KR100697859B1 - 전력선통신을 이용한 지중배전선로 실시간 원격진단 시스템 - Google Patents

전력선통신을 이용한 지중배전선로 실시간 원격진단 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 맨홀 분기점, 지상개폐기, 지상뱅크 및 수용가의 전력 인입선에 구비되는 전력선통신장치와, 전력선통신장치로부터 전송되는 지중배전선로의 상태정보를 전력선 통신(PLC)으로 수신하는 관리 서버로 구성되어, 상태정보를 기반으로 지중배전선로의 전류량, 누전량, 과전류량, 전력사용량, 도둑전류량, 또는 단선 상태를 실시간 원격진단할 수 있는 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 전력선통신장치는 전력 인입선에 접속되는 접속부와, 관리 서버와 전력선 통신을 수행하는 전력선통신모뎀부와, 접속부에 접속된 전력선의 전류량을 측정하는 검출부와, 전력선통신모뎀부 및 검출부를 제어하는 제어부, 그리고 전력선으로부터 공급되는 전압을 전력선통신모뎀부, 검출부 및 제어부에 필요한 전원으로 변환 공급하는 전원부로 구성된다.
전력선통신, 지중배전선로, 원격진단

Description

전력선통신을 이용한 지중배전선로 실시간 원격진단 시스템{REMOTE SYSTEM FOR REALTIME DIAGNOSING UNDERGROUND POWER DISTRIBUTION LINE USING POWERLINE COMMUNICATION}
도 1a는 한국전력에 의해 구축중인 지중배선선로 시스템을 나타내는 예시도,
도 1b는 도 1a에 도시된 지상개폐기를 나타내는 사진도,
도 1c는 도 1a에 도시된 지상뱅크를 나타내는 사진도,
도 2a는 본 발명에 따른 전력선통신장치를 나타내는 구성도,
도 2b는 도 2a에 도시된 전력선통신모뎀부를 나타내는 상세 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 지중배전선로 원격진단 시스템을 나타내는 구성도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
10 : 전력관리소 20 : 지역변전소
30 : 맨홀 40 : 지상개폐기
50 : 지상뱅크 100 : 전력선통신장치
110 : 접속부 120 : 전력선통신모뎀부
122 : 클록펄스모듈 124 : 신호변환모듈
126 : 신호처리모듈 128 : 커플러모듈
130 : 검출부 140 : 제어부
142 : 메모리 200 : 관리 서버
300 : 휴대정보단말기 400a : 이동통신사
400b : 위성
본 발명은 지중배전선로를 진단하기 위한 시스템에 관한 것으로, 특히 지중배전선로의 상태를 측정하고 측정 정보를 전력선통신(PLC)으로 원격지의 관리 서버에 전송함으로써, 지중배전선로를 실시간 진단할 수 있는 전력선통신을 이용한 지중배전선로 실시간 원격진단 시스템에 관한 것이다.
한국전력에서는 1973년을 기점으로 전력공급 능력의 확충, 자연재해로 인한 사고 방지 및 미관을 개선하고 고압선으로 인한 유해 전자파 영향을 최소화시키기 위해 지중배선 사업을 진행하고 있으며, 이러한 지중배전선로를 지도화(NDIS)하여 관리하고 있으나 가공배전선로와 지중배전선로의 시설현황 파악에 그칠 뿐 지중배전선로 사고에 대한 대응 방안은 미흡한 실정이다.
현재 지중배전선로에는 배전선 자체의 불량, 굴착 공사로 인한 단선, 과전류로 인한 손상, 접속 개소의 불량 등에 의해 감전 및 전기화재 사고가 빈번히 발생하고 있다.
참고적으로 2004년 한해 전기화재로 인한 인명피해는 사망 30명, 부상 313명 에 이르고 그 피해액은 약 450억원에 이르고 누전에 의한 사망 사고도 71명에 달한다(출처: 한국전기안전공사, 전기재해통계분석, 2004년). 또한, 2004년 한해 도둑전력(불법적으로 사용된 전력)으로 인한 손실량은 약 382,474[MW/h]로 추정 손해액은 290억원으로 집계되었다(출처: 한국전력, 2004년).
