KR101597096B1 - 진동감지와 누설전류의 실시간 원격 계측 및 외부 침입퇴치 기능과 데이터 저장기능을 구비한 배전반 - Google Patents

진동감지와 누설전류의 실시간 원격 계측 및 외부 침입퇴치 기능과 데이터 저장기능을 구비한 배전반 Download PDF

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Abstract

본 발명은 진동감지와 누설전류의 실시간 원격 계측 및 외부 침입퇴치 기능과 데이터 저장기능을 구비한 배전반에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 배전반에 누설전류 감지부, 지진을 포함한 외력으로 인한 진동을 감지하기 위한 진동감지 센서, 온/습도 센서를 포함한 다양한 센서와 센서의 신호를 무선으로 전송할 수 있는 무선 통신부를 장착하여 배전반의 접지선을 통해 누설되는 전류량과 배전반의 내부 상태를 원격에서 실시간으로 계측하고, 제어할 수 있도록 하여 누설 전류로 인한 제품손상 및 전력 손실을 방지하고, 배전반의 관리소홀로 인한 안전사고를 미연에 방지하며, 배전반 내에 구비된 다양한 센서로부터 데이터를 수집 및 축적하여 배전반의 고장 분석, 진단, 고장 처리 등을 포함하여 배전반을 효율적 관리할 수 있는 진동감지와 누설전류의 실시간 원격 계측 및 외부 침입퇴치 기능과 데이터 저장기능을 구비한 배전반에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은 돌입전류로 인한 회로의 오작동을 방지하는 포토커플러를 포함하고, 각 접지선에서 측정되는 전류를 선택적으로 입출력하는 릴레이회로부; 접지선에서 측정되는 임의의 전류에 대해 상대적으로 작게 비례하는 소전류로 변성하는 변류기, 변류기를 통해 입력된 교류전압을 직류전압으로 변환하여 증폭하는 AC-DC 변환회로, 릴레이회로부의 입출력 신호에 따라 변환증폭된 직류전압 값의 입출력을 제어하는 데이터 셀렉터, 및 데이터 셀렉터로부터 입력된 직류전압 값을 2중 적분하여 디지털신호로 변환하는 A/D 변환회로를 포함하며 다수의 접지선 상에 결선되어 측정되는 전류를 소정의 디지털신호를 변환하는 누설전류감지부; 경보신호의 사용 유무를 입력하는 풀-업 저항과 풀-업 저항에 의해 온/오프되는 발광다이오드로 구성되어 경보신호의 사용 유무를 제어하고 표시하는 경보신호 제어회로를 포함하고, 접지선을 통해 측정되는 전류의 디지털신호와 비교되는 동작기준치를 설정하는 입력부; 제어 프로그램이 내장되어 연산을 수행하고, 회로 소자를 제어하는 MCU, 일정 클록(clock)을 발생시켜 제어 프로그램을 운영하는 크리스탈회로, 풀-업 저항을 이용하여 제어 프로그램을 리셋하는 리셋회로, 및 MCU에 공급되는 전원을 안정화시키는 전원안정회로를 포함하고, 접지선에서 측정된 디지털신호와 동작기준치를 비교하여 접지선의 상태를 판단하는 제어부; 제어부의 판단에 따른 접지선의 상태에 대한 경보신호를 발생시키는 알람부; 표시제어칩, 7-세그먼트 및 밝기제어회로를 포함하고, 제어부의 판단에 따른 접지선의 상황 및 접지선에서 측정된 누설전류 값을 표시하는 FND 표시부; 지진을 포함한 건물의 흔들림에 의한 진동을 감지하기 위한 3축 가속도센서, 자이로 센서, 지자기 센서를 포함한 진동감지센서, 내부의 온도와 습도를 측정하기 위한 온/습도 센서, 내부 화재발생을 감지하기 위한 불꽃형태의 자외선을 감지하기 위한 불꽃감지센서를 포함하는 확장 센서부; 누설 전류감지부 및 확장 센서부로부터 수신된 데이터 값을 그래프를 포함한 도식화된 화면을 보여주는 그래픽 디스플레이부; 확장 센서부의 진동감지센서에 의한 진동과 누설전류 감지부에 의한 누설전류를 비교하여 소정규모 이상의 누설전류가 발생하거나 불꽃감지센서에 의해 불꽃이 감지되는 경우 제어부의 제어 신호에 의해 전력을 차단하는 전력 차단부; 제어부와 연결되고, 확장 센서부로부터 전송된 데이터 및 누설전류 감지부에서 전송된 데이터의 이력관리를 위해 소정 시간 단위로 데이터를 저장하는 데이터 저장부; 과전압방지회로와, 신호변환회로, 절연회로, 및 전원안정회로를 포함하고, 데이터 저장부에 저장된 데이터를 백업하거나 외부로 인출하기 위해 외부 메모리장치와 연결되거나 PC를 포함한 외부 통신기기와 유선으로 접속하여 통신을 수행하기 위한 RS232, RS485 및 USB를 포함한 유선 통신부; 제어부와 연결되고, 확장 센서부에서 전송된 데이터와 제어부의 제어신호를 무선으로 송수신하기 위한 와이파이를 포함한 무선 통신부; 무선 통신부의 데이터 신호를 전송받아 원격에서 데이터를 계측하기 위한 프로그램이 구비된 사용자의 스마트 기기를 포함한 원격단말기; 무선 통신부로부터 누설전류 감지부 및 확장 센서부의 데이터를 전송받아 누설전류 분석과 진동빈도 분석을 위한 통합서버; 누설전류 감지부에서 수신된 DC전원을 확장 센서부에 사용하는 DC전원에 맞도록 변환하여 확장 센서부 내부에 DC전원을 공급하는 주전원부; 및 주전원부의 DC전원을 감지하여 완전충전상태를 유지하며, 주전원부의 DC 전원이 인가되지 않을 경우 데이터 저장부에 저장된 데이터의 보존과 통신기능을 포함한 비상시 기본적인 기능 모드를 유지하도록 비상시 전원을 공급하기 위한 리튬배터리를 포함한 보조 전원부를 포함하는 진동감지와 누설전류의 실시간 원격 계측 및 외부 침입퇴치 기능과 데이터 저장기능을 구비한 배전반을 제공한다.

