KR20190114852A - 직류 전원 복합 고장 실시간 종합 감시 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 직류 전원 복합 고장 실시간 감시 방법 및 장치에 관한 것이다. 직류 전원 복합 고장 실시간 감시 장치는 직류 전원 계통에 대한 고장 여부를 검출하는 검출 장치와 검출 장치로부터 수신한 전기 안전 모니터링 정보를 기반으로 직류 전원 계통의 안전 상태를 판단하는 감시장치를 포함하고, 검출 장치는 검출부를 포함하고, 검출부는 검출 장치와 연결된 피더(feeder)단에서 발생되는 과부하, 단락(아크), 누전(접지), 전압강하 중 적어도 하나에 대한 검출을 위해 구현될 수 있다.

Description

직류 전원 복합 고장 실시간 종합 감시 방법 및 장치{Method and apparatus for real-time comprehensive detection for composite failure of DC power}
본 발명은 직류 전원 복합 고장 실시간 종합 감시 방법 및 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 직류 계통에 발생할 수 있는 복합 고장을 초기값부터 감시하고, 전원 건전성을 실시간으로 감시하고, 안전도를 계수화하기 위한 직류 전원 복합 고장 실시간 종합 감시 방법 및 장치에 관한 것이다.
직류는 전압과 전류가 일정하여 정밀성과 안정성이 요구되는 분야에 많이 사용된다. 특히, 발전소와 같은 대규모 산업 설비의 경우 주제어 설비인 분산제어시스템, 제어 전원, 직류 기기 구동 전원으로 사용되며 교류전원이 상실될 경우 비상 전원으로 사용되고 있다. 최근 직류 배전 방식 도입을 위한 움직임이 활발하게 진행되고 있으며 직류를 사용하고 있는 분야는 화력발전, 복합화력, 원자력발전, 수력발전 및 송전/변전 분야와 신재생에너지인 태양광, 풍력, 조력, 연료 전지 계통과 국가 중요시절 및 대형 산업설비 등이다.
우리나라의 발전소에서 사용하는 직류전원은 비접지방식으로 경년열화, 절연파괴 등으로 혼촉 또는 지락이 발생하는 경우, 대형화재로 급속히 진전되어 막대한 경제적 손실과 인명 피해를 수반하는 재난 위험이 상존하고 있는 전기 안전 사각지대 설비이다. 이와 같이 기술적인 취약성이 있는 반면 고장 예측이 가능한 종합 감시 장치가 없어 고장이 발생할 경우 고장 원인을 몰라 복구에 많은 시간이 소요되고 있음은 물론 신속한 대처가 어려워 설비의 안정적인 운영과 산업 현장의 재해를 예방하는데 많은 어려움을 겪고 있다. 또한, 직류는 주제어설비의 제어 전원 또는 비상용 설비의 구동전원으로 매우 중요한 핵심 설비인 반면 직류전용의 복합 고장 실시간 감시장치는 아직 개발되지 않아 과부하, 단락(아크), 누전(접지), 전압강하 상태를 종합적으로 감시하기가 곤란한 문제점이 있다. 이러한 문제점들을 해결하고 직류 전원 건전성을 실시간 관리하고 안전도의 계수화가 가능한 직류 전원 복합 고장 실시간 종합 감시 장치의 개발이 필요하다.
본 발명은 상술한 문제점을 모두 해결하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 직류 전원 복합 고장 실시간 종합 감시를 통해 DC(direct current) 전원을 사용시 존재하는 전기 안전 사각 지대를 효과적으로 감시하는 것을 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 직류 전원 계통에 발생할 수 있는 복합 고장을 초기값부터 감시하고, 전원 건전성을 실시간으로 감시하고, 안전도를 계수화하는 종합 감시 시스템의 구현을 또 다른 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 대표적인 구성은 다음과 같다.
본 발명의 태양에 따르면, 직류 전원 복합 고장 실시간 종합 감시 장치는 직류 전원 계통에 대한 고장 여부를 검출하는 검출 장치와 상기 검출 장치로부터 수신한 전기 안전 모니터링 정보를 기반으로 상기 직류 전원 계통의 안전 상태를 판단하는 감시장치를 포함할 수 있되, 상기 검출 장치는 검출부를 포함하고, 상기 검출부는 상기 검출 장치와 연결된 피더(feeder)단에서 발생되는 과부하, 단락(아크), 누전(접지), 전압강하 중 적어도 하나에 대한 검출을 위해 구현될 수 있다.
본 발명의 다른 태양에 따르면, 직류 전원 복합 고장 실시간 종합 감시 방법은 검출 장치가 직류 전원 계통에 대한 고장 여부를 검출하는 단계와 감시 장치가 상기 검출 장치로부터 수신한 전기 안전 모니터링 정보를 기반으로 상기 직류 전원 계통의 안전 상태를 판단하는 단계를 포함할 수 있되, 상기 검출 장치는 검출부를 포함하고, 상기 검출부는 상기 검출 장치와 연결된 피더(feeder)단에서 발생되는 과부하, 단락(아크), 누전(접지), 전압강하 중 적어도 하나에 대한 검출을 위해 구현되고, 상기 검출부는 복수의 하위 검출부를 포함하고, 상기 복수의 하위 검출부는 하위 검출부1을 포함하고, 상기 하위 검출부1은 플러스 전원선에 연결되는 하위 검출부1a와 마이너스 전원선에 연결된 하위 검출부1b를 포함하고, 상기 하위 검출부1은 상기 하위 검출부1a와 상기 하위 검출부1b를 기반으로 현재 전류를 검출하여 과부하를 검출할 수 있다.
본 발명에 의하면, 피더(feeder)별 직류 전원 복합 고장 실시간 종합 감시를 통해 직류 제어 전원을 사용시 존재하는 전기 안전 사각 지대가 효과적으로 감시될 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 직류 계통에 발생할 수 있는 복합 고장을 초기값부터 감시하고, 피더별 전원 건전성을 실시간으로 감시하고, 피더별 안전도를 계수화하는 종합 감시 시스템이 구현될 수 있다.
본 발명에 의하면, 직류 전원 계통에 발생하는 이상 현상에 대한 감시를 통해 DC(direct current) 전원을 사용시 존재하는 전기 안전 사각 지대를 효과적으로 감시할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 직류 전원 계통에 발생할 수 있는 이상 현상을 초기부터 감시하고, 전원 건전성을 실시간으로 감시하고, 안전도를 계수화하는 종합 감시 시스템을 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 직류 전원 복합 고장 실시간 감시 장치를 나타낸 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 검출 장치를 나타낸 개념도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 검출 장치를 나타낸 개념도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 검출 장치의 동작을 나타낸 개념도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 감시 장치의 동작을 나타낸 개념도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 감시 장치의 동작을 나타낸 개념도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 직류 전원 이상 감시 장치를 나타낸 개념도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 검출 장치를 나타낸 개념도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 검출 장치를 나타낸 개념도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 검출 장치의 동작을 나타낸 개념도이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 검출 장치의 동작을 나타낸 개념도이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 판단부의 직류 전원에 대한 안전 상태에 대한 판단 동작을 나타낸 개념도이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 판단부의 직류 전원에 대한 안전 상태에 대한 판단 동작을 나타낸 개념도이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이러한 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 본 명세서에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않으면서 일 실시예로부터 다른 실시예로 변경되어 구현될 수 있다. 또한, 각각의 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치도 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 행하여 지는 것이 아니며, 본 발명의 범위는 특허청구범위의 청구항들이 청구하는 범위 및 그와 균등한 모든 범위를 포괄하는 것으로 받아들여져야 한다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 구성요소를 나타낸다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 여러 바람직한 실시예에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 직류 전원 복합 고장 실시간 감시 장치를 나타낸 개념도이다.
