KR101765520B1 - 송전탑 전기 전원 공급 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예는 송전탑 전기 전원 공급 시스템에 광한 것으로서, 전자기파를 수집하여 표면 전류로 전환하는 안테나 부와, 상기 안테나 부에 전기적으로 연결된 전자파 저감회로 모듈 및 상기 전자파 저감회로 모듈로부터 전류를 공급받아 전기를 리사이클하는 전원 부를 포함하되, 상기 전자파 저감회로 모듈은 상기 안테나 부에서 수집된 교류전류를 직류전류로 변환하는 정류 부; 및 상기 정류부의 타단에 전기적으로 접속된 축전 부를 포함하고 상기 전원 부는 DC/DC컨버터와 인버터를 포함하는 송전탑 전기 전원 공급 시스템을 제공한다.

Description

송전탑 전기 전원 공급 시스템{ELECTRIC POWER SUPPLY SYSTEM FOR ELECTRICITY PYLON}

본 발명은 송전탑 전기전원 공급 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양열, 전자기파, 풍력 등 다양한 전력 원을 사용하여 송전탑에 전원을 공급할 수 있는 송전탑 전기전원 공급시스템에 관한 것이다.

전자파의 원래 명칭은 전기 자기 파(electromagnetic wave)로서 이것을 줄여서, 전자파라고 한다. 전기 및 자기의 흐름에서 발생하는 일종의 전자기에너지이다. 전기장과 자기장이 반복하면서 파도처럼 퍼져나가기 때문에 전자파로 부른다.

전자파의 주파수는 크기에 따라 주파수가 낮은 순서대로 전파, 적외선, 가시광선, 자외선, X선, 감마선 등으로 구분된다. 즉, 태양빛, 적외선, 자외선도 알고 보면, 전자파의 일종이다. 지구도 자체에서 전자파를 발생시킨다. 또한 우리 생활 주변의 의도적인 전파 발생원은 방송이나 통신용 안테나, PC, 이동통신 단말기, 송전탑, 레이더, 온 열 치료용 의료기기 등이 있다.

에너지가 강한 X선, 감마선 등의 방사선의 위험성이나, 자외선이 피부암 등 여러 질병을 일으킨다는 것은 이미 널리 알려진 바이다.

그러나 최근의 전자파 유해성 논란의 대상은 송배전 선로나 가전 제품 등에서의 극 저주파(Extremely Low Frequency Wave: ELFW)와 이동 통신 단말기의 사용과 기지국 시설의 증가에 따른 무선 주파수에서의 고주파(radio frequency wave; RF)이다.

따라서 유엔 산하 국제 암 연구 기구(International Agency for Research on Cancer; IARC)는 99년에 전자파를 발암인자 2등급으로 분류, '발암가능성이 있는 물질'로 규정했다. 세계보건기구(World Health Organization; WHO)에서는 1996년부터 2005년까지 1년에 약 60만불의 연구비를 사용하여 0-300GHz 사이의 전자파 노출에 대하여 국제적으로 일치된 기준을 마련하기 위하여 건강 영향 평가와 환경 영향평가 연구를 수행하고 있다.

사람들은 기술의 발달로 더 편안한 생활을 누리게 되었지만, 기술의 발달은 단순히 문화의 발달 만을 가져오지는 않았다.

기술의 발달, 특히 TV를 필두로 하는 전자기술과 컴퓨터와 스마트 폰을 필두로 한 통신기술의 발달은 인류에게 전자파라고 하는 심각한 문제를 가져오게 되었고, 인류는 현재 전자파로 인한 다양한 증후군에 시달리고 있다.

전자파가 어떻게 몸에 악영향을 주는 지 우리가 가장 가깝게 사용하는 전자제품인 핸드폰의 예를 들어보면, 전기가 흐르면 전자기장이 생기게 된다. 반대로 전자기장을 만들어 주면, 전기가 흐르게 되는 데, 이것이 바로 터빈을 돌려 전기를 만드는 발전소자의 원리이다. 이렇듯 신체를 둘러싼 전자기장은 몸 속에 흐르는 전류에도 영향을 미친다. 우리의 뇌를 가득 채우고 있는 신경세포는 전기신호를 통해 서로 의사 소통한다. 과학자들이 우려하는 부분이 바로 이 부분이다. 우리 뇌속의 전기 신호에 민감한 세포가 핸드폰의 전자파에 영향을 받아 돌연 변이를 일으켜 뇌종양이나, 암을 유발할 수 도 있다는 점인 것이다.

대한민국은 세계를 선도하는 전자 및 IT 통신 기술의 발달로 인해 사회적으로 전자파의 폐해에 대한 관심도가 높아졌었으나 안타깝게도 사람들의 전자파에 대한 걱정을 악용하여 허위, 과장 전자파 차단 제품들을 파는 사람들로 인해 전자파 불감증이라는 말이 나올 정도로 전자파에 대해 무관심하게 된 추세이다.

우리는 전자파 발생원인인 전자기기들을 피할 수 없는 실정이며, 우리가 제품을 사용하지 않는다고 하여도 주변에서 수도 없이 많은 전자파가 계속해서 방출되고 있다. 따라서 두통, 만성피로, 피부염, 조산, 기형아 출산 등의 원인이 되는 전자파를 효과적인 차단이 요구되고 있다.

