KR101205997B1 - 버스바의 상태를 실시간으로 감시진단하는 유비쿼터스형 배전반 - Google Patents

Abstract

무선인식 시스템으로 통하여 배전반 내의 버스바의 상태를 감시할 수 있는 유비쿼터스형 배전반이 제공된다. 유비쿼터스형 배전반은 하나 이상의 버스바와 이 버스바를 격납하는 외함을 포함하는 배전반에 있어서, 버스바에 결합하며 버스바에 대한 상태를 검출하는 센싱부; 센싱부에 결합하며 버스바의 식별 정보와 센싱부에서 검출된 버스바의 상태 정보를 출력하는 무선인식 태그; 및 외함의 내부와 외부를 연결하도록 배치되며, 무선인식 태그와 외함 외부의 리더 간의 통신을 중계하는 중계부를 포함한다.

Description

버스바의 상태를 실시간으로 감시진단하는 유비쿼터스형 배전반{UBIQUITOUS SWITCHBOARD FOR MONITORING STATE OF BUSBAR IN REAL TIME}

본 발명은 무선인식 시스템을 통하여 버스바의 상태를 실시간으로 감시할 수 있는 유비쿼터스형 배전반에 관한 것이다.

배전반은 발전소, 변전소, 개폐소 또는 이에 준하는 곳에 고압용 또는 특별고압용 전기의 수전 또는 배전을 위하여 설치되는 설비이다. 배전반 내의 기계기구들은 통상 1종이나 특3종 접지 공사된 금속제 함으로 보호된다. 또한, 배전반은 내부의 고압용 인입구 개폐기, 차단기 등의 기계기구를 취급자 이외의 사람이 쉽게 조작할 수 없도록 금속제 함으로 격납 보호된다.

대부분의 배전반에는 송배전 선로와 개폐기나 차단기를 연결하거나 개폐기나 차단기와 기계기구를 연결하거나 중성선 또는 접지선의 출입 결합을 위하여 연결되는 버스바(busbar)가 구비된다. 배전반 내의 버스바는 22㎸, 66㎸, 154㎸, 345㎸ 등의 특고압과 그에 따른 대전류 분위기에 노출되고, 그에 의해 쉽게 열화될 수 있다.

따라서, 소비자에게 중단없는 양질의 전기를 공급하기 위하여 배전반 내에 설치되는 버스바의 상태를 감시하고 감시 정보에 따라 적절히 배전반을 운영하는 것은 배전반의 주요 관리 대상항목들 중 하나이다. 더욱이, 배전반 특히 버스바의 열적 상태를 감시하는 것은 배전반의 안전 운전과 함께 감전의 위험으로부터 작업자를 보호하기 위한 것이므로 배전반의 운영관리에 있어서 필수적으로 요구되는 사항이다.

본 발명의 목적은 무선인식 시스템을 통하여 배전반 내의 버스바의 상태를 감시할 수 있는 지능형 배전반을 제공하는 것이다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 측면에 의하면, 하나 이상의 버스바와 이 버스바를 격납하는 외함을 포함하는 배전반에 있어서, 버스바에 결합하며 버스바에 대한 상태를 검출하는 센싱부; 센싱부에 결합하며 버스바의 식별 정보와 센싱부에서 검출된 버스바의 상태 정보를 출력하는 무선인식 태그; 및 외함의 내부와 외부를 연결하도록 배치되며, 무선인식 태그와 외함 외부의 리더 간의 통신을 중계하는 중계부를 포함하는 지능형 배전반이 제공된다.

일 실시예에서, 중계부는 무선인식 태그와 외함 외부의 리더 간의 통신 거리를 연장하는 중계 안테나를 포함한다.

중계 안테나는, 무선인식 태그의 안테나와 전자기 유도 결합하는 제1 안테나; 제1 안테나와 떨어져 배치되며, 리더 측의 안테나와 전자기 유도 결합하는 제2 안테나; 및 제1 및 제2 안테나들을 접속하여 1개의 폐쇄 루프로 형성하는 배선으로서, 제1 및 제2 안테나들에서 각각 발생한 유도 전류를 제2 및 제1 루프 안테나들에 각각 전송하는 배선을 포함할 수 있다.

중계부는 외함에 결합하며 배선이 관통하는 홀을 구비하는 고정구를 더 포함할 수 있다.

배선은 제1 및 제2 안테나의 각 동축 커넥터에 그 양단이 접속되는 동축 케이블인 것이 바람직하다.

중계 안테나는 인쇄회로기판 또는 절연성 필름으로 구성된 베이스 기재와 이 베이스 기재의 일면에 배치되며 외함에 접하는 도전성 접지면을 포함할 수 있다.

제1 안테나 또는 제2 안테나는 루프 안테나, 패치 안테나, 혼 안테나, 및 파라볼라 안테나 중에서 어느 하나로 구성될 수 있다.

