KR101129960B1

KR101129960B1 - Ｉｅｄ의 온도 제어장치 및 제어방법

Info

Publication number: KR101129960B1
Application number: KR1020090135903A
Authority: KR
Inventors: 권효철
Original assignee: 주식회사 효성
Priority date: 2009-12-31
Filing date: 2009-12-31
Publication date: 2012-03-28
Also published as: KR20110078969A

Abstract

본 발명은 IED의 온도 제어장치 및 제어방법에 관한 것이다. 본 발명의 실시 예에 따르면, IED 장치의 외관과 골격을 형성하는 케이스(100)가 구비되고, 그 케이스(100) 내에는 발열소자가 장착된 복수 개의 PCB 기판(110 ~ 150)이 설치된다. 상기 케이스(100)의 소정 부분을 관통한 부분에 열전소자(170)가 설치된다. 또한 상기 케이스(100)의 내부온도를 측정하는 온도센서(160)가 구비된다. 그리고 상기 온도센서(160)에 의해 측정된 온도와 기 설정된 온도를 비교하여 상기 열전소자(170)의 구동 및 정지 동작을 제어하는 제어부(180)가 구비된다. 상기 케이스(100)의 내부온도는 상기 제어부(180)에 의해 상기 열전소자(170)가 구동 및 정지되기 때문에 항상 적정 온도 범위가 되게 유지시킬 수 있다. 본 실시 예에서는 상기 발열소자의 온도를 측정하여 상기 열전소자의 구동을 제어하는 것도 가능하다. 그와 같은 본 발명에 따르면, IED 내부에 발열량이 큰 고성능의 소자를 장착할 수 있음은 물론 각 소자의 열에 의한 수명 단축도 방지할 수 있는 효과가 있다.

IED, 열전소자, 발열소자

Description

ＩＥＤ의 온도 제어장치 및 제어방법{Apparatus and Method for controlling of temperature in IED}

본 발명은 IED 장비의 온도제어와 관련된 것으로, 특히 IED 장비에 열전소자를 장착하고, 그 열전소자를 이용하여 IED 장비의 내부온도가 적정 온도가 유지되도록 하는 IED의 온도 제어장치 및 제어방법에 관한 것이다.

변전소에는 IED(Intelligent Electronic Device) 장비가 구성된다.

통상 상기 IED 장비는 외부에서 공급된 전력을 필요 전원으로 변환하여 공급하는 전원 공급부, 연산을 처리하는 CPU부, 외부의 I/O와 연결되는 I/O부, 전력감시를 위한 감시부, 사용자 모니터링 및 입력을 담당하는 MMI(Man Machine Interface)부 등이 구비되어야 한다. 상기 각각의 요소들은 PCB 기판에 구비되어 상기 IED 장비내에 장착된 구조이다.

상기한 구성을 가지는 상기 IED 장비는 수/배전반의 전력상태 및 품질을 측정하고 계통 고장을 판단하여, 그 결과에 따라 차단기 등을 구동시켜 전력 공급 및 차단 기능을 제공한다. 예컨대, 상기 감시부가 읽은 전력상태정보 및 상기 I/O부를 통해 입/출력되는 입/출력정보 등을 이용하여 내부 연산을 통해 다른 기기에 지령 을 내리거나 데이터를 저장하는 역할 등을 수행하고 있는 것이다.

하지만, 종래 IED 장비의 구조는 다음과 같은 문제점이 있다.

현재 사용되고 있는 상기 IED 장비는 하나의 케이스 내부에 상기한 소자들이 PCB 기판에 설치되어 밀폐된 구조이다.

그렇기 때문에, 상기 IED 장비의 내부에서 발생한 열을 외부로 방출할 수가 없었다.

이는 상기 IED 장비가 계속 구동될 경우, 소자에서 발생한 열로 인하여 상기 IED 장비의 내부온도가 상승하게 되고, 이는 각종 소자의 오작동을 초래하게 된다.

