KR20110059683A - 원격 전기안전 진단 시스템 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 U-city 환경에서 수배전반 및 분전반의 전기안전관련 데이터 및 침수, 아울렛 접속불량 등의 사용자의 주위환경을 센싱한 데이터를 원격의 U-city 통합정보센터의 서버에서 관리할 수 있도록 구성된 전기안전진단시스템 및 그 장치에 관한 것이다.

보다 자세하게는, U-city 통합정보망을 이용해 U-city 통합정보센터의 서버에서 U-city 상의 공공기관, 상가, 빌딩, 주택에서 발생할 수 있는 전기재해를 사전에 검출, 분석하여 분전반이나 수배전반의 전기설비에서 전기로 인한 화재나 감전 및 사용자의 시설 사용 환경(침수, 온도, 가스, 아울렛 접속불량 등)의 위험을 사전에 예방하는 전기안전진단시스템 및 그 장치에 관한 것이다.

본 발명의 원격 전기안전 진단 시스템은, 수변전실의 전기설비의 안전을 진단하기 위하여 비접촉 아크센서 및 부분방전센서로 검출하여 검출된 파형에서 아크 또는 부분방전을 진단하여 진단 데이터로 저장하고 유무선통신으로 진단 데이터를 상위서버로 전송하는 기능이 포함된 디지털 수배전반; 및 메인 차단기와 분기차단기가 구비되며 전원라인을 통해 입력되는 교류전압 또는 전류를 검출하여 검출 데이터로 저장하고 유무선통신으로 검출 데이터를 상위서버로 전송하는 디지털 분전반을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

분전반, 수배전반, SMPS, 검출센서, 아크, 부분방전

Description

원격 전기안전 진단 시스템 및 장치{The remote electricity safety management system and apparatus}

본 발명은 U-city 환경에서 수배전반 및 분전반의 전기안전관련 데이터 및 침수, 아울렛 접속불량 등의 사용자의 주위환경을 센싱한 데이터를 원격의 U-city 통합정보센터의 서버에서 관리할 수 있도록 구성된 전기안전진단시스템 및 그 장치에 관한 것이다.

보다 자세하게는, U-city 통합정보망을 이용해 U-city 통합정보센터의 서버에서 U-city 상의 공공기관, 상가, 빌딩, 주택에서 발생할 수 있는 전기재해를 사전에 검출, 분석하여 분전반이나 수배전반의 전기설비에서 전기로 인한 화재나 감전 및 사용자의 시설 사용 환경(침수, 온도, 가스, 아울렛 접속불량 등)의 위험을 사전에 예방하는 전기안전진단시스템 및 그 장치에 관한 것이다.

현재시대는 새롭게 구현되고 있는 유비쿼터스 기술, 첨단 정보통신기술, 공간 활용기술을 이용한 U-city 환경에서 적합한 전기안전 및 사용자 시설환경에 대한 적합한 전기재해 예방 시스템이 요구되고 있는 실정이다.

기존의 수배전반이나 저압배선용 분전반은 수동형이었으나 최근에 와서는 전자제어기가 결합되어 전력의 품질 및 전력량을 측정하여 디지털 전송하는 방향으로 발전해가는 경향이 있다. 다만, 기존의 분전반이나 수배전반에서는 전기안전에 있어 위험요소들을 측정하고 전송하는 중요한 기능들이 빠져있어 생활의 편리성과 안전성을 IT기술을 접목하여 해결하고자 하는 U-city 체제에 그대로 적용하기에는 부족한 면이 많았다.

통상적으로 전기재해 중 전기화재의 주요원인은 합선, 과전류, 아크, 누전 등이다. 또한 사용자의 주위 시설 환경(침수상태, 가스, 온도, 홈아울렛 접속불량)에 의한 경우도 주요원인이 되고 있다.

특히, 기존 수배전반에서는 내부의 부품 고장 및 절연 열화 등으로 인하여 예고 없이 정전 및 전기사고 등이 자주 발생되고 있다. 왜냐하면, 기존의 수배전반에서는 정전 및 전기사고를 미연에 방지할 수 있도록 수배전반에서 아크 및 부분 방전을 검출하기 위한 방안이 전무한 상태에 있었다.

또한, 가정에서 사용하는 분전반에는 누전이나 과부하시에 내부의 차단기가 동작하면서 전원공급을 차단할 뿐, 분전반 자체의 안전상태, 분전반 내부에 차단기 접속부나 배선 등에서 과부하, 과열 등으로 인하여 발생하는 가스정보, 주택, 아파트, 상가, 빌딩 등 모든 건물에 시설된 아울렛 접속 불량 및 사용전력량 등에 대한 정보를 제공받을 수 있는 설비가 거의 전무한 상태라서 실제로 화재사고를 미연에 방지할 수 있는 기능은 부족한 실정이다.

종래의 분전반에 설치된 배선용차단기를 보게 되면, 내부에 마이크로스위치를 장착하여 차단기의 상태를 전송하고 있다.

도 1은 종래의 분전반에 설치된 전원상태를 검출하기 위한 마이크로 스위치가 장착된 3상식 배선용 차단기를 도시한 것으로서, 도시된 바를 참조하면 배선용차단기에는 마이크로 스위치가 내장되어 있다.

보다 자세하게 설명하면, 종래의 3상용 배선용차단기에는 마이크로 스위치를 사용하여 차단기 내부의 기구부를 이용하여 마이크로 스위치의 접점을 ON/OFF 함으로써 차단기가 동작된다.

또한, 배선용차단기에는 이러한 동작상태를 외부신호로 송신하여 관리자가 감시할 수 있도록 원격감시기능을 추가하여 구성하고 있다. 다시 말해, 상기 마이크로 스위치는 이상상태가 발생하여 트립이 발생하였음을 나타내는 경보신호를 발생시켜 외부의 관리자측에 경보신호를 보내어 차단기가 트립되었음을 알리게 된다.

그러나, 마이크로 스위치(10)가 장착된 배선용차단기의 경우 좁은 공간상에 마이크로 스위치의 장착이 쉽지 않으며, 배선용차단기의 설치 공수 증가에 따른 비용이 상승되며, 기구부의 구동 방향 마찰에 의한 접점 손실이 우려되고 있다.

또한, 마이크로 스위치(10)는 단상용 분기차단기와 같은 소규모의 차단기에는 사실상 장착이 힘들어서, 분기차단기의 상태에 대해 정확하게 검출하는 기능을 갖춘 분전반은 전무한 상태이다.

또한, 배선용차단기와는 달리 분전반을 통해 다수로 배치 설비되는 분기차단기별로 마이크로 스위치를 장착하여 이를 통해 외부로 신호를 전달하기 위한 라인설비를 갖추어진 분전반을 구성하는 것 또한 가격상승과 설비상의 난점으로 인해 사실상 불가능한 문제점을 갖고 있다.

또한, 종래에는 아크와 누설전류, 과전류, 과전압, 차단기의 on/off상태를 상시로 관리자를 통해 원격 감시하도록 하는 원격시스템을 갖춘 분전반은 아직 미흡한 실정이다.

또한, 종래의 분전반이나 배전반 시스템의 제어기에서는 전력 감시 또는 측정을 위해 교류전압의 측정이 필요하다. 여기서, 상기 분전반이나 배전반 시스템의 제어기는 안정성을 이유로 1차 교류측과 절연된 회로로 구성이 된다.

그러나, 시스템 제어기에서 1차측의 교류전압 측정회로 또는 감지회로가 비절연의 형태로 구성이 된다면 교류전원측과 안정성을 이유로 절연된 구성의 제어기는 다시 비절연 형태로 되는 문제점을 갖게 된다.

종래의 절연된 교류전압을 감지하는 방법의 대표적인 예는 저주파 트랜스포머를 이용하여 절연을 시키고 전압을 강하하여 전압값을 취득하는 방법 또는 고가의 전용 반도체 집적회로 또는 교류전압의 크기를 낮은 전압으로 분압하여 각 프로세서에서 읽어 들이는 방법을 사용하는 것이나 회로의 부피가 커서 집적도가 떨어지고 중량이 무겁기 때문에 최근의 반도체 및 전자산업의 발달에 따른 추세에 역행 하는 것이다.

종래의 경우 교류 전압감지회로는 다양한 방법으로 사용되어 왔으나, 일반적으로 교류전압단과 직류전압단이 전기적으로 절연이 되어 있지는 않았다.

다시 말해, 종래처럼 교류 전압감지회로가 고가의 전용 반도체 집적회로 또는 교류전압의 크기를 낮은 전압으로 분압하여 각 프로세서에서 읽어 들이는 방법을 사용하는 경우 전용 반도체 집적회로의 출력신호와 각 프로세서의 구동전원은 1차측인 상용전원측과 접지가 공통으로 연결된다. 이러한 전압신호를 읽어들여 각종 디지털 기기 및 제어기와 같은 2차 시스템에서 경보 또는 제어신호로 사용하기 위해서는 2차측 시스템의 접지가 또한 공통이 되어야 하는데, 이렇게 되면 1차측과 시스템의 접지인 2차측이 절연이 되지 않는 문제점을 갖게 된다.

따라서, 일반적으로 디지털 기기 또는 제어기는 교류전압단과 전기적으로 절연이 되어있는 상태에서 종래방식의 비절연 교류전압감지회로의 경우는 사용자가 취급함에 애로사항이 많았으며 회로의 응용 및 타 회로와의 연결동작 등이 쉽지 않은 문제점이 있다.

또한 기존의 분전반 등에 설치되는 차단기에는 정격 전류이상으로 전류가 흘렀을 경우에 차단기 내부에 설치된 바이메탈(Bimetal)의 팽창계수의 변화로 만곡되어 차단기 구동 접점을 동작시켜 전원공급을 차단하며, 마찬가지로 차단기는 하부 배선에서 금속물질등과 같이 상간 단락사고가 발생할 경우 순시전류를 차단하도록 동작할 뿐만 아니라, 누전이 발생할 경우 영상변류기(ZCT)에 의해 불평형 전류를 감지하여 누전에 의한 인체감전사고나 화재사고를 예방하고 있다.

