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KR101824718B1 - 지능형 통합 사전 전기재해 분석 및 안전 자가진단기능이 내장된 원격 자동제어감시반 - Google Patents

지능형 통합 사전 전기재해 분석 및 안전 자가진단기능이 내장된 원격 자동제어감시반 Download PDF

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KR101824718B1
KR101824718B1 KR1020170082031A KR20170082031A KR101824718B1 KR 101824718 B1 KR101824718 B1 KR 101824718B1 KR 1020170082031 A KR1020170082031 A KR 1020170082031A KR 20170082031 A KR20170082031 A KR 20170082031A KR 101824718 B1 KR101824718 B1 KR 101824718B1
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KR
South Korea
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monitoring
automatic control
electric
arc
analysis
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English (en)
Inventor
이성원
Original Assignee
(주)대신피아이씨
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Abstract

본 발명의 지능형 통합 사전 전기재해 분석 및 안전 자가진단기능이 내장된 원격 자동제어감시반에 따르면, 가장 발생빈도가 높은 화재인 전기적 및 기계적 요인으로 인한 화재를 방지하기 위하여 IoT 기술 기반의 전기 안전 감시 시스템을 보급하여, 전기 안전뿐만 아니라 에너지 절감을 위한 기본 인프라로써의 체계 구축 방안을 제시하고자 하는 것이며, 전기의 공급 및 제어를 위해 스위치 및 계기, 각종 릴레이(계전기), 자동 제어용의 조절기, 각종 설정기, 표시기기들을 넣어 관리하고, 전기재해의 원인인 아크와 전기 위험 요소인 누설전류, 과전류 및 합선, 단락, 상/하수처리시설에 설치된 전동기의 불안정성, 3상 불평형 등을 사전에 감지하여 전기적 이상 징후가 발견되면, 즉시 경보 및 통보하여 전기적 이상에 대한 진단 및 복구 조치를 신속히 취할 수 있도록 함으로써 화재를 예방할 수 있도록 하며, 중앙관리서버 및 각 지역 본부와 지사의 원격통합서버를 전국 네트워크로 구성하여 화재 예방을 위해 아크 검출기를 설치한 장소의 아크 발생 여부 및 누전이나 과부하를 24시간 실시간으로 감시하여 아크 발생 즉시, 해당 아크 검출기가 설치된 지역으로 안전 요원을 긴급 출동시켜 전기 이상 원인을 진단, 복구함으로써 전기 화재를 미리 방지할 수 있고, 예상치 못한 관리자의 관리 부주의로 전기 시설의 노화 및 불량으로 인한 정전사태를 사전에 막을 수 있도록 하는 효과가 있다.

Description

지능형 통합 사전 전기재해 분석 및 안전 자가진단기능이 내장된 원격 자동제어감시반{Intelligent Automatic Control Panel Equipped with Self Diagnosis and Safety Functions}
본 발명은 지능형 통합 사전 전기재해 분석 및 안전 자가진단기능이 내장된 원격 자동제어감시반에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기의 공급 및 제어를 위해 스위치 및 계기, 각종 릴레이(계전기), 자동 제어용의 조절기, 각종 설정기, 표시 기기들을 넣어 관리하는 장치로써, 전기재해의 원인인 아크와 스파크 등 전기위험요소인 누설전류, 과전류 및 합선, 전선단락 등으로 대형 빌딩, 상/하수처리시설에 설치된 전동기의 불안정성, 3상 불평형 등을 사전에 감지하여 전기적 이상 징후가 발견되면, 즉시 경보 및 통보하여 전기적 이상에 대한 진단 및 복구 조치를 신속히 취할 수 있도록 함으로써 전기재해를 예방할 수 있도록 한 지능형 통합 사전 전기재해 분석 및 안전 자가진단기능이 내장된 원격 자동제어감시반에 관한 것이다.
일반적으로 알려진 국내의 화재 발생 현황을 보면 매년 3만 건 이상의 화재가 발생하고 그 중 약 30%이상이 전기에 의한 화재로 알려져 있을 만큼 전기 화재가 빈번한 실정이며, 전기화재는 전기취약시설뿐만 아니라, 상/하수처리시설, 전기설비가 노후화 된 재래시장, 대형 빌딩 등 전기를 사용하는 모든 시설에서 발생할 수 있다.
특히 공장이나 대형 쇼핑몰과 같이 전력 사용량이 많은 곳에서 전기 화재가 발생할 경우에는 엄청난 재산 피해와 인명 피해가 초래하기 때문에 항상 화재 예방 시스템이 절실히 요구되어 왔다.
참고로, 2015년도 전기화재 중 배선 및 배선기구에서 발화한 화재가 1,654 건으로 21.3%를 점유하였으며, 다음으로 전기설비에서 발화한 화재로 9.8%인 758 건이 발생하였다.
배선 및 배선기구에서 발화한 1,654 건을 세부적으로 분석하면, 옥내 배선전선에서 419 건(25.3%)으로 가장 많이 발생하였고, 전기기기용 전선/코드에서 330 건(20.0%)이 발생하였으며, 다음으로 배선기구인 콘센트에서 261 건(15.8%)이 발생하였다.
한편, 최근까지도 국내에서는 전기 화재의 주요 원인이 되는 합선이나 누전에 의한 화재 발생을 예방하기 위하여 누전차단기를 설치하는 것이 가장 적극적인 화재 예방 조치였으나, 전기 선로의 경우에는 주로 건축물의 벽체 내부에 은폐되는 경우가 많기 때문에 전기 선로의 합선이나 누전을 완벽하기 예방하기는 곤란한 문제점이 있었다.
