JP2009278608A - 地下電力区ケーブル接続箱表面温度の無線センサーを用いた監視システム - Google Patents

Abstract

【課題】接続箱に対する安定性を確保するために、巡視点検者が手動的な方式で監視するのでなく、事務室で接続箱に装着された無線ノードの表面温度測定データを無線ネットワークを通して常時監視することができる表面温度監視システムを提供する。
【解決手段】地下電力区ケーブル接続箱の表面温度を測定する表面温度測定ノードと、前記表面温度データを受けて、大気温度を測定する中継ノードと、前記中継ノードのデータをインターネットを通して伝達する収集ノードとを含んで無線センサーを用いた監視システムを構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、地中送電のために使用される地下電力区のケーブル接続箱に対する表面温度を無線センサーを用いて監視する装置に関する技術である。既存のケーブル接続箱に対する監視方法として、有線通信網を用いてケーブルの老化進行程度を把握する方式が主に使用されたが、この方式は、オンライン監視のための通信網構築及び維持補修費用面で問題があり、故障危険の高い一部の過負荷地域のみで制限的に運営されている。

したがって、本発明では、地下電力区内に位置した接続箱に対する表面温度監視を低廉な構築費用及び維持補修費用で運営できるように無線センサー技術を用いており、別途の外部電力を設置する必要なしに自体のバッテリーのみで２年以上温度を測定できるように低電力センサーノードを用いた接続箱温度監視装備を構成した。

監視装備が低電力で動作できるようにスリープ＆ウェイクアップ（ｓｌｅｅｐ＆ｗａｋｅ ｕｐ）方式で無線通信を行っており、直線型で構成された地下電力区の特性に合わせて、無線通信のために必要なルーティングテーブルを使用せずに、無線ノードが持つ固有のキー値の大小判断によってルーティング可否を決定する直線型ルーティング方式を使用した。

本発明は、地下電力区ケーブル接続箱外部の三つの主要地点における表面温度を測定し、過負荷によるケーブルの劣化程度を監視する装備に関するものである。地下電力区ケーブル接続箱は、二つのケーブルを現場で連結し、絶縁層及び遮蔽層を設置してなるもので、持続的な負荷変化によってケーブルの温度が変化すると、ケーブルの収縮及び膨張によって接続箱内の絶縁層に空隙が生じるようになる。空隙が多くなると、部分放電の発生可能性が高くなり、部分放電発生部位の温度が周囲の温度より高くなる。現在、有線通信網を用いて監視する装備が開発されたが、費用問題によって多く活用されておらず、一般的に、巡視点検者が赤外線熱画像カメラを用いて周期的に接続箱の表面温度を測定し、表面温度差が５℃以上に表れる場合に問題が発生したと判断し、追跡診断を行うようになる。しかしながら、熱画像カメラを用いた巡視方式は、多くの人力消耗及び手動的な点検による頻繁な点検漏れなどの問題点を有している。

本発明は、上述した問題を解決するためになされたもので、その目的は、接続箱に対する安定性を確保するために、巡視点検者が手動的な方式で監視するのでなく、事務室で接続箱に装着された無線ノードの表面温度測定データを無線ネットワークを通して常時監視することができる表面温度監視システムを提供することにある。

本発明では、有線通信網の費用問題を解決するために無線通信網を考慮した。無線通信網の構築費用を最小化するために、設置時に工事が必要でないように自体的にバッテリーを内蔵し、低電力で無線通信を提供可能な装備を提案した。既存の無線通信網の構築方式では、任意に配置された各通信装備が周囲の装備との周期的な通信を通して最終目的地までの情報伝達経路を把握し、最新の情報伝達経路などを維持して更新する作業を行う。しかしながら、地下電力区のように直線型で構成された施設では、直線型の通信網を構築すればよいので、動的ルーティング方式より通信装備を一直線に配列して直線型でルーティングする方式を使用することが容易である。

本発明では、地下電力区内に位置した接続箱に対する表面温度監視を低廉な構築費用及び維持補修費用で運営できるように無線センサー技術を用いており、別途の外部電力を設置する必要なしに自体のバッテリーのみで２年以上温度を測定できるように低電力センサーノードを用いた接続箱温度監視装備を構成した。監視装備が低電力で動作できるようにスリープ＆ウェイクアップ方式で無線通信を行っており、直線型で構成された地下電力区の特性に合わせて、無線通信のために必要なルーティングテーブルを使用せずに無線ノードが持つ固有のキー値の大小判断によってルーティング可否を決定する直線型ルーティング方式を使用した。

