KR102380883B1

KR102380883B1 - 온도센서와 uhf센서를 이용하여 과열 및 절연이상 상태 감시가 가능한 배전반(고압반, 저압반, 전동기제어반, 분전반)

Info

Publication number: KR102380883B1
Application number: KR1020210132467A
Authority: KR
Inventors: 이성욱
Original assignee: 주식회사 한국이알이시
Priority date: 2021-10-06
Filing date: 2021-10-06
Publication date: 2022-04-01

Abstract

본 발명은 온도센서와 UHF센서를 이용하여 과열 및 절연이상 상태 감시가 가능한 배전반(고압반, 저압반, 전동기제어반, 분전반)에 관한 것으로서, 유선 연결이나 배터리 교체 등이 불가능한 위치의 온도를 쉽게 측정하고, 전자기파를 분석하여 배전반 내부에서 발생하는 방전현상을 감시함으로써, 절연파괴, 접속불량 등으로 인해 발생되는 온도측정 및 전자파 측정을 통해 절연열화 및 과열을 미리 예측하여 대형사고를 예방할 수 있는 온도센서와 UHF센서를 이용하여 과열 및 절연이상 상태 감시가 가능한 배전반에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은 배전반 내부의 온도 측정부위에 부착되어 설치되는 온도센서; 상기 온도센서와 무선으로 통신연결되며, 상기 온도센서로부터 수신되는 신호를 온도신호 산출모듈로 전송하거나, 상기 온도신호 산출모듈로부터 수신되는 신호를 상기 온도센서로 전송하는 안테나; 상기 안테나와 유선으로 연결되며, 상기 온도센서와 신호를 송수신하는 온도신호 산출모듈; 배전반의 내부 어느 일측에 부착되어 설치되는 UHF센서; 상기 UHF센서와 신호를 송수신하는 UHF신호 산출모듈; 상기 온도신호 산출모듈과 UHF신호 산출모듈을 제어하며, 배전반 내부의 온도신호와 UHF신호를 감시하고 제어하며, 중앙제어장치와 송수신하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

온도센서와 UHF센서를 이용하여 과열 및 절연이상 상태 감시가 가능한 배전반(고압반, 저압반, 전동기제어반, 분전반){A Switchboard(High pressure board, Low pressure board, Distribution board) monitoring overheating and insulation abnormalities using temperature sensors and UHF sensors.}

본 발명은 온도센서와 UHF센서를 이용하여 과열 및 절연이상 상태 감시가 가능한 배전반(고압반, 저압반, 전동기제어반, 분전반)(이하, '배전반'이라 한다)에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 유선 연결이나 배터리 교체 등이 불가능한 위치의 온도를 쉽게 측정하고, 전자기파를 분석하여 배전반 내부에서 발생하는 방전현상을 감시함으로써, 절연파괴, 접속불량 등으로 인해 발생되는 온도측정 및 전자파 측정을 통해 절연열화 및 과열을 미리 예측하여 대형사고를 예방할 수 있는 온도센서와 UHF센서를 이용하여 과열 및 절연이상 상태 감시가 가능한 배전반에 관한 것이다.

고압반, 저압반, 전동기제어반, 분전반을 포함하는 배전반을 이루는 전력설비에서의 전력 사고는 과열에 의한 설비의 폭발과 화재가 대부분을 차지한다. 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 아니된다는 것이다.

배전반에서 부분방전은 전력기기의 절연 열화시 발생하는 현상으로서 절연 열화의 마지막 단계에서 발생되는 경우가 대부분이기 때문에, 부분방전의 진단은 열화진단에 가장 우수한 방법으로 평가되고 있다. 그러나, 이와 같은 부분방전은 그 전자파 신호대역이 넓고 주변의 잡음으로 인하여 검출하기가 용이하지 않다.

KR 10-1426792 B1 (2014. 07. 30.)

본 발명은 종래기술이 갖는 문제를 해결하기 위한 것으로서, 유선 연결이나 배터리 교체 등이 불가능한 위치의 온도를 무선방식을 통해 쉽게 측정하고, 전자기파를 분석하여 배전반 내부에서 발생하는 방전현상을 감시함으로써, 절연파괴, 접속불량 등으로 인해 발생되는 온도측정 및 전자파 측정을 통해 절연열화 및 과열을 미리 예측하여 대형사고를 예방할 수 있는 온도센서와 UHF센서를 이용하여 과열 및 절연이상 상태 감시가 가능한 배전반에 관한 것이다.