도 1을 참조하면, 직류 전원 복합 고장 실시간 감시 장치(또는 직류 전원 복합 고장 실시간 감시 시스템)는 검출 장치 (100)와 감시 장치 (130)를 포함할 수 있다.
검출 장치(100)는 DC 전원을 공급하는 피더(feeder)에 연결되어 피더 부분에서 발생 가능한 직류 전원 복합 고장에 대해 실시간으로 검출할 수 있다.
검출 장치(100)는 복수의 피더 각각에 설치되어 복수의 피더 각각에서 발생되는 직류 전원 복합 고장에 대해 검출할 수 있고, 검출 장치의 검출 결과는 유무선 통신을 통해 감시 장치(130)로 전송될 수 있다.
감시 장치(130)는 검출 장치(100)에 의해 검출 결과를 수신하고, 검출 결과를 분석하여 직류 전원 복합 고장에 대한 모니터링을 수행하기 위해 구현될 수 있다. 복수의 장소에 복수의 검출 장치(100)가 설치될 수 있고, 복수의 검출 장치(100) 각각에 대한 식별 정보가 할당될 수 있다. 복수의 검출 장치(100) 각각은 검출 장치 식별 정보 및 전기 안전 정보를 포함하는 전기 안전 모니터링 정보를 감시 장치(130)로 전송할 수 있다. 감시 장치(130)는 전기 안전 모니터링 정보를 기반으로 다양한 장소에 구현된 직류 전원 계통의 전기 안전 상태에 대해 실시간으로 판단할 수 있다.
복수의 검출 장치 간의 통신을 위해 시리얼 통신(serial communication) (110)이 사용될 수 있고, 복수의 검출 장치(100)는 통신 허브(hub)(120)를 통해 감시 장치(130)와 연결되어 모니터링 정보를 감시 장치로 전송할 수 있다.
감시 장치(130)는 분석 컴퓨터를 기반으로 과부하, 누전, 단락(아크), 전압 강하 등과 같은 직류 전원 계통의 안전 상태에 대해 실시간으로 감시하고 감시 항목별 결함 크기와 발생 빈도를 종합하여 전원 상태에 대한 건전성을 실시간 판별할 수 있다. 감시 장치(130)로 수집된 데이터는 추이 분석, 고장 예측을 위한 데이터로서 활용될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 검출 장치를 나타낸 개념도이다.
도 2에서는 검출 장치(또는 직류 전원 복합 고장 실시간 검출 장치)의 구성부가 개시된다.
도 2를 참조하면, 검출 장치는 검출부(200), 변환부(210), 전원부(220), 증폭부(230), A/D 변환부(240), 분석부(250), 판단부(260), 표시부(270), 경보부(280) 및 통신부(290)를 포함할 수 있다.
검출부(200)는 과부하, 단락(아크), 누전(접지), 전압강하 등과 같은 전기 안전과 관련된 다양한 상황들에 대해 검출하기 위해 구현될 수 있다. 검출부(200)는 CT(current transformer), ZCT(zero currenttransformer), 홀 센서(hall sensor), 옵티컬 센서(optical sensor), 저항(resister), 션트 저항(Shunt Resister), 트랜스포머(transformer), 포토 커플러(photo coupler), IC(integrated circuit)를 기반으로 구현될 수 있다. 검출부(400)는 적어도 하나의 하위 검출부를 포함할 수 있고, 적어도 하나의 하위 검출부는 단수 또는 복수로 플러스(plus) 및/또는 마이너스(minus) 전원선에 연결되어 과부하, 단락(아크), 누전(접지), 전압강하 등을 검출할 수 있다.
변환부(210)는 검출되는 신호를 전압신호로 변환하기 위해 구현될 수 있다.
증폭부(230)는 변환부(210)에서 변환된 신호를 증폭하기 위해 구현될 수 있다.
예를 들어 변환부(210)/증폭부(230)는 검출된 신호를 전압 신호로 변환하고, 고역 통과 필터 및 저역 통과 필터를 기반으로 신호를 복수의 신호로 필터링하여 서로 다른 증폭비로 증폭할 수 있다.
전원부(220)는 직류전원 복합고장 실시간 감시 장치에 전력을 공급하기 위해 구현될 수 있다. 예를 들어, 전원부(220)는 DC(direct current) 자체 전원을 사용할 수 있고, 회로 간의 차폐를 위하여 트랜스포머(transformer) 또는 포토 커플러(photo coupler) 또는 IC(integrated circuit)를 사용할 수 있다.
A/D 변환부(240)는 증폭부(230)에 의해 증폭되어 수신된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하기 위해 구현될 수 있다.
분석부(250)는 A/D 변환부(240)에 의해 변화된 디지털 신호를 분석하기 위해 구현될 수 있다.
판단부(260)는 분석부(250)의 분석 결과를 기반으로 전기 안전 상태에 대해 판단하기 위해 구현될 수 있다.
A/D 변환부(240), 분석부(250) 및 판단부(260)는 하나의 단위(255)일 수도 있다.
예를 들어, A/D 변환부(240), 분석부(250) 및 판단부(260)는 A/D변환, 분석, 판단을 위해 MCU(micro controller unit)를 사용하며, MCU는 A/D 변환된 신호를 분석하고 판단할 수 있다.
예를 들어, 검출부(200)에서 검출한 값이 정격전류의 설정한 임계 퍼센트(%) 값 이상시(예를 들어, 정격 전류의 150%) 과부하 상태로 판단하여 과부하 상태 정보가 제공될 수 있다. 또한, 검출부(200)에서 검출한 값이 단수의 검출기에서 검출될 경우 플러스(plus) 및/또는 마이너스(minus) 누전(접지)로 정보가 제공될 수 있다 또한, 검출부(200)에서 검출한 값이 복수의 검출기에서 검출되고, 검출한 결함 임펄스의 크기, 빈도수가 설정값 이상일 경우(예를 들어, 50mV 이상이 2회) 단락(아크)로 판단하여 단락(아크) 정보가 제공될 수 있다. 또한, 검출부(200)에서 검출한 값이 정격 전압의 임계 퍼센트(%) 값 이하시(예를 들어, 정격 전압의 90%) 결함으로 판단하여 결함 정보가 제공될 수도 있다.
표시부(270)는 검출 관련 정보, 직류전원 복합고장 실시간 감시 장치에 대한 정보를 표시할 수 있다. 예를 들어, 표시부(270)는 LED(light emitting diode) 또는 LCD(liquid crystal display) 또는 음향으로 정상, 주의, 위험과 같은 현재 전기 안전 상태에 대한 정보를 표시할 수 있다.
경보부(280)는 검출 관련 정보, 직류전원 계통에 이상이 발생시 관리자에게 경보를 제공하기 위해 구현될 수 있다.
통신부(290)는 감시 장치 및/또는 다른 검출 장치와의 통신을 위해 구현될 수 있다. 통신부(290)는 전기 안전 모니터링 정보를 감시 장치로 전송할 수 있다. 감시 장치의 통신 방식은 RS485, 이더넷(Ethernet), 광 통신(optical communication), 무선 통신(wireless communication)과 같은 방식이 사용될 수 있다. 다른 검출 장치와의 통신은 시리얼 통신(serial communication) 방식일 수 있다. 통신 연결 커넥터(connector)는 검출 장치 측면 또는 상단에 위치하고, 통신 상태 점멸 기능을 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 검출 장치를 나타낸 개념도이다.
도 3에서는 검출 장치의 외형도가 예시적으로 개시된다.
