KR101277148B1 - 광복합케이블의 피치 해상도 계산 장치 및 계산 방법, 및 이를 구비한 케이블 모니터링 시스템 - Google Patents

광복합케이블의 피치 해상도 계산 장치 및 계산 방법, 및 이를 구비한 케이블 모니터링 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광복합케이블의 피치 해상도 계산 장치 및 계산 방법, 및 이를 구비한 케이블 모니터링 시스템을 개시한다.
본 발명에 따른 피치 해상도 계산 장치는 광복합케이블의 광섬유의 일단에 연결되며, 상기 광섬유의 거리를 측정하는 분포 온도 센서(DTS); 및 상기 분포 온도 센서(DTS)와 연결되며, 상기 분포 온도 센서(DTS)에 의해 측정된 상기 광섬유의 특정 거리와 상기 광복합케이블의 미리 알고 있는 특정 거리로부터 피치 해상도(pitch resolution)를 계산하는 거리 계산부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서는 광복합케이블의 거리 오차가 최소화되고, 광복합케이블의 고장 발생 위치에 대한 확인의 정밀도가 향상되며, 케이블(광복합케이블)의 고장 발생 위치의 정밀한 모니터링이 가능해진다.

Description

광복합케이블의 피치 해상도 계산 장치 및 계산 방법, 및 이를 구비한 케이블 모니터링 시스템{Apparatus and Method for Calculating Pitch Resolution of Cross-Linked Polyethylene Insulated Cable, and Monitoring System of Cables Having the Same}
본 발명은 광복합케이블의 피치 해상도 계산 장치 및 계산 방법, 및 이를 구비한 케이블 모니터링 시스템에 관한 것이다.
좀 더 구체적으로, 본 발명은 광복합케이블과 광섬유 간의 피치 해상도를 이용하여 케이블 모니터링에 적용함으로써, 광복합케이블의 거리 오차를 최소화하고, 광복합케이블의 장애 발생 위치에 대한 확인의 정밀도가 향상되며, 그에 따라 광복합케이블의 장애 발생 위치의 정밀한 모니터링이 가능한 광복합케이블의 피치 해상도 계산 장치 및 계산 방법, 및 이를 구비한 케이블 모니터링 시스템에 관한 것이다.
도심 등에서는 미관을 고려하여 전선 등을 지상에 설치하지 않고 지하에 매설하고 있으며, 이때 전선 케이블이 외부로부터 안전하게 보호받을 수 있도록 지하에 매설하는 지중 케이블이 설치되어 사용되고 있다. 이러한 지중 케이블로 가교 폴리에틸렌(Cross-Linked Polyethylene: XLPE) 절연 케이블인 광복합케이블이 주로 사용되고 있다.
그러나, 지중케이블은 그 설치 환경의 특성 상 시각에 의한 상시 감시가 어려울 뿐만 아니라 지중케이블이 보통 부하 집중 지역에 설치된다는 것을 고려하면 지중케이블의 사고 예방 및 사고 발생 지점을 신속히 찾아내기 위한 지중케이블 모니터링 시스템을 구축하는 것은 매우 중요하다.
광복합케이블과 같은 지중케이블의 상태 감시에 유용하게 사용될 수 있는 분포 온도 센서(Distributed Temperature Sensor: DTS) 및 이를 구비한 지중케이블 모니터링 시스템이 알려져 있다.
지중케이블의 온도 데이터는 지중케이블 자체의 이상 및 지중케이블에 사고를 유발할 수 있는 외부요인을 감지할 수 있을 뿐만 아니라 지중케이블의 허용용량을 산정할 수 있는 기반이 되므로 지중케이블 모니터링 시스템의 중요한 입력 데이터가 된다. 기존의 포인트 센서가 한 지점의 온도만을 측정할 수 있는 한계를 갖는데 비해 지중케이블의 온도 측정 수단으로 사용되는 분포 온도 센서(DTS)는 광섬유가 설치된 전체 구간의 온도를 측정할 수 있으므로 광섬유가 지중케이블과 동시에 설치될 경우 지중케이블의 전체 구간온도를 측정하여 그 값을 지중케이블 모니터링 시스템에서 활용 할 수 있다.
상술한 분포 온도 센서(DTS) 및 이를 구비한 지중케이블 모니터링 시스템의 구체적인 구성 및 동작은 본 출원인 회사의 박성민 등에 의해 "분포온도센서 기반의 케이블 상태 감시 시스템 개발(Cable Safety Monitoring System Development Using DTS)"이라는 명칭으로 2009년 7월 14일 내지 17일에 공표된 2009년도 대한전기학회 하계학술대회 논문집에 상세히 기술되어 있다.
