KR101631152B1 - 지진 진동의 계측 시스템 및 이를 이용한 배전반의 내진 성능 평가 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지진 진동의 계측 시스템 및 이를 이용한 배전반의 내진 성능 평가 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 건물의 변전실 등에 설치된 내진 배전반에 있어 실제 지진 발생시 모니터링된 데이터를 통해 발생된 지진의 강도를 평가하여 내진 배전반의 안전성을 평가하는 동시에, 설치된 내진 배전반이 내진성능을 갖는 한계치를 검증할 수 있는 지진 진동의 계측 시스템 및 이를 이용한 배전반의 내진 성능 평가 방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 기존에 검증된 내진 배전반에서 측정되어 기 저장된 지진 진동 데이터와 비교하여 현장에 설치되어 실시간으로 모니터링되는 배전반의 실제 측정 데이터를 상호 비교함으로써 실시간으로 측정된 배전반에 어느 정도의 강도를 견딜 수 있는지 검증할 수 있고 실제 측정 데이터가 기 저장된 지진 진동 데이터를 상회할 경우 경고 메시지를 표시하여 구호 활동 등 적절한 조치를 취할 수 있도록 할 수 있으며, 경고 메시지가 표시된 경우에는 현장에 설치된 배전반을 점검할 수 있도록 하여 배전반을 보호하고 그 수명을 연장시킬 수 있는 동시에, 배전반이 견딜 수 있는 정도의 작은 지진 발생시에는 표시된 신호만으로 판단하여 현장 점검은 생략하도록 함으로써 점검 인력 소모 등 시간과 비용을 줄일 수 있는 장점도 있다.

Description

지진 진동의 계측 시스템 및 이를 이용한 배전반의 내진 성능 평가 방법{Measuring system of seismic vibration and evaluation method seismic performance of switch board using the same}

본 발명은 지진 진동의 계측 시스템 및 이를 이용한 배전반의 내진 성능 평가 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 배전반의 내진 성능을 간단한 방법으로 신뢰성 있게 측정할 수 있는 배전반의 내진 성능 평가 시스템에 관한 것이다.

최근 전세계 여러 지역에서 크고 작은 지진으로 인해 수많은 인명 및 재산적인 피해가 발생하고 있으며, 특히 일본이나 중국 등 주변국에서 강력한 지진이 자주 발생하고 있으므로 우리나라도 크고 작은 지진이 연이어 발생되고 있는 시점이므로 결코 안전지대라고 할 수 없다. 따라서 지진에 대한 대비를 철저히 하고 만일의 사태 발생시 피해를 최소화할 수 있는 국가 재난시스템 정비 및 건축물의 내진 설계 강화와 같은 필요성이 더욱 대두되고 있다.

우리나라의 경우 많은 건물들이 내진 설계가 되지 않은 상태이고, 내진 설계가 되어 있다고 하더라도 지진의 피해를 완벽하게 피해갈 수는 없는 것이 현실이다.

한편, 공장이나 빌딩과 같은 대용량 전력 수용가에는 한전에서 공급되는 특고압의 전력을 수전받아 저압으로 변환하여 사용하기 위한 수배전반이 기본적으로 설치되어 있고 수배전반이 설치되는 변전실은 전기 설비의 특성상 대부분 인적 왕래가 드문 건물의 지하 또는 옥상과 같은 외진 장소에 설치된다.

이렇게 변전실 등에 설치되는 수배전반은 지진 발생시 내부 기기들이 손상되지 않고 일정 시간 동안 기능을 수행할 수 있도록 내진형으로 설계되는 것이 최근의 추세이다.

그런데, 이와 같이 변전실 등에 설치되는 내진형 배전반은 일정한 기준 강도의 내진을 견딜 수 있도록 설치되고는 있으나, 이는 단지 지진 발생시에도 배전반의 기능을 수행할 수 있도록 하는 역할 외에는 다른 기능을 수행하기는 어려운 상황이다.

