KR20200121551A - Thermo-graphic diagnosis system for distributing board with composite aperture screen - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 복합 개구경 스크린을 이용하여 배전반의 다수 지점에 대한 온도 모니터링을 단일 열화상 카메라로 수행할 수 있도록 한 복합 개구경 스크린을 구비한 배전반 열화상 진단 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a switchboard thermal imaging diagnostic system having a composite aperture screen that enables temperature monitoring of multiple points of a switchboard to be performed with a single thermal imaging camera using a composite aperture screen.
일반적으로, 배전반은 전력 공급자로부터 공급되는 공급 전력을 전력 수용가 측에 분배하여 제공하는 장치이다. 배전반은 특고압의 전력을 고압으로, 혹은, 고압의 전력을 저압으로 변환하는 변전수단을 포함할 수 있으며, 과전류나 과전압에 의해 트립되는 메인 차단기 및 분기 차단기, 서지로부터 장치를 보호하는 서지 보호장치 등을 구비한다. 통상적으로, 배전반 내에서 각 구성품들은 부스바(bus bar)에 의해 연결된다.In general, a switchboard is a device that distributes and provides power supplied from a power supplier to power customers. The switchboard may include a substation means for converting extra-high voltage power into high voltage or high voltage power into low voltage, and a main circuit breaker and branch circuit breaker tripped by overcurrent or overvoltage, and a surge protection device that protects the device from surges. Etc. Typically, each component in a switchboard is connected by a bus bar.
종래 배전반 내 구성품들의 열화나 노후화를 진단하는 방법으로 온도 센서를 이용하는 방법이 제안되고 있다. 하지만, 배전반을 구성하는 구성품들은 열화 기준 온도가 모두 다르므로, 감시 대상 영역마다 온도 센서를 설치해야 하는 설치 비용의 문제와, 복수의 온도 센서들이 정상적으로 동작하는지를 관리해야 하며 열화에 의해 소손된 온도 센서를 교체해야 하는 등의 유지보수의 번거로움이 발생된다.A method of using a temperature sensor has been proposed as a method of diagnosing deterioration or aging of components in a conventional switchboard. However, since the components constituting the switchboard have different reference temperatures for deterioration, it is necessary to manage the installation cost of installing a temperature sensor in each area to be monitored, and whether a plurality of temperature sensors operate normally, and a temperature sensor that is burnt out by deterioration. There is a hassle of maintenance, such as having to replace the product.
다른 방안으로, 열화상 카메라를 이용한 열화 감시 시스템이 제안되고 있다. 열화상 카메라는 구성품들과 이격되어 설치되므로, 구성품들의 열화에 의한 영향을 거의 받지 않는 이점이 있다. 또한, 서모파일 어레이의 픽셀에서 출력되는 전기적 신호로부터 열화를 검출하므로, 신호 처리가 용이한 이점이 있다.As another method, a deterioration monitoring system using a thermal imaging camera has been proposed. Since the thermal imaging camera is installed apart from the components, there is an advantage that it is hardly affected by the deterioration of the components. In addition, since deterioration is detected from an electrical signal output from a pixel of the thermopile array, there is an advantage in that signal processing is easy.
도 1은 일반적인 배전반 열화상 진단 시스템을 예시한 블록도이다. 도 1을 참조하면, 배전반(100)의 입력단은 전력 공급자의 계통 측에 연결되며, 출력단은 전력 수용가 측에 연결된다. 열화상 카메라(110)가 배전반(100) 내의 구성품들을 촬상한다. 열화상 카메라(110)는 서모파일 어레이를 포함하며, 배전반(100) 내의 구성품들에서 방사되는 적외선을 검출하여 전기적 신호로 변환한다. 진단용 컴퓨터(120)는 열화상 카메라(110)에서 검출된 신호로부터 각 구성품들의 열화나 노후화 등을 진단한다. 예를 들어, 열화상 카메라(110)의 출력 신호를 미리 저장된 허용치와 비교하여 허용치를 초과하는 경우, 구성품의 열화를 판단한다.1 is a block diagram illustrating a general switchboard thermal image diagnosis system. Referring to FIG. 1, the input terminal of the
진단용 컴퓨터(120)는 배전반 전면의 패널에 설치되는 경광등 또는 경고용 LED를 점등시켜 현장 관리자에게 열화 상태를 경고할 수 있다. 그리고 유, 무선 네트워크(130)를 통해 원격의 진단 서버(140) 또는 관리자 단말(150)에 구성품의 열화 상태를 나타내는 데이터를 전송할 수 있다. 예컨대, 배전반(100) 내의 어떤 구성품이 어떤 열화 상태인지를 나타내는 데이터가 진단 서버(140) 또는 관리자 단말(150)로 전송된다. 심각한 고장이 예상되는 경우 현장 관리자 또는 원격의 관리자가 배전반(100) 내의 차단기를 트립시켜 전기 화재나 기타 전기 안전사고를 미연에 방지하도록 조치할 수 있다.The
하지만, 종래 열화상 진단 시스템은 배전반 내 구성품들의 열화 기준 온도가 각기 다름으로 인해, 구성품별로 정확한 열화 상태를 검출하는데 한계가 있다. 예컨대, 변압기나 부스바 등은 좀 더 높은 허용 온도를 가지지만, 케이블이나 기타 절연체 등은 상대적으로 낮은 허용 온도를 가진다. 이로 인해 열화 기준점을 설정하는 것이 곤란하며, 열화 상태의 과잉 검출 또는 부족 검출 현상을 야기할 수 있다.However, the conventional thermal imaging diagnostic system has a limitation in detecting an accurate deterioration state for each component due to different reference temperatures for deterioration of components in a switchboard. For example, a transformer or a busbar has a higher allowable temperature, but a cable or other insulator has a relatively low allowable temperature. For this reason, it is difficult to set the deterioration reference point, and it may cause excessive detection or insufficient detection of the deterioration state.
