KR100832524B1 - 센싱과 ｕｓｎ기술을 적용한 지하 전력구 전력선 온도 및가스 감시시스템 및 감시방법 - Google Patents

센싱과 ｕｓｎ기술을 적용한 지하 전력구 전력선 온도 및가스 감시시스템 및 감시방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 센싱과 ＵＳＮ기술을 적용한 지하 전력구 전력선 온도 및 가스 감시시스템 및 감시방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 발전소에서 수용가까지 전력을 공급하는데 필요한 다양한 전력설비 중 지하전력구(Underground Power Cable Tunnel) 내에 설치된 전력선 케이블의 표면온도와 전력구 내부의 발생 가스를 센싱기술과 RFID/USN을 적용하여 효과적으로 감지하는 센싱과 ＵＳＮ기술을 적용한 지하 전력구 전력선 온도 및 가스 감시시스템 및 감시방법에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 전력구 내부의 전력케이블 접속부위에 표면온도 측정센서를 부착하는 한편, 구내 일정 이격거리를 두고 곳곳에 배치시킨 가스농도 측정센서를 센싱 정보의 Read/Write가 가능한 RFID(Radio Frequency Identification, 전파식별)용 전자태그에 연결시키고 연속적인 내부 센싱 정보를 저장케 한 후 USN(Ubiquitous Sensor Network)을 통해 일정 시간 주기별로 센싱 값을 모니터링 시스템에 전달하는 방법이다. 이러한 방법을 지하 전력구 순시점검업무에 적용하면 작업의 편리성 제고와 인력절감은 물론, 센싱된 시계열 연속정보를 파악할 수 있어 더욱 정확한 전력구 내부의 이상 유무 판단을 수행할 수 있을 것으로 기대된다.
지하 전력구, 지중케이블, 순시점검, 전자태그, RFID, 전파식별, Zigbee, USN, 가스농도 측정센서, 표면온도 측정센서, 센서 노드, 수집 노드, 거점 중계수단

Description

센싱과 ＵＳＮ기술을 적용한 지하 전력구 전력선 온도 및 가스 감시시스템 및 감시방법{THE DETECTING METHOD AND DETECTING APPARATUS OF CABLE TEMPERATURE AND GAS IN UNDERGROUND POWER CABLE TUNNEL USING SENSING UBIQUITOUS SENSOR NETWORK TECHNOLOGY}
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 센싱과 ＵＳＮ기술을 적용한 지하 전력구 전력선 온도 및 가스 감시시스템을 도시한 개략도이다.
도 2는 상기 센싱과 ＵＳＮ기술을 적용한 지하 전력구 전력선 온도 및 가스 감시시스템에서 센싱 노드 및 수집 노드 간의 무선네트워크 구성도이다.
도 3은 상기 센싱과 ＵＳＮ기술을 적용한 지하 전력구 전력선 온도 및 가스 감시시스템에서의 센싱 결과를 네트워크 모니터링한 화면의 예시도이다.
도 4 는 본 발명의 센싱과 ＵＳＮ기술을 적용한 지하 전력구 전력선 온도 및 가스 감시방법을 나타낸 순서도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
1: 지중 전력선 2: 표면온도 측정센서
3: 가스농도 측정센서 4: 거점 중계수단
5: 전자태그 6: 수집 노드
7: 수집정보 모니터링수단
본 발명은 센싱과 ＵＳＮ기술을 적용한 지하 전력구 전력선 온도 및 가스 감시시스템 및 감시방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 발전소에서 수용가까지 전력을 공급하는데 필요한 다양한 전력설비 중 지하전력구(Underground Power Cable Tunnel) 내에 설치된 전력선 케이블의 표면온도와 전력구 내부의 발생 가스를 센싱기술과 RFID/USN을 적용하여 효과적으로 감지/측정하는 센싱과 ＵＳＮ기술을 적용한 지하 전력구 전력선 온도 및 가스 감시시스템 및 감시방법에 관한 것이다.
일반적으로, 지하 전력구는 주요 설비인 전력케이블과 함께 구조물, 배수설비, 환풍설비, 조명 및 전원장치 등으로 구성되어 있으며 수시로 순시 및 점검을 수행하고 있다.
