KR102632978B1 - 전력 관리 시스템 - Google Patents

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Abstract

전력 관리 시스템이 제1 전력선, 제2 전력선, 제1 병렬 보호기, 제2 병렬 보호기, 제3 병렬 보호기, 제1 전류 센서, 제2 전류 센서, 제3 전류 센서, 및 프로세서를 포함한다. 제1 병렬 보호기는 제1 전력선에 연결된다. 제2 병렬 보호기는 제1 병렬 보호기와 제2 전력선에 연결된다. 제3 병렬 보호기는 제1 병렬 보호기와 접지 단자에 연결된다. 제1 전류 센서, 제2 전류 센서, 및 제3 전류 센서는 제1 병렬 보호기를 통해 흐르는 제1 전류, 제2 병렬 보호기를 통해 흐르는 제2 전류, 및 제3 병렬 보호기를 통해 흐르는 제3 전류를 각각 감지한다. 프로세서는 제1 전류, 제2 전류 및/또는 제3 전류에 따라 서지 방전 경로를 검출한다.

Description

전력 관리 시스템{POWER MANAGEMENT SYSTEM}
본 출원은 2020년 12월 11에 출원된 대만 출원 번호 제109143876호에 대해 우선권을 주장한다.
본 발명은 전력 관리 시스템에 관한 것으로, 상세하게는 전력 서지를 모니터링할 수 있는 전력 관리 시스템에 관한 것이다.
산업 환경 또는 실외 환경의 전기 장비가 종종 전력 서지로 인해 손상되기 쉽다. 명백한 예방 조치 외에, 대부분의 기업은 전력 서지의 위험으로부터 보호하기 위해 일부 버전의 서지 보호도 사용할 것이다. 하지만, 종래의 서지 보호 회로는 서지 방전 경로만을 제공하여 전력 서지를 우회할 수 있지만, 서지 발생의 시간과 실제 서지 방전 경로를 기록할 수 없다. 따라서, 사용자는 그에 따라 추가적인 보호를 제공하기 위해 전력 서지의 원인을 파악하지 못할 수 있다.
종래 기술의 전력 관리 시스템에서, 전력 공급의 상태는 일반적으로 전력선과 병렬 또는 직렬로 연결된 감지 회로에 의해 모니터링된다. 하지만, 전원 서지 또는 기타 이상이 발생하면, 감지 회로의 기능도 영향을 받아 전원 서지 또는 기타 이상을 기록하지 못할 수 있다.
본 발명은 전력 관리 시스템을 제공한다. 상기 전력 관리 시스템은 제1 전력선, 제2 전력선, 제1 병렬 보호기, 제2 병렬 보호기, 제3 병렬 보호기, 제1 전류 센서, 제2 전류 센서, 제3 전류 센서, 및 프로세서를 포함한다. 상기 제1 전력선과 상기 제2 전력선은 AC 전력을 전송하는 데 사용된다. 상기 제1 병렬 보호기는 상기 제1 전력선에 연결된 제1 단부, 및 제2 단부를 포함한다. 상기 제2 병렬 보호기는 상기 제1 병렬 보호기의 제2 단부에 연결된 제1 단부, 및 상기 제2 전력선에 연결된 제2 단부를 포함한다. 상기 제3 병렬 보호기는 상기 제1 병렬 보호기의 제2 단부에 연결된 제1 단부와 접지에 연결된 제2 단부를 포함한다. 상기 제1 전류 센서는 상기 제1 병렬 보호기를 통해 흐르는 제1 전류를 감지하도록 구성된다. 상기 제2 전류 센서는 상기 제2 병렬 보호기를 통해 흐르는 제2 전류를 감지하도록 구성된다. 상기 제3 전류 센서는 상기 제3 병렬 보호기를 통해 흐르는 제3 전류를 감지하도록 구성된다. 상기 프로세서는 상기 제1 전류 센서, 상기 제2 전류 센서, 및 상기 제3 전류 센서에 연결되고, 적어도 상기 제1 전류, 상기 제2 전류 및/또는 상기 제3 전류에 따라 서지 방전 경로를 검출하도록 구성된다.
본 발명의 이러한 목적 및 다른 목적은 다양한 그림과 도면에 예시된 바람직한 실시예에 대한 다음의 상세한 설명을 읽은 후 당업자에게 의심의 여지가 없을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 관리 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력 관리 시스템을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 관리 시스템의 작동 중 전류 파형을 나타내는 도면이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 관리 시스템(100)을 나타내는 도면이다. 전력 관리 시스템(100)은 제1 전력선(PL1), 제2 전력선(PL2), 제1 병렬 보호기(110A), 제2 병렬 보호기(110B), 제3 병렬 보호기(110C), 제1 전류 센서(120A), 제2 전류 센서(120B), 제3 전류 센서(120C), 및 프로세서(130)를 포함한다.
