KR101648803B1 - 배전반(고압배전반, 저압배전반, 분전반, 모터제어반)의 무선 온도검출 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 표면탄성파 센서에 호출신호를 송신하고 송신된 호출신호에 대한 반사된 반사신호를 수신하되, 연속적인 송신 호출신호를 송신할 수 있으며, 표면탄성파 센서로부터 반사된 반사신호에 대한 일관성을 유지할 수 있는 배전반의 무선 온도검출 시스템에 관한 것이다.
상기 과제를 수행하기 위하여 본 발명에 따른 배전반의 무선 온도검출 시스템은, 표면탄성파 센서; 및 상기 표면탄성파 센서에 호출신호를 생성하여 송신하고, 상기 표면탄성파 센서로부터 송신되는 반사파를 수신하여 온도를 검출하는 호출장치를 포함하여 이루어지되, 상기 호출장치는 기준주파수를 발생시키고, 상기 발생된 기준주파수를 위상동기루프의 제어에 따라 출력하며, 상기 출력된 기준주파수를 계수하여 제1 펄스를 생성하고 상기 제1 펄스에 대해 상대적으로 긴 제2 펄스를 생성하여 출력하며, 상기 제1 펄스를 이용하여 호출신호를 생성하고, 상기 출력되는 제2 펄스의 주기에 따라 생성된 상기 호출신호를 송신하며, 상기 송신된 호출신호에 대한 반사신호를 상기 표면탄성파 센서로부터 수신하고, 상기 송신된 호출신호와 수신된 반사신호의 변화를 산출하여 온도를 검출하는 것을 특징으로 한다.

Description

배전반(고압배전반, 저압배전반, 분전반, 모터제어반)의 무선 온도검출 시스템{SYSTEM FOR TEMPERATURE DETECTING IN WIRELESS TYPE OF HIGH VOLTAGE DISTRIBUTING BOARD, LOW VOLTAGE DISTRIBUTING BOARD, DISTRIBUTING BOARD, MOTOR CONTORL BOARD}
본 발명은 배전반(고압배전반, 저압배전반, 분전반, 모터제어반)의 무선 온도검출 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 무선에 의해 동작되는 표면탄성파 센서에 호출신호를 송신하고 송신된 호출신호에 대한 반사된 반사신호를 수신하되, 연속적인 송신 호출신호를 송신할 수 있으며, 표면탄성파 센서로부터 반사된 반사신호에 대한 일관성을 유지할 수 있는 배전반의 무선 온도검출 시스템에 관한 것이다.
고압배전반, 저압배전반, 분전반, 모터제어반을 포함하는 배전반을 이루는 전력설비에서의 전력 사고는 과열에 의한 설비의 폭발과 화재가 대부분을 점유한다. 특히, 과열에 의한 전력 사고는 전력설비를 이루는 전력장비의 모든 형태의 접점, 커넥터, 플러그 및 회전부에서 발생되며, 주요 원인으로는 노후화, 부식, 풀어짐, 과부하 또는 미세먼지 등에 기인한다.
이러한 과열에 의한 전력사고는 사고가 발생되기 전에 이상 과열 현상을 유발한다. 따라서 과열이 발생될 수 있는 지점(장비)에 대한 온도를 지속적으로 감시하여 사고를 사전에 예방하는 것이 매우 중요하다.
그러나 과열을 실시간 원격 통신에 의해 감시하는 경우, 움직이는 기계적 시스템의 부분 온도를 감시하는 것은 어려운 난제가 된다. 즉, 온도를 측정하는 종래의 방식들은 저항의 온도 의존성이나 다양한 여러 종류의 온도계(센서), 다이오드 접합의 온도 의존성 또는 가열된 물체로부터의 적외선 방출 등을 검출하는 것에 의존하였다.
아울러, 높은 전압의 스위치 박스나 송전선의 접합부위, 연결장치의 온도를 측정하는 것도 어려운 문제이다. 즉, 상기의 전력장비들에 대한 일반적인 요구 사항은 고전압에 따른 위험성 및 잠재적인 폭발 가능성이 존재하고, 지상과 유선으로 연결되는 경우, 연결된 유선에 의해 지상으로의 경로를 형성할 수 있기 때문이다. 이에, 온도 검출은 관심의 대상인 접합부위나 연결장치로부터 지지 구조나 골조로 금속이나 광섬유 케이블이 연결되어서는 아니 된다는 것이다.
이러한 문제점을 다소 해결하기 위하여 적외선 온도 측정 방식이 사용되고 있으나, 상기 적외선 측정 방식은 관심 지점에 대한 직접적인 시야가 확보되어야 함은 물론 정확성을 위해서 시야가 깨끗한 것이 요구된다. 또한, 상기의 적외선 온도 측정 방식은 주기적인 검사를 위하여 사용되며 따라서 계속적 검사로 수행될 수 없는 문제점이 있고, 온도 검출에 많은 비용이 수반된다.
한편, 최근 센서 및 센서 기술의 수요는 전반적인 산업 분야에 걸쳐서 높아지고 있으며, 반도체 기술 및 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 기술을 이용하여 보다 고성능이며 소형, 초경량인 센서를 개발하려는 연구가 활발히 진행되고 있다.
표면탄성파(Surface Acoustic Wave, SAW) 센서(이하에서는 'SAW 센서'와 병기하여 설명한다)는 파동을 이용한 센서로서, 구조가 간단하고 움직이는 부분이 없으므로 외부의 진동이나 충격에 대하여 잘 견디며, 동작은 RF(Radio Frequency) 안테나에 의해 가능하므로 별도의 전원공급이 없이도 작동이 가능하고, 대량생산이 용이하며 가격이 싸다는 장점이 있다.