일 실시예에서, 무선인식 태그는 배전반, 버스바 중 적어도 어느 하나의 정보를 저장하는 저장부, 외부 장치(무신인식 리더)와 통신하며 저장부에 저장된 정보의 출력 동작을 제어하는 제어부, 센싱부로부터의 신호를 받는 입력부, 및 제어부에 연결되는 안테나를 포함한다.

입력부는 센싱부로부터 입력되는 신호를 아날로그 디지털 변환하는 변환부를 포함할 수 있다.

입력부는 센싱부로부터 받은 신호를 필터링하는 대역통과필터; 및 대역통과필터의 출력을 증폭하는 증폭부를 더 포함할 수 있다. 그 경우, 증폭부의 출력은 변환부로 입력된다.

무선인식 태그는 패치 형태를 구비할 수 있다. 그 경우, 센싱부의 출력단은 무선인식 태그의 입력부에 용접 방식으로 접속될 수 있다.

일 실시예에서, 센싱부는 버스바의 온도를 검출하는 온도 센서, 무선인식 태그의 입력부에 접속되는 출력단으로서 온도 센서에서 검출된 신호를 출력하는 출력단, 및 버스바 주변에서 발생한 자기장이 온도 센서로 침투하는 것을 차단하도록 온도 센서를 포위하는 차폐막을 포함한다.

센싱부는 온도 센서의 출력을 필터링하는 대역통과필터, 대역통과필터의 출력을 증폭하는 증폭부, 및 증폭부의 아날로그 출력을 디지털 변환하는 변환부를 더 포함할 수 있다.

센싱부는 버스바의 전압 및 전류를 검출하기 위한 자기 센서, 및 무선인식 태그의 입력부에 접속되는 출력단으로서 자기 센서에서 검출된 신호를 출력하는 출력단을 포함할 수 있다.

본 발명에 의하면, 배전반 내의 버스바의 상태를 감시하고 원격에서 그 정보를 획득함으로써 각 버스바의 열적 상태와 부하 상태를 실시간으로 모니터링할 수 있고, 모니터링한 정보를 토대로 버스바의 과열을 방지하고, 각 버스바의 부하를 균형있게 조절할 수 있다.

또한, 배전반에 접근하여 버스바의 상태를 확인할 필요가 없으므로 고전압 대전류 환경에서 발생할 수 있는 감전의 위험으로부터 관리자 또는 작업자를 안전하게 보호할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 배전반의 외관을 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1의 지능형 배전반의 작동원리를 설명하기 위한 개략적인 블록도이다.
도 3은 도 1의 지능형 배전반의 센싱부를 설명하기 위한 개략적인 블록도이다.
도 4a는 도 2의 센싱부의 일례를 설명하기 위한 사시도이다.
도 4b는 도 4a의 센싱부에 대한 단면도이다.
도 5는 도 3의 지능형 배전반의 무선인식 태그를 설명하기 위한 개략적인 블록도이다.
도 6은 도 3의 지능형 배전반의 중계부를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 도 6의 중계부의 일 구현예를 설명하기 위한 단면도이다.
도 8은 도 6의 중계부의 또 다른 일 구현예를 설명하기 위한 단면도이다.
도 9은 도 8의 중계부에 채용가능한 안테나 구조를 설명하기 위한 사시도이다.

이하, 첨부한 도면들 및 후술되는 내용을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급되지 않는 한 복수형도 포함된다. 명세서에서 사용되는 용어 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자가 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

본 발명의 실시예에 따른 지능형 배전반은 배전반 내부 기계기구 특히 버스바의 열적 상태를 감시함에 있어서 무선인식 시스템을 이용하는 것을 주된 기술적 특징으로 한다.

버스바의 열적 상태는 과전압, 서지 전압 등에 의한 부분 방전이나 전기 트리(tree) 등의 전기적 원인에 따른 열화나, 이상 온도 상승, 열 사이클 등의 열적 원인에 따른 재질 자체의 열화나, 외부의 압력이나 인장, 또는 충격 등의 기계적인 원인에 따른 열화 등에 의하여 변화한다. 이러한 버스바의 열적 상태는 버스바 자체뿐만 아니라 배전반 전체의 안전과 직결되어 있다.

배전반 내부의 기계기구는 금속성 외함으로 격납되어 있어서 기계기구 특히 버스바의 열적 상태에 관한 정보를 무선인식 태그로 배전반 외부의 무선인식 리더로 전송하기 어렵다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 지능형 배전반에서는 외함에 중계부 예컨대 중계 안테나를 설치함으로써, 배전반 내부의 무선인식 태그가 금속성 외함에 의한 통신 방해를 받지않고 배전반 외부의 무선인식 리더와 통신할 수 있도록 구성된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 배전반의 외관을 나타낸 사시도이다.

도 1을 참조하면, 유비쿼터스형(이하, 지능형이라 한다) 배전반(100)은 고압 또는 특고압의 전기를 수전 또는 배전하기 위한 기계기구가 격납되는 외함(10), 및 외함(10)에 결합되며 외함 외부에 그 일부가 노출되는 적어도 하나의 중계부(120)를 포함한다.

