KR102573955B1 - 아크 및 코로나방전에 대한 스마트 감시가 가능한 수배전반 자가진단 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수배전반의 내부 아크 및 코로나방전을 감지하는 초음파센서; 수배전반의 내부온도를 복수 개 구역에서 감지하는 온도센서; 수배전반의 내부온도 변화에 따라 변색되도록 복수 개 구역에 구성되되, 복수 개 구역에 설치된 온도센서에 인접하여 각각 구성되는 감온안료;로 구성된 센서부; 상기 감온안료의 색상을 촬영하는 촬영수단; 상기 초음파센서에 의한 아크 및 코로나방전신호, 온도센서에 의한 온도신호, 촬영수단에 의한 영상신호를 모두 입력받아 수배전반의 아크 및 코로나방전 및 온도를 판단하고, 그 판단결과에 따라 수배전반의 동작을 제어하는 제어장치; 및 상기 초음파센서에 의한 아크 및 코로나방전신호, 온도센서에 의한 온도신호, 촬영수단에 의한 영상신호를 상기 제어장치와 공유하며, 그 판단결과에 따라 수배전반의 동작을 원격 제어하는 원격관제서버;로 이루어지고, 상기 초음파센서는 초음파탐상 센서로 구현될 수 있으며, 절연부에 초음파를 투사하면 절연부의 내부로 침투하여 진행하고, 초음파 진행경로상에 결함이 존재할 경우, 그 결함에 의해 매질의 밀도가 변하는 경계면에서 초음파의 일부가 반향되어 되돌아 오는 초음파를 수신하고, 수신된 초음파를 전기적 신호로 변환하며, 이 전기적 신호를 검출신호로서 제어장치로 전송하도록 구성된 것을 특징으로 하는 아크 및 코로나방전에 대한 스마트 감시가 가능한 수배전반 자가진단 시스템을 개시한다.

Description

아크 및 코로나방전에 대한 스마트 감시가 가능한 수배전반 자가진단 시스템{SWITCHBOARD SELF-DIAGNOSTIC SYSTEM CAPABLE OF SMART MONITORING FOR ARC AND CORONAL DISCHARGE}

본 발명은 아크 및 코로나방전에 대한 스마트 감시가 가능한 수배전반 자가진단 시스템에 관한 것이다.

더 구체적으로 본 발명은, 아크 및 코로나방전 등 수배전반 내부에서 발생할 수 있는 여러 문제를 감지하는 센서모듈과, 상기 센서모듈에 의한 감지신호를 처리하는 제어장치 및 원격 관제서버(관리자 스마트폰 등)가 네트워킹되어 현장 또는 원격지에서 제어장치 또는 스마트폰에 의한 상시적인 수배전반 내부상태 관리가 가능하도록 한 것이다.

또한, 수배전반의 아크 및 코로나방전을 야기하는 절연물의 열화상태를 감지하는 초음파센서와, 절연물의 열화를 야기할 수 있는 온도를 감지하는 온도센서와, 온도 변화에 따라 변색되는 감온안료에 의한 감지신호를 조합하여 여러 가지 방법으로 수배전반의 아크 및 코로나 방전을 예측하고, 그에 따라 수배전반의 동작을 스마트폰 등을 통해 제어할 수 있도록 한 것이다.

학교, 빌딩, 아파트단지, 공장 등과 같은 집단 전력수요처에서는 각각이 필요로 하는 전력을 얻기 위해 변전소로부터 공급되는 특고압을 수전하여 적정한 저전압의 상용전압으로 변환하기 위한 배전반을 필요로 한다.

이러한 배전반은 하나의 폐쇄형 함체 내에 특고압을 저전압으로 변환하는 고압 변압기와 계기용 변류기와 고압인입 선로를 스위치하는 고장구간 자동개폐기와 한류형 고압퓨즈 등을 포함하고 있어, 수용가 측의 전력사용량에 따라 고압 변압기 등에서 열이 발생하여 함체 내부의 온도는 상승하게 된다.

배전반에서 그 함체 내부온도의 과도한 상승은 각종 부품 및 기기들의 동작효율과 정확도가 떨어지고 나아가서는 화재를 유발할 수 있으므로, 대부분 내부온도 감시회로를 설치하고 이를 통해 배전반 내부온도의 급작스런 상승이 나타나거나 설정의 온도에 도달하였음이 파악되면 즉시 냉각팬을 가동시켜 함체 내부온도를 강제 강하시키게 된다.

이와 같은 강제 통풍을 통한 배전반 함체 내부의 온도 냉각동작은 그 방열효율이 높아 장치내 각종 기기 및 설비의 접속단자나 부스바 등의 저항온도계수가 높아져 전력손실을 초래하는 문제를 해결할 수 있다.

그러나 강제 통풍을 통한 배전반의 방열동작은 외부로부터의 미세 먼지 유입을 초래하고 또한 내부의 미립먼지를 분산시켜 재배치 고착시키게 되므로 이것에 의해 배전반내의 각종 설비나 기기의 단자 또는 부스바 등의 저항온도계수가 증가하게 된다.

또한, 전력설비는 기계적 스트레스, 온도 등의 영향으로 절연열화가 발생하여 내부 절연부분에서의 국부적인 부분방전이 발생하게 된다.

부분방전은 일반적으로 절연열화 현상에 의하여 절연파괴전압(Breakdown voltage)에 도달하였을 때 발생되며 나타나는 물리적 현상은 빛(Light), 소리(음향신호), RF신호(전자파신호), 방전누설전류(전기적신호)의 신호가 방출된다.

이러한 부분방전신호는 짧은 펄스폭을 가지는 임펄스 형태로 발생되고, 방전량에 따라 신호의 크기가 비례하며 반복되는 AC사이클에서 방전 개시전압을 초과하는 경우 발생되기 때문에 부분방전을 유발하는 원인에 따라 특정 위상에 반복되어 나타나는 특성을 갖는다.

이러한 부분방전 현상은 초기에는 시스템의 성능 및 작동에 문제가 없더라도 지속적인 시간동안 발생하는 경우 전기트리 및 부분방전시 발생하는 산화물 등에 의하여 절연열화의 정도가 증가하게 되는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 절연기기 내에 설치되어 부분방전으로부터 발생한 전자파 주파수를 분석함에 따라 부분방전을 검출하는 기술, 전류의 신호를 이용하여 부분방전의 펄스 패턴으로 부분방전을 검출하는 기술, 다수의 음향방출신호(Acoustic Emission)의 도달 시간차를 이용하여 부분방전의 위치를 검출하는 기술, 음향방출신호 센서를 구비한 수배전반의 부분방전 검출 시스템이 제시된 바 있었다.

대한민국 특허등록 제10-1489300호는 아크, 부분방전 및 온도 감시 통합 수배전반 및 이를 이용한 수배전반 제어방법에 관한 것으로써, 수배전반 내부에서 온도 및 아크, 부분방전을 검측하는 검출부; 및 상기 수배전반 회로에서 누설되는 누설전류를 검출하는 누설전류 검측부와, 상기 수배전반에서 과전류가 흐르는 경우 전류를 변환시켜주는 전류변환기와, 상기 전류변환기로부터 유도된 전류가 회로를 파손시키는 것을 방지하는 과전류보호부를 포함하는 통합인터페이스부; 상기 검출부에서 검측된 온도와 아크발생여부 및 상기 통합인터페이스부에서 검측된 누설 전류를 동일한 인터페이스 상에서 상호 연동하여 수배전반 내부의 기준값 초과여부를 기준으로 위험 판단시 수배전반을 제어하는 제어부;를 포함하여, 온도, 아크, 부분방전을 통합한 수신부에서 수배전반 보호계전기를 보호하고, 사고 초기의 사전사고의 전조를 확인 체크함으로써, 통합된 계측기에서 측정하여 사고 초기의 변화를 관리자에게 알려주어서 미연의 사고를 방지할 수 있도록 하고 있다.

대한민국 특허등록 제10-1823007호는 부분방전, 온도 진단 기능 및 IoT 기술을 구비한 친환경 배전반에 관한 것으로써, 육면체 형상으로 전면 도어 및 후면 도어가 구성되는 함체와 상기 함체의 내부에 설치되어 내부 기기들의 부분 방전 및 온도를 검출하여 진단하는 진단장치를 구비하고, 상기 진단장치는 부분 방전과 공진주파수를 검출하는 UHF 센서; 측정 부위에 부착 설치되어 온도의 변화에 따라 공진주파수를 출력하는 온도센서; 상기 UHF 센서로부터 출력되는 신호를 수신하여 송출하는 중계기; 및 상기 중계기로부터 수신된 신호에 근거하여 부분 방전과 온도를 진단하고, 상기 진단 결과를 외부 기기로 전송하는 진단기를 포함하여, 몰드 형태로 구성된 UHF 센서를 이용하여 밀폐된 공간의 내부에서 발생되는 부분 방전을 검출할 수 있고, 온도 감시가 요구되는 지점에 접촉식으로 설치되어 무선 방식으로 온도를 검출할 수 있도록 하고 있다.

