KR101040732B1 - 송배전선로 감시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에서 송배전선로의 물리적 변형 및 전력상태를 동시에 감시할 수 있는 송배전선로 감시장치를 개시한다.
본 발명에 따른 장치는, 전력 송배전 시스템에서의 송배전선로 상태를 감시하는 장치에 있어서, 소정 형상의 하우징을 갖는 본체 상단에 설치되어 송배전선로에 권취되도록 결합되며 다수의 권취 코일을 포함하는 CT 하우징으로 구성되고; 상기 CT 하우징은 원통형 구조에서 중앙이 절개되어 제1 권취커버 및 제2 권취커버로 분리되며, 절개면의 상단에 회동 힌지가 결합되어 상기 제1 권취커버 및 제2 권취커버가 회동 개폐 가능하도록 성형되며; 상기 본체는 본체의 기울어진 각도를 인지하고, 상기 코일로부터 유도되는 전류, 전압을 검출하여 송전 또는 배전 전력을 인지하기 위한 센싱 기능과, 상기 센싱 기능을 기반으로 전력상태를 감시하는 전력감시 기능과, 상기 코일로부터 유도된 전력을 시스템 전원으로 변환하는 전원 변환 기능을 포함하여, 상기 전력상태를 소정의 통신 네트워크로 탑재하도록 무선 송출기능 및 시스템 운용을 위한 시스템 관리기능을 수행하는 제어장치를 포함한다.
따라서, 본 발명은 자연재해로 인한 배선선로의 하중 증가 또는 기준치 이상의 요동상태를 감지 및 무선 송출함으로써 추후 발생 우려에 대한 요소를 사전에 인지할 수 있음에 따라 전력 설비의 효율적 관리를 유도할 수 있는 효과가 있다.

Description

송배전선로 감시장치{APPARATUS FOR MONITORING POWER LINE}
본 발명은 송배전 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 송배전 시스템의 가공선로 또는 지중선로에 권취되어 송배전선로의 물리적 형상변화 및 전력 상태를 감시하고, 감시결과를 무선 네트워크로 탑재하기 위한 송배전선로 감시장치에 관한 것이다.
최근 들어, 송배전선으로는 대용량 송전을 위한 증용량전선(HCC), 가공지선으로는 광섬유를 포함하여 통신기능을 추가한 광섬유 복합 가공지선(OPGW)의 사용이 증가하고 있다. 이러한, 발전소로부터 발전된 전력을 가공선을 통해 수용지로 공급하는데 있어서 가공선의 사고 발생, 즉 주위환경으로 인한 가공선 훼손 등에 의해 발생되는 그 파급 효과는 대단히 크기 때문에 가공선을 감시하는 기술은 가공선 선로 관리에 있어서 중요한 부분을 차지한다.
그러나, 가공선은 비교적 산악지역이나 호수 등 상주 인력을 배치하기 어려운 지역에 설치되며, 가공선의 선로가 길기 때문에 인력에 의한 가공선의 감시가 용이하지 못한 단점이 있다. 따라서, 가공선을 안전하게 유지하여 수용지로의 지속적인 전력공급을 가능하게 하고 유사시에는 즉각적인 검출과 차단으로 사고를 방지하고 복구를 조기에 매듭짓기 위하여 여러 감시장비와 제어장비 및 인력의 필요성이 중요시되고 있다.
이에, 가공선 감시의 중요성에 따라 여러 센서와 영상 장비를 구비하고 있는 가공선 감시용 장치를 포함하여 이루어진 가공선 감시시스템을 개발하게 되었다. 이러한, 가공선 감시시스템은 가공선에 센서를 장착하거나 철탑에 카메라를 장착하여 가공선 및 그 주위 환경을 감시하며, 해당 가공선 및 그 주위 환경에 대한 정보를 관리자에게 제공해 주는 기능을 수행하도록 구현되고 있는 실정이다.
예를 들어, 기존의 가공선 감시 장치는 철탑에 장착되어 있는 폐쇄회로 카메라를 이용하여 가공선 및 애자 연결 부위의 이미지를 촬영하여 해당 촬영된 이미지를 가공선을 이루는 광섬유 복합 가공지선(OPGW), 또는 무선통신 모듈을 통해 감시시스템 서버로 전송하도록 구현되어 있다. 이에, 관리자는 해당 가공선 및 애자 연결부위의 이미지를 감시시스템 서버를 통해 모니터링 하게 된다. 또한, 가공선 설비의 고장에 주원인으로 작용하는 기후 및 환경의 변화를 감시하기 위해 해당하는 센서를 가공선에 장착하여 해당 가공선 주위의 풍향, 풍속, 가공선 온도 및 가공선에 흐르는 전력의 변화에 대한 정보를 검출하고 해당 검출된 정보를 감시시스템 서버로 전송하여 이를 관리자가 모니터링 할 수 있도록 구현되어 있다.
