KR102158243B1 - 원격 차단기 감시 시스템 - Google Patents

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KR102158243B1
KR102158243B1 KR1020190048897A KR20190048897A KR102158243B1 KR 102158243 B1 KR102158243 B1 KR 102158243B1 KR 1020190048897 A KR1020190048897 A KR 1020190048897A KR 20190048897 A KR20190048897 A KR 20190048897A KR 102158243 B1 KR102158243 B1 KR 102158243B1
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circuit breaker
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배현수
박지호
박성구
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주식회사 알아이파워
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Abstract

본 발명은 원격으로 차단기의 상태를 감시할 수 있는 차단기 감시 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 일 측면에 따른 차단기 감시 시스템은, 차단기의 상태정보를 수집하고, 수집된 상기 차단기 상태정보를 게이트웨이로 전송하는 차단기 감시기; 및 상기 차단기 감시기로부터 수신한 상기 차단기 상태정보를 상위 시스템으로 전송하는 상기 게이트웨이;를 포함할 수 있다.

Description

원격 차단기 감시 시스템{REMOTE CIRCUIT BREAKER MONITORING SYSTEM}
본 발명은 원격 차단기 감시 시스템에 관한 것이다.
분전반이나 배전반에는 차단기 또는 누전차단기가 설치되어 과전류 또는 누전 발생 시에 전력 공급을 차단할 수 있다. 차단기 또는 누전차단기(이하, 특별히 구분이 필요없는 경우 간략히 '차단기'라고도 함)의 경우, 부속장치를 사용하여 차단기의 상태를 차단기 외부에서 파악하도록 할 수 있다. 부속장치에는, 예를 들어, 경보접점(AL)을 사용하는 경보기, 보조접점(AX)을 사용하는 표시등 또는 누전경보접점을 사용하는 누전경보기 등이 있다.
그러나 부속장치를 통한 차단기의 상태 파악은 차단기에 근접해야 가능하고, 원격의 상위 시스템에서 차단기의 상태를 파악하기 위해서는 부속장치가 사용하는 접점 정보를 유선으로 상위 시스템까지 연결해야 하는 문제가 있다.
또한, 차단기의 내부 기구부 등의 고장으로 과전류 또는 누전 트립 조건이 발생했음에도 차단기가 차단 동작을 수행하지 않는 경우, 부속장치의 접점에는 과전류 또는 누전 트립이 반영되므로 상위 시스템에서 차단기의 고장으로 트립이 발생하지 않았다는 것을 알 수 없다는 문제가 있다.
본 발명의 일 목적은, 원격으로 차단기의 상태를 감시할 수 있는 차단기 감시 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 일 목적은, 노후 또는 고장으로 인한 차단기의 오동작을 감시할 수 있는 차단기 감시 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 일 목적은, 차단기의 상태 정보를 상위 시스템으로 전달하기 위해 차단기로부터 상위 시스템까지 유선으로 연결할 필요성이 없어 설치가 간편한 차단기 감시 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 일 목적은, 교류전원의 단선없이 설치가 간단하고 유지보수의 필요성이 적은 차단기 감시 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 일 목적은, 배터리의 교체가 필요없어 유지보수가 간편한차단기 감시 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 일 목적은 과전류 상황에서 차단기가 정상적으로 동작하는지 여부를 감시할 수 있는 차단기 감시 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면은, 차단기의 상태정보를 수집하고, 수집된 상기 차단기 상태정보를 게이트웨이로 전송하는 차단기 감시기; 및 상기 차단기 감시기로부터 수신한 상기 차단기 상태정보를 상위 시스템으로 전송하는 상기 게이트웨이;를 포함하는 차단기 감시 시스템이다.
상기 차단기 감시 시스템에 있어서, 상기 차단기 감시기는, 상기 차단기의 상태정보를 수집하는 차단기 인터페이스; 상기 차단기 인터페이스로부터 상기 차단기 상태정보를 입수하고, 상기 게이트웨이로 전송할 차단기 상태정보 패킷을 생성하는 연산부; 및 상기 연산부로부터 상기 차단기 상태정보 패킷을 수신하고 상기 게이트웨이로 상기 차단기 상태정보 패킷을 전송하는 송신부;를 포함할 수 있다.
상기 차단기 감시 시스템은 상기 차단기의 부하측 전선에 체결되는 변류기를 더 포함하고, 상기 차단기 감시기는 상기 변류기의 출력전류를 이용하여 상기 차단기 감시기 내부에 전력을 공급하는 에너지하베스팅(energy harvesting)부를 더 포함할 수 있다.
상기 차단기 감시 시스템에 있어서, 상기 변류기는 상기 차단기의 부하측 전선을 감싸는 클램프 타입일 수 있다.
상기 차단기 감시 시스템에 있어서, 상기 에너지 하베스팅부는 상기 변류기의 출력전류를 통해 공급받는 에너지를 커패시터에 저장하고, 상기 커패시터에 저장된 에너지를 상기 차단기 감시기 내부에 공급할 수 있다.
상기 차단기 감시 시스템에 있어서, 상기 에너지 하베스팅부는 상기 차단기의 차단 동작으로부터 소정의 시간이 경과한 후에는 상기 차단기 감시기 내부에 전력을 공급하지 않을 수 있다.
상기 차단기 감시 시스템에 있어서, 상기 차단기 인터페이스는 상기 차단기의 부속장치의 접점 정보를 수집할 수 있다.
