KR100401593B1 - 실시간 전력케이블 허용전류 산정 및 예측 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광섬유 온도 센서로 측정된 전력케이블의 표면 온도 분포를 이용하여 전력케이블 내부의 온도를 실시간으로 산정함으로서 전력케이블의 허용전류 및 허용 시간 등을 실시간으로 산정하고 예측할 수 있도록 구성하여 전력케이블의 송전 용량을 증가시키며 전력케이블의 주변 환경 변화에 유연하게 대응하여 전력케이블 운용의 신뢰성을 향상시키는 실시간 전력케이블 허용전류 산정 및 예측 장치에 관한 것이다.

Description

실시간 전력케이블 허용전류 산정 및 예측 장치{Real-time rating and forecast system using optical fiber sensor}
본 발명은 전력케이블 표면에 형성되는 광섬유 온도 센서와 상기 광섬유 온도 센서로부터 반사된 라만 반사광의 온도 의존성에 의하여 전력케이블의 표면 온도 분포를 측정하는 분포 온도 측정 장치와 상기 표면 온도 분포에 의하여 전력케이블 내부의 온도를 실시간으로 산정함으로서 전력케이블의 허용전류 및 허용 시간 등을 실시간으로 산정하고 예측하는 처리 장치와 상기 산정 결과에 의거하여 전력케이블을 통제. 관리하는 전력 자동 통제 장치로 구성되어 전력케이블의 송전 용량을 증가시키며, 전력케이블의 주변 환경 변화에 유연하게 대응하여 전력케이블 운용의 신뢰성이 향상되는 실시간 전력케이블 허용전류 산정 및 예측 장치에 관한 것이다.
전력케이블은 주변의 화재나 온도 상승 등의 주변 환경 변화에 민감하게 반응하며 이러한 주변 환경에 따라 전력케이블의 허용전류가 크게 변화되므로 전력케이블의 송전용량 및 안정성에 큰 영향을 미친다.
종래에는 전력케이블 전체 선로에서 허용전류가 실시간으로 정확하게 측정되지 않고 전력 케이블의 몇 개 지점에 설치된 센서에 의한 측정만으로 단순하게 계산되거나 또는 실측없이 문헌상의 수치를 이용하여 이론적으로 계산된 전력케이블의 허용전류에 의거하여 전력케이블의 송전용량이 결정되고 관리. 통제가 이루어졌다. 따라서 전력케이블 주변의 환경 변화에 따라서 전력케이블 운용의 위험 요소가 많으며 이것은 전력케이블의 신뢰성 저하로 연결되고, 전력케이블이 실제 송전 가능한 용량보다 과도하게 낮은 송전용량으로 운용되어야 한다는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 전력케이블의 표면에 형성되는 광섬유 온도 센서와 상기 광섬유 온도 센서로부터 반사된 라만 반사광의 온도 의존성에 의하여 전력케이블의 표면 온도 분포를 측정하는 분포 온도 측정 장치와 상기와 같이 측정된 표면 온도 분포에 의거하여 전력케이블 내부의 온도를 실시간으로 산정함으로서 전력케이블의 허용전류를 실시간으로 산정하는 처리 장치와 상기 산정 결과에 의거하여 전력케이블을 통제하는 전력 자동 통제 장치로 구성되어 전력케이블의 허용전류를 실시간으로 산정하고 예측하여 전력케이블을 통제하므로 전력케이블의 송전 용량을 증가시키며, 전력케이블의 주변 환경 변화에 유연하게 대응하여 전력케이블 운용의 신뢰성이 향상되는 실시간 전력케이블 허용전류 산정 및 예측 장치를 제공하는데 있다.
