KR102600977B1 - 열화상 카메라 모듈과 압전 하베스터 모듈을 이용한 전기기기의 고장 및 열화 진단 감시 시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 열화상 카메라 모듈과 압전 하베스터 모듈을 이용한 전기기기의 고장 및 열화 진단 감시 시스템은 전기기기 내부를 상이한 각도에서 온도 변화를 측정하고, 선로별 접속부, 부스바에 해당하는 특정 포인트를 선정하여 해당 부위를 집중적으로 감시함으로써 구조의 뒤틀림이나 고장에 의한 과열을 측정하는 열화상 카메라 모듈; 상기 열화상 카메라 모듈이 촬영하는 전기기기 함 내 진동이 발생하는 기기 외함에 형성되어 해당 기기 동작에 의한 진동을 이용하여 에너지 하베스팅 및 자가 발전을 하게 되고, 동작 시간, 이전 동작과의 시간차 감지 및 상위 서버로 데이터를 보낼 수 있을 만큼 에너지가 확보되면 동작을 시작하는 압전 하베스터 모듈; 및 상기 열화상 카메라 모듈 또는 압전 하베스터 모듈에서 이상발생 신호를 출력하는 경우 관리자가 적절한 시기에 유지보수 하도록 관리자 단말기로 이상발생 신호를 전달하는 관리모듈;을 포함하여 전기기기 설치 후 유지보수 비용을 최소화할 수 있는 효과가 있고, 화재, 지진 및 인체 사고 등에 대한 위험을 최소화할 수 있는 효과가 있으며, 측정된 데이터를 통해 수배전반, 분전반 등의 전기기기의 원활한 동작 상태 확인 및 제어가 가능하여 경제성 확보가 가능한 효과가 있다.
Description
본 발명은 열화상 카메라 모듈과 압전 하베스터 모듈을 이용한 전기기기의 고장 및 열화 진단 감시 시스템에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 수배전반, 분전반, 태양광 접속함 등 전기기기 내부의 선로별 접속부, 부스바 및 절연열화, 지진, 설치에 의한 실수, 나사 조임 풀림 등 다양한 문제로 인해 발생할 수 있는 전반의 사고가 발생하지 않도록 진동을 이용한 압전 하베스팅 센서와 열화상 카메라를 통해 사전에 이상을 검출 및 고장신호를 송신함으로써, 수배전반, 분전반, 태양광 접속함 등 전기기기의 안정성을 향상시키도록 하는 열화상 카메라 모듈과 압전 하베스터 모듈을 이용한 전기기기의 고장 및 열화 진단 감시 시스템에 관한 것이다.
종래 온도 측정을 통한 감시 시스템은 비접촉 방식으로 사물의 온도를 측정하기 위한 방법으로서 적외선 센서가 탑재된 열화상 카메라를 이용한 진단 감시 시스템이 있다.
절대영도(-273℃) 이상의 모든 사물은 자체적으로 적외선을 방출하며, 열화상 카메라는 물체의 온도가 높을수록 적외선의 파장이 짧아지는 점을 이용하여 물체를 구분하며, 적외선에 반응하는 볼로미터 등을 탑재하고, 렌즈를 통과한 적외선 에너지가 센서를 통해 전기신호로 변환되는 것을 이용해 물체의 온도를 구분해낸다. 이때, 방출하는 적외선은 사물의 온도와 연관성을 갖는다.
따라서 사물에서 방출하는 적외선의 강도를 측정하게 되면 해당 사물의 온도를 상당히 정밀하게 측정할 수 있다. 특히 이러한 온도 측정 방식은 사물로부터 상당히 이격된 거리에서도 해당 사물의 온도를 정밀하게 측정할 수 있기 때문에 접근성이 어려운 사물의 온도 측정에 매우 유용하게 사용되고 있다.
그러나 종래 비접촉 방식으로 사물의 온도를 측정하기 위한 방법은 열화상 카메라만으로 단순히 특정 범위의 온도를 측정하는 기능만 존재하고, 별도로 이상신호를 검출해내거나, 감시범위를 특정하여 이상을 판단하는 것이 불가능하다는 문제점이 있다.
또한, 종래 고장 및 열화진단 감시 시스템은 에너지 하베스팅을 이용한 센서를 이용하는 경우, 수배전반 내에 설치되어 기기들의 동작 중 발생하는 에너지를 통해 자가 발전하여 기기를 감시하고 있으나, 진동을 통해 에너지를 얻는 압전 에너지 하베스팅 센서의 경우 수배전반이 정상적으로 동작을 할 때에는 매우 소량의 에너지만이 발생하며, 이 소량의 에너지로는 압전 하베스팅 센서를 동작시키기 위한 충분한 전원을 공급하지 못하여 센서의 정상적인 동작이 불가능하다는 문제점이 있다.
