WO2024038995A1 - 분전반의 iot기반 제어장치 - Google Patents

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WO2024038995A1
WO2024038995A1 PCT/KR2023/005335 KR2023005335W WO2024038995A1 WO 2024038995 A1 WO2024038995 A1 WO 2024038995A1 KR 2023005335 W KR2023005335 W KR 2023005335W WO 2024038995 A1 WO2024038995 A1 WO 2024038995A1
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WO
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breaker
circuit breaker
distribution board
earth leakage
iot
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PCT/KR2023/005335
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English (en)
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Inventor
김호진
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주식회사 서진테크놀로지
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    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q50/00—Systems or methods specially adapted for specific business sectors, e.g. utilities or tourism
    • G06Q50/06—Electricity, gas or water supply
    • G—PHYSICS
    • G16—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
    • G16Y—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY SPECIALLY ADAPTED FOR THE INTERNET OF THINGS [IoT]
    • G16Y10/00—Economic sectors
    • G16Y10/35—Utilities, e.g. electricity, gas or water
    • G—PHYSICS
    • G16—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
    • G16Y—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY SPECIALLY ADAPTED FOR THE INTERNET OF THINGS [IoT]
    • G16Y40/00—IoT characterised by the purpose of the information processing
    • G16Y40/10—Detection; Monitoring
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02B—BOARDS, SUBSTATIONS OR SWITCHING ARRANGEMENTS FOR THE SUPPLY OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02B1/00—Frameworks, boards, panels, desks, casings; Details of substations or switching arrangements
    • H02B1/015—Boards, panels, desks; Parts thereof or accessories therefor
    • H02B1/04—Mounting thereon of switches or of other devices in general, the switch or device having, or being without, casing
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/08—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/16—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to fault current to earth, frame or mass

Definitions

  • the present invention relates to a distribution panel, and more specifically, the AC input voltage connection is directly fastened to a parallel connection type busbar and is fastened in parallel to the mounting hole of an existing earth leakage circuit breaker, so that the power of the circuit breaker can be cut off using wired or wireless communication.
  • This relates to an IoT-based control device for a distribution board that can output control signals.
  • the distribution board distributes power for each electrical load to be used from the main power busbar to supply electricity to motors and each device on each floor of a building, room, or factory, allowing safe use and convenient management of electricity.
  • an electric distribution board or electric switchboard is manufactured and used, and wiring circuit breakers and earth leakage circuit breakers are built in separately for each device or wiring circuit.
  • MCCB Molded case circuit breaker
  • NFB No Fuse Breaker
  • ELB Electric Leakage Breaker
  • a distribution board consists of a main wiring breaker and an earth leakage breaker within a distribution box, and busbars that electrically connect the main wiring breaker and an earth leakage breaker, and supplies and blocks power, as well as connecting the lines connected to each breaker. It plays a role in preventing safety accidents such as short circuits and electric shocks by preventing exposure.
  • IoT-based electrical safety device measures the electrical safety quality of the installed target electrical power source and transmits it to the control server.
  • IoT-based electrical safety devices are used for services that prevent electrical safety-related accidents that may occur at electricity users through the collected electrical safety quality.
  • the conventional distribution panel as described above is installed inside a box-shaped housing and is divided into embedded, exposed, and semi-embedded types depending on the installation method.
  • a number of circuit breakers assigned to each branch circuit are turned on when an abnormal situation occurs.
  • An alarm is generated by blocking the power supplied to each branch circuit and simultaneously turning on an alarm light to notify the manager of the power monitoring system of the occurrence of an abnormal situation.
  • the conventional distribution board as described above has the inconvenience of having to manually control the breaker on/off when the manager of the power monitoring system wants to turn the breaker on/off for regular inspection, instant inspection, or malfunction inspection.
  • the power usage status can be monitored by common use or independent installation in the indoor distribution box of general consumers or the distribution board of industrial facilities. If the electricity usage status is judged to be at a high risk of electric shock or electrical fire due to short circuit, the user's approval is required. What is needed is a control device with a control function that can remotely control the main circuit breaker to prevent danger.
  • control device that can remotely monitor the power usage status, transmit status information to a control server via wireless or wired, and connect to peripheral devices through short-distance wireless communication is needed.
  • the purpose of the present invention to solve these problems is to provide an IoT-based control device for a distribution board equipped with an electrical safety device that can be connected directly to a parallel busbar and connected in parallel with multiple earth leakage circuit breakers.
  • the present invention provides an IoT-based control device for a distribution board that can detect abnormal conditions in the line by configuring a current sensor and a zero current sensor on the AC input line of the main breaker and the earth leakage breaker, respectively, and cut off the power to the main breaker. It is for a different purpose.
  • Another purpose of the present invention is to provide an IoT-based control device for a distribution board that can output a control signal that can turn off the power to the main circuit breaker using wired or wireless communication.
  • Another purpose is to provide an IoT-based control device for a distribution board that can be used by installing the electrical safety device of the present invention in an enclosure-type case and installing it in the mounting hole of an existing earth leakage circuit breaker.
  • status information is transmitted to the control server via wireless or wired. If it is determined that there is a high risk of electric shock or electrical fire due to short circuit, data is transmitted to the control server.
  • Another purpose is to provide an IoT-based control device for distribution boards with a control function that can prevent risks by remotely controlling the main circuit breaker with the user's approval.
  • the IoT-based control device of the distribution board is composed of a main breaker connected to the AC power supplied indoors, two or more earth leakage breakers branched from the main breaker and connected in parallel, and an electric safety device,
  • the main breaker and the earth leakage breaker are connected by a parallel busbar or a wiring wire, and the electric safety device has an input connection part directly fastened to the parallel busbar, so that it is coupled in parallel with the earth leakage breaker, and the main breaker and the earth leakage breaker are connected in parallel.
  • a sensor input unit interposed between the sensor input unit that detects a current signal and outputs it to the control unit, a storage unit that stores event contents including a power pattern reference value, a unique ID of the distribution board, and a blocking history according to the control of the control unit, and the sensor input unit.
  • a control unit that outputs a breaker control signal by comparing and analyzing the status information that classifies the detected current signal into a power pattern of a certain value with the power pattern reference value stored in the storage unit and transmits the relevant status information and the presence or absence of breaker control to the outside. , This can be achieved by configuring a circuit breaker to receive a breaker control signal from the control unit and cut off power to the main breaker.
  • the sensor input unit is composed of a current sensor and a zero current sensor and is configured in the AC input line of the main circuit breaker and the earth leakage circuit breaker, respectively.
  • This distribution board consists of an IoT-based distribution board in an enclosure type where various electrical devices are placed, a cable tray penetration opening corresponding to the upper and lower surfaces of the central part of the enclosure body, and a main breaker and an earth leakage breaker on both sides of the enclosure body. It also includes storage rooms on both sides where electric devices such as an electric stabilization device are installed, doors that open and close the storage rooms on both sides and the central internal cable tray on the front of the enclosure-type body, and a door on one side of the storage room through the through opening. It is connected to the AC power supplied indoors, and is installed with a main breaker and a circuit breaker that cuts off the power of the main breaker by a breaker control signal, and a communication module that communicates with the outside.
  • a bus bar parallel to the main breaker is installed in the storage room on the other side.
  • an electric safety device is installed that is mounted in the mounting hole of the earth leakage breaker and the earth leakage breaker connected to the earth leakage breaker by a wiring wire and is coupled in parallel with the earth leakage breaker.
  • the electric safety device includes a case, a pair of fixing holes formed inside the case and fixed to the upper and lower mounting holes of the earth leakage circuit breaker with fixing members, and provided on the outside of the case to determine the presence or absence of a power source for the electric safety device, notification, and communication.
  • a status indicator that displays the status, a debugging port provided in the lower part of the status indicator, an antenna connection part provided in the lower part of the case, a current sensor connection part provided in the lower part of the case, and a circuit breaker control provided in the lower part of the case. It is composed of a signal connection part and can be configured to be coupled in parallel to the mounting hole of the earth leakage circuit breaker by a coupling member.
  • the work speed and connection strength are high because it is directly connected in parallel with the existing earth leakage circuit breaker through a structure that is directly connected to the busbar, and the problem of installation errors and breakdowns can be solved. There is.
  • the current sensor and the zero current sensor are respectively configured and used in the AC output line of the main breaker, an abnormal condition of the line is immediately detected and the power to the main breaker is cut off, thereby preventing safety accidents. It has the effect of preventing this in advance.
  • the control unit of the electric safety device can transmit the blocking signal of the main breaker by wire or receive it wirelessly and transmit the blocking signal, so it can be directly installed and used in an existing circuit breaker. There is an effect.