도 1은 본 발명의 구성도
도 2는 허용전류 산정 및 예측 알고리즘의 블록도
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 전력케이블 2 : 광섬유 온도 센서
3 : 분포 온도 측정 장치 4 : 단말 처리 장치
5 : 메인 처리 장치 6 : 전력 자동 통제 장치
본 발명은 전력케이블(1)의 외부 표면에 형성되는 광섬유 온도 센서(2)와, 상기 광섬유 온도 센서(2)로 레이저 광을 입사하는 레이저 다이오드와 상기 광섬유 온도 센서(2)에서 반사되는 라만 산란광을 스토크 광 및 반 스토크 광으로 분리하는 광 필터와 상기 스토크 광 및 반 스토크 광의 신호를 전기적 신호로 각각 전환하는 복수개의 광 검출기와 상기 복수개의 전기적 신호의 차이를 전력케이블(1) 표면의 분포 온도 정보로 변환하는 연산부와 상기 레이저 다이오드 및 연산부를 제어하는 제어부로 이루어지는 분포 온도 측정 장치(3)와, 상기 분포 온도 측정 장치(3)에서 측정된 전력케이블(1) 표면의 분포 온도 정보에 의하여 전력케이블(1) 내부의 온도를 산정하는 전력케이블 내부 온도 산정 알고리즘 및 상기 전력케이블(1) 내부의 온도에 의하여 전력케이블(1)의 허용전류 데이터를 산정하는 전력케이블 허용전류 산정 알고리즘이 형성된 단말 처리 장치(4)와, 산정된 허용전류 데이터에 의거하여 전력케이블(1) 전체 선로의 허용전류 데이터를 산출하고 처리하도록 상기 단말 처리 장치(4)와 연결된 메인 처리 장치(5)와, 산정된 허용전류 데이터에 의거하여 전력케이블(1) 전체 선로를 통제 및 관리하도록 상기 단말 처리 장치(4)와 연결된 전력 자동 통제 장치(6)로 구성된다.
도면과 실시예를 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 개략적인 구성도이며, 도 2는 전력케이블의 허용전류 산정 및 예측 알고리즘의 블록도이다.
광섬유로 입사된 레이저 광의 반사광의 1종인 라만 산란광의 온도 의존성을 이용하여 온도를 측정하는 광섬유 온도 센서(2)가 전력케이블(1)의 외부 표면을 따라 길이 방향으로 설치된다. 상기 광섬유 온도 센서(2)는 분포 온도 측정 장치(3)의 레이저 다이오드로부터 입사된 레이저 광을 광섬유 내부에서 반사하며, 반사된 레이저 광의 성분중에서 라만 산란광을 상기 분포 온도 측정 장치(3)의 광 필터로 전송한다. 광섬유에서 반사된 라만 산란광을 스토크 광 및 반 스토크 광으로 분리하면 광섬유 주위의 온도에 따라서 분리된 스토크 광 및 반 스토크 광 사이의 주파수 스펙트럼과 시간차가 변화되는 온도 의존성을 지니고 있다. 전력케이블(1)에 형성된 광섬유 온도 센서(2)의 측정 가능한 거리는 1 ∼ 20 ㎞이며 측정 가능한 온도 범위는 -50 ∼ 150 ℃이다.
전력케이블(1)과 인접한 위치에 상기 광섬유 온도 센서(2)와 연결된 분포 온도 측정 장치(3)가 형성된다. 상기 분포 온도 측정 장치(3)는 상기 광섬유 온도 센서(2)로 온도 측정용 레이저 광을 입사하는 레이저 다이오드와, 상기 광섬유 온도 센서(2)의 광섬유에서 반사된 라만 산란광을 스토크 광 및 반 스토크 광으로 분리하여 광 검출기로 전송하는 광 필터와, 상기 광 필터에서 전송된 스토크 광 및 반 스토크 광의 신호를 전기적 신호로 각각 전환하는 복수개의 광 검출기와, 상기 광 복수개의 검출기에서 각각 전환된 복수개의 전기적 신호의 차이를 연산하여 전력케이블(1) 표면의 분포 온도 정보로 변환하는 연산부와, 상기 레이저 다이오드를 구동하고 연산부를 제어하는 제어부로 이루어진다.