상술한 종래 기술의 분포 온도 센서(DTS) 및 이를 구비한 지중케이블 모니터링 시스템을 사용하는 경우에도, 광복합케이블과 같은 지중케이블의 장애 발생 시 장애 발생 위치는 광섬유를 통해 확인된다. 그러나, 광섬유는 광복합케이블 내에서 일정한 피치(pitch)로 스네이크 방식으로 감겨져 있어서, 장애가 발생한 광복합케이블 상의 정확한 위치 또는 거리를 확인하는 것이 쉽지 않았다.
좀 더 구체적으로, 도 1은 일반적인 광복합케이블(XLPE)을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 일반적인 광복합케이블(100)은 내부의 도체(미도시)를 감싸는 절연체(102)(좀 더 정확하게는 테이프 외부 반도전층)의 둘레에 광섬유(optical fiber: 104)가 일정한 피치(pitch)로 스네이크 방식으로 감겨져 있다. 이러한 광복합케이블(100)은 포설 방법(구체적으로는, 광복합케이블(100)의 포설 기준 및 제원)에 따라 광복합케이블(100)과 광섬유(104) 간의 거리 오차가 발생한다. 그에 따라, 광섬유(104)에 고장이 발생하더라도 실제 고장 발생 지점에 대한 정확한 거리의 확인이 어렵다는 문제점이 발생한다.
따라서, 상술한 문제점을 해결하기 위한 새로운 방안이 요구된다.
박성민 등, "분포온도센서 기반의 케이블 상태 감시 시스템 개발(Cable Safety Monitoring System Development Using DTS)," 2009년 7월 14일 내지 17일, 2009년도 대한전기학회 하계학술대회 논문집
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 광복합케이블과 광섬유 간의 피치 해상도를 이용하여 케이블 모니터링에 적용함으로써, 광복합케이블의 거리 오차를 최소화하고, 광복합케이블의 장애 발생 위치에 대한 확인의 정밀도가 향상되며, 그에 따라 광복합케이블의 장애 발생 위치의 정밀한 모니터링이 가능한 광복합케이블의 피치 해상도 계산 장치 및 계산 방법, 및 이를 구비한 케이블 모니터링 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 제 1 특징에 따른 광복합케이블의 피치 해상도 계산 장치는 광복합케이블의 광섬유의 일단에 연결되며, 상기 광섬유의 거리를 측정하는 분포 온도 센서(DTS); 및 상기 분포 온도 센서(DTS)와 연결되며, 상기 분포 온도 센서(DTS)에 의해 측정된 상기 광섬유의 특정 거리와 상기 광복합케이블의 미리 알고 있는 특정 거리로부터 피치 해상도(pitch resolution)를 계산하는 거리 계산부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 2 특징에 따른 케이블 모니터링 시스템은 광복합케이블의 광섬유의 일단에 연결되며, 상기 광복합케이블의 분포 온도를 측정하고 또한 상기 광섬유의 거리를 측정하는 분포 온도 센서(DTS); 상기 광복합케이블의 타단에서 상기 광복합케이블의 도체와 연결되며, 상기 광복합케이블의 전류를 측정하는 변류기; 상기 분포 온도 센서(DTS) 및 상기 변류기와 각각 연결되며, 상기 분포 온도 및 상기 전류를 수신하여 상기 광복합케이블의 도체 온도 및 표면 온도를 계산하는 온도 계산부; 상기 분포 온도 센서(DTS)와 연결되며, 상기 광섬유의 특정 거리와 상기 광복합케이블의 미리 알고 있는 특정 거리로부터 피치 해상도를 계산하고, 상기 분포 온도 센서(DTS)로부터 측정된 상기 광섬유의 임의의 거리에 대해 상기 피치 해상도를 적용하여 상기 광복합케이블의 실제 거리를 계산하는 거리 계산부; 및 상기 온도 계산부 및 상기 거리 계산부를 포함하며, 상기 광복합케이블의 장애 상태 및 위치를 감시하는 모니터링 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 3 특징에 따른 광복합케이블의 피치 해상도 계산 방법은 a) 광복합케이블의 광섬유의 일단에 연결된 분포 온도 센서(DTS)를 이용하여 상기 광섬유의 특정 거리를 측정하는 단계; 및 b) 거리 계산부를 이용하여 상기 분포 온도 센서(DTS)에 의해 측정된 상기 광섬유의 특정 거리와 상기 광복합케이블의 미리 알고 있는 특정 거리로부터 피치 해상도를 계산 및 저장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 광복합케이블의 피치 해상도 계산 장치 및 계산 방법, 및 이를 구비한 케이블 모니터링 시스템을 사용하면 다음과 같은 장점이 달성된다.
1. 광복합케이블의 거리 오차가 최소화된다.
2. 광복합케이블의 고장 발생 위치에 대한 확인의 정밀도가 향상된다.
3. 광복합케이블의 선로 상의 접속함의 위치 확인이 가능하고, 또한 선로 상에서 발생한 장애가 광복합케이블 내 또는 접속함(접속구간) 내에서 발생한 것인지를 확인하여 장애 위치 및 원인을 조기에 정확하게 확인할 수 있다.
