KR20170119256A - 차단기별 부하 전력 상태 감시를 위한 차단기 일체형 전력계측방법 - Google Patents

차단기별 부하 전력 상태 감시를 위한 차단기 일체형 전력계측방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차단기별 부하 전력 상태 감시를 위한 차단기 일체형 전력계측장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차단기에 연결된 부하별 전력 상태를 감시하기 위하여 설치하는 전력계측장치 중에서 차단기에 결합 가능한 구조로 분배전반의 전원 차단 없이 설치하여 차단기와 연결된 개별 부하의 전력 상태를 계측할 수 있는 차단기 일체형 전력계측 기술의 구현에 관한 것이다. 본 발명에 따른 차단기별 부하 전력 상태 감시를 위한 차단기 일체형 전력계측장치는 전력계측모듈의 설치 시 공급 전원을 차단하지 않고 차단기를 부스바 및 전력 케이블과 분리하지 않는 형태이고; 분배전반과 전력 패널에 상기 전력계측모듈의 설치를 위한 추가 공간이 필요하지 않으며; 상기 차단기와 연결된 전력선의 형태가 부스바인 경우 상기 부스바 전용 지지대를 부착하고 상기 전력계측모듈을 설치하여 상기 차단기에 고정시키는 구조이고; 상기 차단기와 연결된 전력선의 형태가 케이블인 경우 상기 케이블 전용 지지대를 부착하고 상기 전력계측모듈을 설치하여 상기 차단기에 고정시키는 구조이며; 상기 차단기의 단상, 3상 3선 및 3상 4선 단자에 개별적으로 연결하는 단극형 전력계측모듈이 설치될 수 있고; 상기 차단기의 단상, 3상 3선 및 3상 4선과 일치하는 전력계측모듈이 설치될 수 있으며; 상기 차단기를 통해 흐르는 전류의 양을 측정하기 위하여 홀 효과 센서 기반의 측정 방식이 적용되고; 상별 및 선간 전압을 측정하고 역률을 산출하기 위하여 상기 차단기의 단자와 접촉되는 접점 단자가 구비되며; 상기 차단기와 상기 전력계측모듈 간의 통신 및 상기 전력계측모듈과 감시장치 간의 통신에는 RS-485 및 지그비 통신 방식이 적용되는 것을 특징으로 한다.

Description

차단기별 부하 전력 상태 감시를 위한 차단기 일체형 전력계측장치{Circuit Breaker Integrated Electricity Measuring Module for Monitoring the Load Electricity Condition }
본 발명은 차단기별 부하 전력 상태 감시를 위한 차단기 일체형 전력계측장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차단기에 연결된 부하별 전력 상태를 감시하기 위하여 설치하는 전력계측장치 중에서 차단기에 결합 가능한 구조로 분배전반의 전원 차단 없이 설치하여 차단기와 연결된 개별 부하의 전력 상태를 계측할 수 있는 차단기 일체형 전력계측 기술의 구현에 관한 것이다.
기존의 전력계측장치는 설치하기 위해 공급 전원을 차단한 후 차단기를 분리하고 전력계측장치를 부스바에 체결하고 난 뒤 다시 차단기를 연결하는 방식이거나, 전원 차단 후 차단기 다음 단에 연결된 전력 케이블을 분리하여 전력계측장치를 설치한 후 전력 케이블을 차단기에 연결하는 방식으로서 모든 장치가 공급전원을 차단한 후 설치해야 하며, 전력계측장치의 부피가 커서 기존의 분배전반에 전력계측장치를 설치하기에는 공간적 한계를 가지는 등 설치 상 어려운 구조인 단점을 가지고 있다.
