KR100882293B1 - 수직루프를 이용한 송전선로 전자계 저감 실증시험 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 송전선로의 전자계 저감을 위한 각종 실증시험에 있어서 수직루프의 전기적인 파라미터를 변경가능하게 함으로써, 송전선로로 유도되는 전류의 크기를 조절하여 송전선로 주변의 자기장을 급격히 저감시킬 수 있도록 한 수직루프를 이용한 송전선로 전자계 저감 실증시험 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

이러한 특징적인 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 송전철탑에 흐르는 상도체의 자속에 의하여 수직 폐루프에 전압이 유기되면서 생성된 유도전류에 의한 자속이 상도체의 자속을 상쇄시켜 송전선로 주변의 자계를 저감시키는 수직루프장치; 수직루프를 통한 전기적 파라미터 변경하는 커패시턴스장치; 송전선로를 구성하는 송전용 전선과 인입케이블과 전기적으로 연결되며, 실증시험에 필요한 전류를 송전선로에 공급하는 전류원 공급장치; 제어용 케이블을 통해서 연결된 상기 전류원 공급장치를 제어하고, 전류원 데이터를 실시간으로 전송하는 제어장치; 및 전류원 데이터를 수신받아 실측 데이터와 예측 전자계 저감 데이터를 비교·분석하는 관리자 컴퓨터; 로 구성된다.

전자계, 수직루프, 자기장, 전자파, 커패시턴스, 파라미터

Description

수직루프를 이용한 송전선로 전자계 저감 실증시험 시스템 {The transmission line electromagnetic field reduction demonstration test system using the perpendicularity loop}

도 1a는 본 발명의 일실시예에 따른 수직루프를 이용한 송전선로 전자계 저감 실증시험 시스템의 개략적인 구성을 나타내는 측면도.

도 1b는 본 발명의 일실시예에 따른 수직루프를 이용한 송전선로 전자계 저감 실증시험 시스템의 개략적인 구성을 나타내는 정면도.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 수직루프를 이용한 송전선로 전자계 저감 실증시험 시스템의 개략적인 블록도.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 송전선로의 자기장을 측정하는 자기장 측정장치를 나타내는 도면.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 실측 데이터를 이용한 전자계 저감을 나타내는 그래프.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 예측 전자계 저감 데이터를 이용한 전자계 저감을 나타내는 그래프.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***

10 : 수직루프장치 11 : 지지대

12 : 송전철탑 13 : 송전용 전선

14 : 전주밴드 15 : 와이어 케이블

16 : 절연용 애자 17 : 수직루프 구성용 케이블

20 : 커패시턴스장치 30 : 전류원 공급장치

31 : 인입케이블 40 : 제어장치

41 : 제어용 케이블 50 : 자기장 측정장치

60 : 관리자 컴퓨터

본 발명은 수직루프를 이용하여 송전선로 주변의 전자계를 저감시키는 실증시험 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 송전선로의 전자계 저감을 위한 각종 실증시험에 있어서 수직루프의 전기적인 파라미터를 변경가능하게 하는 바, 송전선로로 유도되는 전류의 크기를 조절하여 상쇄시킴으로써, 송전선로 주변의 자기장을 급격히 저감시킬 수 있도록 한 수직루프를 이용한 송전선로 전자계 저감 실증시험 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 우리가 사용하는 거의 모든 가전제품과 주변의 송변전 설비 및 송전선 등 고압 전력설비에서 발생하는 ELF(Extremely Low Frequency)전자계는 우리의 생활과 뗄 수 없는 밀접한 관계를 가지고 있기 때문에 인체의 영향 유무에 관해서 일반국민 및 관련 직업종사자들의 지대한 관심과 더불어 상당한 논란의 대상이 되어왔다. 더욱이 우리나라를 비롯한 여러 나라들이 경제적인 전력수송을 위하여 송전전압을 초고압화하는 계획을 추진중이기 때문에 만약, ELF 전자계가 인체에 유해하다고 밝혀지면 기존의 송전방식과 가전제품의 설계를 둘러싸고 커다란 사회문제로 비화 될 가능성마저 안고 있으며, 이미 일부 국가에서는 과학적으로 명확하게 근거가 제시된 결론이 없는 상태에서도 ELF전자계의 인체 유해성 문제를 들어 송전선의 건설이 중단되거나 지연되고 있는 등 주변 주민과 전력회사 간에 심한 마찰을 빚고 있는 실정이다.

