KR20100132316A - Apparatus and method for controling power quality with a blackbox, and apparatus for analyzing consumption of electric power by load - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 블랙박스 기능을 갖춘 전력 품질 관리장치 및 방법, 그리고 부하별 전력 사용량 분석을 위한 장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 아크, 과전류, 과전압등을 감지하여 별도의 기록 저장부에 기록함으로써 화재의 원인 분석 및 화재 예방을 위한 블랙박스 기능을 갖춘 전력 품질 관리 장치 및 방법, 그리고 개별 전기 제품에 사용되는 전력을 측정하여 전력 사용량을 분석하는 장치에 대한 것이다.The present invention relates to a power quality management apparatus and method having a black box function, and an apparatus for analyzing power usage by load, and more specifically, by detecting an arc, an overcurrent, and an overvoltage, and recording them in a separate record storage. Power quality control device and method with black box function for cause analysis and fire prevention, and device for analyzing power usage by measuring power used in individual electric products.
과부하, 아크, 과전류, 누전, 전력선 온도 상승 등으로 인해 전기 화재가 빈번하게 발생하고 있다. 이러한 화재 발생을 방지하기 위해, 일반적으로 배선용 차단기(MCCB : Molded Case Circuit Breaker), 누전 차단기(ELB : Earth Leakage Breaker), 아크 고장 회로 차단기(AFCI : Arc-Fault Circuit Interrupter) 등이 설치된다. Electrical fires frequently occur due to overload, arcing, overcurrent, short circuit, and power line temperature rise. In order to prevent such a fire, a circuit breaker (MCCB), an earth leakage breaker (ELB), and an arc fault circuit breaker (AFCI) are generally installed.
부연하면, 배선용 차단기(MCCB)는 과전류나 단락전류에 의한 전기재해를 예 방하기 위해 사용되고, 누전 차단기(ELB)는 전류가 정해진 경로 이외로 누설됨에 의해 발생될 수 있는 전기화재나 감전을 예방하기 위해, 이를 회로적으로 감지하여 전원을 차단함으로써 사용자를 보호하기 위한 목적에 사용되고 있다.In other words, the circuit breaker (MCCB) is used to prevent an electrical accident caused by an overcurrent or a short circuit current, and an earth leakage breaker (ELB) is used to prevent an electric fire or an electric shock that may be caused by leakage of current outside a predetermined path. In order to protect the user by detecting the circuit and cutting off the power.
또한, 아크 고장 회로 차단기(AFCI)는 아크형 고장(Arc type fault)으로 발생하는 화재를 예방하기 위해 사용된다. 아크형 고장이 발생하는 원인은 예컨대, 노화, 절연 및 배선 파괴, 과 사용 또는 과전류에 의한 기계적 및 전기적 스트레스, 연결 결함, 복잡한 작업 환경 속에서 부주의 행동으로 인한 전력선의 찍힘, 전력선 피복의 벗겨짐으로 인한 합선 등 매우 다양하다. In addition, an arc fault circuit breaker (AFCI) is used to prevent fire resulting from an arc type fault. Arc-type failures can be caused, for example, by aging, breakdown of insulation and wiring, mechanical and electrical stress due to overuse or overcurrent, connection defects, inadequate power line imprinting in complex work environments, and stripping of power line coverings. It is very diverse such as short circuit.
여기에서의 아크는 절연 매질을 전기적으로 관통하는 지속적인 발광 방전 현상으로, 보통 부분적인 전극의 승화를 동반하는 데, 일반적으로 공기에 의해 음극(cathode)과 양극(anode)이 분리되며, 아크의 중심온도는 5,000~15,000℃ 정도로 전기화재의 주요 원인으로 주목받고 있다.The arc here is a continuous luminescent discharge that electrically penetrates through the insulating medium, usually accompanied by a partial sublimation of the electrode, which generally separates the cathode and anode by air, and the center of the arc The temperature is attracting attention as the main cause of the electric fire is about 5,000 ~ 15,000 ℃.
그런데 이러한 종래의 차단기는 차단 동작이 실행되기까지 일정시간이 경과하게 되므로, 그 경과 시간 동안 화재의 위험 요소를 더 포함할 수 있게 된다. 예을 들면, 일반 배선차단기의 경우, 과전류가 배선차단기 내에 있는 바이메탈을 통해 일정시간이 흐르면, 바이메탈의 열적 특성에 의해 스위치가 차단 동작을 하게 된다. However, such a conventional circuit breaker is a certain time elapses until the blocking operation is performed, it is possible to further include the risk of fire during the elapsed time. For example, in the case of a general circuit breaker, when a predetermined time passes through the bimetal in the circuit breaker, the switch is cut off due to the thermal characteristics of the bimetal.
따라서, 오늘날 전자제품, 배선 등으로 전기 사용이 많아지는 상황에서, 화재가 발생한 이후, 그 화재의 원인을 규명하는 것이 더욱 어려워지고 있다.Therefore, it is more difficult to identify the cause of the fire after a fire occurs in the situation where the use of electricity is increasing in electronic products, wiring, and the like today.
본 발명은 종래에 제기된 문제점을 해소하기 위한 것으로, 화재의 원인에 대한 효과적인 감지 및 그에 따른 감지 정보를 기록하는 전력 품질 관리 장치 및 방법을 제공하는 데 그 목적을 두고 있다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the problems posed in the related art, and an object thereof is to provide an apparatus and a method for managing a power quality for effectively detecting a cause of a fire and recording sensing information accordingly.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 화재 발생 시 신속하게 전기를 차단하고, 그 화재 발생의 원인에 관한 감지 정보를 실시간으로 관리자에게 보고하는 전력 품질 관리 장치 및 방법을 제공하는 것이다. In addition, another object of the present invention is to provide a power quality management apparatus and method for quickly shutting off electricity in the event of a fire, and reporting the detection information on the cause of the fire to the administrator in real time.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 화재가 발생한 경우 그 화재 발생의 원인에 관한 감지 정보를 손실하지 않고 안전하게 보관하는 전력 품질 관리 장치 및 방법을 제공하는 것이다.In addition, another object of the present invention is to provide a power quality management apparatus and method for safely storing without losing the sensed information on the cause of the fire when a fire occurs.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 냉장고, TV 등과 같은 가전 제품의 전력 사용량을 실시간으로 사용자에게 알려주는 장치를 제공하는 것이다.In addition, another object of the present invention is to provide an apparatus for notifying a user of power consumption of a household appliance such as a refrigerator, a TV, and the like in real time.
