KR20010093015A - 전기누전 경보기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기누전 경보기에 관한 것으로, 특히 실시간으로 전력의 유입, 누전상태, 주변의 온도 등에 대한 자료의 기록 및 감시기능을 구비한 블랙박스형 전기누전 경보기에 관한 것으로, 누전되는 전류량에 해당하는 전류를 발생하는 영상변류기, 영상변류기에서 발생된 전류를 디지털신호로 변환시키기 위한 아날로그/디지털 변환기, 디지털 변환된 신호에 포함된 잔류 노이즈를 제거하기 위한 디지털 필터, 잔류 노이즈가 제거된 신호를 이전에 측정된 계측량들의 추이에 대한 데이터와의 비교 동작을 통하여 누전여부를 결정하는 제어부; 및 디지털 필터와 제어부 사이에 접속되며, 디지털 변환된 신호와 주변의 온도를 측정하여 기록하는 누전제어모듈을 포함한다.

Description

전기누전 경보기 {EARTH LEAKAGE DETECTOR}

본 발명은 전기누전 경보기에 관한 것으로, 특히 실시간으로 전력의 유입, 누전상태, 주변의 온도 등에 대한 자료의 기록 및 감시기능을 구비한 블랙박스형 전기누전 경보기에 관한 것이다.

일반적으로, 경제성장과 산업의 발달에 따라 대형빌딩, 공장 및 아파트단지 등과 같은 시설들이 점차 늘어가고 있으며, 이와 함께 이들 시설들이 소모하는 전력량 또한 급속히 증가하고 있으며 대형화되고 있다. 이러한 대형 및 대량의 전력 수요시설들은 전기로 인한 화재의 방지를 위하여 소방법에 따라 누전경보기를 의무적으로 설치하도록 되어있다.

상기와 같이 건축물에 현재 널리 사용되고 있는 종래기술의 전기누전 경보기의 개략적인 구성을 도시한 도 1 을 참조하여 간략히 설명한다.

도 1 에서 10 은 전류량의 변화를 검출하기 위한 영상변류기(ZCT), 20 은 입력된 신호중에서 노이즈를 제거하기 위한 아날로그 필터, 30 은 아날로그신호를 디지털신호로 변환시키기 위한 아날로그/디지털 변환기, 40 은 검출된 전류량에 따라 누전에 대한 경보 및 외부에 대한 표시등의 제어를 수행하는 제어부, 50 은 누전감도 등을 설정하기 위한 설정부이고 60 은 주제어부에서의 결과를 출력하기 위한 출력부이다.

상기와 같은 구성을 가지는 전기누전 경보기에서는 영상변류기(10) (zero-phase-setquence current transformer)는 플레밍의 오른손 법칙을 이용하여 전류의 방향에 따른 유도전류의 생성원리에 의하여 부하에 공급되는 전류와 부하를 거쳐 나오는 전류이 양이 동일할 경우에는 양 전류가 서로 상쇄되어 전류량이 제로가 되고, 부하측에서 누전이 발생할 경우에는 그 누전되는 전류량에 비례하여 유도전류가 출력되는데 이러한 특성을 이용하여 누전되는 양을 측정할 수 있다.

이렇게 측정된 누전량을 나타내는 신호에서는 노이즈 성분이 포함되어 있으므로 이를 아날로그필터(20)를 이용하여 제거한다. 노이즈가 제거된 신호는 아날로그/디지털 변환기(30)를 거쳐서 디지털 신호로 변환된다.

변환된 신호는 마이크로프로세서로 구성되는 제어부(40)로 입력된다. 제어부(40)에서는 입력된 신호와 소정의 기준값을 비교한다. 비교결과 기준값보다 클 경우에는 누전의 위험성이 있는 것으로 판단하여 외부에 경고표시를 한다. 경고표시는 출력부(60)를 통하여 다양한 형태로서 가능하다. 즉, 부저(70)에 제어신호를 보내어 일정 시간동안 경고음을 발생하도록 하거나, LED 표시부(80)상에 누전되었음을 표시하거나 또는 릴레이(90)를 이용하여 누전후의 외부장치를 제어하도록 할 수 있다.