도 1에 도시하지는 않았지만, 외함(10)의 내부에는 각종 기계기구들과, 이 기계기구들 간의 연결이나 중성선 또는 접지선의 연결을 위한 하나 이상의 버스바(미도시, 도 3의 14 참조)가 구비된다. 또한, 하나 이상의 기계기구나 버스바에는 하나 이상의 센서(미도시, 도 3의 132, 138 참조)가 결합되고, 각 센서에는 무선인식 태그(미도시, 도 3의 110 참조)가 결합된다. 버스바, 센서, 및 무선인식 태그에 대하여는 후술될 것이다.

기계기구는 인입구 개폐기, 차단기, 피뢰기, 변성기, 변압기 등을 포함할 수 있다. 일부 기계기구는 필요에 따라 가스 절연된 형태로 설치될 수 있다.

외함(10)은 수전이나 배전을 위한 기계기구, 전력 케이블, 버스바 등을 격리한다. 외함(10)은 기계기구를 포위하는 금속성 부재로 구성된다. 외함(10)은 복수의 서브 외함이 결합된 형태로 구현되거나 내부 지지프레임을 가지고 복수의 도어들(12a, 12b, 12c)를 구비하도록 구현될 수 있다. 도어들은 외함과 동일한 재료로 형성된다.

중계부(120)는 외함(10) 내부에 설치되는 무선인식 태그와 외함(10) 외부의 무선인식 리더(미도시, 도 3의 200 참조) 간의 통신 거리를 연장한다.

본 실시예의 일 측면에서, 중계부(120)는 무선인식 태그와 리더가 결합된 무선인식 중계기 형태로 구현될 수 있다. 이 경우, 중계부(120)는 무선인식 시스템에서 무선인식 태그와 리더 사이에 배열되고 이들 간의 통신을 중계하는 링크 노드 또는 중계 노드로서 작동한다.

본 실시예의 또 다른 측면에서, 중계부(120)는 중계 안테나로 구현될 수 있다. 중계부(120)를 중계 안테나 형태로 구현하면, 중계부(120)를 무선인식 중계기 형태로 구현하는 경우보다 그 구조가 단순하고 저비용으로 제조 및 설치가능하다.

이하의 설명에서는 중계부(120)를 중계 안테나 형태로 구현한 경우를 중심으로 설명한다.

도 2는 도 1의 지능형 배전반의 작동원리를 설명하기 위한 개략적인 블록도이다.

도 2에 도시한 바와 같이, 배전반(100)은 제1 전압(V1)의 인입측 또는 1차측 전기를 제2 전압(V2), 제3 전압(V3), 및 제4 전압(V4)의 배전측 또는 2차측 전기로 전환하도록 설치될 수 있다. 제1 전압(V1)은 22㎸, 66㎸, 154㎸, 345㎸ 등의 전압일 수 있다. 제2 전압(V2) 내지 제4 전압(V4)는 110V, 220V, 380V, 2.4㎸, 6.6㎸, 22㎸, 66㎸, 154㎸, 345㎸ 등의 전압일 수 있으며, 이 전압들 간의 관계는 V2 ≥ V3 ≥ V4일 수 있다.

배전반(100)은 복수의 외함들(10a, 10b, 10c)과, 각 외함 내부에 하나 이상씩이 설치된 무선인식 태그들(110a, 110b, 110c)과, 각 외함에 결합된 중계부(120a, 120b, 120c)를 구비할 수 있다. 각 외함은 서브 외함으로 지칭될 수 있다.

각각의 무선인식 태그(110a, 110b, 110c)는 각 중계부(120a, 120b, 120c)를 통하여 배전반(100) 외부의 무선인식 리더(200)의 신호를 수신하고, 적절한 인증 조건하에서 무선인식 리더(200)의 명령에 응답하여 자신의 저장부에 저장된 정보를 출력한다. 출력된 정보는 리더(200)에 의해 읽혀진 후, 배전반 감시 장치 또는 배전반 제어 장치(300)로 유선 또는 무선 네트워크를 통해 전달될 수 있다.

도 3은 도 1의 지능형 배전반의 센싱부를 중심으로 설명하기 위한 개략적인 블록도이다. 도 4a는 도 3의 센싱부의 일례에 대한 사시도이다. 도 4b는 도 4a의 센싱부에 대한 단면도이다.

도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 지능형 배전반은 금속성 외함(10)의 내부에 배치된 하나 이상의 버스바(14), 및 버스바(14)의 온도, 전압, 전류를 측정하기 위한 센서(132, 138)를 포함한다. 버스바(14)는 소정 형상의 구리 막대, 알루미늄 심선과 구리 피복층을 구비한 동복 알루미늄 막대, 또는 알루미늄 막대나 동복 알루미늄 막대와 이를 덮는 은(Ag) 피복층을 구비한 은피복 알루미늄 막대로 구현될 수 있다.