위에서 제기된 문제점을 해소하기 위해, 본 발명은, 전력선의 상태를 감지하는 센서와, 센서로부터 감지한 정보를 취합하여 자체 내 저장된 알람 한계치와 비교하여 알람 한계치 이상이면 감지 정보를 생성하는 감지부와, 감지 정보와 비교되는 자체 내부 온도를 감지하는 내부 온도 센서부와, 감지 정보를 저장하는 기록 저장부와, 감지 정보의 발생에 따라 부하쪽으로 입력되는 전력을 차단하도록 명령하고, 내부 온도 센서부로부터 감지된 자체 내부 온도를 전송받아 미리 설정된 기준 온도와 비교하여 더 높으면 기록 저장부쪽으로 입력되는 감지 정보 및 전력을 차단하도록 차단 명령을 하여 저장된 정보를 보호하는 제어부와, 차단 명령에 따라 차단 명령에 따라 기록 저장부 및 부하쪽과의 중 적어도 하나의 연결을 차단하는 스위치 수단을 포함하는 블랙박스 기능을 갖춘 전력 품질 관리 장치를 제공한다. In order to solve the problems posed above, the present invention, the sensor for detecting the state of the power line, the sensor unit for collecting the information detected from the sensor to generate the detection information when the alarm limit value compared to the alarm limit stored in the self and And an internal temperature sensor unit for detecting its own internal temperature compared to the sensing information, a recording storage unit for storing the sensing information, and a command to cut off power input to the load in response to the occurrence of the sensing information. The control unit protects the stored information by receiving a cut-off command to cut off the detected information and power input to the recording storage unit when the detected internal temperature is higher than the preset reference temperature. Switch means for disconnecting at least one of the record storage and the load side; Provide power quality control equipment with a black-box functionality.
물론, 기록 저장부는 단열재 케이스로 둘러싸이고 감지 정보를 저장하기 위해 비휘발성 메모리가 사용된다. Of course, the record storage unit is surrounded by an insulation case and a nonvolatile memory is used to store the sensing information.
이와 함께, 상기 감지 정보가 생성된 시간도 동시에 저장되도록 시간을 생성하는 실시간 클럭부를 구성하는 것도 가능하다. In addition, it is also possible to configure a real-time clock unit for generating a time so that the time at which the sensing information is generated is stored at the same time.
또한, 이 전력 품질 관리 장치는 감지 정보를 외부 관리 서버에 전송하기 위한 통신 수단을 더 포함할 수 있다. In addition, the power quality management apparatus may further include communication means for transmitting the sensing information to the external management server.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 전력 품질 관리 방법에 제공되는데, 이 방법은, 센서가 전력선의 상태를 감지하는 단계와, 감지부가 상기 센서로부터 감지한 정보를 취합하여 자체 내 저장된 알람 한계치와 비교하여 알람 한계치 이상이면 감지 정보를 생성하는 단계와, 내부 온도 센서부가 감지 정보와 비교되는 자체 내부 온도를 감지하는 단계와, 기록 저장부가 감지 정보를 저장하는 단계, 제어부가 감지 정보의 발생에 따라 부하쪽으로 입력되는 전력을 차단하도록 명령하고, 내부 온도 센서부로부터 감지된 자체 내부 온도를 전송받아 미리 설정된 기준 온도와 비교하여 더 높으면 기록 저장부쪽으로 입력되는 감지 정보 및 전력을 차단하도록 차단 명령을 하여 저장된 정보를 보호하는 단계와, 스위치 수단이 차단 명령에 따라 기록 저장부 및 부하쪽과의 중 적어도 하나의 연결을 차단하는 단계를 포함한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a power quality management method, which comprises the steps of a sensor detecting a state of a power line, the sensing unit collects information detected by the sensor and compares it with an alarm limit stored in itself. Generating detection information when the alarm threshold value is higher than the threshold value, detecting the internal temperature of the internal temperature sensor unit compared with the sensing information, storing the sensing information by the recording storage unit, and controlling the controller toward the load according to generation of the sensing information. Command to cut off the power input, and receives the internal temperature sensed by the internal temperature sensor unit, and if it is higher than the preset reference temperature, the sensing information input to the record storage unit and the cut-off command to cut off the power are stored. Protecting the recording means and the switch means according to the blocking command to record storage and load And be of a step to block the at least one connection.
또한, 감지 정보에 따라 부하쪽으로 유입되는 전력을 차단하는 단계를 더 포함할 수 있다. In addition, the method may further include blocking power flowing into the load according to the sensing information.
또한, 감지 정보가 생성된 시간도 동시에 저장되도록 시간을 생성하고 저장하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method may further include generating and storing a time such that the time at which the sensing information is generated is also stored at the same time.
또한, 감지 정보를 외부 관리 서버에 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method may further include transmitting sensing information to an external management server.
여기서, 센서는 전류 센서, 전압 센서, 온도 센서 중 적어도 하나 이상이고, 감지부는 아크(arc), 과전류, 누설 전류, 입력 전압, 온도 중 적어도 하나 이상을 감지한다.Here, the sensor is at least one of the current sensor, the voltage sensor, the temperature sensor, the detection unit detects at least one or more of the arc (arc), overcurrent, leakage current, input voltage, temperature.