이러한 순시 점검시 수행하는 여러 점검 사항 중 케이블 접속부위의 과열 및 전력구 내부의 일산화탄소(CO), 이산화탄소(CO2), 황화수소(H2S), 메탄가스(CH4) 등 가스발생 정도는 주요 점검사항이며, 한전에서는 전력 과부하 시 과열이 유발될 수 있는 전력구내 케이블 등 전력설비의 효율적 성능관리 및 사고 미연 방지를 위하여 예방 순시점검을 상시 시행하고 있다.
이러한 예방점검관리 업무는 한전의 일선사업소 설비관리부서에서 높은 업무비중을 차지하고 있는 실정이다.
현행 지하 전력구 예방 순시점검은 육안점검 또는 계측장비에 의한 측정의 형태로 수행되는데 지하 관로의 특성상 활동에 제약을 받는 등 작업자의 안전을 포함한 현장업무의 애로는 물론, 많은 설비를 단기간 내에 점검측정 해야 하는 시급성, 작업생산성 측면에서도 큰 어려움이 있는 실정이다.
또한, 계측효과 측면에서도 시간적 연속성이 없는 단지 측정 시점의 전력구 상태만을 확인할 수 있어, 상시 운전 중 발생된 특이 데이터를 취득할 수 없으므로 신뢰성 높은 전력구 이상 여부 판단이 곤란한 문제점이 있었다.
본 발명은 상기 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은 유비쿼터스 센서 네트워크(USN: Ubiquitous Sensor Network)의 기반기술로 자리 잡고 있는 센싱기술과, RFID(Radio Frequency Identification, 전파식별)를 지하에 설치되어 수시 점검이 용이하지 않은 지하 전력구 내부 전력선 케이블 온도측정과 가스발생 감지 등 예방점검업무에 효과적으로 적용할 수 있게 한 센싱과 ＵＳＮ기술을 적용한 지하 전력구 전력선 온도 및 가스 감시시스템 및 감시방법을 제공함에 있다.
상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 지하 전력구 전력선 온도 및 가스 감시시스템에 있어서, 상기 전력선의 표면 온도와 지하의 각종 가스 농도를 감지(Sensing)하는 센싱 노드(Sensing Node); 상기 센싱 노드의 각 위치와 센싱 정보를 송신하도록 지하에 일정 간격으로 다수 구비된 거점 중계수단; 상기 거점 중계 수단에서 각각 수신한 센싱 정보를 지상에서 수집하는 수집 노드; 및 상기 수집 노드에서 수집된 센싱 정보를 USN(Ubiquitous Sensor Network)을 통해 감시하는 수집정보 모니터링 수단; 을 포함하여 이루어짐으로써, 상기 전력선의 표면 온도와 지하 전력구 내부의 가스 농도를 센싱 노드로 검출한 다음 각각의 센싱 정보를 상기 거점 중계수단을 거쳐 상기 수집 노드에 수집되고 수집정보 모니터링 수단에 출력하므로 지하에 설치되어 수시 점검이 용이하지 않은 전력구 내부 상태정보를 손쉽게 무선 방식으로 취득, 저장할 수 있으므로 바람직하다.
또한, 본 발명에서는 상기 센싱 노드의 센싱 정보가 송신되고 저장하며 작업자가 인식하도록 정보의 읽기/쓰기가 가능한 전자태그(RFID: Radio Frequency Identification Tag)가 더 구비됨으로써, 각 센싱 정보 인식시 유비쿼터스를 실현할 수 있으므로 바람직하다.
이하, 본 발명의 센싱과 ＵＳＮ기술을 적용한 지하 전력구 전력선 온도 및 가스 감시시스템 및 감시방법을 첨부도면을 참조하여 일 실시 예를 들어 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 센싱과 ＵＳＮ기술을 적용한 지하 전력구 전력선 온도 및 가스 감시시스템은 도 1에 도시된 바와 같이 센싱 노드, 거점 중계수단(4), 전자태그(5), 수집 노드(6) 및 수집정보 모니터링 수단(7)으로 크게 구성된다.
