KR20190032948A - 볼트 결합 부위 이상 진단 시스템 - Google Patents

볼트 결합 부위 이상 진단 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 볼트 결합 부위 이상 진단 시스템에 관한 것으로, 철제 구조물의 배관, 판넬 부스바의 배관 볼트 결합 부위에서, 터미널 단자/볼트 결합 부위를 케이블과 연결되고, 케이블과 일정 거리 이격된 코일에 흐르는 전류를 측정하는 비접촉식 전류 감지 홀 센서와, 상기 비접촉식 전류 감지 홀 센서에서 측정된 전류값을 신호취득 전송기를 통해 모니터링 시스템으로 전송하고, 상기 센서에서 측정된 전류값을 분석하여 최초 볼트 결합시 측정된 전류값과 비교하여 배관의 볼트 결합 부위의 이상을 판별하는 모니터링 시스템을 개발하여 트립, 시그널 단자의 접촉 불량을 사전에 감지하여 설비의 신뢰성을 향상시키기 위한, 볼트 결합 부위 이상 진단 시스템을 제공한다.

Description

볼트 결합 부위 이상 진단 시스템{Abnormal condition diagnosis system of bolt combination portion}
본 발명은 볼트 결합 부위 이상 진단 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 철제 구조물의 배관, 판넬 부스바의 배관 볼트 결합 부위에서, 터미널 단자/볼트 결합 부위를 케이블과 연결되고, 케이블과 일정 거리 이격된 코일에 흐르는 전류를 측정하는 비접촉식 전류 감지 홀 센서와, 상기 센서에서 측정된 전류값을 신호취득 전송기를 통해 모니터링 시스템으로 전송하고, 상기 센서에서 측정된 전류값을 분석하여 최초 볼트 결합시 측정된 전류값과 비교하여 배관의 볼트 결합 부위의 이상을 판별하는 모니터링 시스템을 개발하여 트립, 시그널 단자의 접촉 불량을 사전에 감지하여 설비의 신뢰성을 향상시키기 위한, 볼트 결합 부위 이상 진단 시스템에 관한 것이다.
변류기(CT, Current Transformer)는 임의의 전류(대)에 대해 비례하는 전류(소)로 변성하는 기기이다.
1차측에 대전류가 흐르면, Ampere의 오른손 법칙에 의해 자계가 발생한다. 이때 발생한 자속(Φ)은 철심(core)를 통해 이동한다.
도 1은 변류기(CT)의 원리를 나타낸 도면이다.
2차측에 감긴 코일(권선)에 이동한 자속(magnetic flux)이 쇄교하면서 기전력(E)이 유도된다. 기전력의 크기는
Figure pat00001
패러데이의 전자유도 법칙(Faraday's law)를 사용하고, 방향은 렌츠의 법치에 의해 정해진다. 즉 자속의 변화를 상쇄하는 방향으로 자속 및 기전력이 발생하고 그에 따라 2차 전류가 흐른다. 1차 전류에 의해 발생하는 자속과 2차 전류에 의해 발생하는 자속은 서로 방향이 다르므로 상쇄되어 철심에 여자 전류를 위한 자속 정도만 흐른다.
1,2차 전류(I1, I2)는 권선비(Turn 수)에 반비례하며,
Figure pat00002
식에 의해 계산한다. 대부분 2차 전류(I2)는 계측기 및 계전기 정격 전류 인 5A이며, 최근 디지털용으로 0.1A, 1A용 변류기가 많이 생산된다.
이와 관련된 선행기술로써, 특허 등록번호 10-17595980000에서는 "변류기 2차 회로 개방 감지 기능을 갖는 디지털 계전기"가 공개되어 있다.