관련 기술로서, 대한민국 등록특허 제10-1035647호는 지진 감지 기능을 구비한 수배전반에 관한 것으로서 수배전반의 베이스 내부 바닥면에 설치된 지진 감지 센서가 지면의 진동 상태를 상시 감지하여 지진 발생시 초기에 감지할 수 있는 기술을 제안한다. 이 기술에서는 배전반 베이스에 설치된 지진 감지 센서를 통해 입력되는 ‘진동상태신호’를 분석하여 진도 계급에 따라 경보 신호를 생성하여 전력 제어를 수행하도록 하는 기술을 제안한다. 그러나, 여기에 제안된 기술은 배전반 내에 지진 감지 센서를 설치하여 여기에서 직접 입력되는 진동상태신호를 진도 계급에 따른 수치와 비교하여 경보신호를 발생시키는 것에 불과하며, 배전반의 자체 성능을 평가하는 것이나 배전반의 내진 성능을 고려하여 배전반이 내진 기능을 수행할 수 있는지 한계치를 검증하는 것과는 관련성이 없다.

<기타 관련 선행기술 문헌>

1. 대한민국 등록특허 제10-1397928호

2. 대한민국 등록실용신안 제20-0388279호

3. 대한민국 등록특허 제10-0872578호

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 상황을 고려하여 개발된 것으로서, 건물의 변전실 등에 설치된 내진 배전반에 있어 실제 지진 발생시 모니터링된 데이터를 통해 발생된 지진의 강도를 평가하여 내진 배전반의 안전성을 평가하는 동시에, 설치된 내진 배전반이 내진성능을 갖는 한계치를 검증할 수 있는 지진 진동의 계측 시스템 및 이를 이용한 배전반의 내진 성능 평가 방법을 제공하고자 한다.

상기 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예는

(1) 검증 대상 배전반의 측정 지점에서 지진 진동 신호를 측정하기 위한 지진 진동 계측기;

(2) 상기 지진 진동 계측기에서 실제 모니터링된 측정 신호를 주파수 대비 가속도 데이터로 변환하고, 기 저장된 내진형 배전반의 주파수 대비 가속도 검증 데이터와 비교하는 데이터 연산부; 및

(3) 상기 데이터 연산부에서 얻어진 실제 모니터링된 지진 진동 계측기의 측정 신호가 상기 기 저장된 내진형 배전반의 주파수 대비 가속도 검증 데이터를 상회할 경우 경고 메시지(warning message)를 표시하고, 상기 실제 모니터링된 지진 진동 계측기의 측정 신호가 상기 기 저장된 내진형 배전반의 주파수 대비 가속도 검증 데이터를 상회할 경우 그 비율(%)을 표시하는 표시부;

를 포함하는 지진 진동 계측 시스템을 제공한다.

또한, 상기 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 다른 실시예는

(a) 내진형 배전반에 지진 진동 시험을 수행하여 주파수 대비 가속도 검증 데이터를 얻는 단계;

(b) 상기 얻어진 주파수 대비 가속도 검증 데이터를 데이터 연산부에 저장하는 단계;

(c) 검증 대상 배전반에 지진 진동 계측기를 설치하고 지진 진동 발생시 상기 검증 대상 배전반에 설치된 지진 진동 계측기에서 실제 모니터링된 주파수 대비 가속도 데이터를 상기 데이터 연산부에 입력받아 상기 데이터 연산부에 기 저장된 내진형 배전반의 주파수 대비 가속도 검증 데이터와 비교하는 단계; 및

(d) 상기 (c)에서 얻어진 실제 모니터링된 주파수 대비 가속도 데이터가 상기 (a)에서 얻어진 주파수 대비 가속도 검증 데이터를 상회할 경우 경고 메시지(warning message)를 표시하고, 상기 (c)에서 얻어진 실제 모니터링된 주파수 대비 가속도 데이터가 상기 (a)에서 얻어진 주파수 대비 가속도 검증 데이터를 하회할 경우 그 비율(%)을 표시하는 단계;

를 포함하는 배전반의 내진 성능 평가 방법을 제공한다.