도 3을 참조하면, 검출 장치(300)는 연결 단자(320), 통신 단자(330), 표시부(340), PCB(350), 접지 단자(360), 리셋 버튼(370)을 포함할 수 있다.
연결 단자(320)는 피더와 전기적인 연결을 위해 구현될 수 있다.
통신 단자(330)는 다른 검출 장치 및/또는 감시 장치와의 통신을 위해 구현될 수 있다.
표시부(340)는 연결된 위치의 직류 계통에 대한 상태 정보를 표시하기 위해 구현될 수 있다. 표시부(340)는 정상, 주의 또는 위험과 같은 단계별 표시를 통해 관리자가 현재 검출 장치가 연결된 직류 계통의 상태를 판단하도록 할 수 있다.
PCB(printed circuit board)(350)는 도 2에서 전술한 검출 장치의 구성부(예를 들어, 검출부, 변환부, 전원부, 증폭부, A/D 변환부, 분석부, 판단부, 표시부, 경보부 및 통신부)가 구현된 전자 회로 기판일 수 있다.
접지 단자(360)는 검출 장치의 접지를 위한 단자이다.
리셋 버튼(370)은 검출 장치의 상태를 리셋하기 위한 버튼일 수 있다. 예를 들어, 위험 상태인 경우, 직류 전원의 공급이 차단될 수 있고, 문제의 해결 이후, 리셋 버튼(370)을 눌러 검출 장치가 다시 직류전원 복합고장에 대한 실시간 검출을 수행할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 검출 장치의 동작을 나타낸 개념도이다.
도 4에서는 검출 장치에서 과부하, 단락(아크), 누전(접지), 전압 강하를 검출하기 위한 블록도가 개시된다.
도 4를 참조하면, 검출부는 복수의 하위 검출부를 포함할 수 있고, 하위 검출부를 기반으로 직류 전원 계통의 안전 상태(과부하, 단락(아크), 누전(접지), 전압강하)을 판단할 수 있다.
검출부는 하위 검출부1(410), 하위 검출부2(420), 하위 검출부3(430)을 포함할 수 있다.
하위 검출부1(410)은 하위 검출부1a(413)와 검출부1b(416)를 포함하고, 하위 검출부3(430)은 하위 검출부3a(433)와 검출부3b(436)를 포함할 수 있다.
하위 검출부1(410)의 하위 검출부1a(413), 하위 검출부3(430)의 하위 검출부3a(433)는 검출 장치 상에서 플러스 전원선과 연결될 수 있고, 하위 검출부1(410)의 하위 검출부1b(416), 하위 검출부3(430)의 하위 검출부3b(436)는 검출 장치 상에서 마이너스 전원선과 연결될 수 있다.
하위 검출부1(410)은 홀 센서 또는 션트 레지스터를 기반으로 구현되고, 하위 검출부1a(413)와 하위 검출부1b(416)를 기반으로 현재 전류를 검출하여 과부하를 검출할 수 있다.
하위 검출부3(430)은 CT(current transformer) 또는 ZCT(zero current transformer)로 구현되어 하위 검출부3a(433)와 하위 검출부3b(436)를 기반으로 아크를 검출하기 위해 구현될 수 있다.
하위 검출부2(420)는 부하단에 병렬로 연결되어 현재 전압에 대해 측정하여 과전압 또는 부족 전압을 측정할 수 있다. 하위 검출부2(420)는 전압 검출용 CPU(central processing unit)와 포토 커플러로 구현될 수 있다. 하위 검출부2(420)는 현재 전압을 검출할 수 있고, 분석부 및 판단부는 하위 검출부2(420)에 의해 검출된 현재 전압을 기반으로 과전압 또는 전압강하 결함을 검출할 수 있다.
검출부는 과부하, 단락(아크), 누전(접지), 전압강하에 대해 0.5초(sec) 이내에 검출, 분석, 판단 및 차단할 수 있다. 구체적으로 하위 검출부 1(410) 및 하위 검출부3(430)가 센싱한 신호를 기반으로 과부하, 단락(아크), 누전(접지)에 대해 판단할 수 있다.
구체적으로 하위 검출부3(430)의 하위 검출부3a(433) 및 하위 검출부3b(436)에서 모두 신호(예를 들어, 임펄스 신호)가 검출될 경우, 검출 장치가 설치된 직류 전원 계통에 단락(아크)가 발생한 것으로 판단할 수 있다. 하위 검출부3a(433) 및 하위 검출부3b(436) 중 하나의 검출부만이 임계값 이상의 신호를 검출한 경우, 플러스 또는 마이너스 누전(접지)로 판단할 수 있다. 또는 하위 검출부3a(433) 및 하위 검출부3b(436) 중 하나의 검출부만이 임계값 이상의 신호를 검출하고, 플러스 및 마이너스에서 검출되는 신호 값의 편차가 임계 퍼센트(%) 이상일 경우 플러스 또는 마이너스 누전(접지)로 판단할 수 있다.
검출부의 전단에 구현된 복수의 저항(R1(450), R2(470))을 기반으로 검출의 정확도가 향상될 수 있다. 복수의 R1(450)은 중성점을 위한 저항이고, R2(470)는 접지를 위한 저항이다. R2(470)와 접지 아크 사이의 회로에 스위치가 구현될 수 있고, 스위칭을 통해 수동 조작 또는 검출부에 대한 자동 제어가 가능할 수 있다. 일정 주기로 R2(470)와 접지 아크 사이에 구현된 스위치를 On/Off 하도록 함으로써 접지 아크 상태의 정확성과 접지 아크의 신뢰도가 향상될 수 있다.
변환부는 복수의 하위 검출부 각각에서 검출된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환할 수 있도록 복수의 하위 변환부를 포함할 수 있다. 복수의 하위 변환부는 하위 검출부를 통해 전달된 신호를 변환하여 분석부 및 판단부로 전달하여 과부하, 단락(아크), 누전(접지), 전압강하를 판단하도록 할 수 있다.
증폭부는 복수의 하위 변환부에 의해 변환된 신호 중 임계 크기 이하의 신호에 대해 선택적으로 증폭하여 분석부 및 판단부로 입력할 수 있다.
분석부 및 판단부는 플러스 전원선 또는 마이너스 전원선에서 검출되는 신호를 동시에 비교 분석하고, 분석된 신호를 기반으로 데드 밴드(또는 불감대 영역)를 1차 데드 밴드 또는 2차 데드 밴드로 구분하여 설정할 수 있도록 하여 현장에서 전원 선로의 노이즈(noise) 등 환경에 맞게 적응적으로 해당 영역을 설정할 수 있다.
분석부 및 판단부는 전달된 신호 중 일부의 신호를 샘플링하여 선택적으로 사용할 수 있고, 샘플링된 신호를 기반으로 가감승제, 절대값 계산, 순차비교, 평균계산 등의 연산 과정을 통해 현재 직류 전원 계통의 안전 상태를 정상, 주의, 위험 등으로 단계 별로 나눌 수 있다.
분석부 및 판단부는 설정된 주기(예를 들어, 0.1초, 0.25초, 0.5초)에서 평균값과 최대값을 구하여 이들의 비율 관계를 연산하여 판단의 근거로 사용할 수 있다.
분석부 및 판단부에서 정상 신호에 대한 판단은 기동시, 정상 운전시, 정지시로 나누어 분석 및 판단될 수 있다. 구동 상황에 따라 신호 패턴이 저장되고, 구동 상황에 따라 신호 패턴을 기반으로 신호에 대한 분석 처리를 수행할 수 있다.
