KR102070898B1 - Smart sensor and monitoring system for power distributed control panel system - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따르면, 수배전반 또는 변압기의 외함에 배치되어 LPWA모듈로부터 무선 신호를 수신하는 안테나부; 상기 안테나부에서 수신한 무선 신호를 에너지로 변환하는 무선에너지 변환 모듈; 상기 에너지를 저장하는 충전부; 수배전반 또는 변압기 내부 환경을 감지하는 센서부; 및 상기 LPWA모듈로부터 무선 신호를 수신하는 제1기간 동안 상기 충전부가 충전되도록 제어하며, 상기 LPWA모듈로부터 무선 신호를 수신하지 않는 제2기간 동안 상기 충전부가 방전되도록 제어하여 상기 센서부를 구동시키고, 상기 안테나부를 통하여 상기 센서부에서 감지한 신호를 상기 LPWA모듈로 전송하는 제어부를 포함하는 스마트 센서를 제공한다.According to an embodiment of the present invention, an antenna unit disposed in an enclosure of a switchgear or a transformer to receive a radio signal from an LPWA module; A wireless energy conversion module for converting a radio signal received by the antenna unit into energy; A charging unit for storing the energy; Sensor unit for sensing the environment inside the switchboard or transformer; And controlling the charging unit to be charged during a first period of receiving a wireless signal from the LPWA module, and controlling the charging unit to be discharged during a second period of not receiving a wireless signal from the LPWA module to drive the sensor unit. It provides a smart sensor including a control unit for transmitting a signal sensed by the sensor unit to the LPWA module through an antenna unit.

Description

스마트 센서 및 이를 포함하는 수배전반 감시 시스템{SMART SENSOR AND MONITORING SYSTEM FOR POWER DISTRIBUTED CONTROL PANEL SYSTEM}Smart sensor and switchgear monitoring system including the same {SMART SENSOR AND MONITORING SYSTEM FOR POWER DISTRIBUTED CONTROL PANEL SYSTEM}

본 발명의 일실시예는 스마트 센서 및 이를 포함하는 수배전반 감시 시스템에 관한 것이다.One embodiment of the present invention relates to a smart sensor and a switchgear monitoring system including the same.

수배전반은 협소한 금속 외함 속에 변압기, 차단기, 부스바, 애자 등과 같은 전력기기를 최적화한 전력설비의 하나로써 원활한 전력 공급과 전력 계통에 고장 발생 시 고장 계통을 신속하게 자동 차단할 수 있는 중요한 장치이다.The switchgear is one of the power equipments optimized for power devices such as transformers, breakers, busbars, insulators, etc. in a narrow metal enclosure, and is an important device for smooth power supply and automatic shutdown of the fault system in the event of a fault in the power system.

최근 설비의 대용량화에 따른 운영기술 및 유지정비　관리　기법들이 많이 도입되고 있으나　배전반은 금속 외함을 사용한 밀폐 및 격벽구조로 다양한 기기들과 복잡하게 연계되어 사고의 위험성이 상존한다.Recently, many operational technologies and maintenance maintenance management techniques have been introduced due to the large capacity of facilities. However, the switchgear is an enclosed and bulkhead structure using a metal enclosure, which is intricately linked with various devices, resulting in accident risks.

특히,　수배전반　구성품의 전기적, 기계적, 열적, 환경적 스트레스에 의한 열화와 마모에 의한 고장발생 빈도가 증가하는 추세에 있어, 고장발생 후 사후 보전하는 방식이 아닌 예측진단 방식으로의 유지정비관리　방법의 변화가 절실한 상황이다.In particular, the frequency of failure due to deterioration and wear caused by electrical, mechanical, thermal and environmental stress of water distribution panel components is increasing. Change is in desperate need.

수배전반　사고의 주요 유형을 살펴보면, 케이블 종단에서의 접촉 불량에 의한 아크, 애자접속부의 절연 오염에 의한 아크, ACB 접촉불량에 의한 아크, 절연거리 불량에 따른 코로나, 전기화재 등을 들 수 있다. 이들　배전반　사고의 주된 원인으로는 내부설치기기의 절연열화에 따른 부분방전(PD, partial discharge)을 들 수 있다. 부분방전을 방치한 채　배전반　내부의 전력기기에 전압을 지속적으로 인가하면 전력기기들의 절연내력 한계치를 초과하여 전면방전(flash over)에 이르게 되어 전력기기의 소손, 화제 등으로 인하여 정전(blackout) 사태가 발생할 수 있다.The main types of switchboard accidents include arcs due to poor contact at the cable ends, arcs due to insulation contamination of insulators, arcs due to poor ACB contact, corona due to poor insulation distances, and electrical fires. The main cause of these switchboard accidents is partial discharge (PD) due to insulation deterioration of internal installation equipment. If voltage is continuously applied to the power equipment inside the switchgear without partial discharge, the power failure exceeds the insulation strength limit of the power equipment and leads to a flash over, resulting in blackout due to burnout or fire of the power equipment. May occur.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 별도의 전원선을 통한 공급없이 무선 전력을 공급을 하고 동시에 무선데이터 전송을 통하여 감시 기능을 수행할 수 있는 스마트 센서 및 이를 포함하는 수배전반 감시 시스템을 제공하는데 있다.The technical problem to be achieved by the present invention is to provide a smart sensor and a switchgear monitoring system including the same that can supply a wireless power without a separate power supply line and at the same time perform a monitoring function through a wireless data transmission.

