KR20140122771A - 다중복합(cmd) 센서를 이용한 화재감지 기능을 갖는 고압반, 저압반, 분전반, 모터제어반 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다중복합 센서를 이용한 화재감지 기능을 갖는 고압반, 저압반, 분전반, 모터제어반에 관한 것으로서, 외부와 격리하고 보호하는 역할을 수행하는 케이스 내에 위치하여 각종 부품이 실제로 실장되는 베이스판을 구비한 압반, 저압반, 분전반, 모터제어반에 있어서, 상기 베이스판의 특정 위치에 설치된 개별적인 센서들을 통해 수배전반 내에 흐르는 전류, 누설전류, 부하율, 가스연기 발생, 내부온도, 부스바 온도 및 부스바 변색을 검출하여 출력하는 센서모듈수단 및 상기 센서모듈수단에서 출력한 분전반(고압반, 저압반, 모터제어반) 내에서 검출한 각 검출값들을 종합적으로 진단하여 기 설정치 초과 여부를 판단하고, 판단결과에 따라 경고 메시지 또는 경보 데이터를 관리자에게 전송하거나, 상기 각 검출값들을 기반으로 산출한 화재가능지수(Fire Potential Index, FPI)를 관리자에게 전송하는 진단제어수단을 포함한 장치를 제공함으로써, 접촉불량에 의한 과열, 단선, 단락에 의한 아크발생 및 절연피복재 열화에 의한 절연파괴 현상 등의 사고에 대한 해결이 가능하고, 고압반, 저압반, 분전반, 모터제어반 내부에서 화재 초기의 일산화탄소(CO)의 농도, 불꽃, 온도 및 연기 발생 여부를 화재가능지수를 통해 종합적으로 판단하기 때문에, 특히, 천천히 진행되는 전기화재가 확대되기 전에 화재 원인으로 분류되는 현상을 사전에 검출하여 인명사고 및 재산피해를 미연에 예방한다는 효과가 얻어진다.

Description

다중복합(CMD) 센서를 이용한 화재감지 기능을 갖는 고압반, 저압반, 분전반, 모터제어반{A high voltage panel, low voltage panel, distribution panel and motor control panel for fire sensing function using multiple condition monitoring and diagnosis sensor}

본 발명은 고압반, 저압반, 분전반, 모터제어반에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 다중복합 (CMD:Condition Monitoring & Diagnosis) 센서에서 감지하는 감지값들을 기반으로 안전진단 알고리즘을 통해 전기화재 발생확률을 지수로 표현하여 화재 발생을 미연에 감지하는 다중복합센서를 이용한 화재감지 기능을 갖는 고압반, 저압반, 분전반, 모터제어반에 관한 것이다.

전기는 산업발전과 경제성장의 원동력으로서 매년 전기사용량이 증가하고 있다. 그러나 최근 빈번하게 발생한 전기설비에서의 사고로 막대한 재산 피해가 발생하고 있으며 전기기계기구의 품질에 대한 신뢰성 확보가 중요한 이슈로 대두되고 있다.

같은 배전장치는 전력을 필요로 하는 가정, 공장, 빌딩, 병원, 아파트(APT) 단지 및 각종 산업 시설 등에 전기제공 사업자로부터 공급되는 특별 고압(특고압)의 전기를 실제 사용하는 각종 설비 및 장비의 정격에 맞는 낮은 전압 및 정격 용량으로 변환(고압 또는 저압)시켜 전기 시설물을 안전하게 사용할 수 있도록 조작, 제어 및 감시하는 장치를 일컫는다.

수배전반과 같은 배전장치는 각각의 하우징내에 자동고장구간개폐기(Auto Section Switch), 피뢰기(Lightening Arrest), 파워휴즈(Power Fuse), 전력량 계량기(Metering Out Fit), 변압기(Power Potential Transformer), 저압주차단기(Main Circuit Breaker) 및 분기차단기(Distribution Breaker) 등이 설치되는 수배전반이 널리 도입되고 있는 실정이다.

이러한 수배전반의 가장 큰 사고 위험성은 전압 변환 등을 처리하는 전력 기기로부터 발생되는 열로 인한 온도 상승 및 전력 기기의 문제로 인해 발생하는 불꽃(spark) 등으로 인한 화재 위험성을 들 수 있다.

상기와 같은 수배전반의 화재 발생은 작게는 수배전반의 동작 정지로 인한 전력 중단으로부터 크게는 수배전반이 설치된 건물이 화재 위험성을 내포하므로, 수배전반의 내부 온도 제어 및 화재 발생 감지 기술이 매우 중요하다.