특히, 근래에는 소자의 처리 용량의 증가 및 고성능화로 인하여 CPU 및 전원 공급부의 발열이 늘어가는 추세인데, 설명한 바와 같이 IED 장비의 구조상 통풍 등의 방법으로 열을 방출하기가 어렵기 때문에, 현재로서는 열에 의한 소자의 수명 단축 및 오작동의 발생횟수가 증가하고 있다.

이러한 문제점은 IED 장비의 자체적인 문제뿐만 아니라, IED 장비가 구성된 변전소의 전체 운용에도 심각한 지장을 초래한다.

따라서 본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, IED 장비의 내부 온도가 항상 적정 온도를 유지할 수 있도록 하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 IED 장비의 내부가 일정 구역별로 항상 적정 온도를 유지할 수 있게 한 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, IED 장치의 외관과 골격을 형성하는 케이스; 상기 케이스 내에 설치되며 발열소자가 장착된 복수 개의 PCB 기판; 상기 케이스의 소정 부분을 관통한 부분에 설치되는 열전소자; 상기 케이스 내부의 온도를 측정하는 온도센서; 그리고 상기 온도센서에 의해 측정된 온도와 기 설정된 기준온도를 비교하여 상기 열전소자의 구동 및 정지 동작을 제어하는 제어부를 포함하여 구성된다.

상기 기준온도는 상기 열전소자를 구동시키기 위한 제 1 온도와, 상기 구동중인 열전소자를 정지시키기 위한 제 2 온도를 포함한다.

상기 온도센서가 복수 개 설치되고, 상기 제어부는 상기 온도센서로부터 수집된 온도정보의 평균값과 상기 제 1 온도 및 제 2 온도를 비교하여, 상기 열전소자의 구동을 제어한다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, IED 장치의 외관과 골격을 형성하는 케이스; 상기 케이스 내에 설치되며 발열소자가 장착된 복수 개의 PCB 기판; 상기 PCB 기판 마다 설치된 상기 발열소자의 온도를 측정하는 온도센서; 상기 발열소자와 일측이 접촉된 방열판; 상기 방열판의 타측과 접촉되는 냉각판; 상기 냉각판의 타측과 연결부를 통해 연결되되 상기 케이스의 관통된 부분에 설치되는 복수 개의 열전소자; 그리고 상기 발열소자의 온도와 기 설정된 제 1 온도 또는 제 2 온도를 비교하여 상기 열전소자의 구동을 각각 제어하는 제어부를 포함하여 구성된다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, IED의 내부 온도를 온도센서가 측정하는 단계; 상기 측정된 온도와 기 설정된 온도를 제어부가 비교하는 단계; 그리고 상기 비교 결과에 따라 상기 제어부가 상기 IED에 설치된 열전소자의 구동을 제어하는 단계를 포함하여 구성된다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, IED의 내부 온도를 복수 개의 온도센서가 측정하는 단계; 상기 측정된 온도의 평균값을 제어부가 구하는 단계; 그리고 상기 제어부가 상기 평균값과 기 설정된 온도를 비교하여, 비교 결과에 따라 상기 IED에 설치된 열전소자의 구동을 제어하는 단계를 포함하여 구성된다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, IED의 내부에 설치된 적어도 하나 구비된 발열소자의 온도를 온도센서가 측정하는 단계; 그리고 상기 측정된 발열소자의 온도와 기 설정된 온도를 비교하여 상기 IED에 설치된 열전소자의 구동을 제어하는 단계를 포함하여 구성된다.

본 발명의 IED의 온도 제어장치 및 제어방법에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

본 발명에서는 IED의 외관을 형성하는 케이스의 소정 부분에 열전소자를 설치하고, 내부에는 케이스의 내부온도를 측정하거나 발열소자의 온도를 측정하는 온도센서를 설치한 상태에서, 측정된 온도에 따라 열전소자의 구동을 제어하고 있다.

그렇기 때문에, IED의 내부 온도를 항상 적정 온도로 유지할 수 있게 된다.

따라서, IED 내부에 발열량이 큰 고성능의 소자를 장착할 수 있음은 물론 각 소자의 열에 의한 수명 단축도 방지할 수 있는 효과가 있다.

