KR101772935B1 - 전기 신호의 이상 상태 검출 및 제어 시스템 - Google Patents

전기 신호의 이상 상태 검출 및 제어 시스템 Download PDF

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Abstract

전기 신호의 이상 상태 검출 및 제어 시스템은, 전력선으로부터 검출된 전기 신호를 이용하여 전기 신호의 이상 여부를 판단하여 누전차단기에 포함된 N개의 스위치의 온 또는 오프를 제어하기 위한 제어 신호를 생성하는 이상 여부 판단부;를 포함한다. 상기 이상 여부 판단부는, 상기 전력선으로부터 검출된 전기 신호를 제 1 에너지 레벨과 제 2 에너지 레벨을 이용하여, 상기 제 1 에너지 레벨 이상의 전기 신호가 검출 시를 제 1 구간; 상기 제 1 에너지 레벨 미만이고 상기 제 2 에너지 레벨 이상의 전기 신호가 검출 시를 제 2 구간; 및 상기 제 2 에너지 레벨 미만의 전기 신호가 검출 시를 제 3 구간;으로 구분하는 것을 특징으로 한다.
전기 신호의 이상 상태 검출 및 제어 시스템에 따르면, 상용전원의 공급선인 전력선으로부터 측정된 전압 및 전류 신호를 이용하여 누전차단기의 동작을 제어할 수 있을 뿐만 아니라, 화재 사고 등의 발생시 블랙박스 역할을 담당할 수 있다

Description

전기 신호의 이상 상태 검출 및 제어 시스템{DETECTION AND CONTROL SYSTEM FOR ABNORMAL CONDITION OF ELECTRICAL SIGNAL}
본 발명은 전력선의 전기 신호를 감지하여 이상 상태를 검출하고, 이에 따라 부하로 공급되는 전력의 온 또는 오프를 제어할 수 있는 전기 신호의 이상 상태 검출 및 제어 시스템에 관한 것이다.
대한민국공개특허공보 제10-2015-0102558호(전력 계측 장치의 전력 계측 방법, 이하 '종래기술1')에는, 전력 계측 단계에서 전압 및 전류 간의 위상차를 보정하여 유효전력 및 무효전력을 계측함으로써, 정확한 전력 데이터의 계측이 가능해지고, 사용중인 부하에 대한 정확하고 신뢰성있는 전력 계측이 가능해지며, 전력 계측 단계에서 전압 및 전류 간의 위상차를 보정함으로써, 별도의 추가 장비 없이 정확한 전력 데이터의 계측이 가능해지며, 다양한 타 기기들과의 조합을 통한 전력 계측이 용이해지는 효과가 있는 전력 계측 장치의 전력 계측 방법이 개시되어 있다.
아울러, 대한민국등록특허공보 제10-1422420호(누전차단기의 자동복귀장치를 포함하는 리셋형 전원 스위치법, 이하 '종래기술2')에는, 낙뢰나 서지, 누전 등에 의하여 트립되었을 때 부하의 상태를 분석하여 부하가 정상적인 조건에서는 누전차단기가 자동으로 복귀될 수 있도록 함과 아울러 다수의 단자를 구비하는 복수의 토글스위치 출력단자로부터 출력되는 신호를 인식하여 이상 신호발생시에 각 토글스위치별로 리셋이 이루어질 수 있도록 한 부하용 스위치박스를 구비하여서 된 누전차단기의 자동복귀장치를 포함하는 리셋형 전원 스위치가 개시되어 있다.
다만, 종래기술1을 응용하여 개발할 수 있는 에너지 미터링 칩(Energy Metering Chip)이라고 불리우는 전력 계측용 칩에 종래기술2와 같은 결과를 얻을 수 있는 기능을 구비하도록 하면, 더욱 효율적인 전기 신호의 이상 상태 검출 및 제어 시스템의 구현이 가능할 것이다.
본 발명은 전술한 바와 같은 기술적 과제를 해결하는 데 목적이 있는 발명으로서, 상용전원의 공급선인 전력선으로부터 측정된 전압 및 전류 신호를 이용하여 누전차단기의 동작을 제어할 수 있는 전기 신호의 이상 상태 검출 및 제어 시스템을 제공하는 것에 그 목적이 있다.