  • the electric safety device of the present invention is configured to be mounted in an enclosure-type case and can be used by mounting it in the mounting hole of an existing earth leakage circuit breaker, the electric safety device can be applied to an existing circuit breaker without major structural changes.
  • FIG. 1 and 2 are configuration diagrams of a distribution board equipped with an electrical safety device according to an embodiment of the present invention
  • Figure 3 is an external view of the electric safety device of the present invention.
  • Figure 4 is a reference diagram for explaining the connection state of the busbar of the present invention.
  • Figure 5 is an exemplary diagram of a distribution board according to an embodiment of the present invention configured in a box-type body.
  • the IoT-based control device of the distribution board consisting of a main circuit breaker connected to an AC power supply entering the indoor of the present invention, two or more earth leakage circuit breakers branched from the main circuit breaker and connected in parallel, and an electric safety device, includes the main circuit breaker and the earth leakage circuit breaker. is connected with a parallel busbar or a wiring wire, and the electric safety device has an input connection directly fastened to the parallel busbar, is coupled in parallel with the earth leakage circuit breaker, and is interposed between the main circuit breaker and the earth leakage circuit breaker to generate current.
  • a sensor input unit that detects a signal and outputs it to the control unit, a storage unit that stores event contents including a power pattern reference value, a unique ID of the distribution board, and blocking history under the control of the control unit, and a current signal detected from the sensor input unit.
  • a control unit that outputs a breaker control signal by comparing and analyzing the status information classified into power patterns of a certain value with the power pattern reference value stored in the storage unit and transmits the relevant status information and the presence or absence of breaker control to the outside, and controls the breaker from the control unit. This can be achieved by configuring a circuit breaker to receive a signal and cut off the power to the main circuit breaker.
  • the term “and/or” should be understood to include all possible combinations from one or more related items.
  • “the first item, the second item and/or the third item” means not only the first, second or third item, but also the meaning that may be derived from two or more of the first, second or third items. It means a combination of all possible items.
  • FIGS. 1 and 2 are diagrams showing the configuration of a distribution panel equipped with an electrical safety device according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 1 is a diagram showing the overall system
  • Figure 2 is a detailed configuration diagram and connection state of the electrical safety device. This is a drawing.
  • MCCB Molded case circuit breaker
  • NFB No Fuse Breaker
  • the IoT-based control device of the distribution board includes a main breaker 110 and a pair of busbars 131 to which the AC output line of the main breaker 110 is connected. It includes two or more earth leakage circuit breakers (132) connected in parallel to a pair of busbars (131) and an electric safety device (200) connected to the busbars (131) and in parallel with the earth leakage circuit breakers (132).
  • the main circuit breaker (110) is connected to the AC power supplied indoors and outputs an AC input terminal, and two or more earth leakage circuit breakers (132) are branched from the main circuit breaker (110) and connected in parallel to protect against electric leakage in the line. It is configured to operate to supply power to each load device.
  • the main circuit breaker 110 and the earth leakage circuit breaker 132 are connected by a parallel busbar 131 or a wiring wire, so that two or more earth leakage circuit breakers 132 are coupled to the busbar 131 in parallel.
  • each branch of the parallel busbar 132 is input to a pair of LINE input terminals provided at the top of each earth leakage breaker, and the input signal passes through the earth leakage blocking switch and is applied to each pair of LOAD output terminals. And each LOAD output terminal is configured to supply power to the load device.
  • the LINE input terminal where AC voltage is input, is connected to the output terminal of the main circuit breaker of the distribution board through a small connector and thin wiring.
  • the present invention uses a pair. Use the busbar (132).
  • the AC output signal of the main circuit breaker 110 is applied to each of the pair of busbars 131, and the pair of busbars 131
  • the connection port protrudes and is connected to the LINE input of each earth leakage circuit breaker (132), and the signal input to each LINE input is applied to the LOAD output terminal by turning on the earth leakage blocking switch.
  • the electric safety device 200 of the present invention is connected in parallel to the rear of the earth leakage circuit breaker 132, but of course it can be installed at the starting point or anywhere in the middle.
  • the present invention is configured to have an earth leakage breaker connected in parallel to the busbar 131 and an electric safety device 200 connected in parallel to detect an abnormal state and perform the function of blocking the main breaker. It is characterized by
  • the electric safety device 200 of the present invention is an Internet of Things (IoT)-based electric safety device that measures the abnormal state of the power supply of the target electricity user and outputs a breaker control signal to block the main cutoff or detects the abnormal state. It is configured to perform the function of transmitting to the control server.
  • IoT Internet of Things
  • the Internet of Things (IoT)-based electrical safety device combines ICT technology with existing distribution board technology by using a network-based communication method that can stably use Internet of Things services by using small amounts of data with low power consumption.
  • the voltage and current applied to the load are detected using CT (Current transformer) and ZCT (Zero-phase-sequence current-transformer) to detect overload, store it in the database, and drive the circuit breaker.
  • CT Current transformer
  • ZCT Zero-phase-sequence current-transformer
  • This IoT-based electrical safety device 200 is configured to analyze power and output an AC voltage input unit that supplies power to the device, an input unit where a current sensor and a zero current sensor are connected, a debugging port, and a circuit breaker control signal.
  • the electrical safety device 200 of the present invention includes a status indicator light 232, a central control center, or a terminal that displays the status of the electrical safety device.
  • the electric safety device 200 has an input connection part directly connected to the parallel busbar 131, and is coupled in parallel with an earth leakage circuit breaker.
  • the electrical safety device 200 includes a sensor input unit 110 interposed between the main circuit breaker 110 and the earth leakage circuit breaker 132 to detect a current signal and output it to the control unit.
  • the sensor input unit 110 is installed on the line and consists of a current sensor 112 and a zero current sensor 114 to detect current, and is configured on the AC input line of the main breaker and the earth leakage breaker, respectively, and the current sensor 112 is It is installed on one of the AC input lines, and the zero current sensor 114 must be installed on both lines of the AC input line to detect arc signals.
  • the current sensor 112 is installed on the lower line of the AC input line, and the zero current sensor 114 is provided at both ends of the AC input line.
  • the current sensor 112 is installed on one line of the AC output terminal of the main breaker to detect current leakage, ground fault, contact failure, short circuit due to insulation deterioration, etc., and measures the current.
  • the current measurement is based on Ohm's law.
  • the current sensor may operate as a single-point detection current sensor that detects the current in the line by measuring the amount of induced magnetism generated in the line by insulating contact with the AC input signal terminal through which current conducts.
  • the current sensor can measure the current value of the line using a zero-phase ammeter, a low-pass filter to remove harmonics, and an amplifier.
  • the low-pass filter 220 must be arranged so that the problem of insufficient accuracy in calculating the resistive leakage current due to a decrease in power quality does not occur as the low-pass filter 220 removes harmonics of the current.
  • the zero current sensor 114 is used to measure a flat zero current section in the arc current for arc detection.
  • Methods for detecting series arcs include detection by frequency analysis, detection by analyzing the phase difference between voltage and current, detection by analyzing the rate of change of the peak value of current, and detection by detecting the duration of the zero current section. You can use this method.
  • Arc fault detection algorithms detect some characteristics of a voltage or current waveform by comparing them to a predetermined threshold.
  • the threshold may be calculated based on the magnitude of the voltage waveform or the rate of change of the current. In most cases, appropriate frequency components are extracted from the voltage or current waveform of the power line and then the threshold value is determined using the extracted frequency components.
  • the arc can be detected by analyzing the waveform using the discrete wavelet transform (DWT), calculating the sum of the absolute values of the subbands for one cycle of the signal, and comparing the calculated sum with the threshold.
  • DWT discrete wavelet transform
  • the output signal of the current sensor 112 and the output signal of the zero current sensor 114 are connected by a cable and are electrically connected to the control unit 231 of the electric safety device 200.
  • the storage unit 234 stores event content including the power pattern reference value, the unique ID of the distribution board, and the blocking history under the control of the control unit 231, and stores the blocking history for each unique ID of the distribution board in a DB.
  • the status indicator light 232 is configured as a lamp to display the status of the electric safety device under the control of the control unit 231.
  • the status indicator 232 may include a power indicator lamp indicating power on/off, an alarm indicator lamp indicating an alarm, and a communication indicator lamp indicating a communication status, which may be arranged up and down.
  • the power indicator light is placed at the top
  • the communication indicator lamp is placed at the bottom
  • the alarm indicator lamp is provided between them.
  • It includes a circuit breaker that receives a breaker control signal from the control unit and cuts off the power to the main breaker.
