KR20150144517A

KR20150144517A - 수중케이블에 연결된 수중로봇의 이상감지장치

Info

Publication number: KR20150144517A
Application number: KR1020140073334A
Authority: KR
Inventors: 한상철; 이정우; 김미경; 정찬익; 윤경환; 박재웅
Original assignee: 대양전기공업 주식회사
Priority date: 2014-06-17
Filing date: 2014-06-17
Publication date: 2015-12-28

Abstract

본 발명에 따른 수중케이블에 연결된 수중로봇의 이상감지장치는, 수중케이블이나 수중작업중인 수중로봇에서 누전현상이 발생될 경우, 선상의 전원 공급부에 설치되며 수중케이블과 연결된 커플링 디바이스에서 전류의 변화나 자기의 변화를 감지하여 GFM(Ground Fault Monitoring, 접지 이상 감시기)에서 이를 감지하여 출력제어기로 제어신호를 보내어 수중케이블과 수중작업용 수중로봇에 전달되는 전원을 차단하거나 전원공급량을 조절하므로서, 수중케이블에 연결되어 수중에서 작업하는 수중로봇의 자체의 누전이나 수중케이블과의 단락에 의한 누전의 발생시에 이러한 누전을 자동으로 감지하여 전원을 차단함으로써 수중케이블의 파괴나 수중로봇의 파괴를 최소화하고 선상의 전원 공급부를 포함하는 각종 해양 시설물의 파손이 방지되며 아울러 누전으로 인한 인명피해를 최소화하는 것이 가능한 우수한 효과가 있다.

Description

수중케이블에 연결된 수중로봇의 이상감지장치{ A emergency supervisory equipment of underwater robot }

본 발명은 수중케이블에 연결된 수중로봇의 이상감지장치에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 설명하면, 수중케이블에 연결되어 수중에서 작업하는 수중로봇의 자체의 누전이나 수중케이블과의 단락에 의한 누전의 발생시에 이러한 누전을 자동으로 감지하여 전원을 차단함으로써 수중케이블의 파괴나 수중로봇의 파괴를 최소화하고 선상의 전원 공급부를 포함하는 각종 해양 시설물의 파손이 방지되며 아울러 누전으로 인한 인명피해를 최소화하는 것이 가능한 수중케이블에 연결된 수중로봇의 이상감지장치에 관한 것이다.

일반적으로 수중로봇은 해저 자원탐사, 침몰된 선박의 인양작업, 침몰된 선박의 내부의 인명구조, 기름제거작업, 해저케이블 설치, 수중구조물의 수리 등에 이용되는 것으로서, 그 용도 및 작동방식에 따라 다양한 형태로 개발되고 있다.

도 1은 종래의 복합형 해저무인잠수정 시스템을 나타낸 개념도이다. 첨부된 도 1을 참조하면, 현재 국내외에서 개발되고 있는 원격조정잠수정(ROV, 이하, 해저로봇이라 통칭함) 시스템은 전반적인 운용을 위한 모선(10)이 존재하고 모선(10)과 해저로봇(ROV)(30)간에 전원공급과 해저로봇(30)에서 전송하는 영상정보와 각종신호 처리 및 제어를 위한 별도의 케이블(30)이 존재한다.

여기에 최근에는 약6000미터 이상의 1차 케이블(31)에 의한 제약을 극복하기 위해서, 1차 케이블의 끝에 수중진수장치(40)를 두어 이것이 모선(10)의 운동 영향을 흡수하고, 해저로봇(20)은 중성부력의 2차 케이블(32)에 의해 수중진수장치에 연결되어 보다 깊은 심해에서의 작업이 가능한 기술이 개발되었다.

도 1에서의 전원 공급은 모선(10)에서 3상 60Hz 전원을 400Hz로 주파수 변환을 하고 2800V로 승압을 한 이후에 해저로봇(20)으로 공급을 하고, 해저로봇(20)은 승압된 2800V 전압을 200V로 다운시켜서 사용하는 구조이다. 그러나, 이러한 종래의 해저로봇(20)은 케이블을 통해 전원 공급 및 제어가 이루어 지는 구조이므로 항상 전력공급을 위한 케이블이 항상 연결되어 있어야 하며, 이는 해저로봇(20)을 수중에 투입할 때의 기상 및 해류 등과 같은 외부 환경여건에 따라서 해저로봇(20)으로 공급되는 케이블이 끊어지거나 다른 전력 공급상의 작동 오류의 문제로 인해 유실될 문제점이 있었다.

