KR20150096913A

KR20150096913A - 고장검출 기능을 갖는 실시간 화재 보호 모니터링 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR20150096913A
Application number: KR1020140017789A
Authority: KR
Inventors: 김재호; 김병조
Original assignee: 대전대학교 산학협력단
Priority date: 2014-02-17
Filing date: 2014-02-17
Publication date: 2015-08-26
Also published as: KR101563417B1

Abstract

본 발명은 화재 보호 구간에서 열, 연기, 불꽃 감지기로부터 전기적인 신호를 전달받아 화재인지 아닌지를 판단하고, 보호 구간 내의 전압 및 전류 센서로부터 신호를 전달받아 3상 벡터의 합을 실시간으로 계산하여 고장인지 아닌지를 판단하여 관리자에게 알려줌으로써 조기에 화재를 예방할 수 있도록 하는 고장검출 기능을 갖는 실시간 화재 보호 모니터링 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 본 발명에 의하면, 화재보호 알고리즘을 이용하여 자동 소화 설비와의 연동 및 화재 경보를 관리자에게 실시간으로 제공해 줌으로써 화재 초기에 보다 빠른 대응이 가능하고, 감지센서와 전압, 전류 및 온도센서를 이용하여 보호구역 내의 상태변화를 모니터링 및 검출 할 수 있으므로 경제적인 측면에서도 잇점이 있다.

Description

고장검출 기능을 갖는 실시간 화재 보호 모니터링 시스템 및 방법{Real time fire protection and monitoring system with fault detection, and method therof}

본 발명은 고장검출 기능을 갖는 실시간 화재 보호 모니터링 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 화재 보호 구간에서 열, 연기, 불꽃 등의 감지기로부터 전기적인 신호를 전달받아 화재인지 아닌지를 판단하고, 보호 구간 내의 전압 및 전류 센서로부터 신호를 전달받아 3상 벡터의 합을 실시간으로 계산하여 고장인지 아닌지를 판단하여 관리자에게 알려줌으로써 조기에 화재를 예방할 수 있도록 하는 고장검출 기능을 갖는 실시간 화재 보호 모니터링 시스템 및 방법에 관한 것이다.

화재로부터 인명을 보호하고 안전을 확보하기 위하여 일정 규모 이상의 건축물 및 시설물에는 자동 화재탐지 설비를 설치하도록 법제화 되어 있다.

국내의 전기 에너지 사용량은 매년 증가하고 있으며, 특히 대도시 지역과 같은 인구밀집 지역에서 사용량이 급증하고 있다. 이는 전기적인 요인으로 인해 화재가 발생할 가능성이 증가되고 있다는 것을 의미한다.

국내의 화재발생 요인 중 부주의에 의한 화재가 가장 높은 비율을 차지하고 있으며 그 다음으로 전기적인 요인에 의해 화재가 발생하는 것으로 나타나 있다. 전기적인 요인에 의한 화재발생 형태는 주로 단락, 지락, 누전, 과부하 과전류, 접촉불량, 트래킹, 반단선 등이 있으며, 이와 같은 요인들로부터 전기설비 및 인명의 보호를 위해 배선용 차단기, 누전 차단기, 과전류 계전기, 누전 경보기 등의 보호 기기들이 설치운용 되고 있다.

하지만 전기적인 요인에 의해 화재가 발생될 경우 자동 화재탐지 설비는 이를 사전에 인지하지 못하고 화재로 진전된 이후에 감지기에서 열, 연기, 불꽃 등의 변화를 검출하여 화재발생을 통보하게 됨으로서 화재 초기단계에 대응하지 못하는 문제점이 항상 발생하고 있다.

종래 자동 화재탐지 설비의 기본 동작원리는 도 9에 도시된 바와 같이 감지기 및 발신기에서 화재신호를 수신기로 전달하고 수신기는 경보장치 및 표시장치, 스프링쿨러 설비, 제연 설비 등과 같은 주변의 소방설비를 동작시키기 위한 작동신호를 출력하는 형태로 구성되어 있다. 수신기는 감지기 및 발신기로부터 전기적 신호를 전달받아 소방설비에 작동신호를 출력하기 때문에 임펄스, 스파이크, 노이즈 등 내외부적인 요인에 의해 오작동이 발생하는 문제점이 있다.

또한 전기적인 요인에 의해 화재가 많이 발생함에도 불구하고 전기설비와 연동되어 동작하지 않기 때문에 단락, 지락, 과전류 등의 요인으로 인해 화재가 발생할 경우 예방 측면에서 매우 취약한 문제점이 있다.

대한민국 등록특허공보 제1,022,731호(등록일 : 2011.03.09)

