KR102004337B1 - 사물인터넷(IoT) 기반의 전기안전 감시 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

사물인터넷(IoT) 기반의 전기안전 감시 장치 및 그 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 사물인터넷(IoT) 기반의 전기안전 감시 장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전기설비에서 발생하는 전기안전 정보를 실시간으로 측정하여 모니터링함으로써 전기재해 정보를 사전에 파악할 수 있도록 하는 사물인터넷(IoT) 기반의 전기안전 감시 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
이러한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 특징에 따른 사물인터넷(IoT) 기반의 전기안전 감시 장치는 측정부, 통신부, 제어부, 저장부, 보정부 및 전원공급부를 포함할 수 있다.
상기 측정부는 전기설비에 연결되어 상기 전기설비에서 발생하는 순시 전압, 순시 전류 및 순시 영상전류를 측정할 수 있다. 또한, 상기 제어부는 상기 측정부에서 측정된 정보를 ADC(Analog-digital converter)를 통해 디지털 정보로 변환하고, 상기 측정된 정보를 토대로 연산을 수행하여 전압, 부하전류 및 영상전류의 RMS(Root Mean Square) 값과 저항성 누설전류 및 역률을 산출할 수 있다.
또한, 상기 통신부는 상기 전기안전 정보를 원격으로 전송할 수 있다. 또한, 상기 저장부는 상기 ADC를 통해 변환된 디지털 정보와 상기 제어부에서 산출된 상기 전기안전 정보를 저장할 수 있다.
또한, 상기 보정부는 상기 측정부에서 전기안전 정보를 측정하는 측정 주기를 조정할 수 있다. 또한, 상기 전원공급부는 정전상황이 발생시에 상기 전기안전 정보가 상기 통신부를 통해 정상적으로 전송될 수 있도록 기 설정된 데이터 전송시간동안 작동상태를 유지하는 유지 전원을 공급할 수 있다.
이를 통해, 본 발명은 전기설비에서 발생하는 전기안전 정보를 안정적으로 측정하고 모니터링함으로써 전기재해를 사전에 예방할 수 있는 효과가 있다.

