KR101030107B1 - 조명 설비 내 누설 전류 진단 및 적산전력량 검출 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 조명 설비 내 누설 전류 진단 및 적산 전력량 검출 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 조명설비의 메인 전원에서 공급되는 전류와 회기하는 전류를 검출하여 비교 연산함으로써 누설 전류를 검출하고, 검출된 누설 전류량과 전압을 연산하여 누설 전력량과 누설된 적산 전력량을 검출함으로써 손실된 에너지를 파악할 수 있도록 함으로써 조명설비의 유지보수를 효율적으로 할 수 있고 에너지를 절약할 수 있도록 하는 조명 설비 내 누설 전류 진단 적산 전력량 검출 시스템에 관한 것이다.

Description

조명 설비 내 누설 전류 진단 및 적산전력량 검출 시스템{Illumination equipment puts out leakage electric current diagnosis and integration energy detection system}

본 발명은 조명 설비 내 누설 전류 진단 및 적산 전력량 검출 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 조명설비의 메인 전원에서 공급되는 전류와 회기하는 전류를 검출하여 비교 연산함으로써 누설 전류를 검출하고, 검출된 누설 전류량과 전압을 연산하여 누설 전력량과 누설된 적산 전력량을 검출함으로써 손실된 에너지를 파악할 수 있도록 함으로써 조명설비의 유지보수를 효율적으로 할 수 있고 에너지를 절약할 수 있도록 하는 조명 설비 내 누설 전류 진단 적산 전력량 검출 시스템에 관한 것이다.

종래의 조명부하 감시 시스템은 조명 제어 시스템과 별도로 설치되어 실제 현장 적용에서 추가적인 설치 공간과 추가 공사 비용이 발생하였다.

이와같은 종래의 조명부하 감시 시스템은 누전 차단기가 작동해야지 누전 사실을 알 수 있었으며, 이러한 기존의 장비는 사용자가 불편을 겪는 사고 또는 고장이 발생해야 조치가 가능한 형태로, 누전시 빠른 대처가 어려운 단점이 있다.

또한, 기존의 누설 전류 검출은 하나의 영상변류기(ZCT)에 선로들을 모두 통과시켜 선로들의 전류차를 검출하는 방법으로, 이는 선로간의 전류차만을 검출하여 전력량 검출 시 별도의 CT를 2중으로 설치해야 하는 번거로움이 있으며 공급 전력 대비 손실된 전력의 비율 등은 연산이 불가능하였다.

본 발명은 이와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위하여 안출한 것으로, 조명설비의 전원공급부로부터 조명기기에 공급되는 공급전류와 다시 전원공급부로 회기하는 회기전류를 검출하고, 검출된 공급전류와 회기전류를 비교하여 누설전류를 검출하여 누전위험에 대비할 수 있도록 하고, 조명의 전력 사용량을 측정하여 실시간으로 전기요금정보의 제공 및 누설전류 위험정보 제공, 누설전류로 인하여 손실된 에너지 검출기능을 가지고 있는 조명 설비 내 누설 전류 진단 및 적산전력량 검출 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 2개의 접점을 갖고 있는 릴레이 스위치를 사용하여 하나의 스위치는 조명기기의 제어를 위한 스위치로 사용하고 다른 하나의 스위치는 제어 기능의 고장 감지 기능을 하도록 함으로써 조명제어 장비의 고장 유무를 확인하고, 원격 제어 신호에 대한 오작동 및 현재 제어 상태를 감시할 수 있도록 하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 각각의 조명기기에 흐르는 전류를 측정하여 전력소비량을 연산하고, 이를 통하여 장비의 노후화를 예측하여 교체시기를 알 수 있도록 함으로써 고장 발생을 줄이고 노후화된 장비 사용을 인한 전력사용의 낭비를 막을 수 있도록 하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 각 실마다 재실 센서를 설치하여 누설 전류 검출 시 해당 조명기기가 설치된 공간의 재실상태를 감지하여 사람이 없는 경우에는 바로 조명의 OFF제어를 한 후 관리자에게 통보를 하여 점검할 수 있도록 함으로써 조명 설비 관리에 효율적으로 대처할 수 있도록 하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 조명설비에 전원을 공급하는 전원공급부; 조명설비에서 각 조명기기로 공급되는 전류를 감지하는 공급전류감지부; 상기 조명설비를 지나 다시 전원공급부로 회기하는 전류를 감지하는 회기전류감지부; 상기 공급전류감지부에서 검출된 전류와 회기전류감지부에서 검출된 전류의 비교하여 전류의 차를 연산하여 누설전류를 검출할 수 있도록 하는 비교연산부; 공급되는 전압을 감지하는 전압감지부; 상기 비교연산부로부터 연산된 누설전류 및 전압감지부의 전압을 서로 곱하여 누설 전력량을 연산하는 전력량 연산부; 상기 전력량 연산부로부터 연산된 결과값을 관리자 또는 사용자 PC에 전송하고 조명을 원격으로 온/오프 제어할 수 있도록 하는 중앙제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 각각의 조명기기에 연결되며 조명 제어기의 고정 유무를 진단하는 조명 제어기 고장 진단부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 조명 제어기 고장 진단부는, 하나의 릴레이 코일에 의해 동시에 기계적으로 동작하며 조명의 온/오프 제어에 사용되는 제1스위치와, 상기 제1스위치의 고장 감지로 사용되는 제2스위치를 구비하는 조명스위치에서 제2스위치와 연결되어 풀업/풀다운(Pull-up/Pull-down) 회로에 의해 제2스위치가 오프시 하이신호를 방출하고 제2스위치가 온시 로우 신호를 발생시키도록 하여 제1스위치를 온/오프시키는 제어신호와 고장 진단부의 신호를 비교하여 같은 신호이면 정상, 다른 신호이면 제1스위치의 고장을 인지하도록 하는 것을 특징으로 한다.

