KR102555694B1 - 스마트 안전 배전반 - Google Patents

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KR102555694B1
KR102555694B1 KR1020230007077A KR20230007077A KR102555694B1 KR 102555694 B1 KR102555694 B1 KR 102555694B1 KR 1020230007077 A KR1020230007077 A KR 1020230007077A KR 20230007077 A KR20230007077 A KR 20230007077A KR 102555694 B1 KR102555694 B1 KR 102555694B1
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management
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이용회
조현철
이명진
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주식회사 일렉콤
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Abstract

본 발명은 스마트 안전 배전반에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수용가에 안정적인 전력공급을 위해 배전반 내부 계통(그리드)의 이상 증상을 사전에 감지하여 사고를 미연에 예방하기 위한 것으로, IoT기반의 클라우드 서버를 이용해 배전반 내부의 상태를 모니텅링하고, 수집된 상태 정보를 AI모듈에서 분석하여 화재, 지진 등의 위험을 파악하여 경보 및 제어가 가능하여 효율적 운영과 안전사고 예방이 가능한 스마트 안전 배전반에 관한 것이다.

Description

스마트 안전 배전반 {A smart safety switchboard}
본 발명은 스마트 안전 배전반에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수용가에 안정적인 전력공급을 위해 배전반 내부 계통(그리드)의 이상 증상을 사전에 감지하여 사고를 미연에 예방하기 위한 것으로, IoT기반의 클라우드 서버를 이용해 배전반 내부의 상태를 모니텅링하고, 수집된 상태 정보를 AI모듈에서 분석하여 화재, 지진 등의 위험을 파악하여 경보 및 제어가 가능하여 효율적 운영과 안전사고 예방이 가능한 스마트 안전 배전반에 관한 것이다.
배전반은 발전소 또는 변전소에서 공급하는 고압 또는 특고압 전기를 수전하여 이를 수용가에서 사용되는 전압으로 변환하여 부하설비로 배전하는 장치로, 배전반의 종류는 고압반, 저압반, 전동기제어반, 변압기반, 분전반 등이 있다.
고압반, 저압반, 전동기제어반, 분전반 등으로 구성되는 하나의 배전반 그룹이 공장, 건물, 아파트 단지 등과 같은 현장에 하나 이상 설치되며, 각 배전반 내부에는 고압 개폐기, 계기용 변류기, 고압차단기, 변압기, 저압 배전용 차단기 등의 전력기기와 전력계통 보호 및 감시를 위한 보호계전기 및 계측기 등의 전기 부품 등이 실장되어 있다.
또한 배전반의 내부에는 전력 기기 외에 전력 계통에 따라 전력 기기 상호 간을 연결하는 부스바와 전력 기기의 계측 및 감시를 위한 배선이 배치되어 있다.
그런데 이러한 배전반은 외부로부터 전력을 공급받아 이를 분배하는 과정에서 내부에 설치된 각종 전기 기기로부터 열이 발생하며, 외부에 설치되어 운영되는 옥외형 배전반의 경우에는 태양열에 의한 함체 내부의 온도
상승으로 인한 문제도 발생하는 등 배전반의 고장은 전기설비 파손, 폭발, 화재 등의 사고를 유발하므로 배전반의 상태를 항상 감시해야 한다.
기존의 배전반은 오랜 기간의 사용 시 내구성 문제라든가 먼지 등에 의해 아크(arc)가 발생하기 쉽고, 배전반에는 고전압의 전류가 흐르고 있기 때문에 대형 화재 사고로 이어질 위험성이 많으며, 특히, 지진으로 인해 배전반 또는 자동제어반의 화재가 발생하는 경우에는 대형 사고로 이어질 수 있다.
그러나 배전반의 경우 대부분 지하나 옥상 등 사람이 상시적으로 접근하기 어려운 위치에 설치되므로, 감시와 모니터링이 관리자에 의해 24시간 이루어지기 어렵다.
또한 배전반의 안전관리에 관한 내부 상태(온도, 습도, 아크, CO 가스, 진동, 도어 개방상태 등)나 배전반의 전기적 상태(전압, 전류, 전력량, 역율, OCR, OCGR, OVVR, UVR 등)를 파악할 수 있는 내부 정보가 부족하여 작동 상태나 안전사고 위험성을 즉각 파악하기가 곤란하였다.
또한 현장마다 요구 조건에 맞춰서 고압반, 저압반, 전동기제어반, 변압기반, 분전반 등과 같은 서로 다른 성격의 전력기기들이 조합되어 배전반 그룹이 구성되므로 각 현장마다 배전반 그룹의 구성이 달라져서 상태 감시나 모니터링에 필요한 상태 정보 종류가 달라지므로 각 현장의 배전반 그룹 특성에 맞춰서 맞춤형 관리나 감시 시스템을 제공하기가 곤란하였다.
또한 배전반의 상태 감시나 모니터링 장치들이 설치되는 현장마다 상태 감시나 모니터링 장치의 측정범위나 초기값들이 다르고 또한 장기 사용으로 인해 전력장치나 계측장치의 특성이 변화하므로, 하나의 상태 감시나 모니터링 장치를 모든 배전반 또는 배전반 그룹에 일률적으로 적용할 수 없고 현장 특성이나 시간에 따른 장치 특성 변화에 대응할 수 있는 현장 적응형 관리나 감시 시스템을 제공하기가 곤란하였다.
그러므로 사람 접근이 곤란한 곳이나 현장관리자가 없는 경우에 설치된 배전반의 상태 감시나 모니터링을 위하여 배전반의 내부 정보를 파악하는 상태 감시나 모니터링 장치를 구비하여 상시적으로 원격감시할 필요성이 있고, 지능적으로 이상 상태를 미리 파악하여 즉각적인 통제가 이루어질 필요가 있다.
또한 배전반 또는 배전반 그룹이 설치된 현장 특성이나 장치 특성 변화에 맞춰서 상태 감시나 모니터링할 수 있는 유연한 현장 맞춤형 및 현장 적응형 관리나 감시 시스템이 필요하다.