변류기 2차 회로 개방 감지 기능을 갖는 디지털 계전기는, 상기 디지털 계전기 내에 내장되며, 상기 전력용 변류기의 2차 회로의 개방을 감지하기 위해서, 상기 전력용 변류기의 2차 코일 양단에 접속되는 전압 검출 부와, 상기 전력용 변류기의 2차 코일에 병렬로 접속되고 여자 제어신호에 의해 폐로되는 우회 통전용 계전기를 포함하는 2차 회로 전압 검출 회로 부; 및 상기 디지털 계전기 내에 내장되고, 상기 2차 회로 전압 검출 회로 부에 접속되어, 상기 2차 회로 전압 검출 부로부터 제공된 상기 2차 코일 양단의 전압을 설정된 기준 전압 값과 비교하여 상기 2차 회로의 개방 여부를 결정하고, 폐로 위치로 동작하도록, 개방인 것으로 결정된 해당 상(phase)의 상기 전력용 변류기에 병렬로 접속된 상기 우회 통전용 계전기에 상기 여자 제어신호를 출력하는 제어부;를 포함한다.
그러나, 판넬 내 부스바(busbar) 또는 철제 구조물의 주요 배관에서의 볼트 결합 부위가 시간이 지남에 따라 볼트가 풀리는 현상이 나타날 수 있다. 통전이 되는 부스바(busbar)의 경우 볼트 결합 부위 이상 시 열이나 주파수 왜곡이 일어나는 것을 사전에 감지하여 사고를 예방해야 하며, 철제 구조물의 주요 배관에서의 볼트 결합 부위가 풀리거나 느슨해 지는 것을 사전에 감지하여 사고를 예방해야 한다.
기존에는 철제 구조물의 배관에서의 볼트 결합 부위, 판넬 부스바의 배관 볼트 결합 부위에서 시그널 단자의 접촉 불량을 사전에 감지하지 못하여 설비 점검시에 일일이 점검해야 했다.
특허 등록번호 10-17595980000 (등록일자 2017년 07월 13일), "변류기 2차 회로 개방 감지 기능을 갖는 디지털 계전기", 엘에스산전 주식회사
종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 철제 구조물의 배관, 판넬 부스바의 배관 볼트 결합 부위에서, 터미널 단자/볼트 결합 부위를 케이블과 연결되고, 케이블과 일정 거리 이격된 코일에 흐르는 전류를 측정하는 비접촉식 전류 감지 홀 센서와, 상기 센서에서 측정된 전류값을 신호취득 전송기를 통해 모니터링 시스템으로 전송하고, 상기 센서에서 측정된 전류값을 분석하여 최초 볼트 결합시 측정된 전류값과 비교하여 배관의 볼트 결합 부위의 이상을 판별하는 모니터링 시스템을 개발하여 트립, 시그널 단자의 접촉 불량을 사전에 감지하여 설비의 신뢰성을 향상시키기 위한, 볼트 결합 부위 이상 진단 시스템을 제공한다.
본 발명의 목적을 달성하기 위해, 제1 실시예(전기식)에 따른 볼트 결합 부위 이상 진단 시스템은 철제 구조물의 배관, 판넬 부스바의 배관의 볼트 결합 부위에서, 터미널 단자/볼트 결합부와 연결된 케이블; 상기 케이블과 비접촉되고 일정 거리 이격된 코일에 흐르는 전류를 측정하는 비접촉식 전류 감지 홀 센서; 상기 비접촉식 전류 감지 홀 센서에 의해 측정된 전류값을 취득하여 이를 모니터링 시스템으로 전송하는 신호취득 전송기; 및 상기 신호취득 전송기로부터 전송된 상기 비접촉식 전류 감지 홀 센서에서 측정된 전류값을 분석하여 최초 볼트 결합시 측정된 전류값과 비교하여 그 전류값의 이상을 판별하여 배관의 볼트 결합 부위의 이상을 판별하는 모니터링 시스템을 포함한다.