이러한 표면탄성파 센서의 가장 큰 장점으로는 좁은 주파수 대역에서 작동하기 때문에 일정 거리 내에서 무선 통신이 가능하고, 표면탄성파 센서에 별도의 전원이 요구되지 않는 수동형이라는 것이다.
표면탄성파 센서에서 사용되는 SAW 소자는 표면탄성파가 진행하는 경로인 지연선(delay line)이 환경변화(온도)에 따라 전파특성이 바뀌게 되는데, 이러한 특성을 이용하여 SAW 소자를 센서로 사용하게 된다.
상기 SAW 센서에 대한 개념을 첨부된 도 1을 통하여 설명한다.
도 1은 종래 SAW 센서를 이용한 온도검출 장치의 개략적인 구성도를 나타낸 것으로서, 리더기(1)에서 발생된 센서 구동신호(sensor activation signal)가 리더기(1)의 안테나(1a)를 통하여 송신되면, 이 신호가 SAW온도센서(2)의 안테나(2a)에 수신되어 인터디지털 변환기(2b, Inter Digital Transducer, IDT)에 입력된다. 상기 IDT(2b)에 입력된 고주파 신호에 의해 압전 기판(2c)이 진동하게 되고 이에 따라 압전 기판(2c)의 표면을 따라 전파되는 표면탄성파가 발생되어 지연선(2d, delay line)을 전파하여 반사판(2f)으로 전파된다.
이와 같이, 전파된 표면탄성파는 반사판(2f)에서 반사되어 지연선(2d)과 IDT(2b)를 거쳐 SAW온도센서의 안테나(2a)에 의해 다시 송신되며 이러한 신호를 리더기(1)에서 수신하게 된다.
이때, 압전 기판(2c)은 주변의 상태(온도, 압력 등)에 따라 지연선(2d)을 팽창시키거나 수축시킬 뿐만 아니라 압전 기판의 물성에도 영향을 주어 표면탄성파가 전파시간이 변하거나 공진 주파수가 변하게 되는데, 이러한 특성들의 변화를 검출함으로써 온도(또는 압력)을 측정할 수 있게 된다. 즉, 상기 IDT를 구동하는 외부 입력 고주파 신호는 IDT의 공진주파수에 맞추어져 있으며, 온도변화에 따른 전파 시간차를 측정하거나 전파되는 표면탄성파의 위상이나 공진 주파수 변화를 측정하고 측정된 값을 이용하여 온도를 검출하게 된다.
상기의 표면탄성파를 이용한 무선측정장치가 등록특허공보 제10-1202878호에 개시되어 있다.
상기 기술은 무선으로 수신되는 펄스 신호를 표면탄성파로 변환하고 환경 요소의 변화를 측정하기 위해서 변환된 표면탄성파를 반사시켜 복수의 펄스 신호들을 발생해서 무선으로 송신하는 SAW 기반 마이크로 센서와 환경 요소의 변화를 측정하기 위한 펄스 신호를 발생하여 무선으로 상기 SAW 기반 마이크로 센서로 송신하고, 송신된 펄스 신호가 SAW 마이크로 센서에서 반사되어 수신되는 복수의 펄스 신호들간의 간격이, 설정된 환경 요소의 펄스 신호들간의 간격에 해당될 때마다 펄스 신호를 발생해서 무선으로 SAW 기반 마이크로 센서로 송신하고 일정 시간 동안 펄스 신호의 발생횟수를 카운트하여, 환경 요소의 변화를 측정하는 리더기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그러나 상기의 기술은 반복적인 송신 신호에 대한 반사신호의 일관된 검증을 수행할 수 없는 문제점이 있다.
KR 10-1202878 B1 (2012. 11. 13. 등록)
본 발명은 상기 종래기술이 갖는 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는, 연속된 무선주파수를 송신하고 동기화된 송신모듈 및 수신모듈을 통해 동일한 기준 클럭의 송신신호에 의해 반복적인 호출 및 반사신호의 일관된 검증을 수행할 수 있는 배전반의 무선 온도검출 시스템을 제공하는 데 있다.