본 발명의 실시예에 따르면, 수배전반 또는 변압기의 외함에 배치되어 LPWA모듈로부터 무선 신호를 수신하는 안테나부; 상기 안테나부에서 수신한 무선 신호를 에너지로 변환하는 무선에너지 변환 모듈; 상기 에너지를 저장하는 충전부; 수배전반 또는 변압기 내부 환경을 감지하는 센서부; 및 상기 LPWA모듈로부터 무선 신호를 수신하는 제1기간 동안 상기 충전부가 충전되도록 제어하며, 상기 LPWA모듈로부터 무선 신호를 수신하지 않는 제2기간 동안 상기 충전부가 방전되도록 제어하여 상기 센서부를 구동시키고, 상기 안테나부를 통하여 상기 센서부에서 감지한 신호를 상기 LPWA모듈로 전송하는 제어부를 포함하는 스마트 센서를 제공한다.According to an embodiment of the present invention, an antenna unit disposed in an enclosure of a switchgear or a transformer to receive a radio signal from an LPWA module; A wireless energy conversion module for converting a radio signal received by the antenna unit into energy; A charging unit for storing the energy; Sensor unit for sensing the environment inside the switchboard or transformer; And controlling the charging unit to be charged during a first period of receiving a wireless signal from the LPWA module, and controlling the charging unit to be discharged during a second period of not receiving a wireless signal from the LPWA module to drive the sensor unit. It provides a smart sensor including a control unit for transmitting a signal sensed by the sensor unit to the LPWA module through an antenna unit.

상기 제어부는 상기 제2기간 동안 감지한 제2감지 신호를 이전 감지 신호인 제1감지 신호와 비교하여 변화가 있는 경우에는 상기 제2감지 신호를 상기 LPWA모듈로 전송하고, 변화가 없는 경우에는 상기 제2감지 신호를 상기 LPWA모듈로 전송하지 않을 수 있다.The controller compares the second sensed signal detected during the second period with the first sensed signal, which is a previous sensed signal, and transmits the second sensed signal to the LPWA module if there is a change. The second detection signal may not be transmitted to the LPWA module.

상기 안테나부와 상기 LPWA모듈은 917~923Mhz비허가 주파수 대역을 사용하여 무선 통신을 수행할 수 있다.The antenna unit and the LPWA module may perform wireless communication using a 917 to 923Mhz unlicensed frequency band.

상기 LPWA모듈은 3~25mW의 출력으로 무선 신호를 전송할 수 있다.The LPWA module may transmit a wireless signal with an output of 3 to 25 mW.

상기 안테나부는 패치(patch)안테나일 수 있다.The antenna unit may be a patch antenna.

상기 센서부는 온도 센서, 습도 센서 및 가스 센서 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다.The sensor unit may include at least one of a temperature sensor, a humidity sensor, and a gas sensor.

상기 제1기간은 상기 제2기간 보다 길게 설정될 수 있다.The first period may be set longer than the second period.

상기 LPWA모듈의 확산계수(SF:　Spreading Factor)는 12일 수 있다.The spreading factor (SF) of the LPWA module may be 12.

본 발명의 실시예에 따르면, 관리서버와 연동하여 데이터 통신을 수행하는 DMR(Digital Mobile Radio)모뎀; 수배전반 또는 변압기의 외함에 배치되어 외부 게이트웨이를 통하여 무선 신호를 수신하는 LPWA모듈; 상기 DMR 모뎀과 상기 LPWA모듈을 연계하는 게이트웨이; 및 상기 LPWA모듈로부터 무선 신호를 수신하는 안테나부; 상기 안테나부에서 수신한 무선 신호를 에너지로 변환하는 무선에너지 변환 모듈; 상기 에너지를 저장하는 충전부; 수배전반 또는 변압기 내부 환경을 감지하는 센서부; 및 상기 LPWA모듈로부터 신호를 수신하는 제1기간 동안 상기 충전부가 충전되도록 제어하며, 상기 LPWA모듈로부터 신호를 수신하지 않는 제2기간 동안 상기 충전부가 방전되도록 제어하여 상기 센서부를 구동시키고, 상기 안테나부를 통하여 상기 센서부에서 감지한 신호를 상기 LPWA모듈로 전송하는 제어부를 포함하는 스마트 센서를 포함하는 수배전반 감시 시스템을 제공한다.According to an embodiment of the present invention, a DMR (Digital Mobile Radio) modem for performing data communication in association with a management server; An LPWA module disposed in an enclosure of a switchgear or a transformer to receive a radio signal through an external gateway; A gateway linking the DMR modem and the LPWA module; And an antenna unit for receiving a radio signal from the LPWA module; A wireless energy conversion module for converting a radio signal received by the antenna unit into energy; A charging unit for storing the energy; Sensor unit for sensing the environment inside the switchboard or transformer; And controlling the charging unit to be charged during a first period of receiving a signal from the LPWA module, and controlling the charging unit to be discharged during a second period of not receiving a signal from the LPWA module to drive the sensor unit. Provides a switchgear monitoring system including a smart sensor including a control unit for transmitting the signal sensed by the sensor unit to the LPWA module.