대한민국 특허등록 제10-1529818호는 배전반 상태 감시를 위한 진단 시스템에 관한 것으로써, 배전반에 설치되어 상기 배전반에서 발생된 부분방전 신호, 온도 신호, 아크신호중 서로 다른 둘 이상을 감지하는 복수의 센서들을 포함하는 센서부; 상기 복수의 센서들을 포함하는 센서부로부터 상기 부분방전 신호, 상기 온도 신호, 아크신호 중 서로 다른 둘 이상을 수신하여 신호 처리를 통해 상기 배전반의 상태 감시 및 진단 제어를 위한 복수의 측정 데이터를 수집하는 데이터 수집장치; 및 상기 데이터 수집부로부터 상기 복수의 측정 데이터를 수신하여 상기 배전반의 상태 감시 및 진단 제어를 수행하는 원격 감시 장치를 포함하여, 배전반의 내외부적인 요소(전기적, 열적, 화학적 스트레스 및 진동, 환경적요인)에 의해 열화되거나 기구적 결속력이 약해져 절연이 파괴되고, 결국 사고로 치닫을 수 있는 사고 징후를 조기에 검출하여 사고 확산을 미연에 방지할 수 있도록 하고 있다.

1. 대한민국 특허등록 제10-1489300호(2015. 01. 28. 등록, 명칭 : 아크, 부분방전 및 온도 감시 통합 수배전반 및 이를 이용한 수배전반 제어방법) 2. 대한민국 특허등록 제10-1823007호(2018. 01. 23. 등록, 명칭 : 부분방전, 온도 진단 기능 및 IoT 기술을 구비한 친환경 배전반) 3. 대한민국 특허등록 제10-1529818호(2015. 06. 11. 등록, 명칭 : 배전반 상태 감시를 위한 진단 시스템)

본 발명의 목적은, 아크 및 코로나방전 등 수배전반 내부에서 발생할 수 있는 여러 문제를 감지하는 센서모듈과, 상기 센서모듈에 의한 감지신호를 처리하는 제어장치 및 원격 관제서버(관리자 스마트폰 등)가 네트워킹되어 현장 또는 원격지에서 제어장치 또는 스마트폰에 의한 상시적인 수배전반 내부상태 관리가 가능하도록 한, 아크 및 코로나방전에 대한 스마트 감시가 가능한 수배전반 자가진단 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 수배전반의 아크 및 코로나방전을 야기하는 절연물의 열화상태를 감지하는 초음파센서와, 절연물의 열화를 야기할 수 있는 온도를 감지하는 온도센서와, 온도 변화에 따라 변색되는 감온안료에 의한 감지신호를 조합하여 여러 가지 방법으로 수배전반의 아크 및 코로나 방전을 예측하고, 그에 따라 수배전반의 동작을 스마트폰 등을 통해 제어할 수 있도록 한, 아크 및 코로나방전에 대한 스마트 감시가 가능한 수배전반 자가진단 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 아크 및 코로나방전이 발생되는 절연물의 열화를 비접촉식 초음파센서로 탐지하도록 하여 절연물의 열화감지를 통해 아크 및 코로나방전에 대한 예측이 가능하도록 한, 아크 및 코로나방전에 대한 스마트 감시가 가능한 수배전반 자가진단 시스템을 제공하는데 있다.

기타, 본 발명의 다른 목적들은 이하에서 설명되는 내용에 따라 유추 가능할 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 아크 및 코로나방전에 대한 스마트 감시가 가능한 수배전반 자가진단 시스템은,

수배전반의 내부 아크 및 코로나방전을 감지하는 초음파센서;

수배전반의 내부온도를 복수 개 구역에서 감지하는 온도센서;

수배전반의 내부온도 변화에 따라 변색되도록 복수 개 구역에 구성되되, 복수 개 구역에 설치된 온도센서에 인접하여 각각 구성되는 감온안료;로 구성된 센서부;

상기 감온안료의 색상을 촬영하는 촬영수단;

상기 초음파센서에 의한 아크 및 코로나방전신호, 온도센서에 의한 온도신호, 촬영수단에 의한 영상신호를 모두 입력받아 수배전반의 아크 및 코로나방전 및 온도를 판단하고, 그 판단결과에 따라 수배전반의 동작을 제어하는 제어장치; 및

상기 초음파센서에 의한 아크 및 코로나방전신호, 온도센서에 의한 온도신호, 촬영수단에 의한 영상신호를 상기 제어장치와 공유하며, 그 판단결과에 따라 수배전반의 동작을 원격 제어하는 원격관제서버;로 이루어지고,

상기 초음파센서는 초음파탐상 센서로 구현될 수 있으며, 절연부에 초음파를 투사하면 절연부의 내부로 침투하여 진행하고, 초음파 진행경로상에 결함이 존재할 경우, 그 결함에 의해 매질의 밀도가 변하는 경계면에서 초음파의 일부가 반향되어 되돌아 오는 초음파를 수신하고, 수신된 초음파를 전기적 신호로 변환하며, 이 전기적 신호를 검출신호로서 제어장치로 전송하도록 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에서, 센서부, 제어장치 및 원격 관제서버는 유무선으로 네트워킹되고, 원격 관제서버는 관리자 단말기인 것을 특징으로 한다.

본 발명에서, 초음파센서는

절연부 이외의 부분에 부착되며, 복수개의 홈이 일정 간격으로 형성되어, 원하는 초음파 모드를 발생시키는 모드발생용 필름;

오실로스코프와 전기적으로 연결되며, 상기 모드발생용 필름에 레이저를 조사하여 절연부 내부에 유도 초음파를 발생시키는 레이저 발생기;

상기 절연부를 기준으로 모드발생용 필름의 반대편에 설치되어 상기 절연부내에서 발생한 유도 초음파를 수신하는 음향방출센서;

상기 음향방출센서 및 오실로스코프와 전기적으로 연결되어 상기 음향방출센서에서 수신한 음향을 측정하고, 이를 오실로스코프를 통해 제어장치로 전송되도록 하는 음향방출측정기; 및

상기 음향방출측정기로부터 전송되는 음향을 제어장치로 전송하는 오실로스코프;로 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에서, 제어장치는

상기 초음파센서로부터 수신된 아날로그 형태의 전기적 신호로 이루어진 검출신호를 디지털화하여 디지털 검출신호로 변환하는 디지털신호변환부;

상기 디지털신호변환부에서 제공되는 디지털 검출신호를 수신하여 해당 절연부에 대한 단층이미지를 생성하는 단층이미지 생성부;

상기 단층이미지 생성부에서 제공된 단층 이미지를 바탕으로 절연부 내/외부 결함정보, 절연부 진행성 퇴화율정보, 절연부 과열 위험성정보를 포함하는 절연부 상태정보를 생성하는 절연부상태 진단부; 및

상기 절연부상태 진단부에서 생성되고 산출된 절연부 단층이미지, 절연부 내/외부 결함정보, 절연부 진행성 퇴화율정보, 절연부 과열 위험성정보를 표시하는 디스플레이;로 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에서, 제어장치 및 원격관제서버는

상기 감온안료의 영상신호를 토대로 감온안료의 손상여부를 판단하고, 정상일 경우 상기 아크 및 코로나방전신호, 온도신호 및 감온안료의 영상신호를 모두 조합하여 수배전반의 정상여부를 판단하는 동작에 반영하고,

상기 영상신호에 의해 감온안료에 손상이 있다고 판단되면, 영상신호를 수배전반의 정상여부 판단에 반영하지 않고, 초음파센서 및 온도센서에 의한 아크 및 코로나방전신호 및 온도신호만 조합하여 수배전반의 정상여부를 판단하는 동작에 반영하는 것는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서, 온도센서와 감온안료의 설치 위치를 수배전반 내외부에 서로 대응시키고, 온도센서와 감온안료가 각각 수배전반 내부 및 외부에 설치되는 것을 감안하여, 직접적으로 수배전반 내부온도에 영향을 받는 온도센서에 의해 감지된 온도와 감온안료에 의해 변화되는 색상을 소정 허용치를 두고 서로 부합시켜 온도센서와 감온안료의 구성 위치가 다름에 따라 발생할 수 있는 판단 오류를 방지하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서, 감온안료는 라벨 또는 스티커로 구성되어, 온도센서가 설치된 구역에 인접한 수배전반의 외면에 각각 구성되며,

비가역성 물질로 형성되어, 일단 수배전반의 내부온도가 정상온도를 벗어났다가 단시간 내에 회복되더라도 관리자의 점검이 이루어지도록 색상이 변화된 상태를 유지하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 아크 및 코로나방전에 대한 스마트 감시가 가능한 수배전반 자가진단 시스템에 따르면, 아크 및 코로나방전 등 수배전반 내부에서 발생할 수 있는 여러 문제를 감지하는 센서모듈과, 상기 센서모듈에 의한 감지신호를 처리하는 제어장치 및 원격 관제서버(관리자 스마트폰 등)가 네트워킹되어 현장 또는 원격지에서 제어장치 또는 스마트폰에 의한 상시적인 수배전반 내부상태 관리가 가능하다.

