KR100411816B1 - 스페이스 히터 원방 장치 - Google Patents

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KR100411816B1
KR100411816B1 KR10-2001-0066871A KR20010066871A KR100411816B1 KR 100411816 B1 KR100411816 B1 KR 100411816B1 KR 20010066871 A KR20010066871 A KR 20010066871A KR 100411816 B1 KR100411816 B1 KR 100411816B1
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Abstract

이 발명은 발·변전소등 초고압 중전기기 내부에 설치된 스페이스 히터 원방 장치에 관한 것으로, 종래의 유접점 전기적인 시퀀스 회로로 구성된 스페이스 히터 장치를 무접점 디지털화하기 위해 안정적인 전원을 공급하는 전원부와; 온도를 감지하고 이를 전기적 신호로 변환하여 출력하는 온도센서와; 습도를 감지하고 이를 전기적 신호로 변환하여 출력하는 습도센서와; 히터의 단선 유무를 감지하여 이를 전기적 신호로 출력하는 단선감지센서와; 상기 히터의 단선이 감지되면 경보를 하는 단선경보부와; 히터를 작동시키는 히터구동부와; 상기 온도센서 및 습도센서로부터 감지되는 값을 피드백하면서 미리 설정된 온도 및 습도까지 히터를 작동시키고, 또한 상기 단선감지센서로부터 감지된 값에 의해 히터의 단선이 감지되면 단선경보부를 작동시키는 제어부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 함.

Description

스페이스 히터 원방 장치{Remote control system for space heater}
본 발명은 발·변전소등 초고압 중전기기 내부에 설치된 스페이스 히터 원방 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게 설명하면 종래의 유접점 전기적인 시퀀스 회로로 구성된 히터 장치를 무접점 디지털화한 마이크로 프로세서를 이용한 스페이스 히터 원방 장치에 관한 것이다.
습도를 저감할 수 있는 방법은 온도가 일정한 상태로 수분을 제거하여 절대습도를 내려 상대습도를 낮추는 제습기를 사용하는 방법과 공기의 절대습도가 일정한 상태에서 공기 온도를 상승시켜 상대습도를 낮추기 위한 히터가 있는데, 전력기기에는 주로 상기 히터를 사용하고 있다.
중전기기 제어함 내에는 각종 지시계, 스위치, 배선차단기, 각종개폐기, 단자대 등 금속성 재질로 이루어진 부속품들이 복잡하게 배치되어 있다. 또한 제어함 외부도 금속성 재질로 이루어져 작은 틈새를 통한 수분침투에 의한 부식방지와 기기 동결 방지, 내·외부 온도차에 의한 결로현상(공기중의 습기가 차가운 물체와 접촉하여 물방울로 맺히는 현상)에 의한 전기기기 이상을 예방하기 위하여 중전기기 제어함 내부에는 방습용 히터(50')가 구비되어 있으며, 이것은 도1에 도시된 바와 같이 온도조절기(10') 및 습도조절기(20'), 히터용량 선택 스위치(30'), 히터의 단선 및 정상 가동여부를 확인할 수 있는 램프(40')로 구성되어 있다.
현재 온도조절기(10')와 습도조절기(20')를 병렬 운전하여 온도조절기(10')는 주위온도가 설정온도 이하일 때 히터(50')가 동작하도록 되어 있고, 습도조절기(20')는 주위 습도가 설정습도 이상일 때 히터(50')가 동작하도록 되어 있다. 상기 히터는 100W 용량 2개를 구비하였고, 계절별로 히터용량을 선택하는 선택스위치(30')(여름우기 25%, 11월/3월 50%, 12월/1월/2월 100%)와 온도조절기(10')(조절범위 -10℃~50℃)는 5℃에 셋팅되어 있고, 습도조절기(20')(조절범위 30~80%)는 80%에 셋팅되어 운전되고 있다.
그러나 이러한 종래의 히터 장치는 온/오프(ON/OFF) 유접점 시퀀스로 구성되어 있어서 전기적인 단선, 쇼트시 스파크에 의하여 접점이 손상될 수 있고, 접점의 부식으로 본래의 기능을 발휘할 없는 문제점이 있다.