현재 공지된 수배전반의 내부 온도 제어 방식은 내부에 설치되는 온도 센서를 통해 측정된 온도 값이 적정한 온도 값을 초과하면, 하우징에 마련되는 도어를 개방하거나, 내부 공기를 순환시켜 온도를 낮추는 방식을 취하고 있다.

그러나, 이러한 방식은 실제 수배전반의 전력 기기에 문제가 생겨 과열이 아닌 불꽃으로 인해 화재가 발생하는 경우에는 신속한 대응을 취하기 어려우며, 관리자가 온도 상승 및 불꽃 발생 등으로 문제가 발생하는 경우에는 실제로 해당 수배전반에 접근하여 도어를 개방한 이후에 문제의 원인을 확인해야 하기 때문에 문제 발생을 해소하기 위한 신속한 대응이 어려운 실정이다.

이를 해결하기 위하여 수배전반에 불꽃 감지 센서를 구비하여 과열뿐만 아니라 불꽃 발생을 감지할 수 있도록 하고, 문제 발생시(예를 들어, 전류 유출, 과열, 불꽃 발생 등)에는 내부 영상을 일정 시간동안 촬상하여 원격지 관리자에게 전송함에 의해 관리자가 문제 발생 및 문제 발생 요인을 빠르게 파악하여 신속 대응할 수 있도록 수배전반의 원격 온도/화재 감지 시스템 및 그 방법(출원번호 : 10-2010-0051028호) 등 아래에 나타난 선행기술문헌등이 제안되어 전기설비사고의 징후를 사전에 진단하여 설비사고를 예방하고 있다.

한국등록특허 제10-0998531(2010.11.30.) 한국등록특허 제10-0931992호 (2009년 12월 07일) 한국등록특허 제10-1070832호 (2011년 09월 29일) 그러나, 종래 기술에 있어서는 수배전반 내부에서 화재 초기의 일산화탄소(CO)의 농도, 불꽃, 온도 및 연기 발생 여부를 종합적으로 검출하지 못하거나 검출한다 하여도 화재발생에 영향을 미치는 여러 요인에 대한 종합판단에 의한 정밀한 예측이 어려움이 상존하고 있고, 특히 천천히 진행되는 전기화재는 일산화탄소의 농도, 불꽃, 연기, 온도 중 하나 혹은 두 가지의 원인만으로는 검출하지 못하기 때문에 화재가 확대되기 전에 화재 원인으로 분류되는 현상을 사전에 검출하여 인명사고 및 재산피해를 예방하지 못하였다는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 불꽃, 가스농도, 연기농도, 주위온도, 접속점온도, 누설전류를 센싱하여 안전진단 알고리즘을 통해 전기화재 발생확률을 화재가능지수로 표현하여 화재 발생을 미연에 감지하는 다중복합 센서를 이용한 화재감지 기능을 갖는 고압반, 저압반, 분전반, 모터제어반을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 다중복합 센서를 이용한 화재감지 기능을 갖는 고압반, 저압반, 분전반, 모터제어반은, 외부와 격리하고 보호하는 역할을 수행하는 케이스, 상기 케이스 내에 위치하여 각종 부품이 실제로 실장되는 베이스판 등을 구비한 수배전반에 있어서, 상기 베이스판 등의 특정 위치에 설치된 개별적인 센서들을 통해 수배전반 내에 흐르는 전류, 누설전류, 부하율, 가스연기 발생, 내부온도, 부스바 온도, 아크등에 의한 불꽃 등을 검출하여 출력하는 센서들 및 상기 센서들에서 출력한 분전반(고압반, 저압반, 모터제어반) 내에서 검출한 각 검출값들을 종합적으로 진단하여 기 설정치 초과 여부를 판단하고, 판단결과에 따라 경고 메시지 또는 경보 데이터를 관리자에게 전송하거나, 상기 각 검출값들을 기반으로 산출한 화재가능지수(Fire Potential Index, FPI)를 관리자에게 전송하는 진단제어수단을 포함하고, 상기 진단제어수단은 상기 화재가능지수(FPI)를 산출하기 위해 상기 센서모듈수단에서 출력한 수배전반 내에서 검출한 각 검출값들의 허용기준 경계의 불확실성을 처리하고, 보다 효과적인 소속정도를 설정하는 퍼지추론부를 더 포함하며, 상기 화재가능지수(FPI)산출시 [수학식 5]를 통해 각 항목(아크 방전 지수, 가스(연기) 지수, 온도 지수, 습도 지수, 부스바 변색률 지수, 과전류 지수, 누설전류 지수)에 대한 가중치와 지표(멤버쉽 함수값)를 곱한 값들의 합으로 산출하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 다중복합 CMD 센서를 이용한 화재감지 기능을 갖는 고압반, 저압반, 분전반, 모터제어반에 의하면, 접촉불량에 의한 과열, 단선, 단락에 의한 아크발생 및 절연피복재 열화에 의한 절연파괴 현상 등의 사고에 대한 해결이 가능하다는 효과가 얻어진다.

