KR20230056989A - 분전반 내 단자 접속부의 불량 감지 장치 및 그 방법 - Google Patents

분전반 내 단자 접속부의 불량 감지 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

분전반 내 단자 접속부의 불량 감지 장치 및 그 방법이 제시된다. 일 실시예에 따른 분전반 내 단자 접속부의 불량 감지 장치는, 분전반 내 단자 접속부의 정상 및 불량 상태에서 온도 과열에 따른 경보 판단 기준을 결정하기 위한 온도 특성 실험을 수행하여 온도 특성 곡선을 제공하는 감지 알고리즘; 미리 설정된 시간 단위로 상기 분전반 내 단자 접속부의 내부 온도를 측정하는 온도 감지부; 상기 감지 알고리즘의 상기 온도 특성 곡선의 온도와 상기 온도 감지부에서 측정된 상기 내부 온도의 비교 연산을 수행하는 모니터링부; 및 상기 온도 특성 곡선의 온도와 비교 연산을 수행한 결과, 측정된 상기 내부 온도의 상승 범위가 소정 범위를 초과하는 경우 경보하는 경보부를 포함하여 이루어질 수 있다.

Description

분전반 내 단자 접속부의 불량 감지 장치 및 그 방법{Apparatus for Detecting Faulty Terminal Connection in Distribution Panel and Method Therefore}
아래의 실시예들은 분전반 내 단자 접속부의 불량 감지 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다양한 위치에서 발생할 수 있는 단자 접속부의 불량 상태에 대응할 수 있는 분전반 내 단자 접속부의 불량 감지 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
분전반은 공장, 건물, 아파트와 같은 대형 건물에 전기를 분배하는 역할을 하는 동시에, 전기 설비에 과전류가 흐를 경우 이를 차단하여 전기적 사고를 예방하고 전기 설비의 동력 장치를 보호하는 장치로, 건물의 벽체 내에 매설되는 내장형과 앵커 볼트 등을 통해 벽체에 직접 고정 설치되는 외장형이 있다.
분전반에서의 화재 위험 요소는 크게 전기적 요인, 환경적 요인, 물리적 요인으로 나눌 수 있으며, 전기적 요인으로는 단락, 과부하(과전류), 접촉불량, 전류 불평형 등이 있고, 환경적 요인으로는 수분(염분 등), 먼지(분진, 목분, 철분 등), 온도(고온) 등에 의한 절연파괴, 기기 손상, 오동작 등이 있다. 물리적 요인으로는 기계적인 진동이나 충격 등에 의한 전기적 접속부의 이완에 의한 발열 등을 들 수 있다.
이러한 화재 위험 요인에 대하여 현장실태조사를 실시한 결과, 일부 분전반에서 내부에 먼지 등 이물질이 차단기, 전선, 단자대 등의 표면에 부착되어 있음을 확인할 수 있었으며 수분이나 염분 등의 영향으로 전극간 절연물 표면의 열화로 화재가 발생할 가능성이 있다. 또한, 적외선 열화상 분석결과, 일부 차단기 단자에서 국부 발열이 관측되었으며, 부하 분담의 불평형에 의한 발열도 확인되었다.
이러한 위험 요인에 의한 화재 예방을 위하여 규정된 전선 굵기의 사용과 적정 체결압력의 확보, 상간 전류 불평형을 줄이기 위한 부하 분담의 조정이 필요하다. 분전반에서의 전기화재, 감전사고 등 전기재해의 예방을 위하여 지속적이고 체계적인 유지관리는 물론 사고 발생 전에 이상 징후를 사전에 감지하여 조치를 취할 수 있도록 하는 기술의 개발과 현장 적용이 요구된다.
분전반에 사용되는 전원분배장치는 전원 공급 측으로부터 전력을 인입하고 회로를 차단할 수 있는 주 배선용 차단기와, 상기 주 배선용 차단기의 부하 측 단자에 접속되는 다수의 교류 모선 부스바(busbar)와, 상기 주 배선용 차단기로부터의 전력을 부하 측으로 분전하기 위한 다수의 분전용 분기 배선용 차단기와, 상기 교류 모선 부스바로부터 전류 경로를 분기하기 위해 상기 교류 모선 부스바와 분기 회로 차단기의 단자부 사이에 접속되는 분기 부스바로 구성된다.
상기 주 배선용 차단기와 상기 분전용 분기 배선용 차단기로는 산업용인 경우, R극, S극, T극의 3극(3상) 배선용 차단기, 또는 R극, S극, T극 및 N극의 4극(4상) 배선용 차단기가 사용되며, 가정용 전원분배기는 단상 2선식 배선용 차단기가 사용된다.
종래의 다양한 형태의 전원분배장치 예를 들어, 블록식 전원분배장치 등이 개발되었으나, 종래의 전원분배장치는 과부하, 접촉 불량 또는 기타의 원인에 인한 부스바의 온도 상승 시, 부스바의 과열로 발생하는 사고를 미연에 방지할 수 없는 문제점이 있다.
한국공개특허 10-2021-0117819호는 이러한 모듈화된 블록식 전원분배장치에서의 과열 경보 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 모듈화된 블록식 전원분배장치를 사용하는 분전반에서 메인 차단기용 단자들 각각에 흐르는 전류에 의한 온도 전압을 감지하고, 감지된 온도 전압을 이용하여 분전반의 과열을 사전에 예측하는 장치에 관한 기술을 기재하고 있다.
