KR102449730B1

KR102449730B1 - Sensing device integrated in fuse holder of cut out switch

Info

Publication number: KR102449730B1
Application number: KR1020200088090A
Authority: KR
Inventors: 홍선학; 이성준; 박효준
Original assignee: 서일대학교산학협력단
Priority date: 2020-07-16
Filing date: 2020-07-16
Publication date: 2022-09-29
Also published as: KR20220009639A

Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 고압 선로와 변압기 사이에 위치하는 컷아웃 스위치(COS)의 퓨즈 홀더에 장착되는 감지 장치는, 상기 퓨즈 홀더의 가속도나 음향을 센싱하여 가속도 신호 및 오디오 신호로 출력하는 센서부, 상기 가속도 신호 또는 상기 오디오 신호의 레벨을 검출하여 상기 컷아웃 스위치의 고장 상태 또는 고장 예고 상태를 판단하는 제어부, 상기 제어부의 제어에 따라 상기 고장 상태 또는 상기 고장 예고 상태에 대응하는 이벤트 신호를 전송하는 무선 통신부, 그리고 상기 퓨즈 홀더로부터의 유도 기전력을 사용하여 상기 센서부, 상기 제어부, 그리고 상기 무선 통신부에 전력을 제공하는 전원부를 포함하되, 상기 전원부는 상기 전력을 일시 저장하는 수퍼캡을 포함한다. 상술한 구조의 퓨즈 홀더 일체형 감지 장치에 따르면, 컷아웃 스위치의 고장 또는 교체 주기 등을 분석할 수 있어, 전력 설비의 관리의 용이성을 제공하고 고장 예방이 가능하다. A sensing device mounted on a fuse holder of a cutout switch (COS) positioned between a high voltage line and a transformer according to an embodiment of the present invention senses an acceleration or sound of the fuse holder and outputs an acceleration signal and an audio signal unit, a control unit that detects the level of the acceleration signal or the audio signal to determine a failure state or a failure notice state of the cutout switch, and an event signal corresponding to the failure state or the failure notice state according to the control of the controller A wireless communication unit that transmits, and a power supply unit for providing power to the sensor unit, the control unit, and the wireless communication unit using electromotive force induced from the fuse holder, wherein the power supply unit includes a supercap for temporarily storing the power . According to the fuse holder-integrated sensing device having the above structure, it is possible to analyze a failure or replacement cycle of a cutout switch, thereby providing ease of management of power equipment and preventing failure.

Description

SENSING DEVICE INTEGRATED IN FUSE HOLDER OF CUT OUT SWITCH

본 발명은 전자 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 컷아웃 스위치(Cut-Out Switch)의 퓨즈 홀드에 부착 가능한 감지 장치에 관한 것이다. The present invention relates to an electronic device, and more particularly, to a sensing device attachable to a fuse hold of a cut-out switch.

일반적으로 고압 전력선에서 공급되는 전력은 변압기를 거쳐 적정 전압으로 다운되어 수용가로 다시 공급된다. 전력선과 변압기 사이에는 주로 과전류로부터 변압기를 보호하기 위한 컷아웃 스위치(Cut Out Switch: 이하, COS)가 설치된다. 컷아웃 스위치는 크게 상부 접속자, 하부 접속자 및 퓨즈를 감싸는 퓨즈 홀더를 포함한 구조를 가진다. 퓨즈 홀더(Fuse holder)는 상부 접속자와 하부 접속자 사이에 연결된다. 상부 접속자는 고압 전력선의 분기점과 연결되고, 하부 접속자는 변압기의 일차측(Primary)과 연결된다.
컷아웃 스위치가 탑재된 전력 설비의 유지 및 관리 방법은, 작업자가 직접 전주상에 올라가 육안으로 확인하거나 테스트 장비를 이용하여 직접 확인하는 방법이다. 그러나 특별고압 전선과 주상 변압기 사이에 장착된 컷아웃 스위치에 접근해야 하는 작업이므로, 작업자는 항상 감전의 위험에 노출되어 있다. 또한, 컷아웃 스위치의 고장이나 결함의 발생을 감시하기 위해서는 관리자가 주기적으로 직접 유지하고 관리해야 한다. 하지만, 악천후 상황에서는 작업자가 컷아웃 스위치를 직접 확인하기 어렵고, 컷아웃 스위치의 고장 또는 오작동이 발생할 경우, 실시간으로 대처할 수 없다는 문제점이 있다.
게다가, 현재는 변압기를 비롯한 컷아웃 스위치가 탑재된 전력 설비는 고장이 발생하는 경우에만 수리가 이루어지고 있는 실정이다. 따라서, 컷아웃 스위치가 탑재된 전력 설비의 노후화나 고장 예고 증상을 사전에 탐지함으로써 예방 정비를 통한 고장 방지와 양질의 전력 서비스 제공은 어려운 실정이다.In general, the power supplied from the high voltage power line is reduced to an appropriate voltage through a transformer and supplied back to the consumer. A cut-out switch (hereinafter, COS) is mainly installed between the power line and the transformer to protect the transformer from overcurrent. The cutout switch has a structure including an upper connector, a lower connector, and a fuse holder surrounding the fuse. A fuse holder is connected between the upper connector and the lower connector. The upper connector is connected to the branch point of the high voltage power line, and the lower connector is connected to the primary side of the transformer.
The maintenance and management method of a power facility equipped with a cutout switch is a method in which an operator directly climbs on an electric pole and visually checks or uses test equipment. However, since the operation requires access to the cutout switch mounted between the special high-voltage line and the pole transformer, the operator is always exposed to the risk of electric shock. In addition, in order to monitor the occurrence of a failure or defect of the cutout switch, an administrator must periodically maintain and manage it manually. However, there is a problem in that it is difficult for an operator to directly check the cutout switch in a bad weather situation, and when a failure or malfunction of the cutout switch occurs, it is not possible to deal with the cutout switch in real time.
In addition, at present, power equipment equipped with a cutout switch, including a transformer, is repaired only when a failure occurs. Therefore, it is difficult to prevent failures and provide high-quality power services through preventive maintenance by detecting in advance the signs of deterioration or failure warnings of power facilities equipped with cutout switches.

본 발명의 목적은, 컷아웃 스위치의 상태를 실시간으로 모니터링하여 고장 및 고장 예고 증상을 검출하여 전력 설비의 유지 및 보수의 용이성을 제공하는 컷아웃 스위치의 퓨즈 홀더 일체형 감지 장치를 제공하는 데 있다. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a fuse holder-integrated sensing device for a cutout switch that provides easiness in maintenance and repair of power equipment by monitoring the state of the cutout switch in real time to detect failure and failure warning symptoms.

본 발명의 일 실시 예에 따른 고압 선로와 변압기 사이에 위치하는 컷아웃 스위치(COS)의 퓨즈 홀더에 장착되는 감지 장치는, 상기 퓨즈 홀더의 가속도나 음향을 센싱하여 가속도 신호 및 오디오 신호로 출력하는 센서부, 상기 가속도 신호 또는 상기 오디오 신호의 레벨을 검출하여 상기 컷아웃 스위치의 고장 상태 또는 고장 예고 상태를 판단하는 제어부, 상기 제어부의 제어에 따라 상기 고장 상태 또는 상기 고장 예고 상태에 대응하는 이벤트 신호를 전송하는 무선 통신부, 그리고 상기 퓨즈 홀더로부터의 유도 기전력을 사용하여 상기 센서부, 상기 제어부, 그리고 상기 무선 통신부에 전력을 제공하는 전원부를 포함하되, 상기 전원부는 상기 전력을 일시 저장하는 수퍼캡을 포함한다.
이 실시 예에서, 상기 제어부는 상기 가속도 신호 또는 상기 오디오 신호의 레벨에 따라 상기 컷아웃 스위치의 상기 고장 상태 또는 상기 고장 예고 상태를 판단하는 인공 지능 프로세서를 포함한다.
이 실시 예에서, 상기 제어부는 상기 가속도 신호 또는 상기 오디오 신호의 레벨을 임계치와 비교하여 상기 컷아웃 스위치의 교체 주기를 판단한다.
이 실시 예에서, 검출된 상기 가속도 신호 또는 상기 오디오 신호의 레벨이 저장되는 메모리 장치를 더 포함한다.
이 실시 예에서, 3상 선로에서 각 상의 감지 장치 사이에서 통신을 통해 상기 고장 상태 또는 상기 고장 예고 상태를 알려줄 수 있다. 상기 무선 통신부는 사물 인터넷(IoT) 프로토콜을 통해서 상기 이벤트 신호를 전송할 수 있다.A sensing device mounted on a fuse holder of a cutout switch (COS) positioned between a high voltage line and a transformer according to an embodiment of the present invention senses the acceleration or sound of the fuse holder and outputs an acceleration signal and an audio signal A sensor unit, a control unit that detects the level of the acceleration signal or the audio signal to determine a failure state or a failure notice state of the cutout switch, an event signal corresponding to the failure state or the failure notice state according to the control of the controller A wireless communication unit for transmitting a power supply unit for providing power to the sensor unit, the control unit, and the wireless communication unit using the electromotive force induced from the fuse holder, wherein the power supply unit includes a supercap for temporarily storing the power do.
In this embodiment, the control unit includes an artificial intelligence processor that determines the failure state or the failure notice state of the cutout switch according to the level of the acceleration signal or the audio signal.
In this embodiment, the control unit determines the replacement period of the cutout switch by comparing the level of the acceleration signal or the audio signal with a threshold value.
In this embodiment, the apparatus further includes a memory device in which the detected level of the acceleration signal or the audio signal is stored.
In this embodiment, the failure state or the failure notice state may be notified through communication between the sensing devices of each phase in a three-phase line. The wireless communication unit may transmit the event signal through an Internet of Things (IoT) protocol.

