KR101050196B1 - 활선 상태 선로 점검용 반사파 계측 장치 - Google Patents

활선 상태 선로 점검용 반사파 계측 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일측면은, 기설정된 파형의 고주파 신호를 발생시켜 배선 선로에 인가하는 신호 발생부와, 상기 배선 선로에서 반사되는 고주파 신호를 수신하는 반사파 수신부와, 상기 신호 발생부에서 발생된 고주파 신호와 상기 반사파 수신부에서 수신된 고주파 신호를 비교하여 상기 배선 선로의 이상 발생 위치 및 이상 상태를 도출하는 연산부, 및 상기 배선 선로의 저주파 신호가 상기 신호 발생부 및 상기 반사파 수신부로 흐르는 것을 차단하고, 상기 신호 발생부의 고주파 신호가 상기 배선 선로에 전압을 인가하는 전원부로 흐르는 것을 차단하는 커플러를 포함하며, 상기 배선 선로에 전압이 인가된 상태에서 상기 배선 선로의 결함을 진단하는 것을 특징으로 하는 반사파 계측 장치를 제공할 수 있다.
반사파(reflected wave), 선로(line), 계측(measuring)

Description

활선 상태 선로 점검용 반사파 계측 장치 {REFLECTED WAVE MEASURING APPARATUS FOR CHEKING LIVE STATE LINE}
본 발명은, 반사파 계측 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 활선 상태의 선로의 이상 유무를 점검하기 위한 반사파 계측 장치에 관한 것이다.
선로의 이상유무의 진단과 위치 측정 기술, 즉 배선 진단시스템은 현재까지는 일정한 신호를 선로에 전송한 후 반사되는 신호를 측정하여 선로의 이상유무를 진단하는 반사파 계측법(Reflectometry)이 주를 이루고 있다.
일정한 신호를 선로에 전송한 후 반사되어 돌아오는 신호를 측정하여, 선로의 단선(open), 단락(short), 불연속점(discontinuity) 등의 결함(fault) 유무와 결함 위치, 선로의 특성 임피던스를 측정하는 반사파 계측법은 시간영역 반사파 계측법(TDR : Time Domain Reflectometry), 정상파 반사파 계측법(SWR : Standing Wave Reflectometry) 및 주파수 영역 반사파 계측법(FDR : Frequency Domain Reflectometry) 등이 있다.
이처럼, 종래에 개시된 반사파 계측법은 선로에 전류를 흘리지 않은 상태에서 즉, 사선상태에서 상기 선로의 결함 여부를 판단할 수 있었다. 상기 반사파 계측법의 활용이 넓어지면서, 선로에 전류가 흐르는 상태 즉, 활선 상태에서도 상기 선로의 결함여부를 판단할 수 있는 계측장치가 필요하게 되었다.
상기한 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명은, 활선 상태에서도 선로의 결함 여부를 계측할 수 있는 반사파 계측 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일측면은, 기설정된 파형의 고주파 신호를 발생시켜 배선 선로에 인가하는 신호 발생부와, 상기 배선 선로에서 반사되는 고주파 신호를 수신하는 반사파 수신부와, 상기 신호 발생부에서 발생된 고주파 신호와 상기 반사파 수신부에서 수신된 고주파 신호를 비교하여 상기 배선 선로의 이상 발생 위치 및 이상 상태를 도출하는 연산부, 및 상기 배선 선로의 저주파 신호가 상기 신호 발생부 및 상기 반사파 수신부로 흐르는 것을 차단하고, 상기 신호 발생부의 고주파 신호가 상기 배선 선로에 전압을 인가하는 전원부로 흐르는 것을 차단하는 커플러를 포함하며, 상기 배선 선로에 전압이 인가된 상태에서 상기 배선 선로의 결함을 진단하는 것을 특징으로 하는 반사파 계측 장치를 제공할 수 있다.
