KR100950158B1 - 스마트 그리드형 누전차단기 - Google Patents

스마트 그리드형 누전차단기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스마트그리드형 누전차단기에 관한 것이다.
본 발명의 목적은 전력량의 계측 데이터를 원격 제어 시스템인 수변전 전력제어 시스템과의 연동과 그로 인한 누전 차단기의 동작제어 및 확인 기술과 간선의 최말단의 차단기인 누전 차단기에 전력 IT 기술을 접목하여 전력 시스템의 유기적인 상호 신호 체계를 구축한 스마트그리드형 누전차단기를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 전원부와 부하부 사이에 설치되는 스마트그리드형 누전차단기와 수변전 전력제어부가 무선 통신 구성의 스마트그리드형 누전 차단기에 있어서,
상기 누전차단기는, 누전을 감지하고, 누전전류(영상전류)를 검출하는 영상 변류기; 상기 영상 변류기로부터의 미약한 신호를 증폭하는 신호 증폭부; 누전 감지 여부를 판단하는 판단부; 전력량을 계측하는 MOF; 신호 증폭부로부터 증폭된 신호를 처리하는 데이터 처리부; 상기 수변전 전력제어부에 전력량을 송신하는 데이터 송수신부; 상기 수변전 전력제어부로부터의 전력제어에 의해 최대수요전력제어를 하는 동작제어부; 상기 판단부의 판단에 따라 누전차단기를 트립시키거나, 상기 동작 제어부로부터의 최대 수요전력제어명령에 따라 누전차단기를 트립시키는 동작 트립부; 상기 전원부로부터의 전류를 정류하는 정류부; 상기 누전차단기의 각 부에 전원을 공급하고, 상기 전원부로부터 상기 정류부를 통해 정류된 전원을 저장하여 정전시 역할을 수행하는 축전지부; 수변전 전력제어부와 신호를 송수신하는 안테나를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

스마트 그리드형 누전차단기{Smart Grid Type Earth Leakage Breaker}
본 발명은 스마트 그리드형 누전차단기에 관한 것으로 특히, 일반적인 누전 차단기에 전력 IT 기술을 접목하여 전력용 계량기, 누전 차단 및 과전류 차단, 최대 수요전력제어까지 가능하게 하여 실시간 부하 전력량을 확인하고 수변전 전력제어 설비와 연동시킬 경우 최대 수요전력제어를 수행한다. 또한 누전과 과부하시 차단 기능을 갖는 스마트 그리드형 누전차단기에 관한 것이다.
일반적으로 전력설비 기술에서 누전 차단 기술과 전력량 계측부분, 그리고 최대수요전력 제어 부분이 각각 상이하게 운영되어 있어서, 불필요한 공사비 상승과 기기의 복잡성을 나타내었다. 그러므로 전력 계측과 최대 수요전력제어 등이 상당히 구성이 복잡하고 번거로웠다.
누전 차단기술은 2차측에서 흘러나가는 전류량과 흘러 들어오는 전류량을 비교하여 나가는 전류량과 들어오는 전류량의 셋팅치 보다도 차이가날 때 차단기가 TRIP되는 기술이다. 즉, 흘러나간 전류가 정해진 귀로 회로로 돌아오지 않고 누전이 발생할 경우 순간 차단기가 트립되는 기능을 하는 것이다. 누전 되는 전류는 감전이나 화재 등의 사고를 일으키기 때문에 선로가 열화 되거나 절연이 이 파괴 되어 누전이 발생할 경우 그 선로로 전류가 흐르지 않도록 차단하고 있다.
또한, 종래에는 고압이상의 전압이나 대 전류의 저압회로에 계기용 변성기를 통하여 전력량계로서 수용가의 사용 전력량을 계측하여 왔다.
또한, 통상, 최대수요전력 제어 시스템이라 함은 공장, 빌딩 등의 동력 수전실에 설치되어, 해당 건물에 부속된 각종 부하들의 전력 사용상태를 상시 감시하고, 각 부하들의 사용전력을 시간대별로 미리 설정해둔 목표값과 비교하여, 해당사용전력이 목표전력을 초과할 것으로 예상되는 경우, 임시 사용 중단이 가능한 특정 부하들, 예컨대, '냉동기, 펌프, 에어컨 공조기, 조명‥‥'등을 무인으로 자동 온·오프시킴으로써, 전력 소비자에게 '최대 전력의 수요억제', '전력의 효율적인 이용', '전기요금 절감', '과부하 억제' 등의 효과를 제공하는 시스템을 말한다.