전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 화재 보호 구간에서 열, 연기, 불꽃 감지기로부터 전기적인 신호를 전달받아 화재인지 아닌지를 판단하고, 보호 구간 내의 전압 및 전류 센서로부터 신호를 전달받아 3상 벡터의 합을 실시간으로 계산하여 고장인지 아닌지를 판단하여 관리자에게 알려줌으로써 조기에 화재를 예방할 수 있도록 하는 고장검출 기능을 갖는 실시간 화재 보호 모니터링 시스템 및 방법을 제공함에 있다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 소정의 제어 신호에 따라 화재 보호 구간 내의 화재 발생을 경보하고, 제연 설비와, 스프링쿨러 설비를 동작하며, 부대 설비를 동작하는 소방설비장치; 상기 화재 보호 구간 내의 화재 발생 시 열을 감지하는 열 감지기; 상기 화재 보호 구간 내의 화재 발생 시 연기를 감지하는 연기 감지기; 상기 화재 보호 구간 내의 화재 발생 시 불꽃을 감지하는 불꽃 감지기; 상기 화재 보호 구간 내의 온도를 감지하는 온도 감지기; 상기 열 감지기와 상기 연기 감지기 및 상기 불꽃 감지기의 전압값과 전류값을 검출하는 전압/전류 검출부; 상기 열 감지기와 상기 연기 감지기 및 상기 불꽃 감지기로부터 발생된 감지 신호와, 상기 전압/전류 검출부로부터 검출된 전압값과 전류값, 상기 온도 감지기로부터 감지된 온도값을 실시간으로 수집하는 실시간 데이터 수집부; 및 상기 감지 신호와 상기 전압값, 상기 전류값 및 상기 온도값에 근거해 화재보호 알고리즘을 통해 화재를 판단하고, 고장검출 알고리즘을 통해 상기 감지기들의 고장 여부를 판단하여, 화재로 판단된 경우에 상기 소방설비장치를 통해 화재 발생을 경보하고, 상기 제연 설비와 스프링쿨러 설비를 동작하며, 고장 시 관리자 또는 관련 기관에 고장 상태를 알리도록 제어하는 제어부를 포함하는 고장검출 기능을 갖는 실시간 화재 보호 모니터링 시스템이 제공된다.

또한, 상기 제어부는, 상기 고장검출 알고리즘을 통해, 상기 전압값과 상기 전류값에 대해 정현파 3상의 전압 및 전류를 크기와 위상으로 분해하고, 극좌표를 직각좌표로 변환 후 3상 벡터의 합을 산출하여 0.5A 내지 1A 보다 클 경우에 누전이 발생한 것으로 판단하게 된다.

또한, 상기 제어부는, 상기 고장검출 알고리즘을 통해 정현파 3상의 전압 및 전류를 아래 수학식에 따라 크기와 위상으로 변환하고, 크기 변환에 대해 정현파의 최대치에 0.707을 곱하여 RMS값을 산출하며, 위상 변환에 대해 radian을 degree로 변환하게 된다.

또한, 상기 제어부는, 상기 고장검출 알고리즘을 통해 정상상태의 2배 이상인 전류가 정상상태 전류보다 크고 16 ms(1주기) 이내 기울기 상승시 또는 3상 전류의 벡터합이 정상상태 전류보다 큰 경우에 지락 고장으로 판단하게 된다.

또한, 상기 제어부는, 상기 고장검출 알고리즘을 통해 정상상태의 2배 이상인 전류가 정상상태 전류보다 크고 16 밀리세컨드(ms) 이내 기울기 상승시에 단락 고장으로 판단하게 된다.

또한, 상기 제어부는, 상기 고장검출 알고리즘으로부터 순간적인 임펄스, 스파이크, 노이즈가 발생된 정보를 전달받아 감지기가 화재라고 판단할 경우에 화재 판단 기준에 따라 정정하게 된다.

또한, 상기 제어부는, 상기 고장검출 알고리즘에 따라 상기 전류값이 정상상태 전류의 1.25배가 10분 이상 지속되는 경우에 과전류로 판단하게 된다.

또한, 상기 제어부는, 상기 화재보호 알고리즘을 통해, 상기 열 감지기와 상기 연기 감지기 및 상기 불꽃 감지기로부터 입력된 전압값이 일정 기준 전압값보다 크고, 축적 기능을 통해 입력 전압값이 기준 전압값보다 30초 이상 2회 반복하여 크며, 온도 상승 기울기가 20 ℃ 보다 큰 경우에(

)화재가 발생한 것으로 판단하게 된다.

또한, 데이터를 입력받기 위한 입력부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 입력부를 통해 데이터를 입력받아 상기 열 감지기와 상기 연기 감지기 및 상기 불꽃 감지기의 민감도를 설정하게 된다.

또한, 상기 제어부는, 상기 입력부를 통해 입력받은 데이터에 근거해 전압 불평형 기준이 계통에서 3% 이하로, 설비 불평형률의 경우 3상 3선식의 경우 상전류의 30% 이하로, 3상 4선식의 경우 상전류의 40% 이하로 상기 화재보호 구간 내 민감도를 설정하게 된다.

또한, 상기 열 감지기와 상기 연기 감지기 및 상기 불꽃 감지기는 각각 GPS 수신기를 구비하여, 각각의 설치 위치를 상기 제어부에 제공하게 된다.

그리고, 상기 실시간 데이터 수집부는 아날로그/디지털(A/D) 입력포트를 통해 상기 감지기들로부터 감지 신호를 디지털 신호로 수신해 상기 제어부에 전달하게 된다.