또한, 고압반, 저압반, 분전반, 모터제어반 내부에서 화재 초기의 일산화탄소(CO)의 농도, 불꽃, 온도 및 연기 발생 여부를 화재가능지수를 통해 종합적으로 판단하기 때문에, 특히, 천천히 진행되는 전기화재가 확대되기 전에 화재 원인으로 분류되는 현상을 사전에 검출하여 인명사고 및 재산피해를 미연에 예방한다는 효과도 얻어진다.

도 1은 본 발명의 실시예를 적용하기 위한 분전반의 구성을 간략하게 보인 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 다중복합 센서를 이용한 화재감지 기능을 갖는 분전반의 구성을 간략하게 보인 블록도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 화재가능지수(FPI)를 추출하기 위한 제어과정을 보인 흐름도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 S 형태의 소속함수를 보인 그래프.
도 5a,5b는 본 발명의 실시예에 따른 항목별 지수 산출을 위한 지표화함수의 형태를 보인 그래프.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 누적 아크 지수 산출을 보인 예시도.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 온도지수 산출을 보인 예시도.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 불꽃 발생 누적회수입력에 대한 소속함수를 보인 그래프.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 가스 및 연기 발생횟수 입력에 대한 소속함수의 형태와 파라미터를 보인 예시도.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 온도 입력에 대한 소속함수의 형태와 파라미터를 보인 예시도.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 과전류 지수 산출을 보인 예시도.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 누설전류 지수 산출을 보인 예시도.
도 13은 본 발명이 적용 될 수 있는 수 배전 설비의 예시도

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 또한, 본 발명을 설명하는데 있어서 동일 부분은 동일 부호를 붙이고, 그 반복 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 실시예를 적용하기 위한 분전반의 구성을 간략하게 보인 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시예를 적용하기 위한 다중복합 센서를 이용한 화재감지 기능을 갖는 분전반의 구성을 간략하게 보인 블록도이다.

상기 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이 분전반(100)은 크게 센서모듈부(200)와 진단제어부(300)를 포함하여 구성한다.

상기 센서모듈부(200)는 전류, 누설전류, 부하율, 가스(연기) 발생, 접속점온도, 부스바 온도 및 부스바 변색, 불꽃, 온.습도(미도시)등을 감지하는 센서들을 통해 분전반(100)에 흐르는 전류, 누설전류, 부하율, 가스(연기) 발생, 접속점온도, 부스바 온도 및 부스바 변색, 불꽃, 온도을 검출하여 출력한다. 이때 상기 센서모듈부(200)의 부스바 변색을 감지하는 것은 카메라(210)이며, 이 카메라(210)를 통해 인식된 부스바의 색상을 감지한다.

여기서 센서 모듈부(200)는 설명의 편의를 위하여 센서들을 일괄하여 센서 모듈부(200)로 도식화하여 표시하나, 분전반(100) 또는 본 발명이 적용 될 수 있는 수배전설비의 한 사례를 나타내는 도13에 나타난 바와 같이 센싱에 편리한 지점을 선택하여 분산배치 후 통신 선로에 의하여 연결 된다.

또한 본 발명이 적용 될 수 있는 일례인 도1에 예시된 분전반에는 여러 센서로부터 입력되는 신호를 진단하고 추론하며 제어하는 제어부(Main Controller, 미도시), 진단제어 결과 등을 표시하는 표시부(미도시)는 미도시 하며, 이들 센서들과 제어부 및 표시부와의 통신 및 전기적 접속을 본 분야에 RS- 485 통신을 이용하는 등 분 분야에 공지된 기술을 활용하는 것이어서 구체적 설명을 생략한다.