본 발명의 추가적인 장점은 동일 또는 유사한 참조번호가 동일한 구성요소를 표시하는 첨부 도면을 참조하여 이하의 설명으로부터 명백히 이해될 수 있다.
도 1은 일반적인 광복합케이블을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 광복합케이블의 피치 해상도 계산 장치 및 이를 구비한 케이블 모니터링 시스템이다.
도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 광복합케이블의 피치 해상도 계산 장치를 사용하여 피치 해상도를 적용한 광복합케이블의 거리를 계산하는 방법을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 광복합케이블의 포설 상태를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 2d는 본 발명의 일 실시예에 따른 광복합케이블의 피치 해상도 계산 장치 및 이를 구비한 케이블 모니터링 시스템을 실제 광복합케이블에 적용되어 얻어진 평균 피치 해상도와 구간별 피치 해상도의 데이터를 도시한 도면이다.
도 2e는 도 2d에 도시된 평균 피치 해상도와 구간별 피치 해상도를 적용한 경우의 광복합케이블의 특정 구간의 시뮬레이션 사진이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광복합케이블의 피치 해상도 계산 방법을 도시한 플로우차트이다.
이하에서는 본 발명의 실시예 및 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 기술한다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 광복합케이블의 피치 해상도 계산 장치 및 이를 구비한 케이블 모니터링 시스템이고, 도2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 광복합케이블의 피치 해상도 계산 장치를 사용하여 피치 해상도를 적용한 광복합케이블의 실제 거리를 계산하는 방법을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 광복합케이블의 피치 해상도 계산 장치(201)는 광복합케이블(200)의 광섬유(204)의 일단에 연결되며, 상기 광섬유(204)의 거리를 측정하는 분포 온도 센서(distributed Temperature Sensor: DTS)(220); 및 상기 분포 온도 센서(DTS)(220)와 연결되며, 상기 분포 온도 센서(DTS)(220)에 의해 측정된 상기 광섬유(204)의 특정 거리와 상기 광복합케이블(200)의 미리 알고 있는 특정 거리로부터 피치 해상도(pitch resolution)를 계산하는 거리 계산부(214)를 포함한다. 여기서, 피치 해상도 = 분포 온도 센서(DTS)(220)에 의해 측정된 광섬유(204)의 특정 거리(OL)/광복합케이블(200)의 미리 알고 있는 특정 거리(XL)로 주어진다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 케이블 모니터링 시스템(203)은 광복합케이블(200)의 광섬유(204)의 일단에 연결되며, 상기 광복합케이블(200)의 분포 온도(Tbd)를 측정하고 또한 상기 광섬유(204)의 거리를 측정하는 분포 온도 센서(DTS)(220); 상기 광복합케이블(200)의 타단에서 상기 광복합케이블(200)의 도체(205)와 연결되며, 상기 광복합케이블(200)의 전류를 측정하는 변류기(current transformer: 230); 상기 분포 온도 센서(DTS)(220) 및 상기 변류기(230)와 각각 연결되며, 상기 분포 온도(Tbd) 및 상기 전류를 수신하여 상기 광복합케이블(200)의 도체 온도(Tcc) 및 표면 온도(Tcs)를 계산하는 온도 계산부(212); 상기 분포 온도 센서(DTS)(220)와 연결되며, 상기 광섬유(204)의 특정 거리와 상기 광복합케이블(200)의 미리 알고 있는 특정 거리로부터 피치 해상도(pitch resolution)를 계산하고, 상기 분포 온도 센서(DTS)(220)에 의해 측정된 상기 광섬유(204)의 임의의 거리에 대해 상기 피치 해상도를 적용하여 상기 광복합케이블(200)의 실제 거리를 계산하는 거리 계산부(214); 및 상기 온도 계산부(212) 및 상기 거리 계산부(214)를 포함하며, 상기 광복합케이블(200)의 장애 상태 및 위치를 감시하는 모니터링 장치(210)를 포함한다.
상술한 분포 온도 센서(DTS)(220)는 광복합케이블(200)이 포설된 주변의 전체 온도를 예를 들어 1m 간격으로 실시간으로 측정할 수 있으며, 이러한 광복합케이블(200)의 주변의 측정 온도를 분포 온도(Tbd)라 한다.
또한, 분포 온도 센서(DTS)(220)는 공지의 장치로 광복합케이블(200)의 광섬유(204)에 광 펄스를 입사시켜 다시 되돌아오는 반사광을 광량의 거리 분포에 따라 해석하여 광섬유의 손실 접속점까지의 거리와 접속 손실 및 접속점으로부터의 반사량 섬유가 파손된 경우의 파손점까지의 거리 등을 측정한다.
또한, 광복합케이블(200)의 도체 온도(Tcc) 및 표면 온도(Tcs)를 계산하는 온도 계산부(212) 및 광복합케이블(200)의 실제 거리를 계산하는 거리 계산부(214)는 각각 예를 들어 미리 프로그래밍된 온도 계산 프로그램 및 미리 프로그래밍된 거리 계산 프로그램으로 구현될 수 있다.