이하 본 발명에 따른 IED의 온도 제어장치 및 제어방법의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1에는 본 발명의 제 1 실시 예에 따라 IED의 내부를 간략하게 도시하고 있는 구성도이다.

도 1을 보면, IED의 외관 및 골격을 형성하는 케이스(100)가 구비된다. 케이스(100)는 금속재질로 구성된다.

상기 케이스(100)의 내부에는 각각 다른 기능을 수행하는 소자가 장착된 PCB 기판(110 내지 150)이 서로 소정 거리만큼 이격되어 설치된다.

상기 PCB 기판은 외부에서 공급된 전력을 필요 전원으로 변환하여 공급하는 전원 공급부가 장착된 제 1 PCB 기판(110), 연산을 처리하는 CPU부가 장착된 제 2 PCB 기판(120), 외부의 I/O와 연결되는 I/O부가 장착된 제 3 PCB 기판(130), 전력감시를 위한 감시부가 장착된 제 4 PCB 기판(140), 사용자 모니터링과 입력을 담당하는 MMI부가 장착된 제 5 PCB 기판(150) 들이다. 그리고 상기 PCB 기판(110~150) 에 장착된 전원공급부, CPU부, I/O부, 감시부, MMI부 등의 소자들을 '발열소자'라고 칭하기로 한다. 즉 소자들은 구동시 열을 발생하기 때문이다.

상기 케이스(100) 내에는 온도를 측정하는 온도센서(160)가 구비된다. 상기 온도센서(160)는 상기 케이스(100)의 중앙에 위치하는 것이 바람직하나, 상기 발열소자 중에서 열을 가장 많이 발생하는 발열소자와 인접한 곳에 위치할 수도 있다. 이는 그 발열소자의 발열과 상기 케이스(100)의 내부 온도와 가장 밀접한 관계이기 때문이다. 상기 온도센서(160)는 미도시하고 있는 지지체에 의해 케이스(100)의 내부에 지지 및 고정된 상태이다.

상기 케이스(100)의 내부 온도를 냉각시키기 위한 열전소자(170)가 구비된다. 상기 열전소자(170)는 상기 케이스(100)의 상부에 설치되는 것이 좋다. 상기 열전소자(170)는 주지된 바와 같이 2 종류의 금속 끝을 접속시켜 전류를 흘려보내면, 전류 방향에 따라 한쪽 단자는 흡열하고, 다른 쪽 단자는 발열을 일으키는 현상을 이용하는 것으로, 전류 방향에 따라 흡열 및 발열이 가능하고, 전류량에 따라 흡열 및 발열량이 조절되기 때문에, 소정 기기의 내부 온도를 일정하게 유지하는 항온조로서 많이 이용되고 있다.

상기 온도센서(160)가 감지한 내부온도와 기 제공된 기준온도를 비교하여, 내부온도가 기준온도가 이상이면, 상기 열전소자(170)를 구동시켜 상기 케이스(100)의 내부 온도를 낮추도록 제어하는 제어부(180)가 구비된다.

상기 제어부(180)는 상기 기준온도뿐만 아니라 상기 열전소자(170)의 구동을 정지시키기 위한 냉각정지온도도 가진다. 상기 기준온도 및 냉각정지온도는 별도의 메모리(미도시)에 저장할 수도 있다.

그와 같은 구성을 가지는 제 1 실시 예에 따라 IED 케이스의 내부온도를 적정온도로 유지하는 방법을 도 2를 참조하여 설명한다. 도 2에는 본 발명의 제 1 실시 예에 따라 IED의 온도 제어장치를 제어하는 방법을 보인 흐름도가 도시되어 있다.

변전소의 전체 구동의 일환으로 상기 IED가 구동된다(s100).

일단, 상기 IED는 구동되면, 구동되는 시점 또는 일정 시간이 경과한 시점부터 상기 온도센서(160)는 상기 케이스(100)의 내부온도를 측정한다(s102).