또한, 근래에는 합선의 원인이 전기 선로 상에서 발생하는 아크 등에 의한 것임이 알려지면서 아크의 발생 원인이 되는 전기 배선 상의 절연 파괴, 연결 결합, 차단기의 노화 및 불량 등 다양한 원인에 의해 발생하는 아크의 정확한 검출 및 차단에 대한 기술을 바탕으로 하는 화재 예방 안전 시스템이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
따라서 기존 차단기로는 전기재해 원인인 단락이나 접촉 불량 등으로 발생한 아크를 감지할 수 없는 문제점이 있었으며, 전기취약시설, 다중 이용시설 등의 화재발생에 대한 사회적 이슈는 매년 반복되고 있으나 화재발생 이후의 소화기설치, 차단기 설치 등으로 대처하여 근본적인 대책인 예방 방안 수립은 전무한 실정이다.
대한민국 공개특허공보 공개번호 제10-2009-0126488호
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 가장 발생빈도가 높은 화재인 전기적 및 기계적 요인으로 인한 화재를 방지하기 위하여 IoT 기술 기반의 전기 안전 감시 시스템을 보급하여, 전기 안전뿐만 아니라 에너지 절감을 위한 기본 인프라로써의 체계 구축 방안을 제시하고자 하는 것이며, 전기의 공급 및 제어를 위해 스위치 및 계기, 각종 릴레이(계전기), 자동 제어용의 조절기, 각종 설정기, 표시기기들을 넣어 관리하고, 전기재해의 원인인 아크와 전기 위험 요소인 누설전류, 과전류 및 합선, 단락, 상/하수처리시설에 설치된 전동기의 불안정성, 3상 불평형 등을 사전에 감지하여 전기적 이상 징후가 발견되면, 즉시 경보 및 통보하여 전기적 이상에 대한 진단 및 복구 조치를 신속히 취할 수 있도록 함으로써 화재를 예방할 수 있도록 하며, 중앙관리서버 및 각 지역 본부와 지사의 원격통합서버를 전국 네트워크로 구성하여 화재 예방을 위해 아크 검출기를 설치한 장소의 아크 발생 여부 및 누전이나 과부하를 24시간 실시간으로 감시하여 아크 발생 즉시, 해당 아크 검출기가 설치된 지역으로 안전 요원을 긴급 출동시켜 전기 이상 원인을 진단, 복구함으로써 전기 화재를 미리 방지할 수 있고, 예상치 못한 관리자의 관리 부주의로 전기 시설의 차단기 노화 및 불량으로 인한 정전사태를 사전에 막을 수 있도록 하는 지능형 통합 사전 전기재해 분석 및 안전 자가진단기능이 내장된 원격 자동제어감시반을 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 지능형 통합 사전 전기재해 분석 및 안전 자가진단기능이 내장된 원격 자동제어감시반은, 전기의 공급 및 제어를 위해 스위치 및 계기, 각종 릴레이(계전기), 자동 제어용의 조절기, 각종 설정기, 표시 기기들을 넣어 관리하는 장치로써, 대형 빌딩, 상가, 아파트, 학교, 공공건물 및 숙박시설을 포함하는 건축물, 사찰, 재래시장, 문화재 및 한옥을 포함하는 화재취약지구 및 상/하수처리시설, 배수펌프장, 공장을 포함하는 산업현장에 설치되어 전기사용 현황을 실시간으로 모니터링하고, 화재 위험 감지를 체계적으로 분석하여, 이에 따른 모니터링 결과를 중앙관리서버로 전송하여 전기로 인한 각종 재해를 예방하도록 하는 원격 자동제어감시반을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하며; 상기 원격 자동제어감시반은, 누전검출을 하는 회로와, 아크검출 센서와, 과전류검출 센서와, 누설전류검출 센서를 구비하며; 아크, 누전, 과전류에 의한 전기재해 예방과 실시간 전기 사용량 감시를 통한 트랜드 분석이 이루어지며, 수집된 전류 신호를 분석하여 고주파, 고조파, 실효값, 영점지연 및 지속시간에 대한 복합 감시를 통하여 아크 검출을 판단하는 품질분석 및 감시디바이스; 및 상기 품질분석 및 감시디바이스를 통하여 이루어진 전기재해 예방과 실시간 전기 사용량 감시를 통한 트랜드 분석과, 복합 감시를 통하여 아크 검출을 판단한 결과를 수집하여 중앙관리서버로 전달시키는 데이터수집유닛을 포함하여 구성되고; 상기 품질분석 및 감시디바이스는 산업현장에 이용되는 전동기의 3상 불평형으로 인한 수명을 실시간으로 감시하고 예측하여 이에 따른 결과를 중앙관리서버로 통보하는 것을 특징으로 한다.
상기 중앙관리서버는 사용처의 전기품질이 분석된 특징을 원격 자동제어감시반을 통한 모니터링에서 이상 징후 발견 시 관리자단말기로 알림 전송을 하여 방문 조치가 이루어지도록 하는 것으로, 웹기반 운영환경 구축, 회로별 감시 및 경보, 지리 정보 표시 및 연동, 데이터 항목별 통계 및 차트의 조회 검색, 긴급 상황 발생 시 스마트폰 푸시 메시지 전송 서비스, 건물/동별 전기안전 실시간 관제 및 경보 기능 및 보고서 출력을 수행할 수 있다.
