[기술노트] 새로운 검출방식을 채택한 분 배전반의 접촉 불량 및 아크 검출 장치

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[기술노트] 새로운 검출방식을 채택한 분 배전반의 접촉 불량 및 아크 검출 장치

2008년 5월 2일 (금) 23:50:00 | 지면 발행 ( 2008년 4월호 - 전체 보기 )

새로운 검출방식을 채택한 분·배전반의 접촉 불량 및 아크 검출 장치㈜제일피앤피_김인태 대표이사(031)864-8400/www.p-kit.co.kr개요1. 개발 기술의 내용 및 특징일반적으로 중소규모 공장 또는 가정에서는 주로 전등 및 전동 부하, 전열 부하 등을 많이 사용한다. 이들 부하는 대부분 유도성 부하의 특징을 갖게 되므로 이로 인한 계통 역률이 저하되고 고조파가 일어나는 등 전력 품질이 나빠지며 불필요한 전력 소비가 발생하게 된다.이런 부하들로 인해 발생되는 계통에서의 고조파 및 과전류 등은 계통과 연계된 각종 기기에 악영향을 줌으로써 고장 원인이 되고 있다. 또한 급격한 역율 저하, 고조파 발생, 순간 전압 강하 등 계통에 여러 가지 비정상적인 상황을 발생시킬 수 있다. 특히 부하 측에서의 비정상적인 원인에 의한 접촉 불량과 이로 인해 발생되는 아크 및 과전류, 누전 등은 전기화재를 일으키는 가장 주요한 원인으로 분석되고 있다. 이에 ㈜제일피앤피는 기본적인 전력품질 확인은 물론, 접촉 불량과 이로 인한 아크를 조기에 효과적으로 검출할 수 있는 장치를 개발하여, 전기화재 원인 중 부하 측에서 발생하는 문제점을 분·배전반 등의 전원공급 시스템에서 확인하도록 하였다. 이 ‘새로운 검출방식을 채택한 분·배전반의 접촉 불량 및 아크 검출’ 장치는 일정 수치의 한계 값만을 비교하는 기존 방식과 달리, 여러 가지 측면을 동시에 다양하게 고려할 수 있는 인공지능형 검출 방식을 채택하여 보다 정확하고 유연한 방식으로 검출이 가능하다.이 개발 장치는 송전되는 기본적인 전력 품질을 감지하면서 부하 측에서 비정상적인 원인(고조파 발생 시 비정상적 순간적 변화, 전압·전류 rms 값의 순간 변화, sag 등)을 상시 검출하여 부하 측에서 접촉 불량 및 아크가 발생했는지를 감시하며, 이상 발생 시에는 이를 경보한다. 부하 측에서 비정상적인 상황을 사전에 감지하여 그 상황이 확실히 비정상적이라 판단될 경우 유선통신 등을 통해 자동으로 관리자에게 알려주고 전원을 차단한다. 또 정보의 정도에 따라 분·배전반 전원차단 시스템을 원격으로 제어할 수 있으며, 부하 측에 매우 심각한 문제가 발생했을 때는 시스템이 자동으로 동작하여 비정상적인 상태에 대한 조치를 취한다.한편 특정 이벤트가 발생할 경우 관리자는 개인 PC에 적용된 프로그램을 통해 문제가 된 계통과 접속하여 정밀 분석함으로써 역률 및 고조파 변화 그리고 여러 가지 발생 이벤트를 분석하도록 하였다. 이로써 전기 화재사고 위험이 될 수 있는 원인 등을 파악하여 조치할 수 있다.이러한 일련의 시스템 동작들이 첨가된 이 개발 시스템은 기존 전원공급 장치인 분·배전반 전력 분배 시스템 기능을 대폭 강화한 새로운 형태의 인텔리전트형 분·배전반 시스템이라고 할 수 있다.

2. 특징 및 기술적 파급효과

이 개발 제품이 상용화되면 기존 개폐기 위주의 분·배전반이 인텔리전트형 감지 및 통신 기술이 적용된 IT기술과 접목되어 새로운 첨단 전원공급 시스템으로 대체될 수 있다. 이로써 전원공급 장치의 전기화재에 대한 안전성이 크게 향상되며, 전원공급 시스템이 스스로 관리자에게 시스템의 비정상적인 상태를 자동 보고할 수 있으므로 전원공급 시스템에 대한 관리자의 상시 관리가 가능하여 전원공급 장치의 안전성을 확보할 수 있다. 기존 시스템은 송전 계통에서 보내진 전력에 대한 전력 품질을 감시하고 자기 진단하는 기능은 있지만, 단순히 무효전력 및 고조파 함유량, 배전계통의 과전류, 누설전류의 이상 전류 차단에 목적을 두었을 뿐이었다. 하지만 그에 비해 이 시스템은 고속 마이크로프로세서에 의해 배전계통의 화재 주요 원인인 부하 측에서의 접속불량 및 비정상적인 전기적 상황을 감시하여 이로 인한 전기화재 원인을 사전에 차단할 수 있다. 또한 관리자가 유선 또는 무선 통신라인을 통하여 관리자에게 통보·감시하도록 설계함으로써 인텔리전트 및 유비쿼터스화 실현을 가능하게 한다. 향후 인터넷 등 모든 통신 시스템과 연계하도록 확장성을 갖추었으며, 무효전력 등 불필요한 전력소비를 사전에 감지하여 그 원인을 통보함으로써 전반적인 전력소비의 감소를 유도한다. 이러한 ‘자기진단형 전원공급 시스템’이 개발됨으로써 국가 전력소비의 낭비적 요소를 감소시키며, 전기화재 사고로 인한 인명 및 재산상 손실을 사전에 감지하여 줄일 수 있다.