  • the control unit 231 compares and analyzes the status information that classifies the current signal detected from the sensor input unit 110 into a power pattern of a certain value with the power pattern reference value stored in the storage unit 234, and generates a breaker control signal ( B) is output to the main breaker and controlled to cut off the power to the main breaker.
  • the blocking signal is illustrated to be applied to the breaker by wire, but the blocking signal can be transmitted through wireless communication depending on the installation environment.
  • the breaker control signal (B) is transmitted to the breaker 117 to control the cutoff switch 116 to cut off the power.
  • control unit 231 transmits and manages the relevant status information and breaker control status to the outside, that is, the central control center 400, through the communication unit 233, and records the event details through communication with the terminal 500. Allows you to check.
  • the communication unit 233 performs Internet communication through the network 310 since communication with the control server 400 is remote communication, and the terminal 500 may be a manager terminal equipped with an application related to the present invention, so it is a short distance communication unit. It is possible to check the status of the distribution board in the field through wireless communication 320.
  • the communication unit 233, the control server 400, and the terminal 500 can communicate through wired communication.
  • the network 310 includes Wireless LAN (WLAN), Wireless-Fidelity (Wi-Fi), Wireless Fidelity (Wi-Fi) Direct, Digital Living Network Alliance (DLNA), Wireless Broadband (WiBro), and World Interoperability for Microwave Access (WiMAX). ), HSDPA (High Speed Downlink Packet Access), HSUPA (High Speed Uplink Packet Access), LTE (Long Term Evolution), LTE-A (Long Term Evolution-Advanced), etc., including Internet technologies not listed above. Data is transmitted and received according to at least one wireless Internet technology within the range.
  • Short-range wireless communication is for short-range communication and includes BluetoothTM, RFID (Radio Frequency Identification), Infrared Data Association (IrDA), UWB (Ultra Wideband), ZigBee, and NFC (Near Field). Communication), Wi-Fi (Wireless-Fidelity), Wi-Fi Direct, and Wireless USB (Wireless Universal Serial Bus) technology can be used to support short-distance communication.
  • This short-range wireless communication is between the terminal 500 and a wireless communication system, between the terminal 500 and another mobile terminal, or between the terminal and a network where another terminal (external server) is located through wireless area networks. can support wireless communication.
  • Short-range wireless communications may be wireless personal area networks.
  • the electric safety device 200 is provided with a debugging port 235, and when the manager's terminal 500 approaches, it automatically runs the terminal's application to display event details, etc., and connects the terminal to the debugging port 235. When connected, debugging is performed to find errors and take action.
  • control server 400 is a server of the control center, and in the present invention, it stores event contents including a power pattern reference value for determining the presence or absence of an abnormality, a unique ID of the distribution board, and blocking history, and stores the unique ID and corresponding information from the distribution board.
  • event contents including a power pattern reference value for determining the presence or absence of an abnormality, a unique ID of the distribution board, and blocking history, and stores the unique ID and corresponding information from the distribution board.
  • control server 400 does not receive blocking information from the distribution board within a certain time, it transmits a control signal to block the main breaker to the relevant distribution board through the network to block the main breaker, and the blocking result is returned to the distribution board as Ack. transmits it to the control server to confirm that the received blocking has been completed.
  • control server 400 when the control server 400 receives status information classified by unique ID and power pattern from the control unit, it compares it with the stored power pattern reference value and generates a breaker control signal. Then, when it receives the breaker control signal from the control unit, event details are generated. If the circuit breaker control signal is not received from the control unit, the circuit breaker control signal is transmitted to the control unit to block the main circuit breaker.
  • the terminal 500 is equipped with a short-range wireless communication module and stores an application related to the present invention. When tagged through short-range wireless communication from the distribution board, the terminal automatically runs the stored application and obtains the unique ID and blocking history from the distribution board. It receives and displays data, and when the debugging terminal is connected to the debugging port of the distribution board, debugging is performed to detect program errors.
  • FIG. 5 is an external view of an electric safety device according to an embodiment.
  • the electric safety device of the present invention is mounted in the case 221 so that it can be used by fastening to the mounting hole of an existing earth leakage circuit breaker, and has a fixing member. It is fastened to the mounting hole through the fixing hole 222.
  • the fixing holes 222 are formed in pairs at the top and bottom of the case 221 and are fixed to the top and bottom mounting holes of the earth leakage circuit breaker with fixing members.
  • a status indicator light 225 is provided on one side of the case 221 to indicate the presence or absence of power of the electric safety device, notifications, and communication status.
  • the status indicator light 225 may be composed of a voltage indicator light, an alarm indicator light, and a communication indicator light, and may be arranged from top to bottom in that order.
  • a debugging port 235 is provided below the status indicator light 225, and an antenna connection part that allows the antenna to rotate is provided below the debugging port 235.
  • fixing holes 222 are provided on the upper and lower sides of the front part of the case, a status indicator is placed approximately in the center, a debugging port 235 is located below it, and an antenna 224 is located below the debugging port. is provided.
  • One lower side of the case 221 is composed of a current sensor connection part 226 and a circuit breaker blocking signal connection part 227.
  • the current sensor connection unit 226 is electrically connected to the sensor input unit 110 and receives detection signals from the current sensor 112 and the zero current sensor 114.
  • the breaker blocking signal connection unit 227 determines an abnormal state based on the detection signals of the current sensor 112 and the zero current sensor 114 in the control unit 231, and outputs a breaker blocking signal (B) when it is determined to be in an abnormal state. It consists of a terminal.
  • left and right side views, a top view, and a bottom view are shown based on the central front view, and the antenna is shown unfolded forward.
  • the front part of the case is composed of a flat part with a protrusion formed in the center.
  • Fixing holes 222 that are coupled to the mounting holes of the earth leakage breaker are formed on the upper and lower flat parts of the case, and the antenna 224 is formed on the bottom of the protrusion to form a protrusion. It is configured to rotate based on the bottom of the.
  • the antenna 224 is configured to rotate approximately 180° by rotating left and right within the flat portion of the front part of the case based on the bottom surface of the protrusion.
  • the electrical safety device, main circuit breaker, and earth leakage circuit breaker of this configuration may be installed, for example, in a box-type body.
  • Figure 5 is an exemplary diagram of a distribution board according to an embodiment of the present invention configured in an enclosure-type body.
  • the distribution board of the present invention can be composed of an enclosure-type body 11 in which various electrical devices are placed. .
  • a cable tray penetration opening 20 is formed correspondingly to the upper and lower surfaces of the central part of the enclosure type body 10, and a space part 22 through which the antenna of the electric safety device protrudes is formed, and the enclosure type of the distribution panel 100 is formed.
  • Storage rooms (30) (30a) on both sides are installed on both sides of the body (10), where components such as main circuit breakers, earth leakage circuit breakers, and electric safety devices are installed, and are formed in the center of the storage rooms (30) (30a) on both sides, and are located on the inside.
  • the internal cable tray 40 which is equipped with a plurality of horizontally connected cable supports, the storage rooms 30 (30a) on both sides, and the internal cable tray 40 can be divided into partitions.
  • the front of the enclosure-type body 10 may include a plurality of doors 11 that open and close the storage compartments 30 and 30a on both sides and the inner cable tray 40 in the center.
  • the distribution board of this configuration consists of a box-type IoT-based distribution board where various electrical devices are placed, and is configured to be equipped with a main circuit breaker, an earth leakage circuit breaker, and an electrical safety device.
  • one storage room is connected to the alternating current power supplied into the room through the through opening (20) and is provided with a main breaker and a circuit breaker control signal to cut off the power of the main breaker.
  • an earth leakage circuit breaker is connected to the main circuit breaker with a parallel busbar or wiring wire, and an electric safety device is installed in the mounting hole of the earth leakage circuit breaker and coupled in parallel with the earth leakage circuit breaker.
  • the antenna of the electric safety device can be adjusted to protrude through the space 22.
  • the current sensor 112 and the zero current sensor 114 are placed on the line and the output signal is connected to the current sensor connection group 226.
  • the blocking part of the main breaker is electrically connected to the breaker blocking signal connection part 227 of the electric safety device.
  • the electrical safety device of the present invention is directly connected in parallel with the existing earth leakage circuit breaker without significantly changing the existing distribution panel, so the working speed and connection strength are high, and the problems of installation errors and breakdowns can be solved.
  • control unit 231 of the electric safety device turns on the status indicator lamp 225 to indicate the operating state of the system and detects whether there is an abnormality on the line.
  • the control unit 231 compares and analyzes the status information that classifies the current signal detected from the sensor input unit 110 into a power pattern of a certain value with the power pattern reference value stored in the storage unit 234, and generates a breaker control signal ( B) is output to the main circuit breaker and transmitted to the circuit breaker 117 to control the blocking switch 116 to cut off the power.