한편, 전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 소방설비장치, 열 감지기, 연기 감지기, 불꽃 감지기, 온도 감지기, 전압/전류 검출부, 실시간 데이터 수집부, 제어부, 입력부를 포함하는 시스템의 고장검출 기능을 갖는 실시간 화재 보호 모니터링 방법으로서, (a) 화재 보호 구간 내 화재 발생 시, 열과 연기와 불꽃을 감지하는 단계; (b) 상기 화재 보호 구간 내의 온도를 감지하는 단계; (c) 상기 열 감지기와 상기 연기 감지기 및 상기 불꽃 감지기의 전압값과 전류값을 검출하는 단계; (d) 상기 열 감지기와 상기 연기 감지기 및 상기 불꽃 감지기로부터 발생된 감지 신호와, 상기 전압/전류 검출부로부터 검출된 전압값과 전류값, 상기 온도 감지기로부터 감지된 온도값을 실시간으로 수집하는 단계; 및 (e) 상기 감지 신호와 상기 전압값, 상기 전류값 및 상기 온도값에 근거해 화재보호 알고리즘을 통해 화재를 판단하고, 고장검출 알고리즘을 통해 상기 감지기들의 고장 여부를 판단하여, 화재로 판단된 경우에 상기 소방설비장치를 통해 화재 발생을 경보하고, 상기 소방설비장치의 제연 설비와 스프링쿨러 설비를 동작하며, 고장 시 관리자 또는 관련 기관에 고장 상태를 알리도록 제어하는 단계를 포함하는 고장검출 기능을 갖는 실시간 화재 보호 모니터링 방법이 제공된다.

또한, 상기 (e) 단계는, 상기 고장검출 알고리즘을 통해, 상기 전압값과 상기 전류값에 대해 정현파 3상의 전압 및 전류를 크기와 위상으로 분해하고, 극좌표를 직각좌표로 변환 후 3상 벡터의 합을 산출하여 0.5A 내지 1A 보다 클 경우에 누전이 발생한 것으로 판단하게 된다.

또한, 상기 (e) 단계는, 상기 고장검출 알고리즘을 통해 정현파 3상의 전압 및 전류를 크기와 위상으로 변환하고, 크기 변환에 대해 정현파의 최대치에 0.707을 곱하여 RMS값을 산출하며, 위상 변환에 대해 radian을 degree로 변환하게 된다.

또한, 상기 (e) 단계는, 상기 고장검출 알고리즘을 통해 정상상태의 2배 이상인 전류가 정상상태 전류보다 크고 16 밀리세컨드(ms) 이내 기울기 상승시 또는 3상 전류의 벡터합이 정상상태 전류보다 큰 경우에 지락 고장으로 판단하게 된다.

또한, 상기 (e) 단계는, 상기 고장검출 알고리즘을 통해 정상상태의 2배 이상인 전류가 정상상태 전류보다 크고 16 밀리세컨드(ms) 이내 기울기 상승시에 단락 고장으로 판단하게 된다.

또한, 상기 (e) 단계는, 상기 고장검출 알고리즘으로부터 순간적인 임펄스, 스파이크, 노이즈가 발생된 정보를 전달받아 감지기가 화재라고 판단할 경우에 화재 판단 기준에 따라 정정하게 된다.

또한, 상기 (e) 단계는, 상기 고장검출 알고리즘에 따라 상기 전류값이 정상상태 전류의 1.25배가 10분 이상 지속되는 경우에 과전류로 판단하게 된다.

또한, 상기 (e) 단계는, 상기 화재보호 알고리즘을 통해, 상기 열 감지기와 상기 연기 감지기 및 상기 불꽃 감지기로부터 입력된 전압값이 일정 기준 전압값보다 크고, 축적 기능을 통해 입력 전압값이 기준 전압값보다 30초 이상 2회 반복하여 크며, 온도 상승 기울기가 20 ℃ 보다 큰 경우에 화재가 발생한 것으로 판단하게 된다.

또한, 상기 (a) 단계는 상기 화재와 고장 여부의 판단을 위해, 상기 열 감지기와 상기 연기 감지기 및 상기 불꽃 감지기의 민감도를 데이터를 입력받아 설정하게 된다.

그리고, 상기 (a) 단계는, 상기 입력받은 데이터에 근거해 전압 불평형 기준이 계통에서 3% 이하로, 설비 불평형률의 경우 3상 3선식의 경우 상전류의 30% 이하로, 3상 4선식의 경우 상전류의 40% 이하로 상기 화재보호 구간 내 민감도를 설정하게 된다.

본 발명에 의하면, 화재 발생 시 변화되는 전기적인 신호를 실시간 분석함으로써 화재 초기에 적극 대응할 수 있는 실시간 화재 보호 시스템을 제공할 수 있다.

또한, 화재 검출을 위해 광전식 연기 감지기와 열 감지기를 사용하고, P형 또는 R형 수신기를 사용하지 않더라도 화재 신호를 인지할 수 있도록 하기 위해 감지기의 전기적 신호를 분석하고 캘리브레이션(Calibration)을 수행하여 화재 발생을 검출할 수 있다.

또한, 지락 및 단락 검출을 위해 실시간 계통 전압 및 전류를 감시 및 분석하기 위해 전압 및 전류 센서를 사용하고, 대칭좌표법을 적용해 계통의 고장을 검출하는 실시간 화재 보호 시스템을 실현할 수 있다.

또한, 계통의 3상 전류 및 3상 전압의 크기와 위상을 벡터도로 나타내면서 전기적 고장을 검출하여 화재 발생을 통보하게 됨으로써 화재 초기 단계에서 대응할 수 있다.

또한, 화재보호 알고리즘을 이용하여 자동 소화 설비와의 연동 및 화재 경보를 관리자에게 실시간으로 제공해 줌으로써 화재 초기에 보다 빠른 대응이 가능하다.