본 발명에 따른 차단기별 부하 전력 상태 감시를 위한 차단기 일체형 전력계측장치를 개시하려는 유사 선행기술에는 1) 대한민국 공개특허공보 제10-2009-0062915호 '회로 차단기 일체형 전자식 전력량 계'가 있다. 상기 유사 선행기술은 가동접촉자를 고정접촉자에 접촉하는 통전 위치와 고정접촉자로부터 분리되는 차단위치로 구동하는 개폐기구와, 회전하여 상기 개폐기구를 상기 차단위치로 구동하도록 트리거(TRIGGER)하는 크로스 바(CROSS BAR)와, 자화되었을 때 상기 크로스 바를 트리거하도록 회전 구동하는 코일 어셈블리(COIL ASSEMBLY)를 구비하는 회로 차단기 부; 회로 상에 흐르는 전류 값을 검출하는 전류 검출 부; 회로 상의 전압 값을 검출하는 전압 검출 부; 상기 회로차단기와 전자식 전력량 계의 공통 제어부로서, 상기 전류 검출 부로부터의 전류 값과 상기 전압 검출 부로부터의 전압 값을 적산하여 사용 전력량을 산출하고, 상기 전류 검출 부로부터의 전류 값을 미리 설정된 정격 전류 값과 비교하여 회로 상 이상 전류 발생시 상기 코일 어셈블리를 자화시키는 차단제어 신호를 출력하는 제어부로 구성되는 기술을 개시하는 특징이 있다.
다른 유사 선행기술에는 2) 대한민국 공개실용신안공보 제20-2011-0006841호 '배전계통 개폐기용 내장 일체형 제어통신 장치'가 있다. 상기 유사 선행기술은 배전계통의 다수의 차단기 및 개폐기를 제어하고 상위 배전자동화시스템과 통신이 가능한 배전계통 개폐기용 내장 일체형 제어통신 장치에 있어서, 상기 차단기 및 개폐기의 접점 상태 신호를 상기 차단기 및 개폐기로부터 수신하여 제공하고, 상기 차단기 및 개폐기에게 개폐 제어신호를 출력하는 개폐기 제어유닛; 상기 차단기 및 개폐기과 상기 개폐기 제어유닛사이에 접속되어, 상기 차단기 및 개폐기의 접점 상태 신호를 상기 차단기 및 개폐기로부터 수신하여 디지털 변환하여 상기 개폐기 제어유닛에 제공하고, 개폐기 제어유닛로 부터의 개폐 제어신호를 상기 차단기 및 개폐기에게 전기적 신호로 변환하여 제공하는 접점신호 연계 유닛; 상기 접점 상태 신호의 표시 및 사용자의 조작 입력을 전달하는 표시 및 조작부; 상기 상위 배전자동화시스템과의 통신을 위해 접속되는 상위 통신부; 상기 상위 통신부와 상기 개폐기 제어유닛 및 상기 표시 및 조작부에 접속되어, 상기 상위 통신부와 통신하고, 상기 개폐기 제어유닛 및 상기 표시 및 조작부로부터 수신한 정보를 처리하며, 상기 개폐기 제어유닛에 상기 차단기 및 개폐기를 개폐제어하기 위한 상기 개폐 제어신호를 발출하는 주제어부; 배전 계통으로부터 교류 전력을 강압하고 직류 전원으로 변환하여, 차단기 및 개폐기의 동작 전원을 공급하고, 상기 상위 통신부와 상기 주제어부 및 상기 개폐기 제어유닛에 전원을 공급하는 전원회로 유닛; 및 상기 개폐기 제어유닛, 상기 접점신호 연계 유닛, 상기 상위 통신부, 상기 주제어부 및 상기 표시 및 조작부를 내장하여 수납하는 하나의 외함;으로 구성되는 기술을 개시하는 특징이 있다.
그러나 전술한 종래의 유사 선행기술은 차단기에 연결된 부하별 전력 상태를 감시하기 위하여 설치하는 전력계측장치 중에서 차단기에 결합 가능한 구조로 분배전반의 전원 차단 없이 설치하여 차단기와 연결된 개별 부하의 전력 상태를 계측할 수 있는 차단기 일체형 전력계측 기술을 제공하지 못하였다.
