KR101165618B1

KR101165618B1 - 맨홀 내부 감시 시스템

Info

Publication number: KR101165618B1
Application number: KR1020110128725A
Authority: KR
Inventors: 김경희
Original assignee: 주식회사 일흥산전
Priority date: 2011-12-05
Filing date: 2011-12-05
Publication date: 2012-07-19

Abstract

본 발명은 맨홀 내부 감시 시스템에 관한 것으로, 자세하게는 맨홀 내부의 침수, 유해가스, 고압케이블의 절연파괴에 따른 아크 발생 여부에 대한 감시작업을 수행하고, 측정 데이터를 맨홀 외부의 관리자에게 전송하도록 구성된 맨홀 내부 감시 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 맨홀 내부 감시 시스템에 있어서, 맨홀 내부를 통과하는 전력케이블 또는 배터리를 통해 전원을 얻는 제1전원부(11); 맨홀 내부의 수위를 측정하는 수위측정부(12)와, 맨홀 내부의 가스농도를 측정하는 가스측정부(13)와, 맨홀 내부를 통과하는 전력케이블의 절연파괴에 의한 아크를 검지하는 아크검출부(14)와, 상기 제1전원부(11)로부터 전원을 공급받아 상기 수위측정부(12)와 가스측정부(13)와 아크검출부(14)의 신호를 수집하고 수집데이터를 생성하여 출력하되 생성된 수집데이터를 저장하는 메모리부(151)가 내장되는 제1제어부(15)와, 상기 제1제어부(15)가 출력한 수집데이터를 송출하며 맨홀 외부와 통신을 수행하는 제1통신부(16)를 포함하여 이루어지며 맨홀 내부에 설치되는 감시장치(1)와; 외부전원 또는 배터리를 통해 전원을 얻는 제2전원부(21)와, 상기 제1통신부(16)를 통해 송출된 수집데이터를 수신하며 제1통신부(16)와 통신을 수행하는 제2통신부(22)와, 상기 제2전원부(21)로부터 전원을 공급받고 상기 제2통신부(22)를 통해 수신된 수집데이터를 정렬하는 제2제어부(23)와, 상기 제2제어부(23)를 통해 정렬된 수집데이터를 출력하여 보여주는 디스플레이부(24)를 포함하여 이루어지며 휴대가능하도록 구성되는 데이터수집장치(2); 로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

맨홀 내부 감시 시스템 {MONITORING SYSTEM FOR INSIDE OF THE MANHOLE}

본 발명은 맨홀 내부 감시 시스템에 관한 것으로, 자세하게는 맨홀 내부의 침수, 유해가스, 고압케이블의 절연파괴에 따른 아크 발생 여부에 대한 감시작업을 수행하고, 측정 데이터를 맨홀 외부의 관리자에게 전송하도록 구성된 맨홀 내부 감시 시스템에 관한 것이다.

맨홀은 땅속에 묻은 수도관이나 하수관, 배선(配線) 따위를 검사하거나 수리 또는 청소하기 위하여 사람이 드나들 수 있도록 만들어진 것이다. 하지만, 일반적으로 작업이 없는 맨홀 내부는 장시간 밀폐되고 내부상태의 확인이 수월치 않으며 다음과 같은 위험요소들이 존재한다.

맨홀 내부는 통풍이 원활하지 못함으로 전기장, 유입된 물과 내부에 유입된 이물질의 부패 및 오염물질 등에 의해 발생한 유해가스가 존재하게 된다. 이와 같은 유해가스는 맨홀 내부작업을 위해 들어간 작업자가 흡입할 경우 자칫 인명 사고로 이어질 수 있는 위험요인이다. 특히 대부분의 유해가스의 비중은 공기보다 무거우므로 맨홀 내부로 작업자의 출입 전 산소 및 가스의 농도측정작업이 필수적이다.

또한, 빈번하게 발생하는 맨홀 내부의 침수는 지면 아래에 위치하게 되는 맨홀의 구조상 막을 수 없는 요소로, 호우로 인해 일시에 침수되는 경우와 적은 양의 누수가 장시간에 걸쳐 누적되며 서서히 침수되는 경우가 있으므로 일정지점(예를 들어 상, 중, 하)의 수위 검출방식으로는 침수의 진행 정도와 보수시기의 예측이 용이하지 않다. 맨홀의 보수시기 예측을 위해서는 맨홀 내부의 정확한 수위측정이 이루어져야 하며, 외부의 관리자가 침수 정도에 따른 수위의 변화를 정확하게 확인하여야만 적절한 보수시기를 산정할 수 있다.

맨홀 내부를 통과하는 전력케이블의 절연파괴에 따른 방전 아크는 초기에는 발생횟수가 적지만 시간이 지남에 따라 점차 증가하여 맨홀 내 가스와 함께 폭발로 이어질 수도 있는 위험요인이다. 하지만 실제 폭발사고로 이어지는 데는 상당한 진행시간이 소요되므로, 아크 발생 초기에 이를 감지하여 외부의 관리자가 이상 유무를 사전에 파악하여 조치한다면 대형사고로 이어지는 것을 방지할 수 있다.