대한민국 등록특허공보 제10-1885556호 대한민국 등록특허공보 제10-2149864호
본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 배전반의 상태 감시나 모니터링을 위하여 배전반의 내부 정보를 파악하는 상태 감시나 모니터링 장치를 구비하여 배전반을 상시적으로 원격감시하고, 지능적으로 이상 상태를 미리 파악하여 즉각적인 통제를 할 수 있는 스마트 안전 배전반을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
또한 본 발명은 배전반 내부 계통(그리드)의 이상 증상을 사전에 감지하여 사고를 미연에 예방하기 위하여 IoT기반의 클라우드 서버를 이용해 배전반 내부의 상태나 정보를 모니텅링하고, 수집된 내부 정보를 AI모듈에서 분석하여 화재, 지진 등의 위험을 파악하여 경보 및 제어가 가능하여 효율적 운영과 안전사고 예방이 가능한 스마트 안전 배전반을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
또한 배전반이 설치된 현장 특성이나 장치 특성 변화에 맞춰서 상태 감시나 모니터링할 수 있는 유연한 현장 맞춤형 및 현장 적응형 관리나 감시가 가능한 스마트 안전 배전반을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
일실시예에 따른 본 발명은 스마트 안전 배전반이 배전반(100);
배전반의 안전관리에 관한 내부 상태를 감지하는 센서들이 설치되는 안전관리센서(200);
배전반의 전기적 상태를 파악할 수 있는 센서들이 설치되는 디지털 계측기/디지털 보호 계전기(300);
안전관리센서(200) 및 디지털 계측기/디지털 보호 계전기(300)로부터전송받는 배전반의 내부 상태 및 전기적 상태를 포함하는 내부 정보를 표시하며 클라우드 서버(500)와 통신하는 안전관리 모니터(400);
안전관리 모니터(400)로부터 배전반의 내부 정보를 전송받아 분석하도록 안전그리드 시스템이 설치되는 클라우드 서버(500);를 포함하는 것이 특징이다.
또한 본 발명에서 상기 안전그리드 시스템은 운영관리자 사이트, 현장관리자 사이트 및 모니터링 앱으로 구성되고,
안전그리드 시스템의 운영관리자 사이트 및 현장관리자 사이트는 클라우드 서버(500)에 구축되며,
안전그리드 시스템의 모니터링 앱은 현장 관리자 모바일 단말기(800)에 설치되는 것이 특징이다.
또한 본 발명에서 상기 안전그리드 시스템의 운영관리자 사이트는 회원관리 메뉴, 장치관리 메뉴, 시스템 설정 메뉴, AI 모듈 메뉴 중 적어도 하나 이상을 포함하고,
상기 회원관리 메뉴는 회원목록 조회, 회원등록, 회원 상세조회 및 수정, 회원 삭제 중 적어도 하나 이상을 구비하며,
상기 장치관리 메뉴는 장치 목록 조회, 장치 추가, 장치 삭제 기능 중 적어도 하나 이상을 구비하며,
상기 시스템 설정 메뉴는 AI의 장치 자동제어 여부 설정, 위험경고 메타정보 설정 기능 중 적어도 하나 이상을 구비하는 것이 특징이다.
또한 본 발명의 상기 시스템 설정 메뉴에서 AI의 장치 자동제어 여부 설정 기능은 AI 경고시에 배전반에 설치되는 소화기 또는 차단기 중의 적어도 하나 이상을 AI가 자동 제어할지 설정하는 것이 특징이다.
또한 본 발명의 상기 AI의 장치 자동제어 여부 설정 기능에서 AI의 장치 자동제어 기능이 오프된 경우에는 모니터링 앱에서 소화기 작동버튼이나 차단기의 온/오프 버튼을 현장관리자가 선택하여 수동으로 작동하는 것이 특징이다.
또한 본 발명에서 상기 시스템 설정 메뉴의 위험경고 메타정보 설정 기능에서는 안전관리 센서별로 경고범위 범위가 입력되고, 경고범위는 각 센서값의 범위에 따라 하나 이상이 설정되고, 경고범위에 따라 경고 레벨 및 대응 조치가 다르게 설정되는 것이 특징이다.
또한 본 발명에서 상기 안전그리드 시스템은 복수의 현장관리자가 현장 관리자 웹사이트나 모니터링 앱에 접속하는 것을 허용하지만,
복수의 현장관리자가 이중으로 소화기나 차단기를 제어하는 것을 방지하기 위하여,
현장 관리자 웹사이트나 모니터링 앱에 먼저 로그인한 현장 관리자보다 가장 나중에 로그인한 현장 관리자에게 우선권을 부여하여 복수의 현장관리자들이 소화기나 차단기를 이중 제어하는 것을 방지하는 것이 특징이다.
본 발명은 배전반의 내부 정보를 파악하는 상태 감시나 모니터링 장치를 구비하여 배전반을 상시적으로 원격감시하고, 지능적으로 이상 상태를 미리 파악하여 즉각적인 통제를 할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 배전반 내부 계통(그리드)의 이상 증상을 사전에 감지하여 사고를 미연에 예방하기 위하여 IoT기반의 클라우드 서버를 이용해 배전반 내부의 상태나 정보를 모니텅링하고, 수집된 내부 정보를 AI모듈에서 분석하여 화재, 지진 등의 위험을 파악하여 경보 및 제어가 가능하여 효율적 운영과 안전사고 예방이 가능한 효과가 있다.