상기 중앙제어부는 공급전류감지부, 회기전류감지부, 비교연산부, 전력량 연산부로부터 얻은 정보를 통하여 조명 제어시스템 고장을 진단하고, 이를 사용자 단말기에 표시하거나 알람을 보낼 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 각각의 조명기기에 조명기기의 전류량을 측정할 수 있는 조명기기 전류검출부를 더 설치하여 조명기기 전류검출부의 전류를 검출하여 중앙제어부에서 조명기기의 노후화에 따른 전력량의 증가를 통하여 각 조명기기별 노후화를 진단하도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 조명기기가 설치되어 있는 공간에 재실 감지 센서를 더 설치하여 조명기기가 설치된 공간의 재실상태를 감지하여 사람이 없는 경우에는 중앙제어부에서 바로 조명을 끄고 관리자에게 통보하여 점검할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 조명설비의 공급전류와 회기전류를 검출하고 이를 비교하여 누설 전류를 검출하여 누전 차단기가 작동하기 전에 누전을 제거함으로써 사고를 예방하고 사용자의 불편을 최소화할 수 있도록 하며, 전력 사용량을 측정하여 실시간으로 전기요금정보의 제공 및 누설전류 위험정보 제공, 누설전류로 인하여 손실된 에너지 검출기능을 제공하여 조명설비를 관리하는데 편리하도록 하는 이점이 있다.

또한, 본 발명은 조명 제어기의 스위치를 2개의 릴레이 스위치를 사용하여 하나의 스위치를 고장 감지에 사용함으로써 원격 제어 신호부터 조명 제어기까지의 신호 송신부분과 온/오프 제어 수행, 조명설비 전체로 공급되는 전원상태, 개별 조명기기로의 전원 공급 상태와 같은 4단계로 고장 검출 구간의 세분화 진단이 가능하여 조명 제어기의 유지보수를 효율적으로 할 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명은 각각의 조명기기에 흐르는 전류를 측정하여 전력소비량을 연산하고, 이를 통하여 장비의 노후화를 예측하여 교체시기를 알 수 있도록 함으로써 고장 발생을 줄이고 노후화된 장비 사용을 인한 전력사용의 낭비를 막을 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명은 각 실마다 재실 센서를 설치하여 누설 전류 검출 시 해당 조명기기가 설치된 공간의 재실상태를 감지하여 사람이 없는 경우에는 바로 조명의 OFF제어를 한 후 관리자에게 통보를 하여 점감할 수 있도록 함으로써 조명 설비 관리에 효율적으로 대처할 수 있도록 하고, 공조시스템과 연계하여 재실 여부에 따라 자동으로 공조시스템을 제어함으로써 에너지를 절약할 수 있도록 하는 이점이 있는 매우 유용한 발명인 것이다.

도 1 은 본 발명의 시스템 구성도를 나타낸 블럭도,
도 2 는 본 발명의 고장진단부를 나타낸 연결도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 은 본 발명의 시스템 구성도를 나타낸 것으로, 도 1 에서 보는 바와 같이 본 발명은 전원공급부(100), 공급전류감지부(110), 회기전류감지부(120), 전압감지부(130), 비교연산부(200), 전력량 연산부(210), 중앙제어부(400)를 포함하여 구성되어 있다.

전원공급부(100)는 조명설비에 전원을 공급하는 것이다.

