KR101635612B1 - 사물 인터넷 기반의 수배전 설비 감시 진단 시스템 - Google Patents

Abstract

본 기술은 사물 인터넷 기반의 수배전 감시 진단 시스템이 개시된다. 본 발명의 구체적인 예에 따르면, 전력 수용가 현장에 마련된 수배전 설비 내부에 설치된 전력기기들의 절연 열화 진행 시 발생되는 RF 신호(전자파), 시각 신호(아크 플래쉬), 촉각 신호(과열), 청각 신호(음향), 전기적 신호(누설 전류), 후각 신호(가스) 중 적어도 하나 이상의 절연 열화 이상 신호와 진동 가속도 신호 및 온습도 신호를 포함하는 내부 상태 신호를 포함하는 측정 데이터를 사물 인터넷 기반으로 원격지 또는 현장에 위치한 관리자에게 전달함에 따라, 실시간으로 수배전 설비에 대한 원격 감시 및 원격 진단할 수 있고, 관리자 서버에서 복수개의 수배전 설비에 대해 통합 감시 진단이 원격지에서 실시간으로 이루어짐에 따라 각각의 수배전 설비에 대한 감시 및 진단에 따른 인적 및 물적 자원을 절감할 수 있으며, CMD 모니터링 유닛으로부터 공급되는 측정 데이터, 설정값 및 분석 결과 데이터를 기 정해진 인터페이스 환경에 따라 가공 처리한 후 수배전 설비의 설치 위치인 지도 데이터에 대응하여 표시함으로써, 각각의 수배전 설비에 대한 감시 상태를 직관적으로 인식할 수 있다.

Description

사물 인터넷 기반의 수배전 설비 감시 진단 시스템{DIAGNOSIS SYSTEM OF ELECTRIC DISTRIBUTION BOARD EQUIPMENT BASED ON INTERNET OF THINGS}

본 발명은 사물 인터넷 기반의 수배전 설비 감시 진단 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 사물 인터넷 기반으로 고압배전반, 저압배전반, 전동기제어반, 분전반 등을 포함하는 수배전 설비의 절연 열화 및 내부 상태를 원격지에서 실시간으로 감시 및 진단할 수 있는 시스템에 관한 것이다.

최근 건축된 건물들이 초고층화, 인텔리전트화 되어감에 따라 전력 수요가 급격하게 증가하게 되고, 건축물 전력공급을 위해 한국전력공사(KEPCO)로부터 특고압(22.9kV) 전력을 수전 받아 고압(6.6kV 또는 3.3kV) 및 저압(380/220V) 전력으로 변환하여 빌딩이나 공장과 같은 대용량 전력 수용가의 부하에 전력을 공급하는 수배전 설비가 건축물마다 내외부에 필수적으로 설치된다.

이러한 수배전 설비는 부하용량 증가에 맞춰 대용량으로 설계되고 있으며 그로 인해 수배전 설비 내부 구성도가 갈수록 집적화(集積化) 되는 추세이므로, 수배전 설비 사고로 인하여 정전 및 화재가 발생하게 되면 그 파급으로 인한 인명 및 재산피해는 매우 커지게 된다.

한국전기안전공사(KESCO)에서 발표한 2013년도 전기 설비 사고통계에 따르면 절연 불량, 자연 열화, 수해/수분, 과부하, 진동/충격 등에 의한 사고 원인 비중이 높아 수배전 설비 내부 전력기기의 이상 징후를 현장 및 원격에서 실시간으로 감시, 진단하여 사고를 미연에 방지하기 위한 방안이 시급한 상황이다.

이러한 수배전 설비 내부에서 발생 가능한 절연 불량, 자연 열화, 수해/수분, 과부하, 진동/충격 등의 이상 징후를 현장 및 원격에서 실시간으로 감시 및 진단하는 방안으로는 대한민국 특허등록 제10-0931992호의 "절연 열화 및 이상 온도를 자기 진단하는 수배전반 장치 및 방법" 등이 제안되어 있다.

대한민국 특허등록 제10-0931992호의 "절연 열화 및 이상 온도를 자기 진단하는 수배전반 장치 및 방법"에 의하면, 수배전 설비 내부의 전력 기기의 절연 열화를 감시하기 위하여 UHF PD센서(Ultra High Frequency Partial Discharge)와 Q-N(Quantity-Number) 매트릭스(Matrix) 기법을 사용하고 있으며, 이상 온도 상승을 감시하기 위하여 비접촉 온도 센서를 이용한 감시 장치를 구성한 후 원격에 있는 PC로 정보를 전송하여 수배전 설비를 진단하는 방안이 게시되어 있다.

하지만, 수배전 설비 내부에 설치되어 있는 전력 기기의 절연 열화 현상 진행 시에는 RF(Radio Frequency) 신호(전자파), 시각 신호(아크 플래쉬), 촉각 신호(과열), 청각 신호(음향), 전기적 신호(누설 전류), 후각 신호(가스)가 복합적으로 발생되기 때문에 이 모든 신호를 빠짐없이 검출해야 할 필요가 있고, 또한 평상시에도 수배전 설비 내부의 진동/충격, 온도/습도와 같은 상태 신호를 감시해야 할 필요성이 있어 이와 같은 수배전 설비 내부의 절연 열화 및 상태 신호를 다중 감시할 수 있는 감시 진단 시스템이 현장에서 요구되고 있다.

일반적인 수배전 설비에는 통신망이 마련되어 있지 아니하거나 산업용 통신 방식인 RS232, RS485와 같은 제한적인 시리얼 방식을 사용하고 있어 원격에 있는 관리자에게 능동적인 데이터 전송이 되지 못하고 유선 통신 선이 연결되어 있는 관리자 PC에서 전용 프로그램을 사용하여 모니터링을 실시하여야 하는 문제점이 있었다.