地下電力区は、外部との電波的な遮断によって電波干渉などが少なく、ほとんどの区間が直線型トンネルからなり、電波を妨害する障害物も少ないので、無線を適用するのに効果的な環境を提供する。無線ノードは、表面温度測定センサーを使用して接続箱の三つの部位における表面温度を１５分間隔で測定する。

制限されたバッテリーを用いる無線センサーノードの最も重要な設計要因の一つは電源の寿命であり、寿命を決定づける最も重要な要因は測定周期及び通信周期である。低電力のために、無線ノードは、既に約束された時間周期のみに無線通信モジュール及びセンサーモジュールに電源を供給してセンシング及び通信を行い、その他の時間には、制御部を除いた全てのモジュールの電源を遮断するスリープ＆ウェイクアップ方式を使用する。

本発明では、無線センサーノードを通して収集されたデータを地下電力区の入口に設置された有線インターネットで連結された収集ノードに伝達するために、中継ノードを考案した。中継ノードは、単純なデータ伝達のみならず、地下電力区内の大気温度測定も可能にし、火災発生による大気温度の変化を感知して火災警報器の役割も行えるように考案した。

本発明によると、外部の電源供給が必要でないので、設置に対する専門知識がなくても容易に設置が可能であり、携帯が容易であるので、一人によって数ｋｍに対する設置が可能である無線センサーを用いた監視システムを提供することができる。

特に、本発明に係る監視装置を活用する場合、有線通信インフラが備わっていない場所でも低廉な費用で容易に無線通信網を構築することができる。

また、地下電力区ケーブル接続箱の表面温度監視のための無線センサー装置を地下電力区内に設置して運営することで、事務室内でもウェブ画面などを通して過負荷による接続箱の温度変化を効果的に監視することができる。

本発明は、地下電力区ケーブル接続箱の表面温度を測定する表面温度測定ノードと、前記表面温度データを受けて大気温度を測定する中継ノードと、前記中継ノードのデータをインターネットを通して伝達する収集ノードとを含んで構成されることを特徴とする無線センサーを用いた監視システムを提供し、地下電力区内に位置した接続箱に対する表面温度監視を低廉な構築費用及び維持補修費用で運用可能であり、別途の外部電力に対する消耗なしにも長期間の間駆動可能な監視システムを提供できるようにする。

また、本発明は、前記表面温度測定ノードが、前記地下電力区ケーブル接続箱の表面温度を測定する少なくとも１以上のセンサーと、前記センサーで測定された温度データを処理し、制御によって伝達を管理する第１制御部と、前記第１制御部の条件を満足させてデータを無線で伝送する無線通信モジュールと、前記第１制御部によって前記センサー及び前記無線通信モジュールの電源を遮断可能な電源遮断器とを含んで構成されることを特徴とする無線センサーを用いた監視システムを提供し、効率的な監視システムを具現できるようにする。

また、本発明は、前記中継ノードが、大気温度を測定する大気温度センサーと、前記大気温度センサーで測定された温度データを処理する第２制御部と、前記第２制御部の制御によって測定されたデータを無線で伝送する無線通信モジュールと、前記第２制御部によって前記センサー及び前記無線通信モジュールの電源を遮断可能な電源遮断器とを含むことを特徴とする無線センサーを用いた監視システムを提供し、外部大気温度の効率的な監視の他にも、火災警報システムへの機能的活用を可能にする。

また、本発明は、前記収集ノードが、前記中継ノードから無線でデータを受けるための無線通信モジュールと、前記無線通信モジュールを通して受けたデータを処理する第３制御部と、前記第３制御部を通して処理されたデータをインターネットに伝送するイーサネット（登録商標）通信モジュールとを含むことを特徴とする無線センサーを用いた監視システムを提供し、有線通信インフラが備わっていない場所でも低廉な費用で容易に無線通信網を構築できるようにする。

また、本発明は、前記表面温度測定ノード及び前記中継ノードが１５分単位でスリープ＆ウェイクアップ方式で動作し、電源を節約する方式で駆動されることを特徴とする無線センサーを用いた監視システムを提供し、監視システムの低電力駆動を可能にして費用を節減できるようにする。

