KR102039032B1 - 차단기 트립 감지 장치 및 lpwa 통신 방식을 이용한 차단기 모니터링 방법 - Google Patents

Abstract

차단기 트립 감지 장치, 및 LPWA 통신 방식을 이용한 차단기 트립 모니터링 방법이 개시된다. 상기 차단기 트립 감지 장치는, 차단기에 연결되어 차단기의 트립을 감지하는 차단기 트립 감지 장치로서, 상기 차단기를 통해 외부 전력을 공급받는 전원부와, 상기 차단기로부터 상기 전원부 측으로 외부 전력이 공급되는지 아닌지를 감지하는 전원 입력 감지 회로부와, 상기 차단기의 x,y,z축별 움직임을 감지하는 자이로 센서와, 상기 전원 입력 감지 회로부에 의한 감지 결과와 상기 자이로 센서에 의한 감지 결과에 기초하여, 상기 차단기의 트립 상태인지 정전 상태인지를 구별한 후, 상기 차단기의 트립 상태인 경우 차단기 트립 신호를 생성하는, 디지털 신호 처리부와, 상기 디지털 신호 처리부로부터 수신한 상기 차단기 트립 신호를 통신망을 통해 외부로 전송하는 모뎀부를 포함한다.

Description

차단기 트립 감지 장치 및 LPWA 통신 방식을 이용한 차단기 모니터링 방법{APPARATUS FOR DETECTING TRIP OF CIRCUIT BREAKER ANA CIRCUIT BREAKER MONITORING METHOD USING LPWA}

본 발명은 자이로 센서와 전원 입력 감지 회로부를 이용한 차단기 트립 감지 장치 및 이를 이용한 감지 방법, 그리고 저전력 광대역(Low Power Wireless Area; LPWA) 통신 방식을 이용하여 전력 차단기의 상태 등을 실시간으로 모니터링하는 방법을 제공하는 것으로서, 더 구체적으로는, 단전의 원인이 정전에 의한 것인지 아니면 단순히 차단기 트립에 의한 것인지를 판단하고 원격에 있는 점검 인력에게 그 원인을 알려줄 수 있는, 자이로 센서와 전원 입력 감지 회로를 이용한 차단기 트립 감지 장치 및 이를 이용한 감지 방법, 그리고 LPWA 통신으로 점검 인력이 모니터링할 수 있도록 하는 방법에 관한 것이다.

다양한 분전함 안에 설치된 배선용 차단기와 누전 차단기는 부하전류가 허용 용량을 초과하거나 누설 전류가 허용 수준을 넘어설 때 차단기 레버가 트립(trip)되어 화재, 감전 등의 사고로부터 인명과 장비를 보호하는 역할을 수행한다.

현재 이동통신사에서 사용중인 다양한 통신 장비들은 이러한 차단기들을 통해 전원을 공급받아 안전하게 동작하고 있다. 그러나 단전에 의해 통신장비의 동작이 멈출 경우, 그 원인이 차단기 트립 때문인지 아니면 정전 때문인지 구별할 수 없어 현재는 무조건 점검 인력이 현장에 급파되어 원인을 확인한 후 필요한 조치를 취하고 있다. 하지만 정전의 경우 점검 인력의 현장 파견이 불필요하므로, 현재와 같은 운용 방식은 많은 시간과 비용을 낭비하게 하는 운용 방식이라 할 수 있다.