이에 시간 및 공간의 제약 없이 수배전 설비의 데이터 측정, 측정 데이터의 분석 결과 데이터를 사물인터넷(Internet of Things) 기반으로 관리자 또는 사용자에게 능동적으로 제공하여 실시간으로 수배전 설비의 절연 열화 및 내부 상태를 원격 감시 및 진단할 수 있는 방안이 요구되고 있다.

따라서, 본 발명은 상기의 단점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은, 전력 수용가 현장에 설치된 수배전 설비 내부에 마련된 전력기기들의 절연 열화 진행 시 발생되는 RF 신호(전자파), 시각 신호(아크 플래쉬), 촉각 신호(과열), 청각 신호(음향), 전기적 신호(누설 전류), 후각 신호(가스) 중 적어도 하나 이상의 절연 열화 이상 신호와 진동 가속도 신호 및 온습도 신호를 포함하는 내부 상태 신호를 포함하는 측정 신호와 측정 신호에 대한 분석 결과 데이터를 사물 인터넷 기반으로 원격지 또는 현장에 위치한 관리자에게 전달함에 따라, 실시간으로 수배전 설비에 대해 원격 감시 및 원격 진단할 수 있는 사물 인터넷 기반의 수배전 설비 감시 진단 시스템을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 사물 인터넷 기반의 수배전 설비 감시 진단 시스템은,

다수의 센서로 구비된 센서부로부터 공급된 수배전 설비 내부의 전력 기기의 측정 신호에 대한 분석 및 분석 결과 데이터를 생성하는 CMD(Condition Monitoring & Diagnosis) 모니터링 유닛을 가지는 사물 인터넷 기반의 수배전 설비 감시 진단 시스템에 있어서,

상기 CMD 모니터링 유닛은,

상기 센서부의 수배전 설비의 측정 신호 각각을 소정 증폭도에 따라 증폭한 후 디지털 형태로 변환하여 측정 데이터를 출력하는 감지센서 입력부; 및

상기 감지센서 입력부의 측정 데이터를 분석하여 분석 결과 데이터를 생성한 후 측정 데이터 및 분석 결과 데이터를 저장하고, 상기 측정 데이터 및 분석 결과 데이터를 통신망을 이용하여 원격지에 위치한 관리자 서버로 전달하는 분석 진단부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게 상기 측정 신호는, 절연 열화 발생 시 측정되는 전자파 신호, 아크 플래쉬 신호, 과열 신호, 음향 신호, 누설 전류, 및 가스 신호 중 적어도 하나 이상을 포함하는 절연 열화 이상 신호와, 진동 가속도 신호 및 온습도 신호 중 적어도 하나의 내부 상태 신호를 포함할 수 있다.

바람직하게 상기 분석 결과 데이터는,

상기 감지센서 입력부로부터 공급된 측정 데이터와 기 정해진 설정값의 비교를 토대로 절연 열화 및 내부 상태 이상 중 적어도 하나 이상의 이벤트 정보를 포함할 수 있다.

바람직하게 상기 분석 진단부는,

상기 감지센서 입력부로부터 실시간으로 수신된 측정 데이터를 분석하여 절연 열화 및 내부 상태 이상 상태를 진단, 저장, 경보 발령, 표시, 및 통신 명령 중 적어도 하나 이상을 수행하는 CPU; 상기 CPU에서 분석된 분석 결과 데이터, 기 정해진 설정값, 및 절연 열화 및 내부 상태 이상의 이벤트(Event) 정보를 저장하는 메모리부; 상기 이벤트 정보를 토대로 생성된 경보를 접점 출력부를 통해 현장에 발령하는 디지털 출력부; 상기 측정 데이터의 표시, 기 정해진 설정값 입력, 및 절연 열화 및 내부 상태 확인 기능을 수행하는 MMI부; 상기 측정 데이터와, 설정값과, 상기 측정 데이터에 대한 분석 결과 데이터를 통신망을 이용하여 원격지 위치한 관리자 서버로 전달하는 통신부를 포함할 수 있다.

바람직하게 상기 CPU는, 상기 감지센서 입력부로부터 공급되는 측정 데이터를 수신하여 수신된 측정 데이터와 기 정해진 설정값의 비교를 토대로 분석 결과 데이터를 발생하며, 분석 결과 데이터를 기반으로 절연 열화 및 내부 상태 이상의 이벤트 발생 시 생성된 경보를 상기 디지털 출력부로 전달하고, 분석된 측정 데이터와 상기 MMI부의 설정값 및 분석 결과 데이터를 메모리로 전달하며, 상기 측정 데이터와 MMI부의 설정값과 분석 결과 데이터를 원격지에 위치한 관리자 서버로 전송하는 통신부로 제공하도록 구비될 수 있다.

바람직하게 상기 관리자 서버는,

수신된 측정 데이터, 설정값, 및 분석 결과 데이터를 기 설정된 사용자 인터페이스 환경에 따라 가공 처리한 후 상기 수배전 설비의 설치 위치에 따른 지도 데이터에 대응되어 화면에 표시하도록 구비될 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 사물 인터넷 기반의 수배전 설비 감시 진단 시스템은, 전력 수용가 현장에 마련된 수배전 설비 내부에 설치된 전력기기들의 절연 열화 진행 시 발생되는 RF 신호(전자파), 시각 신호(아크 플래쉬), 촉각 신호(과열), 청각 신호(음향), 전기적 신호(누설전류), 후각 신호(가스) 중 적어도 하나 이상의 절연 열화 이상 신호와 진동 가속도 신호 및 온습도를 포함하는 내부 상태 신호를 포함하는 측정 데이터, 기 정해진 설정값, 및 측정 데이터에 대한 분석 결과 데이터를 사물 인터넷 기반으로 원격지 또는 현장에 위치한 관리자에게 전달함에 따라, 실시간으로 수배전 설비에 대해 원격 감시 및 원격 진단할 수 있는 효과를 얻는다.