また、本発明は、前記無線センサーを用いた監視装置が、前記収集ノードのデータを受けるゲートウェイと、前記ゲートウェイから受けた測定データを加工して提供する計測サーバーとをさらに含んで構成されることを特徴とする無線センサーを用いた監視システムを提供し、収集ノードから伝送された情報をインターネットを通して使用者が確認可能な形態に加工できるようにする。

また、本発明は、前記表面温度測定ノードが、前記地下電力区ケーブル接続箱の両側端部及び中央部にそれぞれ付着された表面温度センサーによって表面温度を測定することを特徴とする無線センサーを用いた監視システムを提供し、効率的な表面温度の監視を具現可能にする。

また、本発明は、前記中継ノードが、無線通信のために必要なルーティングテーブルを使用せずに、無線ノードが持つ固有の番号の大小判断によってメッセージ伝送可否を決定する直線型ルーティング方法を使用することを特徴とする無線センサーを用いた監視システムを提供し、ルーティングテーブルを使用せずとも電力設備を運用可能な効率性を提供できるようにする。

また、本発明は、前記収集ノードが、時間同期化のための同期化メッセージを発送することを特徴とする無線センサーを用いた監視システムを提供し、各センサーが動作して表面温度に対するセンシングを効率的に具現できるようにする。

また、本発明は、前記無線センサーを用いた監視システムが、前記計測サーバーと連結されたウェブ監視画面をさらに含んで構成されることを特徴とする無線センサーを用いた監視システムを提供し、ウェブ監視画面を通して計測サーバーで危険状況が感知されると、管理者に迅速に危険状況を伝達するための警報を発生させ、前記危険状況に対して迅速に対応できるようにする。

また、本発明は、前記中継ノードが、大気の温度を感知し、設定温度より高い温度を感知する場合、外部の火災警報信号を発信する火災監視機能を行うことを特徴とする無線センサーを用いた監視システムを提供し、本発明に係る監視システムの汎用的な適用を可能にする。

以下、添付された図面に基づいて本発明の構成及び作用を具体的に説明する。

本発明では、地下電力区内のケーブル接続箱の表面温度を測定し、無線で情報を伝達する無線センサー装置を考案した。図１は、本発明の地下電力区ケーブル接続箱の表面温度監視のための無線センサー装置の実施例を示した図である。

図１を参照すると、無線センサーを用いた監視装置は、表面温度測定ノード１００、中継ノード２００及び収集ノード３００を含んで構成される。前記表面温度測定ノード１００は、３個の温度センサー１１０を使用してケーブル接続箱の表面温度を一定時間ごとに測定する。前記中継ノード２００は、大気温度を測定し、前記表面温度測定ノード１００から収集された表面温度データ及び測定された大気温度データを伝送する。前記中継ノード２００は、地下電力区のケーブルに沿って電波到達距離ごとに一つずつ設置され、無線通信のために必要な別途の動的なルーティングテーブルを構成せずに、無線ノードが持つ固有の番号値のみを比較して容易にルーティング可能な直線型ルーティング方式を使用する。前記収集ノード３００は、中継ノード２００の計測されたデータを無線で受けてインターネットを通して伝達する。さらに、無線センサーを用いた監視装置は、前記設置された収集ノード３００から計測情報を受けるゲートウェイ４００と、前記ゲートウェイ４００から伝送された計測情報を加工して管理者端末及びウェブ監視画面に提供する計測サーバー５００とを備えている。計測サーバー５００は、収集ノード３００から伝送された計測情報をインターネットを通して使用者が確認可能な形態に加工して提供する。

図２は、本発明の表面温度測定ノードの一実施例を示した構成図である。図２を参照すると、表面温度測定ノードは、センサー１１０、第１制御部１２０、電源部１３０、無線通信モジュール１４０及び電源遮断器１５０を含んで構成される。前記センサー１１０は、表面温度を測定するために使用されるもので、３個のセンサーを使用して接続箱の両端及び中央の表面温度を測定する。前記第１制御部１２０は、ＴＷＩ（Ｔｗｏ−Ｗｉｒｅ Ｓｅｒｉａｌ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）を用いてセンサーと連結される。センサー１１０で測定されたアナログ形態の温度データは、アナログ／デジタル変換部１２５を通してデジタルデータに変換される。そして、１２８Ｋ内部メモリを有する８ビットマイクロコントローラを用いてセンサー１１０で測定された温度データを処理する。前記電源部１３０は、別途の外部電源なしに乾電池を使用して前記第１制御部１２０に電源を供給する。

