KR20150005775A - 직류전원계통 운전상태 원격감시시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 직류전원계통의 이상상태 발생시 다양한 이상상태의 원인을 신속하고 정확하게 분석할 수 있으며, 이상상태의 원인을 포함한 발생위치를 관리자에게 실시간으로 알려줄 수 있는 직류전원계통 운전상태 원격감시시스템에 관한 것이다. 이와 같은 본 발명은, 직류전원계통의 메인선로에서 적어도 1차 이상 분기된 적어도 하나 이상의 직류선로를 구비한 직류전원 선로부와; 미리 설정된 전압 및 전류값을 갖는 교류전원을 발생시켜, 다수개의 부하의 입력단에 각각 인가하는 교류 발생부와; 상기 교류 발생부에서 각각 인가하는 교류전원이 인가된 직류선로의 전압 또는 전류신호를 각각 검출하는 검출부와; 상기 교류 발생부에서 발생된 교류전원이 인가된 직류선로의 전압 또는 전류신호를 각각 검출하는 검출부와; 상기 검출부에서 검출한 전압 또는 전류신호를 미리 설정된 포맷으로 변환하여 출력하는 복수개의 MUX와; 상기 MUX에서 출력되는 전압 또는 전류신호에 포함된 임펄스파형의 상태를 통하여 전원공급계통의 이상유무 상태를 각각 분석하는 분석부와; 상기 분석부에서 출력하는 이상유무 상태의 판단 결과에 따라 상기 각각의 부하로 인가되는 직류전원계통의 이상 유무 상태를 판단하는 감시부로 구성된다.

Description

직류전원계통 운전상태 원격감시시스템{Operation Status Monitoring System for DC Power Line}
본 발명은 직류전원계통 운전상태 원격감시시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 직류선로, 직류선로에 연결된 부하 등과 같은 직류전원계통의 이상유무 상태를 실시간 원격으로 감시하여 이를 관리하기 용이하도록 한 직류전원계통 운전상태 원격감시시스템에 관한 것이다.
비상전원, 제어전원 또는 직류전기 발생계통에 사용하는 직류전원은 산업설비에서 매우 중요한 역할을 하고 있다. 이러한 산업설비는 수력, 원자력, 화력발전, 태양광발전, 풍력발전, 산업설비, 전기철도, 지하철, 직류기, 차단기, 전력IT기기, 인버터, 비상부하 등이라 할 수 있다.
이러한 직류전원이 사용되는 산업설비에는 24V, 48V, 125V, 250V, 500V, 1KV 등과 같은 직류전원이 정상적으로 공급되도록 해당 설비를 유지하여야하나, 직류전원계통의 이상유무 상태를 감시할 수 있는 시스템이 없어서 정전, 단전 등과 같은 비상사태시 사고 발생은 물론 대형 화제의 발생요인이 되고 있다.
이러한 문제점들을 해소하기 위하여, 직류전원계통 지락보호를 위한 보호 계전기가 개발되어 있으나, 직류전원계통의 메인(Main)선로에서만 동작되고 있는 실정이다.
이 분야의 종래기술을 살펴보면 등록실용신안 제0409071호의 전원감지시스템은 전원부의 전압 및 전류 변동상태와 노이즈 발생상태를 통합적으로 감시하도록 하고 있으나, 이와 같은 선행기술은 전압 및 전류 변동상태를 감시하기 위해 직류접지 검출장치가 개발되어 있긴 하나 직류전원계통에서 접지 발생시에 한하여 직류전원 상태를 알려주는 수준이다.
이에 따라 종래의 보호계전기를 사용하는 경우, 접지 발생시 접지 위치를 찾기가 어려워 신속한 복구가 곤란하였으며, + - 접지, + - 합선, 단자 접촉불량 등의 이상 발생시 정확한 이상 발생점 또는 이상 원인을 확인하거나, 접지, 합선, 접촉불량 상태의 진행추이를 분석하기 위해서는 많은 시간과 노력이 요구되었으며, 무부하 상태(정지중)에서의 이상유무 감시기능이 없었을 뿐만 아니라 고장예측, 고장확대 및 전기화재 등을 예방할 수는 없었다.
이러한 상황에서 만일 정상운전중이거나 정지중인 설비의 직류전원계통의 운전상태를 실시간으로 원격감시가 가능한 원격감시시스템을 개발하고, 직류전원계통에 이상발생시 신속한 조치는 물론 직류전원계통의 상태를 지속적으로 실시간 감시하여 해당 설비를 안정적으로 운용할 수 있다면 매우 바람직할 것이다.