상기 센싱 노드는 지중 전력선(1)과 근접한 위치에 일정 간격으로 다수 배치되어 상기 지중 전력선(1)의 표면 온도를 측정하는 표면온도 측정센서(2)와, 지하 전력구 내부에 가스 농도를 검출하도록 상기 전력구 천장에 일정 간격으로 다수 구비되는 가스농도 측정센서(3)로 구성된다.
상기 거점 중계수단(4)은 상기 측정센서(2, 3)의 각 위치와 측정한 센싱 정보를 송신하도록 상기 전력구에 천장에 일정 간격으로 다수 구비된다.
상기 전자태그(RFID: Radio Frequency Identification Tag: 5)는 상기 센싱 노드의 센싱 정보가 송신되고 저장하며 작업자가 인식하도록 정보의 읽기/쓰기가 가능하며 일 예로 무선주파수 시스템이 구성된 소형 컴퓨터가 여기에 접목된다.
더욱이, 반도체 칩과 안테나(Antenna),리더기(Reader)로 구성된 전자태그(5)는 전파를 이용하여 거리가 떨어진 곳에서도 정보의 읽기/쓰기가 가능함에 따라 센싱과 USN이 결합되면 즉각적인 설비 상태정보가 감시 가능하여 정보관리형태의 패러다임 변화를 예고하고 있다.
상기 전자태그(5)는 전파를 이용하여 거리가 떨어진 곳에서도 정보의 읽기/쓰기가 가능하며, 동시에 여러 개의 태그정보 처리를 수행할 수 있는 이점이 있다. RFID/USN은 각종 전자소자의 결합으로 이루어진 전자태그와 근거리 무선 네트워킹기술의 결합이며, 크게 나누어 센서장치 및 태그 및 리더기 고성능화, 무선 네트워킹 및 접속, 전자식별 등 기반 표준화, 어플리케이션(Application) 개발 등을 요소기술로 하고 있다.
상기 수집 노드(6)는 지상에 구비되되 상기 거점 중계수단(4)에서 각각 수신한 센싱 정보를 지상에서 수집하는 기능을 한다.
상기 수집정보 모니터링 수단(7)은 상기 수집 노드에서 수집된 센싱 정보를 모든 측정센서(3, 4)에 전자태그(RFID)를 부착, 인터넷(네트워크)과 연결을 통해서 정보를 인식하고 관리하는 네트워크를 말하는 유비쿼터스 센서 네트워크(USN: Ubiquitous Sensor Network)를 통해 모니터링하게 된다.
여기서, 상기 수집정보 모니터링 수단(7)은 모니터링부(8)와 기간 시스템(9)으로 구분되며, 상기 수집 노드(6)에서 수신된 센싱 정보를 모니터링부(8)에서 모니터링한 후 송변전 종합시스템(TGIS, Transmission Geographical Information System)인 기간 시스템(9)과 연계하여 전사적으로 활용될 수 있다.
결국, 본 발명은 과열되기 쉬운 지중 전력선(1)의 전선 접속 개소에 설치된 표면온도 측정센서(2)와 각종 가스(CO, CO2, H2S, CH4 등)농도 측정센서(3)는 일정 시간 주기별로 센싱 정보를 다수 구비된 거점 중계수단(4)에 전달한다.
그리고 상기 지중 전력선(1)과의 접속 부위의 온도를 측정하는 표면온도 센서(2)는 3개로 구비되고 접속부위 중앙과 양쪽 단의 온도를 측정한다. 이 3개 지점의 온도 차이가 5도 이상 나타날 경우에는 접속부위의 과열을 의심하여 측정온도를 거점 중계수단(4)에 센싱 신호를 송신하게 된다.
그리고 상기 거점 중계수단(4)은 일정 간격(예를 들어 약 50m 등)을 두고 설치하며, 전달받은 정보를 수집 노드(6)에 전송하여 사무실 내의 수집정보 모니터링 수단(7)의 모니터링부(8)에 전달하고 이들 정보는 모니터링 사용자 인터페이스(User Interface)를 통해 활용되어 작업자는 전송내용의 데이터를 확인하여 지하 전력구 내부의 이상 여부를 판단하여 점검 및 설비보수 여부를 결정할 수 있다.