그러나, 기존의 가공선 감시 장치에서의 가공선 감시용 장치는 센서나 카메라가 가공선이나 철탑에 고정 장착되어 있기 때문에, 가공선 부식 등의 가공선 훼손 상태 및 가공선 주변의 유해 환경(예를 들어, 수목이 자라는 현상 등)을 세밀하게 관찰하기가 어려운 문제점이 있었다.
대한민국 등록특허 10-0858216호 "가공선 감시 시스템"에서 가공선의 훼손 및 주변환경 상태에 대한 정보를 세밀하게 감시할 수 있는 기술이 공지되어 있다. 이를 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다. 도 1은 종래 송전선로 상태 감시 장치를 나타낸 구성도이다. 도시된 바와 같이, 감시용 장치(10)와, 통신 모듈(20)과, 감시시스템 서버(30)를 포함하여 이루어진다. 상기 감시용 장치(10)와 상기 감시시스템 서버(30)는 상기 통신 모듈(20)을 통해 상호 연결되어 통신한다. 상기 감시용 장치(10)는 자신이 장착된 가공선을 타고 운행하면서, 해당 가공선의 훼손 및 주변환경 상태를 감시하며, 유해물 존재시 이를 감지하여 유해물 제거 작업을 수행한다. 또한, 상기 감시용 장치(10)는 상기 감시시스템 서버(30)로부터 제어 입력 신호를 수신받아 이에 따른 운행 및 유해물 제거 작업을 수행한다. 상기 감시용 장치(10)의 구성은 도 2에 도시된 바와 같이, 정보감지센서부(11), 메모리부(12), 구동부(13), 제어부(14), 전원공급부(15) 및 통신부(16)를 포함하여 이루어진다. 상기 정보감지센서부(11)는 상기 전원공급부(15)의 전원에 의해 작동하며, 가공선의 훼손 및 주변환경 상태에 대한 정보를 감지하여 해당 감지된 상태 정보를 상기 제어부(14)로 전달한다. 예를 들어, 정보감지센서부(11)는 전압계, 전류계, 온도센서, 카메라, 습도계, 풍향계, 풍속계, 적외선 센서 및 초음파 센서 중에 하나 이상의 조합으로 이루어진다. 상기 메모리부(12)는 상기 감시용 장치(10)에 대한 동작 제어 관련 데이터를 저장하고 있다. 상기 구동부(13)의 운행 작업 수행을 위한 운행 제어 알고리즘 및 유해물 제거 작업 수행을 위한 유해물 제거 작업 알고리즘을 저장하고 있다. 또한, 상기 메모리부(12)는 상기 정보감지센서부(11)에서 감지된 가공선의 훼손 및 주변환경 상태에 대한 정보 중에서 유해물 존재 여부를 확인할 수 있는 유해물 검출 정보를 저장하고 있다. 상기 구동부(13)는 상기 전원공급부(15)의 전원에 의해 작동하며, 상기 제어부(14)로부터의 구동 제어 신호에 의해 운행 및 유해물 제거 작업을 수행한다. 또한, 상기 구동부(13)는 상기 제어부(14)로부터의 구동 제어 신호에 의해 회전하여 운동에너지를 발생시키며, 해당 발생된 운동에너지를 이용하여 상기 가공선 상에서 운행하는 모터운행장치(미도시)와, 해당 모터운행장치에 의한 이동 중에, 상기 정보감지센서부(11)에서 유해물을 감지한 경우, 에이 따른 상기 제어부(14)의 구동 제어 신호에 의해 유해물 제거 작업을 수행하는 유해물 제거부(미도시)를 포함하여 이루어진다. 여기서, 상기 유해물 제거부는 전원공급부의 전원을 이용하여 열을 발생시켜 제설 및 제빙 작업을 수행하는 전기발열장치(미도시), 또는 기계적인 팔 동작으로 유해물 제거 작업을 수행하는 기계팔(미도시)을 포함하여 이루어진다. 상기 제어부(14)는 상기 전원공급부(15)의 전원에 의해 작동하며, 상기 정보감지센서부(11)로부터 가공선의 훼손 및 주변환경 상태에 대한 정보를 전달받아 이에 대응하는 동작 제어 관련 데이터를 상기 메모리부(12)로부터 판독하여 해당 판독된 데이터에 따라 상기 구동부의 구동을 제어하는 구동 제어 신호를 발생시키며, 상기 정보 감지센서부(11)로부터 전달받은 가공선의 훼손 및 주변환경 상태에 대한 정보를 상기 통신 모듈(20)을 통해 상기 감시시스템 서버(30)로 전송한다. 또한, 상기 제어부(14)는 상기 정보감지센서부(11)로부터 가공선의 훼손 및 주변환경 상태에 대한 정보를 전달받아 이를 상기 메모리부(12)에 저장되어 있는 유해물 검출 정보와 비교하여 유해물의 존재 여부를 확인한 후에, 해당 유해물의 존재가 확인된 경우, 상기 유해물 제거 작업을 위한 구동 제어 신호를 발생시킨다. 또한, 상기 제어부(14)는 상기 통신 모듈(20) 및 상기 통신부(16)를 통해 상기 감시시스템 서버(30)로부터 제어입력 신호를 수신받아 해당 수신받은 제어 입력 신호에 따라 운행 및 유해물 제거 작업을 위한 구동 제어 신호를 발생시킨다. 