그렇지만, 이러한 차단기가 설치되어 있음에도 전 세계적으로 매년 전기에 의한 많은 화재가 발생하고 있으며, 이는 아크에 의한 결함, 연속적인 누전발생에 의한 차단기의 구동접점의 탄화, 배선의 절연 파괴, 과전류에 의한 배선의 기계적, 전기적 스트레스 증가 및 손상, 배선 연결결함 등의 매우 다양한 원인에 의해서 전기화재 및 인체사고로 이어지게 된다.

즉, 기존의 차단기는 단지 과전류나 누설전류가 발생시에 차단기능을 내장할 뿐이고 상기의 문제에 대한 검출기능이 내장되어 있지 않을 뿐만 아니라, 검출된 데이터를 원격에서 분전반이나 수배전반의 원격서버의 관리자들이 송신 받아 인식하여 감시할 수 있도록 데이터를 가공하여 송신하는 구성은 차단기에 전무한 상태이기 때문에 이러한 사고발생의 불씨는 항상 상존하게 되는 것이다.

다시 말해, 차단기 내부에 내장된 검출센서로부터의 신호를 원격에서 관리자들에게 인식하기 위해서는 데이터가공이 필요하나, 차단기에 그러한 데이터가공 기능을 포함하기에는 다수의 차단기별로 내장된 검출센서와 유선 연결된 상태로 분전반 또는 수배전반을 구성하여야 하나, 이러한 설치 자체가 어려울 뿐 아니라 유지관리 또한 현실적으로 어려운 문제점을 갖게 된다.

또한, 분전반의 분기차단기와 같은 소형의 차단기가 다수로 배치된 상태에 서 각각의 분기차단기에 유선을 연결하여 신호를 인출하면서 분전반을 구성하는 자체가 현실적으로 어렵다는 문제점을 갖게 된다.

상기의 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 U-city 환경에서 전기안전을 관리하기 위하여, U-city 에 구축되는 상가, 주택, 아파트, 관공서 등의 전기설비에 IT통신기반으로 지능형 수배전반, 지능형 층 분전반, 주위의 환경을 감시하는 센서 등을 이용하여 U-city 내에서 발생할 수 있는 전기 재해를 U-city 통합정보센터의 서버를 통해 사전에 예방하는 원격 전기안전진단시스템을 제시하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 U-city 환경에서 설치되는 수배전반과 분전반의 상태 및 침수, 온도, 진동, 아울렛 접속 불량 등의 주위 환경을 U-city 통합정보센터의 서버를 통해 실시간으로 감시 관리하며, 또한 상기 수배전반에는 아크 및 부분 방전을 검출하여 수배전반의 전기설비에 대한 종합적 전기안전 진단을 할 수 있는 원격 전기안전진단시스템을 제시하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 디지털 분전반의 제어기에 적용되어 누설전류 및 차단기의 접점의 ON/OFF 상태, 과전류 등의 각종 이벤트에 대해서 데이터 저장기능 및 상위서버로의 데이터 전송 기능을 갖춘 디지털 분전반을 갖춘 원격 전기안전진단시스템을 제시하는 것을 목적으로 한다.

또한, 상기의 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 교류전압의 크기를 절연된 직류전압의 신호로 감지하도록 구성된 SMPS가 장착된 디지털 분전반 또는 수배전반 원격 진단 시스템을 제시하는 것을 목적으로 한다

또한, 본 발명은 비접촉식 아크 및 부분방전 검출 기능을 제공하고 아크 데 이터 및 부분방전 데이터의 트렌드를 분석하고 위험진단지수 및 단기 예측 트렌드를 제공하여 미연에 전기안전 사고를 예방하는 것을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 원격 전기안전 진단 시스템은, 수변전실의 전기설비의 안전을 진단하기 위하여 비접촉 아크센서 및 부분방전센서로 아크와 부분방전을 검출하여 검출된 파형에서 아크 또는 부분방전을 진단하여 진단 데이터로 저장하고 유무선통신으로 진단 데이터를 상위서버로 전송하는 기능이 포함된 디지털 수배전반; 및

메인 차단기와 분기차단기가 구비되며 전원라인을 통해 입력되는 교류전압 또는 전류를 검출하여 검출 데이터로 저장하고, 부하에서 발생하는 아크를 검출차단하며, 유무선통신으로 검출 데이터를 상위서버로 전송하는 디지털 분전반을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한 전술한 구성에서, 디지털 수배전반은,

센서에서 미리 설정된 시간 동안 검출되는 아크데이터를 누적하여 저장하는 데이터누적부와, 아크 또는 부분방전의 알람레벨을 비교기를 통해 설정하여 상기 알람레벨을 초과하면 알람을 발생시키는 알람비교부와, 데이터누적부의 누적된 아크데이터에서 아크 또는 부분방전의 발생빈도를 검출 및 분석하여 현재 트렌드 또는 단기 예측 트렌드 데이터를 생성하여 저장하는 트렌드분석부를 포함할 수 있다.

또한 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 전기안전 진단 장치는,

수배전반 또는 분전반 내부에서 발생하는 아크를 센싱하여 아크 데이터로 저 장하는 아크데이터 검출부와, 아크데이터 검출부에서 검출된 아크 데이터가 미리 정해진 기준레벨을 초과하는지 판단하는 아크데이터판단부와, 소정의 시간 동안 검출되는 아크 데이터로부터 기준레벨을 초과하는 아크데이터가 검출되면 위험도를 증가시키고, 위험도가 미리 정해진 알람 레벨을 초과하는 경우 아크 발생으로 인한 알람 신호를 생성하는 제1위험도판단부를 포함할 수 있다.

또한 전술한 구성에서, 제1위험도판단부는 온오프 접점방식 또는 아날로그 선형신호검출 방식에 의하여 상기 위험도를 계산하고 아크 발생 트렌드를 분석하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한 전술한 구성에서, 수배전반 또는 분전반 내부에서 발생하는 부분방전을 검출하여 위험도를 판단하는 부분방전 진단모듈을 더 포함하며, 부분방전 진단모듈은 이미 알려진 노이즈가 분포하는 주파수 대역을 제외한 주파수 대역을 선택하여 부분방전 발생 여부를 측정할 수 있다.

또한 전술한 구성에서, 부분방전 진단모듈은 입력되는 신호의 크기가 미리 설정된 기준레벨 이하인 경우에는 노이즈로 판단하여 부분방전이 아닌 것으로 판단할 수 있다.

또한 전술한 구성에서, 부분방전 진단모듈은 부분방전을 측정하여 복수 종류의 통계적인 파라미터를 생성하며, 통계적인 파라미터를 이용하여 부분방전에 대한 위험진단지수를 생성하여 부분방전으로 인한 위험도를 분석할 수 있다.

또한 전술한 구성에서, 부분방전 진단모듈은,

수배전반 내부의 방전 신호를 측정하여 부분방전 데이터를 생성하는 부분방 전 데이터생성부와, 부분방전 데이터에 대하여 파이큐앤(phi-q-n) 분석을 수행하여, 위상종속배열을 생성하는 위상종속배열생성부와, 위상종속배열을 이용하여 상기 복수 종류의 통계적인 파라미터를 생성하는 통계파라미터생성부와, 통계적인 파라미터를 입력받아 적어도 2 종류 이상의 알고리즘을 적용하여 부분방전으로 인한 위험진단지수를 생성하는 위험진단지수생성부와, 부분방전으로 인한 위험진단지수를 분석하여 부분방전으로 인한 위험도를 판단하는 제2위험도판단부를 포함하여 이루어질 수 있다.

또한 전술한 구성에서, 부분방전으로 인한 위험진단지수의 생성은 NN 알고리즘 및 MDA 알고리즘을 적용하고 상기 NN 알고리즘 및 MDA 알고리즘 각각에 가중치를 적용하여 생성할 수 있다.

또한 전술한 구성에서, 아크발생량 또는 부분방전 발생량의 트렌드와 알람리스트를 표시하는 상기 수배전반 또는 분전반 내부에 설치된 디스플레이부를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 U-city 환경에 적용되는 원격 전기안전 관리시스템에 있어서, 수변전실의 전기설비의 안전을 진단하도록 전원라인의 교류전압/전류를 센서로 검출하여 검출된 파형에서 아크 및 부분방전을 진단, 저장하면서 유무선통신으로 데이터를 상위서버로 전송하는 기능이 포함된 디지털 수배전반; 및 메인차단기와 분기차단기가 장착되며 전원라인을 통해 입력되는 교류전압/전류의 상태를 검출, 저장과 부하의 아크검출차단을 하면서 유무선통신으 로 데이터를 상위서버로 전송하는 디지털 분전반;을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 원격 관리 시스템을 제시한다.