분포 온도 측정 장치(3)는 광섬유 온도 센서(2)로 레이저 광을 입력하며, 상기 광섬유 온도 센서(2)에서 반사된 라만 산란광을 스토크 광 및 반 스토크 광으로 분리하여 각각 전기적 신호로 전환하고 상기한 복수개의 전기적 신호의 차이를 전력케이블(1) 표면의 분포 온도 정보로 변환하여 단말 처리 장치(4)로 전송하도록 형성된다. 분포 온도 측정 장치(3)에서 측정된 전력케이블(1) 표면의 분포 온도 정보의 오차 범위는 1 ∼ 20 ㎞인 전력케이블(1)의 측정 범위에서 ±1 ℃ 이내를 나타낸다.
분포 온도 측정 장치(3)와 연결된 단말 처리 장치(4)는 상기 분포 온도 측정 장치(3)로부터 전송된 전력케이블(1) 표면의 분포 온도 정보가 입력되는 입력부와, 상기 입력부를 통해 입력된 전력케이블(1) 표면의 분포 온도 정보에 의하여 전력케이블(1) 내부 온도의 공간적인 분포를 산정하는 전력케이블 내부 온도 산정 알고리즘 및 상기와 같이 산정된 전력케이블(1) 내부의 온도에 의하여 전력케이블(1)의 허용전류를 산정하고 허용시간 등을 예측하는 전력케이블 허용전류 산정 알고리즘이 형성된 처리부로 이루어진다. 도 2에서 도시한 바와 같은 전력케이블 허용전류 산정 알고리즘에 의하여 상기 처리부에서 산정되고 예측된 전력케이블의 허용전류 및 허용 시간 등의 관련 데이터들은 메인 처리 장치(5)와 전력 자동 통제 장치(6)로 전송되도록 형성된다.
전력케이블(1)의 전체 선로에 형성된 모든 단말 처리 장치(4)와 연결된 메인 처리 장치(5)는 상기 단말 처리 장치(4)들로부터 전송된 분포 온도 정보, 전력케이블의 내부 온도, 허용전류, 허용시간 등의 데이터에 의거하여 전력케이블(1) 전체 선로에서의 허용전류를 산정하고 허용시간을 예측하며, 산정된 허용전류 및 관련 데이터를 디스플레이 장치에서 디스플레이하고 전력 자동 통제 장치(6)로 전송하도록 형성된다.
전력 자동 통제 장치(6)는 상기 메인 처리 장치(5) 및 전력케이블(1)의 전체 선로에 형성된 모든 단말 처리 장치(4)와 연결되며 상기 단말 처리 장치(4)들로부터 입력된 전력케이블(1)의 표면 분포 온도 정보, 내부 온도, 허용전류, 허용시간 등의 데이터에 의거하여 허용전류 산정과 관련된 통계적 처리를 수행하고 전력케이블(1)의 전체 선로를 통제 및 관리하며 전력케이블(1)에서 위험이 발생할 경우 이를 전력케이블 관리자에게 자동적으로 통보하도록 형성된다.
실시간 전력케이블 허용전류 산정 및 예측 장치는 광섬유 온도 센서(2)에 의하여 전력케이블의 온도를 공간적 분포에 따라 실시간으로 측정하고 상기와 같이 측정된 전력케이블(1)의 온도에 의하여 전력케이블(1)의 허용전류를 실시간으로 정확하게 산정하고 허용시간을 예측하므로, 상기 실시간 전력케이블 허용전류 산정 및 예측 장치가 형성된 전력케이블(1)은 이론상의 실제 송전 가능한 송전용량으로 전력을 송전할 수 있다. 또한 산정된 허용전류 및 관련 데이터에 의거하여 전력 자동 통제 장치(6)에서 전력케이블을 통제. 관리하므로 전력케이블 관리의 편이성이 향상된다.