또한 본 발명은 배전반이 설치된 현장 특성이나 장치 특성 변화에 맞춰서 상태 감시나 모니터링할 수 있는 유연한 현장 맞춤형 및 현장 적응형 관리나 감시가 가능한 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 스마트 안전 배전반의 전체 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 스마트 안전 배전반의 배전반 그룹에 대한 일실시예를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 스마트 안전 배전반에서 배전반 내부 정보를 수집 및 표시하는 안전관리 데이터 수집장치 및 모니터 장치를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 스마트 안전 배전반에서 배전반 내부 정보를 수집 및 표시하는 안전관리 데이터 수집장치 및 모니터 장치를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 스마트 안전 배전반의 클라우드 서버를 설명하는 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 클라우드 서버의 사물정보 구성단위를 설명하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 안전그리드 시스템을 통해 현장관리자를 등록하는 과정을 설명하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 안전그리드 시스템을 통해 현장관리자가 현장관리자 사이트에 접근한 것을 설명하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 안전그리드 시스템을 통해 현장의 장치를 등록하는 과정을 것을 설명하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 안전그리드 시스템을 통해 현장관리자가 모바일 앱으로 클라우드 서버와 접속하는 앱 접속화면을 설명하는 도면이다.
도 11은 운영관리자가 관리자 사이트를 통해 시스템 메타정보를 설정 하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 12는 본 발명에서 관리자 사이트의 AI 모듈이 안전관리 정보를 실시간으로 분석하여 이벤트인지 판별하는 절차를 설명하는 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으며 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1를 참조하면, 본 발명에 따른 스마트 안전 배전반의 전체 구성은 적어도 하나 이상의 배전반(100)을 포함하는 배전반 그룹,
배전반의 안전관리에 관한 내부 상태(온도, 습도, 아크, CO 가스, 진동, 도어 개방상태 등)를 감지하는 센서들이 설치되는 안전관리센서(200),
배전반의 전기적 상태(전압, 전류, 전력량, 역율, OCR, OCGR, OVVR, UVR 등)를 파악할 수 있는 센서들이 설치되는 디지털 계측기/디지털 보호 계전기(300),
안전관리센서(200) 및 디지털 계측기/디지털 보호 계전기(300)로부터전송받는 배전반의 내부 상태 및 전기적 상태를 포함하는 내부 정보를 표시하며 클라우드 서버(500)와 통신하는 안전관리 모니터(400),
안전관리 모니터(400)로부터 배전반의 내부 정보를 전송받아 저장하고 분석하도록 안전그리드 시스템이 설치되는 클라우드 서버(500),
클라우드 서버(500)의 분석 결과를 유무선으로 전송받아 표시하는 관리자 단말기를 포함한다.
배전반(100)은 발전소 또는 변전소에서 공급하는 고압 또는 특고압 전기를 수전하여 이를 수용가에서 사용되는 전압으로 변환하여 부하설비로 배전하는 장치로, 고압반, 저압반, 전동기제어반, 변압기반, 분전반 등이 있다.
공장, 건물, 아파트 단지 등과 같은 현장에는 적어도 하나 이상의 배전반 그룹이 설치되며, 각 배전반 그룹은 고압반, 저압반, 전동기제어반, 변압기반, 분전반 등과 같은 배전반을 적어도 하나 이상 포함한다.
각 배전반 그룹의 배전반 내부에는 고압 개폐기, 계기용 변류기, 고압차단기, 변압기, 저압 배전용 차단기 등의 전력기기와 전력계통 보호 및 감시를 위한 보호계전기 및 계측기 등의 전기 부품 등이 필요에 따라 실장될 수 있다.
상기 배전반에는 배전반 내부의 온도, 습도, 아크 발생, 및 CO 가스를 감지하는 센서들 및 배전반의 진동이나 도어의 개방상태를 감지하여 배전반 안전 상태를 파악할 수 있는 상태 정보 감지 센서들을 포함하는 안전관리센서(200)들이 적어도 하나 이상 설치된다.
안전관리센서(200)는 배전반(100) 내부에 구비된 단자들 또는 기기들에 대한 열화정보, 과부하정보, 절연유상태정보, 코로나방전정보, 부분방전정보, 마모정도정보, 동작불량정보, 고장정보, 접촉상태정보 중 적어도 하나를 감지하는 센서들을 추가로 포함할 수 있다.
안전관리센서(200)의 온도 센서는 배전반 내부의 온도를 검출하도록 구성될 수 있으며, 내부 온도에 의해 배전선의 열화나 화재를 인지할 수 있다.
안전관리센서(200)의 습도 센서는 배전반 내부의 습도를 검출하도록 구성될 수 있고, 아크 검출 센서는 배전반 내부의 아크(arc)를 검출하도록 구성될 수 있다.
안전관리센서(200)의 CO 가스 센서는 배전반 내부의 CO 가스를 검출하도록 구성될 수 있다.
안전관리센서(200)의 진동 센서는 배전반의 내부의 3축 방향 진동을 감지하도록 구성되며, 지진 등의 영향을 감지하는 데 이용될 수 있다.
안전관리센서(200)의 도어개폐 센서(106)는 배전반의 도어개폐를 검출하도록 구성될 수 있다.
또한 배전반에는 내부에 구비된 단자들 또는 기기들에 대한 전압, 전류, 전력량, 역율, OCR, OCGR, OVVR, UVR 중 적어도 하나 이상의 전기적 상태를 파악할 수 있는 센서들이 설치되는 디지털 계측기 또는 디지털 보호 계전기(300)가 설치될 수 있다.
디지털 계측기(300)는 배전반의 전기적 상태를 감지하는 기능만 구비하고, 디지털 보호 계전기(300)는 배전반의 전기적 상태를 감지하는 기능 및 전기를 차단하는 기능을 겸비하며,
각 배전반에는 필요에 따라 디지털 계측기(300) 또는 디지털 보호 계전기(300) 중 적어도 하나가 설치된다.
상기 안전관리센서(200)나 디지털 계측기/디지털 보호 계전기(300)는 필요에 따라 배전반 그룹을 형성하는 고압배전반, 저압배전반, 전동기제어반, 변압기반 및 분전반 중에 적어도 하나가 설치될 수 있다.
안전관리 모니터(400)는 상기 안전관리센서(200) 및 디지털 계측기/디지털 보호 계전기(300)와 유선 또는 무선으로 연결되어 각 배전반의 안전 상태 및 전기적 상태를 표시하며 클라우드 서버(500)와 유선 또는 무선 통신한다.
