KR20180076603A - 적외선 및 유브이씨(uvc) 센서를 이용한 아크 플래시 검출 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 자연광이나 조명등에 의한 280㎚ 내지 400㎚의 파장 대역을 갖는 자외선을 차단하고 특정 파장 대역의 자외선만을 검출함으로써 아크 플래시를 보다 신속하게 검출하도록 한 적외선 및 유브이씨(UVC) 센서를 이용한 아크 플래시 검출 시스템에 관한 것으로서, 기기 내부에서 발생한 아크 플래시로부터 온도를 감지하여 온도 검출 신호를 출력하는 적외선 센서와, 상기 아크 플래시로부터 자연광이나 조명등에 의한 280㎚ 내지 400㎚의 파장 대역을 갖는 자외선을 차단시켜 특정 대역의 자외선을 검출하는 UVC 센서와, 상기 적외선 센서로부터 검출된 온도 검출 신호와 함께 상기 UVC 센서로부터 특정 대역의 자외선 검출신호를 입력받아 아크 플래시를 검출하는 제어부와, 상기 제어부의 아크 플래시 검출 신호를 입력받아 펄스 폭을 일정하게 변환하여 디지털 신호로 출력하는 디지털 신호처리부와, 상기 디지털 신호처리부로부터 일정한 펄스 폭으로 출력되는 아크 플래시 검출 신호를 입력받아 차단기를 트립신호를 출력하는 차단부와, 상기 디지털 신호처리부로부터 일정한 펄스 폭으로 출력되는 아크 플래시 검출 신호를 입력받아 스피커를 통해 경보음 발생 또는 램프를 발광하여 아크 플래시의 발생을 외부로 전달하는 알람/점등 표시부와, 상기 아크 플래시의 발생 정보를 외부로 송신하는 통신부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 아크 플래시 검출 시스템에 관한 것으로, 특히 자연광이나 조명등에 의한 280㎚ 내지 400㎚의 파장 대역을 갖는 자외선을 차단함으로써 아크 플래시를 보다 신속하게 검출하도록 한 적외선 및 유브이씨(UVC: Ultraviolet C) 센서를 이용한 아크 플래시 검출 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 수배전반은 전력 설비중 하나로서 계전기, 계측기, 제어기와 같은 감시 제어용 기기와 차단기, 단로기와 같은 주회로 기기로 이루어져 있고 각각의 단위 기기는 지지 구조물에 유지 및 보수가 용이하도록 장착되어 있다.
그런데, 수배전반 내에는 고압의 전압이 형성되고 전류가 흐르기 때문에 절연이나 회로상의 내구성에 문제가 생기는 경우 큰 사고로 이어질 가능성이 있다.
이러한 수배전반의 특성상 열화와 화재 등을 미리 감지하고 미연에 방지하기 위한 수단이 강구되고 있다. 그 중 아크(arc)나 코로나(corona) 방전이 주요 사고 원인이 되어 화재나 폭발 등으로 이어질 수 있다.
아크 화재의 경우, 지락이나 용량 초과, 타 물건과의 접촉 등에 의해 비정상적인 전류가 흐르게 되어 고압, 저압 배전반 내부의 부스바, 케이블, 전선간의 접촉부, 단자 접촉부 등이 과열된다. 이로 인하여 다른 물체에 접촉함으로써 고장 부위에서 선이 절단되어 차단되거나 부분적인 접촉으로 계속적인 반복적인 아크를 발생시키게 된다.
이와 같이 아크의 발생을 방지하는 것이 쉽지 않으므로, 아크의 발생시 이를 신속하고 정확하게 감지하여 화재를 예방하는 것이 매우 중요하다.
한편, 변압기나 개폐기, 차단기와 같은 장치의 절연물 내부에서 국부적인 절연 파괴가 생기기도 하는데, 이러한 내부의 국부 절연파괴는 내부 방전 현상을 발생시킨다. 내부 부분 방전은 장치의 열화를 초래하게 되며 심각하게는 화재를 발생시킬 수 있지만, 이를 감지하는 것은 쉽지 않은 편이다.