상기 차단기 감시 시스템에 있어서, 상기 차단기 인터페이스가 수집하는 접점 정보는 경보접점(AL)과 보조접점(AX)을 포함할 수 있다.
상기 차단기 감시 시스템에 있어서, 상기 차단기는 누전차단기이고, 상기 차단기 인터페이스가 수집하는 접점 정보는 누전경보접점(EAL)을 더 포함할 수 있다.
상기 차단기 감시 시스템에 있어서, 상기 차단기 인터페이스는 상기 차단기 상태정보를 인터럽트 방식으로 상기 연산부로 전송하고, 상기 연산부는 슬립 모드에서 동작 중에 상기 차단기 인터페이스로부터 상기 인터럽트를 수신하면 상기 슬립 모드로부터 액티브 모드로 변경될 수 있다.
상기 차단기 감시 시스템에 있어서, 상기 차단기 인터페이스는 상기 차단기가 차단 동작을 수행하도록 지시하는 트립 신호를 상기 차단기로 전송할 수 있다.
상기 차단기 감시 시스템에 있어서, 상기 연산부는 주기적 또는 비주기적으로 얼라이브(alive) 신호를 상기 송신부와 상기 게이트웨이를 통해 상기 상위 시스템으로 전송할 수 있다.
상기 차단기 감시 시스템에 있어서, 상기 차단기 감시기는 전류 검출부를 더 포함하고, 상기 전류 검출부는 상기 변류기의 출력 전류로부터 상기 차단기 부하측 전류의 크기를 검출하며, 상기 연산부는 상기 차단기 부하측 전류의 크기 정보 또는 상기 차단기 부하측 전류의 크기 정보에 기초하여 판단된 과전류 정보를 상기 차단기 상태정보 패킷에 포함시켜 상기 송신부와 상기 게이트웨이를 통해 상기 상위 시스템으로 전송할 수 있다.
상기 차단기 감시 시스템에 있어서, 상기 송신부는 단방향 통신 방식으로 상기 차단기 상태정보 패킷을 상기 게이트웨이로 전송할 수 있다.
상기 차단기 감시 시스템에 있어서, 상기 게이트웨이는 상기 상위 시스템과 양방향 통신 방식으로 데이터를 송수신할 수 있다.
상기 차단기 감시 시스템에 있어서, 상기 차단기 감시기는 상기 변류기와 공간적으로 분리되어 배치될 수 있다.
상기 차단기 감시 시스템에 있어서, 상기 차단기 감시기는 상기 변류기의 케이스 내에 배치될 수 있다.
상기 차단기 감시 시스템에 있어서, 상기 차단기의 트립 상황이 발생했음에도 상기 차단기가 차단 동작을 수행하지 않는 경우, 상기 차단기 감시기는 상기 상위 시스템으로 상기 차단기의 트립 상황이 발생했음을 통지한 후에 계속해서 상기 상위 시스템으로 얼라이브(alive) 신호를 전송함으로써 상기 상위 시스템에서 상기 차단기의 고장을 인식하도록 할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 원격으로 차단기의 상태를 감시할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 측면에 의하면, 노후 또는 고장으로 인한 차단기의 오동작을 감시할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 측면에 의하면, 차단기의 상태 정보를 상위 시스템으로 전달하기 위해 차단기로부터 상위 시스템까지 유선으로 연결할 필요성이 없어 설치가 간편하다. 또한, 본 발명의 일 측면에 의하면, 교류전원의 단선없이 설치가 간단하고 유지보수의 필요성이 적다. 또한, 본 발명의 일 측면에 의하면, 배터리의 교체가 필요없어 유지보수가 간편하다. 또한, 본 발명의 일 측면에 의하면, 과전류 상황에서 차단기가 정상적으로 동작하는지 여부를 감시할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 차단기 감시 시스템과 그 주변 환경을 예시한다.
도 2는 도 1의 차단기 감시 시스템에 사용될 수 있는 차단기 감시기를 예시한다.
도 3은 일 실시예에 따른 차단기 감시 시스템과 그 주변 환경을 예시한다.
도 4와 도 5는 각각 도 3의 차단기 감시 시스템에 사용될 수 있는 차단기 감시기를 예시한다.
도 6과 도 7은 일 실시예에 따른 클램프 타입의 변류기를 예시한다.
도 8은 일 실시예에 따른 에너지 하베스팅부를 예시한다.
도 9는 차단기의 상태와 부속장치의 접점의 관계를 예시한다.
도 10은 누전차단기의 상태와 부속장치의 접점의 관계를 예시한다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차단기 감시 시스템(100)과 그 주변 환경을 예시한다.
도 1을 참조하면, 차단기 감시 시스템(100)은 차단기(30)로부터 차단기(30)의 상태정보를 입수하고 이를 상위 시스템(40)으로 전송할 수 있다. 이를 위해, 차단기 감시 시스템(100)은 차단기 감시기(110)와 게이트웨이(120)를 포함할 수 있다.
차단기(30)는 두 교류 전선(10, 20)의 사이에 배치되어 정상적인 동작 상황에서는 교류 전선(10)과 교류 전선(20)을 전기적으로 연결하고, 과전류나 누전 등 이상 상황이 발생할 경우 교류 전선(10)과 교류 전선(20)의 전기적 연결을 차단할 수 있다. 예시적으로, 교류 전선(10)은 차단기의 전원측 전선이고, 교류 전선(20)은 차단기의 부하측 전선으로 이해될 수 있다.
