KR102426935B1 - 클라우드 기반 복합환경센서를 내장한 분전함의 전력모니터링 시스템 - Google Patents

클라우드 기반 복합환경센서를 내장한 분전함의 전력모니터링 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 분전함에 관한 것으로, 보다 상세하게는 격오지 또는 출입의 제한이 많은 곳에 설치된 분전함을 협대역 사물 인터넷(NB-IoT : Narrow Band - Internet of Things)을 기반으로 원격제어 및 전력모니터링이 가능하도록 한 분전함에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은, 상용전원을 입력받는 입력 터미널 블럭과, 입력된 상용전원을 분기시켜 출력하는 출력 터미널 블럭이 구비되고,
상기 입력 터미널 블럭과 출력 터미널 블럭 사이에는 입력된 상용전원의 과전류 및 단락전류로 동작하여 입력되는 상용전원을 차단하는 배선용 차단기와, 써지 보호기와, 누전 차단기가 설치된 분전함으로서,
상기 입력 터미널 블럭을 통해 입력되는 상용전원을 인가받아 직류 전원으로 변환하는 SMPS;
상기 SMPS로부터 공급되는 직류전원에 의해 동작하고, 상기 누전 차단기로부터 입력되는 신호를 NB-IoT 네트워크를 통해 원격지로 전송하며, 원격지로부터 제공되는 제어명령에 의해 상기 누전 차단기의 동작을 제어하는 제어부;로 구성되며,
상기 출력 터미널 블럭은 상기 누전 차단기로부터 공급받은 상용전원을 부하의 갯수에 맞게 분기시킴과 아울러 그 분기되는 각 선로에는 스위치가 구비되고,
상기 누전 차단기와 출력 터미널 블럭의 사이에는 전력 송수전부가 구비되어 상기 출력 터미널 블럭 및 이웃하는 분전함에 전력을 공급하며,
온도/습도 센서, 일산화탄소, 이산화탄소, 휘발성유기화합물 등의 각종 유해가스센서, 미세먼지 및 황사 센서, 지진센서, 도어 개폐 센서, 전압 및 전류 센서, 전력 센서, 접지 센서로 이루어진 센서부를 포함하고,
상기 제어부는 이웃하는 분전함으로부터 상기 NB-IoT 모뎀을 통하여 전력요구신호가 입력되면, 상기 스위치를 제어하여 우선순위에 있는 부하에 전력을 공급하고, 우선순위 밖의 부하에 공급되는 전력을 차단한 다음, 현재 부하에 공급되는 전력량과 예비전력량을 계산하여, 여분의 전력이 이웃하는 분전함에 공급되도록 상기 전력 송수전부를 제어함과 아울러 상기 센서부로부터 센싱된 정보를 상기 NB-IoT 모뎀을 통해 클라우드로 전송하도록 구성된다.

Description

클라우드 기반 복합환경센서를 내장한 분전함의 전력모니터링 시스템{The power monitoring system of the distribution box in which the complex environment sensor based on cloud is built in}
본 발명은 분전함에 관한 것으로, 보다 상세하게는 격오지 또는 출입의 제한이 많은 곳에 설치된 분전함을 협대역 사물 인터넷(NB-IoT : Narrow Band - Internet of Things)을 기반으로 원격제어 및 전력모니터링이 가능하도록 한 분전함에 관한 것이다.
일반적인 분전반은 입력되는 하나의 상용전원을 여러 개의 교류 및 직류 전원으로 분기시켜 공급하는 것으로서, 통상 건물, 주택, 공장, 상가 등에 설치되어 요소요소에 전원을 공급하게 된다.
또 다르게는 복수의 가로등, CCTV, 신호등 등의 주변에 설치되어 분기된 전원을 공급하기도 한다.
그런데, 이렇게 설치되는 각 분전반은 외부 통신 기능을 가지고 있지 않아서, 분전반의 상태, 예를 들면 누전 차단기의 동작, 과전류 또는 써지(surge)에 의한 손상 등을 관리자가 일일이 설치 현장에 방문하여 확인하여야 하므로, 격오지 또는 출입이 제한된 장소(예를 들면, 터널, 지하철 등) 등에 출동하여 확인하기란 그리 수월하지 않게 된다.
이러한 문제점 때문에 등록특허 제10-1645647호에서는 분전반의 상태를 측정하여 그 측정된 정보를 네트워트를 통해 외부로 전송하는 기능을 가진 스마트 분전반 제어기를 제안하고 있다.
이를 도1을 참조하여 설명하면, 주 차단기(20)는 외부 상용 라인을 통해 교류 전원을 인가받고, 인가된 교류 전원을 연결된 교류 분기 차단기(22)에 공급하거나 또는 차단하는 기능을 수행하게 된다.