도 2b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 광복합케이블의 피치 해상도 계산 장치(201)는 분포 온도 센서(DTS)(220)에 의해 측정된 광복합케이블(200)의 내의 광섬유(204)의 임의의 거리에 피치 해상도(pitch resolution)를 적용하여 광복합케이블(200)의 거리를 계산할 수 있다.
여기서, 상술한 피치 해상도를 계산하기 위해 사용되는 광섬유(204)의 특정 거리(OL) 및 광복합케이블(200)의 미리 알고 있는 특정 거리(XL)는 각각 특정한 하나의 값에 한정되는 것은 아니라는 점에 유의하여야 한다. 예를 들어, 어느 하나의 구간에 포설된 광복합케이블(200)의 최대 거리가 5,000m라고 가정하자. 이 경우, 광복합케이블(200)의 미리 알고 있는 특정 거리(XL)가 2,500m이고, 이에 대응하여 분포 온도 센서(DTS)(220)에 의해 측정된 광섬유(204) 상의 특정 거리(OL)가 예를 들어 2,800m인 경우, 거리 계산부(214)에 의해 계산된 피치 해상도는 2,800m/2,500m = 1.12이다. 또한, 광복합케이블(200)의 미리 알고 있는 특정 거리(XL)가 포설 시의 최대 거리인 5,000m이고, 이에 대응하여 분포 온도 센서(DTS)(220)에 의해 측정된 광섬유(204) 상의 최대 거리가 예를 들어 5,650m인 경우, 거리 계산부(214)에 의해 계산된 피치 해상도는 5,650m/5,000m = 1.13이다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 광복합케이블의 피치 해상도 계산 장치(201)에서는, 분포 온도 센서(DTS)(220)에 의해 측정된 광섬유(204) 상의 특정 거리(OL)는 광섬유(204)의 최대 거리이고, 광복합케이블(200)의 미리 알고 있는 특정 거리(XL)는 광복합케이블(200)이 포설된 최대 거리인 것이 바람직하지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
좀 더 구체적으로, 분포 온도 센서(DTS)(220)에 의해 C 지점에 대해 측정된 광섬유(204)의 특정 거리(OL)가 광섬유(204)의 최대 거리인 5,650m이고 광복합케이블(200)의 미리 알고 있는 특정 거리(XL)가 포설 시에 확인된 최대 거리인 5,000m인 경우, 모니터링 장치(210) 내의 거리 계산부(214)는 피치 해상도 = 측정된 광섬유(204)의 특정 거리(OL)/광복합케이블(200)의 특정 거리(XL) = 5,650m/5,000m = 1.13을 계산하고 저장한다.
그 후, 상술한 방식으로 계산된 광복합케이블(200)의 피치 해상도의 값인 1.13을 광섬유(204)의 임의의 거리에 대해 적용하면, 광복합케이블(200)의 각각의 지점의 실제 거리를 산출할 수 있다. 이 경우, 광복합케이블(200)의 실제 거리 = 측정된 광섬유(204)의 거리/피치 해상도로 계산된다.
좀 더 구체적으로, 예를 들어, 분포 온도 센서(DTS)(220)에 의해 측정된 B 지점의 광섬유(204)의 거리(OL)가 3,390m인 경우, 광복합케이블(200)의 실제 거리(XL)는 미리 계산 및 저장된 피치 해상도 값인 1.13을 적용하면 3,390m/1.13 = 3,000m이다. 따라서, 만일 분포 온도 센서(DTS)(220)에 의해 광섬유(204) 상의 3,390m 지점에서 장애가 발생한 것으로 확인되면, 광복합케이블(200) 상의 실제 장애 발생 위치는 3,000m이다. 즉, 실제 장애 발생 위치에 대한 광섬유(204) 상의 거리와 광복합케이블(200) 상의 거리 간에 390m의 오차가 발생한다. 따라서, 종래 기술과 같이 피치 해상도를 고려하지 않는 경우 작업자는 광복합케이블(200)의 실제 장애 발생 위치를 확인하는 것이 상당히 어려운 반면, 본 발명에 따른 피치 해상도를 고려하면 작업자는 광복합케이블(200)의 실제 장애 발생 위치를 정확하게 확인하는 것이 가능하다. 그 결과, 작업자는 광복합케이블(200)의 포설 길이(3,000m)에 해당하는 B 지점으로 이동하여 광복합케이블(200)의 수리, 교체 또는 보수 작업을 수행할 수 있다.
한편, 분포 온도 센서(DTS)(220)에 의해 A 지점에 대해 측정된 광섬유(204)의 특정 거리(OL)가 2,800m이고 광복합케이블(200)의 미리 알고 있는 특정 거리(XL)가 포설 시에 확인된 거리인 2,500m인 경우, 모니터링 장치(210) 내의 거리 계산부(214)는 피치 해상도 = 2,800m/2,500m = 1.12를 계산하고 저장한다.