일부 실시예에서, 제1 전력선(PL1)과 제2 전력선(PL2)은 모두 전기 장비의 작동을 공급하기 위한 교류(alternative-current, AC) 전력을 전송하는 데 사용된다. 전기 장비가 산업 환경 또는 실외 환경에 배치될 때, 환경 변화로 인해 AC 전원 공급이 변동되어 전력 서지를 유발할 수 있다. 간섭으로부터 전기 장비의 작동을 보호하기 위해, 전력 관리 시스템(100)은 제1 병렬 보호기(110A), 제2 병렬 보호기(110B) 및 제3 병렬 보호기(110C)를 이용하여 서지 방전 경로를 제공함으로써, 제1 전력선((PL2))과 제2 전력선(PL2)에서 발생하는 전력 서지가 전기 장비를 손상시키는 것을 방지한다. 한편, 프로세서(130)는 제1 전류 센서(120A), 제2 전류 센서(120B), 및 제3 전류 센서(120C)에 의해 검출된 전류에 따라 AC 전력의 파형을 모니터링하기 위해 제1 전류 센서(120A), 제2 전류 센서(120B), 및 제3 전류 센서 (120C)에 연결될 수 있다.
도 1에 도시된 실시예에서, 제1 병렬 보호기(110A)는 제1 전력선(PL1)에 연결된 제1 단부, 및 제2 단부를 포함한다. 제2 병렬 보호기(110B)는 제1 병렬 보호기(110A)의 제2 단부에 연결된 제1 단부와 제2 전력선(PL2)에 연결된 제2 단부를 포함한다. 제3 병렬 보호기(110C)는 제1 병렬 보호기(110A)의 제2 단부에 연결된 제1 단부와 접지(GND)에 연결된 제2 단부를 포함한다.
제1 전류 센서(120A)는 제1 병렬 보호기(110A) 근처에 배치되고, 제1 병렬 보호기(110A)를 통해 흐르는 제1 전류(I1)를 감지하도록 구성될 수 있다. 제2 전류 센서(120B)는 제2 병렬 보호기(110B) 근처에 배치되고, 제2 병렬 보호기(110B)를 통해 흐르는 제2 전류(I2)를 감지하도록 구성될 수 있다. 제3 전류 센서(120C)는 제3 병렬 보호기(110C) 근처에 배치되고, 제3 병렬 보호기(110C)를 통해 흐르는 제3 전류(I3)를 감지하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 제1 전류 센서(120A), 제2 전류 센서(120B), 및 제3 전류 센서(120C)는 홀 센서(Hall sensor)일 수 있다. 홀 센서는 변화하는 자기장을 측정하고 그 결과를 전기 데이터로 변환함으로써, 근접 감지를 제공하도록 설계된 전자 장치이다. 즉, 홀 센서에 의해 구현되고 제1 병렬 보호기(110A), 제2 병렬 보호기(110B), 및 제3 병렬 보호기(110C)와 접촉하지 않고 배치되는 제1 전류 센서(120A), 제2 전류 센서(120B), 및 제3 전류 센서(120C)가 제1 병렬 보호기(110A), 제2 병렬 보호기(110B), 및 제3 병렬 보호기(110C)를 통해 흐르는 전류를 전자기 유도를 통해 감지할 수 있다. 이러한 상황에서, 제1 전류 센서(120A), 제2 전류 센서(120B), 및 제3 전류 센서(120C)는 전력 서지가 발생할 때 정상 작동을 유지할 수 있다. 또한, 프로세서(130)는 전력 서지 발생시 홀 센서의 빠른 응답 속도로 전류 파형을 기록함으로써, 사용자로 하여금 전력 전송을 개선하고 계획할 수 있게 한다.
일부 실시예에서, 제1 병렬 보호기(110A), 제2 병렬 보호기(110B), 및 제3 병렬 보호기(110C)의 임피던스가 정상 AC 전력에서 더 높을 수 있으므로, 제1 전류 센서(120A), 제2 전류 센서(120B), 및 제3 전류 센서(120C)에 의해 검출된 전류가 무시될 수 있다. 하지만, 제1 병렬 보호기(110A), 제2 병렬 보호기(110B), 제3 병렬 보호기(110C) 양단의 전압이 각각의 설계 상한을 초과할 때, 예를 들어 전력 서지로 인해, 제1 병렬 보호기(110A), 제2 병렬 보호기(110B), 및 제3 병렬 보호기(110C)의 임피던스가 낮아짐으로써, 제1 전력선(PL1)과 제2 전력선(PL2) 사이의 서지 방전 경로를 제공한다.