상기 디지털 수배전반은 상기 전원라인의 교류전압/전류를 센싱하여 데이터를 검출하는 전압/전류 센싱모듈; 상기 전압/전류 센싱모듈에서 검출되는 실시간데이터를 진단모듈을 통해 분석하여 진단데이터를 생성하며, 수배전반에 설비된 계전기의 접점과의 통신신호가 입출력되는 입출력단자가 포함된 수배전반 제어모듈; 상기 디지털 수배전반의 주변환경을 검출하여 유무선네트워크를 통해 센싱데이터를 출력하는 센서모듈; 상기 수배전반 제어모듈에서 출력되는 실시간데이터와 상기 센서모듈에서 출력되는 센싱데이터를 저장하면서 원격서버(상위서버)로 전송하는 게이트웨이 모듈; 상기 게이트웨이 모듈과 연결되어 게이트웨이모듈에서 전송되는 상기 진단데이터와 센싱데이터를 외부에서 직접 확인할 수 있도록 구성된 LCD모듈; 및 상기 수배전반 제어모듈 및 게이트웨이 모듈에 상기 전원라인의 교류전압을 직류전압으로 변환시켜 공급하는 SMPS;를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 수배전반의 제어모듈에 포함된 진단모듈은, 상기 전압/전류 센싱모듈에서 설정시간동안 검출되는 아크데이터를 누적하는 데이터누적부; 상기 아크 및 부분방전의 기준값을 비교기를 통해 설정하여 상기 기준값을 초과하면 알람을 발생시키는 알람비교부; 상기 데이터누적부의 누적된 아크데이터에서 아크 및 부분방전의 발생빈도를 검출해서 현재트렌드 및 단기 예측트렌드 데이터를 분석, 저장하는 트렌드분석부; 및 상기 현재트렌드 및 단기 예측트렌드 데이터를 상기 게이트웨이모듈로 전송하도록 구성된 통신부;를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 디지털 층분전반에는, 내장된 변류기, 영상변류기를 통해 상기 전원라인에서 전압/전류신호를 검출하여 디지털변환시킨 데이터를 무선통신으로 출력하는 검출모듈이 내장된 분기차단기; 상기 분기차단기의 검출모듈에서 출력된 데이터를 무선신호로 전달받아 전압/전류의 상태 및 메인차단기와 분기차단기의 ON/OFF 상태를 검출하여 검출데이터를 출력하는 디지털제어모듈; 상기 디지털 분전반의 주변환경을 검출하여 유무선네트워크를 통해 센싱데이터를 출력하는 센서모듈; 상기 디지털 제어모듈에서 출력되는 검출데이터와 상기 센서모듈에서 출력되는 센싱데이터를 저장하면서 원격서버로 전송하는 게이트웨이 모듈; 상기 게이트웨이 모듈과 연결되어 게이트웨이모듈에서 전송되는 상기 검출데이터와 센싱데이터를 외부에서 직접 확인할 수 있도록 구성된 LCD모듈; 및 상기 디지털 제어모듈 및 게이트웨이 모듈에 상기 전원라인의 교류전압을 직류전압으로 변환시켜 공급하는 SMPS;를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 분기차단기의 검출모듈에는, 상기 변류기나 영상변류기에서 센싱된 교류전류신호를 교류전압신호로 변환시키는 센싱저항; 상기 센싱저항에서 변환된 교류전압신호를 증폭하는 증폭기; 상기 증폭기를 통해 증폭된 교류전압신호의 상태를 검출하는 신호처리모듈; 상기 신호처리모듈저항; 상기 신호처리된 교류전압신호를 직류의 실효값으로 변환하는 실효치변환기; 상기 실효치변환기에서 변환된 직류의 실효값저항디지털신호로 변환하는 AD변환기; 상기 분기차단기의 전원측 단자라인에 연결되어 전원측의 전원을 입력받아 발광하는 다이오드와 상기 다이오드가 발광할 때 도통되는 트랜지스터의 단자에서 출력되는 신호를 수신하여 전원측의 전원상태 를 감지하는 전원측 포토커플러; 및 상기 분기차단기의 부하측 단자라인에 연결되어 부하측의 전원을 입력받아 발광하는 다이오드와 상기 다이오드가 발광할 때 도통되는 트랜지스터의 단자에서 출력되는 신호를 수신하여 부하측의 전원상태를 감지하는 부하측 포토커플러; 상기 전원측 포토커플러 및 부하측 포토커플러에서 출력되는 신호를 수신하는 전원신호의 상; 상기 전원신호의 상에 수신되는 신호에서 전원측 및 부하측의 전원상태를 감지하여 디지털상 신호처리하는 제어부; 상기 AD변환기와 상기 제어부에서 변환된 디지털신호가 증폭되는 디지털신호기; 및 상기 디지털입출력기에 입력되는 디지털 신호를 무선전송하는 RF통신부;가 포함되어 구성될 수 있다.

상기 디지털 제어모듈에는, 상기 RF통신부를 통해 무선으로 수신된 디지털신호를 보상하고 판단하면서 분기차단기를 제어하는 마이크로프로세서;를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 디지털 입출력기는 상기 마이크로프로세서를 통해 판단된 전류 및 전압상태에 따라 디지털 강제트립신호를 출력시키며, 상기 강제트립신호는 상기 제어부를 통해 아날로그 변환되어 상기 전원입출력단자를 통해 출력되어 분기차단기의 영상변류기를 관통하도록 구성될 수 있다.

상기 SMPS는 교류전압의 크기를 감지하여 직류전압의 형태로 출력하도록, 1차측 상용전원이 전파정류되어 입력되는 교류전압에서 가장 높은값을 직류값으로 환산하여 신호를 생성하는 피크전압 감지부; 상기 피크전압 감지부의 직류값과 크기가 비교되는 삼각파를 발진시키는 삼각파 발진부; 상기 피크전압 감지부의 직류 값의 크기와 상기 삼각파의 크기를 비교하여 스위칭 동작을 수행하면서 구형파를 생성하는 비교기부; 상기 비교기부에서 구형파가 생성될 때 턴온되는 포토커플러가 포함되어 2차측으로 구형파를 전달하는 절연 및 신호전달부; 및 상기 절연 및 신호전달부를 통해 전달되는 구형파 신호를 직류값으로 변환하는 평활 및 조정부;를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 삼각파발진부에는 삼각파의 파형의 크기를 조정하기 위한 제너다이오드가 포함되어 구성될 수 있다.

상기 비교기부는 피크전압 감지부의 직류값이 삼각파 발진부의 삼각파의 크기보다 큰 경우에는 출력이 TTL High를 유지하며, 상기 피크전압 감지부의 직류값이 삼각파 발진부의 삼각파의 크기보다 작은 경우에는 출력이 TTL Low를 유지하도록 펄스폭 변조방식으로 구형파를 생성하여, 1차측 교류전압의 크기에 따라 2차측으로 전달되는 신호의 크기가 변하도록 구성될 수 있다.

상기 절연 및 신호전달부에는 상기 비교기부에서 구형파가 생성될 때 턴온되는 다이오드와 상기 다이오드에서 베이스전압이 인가되면서 턴온되는 트랜지스터가 구성되어, 상기 트랜지스터가 턴온되면서 2차측의 Vcc_S 전압이 인가되도록 구성될 수 있다.

상기 평활 및 조정부에는 상기 2차측으로 전달된 구형파의 펄스폭의 듀티비를 통해 직류값으로 변환시키는 평활회로와 상기 변환되는 직류값의 크기를 조정하는 가변저항이 포함된 조정회로가 구성될 수 있다.

상기 게이트웨이 모듈에는, 상기 디지털 제어모듈에서 출력되는 검출데이터 와 상기 센서모듈에서 출력되는 센싱데이터를 저장하는 블랙박스; 및 상기 디지털 제어모듈에서 출력되는 검출데이터와 상기 센서모듈에서 출력되는 센싱데이터의 플로우 및 원격서버로의 전송을 제어하는 프로세서;를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 센서모듈은, 열감지센서, 연기센서, 침수센서, 진동센서, 아울렛 접촉불량 검출센서를 포함하여 구성되어 검출신호를 Zigbee 무선통신방식으로 상기 게이트웨이 모듈로 전송하도록 구성될 수 있다.

상기 아울렛 접촉불량 검출센서에는 아울렛의 전압을 검출하는 전압검출부; 상기 전압검출부에서 출력된 신호 파형을 증폭하는 증폭부; 상기 전압검출부의 접촉불량의 전압상태에 대한 기준전압을 생성하는 기준전압발생부; 상기 증폭부의 출력신호와 상기 기준전압 발생부의 출력신호를 상호 비교하여 상승된 전압량을 판단하는 비교부; 및 상기 비교부에서 판단된 상승된 전압량을 디지털화하여 상기 게이트웨이모듈로 전송하는 통신부;를 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명에 의한 디지털 분전반 또는 수배전반에 설비된 원격 관리 시스템에 의해 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

첫 번째로, 본 발명의 디지털 분전반에서 구성된 검출모듈이 장착된 분기차단기의 검출모듈과 디지털 제어모듈을 통해 과전류, 누설전류, 과전압, 차단기의 상태 등에 대한 신호를 추출하고 디지털화시켜 게이트웨이모듈을 통해 저장하면서 원격서버로 전송함으로써, 전기화재의 징후가 있는 전기설비에 대해서 신속한 조치를 취하여 전기화재를 예방할 수 있으며, 또한 모든 추출데이터를 게이트웨이모듈 의 블랙박스에 저장함으로써 전기화재가 발생되더라도 아크, 과전류, 과전압, 누설전류 등에 대한 객관적이고 과학적인 데이터를 확보하고, 이를 토대로 전기화재 원인을 분석하고 적절한 조치를 취할 수 있는 디지털 분전반 또는 수배전반에 설비된 원격 관리 시스템을 구축할 수 있는 효과가 있다.

두 번째로, 본 발명의 원격 관리 시스템의 디지털 분전반 또는 수배전반에 구성된 SMPS에서는 교류전압의 크기를 전기적으로 절연된 직류전압으로 감지함으로써 사용자가 전기적으로 교류전압단과 절연이 되어있는 디지털 분전반 또는 수배전반의 디지털 제어기 등을 취급함에 있어서 용이하고 다양한 회로구성이 가능한 효과가 있다.

세 번째로, 본 발명에 의한 디지털 분전반 또는 수배전반에 설비된 원격 관리 시스템의 센서모듈을 통해 검출된 위해한 전기 안전 환경요소를 게이트웨이모듈을 통해 저장 및 원격서버에 전송함으로써 중앙집중방식으로 관리할 수 있는 효과가 있다.

네 번째로, 본 발명의 분전반의 분기차단기에 내장된 검출모듈에서 센서를 통해 검출된 신호데이터를 자체 가공하여 데이터를 무선 전송할 수 있도록 구성하여 별도의 마이크로 스위치 등의 추가적인 장비가 필요 없을 뿐만 아니라 복잡한 유선문제도 해결하면서 차단기의 전원공급 및 배선상태를 원격에서 감시할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 비접촉식 아크 및 부분방전 검출 기능을 제공하며, 아크 데이터 및 부분방전 데이터의 트렌드를 분석하여 위험진단지수 및 단기 예측 트렌드 를 제공함으로써 미연에 전기안전 사고를 예방할 수 있는 효과가 있다.

이하 본 발명인 디지털 분전반 또는 수배전반에 설비된 원격 관리 시스템에 대해 첨부된 도면을 참조하여 자세하게 설명한다.

도 2는 디지털 분전반 또는 수배전반에 원격 관리 시스템을 갖춘 U-city 전기 안전관리시스템의 구성도이다.