일례로 안전관리 모니터(400)는 적어도 하나 이상의 배전반 그룹이 설치되는 각 현장에서 각 배전반별로 또는 배전반 그룹마다 하나 이상 설치되며, 안전관리 모니터(400)는 복수의 안전관리센서(200) 및 디지털 계측기/디지털 보호 계전기(300)와 RS485통신으로 연결되고, 안전관리 모니터(400)는 복수개의 센서나 계측기와 연동되며, 예를 들어 하나의 안전관리 모니터(400)에 최소 1개 내지 최대 16개의 안전관리센서(200)와 연동될 수 있고, 또한 최소 0개 내지 최대 16개의 디지털 계측기/디지털 보호 계전기(300)와 연동될 수 있다.
또한 안전관리 모니터(400)는 배전반 도어가 개방된 것으로 검출된 상태에서는 아크 검출 센서에서 검출되는 아크를 무시하고, 도어개폐 센서에서 배전반 도어가 폐쇄된 것으로 검출된 상태에서는 아크 검출 센서에서 검출되는 아크를 아크로 인지하도록 구성되며, 이로 인하여 아크 검출의 정확도를 높일 수 있다.
도 2는 본 발명의 스마트 안전 배전반의 배전반 그룹의 일례를 도시한 도면으로, 하나의 배전반 그룹에 고압반, 변압기반, 저압반, MCC반 중 적어도 하나가 포함되고, 각 배전반 그룹에 하나 이상의 안전관리 모니터(400)가 설치되며, 각 배전반에 적어도 하나 이상의 안전관리센서가 설치되고, 각 그룹에 적어도 0개 이상의 디지털 계측기 및/또는 디지털 보호계전기가 설치되며, 최소 하나 이상의 차단기 및/또는 소화기가 설치된 것을 도시한다.
도 3, 4와 같이 안전관리 모니터(400)는 클라우드 서버(500)와 TCP/IP LAN통신을 하여 안전관리센서(200) 및 디지털 계측기/디지털 보호 계전기(300)의 배전반의 안전관리에 관한 내부 상태 및 전기적 상태를 포함하는 내부 정보를 전송한다.
본 발명의 클라우드 서버(500)는 안전관리 모니터(400)로부터 배전반의 내부 상태 정보 및 전기적 상태 정보를 포함하는 내부 정보를 전송받아 저장하고 분석하는데, 구체적으로 본 발명은 도 5와 같이 클라우드 서버(500)로 AWS(Amazon Web Service)를 사용하고, AWS(Amazon Web Service)는 IoT 플랫폼(Platform), AWS RDS(관리형 관계형 데이터베이스 서비스), AI 모듈(module), AWS IoT 코어(core), 웹서버인 AWS EC2를 포함하며, 웹서버인 AWS EC2에 본 발명의 안전그리드 시스템의 운영관리자 및 현장관리자의 웹사이트가 구축된다.
클라우드 서버(500)에서 IoT 플랫폼(Platform)은 배전반과 클라우드 웹서버의 통신을 중계하는 역할을 하고, IoT 플랫폼(Platform)은 하나의 배전반을 하나의 사물(IoT)로서 등록하며, AWS IoT 코어는 하나의 사물(IoT)에 대해 하나의 섀도우(Shadow) 저장소를 생성하여 안전관리 모니터(400)에서 송신되는 배전반의 내부 안전 상태 정보 및 전기적 상태 정보를 포함하는 내부 정보를 저장하고, AWS RDS(관리형 관계형 데이터베이스 서비스)는 MySQL, PostgreSQL, MariaDB, Oracle BYOL 또는 SQL Server용 관리형 기반 관계형 데이터베이스 서비스로 본 발명에서는 데이터베이스 인스턴스(MYSQL)을 생성하여 웹서버와 AI 모듈이 빅데이터를 활용할 수 있도록 관계형 DB를 구축한다.
AWS RDS에 저장된 배전반 내부 정보는 본 발명의 안전그리드 시스템의 운영관리자 및 현장관리자의 웹사이트를 통해 PC 또는 휴대폰와 같은 관리자 단말기(600, 700, 800)로 확인이 가능하다.
구체적으로 도 1, 4와 같이 관리자 단말기는 운영관리자PC(600), 현장 관리자 PC(700), 현장 관리자 모바일기기(800) 중의 적어도 하나를 포함하며, 운영관리자PC(600) 및 현장 관리자 PC(700)에는 클라우드 서버(500)의 모니터링 웹사이트와 유무선으로 연결되는 웹 프로그램이 설치되고, 현장 관리자 모바일기기(800)에는 클라우드 서버(500)의 모니터링 웹사이트와 유무선으로 연결되는 앱(App)이 설치된다.
또한 관리자 단말기(600, 700, 800)를 통해 클라우드 서버(500)의 안전그리드 시스템의 AI 모듈의 분석 결과(이상 상황이나 이벤트 발생 여부)를 유무선으로 전송받아 표시할 수 있다.
또한 본 발명의 스마트 안전 배전반은 소화기 및/또는 차단기를 포함하며, 소화기 및/또는 차단기는 클라우드 서버(500)의 안전그리드 시스템의 AI 모듈의 분석 결과 화재나 지진으로 판단되는 이상 상황과 같은 이벤트가 발생하면 안전그리드 시스템에서 직접 자동으로 제어를 받아 작동을 하거나, 또는 현장관리자의 제어에 의해 작동을 할 수 있다.
본 발명에서 소화기 및/또는 차단기는 필요에 따라 적어도 하나가 배전반 또는 배전반 그룹에 설치되며, 또한 본 발명에서 소화기는 내부에 온도센서 및 자체 작동전원을 포함하여 배전반 내부가 일정 온도 이상이 되면 자동적으로 소화기를 작동하거나, 또는 외부 제어신호에 따라 작동할 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 클라우드 서버의 사물정보 구성단위를 설명하는 도면으로, AWS IoT 코어는 하나의 사물(IoT)에 대해 하나의 섀도우(Shadow) 저장소를 생성하므로, 각 현장에 설치되는 안전관리 모니터(400)마다 하나의 섀도우(Shadow) 저장소를 생성하여 전송되는 배전반의 내부 상태 정보 및 전기적 상태 정보를 저장한다.