이뿐만 아니라, 분석부 및 판단부는 정상 패턴, 유사 아크 패턴, 아크 패턴으로 구분하여 수신된 신호에 대한 분석 및 판단을 수행할 수 있다. 정상 패턴은 단일 또는 복합 부하의 on/off시 발생하는 패턴이고, 유사 아크 패턴은 비선형 부하 또는 돌입 전류에 의해 발생되는 패턴이다. 아크 패턴은 정상 및 유사 아크 패턴이 아닌 불규칙적으로 발생되는 임펄스 파형을 갖는 직렬 아크, 병렬 아크, 절연열화, 접지 아크 패턴이다.
분석부 및 판단부는 임펄스의 크기, 임펄스의 발생빈도, 임펄스의 지속시간, 임펄스의 분포도 및 전압 파형의 변화를 기반으로 정상 영역을 포함하는 데드 밴드(또는 불감대 영역)과 아크 영역을 구분할 수 있다. 데드 밴드는 정상 영역을 기준으로 일정 배율의 영역으로 설정되고, 아크 영역은 정상 영역과 불감대 영역을 벗어나는 영역으로 설정될 수 있다.
또한, 분석부 및 판단부는 부하 온/오프 여부에 따라 전원선의 저항값과 비교하여 감시되는 저항 값에서 변화가 있을 경우에는 판단 요소로 사용할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 감시 장치의 동작을 나타낸 개념도이다.
도 5에서는 감시 장치의 피더별 전기 안전 모니터링이 개시된다.
도 5를 참조하면, 감시 장치는 검출 장치와 연결된 복수의 피더(Feeder) 각각의 식별 정보를 기반으로 복수의 피더 각각의 전기 안전 상태를 모니터링할 수 있다. 예를 들어, 피더별 전기 안전 상태는 감시 장치 상에서 정상(Green), 주의(Yellow), 위험(Red)에 대응되는 3가지 색으로 표현될 수 있다. 정상일 경우 녹색(Green), 결함이 발생되어 주의 단계(500)일 경우, 노란색, 위험 단계(520)일 경우, 붉은색(Red)으로 표시되어 피더별 전기 안전 상태에 대해 모니터링이 수행될 수 있다.
리셋(Reset)기능을 통해 검출 장치의 상태가 다시 원래 상태로 복귀될 수도 있다. 결함 신호가 검출이 되어 해당 피더의 전기 안전 상태가 노란색 또는 붉은색으로 유지된 이후, 다시 정상 상태로 복귀되는 경우, 관리자는 경보 상태의 해제를 위해 리셋 버튼을 클릭하여 경보 상태를 해제시킬 수 있다. 즉, 리셋 기능을 통해 전기 안전 상태의 표시는 다시 녹색으로 변경될 수 있다. 그러나 결함 상태가 해제되지 않고 지속되거나 다시 결함 상태가 발생하는 경우, 해당 피더의 전기 안전 상태가 노란색 또는 붉은색을 유지하거나 녹색에서 다시 노란색 또는 붉은색으로 표시될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 감시 장치 상에서는 연결된 피더별 안전도(건전성)를 고장의 크기와 빈도, 지속시간을 연산하여 그래픽(예를 들어, 막대그래프)로 표시될 수 있다. 설정(Setup) 시점을 기준으로 고장이 발생되기 전까지 100을 유지하고 고장이 발생하면 수치가 점차 감소될 수 있다.
또한, 감시 장치 상에서는 감시 장치에 연결된 피더에 고장이 발생하면 순차적으로 발생 시간, 고장 원인 등의 고장 이력이 피더 별로 관리될 수 있다. 관리자가 확인을 하지 않으면 파란색으로 표시되고 확인을 하면 하얀색으로 표시가 바뀔 수 있다. 고장 이력 리스트를 더블 클릭하게 되면 고장이 발생한 시점 앞뒤 일정 시간(예를 들어, 30분)의 고장 이력에 대한 정보가 제공될 수 있다
또한, 감시 장치에 연결된 피더 각각의 고장을 예측하는 기능이 수행될 수도 있다. 고장 예측을 기반으로 향후에 발생할 고장의 추이에 대한 예측이 가능하다. 과거에 발생한 고장 크기, 고장 빈도에 따라서 연산하는 알고리즘을 기반으로 '고장가능성 없음'이 표시되거나 예상 고장 일자가 표기될 수 있다. 확인하고 싶은 특정한 피더를 더블 클릭하게 되면 고장 예측 그래프와 같은 고장 예측과 관련된 정보가 표현될 수 있다. '고장가능성 없음'의 경우 그래프화 되지 않는다.
이뿐만 아니라, 감시장치 상에서는 통신으로 각 검출 장치에 대한 설정 값의 설정 및 설정값의 변경을 수행할 수 있다. 시스템 설정과 함께 최초로 설정한 값은 자동적으로 저장이 되고, 변하지 않는 디폴트 값으로 활용될 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 감시 장치의 동작을 나타낸 개념도이다.
도 6에서는 감시 장치의 피더별 전기 안전 모니터링이 개시된다.
도 6을 참조하면, 감시 장치 상에서는 연결된 피더별 안전도(건전성)(600)를 고장의 크기와 빈도, 지속시간을 연산하여 그래픽(예를 들어, 막대그래프)로 표시될 수 있다. 설정(Setup) 시점을 기준으로 고장이 발생되기 전까지 100을 유지하고 고장이 발생하면 수치가 점차 감소될 수 있다.
또한, 감시 장치 상에서는 감시 장치에 연결된 피더에 고장이 발생하면 순차적으로 발생 시간, 고장 원인 등의 고장 이력(620)이 피더 별로 관리될 수 있다. 관리자가 확인을 하지 않으면 파란색으로 표시되고 확인을 하면 하얀색으로 표시가 바뀔 수 있다. 고장 이력 리스트를 더블 클릭하게 되면 고장이 발생한 시점 앞뒤 일정 시간(예를 들어, 30분)의 고장 이력(620)에 대한 정보가 제공될 수 있다
또한, 감시 장치에 연결된 피더 각각의 고장을 예측하는 기능이 수행될 수도 있다. 고장 예측(640)을 기반으로 향후에 발생할 고장의 추이에 대한 예측이 가능하다. 과거에 발생한 고장 크기, 고장 빈도에 따라서 연산하는 알고리즘을 기반으로 ‘고장가능성 없음’이 표시되거나 예상 고장 일자가 표기될 수 있다. 확인하고 싶은 특정한 피더를 더블 클릭하게 되면 고장 예측 그래프와 같은 고장 예측과 관련된 정보가 표현될 수 있다. ‘고장가능성 없음’의 경우 그래프화 되지 않는다.
이뿐만 아니라, 감시장치 상에서는 통신으로 각 검출 장치에 대한 설정 값의 설정 및 설정값의 변경을 수행할 수 있다. 시스템 설정과 함께 최초로 설정한 값은 자동적으로 저장이 되고, 변하지 않는 디폴트 값으로 활용될 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 직류 전원 이상 감시 장치를 나타낸 개념도이다.
도 7을 참조하면, 직류 전원 이상 감시 장치는 검출 장치 (700)와 감시 장치 (730)를 포함할 수 있다.
검출 장치(700)는 DC 전원을 공급하는 피더(feeder)에 연결되어 피더 부분에서 발생 가능한 직류 전원 계통에 발생한 이상 현상에 대해 실시간으로 검출할 수 있다.
검출 장치(700)는 복수의 피더 각각에 설치되어 복수의 피더 각각에서 발생되는 직류 전원 이상에 대해 검출할 수 있고, 검출 장치의 검출 결과는 유무선 통신을 통해 감시 장치(730)로 전송될 수 있다.
