KR20180036514A - 수배전반용 지진감지 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수배전반에 장착되어 지진의 규모에 따라 전력기기 전력공급을 차단하여 전력기기를 보호할 수 있는 전력기기용 지진감지 시스템에 관한 것으로서, 전력기기에 전달되는 지진의 진동을 감지하는 센서모듈; 및 센서모듈에서 센싱한 진동을 바탕으로 지진의 지반가속도를 산출하고, 산출된 지반가속도(g)와 미리설정된 제1 범위(g1) 및 제2 범위(g2)의 지진규모와 비교하여 전력기기의 전력공급 차단여부를 판단하는 제어부;를 포함하며, 제어부는 지반가속도(g)가 제1 범위(g1) 및 제2 범위(g2)에 대해서 g1 ≤ g < g2 에 있는 경우, 수배전반에서 부전력 공급라인으로 전달되는 전력공급을 차단하고, 지반가속도(g)가 제2 범위(g2)에 대해서 g2 ≤ g 인 경우, 수배전반에서 메인전력 공급라인으로 전달되는 전력공급 및 부전력 공급라인을 함께 차단하며, 센서모듈에 주기적으로 설정된 리히터규모의 지반가속도에 해당하는 진동량이 발생하도록 센서모듈을 제어하는 진동모드 제어부;를 포함한다.

Description

수배전반용 지진감지 시스템{System for earthquake monitoring of distributing board}
본 발명은 수배전반용 지진감지 시스템에 관한 것으로서, 수배전반에 장착되어 지진의 규모에 따라 전력기기의 전력공급을 차단하여 전력기기를 보호할 수 있는 수배전반용 지진감지 시스템에 관한 것이다.
최근 전세계 여러 지역에서 크고 작은 지진으로 인해 수많은 인명 및 재산 피해가 발생하고 있으며, 특히 일본이나 중국 등 주변국에서 강력한 지진이 자주 발생하고 있다. 최근 경주에 발생한 규모 5.8의 지진은 대한민국도 더 이상 지진에 대해서 안전한 지형적 위치가 아님을 알려주는 것으로서, 대한민국에서도 지진에 대해 피해를 최소화하기 위해서 각별한 주의가 요구되고 있으며, 지진에 대한 대비를 철저히 하고 만일의 사태 발생시 피해를 최소화할 수 있도록 국가 재난시스템 정비 및 건축물의 내진 설계 강화 등의 필요성이 더욱 대두되고 있다.
특히, 우리나라의 경우 많은 건물들이 내진 설계가 되지 않은 상태이거나, 내진기준이 낮은 등급으로 내진 설계가 적용되어 있어 규모가 큰 지진에 대해서는 완벽하게 피해갈 수는 없는 것이 현실이다.
한편, 공장이나 빌딩과 같은 대용량 전력 수용가에는 한전에서 공급되는 특고압의 전력을 수전받아 저압으로 변환하여 사용하기 위한 수배전반이 설치되어 있다. 이러한 수배전반이 설치되는 변전실은 전기 설비의 특성상 인적 왕래가 드문 건물의 지하 또는 옥상과 같은 외진 장소에 설치된다.
이렇게 변전실 등에 설치되는 수배전반은 지진 발생시 내부 기기들이 손상되지 않고 일정 시간 동안 기능을 수행할 수 있도록 내진형으로 설계되는 것이 최근의 추세이다.
그런데, 이와 같이 변전실 등에 설치되는 내진형 배전반은 일정한 기준 강도의 내진을 견딜 수 있도록 설치되어 지진 발생시 배전반의 기능을 수행하는 역할을 이외에 다른 역할은 수행하기 어려은 측면이 있다.
한국등록특허 제10-0273873호에서는 다목적 경보장치를 개시한바 있다. 한국 등록특허 10-0273873호(2000.9.5.등록)에서는 지진의 발생을 감지하는 지진 감지 센서와, 지진 감지 센서의 출력 신호에 따라 건물 내로 공급되는 가스를 차단하는 가스차단기와, 센서의 출력 신호에 따라 전등을 점멸시켜 비상사태를 알리는 전등제어 패널(20)을 포함하는 다목적 경보장치를 개시하고 있을 뿐, 센서모듈의 건전도를 확인하거나 지진의 크기에 따라 단계적으로 전력기기를 제어할 수 있는 방법에 대해서 개시되어 있지 않다.