공급전류감지부(110)는 조명설비의 전원공급부에서 각 조명기기로 공급되는 전류를 감지한다.

회기전류감지부(120)는 조명설비를 지나 다시 전원공급부로 회기하는 전류를 감지한다.

전압감지부(130)는 전원공급부에서 공급되는 전압을 감지한다.

비교연산부(200)는 상기 공급전류감지부(110)에서 검출된 전류와 회기전류감지부(120)에서 검출된 전류를 비교하여 누설전류를 연산하는 것으로, 공급전류감지부(110)와 회기전류감지부(120)를 비교하여 공급전류보다 회기전류가 적을 경우 누설전류가 발생하는 것으로 판단하고 공급전류와 회기전류의 차이를 연산하여 누설전류의 양을 연산할 수 있도록 하는 것이다.

한편, 상기와 같이 연산된 누설 전류를 사용하여 중앙제어부(400)에서는 의 크기와 조명기기별 전류 변동 크기를 비교하여 누설된 조명회로를 검출할 수 있으며, 누설전류의 크기에 따라 퍼지 함수의 S자그래프를 이용하여 누설전류의 위험정도를 설정한 후 위험수위 100%는 누전차단기의 용량으로 설정하고 그 이하는 설정된 그래프에 따라 위험정도를 경보하도록 할 수 있다.

전력량 연산부(210)는 상기 비교연산부(200)로부터 연산된 누설전류 및 전압감지부에서 감지된 전압을 사용하여 누설 전력량을 연산하는 것이다.

또한, 전력량 검출은 누설전류 검출을 위한 전류 공급전류감지부와 전압 감지부의 전압을 연산하여 전력량을 연산하고, 전력량을 시간과 연산하여 적산 전력량을 검출한다. 전력량과 적산 전력량은 실시간으로 검출을 하게 되며 중앙제어부로 전송되어 전력량에 따른 전기요금을 계산하여 실시간으로 전기요금 정보를 제공한다.

또한, 검출된 누설 전류량과 전압을 연산하여 누설 전력량과 누설된 적산 전력량을 검출함으로써 미리 계산된 전력량과 적산 전력량과 비교함으로써 손실된 전기 에너지를 검출한다.

한편, 누설 전류 발생 검출 시 누전 차단기 동작 전류를 100%로 가정한 후 전압의 변동폭과 지속 시간, 전류의 변동폭과 지속 시간, 순간 누설 전류량의 크기, 누설 전류의 변화율, 공급 전류와 회기 전류간의 비율(%)을 변수로 하여 누설 전류 발생을 여러 단계로 나누어 단계별로 누설 전류 발생 경보를 할 수 있도록 한다. 즉, 누전 차단기가 작동하기 전에 미리 누설 전류 발생 경보를 함으로써 사용자는 누전이 발생하기 전에 빠른 조치를 취할 수 있도록 하는 것이다.

또한, 각각의 조명기기(300)에 연결되어 조명을 온/오프하는 조명 온/오프 스위치의 고장 유무를 진단하는 조명 온/오프 스위치 고장 진단부를 더 포함할 수 있다.

도 2 에서 보는 바와 같이 조명 온/오프 스위치(310)는 2개의 릴레이 스위치로 이루어져 있으며 2개의 스위치 중 제1스위치(311)는 조명의 온/오프 제어에 사용되고, 제2스위치(312)는 조명 스위치 고장진단부(320)와 연계하여 온/오프 제어기능의 고장 감지로 사용된다. 상기 제1스위치(311)와 제2스위치(312)는 하나의 릴레이 코일에 의해 기계적으로 동작하며, 하나의 소자 안에 내장되어 있다.

온/오프 제어 스위치의 고장 원인으로는 릴레이 코일의 고장이 대부분이며, 일반적으로 기계적 구조의 스위치가 고장날 경우 대부분 2개의 스위치가 동시에 고장이 일어나게 된다.

따라서, 원격에서 제어 신호가 인가되면 2개의 스위치가 동시에 온/오프 제어를 수행하기 때문에 조명 제어를 위한 제1스위치에는 AC 조명전원이 연결되며 제2스위치에는 DC 또는 24V 이하 저전압 회로에서의 풀업/풀다운 회로를 사용하여 제2스위치가 오프(OFF)시에는 스위치 작동신호가 조명 스위치 고장진단부(320)로 흘러 하이(High)신호가 출력되고, 온(ON)시에는 그라운드로 흘러 로우(Low)신호가 발생하게 된다.

