KR100371581B1 - Method of transmitting and collecting data in power cable using earth-current - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전기의 송전 공학과 디지털 전자 공학이 복합된 것으로 기존 전력선 통신은 전송 거리가 짧고 전력선의 부하인 전기 기기에서 나오는 잡음의 영향 및 전력선과 전송하고자 하는 데이터간의 임피던스 불일치에 의한 신호 감쇄로 실용적인 통신 거리를 확보하지 못했던 것을 단 방향의 안정된 전력선 통신 환경 구축을 목적으로 한다.The present invention is a combination of electric transmission engineering and digital electronics, and the existing power line communication has practical communication due to the signal attenuation due to the noise attenuation from the electric device which has a short transmission distance and the load of the power line and the impedance mismatch between the power line and the data to be transmitted. The purpose of this is to establish a stable one-way power line communication environment.
송신할 데이터의 디지털 신호인 하이(high) 로우(low) 신호를 임피던스 보정회로(707)를 거쳐, 단상 2선식의 전력선으로부터 대지에 인위적인 방법으로 지면으로 전류를 흐르도록 하여, 전력선 전체를 한 방향으로 감은 감지 코일(801)에서 지면으로 흐른 데이터를 감지하여, 지면 전류로 전송된 데이터의 원래 신호인 하이(high) 로우(low)신호를 검출하여 전력선 자체를 통신으로 이용 할 수 있다.A high low signal, which is a digital signal of the data to be transmitted, is passed through an impedance correction circuit 707 to allow a current to flow from the single-phase two-wire power line to the ground in an artificial manner to the ground, and to move the entire power line in one direction. The sensing coil 801 wound around detects the data flowing to the ground, detects a high signal, which is the original signal of the data transmitted as the ground current, and uses the power line itself as a communication.
본 발명을 현재의 수용 가구와 산업 현장에 적용 할 경우, 전력선 자체만으로 데이터 송신이 가능하기 때문에 전력선을 통신선으로 활용, 데이터를 송신하기 위한 접지 공사만으로, 현 각 수용 가구 설치되어 있는 적산 전력계, 가스 계량기, 수도 계량기가 디지털 계기로 대체되었을 경우 전력, 가스, 상수도의 누전 및 누수 등을 중앙 통제실에서 통계적 수치로 감지가 가능하므로 국가 에너지 자원의 효율적인 관리가 가능하다.When the present invention is applied to current accommodation furniture and industrial sites, since data transmission is possible only by the power line itself, the power line is used as a communication line, and only the grounding work for transmitting data is performed. When meters and water meters have been replaced by digital instruments, the leakage and leakage of power, gas and water can be detected in the central control room as statistical values, enabling efficient management of national energy resources.
Description
인류가 전기의 실용성을 인식한 이래로 누전은 전기 배전 공사에 있어서 현재까지 극복해야 할 과제로 여겨져 왔다. 그래서 고안 된 것 중의 하나가 누전 차단기다.Since humanity recognized the utility of electricity, leakage has been considered as a challenge to be overcome in electric power distribution construction. So one of the devised is a circuit breaker.
누전 차단기는 누전 되었을 경우 전력선의 전원을 차단하는데 쓰이나, 본 발명은 인위적으로 접지 전류를 흘려 통신의 한 수단으로 활용한다. 즉, 누전 현상을 이용하여 통신을 할 수 있다. 본 발명은 누전 차단기 내부에 있는 누전 감지 코일의 누전에 따른 자력의 생성 원리를 이용 하나, 사용하고자 하는 방법은 정 반대의 개념이다. 따라서, 누전 현상은 누전 효과(效果)라 정의해야 할 것이다.The earth leakage breaker is used to cut off the power line when the earth leakage occurs, but the present invention artificially flows a ground current and is used as a means of communication. That is, communication can be performed using a short circuit phenomenon. The present invention uses the principle of generating the magnetic force according to the short circuit of the earth leakage detecting coil inside the earth leakage breaker, but the method to be used is the opposite concept. Therefore, a short circuit phenomenon should be defined as a short circuit effect.
종래의 접지 전류를 흐르게 하여 전력선 통신을 하는 방법으로서 대지 귀로방식은 일본 Ohm지(誌)(1998년 8월호 43쪽), 월간 전기기술(1999년 8월호 특집 18면)의 기사를 인용하면 다음과 같다.전력선 반송 방식의 개론대지 귀로 방식대지 귀로 방식이란 신호를 공동 접지선(N선)과 지면 사이에 주입하여 단말기 간의 통신을 하는 것이다. 저압 배전선 반송에서의 일반 주택 자동 검침에 적합하다. 도쿄 전력의 저압 배전선 계통은 새로운 수용가의 계약이나 설비 증설, 전주이설 공사, 배전선의 루트 개수 등에 의해 날마다 변압기 위치나 용량이 변화하고 있다. 이에 따라 변압기의 공급 범위가 시시각각 변화하고 있다. 이와 같은 환경하에서 N선만은 변압기의 공급 범위에 관계없이 모두가 도 1과 같이 접속되어 있다. 그 때문에 극단적인 접지계 증강이나 루트 개수가 없는 한 자동 검침에 영향이 없는 것이다. 원리는 다음과 같다. 어느 접지극에 전류를 흘리면 도 2와 같이 대지에는 접지극에서 무한 원점(0전위)을 향해서 전위가 상승하는 것을 알고 있다. 실제로 이것을 측정하기 위해서는 접지선에서 충분히 떨어진 위치에 또 한 쪽의 접지를 대지에 박아 넣을 필요가 있다. 실측에서는 20m 이상 떨어진 지점의 전위 상승은 무한 원점과 근사하는 것을 알고 있다. 다음에 도 3의 회로로서 충분히 떨어진 위치에 동일한 접지 저항 R을 접속하여 신호를 송신하면 이론적으로는 대지에는 이 그림과 같은 신호 주입점과 동등하고 또 부하가 반대인 전위 분포가 발생한다. 이것을 신호 전송에 응용한 것이 대지 귀로 방식이다. 여기서 저압 배전선의 공동 지선(N과) 대지간의 대지 귀로 방식에 대해서 생각해 보기로 한다.실제의 배전 선로를 모델화한 것이 도 4이다. 여기서 송신기 출력을 V, 내부 임피던스를 Zg, 송신기 접지를 Ro, 각 주(柱)의 접지를 R1,R2,R3, 수신기의 접지저항 R, 수신기의 내부 저항을 R라고 한다. 신호로서 배전선에 주입되는 선로 상승 전위 EL은 접지 저항 Ro, Zg와 계통 임피던스 ZL에 의해 결정된다.EL={ZL/(Ro+Zg+ZL)}·V도중의 접지점에서는 그림과 같이 대지의 전위 상승을 볼 수 있다. 수신기에서는 분류한 전류 Ir에 의해,Vr=EL-EL-Rr·Ir가 되는 전압이 가해지고 이것이 수신 신호가 된다.이것에 의해 신호 주입점에서의 접지 저항을 낮게 하고 수신 지점에서는 접지 저항을 높게 함으로서 신호를 효율적으로 주입시켜 신호를 크게 인출할 수가 있다.위와 같은 대지 귀로 방식의 실용화에 있어서의 가장 큰 결점은 누전 전류에 의한 순간적인 전위를 포착해야 하는 관계상 신호 자체가 매우 불안하고, 각 대지간의 접지 저항에 따라서 신호 자체가 심하게 왜곡되어 안정적인 통신망을 구성하지 못한다는 점이다.본 발명은 전송하고자 하는 데이터를 임피던스 보정회로만 거쳐 전력선에서 지면 전류로 대지(大地)에 인위적으로 흐르게 하여, 전력선을 한 방향으로 감은 감지 코일에서 누전에 의하여 감지되는 자력 상쇄분의 차이를 검출하는 원리를 이용하여 송신된 데이터를 수신한다. 