Description

사물인터넷(IoT) 기반의 전기안전 감시 장치 및 그 제어 방법{Electrical safety monitoring device and control method based on IoT}
본 발명은 사물인터넷(IoT) 기반의 전기안전 감시 장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전기설비에서 발생하는 전기안전 정보를 실시간으로 측정하여 모니터링함으로써 전기재해 정보를 사전에 파악할 수 있도록 하는 사물인터넷(IoT) 기반의 전기안전 감시 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
전기재해는 다양한 요인으로 인하여 끊임없이 발생하고 있으며, 최근 여러지역에서 발생한 전통시장의 전기화재는 그 규모와 피해정도가 매우크다. 이러한 전기재해를 예방하기 위해 종래에는 누전차단기 및 배선용 차단기 등이 사용되었으나 이와 같은 방법으로는 전기재해 예방에 한계가 있다.
현재는 전기재해 예방을 위해 주기적으로 전기안전 전문가가 방문하여 전기안전점검을 실시하고 있다. 하지만, 방문점검은 부재가구의 증가 및 긴 점검주기로 인하여 갑작스럽게 발생하는 전기사고를 예방하는데 많은 어려움이 있다. 또한, 전기설비의 복잡 다양화에 따라 안전점검을 실시하는 전기안전 전문가가 모든 전기설비의 상태를 알 수가 없고, 사고 징후를 사전에 예상하기 어려워 인력기반의 전기안전관리기술로는 전기재해를 예방하는데 한계가 있다.
또한, 누전, 정전 및 아크 등 전기사고의 종류는 다양하게 존재하고, 이론적으로는 상기 전기사고의 종류가 발생하는 원인에 대하여 잘 알려져 있다.
하지만 실제 상황에서 어떠한 요인이 전기사고를 유발할 수 있는지에 대한 연구는 많이 진행되고 있지 않아서 각 전기사고에 대한 원인 분석을 하는데 어려움이 있다.
한편, 전기사고를 예방하기 위해서는 실시간으로 전기안전 데이터에 대한 모니터링이 필요하다. 또한, 전기안전 데이터의 분석을 통해 전기사고를 사전에 예측할 수 있도록 많은 사례에 대한 데이터가 필요하다.
그러나, 전기사고 예방을 위한 데이터 분석에 있어서 가장 핵심적인 문제점은 분석을 위한 데이터가 부족하다는 점이다. 이는 전기사고의 빈도수가 많지 않고, 실시간으로 측정되는 데이터 값이 없기 때문이다.
대한민국 등록특허 제10-1543651호(2015년 08월 11일 공고)
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 종래의 단점을 해결한 것으로서, 전기설비에서 발생하는 전기안전 정보를 실시간으로 측정하고 모니터링하고자 하는데 그 목적이 있다.
또한, 정전상황이 발생할 경우에도 측정된 전기안전 정보를 안정적으로 전송할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.
또한, 실시간으로 측정되는 전기안전 정보를 수집하여 전기사고의 분석을 위한 충분한 데이터를 확보하고자 하는데 그 목적이 있다.
이러한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 특징에 따른 사물인터넷(IoT) 기반의 전기안전 감시 장치는 측정부, 통신부, 제어부, 저장부, 보정부 및 전원공급부를 포함할 수 있다.
상기 측정부는 전기설비에 연결되어 상기 전기설비에서 발생하는 전기안전 제1정보를 측정할 수 있다. 여기에서, 상기 전기안전 제1정보는 상기 전기설비의 순시 전압, 순시 전류 및 순시 영상전류를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 통신부, 저장부, 보정부 및 상기 측정부를 제어하고, 상기 측정부에서 측정된 전기안전 제1정보를 ADC(Analog-digital converter)를 통해 디지털 정보로 변환하며, 상기 측정부에서 측정된 전기안전 제1정보를 토대로 연산을 수행하여 전기안전 제2정보를 산출할 수 있다.
여기에서, 상기 전기안전 제2정보는 상기 측정부에서 측정된 상기 순시 전압, 순시 전류 및 순시 영상전류에 대한 전압, 부하전류 및 영상전류의 RMS(Root Mean Square) 값과 저항성 누설전류 및 역률을 포함할 수 있다.
또한, 상기 통신부는 무선 통신으로 제어신호를 수신하고, 상기 측정부로부터 측정된 전기안전 제1정보와 상기 제어부에서 산출된 전기안전 제2정보를 원격으로 전송할 수 있다. 또한, 상기 저장부는 상기 ADC를 통해 변환된 디지털 정보와 상기 제어부에서 산출된 상기 전기안전 제2정보를 저장할 수 있다.
또한, 상기 보정부는 상기 측정부에서 전기안전 제1정보를 측정하는 측정 주기를 조정할 수 있다. 또한, 상기 전원공급부는 정전상황이 발생시에 상기 전기안전 정보가 상기 통신부를 통해 정상적으로 전송될 수 있도록 기 설정된 데이터 전송시간동안 작동상태를 유지하는 유지 전원을 공급할 수 있다.
본 발명의 특징에 따른 사물인터넷(IoT)을 기반으로 하는 전기안전 감시 장치의 제어 방법은 전기안전 감시 장치의 전기안전 정보를 초기화하고, 상기 전기안전 감시 장치가 통신망에 접속하여 통신 준비 및 서비스 시작 상태로 설정하는 단계(S10), 상기 전기안전 감시 장치가 전기설비로부터 기설정된 일정 시간 주기로 측정하는 전기안전 제1정보를 디지털 값으로 변환하여 저장하는 단계(S20) 및 상기 전기안전 감시 장치가 상기 측정된 전기안전 제1정보를 토대로 연산을 수행하여 전기안전 제2정보를 산출하는 단계(S30)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 전기안전 감시 장치의 공급 전원이 중단되는 경우에 현재 상태의 측정 데이터를 즉각 전송하는 단계(S40), 상기 전기안전 정보의 정밀도를 높이기 위해 실시간으로 상기 산출되는 정보의 노이즈를 제거하는 단계(S50) 및 상기 산출된 정보가 전기설비의 기준에 부합하는지의 여부를 판단하고, 상기 판단 결과가 부적합으로 판단되면 즉각 측정 데이터를 전송하는 단계(S60)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 전기안전 감시 장치가 기설정된 주기에 따라 실시간으로 현재 산출된 결과를 전송하는 단계(S70) 및 에러(Error) 발생으로 인하여 통신망 접속 끊김이 발생시 상기 전기안전 감시 장치의 리셋 및 통신망 재접속을 시도하고 접속 상태를 유지하는 단계(S80)를 포함할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 사물인터넷(IoT) 기반의 전기안전 감시 장치 및 그 제어 방법은 전기설비에서 발생하는 전기안전 정보를 실시간으로 측정하고 모니터링함으로써 전기재해를 사전에 예방할 수 있는 효과가 있다.