이들 모니터링 사항은 TGIS(송변전 종합시스템: Transmission Geographical Information System) 등 사내 기간시스템(9)에 연계되어 전사적으로 활용될 수도 있다.
그리고 상기 수집 노드(6)에서는 전송받은 센싱 정보가 일정 기준치 이상의 비정상 데이터일 때 부착되어 연결된 저장장치(도면에 미도시)에 저장되며, 저장장치 용량은 한정되어있기 때문에 센싱 정보를 판정하여 수시로 발생될 수 있는 비정상 데이터와 특정시간의 데이터로 한정시킨다.
도 2는 상기 센서 노드 및 수집 노드(6) 간의 무선네트워크 구성도로, 지하 전력구 센싱 정보의 신뢰성과 확장성, 전력소모를 고려하여 유비쿼터스 센서 네트워크에 보편적으로 사용되는 직비(ZigBee) 프로토콜(저전력, 저규모 무선 네트워크를 구축할 수 있는 새로운 프로토콜)을 기본적으로 적용하였으며, 전체 네트워크를 구성하기 위해 별(Star)형 토폴로지와 나무(Tree)형 토폴로지를 병합 구성하도록 한다.
여기서, ZigBee 프로토콜은 IEEE 802.15.4.에서 표준화가 진행되고 있으며, 산업에서의 설비 감시, 가전에서의 자동화 및 조작, 의료 정보 감시 등의 분야에서 활용되고 있다. 여러 개로 구성되는 거점 중계수단(4)의 라우터(Router)가 Binary Tree형태의 네트워크를 구성하며, 표면온도 측정센서(2), 가스농도 측정센서(3)가 별형 네트워크 형태로 상기 거점 중계수단(4)에 연결되어 전체 네트워크를 구성하게 한다. 네트워크 내 모든 노드는 단일한 ID를 갖게 하며, 중계 노드는 위치인식 기능까지 겸하게 하여 모니터링시 센싱정보의 소재를 파악할 수 있게 한다.
이러한 네트워크에서 노드 간 연결 및 동기화 기법을 적용하였으며, 센서는 일정 시간 간격으로 sleep & wake up 방식으로 통신하도록 하였다. 이는 항상 전원을 공급받을 수 있는 수집 노드가 시간 간격에 맞도록 동기화 패킷을 전달하게 되며, 이를 이용하여 모든 센서 노드가 동기화되어 동작하게 된다.
센서의 sleep 시간은 모니터링 화면을 통해 조정할 수 있게 하고, 수집 노드(6)를 통해 제어 신호를 모든 노드에 전달하게 한다. 센서 노드는 wake up 후 동기화 패킷을 전달받고, 수집 노드의 명령을 전달받는 단계가 지난 후에 측정된 값을 전달하게 한다.
사용한 센서는 종류가 다양하여 그 값을 측정하기 위해 걸리는 시간이 서로 다르므로 모든 센서 노드가 sleep & wake up 방식으로 동작하기 위해서는 동기를 정확하게 맞추는 것이 중요하다. 일 예로 상기 표면온도 측정센서(2)의 경우에는 수백 미터 내에 측정할 수 있으나, 가스농도 측정센서(3)의 경우에는 수초가 걸리게 되므로 모든 센서 노드가 동일한 시점에 깨어나는 것이 아니라 자신이 사용하는 센서의 특성에 따라 측정하는데 걸리는 시간만큼 먼저 깨어나서 측정을 하고, 동기화 패킷을 받게 하여야 한다.
그리고 도 3은 센서 네트워크 모니터링 화면의 예시이다.
결국, 센싱과 유비쿼터스 센서 네트워크기술을 이용해 지하 전력구내 예방점 검을 효과적으로 수행하기 위한 본 발명은 케이블 표면온도, 가스상태(CO, CO2, H2S, CH4 등)를 센서를 통해 측정/감지하여 수집장치에 전송하는 일련의 장치와 시간주기별 특이 센싱정보 검출 및 저장 로직, 센싱장치와와 수집 노드 간의 통신방법, 실시간 센싱정보의 사용자 인터페이스(User Interface)로 크게 구성돼 있으며, 이들 구성요소들이 결합되어 지하 전력구 내부이상을 간편하게 검출할 수 있다.