종래 배전반 내 각 구성품들을 개별적으로 열화 진단하는 방법으로는, 각 구성품들에 대응하여 복수의 열화상 카메라를 설치하거나, 분해능이 매우 높은 서모파일 어레이를 사용하는 방식이 있다.As a method of individually diagnosing deterioration of each component in a conventional switchboard, there is a method of installing a plurality of thermal imaging cameras corresponding to each component, or using a thermopile array having very high resolution.
그러나, 복수의 열화상 카메라를 설치하거나 분해능이 매우 높은 서모파일 어레이를 사용하는 방식 모두 진단 시스템을 구축하는 비용이 매우 많이 소요되며, 설치가 어렵고 고장율이 증가하는 문제를 일으킨다. 나아가, 인접 구성품들에서 발생되는 열에 의해 진단 대상 구성품에 대한 과잉 검출 또는 부족 검출 현상이 여전히 발생된다.However, in both methods of installing a plurality of thermal imaging cameras or using a thermopile array having a very high resolution, the cost of constructing a diagnostic system is very high, and it is difficult to install and causes a problem that the failure rate increases. Furthermore, excessive detection or insufficient detection of the component to be diagnosed is still generated by heat generated from adjacent components.
본 발명은 단일의 저해상도 서모파일 어레이를 사용함에도 불구하고 배전반 내 각 구성품들을 개별적으로 열화 진단할 수 있어 경제적임은 물론 유지보수가 간소화 되며, 타 구성품의 열에 의한 영향을 최소화하여 과잉 검출이나 부족 검출 현상을 방지하고 검출 정확도를 향상시킬 수 있는 복합 개구경 스크린을 구비한 배전반 열화상 진단 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.In the present invention, despite the use of a single low-resolution thermopile array, each component in the switchboard can be individually diagnosed for deterioration, so it is economical, and maintenance is simplified, and excessive or insufficient detection by minimizing the effect of heat of other components. An object of the present invention is to provide a switchboard thermal image diagnosis system having a composite aperture screen capable of preventing a phenomenon and improving detection accuracy.
본 발명의 일실시예에 따른 복합 개구경 스크린을 구비한 배전반 열화상 진단 시스템은, 배전반 내 구성품들을 촬상하여 얻은 열화상으로부터 배전반의 이상 상태를 진단하는 배전반 열화상 진단 시스템에 있어서, 상기 배전반 내의 복수의 감시대상 구성품 각각에 대응하는 개구부가 복수개 형성되는 복합 개구경 스크린; 상기 복합 개구경 스크린의 후방에 배치되며, 상기 감시대상 구성품에서 방사되는 적외선을 상기 개구부를 통해 수광하여 굴절시키는 렌즈; 복수의 서모파일 픽셀로 구성되며, 각 서모파일 픽셀은 상기 렌즈에 의해 집광된 적외선을 감지하여 전기적 신호로 변환하되, 상기 개구부에 대응하는 복수의 서모파일 픽셀이 하나의 감지영역을 형성하고, 각각의 감지영역은 서로 구획 배치되는 서모파일 어레이; 상기 서모파일 어레이의 각 감지영역에서 출력되는 전기적 신호를 디지털 처리하여 상기 감시대상 구성품 각각에 대한 열화 여부를 판단하는 디지털 신호 처리기를 포함한다.In the switchboard thermal image diagnosis system having a composite aperture screen according to an embodiment of the present invention, in the switchboard thermal image diagnosis system for diagnosing an abnormal state of the switchboard from a thermal image obtained by imaging components in the switchboard, A composite aperture screen in which a plurality of openings corresponding to each of a plurality of components to be monitored are formed; A lens disposed behind the composite aperture screen and refracting by receiving infrared rays emitted from the component to be monitored through the opening; Consist of a plurality of thermopile pixels, each thermopile pixel detects infrared rays collected by the lens and converts them into electrical signals, and a plurality of thermopile pixels corresponding to the openings form one sensing area, each The sensing regions of the thermopile array are partitioned from each other; And a digital signal processor that digitally processes an electrical signal output from each sensing region of the thermopile array to determine whether each component to be monitored is deteriorated.
본 발명의 다른 실시예에 따른 복합 개구경 스크린을 구비한 배전반 열화상 진단 시스템은, 상기 복합 개구경 스크린은 적외선 차단 부재로 형성된다.In the switchboard thermal image diagnosis system having a composite aperture screen according to another embodiment of the present invention, the composite aperture screen is formed of an infrared ray blocking member.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 복합 개구경 스크린을 구비한 배전반 열화상 진단 시스템은, 상기 복합 개구경 스크린에서 상기 배전반을 향하는 면에는 적외선 차단 필름이 코팅되거나 적외선 차단 도료가 도포된다.In the switchboard thermal image diagnosis system having a composite aperture screen according to another embodiment of the present invention, an infrared shielding film is coated or an infrared shielding paint is applied to a surface of the composite aperture screen facing the switchboard.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 복합 개구경 스크린을 구비한 배전반 열화상 진단 시스템은, 상기 개구부들 중 적어도 둘 이상의 개구부는 서로 다른 구경을 갖는다.In the switchboard thermal imaging system having a composite aperture screen according to another embodiment of the present invention, at least two or more of the apertures have different apertures.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 복합 개구경 스크린을 구비한 배전반 열화상 진단 시스템은, 상기 개구부들 중 적어도 둘 이상의 개구부는 그 내주연이 상기 렌즈의 중심축에 대하여 서로 다른 각도를 갖는다.In a switchboard thermal image diagnosis system having a composite aperture screen according to another embodiment of the present invention, at least two or more of the openings have an inner circumference having different angles with respect to the central axis of the lens.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 복합 개구경 스크린을 구비한 배전반 열화상 진단 시스템은, 상기 디지털 신호 처리기는 상기 개구부의 구경과 그 내주연이 상기 렌즈의 중심축에 대하여 이루는 각도에 따라, 상기 감지영역 내 상기 서모파일 픽셀의 출력 신호를 보정하는 신호 보정부를 포함한다.In the switchboard thermal image diagnosis system having a composite aperture screen according to another embodiment of the present invention, the digital signal processor comprises the aperture of the opening and an angle formed by the inner circumference of the aperture with respect to the central axis of the lens. And a signal correction unit correcting an output signal of the thermopile pixel in the sensing area.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 복합 개구경 스크린을 구비한 배전반 열화상 진단 시스템은, 상기 신호 보정부는 아래의 수학식(2)를 이용하여 상기 서모파일 픽셀의 출력 신호를 보정한다.In a switchboard thermal image diagnosis system having a composite aperture screen according to another embodiment of the present invention, the signal correction unit corrects the output signal of the thermopile pixel using Equation (2) below.