그러나, 아날로그필터(20)는 연산증폭기 등을 활용한 단순 밴 패스필터 또는 로우패스필터의 형태로서 기준주파수인 60Hz 부근의 주파수만을 통과시키거나 기준주파수 보다 낮은 주파수만을 통과시키도록 설계되어 단지 설정 주파수인 60Hz 이외의 다른 주파수 영역의 신호를 감쇠시키는 것일 뿐 완전한 차단을 할 수는 없다. 또한 필터의 구성부품으로서 콘덴서와 저항 등이 사용됨으로서 필터의 응답속도가 느려 순간적 신호의 변화를 감지할 수가 없어 정밀한 계측이 불가능하다.

그리고 상기와 같은 종래의 전기누전 경보기의 경우에는 영상변류기(10)에서 검출되는 신호에 따라 전기 누전만을 체크하여 경보하는 것으로서, 화재사고가 발생하는 경우에 그 원인이 전기누전으로 인한 것인가 또는 다른 원인에 있는가의 여부에 정확한 조사가 어렵기 때문에 그 원인이 조사되는 경우에도 그 조사결과에 대한 신뢰가 제대로 이루어지지 못하고 있는 것이 최근의 실정이다.

또한, 통상적인 전기 선로에서는 적정 수준 이하의 누전은 항상 발생하고 있으며 이러한 누전량은 부하측의 전력사용량에 따라 유동적이기 때문에 누전경보기 의 제어부(40)에서의 어느 한 시점에서의 누전량에 대한 판단동작의 오류를 가져올 수 있으며 이러한 잘못된 판단으로 누전경보기의 오작동을 불러일으키기도 한다.

따라서, 본 발명의 목적은 실시간으로 전력을 계측하고 기록할 수 있으며 이를 통하여 전기누전의 상태의 감시와 기록을 할 수 있는 전기누전 경보기를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 실시간으로 전력을 계측하고 기록할 수 있는 메모리 모듈을 구비한 전기누전 경보기를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 실시간으로 변화하는 누전량의 유동적인 변화량을 고려하여 누전상태를 경보할 수 있는 전기누전 경보기를 제공하는 것이다.

도 1 은 종래의 전기누전 경보기의 개략적인 구성을 도시하는 블록도.

도 2 는 본 발명에 따른 전기누전 경보기의 구성을 도시한 블록도.

도 3 은 도 2 에서의 누전기록모듈의 세부구성을 도시한 블록도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 ... ZCT 20 ... 아날로그 필터

30 ... A/D 변환기 40 ... 제어부

50 ... 설정부 60 ... 출력부

100 ... 누전기록모듈 110 ... 모듈보호부

120 ... I/O 버퍼 130 ... 제어부

140 ... 온도센서 150 ... RTC

160 ... 메모리

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 전기누전 경보기는 누전되는 전류량에 해당하는 전류를 발생하는 영상변류기;

상기 영상변류기에서 발생된 전류를 디지털신호로 변환시키기 위한 아날로그/디지털 변환기;

상기 디지털 변환된 신호에 포함된 잔류 노이즈를 제거하기 위한 디지털 필터;

상기 잔류 노이즈가 제거된 신호를 이전에 측정된 계측량들의 추이에 대한 데이터와의 비교 동작을 통하여 누전여부를 결정하는 제어부;

상기 디지털 필터와 상기 제어부 사이에 접속되며, 상기 디지털 변환된 신호와 주변의 온도를 측정하여 기록하는 누전제어모듈; 및

상기 주제어부에서의 결정된 결과를 외부로 출력하기 위한 출력수단을 포함한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 블랙박스형 전기누전 경보기의 구성 및 동작을 상세하게 설명한다.

도 2 은 본 발명에 따른 블랙박스를 구비한 전기누전 경보기의 전체적인 구성의 블록도를 도시한 것이다. 도 2 에서의 전기누전 경보기에 대한 구성요소중 도 1 에서의 종래기술의 전기누전 경보기와 동일한 기능의 구성요소에 대하여는 동일한 부호를 사용하였으며 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 전기누전 경보기의 동작을 상세히 설명하면 다음과 같다.

