KR100704317B1 - 전동기 제어반의 이상발열 조기감지 장치 및 방법 - Google Patents

전동기 제어반의 이상발열 조기감지 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전동기 제어반의 이상발열 조기감지 장치 및 방법에 관한 것으로, 많은 전기부품과 재료들로 구성되어 있는 전동기 제어반 내부에 누전, 합선, 절연파괴 등으로 발열이 진행될 때 발화 단계전에 열로 인해 물질이 분해되면서 발생하는 냄새를 감지하여 이를 화재 예상부하의 차단기를 트립시키거나 통신변환기(Remote Terminal Unit:RTU)를 통해서 경보(Alarm)를 송출하여 사전에 제어반 내부화재로 인해 발생할 수 있는 피해를 획기적으로 줄일 수 있는 전동기 제어반의 이상발열 조기감지 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
온도감지용 냄새캡슐, 냄새감지기, 통신변환기, 전동기 제어반, 동복 알루미늄 부스바, 외부 감시창

Description

전동기 제어반의 이상발열 조기감지 장치 및 방법{An early sensing apparatus and method for the abnormal generation of heat of motor control center}
도 1은 본 발명에 따른 전동기 제어반의 이상발열 조기감지 방법의 흐름도,
도 2는 본 발명에 따른 전동기 제어반의 이상발열 조기감지 장치의 정면도,
도 3 (A)와 (B)는 본 발명에서 온도감지용 냄새캡슐이 유니트 내부에 실제 장착된 것을 나타낸 도면과 사진,
도 4 (C)와 (D)는 본 발명에 따른 전동기 제어반의 이상발열 조기감지 장치의 측면도와 배면도,
도 5는 본 발명에 따른 전동기 제어반의 이상발열 조기감지 장치의 회로도,
도 6는 본 발명에 따른 전동기 제어반의 이상발열 조기감지 장치가 실제현장에 배치된 사진이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
1 : 온도감지용 냄새캡슐 2 : 냄새감지기
3 : 통신변환기 4 : 차단기 조작스위치
5 : 디지털 계측기 6 : 화재경고등
7 : 외부감시창 8 : 경광등
9 : 주모선부스바 10 : 분기모선부스바
11 : 전력(화재)감시반 12 : 메인 차단기
본 발명은 발전소를 비롯한 빌딩, 아파트, 공장 등에 설치되는 전동기(MOTOR)를 제어하는 전동기 제어반(Motor Control Center:MCC)의 이상발열 조기감지 장치 및 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 전동기 제어반이 모터를 운전, 정지, 고장 등의 감시 또는 제어하면서 발생할 수 있는 내부기기들의 이상발열을 사전에 감지하여 사고를 예방하는 전동기 제어반의 이상발열 조기감지 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 종래의 전기설비화재에 대한 감지는 발열이 진행되어 화재 전의 연기에 의해서 동작하는 연기감지장치와 완전발화상태에서 감지하여 외부로 알려주는 화재상태 감지장치들이 대부분을 이루고 있었다.
종래의 일반적인 전동기 제어반 내부기기들의 이상 유무상태를 확인하기 위해서는 직접 각 유니트의 내부를 살펴봐야 하는 번거로움이 있었으며, 수시로 감시할 수는 없다는 문제점이 있었다.
또한, 전동기 제어반의 메인차단기나 각전동기용 유니트에 접속되는 주전원을 공급하는 모선부스바가 종래의 동(Cu)부스바로써 전동기의 용량이나 수량에 따라 전류량이 증가하므로 당연히 두께와 넓이가 큰 동부스바를 사용하게 되므로 경 제적 손실은 물론이고 설비의 중량증가가 심화되어 이동설치나 건물하중에도 영향을 끼치며 가공공정에도 어려움이 따르는 문제점이 있었다.