일부 실시예에서, 제1 병렬 보호기(110A), 제2 병렬 보호기(110B), 제3 병렬 보호기(110C) 각각은 과도 전압 억제기(transient voltage suppressor, TVS), 또는 가스 배출 튜브(gas discharge tube, GDT), 또는 배리스터일 수 있다. 하지만, 제1 병렬 보호기(110A), 제2 병렬 보호기(110B), 및 제3 병렬 보호기(110C)의 유형이 본 발명의 범위를 제한하지 않는다.
한편, 프로세서(130)는 추가적으로, 제1 전류 센서(120A), 제2 전류 센서(120B), 및 제3 전류 센서(120C)를 통해 제1 전류(I1), 제2 전류(I2), 및 제3 전류(I3)를 모니터링함으로써 전력 서지의 실제 방전 경로를 결정하도록 구성된다. 예를 들어, 제1 전류(I1)와 제2 전류(I2)의 값이 크고 제3 전류(I3)의 값이 무시할 만하면, 서지 방전 경로가 주로 제1 병렬 보호기(110A)와 제2 병렬 보호기(110B)를 통과하고, 제3 병렬 보호기(110C)를 거의 통과하지 않는다는 것을 나타낸다. 한편, 제3 전류(I3)의 값이 크면, 서지 방전 경로가 주로 제3 병렬 보호기(110C)를 통과하고 접지(GND)에 도달한다는 것을 나타낸다.
일부 실시예에서, 전력 서지의 원인이 다른 것은 서지 방전 경로가 다르기 때문이다. 예를 들어, 제1 전력선(PL1)과 제2 전력선(PL2) 모두에서 번개에 의한 공통 모드 전원 서지가 발생할 때, 서지 전압은 제1 전력선(PL1), 제2 전력선(PL2), 제1 병렬 보호기(110A), 제2 병렬 보호기(110B), 제3 병렬 보호기(110C), 및 접지 GND를 순차적으로 포함하는 접지 복귀 방전 경로를 찾는다. 한편, 모터 또는 다른 장치의 부하 전류로 인해, 제1 전력선(PL1) 또는 제2 전력선(PL2) 중 하나에서 차동 모드 전력 서지(differential mode power surge)가 발생할 때, 서지 방전 경로는 주로 제1 병렬 보호기(110A)와 제2 병렬 보호기(110B)를 통과하고, 제3 병렬 보호기(110C)를 거의 통과하지 않는다. 따라서, 일부 실시예에서, 프로세서(130)는 추가적으로, 서지 방전 경로에 기초하여 전력 서지의 원인을 결정하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 프로세서(130)는 제1 전류 센서(120A), 제2 전류 센서(120B), 및 제3 전류 센서(120C)로부터 전송되는 데이터를 기록하고, 처리하며, 분석하도록 구성된 데이터 처리 유닛(132)을 포함할 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 프로세서(130)는 데이터 처리 유닛(132)에 의해 기록된 데이터를 원격 모니터링 시스템(CS1)에 전송하도록 각각 구성된 유선 전송 모듈(134) 및/또는 무선 전송 모듈(136)을 더 포함함으로써, 사용자로 하여금 원격으로 더 복잡한 데이터 분석을 수행하게 할 수 있다.
도 1에 도시된 실시예에서, 전력 관리 시스템(100)은 아이솔레이션 파워 서플라이(isolation power supply, 140), 안정기 백업 회로(stabilizer backup circuit, 150), 및 안정기 회로(160)를 더 포함할 수 있다. 아이솔레이션 파워 서플라이(140)는 제1 전력선(PL1)과 제2 전력선(PL2)에 연결되고, AC 전력을 직류(DC) 전력으로 변환하도록 구성될 수 있다. 안정기 백업 회로(150)는 아이솔레이션 파워 서플라이(140)에 연결되고, DC 전력에 따라 안정화 전력을 제공하도록 구성될 수 있다. 안정기 회로(160)는 안정기 백업 회로(150)에 연결되고, 안정화 전력에 따라 프로세서(130)에 필요한 전압을 제공하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 안정기 백업 회로(150)는 12V 전압을 제공할 수 있고, 안정기 회로(160)는 3.3V 전압을 제공할 수 있다. 하지만, 안정기 백업 회로(150) 또는 안정기 회로(160)에 의해 제공되는 전력의 값이 본 발명의 범위를 제한하지 않는다.