상기와 같은 사고요소를 감지하기 위한 종래의 맨홀 내부 감시장치는 CT(Current Transformer)센서에서 측정된 전류를 전압으로 변환하여 전원으로 사용하는 것으로, 이는 전력케이블이 침수되거나 전류가 흐르지 않을 경우 필요한 전원을 공급받지 못하게 되는 문제가 있다. 또한, 맨홀 내부의 특성상 침수가 잦아 거의 상시 전력케이블이 물에 잠기게 되므로 이를 전원으로 사용하는 것은 부적합하다.

또한, 외부에서 관리자가 맨홀 내부의 상태를 확인하기 위해서는 맨홀 내부에 위치한 측정수단과 외부와의 통신이 이루어져야 하고, 감시장치는 맨홀 내부의 측정수단으로부터의 신호가 두꺼운 금속으로 이루어진 맨홀 뚜껑을 통과하여 신호를 전송한다. 하지만, 종래의 감시장치는 무선출력이 맨홀 뚜껑을 통과하여 외부에 도달하기 위해서 많은 전력을 필요로 할 뿐 아니라 외부로 무선출력이 도달하더라도 신호가 미약하여 수신감도가 많이 저하된다는 문제가 있었다.

맨홀 내부에서 수집된 데이터를 외부로 송출하기 위한 종래의 기술로는 PLC(전력선모뎀)와 무선으로 맨홀 외부에 신호를 전송하고 맨홀 외부의 수신장치에서 신호를 수신하여 TCP/IP 등의 유선망을 통해 데이터를 전송하는 네트워크 시스템이 있다.

하지만, PLC 방식의 경우 맨홀과 맨홀 사이에 중계기를 설치하여 데이터를 수신 후 다음 맨홀에 송신하는 형식으로 시스템 구축에 많은 비용이 소요되고 모든 맨홀이 연결되도록 네트워크가 구축되어야 하므로 효율적이지 못하다. 또한, 네트워크의 끝 부분에서는 지상의 유선망을 이용한 별도의 통신라인이 필요하므로 비용 측면에서 효과적이지 못한 방식이다.

또한, TCP/IP 형식의 경우 맨홀 내부에서 외부로 무선데이터를 송출하는 것이 실제로 거의 불가능하며, 전봇대와 같이 무선데이터를 수신하는 수단이 설치될 수 있는 별도의 구조가 필요하므로 주위에 적절한 구조물이 없을 경우에는 별도의 구조물 공사가 이루어져야 한다. 더군다나 이와 같은 구조물은 유선 통신망 관리장소까지 구축되어야 하므로 현실성이 떨어지는 것이었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 맨홀 내부의 사고위험요소를 감시하고 외부로 전송하도록 하여 맨홀 내부상태를 관리함으로써 맨홀 내부의 방전 아크에 따른 과열 및 폭발, 침수에 따른 방전사고, 유해가스에 의한 사고를 방지할 수 있는 맨홀 내부 감시 시스템을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 위해 본 발명은 맨홀 내부 감시 시스템에 있어서, 맨홀 내부를 통과하는 전력케이블 또는 배터리를 통해 전원을 얻는 제1전원부; 맨홀 내부의 수위를 측정하는 수위측정부와, 맨홀 내부의 가스농도를 측정하는 가스측정부와, 맨홀 내부를 통과하는 전력케이블의 절연파괴에 의한 아크를 검지하는 아크검출부와, 상기 제1전원부로부터 전원을 공급받아 상기 수위측정부와 가스측정부와 아크검출부의 신호를 수집하고 수집데이터를 생성하여 출력하되 생성된 수집데이터를 저장하는 메모리부가 내장되는 제1제어부와, 상기 제1제어부가 출력한 수집데이터를 송출하며 맨홀 외부와 통신을 수행하는 제1통신부를 포함하여 이루어지며 맨홀 내부에 설치되는 감시장치와; 외부전원 또는 배터리를 통해 전원을 얻는 제2전원부와, 상기 제1통신부를 통해 송출된 수집데이터를 수신하며 제1통신부와 통신을 수행하는 제2통신부와, 상기 제2전원부로부터 전원을 공급받고 상기 제2통신부를 통해 수신된 수집데이터를 정렬하는 제2제어부와, 상기 제2제어부를 통해 정렬된 수집데이터를 출력하여 보여주는 디스플레이부를 포함하여 이루어지며 휴대가능하도록 구성되는 데이터수집장치; 로 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 제1전원부는 상기 전력케이블에 설치되어 전력케이블에 흐르는 전류를 통해 전압을 생성하는 변류기와, 상기 변류기를 통해 생성된 전압을 통해 충전되는 충전부를 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 제1전원부는 1회용 배터리를 탈착할 수 있는 탈착부를 더 포함하여 이루어지되, 상기 탈착부에 설치된 1회용 배터리로부터 전원을 얻을 수 있도록 구성될 수 있다.

상기 아크검출부는 아크로부터 발생되는 250㎚대역 파장대역의 빛을 검출하는 자외선센서를 이용하여 아크 발생 여부를 판단하도록 구성될 수 있다.

상기 수위측정부는 맨홀 내부의 상측에 설치되어 수면과의 거리를 측정하는 초음파센서를 이용하여 침수 상황을 판단하도록 구성될 수 있다.