상기 품질분석 및 감시디바이스는, 3상 입력에 대한 각상 전압, 전류, 전력, 역률, 주파수, 전류 및 전압 고조파 측정, 각상 및 전체 전력량(적산 전력) 측정, 각상 3상 불평형률 측정, 누설전류 측정이 이루어지고, 경보 및 과전류 상태 및 아크, 스파크, 단락 감시, 누설전류상태 감시가 이루어질 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 지능형 통합 사전 전기재해 분석 및 안전 자가진단기능이 내장된 원격 자동제어감시반에 따르면, 가장 발생빈도가 높은 화재인 전기적 및 기계적 요인으로 인한 화재를 방지하기 위하여 IoT 기술 기반의 전기 안전 감시 시스템을 보급하여, 전기 안전뿐만 아니라 에너지 절감을 위한 기본 인프라로써의 체계 구축 방안을 제시하고자 하는 것이며, 전기의 공급 및 제어를 위해 스위치 및 계기, 각종 릴레이(계전기), 자동 제어용의 조절기, 각종 설정기, 표시기기들을 넣어 관리하고, 전기재해의 원인인 아크와 전기 위험 요소인 누설전류, 과전류 및 합선, 단락 등 상/하수처리시설에 설치된 전동기의 불안정성, 3상 불평형 등을 사전에 감지하여 전기적 이상 징후가 발견되면, 즉시 경보 및 통보하여 전기적 이상에 대한 진단 및 복구 조치를 신속히 취할 수 있도록 함으로써 화재를 예방할 수 있도록 하며, 중앙관리서버 및 각 지역 본부와 지사의 원격통합서버를 전국 네트워크로 구성하여 화재 예방을 위해 아크 검출기를 설치한 장소의 아크 발생 여부 및 누전이나 과부하를 24시간 실시간으로 감시하여 아크 발생 즉시, 해당 아크 검출기가 설치된 지역으로 안전 요원을 긴급 출동시켜 전기 이상 원인을 진단, 복구함으로써 전기 화재를 미리 방지할 수 있고, 예상치 못한 관리자의 관리 부주의로 전기 시설의 차단기 노화 및 불량으로 인한 정전사태를 사전에 막을 수 있도록 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 지능형 통합 사전 전기재해 분석 및 안전 자가진단기능이 내장된 원격 자동제어감시반을 통한 사전 전기재해 분석 및 예측 시스템을 나타낸 블록도이며,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 지능형 통합 사전 전기재해 분석 및 안전 자가진단기능이 내장된 원격 자동제어감시반을 나타낸 예시도이며,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 지능형 통합 사전 전기재해 분석 및 안전 자가진단기능이 내장된 원격 자동제어감시반이 일반 건물에 사용되는 예시도이며,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 지능형 통합 사전 전기재해 분석 및 안전 자가진단기능이 내장된 원격 자동제어감시반이 플랜트 설비에 사용되는 예시도이며,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 지능형 통합 사전 전기재해 분석 및 안전 자가진단기능이 내장된 원격 자동제어감시반이 상/하수처리시설에 사용되는 예시도이며,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 지능형 통합 사전 전기재해 분석 및 안전 자가진단기능이 내장된 원격 자동제어감시반을 이용한 전기안전관리를 통하여 설비 유지 보수 과정을 설명하는 블록도이며,
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 지능형 통합 사전 전기재해 분석 및 안전 자가진단기능이 내장된 원격 자동제어감시반을 이용한 안전관리의 확장을 설명하는 블록도이며,
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 지능형 통합 사전 전기재해 분석 및 안전 자가진단기능이 내장된 원격 자동제어감시반의 내부 구성을 나타낸 예시도이며,
도 9는 아크 발생 시 전압특성을 나타낸 그래프이며,
도 10은 아크 발생 시 전류특성을 나타낸 그래프이며,
도 11 및 도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 지능형 통합 사전 전기재해 분석 및 안전 자가진단기능이 내장된 원격 자동제어감시반을 이용하여 관리되는 설비의 고장 유형 및 관리화면을 나타낸 도면이며,
도 13 및 도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 지능형 통합 사전 전기재해 분석 및 안전 자가진단기능이 내장된 원격 자동제어감시반을 이용하여 관리되는 전동기의 고장 유형 및 관리하면을 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 일실시예에 따른 지능형 통합 사전 전기재해 분석 및 안전 자가진단기능이 내장된 원격 자동제어감시반을 통한 사전 전기재해 분석 및 예측 시스템은 도 1에 나타낸 바와 같이, 원격 자동제어감시반(100), 중앙관리서버(300), 관리자단말기(500) 및 원격통합서버(700)를 포함하여 구성되는 것으로, 원격 자동제어감시반(100)을 통하여 아크 검출, 과부하 방지, 과전류 차단, 단락 감시, 전기 사용량 및 트랜드 모니터링, 전기사용 상태 경보 등을 제공하고, 중앙관리서버(300)에서 원격 자동제어감시반(100)의 모니터링에 따른 이상 징후 발견 시 관리자의 관리자단말기(500)로 출동 지시를 할 수 있으며, 관리자는 원격 자동제어감시반(100)이 설치된 현장을 방문하여, 점검 등 현장에서의 이상 조치를 진행할 수 있도록 한다.