Description

진동감지와 누설전류의 실시간 원격 계측 및 외부 침입퇴치 기능과 데이터 저장기능을 구비한 배전반{omitted}
본 발명은 진동감지와 누설전류의 실시간 원격 계측 및 외부 침입퇴치 기능과 데이터 저장기능을 구비한 배전반에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 배전반에 누설전류 감지부, 지진을 포함한 외력으로 인한 진동을 감지하기 위한 진동감지 센서, 온/습도 센서를 포함한 다양한 센서와 센서의 신호를 무선으로 전송할 수 있는 무선 통신부를 장착하여 배전반의 접지선을 통해 누설되는 전류량과 배전반의 내부 상태를 원격에서 실시간으로 계측하고, 제어할 수 있도록 하여 누설 전류로 인한 제품손상 및 전력 손실을 방지하고, 배전반의 관리소홀로 인한 안전사고를 미연에 방지하며, 배전반 내에 구비된 다양한 센서로부터 데이터를 수집 및 축적하여 배전반의 고장 분석, 진단, 고장 처리 등을 포함하여 배전반을 효율적 관리할 수 있는 진동감지와 누설전류의 실시간 원격 계측 및 외부 침입퇴치 기능과 데이터 저장기능을 구비한 배전반에 관한 것이다.
일반적으로 배전반은 건물 등의 시설물에 설치되어 전기의 사용량이 많은 공장이나 큰 건축물 또는 변전소 등지의 옥내 또는 옥외에 설치되는 것으로, 발전기나 변압기 등의 운전을 제어하고, 그 발생 전력을 끄는데 필요한 기구 및 계기 등을 배열 고정시킨 것이다.
이러한 배전반은 일정규모 이상의 건물 전기설비에 설치되어 배전 계통과 각종 분기선로의 단락 또는 지락 사고로 인한 과대 전류가 사용부하로 흐르는 것을 차단하거나 단속함으로써, 부하의 사용에 따른 인체의 감전이나 노전부하에 의한 화재와 같은 안전사고를 예방하게 된다.
종래의 배전반에는 누설전류 감지장치가 설치되어 누설상태를 설정 값에 따라 단계적으로 표시하여 관리자로 하여금 육안으로 각 회선별 누설전류를 용이하게 관찰할 수 있도록 하여 전기시설물의 안전관리를 효율적으로 수행할 수 있도록 하였다.
하지만 종래의 배전반에 설치되는 누설전류 감지장치는 배전회선에만 연결되어 전기기기의 누전 여부를 파악할 수 있을 뿐, 전기법령에 따른 1종·2종·3종 등의 접지선에 대한 누설전류를 감지할 수 없었다. 그리고 접지선을 점검한다고 하더라도 검사시마다 내전압 테스터기와 같은 별도의 휴대장치를 일일이 연결하여야 하는 번거로움이 발생하고, 접지선의 누설전류에 대한 실시간 계측이 불가능하였다.
따라서, 접지(절연)상태를 배전반을 통해 실시간으로 점검할 수 없게 되어 누설전류에 의한 배전반의 부품손상 및 안전사고를 사전에 방지할 수 없었고, 접지선을 통해 전류가 과도하게 누설되어도 이를 감지하지 못해 전력이 낭비되는 문제점이 있었다.
또한, 본 발명은 본 출원인이 출원(출원일: 2010.11.19, 출원번호: 10-2010-0115752)하여 이미 특허(등록일자: 2011.2.14, 등록번호: 제10-1016378호)를 받은 "접지선의 누설전류 계측이 용이한 배전반" 에 관한 발명을 개량한 발명으로 선등록 발명에서 배전반의 누설 전류량을 수시로 점검하기 위해 배전반이 설치된 현장에 관리자가 직접 방문하지 않고, 원격지에서 현장에 설치된 배전반 내부 상태를 실시간으로 계측하여 배전반의 안전관리를 보다 효율적으로 수행할 필요성이 있으며, 배전반 내부 상태에 관해 다양한 데이터를 수집하고 축적하여 이를 활용할 수 있는 장치가 요구되는 실정이다.
