KR100896894B1

KR100896894B1 - 분전반의 지능형 제어장치 및 제어방법

Info

Publication number: KR100896894B1
Application number: KR1020070084791A
Authority: KR
Inventors: 임용배; 배석명
Original assignee: 한국전기안전공사
Priority date: 2007-08-23
Filing date: 2007-08-23
Publication date: 2009-05-14
Also published as: KR20090020220A

Abstract

본 발명은 분전반의 지능형 제어장치 및 제어방법에 관한 것이다.

더욱 상세하게는 옥내로 인입되는 교류전원에 연결되는 메인차단기 및 그 메인차단기로부터 분기된 다수의 분기차단기로 구성된 분전반의 제어장치에 있어서, 모드별 메뉴를 선택할 수 있도록 문자 또는 숫자형태의 버튼을 제공하여 사용자가 선택함에 따라 모드별 입력신호를 생성하여 외부로 출력하는 입력부; 상기 입력부의 입력신호에 따라 상기 메인차단기 및 다수의 분기차단기에 연결되어 전류 및 전압 신호를 검출하여 제어부로 출력하는 검출부; 상기 입력부의 모드별 입력신호를 입력받아 모드별 부하패턴 기준값을 로딩하여 초기화하고, 상기 검출부로부터 검출된 전류 및 전압 신호를 일정한 값의 부하패턴으로 분류하여 기 저장된 모드별 부하패턴과 비교분석하고, 그 결과에 따라 제어신호를 생성한 후 모드별 상태정보와 함께 외부로 출력하거나 디스플레이를 통하여 표시하는 제어부; 상기 제어부로부터 제어신호를 수신하여 메인차단기 또는 분기차단기로 제어신호를 전송하여 전원을 차단하는 차단부; 상기 제어부의 제어에 따라 기 저장된 부하패턴 기준값을 디스플레이하고, 제어부에 의해 비교분석된 제어신호와 모드별 상태정보를 디스플레이하여 표시하는 디스플레이부; 및 상기 제어부의 제어에 따라 모드별 부하패턴 기준값을 저장하고 제공하는 저장부; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 분전반의 지능형 제어장치와,

옥내로 인입되는 교류전원이 연결되는 메인차단기 및 메인차단기로부터 연결된 다수의 분기차단기로 구성된 분전반을 제어하는 방법에 있어서, (a) 모드별 선택스위치가 입력되면, 모드별 부하패턴 기준값을 로딩하여 초기화하고 상기 메인차단기 및 분기차단기로부터 전류 및 전압 신호를 검출하는 단계; (b) 상기 검출된 전류 및 전압 신호를 일정한 값의 부하패턴으로 분류한 후 기 저장된 모드별 부하패턴 기준값과 비교분석하는 단계; (c) 상기 (b)단계의 분석결과, 검출된 부하패턴이 모드별 부하패턴 기준값보다 크면 제어신호를 발생하여 해당 메인차단기 또는 분기차단기를 제어하는 단계; 및 (d) 상기 (b)단계의 분석결과, 검출된 부하패턴이 모드별 부하패턴 기준값보다 작으면 검출된 부하패턴을 모드별 부하패턴 기준값에 업데이트하는 학습 및 저장하는 단계; 를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 분전반의 지능형 제어방법에 관한 것이다.

분전반, 아크고장, 과전류, 부하전류, 누설전류, 영상전류, 신경망

Description

분전반의 지능형 제어장치 및 제어방법{Intelligence control device of cabinet-panel and control method}

더욱 상세하게는 장소, 시설 또는 전기기기에 대한 부하패턴을 모드별 부하패턴 기준값으로 저장한 후, 부하상태에 따라 부하사용 환경을 자동 인식하거나 또는 수동 설정에 따라 보호기능을 수행하는 차단기의 차단감도를 조절할 수 있는 분전반의 지능형 제어장치 및 제어방법에 관한 것이다.

최근 급속한 기술발전과 각종 설비의 지능화에 의해 정전 없는 전력공급이 사회 안정에 필수요소가 되었고, 전기를 에너지원으로 사용하는 분야의 확대로 과거와 다른 예상치 못한 정전에 의한 재해가 발생되고 있다.

일반적으로 옥내 전기설비에 의해 발생될 수 있는 전기재해를 예방하기 위해 아크고장회로차단기(AFCI : Arc-Fault Circuit Interrrupter), 누전차단기(ELB : Earth Leakage Breaker), 배선용차단기(MCCB : Molded Case Circuit Breaker) 등이 보호장치(이하 "차단기")로 적용되고 있다. 국내의 경우는 ELB와 MCCB에 의한 보호 가 전기관련 법규에 규정되어 있다.

상기 아크고장회로차단기(AFCI : Arc-Fault Circuit Interrupter) 같은 경우는, National Electrical Code의 210.12에 따르면, 아크의 독특한 특징을 인식하고, 아크고장이 검출되었을 때 그 회로의 전원을 차단하여 아크고장의 영향으로부터 회로를 보호하는 장치를 말한다. 여기에서의 아크는 절연 매질을 전기적으로 관통하는 지속적인 발광방전 현상으로, 보통 부분적인 전극의 승화를 동반한다. 일반적으로 공기에 의해 음극(cathode)과 양극(anode)이 분리되며, 아크의 중심온도는 5,000~15,000℃ 정도로 전기화재의 주요 원인이 되고 있다.

(그림 1) 전형적인 아크고장에 의한 전류 및 전압 파형

이런 아크고장이 발생하면 고주파 잡음이 전압과 전류에서 나타나고, 아크에 의한 전압상승 때문에 전압 차에 대한 보상 기능이 없는 회로에서의 아크고장는 동일 회로일 경우 정상상태의 전류보다 낮게 된다. 그리고 아크고장의 상승 비율은 정상전류에 대한 상승률보다 일반적으로 크며, 각각의 반주기에서 아크고장는 전류 의 zero crossing 전에 거의 소멸되고, zero crossing을 지난 후에는 다시 나타난다. 이렇게 zero crossing 부분에서 그림 1과 같은 파형이 나타나는 것을 "Shoulder"라고 한다. 일반적으로 전압의 파형은 방형파에 가까우며, 산발적으로 정상전류 사이에서 순간적으로 높게 나타나는 경우가 많다.