한국공개특허 10-2021-0117819호
실시예들은 분전반 내 단자 접속부의 불량 감지 장치 및 그 방법에 관하여 기술하며, 보다 구체적으로 다양한 위치에서 발생할 수 있는 분전반 내 단자 접속부의 불량 상태에 대응할 수 있는 기술을 제공한다.
실시예들은 분전반 내 단자 접속부의 불량을 판단하는 감지 알고리즘을 제공하고, 감지 알고리즘을 기반으로 부스바 또는 스피드바의 온도를 측정하여 과열을 사전에 예측하여 경보함으로써, 과부하, 접촉 불량 또는 기타의 원인에 의한 부스바 또는 스피드바의 과열로 발생하는 사고를 미연에 방지할 수 있는 분전반 내 단자 접속부의 불량 감지 장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.
일 실시예에 따른 분전반 내 단자 접속부의 불량 감지 장치는, 분전반 내 단자 접속부의 정상 및 불량 상태에서 온도 과열에 따른 경보 판단 기준을 결정하기 위한 온도 특성 실험을 수행하여 온도 특성 곡선을 제공하는 감지 알고리즘; 미리 설정된 시간 단위로 상기 분전반 내 단자 접속부의 내부 온도를 측정하는 온도 감지부; 상기 감지 알고리즘의 상기 온도 특성 곡선의 온도와 상기 온도 감지부에서 측정된 상기 내부 온도의 비교 연산을 수행하는 모니터링부; 및 상기 온도 특성 곡선의 온도와 비교 연산을 수행한 결과, 측정된 상기 내부 온도의 상승 범위가 소정 범위를 초과하는 경우 경보하는 경보부를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 감지 알고리즘은, 인가 전류별 상기 분전반 내 단자 접속부의 내부 온도 변화를 추적하는 제1 온도 변화 추적부; 및 외부 온도 요인에 따른 상기 분전반 내 단자 접속부의 내부 온도 변화를 추적하는 제2 온도 변화 추적부를 포함하고, 추적한 상기 내부 온도 변화를 이용하여 온도 특성 곡선을 획득할 수 있다.
상기 제1 온도 변화 추적부는, 미리 설정된 인가 전류의 범위에 따라 센서를 이용하여 스피드바(speedbar)의 단자 접속부의 접촉 온도, 비접촉 온도 및 주변 온도 중 적어도 어느 하나 이상을 측정할 수 있다.
상기 제1 온도 변화 추적부는, 상기 온도 특성 곡선을 데이터 피팅(data fitting)하여 함수로 표현하고, 기울기를 비교 연산에 활용할 수 있다.
상기 제2 온도 변화 추적부는, 외부 온도가 변할 때 상기 분전반 내 단자 접속부의 내부 온도 분포를 획득하고, 상기 분전반 내 단자 접속부의 강제 접촉 불량을 유도하여, 접촉 불량 상태에서 상기 분전반 내 단자 접속부의 접촉 온도, 비접촉 온도 및 주변 온도 중 적어도 어느 하나 이상을 측정할 수 있다.
상기 모니터링부는, 미리 설정된 시간 단위로 상기 분전반 내 단자 접속부의 내부 온도를 측정하여, 점대점(point-to-point) 방식으로 온도의 비교 연산을 수행하고, 정상 상태의 비접촉 온도보다 측정된 상기 내부 온도의 상승 범위가 소정 범위를 초과하는 경우 상기 경보부를 통해 경보할 수 있다.
상기 모니터링부는, 측정된 상기 내부 온도와 측정된 외부 온도의 기울기를 비교하고, 측정된 상기 내부 온도와 측정된 외부 온도의 기울기를 비교한 후, 미리 설정된 기준을 초과하는 경우 상기 경보부를 통해 경보할 수 있다.
또한, 복수개의 분전반의 상기 모니터링부와 무선 통신으로 연결되어, 각 상기 분전반의 정상 및 불량 상태를 모니터링하는 원격 모니터링부를 더 포함할 수 있다.
다른 실시예에 따른 컴퓨터 장치에 의해 수행되는 분전반 내 단자 접속부의 불량 감지 방법은, 분전반 내 단자 접속부의 정상 및 불량 상태에서 온도 과열에 따른 경보 판단 기준을 결정하기 위한 온도 특성 실험을 수행하여 온도 특성 곡선을 획득하는 단계; 미리 설정된 시간 단위로 상기 분전반 내 단자 접속부의 내부 온도를 측정하는 단계; 상기 온도 특성 곡선의 온도와 측정된 상기 내부 온도의 비교 연산을 수행하는 단계; 및 상기 온도 특성 곡선의 온도와 비교 연산을 수행한 결과, 측정된 상기 내부 온도의 상승 범위가 소정 범위를 초과하는 경우 경보하는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 온도 특성 실험을 수행하여 온도 특성 곡선을 획득하는 단계는, 인가 전류별 상기 분전반 내 단자 접속부의 내부 온도 변화를 추적하는 단계; 및 외부 온도 요인에 따른 상기 분전반 내 단자 접속부의 내부 온도 변화를 추적하는 단계를 포함하고, 추적한 상기 내부 온도 변화를 이용하여 온도 특성 곡선을 획득할 수 있다.