또한, 수배전반의 아크 및 코로나방전을 야기하는 절연물의 열화상태를 감지하는 초음파센서와, 절연물의 열화를 야기할 수 있는 온도를 감지하는 온도센서와, 온도 변화에 따라 변색되는 감온안료에 의한 감지신호를 조합하여 여러 가지 방법으로 수배전반의 아크 및 코로나 방전을 예측하고, 그에 따라 수배전반의 동작을 스마트폰 등을 통해 제어할 수 있다.

또한, 아크 및 코로나방전이 발생되는 절연물의 열화를 비접촉식 초음파센서로 탐지하도록 한 것으로써, 절연물의 열화감지를 통해 아크 및 코로나방전에 대한 예측이 가능하다.

다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 인식될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 아크 및 코로나 방전에 대한 스마트 감시가 가능한 수배전반 자가진단 시스템의 네트워크 구성도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 아크 및 코로나방전 및 온도변화를 감지하는 구성도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 온도센서와 감온안료에 의해 온도를 감지하고 판단하는 네트워크 구성도.
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 방열 제어 구성도.
도 6은 초음파센서 및/또는 온도센서의 고장여부를 판단하는 구성도.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따라 아크 및 코로나방전을 예측하기 위해 절연물의 열화를 감지하는 초음파센서를 포함하는 진단시스템의 제어 구성도.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 아크 및 코로나방전을 예측하기 위해 절연물의 열화를 감지하는 초음파센서를 포함하는 진단시스템의 제어 구성도.

본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.

본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다"는 용어는 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.

산업의 고도화로 전력수요가 지속적으로 증가하고 있으며, 수배전반 내의 전력설비에 의한 사고가 빈번하게 발생하고 있다. 이러한 사고는 경제적 손실뿐만 아니라 기술적 손실도 발생시킬 수 있다.

통상적으로, 배전반 내의 접촉점이나 변압기 운전시 발생되는 진동 및 충격으로 인한 내부선로의 아크 방전에 의해 주위 절연물을 산화 및 열분해하여 탄화 도전로를 형성시킨다. 이러한 탄화 도전로 주위는 전자의 이동에 의해 줄열이 발생됨에 따라 절연내력이 저하되어 전기화재나 감전 등의 사고가 발생하게 된다.

또한, 수배전반 내부의 설치 기기들에는 고전압상황에서 발생하는 코로나, 부분방전, 섬락 등의 방전현상을 방지하기 위해서 여러 종류의 절연물이 사용되고 있다. 그런데 이러한 절연물은 공극 또는 박리 등과 같은 갭(gap)이 제조공정 중에 어떤 이유나 동작 중의 냉각 및 가열 과정에서 발생할 수 있다. 그러나 이러한 갭은 높은 전계가 인가될 때마다 부분 전기 방전을 발생하게 되고, 이러한 부분 방전이 반복되면, 절연물이 서서히 침식되고 절연 내력(dielectricstrength)을 감소시킴으로써 결국 심각한 절연 파괴 사고가 발생하게 된다.

이러한 문제를 해결하기 위해서, 절연물 내의 갭을 미리 제거하여 부분 방전의 발생을 감소시키는 것이 바람직하지만 여러 원인을 고려할 때 갭을 완전히 제거하기는 어렵다. 또한, 절연물의 절연 특성은 제조시부터 충분히 검사되어야 하는데 이러한 검사는 초기 제조 결함의 검사에는 유효하나 시간의 흐름에 따른 절연 열화는 배전반의 동작 중에 발생하기 때문에 실질적인 검사가 어렵다.

따라서 종래에는 검사들 사이의 시간 간격이 증가하고 항상 정확하게 절연 특성을 파악하기가 불가능하므로 예측하지 못한 중대한 사고가 발생하게 된다. 또한, 부분 방전을 측정하여 열화를 감시할 수 있다.

따라서 배전반에서 발생하는 사고를 예방하기 위해 다양한 점검기술에 대한 기술개발이 이루어지고 있다. 예를 들어, 종래에는 절연열화 시 방사되는 전자파를 측정하여 배전반의 이상 유무를 확인하는 전자파 검출법이 제시되었다. 이러한 종래의 전자파 검출법은 대부분 30Hz∼300MHz, 300MHz∼3GHz의 주파수 범위의 VHF와 UHF 대역의 전자파를 검출하는 것으로 높은 공진도와 민감도를 나타내지만, 진동 및 외부교란전파에 의한 영향을 쉽게 받아 정확한 열화측정이 어렵다.

또한, 종래에는 수배전반 및 전동기 제어반, 분전반 내에서 발생되는 진동 및 분진 등에 의해 전자파 수신안테나의 초기 설치환경 및 설정이 변화했는지를 확인할 수 없으며, 수배전반 및 전동기 제어반, 분전반의 내부 환경 변화 및 설치환경 변화도 확인할 수 없다.

따라서, 종래에는 설치환경의 변화로 인해 전자파 수신안테나의 오동작 발생을 미연에 방지할 수 없었다. 이를 위해, 비접촉 복합센서나 전자파 또는 자외선 검출을 통해 아크 및 코로나 방전을 감시진단하는 기술이 제시되어 왔다.

한편, 전기가 고전압 선 주변이나 저압부의 전기적 연결부의 결함부분을 흐를 때 주변의 공기 분자들을 교란시키고 이 공기의 교란에 의한 공기 분자들의 충돌에 의해 초음파를 발생한다. 흔히 이 소리들은 일반적으로 딱딱 때리는 것 같은 소리 또는 톡톡 튀기는 소리로 감지되기도 하며 부저를 울리는 소리로도 들린다.

초음파 검출은 다양한 형태의 잠재적인 전기적 고장들, 특히 아킹, 코로나, 트래킹 같은 전기적 고장을 확인할 수 있다. 또한 전기적 고장들은 화재 및 정전 등의 비용이 많이 소요될 뿐만 아니라 인체에도 매우 치명적일 수가 있기 때문에 그 사고 유무를 정확히 찾아낼 필요성이 크게 대두되고 있다. 또한 고전압 전력설비에서 아크, 코로나 같은 방전현상이 일어나면 여러 가지 장애를 일으킬 뿐만 아니라 인체에 치명적인 결과를 가져올 수 있기 때문에 사고 및 고장을 미연에 방지하기 위해서는 이러한 방전현상의 진전 상태를 운전 중 연속적으로 감시할 필요가 있다.

초음파 측정이 주목을 받게 되는 주된 이유는 측정장치가 비교적 간단하여 현장적용에 용이하고 전기적인 측정법과 상호 간섭을 일으키지 않는 특징이 있고, 또한 고전압기기의 전기적 측정에서 문제가 되고 있는 정전용량 및 외부잡음에 대한 영향도 받지 않기 때문이다.

배전선로 또는 옥내외용 전력기기에서 아크나 코로나방전이 일어나면, 그 방전에 의해 음향에너지가 방출되고 있음은 잘 알려진 사실이다. 특히 코로나방전은 도체의 구조, 인가전압의 크기 및 기상상태 등에 따라 규모의 차이는 있으나, 공기를 절연물로 사용하고 있는 옥외 전력설비에서는 불가피한 현상이다. 특히 도체 및 이를 지지하는 절연물의 오염이나 우천 시 코로나의 개시전압은 낮게 되고, 방전음은 크게 나타남을 알 수 있다. 고저압 전력설비에서 아크나 코로나 방전이 일어나면 여러가지 장해를 일으킬 뿐만 아니라 주변 절연물을 급속히 열화시켜 결국 절연파괴에 이르게 되는 경우가 많다. 따라서 기기의 고장을 미연에 방지하기 위해서는 이러한 아크나 코로나방전의 진전상태를 운전 중 연속적으로 감시할 필요가 있다.

초음파진단법은 고압 및 저압기기에서 발생되는 아크나 코로나 방전현상을 검출하여 절연파괴 사고의 예방진단에 적용할 수 있다. 지금까지 국내외에서 보고된 초음파 진단법은 거의 대부분 전달매체로서 절연유, 즉 액체유전체를 사용한 전력용변압기 또는 커패시터를 적용 대상으로 하였으나, 고체 절연물에 대한 열화진단 뿐만 아니라, 공기 중에도 초음파 진단 방법이 확대 적용되고 있다. 공기 중에서 아크나 코로나방전에 의해 발생되는 음향에너지의 약 99 %는 초음파 영역에서 방출되므로 공중 초음파를 이용한 고전압기기의 예방진단에 대한 방법이 크게 기대되고 있다.