교류 분기 차단기(22)는 주 차단기(20)로부터 인가되는 교류 전원을 연결된 교류 전원 기기(30) 및 스마트 분전반 제어기(100)에 공급하거나 또는 차단하는 기능을 수행하게 된다.
주 차단기(20)와 교류 분기 차단기(22)에는 전압센서, 전류센서, 누전센서(24) 등의 센서들(24)이 구비되어 측정정보를 스마트 분전반 제어기(100)로 출력하게 된다.
스마트 분전반 제어기(100)에서는 이러한 측정정보에 의해 전체의 전력분석 정보(전체 전류, 전체 전압, 전체 전력, 전체 전력량)를 하게 되고, 동시에 스마트 분전반 제어기에서 전기안전에 필요한 전기안전 정보(과전류, 누설전류, 아크)를 검출하게 된다.
또한, 스마트 분전반 제어기(100)는 다수의 교류 분기 차단기(22) 중 하나에 연결되어 교류 전원을 인가받고, 인가된 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 연결된 직류 전원 기기에 공급 또는 차단하는 기능을 수행하게 된다.
그리고, 스마트 분전반 제어기(100)는 교류 분기 차단기(22)의 출력단에 연결되어 교류 분기 차단기(22)로부터 인가되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 직류 분기 차단기(26)로 출력하게 된다.
한편, 직류 분기 차단기(26)는 스마트 분전반 제어기(100)로부터 직류 전원을 인가받고, 연결된 직류 전원 기기(32)에 직류 전원을 공급 또는 차단하는 기능을 수행하게 된다.
그리고, 스마트 분전반 제어기(100)는 교류 분기 차단기(22)의 출력단에 연결되어 교류 분기 차단기(22)로부터 인가되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 직류 분기 차단기(26)로 출력하게 된다.
직류 분기 차단기(26)는 스마트 분전반 제어기(100)로부터 직류 전원을 인가받고, 연결된 직류 전원 기기(32)에 직류 전원을 공급 또는 차단하는 기능을 수행하게 된다.
아울러 센서들(24)에 의해 검출되는 다양한 측정정보는 외부 네트워크를 통해 외부의 서버, 단말기, 스마트폰 등의 외부 장치로 전송될 수 있다.
그런데, 이러한 종래 기술에 따른 분전함은 설치장소에 따라 외부 네트워크와 통신하는 방식이 서로 다를 수 있어서 단일화된 프로토콜을 갖는 시스템으로 운용하기가 매우 어려워 범용화에 큰 제약이 따른다.
또한, 이러한 제약 때문에 외부에서 분전함을 원격 제어하기에도 제약이 따르는 것이 당연할 것이다.
<선행기술문헌>
1. 등록특허 제10-1645647호
(실시간 다중통신용 스마트 분전반 제어기)
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여, 클라우드 기반의 복합환경센서를 내장하고, 협대역 사물 인터넷(NB-IoT : Narrow Band - Internet of Things)에 의해 원격에서 모니터링 및 복구제어가 가능하도록 한 클라우드 기반 복합환경센서를 내장한 분전함의 전력모니터링 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 클라우드 기반 복합환경센서를 내장한 분전함의 전력모니터링 시스템은,
상용전원을 입력받는 입력 터미널 블럭과, 입력된 상용전원을 분기시켜 출력하는 출력 터미널 블럭이 구비되고,
상기 입력 터미널 블럭과 출력 터미널 블럭 사이에는 입력된 상용전원의 과전류 및 단락전류로 동작하여 입력되는 상용전원을 차단하는 배선용 차단기와, 써지 보호기와, 누전 차단기가 설치된 분전함으로서,
상기 입력 터미널 블럭을 통해 입력되는 상용전원을 인가받아 직류 전원으로 변환하는 SMPS;
상기 SMPS로부터 공급되는 직류전원에 의해 동작하고, 상기 누전 차단기로부터 입력되는 누전에 의한 신호를 NB-IoT 네트워크 또는 이더넷을 통해 원격지로 전송하며, 원격지로부터 제공되는 제어명령에 의해 상기 누전 차단기를 'ON'시켜 복구하는 제어부;로 구성되고,
상기 제어부는
상기 SMPS로부터 공급되는 직류전원을 공급받는 전원부;
상기 써지 보호기와 누전 차단기의 동작 상태를 감지하고, 누전 차단기의 복구를 위한 제어명령을 누전 차단기로 출력하기 위한 CPU;
정전 시 상기 CPU에 전원을 공급하여 CPU로 하여금 정전 상태를 NB-IoT 모뎀 또는 LAN 입출력부를 통하여 원격지의 이동 단말기 또는 PC로 비상상황을 알리도록 하는 배터리;
상기 써지 보호기와 연결되어 써지 보호기의 상태 신호를 상기 CPU에 공급하는 써지 보호기 입출력부;
상기 누전 차단기와 연결되어 누전 차단기의 상태 신호를 상기 CPU에 공급하고, CPU로부터 출력되는 제어명령을 누전 차단기로 제공하는 누전 차단기 입출력부;
외부의 안테나와 연결되어 이동 단말기와 통신하는 NB-IoT 모뎀;
이더넷 RJ-45를 통해 원격지의 PC와 통신하는 LAN 입출력부;로 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 출력 터미널 블럭은 상기 누전 차단기로부터 공급받은 상용전원을 부하의 갯수에 맞게 분기시킴과 아울러 그 분기되는 각 선로에는 스위치가 구비되고,
상기 누전 차단기와 출력 터미널 블럭의 사이에는 전력 송수전부가 구비되어 상기 출력 터미널 블럭 및 이웃하는 분전함에 전력을 공급하며,
상기 제어부는 이웃하는 분전함으로부터 상기 NB-IoT 모뎀을 통하여 전력요구신호가 입력되면, 상기 스위치를 제어하여 우선순위에 있는 부하에 전력을 공급하고, 우선순위 밖의 부하에 공급되는 전력을 차단한 다음, 현재 부하에 공급되는 전력량과 예비전력량을 계산하여, 여분의 전력이 이웃하는 분전함에 공급되도록 상기 전력 송수전부를 제어한다.