본 발명에 따르면, 관리자 서버에서 복수개의 수배전 설비에 대해 통합 감시 진단이 원격지에서 실시간으로 이루어짐에 따라, 각각의 수배전 설비에 대한 감시 및 진단에 따른 인적 및 물적 자원을 절감할 수 있는 이점을 가진다.

본 발명에 의하면, CMD 모니터링 유닛으로부터 공급되는 측정 데이터, 설정값 및 분석 결과 데이터를 기 정해진 인터페이스 환경에 따라 가공 처리한 후 수배전 설비의 설치 위치인 지도 데이터에 대응하여 표시함으로써, 각각의 수배전 설비에 대한 감시 상태를 직관적으로 인식할 수 있는 효과를 가진다.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 사물 인터넷 기반의 수배전 설비 감시 진단 시스템을 도시하는 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 사물 인터넷 기반의 수배전 설비 감지 진단 시스템의 전자파 감지 센서를 도시하는 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 사물 인터넷 기반의 수배전 설비 감지 진단 시스템의 아크 플래쉬 감지 센서를 도시하는 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 사물 인터넷 기반의 수배전 설비 감지 진단 시스템의 적외선 감지 센서를 도시하는 구성도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 사물 인터넷 기반의 수배전 설비 감지 진단 시스템의 노이즈 감지 센서를 도시하는 구성도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 사물 인터넷 기반의 수배전 설비 감지 진단 시스템의 변류기를 도시하는 구성도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 사물 인터넷 기반의 수배전 설비 감지 진단 시스템의 가스 감지 센서를 도시하는 구성도이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 사물 인터넷 기반의 수배전 설비 감지 진단 시스템의 진동 가속도 감지 센서를 도시하는 구성도이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 사물 인터넷 기반의 수배전 설비 감지 진단 시스템의 온습도 감지센서를 도시하는 구성도이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 사물 인터넷 기반의 수배전 설비 감지 진단 시스템의 CMD 모니터링 유닛의 전면부를 도시하는 구성도이다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 사물 인터넷 기반의 수배전 설비 감지 진단 시스템의 CMD 모니터링 유닛의 후면부를 도시하는 구성도이다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 사물 인터넷 기반의 수배전 설비 감지 진단 시스템의 CMD 모니터링 유닛의 내부를 도시하는 구성도이다.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 사물 인터넷 기반의 수배전 설비 감지 진단 시스템의 CMD 모니터링 유닛의 통신부를 도시하는 구성도이다.
도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 사물 인터넷 기반의 수배전 설비 감지 진단 시스템의 관리자 서버를 도시하는 구성도이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 잇점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 도면에 기재된 내용을 참조하여야 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.

본 발명의 실시 예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 또한 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

한편, 본 발명에서 제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소들과 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 제1구성요소는 제2구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2구성요소는 제1구성요소로도 명명될 수 있다.

어떠한 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다거나 "접속되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떠한 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다거나 또는 "직접 접촉되어"있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하기 위한 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 인접하는"과 "~에 직접 인접하는"등의 표현도 마찬가지로 해석되어야 한다.

본 명세서에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서 "포함한다" 또는 "가지다"등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 사물 인터넷 기반의 수배전 설비 감시 및 진단 시스템(S)을 보인 구성도로서, 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 사물 인터넷 기반의 수배전 설비 감시 및 진단 시스템은, 수배전 설비의 전력 기기의 각종 데이터를 측정하여 출력하는 다수개의 센서의 측정 데이터를 수집하여 표시, 진단 및 분석한 후 측정 데이터, 기 정해진 설정값, 및 측정 데이터의 분석에 따른 분석 결과 데이터를 통신망을 통해 관리자 서버로 전달하도록 구비되며, 이러한 시스템은, 다수의 센서부(100)와, CMD 모니터링 유닛(200)과, 관리자 서버(300)로 구비된다.

여기서, 다수의 센서부(100)는, 절연 열화 진행 시 발생되는 RF 신호(전자파), 시각 신호(아크 플래쉬), 촉각 신호(과열), 청각 신호(음향), 전기적 신호(누설전류), 후각 신호(가스)를 포함하는 절연 열화 이상 신호를 각각 측정하기 위한 다수의 센서로 구비될 수 있다.

이러한 절연 열화 이상 신호는 전자파 감지센서(110), 아크 플래쉬 감지센서(120), 비접촉식 적외선 감지센서(130), 노이즈 감지센서(140), 변류기(150), 및 가스 감지센서(160)로부터 각각 수집된다.

아울러, 다수의 센서부(100)는, 진동 가속도 감지센서(160) 및 온습도 감지센서(180)로부터 측정된 진동 가속도 신호 및 온습도 신호로부터 수배전 설비의 내부 상태 신호를 수신하도록 구비될 수 있다.

도 2는 도 1에 도시된 전자파 감지 센서(110)의 세부적인 구성도로서, 이를 참조하면, 전자파 감지 센서(110)는 수배전 설비 내부에 설치되며 RF 감지모듈(111), 고정모듈(112), 및 SMA 케이블(113)을 포함한다. 이러한 전자파 감지센서(110)는 절연 열화 초기 발생 시 전자파 신호를 검출하기 위해 광대역 주파수 변화에서 임피던스 및 방사패턴 성능이 우수한 스파이럴 타입의 안테나(114) 구조로 설계된다.