아크는 동적인 현상으로, 아크가 진행됨에 따라 음극이 침식 되어 방출되고, 그 압력파의 힘은 도체의 위치와 절연체에 따라 변화된다. 고온의 발화와 탄화가 그 영역의 물질에서 발생하고 아크 방전경로의 도전율이 계속 변화되므로 전기적인 환경 또한 안정되지 않고 계속 변화되어 과전류 검출과 달리 아크로 판단할 수 있는 전기적 현상이 지속되지 않는다.

보통 아크의 검출은 아크의 특징 또는 아크특징의 변화를 구별하기 위한 전압 및 전류의 지속적인 관찰에 의해 이루어지며, 검출 회로는 아크의 특징을 찾아내어 아크 존재의 개연성을 알려준다. 만약 이들 조건이 충족된다면 아크의 존재를 알리고 회로를 차단하기 위해 신호를 송출한다.

그러나 대부분의 비선형 부하설비들에 의해 왜곡되는 전류 파형은 아크고장의 전기적 특징과 매우 유사하다(그림 2, 3, 4 참조). 즉 아크와 부하로부터의 특징을 찾는 검출기는 아크에 대해서 높은 검출확률을 가져야 하고, 부하의 유사 아크신호에 대해서는 낮은 검출확률을 가져야 한다.

그러나 이들 관계는 지속적인 기술의 개선에도 불구하고 모두를 만족시킬 수 없다.

(그림 2) 전기장판의 파형(상 : 전기장판, 하 : 전기장판+아크)

(그림 3) 에어컨 기동 시 전류 파형

(그림 4) 일반부하를 갖는 회로에서의 아크고장전류 파형

상기 누전차단기(ELB : Earth Leakage Breaker) 같은 경우는, 옥내배선 또는 부하설비의 대지에 대한 절연이 열화되면 누설전류가 흐르게 된다. 이는 영상전류로 검출 가능하며, 현재는 영상변류기(ZCT ; zero current transformer)를 내장한 분기차단기로 누전에 의한 재해를 예방하고 있으며, 국내에서 사용되고 있는 분기차단기는 인체 등을 보호하기 위해 30㎃의 접지고장과 함께 동작하지만, 미국에서 사용되고 있는 접지고장회로차단기(GFCI ; ground fault circuit interrupter)는 인체 보호를 위해 6㎃에서 동작한다.

옥내배선 또는 부하설비의 절연이 열화 또는 파괴되면 누설전류가 흐르게 되고 영상전류로 측정된다. 일반적으로 영상변류기(ZCT)에 의해 측정되는 영상전류는 그림 5와 같은 벡터도를 갖는다. 이 Ig에는 정전용량에 의한 Igc와 절연저하에 의한 Igr을 포함하고 있다. 즉 실제 측정된 영상전류는 옥내배선의 절연저하에 의한 누설전류뿐만 아니라 부하설비나 옥내배선으로부터의 정전용량에 의한 전류를 포함할 수 있기 때문에 옥내배선의 절연상태를 정확히 확인할 수 없었다.

(그림 5) 영상전류의 벡터도

따라서 현재의 보호방법은 누설전류 검출의 신뢰성에 대한 문제가 제기될 수 있으며, 원하지 않는 불필요 동작에 의해 정상적인 계통에서의 원활한 전원공급이 불가능한 경우도 있다.

Biegelmeier와 Dalziel 등의 연구에 기초한 인체의 통전전류에 대한 임계값은 다음과 같다.

인지 임계값 및 반응 임계값은 전극과 접촉된 인체의 면적, 접촉면의 상태(습기, 압력, 온도), 개개인의 생체적 특징 등과 같은 여러 매개변수에 의존한다. 반응의 임계값은 약 0.5㎃의 시간독립 값을 갖으며, 이탈 임계값은 접촉면적, 전극의 모양과 크기, 개개인의 생체적 특징 등과 같은 여러 매개변수에 의존하며 약 10㎃로 보고되고 있다.

심실세동 임계값은 통전 경로 및 시간, 전류 등과 같은 전기적 매개변수만큼이나, 인체의 구조, 심장기능의 상태 등과 같은 생체적 매개변수에도 의존한다. 전원의 정현파 교류(60)에서는 통전이 1회의 심장주기를 초과하면 세동 임계값이 상당히 감소한다. 이 효과는 전류-유도 기외 수축(extrasystole) 때문에 균일하지 못한 심장의 자극 상태에 의한 결과이다. 0.1초미만의 전격에서 세동은 전격이 수공기(vulnerable period)에서 나타나며, 500㎃를 초과하는 전류에 의해 발생한다. 그 정도의 세기와 1회의 심장주기보다 긴 시간의 전격에 대해서는 가역적 심장박동정지(cardiac arrest)가 발생될 수 있다.

심실세동은 전격에 의한 사망의 주요 원인이지만, 질식(asphyxia) 또는 심장박동정지 등에 의해서도 역시 사망한다. 근육수축, 호흡곤란, 혈압상승, 심방세동을 포함한 심장에서의 임펄스 형성 및 전도 교란, 일시적인 심장박동정지 등과 같은 병태 생리적 영향(pathophysiological effect)은 심실세동 없이 발생될 수도 있다. 이런 영향은 치명적이지 않고 보통 가역적이지만, 통전점이 형성될 수 있다. 몇 초 동안 지속되는 수 암페어의 전류는 심재성 화상(deep-seated burn) 또는 인체 내부에 발생될 수 있는 다른 심각한 손상과 죽음으로까지 이르게 한다.