본 발명이 적용될 지하 전력구 내부 점검기술은 케이블 과열, 누유, 접지상태 등 활선 점검과 배수 및 환풍설비, 조명 및 전원설비 등 보조설비의 점검측정 위주로 기술이 발전하였지만 이는 주로 계측기 위주의 하드웨어적 진단기법이며, 자동 센싱된 정보를 간편하고 효과적으로 활용하는 방법에 관한 연구는 매우 미흡하여, 현재까지도 지하에 들어가서 육안 또는 계측기로 상태를 점검하는 방식으로 이루어지고 있다.
나아가서는 RFID/USN의 효과적 적용분야 중 한가지로서 지하 전력구 전자태그와 센싱장치를 동기화시키고 무선 네트워크를 통해 실시간으로 케이블 접속부위 온도 및 전력구 내 각종 가스의 이상 유무를 쉽게 진단코자함에 있다.
본 발명의 센싱과 ＵＳＮ기술을 적용한 지하 전력구 전력선 온도 및 가스 감시방법은 도 3 및 4에 도시된 바와 같이 전력선의 표면 온도 및 가스 농도 센싱 단계(S10), 각 센싱 정보의 중계 단계(S20), 중계된 각 센서 정보의 수집 단계(S30), 전자 태그 출력 단계(S40), 모니터링 단계(S50) 및 기간 시스템 연계 단계(S60)로 이루어진다.
상기 전력선의 표면 온도 및 가스 농도 센싱 단계(S10)는 이 전력선(1)의 표면 온도와 전력구 내부의 가스농도를 표면온도 측정센서(2)와 가스농도 측정센서(3)에 의해 측정하는 단계이다.
상기 각 센싱 정보의 중계 단계(S20)는 상기 측정센서(2, 3)에서 측정된 센싱 정보를 상기 수집 노드(6)로 중계하기 위해 거치는 단계이다.
상기 중계된 각 센서 정보의 수집 단계(S30)는 상기 거점 중계수단(4)을 통해 중계된 센싱 정보를 일률적으로 수신하여 수집하는 단계이다.
상기 전자 태그 출력 단계(S40)는 상기 각 센싱 정보의 중계 단계(S20) 이 후에 중계된 센싱 정보가 송신되고 저장되며 작업자가 인식하도록 정보의 읽기/쓰기가 가능하도록 출력되는 단계이다.
상기 모니터링 단계(S50)는 상기 거점 중계수단(4)을 통해 수집된 센싱 정보를 각각 사무실 내로 모니터링하는 단계이다.
상기 기간 시스템 연계 단계(S60)는 상기 모니터링 단계(S50) 수행 후에 모니터링 사용자 인터페이스를 통해 활용되어 작업자가 전송 내용의 데이터를 확인하고 지하 전력구 내부의 이상 상태를 무선 방식으로 판단할 수 있는 단계이다.
이와 같은 본 발명의 센싱과 ＵＳＮ기술을 적용한 지하 전력구 전력선 온도 및 가스 감시시스템 및 감시방법은 센싱 노드와 유비쿼터스 센서 네트워크 연결을 통해 지하 전력구내에 설치된 전력선 케이블의 표면온도와 전력구 내부의 발생 가 스를 효과적으로 감지할 수 있다.
즉, 케이블 접속부위의 과열 및 전력구 내부의 일산화탄소(CO), 이산화탄소(CO2), 황화수소(H2S), 메탄가스(CH4) 등 가스발생 정도를 상시 점검함으로써 전력 과부하시 과열이 유발될 수 있는 전력구내 케이블 등 전력설비의 효율적 성능관리 및 사고 미연 방지가 가능하며, 작업자의 안전을 포함한 현장업무의 애로사항을 상당히 해결할 수 있을 것으로 기대된다.
또한, 점검측정시간 단축 등 작업생산성 향상을 도모할 수 있으며, 작업생산성을 향상시킴으로써 전력업무 효율제고를 통한 산업경쟁력 강화는 물론, 정전시간 단축 등 고객서비스 개선에 일조할 수 있다.