KR10-2009-0062915(A) KR20-2011-0006841(U)
본 발명은 상기한 발명의 배경으로부터 요구되는 기술적 필요성을 충족하는 것을 목적으로 한다. 구체적으로, 본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 차단기에 연결된 부하별 전력 상태를 감시하고자 설치하는 전력계측장치 중에서 차단기에 결합 가능한 구조로 분배전반의 전원 차단 없이 설치하여 차단기와 연결된 개별 부하의 전력 상태를 계측할 수 있는 차단기 일체형 전력계측 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차단기별 부하 전력 상태 감시를 위한 차단기 일체형 전력계측장치는 전력계측모듈의 설치 시 공급 전원을 차단하지 않고 차단기를 부스바 및 전력 케이블과 분리하지 않는 형태이고; 분배전반과 전력 패널에 상기 전력계측모듈의 설치를 위한 추가 공간이 필요하지 않으며; 상기 차단기와 연결된 전력선의 형태가 부스바인 경우 상기 부스바 전용 지지대를 부착하고 상기 전력계측모듈을 설치하여 상기 차단기에 고정시키는 구조이고; 상기 차단기와 연결된 전력선의 형태가 케이블인 경우 상기 케이블 전용 지지대를 부착하고 상기 전력계측모듈을 설치하여 상기 차단기에 고정시키는 구조이며; 상기 차단기의 단상, 3상 3선 및 3상 4선 단자에 개별적으로 연결하는 단극형 전력계측모듈이 설치될 수 있고; 상기 차단기의 단상, 3상 3선 및 3상 4선과 일치하는 전력계측모듈이 설치될 수 있으며; 상기 차단기를 통해 흐르는 전류의 양을 측정하기 위하여 홀 효과 센서 기반의 측정 방식이 적용되고; 상별 및 선간 전압을 측정하고 역률을 산출하기 위하여 상기 차단기의 단자와 접촉되는 접점 단자가 구비되며; 상기 차단기와 상기 전력계측모듈 간의 통신 및 상기 전력계측모듈과 감시장치 간의 통신에는 RS-485 및 지그비 통신 방식이 적용되는 것을 특징으로 한다.
이상과 같이 본 발명은 전력계측장치를 이용할 경우 공급 전원을 차단하지 않고 설치할 수 있어 설치 시 부하의 가동을 중단하는 일이 발생하지 않을 뿐 아니라 전력계측장치를 위한 별도의 공간이 불필요하여 기 이용중인 분배전반 및 전력 패널에 설치 가능하므로 설치를 위해 분배전반 및 전력패널을 교체하지 않아도 되는 효과가 있다.
본 발명의 기술적 효과들은 이상에서 언급한 기술적 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 효과들은 청구범위의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 차단기와 연결된 일체형 전력계측모듈의 구성도;
도 2는 차단기 일체형 전력계측장치를 고정시키기 위한 지지대 형상의 예시도;
도 3은 차단기와 일체화되는 상별 분리형 및 일체형 전력계측장치 형상의 예시도;
도 4는 상별 일체형 전력계측장치와 분리형 전력계측장치가 차단기에 결합된 형태의 예시도;
도 5는 종래의 전력계측장치를 이용한 차단기별 전력상태 계측장치의 구성도;
도 6은 종래의 CT센서를 내장한 전력계측장치와 홀 효과센서를 내장한 전력계측장치 형상의 예시도;
도 7은 스마트폰 원격감시시스템의 구성도;
도 8은 스마트폰 어플리케이션 소프트웨어의 구성도;
도 9는 동요일 및 인접요일에 대한 일평균 전력부하 예측 알고리즘의 실시 흐름도이다.
이하에서는, 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다. 또한 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 각 구성 단계에 대한 상세한 설명에 앞서, 본 명세서 및 청구 범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위하여 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1 내지 도 6을 참조하여 본 발명에 따른 차단기별 부하 전력 상태 감시를 위한 차단기 일체형 전력장치에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 차단기와 연결된 일체형 전력계측모듈의 구성도를 나타낸다. 도 1에서 차단기와 연결된 일체형 전력계측모듈(105, 106)은 상기 차단기와 연결된 부스바(103)에 설치될 수도 있으며, 상기 차단기와 연결된 케이블(104)에 설치될 수도 있다. 상기 전력계측모듈(105, 106)에서 계측된 전력상태는 RS485 또는 지그비(Zigbee) 통신 방식의 제1통신선(102)을 통하여 분배전반 내외의 일측에 설치될 수 있는 감시장치(101)로 전달되거나 상기 감시장치(101)로부터의 제어명령에 따라 명령을 수행할 수 있다. 상기 감시장치(101)는 이더넷, 와이파이(Wi-Fi) 또는 이동통신망 방식의 제2통신선(107)을 통해 원격지에 위치한 중앙제어장치(108)로 연결될 수 있으며, 와이파이를 이용하여 휴대폰과 같은 모바일 기기에 연결될 수 있다. 상기 전력계측모듈(105, 106)은 차단기 일체형으로서 설치를 위해 공급 전원을 차단하거나 상기 전력계측모듈(105, 106)이 위치할 별도의 공간을 구비할 필요가 없다는 장점이 있다. 그리고 상별 및 선간 전압을 측정하고 역률을 산출하기 위하여 상기 차단기의 단자와 접촉되는 접점 단자가 구비된다.