그리고, 상기 제어부는 누전 차단기의 복구를 위한 제어명령에 의해서 상기 누전 차단기가 복구되지 않는다면, 상기 원격지의 이동 단말기 또는 PC로 비상상황을 알림과 동시에 상기 NB-IoT 모뎀을 통하여 이웃하는 분전함으로 전력요구신호를 전송함과 동시에 우선순위에 있는 부하와 연결된 스위치를 제어하여 상기 전력 송수전부를 통해 이웃하는 분전함으로부터 공급되는 전력을 우선순위의 부하에 공급하도록 제어한다.
아울러, 상기 제어부는 이웃하는 분전함으로부터 IoT 통신에 의해 전력요구해제신호가 수신되면, 상기 전력 송수전부를 제어하여 이웃하는 분전함으로 송전되는 전력을 차단시킴과 아울러 각 부하에 정상적으로 전력이 공급되도록 스위치를 제어하며,
상기 누전 차단기가 정상적으로 복구되면, 이웃하는 분전함으로 IoT 통신에 의해 전력요구해제신호를 송신함과 아울러 각 부하에 정상적으로 전력이 공급되도록 스위치를 제어하도록 구성된다.
이러한 본 발명은 단일화된 통신 프로토콜을 갖는 NB-IoT(협대역 사물 인터넷)에 의해 원격지의 이동 단말기에 무선으로 분전함의 상태를 전송하여 모니터링이 가능하도록 함으로써 범용화가 유리하고, 또한 분전함이 이동 단말기로부터 제어명령을 인가받아 명령을 수행할 수 있도록 하여 관리자가 접근하기에 쉽지 않은 격오지 등의 분전함도 출동하지 않은 상태에서 빠른 조치가 가능한 장점이 있다.
또한, 누전 차단기의 복구가 실패하면, 이웃하는 분전함으로부터 긴급한 전력을 공급받아 농축사, 저온창고 또는 냉동고, 온도에 민감한 생산설비 등의 긴급을 요구하는 부하에 전력을 공급할 수 있게 되어 전력공급중단에 따른 피해를 최소화할 수 있는 장점이 있다.
아울러, 복합환경센서를 구비하여 센싱된 정보를 클라우드로 전송함으로써 주변 환경을 원격지에서 모니터링이 가능한 장점이 있다.
도1은 종래의 분전함의 구조를 보인 도.
도2는 본 발명에 의한 클라우드 기반 복합환경센서를 내장한 분전함의 전력모니터링 시스템을 보인 도.
도3은 이동 단말기를 이용하여 원격 모니터링 및 제어하는 화면의 일예를 보인 도.
도4는 컴퓨터를 이용하여 원격 모니터링 및 제어하는 화면의 일예를 보인 도.
도5는 출력 터미널 블럭의 구성을 보인 도.
도6은 본 발명의 센서부를 구성하는 복합환경센서의 선능을 설명하기 위한 도.
도7부터 도10까지는 스마트폰을 이용하여 본 발명의 분전함을 제어하는 과정을 설명하기 위한 도.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다.
본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다.
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 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다.
또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다.
따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
또한, 명세서에 기재된 "~부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세하게 설명한다.
그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시 예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시 예에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 실시 예는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다.
도2은 본 발명 클라우드 기반 복합환경센서를 내장한 분전함의 전력모니터링 시스템의 구조를 보인 도이고, 도3은 이동 단말기를 이용하여 원격 모니터링 및 제어하는 화면의 일예를 보인 도이며, 도4는 컴퓨터를 이용하여 원격 모니터링 및 제어하는 화면의 일예를 보인 도이다.