상위 시스템(40)은 차단기(30) 및 그 주변 계통을 관리하는 시스템일 수 있다. 예시적으로, 상위 시스템(40)은 차단기(30) 및/또는 교류 전선(10, 20)에 대한 정보를 수집하고 관리하는 시스템일 수 있다.
차단기 감시기(110)는 차단기(30)의 상태정보를 수집하고, 수집된 차단기 상태정보를 게이트웨이(120)로 무선으로 전송할 수 있다. 차단기 감시기(110)와 게이트웨이(120)가 무선으로 통신하도록 함으로써, 차단기 감시기(110)는 차단기(30)에 인접하여 설치되고 게이트웨이(120)는 상위 시스템(40)에 인접하여 설치되어 차단기(30)의 상태정보를 상위 시스템(40)으로 전달하기 위한 유선 연결이 불필요하거나 또는 최소화될 수 있다.
이를 위해, 예시적으로, 차단기 감시기(110)는 차단기와 통신하며 차단기 상태정보를 수집하기 위한 차단기 인터페이스와 수집된 차단기 상태정보를 게이트웨이(120)로 무선으로 전송하기 위한 송신부를 포함할 수 있다. 예시적으로, 차단기 감시기(110)의 송신부는 게이트웨이(120)와의 무선 통신을 위해 사용하는 전력 소비를 줄이기 위해 게이트웨이(120)로 정보를 전송하기만 하는 단방향 통신 방식을 사용할 수 있다.
예시적으로, 차단기 감시기(110)는 배터리 등을 사용하지 않고 교류 전선(20)과의 자기 결합(inductive coupling)을 통해 전력을 수집하고 이렇게 수집된 전력을 사용하여 동작할 수 있다. 이 경우, 차단기 감시기(110)의 배터리 교체 등 전원 공급을 위한 유지보수 비용이 절감될 수 있다.
예시적으로, 차단기 감시기(110)는 차단기(30)의 부속장치로부터 차단기(30)의 상태정보를 수집할 수 있다. 차단기(30)의 부속장치는 경보접점을 사용하는 경보장치, 보조접점을 사용하는 표시등, 누전경보접점을 사용하는 누전경보장치 등을 포함할 수 있으나, 이로 한정되는 것은 아니다.
게이트웨이(120)는 차단기 감시기(110)로부터 수신한 차단기 상태정보를 상위 시스템(40)으로 전송할 수 있다. 예시적으로, 게이트웨이(120)는 상위 시스템(40)과 양방향 통신 방식으로 데이터를 송수신할 수 있다. 게이트웨이(120)와 상위 시스템(40) 사이의 통신은 일반적인 유, 무선 통신 방식을 사용할 수 있다.
도 2는 도 1의 차단기 감시 시스템(100)에 사용될 수 있는 차단기 감시기(110)를 예시한다.
도 2를 참조하면, 차단기 감시기(110)는 차단기 인터페이스(111), 연산부(112), 송신부(113) 및 전원공급부(114)를 포함할 수 있다.
차단기 인터페이스(111)는 차단기의 상태정보를 수집할 수 있다. 예시적으로, 차단기 인터페이스(111)는 차단기 부속장치의 접점 정보를 수집할 수 있다. 차단기 인터페이스(111)가 수집하는 차단기 부속장치의 접점 정보는 경보접점(AL)과 보조접점(AX)을 포함할 수 있다. 경보접점(AL)은, 차단기가 과전류를 감지하고 차단 동작을 수행할 경우(과전류 트립), 경보장치를 통해 경보를 울리기 위한 접점으로서, 과전류 트립 시에 온(ON) 되는 접점일 수 있다. 보조접점(AX)은 차단기의 정상 동작을 표시하기 위한 표시등 등에 사용되는 접점으로서, 차단기가 온(ON) 상태일 때 온(ON) 되는 접점일 수 있다. 차단기가 누전차단기일 경우, 차단기 인터페이스(111)가 수집하는 부속장치의 접점 정보는 누전경보접점(EAL)을 더 포함할 수 있다. 누전경보접점(EAL)은 차단기가 누설 전류를 감지하고 차단 동작을 수행할 경우(누전 트립) 누전경보장치를 통해 경보를 울리기 위한 접점으로서, 누전 트립 시에 온(ON) 되는 접점일 수 있다.
이와 같이, 차단기 감시기(110)는 차단기 인터페이스(111)를 통해 차단기 부속장치가 사용하는 접점 정보를 수집함으로써 차단기의 상태에 대한 파악이 가능할 수 있다.
도 9는 차단기의 상태와 부속장치의 접점을 예시하고 있다. 부속장치의 접점에는 경보기 등이 사용하는 경보접점(AL 접점)과 표시등 등이 사용하는 보조접점(AX 접점)이 포함될 수 있다.
차단기는 온(ON), 오프(OFF) 및 과전류 트립의 세 가지 상태를 가질 수 있는데, 차단기 인터페이스(111)가 경보접점(AL 접점)과 보조접점(AX 접점) 정보를 수집함으로써 차단기가 세 가지 상태 중의 어느 상태에 있는지를 파악할 수 있다. 예시적으로, 경보접점(AL 접점)이 온(ON) 이면 차단기는 과전류 트립 상태이고, 보조접점(AX 접점)이 온(ON) 이면 차단기는 온(ON) 상태이며, 경보접점(AL 접점)과 보조접점(AX 접점)이 모두 오프(OFF) 이면 차단기는 오프(OFF) 상태인 것으로 파악될 수 있다.