또한, 미리 온도계/습도계/히터용량 다이얼형 스위치를 수동으로 설정하여 셋팅값에 동작하도록 되어 있어, 계절의 변화 또는 일기불순등 주위환경 변환에 능동적으로 대처할 수 없고, 수많은 제어함 도어를 일일이 열고 히터와 관련되는 회로를 체크해야 하는 불편함이 있다.
더불어, 내부회로를 점검하고자 점검창을 여는 순간 외부공기가 유입되어 불필요하게 히터가 동작되어 전력 손실을 가져오는 단점이 있다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 무접점 마이크로 프로세서를 채택하여 주위 환경 변화에 능동적으로 히터를 신속히 조절할 수 있으며, 도어를 열지 않고서도 셋팅값을 바꾸거나 확인할 수 있으며, 모든 회로를 무접점화하여 고장의 요인을 사전에 제거하였으며, 리모콘에 의한원격 제어와 내부 이상 여부를 모니터링할 수 있는 동시에 반영구적으로 사용할 수 있는 스페이스 히터 원방 장치를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 목적은 종래의 온도 및 습도계, 히터 용량 선택 스위치, 히터의 단선 및 정상 가동 여부를 확인할 수 있는 램프 등 여러 장치를 하나의 기판에 집적화하여 설치공간 절약을 통한 제작사 제조 원가 절감과 종래의 히터 장치에 비해 저렴한 비용으로 히터를 제어할 수 있는 스페이스 히터 원방 장치를 제공하는데 있다.
도1은 종래의 기기보호용 히터 제어 시퀀스 회로도이다.
도2는 본 발명에 의한 스페이스 히터 원방 장치를 도시한 블럭 다이아그램이다.
도3은 본 발명에 의한 스페이스 히터 원방 장치의 회로도이다.
도4는 본 발명에 의한 스페이스 히터 원방 장치에 이용된 원격제어부의 블럭 다이아그램이다.
도5는 본 발명에 의한 스페이스 히터 원방 장치에 이용된 원격제어부의 회로도이다.
- 도면중 주요 부호에 대한 설명 -
10; 제어부 20; 히터구동부
30; 히터 40; 단선감지센서
50; 송·수신부 60; 전원부
70; 습도센서 80; 온도센서
90; 단선경보부
100; 제어부 110; 키패드부
120; 표시부 130; 송·수신부
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 스페이스 히터 원방 장치는 안정적인 전원을 공급하는 전원부와; 온도를 감지하고 이를 전기적 신호로 변환하여 출력하는 온도센서와; 습도를 감지하고 이를 전기적 신호로 변환하여 출력하는 습도센서와; 히터의 단선 유무를 감지하여 이를 전기적 신호로 출력하는 단선감지센서와; 상기 히터의 단선이 감지되면 경보를 하는 단선경보부와; 히터를 작동시키는 히터구동부와; 상기 온도센서 및 습도센서로부터 감지되는 값을 피드백하면서 미리 설정된 온도 및 습도까지 히터를 작동시키고, 또한 상기 단선감지센서로부터 감지된 값에 의해 히터의 단선이 감지되면 단선경보부를 작동시키는 제어부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 제어부에는 현재의 온도, 습도, 히터의 단선 여부를 외부의 원격제어부로 전송하는 동시에, 온도 및 습도의 설정값을 상기 원격제어부로부터 전송받을 수 있도록 송·수신부가 더 연결될 수 있다.
또한, 상기 원격제어부는 온도 및 습도 등을 입력하는 키패드부와; 상기 스페이스 히터 원방 장치의 온도, 습도 및 단선 여부를 디스플레이하는 표시부와; 상기 스페이스 히터 원방 장치의 제어부와 온도, 습도 및 단선 여부의 데이터를 송·수신하는 송·수신부와; 상기 키패드부로부터의 온도 및 습도 데이터를 상기 송·수신부를 이용하여 스페이스 히터 원방 장치의 제어부에 전송하고, 상기 스페이스 히터 원방 장치에 의해 전송된 현재의 온도, 습도 및 단선 여부를 상기 표시부를 통하여 표시하는 제어부를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기와 같이 하여 본 발명에 의한 스페이스 히터 원방 장치에 의하면, 종래의 유접점 전기적인 시퀀스 회로로 구성된 장치를 마이크로프로세서를 이용한 무접점 디지털화하여 고장 요인을 제거할 수 있게 된다.