또한, 정전상황이 발생하여 전원 공급이 중단되는 경우에도 측정된 전기안전 정보를 안정적으로 전송할 수 있는 효과가 있다.
또한, 전기사고 예방을 위한 데이터 분석에 있어서 필요로 하는 충분한 데이터를 확보할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 사물인터넷(IoT) 기반의 전기안전 감시 장치를 나타내는 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 사물인터넷(IoT) 기반의 전기안전 감시 장치가 통신망을 통해 적용되는 것을 나타내는 도면이다.
도 3a와 도 3b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 사물인터넷(IoT) 기반의 전기안전 감시 장치를 제작한 실물을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 사물인터넷(IoT)을 기반으로 하는 전기안전 감시 장치의 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "…모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 또는 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다.
각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
본 발명은 사물인터넷(IoT) 기반의 전기안전 감시 장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전기설비에 설치되어 전기설비에서 발생하는 전기안전 정보를 사물인터넷(IoT)을 기반으로 상시 측정하여 무선 통신으로 전송함으로써 상기 전기설비에 대한 원격 감시와 실시간으로 모니터링이 가능하게 하는 사물인터넷(IoT) 기반의 전기안전 감시 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 사물인터넷(IoT) 기반의 전기안전 감시 장치를 나타내는 구성도이다.
도 1에서 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 사물인터넷(IoT) 기반의 전기안전 감시 장치(10)는 측정부(100), 통신부(200), 제어부(300), 저장부(400), 보정부(500) 및 전원공급부(600)를 포함할 수 있다.
측정부(100)는 전기설비에 연결되어 상기 전기설비에서 발생하는 전기안전 제1정보를 측정할 수 있다. 여기에서, 상기 전기안전 제1정보는 순시 전압, 순시 전류 및 순시 영상전류를 포함할 수 있다.
제어부(300)는 측정부(100), 통신부(200), 저장부(400) 및 보정부(500)를 제어하고, 측정부(100)에서 측정된 상기 전기안전 제1정보를 토대로 연산을 수행하여 전기안전 제2정보를 산출할 수 있다. 여기에서, 상기 전기안전 제2정보는 측정부(100)에서 측정된 상기 순시 전압, 순시 전류 및 순시 영상전류에 대한 전압, 부하전류 및 영상전류의 RMS(Root Mean Square) 값과 저항성 누설전류 및 역률을 포함할 수 있다.
또한, 제어부(300)는 측정부(100)에서 측정된 상기 전기안전 제1정보를 ADC(Analog-digital converter)를 통해 디지털 정보로 변환할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 사물인터넷(IoT) 기반의 전기안전 감시 장치가 통신망을 통해 적용되는 것을 나타내는 도면이다.
통신부(200)는 무선 통신으로 제어신호를 수신하고, 측정부(100)로부터 측정된 상기 전기안전 제1정보와 제어부(300)에서 산출된 상기 전기안전 제2정보를 원격으로 전송할 수 있다.
여기에서, 통신부(200)는 와이파이(WiFi), 이더넷(Ethernet), 지그비(Zigbee), LoRa(Long Range) 무선통신 및 MQTT(Message Queuing Telemetry Transport)프로토콜 등과 같은 통신망을 적용할 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따라 통신부(200)는 사물인터넷(IoT) 서비스의 저전력, 넓은 통신범위 및 경제성을 고려하여 LoRa 통신망을 적용하는 것이 바람직하다.
저장부(400)는 통신부(200)로부터 수신된 제어신호와 상기 전기안전 정보를 저장할 수 있다. 여기에서, 상기 전기안전 정보는 상기 ADC를 통해 변환된 디지털 정보와 제어부(300)에서 산출된 상기 전기안전 제2정보를 포함할 수 있다.
즉, 상기 전기안전 정보는 상기 전기설비의 절연저항, 전압, 과전류, 성분별 누설전류, 부하전류, 전력량 및 역률을 포함할 수 있다.
보정부(500)는 측정부(100)에서 상기 전기안전 정보를 측정하는 측정 주기를 조정할 수 있다.
전원공급부(600)는 정전상황이 발생시에 상기 전기안전 정보가 통신부(200)를 통해 정상적으로 전송될 수 있도록 기 설정된 데이터 전송시간동안 작동상태를 유지하는 유지 전원을 공급할 수 있다. 여기에서, 전원공급부(600)는 장치의 소형화 및 제작비용의 절감을 위해 가능한 적은 용량으로 제작하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 사물인터넷(IoT) 기반의 전기안전 감시 장치(10)를 상세히 살펴보면 다음과 같다.
