KR100784303B1 - 전력선 통신용 커플러 내장형 개폐기 - Google Patents

전력선 통신용 커플러 내장형 개폐기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전력선 통신용 커플러 내장형 개폐기에 관한 것으로, 특히 전력선 통신을 기반으로 한 배전자동화를 위해 통신용 커플러가 내장된 개폐기에 관한 것이다.
이를 위하여, 본 발명은 송전부와 부하부 사이의 배전선로를 개폐하는 전력스위치, 상기 전력스위치를 제어하는 제어부, 상기 송전부와 부하부 사이에 형성된 전력선 통신 모뎀 및 상기 전력선 통신 모뎀과 병렬 접속되어 송전부 및 부하부로 공급하는 커플러를 포함하는 전력선 통신용 커플러 내장형 개폐기를 제공한다.
전력선 통신, 개폐기, 커플러

Description

전력선 통신용 커플러 내장형 개폐기{SWITCH THAT HAVE COUPLER FOR POWER LINE COMMUNICATIONS SYSTEM}
도 1은 개폐기에 커플러를 내장하지 않았을 때 배전자동화 시스템 전주 측의 구성도이다.
도 2는 실제 배전자동화 시스템을 구성하였을 때 전주 측의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 전력선 통신용 커플러 내장형 개폐기의 구성을 도시한 블록도이다.
도 4는 도 3에 도시된 전력선 통신용 커플러 내장형 개폐기의 커플러를 도시한 회로도이다.
<도면부호의 간단한 설명>
100: 커플러 110: 송전부
120: 부하부 130: 제어부
140: 전력선 모뎀 보호회로 150: 전력선 모뎀
160: 배전선로 170: 전력스위치
180: 커패시터 190: 코일
200: 계통보호회로
본 발명은 전력선 통신용 커플러 내장형 개폐기에 관한 것으로, 특히 전력선 통신을 기반으로 한 배전자동화를 위해 통신용 커플러가 내장된 개폐기에 관한 것이다.
배전 자동화 시스템을 위해서는 전력설비로부터 데이터를 취득하고 수집 및 가공에서 제어에 이르기까지 통신 기술이 사용된다.
종래 전력회사의 배전 자동화 시스템에 적용되는 통신망으로는 광통신망이나 전화선을 이용한 유선통신 혹은 무선 데이터를 이용한 무선통신이 주를 이루고 있는데, 이러한 통신망 설치에는 추가 선로 가설비가 필요할 뿐만 아니라 배전자동화 시스템을 운영함에 있어서도 회선 임대 비용등 별도의 비용이 추가로 요구된다.
따라서, 추가 비용 없이 통신을 이용하고 배전 계통의 최적화를 이룰 목적으로 전력선 통신 기술이 최근 각광을 받고 있으며, 이를 배전설비에 적용하기 위해서는 전력선(60)과 통신 신호를 결합해주는 커플러(50)를 추가로 배전선에 연결해야한다.
도 1은 개폐기에 커플러를 내장하지 않았을 때 배전자동화 시스템 전주 측의 구성도이다.
종래 배전자동화 시스템은 배전선(60)의 선로 고장시 배전선을 단로하는 주 상 개폐기(10), 배전선(60)을 이용하여 송배전계통의 상태를 중앙감시장치로 전송하는 전력선 통신 모뎀(), 주상개폐기(10)의 온/오프를 제어하는 컨트롤러(20)와 주상개폐기(10)의 상태를 감지하여 전력선 통신 모뎀(40)으로 신호를 공급하는 FRTU(Feeder Remote Terminal Unit)를 포함한다.
배전선(60)에 선로 고장이 발생된 경우 주상개폐기(10)에 의해 배전선(60)이 단로되면 전력선 통신 모뎀(40)의 통신 매체 역시 단로 되어 전력선 통신 모뎀(40)의 통신이 두절되는 결과를 낳는다. 즉, 양방향 통신을 위해서는 커플러(10) 두 대를 개폐기 양단에 설치해야만 한다. 이를 위하여, 22.9 kV 급 전력선 통신 커플러를 개폐기가 설치된 전주에 추가 가설할 경우 그 부피와 중량이 부담요인으로 작용하기 때문에 주상 개폐기(10) 양단에 설치될 커플러(50)는 하나의 전주(70)에만 설비하기에 어려운 문제점이 있다.
또한, 도 2에 도시한 바와 같이 경우에 따라서 커플러(50)를 양 옆 경간의 전주(70)에 나누어서 가설하고 있으며, 이는 전력선 통신을 이용한 배전자동화 시스템 구축에 장애물로 작용하고 있다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 전력선통신기술을 손쉽게 배전자동화 시스템에 적용 가능하도록 개폐기에 전력선 통신용 커플러를 내장하여 배전선로에 사고가 발생하여 개폐기가 개회로 상태가 될 상황을 대비해 개폐기의 양 단에 커플러를 장착함으로 구간 단로 시에도 양방향으로 통신 신호가 전달될 수 있도록 하는 전력선 통신용 커플러가 내장된 개폐기를 제공하는 데 있다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 송전부와 부하부 사이의 배전선로를 개폐하는 전력스위치; 상기 전력스위치를 제어하는 제어부; 상기 송전부와 부하부 사이에 형성된 전력선 통신 모뎀; 및 상기 전력선 통신 모뎀과 병렬 접속되어 송전부 및 부하부로 공급하는 커플러를 포함하는 전력선 통신용 커플러 내장형 개폐기를 제공한다.
여기서 상기 커플러는 상기 송신부측에 형성된 제1 커플러; 및 상기 부하부측에 형성된 제2 커플러를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 제1 및 제2 커플러는 대용량 커패시터 및 코일가 병렬 접속된 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 제1 커플러는 제1 커패시터를 포함하고, 상기 제2 커플러는 제2 커패시터를 포함하며, 상기 제1 및 제2 커플러는 직렬접속되며, 상기 제1 및 제2 커패시터 사이에 병렬 접속된 코일를 포함한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 전력선 통신용 커플러가 내장된 개폐기를 도시한 블록도이고, 도 4는 도 3에 도시된 개폐기의 전력선 통신용 커플러를 도시한 회로도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 전력선 통신용 커플러가 내장된 개폐기는 송전부(110)와 부하부(120) 사이의 배전선로(160)를 개폐하는 전력스위치(170), 전력스위치(170)를 제어하는 제어부(130), 송전부(110)와 부하부(120) 사이에 형성된 전력선 통신 모뎀(150), 전력선 통신 모뎀(150)으로부터의 신호를 송전부(110) 및 부하부(120)로 공급하는 커플러(100)를 포함한다.
구체적으로, 배전선로(160)는 22.9kv의 전압을 송전부(110)측에서 부하부(120)측으로 공급하며, 이러한 배전선로(160)는 3상 다중 접지방식으로 전력을 송신한다. 이러한 배전선로의 송전부(110) 또는 부하부(120)측에 지락사고 또는 단락사고 등의 송배전 사고 발생시 송전부(110) 또는 부하부(120)의 과부하를 방지하기 위한 개폐기가 배전선로(160) 상에 형성된다. 이러한 개폐기는 배전선로(160)를 개로 또는 폐로하는 전력스위치(170)를 구비한다.
전력스위치(170)는 22.9kv의 전압을 순간적으로 예를 들어 1/2 주기 이내에 차단하기 위하여 전력 용량이 큰 다이리스터(Thyristor), 전력용 MOSFET 등의 고전류 반도체 스위치 등을 사용한다. 이러한 전력스위치(170)는 배전선로(160) 또는 송배전 계통에 사고가 발생된 경우 자동으로 동작하여 배전선로(160)를 차단하여 송전부(110) 및 부하부(120)의 파급 확대를 방지함과 아울러 부하부(120)측의 구내 설비의 피해를 최소화한다. 이때, 배전선로(160)를 자동으로 차단하는 전력스위치(170)를 제어하는 제어부(130)를 더 포함한다.
제어부(130)는 전력스위치(170)를 온/오프 시키는 온/오프 제어기와 전력스위치(170) 및 개폐기 전체의 상태를 감지하여 중앙제어시스템으로 전송하는 FRTU(Feeder Remote Terminal Unit)를 포함한다.
온/오프 제어기는 전력스위치(170)를 정상적으로 온/오프 시키는 신호를 발 생하여 전력스위치(170)를 정확한 타이밍에 온/오프 시킨다. 그리고 FRTU는 송전부(110) 및 부하부(120)의 부하 전류 변동 및 고장 발생시 개폐기의 상태를 감지하여 중앙제어 시스템으로 신호를 공급한다. 이때, FRTU는 전력선 통신 모뎀(150)을 통해 통신 및 제어신호를 가공하고 전송한다.
전력선 통신 모뎀(150)은 배전선로(160)로부터 수신된 신호 예를 들어, 송전부(110) 또는 동일한 배전선로(160)를 공유하며 배전선로(160) 사이에 또 다른 개폐기들로부터 공급된 신호를 분석하고, 이를 FRTU를 통해 전력스위치(170)를 개폐시키는 신호를 공급한다. 그리고 FRTU로부터 수신된 신호를 배전선로(160)로 공급하기 위하여 수십 내지 수백 ㎒의 주파수를 갖는 디지털 신호로 변환하여 송전부(110) 또는 부하부(120) 측의 중앙제어 시스템에 공급한다. 그리고 전력선 통신 모뎀(150)은 부하부(120)측의 사용자 신호 예를 들어 이더넷 데어터 신호를 송수신한다. 이러한 전력선 통신 모뎀(150)을 보호하는 전력선 통신 모뎀 보호회로(140)가 전력선 통신 모뎀(150)과 배전선로(160) 사이에 형성된다. 전력선 통신 모뎀 보호회로(140)는 과부하시 안정적으로 전력선 통신 모뎀(150)을 보호한다.