영상변류기(10)에서 측정된 누전된 전류량에 대한 신호가 증폭기(15)에 의하여 소정 크기 이상으로 증폭되어 A/D 변환기(30)에 공급된다. A/D 변환기(30)에서는 신호의 디지털처리를 위하여 아날로그 형태의 전류를 디지털 형태로 변환시킨다. 디지털 변환된 누전된 전류에는 잔류노이즈가 포함될 수 있으므로디지털필터(35)를 이용하여 잔류 노이즈등을 제거한다.

특히, 본 발명에서 사용되는 디지털필터(35)는 고속의 디지털신호 프로세서(Digital Signal Processor; DSP)를 사용하여 순수한 60 Hz 사인파만을 추출해냄으로서 노이즈 성분의 완벽한 제거와 고속의 처리가 가능하다. 특히, 이러한 기능은 아날로그필터에서 전력선 노이즈 중에서 기본 주파수인 60 Hz 의 차 배수되는 주파수가 중첩시에 발생되는 고조파 성분의 노이즈의 제거를 못하여 잘못된 값을 발생하는 문제점을 디지털필터에서는 매우 민감하게 작용할 수 있는 장점이 있다.

이와 같이 잔류노이즈등이 제거된 신호는 마이크로프로세서인 주제어부(40)에 입력된다. 주제어부(40)에서는 입력신호의 크기와 사전에 설정된 기준값을 비교한다. 비교결과 기준값보다 클 경우에는 누전의 위험성이 있는 것으로 판단하여 외부에 경고표시를 한다. 경고표시는 출력부(60)를 통하여 다양한 형태로서 가능하다. 즉, 부저(70)에 제어신호를 보내어 일정 시간동안 경고음을 발생하도록 하거나, LED 표시부(80)상에 누전되었음을 표시한다. 또는 릴레이(90)를 이용하여 누전사고의 발생시에 작동되는 릴레이 접점을 이용하여 전력선의 차단, 외부 경보기의 동작 또는 원격 조작지의 경보 발령 등을 할 수 있다.

일반적으로, 통상의 전기선로에서는 적정 수준 이하의 누전은 항상 발생하고 있다. 이러한 누전량은 부하측의 전력사용량에 따라 유동적이어서 실제로는 누전경보기의 오작동을 일으키는 원인이 되고 있다. 따라서, 제어부에서는 이러한 유동적 수치를 분석하여 시간대별, 계절별 등의 변화량에 대한 데이터로 이루어지는별도의 데이터베이스를 구축하고 유동적 수치에 대한 자료를 고려하여 현재의 측정값과의 비교를 수행함으로써 누전발생 여부를 판단함으로써 사고발생시에 신속한 경보와 함께 평상시의 불필요한 경보 오류를 제거하도록 하였다. 이를 위하여 주제어부(40)에는 전력예측 파형 분석을 위한 소프트웨어를 내장하고 있다.

즉, 주제어부(40)에서는 단순히 계측량과 사용자의 설정값과의 비교에 의하여 제어동작을 스위칭하거나 설정 프로그램에 의한 고정값에 의하여 동작하는 것이 아니라 계측량의 추이에 따라 동작을 수행한다. 즉, 외부로부터 입력되는 누전전류의 크기 또는 온도의 크기를 비교함에 있어서 단순히 크기만을 설정된 기준값과 비교하는 것이 아니라 계측량의 추이에 따라 판단동작을 수행한다. 예를 들어, 사고발생의 유무판단을 하는 경우에도 사고가 미미한 것인가 또는 아주 급박한 사고인가 등의 여부를 판단하여 경보 또는 제어동작의 형태를 달리할 수 있다.

또한, 주제어부(40)에서 이루어지는 입력신호의 크기와 기준값과의 비교시에 기준값의 설정을 외부에서 가능하도록하기 위하여 별도의 설정부(50)를 구비하는 것이 가능하다. 물론 주제어부(40)에 저장되는 프로그램의 수정함으로써 기준값을 다시 설정할 수 있지만 이 경우에는 주제어부(40)에 대한 하드웨어의 수정이 있어야 하기 때문에 번거로움을 줄 수 있지만 외부에서 수정가능하도록 하는 설정부(50)를 둠으로서 그 기준값을 보다 자유로이 설정할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 전기누전 경보기에서는 디지털필터(35)와 주제어부(40)사이에 접속되는 누전기록모듈(100)이 더 포함된다.