도 3a와 도 3b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 사물인터넷(IoT) 기반의 전기안전 감시 장치를 제작한 실물을 나타내는 도면이다.
측정부(100)로부터 측정되는 상기 전기안전 제1정보는 전압 순시 값, 부하전류 순시 값 및 영상 전류 순시 값이 될 수 있다. 또한, 측정부(100)로부터 측정된 상기 전기안전 제1정보를 토대로 제어부(300)가 연산을 수행하여 산출되는 상기 전기안전 제2정보는 전압, 부하전류, 영상전류, 저항성 누설전류, 역률, 고장코드 및 경보단계가 포함될 수 있다.
상기 전압(Vrms)은 아래의 [수학식 1]과 같이 계산될 수 있다.
[수학식 1]
전압(Vrms) =
Figure 112017106160118-pat00001
여기에서, V는 순시전압이고, T는 한 주기의 데이터 개수이다.
또한, 상기 부하전류(Irms)는 아래의 [수학식 2]와 같이 계산될 수 있다.
[수학식 2]
부하전류(Irms) =
Figure 112017106160118-pat00002
여기에서, I는 순시전류이다.
또한, 상기 영상전류(IgOrms)는 아래의 [수학식 3]과 같이 계산될 수 있다.
[수학식 3]
영상전류(IgOrms) =
Figure 112017106160118-pat00003
여기에서, Ig0는 순시영상전류이다.
또한, 상기 저항성 누설전류(Igrrms)는 아래의 [수학식 4]와 같이 계산될 수 있다.
[수학식 4]
저항성 누설전류(Igrrms) =
Figure 112017106160118-pat00004
여기에서, Pleakage는 누설전력이다.
또한, 상기 역률(pf)는 아래의 [수학식 5]와 같이 계산될 수 있다.
[수학식 5]
역률(pf) =
Figure 112017106160118-pat00005
여기에서, P는 소비전력이고, S는 피상전력이다.
또한, 본 발명에 따른 일 실시 예로 상기 고장코드는 다음과 같이 구성될 수 있다.
- 0 : 정상상태
- 1 : 절연불량(누전), {저항성누설전류 > 1 [mA]}
- 2 : 과전류 발생, {부하전류 > 인입선 허용전류(사용전점검 결과 DB 활용)}
- 3 : 이상전압 발생, {전압 220±13 [V] 이외}
- 4 : 누전 트립, {영상전류 > 누전차단기 부동작 전류(mA)} AND {정전발생}
- 5 : 과부하(분기용량 초과) 트립, {과부하 > 주차단기 용량} AND {정전발생}
- 6 : 정전발생, {NOT(누전 발생)} AND {NOT(과전류 발생)} AND {장치 전원 공급 중단}
또한, 본 발명에 따른 일 실시 예로 상기 경보단계는 다음과 같이 나타낼 수 있다.
- 0 : 정상상태, 주기적인 데이터 송신
- 1 ~ 4 : 이상상태를 감지하였으나 노이즈로 판단
- 5 : 고장상태, 판단 이후 즉각 데이터 송신
또한, 제어부(300)로부터 연산된 상기 전기안전 제2정보를 토대로 해석할 수 있는 분석 데이터에는 데이터 업로드 일시, 용량성 누설전류(Igc), 유효전력(P) 및 피상전력(S)이 포함될 수 있다. 또한, 상기 분석 데이터에는 무효전력(Q), 절연저항(Rin), 일일 절연저항 최소 값(Rin_dmin) 및 발생일시(Time_Rin_dmin)가 포함될 수 있다.
또한, 상기 분석 데이터에는 일일 부하전류 최대 값(I_dmin) 및 발생일시(Time_I_dmax)와 월 소비전력량(E)이 포함될 수 있다.
여기에서, 상기 용량성 누설전류(Igc), 유효전력(P), 피상전력(S), 무효전력(Q), 절연저항(Rin) 및 월 소비전력량(E)은 아래의 [수학식 6] 내지 [수학식 11]과 같이 계산될 수 있다.
[수학식 6]
용량성 누설전류(Igc) =
Figure 112017106160118-pat00006
[mA]
[수학식 7]
유효전력(P) = IrmsVrmspf [W]
[수학식 8]
피상전력(S) = Irms X Vrms [VA]
[수학식 9]
무효전력(Q) =
Figure 112017106160118-pat00007
[Var]
[수학식 10]
절연저항(Rin) =
Figure 112017106160118-pat00008
, if (Rin > 103), Rin = 999 [MΩ]
[수학식 11]
월 소비전력량(E) =
Figure 112017106160118-pat00009
한편, 상기 저항성 누설전류(Igr)를 산출하는데 있어서 적어도 상용주파수에서 반주기 이상 데이터가 취득되어야만 결과 값이 나오기 때문에 고저항성 누전이 발생하고 있는 충전부에서 감전사고 발생시나 절연상태 불량인 전기설비의 지락사고 발생시와 같은 상황에서 차단기 트립시 측정속도가 트립 속도보다 늦으면 트립 원인을 밝히기 어렵게 된다.
따라서, 상기 저항성 누설전류(Igr)의 산출 속도를 높이는 것이 바람직하다.
상기 저항성 누설전류를 산출하기 위해 측정부(100)에서 인가전압(V) 및 영상전류(Ig)를 측정할 수 있다. 샘플링 주기(△t)에 따라 순시 값이 ADC(Analog-digital converter)를 통해 디지털 값으로 변환되어 저장부(400)에 저장될 수 있다.
이때, 측정부(100)로부터 측정된 파형이 하드웨어 필터를 통해 구형파로 나타난다고 가정하고, 샘플데이터 값이 시간(△t)이 흐름에 따라 각각 y1, y2라 하면, 아래의 [수학식 12]와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 12]
y1 = A1sinθ1
y2 = A1sin(ω△t + θ1)
여기에서, y1은 첫 번째 측정된 데이터이고, y2는 두 번째 측정된 데이터이다. 상기 y2를 아래의 [수학식 13]과 같이 정리할 수 있고, 여기에 상기 y1을 대입하여 A1에 대한 아래의 [수학식 14]와 같이 정리할 수 있다.
[수학식 13]
y2 = A1(sinω△tcosθ1 + cosω△tsinθ1)
[수학식 14]
A1 =
Figure 112017106160118-pat00010
