KR20190033097A - Lpwa 통신을 이용한 전력 차단기 감시 장치 및 시스템 - Google Patents

Lpwa 통신을 이용한 전력 차단기 감시 장치 및 시스템 Download PDF

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KR20190033097A
KR20190033097A KR1020170120960A KR20170120960A KR20190033097A KR 20190033097 A KR20190033097 A KR 20190033097A KR 1020170120960 A KR1020170120960 A KR 1020170120960A KR 20170120960 A KR20170120960 A KR 20170120960A KR 20190033097 A KR20190033097 A KR 20190033097A
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Abstract

LPWA(Low Power Wireless Area) 통신을 이용한 전력 차단기 감시 장치가 개시되며, 이러한 전력 차단기 감시 장치는, 전력 차단기에 결합되어 상기 전력 차단기의 트립(trip) 여부를 감시하여 전력 차단기 트립 정보를 생성하는 트립 감시장치와, NB-IoT 통신망을 통해 상기 트립 감시장치로부터 상기 전력 차단기 트립 정보를 수신하여 저장하며, 유무선 인터넷망을 통해 클라이언트 측으로 상기 전력 차단기 트립 정보를 전송하는 IoT 플랫폼 서버를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

LPWA 통신을 이용한 전력 차단기 감시 장치 및 시스템{APPARATUS AND SYSTEM MONITORING POWER CIRCUIT BREAKER USING LOW POWER WIRELESS AREA}
본 발명은 저전력 광대역(Low Power Wireless Area; LPWA) 통신 방식을 이용하여 전력 차단기의 상태 등을 실시간으로 모니터링하여 무선 이동 통신 사업자 및 전력 공급 사업자가 전력 공급의 상황을 확인할 수 있도록 하는, LPWA 통신을 이용한 전력 차단기 감시 장치 및 시스템에 관한 것이다. 더 구체적으로는, 본 발명은 실시간 감시를 통해 무선 이동 통신망 및 전력 공급망의 유지 보수 비용을 획기적으로 절감할 수 있으며, 전력선 화재 감시 등의 부가적 기능을 수행할 수 있는, LPWA 통신을 이용한 전력 차단기 감시 장치 및 시스템에 관한 것이다.
종래의 일반적인 누전차단기(이하에서는, 전력 차단기로도 일컬어짐)는 과전류, 부족 전압, 지락, 단락 등과 같은 전기 계통의 고장시에 트립(trip)되어 전류를 차단하는 기능을 수행하는 장치이다. 누전차단기는, 부하 전류를 개폐할 수도 있고, 전력 계통에 이상 상태가 발생했을 경우 신속히 전로를 차단하여 계통에 접속된 기기나 전선을 보호하여 준다. 이와 같은 누전차단기는 무선 이동 통신 사업자의 망 전력 공급 장치에도 필수적으로 들어가게 되며, 이러한 누전차단기의 오동작 또는 정상 동작 등에 의해 통신망이 다운(down)되는 현상이 빈번히 발생하고 있다.
통신망이 다운되는 현상이 발생하게 되면, 이동통신 사업자의 망 운용팀이 현장에 출동하여 누전차단기를 복구시키는 일을 수행하게 되는데, 이러한 이동통신 사업자의 망 운용팀 현장 출동은 망운용 비용의 상승으로 이어지게 된다. 특히, 누전차단기의 동작보다 더 큰 문제는 실제, 한전의 정전에 의한 통신망 다운 현상이 발생하여도 망 운용팀이 출동하는 상황이 주기적으로 발생하고 있으므로, 망운용 비용 증가가 예측할 수 없을 정도로 커지게 되는 문제가 발생하고 있는 실정이다. 따라서, 당해 기술 분야에서 이러한 문제를 해결하기 위한 방안이 요구되고 있다.