또한, 제2 실시예(기계식)에 따른 볼트 결합 부위 이상 진단 시스템은
철제 구조물의 배관 부위, 판넬 부스바의 주요 배관의 볼트 결합 부위에서 도넛 형태의 코일이 감겨진 토로이드(Gapped Toroid)와, 비접촉식 전류 감지 홀 센서로 사용되는 상기 코일이 감겨진 토로이드 도넛 형태의 일측면(C 형태의 일측면)에 구비된 신호취득 전송기와, 상기 신호취득 전송기로부터 전송된 상기 비접촉식 전류 감지 홀 센서에서 나오는 전류값을 분석하여 최초 볼트 결합시 측정된 전류값과 비교하여 그 전류값의 이상을 판별하여 볼트 결합 부위의 이상을 판별하는 모니터링 시스템을 포함한다.
상기 신호취득 전송기는 Hall IC를 사용하며, 상기 Hall IC는 오랜 시일이 지나 시간 경과후 철제 구조물 또는 판넬 부스바의 주요 배관의 볼트 결합 부위에서 볼트가 풀려 헐거워지면 최초 결합시보다 볼트 결합 부위의 접촉 저항(R)이 조금 커지고, 와셔 개념으로 볼트/너트 사이의 전류값(I)을 측정하고, 접촉 저항(R)에 의해 전압(Vo)이 측정되어 상기 모니터링 시스템으로 전송된다.
상기 모니터링 시스템은 상기 신호취득 전송기와 연결되며, 이상 신호 분석 소프트웨어 알고리즘을 포함하며, 최초 볼트 결합 부위에서, 시간이 경과하여 볼트가 헐거워지면 최초 볼트 결합시 측정된 전류값보다 전류값이 작아지고 볼트 결합 부위 접촉 저항은 조금 커지며,
볼트 결합 부위에서 비접촉식 전류 감지 홀 센서에 의해 측정된 전류값을 분석하여 최초 볼트 결합시에 기 측정된 전류값보다 낮은 전류값이면, 볼트 결합 부위의 이상 상태로 판단하여 볼트 결합 부위의 이상 진단 정보를 컴퓨터의 모니터링 시스템 또는 스마트폰으로 전송하여 출력한다.
본 발명에 따른 볼트 결합 부위 이상 진단 시스템은 철제 구조물의 배관, 판넬 부스바의 배관 볼트 결합 부위에서, 터미널 단자/볼트 결합 부위를 케이블과 연결되고, 케이블과 일정 거리 이격된 코일에 흐르는 전류를 측정하는 비접촉식 전류 감지 홀 센서와, 상기 센서에서 나오는 전류값을 신호취득 전송기를 통해 모니터링 시스템으로 전송하고, 상기 센서에서 나오는 전류값을 분석하여 최초 볼트 결합시 측정된 전류값과 비교하여 볼트 결합 부위와 접합 부위의 이상을 판별하는 모니터링 시스템을 개발하여 트립, 시그널 단자의 접촉 불량을 사전에 감지하여 설비의 신뢰성을 향상시키는 효과가 있다.
도 1은 변류기(CT, Current Transformer)의 원리를 나타낸 도면이다.
도 2는 CT 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 주요 볼트 결합 부위 이상 진단 시스템 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 볼트 결합 부위 이상 진단 시스템이 적용된 판넬 내 부스바(busbar), 철제 구조물의 배관 볼트 결합 부위를 나타낸 사진이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 발명의 구성 및 동작을 상세하게 설명한다.
도 2는 주요 배관의 볼트 결합 부위에서 CT(Current Transformer) 원리를 설명하기 위한 도면이다.
철제 구조물의 배관 부위, 판넬 부스바의 배관 부위 볼트 결합 부위에서 도넛 형태의 코일이 감겨진 토로이드(Gapped Toroid)와 비접촉식 전류 감지 홀 센서를 구비하며, 도넛 형태의 일측면(C 형태의 일측면)에 구비된 신호취득 전송기는 Hall IC를 구비하며, Hall IC는 오랜 시일이 경과후 철제 구조물 또는 판넬 부스바의 주요 배관의 볼트 결합 부위에서 볼트가 풀려 헐거워지면 볼트 결합 부위의 접촉 저항(R)이 조금 커지고, 와셔 개념으로 볼트/너트 사이의 전류값(I)을 측정하여 모니터링 시스템으로 전송된다.