  • control unit 231 automatically runs the terminal's application to display event details, etc., and when the terminal is connected to the debugging port 235, debugging is performed to find errors. Allow action to be taken.
  • control server 400 when the control server 400 receives status information classifying the unique ID from the distribution board and the current signal detected from the sensor input unit of the distribution board into a power pattern of a certain value, the control server 400 compares it with the stored power pattern reference value to determine whether there is an abnormality in the line. Detects and waits, and when blocking information is received from the distribution board, it operates to store the received blocking information in the unique ID of the distribution board as blocking history.
  • the work speed and connection strength are high because it is directly connected in parallel with the existing earth leakage circuit breaker through a structure that is directly connected to the busbar, and the problems of installation errors and breakdowns are solved. Since the current sensor and zero current sensor are configured and used on the AC output line of the main breaker, an abnormal condition of the line is immediately detected and the main breaker is turned off, thereby preventing safety accidents in advance. It works.

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Abstract

분전반의 IoT기반 제어장치가 개시된다. 본 발명의 전기안전장치는 입력연결부가 상기 병렬형 부스바에 직접 체결되어, 상기 누전차단기와 병렬로 결합되며, 메인차단기와 상기 누전차단기에 사이에 개재되어 전류 신호를 검출하여 제어부로 출력하는 센서입력부와 상기 센서입력부로부터 검출된 전류 신호를 일정한 값의 전력패턴으로 분류한 상태정보를 상기 저장부에 저장된 전력패턴 기준값과 비교분석하여 차단기 제어신호를 출력하고, 해당 상태정보와 차단기 제어유무를 외부로 전송하는 제어부로 포함하게 구성함으로써, 부스바에 직접 체결되는 구조를 통하여 기존의 누전차단기와 병렬로 직접 체결되기 때문에 작업속도와 연결강도가 높고, 설치오류와 고장발생 문제를 해결할 수 있는 효과가 있다.

Description

분전반의 IOT기반 제어장치
본 발명은 분전반에 관한 것으로, 보다 상세하게는 AC입력전압 연결이 병렬 연결형 부스바에 직접 체결되어 기존의 누전차단기의 장착홀에 병렬로 체결되어 유선 또는 무선 통신을 이용하여 차단기의 전원을 차단할 수 있는 제어신호를 출력할 수 있는 분전반의 IoT기반 제어장치에 관한 것이다.
일반적으로, 분전반은 건물의 각층과 방 또는 공장 등에서는 모터와 각각의 장치로 전기를 공급하기 위하여 메인 전원의 모선에서 사용하고자 하는 전기부하별로 전원을 분산되게 공급하여 전기를 안전하게 사용하고 편리하게 관리하기 위해 전기분전반 또는 전기배전반을 제작하여 사용하는데 배선차단기와 누전차단기는 기기 별로 또는 배선회로 별로 구분하여 내장 구성되어 있다.
배선차단기(MCCB(Molded case circuit breaker)는 NFB(No Fuse Breaker)라고 도 하며 케이스가 몰드된 회로 차단기, 배선용 차단기를 의미하는 것으로, 전원 공급에서 과부하로 과전류가 흐르면 차단시켜 안전을 도모하기 위한 것이고, 누전차단기(ELB;Electric Leakage Breaker) 선로의 누전으로 보호할 수 있도록 구성되어 각각의 부하기기 전원을 공급하도록 동작한다.
통상 분전반은 분전함 내에 메인 배선용 차단기 및 누전 차단기, 그리고 상기 메인 배선용 차단기 및 누전 차단기와 이들을 전기적으로 연결시키는 부스바들로 이루어지며, 전력의 공급 및 차단이 이루어지도록 함과 아울러 각 차단기에 연결되는 선로의 노출을 방지하여 누전, 감전 등의 안전사고를 미연에 방지할 수 있는 역할을 하게 된다.
그러나 전기재해는 다양한 요인으로 인하여 끊임없이 발생하고 있으며, 최근 여러 지역에서 발생한 전통시장의 전기화재는 그 규모와 피해 정도가 매우 크다. 이러한 전기재해를 예방하기 위해 종래에는 누전차단기 및 배선용 차단기 등이 사용되었으나 이와 같은 방법으로는 전기재해 예방에 한계가 있다.
또한, 사물인터넷(IoT) 기반의 전기안전장치는 설치된 대상 전기사용처 전원의 전기안전 품질을 측정하여 관제서버에 전달하는 역할을 한다. IoT 기반 전기안전장치는 수집된 전기안전 품질을 통해 전기사용처에서 발생할 수 있는 전기안전 관련 사고를 미연에 방지하는 서비스에 활용된다.
상기와 같은 종래의 분전반은 박스 형상의 하우징 내부에 설치되고 설치방법에 따라 매입형, 노출형, 반매입형으로 구분되며, 각각의 분기회로마다 배정된 다수의 차단기가 이상 상황 발생 시에 온 되어 각각의 분기회로로 공급되는 전력을 차단함과 동시에 경보등을 점등하는 방식으로 경보를 발생하여 이상 상황 발생 사실을 전력 감시 시스템의 관리자에게 알려준다.
하지만, 상기와 같은 종래의 분전반은 전력 감시 시스템의 관리자가 정기 점검이나 순시 점검 혹은 고장 점검 등을 위해 차단기를 온/오프 하고자 하는 경우, 차단기를 수동으로 온/오프 제어해야하는 불편함이 있다.
따라서 일반 수용가의 옥내 분전함 또는 산업설비의 분전반에 공용으로 사용하거나 단독설치하여 전력사용 상태를 모니터링할 수 있고, 전기 사용상태가 누전으로 인한 감전 또는 전기화재의위험성이 높다고 판단할 경우 사용자의 승인을 받아 원격으로 메인 배선용차단기를 제어하여 위험을 방지할 수 있는 제어기능을 구비한 제어장치가 필요한 것이다.
또한, 전력사용 상태를 원격으로 모니터링하면서 상태 정보를 무선 또는 유선을 통하여 관제서버에 데이터를 송출하고 주변 장치와 근거리무선통신을 통해 연결될 수 있는 제어장치가 필요한 것이다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 병렬형 부스바에 직접 체결하여 다수의 누전차단기와 병렬할 수 있는 전기안전장치를 구비한 분전반의 IoT기반 제어장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 전류센서와 영전류센서를 메인차단기와 누전차단기의 AC입력선로에 각각 구성하여 선로의 이상상태를 감지하여 메인차단기의 전원을 차단할 수 있는 분전반의 IoT기반 제어장치를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 유선 또는 무선 통신을 이용하여 메인차단기의 전원을 차단할 수 있는 제어신호를 출력할 수 있는 분전반의 IoT기반 제어장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 전기안전장치를 함체형의 케이스내에 탑재하도록 구성하여 기존의 누전차단기의 장착홀에 장착하여 사용할 수 있는 분전반의 IoT기반 제어장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
또한, 전력사용 상태를 무선 또는 유선으로 모니터링하면서, 상태 정보를 무선 또는 유선을 통하여 관제서버에 데이터를 송출하고, 누전으로 인한 감전 또는 전기화재의위험성이 높다고 판단할 경우 관제서버에 데이터를 송출하고, 사용자의 승인을 받아 원격으로 메인 배선용차단기를 제어하여 위험을 방지할 수 있는 제어기능을 구비한 분전반의 IoT기반 제어장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
이러한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 옥내로 인입되는 교류전원에 연결되는 메인차단기와 상기 메인차단기로부터 분기되어 병렬로 연결되는 둘 이상의 누전차단기와 전기안전장치로 구성된 분전반의 IoT기반 제어장치는, 상기 메인차단기와 상기 누전차단기는 병렬형 부스바 또는 배선용 전선으로 결합되고, 상기 전기안전장치는 입력연결부가 상기 병렬형 부스바에 직접 체결되어, 상기 누전차단기와 병렬로 결합되며, 메인차단기와 상기 누전차단기에 사이에 개재되어 전류 신호를 검출하여 제어부로 출력하는 센서입력부와, 상기 제어부의 제어에 따라 전력패턴 기준값과 분전반의 고유 ID, 차단 이력을 포함하는 이벤트내용을 저장하는 저장부, 및 상기 센서입력부로부터 검출된 전류 신호를 일정한 값의 전력패턴으로 분류한 상태정보를 상기 저장부에 저장된 전력패턴 기준값과 비교분석하여 차단기 제어신호를 출력하고, 해당 상태정보와 차단기 제어유무를 외부로 전송하는 제어부와, 상기 제어부로부터 차단기 제어신호를 수신하여 상기 메인차단기의 전원을 차단하는 차단부를 포함하게 구성함으로써 달성될 수 있다.