이 누전기록모듈(100)은 디지털필터(35)와 주제어부(40)로 전달되는 누전된전류의 크기에 대한 신호의 전달과 함께 실시간으로 주변의 온도를 감지하여 저장하는 기능을 수행한다. 이러한 구성의 노전기록모듈(100)의 세부 구성을 도시한 도 3 을 참조하여 보다 상세히 기술하도록 한다.

도 3 에서의 누전기록모듈(100)은 누전된 전류량에 해당되는 데이터가 입력되는 입력단에 형성되어 외부와의 접속을 차단할 수 있는 모듈보호부(110), 모듈보호부(110)로부터 전달되는 신호를 일시적으로 저장하기 위한 I/O 버퍼(120), 주제어부(40)와 별도로 누전기록모듈(100)내의 전반적인 구성요소들의 동작을 제어하는 제어부(130), 누전전류량과 온도등의 데이터를 저장하는 플래쉬 메모리(160), RTC(Real Time Clock)(150) 및 온도센서(140)를 포함한다.

도 3에 도시된 것처럼, 누전기록모듈(100)은 디지털필터(35)와 주제어부(40)와의 사이에 접속되어 있으나 내부에는 별도의 제어부(130)를 구비하고 개별적으로 외부와의 입출력 동작을 수행한다. 즉, 제어부(130)에서는 RTC(150)에서 공급되는 계측 일시에 대한 데이터와, 접점단자와 모듈보호부(110)를 통하여 입력되는 누전전류의 크기에 대한 데이터 및 온도센서(140)에서 측정되는 전기누전 경보기의 주변에서 측정되는 온도 등에 대한 정보를 수집한다.

이와 같이 누전기록모듈(100)에서 독립적으로 동작할 수 있는 제어부(130)를 구비하는 것은 이 모듈이 완전히 독립된 하나의 능동적 모듈임을 의미하여 외부의 영향에 상관없이 항상 기록상태의 신뢰성을 유지할 수 있도록 한 것이다. 그리고, 각 기능별 모듈에 독립된 CPU 를 사용하는 기술은 최근의 고속 고기능의 CPU를 사용하는 것과 대비하여, 저가의 독립 CPU를 사용함으로써 원가의 절감과 각각의 CPU가 독립적으로 분산처리를 수행함으로써 뛰어난 성능과 동작의 신뢰성을 확보하고자 하는 것이다.

또한, 누전기록모듈(100)은 디지털필터(35)를 통하여 외부에서 검출되는 누전전류의 크기에 대한 데이터가 모듈보호부(110)를 통하여 입력되는데 이 데이터가 소정 기준값 보다 큰 것으로 판단되어 외부에서 누전이 발생하거나 또는 측정되는 온도가 기준치를 초과하는 경우 접점단자부를 통하여 입력되는 외부로 부터의 영향에 따라 내부회로에 문제점을 일으킬 수 있다. 이러한 경우에는 모듈보호부(110)의 접점단자를 끊어서 외부의 영향을 차단할 수 있다.

즉, 내부에 설치되어 있는 반도체 메모리(160)가 정상적으로 동작할 수 있는 온도를 초과하는 이상온도가 되면 정상적인 데이터의 보호를 위하여 기록동작을 중지하고 메모리 보호모드로 전환된다. 메모리 보호모드라 함은 외부와의 연결을 차단함으로써 외부의 영향을 받지 않도록 하는 것으로 이렇게 함으로써 메모리 모듈내의 자료를 안정하게 보호할 수 있다.

또한, 상기의 누전기록모듈(100)은 화재와 같은 외부에서의 고열 등으로부터 기록된 데이터의 안전한 보존을 위하여 봉합형태로 제작되며, 그 외부에는 테프론, 사기, 석면등과 같은 내열성재료로 둘러 쌓여져 있다.

이와 같이, 사고후에는 내화처리된 누전기록모듈의 자료를 분석하여, 평상시의 누전발생 여부와 최대, 최소 및 평균 누전량 등을 파악할 수 있으며 사고직전의 누전여부를 정확히 판단할 수 있으므로 해당 화재가 누전에 의한 것인가 또는 다른 원인에 의한 것인가의 여부를 파악할 수 있다.