수학식(2) Equation (2)
여기서, 는 상기 복합 개구경 스크린 상의 2차원 좌표 (x,y) 위치의 개구부를 통과한 적외선 에너지이며, 는 상기 (x,y) 좌표의 개구부에 대응하는 감지영역 내 서모파일 픽셀에서 출력되는 신호이며, 는 상기 (x,y) 좌표의 개구부의 구경과, 그 내주연이 상기 렌즈의 중심축에 대하여 이루는 각도와, 상기 (x,y) 좌표의 개구부에 대응하는 감지영역 내 서모파일 픽셀에 의해 부가되는 옵셋 성분이며, 는 상기 (x,y) 좌표의 개구부에 대응하는 감지영역 내 서모파일 픽셀의 특성에 의한 게인이다.here, Is the infrared energy passing through the opening at the two-dimensional coordinate (x,y) position on the composite aperture screen, Is a signal output from the thermopile pixel in the sensing area corresponding to the opening of the (x,y) coordinate, Is added by the aperture of the aperture of the (x,y) coordinate, the angle formed by the inner periphery of the aperture with respect to the central axis of the lens, and the thermopile pixel in the sensing region corresponding to the aperture of the (x,y) coordinate Is an offset component that becomes Is a gain by the characteristic of a thermopile pixel in the sensing area corresponding to the opening of the (x,y) coordinate.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 복합 개구경 스크린을 구비한 배전반 열화상 진단 시스템은, 상기 디지털 신호 처리기는 상기 감시대상 구성품 각각에 대하여 상기 신호 보정부에서 보정 처리된 상기 를 상기 감시대상 구성품 각각의 허용 적외선 에너지와 매핑하는 룩업테이블을 더 포함하며, 상기 룩업테이블의 매핑 결과에 따라 상기 감시대상 구성품에 대한 열화 여부를 판단한다.A switchboard thermal image diagnosis system having a composite aperture screen according to another embodiment of the present invention, wherein the digital signal processor is corrected by the signal correction unit for each of the components to be monitored. And a lookup table for mapping to allowable infrared energy of each of the components to be monitored, and it is determined whether the component to be monitored is deteriorated according to the mapping result of the lookup table.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 복합 개구경 스크린을 구비한 배전반 열화상 진단 시스템은, 상기 감시대상 구성품은 변압기, 개폐기, 부스바, 차단기, 서지 보호기, 및 케이블 중 어느 하나이다.In the switchboard thermal image diagnosis system having a composite aperture screen according to another embodiment of the present invention, the component to be monitored is any one of a transformer, a switchgear, a bus bar, a circuit breaker, a surge protector, and a cable.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 복합 개구경 스크린을 구비한 배전반 열화상 진단 시스템은, 상기 디지털 신호 처리기에의 열화 여부 판단 결과를 원격 서버 또는 관리자 단말로 전송하는 통신 모듈을 더 포함한다.A switchboard thermal image diagnosis system having a composite aperture screen according to another embodiment of the present invention further includes a communication module for transmitting a determination result of deterioration to the digital signal processor to a remote server or a manager terminal.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 복합 개구경 스크린을 구비한 배전반 열화상 진단 시스템은, 지면에 대하여 수평 방향으로 설치되는 기울기 센서를 더 포함하며, 상기 디지털 신호 처리기는 상기 기울기 센서에서 검출된 장치의 기울기 값을 미리 정해진 문턱 값과 비교하여 지진이나 지반 침식 여부를 판단한다.A switchboard thermal image diagnosis system having a composite aperture screen according to another embodiment of the present invention further includes a tilt sensor installed in a horizontal direction with respect to the ground, and the digital signal processor is a device detected by the tilt sensor. The slope value of is compared with a predetermined threshold value to determine whether there is an earthquake or ground erosion.
본 발명의 복합 개구경 스크린을 구비한 배전반 열화상 진단 시스템에 따르면, 단일의 저해상도 열화상 카메라를 사용하여 배전반 내 각 구성품들을 개별적으로 열화 진단할 수 있어 진단 시스템 설치 비용을 절감할 수 있고 진단 시스템의 유지보수를 간소화 할 수 있으며, 복합 개구경 스크린에 의해 타 구성품에서 방사되는 적외선을 차단하고 감시대상 구성품과 서모파일 어레이의감지영역을 일대일로 매칭할 수 있어 타 구성품의 열에 의한 영향을 최소화할 수 있고 열화의 과잉 검출이나 부족 검출 현상을 방지하는 효과가 있다.According to the switchboard thermal image diagnosis system with a composite aperture screen of the present invention, each component in the switchboard can be individually diagnosed with deterioration using a single low-resolution thermal imaging camera, thereby reducing the cost of installing the diagnosis system and reducing the diagnosis system. It can simplify maintenance and repair of other components, and can minimize the effect of heat from other components by blocking the infrared rays emitted from other components by the composite aperture screen and matching the sensing area of the components to be monitored and the thermopile array on a one-to-one basis. And there is an effect of preventing excessive detection or insufficient detection of deterioration.