위와 같은 임계값을 기준으로 볼 때, 현재의 30㎃에서 0.03초 이내의 차단 기능을 갖는 ELB의 기준이 문제가 없다고 판단될 수도 있으나, 위의 임계값은 서양인 성인의 기준이며 체구가 작은 동양인, 특히 장난에 의한 재해의 개연성이 있는 소아들의 경우, 또는 목욕탕 등에서의 쇼크에 의한 낙상 등으로, 치명적 사고로 연결될 수 있다. 또한 현재 표 1과 같이 가정 내의 주요 부하들이 Igc 성분 때문에 많은 누설전류를 허용하고 있다. 따라서 부하 운전상태에 따라 원하지 않는 불필요 동작이 발생할 수도 있다.

IEC 및 KS에서의 최대누설전류 허용치

전기제품	최대누설전류 허용치	규 격
컴 퓨 터	3.5	KS C IEC 60950
냉 장 고	3.5	KS C IEC 60335
세 탁 기	5	KS C IEC 60335
형 광 등	0.25	KS C 8000
전기장판	5	KS C IEC 60335

또한 현재 법규는 옥내배선의 절연저항을 표 2와 같이 관리하고 있다. 따라서 누설전류로 환산한 값은 우측의 값이며, 현재의 30의 ELB 동작은 최소한의 마지노선임을 알 수 있다. 따라서 부하를 사용하지 않는 동안에는 Igr을 1㎃로 감시하는 것이 타당할 것이다. 그러므로 부하사용에 따라 임계값이 다르게 설정되어야 함은 당연하다. 그러나 현재는 부하의 운전과 관계없이 항상 설정된 값에 따라 동작하게 되어있다.

절연저항 및 누설전류 비교

전로사용전압의 기준		절연저항[㏁]	누설전류[㎃]
400V 미만	대지전압 150V 이하	0.1 이상	1 이하
	대지전압 150V 초과 300V 이하	0.2 이상	1 이하
	사용전압 300V 초과 400V 미만	0.3 이상	1 이하
400V 이상		0.4 이상	1 이하

하지만, 전기사용의 증가는 전기재해의 위험에 노출되는 빈도를 증가시키며, 비선형부하를 포함한 전기사용의 증가에 의해 전기재해를 예방하기 위해 설치되는 AFCI나 ELB의 원하지 않는 동작 또한 증가되고 있어 재해 예방에 한계가 있었다.

또한, 이들 차단기는 제작 시 설정된 각각의 동작곡선에 따라, 부하 및 사용환경에 관계없이 동작하도록 되어 있으며, 부하 여건에 따라 발생할 수 있는 차단기의 원하지 않는 동작을 예방하기 위해서는 동작곡선이 정상적인 부하상태와 간섭되지 않게 하기 위해 각 보호 장치를 둔감하게 설정하거나 사용 환경에 제약을 둘 수밖에 없었으며, 그럼에도 불구하고 각 차단기는 사용 환경에 따라 고장상태에서의 동작뿐만 아니라, 원하지 않는 일상적인 사용 환경에서도 불필요한 차단기 동작으로 계획되지 않은 정전발생 등의 문제를 야기시키고 있는 실정이다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 아크고장, 과전류, 단락전류 또는 누설전류의 부하패턴을 신경망 학습을 통하여 미리 모드별 부하패턴 기준값으로 저장한 후, 사용자의 선택에 따라 모드별 제어를 수행하여 부하사용 환경을 자동 인식하거나 또는 수동 설정에 따라 보호 기능을 수행하는 차단기의 차단감도를 조절할 수 있는 분전반의 지능형 제어장치 및 제어방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상술한 바와 같은 목적은, 옥내로 인입되는 교류전원에 연결되는 메인차단기 및 메인차단기로부터 연결된 다수의 분기차단기로 구성된 분전반의 제어장치에 있어서, 모드별 메뉴를 선택할 수 있도록 문자 또는 숫자형태의 버튼을 제공하여 사용자가 선택함에 따라 모드별 입력신호를 생성하여 외부로 출력하는 입력부; 상기 입력부의 입력신호에 따라 상기 메인차단기 및 다수의 분기차단기에 연결되어 전류 및 전압 신호를 검출하여 제어부로 출력하는 검출부; 상기 입력부의 모드별 입력신호를 입력받아 모드별 부하패턴 기준값을 로딩하여 초기화하고, 상기 검출부로부터 검출된 전류 및 전압 신호를 일정한 값의 부하패턴으로 분류하고 기 저장된 모드별 부하패턴과 비교분석하여 제어신호를 생성한 후 모드별 상태정보와 함께 외부로 출력하거나 디스플레이를 통하여 표시하는 제어부; 상기 제어부로부터 제어신호를 수신하여 메인차단기 또는 분기차단기로 제어신호를 전송하여 전원을 차단하는 차단부; 상기 제어부의 제어에 따라 기 저장된 부하패턴 기준값을 디스플레이하고, 제어부에 의해 비교분석된 제어신호와 모드별 상태정보를 디스플레이하여 표시하는 디스플레이부; 및 상기 제어부의 제어에 따라 모드별 부하패턴 기준값을 저장하고 제공하는 저장부; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 분전반의 지능형 제어장치를 제공하고,

옥내로 인입되는 교류전원에 연결되는 메인차단기 및 메인차단기로부터 연결된 다수의 분기차단기로 구성된 분전반을 제어하는 방법에 있어서, (a) 모드별 선택스위치가 입력되면, 모드별 부하패턴 기준값을 로딩하여 초기화하고 상기 메인차단기 및 분기차단기로부터 전류 및 전압 신호를 검출하는 단계; (b) 상기 검출된 전류 및 전압 신호를 일정한 값의 부하패턴으로 분류한 후 기 저장된 모드별 부하패턴 기준값과 비교분석하는 단계; (c) 상기 (b)단계의 분석결과, 검출된 부하패턴이 모드별 부하패턴 기준값보다 크면 제어신호를 발생하여 해당 메인차단기 또는 분기차단기를 제어하는 단계; 및 (d) 상기 (b)단계의 분석결과, 검출된 부하패턴이 모드별 부하패턴 기준값보다 작으면 검출된 부하패턴을 모드별 부하패턴 기준값에 업데이트하는 학습 및 저장하는 단계; 를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 분전반의 지능형 제어방법을 제공함으로써 달성된다.