측정 방식은 전기식 또는 기계식을 사용하여 전류값(I)이 측정된다.
도넛 형태의 일측면(C 형태의 일측면)에 구비된 신호취득 전송기는 Hall IC를 사용하며, Hall IC는 오랜 시일이 경과후 철제 구조물 또는 판넬 부스바의 주요 배관의 볼트 결합 부위에서 볼트가 풀려 헐거워지면, 볼트 결합 부위의 접촉 저항(R)이 조금 커지고, 와셔 개념으로 볼트/너트 사이의 낮아진 전류값(I)을 측정ㅎ한다.
저 전류가 통전되는 부분의 볼트 결합 부위는 이상 여부를 판별하기 위해 온도/주파수/열을 감지하기 보다는 비접촉식 전류 감지 홀 센서에 의한 전류값의 이상 유무를 판별한다.
예를들면, 오랜 시일이 경과후 철제 구조물 또는 판넬 부스바의 주요 배관의 볼트 부위 볼트가 풀려 헐거워지면, 증폭 회로에서, 볼트 결합 부위 접촉 저항이 증가하게 되고, 실제 보다 높은 전압 값을 출력하며 실제 코일에 흐르는 전류값이 변화량이 발생한다.
도 3은 본 발명에 따른 주요 볼트 결합 부위 이상 진단 시스템 구성도이다.
볼트 결합 부위 이상 진단 시스템은 철제 구조물의 배관, 판넬 부스바의 배관 볼트 결합 부위에서, 터미널 단자/볼트 결합부(40)와 연결된 케이블(30)과, 상기 케이블(30)과 비접촉되고 일정 거리 이격된 코일에 흐르는 전류를 측정하는 비접촉식 전류 감지 홀 센서(70)와, 상기 비접촉식 전류 감지 홀 센서(70)에 의해 측정된 전류값을 취득하여 이를 모니터링 시스템(10)으로 전송하는 신호취득 전송기(20)와, 상기 신호취득 전송기(20)로부터 전송된 상기 비접촉식 전류 감지 홀 센서(70)에서 나오는 전류값을 분석하여 최초 볼트 결합시 측정된 전류값과 비교하여 그 전류값의 이상을 판별하여 볼트 결합 부위의 이상을 판별하는 모니터링 시스템(10)을 포함하며,
트립, 시그널 단자의 접촉 불량을 사전에 감지하여 해당 설비를 점검하기 위한 것을 특징으로 한다.
상기 모니터링 시스템(10)은 상기 신호취득 전송기(20)와 연결되며, 이상 신호 분석 소프트웨어 알고리즘을 포함하며,
최초 볼트 결합 부위에서, 오랫동안 시간이 경과하여 볼트가 헐거워지면 최초 볼트 결합시 측정된 전류값보다 전류값이 작아지고 볼트 결합 부위 접촉 저항은 조금 커지며,
볼트 결합 부위에서 비접촉식 전류 감지 홀 센서에 의해 측정된 전류값을 분석하여 최초 볼트 결합시에 기 측정된 전류값보다 낮은 전류값이면, 볼트 결합 부위의 이상 상태로 판단하여 볼트 결합 부위의 이상 진단 정보를 컴퓨터의 모니터링 시스템 또는 스마트폰으로 전송하여 출력한다.
제1 실시예(전기식)에 따른 볼트 결합 부위 이상 진단 시스템은 철제 구조물의 배관, 판넬 부스바의 배관의 볼트 결합 부위에서, 터미널 단자/볼트 결합부(40)와 연결된 케이블(30); 상기 케이블(30)과 비접촉되고 일정 거리 이격된 코일에 흐르는 전류를 측정하는 비접촉식 전류 감지 홀 센서(70); 상기 비접촉식 전류 감지 홀 센서(70)에 의해 측정된 전류값을 취득하여 이를 모니터링 시스템(10)으로 전송하는 신호취득 전송기(20); 및 상기 신호취득 전송기(20)로부터 전송된 상기 비접촉식 전류 감지 홀 센서(70)에서 측정된 전류값을 분석하여 최초 볼트 결합시 측정된 전류값과 비교하여 그 전류값의 이상을 판별하여 배관의 볼트 결합 부위의 이상을 판별하는 모니터링 시스템(10)을 포함한다.