도 1은 일반적인 배전반 열화상 진단 시스템을 예시한 블록도,
도 2는 본 발명에 따른 복합 개구경 스크린을 구비한 배전반 열화상 진단 시스템을 개념적으로 묘사한 도면, 및
도 3은 본 발명에 따른 복합 개구경 스크린을 구비한 배전반 열화상 진단 시스템을 예시한 블록도이다.1 is a block diagram illustrating a general switchboard thermal image diagnosis system;
2 is a diagram conceptually depicting a switchboard thermal image diagnosis system having a composite aperture screen according to the present invention, and
3 is a block diagram illustrating a switchboard thermal image diagnosis system having a composite aperture screen according to the present invention.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 구체적인 실시예가 설명된다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대하여 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Hereinafter, specific embodiments according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, this is not intended to limit the present invention to a specific embodiment, it is to be understood as including all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
명세서 전체에 걸쳐 유사한 구성 및 동작을 갖는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 그리고 본 발명에 첨부된 도면은 설명의 편의를 위한 것으로서, 그 형상과 상대적인 척도는 과장되거나 생략될 수 있다.Throughout the specification, portions having similar configurations and operations are denoted by the same reference numerals. In addition, the drawings attached to the present invention are for convenience of explanation, and the shape and relative scale may be exaggerated or omitted.
실시예를 구체적으로 설명함에 있어서, 중복되는 설명이나 당해 분야에서 자명한 기술에 대한 설명은 생략되었다. 또한, 이하의 설명에서 어떤 부분이 다른 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 기재된 구성요소 외에 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.In describing the embodiments in detail, overlapping descriptions or descriptions of technologies that are obvious in the art have been omitted. In addition, in the following description, when a certain part "includes" other components, it means that components may be further included in addition to the described components unless otherwise stated.
또한, 명세서에 기재된 "~부", "~기", "~모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, 어떤 부분이 다른 부분과 전기적으로 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 다른 구성을 사이에 두고 연결되어 있는 경우도 포함한다. In addition, terms such as "~ unit", "~ group", and "~ module" described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, which can be implemented by hardware or software or a combination of hardware and software. I can. In addition, when a part is electrically connected to another part, this includes not only a case in which it is directly connected but also a case in which it is connected with a different configuration in the middle.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다.Terms including ordinal numbers, such as first and second, may be used to describe various elements, but the elements are not limited by the terms. These terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another component. For example, without departing from the scope of the present invention, a second component may be referred to as a first component, and similarly, a first component may be referred to as a second component.
본 발명은 단일의 열화상 카메라를 이용하여 배전반 내의 복수의 구성품들을 촬상하여 열화를 진단하는 시스템에 관한 것이다. 열화상 카메라의 렌즈 전방, 즉, 배전반 내 감시대상 구성품들과 렌즈 사이에는 복합 개구경 스크린이 설치된다. 복합 개구경 스크린에는 감시대상 구성품들에 대응하는 복수의 개구부가 형성된다. 개구부는 소정의 분해능을 갖는 매트릭스 형태로 배치될 수 있겠으나, 감시대상 구성품의 위치에 따라 규칙 없이 랜덤하게 배치될 수도 있다. 복합 개구경 스크린의 각 개구부들에 의해 감시대상 구성품과 열화상 카메라 내 서모파일 어레이의 감지영역이 일대일로 매칭될 수 있다. 따라서 서모파일 어레이의 각 감지영역에는 대응하는 감시대상 구성품에서 방사되는 적외선이 수신되지만, 다른 구성품에서 방사되는 적외선은 복합 개구경 스크린에 의해 대부분 차단된다.The present invention relates to a system for diagnosing deterioration by imaging a plurality of components in a switchboard using a single thermal imaging camera. A composite aperture screen is installed in front of the lens of the thermal imaging camera, that is, between the components to be monitored in the switchboard and the lens. A plurality of openings corresponding to the components to be monitored are formed in the composite aperture screen. The openings may be arranged in a matrix form having a predetermined resolution, but may be arranged randomly without rules depending on the location of the component to be monitored. The components to be monitored and the sensing area of the thermopile array in the thermal imaging camera may be matched one-to-one by the openings of the composite aperture screen. Therefore, in each sensing area of the thermopile array, infrared rays emitted from corresponding components to be monitored are received, but infrared rays emitted from other components are mostly blocked by the composite aperture screen.
도 2는 본 발명에 따른 복합 개구경 스크린을 구비한 배전반 열화상 진단 시스템을 개념적으로 묘사한 도면이다.2 is a diagram conceptually illustrating a switchboard thermal image diagnosis system having a composite aperture screen according to the present invention.