즉, 상기 제어부(14)는 상기 감시시스템 서버(30)로부터의 요청에 따라 상기 구동부(13)를 제어한다. 상기 전원공급부(15)는 상기 가공선에 흐르는 전류에 의해 발생되는 전자기장을 자기를 유도하는 코일을 이용하여 커플링함으로써, 자기 에너지를 유도하여 전원을 획득하거나, 또는 태양열 에너지 및 태양전지를 이용하여 전원을 획득한 후에, 해당 획득한 전원을 상기 정보감지센서부(11), 구동부(13), 제어부(14) 및 통신부(16)로 공급한다. 예를 들어, 상기 전원공급부(15)는 CT(Current Transformer) 를 포함하여 이루어진다. 상기 통신부(16)는 상기 전원공급부(15)의 전원에 의해 작동하며, 상기 제어부(14)와 상기 통신 모듈(20) 상호 간의 정보(즉, 데이터) 송수신을 위해 유무선 통신 기능을 수행한다. 상기 통신 모듈(20)은 상기 감시용 장치(10)와 상기 감시시스템 서버(30) 상호 간의 정보 송수신을 위해 유무선 통신 기능을 수행한다. 즉, 상기 통신 모듈(20)은 상기 통신부(16)와 상기 감시시스템 서버(30)가 서로 통신할 수 있도록 유선/무선 통신 기능을 수행한다. 그러나, 이와 같이 종래의 전력선 감시는 자연재해에 따른 상태 감시가 충분히 이루어지지 못할 뿐만 아니라, 자연재해로부터 발생되는 전력상태 변화를 감지 및 통지할 수 있는 시스템의 구축되지 못해 산업설비의 안정성이 저하되는 문제가 있다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 일체화된 구조를 갖고 임의의 가공선로 또는 지중선로에 영구장착되어 송배전선로의 이상상태를 실시간으로 감시할 수 있도록 함에 따라, 배전설비의 감시 효율을 증대시킬 수 있는 송배전선로 감시 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 자연재해로 인한 배선선로의 하중 증가 또는 기준치 이상의 요동상태를 감지하고, 감지결과를 무선송출함으로써 배선선로의 물리적 변화를 감시하여 추후 발생 우려에 대한 요소를 사전에 인지할 수 있는 송배전선로 감시 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 송배전선로 상으로 권취되는 전류검출 센서로부터 이상전류 및 전압의 변화를 인지함으로써, 송전 또는 배전의 효율적 관리가 가능한 송배전선로 감시 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 배선선로의 유도 전자기력을 이용하여 소비전력량을 구축하도록 함에 따라, 일 회 설치시 영구적으로 사용 가능한 송배전선로 감시 장치를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 관점에 따른 송배전선로 감시장치는, 전력 송배전 시스템에서의 송배전선로 상태를 감시하는 장치에 있어서, 소정 형상의 하우징을 갖는 본체 상단에 설치되어 송배전선로에 권취되도록 결합되며 다수의 권취 코일을 포함하는 CT 하우징으로 구성되고; 상기 CT 하우징은 원통형 구조에서 중앙이 절개되어 제1 권취커버 및 제2 권취커버로 분리되며, 절개면의 상단에 회동 힌지가 결합되어 상기 제1 권취커버 및 제2 권취커버가 회동 개폐 가능하도록 성형되며; 상기 본체는 본체의 기울어진 각도를 인지하고, 상기 코일로부터 유도되는 전류, 전압을 검출하여 송전 또는 배전 전력을 인지하기 위한 센싱 기능과, 상기 센싱 기능을 기반으로 전력상태를 감시하는 전력감시 기능과, 상기 코일로부터 유도된 전력을 시스템 전원으로 변환하는 전원 변환 기능을 포함하여, 상기 전력상태를 소정의 통신 네트워크로 탑재하도록 무선 송출기능 및 시스템 운용을 위한 시스템 관리기능을 수행하는 제어장치를 포함하고, 상기 전력감시 기능은, 순시전압저하(Instantaneous voltage sag or dip) 감시모드, 순시전압상승(Instantaneous voltage swell) 감시모드, 순시정전(Instantaneous Interruption) 감시모드, 고조파(Harmonics) 감시모드, 불평형률(Current Unbalance) 감시모드 중 어느 하나 이상을 감시하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따르면, 상기 제어장치는 상기 제1 CT로부터 검출된 유도전압을 