이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 무수히 많은 전기부품과 재료들로 구성되어 있는 전동기 제어반 내부에 누전, 합선, 절연파괴 등으로 발열이 진행될 때 발화 단계전에 열로 인해 물질이 분해되면서 발생하는 냄새를 감지하여 이를 화재 예상부하의 차단기를 트립시키거나 통신변환기를 통해서 경보를 송출하여 사전에 제어반 내부화재로 인해 발생할 수 있는 피해를 획기적으로 줄일 수 있는 전동기 제어반의 이상발열 조기감지 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 전면 유니트 도어를 투시감시창으로 형성하여 전동기를 정지하지 않고도 유니트 내부에 구성된 냄새온도캡슐 동작상태는 물론이고 내부기기들의 이상 유무상태를 상시로 감시할 수 있는 전동기 제어반의 이상발열 조기감지 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
이하 본 발명의 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 전동기 제어반의 이상발열 조기감지 방법의 흐름도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 내부이상 발열시(80~120℃)시 온도감지용 냄새캡 슐이 개방되고 동시에 이상냄새가 발생하여 내부로 가스가 확산되는 내부 가스확산 단계(ST1); 상기 내부 가스확산 단계(ST1) 후 냄새감지기가 이상냄새를 감지하여 동작하는 냄새감지기 동작 단계(ST2); 상기 냄새감지기 동작 단계(ST2) 후 화재경고등이 전면도어에 표시되면서 제어반 상부에 설치된 경광등이 경보음과 함께 작동하는 화재 경보 단계(ST3); 상기 화재 경보 단계(ST3) 후 온도감지용 냄새캡슐 작동 유니트만 선택하여 차단하고 해당 전동기는 비상정지하는 전동기 비상정지 단계(ST4); 상기 전동기 비상정지 단계(ST4) 후 해당 전동기를 점검하여 문제 해결이 되면 해당전동기를 운전하는 전동기 운전단계(ST5); 상기 전동기 비상정지 단계(ST5) 후 해당 전동기를 점검하여 문제 해결이 안되면 메인 차단기를 트립하는 메인차단기 트립 단계(ST6); 상기 메인 차단기 트립 단계(ST6) 후 전동기 제어반을 비상 정전시키는 전동기 제어반 비상 정전 단계(ST7); 상기 전동기 제어반 비상 정전 단계(ST7) 후 전동기 제어반을 점검하고 문제해결하여 전동기 제어반을 통전하는 전동기 제어반 통전 단계(ST8); 전동기 정상운전, 상기 냄새감지기 동작 단계(ST2) 및 상기 메인 차단기 트립 단계(ST6) 후 출력접점이 통신 변환기로 입력되는 통신 변환기 입력 단계(ST9) 및; 상기 통신 변환기 입력단계(ST9) 후 디지털 통신으로 전력(화재) 감시반에 전송하여 운용자(휴대폰)와 원격지 감시/제어자에게 알리거나 무선통신장치를 이용하여 운용자(휴대폰)에게 SMS 전송을 하는 운용자 전송 단계(ST10)를 포함하여 이루어진다.
도 2는 본 발명에 따른 전동기 제어반의 이상발열 조기감지 장치의 정면도로서, 도면에 도시된 바와 같이, 전동기 제어반 내부에 일정온도(80~120℃)가 되면 액체 냄새물질이 흘러나와 가스화되는 온도감지용 냄새캡슐(1); 상기 온도감지용 냄새캡슐(1)에서 이상시에 발생된 냄새를 감지하는 냄새감지기(2); 상기 냄새감지기(2)에서 나온 출력신호를 아날로그 신호에서 디지털 통신 신호로 변환하기 위한 통신변환기(3); 이상 발생시 차단기 조작을 하기 위한 차단기 조작 스위치(4); 디지털 계측을 하기 위한 디지털 계측기(5); 이상발열 감지시 각 유니트에 위치하며 경고등이 들어오는 화재경고등(6); 폴리 카보네이트의 재질로 외부에서 내부기기를 투시하여 감시할 수 있는 외부감시창(7) 및; 이상발열 감지시 각 반(盤) 상부에 위치하며 경고등이 들어오는 경광등(8)을 구비하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
여기서 상기 온도감지용 냄새캡슐(1)과 이 온도감지용 냄새캡슐(1)에서 이상시에 발생된 냄새를 감지하는 냄새감지기(2)를 각 반(盤)에 설치하며, 냄새감지기(2)에서 나온 출력신호를 아날로그신호에서 디지털 통신신호로 변환하기 위한 통신변환기(3)를 내장한다.