무엇보다, 종래 고장 및 열화진단 감시 시스템은 에너지 하베스팅을 이용한 센서 동작에 필요한 에너지를 얻기 위한 시간이 길어지는 만큼 감시주기가 길어지거나 검출 신뢰성이 저하될 수 있다는 문제점이 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 수배전반, 분전반 등의 전기기기에서 발생하는 기기의 노후화, 지진 및 진동 등에 의해 발생되는 접속부, 부스바의 나사 풀림, 뒤틀림 등으로 인하여 발생할 수 있는 화재 및 손실을 보호하기 위해 화각 내 전체 온도 변화뿐 아니라 지정된 포인트를 지속 감시하고, 주변 열화상 카메라 모듈과 데이터를 교환하는 알고리즘이 적용된 복수의 열화상 카메라 모듈을 설치하여, 기기 접속부 및 부스바의 이탈로 변화되는 온도를 검출하고, 고장신호를 송신하여 작업자가 적절한 시기에 유지보수를 할 수 있도록 하는 열화상 카메라 모듈과 압전 하베스터 모듈을 이용한 전기기기의 고장 및 열화 진단 감시 시스템을 제공하는 데 목적이 있다.
또한, 상술한 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 변압기나 진동이 발생하는 기기의 노후화, 지진 및 진동 등으로 인하여 발생될 수 있는 절연열화, 변압기 진동 심화, 나사 풀림, 뒤틀림 등으로 인한 화재 및 손실을 보호하기 위해 기기 외함에 부착되어 동작함으로써, 이상으로 인해 진동이 과다하게 발생시 에너지 하베스팅을 통해 동작하여 현재 기기의 상태 및 이상을 송신하여 작업자가 적절한 시기에 유지보수를 할 수 있도록 하는 열화상 카메라 모듈과 압전 하베스터 모듈을 이용한 전기기기의 고장 및 열화 진단 감시 시스템을 제공하는 데 목적이 있다.
종합하면, 본 발명은 고장 발생에 취약한 부분을 집중적으로 감시하여 과열 및 열화로 인한 고장을 검출해내기 위해 포인트 지정이 가능한 알고리즘과 열화상 카메라 센서 상호 간의 데이터 송수신을 통해 전체적인 온도변화를 감지하는 알고리즘을 적용한 열화상 카메라센서와 소량의 진동에너지에도 동작하며 동작 주기 및 데이터를 송신하는 압전 하베스팅 센서를 적용하여 수배전반, 분전반 등의 기기 내부의 이상으로 인한 화재를 예방하고, 열화진단 또한 가능하게 하는 열화상 카메라 모듈과 압전 하베스터 모듈을 이용한 전기기기의 고장 및 열화 진단 감시 시스템을 제공하는 데 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한, 본 발명에 따른 열화상 카메라 모듈과 압전 하베스터 모듈을 이용한 전기기기의 고장 및 열화 진단 감시 시스템은 전기기기 내부를 상이한 각도에서 온도 변화를 측정하고, 선로별 접속부, 부스바에 해당하는 특정 포인트를 선정하여 해당 부위를 집중적으로 감시함으로써 구조의 뒤틀림이나 고장에 의한 과열을 측정하는 열화상 카메라 모듈; 상기 열화상 카메라 모듈이 촬영하는 전기기기 함 내 진동이 발생하는 기기 외함에 형성되어 해당 기기 동작에 의한 진동을 이용하여 에너지 하베스팅 및 자가 발전을 하게 되고, 동작 시간, 이전 동작과의 시간차 감지 및 상위 서버로 데이터를 보낼 수 있을 만큼 에너지가 확보되면 동작을 시작하는 압전 하베스터 모듈; 및 상기 열화상 카메라 모듈 또는 압전 하베스터 모듈에서 이상발생 신호를 출력하는 경우 관리자가 적절한 시기에 유지보수 하도록 관리자 단말기로 이상발생 신호를 전달하는 관리모듈;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
다른 실시예로써, 상술한 목적을 달성하기 위한, 본 발명에 따른 열화상 카메라 모듈과 압전 하베스터 모듈을 이용한 전기기기의 고장 및 열화 진단 감시 방법은 (a) 열화상 카메라 모듈이 수배전반, 분전반, 또는 태양광 접속함에 해당하는 전기기기 함 내부의 모서리 부분에 1개 또는 복수개가 설치되어 함 전체의 온도 변화 또는 특정 포인트의 온도 변화를 검출하는 단계; (b) 압전 하베스터 모듈이 상기 수배전반, 분전반, 또는 태양광 접속함에 해당하는 전기기기 함 내 기기 외함에 부착되어 진동을 감지하고, 해당 진동에 의해 자가 발전한 전원으로 동작하는 단계; 및 (c) 관리모듈이 상기 압전 하베스터 모듈과 상기 압전 하베스터 모듈에서 출력되는 신호의 이상발생 신호 여부를 판단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 열화상 카메라 모듈과 압전 하베스터 모듈을 이용한 전기기기의 고장 및 열화 진단 감시 시스템은 수배전반, 분전반, 또는 태양광 접속함 등의 전기기기의 과열로 인한 피해 및 화재를 사전에 검출하여 