상기의 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 배전반 내부의 온도 측정부위에 부착되어 설치되는 온도센서; 상기 온도센서와 무선으로 통신연결되며, 상기 온도센서로부터 수신되는 신호를 온도신호 산출모듈로 전송하거나, 상기 온도신호 산출모듈로부터 수신되는 신호를 상기 온도센서로 전송하는 안테나; 상기 안테나와 유선으로 연결되며, 상기 온도센서와 신호를 송수신하는 온도신호 산출모듈; 배전반의 내부 어느 일측에 부착되어 설치되는 UHF센서; 상기 UHF센서와 신호를 송수신하는 UHF신호 산출모듈; 상기 온도신호 산출모듈과 UHF신호 산출모듈을 포함하며, 배전반 내부의 온도신호와 UHF신호를 감시하고 제어하며, 중앙제어장치와 송수신하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 안테나는 배전반의 내부에 설치되며, 온도신호 산출모듈은 배전반의 외부에 각각 설치되는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 온도센서는, 상기 안테나를 통해 신호를 송수신하거나 상기 온도신호 산출모듈로부터 상기 안테나를 통해 에너지를 포집하는 안테나블록과, 상기 안테나블록을 통해 포집된 AC전력을 DC전력으로 변환하여 일시 저장하는 충전펌프와, 상기 안테나블록을 통해 포집된 후 상기 충전펌프를 통해 변환된 DC전력을 이용하여 측정부위의 온도를 측정하고, 측정된 온도를 리턴 신호로 온도신호 산출모듈로 전송하도록 프로토콜을 실행하는 데이터처리수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 온도센서는, 임피던스 변화에 따라 측정된 온도신호의 리턴 신호를 변조하여 안테나블록을 통해 반사하는 백스캐터수단을 더 구비하며, 온도신호 산출모듈로부터 온도측정을 위한 제어신호를 수신하면, 상기 제어신호를 통해 에너지를 포집한 후, 온도를 측정하여 상기 온도신호 산출모듈로 제공하며, 0.01 ~ 10초 당 1회 온도를 측정하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 온도신호 산출모듈은 860 ~ 960MHz의 수신감도를 가지며, UHF신호 산출모듈은 500 ~ 1,500MHz의 수신감도를 갖는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 안테나는 온도센서에서 수신되는 온도신호와 UHF센서에서 수신되는 UHF신호를 모두 수신하며, 온도신호 산출모듈은 수신된 온도신호에 온도센서의 고유코드가 포함되어 있지 않을 경우 해당 신호를 UHF신호 산출모듈로 반송하며, UHF신호 산출모듈에 수신된 신호가 온도신호에 해당하는 변조신호일 경우, 제어부는 상기 변조신호를 노이즈처리하여 오동작을 방지하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 유선 연결이나 배터리 교체 등이 불가능한 위치의 온도를 무선방식을 통해 쉽게 측정하고, 전자기파를 분석하여 배전반 내부에서 발생하는 방전현상을 감시함으로써, 절연파괴, 접속불량 등으로 인해 발생되는 온도측정 및 전자파 측정을 통해 절연열화 및 과열을 미리 예측하여 대형사고를 예방할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따라 배전반에 구비되는 온도센서, UHF센서, 안테나를 포함한 구성도를 나타내는 도면.
도 2는 본 발명에 따른 온도 및 전자파 감시를 위한 주요 블록도면.
도 3은 본 발명에 따른 온도신호 산출모듈과 온도센서의 블록도면.
도 4는 본 발명에 따른 온도센서와 안테나 사이의 신호흐름을 나타내는 개념도.
도 5는 본 발명에 따른 중앙제어장치에서 모니터링되는 온도변화를 나타내는 예시도면.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따라 배전반에 구비되는 온도센서, UHF센서, 안테나를 포함한 구성도를 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 온도 및 전자파 감시를 위한 주요 블록도면이며, 도 3은 본 발명에 따른 온도신호 산출모듈과 온도센서의 블록도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 온도센서와 안테나 사이의 신호흐름을 나타내는 개념도이며, 도 5는 본 발명에 따른 중앙제어장치에서 모니터링되는 온도변화를 나타내는 예시도면이다.

본 발명은 온도센서(110)와 UHF센서(210)를 이용하여 과열 및 절연이상 상태를 감시할 수 있는 배전반(고압반, 저압반, 전동기제어반, 분전반)(이하, '배전반'이라 한다.)에 관한 것으로서, 무선 및 무전원 방식으로 감시부위의 온도를 측정하여 전송하고, 또한 배전반(10) 내부의 어느 일측에 UHF센서(210)를 부착하여 배전반(10) 내부에서 발생되는 부분방전을 감시할 수 있는 것을 특징으로 한다.