따라서, 전력선에 유기 되는 잡음은 전력선을 한 방향으로 감은 감지 코일 내에서 상호간의 자력으로 상쇄되고 통신 거리는 선로 저항에 의해서만 전송 거리에 제한을 받게 되므로 안정적인 통신망을 구성 할 수 있다.As a method of power line communication by flowing a conventional ground current, the earth return method is described in Ohm magazine (August 1998, p. 43), and monthly electric technology (August 1999 issue, p. 18). Introductory ground return method of the power line transport method The ground return method is to inject a signal between the common ground line (N line) and the ground to communicate between terminals. Suitable for automatic meter reading of general homes in low voltage distribution line conveyance. Tokyo Electric Power's low-voltage distribution system is changing its location and capacity on a daily basis due to new customer contracts, facility expansion, electric pole relocation work, and the number of routes for distribution lines. As a result, the supply range of the transformer is constantly changing. In such an environment, all of the N lines are connected as shown in FIG. 1 regardless of the transformer supply range. Therefore, there is no effect on automatic meter reading unless there is an extreme grounding system buildup or route count. The principle is as follows. It is known that when a current flows through a ground electrode, the potential rises toward the infinite origin (zero potential) from the ground electrode as shown in FIG. In fact, to measure this, you need to embed another ground in the ground far enough away from the ground wire. In fact, it is known that the potential rise at a distance of 20 m or more approximates the infinite origin. Next, when the same ground resistance R is connected to a sufficiently separated position as the circuit of FIG. 3 to transmit a signal, the potential theoretically generates a potential distribution equal to the signal injection point as shown in this figure and opposite load. The application of this to signal transmission is earth-to-ear. Here, the ground return method between the common branch line (N) and the ground of the low-voltage distribution line will be considered. FIG. 4 illustrates a model of the actual distribution line. Here, the transmitter output is called V, the internal impedance is Z g , the transmitter ground is R o , the ground of each main is R1, R2, R3, the ground resistance R of the receiver, and the internal resistance of the receiver is R. The line rise potential E L injected into the distribution line as a signal is determined by the ground resistances R o , Z g and the system impedance Z L. E L = {Z L / (R o + Z g + Z L )} · V At the ground point of, you can see the potential rise of the earth as shown. In the classification by the current I r receivers, V r = E L - E L -R r · I r is the voltage that is applied and this is the received signal. The low resistance grounding of the signal injection point by which to receive point to inject a signal by increasing the ground resistance to effectively increase the signal The biggest drawback of the ground return method is that the signal itself is very unstable due to the need to capture the instantaneous potential due to the leakage current, and the signal itself is severely affected by the ground resistance between the grounds. The present invention artificially flows data to be transmitted from the power line to the ground through the impedance correction circuit only through the impedance correction circuit, and short-circuits the sensing coil wound in one direction. Receive the transmitted data by using the principle of detecting the difference in magnetic offset canceled by The. Therefore, the noise induced in the power line is canceled by mutual magnetic force in the sensing coil wound in one direction, and the communication distance is limited by the transmission distance only by the line resistance, thereby forming a stable communication network.
또 하나의 기존 전력선 통신 방법은 통신하고자 데이터를 고주파(약 200kHz)에 FSK(frequency shift key)방식으로 변환하여 콘덴서로 전원선에 연결 송신후, 다시 콘덴서로 전송된 고주파를 감지하여 신호를 재분석하는 방법을 사용하여 왔으나, 고주파를 콘덴서로 전력선에 연결하는 관계로 전력선 자체의 선로 임피던스가 제로에 가까워 정합(matching)이 불가능하고, 전력선 자체전압이 높은 관계로 전력선에 실을 수 있는 고주파의 전력량이 한계를 갖고, 전원선에 유도되는 잡음을 효과적으로 차단하지 못하여 정확한 신호 분석을 할 수 없었고 전송 거리가 짧아 사실상 실용화가 불가능했다.종래의 전력선 통신 방법과 본 발명의 지면전류를 이용한 전력선 통신 방법을 비교 설명하면 표 1과 같다. Another conventional power line communication method converts the data to a high frequency (about 200 kHz) to a frequency shift key (FSK) method, connects to a power line with a capacitor, and then detects the high frequency transmitted to the capacitor to reanalyze the signal. However, since the line impedance of the power line itself is close to zero, matching is impossible because the high frequency is connected to the power line with a capacitor, and the amount of high frequency power that can be loaded on the power line due to the high power line itself voltage is high. Due to the limitations, it was not possible to effectively block the noise induced on the power line, so that accurate signal analysis was not possible, and the transmission distance was short, which made it practically impossible to practically use. It is shown in Table 1 below.