또한 본 발명이 적용 될 수 있는 일례인 도13에 제시된 수배전 설비에 있어서, 여러 센서로부터 입력되는 신호를 기반 하여 진단하고, 추론하며 제어하는 제어부(Main Controller) 및 진단제어 추론 결과 등을 표시하는 표시부, 그리고 수배전설비의 진단 제어 추론 결과 등을 원격지에 관리하는 관리자에게 통보하는 관리자 단말은 본 분야에 공지된 통신 및 전기적 접속을 본 분야에 RS- 485 통신 등의 공지된 통신 수단 또는 유무선의 공중 통신망을 이용하는 것이며. 전류, 누설전류, 부하율, 가스(연기) 발생, 접속점온도, 부스바 온도 및 부스바 변색, 불꽃, 온도 등을 감지하는 센서들 역시 본 분야에서 활용되는 공지된 센서를 이용하는 것이어서 구체적 설명을 생략한다. 또한 도시한 각각의 센서들의 위치는 본 발명을 적용할수 있는 수배전설비의 배체에 따라 변경 될 수 있는 것이며, 이들의 접속순서 역시 특별히 한정 되지 아니한다.

이하에서는 전류, 누설전류, 부하율, 가스(연기) 발생, 접속점온도, 부스바 온도 및 부스바 변색을 검출하는 센서, 불꽃감지센서, 온도 센서를 통칭하여 다중복합(CMD) 센서라 한다.

상기 진단제어부(300)는 상기 센서모듈부(200)에서 출력한 분전반(100) 내에서 검출한 각 검출값들을 종합적으로 진단하여 기 설정치 초과 여부를 판단하고, 판단결과에 따라 경고 메시지 또는 경보 데이터를 관리자에게 전송하거나, 산출한 화재가능지수(Fire Potential Index, FPI)를 관리자에게 전송한다. 이때, 상기 진단제어수단은 상기 각 검출값들을 종합적으로 진단하여 기 설정치 초과 여부를 판단시에, 부하율, 과전류, 부스바 온도 및 누설전류를 기반으로 부스바 온도상승 여부를 판단하고, 누설전류 및 가스연기 발생 그리고 불꽃감지를 기반으로 불꽃발생 여부를 판단하며, 과전류, 부스바 온도를 기반으로 과열 여부를 판단하고, 카메라를 통해 인식된 부스바의 색상과 기 저장한 화상데이터를 비교하여 부스바의 색상변화율이 설정치(%) 이상인가를 판단한다.

또한, 상기 진단제어부(300)는 상기 화재가능지수(FPI)를 산출하기 위해 상기 센서모듈부(200)에서 출력한 분전반(100) 내에서 검출한 각 검출값들의 허용기준 경계의 불확실성을 처리하고, 보다 효과적인 소속정도를 설정하는 퍼지추론부(400)를 포함한다.

이하, 본 발명에 따른 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 화재가능지수를 산출하기 위한 제어과정을 보인 흐름도이다.

상기 도 3을 참조하면, 먼저 분전반(100)의 각상에 센서(예를 들어 온도센서, 연기센서 등)를 설치하여 접촉 불량 시의 이상 상태(예를 들어 온도상승 등)을 검출하는데, 접촉 불량이 발생할 경우 접촉 부위불량으로 인한 과열, 합성 및 누전, 아크가 발생할 수가 있기 때문이다.

이때, 예를 들어 접촉 불량 시의 이상 상태인 온도상승을 판단하는 중요한 판단 요소는 분전반 단자대 절연물의 최고허용온도로, 온도 센서에 최고허용온도를 상회하는 온도가 측정될 경우 화재위험확률이 100%라 판정한다.

또한, 분전반의 절연이 불충분하면 절연열화에 의한 화재의 위험이 있을 수 있다. 따라서 화재를 적절한 시기에 예방하기 위하여 누설전류는 반드시 감시해야할 항목이다. 누설전류는 영상변류기(ZCT)로부터 측정하며, 최대 허용치를 초과할 경우 화재위험확률이 100%라 판단한다.

또한, 3상 중에 결상이 생길 경우 과전류가 흐를 수 있으며, 이로 인하여 화재위험이 매우 크므로 결상을 검출하여 화재가능지수(FPI)를 결정하는 요소로 이용하였다. 각 상의 전류를 측정하여 어느 하나라도 전류가 흐르지 않는다면 결상으로 판정한다.

본 발명에서는 이 7가지 요소에 대해서 각각 한계 기준치를 설정하였다. 7가지 요소 중 어느 한 가지라도 한계 기준치를 넘어서면 화재위험 가능성이 매우 높다고 보았다.

따라서, 상기 한계 기준치를 설정하기 위해서 도 2에 도시한 바와 같이 퍼지추론부(400)에서 각 요소들의 허용기준 경계의 불확실성을 처리하여 보다 명확하게 설정한 한계 기준치를 통해 효과적으로 여러 가지 전력 파라미터들이 모니터링되고 분석된다(S100).