또한, 센서입력부는 전류센서와 영전류센서로 구성되어 상기 메인차단기와 누전차단기의 AC입력선로에 각각 구성한다.
이러한 분전반은 각종 전기기기가 배치되는 함체형의 IoT 기반 분전반으로 구성되고, 함체형 몸체의 중앙부 상면과 하면에 각각 대응되게 통공된 케이블트레이 관통개구부와 상기 함체형 몸체 내부 양측에 메인차단기와 누전차단기그리고 전기안정장치와 같은 전기기기가 설치되는 양측의 수납실, 상기 함체형 몸체의 전면에 상기 양측의 수납실과 중앙의 내부케이블트레이를 개폐하는 도어를 포함하고, 일측 수납실에는 상기 관통개구부를 통하여 옥내로 인입되는 교류전원에 연결되며 메인차단기와 차단기 제어신호에 의하여 상기 메인차단기의 전원을 차단하는 차단부 그리고 외부와 통신하는 통신모듈이 설치되고, 타측 수납실에는 상기 메인차단기와 병렬형 부스바 또는 배선용 전선으로 결합되는 누전차단기와 누전차단기의 장착홀에 장착되어 상기 누전차단기와 병렬로 결합되는 전기안전장치가 설치된다.
그리고 전기안전장치는 케이스, 상기 케이스의 내부에 형성되어 누전차단기의 상하 장착홀에 고정부재로 고정되는 한 쌍의 고정홀, 상기 케이스의 외측에 구비되어 전기안전장치의 전원의 유무, 알림 그리고 통신상태를 표시하는 상태 표시등, 상기 상태 표시등의 하부에 구비되는 디버깅포트, 상기 케이스의 하부에 구비되는 안테나 연결부, 상기 케이스의 하부에 구비되는 전류센서연결부, 및 상기 케이스의 하부에 구비되는 차단기 제어신호 연결부로 구성되어 상기 누전차단기의 장착홀에 결합부재에 의하여 병렬로 결합되게 구성할 수 있다.
따라서 본 발명인 분전반의 IoT기반 제어장치에 의하면, 부스바에 직접 체결되는 구조를 통하여 기존의 누전차단기와 병렬로 직접 체결되기 때문에 작업속도와 연결강도가 높고, 설치오류와 고장발생 문제를 해결할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명 분전반의 IoT기반 제어장치에 의하면, 전류센서와 영전류센서를 메인차단기 AC출력선로에 각각 구성하여 사용하기 때문에 선로의 이상상태를 즉시 감지하여 메인차단기의 전원을 차단함으로써, 안전사고를 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명 분전반의 IoT기반 제어장치에 의하면, 전기안전장치의 제어부가 메인차단기의 차단 신호를 유선으로 전송하거나 또는 무선으로 수신하여 차단신호를 전송할 수 있기 때문에 기성의 차단기에 바로 설치하여 사용할 수 있는 효과가 있다.
그리고 본 발명의 전기안전장치를 함체형의 케이스내에 탑재하도록 구성하여 기존의 누전차단기의 장착홀에 장착하여 사용할 수 있기 때문에 큰 구조의 변경없이 전기안전장치를 기존의 차단기에 적용하여 사용할 수 있다.
도 1과 도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 전기안전장치를 구비한 분전반의 구성도,
도 3은 본 발명의 전기안정장치의 외형도,
도 4는 본 발명 부스바의 연결상태를 설명하기 위한 참고도,
그리고
도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 분전반을 함체형의 몸체에 구성한 예시도면이다.
본 발명의 옥내로 인입되는 교류전원에 연결되는 메인차단기와 상기 메인차단기로부터 분기되어 병렬로 연결되는 둘 이상의 누전차단기와 전기안전장치로 구성된 분전반의 IoT기반 제어장치는, 상기 메인차단기와 상기 누전차단기는 병렬형 부스바 또는 배선용 전선으로 결합되고, 상기 전기안전장치는 입력연결부가 상기 병렬형 부스바에 직접 체결되어, 상기 누전차단기와 병렬로 결합되며, 메인차단기와 상기 누전차단기에 사이에 개재되어 전류 신호를 검출하여 제어부로 출력하는 센서입력부와, 상기 제어부의 제어에 따라 전력패턴 기준값과 분전반의 고유 ID, 차단 이력을 포함하는 이벤트내용을 저장하는 저장부, 및 상기 센서입력부로부터 검출된 전류 신호를 일정한 값의 전력패턴으로 분류한 상태정보를 상기 저장부에 저장된 전력패턴 기준값과 비교분석하여 차단기 제어신호를 출력하고, 해당 상태정보와 차단기 제어유무를 외부로 전송하는 제어부와, 상기 제어부로부터 차단기 제어신호를 수신하여 상기 메인차단기의 전원을 차단하는 차단부를 포함하게 구성함으로써 달성될 수 있다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 아니하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈", "장치" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 및/또는 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
명세서 전체에서 "및/또는"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제1 항목, 제2 항목 및/또는 제3 항목"의 의미는 제1, 제2 또는 제3 항목뿐만 아니라 제1, 제2 또는 제3 항목들 중 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미한다.
이하, 도면을 참고하여 본 발명의 일실시예에 대하여 설명한다.
도 1과 도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 전기안전장치를 구비한 분전반의 구성도로서, 도 1은 전반적인 시스템을 도시한 도면이고, 도 2는 전기안전장치의 구체적 구성도와 연결상태를 도시한 도면이다.
한편, 전기분전반과 전기배전반은 같은 용도의 용어이므로 본 발명에서는 분전반으로 명기하고, 또한 배선차단기(NFB)와 누전차단기(ELB)는 특징이 다르나 본 발명은 두 제품에 모두 해당하므로 용어를 누전차단기(ELB)로 명기한다.
배선차단기(MCCB(Molded case circuit breaker)는 NFB(No Fuse Breaker)라고 도 하며 케이스가 몰드된 회로 차단기, 배선용 차단기를 의미하는 것으로, 전원 공급에서 과부하로 과전류가 흐르면 차단시켜 안전을 도모하기 위한 것으로 본 발명에서는 메인 차단기로, 그리고 누전차단기(ELB;Electric Leakage Breaker)는 선로의 누전으로 보호할 수 있도록 구성되어 각각의 부하기기 전원을 공급하도록 동작하는 것을 전제로 설명한다.
먼저, 도 1을 참고하면, 본 발명의 일실시예에 의한 분전반의 IoT기반 제어장치는 메인차단기(110)와 메인차단기(110)의 AC출력라인이 연결되는 한 쌍의 부스바(131)와 한 쌍의 부스바(131)에 병렬로 연결되는 둘 이상의 누전차단기(132)와 부스바(131)에 연결되고 누전차단기(132)와 병렬로 연결되는 전기안전장치(200)를 포함한다.
메인차단기(110)는 옥내로 인입되는 교류전원에 연결되어 AC입력단을 출력하고, 누전차단기(132)는 메인차단기(110)로부터 분기되어 병렬로 연결되도록 둘 이상 구성하여 선로의 누전으로 보호할 수 있도록 구성되어 각각의 부하기기 전원을 공급하도록 동작한다.
메인차단기(110)와 누전차단기(132)는 병렬형 부스바(131) 또는 배선용 전선으로 결합되어 둘 이상의 누전차단기(132)가 부스바(131)에 병렬로 결합된다.
도면을 참고하면, 각 누전차단기의 상부에 구비된 한 쌍의 LINE 입력단에 병렬 부스바(132)의 분기가 각각 입력되고, 입력된 신호는 누전차단스위치를 통과하여 각각 한 쌍의 LOAD 출력단에 인가되고, 각 LOAD출력단은 부하기기에 전원을 공급하도록 구성된다.
일반적으로 AC전압이 입력되는 LINE입력단은 소형 커넥터와 가는 배선을 통해 분전반의 메인 차단기의 출력단과 연결이 되는데 장치의 설치 시 작업이 어렵고 가는 도체로 인한 고장발생의 원인이 되기 때문에 본 발명에서는 한 쌍의 부스바(132)를 사용한다.
도 4의 본 발명 부스바의 연결상태를 설명하기 위한 참고도면을 보면, 메인차단기(110)의 AC출력신호가 한 쌍의 부스바(131)에 각각 인가되고, 한 쌍의 부스바(131)의 접속구는 돌출되어 각 누전차단기(132)의 LINE입력으로 결합되고, 각각 LINE입력으로 입력된 신호는 누전차단스위치를 거려 LOAD 출력단에 인가된다.