또한, 이때 외부 관리 서버에는 사용자가 감지 정보를 볼 수 있도록 모니터와 같은 디스플레이 수단 및 감지 정보를 저장하는 데이터베이스 서버가 구성될 수 있다. In addition, at this time, the external management server may be configured with a display server such as a monitor and a database server storing the sensing information so that the user can see the sensing information.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 부하별 전력 사용량 분석 장치가 제공된다. 이 전력 사용량 분석 장치에는, 부하에 전원을 제공하는 전원 연결부와, 전원 연결부를 통과하는 전류를 감지하여 전류값을 생성하는 전류 감지부와, 전원 연결부에 걸린 전압을 감지하여 전압값을 생성하는 전압 감지부와, 전류 감지부로부터의 전류값과 전압 감지부로부터의 전압 값을 전송 받아 전류 값과 전압 값을 곱하여 부하가 사용한 전력 사용량을 계산하는 제어부와, 전력 사용량을 출력하는 출력 수단이 구성된다.According to another aspect of the present invention, there is provided an apparatus for analyzing power usage per load. The power usage analyzer includes a power supply for supplying power to a load, a current detector for sensing a current passing through the power supply to generate a current value, and a voltage for sensing a voltage across the power supply to generate a voltage value. The sensing unit, a control unit for receiving the current value from the current sensing unit and the voltage value from the voltage sensing unit and multiplying the current value and the voltage value to calculate the power usage used by the load, and an output means for outputting the power usage .
이때, 출력 수단은 소비 전력량을 표시하는 표시부가 되거나, 또는 소비 전력량을 외부에 전송하기 위한 통신부가 된다.At this time, the output means may be a display unit for displaying the amount of power consumption, or a communication unit for transmitting the amount of power consumption to the outside.
여기서, 통신부는 소비 전력량을 유선 또는 무선 통신 방식을 이용하여 외부에 전송할 수 있다.Here, the communication unit may transmit the power consumption to the outside using a wired or wireless communication method.
또한, 전원 연결부는 부하와 전원 콘센트 사이에 착탈 가능하게 연결될 수 있으며, 부하는 텔레비전, 세탁기, TV 등과 같은 가전 제품이 될 수 있다.In addition, the power connection may be detachably connected between the load and the power outlet, and the load may be a home appliance such as a television, a washing machine, a TV, or the like.
본 발명에 의하면, 기록 저장부에 화재의 원인에 대한 효과적인 감지 및 그에 따른 감지 정보를 안정적으로 기록함으로써, 화재 발생 후 원인 분석을 수행하는데 효과적이다.According to the present invention, by effectively recording the effective detection of the cause of the fire and the resulting detection information in the recording storage unit, it is effective to perform the cause analysis after the fire occurrence.
또한, 본 발명의 다른 효과로서는, 과부하, 아크, 과전류, 누전, 전력선 온도 상승 등으로 인한 전기 화재발생 시 신속하게 전기를 차단하고, 그 화재 발생의 원인이 될 수 있는 감지된 정보를 실시간으로 관리자에게 보고함으로써, 전력 품질의 관리가 가능함을 들 수 있다. In addition, another effect of the present invention, in the event of an electrical fire due to overload, arc, overcurrent, short circuit, power line temperature rise, etc., the electricity is cut off quickly, and the detected information that may cause the fire occurs in real time manager It is possible to manage the power quality by reporting to the.
또한, 본 발명의 다른 효과로서는, 기록 저장부에 화재의 원인이 될 수 있는 정보의 이력을 기록함으로써 그 화재 발생의 원인에 관한 감지 정보를 손실하지 않고 안전하게 보관하는 것을 들 수 있다.In addition, another effect of the present invention is to record the history of information that may cause a fire in the recording storage unit, thereby safely storing the detected information on the cause of the fire without losing it.
또한, 본 발명의 다른 효과로서는, 냉장고, 세탁기, TV 등과 같은 가전 제품의 전력 사용량을 실시간으로 사용자에게 알려주는 장치를 제공하는 것이다.In addition, another effect of the present invention is to provide an apparatus for notifying a user of power consumption of a household appliance such as a refrigerator, a washing machine, a TV, and the like in real time.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시 예를 상세하게 설명한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기록 저장부를 이용하는 전력 품질 관리 장치의 시스템 블럭도이다. 이 시스템 블럭도에는, 센서(100, 102, 104, 106, 108), 감지부(110, 112, 114, 116, 118), 스위치 제어부(120), 실시간 클럭부(130), 온도 센서부(140), 제어부(150), 통신부(160), 기록 차단 스위치부(170), 기록 저장부(180), 관리 서버(190) 등의 구성요소가 구성된다. 이들 구성요소를 설명하면 다음과 같다. 1 is a system block diagram of a power quality management apparatus using a recording storage unit according to an embodiment of the present invention. The system block diagram includes
아크(arc) 감지부(110)는 제 1 전류 센서(100)로부터 감지된 전류를 감지하여 이를 제어부(150)에 전송한다. 이때, 보통 변류기(CT;current transformer)를 이용하게 되는데, 이를 보여주는 도면이 도 2a에 도시된다. 즉, 도 2a는 도 1의 아크 감지를 위해 CT(Current Transfomer: 변류기)를 이용한 일반적인 회로도이다. 이에 대하여는 도 2a 및 도 2b를 참조하여 후술하기로 한다. 아크 감지의 경우, 일반적인 과전류와는 달리 순시적 펄스형태(고조파)를 갖는 과전류를 감지하게 된다. The
본 발명의 이해를 위해서 앞서 기술한 바와 같이, 화재가 발생하는 원인은, 예컨대, 노화, 절연 및 배선 파괴, 과 사용 또는 과전류에 의한 기계적 및 전기적 스트레스, 연결 결함 및 절연과 배선에 대한 과도한 기계적 손상 등 매우 다양하다. 이러한 아크형 결합은 저전류 및 고 임피던스이고, 차단기의 열적 문턱값(Thermal threshold) 이하의 평균 실효값(Root Mean Square; RMS)을 갖는 전류를 발생시키기 때문에 케이블 단절 장치가 결함에 반응하지 않게 되고, 그에 따라 화재가 발생하는 경우가 많아진다.As described above for the understanding of the present invention, the causes of fire may be caused, for example, by aging, insulation and wiring breakdown, mechanical and electrical stress due to overuse or overcurrent, connection defects and excessive mechanical damage to insulation and wiring. And so on. This arc-coupling is low current and high impedance and generates a current with a root mean square (RMS) below the thermal threshold of the circuit breaker, making the cable disconnect device unresponsive to faults. As a result, fires often occur.