상기 커플러는, 상기 신호 발생부 및 반사파 수신부에 제1 포트가 연결되는 트랜스포머, 상기 트랜스포머의 제2 포트에 각각 연결되는 제1 캐패시터 및 제2 캐패시터, 및 상기 제1 및 제2 캐패시터와 상기 전원부 사이에 형성되는 쵸크부를 포함할 수 있다.
상기 반사파 계측 장치는, TFDR(Time Frequency Domain Reflectory) 방식을 사용할 수 있다.
본 발명에 따르면, 활선 상태에서도 선로의 결함 여부를 계측할 수 있는 반사파 계측 장치 및 이를 이용한 선로 상태 점검 시스템을 얻을 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하겠다.
도 1은, 본 발명의 일실시 형태에 따른 반사파 계측장치의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시형태에 따른 반사파 계측장치(100)는, 신호 발생부(110), 반사파 수신부(120), 연산부(130), 및 커플러(140)를 포함할 수 있다.
상기 신호 발생부(110)는, 상기 연산부(130)의 출력에 따라 피검사 대상인 배선 선로(150)에 대하여 기설정된 파형의 고주파 신호를 발생시킬 수 있다.
상기 기설정된 파형은 가우시안(Gausian) 포락선 형태를 갖는 처프(chirp) 신호일 수 있다. 상기 처프 신호는 시간에 따라 주파수가 선형적으로 변화하는 신호이다. 본 실시형태에서는, 상기 처프 신호에 가우시안 포락선을 곱해주어 시간 및 주파수 영역에서 지역화(localize)하는데 용이할 수 있다. 상기 고주파 신호는 1MHz 내지 20MHz의 대역폭을 갖는 주파수 신호일 수 있다.
상기 반사파 수신부(120)는, 상기 배선 선로(150)에서 반사되는 고주파 신호를 수신할 수 있다. 상기 신호 발생부에서 발생된 신호는 배선 선로(150)를 따라 진행하게 되며, 결함부(fault)를 만나게 되면 반사계수에 의하여 일부는 반사되고, 일부는 계속하여 전송된다. 상기 반사파 수신부(120)는 각각의 채널에서 상기 반사파와 전송파의 신호를 획득하여 화면에 나타낼 수 있다. 상기 반사파 수신부(120)는, 오실로스코프일 수 있다.
상기 연산부(130)는, 상기 신호 발생부(110)에서 발생된 고주파 신호와 상기 반사파 수신부(120)에서 수신된 고주파 신호를 비교하여 상기 배선 선로의 이상 발생 위치 및 이상 상태를 도출할 수 있다.
본 실시형태에서 상기 연산부(130)는 기기 제어 프로그램, 시간-주파수 영역 분석 제어 프로그램, 처리기 제어 프로그램, GUI 프로그램 및 디지털 신호처리기를 포함할 수 있다. 상기 기기 제어 프로그램은 인터페이스로 상기 연산부에서 외부 장비의 제어를 담당하는 역할을 할 수 있다. 상기 시간-주파수 영역 분석 제어 프로그램은 입력된 데이터를 분석하여 도선의 결함 유무와 결함 위치를 수치적으로 나타낼 수 있도록 구동되는 프로그램일 수 있다. 상기 처리기 제어 프로그램은 상기 반사파 수신부(120)에서 획득한 신호의 데이터 값들을 파일 형태로 처리하는 구동 프로그램일 수 있다. 상기 GUI(Graphic User Interface) 프로그램은 상기 연산 부(130)와 외부기기(예 : 모니터, 키보드, 버튼 등)와의 연결을 제어하는 역할을 할 수 있다. 상기 디지털 신호처리기는 상기 신호 발생부의 처프 신호의 데이터를 상기 반사파 수신부로부터 읽어들인 데이터와 비교하여 도선의 결함 유무 및 결함 위치를 계산하는 기능을 수행할 수 있다.