이러한 스파이럴 암패턴(Arm Patterns)은 전력 설비 진단 시 표준 규격으로 사용되는 UHF 주파수 대역인 0.5 ~ 1.5 GHz 에서 공진이 발생될 수 있도록 최적화되어 타 주파수 대역의 잡음 신호 검출로 인한 분석 오차를 최소화하도록 설계되며 검출된 전자파 신호는 SMA 케이블(13)을 통하여 CMD 모니터링 유닛(200)으로 전송된다.

도 3은 도 1에 도시된 센서부(100)의 아크 플래쉬 감지센서(120)의 세부적인 구성도이고, 도 3을 참조하면, 아크 플래쉬 감지센서(120)는 수광모듈(121)과 거치모듈(122)로 구성되며, 전력 기기의 절연 파괴 시 발생되는 미세한 아크 플래쉬 신호를 검출하도록 구비한다.

여기서, 수광 모듈(121)는 아크 플래쉬 신호 발생 시 방출되는 UV(자외선)/IR(적외선) 파장을 동시에 수광 할 수 있도록 UV 감지모듈(123)와 IR 감지모듈(124)의 멀티 구조로 제작되며, 수배전 설비(200) 내부 공간 전체를 감시하기 위한 공칭 감시 거리는 수배전 설비의 너비(Width), 높이(Height), 깊이(Deep)가 4 m 이내이기 때문에 0.5 ~ 5 m 로 최적화되도록 아크 플래쉬 감지센서(120)가 설계되며, 검출된 아크 플래쉬 신호는 케이블을 통하여 CMD 모니터링 유닛(200)으로 전송된다.

도 4 는 도 1에 도시된 센서부(100)의 비접촉식 적외선 감지센서(130)의 구성도로서, 도 4를 참조하면, 비접촉식 적외선 감지센서(130)는 전력 기기 표면 온도, 접점(접촉부), 전력 기기 접속부 및 3상 부스바(132) 접속 부위의 온도를 검출하기 위하여 활선 상태 시에도 온도 측정 가능하도록 비접촉식 적외선 방식을 적용하였다. 또한, 전력 기기 절연 불량, 접속 불량, 과 부하 시 온도 상승을 측정하기 위한 측정 범위는 한국전기공업협동조합 단체 표준에서 규정하는 전력 기기 접속 부위의 온도 상승 한도치를 고려하여 0 ~ 200 로 최적화되도록 적외선 감지센서(130)가 설계되고, 수배전 설비의 너비, 높이, 깊이를 고려하여 측정 거리는 0.5 ~ 5 m 로 최적화하여 적외선 감지센서(130)가 설계되며, 검출된 온도 신호는 온도 케이블(131)을 통하여 CMD 모니터링 유닛(200)으로 전송된다.

도 5 는 도 1에 도시된 센서부(100)의 노이즈 감지센서(140)의 구성도로서, 이에 도시된 바와 같이 노이즈 감지센서(140)는 마이크로폰(141)과 홀더부(142)로 구성되어 수배전 설비 내부에 설치되고, 전력 기기 절연 열화 시 발생되는 미세한 음향 신호를 검출한다.

또한, 마이크로폰(141)은 MEMS(미세전자제어) 기술을 적용하여 구비되고, 검출 주파수 대역폭은 현장 근무자가 청각적으로 감지할 수 있는 가청 주파수 대역인 20 ~ 20 kHz 로 최적화되도록 설계하며, 검출된 음향 신호는 케이블을 통하여 CMD 모니터링 유닛(90)으로 전송된다.

도 6 은 도 1에 도시된 센서부(100)의 변류기(150)의 구성도로서, 도 6을 참조하면, 변류기(150)는 수배전 설비 내부에 구비된 접지 부스바(151)와 대지 간에 연결된 접지 케이블(152)을 변류기(150) 홀에 관통시켜 설치한다.

또한, 변류기(150)는 전력 기기 절연 열화 시 전력 기기의 표면 및 내부에서 발생되어 접지 부스바(151)와 접지 케이블(152)을 통해 대지로 통전되는 누설 전류를 검출할 수 있도록 제작하고, 검출된 누설 전류는 케이블을 통하여 CMD 모니터링 유닛(200)으로 전송된다.

도 7 은 도 1에 도시된 센서부(100)의 가스 감지센서(160)의 구성도로서, 이를 참조하면, 가스 감지센서(160)는 PCB 모듈형태로 제작되고, 전력 기기 절연 파괴 시 발생되는 다양한 종류의 가스 중에 일산화탄소(CO)와 이산화탄소(CO2)를 감지할 수 있도록 설계되고, 검출된 가스 신호는 케이블을 통하여 CMD 모니터링 유닛(200)으로 전송된다.

도 8 은 도 1에 도시된 센서부(100)의 진동 가속도 감지센서(170)의 구성도이며, 도 8을 참조하면, 진동 가속도 감지센서(170)는 모듈형태로 제작되어 수배전 설비(200) 내부 하부에 설치되고, 진동 가속도는 X,Y,Z 3축으로 작용하는 아날로그 신호이기 때문에 신호 증폭부, A/D 변환부, 및 산출부에 의해 도출된 진동 가속도에 대한 주기, 고유 진동수, 각 진동수 등을 이용하여 3축 진동 가속도 값으로 산출하고, 산출된 3축 진동 가속도 값은 케이블을 통하여 CMD 모니터링 유닛(200)으로 전송된다.

여기서, 주기(t)는 조화 운동이 되풀이 될 때 필요한 시간이며, 고유 진동수(f)는 단위 시간 동안 완성된 사이클 수이며, 각 진동수(w)는 단위 시간당 사이클 각으로서, 다음의 [수식 1] 과 같이 계산된다.

