KR101550585B1 - 잔존 수명 예측 관리가 가능한 성능기준 기반의 유지관리형 수배전반 - Google Patents

Abstract

본 발명은 잔존 수명 예측 관리가 가능한 성능기준 기반의 유지관리형 수배전반에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수배전반의 성능(condition)과 관련된 내부 온도, 전자파, 누설 전류 등 각 파라미터(parameter)들을 모니터링하고 기 설정된 기준치와 비교하여 내부 부품의 교체 및 유지관리 시기를 경고 메시지를 통해 전달하는 동시에 잔존수명을 예측할 수 있도록 구성된 CBM 기반 수배전반에 관한 것이다.
본 발명에 따른 잔존 수명 예측 관리가 가능한 성능기준 기반의 유지관리형 수배전반은 수배전반의 내부 상태 및 각종 기기별 상태를 지속적으로 모니터링하여 각 파라미터 별로 유지 관리가 필요한 조건치를 정하여 모니터링된 상태가 상기 조건치에 해당할 경우 부품 교체 및 유지관리를 실시하기 때문에 사용부자재 낭비를 줄이고 유지 보수 비용을 절감하며, 조기 경보(early warning) 효과에 의해 불시 정지가 발생하는 것을 방지하는 동시에, 남은 수명을 미리 예측하여 부품 수급을 함으로써 부품에 대한 적정 재고를 유지할 수 있도록 하는 장점이 있다.

Description

잔존 수명 예측 관리가 가능한 성능기준 기반의 유지관리형 수배전반{Switch board based on condition base maintenance capable of predicting rest lifespan}

본 발명은 잔존 수명 예측 관리가 가능한 성능기준 기반의 유지관리형 수배전반에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수배전반의 성능(condition)과 관련된 내부 온도, 전자파, 누설 전류 등 각종 파라미터(parameter)들을 모니터링하고 기 설정된 기준치와 비교하여 내부 부품의 교체 및 유지관리 시기를 알람(경고) 메시지를 통해 전달하는 동시에 잔존수명을 예측할 수 있도록 구성된 성능기준 유지관리형(CBM) 수배전반(고압반, 저압반, MCC반, 분전반 등)에 관한 것이다.

일반적으로 수배전반이나 MCC반, 분전반 등은 전력 회사가 공급하는 고압 또는 특고압 전기를 수전하여 이를 수용가에서 사용되는 전압으로 변환하여 부하 설비로 배전하는 장치이다.

이러한 수배전반, MCC반, 분전반(이하 간단히 ‘수배전반’)은 겉으로 보았을 때는 칸막이 구조의 큐비클로 되어 있으며, 그 내부에는 고압차단기, 변류기 등의 각종 전력 기기와 전력 계통 보호 및 감시를 위한 계전기 등 각종 전기 부품이 구비되어 있다. 또한, 상기 수배전반의 내부에는 전력 기기 외에 전력 계통에 따라 전력 기기 상호간을 연결하는 부스바(bus bar)와 전력 기기의 계측 및 감시를 위한 배선이 배치되어 있으며, 상기 큐비클 형태의 수배전반 외부는 보통 콘크리트 등의 플로어에 설치되고, 상기 수배전반의 하부 바닥면에는 전력 기기 상호 간의 감시 배선 및 부하 설비 배선을 위한 구멍이 형성되어 있다.

이러한 수배전반은 표면온도나 각 상들간의 온도차, 전자파 발생 세기, 누설전류량, 접촉자 웨어(wear), 절연내력, 계통 등의 수배전반 전체 조건과 수배전반 내의 계전기, 차단기 등 내부 기기의 조건이 일정 기준을 넘어설 경우 부품을 교체하거나 기타 유지관리를 행하여야 수명을 연장할 수 있다.

종래에는 이러한 내부 부품 교체 시기를 단순히 각 기기별 교체주기 기준으로 유지 관리하는 방법을 사용하여 왔다. 즉, 종래의 수배전반은 부품의 실제 수명이 남아 있는 경우에도 일정하게 정해진 교체주기 후에는 상태에 관계없이 즉시 교체함에 의해 유지 관리를 행하였다.

이러한 종래의 방법의 경우 각 파라미터 별로 상당 정도의 여유 수명이 남아 있음에도 불구하고 미리 교체를 실시함으로써 사용부자재 낭비가 심하고 유지 보수 비용이 증가하는 원인이 되었으며, 부품에 따라 정해진 교체 기간 전에 수명이 다하는 경우가 발생할 경우 불시 정지가 발생하는 문제가 있어 이를 개선할 필요성이 큰 상황이었다.