또한, 상기 [수학식 14]에 상기 인가전압(V) 및 영상전류(Ig)의 측정 데이터를 대입하면, 아래의 [수학식 15]와 같고 각각은 상기 인가전압(V) 및 영상전류(Ig) 파형의 진폭을 나타내며, RMS(Root Mean Square) 값으로 아래의 [수학식 16]과 같이 정리할 수 있다.
[수학식 15]
AV1 =
Figure 112017106160118-pat00011
AIg1 =
Figure 112017106160118-pat00012
[수학식 16]
Figure 112017106160118-pat00013
Figure 112017106160118-pat00014
여기에서, 누설전류에 대한 역률을 나타내기 위해 아래의 [수학식 17]과 같이 정리할 수 있고, 상기 저항성 누설전류를 아래의 [수학식 18]과 같이 산출할 수 있다.
[수학식 17]
cos△θ1 = cos(θV1 - θIg1)
= cosθV1cosθIg1 + sinθV1sinθIg1
=
Figure 112017106160118-pat00015
[수학식 18]
Figure 112017106160118-pat00016
한편, 본 발명에 따른 일 실시 예로 전기안전 감시 장치(10)를 계량기 2차측 간선 보호용 차단기 2차측에 설치할 수 있다. 이때 누전차단기를 통해 전원을 공급하고 ZCT(Zero Current Transformer)와 CT(Current Transformer)를 통해 전기설비의 안전상태를 감시할 수 있다.
즉, 평시에는 주기적인 통신이 주를 이루고, 사고발생시에는 즉각적인 통신이 이루어지도록 할 수 있다. 여기에서, 통신부(200)의 데이터 통신은 MQTT 프로토콜 방식이 사용될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 사물인터넷(IoT)을 기반으로 하는 전기안전 감시 장치의 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
본 발명의 특징에 따른 사물인터넷(IoT)을 기반으로 하는 전기안전 감시 장치(10)의 제어 방법은 초기화 단계(S10), 전기안전 데이터 측정 단계(S20) 및 산출 단계(S30)를 포함할 수 있다.
상기 초기화 단계(S10)는 저장부(400)를 초기화하고 통신부(200)를 통해 통신망에 접속한 다음 테스트 메시지를 보내 통신부(200)의 통신 준비 및 전기안전 감시 장치(10)를 서비스 시작 상태로 설정할 수 있다.
또한, 상기 전기안전 데이터 측정 단계(S20)는 측정부(100)를 통해 상기 인가전압, 부하전류 및 영상전류를 기설정된 일정 시간 주기로 측정하고 디지털 값으로 변환하여 저장부(400)에 저장할 수 있다.
또한, 상기 산출 단계(S30)는 측정부(100)로부터 측정된 상기 인가전압, 부하전류 및 영상전류를 토대로 제어부(300)가 연산을 수행하여 각 측정값의 RMS(Root Mean Square) 값과 위상차, 역률 및 저항성 누설전류 등을 산출할 수 있다.
또한, 본 발명의 특징에 따른 사물인터넷(IoT)을 기반으로 하는 전기안전 감시 장치의 제어 방법은 긴급 통신 단계(S40), 노이즈 필터링 단계(S50), 부적합 통신 단계(S60)을 포함할 수 있다.
상기 긴급 통신 단계(S40)는 단순정전, 누전트립 및 과부하트립과 같이 전기안전 감시 장치(10)의 공급 전원이 오프(OFF)시 현 상태의 측정 데이터를 즉각 송신할 수 있다. 또한, 상기 노이즈 필터링 단계(S50)는 실시간으로 산출 값의 노이즈를 제거하여 측정값의 정밀도를 높일 수 있다.
또한, 상기 부적합 통신 단계(S60)는 상기 산출된 값이 전기설비의 기준에 부합하는지의 여부를 점검하고 판단의 신뢰성을 계산하여 부적합 여부가 확실하다고 판단되면 즉각 측정 데이터를 전송할 수 있다.
또한, 본 발명의 특징에 따른 사물인터넷(IoT)을 기반으로 하는 전기안전 감시 장치의 제어 방법은 주기적 통신 단계(S70)와 재접속 및 통신 재시도 단계(S80)를 포함할 수 있다.
상기 주기적 통신 단계(S70)는 보정부(500)의 타이머에 의해 기설정된 주기에 따라 현재 산출된 결과를 무조건 전송할 수 있다. 또한, 상기 재접속 및 통신 재시도 단계(S80)는 망 서버의 업데이트, 재부팅 시 또는 통신부(200)와 제어부(300) 사이의 시리얼통신 에러발생으로 망접속 끊김 발생시 리셋 및 재접속을 시도하고 접속 상태를 유지할 수 있다.
한편, 상기 초기화 단계(S10) 이후에 영점 조정 단계(S11)를 더 포함할 수 있다. 일반적으로 전기안전 감시 장치(10)의 각 부품별 특성에 따라 오차가 존재하므로 영점 조정이 필요할 수 있다.
상기 영점 조정 단계(S11)는 영점을 조절하려는 전기안전 감시 장치(10)를 커패시터를 통한 누전회로에 설치하여 상기 ZCT(Zero Current Transformer) 방향에 따라 각각의 대략적인 위상차를 구할 수 있다. 또한, 상기 구해진 위상차를 토대로 아래의 [수학식 19]와 같이 피팅(Fitting)할 수 있다.
[수학식 19]
Figure 112017106160118-pat00017
여기에서, 상기 ZCT 방향의 정, 역방향 여부를 확인하기 위해 저장부(400)로부터 상기 전압의 순시 값과 영상 전류 순시 값을 입력받아 아래의 [수학식 20]을 만족하는 경우에 정방향으로 판단할 수 있다.
[수학식 20]
((MAXIMUM)(ZCurrentTt)+MemoryLen-MAXIMUM(VTt))%(MemoryLen)) < (MemoryLen/2)
여기에서, MAXIMUM 함수는 배열의 값이 최대인 인덱스를 출력하는 함수이고, MemoryLen은 저장부(Memory)(400)의 크기이다.
이와 같이 본 발명에 따른 사물인터넷(IoT) 기반의 전기안전 감시 장치 및 그 제어 방법은 전기설비에서 발생하는 전기안전 정보를 안정적으로 측정하고 모니터링함으로써 전기재해를 사전에 예방할 수 있는 효과가 있다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
10 : 전기안전 감시 장치 100 : 측정부
200 : 통신부 300 : 제어부
400 : 저장부 500 : 보정부
600 : 전원공급부