그리고, 감지센서와 전압, 전류 및 온도센서를 이용하여 보호구역 내의 상태변화를 모니터링 및 검출 할 수 있으므로 경제적인 측면에서도 잇점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고장검출 기능을 갖는 실시간 화재 보호 모니터링 시스템의 전체적인 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 고장검출 기능을 갖는 실시간 화재 보호 모니터링 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 연기 감지기의 최소 동작 전압을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 4는 비축적형 광전식 연기감지기와 수신기의 축적기능을 사용하지 않을 때의 응동 특성 실험결과이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 축적형 연기 감지기의 응동 특성을 측정한 결과를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 3상이 동일한 크기와 120도의 위상차를 가지는 경우의 벡터도를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 R상의 크기가 다른 상에 비해 37.5%의 비율로 줄어들었을 경우의 벡터도를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따라 R상의 위상변화에 따른 벡터도를 나타낸 도면이다.
도 9는 종래 자동 화재탐지 설비의 기본 동작원리를 나타낸 도면이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 특정한 실시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명에 따른 고장검출 기능을 갖는 실시간 화재 보호 모니터링 시스템 및 방법의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 첨부도면을 참조하여 설명함에 있어 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고장검출 기능을 갖는 실시간 화재 보호 모니터링 시스템의 전체적인 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 고장검출 기능을 갖는 실시간 화재 보호 모니터링 시스템(100)은, 소방설비장치(110), 열 감지기(120), 연기 감지기(130), 불꽃 감지기(140), 온도 감지기(150), 전압/전류 검출부(160), 데이터 수집부(170), 입력부(180) 및 제어부(190)를 포함한다.

소방설비장치(110)는 제어부(190)의 제어 신호에 따라 화재 보호 구간 내의 화재 발생을 경보하고, 제연 설비와, 스프링쿨러 설비를 동작하며, 부대 설비를 동작한다.

열 감지기(120)는 화재 보호 구간 내의 화재 발생 시 열을 감지한다.

연기 감지기(130)는 화재 보호 구간 내의 화재 발생 시 연기를 감지한다. 예를 들면, 연기 감지기(130)는 화재 발생 시 연기 입자에 의해 산란되는 광을 감지하는 광전식 연기 감지기로 구현할 수 있다. 광전식 연기 감지기는 암실 형태의 챔버에 적외선 LED를 이용한 발광부와 포토다이오드를 이용한 수광부로 구성되고, 직류 24V의 전원전압을 공급받아 동작하게 된다. 챔버에 유입되는 연기 농도에 따라 수광용 포토다이오드의 출력전압 신호는 변화하게 되며, 특정값 이상이 되면 화재신호를 제어부(190)로 전달하게 된다.

불꽃 감지기(140)는 화재 보호 구간 내의 화재 발생 시 불꽃을 감지한다.

온도 감지기(150)는 화재 보호 구간 내의 온도를 감지한다.

전압/전류 검출부(160)는 열 감지기(120)와 연기 감지기(130) 및 불꽃 감지기(140)의 전압값과 전류값을 검출하는 각각 전압/전류 검출부;

데이터 수집부(170)는 열 감지기(120)와 연기 감지기(130) 및 불꽃 감지기(140)로부터 발생된 감지 신호와, 전압/전류 검출부(160)로부터 검출된 전압값과 전류값, 온도 감지기(150)로부터 감지된 온도값을 실시간으로 수집하여 디지털 데이터로 변환해 제어부(190)에 전달한다.

또한, 데이터 수집부(170)는 아날로그/디지털(A/D) 입력포트를 통해 감지기들로부터 감지 신호를 아날로그 신호로 수신하여 디지털 신호로 변환하여 제어부(190)에 전달하게 된다.

입력부(180)는 사용자 또는 관리자로부터 데이터를 입력받는다.

제어부(190)는 감지 신호와 전압값, 전류값 및 온도값에 근거해 화재보호 알고리즘을 통해 화재를 판단하고, 고장검출 알고리즘을 통해 감지기들의 고장 여부를 판단하여, 화재로 판단된 경우에 소방설비장치(110)를 통해 화재 발생을 경보하고, 제연 설비와 스프링쿨러 설비를 동작하며, 고장 시 관리자 또는 관련 기관에 고장 상태를 알리도록 제어하게 된다. 이때, 제어부(190)는 제어 신호를 디지털/아날로그(D/A) 포트를 통해 아날로그 신호로 소방설비장치(110)에 전달한다.

또한, 제어부(190)는, 고장검출 알고리즘을 통해, 전압값과 전류값에 대해 정현파 3상의 전압 및 전류를 크기와 위상으로 분해하고, 극좌표를 직각좌표로 변환 후 3상 벡터의 합을 산출하여 0.5A 내지 1A 보다 클 경우에 누전이 발생한 것으로 판단하게 된다.

또한, 제어부(190)는, 고장검출 알고리즘을 통해 정현파 3상의 전압 및 전류를 아래 수학식 1 및 수학식 2에 따라 크기와 위상으로 변환하고, 크기 변환에 대해 정현파의 최대치에 0.707을 곱하여 RMS값을 산출하며, 위상 변환에 대해 radian을 degree로 변환하게 된다.

또한, 제어부(190)는, 고장검출 알고리즘을 통해 정상상태의 2배 이상인 전류가 정상상태 전류보다 크고 16 밀리세컨드(ms) 이내 기울기 상승시 또는 3상 전류의 벡터합(

)이 정상상태 전류보다 큰 경우에 지락 고장으로 판단하게 된다.

또한, 제어부(190)는, 고장검출 알고리즘을 통해 정상상태의 2배 이상인 전류가 정상상태 전류보다 크고 16 밀리세컨드(ms) 이내 기울기 상승시에 단락 고장으로 판단하게 된다.