상기에서 기술한 바와같이 본 발명에 따른 블랙박스를 구비한 전기누전 경보기는 계속적으로 늘어나는 전력사용으로 인한 누전사고의 발생을 사전에 예방할 수 있으며, 또한 사고의 발생시에는 외부와의 차단을 통하여 그전까지의 주변 전류량의 변화 및 측정된 온도데이터를 구비하여 사고의 원인을 신속하게 규명할 수 있도록 함으로써 분쟁의 소지의 발생을 사전에 예방할 수 있다.

본 발명은 상기의 실시예를 참조하여 특별히 도시되고 기술되었지만, 이는 예시를 위하여 사용된 것이며 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 첨부된 청구범위에서 정의된 것처럼 발명의 정신 및 범위를 벗어남이 없이 다양한 수정을 할 수 있다.

Claims (9)

1. 누전되는 전류량에 해당하는 전류를 발생하는 영상변류기;

   상기 영상변류기에서 발생된 전류를 디지털신호로 변환시키기 위한 아날로그/디지털 변환기;

   상기 디지털 변환된 신호에 포함된 잔류 노이즈를 제거하기 위한 디지털 필터;

   상기 잔류 노이즈가 제거된 신호를 이전에 측정된 계측량들의 추이에 대한 데이터와의 비교 동작을 통하여 누전여부를 결정하는 주제어부;

   상기 디지털 필터와 상기 주제어부 사이에 접속되며, 상기 디지털 변환된 신호와 주변의 온도를 측정하여 기록하는 누전제어모듈; 및

   상기 주제어부에서의 결정된 결과를 외부로 출력하기 위한 출력수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기누전 경보기.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 누전제어모듈은

   상기 전기누전 경보기의 주변의 온도를 감지하기 위한 온도센서;

   현재의 시간과 연월일에 대한 데이터를 발생하는 리얼타임클럭;

   상기 잔류 노이즈가 제거된 신호를 받아서 일시적으로 저장하기 위한 입출력버퍼;

   상기 온도센서와 상기 입출력버퍼에서 제공되는 데이터를 저장하기 위한 메모리; 및

   상기 리어타임클럭에서 제공되는 시간정보에 따라 상기 온도센서에서 측정된 온도데이터와 상기 입출력버퍼에서 제공되는 데이터를 소정의 기준값과 비교하여 정상적인 상태인 경우에는 해당 데이터를 상기 메모리로 전송하고 비정상적인 경우에는 상기 전기누전 경보기와의 접속을 차단하도록 하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기누전 경보기.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 누전제어모듈의 제어부는 상기 온도센서에서 측정되는 온도데이터 또는 상기 입출력버퍼로 입력되는 데이터가 각각 소정의 기준값보다 클 경우에는 상기 전기누전 경보기와의 접속을 차단하기 위한 모듈보호부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기누전 경보기.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 누전제어모듈은 봉합형태로 이루어지며, 그 외부는 내열성재료로 둘러 쌓인 것을 특징으로 하는 전기누전 경보기
5. 제 4 항에 있어서, 상기 내열성재료는 테프론, 사기 또는 석면인 것을 특징으로 하는 전기누전 경보기.
6. 제 2 항에 있어서, 상기 제어부는 메모리가 정상적으로 동작할 수 있는 온도를 초과하는 온도가 검출되면 정상적인 데이터의 보호를 위하여 기록동작을 중지하고 메모리 보호모드로 전환되는 것을 특징으로 하는 전기누전 경보기.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 디지털필터는 디지털 신호 프로세서를 사용하며, 60 Hz 의 사인파만을 추출하는 것을 특징으로 하는 전기누전 경보기.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 출력수단은 상기 주제어부에서의 처리결과가 누전으로 판명되는 경우에 외부에 경고음을 발생하기 위한 부저를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기누전 경보기.
9. 제 1 항에 있어서, 상기 출력수단은 상기 주제어부에서의 처리결과를 수치 또는 문자로 표시하기 위한 발광다이오드부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기누전 경보기.