본 발명에 따른 지진 진동의 계측 시스템 및 이를 이용한 배전반의 내진 성능 평가 방법의 특징 및 장점을 설명하면 다음과 같다.

1. 먼저, 기존의 지진 감지 기능을 구비한 수배전반처럼 지진 진동 상태를 상시 감지하여 지진 발생시 그 신호를 중앙 통제실이나 제어실로 전송하여 긴급 피난이나 구호활동, 재난기관 연락 등 적절한 조치를 취하도록 하는 기본적인 기능을 수행하는 것은 물론이고,

2. 기존에 검증된 내진 배전반에서 측정되어 기 저장된 지진 진동 데이터와 비교하여 현장에 설치되어 실시간으로 모니터링되는 배전반의 실제 측정 데이터를 상호 비교함으로써 실시간으로 측정된 배전반에 어느 정도의 강도를 견딜 수 있는지 검증할 수 있고 실제 측정 데이터가 기 저장된 지진 진동 데이터를 상회할 경우 경고 메시지를 표시하여 구호 활동 등 적절한 조치를 취할 수 있도록 할 수 있으며,

3. 경고 메시지가 표시된 경우에는 현장에 설치된 배전반을 점검할 수 있도록 하여 배전반을 보호하고 그 수명을 연장시킬 수 있는 동시에, 배전반이 견딜 수 있는 정도의 작은 지진 발생시에는 표시된 신호만으로 판단하여 현장 점검은 생략하도록 함으로써 점검 인력 소모 등 시간과 비용을 줄일 수 있는 장점도 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지진 진동 계측 시스템을 대략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배전반의 내진 성능 평가 방법에 있어서, 실제 모니터링된 주파수 대비 가속도 데이터와, 주파수 대비 가속도 검증 데이터를 비교하는 검증 그래프를 나타내는 도면이다.
도 3은 X축, Y축 및 Z축에 따른 지진파의 형태를 나타낸 것(a) 및 이를 확대하여 나타낸 것(b)이다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 상세하게 설명한다. 다만 이는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 기술자가 본 발명을 용이하게 이해하고 실시할 수 있도록 설명하는 것일 뿐이고 본 발명의 범위가 하기 실시예의 범위로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다.

기존의 배전반, 내진 배전반의 경우에는 대한민국 등록특허 제10-1035647호와 같이, 지진 감지 기능이 구비되는 경우도 있다.

그러나, 기존의 지진 감지 기능을 갖는 배전반 및 내진 배전반의 경우에는 단순히 배전반 내부에 지진 감지 센서를 부착하여 이를 통해 지면의 진동 상태를 감지하여 중앙 통제실에 신호를 전송하는 기능을 하는 것에 불과하다.

본 발명은 이러한 단순한 진동 신호를 전달하는 것에 국한된 것이 아니라, 실제 지진 발생시 지진 진동 계측기를 통해 모니터링된 데이터를 통해 발생된 지진의 강도를 평가하여 내진 배전반의 안전성을 평가하는 동시에, 설치된 내진 배전반이 내진성능을 갖는 한계치를 검증할 수 있도록 하고, 배전반이 견딜 수 있는 한계치를 상회하여 경고 메시지가 표시된 경우에는 현장에 설치된 배전반을 점검할 수 있도록 하여 배전반을 보호하고 그 수명을 연장시킬 수 있는 동시에, 배전반이 견딜 수 있는 정도의 작은 지진 발생시에는 표시된 신호만으로 판단하여 현장 점검은 생략하도록 함으로써 점검 인력 소모 등 시간과 비용을 줄일 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지진 진동 계측 시스템을 대략적으로 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 지진 진동 계측 시스템은

(1) 검증 대상 배전반의 측정 지점에서 지진 진동 신호를 측정하기 위한 지진 진동 계측기;

(2) 상기 지진 진동 계측기에서 실제 모니터링된 측정 신호를 주파수 대비 가속도 데이터로 변환하고, 기 저장된 내진형 배전반의 주파수 대비 가속도 검증 데이터와 비교하는 데이터 연산부; 및