그 후, 상술한 바와 같이 분포 온도 센서(DTS)(220)에 의해 측정된 B 지점의 광섬유(204)의 거리(OL)가 3,390m인 경우, 광복합케이블(200)의 실제 거리(XL)는 미리 계산 및 저장된 피치 해상도 값인 1.12를 적용하면 3,390m/1.12 = 3,027m이다. 따라서, A 지점에 대한 피치 해상도를 기준으로 하는 경우, 분포 온도 센서(DTS)(220)에 의해 광섬유(204) 상의 3,390m 지점에서 장애가 발생한 것으로 확인되면, 광복합케이블(200) 상의 실제 장애 발생 위치는 3,027m이다. 따라서, 상술한 C 지점에 대한 대한 피치 해상도를 기준으로 하는 경우에 비해 실제 장애 발생 위치에 대한 오차는 27m에 불과하여 광섬유(204)와 광복합케이블(200) 간의 거리 오차 값인 390m에 비해 1/14 미만의 값을 갖는다.
도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 광복합케이블의 포설 상태를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 2c를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 광복합케이블(200)은 170mm 이상의 외경을 갖는다. 따라서, 이러한 광복합케이블(200)을 포설하기 위해서는 운반 롤(미도시)에 광복합케이블(200)을 감아서 포설 지역으로 이동하여야 한다. 이 때, 광복합케이블(200)은 상당히 큰 외경을 가지므로 하나의 운반 롤(미도시)에 감길 수 있는 광복합케이블(200)의 길이가 한정되어 있다. 따라서, 하나의 광복합케이블(200)의 길이는 대략 300 내지 500m이다. 따라서, 예를 들어 포설 길이가 3Km이고 하나의 광복합케이블(200)의 길이(D)가 500m인 경우, 6개의 광복합케이블(200)이 필요하다. 또한, 이들 6개의 광복합케이블(200)을 연결하기 위해 5개의 접속함(206)이 사용되어야 한다. 통상적으로 하나의 접속함(206)의 길이는 대략 2m이고, 하나의 접속함(206) 내에서는 광섬유(204)의 전체 길이는 대략 6m이므로, 접속함(206) 당 대략 4m의 여분의 길이를 갖는다.
상술한 바와 같이, 광복합케이블(200)의 포설 길이가 증가할수록 접속함(206) 내의 광섬유의 여분의 길이도 증가한다. 도 2c의 예에서 광섬유(204)의 여분의 길이는 4m x 5(접속함의 수) = 20m이다. 현재 사용되고 있는 광복합케이블(200)의 포설 길이는 대략 2Km 내지 15Km이므로, 만일 포설 길이가 15Km인 경우 광섬유의 여분의 길이는 100m가 된다. 따라서, 도 2a 및 도 2b에 도시된 분포 온도 센서(DTS)(220)를 사용하여 광복합케이블의 피치 해상도를 계산하거나 장애 발생 위치를 확인할 경우, 접속함(206) 내의 광섬유 여분의 길이를 고려하여 계산함으로써 더욱 정확한 광복합케이블의 피치 해상도를 얻거나 장애 발생 위치의 확인이 이루어질 수 있다.
좀 더 구체적으로, 도 2b 및 도 2c를 다시 참조하면, 광복합케이블(200)의 미리 알고 있는 특정 거리(XL)가 포설 시의 최대 거리인 5,000m이고, 분포 온도 센서(DTS)(220)에 의해 측정된 광섬유(204) 상의 최대 거리가 5,650m인 경우, 접속함(206) 내의 광섬유(9204)의 여분의 길이를 고려하지 않고 거리 계산부(214)에 의해 계산된 피치 해상도는 5,650m/5,000m = 1.13이다. 이 경우, 포설 시의 한 개의 광복합케이블(200)의 거리가 500m인 경우 사용되는 접속함(206)의 수는 9개이므로 광섬유(204)의 여분의 길이는 36m이다. 따라서 광섬유(204)의 여분의 길이를 고려하면, 분포 온도 센서(DTS)(220)에 의해 측정된 광섬유(204) 상의 실제 최대 거리 = 5,650m - 36m = 5,614m이고, 미리 알고 있는 실제 특정 거리(XL) = 5,000m + 18m = 5,018m이다. 따라서, 모니터링 장치(210) 내의 거리 계산부(214)에 의해 계산되는 피치 해상도 = 5,614m/5,018m ≒ 1.119이다.