자기 센서(138)는 버스바(14) 주위에 형성되는 자기장 세기를 검출하고, 검출된 자기장 세기에 대한 정보 또는 검출된 자기장 세기에 대응하는 전압 또는 전류 정보를 무선인식 태그(110)로 전달한다.

온도 센서(132)는 버스바(14)의 온도를 검출하고, 검출된 온도 정보를 무선인식 태그(110)로 전달한다. 온도 센서(132)는 배전반(100) 내의 고전압 대전류 환경 특히 버스바 주변의 강한 자기장 분위기에서 버스바(14)의 온도를 실질적으로 정확하게 측정한다.

온도 센서(132)를 좀더 구체적으로 설명하면, 도 4a 및 도 4b에 도시한 바와 같이, 온도 센서(132)는 실리콘 웨이퍼 상에 형성된 IC 온도센서(132a), IC 온도센서(132a)를 덮고 전기 절연성과 열전도도가 좋은 절연부(132b), 및 절연부(132b) 외주면에 씌워지며 열전도성은 유지되면서 외부에서 IC 온도센서(132a) 내부로 침투하는 자기장을 1% 이하로 차폐시키는 차폐막(132c)으로 구성될 수 있다. 이러한 온도 센서(132)로는 내셔널 세미콘덕터(National Semiconductor)사에서 제조된 LM61 등의 제품을 이용할 수 있다. 온도 센서(132)의 작동을 위하여 온도 센서(132)에는 전원선이나 접지선 또는 제어선이 연결될 수 있다.

전술한 온도센서(132)를 채용하면, 버스바(14)에 전류가 흐를 때 발생하는 자기장(B) 대부분이 차폐막(132c)을 통하여 이동하게 되므로, 자기장(B)이 IC 온도센서(71)로 침투하는 것을 방지할 수 있고, 그것에 의하여 자기장(B)의 영향을 최소화하면서 버스바(14)의 온도를 정확하게 측정할 수 있다.

본 실시예의 또 다른 측면에서, 버스바(14)의 온도를 감지하는 감지부는 온도 센서(132)를 구비한 센싱부(130)로 구현될 수 있다.

예컨대, 센싱부(130)는 온도 센서(132), 온도 센서(132)의 출력 신호를 필터링하는 필터(134), 및 필터(134)의 출력을 변성하는 변환부(136)를 포함하도록 구현될 수 있다.

필터(134)는 온도 센서(132)의 출력 신호에서 원하는 주파수 대역의 신호를 통과시키고 그 이외의 주파수 대역의 신호를 차단하는 대역통과 필터로 구현될 수 있다. 변환부(136)는 필터(134)의 출력을 증폭시키는 증폭부, 및/또는 필터(134)나 증폭부의 출력을 아날로그 디지털 변환시키는 아날로그-디지털 컨버터(ADC)를 구비할 수 있다.

또 다른 측면에서, 센싱부(130)는 기준 전압을 출력하는 발진부, 데이터를 저장하는 저장부, 또는 데이터의 무선 송수신을 위한 송수신부를 구비할 수 있다. 그 경우, 센싱부(130)는 무선인식 태그(110)에 버스바의 온도 정보를 저장하도록 명령하는 무선인식 롸이터(writer) 기능을 수행하거나 이러한 기능을 수행하는 구성을 포함하도록 구현될 수 있다.

또한, 본 실시예의 또 다른 측면에서, 센싱부(130)는 무선인식 태그와 일체로 결합될 수 있다. 그 경우, 센싱부(130)는 센서를 제외한 일부 구성이 무선인식 태그의 제어부에 집적회로 형태로 포함되도록 구현될 수 있다. 그 경우, 센싱부의 구조는 단순화될 수 있다.

도 5는 도 3의 지능형 배전반의 무선인식 태그를 설명하기 위한 개략적인 블록도이다.

도 5를 참조하면, 배전반의 외함(10) 내부에 배치되는 무선인식 태그(110)는 저장부(112), 제어부(114), 입력부(116), 및 안테나(118)를 구비한다.

저장부(112)는 해당 버스바에 관한 정보 등을 저장하는 불휘발성 반도체 메모리로 구현될 수 있다, 저장부(112)는 판독 전용 메모리이거나 판독/기입 가능한 메모리일 수 있다. 저장부(112)에 저장되는 정보는 해당 배전반의 식별정보, 해당 버스바의 식별정보, 및 해당 버스바에 대하여 검출된 온도 정보를 포함할 수 있다.

제어부(114)는 저장부(112), 입력부(116), 및 안테나(118)에 연결되며, 통신 처리, 메모리 액세스, 전력 변환 처리 등의 소정의 처리를 실행하는 회로부로서, 수신 신호의 판독, 사용자 인증, 데이터 기록, 및 작동에 필요한 연산을 수행한다.