[선행기술자료]

1. 등록특허공보 10-1188221 (공고일자 2012. 10. 09)

2. 등록특허공보 10-1145723 (공고일자 2012. 05. 16)

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점 내지 한계를 극복하기 위하여 개발된 것으로서, 이러한 종래의 방법과 같이 정해진 기간 후에 기기를 기계적으로 교체 및 유지보수하는 것이 아니라, 배전반의 내부 상태 및 각 기기별 상태를 지속적으로 모니터링하여 각 파라미터 별로 유지 관리가 필요한 조건치를 정하여 모니터링된 상태가 상기 조건치에 해당할 경우 부품 교체 및 유지관리를 실시함으로써, 사용부자재 낭비를 줄이고 유지 보수 비용을 절감하며, 부품에 따라 정해진 교체주기 전에 수명이 다하는 경우도 조기 경보(얼리워닝: early warning) 효과에 의해 불시 정지가 발생하는 것을 방지하는 동시에 남은 수명을 미리 예측하여 부품 수급을 함으로써 부품에 대한 적정 재고를 유지할 수 있도록 하는 CBM(Condition base maintenance) 기반의 수배전반 시스템을 제공하고자 한다.

상기 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,

(1) 수배전반의 내부 상태 및 각 내부 기기별로 유지관리 파라미터를 정하여 상기 정해진 유지관리 파라미터별로 유지관리가 필요한 조건치를 정하고 수배전반의 제어부 데이터베이스에 입력하는 단계;

(2) 수배전반의 내부 상태 및 각 내부 기기별로 상기 (1)에서 정해진 유지관리 파라미터 별로 실제 모니터링하여 얻어지는 파라미터 수치 데이터를 차트화하는 단계; 및

(3) 상기 (2)에서 얻어진 실제 파라미터 수치 데이터와 상기 (1)에서 정해진 유지관리 파라미터별 기준치를 비교하여 상기 실제 파라미터 수치 데이터가 상기 유지관리 파라미터별 기준치를 상회하는 경우 경고 메시지(warning message)를 전달하는 단계;

를 포함하는 CBM(Condition base maintenance) 기반 수배전반의 운영 방법을 제공한다.

또한, 상기 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,

상기 본 발명에 따른 CBM(Condition base maintenance) 기반 수배전반의 운영 방법이 적용되어 조건치에 따른 경고 메시지에 의해 내부 부품의 교체 및 유지관리가 가능하도록 구성된 것을 특징으로 하는 CBM 기반 수배전반을 제공한다.

본 발명에 따른 CBM 기반 수배전반 시스템을 적용한 경우 종래의 경우처럼 정해진 기간 후에 기기를 기계적으로 교체 및 유지보수하는 것이 아니라, 수배전반의 내부 상태 및 각 기기별 상태를 지속적으로 모니터링하여 각 파라미터 별로 유지 관리가 필요한 조건치를 정하여 모니터링된 상태가 상기 조건치에 해당할 경우 부품 교체 및 유지관리를 실시하기 때문에 자재 낭비를 줄이고 유지 보수 비용을 절감하며, 조기 경보(early warning) 효과에 의해 불시 정지가 발생하는 방지하는 동시에, 남은 수명을 미리 예측하여 부품 수급을 함으로써 부품에 대한 적정 재고를 유지할 수 있도록 하는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 CBM 기반 수배전반 시스템에서 수배전반의 내부 상태 및 각 내부 기기별 유지관리 파라미터의 조건치 및 실제 모니터링된 데이터를 기록한 데이터 차트이다.
도 2는 도 1에 따른 데이터 차트에서 누적 접촉자 웨어 값을 조건치와 비교하여 나타낸 그래프이다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 다만 이는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 기술자가 본 발명을 용이하게 이해하고 실시할 수 있도록 설명하는 것일 뿐이고 본 발명의 범위가 하기 실시예의 범위로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다.