상기 과제를 수행하기 위하여 본 발명에 따른 배전반의 무선 온도검출 시스템은 호출신호를 수신하여 표면탄성파로 변환하고 이를 반사하여 반사신호를 송신하며, 온도검출이 요구되는 배전반에 설치되는 표면탄성파 센서(100); 및 상기 표면탄성파 센서에 호출신호를 생성하여 송신하고, 상기 표면탄성파 센서로부터 송신되는 반사파를 수신하여 온도를 검출하는 호출장치(200)를 포함하여 이루어지되, 상기 호출장치(200)는 기준주파수를 발생시키고, 상기 발생된 기준주파수를 위상동기루프의 제어에 따라 출력하며, 상기 출력된 기준주파수를 계수하여 제1 펄스를 생성하고 상기 제1 펄스에 대해 상대적으로 긴 제2 펄스를 생성하여 출력하며, 상기 제1 펄스를 이용하여 호출신호를 생성하고, 상기 출력되는 제2 펄스의 주기에 따라 생성된 상기 호출신호를 송신하며, 상기 송신된 호출신호에 대한 반사신호를 상기 표면탄성파 센서(100)로부터 수신하고, 상기 송신된 호출신호와 수신된 반사신호의 변화를 산출하여 온도를 검출하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 표면탄성파 센서(100)는 호출신호 및 반사신호를 송수신하는 센서 안테나(110); 상기 센서 안테나(110)에서 수신된 호출신호를 표면탄성파로 변환시키는 인터디지털 변환기(120, IDT); 상기 변환된 표면탄성파를 진동시키는 압전기판(130); 상기 압전기판(130)에 설치되어 상기 표면탄성파를 전파하는 지연선(140); 및 상기 지연선(140)에서 전파되는 표면탄성파를 반사시키는 반사판(150)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 호출장치(200)는 상기 기준주파수를 발생시키고, 상기 발생된 기준주파수를 이용하여 연속파를 발생시키는 제1 위상동기루프(PLL, Phase Locked Loop)와 상기 발생된 기준주파수를 이용하여 수신된 상기 반사신호에 대한 국부발진 주파수를 생성하는 제2 동기위상루프(PLL)를 포함하는 클럭 생성부(210); 상기 클럭 생성부(210)에서 발생된 연속파를 이용하여 제1 펄스를 생성하고 상기 제1 펄스에 대해 상대적으로 주기가 긴 제2 펄스를 생성하여 출력하며, 상기 제1 위상동기루프(PLL)의 클럭과 상기 제1 펄스를 동기화하여 출력하는 송신부(220); 상기 송신부(220)에서 출력되는 제2 펄스의 포지티브 클럭의 펄스 주기와 네거티브 클럭의 펄스 주기에 따라 송신과 수신을 교번시키되, 설정된 송신 펄스에서는 상기 송신부(220)에서 출력되는 제1 펄스를 출력하고, 설정된 수신 펄스에서는 상기 표면탄성파 센서(100)로부터 반사신호를 수신하도록 스위칭하는 송수신전환부(230); 상기 송수신전환부(230)에서 출력되는 제1 펄스를 송신하고, 상기 표면탄성파 센서(100)로부터 반사신호를 수신하는 호출 안테나(240); 상기 호출 안테나(240)에 수신된 반사신호를 필터링하고 증폭한 후, 중간 주파수를 생성하여 출력하는 수신부(250); 상기 수신부(250)에서 출력되는 중간 주파수, 상기 생성부(210)에 출력되는 기준주파수 및 상기 송신부(220)에서 출력되는 카운트 클럭을 디지털 신호로 변환하는 디지털 변환부(260); 및 상기 디지털 변환부(260)에서 출력되는 디지털 신호를 분석하여 온도를 검출하는 검출부(270)로 구성되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 송신부(220)는 상기 제1 위상동기루프에서 출력되는 주파수를 TTL 클럭신호로 생성하는 클럭 생성모듈(221); 상기 클럭 생성모듈(221)에서 생성된 클럭을 카운트하는 계수모듈(222); 상기 계수모듈(222)에서 카운트되는 클럭 개수에 따라 상기 제1 펄스를 생성하는 제1 펄스생성모듈(223); 상기 계수모듈(222)에서 카운트되는 클럭 개수에 따라 상기 제2 펄스를 생성하는 제2 펄스생성모듈(224); 상기 제1 펄스생성모듈(223)에서 출력된 제1 펄스에 상기 클럭 생성부(210)의 제1 위상동기루프(PLL)를 실어서 연속파를 생성하는 무선 주파수모듈(225); 및 상기 무선 주파수모듈(225)에서 생성된 연속파와 상기 기준주파수를 동기화시키는 위상동기모듈(226); 을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 수신부(250)는 상기 호출 안테나(240)에 수신된 반사신호를 특정 범위의 주파수에 존재하는 신호만 통과시켜 출력하는 제1 대역통과 필터모듈(251); 상기 대역통과 필터모듈(251)에서 필터링된 반사신호를 저잡음 증폭시키는 LNA 모듈(252); 상기 LNA 모듈(252)에서 증폭된 반사신호와 상기 클럭 생성부(210)의 제2 동기위상루프(PLL)에서 출력되는 국부 발진 주파수를 곱셈하여 중간 주파수를 생성하는 곱셈모듈(253); 상기 곱셈모듈(253)에서 출력되는 중간 주파수에서 설정 범위의 주파수를 통과시켜 출력하는 제2 대역통과 필터모듈(254); 및 상기 제2 대역통과 필터모듈(254)에서 필터링된 중간 주파수를 증폭하는 AMP 모듈(255)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 발생된 연속파를 통하여 온도 검출이 연속적으로 이루어지고, 호출신호와 동기화된 반사신호를 수신할 수 있으므로, 일관된 검증을 통해 온도를 검출할 수 있는 장점이 있다.
또한, 제2 펄스의 주기에 따라 호출신호와 반사신호를 상호 반복하여 송수신할 수 있고, 수신된 반사신호는 제2 클럭을 이용하여 국부발진 주파수를 생성하여 출력하므로 잡음신호가 제거된 반사신호를 온도 검출에 사용할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래 표면탄성파 센서를 이용한 온도검출 장치의 개략적인 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 배전반의 무선 온도검출 시스템을 수배전반에 적용한 상태의 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 배전반의 무선 온도검출 시스템의 구성도.
도 4는 본 발명에 따른 배전반의 무선 온도검출 시스템에 적용된 표면탄성파 센서의 구성도.
도 5는 본 발명에 따른 배전반의 무선 온도검출 시스템에 적용된 호출장치의 개략적인 구성도.
도 6은 본 발명에 따른 배전반의 무선 온도검출 시스템에 적용된 호출장치의 구성도.
도 7은 본 발명에 따른 배전반의 무선 온도검출 시스템에 적용된 SAW온도제어 디스플레이장치의 전면 패널의 구성도.
도 8은 본 발명에 따른 배전반의 무선 온도검출 시스템에 적용된 SAW온도제어 디스플레이장치의 통신 드라이브 회로도(a) 및 경보램프 드라이브 회로도(b).
도 9는 본 발명에 따른 배전반의 무선 온도검출 시스템에 적용된 SAW온도제어 디스플레이장치의 계전기 구동 회로도(a) 및 경보계전기 구동 회로도(b).