따라서 최근에 고압송전선·각종 고출력 전기기기 등 강력한 전자계원이 일상공간에 나타나 인류가 경험치 못한 인공전자환경에 노출되어 생체영향이 발표되면서 일반사람들에게 문제시되기 시작하였다.

이에 대하여, 송전선로의 전자계로 인하여 철탑 주변에서 제기되고 있는 문제점을 해결하기 위한 전자계 저감 연구가 시작되면서 이론과 해석을 뒷받침해 줄 수 있는 전자계 저감을 위한 송전선로 실증시험 시스템의 필요성이 대두 되고 있다.

송전선로의 전자계는 철탑형상이나 선로의 배치에 따라 자기장이 영향을 받을 수 있는데, 현재 국내에 건설된 송전선로는 수직 2회선 역상 배열방식으로 자기장의 세기를 서로 감쇄시킬 수 있는 시스템이지만, 이러한 철탑형상 및 배열로 자 기장을 감소시키는 데는 한계가 있었다. 전자계를 저감하는 방법에 있어 기존 송전선로의 전자계를 저감하는 가장 좋은 방법은 상쇄루프를 설치하는 방법이 가장 효과적이라는 결론을 내릴 수 있었다.

반면, 수평루프는 송전선로의 직하의 자기장을 줄여주는 효과를 얻을 수 있었으나 선로 주변의 자기장을 줄이는데는 한계가 있을 뿐 아니라 상쇄루프는 한번 설치되면 전기적인 파라미터를 조절할 수 없는 단점이 있다. 이때, 루프의 전류는 전력선의 전류에 의해서만 변하고, 송전선의 경우도 전력선의 위상이 일정하고 크기만 변하면 루프전류도 크기만 변하고 위상이 일정할 수밖에 없다.

또한, 해석에 의한 분석보다는 실질적인 실증시험을 통한 차폐효과를 규명하고 검증함으로써 큰 의미를 둘 수 있었지만, 그동안 이러한 실증시험 시스템을 구성하지 못해 전자계의 저감효과에 대한 실질적인 신뢰성을 확보하는데 문제점이 있었다.

그리고 외국의 경우 전자계에 대한 관심이 높아지면서 이미 전자계에 대한 연구가 활발히 진행되었다. 구체적으로, 미국 EPRI RENOX 자계시험장의 경우에 선로를 구성하여 복합시험을 진행, 스웨덴의 바덴폴 전력회사의 경우에 전자계의 민원이 제기된 배전선로구간 일부에 루프시스템을 적용함으로써, 전자계에 대한 연구를 진행하였다. 그러나 전기적인 파라미터 변환방식과 전류원 장치 등에 대한 종합적인 실증시험 시스템을 구축하지 못한 차이점이 있었다.

본 발명은 전술한 문제점들을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 송전선로의 전자계 저감을 위한 각종 실증시험에 있어서 수직루프의 전기적인 파라미터를 변경가능하게 함으로써, 송전선로로 유도되는 전류의 크기를 조절하여 송전선로 주변의 자기장을 급격히 저감시킬 수 있도록 한 수직루프를 이용한 송전선로 전자계 저감 실증시험 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 수직루프를 통한 송전선로 전자계 저감의 실증적인 시험시스템을 구축하여 확인함으로써, 다양한 실증시험의 병행에 따라 향후 송전선로의 전자계 저감을 위해 현장 적용에 대한 신뢰성을 확보함에도 있다.

그리고 본 발명의 또 다른 목적은 Bio-Savart's 법칙에 의해 전력선에 대한 자기장을 산출하는 예측 전자계 저감 데이터와 3차원 교류 자계의 파라미터를 적용하여 측정된 실측 데이터를 비교·분석 가능하게 함으로서 송전선로의 전자계 전감 효과의 신뢰성을 확보함에도 있다.

이와 같은 특징적인 기술적 사상을 구현하기 위한 본 발명의 수직루프를 이용한 송전선로 전자계 저감 실증시험 시스템에 있어서, 정보통신망(N); 송전철탑에 흐르는 상도체의 자속에 의하여 수직 폐루프에 전압이 유기되면서 생성된 유도전류에 의한 자속이 상기 상도체의 자속을 상쇄시켜 송전선로 주변의 자계를 저감시키는 수직루프장치; 수직루프를 통한 전기적 파라미터 변경하는 커패시턴스장치; 송전선로를 구성하는 송전용 전선과 인입케이블과 전기적으로 연결되며, 실증시험에 필요한 전류를 송전선로에 공급하는 전류원 공급장치; 제어용 케이블을 통해서 연 결된 상기 전류원 공급장치를 제어하고, 전류원 데이터를 실시간으로 전송하는 제어장치; 송전선로에서 나타나는 자기장 변화를 측정하는 자기장 측정장치; 및 전류원 데이터를 수신받아 실측 데이터와 예측 전자계 저감 데이터를 비교·분석하는 관리자 컴퓨터; 를 포함한다.