Claims (10)

  1. 전기설비에 연결되어 사물인터넷(IoT)을 기반으로 실시간으로 전기안전 정보를 추출하고 모니터링하는 전기안전 감시 장치에 있어서,
    상기 전기설비에 연결되어 전기설비에서 발생하는 전기안전 제1정보를 측정하는 측정부;
    통신부, 저장부, 보정부 및 상기 측정부를 제어하고, 상기 측정부에서 측정된 전기안전 제1정보를 ADC(Analog-digital converter)를 통해 디지털 정보로 변환하며, 상기 측정부에서 측정된 전기안전 제1정보를 토대로 연산을 수행하여 전기안전 제2정보를 산출하는 제어부;
    무선 통신으로 제어신호를 수신하고, 상기 측정부로부터 측정된 전기안전 제1정보와 상기 제어부에서 산출된 전기안전 제2정보를 원격으로 전송하는 통신부;
    상기 ADC를 통해 변환된 디지털 정보와 상기 제어부에서 산출된 상기 전기안전 제2정보를 저장하는 저장부; 및
    상기 측정부에서 전기안전 제1정보를 측정하는 측정 주기를 조정하는 보정부를 포함하고,
    상기 전기안전 제1정보는 전기설비의 순시 전압, 순시 전류 및 순시 영상전류이며, 상기 전기안전 제2정보는 상기 측정부에서 측정된 순시 전압, 순시 전류, 순시 영상전류에 대한 전압, 부하전류 및 영상전류의 RMS(Root Mean Square) 값과 저항성 누설전류 및 역률을 포함하고,
    상기 제어부는 측정부에서 측정된 전압 및 영상전류의 시간 흐름에 따른 샘플데이터를 이용하여 아래의 [수학식 1] 및 [수학식 2]를 이용한 연산을 수행하고 저항성 누설전류를 산출하는 것을 특징으로 하는 사물인터넷(IoT) 기반의 전기안전 감시 장치.
    [수학식 1]
    Figure 112019017534554-pat00024