특히, 계측효과 측면에서도 시간적 연속성을 가진 신뢰성 높은 지하 전력구내 이상 여부 판단이 가능하여 불시사고의 철저한 예방이 가능하며, 사내 정보시스템과의 연계를 통해 종합적인 자료관리가 가능하다.
마지막으로, 본 발명은 단지 지하 전력구 내부의 점검 측정업무뿐만 아니라 사람이 쉽게 접근할 수 없는 지역의 비접촉식 점검측정업무에 폭 넓게 적용될 수 있어 산업경제적 파급효과가 매우 클 것으로 기대된다.

Claims (5)

  1. 지하 전력구 전력선 온도 및 가스 감시시스템에 있어서,
    상기 전력선과 근접한 위치에 일정 간격으로 접속부위 중앙과 양쪽 단에 다수 배치되어 상기 전력선의 표면 온도를 측정하는 표면온도 측정센서와, 지하 전력구 내부에 가스 농도를 검출하도록 상기 전력구 천장에 일정 간격으로 다수 구비되는 가스농도 측정센서로 구성되며 각각의 상기 표면온도 측정센서와 상기 가스농도 측정센서가 단일 ID를 가지는 센싱 노드(Sensing Node);
    상기 센싱 노드의 센싱 정보가 송신되고 저장하며 작업자가 인식하도록 정보의 읽기/쓰기가 가능하며, 반도체 칩과 안테나(Antenna), 리더기(Reader)로 구성되는 전자태그(RFID: Radio Frequency Identification Tag);
    상기 센싱 노드의 ID에 의한 각 위치 인식과 센싱 정보를 송신하도록 상기 전력구의 천장에 일정 간격으로 다수 구비되며, 라우터(Router)가 이진 트리(Binary Tree)형태의 네트워크를 구성하며, 상기 표면온도 측정센서, 가스농도 측정센서가 별형 네트워크 형태로 연결되어 전체 네트워크를 구성하는 거점 중계수단;
    상기 거점 중계수단에서 각각 수신한 센싱 정보를 지상에서 수집하되, 전송받은 센싱 정보가 일정 기준치 이상의 비정상 데이터일 때 부착되는 저장장치에 저장되며, 상기 저장장치 용량의 한정되어 센싱 정보를 판정하여 수시로 발생될 수 있는 비정상 데이터와 특정시간의 데이터로 한정시키는 수집 노드; 및
    상기 수집 노드에서 수집된 센싱 정보를 USN(Ubiquitous Sensor Network)을 통해 모니터링하며 모니터링부와 모니터링 사용자 인터페이스를 통해 전송 내용의 데이터를 확인하고 지하 전력구 내부의 이상 상태를 무선 방식으로 판단할 수 있는 기간 시스템으로 구분되는 수집정보 모니터링 수단; 을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 센싱과 ＵＳＮ기술을 적용한 지하 전력구 전력선 온도 및 가스 감시시스템.
  2. 삭제
  3. 지하 전력구 전력선 온도 및 가스 감시방법에 있어서,
    1) 상기 전력선의 표면 온도와 지하의 각종 가스 농도를 센싱하는 단계;
    2) 각 센싱 정보를 수신하여 중계하는 단계;
    3) 중계된 센싱 정보가 송신되고 저장됨과 동시에 정보의 읽기/쓰기가 가능하도록 전자태그로 출력되는 단계;
    4) 중계된 각 센싱 정보를 일률적으로 수신하여 수집하는 단계;
    5) 수집한 각 센싱 정보를 모니터링하되 USN(Ubiquitous Sensor Network)을 통해 일정시간 주기별로 센싱 값을 출력하는 단계; 및
    6) 상기 모니터링 후에 모니터링 사용자 인터페이스를 통해 활용되어 전송 내용의 데이터를 확인하고 지하 전력구 내부의 이상 상태를 무선 방식으로 판단하는 기간 시스템 연계 단계; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 센싱과 ＵＳＮ기술을 적용한 지하 전력구 전력선 온도 및 가스 감시방법.
  4. 삭제
  5. 삭제
KR1020060105999A 2006-10-31 2006-10-31 센싱과 ｕｓｎ기술을 적용한 지하 전력구 전력선 온도 및가스 감시시스템 및 감시방법 KR100832524B1 (ko)

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