에디슨(Edison, Thomas Alva)이 적산 전력계를 고안한 이후로, 검침은 전기 공급 회사에서 검침원이 담당해 왔다. 그러나 본 발명은 검침원 없이 변전실의 중앙 통제실에서 전력선 자체를 통신 선으로 활용하여 수용 가구 사용 전력량과 전력 수급 상태를 감지하는 기초 이론을 제공한다.Since Edison, Thomas Alva devised an integrated power meter, the meter has been in charge of the meter at the electricity supplier. However, the present invention provides a basic theory of sensing the amount of power used by the receiving household and the supply and demand of power by using the power line itself as a communication line in the central control room of the substation without a meter reader.
누전이라 함은 전기가 누설되어 흐르는 현상으로, 전류가 흘러야 할 정상적인 도체(전선이나 기구) 등에서 전기가 새어나와 가까이에 있는 금속이나 기타 전기가 잘 통하는 물체에 비정상적으로 흐르는 것을 말하는 것이나, 본 발명의 명칭(지면 전류를 이용한 전력선의 데이터 전송 및 수집 방법)은 기존의 학문적인 영역에서 단순 추론한 명칭으로, 실제 누전으로 설명 할 수 있는 개념과는 상반된 해설로서, 일반인의 이해를 쉽게 하기 위해 누전이란 명칭을 사용했을 뿐, 실제 용어 정의에 있어서는 지중 통신, 지면 통신 혹은 접지 통신 등의 정의로서 새로운 학문 영역이 될 수 있으며, 인위적으로 대지에 접지 할 경우란 글자 그대로 누전 현상을 일으키는 것을 말하는 것이나, 본 발명은 통신을 하기 위해 지하 대지면을 또하나의 선으로 보는 것으로, 통신을 하기 위한 목적을 가진 지중 통신의 방법으로, 고전적인 개념으로 바라보는 누전이란 설명으로서는 정확한 해석이 될 수 없으며, 엄밀히 말한다면 지중 통신이란 용어가 적합하다 할 것이다.An electrical leak is a phenomenon in which electricity leaks and flows abnormally in a metal or other electrically conductive object that leaks electricity from a normal conductor (wire or a device) to which an electric current should flow, or of the present invention. The name (method of data transmission and collection of power lines using ground current) is a name simply inferred from the existing academic domain, and is a commentary contrary to the concept that can be explained by a real short circuit. In terms of actual term definition, it can be a new field of study as a definition of underground communication, ground communication, or ground communication, and artificially grounding the ground literally refers to a short circuit phenomenon. The invention is to look at the underground ground as another line to communicate, As a method of underground communication for the purpose of communication, a short circuit, which is viewed as a classical concept, cannot be interpreted correctly, and strictly speaking, the term underground communication is appropriate.
또한 기존의 전력 공급의 문제점 발생에 있어서의 문제점은 인위적으로 누전을 일으켰을 경우, 수용가구측의 누전 차단기가 동작되어 전력 공급이 멈추는 일을 생각 할 수 있으나 본 발명은 인위적으로 적산 전력계에서 전력 사용량의 데이터를 지면에 흘렸을 경우 전력 공급선의 주상 변압기 및 적산 전력계 사이에서만 전력선 전체를 한 방향으로 감은 코일(영상 변류기 ZCT)에서 전력 사용량의 데이터 신호가 감지되므로 누전 차단기의 차단 동작은 일어나지 않으며, 일반 아파트에서는 각 수용 가구에서 상수도 라인으로 누전(지면 전류)으로 데이터 신호를 흘려 보냈을 경우 상수도 라인의 저항(거의 0Ω)과, 인체 저항(수 KΩ)의 차이로 인하여, 데이터 신호 전류가 흐를 때 인체에 감지되는 되는 경우는 전혀 없으므로, 데이터 전송을 위한 누전 회로가 형성되므로서 전력 공급에서의 문제점 발생은 없으나, 데이터 전송을 위한 지면전류의 전송시간 및 누전량이 문제가 될 수 있다.In addition, the problem in the existing power supply problem occurs when the earth leakage circuit breaker is artificially operated, it can be considered that the power supply is stopped by the operation of the earth leakage breaker on the receiving furniture side, but the present invention artificially When data is flowed to the ground, the circuit breaker of the ground fault breaker does not occur because a data signal of power consumption is detected in the coil (video current transformer ZCT) wound around the entire power line in one direction only between the mains transformer and the integrated power meter of the power supply line. When the data signal flows through the water supply line to the water supply line (ground current) from each receiving household, it is detected by the human body when the data signal current flows due to the difference between the resistance of the water supply line (almost 0Ω) and the human body resistance (several KΩ). As there is no case, an earth leakage circuit for data transmission Since standing property, but is a problem caused in the power supply may be a ground transmission time and the amount of leakage current of the problem for the transmission of data.