상술한 본 발명의 실시 예에 따른 컷아웃 스위치(COS)의 퓨즈 홀더 일체형 감지 장치에 따르면, 컷아웃 스위치의 상태를 실시간으로 모니터링하여 고장이나 고장 예고 증상을 검출할 수 있다. 따라서, 전력 설비의 유지 및 보수에 뒤따르는 위험성을 줄이고 용이한 유지 및 관리가 가능하다. According to the fuse holder integrated detection device of the cutout switch (COS) according to the embodiment of the present invention described above, the state of the cutout switch may be monitored in real time to detect a failure or a failure notice symptom. Accordingly, it is possible to reduce the risk following the maintenance and repair of the power facility and to facilitate the maintenance and management.

도 1은 본 발명의 퓨즈 홀더 일체형 감지 장치를 포함하는 컷아웃 스위치를 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 감지 장치의 구성을 보여주는 블록도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 센서부의 동작을 예시적으로 보여주는 도면들이다.
도 4는 본 발명의 감지 장치의 퓨즈 홀더 모니터링 동작을 예시적으로 보여주는 순서도이다.
도 5는 감지 장치의 모니터링 동작의 다른 실시 예를 보여주는 순서도이다.
도 6은 감지 장치의 모니터링 동작의 또 다른 실시 예를 보여주는 순서도이다.
도 7은 도 2의 제어부의 소프트웨어의 특징을 간략히 보여주는 도면이다.
도 8은 도 2의 전원부를 예시적으로 보여주는 블록도이다.
도 9는 본 발명의 감지 장치들에 의한 이벤트 검출 및 전송 방법을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 10은 도 9의 마스터 감지 장치의 모니터링 동작을 예시적으로 보여주는 순서도이다.1 is a view showing a cutout switch including a fuse holder-integrated sensing device of the present invention.
2 is a block diagram showing the configuration of a sensing device according to an embodiment of the present invention.
3A and 3B are diagrams exemplarily showing the operation of the sensor unit of the present invention.
4 is a flowchart exemplarily illustrating a fuse holder monitoring operation of the sensing device of the present invention.
5 is a flowchart illustrating another embodiment of a monitoring operation of a sensing device.
6 is a flowchart illustrating another embodiment of a monitoring operation of a sensing device.
FIG. 7 is a diagram schematically illustrating features of software of the control unit of FIG. 2 .
FIG. 8 is a block diagram exemplarily showing the power supply unit of FIG. 2 .
9 is a diagram exemplarily illustrating an event detection and transmission method by sensing devices of the present invention.
10 is a flowchart exemplarily illustrating a monitoring operation of the master sensing device of FIG. 9 .