도 2는 차단기 일체형 전력계측모듈을 고정시키기 위한 방법 중 하나인 지지대 형상을 나타내는 예시도이다. 도 2에서 상기 부스바(103, 202)에 부착시키는 부스바 부착형 지지대(201)는 상기 부스바(103, 202)에 부착하면 고정용 받침대A(203)에 의해 고정되는 구조로 형성되어 있다. 상기 케이블(104, 205)에 부착하는 케이블 부착형 지지대(204)는 상기 케이블(104, 205)에 부착하기에 용이한 구조로서, 상기 케이블(104, 205)에 설치할 경우 고정되는 고정용 받침대B(206)에 의해 고정되는 구조를 가지고 있다. 상기 고정용 받침대A(203)와 상기 고정용 받침대B(206)로 인하여 상기 부스바(103, 202) 및 상기 케이블(104, 205)의 굵기가 상기 부스바 부착형 지지대(201) 및 상기 케이블 부착형 지지대(204)에 정확히 일치하지 않아도 움직임을 방지해주는 효과가 있는 것을 특징으로 한다.
도 3은 차단기와 일체화할 수 있는 상별 분리형 및 일체형 전력계측모듈의 형상을 나타낸다. 상기 전력계측모듈(105, 106)은 단극형의 상별 분리형 전력계측모듈(301, 302)과 일체형 전력계측모듈(303)로 구분한다. 또한 상기 분리형 전력계측모듈(301, 302)과 상기 일체형 전력계측모듈(303)은 설치하고자 하는 상기 부스바(103, 202) 또는 상기 케이블(104, 205) 등 전력선의 형태에 맞는 지지대A(304), 지지대B(305) 및 지지대C(306)를 선택하여 결합할 수 있는 구조인 것을 특징으로 한다. 즉, 부스바형 전력계측모듈인 경우에는 부스바형 지지대와 결합하여 구성하며, 케이블형 전력계측모듈인 경우에는 케이블형 지지대와 결합하여 구성할 수 있다. 또한 도 3에는 단상 차단기용 일체형 모듈의 일실시예를 나타내고 있지만 이러한 형상은 단상형, 3상 3선형, 3상 4선형으로도 적용할 수 있다.
도 4는 차단기(401)의 전력선 연결단자(402)에 상기 부스바(103, 202, 403)가 체결되어 있는 경우 상기 일체형 전력계측모듈(303, 404)와 분리형 전력계측모듈(301, 302, 405)이 차단기에 결합된 형태를 나타낸다. 일실시예로서 상기 일체형 전력계측모듈(303, 404)은 단상용 차단기의 각 상별 부스바 연결단자 부분과 결합하기 적절한 구조를 가지고 있어 결합을 위한 별도의 공간이 필요하지 않으며, 상기 분리형 전력계측모듈(301, 302, 405)은 차단기 상별 연결단자에 상별로 전력계측모듈을 결합하며, +상 단자에는 마스터 모듈, -상단자에는 슬레이브 모듈을 설치하나 외형 구조는 동일한 형태를 가지고 있다. 이와 같은 구조는 단상형, 3상 3선형, 3상 4선형에 대하여 유사한 형태로 적용할 수 있는 것을 특징으로 한다.
도 5는 종래의 전력계측모듈 이용한 차단기별 전력상태 계측장치의 구성도이다. 도 5의 좌측에 설치된 전력계측모듈A(501A)는 전류측정 센서 중 하나인 CT센서를 이용한 전력계측 방식으로서 주로 차단기와 연결된 케이블(502A)부분에 설치되어 전력상태를 파악하는 장치이며, 우측에 설치된 전력계측모듈B(504B)는 분배전반 내 전력선용 부스바가 아닌 별도의 계측용 부스바(503B)가 포함된 상기 전력계측모듈B(504B)를 상기 전력선용 부스바와 상기 차단기 사이에 설치하여 전력상태를 파악하는 장치이다. 상기 전력계측모듈A(501A)와 상기 전력계측모듈B(504B)는 모두 설치를 위해 전원을 차단하고 상기 차단기와 상기 케이블 또는 상기 부스바를 분리한 상태에서 상기 전력계측모듈A(501A)와 상기 전력계측모듈B(504B)를 설치한 후 전원을 공급해야 할 뿐만 아니라 상기 전력계측모듈A(501A)와 상기 전력계측모듈B(504B)이 위치할 별도의 공간이 필요하다는 단점을 가지고 있다.