따라서, 단전의 원인이 정전에 의한 것인지 아니면 단순히 차단기 트립에 의한 것인지를 판단하고 원격에 있는 점검 인력에게 그 원인을 알려줌으로써 점검 인력이 필요한 경우에만 현장을 방문하도록 유도하여 시간과 비용을 줄일 수 있는 해결 방안이 요구된다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 단전의 원인이 정전에 의한 것인지 아니면 차단기 트립에 의한 것인지를 판단하고 원격에 있는 점검 인력에게 그 원인을 알려줌으로써 점검 인력이 필요한 경우에만 현장을 방문하도록 유도하여 시간과 비용을 획기적으로 줄일 수 있도록 하는, 자이로 센서와 전원 입력 감지 회로를 이용한 차단기 트립 감지 장치 및 이를 이용한 감지 방법, 그리고 LPWA 통신 방식을 이용한 차단기 모니터링 방법을 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 양상(aspect)에 따라, 차단기에 연결되어 차단기의 트립을 감지하는 차단기 트립 감지 장치는, 상기 차단기를 통해 외부 전력을 공급받는 전원부와, 상기 차단기로부터 상기 전원부 측으로 외부 전력이 공급되는지 아닌지를 감지하는 전원 입력 감지 회로부와, 상기 차단기 트립에 기인한 진동을 감지하도록, 적어도 x, y, z축별 진동을 센싱가능한 자이로 센서와, 상기 전원 입력 감지 회로부에 의한 감지 결과와 상기 자이로 센서에 의한 센싱 결과에 기초하여, 상기 차단기의 트립 상태인지 정전 상태인지를 구별한 후, 상기 차단기의 트립 상태인 경우 차단기 트립 신호를 생성하는, 디지털 신호 처리부와, 상기 디지털 신호 처리부로부터 수신한 상기 차단기 트립 신호를 통신망을 통해 외부로 전송하는 모뎀부를 포함한다.

일 실시예에 따라, 상기 전원부는, 상기 차단기의 트립 또는 정전시에도 상기 디지털 신호 처리부와 상기 모뎀부의 동작 전원을 제공하도록 충전 기능을 갖는다.

일 실시예에 따라, 상기 디지털 신호 처리부는, 상기 전원 입력 감지 회로부에 의한 감지 결과와 상기 자이로 센서에 의한 감지 결과에 기초하여, 상기 차단기의 트립 상태인지 정전 상태인지를 구별한 후, 정전 상태인 경우 정전 신호를 생성한다.

일 실시예에 따라, 상기 모뎀부는, 상기 디지털 신호 처리부로부터 수신한 상기 차단기 트립 신호를 통신망을 통해 관리 서버 또는 관리자용 모바일 기기로 전송한다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 양상에 따른 차단기 트립 감지 방법은, (a) 상기 차단기로부터 상기 전원부로 외부 전력이 공급되지 않는 단전 상태가 발생한 경우, 상기 전원 입력 감지 회로부에서 상기 단전 상태를 감지하는 단계와, (b) 상기 전원 입력 감지 회로부에서 상기 단전 상태를 감지한 경우, 상기 디지털 신호 처리부는, 상기 자이로 센서에 의한 센싱 결과에 기초하여 상기 차단기가 트립 상태인지 아닌지를 판단하는 단계와, (c) 상기 디지털 신호 처리부에서의 판단 결과, 상기 차단기가 트립 상태인 경우, 상기 디지털 신호 처리부는 상기 모뎀부로 상기 차단기 트립 신호를 전송하는 단계, 그리고, (d) 상기 모뎀부는 상기 차단기 트립 신호를 외부로 전송하는 단계를 포함한다.

일 실시예에 따라, 상기 (b) 단계에서 상기 디지털 신호 처리부는, 상기 차단기의 트립시 상기 차단기의 트립에 기인한 x, y, z축 방향으로의 진동폭 변화량이 미리 설정된 기준 진동폭 변화량보다 더 큰 경우, 상기 차단기의 트립 상태로 판단한다.

일 실시예에 따라, 상기 (b) 단계에서 상기 디지털 신호 처리부는, 상기 차단기의 트립시 상기 차단기의 트립에 기인한 x, y, z 축 방향으로의 진동폭 변화량이 미리 설정된 기준 진동폭 변화량보다 더 크게 되는 횟수가 미리 설정된 기준 횟수 이상인 경우, 상기 차단기의 트립 상태로 판단한다.