한편, 도 2b에 도시된 B 지점의 광섬유(204)에 대해 접속함(206) 내의 광섬유(204)의 여분의 길이를 고려하지 않은 경우의 광복합케이블(200)의 실제 거리(XL)는 3,000m로 이미 계산된 바 있다. 이 경우, 도 2c에 도시된 바와 같이 5개의 접속함(206)이 존재하므로 광섬유의 여분의 길이는 20m이다. 이러한 광섬유(204)의 여분의 길이를 고려하면, B 지점의 광섬유(204)의 거리(OL)는 측정 값(3,390m) - 광섬유의 여분의 길이(20m) = 3,370m이다. 따라서, 접속함(206) 내의 광섬유(204)의 여분의 길이를 고려한 피치 해상도 값인 1.119를 적용하면, 광복합케이블(200)의 실제 거리(XL)는 3,370m/1.119 ≒ 3,012m가 얻어진다. 상술한 바와 같이 광섬유(204)의 여분의 길이를 고려하면, 예를 들어 실제 장애가 발생한 광복합케이블(200)의 실제 거리(XL)가 대략 12m의 차이를 갖는다.
상술한 바와 같이, 본 발명에서는 광복합케이블(200)의 포설 시에 포설 방법(구체적으로는, 광복합케이블(200)의 포설 기준 및 제원)에 따라 광복합케이블(200)과 광섬유(204) 간의 거리 오차가 발생하더라도, 피치 해상도를 적용함으로써 장애가 발생한 광복합케이블(200)의 실제 거리를 좀 더 정확하고 정밀하게 확인할 수 있게 되는 것이다.
상술한 도 2a 내지 도 2c에 도시된 본 발명의 실시예에서는, 피치 해상도가 광섬유(204)의 특정 거리(OL) 및 광복합케이블(200)의 특정 거리(XL)에 의해 정해지는 평균 피치 해상도이다.
그러나 본 발명의 광복합케이블(200)의 피치 해상도 계산 장치(201) 및 이를 구비한 케이블 모니터링 시스템(203)은 광복합케이블(200)이 포설된 각 구간별 피치 해상도를 계산 및 저장하고, 이러한 구간별 피치 해상도를 적용할 수 있다. 구간별 피치 해상도를 적용하는 경우, 광복합케이블(200)의 선로 상의 접속함(206)의 위치 및 광복합케이블(200)의 선로 상에서 발생한 장애 위치 미 장애 원인을 조기에 더욱 정확하게 확인할 수 있다.
좀 더 구체적으로, 도 2d는 본 발명의 일 실시예에 따른 광복합케이블의 피치 해상도 계산 장치 및 이를 구비한 케이블 모니터링 시스템을 실제 광복합케이블에 적용되어 얻어진 평균 피치 해상도와 구간별 피치 해상도의 데이터를 도시한 도면이다.
도 2d를 참조하면, 사용된 광복합 케이블의 사양은 154kV 2000mm2이고, 길이는 1.4Km 정도이며, 광복합 케이블의 사이에 2개의 접속함이 설치되었다. 또한, 광복합케이블의 전체 구간 1.4Km에 걸쳐, 3개의 상(A상, B상, 및 C상)에 대해 3개의 광복합케이블 구간인 #1, #3, 및 #5 구간과 2개의 접속함 구간인 #2 및 #4 구간이 설정되어 있다. 이 경우, A상, B상, 및 C상에 대한 평균 피치 해상도는 구간과 무관하게 각각 1.0282, 1.0315, 및 1.0323의 동일한 값을 갖는다. 반면에, 구간별 피치 해상도는 접속함 구간을 제외하고 A상, B상, 및 C상의 각각의 광복합케이블 구간인 #1, #3, 및 #5 구간에 대해 최소 1.1116(A상 #3 구간)에서 최대 1.1272(A상 #1 구간 및 C상 #3 구간)의 상이한 값을 갖는다는 것을 알 수 있다. 접속함 구간은 접속함의 길이가 2m이고, 접속함 내의 광섬유의 길이가 6m이므로 A상, B상, 및 C상과 무관하게 모두 3의 동일한 구간별 피치 해상도를 갖는다.
도 2e는 도 2d에 도시된 평균 피치 해상도와 구간별 피치 해상도를 적용한 경우의 광복합케이블의 특정 구간의 시뮬레이션 사진이다.
도 2e를 참조하면, 가로축은 피치 해상도를 적용하여 얻어진 광복합케이블의 거리(단위 m)이며, 세로축은 온도를 나타낸다. 또한, 도 2e의 좌측 및 우측 사진은 각각 평균 피치 해상도 및 구간별 피치 해상도를 적용하였을 경우 730 내지 760m의 지점의 상세 인터페이스이다.