본 발명인 스마트 센서 및 이를 포함하는 수배전반 감시 시스템은 별도의 전원 공급없이 무선 전력을 공급하고 동시에 무선데이터 통신을 통하여 감시 기능을 수행할 수 있다.The present invention smart sensor and switchgear monitoring system including the same can provide a wireless power without a separate power supply and at the same time can perform a monitoring function through wireless data communication.

또한, 감시 기능을 수행하지 않는 기간 동안 센서를 대기 상태로 전환하여 저전력 구동이 가능하다.In addition, low power operation is possible by switching the sensor to the standby state during the period when the monitoring function is not performed.

도1은 본 발명의 실시예에 따른 수배전반 감시 시스템의 개념도이고,
도2는 본 발명의 실시예에 따른 스마트 센서를 설명하기 위한 도면이고,
도3및 도4는 본 발명의 실시예에 따른 스마트 센서의 동작을 설명하기 위한 도면이고,
도5는 본 발명의 실시예에 따른 무선에너지 변환 모듈의 회로 구성도이다.1 is a conceptual diagram of a switchgear monitoring system according to an embodiment of the present invention,
2 is a view for explaining a smart sensor according to an embodiment of the present invention,
3 and 4 are views for explaining the operation of the smart sensor according to an embodiment of the present invention,
5 is a circuit diagram of a wireless energy conversion module according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. As the invention allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated and described in the drawings. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다. Terms including ordinal numbers, such as second and first, may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the second component may be referred to as the first component, and similarly, the first component may also be referred to as the second component. The term and / or includes a combination of a plurality of related items or any item of a plurality of related items.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. When a component is said to be "connected" or "connected" to another component, it may be directly connected to or connected to that other component, but it may be understood that another component may be present in the middle. Should be. On the other hand, when a component is said to be "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that there is no other component in between.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or a combination thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Terms such as those defined in the commonly used dictionaries should be construed as having meanings consistent with the meanings in the context of the related art, and shall not be construed in ideal or excessively formal meanings unless expressly defined in this application. Do not.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings, and the same or corresponding components will be given the same reference numerals regardless of the reference numerals, and redundant description thereof will be omitted.

도1은 본 발명의 실시예에 따른 수배전반 감시 시스템의 개념도이고, 도2는 본 발명의 실시예에 따른 스마트 센서를 설명하기 위한 도면이다.1 is a conceptual diagram of a switchgear monitoring system according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a view for explaining a smart sensor according to an embodiment of the present invention.

도1 및 도2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 수배전반 감시 시스템은 DMR(Digital Mobile Radio)모뎀(10), 게이트웨이(20), LPWA모듈(30) 및 스마트 센서(40)를 포함하여 구성될 수 있다.1 and 2, a switchboard monitoring system according to an embodiment of the present invention includes a digital mobile radio (DMR) modem 10, a gateway 20, an LPWA module 30, and a smart sensor 40. Can be configured.

DMR모뎀(10)은 관리서버(미도시)와 연동하여 데이터 통신을 수행할 수 있다. DMR모뎀(10)은 원거리에 있는 관리서버로부터 수배전반 감시 제어 명령을 수신하여 전송할 수 있으며, 스마트 센서(40)에서 감지한 감지 데이터를 관리서버측으로 전송할 수 있다. DMR모뎀(10)은 TDMA 방식으로 관리서버와 무선통신을 수행할 수 있다. DMR 모뎀(10)은 음성통화및 데이터 통신을 수행할 수 있으며, SMS(Short Massage Service)와 Packet 방식으로 관리서버와 저용량 데이터 송수신을 수행할 수 있다.The DMR modem 10 may perform data communication in conjunction with a management server (not shown). The DMR modem 10 may receive and transmit a switchboard supervisory control command from a remote management server, and may transmit sensed data detected by the smart sensor 40 to the management server side. The DMR modem 10 may perform wireless communication with the management server in a TDMA manner. The DMR modem 10 may perform voice call and data communication, and may perform low volume data transmission and reception with the management server by SMS (Short Massage Service) and Packet method.

LPWA모듈(30)은 수배전반 또는 변압기의 외함에 배치되어 게이트웨이(20)를 통하여 무선 신호를 수신할 수 있다. LPWA 모듈(30)은 LoRa, SigFOX, NBIoT 중 어느 하나의 통신 방식을 사용하여 게이트웨이(20) 및 스마트 센서(40)와 데이터 통신을 수행할 수 있다. LPWA모듈(30)은 예를 들면, 917~923Mhz비허가 주파수 대역을 사용하여 스마트 센서(40)와 데이터 통신을 수행할 수 있다. 이 때, LPWA모듈(30)은 3~25mW의 출력으로 무선 신호를 전송할 수 있다. LPWA모듈(30)의 무선 신호는 스마트 센서(40)의 상태 정보 요청과 감지 신호 요청을 포함할 있다. LPWA모듈(30)은 255Byte이하의 데이터를 스마트 센서(40)로 전송할 수 있다. The LPWA module 30 may be disposed in an enclosure of a distribution panel or a transformer to receive a wireless signal through the gateway 20. The LPWA module 30 may perform data communication with the gateway 20 and the smart sensor 40 using any one of LoRa, SigFOX, and NBIoT. The LPWA module 30 may perform data communication with the smart sensor 40 using, for example, the 917 to 923Mhz unlicensed frequency band. At this time, the LPWA module 30 may transmit a wireless signal to the output of 3 ~ 25mW. The wireless signal of the LPWA module 30 may include a request for status information and a detection signal of the smart sensor 40. The LPWA module 30 may transmit data of 255 bytes or less to the smart sensor 40.