제1스위치(311)와 제2스위치(312)는 동시에 움직이기 때문에 제2스위치의 동작신호에 따라 이를 이용하여 원격에서 온/오프 제어 신호에 따른 스위치 작동 신호를 동시에 비교 판별하여 조명제어 장비의 고정 유무를 확인할 수 있다. 이는 고장뿐만 아니라 원격제어 신호에 대한 오작동 및 현재 제어 상태를 감시 가능토록 한다.

조명 제어 시스템에서의 원격 제어실에서의 제어와 현장의 조명 제어기의 이상유무 검출로 원격 제어와 조명 제어기의 이상 유무를 판단하며 메인 전원공급부(100) 측의 전류 검출을 통한 전원단의 전원 공급의 이상 유무 검출 조명기기 측의 전류 검출을 통한 조명 기기의 이상 유무 검출이 가능한 시스템으로 각 주요 설비별로 이상 유무의 검출이 가능하도록 구성되어 조명설비에서의 고장 및 사고 발생시 위치를 정확하게 판별하게 된다.

기존의 조명 설비 고장에서는 조명기기의 전원 투입 유무까지만 관리가 가능하였으며, 고장 시 조명 기기의 고장인지 조명 컨트롤러의 고장인지, 메인 전원 공급의 문제인지를 현장에 도착하여서만 알 수 있었다.

그러나 고장의 원인과 요소는 크게 조명 설비로의 원활한 전원 투입, 원격에서의 적합한 제어 신호, 현장 제어기에서의 제어 수행, 개별 조명기기로의 원활한 전원인가로 나뉘어 진다.

온/오프 제어 릴레이의 고장 진단 기능을 사용하게 되면 원격 신호로부터 온/오프 제어기가지 신호 송신부분과 온/오프 제어수행, 조명설비 전체로 공급되는 전원상태, 개별 조명기기로의 전원 공급 상태 이렇게 4단계로 고장 구간의 세분화 진단이 가능하다.

이는 원격 제어실(관리실)과 조명 제어실, 조명기기의 설치 위치가 매우 멀리 떨어져 있다는 것을 감안할 때 유지보수 측면에서 매우 효율적인 관리와 신속한 고장 제거가 가능한 것이다.

또한, 각각의 조명기기에 조명기기의 전류량을 측정할 수 있는 전류검출부(330)를 추가 장착하여 조명기기의 노후화를 진단할 수 있다. 이는 조명기기의 노후화에 따라 전력의 소비가 증가하는 것을 이용하는 것으로, 기준치 이상의 전력 소비가 증가하는 것을 퍼센테이지(%)로 판단하여 조명기기(300)의 교체시기를 제공할 수 있도록 하는 것이다.

또한, 이를 이용하여 설치 날짜와 노후화 정도를 분석하여 조명기기별로 수명과 전력 소비량을 분석하여 고효율 조명기기로 교체시 투자 회수 기간과 사용자의 이득을 분석하여 제공할 수 있다.

또한, 상기 분석 데이터를 사용하여 기존의 조명을 LED로 교체하는데 따른 에너지 및 전기사용료 절약 분석에서 조명기기의 사용이 빈번한 곳과 적은 곳을 판별하여 부분별로 LED 조명으로 교체시의 이득을 세부적인 연산을 통하여 제공함으로써 사용자 및 관리자로 하여금 실질적인 이득을 제공할 수 있다.

또한, 조명기기가 설치되어 있는 공간에 설치되어 있는 재실센서와 연동하여 조명기기가 설치된 공간의 재실상태를 감지하여 사람이 없는 경우에는 바로 조명을 끄고 관리자에게 통보하여 점검하도록 한다. 누설전류가 검출되었으나 사람이 있는 경우에는 누설전류의 위험정도에 따라 차단 여부를 결정하게 된다.

또한, 조명 제어 시스템과 공조 제어기가 연동되어 조명이 꺼져있는 상태에서는 공조시스템을 정지하도록 하여 에너지를 절약할 수 있도록 한다. 즉, 조명의 경우 실내에 사람이 없거나 퇴실 시 조명을 끄고 퇴실하는 경우가 대부분이나, 냉난방의 경우 눈에 보이는 에너지가 아닌 관계로 퇴실 사람이 없는 경우에도 냉난방기가 운전중인 경우가 많이 발생하기 때문에 조명 제어 시스템과 연동하여 조명이 꺼진 공간에서는 공조 시스템이 꺼지도록 함으로써 낭비되는 냉난방 에너지를 제어할 수 있도록 하는 것이다.