이하, 본 발명의 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가질 수 있다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 수 있다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질, 차례, 순서 또는 개수 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 다른 구성 요소가 "개재"되거나, 각 구성 요소가 다른 구성 요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 퓨즈 홀더 일체형 감지 장치를 포함하는 컷아웃 스위치를 보여주는 도면이다. 도 1을 참조하면, 컷아웃 스위치(100)는 퓨즈 홀더(120)에 부착 또는 일체형으로 제공되는 감지 장치(110)를 포함할 수 있다.
감지 장치(110)는 퓨즈 홀더(120)에 탈착 가능한 케이스에 내장될 수 있다. 감지 장치(110)는 케이스에 삽입된 상태로 퓨즈 홀더(120)에 장착될 수 있다. 감지 장치(110)는 PCB 기판에 소자들이 임베딩된 모듈 형태나 칩 형태로 제공될 수 있다. 감지 장치(110)는 기본적으로 가속도 센서와 음향 센서를 포함한다. 컷아웃 스위치(100)에서 퓨즈 홀더(120)가 탈락하거나, 아크 발생, 아크 소호 현상과 같은 문제가 발생하는 경우, 감지 장치(110)는 음향 센서와 가속도 센서를 통해서 고장 이벤트를 검출할 수 있다. 감지 장치(110)는 퓨즈 홀더(120) 내부에 위치하는 퓨즈의 전자기 유도 현상을 이용하여 전원을 생성할 수 있다. 그리고 이벤트의 발생을 검출하거나, 주기적으로 컷아웃 스위치(100)의 상태를 전송하기 위한 무선 통신용 송수신기를 포함할 수 있다. 감지 장치(110)는 바람직하게는 퓨즈 홀더(120)의 중앙부에 위치하도록 장착될 수 있다.
컷아웃 스위치(100)는 부착 금구(170)에 의해서 전주나 지지물에 고정될 수 있다. 부착 금구(170)의 일단에는 애자로 이루어진 절연체로서의 지지 애자(130)가 부착된다. 지지 애자(130)의 양단에는 전원측 단자(140)와 부하측 단자(150)가 각각 설치된다. 전원측 단자(140)에는 전력선으로부터 인입되는 리드선이 연결되며, 부하측 단자(150)에는 주상 변압기로 인출되는 리드선이 연결된다.
전원측 단자(140)와 부하측 단자(150) 사이에는 퓨즈 홀더(120)가 설치된다. 퓨즈 홀더(120)는 내부에 퓨즈(미도시)가 설치된 것으로서, 퓨즈의 양단은 전원측 단자(140)와 부하측 단자(150)에 전기적으로 접속된다. 퓨즈 홀더(120)의 하단은 브래킷(160) 상에서 회전할 수 있도록 설치되어 있으며 브래킷(160)은 부하측 단자(150)와 연결되어 있다.
본 발명의 감지 장치(110)는 컷아웃 스위치(100)의 퓨즈 홀더(120)의 음향 및 가속도를 측정하고, 측정 결과를 이용하여 컷아웃 스위치(100)의 고장 또는 고장 예고 증상을 검출할 수 있다. 감지 장치(110)는 고장이나 고장 예고 증상을 검출하면, 무선 통신을 통해서 검출된 가속도 또는 음향 데이터를 중앙 데이터 관리 장치에 전송할 수 있다. 따라서, 관리자가 컷아웃 스위치(100)에 직접 접근하지 않고도 고장이나 교체 주기의 여부를 판단할 수 있기 때문에 전력 설비의 유지 및 보수에 뒤따르는 위험성을 줄일 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 감지 장치의 구성을 보여주는 블록도이다. 도 2를 참조하면, 감지 장치(110)는 센서부(111), 제어부(113), 전원부(115), 무선 통신부(117), 그리고 안테나(119)를 포함할 수 있다.
센서부(111)는 퓨즈 홀더(120)의 탈락이나 진동 및 소음을 센싱한다. 센서부(111)는 센싱 신호(AS, SS)를 제어부(113)에 전달한다. 센서부(111)는 가속도 센서(112) 및 음향 센서(114)를 포함할 수 있다. 가속도 센서(112)는 퓨즈 홀더(120)의 탈락과 같은 움직임 또는 진동을 센싱할 수 있다. 가속도 센서(112)에 의해서 센싱된 가속도 센싱 신호(AS)는 제어부(113)로 전달된다. 가속도 센서(112)는, 예를 들면, 복수의 축들 각각에 대한 가속도를 측정하는 디지털 자이로스코프로 구현될 수도 있다. 음향 센서(114)는 퓨즈 홀더(120)에서 발생하는 음향을 센싱하여 제어부(113)에 전달한다. 음향 센서(114)는 음압(Sound pressure)을 전기 신호로 변환할 수 있다. 음향 센서(114)는 전기 신호로 변환된 오디오 센싱 신호(SS)를 제어부(113)로 전달할 것이다. 음향 센서(114)는, 예를 들면, 예를 들면 MEMS(Micro-Electro Mechanical Systems) 마이크로폰으로 구현될 수 있으나, 본 발명은 여기에 국한되지는 않는다.
제어부(113)는 센서부(111)로부터 제공되는 센싱 신호들(AS, SS)을 참조하여 퓨즈 홀더(120)의 고장이나 고장 예고 여부를 판단할 수 있다. 제어부(113)는 센싱 신호들(AS, SS) 중 적어도 하나의 레벨이 고장이나 고장 예고치에 대응하는지 판단할 수 있다. 만일, 센싱 신호들(AS, SS) 중 적어도 하나의 레벨이 고장 또는 고장 예고치에 대응하는 경우, 제어부(113)는 이벤트 신호를 생성하여 무선 통신부(117)를 통하여 중앙 데이터 관리 장치에 전송할 것이다. 마이크로 컨트롤러 유닛(MCU)와 같은 프로세서로 구성되는 경우, 제어부(113)는 펌웨어에 의해서 구동될 수 있는데, 펌웨어는 필요시 다운로드되고 업데이트될 수 있다.
전원부(115)는 감지 장치(110)를 구성하는 센서부(111), 제어부(113), 무선 통신부(117), 그리고 안테나(119) 등을 구동하기 위한 전력을 제공한다. 전원부(115)는 무선 전력(Wireless Power: WP)을 수신하여 전기 에너지 형태로 변환할 수 있다. 예를 들면, 전원부(115)는 퓨즈 홀더(120) 내부의 퓨즈 리드선에서 발생하는 시변 전자기를 통해 유도 기전력을 얻는 형태로 전력을 생성할 수 있다. 더불어, 전원부(115)는 무선 전력으로부터 생성된 전력을 충전하기 위한 보조 전원을 더 포함할 수 있다. 예를 들면, 무선 전력으로 생성된 전력은 수퍼캡(Super-Cap)과 같은 보조 전원 장치에 저장될 수 있다. 퓨즈 홀더(120)의 탈락과 같은 이벤트 발생시에는 퓨즈 리드선을 통한 유도 기전력은 제거되지만, 수퍼캡에 저장된 전력에 의해서 일정 시간 감지 장치(110)는 정상적으로 동작 가능하다.
무선 통신부(117)는 안테나(119)를 통해서 무선 신호를 송수신한다. 무선 통신부(117)는 제어부(113)에서 제공되는 이벤트 신호 또는 상태 신호를 중앙 데이터 관리 장치로 전송할 수 있다. 더불어, 무선 통신부(117)는 근거리의 다른 감지 장치로부터 전송되는 이벤트 신호나 상태 신호를 수신할 수 있다. 무선 통신부(117)는 지그비(Zigbee)나 블루투스(Bluetooth), 또는 와이파이(Wi-Fi)로 구현되는 사물 인터넷(IoT) 프로토콜을 통해 통신할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 감지 장치(110)의 구성들과 그 기능들이 간략히 설명되었다. 하지만, 본 발명의 감지 장치(110)의 구성이나 기능은 여기에 국한되지 않는다. 예를 들면, 제어부(113)를 구성하는 프로세서에 인공 지능(AI) 프로그램을 탑재하여 고장 이벤트나 고장 예고 이벤트에 대한 머신 러닝(Machine learning)을 통한 보다 높은 신뢰도를 구현할 수 있을 것이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 센서부의 동작을 예시적으로 보여주는 도면들이다. 도 3a는 고장 이벤트 발생시의 가속도 센서(112, 도 2 참조)에서 측정된 가속도 파형을 보여준다. 반면, 도 3b는 음향 센서(114, 도 2 참조)의 고장 이벤트 발생시의 오디오 파형을 보여준다.
도 3a를 참조하면, 컷아웃 스위치(COS, 100)가 탈락하는 경우의 가속도 센서(112)에 의해서 3축(X, Y, Z) 방향들 각각에 대한 가속도 변화가 도시되어 있다. 컷아웃 스위치(100)의 퓨즈 홀더(120)가 탈락하여 전원측 단자(140)와 이격되는 순간에 퓨즈 홀더(120)에 부착된 감지 센서(110)의 움직임에 의해 가속도의 변화가 발생한다. 즉, 컷아웃 스위치(100)의 탈락 시점(T1 이라 가정)에, 퓨즈 홀더(120)는 상부 접점에서 이탈하여 하부의 브래킷(160) 상에서 회전할 것이다. 이때, 퓨즈 홀더(120)가 상부 접점에서 탈락하는 순간부터 3축(X, Y, Z) 방향들 각각에 대한 진동 또는 가속도가 증가하게 될 것이다. 그리고 브래킷(160)에 의해서 퓨즈 홀더(120)가 정지될 때까지 일정 시간 감쇄 진동을 하게 된다. 이러한 현상이 가속도 센서(112)에 의해서 측정되고, 가속도 센싱 신호(ASX, ASY, ASZ)로서 제어부(113)에 전달될 것이다. 여기서, 3축(X, Y, Z)에 대한 가속도의 측정이 예로서 설명되었으나, 이는 예시에 불과하며 하나 또는 그 이상의 축들에 대한 가속도 측정이 가능하다.
도 3b를 참조하면, 컷아웃 스위치(100)가 탈락하는 경우의 오디오 파형이 도시되어 있다. 컷아웃 스위치(100)의 퓨즈 홀더(120)가 상부 고정부로부터 탈락하여 전원측 단자(140)와 차단되는 경우에 발생하는 충격음이 음향 센서(114)에 의해서 측정될 것이다. 도 3a에서 언급된 바와 같이, 컷아웃 스위치(100)의 탈락 시점(T1)에, 퓨즈 홀더(120)는 상부 접점으로부터 이탈하여 하부의 브래킷(160)을 축으로 하여 회전할 것이다. 퓨즈 홀더(120)가 상부 접점에서 탈락하는 순간(T1)에 오디오 센싱 신호(SS)의 피크(SSp)가 관찰될 것이다. 제어부(113)는 오디오 센싱 신호(SS)의 레벨을 검출하여 임계치(TH2)를 초과하는 경우에 고장이나 고장 예고 증상으로 판단하고 중앙 데이터 관리 장치에 이러한 상태를 전송할 수 있다.
이상에서는 컷아웃 스위치(COS)의 탈락시 센서부(111)에서 측정되는 가속도 및 음향 파형이 간략히 설명되었다. 하지만, 본 발명의 센서부(111)는 컷아웃 스위치(COS)의 탈락 이외에 다양한 고장이나 교체 수명의 도달에 따른 증상들을 가속도나 음향의 측정을 통해서 센싱할 수 있다. 더불어, 센서부(111)는 더 높은 신뢰도를 위해 습도 센서, 자기 센서, 그리고 다양한 센서들을 더 포함할 수도 있을 것이다.
도 4는 본 발명의 감지 장치의 퓨즈 홀더 모니터링 동작을 예시적으로 보여주는 순서도이다. 도 4를 참조하면, 감지 장치(110, 도 2 참조)의 제어부(113)는 센서부(111)에서 제공되는 센싱 신호들(AS, SS)의 레벨에 따라 고장 상태 또는 고장 예고 상태를 판단할 수 있다.
S110 단계에서, 제어부(113)는 가속도 센서(112) 및 음향 센서(114)로부터 제공되는 가속도 센싱 신호(AS) 및 오디오 센싱 신호(SS)를 검출한다. 제어부(113)는 가속도 센싱 신호(AS) 및 오디오 센싱 신호(SS)의 레벨을 검출하여 컷아웃 스위치(100)의 고장이나 고장 예고 증상인지의 여부를 판단할 수 있다.
S120 단계에서, 제어부(113)는 가속도 센싱 신호(AS)의 레벨이 제 1 임계치(TH1)를 초과하는지 판단한다. 여기서, 제 1 임계치(TH1)는 관리자에 의해서 미리 입력된 가속도 수치일 수 있다. 예를 들면, 제 1 임계치(TH1)는 반복적인 실험을 통해서, 또는 통계를 통해서 획득되는 기준값일 수 있다. 만일, 가속도 센싱 신호(AS)의 레벨이 제 1 임계치(TH1)보다 높은 경우(YES 방향), 절차는 S130 단계로 이동한다. 반면, 가속도 센싱 신호(AS)의 레벨이 제 1 임계치(TH1)보다 높지 않은 경우(NO 방향), 절차는 S110 단계로 복귀할 수 있다. 여기서, 가속도 센싱 신호(AS)는 복수의 축들 중 어느 하나의 축에 대응하거나 복수의 축들 각각의 가속도 값을 조합한 값일 수 있다.
S130 단계에서, 제어부(113)는 오디오 센싱 신호(SS)의 레벨이 제 2 임계치(TH2)를 초과하는지 판단한다. 여기서, 제 2 임계치(TH2)는 관리자에 의해서 미리 입력된 오디오 신호의 값일 수 있다. 예를 들면, 제 2 임계치(TH2)는 실험이나 통계를 적용하여 결정되는 값일 수 있다. 만일, 오디오 센싱 신호(SS)의 레벨이 제 2 임계치(TH2)보다 높은 경우(YES 방향), 절차는 S140 단계로 이동한다. 반면, 오디오 센싱 신호(SS)의 레벨이 제 2 임계치(TH2)보다 높지 않은 경우(NO 방향), 절차는 S110 단계로 복귀할 수 있다.
S140 단계에서, 제어부(113)는 가속도 센싱 신호(AS)와 오디오 센싱 신호(SS)의 레벨이 모두 미리 결정된 임계치들(TH1, TH2)을 초과함에 따라 컷아웃 스위치의 고장으로 판단할 것이다. 제어부(113)는 결정된 고장 이벤트와 가속도 센싱 신호(AS)와 오디오 센싱 신호(SS)의 레벨을 구비되는 메모리에 저장할 것이다.
S150 단계에서, 제어부(113)는 고장 이벤트의 발생과 대응하는 가속도 센싱 신호(AS)와 오디오 센싱 신호(SS)의 레벨을 중앙 데이터 관리 장치에 전송할 것이다. 제어부(113)는 무선 통신부(117, 도 2 참조)를 통해서 고장 이벤트 발생 및 센싱된 신호들의 레벨을 전송하여, 감지 장치(110)가 장착된 컷아웃 스위치(100)의 고장 여부 및 고장 판단의 근거가 되는 데이터를 중앙 데이터 관리 장치에 제공한다.
이상에서는 본 발명의 실시 예에 따른 감지 장치(110)의 고장 또는 고장 예고 증상의 모니터링 동작이 간략히 설명되었다. 여기서, 고장 또는 고장 예고 증상 여부를 판단하는 가속도 센싱 신호(AS)와 오디오 센싱 신호(SS)의 임계치들(TH1, TH2)이 각각 하나의 레벨로 제공되는 것으로 설명되었다. 하지만, 임계치들(TH1, TH2)은 각각 복수의 레벨로 제공되어 좀 더 세분화된 증상들의 이벤트를 검출하도록 구현될 수 있음을 잘 이해될 것이다.
도 5는 감지 장치의 모니터링 동작의 다른 실시 예를 보여주는 순서도이다. 도 5를 참조하면, 제어부(113)는 가속도 센싱 신호(AS)와 오디오 센싱 신호(SS) 중 적어도 하나가 임계치를 초과하는 경우에도 고장 이벤트로 판단할 수 있다.
S210 단계에서, 제어부(113)는 가속도 센서(112) 및 음향 센서(114)로부터 제공되는 가속도 센싱 신호(AS) 및 오디오 센싱 신호(SS)를 검출한다.
S220 단계에서, 제어부(113)는 가속도 센싱 신호(AS)의 레벨이 제 1 임계치(TH1)를 초과하는지 판단한다. 만일, 가속도 센싱 신호(AS)의 레벨이 제 1 임계치(TH1)보다 높은 경우(YES 방향), 절차는 S240 단계로 이동한다. 반면, 가속도 센싱 신호(AS)의 레벨이 제 1 임계치(TH1)보다 높지 않은 경우(NO 방향), 절차는 S230 단계로 이동한다.
S230 단계에서, 제어부(113)는 오디오 센싱 신호(SS)의 레벨이 제 2 임계치(TH2)를 초과하는지 판단한다. 만일, 오디오 센싱 신호(SS)의 레벨이 제 2 임계치(TH2)보다 높은 경우(YES 방향), 절차는 S240 단계로 이동한다. 반면, 오디오 센싱 신호(SS)의 레벨이 제 2 임계치(TH2)보다 높지 않은 경우(NO 방향), 절차는 S210 단계로 복귀할 수 있다.
S240 단계에서, 제어부(113)는 가속도 센싱 신호(AS)와 오디오 센싱 신호(SS)들 중 적어도 하나의 레벨이 임계치들(TH1, TH2)을 초과함에 따라 컷아웃 스위치의 고장으로 판단할 것이다. 제어부(113)는 결정된 고장 이벤트와 가속도 센싱 신호(AS)와 오디오 센싱 신호(SS)의 레벨을 구비되는 메모리에 저장할 것이다.
S250 단계에서, 제어부(113)는 고장 이벤트의 발생과 대응하는 가속도 센싱 신호(AS)와 오디오 센싱 신호(SS)의 레벨을 중앙 데이터 관리 장치에 전송할 것이다. 제어부(113)는 무선 통신부(117, 도 2 참조)를 통해서 고장 이벤트 발생 및 센싱된 신호들의 레벨을 전송하여, 감지 장치(110)가 장착된 컷아웃 스위치(100)의 고장 여부 및 고장 판단의 근거가 되는 데이터를 중앙 데이터 관리 장치에 제공한다.
이상에서는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 감지 장치(110)의 고장 또는 고장 예고 증상의 모니터링 동작이 간략히 설명되었다. 여기서, 제어부(113)는 가속도 센싱 신호(AS)와 오디오 센싱 신호(SS) 중 어느 하나라도 임계치를 초과하는 경우에 고장 이벤트로 판단할 수 있다.
도 6은 감지 장치의 모니터링 동작의 또 다른 실시 예를 보여주는 순서도이다. 도 6을 참조하면, 제어부(113)는 가속도 센싱 신호(AS)와 오디오 센싱 신호(SS)의 레벨을 인공 지능(Artificial Intelligence: AI) 프로세싱을 통해 처리할 수 있다. 제어부(113)는 인공 지능(AI)을 사용하여 고장 또는 고장 예고를 판단하고 교체 주기에 도달했는지도 판단할 수 있다.
S310 단계에서, 제어부(113)는 가속도 센서(112) 및 음향 센서(114)로부터 제공되는 가속도 센싱 신호(AS) 및 오디오 센싱 신호(SS)를 검출한다.
S320 단계에서, 제어부(113)는 가속도 센싱 신호(AS) 및 오디오 센싱 신호(SS)의 레벨을 인공 지능(AI) 연산을 통해서 처리한다. 예를 들면, 가속도 센싱 신호(AS) 및 오디오 센싱 신호(SS)의 레벨을 처리하여 비지도 학습과 같은 인공 지능 알고리즘으로 처리하여 컷아웃 스위치의 고장 또는 증상을 분류(Classify)할 수 있다. 또는, 컨볼루션 신경망(CNN)을 사용하여 가속도 센싱 신호(AS) 및 오디오 센싱 신호(SS)를 입력으로 하고, 컷아웃 스위치의 상태를 출력으로 하는 머신 러닝 기법을 사용할 수도 있을 것이다. 이러한 처리를 위해, 제어부(113)는 인공 지능(AI) 연산을 전적으로 담당하는 프로세서(예를 들면, NPU)를 더 포함할 수도 있을 것이다.
S330 단계에서, 제어부(113)는 인공 지능(AI) 연산의 처리 결과에 따라 동작 분기를 실시한다. 인공 지능(AI) 연산의 결과, 고장 또는 교체 주기에 도달한 것으로 판단되는 경우(YES 방향), 절차는 S340 단계로 이동한다. 반면, 인공 지능(AI) 연산의 결과, 고장 또는 교체 주기에 도달하지 않은 것으로 판단되는 경우(NO 방향), 절차는 S310 단계로 복귀한다.
S340 단계에서, 제어부(113)는 컷아웃 스위치(100)의 고장 또는 교체 주기에 도달한 것으로 판단한다. 그리고 제어부(113)는 결정된 고장 또는 교체 주기에 도달과 관련된 결정 데이터와, 이에 대응하는 가속도 센싱 신호(AS)와 오디오 센싱 신호(SS)의 레벨에 대한 데이터를 메모리에 저장할 것이다.