[수식 1]

sec

(Hz:cycle/sec)

(rad/sec)

이때, 조화운동은 sin과 cos함수로 표기하며, 반복운동이 시간에 따라 되풀이되는 운동을 의미하고,

로 나타낼 수 있다. 또한, 진폭은, sin과 cos함수가 조화 운동할 때 나타나는 변위로서

로 나타낼 수 있으며, 고유 진동수(특성값, 고유값)는 주기(t)의 역수로서

[1/sec] Hz 로 나타낼 수 있다.

또한, 관계 기관에서 규정하고 있는 시설물의 지진가속도계 표준규격에 따라 지진가속도 감지센서(70)의 측정 주파수대역은 0.1 ~ 50 Hz, 측정 진동 가속도 범위는 0 ~ 2.0 G로 설계된다.

도 9 는 도 1에 도시된 센서부(100)의 온습도 감지센서(180)의 구성도로서, 이를 참조하면, 온습도 감지센서(180)는 벽걸이 형태로 수배전 설비 내부에 설치되어 상시 운전 중인 수배전 설비 내부 온도 및 습도를 검출할 수 있도록 설계되었으며, 온도 측정 범위는 한국전기공업협동조합 단체표준에서 규정하는 수배전 설비 내부 온도 상승 한도치를 고려하여 0 ~ 200 , 습도는 상대 습도를 측정하여 측정 범위는 0 ~ 100 % 로 최적화되어 온습도 감지센서(180)가 설계되고, 검출된 온도 및 습도 신호는 케이블을 통하여 CMD 모니터링 유닛(200)으로 전송된다.

즉, 센서부(100)의 전자파 감지센서(110), 아크 플래쉬 감지센서(120), 비접촉식 적외선 감지센서(130), 노이즈 감지센서(140), 변류기(150), 가스 감지센서(160), 진동 가속도 감지센서(170), 온습도 감지센서(180)의 전자파 신호, 아크 플래쉬 신호, 과열 신호, 음향 신호, 누설 전류 및 가스 신호를 포함하는 절연 열화 이상 신호와 진동 가속도 및 온습도를 포함하는 내부 상태 신호는 수배전 설비 전면에 취부된 CMD 모니터링 유닛(200)으로 전송된다.

CMD 모니터링 유닛(200)은 센서부(100)의 절연 열화 이상 신호와 내부 상태 신호를 증폭 및 디지털 형태로 변환하고, 변환된 절연 열화 이상 신호 및 내부 상태 신호를 기 정해진 관계식을 토대로 연산처리 후 분석하여 분석 결과를 전면 화면, 접점출력에 의한 부저, 램프 동작으로 경보하도록 구성한다.

도 10은 도 1에 도시된 CMD 모니터링 유닛(200)의 전면부(210)의 구성도로서, 도 10를 참조하면, 상태 표시부(LCD, LED)와 메뉴 설정부(MMI KEY)로 구성되어 있으며, 우선 상태 표시부는 CMD 모니터링 유닛(200)의 자기 진단 상태(RUN, ERR)와 인터넷 통신 상태(COMM)를 나타내는 유닛 상태 표시 LED부(211), 전자파 신호 이상을 나타내는 RF 상태 표시(RF1 ~ RF5) LED부(212), 아크 플래쉬 신호 이상을 나타내는 ARC 상태 표시(ARC1 ~ ARC5) LED부(213), 전력 기기 과열 신호 이상을 나타내는 HEAT 상태 표시(HEAT1 ~ HEAT5) LED부(214), 음향 신호 이상을 나타내는 NOISE 상태 표시(NOISE1 ~ NOISE5) LED부(215), 누설 전류 신호 이상을 나타내는 CURRENT 상태 표시(CURRENT1 ~ CURRENT5) LED부(216), 가스 신호 이상을 나타내는 GAS 상태 표시(GAS1 ~ GAS5) LED부(217), 진동 가속도 신호 이상을 나타내는 VIB 상태 표시 LED부(218), 수배전 설비 내부 온도 신호 이상을 나타내는 TEMP 상태 표시 LED부(219), 수배전 설비 내부 습도 신호 이상을 나타내는 HUM 상태 표시 LED부(220) 및 상태 표시용 LCD부(221)를 포함하고, 사용자가 CMD 모니터링 유닛(200)의 메뉴 설정을 실시할 수 있는 MMI부(222)로 구비한다.

도 11은 도 1에 도시된 CMD 모니터링 유닛(200)의 후면부(230)의 구성도로서, 도 11을 참조하면, CMD 모니터링 유닛(200)의 후면부(230)는 수배전 설비(200) 내부에 설치된 다수의 감지센서로부터 신호를 입력 받는 TB1 단자대(231)와, 접점 출력, 인터넷 통신, 제어 전원에 대한 결선을 하는 TB2 단자대(241)로 구성된다.

우선 TB1 단자대(231)에는 전자파 감지센서(110)로부터 전자파 신호를 입력받는 RF 신호 입력 단자부(232), 아크 플래쉬 감지센서(120)로부터 아크 플래쉬 신호를 입력 받는 ARC 신호 입력 단자부(233), 비접촉식 적외선 감지센서(130)로부터 전력기기 과열 신호를 입력 받는 HEAT 신호입력 단자부(234), 노이즈 감지센서(140)로부터 음향 신호를 입력 받는 NOISE 신호입력 단자부(235), 변류기(150)로부터 누설전류 신호를 입력 받는 CURRENT 신호입력 단자부(236), 가스 감지센서(160)로부터 가스 신호를 입력 받는 GAS 신호입력 단자부(237), 진동 가속도 감지센서(170)로부터 진동 가속도 신호를 입력 받는 VIB 신호입력 단자부(238), 온습도 감지센서(180)로부터 수배전 설비 내부 온도 신호를 입력 받는 TEMP 신호입력 단자부(239)와 습도 신호를 입력 받는 HUM 신호입력 단자부(240)로 구성된다.