도2에서와 같이 본 발명의 클라우드 기반 복합환경센서를 내장한 분전함(200)은, 크게, 입력 터미널 블럭(210)과 출력 터미널 블럭(250), 배선용 차단기(220), 써지 보호기(230), 누전차단기(240), SMPS(260), 센서부(280), 그리고 제어부(270)로 구성된다.
이하, 본 발명의 협대역 사물 인터넷 기반으로 원격제어가 가능한 분전함의 구성요소들에 대해 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
입력 터미널 블럭(210)은 외부로부터 입력되는 상용전원을 인입시키기 위한 것으로서, 복수의 입력 터미널 단자가 구비된다.
배선용 차단기(NFB : No Fuse Breaker)(220)는 입력 터미널 블럭(210)으로부터 상용전원을 입력받도록 배선용 차단기(220)의 바로 후단에 설치되는 것으로서, 상용전원에 과전류 및 단락전류가 발생하면 이에 동작하여 전원라인을 차단하는 것이다.
써지 보호기(SPD : Surge Protective Device)(230)는 상기 배선용 차단기(220)의 후단에 설치되는 것으로서, 낙뢰, 스위칭, 충방전 등에 의해 전원라인에 고전압이 유입되는 것을 방지함으로써 상용전원을 사용하는 다른 기기를 보호하는 것이다.
누전 차단기(ELB : Earth Leakage Breaker)(240)는 상기 써지 보호기(230)의 후단에 설치되는 것으로서, 접지전류, 과부하 및 쇼트 등에 발생하는 누설 전류를 차단하는 역할을 하게 된다.
출력 터미널 블럭(250)은 상기 누전 차단기(240)의 후단에 연결되어 입력 터미널(210)을 통해 인입된 상용전원을 복수의 상용전원으로 분기시키는 역할을 하는 것으로, 복수의 출력 터미널 단자가 구비되어 있게 된다.
따라서, 입력 터미널 블럭(210)과 출력 터미널 블럭(250)은 1:N의 비율을 가지고 구성되는 것이다.
SMPS(Switching Mode Power Supply)(260)는 상기 입력 터미널 블럭(210)으로부터 상용전원을 공급받아 제어부(270)가 사용할 직류전원으로 변화시켜주는 것이다.
제어부(270)는 상기 써지 보호기(230)와 누전 차단기(240), 그리고 센서부(280)로부터 신호를 입력받아 현재 분전함 내부의 동작 상태에 대한 데이터를 취합하고, 이를 NB-IoT 모뎀(278)에 의해 원격지의 이동 단말기(300)로 무선 전송하고, 또한 이동 단말기(300)로부터 전송되어진 제어명령에 의해 상기 누전 차단기(240)를 제어하게 된다.
여기서 이동 단말기(300)는 스마트폰, 태블릿 등 통신 기능을 갖는 휴대가 가능한 단말기 형태일 것이다.
또한, 이더넷 RJ-45 네트워크로 형성된 LAN을 통하여 원격지의 PC(400)로 분전함 내부의 상태 데이터 및 로그 데이터를 전송하고, 또한 PC(400)로 전송되어진 제어명령에 의해 상기 누전 차단기(240)를 제어하게 되는 것이다.
센서부(280)는 온도/습도 센서, 일산화탄소, 이산화탄소, 휘발성유기화합물 등의 각종 유해가스센서, 미세먼지 및 황사 센서, 지진센서, 도어 개폐 센서, 전압 및 전류 센서, 전력 센서, 접지 센서로 이루어져서 외부 환경의 상태를 감지하게 된다.
상기 온도/습도 센서는 분전함 내부의 온도를 감지하여 과열 상태, 화재 상태를 제어부(270)가 알 수 있도록 하며, 도어 개폐 센서는 분전함의 도어가 개방되어 이물질이 유입되거나 또는 임의 개방에 의한 사고를 방지하기 위하여 이를 감지하는 것이다.
유해가스센서는 외부환경의 공기오염상태를 확인하여 NB-IoT 모뎀(278)을 통해 원격지로 센싱 정보를 전송하게 됨은 물론, 미세먼지 및 황사 센서, 그리고 지진센서도 마찬가지로 센싱된 정보를 NB-IoT 모뎀(278)을 통해 원격지로 전송하게 된다.
전압 및 전류 센서는 상용전원 또는 제어부(270)로 공급되는 직류 전원을 상태를 감지하여 과전류, 과전압 등의 유입 및 발생을 감지하게 된다.
전력 센서도 마찬가지로 상용전원 및 직류전원의 상태를 감지하게 되며, 접지 센서의 경우에는 접지 전류의 상태를 감지함으로써 누설 상태를 확인할 수 있도록 하는 것이다.