상기 제1통신부는 맨홀 내부에서 외부로의 무선신호전송을 위한 지상매립형 안테나를 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 데이터수집장치는 상기 제2제어부 및 디스플레이부의 동작신호를 입력하는 키입력부를 더 포함하고, 상기 제1제어부는 상기 키입력부를 통해 입력된 제2제어부의 데이터요구신호에 의해 수집데이터를 송출하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 맨홀 내부 감시 시스템.

상기 가스측정부는 물에 뜨는 부이(Buoy) 형태로 구성되어 맨홀 내부 수위에 의해 높낮이 조절이 이루어질 수 있다.

상기 가스측정부는 일정 간격의 높이로 흡입공이 설치된 흡입파이프와, 상기 흡입파이프에 연결되어 상기 흡입공을 통해 맨홀 내부의 공기를 흡입하도록 구성된 진공펌프와, 상기 진공펌프의 출구측에 연결되며 소정의 배출공이 형성된 챔버와, 상기 챔버 내부에 설치되는 가스센서를 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 제2전원부는 배터리와 차량용 시가잭 중 선택되는 한 가지를 통해 전원을 공급받도록 구성될 수 있다.

이상과 같은 본 발명에 의해 맨홀 외부에서 간편하게 맨홀 내부의 사고위험요소에 대한 효율적인 감시 및 관리가 가능하므로 맨홀 관리에 따른 인력과 비용을 절감할 수 있으며, 맨홀 내부의 방전 아크에 따른 과열 및 폭발, 침수에 따른 방전사고, 유해가스에 의한 사고를 예방하여 인명과 재산을 보호할 수 있다.

또한, 맨홀 내부 전력케이블 문제 발생으로 인한 일시정전 등의 사고를 미연에 방지할 수 있을 뿐만 아니라 사고가 발생하더라도 신속하게 문제발생 위치를 파악할 수 있어 배전예산 낭비요인을 제거하고 안정적 전력공급으로 대외적 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 구성도,
도 2는 본 발명 구성요소들 간의 연결관계를 나타낸 블록도,
도 3은 본 발명 제1전원부의 작동원리를 나타낸 회로도,
도 4는 본 발명 가스측정부의 제1실시예에 따른 구성도,
도 4는 본 발명 가스측정부의 제2실시예에 따른 구성도,
도 6은 본 발명 제1통신부의 지상매립형 안테나 형상이 적용된 모습을 나타낸 구성도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명 맨홀 내부 감시 시스템의 구성을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 구성도, 도 2는 본 발명 구성요소들 간의 연결관계를 나타낸 블록도 이다.

본 발명의 맨홀 내부 감시 시스템은 맨홀 내부의 위험 요소들을 비롯한 전체적인 상태를 파악할 수 있도록 하기 위해 맨홀 내부에 감시장치가 설치되고, 맨홀 외부에서 데이터수집장치를 통해 상기 감시장치가 수집한 데이터를 수신하여 관리자가 이를 통해 맨홀 내부의 상태를 확인하도록 한다.

이때 상기 감시장치(1)는 제1전원부(11), 수위측정부(12), 가스측정부(13), 아크검출부(14), 제1제어부(15), 제1통신부(16)를 포함하여 이루어진다.

맨홀 내부의 구조상 관리자가 상시 내부를 점검하기 어려우며, 추가적인 공사를 통한 설비를 설치하는 것이 거의 불가능하다. 이를 위해 상기 제1전원부(11)는 맨홀 내부를 통과하는 전력케이블(3) 또는 배터리를 통해 필요한 전원을 감시장치에 안정적으로 공급한다.

도 3은 본 발명 제1전원부의 작동원리를 나타낸 회로도이다.

제1전원부(11)가 맨홀 내부를 통과하는 전력케이블(3)을 통해 전원을 얻기 위해서는 도 3과 같은 회로를 필요로 한다. 고압의 교류전류가 흐르는 전력케이블에 CT(Current Tranformer)센서를 이용한 변류기(111)를 설치하여 측정된 전류를 전압으로 변환하고 정류회로와 평활회로를 거친 후 전원으로 사용하게 된다. 이때 침수나 예기치못한 원인으로 인해 전력케이블(3)에 전류가 흐르지 않을 경우를 대비하여 충·방전회로와 충전지로 이루어진 충전부(112)를 구비하여, 평소에는 상기 변류기(111)를 통해 상기 충전부(112)에 충전이 이루어짐과 동시에 전원을 공급하고, 전력케이블(3)에 전류가 공급되지 않는 상황에서는 상기 충전부(112)에 충전된 전원을 공급하도록 구성된다.

제1전원부(11)의 또 다른 형태로 상기와 같은 변류기(111) 및 충전부(112)의 적용이 어려운 개소에 감시장치가 설치될 경우 1회용 배터리를 탈착할 수 있는 탈착부를 구비하여 1회용 배터리를 전원으로 사용하되 1 ~ 2년 정도 동작이 가능하도록 감시장치를 저전력 구동되도록 설계할 수 있다. 이는 맨홀의 점검 주기가 통상 1 ~ 2년임을 감안하여 점검 주기를 충분히 유지할 수 있도록 감시장치(1)의 구성요소들을 저전력으로 구동하도록 설계하되, 수위측정부(12), 가스측정부(13), 아크검출부(14)의 감지 주기를 차등 적용하고, 평상시는 수집데이터만 수집하여 저장하는 형태로 동작하다가 외부의 요청신호에 의해 상기 수집데이터를 무선으로 송출되도록 구성한다. 이와 같은 방법을 통해 불필요한 전력소비를 줄이고 장기간 감시장치 작동상태를 유지할 수 있다.