한편, 여기서 사용되고 있는 제 1 전류센서(100)는 중립 도전력선(LINE(N)) 또는 핫라인(LINE(H))에 연결되며, 일반적으로 사용되는 CT형 전류센서이다. 이러한 전류센서는 보통, 방향성 규소 강판 등을 링 형상으로 감은 코어에 2차 코일을 감고 그 링의 중앙 구멍에 피감지 전류선(1 차선)을 관통시키면 관통 전류의 권수분의 1의 출력이 얻어지는 구조를 갖는다. 따라서, 이상적으로는 출력 전류의 i(out)은 다음식과 같다. 물론, 이는 본 발명의 이해를 위한 것으로 이에 제한되지 않는다.Meanwhile, the first
[수학식 1][Equation 1]
i(out) = i / n i (out) = i / n
여기서, n은 2차 코일수가 된다.Here, n is the number of secondary coils.
과전류 감지부(112)는 위에서 설명한 변류기(CT; Current Transformer)를 이용하여 정격 전류 이상의 전류를 감지하고, 이를 제어부(150)에 전달하는 역할을 한다. 물론, 이를 위해서는 중립 도전력선(LINE(N))에 연결된 제 1 전류센서(100)가 구성된다. 한편으로는, 도 1에서는 단상 2선으로 전력선이 도시되어 있지만, 이에 한정되지 않으며, 예를 들면 단상 4선식 또는 3상 3선 등의 전력선도 가능하다. The
따라서, 과전류 감지부(112)는 제 1 전류 센서(100)로부터 출력된 신호를 DC로 정류 및 평균화해서 전류 크기를 감지한다. 정격에 해당되는 전류보다 일정치 이상 전류 흐름이 감지될 경우 과전류로 판단하게 되며, 이는 따라서 전력선의 현재 상황이 화재를 일으키기에 충분한 알람 상태임을 나타낸다. Therefore, the
누설전류 감지부(114)는 영상 변류기(ZPCT; Zero Phase Current Transformer)를 이용하여 누설 전류를 감지하고, 이를 제어부(150)에 전달하는 역 할을 한다. 물론, 이를 위해서는 상 도전력선(LINE(H))과 중립 도전력선(LINE(N))에 연결되는 제 2 전류센서(102)가 구성된다. 이를 구현하는 예가 도 3에 도시된다. 즉, 도 3은 앞서 기술한 아크 감지부(110)와 유사하게, 영상 변류기를 이용하여, 정격 누설 전류 이상의 전류를 감지하기 위한 회로도이다. 이에 대하여는 후술하기로 한다. The leakage
입력전압 감지부(116)는 전압 변환기(PT: Power Transformer)를 이용하여 입력 전압을 감지하고, 이를 제어부(150)에 전달하는 역할을 한다. 물론, 이를 위해서는 상 도전력선(LINE(H))과 중립 도전력선(LINE(N))에 연결된 전압센서(104)가 구성된다. 따라서, 입력전압 감지부(116)는 전압 센서(104)로부터 발생된 신호를 DC 정류화 시켜서 신호를 감지한다.The
보통, 정상적인 상태에서는 정격 AC 전압에 해당되는 전압과 N:1에 대응하는 정격 DC 출력이 발생한다. 하지만, 과전압 혹은 저전압 발생하는 경우, 정격 DC 출력 값과는 일정 전압 이상 차이가 나는 DC전압이 발생한다. 이 발생된 DC전압을 이용하여, 입력 전압 감지부(116)는 이를 과전압 혹은 저전압으로 판단하고, 판단된 결과를 제어부(150)에 전송한다.Normally, under normal conditions, a voltage corresponding to the rated AC voltage and a rated DC output corresponding to N: 1 are produced. However, in the event of overvoltage or undervoltage, DC voltage is generated which is different from the rated DC output value by a certain voltage or more. Using the generated DC voltage, the
온도 감지부(118)는 온도 센서를 이용하여 전력선의 온도를 감지하고, 이를 제어부(150)에 전달하는 역할을 한다. 물론, 이를 위해서는 온도 센서(106)가 전력선 중 하나인 상 도전력선(LINE(H)) 또는 중립 도전력선(LINE(N))에 혹은 2선 모두에 연결된다. The
보통 온도 센서는 금속선이나 반도체의 저항값이 온도에 따라 변화하는 성질 을 이용한다. 따라서, 온도 센서로부터 발생되는 아날로그(ANALOG) 출력을 ADC(Analog-Digital Converter) 소자(미도시)를 통하여 아날로그-디지털 변환하여 온도에 해당하는 디지털(DIGITAL) 값을 출력한다. 이를 통해 전력선의 온도가 일정 수치 이상인지 아닌지를 이용하여, 전력선의 과열 발생 여부를 판단할 수 있게 된다. Normally, temperature sensors use the property that the resistance of a metal wire or semiconductor changes with temperature. Therefore, the analog output from the temperature sensor is analog-to-digital converted through an analog-digital converter (ADC) device (not shown) to output a digital value corresponding to the temperature. Through this, it is possible to determine whether overheating of the power line occurs by using whether or not the temperature of the power line is above a certain value.