이러한 내부 부분 방전은 주로 수배전반의 하우징(housing)인 금속 클래드(clad)의 틈새나 조인트(joint) 등을 통해 방전되는데, 금속 클래드에 걸리는 과도 대지 전압(transient earth voltage, TEV)이 금속 클래드와 접지간에 발생하면 접지 전압은 즉시 그리고 일시적으로 변화하게 된다. 그 발생하는 시간이 매우 순간적이다.
종래에는 이러한 내부 부분 방전까지 감지할 수 있는 수단이 없었으며, 금속 클래드에 걸리는 과도 대지 전압을 검출하여 이상 진단에 활용하는 예도 없었다.
그러나, 절연물의 국부 절연 파괴는 수배전반에 심각한 결과를 초래할 수 있다. 다른 한편, 수배전반은 수많은 배선과 개폐기, 차단기, 계전기 등의 부품이 밀집되어 있는데, 그 기능이 상시 동작하면서 열화와 노후화 그리고 화재 발생으로 까지 이어지는 사고가 빈번하게 발생하고 있다.
이러한 수배전반의 특성상 그 열화와 화재 등을 미리 감지하고 미연에 방지하기 위한 수단이 강구되고 있다.
그 중 열화에 특히 취약한 부위의 열을 감지하여 대처하는 것인데, 수배전반 내부에는 수많은 장치들이 내장되어 있고 그 배선도 매우 복잡하여 일일이 모두 모니터링하기가 쉽지는 않다.
기존의 수배전반 온도 감지 방식은 주로 열화 감시 대상 부위가 특정 임계 온도를 넘어서는지를 판단하여 위험 여부를 이분법적으로 판단하고 있다. 그러나, 열화나 온도 상승은 연속적으로 상태의 변화가 심하며 단순히 임계 온도를 기준으로 열화를 판단할만큼 간단하지는 않다.
또한, 기존 방식은 온도 상승이 커지거나 열화가 심화되는지 등의 열화의 변화 추이도 알 수가 없다는 문제가 있다. 그러므로, 열화 상태를 좀 더 세밀하고 정확하게 판단할 방안이 요구되며, 그에 따른 열화 허용 여부에 대한 자동 알고리즘도 필요한 실정이다.
또한, 종래 기술에 의한 아크 플래시 검출 시스템은 자외선 센서와 루프 센서를 사용하여 아크 플래시를 검출하고 있지만, 다양한 광원에서 들어오는 노이즈로 인해 정확한 아크 검출이 어려웠다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로 자연광이나 조명등에 의한 280㎚ 내지 400㎚의 파장 대역을 갖는 자외선을 차단하고 특정 파장 대역의 자외선만을 검출함으로써 아크 플래시를 보다 신속하게 검출하도록 한 적외선 및 유브이씨(UVC) 센서를 이용한 아크 플래시 검출 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 적외선 및 유브이씨(UVC) 센서를 이용한 아크 플래시 검출 시스템은 기기 내부에서 발생한 아크 플래시로부터 온도를 감지하여 온도 검출 신호를 출력하는 적외선 센서와, 상기 아크 플래시로부터 자연광이나 조명등에 의한 280㎚ 내지 400㎚의 파장 대역을 갖는 자외선을 차단시켜 특정 대역의 자외선을 검출하는 UVC 센서와, 상기 적외선 센서로부터 검출된 온도 검출 신호와 함께 상기 UVC 센서로부터 특정 대역의 자외선 검출신호를 입력받아 아크 플래시를 검출하는 제어부와, 상기 제어부의 아크 플래시 검출 신호를 입력받아 펄스 폭을 일정하게 변환하여 디지털 신호로 출력하는 디지털 신호처리부와, 상기 디지털 신호처리부로부터 일정한 펄스 폭으로 출력되는 아크 플래시 검출 신호를 입력받아 차단기를 트립신호를 출력하는 차단부와, 상기 디지털 신호처리부로부터 일정한 펄스 폭으로 출력되는 아크 플래시 검출 신호를 입력받아 스피커를 통해 경보음 발생 또는 램프를 발광하여 아크 플래시의 발생을 외부로 전달하는 알람/점등 표시부와, 상기 아크 플래시의 발생 정보를 외부로 송신하는 통신부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 제어부는 상기 적외선 센서로부터 검출된 온도 검출 신호를 입력받아 증폭하여 출력하는 제 1 증폭기와 상기 UVC 센서로부터 특정 대역의 자외선 검출신호를 입력받아 증폭하여 출력하는 제 2 증폭기와, 상기 제 1, 제 2 증폭기로부터 증폭된 온도 검출 신호와 자외선 검출신호를 각각 입력받아 디지털 신호로 변환하여 출력하는 제 1, 제 2 신호 변환부와, 상기 제 1, 제 2 신호 변환부로부터 변환된 온도 검출 신호와 자외선 검출 신호를 입력받아 기준 값과 비교하여 아크 플래시의 발생 유무를 검출하는 아크 검출부를 포함하여 이루어진다.