또한, 장치 외부의 도어를 열지 않고서도 내부 히터를 제어할 수 있고, 히터의 이상 여부를 감시할 수 있으며, 셋팅치를 원방에서 확인 및 조정할 수 있게 된다.
더불어, 히터 장치의 집적화로 설치 공간을 축소하여 유지,보수가 편리하고 장치의 순시 효율성을 대폭 향상시킬 수 있으며, 종래 장치에 비해 가격까지 저렴하다.
또한, 내부회로 점검등 외부 도어를 열었을 때 외부공기가 내부에 유입되어 불필요한 히터의 동작으로 인한 전력 손실을 제거할 수 있다.
이하 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도2는 본 발명에 의한 스페이스 히터 원방 장치를 도시한 블럭 다이아그램이고, 도3은 본 발명에 의한 스페이스 히터 원방 장치의 회로도이다.
도시된 바와 같이 본 발명은 크게 안정적인 전원을 공급하는 전원부(60), 온도를 감지하고 이를 전기적 신호로 변환하여 출력하는 온도센서(80), 습도를 감지하고 이를 전기적 신호로 변환하여 출력하는 습도센서(70), 히터(30)의 단선 유무를 감지하여 이를 전기적 신호로 출력하는 단선감지센서(40), 상기 히터(30)의 단선이 감지되면 경보를 하는 단선경보부(90), 히터(30)를 작동시키는 히터 구동부(20), 및 상기 온도센서(80) 및 습도센서(70)로부터 감지되는 값을 피드백하면서 미리 설정된 온도 및 습도까지 히터(30)를 작동시키고, 또한 상기 단선감지센서(40)로부터 감지된 값에 의해 히터(30)의 단선이 감지되면 단선경보부(90)를 작동시키는 제어부(10)로 이루어져 있다. 더부어, 상기 제어부(10)에는 현재의 온도, 습도, 히터(30)의 단선 여부를 외부의 원격제어부로 전송하는 동시에, 온도 및 습도의 설정값을 상기 원격제어부로부터 전송받을 수 있도록 송·수신부(50)가 더 연결되어 있다.
본 발명에 의한 장치는 약전 DC5V로 구현된다. 따라서 상기 전원부(60)는 안정적인 전원 공급을 위해 트랜스포머와 정류 다이오드 그리고 정전압IC를 이용한다. 상기와 같은 구성에 의해 상기 전원부(60)는 비교적 니플(Nipple)이 작은 전압및 전류를 얻을 수 있고, 따라서 노이즈에 의해 장치가 충격받지 않도록 되어 있다. 또한 상기 전원부(60)에 의한 전원은 상기 제어부(10)뿐만 아니라 온도센서(80), 습도센서(70) 및 단선경보부(90)에 공급되도록 되어 있다.
상기 온도센서(80)는 비록 단독으로 그성되어 있으나, 그 기능과 정도는 매우 정밀하다. 사용된 온도 센성 IC는 칩내에 센싱에 필요한 센서와 OP AMP, AD 컨버터 그리고, 제어부(10)로 데이터를 전송하기 위한 시리얼 버퍼로 구성되어 있다. 센싱할 수 있는 온도 범위는 대략 -40℃~150℃이며, 내부 AD 컨버터를 통하여 변환된 값을 시리얼 버퍼를 통해 제어부(10)에 전달한다. 이 온도는 히터(30)를 구동하는데 매우 중요한 데이터가 된다.
상기 습도센서(70)는 HD 센서와 AD 컨버터로 구성되어 있으며, 제어함내의 습도를 체크하여 제어부(10)로 전송한다. 상기 습도센서(70)는 20%~99%의 센싱범위를 가지며 센싱한 아날로그 값을 8Bit AD 컨버터를 통해 0~255의 디지털로 변환하여 상기 제어부(10)에 전달한다.