상기 수위측정부(12)는 맨홀 내부의 침수상태 및 침수속도를 파악하기 위한 것으로 맨홀 내부에 존재하는 물의 수위를 실시간으로 측정하게 되며, 맨홀 내부의 바닥면을 '0'으로 지정하여 맨홀 내부의 상측 높이까지의 수위레벨을 데이터로 변환하여 전송한다.

맨홀 내부의 수위를 측정하기 위해서 다양한 방법을 적용할 수 있으나, 본 발명에서는 맨홀 내부의 상측에 설치된 거리측정용 초음파센서를 이용하여 수면까지의 거리를 측정하도록 구성한다.

상기 가스측정부(13)는 맨홀 내부의 유해가스 존재 여부 및 농도를 측정하기 위한 것으로, 맨홀 내부에 존재할 수 있는 대표적인 유해가스로는 메탄, 일산화탄소, 이산화탄소, 황화수소 등을 들 수 있다.

이를 위해 상기 가스측정부(13)는 메탄센서(S1), 일산화탄소센서(S2), 이산화탄소센서(S3), 황화수소센서(S4)를 구비하게 되며, 이를 통해 측정된 각 가스의 농도를 디지털로 변환하여 전송하게 된다.

도 4는 본 발명 가스측정부의 제1실시예에 따른 구성도, 도 5는 본 발명 가스측정부의 제2실시예에 따른 구성도이다.

본 발명에서 상기 가스측정부(13)는 도 4 및 도 5와 같은 두 가지 방식으로 구현될 수 있다.

첫 번째 방법으로 상기 가스측정부(13)는 물에 뜨는 부이(Buoy) 형태로 구성되어 맨홀 내부 수위에 따라 높낮이 조절이 이루어질 수 있다.

맨홀 내부에 침수가 발생하였을 때, 공기보다 무거운 가스는 물의 표면 부근에 존재하게 된다. 따라서 맨홀 내부의 적절한 장소에 내부가 비어있는 형태의 기둥(137)을 세우고 물에 뜨는 부이 형태의 가스센서(136)를 상기 기둥 내부에 삽입하여, 수위의 상승 또는 하강에 따라 가스센서(136)의 높이가 조절되도록 구성하게 된다. 상기 가스센서(136)는 수위 표면 부근의 가스를 측정하는 메탄센서(S1), 일산화탄소센서(S2), 이산화탄소센서(S3), 황화수소센서(S4)로 이루어지며, 경우에 따라 제1제어부(15)와 무선통신을 통해 가스측정 데이터를 제1제어부(15)로 전송할 수 있도록 구성된다.

만일 공기보다 가벼운 가스를 측정하고자 할 경우, 도 4와 같은 방식을 사용할 경우 실효성이 떨어지므로 가스센서를 맨홀 내부의 천정에 부착하는 것이 바람직하다.

이를 위한 두 번째 방법으로 상기 가스측정부(13)는 일정 간격의 높이로 흡입공(132)이 설치된 흡입파이프(131)와, 상기 흡입파이프(131)에 연결되어 상기 흡입공(132)을 통해 맨홀 내부의 공기를 흡입하도록 구성된 진공펌프(133)와, 상기 진공펌프(133)의 출구측에 연결되며 소정의 배출공(135)이 형성된 챔버(134)와, 상기 챔버(134) 내부에 설치되는 가스센서(136)를 포함하여 이루어질 수 있다.

즉 상기 맨홀 내부의 상측에서 하측까지 일정 간격으로 흡입공(132)이 형성된 흡입파이프(131)를 충분한 길이로 구성하고, 흡입파이프(131) 상부에 진공펌프(133)를 설치하여 상기 흡입공(132)을 통해 맨홀 내부의 가스가 포함된 공기를 흡입한다. 상기 진공펌프(133)를 통해 흡입된 가스를 포함한 공기는 배출공(135)이 형성된 챔버(134)에 모이게 되고, 상기 챔버(134) 내부에 설치된 가스센서(136)를 통해 공기 중에 함유된 가스의 측정이 이루어진다. 이는 소량의 가스라 할지라도 강제적인 흡입에 의하여 챔버(134) 내부로 빨려들어가므로 정확한 측정이 가능하며, 맨홀 내부의 상측에서 하측까지의 공기를 모두 흡입하게 되므로 공기보다 가벼운 가스와 공기보다 무거운 가스 모두를 측정할 수 있다.

이때 상기 흡입공(132)은 진공펌프에서 가까울수록 크기를 작게 하여 모든 흡입공(132)에 균일한 흡입력이 작용하도록 하며, 상기 진공펌프(133)는 흡입력이 너무 강하지 않도록 하여 하측으로부터 침수가 발생할 경우 수면 상측으로부터 공기를 균일하게 흡입하도록 한다.

