RSS

아크 플래시 감지 어플리케이션을 위한 파이버옵틱

02 Feb

글. Alek Indra, Asia Pacific Marketing Manager, Avago Technologies

개폐장치라고 하는 전력 시스템의 전기 장비를 제어, 보호, 차단하는 전기 차단 스위치를 비롯해 퓨즈 및/또는 회로 차단기에 오류가 발생하는 경우, 해당 전력을 사용하는 장비는 물론 인접해 있는 운용 인력 등을 포함한 전체 전력 시스템이 위험해질 수 있다. 위와 같은 상황은 회로의 단락시 더욱 많이 발생한다.

일반적으로 금속 단락과 아크 플래시 단락의 두 가지 유형이 있는데 아크 플래시 단락의 위험 수위가 더 높다. 이를 감지하지 못하고 즉시 대응하지 못하는 경우 아크 플래시는 화재를 발생시킬 수 있으며 장비 손상은 물론 신체에 손상을 미치기도 한다. 이러한 피해로는 구리 배선이 과열되거나 알루미늄 봉이 녹기도 하며 독가스 확산 등도 예를 들 수있다. 또한 과열이 되면 압력이 상승해 개폐 장치가 폭발하는 위험이 야기되기도 한다.

개폐 장치에 사용되는 보호 방법으로는 신속한 버스 보호, 전류 보호 및 아크 플래시 보호장치 백업 등이 있다. 신속한 버스 보호 방법은 고압 개폐장치에만 사용 가능하며 전류 보호 백업은 회로 차단기를 전환하는 시간이 너무 많이 소모된다. 따라서, 저전압 및 중전압 개폐장치는 빠른 탐지 시스템이 필요하다.

중요한 건 응답 시간
아크 플래시가 발생하게 되면 수천분의 일초 내에 엄청난 파괴력이 생긴다. 제 시간 안에 회로 차단기를 열지 못하면 엄청난 손상이 발생할 수 있다(그림 1). 아크 플래시 사고로 발생한 손해는 짧은 시간 안에 흐르는 전류량과 직접적인 관계가 있지만 시간과 전류량이라는 두가지의 변수 중 시간이 더욱 치명적이다. 따라서, 보호를 최대화 하려면 아크 플래시 탐지기 및 전체 개폐장치 시스템 모두 응답 시간이 빨라야 한다.

아크 플래시 탐지 방법
아크 플래시에 오류가 발생하면 즉각적으로 빛 에너지 및 발열 에너지를 포함한 대량의 복사 에너지가 방출된다. 아크에의해 발생한 빛의 강도는 일반적인 주변 빛보다 수천 배 높은 양이다.

아크 플래시 탐지 릴레이는 엄청나게 빠른 응답 시간을 발휘하기 위해 아크 플래시의 강도를 활용하기 때문에 기존의 릴레이에 비해 더욱 많은 피해를 줄일 수 있다. 따라서, 아크 플래시 탐지 기능은 모든 개폐장치 설비에 핵심 요건이 되었다. 단, 빛은 아크 플래시가 발생했음을 알려 주는 여러 가지 징후 중 일부에 지나지 않는다.

아크 플래시가 발생하면 빛, 압력, 열, 전류 및 심지어 소리까지 대폭 증가하기 때문에 개폐장치는 이러한 모든 현상을 모니터링, 탐지할 수 있도록 설계되었다. 빛을 탐지하는 방법이 가장 쉽고 빠른 탐지 방법일 수 있지만 대다수의 시스템은 두가지를 탐지하거나 심지어는 세개 이상 (예; 빛, 전류 및 소리)을 탐지한다.

세가지 이상을 탐지하면 더욱 철저하게 응답할 수 있지만 이 방법은 비용이 증가하고 더욱 복잡하기 때문에 한계가 있다. 따라서 가장 효율적이고 비용 대비 효과가 좋은 일반적인 방법은 빛과 전류를 검출하는 방법이다. 이 방법은 안전한 아크 플래시 탐지 시스템을 구축할 때 선택하는 해결책으로 급부상하고 있다.

아크 플래시 탐지 시스템
아크 플래시 탐지 시스템(빛 / 전류 탐지기)는 기본적으로 아크 플래시 모니터링 장치, 제어 장치, 광 탐지기, 전류 탐지기 및 전류 변류기로 구성되어 있다. 제어 장치는 고감도 광 탐지기 및 상류 전류 변류기 모두에서 신호를 수신해 회로 차단기 발생 여부를 결정할 수 있다.