본 발명의 안전그리드 시스템은 운영관리자 사이트, 현장관리자 사이트, 모니터링 앱으로 구성되는데, 안전그리드 시스템의 운영관리자 사이트 및 현장관리자 사이트는 클라우드 서버(500)인 AWS(Amazon Web Service)에서 웹서버인 AWS EC2에 구축되며, 안전그리드 시스템의 모니터링 앱은 현장 관리자 모바일 단말기(800)에 설치되고, 안전그리드 시스템의 운영관리자 사이트와 유무선으로 연결되는 웹 프로그램이 운영관리자PC(600)에 설치되며, 안전그리드 시스템의 현장관리자 사이트와 유무선으로 연결되는 웹 프로그램이 현장 관리자 PC(700)에 설치된다.
본 발명의 안전그리드 시스템에서 운영관리자 사이트는 아래 표 1과 같은 기능을 제공한다.
구분 기능 설명
계정 로그인 운영 관리자 아이디로 로그인
회원관리 회원목록조회 회원목록 조회
회원등록 회원 추가
회원상세조회/수정 회원정보 조회 및 수정
회원삭제 회원 삭제
장치관리 장치목록조회 등록된 장치(안전관리 모니터)의 목록을 표시
장치추가 장치를 DB에 등록
장치삭제 등록된 장치를 목록에서 삭제함.
시스템 설정 AI의 자동제어 여부 설정 이벤트 발생시에 AI의 자동제어 여부 설정
위험경고 메타정보 설정 AI가 학습에 참조할 경고 알림이나 이벤트에 관한 기초 정보인 메타정보(센서값들의 경고 범위)를 설정
AI 모듈 강화학습 및 경보 발신 1차 학습된 정보를 현장데이터로 강화학습시켜 현장특성에 맞게 보정
강화학습된 결과에 의하여 AI가 경보 발생
본 발명의 안전그리드 시스템에서 현장관리자(회원 또는 사용자) 사이트는 아래 표 2와 같은 기능을 제공한다.
구분 기능 설명
계정 로그인 사용자 아이디로 로그인
장치관리 장치정보조회 (소속된 현장에)등록된 장치의 목록/정보를 표시
(자동)정보동기화 1분 주기로 서버와 정보를 동기화
장치제어 소화기나 계전기를 ON/OFF 버튼으로 제어
장치명 변경 장치에 표시된 명칭(Default:시리얼번호)을 변경
경보 경보알림 이상이 발견된 상태에 대해 별도 색상으로 경고
본 발명의 안전그리드 시스템에서 현장관리자(회원 또는 사용자)의 모니터링 앱은 아래 표 3과 같은 기능을 제공한다.
구분 기능 설명
계정 로그인 사용자 아이디로 로그인
장치관리 장치정보조회 (소속된 현장에) 등록된 장치의 목록/정보를 표시
(자동)정보동기화 1분 주기로 서버와 정보를 동기화
장치제어 소화기나 차단기/계전기를 ON/OFF 버튼으로 제어
장치명 변경 장치에 표시된 명칭(Default:시리얼 번호)을 변경
경보 경보 알림 이상이 발견된 상태에 대해 별도 색상으로 경고
경보 PUSH 알림 이상이 발생한 경우, 스마트폰 push 알림을 통해 경보를 전달함(단, 스마트폰 앱 최소 1회 로그인되어야 함)
본 발명의 안전그리드 시스템에서 경보 알림을 위한 PUSH 기능을 제공받기 위해 현장관리자(회원)는 모니터링 앱(스마트폰 앱)을 사용자의 휴대전화(스마트폰)에 설치하고, 최소 1회 로그인을 실시하여야 한다.
또한 사용자의 아이디 별로 PUSH를 수신받을 스마트폰은 최종 로그인한 1대로 제한된다.
현장관리자는 운영관리자가 운영관리자 사이트에서 현장관리자의 계정을 생성하여야 현장관리자 사이트나 모니터링 앱을 사용할 수 있다.
운영관리자가 장치의 시리얼 번호를 운영관리자 웹사이트를 통해 등록한 이후에만 웹 서버가 장치 정보를 제공할 수 있어 현장관리자(회원 또는 사용자)가 현장관리자 사이트나 모니터링 앱을 통해 장치 정보의 열람이나 관리를 할 수 있다.
또한 현장관리자 사이트에 로그인한 현장관리자는 자신이 소속된 현장의 장치 외에는 정보를 열람할 수 없다.
현장관리자(회원) 및 운영관리자 사이트는 아이디/패스워드에 의한 로그인으로 접속이 가능하고 패스워드는 Bcrypt로 암호화하여 데이터베이스에 저장된다.
본 발명의 안전그리드 시스템에 대한 관리자별 접속 권한 및 허용기능은 다음 표 4와 같다.
유형 허용 기능 접속 권한
운영관리자 장치(수배전반)의 시스템 등록
장치의 설정값 관리
현장관리자(회원) 등록/관리
관리자 웹사이트 접속
현장관리자
(회원, 사용자)
소속 현장의 장치 상태 모니터링
위험 경보 Push 수신
일부 장치 제어(소화기, 차단기)
사용자 웹사이트 및 모니터링 앱 접속
또한 본 발명의 안전그리드 시스템은 SSL 보안인증서를 적용하여, HTTPS를 따르는 클라이언트와 서버 간 통신의 암호화를 적용하고 있다(Cipher Suite : TLS_ECDHE_RSA_WITH_AES_128_GCM_SHA_256).