바람직하게 상기 수직루프장치는, 송전선로의 측면에 상기 수직루프를 설치하기 위한 지지대와 1/2 축소모형으로 건설한 송전철탑과 송전선로에 전류원의 인입을 위한 상기 송전용 전선과 상기 지지대에 수직루프 구성용 케이블을 고정하기 위한 전주밴드와 케이블의 장력을 잡아주기 위한 와이어 케이블과 상기 와이어 케이블의 폐루프를 방지하기 위한 절연용 애자로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한 바람직하게 상기 자기장 측정장치는, 송전선로의 자기장 변화를 측정하는 경우에 3차원 교류 자계 파라미터를 적용한 측정 방식을 이용하는 실측 데이터를 산출하는 것을 특징으로 한다.

또한 바람직하게 상기 자기장 측정장치는, 송전선로의 자기장 크기를 실시간으로 감지하여 자기장의 변화에 전류의 크기를 RS-232, RS-422 또는 RS-485 통신 포트를 이용하여 상기 관리자 컴퓨터로 전송하는 것을 특징으로 한다.

그리고 바람직하게 상기 관리자 컴퓨터는, 비오 사바르(Bio-Savart) 법칙을 이용하여 송전선로의 3차원 자기장에 관하여 예측 전자계 저감 데이터를 산출하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서 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.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 수직루프를 이용한 송전선로 전자계 저감 실증시험 시스템에 대하여 도 1a 내지 도 5를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1a는 본 발명의 일실시예에 따른 수직루프를 이용한 송전선로 전자계 저감 실증시험 시스템의 개략적인 구성을 나타내는 측면도이고, 도 1b는 본 발명의 일실시예에 따른 수직루프를 이용한 송전선로 전자계 저감 실증시험 시스템의 개략적인 구성을 나타내는 정면도이며, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 수직루프를 이용한 송전선로 전자계 저감 실증시험 시스템의 개략적인 블록도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 송전선로의 자기장을 측정하는 자기장 측정장치를 나타내는 도면이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 실측 데이터를 이용한 전자계 저감을 나타내는 그래프이며, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 예측 전자계 저감 데이터를 이용한 전자계 저감을 나타내는 그래프이다.

본 발명의 일실시예에 따른 수직루프를 이용한 송전선로 전자계 저감 실증시험 시스템은 도 1 및 도 2를 참고하여 살펴보면, 송전선로를 모의한 철탑 양 측면에 케이블 루프를 설치하고 송전선로에 전류원을 공급함으로써, 송전선로에서 발생 하는 저주파계의 환경영향에 따른 각종 전자계 발생원에 대한 전자계 저감대책을 시험할 수 있도록 정보통신망(N), 수직루프장치(10), 커패시턴스장치(20), 전류원 공급장치(30), 제어장치(40), 자기장 측정장치(50) 및 관리자 컴퓨터(60)를 포함한다.

먼저, 정보통신망(N)은 제어장치(40)와 관리자 컴퓨터(60)가 데이터를 송수신할 수 있도록 하는 기능을 수행하는 바, 근거리 통신망(LAN)과, 유선으로 접속할 수 있는 TCP/IP 프로토콜 및 무선으로 접속할 수 있는 WAP 프로토콜 등을 사용한 인터넷망을 포함한다. 예를 들어, 정보통신망(N)은 제어장치(40)가 수직루프장치(10)에서 발생되는 자기장을 측정한 후, 그에 따른 측정 데이터(이하, '실측 데이터'라함)를 관리자 컴퓨터(60)를 전송하며, 자기장 세기에 따라 파라미터의 조절 및 전류원 공급 등에 따른 제어 데이터를 관리자 컴퓨터(60)로부터 수신받아 제어장치(40)로 전송한다.

구체적으로, 수직루프장치(10)는 실제 모형에 따른 1/2 축소모형으로 건설한 송전철탑(12) 사이의 공간에 사각형상으로 마련되어 전자계 저감 실증시험을 하는 것으로서, 송전선로의 측면에 수직루프를 설치하기 위한 지지대(11)와 송전선로에 전류원의 인입을 위한 송전용 전선(13)과 상기 지지대(11)에 수직루프 구성용 케이블(17)을 고정하기 위한 전주밴드(14)와 케이블의 장력을 잡아주기 위한 와이어 케이블(15)과 상기 와이어 케이블(15)의 폐루프를 방지하기 위한 절연용 애자(16)로 구성된다.