이때, 입력변수(최근한 한 달간의 불꽃발생누적회수, 최근 한 달간의 가스 및 연기 발생 누적횟수, 현재온도, 누설전류 누적값, 과전류 누적값)를 각각 x1, x2, x3, x4, x5로 정의하며, 퍼지 규칙은 다음과 같이 표현한다.

R1:If x1 is u1(x1) Then y1 is a1,

R2:If x2 is u2(x2) Then y2 is a2,

R3:If x3 is u3(x3) Then y3 is a3,

R4:If x4 is u4(x4) Then y4 is a4,

R5:If x5 is u5(x5) Then y5 is a5(여기서, ul(xl)은 각 입력에 대한 퍼지 소속함수이다)

상기 S100 단계에서 분석된 결과 각 데이터 설정치를 초과하였는가를 판단하여(S200) 초과한 경우 위험요소가 제거될 때까지 경고나 경보 메시지를 전송한다(S300, S400).

그러나, 상기 S200 단계의 판단결과 데이터 설정치를 초과하지 않은 경우 상기 퍼지추론부(400)는 분전반 내의 부스바 접속부에 대한 각 요소들의 허용기준 경계의 불확실성을 처리하고, 보다 효과적인 소속정도를 설정하기 위하여 퍼지소속함수(fuzzy membership function)인 S 형태의 소속함수를 사용하여 처리하는데, 이는 계수의 조정을 통해 사용자가 원하는 소속정도를 설정할 수 있는 장점이 있다. S 형태의 소속함수는 [수학식 1]과 같이 정의한다.

여기서, a는 구간의 하한치, b는 구간의 상한치, λ는 곡선의 기울기, ν는 굴절점이다.

예를 들어, 도 4에 도시한 바와 같이 상기 곡선 기울기 λ값이 커지면 기울기가 샤프해지며, 굴절점 ν값이 커지면 소속함수의 중심점이 오른쪽으로 이동하는 것을 알 수가 있다. 따라서 곡선 기울기와 굴절점을 원하는 조정하여 특정 검출 값에 따른 기댓값을 사용자가 결정할 수 있게 된다.

이후, 먼저 지수 산출을 위한 항목 중 최근 한 달 동안의 아크발생횟수(narc), 가스(연기)발생횟수(npd), 온도(temp), 습도(humid), 부스바 변색률(fading)에 대한 멤버쉽 값을 계산한다(S500). 이때 멤버쉽 함수는 [수학식 2]와 같이 돔비(Dombi) 함수를 사용한다.

여기서, x는 narc, ngas, temp, humid, fading 값을 의미하며 각 항목에 대한 파라미터는 Ta, Tb,

,

는 각각 {0, 100, 1.8, 0.7 }, {0, 50, 2.5, 0.5}, {0, 80, 3.0, 1.1}, {0, 100, 2.0, 0.5}, {0, 100, 2.5, 1.5}이다. 이 파라미터들은 실험을 통하여 조정될 수 있으며, 상기 fading의 의미는 색깔의 변색 정도를 백분율로 하여 카메라에서 입력된 대상물체의 색에 대한 히스토그램 분포를 분석하여 그 히스토그램의 분포가 0에서 100까지 백분율로 정해서 나타내도록 한다. 즉 초기에 촬영된 히스토그램의 그레이레벨 분포를 0으로 하고, 대상물체의 변색된 히스토그램의 그레이레벨 분포를 100으로 한다.

상기 지수 산출을 하고자 하는 모든 항목은 입력하한 경계값, 입력하한 경계값 이하에서의 멤버쉽값, 입력상한 경계값, 입력상한 경계값 이상에서의 멤버쉽값을 각각의 특성에 맞춰 설정한 후 설정값을 이용하여 멤버쉽값을 계산하며, 각각에 대한 멤버쉽 값은 mv[0], mv[1], mv[2], mv[3], mv[4]이다.

이어서, 상기 멤버쉽 값에 각각 100을 곱하여 각각의 지수를 구한다(S600). 즉, 아크 지수(ArcIndex) = mv[0] * 100; 가스 지수(GasIndex) = mv[1] * 100; 온도 지수(TEMPIndex) = mv[2] * 100; 습도 지수(HumidIndex) = mv[3] * 100; 변색률 지수(FadingIndex) = mv[4] * 100이다.