이를 위해 본 발명은, 온도를 감시하기 위한 온도센서(110), 안테나(120) 및 온도신호 산출모듈(130)과, 부분방전으로 인해 발생되는 전자파신호를 감지하기 위한 UHF센서(210) 및 UHF신호 산출모듈(220)로 이루어지며, 상기 온도신호 산출모듈(130)과 UHF신호 산출모듈(220)을 제어하는 제어부(300)를 포함하며, 상기 온도신호 산출모듈(130), UHF신호 산출모듈(220) 및 제어부(300)가 배전반제어장치(400)를 이루며, 배전반 외부표면에 구비되도록 한다.

본 발명의 온도센서(110)는 무전원, 무선방식으로 이루어지며, 이를 통해 유선 연결이나 배터리 교체가 불가능한 곳에 위치한 고압설비 등에 예를 들면, 스티커와 같이 접착식으로 쉽게 설치가 가능하도록 한다. 이러한 설치위치로는 R, S, T 상의 각 모선 접속부, 진공차단기(VCB) 접속부, 변류기(CT) 접속부, 진공접촉기(VC) 접속부, 케이블 접속부, 콘덴서 표면 및 외함의 내부 표면 등이 될 수 있다.

이를 통해, 온도신호 산출모듈(130)은 특정부위의 R, S, T 각 상별 온도차이를 분석하여 특정상의 온도가 설정된 정상 온도범위를 초과하여 벗어나는 경우 이상으로 판정되도록 하거나, 외함 자체의 온도와 특정부위의 R, S, T 각 상과의 온도차이를 분석하여 여기서도 특정부위, 특정상의 온도가 설정된 정상 온도범위를 초과하여 벗어나는 경우 이상으로 판정되도록 한다. 이상으로 판정되는 경우, 알람 또는 경보등을 통해 시청각으로 이상을 안내할 수 있다.

본 발명의 온도센서(110)는, 온도신호 산출모듈(130)로부터 온도측정을 위한 제어신호를 수신하면, 상기 제어신호를 통해 에너지를 포집한 후, 온도를 측정하여 상기 온도신호 산출모듈(130)로 제공하게 된다.

구체적으로, 본 발명의 온도센서(110)는 안테나(120)를 통해 910 ~ 920MHz의 RF 에너지를 수신하여 에너지를 포집한 후, 이 에너지를 이용하여 내부의 반도체 회로를 구동시켜 온도를 측정하게 되며, 온도측정 후에는 온도센서(110)의 고유코드를 포함한 온도정보를 안테나(120)를 통해 온도신호 산출모듈(130)로 전송하게 된다. 온도정보에 포함된 고유코드를 통해 온도신호 산출모듈(130)은 어느 온도센서(110)에서 수신된 온도정보인지를 판단하게 되고 또한 이상부위를 쉽게 판단하게 된다.

여기서 온도센서(110)에서 포집되는 에너지(P _RX )는 온도신호 산출모듈(13)로부터 전송된 에너지(P _TX ) 중 유선(L)을 통해 전송되는 과정에서 손실되는 에너지(L _TX )와 배전반 내 자유공간을 무선 전파하며 손실되는 에너지(L _FS )을 뺀 에너지에 안테나 이득을 통한 에너지(G _TX )를 더하여 얻어지게 된다. 즉, 온도센서(110)에서 포집되는 에너지(P _RX )는 아래와 같은 식으로 나타낼 수 있다.

P _RX = P _TX - L _TX + G _TX - L _FS

도 3을 참조하면, 본 발명의 온도센서(110)는 안테나블록(111), 충전펌프(112) 및 데이터처리수단(113)을 포함하여 이루어진다.

안테나블록(111)은 안테나(120)를 통해 신호를 송수신하거나 온도신호 산출모듈(130)로부터 상기 안테나(120)를 통해 에너지를 포집하게 되고, 충전펌프(112)는 상기 안테나블록(111)을 통해 포집된 AC전력을 DC전력으로 변환하여 일시 저장하게 되며, 데이터처리수단(113)은 상기 안테나블록(111)을 통해 포집된 후 상기 충전펌프(112)를 통해 변환된 DC전력을 이용하여 측정부위의 온도를 측정하고, 측정된 온도를 리턴 신호로 하여 온도신호 산출모듈(130)로 전송하도록 프로토콜을 실행하게 된다.