감시 장치(730)는 검출 장치(700)에 의해 검출 결과를 수신하고, 검출 결과를 분석하여 직류 전원 고장에 대한 모니터링을 수행하기 위해 구현될 수 있다. 복수의 장소에 복수의 검출 장치(700)가 설치될 수 있고, 복수의 검출 장치(700) 각각에 대한 식별 정보가 할당될 수 있다. 복수의 검출 장치(700) 각각은 검출 장치 식별 정보 및 전기 안전 정보를 포함하는 전기 안전 모니터링 정보를 감시 장치(730)로 전송할 수 있다. 감시 장치(730)는 전기 안전 모니터링 정보를 기반으로 다양한 장소에 구현된 직류 전원 계통의 전기 안전 상태에 대해 실시간으로 판단할 수 있다.
복수의 검출 장치 간의 통신을 위해 시리얼 통신(serial communication) (710)이 사용될 수 있고, 복수의 검출 장치(700)는 통신 허브(hub)(620)를 통해 감시 장치(730)와 연결되어 모니터링 정보를 감시 장치로 전송할 수 있다.
감시 장치(730)는 분석 컴퓨터를 기반으로 과부하, 누전, 단락(아크), 전압 강하 등과 같은 직류 전원 계통의 안전 상태에 대해 실시간으로 감시하고 감시 항목별 결함 크기와 발생 빈도를 종합하여 전원 상태에 대한 건전성을 실시간 판별할 수 있다. 감시 장치(730)로 수집된 데이터는 추이 분석, 고장 예측을 위한 데이터로서 활용될 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 검출 장치를 나타낸 개념도이다.
도 8에서는 검출 장치(또는 직류 전원 이상 검출 장치)의 구성부가 개시된다.
도 8을 참조하면, 검출 장치는 검출부(800), 변환부(810), 전원부(820), 증폭부(830), A/D 변환부(840), 분석부(850), 판단부(860), 표시부(870), 경보부(880) 및 통신부(890)를 포함할 수 있다.
검출부(800)는 과부하, 단락(아크), 누전(접지), 전압 강하 등과 같은 전기 안전과 관련된 다양한 상황들에 대해 검출하기 위해 구현될 수 있다. 검출부(800)는 CT(current transformer), ZCT(zero current transformer), 홀 센서(hall sensor), 옵티컬 센서(optical sensor), 저항(resister), 션트 저항(Shunt Resister), 트랜스포머(transformer), 포토 커플러(photo coupler), IC(integrated circuit)를 기반으로 구현될 수 있다. 검출부(800)는 적어도 하나의 하위 검출부를 포함할 수 있고, 적어도 하나의 하위 검출부는 단수 또는 복수로 플러스(plus) 및/또는 마이너스(minus) 전원선에 연결되어 과부하, 단락(아크), 누전(접지), 전압 강하 등을 검출할 수 있다.
변환부(810)는 검출되는 신호를 전압 신호로 변환하기 위해 구현될 수 있다.
증폭부(830)는 변환부(810)에서 변환된 신호를 증폭하기 위해 구현될 수 있다.
예를 들어 변환부(810)/증폭부(830)는 검출된 신호를 전압 신호로 변환하고, 고역 통과 필터 및 저역 통과 필터를 기반으로 신호를 복수의 신호로 필터링하여 서로 다른 증폭비로 증폭할 수 있다.
전원부(820)는 직류 전원 이상 검출 장치에 전력을 공급하기 위해 구현될 수 있다. 예를 들어, 전원부(820)는 DC(direct current) 자체 전원을 사용할 수 있고, 회로 간의 차폐를 위하여 트랜스포머(transformer) 또는 포토 커플러(photo coupler) 또는 IC(integrated circuit)를 사용할 수 있다.
A/D 변환부(840)는 증폭부(730)에 의해 증폭되어 수신된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하기 위해 구현될 수 있다.
분석부(850)는 A/D 변환부(740)에 의해 변화된 디지털 신호를 분석하기 위해 구현될 수 있다.
판단부(860)는 분석부(850)의 분석 결과를 기반으로 전기 안전 상태에 대해 판단하기 위해 구현될 수 있다.
A/D 변환부(840), 분석부(850) 및 판단부(860)는 하나의 단위(855)일 수도 있다.
예를 들어, A/D 변환부(840), 분석부(850) 및 판단부(860)는 A/D변환, 분석, 판단을 위해 MCU(micro controller unit)를 사용하며, MCU는 A/D 변환된 신호를 분석하고 판단할 수 있다.
예를 들어, 검출부(800)에서 검출한 값이 정격 전류의 설정한 임계 퍼센트(%) 값 이상시(예를 들어, 정격 전류의 150%) 과부하 상태로 판단하여 과부하 상태 정보가 제공될 수 있다. 또한, 검출부(800)에서 검출한 값이 단수의 검출기에서 검출될 경우 플러스(plus) 및/또는 마이너스(minus) 누전(접지)로 정보가 제공될 수 있다 또한, 검출부(800)에서 검출한 값이 복수의 검출기에서 검출되고, 검출한 결함 임펄스의 크기, 빈도수가 설정값 이상일 경우(예를 들어, 50mV 이상이 2회) 단락(아크)로 판단하여 단락(아크) 정보가 제공될 수 있다. 또한, 검출부(800)에서 검출한 값이 정격 전압의 임계 퍼센트(%) 값 이하시(예를 들어, 정격 전압의 90%) 결함으로 판단하여 결함 정보가 제공될 수도 있다.
표시부(870)는 검출 관련 정보, 직류 전원 이상 검출 장치에 대한 정보를 표시할 수 있다. 예를 들어, 표시부(870)는 LED(light emitting diode) 또는 LCD(liquid crystal display) 또는 음향으로 정상, 주의, 위험과 같은 현재 전기 안전 상태에 대한 정보를 표시할 수 있다.
경보부(880)는 검출 관련 정보, 직류전원 계통에 이상이 발생시 관리자에게 경보를 제공하기 위해 구현될 수 있다.
통신부(890)는 감시 장치 및/또는 다른 검출 장치와의 통신을 위해 구현될 수 있다. 통신부(890)는 전기 안전 모니터링 정보를 감시 장치로 전송할 수 있다. 감시 장치의 통신 방식은 RS485, 이더넷(Ethernet), 광 통신(optical communication), 무선 통신(wireless communication)과 같은 방식이 사용될 수 있다. 다른 검출 장치와의 통신은 시리얼 통신(serial communication) 방식일 수 있다. 통신 연결 커넥터(connector)는 검출 장치 측면 또는 상단에 위치하고, 통신 상태 점멸 기능을 포함할 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 검출 장치를 나타낸 개념도이다.
도 9에서는 검출 장치의 외형도가 예시적으로 개시된다.
도 9를 참조하면, 검출 장치(900)는 연결 단자(920), 통신 단자(930), 표시부(940), PCB(950), 접지 단자(960), 리셋 버튼(970)을 포함할 수 있다.
연결 단자(920)는 피더와 전기적인 연결을 위해 구현될 수 있다.
통신 단자(930)는 다른 검출 장치 및/또는 감시 장치와의 통신을 위해 구현될 수 있다.
표시부(940)는 연결된 위치의 직류 계통에 대한 상태 정보를 표시하기 위해 구현될 수 있다. 표시부(940)는 정상, 주의 또는 위험과 같은 단계별 표시를 통해 관리자가 현재 검출 장치가 연결된 직류 계통의 상태를 판단하도록 할 수 있다.
PCB(printed circuit board)(950)는 도 2에서 전술한 검출 장치의 구성부(예를 들어, 검출부, 변환부, 전원부, 증폭부, A/D 변환부, 분석부, 판단부, 표시부, 경보부 및 통신부)가 구현된 전자 회로 기판일 수 있다.
접지 단자(960)는 검출 장치의 접지를 위한 단자이다.