도 3 (A)와 (B)는 본 발명에 따른 온도감지용 냄새캡슐이 유니트 내부에 실제 장착된 것을 나타낸 도면과 사진이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 온도감지용 냄새캡슐은 나사에 부착하여 이상발열이 발생할 수 있는 곳에 고정시켰다.
그리고, 도 4 (C)와 (D)는 본 발명에 따른 전동기 제어반의 이상발열 조기감지 장치의 측면도와 배면도로서, 도면에 도시된 바와 같이, 주모선부스바(9)가 수평으로 측면에 위치하고 있고, 배면에는 주모선부스바(수평)(9)에 연결된 분기모선부스바(10)가 수직으로 연결되어 있으며, 분기모선부스바(10)에는 온도감지용 냄새 캡슐(1)이 사이사이 장착된다.
상기 온도감지용 냄새캡슐(1)은 한정된 수량은 아니나, 주회로 모선부스바와 부하별 모터유니트 내부 차단기, 모터로 연결되는 전력단말 단자부에 각각 부착금구를 이용하여 정상운전중에는 이탈되지 않도록 단단히 부착하고, 냄새감지기(2)와 통신변환기(3)는 여러개의 모터유니트 집합체를 한개의 반(盤)으로 형성하여 대표적인 메인차단기 유니트에 부착한다.
또한, 상기 온도감지용 냄새캡슐(1)은 80℃, 100℃, 120℃를 선택하여 원하는 부위별로 부착 가능하며, 그 기준온도 선정근거는 전기 절연재료 중에서 가장 보편적인 염화비닐(PVC)를 예로 들어 설명한다.
열화가 시작되어 80~120℃에서는 냄새가 발생하고, 200~350℃에서는 연기가 발생하며, 400~450℃에서는 발화가 시작되는 것에 착안하여 보통 동작온도 60~80℃가 지나 80~120℃에 냄새가 발생할 때 감지하는 것으로 한다.
온도감지용 냄새캡슐(1)의 동작은 그 온도이상일 때 밀봉 되어있던 캡슐이 터지면서 그 안에 담고있던 붉은 액체의 냄새물질이 흘러나와 가스화되면서 반(盤) 내부로 확산되며, 이를 냄새감지기(2)의 센서표면에 가스로된 냄새 분자가 흡착하면 전기전도가 높게 되어 저항치가 저하됨을 이용해 이 저항치 변화를 브릿지 회로의 전압 편차를 검출하여 화학적 정보를 전기적 정보로 변화하여 냄새감지기(2)를 작동시킨다.
또한, 온도감지용 냄새캡슐(1)이 부착되지 않은 부분의 발열은 그 자체의 냄새를 냄새감지기(2)가 감지하여 같은 방법으로 작동시킨다.
냄새감지기(2)가 작동하면 화재경고등(6)이 전면도어에 표시되면서 제어반 상부에 설치된 경광등(8)이 경보음과 함께 작동한다.
또한, 냄새감지기(2)가 작동하면 출력접점이 통신변환기(3)로 입력되어 디지털 통신으로 전력감시반에 전송된다.
도 5는 본 발명에 따른 전동기 제어반의 이상발열 조기감지 장치의 회로도이다.
냄새감지기(2)가 작동하면 출력접점을 이용하여 모터보호회로와 모터제어회로에 경보 또는 트립시그날을 주어 모터보호를 하며, 통신변환기(3)를 통해서 전력(화재) 감시반(11)에 디지털 통신 신호를 전송한다.
이 때, 냄새감지기(2)는 메인차단기(12)가 차단되더라도 전원이 공급될 수 있도록 메인차단기(12) 1차 측에서 전원을 공급받거나 별도의 비상용전원을 사용토록 한다.
도 6은 본 발명에 따른 전동기 제어반의 이상발열 조기감지 장치가 실제현장에 배치된 사진으로서, 도면에 도시된 바와 같이, 반(盤) 전면도어의 외부감시창(7)은 투명투시창 구조로 적용되어 온도감지용 냄새캡슐이 동작한 유니트를 쉽게 육안으로도 관찰이 가능하며, 전면도어에는 차단기 ON, OFF용 조작핸들, 표시램프, 디지털계측기 등을 부착한다.