선행기술문헌 : KR등록특허공보 제10-1280446호(2013.7.1.공고)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 진동감지와 누설전류의 실시간 원격 계측 및 외부 침입퇴치 기능과 데이터 저장기능을 구비한 배전반에 누설전류 감지부, 지진을 포함한 외력으로 인한 진동을 감지하기 위한 진동감지 센서, 온/습도 센서를 포함한 다양한 센서와 센서의 신호를 무선으로 전송할 수 있는 무선 통신부를 장착하여 배전반의 접지선을 통해 누설되는 전류량과 배전반의 내부 상태를 원격에서 실시간으로 계측하고, 제어할 수 있도록 하여 누설 전류로 인한 제품손상 및 전력 손실을 방지하고, 배전반의 관리소홀로 인한 안전사고를 미연에 방지하며, 배전반 내에 구비된 다양한 센서로부터 데이터를 수집 및 축적하여 배전반의 고장 분석, 진단, 고장 처리 등을 포함하여 배전반을 효율적 관리할 수 있는 진동감지와 누설전류의 실시간 원격 계측 및 외부 침입퇴치 기능과 데이터 저장기능을 구비한 배전반을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 안출된 본 발명에 따른 진동감지와 누설전류의 실시간 원격 계측 및 외부 침입퇴치 기능과 데이터 저장기능을 구비한 배전반은 돌입전류로 인한 회로의 오작동을 방지하는 포토커플러를 포함하고, 각 접지선에서 측정되는 전류를 선택적으로 입출력하는 릴레이회로부; 접지선에서 측정되는 임의의 전류에 대해 상대적으로 작게 비례하는 소전류로 변성하는 변류기, 변류기를 통해 입력된 교류전압을 직류전압으로 변환하여 증폭하는 AC-DC 변환회로, 릴레이회로부의 입출력 신호에 따라 변환증폭된 직류전압 값의 입출력을 제어하는 데이터 셀렉터, 및 데이터 셀렉터로부터 입력된 직류전압 값을 2중 적분하여 디지털신호로 변환하는 A/D 변환회로를 포함하며 다수의 접지선 상에 결선되어 측정되는 전류를 소정의 디지털신호를 변환하는 누설전류감지부; 경보신호의 사용 유무를 입력하는 풀-업 저항과 풀-업 저항에 의해 온/오프되는 발광다이오드로 구성되어 경보신호의 사용 유무를 제어하고 표시하는 경보신호 제어회로를 포함하고, 접지선을 통해 측정되는 전류의 디지털신호와 비교되는 동작기준치를 설정하는 입력부; 제어 프로그램이 내장되어 연산을 수행하고, 회로 소자를 제어하는 MCU, 일정 클록(clock)을 발생시켜 제어 프로그램을 운영하는 크리스탈회로, 풀-업 저항을 이용하여 제어 프로그램을 리셋하는 리셋회로, 및 MCU에 공급되는 전원을 안정화시키는 전원안정회로를 포함하고, 접지선에서 측정된 디지털신호와 동작기준치를 비교하여 접지선의 상태를 판단하는 제어부; 제어부의 판단에 따른 접지선의 상태에 대한 경보신호를 발생시키는 알람부; 표시제어칩, 7-세그먼트 및 밝기제어회로를 포함하고, 제어부의 판단에 따른 접지선의 상황 및 접지선에서 측정된 누설전류 값을 표시하는 FND 표시부; 지진을 포함한 건물의 흔들림에 의한 진동을 감지하기 위한 3축 가속도센서, 자이로 센서, 지자기 센서를 포함한 진동감지센서, 내부의 온도와 습도를 측정하기 위한 온/습도 센서, 내부 화재발생을 감지하기 위한 불꽃형태의 자외선을 감지하기 위한 불꽃감지센서를 포함하는 확장 센서부; 누설 전류감지부 및 확장 센서부로부터 수신된 데이터 값을 그래프를 포함한 도식화된 화면을 보여주는 그래픽 디스플레이부; 확장 센서부의 진동감지센서에 의한 진동과 누설전류 감지부에 의한 누설전류를 비교하여 소정규모 이상의 누설전류가 발생하거나 불꽃감지센서에 의해 불꽃이 감지되는 경우 제어부의 제어 신호에 의해 전력을 차단하는 전력 차단부; 제어부와 연결되고, 확장 센서부로부터 전송된 데이터 및 누설전류 감지부에서 전송된 데이터의 이력관리를 위해 소정 시간 단위로 데이터를 저장하는 데이터 저장부; 과전압방지회로와, 신호변환회로, 절연회로, 및 전원안정회로를 포함하고, 데이터 저장부에 저장된 데이터를 백업하거나 외부로 인출하기 위해 외부 메모리장치와 연결되거나 PC를 포함한 외부 통신기기와 유선으로 접속하여 통신을 수행하기 위한 RS232, RS485 및 USB를 포함한 유선 통신부; 제어부와 연결되고, 확장 센서부에서 전송된 데이터와 제어부의 제어신호를 무선으로 송수신하기 위한 와이파이를 포함한 무선 통신부; 무선 통신부의 데이터 신호를 전송받아 원격에서 데이터를 계측하기 위한 프로그램이 구비된 사용자의 스마트 기기를 포함한 원격단말기; 무선 통신부로부터 누설전류 감지부 및 확장 센서부의 데이터를 전송받아 누설전류 분석과 진동빈도 분석을 위한 통합서버; 누설전류 감지부에서 수신된 DC전원을 확장 센서부에 사용하는 DC전원에 맞도록 변환하여 확장 센서부 내부에 DC전원을 공급하는 주전원부; 및 주전원부의 DC전원을 감지하여 완전충전상태를 유지하며, 주전원부의 DC 전원이 인가되지 않을 경우 데이터 저장부에 저장된 데이터의 보존과 통신기능을 포함한 비상시 기본적인 기능 모드를 유지하도록 비상시 전원을 공급하기 위한 리튬배터리를 포함한 보조 전원부를 포함한다.
