KR100660157B1 - 폐-루프 방식에 의한 타공사 감시 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 폐-루프 방식에 의한 타공사 감시 시스템에 관한 것으로, 가스배관과 굴착장치 단말이 전기 전도체인 점을 감안하여 유선에 의한 폐-루프 형성 여부에 따라 타공사의 발생 여부를 판단함으로써 감시 시스템의 구성을 지극히 단순화시키면서도 타공사의 발생을 정확하게 감시할 수 있고, 이에 따라 시스템의 설치비용을 대폭적으로 감소시킬 수 있도록 함에 그 목적이 있다. 이를 위해 구성되는 본 발명의 폐-루프 방식에 의한 타공사 감시 시스템은 가스배관과 전기적으로 접촉된 채로 지상으로 인출된 전선이 수납되어 있는 테스트박스 및 테스트박스의 전선과 전기적으로 연결되는 연결단자(a) 및 굴착장치 단말과 전기적으로 연결되는 연결단자(b)를 포함하여 이루어지며, 연결단자(a) 및 연결단자(b)의 가스배관에 의한 도통 여부를 감지하여 타공사 발생 여부를 경보하는 제어박스를 포함하여 이루어진다.
타공사, 가스, 배관, 파이프, 유선, 폐-루프, 경보

Description

폐-루프 방식에 의한 타공사 감시 시스템{Third-party damage monitoring system by closed loop}
도 1 은 종래 기술에 따른 타공사 감시 시스템의 개략적인 블록 구성도.
도 2 는 도 1 에 도시한 시스템의 동작을 설명하기 위한 흐름도.
도 3 은 본 발명의 기술에 따른 의 폐-루프 방식에 의한 타공사 감시 시스템을 설명하기 위한 개략 단면도.
도 4 는 도 3 에서 제어박스의 일 실시 예에 따른 전기 구성도.
[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명]
10. 가스배관 20, 30. 가속도센서
40. 증폭기/대역여파기 50. 신호처리기
60. 모뎀 70. 데이터분석처리기
80. 모니터 90. 알람
100. 가스배관 110. 토양
120, 122, 124. 전선 130. 테스트박스
132. 권취릴 140. 제어박스
142. 영구자석 150. 굴착장치 몸체
152. 굴착장치 단말
본 발명은 가스배관에 대한 타공사 감시 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가스배관과 굴착장치 단말이 전기 전도체인 점을 감안하여 유선에 의한 폐-루프 형성 여부에 따라 타공사의 발생 여부를 판단하는 폐-루프 방식에 의한 타공사 감시 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 1950년대 이후 편리하고 경제적인 에너지원 수송방법으로 배관을 이용한 수송방법이 크게 각광받고 있으며, 현재 많은 에너지원이 원거리 수송이 용이한 배관을 통해 이루어지고 있다. 이러한 배관 중 천연가스 수송에 사용되는 매설배관은 그 매설범위가 광범위하고 인구 밀집지역에도 설치되는 특징으로 인해 파손으로 인한 가스누출이나 폭발과 같은 대형사고를 유발할 수 있다.
한편, 최근 자료의 분석에 따르면 천연가스 매설배관 손상은 배관 내부 압력변화나 부식을 원인으로 하는 것보다 배관 주변의 토목공사 중 굴착장비 등에 의한 직접적인 타격(이하, "타공사(Third-Party Damage)"라 한다)이 더 큰 위험요소로 작용하고 있는 것으로 분석되고 있는데, 타공사는 배관 파손의 주요 원인일 뿐만 아니라 특히 사고가 발생한 경우에 유발될 수 있는 경제적, 인적 피해규모가 막대하다는 점에서 그 방지대책의 마련이 필수적이라고 할 수 있다.
따라서, 이를 방지하기 위한 대책의 일환으로 본 출원인은 가스배관에 가해지는 충격을 유/무선데이터 통신망을 이용하여 실시간으로 모니터링하여 이를 감시 자가 인식할 수 있도록 표시하거나 위험신호를 발생함으로써 사고발생을 미연에 방지할 수 있는 가스배관 감시 시스템을 특허출원하여 특허번호 제402685호로 등록(발명의 명칭: 타공사에 의한 매설배관의 실시간 손상감지 모니터링 시스템 및 가스배관의 충격위치 산출방법)한 바 있다.