원격 자동제어감시반(100)은 도 2에 나타낸 바와 같이, 밀폐형 덮개가 구비된 함체 형태로 구비되어 전기의 공급 및 제어를 위해 스위치 및 계기, 각종 릴레이(계전기), 자동 제어용의 조절기, 각종 설정기, 표시 기기들을 넣어 관리하는 장치로써, 대형 빌딩, 상가, 아파트, 학교, 공공건물 및 숙박시설을 포함하는 건축물, 사찰, 재래시장, 문화재 및 한옥을 포함하는 화재취약지구 및 상/하수처리시설, 배수펌프장, 공장을 포함하는 산업현장에 설치되어 전기사용 현황을 실시간으로 모니터링하고, 화재 위험 감지 및 경보를 하며, 이에 따른 모니터링 결과를 중앙관리서버(300)로 전송하여 전기로 인한 재해를 예방하도록 한다.
대형 빌딩, 아파트, 학교 등 건축물의 전기재해 분석 및 예측 시스템의 구성은 도 3에 나타낸 바와 같이, 층별, 동별 또는 세대별로 원격 자동제어감시반을 설치하여 분석 및 감시가 이루어질 수 있고, 플랜트 시설, 상/하수처리시설 등에서의 전기재해 분석 및 예측 시스템의 구성은 도 4에 나타낸 바와 같이, 동별, 층별 또는 장비별로 원격 자동제어감시반을 설치하여 감시가 이루어질 수 있고, 전통시장에서의 전기재해 분석 및 예측 시스템의 구성은 점포별로 소규모의 원격 자동제어감시반을 설치하여 감시가 이루어질 수 있고, 야영장, 캠핑장, 휴양림, 관광농원 등에서의 전기재해 분석 및 예측 시스템의 구성은 개별 원격 자동제어감시반을 설치한 후 통합 운영센터를 통해 분석 및 감시가 이루어질 수 있다.
특히, 최근에는 도 5에 나타낸 바와 같이, 스마트 상/하수처리시설(가압장)에 원격 자동제어감시반(100)을 설치하여 감시가 이루어질 수 있도록 하는 것으로, 전동기 등의 설비 관리를 통하여 설비 고장 예측에 의한 설비 수명이 연장되는 등 설비의 건전성 판단이 이루어진다.
그리고 연속 공정의 실시간 품질 이상 예측과 통보, 후 공정 제어를 통한 최상의 전기품질 및 안전감시에 따른 전기안전통합관리 및 화재 예측, 예방이 이루어질 수 있으며, 실시간 전기품질분석 및 설비의 고장위험 요소진단을 통한 전력 및 설비관리가 이루어질 수 있다.
참고로 전기안전관리를 통한 설비 유지 보수의 변화로써 도 6에 나타낸 바와 같이, 1세대는 고장 수리 등의 비계획적이며 돌발적인 보전 활동인 사후정비(BM; Breakdown Maintenance), 개량정비, 및 단순, 강건 설계가 이루어졌고, 2세대는 시간을 기준으로 하여 정기적으로 실행하는 보전활동인 시간기준정비(TBM; Time Based Maintenance)로 점검, 수리 및 교체가 이루어졌고, 업무를 계획하고 조정하기 위한 시스템, 산업 고도화(설비중심)가 이루어졌다.
지금의 제3세대는 장비의 조건에 따라 실행하는 보전활동인 예지정비(CBM; Condition Based Maintenance), 신뢰성 중심 정비(RCM), 정비관리 시스템(CMMS)과 정보시스템, 다기능 인력과 협동작업, 성능기준 자산관리 도입, 정기적인 정비, 교체, 점검 진단, 분석, 트랜드 및 감시 등의 계획적인 보전활동(PM; Preventive Maintenance)이 이루어지고 있으며, 앞으로의 제4세대는 위험기반정비(RBM), 위험기반검사(RBI), 위험기반 수명평가, 신뢰성 중심 정비, 상태기반감시, 정비, 가치보존 자산관리 개념 도입, 전사지원관리ERP) 시스템 통합관리 시작이 이루어질 수 있다.
더 나아가, 도 7에 나타낸 바와 같이 안전 관리의 확장으로써, 설비의 점검 일정, 설비의 운영 상태, EMS 데이터, 전기 안전 상태를 중앙관리서버에서 전달받아 실시간 모니터링을 하고, 전달받은 데이터를 백업하여 빅데이터화 할 수 있다.
상기 원격 자동제어감시반(100)은 도 8에 나타낸 바와 같이, 품질분석 및 감시디바이스(190)와, 제1센서(101), 제2센서(103), 제3센서(105)가 포함된 제1패널(110), 제4센서(107), 제5센서(109), 제6센서(111), 제7센서(113), 제8센서(115)가 포함된 제2패널(130), 각각 복수의 센서가 포함된 제3패널(150)과 제4패널(170), 디스플레이(200) 및 데이터수집유닛(250; DCU)이 포함되어 구성된다.
원격 자동제어감시반(100)을 이루는 품질분석 및 감시디바이스(190) 및 패널의 개수는 용도에 따라 증감될 수 있고, 패널을 이루는 센서들의 개수도 제어를 위한 설비의 개수에 따라 증감될 수 있다.
상기 센서들은 입력 R.S.T 상에 연결되어 각종 전기 설비의 전기 재해 징후의 발생을 감지하기 위하여, 아크, 과전압, 과전류, 누전, 단락, 전선의 온도변화추이 중 적어도 하나의 이상 유무를 실시간으로 파악함으로써 확인하는 것으로, 누전 검출기를 작동시키는 회로와, 아크검출 센서와, 과전류검출 센서와, 누설전류검출 센서 등을 구비한다.