이때, 수직루프장치(10)는 송전철탑에 흐르는 상도체의 자속에 의하여 수직 폐루프에 전압이 유기되면서 유도전류가 흐르게 되는데 이 유도 전류에 의한 자속이 원래 상도체의 자속을 상쇄시켜 송전선로 주변의 자계를 저감시키는 원리를 적용한 것이다.

참고적으로, 송전선의 철탑은 보통 3상 2회선, 즉 6개의 전선을 애자(碍子)로 지지하고 있다. 철탑 사이의 거리는 20~30m이고, 철탑에 가설한 전선의 지표(地表)로부터의 최저 높이는 전기설비기술에 의해 정해져 있으며, 예를 들면 15만 V의 선로일 경우는 6m이다. 보통 선로가 넓은 강이나 깊은 계곡을 건널 경우에는 경간이 길고, 따라서 전선의 장력이 커지므로 특히 강한 구조가 필요하다. 송전선일지라도 규모가 작은 것, 또는 배전선이나 전화선의 지지물로서 단일기초(單一基礎) 위에 세우는 철주가 있다.

또한, 커패시턴스장치(20)는 상기 수직루프를 통한 전기적 파라미터 변경하는 기능을 수행한다.

여기서, 커패시턴스 투입량에 따른 수직루프의 전기적 특성을 변화시켜 40%에 이르는 저감율을 70% 이상으로 급격하게 저감시킬 수도 있다.

또한, 전류원 공급장치(30)는 송전선로에 자기장을 발생시키는 기능을 수행한다. 구체적으로, 송전선로에 자기장을 발생시키기 위해서 송전철탑(12)에 고정되고, 송전선로를 구성하는 송전용 전선(13)과 인입케이블(31)과 전기적으로 연결되며, 실증시험에 필요한 전류를 상기 송전선로에 공급한다.

또한, 제어장치(40)는 제어용 케이블(41)을 통해서 연결된 상기 전류원 공급장치(30)를 제어하고, 송전선로에 공급되는 전류원의 크기변화 즉, 전류원 데이터 를 실시간 관리자 컴퓨터(60)로 전송하는 기능을 수행한다.

또한, 자기장 측정장치(50)는 송전선로에서 나타나는 자기장 변화를 측정하는 기능을 수행한다.

본 실시예에서는 도 4에 도시된 바와 같이, 자기장 측정장치(50)가 자기장 변화를 측정하는 경우에 3차원 교류 자계 파라미터를 적용한 측정 방식을 이용하는 것으로 설정하였으나, 본 발명이 이에 한정되지 않는다.

구체적으로, x, y, z축 3방향으로 측정한 다음

를 계산하여 합성치를 산출하는 방법으로서, 출력수단을 통해서 실측 데이터에 대한 확인이 가능하고, 저장수단을 통해서 상기 실측 데이터를 저장할 수도 있다.

이때, 전계와 자계는 벡터량이므로 3축으로 측정해야 하는데, 자계는 내장된 3개의 센서를 이용하여 x, y, z축 성분을 모두 측정되지만, 전계는 별도로 제공되는 외부센서를 이용하여 전계의 크기를 1축으로밖에 측정할 수 없기 때문에 x, y, z축 3방향으로 측정하여 합성치를 산출한다.

부연하여, 상술한 실측 데이터를 산출하기 위해서 송전선로 주변에서 측정되는 자기장의 변화는 도 3에 도시된 바와 같이, 미국의 EPRI와 Enertech Consultant사에서 공동으로 개발한 EMDEX II 측정기를 이용하며 측정하는 것으로 설정하였지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

한편, 관리자 컴퓨터(60)는 제어장치(40)를 통해서 제어되는 실시간 전류원 데이터를 수신받아 예측 전자계 저감 데이터와 비교·분석을 하는 기능을 수행한 다.

다시 말하면, 상기 제어장치(40)를 통해서 자기장의 세기를 검출하기 위해 380V의 수전반(Incoming Panel) 전압을 제어장치(40)를 통해 전류 공급장치(30)에 내장된 슬라이덕스(Slidacs)로 보내고 슬라이덕스 2차 전압을 조정하여 누설변압기의 1차 측 전압을 조정하여 인입선(31)을 통해 송전선로에 투입된다. 이때, 제어장치(40)는 분전반(Cabinet Panel)에 설치된 자기장 측정장치(50)를 통해 송전선로에 투입되는 전류의 크기를 실시간으로 감지하여 자기장의 변화에 전류의 크기를 RS-232, 422, 485 통신 포트를 이용하여 관리자 컴퓨터(60)로 전송한다.