종래 수배전반은 수명 연장을 위해 내부 부품을 교체할 경우, 교체 시기를 단순히 각 기기의 사용 시간 기준으로 유지 관리하는 방법을 사용하여 왔다. 이를 TBM(Time base maintenance)라고 한다. 이러한 종래의 수배전반은 부품의 실제 수명이 남아 있는 경우에도 일정하게 정해진 시간 후에는 상태에 관계없이 즉시 교체함에 의해 유지 관리를 행하였다. 이러한 종래의 방법의 경우 각 파라미터 별로 상당 정도의 여유 수명이 남아 있음에도 불구하고 미리 교체를 실시함으로써 사용부자재 낭비가 심하고 유지 보수 비용이 증가하는 원인이 되었으며, 부품에 따라 정해진 교체 기간 전에 수명이 다하는 경우가 발생할 경우 불시 정지가 발생하는 문제가 있었다.

본 발명은 이러한 TBM 방식의 문제점을 개선하기 위해 개발된 것이다.

본 발명에 따른 수배전반은 유지 관리 방법을 조건 기반의 유지 관리 방법을 사용하며 이를 CBM(Condition base maintenance)로 지칭한다.

본 발명에 따른 CBM 기반 수배전반의 운영은 하기의 순서로 진행된다. 즉,

(1) 수배전반의 내부 상태 및 각 내부 기기별로 유지관리 파라미터를 정하여 상기 정해진 유지관리 파라미터별로 유지관리가 필요한 조건치를 정하고 수배전반의 제어부 데이터베이스에 입력하는 단계;

(2) 수배전반의 내부 상태 및 각 내부 기기별로 상기 (1)에서 정해진 유지관리 파라미터 별로 실제 모니터링하여 얻어지는 파라미터 수치 데이터를 차트화하는 단계; 및

(3) 상기 (2)에서 얻어진 실제 파라미터 수치 데이터와 상기 (1)에서 정해진 유지관리 파라미터별 기준치를 비교하여 상기 실제 파라미터 수치 데이터가 상기 유지관리 파라미터별 기준치를 상회하는 경우 경고 메시지(warning message)를 전달하는 단계;를 포함하여 구성된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 CBM 기반 수배전반 시스템에서 수배전반의 내부 상태 및 각 내부 기기별 유지관리 파라미터의 조건치 및 실제 모니터링된 데이터를 기록한 데이터 차트이다.

도 1을 참조하면, 수배전반의 내부 상태 및 각 내부 기기(예를 들어 계전기, 차단기 등)별로 유지 관리 파라미터를 정하여 상기 정해진 유지관리 파라미터별로 유지관리가 필요한 조건치(또는 관리치)를 정하고 수배전반의 제어부 데이터베이스에 입력한다.

이어서, 수배전반의 내부 상태 및 각 내부 기기별로 상기 (1)에서 정해진 유지관리 파라미터별로 실제 모니터링하여 얻어지는 파라미터 수치 데이터를 차트화한다.

이어서, 상기 (2)에서 얻어진 실제 파라미터 수치 데이터와 상기 (1)에서 정해진 유지관리 파라미터별 기준치(관리치)를 비교하여 상기 실제 파라미터 수치 데이터가 상기 유지관리 파라미터별 기준치(관리치)를 상회하는 경우 경고 메시지를 차트상에 나타내거나 경고음 등을 이용하여 전달한다.

도 1에서 보는 바와 같이, 본 발명에서 상기 (1)의 수배전반의 내부 상태의 유지관리 파라미터는 배전반의 표면온도, 각 상들(R상, S상, T상) 간의 온도차, 전자파 발생 세기, 누설 전류량, 접촉자 웨어(wear), 절연 내력 및 계통을 포함할 수 있다.

또한, 도 1에서 보는 바와 같이, 본 발명에서 상기 (1)의 수배전반의 각 내부 기기별 유지관리 파라미터는 차단기의 모터시간/전류, 트립시간/전류, 개리차, 진공도 및 접촉저항을 포함할 수 있다.

예를 들어, 본 발명에 따른 수배전반은 절연 성능(IEC60216 시리즈)에 있어서 절연물의 수명점은 절연 파괴 전압 초기치의 50%로 규정하고 있고, 통전 성능은 IEC60694, IEC60439에 의하여 각 부위별 기준치 이상 온도 이하로 규정하면서 상별(R상, S상, T상) 온도차로 열화 여부를 판정한다.

또한, 개폐 성능에 있어 컨택 웨어(contact wear) 수준은 아크 에너지(arc energy)에 비례하고, 개폐 속도와 코일 및 모터 전류 변형이 10% 이상이면 열화인 것으로 판정한다.

