KR20120133753A - 전력 종합 모니터링 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 분전반의 전력량을 모니터링하여 아크, 누전, 과열에 의한 화재를 미연에 방지할 수 있는 전력 종합 모니터링 시스템에 관한 것으로, 본 발명은 세대 내 분전반의 전력량(전압, 전류, 주파수, 소비전력 등)을 실시간으로 모니터링하고, ZCT(Zero Current Transformer, 영상변류기)를 통해서 누설전류를 검지하며, 온도센서를 내장하여 각 상 부스바의 과열여부를 진단하고, 전류고조파 분석기법을 통하여 아크발생 여부를 판단 및 경보하여 전기화제를 예방할 수 있는 전력 종합 모니터링 시스템을 제공한다.

Description

전력 종합 모니터링 시스템{Total monitoring system of power}

본 발명은 분전반의 전력량을 모니터링하는 시스템에 관한 것으로서, 특히 분전반의 전력량을 모니터링하여 아크, 누전, 과열에 의한 화재를 미연에 방지할 수 있는 전력 종합 모니터링 시스템에 관한 것이다.

동력 분전반 및 세대 내에서 사용되는 전기전자기기의 종류가 다양해지고 전력수요가 증가하면서 세대 내 분전반의 전기사용환경을 모니터링할 필요성이 점점 더 증가되고 있다. 또한 가까운 미래에 실현될 스마트 그리드 전력망 공급환경에 대비하고 과부하, 누전, 아크에 의한 전기화재예방이 필요성이 증대하고 있다.

지금까지 세대 분전반은 단순히 전력을 분배하는 역할에 불과했지만, 이제는 소비자와 공급자가 서로 유기적으로 상호작용하면서 자신의 전력 소비를 원하는 대로 통제하는 사회로 나아가고 있다. 이에 따라 전력 소비자의 입장에서 안전한 전기사용과 더불어 전기사용환경을 실시간으로 감시 및 제어할 수 있는 분전반용 종합전기 제어시스템이 필요한 시점이다.

따라서 분전반의 전력량을 모니터링하고 아크, 누전, 과열에 의한 화재를 미연에 방지함으로써, 보다 안전한 전기를 가정에 공급하고, 소비전력을 표시하여 소비자들에게 안전한 전기, 친근한 전기, 편리한 전기 서비스를 제공하고 에너지를 절약할 수 있는 전력 종합 모니터링 시스템의 개발이 요망된다.

따라서 본 발명의 목적은 세대 내 분전반의 전기사용환경을 실시간 표시 및 통신을 통한 모니터링을 실시함으로서 스마트그리드 시대에 대비한 효율적인 전기소비 패턴을 확립할 수 있도록 유도하는 전력 종합 모니터링 시스템을 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 세대 내 분전반에서 발생하는 아크를 감지하여 정상적인 아크(정류자 모터 사용 청소기, 개폐상황에서 발생, 조광기의 사용으로 인해 발생한 아크)인지 고장상태의 아크(절연파괴, 조임상태불량, 불순물 등)인지를 판별하고 고장시 경보 및 트립신호를 발생시키는 전력 종합 모니터링 시스템을 제공하는데 있다.

또한, 영상변류기를 내장하여 누설되는 전류량을 모니터링하고 설정값 이상 누설전류가 검측되면 경보 발생시킴으로써 누전을 감지할 수 있는 전력 종합 모니터링 시스템을 제공하는데 있다.

또한, 각 상별 부스바의 온도를 모니터링하여 설정값 이상의 온도가 검측되면 경보 발생시켜 과열을 방지하는 전력 종합 모니터링 시스템을 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전력 종합 모니터링 시스템은 세대 내 분전반의 전력량(전압, 전류, 주파수, 소비전력 등)을 실시간으로 모니터링하고, ZCT(Zero Current Transformer, 영상변류기)를 통해서 누설전류를 검지하며, 온도센서를 내장하여 각 상 부스바의 과열여부를 진단하고, 전류고조파 분석기법을 통하여 아크발생 여부를 판단 및 경보하여 전기화제를 예방할 수 있다.

이때, 상기 영상변류기 및 온도센서는, 상기 각 상 부스바에 내장된 하나의 모듈화 된 유니트로서, 분전반의 한 키트(Kit)로서의 역할을 수행하는 것이 바람직하다.