이상 신호를 원거리로 전송함으로써, 관리자가 오프라인 상태에서 직접 눈으로 일일이 확인하지 않아도 온라인 상태에서 수배전반, 분전반, 또는 태양광 접속함 등의 전기기기의 상태를 확인할 수 있어, 화재 및 인체 사고 등에 대한 위험을 최소화할 수 있는 효과가 있으며, 측정된 데이터를 통해 수배전반, 분전반, 또는 태양광 접속함 등의 전기기기의 원활한 동작 상태 확인 및 제어가 가능하여 유지보수비용 절감 및 경제성 확보가 가능한 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 열화상 카메라 모듈과 압전 하베스터 모듈을 이용한 전기기기의 고장 및 열화 진단 감시 시스템은 열화상 카메라 모듈을 이용하여 전기기기 내부 전반의 온도변화와 특정 포인트의 온도변화를 감시함으로써 기기의 접속부, 부스바의 변형이나 이탈 등에 대한 이상을 더 빨리 판단할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 열화상 카메라 모듈과 압전 하베스터 모듈을 이용한 전기기기의 고장 및 열화 진단 감시 시스템은 압전 하베스터 모듈이 기기 동작에 의해 발생하는 진동을 이용해서 센서 자체의 전원을 공급하여 동작 상태 데이터 수집에 필요한 전력을 자가 발전 함으로써 상태를 진단하는데 필요한 전력비용 및 전원에 대한 문제를 해결할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 열화상 카메라 모듈과 압전 하베스터 모듈을 이용한 전기기기의 고장 및 열화 진단 감시 시스템은 무선통신기능과 무선 자가 발전 기능이 적용되어 설치 위치에 제한을 받지 않으며, 이로 인해 다수의 센서 설치가 가능해짐에 따라 측정 데이터의 정밀도를 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 열화상 카메라 모듈과 압전 하베스터 모듈을 이용한 전기기기의 고장 및 열화 진단 감시 시스템은 지진이 발생하였을 때 발생되는 진동으로 모듈 동작에 필요한 에너지를 확보하는 주기 또한 짧아져 이를 이용해 지진에 의한 이상현상을 검출해냄으로써, 지진에 의한 정전, 화재 사고 등의 피해를 최소화할 수 있는 효과가 있다.
마지막으로, 본 발명에 따른 열화상 카메라 모듈과 압전 하베스터 모듈을 이용한 전기기기의 고장 및 열화 진단 감시 시스템은 친환경적인 에너지 하베스팅 기술을 적용함으로써 각종 무선 센서들에 적용되는 배선 및 배터리가 불필요해짐에 따라, 화학자원들의 사용을 줄여 환경오염을 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 열화상 카메라 모듈과 압전 하베스터 모듈을 이용한 전기기기의 고장 및 열화 진단 감시 시스템 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 열화상 카메라 모듈과 압전 하베스터 모듈을 이용한 전기기기의 고장 및 열화 진단 감시 시스템의 블록도 이다.
도 3은 본 발명에 따른 열화상 카메라 모듈과 압전 하베스터 모듈을 이용한 전기기기의 고장 및 열화 진단 감시 방법의 플로우 차트이다.
도 4는 본 발명에 따른 열화상 카메라 모듈과 압전 하베스터 모듈을 이용한 전기기기의 고장 및 열화 진단 감시 방법 중, 온도변화 검출 방법의 상세 플로우 차트이다.
도 5는 본 발명에 따른 열화상 카메라 모듈과 압전 하베스터 모듈을 이용한 전기기기의 고장 및 열화 진단 감시 방법 중, 진동을 감지하고 감지한 전원으로 동작하는 방법의 상세 플로우 차트이다.
도 2는 본 발명에 따른 열화상 카메라 모듈과 압전 하베스터 모듈을 이용한 전기기기의 고장 및 열화 진단 감시 시스템의 블록도 이다.
도 3은 본 발명에 따른 열화상 카메라 모듈과 압전 하베스터 모듈을 이용한 전기기기의 고장 및 열화 진단 감시 방법의 플로우 차트이다.
도 4는 본 발명에 따른 열화상 카메라 모듈과 압전 하베스터 모듈을 이용한 전기기기의 고장 및 열화 진단 감시 방법 중, 온도변화 검출 방법의 상세 플로우 차트이다.
도 5는 본 발명에 따른 열화상 카메라 모듈과 압전 하베스터 모듈을 이용한 전기기기의 고장 및 열화 진단 감시 방법 중, 진동을 감지하고 감지한 전원으로 동작하는 방법의 상세 플로우 차트이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가 장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 열화상 카메라 모듈과 압전 하베스터 모듈을 이용한 전기기기의 고장 및 열화 진단 감시 시스템에 대해 구체적으로 설명한다.