도면에서는 본 발명의 전기안전장치(200)가 누전차단기(132)의 후미에 병렬로 연결되어 있으나, 시작점이나 중간 어디에도 설치할 수 있음은 물론이다.
다시 말하면 본 발명은 이러한 부스바(131)에 병렬로 연결된 누전차단기와 병렬로 연결된 전기안전장치(200)를 구비하여 이상 상태를 감지하여 메인차단기를 차단하는 기능을 수행할 수 있도록 구성하는 것을 하나의 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 전기안전장치(200)는 사물인터넷(IoT) 기반의 전기안전장치로 설치된 대상 전기사용처 전원의 이상상태를 측정하여 메인차단을 차단하기 위한 차단기 제어신호를 출력하거나 또는 이상상태를 관제서버에 전달하는 기능을 수행하도록 구성한다.
사물인터넷(IoT) 기반의 전기안전장치는 낮은 소비 전력으로 작은 용량의 데이터를 사용하여 사물인터넷의 서비스를 안정적으로 이용할 수 있는 네트워크 기반의 통신 방식을 이용하여 기존 분전반 기술에 ICT 기술을 융합하였으며, 이를 이용하여 CT(Current transformer) 및 ZCT(Zero-phase-sequence current-transformer)를 이용하여 부하에 걸리는 전압, 전류를 감지하여 과부하를 감지, 데이터 베이스에 저장하고 차단기를 구동하도록 하는 것이다.
이러한 IoT 기반의 전기안전장치(200)는 전원의 분석 및 장치에 전력을 공급하는 AC전압 입력부와 전류센서와 영전류센서가 연결되는 입력부, 디버깅포트 그리고 차단기 제어신호를 출력하도록 구성한다.
도 2의 전기안전장치의 구체적 구성도와 연결상태를 도시한 도면을 참고하면, 본 발명의 전기안전장치(200)는 전기안전장치의 상태를 표시하는 상태표시등(232), 중앙관제센터 또는 단말기와 통신하는 통신부(233), 분전반의 고유 ID와 차단이력 등을 DB로 저장하는 저장부(234), 디버깅포트(235) 그리고 전류센서(1123)와 영전류센서(114)의 감지신호를 입력받아 이상 상태를 감지하고 차단기 제어신호(236)를 출력하는 제어부(231)를 포함할 수 있다.
구체적으로 전기안전장치(200)는 입력연결부가 병렬형 부스바(131)에 직접 체결되어, 누전차단기와 병렬로 결합된다.
이때 기존의 누전차단기의 장착홀에 결합되기 때문에 전기안전장치의 결합을 위하여 구조를 변경할 필요가 없다. 다만, 누전차단기가 결합된 어느 하나의 위치만 확보되면 체결이 가능하다.
전기안전장치(200)는 메인차단기(110)와 누전차단기(132)에 사이에 개재되어 전류 신호를 검출하여 제어부로 출력하는 센서입력부(110)를 포함한다.
센서입력부(110)는 선로에 설치되어 전류를 검출하도록 전류센서(112)와 영전류센서(114)로 구성하고, 메인차단기와 누전차단기의 AC입력선로에 각각 구성하되, 전류센서(112)는 AC입력선로 중 어느 하나에 설치되고 영전류센서(114)는 아크신호 검출을 위하여 AC입력선로의 양 선로에 설치되어야 한다.
도 1을 참고하면, 전류센서(112)는 AC입력선로의 하단선로에 설치되고, 영전류센서(114)는 AC입력선로의 양단에 구비되어 있음을 알 수 있다.
전류센서(112)는 선로의 누전, 지락, 접촉불량, 절연열화에 의한 단락 등을 감지할 수 있도록 메인차단기의 AC출력단의 어느 하나의 선로에 설치되어 전류를 측정하며 전류측정은 Ohm 법칙에 근거한 일반적인 전류측정 방법으로 션트 저항을 이용하거나 패러데이 법칙에 기반한 전류 측정방법을 사용하거나 홀 효과에 기반한 전류측정 방법 등을 사용할 수 있다.
또한, 전류센서는 전류가 도통하는 AC입력신호단에 절연 접촉되어 선로에서 발생되는 유도자기량을 계측하여 선로의 전류를 감지하는 일점감지 전류센서로 동작할 수도 있다.
또한, 전류센서는 영상전류계, 고조파를 제거하기 위한 저역필터 및 증폭기를 이용하여 선로의 전류값을 측정할 수도 있다.
이때 저역필터는 저역필터(220)는 전류의 고조파를 제거함에 따라 전력품질 저하에 의한 저항성 누설전류 산출의 정확도가 부족해지는 문제가 발생하지 않도록 배치하여야 한다.
영전류센서(114)는 아크 검출을 위하여 아크전류에서 평탄한 영전류구간을 측정하기 위하여 사용된다.
아크 검출의 성능을 향상시키기 위해서는 아크의 특성을 충분히 반영하는 전류 센서의 선택이 무엇보다도 중요하다 적절한 주파수 대역의 신호는 전류 파형에서 추출될 수 있으며 직렬 아크 결함은 2∼4㎑ 내의 주파수 대역에서의 특성과 임계값과 비교하여 식별할 수 있다.
직렬아크를 검출하기 위한 방법으로는 주파수분석하여 검출하는 방법과 전압과 전류의 위상 차이를 분석하여 검출하는 방법, 전류의 피크치의 변화율을 분석하여 검출하는 방법, 그리고 영 전류구간의 지속시간을 검출하는 방법을 사용할 수 있다.
아크 결함 검출 알고리즘은 전압 또는 전류 파형의 일부 특성을 미리 정해진 임계값과 비교하여 검출한다. 임계값은 전압 파형의 크기 또는 전류의 변화율을 기준으로 계산될 수 있다. 대부분 전력선의 전압 또는 전류 파형으로부터 적절한 주파수 성분을 추출한 후 추출된 주파수 성분을 이용하여 임계값을 결정한다. 이산 웨이브렛 변환(DWT)을 이용하여 파형을 분석하고, 한 주기의 신호에 대해서 서브 밴드의 절대값의 합을 계산하고, 계산된 합계와 임계값을 비교하여 아크를 검출할 수 있다.
아크 검출의 성능을 향상시키기 위해서는 아크의 특성을 충분히 반영하는 전류센서의 선택이 무엇보다도 중요하다 적절한 주파수 대역의 신호는 전류 파형에서 추출될 수 있으며 직렬 아크 결함은 2∼4㎑ 내의 주파수대역에서의 특성과 임계값과 비교하여 식별할 수 있다.
이러한 전류센서(112)의 출력신호와 영전류센서(114)의 출력신호는 케이블로 연결되어 전기안전장치(200)의 제어부(231)에 전기적으로 연결된다.
저장부(234)는 제어부(231)의 제어에 따라 전력패턴 기준값과 분전반의 고유 ID, 차단 이력을 포함하는 이벤트내용을 저장하고, 분전반의 고유 ID별로 차단이력 등을 DB로 저장하도록 구성한다.
상태표시등(232)은 제어부(231)의 제어에 의하여 전기안전장치의 상태를 표시하도록 램프로 구성한다.
상태표시등(232)은 전원의 온오프를 표시하는 전원표시등과 알람을 표시하는 알람표시등 그리고 통신상태를 표시하는 통신표시등이 상하로 배치될 수 있다.
도 4를 참고하면, 전원표시등의 최상부에 배치되고, 통신표시등은 하부에 배치되고 그 사이에 알람표시등이 구비되도록 구성되어 있음을 알 수 있다.
제어부로부터 차단기 제어신호를 수신하여 메인차단기의 전원을 차단하는 차단부를 포함한다.
제어부(231)는 센서입력부(110)로부터 검출된 전류 신호를 일정한 값의 전력패턴으로 분류한 상태정보를 저장부(234)에 저장된 전력패턴 기준값과 비교분석하여 이상상태로 감지되면 차단기 제어신호(B)를 메인차단기로 출력하여 메인차단기의 전원을 차단하도록 제어한다.
도면에서는 차단신호가 유선으로 차단기에 인가되도록 예시되어 있으나, 설치 환경에 따라 무선통신을 통하여 차단신호를 전송할 수 있다.
이때 차단기 제어신호(B)는 차단기(117)에 전달되어 차단스위치(116)가 전원을 차단하도록 제어하는 것이다.
이러한 차단제어신호에 의하여 신호를 차단하는 구성은 일반적인 것이므로 그 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
이러한 차단 기능을 이용하여 수용가의 전기안전에 중대결함이 발생할 경우 원격신호를 통해 차단기를 제어하는 신호를 발생하여 차단기를 제어함으로써 전기로 인한 재해를 막을 수 있는 것이다.