또한 본 발명의 안전그리드 시스템은 복수의 현장관리자가 현장 관리자 웹사이트나 모니터링 앱에 접속하는 것을 허용하지만, 복수의 현장관리자가 이중으로 소화기나 차단기를 제어하는 것을 방지하기 위하여, 현장 관리자 웹사이트나 모니터링 앱에 먼저 로그인한 현장 관리자보다 가장 나중에 로그인한 현장 관리자에게 우선권을 부여하여 복수의 현장관리자들이 소화기나 차단기를 이중제어하는 것을 방지한다.
다음에는 본 발명의 안전그리드 시스템을 통해 현장관리자를 등록하는 과정을 도 7을 통해 설명한다.
먼저 운영관리자가 안전그리드 시스템의 운영관리자 웹서버에 로그인한 후 회원관리 화면을 통해 등록버튼을 선택하여 계정 신규등록 팝업창을 활성화하고, 계정 신규등록 팝업창에서 계정 정보를 입력하며, 계정 정보는 현장관리자의 아이디, 패스워드, 유형(운영관리자 또는 사용자), 명칭(사용자 이름), 소속사(사업자 번호) 및 연락처(휴대폰)를 포함한다.
상기 정보를 입력 후 소속 현장 검색 버튼을 선택하여 현장 검색 및 선택 팝업창을 활성화하고 현장명 및 프로젝트 번호를 입력하고 저장버튼을 클릭하여 저장하면 등록이 완료된다.
이와 같이 안전그리드 시스템을 통해 현장관리자가 등록되면, 도 8과 같이 현장관리자는 현장관리자 PC나 모바일 기기를 통해 아이디, 패스워드를 입력하여 로그인한 후 현장관리자가 속한 현장의 배전반의 내부 정보나 이벤트 정보를 모니터링하고 경보 메시지를 수신받으며 필요에 따라 차단기나 소화기를 제어할 수 있다.
다음에는 본 발명의 안전그리드 시스템을 통해 현장의 장치를 등록하는 과정을 도 9를 통해 설명한다.
먼저 운영관리자가 안전그리드 시스템의 운영관리자 웹서버에 로그인한 후 장치관리 화면을 통해 장치목록을 활성화하고, 장치관리 화면의 장치 등록 버튼을 선택하여 장치등록 팝업창을 활성화한 후 장치등록 팝업창에 장치등록을 위한 정보를 입력하며, 장치등록을 위한 정보는 설치업체의 사업자 번호, 현장 명칭, 장치의 시리얼 번호 및 장치명을 포함한다. 장치의 시리얼 번호는 중복이 되지 않으면 등록이 되며, 등록이 되어도 현장에 설치된 장치와 시리얼 번호가 일치하지 않으면 클라우드 서버와 통신이 불가능하다.
이와 같이 본 발명의 안전그리드 시스템을 통해 장치가 등록되면 도 8과 같이 안전관리모니터(400)와 클라우드 서버(500)가 통신이 가능해져서 클라우드 서버에 각 현장의 안전관리 모니터를 통해 배전반(100)에 관한 데이터가 전송되고, 이벤트 발생시에 필요하면 현장 관리자 사이트나 모바일 앱을 통해 차단기나 소화기를 제어하는 제어명령을 수신받을 수 있다.
다음에는 현장관리자(사용자, 회원)가 휴대폰과 같은 모바일 기기로 각 현장의 배전반에 관한 데이터나 이벤트를 전송받고 이벤트 발생시에 필요하면 모바일 앱을 통해 차단기나 소화기를 제어하는 제어명령을 송신하는 것을 설명한다.
먼저 현장관리자가 안전그리드 시스템이 설치된 클라우드 서버와 접속하는 모바일 앱을 활성화하고, 모바일 앱의 로그인 화면을 통해 클라우드 서버와 접속한다.
모바일 앱이 클라우드 서버와 접속하면 도 10과 같이 앱 접속화면이 활성화되며, 앱 접속화면은 일정 주기로 서버와 정보를 동기화하면서 배전반의 온도, 습도, 진동, CO, 아크 및 도어 상태 정보 등과 같은 상태정보를 표시하고, 또한 OVR, OVGR, UVR, POR 등을 포함하는 배전반의 전압 정보와 OCR, OCGR, 역율 등을 포함하는 배전반의 전류 정보를 표시한다.
이때 현장의 배전반 또는 배전반 그룹에 이상이 발견되는 이벤트 상황이면 이벤트에 해당되는 정보를 적색이나 다른 별도의 색상으로 표시하여 현장관리자가 용이하게 파악할 수 있도록 한다.
또한 앱 접속화면에는 소화기 작동버튼 및/또는 차단기의 온/오프 버튼이 표시되어 필요시에 현장관리자가 소화기 및 차단기를 원격으로 제어할 수 있다.
다음에는 도 11을 통해 운영관리자가 관리자 사이트를 통해 각 장치별로 AI 학습을 위한 기본 설정치로 활용되도록 안전관리 센서값들을 설정하는 시스템 메타정보 설정 방법을 설명한다.
시스템 메타정보에서 입력된 안전관리 센서값들은 클라우드 서버의 AI 모듈이 각 장치의 안전관리 정보를 분석하여 이상 상황이나 이벤트인지 판별하는데 사용된다.
본 발명의 시스템 메타정보 설정 방법은 먼저 관리자 사이트의 시스템 메타정보 설정화면에서 AI 경고시에 해당 장치에 배치된 차단기나 소화기를 자동으로 제어할지 여부를 결정한다.
이를 위하여 시스템 메타정보 설정화면에 ON/OFF 설정탭을 표시하고, 만일 OFF 설정탭이 활성화되면 AI 자동제어 기능이 오프되고 경고(이벤트)만 발신된다.
만일 OFF 설정탭이 활성화되어 AI 자동제어 기능이 오프된 경우에는, 도 10에 도시된 바와 같이 현장관리자가 모니터링 앱 접속화면에서 소화기 작동버튼이나 차단기의 온/오프 버튼을 직접 선택하여 작동할 수 있다.