정류 및 평활시켜 소망하는 전압 및 전력으로 변환하여 시스템 전원을 공급하는 전원 변환모듈; 상기 제2 CT로부터 검출된 전류 및 전압 신호를 소정 레벨로 증폭시키는 증폭부; 상기 증폭부의 출력 신호를 디지털 신호로 변환하는 AD 컨버터; 상기 본체의 기울어진 상태 또는 기준치 이상의 진동, 요동 상태를 전기적 신호로 변환 및 신호증폭하는 자이로센서 모듈; 상기 송배전선로의 전력상태를 감시하기 위한 알고리즘, 상기 알고리즘에 근거하여 검출된 전력상태를 데이터화된 정보로 저장 관리하는 메모리; 상기 메모리로 탑재된 전력상태 감시 알고리즘에 근거하여, 상기 AD 컨버터의 출력 데이터에 대한 전력분석을 수행하고, 상기 자이로센서 모듈로부터 인지되는 송배전선로의 물리적 변화를 판단하며, 그 결과를 시각정보와 더불어 상기 메모리로 저장관리되도록 제어하고, 실시간 전력 감시 및 송배전선로의 물리적 변화 감시를 토대로 이벤트 발생 여부를 판단한 후, 기 저장된 데이터를 외부로 송출하는 제어부; 및 상기 제어부의 데이터 송출 지시에 응답하여 기 설정된 통신 네트워크로 해당 데이터를 전송 제어하는 통신모듈로 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 제시되는 송배전선로 감시장치는, 일체화된 구조를 갖고 임의의 가공선로 또는 지중선로에 영구장착되어 송배전선로의 이상상태를 실시간으로 감시할 수 있도록 함에 따라, 배전설비의 감시 효율을 증대시킬 수 있으며, 자연재해로 인한 배선선로의 하중 증가 또는 기준치 이상의 요동상태를 감지하고, 감지결과를 무선 송출함으로써 배선선로의 물리적 변화를 감시하여 추후 발생 우려에 대한 요소를 사전에 인지할 수 있음에 따라 전력 설비의 효율적 관리를 유도할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 가공선 감시 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 송배전선로 감시 장치를 나타낸 사시도이다.
도 3은 도 2의 주요 기능을 설명하기 위한 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일부 기능에 따른 동작을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 2는 본 발명에 따른 송배전선로 감시장치를 나타낸 사시도이다. 도시된 바와 같이, 소정 형상의 하우징을 갖는 본체(203) 상단에 설치되어 송배전선로에 권취되도록 결합되는 CT 하우징(201)으로 구성된다. 상기 CT 하우징(201)은 원통형 구조에서 중앙이 절개되어 제1 권취커버(209) 및 제2 권취커버(211)로 분리되고, 절개면의 상단에 회동 힌지가 결합되어 상기 제1 권취커버(209) 및 제2 권취커버(211)가 회동 개폐 가능한 구조로 성형된다. 따라서, 상기 CT 하우징(201)은 송배전선로를 수용함에 있어, 상기 제1 권취커버(209)를 개구시킨 후, 상기 CT 하우징(201)의 중앙으로 송배전선로의 외주부를 수용토록 한다. 이후, 상기 제1 권취커버(209)는 회동시켜 제2 권취커버(211)와 밀착시킨다. 상기 제1 권취커버(209) 및 제2 권취커버(211)는 하단부에 마련된 체결홈(205)에 의해 나사결합된다.
상기 CT 하우징(201)의 내부에는 공지된 바와 같이 다수의 코일이 권취되어 있으며, 상기 코일은 송배전선로로부터 유도되는 전자기장에 의해 소정의 전력이 야기되도록 한다. 이에, 상기 본체(203)는 본체의 기울어진 각도를 인지하고, 상기 코일로부터 유도되는 전류, 전압을 검출하여 송전 또는 배전 전력을 인지하기 위한 센싱 기능과, 상기 센싱 기능을 기반으로 전력상태를 감시하는 전력감시 기능과, 상기 코일로부터 유도된 전력을 시스템 전원으로 변환하는 전원 변환 기능을 포함하여, 상기 전력상태를 소정의 통신 네트워크로 탑재하도록 무선 송출기능 및 시스템 운용을 위한 시스템 관리기능을 갖는다. 미설명된 동작 표시부(207)는 시스템의 동작 상태를 표시하기 위한 것으로, 이는 제조과정에서 테스트용 램프로 인지됨이 바람직할 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 주요 기능을 설명하기 위한 구성도이다. 