스위치 제어부(120)는 제어부(150)로부터 명령을 받아 부하(109)의 앞에 구성된 AC 스위치부(108)를 제어하는 기능을 수행한다. 즉, 감지부(110 내지 118)가 감지한 정보에 따라 전력선에 이상이 있는 경우, 제어부(150)는 부하(109) 쪽에 전달되는 전원을 차단한다. 이를 위해, 스위치 제어부(120)는 Thyristor, 릴레이(RELAY), SSR(무접점 릴레이: Solid State Relay), MS(마그네틱 스위치) 등을 활용해 구성될 수 있다. The
AC 스위치부(108)는 스위치 제어부(150)에 의해 부하(109)에 전달되는 전원을 차단하는 역할을 한다. The
실시간 클럭부(130)는 전력선상에 알람이 발생한 시각을 정확히 기록하기 위한 시간 정보를 전달하는 장치이다. The real
제어부(150)는 감지부(110 내지 118)로부터 전력선 이상에 대한 정보를 수신하고 이 정보를 통하여 전력선의 현재 상태를 감시하고, 이상 발생 시 알람을 발생시키며, 이러한 전력선 이상으로 인해 발생하는 화재 원인을 분석하도록 하는 화재 이력 정보를 기록 저장부(180)에 저장한다. The
또한, 제어부(150)는 화재 등으로 인한 과다 위험 상황에 따른 알람 발생 시, 스위치 제어부(120) 및 기록 차단 스위치부(170)를 제어하여, 부하(109) 또는 기록 저장부(180)쪽으로 전달되는 전원을 차단한다. 즉, 화재 발생시, 제어부(150)는 기록 저장부(180)쪽으로 이상 전원이 유입되어 기록 저장부(180) 내의 메모리가 손상되지 않도록 기록 차단 스위치부(170)을 차단(OFF)시키는 기능을 수행한다. 이러한 화재 이력 정보의 저장 및 전원 차단 과정을 보여주는 순서도가 도 5에 도시된다.In addition, the
이와 함께, 관리자가 수시로 전력선의 상황을 파악할 수 있도록, 감지부(110 내지 118)로부터 감지된 상황 정보를 관리 서버(190)에 전송한다. In addition, the manager transmits the situation information detected by the
이를 위해, 제어부(150)는 이러한 화재 이력 정보의 저장, 전원 차단, 및 관리 서버(190)쪽으로 전력선의 감지 정보를 전송하도록 하는 알고리즘을 실행하는 마이크로 프로세서와 이 알고리즘을 구현하기 위해 마이크로 프로세서가 사용하는 정보 및 데이터를 저장하는 내부 메모리 등으로 구성된다.To this end, the
내부 온도 센서부(140)는 전력선 상의 이상으로 인한 화재와 같은 사고로 인해 기록 저장부(180) 내의 메모리 파괴 위험시 기록장치(180)를 보호하기 위해 제어부(150)와 기록 저장부(180) 간의 데이터 버스를 차단하기 위한 온도 정보를 제어부(150)에 제공하는 역할을 수행한다. The internal
통신부(160)는 알람 및 화재 이력에 관한 데이터 및 신호를 관리 서버(190)에 전송하거나 이 관리 서버(190)로부터 명령어를 수신 받는 역할을 수행한다. 물론 이를 위해, 통신부(160)는 유선 LAN 또는 RS-485 등과 같은 유선 통신을 이용하는 것도 가능하고, 블루투쓰, 무선 LAN, 와이브리(wibree), 적외선 통신 등과 같은 무선 통신을 이용할 수 있다. The
관리 서버(190)는 실시간 또는 화재 발생 시 제어부(150)가 전송해온 정보를 바탕으로 전력선 상의 현재 상태를 사용자가 볼 수 있도록 제공하는 역할을 한다. 이를 위해, 관리 서버(190)에는 모니터(미도시), 데이터 베이스 서버(미도시) 등이 구성될 수 있다. The management server 190 serves to allow a user to view the current state on the power line based on information transmitted from the
기록 저장부(180)는 화재 이력에 대한 정보를 저장하는 역할을 한다. 따라서, 기록 차단 스위치부(170)를 통하여 제어부(150)와 연결되거나 또는 끊어져, 화재 시에도 이상 전원으로부터 보관된 정보를 안전하게 보관한다. 이를 위해, 기록 저장부는 도 4에 도시된 구성을 갖게 된다. 이에 대하여는 해당하는 도면에서 후술하기로한다.The
도 2a는 도 1의 아크 감지를 위해 CT(Current Transfomer: 변류기)를 이용한 회로도이다. 앞서 기술한 바와 같이, 아크 감지부(110)는 제 1 전류 센서(100)와 연결되어, 이 제 1 전류 센서(100)가 감지한 전력선의 전류를 디지털로 변환하는 과정을 거쳐 이를 도 1의 제어부(150)에 전송한다. 이를 위해, 이 아크 감지부(110)에는 최소 상용 전원 주파수보다 2.5배 이상에 해당되는 샘플링 주파수로 동작하는 ADC(Aanalog-Digital Converter)가 구성된다. FIG. 2A is a circuit diagram using a CT (Current Transfomer) for arc detection of FIG. 1. As described above, the
따라서, 이 ADC를 통해 신호를 추출한 후 FFT(fast fourier transform)를 통해 주파수 DATA를 추출하는 과정이 있게 된다. 이후 정상상태에서 발생되는 고조파 성분(보통 3F1,5F1,7F1등 홀수 고조파 성분들(도 2b참조) 대비 아크 발생 시 발생되는 고조파 성분의 발생 크기를 비교해 임계 치 이상일 경우 아크로 판단(일정 시 간 이상 발생 시)한다. 이를 보여주는 도면이 도 2b에 도시된다. Therefore, there is a process of extracting the signal through the ADC and then extracting the frequency data through the fast fourier transform (FFT). After that, compare the magnitude of harmonics generated during arc generation to the harmonics generated in the normal state (usually 3F1, 5F1, 7F1, etc.) (see Fig. 2b). A diagram showing this is shown in Figure 2b.