이때, 상기 지수 산출은 다음과 같은 두 가지 형태의 지표화 함수에 의하여 산출되는데, 첫 번째 형태는 도 5a에 도시한 바와 같이 역률처럼 수치가 높을수록 양호하여 지표가 높아지는 증가형(Incremental type)이고, 두 번째 형태는 도 5b에 변압기 온도처럼 수치가 낮을수록 상태가 양호하여 지표가 높아지는 감소형(Decremental type)이 있으며, 지표산출을 하고자 하는 모든 항목은 입력하한 경계값(xl), 입력하한 경계값 이하에서의 지표값(vl), 입력상한 경계값(xh), 입력상한 경계값 이상에서의 지표값(vh)을 각각의 특성에 맞춰 설정한 후 [수학식 3]을 통해 계산한다.

따라서, 누적 아크지수는 도 6에 도시한 바와 같이 최근 일주일 간 발생한 아크 발생회수를 입력값으로 사용하여 계산하며, 온도지수는 도 7에 도시한 바와 같이 분전반 허용온도를 적용하여 돔비 파라미터의 산출을 통해 계산한다.

또한, 과전류 지수(cur)는 다음의 [수학식 4]를 통해 계측된 전류값(cur)으로부터 전류율(ocr)을 계산한다.

여기서, BASECUR는 정격전류를 의미하는 것으로, 분전반 차단기 용량 등을 적용한다.

또한, 누설전류 지수(lcr)는 다음의 [수학식 5]를 통해 누설전류(lc)로부터 누설전류율(lcr)을 계산한다.

여기서, BASELCR은 누설전류 허용기준에 의하여 정격전류의 1/2000 이하여야 하기 때문에 2000으로 설정한다.

이후, 상기 계산된 지수들로부터 화재가능지수를 산출하는데, 각 지수에 대한 가중치는 ParaQweight = {0.2, 0.2, 0.2, 0.1, 0.1, 0.1, 0.1}로 초기 설정되며, 상기 가중치들의 합은 1.0이 되도록 설정되어야 하고, 실험을 통하여 조정할 수도 있다. 상기 화재가능지수는 다음의 [수학식 6]를 통하여 산출한다(S700).

즉, 상기 [수학식 6]에 나타낸 바와 같이 화재가능지수(FPI)는 각 항목에 대한 가중치와 지표(멤버쉽 함수값)를 곱한 값들의 합으로 산출하는 것으로, 화재가능지수(FPI)는 FPIweight[0]*mv[0] + FPIweight[1]*mv[1] + FPIweight[2]*mv[2] + FPIweight[3]*mv[3] + FPIweight[4]*mv[4] + FPIweight[4]*mv[5] + FPIweight[4]*mv[6]가 된다.

이후, 상기 단계 S700에서 산출한 화재가능지수(FPI)의 상태 레벨을 관리자에게 전송한다(S800).

한편, 상기 화재가능지수(FPI)는 다음과 같은 7가지의 요소(불꽃, 가스(연기)농도, 접속점온도, 누설전류, 습도, 아크, 부스바 변색)로 구성하는데, 본 발명의 일실시예에서는 각 입력에 대한 함수의 파라미터를 다음과 같이 적용하였다.

첫째, 최근 한 달간의 불꽃 발생 누적회수입력에 대한 소속함수의 형태와 파라미터는 도 8에 도시한 바와 같이 소속함수의 출력값에 100을 곱한 값으로 최근 한 달간 30회의 불꽃이 발생하면 그 발생 지수는 30이 되고, 70회 발생하면 70 이 된다.10 회 이상이 발생하면 불꽃 발생지수는 100이 된다.

둘째, 최근 한 달간의 가스 및 연기 발생횟수 입력에 대한 소속함수의 형태와 파라미터는 도 9에 도시한 바와 같이 소속함수의 출력 값에 100 을 곱한 값으로 최근 한 달간 30 회의 가스 및 연기가 발생하면 발생 지수는 30이 되고, 70회 발생하면 70이 된다.100회 이상이 발생하면 발생지수는 100이 된다.

셋째, 온도 입력에 대한 소속함수의 형태와 파라미터는 도 10에 도시한 바와 같이 소속함수의 출력 값에 100을 곱한 값이다. 일반적으로 분전반의 접속부는 허용온도가 있으며 진단하고자 하는 설비의 허용온도를 고려하여 파라미터를 설정한다. 일반적으로 40℃ 기준 검사하게 된다. 본 발명에서는 75℃이상이 되면 온도지수가 100이 되며 50℃이하에서는 온도지수가 '0 '이 되도록 설정하였다.