상기 품질분석 및 감시디바이스(190)는 원격 자동제어감시반(100)에 설치되어 전력의 품질과 전기의 안전 상태를 감시하는 제어장비로써 기본적인 통신은 이더넷(Ethernet; LAN)망을 통하여 중앙관리서버(300)와 통신, 현장의 실시간 전력정보수집과 안전감시, 실시간 측정에 따른 모니터링 정보가 원격 자동제어감시반(100)에 구비된 디스플레이(200)를 통하여 디스플레이 되도록 제어하는 것으로, 아크, 누전, 과전류에 의한 전기재해 예방과 실시간 전기 사용량 감시를 통한 트랜드 분석이 이루어지며, 수집된 전류 신호를 분석하여 고주파, 고조파, 실효값, 영점지연 및 지속시간에 대한 복합 감시를 통하여 아크 검출을 판단한다.
참고로, 과전압 검출은 R.S.T 상에 각각 연결된 변압기(TransFormer)들의 입력전압 및 출력전압 간 차이와 설정된 전압 값을 비교하여, 과전압의 발생을 검출할 수 있고, 아크 검출은 R.S.T상에 연결된 CT(Current Transformer) 전류감지센서에 흐르는 전류 값과 설정된 아크 전류 값을 비교하여 아크의 발생 여부를 검출할 수 있다.
과전류 검출은 R.S.T상에 연결된 전류감지센서에 흐르는 전류 값과 설정된 과전류 검출 값을 비교하여, 과전류의 발생 여부를 검출할 수 있고, 누전 검출은 전기원격 자동제어감시반의 R.S.T상 및 분기회로에 연결된 ZCT(Zero Phase Current TransFormer) 센서에 흐르는 전류 값과 설정된 누전 검출 값을 비교하여, 누전의 발생 여부를 검출할 수 있다.
온도변화 검출은 서미스터 소자 또는 온도 센서 IC를 이용하여 R.S.T 상의 마그네틱, 누전 차단기(ELB) 또는 부스바의 온도를 검출하고 검출된 온도와 서미스터 소자 또는 온도센서 IC의 온도 테이블과 비교분석하여, 온도변화를 검출할 수 있다.
이러한 품질분석 및 감시디바이스(190)는 8회로, 16회로, 32회로, 48회로로 규격이 나뉘어질 수 있으며, 단상용으로써 전력, 무효전력, 역률, 전압, 전류, 주파수 등의 전력정보를 측정하고, 각 분기별 Igr, Igc 누설 전류, 활성 절연저항 값 등의 누설 정보를 측정하고, 3단계 과전류 값 설정 및 3단계 경보에 의한 과전류 상태를 감시하고, 3단계 누설전류 값 설정 및 3단계 경보에 의한 누전 상태를 감시하고, 실시간 품질분석, 트립 경보에 의한 상태를 감시하고, 원격 자동제어감시반(100) 내부 온도를 실시간 측정 및 과열 경보에 의한 온도 감시가 이루어진다.
그리고 릴레이 제어, 3상용 제어기 연동, ESI연동, 485 to Ethernet Gateway 및 환경 센서를 위하여 3개 포트를 통한 RS485 통신방식으로 통신이 이루어지고, Door Sensor, 연기 및 화재 감시기 등을 연동하기 위한 3개의 Dry Contact 입력이 지원된다.
3상용으로써 3상 입력 각상의 전압, 전류, 전력, 역률, 주파수, 전류/전압 고조파 측정, 각상 및 전체 전력량(적산 전력) 측정 및 상 불평형률 측정이 이루어지며, 3단계 과전류 값 설정 및 3단계 경보에 의한 과전류 상태를 감시한다.
아울러, 품질분석 및 감시디바이스(190)는 원격 자동제어감시반(100)에 설치되어 전력의 품질과 전기의 안전 상태를 감시하기 위한 3상 메인 1개와 분기 5개를 1대의 제품으로 동시 측정이 가능 다채널/MCC 규격으로써, 3상 입력에 대한 각상 전압, 전류, 전력, 역률, 주파수, 전류/전압 고조파 측정, 각상 및 전체 전력량(적산 전력) 측정, 3상 불평형률 측정, 누설전류를 측정하고, 3단계 과전류 값 설정 및 3단계 경보, 누설전류상태 감시가 이루어진다.
참고로, 과전류 경보를 단계 별로 구분하면, 예를 들어, 품질분석 및 감시디바이스 용량의 80% 이상에서 1시간 내지 2시간 지속하거나 또는 10mA 이상에서 1분 지속을 하면 1차 경보를, 품질분석 및 감시디바이스 용량의 100% 이상에서 15분 내지 30분 지속하거나 또는 15mA 이상에서 1분 지속을 하면 2차 경보를, 품질분석 및 감시디바이스 용량의 120% 이상에서 10분 내지 20분 지속하거나 또는 20mA 이상에서 1분 지속을 하면 3차 경보를 하여, 즉시 전기를 차단시키는 것이 아닌, 앞으로 차단될 것이라는 예측이 되도록 할 수 있다.
따라서 품질분석 및 감시디바이스(190)는 수집된 전류 신호를 분석하여 고주파, 고조파, 실효값, 영점지연 및 지속시간에 대한 복합 감시를 통하여 아크 검출을 판단한다.