결국 수배전반내 상시 절연상태를 점검하는 시스템을 구성하고, 이를 원격 관제서버 등에 연결하여 현장 및 관제소 등에서 상시적으로 감시할 수 있도록 시스템을 구성한다면 매우 바람직할 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 아크 및 코로나 방전에 대한 스마트 감시가 가능한 수배전반 자가진단 시스템의 네트워크 구성도이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따라 아크 및 코로나방전 및 온도변화를 감지하는 구성도이다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따라 온도센서와 감온안료에 의해 온도를 감지하고 판단하는 네트워크 구성도이다. 도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 방열 제어 구성도이다. 도 6은 초음파센서 및/또는 온도센서의 고장여부를 판단하는 구성도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 아크 및 코로나방전에 대한 스마트 감시가 가능한 수배전반 자가진단 시스템은, 수배전반(10)의 아크 및 코로나방전과 내부온도를 센서부(100)에 구성된 초음파센서(110)와 온도센서(120) 및 감온안료(130)에 의해 각각 감지하며, 그 감지신호가 제어장치(200)에서 처리되면, 그 처리된 결과에 따라 수배전반(10)의 정상 여부를 판단하는 동작과, 후속동작으로 수배전반(10)의 열기를 방출하는 동작을 수행할 수 있다.

상기 수배전반의 아크 및 코로나방전신호 및 온도신호는 수배전반(10)에 구성된 제어장치(200)와 원격지에 구성된 원격 관제서버(300)에서 공유한다.

상기 센서모듈과 제어장치(200) 및 원격 관제서버(300)는 유무선으로 네트워킹되며, 상기 센서들에 의한 감지신호를 처리한 데이터를 서로 공유함으로써 언제 어디서든 수배전반에 대한 상시적인 관리가 가능하다.

상기 원격 관제서버(300)는 별도로 네트워킹된 관리자 단말기, 예를 들어 스마트폰으로 대체될 수 있다.

상기 온도센서(120)에 의해 감지되는 수배전반 내부온도는 하기에 설명하는 바와 같이 복수 개 구역으로 분할되어 얻어지며, 이들 복수 개 구역의 평균온도가 방열동작을 수행하기 위한 온도로 제공되고, 수배전반 내부에서 복수 개로 분할된 구역마다 감지되는 온도는 각 구성요소 또는 전기적 접속부분 등의 정상 또는 이상 여부를 판단하기 온도로 제공된다.

상기 분할된 구역은, 도 3에 도시된 바와 같이 4 개의 구역으로 이루어질 수 있으며, 그 분할된 구역마다 정상온도를 벗어났는지를 각각 판단하게 된다. 또한, 각 분할된 구역마다의 온도에 더하여 인접 구역의 온도를 연계하여 그 구역의 최종온도로 판단할 수 있다.

도 1을 참조하면, 부스바, CT, PT, 케이블, VCB에 형성된 절연물에서 아크 및 코로나방전이 발생할 수 있음을 감안하여, 온도센서(120)를 이들 구역에 각각 또는 통합하여 설치할 수 있다.

또한, 방열동작은 상기 4 개로 분할된 구역의 평균 온도를 토대로 수행하되, 일정시간 동안 다른 구역의 온도에 영향을 받아 상승될 수 있는 예측치를 반영하여 최종적으로 얻어진 평균 온도를 토대로 수행할 수도 있다.

이때, 수배전반에서 발생되는 열기는 통상적으로 상부로 향하는데, 이를 감안하여 상대적으로 위에 위치하는 분할구역에서 감지되는 온도가 정상온도보다 높게 감지될 수 있음을 감안하여 각 구역 마다의 온도를 최종적으로 판단하고, 평균 온도를 산출한다.

예를 들어, 수배전반의 가장 윗부분을 제1 구역으로 설정하고, 아래로 순차적으로 제2, 제3, 제4 구역으로 설정하였을 경우, 제3, 제4 구역에서 발생되는 열이 특히 제1 및 제2 구역에 영향을 미치는 경우가 많으므로 제1 및 제2 구역에서 감지되는 온도가 정상온도보다 높더라도 허용가능한 온도값을 미리 설정하여 두고, 그 허용 온도값을 초과하지 않는 한, 해당 구역의 온도는 정상인 것으로 판단할 수 있다. 즉 열기가 위로 향함에 따라 위에 위치된 구역에서는 순간적으로 온도가 상승할 수 있으므로 예를 들어, 일정시간이내에 본래의 온도로 회복될 수 있는 온도라고 판단되면 그 구역의 온도는 정상으로 판단하는 것이다.

상기 감온안료(130)는 여러 가지 색상을 나타낼 수 있는 감온안료가 패키지화하여 예를 들어, 수배전반 전면패널의 중앙부분에 구성된 감온안료 수납부에 수납될 수 있으며, 수배전반의 내부온도 변화에 따라 색상이 변화되어 나타남으로써 관리자가 감온안료만 확인하여도 수배전반의 내부온도를 인지할 수 있다.

다른 실시예로써, 상기 감온안료(130)의 색상이 변화하면, 그 색상을 촬영하는 카메라(700)가 촬영수단으로 설치될 수 있으며, 이 카메라(700)에 의해 얻어진 영상신호가 제어장치(200)와 관제서버(300)에서 처리되면, 수배전반의 내부온도를 감온안료 단독으로 또는 온도센서와 연계하여 판단할 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 감온안료(130)는 저온, 적정온도, 주의온도, 경고온도로 등급을 나누어 그 등급에 따라 나타나는 색상이 달라지도록 구성될 수 있다. 이때, 상기 저온, 적정온도, 주의온도, 경고온도는 제어장치(200)에서 온도분석시, 온도센서(120)에 의해 감지되는 온도와 서로 대응되도록 설정될 수 있다.

바람직하게는, 온도센서(120)는 수배전반의 내부에 설치되어 내부온도에 직접 영향을 받고, 감온안료(130)는 수배전반의 외면에 설치되어 온도센서(120)에 비해 내부온도에 영향을 덜 받는 것을 감안하여, 감온안료(130)에 의해 나타나는 색상에 해당하는 온도에 소정온도를 더한 온도와 온도센서(120)에 의해 감지되는 온도를 서로 대응시킬 수 있다. 상기 소정온도를 더하는 온도는 외부환경 등에 따라 다양한 형태로 설정될 수 있다.

다른 실시예로써, 상기 감온안료는 방열조건을 판단하기 위하여 수배전반의 소정부분을 감싸는 라벨로 적어도 하나 이상 형성될 수 있으며, 이때 라벨은 각각 다른 온도에서 변색되는 적어도 2종의 감온안료가 포함되어 형성될 수 있다. 또한, 상기 감온안료가 포함된 잉크 또는 도료에 의하여 소정 표식으로 마킹되어 형성될 수 있으며, 상기 표식은 문자, 도형, 숫자 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있다.

또 다른 실시예로써, 온도변화에 따라 색상이 비가역적으로 변하는 비가역성 감온안료를 포함하는 적어도 하나 이상의 스티커로 형성되어, 수배전반 외면의 소정위치에 소정크기로 접착될 수 있다. 비가역적으로 변색되는 감온안료가 사용되므로 일단 온도가 상승되어 변색된 후에는 다시 원래의 색으로 돌아오지 않게 된다.

가역성 감온안료가 사용되면 수배전반의 이상 발열이 일시적으로 발생할 때, 변색된 후 다시 원상 복귀되어 수배전반의 이상유무를 확인할 수 없게 되기 때문이다. 즉 일단 수배전반의 내부온도가 정상온도를 벗어난 상태에서 단시간에 회복되지 않을 경우에는 수배전반의 특성상 관리자가 점검 조치를 취하는 것이 안전한데, 내부온도가 정상으로 복귀하고, 그에 따라 감온안료의 색상도 정상인 것으로 나타나면, 시각적으로 인지할 수 있는 감온안료만으로는 정상으로 판단되어 수배전반 점검이 불가능할 수 있기 때문이다.

상기 라벨 또는 스티커로 구성되는 감온안료(130)는 수배전반의 외면 복수 개 구역에 각각 구성될 수 있다. 바람직하게는 상기 온도센서(120)가 설치된 구역과 근접한 구역에 각각 구성될 수 있다.

또한, 상기 감온안료는 수배전반의 온도 변화에 따라 소정온도 간격을 두고 연속적으로 변색되도록 적어도 2종의 감온안료를 포함하여 구성될 수 있다. 예를 들면, 수배전반의 온도가 30 내지 40℃로 상승하는 경우 녹색에서 청색으로 변색되는 감온안료와 50 내지 60℃가 되면 청색에서 적색으로 변색되는 감온안료를 함께 사용하게 되면, 수배전반의 온도가 30 내지 40℃에서 50℃ 내지 60℃로 변화하게 되면 청색과 적색으로 변색된다. 그러나 이러한 온도값으로만 제한하는 것은 아니다.