도 1 은 종래 기술에 따른 타공사 감시 시스템의 개략적인 블록 구성도이다.
도 1 에 도시된 바와 같이 가스배관(10)에 충격이 가해질 경우 충격파는 배관의 가스를 타고 양방향으로 전파하게 되는데, 이를 감안하여 종래 타공사 감시 시스템은 가스배관(10)의 양쪽 가장자리에 배관의 충격을 감지할 수 있도록 된 가속도센서A, B(20, 30)를 설치한 상태에서 가속도센서A, B(20, 30)에 의해 감지된 신호를 증폭 및 필터링하는 증폭기 및 대역여파기(40), 증폭기 및 대역여파기(40)를 거친 아날로그 신호를 대응되는 크기의 디지털 신호로 변환, 즉 A/D 변환하여 트리거(trigger)하는 신호처리기(50), 트리거된 신호를 실시간으로 무선 송/수신하는 무선 모뎀(60), 무선 모뎀(60)을 통해 전달받은 데이터를 실시간으로 분석하여 타공사의 발생 여부를 분석하는 데이터 분석처리기(70) 및 데이터 분석처리기(70)에서 처리된 분석결과를 디스플레이하는 모니터(80)와 타공사의 발생시 이를 경보하는 알람(90)을 포함하여 구성된다.
전술한 바와 같은 구성에서 데이터 분석처리기(70)는 양쪽 구간의 충격신호 데이터를 비교하여 타공사의 발생되었다고 판단되는 경우에는 알람(90)을 통해 관리자에게 경보함과 아울러 양쪽 구간의 충격신호 데이터가 도착한 시간차에 의거하여 충격위치를 연산한 후에 모니터(80) 등을 통해 관리자에 알려주게 된다.
도 2 는 도 1 에 도시한 시스템의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2 에 도시된 바와 같이 가스배관(10)의 일측 끝단에 고정적으로 설치된 312pC/g의 감도를 가진 가속도센서A(20)가 배관에 가해지는 충격을 감지하면 감지신호는 먼저, 증폭기(40)에서 10V/g로 증폭된 후에 다시 대역여파기(band pass filter, 40)를 통해 1Hz∼1kHz대역의 신호만이 추출되게 된다. 다음으로, 신호처리기(50)에서는 이렇게 필터링된 신호를 미리 정해진 기준신호와 비교하여 필터링된 신호가 기준신호보다 큰 경우에는 트리거신호를 출력하는데, 이때 트리거신호의 발생시간과 필터링된 신호의 파형을 무선 모뎀(60)을 통하여 데이터 분석처리기(70)에 보낸다.
마찬가지의 방법으로, 가스배관(10)의 반대쪽 끝단에 고정적으로 설치된 312pC/g의 감도를 가진 가속도센서B(30)가 가스배관(10)에 가해지는 충격을 감지하면 감지신호는 먼저, 증폭기(40)에서 10V/g로 증폭된 후에 다시 대역여파기(40)를 통해 1Hz∼1kHz대역의 신호만이 추출되게 된다. 다음으로, 신호처리기(50)에서는 이렇게 필터링된 신호를 미리 정해진 기준신호와 비교하여 필터링된 신호가 기준신호보다 큰 경우에는 트리거신호를 출력하는데, 이때 트리거신호의 발생시간과 필터링된 신호의 파형을 이더넷(ethernet)을 통해 데이터 분석처리기(70)로 보내게 된다.
한편, 전술한 바와 같이 트리거신호의 발생시간과 필터링된 신호의 파형이 이더넷(ethernet)을 통해 데이터 분석처리기(70)로 들어오면 데이터 분석처리기(70)에서는 이들 데이터를 비교 분석하여 타공사의 발생 여부를 최종적으로 판단하 고, 타공사가 발생된 것으로 최종적으로 판단된 경우에는 이를 관리자에게 경보함과 아울러 미리 정해진 알고리즘에 의해 타공사의 발생위치를 산출하여 모니터에 디스플레이하게 된다.