본 발명의 목적은 지진하중에 따라 단계적으로 수배전반에서 전력기기에 공급되는 전력을 차단함으로써 수배전반의 운영을 효과적으로 할 수 있는 수배전반용 지진감지 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
위와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 수배전반에 장착되어 지진의 규모에 따라 전력기기 전력공급을 차단하여 전력기기를 보호할 수 있는 전력기기용 지진감지 시스템은 전력기기에 전달되는 지진의 진동을 감지하는 센서모듈; 및 센서모듈에서 센싱한 진동을 바탕으로 지진의 지반가속도를 산출하고, 산출된 지반가속도(g)와 미리설정된 제1 범위(g1) 및 제2 범위(g2)의 지진규모와 비교하여 전력기기의 전력공급 차단여부를 판단하는 제어부;를 포함하며, 제어부는 지반가속도(g)가 제1 범위(g1) 및 제2 범위(g2)에 대해서 g1 ≤ g < g2 에 있는 경우, 수배전반에서 부전력 공급라인으로 전달되는 전력공급을 차단하고, 지반가속도(g)가 제2 범위(g2)에 대해서 g2 ≤ g 인 경우, 수배전반에서 메인전력 공급라인으로 전달되는 전력공급 및 부전력 공급라인을 함께 차단하며, 센서모듈에 주기적으로 설정된 리히터규모의 지반가속도에 해당하는 진동량이 발생하도록 센서모듈을 제어하는 진동모드 제어부;를 포함한다.
본 발명에 의한 수배전반용 지진감지 시스템 및 그 방법은 지진하중에 따라 단계적으로 전력기기에 공급되는 전력을 차단함으로써 전력기기의 운영을 효과적으로 할 수 있으며, 지진시 발생할 수 있는 전력기기의 화재를 방지하여 전력기기의 안전성을 확보할 수 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수배전반용 지진감지 시스템의 개략적인 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 수배전반용 지진감지 시스템의 구체적인 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 수배전반용 지진감지 시스템의 지반 가속도에 따른 범위설정을 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 수배전반용 지진 감지방법의 순서도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 수배전반용 지진감지 시스템을 통해 검출된 지진 그래프 사진이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체에서, “~상에”라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상측에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
본 발명의 실시예에 따른 전력기기용 지진감지 시스템은 수배전반, 태양광 발전 시스템, 풍력발전 시스템 및 ESS 등 전력용기기에 다양하게 적용될 수 있는 것으로서, 그 적용범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수배전반용 지진감지 시스템의 개략적인 블록도이며, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 수배전반용 지진감지 시스템의 구체적인 블록도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 수배전반용 지진감지 시스템의 지반 가속도에 따른 범위설정을 나타내는 그래프이다.
도 1 내지 도 3을 참조하여 설명하면, 본 발명의 실시예에 따른 수배전반용 지진감지 시스템은 센서모듈(110), 제어부(120) 및 진동 발생부(130)를 포함하여 구성된다.
센서모듈(110)은 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 센서로 형성되어 가속도, 각속도 및 관성센서 등과 같은 동작에 대해서 경사, 충격 또는 진동을 측정할 수 있으며, 수배전반에 장착되어 지진이 발생할 때 수배전반으로부터 전달되는 진동을 센싱하는 역할을 한다.
또한, MEMS 센서는 x, y, z 축방향에 대한 3축 변위에 대한 센싱이 가능한 3축 센서로 구비됨으로써, 불규칙적인 지진 진동에 대해서 효과적으로 센싱할 수 있다.
진동 발생부(130)는 센서모듈(110)에 부착되어 후술하는 진동모드 제어부(123)를 통해서 진동하면서 MEMS 센서에 설정된 리히터규모의 지반가속도에 해당하는 진동량을 발생시킨다. 이때, 진동 발생부(130)는 센서모듈(110)에 진동을 제공할 수 있는 진동모터 또는 피에조 센서로 형성될 수 있다.
제어부(120)는 센서모듈(110)에서 센싱한 진동을 바탕으로 지진의 지반가속도(g)를 산출하고, 산출된 지반가속도(g)와 미리설정된 제1 범위(g1) 및 제2 범위(g2)의 지진규모와 비교하여 전력기기의 전력공급 차단여부를 판단하는 것으로서 가속도 산출부(121), 전력공급 판단부(122), 진동모드 제어부(123), 건전도 확인부(124), 모드 설정부(125), 로깅부(126), 디스플레이부(127) 및 무선통신모듈(128), 및 오작동 검출부(129)를 포함하여 구성된다.
가속도 산출부(121)는 센서모듈(110)을 통해서 측정되는 x, y, z 축 방향의 변위를 이용하여 지반가속도(g)를 산출한다. 지반가속도(g)는 아래의 수학식 1에 의해서 산출될 수 있다.
Figure pat00001
여기서, α는 보정상수이며, 보정상수(α)를 보정하여 지반가속도(g)를 조정할 수 있다.
전력공급 판단부(122)는 가속도 산출부(121)를 통해 지반가속도(g)와 미리설정된 제1 범위(g1) 및 제2 범위(g2)의 지진규모와 비교하여 전력기기(EPE)의 전력공급 차단여부를 판단한다.
