KR20200024682A - 전력제어설비용 지진 보호 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지진 강도와 열화 상태에 따라 전력제어설비의 장치 보호 동작을 단계적으로 수행할 수 있도록 하는 전력제어설비용 지진 보호 장치에 관한 것으로, 전력제어설비에 인가되는 지진 강도를 센싱하는 지진 감지부; 상기 전력제어설비의 내부에 발생하는 아크, 누설 전류, 및 열 중 적어도 하나를 센싱하는 열화 센서를 구비하고, 상기 열화 센서의 센싱 결과로부터 열화 발생 여부를 파악 및 통보하는 열화 감지부; 및 상기 지진 감지부의 지진 센싱 결과와 상기 열화 감지부의 열화 센싱 결과를 기반으로 장치 위험도를 산출하고, 장치 위험도에 따라 전력제어설비 보호 동작을 단계적으로 수행하는 제어부를 포함할 수 있도록 한다.

Description

전력제어설비용 지진 보호 장치{Apparatus for protecting electric power equipment from earthquake}

본 발명은 전력제어설비용 지진 보호 장치에 관한 것으로서, 지진 강도와 열화 상태에 따라 전력제어설비의 장치 보호 동작을 단계적으로 수행할 수 있도록 하는 전력제어설비용 지진 보호 장치에 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 어려운 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 개시하다.

다만, 한국등록특허 제10-0273873호는 지진 발생 여부만을 고려할 뿐, 지진 강도, 그리고 지진에 따른 열화 상태 등을 고려하여 단계적으로 전력기기를 제어할 수 있는 방법에 대해서 개시되어 있지 않다.

본 발명의 목적은 수배전반, ESS(Energy Storage System) 등과 같은 전력제어설비의 내부에 장착되어, 지진 강도와 열화 상태에 따른 전력제어설비의 장치 보호 동작을 단계적으로 수행할 수 있도록 하는 전력제어설비용 지진 보호 장치를 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 따르면, 전력제어설비에 인가되는 지진 강도를 센싱하는 지진 감지부; 상기 전력제어설비의 내부에 발생하는 아크, 누설 전류, 및 열 중 적어도 하나를 센싱하는 열화 센서를 구비하고, 상기 열화 센서의 센싱 결과로부터 열화 발생 여부를 파악 및 통보하는 열화 감지부; 및 상기 지진 감지부의 지진 센싱 결과와 상기 열화 감지부의 열화 센싱 결과를 기반으로 장치 위험도를 산출하고, 장치 위험도에 따라 전력제어설비 보호 동작을 단계적으로 수행하는 제어부를 포함하는 전력제어설비용 지진 보호 장치를 제공한다.

상기 제어부는 상기 장치 위험도가 제1 등급이면, 상기 전력제어설비의 전력 출력을 중지시키고, 상기 장치 위험도가 제2 등급이면, 상기 전력제어설비의 전력 출력 및 상기 전력제어설비의 구동 모두를 중지시키는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 제어부는 상기 진동 강도가 제1 값 내지 제2 값 이내이면, 상기 장치 위험도가 제1 등급이라고 판단하고, 상기 진동 강도가 제2 값 이상이면, 상기 장치 위험도가 제2 등급(제2 등급>제2 등급)이라고 판단하되, 상기 진동 강도가 제1 값 내지 제2 값이나 상기 열화 발생이 감지되면, 상기 장치 위험도가 제2 등급(제2 등급>제1 등급)이라고 추가 판단하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 전력제어설비용 지진 보호 장치는 지진 강도 뿐 아니라 지진에 따른 열화 상태를 추가적으로 고려하여 장치 위험도를 산출하고, 이에 따른 장치 보호 동작을 단계적으로 수행할 수 있도록 한다. 그 결과, 지진에 따른 2차 피해 가능성을 보다 효과적이고 안정적으로 차단할 수 있도록 한다.

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 전력제어설비용 지진 보호 장치의 개략적인 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전력제어설비용 지진 보호 장치의 구체적인 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전력제어설비용 지진 보호 장치의 지반 가속도에 따른 범위설정을 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전력제어설비용 지진 감지방법의 순서도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전력제어설비용 지진 보호 장치을 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 지진 보호 장치는 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 일 실시예에 따른 전력제어설비용 지진 보호 장치를 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 전력제어설비용 지진 보호 장치(100)는 수배전반과 같은 전력제어설비(200)의 내부에 배치되며, 지진 감지부(110), 열화 감지부(120) 제어부(130), 알람부(140) 및 통신부(150) 등을 포함하여 지진에 따른 2차 피해 발생 가능성을 사전 차단하도록 한다.