입력부(116)는 센싱부측으로부터 입력되는 신호를 수신 또는 감지하고, 감지한 신호를 제어부(114)에 전달한다. 입력부(116)는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 컨버터를 구비할 수 있다. 또 다른 측면에서, 입력부(116)는 아날로그 디지털 컨버터의 입력단과 센싱부 사이에 배치되는 대역통과 필터 또는 증폭부를 더 구비할 수 있다.

안테나(118)는 도선이 코일 형상으로 형성된 루프 안테나로 구현될 수 있다. 루프 안테나를 이용하면, 외부로부터 들어오는 전자파를 받는 동시에 실질적으로 외부로 전자파를 방사할 수 있다.

전술한 무선인식 태그(110)는 패치 형태로 제조될 수 있다. 그 경우, 센싱부의 출력단은 무선인식 태그의 입력부에 용접이나 납땜 방식으로 접속될 수 있다. 또 다른 실시예에 따라서는 센싱부의 동작 제어를 위한 제어선(미도시)이 무선인식 태그의 제어부(114)에 연결될 수 있다.

전술한 구성에 따른 무선인식 태그(110)는 무선인식 리더의 신호에 반응하고, 무선인식 리더의 명령에 응답하여 저장부(112)에 저장된 정보 또는 센싱부로부터 입력된 정보를 무선인식 리더로 송출한다. 다시 말해서, 무선인식 태그의 제어부(114)는 안테나(118)에 의해 수신된 신호를 복조하여 수신 데이터를 얻고, 얻은 수신 데이터를 토대로 리더로 송신할 송신 데이터를 작성하며, 작성된 송신 데이터를 변조하여 얻은 송신 신호를 안테나(118)를 통하여 외부로 송출한다. 그리고, 제어부(114)는 수신 데이터에 기초하여 메모리(112)로부터의 데이터 판독이나 메모리(112)로의 데이터 기입 등의 처리를 수행한다.

본 실시예에서 무선인식 리더(200)는 리더 본체(202)와 리더 본체(202)에 연결된 안테나(204)를 구비하며, 중계부(120)를 통하여 무선인식 태그(110)와 무선 통신을 행하고, 무선인식 태그의 메모리(112)에 액세스하는 장치이다. 무신인식 리더(200)와 무선인식 태그(110) 간의 통신 주파수 대역은 약 1m의 통신 거리를 가지는 13.56㎒ 이상의 고주파 대역이나 초고주파 대역에서 설정되는 것이 바람직하다.

도 6은 도 3의 지능형 배전반의 중계부를 설명하기 위한 도면이다.

도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 중계부는 중계 안테나(120)로 구현된다. 중계 안테나(120)는 제1 안테나(122), 제2 안테나(124), 및 배선(126)을 구비한다.

중계 안테나(120)는 배전반 내부에 배치되는 무선인식 태그와 배전반 외부에 위치하는 무선인식 리더가 금속성 외함의 통신 방해를 받지 않고 서로 직접 통신할 수 있도록 배전반의 금속성 외함에 배치된다. 중계 안테나(120)는 사용 주파수 대역 등에 따라서 무선인식 태그와 무선인식 리더 간의 통신 거리를 연장하도록 동작한다.

좀더 상세히 설명하면, 일 실시예에서 제1 안테나(122)와 제2 안테나(124)는 각각 자체 루프 안테나를 형성하도록 구비된다. 제1 및 제2 안테나들(122, 124)은 배선(126)에 의해 서로 접속된다. 배선(126)은 제1 및 제2 안테나들(122, 124)의 각 루프 안테나가 하나의 큰 폐쇄 루프를 형성하도록 구비된다. 제1 안테나(122)는 무선인식 태그(110)와의 신호 송수신을 위해 배전반의 금속성 외함 내측에 배치되고, 제2 안테나(124)는 무선인식 리더(200)와의 신호 송수신을 위해 배전반의 금속성 외함 외측에 배치된다.

중계 안테나(120)의 각 부분의 형상이나 치수, 안테나의 루프 수 등의 구체적인 구성은 공진 주파수, 임피던스 매칭, 커플링 등을 고려하여 설정된다. 중계 안테나(120)는 인쇄회로기판, 플라스틱 기판, 가요성 시트, 절연성 필름 등과 같은 베이스 기재상에 도전성 패턴이 인쇄 또는 에칭 방식으로 패터닝된 구성을 포함할 수 있다.

전술한 구성에 의하면, 중계 안테나(120)는 무선인식 태그(이하, 간단히 태그라고 한다)(110)와 무선인식 리더(이하, 간단히 리더라고 한다)(200) 간의 통신을 다음과 같이 중계한다.

리더(200)로부터 태그(110) 측으로 신호가 전송되면, 중계 안테나(120)의 제2 안테나(124)에는 리더의 안테나(204)에서 송출된 전자파와의 전자기 유도 작용에 의하여 유도 전류가 발생한다. 이 유도 전류는 배선(126)을 통하여 제2 안테나(124)로부터 제1 안테나(122)로 전달되고, 전달된 유도 전류는 제1 안테나(122)에서 전자파로 변환되고, 변환된 전자파는 소정의 신호로서 배전반 내부의 태그(110)의 제어부에 수신된다.