대한민국등록특허 10-0950158(2010.03.22. 등록) 대한민국등록특허 10-1592466(2016.02.01. 등록)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 전력 차단기 상태의 실시간 감시를 통하여 무선 이동 통신망 및 전력 공급망의 유지 보수 비용을 감소시키기 위한, 저전력 광대역(LPWA) 통신을 이용한 전력 차단기 감시 장치 및 시스템을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 양상에 따른, LPWA(Low Power Wireless Area) 통신을 이용한 전력 차단기 감시 장치는, 전력 차단기에 결합되어 상기 전력 차단기의 트립(trip) 여부를 감시하여 전력 차단기 트립 정보를 생성하는 트립 감시장치와, NB-IoT 통신망을 통해 상기 트립 감시장치로부터 상기 전력 차단기 트립 정보를 수신하여 저장하며, 유무선 인터넷망을 통해 클라이언트 측으로 상기 전력 차단기 트립 정보를 전송하는 IoT 플랫폼 서버를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 따라, 상기 트립 감시장치는, 상기 전력 차단기가 트립하는 경우, 트립 신호를 발생시키는, 단말부와, 상기 단말부로부터의 트립 신호에 의존하여 전력 차단기 트립 정보를 생성하는, NB-IoT 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 양상에 따른, LPWA(Low Power Wireless Area) 통신을 이용한 전력 차단기 감시 시스템은, 전력 차단기에 결합되어 상기 전력 차단기의 트립(trip) 여부를 감시하여 전력 차단기 트립 정보를 생성하는 트립 감시장치, 상기 트립 감시장치로부터의 전력 차단기 트립 정보를 전달하기 위한 NB-IoT 통신망, 상기 NB-IoT 통신망을 통해 상기 트립 감시장치로부터 상기 전력 차단기 트립 정보를 수신하여 저장하는, IoT 플랫폼 서버, 상기 IoT 플랫폼 서버로부터의 상기 전력 차단기 트립 정보를 전달하기 위한 유무선 인터넷망, 및 상기 유무선 인터넷망을 통해 상기 IoT 플랫폼 서버로부터의 상기 전력 차단기 트립 정보를 수신하는 클라이언트를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 따라, 상기 트립 감시장치는, 상기 전력 차단기가 위치한 배전반 내의 내부 온도를 모니터링하기 위한 온도 모니터링부를 포함한다.
본 발명은 저전력 광대역(LPWA) 통신을 이용한 전력 차단기 감시 장치 및 시스템을 제공함으로써, 전력 차단기 상태의 실시간 감시를 통하여 무선 이동 통신망 및 전력 공급망의 유지 보수 비용을 획기적으로 감소시킬 수 있으며, 더 나아가, 전력선 화재 감시 등의 부가 기능도 수행할 수 있는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 저전력 광대역(LPWA) 통신을 이용한 전력 차단기 감시 장치가 적용되는 무선망 구조도로서, 본 발명의 전력 차단기 감시 장치 및 시스템을 설명하기 위한 도면이고,
도 2는 도 1을 더 상세히 나타낸 시스템 구성도이고,
도 3은 도 1에서 트립 감시장치의 NB-IoT 모듈(14)의 구성 블록도의 일 예이다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다. 첨부된 도면들 및 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자로 하여금 본 발명에 관한 이해를 돕기 위한 의도로 간략화되고 예시된 것임에 유의하여야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 저전력 광대역(LPWA) 통신을 이용한 전력 차단기 감시 장치가 적용되는 무선망 구조도로서, 본 발명의 전력 차단기 감시 장치 및 시스템을 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 도 1을 더 상세히 나타낸 시스템 구성도이고, 도 3은 도 1에서 트립 감시장치의 NB-IoT 모듈(14)의 구성 블록도의 일 예이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 전력 차단기 감시 장치는, 트립 감시장치(10) 및 IoT 플랫폼 서버(30)를 포함한다.
트립 감시장치(10)는 전력 차단기(도 2의 11a 참조)에 결합되어 전력 차단기(11a)의 트립(trip) 여부를 감시하여 전력 차단기 트립 정보를 생성한다. 즉, 트립 감시장치(10)는, 전력 차단기(11a)에서 트립이 발생하는 경우, 트립 발생을 검출할 수 있도록 전력 차단기에 결합되어, 트립이 발생하는 경우, 전력 차단기(11a)에서 트립이 발생하였음을 알리기 위한 전력 차단기 트립 정보를 생성한다. 전력 차단기(11a)의 트립 발생 원인은, 과전류, 부족 전압, 지락, 단락 등과 같은 전기 계통의 고장시에 일어난다. 특히, 본 발명의 전력 차단기 감시 장치가 무선 이동 통신 사업자의 망 전력 공급 장치에 적용된 경우를 가정하여 보면, 종래의 경우, 앞서 언급한 바와 같이, 한전이나 외부 공사 문제 등으로 인한 정전의 경우에도, 통신망 다운 현상이 발생하여, 망 운용자(운용팀)의 현장 출동이 항상 수반되어야 했으나, 본 발명의 전력 차단기 장치가 적용된 상태에서는, 통신망 자체의 문제가 아닌 이러한 외부 원인으로 인한 정전 문제 발생시에는 출동하지 않아도 되는 장점이 있다.
뿐만 아니라, 이하에서 설명되는 바와 같이, 전력 차단기 트립 정보가 최종적으로 클라이언트의 모바일 단말기 등으로 전송된 경우, 사용자는 이러한 정보에 기초하여 자가 조치를 취할 것인지, 무선 이동 통신 사업자의 망 운용팀 현장 출동을 요청할 것인지를 판단할 수 있도록 하여, 무선 이동 통신망 및 전력 공급망의 유지 보수 비용을 획기적으로 절감할 수 있게 된다.