상기 외부감시창(7)의 재질은 폴리카보네이트로서 내충격성이 우수한 엔지니어링 플라스틱의 일종으로 건축용 내외장재, 자동차, 기차, 항공, 선박 등에 다양한 용도로 사용되고 있으며, 본 발명에서는 전동기 용량별 유니트 크기에 맞춰서 평판형 5mm 두께로 조각가공하며, 가공된 폴리카보네이트를 각각의 유니트도어 뒷면에 스폿볼트 용접 처리하여 볼트조임하고, 도어철판과 가볼트조임 부착된 폴리카보네이트는 접착성이 강한 투명실리콘으로 부착마감한다.
모터유니트는 개별로 내부에서 주전원을 공급하면서 모터의 과부하나 단락사고시 보호하는 배선용차단기의 단자상태, 모터가 정지, 운전할 때마다 스위칭하는 마그네틱스위치 단자상태, 모터가 동시에 역률을 개선시키기 위한 진상용콘덴서, 유니트에서 모터간 전력간선을 연결하는 단자대, 제어를 위해 복잡하게 배선 되어있는 전선 등을 수시 순회점검하여야 한다.
평상시 점검은 운용자가 순회하는 점검으로써 기존 전동기 제어반에는 철판도어로 되어있어 모터가 운전중일 때에는 내부상태를 점검할 방법조차 없었고, 정기점검에서야 전체 정전상태에서 또는 개별모터 운전정지 후에 내부상태를 점검할 수밖에 없다.
참고로 전동기 가동율은 예비모터나 비상시 가동하는 소방용 소화모터를 제외하고는 90%이상 가동한다.
특히, 이상발열로 냄새감지기가 작동했을 경우에는 운전중 메인차단기를 차단하면 다른 중요한 모터까지 불가피하게 정지시킬 수밖에 없다.
본 발명은 다른 모터에는 전혀 영향을 주질않고 이상경보시에 투시창을 통하여 문에의 유니트를 찾아낼 수 있으며, 문제의 유니트 차단기만 오프하여 다른 모터부하는 정상운전을 가능하게 한다.
본 발명은 이러한 실제현장 운용자의 불만을 해소시킴과 동시에 선(先) 점검 으로 혹시 발생할 수 있는 사고를 미연에 방지할 수 있다.
한편, 도 5에서 전류가 흐르는 동복 알루미늄 부스바는 수평으로 제작된 주모선부스바(9)와 수직으로 제작된 분기모선부스바(10)로 이루어지며, 수평 주모선부스바(9)는 반(盤)과 반(盤)을 연결하므로 분기모선부스바(9)보다 단면적이 큰 것으로 제작하고 분기모선부스바(10)는 그 반(盤)의 모터부하 용량의 단면적으로 제작된다.
주모선부스바(9)와 분기모선부스바(10)는 볼트로 서로 겹쳐서 조임하고 분기모선부스바(10)에서 각각의 모터유니트로는 클립으로 연결되며, 제어반과 모터와는 연결단자대를 구비하여 모터용량에 맞는 전력케이블로 연결된다.
동복알루미늄 부스바는 순도의 알루미늄 괴를 용해해서 압축하여 전동기 제어반에 맞는 규격의 알루미늄 바를 형성하고, 그 외표면에 맞춰 동 파이프를 씌운 후 압축 인발 가공하며 전기로내에서 알루미늄과 동표면에 미세한 고조파전류를 가하여 동피복이 완전히 알루미늄에 부착되어 일체형 동복알루미늄 부스바가 형성된다.
이렇게 제작된 동복알루미늄 부스바는 기존 동부스바 보다 무게는 절반에도 미치지 않으며 굽힘강도나 가공처리는 동부스바와 동등하다. 다만, 도전율이 동부스바에 비하여 다소 떨어지나 전동기 부하율에 맞추어 면적을 넓게하므로 충분한 도전율 향상을 적용할 수 있다.
특히, 원자재인 전기동은 국내수급이 어려운 상황속에 국제시세(런던금속거래소:LME)에 따라 가격변동이 심하여 중소업체의 채산성이 떨어질 수 밖에 없으나, 본 발명은 고가의 동부스바보다도 20%이상 원가절감을 가져올 수 있다.