상기 단선감지센서(40)는 CT를 이용하여 히터(30)의 단선 유무를 검출한다. 즉, 제어부(10)에 전원이 인가될 때 단선을 체크하고, 히터(30)에 전원을 공급할 때만 히터(30)를 체크한다. 이는 히터(30)의 단선을 체크하기 위해서는 히터(30)에 전력을 공급해야 하는데, 이때 불필요한 전력이 낭비되기 때문이다. 그러나, 이 정도의 체크에도 별무리가 없는 이유는 히터(30)에 전력이 공급되지 않는 상태에서는 히터(30)가 단선될 이유가 없기 때문이다.
상기 단선경보부(90)는 부저(Buzzer)와 LED로 구성되어 있으며, 단선감지센서(40)로부터 단선이 감지되면 상기 부저와 LED가 작동된다. 부저는 DC 5V로 구동하는 부저로 하기할 원격제어부에 의해 부저의 작동 유무를 옵션(Option) 처리할 수 있도록 해, 필요 이상으로 작동이 되지 않도록 되어 있다. 이러한 단선경보부(90)는 제어함을 열어 히터(30)를 만지거나 테스터기로 저항값을 읽지 않더라도 히터(30)의 상태를 사용자에게 알려주는 유용한 기능을 한다.
상기 히터 구동부(20)는 트라이액(Triac)과 제로 크로스 디텍트(Zero Cross Detect) 회로로 구성되며, 16A까지 제어 가능하게 되어 있다. 또한, AC 220V 입력을 50%에서 90%까지 위상제어를 통한 전력 제어를 할 수 있도록 되어 있다. 100%의 전력을 공급하지 않는 이유는 히터(30)의 과열로 인한 파괴를 방지하기 위함이다. 전압은 인위적인 변경을 할 수는 없고 온도의 변화에 의해 제어부(10)가 자동으로 조절한다.
상기 송·수신부(50)는 원격제어부(10)와 무선통신을 하기 위한 부분으로 적외선(Infrared)을 이용한 통신을 한다. RF 통신을 사용하지 않는 이유는 철제 제어함내에 제어부(10)가 위치하고 있어 상기 원격제어부와 통신이 용이하지 않을 뿐만 아니라, 다른 제어함내 설치된 제어부에 영향을 미칠 가능성이 있기 때문이다. 또한, 변전소내 특고압의 전력선 간섭으로 RF 통신은 노이즈가 많이 발생하여 정상적인 통신이 어렵기 때문이다. 이 적외선 통신의 주파는 58kHZ를 사용하며, 직선 통달거리는 약 10m 이다. 이 송·수신부(50)는 현재의 온도 및 습도 그리고 히터(30)의 단선 유무를 상기 원격제어부로 전송하여 현재의 상태를 운전자에게 알리는 역할과 온도 및 습도의 설정값을 상기 원격제어부로부터 전송받아 히터(30)의 구동을원하는 온도와 습도에서 동작할 수 있도록 하는 역할을 한다. 데이터의 구성은 총 32Bit로 구성되어 있으며, 온도, 습도, 단선, 설정온도, 설정습도 그리고 체크섬(Checksum)값으로 구성되어 있다.