상기 인가 전류별 상기 분전반 내 단자 접속부의 내부 온도 변화를 추적하는 단계는, 미리 설정된 인가 전류의 범위에 따라 센서를 이용하여 스피드바(speedbar)의 단자 접속부의 접촉 온도, 비접촉 온도 및 주변 온도 중 적어도 어느 하나 이상을 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 외부 온도 요인에 따른 상기 분전반 내 단자 접속부의 내부 온도 변화를 추적하는 단계는, 외부 온도가 변할 때 상기 분전반 내 단자 접속부의 내부 온도 분포를 획득하는 단계; 상기 분전반 내 단자 접속부의 강제 접촉 불량을 유도하는 단계; 및 접촉 불량 상태에서 상기 분전반 내 단자 접속부의 접촉 온도, 비접촉 온도 및 주변 온도 중 적어도 어느 하나 이상을 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 온도 특성 곡선의 온도와 측정된 상기 내부 온도의 비교 연산을 수행하는 단계는, 미리 설정된 시간 단위로 상기 분전반 내 단자 접속부의 내부 온도를 측정하여, 점대점(point-to-point) 방식으로 온도의 비교 연산을 수행하는 단계를 포함하고, 상기 측정된 상기 내부 온도의 상승 범위가 소정 범위를 초과하는 경우 경보하는 단계는, 정상 상태의 비접촉 온도보다 측정된 상기 내부 온도의 상승 범위가 소정 범위를 초과하는 경우 경보하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 온도 특성 곡선의 온도와 측정된 상기 내부 온도의 비교 연산을 수행하는 단계는, 측정된 상기 내부 온도와 측정된 외부 온도의 기울기를 비교하는 단계를 더 포함하고, 상기 측정된 상기 내부 온도의 상승 범위가 소정 범위를 초과하는 경우 경보하는 단계는, 측정된 상기 내부 온도와 측정된 외부 온도의 기울기를 비교한 후, 미리 설정된 기준을 초과하는 경우 경보하는 단계를 포함할 수 있다.
원격 모니터링부에서 복수개의 분전반의 모니터링부와 무선 통신으로 연결되어, 각 상기 분전반의 정상 및 불량 상태를 모니터링하는 단계를 더 포함할 수 있다.
실시예들에 따르면 분전반 내 단자 접속부의 불량을 판단하는 감지 알고리즘을 제공하고, 감지 알고리즘을 기반으로 부스바 또는 스피드바의 온도를 측정하여 과열을 사전에 예측하여 경보함으로써, 과부하, 접촉 불량 또는 기타의 원인에 의한 부스바 또는 스피드바의 과열로 발생하는 사고를 미연에 방지할 수 있는 분전반 내 단자 접속부의 불량 감지 장치 및 그 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 일반적인 분전반 내 단자 접속부의 불량 감지 장치에 대한 시험 결과를 나타내는 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 동부스바 분전반을 나타내는 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 스피드바 분전반을 나타내는 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 분전반 내 단자 접속부의 불량 감지 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 분전반 내 단자 접속부의 불량 감지 장치를 나타내는 블록도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 분전반 내 단자 접속부의 불량 감지 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 분전반 내 스피드바 단자 접속부의 불량 감지 방법을 나타내는 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 설명한다. 그러나, 기술되는 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명되는 실시예들에 의하여 한정되는 것은 아니다. 또한, 여러 실시예들은 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
일반적인 분전반에 사용되는 부스바(busbar)를 수평형 모선 확장 방식의 개별 블록형 조립식으로 개발하여 모듈화와 전기적 안전성을 향상시킬 수 있다. 그러나, 작업자의 실수로 빈번히 발생하는 단자부의 접속 불량 등으로 인한 화재가 발생한다. 이에 따라 최상의 안정성을 확보한 분전반을 구현하기 위해, 특히 분전반 내 발생하는 과열 요소들을 신속하게 감지하여 경보함으로써 더 큰 화재로 번지지 않도록 할 수 있다.
분전반 내 단자 접속부의 불량 감지 장치는 온도를 기반으로 이상 온도 발생 시 경보한다. 이러한 분전반 내 단자 접속부의 불량 감지 장치는 분전반 내 온도에 의한 영향을 신속하게 받을 수 있는 범위에서는 단자 접속부의 불량을 감지할 수 있으나, 거리가 멀어질수록 경보장치의 온도 감지 능력이 떨어져 경보가 울리기 전에 전기 화재를 초래할 수 있다.
도 1은 일반적인 분전반 내 단자 접속부의 불량 감지 장치에 대한 시험 결과를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 기존의 분전반 내 단자 접속부의 불량 감지 장치에 대해 시험을 진행하였다. 온도 스위치가 장착된 분전반 내 단자 접속부의 불량 감지 장치(p1과 p2 사이)에서 35cm 떨어진 위치(p5)에 접촉 불량을 강제로 일으킨 상태에서 분전반 내 단자 접속부의 불량 감지 장치의 감지 능력을 확인한 결과, 온도 상승이 급격히 변하는 경우(3분 내에 350℃ 이상)에도 분전반 내 단자 접속부의 불량 감지 장치는 30℃ 정도로 인지하고 있어(온도 스위치 설정 온도: >90℃) 경보 능력이 크게 떨어지는 것을 확인할 수 있다.
이와 같이 기존에 분전반 내 과열 상태를 경보할 수 있는 시스템이 개발되었으나, 과부하 요소 중 접촉 불량을 제어하기 위해서는 온도 기반의 측정 방식을 보완할 필요가 있음을 확인하였다.