아울러 본 발명은 화재 사고 등의 발생시 블랙박스 역할을 담당할 수 있는 전기 신호의 이상 상태 검출 및 제어 시스템을 제공하는 것에도 그 목적이 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 전기 신호의 이상 상태 검출 및 제어 시스템은, 전력선으로부터 검출된 전기 신호를 이용하여 전기 신호의 이상 여부를 판단하여 누전차단기에 포함된 N개의 스위치의 온 또는 오프를 제어하기 위한 제어 신호를 생성하는 이상 여부 판단부;를 포함한다.
구체적으로 상기 이상 여부 판단부는, 상기 전력선으로부터 검출된 전기 신호를 제 1 에너지 레벨과 제 2 에너지 레벨을 이용하여, 상기 제 1 에너지 레벨 이상의 전기 신호가 검출 시를 제 1 구간; 상기 제 1 에너지 레벨 미만이고 상기 제 2 에너지 레벨 이상의 전기 신호가 검출 시를 제 2 구간; 및 상기 제 2 에너지 레벨 미만의 전기 신호가 검출 시를 제 3 구간;으로 구분하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 이상 여부 판단부는, 상기 전력선으로부터 검출된 전기 신호가 상기 제 1 구간으로 구분된 경우, 상기 누전차단기의 N개의 스위치 중 M개의 스위치를 오프하는 제어 신호를 생성하여, 상기 누전차단기에 의해 M개의 스위치를 경유하는 전력의 공급이 차단되도록 하되, 상기 M은 N보다 작거나 같은 자연수인 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 이상 여부 판단부는, 상기 전력선으로부터 검출된 전기 신호가 상기 제 2 구간으로 구분된 경우, 상기 누전차단기의 N개의 스위치 중 K개의 스위치를 오프하는 제어 신호를 생성하여, 상기 누전차단기에 의해 K개의 스위치를 경유하는 전력의 공급이 차단되도록 하되, 상기 K는 M보다 작은 자연수인 것이 바람직하다.
바람직하게는 상기 이상 여부 판단부는, 상기 전력선으로부터 검출된 전기 신호가 상기 제 2 구간으로부터 상기 제 3 구간으로 구분이 변경된 이후, 제 1 일정 시간 이상 상기 제 3 구간을 유지하는 경우, 상기 누전차단기의 N개의 스위치를 모두 온하는 제어 신호를 생성하여, 상기 누전차단기에 의해 N개의 스위치를 경유하는 전력의 공급이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 한다. 아울러, 상기 이상 여부 판단부는, 상기 전력선으로부터 검출된 전기 신호가 상기 제 1 구간으로부터 상기 제 3 구간으로 구분이 변경된 이후, 제 2 일정 시간 이상 상기 제 3 구간을 유지하는 경우, 상기 누전차단기의 N개의 스위치를 모두 온하는 제어 신호를 생성하여, 상기 누전차단기에 의해 N개의 스위치를 경유하는 전력의 공급이 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 전기 신호의 이상 상태 검출 및 제어 시스템은, 상기 이상 여부 판단부에 의해 전력선으로부터 검출된 전기 신호가 미리 설정된 조건을 만족하는 경우, 메모리에 해당 정보를 저장하는 것을 특징으로 한다. 여기서, 상기 미리 설정된 조건은, 상기 이상 여부 판단부에 의해 상기 전력선으로부터 검출된 전기 신호가 상기 제 2 구간으로 구분된 경우가, 제 3 일정 시간 이상; 또는, 제 4 일정 시간 동안 일정 횟수 이상;이 발생한 경우를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 전기 신호의 이상 상태 검출 및 제어 시스템에 따르면, 상용전원의 공급선인 전력선으로부터 측정된 전압 및 전류 신호를 이용하여 누전차단기의 동작을 제어할 수 있을 뿐만 아니라, 화재 사고 등의 발생시 블랙박스 역할을 담당할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 전기 신호의 이상 상태 검출 및 제어 시스템의 배치 설명도.
도 2는 누전차단기의 구성도.
도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 전기 신호의 이상 상태 검출 및 제어 시스템의 구성도.
도 4는 이상 여부 판단부의 구성 설명도.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예에 따른 전기 신호의 이상 상태 검출 및 제어 시스템에 대해 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 하기의 실시예는 본 발명을 구체화하기 위한 것일 뿐 본 발명의 권리 범위를 제한하거나 한정하는 것이 아님은 물론이다. 본 발명의 상세한 설명 및 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 전문가가 용이하게 유추할 수 있는 것은 본 발명의 권리 범위에 속하는 것으로 해석된다.