본 발명은 자이로 센서와 전원 입력 감지 회로를 이용한 차단기 트립 감지 장치 및 이를 이용한 감지 방법, 그리고 LPWA 통신 방식을 이용한 차단기 모니터링 방법을 제공함으로써, 단전의 원인이 정전에 의한 것인지 아니면 차단기 트립에 의한 것인지를 판단할 수 있고, 이를 통해, 원격에 있는 점검 인력에게 그 원인을 알려줌으로써 점검 인력이 필요한 경우에만 현장을 방문하도록 유도하여 시간과 비용을 획기적으로 줄일 수 있는 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차단기 트립 감지 장치의 블록도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차단기 트림 감지 장치(100)를 차단기(10)에 연결한 예를 보인 사진이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차단기 트립 감지 방법을 설명하기 위한 흐름도이고,
도 4는 도 3에서 차단기 트립 패턴 검출 알고리즘을 설명하기 위한 흐름도이고,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 LPWA 통신 방식을 이용한 차단기 모니터링 방법을 설명하기 위한 도면이다.

이하에서는, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다. 첨부된 도면들 및 이를 참조한 설명은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자로 하여금 본 발명에 관한 이해를 돕기 위한 의도로 간략화되고 예시된 것임에 유의하여야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차단기 트립 감지 장치의 블록도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차단기 트림 감지 장치(100)를 차단기(10)에 연결한 예를 보인 사진이다.

도 1 및 도 2를 함께 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 차단기 트림 감지 장치(100)는, 전원부(110), 전원 입력 감지 회로부(120), 자이로 센서(130), 디지털 신호 처리부(140), 및 모뎀부(150)를 포함한다.

전원부(110)는 차단기(10)를 통해 외부 전력을 공급받는다. 외부 전력은 외부 전원(2)으로부터 공급되며, 외부 전원(2)과 차단기(10) 간의 연결은 AC 연결이다. 또한, 전원부(110)와 차단기(10) 간의 연결도 AC 연결이다. 전원부(110)와 차단기(10) 간의 연결에는 차단기(10) 측에 구비된 외부 단자(미도시)를 통해 이뤄질 수 있다. 더 나아가, 전원부(110)는, 차단기(10)의 트립 또는 정전시에도 디지털 신호 처리부(140)와 모뎀부(150)의 동작 전원을 제공하도록 충전 기능을 가질 수 있다.

전원 입력 감지 회로부(120)는 차단기(10)로부터 상기 전원부(110) 측으로 외부 전력이 공급되는지 아닌지를 감지하는 구성요소이다.

자이로 센서(130)는, 차단기(10)의 트립에 기인한 진동을 감지하기 위한 구성요소이다. 자이로 센서(130)는 적어도 x, y, z축 별 진동을 센싱할 수 있으며, 따라서, 3축 자이로 센서, 6축 자이로 센서 또는 더 정밀한 진동 감지가 가능한 다양한 자이로 센서가 사용될 수 있다. 일반적으로, 자이로 센서는 이동체의 가감속, 진동, 움직임등을 측정하는데 사용되는데, 본 발명의 차단기 트립 감지 장치(100)에 적용되는 자이로 센서(130)의 경우, 차단기(10)가 일정 위치에 고정 설치되어 있으므로 이를 고려한다. 즉, 차단기(10)가 설치된 패널이나 벽면상에, 차단기(10)와 인접하게 케이블이나 연결단자를 이용하여 AC 연결하여 차단기의 트립에 기인하는 진동을 감지할 수 있도록 한다. 차단기와 대체로 동일 평면 상에 설치되기는 하나, 도 2에 도시된 바와 같이, 바닥면에 눕혀져 설치될 수도 있고, 벽면에 수직으로 세워져 설치되는 경우도 있을 수 있고, 더 나아가, 공간적 제약으로 인해 기울어지게 설치될 수도 있다. 하지만, 차단기의 트립으로 인해 진동의 크기, 즉 차단기 트립 장치 측으로 전달되는 진동의 크기는 변하지 않으므로, 이러한 여러 가지 상황에서도 차단기의 트립으로 인한 미세한 진동이 전달되는 축이 변하더라도, 자이로 센서(130)에서 이를 감지하여, 디지털 신호 처리부(140) 측으로 감지 결과를 원활하게 전달할 수 있게 된다.