본 발명은 이상에서 설명한 종래 기술의 문제점들을 해소하기 위하여 제안된 것으로서, 직류전원계통의 이상상태 발생시 다양한 이상상태의 원인을 신속하고 정확하게 분석할 수 있으며, 이상상태의 원인을 포함한 발생위치를 관리자에게 실시간으로 알려줄 수 있는 직류전원계통 운전상태 원격감시시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 부하의 유무 상태에서 비상전원인 직류전원계통의 이상유무의 시험 및 분석을 할 수 있어, 직류전원계통에서 발생될 수 있는 이상상태를 예측할 수 있는 직류전원계통 운전상태 원격감시시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 직류전원계통의 이상상태 발생시 해당 상황을 원격으로 통합 감시할 수 있는 직류전원계통 운전상태 원격감시시스템을 제공하기 위한 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 직류전원계통 운전상태 원격감시시스템은, 직류전원계통의 메인선로에서 적어도 1차 이상 분기된 적어도 하나 이상의 직류선로를 구비한 직류전원 선로부와;
미리 설정된 전압 및 전류값을 갖는 교류전원을 발생시켜, 다수개의 부하의 입력단에 각각 인가하는 교류 발생부와;
상기 교류 발생부에서 발생된 교류전원이 인가된 직류선로의 전압 또는 전류신호를 각각 검출하는 검출부와; 상기 검출부에서 검출한 전압 또는 전류신호를 미리 설정된 포맷으로 변환하여 출력하는 복수개의 MUX(Multiplexer)와;
상기 MUX(Multiplexer)에서 출력되는 전압 또는 전류신호에 포함 된 임펄스파형의 상태를 통하여 전원공급계통의 이상유무 상태를 각각 분석하는 분석부와;
상기 분석부에서 출력하는 이상유무 상태의 판단 결과에 따라 상기 각각의 부하로 인가되는 직류전원계통의 이상유무 상태를 판단하는 감시부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 감시부는 상기 분석부에서 분석한 상기 전압 또는 전류신호의 파형의 크기와 빈도에 따라 직류전원계통의 직렬아크 결함, 병렬아크 결함, 접지아크 결함 중 임의의 결함으로 판단한다.
상기 검출부를 구성하는 검출센서는 선간전압 또는 전류센서(Holl Sensor), 접지아크 검출기, 변류기(CT), 영상 변류기(ZCT) 중에서 적어도 하나 이상의 선택적인 조합에 의해 구성되는 것이 바람직하다.
이상에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 직류전원계통 운전상태 원격감시시스템에 따르면 다음과 같은 효과를 갖는다.
첫째, 직류전원계통의 이상상태 발생시 다양한 이상상태의 원인을 신속 및 정확하게 분석할 수 있으며, 이상상태의 원인을 포함한 발생위치를 관리자에게 알려줄 수 있다. 이에 따라, 직류전원계통의 이상상태 발생시 신속한 복구는 물론 이상상태에 의해 야기될 수 있는 전기화재등의 사고 확대를 예방할 수 있다.
둘째, 부하의 유무 상태에서 직류전원계통의 이상유무의 시험 및 분석을 할 수 있고, 직류전원계통에 발생될 수 있는 이상상태를 예측할 수 있어 효율적이고 안정적으로 전체 시스템을 운용할 수 있다.
셋째, 직류전원계통의 이상상태 발생시 해당 상황을 원격지에서 실시간으로 통합 감시할 수 있어, 직류전원계통 시설물의 유지보수와 관련된 복구비용과 시간을 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 직류전원계통 운전상태 원격감시시스템을 개략적으로 도시한 블럭구성도이며;
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 직류전원계통 운전상태 원격감시시스템에서 직류전원계통에 교류전원을 인가할 때의 정상 및 비정상 상태를 각각 설명하기 위한 도면이며;
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 직류전원계통 운전상태 원격감시시스템에서 메인선로의 이상상태를 검출하기위한 메인선로 감지부의 회로도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 직류전원계통 운전상태 원격감시시스템의 구성 및 동작을 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 직류전원계통 운전상태 원격감시시스템을 개략적으로 도시한 블럭구성도이다.