먼저, 도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 전기 신호의 이상 상태 검출 및 제어 시스템(100)의 배치 설명도를 나타낸다.
도 1로부터 알 수 있는 바와 같이 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 전기 신호의 이상 상태 검출 및 제어 시스템(100)은, 상용전원이 공급되는 전력선에 위치한 전압 센서(VS) 및 전류 센서(CS)에 의해 검출된 전기 신호를 이용하여 전력의 이상 여부를 판단할 뿐만아니라, 누전차단기(B)의 동작을 제어할 수도 있다.
아울러, 도 2에 나타낸 바와 같이 누전차단기(B)는 N개의 스위치로 구성될 수 있고, N개의 스위치의 입력 및 출력은 각각, 하나로 연결되는 것이 바람직하다. 즉, N개의 스위치의 입력은 퓨즈(F)를 경유하여 전력선과 연결되며, N개의 스위치의 출력은 합쳐져서 부하(LD)와 연결된다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 전기 신호의 이상 상태 검출 및 제어 시스템(100)의 구성도를 나타낸다.
도 3으로부터 알 수 있는 바와 같이 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 전기 신호의 이상 상태 검출 및 제어 시스템(100)은, 이상 여부 판단부(110) 및 블랙박스부(120)를 포함하여 구성될 수 있다.
이상 여부 판단부(110)는, 전력선으로부터 검출된 전기 신호를 이용하여 전기 신호의 이상 여부를 판단하는 역할을 한다. 즉, 이상 여부 판단부(110)는, 상용전원의 전력선의 전압 및 전류를 검출하는 전압 센서(VS)와 전류 센서(CS)에서 감지되는 전압, 전류 신호의 크기가 누전 경고 또는 누전 확실의 범위에 들어올 경우 비교기가 동작하여 현재 전압 및 전류가 이상 상태에 있다는 것을 알려주는 기능을 하고, 비교기의 출력 신호는 누전차단기(B)에 대한 제어 신호를 생성하는 역할을 한다.
도 4는 이상 여부 판단부(110)의 구성 설명도를 나타낸다.
도 4로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 이상 여부 판단부(110)는 2개의 비교기를 포함하여 구현될 수 있다.
즉, 본 발명의 이상 여부 판단부(110)는, 각각의 비교기의 기준 신호로 제 1 에너지 레벨과 제 2 에너지 레벨로 설정하여, 전력선으로부터 검출된 전기 신호를 제 1 에너지 레벨과 제 2 에너지 레벨과 비교하여, 전력선으로부터 검출된 전기 신호를 3개의 구간으로 구분하는 것을 특징으로 한다. 이때, 전력선으로부터의 검출된 전기 신호는, 전압 센서(VS) 및 전류 센서(CS)를 이용하여 검출된 전압 신호 및 전류 신호를 포함한다.
여기서 각각의 구간은 다음과 같은 기준에 의해 구분된다.
- 제 1 구간 : 전력선으로부터 검출된 전기 신호가 제 1 에너지 레벨 이상으로 검출 시
- 제 2 구간 : 전력선으로부터 검출된 전기 신호가 제 1 에너지 레벨 미만이고 제 2 에너지 레벨 이상으로 검출 시
- 제 3 구간 : 전력선으로부터 검출된 전기 신호가 제 2 에너지 레벨 미만으로 전기 신호가 검출 시
구체적으로 제 1 구간은 누전 확실 구간이고, 제 2 구간은 누전 경고 구간이고, 제 3 구간은 정상 구간을 의미한다.
아울러 이상 여부 판단부(110)는, 이상 여부 판단부(110)로부터 출력된 신호를 이용하여 누전차단기(B)에 포함된 N개의 스위치의 온 또는 오프를 제어하기 위한 제어 신호를 생성하는 역할을 한다.
구체적으로 이상 여부 판단부(110)는, 상용전원의 전력선으로부터 검출된 전기 신호가 제 1 구간으로 구분된 경우, 누전차단기(B)의 N개의 스위치 중 M개의 스위치를 오프하는 제어 신호를 생성하여, 누전차단기(B)에 의해 M개의 스위치를 경유하는 전력의 공급이 차단되도록 하는 것이 바람직하다. 여기서 M은 N보다 작거나 같은 자연수인 것을 특징으로 한다.