아래의 실시예들은 다양한 위치에서 발생할 수 있는 분전반 내 단자 접속부의 불량 상태에 대응할 수 있는 기술을 제공한다. 즉, 실시예들은 분전반 내 단자 접속부의 불량 감지 기술을 제공한다.
도 2는 일 실시예에 따른 동부스바 분전반을 나타내는 도면이고, 도 3은 일 실시예에 따른 스피드바 분전반을 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 동부스바 분전반을 나타내며, 실시예들은 분전반 내 단자 접속부의 불량을 감지하기 위해 센서 모듈을 통해 분전반의 부스바(busbar)의 온도를 감지할 수 있다. 분전반 내 다양한 위치에서 발생할 수 있는 단자 접속부의 불량 등의 감지 알고리즘을 제공하고, 모니터링 모듈을 구현하여 센서 모듈을 기반으로 단자 접속부의 상태를 모니터링할 수 있다.
또한, 도 3을 참조하면, 일 실시예에 따른 스피드바 분전반을 나타내며, 분전반 내 단자 접속부의 불량 감지를 위해 스피드바(speedbar) 연계 확장 모듈을 제작할 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 분전반 내 단자 접속부의 불량 감지 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 일 실시예에 따른 분전반 내 단자 접속부의 불량 감지 장치(400)는 센서 모듈(410) 및 모니터링 모듈(420)을 포함하여 이루어질 수 있으며, 실시예에 따라 원격 모니터링 모듈(430)을 더 포함하여 이루어질 수 있다.
센서 모듈(410)은 분전반 내 부스바 또는 스피드바의 온도를 감지하기 위한 센서를 포함할 수 있다.
예컨대, 센서 모듈(410)은 비접촉식 센서, 전원공급부 및 통신부를 포함할 수 있다. 비접촉식 센서는 센서홀을 활용하여 스피드바의 내부 온도를 측정할 수 있고, 전원공급부는 전원공급장치(Switched Mode Power Supply, SMPS)를 포함할 수 있으며, 통신부는 유선 통신으로 모니터링부와 연결되어 측정된 온도를 전달(예컨대, R극, S극, T극의 3극(3상) 전류/전압, 온도 12개 및 내부 온도 1개)할 수 있다.
모니터링 모듈(420)은 센서 모듈(410)로부터 감지된 온도를 전달 받아 분전반 내 단자 접속부의 불량 발생을 모니터링할 수 있다.
이 때, 모니터링 모듈(420)은 메인 배선용 차단기(main circuit breaker)와 연결되어, 분전반 내 단자 접속부의 불량 발생 시 전류를 차단할 수 있다. 또한, 모니터링 모듈(420) 또는 메인 배선용 차단기는 복수개의 분전용 분기 배선용 차단기(sub circuit breaker)와 연결되어 분기 별로 전류를 차단할 수 있다.
원격 모니터링 모듈(430)은 모니터링 모듈과 무선 통신으로 연결되어 복수개의 분전반을 관리할 수 있다.
원격 모니터링 모듈(430)은 각 분전반의 현재 상태를 원격지에서 모니터링할 수 있다. 이 때, 패널 구성은 각 분전반의 정상, 불량 및 점검 상태를 LED(Light Emitting Diode)로 확인할 수 있도록 구현할 수 있다. 따라서 송신 측인 모니터링 모듈(420)은 무선으로 경보 신호를 전송하고, 수신 측인 원격 모니터링 모듈(430)에서 각 분전반(예컨대, 최대 8대)의 상태를 모니터링할 수 있다. 이 때, 무선 통신은 LoRa 무선 통신을 이용할 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 분전반 내 단자 접속부의 불량 감지 장치를 나타내는 블록도이다.
도 5를 참조하면, 일 실시예에 따른 분전반 내 단자 접속부의 불량 감지 장치(500)는 감지 알고리즘(510), 온도 감지부(520), 모니터링부(530) 및 경보부(540)를 포함하여 이루어질 수 있다. 실시예에 따라 분전반 내 단자 접속부의 불량 감지 장치(500)는 원격 모니터링부(550)를 더 포함할 수 있다. 한편, 온도 감지부(520)는 도 4에서 설명한 센서 모듈(410)을 포함할 수 있고, 모니터링부(530)는 모니터링 모듈(420)을 포함할 수 있으며, 원격 모니터링부(550)는 원격 모니터링 모듈(430)을 포함할 수 있다.
감지 알고리즘(510)은 분전반 내 단자 접속부의 정상 및 불량 상태에서 온도 과열에 따른 경보 판단 기준을 결정하기 위한 온도 특성 실험을 수행하여 온도 특성 곡선을 제공할 수 있다. 보다 구체적으로, 감지 알고리즘(510)은 인가 전류별 분전반 내 단자 접속부의 내부 온도 변화를 추적하는 제1 온도 변화 추적부, 및 외부 온도 요인에 따른 분전반 내 단자 접속부의 내부 온도 변화를 추적하는 제2 온도 변화 추적부를 포함할 수 있고, 추적한 내부 온도 변화를 이용하여 온도 특성 곡선을 획득할 수 있다. 여기서, 온도 특성 실험은 분전반 내 단자 접속부의 불량 시를 포함하여 분전반 내 과열로 인한 온도 과열 시 경보 판단 기준을 결정하기 위한 실험이다.