상기 제어부(10)는 32kByte(HMS 81032) 용량의 마이크로 프로세서로 각종 센서(온도, 습도 및 단선)(80,70,40)의 입력 및 송·수신부(50)의 입력을 받으며, 히터 구동부(20) 및 단선경보부(90)를 제어한다. 상기 제어부(10)는 온도센서(80)로부터 현재 온도값을 3초 단위로 전송받아 저장하고 있으며, 습도 역시 습도센서(70)로부터 현재 습도 값을 3초 단위로 전송받아 저장한다. 그러나, 단선감지센서(40)로부터의 감지 데이터는 전원이 온(ON)되었을 때와 히터(30)가 구동되어야 하는 시점에만 감지하여 저장한다. 이는 히터(30)를 체크하기 위해서는 히터(30)에 전원을 공급해야 하는데, 이때마다 불필요한 전력이 낭비되기 때문이다. 이러한 제어부(10)는 4MHz의 발진주파수로 동작하며, 1개의 명령을 수행하는 속도는 약 1㎲가 걸린다. 전원이 공급되면, 자동 리셋(Reset) 기능이 작동하여 주변 회로를 체크하고, 현재 온도, 습도 및 히터(30)의 단선 유무를 체크하여 저장한다. 만약 히터(30)가 단선되어 있다면, 단선경보부(90)를 가동하여 히터(30)가 단선되었음을 근무자에게 알린다. 또한 컷오프(Cut Off) 기능이 있어 히터(30)가 과열되면 자동으로 히터(30) 전원을 차단하여 과열로 인한 히터(30)의 파손 및 제어함내 기기 들의 열로 인한 피해가 없도록 프로그램되어 있다.
도4는 본 발명에 의한 스페이스 히터 원방 장치에 이용된 원격제어부의 블럭 다이아그램이고, 도5는 본 발명에 의한 스페이스 히터 원방 장치에 이용된 원격제어부의 회로도이다.
도시된 바와 같이 원격제어부는 온도 및 습도 등을 입력하는 키패드부(110), 상기 스페이스 히터 원방 장치의 온도, 습도 및 단선 여부를 디스플레이하는 표시부(120), 상기 스페이스 히터 원방 장치의 제어부(100)와 온도, 습도 및 단선 여부의 데이터를 송·수신하는 송·수신부(130), 상기 키패드부(110)로부터의 온도 및 습도 데이터를 상기 송·수신부(130)를 이용하여 스페이스 히터 원방 장치의 제어부(100)에 전송하고, 상기 스페이스 히터 원방 장치에 의해 전송된 현재의 온도, 습도 및 단선 여부를 상기 표시부(120)를 통하여 표시하는 제어부(100)로 이루어져 있다.
상기 키패드부(110)는 원격제어부 동작의 입력수단으로 키(Key)의 구성은 "상태, UP, DOWN, 설정, 전송, 선택" 등으로 이루어져 있다.
상기 "상태"키는 히터 원방 장치의 제어부(10)로부터 현재 온도, 습도 및 단선 상태를 전송받아 표시부(120)에 디스플레이하도록 한다.
"UP"키는 온도 및 습도 설정시 그 설정값을 변화시키기 위한 키로 값을 보다 큰 값으로 만드는데 사용된다.
"DOWN"키는 온도 및 습도 설정시 그 설정값을 변화시키기 위한 키로 값을 보다 작은 값으로 만드는데 사용된다.
"설정"키는 온도 및 습도값을 설정할 수 있도록 설정 모드(Mode)로 진입할 수 있게, 그리고 그 값을 저장하고 설정 모드에서 빠져 나오도록 하는데 사용된다.
"전송"키는 설정된 온도 및 습도값을 히터 원방 장치의 제어부(10)로 전송하는 키이다.
"선택"키는 온도설정과 숩도설정을 서로 전환할 수있도록 결정해주는 키이다.
상기 표시부(120)는 LCD로 이루어져 있으며, 이는 현재 온도,습도 및 히터(30)의 단선 유무 상태를 디스플레이하며, 설정 모드에서는 온도 및 습도를 설정할 수 있도록 그 화면을 디스플레이하며, 전송 상태를 OK와 FAIL로 나타내 정상적으로 전송이 되었는지 그렇치 않은지를 알려준다. 이 LCD는 원격제어부의 이용에 매우 중요한 역할을 한다.
상기 송·수신부(130)는 적외선 LED와 적외선 수신기로 구성되며, 통달거리는 직선 10m이고, 송신 주파수는 56kHz이다. 그리고, 그 편각은 좌,우,상,하 15°로 운전자가 원하지 않는 다른 제어함내에 설치된 제어부(10)가 동작되지 않도록 편각을 주었다. 상기 키패드부(110)로 설정한 온도, 습도 값은 상기 장치의 제어부(10)에 전송하고, 상기 제어부(10)로부터 현재 상태를 전송 받는다. 전송 데이터는 총 32Bit로 구성되어 있으며, 온도, 습도, 단선, 설정온도, 설정습도, 그리고 체크섬(Checksum)값으로 이루어져 있다.