그리고 TB2 단자대(241)에는 전자파 신호 이상 시에 출력되는 DO1 접점출력부(242), 아크 플래쉬 신호 이상 시에 출력되는 DO2 접점출력부(243), 전력기기 과열 신호 이상 시에 출력되는 DO3 접점출력부(244), 음향 신호 이상 시에 출력되는 DO4 접점출력부(245), 누설전류 신호 이상 시에 출력되는 DO5 접점출력부(246), 가스 신호 이상 시에 출력되는 DO6 접점출력부(247), 진동 가속도 신호 이상 시에 출력되는 DO7 접점출력부(248), 수배전 설비 내부 온도 신호 이상 시에 출력되는 DO8 접점출력부(249), 수배전 설비 내부 습도 신호 이상 시에 출력되는 DO9 접점출력부(250)을 포함한다.

아울러, 사물인터넷을 이용한 원격감시를 위하여 CMD 모니터링 유닛(200) 내부에 설치된 인터넷 통신 (TCP/IP) 기능을 수행하는 통신부(290)와 연결되는 COMM 포트부(251) 및 CMD 모니터링 유닛(200)에 필요한 전원(AC110~220V)을 공급받는 PWR 단자부(252)로 구비된다.

도 12 는 도 1에 도시된 CMD 모니터링 유닛(200)의 내부 회로도로서, 이에 도시된 바와 같이 CMD 모니터링 유닛(200)의 내부회로는 도 11의 신호입력 단자부(232-240)로부터 공급되는 측정 데이터를 입력하는 감지센서 입력부(270)를 포함한다.

우선 감지센서 입력부(270)는 전자파 감지센서(110), 아크 플래쉬 감지센서(120), 비접촉식 적외선 감지센서(130), 노이즈 감지센서(140), 변류기(150), 가스 감지센서(160), 진동 가속도 감지센서(170), 온습도 감지센서(180)에서 검출된 측정 신호를 제공받아 소정 증폭도로 증폭하는 증폭모듈(271)과 증폭모듈(271)의 출력 신호를 디지털 형태로 변환하여 측정 데이터를 출력하는 아날로그 디지털 변환기(ADC)(272)를 포함한다.

즉, 증폭 모듈(271)은 감지센서 입력부(270)의 절연 열상 이상 신호 및 내부 상태 신호를 포함하는 측정 신호를 기 정해진 증폭도로 증폭한 후 ADC(272)로 전달하고, ADC(272)는 증폭 모듈(271)의 증폭 신호를 디지털 형태로 변환한 측정 데이터를 출력하는 기능을 수행한다. 즉, 사용 가능한 신호로 증폭된 측정 신호는 디지털 신호처리(Digital Signal Processing) 하기 위하여 AD 컨버팅(Analog/Digital Converting)을 수행하는 ADC(272)를 거쳐 CPU(281)로 인터페이스(Interface) 된다.

그에 더하여 CMD 모니터링 유닛(200)은 ADC(272)의 측정 데이터를 분석하여 분석 결과를 실행하는 분석 진단부(280)를 더 포함하고, 분석 진단부(280)에는 감지센서 입력부(270)로부터 실시간으로 인터페이스 되어지는 측정 데이터를 분석하여 이상 상태를 진단, 저장, 경보발령, 디스플레이, 통신명령을 수행하는 CPU (281), CPU(281)에서 분석된 데이터와 설정값, 이벤트(Event)를 저장하는 메모리부(282), 절연 열화 및 내부상태 이상 발생시 접점 출력부(230)를 통해 현장근무자에게 경보를 발령하는 디지털 출력부(283), 상태표시, 설정값 입력 및 확인 기능을 수행하는 MMI부(284), 측정 데이터, 측정 데이터에 대한 분석 및 분석 결과를 인터넷 통신망을 이용하여 원격지 위치한 관리자 서버(300)로 전달하기 위한 인터넷 통신(TCP/IP) 기능을 수행하는 통신부(285)로 구성된다.

여기서, CPU(281)는 상기 감지센서 입력부(270)로부터 공급되는 측정 데이터와 설정값의 비교를 토대로 절연 열화 및 내부 상태 이상의 이벤트가 발생하였는 지를 판단하고 판단 결과 이벤트 발생 시 경보를 발령하며, 수신된 측정 데이터와 MMI부(284)의 설정값 및 이벤트를 메모리부(282)에 저장하는 프로그램이 내장된 마이크로프로세서로서, 측정 데이터, 측정 데이터에 대한 분석 결과 데이터를 실시간으로 전달하는 기능을 수행한다. 여기서 설정값들은 각각의 측정 데이터에 대응되어 테이블 값으로 기 저장되어 있으며, 상기 측정 데이터에 대한 분석 결과 데이터는 절연 열화 및 내부 상태 이상의 이벤트 정보를 포함한다.

또한 통신부(285)는 CPU(281)의 측정 데이터, MMI부(284)의 설정값, 분석 결과 데이터를 원격지에 위치한 관리자 서버(300)로 전달하도록 구비될 수 있고, 해당 통신망에 대응되는 프로토콜을 가진다. 예를 들어, CMD 모니터링 유닛(200) 및 관리자 서버(300)간의 통신 전송방식(TCP/IP)은 Internet Protocol인 WiBro, Wi-Fi, WIMAX, 2G(The 2nd Generation of Mobile Phone), 3G와 4G 등을 포함하며 이러한 인터넷 통신망 및 소프트웨어 및 데이터는 단순한 일 예에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 얼마든지 다양한 변형이 가능하며 본 발명은 이에 국한하지 아니한다.