또한, 제어부(190)는, 고장검출 알고리즘으로부터 순간적인 임펄스, 스파이크, 노이즈가 발생된 정보를 전달받아 감지기가 화재라고 판단할 경우에 화재 판단 기준에 따라 정정하게 된다.

또한, 제어부(190)는, 고장검출 알고리즘에 따라 상기 전류값이 정상상태 전류의 1.25배가 10분 이상 지속되는 경우에 과전류로 판단하게 된다.

또한, 제어부(190)는, 화재보호 알고리즘을 통해, 열 감지기와 연기 감지기 및 불꽃 감지기로부터 입력된 전압값이 일정 기준 전압값보다 크고, 축적 기능을 통해 입력 전압값이 기준 전압값보다 30초 이상 2회 반복하여 크며, 온도 상승 기울기가 20 ℃ 보다 작은 경우에 화재가 발생한 것으로 판단하게 된다.

또한, 제어부(190)는, 입력부(180)를 통해 데이터를 입력받아 열 감지기와 연기 감지기 및 불꽃 감지기의 민감도를 설정하게 된다.

또한, 제어부(190)는, 입력부(180)를 통해 입력받은 데이터에 근거해 전압 불평형 기준이 계통에서 3% 이하로, 설비 불평형률의 경우 3상 3선식의 경우 상전류의 30% 이하로, 3상 4선식의 경우 상전류의 40% 이하로 상기 화재보호 구간 내 민감도를 설정하게 된다.

그리고, 열 감지기(120)와 연기 감지기(130) 및 불꽃 감지기(140)는 각각 GPS 수신기를 구비하여, 각각의 설치 위치를 제어부(190)에 제공하게 된다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 고장검출 기능을 갖는 실시간 화재 보호 모니터링 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도를 나타낸 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 고장검출 기능을 갖는 실시간 화재 보호 모니터링 시스템(100)은, 화재 보호 구간 내 화재 발생 시, 열과 연기와 불꽃을 감지한다(S210).

즉, 열 감지기(120)는 화재 구간 내 열을 감지하고, 연기 감지기(130)는 화재 구간 내 연기를 감지하며, 불꽃 감지기(140)는 화재 구간 내 불꽃을 감지한다.

이때, 제어부(190)는 화재와 고장 여부의 판단을 위해, 입력부(180)를 통해 데이터를 입력받아 열 감지기(120)와 연기 감지기(130) 및 불꽃 감지기(140)의 민감도를 설정하게 된다.

즉, 제어부(190)는 입력받은 데이터에 근거해 전압 불평형 기준이 계통에서 3% 이하로, 설비 불평형률의 경우 3상 3선식의 경우 상전류의 30% 이하로, 3상 4선식의 경우 상전류의 40% 이하로 화재보호 구간 내 민감도를 설정하게 된다.

예를 들어, 광전식 연기 감지기를 사용하는 경우, 연기 감지기(130)에 유입되는 연기량을 최소화 하여 포토셀의 증폭된 전압이 몇 V부터 화재발생 신호를 제어부(190)로 전달하는지 확인하기 위해, 축적형 광전식 연기감지와 제어부(190)의 축적기능을 사용하면 도 3에 도시된 바와 같은 실험결과를 얻을 수 있다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 연기 감지기의 최소 동작 전압을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다. 감지기의 형식승인 및 검정기술기준 제19조에 의하면 2종 광전식 연기감지기의 경우 공칭작동농도로서 감광율 10%/m인 농도의 연기를 포함하는 풍속 20∼40cm/s의 기류에 투입하는 경우 비축적형의 경우 30초 이내에 작동해야 하며, 축적형의 경우 공칭축적시간 ±5초 범위에서 화재신호를 발신해야 한다. 본 실시예에서는 연기 유입에 따른 제어부(190)와 광전식 연기감지기의 전기적 신호 전달 체계에 대한 해석을 목적으로 하기 때문에 연기농도에 따른 풍속과 감광율은 고려하지 않았다. 광전식 연기감지기의 수광부에 위치한 포토셀의 전압은 감광율에 따라 선형적으로 변화하는 특성을 가지고 있다. 도 3의 실험결과에서 포토셀의 증폭된 전압이 연기 유입 시점으로부터 제어부(190)의 공칭축적시간인 30초의 시간을 가지며, 이때의 전압이 2V 이상 일 때만 화재발생 신호를 제어부(190)로 전달하는 것을 알 수 있다. 비축적형 광전식 연기감지기의 경우도 축적형과 동일하다. 제어부(190의 축적 기능에 의해 2번 화재신호를 발한 후 75초 이후에는 암실 내부의 연기 확산에 의해 감광율이 감소되어 포토셀 및 증폭신호의 전압이 감소하는 것을 알 수 있으며, 제어부(190)의 공칭축적 시간 30초 이후인 105초에서의 전압이 2V 이하 이므로 화재발생 신호를 발생시키지 않는 것을 알 수 있다. 150초에서 광전식 연기감지기의 동작 유·무를 확인하기 위해 연기의 유입량을 최대로 하여 응동 특성을 재확인하였다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 비축적형 연기 감지기의 응동 특성을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다. 즉, 도 4는 비축적형 광전식 연기감지기와 수신기의 축적기능을 사용하지 않을 때의 응동 특성 실험결과이다. 연기가 유입되는 시점인 5.5초에서 감지기 내부 챔버에 연기 유입량이 설정되어 있는 감광율 이상이 되며 이때 수광부 포토셀의 증폭된 신호는 약 9V까지 급격히 증가하고 이 신호는 약 2.6초의 주기를 가지며, 리플이 발생하는 것을 알 수 있다. 리플이 발생하는 이유는 연기센서의 경우 주기적으로 펄스를 보내어 연기농도를 측정하기 때문이다. 7초의 대기시간을 가진 후 감지기의 전원전압은 4.3V로 감소하며, 이 때 화재신호를 제어부(190)에서 경보설비로 전달하는 것을 알 수 있다. 감지기의 입력전원 전압이 0V로 감소하지 않고 4.3V를 유지하는 것은 내부에 있는 표시등(LED) 및 발광부에 전원을 공급해 주기 위해서이다. 이 실험결과를 통해 감지기의 형식승인 및 검정기술기준의 범위 내에서 광전식 연기감지기가 동작하는 것을 알 수 있다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 축적형 연기 감지기의 응동 특성을 측정한 결과를 나타낸 도면이다. 즉, 도 5는 축적형 광전식 연기감지기와 제어부(190)의 축적기능을 사용하지 않을 때의 응동 특성 실험결과이다. 비축적형의 경우와 동일하게 4.8초에서 연기유입에 후 감지기에서 설정되어 있는 감광율 이상일 때 전압신호는 약 9V까지 급격히 상승하는 것을 알 수 있으며, 리플 또한 동일하게 발생한다. 연기 유입 시점으로부터 28초의 지연시간을 가지며, 이후 감지기의 전원은 4.3V로 감소되며, 이와 동시에 제어부(190)에서 경보장치로 화재신호를 전달해 주는 것을 알 수 있다. 비축적형의 경우와 동일하게 감지기의 형식승인 및 검정기술기준의 범위 내에서 동작한다.