도 10은 누전차단기의 상태와 부속장치의 접점을 예시하고 있다. 누전차단기의 부속장치의 접점에는 경보기 등이 사용하는 경보접점(AL 접점)과 표시등 등이 사용하는 보조접점(AX 접점) 외에도 누전경보장치가 사용하는 누전경보접점(EAL 접점)이 더 포함될 수 있다.
누전차단기는 온(ON), 오프(OFF), 과전류 트립 및 누전 트립의 네 가지 상태를 가질 수 있는데, 차단기 인터페이스(111)가 경보접점(AL 접점), 보조접점(AX 접점) 및 누전경보접점(EAL 접점) 정보를 수집함으로써 누전차단기가 네 가지 상태 중의 어느 상태에 있는지를 파악할 수 있다. 예시적으로, 경보접점(AL 접점)과 누전경보접점(EAL 접점)이 모두 온(ON) 이면 누전차단기는 누전 트립 상태이고, 경보접점(AL 접점)이 온(ON) 이고 누전경보접점(EAL 접점)이 오프(OFF) 이면 누전차단기는 과전류 트립 상태이며, 보조접점(AX 접점)이 온(ON) 이면 차단기는 온(ON) 상태이고, 경보접점(AL 접점), 보조접점(AX 접점) 및 누전경보접점(EAL 접점)이 모두 오프(OFF) 이면 차단기는 오프(OFF) 상태인 것으로 파악될 수 있다.
이와 같이, 차단기 감시기(110)가 차단기 인터페이스(111)를 통해 차단기의 부속장치의 접점 정보를 수집하는 경우, 단전 없이 이미 설치된 차단기의 상태를 정확하게 파악할 수 있다는 장점이 있다. 상위 시스템에서는 차단기 감시기(110)를 통해 수집된 정보를 활용하여 차단기 및 계통을 관리할 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 차단기 인터페이스(111)는, 실시예에 따라, 차단기가 차단 동작을 수행하도록 지시하는 트립 신호를 차단기로 전송할 수 있다. 본 실시예의 차단기 감시 시스템은 차단기의 트립 조건이 발생함에도 차단기의 노후 등으로 인해 차단기가 차단 동작을 수행하지 않는 경우를 감지할 수 있는데(자세한 내용은 후술함), 이 경우 차단기 인터페이스(111)를 통해 차단기로 트립 신호를 전송함으로써 강제로 차단기가 차단 동작을 수행하도록 할 수 있다.
차단기 인터페이스(111)는 수집된 차단기 상태정보(CSI)를 연산부(112)로 전송할 수 있다. 예시적으로, 차단기 인터페이스(111)는 인터럽트 방식으로 차단기 상태정보(CSI)를 연산부로 전송할 수 있다.
연산부(112)는 차단기 인터페이스(111)로부터 차단기 상태정보(CSI)를 입수하고, 차단기 상태정보 패킷(CSIP)을 생성하며, 차단기 상태정보 패킷(CSIP)을 송신부(113)와 게이트웨이를 통해 상위 시스템으로 전송할 수 있다. 연산부(112)가 상위 시스템으로 전송하는 차단기 상태정보 패킷(CSIP)에는 차단기 인터페이스(111)가 수집한 차단기 상태정보의 전부 또는 일부가 포함될 수 있다. 연산부(112)에는 통상의 프로세서가 사용될 수 있다. 연산부(112)에는 필요에 따라 메모리가 함께 사용되어 저장 기능을 수행할 수 있다.
예시적으로, 차단기 인터페이스(111)는 차단기 상태정보(CSI)를 인터럽트 방식으로 연산부(112)로 전송하고, 연산부(112)는 평상시에는 슬립 모드에서 동작하다가 차단기 인터페이스(111)로부터 인터럽트 신호를 수신하면 슬립 모드로부터 액티브 모드로 변경되어 차단기 상태정보 패킷(CSIP)을 생성하고 송신부(113)로 전송할 수 있다. 이와 같이, 연산부(112)와 차단기 인터페이스(111)가 인터럽트 방식으로 정보를 전송할 경우, 연산부(112)는 평상 시에는 슬립 모드에서 동작하면서 전력 소모를 줄일 수 있다.
연산부(112)는, 예시적으로, 주기적 또는 비주기적으로 얼라이브(alive) 신호를 송신부(113)와 게이트웨이를 통해 상위 시스템으로 전송할 수 있다. 연산부(112)가 상위 시스템으로 전송하는 얼라이브(alive) 신호는 차단기 감시 시스템이 정상적으로 동작하고 있음을 상위 시스템에 알려주는 신호로 이해될 수 있다.
송신부(113)는 연산부(112)로부터 차단기 상태정보 패킷(CSIP)을 수신하고 게이트웨이로 차단기 상태정보 패킷(CSIP)을 전송할 수 있다. 예시적으로, 송신부(113)는 무선 통신 방식으로 게이트웨이로 차단기 상태정보 패킷(CSIP)을 전송할 수 있다. 예시적으로, 송신부(113)는 단방향 통신 방식으로 차단기 상태정보 패킷(CSIP)을 게이트웨이로 전송할 수 있다. 여기서, 단방향 통신 방식이란, 송신부(113)는 게이트웨이로 정보를 전송하기만 할 뿐 게이트웨이로부터 정보를 수신하지는 않는 것을 의미하는 것으로 이해될 수 있다. 송신부(113)가 단방향 통신 방식을 사용할 경우, 송신부(113)의 전력 소모를 줄일 수 있다.