네째, 과전류율은 도 11에 도시한 바와 같이 세 상 중에서 최대전류 값을 정격전류로 나누어 결정하고 전류 기울기는 초당 전류 평균값을 산출하여 지수를 산출한다. 설정한도는 최대부하전류의 50%에서 최대 150%로 산정하여 지수를 산출하도록 한다.

다섯째, 누설전류는 도 12에 도시한 바와 같이 정격전류의 1/2000 이하로 제한되어 있으며, 그 값의 30%~100%의 한도 내에서 지수를 산출하도록 한다.

상기 불꽃방전지수, 가스 및 연기발생지수, 온도지수, 과전류지수, 누설전류지수는 소속함수의 출력에 100을 곱한 값으로써 100에 가까울수록 열화가 많이 되며, 0에 가까울수록 정상임을 의미하게 된다.

이에 따라 [표 1]에 나타낸 바와 같이 화재가능지수(FPI)는 0 ~ 100 사이의 값으로 산출되며, '100'에 가까울수록 안전하며 '0'에 수치가 낮을수록 열화정도가 심함을 의미한다. 이를 유지보수에 활용하기 위해 화재가능지수(FPI)를 산출하여 표시하며 기준을 정하여 경보를 발생하는데 활용될 수 있다.

상기 화재가능지수(FPI)가 0~ 30% 사이는 설비 교체 또는 유지보수, 30~ 60% 사이는 설비 점검, 60~80% 사이는 주의, 80~100% 사이는 정상 상태 등으로 표시하여 유지보수를 용이하게 적용될 수도 있다.

데이터 번호	불꽃방전 누적회수 (x1)	가스 및 연기농도백분율 평균 (x2)	온도 (x3)	과전류 (x4)	누설 전류(x5)	FPI(화재가능지수, y)
1	99	1	75	250	300	1.0
2	90	9	60	200	250	2.0
3	82	8	52	220	200	3.0
. . .	. . .	. . .	. . .	. . .	. . .	. . .
97	10	53	50	100	50	97.0
98	6	50	44	120	50	98.0
99	5	30	50	150	100	99.0
100	2	10	40	200	120	100.0

상기 [표 1]에 언급된 5가지의 항목으로 화재에 대한 현재 상태를 판단하며, 그 결과는 [표 2]에서와 같이 3개의 상태(State)로 출력되도록 지수를 산출한다.

지수값	상태(State)	판단
0 ~ 60%	1	안전
60 ~ 90%	2	긴급
90 ~ 100%	3	차단

이상, 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

100 : 수배전반 200 : 센서모듈부
300 : 진단제어부 400 : 퍼지추론부

Claims (7)

1. 외부와 격리하고 보호하는 역할을 수행하는 케이스, 상기 케이스 내에 위치하는 다중복합 센서를 이용한 화재감지 기능을 갖는 고압반, 저압반, 분전반, 모터제어반에 있어서,
   상기 다중복합센서에 포함 된 개별적인 센서들을 통해 수배전반 내에 흐르는 전류, 누설전류, 부하율, 가스연기 발생, 내부온도, 부스바 온도 및 부스바 변색,불꽃, 온도를 검출하여 출력하는 센서들 및
   상기 센서들에서 출력한 분전반, 고압반, 저압반, 모터제어반 내에서 검출한 각 검출값들을 종합적으로 진단하여 기 설정치 초과 여부를 판단하고, 판단결과에 따라 경고 메시지 또는 경보 데이터를 관리자에게 전송하거나, 상기 각 검출값들을 기반으로 산출한 화재가능지수(Fire Potential Index, FPI)를 관리자에게 전송하는 진단제어수단을 포함하고,
   상기 진단제어수단은 상기 화재가능지수(FPI)를 산출하기 위해 상기 센서모듈수단에서 출력한 수배전반 내에서 검출한 각 검출값들의 허용기준 경계의 불확실성을 처리하고, 보다 효과적인 소속정도를 설정하는 퍼지추론부를 더 포함하며,
   상기 화재가능지수(FPI)산출시 [수학식 5]를 통해 각 항목(아크 방전 지수, 가스(연기) 지수, 온도 지수, 습도 지수, 부스바 변색률 지수, 과전류 지수, 누설전류 지수)에 대한 가중치와 지표(멤버쉽 함수값)를 곱한 값들의 합으로 산출하는 것을 특징으로 하는 다중복합 센서를 이용한 화재감지 기능을 갖는 고압반, 저압반, 분전반, 모터제어반.
   [수학식 5]
   

   