LPWA모듈(30)의 확산계수(SF:　Spreading Factor)는 12일 수 있다. LPWA모듈(30)에서 스마트 센서(40)로 전송되는 RF신호는 스마트 센서(40)에서 에너지로 변환되어 전력으로 사용될 수 있다. 따라서, LPWA모듈(30)은 스마트 센서(40)가 충분한 전력으로 충전될 수 있도록 RF신호를 전송해 주어야 한다. The spreading factor (SF) of the LPWA module 30 may be 12. The RF signal transmitted from the LPWA module 30 to the smart sensor 40 may be converted into energy in the smart sensor 40 and used as power. Therefore, the LPWA module 30 should transmit an RF signal so that the smart sensor 40 can be charged with sufficient power.

도3및 도4는 본 발명의 실시예에 따른 스마트 센서의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도3 및 도4를 참조하면, LPWA모듈(30)의 확산계수가 12일 경우, LPWA모듈(30)은 1400msec동안 RF신호를 전송하고, 200msec의 대기 시간을 가지는 주기를 반복다. 따라서, 스마트 센서(40)는 LPWA모듈(30)에서 RF신호가 전송되는 1400msec동안 에너지를 변환하여 충전을 수행할 수 있으며, 대기시간인 200msec동안 센서부(44)를 구동시키고, 센서부(44)에서 감지한 신호를 LPWA모듈(30)로 전송할 수 있다. 여기서, 스마트 센서(40)가 LPWA모듈(30)로부터 무선 신호를 수신하는 기간을 제1기간으로 정의할 수 있으며, LPWA모듈(30)로부터 무선 신호를 수신하지 않는 기간을 제2기간으로 정의할 수 있다. 즉, 스마트 센서(40)는 제1기간동안 에너지를 변환하여 충전을 수행하고, 제2기간에는 센서부(44)의 감지 기능 및 감지 신호를 전송하는 기능을 수행할 수 있다. 여기서, 센서부(44)의 감지 기능 및 감지 신호를 전송하기 위한 최소 전력을 확보하기 위하여 제1기간은 제2기간 보다 길게 설정되어야 한다. 본 발명의 실시예에서는 LPWA모듈(30)의 확산계수를 12로 설정함으로써, 스마트 센서(40)의 감지 기능과 감지 신호를 전송하기 위한 최소 전력을 확보할 수 있다.다시, 도1 및 도2를 참조하면, LPWA모듈(30)은 스마트 센서(40)의 안테나부(41)에 대하여 30도 내지 40도의 지향각을 가지도록 배치될 수 있다. LPWA모듈(30)의 지향각이 30도 내지 40도의 지향각을 가질 경우, 수배전반 또는 변압기 내부에 배치되는 복수개의 스마트 센서(40)로 동시에 RF신호를 전송할 수 있다. 따라서, LPWA모듈(30)의 지향각은 LPWA모듈(30)과 스마트 센서(40)의 안테나부(41)와의 이격거리, 스마트 센서(40)의 개수에 따라 30도 내지 40도의 지향각 사이에서 결정될 수 있다.3 and 4 are views for explaining the operation of the smart sensor according to an embodiment of the present invention. 3 and 4, when the diffusion coefficient of the LPWA module 30 is 12, the LPWA module 30 transmits an RF signal for 1400 msec and repeats a cycle having a waiting time of 200 msec. Accordingly, the smart sensor 40 may perform charging by converting energy for 1400 msec during which the RF signal is transmitted from the LPWA module 30, driving the sensor unit 44 for 200 msec, which is a standby time, and the sensor unit 44. The signal detected at) may be transmitted to the LPWA module 30. Here, the period in which the smart sensor 40 receives the radio signal from the LPWA module 30 may be defined as the first period, and the period in which the smart sensor 40 does not receive the radio signal from the LPWA module 30 may be defined as the second period. Can be. That is, the smart sensor 40 may perform charging by converting energy during the first period and transmitting the sensing function and the sensing signal of the sensor unit 44 in the second period. Here, in order to secure the sensing function of the sensor unit 44 and the minimum power for transmitting the sensing signal, the first period should be set longer than the second period. In the embodiment of the present invention, by setting the diffusion coefficient of the LPWA module 30 to 12, it is possible to secure the sensing function of the smart sensor 40 and the minimum power for transmitting the detection signal. For reference, the LPWA module 30 may be disposed to have a direction angle of 30 degrees to 40 degrees with respect to the antenna unit 41 of the smart sensor 40. When the directivity angle of the LPWA module 30 has a directivity angle of 30 degrees to 40 degrees, RF signals may be simultaneously transmitted to the plurality of smart sensors 40 disposed in the switchboard or the transformer. Accordingly, the directing angle of the LPWA module 30 is between the LPWA module 30 and the directing angle of 30 degrees to 40 degrees depending on the distance between the antenna unit 41 of the smart sensor 40 and the number of the smart sensors 40. Can be determined.