상술한 바와 같이 본 발명인 분전반의 지능형 제어장치 및 제어방법은, 아크고장, 과전류, 단락전류 또는 누설전류의 부하패턴을 신경망 학습을 통하여 미리 모드별 부하패턴 기준값으로 저장한 후, 부하상태에 따라 기 저장된 각 모드별 부하패턴 기준값과 비교하여 선택된 모드별 부하패턴 기준값에 따라 동작시킴으로써, 비선형 부하를 포함한 전기사용의 증가에 따라 AFCI나 ELB의 원하지 않는 동작을 사전에 예방할 수 있는 효과가 있고,

다른 효과로는, 외출 중이거나 취침 중에는 좀 더 강화된 기준에 따라 보호체계를 가동함으로써 안전을 강화시킬 수 있는 효과가 있고,

또 다른 효과로는, 적용 기준값을 높임으로써 원하지 않는 보호장치의 동작을 예방하고, 모드별로 원하지 않는 불필요 동작이 발생되지 않으면서 강화된 기준으로 전기설비를 보호 및 감시할 수 있는 효과가 있다.

삭제

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 분전반의 지능형 제어장치 및 제어방법에 대해 더욱 구체적으로 설명한다.
도 1a는 종래 릴레이스위치를 통하여 가전기기에 연결되는 분전반의 세부 블록 구성을 나타내는 도면이다. 도 1b는 종래 직접 가전기기에 연결되는 분전반의 세부 블록 구성을 나타내는 도면이다. 도 1a와 도 1b를 참조하여 종래 분전반을 간략히 살펴보면,

옥내로 인입되는 교류전원에 주회로를 통하여 아크검출 기능의 센서가 내장 된 메인차단기(100)를 연결하고, 상기 메인차단기(100)에는 분기회로를 통하여 아크 및 부하전류검출 기능의 센서가 내장된 다수의 분기차단기(200)가 연결되거나, 상기 아크검출 기능의 센서와 부하전류검출 기능의 센서를 별도로 위치시키고 옥내로 인입되는 교류전원에 주회로를 통하여 메인차단기(100)를 연결하고, 상기 메인차단기(100)에는 분기회로를 통하여 다수의 분기차단기(200)가 연결되며, 상기 분기차단기(200)는 다시 릴레이스위치 또는 반도체스위치(300)와 연결되어 최종적으로 가전기기(400) 등과 연결되거나, 분기차단기(200)로부터 가전기기(400)로 직접 연결되게 된다.

도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 가정용 분전반의 지능형 제어장치의 세부 블록 구성을 나타내는 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이 본 발명은 상술한 바와 같은 분전반에 또는 분전반의 메인차단기(100), 또는 분기차단기(200)에 모드별 메뉴를 선택할 수 있도록 문자 또는 숫자형태의 버튼을 제공하여 사용자가 선택함에 따라 모드별 입력신호를 생성하여 외부로 출력하는 입력부(570)와, 상기 입력부의 입력신호에 따라 메인차단기(100) 및 다수의 분기차단기(200)에 연결되어 전류 및 전압신호를 검출하여 제어부(510)로 출력하는 다수의 검출부(520, 521, 522, 523)와, 상기 입력부의 모드별 입력신호를 입력받아 기 저장된 모드별 부하패턴 기준값을 로딩하여 초기화하고, 상기 검출부로부터 검출된 전류 및 전압 신호를 일정한 값의 부하패턴으로 분류하고 기 저장된 모드별 부하패턴과 비교분석하여 제어신호를 생성한 후 모드별 상태정보와 함께 외부로 출력하거나 디스플레이를 통하여 표시하는 제어부(510)와, 상기 제어부로부터 제어신호를 수신하여 메인차단기(100) 또는 분기차단기(200)로 제어신호를 전송하여 전원을 차단하는 차단부(530)와, 상기 제어부의 제어에 따라 기 저장된 부하패턴 기준값을 디스플레이하고, 제어부에 의해 비교분석된 제어신호와 모드별 상태정보를 디스플레이하여 표시하는 디스플레이부(580) 및 상기 제어부의 제어에 따라 모드별 부하패턴 기준값을 저장하고 제공하는 저장부(550)를 포함하여 구성된다.
본 발명에서 기재된 부하패턴이란 용어는 부하로 흐르는 부하전류값, 부하전압값, 부하전류의 아크발생기준인 고조파함유율, 부하의 소비전력값, 영상전류값 등의 부하정보값을 총칭하는 의미로 사용된다.

상기 입력부(570)는 도 3에 도시된 일 실시예와 같이 모드별로 사용자가 선택할 수 있도록 지능(571), 일상(572), 취침(573), 외출(574) 등과 같은 다수의 모드별 선택스위치을 제공하게 되고, 사용자가 상기 모드별 선택스위치을 누르게 되면 모드별 선택스위치에 해당하는 입력신호를 발생하여 상기 제어부(510)로 출력하게 된다.

상기 제어부(510)는 입력신호가 입력되면 입력신호에 해당하는 모드별 초기화를 실시한 후 상기 검출부(520, 521, 522, 523)를 제어하여 상기 메인차단기(100)의 주회로 또는 분기차단기(200)의 분기회로로부터 전류 및 전압신호를 검출하여 입력받게 된다.