본 실시형태에서, 상기 신호 발생부, 반사파 수신부, 및 연산부는 TFDR(Time Frequency Domain Reflectory) 방식의 반사파 측정을 위한 구성을 가질 수 있다. 이에 대한 구체적인 구성 및 기능은, 본 발명의 발명자에 의해 출원된 발명(한국 등록번호 0486972호, 및 미국등록번호 7,337,079호)에 구체적으로 개시되어 있어 이를 참조할 수 있다.
상기 커플러(140)는, 상기 배선 선로(150)의 저주파 신호가 상기 신호 발생부(110) 및 상기 반사파 수신부(120)로 흐르는 것을 차단하고, 상기 신호 발생부(110)의 고주파 신호가 상기 배선 선로에 전압을 인가하는 전원부(미도시)로 흐르는 것을 차단할 수 있다.
상기 커플러(140)는, 제1단자(141)가 상기 신호 발생부(110) 및 반사파 수신부(120)에 연결되고, 제2 단자(142)가 상기 배선 선로(150)에 연결될 수 있다. 상기 커플러(140)는, 상기 신호 발생부(110) 및 반사파 수신부(120)와 상기 배선 선로(150) 사이에서 고주파 신호는 통과시키고, 저주파 신호는 차단하는 필터를 포함할 수 있다.
이처럼, 상기 반사파 계측 장치의 말단에 커플러를 형성함으로서, 상기 배선 선로(150)에 전류가 흐르는 경우라도, 즉 상기 배선 선로가 활선 상태 일때에도 상기 계측 장치를 사용하여 상기 배선 선로의 이상 유무를 검출할 수 있다.
도 2는, 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 반사파 계측장치의 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 실시형태에 따른 반사파 계측장치(200)는, 신호 발생부(210), 반사파 수신부(220), 연산부(미도시), 및 커플러(240)를 포함할 수 있다.
본 실시형태에서, 신호 발생부(210), 반사파 수신부(220), 연산부에 대한 설명은 상기 도 1에 대한 설명에서 구체적으로 설명하였으므로 생략한다.
본 실시형태의 경우 상기 커플러(240)는, 상기 신호 발생부(210) 및 반사파 수신부(220)에 연결되는 제1 단자(241), 상기 배선 선로(250)에 연결되는 제2 단자(242), 및 상기 배선 선로에 전류를 공급하는 전원부(260)에 연결되는 제3 단자(243)를 포함할 수 있다. 상기 제1 단자(241)와 제2 단자(242) 사이에는 필터(244)가 형성될 수 있다.
상기 필터(244)는, 제1 단자(241)에 제1 포트가 연결되는 트랜스포머(T)와 상기 트랜스포머의 제2 포트에 각각 연결되는 캐패시터(C1, C2)를 포함하는 고역통과 필터일 수 있다. 상기 필터(244)는, 상기 신호 발생부(120)에서 상기 배선 선로(250)로 입력되는 고주파 신호 및 상기 배선 선로(250)에서 반사되어 상기 반사파 수신부(220)로 입력되는 고주파 신호는 통과시키고, 상기 배선 선로의 저주파 신호가 상기 신호 발생부(210) 및 반사파 수신부(220)로 흐르는 것을 차단시킬 수 있다. 이러한 고주파 통과 특성을 나타내는 한 상기 필터의 형태는 다양하게 구현될 수 있다.
본 실시형태에서는, 하나의 트랜스포머(T) 및 두 개의 캐패시터(C1, C2)만으로 필터를 구성할 수 있다. 상기 필터를 고차의 필터로 형성하는 경우에는 상기 커플러를 통과하는 고주파 신호의 군지연(group delay) 특성이 나빠지게 되어, 선형적으로 주파수가 증가하는 상기 고주파 신호의 위상 특성이 불규칙하게 왜곡될 수 있다.
상기 커플러(240)는, 상기 필터(244) 및 상기 제2 단자(242)와 상기 제3 단자(243) 사이에 형성되는 쵸크부(245)를 더 포함할 수 있다.