도 6은 종래의 CT센서를 내장한 전력계측모듈C(601C)과 홀 효과센서를 내장한 전력계측모듈D(603D) 형상을 나타낸다. 상기 CT센서를 내장한 전력계측모듈(601C)는 전류를 측정하기 위해 전력 케이블C(602C)가 각 상별로 분리된 전력계측모듈(601C)내 구멍으로 관통해야 하며, 기존의 홀 센서를 이용한 전력계측모듈D(603D)는 전류를 계측하기 위하여 별도의 계측용 부스바D(604D)를 내장하고 있다. 상기 전력계측모듈C(601C) 및 상기 전력계측모듈D(603D)을 설치하기 위해서는 전원을 차단해야 할 뿐 아니라 설치를 위한 별도의 공간이 필요한 단점을 가지고 있다.
일반적으로 전기설비 감시를 목적으로 하는 시스템은 주로 현장에 설치되는 로컬 유닛의 출력을 사용하거나 인터넷 망을 사용한 원격 서버를 통한 감시가 이루어지고 있다. 그러나 이러한 로컬 유닛의 경우 관리자가 현장 방문 시에만 전기설비의 상태 분석이 가능하고, 기존 원격 서버를 통한 감시의 경우 사무실 또는 감시실 등에서 PC를 사용해야만 전기설비의 감시가 가능하고, 사고 발생 시 즉각적인 인지가 어렵다는 단점이 있다. 이러한 단점을 보완하기 위해 본 발명에서는 스마트폰을 이용하여 언제 어디에서나 전기설비의 감시 및 진단을 수행할 수 있는 스마트폰 전기설비 감시 진단용 어플리케이션을 제안한다. 고속 프로세서, 수 GB 메모리, 터치스크린 하드웨어를 탑재한 스마트폰 성능은 이미 PC수준에 근접하여 기존 PC를 통해서만 처리, 분석이 가능하였던 데이터를 근자에는 스마트폰 연산 기능을 사용하여 모바일 장치를 통한 전기설비의 관리가 가능하며, 스마트폰에 의한 시간적·공간적 제약을 극복한 동적 운영 관리를 통해 대상 전기설비에 필요한 관리 및 유지보수 비용과 시간을 절감하는 것이 가능하다. 스마트폰을 이용한 전기설비 원격감시시스템은 크게 각종 원격서버, 로컬 유닛 및 각종 센서 그리고 스마트폰 어플리케이션으로 구성된다(도 7). 스마트폰 어플리케이션은 동작 시 원격 서버의 데이터베이스 또는 현장 로컬 유닛의 메모리에 누적된 현장 정보를 취득, 현장 데이터의 변화 경향, 이상 신호 또는 경보 등을 분석하여 상태 분석 결과 및 전문가적 지침을 관리자에게 제공, 관리자는 이를 통해 전기설비를 최적 효율화하여 운영하도록 한다.