다음에 각 장치의 안전관리 센서별로 경고범위를 입력한다. 시스템 설정 메뉴의 위험경고 메타정보 설정 기능은 안전관리 센서별로 경고범위를 입력하고, 경고범위는 각 센서값의 범위에 따라 하나 이상이 설정되고, 경고범위에 따라 경고 레벨 및 대응 조치가 다르게 설정되는 것이 특징이다.
예를 들어 온도 센서의 경우, 경고 범위를 41℃ ~ 60℃는 경고 레벨 1(환기 팬을 동작), 61℃ ~ 80℃는 경고 레벨 2(환기 팬 동작, 경보 발생 및 현장관리자 호출), 81℃ 이상은 경고 레벨 3(차단기 및 소화기 작동, 현장관리자 호출)로 구분하여 입력할 수 있다.
또한 경고 범위는 필요에 따라 추가나 삭제가 가능하여 각 센서의 특성에 따라 용이하게 경고범위를 조절할 수 있다.
도 12는 본 발명에서 관리자 사이트의 AI 모듈이 안전관리 정보를 실시간으로 분석하여 이상 상황이나 이벤트인지 판별하는 절차를 설명한다.
본 발명의 안전 그리드 시스템은 현장 데이터, 즉 각 장치의 안전관리 정보를 각 현장의 안전관리 모니터를 통해 실시간으로 입력받아 데이터베이스(AWS RDS)에 저장하고, 안전 그리드 시스템의 AI 모듈은 입력된 안전관리 정보를 기계학습 모델을 통해 분석하여 각 현장의 장치들에 이상 상황이 발생한지 여부를 판별하고, 이상 상황이나 이벤트가 발생하면 필요한 조치를 취하도록 경보를 발생하거나 소화기나 차단기 제어신호를 발생한다.
본 발명에서 기계학습 모델은 랜덤 포레스트(Random Forest) 알고리즘을 사용하며, 랜덤 포레스트(Random Forest)는 분류, 회귀 분석 등에 사용되는 앙상블 학습 방법의 일종으로서, 훈련 과정에서 구성한 다수의 결정 트리로부터 부류(분류) 또는 평균 예측치(회귀 분석)를 출력함으로써 동작한다.
랜덤 포레스트는 여러 개의 결정 트리들을 임의적으로 학습하는 방식의 앙상블 방법으로, 크게 다수의 결정 트리를 구성하는 학습 단계와, 입력 벡터가 들어왔을 때 분류하거나 예측하는 테스트 단계로 구성되며, 랜덤 포레스트는 검출, 분류, 그리고 회귀 등 다양한 애플리케이션으로 활용된다.
랜덤 포레스트의 가장 핵심적인 특징은 임의성(randomness)에 의해 서로 조금씩 다른 특성을 갖는 트리들로 구성된다는 점이다. 이 특징은 각각의 트리들의 예측(prediction)들이 비상관화(decorrelation) 되게 하며, 결과적으로 일반화(generalization) 성능을 향상시킨다.
본 발명에서 AI 모듈은 랜덤 포레스트 모델이 먼저 시스템 메타정보에서 입력된 기본 설정치를 기초로 현장에서 수집된 데이터(센서값, 계측값)에 의해 1차 기계학습 모델을 생성하고, 1차 기계학습 모델로부터 각 센서 데이터의 정규분포를 만들어 1차 기계학습 모델의 출력값이 기계학습 모델의 정규분포에서 일정 범위를 벗어나거나, 또는 데이터 세트를 선형보간법으로 사분위한 사분위값에서 3분위값(Q3)과 1분위값(Q1)의 차이값인 IQR(Interquartile range)을 구하고 IQR 범위를 벗어나면 비정상적인 이벤트 상황으로 판단하여 경보나 필요한 제어조치를 취하도록 한다.
또한 각 현장에 설치된 배전반이나 센서들과 같은 장치들은 작동범위나 측정범위나 초기값들이 다르고 또한 장기 사용으로 인해 전력장치나 계측장치의 특성이 변화하므로, 시스템 메타정보에서 입력된 기본 설정치를 각 현장의 장치의 특성 변화에 따라 변경하여 이상 상황이나 이벤트인지 판별해야 한다.
이를 위하여 본 발명의 AI 모듈은 1차 기계학습 모델을 현장에서 수집된 데이터(센서값, 계측값)를 이용하여 추가로 강화 학습시켜 강화학습 모델을 생성함으로써 기계학습 모델이 현장 특성이나 장치 특성 변화에 맞춰서 변화하게 되므로 본 발명은 배전반 또는 배전반 그룹이 설치된 현장 특성이나 장치 특성 변화에 맞춰서 상태 감시나 모니터링을 할 수 있어 유연한 현장 맞춤형 및 현장 적응형 관리나 감시가 가능하다.
본 발명에서 기계학습 모델인 랜덤 포레스트를 학습하는 방법은 각 결정 트리에 현장에서 수집된 데이터(센서값, 계측값)를 전처리하여 입력시켜 학습하는 것으로, 전처리 과정은 현장 데이터들을 일정 주기별로 수집하여 하나의 데이터 세트를 구성하고, 하나의 데이터 세트로부터 원 데이터, 데이터 평균, 데이터 분산, 데이터 표준편차, 데이터 세트의 넓이(윈도우 폭) 중 적어도 하나 이상을 도출하는 것이며, 전처리 과정에서 도출된 원 데이터, 데이터 평균, 데이터 분산, 데이터 표준편차, 데이터 세트의 넓이(윈도우 폭) 중 적어도 하나 이상을 데이터 속성(온도, 습도, 진동, 아크, CO 값)별로 각 결정 트리들에 입력시켜 이진 분류기 학습을 진행하고, 학습된 결정 트리를 100개 이상 생성 후 평균을 구하는 앙상블 기법을 적용한다.