따라서 한국전력에서는 굴착 공사 시 지중배전선로 외상을 방지하기 위한 일환으로 일용원의 관할 구역 순시를 통해 굴착 현장이 있는지 감시하고 있으며, 지중배전선로에 이상이 발생하면 자동화 개폐기(지상개폐기)를 통해 전력공급을 차단하고 현장 출동하여 보수하는 방식으로 사고에 대처하고 있다.
그러나, 이러한 관리 방식은 사고에 대한 실시간 인지 및 이에 대한 신속한 대응이 불가능하며, 더욱이 앞서 언급한 도둑전력을 감지할 수 없다는 문제점도 있다.
본 발명은 전술한 문제점들을 해결하기 위해, 맨홀 분기점, 지상개폐기, 지상뱅크(지상 변압기) 및 수용가의 전력 인입선에 전력선통신장치를 구비하여 지중배전선로의 지락에 의한 누전, 단락에 의한 과전류, 전력사용량, 도둑전류 및 단선에 의한 전기안전 사고를 실시간으로 원격진단할 수 있는 시스템을 제공한다.
이와 같은 특징적인 목적을 달성하기 위한 본 발명의 원격진단 시스템은, 맨홀 분기점, 지상개폐기(40), 지상뱅크(50) 및 수용가의 전력 인입선에 구비되는 전 력선통신장치(100)와, 전력선통신장치(100)로부터 전송되는 지중배전선로의 전류량을 포함한 상태정보를 전력선 통신(PLC)으로 수신하는 관리 서버(200)로 구성되어, 상태정보를 기반으로 지중배전선로의 전류량, 누전량, 과전류량, 전력사용량, 도둑전류량 또는 단선 상태를 진단하는 시스템으로서, 전력선통신장치(100)는, 맨홀 분기점, 지상개폐기, 지상뱅크 또는 수용가의 전력 인입선에 접속되는 접속부(110); 관리 서버(200)와 전력선 통신을 수행하는 전력선통신모뎀부(120); 접속부에 접속된 전력선의 전류량을 측정하는 검출부(130); 전력선통신모뎀부 및 검출부를 제어하는 제어부(140); 및 전력선으로부터 공급되는 전압을 전력선통신모뎀부, 검출부 및 제어부에 필요한 전원으로 변환 공급하는 전원부(150); 를 포함한다.
본 발명에 따른 전력선통신모뎀부(120)는 클록펄스(122)에 따라 동작시기가 결정되는 신호변환모듈(124)과, 신호변환모듈(124)로부터 입출력되는 송수신 데이터를 처리하는 신호처리모듈(126)과, 전력선을 통해 신호처리모듈로 입출력되는 송수신 데이터 중 특정 데이터만을 추출하여 출력하는 커플러모듈(128)로 구성된다.
바람직하게 신호변환모듈(124)은 제어부(140)와 디지털화된 송수신 데이터를 주고받고 아날로그화된 송수신 데이터를 신호처리모듈(126)과 주고받으며, 신호처리모듈(126)은 신호변환모듈(124)로부터 입력된 데이터를 증폭하여 커플러모듈(128)로 출력하며, 커플러모듈(128)로부터 입력된 데이터를 신호변환모듈(126)로 출력한다.
또한, 접속부(110)는 CT(변류기) 또는 ZCT(영상변류기) 회로를 포함하여, 검출부(130)가 상기 CT 또는 ZCT 회로를 통해 접속부(110)에 접속된 전력선의 전류 량을 측정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일양상에 따른 제어부(140)는 메모리(142)를 더 포함하며, 검출부(130)로부터 수신한 전류량을 기반으로 상태정보를 생성하되, 상태정보는 메모리(142)에 저장된 프로그램을 통해 생성되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 본 발명의 전력선통신장치(100)는 상태정보와 함께 전력선통신장치를 식별할 수 있는 식별정보를 관리 서버(200)로 전송한다.
그리고, 본 발명의 시스템은, 휴대정보단말기(300)를 더 포함하여, 관리 서버(200)가 상태정보 또는 상태정보를 기반으로 한 가공정보를 이동통신사(400a)를 통해 상기 휴대정보단말기(300)로 전송할 수 있다.
여기에서, 이동통신사(400a)는 위성(400b)으로 대체될 수 있다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에 관련된 공지 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 구체적인 설명을 생략하였음에 유의해야 할 것이다.