또한, 상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전력 종합 모니터링 시스템은, 분전반 내의 전기신호를 전류신호 및 전압신호로 분리 검출하고, 전류신호와 같은 위상의 전압신호를 주파수 성분으로 변환한 후, 상기 전류신호의 기본주파수성분을 제외한 나머지 아크성분을 추출하여, 아크성분의 한 주기당 입력되는 펄스의 개수와 펄스의 폭으로 아크발생을 인지하는 아크감지부; 영상변류기(ZCT; Zero Current Transformer)를 이용하여 지락누전상태를 감지 시 2차측 출력을 감지신호로 출력하는 누전감지부; 각 상별 부스바의 온도를 측정하여, 측정한 온도를 디지털 신호로 변환하여 출력하는 열화감시부; 전압, 전류, 주파수 및 소비전력을 표시하고, 과부하 기능 설정 시 정격대비 부하량(%)을 표시하며, 발광소자를 발광시켜 아크, 누전 및 열화 감지상태 및 이상발생 상태를 시각적으로 표시하는 표시부; 상기 아크감지부, 누전감지부, 열화감시부로부터 기 설정된 신호가 인가되면 경보음을 통하여 이상발생 상태를 청각적으로 출력하는 경보부; 시스템의 온/오프 키, 상기 아크감지부, 누전감지부, 열화감시부의 기준값 및 범위 설정키, 상기 열화감시부의 과부하 기능 설정키, 상기 경보부의 경보 중지 및 정지키, 상기 시스템의 리셋키 및 갱신키를 포함하는 키입력부; 및 상기 아크감지부, 누전감지부, 열화감시부, 표시부, 경보부 및 키입력부의 동작을 전반적으로 제어하며, 상기 열화감시부로부터 인가된 디지털신호로부터 과부하를 판단하여 예비경보를 발하고, 설정온도에 따라 경보를 발령하도록 상기 경보부에 제어신호를 인가하며, 상기 키입력부로부터 인가되는 신호에 따라 제어신호를 출력하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 누전감지부 및 열화감지부는, 상기 각 상 부스바에 내장된 하나의 모듈화 된 유니트로서, 분전반의 한 키트(Kit)로서의 역할을 수행할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 전력 종합 모니터링 시스템은, 상기 아크, 누전, 열화 등의 사고이력을 저장하는 저장부;를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 전력 종합 모니터링 시스템은, 통신선로 연결 시, 통신망을 통하여 원격지의 서버에서 원격감시 및 제어가 가능한 유무선 인터페이스를 제공하는 통신부;를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 전력 종합 모니터링 시스템의 상기 키입력부는, 상기 저장부에 사고이력을 선택하여 입력하는 입력키 및 상기 통신부를 통해 원격지의 서버에 접속하기 위한 접속키를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 전력 종합 모니터링 시스템의 상기 제어부는, 상기 키입력부로부터 과부하 기능이 설정되면, 상기 경보부를 통하여 정격대비 부하량이 80~100%시 예비경보를 발하고, 상기 열화감시부로부터 설정온도에 대응하는 신호가 인가되면 경보를 발령하도록 제어신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 본 발명은 세대 내 분전반의 전력량(전압, 전류, 주파수, 소비전력 등)을 실시간으로 모니터링할 수 있고, 누설전류 검지, 온도센서를 내장하여 각 상 부스바의 과열여부를 진단하며, 전류고조파 분석기법을 통하여 아크 발생여부를 판단하고 경보하여 전기화재를 예방할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 세대 내 분전반의 전기사용환경을 실시간 표시 및 통신을 통한 모니터링을 실시함으로서 스마트그리드 시대에 대비한 효율적인 전기소비 패턴을 확립할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 전력 종합 모니터링 시스템의 내부 블록구성도,
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 누전감지부의 누전상태 감지원리를 나타낸 도면.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예들의 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 도면들 중 동일한 구성들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들을 나타내고 있음을 유의하여야 한다. 하기 설명에서 구체적인 특정 사항들이 나타나고 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해 제공된 것이다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명에 따른 전력 종합 모니터링 시스템의 내부 블록구성도로서, 도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 전력 종합 모니터링 시스템(100)은 제어부(110), 키입력부(120), 아크감지부(130), 누전감지부(140), 열화감시부(150), 표시부(160), 경보부(170), 저장부(180) 및 통신부(190)를 포함한다. 본 발명에 따른 전력 종합 모니터링 시스템(100)은 세대 내 분전반에 설치되는 것이 바람직하다.