또한, 이상 여부 판단부(110)는, 전력선으로부터 검출된 전기 신호가 제 2 구간으로 구분된 경우, 누전차단기(B)의 N개의 스위치 중 K개의 스위치를 오프하는 제어 신호를 생성하여, 누전차단기(B)에 의해 K개의 스위치를 경유하는 전력의 공급이 차단되도록 한다. 여기서, K는 M보다 작은 자연수인 것을 특징으로 한다.
즉, 본 발명에 따르면 누전 확실 구간인 제 1 구간에서 누전 경고 구간인 제 2 구간보다 더 많은 스위치를 오프하고, 정상 구간인 제 3 구간에서는 모든 스위치를 온으로 설정하는 것에 의해, 부하(LD)에의 전력의 공급을 단계적으로 제한할 수 있다.
아울러, 누전 확실 구간인 제 1 구간에서는 모든 스위치를 오프하는 것에 의해 부하(LD)에의 모든 전력의 공급을 차단할 수도 있을 것이나, 일부의 스위치는 온 상태를 유지하여 최소한의 전력을 부하(LD)로 공급하는 것에 의해, 부하(LD)에서의 비상 전원으로 사용할 수 있도록 설정하는 것이 바람직할 것이다.
그리고 전력선으로부터 검출된 전기 신호가 제 2 구간에 속한 경우, 사용자의 단말기 등으로 경고 신호를 전송하여, 사용자가 적절한 조치를 취할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 이상 여부 판단부(110)는, 전력선으로부터 검출된 전기 신호가 제 2 구간으로부터 제 3 구간으로 구분이 변경된 이후, 제 1 일정 시간 이상 제 3 구간을 유지하는 경우, 누전차단기(B)의 N개의 스위치를 모두 온하는 제어 신호를 생성하여, 누전차단기(B)에 의해 N개의 스위치를 경유하는 모든 전력의 공급이 이루어지도록 하는 것이 바람직하다. 마찬가지로 본 발명의 이상 여부 판단부(110)는, 전력선으로부터 검출된 전기 신호가 제 1 구간으로부터 제 3 구간으로 구분이 변경된 이후, 제 2 일정 시간 이상 제 3 구간을 유지하는 경우, 누전차단기(B)의 N개의 스위치를 모두 온하는 제어 신호를 생성하여, 누전차단기(B)에 의해 N개의 스위치를 경유하는 모든 전력의 공급이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 한다. 이러한 누전차단기(B)의 자동 복귀 기능에 의해, 사용자는 누전차단기(B)를 수동 조작하는 번거로움으로부터 벗어날 수 있다.
본 발명의 블랙박스부(120)는, 이상 여부 판단부(110)에 의해 전력선으로부터 검출된 전기 신호가 미리 설정된 조건을 만족하는 경우 메모리에 해당 정보를 저장하는, 블랙박스의 역할을 한다.
즉, 블랙박스부(120)는 에너지 미터링 칩 내부의 레지스터 이용으로 구현 가능하며, 이상 신호 판단부로부터 전달되는 이상 상태에 대한 신호를 메모리에 저장한다. 예를 들면, 분당 10회, 전류 및 전압을 20 bit으로 약 1시간 저장할 경우 1.2 kByte면 충분하여, 작은 메모리에 의해 큰 효과를 달성할 수 있다.
블랙박스부(120)에 의해 저장된 전기 신호를 분석하는 것에 의해, 이상 상태의 원인을 사용자는 용이하게 파악할 수 있다.
여기서 미리 설정된 조건은, 이상 여부 판단부(110)에 의해 전력선으로부터 검출된 전기 신호가 제 2 구간으로 구분된 경우가, 제 3 일정 시간 이상; 또는, 제 4 일정 시간 동안 일정 횟수 이상;이 발생한 경우를 포함하는 것을 특징으로 한다.
즉, 제 2 구간에 속한 전력선으로부터 검출된 전기 신호가 빠른 시간 내에 정상 구간인 제 3 구간으로 복귀하지 않거나, 제 2 구간으로의 천이가 빈번하게 이루어지는 경우에는 이상 상태로 판단하게 되는 것이다.
본 발명의 전기 신호의 이상 상태 검출 및 제어 시스템(100)은 에너지 미터링 칩에 내장되어 구현되는 것이 바람직할 것이다. 일반적으로 에너지 미터링 칩의 경우에는, 누전차단기(B) 및 퓨즈(F)의 앞단에 위치하고 있어 누전차단기(B) 및 퓨즈(F)에 단선이 발생하였을 경우에도 상용전원의 전력선의 정상 동작 여부를 계속적으로 체크할 수 있기 때문이다.