먼저, 도 1은 수배전반, 분전반, 태양광 접속함 등의 전기기기 특히 수배전반 내부에 본 발명에 따른 열화상 카메라 모듈(100)과 압전 하베스터 모듈(200)이 설치된 상태를 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이 상기 열화상 카메라 모듈(100)은 전기기기 함 내부의 각 모서리 부분에 1개 또는 복수개가 설치되어 온도변화를 감시한다.
상기 전기기기 함 내부의 각 모서리 부분에 설치되는 상기 열화상 카메라 모듈(100)은 전기기기 내부를 다양한 각도에서 온도 변화를 측정할 뿐만 아니라, 선로별 접속부, 부스바 등, 특정 포인트를 선정하여 해당 부위를 집중적으로 감시함으로써 구조의 뒤틀림이나 고장에 의한 과열을 측정하고, 주변의 다른 열화상 카메라 모듈(100)과 데이터 송수신을 통해 이상이 발생한 부위를 정확하게 판단하고 검출해내어 이상 발생 신호를 상위 서버로 송신한다.
상기 열화상 카메라 모듈(100)에 대해, 도 2를 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.
도 2에 도시된 바와 같이 상기 열화상 카메라 모듈(100)은 데이터 처리부(110), 열화상 카메라(120), 전원 공급부(130), 제1 통신부(140), 및 제1 자가 테스트부(150)를 포함한다.
상기 열화상 카메라(120)는 렌즈(121)와 열 센서(122)로 구성되는데, 상기 렌즈(121)는 적외선 에너지를 상기 열 센서(122)에 집중시켜주는 역할을 하고, 상기 열 센서(122)는 상기 렌즈(121)가 집중시켜 준, 적외선 에너지를 통해 열을 감지하여 80×60에서 1280×1024 픽셀 이상까지 다양한 픽셀 구성으로 이미지 정보형태로 온도 데이터를 생성한다.
또한, 상기 열화상 카메라(120)는 상기 렌즈(121)와 상기 열 센서(122)를 통해 전체 화각에 대한 온도 변화와 특정 지점의 온도를 측정하여 온도 데이터를 생성한다.
즉, 상기 열화상 카메라(120)는 전기기기 내부의 전체적인 온도뿐만 아니라 특정 포인트의 온도변화를 감시하여 온도 데이터를 측정한다.
상기 데이터 처리부(110)는 상기 열화상 카메라 센서(120)가 측정한 온도변화 정보를 전달받아 메모리 또는 데이터 베이스부와 같은 저장부에 저장된 임계값 정보와 비교하여 상기 열화상 카메라(120)가 촬영한 부분에 대한 이상 여부를 판단한다.
즉, 상기 데이터 처리부(110)는 상기 열화상 카메라(120)가 측정한 온도 데이터와 상기 임계값 정보와 비교하여, 온도 데이터가 임계값 보다 큰 경우 이상이 발생한 것으로 판단하고, 반대로 온도 데이터가 임계값 보다 작은 경우 전기기기 내부 및 특정 지점이 정상상태인 것으로 판단하여 이상 여부를 판단한다.
상기 전원 공급부(130)는 상기 열화상 카메라 모듈(100)을 구성하는 데이터 처리부(110), 열화상 카메라(120), 제1 통신부(140), 및 제1 자가 테스트부(150) 등에 필요한 전원을 공급해 준다.
상기 제1 통신부(140)는 주변의 다른 열화상 카메라 모듈(100)과 상기 열화상 카메라(120)가 측정한 전기기기 내의 온도변화 정보를 송수신함으로써, 상기 열화상 카메라 모듈(100)간 온도변화 정보를 공유한다.
또한, 상기 열화상 카메라 모듈(100)은 상기 제1 통신부(140)를 통해 상기 데이터 처리부(110)에서 판단한 전기기기 내부 및 특정 지점이 정상상태이지 여부를 판단한 결과를 공유할 수도 있다.
특히, 상기 제1 통신부(140)는 외부 서버 또는 외부의 관리자 단말기와도 통신을 수행하여 전기기기 내부의 화재 발생위험 정보를 전달할 수도 있다.
상기 외부 서버 또는 관리자 단말기를 통해 전기기기 내부의 화재 발생위험 정보를 전달받은 관리자는 더 큰 화재가 발생하기 전에 조치를 취할 수 있다.
한편, 상기 제1 자가 테스트부(150)는 상기 열화상 카메라(120)에 임의의 온도 데이터를 제공하거나, 상기 데이터 처리부(110)에 직접 임의의 온도 데이터를 제공하여, 상기 데이터 처리부(110)가 기설정된 임계값 정보와 비교하여, 온도 데이터가 임계값 보다 큰 경우 이상이 발생한 것으로 판단하고, 반대로 온도 데이터가 임계값 보다 작은 경우 전기기기 내부 및 특정 지점이 정상상태인 것으로 판단하여 이상 여부를 제대로 판단하는지 자가 테스트를 진행한다.