상기 측정된 온도(측정온도)는 상기 제어부(180)로 전달된다(s104).

상기 제어부(s104)는 상기 입력받은 측정온도와 기 설정된 기준온도를 비교한다(s106).

상기 비교결과, 제 108 단계(s108)에서 상기 측정온도가 상기 기준온도보다 높으면, 예컨대 IED 내부의 소자가 오동작할 수 있는 온도조건에 도달할 경우, 상기 제어부(180)는 상기 열전소자(170)가 구동되게 제어한다(s110).

상기 열전소자(170)가 구동되면, 냉각효과에 따라 상기 케이스(100)의 내부온도는 낮아지게 된다(s112).

한편, 상기 열전소자의 구동과 관련된 냉각정지온도가 제공되고 있기 때문에, 상기 열전소자가 계속 구동되는 것은 아니다.

즉, 상기 제어부(180)는 상기 온도센서(160)가 측정한 측정온도를 계속 전달받고, 이를 상기 냉각정지온도와 비교한다(s114).

그래서, 상기 케이스(100) 내부의 측정온도가 상기 냉각정지온도가 되면(s116), 상기 제어부(180)는 상기 열전소자(170)의 구동을 정지시킨다(s118). 상기 냉각정지온도는 상기 기준온도보다 낮게 설정되는 것이 바람직하다.

이후 상기 과정은 관리자에 의해 상기 IED의 구동이 정지될 때까지 또는 장애로 인해 구동이 정지될 때까지 반복적으로 수행된다. 그리고 상기한 열전소자의 구동 및 구동정지는 상기 온도센서가 감지한 내부온도에 따라 반복적으로 수행된다.

도 3은 도 1의 다른 제어방법에 대한 실시 예다. 도 3은 본 발명의 제 1 실시 예에 따라 IED의 온도 제어장치를 제어하는 다른 방법을 보인 흐름도가 도시되어 있다.

다른 실시 예는 상기 온도센서(160)가 상기 케이스(100)의 내부에 복수 개가 설치되고, 반면 상기 열전소자(170) 및 상기 제어부(180)는 하나만 제공된다.

그러한 상태에서는, IED가 구동하면(s120), 상기 온도센서(160)들은 케이스(100) 내에서 각각 자신이 위치한 주변온도를 측정하고(s122), 그 측정된 온도를 상기 제어부(180)로 전달한다(s124).

상기 제어부(180)는 상기 측정된 복수 개의 온도를 전달받고, 상기 온도의 평균값을 계산한다(s126).

상기 제어부(180)는, 제 128 단계(s128)에서 상기 평균값이 상기 기준온도보다 높으면 상기 열전소자(170)를 구동시켜 상기 케이스(100)의 내부를 냉각시킨다(s130).

그리고, 상기 열전소자가 계속 구동되고, 제 132 단계(s132)에서 케이스(100) 내부의 평균값이 상기 냉각정지온도가 되면 상기 열전소자(170)의 구동을 정지시킨다(s134).

이후 상기 과정은 관리자에 의해 상기 IED의 구동이 정지될 때까지 또는 장애로 인해 구동이 정지될 때까지 반복적으로 수행된다.

이와 같은 방법에 의해서도 상기 케이스(100) 내부의 온도가 항상 적정 온도가 되게 할 수도 있다.

도 4에는 본 발명의 제 2 실시 예에 따라 IED 내부를 간략하게 도시하고 있는 구성도이다.

도 4를 설명한다.

IED의 외관 및 골격을 형성하는 금속재질로 구성된 케이스(200)가 구비된다.

상기 케이스(200)의 내부에는 각각 다른 기능을 수행하는 소자가 장착된 PCB 기판(210 ~ 250)이 서로 소정 거리만큼 이격되어 설치된다. 그래서 상기 케이스(200)의 내부는 몇 개의 공간으로 구획된 형상을 제공한다.