(3) 상기 데이터 연산부에서 얻어진 실제 모니터링된 지진 진동 계측기의 측정 신호가 상기 기 저장된 내진형 배전반의 주파수 대비 가속도 검증 데이터를 상회할 경우 경고 메시지(warning message)를 표시하고, 상기 실제 모니터링된 지진 진동 계측기의 측정 신호가 상기 기 저장된 내진형 배전반의 주파수 대비 가속도 검증 데이터를 상회할 경우 그 비율(%)을 표시하는 표시부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 지진 진동 계측기는 다른 말로 지진 감지 센서, 지진 감지기 등의 용어로 사용되는 통상적인 구조의 지진 진동 계측기를 사용할 수 있으며, 본 발명에서는 이에 관해 특별히 한정하지는 않는다.

상기 지진 진동 계측기를 내진형 배전반에 설치한 후, 내진 실험기를 통해 일정 강도의 지진 진동을 부여하여 상기 지진 진동 계측기에서 측정되는 측정 신호를 얻는다.

이어서 상기 측정 신호를 주파수 대비 가속도 데이터로 변환하고, 이를 데이터 연산부에 저장한다.

이후, 현장에 실제 설치되는 배전반에 지진 진동 계측기를 설치하고, 현장에서 실제 모니터링되는 측정 신호를 얻는다. 이 후 상기 실제 모니터링되는 측정 신호를 주파수 대비 가속도 데이터로 변환하고, 데이터 연산부에서 기 저장된 내진형 배전반의 주파수 대비 가속도 검증 데이터와 비교한다.

이와 같이 시험을 통해 측정된 데이터와 실제 현장에서 모니터링하여 얻어진 데이터를 비교하여 실제 모니터링된 지진 진동 계측기의 측정 신호가 상기 기 저장된 내진형 배전반의 주파수 대비 가속도 검증 데이터를 상회할 경우 표시부에서 경고 메시지(warning message)를 표시하고, 상기 실제 모니터링된 지진 진동 계측기의 측정 신호가 상기 기 저장된 내진형 배전반의 주파수 대비 가속도 검증 데이터를 하회할 경우 표시부에서 그 비율(%)을 표시하여 한계치까지의 마진(margin, %)을 보여준다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배전반의 내진 성능 평가 방법에 있어서, 실제 모니터링된 주파수 대비 가속도 데이터와, 주파수 대비 가속도 검증 데이터를 비교하는 검증 그래프를 나타내는 도면이다.

도 2에서는 실제 모니터링된 주파수 대비 가속도 데이터 곡선이, 사전 시험에 의해 얻어진 주파수 대비 가속도 검증 데이터 곡선을 하회하므로 경고 메시지를 표시하지는 않고 표시부에서 그 상대적인 비율(%)과 마진 비율(%)을 표시한다.

만약, 실제 모니터링된 주파수 대비 가속도 데이터 곡선이, 사전 시험에 의해 얻어진 주파수 대비 가속도 검증 데이터 곡선을 상회할 경우에는 표시부에서 경고 메시지를 표시한다. 이렇게 경고 메시지가 표시될 경우에는 현장에 설치된 배전반이 손상되었을 가능성이 있으므로 건물의 파손과 관계없이 배전반을 점검해야 하며, 점검에 따라 필요한 경우 교체를 진행해야 한다.

도 2에서는 일축으로만 이루어진 검증 곡선을 나타내었으나, 실제 지진파의 경우 X, Y, Z 3축 방향으로 진행되며, 각 축에 대하여 P, S, L파로 진행되므로(도 3 참조) X축, Y축 및 Z축의 각 축에 따른 검증 곡선을 적용하는 것이 바람직하다.

본 발명은 상기와 같은 지진 진동 계측 시스템을 이용하여 배전반의 내진 성능을 평가하는 방법을 제공한다.