도시된 바와 같이, 상기 CT 하우징(201)에 내설되어 송배전선로의 유도 전자기장으로부터 유도전압을 제공하는 제1 CT와, 상기 송배전선로로 공급되는 전력에 대한 유도 전류, 전압을 제공하는 제2 CT로 구성된 CT와, 상기 제1 CT로부터 검출된 유도전압을 정류 및 평활시켜 소망하는 전압 및 전력으로 변환하여 시스템 전원을 공급하는 전원 변환모듈(307)과, 상기 제2 CT로부터 검출된 전류 및 전압 신호를 소정 레벨로 증폭시키는 증폭부(311)와, 상기 증폭부(311)의 출력 신호를 디지털 신호로 변환하는 AD 컨버터(313)와, 상기 본체(203)의 기울어진 상태 또는 기준치 이상의 진동, 요동 상태를 전기적 신호로 변환 및 신호증폭하는 자이로센서 모듈(305)과, 상기 송배전선로의 전력상태를 감시하기 위한 알고리즘, 상기 알고리즘에 근거하여 검출된 전력상태를 데이터화된 정보로 저장 관리하는 메모리(303), 상기 메모리(303)로 탑재된 전력상태 감시 알고리즘에 근거하여, 상기 AD 컨버터(313)의 출력 데이터에 대한 전력분석을 수행하고, 상기 자이로센서 모듈(305)로부터 인지되는 송배전선로의 물리적 변화를 판단하며, 그 결과를 시각정보와 더불어 상기 메모리(303)로 저장관리되도록 제어하고, 실시간 전력 감시 및 송배전선로의 물리적 변화 감시를 토대로 이벤트 발생 여부를 판단한 후, 기 저장된 데이터를 외부로 송출하는 제어부(301)와, 상기 제어부(301)의 데이터 송출 지시에 응답하여 기 설정된 통신 네트워크로 해당 데이터를 전송 제어하는 통신모듈(315)로 이루어진다.
여기서, 상기 자이로센서 모듈(305)은 3축 자이로센서로 구성됨으로써, 상기 송배전선로의 상하 진동 및 좌우 진동에 따른 변화량을 판단한다. 상기 송배전선로의 상하 진동은 폭설 또는 과도한 주변 온도 상승으로 인한 송배전선로가 인장 되는 현상을 의미하며, 상기 송배전선로의 과도 또는 급격한 좌우 진동은 송배전 시스템의 물리적 변화 또는 외력에 의한 강압 상태로 인지될 수 있을 것이다.
한편, 상기 AD 컨버터(313)로부터 검출되는 전력감시는 먼저, 전압저하(Voltage sag or dip) 즉, 정격주파수에서 지속시간이 0.5싸이클에서 1분정도, 전압저하의 정도가 실효치기준 0.1 p.u. 에서 0.9 p.u. 인 현상을 나타내는 순시전압저하(Instantaneous voltage sag or dip) 감시, 전압상승은 정격주파수에서 지속시간이 0.5싸이클에서 1분정도, 전압크기가 실효치기준 1.1 p.u. 에서 1.8 p.u.정도로 되는 현상으로서, 이 중에서 지속시간이 0.5 싸이클에서 30 싸이클정도까지의 현상을 나타내는 순시전압상승(Instantaneous voltage swell) 감시, 단기간정전(Short-duration Interruption)은 공급전압이나 부하전류가 1분을 초과하지 않는 시간범위내에서 0.1 p.u.미만으로 감소하는 현상으로서, 그 지속시간이 30싸이클 이하의 경우를 나타내는 순시정전(Instantaneous Interruption) 감시, 전력계통의 부하와 기기의 비선형적인 특성에 의하여 발생되며, 기본주파수(정현파 : 60Hz)의 정수배 주파수를 가지는 사인파의 전압 또는 전류를 나타내는 고조파(Harmonics) 감시, 삼상 전압 또는 전류의 평균치에 대한 최대편차로 정의되며, 그 최대편차를 삼상 전압 또는 전류의 평균치로 나눈 비율(%)을 나타내는 불평형률(Current Unbalance)을 감시한다.
이러한 감시항목은 각각의 기준치가 설정되어 있으며, 기준치 초과 시 소정의 상기 제어부(301)는 이벤트를 발생시킨다. 예컨대, 전류 불평형율이 30%를 초과하는 경우 제어부(301)는 이벤트를 발생시켜 관리자 또는 관리서버로 해당 정보를 제공하는 것이다.
이하, 본 발명의 동작을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 본 발명에 따른 송배전선로 감시장치(200)는 작업자에 의해 송배전선로의 소정 위치에 설치된다. 설치되는 위치는 송배전선로의 중앙에 근접함이 바람직하며, 이는 송배전선로의 기울기를 판단하기 위한 것이다. 상기 송배전선로 감시장치(200)를 설치함에 있어, 관리자는 상기 CT 하우징(201)의 제1 권취커버(209)를 개구시킨 후, 송배전선로의 소망 위치에 설치하고 상기 제1 권취커버(209)를 밀폐시킨다. 이는 상기 체결홈(205)을 통해 제1 권취커버(209) 및 제2 권취커버(211)를 상호 결합시키는 것으로, 송배전선로로부터 이탈 또는 이송되지 못하도록 한다.