그러나, 전술한 바와 같은 종래 기술에 따른 타공사 감시 시스템에 따르면 가속도 센서에서 감지된 감지신호의 크기를 미리 정해진 기준치와 비교한 결과에 따라 타공사의 발생 여부를 판단하고, 나아가 각 가속도 센서의 감지신호를 유/무선 모뎀을 사용하여 전송하기 때문에 시스템의 구성이 매우 복잡하고 설치비용도 과다하게 소요된다는 문제점이 있었다.
또한, 전술한 바와 같은 종래의 타공사 감시 시스템은 단순히 가속도 센서에서 감지된 감지신호의 크기를 미리 정해진 기준치와 비교한 결과에 따라 타공사의 발생 여부를 판단하기 때문에 외부에서 발생된 노이즈에 의해 판단 결과에 대한 신뢰성이 현저하게 떨어진다는 문제점이 있었다.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 가스배관과 굴착장치 단말이 전기 전도체인 점을 감안하여 유선에 의한 폐-루프 형성 여부에 따라 타공사의 발생 여부를 판단함으로써 감시 시스템의 구성을 지극히 단순화시키면서도 타공사의 발생을 정확하게 감시할 수 있고, 이에 따라 시스템의 설치비용을 대폭적으로 감소시킬 수 있도록 한 폐-루프 방식에 의한 타공사 감시 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 폐-루프 방식에 의한 타공사 감시 시스템은 가스배관과 전기적으로 접촉된 채로 지상으로 인출된 전선이 수납되어 있는 테스트박스; 및 테스트박스의 전선과 전기적으로 연결되는 연결단자(a) 및 굴착장치 단말과 전기적으로 연결되는 연결단자(b)를 포함하여 이루어지며, 연결단자(a) 및 연결단자(b)의 도통 여부를 감지하여 타공사 발생 여부를 경보하는 제어박스를 포함한 구성으로 이루어진다.
전술한 바와 같은 본 발명의 구성에서 굴착장치는 회전절삭식 굴착장치이다.
한편, 전술한 구성에서 제어박스의 외부에는 영구자석이 설치되어 있고, 제어박스는 영구자석에 의해 굴착장치 본체에 고정될 수 있다. 또한, 제어박스의 외부에는 집게 수단이 설치되어 있고, 제어박스는 집게 수단에 의해 굴착장치 본체에 고정될 수도 있다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 폐-루프 방식에 의한 타공사 감시 시스템의 바람직한 실시 예에 대해 상세하게 설명하기로 한다.
도 3 은 본 발명의 기술에 따른 폐-루프 방식에 의한 타공사 감시 시스템을 설명하기 위한 개략 단면도이다.
도 3 에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 폐-루프 방식에 의한 타공사 감시 시스템은 통상적으로 강관과 이를 소정의 두께로 에워싸는 콘크리트 재킷으로 이루어지는 가스배관(100)에 기설치되어 있는 테스트박스(130)를 이용하여 구현된다. 이때, 테스트박스(130)는 가스배관(100)에 대해 각종 전기적인 테스트를 수행할 수 있도록 가스배관(100)의 금속면에 접촉하여 소정 간격, 예를 들어 500m 간격마다 토양(110)을 관통한 채로 지표면에 노출되도록 전선(120)을 인출하여 이루어질 수 있고, 내부에는 또한 충분한 길이의 전선이 권취릴(132)에 감겨진 채로 수납되어 있다.
한편, 도 3 에서 참조번호 150은 굴착장치 본체를 나타내고, 152는 굴착장치 단말을 나타내는데, 이러한 굴착장치의 예로는 가스배관(100)과의 전기적인 접촉이 단속없이 이루어질 수 있는 회전절삭 장비, 예를 들어 코어 드릴링이나 오거 등이 있을 수 있다. 이때, 회전절삭 장비 중에서 코어 드릴링의 재질은 다이아몬드-텅스텐의 복합재료로써 콘크리트 구조물속의 철심을 관통하는 용도로 사용된다. 물론, 본 발명은 직접 타격과 같은 충격요법에 의한 굴착장치에도 사용될 수 있을 것이다.