즉, 상기 제1 자가 테스트부(150)는 임계값 보다 큰 온도 데이터를 제공하여 상기 데이터 처리부(110)가 이상 발생 신호를 발생시키는지 테스트하고, 임계값 보다 작은 온도 데이터를 제공하여 이상 발생 신호를 발생시키지 않는지 자가 테스트한다.
또한, 상기 제1 자가 테스트부(150)는 임계값 보다 큰 온도 데이터를 제공하여 상기 데이터 처리부(110)가 이상 발생 신호를 발생시키는 테스트 후, 상기 제1 통신부(140)를 통해 외부 서버 또는 외부의 관리자 단말기로도 이상 발생 신호를 송신하는지 추가로 자가 테스트한다.
상기 압전 하베스터 모듈(200)은 진동이 발생하는 전기기기 외부에 설치되어 기기 진동에 의해 동작한다.
상기 압전 하베스터 모듈(200)은 함 내 진동이 발생하는 기기 외함에 부착되어 기기 동작에 의한 진동을 이용하여 에너지 하베스팅 및 자가 발전을 하게 되고, 동작 시간, 이전 동작과의 시간차 및 상위 서버로 데이터를 보낼 수 있을 만큼 에너지가 확보되면 동작을 시작한다.
수배전반, 분전반, 또는 태양광 접속함 등 전기기기들이 정상적으로 동작하고 있을 때에는 상기 압전 하베스터 모듈(200)은 동작하지 않거나 아주 느린 주기로 동작하게 된다.
그러나 상기 수배전반, 분전반, 또는 태양광 접속함 등 전기기기에 이상이 발생하거나 외부에서 지진 등의 문제가 발생할 경우 기기의 진동이 심화됨에 따라 상기 압전 하베스터 모듈(200)은 동작주기가 점점 빨라지게 되고, 저장되는 동작시간 및 이전 동작시간과의 시간 차가 기준주기를 초과하게 되면 이상이 발생했다고 판단하여 이상 발생 신호를 통신부를 통해 상위 서버에 송신한다.
상술한 상기 압전 하베스터 모듈(200)에 대해, 도 2b를 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.
도 2b에 도시된 바와 같이 상기 압전 하베스터 모듈(200)은 압전 하베스팅부(210), 센서부(220), 제2 통신부(230), 연산부(240), 이상 진단부(250), 및 제2 자가 테스트부(260)를 포함한다.
상기 압전 하베스팅부(210)는 전기기기 함 내부에 장착된 변압기와 같은 기기들 외부에 부착되어 진동에 의해 자가 발전하여 전력을 생성하는데, 상기 센서부(220)가 동작횟수, 동작주기 및 신호송신이 가능할 만큼 소정의 에너지를 얻을 때까지 에너지 하베스팅을 한다.
상기 센서부(220)는 상기 압전 하베스팅부(210)가 소정 크기만큼의 에너지 하베스팅을 하면, 상기 압전 하베스팅부(210)의 동작횟수 및 동작주기를 감지하고 감지한 신호를 송신한다.
상기 압전 하베스팅부(210)와 상기 센서부(220)가 각각 독립된 구성인 것으로 설명하고 있지만, 이에 한정되지 않고 상기 압전 하베스팅부(210)와 상기 센서부(220)가 일체형으로 구성될 수도 있다.
상기 제2 통신부(230)는 상기 센서부(220)가 감지한 동작횟수 및 동작주기 정보가 외부로 전달될 수 있도록 외부기기와 통신한다.
상기 연산부(240)는 상기 센서부(220)로부터 송신된 상기 신호를 수신하여 상기 압전 하베스팅부(210)의 동작횟수와 상기 제2 통신부(230)의 통신주기를 연산한다.
상기 연산부(240)는 상기 압전 하베스팅부(210)의 동작횟수와 상기 제2 통신부(230)의 통신주기가 설정된 기준보다 높은 경우 그만큼 진동이 많이 발생한 것으로 판단하고 경고신호를 출력할 수도 있다.
상기 이상 진단부(250)는 상기 연산부(240)에서 연산된 상기 제2 통신부(230)의 통신주기와 통신시간을 통해 기기의 열화 정도를 파악한다.
상기 제2 자가 테스트부(260)는 임계값 보다 큰 동작횟수와 상기 통신주기를 상기 연산부(240)에 제공하여, 해당 연산부(240)가 이상 발생에 따른 경고신호를 출력하는지 자가 테스트한다.
추가적으로, 상기 열화상 카메라 모듈(100) 및 상기 압전 하베스터 모듈(200)과 연결된 관리모듈(300)은 상기 열화상 카메라 모듈(100) 및 상기 압전 하베스터 모듈(200)에서 이상발생 신호를 출력하는 경우 관리자가 적절한 시기에 유지보수 하도록 관리자 단말기로 이상발생 신호를 전달한다.