본 발명의 실시예에 의한 적외선 및 유브이씨(UVC) 센서를 이용한 아크 플래시 검출 시스템은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 자연광이나 조명등에 의한 280㎚ 내지 400㎚의 파장 대역을 갖는 자외선을 차단함으로써 아크 플래시를 보다 신속하게 검출하여 차단기를 트립함으로써 전력기기 및 인명 사고를 최소화할 수 있다.
둘째, 100㎚ 내지 280㎚ 파장 대역의 자외선만을 검출하고 태양광이나 조명등에 의해 발생되는 다른 파장 대역의 자외선을 차단하도록 구성됨으로써, 태양광이나 조명등이 아닌 아크에 의해 발생되는 자외선만을 정확하게 검출하고 검출 오류를 줄일 수 있다.
셋째, 아크 플래시의 발생 초기에 이를 감지함과 더불어 사고 유무의 판단 시간을 줄여 2차 피해가 발생되는 것을 미연에 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 적외선 및 유브이씨(UVC) 센서를 이용한 아크 플래시 검출 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도
도 2는 일반적인 아크 플래시 중 자외선 검출을 나타낸 그래프
도 3은 도 2의 자외선 중에서 UVC 센서에 의해 특정 대역의 응답 특성을 나타낸 그래프
도 2는 일반적인 아크 플래시 중 자외선 검출을 나타낸 그래프
도 3은 도 2의 자외선 중에서 UVC 센서에 의해 특정 대역의 응답 특성을 나타낸 그래프
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명에 의한 적외선 및 유브이씨(UVC) 센서를 이용한 아크 플래시 검출 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
여기서, 본 발명에 의한 적외선 및 유브이씨(UVC) 센서를 이용한 아크 플래시 검출 시스템은 저압 배전반, 고압 배전반, 분전반, 모터 제어반, 접속반 및 인버터의 내부에 설치되어 아크 플래시를 검출한다.
기존의 방식에서는 수배전반 내부의 고전압에 의한 노이즈로 인해 아크 전류 파형이 왜곡되거나 일그러져 아크의 발생을 정확하게 검지해내지 못하는 문제점이 있었으나, 본 발명에서는 아크에 의해 발생되는 특정 파장 대역의 자외선을 검출하도록 구성되어 내부 노이즈의 영향을 받지 않는다.
또한, 배전반은 태양광이나 조명등에서 발생되는 자외선의 파장 대역은 UVC 센서(120)를 이용한 특정 파장 대역의 자외선만을 검출함으로써, 태양광의 자외선이나 조명등의 자외선이 아크 발생으로 검지될 수 있는 오류를 미리 차단하도록 구성된다.
즉, 본 발명에 의한 적외선 및 유브이씨(UVC) 센서를 이용한 아크 플래시 검출 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 적외선 센서(110), UVC 센서(120), 제어부(130), 디지털 신호처리부(140), 차단부(150), 알람/점등 표시부(160) 및 통신부(170)를 포함하여 이루어진다.
상기 적외선 센서(110)는 기기의 접속부 표면 온도를 감지하여 접속부 온도신호를 출력한다. 상기 적외선 센서(110)는 물체가 방출하는 적외선 복사 에너지가 온도에 따라 달라진다는 특성을 이용하여 물체의 표면 온도를 측정한다. 상기 적외선 센서(110)는 아크 플래시 발생시 약 5~14㎛ 파장대에 해당하는 적외선에 반응하여 온도를 감지한다.