그리고, 참조번호 140은 제어박스를 나타내는데, 이러한 제어박스(140)는 알루미늄 방수구조로 이루어질 수 있고, 테스트박스(130)에 수납된 채로 외부로 인출된 전선(122)에 전기적으로 연결됨과 아울러 전선(124)에 의해 굴착장치 단말(152)에도 전기적으로 연결되게 된다. 그런데, 굴착장치 단말(152) 역시 강철과 같은 전기 전도체이기 때문에 굴착장치 단말(152)이 가스배관(100)의 금속면에 접촉하는 경우에는 가스배관(100)과 테스트박스로(130)부터 인출된 전선(122), 제어박스(140)에서 인출된 전선(124) 및 굴착장치 단말(152)이 전기적인 폐-루프를 형성하게 되고, 이러한 폐-루프가 형성되는 경우에 제어박스(140)는 작업자에게 시각 또는 청각적인 경보를 발하게 된다.
또한, 미설명 부호 142는 제어박스(140)를 굴착장치 본체(150)에 고정시키기 위한 영구자석을 나타내는데, 이러한 고정부재는 영구자석 이외에 전자석이나 집게 등으로 구현될 수도 있을 것이다.
도 4 는 도 3 에서 제어박스의 일 실시 예에 따른 전기 구성도이다.
도 4 에 도시된 바와 같이 제어박스(140)의 전기적인 구성은 제어박스(140) 내부의 각종 부품에 전원을 공급하는 배터리(BAT)의 일단, 예를 들어 (+)전극에는 테스트박스(130)에서 인출된 전선(122)에 연결되는 연결단자(a)가 마련되어 있고, 배터리(BAT)의 (-)전극에는 굴착장치 단말(152)에 연결되는 전선(124)에 연결되는 연결단자(b)가 마련되어 있어서 굴착장치 단말(152)이 가스배관(100)에 전기적으로 접촉하는 경우에는 배터리(BAT)와 연결단자(a), 연결단자(b) 및 가스배관(100)으로 이루어지는 전기적 폐-루프가 형성되게 된다.
한편, 배터리(BAT)의 (+)전극과 연결단자(a) 사이에는 직렬로 가변저항(VR)과 저항(R3, R4)이 구비되어 있는데, 가변저항(VR)은 후술하는 트랜지스터의 바이어스 전압을 적절히 조정할 수 있도록 하기 위해 주어진다. 배터리(BAT)의 (+)전극에는 또한 트랜지스터(TR), 예를 들어 PNP 트랜지스터의 에미터 단자가 연결되고, 트랜지스터(TR)의 콜렉터 단자는 직렬로 연결된 경보용 발광다이오드(D3 : 고휘도의 발광다이오드로 구현될 수 있다) 및 전류제한 저항(R1)을 경유하여 배터리(BAT)의 (-)전극에 연결되며, 트랜지스터(TR)의 베이스 단자는 가변저항(VR)과 저항(R4)의 접속점에 연결되어 있으며, 트랜지스터(TR)의 콜렉터 단자와 발광다이오드(D3)의 접속점 및 배터리(BAT)의 (-)전극 사이에는 부저(BZ)와 전류제한 저항(R2)이 직렬로 연결되어 있다.
나아가, 배터리(BAT)의 (-)전극에는 온(on), 오프(off) 및 테스트(test) 접점을 갖는 스위치(SW)가 직렬로 연결되어 있다. 도 4 에서 미설명 부호 D1과 D2는 각각 제어박스(140)의 스위치(SW)가 오프 상태 또는 테스트 상태로 절환되었음을 시각적으로 알려주기 위한 발광다이오드를 나타낸다.
이하에서는 본 발명의 폐-루프 방식에 의한 타공사 감시 시스템의 동작에 대해 상세하게 설명한다.
먼저, 공사업체에서 도로에 대한 굴착작업을 시행하기 위해서는 사전에 구청 및 가스배관 관리공사인 한국가스공사 등에 신고를 해야 하는데, 이러한 신고가 있는 경우에 해당 관청이나 가스배관 관리공사인 한국가스공사에서는 공사업체에 대해 굴착장소에서 가장 가까운 거리에 위치한 테스트박스를 대상으로 사전에 도 3 에 도시한 바와 같은 배선 작업을 행한 후에 굴착작업을 하도록 지시하게 된다.