본 발명에 따른 지진 진동 계측 시스템을 이용한 배전반의 내진 성능 평가 방법은

(a) 내진형 배전반에 지진 진동 시험을 수행하여 주파수 대비 가속도 검증 데이터를 얻는 단계;

(b) 상기 얻어진 주파수 대비 가속도 검증 데이터를 데이터 연산부에 저장하는 단계;

(c) 검증 대상 배전반에 지진 진동 계측기를 설치하고 지진 진동 발생시 상기 검증 대상 배전반에 설치된 지진 진동 계측기에서 실제 모니터링된 주파수 대비 가속도 데이터를 상기 데이터 연산부에 입력받아 상기 데이터 연산부에 기 저장된 내진형 배전반의 주파수 대비 가속도 검증 데이터와 비교하는 단계; 및

(d) 상기 (c)에서 얻어진 실제 모니터링된 주파수 대비 가속도 데이터가 상기 (a)에서 얻어진 주파수 대비 가속도 검증 데이터를 상회할 경우 경고 메시지(warning message)를 표시하고, 상기 (c)에서 얻어진 실제 모니터링된 주파수 대비 가속도 데이터가 상기 (a)에서 얻어진 주파수 대비 가속도 검증 데이터를 하회할 경우 그 비율(%)을 표시하는 단계;를 포함하여 구성된다.

먼저, 내진형 배전반을 내진 시험실에서 상기 재진형 배전반에 지진 진동 계측기를 설치한 상태에서 지진 진동 시험을 실시하여 주파수 대비 가속도 검증 데이터를 얻고, 이를 데이터 연산부에 저장한다.

상기 데이터 연산부는 상기 지진 진동 계측기와 유선 또는 무선으로 연결된 제어부에 설치된다.

또한, 현장에 설치되는 검증 대상 배전반에 지진 진동 계측기를 설치하고 실제 지진 진동 발생시 상기 검증 대상 배전반에 설치된 지진 진동 계측기에서 실제 모니터링된 주파수 대비 가속도 데이터를 데이터 연산부에 입력한다. 이 후, 이를 상기 데이터 연산부에 기 저장된 내진형 배전반의 주파수 대비 가속도 검증 데이터와 비교한다.

이후, 상기 얻어진 실제 모니터링된 주파수 대비 가속도 데이터가 상기 얻어진 주파수 대비 가속도 검증 데이터를 상회할 경우 표시부에서 경고 메시지(warning message)를 표시하고, 상기 얻어진 실제 모니터링된 주파수 대비 가속도 데이터가 상기 얻어진 주파수 대비 가속도 검증 데이터를 하회할 경우 표시부에서 그 비율(%)을 표시하고, 필요시 그 마진(margin)을 표시한다.

이상 본 발명의 배전반의 내진 성능 평가 방법에서 별도로 설명되지 않은 것은 위의 본 발명의 지진 진동 계측 시스템 부분에서 설명된 것과 같다.

이상, 본 발명에 따른 지진 진동의 계측 시스템 및 이를 이용한 배전반의 내진 성능 평가 방법에 관하여 설명하였다.

본 발명에 따르면, 기존에 검증된 내진 배전반에서 측정되어 기 저장된 지진 진동 데이터와 비교하여 현장에 설치되어 실시간으로 모니터링되는 배전반의 실제 측정 데이터를 상호 비교함으로써 실시간으로 측정된 배전반에 어느 정도의 강도를 견딜 수 있는지 검증할 수 있고 실제 측정 데이터가 기 저장된 지진 진동 데이터를 상회할 경우 경고 메시지를 표시하여 구호 활동 등 적절한 조치를 취할 수 있도록 할 수 있으며, 경고 메시지가 표시된 경우에는 현장에 설치된 배전반을 점검할 수 있도록 하여 배전반을 보호하고 그 수명을 연장시킬 수 있는 동시에, 배전반이 견딜 수 있는 정도의 작은 지진 발생시에는 표시된 신호만으로 판단하여 현장 점검은 생략하도록 함으로써 점검 인력 소모 등 시간과 비용을 줄일 수 있는 장점도 있다.