또한, 상기 제어부(270)는 이러한 센서부(280)로부터 센싱된 정보를 NB-IoT 모뎀(278)을 통하여 원격지로 전송하도록 한다.
상기 센서부(280)를 구성하는 각각의 센서들은 하나의 복합환경센서모듈로 구성될 수 있으며, 도6은 복합환경센서모듈로 구성된 온도 및 습도센서, tVOCs 센서, CO2센서, 미세먼지센서, CO센서, CH4센서, NH3센서, NO2센서들의 테스트 결과를 보인 그래프이며, 그 결과를 아래 표1에서 설명하였다.
No. 성능지표명 중기애로 측정범위 성능 시험 결과 동작여부
1 온/습도 측정값 오차 ±3℃/ 3%RH 이내 온도: 25도, 상대습도: 50%
(±3℃/ 3%RH 이내)		 실내환경
2 휘발성유기화합물
(tVOCs)		 0-1000ppb
(isobutylene)		 25°에서 120-140 ppb 동작
3 이산화탄소(CO2) 400-2000 ppm 25°에서 최저 220~2,628ppm
정상 동작		 동작
HCHO 0 ~ 2.5 ㎎/㎥ 측정범위를 넘어서 포화 상태
-> 동작 O		 동작
4 미세먼지
(PM2.5 Standard)		 +/- 10% 이내 PM2.5 = 25~1900㎎/㎥, PM10 = 45~4500㎎/㎥ (포화상태로 동작 O) 동작
5 일산화탄소(CO) 측정범위
(0 ~ 1000 ppm)		 표준가스 507ppm 가스에 대해
482ppm 표시 (-4.9% 이내) 동작		 동작
6 메탄(CH4) 측정범위
(0 ~ 1000 ppm)		 초기 측정농도 6ppm 정도 표시,
측정시 포화(100ppm) 상태가 되어 NH3에 정상 동작		 동작
7 암모니아(NH3) 측정범위
(0 ~ 1000 ppm)		 500ml 플라스틱컵에 0.1ml 의
암모니아수를 희석하여 50~100ppm
사이로 측정시 6ppm부터 동작		 동작
8 이산화질소(NO2) 측정범위
(0 ~ 1000 ppm)		 표준가스 4.92ppm 가스에 대해 2~7ppm 표시하여 동작 동작
이러한 측정값들은 NB-IoT 모뎀(278)을 통하여 클라우드로 전송되어 관리 및 원격 모니터링이 이루어진다.
상기 제어부(270)에는 SMPS(260)로부터 공급되는 직류전원을 공급받는 전원부(271)와, 상기의 써지 보호기(230)와 누전 차단기(240), 그리고 센서부(280)의 동작 상태를 감지하고, 제어명령을 누전 차단기(240)로 출력하기 위한 CPU(272)와, 정전시 CPU(272)에 전원을 공급하여 CPU(272)로 하여금 정전 상태를 NB-IoT 모뎀(278)이나 LAN 입출력부(277)를 통하여 원격지의 이동 단말기(300) 또는 PC(400)로 비상상황을 알리도록 하는 배터리(273)와, 상기 써지 보호기(230)와 연결되어 써지 보호기(230)의 상태 신호를 CPU(272)에 공급하는 써지 보호기 입출력부(274)와, 상기 누전 차단기(240)와 연결되어 누전 차단기(240)의 상태 신호를 CPU(272)에 공급하고, CPU(272)로부터 출력되는 제어명령을 누전 차단기(240)로 제공하는 누전 차단기 입출력부(275)와, 외부의 안테나(278)와 연결되어 이동 단말기(300)와 통신하는 NB-IoT 모뎀(278)과, 이더넷 RJ-45를 통해 원격지의 PC(400)와 통신하는 LAN 입출력부(277)로 구성된다.
여기서, NB-IoT는 이동통신망을 통해 저전력 광역(LPWA: Low Power Wide Area) 통신을 지원하는 협대역 사물 인터넷 표준으로서, 지에스엠(GSM: Global System for Mobile Communications) 또는 엘티이(LTE: Long Term Evolution) 망에서 좁은 대역을 이용하여 수백 kbps 이하의 데이터 전송 속도와 10 km이상의 광역 서비스를 지원하는 기술이다.
이러한 구조를 갖는 본 발명의 동작을 설명한다.
본 발명의 구조는 제어부(270)가 써지 보호기(230), 누전 차단기(240), 그리고 센서부(280)로부터 신호를 인가받아 이를 이동 단말기(300) 또는 PC(400)로 무선 또는 유선으로 제공하고, 이동 단말기(300) 또는 PC(400)로부터 제공되는 제어명령에 의해 누전 차단기(240)를 제어하는 구조가 요지이므로, 이를 중심으로 설명한다.