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명은 표면탄성파 센서에 호출신호를 송신하고 송신된 호출신호에 대한 반사된 반사신호를 수신하되, 연속적인 송신 호출신호를 송신할 수 있으며, 표면탄성파 센서로부터 반사된 반사신호에 대한 일관성을 유지할 수 있는 배전반의 무선 온도검출 시스템에 관한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 배전반의 무선 온도검출 시스템을 수배전반에 적용한 상태의 구성도이고, 도 3은 본 발명에 따른 배전반의 무선 온도검출 시스템의 구성도이다.
첨부된 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 배전반의 무선 온도검출 시스템은 크게, 표면탄성파 센서(100), 호출장치(200) 및 SAW온도제어 디스플레이장치(300)를 포함하여 이루어진다.
상기 배전반(10)은 그 내부가 구획 분리된 복수의 공간을 가지며 그 전후 일측 또는 양측에는 도어가 구비되는 몸체(11), 상기 몸체(11)의 상측 공간에 형성된 고장구간 자동개폐기, 하측 공간에 형성된 변압기(12), 전면 공간에 구비되어 전원을 단속하는 차단기(13)와 배선용 차단기, 후방 상부에 형성된 파워퓨즈와 피뢰기 및 그 하부에 형성된 계기용 변압기(14)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 몸체(11)의 내부는 고압측과 저압측을 구분 짓도록 소정의 두께를 갖는 격벽으로 구획될 수 있으며, 상기 몸체(11)를 이루는 벽체는 고단위 흡음단열재를 이용하여 소음을 줄이도록 형성될 수 있다. 또한, 몸체(11)의 전방 하측에 형성된 인입구로부터 상기 몸체(11)의 상부에 형성된 절연성 커넥팅 부재와 고정부재를 통해 고장구간 자동개폐기의 입력측 단자에 연결 접속되어 있다. 상기 고장구간 자동개폐기의 출력측 단자에는 연결용 케이블이 피뢰기와 한류형 파워퓨즈 및 계기용 변압변류기(14)를 통해 변압기(12)의 고압측으로 고압의 전기가 인가되도록 설치된다.
상기와 같은 배전반(10)의 구성에서 표면탄성파 센서(100)는 상기 배전반(10)의 내부에 설치되되, 그 위치는 과열 발생이 빈번히 발생되는 전력기기에 근접하여 설치될 수 있다. 이때, 아크 발생이 빈번히 발생될 수 있는 전력기기로는 변압기(13) 및 차단기(13) 등이 있으며, 전력기기와 배전선로가 연결되는 지점에서도 과열이 발생될 수 있다.
이에, 상기 표면탄성파 센서(100)는 상기 수배전반 내부의 전력기기와 근접하여 설치됨이 바람직하다.
도 4는 본 발명에 따른 배전반의 무선 온도검출 시스템에 적용된 표면탄성파 센서의 구성도를 나타낸 것이다.
상기 표면탄성파 센서(100)는 호출신호를 수신하여 표면탄성파로 변환하고 이를 반사하여 반사신호를 송신한다.
이때, 상기 표면탄성파 센서(100)는 온도검출이 요구되는 전력설비에 설치된다. 상기 온도 검출이 요구되는 전력설비는 전력설비의 접점지점, 커넥터, 플러그 및 회전부 등으로 구성될 수 있으며, 수배전반에 적용될 경우에는 변압기 및 버스바 등에 적용될 수 있다.
첨부된 도 3을 참조하면, 상기 표면탄성파 센서(100)는 센서 안테나(110), 인터디지털 변환기(120, IDT), 압전기판(130), 지연선(140) 및 반사판(150)을 포함하여 구성된다.
상기 센서 안테나(110)는 호출신호를 수신하거나 반사신호를 송신하는 기능을 수행하며, 상기 인터디지털 변환기(120, IDT(Inter Digital Transducer))는 상기 센서 안테나(110)에서 수신된 호출신호를 표면탄성파로 변환시킨다.
상기 변환된 표면탄성파는 압전기판(130)을 진동시키고, 상기 압전기판(130)에 설치된 지연선(140)에 의해서 상기 표면탄성파가 전파된다.
전파된 표면탄성파는 상기 지연선(140)의 끝 부분에 배치된 반사판(150)에 의해서 반사되며, 반사된 표면탄성파는 다시 지연선(140)과 인터디지털 변환기(120)를 경유하여 센서 안테나(110)를 통해 송신된다.
이와 같은 표면탄성파 센서(100)는 압전효과를 이용하여 표면탄성파를 발생시키게 된다. 이때, 표면탄성파 센서에 사용되는 압전기판의 재료로는 크게 압전 단결정과 압전박막, 압전 세라믹스 등이 있다. 이 중에서, 압전 단결정을 기판으로 사용하는 경우, 표면탄성파 특성의 재현성과 균일성이 높고 내구성이 우수하며 양산성이 좋은 장점이 있다. 이러한 특성에 따른 단결정 재료에는 Quartz, LiNbO3 및 TaO3 등이 있다.
상기 호출장치(200)는 기준주파수를 발생시키고, 상기 발생된 기준주파수를 위상동기루프의 제어에 따라 출력하며, 상기 출력된 기준주파수를 계수하여 제1 펄스를 생성하고 상기 제1 펄스에 대해 상대적으로 주기가 긴 제2 펄스를 생성하여 출력하며, 상기 출력되는 제2 펄스의 주기에 따라 상기 제1 펄스를 이용하여 호출신호를 생성하고, 생성된 상기 호출신호를 송신하며 상기 송신된 호출신호의 반사신호를 상기 표면탄성파 센서(100)로부터 수신하며, 상기 송신된 호출신호와 수신된 반사신호의 속도 변화를 산출하여 온도를 검출하는 기능을 수행한다.