또한, 확장 센서부에는 외부 침입 생물체에서 발생하는 열을 감지하기 위한 열감지 센서, 및 외부 침입 생물체의 움직임을 감지하기 위한 모션 감지센서를 포함한 외부침입 감지센서를 포함하고, 외부침입 감지 센서로부터 외부침입 여부에 대한 신호를 전송받은 제어부의 제어신호에 의해 외부 침입 생물체를 퇴치하기 위해 초음파를 발생시키는 초음파 발생기, 및 경보음을 발생시키는 소음발생기를 포함하는 외부침입 퇴치부를 더 포함할 수 있다.
또한, 확장 센서부의 온/습도 센서의 신호를 전송받은 제어부의 구동신호에 의해 내부의 온도와 습도를 제어하기 위해 작동하는 온/습도 조절부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면 배전반의 접지선을 통해 누설되는 전류량과 배전반의 내부 상태를 원격에서 실시간으로 계측하고, 제어할 수 있도록 하여 누설 전류로 인한 제품손상 및 전력 손실을 방지하고, 배전반의 관리소홀로 인한 안전사고를 미연에 방지하여 배전반의 관리 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 배전반 내에 구비된 다양한 센서로부터 데이터를 수집 및 축적하여 배전반의 고장 분석, 진단, 고장 처리 등을 포함하여 배전반을 효율적 관리하기 위한 빅데이터로 활용할 수 있는 할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 진동감지와 누설전류의 실시간 원격 계측 및 외부 침입퇴치 기능과 데이터 저장기능을 구비한 배전반의 전체 구성을 도시한 블록도,
도 2는 진동감지와 누설전류의 실시간 원격 계측 및 외부 침입퇴치 기능과 데이터 저장기능을 구비한 배전반의 무선 통신을 위한 블록도,
도 3 본 발명의 실시 예에 따른 릴레이회로부의 회로도,
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 누설전류 감지부의 회로도,
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 입력부의 회로도,
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 제어부의 회로도,
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 알람부의 회로도,
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 표시부의 회로도,
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 통신부의 회로도,
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 전원부의 회로도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
또한, 본 발명은 본 출원인이 출원(출원일: 2010.11.19, 출원번호: 10-2010-0115752)하여 이미 특허(등록일자: 2011.2.14, 등록번호: 제10-1016378호)를 받은 "접지선의 누설전류 계측이 용이한 배전반" 에 관한 발명을 개량한 발명임을 미리 밝혀둔다.
도 1은 진동감지와 누설전류의 실시간 원격 계측 및 외부 침입퇴치 기능과 데이터 저장기능을 구비한 배전반의 전체 구성을 도시한 블록도, 도 2는 진동감지와 누설전류의 실시간 원격 계측 및 외부 침입퇴치 기능과 데이터 저장기능을 구비한 배전반의 무선 통신을 위한 블록도, 도 3 본 발명의 실시 예에 따른 릴레이회로부의 회로도, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 누설전류 감지부의 회로도, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 입력부의 회로도, 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 제어부의 회로도, 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 알람부의 회로도, 도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 표시부의 회로도, 도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 통신부의 회로도, 도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 전원부의 회로도이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 진동감지와 누설전류의 실시간 원격 계측 및 외부 침입퇴치 기능과 데이터 저장기능을 구비한 배전반은, 도 1을 참조하면, 릴레이회로부(100), 누설전류 감지부(200), 입력부(300), 제어부(400), 알람부(500), FND 표시부(600), 확장 센서부(700), 외부침입 퇴치부(750), 온/습도 조절부(760), 그래픽 디스플레이부(800), 전력 차단부(900), 데이터 저장부(1000), 유선 통신부(1100), 무선 통신부(1200), 원격 단말기(1300), 통합서버(1400), 주전원부(1500), 보조 전원부(1600)를 포함하여 이루어진다.
릴레이회로부(100)는 도 1 및 도 3을 참조하면, 접지선에 연결되는 아래에 서술된 누설전류 감지부(200)의 입력단 개수에 대응하게 형성되며, 릴레이 제어를 통해 각 접지선에서 측정되는 전류를 선택적으로 입출력한다.
또한, 릴레이회로부에는 돌입전류로 인한 회로의 오작동을 방지하는 포토 커플러(220)가 포함된다.
누설전류 감지부(200)는 도 1 및 도 4을 참조하면, 다수의 접지선 상에 결선되어 측정되는 전류를 소정의 디지털신호를 변환하는 것으로, 입력단 A,B,C를 통해 통상 50mA 내지 1A 범위의 전류를 측정한다.
누설전류 감지부(200)는 접지선에서 측정되는 임의의 전류에 대해 상대적으로 작게 비례하는 소전류로 변성하는 변류기(110), 변류기를 통해 입력된 교류전압을 직류전압으로 변환하여 증폭하는 AC-DC 변환회로(120), 릴레이회로부(100)의 입출력 신호에 따라 변환증폭된 직류전압 값의 입출력을 제어하는 데이터 셀렉터(130), 및 데이터 셀렉터로부터 입력된 직류전압 값을 2중 적분하여 디지털신호로 변환하는 A/D 변환회로(140)를 포함하여 구성된다.
변류기(110)는 1차 정격전류를 2차 정격전류로 변성시키고, 변성된 전류는 입력단 A,B,C에 입력된다.