상기 적외선 센서(110)는 적외선 복사 에너지의 세기를 열로 변환 감지하여 물체의 온도를 측정하며, 이 온도 변화를 전자 신호로 변환하고 증폭시킨 후 온도를 읽는다.
상기 적외선 센서(110)는 직접 접촉하기 어려운 물체의 온도를 접촉하지 않은 상태에서 측정할 수 있는 장점을 갖기 때문에 안정성이 있고, 물질 접촉 온도계처럼 열평형 상태가 될 때까지 기다려야 할 필요가 없어 온도 감지 속도를 보다 빠르게 할 수 있다.
이러한 상기 적외선 센서(110)는 이 적외선 센서(110)의 감지부가 이 기기의 접속부를 향하도록 수배전반 내부에 설치될 수 있다. 즉, 상기 적외선 센서(110)는 기기의 접속부에 직접 부착되지 않는다. 이를 위해, 상기 적외선 센서(110)는 이 기기의 접속부로부터 적외선 센서(110)의 유효감지거리만큼 떨어져 있는 곳에 설치된다.
상기 UVC 센서(120)는 자연광이나 조명등에 의한 280㎚ 내지 400㎚의 파장 대역을 갖는 자외선을 차단시켜 100㎚ 내지 280㎚ 대역의 자외선을 검출한다.
그리고 상기 UVC 센서(120)는 자연광이나 조명등에 의한 자외선 파장 대역은 차단시키도록 구성되는 것이 바람직하다.
예를 들어, 280㎚ 내지 400㎚의 파장 대역을 갖는 자외선은 차단하는 것이 바람직하다. 자연광 중 일반적으로 100㎚ 내지 280㎚ 대역의 자외선은 대개 UVC 대역의 자외선으로서 오존층에 흡수된다. 대기 중에는 100㎚ 내지 280㎚ 대역의 자외선이 거의 존재하지 않는다고 봐도 무방하다.
자연광의 자외선에 의해 제어부(130)가 동작하면 아크가 발생한 것으로 오판할 수 있으므로, 대기 중의 자연광 자외선은 280㎚ 내지 400㎚의 자외선은 차단하는 것이 바람직하다.
한편, 조명등 역시 대부분 해당 280㎚ 내지 400㎚의 자외선을 방사하므로, 해당 대역의 자외선을 차단하도록 구성되는 것이 오판을 줄일 수 있다.
상기 제어부(130)는 상기 적외선 센서(110)로부터 검출된 온도 검출 신호와 함께 상기 UVC 센서(120)로부터 특정된 100㎚ 내지 280㎚ 대역의 자외선 검출신호를 입력받아 아크 플래시를 검출한다.
이때 상기 제어부(130)는 상기 적외선 센서(110)로부터 검출된 온도 검출 신호를 입력받아 증폭하여 출력하는 제 1 증폭기(131)와 상기 UVC 센서(120)로부터 특정된 100㎚ 내지 280㎚ 대역의 자외선 검출신호를 입력받아 증폭하여 출력하는 제 2 증폭기(132)와, 상기 제 1, 제 2 증폭기(131, 132)로부터 증폭된 온도 검출 신호와 자외선 검출신호를 각각 입력받아 디지털 신호로 변환하여 출력하는 제 1, 제 2 신호 변환부(133, 134)와, 상기 제 1, 제 2 신호 변환부(133, 134)로부터 변환된 온도 검출 신호와 자외선 검출 신호를 입력받아 기준 값과 비교하여 아크 플래시의 발생 유무를 검출하는 아크 검출부(135)를 포함하여 이루어진다.
상기 디지털 신호처리부(140)는 상기 제어부(130)의 아크 플래시 검출 신호를 입력받아 펄스 폭을 일정하게 변환하여 디지털 신호로 출력한다.
상기 차단부(150)는 상기 디지털 신호처리부(140)로부터 일정한 펄스 폭으로 출력되는 아크 플래시 검출 신호를 입력받아 차단기를 트립신호를 출력한다.
상기 알람/점등 표시부(160)는 상기 디지털 신호처리부(140)로부터 일정한 펄스 폭으로 출력되는 아크 플래시 검출 신호를 입력받아 스피커를 통해 경보음 발생 또는 램프를 발광하여 아크 플래시의 발생을 외부로 전달한다.