CPU(272)는 써지 보호기(230)와 누전 차단기(240)로부터 동작 상태에 대한 신호를 인가받고, 또한 센서부(280)를 통해 분전함 내부의 온도, 습도, 도어 개폐 상태, 전압 및 전류 상태, 전력 상태, 접지 상태에 대한 신호를 입력받게 된다.
이러한 데이터를 입력받은 CPU(272)는 NB-IoT 모뎀(278) 또는 LAN 입출력부(277)를 통해 원격지의 이동 단말기(300) 또는 PC(400)에 주기적으로 제공하게 된다.
또한, CPU(272)는 써지 보호기(230) 또는 누전 차단기(240)가 동작한 경우, 온도 및 습도가 설정된 범위를 벗어난 경우, 전압 및 전류의 급작스런 변화, 전력의 변화, 접지 전류에 의한 누설 등의 이상상황 즉, 이벤트가 발생한 경우에는 즉각 NB-IoT 모뎀(278) 또는 LAN 입출력부(277)를 통해 원격지의 이동 단말기(300) 또는 PC(400)에 제공하게 된다.
이때 CPU(272)에는 기준 온도 및 습도값, 기준 전압 및 전류값, 기준 전력값, 기준 접지 전류값이 설정되어 있어서, 센서부(280)로부터 입력되는 값이 이러한 설정 범위를 벗어나게 되면 즉각 이동 단말기(300) 또는 PC(400)에 그 이상 상태를 전송하게 되는 것이다.
이동 단말기(300)는 상기 NB-IoT 모뎀(278)과 연결된 안테나(278)를 통하여 무선으로 써지 보호기(230), 누전 차단기(240), 센서부(280)의 동작 상태를 전송받아 이를 도3의 일예와 같이 디스플레이 하게 되는데, 예컨데 누전에 의해 누전 차단기(240)가 동작한 경우에 이를 복구하기 위하여 관리자가 현장에 갈 필요없이 복구 버튼 즉 제어명령을 입력하게 되면, CPU(272)는 NB-IoT 모뎀(278)을 통하여 제어명령을 입력받아 누전 차단기(240)를 복구 즉 'ON'시킬 수 있도록 제어하게 된다.
물론, CPU(272)는 제어명령에 의해 누전 차단기(240)를 강제 차단 즉 'OFF'시킬 수도 있을 것이다.
또한, 도4의 일예와 같이 PC(400)도 써지 보호기(230), 누전 차단기(240), 센서부(280)의 동작 상태를 LAN을 통하여 입력받아 디스플레이하며, 아울러 제어명령도 상기 CPU(272)로 제어명령을 인가할 수 있게 된다.
그리고, PC(400)는 누전 차단기(240)의 차단 및 복구에 대한 로그 데이터를 자체 메모리에 저장하여 놓음으로써 누전 발생 상황을 언제든지 확인할 수 있도록 한다.
아울러, 상기 이동 단말기(300)와 PC(400)는 IP 주소와 포드번호 입력에 의해 상기 분전함의 제어부(270)와 통신 연결이 이루어지며, 써지 보호기(230)의 상태도 확인이 가능하게 된다.
물론, 도3과 도4에는 도시되지 않았지만, 센서부(280)의 동작 상태 또한 선택적으로 디스플레이될 수 있을 것이다.
결국, 본 발명은 범용화된 이더넷 또는 NB-IoT 네트워크를 이용하여 누전 차단기의 원격 제어가 가능하므로 기존 모듈과의 호환성 증가에 의한 범용화에 유리한 것이다.
한편, 상기 제어부(270)로부터 발생되는 누전 차단기의 복구를 제어명령에도 상기 누전 차단기(240)가 복구되지 않는 경우에는 긴급한 상황일 수 있다.
예를 들면, 농축사에 온도조절을 위한 공조기가 중지되어 일정시간동안 온도조절이 이루어지지 않는 경우에는 농작물 또는 가축들이 폐사하여 많은 피해를 가져오며, 또한 저온창고 또는 냉동고 등에도 전력공급이 중지되면 저장중인 식품들이 변질되는 피해를 가져올 수 있다.
그리고, 온도에 민감한 생산설비들에도 전력공급이 중단되는 경우 예를 들면 화학공장에서 파이프 라인을 이동하는 화학약품이 가열되지 못하여 파이프 내에서 굳게 되면, 전체 생산라인을 분해하여 제거하여야 하므로 막대한 피해를 가져오게 된다.
따라서, 이러한 긴급상황이 발생하면, 관리자에 의해 긴급상황이 해소되는 시간 동안 이웃하는 분전함으로부터 전력을 분배하여 공급받아 가동된다.