상기 원격제어부의 제어부(100)는 32kByte(HMS81032) 용량의 마이크로 프로세서로 상기 키패드부(110)로부터 온도 및 습도의 설정 데이터를 입력받으며, 상기 송·수신부(130)로부터 장치 제어부(10)의 현재 온도, 습도 및 단선 유무 데이터를 받으며 이를 표시부(120)인 LCD에 그 내용을 디스플레이한다. 이 제어부(10)는 4MHz의 발진주파수로 동작하며, 1개의 명령을 수행하는 속도는 약 1㎲가 걸린다.전원이 공급되면, 자동 리셋 기능이 작동하여 주변회로를 체크하고 설정 온도, 습도 디펄트(Default)값(온도 5℃, 습도 80%)으로 저장한다.
이상에서와 같이 본 발명은 비록 상기의 실시예에 한하여 설명하였지만 여기에만 한정되지 않으며, 본 발명의 범주 및 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러가지로 변형된 실시예도 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 의한 스페이스 히터 원방 장치에 의하면, 종래의 유접점 전기적인 시퀀스 회로로 구성된 장치를 마이크로프로세서를 이용한 무접점 디지털화하여 고장 요인을 제거할 수 있는 효과가 있다.
또한, 장치 외부의 도어를 열지 않고서도 내부 히터를 제어할 수 있고, 히터의 이상 여부를 감시할 수 있으며, 셋팅치를 원방에서 확인 및 조정할 수 있는 효과가 있다.
더불어, 히터 장치의 집적화로 설치 공간을 축소하여 유지,보수가 편리하고 장치의 순시 효율성을 대폭 향상시킬 수 있으며, 종래 장치에 비해 가격까지 저렴한 효과가 있다.
또한, 내부회로 점검등 외부 도어를 열었을 때 외부공기가 내부에 유입되어 불필요한 히터의 동작으로 인한 전력 손실을 제거할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 안정적인 전원을 공급하는 전원부와;
    온도를 감지하고 이를 전기적 신호로 변환하여 출력하는 온도센서와;
    습도를 감지하고 이를 전기적 신호로 변환하여 출력하는 습도센서와;
    히터의 단선 유무를 감지하여 이를 전기적 신호로 출력하는 단선감지센서와;
    상기 히터의 단선이 감지되면 경보를 하는 단선경보부와;
    히터를 작동시키는 히터구동부와;
    상기 온도센서 및 습도센서로부터 감지되는 값을 피드백하면서 미리 설정된 온도 및 습도까지 히터를 작동시키고, 또한 상기 단선감지센서로부터 감지된 값에 의해 히터의 단선이 감지되면 단선경보부를 작동시키는 제어부를 포함하여 이루어진 스페이스 히터 원방 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어부에는 현재의 온도, 습도, 히터의 단선 여부를 외부의 원격제어부로 전송하는 동시에, 온도 및 습도의 설정값을 상기 원격제어부로부터 전송받을 수 있도록 송·수신부가 더 연결된 것을 특징으로 하는 스페이스 히터 원방 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 원격제어부는 온도 및 습도 등을 입력하는 키패드부와;
    상기 스페이스 히터 원방 장치의 온도, 습도 및 단선 여부를 디스플레이하는 표시부와;
    상기 스페이스 히터 원방 장치의 제어부와 온도, 습도 및 단선 여부의 데이터를 송·수신하는 송·수신부와;
    상기 키패드부로부터의 온도 및 습도 데이터를 상기 송·수신부를 이용하여 스페이스 히터 원방 장치의 제어부에 전송하고, 상기 스페이스 히터 원방 장치에 의해 전송된 현재의 온도, 습도 및 단선 여부를 상기 표시부를 통하여 표시하는 제어부를 포함하여 이루어진 스페이스 히터 원방 장치.
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