이상 상세히 설명한 바와 같이, 종래에는 빈번한 전동기 제어반의 여러원인에 의해서 화재, 폭발사고로 인적, 재산적 피해를 입었음에도 불구하고, 발연이나 발화 후에 감지하는 시스템이 최선이었으나, 본 발명은 설비의 과열단계에서 사고를 인지하여 초기에 진압을 할 수 있고, 도어에 투시창을 적용하여 다른 모터에 피해를 주지않으며 상시 또는 이상시에 감시 및 점검이 가능하다.
특히, 고가인 구리대신 통전성에 전혀 문제가 없는 알루미늄에 동을 접합한 동복 알루미늄부스바를 적용하여 원가절감에 큰 기대효과가 있다.

Claims (2)

  1. 내부이상 발열시 이상발열을 조기에 감지하여 알려주는 전동기 제어반의 이상발열 조기감지 방법에 있어서,
    상기 내부이상 발열시(80~120℃)시 온도감지용 냄새캡슐(1)이 개방되고 동시에 이상냄새가 발생하여 내부로 가스가 확산되는 내부 가스확산 단계(ST1); 상기 내부 가스확산 단계(ST1) 후 냄새감지기(2)가 이상냄새를 감지하여 동작하는 냄새감지기 동작 단계(ST2); 상기 냄새감지기 동작 단계(ST2) 후 화재경고등(6)이 전면도어에 표시되면서 제어반 상부에 설치된 경광등이 경보음과 함께 작동하는 화재 경보 단계(ST3); 상기 화재 경보 단계(ST3) 후 온도감지용 냄새캡슐(1) 작동 유니트만 선택하여 차단하고 해당 전동기는 비상정지하는 전동기 비상정지 단계(ST4); 상기 전동기 비상정지 단계(ST4) 후 해당 전동기를 점검하여 문제 해결이 되면 해당전동기를 운전하는 전동기 운전단계(ST5); 상기 전동기 비상정지 단계(ST5) 후 해당 전동기를 점검하여 문제 해결이 안되면 메인 차단기(12)를 트립하는 메인차단기 트립 단계(ST6); 상기 메인 차단기 트립 단계(ST6) 후 전동기 제어반을 비상 정전시키는 전동기 제어반 비상 정전 단계(ST7); 상기 전동기 제어반 비상 정전 단계(ST7) 후 전동기 제어반을 점검하고 문제해결하여 전동기 제어반을 통전하는 전동기 제어반 통전 단계(ST8); 전동기 정상운전, 상기 냄새감지기 동작 단계(ST2) 및 상기 메인 차단기 트립 단계(ST6) 후 출력접점이 통신 변환기(3)로 입력되는 통신 변환기 입력 단계(ST9) 및; 상기 통신 변환기 입력단계(ST9) 후 디지털 통신으 로 전력(화재) 감시반(11)에 전송하여 운용자(휴대폰)와 원격지 감시/제어자에게 알리거나 무선통신장치를 이용하여 운용자(휴대폰)에게 SMS 전송을 하는 운용자 전송 단계(ST10)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 전동기 제어반의 이상발열 조기감지 방법.
  2. 전동기 제어반 내부에 이상발열시 이 이상유무를 조기에 감지하는 장치에 있어서,
    상기 전동기 제어반 내부에 일정온도(80~120℃)가 되면 액체 냄새물질이 흘러나와 가스화되는 온도감지용 냄새캡슐(1); 상기 온도감지용 냄새캡슐(1)에서 이상시에 발생된 냄새를 감지하는 냄새감지기(2); 상기 냄새감지기(2)에서 나온 출력신호를 아날로그 신호에서 디지털 통신 신호로 변환하기 위한 통신변환기(3); 이상 발생시 차단기 조작을 하기 위한 차단기 조작 스위치(4); 디지털 계측을 하기 위한 디지털 계측기(5); 이상발열 감지시 각 유니트에 위치하며 경고등이 들어오는 화재경고등(6); 폴리 카보네이트의 재질로 외부에서 내부기기를 투시하여 감시할 수 있는 외부감시창(7) 및; 이상발열 감지시 각 반(盤) 상부에 위치하며 경고등이 들어오는 경광등(8)을 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 전동기 제어반의 이상발열 조기감지 장치.
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