상기 PCB 기판(210 ~ 250)은 외부에서 공급된 전력을 필요 전원으로 변환하여 공급하는 전원 공급부가 장착된 제 1 PCB 기판(210), 연산을 처리하는 CPU부가 장착된 제 2 PCB 기판(220), 외부의 I/O와 연결되는 I/O부가 장착된 제 3 PCB 기판(230), 전력감시를 위한 감시부가 장착된 제 4 PCB 기판(240), 사용자 모니터링과 입력을 담당하는 MMI부가 장착된 제 5 PCB 기판(250) 들이다. 그리고 상기 PCB 기판(210 ~ 250)에 장착된 전원공급부, CPU부, I/O부, 감시부, MMI부 등의 소 자들을 '발열소자'라고 칭하기로 한다. 즉 소자들은 구동시 열을 발생하기 때문이다. 도면에서 상기 발열소자(260)는 전원공급부, CPU부, 감시부만 도시하고 있다.

상기 발열소자(260)와 인접된 상기 PCB 기판(210 ~ 250)에는 온도센서(270)가 구비된다. 상기 온도센서(270)는 상기 PCB 기판(210 ~ 250)마다 발열소자(260)와 인접된 부분에 장착되어 있다. 도면에서 상기 온도센서(270)는 발열소자(260)와 대응되게 PCB 기판(210)(220)(240)에만 설치된 것으로 도시하고 있다.

상기 케이스(100)의 내부에는 복수 개의 열전소자(280) 및 열전소자(280)와 연결되는 연결판(290)이 구비된다. 상기 열전소자(280)는 상기 케이스(100)의 상부에 설치된다.

상기 온도센서(270)의 감지 결과에 따라 상기 열전소자(280)를 구동시키거나 정지시키도록 제어하는 제어부(300)가 각각 구비된다. 상기 제어부(300)는 상기 열전소자(280)를 구동시키기 위한 제 1 온도 및 상기 열전소자(280)를 정지시키기 위한 제 2 온도를 가진다. 물론 상기 제 1 온도 및 제 2 온도를 저장하는 저장부(미도시)가 별도로 구성되어, 상기 제어부(300)로 제공할 수도 있다.

도 5는 도 4에서 발열소자 및 온도센서가 위치한 영역의 확대도이다.

이를 보면, PCB 기판(210 ~ 250)에는 발열소자(260)가 고정되고, 그 발열소자(260)의 방열판(262)과 연결판(290)에 의해 연결된 열전소자(280)의 냉각판(282)이 밀착되게 구성된다.

상기 발열소자(260)의 주위에 온도센서(270)가 고정된다.

이하 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 동작을 도 6을 참조하여 설명한다.

도 6에는 본 발명의 제 2 실시 예에 따라 IED의 온도 제어장치를 제어하는 방법을 보인 흐름도가 도시되어 있다.

변전소의 전체 구동의 일환으로 상기 IED가 구동된다(s200).

일단, 상기 IED가 구동되면, 구동되는 시점 또는 일정 시간이 경과한 시점부터 상기 온도센서(270)들은 자신의 주위에 있는 발열소자(260)의 온도를 측정한다(s202).

일단, 상기 측정된 발열소자의 온도 정보는 대응하는 제어부(300)로 각각 전달된다.

상기 제어부(300)는 자신이 위치한 각각의 온도센서(270)로부터 전달된 발열소자(260)의 온도와 기 설정된 제 1 온도를 비교한다(s206).

상기 비교결과, 제 208 단계(s208)에서 상기 발열소자(260)의 온도가 제 1 온도보다 높으면, 상기 제어부(300)는 해당 열전소자(280)가 구동되게 제어한다(s210). 상기 열전소자(280)의 구동에 따라 상기 발열소자(260)의 온도는 낮아진다(s212).

한편, 상기 열전소자(280)의 구동과 관련된 제 2 온도가 제공되고 있기 때문에, 상기 열전소자(280)가 계속 구동되는 것은 아니다.

즉, 상기 제어부(300)는 상기 온도센서(270)가 측정한 발열소자(260)의 온도를 계속 전달받고, 이를 제 2 온도와 비교한다(s214).