상술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 열화상 카메라 모듈과 압전 하베스터 모듈을 이용한 전기기기의 고장 및 열화 진단 감시방법에 대해 설명한다.
먼저, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 열화상 카메라 모듈(100)은 수배전반, 분전반, 또는 태양광 접속함 등의 함 내부의 모서리 부분에 1개 또는 복수개가 설치되어 함 전체의 온도 변화 및 특정 포인트의 온도 변화를 검출하는 단계를 수행한다(S100).
또한, 상기 압전 하베스터 모듈(200)은 수배전반, 분전반, 또는 태양광 접속함 등의 함 내 기기 외함에 부착되어 진동에 의해 자가 발전하여 동작함으로써 진동을 감지하는 단계를 수행한다(S200).
상기 압전 하베스터 모듈(200)은 진동이 발생하는 기기의 노후화, 지진 및 진동 등으로 인하여 발생할 수 있는 절연열화, 변압기 진동 심화, 나사 풀림, 뒤틀림 등으로 인한 화재 및 손실을 보호하기 위해 기기 상단에 부착되어 동작함으로써, 이상으로 인해 진동이 과다하게 발생 시 에너지 하베스팅을 통해 동작하여 현재 기기의 상태 및 이상을 송신한다.
상기 온도 변화를 검출하는 S100 단계와 진동 발생을 검출하는 S200 단계는 동시에 수행되며, 상기 관리모듈(300)은 상기 압전 하베스터 모듈(200)과 상기 압전 하베스터 모듈(200)에서 출력되는 신호의 이상발생 신호 여부를 판단하는 단계를 수행한다(S300)
상기 관리모듈(300)은 상기 압전 하베스터 모듈(200)과 상기 압전 하베스터 모듈(200)에서 이상발생 신호를 출력하는 경우 관리자 단말기로 이상발생 신호를 전달하여 작업자가 적절한 시기에 유지보수 하도록 조치하는 단계를 수행한다(S400).
상기 온도 변화를 검출하는 S100 단계를 도 4를 참조하여 더욱 상세히 설명한다.
상기 데이터 처리부(110)는 상기 열화상 카메라(120)가 촬영할 부분을 선정하여 설정하는 단계를 수행한다(S110).
즉, 상기 S110 단계에서 상기 데이터 처리부(110)는 상기 열화상 카메라(120)가 전기기기 내부의 전체와 특정 지점을 촬영하여, 전기기기 내부의 전체의 온도 또는 측정지점의 온도를 측정할 수 있도록 설정한다.
이후, 상기 열화상 카메라(120)는 상기 데이터 처리부(110)에서 설정한 설정정보에 따라 화각 전체의 온도와 선정된 특정 포인트의 온도를 측정하는 단계를 수행한다(S120).
상기 데이터 처리부(110)는 상기 열화상 카메라(120)가 측정한 화각 전체의 온도 또는 선정된 특정 포인트의 온도를 메모리 또는 데이터 베이스부와 같은 저장부에 저장된 임계값 정보와 비교하는 단계를 수행한다(S130).
상기 데이터 처리부(110)는 상기 S130 단계에서 상기 열화상 카메라(120)가 측정한 온도 데이터와 상기 임계값 정보와 비교하여, 온도 데이터가 임계값 보다 큰 경우 이상이 발생한 것으로 판단하여 이상발생 신호를 출력하는 단계를 수행한다(S140).
한편, 상기 S130 단계에서 상기 데이터 처리부(110)는 상기 열화상 카메라(120)가 측정한 온도 데이터와 상기 임계값 정보를 비교하여 온도 데이터가 임계값 보다 크지 않은 경우 전기기기 내부 및 특정 지점이 정상상태인 것으로 판단하여 전기기기 내부의 온도를 측정하는 상기 S120 단계를 반복 수행한다.
상기 진동 발생을 검출하는 S200 단계를 도 5를 참조하여 더욱 상세히 설명한다.
상기 압전 하베스팅부(210)는 전기기기 함 내부에 장착된 진동을 발생하는 기기들 외부에 부착되어 진동에 의해 자가 발전하여 전력을 생성하는 단계를 수행한다(S210).
상기 압전 하베스팅부(210)는 상기 센서부(220)가 압전 하베스팅부(210)의 동작횟수, 및 동작주기를 감지하고 감지한 신호에 대한 신호송신이 가능한 전원인지 자가 발전 전원의 크기를 판단하는 단계를 수행한다(S220).
상기 압전 하베스팅부(210)의 자가 발전한 전원이 소정크기에 도달한 경우, 상기 센서부(220)는 상기 압전 하베스팅부(210)의 동작횟수 및 동작주기를 감지하고 감지한 신호를 저장하고, 연산부(240)로 전달하는 단계를 수행한다(2230).
상기 연산부(240)는 상기 센서부(220)에서 전달받은 실제 동작주기와 기준주기를 비교하는 단계를 수행한다(S240).