상기 검출부(520, 521, 522, 523)는 검출회로(도시안됨), 증폭회로(도시안됨) 또는 변환회로(도시안됨)를 더 포함하여 구성할 수 있는데, 상기 검출회로는 메인차단기(100)의 주회로로부터 전압 및 영상전류를 포함하는 전류를 검출하게 되고, 또는 분기차단기(200)의 분기회로로부터 영상전류 및 부하전류를 검출하여 증 폭회로로 출력하게 된다.

상기 증폭회로는 상기 검출회로로부터 입력된 전류 및 전압 신호를 증폭하여 변환회로로 출력하게 되고, 상기 변환회로는 상기 증폭회로로부터 입력되는 전류 및 전압 신호를 디지털 신호로 변환하여 상기 제어부(510)로 출력하게 되는 것이다.

상기 제어부(510)는 상기 검출부로부터 입력되는 디지털 신호로 변환된 전류 및 전압신호를 이용하여 아크고장, 과전류, 단락전류 또는 누설전류의 부하패턴으로 분류하게 되고, 상기 분류된 부하패턴은 상기 저장부(550)에 기 저장된 모드별 부하패턴 기준값과 비교분석하게 된다.

상기 모드별 부하패턴 기준값은 주택의 경우, 외출, 취침, 보안, 일상, 해제 등에 따른 부하패턴과, 주방, 욕실 또는 보일러실 등에 따른 부하패턴과, 냉장고, 가스레인지, TV, 선풍기 등의 전기기기에 대한 부하패턴 등 기 조사된 부하패턴에 대해서 아크고장, 과전류, 단락전류 또는 누설전류로 분류하여 디지털 신호로 저장하는 것을 특징으로 하고 있다.

특히, 상기 제어부(510)는 상기 검출부로부터 검출된 전류 및 전압 신호를 일정한 값의 부하패턴으로 분류한 후, 장소, 시설 또는 전기기기에 대한 모드별 부하패턴 기준값을 생성하거나, 기 저장된 모드별 부하패턴 기준값에 업데이트하는 신경망 학습 프로그램을 더 포함하는 것을 특징으로 하고 있다.

상기 제어부(510)는 새롭게 입력된 부하패턴을 저장부(550)에 기 저장된 모드별 부하패턴 기준값과 비교분석하여 메인차단기(100), 분기차단기(200) 또는 아크고장회로차단기(도시안됨)의 고장상태가 확인되면 해당 메인차단기(100) 또는 분기차단기(200)를 차단하기 위한 제어신호를 차단부(530)로 출력하게 되고, 상기 차단부(530)는 제어신호를 수신하여 해당 메인차단기(100) 또는 분기차단기(200)의 전원을 차단함으로써 고장을 사전에 예방하게 된다.

이때, 상기 제어부(510)로부터 기 저장된 부하패턴 기준값을 입력받아 디스플레이하고, 또한 제어부(510)에 의해 비교분석된 제어신호와 모드별 상태정보나 고장에 따른 경고등(582), 경고음(583) 또는 경고문자(도시안됨)를 도 3에 도시된 바와 같이 디스플레이하거나 표시하게 되고, 상기 제어부(510)로부터 모드별 상태정보를 수신하여 원격지의 관리자단말기(600)로 전송하고, 원격지의 관리자단말기(600)로부터 제어신호를 수신하여 제어부(510)로 출력하는 통신부(560)를 통하여 원격에서도 사용자 또는 관리자에게 알림으로써 전기설비를 보호 및 감시할 수가 있게 된다.

이하, 상술한 바와 같이 본 발명인 분전반의 지능형 제어장치의 동작원리와 지능형 제어장치의 제어방법에 대해서 더욱 구체적으로 설명한다.

도 4는 본 발명의 다른 바람직한 일 실시예에 따른 분전반의 지능형 제어방법을 나타내는 순서도이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 분전반의 지능형 제어방법 중 원격지의 관리자단말기를 통한 제어방법을 나타내는 도면이다. 도 4와 도 5를 참조하여 더욱 구체적으로 설명하면,

먼저, 사용자가 분전반의 지능형 제어장치에 전원을 ON시키게 되면,

상기 지능형 제어장치는 법정 부하패턴 기준값을 로딩하여 초기화를 수행하고, 입력부(570)의 각 모드별 선택스위치들로부터 모드별 입력신호를 받기 위해 대기하게 된다.

사용자가 지능(571), 일상(572), 취침(573), 외출(574) 등의 모드별 선택스위치를 선택하게 되면, 상기 입력부(570)는 해당 모드별 선택스위치의 입력신호를 제어부(510)로 출력하게 되고, 상기 제어부(510)는 입력신호가 지능형 모드의 선택인지를 판단하게 된다(S402).

만약, 지능형 모드이면(S404), 상기 제어부(510)는 상기 검출부로부터 입력되는 디지털 신호인 전류 및 전압신호에 대한 가중치를 로드하여(S406) 부하정보를 저장하게 되고(S408), 현재 입력되는 디지털 신호인 전류 및 전압신호는 가중치가 적용되어 신경망 학습을 통해 아크고장, 과전류, 단락전류 또는 누설전류에 대한 모드별 부하패턴 기준값으로 저장되며(S410), 상기 부하정보는 신경망 학습에 의해 기 저장된 부하패턴을 사용하여 모드별 부하패턴 기준값으로 사용할 수도 있다.

상기 신경망 학습을 통한 모드별 부하패턴 기준값이 설정되면, 상기 제어부(510)는 검출부를 제어하여 현재 메인차단기(100)의 주회로 또는 분기차단기(200)의 분기회로에 흐르는 전류 및 전압신호를 검출하여 디지털 신호로 입력받게 된다(S412).