도 2는 도 1에 따른 데이터 차트에서 누적 접촉자 웨어 값을 조건치와 비교하여 나타낸 그래프이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에서 상기 수배전반의 내부 상태 및 각 내부 기기별 유지관리 파라미터의 실제 모니터링 데이터가 기준치(관리치)(도면에서는 적색 라인)에 미치기 전이라도 일정 정도 패턴을 보이면서 기준치(관리치)에 근접할 경우 미리 사전 경고선을 정하여(예를 들어 10% 이내, 도면에서는 황색 라인) 상기 사전 경고선(예비 기준치)을 넘어서면 경고 메시지를 전하도록 할 수도 있다.

또한, 모든 측정 및 진단 자료는 자동으로 데이터 업로드되도록 하고, 누적된 자료를 기준으로 전문가 시스템에 의한 유지 보수 및 교체, 오버홀(overhaul) 시기를 판정하는 자료로 활용한다.

본 발명에 따른 수배전반은 기존의 TBM 방식에 기반한 수배전반이 아니라, CBM 방식에 기반한 수배전반으로서, 상기에서 설명된 CBM 기반 수배전반의 운영 방법이 적용되어 조건치에 따른 경고 메시지에 의해 내부 부품의 교체 및 유지관리가 가능하도록 구성된다.

이러한 특징을 갖는 본 발명에 따른 CBM 기반 수배전반은 수배전반의 내부 상태 및 각종 내부기기별 상태를 지속적으로 모니터링하여 각종 파라미터 별로 유지 관리가 필요한 조건치(관리치)를 정하여 모니터링된 상태가 상기 조건치(관리치)에 해당할 경우 부품 교체 및 유지관리를 실시하기 때문에 사용부자재 낭비를 줄이고 유지 보수 비용을 절감하며, 조기 경보(early warning) 효과에 의해 불시 정지가 발생하는 방지하는 동시에, 남은 수명을 미리 예측하여 부품 수급을 함으로써 부품에 대한 적정 재고를 유지할 수 있도록 하는 장점이 있다.

이상 본 발명의 바람직한 첨부 도면을 참조하여 설명하였으나 해당 기술 분야의 통상의 기술자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (5)

1. (1) 수배전반의 내부 상태 및 각 내부 기기별로 유지관리 파라미터를 정하여 상기 정해진 유지관리 파라미터별로 유지관리가 필요한 조건치를 정하고 수배전반의 제어부 데이터베이스에 입력하는 단계;
   (2) 수배전반의 내부 상태 및 각 내부 기기별로 상기 (1)에서 정해진 유지관리 파라미터 별로 실제 모니터링하여 얻어지는 파라미터 수치 데이터를 차트화하는 단계; 및
   (3) 상기 (2)에서 얻어진 실제 파라미터 수치 데이터와 상기 (1)에서 정해진 유지관리 파라미터별 기준치를 비교하여 상기 실제 파라미터 수치 데이터가 상기 유지관리 파라미터별 기준치를 상회하는 경우 경고 메시지(warning message)를 전달하는 단계;
   를 포함하는 CBM(Condition base maintenance) 기반 수배전반의 운영 방법으로서,
   상기 유지관리 파라미터는 차단기의 모터시간/전류, 트립시간/전류, 개리차또는 진공도이며,
   상기 유지관리 파라미터가 차단기의 모터시간/전류 또는 트립시간/전류인 경우에는 상기 유지관리가 필요한 조건치는 설치시 test값의 ± 10%이고, 상기 유지관리 파라미터가 차단기의 개리차인 경우에는 상기 유지관리가 필요한 조건치가 4ms를 초과하는지 여부이며, 상기 유지관리 파라미터가 차단기의 진공도인 경우에는 상기 유지관리가 필요한 조건치가 2A를 초과하는지 여부인 것을 특징으로 하며, 상기 유지관리 파라미터가 상기 유지관리가 필요한 조건치에 미치기 전이라도 일정 정도 패턴을 보이면서 기준치에 접근할 경우에는 미리 사전 경고선을 정하여 상기 사전 경고선을 넘어서면 경고 메시지를 전하도록 하는 것을 특징으로 하는 CBM(Condition base maintenance) 기반 수배전반의 운영 방법.
   
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5. 청구항 1에 따른 CBM(Condition base maintenance) 기반 수배전반의 운영 방법이 적용되어 조건치에 따른 경고 메시지에 의해 내부 부품의 교체 및 유지관리가 가능하도록 구성된 것을 특징으로 하는 CBM 기반 수배전반.
   
   

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