우선, 도 1을 참조하여 현재 한국전력에 의해 구축중인 지중배선선로 시스템에 대한 일예를 살펴보면 다음과 같다. 도시된 바와 같이 지중배전선로 시스템은, 크게 전력관리처로부터 초고압의 전압이 지역변전소(20)로 공급되고, 지역변전소(20)에서는 공급받은 초고압을 고전압으로 강압시켜 맨홀(30)을 기점으로 분기(이하, '맨홀 분기점')되는 지중배전선로를 통해 지상개폐기(40)(도 1b 참조)로 공급한다. 이때 지상개폐기(40)는 강압된 고전압을 아파트 또는 상가 등의 고전압 수용가에 공급하고, 지상뱅크(50)(도 1c 참조)를 통해 고전압을 저전압으로 강압하여 가정과 같은 저전압 수용가에 공급하는 양태로 이루어지며, 상기 지역변전소(20)에는 지중배전선로 관리를 위한 한국전력 지점, 즉 전력관리소(10)가 연동된다.
전술한 바와 같은 각각의 맨홀 분기점, 지상개폐기(40), 지상뱅크(50) 및 수용가의 전력 인입선에는 본 발명에 따른 전력선통신장치(100)가 구비되어 실시간으로 전력선의 전류량을 측정하고, 측정된 전류량 정보를 전력관리소(10)에 마련된 관리 서버(도 3참조)로 전송함으로써, 관리 서버를 통해 상기 지중배전선로의 상태 변화를 실시간 진단할 수 있는 원격진단 시스템이 구축된다.
본 발명의 특징적인 양상에 따른 전력선통신장치(100)는 도 2a에 도시된 바와 같이 지상개폐기(40) 및 지상뱅크(50)의 전력 인입선(예를 들어, 도 1a 및 도 1b의 단자)과 연결되는 접속부(110)와, 상기 관리 서버와 전력선 통신(PLC, PowerLine Communication)을 수행하는 전력선통신모뎀부(120)와, 상기 전력선의 전류량을 측정하는 검출부(130)와, 전력선통신모뎀부(120) 및 검출부(130)를 제어하는 제어부(140), 그리고 접속부(110)를 통해 공급되는 전력선의 전압을 전력선통신 모뎀부(120), 검출부(130) 및 제어부(140)에 필요한 전원으로 변환 공급하는 전원부(150)로 구성된다.
전력선통신모뎀부(120)는 도 2b에 도시된 바와 같이, 클록펄스(122)에 따라 동작시기가 결정되는 신호변환모듈(124)과, 신호변환모듈(124)로 입출력되는 송수신 데이터를 처리하는 신호처리모듈(126)과, 전력선을 통해 신호처리모듈(126)로 입출력되는 송수신 데이터 중 특정 데이터만을 추출하여 출력하는 커플러모듈(128)로 구성된다.
보다 구체적으로 신호변환모듈(124)은 제어부(140)와 디지털화된 송수신 데이터를 주고받으며, 아날로그화된 송수신 데이터를 신호처리모듈(126)과 주고받고, 송수신 데이터를 아날로그 데이터로 변환하기 위한 DAC(Digital to Analog Converter) 기능과 송수신 데이터를 디지털 데이터로 변환하기 위한 ADC(Analog to Digital Converter) 기능을 수행한다.
신호처리모듈(126)은 신호변환모듈(124)로부터 입력된 데이터를 증폭하여 커플러모듈(128)로 출력하는 기능과, 커플러모듈(128)로부터 입력된 데이터를 신호변환모듈(124)로 출력하는 기능을 수행한다.
커플러모듈(128)은 전력선으로부터 입력된 송수신 데이터 중 특정 데이터만을 추출하기 위하여 코일 및 커패시터로 구성된다. 이때의 특정 데이터는 제어부(140)의 동작제어에 의해 결정되는 송신모드 또는 수신모드에 따라 달리 설명될 수 있다. 즉, 송신모드일 경우 신호변환모듈(124)에서 출력되는 특정 주파수대의 송신 데이터를 의미하며, 수신모드일 경우 전력선에 흐르는 변조된 신호 중 전력선통신 모뎀부(120)가 사용하는 특정 주파수대의 수신 데이터를 의미한다.