도 13은 도 12에 도시된 통신부(285)를 도시한 구성도로서, 이에 도시된 바와 같이, 통신부(285)는 CMD 모니터링 유닛(200)의 분석 진단부(280)의 내부에 장착되어 수배전 설비 내부에서 수집된 측정 데이터 및 기 정해진 설정값, 측정 데이터에 대한 분석 결과 데이터를 통신망을 이용하여 관리자 서버(300)로 전송함에 따라, 관리자 서버(300)의 기 프로그램을 이용하여 관리자의 수배전 설비의 원격 감시, 원격제어 기능 수행이 가능하다.

도 14는 도 1에 도시된 관리자 서버(300)를 도시한 구성도로서, 이에 도시된 바와 같이, 화면의 "SETUP" 선택 시 IP 주소가 192.168.0.99 인 CMD 모니터링 유닛(200)과 연결되고, "DATA MONITORING" 선택 시 전자파 감지센서(110), 아크 플래쉬 감지센서(120), 비접촉식 적외선 감지센서(130), 노이즈 감지센서(140), 변류기(150), 가스 감지센서(160), 진동 가속도 감지센서(170), 온습도 감지센서(180)에서 검출된 측정 데이터를 입력 받아 분석하고 분석 결과에 따른 분석 결과 데이터를 생성하며 생성된 분석 결과 데이터를 토대로 이벤트 발생 여부를 판단한다.

이 후 "REPORT" 선택 시 측정 데이터, 기 정해진 설정값, 및 분석 결과 데이터를 기 설정된 인터페이스 환경에 따라 가공 처리한 후 트랜드, 보고서 형태로 수배전 설비의 설치 위치인 지도 데이터에 대응하여 관리자 서버(300)의 화면에 표시된다.

이에 따라, 관리자 서버에서 복수개의 수배전 설비에 대해 통합 감시 진단이 원격지에서 실시간으로 이루어짐에 따라, 각각의 수배전 설비에 대한 감시 및 진단에 따른 인적 및 물적 자원을 절감할 수 있고, CMD 모니터링 유닛으로부터 공급되는 측정 데이터, 기 정해진 설정값 및 분석 결과 데이터를 기 정해진 인터페이스 환경에 따라 가공 처리한 후 수배전 설비의 설치 위치인 지도 데이터에 대응하여 표시함으로써, 각각의 수배전 설비에 대한 감시 상태를 직관적으로 인식할 수 있게 된다.

여기서, 본 발명의 CMD 모니터링 유닛(200)에서 다수의 센서부(100)로부터 공급되는 측정 신호에 대한 분석을 실행하고 분석 결과를 통신부(285)를 이용하여 관리자 서버(300)로 전달하는 것을 일 례로 설명하고 있으나, 다수의 센서부(100)로부터 공급되는 측정 신호에 대한 분석을 실행하고 분석 결과를 생성하는 일련의 과정은 CMD 모니터링 유닛(200)및 관리자 서버(300) 중 적어도 하나에서 실행함이 타당하며 본 발명에서 이에 국한하지 아니한다.

이에 따라 관리자 서버(300)는 기 저장된 분석/진단 프로그램을 실행하여 CMD 모니터링 유닛(200)으로부터 공급되는 측정 데이터를 입력 받아 실시간으로 측정 데이터를 감시하고, 측정 데이터에 대한 분석 및 분석 결과를 생성하여 원격 감시, 원격 제어를 수행할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 의하면, 전력 수용가 현장에 마련된 수배전 설비 내부에 설치된 전력기기들의 절연 열화 진행 시 발생되는 RF 신호(전자파), 시각 신호(아크 플래쉬), 촉각 신호(과열), 청각 신호(음향), 전기적 신호(누설전류), 후각 신호(가스) 중 적어도 하나 이상의 절연 열화 이상 신호와 진동 가속도 신호 및 온습도 신호를 포함하는 내부 상태 신호를 포함하는 측정 데이터를 사물 인터넷 기반으로 원격지 또는 현장에 위치한 관리자에게 전달함에 따라, 실시간으로 수배전 설비에 대한 원격 감시 및 원격 진단할 수 있다.

본 발명에 따르면, 관리자 서버에서 복수개의 수배전 설비에 대해 통합 감시 진단이 원격지에서 실시간으로 이루어짐에 따라, 각각의 수배전 설비에 대한 감시 및 진단에 따른 인적 및 물적 자원을 절감할 수 있다.

본 발명에 의하면, CMD 모니터링 유닛으로부터 공급되는 측정 데이터, 설정값 및 분석 결과 데이터를 기 정해진 인터페이스 환경에 따라 가공 처리한 후 수배전 설비의 설치 위치인 지도 데이터에 대응하여 표시함으로써, 각각의 수배전 설비에 대한 감시 상태를 직관적으로 인식할 수 있다.

지금까지 본 발명을 바람직한 실시 예를 참조하여 상세히 설명하였지만, 본 발명이 상기한 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 또는 수정이 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 사상이 미친다 할 것이다.