전술한 바와 같이 굴착작업의 지시가 있게 되면 굴착작업자는 도 3 과 같은 배선 작업을 행한 후에 제어박스(140)의 스위치(SW)를 온 상태로 절환시킨 후에 굴착작업을 행하게 되는데, 굴착장치 단말(152)이 가스배관(100)의 금속면에 접촉하지 않는 동안에는 제어박스(140)의 연결단자(a)와 연결단자(b)가 단선 상태로 있게 되고, 이에 따라 트랜지스터(TR)의 베이스 단자에 전류가 흐리지 않게 되어 트랜지스터(TR)는 오프 상태로 있게 된다. 결과적으로, 경보용 발광다이오드(D3)와 부저(BZ)에 전류가 흐르지 않게 되어 경보를 울리지 않게 된다.
전술한 바와 같은 상태에서 굴착작업이 더 진행되어 굴착장치 단말(152)이 가스배관(100)의 금속면에 접촉하게 되면 제어박스(140)의 연결단자(a)와 연결단자 (b)가 도통되어 그 즉시 트랜지스터(TR)의 베이스 단자와 에미터 단자 사이에 바이어스 전압이 인가되고 이에 따라 트랜지스터(TR)가 온되게 된다. 결과적으로, 경보용 발광다이오드(D3)와 부저(BZ)에 전류가 흐르게 되어 경보가 울리게 된다. 이에 따라, 작업자는 이에 의해 타공사가 발생했음을 인지하고 즉시 작업을 멈출 수 있게 된다.
따라서, 전술한 바와 같은 본 발명에 따른 기술은 폐-루프 방식에 의한 타공사 감시를 통해 굴착작업을 하는 경우 타공사의 발생시 그 즉시 굴착작업을 멈출 수가 있어 가스배관의 파손을 방지할 수 있음은 물론, 가스배관(100)의 파손으로 인하여 발생할 수 있는 인명 및 재산상의 큰 피해를 미연에 방지할 수가 있게 된다.
본 발명의 폐-루프 방식에 의한 타공사 감시 시스템은 전술한 실시 예에 국한되지 않고 본 발명의 기술사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수가 있을 것이다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 폐-루프 방식에 의한 타공사 감시 시스템에 따르면 가스배관과 굴착장치 단말이 전기 전도체인 점을 감안하여 유선에 의한 폐-루프 형성 여부에 따라 타공사의 발생 여부를 판단함으로써 감시 시스템의 구성을 지극히 단순화시키면서도 타공사의 발생을 정확하게 감시할 수 있고, 이에 따라 시스템의 설치비용을 대폭적으로 감소시킬 수가 있다.

Claims (4)

  1. 가스배관과 전기적으로 접촉된 채로 지상으로 인출된 전선이 수납되어 있는 테스트박스; 및
    상기 테스트박스의 전선과 전기적으로 연결되는 연결단자(a) 및 굴착장치 단말과 전기적으로 연결되는 연결단자(b)를 포함하여 이루어지며, 상기 연결단자(a) 및 연결단자(b)의 상기 가스배관에 의한 도통 여부를 감지하여 타공사 발생 여부를 경보하는 제어박스를 포함하여 이루어진 폐-루프 방식에 의한 타공사 감시 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 굴착장치는 회전절삭식 굴착장치인 것을 특징으로 하는 폐-루프 방식에 의한 타공사 감시 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 제어박스의 외부에는 영구자석이 설치되어 있고, 상기 제어박스는 상기 영구자석에 의해 굴착장치 본체에 고정되는 것을 특징으로 하는 폐-루프 방식에 의한 타공사 감시 시스템.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 제어박스의 외부에는 집게 수단이 설치되어 있고, 상기 제어박스는 상기 집게 수단에 의해 굴착장치 본체에 고정되는 것을 특징으로 하는 폐-루프 방식에 의한 타공사 감시 시스템.
KR1020050129956A 2005-12-26 2005-12-26 폐-루프 방식에 의한 타공사 감시 시스템 KR100660157B1 (ko)

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