도 1을 참조하면, 직류전원을 공급하는 메인(Main)선로(110)와, 메인선로(110)에서 분기된 2차 선로(120)와, 2차 선로(120)에서 분기된 다수의 3차 선로(130)를 구비한 직류전원 선로부(100)와; 2차 선로(120)에 연결되어, 미리 설정된 전압 및 전류값을 갖는 교류전원을 발생시켜, 다수개의 부하(200:200a-200n)의 입력단에 각각 인가하는 교류 발생부(300)와; 교류 발생부(300)에서 발생된 교류전원이 인가된 직류선로에서 전압 또는 전류신호를 각각 검출하는 복수개의 검출센서(400a-400n)를 구비한 검출부(400)와; 복수개의 검출센서(400:400a-400n)에서 검출한 전압 또는 전류신호를 미리 설정된 포맷으로 변환하여 출력하는 복수개의 MUX(500:500a-500n)와; 복수개의 MUX(500:500a-500n)에서 출력되는 전압 또는 전류신호에 포함 된 임펄스파형의 상태를 각각 분석하는 분석부(600)와; 분석부(600)에서 출력하는 이상유무 상태의 판단 결과에 따라 각각의 부하(200)로 인가되는 직류전원계통의 이상유무 상태를 판단하는 감시부(700)와; 감시부(700)와 유무선 통신방식으로 연결되어, 각각의 부하(200)로 인가되는 직류전원계통의 운전상태를 원격으로 실시간 감시 및 관리하는 원격 감시부(800)를 포함한다.
여기서, 메인선로(110)와 2차 선로(120)는 +선로와 -선로의 양선으로 이루어지며, 입력단에 전원 단속을 스위칭 제어하기 위한 단속 스위치(SW10,SW20)가 각각 설치되는 것이 바람직하다. 반면, 다수의 부하(200)에 각각 연결된 3차 선로(130)는 단선으로 형성되며, 각각의 부하(200)에 알맞는 낮은 전압값을 갖는 교류전원을 각각 공급한다. 이러한, 다수의 3차 선로(130)에 각각 연결된 다수개의 부하(200)는 수력, 원자력, 화력발전설비, 태양광발전, 풍력발전, 산업설비, 전기철도, 지하철, 직류기, 차단기, 전력IT기기, 인버터, 비상부하 등이 적용될 수 있을 것이다.
본 발명의 바람직한 실시 예에서, 부하(200)의 외부에는 직렬 또는 병렬로 임피던스가 부가되어, 부하 임피던스의 크기를 조절하는 것이 바람직하다.
교류 발생부(300)는 교류 10V이하, 30Hz를 각각의 부하(200)의 입력단에 인가하는 것으로서, 직류선로가 가압되지 않은 상태, 부하선로가 온 상태, 부하선로가 오프 상태에서 교류 또는 특수 파형이 사용될 수 있다. 예를 들어, 교류 발생부(300)는 교류 10V이하, 30Hz 이하 값을 갖는 교류를 직류선로에 콘덴서를 통하여 실시간 또는 주기적으로 인가하는 것이 바람직하다.
상기 검출부(400)는 1/30초 이하의 범위에서 전압 또는 전류신호의 파형을 검출하여 분석신호로 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 검출부(400)를 구성하는 검출센서(400a-400n)는 선간전압 또는 전류센서(Holl Sensor), 접지아크 검출기, 변류기(CT), 영상 변류기(ZCT) 중에서 하나 이상 선택적으로 사용되는 것이 바람직하다.
센서는 직렬아크, 병렬아크, 접지아크를 포함하는 유해아크, 부하전류의 실효값, 직류전동기의 기동 또는 정지, 절연열화, 운전상태, 직류차단기의 개폐동작 상태등을 검출한다.
센서는 직렬아크, 병렬아크, 접지아크를 포함하는 유해아크, 양극 또는 음극선로 접지아크를 검출한다.
여기서, 직렬아크는 단자와 전선간 이음상태의 불량이나 전선의 단선, 코일의 단선 등으로 인한 단자이완, 접속불량, 선로의 단선 등을 의미한다. 병렬아크는 두 선간의 합선, 전선 피복의 열화, 노후, 벗겨짐, 손상 등으로 인한 양극 및 음극 선로간 단락되는 상태를 의미한다. 접지아크는 선로와 대지간의 지락발생, 선로와 외함간의 지락발생 등으로 인한 양,음극선로 접지 또는 양극선로 접지 또는 음극선로 접지를 의미한다.