상기 제어부(110)는 상기 키입력부(120), 아크감지부(130), 누전감지부(140), 열화감시부(150), 표시부(160), 경보부(170), 저장부(180) 및 통신부(190)의 동작을 전반적으로 제어하며, 상기 열화감시부(150)로부터 인가된 디지털신호로부터 과부하를 판단하여 예비경보를 발하거나, 설정온도에 따라 경보를 발령하도록 상기 경보부(170)에 제어신호를 인가한다. 또한, 상기 제어부(110)는 상기 키입력부(120)로부터 인가되는 신호에 따라 상기 각 구성부들을 제어하는 제어신호를 인가한다.

상기 키입력부(120)는 본 발명에 따른 전력 종합 모니터링 시스템(100)의 온/오프 키를 비롯하여, 상기 아크감지부(130), 누전감지부(140), 열화감시부(150)의 기준값 및 범위를 설정하는 설정키, 상기 열화감시부(150)의 과부하 기능 설정키, 상기 경보부(170)의 경보 중지 및 정지키, 상기 표시부(160)에 표시되는 데이터의 리셋 또는 갱신키, 상기 저장부(180)에 사고이력 선택입력키, 상기 통신부(190)를 통해 원격지의 서버(미도시함)에 접속하기 위한 접속키 등을 포함할 수 있다.

상기 아크감지부(130)는 분전반 내의 전기신호를 전류신호 및 전압신호로 분리 검출하고, 전류신호와 같은 위상의 전압신호를 주파수 성분으로 변환한 후, 상기 전류신호의 기본주파수성분을 제외한 나머지 아크성분을 추출하여, 아크성분의 한 주기당 입력되는 펄스의 개수와 펄스의 폭으로 아크발생을 인지한다.

아크(Arc)는 절연체에서 발생되며 보통 전극의 소손을 동반하게 되는 섬광의 방전현상으로서, 아크의 발생은 순간에서부터 오랜 기간에 이르기까지 다양하며, 통전 전류의 크기와 아크 지속시간이 화재발생의 주요 요소가 된다. 아크 결함은 비록 작은 전류일 경우에도 1,000도 이상의 온도 발생이 가능하기 때문에, 일반적 PVC전선 절연체의 발화점 영역은 250-450도 정도이므로, 직접적인 화재 및 절연체 열화를 통한 화재원인이 된다.

아크의 종류는 크게 병렬아크, 접지아크 및 직렬아크로 구분된다. 병렬아크는 선간아크라고도 하며, 헤어 드라이의 콘센트 접속동작이나 토스트기의 보관 시 말아둔 코드선과 같이 지속적이고 반복적인 굽힘 동작이 이루어지는 전원 코드선 및 문틈이나 무거운 물체로 압력을 받는 상태가 지속되어 손상된 전원코드에서 발생할 가능성이 높다. 접지아크는 전선 절연체가 못과 같은 외부영향으로 접지와의 절연성능이 약화된 경우로서, 곧바로 절연사고가 발생하지는 않더라도 서지성 과도전압에 의하여 발생하며, 직렬아크는 전선을 연결하고 벽체에 콘센트를 고정시키는 과정에서 연결을 위해 사용된 볼트에 과도한 힘이 가해지는 콘센트의 접속부분에서 주로 발생하며, 접촉불량으로 절연체가 열화되어 손상되면 병렬아크로 확대된다.

전기설비 및 전기기기의 사용에서 아크결함은 피할 수 없는 부분으로서, 아크결합으로 인한 전기화재는 은밀하게 진행되어 매일 아무일 없이 사용하던 전기설비 및 기기들에서 어느 날 갑자기 화재가 발생하며, 시점은 달라질 수 있지만 언젠가는 나타나게 되고, 노후화된 시설은 물론 새 설비에도 예외없이 발생하는 특성이 있다. 따라서 아크결함에 대한 보호는 선택이 아닌 필수로서, 본 발명에 따른 전력 종합 모니터링 시스템(100)의 아크감지부(130)는 동 출원인에 의해 출원 및 등록된 특허 제10-1007551호의 아크 검출방식을 사용할 수 있다.