이와 같이 조명 제어 시스템에서 이루어지는 모든 정보는 중앙제어부에서 관리하게 되며, 유무선 통신을 통한 원격 디스플레이와 현장 디스플레이를 사용하여 사용자 또는 관리자에게 보여지게 되어 사용자 또는 관리자로 하여금 에너지 절약을 유도하도록 하는 것이다.

예를들면, 층별, 부서별 에너지 사용량을 표시하도록 하고, 층별 동일 공간끼리의 에너지 사용량 표시 기능, 1층과 2층의 동일 복도 조명 사용량, 화장실 조명 사용량 등의 비교, 건물 전체를 그룹별로 에너지 사용량을 표시함으로써 에너지 감소 경쟁 유도 기능 등을 실행하도록 함으로써 에너지 절약을 유도할 수 있도록 하는 한다.

상술한 실시 예는 본 발명의 가장 바람직한 예에 대하여 설명한 것이지만, 상기 실시 예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다는 것은 당업자에게 있어서 명백한 것이다.

100: 전원공급부 110: 공급전류 감지부
120: 회기전류 감지부 130: 전압감지부
200: 비교 연산부 210: 전력량 연산부
300: 조명기기 310: 조명 온/오프 스위치
320; 조명 제어기 고장 진단부 330: 전류 검출부
400: 중앙제어부 500: 사용자 PC

Claims (6)

1. 조명설비에 전원을 공급하는 전원공급부; 조명설비에서 각 조명기기로 공급되는 전류를 감지하는 공급전류감지부; 상기 조명설비를 지나 다시 전원공급부로 회기하는 전류를 감지하는 회기전류감지부; 상기 공급전류감지부에서 검출된 전류와 회기전류감지부에서 검출된 전류의 비교하여 전류의 차를 연산하여 누설전류를 검출할 수 있도록 하는 비교연산부; 공급되는 전압을 감지하는 전압감지부; 상기 비교연산부로부터 연산된 누설전류 및 전압감지부의 전압을 서로 곱하여 누설 전력량을 연산하는 전력량 연산부; 상기 전력량 연산부로부터 연산된 결과값을 관리자 또는 사용자 PC에 전송하고 조명을 원격으로 온/오프 제어할 수 있도록 하는 중앙제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 설비 내 누설 전류 진단 및 적산전력량 검출 시스템.
   
2. 청구항 1 에 있어서,
   각각의 조명기기에 연결되며 조명 제어기의 고정 유무를 진단하는 조명 제어기 고장 진단부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 설비 내 누설 전류 진단 및 적산전력량 검출 시스템.
   
3. 청구항 2 에 있어서,
   상기 조명 제어기 고장 진단부는, 하나의 릴레이 코일에 의해 동시에 기계적으로 동작하며 조명의 온/오프 제어에 사용되는 제1스위치와, 상기 제1스위치의 고장 감지로 사용되는 제2스위치를 구비하는 조명스위치에서 제2스위치와 연결되어 풀업/풀다운(Pull-up/Pull-down) 회로에 의해 제2스위치가 오프시 하이신호를 방출하고 제2스위치가 온시 로우 신호를 발생시키도록 하여 제1스위치를 온/오프시키는 제어신호와 고장 진단부의 신호를 비교하여 같은 신호이면 정상, 다른 신호이면 제1스위치의 고장을 인지하도록 하는 것을 특징으로 하는 조명 설비 내 누설 전류 진단 및 적산전력량 검출 시스템.
   
4. 청구항 1 에 있어서,
   상기 중앙제어부는 공급전류감지부, 회기전류감지부, 비교연산부, 전력량 연산부로부터 얻은 정보를 통하여 조명 제어시스템 고장을 진단하고, 이를 사용자 단말기에 표시하거나 알람을 보낼 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 조명 설비 내 누설 전류 진단 및 적산전력량 검출 시스템.
   
5. 청구항 1 에 있어서,
   각각의 조명기기에 조명기기의 전류량을 측정할 수 있는 조명기기 전류검출부를 더 설치하여 조명기기 전류검출부의 전류를 검출하여 중앙제어부에서 조명기기의 노후화에 따른 전력량의 증가를 통하여 각 조명기기별 노후화를 진단하도록 하는 것을 특징으로 하는 조명 설비 내 누설 전류 진단 및 적산전력량 검출 시스템.
   
6. 청구항 1 에 있어서,
   조명기기가 설치되어 있는 공간에 재실 감지 센서를 더 설치하여 조명기기가 설치된 공간의 재실상태를 감지하여 사람이 없는 경우에는 중앙제어부에서 바로 조명을 끄고 관리자에게 통보하여 점검할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 조명 설비 내 누설 전류 진단 및 적산전력량 검출 시스템.
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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