상술한 도 2e에 도시된 시뮬레이션 사진으로부터 동일한 온도 지점을 검사지점(Check Point)(붉은색 화살표 지점)으로 하였을 경우, 각각의 거리는 731.5m 및 738.8m를 나타내었다. 따라서, 평균 피치 해상도 및 구간별 피치 해상도를 적용하였을 경우의 두 값의 차이는 7.3m이다. 따라서, 본 발명에서는 평균 피치 해상도를 적용할 경우보다 구간별 피치 해상도를 적용할 경우, 예를 들어 광복합케이블의 장애 발생 위치를 더욱 정확하게 확인할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에서는 피치 해상도(평균 피치 해상도 및 구간별 피치 해상도)를 적용함으로써, 광복합케이블(200)의 선로 상의 접속함(206)의 위치는 물론 광복합케이블(200)의 선로 상에서 발생한 장애가 광복합케이블(200) 내 또는 접속함(206) 내에서 발생한 것인지를 확인할 수 있다. 그에 따라, 광복합케이블(200)의 실제 장애 발생 위치 및 장애 원인에 대한 더욱 정확하고 정밀한 모니터링을 가능하게 된다, 그 결과, 장애를 해결하기 위한 조치(장애 위치 확인, 및 케이블 교체 또는 접속함 수리 등과 같은 장애 해결)에 필요한 시간 및 비용을 현저하게 감소시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광복합케이블의 피치 해상도 계산 방법을 도시한 플로우차트이다.
도 3을 도 2a 내지 도 2c와 함께 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 광복합케이블의 피치 해상도 계산 방법(300)은 a) 광복합케이블(200)의 광섬유(204)의 일단에 연결된 분포 온도 센서(DTS)(220)를 이용하여 상기 광섬유(204)의 특정 거리(OL)를 측정하는 단계(310); 및 b) 거리 계산부(214)를 이용하여 상기 분포 온도 센서(DTS)(220)에 의해 측정된 상기 광섬유(204)의 특정 거리(OL)와 상기 광복합케이블(200)의 미리 알고 있는 특정 거리(XL)로부터 피치 해상도를 계산 및 저장하는 단계(320)를 포함한다.
상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 광복합케이블의 피치 해상도 계산 방법(300)의 상기 단계 b)에서 상기 피치 해상도는 상기 광복합케이블(200)을 연결하는 접속함(206) 내의 상기 광섬유(204)의 여분의 길이를 고려하여 보정될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 광복합케이블의 피치 해상도 계산 방법(300)의 상기 단계 b)에서 상기 피치 해상도는 상기 광복합케이블(200)이 포설된 개별 구간, 및 상기 광복합케이블(200)을 연결하기 위한 접속함(206) 구간 별로 각각 계산하여 얻어지는 구간별 피치 해상도일 수 있다.
다양한 변형예가 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 본 명세서에 기술되고 예시된 구성 및 방법으로 만들어질 수 있으므로, 상기 상세한 설명에 포함되거나 첨부 도면에 도시된 모든 사항은 예시적인 것으로 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 따라서, 본 발명의 범위는 상술한 예시적인 실시예에 의해 제한되지 않으며, 이하의 청구범위 및 그 균등물에 따라서만 정해져야 한다.
100,200: 광복합케이블 102,202: 절연체 104,204: 광섬유
201: 피치 해상도 계산 장치 203: 케이블 모니터링 시스템
205: 도체 210: 모니터링 장치 212: 온도 계산부
214: 거리 계산부 220: 분포 온도 센서 230: 변류기

Claims (17)

  1. 광복합케이블의 피치 해상도 계산 장치에 있어서,
    광복합케이블의 광섬유의 일단에 연결되며, 상기 광섬유의 거리를 측정하는 분포 온도 센서(DTS); 및
    상기 분포 온도 센서(DTS)와 연결되며, 상기 분포 온도 센서(DTS)에 의해 측정된 상기 광섬유의 특정 거리와 상기 광복합케이블의 미리 알고 있는 특정 거리로부터 피치 해상도(pitch resolution)를 계산하는 거리 계산부
    를 포함하는 광복합케이블의 피치 해상도 계산 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 광섬유의 특정 거리는 상기 분포 온도 센서(DTS)에 의해 측정된 상기 광섬유의 최대 거리이고,
    상기 광복합케이블의 특정 거리는 상기 광복합케이블의 포설 시의 최대 거리인
    광복합케이블의 피치 해상도 계산 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 피치 해상도 계산 장치는 상기 광복합케이블을 연결하는 접속함 내의 상기 광섬유의 여분의 길이를 고려하여 상기 피치 해상도를 보정하는 광복합케이블의 피치 해상도 계산 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 피치 해상도에 의해 상기 광복합케이블 상에서 발생한 장애가 상기 광복합케이블의 선로 상에서 발생한 것인지 또는 상기 접속함 내에서 발생한 것인지의 여부가 확인되는 광복합케이블의 피치 해상도 계산 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 피치 해상도는 상기 거리 계산부에 의해 상기 광복합케이블이 포설된 개별 구간, 및 상기 광복합케이블을 연결하기 위한 접속함 구간 별로 각각 계산하여 얻어지는 구간별 피치 해상도인 광복합케이블의 피치 해상도 계산 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 피치 해상도에 의해 상기 광복합케이블 상에서 발생한 장애가 상기 광복합케이블의 선로 상에서 발생한 것인지 또는 상기 접속함 내에서 발생한 것인지의 여부가 확인되는 광복합케이블의 피치 해상도 계산 장치.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 거리 계산부는 미리 프로그래밍된 거리 계산 프로그램으로 구현되는 광복합케이블의 피치 해상도 계산 장치.