상술한 바와 같이 본 발명의 전기 신호의 이상 상태 검출 및 제어 시스템(100)에 따르면, 상용전원의 공급선인 전력선으로부터 측정된 전압 및 전류 신호를 이용하여 누전차단기(B)의 동작을 제어할 수 있을 뿐만 아니라, 화재 사고 등의 발생시 블랙박스 역할을 담당할 수 있음을 알 수 있다.
100 : 전기 신호의 이상 상태 검출 및 제어 시스템
110 : 이상 여부 판단부 120 : 블랙박스부
VS : 전압 센서 CS : 전류 센서
F : 퓨즈 B : 누전차단기
LD : 부하

Claims (8)

  1. 전기 신호의 이상 상태 검출 및 제어 시스템에 있어서,
    전력선으로부터 검출된 전기 신호를 이용하여 전기 신호의 이상 여부를 판단하여 누전차단기에 포함된 N개의 스위치의 온 또는 오프를 제어하기 위한 제어 신호를 생성하는 이상 여부 판단부;를 포함하되,
    상기 이상 여부 판단부는, 상기 전력선으로부터 검출된 전기 신호를 제 1 에너지 레벨과 제 2 에너지 레벨을 이용하여, 상기 제 1 에너지 레벨 이상의 전기 신호가 검출 시를 제 1 구간; 상기 제 1 에너지 레벨 미만이고 상기 제 2 에너지 레벨 이상의 전기 신호가 검출 시를 제 2 구간; 및 상기 제 2 에너지 레벨 미만의 전기 신호가 검출 시를 제 3 구간;으로 구분하고,
    상기 이상 여부 판단부는, 상기 전력선으로부터 검출된 전기 신호가 상기 제 1 구간으로 구분된 경우, 상기 누전차단기의 N개의 스위치 중 M개의 스위치를 오프하는 제어 신호를 생성하여, 상기 누전차단기에 의해 M개의 스위치를 경유하는 전력의 공급이 차단되도록 하되, 상기 M은 N보다 작은 자연수이고,
    상기 이상 여부 판단부는, 상기 전력선으로부터 검출된 전기 신호가 상기 제 2 구간으로 구분된 경우, 상기 누전차단기의 N개의 스위치 중 K개의 스위치를 오프하는 제어 신호를 생성하여, 상기 누전차단기에 의해 K개의 스위치를 경유하는 전력의 공급이 차단되도록 하되, 상기 K는 M보다 작은 자연수이고,
    상기 이상 여부 판단부는, 상기 전력선으로부터 검출된 전기 신호가 상기 제 2 구간으로부터 상기 제 3 구간으로 구분이 변경된 이후, 제 1 일정 시간 이상 상기 제 3 구간을 유지하는 경우, 상기 누전차단기의 N개의 스위치를 모두 온하는 제어 신호를 생성하여, 상기 누전차단기에 의해 N개의 스위치를 경유하는 전력의 공급이 이루어지도록 하고,
    상기 이상 여부 판단부는, 상기 전력선으로부터 검출된 전기 신호가 상기 제 1 구간으로부터 상기 제 3 구간으로 구분이 변경된 이후, 제 2 일정 시간 이상 상기 제 3 구간을 유지하는 경우, 상기 누전차단기의 N개의 스위치를 모두 온하는 제어 신호를 생성하여, 상기 누전차단기에 의해 N개의 스위치를 경유하는 전력의 공급이 이루어지도록 하고,
    상기 전기 신호의 이상 상태 검출 및 제어 시스템은, 상기 이상 여부 판단부에 의해 전력선으로부터 검출된 전기 신호가 미리 설정된 조건을 만족하는 경우, 메모리에 해당 정보를 저장하고,
    상기 미리 설정된 조건은, 상기 이상 여부 판단부에 의해 상기 전력선으로부터 검출된 전기 신호가 상기 제 2 구간으로 구분된 경우가, 제 3 일정 시간 이상; 또는, 제 4 일정 시간 동안 일정 횟수 이상;이 발생한 경우를 포함하고,
    상기 N개의 스위치의 입력 및 출력은 각각, 하나로 연결된 것을 특징으로 하는 전기 신호의 이상 상태 검출 및 제어 시스템.
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