온도 감지부(520)는 센서를 이용하여 미리 설정된 시간 단위로 분전반 내 단자 접속부의 내부 온도를 측정할 수 있다. 예컨대 온도 감지부(520)는 센서, 전원공급부 및 통신부를 포함하여 이루어질 수 있다.
모니터링부(530)는 감지 알고리즘(510)의 온도 특성 곡선의 온도와 온도 감지부(520)에서 측정된 내부 온도의 비교 연산을 수행할 수 있다. 이 때, 분전반 내 단자 접속부의 내부 온도뿐 아니라 외부 온도를 이용하여 비교 연산을 수행할 수 있다.
모니터링부(530)에서 온도 특성 곡선의 온도와 비교 연산을 수행한 결과, 측정된 내부 온도의 상승 범위가 소정 범위를 초과하는 경우, 경보부(540)를 통해 경보를 제공할 수 있다. 예컨대, 경보부(540)는 LED로 이루어져 발광을 통해 경보할 수 있다. 또한, 모니터링부(530)는 경보가 발생되는 상황에서 메인 배선용 차단기 또는 분전용 분기 배선용 차단기를 이용하여 전류를 차단할 수 있다.
실시예에 따라 분전반 내 단자 접속부의 불량 감지 장치(500)는 원격 모니터링부(550)를 더 포함할 수 있다.
원격 모니터링부(550)는 복수개의 분전반의 모니터링부(530)와 무선 통신으로 연결되어, 각 분전반의 정상 및 불량 상태 등을 모니터링할 수 있다.
아래에서 일 실시예에 따른 분전반 내 단자 접속부의 불량 감지 장치(500)에 대해 보다 구체적으로 설명한다.
도 6은 일 실시예에 따른 분전반 내 단자 접속부의 불량 감지 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 일 실시예에 따른 분전반 내 단자 접속부의 불량 감지 방법은, 분전반 내 단자 접속부의 정상 및 불량 상태에서 온도 과열에 따른 경보 판단 기준을 결정하기 위한 온도 특성 실험을 수행하여 온도 특성 곡선을 획득하는 단계(S110), 미리 설정된 시간 단위로 분전반 내 단자 접속부의 내부 온도를 측정하는 단계(S120), 온도 특성 곡선의 온도와 측정된 내부 온도의 비교 연산을 수행하는 단계(S130), 및 온도 특성 곡선의 온도와 비교 연산을 수행한 결과, 측정된 내부 온도의 상승 범위가 소정 범위를 초과하는 경우 경보하는 단계(S140)를 포함하여 이루어질 수 있다.
실시예에 따라 원격 모니터링부(550)를 통해 복수개의 분전반의 모니터링부(530)와 무선 통신으로 연결되어, 각 분전반의 정상 및 불량 상태를 모니터링하는 단계(S150)를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 분전반 내 단자 접속부의 불량 감지 방법은 도 5에서 설명한 일 실시예에 따른 분전반 내 단자 접속부의 불량 감지 장치(500)를 예를 들어 설명할 수 있다.
단계(S110)에서, 감지 알고리즘(510)은 분전반 내 단자 접속부의 정상 및 불량 상태에서 온도 과열에 따른 경보 판단 기준을 결정하기 위한 온도 특성 실험을 수행하여 온도 특성 곡선을 획득할 수 있다. 여기서, 분전반 내 단자 접속부는 부스바 또는 스피드바의 단자 접속부일 수 있다.
이와 같이 분전반 내 단자 접속부의 불량 감지 장치(500)는 감지 알고리즘(510)을 제공함으로써, 감지 알고리즘(510)의 온도 특성 곡선을 기반으로 분전반 내 단자 접속부에 대해 측정된 온도의 정상 또는 불량을 판단할 수 있다.
보다 구체적으로, 감지 알고리즘(510)은 제1 온도 변화 추적부 및 제2 온도 변화 추적부를 포함하여 이루어질 수 있다.
제1 온도 변화 추적부는 인가 전류별 분전반 내 단자 접속부의 내부 온도 변화를 추적할 수 있으며, 추적한 내부 온도 변화를 이용하여 온도 특성 곡선을 획득할 수 있다. 제1 온도 변화 추적부는 미리 설정된 인가 전류의 범위에 따라 센서를 이용하여 부스바 또는 스피드바의 단자 접속부의 접촉 온도, 비접촉 온도 및 주변 온도 중 적어도 어느 하나 이상을 측정할 수 있다. 이 때, 주변 온도는 단자 접속부의 외부 온도를 의미할 수 있다.
예를 들어, 제1 온도 변화 추적부는 인가 전류 30~200A 범위에서 10A마다 접촉 온도, 비접촉 온도 및 외부 온도를 측정할 수 있다. 이 때, 비접촉 센서의 위치는 고정되어 있는 것이 바람직하다. 그리고, 온도 표현 방법을 실제 온도 또는 상승 온도 중 선택적으로 표현할 수 있다.
그리고, 제1 온도 변화 추적부는 온도 특성 곡선을 데이터 피팅(data fitting)하여 함수로 표현하고, 기울기를 비교 연산에 활용할 수 있다.
한편, 인가 전류별 분전반 내 단자 접속부의 내부 온도 변화를 추적하기 위해 단자 비순환 방식(R, S 상에만 전류 연결) 또는 단자 순환 방식(R, S, T, N 모두 전류 연결)을 이용하여 전류를 인가할 수 있다.