Claims (2)

1. 삭제
2. (a) 내진형 배전반에 지진 진동 시험을 수행하여 주파수 대비 가속도 검증 데이터를 얻는 단계;
   (b) 상기 얻어진 주파수 대비 가속도 검증 데이터를 데이터 연산부에 저장하는 단계;
   (c) 검증 대상 배전반에 지진 진동 계측기를 설치하고 지진 진동 발생시 상기 검증 대상 배전반에 설치된 지진 진동 계측기에서 실제 모니터링된 주파수 대비 가속도 데이터를 상기 데이터 연산부에 입력받아 상기 데이터 연산부에 기 저장된 내진형 배전반의 주파수 대비 가속도 검증 데이터와 비교하는 단계;
   (d) 상기 (c)에서 얻어진 실제 모니터링된 주파수 대비 가속도 데이터가 상기 (a)에서 얻어진 주파수 대비 가속도 검증 데이터를 상회할 경우 경고 메시지(warning message)를 표시하고, 상기 (c)에서 얻어진 실제 모니터링된 주파수 대비 가속도 데이터가 상기 (a)에서 얻어진 주파수 대비 가속도 검증 데이터를 하회할 경우 그 상대적인 비율(%) 및 상기 (b)에서 저장된 검증 데이터의 한계치까지의 마진 비율(%)을 표시하는 단계; 및
   (e)상기 (d)에서 상기 (c)에서 얻어진 실제 모니터링된 주파수 대비 가속도 데이터가 상기 (a)에서 얻어진 주파수 대비 가속도 검증 데이터를 상회하여 경고 메시지가 표시된 경우에는 현장에 설치된 배전반을 점검하고, 상기 (c)에서 얻어진 실제 모니터링된 주파수 대비 가속도 데이터가 상기 (a)에서 얻어진 주파수 대비 가속도 검증 데이터를 하회하여 배전반이 견딜 수 있는 정도인 경우에는 현장에 설치된 배전반의 점검을 생략하는 단계;
   를 포함하며,
   상기 (a)단계에서 내진형 배전반에 지진 진동 시험을 수행하여 주파수 대비 가속도 검증 데이터를 얻는 것은, 지진 진동 계측기를 내진형 배전반에 설치한 후, 내진 실험기를 통해 일정 강도의 진동을 부여하여 상기 지진 진동 계측기에서 측정되는 측정 신호를 얻고, 상기 측정된 신호를 주파수 대비 가속도 데이터로 변환하는 것을 특징으로 하며,
   상기 (c)단계에서 검증 대상 배전반에 지진 진동 계측기를 설치하고 지진 진동 발생시 상기 검증 대상 배전반에 설치된 지진 진동 계측기에서 실제 모니터링된 주파수 대비 가속도 데이터를 상기 데이터 연산부에 입력받아 상기 데이터 연산부에 기 저장된 내진형 배전반의 주파수 대비 가속도 검증 데이터와 비교하는 것은, 현장에 실제 설치되는 배전반에 지진 진동 계측기를 설치하고 현장에서 실제 모니터링되는 측정 신호를 얻은 후, 상기 실제 모니터링되는 측정 신호를 주파수 대비 가속도 데이터로 변환하고, 상기 (b)단계에서 상기 데이터 연산부에 기 저장된 검증 대상 내진형 배전반의 주파수 대비 가속도 검증 데이터와 비교하는 것을 특징으로 하고,
   상기 (e)단계에서, 상기 (d)에서 상기 (c)에서 얻어진 실제 모니터링된 주파수 대비 가속도 데이터가 상기 (a)에서 얻어진 주파수 대비 가속도 검증 데이터를 상회하여 경고 메시지가 표시된 경우에는 건물의 파손 여부와 관계없이 배전반을 점검하고, 점검 결과에 따라 배전반을 교체하며,
   상기 (a)에서 내진형 배전반에 지진 진동 시험을 수행하여 주파수 대비 가속도 검증 데이터를 얻음에 있어 지진파의 X축, Y축 및 Z축의 각 축에 따른 검증 곡선을 얻는 것을 특징으로 하는
   내진 배전반의 성능 검증 및 보호 방법.

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