도시된 바처럼, 본 발명의 원격 전기안전 관리시스템은 수변전실의 전기설비의 안전을 진단하도록 전원라인의 교류전압/전류를 센서로 검출하여 검출된 파형에서 아크 및 부분방전을 진단, 저장하면서 무선통신으로 데이터를 상위서버인 U-city 통합정보센터 서버로 전송하는 기능이 포함된 디지털 수배전반이 구성된다.

또한, 메인차단기와 분기차단기가 장착되며 전원라인을 통해 입력되는 교류전압/전류의 상태를 검출, 저장하면서 무선통신으로 데이터를 상위서버로 전송하는 디지털 분전반이 구성된다.

도 3은 본 발명에 의한 디지털 수배전반에 설비된 원격 전기안전 관리시스템의 구성도이다.

상기 디지털 수배전반은 전원을 수전 및 배분하는 수변전실의 전기사고를 미연에 막아 정전을 예방할 수 있도록, 상기 수배전반 내의 전기설비의 안전을 진단할 수 있도록 아크측정센서를 통해 검출된 누설전류, 전압, 주파수, 전류파형에서 아크발생여부 및 부분방전에 대한 데이터를 모니터링하고 진단알고리즘을 통해 분 석하여 전기안전여부를 판단하도록 구성된다.

또한, 상기 수배전반에는 분석된 데이터를 현장에서 확인할 수 있도록 통합 전기안전진단 LCD화면이 장착되며, 수배전반의 전기적인 정보와 분석된 아크발생 및 부분방전 진단데이터를 상위서버인 U-city 통합정보센터 서버로 전송된다.

도 4는 본 발명에 의한 디지털 수배전반에 설비된 원격 전기안전 관리시스템의 내부 구성도이다. 본 발명의 디지털 수배전반에는 상기 전원라인의 교류전압/전류를 센싱하여 데이터를 검출하는 전압/전류 센싱모듈이 구성된다.

도시된 수배전반 제어모듈(700)에는 상기 전압/전류 센싱모듈에서 검출되는 실시간데이터를 진단모듈을 통해 분석하여 진단데이터를 생성하며, 수배전반에 설비된 계전기의 접점과의 통신신호가 입출력되는 입출력단자가 포함된다.

따라서, 상기 수배전반 제어모듈(700)은 상기 입출력단자를 통해 마그네틱 스위치 또는 MCB(Magnetic Circuit Breaker)기능이 내장된 계전기의 접점과 통신을 주고 받으면서 계전기를 on/off시키도록 구성된다.

도시된 센서모듈(600)에는 다수의 센서가 장착되어 이를 통해 상기 디지털 수배전반의 주변환경을 검출하여 무선네트워크를 통해 센싱데이터를 출력한다.

도시된 게이트웨이 모듈(500)에서는 상기 수배전반 제어모듈(700)에서 출력되는 실시간데이터와 상기 센서모듈(600)에서 출력되는 센싱데이터를 전송받아 저장하면서 원격서버로 데이터를 전송하게 된다.

또한, LCD모듈에서는 상기 게이트웨이 모듈(500)과 연결되어 게이트웨이모듈 에서 전송되는 상기 진단데이터와 센싱데이터를 외부에서 직접 확인할 수 있도록 구성된다.

또한, 본 발명의 수배전반에는 상기 수배전반 제어모듈 및 게이트웨이 모듈에 상기 전원라인의 교류전압을 직류전압으로 변환시켜 공급하는 SMPS가 포함된다.

도 5 및 도 6은 본 발명에 의한 디지털 수배전반에 설비된 원격 전기안전 관리시스템의 수배전반 제어모듈의 동작구성도이다.

도시된 바처럼, 상기 수배전반의 제어모듈에 포함된 진단모듈은 데이터분석부, 알람비교부, 트렌드분석부 및 통신부를 포함하여 구성된다.

상기 데이터누적부에서는 상기 전압/전류 센싱모듈에서 설정시간동안 검출되는 아크데이터를 누적하며, 설정시간동안 검출되는 아크데이터는 초당 데이터값 또는 1분동안 발생된 초당신호의 평균치값, 1시간 동안 발생된 초당신호의 평균치 값으로 누적할 수 있다.

상기 알람비교부는 상기 데이터누적부의 누적된 아크데이터에서 상기 아크 및 부분방전의 알람레벨을 비교기를 통해 설정하여 상기 알람레벨을 초과하면 알람을 발생시키게 된다.

상기 트렌드분석부에서는 아크 및 부분방전의 발생빈도를 검출해서 신경망 알고리즘(Neural Network Algorithm)을 통하여 현재트렌드 및 단기 예측트렌드 데이터를 분석, 저장하게 된다.

상기 통신부는 RS-232, TCP-IP, Modbus 등을 통해 상기 현재트렌드 및 단기 예측트렌드 데이터를 진단데이터로서 상기 게이트웨이모듈로 전송하도록 하여, 진단데이터를 전송받은 게이트웨이모듈을 통해 상위서버에 현재 상태의 리스크를 통보할 수 있도록 구성된다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 수배전반의 아크 검출은 전기적으로 비접촉 방식을 통해 검출하기 위하여 광 센싱을 이용한다. 이러한 광 센싱을 통한 아크검출 및 아크 검출 트렌드 분석은 이하에서 설명할 실시예들인 온오프 접점방식 또는 아날로그 선형신호검출 방식을 통해 수행할 수 있다.

먼저, 온오프(On-Off) 접점방식에 대하여 설명하면, 기준레벨(Threshold level) 이상의 빛이 센서에 입사되면 온(On) 신호가 발생하도록 구성되며 온(On) 신호가 유지되는 기간(On-state duration)이 일정 주기(reference period) 내에서 발생하는지 판단하고, 온 신호가 발생하는 경우 아크 발생을 판단하는 파라미터 값(위험도)을 누적적으로 증가시키고 온 신호가 일정 주기 내에서 발생하지 않는 경우 아크 발생을 판단하는 파라미터 값을 감소시킨다. 만일, 아크 발생을 판단하는 파라미터 값이 일정 기준치(알람 레벨)를 상회하는 경우에는 위험 수준의 아크 발생이 있는 것으로 판단하여 알람 신호를 발생하는 방식이다.

도 6a를 참조하여 이를 보다 구체적으로 설명하기로 한다. 도 6a에 도시된 바와 같이, 온오프 접점방식은 아크가 발생하지 않는 경우에는 오프(Off) 상태가 유지되며 아크가 발생하는 경우에는 아크가 발생하는 시간 동안 온(On) 상태가 유 지된다. 아크 센서에 입력되는 빛의 세기가 미리 설정된 기준레벨을 초과하는지 여부에 따라 온오프를 구별하는 것이 바람직하며, 상기 기준치를 초과하는 빛이 지속되는 시간동안 계속하여 온 상태를 출력하는 것이 바람직하다. 수배전반의 진단모듈은 일정 주기마다 온 신호가 발생하였는지 판단하여, 해당 주기에서 온 신호가 발생한 경우에는 현재 주기에서 계측된 아크 데이터(Ls) 값을 1로 입력하고 해당 주기에서 온 신호가 발생하지 않은 경우에는 현재 주기에서 계측된 아크 데이터(Ls) 값을 -1로 입력한다.

진단모듈은 매 주기마다 아크 센서에 의해 계측되는 아크 신호 레벨을 누적하여 위험도 판단을 위한 위험도 데이터(Li) 값을 산출한다.

위험도 데이터(Li) 값은 하기와 같은 수학식에 의하여 산출되는 것이 바람직하다.

[수학식1]

여기서, Li는 위험도 데이터, Lp는 과거(n-1)시점까지 계측되어 누적된 아크 데이터, Ls는 현재(n)시점에 계측된 아크데이터, a는 보정 계수(가중치)이다. 보정 계수 a는 1.0 또는 1.2로 설정하는 것이 바람직하며, 수배전반이 설치된 환경에 따 라 조절될 수 있다.

알람 레벨 계산을 위한 누적된 아크 데이터(Li) 값은 연속되는 값의 형태로 출력될 수 있으며, 알람 레벨(Alarm Level)은 수배전반이 설치된 환경을 고려하여 설정될 수 있으며, 이 기준 값을 초과하는 Li 값이 발생할 경우에 알람을 발생하게 된다.

다음으로, 아날로그 선형신호 검출방식은 입력되는 아크 신호의 크기를 선형으로 표현되도록 회로를 구현하고 입력되는 아크 신호의 세기와 선형 비례하는 값을 출력하도록 구현되는 방식이다.

도 6b에 도시된 바와 같이, 선형신호 검출방식에 의하면 화이트 노이즈 성분을 배제하기 위하여 기준 레벨(Th Level) 이상의 크기를 가지는 신호만 필터링한다. 즉, 검출된 신호 중 기준 레벨 이하의 값은 무시하고, 기준 레벨을 초과하는 신호에 대하여만 선형적으로 누적된 아크 데이터 Li 값을 계산하게 된다.

선형신호 검출 방식에 의한 아크 데이터의 계산은 하기의 수학식에 의하여 구하는 것이 바람직하다. 이는 연속적으로 측정되는 출력 값들에 있어서 이전 검출 값으로부터 현재 검출 값으로의 순간변화율에 가중치를 곱한 값을 더하여 계산된다.

[수학식2]

여기서, Li는 총 누적된 아크 데이터, Lp는 과거시점까지 계측되어 누적된 아크 데이터, Ls는 현재시점에 계측된 아크 데이터, a는 보정 계수(가중치)이며,

는 Ls의 미분 값이다. 보정 계수 a는 1.0 또는 1.2로 설정하는 것이 바람직하며, 수배전반이 설치된 환경에 따라 조절될 수 있다.

한편, 진단 모듈은 누적된 아크데이터를 통해 아크 데이터의 트렌드를 분석할 수 있으며 이에 근거하여 진단 모듈은 새로운 알람레벨을 설정할 수 있거나 수배전반을 관리하는 사용자에 의해 새로운 알람레벨이 직접 설정될 수도 있다.

