부가 구획되는 감시 영역(200) 및 상기 감시 영역(200)의 구획된 영역 각각으로 전력을 공급하는 분전부(300)를 포함한다.

이때, 본 실시 예에 따른 화재 예방 시스템은 상기 감시 영역(200)이 상기 분전부(300)에서 분전되어 배선되는 전력선의 분기 라인 수와 대응하도록 각각 감시 영역을 구획한다.

감시서버(100)는 상기 감시 영역(200)의 내부에서 발생하는 이상신호를 감지하는 실내 감지부(110)와, 상기 분전부(300)에서 상기 감시 영역(200)으로 분기되는 각각의 전력선 이상신호를 통해 감시 영역(200)의 이상을 감지하도록 분전부(300)로부터 이상신호를 수신하는 이상신호 검출부(120)를 구비한다.

감시구역(200)은 제1 감시 영역(201), 제2 감시 영역(202), 제3 감시 영역(203), 제n 감시 영역(204)으로 구분되고, 상기 제1 감시 영역(201) 내지 제n 감시 영역(204)에 실내 감지부(205, 206, 207, 208)를 각각 구비한다. 실내 감지부(205, 206, 207, 208)는 상기 제1 감시 영역(201) 내지 제n 감시 영역(204)의 내부에서 발생하는 연기, 열, 가스 및 영상을 감지할 수 있도록 연기, 열, 가스 감지부 및 영상 감지부를 각각 구비한다.

상기 연기, 열, 가스 감지부는 상기 제1 감시 영역(201) 내지 제n 감시 영역(204)의 내부에서 발생하는 연기, 열, 가스를 감지하도록 연기감지센서, 열 감지센서 및 가스 감지센서가 하나의 모듈 형태로 제공되며, 상기 제1 감시 영역(201) 내지 제n 감시 영역(204)에서 발생하는 이상을 감지하여 이상신호를 상기 실내 감지부(110)로 전송한다.

상기 영산 감지부는 상기 제1 감시 영역(201) 내지 제n 감시 영역(204) 내부의 영상을 각각 촬영하여 상기 실내 감지부(110)로 전송한다.

또한, 상기 제1 감시 영역(201) 내지 제n 감시 영역(204) 각각에는 배선되는 전선의 이상을 감지하도록 제1 부하감시영역(210), 제2 부하감시영역(220), 제3 부하감시영역(230) 및 제n 부하감시영역(240)을 구비하고, 상기 제1 부하감시영역(210) 내지 상기 제n 부하감시영역(240)으로는 상기 분전부(300)에서 분전되는 각각의 전력선이 배선되어 전선이 연결된다.

상기 분전부(300)는 상기 제1 부하감시영역(210) 내지 상기 제n 부하감시영역(240) 각각으로 전류를 공급할 수 있도록 각각의 전력선을 통해 상기 제1 부하감시영역(210) 내지 제n 부하감시영역(240)으로 전력을 공급하고, 상기 전력선을 통해 상기 제1 부하감시영역(210) 내지 제n 부하감시영역(240)의 전선 부하를 각각 감지하도록 제1 전력선 감지부(310), 제2 전력선 감지부(320), 제3 전력선 감지부(330) 및 제n 전력선 감지부(340)를 구비한다.

또한, 상기 제1 전력선 감지부(310) 내지 제n 전력선 감지부(340)는 상기 제1 부하감시영역(210) 내지 제n 부하감시영역(240)의 전선에 걸리는 전류와 전류의 파형을 통해 과전류, 누설전류, 아크전류를 감지하도록 상기 제1 부하감시영역(210) 내지 제n 부하감시영역(240)의 전선의 저주파 성분의 미세한 누설전류를 검출하는 누설전류 검출부(311, 321, 331, 341)와, 상기 전선의 아크 발생시 왜곡되는 전류의 파형을 검출하는 전류파형 검출부(313, 323, 333, 343)와, 기 제1 부하감시영역(210) 내지 제n 부하감시영역(240)으로 공급되는 전력을 차단하는 전력 차단기(315, 425, 335, 345)와, 아크 감지부(317, 327, 337, 347)를 구비한다.

이때, 누설전류 검출부(311, 321, 331, 341)는 ZCT(Zero Current Transformer:영상변류기)를 사용할 수 있고, 전류파형 검출부(120)는 CT(Current Transformer:계기용변류기)를 사용할 수 있다.

또한, 누설전류 검출부(311, 321, 331, 341)는 저주파 성분만을 검출할 수 있는 링형 철심이 구비되어 있어, [㎂]단위의 미세 전류를 검출하는 기능을 하며, 검출하는 신호가 제2 증폭기(301)를 통해 증폭된 후 아크 감지부(317)의 아크 전류 판단부(317d)로 출력된다.

한편, 감시서버(100)는 상기 실내 감지부(110)와 상기 이상신호 검출부(120)에 감시영역(200)과 분전부(300)에서 수신한 신호에 따라 모니터링 데이터와 이상징후 경보를 유무선 통신을 통해 중앙관제서버(도시생략)로 제공한다.