AC-DC 변환회로(120)는 변류기(110)를 통해 입력된 AC(교류) 미세 전압을 DC(직류)로 변환하는 것으로, 입력되는 교류를 다이오드를 이용하여 정류시킨 후 평활하여 직류로 출력시킨다.
데이터 셀렉터(130)는 후술할 제어부(400)의 제어신호에 의해 AC-DC 변환회로(120)로부터 입력되는 다수의 값을 제어하여 어느 하나를 선택 출력한다.
A/D 변환회로(140)는 제1, 2증폭기(141, 142) 및 제3, 4증폭기(143, 144)를 포함하는데, 제1증폭기(141)는 데이터 셀렉터(130)로부터 출력된 값에 대한 버퍼 역할을 하며, 제2증폭기(142)는 이 값을 반전시킨다.
그리고 A/D 변환회로(140)에는 커패시터(148)가 더 포함되는데, 커패시터(148)는 후술할 제어부(400)의 제어신호에 따라 충전 및 방전을 반복하게 된다. 커패시터(148)에서 충전 및 방전된 값은 제2증폭기(142)에서 반전되어 출력된 값과 합하여 제3증폭기(143)에서 적분되며, 출력전압의 기준적분 기간 값이 제4증폭기(144)에 입력되어 0V 초과 값은 5V, 0V 미만의 값은 0 V가 되어 후술할 제어부(400)에 입력된다.
입력부(300)는 도 1 및 도 5를 참조하면, 접지선을 통해 측정되는 전류의 디지털신호와 비교되는 동작기준치를 설정하는 회로로서, 풀-업 저항(R3~R7)을 이용하여 동작기준치를 설정하게 된다.
입력부(300)에는 후술할 알람부(500)에서 발생하는 경보신호의 사용 유무를 제어 및 표시하는 경보신호 제어회로(320)가 더 포함되는 것이 바람직하며, 경보신호 제어회로(320)는 경보신호의 사용 유무를 입력하는 풀-업 저항(R8), 및 풀-업 저항(R8)에 의해 온/오프(ON/OFF)되는 발광다이오드(LED1)를 포함한다
제어부(400)는 도 1 및 도 6을 참조하면, 접지선에서 측정된 디지털신호와 동작기준치를 비교하여 접지선의 상태를 판단하고, 아래에 서술된 누설전류 감지부 및 확장 센서부로부터 데이터 신호를 전송받아 이를 분석 및 처리하여 그래픽 디스플레이부, 전력 차단부, 외부침입 퇴치부 등의 출력장치로 제어신호를 전송하는 것으로, MCU(420), 크리스탈회로(440), 리셋회로(460), 전원안정회로(480)를 포함한다.
MCU(420)는 소정의 제어 프로그램이 내장되어 진동, 화재, 외부 생물체의 침입여부 등의 위험 여부를 연산하고 회로 소자를 제어하는 역할을 한다.
MCU(Micro Controller Unit)는 단순제어에서부터 특수한 기능에 이르기까지 다양한 특성을 컨트롤하는 시스템 반도체이며, 메모리 및 입출력 제어 인터페이스 회로 등 부가 장치들을 내장하고 있기 때문에 특정 목적의 기능을 수행하는 제어 프로그램을 컴퓨터를 통해 언제든지 이식해 다양한 역할을 수행할 수 있다.
크리스탈회로(440)는 일정 클록(clock)을 발생시켜 제어 프로그램을 운영한다.
리셋회로(460)는 풀-업 저항을 이용하여 제어 프로그램을 리셋(Reset)하는 것으로 MCU(420)로부터 리셋신호가 전송되면 GND신호를 입력하여 제어 프로그램을 리셋시키게 된다.
전원안정회로(480)는 병렬 연결된 한 쌍의 커패시터(C4,C5)를 통해 MCU(420)에 공급되는 전원을 안정화시킨다.
알람부(500)는 도 1 및 도 7을 참조하면, 제어부(400)의 판단에 따라 누설전류 값이 입력부에 입력한 값을 초과하거나 아래의 확장 센서부의 불꽃감지센서에서 불꽃 발생을 감지하여 경보 상태에 따른 경보음이나 접지선의 상태에 대한 경보신호를 발생시키는 것으로, 본 발명의 실시 예에서는 부저가 울리는 회로 구성을 도시하고 있으나, 알람부를 이에 한정하지 않고 점멸램프나 액정화면 등 다양한 방법으로 경보신호를 발생시킬 수 있음은 물론이다.
FND 표시부(600)는 도1 및 도 8을 참조하면, 제어부(400)의 판단에 따른 접지선의 상황 및 접지선에서 측정된 누설전류 값을 표시하거나 경보 상한치 값을 입력부를 통해 입력하여 나타낼 수 있도록 하는 것으로, 접지선에 연결되는 누설전류 감지부(100)의 입력단 개수에 대응하게 형성되며, 표시제어칩(620) 및 7-세그먼트(640)를 포함한다.
표시제어칩(620)은 제어부(400)의 제어신호에 의해 일정 알고리즘에 따른 동작신호를 발생시켜 7-세그먼트(640)에 값을 표시하도록 한다.
한편, FND 표시부(600)에는 7-세그먼트(640)의 밝기를 조절하는 저항이 다수개 형성된 밝기제어회로(660)가 더 포함될 수 있다.