전원공급부(114)는 차단기 감시기(110) 내부의 차단기 인터페이스(111), 연산부(112) 및 송신부(113) 등이 필요로 하는 전원(Vcc)을 공급할 수 있다. 예시적으로, 전원공급부(114)는 배터리를 포함할 수 있다. 예시적으로, 전원공급부(114)는 배터리에 더하여 배터리 전압을 차단기 감시기(110) 내부에서 필요로 하는 전압으로 변환하는 레귤레이터를 더 포함할 수 있다. 차단기 감시기(110)가 차단기의 부하측 전선에 직접 전기적으로 연결되어 전력을 공급받을 수도 있으나, 이 경우 교류 전원을 단전해야 하는 문제가 있다.
이와 같이, 본 실시예의 차단기 감시 시스템은 차단기 인터페이스(111)를 통해 차단기의 상태정보를 수집하고 송신부(113)를 통해 무선으로 게이트웨이로 차단기 상태정보를 전송함으로써, 차단기에 인접하게 배치된 차단기 감시기(110)로부터 원격의 상위 시스템까지 전선을 통해 연결하는 불편함을 해소할 수 있다.
또한, 차단기 인터페이스(111)는 인터럽트 방식을 사용하여 차단기 상태정보(CSI)를 연산부(112)로 전송하고, 송신부(113)는 단방향 통신 방식으로 게이트웨이로 차단기 상태정보 패킷(CSIP)을 전송함으로써, 차단기 감시기(110)의 전력 소모를 줄일 수 있다. 차단기 감시기(110)는 차단기에 인접하여 설치되어 외부로부터 전력을 공급받기 어려운 상황이므로, 차단기 감시기(110)의 전력 소모를 줄이는 것은 큰 장점이 될 수 있다. 예시적으로, 전원공급부(114)가 배터리를 사용하는 경우 차단기 감시기(110)의 전력 소모를 줄이면 배터리 교체 주기를 늘릴 수 있으므로 유지보수 비용이 감소할 수 있다. 예시적으로, 후술할 바와 같이, 차단기 감시기(110)가 배터리를 사용하지 않고 에너지 하베스팅부를 사용하여 전력을 자체적으로 수집하여 사용할 경우, 에너지 하베스팅부를 통해 수집하는 전력이 충분하지 않을 수 있으므로 차단기 감시기(110)의 전력 소모를 줄이는 것은 더욱 중요할 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 차단기 감시 시스템(300)과 그 주변 환경을 예시한다.
도 3을 참조하면, 차단기 감시 시스템(300)은 변류기(330)를 더 포함하는 점에서 도 2에 예시된 바와 차이가 있다.
변류기(330)는, 차단기(30)의 부하측 전선(20)에 체결되고, 부하측 전선(20)을 통해 흐르는 전류의 크기에 대응되는 크기의 전류를 차단기 감시기(110)로 출력할 수 있다. 예시적으로, 변류기(330)는 부하측 전선(20)과 자기적으로 결합(inductively coupling)되는 방식을 사용할 수 있다.
실시예에 따라, 변류기(330)는 차단기(30)의 부하측 전선(20)을 감싸는 클램프(clamp) 타입일 수 있다. 도 6과 도 7은 클램프 타입의 변류기(330)를 예시한다.
도 6을 참조하면, 변류기(330)는 상부(330a)와 하부(330b)를 포함하고, 상부(330a)와 하부(330b)가 일 측에서 힌지(hinge) 등의 체결 수단에 의해 연결되는 구조일 수 있다.
도 7을 참조하면, 변류기(330)의 상부(330a)와 하부(330b)는 전선(20)이 통과할 수 있는 내경을 갖도록 서로 결합될 수 있다. 예시적으로, 변류기(330)는 클램프 형태로 구현되어, 내경의 일측을 열고 차단기의 부하측 전선(20)을 내경에 삽입한 이후 내경의 일측을 닫음으로써, 단전 등의 별도 조치 없이 간단하게 변류기(330)가 설치될 수 있다.
예시적으로, 변류기(330)의 내부에는 차단기의 부하측 전선(20)을 통해 흐르는 교류 전류로부터 유도된 자기장을 이용하여 전류가 생성되도록 하는 권선(도면 미도시)이 포함될 수 있다. 이를 통해, 변류기(330)는 부하측 전선(20)을 통해 흐르는 전류의 크기에 대응되는 크기의 전류를 출력할 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, 차단기 감시기(310)는 변류기(330)와 공간적으로 분리되어 별도의 케이스 내에 배치될 수 있다. 또는, 실시예에 따라, 차단기 감시기(310)는 변류기(330)의 케이스 내에 배치될 수 있다. 이 경우, 차단기(30)에 인접하여 배치되는 변류기(330)와 차단기 감시기(310)가 도 6에 예시된 바와 같은 변류기(330)의 케이스 내에 모두 수납되므로 구조가 간단해지고 설치가 간편할 수 있다.
도 4와 도 5는 각각 도 3의 차단기 감시 시스템에 사용될 수 있는 차단기 감시기(410, 510)를 예시한다.