前記第１制御部１２０は、低電力のために、スリープ段階では、電源遮断器１５０の制御によって表面温度センサー１１０及び無線通信モジュール１４０に供給する電源を遮断し、ウェイクアップ段階では、電源遮断器１５０の制御によって電源を再び供給する。前記無線通信モジュール１４０は、前記第１制御部１２０から受けたデータをＩＥＥＥ８０２．１５．４無線プロトコルを用いて中継ノードに伝達する。

図３は、本発明の中継ノードの一実施例に係る構成を示した構成図である。図３を参照すると、中継ノードは、大気温度センサー２１０、第２制御部２２０、電源部２３０、無線通信モジュール２４０及び電源遮断器２５０を含んで構成される。

前記中継ノード２００は、大気温度センサー２１０を用いて大気温度を測定し、測定されたアナログデータを、制御部２２０で加工して分析するためにアナログ／デジタル変換部２２５でデジタルデータに変換する。前記中継ノード２００は、単純なデータ伝達のみならず、地下電力区内の大気温度を測定して火災発生による大気温度の変化を感知し、火災警報器の役割も行える。この場合、前記中継ノードと連係する警報信号発信装置をさらに付加することができる。すなわち、特定温度以上の大気温度を感知する場合、警報信号を発信し、これを外部のディスプレイ装置や警報信号発信装置などと連係し、警報音を発信できるように構成することができる。

図４は、本発明の収集ノードの一実施例に係る構成を示した構成図である。図４を参照すると、収集ノード３００は、無線通信モジュール３１０、第３制御部３２０、電源部３３０及びイーサネット（登録商標）通信モジュール３４０を含んで構成される。前記無線通信モジュール３１０は、中継ノードから無線でデータを送受信する。前記第３制御部３２０は、測定ノード及び中継ノードのスリープ＆ウェイクアップのための時間同期化のために、同期化パケットを発送する役割を行う。また、表面温度測定ノード１００及び中継ノード２００に一定時間ごとに同期信号を伝送し、各センサーが動作してセンシングを行うようにする。前記電源部３３０は、外部電源を連結して使用することができる。イーサネット（登録商標）通信モジュール３４０は、無線通信を通して収集されたデータを有線インターネットを用いて伝達する。

図５は、本発明の表面温度測定ノード、中継ノード及び収集ノードが低電力で動作できるように三つの段階で状態を変化しながら、スリープ＆ウェイクアップ方式で動作する方法を示す。スリープ＆ウェイクアップ方式は、収集ノードが一定の時間間隔で同期化パケットを伝送すると、このパケットを中継ノード及び測定ノードが受信し、同期を合わせて低電力モードで待機する方式である。低電力モードの場合には、ノードを駆動するための最小の電源のみを使用するように、電源遮断器を用いて制御部を除いた無線通信モジュール及びセンサーの電源を遮断する方式で電源を節約する。

図６は、中継ノードが別途の動的なルーティングテーブルを構成せずに、無線ノードに割り当てられた固有の番号値のみを比較して容易にルーティング可能な直線型ルーティング方式の番号値の比較による行動方式を示す。中継ノードは、地下電力区のケーブルに沿って電波到達距離ごとに一つずつ設置される。一つの中継ノードには、電波到達距離内の前方及び後方に置かれた二つの中継ノードのみが存在する。したがって、最終の収集ノードに近い中継ノードから増加したノード番号を与えて、各ノードが無線でメッセージを伝送するとき、発信ノード番号、受信ノード番号、伝送するデータを発信するようになると、周囲の中継ノードは、これを自身のノード番号と比較し、自身が継続的に中継するか、それとも無視するかを判断できるようになる。

例えば、中継ノードは、‘発信ノード番号＞自身のノード番号＞受信ノード番号'である場合、収集ノードへの中継を行い、‘発信ノード番号、受信ノード番号＞自身のノード番号'である場合、自身が中継する必要がないので無視する。このような直線型ネットワーク方式は、ルーティングテーブルを使用する必要がないので、直線型で運営される電力設備に効果的に適用される。

図７は、本発明の一実施例に係る監視装置のウェブ監視画面を示した図である。図７を参照すると、計測サーバーと連結されたウェブ監視画面を通して、収集されたデータの測定数値を表現して管理する。ウェブ監視画面を通して計測サーバーで危険状況が感知されると、管理者に危険状況を通報するための警報を発生させ、前記危険状況に対する迅速な対応が可能になる。