이어, 온도 감지기(150)는 화재 보호 구간 내의 온도를 감지한다(S220).

이어, 전압/전류 검출부(160)는 열 감지기(120)와 연기 감지기(130) 및 불꽃 감지기(140)의 전압값과 전류값을 검출한다(S230).

이어, 데이터 수집부(170)는 열 감지기(120)와 연기 감지기(130) 및 불꽃 감지기(140)로부터 발생된 감지 신호와, 전압/전류 검출부(160)로부터 검출된 전압값과 전류값, 온도 감지기(150)로부터 감지된 온도값을 실시간으로 수집한다(S240).

이어, 제어부(190)는 감지 신호와 전압값, 전류값 및 온도값에 근거해 화재보호 알고리즘을 통해 화재를 판단하고, 고장검출 알고리즘을 통해 감지기들의 고장 여부를 판단한다(S250).

이어, 화재로 판단된 경우에(S260-예), 소방설비장치를 통해 화재 발생을 경보하고, 소방설비장치의 제연 설비와 스프링쿨러 설비를 동작한다(S270).

즉, 제어부(190)는 화재보호 알고리즘을 통해, 열 감지기(120)와 연기 감지기(130) 및 불꽃 감지기(140)로부터 입력된 전압값이 일정 기준 전압값보다 크고, 축적 기능을 통해 입력 전압값이 기준 전압값보다 30초 이상 2회 반복하여 크며, 온도 상승 기울기가 20 ℃ 보다 작은 경우에 화재가 발생한 것으로 판단하게 된다.

그러나, 감지기의 고장으로 판단된 경우에(S260-아니오) 관리자 또는 관련 기관에 고장 상태를 알리도록 제어한다(S280).

즉, 제어부(190)는 고장검출 알고리즘을 통해, 전압값과 전류값에 대해 정현파 3상의 전압 및 전류를 크기와 위상으로 분해하고, 극좌표를 직각좌표로 변환 후 3상 벡터의 합을 산출하여 0.5A 내지 1A 보다 클 경우에 누전이 발생한 것으로 판단하게 된다. 여기서, 제어부(190)는 수학식 1 및 수학식 2를 이용해 위상을 계산하는데, 도 6에 도시된 바와 같이 3상이 동일한 크기와 120도의 위상차를 가지는 경우에 벡터의 합은 0이 된다. 또한, R상의 크기가 다른 상에 비해 37.5%dml 비율로 줄어들었을 경우에 도 7에 도시된 바와 같이 벡터의 합은 0이 되지 않고

가 되는 것을 알 수 있다. 그리고, R상의 위상 변화에 따른 벡터의 합도 0이 되지 않고

가 되는 것을 알 수 있다. 도 6은 본 발명의 실시예에 따라 3상이 동일한 크기와 120도의 위상차를 가지는 경우의 벡터도를 나타낸 도면이고, 도 7은 본 발명의 실시예에 따라 R상의 크기가 다른 상에 비해 37.5%의 비율로 줄어들었을 경우의 벡터도를 나타낸 도면이며, 도 8은 본 발명의 실시예에 따라 R상의 위상변화에 따른 벡터도를 나타낸 도면이다.

또한, 제어부(190)는 고장검출 알고리즘을 통해 정현파 3상의 전압 및 전류를 크기와 위상으로 변환하고, 크기 변환에 대해 정현파의 최대치에 0.707을 곱하여 RMS값을 산출하며, 위상 변환에 대해 radian을 degree로 변환하게 된다.

또한, 제어부(190)는 고장검출 알고리즘을 통해 정상상태의 2배 이상인 전류가 정상상태 전류보다 크고 16 밀리세컨드(ms) 이내 기울기 상승시 또는 3상 전류의 벡터합이 정상상태 전류보다 큰 경우에 지락 고장으로 판단하게 된다.