트립 감시장치(10)는, 전력 차단기(11a)가 트립하는 경우, 트립 신호를 발생시키는, 단말부(12)와, 단말부(12)로부터의 트립 신호에 의존하여 전력 차단기 트립 정보를 생성하는, NB-IoT 모듈(14)을 포함한다. 단말기(12)와 NB-IoT 모듈(14) 간의 통신은 UART 통신이 사용된다. NB-IoT 모듈(14)의 일 예는 도 3에 도시되어 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, NB-IoT 모듈(14)은 프로세서(MCU), 정보 저장 및 변조 기능을 수행하는 유닛(V120), 전력 증폭기, 필터, 송수신 안테나 등을 구비할 수 있다.
트립 감시장치(10)는, 기본적으로 전력 차단기(11) 측에서 과전류, 지락, 단락 등이 발생하게 되면 트립되어 이에 접속된 기기 및 전선을 보호하게 된다. 특히, 트립 감시장치(10)의 단말부(12) 측은 전력 차단기(11)가 트립되었는지를 감시하기 위한 동작 센서(미도시)를 포함할 수 있으며, 이러한 동작 센서(미도시)를 통해 전력 차단기(11)의 트립 여부를 실시간으로 감시할 수 있다. 만약, 전력 차단기가 트립되지 않았는데, 무선 이동 통신망의 전원이 다운된 경우라면, 이는 앞서 언급한 바와 같이, 망 운용자의 현장 출동이 수반되지 않아도 되는 상태이고, 이 경우, 사용자 또는 망 운용자 측에서는 건물 관리자에게 무선 이동 통신망의 분전반에 설치된 전력 차단기의 위치 및 상태를 알려주고 전력 차단기를 오프시키도록 통보함으로써, 현장 출동하는 횟수를 줄일 수 있게 된다.
IoT 플랫폼 서버(30)는, NB-IoT 통신망(20)을 통해 트립 감시장치(10)로부터 상기 전력 차단기 트립 정보를 수신하여 저장하며, 유무선 인터넷망(40)을 통해 클라이언트 측으로 상기 전력 차단기 트립 정보를 전송한다. 클라이언트는, 사용자의 모바일 기기(50)일 수도 있고, 이동 통신 사업자 측의 서버(60) 또는 운용자의 모니터링 화면일 수 있으며, 모니터링 화면을 통해 전력 차단기 트립 정보가 디시플레이될 수 있다.
본 발명에서 트립 감시장치(10)와 IoT 플랫폼 서버(30) 간의 통신망으로 사용되고 있는 NB-IoT 통신망(20)에 관하여 간단히 살펴보면 이하와 같다. 상기 NB-IoT는 협대역 사물인터넷(Narrow Band - Internet of Things)으로서, 수많은 사물인터넷(IoT) 단말을 저전력 무선통신으로 연결한 저전력 광대역(LPWA) 통신의 일종으로서, 2016년 국제이동통신 표준화 기구인 3GPP가 국제 표준 규격 제정을 완료한 상태이다. 특히, NB-IoT는 기존 이동통신망 기반의 IoT 서비스(셀룰러 IoT)의 한계점으로 지적됐던 높은 배터리 소모량, 짧은 실내 커버리지, 비싼 통신 모듈 가격 등의 문제를 획기적으로 개선한 기술로서 향후 대중화에 크게 기여할 수 있을 것으로 주목받고 있다.
저전력 광대역(LPWA)의 대표적인 응용 분야로서는, 환경, 산업분야, 스마트미터링, 농업, 트래킹, 스마트 시티, 스마트 빌딩, 스마트 홈 등을 들 수 있다. 저전력 광대역 사물인터넷은 통신 거리 최대 40Km, 배터리 수명 10년 이상, 데이터처리율 수 kbps이하 등의 특성을 가지며, 댁내, 빌딩내, 지하 등에 침투성이 좋고 외곽지역까지 광역으로 통신이 잘 되는 시스템을 필요로 한다. 저전력 광대역 사물인터넷에서는 기존 이동통신에 비해, 통신거리, 서비스권역 및 음영지역의 통신이 상대적으로 중요한 요소들이 되고 있다. 이러한 저전력 광대역(LPWA) 통신 중 본 발명에서는 특히 NB-IoT 통신이 사용되고 있으나, 다른 방식의 저전력 광대역(LPWA) 통신일 수도 있다.
다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 LPWA 통신을 이용한 전력 차단기 감시 시스템은, 전력 차단기에 결합되어 상기 전력 차단기의 트립 여부를 감시하여 전력 차단기 트립 정보를 생성하는 트립 감시장치(10)와, 트립 감시장치(10)로부터의 전력 차단기 트립 정보를 전달하기 위한 NB-IoT 통신망(20)과, NB-IoT 통신망(20)을 통해 트립 감시장치(10)로부터 전력 차단기 트립 정보를 수신하여 저장하는, IoT 플랫폼 서버(30)와, IoT 플랫폼 서버(30)로부터의 상기 전력 차단기 트립 정보를 전달하기 위한 유무선 인터넷망(40)과, 유무선 인터넷망(40)을 통해 IoT 플랫폼 서버(30)로부터의 상기 전력 차단기 트립 정보를 수신하는 클라이언트(50, 60)를 포함한다.