이하에서는 본 발명에 따른 부분방전의 검출 및 진단에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

일반적으로 수배전반 주변 환경에는 전자파 노이즈가 다양하게 분포한다. 정확한 부분방전 진단을 위하여 이러한 노이즈와 부분방전으로 인한 신호 변화를 구별하여야할 필요가 있다. 전자파 노이즈가 많은 대역을 피하기 위해 본 발명에 따른 부분방전의 검출은 300MHz ~ 1GHz 대역 내에서 알려진 노이즈 대역 일부를 제외한 대역을 선택하여 수행된다.

도 6c는 수배전반이 설치된 장소에서 측정된 노이즈 신호의 일례이다. 도 6c에 도시된 바와 같이, 수배전반이 설치된 장소에서 노이즈 신호를 측정하여 이미 알려진 휴대 전화의 사용 주파수 대역과 같은 대역을 필터링하고 노이즈 크기가 상대적으로 작은 대역을 선별함으로써 부분방전 여부에 대한 진단을 수행한다. 또한 노이즈의 크기가 기준 레벨 이하인 것은 부분방전이 아닌 것으로 판단하여 필터링하며, 기준 레벨을 넘는 신호레벨에 대하여 부분방전 여부를 판단하게 된다.

도 6d는 부분방전 진단모듈에 의해 수행되는 부분방전 진단 알고리즘을 도시한 흐름도이다.

수배전반 내부에서 예를 들어 에어 코로나와 같은 부분방전이 발생하는 경우, 부분방전 진단모듈은 에어 코로나에서 발생되는 방전 신호를 측정하게 된다. 이러한 방전 신호는 도 6d의 Raw data와 같이 위상 종속적인 데이터의 형태로 부분방전 진단모듈에 의해 취득된다. 이에 대하여 부분방전 진단모듈은 파이큐앤(Phi-q-n) 분석을 수행하면, 도 6d에 도시된 바와 같은 phi-q 데이터, phi-n 데이터, Q-n 데이터와 같은 위상 종속 배열을 얻을 수 있으며, phi, q, n 간의 상관관계를 분석하게 된다. 여기서, phi는 부분방전 발생 신호의 위상, q는 방전량, n은 발생 신호 해당 위상에서의 펄스 발생 개수를 의미한다.

다음으로, 부분방전 진단모듈은 얻어진 위상 종속 배열을 이용하여 Max, StDev, Mean, Kurt, Skew와 같은 파라미터들을 계산한다. 여기서 Max는 입력된 데이터 중 최대값을 의미하고, StDev는 표준편차이며, Mean은 평균, Skew는 왜도, Kurt는 첨도를 의미하며 이 중 첨도와 왜도를 산출하는 자세한 방법은 아래의 수학식과 같다.

[수학식3]

왜도:

여기서, n은 표본 크기,

입력 표본, 는

표본 평균을 의미한다.

[수학식4]

첨도:

여기서, n은 표본 크기,

는 입력 표본,

는 표본 평균, s는 표준편차를 의미한다.

최대값은 노이즈 및 이상 신호에 대한 영향을 최소화하기 위하여 산출되는 값으로 입력되는 값들 중 최대값을 산출하여 최대값의 일부를 버린다.

왜도는 신호 파형의 분포가 정규분포와 비교하여 왜곡된 정도를 수치로 나타낸 것이고, 첨도는 신호 파형의 분포가 정규분포와 비교하여 첨예한 정도를 수치로 나타낸 파라미터이다.

다음으로 위의 5가지 파라미터가 산출되면, NN(Neural Network) 알고리즘과 MDA(Minimum Distance Algorithm)을 동시에 적용하여 부분방전 진단의 인식률 신뢰성을 향상시킨다. NN 알고리즘과 MDA 알고리즘에 의한 복수의 결과값들을 산출하고 산출된 결과의 산술 평균으로 구할 수 있으며, 수배전반이 설치된 환경을 고려하여 NN과 MDA의 결과물에 가중치를 달리 부여하여 결과를 산출할 수 있다. 다른 방법으로는 NN에 의한 결과를 먼저 산출한 후 NN 결과에 의한 취약점을 보완하는 방법으로 MDA 방법을 사용할 수도 있다. NN과 MDA 알고리즘의 개념도는 각각 도 6e와 도 6f에 도시되어 있다. NN 알고리즘과 MDA 알고리즘 각각에 대한 내용은 공지되어 있으므로 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.

한편, 수배전반 내부에 설치되는 디스플레이부는 크게 3가지의 기능을 포함할 수 있다.

먼저, 제1디스플레이부는 현재의 안전상태, 분석 상태 등을 보여주며, 아크 발생량, 부분 방전 발생량의 순시치와 트렌드를 보여 준다. 또한, 알람이 발생한 시각을 포함한 알람정보를 알람리스트의 형태로 표시한다.

제2디스플레이부는 RS485 및 TCP/IP를 통하여 전달된 데이터를 다른 측정 요소들과 통합하여 현재 수배전반 등의 상태를 종합적으로 표시한다.

제3디스플레이부는 현장에 통신망 구축 등의 이유로 원방 감시가 용이하지 않거나 현장의 데이터를 직접 수신하여 분석이 필요한 경우, TCP/IP를 통하여 Raw Data를 전송받아 분석을 수행하기 위해 사용된다.

도 7은 본 발명에 의한 디지털 분전반에 설비된 원격 전기안전 관리시스템의 구성도이며, 도 8은 본 발명에 의한 디지털 분전반에 설비된 원격 전기안전 관리시스템의 내부구성도이며, 도 9는 본 발명에 따른 디지털 분전반에 설비된 분기차단기의 전원상태가 데이터화된 도면이다.

도 7 및 도 8에 도시된 바처럼 디지털 분전반에 설비된 원격 전기안전 관리 시스템은 내장된 변류기, 영상변류기를 통해 상기 전원라인에서 전압/전류신호를 검출하여 디지털변환시킨 데이터를 무선통신으로 출력하는 검출모듈(200)이 내장된 분기차단기(100), 상기 분기차단기의 검출모듈에서 출력된 데이터를 무선신호로 전달받아 전압/전류의 상태 및 메인차단기와 분기차단기의 ON/OFF 상태를 검출하여 검출데이터를 출력하는 디지털제어모듈(300), 상기 디지털 분전반의 주변환경을 검출하여 무선네트워크를 통해 센싱데이터를 출력하는 센서모듈(600), 상기 디지털 제어모듈에서 출력되는 검출데이터와 상기 센서모듈에서 출력되는 센싱데이터를 저장하면서 원격서버로 전송하는 게이트웨이 모듈(500), 상기 디지털 제어모듈 및 게이트웨이 모듈에 상기 전원라인의 교류전류를 직류전류로 변환시켜 공급하는 SMPS(400)를 포함하여 구성된다.

또한, 상기 게이트웨이 모듈과 연결되어 게이트웨이모듈에서 전송되는 상기 검출데이터와 센싱데이터를 외부에서 직접 확인할 수 있도록 구성된 LCD모듈이 더 포함되어 구성된다.

상기 분기차단기(100)에는 과전류를 검출하기 위한 변류기(CT, 120), 누설전류와 아크를 검출하기 위한 영상변류기(ZCT, 140)가 장착된다. 보다 자세하게는, 분기차단기에는 각상(R,S,T,N)의 전원라인을 관통하도록 변류기(120)가 장착되며, 모든 상의 전원라인이 관통되는 영상변류기(140)가 장착된다.

다만, 도시된 구성도에는 개략화하여 R, S, T, N상의 전부가 아닌 어느 하나의 전원라인만을 도시하였다.

상기 분기차단기(100)에 내장되는 검출모듈(200)에는, 상기 변류기나 영상변류기에서 센싱된 교류전류신호를 교류전압신호로 변환시키는 센싱저항(210), 상기 센싱저항에서 변환된 교류전압신호를 증폭하는 증폭기(220), 상기 증폭기를 통해 증폭된 교류전압신호의 상태를 검출하는 신호처리모듈, 상기 신호처리모듈을 통해 신호처리된 교류전압신호를 직류의 실효값으로 변환하는 실효치변환기(270), 상기 실효치변환기에서 변환된 직류의 실효값을 디지털신호로 변환하는 AD변환기(280), 상기 분기차단기의 전원측 단자라인에 연결되어 전원측의 전원을 입력받아 발광하는 다이오드와 상기 다이오드가 발광할 때 도통되는 트랜지스터의 단자에서 출력되는 신호를 수신하여 전원측의 전원상태를 감지하는 전원측 포토커플러(230), 상기 분기차단기의 부하측 단자라인에 연결되어 부하측의 전원을 입력받아 발광하는 다이오드와 상기 다이오드가 발광할 때 도통되는 트랜지스터의 단자에서 출력되는 신호를 수신하여 부하측의 전원상태를 감지하는 부하측 포토커플러(240), 상기 전원측 포토커플러 및 부하측 포토커플러에서 출력되는 신호를 수신하는 전원입출력단자(260), 상기 전원입출력단자에 수신되는 신호에서 전원측 및 부하측의 전원상태를 감지하여 디지털 신호처리하는 제어부, 상기 AD변환기와 상기 제어부에서 변환된 디지털신호가 입력되는 디지털입출력기(290), 상기 디지털입출력기에 입력되는 디지털 신호를 무선전송하는 RF통신부가 포함되어 구성될 수 있다.

상기 디지털 제어모듈(300)에는 상기 검출모듈(200)에서 전송되는 무선 디지털 신호를 수신하는 RF통신부(320)와 RF통신부(320)를 통해 무선으로 수신된 디지털신호를 보상하고 판단하면서 전압/전류의 상태 및 메인차단기와 분기차단기의 ON/OFF 상태를 검출하여 검출데이터를 생성하여 분기차단기를 제어하는 마이크로프로세서(340) 및 상기 검출데이터를 상기 게이트웨이 모듈(500)로 전송하기 위한 RS232 인터페이스가 포함되어 구성된다.

보다 자세히 설명하면, 상기 검출모듈(200)에는 상기 변류기(120)나 영상변류기(140)와 같은 검출센서별로 교류전류신호를 교류전압신호로 변환시키는 센싱저 항(210)이 각각 구성된다. 다시 말해, 상기 변류기(120)나 영상변류기(140)의 교류신호를 센싱저항(210)을 통해 전압으로 변환시키는 역할을 하게 된다.