상기 아크감지부(130)는 일반 저항부하는 물론 일반 저항부하는 물론 진공청소기(정류자모터사용), SMPS, 캐패시터 기동모터, 조광기, 40W형광등 등의 부하에서도 아크만을 감지할 수 있다.

상기 누전감지부(140)는 영상변류기(ZCT; Zero Current Transformer)의 동작원리를 이용한 것으로, 도 2에 본 발명에 따른 누전감지부(140)의 정상상태 및 지락누전상태의 감지원리를 나타내었다.

도 2a 및 도 2b를 참조하면, 도 2a는 정상상태(Normal Condition)의 동작을 나타낸 것으로, Ii는 ZCT에 들어가는 전류, Io는 ZCT로부터 나타가는 전류, Øi는 Ii에 의한 자속, Øo는 Io에 의한 자속을 지시한다 평상시에는 Ii = Io 이므로, Øi = Øo가 되어, ZCT의 2차측에 출력이 발생되지 않아 정상사용이 가능하다. 반면에, 도 2b는 지락누전상태(Ground Fault Condition)의 동작을 나타낸 것으로, Ig는 지락전류(누전전류), Ii + Ig는 ZCT에 들어가는 전류, Io는 ZCT에 나가는 전류를 나타낸다. 지락(누전) 발생시에는 Ii = Ig > Io, 즉 Øi > Øo가 되어, ZCT의 2차측에 출력이 발생되며, 이 출력이 상기 경보부(170)를 동작시켜 누전회로를 표시 및 경보하게 된다.

상기 열화감시부(150)는 센서용 CT(Current Transformer)로서 각 상별(R, S, T) 부스바의 온도를 측정한다. 열감감시부(150)의 감지온도는 -20~100℃로서, 감지된 온도는 10bit ADC에 의하여 디지털 신호로 변환되어 상기 제어부(110)로 전달되고, 상기 키입력부(120)로부터 과부하 기능이 설정되면 상기 경보부(170)를 통하여 열화상태를 경보한다. 과부하 기능 설정은 정격대비 부하량이 80~100%시 예비경보를 발하고, 설정온도에 따라 경보를 발령하도록 설정할 수 있다.

한편, 누전감지부(140)를 구성하는 영상변류기 및 열화감지부(150)를 구성하는 온도센서는 상기 각 상 부스바에 내장된 하나의 모듈화 된 유니트인 로서, 분전반의 한 키트(Kit)로서의 역할을 수행할 수도 있다.

상기 표시부(160)는 전압, 전류, 주파수 및 소비전력을 표시하고, 과부하 기능 설정 시 정격대비 부하량(%)을 표시하며, LED 등의 발광소자를 통하여 아크, 누전 및 열화 감지상태 및 이상발생 상태를 시각적으로 표시한다.

상기 경보부(170)는 상기 아크감지부(130), 누전감지부(140), 열화감시부(150)로부터 기 설정된 신호가 인가되면 경보음을 통하여 이상발생 상태를 청각적으로 출력한다. 한편, 상기 경보부(170)는 제어부(110)의 제어신호에 따라 경보음을 출력할 수도 있다.

상기 저장부(180)는 아크, 누전, 열화 등의 사고이력을 저장한다. 저장방식은 상기 키입력부(120)로부터 저장입력명령에 따라 선택적으로 저장될 수도 있고, 사고 발생 시 자동으로 저장될 수도 있다.

상기 통신부(190)는 통신선로 연결 시, 통신망을 통하여 원격지의 서버(미도시함)에서 원격감시 및 제어가 가능한 유무선 인터페이스를 제공한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 전력 종합 모니터링 시스템은 세대 내 분전반에서 발생하는 아크를 감지하여 정상적인 아크(정류자 모터 사용 청소기, 개폐상황에서 발생, 조광기의 사용으로 인해 발생한 아크)인지 고장상태의 아크(절연파괴, 조임상태불량, 불순물 등)인지를 판별하고 고장시 경보 및 트립신호를 발생시켜 세대 내 분전반의 전기사용환경을 실시간 표시 및 통신을 통해 모니터링할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 전력 종합 모니터링 시스템은 영상변류기를 내장하여 누설되는 전류량을 모니터링하고 설정값 이상 누설전류가 검측되면 경보 발생시킴으로써 누전을 신속하게 감지할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 전력 종합 모니터링 시스템은 각 상별 부스바의 온도를 모니터링하여 설정값 이상의 온도가 검측되면 경보 발생시켜 과열을 방지할 수 있다.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해서 정해져야 한다.