또한, 제어부(190)는 고장검출 알고리즘을 통해 정상상태의 2배 이상인 전류가 정상상태 전류보다 크고 16 밀리세컨드(ms) 이내 기울기 상승시에 단락 고장으로 판단하게 된다.

또한, 제어부(190)는 고장검출 알고리즘으로부터 순간적인 임펄스, 스파이크, 노이즈가 발생된 정보를 전달받아 감지기가 화재라고 판단할 경우에 화재 판단 기준에 따라 정정하게 된다.

그리고, 제어부(190)는 고장검출 알고리즘에 따라 상기 전류값이 정상상태 전류의 1.25배가 10분 이상 지속되는 경우에 과전류로 판단하게 된다.

따라서, 제어부(190)는 화재 보호 구간에서 화재가 발생한 것으로 판단되면, 소방설비장치(110)의 경보 동작이나 제연 설비 동작을 수행하거나, 감지기의 고장 시에 관리자에게 고장 상태를 알리도록 제어하게 되는 것이다.

전술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 화재 보호 구간에서 열, 연기, 불꽃 감지기로부터 전기적인 신호를 전달받아 화재인지 아닌지를 판단하고, 보호 구간 내의 전압 및 전류 센서로부터 신호를 전달받아 3상 벡터의 합을 실시간으로 계산하여 고장인지 아닌지를 판단하여 관리자에게 알려줌으로써 조기에 화재를 예방할 수 있도록 하는 고장검출 기능을 갖는 실시간 화재 보호 모니터링 시스템 및 방법을 실현할 수 있다.

본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

본 발명은 화재 보호 구간에서 열, 연기, 불꽃 감지기로부터 전기적인 신호를 전달받아 화재인지 아닌지를 판단하고, 보호 구간 내의 전압 및 전류 센서로부터 신호를 전달받아 3상 벡터의 합을 실시간으로 계산하여 고장인지 아닌지를 판단하여 관리자에게 알려줌으로써 조기에 화재를 예방할 수 있도록 하는 고장검출 기능을 갖는 실시간 화재 보호 모니터링 시스템 및 방법에 적용할 수 있다.

100 : 실시간 화재보호 모니터링 시스템 110 : 소방설비장치
120 : 열 감지기 130 : 연기 감지기
140 : 불꽃 감지기 150 : 온도 감지기
160 : 전압/전류 검출부 170 : 데이터 수집부
180 : 입력부 190 : 제어부