도 2를 참조하면, 배전반 내 감시대상 구성품들로서 변압기(210), 개폐기(220), 부스바(230)를 예시하였다. 감시대상 구성품들은 본 예시에 의해 한정되지 않는다. 예컨대, 어떤 배전반에서는 변압기(210)가 설치되지 않을 수도 있다. 또한, 감시대상 구성품들은 차단기, 서지 보호기, 케이블 등을 더 포함할 수 있다. 차단기가 여러개 설치되는 경우(예를 들어, 메인 차단기와 복수의 분기 차단기가 설치되는 등과 같이), 각각의 차단기는 서로 다른 개구부 및 서모파일 어레이의 감지영역에 의해 열화상이 모니터링 될 수 있을 것이다. 감시대상 구성품들이 앞에서 열거한 구성품으로 한정되지 아니함은 물론이다.Referring to FIG. 2, a
도 2를 참조하면, 본 발명에 의한 열화상 카메라(200)는 통상 알려진 열화상 카메라와 달리 렌즈(250)의 전방에 복합 개구경 스크린(240)이 설치되는 구조를 갖는다. 복합 개구경 스크린(240)에는 복수의 개구부(241, 242, 243)가 형성된다. 각각의 개구부(241, 242, 243)는 감시대상 구성품 각각에 대응된다.Referring to FIG. 2, the
본 예시에서, 제1 개구부(241)는 배전반 내 변압기(210)에서 방사되는 적외선을 서모파일 어레이(260)의 특정 감지영역으로 통과시키도록 형성된다. 제2 개구부(242)는 개폐기(220)에, 제3 개구부(243)는 부스바(230)에 각각 대응되는 위치(즉, 각 구성품에서 방사되는 적외선을 서모파일 어레이(260)의 대응 감지영역으로 통과시키는 위치)에 형성된다.In this example, the
좀 더 정확하게 설명하자면, 복합 개구경 스크린(240)과 서모파일 어레이(260) 사이에 배치되는 렌즈(250)가 도시한 바와 같이 각 개구부(241, 242, 243)를 통과한 적외선을 수광하여 서모파일 어레이(260)의 대응 감지영역으로 굴절시킴으로써, 감시대상 구성품 - 개구부 - 서모파일 어레이의 감지영역이 매칭되도록 한다.To be more precise, the
여기서 중요한 기술적 이점은, 서모파일 어레이(260)의 각 감지영역을 기준으로 볼 때, 복합 개구경 스크린에 의해 대응하는 감시대상 구성품 이외의 타 구성품으로부터 방사되는 적외선이 차단된다는 점이다. 적외선 차단 효과를 높이기 위해 복합 개구경 스크린(240)은 적외선 차단 부재로 형성될 수 있다. 대안으로, 복합 개구경 스크린(240)에서 배전반을 향하는 면에는 적외선 차단 필름이 코팅되거나 적외선 차단 도료가 도포될 수 있다. 예를 들어 적외선을 반사하는 Heat Mirror Film이 부착되거나, 척외선 차단 성능이 우수한 ATO, ITO, ZrO 등을 포함하는 도료가 도포될 수 있다.Here, an important technical advantage is that infrared rays radiated from other components other than the corresponding components to be monitored are blocked by the composite aperture screen when viewed based on each sensing region of the
서모파일 어레이(260)는 복수의 서모파일 픽셀로 구성되며, 각 서모파일 픽셀은 렌즈(250)에 의해 집광된 적외선을 감지하여 전기적 신호로 변환한다. 개구부(241, 242, 243)에 대응하는 복수의 서모파일 픽셀이 하나의 감지영역을 형성하며, 각각의 감지영역은 이웃하는 감지영역과의 열 간섭을 피하기 위해 서로 구획 배치된다.The
도 3은 본 발명에 따른 복합 개구경 스크린을 구비한 배전반 열화상 진단 시스템을 예시한 블록도이다.3 is a block diagram illustrating a switchboard thermal image diagnosis system having a composite aperture screen according to the present invention.
도 3을 참조하면, 서모파일 어레이(260)에는 5개의 감지영역(261-265)이 형성될 수 있다. 감시대상 구성품의 크기나 부품 중요도에 따라 감지영역(261-265)은 서로 다른 개수의 서모파일 픽셀을 포함할 수 있다. 예를 들어, 길이 부재인 부스바(264)에 대하여는 제4 감지영역(264)과 같이 하나의 행을 따라 여러개의 서모파일 픽셀을 포함하는 영역이 감지영역으로 형성될 수 있다. 변압기(210)나 차단기 등과 같이 열 부하가 많이 걸리는 중요한 부품에 대하여는 제2 감지영역(262)과 같이 다른 감지영역에 비해 많은 수의 서모파일 픽셀이 매트릭스 형태로 배치되도록 할 수 있다.Referring to FIG. 3, five sensing areas 261-265 may be formed in the
본 발명에서 복합 개구경 스크린(240)에 형성되는 개구부(241-243)들 중 적어도 둘 이상은 서로 다른 구경을 가질 수 있다. 또한, 개구부(241-243)들 중 적어도 둘 이상은 그 내주연이 렌즈(250)의 중심축에 대하여 서로 다른 각도를 갖도록 형성될 수 있다. 이와 같이 개구부의 구경과 내주연의 각도를 다르게 함으로써, 감시대상 구성품에서 방사되는 적외선이 대응하는 감지영역(261-265)으로 지향하는 특성을 높일 수 있으며, 감시대상 구성품 각각에 대한 처리 데이터의 식별성을 높일 수 있다.In the present invention, at least two or more of the openings 241-243 formed in the
디지털 신호 처리기(300)는 서모파일 어레이(260)의 각 감지영역(261-265)에서 출력되는 전기적 신호를 디지털 처리하여 감시대상 구성품 각각에 대한 열화 여부를 판단하는 수단이다. The
디지털 신호 처리기(300)는 열화상 카메라(200) 내에 임베디드 될 수 있으며, 디지털 신호 처리기(300) 내에는 열화 판단을 위한 신호 처리 알고리즘 및 신호 보정을 위한 알고리즘 등의 소프트웨어와, 측정값 및 허용값 등을 저장하는 메모리 등이 임베디드 될 수 있다.The
또한, 도시하여 예시하지 않았지만, 서모파일 어레이(260)를 구성하는 각 서모파일 픽셀에 순차로 구동 전류를 인가하는 타이밍 회로, 서모파일 어레이(260)의 컬럼과 로우에서 출력되는 신호들을 셀렉팅하여 출력하는 멀티플렉서, 각 픽셀의 출력을 증폭하는 증폭기 등의 회로 구성은 통상 알려진 회로를 이용할 수 있다.In addition, although not illustrated and illustrated, a timing circuit for sequentially applying a driving current to each thermopile pixel constituting the
도 3을 참조하면, 디지털 신호 처리기(300)는 신호 처리부(310)와, 신호 보정부(320)와, 룩업테이블(330)을 포함한다.Referring to FIG. 3, the