상기 S240 단계에서 실제 동작주기가 기준주기보다 큰 경우 상기 연산부(240)는 이상발생 신호를 출력하는 단계를 수행한다(S250).
하지만, 상기 S240 단계에서 실제 동작주기가 기준주기보다 크지 않은 경우 상기 연산부(240)은 상기 압전 하베스팅부(210)가 자가 발전하여 에너지를 하베스팅하는 상기 S210 단계를 반복 수행하게 한다.
이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
100 : 열화상 카메라 모듈
110 : 데이터 처리부
120 : 열화상 카메라
130 : 전원 공급부
140 : 제1 통신부
150 : 제1 자가 테스트부
200 : 압전 하베스터 모듈
210 : 압전 하베스팅부
220 : 센서부
230 : 제2 통신부
240 : 연산부
250 : 이상 진단부
260 : 제2 자가 테스트부
300 : 관리모듈
110 : 데이터 처리부
120 : 열화상 카메라
130 : 전원 공급부
140 : 제1 통신부
150 : 제1 자가 테스트부
200 : 압전 하베스터 모듈
210 : 압전 하베스팅부
220 : 센서부
230 : 제2 통신부
240 : 연산부
250 : 이상 진단부
260 : 제2 자가 테스트부
300 : 관리모듈
Claims (8)
- 전기기기 내부를 상이한 각도에서 온도 변화를 측정하고, 선로별 접속부, 부스바에 해당하는 특정 포인트를 선정하여 해당 부위를 집중적으로 감시함으로써 구조의 뒤틀림이나 고장에 의한 과열을 측정하는 열화상 카메라 모듈;
상기 열화상 카메라 모듈이 촬영하는 전기기기 함 내 진동이 발생하는 기기 외함에 형성되어 해당 기기 동작에 의한 진동을 이용하여 에너지 하베스팅 및 자가 발전을 하게 되고, 동작 시간, 이전 동작과의 시간차 및 상위 서버로 데이터를 보낼 수 있을 만큼 에너지가 확보되면 동작을 시작하는 압전 하베스터 모듈; 및
상기 열화상 카메라 모듈 또는 압전 하베스터 모듈에서 이상발생 신호를 출력하는 경우 관리자가 유지보수하도록 관리자 단말기로 이상발생 신호를 전달하는 관리모듈;을 포함하고,
상기 열화상 카메라 모듈은
렌즈와 열 센서로 구성되고, 상기 렌즈가 적외선 에너지를 상기 열 센서에 집중시켜주면, 해당 열 센서가 적외선 에너지를 통해 열을 감지하여 소정 픽셀 이상까지 상이한 픽셀 구성을 통해 이미지 정보형태로 온도 데이터를 생성하는 열화상 카메라;
상기 열화상 카메라가 측정한 온도 데이터를 전달받아 설정된 임계값 정보와 비교하여 상기 열화상 카메라가 촬영한 부분에 대한 이상 여부를 판단하는 데이터 처리부; 및
상기 열화상 카메라가 측정한 전기기기 내의 온도변화 정보를 타 열화상 카메라 모듈 및 상위서버와 통신하고, 해당 타 열화상 카메라 모듈들과 온도변화 정보, 및 상기 데이터 처리부에서 판단한 전기기기 내부 및 특정 지점이 정상상태이지 여부를 판단한 결과를 공유하기 위한 제1 통신부;포함하며,
상기 압전 하베스터 모듈은
진동에 의해 소정의 전원을 생성하는 압전 하베스팅부;
상기 압전 하베스팅부가 소정 크기의 에너지를 하베스팅하면, 상기 압전 하베스팅부의 동작횟수 및 동작주기를 감지하고 감지한 신호를 송신하는 센서부;
상기 센서부가 감지한 동작횟수 및 동작주기가 외부로 전달될 수 있도록 외부기기와 통신하는 제2 통신부;
상기 압전 하베스팅부의 동작횟수와 상기 제2 통신부의 통신주기를 연산하고, 설정된 기준을 초과하는 경우 경고신호를 출력하는 연산부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 열화상 카메라 모듈과 압전 하베스터 모듈을 이용한 전기기기의 고장 및 열화 진단 감시 시스템.
- 제 1항에 있어서,
상기 열화상 카메라 모듈은
해당 열화상 카메라 모듈에 필요한 전원을 공급해 주는 전원 공급부; 및
임계값을 초과하는 임의의 온도 데이터와 임계값 미만의 온도 데이터를 제공하여 이상 발생 신호 발생여부를 자가 테스트하는 제1 자가 테스트부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 열화상 카메라 모듈과 압전 하베스터 모듈을 이용한 전기기기의 고장 및 열화 진단 감시 시스템.