복수개의 MUX(500:500a-500n)는 검출부(400)의 각각의 검출센서(400a-400n)에서 검출한 신호를 분석부(600)에서 인식 가능한 입력신호로 변환하여 출력한다.
분석부(600)는 정상모듈에서의 직류부하의 온라인 상태 분석; 대기모드에서의 직류부하 오프라인 상태 분석; 직류전동기의 기동 또는 정지 분석; 차단기의 개폐 또는 작동시 정상아크 파형패턴의 분석; 정상아크 파형패턴 분석; 유해아크 파형패턴분석; 임펄스 파형을 퓨리에 변환한 주파수 특성 분석; 미리 설정된 시간(예를 들어, 0.03초 이내) 내의 접지아크 검출, 미리 설정된 시간(예를 들어, 0.25초) 내의 직렬 또는 병렬아크검출; 고장 예측; 고장내용 분석; 과부하 판단; 서지 판단; 직류전원계통 상태 분석; 직류 선로별 및 기기별 운전상태 이력 관리 등의 동작을 실행한다.
예를들어, 직류전원계통이 정상적인 상태인 경우, 분석부(600)는 정상신호를 검출하지만, 분석부(600)가 도 2에 도시된 바와 같이, 유해아크도 검출할 수 있다.
도 2a를 참조하면, 상단 도면과 같이 직류 선로에 전류가 흐르지 않는 무통전 상태에서는 아무런 변화가 없지만, 하단 도면과 같이 소정 직류전압(예를 들어, 직류 125V)를 흘려주면 입력과 출력이 동일하게 직류 125V가 검출된다.
또한, 도 2b를 참조하여 시험시 정상상태를 설명하면, 상단 도면과 같이 직류선로가 무통전상태에서 교류발생시 시험전원(예를 들어, 교류 5V 30Hz)을 인가하는 경우, 정상적인 사인파형이 출력되며, 하단 도면과 같이 소정 직류전압(예를 들어, 직류 125V)를 흘려주면 직류 125V와 교류 5V 30Hz가 동시에 검출된다.
그러나, 도 2c를 참조하여 시험시 비정상상태를 설명하면, 상단 도면과 같이 직류선로가 무통전상태에서 교류발생시 시험전원(예를 들어, 교류 5V 30Hz)을 인가하는 경우, 비정상적인 아크발생파형이 발생되며, 하단 도면과 같이 소정 직류전압(예를 들어, 직류 125V)을 흘려주면 직류 125V가 소정 레벨의 전압강하가 이루어지며, 이때 인가된 교류아크파형이 발생됨을 알 수 있다. 즉, 교류 10V이하, 30Hz의 파형에 소정 레벨값을 갖는 직류가 인가되면, 해당 지점에 문제가 있는 경우 앞에서 설명한 3종류의 유해아크가 검출될 수 있다.
감시부(700)는 분석부(600)에서 분석한 전압 또는 전류신호에 포함 된 임펄스파형의 크기, 빈도 또는 타임씽크로 된 파형의 면적비교를 통하여 직류전원계통의 직렬아크 결함, 병렬아크 결함, 접지아크 결함 중 임의의 결함으로 판단하여, 그 결과를 유무선 통신망을 통하여 원격 감시부(800)로 전달한다.
감시부(700)는 직류전원계통의 통전시 또는 통전이 아닌 경우에도 실시간으로 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 직류전원계통 운전상태 원격감시시스템 이라고 할 수 있다.
또한, 감시부(700)에는 직류전원계통과 기기의 운전상태, 절연열화, 고장예측, 전기화재 발생을 백분율 지수 또는 상태 변화 추이로 분석하는 알고리즘이 내장되는 것이 바람직하다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 직류전원계통 운전상태 원격감시시스템에서 메인 전원공급선로의 이상상태를 검출하기 위한 메인선로 감지부(A)의 회로도이다.
도 4를 참조하면, 직류전원 선로부(100)의 메인선로(110) 자체에 이상유무 상태를 파악하기 위해, 메인선로(110)의 + 선로와 - 선로의 사이에 서로 직렬로 연결된 한 쌍의 저항(R1,R2)이 선로에 병렬로 연결되며, 각각의 +단자, -단자 및 한 쌍의 저항(R1,R2)의 사이는 접지 처리되는 것이 바람직하다.