신호 처리부(310)는 각 감지영역(261-265)의 서모파일 픽셀에서 출력되는 신호를 디지털 처리하여, 감시대상 구성품의 열화를 판단한다. 한편, 서모파일 픽셀의 센서 특성과, 복합 개구경 스크린(240)의 각 개구부(241-243)의 물리적 특성에 의한 영향에 따라 실제로 입력되는 적외선 에너지와 센싱된 적외선 에너지 간의 편차가 발생될 수 있으므로, 검출 신호를 보정할 필요가 있다. 검출 신호의 보정을 위해 신호 보정부(320)가 이용된다.The
신호 보정부(320)는 개구부(241-243)의 구경과 그 내주연이 렌즈(250)의 중심축에 대하여 이루는 각도에 따라, 그리고 센서 특성에 따라 서모파일 픽셀의 출력 신호를 보정한다.The
각 서모파일 픽셀에 입사되는 적외선 에너지와, 각 서모파일 픽셀에서 출력되는 신호 간에는 아래의 수학식(1)과 같은 수식이 성립될 수 있다.An equation such as Equation (1) below may be established between infrared energy incident on each thermopile pixel and a signal output from each thermopile pixel.
수학식(1) Equation (1)
여기서, 는 상기 복합 개구경 스크린 상의 2차원 좌표 (x,y) 위치의 개구부를 통과한 적외선 에너지이며, 는 상기 (x,y) 좌표의 개구부에 대응하는 감지영역 내 서모파일 픽셀에서 출력되는 신호이며, 는 상기 (x,y) 좌표의 개구부의 구경과, 그 내주연이 상기 렌즈의 중심축에 대하여 이루는 각도와, 상기 (x,y) 좌표의 개구부에 대응하는 감지영역 내 서모파일 픽셀에 의해 부가되는 옵셋 성분이며, 는 상기 (x,y) 좌표의 개구부에 대응하는 감지영역 내 서모파일 픽셀의 특성에 의한 게인이다.here, Is the infrared energy passing through the opening at the two-dimensional coordinate (x,y) position on the composite aperture screen, Is a signal output from the thermopile pixel in the sensing area corresponding to the opening of the (x,y) coordinate, Is added by the aperture of the aperture of the (x,y) coordinate, the angle formed by the inner periphery of the aperture with respect to the central axis of the lens, and the thermopile pixel in the sensing region corresponding to the aperture of the (x,y) coordinate Is an offset component that becomes Is a gain by the characteristic of a thermopile pixel in the sensing area corresponding to the opening of the (x,y) coordinate.
수학식(1)로부터 아래의 수학식(2)를 도출할 수 있다.Equation (2) below can be derived from Equation (1).
수학식(2) Equation (2)
2 point 보정으로 게인과 옵셋을 결정할 수 있으며, 서모파일 픽셀의 출력 신호를 알고 있으므로, 개구부(241-243)의 구경과 렌즈(250)에 대한 각도가 반영된 입력 적외선 에너지, 즉, 보정된 적외선 에너지를 구할 수 있게 된다.Gain and offset can be determined by 2 point correction, and since the output signal of the thermopile pixel is known, the input infrared energy reflecting the aperture of the opening 241-243 and the angle to the
룩업테이블(LUT, 330)은 감시대상 구성품 각각에 대하여 신호 보정부(320)에서 보정 처리된 를 감시대상 구성품 각각의 허용 적외선 에너지와 매핑한 테이블이다. 신호 처리부(310)는 룩업테이블(330)을 참조하여 보정 처리된 데이터로부터 감시대상 구성품의 열화 여부를 신속하게 판단할 수 있다.The lookup table (LUT, 330) is corrected by the
디지털 신호 처리기(300)에 의해 판단된 결과는 유선으로 직접 연결된 모니터링 장치(360)를 통해 GUI(Graphic User Interface)를 통해 표시될 수 있다. 따라서 현장 관리자가 모니터링 장치(360)를 보고 열화 여부를 확인하여 즉각적인 후속조치를 수행할 수 있다. 도시하지 않았지만, 경광등을 점등시키거나 부저를 울리거나 배전반의 상태 표시 패널에 설치된 경고용 LED를 점등시키는 형태로 현장 관리자에게 알릴 수도 있다.The result determined by the
만약, 배전반이 무인으로 관리되는 경우라면, 통신 모듈(350)을 이용하여 원격에 위치한 서버 또는 관리자 단말로 열화 여부 판단 결과가 전송될 수도 있다. 예를 들어, 통신 모듈(350)은 유선 인터넷 모듈, 광대역 이동 통신 모듈, 근거리 무선 통신 모듈 중 어느 하나로 구성되거나 이들 모듈이 복합적으로 구성된 형태를 가질 수 있다. 광대역 이동 통신 모듈은 기지국, 중계기, 서버 등과 연결되어 이동 통신망을 통해 무선 신호를 송수신한다. 무선 신호는 음성 호 신호, 화상 통화 호 신호, 문자 메시지, 멀티미디어 메시지, 및 본 발명에 따른 단말 정보와 횡단보도 정보를 포함하는 데이터 등 다양한 형태의 데이터를 포함할 수 있다. 광대역 이동 통신 모듈은 CDMA(Code Division Multiple Access) 모듈, LTE(Long Term Evolution) 모듈, 또는 그러한 모듈의 조합으로 구성될 수 있다. 근거리 무선 통신 모듈은 Wi-Fi(Wireless-Fidelity), 블루투스(Bluetooth), RFID(Radio Frequency IDentification), IrDA(Infrared Data Association), UWB(Ultra Wideband), Zigbee 모듈 등으로 구성될 수 있다.If the switchboard is managed unattended, the result of determining whether to deteriorate may be transmitted to a remotely located server or a manager terminal using the
본 발명의 복합 개구경 스크린을 구비한 배전반 열화상 진단 시스템은 지면에 대하여 수평 방향으로 설치되는 기울기 센서(340)를 더 포함할 수 있다. 디지털 신호 처리기(300)는 기울기 센서(340)에서 검출된 장치의 기울기 값을 미리 정해진 문턱 값과 비교하여 지진이나 지반 침식 여부를 판단할 수 있다. 판단 결과는 앞서 설명한 바와 같이 모니터링 장치(360), 원격 서버, 관리자 단말 등으로 즉각 전송될 수 있을 것이다.The switchboard thermal image diagnosis system having a composite aperture screen of the present invention may further include a