상기 통신부(170)는 아크 플래시의 발생 정보를 RS-485 방식 또는 RS-232 방식에 의해 원격지의 원격 관제 단말로 실시간 송신하도록 구성될 수 있다. 다른 통신 방식도 이용될 수 있으나, 고주파를 발생하는 여러 다른 무선 방식은 부적합할 수 있다.
도 2는 일반적인 아크 플래시 중 자외선 검출을 나타낸 그래프이고, 도 3은 도 2의 자외선 중에서 UVC 센서에 의해 특정 대역의 응답 특성을 나타낸 그래프이다.
도 2에서와 같이, 아크 플래시가 발생했을 때 자외선 영역내에서는 UVC 영역대의 자외선 영역이 존재하고, 도 3에서와 같이 UVC 센서를 이용하여 280㎚ 내지 400㎚이 파장대역을 갖는 자외선을 차단하여 100㎚ 내지 280㎚ 파장대역의 자외선을 검출하게 된다.
한편, 이상에서 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위해 구체적인 실시 예로 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기와 같이 구체적인 실시 예와 동일한 구성 및 작용에만 국한되지 않고, 여러가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 실시될 수 있다. 따라서, 그와 같은 변형도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주해야 하며, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의해 결정되어야 한다.
110 : 적외선 센서 120 : UVC 센서
130 : 제어부 140 : 디지털 신호처리부
150 : 차단부 160 : 알람/점등 표시부
170 : 통신부
130 : 제어부 140 : 디지털 신호처리부
150 : 차단부 160 : 알람/점등 표시부
170 : 통신부
Claims (3)
- 기기 내부에서 발생한 아크 플래시로부터 온도를 감지하여 온도 검출 신호를 출력하는 적외선 센서와,
상기 아크 플래시로부터 자연광이나 조명등에 의한 280㎚ 내지 400㎚의 파장 대역을 갖는 자외선을 차단시켜 특정 대역의 자외선을 검출하는 UVC 센서와,
상기 적외선 센서로부터 검출된 온도 검출 신호와 함께 상기 UVC 센서로부터 특정 대역의 자외선 검출신호를 입력받아 아크 플래시를 검출하는 제어부와,
상기 제어부의 아크 플래시 검출 신호를 입력받아 펄스 폭을 일정하게 변환하여 디지털 신호로 출력하는 디지털 신호처리부와,
상기 디지털 신호처리부로부터 일정한 펄스 폭으로 출력되는 아크 플래시 검출 신호를 입력받아 차단기를 트립신호를 출력하는 차단부와,
상기 디지털 신호처리부로부터 일정한 펄스 폭으로 출력되는 아크 플래시 검출 신호를 입력받아 스피커를 통해 경보음 발생 또는 램프를 발광하여 아크 플래시의 발생을 외부로 전달하는 알람/점등 표시부와,
상기 아크 플래시의 발생 정보를 외부로 송신하는 통신부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 적외선 및 유브이씨(UVC) 센서를 이용한 아크 플래시 검출 시스템. - 제 1 항에 있어서, 상기 UVC 센서는 100㎚ 내지 280㎚ 대역의 자외선을 검출하는 것을 특징으로 하는 적외선 및 유브이씨(UVC) 센서를 이용한 아크 플래시 검출 시스템.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제어부는 상기 적외선 센서로부터 검출된 온도 검출 신호를 입력받아 증폭하여 출력하는 제 1 증폭기와 상기 UVC 센서로부터 특정 대역의 자외선 검출신호를 입력받아 증폭하여 출력하는 제 2 증폭기와, 상기 제 1, 제 2 증폭기로부터 증폭된 온도 검출 신호와 자외선 검출신호를 각각 입력받아 디지털 신호로 변환하여 출력하는 제 1, 제 2 신호 변환부와, 상기 제 1, 제 2 신호 변환부로부터 변환된 온도 검출 신호와 자외선 검출 신호를 입력받아 기준 값과 비교하여 아크 플래시의 발생 유무를 검출하는 아크 검출부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 적외선 및 유브이씨(UVC) 센서를 이용한 아크 플래시 검출 시스템.
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