따라서, 발명의 구성에서 설명될 전력 사용량의 데이터 전송에 있어서 주기적으로 전력 사용량의 데이터를 지면 전류로 흐르게 하는데, 하루에 한 번씩 데이터를 송신 할 경우, 단상 2선식의 현 수용가구에서 많이 쓰고 있는 누전 전류의 양은 현 수용 가구의 누전 차단기{예: 모델명; SSE-3022 (상도 전기 주식 회사), 15mA 정격 차단} 동작 전류 즉, 15mA 이하의 전류로서 단상 2선식 220Volt에서 전력 사용량 데이터를 15mA로 흐르게 하고, 수용가구에서의 데이터정보는 수용가구의 고유번호 및 전력 사용량의 계수 숫자인데 이러한 데이터는 8bit의 데이터로 100byte 미만의 용량을 갖게 되며, 현재 일반적으로 환산 할 수 있는 전화선의 전송 속도를 56kbps로 가정하여 계산 할 경우, 전송 시간은 일초 미만 이라는 계산이 산출되나, 에러검출 및 교류의 전위가 제로가 되는 점은 신호를 전송 할 수 없는 점을 고려하여 10초간의 전송 시간이 소요된다 가정하면 한 달간 수용가의 전력 사용량의 데이터를 지면전류로 송신하는데 소요되는 전력 소모는 전송회수= 30(일), 1회 전송시간= 10(초), 단위시간=1시간=3,600(초), 전압=220(Volt), 전류= 15(mA), 역률= 1로 계산하면, 수학식 1 과 같이 0.3와트(Watt) 미만의 전력 소모로 전력 사용량 데이터를 매일 한 달간 전력 사용량을 전송 할 수 있다.Therefore, in the data transmission of power consumption to be described in the configuration of the invention, the power usage data periodically flows to the ground current, and when data is transmitted once a day, a short circuit frequently used in current accommodating furniture of single-phase two-wire type The amount of current is the current-carrying circuit breaker of the current receiving household (eg model name; SSE-3022 (Ssangdo Electric Co., Ltd.), 15mA Rated Cutoff} The operating current, that is, the current of 15mA or less, causes the power usage data to flow to 15mA in a single-phase two-wire 220Volt. It is a coefficient number of power usage, and this data is 8 bits of data, which has a capacity of less than 100 bytes, and the calculation time is calculated that the transmission time is less than one second when it is assumed that the transmission rate of the convertible telephone line is 56kbps. However, the error detection and the potential of AC are zero, which takes 10 seconds of transmission time in consideration of the fact that the signal cannot be transmitted. Power consumption is 30 times per day, transmission time = 10 seconds, unit time = 1 hour = 3,600 seconds, voltage = 220 Volt, current = 15 mA, power factor = 1 Calculation Side, it is possible to transfer a 0.3 watts (Watt) power consumption data to the power consumption of less than one months power consumption daily as shown in Equation 1.
이와 같은 데이터 전송을 위한 지면전류(누설전류)의 전력 소모량은, 현 수용 가구에 설치되어 있는 기계식의 적산 전력계(KSC 1208 제 1786호, GF-18형)의 경우 상시 전력 소모가 2 와트(Watt)이고, 옴니 시스템의 디지탈 전산 전력계 {형식 승인번호 제 99-6가-(1)-128호}는 상시 전력 소모량이 1.5와트(Watt)임을 감안하여 계산하면 한 달간 기계식 적산 전력계의 경우 약 1.44Kwatt, 디지털 적산 전력계의 경우 약 1.224Kwatt의 전력 소모량을 가지는데 디지털 적산 전력계로서 본 발명의 지면 전류를 이용하여 전력선으로 전력 사용량의 데이터를 전송 할 경우 기존 기계식 적산 전력계와 디지털 적산 전력계와의 전력 사용량의 차이는 수학식 2와 같이 표현되는데 수용 가구당 매달 약 0.22Kwatt의 전력 이득을 가져와 본 발명이 전 수용 가구에 적용되었을 경우 국가적인 에너지 절감을 가져 올 수 있다.The power consumption of ground current (leakage current) for data transmission is 2 watts (Watt) in the case of mechanical integrated power meter (KSC 1208 No. 1786, GF-18 type) installed in the current accommodating furniture. The digital computer power meter of the omni system {Type Approval No. 99-6A- (1) -128} is approximately 1.44 for a mechanical integrated power meter for a month, given that the constant power consumption is 1.5 watts. Kwatt, a digital integrated power meter has a power consumption of about 1.224 Kwatt, but when using the ground current of the present invention to transmit the power consumption data to the power line by using the ground current of the present invention, the power consumption of the existing mechanical integrated power meter and the digital integrated power meter. The difference of is expressed as Equation 2, which brings about 0.22Kwatt of power gain per month per accommodation household, so that the national energy is applied when the present invention is applied to all accommodation households. You can bring savings.
도 1 은 공동 지선의 접지 상태도.1 is a ground diagram of a common branch line.
도 2 는 접지 전류와 대지 전위 상승도.2 is a ground current and earth potential rise.
도 3 은 신호 송신과 대지에서의 전위도.3 is a potential diagram at signal transmission and ground.
도 4 는 실제의 배전 선로 모델 선로도.4 is an actual distribution line model line diagram.
도 5 는 본 발명의 수용 가구 디지털 적산 전력계로부터 데이터의 지면 전류 전송과 전력선 전체를 한 방향으로 감은 감지 코일의 감지 계통도.5 is a sensing schematic diagram of a sensing coil wound around the entire power line and the ground current transmission of data from the receiving household digital integrated power meter of the present invention.
도 6 은 변전소, 주상 변압기에시 수용 가구까지의 송전도.도 7 은 본 발명의 디지털 적산 전력계의 데이터 전송 시스템을 보인 블록도.도 8 은 본 발명의 데이터 수신 시스템을 보인 블록도.도 9 는 본 발명의 데이터 송신 과정을 보인 플로우챠트.도 10 은 본 발명의 데이터 수신 과정을 보인 플로우챠트.도 11 은 본 발명의 데이터 절대 송신 주기 시간 설정에 의한 송신과정을 보인 플로우챠트.도 12 는 본 발명의 데이터 초기 송신 지연 시간 설정 및 절대 송신 주기 시간 설정에 의한 송신 과정을 보인 플로우챠트.도 13 은 본 발명의 실시 예를 보인 도면.Fig. 6 is a transmission diagram of a substation, a column transformer, and a housing accommodating city. Fig. 7 is a block diagram showing a data transmission system of a digital integrated power meter of the present invention. Fig. 8 is a block diagram showing a data reception system of the present invention. 10 is a flowchart showing a data transmission process of the present invention. FIG. 10 is a flowchart showing a data reception process of the present invention. FIG. 11 is a flowchart showing a transmission process by setting an absolute data transmission cycle time of the present invention. 13 is a flowchart showing a transmission process by setting data initial transmission delay time and setting absolute transmission cycle time of the present invention. FIG. 13 is a view showing an embodiment of the present invention.