상기 제어부(510)는 입력된 전류 및 전압신호와 기 저장된 모드별 부하패턴 기준값을 비교분석하게 되는데, 이때 상기 모드별 부하패턴 기준값은 법정 기준값과 신경망 학습에 의해 생성된 관리 기준값으로 구분하여 비교분석을 수행하게 된다.

먼저, 상기 입력된 전류 및 전압신호를 법정 기준값과 비교분석하게 되어 법정 기준값을 초과(S414)한 경우에는 상기 제어부(510)는 메인차단기(100), 분기차단기(200) 또는 아크고장회로차단기(300)를 제어하기 위한 제어신호를 발생하여 상기 차단부(530)로 출력하게 되는데,

이때 상기 제어신호는 상기 검출부로부터 검출된 전류 및 전압신호를 이용한 신경망을 통해 학습된 부하전류에 대한 가중치(W) 등에 따라 기준값 이상의 누설전류나 아크고장가 발생되면 현재의 부하전류값(

)과 이전의 부하전류값(

)을 식1과 같은 방법 등에 의한 분석결과에 따라 제어신호를 발생시켜 차단부(530)로 출력되게 된다.

× W +

≤

(식1)

상기 차단부(530)는 메인차단기 제어회로 또는 분기차단기 제어회로 중 어느 하나 이상을 포함하고 있으며, 상기 제어부(510)로부터 입력된 제어신호를 이용하여 상기 메인차단기 제어회로 또는 분기차단기 제어회로를 제어하여 해당 메인차단기 또는 분기차단기를 동작시켜 해당회로의 전원을 차단하게 되고(S430),

그 결과를 통신부(560)를 통하여 원격지의 사용자 또는 관리자가 소유한 관리자단말기(600)로 전송하게 되고, 사용자 또는 관리자는 수신된 결과를 확인함으 로써 적절한 조치를 취할 수 있게 되는 것이다(S432).

다음, 상기 입력된 전류 및 전압신호가 법정 기준값을 초과하지 않으면, 관리 기준값과 비교분석하게 되며, 관리 기준값을 초과(S416)하지 않은 경우에는 상기 입력된 전류 및 전압신호를 신경망 학습 프로그램에 의해 모드별 부하패턴 기준값(상기 관리 기준값)에 업데이트하여 저장한 후 S408단계에서 다시 시작하고,

초과한 경우에는 전류 및 전압신호에 대한 부하전류 변화 연산을 수행하게 되고(S418), 그 결과에 이상이 있으면(S420), 상기 제어부(510)는 메인차단기(100) 또는 분기차단기(200)를 제어하기 위한 제어신호를 발생하여 상기 차단부(530)로 출력하게 된다.

상기 차단부(530)는 상기 제어부(510)로부터 입력된 제어신호를 이용하여 상기 메인차단기 제어회로 또는 분기차단기 제어회로를 제어하여 해당 메인차단기 또는 분기차단기를 동작시켜 해당회로의 전원이 차단되게 하고(S430),

그 결과를 통신부(560)를 통하여 원격지의 사용자 또는 관리자가 소유한 관리자단말기(600)로 전송하게 되고, 사용자 또는 관리자는 수신된 결과를 확인함으로써 적절한 조치를 취할 수 있게 되는 것이다.

상기 S420단계에서 이상이 없다면, 현재 전류 및 전압 등의 부하신호 및 회로 상태를 상기 통신부(560)를 통하여 원격지의 사용자 또는 관리자가 소유한 관리자단말기(600)로 전송하게 된다(S502).

사용자 또는 관리자는 상기 관리자단말기(600)를 통하여 현재 옥내의 부하 및 회로상태를 확인하게 되고(S504), 가정 내의 부하 및 회로상태에 따라 적절한 조치가 필요할 경우, 원격제어를 수행하게 되는데(S506),

사용자 또는 관리자가 관리자단말기(600)의 특정버튼을 통하여 제어신호를 발생시켜 전송하게 되면(S508),

상기 통신부(560)는 제어신호를 수신하여 상기 제어부(510)로 출력하게 되고, 상기 제어부(510)는 수신된 제어신호를 차단부(530)로 출력하게 되며 상기 차단부(530)는 상기 제어부(510)로부터 입력된 제어신호를 이용하여 상기 메인차단기 제어회로 또는 분기차단기 제어회로를 제어하여 해당 메인차단기(100) 또는 분기차단기(200)를 동작시켜 해당회로의 전원을 차단되게 한다(S510).

다시 그 결과를 통신부(560)를 통하여 원격지의 사용자 또는 관리자가 소유한 관리자단말기(600)로 전송하게 되고, 사용자 또는 관리자는 수신된 결과를 확인함으로써 적절한 조치를 취할 수 있게 되는 것이다(S512).

만약, 상기 S404단계에서 지능형 모드가 아니면(S404), 모드별 관리 또는 회로별 관리모드인지를 판단하게 되는데,

만약 모드별 관리모드 또는 회로별 관리모드이면(S422), 상기 제어부(510)는 신경망 학습을 통하여 기 저장된 또는 사용자나 관리자에 의해 설정된 모드별 관리기준 또는 회로별 관리기준에 해당하는 모드별 부하패턴 기준값을 저장부(550)로부터 로딩하여 초기화한 후(S434), 상기 검출부(520, 521, 522, 523)를 통하여 현재 메인차단기(100)의 주회로 또는 분기차단기(200)의 분기회로에 흐르는 전류 및 전압신호를 검출하여 디지털 신호로 입력받게 된다(S436).

상기 제어부(510)는 입력된 전류 및 전압신호와 기 저장된 모드별 부하패턴 기준값을 비교분석하게 되는데(S438), 기준값을 초과하지 않으면 상기 입력된 전류 및 전압신호를 신경망 학습 프로그램에 의해 모드별 부하패턴 기준값(상기 모드별 관리모드 기준값 또는 회로별 관리모드 기준값)에 업데이트하여 저장한 후 S436단계부터 다시 시작하고, 초과한 경우(S440)에는 상기 제어부(510)는 메인차단기(100) 또는 분기차단기(200)를 제어하기 위한 제어신호를 발생하여 상기 차단부(530)로 출력하게 된다.