상기 센싱저항(210)에서 변환된 교류전압신호는 일반적으로 센싱저항(210)의 값이 매우 작기 때문에 매우 작은 값을 갖는 교류전압신호가 되므로 증폭기(220)를 통해 증폭된다. 바람직하게는, 실효치(RMS)변환을 위해 충분히 증폭할 필요가 있으며 입력임피던스가 매우 큰 차동증폭기를 사용해서 신호를 증폭한다.

또한, 검출모듈(200)에는 메인차단기와 분기차단기(100)의 전원공급상태를 판단하기 위해, 분기차단기의 전원측 단자라인과 부하측 단자라인에서의 전원공급상태를 각각 감지하기 위한 전원측 포토커플러(230, PC1)과 부하측 포토커플러(240, PC2)가 각각 장착된다.

상기의 전원측 포토커플러(230)는 분기차단기의 전원측 단자라인에 연결되어 전압이 인가되어 발광하는 다이오드(230a)와 상기 다이오드(230a)가 발광할 때 베이스전압이 인가되어 도통되는 트랜지스터(230b)로 구성된다.

상기 디지털제어모듈(300)은 상기 트랜지스터(230b)의 커넥터단자나 에미터단자에서 출력되는 신호를 수신하여 전원측의 전원상태를 감지하게 된다.

또한, 부하측 포토커플러(240)도 분기차단기의 부하측 단자라인에 연결되어 전원을 입력받아 발광하는 다이오드(240a)와 상기 다이오드(240a)가 발광할 때 베이스전압이 인가되어 도통되는 트랜지스터(240b)로 구성되며, 상기 디지털 제어모듈(300)은 상기 트랜지스터(240b)의 커넥터단자나 에미터단자에서 출력되는 신호를 수신하여 부하측의 전원상태를 감지하게 된다.

상기 전원측 포토커플러(230)에는 전원이 공급되는 상기 전원측단자라인과 다이오드(230a) 사이 라인에 직렬로 풀업저항역할을 하는 저항(250)을 구성하여 입력되는 신호레벨을 일정하게 유지하도록 한다.

다시 말해, 풀업저항역할을 하는 저항(250)을 통해 전원측 단자라인에서 다이오드(230a)에 인가되는 전압이 일정하게 유지되도록 하며, 이를 통해 전원측에서 인가되는 전압을 일정하게 유지하는 역할을 하게 됨으로써 비정상적인 전압이 인가되면서 발생될 수 있는 포토커플러의 오동작과 회로파괴 등을 방지한다.

마찬가지로, 상기 부하측 포토커플러(240)에는 전원이 공급되는 상기 부하측 단자라인과 다이오드(240a) 사이에 직렬로 풀업저항 역할을 하는 저항(250)을 구성하여 입력되는 신호레벨을 일정하게 유지하도록 하여, 풀업저항 역할을 하는 저항(260)을 통해 부하측 단자라인에서 다이오드(240a)에 인가되는 전압을 일정하게 유지되도록 하여 포토커플러의 오동작과 회로파괴 등을 방지한다.

상기 검출모듈(200)의 전원측과 부하측 포토커플러(230, 240)의 각각의 트랜지스터(230b, 240b)의 에미터단자나 컬렉터단자를 통해 각각 신호가 출력되어 다수의 핀이 형성된 전원입출력단자(310)를 통해 입력되어 제어부에 의해 디지털 신호처리되어 상기 디지털제어모듈(300)로 전송되도록 구성된다.

도 9에 도시된 바는 전원측에서 전원이 공급되는 분기차단기에 있어, 상기 전원측 포토커플러(230) 및 부하측 포토커플러(240)에 각각 구성된 트랜지스 터(230b, 240b)의 출력단을 커넥터단자로 설정하는 경우에 관한 데이터이다.

다시말해, 도시된 바는 전원측과 부하측 포토커플러(230, 240)의 각각의 트랜지스터(230b, 240b)의 커넥터단자를 통해 신호가 출력되는 경우의 디지털 제어모듈(300)의 마이크로프로세서(340)을 통해 검출된 데이터를 나타낸다.

먼저, 분전반의 분기차단기(100)에 정상적으로 전원이 투입되는 경우, 즉 전원측 단자와 부하측단자로부터 전원상태가 모두 High신호인 경우에는, 포토커플러(230, 240)가 모두 동작하면서 각각의 트랜지스터(230b, 240b)의 커넥터단에서 출력신호를 검출하게 되면 모두 Low신호가 검출된다.

참고적으로, 포토커플러의 특성상 커넥터단에서 출력을 검출하면 포토커플러가 On될 때 Low신호가 나오며, 포토커플러가 Off 일때는 High신호가 나오게 된다.

따라서, 디지털 제어모듈(300)은 상기 검출데이터를 통해 부하측과 전원측 모두에 정상적인 전원이 공급되고 있음을 인지할 수 있다.

다음으로, 분기차단기가 트립동작을 하여 분기차단기의 접점이 오픈되는 경우 또는 부하측의 배선상태가 불량인 경우에는, 전원측 포토커플러(230)에서는 Low신호가 나오며, 부하측 포토커플러(240)는 High신호가 나오게 된다.

따라서, 디지털 제어모듈(300)은 상기 검출데이터를 통해 분기차단기(100)가 트립되면서 접점이 오픈되었거나 부하측의 배선불량이 있음을 인지할 수 있다.

다음으로, 분전반의 메인차단기(미도시)가 동작하는 경우처럼 분기차단 기(100) 전원공급이 중단되는 경우 또는 전체적인 배선공급 라인이 불량인 경우에는, 분기차단기(100)의 전원측과 부하측 모두에 전원이 공급되지 않는다.

이 경우에는 전원측 포토커플러(230)에서는 High신호가 나오며, 부하측 포토커플러(240)도 High신호가 나오게 된다.

따라서, 디지털 제어모듈(300)은 상기 검출신호를 통해 분전반의 메인차단기가 트립되면서 접점이 오픈되었거나 분전반의 전체적인 배선상태가 불량임을 인지할 수 있다.

다만, 포토커플러의 특성상 바람직하게는, 전원측과 부하측의 포토커플러(230, 240)에 구성된 트랜지스터(230b, 240b)의 출력단을 에미터단자로 선택하여, 전원측과 부하측에 전원이 공급되는 경우에 High신호를 출력하고, 전원이 공급되지 않는 경우에 Low신호를 출력하도록 구성하는 것이 원격의 관리자가 분전반등의 상태를 시각적으로 용이하게 파악될 것이다.

상기 신호처리모듈에서는 역률(PF), 고조파왜형률(THD), 고조파분석, 전력량 등의 신호를 처리하게 되며, 상기 디지털 제어모듈(300)의 마이크로프로세서(340)는 영상전류가 커지면 누전으로 판단하고, 전류의 크기가 정격이상으로 커지면 과부하가 발생된 것으로 판단하게 된다.

이 때, 상기 디지털 입출력기(290)는 상기 마이크로프로세서(340)를 통해 판단된 전류 및 전압상태에 따라 디지털 강제트립신호를 출력시키며, 상기 강제트립신호는 상기 제어부를 통해 아날로그 변환되어 상기 전원입출력단자(260)의 #5를 통해 출력되어 영상변류기(140)를 관통하도록 구성되어, 분기차단기(100)를 강제로 트립시키게 된다.

도시된 바는 강제트립신호가 영상변류기(140)를 관통하도록 구성하였으나, 이러한 방식외에도 분기차단기에 MCB(Magnetic Circuit Breaker)기능을 내장시켜 분기차단기와 접점으로 신호를 주고받으면서 분기차단기를 on/off시키도록 구성할 수도 있을 것이다.

도 10은 본 발명에 따른 원격 전기안전 관리시스템에 있어 포토커플러를 이용한 절연형 SMPS의 블럭도이며, 도 11은 본 발명에 따른 포토커플러를 이용한 절연형 SMPS의 회로구성도이며, 도 12는 본 발명에 따른 SMPS 에 구성된 비교기부의 작동상태도이다.

도 10에 도시된 바를 참조하면 본 발명의 SMPS(400)는 피크전압감지부(410), 비교기부(420), 삼각파발진부(430), 절연 및 신호전달부(440), 평활 및 조정부(450)를 포함하여 구성된다.

상기 피크전압감지부(410)에서는 교류전압의 크기를 실효값을 읽어드리거나 피크(Peak)전압값을 읽어드린다. 피크전압값을 Vpk로 하고 실효값을 Vrms로 표현하면 다음과 같은 관계가 있으며, 실효값이 변하면 비례적으로 피크전압값이 변하며 피크전압값을 읽으면 실효값을 알게 된다.

따라서, 상기 피크전압이 교류전압의 실효값에 따라 선형적으로 변하기 때문에 피크전압과 비교되는 발진파를 생성하는 발진부는 선형성이 고려되야 한다.

1차 교류전원측에서 취득한 피크전압값은 직류(DC)값이기 때문에 절연을 위한 일반적인 방법인 스위칭을 통해 고주파 트랜스포머 또는 광소자를 이용하는데, 스위칭을 통해 1차측에서 절연된 2차측으로 신호를 전달하기 위해서는 DC값의 크기에 따라 스위칭 구간이 일정하게 변할 수 있는 비교신호가 필요하며 이러한 이유로 본 발명에서는 삼각파 발진기(430)를 구성한다.

다시말해, 정형화된 삼각파 신호의 출력파형은 상승 및 하강시의 기울기가 선형적이기 때문에 1차 교류전원측에서 취득한 직류(DC)값의 변화에 따른 스위칭 구간의 폭이 일정하게 변하게 되기 때문이다. 따라서, 선형성이 우수한 발진회로를 갖는 타이머 IC가 바람직할 것이다.

상기 삼각파발진부(430)의 출력은 상기 피크전압감지부(410)에서의 피크전압의 크기와 비교하여 스위칭 동작을 수행하는 비교기부(420)로 전달된다.