   여기서, 각 지수에 대한 가중치는 ParaQweight = {0.2, 0.2, 0.2, 0.1, 0.1, 0.1, 0.1}로 초기 설정되며, 상기 가중치들의 합은 1.0이 되도록 설정되어야 한다.
2. 제1항에 있어서,
   상기 진단제어수단은 상기 각 검출값들을 종합적으로 진단하여 기 설정치 초과 여부를 판단시에, 부하율, 과전류, 부스바 온도 및 누설전류를 기반으로 부스바 온도상승 여부를 판단하고, 누설전류 및 가스연기 발생을 기반으로 불꽃발생 여부를 판단하며, 과전류, 부스바 온도를 기반으로 과열 여부를 판단하고, 상기 카메라를 통해 인식된 부스바의 색상과 기 저장한 화상데이터를 비교하여 부스바의 색상변화율이 설정치(%) 이상인가를 판단하는 것을 특징으로 하는 다중복합 센서를 이용한 화재감지 기능을 갖는 고압반, 저압반, 분전반, 모터제어반.
3. 제1항에 있어서,
   상기 퍼지추론부는 상기 각 검출값들을 종합적으로 진단하여 기 설정치를 초과하지 않은 경우, 계수의 조정을 통해 사용자가 원하는 소속정도를 설정할 수 있도록 기대값(

   

   )을 [수학식 1]을 통해 산출하는 것을 특징으로 하는 다중복합 센서를 이용한 화재감지 기능을 갖는 고압반, 저압반, 분전반, 모터제어반.
   [수학식 1]
   

   

   
   여기서, a는 구간의 하한치, b는 구간의 상한치, λ는 곡선의 기울기, ν는 굴절점이다.
4. 제2항에 있어서,
   상기 퍼지추론부는 각 검출값들(분전반 접속부의 온도 및 전류, 가스, 연기, 불꽃, 부스바 온도, 부하율)을 기반으로 [수학식 2]를 통해 지수 산출을 위한 항목 중 최근 한 달 동안의 아크발생횟수(narc), 가스(연기)발생횟수(npd), 온도(temp), 습도(humid), 부스바 변색률(fading)에 대한 멤버쉽 값을 계산하는 것을 특징으로 하는 다중복합 센서를 이용한 화재감지 기능을 갖는 고압반, 저압반, 분전반, 모터제어반.
   [수학식 2]
   

   

   
   여기서, x는 narc, ngas, temp, humid, fading 값을 의미하며 각 항목에 대한 파라미터는 Ta, Tb,

   

   ,

   

   는 각각 {0, 100, 1.8, 0.7 }, {0, 50, 2.5, 0.5}, {0, 80, 3.0, 1.1}, {0, 100, 2.0, 0.5}, {0, 100, 2.5, 1.5}이다.
5. 제1항에 있어서,
   상기 퍼지추론부는 입력변수(최근한 한 달간의 불꽃발생누적회수, 최근 한 달간의 가스 및 연기 발생 누적횟수, 현재온도, 누설전류 누적값, 과전류 누적값)를 각각 x1,x2,x3,x4,x5로 정의하며, 퍼지규칙은 R1:If x1 is u1(x1) Then y1 is a1, R2:If x2 is u2(x2) Then y2 is a2, R3:If x3 is u3(x3) Then y3 is a3, R4:If x4 is u4(x4) Then y4 is a4, R5:If x5 is u5(x5) Then y5 is a5(여기서, ul(xl)은 각 입력에 대한 퍼지 소속함수이다)으로 표현하는 것을 특징으로 하는 다중복합 센서를 이용한 화재감지 기능을 갖는 고압반, 저압반, 분전반, 모터제어반.
6. 제1항에 있어서,
   상기 과전류 지수(cur)는 다음의 [수학식 3]을 통해 계측된 전류값(cur)으로부터 전류율(ocr)을 계산하는 것을 특징으로 하는 다중복합 센서를 이용한 화재감지 기능을 갖는 고압반, 저압반, 분전반, 모터제어반.
   [수학식 3]
   

   

   
   여기서, BASECUR는 정격전류를 의미하는 것으로, 분전반 차단기 용량 등을 적용한다.
7. 제1항에 있어서,
   상기 누설전류 지수(lcr)는 다음의 [수학식 4]를 통해 누설전류(lc)로부터 누설전류율(lcr)을 계산하는 것을 특징으로 하는 다중복합 센서를 이용한 화재감지 기능을 갖는 고압반, 저압반, 분전반, 모터제어반.
   [수학식 4]
   

   

   
   여기서, BASELCR은 누설전류 허용기준에 의하여 정격전류의 1/2000 이하여야 하기 때문에 2000으로 설정한다.

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