유사하게, 태그(110)로부터 리더(200) 측으로 신호가 전송되면, 중계 안테나의 제1 안테나(122)에는 태그의 안테나(118)에서 송출된 전자파와의 전자기 유도 작용에 의하여 유도 전류가 발생한다. 이 유도 전류는 배선(126)을 통하여 제1 안테나(122)에서 제2 안테나(124)로 전달되고, 전달된 유도 전류는 제2 안테나(124)에서 전자파로 변환되고, 변환된 전자파는 소정의 신호로서 배전반 외부의 리더(200)로 전송된다.

이와 같이, 본 실시예에 의하면, 배전반의 금속성 외함의 내부와 외부를 연결하도록 설치되는 중계 안테나(120)를 통하여 태그(110)와 리더(200) 사이에 직접적인 통신 채널을 형성할 수 있다.

본 실시예에서, 태그(110)의 제어회로(115)는 집적회로 칩 형태를 구비한다. 예컨대, 제어회로(115)는 도 5를 참조하여 앞서 설명한 저장부(112), 제어부(114), 및 입력부(116)를 포함하는 집적회로 칩에 대응할 수 있다.

도 7은 도 6의 중계부의 일례에 대한 단면도이다.

도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 중계부(120a)는 제1 안테나(122a), 제2 안테나(124a), 동축 케이블(126a), 및 고정구(128)를 구비한다.

제1 안테나(122a)는 루프 안테나를 형성하는 나선형의 와이어를 구비한다. 제1 안테나(122a)를 형성하는 와이어의 양단은 제1 커넥터(121)에 연결된다. 제2 안테나(124a)는 루프 안테나를 형성하는 나선형의 와이어를 구비한다. 제2 안테나(124a)를 형성하는 와이어의 양단은 제2 커넥터(123)에 연결된다.

제1 및 제2 안테나(122a, 124a)의 루프 안테나들은 동축 케이블(126a)에 의하여 하나의 폐쇄 루프를 형성한다. 동축 케이블(126a)은 도 6에서 설명한 배선에 대응될 수 있다.

동축 케이블(126a)은 배전반의 특정 부분 예컨대 도어(12a)를 관통하며 고정구(128)에 의하여 도어(12a)에 고정 결합된다. 동축케이블(126a)은 제1 고정구 중심에 배치되고, 그 양단부에는 제1 안테나(122a)의 제1 커넥터(121)와 결합되는 커넥터(미도시)와 제2 안테나(124a)의 제2 커넥터(123)와 결합하는 커넥터(미도시)가 각각 구비될 수 있다.

일 실시예에서 고정구(128)는 배전반 내측에 위치하는 도어(12a)의 일면상에 배치되는 제1 고정구와, 배전반 외측에 위치하는 도어(12a)의 타면상에 배치되는 제2 고정구가 쌍을 이루며, 도어(12a)를 사이에 두고 도어의 양면에서 결합 고정된다. 제1 고정구는 볼트 모양을, 제2 고정구는 너트 모양을 구비할 수 있다.

도 8은 도 6의 중계부의 또 다른 일 구현예를 설명하기 위한 단면도이다.

도 8을 참조하면, 본 실시예에 따른 중계부(120b)는 제1 안테나(122b), 제2 안테나(124b), 및 동축 케이블(126b)을 구비한다.

제1 안테나(122b)는 패치 안테나를 형성하는 하나 이상의 평면 형상의 도전성 패턴을 구비한다. 제1 안테나(122b)는 판 형상의 절연체(1222)의 일면에 패터닝된 도전성 패턴(1224)을 구비한다. 본 실시예에서, 제1 안테나(122b)는 절연체(1222)의 일면에 도전성 패턴(1224)을, 그 타면에 또 다른 도전성 패턴(1226)을 구비하도록 형성된다. 도전성 패턴(1226)은 제1 안테나(122b)의 접지면을 형성한다. 전술한 제1 안테나(122b)는 배전반의 외함의 특정 도어(12d)의 내측면에 배치된다.

제2 안테나(124b)는 패치 안테나를 형성하는 하나 이상의 평면 형상의 도전성 패턴을 구비한다. 제2 안테나(124b)는 판 형상의 절연체(1242)의 일면에 패터닝된 도전성 패턴(1244)을 구비한다. 본 실시예에서, 제2 안테나(124b)는 절연체(1242)의 일면에 도전성 패턴(1244)을, 그 타면에 또 다른 도전성 패턴(1246)을 구비하도록 형성된다. 도전성 패턴(1246)은 제2 안테나(124b)의 접지면을 형성한다. 전술한 제2 안테나(124b)는 제1 안테나(122b)와 마주하도록 배전반의 특정 도어(12d)의 외측면에 배치된다. 제2 안테나(124b)의 수납과 지지를 위해, 도어(12d)에는 홈 형태의 요철부(12e)가 구비될 수 있다.