S350 단계에서, 제어부(113)는 고장 또는 교체 주기 이벤트와 대응하는 가속도 센싱 신호(AS)와 오디오 센싱 신호(SS)의 레벨을 중앙 데이터 관리 장치에 전송할 것이다.
이상에서는 본 발명의 제어부(113)의 동작과 관련된 몇몇 실시 예들이 설명되었다. 하지만, 본 발명은 도시된 실시 예만 국한되지 않으며, 설명된 예들로부터의 다양한 변경이 가능함을 잘 이해될 것이다.
도 7은 도 2의 제어부의 소프트웨어의 특징을 간략히 보여주는 도면이다. 도 7을 참조하면, 제어부(113)에서 실행되는 소프트웨어(230)에는 본 발명의 감지 장치(113)의 기능을 수행하기 위한 사용자 애플리케이션(237)과, 가속도 센서(112)와 음향 센서(114)를 구동하기 위한 드라이버들(231, 233)이 포함된다.
사용자 애플리케이션(237)은 가속도 센서(112)와 음향 센서(114)로부터 제공되는 센싱 신호들(AS, SS)의 레벨이나 특성을 분석하여 컷아웃 스위치(100)의 고장 또는 고장 예고와 같은 이벤트를 식별한다. 사용자 애플리케이션(237)은 MCU(Micro-Controller Unit)로 구현되는 제어부(113)에서 구동되는 소프트웨어로 제공될 수 있다. 더불어, 사용자 애플리케이션(237)에는 가속도 센서 드라이버(231), 음향 센서 드라이버(233)에서 제공되는 센싱 신호들의 대기열을 일시 저장하는 센서큐(239)를 포함할 수 있다.
가속도 센서 드라이버(231)는 하드웨어로 구현된 가속도 센서(112)와 제어부(113) 사이에서 인터페이싱을 제공한다. 가속도 센서 드라이버(231)는 제어부(113)에서 생성되는 명령어를 가속도 센서(112)를 제어하기 위한 신호로 변환할 수 있다. 음향 센서 드라이버(233)는 제어부(113)에서 생성되는 명령어를 음향 센서(114)를 제어하기 위한 신호로 변환할 수 있다.
사용자 애플리케이션(237)은 가속도 센서(112)와 음향 센서(114)로부터 제공되는 센싱 신호들(AS, SS)을 센서큐(239)에 일시 저장한다. 그리고 사용자 애플리케이션(237)은 센서큐(239)에 저장된 대기열에 대한 도 4 내지 도 6의 처리 절차에 따라 컷아웃 스위치(100)의 상태를 판단한다. 상태 판단에 따라, 사용자 애플리케이션(237)은 데이터로그(235)를 작성하고, 이후에 메모리(116)에 저장된다. 사용자 애플리케이션(237)은 이벤트가 발생한 것으로 판단한 경우, 메모리(116)에 저장된 데이터를 중앙 데이터 관리 장치에 전송할 것이다. 여기서, 메모리(116)는 플래시 메모리와 같은 비휘발성 메모리 장치나 메모리 카드로 구현될 수 있다.
도 8은 도 2의 전원부를 예시적으로 보여주는 블록도이다. 도 8을 참조하면, 전원부(115)는 코일(115a), 정류 회로(115b), 그리고 수퍼캡(115c)을 포함할 수 있다.
코일(115a)은 퓨즈에 흐르는 교류 전류에 의해서 생성된 시변 전자기장으로부터 유도 기전력을 얻기 위해 제공될 수 있다. 코일(115a)에 의해서 생성된 유도 기전력에 의해서 코일(115a)의 양단에는 교류 전류가 흐르게 될 것이다.
정류 회로(115b)는 코일에 유도된 교류 전류에 의해서 생성되는 교류 전압을 직류 전압으로 변환한다. 정류 회로(115b)는, 예를 들면, 정류 회로(115b)는 다이오드를 브리지 회로로 결선한 전파 정류회로나, 교류 파형의 일측 전압만을 정류하는 반파 정류회로 등으로 구현될 수 있다.
수퍼캡(115c)은 정류 회로(115b)에서 출력되는 전력을 축적할 수 있다. 예를 들면, 수퍼캡(115c)은 전하를 충전하는 하나 이상의 커패시터들을 포함할 수 있다. 감지 장치(110)는 컷아웃 스위치가 탈락하여 코일에 유도되는 기전력이 상실된 후에도 가속도 센서(112)와 음향 센서(114)로부터 제공되는 센싱 신호들을 처리하고, 그 결과를 무선 통신부(117)를 통해서 전송할 수 있어야 한다. 따라서, 수퍼캡(115c)은 무선 전력이 차단된 후에도 데이터를 처리하고, 처리 결과를 중앙 데이터 관리 장치에 전송할 수 있는 양의 전력을 저장할 수 있어야 한다. 따라서, 수퍼캡(115c)은 안정성이 큰 용량 소자로 형성될 수 있을 것이다. 예를 들면, 수퍼캡(115c)은 전해 커패시터, 필름 커패시터, 탄탈 커패시터, 세라믹 커패시터(예를 들면, MLCC(Multi-Layer Ceramic Condenser)와 같은 소자들 중 적어도 하나로 형성될 수 있을 것이다. 하지만, 수퍼캡(115c)의 종류가 상술한 것들에 한정되는 것은 아니다. 더불어, 수퍼캡(115c)은 일시적으로 전력을 저장할 수 있는 다양한 보조 전원 장치들로 대체될 수 있음도 잘 이해될 것이다.
이상에서는 본 발명의 전원부(115)의 예시적인 구성이 간략히 설명되었다. 하지만, 전원부(115)의 구성 방식은 감지 장치(110)의 사이즈, 요구 전력이나 특성에 따라서 다양하게 변경 가능하다.
도 9는 본 발명의 감지 장치들에 의한 이벤트 검출 및 전송 방법을 예시적으로 보여주는 도면이다. 도 9를 참조하면, 복수의 감지 장치들(312, 314, 322, 324, 332, 334)은 변압기들(311, 313, 321, 323, 331, 333) 각각에 연결되는 컷아웃 스위치의 퓨즈 홀더에 장착될 것이다. 예를 들면, 복수의 전신주들(310, 320, 330) 각각에 설치되는 3상 변압기들을 보호하는 컷아웃 스위치들 각각에 감지 장치들이 설치될 것이다. 여기서, 전력의 수용가(340)는 하나로 도시하였으나, 전신주들(310, 320, 330) 각각에 서로 다른 수용가가 연결될 수 있음은 잘 이해될 것이다.
복수의 감지 장치들(312, 314, 322, 324, 332, 334)은 마스터와 슬레이브 관계로 통신하고, 고장이나 고장 예고 이벤트를 전달할 수 있다. 예시적으로, 복수의 감지 장치들(312, 314, 322, 324, 332, 334) 중에서 전신주(320)에 설치된 감지 장치(324)가 마스터(Master)로 동작하고, 나머지 감지 장치들(312, 314, 322, 332, 334)은 슬레이브(Slave)로 동작할 수 있다. 슬레이브 감지 장치들(312, 314, 322, 332, 334)은 주기적으로 컷아웃 스위치의 고장이나 이상 여부를 마스터 감지 장치(324)에 알려준다. 그리고 마스터 감지 장치(324)는 자신을 포함하는 관할 감지 장치들(312, 314, 322, 324, 332, 334)에 대한 상태 정보를 중앙 데이터 관리 장치(350)에 전송할 것이다. 이러한 통신이 가능한 이유는 복수의 감지 장치들(312, 314, 322, 324, 332, 334) 각각이 통신 프로토콜(예를 들면, IoT 프로토콜, RF 통신 프로토콜, LoRa 통신 프로토콜 등)을 통해 연결될 수 있기 때문이다.
특히, 복수의 감지 장치들(312, 314, 322, 324, 332, 334) 중에서 어느 하나가 고장이나 고장 예고 이벤트를 검출하는 경우, 해당 감지 장치는 마스터 감지 장치(324)에 이벤트 발생을 알려준다. 만일, 감지 장치(312)가 퓨즈 홀더의 탈락을 감지하는 경우, 감지 장치(312)는 자신에게 할당된 식별자(ID)와 함께 이벤트 신호를 마스터 감지 장치(324)에 전송할 것이다. 그러면, 마스터 감지 장치(324)는 해당 이벤트의 발생과 함께 고장이 발생한 감지 장치(312)의 식별자(ID)를 실시간으로 중앙 데이터 관리 장치(350)에 전송할 것이다.
3상 선로의 각각의 상에 설치되어 있는 감지 장치들 사이에서도 위에서 설명한 마스터-슬레이브 관계가 성립할 수 있다. 즉 3상 선로에 설치된 감지 장치들 중 어느 하나에서 고장이나 고장 예고 이벤트가 검출되는 경우에, 해당 감지 장치는 통신 프로토콜을 사용하여 식별자(ID)와 함께 이벤트 신호를 해당 3상 선로의 마스터 감지 장치 또는 데이터 관리 장치(350)로 전송할 수 있다.
도 10은 도 9의 마스터 감지 장치의 모니터링 동작을 예시적으로 보여주는 순서도이다. 도 10을 참조하면, 마스터 감지 장치(324)는 자신과 슬레이브 감지 장치들(312, 314, 322, 332, 334)로부터 주기적으로 상태 신호를 수신할 수 있다. 그리고 고장이나 고장 예고 이벤트가 발생하면, 마스터 감지 장치(324)는 고장이 발생한 컷아웃 스위치에 대응하는 식별자(ID)와 함께 검출된 고장 데이터를 중앙 데이터 관리 장치에 실시간으로 전송할 수 있다.
S410 단계에서, 마스터 감지 장치(324)는 자신을 포함하여 자신과 슬레이브 감지 장치들(312, 314, 322, 332, 334)로부터 상태 정보를 수신할 수 있다. 복수의 감지 장치들(312, 314, 322, 324, 332, 334)은 주기적으로 가속도 센싱 신호(AS) 및 오디오 센싱 신호(SS)를 모니터링하여 고장이나 이상 여부를 판단하고, 그 결과를 마스터 감지 장치(324)에 전송할 것이다.
S420 단계에서, 마스터 감지 장치(324)는 자신을 포함하여 자신과 슬레이브 감지 장치들(312, 314, 322, 332, 334)로부터 상태 정보를 분석하여 고장이나 고장 예고 이벤트의 존재 여부를 체크한다. 복수의 감지 장치들(312, 314, 322, 324, 332, 334) 중에서 고장이나 고장 예고에 대응하는 이벤트가 존재하지 않는 경우(NO 방향), 절차는 S410 단계로 이동한다. 이후, 복수의 감지 장치들(312, 314, 322, 324, 332, 334)에 대한 모니터링이 계속될 것이다. 반면, 복수의 감지 장치들(312, 314, 322, 324, 332, 334) 중 적어도 하나로부터 고장이나 고장 예고에 대응하는 이벤트가 존재하는 것으로 판단되면(YES 방향), 절차는 S430 단계로 이동한다.
S430 단계에서, 마스터 감지 장치(324)는 고장이나 고장 예고 이벤트가 발생한 감지 장치의 식별자(ID)와 함께 상태 정보(오디오 및 가속도 정보)를 중앙 데이터 관리 장치에 전송한다.
이상에서는 복수의 감지 장치들(312, 314, 322, 324, 332, 334)은 간의 통신 방법 및 이벤트 전송 방법이 간략히 설명되었다. 하지만, 상술한 복수의 감지 장치들(312, 314, 322, 324, 332, 334)의 마스터/슬레이브 관계는 실시 예에 불과하다. 즉, 복수의 감지 장치들(312, 314, 322, 324, 332, 334) 간이나 감지 장치와 중앙 데이터 관리 장치 간의 무선 통신은 체인 방식이나 블루투스, 와이파이(Wi-Fi)와 같은 근거리 통신, 또는 모바일 통신을 통해서도 구현될 수 있음은 잘 이해될 것이다.
상술된 내용은 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 실시 예들이다. 본 발명은 상술된 실시 예들뿐만 아니라, 단순하게 설계 변경되거나 용이하게 변경할 수 있는 실시 예들 또한 포함할 것이다. 또한, 본 발명은 실시 예들을 이용하여 용이하게 변형하여 실시할 수 있는 기술들도 포함될 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 상술된 실시 예들에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 발명의 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 할 것이다.Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described in detail with reference to exemplary drawings. In adding reference numerals to components of each drawing, the same components may have the same reference numerals as much as possible even though they are indicated in different drawings. In addition, in describing the present invention, when it is determined that a detailed description of a related known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description may be omitted.
In addition, in describing the components of the present invention, terms such as first, second, A, B, (a), (b), etc. may be used. These terms are only for distinguishing the elements from other elements, and the essence, order, order, or number of the elements are not limited by the terms. When it is described that a component is “connected”, “coupled” or “connected” to another component, the component may be directly connected or connected to the other component, but other components may be interposed between each component. It should be understood that each component may be “interposed” or “connected,” “coupled,” or “connected” through another component.
1 is a view showing a cutout switch including a fuse holder-integrated sensing device of the present invention. Referring to FIG. 1 , the cutout switch 100 may include a sensing device 110 attached to the fuse holder 120 or provided integrally.
The sensing device 110 may be built in a case detachable from the fuse holder 120 . The sensing device 110 may be mounted on the fuse holder 120 while being inserted into the case. The sensing device 110 may be provided in the form of a module or a chip in which elements are embedded in a PCB substrate. The sensing device 110 basically includes an acceleration sensor and an acoustic sensor. When the fuse holder 120 is removed from the cutout switch 100 or a problem such as arc generation or arc extinguishing occurs, the sensing device 110 may detect a failure event through an acoustic sensor and an acceleration sensor. . The sensing device 110 may generate power by using an electromagnetic induction phenomenon of a fuse located inside the fuse holder 120 . And it may include a transceiver for wireless communication for detecting the occurrence of an event or for periodically transmitting the state of the cutout switch 100 . The sensing device 110 may be mounted to be positioned at the center of the fuse holder 120 .
The cutout switch 100 may be fixed to an electric pole or a support by an attachment bracket 170 . A support insulator 130 as an insulator made of an insulator is attached to one end of the attachment bracket 170 . A power-side terminal 140 and a load-side terminal 150 are installed at both ends of the support insulator 130 , respectively. A lead wire drawn in from a power line is connected to the power-side terminal 140 , and a lead wire drawn out from a pole transformer is connected to the load-side terminal 150 .
A fuse holder 120 is installed between the power-side terminal 140 and the load-side terminal 150 . The fuse holder 120 has a fuse (not shown) installed therein, and both ends of the fuse are electrically connected to the power-side terminal 140 and the load-side terminal 150 . The lower end of the fuse holder 120 is rotatably installed on the bracket 160 , and the bracket 160 is connected to the load-side terminal 150 .