디지털 신호 처리부(140)는, 전원 입력 감지 회로부(120)에 의한 감지 결과와 상기 자이로 센서(130)에 의한 센싱 결과에 기초하여, 상기 차단기(10)의 트립 상태인지 정전 상태인지를 구별한 후, 상기 차단기(10)의 트립 상태인 경우 차단기 트립 신호를 생성한다. 디지털 신호 처리부(140)는, 전원 입력 감지 회로부(120)에 의한 감지 결과와 자이로 센서(130)에 의한 감지 결과에 기초하여, 차단기(10)의 트립 상태인지 정전 상태인지를 구별한 후, 정전 상태인 경우 정전 신호를 생성할 수 있다. 전원 입력 감지 회로부(120)에 의해 단전이 인식되었을 경우, 이로부터 수초(예컨대, 약 2초) 간 자이로 센서(130)로부터 입력된 데이터를, 상기 디지털 신호 처리부(140)에서 분석하여, 차단기 트립에 의한 진동(x,y,z축)이 발생하였는지를 검출하게 된다. 디지털 신호 처리부(140)에는 차단기 트립 패턴 및 기준 진동폭 변화량 등이 미리 설정되어 있을 수 있고, 이러한 차단기 트립 패턴 및 기준 진동폭 변화량을 저장할 수 있는 ROM을 별도로 구비할 수도 있다.

모뎀부(150)는, 디지털 신호 처리부(140)로부터 수신한 상기 차단기 트립 신호를 통신망을 통해 외부로 전송한다. 모뎀부(150)는, 디지털 신호 처리부(140)로부터 수신한 상기 차단기 트립 신호를 통신망을 통해 관리 서버 또는 관리자용 모바일 기기로 전송한다. 상기 관리 서버는 원격지의 현장 점검 인력들이 통신상으로 또는 직접적으로 접근할 수 있는 위치에 있으며, 관리자용 모바일 기기는 원격지의 현장 점검 인력들이 휴대하고 있는 모바일 기기이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차단기 트립 감지 방법을 설명하기 위한 흐름도이고, 도 4는 도 3에서 차단기 트립 패턴 검출 알고리즘을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 3 및 도 4를 도 1과 함께 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 차단기 트림 감지 방법은, (a) 차단기(10)로부터 전원부(110)로 외부 전력이 공급되지 않는 단전 상태가 발생한 경우, 전원 입력 감지 회로부(120)에서 상기 단전 상태를 감지하는 단계(S10), (b) 전원 입력 감지 회로부(120)에서 상기 단전 상태를 감지한 경우, 디지털 신호 처리부(140)는, 자이로 센서(130)에 의한 센싱 결과에 기초하여 차단기(10)가 트립 상태인지 아닌지를 판단한 후(S20, S30, S50), (c) 디지털 신호 처리부(140)에서의 판단 결과, 차단기(10)가 트립 상태인 경우, 디지털 신호 처리부(140)는 차단기 트립 신호를 생성하여(S60), 모뎀부(150)로 상기 차단기 트립 신호를 전송하는 단계, 그리고, (d) 모뎀부(150)가 상기 차단기 트립 신호를 외부로 전송하는 단계를 포함한다.

디지털 신호 처리부(140)에서의 처리 단계(S20, S30, S50, S60)를 더 구체적으로 살펴보면, 자이로 센서(130)에서 차단기(10)의 레버(15; 도 2)의 움직임에 기인하여 발생하는 진동을 감지하여, 그 감지 결과 데이터를 분석한다(S20).

감지 결과 데이터를 분석한 결과, 우선, 진동이 발생한 것으로 판단되면(S30), 진동 패턴이 미리 설정된 차단기 차단기 트립 패턴과 일치하는지 아닌지를 판단한다(S50). 감지 결과 데이터를 분석한 결과, 진동이 발생하지 아니한 것으로 판단되면(S30의 우측 분기), 정전에 의한 단전으로 판단하여 로컬 관리자에게 정전 후속처리(S40)를 할 수 있도록 알려준다(S40). 여기서의 로컬 관리자는 해당 차단기가 설치된 장소의 관리자를 의미한다. 즉, 정전으로 인한 단전의 경우, 점검 인력들에게는 알리지 않음으로써 불필요한 인력 낭비를 미연에 방지한다.