현 수용가구의 단상 2선식 200Volt, 60Hz에서 송신할 데이터의 디지털 신호인 하이(high) 로우(low) 신호 즉, 0과 1의 신호를 도 5에서의 (1)과 같이 두 개의 서로 다른 고주파 주파수로 변환 한후(예: 0은 400kHz로 1은 800kHz로), 설계된 회로(도 7)로 인위적인 방법에 의하여 서로 다른 주파수의 전류를 전력선으로 부터 대지에 지면 전류로 흐르게 하여, 단상 2선식의 전력 공급선 전체를 한 방향으로 감은 감지 코일에서, 도 5의 (2)와 같이 (두 전력선 전체를 한 방향으로 감은 코일, 완벽한 자력 감쇄를 얻기 위해 영상 변류기의 원리를 이용해 새롭게 설계 할 수 있다.) 코일에 감지되는 원래의 서로 다른 각각의 주파수를 감지하고, 다시 주파수 변별 회로를 거쳐 송신된 데이터의 원래 신호인 하이(high) 로우(low)신호를 검출하도록 구성하여 원래의 신호를 재현 할 수 있어 데이터의 수신이 가능하다.The single low-frequency two-wire 200Volt, 60Hz of the current accommodating furniture is a high signal of the data to be transmitted at 60Hz, that is, a signal of 0 and 1, two different high frequency frequencies as shown in (1) of FIG. After conversion to (e.g., 0 is 400kHz and 1 is 800kHz), the designed circuit (Fig. 7) causes currents of different frequencies to flow from the power line to ground current by artificial means, thus providing a single-phase two-wire power supply line. In the sensing coil wound all over in one direction, as shown in (2) of FIG. 5 (coil wound around both power lines in one direction, it can be newly designed by using the principle of the image current transformer to obtain perfect magnetic attenuation). The original signal can be reproduced by detecting each of the original frequencies detected and detecting the high signal, which is the original signal of the data transmitted through the frequency discrimination circuit. The reception of data is possible.
송신할 데이터의 디지털 신호를 동일한 주파수일 경우 주파수 지속 시간을 다르게 하여 통신 할 수 있고, 변조 방식을 다르게 하여 이것을 검출하는 방식으로도 통신이 가능하다. 데이터 신호 전달시 전력선의 위상 변위에 따른 누전 전류의 변화가 생기게 되는데, 도 5의 (3)과 같이 전력선의 위상을 검출하여 전력선 통신에 필요한 누전 전류가 흐르도록 동기 신호로 조절한다. 송신 할 디지털 데이터의 주파수 변환은 현재 일반적으로 사용되고 있는 전력선 통신의 회로 구성을 인용해 이해를 쉽게 하기 위한 것이고, 고주파 신호를 콘덴서를 통해 전력선에 연결하는 기존의 전력선 통신 방법에 있어서는 보내고자 하는 데이터를 고주파로 변환하여야 하고, 도 5는 FSK 방식에 의한 기존의 전력선 통신 방식을 인용한 것일 뿐, 실제 지면 전류를 이용한 데이터의 신호 전달에 있어서는 데이터의 고주파 변조가 필요없고, 전송 하고자 하는 원래의 신호를 증폭하여 임피던스만 보정하면 되므로, 회로 자체가 단순해진다.실제 제작에 있어서 데이터 신호의 송신은 단 방향 통신에서 통상의 전자 지식을 가진 사람이 쉽게 구현 할 수 있는 방법의 회로로 가능하며(예: 라디오 방송 및 TV방송의 일반적인 회로도, GPS 송·수신 기기 회로도, NNSS 송·수신 기기 회로도, NAVTEX 송·수신기기 회로도), 지면 전류를 감지하는 수단은 위에서 언급한 영상 변류기(ZCT)다.If the digital signal of the data to be transmitted is the same frequency, it can communicate with a different frequency duration, it is also possible to communicate by a different modulation method to detect this. When the data signal is transmitted, the leakage current is changed according to the phase shift of the power line. As shown in (3) of FIG. 5, the phase of the power line is detected and the leakage current required for power line communication flows to the synchronization signal. The frequency conversion of digital data to be transmitted is used for easy understanding by quoting a circuit configuration of power line communication which is currently used. In the existing power line communication method of connecting a high frequency signal to a power line through a capacitor, the data to be sent is transmitted. 5 is only a reference to the existing power line communication method using the FSK method, and in order to transmit data using actual ground current, high frequency modulation of the data is not necessary, and the original signal to be transmitted is The circuit itself is simplified by simply amplifying and correcting the impedance. In actual production, the transmission of data signals is possible in a circuit that can be easily implemented by a person with ordinary electronic knowledge in unidirectional communication (e.g., radio General Circuit Diagram of Broadcasting and TV Broadcasting, GPS Transmitting and Receiving Device Circuit Diagram, NN SS transmitter and receiver circuit diagrams, NAVTEX transmitter and receiver circuit diagrams) and the means for sensing ground current are the above mentioned image current transformers (ZCT).
단점으로는 현 송전 계통상 양방향의 통신이 불가능 하나, 데이터 전송에 있어서 절대 송신 주기 시간 및 초기 송신 지연 시간의 차이를 두어 데이터의 수집이 가능하다.The disadvantage is that bidirectional communication is not possible on the current transmission system, but data can be collected with a difference between an absolute transmission cycle time and an initial transmission delay time in data transmission.
절대 송신 주기 시간이란 예를 들어, 한 개의 주상 변압기에서 100개의 수용가구가 동시에 한 전력선의 전력을 공급받고 있을 때 각 수용가구의 적산된 전력량의 데이터를 주상 변압기의 전원원공급선 전체를 한 방향으로 감은 코일에 전달하기 위해서는 각 수용가구의 데이터 송신 시각을 달리 해야만 하는데,Absolute transmission cycle time means, for example, that when 100 receiving households are receiving power from one power line at the same time in one column transformer, data of accumulated power of each receiving household is transferred to the entire power source supply line of the column transformer in one direction. In order to deliver the coils to the coils, the data transmission time of each household must be different.