또한, 심해가 아니라 깊지 않은 인근해의 해역에서 작동되는 수중케이블로부터 전원을 공급받는 수중로봇의 경우에도 수중작업중에 로봇에 전기적 문제가 발생될 경우에는, 수중의 전기 누전사고 및 선상의 전원 공급부가 파손되며, 수중로봇의 파손이 발생될 가능성이 농후하게 되는 문제점이 있었으며, 이와 같이 수중에서 누전과 같은 전기사고가 발생된 경우에는, 전기전도도가 높은 수중작업의 특성상 수종로봇의 파손은 물론이고 급격하게 발생된 고압 전류의 전파로 인하여 인명 피해가 발생되고, 전기장 및 자기장의 이상으로 인한 자연생태계의 파괴 및 전기적 전도현상으로 인한 각종 해양시설물의 파괴가 야기되는 등의 다양한 문제점이 있었다.

등록특허 10-1236849

본 발명의 목적은, 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 수중케이블에 연결되어 수중에서 작업하는 수중로봇의 자체의 누전이나 수중케이블과의 단락에 의한 누전의 발생시에 이러한 누전을 자동으로 감지하여 전원을 차단함으로써 수중케이블의 파괴나 수중로봇의 파괴를 최소화하고 선상의 전원 공급부를 포함하는 각종 해양 시설물의 파손이 방지되며 아울러 누전으로 인한 인명피해를 최소화하는 것이 가능한 수중케이블에 연결된 수중로봇의 이상감지장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 이러한 목적은, 수중케이블이나 수중작업중인 수중로봇에서 누전현상이 발생될 경우, 선상의 전원 공급부에 설치되며 수중케이블과 연결된 커플링 디바이스에서 전류의 변화나 자기의 변화를 감지하여 GFM(Ground Fault Monitoring, 접지 이상 감시기)에서 이를 감지하여 출력제어기로 제어신호를 보내어 수중케이블과 수중작업용 수중로봇에 전달되는 전원을 차단하거나 전원공급량을 조절하는 본 발명에 따른 수중케이블에 연결된 수중로봇의 이상감지장치에 의하여 달성된다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 수중케이블에 연결된 수중로봇의 이상감지장치의 개략적인 블럭도

본 발명의 제1실시예에 따른 수중케이블에 연결된 수중로봇의 이상감지장치(A)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 선상전원공급부(1)와, 수중작업용 수중로봇(2)과, 선상전원공급부(1)와 수중작업용 수중로봇(2)에 연결되어 전원을 공급하는 수중케이블(3)로 구성된다.

상기 선상전원공급부(1)는 선상에서 전원을 상기 수중로봇(2)에 수중케이블(3)을 통하여 공급하는 것으로서, 상기 수중로봇(3)에 공급되는 선상의 전원을 공급하는 전원공급부(11)와, 상기 전원공급부(11)에서 공급되는 전원을 온/오프 작동하는 스위치(12), 단락이나 과부하로 인한 과전류로 부터 기기를 보호하는 과전류보호부(13)와, 선상 전원의 전력 주파수를 필요한 주파수로 변화시키는 주파수변환기(14)와, 전원의 출력을 온/오프 작동시키는 출력제어기(15)와, 전류의 부하를 감소하기 위한 승압기(16)와, 이상현상의 발생시에 전류 및 자기의 변화를 감지하는 커플링 디바이스(17)와, 상기 커플링 디바이스(17)의 이상발생을 감지하고 상기 출력제어기(15)에 전원출력 제어신호를 전송하는 GFM(18)을 포함한다.

상기 출력제어기(15), 커플링 디바이스(17) 및 GFM(18)은 수중케이블(3)과 연결되어 있다.

상기 커플링 디바이스(17)는 수중작업용 수중로봇(2)이 전기적 단락현상이 생기거나 수중케이블(3)의 물리적 파손 등으로 인하여 전기적 단락현상이 발생될 경우에는 전류의 변화나 자기의 변화를 감지하게 되는 것이다.