예를 들어, 고역통과필터 사용 시 특정 대역의 고주파 발생 비율을 검출하고, 부하의 전원을 공급하는 정상상태와 동일한 조건에서 발생하는 아크 상태에서의 고조파 발생을 검출하고, 전류 실효값의 변화량을 감시하고, 아크 사고 발생 시 영점 교차부분에서 지연되는 현상을 검출하고, 아크의 지속시간을 측정한다.
아울러, 아크 검출을 판단하기 위하여, 도 9 및 도 10에 나타낸 바와 같이, 해당 회로의 출력 전압의 전압 파형 및 출력 전류의 전류 파형을 취득하여, 아크 검출에 따른 이상 발생 특유의 파형적 특징을 추출 분석할 수 있다.
이어서, 이러한 검출 소자들에 의해 전기적 이상 신호가 검출되면 품질분석 및 감시디바이스(190)는 센서에서 보내온 신호를 처리하여 사전에 메모리부에 저장된 정상 값과 비교, 분석 후 아크 검출에 의한 화재 가능성의 판정을 내리게 된다.
이때, 고주파, 고조파, 실효값, 영점지연 및 지속시간들 전부에서 전기적 이상 신호가 검출되어야만 아크 검출에 의한 화재 가능성의 판정을 내릴 수 있다.
그리하여 화재 가능성이 있는 아크 신호로 판정되면, 품질분석 및 감시디바이스(190)는 경보 요소가 원격 자동제어감시반(100)에 구비된 디스플레이(200)를 통하여 시각적으로 표시되도록 제어하거나 또는 음성출력부를 통하여 청각적으로 표시되도록 제어하고, 아크 검출 신호를 중앙관리서버(300)로 송신하여 적극적인 화재 예방 조치를 취하게 된다.
즉, 상기 품질분석 및 감시디바이스를 통하여 이루어진 전기재해 예방과 실시간 전기 사용량 감시를 통한 트랜드 분석과, 복합 감시를 통하여 아크 검출을 판단한 결과는 원격 자동제어감시반(100)에 구비된 데이터수집유닛(250)에서 수집된 후 통신수단을 이용하여 중앙관리서버(300)로 송신함과 동시에 사전에 저장되어 있던 경고문을 SMS를 통해 사전에 저장된 해당 전력 부하의 사용자에게 아크 검출에 따른 화재 위험 경보를 송신함으로써, 사용자에게 전기 화재 가능성을 조기에 인지시켜, 실제 화재 발생 시, 신속하고 안전한 대피가 이루어질 수 있도록 함으로써, 화재에 따른 인명 피해를 최소화할 수 있게 된다.
아울러, 상기 품질분석 및 감시디바이스(190)는 산업현장에 이용되는 전동기의 수명을 실시간으로 감시하고 예측하여 이에 따른 결과를 중앙관리서버(300)로 통보한다.
상기 중앙관리서버(300)는 전기사용 현황을 실시간으로 모니터링하여 트랜드를 분석하고, 원격지의 관리자 단말기에 관리, 감시, 제어 기능을 제공하고 전기로 인한 재해를 사전에 예방하기 위한 것으로, 웹기반 운영환경 구축, 회로별 감시 및 경보, 지리 정보 표시 및 연동, 전력량, 누설전류량, 과전류 및 과전압 표시 등 데이터 항목별 통계 및 차트의 조회 검색, 긴급 상황 발생 시 스마트폰 푸시 메시지 전송 서비스를 통한 전기화재 예측 기능을 수행한다.
그리고 분기 별 차단기 용량 및 트립(Trip) 상태, 분기 별 전압, 전류, 누설전류, 전력 실시간 표시, 분기 별 릴레이 온/오프 상태 감시, 원격 자동제어감시반 내부 온도 및 연기센서 상태, 각종 전기안전 경보 및 도어 상태 등 건물/동별 전기안전 실시간 관제 및 과전류 및 누설전류 경보, 점검 건수 및 결과 등 경보 기능 및 보고서 출력을 수행할 수 있다.
상기 중앙관리서버(300)는 상기 원격 자동제어감시반(100)의 품질분석 및 감시디바이스(190)를 통한 모니터링에서 이상 징후 발견 또는 전기재해 징후 발생 여부 정보를 화면에 디스플레이 하며, 이상 징후 발견 시 이를 모니터링하는 관제 요원은 화면에 디스플레이된 감시 대상물에서의 이상 발생정보 또는 전기재해징후 발생정보를 현장 인근에 위치한 관리자단말기(500)로 알림 전송을 하여 현장 방문 조치에 따른 이상 발생 징후 또는 전기재해징후를 처리하도록 요청할 수 있다.
중앙관리서버(300)로부터 출동 지시를 받은 관리자는 아크 신호가 검출된 전기 선로 및 해당 원격 자동제어감시반에 대하여 이상 유무를 면밀히 진단한 후 아크 발생 위치를 진단, 복구하고 그 결과를 중앙관리센터(300)에 유/무선 통신수단으로 보고함으로써, 아크 발생에 따른 화재 위험을 방지하게 되며, 이어서, 중앙관리서버(300)는 관리자의 처리 결과를 포함하여 해당 지역을 총괄하는 지역본부나 또는 전 지역을 총괄하는 본사의 원격통합서버(700)에 이상 발생 여부 정보 또는 전기재해징후 발생 여부 정보를 보고하게 된다.