以上、本発明を具体的な実施例に基づいて説明してきたが、本発明の範疇から逸脱しない限度内では多様な変形が可能である。本発明の技術的思想は、本発明の実施例に限定されてはならなく、特許請求の範囲のみならず、これと均等なものによって定められるべきである。

本発明の地下電力区ケーブル接続箱の表面温度監視のための無線センサー装置の実施例を示した図である。 本発明の表面温度測定ノードの一実施例を示した構成図である。 本発明の中継ノードの一実施例に係る構成を示した構成図である。 本発明の収集ノードの一実施例に係る構成を示した構成図である。 本発明の表面温度測定ノード、中継ノード及び収集ノードがスリープ＆ウェイクアップ方式で動作する方法を示した状態変化図である。 中継ノードが固有番号のみを比較して容易にルーティング可能な直線型ルーティング方式の番号値の比較による行動方式を示した表である。 本発明の一実施例に係る監視装置のウェブ監視画面を示した図である。

符号の説明

１００ 表面温度測定ノード
２００ 中継ノード
３００ 収集ノード
４００ ゲートウェイ
５００ 計測サーバー

Claims (11)

1. 地下電力区ケーブル接続箱の表面温度を測定する表面温度測定ノードと；
   前記表面温度データを受けて、大気温度を測定する中継ノードと；
   前記中継ノードのデータをインターネットを通して伝達する収集ノードと；を含んで構成されることを特徴とする無線センサーを用いた監視システム。
2. 前記表面温度測定ノードは、
   前記地下電力区ケーブル接続箱の表面温度を測定する少なくとも１以上のセンサーと；
   前記センサーで測定された温度データを処理し、制御によって伝達を管理する第１制御部と；
   前記第１制御部の条件を満足させ、データを無線で伝送する無線通信モジュールと；
   前記第１制御部によって前記センサー及び前記無線通信モジュールの電源を遮断可能な電源遮断器と；を含んで構成されることを特徴とする請求項１に記載の無線センサーを用いた監視システム。
3. 前記中継ノードは、
   大気温度を測定する大気温度センサーと；
   前記大気温度センサーで測定された温度データを処理する第２制御部と；
   前記第２制御部の制御によって測定されたデータを無線で伝送する無線通信モジュールと；
   前記第２制御部によって前記センサー及び前記無線通信モジュールの電源を遮断可能な電源遮断器と；を含むことを特徴とする請求項１に記載の無線センサーを用いた監視システム。
4. 前記収集ノードは、
   前記中継ノードから無線でデータを受けるための無線通信モジュールと；
   前記無線通信モジュールを通して受けたデータを処理する第３制御部と；
   前記第３制御部を通して処理されたデータをインターネットに伝送するイーサネット（登録商標）通信モジュールと；を含むことを特徴とする請求項１に記載の無線センサーを用いた監視システム。
5. 前記表面温度測定ノード及び前記中継ノードが１５分単位でスリープ＆ウェイクアップ（ｓｌｅｅｐ＆ｗａｋｅ ｕｐ）方式で動作し、電源を節約する方式で駆動されることを特徴とする請求項１に記載の無線センサーを用いた監視システム。
6. 前記無線センサーを用いた監視装置は、
   前記収集ノードのデータを受けるゲートウェイと；
   前記ゲートウェイから受けた測定データを加工して提供する計測サーバーと；をさらに含んで構成されることを特徴とする請求項１に記載の無線センサーを用いた監視システム。
7. 前記表面温度測定ノードは、前記地下電力区ケーブル接続箱の両側端部及び中央部にそれぞれ付着された表面温度センサーによって表面温度を測定することを特徴とする請求項２に記載の無線センサーを用いた監視システム。
8. 前記中継ノードが無線通信のために必要なルーティングテーブルを使用せずに、無線ノードの持つ固有の番号の大小判断によってメッセージ伝送可否を決定する直線型ルーティング方法を使用することを特徴とする請求項３に記載の無線センサーを用いた監視システム。
9. 前記収集ノードは、時間同期化のための同期化メッセージを発送することを特徴とする請求項４に記載の無線センサーを用いた監視システム。
10. 前記無線センサーを用いた監視システムは、前記計測サーバーと連結されたウェブ監視画面をさらに含んで構成されることを特徴とする請求項６に記載の無線センサーを用いた監視システム。
11. 前記中継ノードは、大気の温度を感知し、設定温度より高い温度を感知する場合、外部の火災警報信号を発信する火災監視機能を行うことを特徴とする請求項１に記載の無線センサーを用いた監視システム。

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