KR-102961117-B1 - Switchboard(High-voltage Board, Low-voltage Board, Motor Control Center, Distribution Board) Equipped with Wireless Live Wire Detection Device using a Directional Antenna

Abstract

본 발명은 수배전반 내부 선로(케이블)의 활선 여부를 무선으로 감지할 수 있으면서도 인접된 주변 설비의 영향을 최소화하여 오감지 및 오동작을 줄일 수 있는 지향성 안테나를 이용한 무선활선 감지장치가 구비된 수배전반(고압반, 저압반, 전동기제어반, 분전반)에 관한 것이다. 상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 지향성 안테나를 이용한 무선활선 감지장치가 구비된 수배전반은, 외함의 내부 일측에 설치되면서 내부에 소정 크기의 수용공간이 형성되는 소정 크기의 케이스; 상기 케이스의 일측에 설치되면서 전력 설비 주변의 전기 신호를 감지하는 지향성 안테나; 및 상기 케이스 내부에 설치되면서 상기 안테나에서 수신된 신호를 저주파 신호처리부와 초고주파 신호처리부가 구비되어 두 신호를 병렬 처리하는 회로부를 포함하고, 상기 회로부는 상기 저주파 신호처리부와 초고주파 신호처리부의 신호처리 결과를 통합하여 활선 여부 또는 부분방전(아크) 발생여부를 판단하는 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Inventors

• 김평래

Assignees

• 주식회사 미소전기

Dates

Publication Date

20260506

Application Date

20250825

Claims (6)

1. 지향성 안테나를 이용한 무선형 활선 감지장치가 구비된 수배전반에 있어서, 외함의 내부 일측에 설치되면서 내부에 소정 크기의 수용공간이 형성되는 소정 크기의 케이스(10); 상기 케이스(10)의 일측에 설치되면서 전력 설비 주변의 전기 신호를 감지하는 지향성 안테나(20); 및 상기 케이스(10) 내부에 설치되면서 상기 안테나(20)에서 수신된 신호를 저주파 신호처리부(31)와 초고주파 신호처리부(32)가 구비되어 두 신호를 병렬 처리하는 회로부(30); 를 포함하고, 상기 회로부(30)는, 상기 저주파 신호처리부(31)의 와 초고주파 신호처리부(32)의 신호처리 결과를 통합하여 활선 여부 또는 부분방전(아크) 발생여부를 판단하는 프로세서(33)를 포함하며, 상기 지향성 안테나(20), 저주파 신호처리부(31) 및 초고주파 신호처리부(32) 사이에는, 상기 지향성 안테나(20)를 통해 전달되는 저주파(LF) 신호와 초고주파(HF) 신호를 서로 분리하여 상기 저주파 신호처리부(31) 및 상기 초고주파 신호처리부(32)에 각각 전달하는 신호분리기(34); 가 설치되고, 상기 신호분리기(34)는, 상기 지향성 안테나(20)와 연결되어 검출된 신호가 입력되는 신호입력부; 상기 신호입력부를 통해 입력되는 30~300Hz 대역의 저주파 신호가 통과되는 저역통과필터; 상기 신호입력부를 통해 입력되는 300~800MHz 대역의 초고주파 신호가 통과되는 고역통과필터; 상기 저역통과필터를 통과한 저주파 신호를 상기 저주파 신호처리부(31)에 전달하는 저주파 출력부; 및 상기 고역통과필터를 통과한 초고주파 신호를 상기 초고주파 신호처리부(32)에 전달하는 초고주파 출력부; 를 포함하며, 상기 저주파 신호처리부(31)는, 상기 신호분리기(34)의 상기 저주파 출력부를 통해 입력되는 저주파 신호를 증폭시키는 저주파 다단증폭회로(31A)를 포함하고, 상기 초고주파 신호처리부(32)는, 상기 신호분리기(34)의 상기 초고주파 출력부를 통해 입력되는 초고주파 신호를 증폭시키는 초고주파 다단증폭회로(32A)를 포함하며, 상기 저주파 다단증폭회로(31A) 및 상기 초고주파 다단증폭회로(32A)의 증폭 이득은, 비반전 증폭 회로의 궤환 저항 선택에 의해 단계적으로 조절되도록 구성되고, 상기 저주파 다단증폭회로(31A) 및 초고주파 다단증폭회로(32A)는, 복수 개의 연산증폭기(Op-Amp)가 직렬로 연결된 구조로 이루어지고, 복수 개의 저항이 스위치 또는 릴레이를 통해 연결되어 필요에 따라 저항값을 단계적으로 선택(조절)할 수 있도록 구성되며, 상기 저주파 신호처리부(31)의 상기 저주파 필터(31B)는, 잔류 전압 검출을 위해 1~50Hz대역의 초저주파 컷오프가 설정되어, 전원이 꺼져도 남아 있는 미세한 전압을 검출하여 활선 여부가 검출되도록 구성되고, 상기 초고주파 신호처리부(32)는, 잡음보다 강한 방향성이 높은 신호를 우선 검출하도록 증폭 스텝이 조절되어 부분방전(아크) 신호가 검출되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 지향성 안테나를 이용한 무선활선 감지장치가 구비된 수배전반.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 지향성 안테나(20)는, 반사판 또는 차폐 구조물이 설치되어, 후방로브를 억제하고 전방로브의 이득이 향상되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 지향성 안테나를 이용한 무선활선 감지장치가 구비된 수배전반.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 지향성 안테나(20)는, 편파 방향이 전력선 또는 부스바의 방향에 맞추어 정렬되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 지향성 안테나를 이용한 무선활선 감지장치가 구비된 수배전반.
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제