Claims (8)

1. 세대 내 분전반에 설치되어, 상기 분전반의 전압, 전류, 주파수, 소비전력량을 실시간으로 모니터링하고, 영상변류기를 통해서 누설전류를 검지하며, 온도센서를 내장하여 각 상 부스바의 과열여부를 진단하고, 전류고조파 분석기법을 통하여 아크발생 여부를 판단 및 경보하는 전력 종합 모니터링 시스템.
   
2. 제 1항에 있어서, 상기 영상변류기 및 온도센서는,
   상기 각 상 부스바에 내장된 하나의 모듈화 된 유니트인 것을 특징으로 하는 전력 종합 모니터링 시스템.
   
3. 분전반 내의 전기신호를 전류신호 및 전압신호로 분리 검출하고, 전류신호와 같은 위상의 전압신호를 주파수 성분으로 변환한 후, 상기 전류신호의 기본주파수성분을 제외한 나머지 아크성분을 추출하여, 아크성분의 한 주기당 입력되는 펄스의 개수와 펄스의 폭으로 아크발생을 인지하는 아크감지부;
   영상변류기(ZCT; Zero Current Transformer)를 이용하여 지락누전상태를 감지 시 2차측 출력을 감지신호로 출력하는 누전감지부;
   센서용 CT(Current Transformer)를 이용하여 각 상별 부스바의 온도를 측정하고, 측정한 온도를 디지털 신호로 변환하여 출력하는 열화감시부;
   전압, 전류, 주파수 및 소비전력을 표시하고, 과부하 기능 설정 시 정격대비 부하량(%)을 표시하며, 발광소자를 발광시켜 아크, 누전 및 열화 감지상태 및 이상발생 상태를 시각적으로 표시하는 표시부;
   상기 아크감지부, 누전감지부, 열화감시부로부터 기 설정된 신호가 인가되면 경보음을 통하여 이상발생 상태를 청각적으로 출력하는 경보부;
   시스템의 온/오프 키, 상기 아크감지부, 누전감지부, 열화감시부의 기준값 및 범위 설정키, 상기 열화감시부의 과부하 기능 설정키, 상기 경보부의 경보 중지 및 정지키, 상기 시스템의 리셋키 및 갱신키를 포함하는 키입력부; 및
   상기 아크감지부, 누전감지부, 열화감시부, 표시부, 경보부 및 키입력부의 동작을 전반적으로 제어하며, 상기 열화감시부로부터 인가된 디지털신호로부터 과부하를 판단하여 예비경보를 발하고, 설정온도에 따라 경보를 발령하도록 상기 경보부에 제어신호를 인가하며, 상기 키입력부로부터 인가되는 신호에 따라 제어신호를 출력하는 제어부;를 포함하는 전력 종합 모니터링 시스템.
   
4. 제 3항에 있어서, 상기 누전감지부 및 열화감지부는,
   상기 각 상 부스바에 내장된 하나의 모듈화 된 유니트인 것을 특징으로 하는 전력 종합 모니터링 시스템.
   
5. 제 3항에 있어서,
   상기 아크, 누전, 열화 등의 사고이력을 저장하는 저장부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 종합 모니터링 시스템.
   
6. 제 5항에 있어서,
   통신선로 연결 시, 통신망을 통하여 원격지의 서버에서 원격감시 및 제어가 가능한 유무선 인터페이스를 제공하는 통신부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 종합 모니터링 시스템.
   
7. 제 6항에 있어서, 상기 키입력부는,
   상기 저장부에 사고이력을 선택하여 입력하는 입력키 및 상기 통신부를 통해 원격지의 서버에 접속하기 위한 접속키를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 종합 모니터링 시스템.
   
8. 제 3항에 있어서, 상기 제어부는,
   상기 키입력부로부터 과부하 기능이 설정되면, 상기 경보부를 통하여 정격대비 부하량이 80~100%시 예비경보를 발하고, 상기 열화감시부로부터 설정온도에 대응하는 신호가 인가되면 경보를 발령하도록 제어신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 전력 종합 모니터링 시스템.

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