그런데 상기 전력 설비 기기들이 상호 융화되지 못하고 분산되어 전력량 계측과 최대 수요전력제어 등이 상당이 구성이 복잡하고 번거로운 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 배경 하에서 안출된 것으로서, 전력량의 계측 데이터를 원격 제어 시스템인 수변전 전력제어 시스템과의 연동과 그로 인한 누전 차단기의 동작제어 및 확인 기술과 간선의 최말단의 차단기인 누전 차단기에 전력 IT 기술을 접목하여 전력 시스템의 유기적인 상호 신호 체계를 구축한 스마트그리드형 누전차단기를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 전원부와 부하부를 사이에 설치되는 스마트그리드형 누전차단기와 수변전 전력제어부가 무선 통신 구성의 스마트그리드형 누전 차단기에 있어서,
상기 누전차단기는, 누전을 감지하고, 누전전류(영상 전류)를 검출하는 영상 변류기; 상기 영상 변류기로부터의 미약한 신호를 증폭하는 신호 증폭부; 누전 감지 여부를 판단하는 판단부; 전력량을 계측하는 MOF(Metering Out Fit); 신호 증폭부로부터 증폭된 신호를 처리하는 데이터 처리부; 상기 수변전 전력제어부에 전력량을 송신하는 데이터 송수신부; 상기 수변전 전력제어부로부터의 전력제어에 의해 최대수요전력제어를 하는 동작제어부; 상기 판단부의 판단에 따라 누전차단기를 트립시키거나, 상기 동작 제어부로부터의 최대 수요전력제어명령에 따라 누전차단기를 트립시키는 동작 트립부; 상기 전원부로부터의 전류를 정류하는 정류부; 상기 누전차단기의 각 부에 전원을 공급하고, 상기 전원부로부터 상기 정류부를 통해 정류된 전원을 저장하여 정전시 역할을 수행하는 축전지부; 및 수변전 전력제어부와 신호를 송수신하는 안테나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 누전차단기는 분전반에서 전기 누전, 과부하 또는 단락전류를 차단하는데 사용되는데 이 부분에 있어 전력 IT 기술을 접목하여 누전 차단기에서 전력량계 기능을 갖고 또한 그 데이터를 수변전 통합 전력 제어 장치에 송신하고 또한 최대 수요 전력제어를 전력 간선에서 최후 말단 차단기인 누전 차단기에서 차단 되어질 수 있도록 제어 명령을 수행할 수 있는 차단기로서의 기능뿐만 아니라,
① 누전차단기에서 검출된 전력정보인 전압, 전류, 전력량 등을 수변전 전력제어부에 전송하고,
② 누전시 자체적으로 차단되며, 또한, 누전차단기의 내부 또는 외부에 축전지가 내장되어 정전 후에도 스마트 그리드형 누전차단기 기능을 수행할 수 있고,
③ 최대 수요 전력제어를 수변전 전력제어부와 연계할 경우 임의적으로 전력 차단 신호를 수변전 전력제어부에서 누전 차단기로 신호를 전송하여 누전 차단기를 트립시키는 기능을 수행할 수 있다.
이 기능들은 기존에 전력 설비 기기들이 상호 융합되지 못해 각각 흩어져 있는 기능들을 전력 IT를 이용하여 하나로 통합한 기술로서, 본 발명의 스마트 그리드형 누전 차단기를 사용할 경우 누전 차단 기능뿐만 아니라 전력량계 기능 그리고 최대 수요 전력제어까지 수행할 수 있어 전력기기들의 복잡한 구성을 탈피할 수 있고 장차 전력 IT(스마트 그리드: 기존의 전력망에 정보기술(IT)을 접목하여 전력 공급자와 소비자가 양방향으로 실시간 정보를 교환함으로써 에너지 효율을 최적화하는 차세대 지능형 전력망) 적용시 네트워크를 구성할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 스마트그리드형 누전차단기의 블록도이다.
도 2는 스마트그리드형 누전차단기와 수변전 전력제어부와의 무선 송수신도를 도시한다.
도 3은 스마트그리드형 누전 차단기와 수변전 전력제어부간 PLC를 이용한 송수신 관계를 도시한다.
이하 도면을 참조로 하여 본 발명의 일 실시예에 대해 상세히 설명한다.
본 발명의 스마트그리드형 누전차단기는 ZCT(Zero Current Transformer: 10), 신호 증폭부(20), 판단부(30), MOF(Metering Out Fit)(40), 데이터 처리부(50) 데이터 송수신부(60), 동작 제어부(70), 동작 트립부(80), 정류부(90), 축전지부(100) 및 안테나(110)를 포함한다.