Description

지향성 안테나를 이용한 무선활선 감지장치가 구비된 수배전반(고압반, 저압반, 전동기제어반, 분전반){Switchboard(High-voltage Board, Low-voltage Board, Motor Control Center, Distribution Board) Equipped with Wireless Live Wire Detection Device using a Directional Antenna} 본 발명은 지향성 안테나를 이용한 무선활선 감지장치가 구비된 수배전반(고압반, 저압반, 전동기제어반, 분전반)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 작업자가 수배전반 내부의 활선 여부를 별도의 측정기를 사용하여 근접하지 않고도 안전하게 확인할 수 있도록 하는 지향성 안테나를 이용한 무선활선 감지장치가 구비된 수배전반(고압반, 저압반, 전동기제어반, 분전반)에 관한 것이다. 일반적으로 수배전반과 같은 전력설비의 경우, 감전 등 안전사고를 미연에 방지하기 위해 고전압이 흐르는 선로(케이블)의 활선 여부를 확인한 다음, 점검 등의 작업이 진행되도록 하고 있다. 그러나 종래의 활선 점검 방식은 별도의 활선측정기를 작업자가 파지한 상태에서 고전압이 흐르는 선로(케이블)에 근접시켜 측정 계기의 변화를 검출하는 것으로, 이 경우 작업자가 고전압 선로에 근접하는 과정에서 감전 등의 안전사고가 발생할 수 있는 문제가 있고, 따라서 작업자가 선로에 근접하지 않고도 안전하게 활선여부를 확인할 수 있는 다양한 기술이 개발되고 있다. 상기와 같은 목적의 종래 기술로는 등록특허공보 제2102097호의 무선형 활선 경보 방법 및 장치(이하 '특허문헌'이라 한다)가 개시되어 있다. 상기 특허문헌의 무선형 활선 경보 장치는, 전기 장치 내의 전기 신호를 감지하여 입력 신호를 생성하기 위해 구현되는 안테나; 및 입력 신호 및 상기 입력 신호를 증폭한 증폭 입력 신호를 기반으로 경보를 발생시킬지 여부를 결정하도록 구현되는 프로세서를 포함하되, 상기 입력 신호는 활선 상태를 감지하기 위한 신호이고, 상기 증폭 입력 신호는 비활선 상태에서 존재하는 선간 전압을 감지하기 위한 신호이고, 상기 입력 신호 및 상기 증폭 입력 신호는 필터링부에 의해 필터링되고 필터링된 상기 입력 신호 및 상기 증폭입력 신호를 기반으로 상기 활선 상태 및 상기 비활선 상태에서 존재하는 상기 선간 전압에 대한 판단이 수행되고, 상기 증폭 입력 신호는 증폭 회로에 의해 생성되고, 상기 증폭 회로는 입력 회로의 비반전 회로의 궤환 저항을 기반으로 증폭을 단계적으로 수행하여 생성된 상기 증폭 입력 신호를 기반으로 활선에 대한 감도를 증가시켜 비활선 상태의 선로 체크를 수행하고, 상기 궤환 저항은 제1 궤환 저항, 제2 궤환 저항, 제3 궤환 저항 및 제4 궤환 저항을 포함하고, 상기 증폭 회로는 제1 아날로그 스위치, 제2 아날로그 스위치, 제3 아날로그 스위치, 제4 아날로그 스위치 각각을 기반으로 비반전 회로의 상기 궤환 저항을 선택하여 입력 신호에 대한 증폭을 수행하고, 상기 증폭 회로의 증폭값은 (1+증폭 저항의 값)/(제1 궤환 저항, 제2 궤환 저항, 제3 궤환 저항 및 제4 궤환 저항 중 선택된 궤환 저항의 값)이고, 상기 궤환 저항은 설정된 비활선 상태의 선로 체크가 판단 모드에 따라 선택되어 입력 신호에 대한 증폭을 위해 활용되는 것으로 이루어진다. 