또한, 제어부(231)는 이벤트가 발생하면 해당 상태정보와 차단기 제어유무를 통신부(233)를 통하여 외부 즉 중앙관제센터(400)로 전송하여 관리하도록 하고, 단말기(500)와 통신을 통하여 이벤트 내역을 확인할 수 있도록 한다.
이를 위하여 통신부(233)는 관제서버(400)와 통신시는 원격지 통신이므로 네트워크(310)를 통하여 인테넷 통신을 행하고, 단말기(500)는 본 발명과 관련된 어플리케이션을 탑재한 관리자단말기일 수 있으므로, 근거리 무선통신(320)을 통하여 현장에서 분전반의 현황을 확인할 수 있도록 할 수 있다.
물론 통신부(233)와 관제서버(400) 그리고 단말기(500)는 유선통신을 통하여 통신할 수 있음은 물론이다.
네트워크(310)는 WLAN(Wireless LAN), Wi-Fi(Wireless-Fidelity), Wi-Fi(Wireless Fidelity) Direct, DLNA(Digital Living Network Alliance), WiBro(Wireless Broadband), WiMAX(World Interoperability for Microwave Access), HSDPA(High Speed Downlink Packet Access), HSUPA(High Speed Uplink Packet Access), LTE(Long Term Evolution), LTE-A(Long Term Evolution-Advanced) 등이 있으며, 상기에서 나열되지 않은 인터넷 기술까지 포함한 범위에서 적어도 하나의 무선 인터넷 기술에 따라 데이터를 송수신하게 된다.
근거리 무선 통신은 근거리 통신(Short range communication)을 위한 것으로서, 블루투스(Bluetooth™), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(Infrared Data Association; IrDA), UWB(Ultra Wideband), ZigBee, NFC(Near Field Communication), Wi-Fi(Wireless-Fidelity), Wi-Fi Direct, Wireless USB(Wireless Universal Serial Bus) 기술 중 적어도 하나를 이용하여, 근거리 통신을 지원할 수 있다. 이러한, 근거리 무선 통신은, 근거리 무선 통신망(Wireless Area Networks)을 통해 단말기(500)와 무선 통신 시스템 사이, 단말기(500)와 다른 이동 단말기 사이, 또는 단말기와 다른 단말기(외부서버)가 위치한 네트워크 사이의 무선 통신을 지원할 수 있다. 근거리 무선 통신은 근거리 무선 개인 통신망(Wireless Personal Area Networks)일 수 있다.
또한, 전기안전장치(200)는 디버깅포트(235)를 구비하고, 관리자의 단말기(500)가 접근하면 자동으로 단말기의 어플리케이션을 구동하여 이벤트 내역등을 표시하게 하고, 디버깅포트(235)에 단말기를 접속하면 디버깅을 수행하여 오류를 찾아내어 조치할 수 있도록 한다.
또한, 관제서버(400)는 관제센터의 서버로, 본 발명에서는 이상 유무를 판단할 수 있는 전력패턴 기준값과 분전반의 고유 ID, 차단 이력을 포함하는 이벤트내용을 저장하고, 분전반으로부터 고유 ID와 해당 분전반의 센서입력부로부터 검출된 전류 신호를 일정한 값의 전력패턴으로 분류한 상태정보를 수신하면 저장된 전력패턴 기준값과 비교하여 선로의 이상유무의 상태를 검출하고 대기하다가, 해당 분전반으로부터 차단정보가 수신되면, 수신된 차단정보를 분전반의 고유 ID에 차단이력으로 저장한다.
또한, 관제서버(400)는 분전반으로부터 차단 정보가 일정 시간내에 수신되지 않으면, 네트워크를 통하여 해당 분전반으로 메인차단기를 차단하라는 제어신호를 송신하여 메인차단기를 차단하도록 하고, 차단 결과는 Ack로 다시 분전반에서 관제서버로 전송하여 수신한 차단이 완료되었음을 확인할 수 있게 한다.
즉, 관제서버(400)는 고유 ID와 전력패턴으로 분류한 상태정보를 제어부로부터 수신하면, 저장된 전력패턴 기준값과 비교하여 차단기 제어신호가 생성한 다음, 상기 제어부로부터 차단기 제어신호를 수신하면 이벤트내용으로 저장하고, 상기 제어부로부터 차단기 제어신호를 수신하지 못하면 차단기 제어신호를 제어부로 송신하여 메인차단기를 차단하도록 제어하는 것이다.
단말기(500)는 근거리 무선 통신 모듈을 구비하고, 본 발명과 관련된 어플리케이션을 저장하고 있다가 분전반의 근거리 무선 통신을 통하여 태깅되면 단말기는 자동으로 저장된 어플리케이션을 구동하여 분전반으로부터 고유ID와 차단이력 등을 데이터로 수신하여 표시하고, 분전반의 디버깅포트에 디버깅단자를 연결하면, 디버깅을 수행하여 프로그램의 오류를 검출하도록 동작한다.
이하, 도면을 참고하여 전기안전장치 구성에 대하여 상세히 설명한다.
도 5는 일실시예에 의한 전기안전장치의 외형도로서, 도시된 바와 같이 본 발명의 전기안전장치는 기존의 누전차단기의 장착홀에 체결하여 사용할 수 있도록 케이스(221)내에 탑재되고, 고정부재에 의하여 고정홀(222)을 통하여 장착홀에 체결된다.
고정홀(222)은 케이스(221)의 내부 상하부에 한 쌍으로 형성되어 누전차단기의 상하 장착홀에 고정부재로 고정된다.
또한, 케이스(221)의 외측에 구비되어 전기안전장치의 전원의 유무, 알림 그리고 통신상태를 표시하는 상태 표시등(225)이 일측에 구비된다.
상태 표시등(225)은 전압표시등, 알람표시등 그리고 통신표시등으로 구성하여 순서대로 상부에서 하부로 배치될 수 있다.
상태 표시등(225)의 하부에는 디버깅포트(235)가 구비되고, 디버깅포트(235)의 하부에 안테나가 회전가능하도록 구비되는 안테나 연결부가 구비된다.
본 발명에서는 장착된 상황을 기준으로 케이스의 전면부 상하에는 고정홀(222)이 구비되고 대략 중앙에는 상태표시등이 배치되고 그 하부에 디버깅포트(235)가 그리고 디버깅포트의 하부에 안테나(224)가 구비된다.
케이스(221)의 하부 일측에는 전류센서연결부(226)와 차단기 차단신호 연결부(227)로 구성한다.
전류센서연결부(226)는 센서입력부(110)와 전기적으로 연결되어 전류센서(112)와 영전류센서(114)의 감지신호를 입력받는다.
차단기 차단신호 연결부(227)는 제어부(231)에서 전류센서(112)와 영전류센서(114)의 감지신호를 기초로 이상 상태를 판단하고 이상상태로 판단 시 차단기 차단신호(B)를 출력하는 터미널로 구성된다.
도면을 참고하면, 중앙의 정면도를 기준으로 좌우 측면도 그리고 평면도와 저면도가 도시되어 있으며, 안테나는 전방으로 펼쳐진 상태를 예시하고 있다.
케이스의 전면부는 평면부로 구성하되 중앙에 돌출부를 형성하고, 케이스의 상하 평면부에는 누전차단기의 장착홀과 결합되는 고정홀(222)을 형성하고, 안테나(224)는 돌출부의 저면에 형성하여 돌출부의 저면을 기준으로 회전하도록 구성되어 있다.
따라서, 안테나(224)는 돌출부의 저면을 기준으로 케이스 전면부의 평면부내에서 좌우로 회전하여 대략 180°회전하도록 구성한 것이다.
이러한 구성의 전기안전장치와 메인차단기 그리고 누전차단기는 일례로 함체형의 몸체에 구비될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 분전반을 함체형의 몸체에 구성한 예시도면으로, 도시된 바와 같이 본 발명의 분전반은, 각종 전기기기가 배치되는 함체형 몸체(11)로 구성할 수 있다.
함체형 몸체(10)의 중앙부 상면과 하면에 각각 대응되게 통공된 케이블트레이 관통개구부(20)와, 전기안전장치의 안테나가 돌출되는 공간부(22)를 형성하고, 분전반(100)의 함체형 몸체(10) 내부 양측에 메인차단기와 누전차단기 그리고 전기안전장치와 같은 부품이 설치되는 양측의 수납실(30)(30a)과, 양측의 수납실(30)(30a) 중앙에 형성되고 내측에 횡으로 연결되는 다수개의 케이블서포트가 구비된 내부케이블트레이(40)와, 양측의 수납실(30)(30a)과 내부케이블트레이(40)는 구획부로 구획형성할 수 있다.