또한, 상기 감온안료를 단독으로 사용하거나 변색온도가 다른 적어도 2종의 감온안료를 혼합하여 형성할 수도 있다. 예를 들면 50℃에서 청색에서 무색으로 변하는 감온안료와 70℃에서 적색에서 무색으로 변하는 감온안료를 조합하면 50℃에서는 청색과 적색의 혼합 색상에서 적색으로 변하고 70℃에서는 완전히 색상이 없어지게 된다. 그러나 이러한 온도값으로만 제한하는 것은 아니다.

또한, 온도의 변화에 영향을 받지 않는 일반 안료와 감온안료를 혼합하여 형성될 수도 있다. 일반 안료와 50℃ 이상에서 청색에서 무색으로 변하는 감온안료를 배합한 경우 온도가 50℃ 이상으로 올라가지 않았을 때는 혼합된 색으로 보이다가 온도가 올라가면 감온안료의 색은 없어지고 일반안료의 색만 나타나게 된다. 그러나 이러한 온도값으로만 제한하는 것은 아니다.

상기 비가역성 감온안료는 특정 온도영역에서의 색상이 하나의 색상에서 다른 색상으로 변하게 되며, 예를 들면 무색에서 특정색으로 변화하거나 특정 색에서 다른 특정 색으로 변화하거나 특정 색에서 무색으로 변화하게 된다. 이러한 비가역성 감온안료는 안료가 열에 의하여 분해되면서 변색을 나타내게 되며, 무기계 또는 유기계가 사용될 수 있다. 상기 무기계 시온안료로는 (NiCO3)x(CdS)1-x, COSiF6, CdCO3, CoCl2·2(CH2)6N4, NiBr2·(CH2)6N4 과 같이 무기 금속 산화물 또는 금속 산화물의 수화물, 무기 금속 산화물 또는 금속 산화물의 수화물의 혼합물 등이 사용될 수 있다.

그러나 여기서 비가역성 감온안료의 종류를 특정하는 것은 아니며, 소정온도에서 비가역적으로 변색되는 다양한 감온안료가 사용될 수 있음은 물론이다.

상기 초음파센서(110)는 비파괴검사 방식으로 절연물에 대한 단층이미지를 생성하고 표시하는 감지신호를 제공하여 절연물의 결함상태를 확인할 수 있도록 하고, 특히, 절연물의 단층이미지를 바탕으로 절연물의 진행성 퇴화율 정보를 산출하고 표시하도록 감지신호를 관리자에게 제공함으로써 관리자가 해당 절연물에 대한 이상징후를 신속하게 파악할 수 있어, 아크 및 코로나 방전을 미연에 방지할 수 있도록 한다.

상기 초음파센서(110)는 절연물에 공극 또는 박리 등과 같은 갭(gap)이 제조공정 중에 또는 어떤 이유나 동작 중의 냉각 및 가열 과정에서 발생할 수 있으므로, 이러한 부분에 초음파를 주사하여 갭으로부터 반사되어 오는 초음파신호를 수신하고, 제어장치(200)가 최초 갭이 형성되어 있던 시점과 비교하여 절연물의 추가 열화를 진단하고, 이를 온도센서 및 감온안료의 감지신호를 토대로 판단된 수배전반 내부온도와 연계하여 아크 및 코로나방전의 발생여부 또는 예측하게 된다.

도 1을 참조하면, 부스바, CT, PT, 케이블, VCB 등에서 아크 및 코로나방전이 발생할 수 있음을 감안하여, 이들 구성요소들의 절연부분을 향하도록 초음파센서(110)를 설치할 수 있다.

수배전반의 내부에 설치되는 기기 또는 설비는 부스바, 진공차단기(VCB), 계기용변압기(PT), 전력량계량기(MOF), 부하개폐기(LBS), 부싱소자 등과 같이, 각종 몰드형 절연기기와 기기 연결 부품 및 절연 열화 예측이 요구되는 구성품 등이다.

본 발명의 실시예는 수배전반 내부의 저압측 구성장치인 배선용차단기(MCCB: Molded Case Circuit Breaker), 각종 배전 라인 등의 설비를 감시하는 장치로서 응용하여 사용할 수 있음은 물론이다.

본 발명에 따른 진단시스템은 이러한 수배전반 내의 각각의 기기 상태를 감지하기 위한 감지수단을 마련하여 수배전반의 방전 또는 이를 통한 열화 상태를 감지하는 것이다.

제어장치(200)는, 수배전반의 부분방전 및 온도(온도센서와 감온안료를 토대로 한 온도)를 판단하여 표시하고, 수배전반의 내부온도를 기초로 사물 인터넷 기반의 방열이 수행되도록 제어함과 동시에, 관제서버(300)에 의한 원격제어가 가능하도록 하여, 수배전반 내부온도가 정상온도로 복귀되도록 하는 전체적인 흐름을 제어한다.

본 발명의 수배전반의 열기 방출은, 수배전반(10)에 구성된 제어장치(200)에 의해 제어하거나 또는 관제서버(300)의 원격 제어에 의해 가능하게 된다.

제어장치(200)는 수배전반의 내부온도(평균 온도)가 정상온도를 벗어날 경우, 방열을 위하여 수배전반 상부커버(600)가 개방되도록 제어하며, 제어동작은 솔레노이드구동부(400)에 의해 구동되는 솔레노이드(500)로 구성될 수 있다.

방열은, 상기 솔레노이드(500)의 구동시 수배전반 상부커버(600)가 위로 밀어 올려지면서 수배전반 상부가 개방됨에 따라 가능해지도록 구성될 수 있다. 방열이 종료되면, 즉 온도가 정상온도로 복귀하면 솔레노이드(500)의 구동도 종료하여 수배전반 상부커버(600)가 다시 원위치된다.

상기 솔레노이드(500)에 의한 수배전반 상부커버 개방 또는 폐쇄를 위하여 상부커버(600) 일측에는 힌지를 구성하고, 타측에는 개방범위를 한정짓는 구성을 구비할 수 있다. 상기 개방범위 한정 구성은 상부커버(600)의 소정지점과 수배전반 측면판간에 연결 구성할 수 있을 것이다. 즉 솔레노이드(500)가 구동될 경우 힌지가 상부커버(600)의 회전 중심축으로 작용하면서 상부커버(600)가 개방되고, 외부와 통하게 되어 열기가 방출되는 것이다.

이와 같이 구성된 수배전반(10)은 내부 평균온도가 정상온도를 벗어난 것으로 판단되면, 자동으로 방열동작이 수행된다.

관제서버(300)는, 상기 수배전반(10)으로부터 전송되어 오는 수배전반의 부분방전 및 온도값을 처리하고, 방열이 필요하다고 판단되면 제어장치(200)에 원격제어신호를 전송한다.

이와 같이 구성된 본 발명은, 내부온도의 상승에 따라 부분방전이 발생되면온도센서(120)가 온도를 감지하고, 감온안료의 색상이 변화하게 된다. 따라서 관리자는 감온안료의 색상 변화를 직접 인지하여 수배전반의 내부온도의 정상 여부를 판단하여 적절한 조치를 취할 수 있다.

또한, 상기 감온안료의 색상 변화가 카메라(700)에 의해 촬영되면, 그 촬영된 영상신호가 제어장치(200)에서 처리되어 수배전반 온도의 정상여부를 판단하며, 그 판단결과에 따라 솔레노이드 구동부(400)에 제어신호를 전송하여 솔레노이드(500)를 구동시킴으로써 수배전반 내부 열기가 외부로 방출되어 정상온도로 복귀되도록 한다.

이와 동시에, 제어장치(200)는 관제서버(300)에 온도신호를 처리하여 얻어진 수배전반 온도값을 전송하여 원격지 관리자도 함께 공유하도록 한다.

본 발명은 아크 및 코로나방전을 야기할 수 있는 절연물의 열화를 나타내는초음파신호와, 온도신호와, 감온안료의 변화되는 칼라신호를 모두 조합하거나 센서 상태에 따라 선택적으로 조합하여 수배전반 정상여부를 판단하는 것으로써, 다음과 같이 여러 가지 형태로 구현될 수 있다.

먼저, 초음파센서(110)에 의한 절연물의 열화신호, 온도센서(120)에 의한 온도신호, 감온안료(130)를 촬영한 영상신호 3 가지 신호를 조합하여 정상여부를 판단하는 동작은 다음과 같이 이루어질 수 있다.

초음파센서(110)에 의해 감지된 절연물의 열화신호와, 온도센서(120)에 의해 감지된 온도신호와, 감온안료(130)에 의해 변화되는 색상이 카메라에 촬영된 영상신호가 모두 제어장치(200)에 입력된다.

제어장치(200)는 상기 절연물의 열화신호, 온도신호, 영상신호를 모두 처리하여 3 가지 모두 정상범위내에 있는지 또는 3 가지 모두 비정상 범위내에 있는지 또는 어느 하나 또는 둘이 정상 또는 비정상 범위내에 있는지를 각각 판단하게 된다. 여기서, 상기 온도신호는 4 개의 분할 구역에서 감지된 평균 온도이다.