제2 온도 변화 추적부는 외부 온도 요인에 따른 분전반 내 단자 접속부의 내부 온도 변화를 추적할 수 있으며, 추적한 내부 온도 변화를 이용하여 온도 특성 곡선을 획득할 수 있다.
제2 온도 변화 추적부는 외부 온도가 변할 때 분전반 내 단자 접속부의 내부 온도 분포를 획득할 수 있다. 또한, 제2 온도 변화 추적부는 분전반 내 단자 접속부의 강제 접촉 불량을 유도하여, 접촉 불량 상태에서 분전반 내 단자 접속부의 접촉 온도, 비접촉 온도 및 주변 온도 중 적어도 어느 하나 이상을 측정할 수 있다.
예를 들어, 제2 온도 변화 추적부는 100A, 200A에서 강제 접촉 불량을 유도할 수 있으며, 접촉 불량 상태를 데이터화하고 재현성을 확인할 수 있다. 제2 온도 변화 추적부는 접촉 불량 부위의 온도, 비접촉 온도 및 외부 온도를 측정함으로써 온도 패턴을 분석할 수 있다.
단계(S120)에서, 온도 감지부(520)는 미리 설정된 시간 단위로 분전반 내 단자 접속부의 내부 온도를 측정할 수 있다.
예를 들어 온도 감지부(520)는 부스바 또는 스피드바 내 센서를 이용하여 내부 온도를 측정할 수 있으며, 실시예에 따라 센서를 이용하여 외부 온도를 추가로 측정할 수 있다. 이러한 온도 감지부(520)는 센서, 전원공급부 및 통신부를 포함하여 이루어질 수 있다.
단계(S130)에서, 모니터링부(530)는 감지 알고리즘(510)의 온도 특성 곡선의 온도와 온도 감지부(520)에서 측정된 내부 온도의 비교 연산을 수행할 수 있다.
예를 들어, 모니터링부(530)는 75A 및 200A에서 온도 특성 곡선의 온도(T1 또는 T1)와 실제 측정 온도의 온도(T2 또는 T2)를 비교 연산을 수행할 수 있다.
단계(S140)에서, 경보부(540)는 온도 특성 곡선의 온도와 비교 연산을 수행한 결과, 측정된 내부 온도의 상승 범위가 소정 범위를 초과하는 경우 경보할 수 있다.
먼저, 모니터링부(530)는 미리 설정된 시간 단위로 분전반 내 단자 접속부의 내부 온도를 측정하여, 점대점(point-to-point) 방식으로 온도의 비교 연산을 수행할 수 있다. 모니터링부(530)는 정상 상태의 비접촉 온도보다 측정된 내부 온도의 상승 범위가 소정 범위를 초과하는 경우 경보부(540)를 통해 경보를 제공하도록 할 수 있다.
예를 들어 모니터링부(530)는 전구간에 대해 30초 단위로 내부 온도를 측정하여 점대점(point-to-point) 방식으로 온도의 비교 연산을 수행할 수 있다. 이 때, 모니터링부(530)는 정상 상태의 비접촉 온도보다 온도의 상승이 10% 초과하는 경우 경보부(540)를 통해 경보할 수 있다.
이후, 경보가 발생되지 않는 경우, 모니터링부(530)는 측정된 내부 온도와 측정된 외부 온도의 기울기를 비교 연산할 수 있다. 모니터링부(530)는 측정된 내부 온도와 측정된 외부 온도의 기울기를 비교한 후, 미리 설정된 기준을 초과하는 경우 경보부(540)를 통해 경보를 제공하도록 할 수 있다.
예를 들어 모니터링부(530)는 각 포인트에서, 3분 구간에 대해 1초 단위로 온도를 측정하여 측정된 내부 온도와 측정된 외부 온도의 기울기를 비교할 수 있다. 모니터링부(530)는 내부 온도 또는 내부 온도의 변화량과 외부 온도 또는 외부 온도 변화량의 기울기의 비교한 후, 기준을 초과하는 경우 경보부(540)를 통해 경보할 수 있다.
또한, 단계(S150)에서, 원격 모니터링부(550)는 복수개의 분전반의 모니터링부(530)와 무선 통신으로 연결되어, 각 분전반의 정상 및 불량 상태를 모니터링할 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 분전반 내 스피드바 단자 접속부의 불량 감지 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 분전반 내 스피드바의 불량 감지 방법을 나타내며, 이는 도 6에서 설명한 일 실시예에 따른 분전반 내 단자 접속부의 불량 감지 방법과 그 설명이 중복되어 간략히 설명하기로 한다.
스피드바는 기존의 동부스바 분전반의 단점을 개선한 것으로, 안전하고 친환경적인 분전반을 제작할 수 있는 블록형 전원분배장치이다. 스피드바는 기존의 복잡한 분전반 내의 동부스바를 블록 타입으로 조립할 수 있도록 대체한 것으로, 동부스바가 노출되는 기존 제품에 비해 난연성, 절연성 재질로 블록화되어 있어 안전하다. 또한, 스피드바는 다양한 종류의 누전차단기를 그대로 연결할 수 있는 호환성이 높아 전기에 대한 기본상식만 가지고 있어도 조립이 가능하고 표준화된 제품이다. 더욱이, 스피드바는 전력부하의 변화에 따른 구조 변경 시 언제든지 용량에 맞게 분전반의 확장 또는 축소 제작이 가능하며, 100% 재활용할 수 있다.