The sensing device 110 of the present invention can measure the sound and acceleration of the fuse holder 120 of the cutout switch 100 and detect a failure or a failure notice symptom of the cutout switch 100 using the measurement result. have. When the detection device 110 detects a failure or a failure warning symptom, the detected acceleration or sound data may be transmitted to the central data management apparatus through wireless communication. Accordingly, since the manager can determine whether there is a failure or replacement cycle without directly accessing the cutout switch 100 , the risk of maintenance and repair of the power facility can be reduced.
2 is a block diagram showing the configuration of a sensing device according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 2 , the sensing device 110 may include a sensor unit 111 , a control unit 113 , a power supply unit 115 , a wireless communication unit 117 , and an antenna 119 .
The sensor unit 111 senses detachment of the fuse holder 120 , vibration, and noise. The sensor unit 111 transmits the sensing signals AS and SS to the control unit 113 . The sensor unit 111 may include an acceleration sensor 112 and an acoustic sensor 114 . The acceleration sensor 112 may sense a movement or vibration such as detachment of the fuse holder 120 . The acceleration sensing signal AS sensed by the acceleration sensor 112 is transmitted to the controller 113 . The acceleration sensor 112 may be implemented as, for example, a digital gyroscope that measures acceleration with respect to each of a plurality of axes. The acoustic sensor 114 senses the sound generated by the fuse holder 120 and transmits it to the controller 113 . The acoustic sensor 114 may convert sound pressure into an electrical signal. The acoustic sensor 114 may transmit the audio sensing signal SS converted into an electrical signal to the controller 113 . The acoustic sensor 114 may be implemented as, for example, a Micro-Electro Mechanical Systems (MEMS) microphone, but the present invention is not limited thereto.
The control unit 113 may determine whether the failure of the fuse holder 120 or failure of the fuse holder 120 is predicted by referring to the sensing signals AS and SS provided from the sensor unit 111 . The controller 113 may determine whether the level of at least one of the sensing signals AS and SS corresponds to a failure or a failure prediction value. If the level of at least one of the sensing signals AS and SS corresponds to the failure or the predicted failure value, the control unit 113 generates an event signal and transmits it to the central data management device through the wireless communication unit 117 . . When configured with a processor such as a microcontroller unit (MCU), the controller 113 may be driven by firmware, and the firmware may be downloaded and updated if necessary.
The power supply unit 115 provides power for driving the sensor unit 111 , the control unit 113 , the wireless communication unit 117 , and the antenna 119 constituting the sensing device 110 . The power supply unit 115 may receive wireless power (WP) and convert it into an electrical energy form. For example, the power supply unit 115 may generate power in the form of obtaining an induced electromotive force through time-varying electromagnetic waves generated from a fuse lead wire inside the fuse holder 120 . In addition, the power supply unit 115 may further include an auxiliary power source for charging power generated from wireless power. For example, power generated by wireless power may be stored in an auxiliary power supply such as a Super-Cap. When an event such as the detachment of the fuse holder 120 occurs, the electromotive force induced through the fuse lead wire is removed, but the sensing device 110 can operate normally for a certain period of time by the power stored in the supercap.
The wireless communication unit 117 transmits and receives a wireless signal through the antenna 119 . The wireless communication unit 117 may transmit an event signal or a status signal provided from the control unit 113 to the central data management apparatus. In addition, the wireless communication unit 117 may receive an event signal or a status signal transmitted from another sensing device in a short distance. The wireless communication unit 117 may communicate through an Internet of Things (IoT) protocol implemented by Zigbee, Bluetooth, or Wi-Fi.
In the above, the configurations and functions of the sensing device 110 of the present invention have been briefly described. However, the configuration or function of the sensing device 110 of the present invention is not limited thereto. For example, by mounting an artificial intelligence (AI) program in the processor constituting the control unit 113 , higher reliability may be realized through machine learning for a failure event or a failure notice event.
3A and 3B are diagrams exemplarily showing the operation of the sensor unit of the present invention. 3A shows an acceleration waveform measured by the acceleration sensor 112 (refer to FIG. 2 ) when a failure event occurs. On the other hand, FIG. 3B shows an audio waveform when a failure event of the acoustic sensor 114 (refer to FIG. 2 ) occurs.
Referring to FIG. 3A , when the cutout switch COS 100 is removed, the acceleration change in each of the three axes (X, Y, Z) directions is illustrated by the acceleration sensor 112 . At the moment when the fuse holder 120 of the cutout switch 100 is separated from the power-side terminal 140 , the change in acceleration occurs due to the movement of the detection sensor 110 attached to the fuse holder 120 . That is, when the cutout switch 100 is detached (assumed to be T1 ), the fuse holder 120 will disengage from the upper contact point and rotate on the lower bracket 160 . At this time, from the moment the fuse holder 120 is removed from the upper contact point, vibration or acceleration in each of the three axes (X, Y, Z) directions will increase. Then, the vibration is attenuated for a certain period of time until the fuse holder 120 is stopped by the bracket 160 . This phenomenon is measured by the acceleration sensor 112 and transmitted to the controller 113 as acceleration sensing signals ASX, ASY, and ASZ. Here, the measurement of the acceleration with respect to the three axes (X, Y, and Z) has been described as an example, but this is only an example and the measurement of the acceleration with respect to one or more axes is possible.
Referring to FIG. 3B , an audio waveform when the cutout switch 100 is dropped is shown. An impact sound generated when the fuse holder 120 of the cut-out switch 100 is removed from the upper fixing part and is cut off from the power-side terminal 140 will be measured by the acoustic sensor 114 . As mentioned in FIG. 3A , at the time point T1 of the cutout switch 100 being removed, the fuse holder 120 will move away from the upper contact point and rotate around the lower bracket 160 as an axis. A peak SSp of the audio sensing signal SS will be observed at the moment T1 when the fuse holder 120 is removed from the upper contact point. The control unit 113 may detect the level of the audio sensing signal SS and, when exceeding the threshold TH2, determine it as a failure or a failure notice symptom, and transmit this state to the central data management device.
In the above, the acceleration and acoustic waveforms measured by the sensor unit 111 when the cutout switch COS is removed have been briefly described. However, the sensor unit 111 of the present invention may sense various failures or symptoms according to the arrival of replacement lifespan other than the dropout of the cutout switch COS through measurement of acceleration or sound. In addition, the sensor unit 111 may further include a humidity sensor, a magnetic sensor, and various sensors for higher reliability.
4 is a flowchart exemplarily illustrating a fuse holder monitoring operation of the sensing device of the present invention. Referring to FIG. 4 , the control unit 113 of the sensing device 110 (see FIG. 2 ) determines a failure state or a failure notice state according to the levels of sensing signals AS and SS provided from the sensor unit 111 . can
In step S110 , the controller 113 detects the acceleration sensing signal AS and the audio sensing signal SS provided from the acceleration sensor 112 and the acoustic sensor 114 . The control unit 113 may detect the level of the acceleration sensing signal AS and the audio sensing signal SS to determine whether the cutout switch 100 is a failure or a failure warning symptom.
In step S120 , the controller 113 determines whether the level of the acceleration sensing signal AS exceeds a first threshold TH1 . Here, the first threshold TH1 may be an acceleration value input in advance by an administrator. For example, the first threshold TH1 may be a reference value obtained through repeated experiments or statistics. If the level of the acceleration sensing signal AS is higher than the first threshold TH1 (in the YES direction), the procedure moves to step S130. On the other hand, when the level of the acceleration sensing signal AS is not higher than the first threshold TH1 (in the NO direction), the procedure may return to step S110 . Here, the acceleration sensing signal AS may correspond to any one of the plurality of axes or may be a value obtained by combining acceleration values of each of the plurality of axes.