상기 커플링 디바이스(17)에서 감지하는 전류 및 자기 변화량의 수치는, 정상상태에서는 전류나 자기변화량의 수치가 거의 제로에 가깝게 되나, 수중로봇(2)의 전기적 단락현상이 생기거나 수중케이블(3)의 물리적 파손 등으로 인한 이상상태의 전류나 자기의 변화량은 급격하게 증가하게 되는 것이므로, 용이하게 감지할 수가 있게 되는 것이다.

즉, 커플링 디바이스에서 감지하는 전류 및 자기 변화량은,

정상 상태 ; I_c ≒ 0 I_c : 커플링 디바이스의 감지 전류 변화량

B_c ≒ 0 B_c: 커플링 디바이스의 감지 자기 변화량

이상 상태 ; I_c ≥I_T I_T : 이상변화의 전류변화량의 임계값

B_c ≥ B_T B_T : 이상변화의 자기변화량의 임계값

( 이상변화의 전류변화량 및 자기변화량의 임계값은 설계자가 필요한 수치로 임의로 지정하게 된다.)

상기 커플링 디바이스(17)에서 전류나 자기의 이상변화가 발생되면, GFM(18)에서 전류나 자기의 이상변화를 감지하여 출력제어기(15)로 전원을 차단하거나 전원공급량을 조절하는 제어신호를 발송하게 되는 것이다.

상기 수중로봇(2)은 선상에서 제어를 받으면서 수중에서 필요한 작업을 수행하는 것으로, 상승되어 공급된 전압을 하강시키는 감압기(21)와, 전원의 노이즈를 제거하는 정류기(22)와, 각 기능에 맞게 전압을 변환시키는 전압변환기(23)와, 수중로봇(2)의 내부에 설치되어 사용되는 심도센서, 자이로센서, 수중카메라 등을 제어하는 제어보드(24)와, 수중에서 구동하기 위한 모터(25)와, 수중에서 조명하기 위하여 사용되는 라이트(26)를 포함하고 있다.

상기 수중케이블(3)은 일단은 선상전원공급부(1)에 연결되고 타단은 수중로봇(2)에 연결되어 있어 수중로봇(2)의 수중작업을 가능하게 하는 전원 및 제어신호를 전달하게 되는 것이다.

이상과 같은 구조를 갖는 본 발명의 제1실시예에 따른 수중케이블에 연결된 수중로봇의 이상감지장치(A)의 작동을 설명하면 아래와 같다.

우선, 수중작업용 수중로봇(2)이 수중케이블(3)에 연결된 상태로 수중작업을 수행하는 과정에서 수중로봇(2)상에서 전기적인 단락현상이 발생하였을 경우에는, 이와 같은 이상현상에 따라 수중로봇(2)에서 발생된 이상신호는, 수중케이블(3)을 타고서 커플링 디바이스(17)로 전달되게 되고, 커플링 디바이스(17)에서는 이와 같은 수신된 이상신호가 정상신호와 판별하여 다를 경우에는, 즉시, 이상신호를 GFM(18)에 송신하게 되고, 이와 같은 이상신호를 수신한 GFM(18)은 이상신호의 정도를 판단하여 출력제어기(15)에 오프신호를 송출하거나 전원공급량을 조절하는 신호를 보내서 출력제어기(15)는 필요한 작동을 수행하게 되어, 수중로봇(2)에서 발생된 이상신호에 대하여 적절하게 대응할 수가 있게 되는 것이다.

수중케이블(3)에서 물리적 파손 등이 발생되어 이상신호가 발생될 경우에도, 유사하게 작동하게 된다. 즉, 수중케이블(3)에서 물리적 파손 등이 발생되면, 수중케이블(3)에서 발생된 이상신호는, 수중케이블(3)을 타고서 커플링 디바이스(17)로 전달되게 되고, 커플링 디바이스(17)에서는 이와 같은 수신된 이상신호가 정상신호와 판별하여 다를 경우에는, 즉시, 이상신호를 GFM(18)에 송신하게 되고, 이와 같은 이상신호를 수신한 GFM(18)은 이상신호의 정도를 판단하여 출력제어기(15)에 오프신호를 송출하게 되어, 출력제어기(15)는 수중케이블(3)로 전달되는 전원의 공급이 차단되게 오프작동되어 전원의 공급이 차단되게 되는 것이다.