이렇게 함으로써, 아크 발생에 따른 화재 위험 지역을 실시간으로 감지하여 화재 예방에 필요한 조치를 적극적으로 취하기 때문에 아크에 의한 화재 발생을 방지할 수 있게 된다.
참고로, 설비의 고장 유형으로써, 도 11 및 도 12에 나타낸 바와 같이, 감소형 형태(DFR; Decreasing Failure Rate)로 표시되는 것으로 사용 개시 후 비교적 이른 시기에 설계, 제작상의 결함, 사용 환경상의 부적합 등에 의해 발생하는 초기 고장(Early stage failure), 일정형 형태(CFR; Constant Failure Rate)로 표시되는 것으로 초기 고장 기간과 마모 고장 기간 사이에서 마모, 누출, 변형, crack 등으로 인해 우발적으로 발생 하는 고장인 우발 고장(Random Failure) 및 증가형 형태(IFR; Increasing Failure Rate)로 표시되는 것으로 피로, 마모, 노화 현상 등으로 인해 시간이 지나면서 고장율이 급격히 올라가는 고장인 마모 고장(Wear out failure)으로 나타낼 수 있다.
특히 변압기는 절연파괴에 의한 고장 원인이 가장 높으며, 절연파괴는 열, 산화, 수분 등으로 절연 약화 때에 발생하는 것으로, 이때의 변압기 사용 연한은 18년 정도이다.
아울러, 전동기의 고장은 도 13 및 도 14에 나타낸 바와 같이, 주로 전원측보다 부하 측에 의해 발생되고, 부하의 운전 방식에 따라 달라지며, 전압 불평형이 발생되면 전류 불평형으로 이어져 출력저하, 손실증가, 진동 등이 발생하고, 이에 따라 역상분의 존재로 맥동 및 토크 리플이 발생하여 정밀한 속도 제어, 균일한 제품 생산이 필요한 곳에는 문제가 발생할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따르면, 가장 발생빈도가 높은 화재인 전기적 및 기계적 요인으로 인한 화재를 방지하기 위하여 IoT 기술 기반의 전기 안전 감시 시스템을 보급하여, 전기 안전뿐만 아니라 에너지 절감을 위한 기본 인프라로써의 체계 구축 방안을 제시하고자 하는 것이며, 전기의 공급 및 제어를 위해 스위치 및 계기, 각종 릴레이(계전기), 자동 제어용의 조절기, 각종 설정기, 표시기기들을 넣어 관리하고, 전기재해의 원인인 아크와 전기 위험 요소인 누설전류, 과전류 및 합선, 단락, 상/하수처리시설에 설치된 전동기의 불안정성, 3상 불평형 등을 사전에 감지하여 전기적 이상 징후가 발견되면, 즉시 경보 및 통보하여 전기적 이상에 대한 진단 및 복구 조치를 신속히 취할 수 있도록 함으로써 화재를 예방할 수 있도록 하며, 중앙관리서버 및 각 지역 본부와 지사의 원격통합서버를 전국 네트워크로 구성하여 화재 예방을 위해 아크 검출기를 설치한 장소의 아크 발생 여부 및 누전이나 과부하를 24시간 실시간으로 감시하여 아크 발생 즉시, 해당 아크 검출기가 설치된 지역으로 안전 요원을 긴급 출동시켜 전기 이상 원인을 진단, 복구함으로써 전기 화재를 미리 방지할 수 있고, 예상치 못한 관리자의 관리 부주의로 전기 시설의 차단기 노화 및 불량으로 인한 정전사태를 사전에 막을 수 있도록 하는 효과가 있다.
이상의 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 제시하여 설명하였으나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경할 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
100: 원격 자동제어감시반 190: 품질분석 및 감시디바이스
200: 디스플레이 250: 데이터수집유닛
300: 중앙관리서버 500: 관리자단말기
700: 원격통합서버

Claims (3)

  1. 전기의 공급 및 제어를 위해 스위치 및 계기, 각종 릴레이(계전기), 자동 제어용의 조절기, 각종 설정기, 표시 기기들을 넣어 관리하는 장치로써, 대형 빌딩, 상가, 아파트, 학교, 공공건물 및 숙박시설을 포함하는 건축물, 사찰, 재래시장, 문화재 및 한옥을 포함하는 화재취약지구 및 상/하수처리시설, 배수펌프장, 공장을 포함하는 산업현장에 설치되어 전기사용 현황을 실시간으로 모니터링 하고, 화재 위험 감지를 체계적으로 분석하여, 이에 따른 모니터링 결과를 중앙관리서버로 전송하여 전기로 인한 각종 재해를 예방하도록 하는 원격 자동제어감시반을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하며;