리셋 버튼(970)은 검출 장치의 상태를 리셋하기 위한 버튼일 수 있다. 예를 들어, 위험 상태인 경우, 직류 전원의 공급이 차단될 수 있고, 문제의 해결 이후, 리셋 버튼(970)을 눌러 검출 장치가 다시 직류전원 복합고장에 대한 실시간 검출을 수행할 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 검출 장치의 동작을 나타낸 개념도이다.
도 10에서는 검출부에서 과부하, 단락(아크), 누전(접지), 전압 강하를 검출하기 위한 블록도가 개시된다.
도 10을 참조하면, 검출부는 복수의 하위 검출부를 포함할 수 있고, 하위 검출부를 기반으로 직류 전원 계통의 안전 상태(과부하, 단락(아크), 누전(접지), 전압 강하 등)를 판단할 수 있다.
검출부는 하위 검출부1(1010), 하위 검출부2(1020), 하위 검출부3(1030)을 포함할 수 있다.
하위 검출부1(1010)은 하위 검출부1a(1013)와 검출부1b(1016)를 포함하고, 하위 검출부3(1030)은 하위 검출부3a(1033)와 검출부3b(1036)를 포함할 수 있다.
하위 검출부1(1010)의 하위 검출부1a(1013), 하위 검출부3(1030)의 하위 검출부3a(1033)는 검출 장치 상에서 플러스 전원선과 연결될 수 있고, 하위 검출부1(1010)의 하위 검출부1b(1016), 하위 검출부3(1030)의 하위 검출부3b(1036)는 검출 장치 상에서 마이너스 전원선과 연결될 수 있다.
하위 검출부1(1010)은 홀 센서 또는 션트 레지스터를 기반으로 구현되고, 하위 검출부1a(1013)와 하위 검출부1b(1016)를 기반으로 현재 전류를 검출하여 과부하를 검출할 수 있다.
하위 검출부3(1030)은 CT(current transformer) 또는 ZCT(zero current transformer)로 구현되어 하위 검출부3a(1033)와 하위 검출부3b(1036)를 기반으로 아크를 검출하기 위해 구현될 수 있다. CT의 방향은 부하단을 향하여 동일하게 배치될 수 있다.
하위 검출부2(1020)는 부하단에 병렬로 연결되어 현재 전압에 대해 측정하여 과전압 또는 부족 전압을 측정할 수 있다. 하위 검출부2(1020)는 전압 검출용 CPU(central processing unit)와 포토 커플러로 구현될 수 있다. 하위 검출부2(1020)는 현재 전압을 검출할 수 있고, 분석부 및 판단부는 하위 검출부2(1020)에 의해 검출된 현재 전압을 기반으로 과전압 또는 전압강하 결함을 검출할 수 있다.
검출부는 과부하, 단락(아크), 누전(접지), 전압강하에 대해 0.5초(sec) 이내에 검출, 분석, 판단 및 차단할 수 있다. 구체적으로 하위 검출부 1(1010) 및 하위 검출부3(1030)가 센싱한 신호를 기반으로 과부하, 단락(아크), 누전(접지)에 대해 판단할 수 있다.
구체적으로 하위 검출부3(1030)의 하위 검출부3a(1033) 및 하위 검출부3b(1036)에서 모두 신호(예를 들어, 임펄스 신호)가 검출될 경우, 검출 장치가 설치된 직류 전원 계통에 단락(아크)가 발생한 것으로 판단할 수 있다. 하위 검출부3a(1033) 및 하위 검출부3b(1036) 중 하나의 검출부만이 임계값 이상의 신호를 검출한 경우, 플러스 또는 마이너스 누전(접지)로 판단할 수 있다. 또는 하위 검출부3a(1033) 및 하위 검출부3b(1036) 중 하나의 검출부만이 임계값 이상의 신호를 검출하고, 플러스 및 마이너스에서 검출되는 신호 값의 편차가 임계 퍼센트(%) 이상일 경우 플러스 또는 마이너스 누전(접지)로 판단할 수 있다.
검출부의 전단에 구현된 복수의 저항(R1(1050), R2(1070)) 및 복수의 커패시터(C1(1060))를 기반으로 검출의 정확도가 향상될 수 있다.
복수의 R1(1050)은 중성점을 위한 저항이고, R2(1070)는 접지를 위한 저항이다. 복수의 C1(1060)은 직류 성분을 통과시키지 않지만 교류 성분을 도통시키는 역할을 하고, 복수의 C1(1060)은 플러스 전원선, 마이너스 전원선을 통해 하위 검출부3(1030)로 흐르는 전류를 증폭시키는 역할을 한다.
R1(1050) 각각에 병렬로 C1(960)을 연결하여 접지로 흐르는 직류 성분이 억제되고 임펄스 성분이 잘 통과되도록 할 수 있다. R2(970)와 접지 아크 사이의 회로에 스위치가 구현될 수 있고, 스위칭을 통해 수동 조작 또는 검출부에 대한 자동 제어가 가능할 수 있다. 일정 주기로 R2(970)와 접지 아크 사이에 구현된 스위치를 On/Off 하도록 함으로써 접지 아크 상태의 정확성과 접지 아크의 신뢰도가 향상될 수 있다.
변환부는 복수의 하위 검출부 각각에서 검출된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환할 수 있도록 복수의 하위 변환부를 포함할 수 있다. 복수의 하위 변환부는 하위 검출부를 통해 전달된 신호를 변환하여 분석부 및 판단부로 전달하여 과부하, 단락(아크), 누전(접지), 전압강하를 판단하도록 할 수 있다.
증폭부는 복수의 하위 변환부에 의해 변환된 신호 중 임계 크기 이하의 신호에 대해 선택적으로 증폭하여 분석부 및 판단부로 입력할 수 있다.
분석부 및 판단부는 플러스 전원선 또는 마이너스 전원선에서 검출되는 신호를 동시에 비교 분석하고, 분석된 신호를 기반으로 데드 밴드(또는 불감대 영역)를 1차 데드 밴드 또는 2차 데드 밴드로 구분하여 설정할 수 있도록 하여 현장에서 전원 선로의 노이즈(noise) 등 환경에 맞게 적응적으로 해당 영역을 설정할 수 있다.
분석부 및 판단부는 전달된 신호 중 일부의 신호를 샘플링하여 선택적으로 사용할 수 있고, 샘플링된 신호를 기반으로 가감승제, 절대값 계산, 순차비교, 평균계산 등의 연산 과정을 통해 현재 직류 전원 계통의 안전 상태를 정상, 주의, 위험 등으로 단계 별로 나눌 수 있다.
분석부 및 판단부는 설정된 주기(예를 들어, 0.1초, 0.25초, 0.5초)에서 평균값과 최대값을 구하여 이들의 비율 관계를 연산하여 판단의 근거로 사용할 수 있다.
분석부 및 판단부에서 정상 신호에 대한 판단은 기동시, 정상 운전시, 정지시로 나누어 분석 및 판단될 수 있다. 구동 상황에 따라 신호 패턴이 저장되고, 구동 상황에 따라 신호 패턴을 기반으로 신호에 대한 분석 처리를 수행할 수 있다.
이뿐만 아니라, 분석부 및 판단부는 정상 패턴, 유사 아크 패턴, 아크 패턴으로 구분하여 수신된 신호에 대한 분석 및 판단을 수행할 수 있다. 정상 패턴은 단일 또는 복합 부하의 on/off시 발생하는 패턴이고, 유사 아크 패턴은 비선형 부하 또는 돌입 전류에 의해 발생되는 패턴이다. 아크 패턴은 정상 및 유사 아크 패턴이 아닌 불규칙적으로 발생되는 임펄스 파형을 갖는 직렬 아크, 병렬 아크, 절연열화, 접지 아크 패턴이다.