확장 센서부(700)는 도 1 및 도 2를 참조하면, 3축 가속도센서, 자이로 센서, 지자기 센서를 포함한 진동감지센서(710), 온/습도 센서(720), 불꽃감지센서(730), 열감지 센서 및 모션 감지센서를 포함한 외부침입 감지센서(740)가 포함된다.
진동감지센서(710)는 지진 등의 자연 외력에 의해 배전반이 설치된 건물의 흔들림에 의한 진동을 감지하기 위해 변위, 속도, 가속도로 표현될 수 있는 진동을 측정하기 위한 3축 가속도 센서, 각속도를 검출하기 위한 자이로 센서, 및 3축 타입으로 X(좌우), Y(전후), Z(상하)의 3축 각각에 대해 지자기의 방향을 판정할 수 있는 지자기 센서를 가속도 센서와 조합하여 사용함으로써 배전반의 중력가속도에 대한 경사각을 검출하여 배전반이 수평상태에 있지 않고, 어떤 각도와 위치에 있더라도 정확한 진동을 검출할 수 있게 된다.
한편, 진동감지센서(710)에 의해 검출된 진동은 진동의 규모에 따라 4mA, 8mA, 12mA 등의 다른 전류 값을 출력하도록 하고, 해당 전류 값에 따라 대응 전략이 다르게 제어부의 제어 프로그램에 설계될 수 있다.
온/습도 센서(720)는 배전반 내부 및 외부의 온도와 습도를 측정하기 위한 것으로 특히, 온도센서의 경우 4채널 이상으로 설정하여, 배전함이 설치된 주변의 온도와 배전함 내부의 급격한 온도 상승 여부 및 온도 저하 유무를 감지하여 온도변화에 따른 저항값 변화를 MPU에서 A/D 컨버터를 통해 취득한다.
온/습도 조절부(760)는 온/습도 센서의 배전함 내부의 급격한 온도 상승 여부 및 온도 저하 감지 신호를 전송받은 제어부의 구동신호에 의해 내부의 온도와 습도를 제어하기 위해 작동하는 열선 코일 및 냉각 코일, 냉각 팬 등이 포함될 수 있다.
불꽃감지센서(730)는 배전함 내부의 화재발생 여부를 판단하기 위해 불꽃형태의 자외선을 감지하며, 제어부와 연결되어 불꽃형태의 자외선이 감지된 경우 알람부(500)를 통해 경고음을 발생시키거나, 아래에 서술된 무선 통신부를 통해 사용자의 원격단말기로 경보 메시지 등을 전송할 수 있다.
외부침입 감지센서(740)는 배전함 내에 침입한 야생 고양이, 쥐 등의 동물이나 곤충 등의 외부 침입 생물체로 인한 단락사고와 누전을 방지하기 위해 외부침입 생물체에서 발생하는 열을 감지하는 열감지 센서와 외부 침입 생물체의 움직임을 감지하기 위한 모션 감지센서가 포함된다.
외부침입 퇴치부(750)는 외부침입 감지센서(740)로부터 생물체의 외부침입 여부에 대한 신호를 전송받은 제어부(400)의 제어신호에 의해 외부 침입 생물체를 퇴치하기 위해 초음파를 발생시키는 초음파 발생기, 및 경보음을 발생시키는 소음 발생기 등이 포함된다.
그래픽 디스플레이부(800)는 도 1을 참조하면, TFT-LCD 등의 표시장치를 사용하여 누설전류 감지부 및 확장 센서부로부터 수신된 데이터 값을 그래프를 포함한 도식화된 이미지 화면을 보여준다.
전력 차단부(900)는 도 1을 참조하면, 확장 센서부의 진동감지센서에 의해 감지된 진동과 누설전류 감지부에 의한 누설전류를 비교하여 소정규모 이상의 진동 또는 누설전류가 발생하거나 불꽃감지센서에 의해 불꽃이 감지되는 경우 제어부의 제어 신호에 의해 배전반으로 유입되는 전력을 VCB(Vaccum Circuit Breaker) 또는 ACB(Air Circuit Breaker) 등으로 구성된 전원 차단기(미도시)를 통해 차단한다.
데이터 저장부(1000)는 제어부(400)와 연결되고, 확장 센서부(700)로부터 전송된 데이터 및 누설전류 감지부(200)에서 전송된 데이터의 이력 관리를 위해 소정 시간 단위로 데이터를 저장한다.
이 데이터 저장부(1000)는 아래에 서술된 유선 통신부(1100)와 연결되어 USB와 같은 외장 메모리가 외부에서 유선 통신부에 접속하여 데이터 저장부에 저장된 각종 센서에서 전송된 데이터의 백업이 가능하다.
유선 통신부(1100)는 도 1 및 도 9를 참조하면, 외부의 PC나 기타 단말기를 포함한 외부 통신기기를 통해 배전반을 관제할 수 있도록 제어부(400)와 외부기기를 유선으로 통신 연결시켜 주는 것으로, 데이터 저장부에 저장된 데이터를 백업하거나 외부로 인출하기 위해 외부 메모리장치와 연결되거나 PC를 포함한 외부 통신기기와 RS232, RS485 모듈버스 프로토콜 형식의 통신 방식 및 USB 방식을 이용할 수 있다.
또한 유선 통신부(1100)는 과전압방지회로와, 신호변환회로, 절연회로, 및 전원안정회로를 포함할 수 있다.