상기 아크검출부(14)는 맨홀 내부를 통과하는 전력케이블의 절연파괴에 의한 방전현상을 발생되는 아크를 통해 감지하는 것으로, 고압전류에 의해 발생하는 아크는 강한 빛과 열을 발산하는 점을 이용하여, 아크의 빛 또는 열을 감지하는 센서로 구성된다.

바람직하게 상기 아크검출부(14)는 아크로부터 발생되는 250㎚대역 파장대역의 빛을 검출하는 자외선센서를 이용하여 아크 발생 여부를 판단하도록 한다. 이는 아크 발생시 강한 자외선이 방출되며 그 중심이 되는 파장이 250㎚대역 파장 대역이므로 아크의 정확한 검출이 가능하기 때문이다.

이외에도 감시장치는 맨홀 내부의 온도와 습도를 측정하기 위한 온도센서와 습도센서를 더 포함하여 이루어질 수 있다. 온도와 습도는 각종 센서를 비롯한 전자장치의 성능에 영향을 끼치는 요소일 뿐만 아니라, 만약의 경우 상기 수위측정부(12) 또는 아크검출부(14)에 이상이 생기더라도 온도 및 습도를 통해 맨홀 내부의 이상상태를 판별할 수 있다.

상기 제1제어부(15)는 상기 제1전원부(11)로부터 전원을 공급받고, 상기 수위측정부(12)와 가스측정부(13)와 아크검출부(14)를 제어함과 동시에 신호를 취득하여 수집데이터를 생성하고 출력한다. 또한, 제1통신부(16)의 작동상태가 원활하지 못할 경우를 대비하고 저전력 구동을 위해 상기 제1제어부(15)는 상기 수집데이터를 임시 저장할 수 있는 메모리부(151)를 포함하게 된다.

상기 제1통신부(16)는 상기 제1제어부(15)가 출력한 수집데이터를 맨홀 외부로 송출하며, 특히 후술 되는 제2통신부(22)와 통신을 수행한다. 맨홀 외부와의 통신을 한 상기 제1통신부(16)에는 다양한 통신수단이 적용될 수 있으나 본 발명에서는 ZigBee 프로토콜을 적용한다.

도 6은 본 발명 제1통신부의 지상매립형 안테나 형상이 적용된 모습을 나타낸 구성도로서, 도 6에서 나타난 것과 같이 상기 제1통신부(16)는 맨홀 내부에서 외부로의 무선신호의 원활한 전송을 위한 지상매립형 안테나(161) 형식으로 이루어질 수 있다. 일반적으로 맨홀 뚜껑은 두꺼운 금속재질로 이루어지고, 맨홀이 위치한 지면도 상당한 두께로 이루어지므로 무선신호가 맨홀 내부에서 외부로 도달하기 위해서는 전력 소모가 많아진다. 하지만, 도 6과 같이 지상매립형 안테나(161)를 사용할 경우 적은 제1통신부(16)는 적은 전력으로도 맨홀 외부로 무선신호를 송출할 수 있다.

상기 지상매립형 안테나(161)는 맨홀 뚜껑 또는 맨홀 뚜껑 주변의 지면에 매립·설치되는 것으로, 통행에 지장을 주지 않을 뿐 아니라 이동물체와의 접촉으로 인한 손상을 방지하기 위해 지상으로 돌출하지 않도록 상부가 평평하게 형성된다.

맨홀 외부에서 관리자가 소지하게 되는 상기 데이터수집장치(2)는 제2전원부(21), 제2통신부(22), 제2제어부(23), 디스플레이부(24)를 포함하여 이루어진다. 이때 상기 데이터수집장치(2)는 특정 장소에 고정설치되도록 구현될 수도 있으나, 본 발명에서는 소형으로 만들어져 휴대가 용이하도록 구성된다.

상기 제2전원부(21)는 외부전원 또는 별도의 배터리로부터 데이터수집장치(2)의 구성요소에 전원을 공급한다. 만약 데이터수집장치(2)가 특정장소에 고정설치된다면 외부전원으로부터 전원을 공급받게 되나, 데이터수집장치(2)가 휴대용으로 구성될 경우 별도의 배터리가 필요하다.

상기 제2통신부(22)는 상기 제1통신부(16)를 통해 송출된 수집데이터를 수신하며 제1통신부(16)와 통신을 수행한다.

데이터 송수신은 ZigBee 프로토콜을 적용함으로 주위의 타 무선 주파수와 혼선이나 간섭 등에 대해서 안전하게 통신이 이루어지도록 한다. 또한, RS-232C, RS485, TCP/IP망을 이용한 유선 시리얼 통신을 통해 주변기기에 수집 데이터의 전송이 가능하도록 하며, USB와 TCP/IP를 통하여 PC나 PLC로 데이터를 복사할 수 있도록 구성한다.

상기 제2제어부(23)는 상기 제2전원부(21)로부터 전원을 공급받고 상기 제2통신부(22), 상기 디스플레이부(24)를 제어하되, 제2통신부를 통해 수신된 수집데이터를 정렬하여 상기 디스플레이부(24)에 전송한다.

상기 디스플레이부(24)는 제2제어부(23)를 통해 정렬된 수집데이터를 출력하여 관리자에게 보여주는 것으로, 관리자는 상기 디스플레이부(24)를 통해 해당 맨홀 내부의 침수 여부 및 침수속도, 가스존재 유무 및 가스함량, 아크 발생 여부를 즉각적으로 확인할 수 있다.