이를 위하여, 누전 차단기(240)와 출력 터미널 블럭(250) 사이에는 전력 송수전부(290)가 구비되고, 제어부(290)는 이러한 전력 송수전부(290)를 통해 누전 차단기(240)로부터 공급되는 전력량을 출력 터미널 블럭(250)과 이웃하는 분전함으로 분배하여 공급하게 된다.
또한, 도5에서와 같이 출력 터미널 블럭(250)에는 복수개로 분기된 선로 상에 각각 스위치(SW1~SW4)가 구비되어 있어서, 상기 제어부(270)의 제어에 의해 스위칭함으로써 각 선로에 연결되는 부하(예를 들면, 공조기, 펌프, 조명, 환풍기 등)에 전력공급유무를 선택하게 된다.
따라서, 상기 제어부(290)는 NB-IoT 모뎀(278)을 통하여 이웃하는 분전함으로부터 전력요구신호가 입력되면, 상기 출력 터미널 블럭(250)의 스위치(SW1~SW4)를 제어하여 각 부하에 공급되는 전력을 유지시키거나 차단시키게 된다.
즉, 이웃하는 분전함도 본 발명의 분전함(200)과 동일하게 구성되어 있어서, 누전 차단기를 제어명령에 의해 복구하지 못하게 되면, 전력요구신호를 IoT 통신에 의해 본 발명의 분전함(200)으로 전송하게 된다.
이에 따라, 제어부(270)는 현재 우선수위로 설정된 부하에는 전력을 계속하여 공급하고, 우선수위 이외의 부하에는 전력공급을 중지시키게 되는데, 예를 들면, 여름철 또는 겨울철이어서 공조기가 우선순위에 있는 경우에는 상기 제어부(270)가 스위치(SW1)를 'ON'시키고, 우선순위 이외의 부하(예를 들면, 펌프, 조명, 환풍기)에 연결된 스위치(SW2~SW4)를 'OFF'시켜 소모 전력량을 줄이게 된다.
이와 동시에 상기 제어부(270)는 센서부(280)의 전력계를 통하여 현재 부하 즉, 공조기의 전력소모량을 확인한 다음, 그 전력소모량과 예비전력량을 합한 전력량을 남겨두고, 나머지 전력량이 전력 송수전부(290)를 통해 이웃하는 분전함으로 송전되도록 한다.
예를 들면, 동작되고 있는 부하인 공조기에서 전체 전력량의 30%를 소모하고, 예비전력량이 20%로 설정되어 있다면, 제어부(270)는 이를 계산한 다음 상기 누전 차단기(240)로부터 공급되는 전력을 분배하여 나머지 50%의 전력을 전력 송수전부(290)를 통해 이웃하는 분전함으로 송전시키게 되는 것이다.
이후, IoT 통신에 의해 이웃하는 분전함으로부터 전력요구해제신호가 전송되면, 제어부(270)는 다시 스위치(SW2~SW4)를 'ON'시켜 부하에 정상적으로 동력이 공급될 수 있도록 함과 동시에 상기 전력 송수전부(290)를 제어하여 전력분배를 차단함으로써 출력 터미널 블럭(250)에만 전력공급이 이루어지도록 한다.
또한, 제어부(270)의 복구를 위한 제어명령에도 상기 누전차단기(240)가 복구되지 않는다면 이는 긴급한 비상상황이므로, 제어부(270)는 우선순위의 부하 즉 공조기의 연결된 스위치(SW1)를 'ON'시키고, 우선순위 이외의 다른 스위치(SW2~SW4)는 'OFF'시킨 다음, NB-IoT 모뎀(278)을 통하여 이웃하는 분전함으로 전력요구신호를 전송하게 된다.
이에 따라 이웃하는 분전함이 응답하여 전력 송수전부(290)를 통해 이웃하는 분전함으로부터 전력이 수전되면, 출력 터미널 블럭(250)을 통해 'ON'되어 있는 스위치(SW1)에 연결된 부하인 공조기에 전력을 공급함으로써 가장 긴급상황인 온도 제어가 이루어질 수 있도록 한다.
이후, 관리자에 의해 누전 차단기가 정상적으로 동작하게 되면, 나머지 스위치(SW2~SW4)도 'ON'시키고, IoT 통신에 의해 이웃하는 분전함에 전력요구해제신호가 전송함으로써 자신의 각 부하들은 물론 이웃하는 분전함의 각 부하들도 정상적인 동작이 이루어지도록 한다.
도7부터 도10까지는 스마트폰을 이용하여 본 발명의 분전함을 제어하는 과정을 설명하기 위한 도로서, 스마트폰의 어플리케이션을 실행시키게 되면 도7에서와 같이 메인화면을 표시되고, 로그인 화면이 표시된다.
로그인이 이루어지면, 도8에서와 같이 '장치관리'에 대한 탭을 터치하게 되면, 본 발명의 분전함(200)이 설치된 일자, 수용능력, ID, 상태, 위치가 표시되어 전국적으로 설치된 분전함의 상태를 곧바로 확인가능하게 된다.