게이트웨이(20)는DMR 모뎀(10)과 LPWA모듈(30)을 연계할 수 있다. 게이트웨이(20)는 예를 들면, 데이터 중계장치의 역할을 수행하며 상위 DMR모뎀(10)과 하위 LPWA모듈(30)을 연결해주는 역할을 수행한다. 즉 상위에서 하향으로 데이터를 전송할 경우 관리서버에서 송출된 데이터를 DMR 모뎀과 API(Application Programming Interfaces)를 통해 수신하여 LPWA 모듈(30)로 전송하고 데이터 하위에서 상향으로 데이터를 전송할 경우 그역순으로 데이터를 전송한다. The gateway 20 may link the DMR modem 10 and the LPWA module 30. The gateway 20, for example, serves as a data relay and connects the upper DMR modem 10 and the lower LPWA module 30. That is, when data is transmitted from the top down, the data transmitted from the management server is received through the DMR modem and API (Application Programming Interfaces) and transmitted to the LPWA module 30. Send it.

스마트 센서(40)는 수배전반 또는 변압기 내부의 부스바(Bus Bar)에 배치될 수 있다. 스마트 센서(40)는 밴드 형태로 수배전반 또는 변압기 내부의 부스바 착탈 가능한 형태로 배치될 수 있다.The smart sensor 40 may be disposed in a bus bar inside a switchgear or a transformer. The smart sensor 40 may be arranged in a detachable form of a busbar in a switchgear or a transformer in a band form.

스마트 센서(40)는 안테나부(41), 무선에너지 변환 모듈(42), 충전부(43), 센서부(44) 및 제어부(45)를 포함하여 구성될 수 있다. The smart sensor 40 may include an antenna unit 41, a wireless energy conversion module 42, a charging unit 43, a sensor unit 44, and a control unit 45.

안테나부(41)는 LPWA모듈(30)로부터 무선 신호를 수신할 수 있다. 안테나부(41)는 LoRa, SigFOX, NBIoT 중 어느 하나의 통신 방식을 사용하여 LPWA모듈(30)과 데이터 통신을 수행할 수 있다. 안테나부(41)는 예를 들면, 917~923Mhz비허가 주파수 대역을 사용하여 LPWA모듈(30)과 데이터 통신을 수행할 수 있다. 안테나부(41)는 예를 들면, 패치(patch)안테나일 수 있다.The antenna unit 41 may receive a radio signal from the LPWA module 30. The antenna unit 41 may perform data communication with the LPWA module 30 using any one of LoRa, SigFOX, and NBIoT. The antenna unit 41 may perform data communication with the LPWA module 30 using, for example, the 917 to 923Mhz unlicensed frequency band. The antenna portion 41 may be, for example, a patch antenna.

무선에너지 변환 모듈(42)은 안테나부에서 수신한 무선 신호를 에너지로 변환할 수 있다. The wireless energy conversion module 42 may convert the wireless signal received from the antenna unit into energy.

도5는 본 발명의 실시예에 따른 무선에너지 변환 모듈의 회로 구성도이다. 도5를 참조하면, 무선 에너지 변환 모듈(42)은 안테나부(41)에서 수신한 RF신호를 DC신호로 변환시키기 위한 RF to DC컨버터(46)와 변환된 신호를 증폭시키기 위한 증폭 회로(47)를 포함하여 구성될 수 있다.5 is a circuit diagram of a wireless energy conversion module according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 5, the wireless energy conversion module 42 includes an RF to DC converter 46 for converting an RF signal received from the antenna unit 41 into a DC signal, and an amplifier circuit 47 for amplifying the converted signal. It may be configured to include).

다시 도1 및 도2를 참조하면, 충전부(43)는 무선에너지 변환 모듈(42)에서 변환된 에너지를 저장할 수 있다. 충전부(43)는 예를 들면, 슈퍼캐패시터를 포함할 수 있다. 충전부(43)는 제어부의 제어에 따라 충방전 동작을 수행하며, 방전 동작시에는 에너지를 방전하여 스마트 센서(40)를 구성하는 구성요소에 전력을 공급할 수 있다.Referring back to FIGS. 1 and 2, the charging unit 43 may store the energy converted by the wireless energy conversion module 42. The charging unit 43 may include, for example, a supercapacitor. The charging unit 43 may perform a charge / discharge operation under the control of the controller, and may discharge power to supply power to the components constituting the smart sensor 40 during the discharge operation.