상기 제1통신부(16)가 지상매립 안테나로 이루어질 경우 관리자는 차량에 탑승한 상태에서도 맨홀 부근에서 수집데이터를 수신할 수 있을 것이므로, 상기 제2전원부(21)를 차량의 시가잭으로부터 DC 12 또는 DC 24 V 전원을 공급받도록 구성할 수 있으며, 차량 내부에 데이터수집장치(2)의 거치대를 설치하여 편리하게 데이터 송수신이 가능하도록 구성할 수 있다. 또한, 시가잭의 전원을 통해 충전되는 배터리를 구비하여 차량이 출입하지 못하는 장소는 도보로 이동하며 수집데이터를 수신할 수 있도록 한다.

또한, 상기 감시장치(1)가 일회용 배터리를 사용하여 저전력으로 구동될 경우 상기 수위측정부(12), 가스측정부(13), 아크검출부(14)의 감지 주기를 늘리고, 상기 제1제어부(15)의 회로를 저전력화하며, 평상시 수집데이터를 송출하지 않는 저전력 슬립모드에 들어가도록 구성한다. 슬립모드의 해제는 타이머에 의한 인터럽트 또는 외부로부터의 호출 신호 즉, 데이터수집장치에서 데이터요구신호를 보낼 경우 발생하도록 구성하는 것이 바람직하다.

상기 데이터요구신호는 데이터수집장치(2)가 감시장치(1)에 접근하면서 감시장치(1)를 감지할 때 자동으로 발생하도록 할 수 있고, 또는 상기 제2제어부(23)에 신호를 입력하는 키입력부(25)를 더 포함하여, 관리자가 키 입력부(25)를 통해 동작신호를 내려 제2제어부(23)가 제1제어부(15)로 데이터요구신호를 송출하도록 구성될 수 있다.

본 발명을 통한 바람직한 실시예에 따라 맨홀 내부를 감시하는 과정을 살펴보면 다음과 같다.

상기 데이터수집장치(2)를 점검자가 휴대하고 점검하고자하는 맨홀 주위를 통과하면 제2제어부(23)는 제2통신부(22)를 통해 데이터요구신호를 맨홀 내부로 송신하고 제1제어부(15)가 제1통신부(16)를 통해 이를 수신한다. 이때 수집데이터의 데이터필드는 다음의 [표 1]과 같다.

데이터수집장치		맨홀 내부 감시장치
데이터 송신요구 “63”	->	데이터 송신 요구코드인 “63”을 수신
	<-	“10” 선두 바이트
	<-	“0000” 맨홀 ID
	<-	“00” 방전데이터
	<-	“00” 수위레벨(0~200)
	<-	“00” 메탄센서(0~200)
	<-	“00” 일산화탄소센서(0~200)
	<-	“00” 이산화탄소센서(0~200)
	<-	“00” 황화수소센서(0~200)
	<-	“00” 온도센서(0~200)
	<-	“00” 습도센서(0~200)
	<-	“00” 전원(10: 정상, 20: 배터리, 30: 부족)
	<-	“FF” 종료 바이트

[표 1]은 데이터수집장치와 맨홀 내부의 감시장치 간에 송수신 되는 수집데이터의 데이터필드를 나타낸 것으로, 데이터수집장치로부터 수신요구를 받으면 맨홀 내부의 감시장치는 선두바이트 “10”을 포함하여 13 바이트를 전송한다.

데이터요구 후 전송되는 데이터는 선두가 “10”인지를 판단하여 “10”으로 시작하면 연속하여 12 바이트를 전송받고 마지막 바이트가 “FF”인지를 확인하여 정상이면 파일로 저장하는데 다음의 [표 2]와 같은 필드로 구성된다.

바이트		신호명
0000	2 바이트	맨홀 ID
0000 00 00	4 바이트	수신날짜(년 월 일)
00 00	2 바이트	수신시간
00	1 바이트	방전데이터
00	1 바이트	수위레벨
00	1 바이트	메탄센서
00	1 바이트	일산화탄소센서
00	1 바이트	이산화탄소센서
00	1 바이트	황화수소센서
00	1 바이트	온도센서
00	1 바이트	습도센서
00	1 바이트	전원

[표 2]는 감시장치로부터 전송받아 메모리부에 저장되는 수집데이터의 데이터필드를 나타낸 것으로서, 맨홀별로 날짜와 시간대로 데이터필드를 구성하여 저장함으로 측정, 감시 및 레벨변화를 용이하게 구분하도록 구성되며, 각 맨홀별로 상기 데이터필드의 데이터베이스를 구성하게 된다.

수집데이터는 맨홀의 ID(2 바이트)를 기준으로 하여 각각의 파일형태로 저장된다. 예를 들어 0001이라는 ID가 부여된 맨홀로부터 2011년 5월 1일 10시 00분에 작성된 파일명은 "부산001라인_0001_20110501_1000"로 생성되어 관리자가 파일명을 통해서 기본정보를 용이하게 파악하도록 한다.