과전압방지회로(1120)는 통신중 입력될 수 있는 과전압을 다이오드를 통해 흘림으로써 회로를 보호한다.
신호변환회로(1140)는 외부기기로부터 입력되는 +12V 내지 -7V 형식의 RS485 데이터신호를 TTL 형식(+5V 내지 0V)으로 변환한다.
절연회로(1160)는 포토 커플러를 이용하여 데이터신호를 송수신하며, 통신중 발생할 수 있는 돌입전류(전압)을 포토 커플러를 통해 절연함으로써 오작동 혹은 고장을 방지하고, 노이즈에 강한 다수의 슈미트트리거를 통해 입력레벨의 오작동을 방지해 회로를 보호한다.
전원안정회로(1180)는 커패시터의 충방전을 통해 전원을 안정화시킨다.
무선 통신부(1200)는 도 1 및 도 2를 참조하면, 제어부(400)와 연결되고, 누설전류 감지부(200) 및 확장 센서부(700)에서 전송된 데이터를 무선으로 관리자의 PC 또는 스마트 기기를 포함한 아래의 원격 단말기(1300)로 송신하고 및 제어부의 제어신호를 무선으로 송수신하기 위해 와이파이 등의 무선 통신장치가 포함된다.
한편, 현장에 설치된 모든 배전반에는 배전반의 위치를 식별할 수 있는 비콘 등의 위치식별 장치(미도시)가 더 부착되어 관리자가 배전반이 설치된 현장에 방문할 경우 이상 증상이 있는 배전반의 경우 배전반이 설치된 위치 및 그 이상 유무를 관리자의 스마트 기기로 전송할 수 있도록 한다.
원격 단말기(1300)는 도 1 및 도 2를 참조하면, 관리자의 PC, 스마트 폰, 테블릿 PC 등의 스마트 기기로 배전반에 구비된 무선 통신부(1200)의 데이터 신호를 전송받아 원격에서 데이터를 계측하기 위한 것으로 원격 단말기에는 누설전류 감지부(200) 및 확장 센서부(700)로부터 전송된 데이터의 계측, 경보 신호 수신 및 제어부를 원격에서 제어할 수 있는 프로그램이 구비된다.
통합서버(1400)는 도 2를 참조하면, 현장에 설치된 모든 배전반의 무선 통신부(1200)로부터 누설전류 감지부(200) 및 확장 센서부(700)의 데이터를 전송받아 누설전류 분석과 진동빈도 분석을 위한 데이터를 저장한다.
통합서버(1400)에 저장된 모든 배전반의 상태에 관한 데이터는 추후 배전반의 고장 분석 및 진단, 고장 처리 등을 포함한 배전반 전반에 관한 빅데이터로 활용 가능하다.
주전원부(1500)는 도 1 및 도 10을 참조하면, 누설전류 감지부에서 수신된 DC전원을 확장 센서모듈에 사용하는 DC전원에 맞도록 변환하여 확장 센서부에 안정적인 DC전원을 공급하기 위해 AC 220V를 회로 내의 소자가 사용할 수 있는 +5V, GND, -5V로 출력시키는 것으로, 메인전원과 통신전원으로 구분하여 출력한다.
메인전원은 네거티브 레귤레이터(79L05F)를 사용하여 회로 내의 주요 전원인 +5V(+5V/2), GND(GND2) 전원을 출력한다.
통신전원은 포지티브 레귤레이터(78L05F)를 사용하여 +5V(+5V/4), GND(GND4) 전원을 출력한다.
보조 전원부(1600)는 도 1을 참조하면, 주전원부(1500)의 DC전원을 감지하여 완전충전상태를 유지하며, 주전원부의 DC 전원이 인가되지 않을 경우, 데이터 저장부에 저장된 데이터를 보존하고, 통신기능을 포함한 비상시 최소한의 기본적인 기능 모드를 유지하도록 하기 위해 비상시 비상 전원을 공급하기 위한 리튬배터리가 포함된다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 - 릴레이회로부 200 - 누설전류 감지부
300 - 입력부 400 - 제어부
500 - 알람부 600 - FND 표시부
700 - 확정 센서부 750 - 외부침입 퇴치부
760 - 온/습도 조절부 800 - 그래픽 디스플레이부
900 - 전력 차단부 1000 - 데이터 저장부
1100 - 유선 통신부 1200 - 무선 통신부
1300 - 원격 단말기 1400 - 통합서버
1500 - 주전원부 1600 - 보조 전원부

Claims (3)

  1. 돌입전류로 인한 회로의 오작동을 방지하는 포토 커플러를 포함하고, 각 접지선에서 측정되는 전류를 선택적으로 입출력하는 릴레이회로부;
    접지선에서 측정되는 임의의 전류에 대해 상대적으로 작게 비례하는 소전류로 변성하는 변류기, 변류기를 통해 입력된 교류전압을 직류전압으로 변환하여 증폭하는 AC-DC 변환회로, 릴레이회로부의 입출력 신호에 따라 변환증폭된 직류전압 값의 입출력을 제어하는 데이터 셀렉터, 및 데이터 셀렉터로부터 입력된 직류전압 값을 2중 적분하여 디지털신호로 변환하는 A/D 변환회로를 포함하며 다수의 접지선 상에 결선되어 측정되는 전류를 소정의 디지털신호를 변환하는 누설전류 감지부;