상기 데이터처리수단(113)에서는 온도를 감지하는 온도감지부를 구비한 상태에서 상기 온도감지부의 임피던스 변화에 따라 감지된 온도와 온도센서(110)의 고유코드를 온도정보로 하여 데이터로 전송하게 되며, 데이터의 정확도를 높이기 위해 본 발명에서는 예를 들면 12 비트 코드의 온도정보를 생성하여 전송하도록 한다.

도 4는 본 발명에 따른 온도센서(110)와 안테나(120) 사이의 신호흐름을 나타내는 개념도로서, 온도센서(110)에 구비된 안테나블록(111)이 안테나(120)를 통해 수신되는 신호로부터 무선 에너지 하베스팅 기술을 이용하여 에너지를 포집하게 되고, 포집된 에너지에 의한 AC 전력을 충전펌프(112)를 통해 DC 전력으로 변환하여 충전펌프(112)에 저장한 상태에서, 저장된 DC 전력을 데이터처리수단(113)에 공급하여 상기 데이터처리수단(113)에 포함된 프로토콜에 따라 측정부위의 온도를 측정 후 온도센서(110)의 고유코드와 함께 안테나블록(111)을 통해 안테나(120)로 전송하게 된다.

온도신호 산출모듈(130)은 배터리 또는 AC 상용 전력을 통해 동력을 공급받은 상태에서 전반적인 온도신호 산출을 제어하게 되는데, 이를테면 상기 온도신호 산출모듈(130)로부터 온도센서(110)와 통신을 개시하기 위한 사인곡선 신호를 발생하게 되며, 이 때 해당 신호에 포함된 RF 에너지가 온도센서(110)의 안테나블록(111)을 통해 에너지 하베스팅 기술을 이용하여 포집되게 된다.

온도센서(110)에는 백스캐터수단(114)이 더 구비되게 되는데, 상기 백스캐터수단(114)은 데이터처리수단(113)에서의 임피던스 변화에 따른 측정 온도신호의 리턴 신호를 변조하여 안테나블록(111)을 통해 안테나(120)로 반사하게 되며, 이러한 리턴 신호는 후방 산란 신호로서 바이너리 데이터, 즉 12코드의 온도정보를 포함하게 된다.

여기서, 온도센서(110)는 배전반(10) 내부의 감시설비에 부착설치되게 되고, 안테나(120) 또한 배전반(10) 내부에 부착되어 설치됨으로써, 배전반(10) 내부의 자유공간을 통해 무선으로 신호를 상호 송수신하게 된다. 이는 RF 에너지가 금속 표면을 통과하지 못하는 특징을 이용한 것으로서, 온도센서(110)와 안테나(120)가 함께 금속으로 이루어지는 배전반(10) 내부에 위치된 상태에서, 금속 재질의 배전반(10)을 통해 반사되는 RF 신호를 통해 신호 송수신을 더욱 정확하게 수행할 수 있게 된다. 즉, 온도센서(110)와 안테나(120)가 배전반(10) 내의 자유공간루트를 통해 신호를 송수신함으로써 최상의 결과를 도출해 낼 수 있게 된다.

본 발명의 안테나(120)는 복수의 온도센서(110)와 무선으로 신호를 송수신하게 되며, 각 온도센서(110)로부터 온도센서(110)의 고유코드를 포함한 온도정보를 수신하여 온도신호 산출모듈(130)로 전송함으로써, 부착된 온도센서(110)의 위치 등을 쉽게 파악할 수 있도록 한다. 본 발명에서 각 부위별 온도센서(110)는 0.01 ~ 10초 당 1회, 바람직하게는 0.1 ~ 5초 당 1회, 더욱 바람직하게는 0.5 ~ 2초 당 1회 온도를 측정하도록 하여 온도감시가 매우 조밀하게 이루어지도록 한다.

이 때 배전반(10) 내부에는 다양한 부위에 온도센서(110)가 부착되게 되며, 일반적으로 배전반(10) 내부에는 안테나(120)가 1 ~ 2개 설치될 수 있으며, 온도센서(110)는 대략 6 ~ 50개가 설치된 상태에서, 안테나(120)와 신호 송수신이 가능하도록 한다. 안테나(120)가 1개 설치되는 경우, 안테나(120)의 고유코드가 구별될 필요는 없으나, 2개 또는 그 이상 설치되어야 하는 경우에는 안테나(120)마다 고유코드로 구분될 필요가 있다.

본 발명에서는 온도센서(110)와 안테나(120)가 배전반(10) 내부에 설치되는 반면, 온도신호 산출모듈(130)은 안테나(120)와 유선(L)으로 연결된 상태에서 배전반(10)의 외부, 바람직하기는 배전반(10)의 외부표면에 설치됨으로써, 안테나(120)를 통해 수신되는 온도정보를 디스플레이함과 함께 중앙제어장치(500) 및/또는 휴대단말기(600)와 유무선 통신을 통해 모니터링이 원활하게 이루어지도록 한다.