상기 쵸크부(245)는 상기 필터(244) 및 제2 단자(242)와 상기 제3 단자(243) 사이에 형성되어, 상기 신호 발생부(210)의 고주파 신호가 상기 제3 단자(243)를 통해 상기 전원부(260)로 흐르는 것을 방지할 수 있다. 본 실시형태에서는 상기 쵸크부(245)를 하나의 인덕터(L1)로 구현하였으나, 상기 쵸크부의 형태는 다양하게 구현될 수 있다.
도 4A 내지 도 4C는, 상기 도 2의 실시형태에 따른 계측 장치의 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 본 실시예에서는, 상기 전원부(260)에서 220V, 60 Hz의 신호를 발생시키고, 상기 신호 발생부(210)에서 10Vp-p, 1 MHz 의 신호를 발생시킬 수 있다.
도 4A는, 상기 도 2의 커플러에서 제3 단자(243)에서의 신호 특성을 나타낸다. 즉, 상기 전원부(260)에 대한 전압 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다. 도 4A를 참조하면, 전원부에서 발생되는 220V, 60 Hz 신호의 특성만이 나타나고, 상기 신호 발생부에서 발생되는 신호 특성이 나타나지 않아, 상기 신호 발생부의 신호는 상기 커플러에 의해 차단되는 것을 알 수 있다.
도 4B는, 상기 도 2의 커플러에서 제2 단자(242)에서의 신호 특성을 나타낸다. 즉, 배선 선로(250)에 대한 전압 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다. 도 4B를 참조하면, 상기 배선 선로에서는 상기 전원에 의한 220V, 60 Hz 신호와 상기 신호 발생부에 의한 10 Vp-p, 1 MHz 신호가 혼합되어 존재함을 알 수 있다.
도 4C는, 상기 도 2의 커플러에서 제1 단자(241)에서의 신호 특성을 나타낸다. 즉, 신호 발생부(210) 및 반사파 수신부(220)를 포함하는 시스템에 대한 전압 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다. 도 4C를 참조하면, 상기 신호 발생부에서 발생되는 10Vp-p, 1 MHz 신호의 특성만이 나타나고, 상기 전원부에 의한 신호의 특성이 나타나지 않아, 상기 전원부에 의한 저주파 신호가 상기 커플러에 의해 신뢰성 있게 차단되는 것을 알 수 있다.
도 3은, 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 선로 상태 점검 시스템의 구성도이다.
도 3을 참조하면, 본 실시형태에 따른 선로 상태 점검 시스템(300)은, 복수 개의 반사파 계측장치(301, 302, 303, 304), 모니터링 장치(370) 및 저장 장치(380)를 포함할 수 있다.
상기 복수개의 반사파 계측장치(301, 302, 303, 304)는,배선 선로에 고주파 신호를 인가하고 반사파를 수신하여 배선 선로의 상태를 점검할 수 있다. 상기 계측장치는, 기설정된 파형의 고주파 신호를 발생시키는 신호 발생부, 상기 배선 선로에서 반사되는 고주파 신호를 수신하는 반사파 수신부, 상기 신호 발생부에서 발생된 신호와 상기 반사파 수신부에서 수신된 신호를 비교하여 상기 배선 선로의 상태를 점검하는 연산부 및 상기 배선 선로의 저주파 신호가 상기 신호 발생부 및 상기 반사파 수신부로 흐르는 것을 차단하고, 상기 신호 발생부의 고주파 신호가 상기 배선 선로에 전압을 인가하는 전원부로 흐르는 것을 차단하는 커플러를 포함할 수 있다. 본 실시형태에 사용되는 반사파 계측장치는 상기 도 1 및 도 2에서 설명된 반사파 계측장치일 수 있다.