스마트폰 서버는 원격감시 시스템의 신뢰도를 위해 일반 PC가 아닌 서버 시스템을 사용하여 구축된다. 상기 스마트폰 서버는 전기설비에 부착된 모듈형 로컬유닛으로부터 TCP/IP로 데이터를 전송 받아 데이터를 축적하며, 스마트폰과는 Wi-Fi를 통한 Ethernet망 또는 3G/LTE망을 사용하여 통신하도록 구성된다. 스마트폰을 이용한 전기설비 원격감시시스템의 모듈형 로컬유닛은 일반적으로 단품으로 설계되어, 현장 적용 시 현장에 따라 기능적·비용적으로 낭비가 존재했었던 부분을 개선하여 전기설비 원격감시에 필요한 각 기능을 개별적 슬롯 카드 형태의 모듈 타입 하드웨어로 설계/제작하여, 관리자가 현장에 맞추어 필요한 기능만 적용하여 사용할 수 있도록 설계되는 것을 특징으로 한다. 모듈형 로컬유닛의 모듈은 필수 모듈과 선택형 모듈로 구성된다. 필수 모듈은 로컬유닛의 운전과 기본적 전력 파라미터의 계측에 필요한 모듈로서 전원 모듈, CPU 모듈, 전력측정 모듈로 구성되고 선택형 모듈은 온도 측정 모듈, 파형 캡쳐 모듈 등으로 구성된다. 상기 전원모듈은 유닛과 각 모듈에 전원을 공급하는 기능을, CPU 모듈은 각 모듈로부터 전송되어 온 데이터를 분석하고 프로토콜화 하여 원격서버로 전송하는 기능을, 상기 전력 측정 모듈은 전기설비에 설치된 CT와 PT로부터 전압/전류값을 입력받아 전력을 분석하는 기능을, 상기 온도 측정 모듈은 변압기 및 판넬 온도를 측정하는 기능을 가지고 있고 마지막으로 파형 캡쳐 모듈은 전압, 전류 등의 실시간 파형 분석을 위한 정밀 측정 기능을 갖는 것을 특징으로 한다. 모듈형 로컬유닛의 각 모듈의 통신은 메모리버스 방식이다. 메모리버스는 일반적으로 퍼스널 컴퓨터에서 많이 사용되는 데이터 전송 기법으로 CPU와 시스템 내부에 설치된 메모리 기능의 램(RAM) 사이에서의 데이터 전송에 사용된다. 본 모듈형 로컬유닛에서는 CPU 모듈에 위치하는 CPU와 각 측정 모듈에 설치되어 있는 램을 사용, 메모리버스 방식의 통신 프로세스를 구축하여 각 모듈에서 측정된 데이터의 통신이 이루어지게 된다. 모듈형 로컬유닛은 선택적으로 별도의 패널 PC형 모니터를 연결, 패널 PC형 모니터를 통해 모듈형 로컬 유닛 및 전기설비를 설정·제어하고, 스마트폰을 사용하지 못하는 경우 현장에서 즉시 대상 전기설비의 측정 및 분석 결과를 확인 가능하다. 패널 PC형 모니터는 CPU와 7인치 터치스크린을 사용하여 프로세스와 디스플레이 모두 가능하도록 설계하였으며 계통도, 종합 진단 화면, 현재 운전 상태 등을 확인할 수 있다. 패널 형 모니터에 내장되어 있는 PC 로컬용 소프트웨어의 계통도는 전기설비 정보와 계측 정보를 출력하고, 계통도를 구성할 수 있다. 진단화면은 변압기 진단, 전력감시 등의 화면으로 구성되며 전기설비의 주요 요소를 감시하고 변압기 상별 부하율, 여유용량, 효율을 측정하고 전체 전기설비의 전압, 전류, 전력, 역률, 피크 등을 감시하고, 회로별 누설전류와 변압기 및 선로별 온도를 측정하여 관리자에게 알려준다. 또한 계측 정보를 통해 연동된 계측 장비의 계측값을 출력하며, 일정 시간 간격으로 일별 변화 경향을 제공하는 정보 분석 화면 등으로 구성하였다. 그리고 현재 발생된 경보 현황과 누적된 경보 내역을 조회할 수 있는 경보 현황 조회 기능과 일보, 월보, 연보를 조회, 출력할 수 있는 보고서 기능이 적용되는 것을 특징으로 한다.
전기설비 원격감시를 위한 스마트폰 어플리케이션은 크게 보안접속 기능, 모니터링 기능 및 진단 기능으로 구성된다(도 8). 프로그램의 흐름은 접속 시도 시 인증 여부를 검토하여 접속 허가 또는 불가를 판단하고, 접속이 허가되었을 경우 사용자가 관리하는 고객을 검색하고 선택할 수 있도록 구성되어 있으며, 대상 고객 선택 후에는 프로그램 내부에서 여러 가지 기능을 임의로 선택하여 자유롭게 메뉴간 이동하며 대상 전기설비를 관리할 수 있는 것을 특징으로 한다. 스마트폰 어플리케이션 자체에는 각종 결과 분석에 필요한 여러 가지 계산식과 알고리즘은 보유하고 있으나 데이터베이스는 보유하고 있지 않으며, 필요시 스마트폰 서버에 누적된 데이터를 3G/LTE망 또는 Wi-Fi 통신을 사용하여 전송, 분석하여 사용자에게 측정 결과를 제시해준다. 스마트폰을 이용한 전기설비 원격감시 시스템의 클라이언트인 스마트폰 어플리케이션은 대상 전기설비의 현재 및 누적 전력사용량과 현재 전기설비 동작 상태 및 발생된 경고 현황 등을 모두 감시할 수 있기 때문에 정보 누출의 문제가 발생할 가능성이 있어 미리 서버를 통해 인증되어, 접근이 허가된 관리자만이 스마트폰 서버에 접속 가능하도록 보안 기능이 적용된다. 설계된 스마트폰 어플리케이션을 사용하여 스마트폰 서버에 접속 시도를 할 경우 스마트폰 서버는 관리자 인증 정보 데이터베이스를 검색하여 접속을 요청한 스마트폰의 전화번호가 데이터베이스 상에 기 인증되어 있지 않을 경우에 경고 알림창이 발생하면서 접속을 거부한다.