또한, 진동 패턴이 미리 설정된 차단기 트립 패턴과 일치하지 아니하는 경우에도 마찬가지로, 단전의 원인이 차단기의 트립으로 인해 발생하는 것이 아니므로, 정전 후속처리(S40) 또는 그에 준하는 단계로 처리한다. 즉, 이 경우, 차단기 트립에 의한 단전이 아니므로 점검 인력들에게는 알리지 않는다.

또한, 상기 (b) 단계에서, 디지털 신호 처리부(140)는, 차단기(10)의 트립시, 차단기(10)의 트립시 차단기(10)의 트립에 기인한 3축 방향으로의 진동폭 변화량이 미리 설정된 기준 진동폭 변화량보다 더 큰 경우, 차단기(10)의 트립 상태로 판단하여, 후속 처리 단계를 진행한다. 그렇지 않고 진동폭 변화량이 미리 설정된 기준 진동폭 변화량보다 작은 경우에는 차단기(10)의 트립 상태로 판단하지 않고, 단전이 정전이나 다른 원인에 의한 것으로 판단하여, 별도로 점검 인력들에게 알리지 않는다.

또한, 상기 (b) 단계에서 디지털 신호 처리부(140)는, 차단기(10)의 트립시 차단기(10)의 트립에 기인한 3축 방향으로의 진동폭 변화량이 미리 설정된 기준 진동폭 변화량보다 더 크게 되는 횟수가 미리 설정된 기준 횟수 이상인 경우, 차단기(10)의 트립 상태로 판단하여, 후속 처리 단계를 진행한다. 그렇지 않고 진동폭 변화량이 미리 설정된 기준 진동폭 변화량보다 작은 경우에는 차단기(10)의 트립 상태로 판단하지 않고, 단전이 정전이나 다른 원인에 의한 것으로 판단하여, 별도로 점검 인력들에게 알리지 않는다.

이와 관련하여, 도 4를 도 1과 함께 참조하여, 트립 패턴 검출 알고리즘을 보다 상세히 설명한다. 미리 설정된(사전 정의된) 진동폭 변화량보다 큰 값을 갖는 입력값(자이로 센서(130)로부터의 입력값)인 경우(S100), 디지털 신호 처리부(140; 도 1)는 차단기 트립시 발생하는 조건(진동폭 변화량 관련 조건)과 동일한지를 판단한다(S110). 동일하지 않은 경우, 정전 후속 처리 또는 그에 준하는 처리를 하게 되고(S40), 동일한 경우, 디지털 신호 처리부(140)는 차단기 트립 신호를 생성하여(S120), 모뎀부(150)를 통해 점검 인력들에게 알리게 된다.

진동폭 변화량 뿐만 아니라, 민감도를 변수로 하여 미리 설정해두고, 이를 입력되는 데이터와 비교하여, 차단기 트립에 기인한 단전인지를 판단할 수도 있는 등, 차단기 트립 레버(15; 도 2 참조)가 적용된 다양한 차단기에 적용할 수 있을 것으로 기대된다.

도 5는 본 발명의 차단기 트립 감지 장치가 적용되며, 저전력 광대역(LPWA) 통신 방식을 이용하여 실시간으로 모니터링하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 트립 감지 장치(100)는 앞서 설명한 바와 같이 차단기(10)에 결합되어 차단기(10)의 트립 여부를 감지하여 차단기 트립 신호를 생성한 후 관리용 모바일 기기 또는 관리 서버(50, 60) 측으로 전송한다. 특히, 본 발명의 차단기 트립 감지 장치가 무선 이동 통신 사업자의 망 전력 공급 장치에 적용된 경우를 가정하여 보면, 종래의 경우, 앞서 언급한 바와 같이, 단전의 원인이, 한전이나 외부 공사 문제 등으로 인한 정전인 경우에도, 통신망 다운 현상이 발생하여, 점검 인력의 현장 출동이 항상 수반되어야 했으나, 본 발명의 차단기 트립 감지 장치 및 LPWA 통신 방식을 이용한 이러한 모니터링 방법을 이용하게 되면, 통신망 자체의 문제가 아닌 이러한 외부 원인으로 인한 정전 문제 발생시에는 출동하지 않아도 되는 장점이 있다.