커플러(100)는 송전부(110)측에 전력선 통신 모뎀(150)로부터의 신호를 송/수신하는 제1 커플러(100a)와 부하부(120)측에 전력선 통신 모뎀(150)로부터의 신호를 송/수신하는 제2 커플러(100b)를 포함한다. 그리고 제1 및 제2 커플러(100)는 대용량 커패시터(180a, 180b)와 코일(190)을 통해 통신 신호를 전력 신호에 커플링한다. 즉, 전력선 통신 모뎀(150)로부터의 신호는 디지털 변환된 신호이므로 배전선로(160)를 매개로하여 디지털 통신 신호를 전송한다.
이때, 전력스위치(170)가 개회로 상태가 되면 배전선로(160)를 통한 통신이 불가능해지므로 커플러(100)를 송전부(110) 및 부하부(120)측에 각각 형성하여 배전선로(160)가 차단되어도 통신이 가능하도록 한다.
도 4를 참조하여, 커플러(100)를 통해 통신 신호가 전기 신호와 분리되는 원리를 설명하기로 한다.
코일(190)은 접지선과 연결되어 배전선로(160)로 공급되는 60㎐의 저주파 전기신호에 대하여 낮은 임피던스를 가진다. 따라서, 커패시터(180)와 코일(190)의 전압 배분은 주로 커패시터(180)에 걸리게 된다. 또한, 커패시터(180)의 절연 파괴 시에 저주파 전기신호에 대하여 낮은 임피던스를 갖는 코일(190) 방향으로 전기 신호가 흐르게 되어 안정성을 유지한다.
그리고 전력선 통신 모뎀(150)으로부터 전달된 고주파 통신 신호는 전력선 통신 모뎀 보호회로(140)를 거쳐 커패시터(180)에서 감쇄 없이 통과되며 낮은 임피던스를 가지는 배전선로(160) 방향으로 전달되게 된다.
이러한 커플러(100)와 배전선로(160)로 사이에는 계통을 보호하는 계통보호회로(200)가 더 형성될 수 있다. 계통보호회로(200)는 보호계전기 등의 장치를 사용할 수 있다. 또한, 낙뢰 등과 같은 고전압서지 등으로부터 전력계통을 보호하는 계통보호회로(200)를 구비할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명은 별도의 통신선이 필요 없고 임대 비용이 들지 않으면서 기존의 전력을 전달하는 전력선을 이용 통신을 수행하는 전력선 통신기술을 배전 자동화 시스템에 적용할 때 개폐기로 하여금 손쉽게 전력선 모뎀에 연결될 수 있도록 커플러를 내장하도록 하였다.
이에 따라, 커플러 내장형 개폐기가 설치된 곳이면 배전 자동화 시스템을 위한 전력선 통신망 구성이 용이해지며, 별도로 커플러를 설치하지 않아도 되기 때문에 전주 측의 복잡도를 줄일 수 있다.
이상에서는 본 발명의 구성과 동작에 대하여 도시하고 또한 설명하였으나, 본 발명은 상기한 내용에 한정하지 않고, 이하 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능함은 물론이며, 그와 같은 변형은 청구범위 기재 범위 내에 있게 된다.

Claims (4)

  1. 송전부와 부하부 사이의 배전선로를 개폐하는 전력스위치;
    상기 전력스위치를 제어하는 제어부;
    상기 송전부와 부하부 사이에 형성된 전력선 통신 모뎀; 및
    상기 전력선 통신 모뎀과 병렬 접속되어 송전부 및 부하부로 공급하는 커플러를 포함하는 전력선 통신용 커플러 내장형 개폐기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 커플러는 상기 송신부측에 형성된 제1 커플러; 및
    상기 부하부측에 형성된 제2 커플러를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력선 통신용 커플러 내장형 개폐기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 커플러는 대용량 커패시터 및 코일가 병렬 접속된 것을 특징으로 하는 전력선 통신용 커플러 내장형 개폐기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1 커플러는 제1 커패시터를 포함하고, 상기 제2 커플러는 제2 커패시터를 포함하며, 상기 제1 및 제2 커플러는 직렬접속되며, 상기 제1 및 제2 커패시 터 사이에 병렬 접속된 코일를 포함하는 전력선 통신용 커플러 내장형 개폐기.
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