도 2b는 도 2a의 회로도에 따른 정상 상태의 전력 측정치와 아크 발생 시 전력 감지치를 보여주는 그래프이다. 즉, 정상 상태의 전력 측정치(210)와 아크가 발생한 상태의 전력 감지치(220)가 각각 그래프로 보여진다. 이 도 2b을 참조하면, 정상 상태의 전력 측정치(210)에서 3F1, 5F1, 7F1, 9F1은 임계치를 넘고 있지 않지만, 아크가 발생한 경우의 전력 측정치(220)에서 3F1, 5F1, 7F1, 9F1은 임계치를 넘고 있음을 볼 수 있다. FIG. 2B is a graph showing power measurements in a steady state and power detection values in the occurrence of an arc according to the circuit diagram of FIG. 2A. That is, the
도 3은 도 1의 누설 전류 감지를 위해 CT를 이용한 회로도이다. 앞서 기술한 바와 같이, 누설 전류 감지부(112)는 제 2 전류 센서(102)로부터 발생된 신호를 DC 정류화 시켜서 신호를 감지한다. 이러한 정류화를 위해, 누설 전류 감지부(112)에는 브리지 다이오드 회로(300)가 구성된다. 또한, ADC를 사용해서도 감지할 수 있다.3 is a circuit diagram using a CT for detecting the leakage current of FIG. As described above, the leakage
따라서, 정상적인 상태에서는 AC LINE에 해당하는 상 도전력선(LINE(H))과 중립 도전력선(LINE(N)) 2개의 선에 흐르는 전류가 부하를 통해서 흐르기 때문에 같은 크기를 갖고, 방향은 반대이므로, 제 2 전류 센서(102)를 통해 흐르는 전체 전류의 합은 0이 된다. 하지만, 상 도전력선(LINE(H)) 또는 중립 도전력선(LINE(N)) 중 어느 한 선을 통해 누설 전류가 발생할 경우, 전류의 합은 0에서 벗어나 일정 크기 이상이 된다. 이 일정 크기 이상의 신호가 감지될 경우 누설전류로 판단하며, 이는 전력선에 화재를 야기할 수 있으므로 알람 상태를 나타낸다.Therefore, in the normal state, since the current flowing through the two lines of the upper conductive line (LINE (H)) and the neutral conductive line (LINE (N)) corresponding to the AC line flows through the load, they have the same magnitude and the direction is opposite. The sum of the total current flowing through the second
도 4는 도 1에서 화재의 원인에 대한 감지 정보를 저장하는 기록 저장부의 블럭도이다. 기록 저장부(180)는 회로 보드부(400)와 이 회로 보드부에 연결된 메모리부(410)로 구성된다. 물론, 앞서 기술한 바와 같이, 회로 보드부(400)는 기록 차단 스위치부(170)와 연결된다. 따라서, 기록 차단 스위치부(170)는 화재 발생 시 도 1의 제어부(150)에 의해 차단(OFF)되어 회로 보드부(400)에 유입되는 이상 잡음 차단 및 이상 동작을 차단할 수 있다. FIG. 4 is a block diagram of a recording storage unit that stores detection information of a cause of a fire in FIG. 1. The
이 기록 장치부(180)는 화재가 발생한 이후, 화재의 원인을 분석하기 위한 데이터를 안전하게 보관해야 하므로, 화재 보호용 단열재 케이스(305)에 둘러싸이게 된다. 단열재 케이스의 재료로는 석고,카본, 폴리 우레탄 등이 사용될 수 있다. Since the
또한, 메모리부(410)는 하드 디스크 드라이브, 플래시 메모리, FRAM(Ferro-electric RAM), PRAM(Phase-change RAM), MRAM(Magnetic RAM) 등과 같은 비휘발성 메모리가 사용될 수 있다. The
다음으로, 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 화재의 원인에 대한 감지 이력 정보를 저장하는 과정을 보여주는 흐름도이다. 앞서 기술된 도 1 내지 도 4를 참조하여, 화재의 원인이 되는 감지 이력 정보 과정을 설명하면 다음과 같다. Next, FIG. 5 is a flowchart illustrating a process of storing detection history information on a cause of a fire according to an embodiment of the present disclosure. Referring to Figures 1 to 4 described above, it will be described the detection history information process causing the fire as follows.