도 5는 본 발명에 따른 배전반의 무선 온도검출 시스템에 적용된 호출장치의 개략적인 구성도이고, 도 6은 본 발명에 따른 배전반의 무선 온도검출 시스템에 적용된 호출장치의 구성도를 나타낸 도면이다.
첨부된 도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명에 적용된 호출장치(200)는 클럭 생성부(210), 송신부(220), 송수신전환부(230), 호출 안테나(240), 수신부(250), 변환부(260) 및 검출부(270)를 포함하여 구성된다.
상기 클럭 생성부(210)는 기준주파수를 발생시키고, 상기 발생된 기준주파수를 이용하여 연속파 및 국부발진 주파수를 생성하는 기능을 수행한다.
이를 위해서 상기 클럭 생성부(210)는 기준주파수를 발생시키는 기준주파수 발생모듈(211), 상기 발생된 기준주파수를 이용하여 연속파를 생성하는 제1 위상동기루프(212, PLL(Phase Locked Loop))와 상기 발생된 기준주파수를 이용하여 수신된 반사신호와 곱셈에 사용되는 국부발진 주파수를 생성하는 제2 동기위상루프(213, PLL)를 포함하여 구성된다.
상기 송신부(220)는 상기 클럭 생성부(210)에서 출력되는 연속파를 이용하여 호출신호를 생성하거나 송수신의 주기를 결정하는 펄스를 생성하는 것으로서, 클럭 생성모듈(221), 계수모듈(222), 제1 펄스생성모듈(223), 제2 펄스생성모듈(224), 무선 주파수모듈(225) 및 위상동기모듈(226)을 포함하여 구성된다.
상기 클럭 생성모듈(221)은 상기 제1 위상동기루프(212)에서 출력되는 연속파를 TTL(Transistor Transistor Logic) 클럭신호로 생성하여 출력한다.
상기 클럭 생성모듈(221)에서 출력되는 클럭신호는 계수모듈(222)에서 클럭의 개수를 카운트하여 출력된다.
상기 제1 펄스생성모듈(223)은 상기 계수모듈(222)에서 카운트되는 클럭 개수에 따라 상기 제1 펄스를 생성하게 된다.
또한, 상기 제2 펄스생성모듈(224)은 상기 계수모듈(222)에서 카운트되는 클럭 개수에 따라 상기 제2 펄스를 생성하게 된다.
이때, 상기 제1 펄스생성모듈(223)에서 출력된 제1 펄스는 상기 클럭 생성부(210)의 제1 위상동기루프(PLL)를 로드하여 무선 주파수모듈(225)에서 호출신호를 생성하여 출력하고, 상기 위상동기모듈(226)은 상기 무선 주파수모듈(225)에서 생성된 연속파와 상기 기준주파수를 동기화시켜서 출력한다.
상기 송수신전환부(230)는 상기 송신부(220)에서 출력되는 제2 펄스의 포지티브 클럭의 펄스 주기와 네거티브 클럭의 펄스 주기에 따라 송신과 수신을 교번시키는 기능을 수행한다. 즉, 상기 송수신전환부(230)는 소정의 설정 펄스에서는 상기 송신부(220)에서 출력되는 호출신호를 송신하도록 하며, 소정의 설정 펄스에서는 상기 표면탄성파 센서(100)로부터 출력되는 반사신호를 수신하도록 스위칭한다.
예를 들어, 상기 송수신전환부(230)는 포지티브 클럭의 펄스 주기에서는 상기 제1 펄스생성모듈(223)에서 출력된 제1 펄스에 상기 클럭 생성부(210)의 제1 위상동기루프(PLL)를 실어서 생성된 호출신호를 출력하도록 스위칭하며, 네거티브 클럭의 펄스 주기에서는 상기 표면탄성파 센서(100)로부터 출력되는 반사신호를 수신하도록 스위칭하게 된다.
상기 호출 안테나(240)는 상기 송수신전환부(230)에 연결되어 상기 송수신전환부(230)에서 출력되는 호출신호를 전파하거나 상기 표면탄성파 센서(100)로부터 출력되는 반사신호를 수신한다.
상기 수신부(250)는 상기 호출 안테나(240)에서 수신된 반사신호를 필터링하고 증폭한 후, 중간 주파수를 생성하여 출력하는 기능을 수행하는 것으로서, 제1 대역통과 필터모듈(251), LNA(Low-noise amplifier) 모듈(252), 곱셈모듈(253), 제2 대역통과 필터모듈(254) 및 AMP 모듈(255)을 포함하여 구성된다.
상기 제1 대역통과 필터모듈(251)은 상기 호출 안테나(240)에 수신된 반사신호를 특정 범위의 주파수에 존재하는 신호만 통과시켜 출력하고, 상기 LNA(Low-noise amplifier) 모듈(252)은 상기 대역통과 필터모듈(251)에서 필터링된 반사신호를 저잡음 증폭시킨다.
상기 곱셈모듈(253)은 상기 LNA 모듈(252)에서 증폭된 반사신호와 상기 클럭 생성부(210)의 제2 동기위상루프(PLL)에서 출력되는 국부발진 주파수를 곱셈하여 중간 주파수를 생성하여 출력하고, 출력된 중간 주파수는 제2 대역통과 필터모듈(254)에서 설정 범위의 주파수만을 필터링하여 출력된다.
상기 제2 대역통과 필터모듈(254)에서 필터링된 중간 주파수는 AMP 모듈(255)에서 증폭된다.
상기 변환부(260)는 상기 수신부(250)에서 출력되는 중간 주파수, 상기 클럭 생성부(210)에 출력되는 기준 주파수 및 상기 송신부(220)에서 출력되는 카운트 클럭을 디지털 신호로 변환하여 출력한다.