In step S130 , the controller 113 determines whether the level of the audio sensing signal SS exceeds a second threshold TH2 . Here, the second threshold TH2 may be a value of an audio signal previously input by the manager. For example, the second threshold TH2 may be a value determined by applying an experiment or statistics. If the level of the audio sensing signal SS is higher than the second threshold TH2 (in the YES direction), the procedure moves to step S140. On the other hand, when the level of the audio sensing signal SS is not higher than the second threshold TH2 (in the NO direction), the procedure may return to step S110.
In step S140 , the controller 113 determines that the cutout switch is faulty as the levels of the acceleration sensing signal AS and the audio sensing signal SS both exceed the predetermined thresholds TH1 and TH2. The controller 113 will store the determined failure event and the level of the acceleration sensing signal AS and the audio sensing signal SS in a memory provided therein.
In step S150 , the controller 113 transmits the level of the acceleration sensing signal AS and the audio sensing signal SS corresponding to the occurrence of the failure event to the central data management device. The control unit 113 transmits the failure event occurrence and the level of the sensed signals through the wireless communication unit 117 (refer to FIG. 2 ) to determine whether the cutout switch 100 equipped with the detection device 110 has a failure and a failure. The underlying data is provided to the central data management unit.
In the above, the monitoring operation of a failure or failure warning symptom of the detection device 110 according to an embodiment of the present invention has been briefly described. Here, it has been described that the threshold values TH1 and TH2 of the acceleration sensing signal AS and the audio sensing signal SS for determining whether a failure or a failure warning symptom is provided at one level, respectively. However, it will be well understood that the thresholds TH1 and TH2 are provided at a plurality of levels, respectively, and may be implemented to detect events of more detailed symptoms.
5 is a flowchart illustrating another embodiment of a monitoring operation of a sensing device. Referring to FIG. 5 , the controller 113 may determine a failure event even when at least one of the acceleration sensing signal AS and the audio sensing signal SS exceeds a threshold value.
In step S210 , the controller 113 detects the acceleration sensing signal AS and the audio sensing signal SS provided from the acceleration sensor 112 and the acoustic sensor 114 .
In step S220 , the controller 113 determines whether the level of the acceleration sensing signal AS exceeds a first threshold TH1 . If the level of the acceleration sensing signal AS is higher than the first threshold TH1 (in the YES direction), the procedure moves to step S240. On the other hand, if the level of the acceleration sensing signal AS is not higher than the first threshold TH1 (in the NO direction), the procedure moves to step S230.
In step S230 , the controller 113 determines whether the level of the audio sensing signal SS exceeds the second threshold TH2 . If the level of the audio sensing signal SS is higher than the second threshold TH2 (in the YES direction), the procedure moves to step S240. On the other hand, when the level of the audio sensing signal SS is not higher than the second threshold TH2 (in the NO direction), the procedure may return to step S210 .
In step S240 , the controller 113 determines that the cutout switch has failed as the level of at least one of the acceleration sensing signal AS and the audio sensing signal SS exceeds the thresholds TH1 and TH2 . The controller 113 will store the determined failure event and the level of the acceleration sensing signal AS and the audio sensing signal SS in a memory provided therein.
In step S250 , the controller 113 transmits the level of the acceleration sensing signal AS and the audio sensing signal SS corresponding to the occurrence of the failure event to the central data management device. The control unit 113 transmits the failure event occurrence and the level of the sensed signals through the wireless communication unit 117 (refer to FIG. 2 ) to determine whether the cutout switch 100 equipped with the detection device 110 has a failure and a failure. The underlying data is provided to the central data management unit.
In the above, the monitoring operation of a failure or failure warning symptom of the detection device 110 according to another embodiment of the present invention has been briefly described. Here, the controller 113 may determine a failure event when any one of the acceleration sensing signal AS and the audio sensing signal SS exceeds a threshold value.
6 is a flowchart illustrating another embodiment of a monitoring operation of a sensing device. Referring to FIG. 6 , the controller 113 may process the levels of the acceleration sensing signal AS and the audio sensing signal SS through artificial intelligence (AI) processing. The control unit 113 may use artificial intelligence (AI) to determine a failure or a failure notice, and also determine whether a replacement period has been reached.
In step S310 , the controller 113 detects the acceleration sensing signal AS and the audio sensing signal SS provided from the acceleration sensor 112 and the acoustic sensor 114 .
In step S320 , the controller 113 processes the levels of the acceleration sensing signal AS and the audio sensing signal SS through artificial intelligence (AI) operation. For example, the level of the acceleration sensing signal AS and the audio sensing signal SS may be processed and processed with an artificial intelligence algorithm such as unsupervised learning to classify a failure or symptom of the cutout switch. Alternatively, a machine learning technique using a convolutional neural network (CNN) to input an acceleration sensing signal AS and an audio sensing signal SS and outputting a state of a cutout switch may be used. For this processing, the control unit 113 may further include a processor (eg, NPU) entirely in charge of artificial intelligence (AI) calculations.
In step S330, the control unit 113 performs an operation branch according to the processing result of the artificial intelligence (AI) operation. As a result of artificial intelligence (AI) calculation, when it is determined that a failure or replacement cycle has been reached (YES direction), the procedure moves to step S340. On the other hand, if it is determined as a result of the artificial intelligence (AI) operation that the failure or replacement period has not been reached (in the NO direction), the procedure returns to step S310.
In step S340 , the control unit 113 determines that a failure or replacement cycle of the cutout switch 100 has been reached. In addition, the controller 113 will store, in the memory, determination data related to reaching the determined failure or replacement cycle, and data on the levels of the acceleration sensing signal AS and the audio sensing signal SS corresponding thereto.
In step S350 , the controller 113 transmits the levels of the acceleration sensing signal AS and the audio sensing signal SS corresponding to the failure or replacement cycle event to the central data management device.
In the above, some embodiments related to the operation of the controller 113 of the present invention have been described. However, it will be well understood that the present invention is not limited to the illustrated embodiment, and that various modifications from the described examples are possible.
FIG. 7 is a diagram schematically illustrating features of software of the control unit of FIG. 2 . Referring to FIG. 7 , the software 230 executed by the control unit 113 includes a user application 237 for performing the function of the sensing device 113 of the present invention, an acceleration sensor 112 and an acoustic sensor 114 . Drivers 231 and 233 for driving are included.
The user application 237 analyzes the level or characteristics of the sensing signals AS and SS provided from the acceleration sensor 112 and the acoustic sensor 114 to detect an event such as failure or failure notice of the cutout switch 100 . identify The user application 237 may be provided as software driven by the controller 113 implemented as a micro-controller unit (MCU). In addition, the user application 237 may include a sensor queue 239 for temporarily storing a queue of sensing signals provided by the acceleration sensor driver 231 and the acoustic sensor driver 233 .
The acceleration sensor driver 231 provides an interface between the acceleration sensor 112 implemented in hardware and the controller 113 . The acceleration sensor driver 231 may convert a command generated by the controller 113 into a signal for controlling the acceleration sensor 112 . The acoustic sensor driver 233 may convert a command generated by the controller 113 into a signal for controlling the acoustic sensor 114 .