도 4를 참조하면, 차단기 감시기(410)는 에너지 하베스팅부(414)를 더 포함하는 점에서 도 2에 예시된 차단기 감시기(110)와 차이가 있다.
에너지 하베스팅부(414)는 변류기의 출력전류를 이용하여 차단기 감시기(410)의 내부에 전력을 공급할 수 있다. 이를 위해, 에너지 하베스팅부(414)는 변류기의 출력전류를 통해 공급받는 에너지를 커패시터(도면 미도시)에 저장하고, 커패시터에 저장된 전력을 전원(Vcc) 라인을 통해 차단기 감시기(410) 내부로 공급할 수 있다. 차단기 감시기(410) 내부의 각종 회로(연산부(112), 송신부(113), 차단기 인터페이스(111) 등)는 에너지 하베스팅부(414)로부터 제공되는 전원(Vcc)을 사용하여 동작할 수 있다.
도 8은 일 실시예에 따른 에너지 하베스팅부(814)를 예시하고 있다.
도 8을 참조하면, 에너지 하베스팅부(814)는 정류기(8141), 커패시터(Cs) 및 레귤레이터(8142)를 포함할 수 있다.
도 8에는 자기적으로 결합된 두 개의 권선(820, 831)이 도시되어 있는데, 권선(820)은 도 3에 예시된 차단기(30)의 부하측 전선(20)으로 이해될 수 있고, 권선(831)은 변류기(330)의 내부에 구비된 권선으로 이해될 수 있다. 즉, 변류기(330)의 권선(831)은 차단기(30)의 부하측 전선(20)과 자기적으로 결합되어, 차단기(30)의 부하측 전선(20)에 교류 전류가 흐를 때 변류기의 권선(831)에는 차단기(30)의 부하측 전선(20)을 통해 흐르는 전류의 크기에 대응되는 크기의 전류가 유도될 수 있다. 에너지 하베스팅부(814)는 변류기의 권선(831)으로부터 출력되는 전류를 이용하여 에너지를 수집할 수 있다.
정류기(8141)는 변류기의 권선(831)으로부터 출력되는 전류를 정류하고 커패시터(Cs)로 전송할 수 있다. 예시적으로, 정류기(8141)에는 통상의 브릿지 형태의 다이오드를 사용하여 양방향 정류를 수행하거나 또는 단방향 정류 회로를 사용할 수 있지만, 본 실시예가 이로 한정되는 것은 아니다.
커패시터(Cs)는 정류기(8141)로부터 수신한 전류를 이용하여 충전되어 에너지를 저장할 수 있다. 커패시터(Cs)에 저장된 에너지는 차단기의 차단 동작 후에도 차단기 감시기가 소정 시간을 더 동작하도록 할 수 있다. 즉, 차단기의 차단 동작 후에, 차단기 감시기는 커패시터(Cs)에 저장된 에너지를 이용하여 차단기에 과전류 또는 트립 상황이 발생했다는 정보를 상위 시스템으로 전달할 수 있다. 이후 커패시터(Cs)에 저장된 에너지가 부족해지면 차단기 감시기는 스스로 동작을 중단할 수 있다.
레귤레이터(8142)는 커패시터(Cs)로부터 공급받는 전압의 크기를 변경하여 차단기 감시기 내부로 제공할 수 있다. 커패시터(Cs)의 전압은 변류기의 권선(831)으로부터 유도되는 전류에 따라 그 크기가 변동될 수 있는데, 레귤레이터(8142)는 커패시터(Cs)의 변동되는 전압을 변환 및 안정화하여 전원(Vcc)을 생성하고 차단기 감시기 내부로 제공할 수 있다. 레귤레이터(8142)에는 통상의 스위칭 전력변환장치(SMPS) 또는 LDO(low drop-out) 레귤레이터 등이 사용될 수 있지만, 본 실시예가 이로 한정되는 것은 아니다. 차단기 감시기 내부 회로들이 동작할 수 있는 전압 범위가 넓을 경우 레귤레이터(8142)가 사용되지 않을 수도 있다.
다시 도 3 및 도 4를 참조하면, 에너지 하베스팅부(414)가 차단기(30)의 부하측 전선(20)에 체결된 변류기(330)로부터 유도되는 전류를 이용하여 전력을 수집하는 경우, 차단기(30)의 차단 동작 이후에는 에너지 하베스팅부(414)가 전력을 수집할 수 없다. 따라서, 차단기(30)의 차단 동작으로부터 소정 시간이 경과한 후에는 에너지 하베스팅부(414)가 차단기 감시기 내부에 전력을 공급하지 않을 것이다. 여기서, 소정의 시간은 에너지 하베스팅부(414)에 이미 저장된 전력을 이용하여 차단기 감시기(310)가 동작할 수 있는 시간으로 이해될 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에 따른 차단기 감시기(410)는 에너지 하베스팅부(414)를 사용함으로써, 배터리를 사용하거나 또는 유선으로 전력을 공급하는 등과 같은 별도의 전원 공급 수단을 필요로 하지 않을 수 있다. 이는 차단기 감시기(410)의 설치 및 유지보수 관점에서 상당한 장점일 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 차단기 감시기(410)는 클램프 타입의 변류기를 사용함으로써, 교류 전원의 단전 없이 간편하게 설치가 가능한 장점이 있다.