이상에서 설명한 직류전원계통 운전상태 원격감시시스템은 발전소 및 산업설비의 모든 직류전원계통에 적용될 수 있을 뿐만 아니라 태양광 발전 및 풍력발전에 적용될 수 있을 것이다.
지금까지, 본 발명을 실시예를 참고로 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100 : 직류전원 선로부 110, 120, 130 : 직류전원 선로
200, 200a-200n : 부하 300 : 교류발생부
400 : 검출부 400a-400n : 검출센서
500a-500n : MUX 600 : 분석부
700 : 감시부 800 : 원격 감시부
A: 메인선로 감지부

Claims (10)

  1. 직류전원을 공급하는 메인선로에서 적어도 1차 이상 분기된 적어도 하나 이상의 직류선로를 구비한 직류전원 선로부와;
    미리 설정된 전압 및 주파수를 갖는 교류전원을 발생시켜, 다수개의 부하의 입력단에 각각 인가하는 교류 발생부와;
    상기 교류 발생부에서 발생된 교류전원이 인가된 직류선로의 전압 또는 전류신호를 각각 검출하는 검출부와;
    상기 검출부에서 검출한 전압 또는 전류신호를 미리 설정된 포맷으로 변환하여 출력하는 복수개의 MUX와;
    상기 MUX에서 출력되는 전압 또는 전류신호에 포함 된 임펄스파형의 크기, 빈도 또는 타임씽크로 된 파형의 면적비교를 통하여 전원공급계통의 이상유무 상태를 각각 분석하는 분석부와;
    상기 분석부에서 출력하는 이상유무 상태의 판단 결과에 따라 상기 각각의 부하로 인가되는 직류전원계통의 이상유무 상태를 판단하는 감시부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 직류전원계통 운전상태 원격감시시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 감시부와 유무선 통신방식에 의해 유비쿼터스 환경에서 상기 각각의 부하로 인가되는 직류전원계통의 운전상태를 원격으로 상시감시 및 관리하는 원격 감시부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 직류전원계통 운전상태 원격감시시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 감시부는 상기 분석부에서 분석한 상기 전압 또는 전류신호에 포함 된 임펄스파형의 크기, 빈도 또는 타임씽크로 된 파형의 면적비교를 통하여 직류전원계통의 직렬아크 결함, 병렬아크 결함, 접지아크 결함 중 임의의 결함으로 판단하는 것을 특징으로 하는 직류전원계통 운전상태 원격감시시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 교류 발생부는 10V이하, 30Hz 이하 값을 갖는 교류를 상기 직류선로에 콘덴서를 통하여 실시간 또는 주기적으로 인가하는 것을 특징으로 하는 직류전원계통 운전상태 원격감시시스템.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 검출부를 구성하는 검출센서는 선간전압 또는 전류센서(Holl Sensor) 접지아크 검출기, 변류기(CT), 영상 변류기(ZCT) 중에서 적어도 하나 이상의 선택적인 조합에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는 직류전원계통 운전상태 원격감시시스템.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 검출부는 1/30초 이하의 범위에서 전압 또는 전류신호의 파형을 검출하여 분석신호로 사용하는 것을 특징으로 하는 직류전원계통 운전상태 원격감시시스템.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 부하의 외부에는 직렬 또는 병렬로 임피던스가 부가되어, 부하 임피던스의 크기를 조절하는 것을 특징으로 하는 직류전원계통 운전상태 원격감시시스템.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 감시부는 상기 직류전원계통의 통전시 또는 통전이 아닌 경우에도 실시간으로 직류전원계통의 운전상태를 감시할 수 있는 것을 특징으로 하는 직류전원계통 운전상태 원격감시시스템.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 감시부는 직류전원계통과 기기의 운전상태, 절연열화, 고장예측, 전기화재 발생을 백분율 지수 또는 상태 변화 추이로 분석하는 것을 특징으로 하는 직류전원계통 운전상태 원격감시시스템.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 직류전원계통 선로부의 메인선로(110)의 + 선로와 - 선로의 사이에 서로 직렬로 연결된 한 쌍의 저항(R1,R2)이 선로에 병렬로 연결되며, 상기 직렬로 연결되는 한 쌍의 저항 연결부분이 접지처리 되는 것을 특징으로 하는 직류전원계통 운전상태 원격감시시스템.
KR1020130078554A 2013-07-04 2013-07-04 직류전원계통 운전상태 원격감시시스템 KR101497010B1 (ko)

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