위에서 개시된 발명은 기본적인 사상을 훼손하지 않는 범위 내에서 다양한 변형예가 가능하다. 즉, 위의 실시예들은 모두 예시적으로 해석되어야 하며, 한정적으로 해석되지 않는다. 따라서 본 발명의 보호범위는 상술한 실시예가 아니라 첨부된 청구항에 따라 정해져야 하며, 첨부된 청구항에 한정된 구성요소를 균등물로 치환한 경우 이는 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 보아야 한다.The invention disclosed above can be variously modified within a range that does not damage the basic idea. That is, all of the above embodiments should be interpreted as illustratively and not limitedly. Therefore, the scope of protection of the present invention should be determined according to the appended claims rather than the above-described embodiments, and if the components defined in the appended claims are substituted with equivalents, it should be considered as belonging to the protection scope of the present invention.
200 : 열화상 카메라
210 : 변압기
220 : 개폐기
230 : 부스바
240 : 복합 개구경 스크린
241 : 제1 개구부
242 : 제2 개구부
243 : 제3 개구부
250 : 렌즈
260 : 서모파일 어레이
261 : 제1 감지영역
262 : 제2 감지영역
263 : 제3 감지영역
264 : 제4 감지영역
265 : 제5 감지영역
300 : 디지털 신호 처리기
310 : 신호 처리부
320 : 신호 보정부
330 : 룩업테이블
340 : 기울기 센서
350 : 통신 모듈
360 : 모니터링 장치200: thermal imaging camera 210: transformer
220: switch 230: bus bar
240: composite aperture screen 241: first opening
242: second opening 243: third opening
250: lens 260: thermopile array
261: first sensing region 262: second sensing region
263: third sensing region 264: fourth sensing region
265: fifth detection area 300: digital signal processor
310: signal processing unit 320: signal correction unit
330: lookup table 340: tilt sensor
350: communication module 360: monitoring device
Claims (11)
상기 배전반 내의 복수의 감시대상 구성품 각각에 대응하는 개구부가 복수개 형성되는 복합 개구경 스크린;
상기 복합 개구경 스크린의 후방에 배치되며, 상기 감시대상 구성품에서 방사되는 적외선을 상기 개구부를 통해 수광하여 굴절시키는 렌즈;
복수의 서모파일 픽셀로 구성되며, 각 서모파일 픽셀은 상기 렌즈에 의해 집광된 적외선을 감지하여 전기적 신호로 변환하되, 상기 개구부에 대응하는 복수의 서모파일 픽셀이 하나의 감지영역을 형성하고, 각각의 감지영역은 서로 구획 배치되는 서모파일 어레이;
상기 서모파일 어레이의 각 감지영역에서 출력되는 전기적 신호를 디지털 처리하여 상기 감시대상 구성품 각각에 대한 열화 여부를 판단하는 디지털 신호 처리기
를 포함하는 복합 개구경 스크린을 구비한 배전반 열화상 진단 시스템.
In the switchboard thermal image diagnosis system for diagnosing an abnormal state of a switchboard from a thermal image obtained by imaging components in a switchboard,
A composite aperture screen in which a plurality of openings corresponding to each of a plurality of components to be monitored in the switchboard are formed;
A lens disposed behind the composite aperture screen and refracting by receiving infrared rays emitted from the component to be monitored through the opening;
Consist of a plurality of thermopile pixels, each thermopile pixel detects infrared rays collected by the lens and converts them into electrical signals, and a plurality of thermopile pixels corresponding to the openings form one sensing area, each The sensing regions of the thermopile array are partitioned from each other;
Digital signal processor that digitally processes electrical signals output from each sensing area of the thermopile array to determine whether each of the components to be monitored is deteriorated
Switchboard thermal image diagnosis system having a composite aperture screen comprising a.
상기 복합 개구경 스크린은 적외선 차단 부재로 형성되는 복합 개구경 스크린을 구비한 배전반 열화상 진단 시스템.
The method of claim 1,
The composite aperture screen is a switchboard thermal image diagnosis system having a composite aperture screen formed of an infrared blocking member.
상기 복합 개구경 스크린에서 상기 배전반을 향하는 면에는 적외선 차단 필름이 코팅되거나 적외선 차단 도료가 도포되는 복합 개구경 스크린을 구비한 배전반 열화상 진단 시스템.