뿐만 아니라, 이하에서 설명되는 바와 같이, 전력 차단기 트립 정보가 최종적으로 클라이언트의 모바일 단말기 등으로 전송된 경우, 사용자는 이러한 정보에 기초하여 자가 조치를 취할 것인지, 무선 이동 통신 사업자의 망 운용팀 현장 출동을 요청할 것인지를 판단할 수 있도록 하여, 무선 이동 통신망 및 전력 공급망의 유지 보수 비용을 획기적으로 절감할 수 있게 된다.

100 : 차단기 트립 감지 장치
110 : 전원부
120 : 전원 입력 감지 회로부
130 : 자이로 센서
140 : 디지털 신호 처리부
150 : 모뎀부

Claims (7)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 무선 이동 통신 사업자의 망 전력 공급 장치에 설치된 차단기를 통해 외부 전력을 공급받는 전원부와, 상기 차단기로부터 상기 전원부 측으로 외부 전력이 공급되는지 아닌지를 감지하는 전원 입력 감지 회로부와, 상기 차단기의 트립에 기인한 진동을 감지하도록, 적어도 x, y, z축별 진동을 센싱가능한 자이로 센서와, 상기 전원 입력 감지 회로부에 의한 감지 결과와 상기 자이로 센서에 의한 센싱 결과에 기초하여, 상기 차단기가 트립 상태인지 정전 상태인지를 구별한 후, 상기 차단기가 트립 상태인 경우 차단기 트립 신호를 생성하고, 상기 차단기가 트립 상태가 아닌 경우, 정전 신호를 생성하는, 디지털 신호 처리부와, 상기 디지털 신호 처리부로부터 수신한 상기 차단기 트립 신호를 통신망을 통해 외부로 전송하는 모뎀부를 포함하여, 상기 차단기의 트립을 감지하기 위해 상기 차단기와는 독립적으로 제작되어 상기 차단기에 2 개의 단자를 통해 유선으로 AC 연결되는 차단기 트립 감지 장치를 이용한 차단기 트립 감지 방법으로서,
   (a) 상기 차단기로부터 상기 전원부로 외부 전력이 공급되지 않는 단전 상태가 발생한 경우, 상기 전원 입력 감지 회로부에서 상기 단전 상태를 감지하는 단계;
   (b) 상기 전원 입력 감지 회로부에서 상기 단전 상태를 감지한 경우, 상기 디지털 신호 처리부가 상기 자이로 센서에 의한 센싱 결과에 기초하여 상기 차단기가 트립 상태인지 아닌지를 판단하는 단계; 및
   (c) 상기 디지털 신호 처리부에서의 판단 결과, 상기 차단기가 트립 상태인 경우 상기 모뎀부는 상기 차단기 트립 신호를 통신망을 통해 외부의 관리 서버 또는 관리자용 모바일 기기 - 상기 관리 서버는 원격지의 현장 점검 인력들이 통신상으로 또는 직접적으로 접근가능하며, 상기 관리자용 모바일 기기는 원격지의 현장 점검 인력들이 휴대하고 있는 모바일 기기임 - 로 전송하고, 상기 차단기가 트립 상태가 아닌 경우 상기 모뎀부는 상기 정전 신호를 통신망을 통해 외부의 상기 관리 서버 또는 상기 관리자용 모바일 기기로 전송하지 않고 로컬 관리자 - 상기 로컬 관리자는 상기 차단기가 설치된 장소의 관리자임 - 에게만 전송하는 단계; 를 포함하며,
   상기 (b) 단계에서, 상기 디지털 신호 처리부는,
   상기 자이로 센서에서의 센싱 결과, x, y, z 축 방향으로의 진동폭 변화량이 미리 설정된 기준 진동폭 변화량보다 더 크게 되는 횟수가 미리 설정된 기준 횟수 이상인 경우, 상기 차단기가 트립 상태인 것로 판단하여 상기 차단기 트립 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는, 차단기 트립 감지 방법.
6. 삭제
7. 삭제

Images