그러나 상기 특허문헌의 경우, 선로의 전압을 감지하여 선로의 활선여부를 판단하는 것이나, 이 경우, 인접된 다른 설비의 전기장이 중복 검출되거나 또는 간섭되어 해당 선로의 활선 여부가 오감지될 수 있는 문제가 있고, 이 때문에 활선 여부를 검출하는 기능의 신뢰성을 담보하기 어려운 문제가 있다. 따라서 수배전반 내부 선로(케이블)의 활선 여부를 무선으로 감지할 수 있으면서도 인접된 주변 설비와의 신호 간섭을 방지하여 오감지 및 오동작을 줄일 수 있도록 구조가 개선된 무선활선 감지장치가 구비된 수배전반의 개발이 요구된다. 도 1은 본 발명에 따른 지향성 안테나를 이용한 무선활선 감지장치가 구비된 수배전반의 예를 보인 도면. 도 2는 본 발명에 따른 지향성 안테나를 이용한 무선활선 감지장치의 예를 보인 구성도. 도 3은 본 발명에 따른 지향성 안테나의 예를 보인 도면. 도 4는 본 발명에 따른 지향성 안테나의 반사 손실을 나타낸 그래프. 도 5는 본 발명에 따른 지향성 안테나의 3차원 방사 패턴을 나타낸 도면. 도 6은 본 발명에 따른 지향성 안테나의 이득 패턴을 보인 도면. 이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 도시한 첨부도면에 따라 상세하게 설명한다. 본 발명은 수배전반 내부 선로(케이블)의 활선 여부를 무선으로 감지할 수 있으면서도 인접된 주변 설비의 영향을 최소화하여 오감지 및 오동작을 줄일 수 있는 지향성 안테나를 이용한 무선활선 감지장치가 구비된 수배전반을 제공하고자 하는 것으로, 이를 위한 본 발명은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 케이스(10), 지향성 안테나(20), 회로부(30) 및 출력부(40)를 포함한다. 케이스(10)는 내부에 후술되는 회로부(30) 및 출력부(40)가 내장되고, 안테나(20)를 고정하여 외력으로부터 내부 구성들을 보호하는 구성이다. 이러한 케이스(10)는 수배전반 외함(1)의 내부 일측에 설치되고, 소정 크기를 가지는 사각 박스 형태로 구성될 수 있으며, 또한 케이스(10)는 전후 방향으로 분리 조립 가능하도록 구성될 수 있고, 그 내부에는 회로부(30)가 나사 등에 의해 체결 고정되기 위한 복수 개의 나사결합부(도시하지 않음)가 구비될 수 있다. 그리고 케이스(10)의 전방 쪽에는 소정 크기의 구멍이 소정 간격을 두고 복수 개 형성될 수 있고, 이러한 구멍을 통해 내부에 설치되는 출력부(40)를 통해 출력되는 알람이 외부로 출력되도록 구성될 수 있다. 지향성 안테나(20)는 케이스(10)의 일측에 설치되어 외함(1)의 내부 특정 방향에서 검출되는 전자기파 신호를 수신하는 구성이다. 이러한 지향성 안테나(20)는 도 3에 도시된 바와 같이 소정 길이를 가지는 2개의 직사각형 판 모양의 패치가 일직선상으로 배치된 다이폴형 안테나(Dipole antenna)로 구성될 수 있다. 위와 같이 구성되는 본 발명의 지향성 안테나(20)는 도 4에 도시된 바와 같이 약 1.2GHz 대역에서의 반사손실(Return Loss, RL)이 대략 -35dB로 나타나 해당 주파수 대역에서 가장 우수한 성능을 가지는 것으로 나타난다. 여기서 반사손실(RL)은 그 값이 작을수록 미세 전자기파 신호를 더욱 정확하게 검출할 수 있게 된다. 그리고 3.8GHz 대역에서의 반사손실(RL)이 대략 -25dB, 8.5GHz 대역에서의 반사손실(RL)이 대략 -20dB로 나타나 부대역으로 사용 가능하고, 이에 의해 본 발명에 따른 지향성 안테나(20)는 다중 공진 주파수 특성이 있어 넓은 주파수 대역에서 사용 가능한 것으로 나타난다. 