이와 같이 송배전선로 감시장치(200)의 설치가 완료되면, 상기 CT 하우징(201)에 내설되는 제1 CT 및 제2 CT는 각각으로 유도 전자기장을 제공받고, 또한 송배전선로의 전류, 전압의 변화량을 인지하게 된다. 먼저, 상기 제1 CT는 송배전선로의 전자기장에 근거하여 소정의 전압을 유도하며, 이는 상기 전원 변환모듈(307)로 인가된다. 상기 전원 변환모듈(307)은 제1 CT로부터 유도되는 전압을 전파정류시킨 후, 평활회로를 거쳐 직류화된 전압으로 가공한다. 그리고, 시스템 전원에 대응하는 레귤레이터를 통해 정격전압을 출력함으로써, 시스템 전원으로 적용토록 한다.
한편, 상기 제2 CT는 송배전선로의 전류 및 전압에 대응하는 신호를 검출하여 상기 증폭부(311)로 전송한다. 상기 증폭부(311)는 검출신호를 소정 레벨의 신호로 증폭한 후, 상기 AD 컨버터(313)로 제공한다. 상기 AD 컨버터(313)는 상기 검출신호에 대한 디지털 신호변환을 통해 상기 제어부(301)로 제공한다.
상기 제어부(301)는 검출신호에 대한 디지털 데이터를 기반으로, 송배전선로에 대한 순시전압저하(Instantaneous voltage sag or dip), 순시전압상승(Instantaneous voltage swell), 순시정전(Instantaneous Interruption), 고조파(Harmonics), 불평형률(Current Unbalance)을 판단한다.
상기 순시전압저하(Instantaneous voltage sag or dip)은 정격주파수에서 지속시간이 0.5 싸이클에서 1분정도, 전압저하의 정도가 실효치기준 0.1 p.u. 에서 0.9 p.u. 인 현상을 말한다. 따라서, 상기 제어부(301)는 이 중에서 특히 지속시간이 0.5싸이클에서 30싸이클정도가 되는 전압저하현상을 판단한다. 또한, 새그(Sag)는 지속시간의 길이에 따라서 다시 세 가지로 세분화되는데 순시 새그는 0.2 cycle ~ 30 cycle, 순간 새그는 30 cycle ~ 180 cycle, 일시 새그는 180 cycle ~ 3600 cycle의 지속시간을 갖는 것으로 구분한다. 이 외에 0.9PU 이하의 크기로서 지속시간이 3600cycle 이상인 전압저하는 저전압으로 구분한다. 상기 제어부(301)는 이를 근거로 순시전압저하 및 새그 상태를 판단하고 그 결과를 상기 메모리(303)에 저장한다.
한편, 상기 순시전압상승(Instantaneous voltage swell)은 정격주파수에서 지속시간이 0.5싸이클에서 1분정도, 전압크기가 실효치기준 1.1 p.u. 에서 1.8 p.u.정도로 되는 현상을 나타내는데, 상기 제어부(301)는 이 중에서 지속시간이 0.5 싸이클에서 30 싸이클정도까지로 되는 현상을 판단한다. 더불어, 상기 제어부(301)는 스웰(Swell)도 판단할 수 있는데, 이는 지속시간에 따라 순시 스웰은 0.2 cycle ~ 30 cycle, 순간 스웰은 30 cycle ~ 180 cycle, 일시 스웰은 180 cycle ~ 3600 cycle의 지속시간을 갖는 것으로 구분한다. 물론, 1.1PU 이상 크기의 전압이 3600cycle 이상 지속되는 전압상승은 과전압으로 구분한다.
상기 순시정전(Instantaneous Interruption)은 공급전압이나 부하전류가 1분을 초과하지 않는 시간 범위 내에서 0.1 p.u.미만으로 감소하는 현상을 나타내며, 제어부(301)는 특히 그 지속시간이 30싸이클 이하의 경우를 판단한다. 여기서, 제어부(301)는 인터럽션을 구분토록 하여 전력감시의 효율을 높일 수 있는데, 상기 인터럽션(Interruption)은 지속시간에 따라 순시 인터럽션(0.2 cycle ~ 30 cycle), 순간 인터럽션(30 cycle ~ 180 cycle), 일시 인터럽션(180 cycle ~ 3600 cycle)으로 구분되며, 지속시간을 근거로 판단한다.
상기 고조파(Harmonics) 판단은 공급계통의 기본주파수(정현파 : 60Hz)의 정수배 주파수를 가지는 사인파의 전압 또는 전류로서 판단되는데, 고조파왜형은 전력계통의 부하와 기기의 비선형적인 특성에 의하여 발생되며, 상기 제어부(301)는 이 왜형에 대한 각차 조파성분의 크기 및 위상각을 토대로 고조파 신호를 인지한다. 한편, 불평형률(Current Unbalance)은 삼상 전압 또는 전류의 평균치에 대한 최대편차로 정의되기 때문에, 그 최대편차를 삼상 전압 또는 전류의 평균치로 나눈 비율(%)로 산출한다.