그 판단결과, 3 가지 모두 정상범위내에 있는 경우에는 수배전반의 현재 동작상태를 유지시키고, 3 가지 모두 비정상범위내에 있는 경우에는 수배전반의 현재동작상태를 정지시키는 제어동작을 수행하게 된다.

반면에, 어느 하나가 비정상범위내에 있는 경우에는 그 비정상범위내에 있는 것이 온도값인지 또는 절연물의 열회값인지에 따라 수배전반의 현재 동작상태를 달리 제어한다.

예를 들어, 온도값과 절연물의 열화값의 변화 추이가 어느 것이 더 큰지 판단한다. 즉 수배전반의 내부온도 변화 추이와 절연물 열화 변화 추이를 서로 비교해보는 것이다. 이러한 변화 추이는 모두 동일한 시간을 기준으로 한다.

그 결과, 수배전반의 내부온도가 비정상이지만, 그 변화 추이가 절연물 열화 변화 추이에 비해 느릴 경우 또는 그 변화폭이 높지 않을 경우 소정시간 대기한다. 이후, 대기시간 동안 절연물 열회값도 비정상 범위내로 포함될 경우에는 수배전반의 현재 동작상태를 중지시키게 된다.

그러나 대기시간 동안 절연물 열화값이 변화가 없거나 그 변화폭이 설정값보다 작지만, 내부온도가 비정상범위를 유지할 경우에는 수배전반의 내부열기를 방출하거나 동작을 중지시킨다.

또한, 본 발명은 상기 감온안료(130)를 촬영하는 카메라(700)의 영상신호를 토대로 감온안료(130)의 손상여부를 판단하고, 그 판단결과를 상기 절연물 열화신호, 온도신호 및 감온안료의 영상신호를 조합하여 수배전반의 이상여부를 판단하는 동작에 반영할 수 있다. 상기 손상은, 수배전반으로부터의 이탈, 스크래치 등 감온안료를 이용하여 온도를 판단하는데 지장을 주는 원인들을 모두 포함한다.

이러한 경우, 상기 카메라(700)의 영상신호는 제어장치(200)에서 감안안료의 색상과 손상을 각각 판단할 수 있는 신호로 제공된다. 따라서 제어장치(200)는 색상에 따른 온도값과 온도센서(120)에 의한 온도값의 일치 여부를 판단하고, 일치할 경우에는 손상이 없는 것으로 판단할 수 있다,

반면, 색상에 따른 온도값과 온도센서(120)에 의한 온도값이 일치하지 않을 경우에는 감온안료(130)의 손상여부를 판단하게 된다. 감온안료(130)가 손상되었다고 판단될 경우에는 조합신호에서 제외한다.

상기 온도값은 감온안료(130)가 온도센서(120)에 대응하여 복수 개 구성되어 있음을 감안하여 4 개의 감온안료(130)에 의해 감지되는 온도값의 평균 온도값과 4 개의 온도센서(120)에 의해 감지되는 온도값의 평균 온도값을 서로 대응하여 판단한다.

만일, 하나 이상의 감온안료(130)가 손상되었다면, 감온안료(130)에 의해 감지되는 온도값의 평균 온도값과 4 개의 온도센서(120)에 의해 감지되는 온도값의 평균 온도값이 서로 일치하지 않을 것이다. 따라서 감온안료(130)에 의한 평균 온도값은 조합신호에서 제외한다.

상기 감온안료(130)의 정상여부 판단은 온도센서(120)에 대해서도 유사하게 적용되어 위 실시예와 유사하게 수배전반 정상여부를 판단할 수 있다.

도 8에 도시된 바와 같이, 온도센서 및/또는 초음파센서의 고장 여부 판단 구성은, 각각의 센서에서 발생되는 신호로부터 발생되는 제어신호를 발생하는 제어신호발생부(70)와, 상기 제어신호발생부(40)로부터 입력되는 제어신호에 따라 하이레벨 또는 로우레벨로 변환하는 제어신호변환부(80)와, 상기 제어신호변환부(80)로부터 입력되는 신호에 따라 소정칼라로 발광되는 LED 발광부(90)로 이루어질 수 있다. 도 8에서는 3 개의 센서로부터 입력되는 신호를 토대로 고장 여부를 판단하는 구성이 도시되어 있다.

어느 하나의 센서로부터 입력되는 신호를 받은 제어신호발생부(70)로부터 입력되는 제어신호 1의 입력이 온일 경우(센서의 신호가 있을 경우) 제1 제어신호변환부(81)를 통과한 제어신호는 로우신호가 되어 LED 세트(91)에서 제어신호변환부(81)와 연결된 LED는 오프되고, 제어신호변환부(81)와 연결되지 않은 LED는 제1 제어신호변환부(81)를 통하지 않고 제어신호발생부(70)로부터 직접 온 신호를 입력받으므로 소정칼라로 발광된다.

반면, 제어신호 1의 입력이 오프일 경우(센서의 신호가 없을 경우) 제1 제어신호변환부(81)를 통과한 제어신호는 하이신호가 되어 제1 제어신호변환부(81)와 연결된 LED 세트(91)의 LED가 온되고, 제1 제어신호변환부(81)와 연결되지 않은 LED는 제1 제어신호변환부(80)를 통하지 않고 제어신호발생부(70)로부터 직접 오프신호를 입력받으므로 오프된다.

또한, 다른 센서로부터 입력되는 신호를 받은 제어신호발생부(70)로부터 입력되는 제어신호 2의 입력이 ON일 경우(온도센서의 신호가 있을 경우) 제2 제어신호변환부(82)를 통과한 제어신호는 로우신호가 되어 LED 세트(92)에서 제2 제어신호변환부(82)와 연결된 LED는 오프되고, 제2 제어신호변환부(82)와 연결되지 않은 LED는 제2 제어신호변환부(82)를 통하지 않고 제어신호발생부(70)로부터 직접 온 신호를 입력받으므로 발광된다.

반면, 제어신호 2의 입력이 오프일 경우(센서의 신호가 없을 경우) 제2 제어신호변환부(82)를 통과한 제어신호는 하이신호가 되어 LED 세트(92)에서 제2 제어신호변환부(82)와 연결된 LED가 온되고, 제2 제어신호변환부(82)와 연결되지 않은 LED는 제2 제어신호변환부(82)를 통하지 않고 제어신호발생부(70)로부터 직접 오프신호를 입력받으므로 오프된다.

또한, 또 다른 센서로부터 입력되는 신호를 받은 제어신호발생부(70)로부터 입력되는 제어신호 3의 입력이 온일 경우(온도센서의 신호가 있을 경우) 제3 제어신호변환부(83)를 통과한 제어신호는 로우신호가 되어 LED 세트(93)에서 제3 제어신호변환부(83)와 연결된 LED는 오프되고, 제3 제어신호변환부(83)와 연결되지 않은 LED는 제3 제어신호변환부(83)를 통하지 않고 제어신호발생부(70)로부터 직접 온 신호를 입력받으므로 발광된다.

반면, 제어신호 3의 입력이 오프일 경우(센서의 신호가 없을 경우) 제3 제어신호변환부(83)를 통과한 제어신호는 하이신호가 되어 LED 세트(93)에서 제3 제어신호변환부(83)와 연결된 LED가 온되고, 제3 제어신호변환부(83)와 연결되지 않은 LED는 제3 제어신호변환부(83)를 통하지 않고 제어신호발생부(70)로부터 직접 오프신호를 입력받으므로 오프된다.

이와 같이 본 발명은 녹색 LED와 적색 LED를 각각 구성하고, 제어신호발생부(70)로부터 발생된 신호를 제어신호변환부(80)가 입력받되, 녹색 LED는 제어신호변환부(80)를 통하지 않고 직접 입력받도록 하고, 적색 LED는 제어신호변환부(80)를 통해 변환된 신호를 입력받도록 하여, 어느 하나의 LED는 항상 발광되도록 함으로서 복수 개 센서의 상태를 동시에 정확하게 인식할 수 있다.

즉 로우신호가 입력되면 적색 LED가 점등되어 센서가 비정상임을 인식하도록 하고, 하이신호가 입력되면 녹색 LED가 점등되어 센서가 정상임을 인식하도록 하는 것이다.

즉 제어신호발생부(70)에서 오프신호, 즉 센서의 비정상신호가 발생되면, 오프신호는 제어신호변환부(80)를 통해 온 신호로 변환되어 LED 세트(91)에 입력됨으로써 적색 LED가 발광된다. 따라서 제어장치(200)에서는 적색 LED 발광에 의해 온도센서의 비정상을 판단하여 그 센서를 점검하도록 한다.