상기 차단부(530)는 메인차단기 제어회로 또는 분기차단기 제어회로 중 어느 하나 이상을 포함하고 있으며, 상기 제어부(510)로부터 입력된 제어신호를 이용하여 상기 메인차단기 제어회로 또는 분기차단기 제어회로를 제어하여 해당 메인차단기 또는 분기차단기를 동작시켜 해당회로의의 전원을 차단하게 되고(S430),

그 결과를 통신부(560)를 통하여 원격지의 사용자 또는 관리자가 소유한 관리자단말기(600)로 전송하게 되고, 사용자 또는 관리자는 수신된 결과를 확인함으로써 적절한 조치를 취할 수 있게 되는 것이다(S432).

만약, S422단계에서 모드별 관리모드 또는 회로별 관리모드가 아니면(S422), 상기 제어부(510)는 법정 기준값에 해당하는 모드별 부하패턴 기준값을 저장부(550)로부터 로딩하여 초기화한 후, 상기 검출부(520, 521, 522, 523)를 통하여 현재 메인차단기(100)의 주회로 또는 분기차단기(200)의 분기회로에 흐르는 전류 및 전압신호를 검출하여 디지털 신호로 입력받게 된다(S424).

상기 제어부(510)는 입력된 전류 및 전압신호와 기 저장된 모드별 부하패턴 기준값인 법정 기준값과 비교분석하게 되는데(S426), 법정 기준값을 초과하지 않으면 S424단계부터 다시 시작하고, 초과한 경우(S428)에는 상기 제어부(510)는 메인차단기(100) 또는 분기차단기(200)를 제어하기 위한 제어신호를 발생하여 상기 차단부(530)로 출력하게 된다.

상기 차단부(530)는 상기 제어부(510)로부터 입력된 제어신호를 이용하여 상기 메인차단기 제어회로 또는 분기차단기 제어회로를 제어하여 해당 메인차단기 또는 분기차단기의 전원을 차단하게 되고(S430),

또한, 상기 각 S430단계에서는 검출된 부하패턴이 모드별 부하패턴 기준값보다 크면, 위험에 따른 경고음 또는 경고용 문자를 외부로 출력하여 사용자 또는 관리자에게 알릴 수도 있다.

[적용예]

가정에서의 예를 들면, 대기전력을 제외하고 냉장고 회로에 대해서만 부하전류가 흐를 경우, 자동으로 모드를 전환시킴으로써 강화된 기준값을 적용하고, 정전용량 및 고조파의 영향을 줄 수 있는 회로로 구성되어 있는 컴퓨터 등의 부하가 동 작할 경우에는 이에 의해 발생되는 누설전류를 감안하여 적용 기준값을 높임으로써 원하지 않는 보호장치의 동작을 예방할 수 있고,

모드별 관리에 있어서, 가정집의 경우는 외출, 취침, 보안, 일상, 해제 등으로 분류할 수 있으며, 이때 외출모드는 냉장고 등의 일부 부하군 외에는 정지된 상태이므로 누설전류 및 아크고장에 대한 관리기준을 강화시킬 수 있으며 재해를 감소시킬 수 있고 상태감시를 통해 설비의 열화과정을 확인할 수 있으며, 취침모드의 경우에도 외출과 같은 상태로 관리할 수 있다.

보안모드는 장기간 집을 비우는 경우 설정된 시간에 가정 내 등기구가 점등됨으로써 내부에 사람이 있는 것처럼 전기설비를 운영할 수 있으며, 재해에 대한 위험성은 아크고장회로 검출기능에 의해 예방할 수 있고, 일상모드의 경우는 일반적으로 가정 내 부하사용 환경을 고려한 기준치에 의해 관리되며, 해제모드의 경우는 아크유발 부하를 사용할 경우 또는 전기용접기 등의 누전을 유발하는 부하를 사용할 경우에는 이들을 각각 해제할 수 있는 기능을 갖으며, 또한 욕실과 같이 누전에 의한 재해의 위험성이 큰 장소의 경우는 특정패턴을 활용하는 회로별 관리 기준을 채택할 수가 있다.

회로별 관리에 있어서, 영업장소의 경우는 준비, 영업, 폐점, 해제 등으로 분류할 수 있고, 생산시설의 경우는 각 공정에 따라 분류함으로써, 분류된 전기소비의 패턴을 신경망으로 학습시킨 후 자동으로 모드를 전환할 수 있는 부류(CLASS)를 설정하고, 사무실, 홀, 숙소, 화장실 등의 분기 회로별 관리기준을 적용할 수 있다.

상기 적용예와 같이 모드별 관리 또는 회로별 관리방법을 통해 오동작 및 불필요 동작이 발생되지 않으면서도 강화된 기준으로 전기설비를 보호 및 감시할 수 있는 것이다.

이상에서 본 발명의 바람직한 일 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있고, 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.

도 1a는 종래 릴레이스위치를 통하여 가전기기에 연결되는 분전반의 세부 블록 구성을 나타내는 도면이다.

도 1b는 종래 직접 가전기기에 연결되는 분전반의 세부 블록 구성을 나타내는 도면이다.

도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 분전반의 지능형 제어장치의 세부 블록 구성을 나타내는 도면이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 분전반의 지능형 제어장치의 구성을 나타내는 도면이다.

도 4는 본 발명의 다른 바람직한 일 실시예에 따른 분전반의 지능형 제어방법을 나타내는 순서도이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 분전반의 지능형 제어방법 중 원격지의 관리자단말기를 통한 제어방법을 나타내는 도면이다.