또한, 함체형 몸체(10)의 전면에 양측의 수납실(30)(30a)과 중앙의 내부케이블트레이(40)를 개폐하는 다수개의 도어(11)가 포함되어 이루어질 수 있다.
이러한 구성의 분전반은 각종 전기기기가 배치되는 함체형의 IoT 기반 분전반으로 구성되어 메인차단기와 누전차단기 그리고 전기안전장치가 탑재되도록 구성한다.
양측의 수납실(30)(30a) 중 어느 일측 수납실에는 관통개구부(20)를 통하여 옥내로 인입되는 교류전원에 연결되며 메인차단기와 차단기 제어신호에 의하여 상기 메인차단기의 전원을 차단하는 차단부가 설치되고, 타측 수납실에는 메인차단기와 병렬형 부스바 또는 배선용 전선으로 결합되는 누전차단기와 누전차단기의 장착홀에 장착되어 상기 누전차단기와 병렬로 결합되는 전기안전장치가 설치된다.
이후 전기안전장치의 안테나가 공간부(22)를 통하여 돌출되도록 조절할 수 있다.
상술한 구성의 분전반의 작동을 알아보면 다음과 같다.
먼저, IoT기반 제어장치로 동작하는 전기안전장치를 기존의 누전차단기의 장착홀에 전기안전장치의 고정홈을 고정부재를 고정한다.
그리고 전류센서(112)와 영전류센서(114)를 선로상에 배치하고 출력신호를 전류센서연겨룹(226)에 접속한다.
이후 전기안전장치의 차단기 차단신호 연결부(227)에 메인차단기의 차단부가 전기적으로 연결되게 구성한다.
이러한 조립순서는 현장의 상황에 따라 적의적절하게 순서를 바꾸어 진행할 수 있음은 물론이다.
이와 같이 본 발명의 전기안전장치는 기존의 분전반을 크게 변경하지 않고서도 기존의 누전차단기와 병렬로 직접 체결되기 때문에 작업속도와 연결강도가 높고, 설치오류와 고장발생 문제를 해결할 수 있는 것이다.
상기와 같이 설치가 완료되면, 전기안전장치의 제어부(231)는 시스템의 동작상태를 상태표시등(225)을 점등하고, 선로상의 이상유무를 감지한다.
제어부(231)는 센서입력부(110)로부터 검출된 전류 신호를 일정한 값의 전력패턴으로 분류한 상태정보를 저장부(234)에 저장된 전력패턴 기준값과 비교분석하여 이상상태로 감지되면 차단기 제어신호(B)를 메인차단기로 출력하여 차단기(117)에 전달되어 차단스위치(116)가 전원을 차단하도록 제어하는 것이다.
또한, 제어부(231)는 관리자의 단말기(500)가 접근하면 자동으로 단말기의 어플리케이션을 구동하여 이벤트 내역등을 표시하게 하고, 디버깅포트(235)에 단말기를 접속하면 디버깅을 수행하여 오류를 찾아내어 조치할 수 있도록 한다.
또한, 관제서버(400)는 분전반으로부터 고유 ID와 해당 분전반의 센서입력부로부터 검출된 전류 신호를 일정한 값의 전력패턴으로 분류한 상태정보를 수신하면 저장된 전력패턴 기준값과 비교하여 선로의 이상유무의 상태를 검출하고 대기하다가, 해당 분전반으로부터 차단정보가 수신되면, 수신된 차단정보를 분전반의 고유 ID에 차단이력으로 저장하도록 동작한다.
상술한 바와 같이 본 발명인 분전반의 IoT기반 제어장치에 의하면, 부스바에 직접 체결되는 구조를 통하여 기존의 누전차단기와 병렬로 직접 체결되기 때문에 작업속도와 연결강도가 높고, 설치오류와 고장발생 문제를 해결할 수 있는 효과가 있으며, 전류센서와 영전류센서를 메인차단기 AC출력선로에 각각 구성하여 사용하기 때문에 선로의 이상상태를 즉시 감지하여 메인차단기의 전원을 차단함으로써, 안전사고를 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대하여 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허 청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (6)

  1. 옥내로 인입되는 교류전원에 연결되는 메인차단기와 상기 메인차단기로부터 분기되어 병렬로 연결되는 둘 이상의 누전차단기와 전기안전장치로 구성된 분전반의 IoT기반 제어장치에 있어서,
    상기 메인차단기와 상기 누전차단기는 병렬형 부스바 또는 배선용 전선으로 결합되고,
    상기 전기안전장치는
    입력연결부가 상기 병렬형 부스바에 직접 체결되어, 상기 누전차단기와 병렬로 결합되며,
    메인차단기와 상기 누전차단기에 사이에 개재되어 전류 신호를 검출하여 제어부로 출력하는 센서입력부;
    상기 제어부의 제어에 따라 전력패턴 기준값과 분전반의 고유 ID, 차단 이력을 포함하는 이벤트내용을 저장하는 저장부;
    상기 센서입력부로부터 검출된 전류 신호를 일정한 값의 전력패턴으로 분류한 상태정보를 상기 저장부에 저장된 전력패턴 기준값과 비교분석하여 차단기 제어신호를 출력하고, 해당 상태정보와 차단기 제어유무를 외부로 전송하는 제어부; 및
    상기 제어부로부터 차단기 제어신호를 수신하여 상기 메인차단기의 전원을 차단하는 차단부;
    를 포함하는 분전반의 IoT기반 제어장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 센서입력부는
    전류센서와 영전류센서로 구성되어 상기 메인차단기와 누전차단기의 AC입력선로에 각각 구성되는 것을 특징으로 하는 분전반의 IoT기반 제어장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    전력패턴 기준값과 분전반의 고유 ID, 차단 이력을 포함하는 이벤트내용을 저장하는 관제서버;
    를 포함하고, 상기 관제서버는 고유 ID와 전력패턴으로 분류한 상태정보를 상기 제어부로부터 수신하면, 저장된 전력패턴 기준값과 비교하여 차단기 제어신호를 생성한 다음, 상기 제어부로부터 차단기 제어신호를 수신하면 이벤트내용으로 저장하고, 상기 제어부로부터 차단기 제어신호를 수신하지 못하면 차단기 제어신호를 제어부로 송신하여 메인차단기를 차단하도록 제어하는 분전반의 IoT기반 제어장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 분전반은
    각종 전기기기가 배치되는 함체형의 IoT 기반 분전반으로 구성되고,
    함체형 몸체의 중앙부 상면과 하면에 각각 대응되게 통공된 케이블트레이 관통개구부;
    상기 함체형 몸체 내부 양측에 메인차단기와 누전차단기그리고 전기안정장치와 같은 전기기기가 설치되는 양측의 수납실;
    상기 함체형 몸체의 전면에 상기 양측의 수납실과 중앙의 내부케이블트레이를 개폐하는 도어;
    를 포함하고,
    상기 일측 수납실에는
    상기 관통개구부를 통하여 옥내로 인입되는 교류전원에 연결되며 메인차단기와 차단기 제어신호에 의하여 상기 메인차단기의 전원을 차단하는 차단부가 설치되고, 타측 수납실에는 상기 메인차단기와 병렬형 부스바 또는 배선용 전선으로 결합되는 누전차단기와 누전차단기의 장착홀에 장착되어 상기 누전차단기와 병렬로 결합되는 전기안전장치가 설치된 분전반의 IoT기반 제어장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 전기안전장치는
    케이스;
    상기 케이스의 내부에 형성되어 누전차단기의 상하 장착홀에 고정부재로 고정되는 한 쌍의 고정홀;
    상기 케이스의 외측에 구비되어 전기안전장치의 전원의 유무, 알림 그리고 통신상태를 표시하는 상태 표시등;
    상기 상태 표시등의 하부에 구비되는 디버깅포트;
    상기 디버깅포트의 하부에 회전하도록 구비되는 안테나 연결부;
    상기 케이스의 하부에 구비되는 전류센서연결부;및
    상기 케이스의 하부에 구비되는 차단기 제어신호 연결부;
    로 구성되어 상기 누전차단기의 장착홀에 결합부재에 의하여 병렬로 결합되는 분전반의 IoT기반 제어장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    본 발명과 관련된 어플리케이션이 구동되는 단말기;
    를 더 포함하며,
    상기 단말기는 어플리케이션을 구동하여 상기 분전반과 근거리무선통신을 통하여 이벤트 내용을 표시하는 분전반의 IoT기반 제어장치.
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