이러한 신호 처리 프로세스는 빠르면서도 동시에 안정적으로 진행되어 위험 및 손상을 최소화시켜야 한다. 따라서, 파이버옵틱 고유의 속도 및 EMI 내성 요소는 이러한 환경에서 아크 플래시 탐지 시스템에 완벽한 매개체가 된다.

광 탐지기에는 광 방사체와 수신기, 베어 파이버 루프 형식의 광센서 및 파이버옵틱 케이블이 포함된다. 광센서는 아크 플래시를 수집한 뒤 파이버옵틱 케이블을 통해 아크 플래시를 파이버옵틱 수신기로 전송함으로써 광 신호를 전기 신호로 전환해 제어 시스템에 아크 플래시가 발생할 때 이를 알린다.

일반적으로 포인트 센서 및 루프 센서라는 두가지 유형의 광센서가 사용된다. 포인트 센서는 광센서 및 광수신기를 사용해 지정된 지역에서 빛을 감지하며 루프 센서(그림 3)는 장비 전체의 중요한 곳에 위치한 베어 파이버루프를 사용한다.

루프 센서 기술은 포인트 센서와 비교할 때 몇 가지 이점이 있다. 우선, 설치 비용이 대폭 절감된다. 한 개의 파이버옵틱 센서의 길이는 최대 200 피트까지 가능한데, 기존의 버스 차별화 보호 장치와 관련된 보호 영역과 동일한 영역을 처리할 수 있지만 포인트 센서보다 비용이 훨씬 저렴하다.

두 번째로, 루프 방식을 사용하면 내부 구조물의 그림자로 인해 아크 플래시에 직접 노출되지 못하는 우려가 없어진다. 세 번째로, 파이버옵틱 센서가 루프 안에 구성되어 있는 경우, 센서의 무결성 및 지속성을 주기적으로 스스로 확인할 수 있어 문제가 발생하면 알람이 즉시 작동한다.

파장 및 조도
일반적으로 아크 플래시의 파장 범위는 300nm ~ 1,500nm의 복합광이다. 따라서, 한 개의 센서에서 650nm 또는 820nm 광섬유 수신기를 사용해 아크 플래시의 빛을 탐지할 수 있다. 플라스틱 파이버옵틱(POF) 또는 멀티모드 유리 파이버옵틱 케이블이 이 파장 범위에서 사용가능하다.
.
POF 케이블은 위와 같은 파장에서 최소로 감쇠하므로 650nm에 가장 적합하다. POF는 비용 또한 최저일 뿐 아니라 기타 파이버옵틱 케이블 유형 보다 설치가 용이하다. 멀티모드 유리 파이버옵틱 케이블은 POF 케이블(650nm의)보다 820nm에서 보다 적게 감쇠한다.

아바고 관련 제품
아바고는 파장 성능이 650nm, 820nm, 1300nm인 송수신기, 수신기 등 다양한 파이버옵틱 제품을 제공한다. 이러한 제품은 커넥터가 적은 아크 플래시 탐지기, Versatile Link 및 Miniature Link 시리즈에서 가장 적합하며, 이러한 장치에서 제공되는 선형성, 우수한 민감도성능 및 빠른 응답 시간은 아크 플래시 탐지 시스템에서 탁월하게 기능한다.

결론
단락은 개폐장치에 가장 일반적으로 발생하는 사고이다. 개폐장치에 탐지 및 보호 기능이 없는 경우, 단순히 금전적인 손실 뿐만이 아니라 인명 피해가 발생할 수 있다. 따라서 엄청난 손실을 방지하려면 각기 시스템에 문제가 발생하는 즉시 사고를 확실히 탐지하는 일이 급선무이다.

본 문서에 제시된 아크 플래시 탐지 시스템은 비용 및 성능 측면에서 가장 효율적인 방법이다. 파이버옵틱 구성 요소는 아크 플래시 탐지 체계를 구축하는 가장 용이하면서도 안전한 해결책이다.

아이씨엔 매거진 2013년 03월호

Advertisements
 
Leave a comment

Posted by on February 2, 2016 in Automation

 

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

 
%d bloggers like this: