KR100778089B1 - 도심지 다중 변압기 설치 장소에서의 지중 저압 회선 탐사 시스템 및 방법 - Google Patents

도심지 다중 변압기 설치 장소에서의 지중 저압 회선 탐사 시스템 및 방법 Download PDF

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KR100778089B1 KR1020070029685A KR20070029685A KR100778089B1 KR 100778089 B1 KR100778089 B1 KR 100778089B1 KR 1020070029685 A KR1020070029685 A KR 1020070029685A KR 20070029685 A KR20070029685 A KR 20070029685A KR 100778089 B1 KR100778089 B1 KR 100778089B1
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Abstract

본 발명은 지중에 설치되어 육안으로 확인이 불가한 지중 저압 회선의 공급 변압기, 회선명, 설치경로 및 상(相)을 파악하고 이를 효율적으로 관리하여 사용되지 않는 전력선에 의한 누전현상을 사전에 차단할 수 있는 방법 및 장치에 관한 것으로, 그 구성은 고객과 전력 회사간 접점을 제공하는 지중 저압 회선 구성에 있어서 다수의 지상 변압기에 설치하여 각 저압단자(A상, B상, C상, N상) 및 접지선(E)에 연결되어 변압기 고유번호(TR ID) 및 상 번호(PH ID)를 전송하는 탐사 주장치;탐사 영역의 미지의 지중 저압 회선 말단의 부하측 연결 지점에서 전원에 연결되어 변압기로부터 전송되는 정보를 수신하여 이를 표시하고, 전원을 공급하고 있는 지중 저압 회선을 파악하기 위하여 탐사 주장치로 지중 저압 회선 확인 신호를 송출하는 탐사 단말장치;상기 탐사 단말 장치에서 송신하는 신호를 검출하여 지중 저압 회선의 중간 경로에서 저압 회선의 절연을 제거하지 않고 정상 운전 상태에서 전원측 변압기, 부하측 고객 및 상을 파악하고 지중 저압 회선의 경로를 검출할 수 있는 경로 탐사장치;를 포함하고 구성된다.
지중 저압 회선, 회선 탐사, 변압기 정보, 상 정보, 누전 탐사, NDIS, BPL

Description

도심지 다중 변압기 설치 장소에서의 지중 저압 회선 탐사 시스템 및 방법{System and method for acquiring underground LV networks configured with plural transformers in the urban area}
도 1은 현장 조사 이전의 설비 관리 시스템에 입력된 내용을 나타낸 구성도
도 2는 현장 실사 결과에 따른 내용을 나타낸 구성도
도 3은 현장 실사 결과에 따라 설비 관리 시스템에 최종적으로 입력되는 내용을 나타낸 구성도
도 4는 종래 기술의 지중 저압 회선의 탐사 원리를 나타낸 구성도
도 5는 종래 기술의 지중 저압 회선의 탐사 과정에서의 문제 발생 상태를 나타낸 구성도
도 6은 본 발명에 따른 도심지 다중 변압기 설치 장소에서의 지중 저압 회선정보 및 이의 누전 개소 탐사 시스템의 구성도
도 7은 본 발명에 따른 도심지 다중 변압기 설치 장소에서의 지중 저압 회선정보 및 이의 누전 개소 탐사 시스템을 이용한 탐사 과정을 나타낸 구성도
도 8은 2개의 인접한 변압기에 탐사 주장치를 연결한 구성을 나타낸 사진
도 9a내지 도 9c는 탐사 주장치에서 각각의 저압 회선에 전송하는 신호의 펄스 파형을 나타낸 구성도
도 10a내지 도 10c는 본 발명에 따른 지중 저압 회선정보 및 이의 누전 개소 탐사 시스템의 전송 데이터 구조를 나타낸 테이블
도 11은 탐사 단말 장치에서 탐사 주장치로 전송하는 신호의 펄스 파형을 나타낸 구성도
도 12는 경로 탐사 장치를 이용하여 탐사 단말 장치에서 송출한 신호를 탐사하여 경로를 파악하는 형태를 나타낸 구성도
도 13내지 도 16은 본 발명에 따른 지중 저압 회선 정보 및 이의 누전 개소 탐사 시스템을 이용한 탐사 과정에서의 측정 그래프
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
61. 지상 변압기 62. 탐사 주장치
63. 탐사 단말 장치 64. 저압선 변압기 및 상정보 전송 및 측정점
65. 지중 저압 전력 케이블 66. 저압 3상 동력 고객
67. 저압 단상 고객 68. 저압 회선명 측정점
69. 경로 탐사 장치
본 발명은 도심지에 다수의 변압기가 밀집된 곳에서 지중 저압 회선 정보 및 이의 불량(누전, 용량부족, 과부하 운전)을 파악하기 위한 것으로, 구체적으로 지중에서 다중 분기되고 이의 관리정보가 부족한 상황에서도 효율적으로 지중 저압 회선 구성 정보를 파악할 수 있게 하여 지중 저압 회선의 적절한 운전을 가능하도록한 도심지 다중 변압기 설치 장소에서의 지중 저압 회선 탐사 시스템 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 전력은 수력, 화력 원자력 발전소 등으로부터 발전되어 부하밀집 도시 주변의 변전소까지 통상적으로 154kV, 345kV 혹은 765kV의 초 고전압으로 송전되고, 도심지 내에 전력을 공급하기 위해 일반적으로 배전전압인 22.9kV로 강압하여 최종 사용자 측에 이르는 바로 전단계인 변압기에 공급한다. 이 배전용 변압기는 최종 전압인 110V, 220V 또는 380V의 전압으로 변환시켜 저압선을 통해 사용자의 건물로 공급되게 된다.
이 배전용 변압기는 보통 전주에 설치되는 가공(架空) 주상(柱上)변압기와 도심 지중케이블 지역에서 설치되는 지상(地上)변압기가 있다.
이 중에서 가공 주상변압기는 비교적 용량이 작고(시외 지역), 신설 또는 증설작업이 용이한 반면, 혼잡한 대도시의 도심에서 고압의 배전선로를 전주에 설치하여 공급하기에는 매우 위험하므로 통상적으로 지하에 전력구 등을 설치하고, 배전용 전력선을 지중에 매설하고 일정 간격으로 지상변압기를 설치하여 전력을 공급한다. 지상변압기는 굴착, 점유공간 등의 제한으로 상대적으로 용량이 큰 변압기를 한 곳에 설치하고 전력을 공급하고 있다.
저압 전력선은 가공 주상 변압기 또는 지상 변압기로부터 변환된 저 전압(110/220/380V)을 가공 또는 지중 경로를 통해 최종 사용자 건물에 인입되어 사 용자에게 도달한다.
이와 같이, 가공에 설치된 저압선은 육안으로 확인 가능하나, 지중에 매설된 저압선은 육안으로 확인이 불가하고 지중에서 다수의 분기회로가 존재하기 때문에 이를 확인할 수 있는 장비가 필요하다.
이하에서 첨부된 도면을 참고하여 종래 기술의 지중 저압회선 탐사 및 정보 취득에 관하여 설명한다.
도 1은 설비관리 시스템에 입력된 내용을 나타낸 것으로, 도면의 중앙 하단에 설치된 변압기는 도 1의 (가)부분을 전력공급하고 있는 것으로 나타났다.
그러나 현장 조사한 결과 실제로는 도 2의 (나)부분을 공급하는 것으로 조사되었다.
이 경우에는 변압기에서 변압기를 중심으로 도 1에서와 같이 오른쪽으로 지중 저압 회선이 나간 것이 아니고, 도 2에서의 왼쪽 방향으로 지중 저압 회선이 나간 것으로 최종 수정하여야 한다.
최종적으로 수정 입력된 화면은 도 3과 같다.
이와 같은 현상이 발생하는 것은 지중 저압 회선을 도심지역에 초기 시설시에 전력회사는 변압기로부터 최단 거리에 3상간 부하 평형이 이뤄지도록 지중 저압 회선을 지중에 포설하였으나, 시간이 지남에 따라 저압 고객의 잦은 변동(신설, 폐지)으로 공급 변압기 추가 시설 및 교체와 건물 신축 등에 따라 지중 저압 회선 구성이 바뀌고 이를 운전 상태에서 일일이 파악하는 것은 기술적으로 어렵기 때문이다.
도 4는 종래 기술의 지중 저압 회선 탐사 방법을 나타낸 것으로, 지중 저압 회선의 경로를 추적하기 위해 매설물 탐지기를 사용한다. 전력회사와 같이 24시간 전력을 공급하는 회로에서는 정전작업을 할 수 없으므로 송신기의 1단은 전력선(지중 저압 회선) 중 전압이 걸리지 않는 중성선에, 반대쪽의 1단자는 대지 접지에 접속하고 최소 800Hz이상으로 변조된 전압 신호를 전송한다.
즉, 도 4의 왼쪽에 위치한 송신기에서 1개의 전력선과 접지선 사이에 고주파 신호를 송신하면 이 고주파 전압 신호는 전력선의 반대편 접지된 점을 통해 대지 귀환을 하게 된다. 이에 따라 전력을 따라 전송 주파수와 강한 자계가 발생하게 되며 이를 지표면에서 검출하여 지중 저압 회선 경로를 탐사하는 방법이다.
도 4와 도 5에서 설명된 것과 같이, 전력회사의 지중 케이블을 탐사키 위해서는, 정전이 불가한 경우, 매설물 탐지 신호를 전압이 걸리지 않는 중성선과 대지 간 신호를 주입하고 있으나, 이는 우리나라와 같이 다중 중성선 접지 방식을 사용하는 경우에는 적용하기 힘든 기술이다.
왜냐하면 변압기(전원)에서 중성선과 대지 접지 사이에 신호를 주입하면 중성선은 모든 지중 저압 회선이 같이 공용(Common)하고 있으므로 이 신호가 전체 지중 저압 회선에서 수신된다. 이 수신된 신호를 사용하여 지중 저압 회선 경로를 추적한다면 상당히 많은 오류가 발생할 수밖에 없다.
또한, 전력선은 통신선과 달리 전압 절연만을 감안하여 제조된 케이블로서, 전력선에 상대적으로 높은 주파수를 주입하면 인근 지중 저압 회선과 금속체(수도관, 가스관, 통신선)에 정전 결합되어 누화되어 이 신호를 지상에서 검출하여 지중 저압선으로 오인하여 인식할 수 있다.
매설물 탐지기는 부하가 집중되지 않은 곳에서 전원측보다는 부하측에서 탐지신호를 선로와 대지간 전송하고 이를 추적하는 것은 가능할 수 있으나 대도시에서 사용시 정확성을 보장하기에는 어려움이 있다.
이에 따라 대도시의 도심지 특히 다수의 변압기가 밀집되어 중성선을 공용하고 있는 곳에서 매설물 탐지기를 사용하여 지표면에서 이의 위치를 탐사할 때 오차가 발생할 수 있고, 전력선이 집중된 맨홀, 전력구, 입상 개소 등에서는 상호 유도에 의해 정확히 찾고자 하는 회선 및 상을 파악하기가 어렵다.
이러한 결과로 정확히 지중 저압 회선의 회선별 경로 및 이의 공급 구역(부하내역)을 파악할 수 없어 관리시스템 내의 잘못된 설치 및 운영 정보가 입력되어 부하관리, 상간 불평형, 잘못된 고객안내 등의 부작용을 유발하고 있다.
종래 기술의 선행 특허를 살펴보면, 대한민국 공개 특허공보 특2003-0070883호(지중케이블 선로 탐지장치) 및 한국전력 지중케이블 계통 탐지기 구매 시방서는 모두 중간 접속이 없는 배전용 지중 고압케이블에만 적용 가능한 기술이다.
지중 저압선은 다수의 부하가 한 회선에 다중 접속되고 시즈(Sheath)선이 없기 때문에 이 기술을 적용하기에는 실용성이 떨어진다.
그리고 전력선 상 검출을 위한 대한민국 공개특허공보 특1990-0003637호(특고압 지중 배전선로용 상 판별기)는 배전용 지중 고압케이블 엘보우에만 있는 검전단자 전압을 측정하는 방법이며, 대한민국 공개특허공보 특2002-0036390호(지중 배전선로의 사활 및 상 검출 방법)는 특정 주파수의 신호를 변류기를 통해 전력선에 주입하고 이를 반대편에서 측정하여 상을 측정하는 방법으로 이를 다중 접속된 지중 저압 회선에서 구현하기는 어려운 기술로 판단된다.
그리고 대한민국 공개특허공보 10-2006-0027009호(상정보 검출방법 및 이를 이용한 상 정보 검출 방법과 시스템)은 미지의 고,저압선 상 위상 시간정보를 전원측(변전소)에서 측정된 상 정보와 통신을 통해 비교 판정하는 기술이다.
이는 회선별 상을 측정하기도 하지만 주대상은 각 지상 변압기가 공급하고 있는 부하구역과 이를 공급하는 각 저압 회선별 경로 및 이에 연결된 부하 내역이 중요하다고 보며 동시에 상을 별도의 통신요금을 들이지 않고 측정할 수 없는 문제가 있다.
그리고 대한민국 등록특허 10-0463450(가로등 전선로 누전위치 탐사를 위한 중첩 맥류신호 발생장치와 감지신호 출력장치)는 정전된 전력선에서만 구현 가능한 기술이고, 대한민국 등록특허 10-0676225(활선 저압배전선로의 누전여부 탐지 방법 및 보수방법) 및 대한민국 공개특허 10-2006-0110850(활선 상태에서의 누전 탐사장치 및 이의 누전탐사방법)은 활선 상태에서 누전여부 및 누전구간(개소)을 파악하는 방법으로, 저압선 누전개소를 파악하기 위해서는 이의 경로를 우선 파악하여야 하나, 이에 대한 내용이 개시되지 않고 있다.
또한, 공개 특허 10-2006-0110850에서 활선 상태에서 누전구간 파악을 위한 검출 신호는 사용자의 가전기기를 보호키 위해 일정 전압 이하(50V)로 한정하기 때문에 저(低) 임피던스 절연불량 개소의 검출에서 적용이 가능하지만, 누전 탐사 당시에는 누전이 나타나지 않고 절연을 유지하고 있다가 우천 또는 결로 등의 습기에 의해 절연저항이 급격히 저하되는 고(高)임피던스 절연불량 개소에 대해서는 검출 및 탐사가 불가하다는 단점이 있다.
본 발명은 이와 같은 종래 기술의 지중 저압 회선 탐사 방법의 문제를 해결하기 위한 것으로, 도심지에 다수의 변압기가 밀집된 곳에서 지중 저압회선 정보 및 이의 불량(누전, 용량부족, 과부하 운전)을 파악할 수 있도록한 도심지 다중 변압기 설치 장소에서의 지중 저압 회선 탐사 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 지중에서 다중 분기되고 이의 관리정보가 부족한 상황에서도 효율적으로 지중 저압 회선 구성 정보를 파악할 수 있게 하여 저압선의 적절한 운전을 가능하도록한 도심지 다중 변압기 설치 장소에서의 지중 저압 회선 탐사 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 지중 저압 회선의 구성을 파악하지 않고 이의 불량(누전)여부와 불량개소를 파악하는데 한계가 있는 문제를 해결하기 위한 것으로, 지중 저압 회선의 정확한 구성을 우선 파악하고 이를 설비관리 시스템에 입력 수정하여 이를 효율적으로 운영하고 동시에 저압 회선의 불량 발생 여부와 불량발생 개소를 파악하는 방법과 장비를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 현재는 전력공급 목적으로만 사용되는 지중 및 가공 저압 회선이 추후 부가가치를 창조하는 다른 다양한 용도로 사용될 것에 대비하여 이에 대한 정확한 운전 정보를 사전 파악하고 이를 대비하여 미래에 효용가치를 높이기 위한 것으로, 지중 저압 회선 구성 내역의 정확한 파악, 운전상태(노이즈 및 부하 특성),불량(누전)내역을 사전 파악할 수 있도록 이에 대한 방법 및 장비를 제공하는데 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 도심지 다중 변압기 설치 장소에서의 지중 저압 회선 탐사 시스템은 고객과 전력 회사간 접점을 제공하는 지중 저압 회선 구성에 있어서 다수의 지상 변압기에 설치하여 각 저압단자(A상, B상, C상, N상) 및 접지선(E)에 연결되어 변압기 고유번호(TR ID) 및 상 번호(PH ID)를 전송하는 탐사 주장치;탐사 영역의 미지의 지중 저압 회선 말단의 부하측 연결 지점에서 전원에 연결되어 변압기로부터 전송되는 정보를 수신하여 이를 표시하고, 전원을 공급하고 있는 지중 저압 회선을 파악하기 위하여 탐사 주장치로 지중 저압 회선 확인 신호를 송출하는 탐사 단말장치;상기 탐사 단말 장치에서 송신하는 신호를 검출하여 지중 저압 회선의 중간 경로에서 저압 회선의 절연을 제거하지 않고 정상 운전 상태에서 전원측 변압기, 부하측 고객 및 상을 파악하고 지중 저압 회선의 경로를 검출할 수 있는 경로 탐사장치;를 포함하고 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 도심지 다중 변압기 설치 장소에서의 지중 저압 회선 탐사 방법은 다수의 지상 변압기에 해당 변압기 및 상 구분 신호를 송신하는 탐사 주장치를 A,B,C,N상의 지중 저압 회선의 저압 회선 연결 지점에 연결하는 단계;탐사 단말 장치를 부하측 연결 지점의 전원에 연결하여 탐사 주장치로부터 변압기 및 상 정보를 수신하는 단계;탐사 단말 장치에서 지중 저압 회선 파악을 위한 신호를 전송하면 이를 탐사 주장치에서 수신 분석하여 지중 저압 회선 번호를 파악하는 단계;탐사 주장치에서 지중 저압 회선 번호의 파악이 완료되면 탐사 단말 장치로 공급변압기, 상 정보, 회선번호 정보 및 전류 값을 송신하고 탐사 단말 장치에서 이를 최종 확인하는 단계;지중 저압 회선의 중간경로에서 다른 지중 저압 회선과 같이 섞여 있는 해당 지중 저압 회선과 이의 경로를 탐사 단말장치에서 전송하는 직류성 전류 신호를 검출하고 이의 크기 및 극성을 측정하여 파악하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 도심지 다중 변압기 설치 장소에서의 지중 저압 회선탐사 시스템 및 방법의 바람직한 실시예에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 도심지 다중 변압기 설치 장소에서의 지중 저압 회선 탐사 시스템 및 방법의 특징 및 이점들은 이하에서의 각 실시예에 대한 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
도 6은 본 발명에 따른 도심지 다중 변압기 설치 장소에서의 지중 저압 회선정보 및 이의 누전 개소 탐사 시스템의 구성도이고, 도 7은 본 발명에 따른 도심지 다중 변압기 설치 장소에서의 지중 저압 회선정보 및 이의 누전 개소 탐사 시스템을 이용한 탐사 과정을 나타낸 구성도이다.
전력 소매 시장의 자율화에 따라 앞으로 다가올 전력선 공동 사용 및 광대역 전력선 통신 및 원격검침에 대비하기 위하여 전력회사는 자사의 변압기에서 최종 고객에게 전력을 공급하는 지중 저압 케이블(Last Mile)의 구성, 경로, 상(相), 변압기 공급 고객 내역의 관리의 필요성이 대두되고 또한 저압 회선 누전에 의한 보행인 감전 사고를 예방하기 위한 이의 관리가 절실히 필요하다.
따라서, 본 발명은 도심지 다수 변압기가 밀집된 개소에서 지중에 매설된 저압 회선을 정확히 추적하고 동시에 절연 불량에 의한 누전 개소를 탐사할 수 있도록 한 것이다.
본 발명은 현장에서 상 정보를 알아내는 것에 우선하여 저압 회선 부하가 어느 변압기에서 어느 저압 회선을 통하여 공급되는 것인지를 먼저 판단하고 상 정보를 판단한다.
본 발명은 가공선에 비해 육안으로 추적 및 식별이 어렵고, 다중 분기되어 회선 구성 파악이 어려운 지중 저압 회선의 공급 변압기와 전원공급 저압선, 이의 경로 및 상을 탐사할 수 있는 장치를 개발하여 지중 저압 회선의 구성 및 경로를 정확히 탐사하기 위한 것이다.
또한, 이의 운전정보(New Distribution Information System;NDIS)를 관리할 수 있도록 정보를 제공하고, 누전 가능성이 있는 무부하 운전 저압 회선에 대한 전원측 제거로 안전사고를 예방할 수 있도록한 것이다.
본 발명은 도 6에서와 같이, 저압 3상 동력 고객(66) 및 저압 단상 고객(67)에게 전력공급을 위해 지중에 설치한 저압 회선의 지상 변압기, 저압선, 설치경로 및 상(相)을 파악할 수 있는 장치에 관한 것이다.
구체적으로, 고객과 전력 회사간 접점을 제공하는 지중 저압 회선 구간에 있어서 다수의 지상 변압기(61)에 설치하여 각 저압단자(A상, B상, C상, N상) 및 접지선(E)에 연결되어 변압기 고유번호(TR ID) 및 상 번호(PH ID)를 전송하는 탐사 주장치(62)와, 탐사 영역의 미지의 지중 저압 회선 말단의 부하측 연결 지점에서 전원에 연결되어 변압기로부터 전송되는 정보를 수신하여 이를 표시하고, 전원을 공급하고 있는 지중 저압 회선을 파악하기 위하여 탐사 주장치(62)로 지중 저압 회선 확인 신호를 송출하는 탐사 단말장치(63)와, 상기 탐사 단말 장치(63)에서 송신하는 신호를 검출하여 지중 저압 회선의 경로를 검출할 수 있는 경로 탐사장치(69)를 포함하고 구성된다.
경로 탐사 장치(69)의 연결 구성은 도 12에 도시한 바와 같다.
그리고 탐사 주장치(62)는 다수의 변압기에 연결하여 변압기 및 상 정보를 지중 저압 회선에 제로 크로싱 점과 일정 시간 간격을 두고 펄스성 전압 형태의 통신 신호를 탐사 단말 장치(63)로 브로드캐스팅 방식으로 전송한다.
그리고 탐사 단말 장치(63)에서 전송하는 회선 파악을 위한 전류 신호를 수신하고 이를 분석하여 해당되는 지중 저압 회선에 변압기, 상, 회선번호 및 부하 전류값 정보를 전송한다.
그리고 탐사 단말 장치(63)는 전기 사용자 건물 또는 입상 점에서 탐사 주장치(62)로부터 전송되는 변압기 및 상 정보를 수신하여 이를 표시하고, 공급 지중 저압 회선을 파악하기 위해 전류성 신호를 제로 크로싱 점에 탐사 주장치(63)로 전송하고 이의 확인 신호를 수신하여 사용자에게 표시한다.
그리고 경로 탐사장치(69)는 탐사 단말 장치(63)에서 탐사 주장치(62)로 전송하는 전류 형식의 신호를 지중 저압 회선의 중간 경로에서 전력선의 절연을 제거하지 않고 정상 운전 상태에서 전원측 변압기, 부하측 고객 내역 및 상을 파악한다.
그리고 경로 탐사 장치(69)는 페라이트 코일 또는 플렉시블 전류측정 장치를 사용하여 탐사 단말장치(63)에서 전송하는 임펄스성 DC 전류신호를 검출하고 이의 크기 및 극성을 판별하여 회선 및 상을 파악한다.
도 6의 (64)는 저압선 변압기 및 상정보 전송 및 측정점이고, (65)는 지중 저압 회선이다.
본 발명은 이와 같은 구성에 의해 활선 상태에서 전력공급에 지장을 주지 않고 지중 저압 회선을 탐사할 수 있다.
구체적으로 본 발명에 따른 지중 저압 회선의 탐사 시스템에 의한 저전압 지중 회선 탐사 과정을 설명하면 다음과 같다.
도 8은 2개의 인접한 변압기에 탐사 주장치를 연결한 구성을 나타낸 사진이고, 도 9a내지 도 9c는 탐사 주장치에서 각각의 지중 저압 회선에 전송하는 신호의 펄스 파형을 나타낸 구성도이다.
본 발명에 따른 저전압 지중 회선 탐사 과정은 크게 탐사 주장치 설치 단계와, 탐사 단말 장치 연결 단계와, 회선 정보 파악 단계와, 변압기 정보,저압 회선 정보, 상정보 수집 단계와, 수집 정보 확인 단계로 이루어진다.
도 7에서와 같이, 다수의 지상 변압기(61)에 해당 변압기 및 상 구분 신호를 송신하는 탐사 주장치(62)를 A,B,C,N상의 지중 저압 회선의 저압선 연결 지점(64)에 연결하다.
도 8은 2개의 인접한 변압기에 주장치를 연결한 사진으로 각각 다른 변압기 번호를 설정하여 다른 기기에 설치한다.
이와 같이 탐사 주장치(62)의 설치가 이루어지면, 탐사 주장치(62)를 이용하여 변압기 고유번호(TR ID)를 설정한다.(S701)
그리고 각 상 연결후에 램프 및 상 회선을 확인하고(S702), 지중 저압 회선 파악을 위한 장치를 설치한다.(S703)
이어, 이와 같이 탐사 주장치(62)의 설치가 이루어지면, 그 반대편인 부하측에서 탐사 단말장치(63)를 부하측 연결 지점(65)의 전원에 연결하여 탐사 주장치(62)로부터 신호를 수신하고 공급 변압기 및 상(相)을 파악하는데, 이 단계는 부하(고객) 방문후 해당 지중 저압 회선 연결을 하고(S704), 탐사 주장치(62)로부터 변압기 및 상 정보를 수집하고(S705), 지중 저압 회선 파악을 위한 신호를 전송하는 과정(S706)으로 이루어진다.
여기서, 지중 저압 회선에서 발생할 수 있는 유도에 의한 오류를 최소화하고 또한 중간 경로에서 지중 저압 회선 경로를 파악하기 위해, 탐사 단말장치(63)는 DC 전류신호를 탐사 주장치(62)로 전송한다.
탐사 주장치(62)는 도 8에서와 같이 다수의 변압기에 연결되고, 도 9a내지 도 9c에서와 같이 변압기 및 상 정보를 저압 전력선에 제로 크로싱 점과 일정 시간 간격을 두고 펄스성 전압 형태의 통신 신호를 탐사 단말 장치(63)로 브로드캐스팅 방식으로 전송한다.
도 9c는 도 9a의 파형을 확대한 것이다.
그리고 탐사 단말 장치(63)에서 전송하는 회선 파악을 위한 전류 신호를 수신하고 이를 분석하여 해당되는 지중 저압 회선에 변압기, 상, 회선번호 및 부하 전류값 정보를 전송한다.
그리고 탐사 단말장치(63)에서 DC 전류신호를 탐사 주장치(62)로 전송하게 되면, 경로 탐사 장치(69)는 탐사 단말장치(63)의 DC 전류신호를 수신하고(S707), 수신된 신호를 분석하여 저압 회선 번호 및 상을 파악한다.(S708)
탐사 주장치(62)에서 이와 같이 지중 저압 회선 확인 신호를 확인하여 변압기 정보,저압 회선 정보, 상정보 수집하여 재확인하고(S709), 탐사 단말 장치(63)로 공급변압기, 상 및 회선번호 정보를 송신하면 탐사 단말 장치(63)에서 이를 최종확인하여 각 저압 고객의 공급변압기, 저압회선번호, 상 정보를 파악할 수 있게 된다.
이와 같이 탐사된 지중 저압 회선 구성 및 경로 정보를 이용하여, 건조 시에는 누전현상이 나타나지 않다가 습기(비, 눈, 이슬)에 의해 누전이 발생하는 무부하 (폐지)회선을 전원 측(변압기, 입상)에서 분리하여 절연불량에 의한 보행인의 감전 사고를 예방하는 단계를 수행하는 것이 바람직하다.
이와 같은 도심지 다중 변압기 설치 장소에서의 지중 저압 회선정보 및 이의 누전 개소 탐사 과정을, 배전용 변압기에서 연결된 지중 저압 회선의 누전여부를 파악하기 위하여 부하 감시장치를 사용하여 일정시간 이상 변압기의 중성전류, 중성점과 대지접지점(X0-G)간의 전류, 대지접지 전류 등을 감시하고 이의 발생 여부를 판정하는 단계를 먼저 수행하고 저압선 누전발생이라고 판단되면, 지중 저압 회선정보 및 이의 누전 개소 탐사하는 단계를 수행할 수도 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 도심지 다중 변압기 설치 장소에서의 지중 저압 회선정보 및 이의 누전 개소 탐사 방법에서의 신호 파형 및 데이터 구조에 관하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 10a내지 도 10c는 본 발명에 따른 지중 저압 회선정보 및 이의 누전 개소 탐사 시스템의 전송 데이터 구조를 나타낸 테이블이다.
그리고 도 11은 탐사 단말 장치에서 탐사 주장치로 전송하는 신호의 펄스 파형을 나타낸 구성도이고, 도 12는 경로 탐사 장치를 이용하여 탐사 단말 장치에서 송출한 신호를 탐사하여 경로를 파악하는 형태를 나타낸 구성도이다.
그리고 도 13 내지 도 16은 본 발명에 따른 지중 저압 회선정보 및 이의 누전 개소 탐사 시스템을 이용한 탐사 과정에서의 측정 그래프이다.
탐사 주장치(62)가 전력선에 송출하는 신호는 일반적인 전압 신호가 아닌 충전전압을 일시에 전송하는 임펄스식 전압 파형으로, 도 9a내지 도 9c에서와 같이 전압의 제로크로스 점에서 일정한 거리(시간 지연)를 두고 펄스를 전송하여 이의 코드 조합으로 변압기 고유 번호 및 상 정보를 전송한다.
즉, 탐사 주장치(62)에서 각 지중 저압 회선에 신호를 전송하는 방식으로 매설물 탐지기에서 사용하는 고주파 전압 신호가 아닌 펄스성 유니폴러(Unipolar) 신호를 지중 저압 회선 전압에 실어 전송한다. 도 9c에서와 같이 전압 제로크로스 점으로부터 일정 거리(시간 지연)를 주고 펄스를 전송하여 변압기 및 상 정보를 탐사 단말 장치(63)에 통보한다.
유니폴러 신호는 약 7㎲동안 최대 80V를 유지하여 전송하기 때문에 탐사 단말 장치(63)에서 전력선 노이즈 등의 영향을 받지 않고 이를 수신할 수 있으며 또한 DC 특성을 가진 임펄스성 전압이기 때문에, 고주파 신호와 같은 정전 결합에 의한 오류가 발생하지 않는다.
본 발명에 따른 지중 저압 회선정보 및 이의 누전 개소 탐사 시스템의 전송 데이터 구조는 다음과 같다.
도 10a내지 도 10c에서와 같이, 데이터의 전송량은 그리 많지 않아 속도는 크게 문제가 되지 않으므로 오류 가능성이 적은 유니폴러 신호를 사용하여 매 반주기마다 신호 전송하는 구조이다.
도 10a에서와 같이 프리앰블 비트들과 헤더 정보를 갖는 패킷 헤더 비트들, TR ID, PH ID, CKT ID 및 전송 오류 체크를 위한 CRC 비트들로 이루어진다.
패킷 헤더의 구조는 도 10c에서와 같이, 저압선에서 TR ID 및 PH ID를 연속 전송하기 위한 "브로드캐스팅", 탐사 단말 장치에서의 전류값 요청 인식을 위한 "Amp Request ACK", 탐사 단말 장치에서의 회선명 확인 신호 요청 인식을 위한 "CKT Request ACK", 3회까지 가능한 재전송 요청을 위한 "Resend Request", 해당 회선의 변압기 전류값 전송을 위한 "전류값 전송", 회선명 전송을 위한 "회선명 전송" 헤더를 포함한다.
이와 같이 탐사 주장치(62)의 설치 및 조정이 완료되었으면 지상 변압기(61)에서는 더 이상 작업할 필요가 없으므로 시건 장치 등의 안전 조치를 한다.
그리고 탐사 단말 장치(63)를 고객 건물을 방문하여 지중 저압 회선 변압기 및 상 정보 전송을 위한 측정점에 연결한다.
탐사 단말 장치(63)는 전원을 연결하면 자동으로 탐사 주장치(62)로부터 전송되는 브로드캐스팅 정보를 수신한다. 여기에는 변압기 및 상 정보가 포함되어 있다.
해당 정보를 확인하고 탐사 단말 장치(63)는 도 11에서와 같은 전류 신호를 탐사 주장치(63)로 송출한다. 탐사 단말 장치(63)는 3ms 동안 2Cycle 간격으로 15A 이상의 전류를 제로 크로싱점에서 송출한다.
전류 신호는 부하전류가 걸리지 않는 제로 크로싱점에 정확히 신호를 전송하기 때문에 부하전류의 크기에 영향을 받지 않으며, 부하 역률에 의한 영향을 최소화하기 위해 3ms이상 신호를 유지하도록 한 것이다.
여기서, 전류 신호는 도 12에서와 같이 탐사 단말 장치(63)에 연결된 지중 저압 회선을 제외하고는 신호가 발생되지 않는다. 즉, 탐사 단말 장치(63)에서 발생된 전류신호는 정확히 제로크로싱(Zero Crossing) 점에서 발생하여 중성선을 통해 탐사 주장치가 설치된 변압기(61)로 송출된다. 이 과정에서 다른 분기선로 및 다른 변압기 선로는 전류가 흐르지 못하므로 선로에서 영향을 받을 수 없는 구조이다.
따라서, 도 12에서와 같이 경로 탐사 장치(69)를 사용하여 탐사 단말 장치(63)에서 송출한 전류 신호를 맨홀, 입상 등의 저압회선 경로에서 이를 탐사하여 정확한 경로를 파악한다.
경로 탐사 장치(69)의 센서로는 동일 출원인의 대한민국 등록특허(10-0689226)의 플렉시블 형태의 전류측정용 센서를 사용하여 이를 측정하고, 또한 편의를 위해 전자코일을 사용한 센서를 부가적으로 사용하여 정확한 회선을 파악할 수 있도록 한다.