The method of claim 1,
A switchboard thermal image diagnosis system comprising a composite aperture screen on which an infrared blocking film is coated or an infrared blocking paint is applied on a surface of the composite aperture screen facing the switchboard.
상기 개구부들 중 적어도 둘 이상의 개구부는 서로 다른 구경을 갖는 복합 개구경 스크린을 구비한 배전반 열화상 진단 시스템.
The method of claim 1,
At least two of the openings, a switchboard thermal image diagnosis system having a composite aperture screen having different apertures.
상기 개구부들 중 적어도 둘 이상의 개구부는 그 내주연이 상기 렌즈의 중심축에 대하여 서로 다른 각도를 갖는 복합 개구경 스크린을 구비한 배전반 열화상 진단 시스템.
The method of claim 4,
At least two of the openings have a composite aperture screen having an inner periphery having different angles with respect to the central axis of the lens.
상기 디지털 신호 처리기는 상기 개구부의 구경과 그 내주연이 상기 렌즈의 중심축에 대하여 이루는 각도에 따라, 상기 감지영역 내 상기 서모파일 픽셀의 출력 신호를 보정하는 신호 보정부를 포함하는 복합 개구경 스크린을 구비한 배전반 열화상 진단 시스템.
The method of claim 5,
The digital signal processor includes a composite aperture screen including a signal correcting unit for correcting the output signal of the thermopile pixel in the sensing area according to an angle formed by the aperture of the opening and the inner circumference of the lens with respect to the central axis of the lens. Equipped switchboard thermal imaging diagnostic system.
상기 신호 보정부는 아래의 수학식(2)를 이용하여 상기 서모파일 픽셀의 출력 신호를 보정하는 복합 개구경 스크린을 구비한 배전반 열화상 진단 시스템.
수학식(2)
여기서, 는 상기 복합 개구경 스크린 상의 2차원 좌표 (x,y) 위치의 개구부를 통과한 적외선 에너지이며, 는 상기 (x,y) 좌표의 개구부에 대응하는 감지영역 내 서모파일 픽셀에서 출력되는 신호이며, 는 상기 (x,y) 좌표의 개구부의 구경과, 그 내주연이 상기 렌즈의 중심축에 대하여 이루는 각도와, 상기 (x,y) 좌표의 개구부에 대응하는 감지영역 내 서모파일 픽셀에 의해 부가되는 옵셋 성분이며, 는 상기 (x,y) 좌표의 개구부에 대응하는 감지영역 내 서모파일 픽셀의 특성에 의한 게인이다.
The method of claim 6,
The signal correction unit is a switchboard thermal image diagnosis system including a composite aperture screen for correcting the output signal of the thermopile pixel using the following equation (2).
Equation (2)
here, Is the infrared energy passing through the opening at the two-dimensional coordinate (x,y) position on the composite aperture screen, Is a signal output from the thermopile pixel in the sensing area corresponding to the opening of the (x,y) coordinate, Is added by the aperture of the aperture of the (x,y) coordinate, the angle formed by the inner periphery of the aperture with respect to the central axis of the lens, and the thermopile pixel in the sensing region corresponding to the aperture of the (x,y) coordinate Is an offset component that becomes Is a gain by the characteristic of a thermopile pixel in the sensing area corresponding to the opening of the (x,y) coordinate.
상기 디지털 신호 처리기는 상기 감시대상 구성품 각각에 대하여 상기 신호 보정부에서 보정 처리된 상기 를 상기 감시대상 구성품 각각의 허용 적외선 에너지와 매핑하는 룩업테이블을 더 포함하며, 상기 룩업테이블의 매핑 결과에 따라 상기 감시대상 구성품에 대한 열화 여부를 판단하는 복합 개구경 스크린을 구비한 배전반 열화상 진단 시스템.
The method of claim 7,
The digital signal processor corrected by the signal correction unit for each of the components to be monitored Thermal image diagnosis of a switchboard including a lookup table that maps the allowable infrared energy of each of the components to be monitored, and a composite aperture screen that determines whether the components to be monitored are deteriorated according to the mapping result of the lookup table. system.
상기 감시대상 구성품은 변압기, 개폐기, 부스바, 차단기, 서지 보호기, 및 케이블 중 어느 하나인 복합 개구경 스크린을 구비한 배전반 열화상 진단 시스템.
The method according to any one of claims 1 to 8,
The component to be monitored is a switchboard thermal image diagnosis system having a composite aperture screen which is any one of a transformer, a switch, a bus bar, a circuit breaker, a surge protector, and a cable.
상기 디지털 신호 처리기에의 열화 여부 판단 결과를 원격 서버 또는 관리자 단말로 전송하는 통신 모듈을 더 포함하는 복합 개구경 스크린을 구비한 배전반 열화상 진단 시스템.
The method according to any one of claims 1 to 8,
A switchboard thermal image diagnosis system having a composite aperture screen further comprising a communication module that transmits a determination result of deterioration to the digital signal processor to a remote server or an administrator terminal.
지면에 대하여 수평 방향으로 설치되는 기울기 센서를 더 포함하며,
상기 디지털 신호 처리기는 상기 기울기 센서에서 검출된 장치의 기울기 값을 미리 정해진 문턱 값과 비교하여 지진이나 지반 침식 여부를 판단하는 복합 개구경 스크린을 구비한 배전반 열화상 진단 시스템.The method according to any one of claims 1 to 8,
Further comprising a tilt sensor installed in a horizontal direction with respect to the ground,
The digital signal processor is a switchboard thermal image diagnosis system including a composite aperture screen for determining whether an earthquake or ground erosion by comparing a tilt value of the device detected by the tilt sensor with a predetermined threshold value.
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