ZCT(10)는 일종의 CT(Current Transformer)인 영상 변류기로서 누전전류(영상전류)를 검출하는 장치이다. 여기서는 누전을 감지한다. 신호 증폭부(20)는 ZCT(10)로부터의 미약한 신호를 증폭한다. 판단부(30)는 누전 여부를 판단한다. MOF(40)는 계기용 변성기이며, 전기 계기 또는 측정 장치와 함께 사용되는 전류 및 전압의 변성용 기기로서 계기용 변류기와 계기용 변압기를 모두 말한다. 여기서는 전력량을 계측한다. 데이터 처리부(50)는 신호 증폭부(20)로부터 증폭된 신호를 처리한다. 데이터 송수신부(60)는 전력량을 도시하지 않은 수변전 전력제어부에 송신한다. 동작제어부(70)는 수변전 전력제어부로부터의 전력제어에 의해 최대수요전력제어를 한다. 동작 트립부(80)는 상기 판단부(30)의 판단에 따라 누전차단기를 트립시키거나 동작 제어부(70)로부터의 최대 수요전력제어명령에 따라 누전차단기를 트립시킨다. 정류부(90)는 전원부로부터의 전류를 정류한다. 축전지부(100)는 상기 각 부에 전원을 공급하고, 전원부로부터 상기 정류부(90)를 통해 정류된 전원을 저장하여 정전시 역할을 수행한다. 축전지부(100)는 본 발명의 누전차단기 내부 또는 외부에 설치될 수 있다. 안테나(110)는 수변전 전력제어부와 신호를 송수신한다. 상기 전원부는 데이터 송수신부(60)를 거쳐 PLC(Power line communication)방식으로 수변전 전력제어부와 데이터를 송수신하는 하나의 매체역할을 수행한다.
이하, 도 1의 본 발명의 스마트그리드형 누전차단기의 동작을 설명한다.
영상 변류기(10)를 거쳐 MOF(40)에서 검출된 전력 데이터는 데이터 처리부(50)에서 데이터 처리를 하고, 데이터를 다시 데이터 송수신부(60)로 보낸다. 데이터(실시간 소비전력량 데이터) 송수신부(60)에서는 무선 또는 PLC(Power line communication)를 이용하여 전력량 등의 데이터를 수변전 전력제어부로 송수신한다. 만약 최대 수요전력제어를 하도록 수변전 전력제어부로부터 명령을 받는다면 동작제어부(70)에서 판단하여 동작트립부(80)에서 트립하여 최대 수요전력을 간선 말단부에서 제어하게 된다. 또한 누전 차단기능도 함께 수행하는데 도 1에서 전원부에서 영상 변류기 ZCT(10)가 영상 전류를 검출하여 신호 증폭부(20)에 의해 신호 증폭을 거쳐 판단부(30)에서 트립 명령을 내려 누전 차단기를 차단한다. 이러한 정보들은 데이터 송수신부(60)로 실시간으로 보내져 수변전 전력제어부로부터 인지될 수 있게 한다.
본 발명의 누전차단기는 수변전 전력제어부와는 무선 전송 방식과 PLC(Power line communication)방식을 채용한다.
도 2는 스마트 그리드형 누전차단기와 수변전 전력제어부와의 무선 송수신도를 도시한다.
도시한 바와 같이, 스마트 그리드형 누전차단기(200)와 수변전 전력제어부(300) 사이에서 데이터 및 명령을 무선으로 송수신한다.
도 3은 스마트 그리드형 누전 차단기와 수변전 전력제어부간 PLC를 이용한 송수신 관계를 도시한다.
도시한 바와 같이, 스마트그리드형 누전 차단기(200)와 수변전 전력제어부(300) 사이에서 PLC를 이용하여 신호를 송수신할 수 있다.
본원 발명에 의하면, 누전차단기에서 검출된 전력정보인 전압, 전류, 전력량 등을 수변전 전력제어부에 전송하고,
누전시 자체적으로 차단되며, 또한, 누전차단기의 내부 또는 외부에 축전지가 내장되어 정전 후에도 스마트 그리드형 누전 차단기 기능을 수행할 수 있고,
최대 수요 전력제어를 수변전 전력제어부와 연계할 경우 임의적으로 전력 차단 신호를 수변전 전력제어부에서 누전 차단기로 신호를 전송하여 누전 차단기를 트립시키는 기능을 수행할 수 있다.