이상과 같이 본 발명에 따른 수중케이블에 연결된 수중로봇의 이상감지장치(A)는, 수중케이블(3)이나 수중작업중인 수중로봇(2)에서 누전현상이 발생될 경우, 선상 전원 공급부(1)에 설치되며 수중케이블(3)과 연결된 커플링 디바이스(17)에서 전류의 변화나 자기의 변화를 감지하여 GFM(18)에서 이를 감지하여 출력제어기(15)로 제어신호를 보내어 수중케이블(3)과 수중작업용 수중로봇(2)에 전달되는 전원을 차단하거나 전원공급량을 조절하므로서, 수중케이블에 연결되어 수중에서 작업하는 수중로봇의 자체의 누전이나 수중케이블과의 단락에 의한 누전의 발생시에 이러한 누전을 자동으로 감지하여 전원을 차단함으로써 수중케이블의 파괴나 수중로봇의 파괴를 최소화하고 선상의 전원 공급부를 포함하는 각종 해양 시설물의 파손이 방지되며 아울러 누전으로 인한 인명피해를 최소화하는 것이 가능하게 되는 것이다.

본 발명에 따른 수중케이블에 연결된 수중로봇의 이상감지장치는, 일반적인 수중로봇이 연관된 제조산업에서 동일한 제품을 반복적으로 제조하는 것이 가능하다고 할 것이므로 산업상 이용가능성이 있는 발명이라고 할 것이다.

1. 선상전원공급부 2. 수중로봇 3. 수중케이블

Claims

수중케이블에 연결된 수중로봇의 이상감지장치(A)에 있어서,
상기 수중케이블에 연결된 수중로봇의 이상감지장치(A)는, 선상전원공급부(1)와, 수중작업용 수중로봇(2)과, 선상전원공급부(1)와 수중작업용 수중로봇(2)에 연결되어 전원을 공급하는 수중케이블(3)로 구성되고,
상기 선상전원공급부(1)는, 상기 수중로봇(3)에 공급되는 선상의 전원을 공급하는 전원공급부(11)와, 상기 전원공급부(11)에서 공급되는 전원을 온/오프 작동하는 스위치(12), 단락이나 과부하로 인한 과전류로 부터 기기를 보호하는 과전류보호부(13)와, 선상 전원의 전력 주파수를 필요한 주파수로 변화시키는 주파수변환기(14)와, 전원의 출력을 온/오프 작동시키는 출력제어기(15)와, 전류의 부하를 감소하기 위한 승압기(16)와, 이상현상의 발생시에 전류 및 자기의 변화를 감지하는 커플링 디바이스(17)와, 상기 커플링 디바이스(17)의 이상발생을 감지하고 상기 출력제어기(15)에 전원출력 제어신호를 전송하는 GFM(18)을 포함하고,
상기 출력제어기(15), 커플링 디바이스(17) 및 GFM(18)은 수중케이블(3)과 연결되어 있으며,
상기 수중로봇(2)은, 상승되어 공급된 전압을 하강시키는 감압기(21)와, 전원의 노이즈를 제거하는 정류기(22)와, 각 기능에 맞게 전압을 변환시키는 전압변환기(23)와, 수중로봇(2)의 내부에 설치되어 사용되는 심도센서, 자이로센서, 수중카메라 등을 제어하는 제어보드(24)와, 수중에서 구동하기 위한 모터(25)와, 수중에서 조명하기 위하여 사용되는 라이트(26)를 포함하고,
상기 수중로봇(2)이나 수중케이블(3)에서 전기적 단락현상이나 물리적 파손이 발생되면, 상기 커플링 디바이스(17)에서 전류나 자기의 이상변화가 감지되고, 이러한 이상변화의 감지를 GFM(18)에 전달하여 상기 GFM(18)에서 출력제어기(15)로 전원을 차단하거나 전원공급량을 조절하는 제어신호를 발송하게 되는 것을 특징으로 하는 수중케이블에 연결된 수중로봇의 이상감지장치