The user application 237 temporarily stores the sensing signals AS and SS provided from the acceleration sensor 112 and the acoustic sensor 114 in the sensor queue 239 . And the user application 237 determines the state of the cutout switch 100 according to the processing procedure of FIGS. 4 to 6 for the queue stored in the sensor queue 239 . According to the status determination, the user application 237 writes the datalog 235, which is then stored in the memory 116. When the user application 237 determines that an event has occurred, the data stored in the memory 116 will be transmitted to the central data management device. Here, the memory 116 may be implemented as a nonvolatile memory device such as a flash memory or a memory card.
FIG. 8 is a block diagram exemplarily showing the power supply unit of FIG. 2 . Referring to FIG. 8 , the power supply unit 115 may include a coil 115a , a rectifier circuit 115b , and a supercap 115c .
The coil 115a may be provided to obtain an induced electromotive force from a time-varying electromagnetic field generated by an alternating current flowing through the fuse. An alternating current will flow through both ends of the coil 115a by the induced electromotive force generated by the coil 115a.
The rectifier circuit 115b converts an AC voltage generated by the AC current induced in the coil into a DC voltage. The rectifier circuit 115b may be implemented as, for example, a full-wave rectifier circuit in which a diode is connected as a bridge circuit or a half-wave rectifier circuit that rectifies only one side voltage of an AC waveform.
The supercap 115c may accumulate power output from the rectifier circuit 115b. For example, the supercap 115c may include one or more capacitors that charge a charge. The sensing device 110 processes the sensing signals provided from the acceleration sensor 112 and the acoustic sensor 114 even after the electromotive force induced in the coil is lost due to the cutout switch dropping, and the result is transmitted through the wireless communication unit 117 should be able to transmit. Therefore, the supercap 115c must be able to store an amount of power capable of processing data even after the wireless power is cut off and transmitting the processing result to the central data management device. Accordingly, the supercap 115c may be formed of a capacitor having high stability. For example, the supercap 115c may be formed of at least one of elements such as an electrolytic capacitor, a film capacitor, a tantalum capacitor, and a ceramic capacitor (eg, a multi-layer ceramic capacitor (MLCC)). However, the supercap ( The types of 115c are not limited to those described above, and it will be understood that the supercap 115c may be replaced with various auxiliary power devices capable of temporarily storing power.
In the above, an exemplary configuration of the power supply unit 115 of the present invention has been briefly described. However, the configuration method of the power supply unit 115 may be variously changed according to the size, required power or characteristics of the sensing device 110 .
9 is a diagram exemplarily illustrating an event detection and transmission method by sensing devices of the present invention. Referring to FIG. 9 , a plurality of sensing devices 312 , 314 , 322 , 324 , 332 , and 334 are fuse holders of cutout switches connected to transformers 311 , 313 , 321 , 323 , 331 , 333 , respectively. will be mounted on For example, sensing devices will be installed in each of the cutout switches that protect the three-phase transformers installed in each of the plurality of utility poles (310, 320, 330). Here, although the consumer 340 of the power is shown as one, it will be well understood that different consumers may be connected to each of the telephone poles 310 , 320 , 330 .
The plurality of sensing devices 312 , 314 , 322 , 324 , 332 , and 334 may communicate with the master in a slave relationship and transmit a failure or failure notice event. Exemplarily, among the plurality of sensing devices 312, 314, 322, 324, 332, and 334, the sensing device 324 installed on the telephone pole 320 operates as a master, and the remaining sensing devices 312, 314 , 322 , 332 , and 334 may operate as slaves. The slave sensing devices 312 , 314 , 322 , 332 , and 334 periodically inform the master sensing device 324 of a failure or abnormality of the cutout switch. In addition, the master sensing device 324 will transmit the state information on the competent sensing devices 312 , 314 , 322 , 324 , 332 , 334 including itself to the central data management device 350 . The reason such communication is possible is that each of the plurality of sensing devices 312, 314, 322, 324, 332, 334 may be connected through a communication protocol (eg, IoT protocol, RF communication protocol, LoRa communication protocol, etc.) Because.
In particular, when any one of the plurality of detection devices 312 , 314 , 322 , 324 , 332 , and 334 detects a failure or a failure notice event, the corresponding detection device notifies the master detection device 324 of the occurrence of the event. If the sensing device 312 detects that the fuse holder is removed, the sensing device 312 will transmit an event signal to the master sensing device 324 together with an identifier (ID) assigned to the sensing device 312 . Then, the master detection device 324 will transmit the identifier (ID) of the detection device 312 in which the failure has occurred to the central data management device 350 in real time with the occurrence of the corresponding event.
The above-described master-slave relationship can also be established between sensing devices installed on each phase of a three-phase line. That is, when a failure or failure notice event is detected in any one of the detection devices installed on the 3-phase line, the detection device sends an event signal along with an identifier (ID) using a communication protocol to the master detection device of the 3-phase line. Alternatively, the data may be transmitted to the data management device 350 .
10 is a flowchart exemplarily illustrating a monitoring operation of the master sensing device of FIG. 9 . Referring to FIG. 10 , the master sensing device 324 may periodically receive status signals from itself and the slave sensing devices 312 , 314 , 322 , 332 , and 334 . And when a failure or failure notice event occurs, the master detection device 324 may transmit the detected failure data together with an identifier (ID) corresponding to the cutout switch in which the failure occurs to the central data management apparatus in real time.
In step S410 , the master sensing device 324 may receive state information from itself and the slave sensing devices 312 , 314 , 322 , 332 , 334 including itself. The plurality of sensing devices 312 , 314 , 322 , 324 , 332 , and 334 periodically monitor the acceleration sensing signal AS and the audio sensing signal SS to determine whether there is a failure or abnormality, and detect the result as a master will be sent to device 324 .
In step S420 , the master sensing device 324 analyzes status information from itself and the slave sensing devices 312 , 314 , 322 , 332 , 334 to check whether a failure or a failure notice event exists. If an event corresponding to a failure or a failure notice does not exist among the plurality of sensing devices 312 , 314 , 322 , 324 , 332 , and 334 (in the NO direction), the procedure moves to step S410 . Thereafter, monitoring of the plurality of sensing devices 312 , 314 , 322 , 324 , 332 , 334 will continue. On the other hand, if it is determined that there is an event corresponding to a failure or a failure notice from at least one of the plurality of sensing devices 312, 314, 322, 324, 332, 334 (YES direction), the procedure moves to step S430 .
In step S430, the master detection device 324 transmits status information (audio and acceleration information) together with an identifier (ID) of the detection device in which a failure or a failure notice event has occurred to the central data management device.
In the above, a communication method and an event transmission method between the plurality of sensing devices 312 , 314 , 322 , 324 , 332 , and 334 have been briefly described. However, the above-described master/slave relationship of the plurality of sensing devices 312 , 314 , 322 , 324 , 332 , and 334 is merely an example. That is, wireless communication between the plurality of sensing devices 312, 314, 322, 324, 332, 334 or between the sensing device and the central data management device is a chain method or short-range communication such as Bluetooth or Wi-Fi, or It will be appreciated that it may also be implemented through mobile communication.
The above are specific embodiments for carrying out the present invention. The present invention will include not only the above-described embodiments, but also simple design changes or easily changeable embodiments. In addition, the present invention will include techniques that can be easily modified and implemented using the embodiments. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the above-described embodiments, but should be defined by the claims described below as well as the claims and equivalents of the present invention.