또한, 본 실시예에 따른 차단기 감시기(410)는 차단기(30)의 내부 고장을 검출할 수 있는 장점을 가질 수 있다. 예를 들어, 차단기(30)의 노후 또는 내부 고장 등으로 인해 과전류 트립이나 누전 트립이 발생한 상황에서 차단기(30)가 차단 동작을 수행하지 않는 경우가 있을 수 있다. 이 경우, 본 실시예의 차단기 감시기(410)는, 전술한 바와 같이, 차단기 부속장치의 접점 정보로부터 과전류나 누전 트립이 발생한 상황임을 감지하고 이를 상위 시스템(40)으로 전송할 것이다. 이후 차단기(30)가 정상적으로 동작하여 차단 동작을 수행한 경우라면, 차단기 감시기(410)가 부하측 전선(20)으로부터 전원을 공급받지 못하므로 차단기의 차단 동작 이후 소정의 시간이 경과하면 차단기 감시기(410)가 동작을 중단해야 하는데, 차단기(30)의 노후 또는 고장으로 차단기(30)가 차단 동작을 수행하지 못한 경우, 차단기 감시기(410)는 에너지 하베스팅부(414)를 통해 계속해서 전력을 공급받게 되어 동작을 계속할 것이다. 차단기 감시기(410)는 상위 시스템(40)으로 주기적 또는 비주기적으로 얼라이브(alive) 신호를 전송하여 정상적인 동작을 수행하는지 여부를 상위 시스템(40)에 알려주게 된다. 상위 시스템(40)에서는 차단기 감시기(410)로부터 과전류 또는 누전 트립 상황이 발생하였다는 정보를 수신한 이후에도 계속해서 차단기 감시기(410)로부터 얼라이브(alive) 신호를 수신하게 되면 차단기(30)가 과전류 또는 누전 트립이 발생한 상황에서도 차단 동작을 수행하지 못하는 문제가 있음을 파악할 수 있다.
이와 같이, 차단기(30)의 트립 상황이 발생했음에도 차단기(30)의 노후, 고장 등으로 인해 차단기(30)가 차단 동작을 수행하지 않는 경우, 차단기 감시기(410)는 상위 시스템으로 차단기(30)의 트립 상황이 발생했음을 통지한 후에 계속해서 상위 시스템으로 얼라이브(alive) 신호를 전송함으로써 상위 시스템에서 차단기(30)의 고장을 인식하도록 할 수 있다.
즉, 차단기(30) 부하측 전선(20)에 체결된 변류기(330)를 통해 에너지를 수집하는 에너지 하베스팅부(414)를 사용함으로써, 차단기(30)의 온(ON) 상태에서만 차단기 감시기(410)에 전원이 투입되어 차단기 감시기(410)가 동작할 수 있고, 차단기(30)가 차단 동작을 수행한 경우에는 차단기 감시기(410)에 전원이 공급되지 않아 차단기 감시기(410)가 자동으로 동작을 멈추는 방식으로 동작하므로, 차단기 감시기(410)의 동작 자체가 차단기(30)의 고장 여부를 판단하는 하나의 정보로 활용될 수 있다.
이와 같이 에너지 하베스팅부(414)를 사용하는 장점은 다양하다. 다만, 에너지 하베스팅부(414)를 통해 수집되는 전력량이 충분하지 않을 수 있다는 점이 고려될 필요가 있다. 따라서, 차단기 감시기(410)는 내부에서 소비하는 전력을 줄이는 것이 바람직하다.
이를 위해, 본 실시예의 송신부(113)는 단방향 통신 방식을 사용하여 게이트웨이와 통신할 수 있다. 송신부(113)가 게이트웨이와 양방향 통신 방식을 하는 경우에 비해 단방향 통신 방식을 사용하는 경우, 송신부(113)는 필요한 경우에만 게이트웨이로 데이터의 전송을 수행하고 필요하지 않은 경우 슬립 모드로 동작할 수 있으므로 송신부(113)의 전력 소모를 줄일 수 있다.
또한, 차단기 인터페이스(111)가 차단기 상태정보(CSI)를 연산부(112)로 전송할 때, 인터럽트 방식이 사용될 수 있다. 이 경우 연산부(112)는 평상 시에 슬립 모드로 동작하며 전력 소모를 줄이다가 차단기 인터페이스(111)로부터 인터럽트 신호가 수신되면 활성화 모드로 변경하여 동작함으로써 연산부(112)의 전력 소모를 줄일 수 있다.
이와 같이, 본 실시예의 차단기 감시기(410)는 전력 소모를 최대한 줄여 에너지 하베스팅부(414)를 사용할 수 있도록 구성됨으로써, 에너지 하베스팅부(414)의 장점을 활용할 수 있다.
도 5를 참조하면, 차단기 감시기(510)는 전류검출부(515)를 더 포함하는 점에서 도 4에 예시된 차단기 감시기(410)와 차이가 있다.
전류검출부(515)는 변류기의 출력 전류로부터 차단기 부하측 전류의 크기(Irms)를 검출하고 연산부(112)로 전송할 수 있다. 예시적으로, 연산부(112)는 차단기 부하측 전류의 크기(Irms) 정보를 차단기 상태정보 패킷(CSIP)에 포함시켜 송신부(113)와 게이트웨이를 통해 상위 시스템으로 전송할 수 있다. 실시예에 따라, 연산부(112)는 차단기 부하측 전류의 크기(Irms) 정보를 상위 시스템으로 전송하는 대신, 차단기 부하측 전류의 크기(Irms) 정보를 통해 차단기에 과전류가 흐르는지 여부를 판단하고, 과전류 여부에 대한 정보를 상위 시스템으로 전송할 수 있다. 실시예에 따라, 전류검출부(515)가 차단기 부하측 전류의 크기(Irms) 정보를 이용하여 과전류 여부를 판단하고, 과전류로 판단되는 경우 인터럽트 방식으로 연산부(112)로 과전류 발생을 통지하며, 연산부(112)는 인터럽트 신호를 통해 과전류 정보를 수신하면 상위 시스템으로 과전류 정보를 전송할 수 있다. 이 경우, 연산부(112)의 전력 소모를 줄이는 장점이 있다.