도 3을 다시 참조하여 본 실시 예에 따른 아크 감지부(317, 327,337, 347)를 구체적으로 설명한다.

아크 감지부(317, 327,337, 347)는 분전반에서 전력선을 통해 부하로 전기를 공급하는 상기 전력선의 전선(hot line)에서 발생하는 병렬 아크를 감지하도록 부하전류 검출센서(317a), 아크특성 필터부(317b), 제1 증폭기(317c) 및 아크 전류 판단부(317d)를 포함한다.

또한, 본 발명에 따른 화재 예방 시스템은 상기 전력선의 누설전류를 감지하기 위한 누설전류 검출부(50) 및 이 누설전류 검출부(50)의 신호를 증폭하기 위한 제2 증폭기(60)를 더 포함한다.

또한, 본 발명에 따른 화재 예방 시스템은 상기 전선(hot line)으로 흐르는 전류를 차단하기 위한 차단기(1)를 더 포함하며, 상기 차단기(1)가 상기 아크 전류 판단부(317d)에 의해 제어된다.

부하전류 검출 센서(10)는 상기 전선 상에 구비되어 상기 전선에 흐르는 전류의 변화량을 감지하고, 전류 감지 신호를 아크특성 필터부(317b)로 출력한다. 본 실시 예에 따른 부하전류 검출 센서(10)는 계기용 변류기(Current Transformer:CT)를 사용할 수 있으며, 상기 전선의 합선, 절연피복 열화, 절연파괴, 압력 등으로 인하여 발생하는 전류 수파수를 검출한다.

아크특성 필터부(317b)는 부하전류 검출 센서(10)에서 출력하는 신호에서 전압의 고주파 신호를 제거하고 전류의 주파수 신호만을 검출하여 제1 증폭기(30)로 출력한다.

제1 증폭기(30)는 아크특성 필터부(317b)에서 필터링한 전류 주파수 신호를 증폭하여 아크 전류 판단부(317d)로 출력한다.

아크 전류 판단부(317d)는 상기 제1 증폭기(30)에서 출력하는 전류의 주파수 신호를 변환하여 상기 전류의 주파수 신호 중 상기 전선의 기준 전류 주파수(60Hz)보다 작은 전류 주파수가 발생하는가를 판단한다. 이때, 아크 전류 판단부(317d)는 상기 기준 전류 주파수와 함께 발생하는 노이즈 중 병렬아크를 검출할 수 있도록 상기 기준 전류 주파수를 FFT(Fast Fourier Transform) 변환한다.

즉, 상기 아크 전류 판단부(317d)는 제1 증폭기(30)에서 증폭되어 출력되는 전류 주파수 신호를 시간영역에서 주파수 영역으로 변환한다.

그러면, 기준 전류 주파수와 함께 발생하는 부하 노이즈인 병렬 아크 전류가 시간영역보다 주파수영역에서 보다 명확하게 나타나게 되며, 이때 나타나는 병렬 아크 전류 주파수는 상기 기준 전류 주파수보다 작게 나타난다.

이러한 병열 아크 전류 수파수의 특징을 이용하여 상기 아크 전류 판단부(317d)는 상기 기준 전류 주파수 신호에 기준 전류 주파수보다 작은 아크전류 주파수가 발생하면 이를 병렬아크 전류로 판단하여 상기 차단기(1)를 제어한다.

이와 같은 아크 감지부(317, 327,337, 347)는 제1 전력선 감지부(310) 내지 제n 전력선 감지부(340)에 각각 구비되어 각각의 분전부(300)에서 분전되어 배선되는 전력선에서 발생하는 병렬아크를 감지한다.

상술한 바와 같이 본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

100 : 감시서버 200 : 감시영역
300 : 분전부 310 : 제1 전력선 감지부
320 : 제2 전력선 감지부 330 : 제3 전력선 감지부
340 : 제n 전력선 감지부

Claims (3)

1. 전선에 흐르는 전류 변화량을 검출하는 부하전류 검출 센서;
   상기 부하전류 검출 센서에서 출력하는 신호에서 전압의 고주파 신호를 제거하고 전류의 주파수 신호를 검출하는 아크특성 필터부;
   상기 아크특성 필터부에서 출력하는 신호를 증폭하는 제1 증폭기;
   상기 제1 증폭기에서 출력하는 전류의 주파수 신호를 변환하여 상기 전류의 주파수 신호 중 상기 전선의 기준 전류 주파수보다 작은 전류 주파수가 발생하는 가를 판단하는 아크 전류 판단부;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 화재 예방 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 아크 전류 판단부는 상기 부하전류를 FFT(Fast Fourier Transform) 변환하는 것을 특징으로 하는 화재 예방 시스템.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 아크 전류 판단부는 상기 전류 주파수 신호에 기준 전류 주파수보다 작은 아크전류 주파수가 발생하면 이를 병렬아크 전류로 판단하는 것을 특징으로 하는 화재 예방 시스템.

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