Claims

A sensing device mounted on a fuse holder of a cutout switch (COS) positioned between a high-voltage line and a transformer, comprising:
a sensor unit sensing an acceleration or sound of the fuse holder and outputting an acceleration signal and an audio signal;
a controller for detecting a level of the acceleration signal or the audio signal, and processing the detected acceleration signal or the audio signal with a convolutional neural network to determine a failure state or a failure warning state of the cutout switch;
a wireless communication unit for transmitting an event signal corresponding to the failure state or the failure notice state under the control of the controller; and
A power supply unit for generating AC power using the electromotive force induced from the fuse holder, and rectifying the generated AC power to provide power to the sensor unit, the control unit, and the wireless communication unit,
The control unit stores the level of the acceleration signal or the audio signal as a queue in a sensor queue to compare it with a threshold, and determines the failure state or the failure notice state of the cutout switch according to the processing result of the convolutional neural network do,
The power supply unit processes data corresponding to the disconnection of the cutout switch (COS) in the sensor unit, the control unit, and the wireless communication unit even after the cutout switch (COS) is removed, and displays the processing result in a central data management device A sensing device comprising a supercap having a capacity corresponding to an amount of power for transmission to a (DCU).

delete

The method of claim 1,
The controller determines whether the acceleration signal exceeds a first threshold and determines whether the audio signal exceeds a second threshold to determine a replacement cycle of the cutout switch, and sets the levels of the acceleration signal and the audio signal as central data A sensing device that transmits to the management device.

4. The method of claim 3,
The sensing device further comprising a memory device in which the level of the acceleration signal or the audio signal is stored.

The method of claim 1,
A detection device that notifies the failure state or the failure notice state through communication between detection devices of each phase in a three-phase line.