따라서, 상기 제어부(301)는 전력감시에 대한 순시전압저하(Instantaneous voltage sag or dip), 순시전압상승(Instantaneous voltage swell), 순시정전(Instantaneous Interruption), 고조파(Harmonics), 불평형률(Current Unbalance)을 판단하고, 판단시점에서의 시각정보를 포함하여 상기 메모리(303)에 등록한다. 그리고, 이러한 과정에서 이벤트가 발생 즉, 전력감시 결과가 기준치에 도달하거나, 중요한 이벤트가 발생할 경우, 상기 제어부(301)는 메모리(303)에 저장된 소정 기간의 데이터와 더불어, 이벤트 발생신호를 출력한다. 이는 설정된 통신 프로토콜에 따라 포멧화된 정보로 제공하는 것으로, 상기 통신모듈(315)은 통신 네트워크로 이를 탑재한다.
즉, 상기 제어부(301)는 메모리(303)에 누적된 전력감시 정보를 추출하여, 해당 관리서버로 전송하는 것으로, 상기 관리서버는 전력감시에 대한 측정값을 토대로 전력의 변동 추이를 분석하며, 관리자는 전력감시 변동에 맞는 적절한 대비가 이루어질 수 있도록 한다. 또한, 상기 통신모듈(315)은 별도의 중계기가 설치될 경우, 근거리 통신모듈 예컨대, 무선랜, WiFi, Wibro, PLC, 지그비(ZigBee), 블루투스(Bluetooth), UWB(Ultra WideBand), LED를 이용한 통신 등이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 CDMA 통신이 적절할 것이다.
한편, 상기 자이로센서 모듈(305)은 송배전선로의 기울기 상태 즉, 상하 진동 또는 기울기, 좌우진동 상태를 판단하기 위한 자이로센서를 포함하고 있으며, 이러한 자이로센서는 3축 자이로센서이다. 자이로센서는 가속도 센서로써, 송배전선로의 유동에 따른 가속도 변화를 3축(X축, Y축, Z축) 방향으로 인지하고, 이에 대한 결과를 전기적 신호로 출력한다. 따라서, 도 4의 (가)와 같이 송배전선로 상에 결합된 송배전선로 감시장치(200)가 설치된 후, 도 4의 (나)와 같이 외력 또는 주변환경에 의해 송배전선로가 기울여질 경우, 상기 자이로센서 모듈(307)은 기울어진 방향 및 가속도에 대응하는 신호를 출력한다.
자이로센서 모듈(305)의 신호출력은 디지털 신호로 제공될 수 있으며, 상기 제어부(301)는 자이로센서 모듈(305)의 출력 데이터를 근거로, 송배전선로의 현재 상태를 인지한다. 예컨대, 자이로센서 모듈(305)의 출력신호가 X축으로 가속될 경우, 이는 송배전선로가 좌우로 요동치는 것으로, 제어부(301)는 진동의 범위가 기준치에 도달하는지를 판단한다. 판단결과, 기준치를 넘을 경우 이벤트를 발생시켜 관리자에게 통지하는 것이다.
또한, 상기 자이로센서 모듈(305)의 출력신호가 Y축으로 가속될 경우, 송배전선로가 상하로 유동되는 것으로, 가속의 범위가 기준치를 넘을 경우 상기 제어부(301)는 외력에 의해 송배전선로가 진동하는 것으로 판단하고 이에 대한 이벤트 발생신호를 제공한다. 물론, 가속의 크기가 작을 경우 이는 폭설에 의해 송배전선로가 하중이 높아지는 것으로 판단할 것이다. 반면, 상기 자이로센서 모듈(305)의 출력 신호가 Z축으로 가속될 경우, 이는 송배전선로의 인장 또는 장력의 변화를 나타내는 것으로, 상기 제어부(301)는 설정된 기준치에 따라 주변 환경의 온도변화에 기인한 것인지 또는 전력 시설물에 의한 물리적 변화인지를 판단한다. 그리고, 제어부(301)는 판단결과가 기준치를 넘는 것으로 인지될 경우, 상기 통신모듈(315)을 통해 관리 서버로 해당 정보를 전송하고, 이벤트가 발생되었음을 통지한다.