뿐만 아니라, 본 발명에 따른 전력 차단기 감시 시스템은 무선 이동 통신망 및 전력 공급망의 유지 보수 비용을 획기적으로 감소시키기 위한 트립 감시 기능 이외에도, 화재 감시 기능을 더 구비할 수 있다. 즉, 전력 차단기(11a)가 위치한 배전반 내의 내부 온도를 모니터링하기 위한 온도 모니터링부(미도시)를 트립 감시장치(10)에 추가함으로써, 화재 감지 기능을 더 가질 수 있다.
또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 하나의 건물 내에 위치하는 여러 곳의 전력 차단기(11a, 11b, ...,11n) 각각에 트립 감시 장치(10a, 10b, ..., 10n)를 결합하고, 트립 감시 장치(10) 내에 개개의 ID를 할당함으로써 건물 내 층수 및 정확한 위치를 포함하여, 전력 차단기 트립 정보를 생성할 수 있다.
또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 전력 차단기(11a)의 측면에 홀더 타입의 기구물로 부착하는 방식으로 트립 감시장치(10a)를 구현하였으나, 도 2에 도시된 트립 감시장치(10a)는 하나의 예일 뿐 다른 형태로 얼마든지 구현가능하다.
본 발명의 전력 차단기 감시 장치에서 특히 트립 감시장치(10)를 전력 차단기와 일체화하여 운용하는 경우에 있어서 장점을 살펴보면, 기존의 전력 차단기에 비해, 트립 감시 기능, 한전 정전 감시 기능, 모뎀 및 통신 기능, 누전기 및 배전반 온도 감시 기능, 운영자 관리 기능, 데이터 관리 기능, L2/L3 스위치의 리셋이 필요한 경우의 스위치 원격 제어 기능을 확보할 수 있는 장점이 있다.
10 : 트립 감시장치
20 : NB-IoT 통신망
30 : IoT 플랫폼 서버
40 : 유무선 인터넷망
50, 60 : 클라이언트

Claims (4)

  1. LPWA(Low Power Wireless Area) 통신을 이용한 전력 차단기 감시 장치로서,
    전력 차단기에 결합되어 상기 전력 차단기의 트립(trip) 여부를 감시하여 전력 차단기 트립 정보를 생성하는 트립 감시장치(10); 및
    NB-IoT 통신망(20)을 통해 상기 트립 감시장치로부터 상기 전력 차단기 트립 정보를 수신하여 저장하며, 유무선 인터넷망(40)을 통해 클라이언트 측으로 상기 전력 차단기 트립 정보를 전송하는 IoT 플랫폼 서버(30);를 포함하는 것을 특징으로 하는, LPWA 통신을 이용한 전력 차단기 감시 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 트립 감시장치(10)는,
    상기 전력 차단기가 트립하는 경우, 트립 신호를 발생시키는, 단말부(12)와,
    상기 단말부(12)로부터의 트립 신호에 의존하여 전력 차단기 트립 정보를 생성하는, NB-IoT 모듈(14)을 포함하는 것을 특징으로 하는, LPWA 통신을 이용한 전력 차단기 감시 장치.
  3. LPWA(Low Power Wireless Area) 통신을 이용한 전력 차단기 감시 시스템으로서,
    전력 차단기에 결합되어 상기 전력 차단기의 트립(trip) 여부를 감시하여 전력 차단기 트립 정보를 생성하는 트립 감시장치(10);
    상기 트립 감시장치로부터의 전력 차단기 트립 정보를 전달하기 위한 NB-IoT 통신망(20);
    상기 NB-IoT 통신망을 통해 상기 트립 감시장치로부터 상기 전력 차단기 트립 정보를 수신하여 저장하는, IoT 플랫폼 서버(30);
    상기 IoT 플랫폼 서버로부터의 상기 전력 차단기 트립 정보를 전달하기 위한 유무선 인터넷망(40); 및
    상기 유무선 인터넷망을 통해 상기 IoT 플랫폼 서버로부터의 상기 전력 차단기 트립 정보를 수신하는 클라이언트(50, 60);를 포함하는 것을 특징으로 하는, LPWA 통신을 이용한 전력 차단기 감시 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 트립 감시장치(10)는,
    상기 전력 차단기가 위치한 배전반 내의 내부 온도를 모니터링하기 위한 온도 모니터링부를 포함하는 것을 특징으로 하는, LPWA 통신을 이용한 전력 차단기 감시 시스템.
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