본 발명의 UHF센서(210)는 배전반(10) 내부에서 발생되는 부분방전을 감지하여 부분방전 감지 신호로 출력한다. 배전반(10) 내부에서의 부분방전은 임펄스형태의 급격한 방전펄스를 발생시키고, 500 ~ 1,500MHz의 극초단파(UHF, Ultra High Frequency)를 방사하게 된다. 방사된 UHF는 배전반(10) 내에서 마이크로파로 전파되는 특성상, 배전반(10) 내에 이를 검출할 수 있는 UHF센서(210)가 설치되도록 한다.

본 발명의 UHF센서(210)를 통해 검출된 부분방전 감지 신호는 UHF신호 산출모듈(220)로 전달되게 된다. 500 ~ 1,500MHz의 감지범위를 갖는 UHF신호 산출모듈(220)은 감지된 부분방전 신호의 크기와 펄스 수 등을 분석하게 되고, 예를 들면 부분방전 신호의 크기 및 펄스 수의 측정값이 설정값보다 큰 경우 부분방전의 발생으로 판단하여 알람을 발생시키거나 경고등을 구동시키도록 하며, 이후 측정값이 설정값이하로 검출되는 경우, 알람 또는 경고등 구동이 정지되도록 한다.

상기 실시예에서는, 안테나(120)가 온도센서(110)와의 신호 송수신을 통해 온도정보만을 송수신하는 것으로 설명되었으나, 상기 안테나(120)는 상기 온도센서(110)에서 수신되는 온도신호와 UHF센서(210)에서 수신되는 UHF신호를 모두 수신할 수 있다. 즉, 본 발명의 안테나(120)는 온도센서(110)로부터 출력되는 860 ~ 960MHz의 무선 온도 감지신호를 전달받아 온도신호 산출모듈(130)로 전송하거나, UHF센서(210)로부터 출력되는 500 ~ 1,500MHz의 부분방전 감지신호를 전달받아 UHF신호 산출모듈(220)로 전송하도록 한다.

안테나(120)가 온도신호와 UHF신호를 모두 수신하도록 하는 경우, 제어부(300)는 각각의 신호가 온도신호 산출모듈(130) 또는 UHF신호 산출모듈(220)로 전송되어 처리되도록 제어할 필요가 있다. 이를 위해, 제어부(300)는 안테나(120)를 통해 수신된 신호가 온도신호 산출모듈(130)로 전송되는 경우, 해당 신호에 온도센서(110)의 고유코드가 포함되어 있지 않을시 이 신호를 UHF신호 산출모듈(220)로 반송하도록 제어한다. 즉, 제어부(300)는 온도신호 산출모듈(130)로부터 반송정보가 수신되는 경우, 온도정보에 고유코드가 포함되어 있지 않아 반송된 것을 확인한 후, 해당 신호를 UHF신호 산출모듈(220)로 전송하도록 한다.

또한, 제어부(300)는 안테나(120)를 통해 수신된 후 UHF신호 산출모듈(220)로 전송된 신호가 860 ~ 960MHz의 주파수를 갖는 온도신호에 해당하는 변조신호일 경우 이를 온도신호 산출모듈(130)로 반송없이 노이즈처리하여 오동작을 방지하도록 한다. 이는 온도신호 산출모듈(130)이 860 ~ 960MHz의 수신감도를 갖고, UHF신호 산출모듈(220)은 500 ~ 1,500MHz의 수신감도를 갖는 것에 기인하는 것으로서, 상대적으로 발생할 가능성이 적은 UHF신호가 온도신호 산출모듈(130)로 전송되는 경우에는, 이를 UHF신호 산출모듈(220)로 반송시켜 부분방전의 발생을 정확히 산출하도록 하는 반면, 온도신호는 전술한 바와 같이 0.01 ~ 10초 당 1회, 바람직하게는 0.1 ~ 5초 당 1회, 더욱 바람직하게는 0.5 ~ 2초 당 1회 온도를 측정하는 특성상 반송없이 노이즈처리하여도 큰 문제가 없으며, 이에 따라 반송에 따른 에너지 소모를 줄임과 함께 반송을 위한 구성을 최소화하여 경제적인 구성이 되도록 한다.