본 발명의 스마트 그리드형 누전 차단기를 사용할 경우 누전 차단 기능뿐만 아니라 전력량계 기능 그리고 최대 수요 전력제어까지 수행할 수 있어 전력기기들의 복잡한 구성을 탈피할 수 있고 장차 전력 IT(스마트 그리드) 적용시 효과적인 네트워크를 구성할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
지금까지 본 발명의 일 실시예를 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 이하의 부속 청구범위의 사상 및 영역을 일탈하지 않는 범위 내에서 당업자에 의해 여러 가지로 수정 및 변형 실시될 수 있으며, 이와 같은 수정 및 변형은 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: ZCT 20: 신호 증폭부
30: 판단부 40: MOF
50: 데이터 처리부 60: 데이터 송수신부
70: 동작 제어부 80: 동작 트립부
90: 정류부 100: 축전지부
110: 안테나 200: 스마트그리드형 누전차단기
300: 수변전 전력제어부

Claims (8)

  1. 전원부와 부하부 사이에 설치되는 스마트 그리드형 누전차단기와 수변전 전력제어부가 무선 통신하는 구성의 스마트 그리드형 누전 차단기에 있어서,
    상기 누전차단기는,
    누전을 감지하고, 누전전류(영상 전류)를 검출하는 영상 변류기;
    상기 영상 변류기로부터의 미약한 신호를 증폭하는 신호 증폭부;
    누전 감지 여부를 판단하는 판단부;
    전력량을 계측하는 MOF(Metering Out Fit);
    신호 증폭부로부터 증폭된 신호를 처리하는 데이터 처리부;
    상기 수변전 전력제어부에 전력량을 송신하는 데이터 송수신부;
    상기 수변전 전력제어부로부터의 전력제어에 의해 최대수요전력제어를 하는 동작제어부;
    상기 판단부의 판단에 따라 누전차단기를 트립시키거나, 상기 동작 제어부로부터의 최대 수요전력제어명령에 따라 누전차단기를 트립시키는 동작 트립부;
    상기 전원부로부터의 전류를 정류하는 정류부;
    상기 누전차단기의 각 부에 전원을 공급하고, 상기 전원부로부터 상기 정류부를 통해 정류된 전원을 저장하여 정전시 역할을 수행하는 축전지부; 및
    수변전 전력제어부와 신호를 송수신하는 안테나를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 그리드형 누전차단기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 축전지부는 누전차단기 내부 또는 외부에 설치될 수 있는 것을 특징으로 하는 스마트 그리드형 누전차단기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전원부는 상기 데이터 송수신부와 통해 수변전 전력제어부와 PLC(Power Line Communication)로 데이터를 송수신하는 것을 특징으로 하는 스마트 그리드형 누전차단기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 수변전 전력제어부로부터 최대 수요전력제어를 하도록 명령을 받는 경우 상기 동작제어부에서 판단하여 상기 동작트립부에서 상기 누전차단기를 트립하는 것을 특징으로 하는 스마트 그리드형 누전차단기.
  5. 전원부와 부하부를 사이에 설치되는 스마트 그리드형 누전차단기와 수변전 전력제어부가 PLC(Power line communication)를 이용하여 통신하는 구성의 스마트 그리드형 누전차단기에 있어서,
    상기 누전차단기는,
    누전을 감지하고, 누전전류(영상 전류)를 검출하는 영상 변류기;
    상기 영상 변류기로부터의 미약한 신호를 증폭하는 신호 증폭부;
    누전 감지 여부를 판단하는 판단부;
    전력량을 계측하는 MOF;
    신호 증폭부로부터 증폭된 신호를 처리하는 데이터 처리부;
    상기 수변전 전력제어부에 전력량을 송신하는 데이터 송수신부;
    상기 수변전 전력제어부로부터의 전력제어에 의해 최대수요전력제어를 하는 동작제어부;
    상기 판단부의 판단에 따라 누전차단기를 트립시키거나, 상기 동작 제어부로부터의 최대 수요전력제어명령에 따라 누전차단기를 트립시키는 동작 트립부;
    상기 전원부로부터의 전류를 정류하는 정류부;
    상기 누전차단기의 각 부에 전원을 공급하고, 상기 전원부로부터 상기 정류부를 통해 정류된 전원을 저장하여 정전시 역할을 수행하는 축전지부; 및
    수변전 전력제어부와 신호를 송수신하는 안테나를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 그리드형 누전차단기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 축전지부는 누전차단기 내부 또는 외부에 설치될 수 있는 것을 특징으로 하는 스마트 그리드형 누전차단기.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 전원부는 상기 데이터 송수신부와 통해 수변전 전력제어부와 PLC(Power Line Communication)로 데이터를 송수신하는 것을 특징으로 하는 스마트 그리드형 누전차단기.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 수변전 전력제어부로부터 최대 수요전력제어를 하도록 명령을 받는 경우 상기 동작제어부에서 판단하여 상기 동작트립부에서 상기 누전차단기를 트립하는 것을 특징으로 하는 스마트 그리드형 누전차단기.
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