1번부터 100번 까지의 수용가구중 1번 수용가구의 데이터 송신 시각 주기를 24시간으로 설정하고, 2번 수용가구의 데이터 송신 시각 주기를 24시간 10초, 3번 수용가의 송신 시각 주기를 24시간 20초, 4번 수용가를 24시간 30초 하는 식으로 정하는 방법으로 데이터를 송신하면 된다. 그러나 데이터 송신 시각의 절대 송신 주기 시간의 차이를 두는 이 방법으론 시간의 경과에 따라서 데이터 송신 시각이 동일하게 되는데, 1번 수용가구와 2번 수용가구는 (60×60×24÷10=8,640) 즉, 8,640일 후 동일한 데이터 송신 시각을 갖게 된다. 이를 플로우챠트로 설명하면 도 11과 같다Set the data transmission time period of 1st household among 24 households 1 to 100, and set the data transmission time period of 2nd household 24 hours 10 seconds, and the 3rd customer's transmission time period 24 The data can be transmitted in such a manner as to set the number of customers in a time of 20 seconds and 4 times in 24 hours 30 seconds. However, in this method, which sets the difference between the absolute transmission cycle times of the data transmission time, the data transmission time becomes the same as time passes, and 1 household and 2 households are (60 × 60 × 24 ÷ 10 = 8,640). That is, after 8,640 days, the same data transmission time is obtained. This will be described with reference to FIG. 11.
이를 해결하기 위해서는 전 수용가구의 데이터 송신을 위한 초기 송신 지연 시간만을 다르게 하고, 전 수용가구 데이터 송신의 절대 송신 주기 시간을 동일하게 설정해야 한다.To solve this problem, it is necessary to set only the initial transmission delay time for data transmission of all accommodation households and to set the absolute transmission cycle time of all accommodation household data transmissions equally.
초기 송신 지연 시간이란 예를 들어, 한 개의 주상 변압기에서 100개의 수용 가구가 동시에 한 전력선의 전력을 공급받고 있을 때 각 수용가구의 적산된 전력량의 데이터를 주상 변압기의 전력공급선 전체를 한 방향으로 감은 코일에 전달하기 위해서는 각 수용가구의 데이터 송신 시각을 달리 해야만 하는데,The initial transmission delay time is, for example, when 100 receiving households are receiving power from one power line at the same time in one pole transformer, the data of accumulated power of each receiving household is wound in one direction. In order to deliver to the coil, each receiving household must have a different data transmission time.
1번부터 100번 까지의 수용 가구중 1번 수용 가구 데이터의 초기 송신 지연 시간을 0초로 설정하고 2번 수용가구 데이터의 초기 송신 지연 시간을 10초, 3번 수용가구 데이터의 초기 송신 지연 시간을 20초, 4번 수용가구 초기 송신 지연 시각을 30초 하는 식으로 설정하고 전 수용가구의 데이터 송신 절대 주기를 24시간으로 동일하게 설정하면, 각 수용가의 데이터 송신 시각은 시간이 경과 하더라도 서로 다른 데이터 송신 시각이 설정된다. 수용가측의 전력 사용량 데이터의 송신시각을 상이하게 설정하는 수단은 프로그램이 내장된 마이크로 콘트롤러에서 신호처리를 하게 되는데, 이때의 과정을 플로우챠트로 설명하면 도 12와 같다. 따라서 프로그램(704의 ROM)이 내장된 마이크로 콘트롤러에서 초기 송신지연시간 설정을 하게 되는데, 인위적인 방법으로의 설정은 외부의 HAND-TERMINAL(709)로부터 INTERFACE(708)을 거쳐 MICRO-CONTROLLER(704)의 ROM에 저장된다. 이 경우 전 수용가구의 데이터 송신을 위한 회로의 초기 동작 신호가 필요 한데, 전 수용가구의 전원을 차단하는 방법과, 별도의 초기와 신호(Phasing signal)를 전력선으로 수용가구에 공급 할 수 있다. 초기화 신호라 함은 리셋트(Reset) 신호와 같은 동작을 하는 것으로서, 전력 공급선의 주파수를 변화시켜, 이를 감지하여 자동으로 초기동작 신호로도 활용 할 수 있다. 실제 수용가구의 상용 주파수는 대한민국의 경우 60Hz, 일본은 50Hz이다.그러나 공급되는 주파수는 약간의 편차가 있는데, 이 편차 범위를 벗어나 주파수를 조정 하고, 조정된 편차를 디지털 적산 전력계에서 감지한다면 데이터 초기 전송 요구 신호로 활용 할수 있다. 예를 들면 오차 범위가 ±0.1Hz내에 있다면 59.8Hz를 초기전송 요구 신호로 활용 할 수 있다.송신회로에서 60Hz와 59.8Hz의 구분은 비교되는 두 개의 주파수차이 즉, 0.2Hz의 편차를 검출 함으로서 데이터 송신의 초기 신호로 쓸 수 있으며, 회로는 이미 널리 알려진 범용의 회로도로서 통상의 전자지식을 가진 사람이 구현 할 수 있는 데이터 증폭회로, 임피던스 보정회로로 구성이 가능하며, 데이터 신호의 생성 및 인가 수단은 발명인의 실용신안 등록 제 0222323호 비씨디 코드 검출용 십진 계수기에서 전송하고자 하는 수용가의 적산전력계 데이터를 검출 증폭하여 지면전류로 흘러 전력선 전체를 한방향으로 감은 코일(영상 변류기 ZCT)에서 데이터 신호를 수신한후 프로그램이 내장된 마이크로 콘트롤러(803)에서 신호처리를 하게 되는데, 이때의 과정을 플로우챠트로 설명하면 디지털 적산 전력계의 송신부(도 9), 수신부(도 10)이다. 송신부(도 9), 수신부(도 10)의 구동에 필요한 전원은 전력선에 흐르는 전원을 공급받아 각 구성요소의 구동전원으로 공급된다.주파수 조정은 발전기의 회전자 속도를 조절하여 가능 한데, 일반적으로 극수 P인 회전자를 매초 N회전시킬 때 얻어지는 교류의 주파수는 F=PN/2라는 식이 성립된다. 2극 발전기를 사용 할 때는 매초 60회전의 속도로 회전자를 돌려야 하는데, 회전자의 속도 조정은 주파수 레귤레이터(frequency regulator)의 조작한다.현 대한민국 전력의 전송 체계상 일반 수용가구의 전력 품질을 220V, 60Hz±0.1을 목표로 하고 있다. 본 발명의 취지는 오차범위 이외의 주파수 즉, 59.8 Hz를 60Hz와 구분하여 초기 데이터 전송 신호로 쓰고자 하나, 방적공장 및 반도체 공장 설비에는 변환된 주파수가 영향을 줄 것이라 생각되나, 한달에 한 번 일초간 주파수 변환을 통하여 초기 데이터 전송요구 신호로 쓸 경우 큰 문제가 없을 것으로 생각되며, 문제되는 점은 전국 전력 전송 체계상, 각 발전소의 발전기가 하나의 발전기 처럼 네트워크망을 형성하여 묶여져 있고, 각각의 발전기에 주파수를 일정하게 유지 해주는 주파수 레귤레이터가 있는데 이를 통한 주파수 변경은 한국전력공사의 설계 검토가 필요하며, 가장 쉽게 적용 할 수 있는 곳은 도서지역의 자가 발전 시설이다.본 발명의 실시 예는 송신회로의 블록도(도 7)에서 발명인의 실용신안등록 0222323호 비씨디 코드 검출용 십진 계수기(710)을 통하여 코드변환 INTERFCE(708)를 거쳐 MICRO-CONTROLLER(704)의 RAM에 표시되는 적산전력계의 숫자 데이터가 저장되고, 주파수변별부(705)에서 변화된 주파수(59.8Hz)를 감지한후, 물론 주파수 변별부(705)와 마이크로 콘트롤러(MICRO-CONTROLLER,704)에서 별도의 인터페이스(INTERFACE)가 필요며, 마이크로 콘트롤러(MICRO-CONTROLLER,704)에서 프로그램(ROM에 내장)으로 전송요구 신호로 받아들이고 위상 검출부(703)에서 실제 사용할 데이터전송의 유효 전압치를 변별(교류에서는 전압의 위상이 변하므로)한후, 데이터 증폭부(706)에서 전송할 데이터를 증폭하고, 임피던스 보정의 INTERFACE(707)을 통하여 지면전류로 데이터를 흐르게 한다. 실제 적산 전력계의 제작에 있어서는 내부에 자체 클록 및 시계를 갖도록 설계되며, 적산 전력계 고유의 수용가 번호가 있어야 하는데 이때의 시각 및 고유의 수용가번호를 HAND-TERMINAL(709)을 통하여 INTERFACE(708)를 거쳐 마이크로 콘트롤러(MICRO-CONTROLLER-704)의 RAM에 저장된다.