전기설비 감시 진단용 스마트폰 어플리케이션의 모니터링 기능은 종합진단 기능, 계측정보 기능, 보고서 기능으로 구성된다.
종합진단 기능은 대상 전기설비의 운전 현황을 종합적으로 판단할 수 있도록 화면을 구성하였으며 전압, 전류, 전력, 품질, 온도 등 각 항목들을 종합적으로 분석하여 전기설비의 전체적인 운영 현황 결과를 관리자가 한눈에 파악할 수 있는 것을 특징으로 한다. 계측정보 기능의 감시 항목은 전압, 전류, 유효전력, 역률, 부하율, 변압기 온도, 판넬 온도, 불평형률, 전압 THD, 전류 THD, 주파수, 적산전력량, 현재 디맨드, 최고 디맨드, 금월 전력량, 금일 전력량 등 전기설비의 기본적인 항목들로 구성되며, 항목을 클릭할 경우 선택된 항목의 세부 정보와 변화 트렌드를 상세히 열람할 수 있는 것을 특징으로 한다. 또한 스마트폰 어플리케이션은 현재 또는 과거의 전기설비 상태 모니터링 결과 보고서를 제공하는 기능을 가지며, 보고서는 일보와 월보 2가지 중 선택할 수 있다. 보고서의 내용은 일보의 경우 시간별, 월보의 경우 일자별 전압, 전류, 전력, 역률, 전력량 등으로 구성된다. 그리고, 관리자의 편의를 위해 전기설비 감시 진단용 스마트폰 어플리케이션은 고객 위치 표시를 제공하는 기능을 가지며 표시 방법은 스마트폰에 내장되어 있는 카메라와 GPS를 사용하여 실사 영상에 설정된 반경 이내의 고객의 위치를 표시하는 증강현실 기능과 확대·축소가 가능한 지도를 사용하여 사용자의 위치를 표시하는 지도 기능을 갖는 것을 특징으로 한다.
진단 기능은 스마트폰 원격 서버에 누적된 데이터와 현재 측정값을 상호 비교하여 과거부터 현재까지의 변화 경향, 이상 신호 누적 경향을 분석하여 대상 전기설비의 상태를 진단할 수 있다. 스마트폰 어플리케이션의 진단 기능은 미래 예측, 이상 진단, 에너지 사용 분석의 3요소가 적용된다. 미래 예측 기능은 현재 시간부터 당일 24시까지의 각 측정 항목의 미래 값을 예측하는 기능으로, 예측 항목은 전압, 전류, 전력, 역률, 부하율, 변압기 온도, 판넬 온도 등으로 구성된다. 본 기능에 적용한 알고리즘은 과거의 유사한 날(가능한 최근의 날)의 패턴과 가장 근접한다는 기본 가정에서 설계하였으며, 예측모델을 구성하는 과정은 ① 동일한 유형의 요일의 패턴을 구성하는 단계 ② 일평균 예측 모델을 구성하는 단계 ③ 예측일의 24시간 패턴 곡선을 예측하는 단계가 포함되는 것을 특징으로 한다. 적용된 알고리즘 중 일 평균 전력부하 예측알고리즘은 도 9와 같다.