동축 케이블(126b)은 제1 안테나(122b)의 제1 도전성 패턴(1224), 절연체(1222), 및 제2 도전성 패턴(1226); 도어(12d); 및 제2 안테나(124b)의 제2 도전성 패턴(1246), 절연체(1242), 및 제1 도전성 패턴(1244)을 관통하도록 설치된다. 동축 케이블(126b)의 일단은 제1 안테나(122b)의 제1 도전성 패턴(1224)에 접속되고, 동축 케이블(126b)의 타단은 제2 안테나(124b)의 제1 도전성 패턴(1244)에 접속된다. 예컨대, 동축 케이블의 양단은 땜납(1228, 1248)에 의해 각각 제1 및 제2 안테나(122b, 124b)에 고정 접속된다.

도 9은 도 8의 중계부에 채용가능한 안테나 구조를 설명하기 위한 사시도이다.

도 9를 참조하면, 본 실시예의 중계부는 제1 또는 제2 안테나로서 절연체(1242a) 상의 도전성 패턴(1244a, 1244b, 1244c, 1244d)으로 형성되는 패치 안테나를 구비한다. 여기서, 패치 안테나는 마이크로 스트립 안테나로도 불리며, 대역이 좁고, 넓은 지향성을 갖는 안테나를 지칭한다.

패치 안테나는 인쇄회로기판 상에 금속 박막을 형성한 후 소정 패턴으로 에칭하여 안테나면을 형성하는 방식으로 제조될 수 있다. 여기서, 안테나면은 평평한 도전성 패턴에 대응한다. 그리고, 하나의 인쇄회로기판에 복수의 도전성 패턴들(1244a, 1244b, 1244c, 1244d)을 배열하는 경우, 도전성 패턴들은 마이크로스트립 라인(1244e)에 의하여 서로 접속된다.

물론, 패치 안테나의 도전성 패턴들은 동축 커넥터와 동축 케이블을 이용하여 접속될 수 있다. 그 경우, 전술한 마이크로스트립 라인(1244e)은 동축 케이블의 코어선에 대응하고, 절연체(1242a) 하면의 도체면(1246a)은 동축 케이블의 망선에 대응한다.

본 실시예에 있어서, 배전반 내측에 배치될 때, 4개의 패치 안테나들은 무선인식 태그의 안테나에 대향하여 전파의 송수신한다. 즉, 패치 안테나의 안테나면은 안테나면과 직교하는 방향 즉 수직 편파 형태의 지향성을 가지므로 무선인식 태그와 마주하도록 배치되는 것이 바람직하다. 4개의 패치 안테나들이 배전반의 외측에 배치될 때에도 이와 유사하다. 다만, 배전반 내측와 외측에 각각 배치되는 패치 안테나들의 위치가 서로 다르면, 그것들은 그 길이가 연장된 동축 케이블을 통하여 서로 접속되고, 배전반 내측와 외측에서 서로 마주하지 않고 서로 다른 위치에 각각 배치될 수 있다.

전술한 실시예에서는 수직 편파에 대응하는 패치 안테나를 설명하였지만, 본 발명은 그러한 구성으로 한정되지 않고, 원편파에 대응하는 원형 패치 안테나 등으로 구현될 수 있다. 또한, 패치 안테나는 사각형의 각을 제거한 형상 등으로 변형가능하고, 안테나의 급전점을 바꿈으로써 수직 편파, 수평 편파, 좌측 선회, 우측 선회 등의 전파에 대응하는 것이 가능하다.

이상에서와 같이 상세한 설명과 도면을 통해 본 발명의 최적 실시예를 개시하였다. 용어들은 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이며, 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 명세서로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

100: 지능형 배전반
10, 10a, 10b, 10c: 외함
110, 110a,110b, 110c: 무선인식 태그
120, 120a, 120b, 120c: 중계부

Claims (14)