본 실시형태에서는 하나의 선로(350)를 복수 개의 구역으로 나누어 각 구역에 상기 반사파 계측 장치(301, 302, 303, 304)를 설치할 수 있다. 따라서, 배선 선로가 길어지는 경우에도 소정의 길이에 대해서 상기 각각의 반사파 계측장치에 의해 선로 상태를 점검할 수 있다.
상기 모니터링 장치(370)는, 상기 복수 개의 반사파 계측장치(301, 302, 303, 304) 각각에서 측정된 데이터를 수집 및 분석하여 상기 배선 선로의 상태를 점검할 수 있다. 상기 모니터링 장치에서는, 유무선 통신 방식을 사용하여 상기 복수 개의 반사파 계측장치와 데이터를 송수신할 수 있다. 본 실시형태에서는 TCP-IP(Transmission control protocol-internet protocol) 방식을 사용할 수있다. 상기 모니터링 장치(370)에서의 분석에 의해 상기 배선 선로의 상태를 추정할 수 있고, 사용자는 상기 배선 선로의 교체 및 점검을 판단할 수 있다.
상기 저장장치(380)는, 상기 모니터링 장치(370)에서 수집된 데이터를 저장할 수 있다. 상기 저장되는 데이터는 상기 저장장치(380)에 데이터 베이스화되어 저장될 수 있다.
상기 모니터링 장치(370)는, 상기 저장장치(380)에 저장된 데이터에 기초하여, 상기 모니터링 장치에 수집되는 데이터를 상황별로 분류하는 퍼지 시스템(390)을 더 포함할 수 있다.
상기 퍼지 시스템(390)은 상기 모니터링 장치(370)를 사용하는 사용자의 숙련도에 상관없이 상기 저장장치에 저장된 데이터 베이스에 의해 상기 모니터링 장치에 수집되는 데이터를 분류할 수 있다. 따라서, 사용자가 상기 모니터링 장치를 사용하는 것이 매우 용이하게 될 수 있다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
도 1은, 본 발명의 일실시 형태에 따른 반사파 계측 장치의 구성도이다.
도 2는, 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 반사파 계측 장치의 구성도이다.
도 3은, 본 발명의 일실시 형태에 따른 도선 상태 점검 시스템의 구성도이다.
도 4A 내지 도 4C는, 상기 도 2의 실시형태에 따른 계측 장치의 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>
110 : 신호 발생부 120 : 반사파 수신부
130 : 연산부 140 : 커플러
150 : 배선 선로

Claims (3)

  1. 기설정된 파형의 고주파 신호를 발생시켜 배선 선로에 인가하는 신호 발생부;
    상기 배선 선로에서 반사되는 고주파 신호를 수신하는 반사파 수신부;
    상기 신호 발생부에서 발생된 고주파 신호와 상기 반사파 수신부에서 수신된 고주파 신호를 비교하여 상기 배선 선로의 이상 발생 위치 및 이상 상태를 도출하는 연산부; 및
    상기 배선 선로의 저주파 신호가 상기 신호 발생부 및 상기 반사파 수신부로 흐르는 것을 차단하고, 상기 신호 발생부의 고주파 신호가 상기 배선 선로에 전압을 인가하는 전원부로 흐르는 것을 차단하는 커플러를 포함하며,
    상기 커플러는,
    상기 신호 발생부 및 반사파 수신부에 제1 포트가 연결되는 트랜스포머;
    상기 트랜스포머의 제2 포트에 각각 연결되는 제1 캐패시터 및 제2 캐패시터; 및
    상기 제1 및 제2 캐패시터와 상기 전원부 사이에 형성되는 쵸크부; 를 포함하는 것을 특징으로 하고,
    상기 배선 선로에 전압이 인가된 상태에서 상기 배선 선로의 결함을 진단하는 것을 특징으로 하는 활선 상태 선로 점검용 반사파 계측 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 반사파 계측 장치는, TFDR(Time Frequency Domain Reflectory) 방식을 사용하는 것을 특징으로 하는 활선 상태 선로 점검용 반사파 계측 장치.
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