- 제 2항에 있어서,
상기 압전 하베스터 모듈은
상기 연산부에서 연산된 동작횟수와 통신주기와 통신시간을 통해 전기기기의 열화 정도를 파악하는 이상 진단부; 및
임계값을 초과하는 임의의 동작횟수와 통신주기를 상기 연산부에 제공하여, 해당 연산부가 경고신호를 출력하는지 자가 테스트하는 제2 자가 테스트부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 열화상 카메라 모듈과 압전 하베스터 모듈을 이용한 전기기기의 고장 및 열화 진단 감시 시스템.
- (a) 열화상 카메라 모듈이 수배전반, 분전반 또는 태양광 접속함에 해당하는 함 내부의 모서리 부분에 복수개가 설치되어 함 전체의 온도 변화 또는 특정 포인트의 온도 변화를 검출하는 단계;
(b) 압전 하베스터 모듈이 상기 수배전반, 분전반, 또는 태양광 접속함에 해당하는 함 내 기기 외함에 부착되어 진동을 감지하고, 해당 진동에 의해 자가 발전한 전원으로 동작하는 단계; 및
(c) 관리모듈이 상기 압전 하베스터 모듈과 상기 압전 하베스터 모듈에서 출력되는 신호의 이상발생 신호 여부를 판단하는 단계;를 포함하고,
상기 열화상 카메라 모듈은
제1 통신부를 통해 타 열화상 카메라 모듈들과 온도변화 정보, 및 상기 열화상 카메라 모듈의 열화상 카메라가 측정한 온도 데이터를 전달받아 설정된 임계값 정보와 비교하여 상기 열화상 카메라가 촬영한 부분에 대한 이상 여부를 판단하는 데이터 처리부에서 판단한 전기기기 내부 및 특정 지점이 정상상태인지 여부를 판단한 결과를 공유하되,
상기 압전 하베스터 모듈은
데이터를 보낼 수 있을 만큼 에너지가 확보되면 동작을 시작하는 것을 특징으로 하는 열화상 카메라 모듈과 압전 하베스터 모듈을 이용한 전기기기의 고장 및 열화 진단 감시 방법.
- 제 4항에 있어서,
상기 (a)단계는
(a-1) 상기 열화상 카메라 모듈의 데이터 처리부가 상기 열화상 카메라에 의해 촬영될 부분을 선정하여 설정하는 단계;
(a-2) 상기 열화상 카메라가 상기 (a-1) 단계에서 설정한 설정정보에 따라 화각 전체의 온도와 선정된 특정 포인트의 온도를 측정하는 단계;
(a-3) 상기 데이터 처리부가 상기 (a-2) 단계에서 측정한 화각 전체의 온도 또는 선정된 특정 포인트의 온도를 임계값 정보와 비교하는 단계; 및
(a-4) 상기 데이터 처리부가 상기 열화상 카메라에 의해 측정한 온도 데이터와 상기 임계값 정보와 비교하여, 온도 데이터가 임계값을 초과한 경우 이상이 발생한 것으로 판단하고 이상발생 신호를 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 열화상 카메라 모듈과 압전 하베스터 모듈을 이용한 전기기기의 고장 및 열화 진단 감시 방법.
- 제 5항에 있어서,
상기 데이터 처리부가 상기 (a-3) 단계에서의 비교결과 온도 데이터가 임계값을 초과하지 않는 경우 전기기기 내부 및 특정 지점이 정상상태인 것으로 판단하여 상기 (a-2) 단계를 반복 수행하는 것을 특징으로 하는 열화상 카메라 모듈과 압전 하베스터 모듈을 이용한 전기기기의 고장 및 열화 진단 감시 방법.
- 제 4항에 있어서,
상기 (b)단계는
(b-1) 상기 압전 하베스터 모듈의 압전 하베스팅부가 전기기기 함 내부에 장착된 기기들 외부에 부착되어 진동에 의해 자가 발전하여 전력을 생성하는 단계;
(b-2) 상기 압전 하베스팅부가 자가 발전 전원의 크기를 판단하는 단계;
(b-3) 상기 압전 하베스터 모듈의 센서부가 상기 전원을 이용하여 상기 압전 하베스팅부의 동작횟수 및 동작주기를 감지하고 감지한 신호를 연산부로 전달하는 단계;
(b-4) 상기 연산부가 상기 센서부에서 전달받은 실제 감지한 동작주기와 기준주기를 비교하는 단계; 및
(b-5) 상기 연산부가 상기 (b-4) 단계에서의 비교결과 실제 동작주기가 기준주기를 초과한 경우 이상발생 신호를 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 열화상 카메라 모듈과 압전 하베스터 모듈을 이용한 전기기기의 고장 및 열화 진단 감시 방법.
- 제 7항에 있어서,
상기 연산부가 상기 (b-4) 단계에서 실제 동작주기가 기준주기를 초과하지 않는 경우, 상기 압전 하베스팅부에 의해 에너지를 하베스팅하는 상기 (a-1) 단계 이후의 단계를 반복 수행하도록 하는 것을 특징으로 하는 열화상 카메라 모듈과 압전 하베스터 모듈을 이용한 전기기기의 고장 및 열화 진단 감시 방법.
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