1. 삭제
2. 삭제
3. 하나 이상의 버스바와 상기 버스바를 격납하는 외함을 포함하는 배전반에 있어서, 상기 버스바에 결합하며 상기 버스바에 대한 상태를 검출하는 센싱부와, 상기 센싱부에 결합하며 상기 버스바의 식별 정보와 상기 센싱부에서 검출된 상기 버스바의 상태 정보를 출력하는 무선인식 태그와, 상기 외함의 내부와 외부를 연결하도록 배치되며, 상기 무선인식 태그와 상기 외함 외부의 리더 간의 통신을 중계하는 중계부를 포함하되,
   상기 중계부는 상기 외함 일 면의 내 측면을 관통하며, 내부가 중공인 볼트 형상의 제1 고정구와, 상기 제1 고정구 중심에 배치되어 상기 외함 일 면을 관통하는 동축 케이블과, 상기 외함 일 면의 외 측면에 배치되어 상기 외함의 일 면을 관통한 상기 제1 고정구와 상기 동축 케이블을 상기 제1 고정구와 쌍을 이루어 상기 외함 일 면에 고정 결합하는 너트 형상의 제2 고정구와, 상기 외함의 내부에서 상기 동축 케이블의 일 단과 결합하는 제1 안테나와, 상기 외함의 외부에서 상기 동축케이블의 타 단과 결합하는 제2 안테나로 구성되며, 상기 제1 안테나와 상기 제2 안테나는 상기 외함의 내/외부에서 상기 동축 케이블에 의해 하나의 폐쇄 루프를 형성하는 것
   인 유비쿼터스형 배전반.
4. 삭제
5. 삭제
6. 하나 이상의 버스바와 상기 버스바를 격납하는 외함을 포함하는 배전반에 있어서, 상기 버스바에 결합하며 상기 버스바에 대한 상태를 검출하는 센싱부와, 상기 센싱부에 결합하며 상기 버스바의 식별 정보와 상기 센싱부에서 검출된 상기 버스바의 상태 정보를 출력하는 무선인식 태그와, 상기 외함의 내부와 외부를 연결하도록 배치되며, 상기 무선인식 태그와 상기 외함 외부의 리더 간의 통신을 중계하는 중계부를 포함하되,
   상기 중계부는 판 형상의 절연체의 일 면에 패터닝된 제1 도전성 패턴과, 상기 절연체의 타 면에 패터닝되고 상기 외함의 내 측면에 접촉하여 접지면을 형성하는 제2 도전성 패턴을 구비한 제1 안테나와,
   판 형상의 절연체의 일 면에 패터닝된 제2 도전성 패턴과, 상기 절연체의 타면에 패터닝되고 상기 외함의 외 측면에 접촉하여 접지면을 형성하는 제4 도전성 패턴을 구비한 제2 안테나와,
   상기 외함의 일 면에서 상기 제1 안테나와 상기 제2 안테나를 관통하여 상기 제1 및 상기 제2 안테나를 상기 외함의 일 면에 고정 결합하는 동축 케이블을 포함하되,
   상기 동축 케이블의 일 단은 상기 제1 안테나의 제1 도전성 패턴에 접속되고, 상기 동축 케이블의 타 단은 상기 제2 안테나의 제3 도전성 패턴에 접속되는 것
   인 유비쿼터스형 배전반.
7. 제 3항에 있어서,
   상기 제1 안테나 또는 상기 제2 안테나는 루프 안테나, 패치 안테나, 혼 안테나, 및 파라볼라 안테나 중에서 어느 하나를 포함하는 유비쿼터스형 배전반.
8. 제3항 또는 제6항에 있어서,
   상기 무선인식 태그는 상기 배전반, 상기 버스바 중 적어도 어느 하나의 정보를 저장하는 저장부, 외부 장치와 통신하며 상기 저장부에 저장된 정보의 출력 동작을 제어하는 제어부, 상기 센싱부로부터 입력되는 신호를 받는 입력부, 및 상기 제어부에 연결되는 안테나를 포함하는 유비쿼터스형 배전반.
9. 제 8항에 있어서,
   상기 입력부는 상기 센싱부로부터 입력되는 신호를 아날로그 디지털 변환하는 변환부를 포함하는 유비쿼터스형 배전반.
10. 제 9항에 있어서,
    상기 입력부는 상기 센싱부로부터 받은 신호를 필터링하는 대역통과필터; 및 상기 대역통과필터의 출력을 증폭하는 증폭부를 더 포함하고, 상기 증폭부의 출력은 상기 변환부로 입력되는 유비쿼터스형 배전반.
11. 제 10항에 있어서,
    상기 무선인식 태그는 패치 형태를 구비하며, 상기 센싱부의 출력단은 용접 방식으로 상기 무선인식 태그의 입력부에 접속되는 유비쿼터스형 배전반.
12. 제3항 또는 제6항에 있어서,
    상기 센싱부는 상기 버스바의 온도를 검출하는 온도 센서, 상기 무선인식 태그의 입력부에 접속되는 출력단으로서 상기 온도 센서에서 검출된 신호를 출력하는 출력단, 및 상기 버스바 주변에서 발생한 자기장이 상기 온도 센서로 침투하는 것을 차단하도록 상기 온도 센서를 포위하는 차폐막을 포함하는 유비쿼터스형 배전반.
13. 제 12항에 있어서,
    상기 센싱부는 상기 온도 센서의 출력을 필터링하는 대역통과필터, 상기 대역통과필터의 출력을 증폭하는 증폭부, 및 상기 증폭부의 아날로그 출력을 디지털 변환하는 변환부를 더 포함하는 유비쿼터스형 배전반.
14. 제3항 또는 제6항에 있어서,
    상기 센싱부는 상기 버스바의 전압 및 전류를 검출하기 위한 자기 센서, 및 상기 무선인식 태그의 입력부에 접속되는 출력단으로서 상기 자기 센서에서 검출된 신호를 출력하는 출력단을 포함하는 유비쿼터스형 배전반.
    

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