상기 비교기부(420)는 상기 피크전압감지부(410)를 통해 1차측 상용전원인 교류전원에서 검출된 피크전압을 상기 삼각파 발진부(430)에서 발생된 삼각파와 크기와 비교하여 상기 절연 및 신호전달부(440)의 동작을 위한 구형파를 생성하게 된다.

상기 절연 및 신호전달부(440)는 포토커플러와 같은 광소자를 포함하여 구성 될 수 있으며, 1차측의 신호를 2차측으로 절연상태로 전달하게 된다. 이 때, 상용 교류전압의 크기가 커질수록 구형파의 폭이 커지므로 이에 따라 포토커플러의 2차측 크기가 커지게 된다.

상기 광소자인 포토커플러를 통해 2차측으로 전달된 구형파 신호는 평활 및 조정부(450)의 내부 정류회로를 거쳐 직류값으로 변환이 되면서 2차 시스템에 직류전압을 인가하게 된다.

도 11을 참조하여 보다 자세하게 본 발명의 작동원리에 대해 설명하면, 본 발명의 1차측 상용전원의 교류전압의 크기를 감지하여 2차측에 직류전압의 형태로 출력하는 SMPS(400)에는 피크전압 감지부(410)가 구성된다.

상기 피크전압 감지부(400)는 두개의 비교기 IC1, IC2와 저항, 스위칭다이오드(D1)를 포함하여 구성되며, 1차측 상용전원이 전파정류된 교류전압(AC_IN)을 인가하면 IC1의 +PIN에 R3와 R5에 의해 분배된 전압이 입력되고, 이 전압은 버퍼역할을 하는 IC2를 거쳐 비교기부(430)인 IC3의 +PIN으로 입력된다.

이 때, 상기 비교기부(430) IC3의 +PIN에는 1차측 상용전원이 전파정류되어 입력되는 교류전압에서 가장 높은 값을 직류값으로 환산하여 생성된 신호가 입력된다.

상기 삼각파 발진부(430)의 IC4는 타이머 IC를 이용하여 삼각파를 발진시키며, 이 때 발진된 삼각파형의 주파수는 R9, C3에 의해 결정된다. 이렇게 발생된 삼각파는 상기 비교기부(430)의 비교기 IC3의 -PIN으로 입력되어 상기 +PIN으로 입력 되는 출력전압과 크기가 비교된다.

도 12에 도시된 바처럼 상기 비교기부(420)는 피크전압 감지부(410)의 직류값이 삼각파 발진부(430)의 삼각파의 크기보다 큰 경우에는 출력이 TTL High를 유지하며, 상기 피크전압 감지부(410)의 직류값이 삼각파 발진부(430)의 삼각파의 크기보다 작은 경우에는 출력이 TTL Low를 유지하도록 펄스폭 변조방식으로 구형파를 생성한다.

따라서, 1차측 교류전압의 크기에 따라 2차측으로 전달되는 신호의 크기가 변하도록 구성되며, 상기 삼각파발진부(430)에는 삼각파의 파형의 크기를 조정하기 위한 제너다이오드(ZD1)가 포함되어 발진파의 파형의 크기를 또한 결정하게 된다.

상기 제너다이오드(ZD1)는 Vcc_P에서 한계전압이상의 전압이 인가되는 경우에 도통되어 트랜지스터(Q1)에 베이스전압을 인가하여 트랜지스터를 스위칭시키면서 IC4에 전원이 입력되도록 하여 IC4에서 발진파를 발생하도록 구성된다.

상기 피크전압 감지부(100)의 직류값이 상기 삼각파 발진부(130)의 삼각파의 신호보다 클 경우 구형파가 생성되면서 상기 절연 및 신호전달부(140)에 포함된 포토커플러의 1차측의 다이오드가 도통되어 포토커플러의 2차측으로 절연된 신호가 전달된다.

2차측으로 전달된 전압신호는 트랜지스터(Q2)를 도통시키도록 스위칭 제어하며, Vcc_S에 의해 평활 및 조정부(450)에 인가된 전압을 다이오드(D3)와 캐패시 터(C4)로 구성된 평활회로를 이용해 평활시켜 직류 전압을 얻어내게 된다.

이 때, 평활 및 조정부(450)에 분압저항(R17, R18, VR1)으로 구성된 조정회로를 이용하여 원하는 전압을 조정할 수도 있다.

2차측의 Vcc전압을 Vcc_S, 구형파의 펄스폭의 듀티비(Duty ratio)를 D라고 할 경우에, 평활 및 조정부(450)를 통한 직류값을 다음과 같이 나타난다.

여기에서 R17, R18, VR1저항의 직병렬 저항값을 RL, R12를 RH로 나타내고, C4의 충방전손실을 '0'라고 가정하고, 다이오드 D3가 이상적이라고 가정하면 직류전압 신호의 크기 Vdc는 다음과 같이 나타낼 수 있다.

그리고 다이오드 D3의 순방향 전압강하를 Vf로 가정하면 수식은 다음같이 변형이 된다.

또한, 이러한 Vdc의 값은 가변저항 VR1을 조정하여 쉽게 원하는 전압값을 출력할 수 있게 된다.

결국, 본 발명의 SMPS(400)의 피크전압감지부(410)를 통해 교류 전압의 크기 를 검출하고, 삼각파발진기(430)에서 발진된 삼각파와 상호 비교 및 변조하여 구형파를 생성하고, 상기 구형파 신호를 평활하여 직류 전압값으로 변환하여 직류전압의 크기를 가지고 교류전압의 크기를 알 수 있게 된다.

이 때, 교류전압 값의 변화와 동일한 비율로 직류전압이 변화되며, 상용 교류전원을 사용할 때 교류전압값의 변화를 전기적으로 절연된 신호로써 감지할 수 있으므로, 상용 교류전압 감지가 필요한 각종 디지털 기기 및 제어기기에 유용하게 사용될 수 있는 효과가 있다.

상기 게이트웨이 모듈(500)은 상기 디지털 제어모듈(300)에서는 RS232를 통해 출력되는 검출데이터와 상기 센서모듈(600)에서 출력되는 센싱데이터를 저장하는 블랙박스(520) 및 상기 디지털 제어모듈(300)에서 출력되는 검출데이터와 상기 센서모듈에서 출력되는 센싱데이터의 플로우 및 원격서버로의 전송을 제어하는 프로세서(540)를 포함되어 구성된다.

다시말해, 게이트웨이 모듈(500)은 디지털제어모듈(300)의 검출데이터에 대한 신호를 저장 및 원격서버에 전송하여 주며, 또한 센서모듈(600)로부터의 정보도 원격서버에 전송하여 위해환경을 원격 감시할 수 있도록 한다.

즉, 게이트웨이 모듈(500)은 현재의 분전반의 상태정보를 원격서버에 전송할 수도 있지만, 블랙박스(520)에 과거의 상태정보를 시간, 날짜별로 기록하여 자체적으로 저장하여 사고 원인을 분석하는 자료로 활용할 수 있도록 구성될 수 있다. 상기 블랙박스(520)에는 SD램을 내장하여 구성될 수 있다.

또한, RS485 및 TCP/IP의 네트워크 접속방법을 제공하여 설치장소 및 환경에 유연하게 대처할 수 있도록 하며, 센서모듈(600)의 센싱데이터를 Zigbee 네트워크 프로토콜을 기반으로 무선으로 관리하도록 구성된다.

상기 센서모듈(600)은 열감지센서(610), 연기센서(620), 침수센서(630), 진동센서(640), 아울렛(콘센트) 접촉불량 검출센서(650)를 포함하여 구성되어 각각의 센서에서의 검출신호를 Zigbee 무선통신방식으로 상기 게이트웨이 모듈(500)로 전송하도록 구성된다.

상기 열감지센서(610)는 공기중의 온도를 감지하여 화재를 검출하며, 연기센서(620)는 공기중의 연기를 검출하여 화재를 검출하며, 침수센서(630)는 분전반이 설치된 장소의 침수상태를 감지하여 누전에 의한 사고를 예방하도록 구성된다.

또한, 진동센서(640)는 지진이나 건물의 붕괴에 의한 진동을 검출하여 누전사고 또는 화재를 예방하게 된다.

도 13a, 13b은 본 발명에 따른 플러그에 접속되는 아울렛의 상태도이며, 도 14는 본 발명에 따른 분전반 및 배전반에 장착되는 센서모듈에 구성된 아울렛 접촉불량 검출센서의 작동구성도이다.

도 13a, 13b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 아울렛은 각종 전력공급을 위한 접속부가 구성되며, 상기 접속부에 플러그가 접속된다.

즉, 상기 아울렛에 입력되는 전원이 플러그로 출력되는 구조인데, 이 구조에 서는 아울렛의 접속부(A)와 플러그의 접속부(B) 사이의 헐거워짐으로 인하여 접촉 저항을 갖게 된다. 따라서, 이로 인하여 전압차가 생성되면서 접촉불량이 발생하게 된다.

상기 아울렛 접촉불량 검출센서(650)는 이러한 접촉불량 정도를 감지하게 되는데, 접촉불량이 발생하여 접촉저항 성분이 증가하게 되면서 아울렛의 전압이 커지게 되며, 따라서 전압의 증가 정도가 소정값 이상이 되는 경우는 발열로 인한 아울렛 용융으로 화재의 위험이 발생되므로, 아울렛 접촉불량 검출센서(650)는 아울렛의 입출력전압의 차이를 지속적으로 검출하게 된다.

상기 아울렛 접촉불량 검출센서에는 아울렛의 전압을 검출하는 전압검출부(651), 상기 전압검출부에서 출력된 신호 파형을 증폭하는 증폭부(652), 상기 전압검출부의 접촉불량의 전압상태에 대한 기준전압을 생성하는 기준전압발생부(654), 상기 증폭부의 출력신호와 상기 기준전압 발생부의 출력신호를 상호 비교하여 상승된 전압량을 판단하는 비교부(653) 및 상기 비교부에서 판단된 상승된 전압량을 디지털화하여 상기 게이트웨이모듈(500)로 전송하는 통신부(656)를 포함하여 구성된다.