상술한 바와 같은 전력선통신모뎀부(120)의 주요 기능은 전력선의 전압을 필터링하고 특정 통신 주파수를 커플링(Coupling)하여 전력선을 통해 상기 관리 서버와 데이터를 송수신하는 것에 있는 바, 본 발명이 상기한 전력선통신모뎀부(120)의 구성 방식에 한정되는 것은 아니다.
또한, 검출부(130)는 접속부(110)에 연결된 전력선에 흐르는 전류를 측정하여 이 측정치를 제어부(140)에 제공한다. 여기서, 전류량 측정 방식은 상기 접속부(110)에 구비되는 통상의 CT(변류기) 또는 ZCT(영상변류기) 회로를 통해 구현될 수 있으므로 본 발명이 상기한 전류량 측정 방식의 종류에 한정되는 것은 아니다. 본 실시예에서 접속부(110)는 CT 또는 ZCT 회로 중 적어도 어느 하나 이상을 구비하는 것이 바람직하다.
그리고, 본 발명의 특징적인 양상에 따른 제어부(140)는 검출부(130)로부터 수신한 측정치를 기반으로 하는 전류량, 누전량, 과전류량, 전력사용량, 도둑전류량, 또는 단선 여부에 대한 상태정보와 아울러 전력선통신장치(100)의 식별정보를 전술한 전력선통신모뎀부(120)를 통해 관리 서버로 전송한다. 여기서, 식별정보는 관리 서버가 다수의 지상개폐기(40) 및 지상뱅크(50)에 구비되는 각각의 전력선통신장치(100)를 식별할 수 있도록 하기 위한 유일 식별자(Unique IDentifier)의 의미를 가진다.
본 발명의 일양상에 따른 제어부(140)는 상기 상태정보를 생성할 수 있도록 프로그래밍화된 프로그램을 저장하는 메모리(142)를 더 구비한다. 메모리(142)는 EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)으로 설정되는 것이 바람직하며, 이에 따라 상기 프로그램은 용이하게 갱신될 수 있다.
전술한 바와 전력선통신장치(100)는 지상개폐기(40) 및 지상뱅크(50)뿐만 아니라, 맨홀 분기점 및 수용가의 전력 인입선에 개별적으로 구비될 수 있다. 이런 경우 전력관리소의 관리 서버는 각각의 전력선통신장치(100)가 송신하는 상태정보를 취합하여 구획별로 지중배전선로 상태와 아울러 수용가의 전력 소모량, 누전량, 과전류량, 전력사용량, 도둑전류량 또는 단선 상태를 진단할 수 있게 된다.
한편, 전력관리소(10)에 구비되는 관리 서버는 지중배전선로의 상태를 지상개폐기 또는 지상뱅크별로 구획하여 지중배전선로를 관리하는 관리자(이하, '구획별 관리자')에게 통지함으로써, 지중배전선로에 대한 유지 보수를 신속히 처리하도록 할 수 있으며, 이를 구현하기 위해 도 3에 나타낸 바와 같은 시스템이 구성될 수 있다.
본 실시예에서 지상개폐기 또는 지상뱅크별로 구획되는 것으로 설정하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
구체적으로, 다수의 지중배전선로로 구성된 전력선통신망(N)에 연동된 다수의 전력선통신장치(100)로부터 상태정보를 관리 서버(200)가 수신하여 상기 상태정보 또는 이를 기반으로 가공한 정보(이하, '가공정보')를 관리자의 휴대정보단말기(300)로 송신한다. 이때 관리 서버(200)가 휴대정보단말기(300)로 상태정보 또는 가공정보를 송신하기 위해서는 도시된 바와 같이 통상의 이동통신사(400a)를 이용할 수 있으며, 혹은 관리 서버(200)와 연동된 위성(400b)을 이용할 수 있다.
여기에서 가공정보란, 앞서 수신한 상태정보 다시 말해 전류량, 누전량, 과전류량, 전력사용량, 도둑전류량 또는 단선 여부를 포함한 지중배전선로의 상태정보를 소정의 형식으로 가공하는 것을 의미한다. 예를 들어 "식별정보 + 전류량 + 이상유무"와 같은 텍스트 혹은 그래픽 기반의 메시지일 수 있다. 따라서, 이 메시지를 수신한 휴대정보단말기(300)의 구획별 관리자는 신속하게 해당 지상개폐기, 지상뱅크, 또는 수용가로 출동하여 점검 및 유지보수를 할 수 있게 된다.