*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ***

100 : 메인차단기 200 : 분기차단기

300 : 릴레이스위치 또는 반도체스위치 400 : 가전기기

500 : 제어장치 510 : 제어부

520, 521, 522, 523 : 검출부 530 : 차단부

540 : 전원부 550 : 저장부

560 : 통신부 570 : 입력부

580 : 디스플레이부 600 : 관리자단말기

Claims

옥내로 인입되는 교류전원에 연결되는 메인차단기 및 메인차단기로부터 연결된 다수의 분기차단기로 구성된 분전반의 제어장치에 있어서,

모드별 메뉴를 선택할 수 있도록 문자 또는 숫자형태의 버튼을 제공하여 사용자가 선택함에 따라 모드별 입력신호를 생성하여 외부로 출력하는 입력부;

상기 입력부의 입력신호에 따라 상기 메인차단기 및 다수의 분기차단기에 연결되어 전류 및 전압 신호를 검출하여 제어부로 출력하는 검출부;

상기 입력부의 모드별 입력신호를 입력받아 장소, 시설 또는 전기기기에 대한 아크고장, 과전류, 단락전류 또는 누설전류에 대한 부하패턴을 디지털 신호로 저장한 모드별 부하패턴 기준값을 로딩하여 초기화하고, 상기 검출부로부터 검출된 전류 및 전압 신호를 일정한 값의 부하패턴으로 분류하고 기 저장된 모드별 부하패턴의 기준값과 비교분석하여 제어신호를 생성한 후 모드별 상태정보와 함께 외부로 출력하거나 디스플레이를 통하여 표시하는 제어부;

상기 제어부로부터 제어신호를 수신하여 메인차단기 또는 분기차단기로 제어신호를 전송하여 해당회로의 전원을 차단하는 차단부;

상기 제어부의 제어에 따라 기 저장된 부하패턴 기준값을 디스플레이하고, 제어부에 의해 비교분석된 제어신호와 모드별 상태정보를 디스플레이하여 표시하는 디스플레이부; 및

상기 제어부의 제어에 따라 모드별 부하패턴 기준값을 저장하고 제공하는 저장부; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 분전반의 지능형 제어장치.
제1항에 있어서,

상기 제어부로부터 모드별 상태정보를 수신받아 원격지의 관리자단말기로 전송하고, 원격지의 관리자단말기로부터 제어신호를 수신받아 제어부로 출력하는 통신부; 를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 분전반의 지능형 제어장치.
제1항에 있어서, 상기 검출부는

메인차단기로부터 전압 및 영상전류를 포함하는 전류를 검출하거나, 분기차단기로부터 영상전류 및 부하전류를 검출하여 증폭회로로 출력하는 검출회로;

상기 검출회로로부터 입력된 전류 및 전압 신호를 증폭하여 변환회로로 출력하는 증폭회로; 및

상기 증폭회로로부터 입력되는 전류 및 전압 신호를 디지털 신호로 변환하여 상기 제어부로 출력하는 변환회로; 를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 분전반의 지능형 제어장치.
제1항에 있어서, 상기 제어부는

상기 검출부로부터 검출된 전류 및 전압 신호를 일정한 값의 부하패턴으로 분류한 후, 장소, 시설 또는 전기기기에 대한 모드별 부하패턴 기준값을 생성하거나, 기 저장된 모드별 부하패턴 기준값에 업데이트하는 신경망 학습 프로그램; 을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분전반의 지능형 제어장치.
제1항에 있어서, 상기 제어부는

상기 검출부로부터 부하전류에 대한 가중치에 따라 기준값 이상의 부하패턴이 입력되면 현재의 부하전류값이 이전의 부하전류값과 가중치의 곱보다 같거나 클 경우 제어신호를 발생하여 차단부로 출력하는 것을 특징으로 하는 분전반의 지능형 제어장치.
옥내로 인입되는 교류전원에 연결되는 메인차단기 및 메인차단기로부터 연결된 다수의 분기차단기로 구성된 분전반을 제어하는 방법에 있어서,

(a) 모드별 선택스위치가 입력되면, 장소, 시설 또는 전기기기에 대한 전기소비의 부하패턴을 학습하여 생성되는 지능형 기준값과, 일상, 외출 또는 취침에 따른 모드별 기준값과, 장소 또는 시설에 따른 회로별 기준값 중 어느 하나 이상을 포함하는 모드별 부하패턴 기준값을 로딩하여 초기화하고 상기 메인차단기 및 분기차단기로부터 전류 및 전압 신호를 검출하는 단계;

(b) 상기 검출된 전류 및 전압 신호를 일정한 값의 부하패턴으로 분류한 후 기 저장된 모드별 부하패턴 기준값과 비교분석하는 단계;

(c) 상기 (b)단계의 분석결과, 검출된 부하패턴이 모드별 부하패턴 기준값보다 크면 제어신호를 발생하여 해당 메인차단기 또는 분기차단기를 제어하는 단계; 및

(d) 상기 (b)단계의 분석결과, 검출된 부하패턴이 모드별 부하패턴 기준값보다 작으면 검출된 부하패턴을 모드별 부하패턴 기준값에 업데이트하는 학습 및 저장하는 단계; 를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 분전반의 지능형 제어방법.
제6항에 있어서, 상기 (d)단계는

(e) 상기 (b)단계의 분석결과를 원격지의 관리자단말기로 전송하고, 원격지의 관리자단말기로부터 메인차단기 또는 분기차단기를 제어하기 위한 제어신호를 수신하여 제어하는 단계; 를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 분전반의 지능형 제어방법.
제6항에 있어서, 상기 (c)단계는

검출된 부하패턴이 모드별 부하패턴 기준값보다 크면, 위험에 따른 경고음 또는 경고용 문자를 외부로 출력하는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분전반의 지능형 제어방법.
삭제
삭제