반면, 제어신호발생부(70)에서 온 신호, 즉 센서의 정상신호가 발생되면, 제어신호변환부(80)를 통해 변환된 오프신호가 적색 LED에 공급되어 발광되지 않고, LED 세트(91)의 녹색 LED에 직접 공급된 온 신호가 녹색 LED를 발광시킨다. 따라서 제어장치(200)에서는 녹색 LED 발광에 의해 그 센서의 정상을 판단한다.

상기 초음파센서를 이용한 다른 실시예에 따른 진단시스템에 대해 설명하면 다음과 같다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따라 아크 및 코로나방전을 예측하기 위해 절연물의 열화를 감지하는 초음파센서를 포함하는 진단시스템의 제어 구성도이다.

다른 실시예에 따른 진단시스템은 도 7에 도시된 바와 같이, 초음파센서(110)는 초음파탐상 센서로 구현될 수 있으며, 졀연부(5)에 초음파를 투사하고, 절연부(5)의 표면 크랙과 내부 결점 등의 절연부 결함을 감지하도록 절연부(5)로부터 반사된 초음파신호를 수신하고, 수신된 초음파신호를 디지털신호로 변환하여 제어장치(200)로 전송함으로써, 제어장치(200)에서 이 검출신호를 통해 절연부의 열화상태를 입체적인 3차원 이미지 형태 등으로 표시하도록 구성될 수 있다.

초음파센서(110)가 절연부(5)에 초음파를 투사하면 절연부(5)의 내부로 침투하여 진행하고, 초음파 진행경로상에 결함이 존재할 경우, 그 결함에 의해 매질의 밀도가 변하는 경계면에서 초음파의 일부가 반향되어 되돌아 오며, 초음파센서(110)의 탐촉자는 상기 반향된 초음파를 수신하고, 수신된 초음파를 전기적 신호로 변환하며, 이 전기적 신호를 검출신호로서 제어장치(200)로 전송하도록 구성된것이다.

상기 절연부(5)는 수배전반 내부 복수 절연부로 구성될 수 있으며, 각각의 절연부(5) 마다 초음파센서(110)가 일대일로 대응되도록 각각 구성되고, 이 초음파센서(110)들이 제어장치(200)에 각각 연결되어 있으므로 각각의 절연부(5)로부터 획득된 검출신호가 제어장치(200)에 전송됨으로써 각각의 졀연부(5)에 대한 열화 상태 모니터링이 수행될 수 있다.

제어장치(200)는 초음파센서(110)로부터 검출신호를 수신하여 디지털화한 후, 절연부(5)에 대한 단층이미지를 생성하며, 생성된 단층이미지를 바탕으로 해당 절연부의 상태정보를 산출한 후 디스플레이하도록 구성될 수 있다.

도 7에 도시된 바와 같이, 제어장치(200)는 통신 인터페이스(210), ADC(디지털신호변환부)(220), 센서구동부(230), 단층 이미지 생성부(240), 절연부상태 진단부(250), 디스플레이(260)를 포함하도록 구성될 수 있다.

통신 인터페이스(210)는 wifi, 인터넷 등 유무선 통신망을 통해 관제서버(300)와 통신 가능하도록 구성되어 제어장치(200)에서 획득되고 산출한 절연부(5)에 대한 각종 정보데이터를 관제서버(300)로 전송하여 대용량의 정보데이터를 저장하고 관리하도록 구성될 수 있다.

디지털신호변환부(220)는 초음파센서(110)로부터 수신된 아날로그 형태의 전기적 신호로 이루어진 검출신호를 디지털화하여 디지털 검출신호로 변환하며, 이러한 디지털 검출신호는 단층이미지 생성부(240)에 제공된다.

단층이미지 생성부(240)는 디지털신호변환부(220)에서 제공되는 디지털 검출신호를 수신하여 해당 절연부(5)에 대한 단층이미지를 생성하며, 생성된 단층 이미지를 절연부상태 진단부(250)에 제공한다.

절연부상태 진단부(250)는 상기 단층이미지 생성부(240)에서 제공된 단층 이미지를 바탕으로 절연부 내/외부 결함정보, 절연부 진행성 퇴화율정보, 절연부 과열 위험성정보 등을를 포함하는 절연부 상태정보를 생성하도록 구성될 수 있다.

즉 절연부상태 진단부(250)는 단층이미지 생성부(240)에서 제공된 단층 이미지를 바탕으로 절연부 내/외부 결함정보를 생성하고 저장하도록 구성되고, 여기서 절연부 내/외부 결함정보는 해당 절연부에 대한 결함위치정보, 결함크기정보 등을 포함할 수 있다.

또한, 절연부상태 진단부(250)는 실시간 또는 소정 주기로 절연부 내/외부 결함정보를 생성하고, 이상징후 분석 알고리즘을 통해 절연부 진행성 퇴화율 정보, 과열 위험가능성 정보를 생성하여 해당 절연부에 대한 이상징후를 파악하도록 구성될 수 있다.

예를 들어, 절연부 상태진단부(250)는 절연부 내/외부 결함정보의 결함크기정보에 대한 시간경과별 변화를 통해 절연부 진행성 퇴화율 정보를 생성하도록 구성되며, 또한, 이 생성된 절연부 진행성 퇴화율을 바탕으로 온도 과열 발생가능 잔여시간정보를 포함하는 과열 위험성정보를 산출하도록 구성될 수 있다.

상기 절연부상태 진단부(250)에서 생성되고 산출된 절연부 단층이미지, 절연부 내/외부 결함정보, 절연부 진행성 퇴화율정보, 절연부 과열 위험성정보는 디스플레이(260)를 통해 표시되어 관리자가 확인할 수 있도록 구성된다.

디스플레이부(260)는 절연부상태 진단부(250)에서 생성된 단층 이미지를 개별적으로 표시할 수 있고, 아울러, 절연부 단층이미지들을 입체적인 3차원 이미지로도 표시할 수 있으며, 이 3차원 이미지 상에 절연부의 결함위치 및 결함크기를 추적하여 강조되게 표현하도록 구성될 수 있다.

또한, 디스플레이(260)는 절연부상태 진단부(250)에서 산출된 절연부 진행성 퇴화율 정보, 절연부 과열 위험성 정보를 표시할 수 있다.

관제서버(300)는 상기 제어장치(200)로부터 디지털화된 검출신호, 절연부 단층이미지, 절연부 내/외부 결함정보, 절연부 진행성 퇴화율 정보, 절연부 과열 위험성 정보를 실시간 또는 소정 주기별로 수집하여 저장하고 관리하도록 구성된다. 즉, 제어장치(200)가 복수의 절연부(5) 마다 구성된 각 초음파센서(110)로부터 검출신호들을 수신하고, 이 검출신호들로부터 각종 절연부들 마다의 절연부 상태정보를 생성하고 산출하므로, 제어장치(200)에서 처리되는 방대한 모든 정보를 관제서버(300)에서 수집하고 저장관리하도록 함으로써, 데이터 저장 및 처리속도 등에서 효율적인 운용이 가능하다.

또한, 관제서버(300)는 모바일 웹사이트를 제공할 수 있으며, 이 모바일 웹사이트에 접속된 모바일 단말에 제어장치(200)의 디스플레이(260)에서 표시되는 절연부 단층이미지, 절연부 내/외부 결함정보, 절연부 진행성 퇴화율 정보, 절연부 과열 위험성 정보 등의 각종 정보를 제공하여, 관리자가 제어장치(020)를 통해서 뿐 아니라, 스마트폰, 태블릿 PC와 같은 모바일단말을 통해 원격에서도 절연부에 대한 각종 정보를 확인가능하도록 구성될 수 있다.

상기 초음파센서를 이용한 또 다른 실시예에 따른 진단시스템에 대해 설명하면 다음과 같다.

도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 아크 및 코로나방전을 예측하기 위해 절연물의 열화를 감지하는 초음파센서를 포함하는 진단시스템의 제어 구성도이다.

또 다른 실시예로써, 진단시스템은 제어장치(200), 모드발생용 필름(7), 레이저 발생기(110), 음향방출센서(30), 음향방출측정기(36), 오실로스코프(37) 등을 포함하여 구성될 수 있다.

모드발생용 필름(7)은 예를 들어, 부스바(1)의 절연부(5) 이외의 부분에 부착되며, 복수개의 홈(8)이 일정 간격으로 형성된다. 상기 모드발생용 필름(7)은 원하는 초음파 모드를 발생시키는 작용을 한다.

상기 레이저 발생기(110)는 상기 오실로스코프(37)와 전기적으로 연결되며, 상기 모드발생용 필름(7)에 레이저를 조사하여 부스바 내부에 유도 초음파를 발생시킨다.

상기 음향방출센서(30)는 공지의 AE 센서(Acoustic Emission sensor)를 이용하여 구성될 수 있다. 상기 음향방출센서(30)는 부스바(1) 중 상기 절연부(5)를 기준으로 모드발생용 필름(7)의 반대편에 설치되어 상기 부스바(1)내에서 발생한 유도 초음파를 수신한다.