  8. 케이블 모니터링 시스템에 있어서,
    광복합케이블의 광섬유의 일단에 연결되며, 상기 광복합케이블의 분포 온도를 측정하고 또한 상기 광섬유의 거리를 측정하는 분포 온도 센서(DTS);
    상기 광복합케이블의 타단에서 상기 광복합케이블의 도체와 연결되며, 상기 광복합케이블의 전류를 측정하는 변류기;
    상기 분포 온도 센서(DTS) 및 상기 변류기와 각각 연결되며, 상기 분포 온도 및 상기 전류를 수신하여 상기 광복합케이블의 도체 온도 및 표면 온도를 계산하는 온도 계산부;
    상기 분포 온도 센서(DTS)와 연결되며, 상기 광섬유의 특정 거리와 상기 광복합케이블의 미리 알고 있는 특정 거리로부터 피치 해상도를 계산하고, 상기 분포 온도 센서(DTS)로부터 측정된 상기 광섬유의 임의의 거리에 대해 상기 피치 해상도를 적용하여 상기 광복합케이블의 실제 거리를 계산하는 거리 계산부; 및
    상기 온도 계산부 및 상기 거리 계산부를 포함하며, 상기 광복합케이블의 장애 상태 및 위치를 감시하는 모니터링 장치
    를 포함하는 케이블 모니터링 시스템.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 거리 계산부는 상기 광복합케이블을 연결하는 접속함 내의 상기 광섬유의 여분의 길이를 고려하여 상기 피치 해상도를 보정하는 케이블 모니터링 시스템.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 피치 해상도에 의해 상기 광복합케이블 상에서 발생한 장애가 상기 광복합케이블의 선로 상에서 발생한 것인지 또는 상기 접속함 내에서 발생한 것인지의 여부가 확인되는 케이블 모니터링 시스템.
  11. 제 8항에 있어서,
    상기 피치 해상도는 상기 거리 계산부에 의해 상기 광복합케이블이 포설된 개별 구간, 및 상기 광복합케이블을 연결하기 위한 접속함 구간 별로 각각 계산하여 얻어지는 구간별 피치 해상도인 케이블 모니터링 시스템.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 피치 해상도에 의해 상기 광복합케이블 상에서 발생한 장애가 상기 광복합케이블의 선로 상에서 발생한 것인지 또는 상기 접속함 내에서 발생한 것인지의 여부가 확인되는 케이블 모니터링 시스템.
  13. 제 8항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 거리 계산부는 미리 프로그래밍된 거리 계산 프로그램으로 구현되는
    케이블 모니터링 시스템.
  14. 광복합케이블의 피치 해상도 계산 방법에 있어서,
    a) 광복합케이블의 광섬유의 일단에 연결된 분포 온도 센서(DTS)를 이용하여 상기 광섬유의 특정 거리를 측정하는 단계; 및
    b) 거리 계산부를 이용하여 상기 분포 온도 센서(DTS)에 의해 측정된 상기 광섬유의 특정 거리와 상기 광복합케이블의 미리 알고 있는 특정 거리로부터 피치 해상도를 계산 및 저장하는 단계
    를 포함하는 광복합케이블의 피치 해상도 계산 방법.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 단계 b)에서 상기 피치 해상도는 상기 광복합케이블을 연결하는 접속함 내의 상기 광섬유의 여분의 길이를 고려하여 보정되는 광복합케이블의 피치 해상도 계산 방법.
  16. 제 14항에 있어서,
    상기 단계 b)에서 상기 피치 해상도는 상기 거리 계산부에 의해 상기 광복합케이블이 포설된 개별 구간, 및 상기 광복합케이블을 연결하기 위한 접속함 구간 별로 각각 계산하여 얻어지는 구간별 피치 해상도인 광복합케이블의 피치 해상도 계산 방법.
  17. 제 14항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 피치 해상도는 상기 광섬유의 특정 거리/상기 광복합케이블의 미리 알고 있는 특정 거리로 계산되는 광복합케이블의 피치 해상도 계산 방법.
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JPH063403A (ja) * 1992-06-17 1994-01-11 Sumitomo Electric Ind Ltd 電力ケーブルの地絡位置検出方法
JPH07140195A (ja) * 1993-11-18 1995-06-02 Central Res Inst Of Electric Power Ind 分布型温度センサおよびこれを用いた電力ケーブルの地絡検知器

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Title
박성민 외 3, ‘분포온도센서 기반의 케이블 상태 감시 시스템 개발’, 대한전기학회 하계학술대회 논문집, 2009.07.14.~17., pp.391-392*
박성민 외 3, '분포온도센서 기반의 케이블 상태 감시 시스템 개발', 대한전기학회 하계학술대회 논문집, 2009.07.14.~17., pp.391-392 *

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