센서부(44)는 수배전반 또는 변압기 내부 환경을 감지할 수 있다. 센서부(44)는 온도 센서, 습도 센서 및 가스 센서 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다. 센서부(44)는 충전부(43)로부터 공급되는 전력으로 동작하여 수배전반 또는 변압기 내부 환경을 감지할 수 있다. 센서부(44)는 스마트 센서(40)가 충전 동작을 수행하는 제1기간 동안에는 구동되지 않고 있으며 이 때에는 전력을 소모하지 않는다. 센서부(44)는 제2기간 중 일부 시간 전력을 공급받아 구동되며, 이 때 전력을 소모하여 수배전반 내부의 온도, 습도 및 가스 농도 중 적어도 하나를 감지하여 감지 데이터를 생성할 수 있다.The sensor unit 44 may sense an environment inside a switchboard or a transformer. The sensor unit 44 may include at least one of a temperature sensor, a humidity sensor, and a gas sensor. The sensor unit 44 may operate with power supplied from the charging unit 43 to detect the environment of the switchboard or the transformer. The sensor unit 44 is not driven during the first period during which the smart sensor 40 performs the charging operation, and does not consume power at this time. The sensor unit 44 may be driven by being supplied with power for some time during the second period. At this time, the sensor unit 44 may generate power by sensing at least one of temperature, humidity, and gas concentration in the switchboard.

제어부(45)는 LPWA모듈(30)로부터 신호를 수신하는 제1기간 동안 충전부(43)가 충전되도록 제어하며, LPWA모듈(30)로부터 신호를 수신하지 않는 제2기간 동안 충전부(43)가 방전되도록 제어하여 센서부(44)를 구동시키고, 안테나부(41)를 통하여 센서부(44)에서 감지한 신호를 LPWA모듈(30)로 전송할 수 있다. 제어부(45)는 제1기간 동안에는 충전부(43)를 충전시키고, 제2기간 동안에는 충전된 전력을 이용하여 스마트 센서(40)의 감지 기능과 데이터 전송 기능을 수행할 수 있도록 제어한다. 제어부(45)는 스마트 센서(40)에서 소모하는 총 소비 전력량과 충전량을 산출하고, 총 소비 전력량이 충전량을 초과하지 않도록 해야 한다. 따라서, 제어부(45)는 제1기간과 제2기간의 비율을 조절하여 총 소비 전력량이 충전량을 초과하지 않도록 제어해야 한다. 예를 들어, 제어부(45)는 제1기간 동안 스마트 센서(40)의 대기 전력과 제2기간 동안 센서부(44)의 구동 전력, 감지 데이터 전송시 소모되는 통신 전력을 모두 합하여 총 소비 전력량을 산출할 수 있다. 또한, 제어부(45)는 제1기간 동안 충전부(43)에 충전되는 전력량을 충전량으로 산출할 수 있다. 제어부(45)는 LPWA모듈(30)의 확산계수를 조절함으로써 총 소비 전력량이 충전량을 초과하지 않도록 제어할 수 있다.The controller 45 controls the charging unit 43 to be charged during the first period of receiving the signal from the LPWA module 30, and discharges the charging unit 43 during the second period of not receiving the signal from the LPWA module 30. The controller 44 may be controlled to drive the sensor unit 44, and the signal detected by the sensor unit 44 may be transmitted to the LPWA module 30 through the antenna unit 41. The controller 45 charges the charging unit 43 during the first period, and controls to perform the sensing function and the data transmission function of the smart sensor 40 using the charged power during the second period. The controller 45 calculates the total amount of power consumed and the amount of charge consumed by the smart sensor 40, and the total amount of power consumption does not exceed the amount of charge. Therefore, the controller 45 must control the total power consumption so as not to exceed the charging amount by adjusting the ratio between the first period and the second period. For example, the controller 45 adds the total power consumption by adding the standby power of the smart sensor 40 during the first period, the driving power of the sensor unit 44 during the second period, and the communication power consumed when transmitting the sensing data. Can be calculated. In addition, the controller 45 may calculate the amount of power charged in the charger 43 during the first period as the amount of charge. The controller 45 may control the total power consumption so as not to exceed the charging amount by adjusting the diffusion coefficient of the LPWA module 30.

대기 모드로 운전시 약 0.01mW의 전력을 소모하며 센서 계측시 센서는 약 1초 동안 1mW 소모하며, 12회/1일 송신하게 되면 약 0.003mWh를 소모한다. 감지 데이터 전송시에는 115mW의 소비전력에 1초 전송시간, 12회/1일 송신할 경우 약 0.38mWh 소모하게 된다. 따라서, 제어부(45)는 1시간 동안 센서 계측시 소요되는 구동 전력을 0.003mWh로, 감지 데이터 전송시 소모되는 통신 전력을 0.38mWh로, 대기 전력을 0.01mWh로 산출할 수 있다. When operating in the standby mode, it consumes about 0.01mW of power. When measuring the sensor, the sensor consumes 1mW for about 1 second, and when it transmits 12 times / day, it consumes about 0.003mWh. When transmitting the sensed data, it consumes about 0.38mWh for 1 second transmission time and 12 times per day for 115mW power consumption. Therefore, the controller 45 may calculate driving power required for sensor measurement for one hour to 0.003 mWh, communication power consumed for transmitting sensing data to 0.38 mWh, and standby power to 0.01 mWh.