볼트 결합 부위에 (+),(-) 양 단자를 결합하고, 이에 의해 저항값이 측정하거나 또는 소형 전압계 회로를 구성하여 전압을 측정한다. 비접촉식 전류 감지 홀 센서(70)는 전류값을 측정한다.
또한, 제2 실시예(기계식)에 따른 볼트 결합 부위 이상 진단 시스템은
철제 구조물의 배관 부위, 판넬 부스바의 주요 배관의 볼트 결합 부위에서 도넛 형태의 코일이 감겨진 토로이드(Gapped Toroid)와, 비접촉식 전류 감지 홀 센서로 사용되는 상기 코일이 감겨진 토로이드 도넛 형태의 일측면(C 형태의 일측면)에 구비된 신호취득 전송기와, 상기 신호취득 전송기로부터 전송된 상기 비접촉식 전류 감지 홀 센서에서 나오는 전류값을 분석하여 최초 볼트 결합시 측정된 전류값과 비교하여 그 전류값의 이상을 판별하여 배관의 볼트 결합 부위의 이상을 판별하는 모니터링 시스템을 포함한다.
상기 신호취득 전송기는 Hall IC를 사용하며, 상기 Hall IC는 오랜 시일이 지나 시간 경과후 철제 구조물 또는 판넬 부스바의 주요 배관의 볼트 결합 부위에서 볼트가 풀려 헐거워지면 최초 결합시보다 볼트 결합 부위의 접촉 저항(R)이 조금 커지고, 와셔 개념으로 볼트/너트 사이의 전류값(I)을 측정하여 상기 모니터링 시스템으로 전송된다.
상기 모니터링 시스템은 상기 신호취득 전송기와 연결되며, 이상 신호 분석 소프트웨어 알고리즘을 포함하며, 최초 볼트 결합 부위에서, 시간이 경과하여 볼트가 헐거워지면 최초 볼트 결합시 측정된 전류값보다 전류값이 작아지고 볼트 결합 부위 접촉 저항은 조금 커지며,
볼트 결합 부위에서 비접촉식 전류 감지 홀 센서에 의해 측정된 전류값을 모니터링 시스템에서 분석하여 최초 볼트 결합시에 기 측정된 전류값보다 낮은 전류값이면, 배관 볼트 결합 부위의 이상 상태로 판단하여 배관의 볼트 결합 부위의 이상 진단 정보를 컴퓨터의 모니터링 시스템 또는 스마트폰으로 전송하여 출력한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 볼트 결합 부위 이상 진단 시스템이 적용된 판넬 내 부스바(busbar), 철제 구조물의 배관 볼트 결합 부위를 나타낸 사진이다.
판넬 내 부스바(busbar) 또는 철제 구조물의 주요 배관에서의 볼트 결합 부위가 시간이 지남에 따라 볼트가 풀리는 현상이 나타날 수 있다. 통전이 되는 부스바(busbar)의 경우 볼트 결합 부위 이상 시 열이나 주파수 왜곡이 일어나는 것을 사전에 감지하여 사고를 예방해야 하며, 철제 구조물의 주요 배관에서의 볼트 결합 부위가 풀리거나 느슨해 지는 것을 사전에 감지하여 사고를 예방해야 한다.
[감지 방식]
통전되는 금속체의 경우, 이상 발생장소에 열이나 주파수가 왜곡될 수 있으므로 이를 감지할 수 있는 센서를 부착하여 감지한다.
통전되지 않는 배관의 경우, 이상 부위에 저항값이 왜곡될 수 있으므로 이를 감지할 수 있는 센서를 부착하여 감지한다.
센서는 비접촉식 전류 감지 홀 센서를 사용한다.