본 실시예에서, 안정기 백업 회로(150)는 추가적으로, 전력 관리 시스템(100)에 정전이 발생한 후 일정 기간(예를 들어, 3초) 동안 안정화 전력을 계속 제공하도록 구성된다. 전력 관리 시스템(100)의 정전 기간 동안, 프로세서(130)는 전력 관리 시스템(100)의 전력 데이터를 기록하고, 유선 전송 모듈(134) 및/또는 무선 전송 모듈(136)을 이용하여 원격 모니터링 시스템(CS1)과의 연결을 구축할 수 있으며, 기록된 전력 데이터를 원격 모니터링 시스템(CS1)에 전송한다. 따라서, 사용자가 전력 관리 시스템(100)의 작동 상태를 원격으로 모니터링함으로써, 전력 서지 발생시 즉각적인 조치를 취하거나 또는 정전을 알릴 수 있다.
본 발명의 전력 관리 시스템(100)에서, 제1 병렬 보호기(110A), 제2 병렬 보호기(110B), 제3 병렬 보호기(110C)와 접촉하지 않고 배치될 때, 제1 전류 센서(120A), 제2 전류 센서(120B), 및 제3 전류 센서(120C)는 제1 병렬 보호기(110A), 제2 병렬 보호기(110B), 및 제3 병렬 보호기(110C)를 통해 흐르는 전류를 감지할 수 있다. 전력 서지가 발생하면, 프로세서(130)는 서지 방전 경로를 결정하기 위해 전체 전류 파형을 실시간으로 기록할 수 있다. 따라서, 사용자는 전력 관리 시스템(100)에 의해 제공된 데이터에 기초하여 전력 서지의 원인을 분석할 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력 관리 시스템(200)을 나타내는 도면이다. 전력 관리 시스템(200)의 구조 및 작동이 전력 관리 시스템(100)의 구조 및 작동과 유사하지만, 전력 관리 시스템(200)은 제한 저항(limiting resistor, R1)과 전압 센서(270)를 더 포함한다.
제한 저항(R1)은 제1 전력선(PL1)에 연결된 제1 단부와 제2 전력선(PL2)에 연결된 제2 단부를 포함한다. 전압 센서(270)는 제한 저항(R1)을 통해 흐르는 제4 전류(I4)를 감지하여 제한 저항(R1) 양단의 전압을 획득하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 제한 저항(R1)의 저항은 전압 센서(270)의 규격에 기초하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 전압 센서(270)가 25mA 부근의 전류를 검출하는 데 주로 사용되면, 제한 저항(R1)의 저항 값이 AC 전력에 기초하여 적절한 값으로 설정될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 관리 시스템(200)의 작동 중 제4 전류(I4)의 파형을 나타내는 도면이다. 제4 전류(I4)의 파형이 교류 전원과 연관된 제1 전력선(PL1)의 전압 파형에 따라 달라지므로, 프로세서(230)의 데이터 처리 유닛(232)은 대응하는 시간에 제4 전류(I4)의 파형과 제4 전류의 값을 기록함으로써, AC 전력과 연관된 정보를 사용자에게 제공할 수 있다. 일부 실시예에서, 프로세서(230)는 추가적으로, 제4 전류(I4)의 값이 미리 결정된 범위 밖에 있을 때, 예를 들어 제4 전류(I4)의 값이 주기 T1 동안 미리 결정된 범위의 상한(A1)을 초과할 때 또는 제4 전류(I4)의 값이 주기 T2 동안 미리 결정된 범위의 하한(A2) 이하로 떨어질 때, 이상(anomaly)을 기록할 수 있다. 전술한 이상은 유선 전송 모듈(234) 및/또는 무선 전송 모듈(236)을 이용하여 원격 모니터링 시스템(CS1)에 송신될 수 있다.
즉, 전력 관리 시스템(200)은 전압 센서(270)를 이용하여 제1 전력선(PL1)과 제2 전력선(PL2)에 제공되는 교류 전력을 지속적으로 모니터링할 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이 주기 T3 동안 전력 서지가 발생할 때, 프로세서(230)는 제1 전류 센서(120A), 제2 전류 센서(120B), 및 제3 전류 센서(120C)를 통해 제4 전류(I4)의 파형을 연속적으로 기록하고 서지 방전 경로 상의 전류 파형을 기록하도록 구성됨으로써, 전력 서지의 원인에 대한 후속 분석에 관한 더 많은 정보를 사용자에게 제공한다.