위에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 고가의 열화상카메라 등을 이용한 1회성 진단으로 급격하게 발생할 수 있는 전력설비 사고를 대처하지 못하는 문제, 높은 가격으로 인해 일부 발열 예상 부위만 한정적 사용이 가능하고, 고압의 경우 절연거리 유지필요로 인해 오차가 증가하는 적외선 온도센서(110)의 문제 등을 해결하고, 배전반(10) 주요 발열 부위를 넓은 범위에서 정확한 감시를 비교적 저가의 무전원, 무선 온도센서(110)를 통해 하도록 하며, 이를 통해 사후 대처가 아닌 초기 진단으로 사고예방을 위한 충분한 시간을 확보할 수 있게 된다.

또한, 본 발명은 배전반(10)에 구비된 제어부(300)를 포함한 장치들과의 유무선통신을 통해 이상부위의 발열, 부분방전 발생 상황을 포함한 중요한 진단 데이터를 상위 장치 또는 시스템과 연계하여 통합관리할 필요가 있다. 즉, 체계적인 데이터 수집과 분석을 통해 품질개선과 사고예방 등이 가능한 배전반을 구축하도록 한다.

전술한 무전원, 무선 온도센서(110)와 UHF센서(210)를 이용하여 배전반(10)의 상태를 파악하여 잠재적 고장을 사전에 예상하고, 배전반(10)의 고장 예측 및 분석을 통해 최적의 정비시기를 파악함으로써 물적 자원을 절약하는 효과도 누릴 수 있다. 이를 위해 중앙제어장치(500)에 예를 들면, 빅 데이터를 활용한 머신러닝 기술을 구축한 상태에서 배전반(10) 특성에 따른 예방보전 주기를 최적화하거나, 배전반(10) 특성에 따른 보전전략 결정, 주기의 최적화, 예측된 기술을 파악하는 것이 가능하도록 하고, 이상신호와 배전반(10)이 위치한 현장의 잡음신호를 명확히 구분하여 측정된 데이터의 신뢰성이 보장되도록 한다.

또한, 중앙제어장치(500)에 구비된 프로그램을 통해 배전반(10)의 제어부(300)를 통해 전송된 데이터를 저장하고, 배전반(10) 이상부위를 3차원 형태로 시각화하거나 수명예측이 가능하도록 하며, 3차원 고주파 전자기장 해석툴을 이용하여 배전반(10) 내부의 전파 특성 및 전파 손실 등을 계산하여 UHF센서(210)의 최적 설치위치 선정이 가능하도록 한다.

도 5는 본 발명에 따른 중앙제어장치(500)에서 모니터링되는 온도변화를 나타내는 예시도면으로서, 고유코드가 부여된 온도센서(110)의 온도변화가 그래프 형태로 중앙제어장치(500)에서 모니터링될 수 있음을 보여주고 있다. 도 1을 참조하면, 위와 같은 중앙제어장치(500)에서의 모니터링 등 상황이 와이파이 등 무선통신을 통해 휴대단말기(600)로 전송되고, 또한 휴대단말기(600)를 통한 제어신호 등이 무선통신을 통해 중앙제어장치(500)로 전송될 수 있음을 알 수 있다.

휴대단말기(600)는 중앙제어장치(500)를 통해 배전반제어장치(400)로부터 수신된 배전반(10)의 정보를 공유하게 된다. 즉 휴대단말기(600)는 중앙제어장치(500)를 통해 배전반(10)의 온도정보와 전자파정보를 수신하게 되고, 수신된 정보가 정상을 벗어난 이상정보일 경우, 알람 또는 경보등의 경보정보가 함께 수신되어 이를 휴대단말기(600)를 소유한 관리자에게 알릴 수 있게 된다.

구체적으로, 상기 휴대단말기(600)는 중앙제어장치(500)와의 정보 송수신을 위해 모바일 어플리케이션(모바일앱)을 구비하게 되고, 정상상태의 정보가 수신되는 경우에는 관리자가 상기 모바일앱을 구동할 경우에만 정보의 열람이 가능하도록 하되, 이상상태의 경우 모바일앱이 강제구동되도록 함으로써 배전반의 이상상황이 알람 등의 경보정보를 통해 관리자에게 즉시 통지되도록 한다.