이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용, 변형 및 개작을 행하는 것이 가능할 것이다. 이에, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
101 : 감시장치 102 : 제1통신선
103, 202, 403: 부스바
104, 205 : 케이블 105, 106 : 전력계측모듈
107 : 제2통신선 108 : 중앙제어장치
201 : 부스바 부착형 지지대 203 : 고정용 받침대A
204 : 케이블 부착형 지지대 206 : 고정용 받침대B
301, 302, 405 : 분리형 전력계측모듈
303, 404 : 일체형 전력계측모듈
304 : 지지대A 305 : 지지대B
306 : 지지대C
401 : 차단기 402 : 전력선 연결단자
501A : 전력계측모듈A 502A : 차단기와 연결된 케이블
503B : 계측용 부스바 504B : 전력계측모듈B
601C : 전력계측모듈 602C : 전력 케이블C
603D : 전력계측모듈D 604D : 계측용 부스바D

Claims (8)

  1. 차단기별 부하 전력 상태 감시를 위한 차단기 일체형 전력계측장치에 있어서,
    차단기와 연결된 전력계측모듈(105, 106)이 상기 차단기와 연결된 부스바(103) 및 상기 차단기와 연결된 케이블(104)에 설치되고,
    상기 전력계측모듈(105, 106)에서 계측된 전력상태를 제1통신선(102)을 통하여 분배전반 내외의 일측에 설치되는 감시장치(101)로 전달되거나 상기 감시장치(101)로부터의 제어명령을 수행하며,
    상기 감시장치(101)는 제2통신선(107)을 통하여 원격지에 위치한 중앙제어장치(108)로 연결되고,
    상기 전력계측모듈(105, 106)의 설치 시 공급 전원을 차단하지 않고 상기 차단기를 부스바(103) 또는 케이블(104)과 분리하지 않는 형태인 것을 특징으로 하는 전력계측장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 부스바(103, 202)에 부착시키는 부스바 부착형 지지대(201)는 상기 부스바(103, 202)에 부착하면 고정용 받침대A(203)에 의해 고정되는 구조로 형성되어 있고,
    상기 케이블(104, 205)에 부착하는 케이블 부착형 지지대(204)는 상기 케이블(104, 205)에 설치할 경우 고정용 받침대B(206)에 의해 고정되는 구조로 형성되어 있으며,
    상기 고정용 받침대A(203)와 상기 고정용 받침대B(206)로 인하여 상기 부스바(103, 202) 및 상기 케이블(104, 205)의 굵기가 상기 부스바 부착형 지지대(201) 및 상기 케이블 부착형 지지대(204)에서 움직이지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 전력계측장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전력계측모듈(105, 106)은 단극형의 상별 분리형 전력계측모듈(301, 302)과 일체형 전력계측모듈(303)로 구분되고,
    상기 분리형 전력계측모듈(301, 302)과 상기 일체형 전력계측모듈(303)은 설치하고자 하는 상기 부스바(103, 202) 또는 상기 케이블(104, 205) 전력선의 형태에 맞는 지지대A(304), 지지대B(305) 및 지지대C(306)를 선택하여 결합할 수 있는 구조인 것을 특징으로 하는 전력계측장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    부스바형 전력계측모듈인 경우에는 부스바형 지지대와 결합하여 구성하고, 케이블형 전력계측모듈인 경우에는 케이블형 지지대와 결합하여 구성하며, 단상형, 3상 3선형, 3상 4선형에 적용가능한 것을 특징으로 하는 전력계측장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 일체형 전력계측모듈(303, 404)은 단상용 차단기의 각 상별 부스바 연결단자 부분과 결합 시 별도의 공간이 필요하지 않고, 상기 분리형 전력계측모듈(301, 302, 405)은 차단기 상별 연결단자에 상별로 전력계측모듈을 결합하며, +상 단자에는 마스터 모듈, -상단자에는 슬레이브 모듈을 설치하고, 단상형, 3상 3선형, 3상 4선형에 적용 가능한 것을 특징으로 하는 전력계측장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 차단기를 통해 흐르는 전류의 양을 측정하기 위하여 홀 효과 센서 기반의 측정 방식이 적용되는 것을 특징으로 하는 전력계측장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상별 및 선간 전압을 측정하고 역률을 산출하기 위하여 상기 차단기의 단자와 접촉되는 접점 단자가 구비되는 것을 특징으로 하는 전력계측장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 차단기와 상기 전력계측모듈(105, 106) 간의 통신 및 상기 전력계측모듈(105, 106)과 상기 감시장치(101) 간의 통신에는 RS-485 및 지그비 통신 방식이 적용되는 것을 특징으로 하는 전력계측장치.
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