실시예들에 따르면 스피드바 내에 전압, 전류, 누설 전류, 온도 등을 측정할 수 있는 센서를 내장하고 관리자가 필요할 때마다 디지털디스플레이를 통해 분전반의 전기적 특성과 온도 등을 확인할 수 있다.
일 실시예에 따른 분전반 내 스피드바 단자 접속부의 불량 감지 장치는 스피드바(분전반용 전원분배장치) 내에 온도 감지부를 설치할 수 있다. 온도 감지부는 온도 측정을 위한 센서, 전원공급부 및 통신부(통신 모듈)을 포함할 수 있다.
그리고, 분전반 내 스피드바 단자 접속부의 불량 감지 장치는 스피드바 모델 및 인가 전류에 따른 내부 온도를 측정하고 경보 임계 데이터를 분석할 수 있다. 특히, 분전반 내 다양한 위치에서 발생할 수 있는 단자 접속부의 불량 등의 감지 기술 알고리즘을 제공하고 및 모니터링부(모니터링 모듈)를 구현할 수 있다.
분전반 내 스피드바 단자 접속부의 불량 감지 장치는 단자 접속부의 불량 위치에 따른 센서의 최적 배치를 분석할 수 있고, 센서와 모니터링부 간의 통신 방식을 결정할 수 있다. 단자 접속부의 불량 발생 위치를 분석하고 경보 판단 기준을 설정할 수 있다.
나아가, 스피드바 연계 확장 모듈을 제작할 수 있다. 즉, 스피드바에 적합한 센서 모듈 케이스를 설계 및 제작할 수 있다.
분전반 내 전압 시험을 통해 성능을 확인할 수 있다. 이 때, 미리 설정된 이상 온도 시 경보하게 되며, 경보 발생 시간을 통해 성능을 확인할 수 있다. 즉, 단자 접속부의 불량 등으로 인한 과열 상태를 사전에 얼마나 빨리 경보할 수 있는 지에 따라 성능을 확인할 수 있다.
이상과 같이, 실시예들에 따르면 분전반 내 단자 접속부의 불량을 판단하는 감지 알고리즘을 제공하고, 감지 알고리즘을 기반으로 부스바 또는 스피드바의 온도를 측정하여 과열을 사전에 예측하여 경보할 수 있다. 이에 따라 과부하, 접촉 불량 또는 기타의 원인에 의한 부스바 또는 스피드바의 과열로 발생하는 사고를 미연에 방지할 수 있다.
이상에서 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "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.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
또한, 명세서에 기재된 "…부", "…모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
또한, 각 도면을 참조하여 설명하는 실시예의 구성 요소가 해당 실시예에만 제한적으로 적용되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상이 유지되는 범위 내에서 다른 실시예에 포함되도록 구현될 수 있으며, 또한 별도의 설명이 생략될지라도 복수의 실시예가 통합된 하나의 실시예로 다시 구현될 수도 있음은 당연하다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일하거나 관련된 참조 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (15)

  1. 분전반 내 단자 접속부의 정상 및 불량 상태에서 온도 과열에 따른 경보 판단 기준을 결정하기 위한 온도 특성 실험을 수행하여 온도 특성 곡선을 제공하는 감지 알고리즘;
    미리 설정된 시간 단위로 상기 분전반 내 단자 접속부의 내부 온도를 측정하는 온도 감지부;
    상기 감지 알고리즘의 상기 온도 특성 곡선의 온도와 상기 온도 감지부에서 측정된 상기 내부 온도의 비교 연산을 수행하는 모니터링부; 및
    상기 모니터링부에서 상기 온도 특성 곡선의 온도와 비교 연산을 수행한 결과, 측정된 상기 내부 온도의 상승 범위가 소정 범위를 초과하는 경우 경보하는 경보부
    를 포함하는, 분전반 내 단자 접속부의 불량 감지 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 감지 알고리즘은,
    인가 전류별 상기 분전반 내 단자 접속부의 내부 온도 변화를 추적하는 제1 온도 변화 추적부; 및
    외부 온도 요인에 따른 상기 분전반 내 단자 접속부의 내부 온도 변화를 추적하는 제2 온도 변화 추적부
    를 포함하고,
    추적한 상기 내부 온도 변화를 이용하여 온도 특성 곡선을 획득하는, 분전반 내 단자 접속부의 불량 감지 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 온도 변화 추적부는,
    미리 설정된 인가 전류의 범위에 따라 센서를 이용하여 스피드바(speedbar)의 단자 접속부의 접촉 온도, 비접촉 온도 및 주변 온도 중 적어도 어느 하나 이상을 측정하는 것
    을 특징으로 하는, 분전반 내 단자 접속부의 불량 감지 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 온도 변화 추적부는,
    상기 온도 특성 곡선을 데이터 피팅(data fitting)하여 함수로 표현하고, 기울기를 비교 연산에 활용하는 것
    을 특징으로 하는, 분전반 내 단자 접속부의 불량 감지 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제2 온도 변화 추적부는,
    외부 온도가 변할 때 상기 분전반 내 단자 접속부의 내부 온도 분포를 획득하고, 상기 분전반 내 단자 접속부의 강제 접촉 불량을 유도하여, 접촉 불량 상태에서 상기 분전반 내 단자 접속부의 접촉 온도, 비접촉 온도 및 주변 온도 중 적어도 어느 하나 이상을 측정하는 것
    을 특징으로 하는, 분전반 내 단자 접속부의 불량 감지 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 모니터링부는,
    미리 설정된 시간 단위로 상기 분전반 내 단자 접속부의 내부 온도를 측정하여, 점대점(point-to-point) 방식으로 온도의 비교 연산을 수행하고, 정상 상태의 비접촉 온도보다 측정된 상기 내부 온도의 상승 범위가 소정 범위를 초과하는 경우 상기 경보부를 통해 경보하는 것
    을 특징으로 하는, 분전반 내 단자 접속부의 불량 감지 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 모니터링부는,
    측정된 상기 내부 온도와 측정된 외부 온도의 기울기를 비교하고, 측정된 상기 내부 온도와 측정된 외부 온도의 기울기를 비교한 후, 미리 설정된 기준을 초과하는 경우 상기 경보부를 통해 경보하는 것
    을 특징으로 하는, 분전반 내 단자 접속부의 불량 감지 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    복수개의 분전반의 상기 모니터링부와 무선 통신으로 연결되어, 각 상기 분전반의 정상 및 불량 상태를 모니터링하는 원격 모니터링부
    를 더 포함하는, 분전반 내 단자 접속부의 불량 감지 장치.