상기 검출부(270)는 상기 디지털 변환부(260)에서 출력되는 디지털 신호를 분석하여 온도를 검출하는 기능을 수행한다.
전력설비에 설치된 표면탄성파 센서(100)는 전력설비의 온도 변화에 따라 호출신호에 의해 발생된 표면탄성파의 속도를 변화시키게 된다. 이에 따라, 변화된 표면탄성파의 속도는 주파수와 시간 영역에서 비례하여 도출되는 데, 이러한 비례적 변화는 시간 크기의 조정인자로 측정될 수 있다.
기준 온도에서 시간 크기 조정인자(α)는 1이고, 표면탄성파 센서(100)에 적용된 압전기판(130)의 재질과 지연 온도계수(TCD, temperature coefficient of delay)가 변화함에 따라 선형으로 편차를 나타내게 된다. 상기 지연 온도계수(TCD)를 이용하여 측정된 물리적 변수 값은 다음의 수학식 1로 표현된다.
수학식 1)
Figure 112016015709463-pat00001
여기서, R(T)는 측정된 물리적 변수 값, R(To)는 기준온도에서의 물리적 변수 값, TCD는 지연의 온도계수, ΔT는 기준온도로부터의 온도의 편차(ΔT = T - T0)이다.
상기 수학식 1에 의해서 상기 시간 크기 조정인자(time scaling factor)는 다음의 수학식 2로 정의된다.
수학식 2)
Figure 112016015709463-pat00002
여기서, α는 시간 크기 조정인자, TCD는 지연 온도계수, ΔT는 기준온도로부터의 온도의 편차(ΔT = T - T0)이다.
기준 신호는 검출부에서 설정된 상관자에 의해 결정된다.
이에, 표면탄성파(SAW)의 속도의 변화를 측정하기 위해 온도의 함수로서 대응 여과기(matched filters)가 구성되며, 구성된 여과기는 기본적으로 동일 함수이고, 시간 영역에서 비례적 크기가 결정된다. 또는 주파수 영역에서의 비례적 크기가 결정된다.
즉, 반사신호는 시간 및 주파수 영역에서의 수신된 신호로 구분할 수 있으며, 시간 크기 조정인자를 요구되는 영역에 투사하여 시간 또는 주파수 영역에서의 최대값을 검출하고, 검출된 최대값이 표면탄성파 센서의 온도가 된다.
SAW온도제어 디스플레이장치(300)는 상기 호출장치(200)와 연계하여 상기 표면탄성파 센서가 적용된 전력기기의 동작을 제어하거나 경보신호를 출력하는 기능을 수행한다.
또한, 상기 SAW온도제어 디스플레이장치(300)는 MMI(Man and Machine Interface)와 연결되어 데이터를 송수신하도록 구성된다.
도 7은 본 발명에 따른 배전반의 무선 온도검출 시스템에 적용된 SAW온도제어 디스플레이장치의 전면 패널의 구성도를 나타낸 것이다.
첨부된 도 7을 참조하면, 상기 SAW온도제어 디스플레이장치(300)는 상태 표시부(310), 링크 연결표시부(320). 센서 상태 표시부(330), 채널 표시부(340), 설정온도 표시부(350), 외기온도 표시부(360) 및 설정버튼부(370)를 포함하여 구성된다.
상기 상태 표시부(310)는 현재시간, 이상 온도에 대한 채널 및 이벤트 등이 표시된다.
상기 링크 연결표시부(320)는 표면탄성파 센서(100) 및 MMI 장치와의 통신 상태를 표시하는 것으로서, 통신이 원활하게 이루어지는 경우 램프가 점멸되게 구성되고, 통신이 이루어지지 않는 경우 램프는 소등된 상태로 유지되게 구성된다.
상기 센서 상태 표시부(330)는 연결된 표면탄성파 센서의 상태를 표시하는 것으로서, 연결될 수 있는 표면탄성파 센서(100)는 4 ~ 8개로 구성된다.
이때, 상기 표면탄성파 센서(100)로부터 전송된 온도가 정상범위에 속하는 경우 정상온도, 주의를 요구하는 범위에 속하는 경우 주의온도 및 위험에 해당되어 즉각적인 조치를 요구하는 위험온도 등으로 세분하여 설정될 수 있고, 각각 범위에 속하는 온도에 따라 램프의 색상을 달리하여 표시되게 구성될 수 있다.
예를 들어, 표시되는 램프의 색상은 정상온도인 경우 녹색램프, 주의온도인 경우 황색램프 및 위험온도인 경우 적색램프가 발광되게 구성될 수 있다.
상기 채널 표시부(340)는 조작에 따라 설정하고자 하는 채널이 표시된다.
예를 들어, 표면탄성파 센서(100)의 설정온도(Target Temperature)를 변경하고자 하는 경우, 사용자의 조작에 따라 선택된 채널이 표시된다.
상기 설정온도 표시부(350)는 조작에 따라 선택된 채널에 연결된 표면탄성파 센서(100)의 설정온도가 표시된다.
이때, 설정온도는 채널에 연결된 표면탄성파 센서(100)에서 검출되는 온도와 비교하기 위한 온도이며, 채널별로 각각 다르게 조정할 수 있도록 구성된다.
여기서, 설정온도를 입력하게 되면, 상기 설정온도에 따른 정상온도, 주의온도 및 위험온도가 기본적으로 세팅되도록 구성될 수 있다.
상기 외기온도 표시부(360)는 SAW온도제어 디스플레이장치(100)의 외부에서 검출된 온도 또는 표면탄성파 센서(100)가 배치된 전력설비의 외부온도가 표시된다.