지진 감지부(110)는 지진 센서를 구비하고, 전력제어설비에 인가되는 지진 에너지를 센싱하여 지진 강도를 산출 및 출력하도록 한다.

이때, 지진 센서는 지진 발생에 따른 3축(x, y, z 축) 변위에 대한 센싱이 가능한 MEMS(Micro Electro Mechanical System)로써 구현하여, 불규칙적인 지진 진동 모두를 안정적으로 센싱할 수 있도록 한다.

열화 감지부(120)는 아크 센서, 누설전류 센서, 열 센서 중 적어도 하나로 구현되는 열화 센서를 구비하고, 이의 센싱 결과를 기반으로 지진에 의한 전기적 열화 발생을 감지하도록 한다.

참고로, 지진으로 인한 외부 충격이 전력제어설비에 인가되는 경우, 전력제어설비 내부에는 합선, 누설 전류, 아크와 같은 각종 열화 현상이 발생할 수 있으며, 이는 화재와 같은 2차 피해의 발생 요인이 된다. 이에 본 발명은 아크 센서, 누설전류 센서, 열 센서 중 적어도 하나를 열화 센서로 구현하고, 이를 통해 지진에 의한 전기적 열화 발생을 감지할 수 있도록 한다.

이때, 아크 센서는 초음파, 소리 및 빛 중 어느 하나를 이용하여 아크 발생을 감지 및 통보할 수 있으며, 누설전류 센서는 전력제어설비 내부의 전력선을 통해 흐르는 전류를 기반으로 누설 전력 발생여부를 감지 및 통보할 수 있도록 한다. 열 센서는 합선, 누설 전류, 아크 발생에 따른 열 발생을 감지 및 통보할 수 있도록 한다.

제어부(130)는 지진 감지부(110)의 지진 센싱 결과 이외에 열화 감지부(120)의 열화 센싱 결과를 추가 고려하여 장치 위험도를 산출하고, 장치 위험도에 따른 전력제어설비 보호 동작을 단계적으로 수행하도록 한다. 또한 전력제어설비 보호 동작을 수행하면서도 장치 위험도를 지속적으로 확인하고, 장치 위험도가 없어지면 전력 제어 설비 보호 동작을 다시 해제하도록 한다.

알람부(140)는 제어부(130)의 제어하에 지진 감지부(110)의 지진 센싱 결과와 열화 감지부(120)를 사용자에게 시청각적으로 안내하도록 한다. 또한 전력제어설비 보호 동작이 수행 상태도 사용자에게 시청각적으로 안내할 수 있도록 한다.

통신부(150)는 제어부(130)에 의해 획득되는 정보를 기 설정된 외부 장치에 제공하거나, 외부 장치가 제공하는 제어 정보를 제어부(130)에 전달하도록 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력제어설비용 지진 보호 방법을 도시한 도면이다.

먼저, 지진 보호 장치(100)는 지진 감지부(110)를 통해 전력제어설비에 인가되는 지진 에너지를 센싱하여 지진 강도를 파악 및 통보하도록 한다(S1).

이를 위해, 지진 감지부(110)는 지진 센서를 통해 지진 발생에 따른 3축(x, y, z 축) 변위값을 획득하고, 이를 수학식1에 따라 지반가속도로 변환하도록 한다. 그리고 표1과 같은 테이블을 참고하여 변환된 지반 가속도에 대응되는 지진 강도(단위 : 리히터(Richter)를 획득 및 출력하도록 한다.

이때, α는 기 설정된 보정상수를, x,y,z는 지진 센서를 통해 측정된 3축 변위값을, g는 지진 강도(Richter)를 각각 나타낸다.

진도(MMI)	규모(Richter)	지반 속도(cm/sec)
Ⅳ	4	1~2
Ⅴ	4/5	2~5
Ⅵ	5	5~8
Ⅶ	6	8~12
Ⅷ	6/7	20~30
Ⅸ	7	45~55
Ⅹ	8	60이상
	8/9
	9

또한 지진 보호 장치(100)는 열화 감지부(120)를 통해 아크, 누설 전류, 및 열 중 적어도 하나를 센싱함으로써, 지진에 따른 전기적 열화 발생 여부를 감지하도록 한다(S2).

그러고 나서, 지진 감지부(110)의 센싱 결과와 열화 감지부(120)의 센싱 결과를 기반으로 장치 위험도를 산출한다(S3).

단계 S3에서, 진동 강도가 제1 값 내지 제2 값(진도 Ⅳ~ 진도 Ⅶ)이내이면, 장치 위험도를 제1 등급으로 설정하고, 진동 강도가 제2 값(진도 Ⅷ) 이상이면 장치 위험도를 제2 등급(제2 등급>제1 등급)으로 설정한다. 다만, 진동 강도가 제1 값 내지 제2 값이나 열화 발생이 감지되면, 장치 위험도를 제1 등급에서 제2 등급으로 즉각 전환함으로써, 지진에 의한 열화 발생을 즉각 대처할 수 있도록 한다.