    Figure 112019017534554-pat00025

    [수학식 2]
    Figure 112019017534554-pat00026

    여기에서,
    Figure 112019017534554-pat00027
    은 저항성 누설전류 값이고, △t는 샘플링 주기이다. 또한, 측정부로부터 측정된 전압(V) 및 영상전류(Ig)의 구형파에 대하여 y1, y2는 시간(△t)의 흐름에 따른 전압(V) 및 영상전류(Ig)의 각 샘플데이터 값이다, 즉,
    Figure 112019017534554-pat00028
    은 영상전류(Ig)에 대한 첫 번째 측정된 데이터 값이고,
    Figure 112019017534554-pat00029
    는 영상전류(Ig)에 대한 두 번째 측정된 데이터 값이다. 또한,
    Figure 112019017534554-pat00030
    는 전압(V)에 대한 첫 번째 측정된 데이터 값이고,
    Figure 112019017534554-pat00031
    는 전압(V)에 대한 두 번째 측정된 데이터 값이다. 또한,
    Figure 112019017534554-pat00032
    은 영상전류(Ig) 파형의 첫 번째 측정된 데이터 값의 진폭을 나타내고,
    Figure 112019017534554-pat00033
    은 전압(V) 파형의 첫 번째 측정된 데이터 값의 진폭을 나타낸다.
  2. 제 1항에 있어서,
    정전상황이 발생시에 상기 전기안전 정보가 상기 통신부를 통해 정상적으로 전송될 수 있도록 기 설정된 데이터 전송시간동안 작동상태를 유지하는 유지 전원을 공급하는 전원공급부를 더 포함하는 사물인터넷(IoT) 기반의 전기안전 감시 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 저항성 누설전류(Igrrms)는 아래의 [수학식 4]를 이용한 연산을 수행하여 산출하는 것을 특징으로 하는 사물인터넷(IoT) 기반의 전기안전 감시 장치.
    [수학식 4]
    저항성 누설전류(Igrrms) =
    Figure 112019017534554-pat00018

    여기에서, V는 순시전압이고, T는 한 주기의 데이터 개수이며, Ig0는 순시영상전류이고, Pleakage는 누설전력이다.
  6. 전기설비에 연결되어 사물인터넷(IoT)을 기반으로 전기안전 정보를 추출하고 모니터링하는 전기안전 감시 장치의 제어 방법에 있어서,
    상기 전기안전 감시 장치의 전기안전 정보를 초기화하고, 상기 전기안전 감시 장치가 통신망에 접속하여 통신 준비 및 서비스 시작 상태로 설정하는 단계(S10);
    상기 전기안전 감시 장치가 상기 전기설비로부터 기설정된 일정 시간 주기로 측정하는 전기안전 제1정보를 디지털 값으로 변환하여 저장하는 단계(S20);
    상기 전기안전 감시 장치가 상기 측정된 전기안전 제1정보를 토대로 연산을 수행하여 전기안전 제2정보를 산출하는 단계(S30);
    상기 전기안전 정보의 정밀도를 높이기 위해 실시간으로 상기 산출되는 정보의 노이즈를 제거하는 단계(S50);
    상기 산출된 정보가 전기설비의 기준에 부합하는지의 여부를 판단하고, 상기 판단 결과가 부적합으로 판단되면 즉각 측정 데이터를 전송하는 단계(S60); 및
    상기 전기안전 감시 장치가 기설정된 주기에 따라 실시간으로 현재 산출된 결과를 전송하는 단계(S70)를 포함하고,
    상기 전기안전 제1정보는 전기설비의 인가전압, 부하전류 및 영상전류이며, 상기 전기안전 제2정보는 상기 인가전압, 부하전류 및 영상전류의 RMS(Root Mean Square) 값과 위상차, 역률 및 저항성 누설전류를 포함하고,
    상기 전기안전 감시 장치는 측정된 인가전압 및 영상전류의 시간 흐름에 따른 샘플데이터를 이용하여 아래의 [수학식 5] 및 [수학식 6]을 이용한 연산을 수행하고 저항성 누설전류를 산출하는 것을 특징으로 하는 사물인터넷(IoT)을 기반으로 하는 전기안전 감시 장치의 제어 방법.
    [수학식 5]
    Figure 112019017534554-pat00034