200 : 송배전선로 감시장치 201 : CT 하우징
203 : 본체 205 : 체결홈
207 : 동작 표시부 209 : 제1 권취커버
211 : 제2 권취커버 301 : 제어부
303 : 메모리 305 : 자이로 센서모듈
307 : 전원 변환모듈 311 : 증폭부
313 : AD 컨버터 315 : 통신모듈

Claims (6)

  1. 전력 송배전 시스템에서의 송배전선로 상태를 감시하는 장치에 있어서,
    소정 형상의 하우징을 갖는 본체 상단에 설치되어 송배전선로에 권취되도록 결합되며 다수의 권취 코일을 포함하는 CT 하우징으로 구성되고;
    상기 CT 하우징은 원통형 구조에서 중앙이 절개되어 제1 권취커버 및 제2 권취커버로 분리되며, 절개면의 상단에 회동 힌지가 결합되어 상기 제1 권취커버 및 제2 권취커버가 회동 개폐 가능하도록 성형되며;
    상기 본체는 본체의 기울어진 각도를 인지하고, 상기 코일로부터 유도되는 전류, 전압을 검출하여 송전 또는 배전 전력을 인지하기 위한 센싱 기능과, 상기 센싱 기능을 기반으로 전력상태를 감시하는 전력감시 기능과, 상기 코일로부터 유도된 전력을 시스템 전원으로 변환하는 전원 변환 기능을 포함하여, 상기 전력상태를 소정의 통신 네트워크로 탑재하도록 무선 송출기능 및 시스템 운용을 위한 시스템 관리기능을 수행하는 제어장치를 포함하되;
    상기 전력감시 기능은 정격주파수에서 지속시간이 0.5싸이클에서 1분정도, 전압저하의 정도가 실효치기준 0.1 p.u. 에서 0.9 p.u. 인 현상을 나타내는 순시전압저하(Instantaneous voltage sag or dip) 감시모드; 전압상승은 정격주파수에서 지속시간이 0.5싸이클에서 1분정도, 전압크기가 실효치기준 1.1 p.u. 에서 1.8 p.u.정도로 되는 현상으로서, 이 중에서 지속시간이 0.5 싸이클에서 30 싸이클정도까지의 현상을 나타내는 순시전압상승(Instantaneous voltage swell) 감시모드; 단기간정전(Short-duration Interruption)은 공급전압이나 부하전류가 1분을 초과하지 않는 시간범위 내에서 0.1 p.u.미만으로 감소하는 현상으로서, 그 지속시간이 30싸이클 이하의 경우를 나타내는 순시정전(Instantaneous Interruption) 감시모드; 전력계통의 부하와 기기의 비선형적인 특성에 의하여 발생되며, 기본주파수(정현파 : 60Hz)의 정수배 주파수를 가지는 사인파의 전압 또는 전류를 나타내는 고조파(Harmonics) 감시모드; 삼상 전압 또는 전류의 평균치에 대한 최대편차로 정의되며, 그 최대편차를 삼상 전압 또는 전류의 평균치로 나눈 비율(%)을 나타내는 불평형률(Current Unbalance) 감시모드 중 어느 하나 이상을 감시하는 것을 특징으로 하는 송배전선로 감시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 CT 하우징은 송배전선로의 유도 전자기장으로부터 유도전압을 제공하는 제1 CT와, 상기 송배전선로로 공급되는 전력에 대한 유도 전류, 전압을 제공하는 제2 CT로 분리 구성되는 것을 특징으로 하는 송배전선로 감시장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 송배전선로는 가공선로 또는 지중선로인 것을 특징으로 하는 송배전선로 감시장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제어장치는 상기 제1 CT로부터 검출된 유도전압을 정류 및 평활시켜 소망하는 전압 및 전력으로 변환하여 시스템 전원을 공급하는 전원 변환모듈;
    상기 제2 CT로부터 검출된 전류 및 전압 신호를 소정 레벨로 증폭시키는 증폭부;
    상기 증폭부의 출력 신호를 디지털 신호로 변환하는 AD 컨버터;
    상기 본체의 기울어진 상태 또는 기준치 이상의 진동, 요동 상태를 전기적 신호로 변환 및 신호증폭하는 자이로센서 모듈;
    상기 송배전선로의 전력상태를 감시하기 위한 알고리즘, 상기 알고리즘에 근거하여 검출된 전력상태를 데이터화된 정보로 저장 관리하는 메모리;
    상기 메모리로 탑재된 전력상태 감시 알고리즘에 근거하여, 상기 AD 컨버터의 출력 데이터에 대한 전력분석을 수행하고, 상기 자이로센서 모듈로부터 인지되는 송배전선로의 물리적 변화를 판단하며, 그 결과를 시각정보와 더불어 상기 메모리로 저장관리되도록 제어하고, 실시간 전력 감시 및 송배전선로의 물리적 변화 감시를 토대로 이벤트 발생 여부를 판단한 후, 기 저장된 데이터를 외부로 송출하는 제어부; 및
    상기 제어부의 데이터 송출 지시에 응답하여 기 설정된 통신 네트워크로 해당 데이터를 전송 제어하는 통신모듈로 이루어진 것을 특징으로 하는 송배전선로 감시장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 자이로센서 모듈은 3축 자이로센서로 구성됨으로써, 상기 송배전선로의 상하 진동, 좌우 진동 및 수평진동에 따른 가속도 변화량을 판단하는 것을 특징으로 하는 송배전선로 감시장치.
  6. 삭제
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