수신회로는 동작 프로그램의 플로우챠트(도 10), 도 8의 데이터 감지 코일(801, 131), 임피던스 변환 INTERFACE(802), 마이크로 콘트롤러에 내장된 프로그램(803의 ROM), 수신된 데이터의 저장 장소 (803의 RAM), 데이터 임피던스 보정 INTERFACE(804), 외부와 데이터를 주고받을 수 있는 HAND-TERMINAL-INTERFACE(805), 휴대용 데이터 수집기 (806,134), 혹은 주상 변압기에 설치된 데이터 보관함(132)에 보관하여 외부 무선 데이터 송출 장치(133)로 구성되어 수용가 전력 사용량 데이터의 네트워크 수집망을 구성 할 수 있고, 지면전류의 접지라인(135)으로 송신할 데이터를 지면 전류로 흘린다.Among the households 1 to 100, the initial transmission delay time of the first household data is set to 0 seconds, the initial transmission delay time of the second household data is 10 seconds, and the initial transmission delay time of the third household data. If the initial transmission delay time for 20 households and 4 households is set to 30 seconds, and the absolute period of data transmission for all households is set to be equal to 24 hours, the data transmission time for each consumer is different even if time passes. The transmission time is set. Means for differently setting the transmission time of the power consumption data of the consumer side is signal processing in the micro-controller in which the program is embedded. This process will be described with reference to FIG. Therefore, the initial transmission delay time is set by the microcontroller in which the program (704 ROM) is built. The artificial method is used to set the MICRO-CONTROLLER (704) via the external HAND-TERMINAL (709) to the INTERFACE (708). Stored in ROM. In this case, an initial operation signal of a circuit for data transmission of all accommodation furniture is required, and a method of shutting off power of all accommodation furniture, and a separate initial signal with a power line can be supplied to the accommodation furniture as a power line. The initialization signal is the same operation as the reset (Reset) signal, by changing the frequency of the power supply line, it can be detected and automatically utilized as the initial operation signal. Actual frequency of households is 60Hz in Korea and 50Hz in Japan.However, there is a slight deviation in the supplied frequency.If the frequency is adjusted out of the deviation range and the adjusted deviation is detected by the digital multimeter, It can be used as a transmission request signal. For example, if the error range is within ± 0.1Hz, 59.8Hz can be used as the initial transmission request signal.The division of 60Hz and 59.8Hz in the transmission circuit detects the difference of two frequency differences, that is, 0.2Hz, by detecting the deviation of 0.2Hz. It can be used as an initial signal for transmission, and the circuit is a general-purpose circuit diagram which is well known, and can be composed of a data amplifier circuit and an impedance correction circuit that can be implemented by a person with ordinary electronic knowledge. Registered utility model No. 0222323 of BCD code detection decimal counter detects and amplifies the integrated power meter data of the customer to be transmitted to the ground current and receives the data signal from the coil (image current transformer ZCT) winding the entire power line in one direction After that, the signal is processed by the microcontroller 803 having a built-in program. In this case, the digital integrated power meter is a transmitter (Fig. 9) and a receiver (Fig. 10). Power required for driving the transmitter (Fig. 9) and the receiver (Fig. 10) is supplied with the driving power of each component by receiving the power flowing through the power line. Frequency adjustment is possible by adjusting the rotor speed of the generator. The frequency of the alternating current obtained when the rotor having the pole P is rotated N every second is established by the formula F = PN / 2. When using a two-pole generator, the rotor must be rotated at a speed of 60 revolutions per second, and the speed adjustment of the rotor is controlled by a frequency regulator. We aim at 60Hz ± 0.1. The purpose of the present invention is to write a frequency other than the error range, that is, 59.8 Hz from 60 Hz as an initial data transmission signal, but it is thought that the converted frequency will affect the spinning and semiconductor plant equipment, but once a month If you use it as the initial data transmission request signal through the frequency conversion for one second, there is no big problem, and the problem is that in the national power transmission system, the generators of each power plant are tied together by forming a network like one generator. There is a frequency regulator to maintain a constant frequency in the generator of the frequency change through this is necessary to review the design of the Korea Electric Power Corporation, the most easily applicable is the self-generation facility in the island area. In the block diagram of the transmitting circuit (FIG. 7), the utility model registration 0222323 BCD code detection decimal counter of the inventor (7). 