이때, 지반가속도(g)와 이에 해당하는 리히터규모는 아래의 표 1과 같으며, 도 3에 도시된 바와 같이 제1 범위(g1)의 가속도 값은 제2 범위(g2)의 지반가속도 값보다 작기 때문에 리히터규모가 작아 지게된다.
Figure pat00002
즉, 전력공급 판단부(122)는 지반가속도(g)가 제1 범위(g1) 및 제2 범위(g2)에 대해서 g1 ≤ g < g2 에 있는 경우, 수배전반에서 부전력 공급라인으로 전달되는 전력공급을 차단하고, 지반가속도(g)가 제2 범위(g2)에 대해서 g2 ≤ g 인 경우, 수배전반에서 메인전력 공급라인으로 전달되는 전력공급 및 부전력 공급라인을 함께 차단하게 된다. 부전력 공급라인은 최대수요전력기이고, 메인전력 공급라인은 수배전반의 인입부 차단기(VCB, LBS) 등일 수 있다.
예를 들어, 가속도 산출부(121)를 통해 산출된 지반가속도(g) 가 0.5인 경우에는 g1 ≤ g < g2 에 해당하므로, 부전력 공급라인을 차단하고, 0.6인 경우에는 g2 ≤ g에 해당하여 부전력 공급라인 및 메인전력 공급라인을 차단하게 된다. 또한, 지반가속도(g) 가 0.3인 경우에는 g < g2 에 해당하여 부전력 공급라인 및 메인전력공급라인을 차단할 필요가 없게 된다.
이와 같이, 전력기기에 공급되는 전력을 지진의 규모에 따라 선택적으로 차등적으로 차단함으로써 불필요하게 전력이 모두 차단되는 것을 방지함과 동시에, 위험도가 높은 상황에서는 전력공급을 완전히 차단함으로써 지진발생 이후로 발생할 수 있는 전력화재 등을 방지할 수 있게 된다.
한편, 진동모드 제어부(123)는 센서모듈(110)에 주기적으로 설정된 리히터규모의 지반가속도에 해당하는 진동량을 발생하도록 진동 발생부(130)를 제어하는 역할을 한다. 이때, 진동모드 제어부(123)는 1주 또는 한달에 한번씩 주기적으로 센서모듈(110)에 리히터규모의 지반가속도에 해당하는 진동량을 발생시키는 역할을 하게 되며, 가속도 산출부(121)는 이를 바탕으로 하여 건전도확인 지반가속도를 산출하게 된다.
건전도 확인부(124)는 진동 발생부(130)의 진동에 따른 진동량을 기초로 하여 가속도 산출부(121)에 산출한 건전도확인 지반가속도와 진동 발생부(130)에 발생시킨 진동에 해당하는 지반가속도를 비교하여 센서모듈(110)의 적정 작동상태를 확인하여 센서모듈의 교체여부를 판단한다. 이때, 건전도확인 지반가속도와 진동 발생부(130)에 발생시킨 지반가속도는 ±10%의 오차범위에 대해서는 센서모듈(110)이 양호한 것으로 판단할 수 있다.
로깅부(126)는 센서모듈(110)를 통해서 센싱된 진동값을 저장하는 역할을 한다. 이때, 로깅부(126)는 건전도 확인부(124)를 통하여 발생한 진동은 저장하지 않는다.
한편, 디스플레이부(127)는 센서모듈(110)를 통해서 센싱된 진동이 발생하는 경우, 이를 저장하고, 관리자 단말기(M) 또는 관리자 서버 컴퓨터에 진폭, 지반 가속도 데이터 등을 그래프로 표시하여 제공할 수 있다(그림 5 참조).
이때, 상기 설정된 오차범위를 벗어난 경우, 센서모듈(110)의 교체가 필요한 것으로 판단하여 관리자의 모바일 기기에게 센서모듈(110)의 교체에 대해서 무선통신모듈(128)을 통하여 알림을 제공할 수 있다. 따라서, 관리자는 센서모듈(110)이 정상적으로 작동하는 여부를 확인하기 위해서 수배전반을 방문할 필요가 없으며, 상시 발생할 수 있는 지진에 대해 미리 준비할 수 있게 된다.
또한, 오작동 검출부(129)를 더 구비할 수 있다. 오작동 검출부(129)는 센서모듈(110)를 통해서 지속적이고 일정한 패턴의 진동이 검출되는 경우, 이러한 지속적이고 일정판 패턴의 진동은 지진이 아닌 것으로 판단하고, 수배전반에 쥐 또는 야생고양이 등의 들짐승이 침입한 것으로 판단하고, 침입한 들짐승을 제거할 것을 관리자 단말기(M) 또는 디스플레이부(127)에 알림을 제공할 수 있다. 따라서, 수배전반에 들짐승이 침입한 경우에 들짐승이 수배전반을 손상시키는 것을 사전에 방지할 수 있다.