    경보신호의 사용 유무를 입력하는 풀-업 저항과 풀-업 저항에 의해 온/오프되는 발광다이오드로 구성되어 경보신호의 사용 유무를 제어하고 표시하는 경보신호 제어회로를 포함하고, 접지선을 통해 측정되는 전류의 디지털신호와 비교되는 동작기준치를 설정하는 입력부;
    제어 프로그램이 내장되어 연산을 수행하고, 회로 소자를 제어하는 MCU, 일정 클록(clock)을 발생시켜 제어 프로그램을 운영하는 크리스탈회로, 풀-업 저항을 이용하여 제어 프로그램을 리셋하는 리셋회로, 및 MCU에 공급되는 전원을 안정화시키는 전원안정회로를 포함하고, 접지선에서 측정된 디지털신호와 동작기준치를 비교하여 접지선의 상태를 판단하는 제어부;
    표시제어칩, 7-세그먼트 및 밝기제어회로를 포함하고, 제어부의 판단에 따른 접지선의 상황 및 접지선에서 측정된 누설전류 값을 표시하는 FND 표시부;
    건물의 흔들림에 의한 진동을 감지하기 위한 3축 가속도센서, 자이로 센서, 지자기 센서를 포함한 진동감지센서, 내부 및 외부의 온도와 습도를 측정하기 위한 온/습도 센서 및 내부 화재발생을 감지하기 위한 불꽃형태의 자외선을 감지하기 위한 불꽃감지센서를 포함하는 확장 센서부;
    제어부의 판단에 따라 누설전류 값이 입력부에 입력한 값을 초과하거나 확장 센서부의 불꽃감지센서에서 불꽃 발생을 감지하여 경보 상태에 따른 경보음이나 접지선의 상태에 대한 경보신호를 발생시키는 알람부;
    누설 전류감지부 및 확장 센서부로부터 수신된 데이터 값을 그래프를 포함한 도식화된 화면을 보여주는 그래픽 디스플레이부;
    확장 센서부의 진동감지센서에 의한 진동과 누설전류 감지부에 의한 누설전류를 비교하여 소정규모 이상의 누설전류가 발생하거나 불꽃감지센서에 의해 불꽃이 감지되는 경우 제어부의 제어 신호에 의해 전력을 차단하는 전력 차단부;
    제어부와 연결되고, 확장 센서부로부터 전송된 데이터 및 누설전류 감지부에서 전송된 데이터의 이력관리를 위해 소정 시간 단위로 데이터를 저장하는 데이터 저장부;
    과전압방지회로와, 신호변환회로, 절연회로, 및 전원안정회로를 포함하고, 데이터 저장부에 저장된 데이터를 백업하거나 외부로 인출하기 위해 외부 메모리장치와 연결되거나 PC를 포함한 외부 통신기기와 유선으로 접속하여 통신을 수행하기 위한 RS232, RS485 및 USB를 포함한 유선 통신부;
    제어부와 연결되고, 확장 센서부에서 전송된 데이터와 제어부의 제어신호를 무선으로 송수신하기 위한 와이파이를 포함한 무선 통신부;
    무선 통신부의 데이터 신호를 전송받아 원격에서 데이터를 계측하기 위한 프로그램이 구비된 사용자의 스마트 기기를 포함한 원격단말기;
    무선 통신부로부터 누설전류 감지부 및 확장 센서부의 데이터를 전송받아 누설전류 분석과 진동빈도 분석을 위한 통합서버;
    누설전류 감지부에서 수신된 DC전원을 확장 센서모듈에 사용하는 DC전원에 맞도록 변환하여 확장 센서부에 DC전원을 공급하는 주전원부;
    주전원부의 DC전원을 감지하여 완전충전상태를 유지하며, 주전원부의 DC 전원이 인가되지 않을 경우 데이터 저장부에 저장된 데이터의 보존과 통신기능을 포함한 비상시 기본적인 기능 모드를 유지하도록 비상시 전원을 공급하기 위한 리튬배터리를 포함한 보조 전원부; 및
    확장 센서부에는 외부 침입 생물체에서 발생하는 열을 감지하기 위한 열감지 센서, 및 외부 침입 생물체의 움직임을 감지하기 위한 모션 감지센서를 포함한 외부침입 감지센서를 포함하고, 외부침입 감지 센서로부터 외부침입 여부에 대한 신호를 전송받은 제어부의 제어신호에 의해 외부 침입 생물체를 퇴치하기 위해 초음파를 발생시키는 초음파 발생기, 및 경보음을 발생시키는 소음발생기를 포함하는 외부침입 퇴치부를 더 포함하고,
    확장 센서부의 온/습도 센서의 배전함 내부의 급격한 온도 상승 여부 및 온도 저하 감지 신호를 전송받은 제어부의 구동신호에 의해 내부의 온도와 습도를 제어하기 위해 작동하는 열선 코일, 냉각 코일, 및 냉각 팬을 포함하는 온/습도 조절부를 포함하며,
    관리자가 배전반이 설치된 현장에 방문할 경우 이상 증상이 있는 배전반의 경우 배전반이 설치된 위치 및 그 이상 유무를 관리자의 스마트 기기로 전송할 수 있도록 하기 위해 현장에 설치된 배전반에는 배전반의 위치를 식별할 수 있는 비콘을 포함한 위치식별 장치
    를 포함하는, 진동감지와 누설전류의 실시간 원격 계측 및 외부 침입퇴치 기능과 데이터 저장기능을 구비한 배전반.
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