또한, 본 발명에 따른 지향성 안테나(20)는 도 5에 도시된 바와 같이 빨간색 부분에서 가장 강하게 방사되는 다이폴 안테나 특유의 도넛 형 방사 패턴이 나타난다. 여기서 빨간색 영역(대략 2dB)은 방사 이득이 가장 높은 방향이고, 노란색과 녹색 영역은 방사 이득이 상대적으로 낮은 방향이며, 파란색 영역은 방사가 없는 방향이며, X, Y, Z축은 안테나의 물리적 설치 방향을 나타낸다. 이에 더해 도 6에 도시된 바와 같이 1.5GHz에서 0°와 180° 방향으로 대칭을 이루도록 방사되면서, 90°(270°) 방향으로 방사가 가장 강한 것으로 나타나고, 축 방향(0°, 180°)으로는 방사가 거의 없는 것으로 나타난다. 즉, 본 발명에 따른 지향성 안테나(20)는 전후 방향으로 완전한 지향성을 나타내는 것이 아닌, 원형으로 강한 방사가 이루어지기 때문에 특정 방향으로 방향성이 부여될 필요가 있다. 이를 위해 본 발명은 지향성 안테나(20)의 후방 쪽에 반사판 또는 차폐 구조물(도시하지 않음)이 설치되고, 이를 통해 후방로브를 억제하고 전방로브의 이득이 상대적으로 향상되도록 구성된다. 여기서 전방로브(Front Lobe)는 안테나의 주된 방사 방향으로 최대 이득이 나오는 방향(안테나의 주요 송수신 방향)이고, 후방로브(Back Lobe)는 의도치 않게 뒤쪽으로 방사되는 전파로 후방로브가 크면 신호 간섭, 누설 등이 발생하게 된다. 위와 같이 반사판 또는 차폐 구조물을 통해 지향성 안테나(20)의 방향성이 부여되고 나면, 해당 편파 방향이 전력선 또는 부스바의 방향에 맞추어 정렬되도록 설치되는 것으로, 검출 대상의 전자기파를 특정하여 검출(수신)하는 것이 가능하게 된다. 회로부(30)는 케이스(10) 내부에 설치되면서 안테나(20)에서 수신된 전자기파 신호를 처리하여 감지 대상의 활선 여부와 부분방전(아크) 발생여부를 검출하는 구성이다. 이러한 회로부(30)는 도 2에 도시된 바와 같이 소정 크기를 가지는 PCB기판 상에 설치되면서 지향성 안테나(20)를 통해 전달되는 저주파(Low Frequency, LF) 신호를 처리하는 저주파 신호처리부(31)와, 상기 PCB기판 상에 설치되면서 지향성 안테나(20)를 통해 전달되는 초고주파(High Frequency, HF) 신호를 처리하는 초고주파 신호처리부(32) 및 상기 저주파 신호처리부(31)와 초고주파 신호처리부(32)를 통해 처리된 신호에 따라 활선 신호 및 부분방전(아크) 발생 신호를 출력하는 프로세서(33)를 포함한다. 그리고 지향성 안테나(20)와 저주파 신호처리부(31) 및 초고주파 신호처리부(32) 사이에는 지향성 안테나(20)를 통해 전달되는 저주파(LF) 신호와 초고주파(HF) 신호를 서로 분리하여 저주파 신호처리부(31) 및 초고주파 신호처리부(32)에 각각 전달하는 신호분리기(34)가 설치된다. 이때 신호분리기(34)는 지향성 안테나(20)와 연결되어 검출된 신호가 입력되는 신호입력부(도시하지 않음)와, 상기 신호입력부를 통해 입력되는 30~300Hz 대역의 저주파 신호가 통과되는 저역통과필터(Low Pass Filter(LPF), 도시하지 않음)와, 상기 신호입력부를 통해 입력되는 300~800MHz 대역의 초고주파가 통과되는 고역통과필터(High Pass Filter(HPF), 도시하지 않