모드 설정부(125)는 지하실 또는 옥상 등과 같이 수배전반의 설치 위치에 따라 지진 감지 위치를 고려할 수 있다. 즉, 수배전반이 지하실 또는 옥상에 설치될 때에 전달되는 진동특성은 다르기 때문에, 지하실 또는 옥상에 설치될 때에 발생하는 진동특성에 따른 오차를 모드 설정부(125)를 통하여 보정함으로써 전력을 차단하는 것에 대한 오류가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전력기기용 지진 감지방법의 순서도이다.
도 4를 참조하여 설명하면, 본 발명의 실시예에 따른 전력기기용 지진 감지방법은 전력기기에 전달되는 지진을 감지하는 단계(S100), 지반가속도 산출단계(S200) 및 전력공급 차단여부 판단 단계(S300)를 포함하여 구성된다.
지진을 감지하는 단계(S100)는 센서모듈을 통하여 전력기기에 전달되는 진동을 감지하는 단계이다. 이때, 센서모듈은 전력기기에 부착된다.
지반가속도 산출단계(S200)는 감지된 진동을 바탕으로 지반가속도를 산출한다.
전력공급 차단여부 판단 단계(S300)는 산출된 지반가속도를 미리 설정된 지진규모와 비교하여 전력기기의 전력공급 차단여부를 판단한다. 이때, 지진가속도(α)가 제1 범위(α1) 및 제2 범위(α2)에 대해서 α1 ≤ α < α2 에 있는 경우, 전력기기에서 부전력 공급라인으로 전달되는 전력공급을 차단하고, 지진가속도계수(α)가 제2 범위(α2)에 대해서 α2 ≤ α 인 경우, 전력기기에서 메인전력 공급라인 전달되는 전력공급 및 부전력 공급라인을 함께 차단한다.
한편, 센서모듈의 건전도를 확인하기 위하여 진동발생 단계 및 센서모듈 건전도 파악단계를 더 포함할 수 있다.
진동발생 단계는 센서모듈의 건전도를 확인하기 위해서 센서모듈에 배치된 진동 발생부에 주기적으로 설정된 리히터규모의 지반가속도에 해당하는 진동량을 센서모듈에 발생시키는 것으로서, 센서모듈은 진동 발생부의 진동에 대해 반응하여 진동하게 된다.
이때, 센서모듈 건전도 파악단계는 진동발생된 진동을 바탕으로 발생한 진동에 대한 건전도확인 지반가속도를 산출하고, 설정된 리히터규모에 해당하는 지반가속도와 비교하여 센서모듈이 적절하게 반응하였는지 여부를 확인하여 센서모듈의 건전도를 파악한다. 이때, 센서모듈이 설정된 범위에 미치지 못하여 센서모듈의 교체가 필요한 경우에는 센서모듈의 교체에 대해 무선통신을 이용하여 관리자에게 센서모듈 교체를 요청할 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명이 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
110 : 센서모듈 120 : 제어부
121 : 가속도 산출부 122 : 전력공급 판단부
123 : 진동모드 제어부 124 : 전력공급 판단부
125 : 운영모드 설정부 126 : 로깅부
127 : 디스플레이부 128 : 무선통신모듈
129 : 오작동 검출부 130 : 진동 발생부

Claims (1)

  1. 수배전반에 장착되어 지진의 규모에 따라 전력기기 전력공급을 차단하여 전력기기를 보호할 수 있는 전력기기용 지진감지 시스템에 있어서,
    전력기기에 전달되는 지진의 진동을 감지하는 센서모듈; 및
    상기 센서모듈에서 센싱한 상기 진동을 바탕으로 상기 지진의 지반가속도를 산출하고, 산출된 지반가속도(g)와 미리설정된 제1 범위(g1) 및 제2 범위(g2)의 지진규모와 비교하여 상기 전력기기의 전력공급 차단여부를 판단하는 제어부;를 포함하며,
    상기 제어부는,
    상기 지반가속도(g)가 상기 제1 범위(g1) 및 상기 제2 범위(g2)에 대해서 g1 ≤ g < g2 에 있는 경우, 상기 수배전반에서 부전력 공급라인으로 전달되는 전력공급을 차단하고,
    상기 지반가속도(g)가 상기 제2 범위(g2)에 대해서 g2 ≤ g 인 경우, 상기 수배전반에서 메인전력 공급라인으로 전달되는 전력공급 및 상기 부전력 공급라인을 함께 차단하며,
    상기 센서모듈에 주기적으로 설정된 리히터규모의 지반가속도에 해당하는 진동량이 발생하도록 상기 센서모듈을 제어하는 진동모드 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 수배전반용 지진감지 시스템.
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