  9. 컴퓨터 장치에 의해 수행되는 분전반 내 단자 접속부의 불량 감지 방법에 있어서,
    분전반 내 단자 접속부의 정상 및 불량 상태에서 온도 과열에 따른 경보 판단 기준을 결정하기 위한 온도 특성 실험을 수행하여 온도 특성 곡선을 획득하는 단계;
    미리 설정된 시간 단위로 상기 분전반 내 단자 접속부의 내부 온도를 측정하는 단계;
    상기 온도 특성 곡선의 온도와 측정된 상기 내부 온도의 비교 연산을 수행하는 단계; 및
    상기 온도 특성 곡선의 온도와 비교 연산을 수행한 결과, 측정된 상기 내부 온도의 상승 범위가 소정 범위를 초과하는 경우 경보하는 단계
    를 포함하는, 분전반 내 단자 접속부의 불량 감지 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 온도 특성 실험을 수행하여 온도 특성 곡선을 획득하는 단계는,
    인가 전류별 상기 분전반 내 단자 접속부의 내부 온도 변화를 추적하는 단계; 및
    외부 온도 요인에 따른 상기 분전반 내 단자 접속부의 내부 온도 변화를 추적하는 단계
    를 포함하고,
    추적한 상기 내부 온도 변화를 이용하여 온도 특성 곡선을 획득하는, 분전반 내 단자 접속부의 불량 감지 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 인가 전류별 상기 분전반 내 단자 접속부의 내부 온도 변화를 추적하는 단계는,
    미리 설정된 인가 전류의 범위에 따라 센서를 이용하여 스피드바(speedbar)의 단자 접속부의 접촉 온도, 비접촉 온도 및 주변 온도 중 적어도 어느 하나 이상을 측정하는 단계
    를 포함하는, 분전반 내 단자 접속부의 불량 감지 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 외부 온도 요인에 따른 상기 분전반 내 단자 접속부의 내부 온도 변화를 추적하는 단계는,
    외부 온도가 변할 때 상기 분전반 내 단자 접속부의 내부 온도 분포를 획득하는 단계;
    상기 분전반 내 단자 접속부의 강제 접촉 불량을 유도하는 단계; 및
    접촉 불량 상태에서 상기 분전반 내 단자 접속부의 접촉 온도, 비접촉 온도 및 주변 온도 중 적어도 어느 하나 이상을 측정하는 단계
    를 포함하는, 분전반 내 단자 접속부의 불량 감지 방법.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 온도 특성 곡선의 온도와 측정된 상기 내부 온도의 비교 연산을 수행하는 단계는,
    미리 설정된 시간 단위로 상기 분전반 내 단자 접속부의 내부 온도를 측정하여, 점대점(point-to-point) 방식으로 온도의 비교 연산을 수행하는 단계
    를 포함하고,
    상기 측정된 상기 내부 온도의 상승 범위가 소정 범위를 초과하는 경우 경보하는 단계는,
    정상 상태의 비접촉 온도보다 측정된 상기 내부 온도의 상승 범위가 소정 범위를 초과하는 경우 경보하는 단계
    를 포함하는, 분전반 내 단자 접속부의 불량 감지 방법.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 온도 특성 곡선의 온도와 측정된 상기 내부 온도의 비교 연산을 수행하는 단계는,
    측정된 상기 내부 온도와 측정된 외부 온도의 기울기를 비교하는 단계
    를 더 포함하고,
    상기 측정된 상기 내부 온도의 상승 범위가 소정 범위를 초과하는 경우 경보하는 단계는,
    측정된 상기 내부 온도와 측정된 외부 온도의 기울기를 비교한 후, 미리 설정된 기준을 초과하는 경우 경보하는 단계
    를 포함하는, 분전반 내 단자 접속부의 불량 감지 방법.
  15. 제9항에 있어서,
    원격 모니터링부에서 복수개의 분전반의 모니터링부와 무선 통신으로 연결되어, 각 상기 분전반의 정상 및 불량 상태를 모니터링하는 단계
    를 더 포함하는, 분전반 내 단자 접속부의 불량 감지 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20210117819A (ko) 2020-03-20 2021-09-29 엘씨파워코리아(주) 모듈화된 블록식 전원분배장치에서의 과열 경보 장치 및 그 방법

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