추가로 "부산001라인_0002_20110501_1005"이라는 파일은 통해 0001이라는 ID가 부여된 맨홀로부터 2011년 5월 1일 10시 05분에 저장된 파일이며, "부산001라인_0003_20110501_1010"이라는 파일은 0001이라는 ID가 부여된 맨홀로부터 2011년 5월 1일 10시 10분에 저장된 파일임을 쉽게 알 수 있다.

여기서 부산 “001라인”은 전체 맨홀의 각 라인의 고유 명칭이다. 이는 데이터수집장치에서 수신된 데이터필드에는 없으나 관리를 위하여 분류된 명칭이다. 즉, 전 관할 지역의 맨홀을 라인별로 명칭을 부여한 후 각 명칭별 맨홀의 ID를 순차적으로 부여한다. 이렇게 구성된 파일의 데이터는 데이터수집장치의 데이터 저장 포맷과 동일하다.

맨홀 내부에서 송신되는 수집데이터 정보를 별도의 통신선로나 무선 수신장비 없이 휴대용 데이터수집장치에서 수신 후 파일형태로 저장하도록 하여 구성을 간소화하고, 데이터 전송라인이 필요없는 감시 시스템을 구현하게 된다. 이를 통해 설치 구성품 및 비용을 대폭 줄일 수 있으며, 휴대용 데이터수집장치를 통해 수집데이터를 어느 장소에서나 복제 또는 다운로드 가능하므로 효율적인 데이터공유시스템 구축할 수 있다는 이점이 있다.

상기 수위측정부(12)는 맨홀 바닥을 “0”으로 지정하여 침수가 발생하였을 때 그 수면의 높이를 측정하여 0 ~ 200(0~20m)의 수치로 데이터화 한다.

상기 메탄센서(S1), 일산화탄소센서(S2), 이산화탄소센서(S3), 황화수소센서(S4)는 측정 범위를 0 ~ 200(0 ~ 100%)의 수치로 데이터화 한다.

상기 아크검출부(14)는 고압케이블의 절연파괴부 또는 접속부의 방전을 검출하기 위해 자외선센서를 이용하여 아크가 방출하는 250nm 대역의 파장을 검출하고 디지털화하여 출력한다. 이 대역은 전기 아크에서 발생하는 광원의 가장 식별력이 높은 대역이므로 측정되는 파장의 크기를 0 ~ 200의 수치로 데이터화 한다.

상기 온도센서는 맨홀 내부의 온도를 측정하여 0 ~ 200(0~200℃)의 수치로 데이터화 하고, 상기 습도센서는 맨홀 내부의 습도를 0 ~ 200(0 ~ 100% RH)의 수치로 데이터화 한다.

제1전원부(11)의 전원은 변류기(111)를 통해 고압케이블로부터 얻을 경우 01, 충전지 전원일 경우 02, 일회용 배터리일 경우 03, 전원 부족일 경우 04를 지정하여 저장한다.

이렇게 수집된 수집데이터를 ZigBee모듈에 출력하고 ZigBee모듈은 지상매립형 안테나(161)를 통하여 맨홀 외부로 하기와 같은 포맷으로 전송한다. 이는 휴대형 데이터수집장치의 입력포맷과 동일하다. 수집데이터의 전송은 연속적인 것이 아닌 전력절감을 위하여 휴대형 데이터수집장치로부터의 요구가 있을 경우에만 전송한다. 데이터요구신호는 제1통신부(16)에 수신된 데이터가 “63”일 경우 이를 데이터요구로 인정하고 수집데이터를 송출한다. 데이터 전송은 “10”을 시작으로 각각의 데이터를 패킷으로 구성하여 연속적으로 송신 후 마지막에 “FF"코드를 송신하여 데이터 송신 완료를 알린다.

맨홀의 ID구성은 변전소나 관리장소를 기준으로 순차적으로 구성하되 맨홀 전체 라인의 명칭을 기준으로 하여 1 ~ 65000까지 부여한다.

즉, 부산001의 1번에서 65000번까지, 부산002의 1번에서 65000번까지, 부산003의 1번에서 65000번까지 지정하며, 이와 같은 방법으로 맨홀의 라인별 및 ID별 구분할 수 있게 된다.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시 예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

1: 감시장치 11: 제1전원부 111: 변류기
112: 충전부
12: 수위측정부
13: 가스측정부 131: 흡입파이프
132: 흡입공
133: 진공펌프
134: 챔버
135: 배출공
136: 가스센서
137: 기둥
14: 아크검출부
15: 제1제어부 151: 메모리부
16: 제1통신부 161: 안테나
2: 데이터수집장치 21: 제2전원부
22: 제2통신부
23: 제2제어부
24: 디스플레이부
25: 키입력부
3: 전력케이블
S1: 메탄센서 S2: 일산화탄소센서 S3: 이산화탄소센서
S4: 황화수소센서