여기서, 관리자 컴퓨터(60)는 자기장 세기에 따라 파라미터의 조절 및 전류원 공급 등에 따른 제어 데이터를 정보통신망(N)을 통해서 제어장치(40)로 전송할 수도 있으며, 제어장치(40)와 송전선로에서 변화하는 전류원의 크기의 데이터를 실시간으로 저장가능하다.

본 실시예에서, 도 5에 도시된 바와 같이, 비오 사바르(Bio-Savart) 법칙을 이용하여 송전선로의 3차원 자기장에 관하여 예측 전자계 저감 데이터를 산출하는 것으로 설정하였지만, 본 발명이 이에 국한되지 않는다. 다시 말하면, 비오 사바르법칙에 기반을 둔 적분식을 대수식으로 변환한 해석식을 사용하였다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 송전선로에서 발생하는 전자계로 인하여 민원이 발생할 수 있는 지역에 수직루프를 이용한 송전선로 전자계 저감 실증시험시 스템을 설치하여 송전선로의 전자계를 저감시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 수직루프의 전기적인 파라미터를 변경 가능하게 함으로서 다양한 전자계 저감 실증시험을 할 수 있는 효과도 있다.

뿐만 아니라 다양한 실증시험을 통해 예측 전자계 저감 데이터와 실측 데이터를 비교분석도 가능하게 함으로서 그 결과에 따라 향후 송전선로의 전자계 저감을 위해 현장 적용에 신뢰성을 확보 및 민원발생 지역의 송배전선로 구성과 향후 친환경적 송전선로 설계기법에도 크게 기여할 수 있는 효과도 있다.

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.

Claims (6)

1. 수직루프를 이용한 송전선로 전자계 저감 실증시험 시스템에 있어서,

   송전철탑에 흐르는 상도체의 자속에 의하여 수직 폐루프에 전압이 유기되면서 생성된 유도전류에 의한 자속이 상기 상도체의 자속을 상쇄시켜 송전선로 주변의 자계를 저감시키는 수직루프장치(10);

   상기 수직루프를 통한 전기적 파라미터 변경하는 커패시턴스장치(20);

   송전선로를 구성하는 송전용 전선(13)과 인입케이블(31)과 전기적으로 연결되며, 실증시험에 필요한 전류를 상기 송전선로에 공급하는 전류원 공급장치(30);

   제어용 케이블(41)을 통해서 연결된 상기 전류원 공급장치를 제어하고, 전류원 데이터를 실시간으로 전송하는 제어장치(40);

   상기 송전선로에서 나타나는 자기장 변화를 측정하는 자기장 측정장치(50); 및

   상기 전류원 데이터를 정보통신망(N)을 통해 수신받아 실측 데이터와 예측 전자계 저감 데이터를 비교·분석하는 관리자 컴퓨터(60); 를 포함하되,

   상기 수직루프장치(10)는, 상기 송전선로의 측면에 상기 수직루프를 설치하기 위한 지지대(11)와 1/2 축소모형으로 건설한 송전철탑(12)과 상기 송전선로에 전류원의 인입을 위한 상기 송전용 전선(13)과 상기 지지대(11)에 수직루프 구성용 케이블(17)을 고정하기 위한 전주밴드(14)와 케이블의 장력을 잡아주기 위한 와이어 케이블(15)과 상기 와이어 케이블(15)의 폐루프를 방지하기 위한 절연용 애자(16)로 구성되는 것을 특징으로 하는 수직루프를 이용한 송전선로 전자계 저감 실증시험 시스템.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 자기장 측정장치(50)는,

   x, y, z축 자기장 측정센서를 통해 상기 송전선로의 합성 자기장을 산출하는 것을 특징으로 하는 수직루프를 이용한 송전선로 전자계 저감 실증시험 시스템.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 자기장 측정장치(50)는,

   상기 송전선로의 자기장 크기를 실시간으로 감지하여 자기장의 변화에 전류의 크기를 RS-232, RS-422 또는 RS-485 통신 포트를 이용하여 상기 관리자 컴퓨터로 전송하는 것을 특징으로 하는 수직루프를 이용한 송전선로 전자계 저감 실증시험 시스템.
6. 삭제

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