    Figure 112019017534554-pat00035

    [수학식 6]
    Figure 112019017534554-pat00036

    여기에서,
    Figure 112019017534554-pat00037
    은 저항성 누설전류 값이고, △t는 샘플링 주기이다. 또한, 전기안전 감시 장치로부터 측정된 인가전압(V) 및 영상전류(Ig)의 구형파에 대하여 y1, y2는 시간(△t)의 흐름에 따른 인가전압(V) 및 영상전류(Ig)의 각 샘플데이터 값이다, 즉,
    Figure 112019017534554-pat00038
    은 영상전류(Ig)에 대한 첫 번째 측정된 데이터 값이고,
    Figure 112019017534554-pat00039
    는 영상전류(Ig)에 대한 두 번째 측정된 데이터 값이다. 또한,
    Figure 112019017534554-pat00040
    는 인가전압(V)에 대한 첫 번째 측정된 데이터 값이고,
    Figure 112019017534554-pat00041
    는 인가전압(V)에 대한 두 번째 측정된 데이터 값이다. 또한,
    Figure 112019017534554-pat00042
    은 영상전류(Ig) 파형의 첫 번째 측정된 데이터 값의 진폭을 나타내고,
    Figure 112019017534554-pat00043
    은 인가전압(V) 파형의 첫 번째 측정된 데이터 값의 진폭을 나타낸다.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 (S30) 단계 이후에
    상기 전기안전 감시 장치의 공급 전원이 중단되는 경우에 현재 상태의 측정 데이터를 즉각 전송하는 단계(S40)를 더 포함하는 사물인터넷(IoT)을 기반으로 하는 전기안전 감시 장치의 제어 방법.
  10. 제 6항에 있어서,
    에러(Error) 발생으로 인하여 통신망 접속 끊김이 발생시 상기 전기안전 감시 장치의 리셋 및 통신망 재접속을 시도하고 접속 상태를 유지하는 단계(S80)를 더 포함하는 사물인터넷(IoT)을 기반으로 하는 전기안전 감시 장치의 제어 방법.



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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102420995B1 (ko) 2021-03-24 2022-07-15 주식회사 데카엔지니어링 스마트 다기능 계장 제어장치
KR20230126302A (ko) 2022-02-22 2023-08-30 주식회사 데카엔지니어링 스마트 다기능 계장 제어장치

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102049314B1 (ko) 2019-08-07 2019-11-26 (주)현대에이아이티 사물 인터넷 기반 전자기기 제어 시스템에 이용되는 멀티탭
KR102530737B1 (ko) * 2022-08-24 2023-05-10 김민경 원격 검침 수용가 단말부의 안정적 운영 장치

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101647423B1 (ko) * 2015-12-30 2016-08-23 주식회사 알씨엔파워 전력설비 자동 진단 시스템, 서버 및 방법

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101127094B1 (ko) * 2009-11-28 2012-03-23 한국전기안전공사 원격 전기안전 진단 시스템 및 장치
KR101543651B1 (ko) 2015-03-13 2015-08-11 원시스템주식회사 사물인터넷기반 스마트 자동전력 가전기기제어 장치 및 그 방법
KR101800364B1 (ko) * 2015-10-13 2017-11-22 주식회사 에렐 태양광 발전 시스템용 누전 차단기 및 누전 차단 방법
KR20170079609A (ko) * 2015-12-30 2017-07-10 한국 전기안전공사 가상 물리 시스템을 이용한 통합 안전관리 시스템

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101647423B1 (ko) * 2015-12-30 2016-08-23 주식회사 알씨엔파워 전력설비 자동 진단 시스템, 서버 및 방법

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102420995B1 (ko) 2021-03-24 2022-07-15 주식회사 데카엔지니어링 스마트 다기능 계장 제어장치
KR20230126302A (ko) 2022-02-22 2023-08-30 주식회사 데카엔지니어링 스마트 다기능 계장 제어장치

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