Claims

맨홀 내부 감시 시스템에 있어서,
맨홀 내부를 통과하는 전력케이블 또는 배터리를 통해 전원을 얻는 제1전원부(11); 맨홀 내부의 수위를 측정하는 수위측정부(12)와, 맨홀 내부의 가스농도를 측정하는 가스측정부(13)와, 맨홀 내부를 통과하는 전력케이블의 절연파괴에 의한 아크를 검지하는 아크검출부(14)와, 상기 제1전원부(11)로부터 전원을 공급받아 상기 수위측정부(12)와 가스측정부(13)와 아크검출부(14)의 신호를 수집하고 수집데이터를 생성하여 출력하되 생성된 수집데이터를 저장하는 메모리부(151)가 내장되는 제1제어부(15)와, 상기 제1제어부(15)가 출력한 수집데이터를 송출하며 맨홀 외부와 통신을 수행하는 제1통신부(16)를 포함하여 이루어지며 맨홀 내부에 설치되는 감시장치(1)와;
외부전원 또는 배터리를 통해 전원을 얻는 제2전원부(21)와, 상기 제1통신부(16)를 통해 송출된 수집데이터를 수신하며 제1통신부(16)와 통신을 수행하는 제2통신부(22)와, 상기 제2전원부(21)로부터 전원을 공급받고 상기 제2통신부(22)를 통해 수신된 수집데이터를 정렬하는 제2제어부(23)와, 상기 제2제어부(23)를 통해 정렬된 수집데이터를 출력하여 보여주는 디스플레이부(24)를 포함하여 이루어지며 휴대가능하도록 구성되는 데이터수집장치(2); 로 구성되며,
상기 가스측정부(13)는 물에 뜨는 부이(Buoy) 형태로 구성되어 맨홀 내부 수위에 의해 높낮이 조절이 이루어지는 것을 특징으로 하는 맨홀 내부 감시 시스템.
맨홀 내부 감시 시스템에 있어서,
맨홀 내부를 통과하는 전력케이블 또는 배터리를 통해 전원을 얻는 제1전원부(11); 맨홀 내부의 수위를 측정하는 수위측정부(12)와, 맨홀 내부의 가스농도를 측정하는 가스측정부(13)와, 맨홀 내부를 통과하는 전력케이블의 절연파괴에 의한 아크를 검지하는 아크검출부(14)와, 상기 제1전원부(11)로부터 전원을 공급받아 상기 수위측정부(12)와 가스측정부(13)와 아크검출부(14)의 신호를 수집하고 수집데이터를 생성하여 출력하되 생성된 수집데이터를 저장하는 메모리부(151)가 내장되는 제1제어부(15)와, 상기 제1제어부(15)가 출력한 수집데이터를 송출하며 맨홀 외부와 통신을 수행하는 제1통신부(16)를 포함하여 이루어지며 맨홀 내부에 설치되는 감시장치(1)와;
외부전원 또는 배터리를 통해 전원을 얻는 제2전원부(21)와, 상기 제1통신부(16)를 통해 송출된 수집데이터를 수신하며 제1통신부(16)와 통신을 수행하는 제2통신부(22)와, 상기 제2전원부(21)로부터 전원을 공급받고 상기 제2통신부(22)를 통해 수신된 수집데이터를 정렬하는 제2제어부(23)와, 상기 제2제어부(23)를 통해 정렬된 수집데이터를 출력하여 보여주는 디스플레이부(24)를 포함하여 이루어지며 휴대가능하도록 구성되는 데이터수집장치(2); 로 구성되며,
상기 가스측정부(13)는 일정 간격의 높이로 흡입공(132)이 설치된 흡입파이프(131)와, 상기 흡입파이프(131)에 연결되어 상기 흡입공(132)을 통해 맨홀 내부의 공기를 흡입하도록 구성된 진공펌프(133)와, 상기 진공펌프(133)의 출구측에 연결되며 소정의 배출공(135)이 형성된 챔버(134)와, 상기 챔버(134) 내부에 설치되는 가스센서(136)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 맨홀 내부 감시 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1전원부(11)는 맨홀 내부 전력케이블(3)에 설치되어 전력케이블(3)에 흐르는 전류를 통해 전압을 생성하는 변류기(111)와,
상기 변류기(111)를 통해 생성된 전압으로 충전되는 충전부(112)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 맨홀 내부 감시 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1전원부(11)는 1회용 배터리를 탈착할 수 있는 탈착부를 더 포함하여 이루어지되,
상기 탈착부에 설치된 1회용 배터리로부터 전원을 얻을 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 맨홀 내부 감시 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 아크검출부(14)는 아크로부터 발생되는 250㎚대역 파장대역의 빛을 검출하는 자외선센서를 이용하여 아크 발생 여부를 판단하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 맨홀 내부 감시 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 수위측정부(12)는 맨홀 내부의 상측에 설치되어 수면과의 거리를 측정하는 초음파센서를 이용하여 침수 상황을 판단하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 맨홀 내부 감시 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1통신부(16)는 맨홀 내부에서 외부로의 무선신호전송을 위한 지상매립형 안테나(161)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 맨홀 내부 감시 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 데이터수집장치(2)는 상기 제2제어부(23) 및 디스플레이부(24)의 동작신호를 입력하는 키입력부(25)를 더 포함하고,
상기 제1제어부(15)는 상기 키입력부(25)를 통해 입력된 제2제어부(23)의 데이터요구신호에 의해 수집데이터를 송출하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 맨홀 내부 감시 시스템.
삭제
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제2전원부(21)는 배터리와 차량용 시가잭 중 선택되는 한 가지를 통해 전원을 공급받도록 구성되는 것을 특징으로 하는 맨홀 내부 감시 시스템.