[개발 과제]
* 센서에 의해 감지된 데이터(열, 주파수, 저항값 등)를 판별할 수 있는 소프트웨어 알고리즘을 모니터링 시스템에서 사용한다.
* 판넬 내부 볼트 결합부위 및 배관 결합부위에도 장착할 수 있는 센서를 사용하며, 기존 설비에 부착할 수 있도록 소형화 및 모듈화가 필요하다.
* 각 센서 신호를 받아서 알람 신호를 전송할 제어기를 개발하였다.
센서는 비접촉식 전류 감지 홀 센서를 사용한다.
제어기는 모니터링 시스템과 신호취득 전송기를 포함한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자가 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10: 모니터링 시스템
20: 신호 취득 전송기
30: 케이블
40: 터미널 단자/볼트 결합부
70: 비접촉식 전류 감지 홀 센서

Claims (4)

  1. 철제 구조물의 배관, 판넬 부스바의 배관의 볼트 결합 부위에서, 터미널 단자/볼트 결합부와 연결된 케이블;
    상기 케이블과 비접촉되며 일정 거리 이격된 코일에 흐르는 전류를 측정하는 비접촉식 전류 감지 홀 센서;
    상기 비접촉식 전류 감지 홀 센서에 의해 측정된 전류값을 취득하여 이를 모니터링 시스템으로 전송하는 신호취득 전송기; 및
    상기 신호취득 전송기로부터 전송된 상기 비접촉식 전류 감지 홀 센서에서 나오는 전류값을 분석하여 최초 볼트 결합시 측정된 전류값과 비교하여 그 전류값의 이상을 판별하여 배관의 볼트 결합 부위의 이상을 판별하는 모니터링 시스템을 포함하는, 볼트 결합 부위 이상 진단 시스템.
  2. 철제 구조물의 배관 부위, 판넬 부스바의 주요 배관의 볼트 결합 부위에서 도넛 형태의 코일이 감겨진 토로이드(Gapped Toroid)와,
    비접촉식 전류 감지 홀 센서로 사용되는 상기 코일이 감겨진 토로이드 도넛 형태의 일측면(C 형태의 일측면)에 구비된 신호취득 전송기와,
    상기 신호취득 전송기로부터 전송된 상기 비접촉식 전류 감지 홀 센서에서 나오는 전류값을 분석하여 최초 볼트 결합시 측정된 전류값과 비교하여 그 전류값의 이상을 판별하여 볼트 결합 부위의 이상을 판별하는 모니터링 시스템을 포함하는, 볼트 결합 부위 이상 진단 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 신호취득 전송기는 Hall IC를 사용하며, 상기 Hall IC는 오랜 시일이 지나 시간 경과후 철제 구조물 또는 판넬 부스바의 주요 배관의 볼트 결합 부위에서 볼트가 풀려 헐거워지면 최초 결합시보다 볼트 결합 부위의 접촉 저항(R)이 조금 커지고, 와셔 개념으로 볼트/너트 사이의 전류값(I)을 측정하여 상기 모니터링 시스템으로 전송되는, 볼트 결합 부위 이상 진단 시스템.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 모니터링 시스템은 상기 신호취득 전송기와 연결되며, 이상 신호 분석 소프트웨어 알고리즘을 포함하며,
    최초 볼트 결합 부위에서, 시간이 경과하여 볼트가 헐거워지면 최초 볼트 결합시 측정된 전류값보다 전류값이 작아지고 볼트 결합 부위 접촉 저항은 조금 커지며,
    볼트 결합 부위에서 비접촉식 전류 감지 홀 센서에 의해 측정된 전류값을 분석하여 최초 볼트 결합시에 기 측정된 전류값보다 낮은 전류값이면, 배관 볼트 결합부의의 이상 상태로 판단하여 배관의 볼트 결합 부위의 이상 진단 정보를 컴퓨터의 모니터링 시스템 또는 스마트폰으로 전송하여 출력하는, 볼트 결합 부위 이상 진단 시스템.
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