이에 도심지에 다수의 변압기와 복잡한 지중 저압 회선으로 구성된 전력 공급망 정보를 파악하고 이에 따른 현장지도를 작성하여 설비관리 시스템의 정보를 수정 입력한다.
그리고 현장 운전 정보가 완전히 파악되면 지중 저압 회선의 상태를 점검한다. 통상적으로 누전 여부를 파악하기 위해 지상변압기의 중성점과 대지 접지간 전류 측정으로 이를 시행하는데, 단 1회 측정으로 이의 발생 유무를 판정하기에는 어렵다.
따라서, 보행인의 안전에 제일 위협적인 고저항 접지 고장을 발견하기는 용이하지 않다.
이를 해결하기 위하여, 상기한 변압기 부하감시 장치를 사용하여 최소한 24시간 이상 감시하고 이의 누전 발생 여부를 확인하는 것이 바람직하다.
도 13은 현장 작업 중에 발견한 누전 개소에 대한 부하 감시장치를 사용하여 측정한 사례를 나타낸 것이다.
여기에서 제일 값은 중성선 전류를 나타내고 그 아래는 중성선과 대지 접지간의 전류이며 제일 하단은 변압기 몸체와 대지간 전류값이다.
여기에서 알 수 있는 것은 중성전류 값이 변동해도 누전전류 측정점인 중성선과 대지 접지간의 전류값은 변동되지 않음을 알 수 있다. 이는 현장에서 쉽게 탐사할 수 있는 저 저항 누전개소로서 중성점과 대지접지점(X0-G)간 전류 측정으로도 쉽게 파악할 수 있음을 알 수 있다.
그러나 현장 측정시에는 누전이 없는 것으로 나타났으나 실제로 도 14와 같이 12시간 이상 중성점과 대지접지점(X0-G)간의 누전전류를 모니터 한 결과 수십차례 간헐적으로 누전현상이 검출되었다. 따라서, 도 15 및 도 16에서와 같이 상전류 및 중성전류를 측정한 결과 지중 저압 회선 절연불량으로 A상과 중성선간 피복절연 불량하여 연속적으로 누전현상이 발생하고 있음을 발견할 수 있었다.
따라서, 지중 저압 회선정보 및 이의 누전 개소 탐사 방법을 적용함에 있어서, 배전용 변압기에서 연결된 지중 저압 회선의 누전여부를 파악하기 위하여 부하 감시장치를 사용하여 일정시간 이상 변압기의 중성전류, 중성점과 대지접지점(X0-G)간의 전류, 대지접지 전류 등을 감시하고 이의 발생 여부를 판정하는 단계;를 수행하고, 저압선 누전발생이라고 판단되면, 경로 탐사 장치가 전류 신호를 검출하여 정확히 파악된 지중 저압 회선의 경로를 따라 지중 저압 회선정보 및 이의 누전 개소 탐사하는 단계를 수행하는 것이 바람직하다.
이와 같이 본 발명에 따른 도심지 다중 변압기 설치 장소에서의 지중 저압 회선정보 및 이의 누전 개소 탐사 시스템 및 방법은 활선 지중 저압 변압기 및 회선(상) 탐사를 위한 것으로, 변압기 2차 단자에 연결하여 변압기 정보(TR ID)와 상정보 (PH ID)신호를 전압방식으로 변조하여 지중 저압부하 측으로 전송하고, 또한 이후에 탐사 단말장치로부터 수신된 정보를 분석하여 해당 탐사 단말 장치로 변압기(TR ID), 상(PH ID), 및 회선정보(CK ID)를 전송하는 과정을 탐사 주장치가 수행한다.
그리고 부하 측에서는 탐사 단말 장치가 전원에 연결되어 탐사 주장치로부터 수신되는 변압기 및 상 정보를 표시하고, 연결된 지중 저압 회선을 파악하기 위해 다시 탐사 주장치로 전류방식의 신호를 전송한다.
탐사 단말 장치는 다시 이에 대한 확인 신호를 탐사 주장치로부터 수신하여 공급변압기, 공급 저압회선 및 상정보를 파악한다.
본 발명에 따른 지중 저압 회선의 탐사 시스템은 지상, 맨홀, 분전함, 계량기 등에서 해당 지중 저압 회선을 파악키 위한 페라이트 코일을 사용한 U자형, T자형 및 Ring (Rogowski Coil)형 센서를 사용하여 이를 검출할 수 있는 수신장치를 포함한다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 도심지 다중 변압기 설치 장소에서의 지중 저압 회선정보 및 이의 누전 개소 탐사 시스템 및 방법은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 전력공급에 지장을 주지 않고 활선 상태에서 여러 대의 변압기에서 다중으로 복잡하게 구성되어 지금까지 정확히 파악할 수 없었던 지중 저압 회선의 운전정보를 파악할 수 있고 이를 설비관리 시스템에 입력 수정하여 설비의 운전효과를 향상키는 효과가 있다.
둘째, 전기 소매시장 개방에 따른 저압선 공용 사용(Bundling), 광대역 전력선 통신 사업(BPL)등의 부가가치 사업에 대비한 전력회사와 고객간의 Last Mile인 저압 회선의 품질유지로 전력선의 내재 가치 향상시킬 수 있다.
셋째, 누전현상 검출 방법에 대한 새로운 방안 제시 및 누전 개소 파악 시 선행조건인 누전 발생 지중 저압 회선의 경로를 정확히 파악하게 하여 이의 정확한 위치 파악으로 보행인의 안전 및 전력손실 저감에 지대한 효과가 있다
넷째, 전력시장 개방 및 전력선 통신, 원격검침, 부하관리 등의 부가사업시 에 전력회사와 고객간의 접점(POS)을 제공하는 저압회선의 과학적이고 효율적인 관리로 새로운 서비스 사업이 가능하도록 할 수 있다.