화재나 스팀 파이프 누출 등의 이유로 전력케이블(1) 주변의 온도가 상승하여 전력케이블(1)에 악영향을 미칠 경우 실시간 측정을 통하여 전력케이블(1)의 허용전류를 낮게 설정할 수 있으므로 전력케이블(1) 운용의 신뢰성이 대폭 증가된다.
전력케이블(1) 계통에 사고가 발생하면 그 계통을 대신할 수 있는 케이블의 온도를 실시간으로 측정하고 산정된 전력케이블의 표면 분포 온도 정보, 내부 온도, 허용전류, 허용시간 등의 데이터를 이용하여 원하는 시간에 최대로 송전할 수 있는 허용전류치를 예측하고 전력 자동 통제 장치(6)를 통하여 전력케이블(1)을 통제함으로서 전력케이블(1)의 사고나 비상사태에 대하여 유연하게 대응할 수 있다. 또한 전력케이블(1) 계통에 위험이 발생할 경우 전력 자동 통제 장치(6)를 통하여 이를 전력케이블 관리자에게 통보하여 위험에 대응할 수 있다.
본 발명에 의한 전력케이블 허용전류 산정 장치는 전력케이블의 온도를 공간적 분포에 따라 실시간으로 측정하고 측정된 전력케이블의 온도에 의거하여 전력케이블의 최대 허용전류를 실시간으로 산정하며 비상운전 시간에 따른 전력케이블의 최대 허용전류를 실시간으로 예측하여 원하는 시간별로 허용전류를 산정하고 허용시간을 예측하여 전력케이블을 통제 관리하므로 전력케이블의 주변 환경 변화 및 사고에 대하여 유연하게 대응 가능하여 전력케이블 운용의 신뢰성과 편이성이 크게 향상되며, 전력케이블을 이론적인 송전용량에 가까운 송전용량으로 운용할 수 있으며, 전력케이블망의 비상사태 발생시 송전용량을 대폭 증가시킴으로서 비상사태에 대한 대응능력이 대폭 향상된다.

Claims (1)

  1. 전력케이블(1)의 외부 표면에 길이 방향으로 형성되는 광섬유 온도 센서(2)와, 상기 광섬유 온도 센서(2)로 레이저 광을 입사하는 레이저 다이오드와 상기 광섬유 온도 센서(2)에서 반사되는 라만 산란광을 스토크 광 및 반 스토크 광으로 분리하는 광 필터와 상기 스토크 광 및 반 스토크 광의 신호를 전기적 신호로 각각 전환하는 복수개의 광 검출기와 상기 스토크 광 및 반 스토크 광의 전기적 신호의 차이를 전력케이블(1) 표면의 분포 온도 정보로 변환하는 연산부와 상기 레이저 다이오드 및 연산부를 제어하는 제어부로 이루어지는 분포 온도 측정 장치(3)와, 상기 분포 온도 측정 장치(3)에서 산정된 전력케이블(1) 표면의 분포 온도 정보에 의하여 전력케이블(1) 내부의 온도를 산정하는 전력케이블 내부 온도 산정 알고리즘 및 상기 전력케이블(1) 내부의 온도에 의하여 전력케이블(1)의 허용전류 데이터를 산정하는 전력케이블 허용전류 산정 알고리즘이 형성된 단말 처리 장치(4)와, 산정된 허용전류 데이터에 의거하여 전력케이블(1) 전체 선로의 허용전류 데이터를 산출하고 처리하도록 상기 단말 처리 장치(4)와 연결된 메인 처리 장치(5)와, 산정된 허용전류 데이터에 의거하여 전력케이블(1) 전체 선로를 통제 및 관리하도록 상기 단말 처리 장치(4)와 연결된 전력 자동 통제 장치(6)로 구성되는 것을 특징으로 하는 실시간 전력케이블 허용전류 산정 및 예측 장치.
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