도 1의 감지부(110 내지 118)에 미리 알람 한계치를 설정한다(단계 S500). 즉, 앞서 기술한 바와 같이, 각 감지부(110 내지 118)가 해당 센서(100 내지 106)로부터 감지된 전류, 온도, 전압 등이 기준치를 넘어서는 경우 전력선의 현재 상태를 이상으로 판단하게 된다. 따라서, 이러한 기준치인 알람 한계치를 감지부에 미리 설정해 놓는 것이다. Alarm limits are set in advance in the
물론, 감지부(110)에 이러한 알람 한계치를 정해놓지 않고 대신에 제어 부(150)에 이를 설정해 놓고 감지부(110)로부터 전송된 전류, 온도, 전압 등이 한계치를 넘어섰는지를 판단하는 것도 가능하다. 이는 구성의 설계를 어떻게 하느냐에 따라 다를 수 있다. 이후, 단계 S510 내지 단계 S550이 반복 수행된다. Of course, instead of setting the alarm limit value in the
도 1의 감지부(110 내지 118)는 전력선, 즉 상도전력선(LINE(H)) 및 중립 도전력선(LINE(N))으로부터 현재의 전력선 상태를 감지한다(단계 S510). 부연하면, 아크 감지부(110)는 아크 발생 여부를, 과전류 감지부(112)는 과전류 발생 여부를, 누설 전류 감지부(114)는 누설 전류 발생 여부를, 입력 전압 감지부(116)는 과전압 또는 저전압 발생 여부를, 온도 감지부(118)는 전력선의 온도가 일정이상을 상회하는 지를 감지한다. The
감지부(110 내지 118)는 이 감지된 정보를 미리 설정된 알람 비교치와 비교한다(단계 S540). 즉, 감지된 전류, 온도, 전압 등의 감지 정보를 설정된 알람 비교 치와 비교한다. The
비교 결과, 감지 정보가 미리 설정된 한계치보다 크면, 도 1의 제어부(150)는 감지 정보를 기록 저장부(180)에 저장하고, 또한 감지 정보를 관리 서버(190)에 전송한다(단계 S530). 즉, 알람 발생시 자료를 저장한다. 물론, 이때 도 1의 실시간 클럭부(130)로부터의 시간 데이터도 포함하여 저장된다. As a result of the comparison, if the sensed information is larger than the preset threshold, the
단계 S540의 비교 결과, 감지 정보가 미리 설정된 한계치보다 크면, 도 1의 제어부(150)는 내부 온도 센서부(140)로부터 감지된 자체 내 온도와 미리 설정된 기준 온도(제어부에 미리 설정된 온도임)를 비교한다(단계 S540). 부연하면, 내부 온도 센서부(140)는 전력 품질 관리 장치(도 1에서 관리 서버(190), 부하(109) 등 을 제외한 구성요소로 이루어짐)의 내부 온도를 측정한다. 물론, 이러한 비교를 위해 제어부(150)에는 미리 설정된 기준 온도가 저장되어 있다. As a result of the comparison of step S540, when the sensing information is greater than the preset threshold, the
비교 결과, 자체 내 온도가 미리 설정된 기준 온도보다 높으면, 이는 화재 등르로 인해 제품의 손상이 발생 할 수 있는 상태로 간주할 수 있으므로, 이를 도 1의 관리 서버(190) 및 기록 저장부(180)에 전송하고, 기록 차단 스위치부(170)를 오프시켜, 기록 저장부(180)쪽으로 흐르는 전원 및 정보 교류 등을 차단한다. 따라서, 기록 저장부(180)는 단열재에 싸여있는 상태이므로, 기록 저장부(180)에는 기록 차단 스위치부(170)가 오프되기 까지 최종 감지 정보를 포함하는 데이터가 안전하게 저장된다. 즉, 기록 저장부(180)쪽으로 유입되는 이상 전원 및 정보 흐름이 차단되고, 제어부(150)의 오동작으로 인한 오류 데이터도 차단되므로, 감지 정보에 대한 정확한 데이터가 기록 저장부(180)에 안전하게 저장 보관된다. As a result of comparison, if the internal temperature is higher than the preset reference temperature, it may be regarded as a state in which damage to the product may occur due to fire, and thus, the management server 190 and the
즉, 일반 배선 차단기의 경우 과전류가 배선 차단기 내의 바이메탈을 통해 일정시간 흐르면 바이메탈의 열적 특성에 의해 스위치가 차단 동작을 하기 때문에 그만큼 지연 시간이 발생하는 것이 종래 방식의 문제점이다. 따라서, 이 지연 시간 동안, 기록 저장부(180)의 데이터는 화재의 위험 요소를 더 많이 노출되어 있었다. 하지만, 도 1 내지 도 5에 따른 본 발명에 의할 경우, 그러한 지연 시간이 없이 화재 발생 시 원인 분석을 위한 데이터가 저장되는 것이 가능하다. That is, in the case of a general circuit breaker, when the overcurrent flows through the bimetal in the circuit breaker for a predetermined time, the delay time is generated because the switch operates by the thermal characteristic of the bimetal. Therefore, during this delay time, the data in the
다음으로, 본 발명의 다른 실시 예로서, 냉장고, 세탁기, TV 등과 같은 개별 가전 제품의 실시간 전력 사용량을 분석하는 장치를 설명한다. 이러한 장치의 시스템 블럭도를 보여주는 도면이 도 6에 도시된다. Next, as another embodiment of the present invention, an apparatus for analyzing real-time power usage of individual household appliances such as a refrigerator, a washing machine, a TV, and the like will be described. A diagram showing a system block diagram of such an apparatus is shown in FIG. 6.
전력 사용량 분석 장치(620)에는 전류 센서(100), 전류 감지부(612), 전압 센서(104), 전압 감지부(616), 제어부(150), 통신부(160) 등이 구성된다. 이들 구성요소는 앞서 기술한 도 1에서 설명한 기능을 수행하므로, 본 발명의 다른 실시 예에 대한 명확한 이해를 위해 이에 대한 설명은 생략하기로 한다. 물론, 도 1에서 기술한 것과 수행하는 기능이 약간 다를 수 있으나, 이는 설계상의 문제에 불과하므로, 그 기능은 유사할 수 있다. The power usage analysis device 620 includes a
전력 사용량 분석 장치(620)에는 건물의 벽면 등에 설치된 AC 전원용 콘센트(600)에 연결하기 위한 전원 플러그(601)와, 부하(109)에 연결하기 위한 부하용 콘센트(602)가 더 구성된다. 즉, 전력 사용량 분석 장치(620)는 AC 전원용 콘센트(600)와 부하(109) 사이에 꽂혀져 AC 전원용 콘센트(600)로부터 부하(109)로 유입되는 전원을 감지하는 것이다. 따라서, 전원 플러그(601)와 부하용 콘센트(602)는 이해하기 쉽게 설명하면, 전원 연결부의 역할을 한다. 이하에서는, 전원 연결부는 전원 플러그(601)와 부하용 콘센트(602)로 구성되는 것으로 하자. The power usage analysis device 620 further includes a
또한, 여기서 부하(109)는 앞서 설명한 바와 같이, 냉장고, 세탁기, TV, 컴퓨터 등의 가전 제품일 수 있지만, 본 발명은 이에 한정되지는 않는다. 물론, 부하(109)는 개별적으로 하나의 가전 제품일 수 있으나, 여러 개의 가전 제품이 될 수 있다. 가량 예를 들면, 멀티코드가 연결되는 경우를 가정해볼 수 있을 것이다.In addition, as described above, the
이제, 이 전력 사용량 분석 장치(620)가 어떻게 동작하는 지를 설명하도록 하자. Now, let's explain how the power usage analysis device 620 operates.