설계 조건에 따라서, 상기 표면탄성파 센서(100)가 배치된 전력설비의 외부온도는 1개의 채널을 이용하여 표시될 수 있도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 1개의 채널을 할애하고, 상기 채널에서 수신되는 표면탄성파 센서(100)의 검출온도를 외기온도로 표시되게 구성될 수 있다.
상기 설정버튼부(370)는 채널 및 설정온도 등 조작신호를 입력하기 위한 것으로서, 현재시간 조정, 채널 선택, 설정온도 입력, 이벤트 동작 제어 및 알림 신호 중지를 조작하는 버튼이 구비된다.
도 8은 본 발명에 따른 배전반의 무선 온도검출 시스템에 적용된 SAW온도제어 디스플레이장치의 통신 드라이브 회로도(a) 및 경보램프 드라이브 회로도(b)이다.
첨부된 도 8의 통신 드라이브 회로도(a)를 참조하면, MOD-BUS PROTOCOL에 의한 RS-485통신을 수행하며 수집된 데이터는 MMI의 요청에 따라 해당 데이터를 전송한다. 이때, 상기 MMI의 통신 속도에 대응하여 RS-485의 통신 속도는 선택에 따라 9600bps, 19200bps 및 38400bps로 동작할 수 있도록 구성된다.
첨부된 도 8의 경보램프 드라이브 회로도(b)를 참조하면, 채널별 입력되는 색상온도에 따라 해당 램프(LD2 ~ LD4)가 점등된다.
도 9는 본 발명에 따른 배전반의 무선 온도검출 시스템에 적용된 SAW온도제어 디스플레이장치의 계전기 구동 회로도(a) 및 경보계전기 구동 회로도(b)이다.
첨부된 도 8의 디스플레이장치의 계전기 구동 회로도(a)를 참조하면, 경보음 계전기의 동작 신호(silen_RLY) 또는 경보램프 동작 신호(Light_RLY)에 의해 각각의 트랜지스터(Q1, Q2)가 도통되고, 상기 트랜지스터의 도통에 의해 알람신호(SILEN_ALM)가 발생하거나 경보램프(LIGHT_ALM)가 점등된다.
첨부된 도 9의 경보계전기 구동 회로도(b)를 참조하면, 알람신호(SILEN_ALM) 또는 경보램프(LIGHT_ALM)에 따라 소정의 시간 동안 알람이 발생하거나 경보램프의 점멸이 이루어진다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 배전반의 무선 온도검출 시스템을 이용한 배전반의 무선 온도검출 과정은 표면탄성파 센서(100), 호출장치(200) 및 SAW온도제어 디스플레이장치(300)를 포함하여 구성되고, 상기 호출장치(200)에서 호출신호를 송신하는 과정, 상기 표면탄성파 센서(100)에서 상기 호출신호를 수신하고 이를 표면탄성파로 변환한 후 다시 반사시켜 상기 호출장치(200)로 송신하는 과정, 상기 호출장치(200)에서 상기 표면탄성파 센서(100)로부터 송신되는 반사신호를 수신하는 과정, 상기 수신된 반사신호와 호출신호를 비교하여 온도를 검출하는 과정 및 상기 검출된 온도에 근거하여 상기 SAW온도제어 디스플레이장치(300)의 표시부에 표시하거나 경보신호를 발생하는 과정으로 이루어진다.
본 발명에 의하면, 발생된 연속파를 통하여 온도 검출이 연속적으로 이루어지고, 호출신호와 동기화된 반사신호를 수신할 수 있으므로, 일관된 검증을 통해 온도를 검출할 수 있는 장점이 있다.
또한, 제2 펄스의 주기에 따라 호출신호와 반사신호를 상호 반복하여 송수신할 수 있고, 수신된 반사신호는 제2 클럭을 이용하여 국부발진 주파수를 생성하여 출력되므로 잡음신호가 제거된 반사신호를 온도 검출에 사용할 수 있는 장점이 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시 예와 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리범위가 미치는 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능하다.
100: 표면탄성파 센서 110: 센서 안테나
120: 인터디지털 변환기 130: 압전기판
140: 지연선 150: 반사판
200: 호출장치 210: 클럭 생성부
211: 기준주파수 발생모듈 212: 제1 위상동기루프
213; 제2 위상동기루프 220: 송신부
221: 클럭 생성모듈 222: 계수모듈
223: 제1 펄스생성모듈 224: 제2 펄스생성모듈
225: 무선 주파수모듈 226: 위상동기모듈
230: 송수신전환부 240: 호출 안테나
250: 수신부 251: 제1 대역통과 필터모듈
252: LAN 모듈 253: 곱셈모듈
254: 제2 대역통과 필터모듈 255: AMP 모듈
260: 변환부 270: 검출부
300: SAW온도제어 디스플레이장치
310: 상태 표시부 320: 링크 연결표시부
330: 센서 상태 표시부 340: 채널 표시부
350: 설정온도 표시부 360: 외기온도 표시부
370: 설정버튼부

Claims (5)

  1. 호출신호를 수신하여 표면탄성파로 변환하고 이를 반사하여 반사신호를 송신하며, 온도검출이 요구되는 배전반에 설치되는 표면탄성파 센서(100); 및
    상기 표면탄성파 센서에 호출신호를 생성하여 송신하고, 상기 표면탄성파 센서로부터 송신되는 반사파를 수신하여 온도를 검출하는 호출장치(200);를 포함하여 이루어지되,
    상기 호출장치(200)는,
    기준주파수를 발생시키고, 상기 발생된 기준주파수를 위상동기루프의 제어에 따라 출력하며, 상기 출력된 기준주파수를 계수하여 제1 펄스를 생성하고 상기 제1 펄스에 대해 상대적으로 주기가 긴 제2 펄스를 생성하여 출력하며, 상기 제1 펄스를 이용하여 호출신호를 생성하고, 상기 출력되는 제2 펄스의 주기에 따라 생성된 상기 호출신호를 송신하며, 상기 송신된 호출신호에 대한 반사신호를 상기 표면탄성파 센서(100)로부터 수신하고, 상기 송신된 호출신호와 수신된 반사신호의 변화를 산출하여 온도를 검출하며,