이와 같이, 차단기 부하측 전류의 크기(Irms) 정보 또는 과전류 정보를 상위 시스템으로 전송할 경우, 상위 시스템은 과전류 상황에서 차단기의 부속장치의 접점에 정상적인 과전류 트립이 발생하는지 여부 및 차단기가 과전류 상황에서 정상적인 차단 동작을 수행하는지 여부를 파악할 수 있다.
이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (18)

  1. 차단기의 상태정보를 수집하고, 수집된 상기 차단기 상태정보를 게이트웨이로 전송하는 차단기 감시기;
    상기 차단기의 부하측 전선에 체결되는 변류기; 및
    상기 차단기 감시기로부터 수신한 상기 차단기 상태정보를 상위 시스템으로 전송하는 상기 게이트웨이;를 포함하고,
    상기 차단기 감시기는,
    상기 차단기의 상태정보를 수집하는 차단기 인터페이스;
    상기 차단기 인터페이스로부터 상기 차단기 상태정보를 입수하고, 상기 게이트웨이로 전송할 차단기 상태정보 패킷을 생성하는 연산부;
    상기 연산부로부터 상기 차단기 상태정보 패킷을 수신하고 단방향 통신 방식으로 상기 게이트웨이로 상기 차단기 상태정보 패킷을 전송하는 송신부; 및
    상기 변류기의 출력전류를 이용하여 상기 차단기 감시기 내부에 전력을 공급하는 에너지 하베스팅(energy harvesting)부를 포함하며,
    상기 차단기 감시기는 배터리를 사용하지 않고 상기 에너지 하베스팅부에서 공급하는 전력에 의해 동작하고,
    상기 에너지 하베스팅부는 상기 차단기의 차단 동작으로부터 소정의 시간이 경과한 후에는 상기 차단기 감시기 내부에 전력을 공급하지 않으며,
    상기 연산부는, 상기 차단기의 트립 상황이 발생하면 상기 송신부와 상기 게이트웨이를 통해 상기 상위 시스템으로 상기 차단기의 트립 상황이 발생했음을 통지하고, 상기 차단기의 트립 상황이 발생했음에도 상기 차단기가 차단 동작을 수행하지 않아 상기 소정의 시간이 경과한 후에도 상기 에너지 하베스팅부를 통해 에너지가 공급되는 경우 상기 상위 시스템으로 얼라이브(alive) 신호를 전송하여 상기 상위 시스템에서 상기 차단기의 고장을 인식할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 차단기 감시 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 변류기는 상기 차단기의 부하측 전선을 감싸는 클램프 타입인 것을 특징으로 하는 차단기 감시 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 에너지 하베스팅부는 상기 변류기의 출력전류를 통해 공급받는 에너지를 커패시터에 저장하고, 상기 커패시터에 저장된 에너지를 상기 차단기 감시기 내부에 공급하는 것을 특징으로 하는 차단기 감시 시스템.
  6. 삭제
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 차단기 인터페이스는 상기 차단기의 부속장치의 접점 정보를 수집하는 것을 특징으로 하는 차단기 감시 시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 차단기 인터페이스가 수집하는 접점 정보는 경보접점(AL)과 보조접점(AX)을 포함하는 것을 특징으로 하는 차단기 감시 시스템.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 차단기는 누전차단기이고,
    상기 차단기 인터페이스가 수집하는 접점 정보는 누전경보접점(EAL)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차단기 감시 시스템.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 차단기 인터페이스는 상기 차단기 상태정보를 인터럽트 방식으로 상기 연산부로 전송하고,
    상기 연산부는 슬립 모드에서 동작 중에 상기 차단기 인터페이스로부터 상기 인터럽트를 수신하면 상기 슬립 모드로부터 액티브 모드로 변경되는 것을 특징으로 하는 차단기 감시 시스템.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 차단기 인터페이스는 상기 차단기가 차단 동작을 수행하도록 지시하는 트립 신호를 상기 차단기로 전송하는 것을 특징으로 하는 차단기 감시 시스템.
  12. 삭제
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 차단기 감시기는 전류 검출부를 더 포함하고,
    상기 전류 검출부는 상기 변류기의 출력 전류로부터 상기 차단기 부하측 전류의 크기를 검출하며,
    상기 연산부는 상기 차단기 부하측 전류의 크기 정보 또는 상기 차단기 부하측 전류의 크기 정보에 기초하여 판단된 과전류 정보를 상기 차단기 상태정보 패킷에 포함시켜 상기 송신부와 상기 게이트웨이를 통해 상기 상위 시스템으로 전송하는 것을 특징으로 하는 차단기 감시 시스템.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 청구항 4에 있어서,
    상기 차단기 감시기는 상기 변류기의 클램프 타입의 케이스 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 차단기 감시 시스템.
  18. 삭제
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