그래서 제 216 단계(s216)에서, 상기 발열소자(260)의 온도가 제 2 온도 이하가 되면, 상기 제어부(300)는 상기 열전소자(280)의 구동을 정지시킨다(s218).

그리고, 상기한 과정은 PCB 기판(210 ~ 250)에 대해 개별적으로 제어된다.

한편, 도 6의 상기 발열소자의 온도를 직접 측정하는 것 대신에 이를 통해 상기 PCB 기판으로 구획된 일정 공간의 내부 온도를 추정할 수도 있다. 그래서 본 실시 예에서는 상기 구획된 공간의 내부 온도를 추정하여 상기 열전소자의 구동/정지를 제어할 수도 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 실시 예는 IED의 내부 온도를 열전소자를 이용하여 항상 적정 온도가 되게 제어함을 알 수 있다.

이상과 같이 본 발명의 도시된 실시 예를 참고하여 설명하고 있으나, 이는 예시적인 것들에 불과하며, 본 발명의 속하는 기술분야의 통상 지식을 가진 자라면 본 발명의 요지 및 범위에 벗어나지 않으면서도 다양한 변형, 변경 및 균등한 타 실시 예들이 가능하다는 것을 명백하게 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적인 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

즉, 본 발명은 IED의 크기 및 성능 등의 조건에 따라 온도센서, 열전소자, 제어부는 각각 단수 개 또는 복수 개로 설치가 가능하고, 아울러 상기 제어부는 상기 IED 장치의 케이스의 외부에 설치될 수 있다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시 예에 따라 IED의 내부를 간략하게 도시하고 있는 구성도

도 2는 본 발명의 제 1 실시 예에 따라 IED의 온도 제어장치를 제어하는 방법을 보인 흐름도

도 3은 본 발명의 제 1 실시 예에 따라 IED의 온도 제어장치를 제어하는 다른 방법을 보인 흐름도

도 4는 본 발명의 제 2 실시 예에 따라 IED 내부를 간략하게 도시하고 있는 구성도

도 5는 도 4에서 발열소자 및 온도센서가 위치한 영역의 확대도

도 6은 본 발명의 제 2 실시 예에 따라 IED의 온도 제어장치를 제어하는 방법을 보인 흐름도

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

100 : 케이스 110 ~ 150 : PCB 기판

160 : 온도센서 170 : 열전소자

180 : 제어부

Claims

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IED 장치의 외관과 골격을 형성하는 케이스;

상기 케이스 내에 설치되며 발열소자가 장착된 복수 개의 PCB 기판;

상기 PCB 기판마다 설치된 상기 발열소자의 온도를 측정하는 온도센서;

상기 발열소자와 일측이 접촉된 방열판;

상기 방열판의 타측과 접촉되는 냉각판;

상기 냉각판의 타측과 연결부를 통해 연결되되 상기 케이스의 관통된 부분에 설치되는 복수 개의 열전소자; 그리고

상기 발열소자의 온도와 기 설정된 제 1 온도 또는 제 2 온도를 비교하여 상기 열전소자의 구동을 각각 제어하는 제어부를 포함하여 구성되는 IED의 온도 제어장치.
제4항에 있어서,

상기 제 1 온도는 상기 열전소자를 구동시키기 위한 온도 정보이고, 상기 제 2 온도는 구동중인 상기 열전소자를 정지시키기 위한 온도정보임을 특징으로 하는 IED의 온도 제어장치.
IED의 내부에 구비된 적어도 하나의 PCB 기판에 설치되는 발열소자의 온도를 상기 발열소자와 이격되어 상기 PCB 기판에 설치된 온도센서가 측정하는 단계;

제어부가 상기 온도센서에 의해 측정된 발열소자의 온도와 기 설정된 온도를 비교하고 상기 열전소자의 구동을 제어하는 단계를 포함하며,

상기 열전소자의 구동을 제어하면, 상기 열전소자와 연결부를 통해 연결된 냉각판이 상기 발열소자의 방열판에 밀착된 상태에서 상기 발열소자의 열을 직접 제어하는 단계를 포함하는 IED의 온도 제어방법.
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