Claims

소정의 제어 신호에 따라 화재 보호 구간 내의 화재 발생을 경보하고, 제연 설비와, 스프링쿨러 설비를 동작하며, 부대 설비를 동작하는 소방설비장치;
상기 화재 보호 구간 내의 화재 발생 시 열을 감지하는 열 감지기;
상기 화재 보호 구간 내의 화재 발생 시 연기를 감지하는 연기 감지기;
상기 화재 보호 구간 내의 화재 발생 시 불꽃을 감지하는 불꽃 감지기;
상기 화재 보호 구간 내의 온도를 감지하는 온도 감지기;
상기 열 감지기와 상기 연기 감지기 및 상기 불꽃 감지기의 전압값과 전류값을 검출하는 전압/전류 검출부;
상기 열 감지기와 상기 연기 감지기 및 상기 불꽃 감지기로부터 발생된 감지 신호와, 상기 전압/전류 검출부로부터 검출된 전압값과 전류값, 상기 온도 감지기로부터 감지된 온도값을 실시간으로 수집하는 데이터 수집부; 및
상기 감지 신호와 상기 전압값, 상기 전류값 및 상기 온도값에 근거해 화재보호 알고리즘을 통해 화재를 판단하고, 고장검출 알고리즘을 통해 상기 감지기들의 고장 여부를 판단하여, 화재로 판단된 경우에 상기 소방설비장치를 통해 화재 발생을 경보하고, 상기 제연 설비와 스프링쿨러 설비를 동작하며, 고장 시 관리자 또는 관련 기관에 고장 상태를 알리도록 제어하는 제어부;
를 포함하는 고장검출 기능을 갖는 실시간 화재 보호 모니터링 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 제어부는, 상기 고장검출 알고리즘을 통해, 3상전류의 벡터합이 설정된 감도 범위(0.5A 내지 1A)보다 클 경우에 누전이 발생한 것으로 판단하고, 1주기 이내에 정상전류의 2배 이상 및 3상전류의 벡터합이 정상상태의 전류보다 큰 경우에 지락 고장으로 판단하고, 1주기 이내에 정상전류의 2배 이상일 경우에 단락 고장으로 판단하고, 정상상태 전류의 1.25배가 10분 이상 지속되는 경우에 과전류로 판단하는 것을 특징으로 하는 고장검출 기능을 갖는 실시간 화재 보호 모니터링 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 제어부는, 상기 고장검출 알고리즘으로부터 순간적인 임펄스, 스파이크, 노이즈가 발생된 정보를 전달받아 감지기가 화재라고 판단할 경우에 화재 판단 기준에 따라 정정하는 것을 특징으로 하는 고장검출 기능을 갖는 실시간 화재 보호 모니터링 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 제어부는, 상기 화재보호 알고리즘을 통해, 상기 열 감지기와 상기 연기 감지기 및 상기 불꽃 감지기로부터 입력된 전압값이 설정된 기준 전압값보다 크고, 축적 기능을 통해 입력 전압값이 기준 전압값보다 30초 이상 2회 반복하여 크며, 온도 상승 기울기가 20℃ 보다 큰 경우에 화재가 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 고장검출 기능을 갖는 실시간 화재 보호 모니터링 시스템.
청구항 1에 있어서,
데이터를 입력받기 위한 입력부를 더 포함하고,
상기 제어부는 상기 입력부를 통해 데이터를 입력받아 상기 열 감지기와 상기 연기 감지기 및 상기 불꽃 감지기의 민감도를 설정하는 것을 특징으로 하는 고장검출 기능을 갖는 실시간 화재 보호 모니터링 시스템.
청구항 5에 있어서,
상기 제어부는, 상기 입력부를 통해 입력받은 데이터에 근거해 전압 불평형 기준이 계통에서 3% 이하로, 설비 불평형률의 경우 3상 3선식의 경우 상전류의 30% 이하로, 3상 4선식의 경우 상전류의 40% 이하로 상기 화재보호 구간 내 민감도를 설정하는 것을 특징으로 하는 고장검출 기능을 갖는 실시간 화재 보호 모니터링 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 열 감지기와 상기 연기 감지기 및 상기 불꽃 감지기는 각각 GPS 수신기를 구비하여, 각각의 설치 위치를 상기 제어부에 제공하는 것을 특징으로 하는 고장검출 기능을 갖는 실시간 화재 보호 모니터링 시스템.
소방설비장치, 열 감지기, 연기 감지기, 불꽃 감지기, 온도 감지기, 전압/전류 검출부, 데이터 수집부, 제어부, 입력부를 포함하는 시스템의 고장검출 기능을 갖는 실시간 화재 보호 모니터링 방법으로서,
(a) 화재 보호 구간 내 화재 발생 시, 열과 연기와 불꽃을 감지하는 단계;
(b) 상기 화재 보호 구간 내의 온도를 감지하는 단계;
(c) 상기 열 감지기와 상기 연기 감지기 및 상기 불꽃 감지기의 전압값과 전류값을 검출하는 단계;
(d) 상기 열 감지기와 상기 연기 감지기 및 상기 불꽃 감지기로부터 발생된 감지 신호와, 상기 전압/전류 검출부로부터 검출된 전압값과 전류값, 상기 온도 감지기로부터 감지된 온도값을 실시간으로 수집하는 단계; 및
(e) 상기 감지 신호와 상기 전압값, 상기 전류값 및 상기 온도값에 근거해 화재보호 알고리즘을 통해 화재를 판단하고, 고장검출 알고리즘을 통해 상기 감지기들의 고장 여부를 판단하여, 화재로 판단된 경우에 상기 소방설비장치를 통해 화재 발생을 경보하고, 상기 소방설비장치의 제연 설비와 스프링쿨러 설비를 동작하며, 고장 시 관리자 또는 관련 기관에 고장 상태를 알리도록 제어하는 단계;
를 포함하는 고장검출 기능을 갖는 실시간 화재 보호 모니터링 방법.
청구항 8에 있어서,
상기 (e) 단계는, 상기 고장검출 알고리즘을 통해, 3상전류의 벡터합이 설정된 감도 범위(0.5A 내지 1A)보다 클 경우에 누전이 발생한 것으로 판단하고, 1주기 이내에 정상전류의 2배 이상 및 3상전류의 벡터합이 정상상태의 전류보다 큰 경우에 지락 고장으로 판단하고, 1주기 이내에 정상전류의 2배 이상일 경우에 단락 고장으로 판단하고, 정상상태 전류의 1.25배가 10분 이상 지속되는 경우에 과전류로 판단하는 것을 특징으로 하는 고장검출 기능을 갖는 실시간 화재 보호 모니터링 방법.
청구항 8에 있어서,
상기 (e) 단계는, 상기 고장검출 알고리즘으로부터 순간적인 임펄스, 스파이크, 노이즈가 발생된 정보를 전달받아 감지기가 화재라고 판단할 경우에 화재 판단 기준에 따라 정정하는 것을 특징으로 하는 고장검출 기능을 갖는 실시간 화재 보호 모니터링 방법.
청구항 8에 있어서,
상기 (e) 단계는, 상기 화재보호 알고리즘을 통해, 상기 열 감지기와 상기 연기 감지기 및 상기 불꽃 감지기로부터 입력된 전압값이 일정 기준 전압값보다 크고, 축적 기능을 통해 입력 전압값이 기준 전압값보다 30초 이상 2회 반복하여 크며, 온도 상승 기울기가 20 ℃ 보다 큰 경우에 화재가 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 고장검출 기능을 갖는 실시간 화재 보호 모니터링 방법.
청구항 8에 있어서,
상기 (a) 단계는 상기 화재와 고장 여부의 판단을 위해, 상기 열 감지기와 상기 연기 감지기 및 상기 불꽃 감지기의 민감도를 데이터를 입력받아 설정하는 것을 특징으로 하는 고장검출 기능을 갖는 실시간 화재 보호 모니터링 방법.
청구항 12에 있어서,
상기 (a) 단계는, 상기 입력받은 데이터에 근거해 전압 불평형 기준이 계통에서 3% 이하로, 설비 불평형률의 경우 3상 3선식의 경우 상전류의 30% 이하로, 3상 4선식의 경우 상전류의 40% 이하로 상기 화재보호 구간 내 민감도를 설정하는 것을 특징으로 하는 고장검출 기능을 갖는 실시간 화재 보호 모니터링 방법.