10) through the code conversion INTERFCE 708, the numerical data of the integrated power meter displayed in the RAM of the MICRO-CONTROLLER 704 is stored, and after detecting the changed frequency (59.8 Hz) by the frequency discriminator 705, Of course, a separate interface (INTERFACE) is required at the frequency discriminator 705 and the microcontroller (MICRO-CONTROLLER, 704), and it is accepted as a transmission request signal from the microcontroller (MICRO-CONTROLLER, 704) as a program (built in ROM). After the phase detection unit 703 discriminates the effective voltage value of the data transmission to be used in actuality (in an alternating state, the voltage phase is changed), the data amplification unit 706 amplifies the data to be transmitted, and grounds it through the impedance correction INTERFACE 707. Let the data flow through the current. In the manufacture of the actual integrated power meter, it is designed to have its own clock and clock inside, and the unique power number must be unique to the integrated power meter, and the time and the unique customer number are passed through the INTERFACE 708 through the HAND-TERMINAL 709. The receiving circuit is stored in the flowchart of the operation program (FIG. 10), the data sensing coils 801 and 131 of FIG. 8, the impedance conversion INTERFACE 802, and the microcontroller. Built-in program (ROM of 803), storage location of received data (RAM of 803), data impedance correction INTERFACE 804, HAND-TERMINAL-INTERFACE 805 for exchanging data with external device, portable data collector ( 806, 134, or stored in the data storage box 132 installed in the column transformer consists of an external wireless data transmission device 133 to configure a network collection network of customer power usage data. High and passes the data to be transmitted to the ground line 135 of the ground currents in the ground current.
본 발명의 지면전류를 이용한 전력선 통신 방법을 실무 현장에 적용 할 경우, 전력선과 접지공사만으로 안정된 데이터의 송신이 가능하기 때문에 전력선 자체를 통신선으로 활용하여 별도의 데이터를 송신 하기 위한 배선 공사가 필요 없고(접지 공사는 간단히 할 수 있으므로), 현 각 수용가구에 설치되어 있는 적산 전력계, 가스 계량기, 수도 계량기가 디지털 계기로 대체되었을 경우, 검침원 없이 중앙 통제실에서 일시에 누적된 검침 데이터를 수집 할 수 있어 인건비 절감과 아울러 전력, 가스, 수자원의 누전, 누수 등을 통계적 수치로 감지가 가능하다. 따라서 국가 에너지 자원과 수자원의 효율적인 관리가 가능하며, 본 발명이 각 수용가구에 실시되었을 경우 전력사용량의 데이터 전송을 위해 실제 지면전류를 흐르게하는 시간은 매일 혹은 매월 수 초에 불과 하므로, 데이터 전송이 없을 경우 수용가구는 릴레이로서 접지회로를 형성하면 표 3의 접지부분 설명과 같이 낙뢰시 가공지선을 미쳐 통과하지 못한 과전압을 이차적으로 지면에 다시 흘리는 효과가 있으므로, 이것은 각 수용가구의 가전기기를 낙뢰의 피해로부터 보호한다.When the power line communication method using the ground current of the present invention is applied to a practical site, since it is possible to transmit stable data only by the power line and the grounding work, there is no need for wiring work for transmitting separate data by utilizing the power line itself as a communication line. When the integrated electricity meter, gas meter, and water meter installed in each of the current households have been replaced by a digital meter, the accumulated meter reading data can be collected in a central control room without a meter reader. In addition to reducing labor costs, it is possible to detect leaks and leakages of power, gas and water resources with statistical values. Therefore, it is possible to efficiently manage the national energy and water resources, and when the present invention is implemented in each household, the actual ground current flows only a few seconds every day or every month for data transmission of power consumption. If there is no grounding circuit as relay, if there is no grounding circuit, as shown in the grounding part of table 3, there is an effect that the overvoltage which failed to pass through the processing ground line flows again to the ground. To protect from damage.
또한, 산업 현장에 많이 쓰이고 있는 아날로그 계기가 디지털 계기로 전환 될 경우, 전력선 만으로 중앙 통제실에서 각 계기의 검침과 계량이 가능하여 산업현장의 자동 제어 및 계측에 활용 할 수 있다.In addition, when analog instruments, which are widely used in industrial sites, are converted to digital instruments, they can be used for automatic control and measurement of industrial sites by enabling meter reading and metering at the central control room using only power lines.
본 발명을 응용하여 전원선에 정전압 직류회로를 구성하여 직류 전류로서 음성 신호를 누전 전류로 대지에 흐르게 하여, 감지코일에서 잡음이 완벽한 자력 감쇄를 이루고 매칭을 정확히 할 경우, 음성 통신도 가능하므로, 한 건물내 동일한 전력선으로 이루어진 회로 내에서 별도의 스피커 배선 없이 음성 신호를 전달 할 수 있다.Applying the present invention by constructing a constant voltage DC circuit in the power line to flow a voice signal as a direct current to the earth as a DC current, if the noise in the sense coil to achieve a perfect magnetic attenuation and matching, voice communication is also possible, It can transmit voice signal without separate speaker wiring in the circuit of same power line in a building.
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| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
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