3. 경제·산업적 파급효과일반적으로 전원공급 시스템은 모든 건축물 및 전기 사용 대상물에 필수적으로 설치되는 장치로 이에 대한 기능이 첨단화된다면 전기설비 안정성은 크게 향상될 것이다.이 개발 시스템은 기존 전원공급 장치에 첨단 기능을 첨가한 것으로, 제품화되면 국내 시장에서 개략적인 매출액은 3,000억 원 정도가 될 것으로 전망된다. 또한 해외 수출에서도 역시 막대한 매출액을 올릴 것으로 내다보고 있어 국내 경제·산업적인 파급효과가 클 것으로 판단된다.

국내외 기술개발 동향현재 국내에는 이 개발 시스템과 같이 부하 측의 비정상적인 상태를 검출하는 방식을 적용한 부하 측 전력 감시 장치는 아직 없는 상태다. 또한 국내외 전력 감시 제품 중에 일부 표시 기능을 갖춘 형태의 제품은 존재하지만, 이 시스템과 같이 부하 측에서 발생하는 접촉 불량 등을 감지하여 전기화재 원인을 사전에 관리자에게 통신으로 통보하는 시스템 또한 없다. 한마디로 분·배전반 이하 배전 계통의 전반적 감시 및 통신 기능, 제어 기능, 정밀 분석 기능 등을 갖춘 제품은 현재 없다는 얘기다.

하지만 이 시스템은 기존의 단순 차단 작용 기능을 갖춘 전원공급 시스템(분·배전반) 형태에서 한 차원 업그레이드시킨 새로운 형태의 인공지능형 분·배전반 시스템을 가능하게 하는 부가 장치라 할 수 있으며, 이 시스템이 상품화 및 양산화된다면 국내 전원공급 시스템 기술력이 향상될 것으로 전망된다.

핵심요소 기술별 주요 내용이 시스템은 기존의 전원공급 시스템에 없는 새로운 기능을 첨가할 수 있는 장치로서 부하 측 접촉 불량 등 전기화재 원인이 될 수 있는 요소를 사전에 감지할 수 있는 기능을 갖추었다. 따라서 기존 전력 감시 장치와 유사한 기능으로 역률, 고조파, 과전류, 누설전류, sag 등 모든 비정상 상황을 감시함은 물론, 이들 자료를 효과적으로 분석하여 접촉 불량 및 이로 인한 아크 등의 발생을 경보·통보하며 제어할 수 있는 새로운 검출 방식을 적용한 장치다. 기존 분·배전반에 적용하게 될 경우 자기 진단 및 통신·제어 기능을 갖춘 인공 지능형 분배전반 시스템으로 활용할 수 있다.이 장치는 크게 MCB와 CCB의 2가지 모듈로 구분될 수 있다. MCB는 주요 구조부로 부하 측에 전달되는 전압 및 전류를 검출 받아 정보를 분석하는 장치이며, CCB는 정보를 분석하여 판단한 결과를 관리자 및 제어 장치에 연결시켜 통신으로 알려주는 모듈이다. 각 모듈에 대한 기능 설명은 다음과 같다.

1. MCB(Main Control Board)이 모듈은 장치의 가장 중심이 되는 부분이다. 분·배전반에서 부하 측으로 연결되는 배전 라인에서 전압 및 전류를 검출하여 CPU의 I/O 부분으로 입력 받도록 아날로그 신호를 처리할 수 있는 부분과 그 전압 및 전류 아날로그 양을 입력받아 A/D 변환기를 통하여 디지털 데이터로 변환하는 부분이 있다. 이 데이터를 분석하고 각 프로그램 모듈로 데이터를 전달하면 역률, 고조파, 순간 전압강하, 전압·전류의 rms 값 등을 분석하여 부하 측의 상태를 감시하며, 이들 정보를 기초로 이미 프로그램된 접촉 불량 판단 알고리즘을 통해 전기화재 원인이 되는 부하 측 이상 상태를 판단하도록 한다. 2. CCB(Communication Control Board)이 보드는 관리자에게 부하 측 이상을 통보해 주는 통신 장치다.MCB에서 분석된 부하 측 비정상적인 상태를 유선 또는 무선 통신 방식을 통해 음성 등의 방식으로 관리자에게 경보하고, 필요한 경우 전원공급 시스템을 원격으로 제어할 수 있는 기능을 갖는다. 따라서 이 모듈은 MCB로부터 신호를 입력받아 관리자에게 다양한 방법으로 통보하고 이를 원격으로 제어할 수 있는 기능을 갖는 부분이다. 여러 가지 부분에서 독자적으로 응용이 가능한 별개의 장치라 할 수 있다. 3. 기능일반적인 전력 감시 장치는 수용가로 들어오는 전력 품질을 감시하는 역할만 하고 있으나, 이 장치는 이러한 기능 외에도 전기 화재의 직접적 원인이 되는 부하에서의 접촉 불량 및 아크 발생을 전원공급 시스템의 전압, 전류에서 검출할 수 있는 새로운 기능을 갖추었다.4. 시장 측면전원공급 시스템은 모든 전기 설비 시설물에 사용되므로 기존 개폐기 위주의 전원공급 장치에서 한 차원 기술력을 높인 ‘제어 및 통신이 가능한 전원공급 시스템의 개발’은 그 활용도가 매우 클 것으로 예상된다. 이로써 전기 안전도가 크게 향상됨은 물론, 제품화되어 상품이 시장에 판매될 경우 그 시장규모 또한 매우 방대할 것으로 판단된다.