그리고 단계 S3의 확인 결과, 장치 위험도가 제1 등급이면, 전력 제어 설비의 전력 출력을 일시 중지하는 제1 단계의 보호 동작을 수행하고, 장치 위험도가 제2 등급이면, 전력 제어 설비의 구동 자체를 중지하는 제2 단계의 보호 동작을 수행하도록 한다. 즉, 장치 위험도에 따른 전력제어설비 보호 동작을 단계적으로 수행하도록 한다(S4).

이때, 전력 제어 설비의 전력 출력을 일시 중지하는 것은 전력제어설비내에 구비된 배전용 차단기 등을 통해 전력 제어 설비와 부하의 연결을 일시 차단하는 방식으로 구현될 수 있으며, 전력 제어 설비의 구동 자체를 중지하는 것은 전력제어설비으로의 전력 공급을 차단시킴으로써 구현 가능하다.

이와 같이, 본 발명의 지진 보호 장치는 지진 강도가 미약하더라도 지진으로 인한 전기적 열화가 감지되면, 전기적 열화로 인한 화재 발생 가능성이 매우 커짐을 고려하여 가장 높은 단계의 보호 동작을 즉각 수행하도록 한다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력제어설비용 지진 보호 장치를 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 전력제어설비용 지진 보호 장치(100)는 지진 감지부(110), 열화 감지부(120) 제어부(130), 알람부(140) 및 통신부(150) 이외에 감지부 상태 확인부(160)를 더 포함하도록 한다.

감지부 상태 확인부(160)는 지진 감지부(110) 및 열화 감지부(120)의 센싱 결과를 일정 기간 동안 수집 및 분석하여, 지진 강도와 열화 발생 패턴간의 상관관계를 도출한다.

그리고 지진 감지부(110) 및 열화 감지부(120)를 통해 현재 센싱된 결과를 상기의 상관관계와 비교하여, 그 차이값을 파악하도록 한다. 그리고 파악된 차이값이 사전 설정된 임계치 이상이면, 지진 감지부(110) 및 열화 감지부(120)의 오동작 가능성을 사용자에게 통보하도록 한다.

즉, 전력제어설비가 동일한 조건하에서는 지진 강도별 열화 발생 패턴이 일련의 규칙성을 가지고 발생하게 된다. 그러나 전력제어설비내 지진 감지부(110) 및 열화 감지부(120)가 오동작한다면, 지진 강도에 따른 열화 발생 패턴의 규칙성이 깨지게 된다.

이에 본 발명에서는 전력제어설비에 대한 지진 센싱 결과와 열화 센싱 결과를 자체적으로 수집 및 분석하여 지진 강도와 열화 발생 패턴간의 상관관계를 도출하고, 이를 기반으로 지진 감지부(110) 및 열화 감지부(120)의 오동작 가능성을 산출 및 통보할 수도 있도록 한다.

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.

Claims (3)

1. 전력제어설비에 인가되는 지진 강도를 센싱하는 지진 감지부;
   상기 전력제어설비의 내부에 발생하는 아크, 누설 전류, 및 열 중 적어도 하나를 센싱하는 열화 센서를 구비하고, 상기 열화 센서의 센싱 결과로부터 열화 발생 여부를 파악 및 통보하는 열화 감지부; 및
   상기 지진 감지부의 지진 센싱 결과와 상기 열화 감지부의 열화 센싱 결과를 기반으로 장치 위험도를 산출하고, 장치 위험도에 따라 전력제어설비 보호 동작을 단계적으로 수행하는 제어부를 포함하는 전력제어설비용 지진 보호 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 제어부는
   상기 장치 위험도가 제1 등급이면, 상기 전력제어설비의 전력 출력을 중지시키고, 상기 장치 위험도가 제2 등급이면, 상기 전력제어설비의 전력 출력 및 상기 전력제어설비의 구동 모두를 중지시키는 것을 특징으로 하는 전력제어설비용 지진 보호 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 제어부는
   상기 진동 강도가 제1 값 내지 제2 값 이내이면, 상기 장치 위험도가 제1 등급이라고 판단하고, 상기 진동 강도가 제2 값 이상이면, 상기 장치 위험도가 제2 등급(제2 등급>제2 등급)이라고 판단하되,
   상기 진동 강도가 제1 값 내지 제2 값이나 상기 열화 발생이 감지되면, 상기 장치 위험도가 제2 등급(제2 등급>제1 등급)이라고 추가 판단하는 것을 특징으로 하는 전력제어설비용 지진 보호 장치.

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