Claims (8)

  1. 고객과 전력 회사간 접점을 제공하는 지중 저압 회선 구성에 있어서 다수의 지상 변압기에 설치하여 각 저압단자(A상, B상, C상, N상) 및 접지선(E)에 연결되어 변압기 고유번호(TR ID) 및 상 번호(PH ID)를 전송하는 탐사 주장치;
    탐사 영역의 미지의 지중 저압 회선 말단의 부하측 연결 지점에서 전원에 연결되어 변압기로부터 전송되는 정보를 수신하여 이를 표시하고, 전원을 공급하고 있는 지중 저압 회선을 파악하기 위하여 탐사 주장치로 지중 저압 회선 확인 신호를 송출하는 탐사 단말장치;
    상기 탐사 단말 장치에서 송신하는 신호를 검출하여 지중 저압 회선의 중간 경로에서 저압 회선의 절연을 제거하지 않고 정상 운전 상태에서 전원측 변압기, 부하측 고객 및 상을 파악하고 지중 저압 회선의 경로를 검출할 수 있는 경로 탐사장치;를 포함하고 구성되는 것을 특징으로 하는 도심지 다중 변압기 설치 장소에서의 지중 저압 회선 탐사 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 탐사 주장치는,
    다수의 변압기에 연결하여 변압기 및 상 정보를 지중 저압 회선에 제로 크로싱 점과 일정 시간간격을 두고 펄스성 전압 형태의 통신 신호를 탐사 단말 장치로 브로드캐스팅 방식으로 전송하고,
    탐사 단말 장치에서 송신되어진 회선 파악을 위한 전류 신호를 수신하고 이를 분석하여 해당되는 지중 저압 회선에 변압기, 상, 회선번호 및 부하 전류값 정보를 전송하는 것을 특징으로 하는 도심지 다중 변압기 설치 장소에서의 지중 저압 회선 탐사 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 탐사 단말 장치는,
    전기 사용자 건물 또는 입상 점에서 탐사 주장치로부터 전송되는 변압기 및 상 정보를 수신하여 이를 표시하고, 공급 지중 저압 회선을 파악하기 위해 전류성 신호를 제로 크로싱 점에 탐사 주장치로 전송하고 이의 확인신호를 수신하여 사용자에게 표시하는 것을 특징으로 하는 도심지 다중 변압기 설치 장소에서의 지중 저압 회선 탐사 시스템.
  4. 삭제
  5. 다수의 지상 변압기에 해당 변압기 및 상 구분 신호를 송신하는 탐사 주장치를 A,B,C,N상의 지중 저압 회선의 저압 회선 연결 지점에 연결하는 단계;
    탐사 단말 장치를 부하측 연결 지점의 전원에 연결하여 탐사 주장치로부터 변압기 및 상 정보를 수신하는 단계;
    탐사 단말 장치에서 지중 저압 회선 파악을 위한 신호를 전송하면 이를 탐사 주장치에서 수신 분석하여 지중 저압 회선 번호를 파악하는 단계;
    탐사 주장치에서 지중 저압 회선 번호의 파악이 완료되면 탐사 단말 장치로 공급변압기, 상 정보, 회선번호 정보 및 전류 값을 송신하고 탐사 단말 장치에서 이를 최종 확인하는 단계;
    지중 저압 회선의 중간경로에서 다른 지중 저압 회선과 같이 섞여 있는 해당 지중 저압 회선과 이의 경로를 탐사 단말장치에서 전송하는 직류성 전류 신호를 검출하고 이의 크기 및 극성을 측정하여 파악하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 도심지 다중 변압기 설치 장소에서의 지중 저압 회선 탐사 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 지중 저압 회선의 중간 경로에서의 신호 검출은,
    플렉시블 전류측정 장치, 페라이트 코일을 사용하여 탐사 단말장치에서 전송하는 임펄스성 DC 전류신호를 검출하고 이의 크기 및 극성을 판별하여 회선 및 경로를 파악하는 것을 특징으로 하는 도심지 다중 변압기 설치 장소에서의 지중 저압 회선 탐사 방법.
  7. 제 5 항에 있어서, 지중 저압 회선 구성 및 경로 정보의 탐사가 완료되면,
    탐사에 따른 정보를 이용하여 보행인의 감전 사고를 막기 위하여 건조시에는 누전 현상이 나타나지 않다가 습기에 의해 누전이 발생하는 무부하 회선을 전원측에서 분리하는 것을 특징으로 하는 도심지 다중 변압기 설치 장소에서의 지중 저압 회선 탐사 방법.
  8. 배전용 변압기에서 연결된 지중 저압 회선의 누전 여부를 파악하기 위하여 부하 감시장치를 사용하여 일정시간 이상 변압기의 중성전류, 중성점과 대지접지점(X0-G)간의 전류, 대지접지 전류 등을 감시하고 이의 발생 여부를 판정하는 단계;
    지중 저압 회선 누전발생이라고 판단되면,
    다수의 지상 변압기에 해당 변압기 및 상 구분 신호를 송신하는 탐사 주장치를 A,B,C,N상의 지중 저압 회선의 저압 회선 연결 지점에 연결하고, 탐사 단말 장치를 부하측 연결 지점의 전원에 연결하여 탐사 주장치로부터 변압기 및 상 정보를 수신하고, 탐사 단말 장치에서 지중 저압 회선 파악을 위한 신호를 전송하면 이를 탐사 주장치에서 수신 분석하여 지중 저압 회선 번호를 파악하여 탐사 단말 장치로 공급변압기, 상 정보, 회선번호 정보 및 전류 값을 송신하고 탐사 단말 장치에서 이를 최종 확인하여 지중 저압 회선 경로를 파악하는 단계;
    파악된 누전발생 지중 저압 회선의 경로를 따라 활선 누전 탐사를 하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 도심지 다중 변압기 설치 장소에서의 지중 저압 회선정보 및 이의 누전 개소 탐사 방법.
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