본 발명의 휴대단말기(600)는 위와 같이 수신되는 정보를 통해 관리자에게 배전반(10)의 이상여부를 확인 또는 통지할 수 있도록 하는 기능 외에, 필요에 따라 이상상황을 위한 기준정보를 설정하여 중앙제어장치(500)로 전송할 수 있고, 중앙제어장치(500)는 휴대단말기(600)에 의해 설정된 기준정보를 수신하여 저장한 후, 이러한 새로운 기준정보를 통해 배전반제어장치(400)에서 수신되는 정보에 대한 이상여부를 새롭게 판단할 수 있도록 한다. 즉, 본 발명의 휴대단말기(600)는 중앙제어장치(500)로부터 수신되는 정보를 관리자에게 통지하는 기능뿐만 아니라, 관리자에 의해 설정되는 정보를 중앙제어장치(500)로 전송하여 제어함으로써, 배전반(10)의 감시가 능동적으로 이루어질 수 있도록 한다. 예를 들면, 계절의 변화에 따라 기준온도정보에 변화를 줄 필요가 있으며, 이를 통해 배전반(10)의 이상여부가 계절의 변화에 따라 안전하게 관리될 수 있도록 한다.

도 5는 중앙제어장치(500)에 디스플레이되는 온도정보를 나타내고 있지만, 위 온도정보는 관리자가 휴대하는 휴대단말기(600)에도 디스플레이될 수 있으며, 온도정보 뿐만 아니라 부분방전에 의해 발생되는 전자파정보 또한 중앙제어장치(500) 및/또는 휴대단말기(600)에 디스플레이되어 모니터링될 수 있게 된다.

본 발명의 중앙제어장치(500)는 배전반제어장치(400)와 통신하게 되며, 상기 배전반제어장치(400)로부터 수신된 온도정보와 전자파정보가 누적되어 저장되게 된다. 즉, 배전반제어장치(400)는 온도정보와 전자파정보를 해당 배전반(10)의 고유정보와 함께 중앙제어장치(500)로 전송할 뿐으로서, 이를 통해 배전반제어장치(400)에는 저장장치와 같은 별도의 구성을 더 구비하지 않는 등 구성을 최소화할 수 있게 되고, 대신 중앙제어장치(500)에는 복수의 배전반을 통해 수신되는 각 배전반의 온도정보와 전자파정보를 각각 구별하여 저장하도록 한다.

이렇게 누적되어 저장되는 정보는, 중앙제어장치(500)에 과거정보로 저장되어 관리되게 되며, 실시간으로 배전반제어장치(400)를 통해 수신되는 현재 정보와 함께 예를 들면 동시간별로 상호 비교되도록 중앙제어장치(500) 및/또는 관리자의 휴대단말기(600)에 디스플레이되도록 함으로써 이러한 변화 추이를 통해 현재 이후의 미래정보를 예측할 수 있도록 한다. 이를 통해, 현재 실시간 수신되는 정보가 정상상태의 정보라 하더라도, 변화 추이에 따른 학습을 통해 이상상태로 변화될 가능성이 있을 경우, 이를 예비적으로 관리자에게 통지하여 예측할 수 있도록 함으로써, 비상상황을 사전에 준비하도록 할 수 있게 된다.

즉, 본 발명의 중앙제어장치(500)는 온도정보와 부분방전 정보를 일정 기간마다 딥러닝 방식으로 학습하여, 배전반이 정상으로 동작하는 온도 및 부분방전의 일정 패턴을 얻게 되고, 이렇게 얻은 일정한 패턴에 근거하여 배전반의 동작의 정상여부를 판단하게 된다. 구체적으로 본 발명의 중앙제어장치(500)는 온도와 부분방전을 일정 기간마다 딥러닝 방식으로 학습하여 배전반이 정상으로 동작하는 온도 및 부분방전의 일정 패턴을 얻어내고, 얻어진 일정 패턴에 근거하여 배전반의 동작 상태를 진단하며, 입력된 온도와 부분방전의 저장을 제어하고, 학습 및 진단결과를 휴대단말기(600) 등 외부로 전송 제어하며, 입력된 온도와 부분방전을 저장하고, 얻어진 일정 패턴을 데이터로 저장하며, 학습 및 진단결과를 저장하게 된다.

또한 본 발명의 중앙제어장치(500)는 구조화된 데이터 및 비구조화된 데이터를 처리하여 개별 특정 성분을 추출해낼 수 있는데, 예를 들면, 입력된 온도정보 및 부분방전정보로부터 얻어진 텍스트를 제외한 비구조화된 데이터, 즉 이미지, 영상, 음성 등을 텍스트 데이터로 변환하여 관리자의 휴대단말기(600)로 제공함으로써, 관리자가 해당 정보를 쉽게 파악할 수 있도록 한다.

본 발명에 따르면, 유선 연결이나 배터리 교체 등이 불가능한 위치의 온도를 무선방식을 통해 쉽게 측정하고, 전자기파를 분석하여 배전반 내부에서 발생하는 방전현상을 감시함으로써, 절연파괴, 접속불량 등으로 인해 발생되는 온도측정 및 전자파 측정을 통해 절연열화 및 과열을 미리 예측하여 대형사고를 예방할 수 있는 장점이 있다.