본 발명은 원 데이터(온도, 습도, 진동, 아크, CO 값)만이 아니라 전처리를 통해 데이터 평균, 데이터 분산, 데이터 표준편차, 데이터 세트의 넓이(윈도우 폭)들도 기계학습 모델들에 입력시켜 학습함으로써 각 현장의 배전반이나 센서들과 같은 장치들의 특성 변화에 따른 각 데이터 변화를 파악하는 강화학습모델이 생성되고, 이러한 강화학습모델에 의해 지능적으로 각 현장의 특성에 적응하여 이상 상황이나 이벤트를 미리 판별하고, 즉각적인 경보 및 제어가 가능하다.
또는 전처리를 통해 구한 데이터 평균, 데이터 분산, 데이터 표준편차, 데이터 세트의 넓이(윈도우 폭)들을 기계학습 모델들에 입력하는 대신에, 일정 기간동안 수집된 현장의 원 데이터(온도, 습도, 진동, 아크, CO 값)에 대해 평균, 분산, 표준편차, 데이터 세트의 넓이(윈도우 폭) 중의 하나 이상을 구하는 처리과정을 통해 2차 데이터를 구하고, 동일한 원 데이터를 이용해 1차 기계학습 모델에서 구한 결과치를 2차 데이터와 비교 분석하여 기계학습 모델이 현장 특성이나 장치 특성 변화에 맞춰서 이상 상황이나 이벤트로 판단하는 경고 범위나 임계치 범위를 스스로 조정하는 강화학습모델을 생성할 수 있다.
이로 인해 본 발명은 배전반 또는 배전반 그룹이 설치된 현장 특성이나 장치 특성 변화에 맞춰서 상태 감시나 모니터링을 할 수 있어 유연한 현장 맞춤형 및 현장 적응형 관리나 감시가 가능하다.
또한 본 발명은 이상 상황이 일정 시간내에 미리 설정된 횟수에 도달하면 이벤트로 판별하고 경보 및/또는 소화기나 차단기 제어를 하도록 하여 배전반이나 센서/계측기의 일시적인 오류나 노이즈로 인해 오작동이나 판별 오류를 가능성을 줄일 수 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시 예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량할 수 있음이 명백하다.
1000: 안전 그리드 시스템을 갖춘 스마트 배전반
100: 배전반 200: 안전관리센서
300: 디지털 계측기/디지털 보호계전기
400: 안전관리 모니터
500: 클라우드 서버 600: 운영관리자 PC
700: 현장관리자 PC 800: 현장관리자 모바일기기

Claims (7)

  1. 스마트 안전 배전반에 있어서
    배전반(100);
    배전반의 안전관리에 관한 내부 상태를 감지하는 센서들이 설치되는 안전관리센서(200);
    배전반의 전기적 상태를 파악할 수 있는 센서들이 설치되는 디지털 계측기/디지털 보호 계전기(300);
    안전관리센서(200) 및 디지털 계측기/디지털 보호 계전기(300)로부터전송받는 배전반의 내부 상태 및 전기적 상태를 포함하는 내부 정보를 표시하며 클라우드 서버(500)와 통신하는 안전관리 모니터(400);
    안전관리 모니터(400)로부터 배전반의 내부 정보를 전송받아 분석하도록 안전그리드 시스템이 설치되는 클라우드 서버(500);를 포함하고,

    상기 안전그리드 시스템은 운영관리자 사이트, 현장관리자 사이트 및 모니터링 앱으로 구성되고,
    안전그리드 시스템의 운영관리자 사이트 및 현장관리자 사이트는 클라우드 서버(500)에 구축되며,
    안전그리드 시스템의 모니터링 앱은 현장 관리자 모바일 단말기(800)에 설치되며,

    상기 안전그리드 시스템의 운영관리자 사이트는 회원관리 메뉴, 장치관리 메뉴, 시스템 설정 메뉴, AI 모듈 메뉴 중 적어도 하나 이상을 포함하고,

    상기 시스템 설정 메뉴는 AI의 장치 자동제어 여부 설정, 위험경고 메타정보 설정 기능 중 적어도 하나 이상을 구비하며,

    상기 시스템 설정 메뉴에서 AI의 장치 자동제어 여부 설정 기능은 AI 경고시에 배전반에 설치되는 소화기 또는 차단기 중의 적어도 하나 이상을 AI가 자동 제어할지 설정하고,

    상기 AI의 장치 자동제어 여부 설정 기능에서 AI의 장치 자동제어 기능이 오프된 경우에는 모니터링 앱에서 소화기 작동버튼이나 차단기의 온/오프 버튼을 현장관리자가 선택하여 수동으로 작동하고,

    상기 시스템 설정 메뉴의 위험경고 메타정보 설정 기능에서는 안전관리 센서별로 경고범위가 입력되고, 경고범위는 각 센서값의 범위에 따라 하나 이상이 설정되고, 경고범위에 따라 경고 레벨 및 대응 조치가 다르게 설정되는 것이 특징인,
    스마트 안전 배전반.

  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 회원관리 메뉴는 회원목록 조회, 회원등록, 회원 상세조회 및 수정, 회원 삭제 중 적어도 하나 이상을 구비하며,
    상기 장치관리 메뉴는 장치 목록 조회, 장치 추가, 장치 삭제 기능 중 적어도 하나 이상을 구비하는 것이 특징인,
    스마트 안전 배전반.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 안전그리드 시스템은 복수의 현장관리자가 현장 관리자 웹사이트나 모니터링 앱에 접속하는 것을 허용하지만,
    복수의 현장관리자가 이중으로 소화기나 차단기를 제어하는 것을 방지하기 위하여,
    현장 관리자 웹사이트나 모니터링 앱에 먼저 로그인한 현장 관리자보다 가장 나중에 로그인한 현장 관리자에게 우선권을 부여하여 복수의 현장관리자들이 소화기나 차단기를 이중제어하는 것을 방지하는 것이 특징인,
    스마트 안전 배전반.
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JP2016221827A (ja) * 2015-05-29 2016-12-28 キヤノン株式会社 ジョブ処理装置、ジョブ処理装置の制御方法、プログラム、及び記憶媒体
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