분석부 및 판단부는 임펄스의 크기, 임펄스의 발생빈도, 임펄스의 지속시간, 임펄스의 분포도 및 전압 파형의 변화를 기반으로 정상 영역을 포함하는 데드 밴드(또는 불감대 영역)과 아크 영역을 구분할 수 있다. 데드 밴드는 정상 영역을 기준으로 일정 배율의 영역으로 설정되고, 아크 영역은 정상 영역과 불감대 영역을 벗어나는 영역으로 설정될 수 있다.
또한, 분석부 및 판단부는 부하 온/오프 여부에 따라 전원선의 저항값과 비교하여 감시되는 저항 값에서 변화가 있을 경우에는 판단 요소로 사용할 수 있다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 검출 장치의 동작을 나타낸 개념도이다.
도 11에서는 복수의 커패시터와 복수의 저항 각각을 병렬로 조합하여 직류 전원 계통의 안전 상태(과부하, 단락(아크), 누전(접지), 전압강하)을 판단하기 위한 방법이 개시된다.
도 11을 참조하면, 전술한 검출부의 전단에 구현된 복수의 저항(R1(1110), R2(1120) 및 R3(1130)) 및 복수의 커패시터(C1(1115), C2(1125) 및 C3(1135))를 기반으로 검출의 정확도를 향상시키기 위한 방법이 개시된다. 여기서 R1(1110) 및 R2(1120)는 동일한 크기의 저항일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, R1(1110) 및 R2(1120) 뿐만 아니라 R3(1130)에도 병렬로 커패시터가 연결될 수 있다. R1(1110)과 C1(1115)이 병렬로 연결되고, R2(1120)과 C2(1125)가 병렬로 연결되고, R3(1130)와 C3(1135)가 병렬로 연결될 수 있다.
전술한 바와 같이 저항에 병렬로 커패시터가 연결됨으로써 직류 성분이 억제되고 임펄스 성분이 잘 통과될 수 있다. 검출부는 통과된 임펄스 성분을 기반으로 직류 전원 계통의 안전 상태(과부하, 단락(아크), 누전(접지), 전압 강하 등)을 판단할 수 있다.
이뿐만 아니라, R1(1110), R2(1120) 및 R3(1130)의 저항 값을 임계 저항값 이상의 큰 값으로 설정하여 R1(1110), R2(1120) 및 R3(1130)를 통해 흐르는 직류 성분의 크기를 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 일정 시간 주기의 릴레이 동작을 통해 직류 전원에 대한 안전 상태에 대한 주기적인 판단이 수행될 수 있다. 설명의 편의상 릴레이(1150)가 제1 접지부(1140)와 R3(1130) 사이에 구현된 것으로 가정하였으나, 릴레이(1150)의 위치는 변화될 수도 있다. DC 비접지 방식에서는 플러스 선과 마이너스 선 중에서 하나의 선이 접지되어 있어도 전원은 이상없이 공급될 수 있다. 따라서, 릴레이(1150)의 동작을 통해 순간 지락되는 것과 같은 임펄스 신호를 발생시켜 직류 전원에 대한 안전 상태에 대한 주기적인 판단이 수행될 수 있다. 이뿐만 아니라, 포토커플러가 사용되어 임펄스 신호를 탐지할 수도 있다. 포토 커플러는 접지 전류(접지저항)에 현장 선로 노이즈(예를 들어, 125V, 10mA)를 고려하여 설정될 수 있다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 판단부의 직류 전원에 대한 안전 상태에 대한 판단 동작을 나타낸 개념도이다.
도 12에서는 임펄스 신호를 기반으로 구체적인 직류 전원에 대한 안전 상태를 판단하는 방법이 개시된다.
도 12를 참조하면, 검출부 중 제1 하위 검출부(1210) 및 제2 하위 검출부(1220)에서 검출된 임펄스 신호의 차가 임계 퍼센트 이상인 경우, 플러스 누전(접지) 또는 마이너스 누전(접지)으로 판단할 수 있다.
반대로, 검출부 중 제1 하위 검출부(1210) 및 제2 하위 검출부(1220)에서 검출된 임펄스 신호의 차가 임계 퍼센트 미만인 경우, 단락, 접촉 불량 또는 절연 열화로 판단될 수 있다.
제1 하위 검출부(1210)는 전술한 하위 검출부3a(1233)이고, 제2 하위 검출부(1220)는 전술한 하위 검출부3b(1236)일 수 있다.
이러한 임계 퍼센트에 대한 설정은 기존의 발생된 직류 전원 계통의 문제점에 대한 분석 결과를 기반으로 수정될 수 있다.
검출부는 이러한 임펄스 신호의 차이를 기반으로 현재 직류 전원 계통에 발생한 문제점에 대해 보다 정확하게 분석할 수 있다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 판단부의 직류 전원에 대한 안전 상태에 대한 판단 동작을 나타낸 개념도이다.
도 13에서는 임펄스 신호에 대해 정류하지 않고 파형 분석을 통해 보다 빠르게 직류 전원에 대한 안전 상태를 판단하는 방법이 개시된다.
임펄스 신호에 대한 전파 정류를 통해 일정 시간 내의 파형을 분석시 임펄스 신호의 특성이 사라진다. 따라서, 임펄스 신호에 대한 정확한 분석이 어려울 뿐만 아니라, 분석 정보를 얻기 위한 시간이 2배로 소비된다. 구체적으로 현재 MPU(micro processing unit)와 같은 분석부는 플러스 신호에 대한 해석만이 가능하다. 따라서, 전파 정류 없이 임펄스 신호에 대해 해석하는 경우, 마이너스 신호는 제외하고 플러스 신호에 대해서만 해석하기 때문에 2배의 시간이 필요하다.
본 발명의 실시예에서는 1/2로 단축된 신호 분석 시간에 임펄스 신호의 특성을 분석하여 직류 전원의 안전 상태를 분석하는 방법이 개시된다.
도 13을 참조하면, 분석부는 검출부3a(검3a)를 기반으로 검출된 제1 임펄스 신호(1310)와 검출부3a(검3a)를 기반으로 검출된 제2 임펄스 신호(1320)에 대해 모두 수신하여 분석을 수행할 수 있다. 검출부3a에서 발생되는 제1 임펄스 신호(1310)와 검출부 3b에서 발생되는 제2 임펄스 신호(1320)의 위상은 180도의 차이를 가질 수 있다.
분석부가 제1 임펄스 신호(1310)와 제2 임펄스 신호(1320)에 대해 모두 분석하는 경우, 고정된 시간 하에 기존 대비 2배의 양의 데이터를 획득할 수 있다. 구체적으로 전술한 바와 같이 기존의 MPU(micro processing unit)로 구현되는 분석부의 경우, 플러스 값을 가진 신호만을 읽을 수 있어 마이너스 값을 가진 신호에 대해 읽는 것을 불가능하였다. 하지만, R1에서 발생되는 제1 임펄스 신호(1310)와 R2에서 발생되는 제2 임펄스 신호(1320)에 대해 모두 분석을 하는 경우, 위상이 180도의 차이를 가지기 때문에 플러스 값을 가진 신호의 양이 2배로 증가하게 된다. 따라서, 제1 임펄스 신호(1310) 및 제2 임펄스 신호(1320)에 대한 분석을 수행하는 경우, 고정된 시간 하에 2배의 데이터 양에 대한 분석이 가능하고, 보다 빠르게 현재 직류 전원의 상황에 분석이 가능할 수 있다.