    상기 원격 자동제어감시반은, 누전검출을 하는 회로와, 아크검출 센서와, 과전류검출 센서와, 누설전류검출 센서를 구비한 센서; 및 아크, 누전, 단락, 과전류에 의한 전기재해 예방과 실시간 전기 사용량 감시를 통한 트랜드 분석이 이루어지며, 수집된 전류 신호를 분석하여 고주파, 고조파, 실효값, 영점지연 및 지속시간에 대한 복합 감시를 통하여 아크 검출을 판단하는 품질분석 및 감시디바이스; 및 상기 품질분석 및 감시디바이스를 통하여 이루어진 전기재해 예방과 실시간 전기 사용량 감시를 통한 트랜드 분석과, 복합 감시를 통하여 아크 검출을 판단한 결과를 수집하여 중앙관리서버로 전달시키는 데이터수집유닛을 포함하여 구성되고;
    상기 품질분석 및 감시디바이스는 산업현장에 이용되는 전동기의 3상 불평형으로 인한 수명을 실시간으로 감시/분석하고 예측하여 이에 따른 결과를 중앙관리서버로 통보하는 것을 특징으로 하며;
    상기 중앙관리서버는 화재취약지구 및 산업현장의 전기품질이 분석된 특징을 원격 자동제어감시반을 통한 모니터링에서 이상 징후 발견 시 관리자단말기로 알림 전송을 하여 방문 조치가 이루어지도록 하는 것으로, 웹기반 운영환경 구축, 회로별 감시 및 경보, 지리 정보 표시 및 연동, 데이터 항목별 통계 및 차트의 조회 검색, 긴급 상황 발생 시 스마트폰 푸시 메시지 전송 서비스, 건물/동별 전기안전 실시간 관제 및 경보 기능 및 보고서 출력을 수행하며;
    상기 품질분석 및 감시디바이스는 3상 입력에 대한 각상 전압, 전류, 전력, 역률, 주파수, 전류 및 전압 고조파 측정, 각상 및 전체 전력량(적산 전력) 측정, 각상 3상 불평형률 측정, 누설전류 측정이 이루어지고, 경보 및 과전류 상태 및 아크, 스파크, 단락 감시, 누설전류상태 감시가 이루어지는 것을 특징으로 하며;
    대형 빌딩, 아파트, 학교를 포함하는 건축물의 전기재해 분석 및 예측 시스템의 구성은 층별, 동별 또는 세대별로 원격 자동제어감시반을 설치하여 분석 및 감시가 이루어질 수 있고; 플랜트 시설, 상/하수처리시설에서의 전기재해 분석 및 예측 시스템의 구성은 동별, 층별 또는 장비별로 원격 자동제어감시반을 설치하여 감시가 이루어질 수 있고; 전통시장에서의 전기재해 분석 및 예측 시스템의 구성은 점포별로 소규모의 원격 자동제어감시반을 설치하여 감시가 이루어질 수 있고; 야영장, 캠핑장, 휴양림, 관광농원에서의 전기재해 분석 및 예측 시스템의 구성은 개별 원격 자동제어감시반을 설치한 후 통합 운영센터를 통해 분석 및 감시가 이루어지며; 스마트 상/하수처리시설(가압장)에 원격 자동제어감시반을 설치하여 감시가 이루어질 수 있도록 하는 것으로, 전동기의 설비 관리를 통하여 설비 고장 예측이 이루어질 수 있으며; 과전압 검출은 R.S.T 상에 각각 연결된 변압기들의 입력전압 및 출력전압 간 차이와 설정된 전압 값을 비교하여, 과전압의 발생을 검출하고; 아크 검출은 R.S.T상에 연결된 CT 전류감지센서에 흐르는 전류 값과 설정된 아크 전류 값을 비교하여 아크의 발생 여부를 검출하고; 과전류 검출은 R.S.T상에 연결된 전류감지센서에 흐르는 전류 값과 설정된 과전류 검출 값을 비교하여, 과전류의 발생 여부를 검출하고; 누전 검출은 전기원격 자동제어감시반의 R.S.T상 및 분기회로에 연결된 ZCT 센서에 흐르는 전류 값과 설정된 누전 검출 값을 비교하여, 누전의 발생 여부를 검출하고; 온도변화 검출은 서미스터 소자 또는 온도 센서 IC를 이용하여 R.S.T 상의 마그네틱, 누전 차단기(ELB) 또는 부스바의 온도를 검출하고 검출된 온도와 서미스터 소자 또는 온도센서 IC의 온도 테이블과 비교분석하여, 온도변화를 검출하고; 품질분석 및 감시디바이스는 8회로, 16회로, 32회로, 48회로로 규격이 나뉘어지며, 단상용으로써 전력, 무효전력, 역률, 전압, 전류, 주파수의 전력정보를 측정하고, 각 분기별 Igr, Igc 누설 전류, 활성 절연저항 값의 누설 정보를 측정하고, 3단계 과전류 값 설정 및 3단계 경보에 의한 과전류 상태를 감시하고, 3단계 누설전류 값 설정 및 3단계 경보에 의한 누전 상태를 감시하고, 실시간 품질분석, 트립 경보에 의한 상태를 감시하고, 원격 자동제어감시반 내부 온도를 실시간 측정 및 과열 경보에 의한 온도 감시가 이루어지며; 과전류 경보의 단계별로 구분은 품질분석 및 감시디바이스 용량의 80% 이상에서 1시간 내지 2시간 지속하거나 또는 10mA 이상에서 1분 지속을 하면 1차 경보를; 품질분석 및 감시디바이스 용량의 100% 이상에서 15분 내지 30분 지속하거나 또는 15mA 이상에서 1분 지속을 하면 2차 경보를; 품질분석 및 감시디바이스 용량의 120% 이상에서 10분 내지 20분 지속하거나 또는 20mA 이상에서 1분 지속을 하면 3차 경보를 하여 즉시 전기를 차단시키는 것이 아닌 앞으로 차단될 것이라는 예측이 되도록 하는 것을 특징으로 한 지능형 통합 사전 전기재해 분석 및 안전 자가진단기능이 내장된 원격 자동제어감시반.
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