제어부(45)는 구동 전력과 통신 전력, 그리고 대기 전력에 대한 1일 총 소비 전력을 9.6mWh(=(0.003mWh+0.38mWh+0.01mWh=0.4mW) * 24)로 산출할 수 있다. 제어부(45)는 총 소비 전력량인 9.6mWh보다 1일 충전량이 크도록 LPWA모듈(30)의 확산계수를 조절할 수 있으며, 예를 들면, LPWA모듈(30)의 확산계수를 12로 조절할 수 있다.The controller 45 may calculate the total daily power consumption of the driving power, the communication power, and the standby power as 9.6 mWh (= (0.003 mWh + 0.38 mWh + 0.01 mWh = 0.4 mW) * 24). The controller 45 may adjust the diffusion coefficient of the LPWA module 30 so that the daily charging amount is greater than the total power consumption of 9.6 mWh. For example, the controller 45 may adjust the diffusion coefficient of the LPWA module 30 to 12.

또한, 제어부(45)는 제2기간 동안 감지한 제2감지 신호를 이전 감지 신호인 제1감지 신호와 비교하여 변화가 있는 경우에는 제2감지 신호를 LPWA모듈(30)로 전송하고, 변화가 없는 경우에는 제2감지 신호를 LPWA모듈(30)로 전송하지 않을 수 있다. LPWA 모듈(30)의 무선 신호는 스마트 센서(40)의 상태 정보 요청과 감지 신호 요청을 포함하는 계측용 데이터가 포함되어 있다. 따라서, 스마트 센서(40)는 제1기간에 수신한 LPWA모듈(30)의 무선 신호에 대응하여 제2기간에 감지 신호를 전송하게 된다. 실시예에서는, 현재 감지 신호를 바로 직전에 LPWA 모듈(30)로 전송한 감지 신호와 비교하여 변화가 없을 경우에는 감지 신호의 전송을 수행하지 않음으로써 보다 효율적인 저전력 스마트 센서(40)의 구동이 가능할 수 있다.In addition, the controller 45 compares the second sensed signal detected during the second period with the first sensed signal, which is the previous sensed signal, and transmits the second sensed signal to the LPWA module 30 when there is a change. If not, the second detection signal may not be transmitted to the LPWA module 30. The wireless signal of the LPWA module 30 includes measurement data including a state information request and a detection signal request of the smart sensor 40. Therefore, the smart sensor 40 transmits the detection signal in the second period in response to the radio signal of the LPWA module 30 received in the first period. In an embodiment, when there is no change compared to the detection signal transmitted to the LPWA module 30 immediately before the current detection signal, it is possible to drive the low power smart sensor 40 more efficiently by not transmitting the detection signal. Can be.

리셋회로(48)는 수동 조작 또는 자동 조작에 의하여 스마트 센서를 초기화하는 기능을 수행할 수 있다.The reset circuit 48 may perform a function of initializing the smart sensor by manual operation or automatic operation.

LED회로(49)는 제어부(45)의 제어에 따라 점등되어 동작 상태를 외부에 표시할 수 있다.The LED circuit 49 may be turned on under the control of the controller 45 to display an operation state externally.

본 실시예에서 사용되는 '~부'라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA(field-programmable gate array) 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '~부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다. 뿐만 아니라, 구성요소들 및 '~부'들은 디바이스 또는 보안 멀티미디어카드 내의 하나 또는 그 이상의 CPU들을 재생시키도록 구현될 수도 있다.The term '~ part' used in the present embodiment refers to software or a hardware component such as a field-programmable gate array (FPGA) or an ASIC, and '~ part' plays a role. However, '~' is not meant to be limited to software or hardware. '~ Portion' may be configured to be in an addressable storage medium or may be configured to play one or more processors. Thus, as an example, '~' means components such as software components, object-oriented software components, class components, and task components, and processes, functions, properties, procedures, and the like. Subroutines, segments of program code, drivers, firmware, microcode, circuits, data, databases, data structures, tables, arrays, and variables. The functionality provided within the components and the '~' may be combined into a smaller number of components and the '~' or further separated into additional components and the '~'. In addition, the components and '~' may be implemented to play one or more CPUs in the device or secure multimedia card.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. Although described above with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will be variously modified and changed within the scope of the invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below I can understand that you can.

10: DMR모뎀
20: 게이트 웨이
30: LPWA모듈
40: 스마트 센서
41: 안테나부
42: 무선에너지 변환 모듈
43: 충전부
44: 센서부
45: 제어부10: DMR modem
20: gateway
30: LPWA Module
40: smart sensor
41: antenna unit
42: wireless energy conversion module
43: live part
44: sensor
45: control unit

Claims (9)