바람직하게는 아울렛의 접속부의 온도를 감지하여 온도변화에 의한 접촉저항을 감지하는 온도검출부가 더 부가될 수 있다. 상기 온도 검출부는 온도센서를 구비하여 소정의 기준값보다 높은 온도를 나타내는 경우, 신호를 발생시켜 접촉저항에 의한 화재를 방지하는 역할을 하도록 구성할 수 있다.

먼저 상기 전압검출부(651)에서는 아울렛의 접촉불량이나 산화등에 의한 미세의 전압이 발생하게 되면, 트랜스를 사용하여 트랜스 2차측의 미세신호 파형을 인식하게 된다. 이렇게 검출된 신호는 증폭부(652)를 통해 소정의 크기로 증폭되어 비교기(653)로 입력되게 된다.

이 때, 상기 비교기(653)에서는 증폭부(652)에서 증폭된 신호와 기준전압 발생부(654)에서 생성한 기준신호를 입력받아 상승된 전압 변화량을 출력하게 된다.

상기 출력된 전압은 디지털화되어 출력단(655)과 통신부(656)를 통해 상기 게이트웨이모듈(500)로 전송된다.

상기 센서모듈(600)의 각 센서들을 개별적으로 설치하기가 용이하지 않아 한곳에 설치하여야 할 경우에는 통합하여 하나의 ID를 갖도록 운영할 수 있고, 환경상 설치가 용이하거나 센서별로 최적의 위치에 설치하기 위한 목적으로 개별적으로 위치를 선정할 경우에는 개별적 ID를 갖도록 설치하여 운영할 수 있다.

ZigBee는 저전력, 저가격 및 사용의 용이성을 갖는 "무선 근거리 표준 통신 기술을 의미하며, IEEE802.15.4표준의 PHY층과 MAC층을 기반으로 상위프로토콜과 응용을 규격화한 기술로서, 근거리에서 속도가 빠르지 않고 네트워크 사용빈도가 드문 본 발명과 같은 디지털 분전반에 설비된 원격 전기안전관리 시스템에 적합하게 적용될 수 있다.

이상 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해서 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도내에서 여러 가지 변형이 가능함은 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명하다 할 것이다.

도 1은 종래의 분전반에 설치된 전원상태를 검출하기 위한 마이크로 스위치가 장착된 3상식 배선용 차단기의 구성도이다.

도 2는 디지털 분전반 또는 수배전반에 원격 관리 시스템을 갖춘 U-city 전기 안전관리시스템의 구성도이다.

도 3은 본 발명에 의한 디지털 수배전반에 설비된 원격 전기안전 관리시스템의 구성도이다.

도 4는 본 발명에 의한 디지털 수배전반에 설비된 원격 전기안전 관리시스템의 내부 구성도이다.

도 5 및 도 6은 본 발명에 의한 디지털 수배전반에 설비된 원격 전기안전 관리시스템의 수배전반 제어모듈의 동작구성도이다.

도 6a는 본 발명에 의한 디지털 수배전반에 있어 온오프 접점방식에 의한 아크 데이터 검출 방법을 도시한 도면이다.

도 6b는 본 발명에 의한 디지털 수배전반에 있어 아날로그 선형신호 검출방식에 의한 아크 데이터 검출 방법을 도시한 도면이다.

도 6c는 본 발명에 의한 디지털 수배전반에 있어 부분방전 검출 시 여러 주파수 대역에 분포하는 전자파 노이즈를 도시한 도면이다.

도 6d는 본 발명에 의한 디지털 수배전반에 있어 부분방전 검출 방법을 도시한 흐름도이다.

도 6e는 NN 알고리즘의 개념도를 도시한 것이다.

도 6f는 MDA 알고리즘의 개념도를 도시한 것이다.

도 7은 본 발명에 의한 디지털 분전반에 설비된 원격 전기안전 관리시스템의 구성도이다.

도 8은 본 발명에 의한 디지털 분전반에 설비된 원격 전기안전 관리시스템의 내부구성도이다.

도 9는 본 발명에 따른 디지털 분전반에 설비된 분기차단기의 전원상태가 데이터화된 도면이다.

도 10은 본 발명에 따른 원격 전기안전 관리시스템에 있어 포토커플러를 이용한 절연형 SMPS의 블럭도이다.

도 11은 본 발명에 따른 포토커플러를 이용한 절연형 SMPS의 회로구성도이다.

도 12는 본 발명에 따른 SMPS 에 구성된 비교기부의 작동상태도이다.

도 13a, 13b은 플러그에 접속되는 아울렛의 상태도이다.

도 14는 본 발명에 따른 분전반 및 배전반에 장착되는 센서모듈에 구성된 아울렛 접촉불량 검출센서의 작동구성도이다.

*도면의 주요부분에 대한 기호의 설명*

100: 분기차단기 120: 변류기

140: 영상변류기 200: 검출모듈

210: 센싱저항 220: 증폭기

230: 전원측 포토커플러(PC1) 240: 부하측 포토커플러(PC2)

260: 전원입출력단자 270: 실효값변환기

280: AD변환기 290: 디지털입출력기

300: 디지털 제어모듈 340: 마이크로프로세서

400: SMPS 410: 피크전압감지부

420: 비교기부 430: 삼각파발진부

440: 절연 및 신호전달부 450: 평활 및 조정부

500: 게이트웨이 모듈 520: 블랙박스

540: 프로세서 600: 센서모듈

610: 열감지센서 620: 연기센서

630: 침수센서 640: 진동센서

650: 아울렛 접촉불량 검출센서

651: 전압검출부 652: 증폭부

653: 통신부 654: 기준전압발생부

655: 출력단 656: 통신부

Claims (10)

1. 전기설비의 안전을 진단하도록 전원라인에서 비접촉 아크센서 및 부분방전센서로 아크와 부분방전을 검출하여 검출된 파형에서 아크 또는 부분방전을 진단하여 진단 데이터로 저장하고 상기 진단 데이터를 상위서버로 전송하는 기능이 포함된 디지털 수배전반; 및

   메인 차단기와 분기차단기가 구비되며 전원라인을 통해 입력되는 교류전압 또는 전류를 검출하여 검출 데이터로 저장하고, 부하의 아크를 검출차단하며, 상기 검출 데이터를 상위서버로 전송하는 디지털 분전반을 포함하는 것을 특징으로 하는 원격 전기안전 진단 시스템.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 디지털 수배전반에는,

   상기 센서에서 미리 설정된 시간 동안 검출되는 아크 데이터를 누적하여 저장하는 데이터누적부;

   상기 아크 또는 부분방전의 알람레벨을 설정하여 상기 알람레벨을 초과하면 알람을 발생시키는 알람비교부; 및

   상기 데이터누적부의 누적된 아크데이터에서 아크 또는 부분방전의 발생빈도 를 검출 및 분석하여 현재 트렌드 또는 단기 예측 트렌드 데이터를 생성하여 저장하는 트렌드분석부를 포함하는 것을 특징으로 하는 원격 전기안전 진단 시스템.
3. 수배전반 내부에서 발생하는 아크 또는 부분방전을 검출하여 위험도를 분석하는 장치에 있어서,

   상기 수배전반 내부에서 발생하는 아크를 센싱하여 아크 데이터로 저장하는 아크데이터 검출부;

   상기 아크데이터 검출부에서 검출된 아크 데이터가 미리 정해진 기준레벨을 초과하는지 판단하는 아크데이터판단부; 및

   소정의 시간 동안 검출되는 아크 데이터로부터 상기 기준레벨을 초과하는 아크데이터가 검출되면 위험도를 증가시키고, 상기 위험도가 미리 정해진 알람 레벨을 초과하는 경우 아크 발생으로 인한 알람 신호를 생성하는 제1위험도판단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 안전 진단 장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 제1위험도판단부는 온오프 접점방식 또는 아날로그 선형신호검출 방식에 의하여 상기 위험도를 계산하고 아크 발생 트렌드를 분석하는 것을 특징으로 하는 전기 안전 진단 장치.
5. 제 3 항에 있어서,

   수배전반 내부에서 발생하는 부분방전을 검출하여 위험도를 판단하는 부분방전 진단모듈을 더 포함하며,

   상기 부분방전 진단모듈은 이미 알려진 노이즈가 분포하는 주파수 대역을 제외한 주파수 대역을 선택하여 부분방전 발생 여부를 측정하는 것을 특징으로 하는 전기 안전 진단 장치.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 부분방전 진단모듈은,

   입력되는 신호의 크기가 미리 설정된 기준레벨 이하인 경우에는 노이즈로 판단하여 부분방전이 아닌 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 전기 안전 진단 장치.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 부분방전 진단모듈은,

   부분방전을 측정하여 복수 종류의 통계적인 파라미터를 생성하며, 상기 통계적인 파라미터를 이용하여 부분방전에 대한 위험진단지수를 생성하여 부분방전으로 인한 위험도를 분석하는 것을 특징으로 하는 전기 안전 진단 장치.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 부분방전 진단모듈은,

   수배전반 내부의 방전 신호를 측정하여 부분방전 데이터를 생성하는 부분방전 데이터생성부;

   상기 부분방전 데이터에 대하여 파이큐앤(phi-q-n) 분석을 수행하여, 위상종 속배열을 생성하는 위상종속배열생성부;

   상기 위상종속배열을 이용하여 상기 복수 종류의 통계적인 파라미터를 생성하는 통계파라미터생성부;

   상기 통계적인 파라미터를 입력받아 적어도 2 종류 이상의 알고리즘을 적용하여 부분방전으로 인한 위험진단지수를 생성하는 위험진단지수생성부; 및

   상기 부분방전으로 인한 위험진단지수를 분석하여 부분방전으로 인한 위험도를 판단하는 제2위험도판단부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기 안전 진단 장치.
9. 제 8항에 있어서,

   상기 부분방전으로 인한 위험진단지수의 생성은 NN 알고리즘 및 MDA 알고리즘을 적용하고 상기 NN 알고리즘 및 MDA 알고리즘 각각에 가중치를 적용하여 생성하는 것을 특징으로 하는 전기 안전 진단 장치.
10. 제 3항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,

    아크발생량 또는 부분방전 발생량의 트렌드와 알람리스트를 표시하는 상기 수배전반 내부에 설치된 디스플레이부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 안전 진단 장치.

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