이상 살펴본 바와 같이, 본 발명은 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 통상의 기술자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 다양한 변형이 가능하다는 것은 자명하다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형의 예들을 포함하도록 기술된 청구범위에 의해서 해석되어져야 한다.

10: 배전반
110: 온도센서
111: 안테나블록
112: 충전펌프
113: 데이터처리수단
114: 백스캐터수단
120: 안테나
130: 온도신호 산출모듈
210: UHF센서
220: UHF신호 산출모듈
300: 제어부
400: 배전반제어장치
500: 중앙제어장치
600: 휴대단말기
L: 유선

Claims

배전반(10) 내부의 온도 측정부위에 부착되어 설치되는 온도센서(110);
상기 온도센서(110)와 무선으로 통신연결되며, 상기 온도센서(110)로부터 수신되는 신호를 온도신호 산출모듈(130)로 전송하거나, 상기 온도신호 산출모듈(130)로부터 수신되는 신호를 상기 온도센서(110)로 전송하는 안테나(120);
상기 안테나(120)와 유선으로 연결되며, 상기 온도센서(110)와 신호를 송수신하는 온도신호 산출모듈(130);
배전반(10)의 내부 어느 일측에 부착되어 설치되는 UHF센서(210);
상기 UHF센서(210)와 신호를 송수신하는 UHF신호 산출모듈(220);
상기 온도신호 산출모듈(130)과 UHF신호 산출모듈(220)을 제어하며, 배전반(10) 내부의 온도신호와 UHF신호를 감시하고 제어하며, 중앙제어장치(500)와 송수신하는 제어부(300);
를 포함하며,
상기 안테나(120)는,
상기 온도센서(110)에서 수신되는 온도신호와 함께, 상기 UHF센서(210)에서 수신되는 UHF신호를 모두 수신하며,
상기 제어부(300)는,
상기 안테나(120)를 통해 수신된 신호가 상기 온도신호 산출모듈(130)로 전송되는 경우 해당 신호에 온도센서(110)의 고유코드가 포함되어 있지 않을시 해당 신호를 상기 UHF신호 산출모듈(220)로 반송하도록 제어하며, 상기 안테나(120)를 통해 수신된 후 상기 UHF신호 산출모듈(220)로 전송된 신호가 온도신호에 해당하는 변조신호일 경우 이를 상기 온도신호 산출모듈(130)로 반송없이 노이즈처리하여 오동작을 방지하며,
상기 안테나(120)는 배전반(10)의 내부에 설치되며,
상기 온도신호 산출모듈(130)은 배전반(10)의 외부에 각각 설치되는 것을 특징으로 하는 온도센서와 UHF센서를 이용하여 과열 및 절연이상 상태 감시가 가능한 배전반.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 온도센서(110)는,
상기 안테나(120)를 통해 신호를 송수신하거나 상기 온도신호 산출모듈(130)로부터 상기 안테나(120)를 통해 에너지를 포집하는 안테나블록(111)과,
상기 안테나블록(111)을 통해 포집된 AC전력을 DC전력으로 변환하여 일시 저장하는 충전펌프(112)와,
상기 안테나블록(111)을 통해 포집된 후 상기 충전펌프(112)를 통해 변환된 DC전력을 이용하여 측정부위의 온도를 측정하고, 측정된 온도를 리턴 신호로 온도신호 산출모듈(130)로 전송하도록 프로토콜을 실행하는 데이터처리수단(113)을 포함하는 것을 특징으로 하는 온도센서와 UHF센서를 이용하여 과열 및 절연이상 상태 감시가 가능한 배전반.
청구항 1에 있어서,
상기 온도신호 산출모듈(130)은,
R, S, T 각 상별 기준온도와 측정된 온도를 비교하며,
비교결과 각 상중 어느 한 상 이상의 측정 온도가 기준온도 범위를 초과하는 경우 이상으로 판정하는 것을 특징으로 하는 온도센서와 UHF센서를 이용하여 과열 및 절연이상 상태 감시가 가능한 배전반.
청구항 1에 있어서,
상기 온도신호 산출모듈(130)은,
860 ~ 960MHz의 수신감도를 가지며,
상기 UHF신호 산출모듈(220)은,
500 ~ 1,500MHz의 수신감도를 갖는 것을 특징으로 하는 온도센서와 UHF센서를 이용하여 과열 및 절연이상 상태 감시가 가능한 배전반.