전력 수용가 현장에 마련된 수배전 설비 내부에 설치된 전력기기들의 절연 열화 진행 시 발생되는 RF 신호(전자파), 시각 신호(아크 플래쉬), 촉각 신호(과열), 청각 신호(음향), 전기적 신호(누설전류), 후각 신호(가스) 중 적어도 하나 이상의 절연 열화 이상 신호와 진동 가속도 신호 및 온습도 신호를 포함하는 내부 상태 신호를 포함하는 측정 데이터를 사물 인터넷 기반으로 원격지 또는 현장에 위치한 관리자에게 전달함에 따라, 실시간으로 수배전 설비에 대한 원격 감시 및 원격 진단할 수 있고, 관리자 서버에서 복수개의 수배전 설비에 대해 통합 감시 진단이 원격지에서 실시간으로 이루어짐에 따라 각각의 수배전 설비에 대한 감시 및 진단에 따른 인적 및 물적 자원을 절감할 수 있으며, CMD 모니터링 유닛으로부터 공급되는 측정 데이터, 설정값 및 분석 결과 데이터를 기 정해진 인터페이스 환경에 따라 가공 처리한 후 수배전 설비의 설치 위치인 지도 데이터에 대응하여 표시함으로써, 각각의 수배전 설비에 대한 감시 상태를 직관적으로 인식할 수 있는 사물 인터넷 기반의 수배전 설비 감시 진단 시스템에 대한 운용의 정확성 및 신뢰도 측면, 더 나아가 성능 효율 면에 매우 큰 진보를 가져올 수 있으며, 설비 진단 시스템의 시판 또는 영업의 가능성이 충분할 뿐만 아니라 현실적으로 명백하게 실시할 수 있는 정도이므로 산업상 이용가능성이 있는 발명이다.

Claims (6)

1. 다수의 센서로 구비된 센서부로부터 공급된 수배전 설비 내부의 전력 기기의 측정 신호에 대한 분석 및 분석 결과 데이터를 생성하는 CMD(Condition Monitoring & Diagnosis) 모니터링 유닛을 가지는 사물 인터넷 기반의 수배전 설비 감시 진단 시스템에 있어서,
   상기 CMD 모니터링 유닛은,
   상기 센서부의 수배전 설비의 측정 신호 각각을 소정 증폭도에 따라 증폭한 후 디지털 형태로 변환하여 측정 데이터를 출력하는 감지센서 입력부; 및
   상기 감지센서 입력부의 측정 데이터를 분석하여 분석 결과 데이터를 생성한 후 측정 데이터 및 분석 결과 데이터를 저장하고, 상기 측정 데이터 및 분석 결과 데이터를 통신망을 이용하여 원격지에 위치한 관리자 서버로 전달하는 분석 진단부를 포함하고,
   상기 센서부는,
   절연 열화 발생 시 측정되는 전자파 신호, 아크 플래쉬 신호, 과열 신호, 음향 신호, 누설 전류, 및 가스 신호 중 적어도 하나 이상을 포함하는 절연 열화 이상 신호와, 진동 가속도 신호 및 온습도 신호 중 적어도 하나의 내부 상태 신호를 포함하며,
   상기 음향 신호는,
   현장 근무자의 청각으로 감지할 수 있는 가청 주파수로 설계되어 미세전자제어기술을 이용한 마이크로폰으로 구비되고,
   상기 관리자 서버는
   상기 측정 데이터, 설정값 및 분석 결과 데이터를 기 설정된 사용자 인터페이스 환경에 따라 가공 처리한 후 상기 수배전 설비의 설치 위치에 따른 지도 데이터에 대응되어 화면에 표시하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 사물 인터넷 기반의 수배전 설비 감시 진단 시스템.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 분석 결과 데이터는,
   상기 감지센서 입력부로부터 공급된 측정 데이터와 기 정해진 설정값의 비교를 토대로 절연 열화 및 내부 상태 이상 중 적어도 하나 이상의 이벤트 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 사물 인터넷 기반의 수배전 설비 감시 진단 시스템.
4. 제3항에 있어서, 상기 분석 진단부는,
   상기 감지센서 입력부로부터 실시간으로 수신된 측정 데이터를 분석하여 절연 열화 및 내부 상태 이상 상태를 진단, 저장, 경보 발령, 표시, 및 통신 명령 중 적어도 하나 이상을 수행하는 CPU;
   상기 CPU에서 분석된 분석 결과 데이터, 기 정해진 설정값, 및 절연 열화 및 내부 상태 이상의 이벤트(Event) 정보를 저장하는 메모리부;
   상기 이벤트 정보를 토대로 생성된 경보를 접점 출력부를 통해 현장에 발령하는 디지털 출력부;
   상기 측정 데이터의 표시, 기 정해진 설정값 입력, 및 절연 열화 및 내부 상태 확인 기능을 수행하는 MMI부;
   상기 측정 데이터와, 설정값과, 상기 측정 데이터에 대한 분석 결과 데이터를 통신망을 이용하여 원격지 위치한 관리자 서버로 전달하는 통신부를 포함하는 것을 특징으로 하는 사물 인터넷 기반의 수배전 설비 감시 진단 시스템.
5. 제4항에 있어서, 상기 CPU는,
   상기 감지센서 입력부로부터 공급되는 측정 데이터를 수신하여 수신된 측정 데이터와 기 정해진 설정값의 비교를 토대로 분석 결과 데이터를 발생하며,
   분석 결과 데이터를 기반으로 절연 열화 및 내부 상태 이상의 이벤트 발생 시 생성된 경보를 상기 디지털 출력부로 전달하고,
   분석된 측정 데이터와 상기 MMI부의 설정값 및 분석 결과 데이터를 메모리로 전달하며,
   상기 측정 데이터와 MMI부의 설정값과 분석 결과 데이터를 원격지에 위치한 관리자 서버로 전송하는 통신부로 제공하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 사물 인터넷 기반의 수배전 설비 감시 진단 시스템.
   
6. 삭제

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