이때, 검출부3a 및 검출부3b는 도 4, 10, 11에서 개시한 검출부3a 및 검출부3b와 동일할 수도 있고, 별도의 회로 상의 저항일 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 임펄스 신호의 분석은 필터를 통해 필터링된 임펄스 신호를 사용하여 수행될 수도 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 고역/저역 통과 필터를 조합하여 필터링된 임펄스 신호에 대한 분석을 수행할 수도 있다.
도 13의 하단 좌측의 그래프를 참조하면, 검출부3a에서 제1 임펄스 신호와 검출부3b에서 제2 임펄스 신호가 모두 검출되는 경우이다. 이러한 경우, 단락 또는 접촉 불량으로 판별될 수 있다.
도 13의 하단 중간의 그래프를 참조하면, 검출부3a에서 제1 임펄스 신호만 검출되는 경우이다. 이러한 경우, 플러스 접지 상태로 판단될 수 있다.
도 13의 하단 우측의 그래프를 참조하면, 검출부3b에서 제2 임펄스 신호만 검출되는 경우이다. 이러한 경우, 마이너스 접지 상태로 판단될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 직류 전원 복합 고장 실시간 감시 장치는 위의 단락, 접촉 불량, 플러스 접지, 마이너스 접지가 발생하였을 경우 무조건적인 차단이 아니라 선택적인 차단이 가능하도록 구현될 수도 있다.
이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항과 한정된 실시예 및 도면에 의하여 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위하여 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정과 변경을 꾀할 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 또는 이로부터 등가적으로 변경된 모든 범위는 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (8)

  1. 직류 전원 복합 고장 실시간 감시 장치는,
    직류 전원 계통에 대한 고장 여부를 검출하는 검출 장치; 및
    상기 검출 장치로부터 수신한 전기 안전 모니터링 정보를 기반으로 상기 직류 전원 계통의 안전 상태를 판단하는 감시장치를 포함하고,
    상기 검출 장치는 검출부를 포함하고,
    상기 검출부는 상기 검출 장치와 연결된 피더(feeder)단에서 발생되는 과부하, 단락(아크), 누전(접지), 전압강하 중 적어도 하나에 대한 검출을 위해 구현되는 것을 특징으로 하는 직류 전원 복합 고장 실시간 감시 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 검출부는 복수의 하위 검출부를 포함하고,
    상기 복수의 하위 검출부는 하위 검출부1을 포함하고,
    상기 하위 검출부1은 플러스 전원선에 연결되는 하위 검출부1a와 마이너스 전원선에 연결된 하위 검출부1b를 포함하고,
    상기 하위 검출부1은 상기 하위 검출부1a와 상기 하위 검출부1b를 기반으로 현재 전류를 검출하여 상기 과부하를 검출하는 것을 특징으로 하는 직류 전원 복합 고장 실시간 감시 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 하위 검출부는 하위 검출부3을 더 포함하고,
    상기 하위 검출부3은 플러스 전원선에 연결되는 하위 검출부3a와 마이너스 전원선에 연결된 하위 검출부3b를 더 포함하고,
    상기 하위 검출부3은 상기 하위 검출부3a와 상기 하위 검출부3b를 기반으로 상기 단락(아크), 상기 누전(접지)를 검출하는 것을 특징으로 하는 직류 전원 복합 고장 실시간 감시 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 복수의 하위 검출부는 하위 검출부2를 더 포함하고,
    상기 하위 검출부 2는 부하의 전단에 병렬로 연결되어 상기 전압 강하를 검출하는 것을 특징으로 하는 직류 전원 복합 고장 실시간 감시 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 검출 장치는 판단부를 더 포함하고,
    상기 판단부는 상기 하위 검출부1, 상기 하위 검출부2 및 상기 하위 검출부3에 의해 검출된 신호를 기반으로 직류 전원 계통에 상기 과부하, 상기 단락(아크), 상기 누전(접지), 상기 전압 강하가 발생하였는지 여부에 대해 판단하는 것을 특징으로 하는 직류 전원 복합 고장 실시간 감시 장치.
  6. 직류 전원 복합 고장 실시간 감시 방법은,
    검출 장치가 직류 전원 계통에 대한 고장 여부를 검출하는 단계; 및
    감시 장치가 상기 검출 장치로부터 수신한 전기 안전 모니터링 정보를 기반으로 상기 직류 전원 계통의 안전 상태를 판단하는 단계를 포함하고,
    상기 검출 장치는 검출부를 포함하고,
    상기 검출부는 상기 검출 장치와 연결된 피더(feeder)단에서 발생되는 과부하, 단락(아크), 누전(접지), 전압강하 중 적어도 하나에 대한 검출을 위해 구현되고,
    상기 검출부는 복수의 하위 검출부를 포함하고,
    상기 복수의 하위 검출부는 하위 검출부1을 포함하고,
    상기 하위 검출부1은 플러스 전원선에 연결되는 하위 검출부1a와 마이너스 전원선에 연결된 하위 검출부1b를 포함하고,
    상기 하위 검출부1은 상기 하위 검출부1a와 상기 하위 검출부1b를 기반으로 현재 전류를 검출하여 과부하를 검출하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 복수의 하위 검출부는 하위 검출부3을 더 포함하고,
    상기 하위 검출부3은 플러스 전원선에 연결되는 하위 검출부3a와 마이너스 전원선에 연결된 하위 검출부3b를 더 포함하고,
    상기 하위 검출부3은 상기 하위 검출부3a와 상기 하위 검출부3b를 기반으로 상기 아크를 검출하고,
    상기 복수의 하위 검출부는 하위 검출부2를 더 포함하고,
    상기 하위 검출부 2는 부하의 전단에 병렬로 연결되어 상기 전압 강하를 검출하는 것을 특징으로 하는 직류 전원 복합 고장 실시간 감시 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 안전 상태를 판단하는 단계는,
    상기 감시장치가 상기 피더의 상태를 주의 단계, 위험 단계로 구분하는 단계; 및
    상기 감시 장치가 상기 피더를 포함하는 복수의 피더에 대한 고장 상태 판단, 고장 진행 상태 판단, 건전성 판단, 이력 관리, 고장 예측을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 직류 전원 복합 고장 실시간 감시 방법.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116953309A (zh) * 2023-09-18 2023-10-27 深圳市鼎阳科技股份有限公司 一种示波器的电源探头和示波器

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR200409071Y1 (ko) * 2005-11-14 2006-02-20 한국서부발전 주식회사 전원 감시시스템
KR101153296B1 (ko) * 2011-01-24 2012-07-13 주식회사 뉴피에스 직류전원장치나 직류전원선로의 지락 및 누설전류 감시기능을 가지는 직류전원감시기
KR20150005775A (ko) * 2013-07-04 2015-01-15 소병수 직류전원계통 운전상태 원격감시시스템
KR20160089225A (ko) * 2015-01-19 2016-07-27 소병수 직류 과부하 겸용 아크 차단장치

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR200409071Y1 (ko) * 2005-11-14 2006-02-20 한국서부발전 주식회사 전원 감시시스템
KR101153296B1 (ko) * 2011-01-24 2012-07-13 주식회사 뉴피에스 직류전원장치나 직류전원선로의 지락 및 누설전류 감시기능을 가지는 직류전원감시기
KR20150005775A (ko) * 2013-07-04 2015-01-15 소병수 직류전원계통 운전상태 원격감시시스템
KR20160089225A (ko) * 2015-01-19 2016-07-27 소병수 직류 과부하 겸용 아크 차단장치

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116953309A (zh) * 2023-09-18 2023-10-27 深圳市鼎阳科技股份有限公司 一种示波器的电源探头和示波器
CN116953309B (zh) * 2023-09-18 2024-02-06 深圳市鼎阳科技股份有限公司 一种示波器的电源探头和示波器

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