    상기 호출장치(200)는,
    상기 기준주파수를 발생시키고, 상기 발생된 기준주파수를 이용하여 연속파를 발생시키는 제1 위상동기루프(PLL, Phase Locked Loop)와 상기 발생된 기준주파수를 이용하여 수신된 상기 반사신호에 대한 국부발진 주파수를 생성하는 제2 동기위상루프(PLL)를 포함하는 클럭 생성부(210);
    상기 클럭 생성부(210)에서 발생된 연속파를 이용하여 제1 펄스를 생성하고 상기 제1 펄스에 대해 상대적으로 주기가 긴 제2 펄스를 생성하여 출력하며, 상기 제1 위상동기루프(PLL)의 클럭과 상기 제1 펄스를 동기화하여 출력하는 송신부(220);
    상기 송신부(220)에서 출력되는 제2 펄스의 포지티브 클럭의 펄스 주기와 네거티브 클럭의 펄스 주기에 따라 송신과 수신을 교번시키되, 설정된 송신 펄스에서는 상기 송신부(220)에서 출력되는 제1 펄스를 출력하고, 설정된 수신 펄스에서는 상기 표면탄성파 센서(100)로부터 반사신호를 수신하도록 스위칭하는 송수신전환부(230);
    상기 송수신전환부(230)에서 출력되는 제1 펄스를 송신하고, 상기 표면탄성파 센서(100)로부터 반사신호를 수신하는 호출 안테나(240);
    상기 호출 안테나(240)에서 수신된 반사신호를 필터링하고 증폭한 후, 중간 주파수를 생성하여 출력하는 수신부(250);
    상기 수신부(250)에서 출력되는 중간 주파수, 상기 생성부(210)에서 출력되는 기준주파수 및 상기 송신부(220)에서 출력되는 카운트 클럭을 디지털 신호로 변환하는 디지털 변환부(260); 및
    상기 디지털 변환부(260)에서 출력되는 디지털 신호를 분석하여 온도를 검출하는 검출부(270);
    로 구성되는 것을 특징으로 하는 배전반의 무선 온도검출 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 표면탄성파 센서(100)는,
    호출신호 및 반사신호를 송수신하는 센서 안테나(110);
    상기 센서 안테나(110)에서 수신된 호출신호를 표면탄성파로 변환시키는 인터디지털 변환기(120, IDT);
    상기 변환된 표면탄성파를 진동시키는 압전기판(130);
    상기 압전기판(130)에 설치되어 상기 표면탄성파를 전파하는 지연선(140); 및
    상기 지연선(140)에서 전파되는 표면탄성파를 반사시키는 반사판(150);
    을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 배전반의 무선 온도검출 시스템.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 송신부(220)는,
    상기 제1 위상동기루프에서 출력되는 주파수를 TTL 클럭신호로 생성하는 클럭 생성모듈(221);
    상기 클럭 생성모듈(221)에서 생성된 클럭을 카운트하는 계수모듈(222);
    상기 계수모듈(222)에서 카운트되는 클럭 개수에 따라 상기 제1 펄스를 생성하는 제1 펄스생성모듈(223);
    상기 계수모듈(222)에서 카운트되는 클럭 개수에 따라 상기 제2 펄스를 생성하는 제2 펄스생성모듈(224);
    상기 제1 펄스생성모듈(223)에서 출력된 제1 펄스에 상기 클럭 생성부(210)의 제1 위상동기루프(PLL)를 실어서 연속파를 생성하는 무선 주파수모듈(225); 및
    상기 무선 주파수모듈(225)에서 생성된 연속파와 상기 기준주파수를 동기화시키는 위상동기모듈(226);
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 배전반의 무선 온도검출 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 수신부(250)는,
    상기 호출 안테나(240)에서 수신된 반사신호를 특정 범위의 주파수에 존재하는 신호만 통과시켜 출력하는 제1 대역통과 필터모듈(251);
    상기 대역통과 필터모듈(251)에서 필터링된 반사신호를 저잡음 증폭시키는 LNA 모듈(252);
    상기 LNA 모듈(252)에서 증폭된 반사신호와 상기 클럭 생성부(210)의 제2 동기위상루프(PLL)에서 출력되는 국부 발진 주파수를 곱셈하여 중간 주파수를 생성하는 곱셈모듈(253);
    상기 곱셈모듈(253)에서 출력되는 중간 주파수에서 설정 범위의 주파수를 통과시켜 출력하는 제2 대역통과 필터모듈(254); 및
    상기 제2 대역통과 필터모듈(254)에서 필터링된 중간 주파수를 증폭하는 AMP 모듈(255);
    을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 배전반의 무선 온도검출 시스템.
KR1020160018403A 2016-02-17 2016-02-17 배전반(고압배전반, 저압배전반, 분전반, 모터제어반)의 무선 온도검출 시스템 KR101648803B1 (ko)

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KR101831426B1 (ko) 2017-12-06 2018-02-22 (주)서전기전 부분 방전 및 온도를 하나의 센서로 측정하는 시스템을 갖춘 배전반
KR101879743B1 (ko) * 2018-02-12 2018-07-18 주식회사 한국이알이시 온도 및 결로 검출기능을 구비한 태양광 접속반

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