AC 전원용 콘센트(600)에 전력 사용량 분석 장치(620)의 전원 플러그(601)가 연결되고, 부하용 콘센트(602)에 부하(109)가 연결되면, 전류 센서(100)와 전압 센서(104)는 각각 전류와 전압을 감지한다. 감지된 전류는 전류 감지부(612)에 의해 감지된 전류 값으로 생성되고, 감지된 전압은 전압 감지부(616)에 의해 감지된 전압 값으로 생성된다. When the
물론, 본 발명에서는 명료한 이해를 위해, 전류 센서(100) 및 전압 센서(104)를 전류 감지부(612) 및 전압 감지부(616)를 별도로 구성하였으나, 전류 감지부(612)가 전류 센서(100)를 포함하고, 전압 감지부(616)는 전압 센서(104)를 포함하여 구성할 수 도 있다. Of course, in the present invention, for the sake of clarity, the
제어부(150)는 전류 감지부(612)로부터 감지된 전류 값을 수신하고, 전압 감지부(616)로부터는 감지된 전압 값을 수신하고, 이 전류 값과 전압 값을 곱하여 부하(109)가 사용한 전력 사용량을 계산한다. 즉, 제어부(150)는 다음 식을 이용하여 부하(109)가 사용한 전력 사용량을 산출한다.The
[수학식 2][Equation 2]
여기서, I는 전류 감지부(612)에 의해 감지된 전류값이고, V는 전압 감지부(616)에 의해 감지된 전압값이다. Here, I is a current value sensed by the
산출된 전력 사용량은 통신부(160)를 통해 관리 서버(도 1의 160)에 구비된 제 2 통신부(610)에 전송된다. 따라서, 앞서 진술한 바와 같이, 관리 서버(160)를 통해 부하(109)의 전력 사용량이 실시간으로 디스플레이될 수 있다. 따라서, 원격 으로 전력 사용량을 파악하는 것이 가능하다. The calculated power consumption is transmitted to the
물론, 통신부(160) 대신에 표시부(미도시)를 구성하여, 이 산출된 전력 사용량을 디스플레이하는 것도 가능하다. 즉, 제어부(150)에 표시부를 직접 연결시켜, 산출된 전력 사용량을 실시간으로 표시하는 것이다. 표시부로는 OLED(Organic Light Emitting Diode), LCD(Liquid Crystal Display) 등이 사용될 수 있다. Of course, it is also possible to configure a display unit (not shown) instead of the
이상에서 바람직한 일실시 예를 참조하여 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있고, 위 일 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 본 발명의 보호범위는 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described above with reference to a preferred embodiment, it is clear that the present invention may use various changes, modifications, and equivalents, and may be applied in the same manner by appropriately modifying the above embodiment. Therefore, the protection scope of the present invention will be defined by the claims.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기록 저장부를 이용하는 전력 품질 관리 장치의 시스템 블럭도이다.1 is a system block diagram of a power quality management apparatus using a record storage unit according to an embodiment of the present invention.
도 2a는 도 1의 아크 감지를 위해 CT(Current Transfomer: 변류기)를 이용한 회로도이다.FIG. 2A is a circuit diagram using a CT (Current Transfomer) for arc detection of FIG. 1.
도 2b는 도 2a의 회로도에 따른 정상 상태의 전력 측정치와 아크 발생 시 전력 감지치를 보여주는 그래프이다.FIG. 2B is a graph showing power measurements in a steady state and power detection values in the occurrence of an arc according to the circuit diagram of FIG. 2A.
도 3은 도 1의 누설 전류 감지를 위해 CT를 이용한 회로도이다.3 is a circuit diagram using a CT for detecting the leakage current of FIG.
도 4는 도 1에서 화재의 원인에 대한 감지 정보를 저장하는 기록 저장부의 블럭도이다.FIG. 4 is a block diagram of a recording storage unit that stores detection information of a cause of a fire in FIG. 1.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 화재의 원인에 대한 감지 이력 정보를 저장하는 과정을 보여주는 흐름도이다. 5 is a flowchart illustrating a process of storing detection history information on a cause of a fire according to an embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 부하별 전력 사용량을 실시간으로 분석하는 부하별 전력 사용량 분석 장치의 시스템 블럭도이다.6 is a system block diagram of an apparatus for analyzing power usage by load, which analyzes power usage by load according to another embodiment of the present invention in real time.
**** 도면의 주요 부호 설명 ******** Description of the main signs in the drawings ****
109 : 부하 104 : 전압센서109: load 104: voltage sensor
616: 전압 감지부 100 : 전류센서616: voltage detection unit 100: current sensor
612 : 전류감지부 150 : 제어부612: current sensing unit 150: control unit
160 : 통신부 600 : 전원용 콘센트(AC Consent)160: communication unit 600: power outlet (AC Consent)
601 : 전원 플러그(AC Plug) 602 : 부하용 콘센트(AC Consent)601: AC plug 602: outlet for load (AC Consent)
610 : 제 2 통신부610: second communication unit
Claims (12)
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