본 실시예에서 관리자가 소지할 수 있는 상기 휴대정보단말기(300)의 형태는 PDA, 휴대폰, 휴대형 컴퓨터, 또는 전력관리소의 전용 단말기로 설정될 수 있는 바, 본 발명이 전술한 휴대정보단말기(300)의 형태에 국한되는 것은 아니다.
이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
상술한 본 발명에 따르면, 맨홀 분기점, 지상개폐기, 지상뱅크 및 수용가의 전력 인입선에 전력선통신장치(100)를 구비하여 지중배전선로의 누전, 과전류, 전 력사용량, 도둑전류 및 단선에 의한 전기안전 사고를 실시간으로 원격 진단할 수 있다.
또한, 구획별 관리자는 휴대정보단말기(300)를 통해 지중배전선로의 상태정보(또는 가공정보)를 수신함으로써, 해당 지중배전선로에 대해 신속한 점검 또는 유지보수를 행할 수 있다.

Claims (7)

  1. 맨홀 분기점, 지상개폐기(40), 지상뱅크(50) 및 수용가의 전력 인입선에 구비되는 전력선통신장치(100)와, 상기 전력선통신장치(100)로부터 전송되는 지중배전선로의 상태정보를 전력선 통신(PLC)으로 수신하는 관리 서버(200)로 구성되어, 상기 상태정보를 기반으로 지중배전선로의 전류량, 누전량, 과전류량, 전력사용량, 도둑전류량 또는 단선 상태를 진단하는 시스템으로서,
    상기 전력선통신장치(100)는, CT(변류기) 또는 ZCT(영상변류기) 회로를 구성하여, 상기 맨홀 분기점, 지상개폐기, 지상뱅크 또는 수용가의 전력 인입선에 접속되는 접속부(110); 상기 관리 서버(200)와 전력선 통신을 수행하는 전력선통신모뎀부(120); 상기 접속부에 접속된 전력선의 전류량을 측정하는 검출부(130); 상기 전력선통신모뎀부 및 검출부를 제어하는 제어부(140); 및 상기 전력선으로부터 공급되는 전압을 상기 전력선통신모뎀부, 검출부 및 제어부에 필요한 전원으로 변환 공급하는 전원부(150); 를 구성하되,
    상기 시스템은 휴대정보단말기(300)를 더 포함하여, 상기 관리 서버(200)가 상기 상태정보 또는 상태정보를 기반으로 한 가공정보를 이동통신사(400a) 또는 위성(400b)을 통해 상기 휴대정보단말기(300)로 전송하는 것을 특징으로 하는 전력선통신을 이용한 지중배전선로 실시간 원격진단 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전력선통신모뎀부(120)는,
    클록펄스(122)에 따라 동작시기가 결정되는 신호변환모듈(124)과, 상기 신호변환모듈(124)로부터 입출력되는 송수신 데이터를 처리하는 신호처리모듈(126)과, 상기 전력선을 통해 신호처리모듈로 입출력되는 송수신 데이터 중 특정 데이터만을 추출하여 출력하는 커플러모듈(128)을 포함하되,
    상기 신호변환모듈(124)은 제어부(140)와 디지털화된 송수신 데이터를 주고받고 아날로그화된 송수신 데이터를 상기 신호처리모듈(126)과 주고받으며, 상기 신호처리모듈(126)은 상기 신호변환모듈(124)로부터 입력된 데이터를 증폭하여 상기 커플러모듈(128)로 출력하며, 커플러모듈(128)로부터 입력된 데이터를 상기 신호변환모듈(126)로 출력하는 것을 특징으로 하는 전력선통신을 이용한 지중배전선로 실시간 원격진단 시스템.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부(140)는 메모리(142)를 더 포함하며, 상기 검출부(130)로부터 수신한 전류량을 기반으로 상태정보를 생성하되, 상기 상태정보는 상기 메모리(142) 에 저장된 프로그램을 통해 생성되는 것을 특징으로 하는 전력선통신을 이용한 지중배전선로 실시간 원격진단 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 전력선통신장치(100)는,
    상기 상태정보와 함께 전력선통신장치를 식별할 수 있는 식별정보를 관리 서버(200)로 전송하는 것을 특징으로 하는 전력선통신을 이용한 지중배전선로 실시간 원격진단 시스템.
  6. 삭제
  7. 삭제
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