결론적으로, 본 전력 관리 시스템은 병렬 보호기를 통해 흐르는 전류를 홀 전류 센서(Hall current sensor)를 이용하여 감지할 수 있다. 전력 서지가 발생하면, 프로세서는 전력 서지의 원인에 대한 후속 분석을 위해 서지 방전 경로를 결정하도록 전체 전류 파형을 실시간으로 기록할 수 있다. 또한, 본 전력 관리 시스템은 교류 전력의 파형을 지속적으로 모니터링하고 교류 전력의 전압이 일정 범위를 벗어나면 경보 메시지를 송신함으로써, 사용자가 즉각적인 조치를 취할 수 있게 한다.
당업자라면 본 발명의 교시를 유지하면서 장치 및 방법에 대해 수많은 수정과 변경이 이루어질 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 개시는 첨부된 청구 범위의 경계와 범위에 의해서만 제한되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (8)

  1. 전력 관리 시스템으로서,
    교류(alternative-current, AC) 전력을 전송하기 위한 제1 전력선과 제2 전력선;
    상기 제1 전력선에 연결된 제1 단부, 및 제2 단부를 포함하는 제1 병렬 보호기;
    상기 제1 병렬 보호기의 제2 단부에 연결된 제1 단부, 및 상기 제2 전력선에 연결된 제2 단부를 포함하는 제2 병렬 보호기;
    상기 제1 병렬 보호기의 제2 단부에 연결된 제1 단부, 및 접지에 연결된 제2 단부를 포함하는 제3 병렬 보호기;
    상기 제1 병렬 보호기를 통해 흐르는 제1 전류를 감지하도록 구성된 제1 전류 센서;
    상기 제2 병렬 보호기를 통해 흐르는 제2 전류를 감지하도록 구성된 제2 전류 센서;
    상기 제3 병렬 보호기를 통해 흐르는 제3 전류를 감지하도록 구성된 제3 전류 센서; 및
    상기 제1 전류 센서, 상기 제2 전류 센서, 및 상기 제3 전류 센서에 연결되고, 적어도 상기 제1 전류, 상기 제2 전류, 및/또는 상기 제3 전류에 따라 서지 방전 경로를 검출하도록 구성된 프로세서
    를 포함하는 전력 관리 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 병렬 보호기는 제1 과도 전압 억제기(transient voltage suppressor, TVS), 또는 제1 가스 배출 튜브(gas discharge tube, GDT), 또는 제1 배리스터를 더 포함하고;
    상기 제2 병렬 보호기는 제2 TVS, 또는 제2 GDT, 또는 제2 배리스터를 더 포함하며;
    상기 제3 병렬 보호기는 제3 TVS, 또는 제3 GDT, 또는 제3 배리스터를 더 포함하는, 전력 관리 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전류 센서, 상기 제2 전류 센서, 및 상기 제3 전류 센서는 홀 센서(Hall sensor)인, 전력 관리 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는 추가적으로, 상기 서지 방전 경로에 기초하여 서지의 원인을 결정하도록 구성된, 전력 관리 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전력선에 연결된 제1 단부와 상기 제2 전력선에 연결된 제2 단부를 포함하는 제한 저항(limiting resistor); 및
    상기 제한 저항을 통해 흐르는 제4 전류를 검출하도록 구성된 전압 센서
    를 더 포함하는 전력 관리 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 프로세서는 추가적으로,
    대응하는 시간에 상기 제4 전류의 파형과 상기 제4 전류의 값을 기록하고;
    상기 제4 전류의 값이 미리 결정된 범위 밖에 있을 때 경보 신호를 송신하도록 구성된, 전력 관리 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전력선과 상기 제2 전력선에 연결되고, 상기 AC 전력을 직류(direct-current, DC) 전력으로 변환하도록 구성된 아이솔레이션 파워 서플라이(isolation power supply);
    상기 아이솔레이션 파워 서플라이에 연결되고, 상기 DC 전력에 따라 안정화 전력을 제공하고, 상기 전력 관리 시스템에 정전이 발생한 후 일정 기간 동안 계속 상기 안정화 전력을 공급하도록 구성된 안정기 백업 회로(stabilizer backup circuit):
    상기 안정기 백업 회로에 연결되고, 상기 안정화 전력에 따라 상기 프로세서에 필요한 전압을 공급하도록 구성된 안정기 회로
    를 더 포함하는 전력 관리 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 전력 관리 시스템에 정전이 발생한 후 상기 일정 기간 동안, 상기 프로세서는 추가적으로, 상기 전력 관리 시스템의 전력 데이터를 기록하고 상기 전력 데이터를 원격 모니터링 시스템에 전송하도록 구성된, 전력 관리 시스템.
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