수배전반 또는 변압기의 외함에 배치되어 LPWA모듈로부터 무선 신호를 수신하는 안테나부;
상기 안테나부에서 수신한 무선 신호를 에너지로 변환하는 무선에너지 변환 모듈;
상기 에너지를 저장하는 충전부;
수배전반 또는 변압기 내부 환경을 감지하는 센서부; 및
상기 LPWA모듈로부터 무선 신호를 수신하는 제1기간 동안 상기 충전부가 충전되도록 제어하며, 상기 LPWA모듈로부터 무선 신호를 수신하지 않는 제2기간 동안 상기 충전부가 방전되도록 제어하여 상기 센서부를 구동시키고, 상기 안테나부를 통하여 상기 센서부에서 감지한 신호를 상기 LPWA모듈로 전송하는 제어부를 포함하며,
상기 무선 신호는 계측용 데이터를 포함하고 있으며,
상기 제어부는 상기 제2기간 동안 감지한 제2감지 신호를 이전 감지 신호인 제1감지 신호와 비교하여 변화가 있는 경우에는 상기 제2감지 신호를 상기 LPWA모듈로 전송하고, 변화가 없는 경우에는 상기 제2감지 신호를 상기 LPWA모듈로 전송하지 않는 스마트 센서.
An antenna unit disposed in an enclosure of a distribution panel or a transformer to receive a radio signal from an LPWA module;
A wireless energy conversion module for converting a radio signal received by the antenna unit into energy;
A charging unit for storing the energy;
Sensor unit for sensing the environment inside the switchboard or transformer; And
The charging unit is controlled to be charged during a first period of receiving a wireless signal from the LPWA module, and the charging unit is controlled to be discharged during a second period of not receiving a wireless signal from the LPWA module to drive the sensor unit. It includes a control unit for transmitting the signal detected by the sensor unit through the unit to the LPWA module,
The wireless signal includes measurement data,
The controller compares the second detection signal detected during the second period with the first detection signal, which is a previous detection signal, and transmits the second detection signal to the LPWA module if there is a change. Smart sensor does not transmit a second detection signal to the LPWA module.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 안테나부와 상기 LPWA모듈은 917~923Mhz비허가 주파수 대역을 사용하여 무선 통신을 수행하는 스마트 센서.
The method of claim 1,
The antenna unit and the LPWA module is a smart sensor for performing wireless communication using the 917 ~ 923Mhz unlicensed frequency band.
제1항에 있어서,
상기 LPWA모듈은 3~25mW의 출력으로 무선 신호를 전송하는 스마트 센서.
The method of claim 1,
The LPWA module is a smart sensor for transmitting a wireless signal with an output of 3 ~ 25mW.
제1항에 있어서,
상기 안테나부는 패치(patch)안테나인 스마트 센서.
The method of claim 1,
The antenna unit is a patch (patch) smart sensor.
제1항에 있어서,
상기 센서부는 온도 센서, 습도 센서 및 가스 센서 중 적어도 하나를 포함하는 스마트 센서.
The method of claim 1,
The sensor unit includes at least one of a temperature sensor, a humidity sensor, and a gas sensor.
제1항에 있어서,
상기 제1기간은 상기 제2기간 보다 길게 설정되는 스마트 센서.
The method of claim 1,
And the first period is set longer than the second period.
제7항에 있어서,
상기 LPWA모듈의 확산계수(SF:　Spreading Factor)는 12인 스마트 센서.
The method of claim 7, wherein
Smart sensor Spreading Factor (SF) of the LPWA module is 12.
관리서버와 연동하여 데이터 통신을 수행하는 DMR(Digital Mobile Radio)모뎀;
수배전반 또는 변압기의 외함에 배치되어 외부 게이트웨이를 통하여 무선 신호를 수신하는 LPWA모듈;
상기 DMR 모뎀과 상기 LPWA모듈을 연계하는 게이트웨이; 및
상기 LPWA모듈로부터 무선 신호를 수신하는 안테나부; 상기 안테나부에서 수신한 무선 신호를 에너지로 변환하는 무선에너지 변환 모듈; 상기 에너지를 저장하는 충전부; 수배전반 또는 변압기 내부 환경을 감지하는 센서부; 및 상기 LPWA모듈로부터 신호를 수신하는 제1기간 동안 상기 충전부가 충전되도록 제어하며, 상기 LPWA모듈로부터 신호를 수신하지 않는 제2기간 동안 상기 충전부가 방전되도록 제어하여 상기 센서부를 구동시키고, 상기 안테나부를 통하여 상기 센서부에서 감지한 신호를 상기 LPWA모듈로 전송하는 제어부를 포함하는 스마트 센서를 포함하며,
상기 무선 신호는 계측용 데이터를 포함하고 있으며,
상기 제어부는 상기 제2기간 동안 감지한 제2감지 신호를 이전 감지 신호인 제1감지 신호와 비교하여 변화가 있는 경우에는 상기 제2감지 신호를 상기 LPWA모듈로 전송하고, 변화가 없는 경우에는 상기 제2감지 신호를 상기 LPWA모듈로 전송하지 않는 수배전반 감시 시스템.DMR (Digital Mobile Radio) modem to perform data communication in conjunction with the management server;
An LPWA module disposed in an enclosure of a switchgear or a transformer to receive a radio signal through an external gateway;
A gateway linking the DMR modem and the LPWA module; And
An antenna unit for receiving a radio signal from the LPWA module; A wireless energy conversion module for converting a radio signal received by the antenna unit into energy; A charging unit for storing the energy; Sensor unit for sensing the environment inside the switchboard or transformer; And controlling the charging unit to be charged during a first period of receiving a signal from the LPWA module, and controlling the charging unit to be discharged during a second period of not receiving a signal from the LPWA module to drive the sensor unit. It includes a smart sensor including a control unit for transmitting the signal sensed by the sensor unit to the LPWA module through,
The wireless signal includes measurement data,
The controller compares the second detection signal detected during the second period with the first detection signal, which is a previous detection signal, and transmits the second detection signal to the LPWA module if there is a change. Switchgear monitoring system that does not transmit a second detection signal to the LPWA module.
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