한편, 상기 음향방출센서(30)가 수신하는 초음파 신호는 매우 약하기 때문에 상기 음향방출센서(30)와 음향방출측정기(36) 사이에 증폭기(35)가 구성될 수 있다.

상기 음향방출측정기(36)는 음향방출센서(30) 및 오실로스코프(37)와 전기적으로 연결되어 음향방출센서(30)에서 수신한 음향을 측정하고, 이를 오실로스코프(37)를 통해 제어장치(200)로 전송한다.

상기 제어장치(200)는 상기 오실로스코프(37)와 연결되어 상기 오실로스코프(37)를 통해 전송되는 신호를 분석하여 절연부(5)의 결함 여부를 판정한다.

보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

상기 레이저 발생기(110)에서 방출된 레이저 빔은 모드발생용 필름(7)에 조사되고, 모드발생용 필름(7)을 통해서 부스바(1)에 원하는 모드의 유도 초음파가 발생하게 된다.

발생된 유도 초음파는 부스바(1)의 절연부(5)를 거쳐 음향방출센서(30)에 수신된다. 이때, 도 8에 도시한 바와 같이 절연부(5)에 홈과 같은 결함(6)이 있으면 이 결함(6) 부분에 의해 초음파의 속도와 주파수, 에너지 등에 변화가 발생하게 된다.

상기 음향방출센서(30)에서 수신된 초음파는 증폭기(35)를 통해서 증폭된 후, 음향방출측정기(36)로 입력된다.

상기 음향방출측정기(36)는 입력된 신호를 측정하여 초음파의 속도 및/또는 주파수, 에너지 등을 분석한 후 오실로스코프(37)로 전송한다.

따라서 제어장치(200)는 오실로스코프(37)에 의해 출력된 파형을 전송받아 상기 제어장치(200)에 데이터베이스화되어 있는 부스바(1)의 재질과 절연부에 따른 레이저 유도 초음파의 전파 속도, 및/또는 부스바(1)의 재질과 절연부에 따른 주파수 성분 변화 및 모드 변화, 에너지 변화 등의 데이터와 비교하여 결함 여부를 판단한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 관해서 설명하였으나, 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 물론이다.

따라서 본 발명의 권리범위는 상술한 실시 예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시 예로 구현될 수 있다. 그리고 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.

아크 및 코로나 방전에 대한 스마트 감시가 가능한 수배전반 자가진단 시스템을 구현하기 위한 실시예가 기술되었다. 위에 기술된 실시예는 본원발명에 기술되는 원리를 나타내는 많은 구체적 실시예중에서 일부 실시예를 예시하는 것이다. 따라서 본원발명의 실시예를 이용함에 따라 당업자들이 본원발명 의 청구항에 의해 정의된 범위내에서 많은 다른 배열들을 쉽게 구현해낼 수 있을 것이다.

1 : 부스바 5 : 절연부
30 : 음향방출센서 35 : 증폭기
36 : 음향방출측정기 80 : 제어신호변환부
90 : LED 세트 100 : 센서모듈
110 : 초음파센서 120 : 온도센서
130 : 감온안료 200 : 제어장치
300 : 원격관제서버 400 : 솔레노이드 구동부
500 : 솔레노이드 600 : 수배전반 상부커버

Claims (7)

1. 수배전반의 내부 아크 및 코로나방전을 감지하는 초음파센서;
   수배전반의 내부온도를 복수 개 구역에서 감지하는 온도센서;
   수배전반의 내부온도 변화에 따라 변색되도록 복수 개 구역에 구성되되, 복수 개 구역에 설치된 온도센서에 인접하여 각각 구성되는 감온안료;로 구성된 센서부;
   상기 감온안료는 일단 수배전반의 내부온도가 정상온도를 벗어난 상태에서 단시간에 회복되지 않을 경우에는 수배전반의 특성상 관리자가 점검 조치를 취하는 것이 필요함을 감안하여 온도변화에 따라 색상이 비가역적으로 변하는 비가역성 감온안료를 포함하는 적어도 하나 이상의 스티커로 형성되어 온도센서가 설치된 구역에 인접한 수배전반의 외면에 각각 구성됨;
   상기 초음파센서는 절연부 이외의 부분에 부착되며, 복수개의 홈이 일정 간격으로 형성되어, 원하는 초음파 모드를 발생시키는 모드발생용 필름; 오실로스코프와 전기적으로 연결되며, 상기 모드발생용 필름에 레이저를 조사하여 절연부 내부에 유도 초음파를 발생시키는 레이저 발생기; 상기 절연부를 기준으로 모드발생용 필름의 반대편에 설치되어 상기 절연부내에서 발생한 유도 초음파를 수신하는 음향방출센서; 상기 음향방출센서 및 오실로스코프와 전기적으로 연결되어 상기 음향방출센서에서 수신한 음향을 측정하고, 이를 오실로스코프를 통해 제어장치로 전송되도록 하는 음향방출측정기; 및 상기 음향방출측정기로부터 전송되는 음향을 제어장치로 전송하는 오실로스코프;로 구성됨;
   상기 감온안료의 색상을 촬영하는 촬영수단;
   상기 초음파센서에 의한 아크 및 코로나방전신호, 온도센서에 의한 온도신호, 촬영수단에 의한 영상신호를 모두 입력받아 수배전반의 아크 및 코로나방전 및 온도를 판단하고, 그 판단결과에 따라 수배전반의 동작을 제어하는 제어장치;
   상기 제어장치는 상기 초음파센서로부터 수신된 아날로그 형태의 전기적 신호로 이루어진 검출신호를 디지털화하여 디지털 검출신호로 변환하는 디지털신호변환부;상기 디지털신호변환부에서 제공되는 디지털 검출신호를 수신하여 해당 절연부에 대한 단층이미지를 생성하는 단층이미지 생성부; 상기 단층이미지 생성부에서 제공된 단층 이미지를 바탕으로 절연부 내/외부 결함정보, 절연부 진행성 퇴화율정보, 절연부 과열 위험성정보를 포함하는 절연부 상태정보를 생성하는 절연부상태 진단부; 및 상기 절연부상태 진단부에서 생성되고 산출된 절연부 단층이미지, 절연부 내/외부 결함정보, 절연부 진행성 퇴화율정보, 절연부 과열 위험성정보를 표시하는 디스플레이;로 구성됨; 및
   상기 초음파센서에 의한 아크 및 코로나방전신호, 온도센서에 의한 온도신호, 촬영수단에 의한 영상신호를 상기 제어장치와 공유하며, 그 판단결과에 따라 수배전반의 동작을 원격 제어하는 원격관제서버;로 이루어지고,
   상기 제어장치 및 원격관제서버는
   상기 온도센서는 수배전반의 내부에 설치되어 내부온도에 직접 영향을 받고, 감온안료는 수배전반의 외면에 설치되어 온도센서에 비해 내부온도에 영향을 덜 받는 것을 감안하여, 감온안료의 색상에 따른 온도값에 소정온도값을 더한 온도값과 온도센서에 의해 감지되는 온도값을 서로 부합시켜 온도센서와 감온안료의 구성 위치가 다름에 따라 발생할 수 있는 판단 오류를 방지하고,
   상기 감온안료를 촬영하는 카메라의 영상신호를 토대로 감온안료의 손상여부를 판단하고, 그 판단결과를 절연물 열화신호, 온도신호 및 감온안료의 색상신호를 조합하여 수배전반의 이상여부를 판단하는 동작에 반영하고,
   상기 감온안료의 색상에 따른 온도값과 온도센서에 의한 온도값의 일치 여부를 판단하여, 일치할 경우에는 감온안료의 손상이 없는 것으로 판단하되, 감온안료가 온도센서와 각각 대응하도록 구성되어 있음을 감안하여 4 개의 감온안료에 의해 감지되는 온도값의 평균 온도값과 4 개의 온도센서에 의해 감지되는 온도값의 평균 온도값을 서로 대응하여 판단하며,
   상기 감온안료의 색상에 따른 온도값과 온도센서에 의한 온도값이 일치하지 않을 경우에는 감온안료의 손상으로 판단하여 감온안료의 색상에 따른 온도값을 초음파센서에 의한 아크 및 코로나방전신호 및 온도센서에 의한 온도값과 조합하지 않는 것을 특징으로 하는 아크 및 코로나방전에 대한 스마트 감시가 가능한 수배전반 자가진단 시스템.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 센서부, 제어장치 및 원격 관제서버는 유무선으로 네트워킹되고, 원격 관제서버는 관리자 단말기이며, 상기 제어장치 및 원격 관제서버는 상기 센서부에 의한 감지신호를 처리한 데이터를 서로 공유하여 수배전반에 대한 상시적인 관리가 가능한 것을 특징으로 하는 아크 및 코로나방전에 대한 스마트 감시가 가능한 수배전반 자가진단 시스템.
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