또한, 이 상태에서 확인하고자 하는 특정 분전함을 선택하여 터치한 다음 '환경감시' 탭을 터치하게 되면, 그 선택된 분전함의 센서부로부터 센싱된 내용이 표시된다.
'원격제어' 탭을 터치하게 되면, 도9에서와 같이 특정지역에 설치된 분전함들의 상태가 표시되고, 특정 분전함을 선택하게 되면, 그 분전함의 전력계통 상태가 표시되어 이를 확인한 후 복구명령을 전송할 수 있게 된다.
그리고, 도10에서와 같이 복구명령에 의한 복구시에 그에 대한 상태가 실시간으로 관리자의 스마트폰에 전송되는 것이다.
전술한 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명에 속한다.
210 : 입력 터미널 블럭
220 : 배선용 차단기
230 : 써지 보호기
240 : 누전 차단기
250 : 출력 터미널 블럭
260 : SMPS
270 : 제어부
280 : 센서부
300 : 이동 단말기
400 : PC

Claims (3)

  1. 상용전원을 입력받는 입력 터미널 블럭과, 입력된 상용전원을 분기시켜 출력하는 출력 터미널 블럭이 구비되고,
    상기 입력 터미널 블럭과 출력 터미널 블럭 사이에는 입력된 상용전원의 과전류 및 단락전류로 동작하여 입력되는 상용전원을 차단하는 배선용 차단기와, 써지 보호기와, 누전 차단기가 설치된 분전함으로서,
    상기 입력 터미널 블럭을 통해 입력되는 상용전원을 인가받아 직류 전원으로 변환하는 SMPS;
    상기 SMPS로부터 공급되는 직류전원에 의해 동작하고, 상기 누전 차단기로부터 입력되는 신호를 NB-IoT 네트워크를 통해 원격지로 전송하며, 원격지로부터 제공되는 제어명령에 의해 상기 누전 차단기의 복구 또는 강제 차단을 제어하는 제어부;로 구성되며,
    상기 출력 터미널 블럭은 상기 누전 차단기로부터 공급받은 상용전원을 부하의 갯수에 맞게 분기시킴과 아울러 그 분기되는 각 선로에는 스위치가 구비되고,
    상기 누전 차단기와 출력 터미널 블럭의 사이에는 전력 송수전부가 구비되어 상기 출력 터미널 블럭 및 이웃하는 분전함에 전력을 공급하며,
    온도/습도 센서, 일산화탄소, 이산화탄소, 휘발성유기화합물 등의 각종 유해가스센서, 미세먼지 및 황사 센서, 지진센서, 도어 개폐 센서, 전압 및 전류 센서, 전력 센서, 접지 센서로 이루어진 센서부를 포함하고,
    상기 제어부는
    이웃하는 분전함으로부터 상기 NB-IoT 모뎀을 통하여 전력요구신호가 입력되면, 상기 스위치를 제어하여 우선순위에 있는 부하에 전력을 공급하고, 우선순위 밖의 부하에 공급되는 전력을 차단한 다음, 전력계를 통하여 현재 부하에 공급되는 전력소모량과 예비전력량을 합한 전력량을 남겨두고, 나머지 전력이 이웃하는 분전함에 공급되도록 상기 전력 송수전부를 제어함과 아울러 상기 센서부로부터 센싱된 정보를 상기 NB-IoT 모뎀을 통해 클라우드로 전송하며,
    상기 누전 차단기의 복구를 위한 제어명령에 의해서 상기 누전 차단기가 복구되지 않는다면, 상기 원격지의 이동 단말기 또는 PC로 비상상황을 알림과 동시에 상기 NB-IoT 모뎀을 통하여 이웃하는 분전함으로 전력요구신호를 전송함과 동시에 우선순위에 있는 부하와 연결된 스위치를 제어하여 상기 전력 송수전부를 통해 이웃하는 분전함으로부터 공급되는 전력을 우선순위의 부하에 공급하도록 제어하고,
    상기 이웃하는 분전함으로부터 IoT 통신에 의해 전력요구해제신호가 수신되면, 상기 전력 송수전부를 제어하여 이웃하는 분전함으로 송전되는 전력을 차단시킴과 아울러 각 부하에 정상적으로 전력이 공급되도록 스위치를 제어하며,
    상기 누전 차단기가 정상적으로 복구되면, 이웃하는 분전함으로 IoT 통신에 의해 전력요구해제신호를 송신함과 아울러 각 부하에 정상적으로 전력이 공급되도록 스위치를 제어하도록 구성된 것을 특징으로 하는 클라우드 기반 복합환경센서를 내장한 분전함의 전력모니터링 시스템.
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