더불어 한국은 에너지 다소비 국가이다. 에너지 자원을 해외 수입에 거의 의존하고 있음에도 불구하고, 에너지 과잉소비국으로 전력낭비가 심각한 상황이다. 전기에너지를 만들기 위해서는 시간, 환경 오염, 장소 등 많은 부가적 요인이 필요하며 발생된다. 이에 전기절약제품과 아이디어 또한 각광을 받고 있다.

종래 기술은 전자파를 흡수하여 직류전류로 변환시켜 접지시켜 줌으로써 전자파를 차단하였으나, 본 발명은 전자파를 포집하여 전기에너지로 변환하여 전원부로 보내줌으로써 전자파에서 변환된 전기에너지만큼의 에너지를 재활용하기 때문에 전자파 차단의 효과는 물론 전력 절약의 효과 또한 볼 수 있다.

특히 전자파의 발생이 빈번하게 일어나는 송전탑의 경우, 송전탑에서 발생하는 전자파를 흡수하여 전기에너지로 변환해주고, 변환된 전기를 전원 부로 보내어 재활용할 수 있게 된다.

특히 송전탑에는 항공장애 또는 지진계측 장비 등 송전탑의 안전을 위하여 설치된다. 항공 장애 등의 경우에는 항공기 특히 헬기 등이 저공 비행을 필요로 할 경우 낮과 밤에 송전탑 충돌의 우려가 있으므로 고 광도의 조명등을 낮에는 백색 밤에는 적색의 고 광도 조명등이 순차적으로 반짝이며 점등되어 시인성을 확보하는 게 주목적으로 전세계적으로 국제 규격화되어 설치하는 제도가 있으나 이 경우 송전탑이 대부분 산악의 험한 지역에 설치되어 별도의 전원을 설치해서 공급해야만 하는 데 전원 공급 방식이 현실적 어려움이 있다.

이와 같이 송전탑에 전기를 공급하는 방식으로 여러 가지를 들 수 있는데, 전자기파를 이용하여 교류전류를 발생시키고 상기 교류전류를 정류하여 직류전기에너지를 생산할 수 있는 기술로는 대한민국 등록특허 1383975호(전자기파 에너지 변환 및 저장장치)가 있다. 하지만 상기 기술은 저주파 영역의 전자기파에 대한 제어수단만을 구비하고 있어서 고주파 전자기파를 처리하는 방법에 대한 대책이 될 수 없는 한계가 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 전자기파, 풍력, 태양열등을 이용하여 송전탑에 전기를 공급할 수 있는 송전탑 전기 전원 공급 시스템을 제공하는 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시 예는 송전탑 전기 전원 공급 시스템에 있어서, 전자기파를 수집하여 표면 전류로 전환하는 안테나 부와, 상기 안테나 부에 전기적으로 연결된 전자파 저감회로 모듈 및 상기 전자파 저감회로 모듈로부터 전류를 공급받아 전기를 리사이클(recycle)하는 전원부를 포함하되, 상기 전자파 저감회로 모듈은 상기 안테나 부에서 수집된 교류전류를 직류전류로 변환하는 정류 부 및 상기 정류부의 타단에 전기적으로 접속된 축전 부를 포함하고 상기 전원 부는 DC/DC컨버터와 인버터를 포함하는 것을 특징으로 하는 송전탑 전기 전원 공급 시스템을 제공한다.

본 발명의 다른 실시예인 송전탑 전기 전원 공급 시스템에 있어서, 복수개의 태양 전지 판과, 상기 태양 전지 판을 구동하기 위한 구동 부를 포함하는 태양 전지모듈과, 상기 태양 전지 판의 기울기를 측정하여 중앙제어장치로 전달하는 센서 및 상기 구동 부를 제어하는 중앙 제어장치를 포함하는 송전탑 전원 공급 발전시스템을 제공할 수 있다.

본 발명은 다른 실시예인 송전탑 전기 전원 공급 시스템에 있어서, 풍력에 의해 회전되는 하나 이상의 블레이드와, 상기 블레이드와 결합되어 회전하는 회전축과, 상기 회전축의 내부에 설치되며, 상기 회전축의 회전력을 전달받아 전기를 생산하는 발전기 및 상기 발전기와 전기적으로 연결되며, 상기 발전기가 생산하는 전기를 저장하는 충전기를 포함하는 송전탑 전원 공급시스템을 제공할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 전자파에 의한 인체에 미치는 영향을 줄일 수 있고, 공간에 유해한 전자파를 활용하여 재생에너지로 활용할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 송전탑 전원 공급시스템에 의하면, 하나의 센서와 중앙 제어장치를 이용하여 송전탑전원 공급 시스템을 제어할 수 있기 때문에 간단한 설비와 저렴한 비용으로 송전탑 전원 공급시스템을 운용할 수 있다.

본 발명에 의한 송전선 전원 공급 시스템에 의하면, 고정 수단에 의하여 무 진동 공법으로 제작하고 송전탑에 설치하여 안정적인 송전탑 전기 전원 공급 시스템을 구현할 수 있다.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 의한 송전탑의 개략 도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자기파를 이용한 송전탑 전기 전원 공급 시스템의 블록 도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 의한 전자기파를 이용한 송전탑 전기 전원 공급 시스템의 회로 도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전자기파를 이용한 송전탑 전기 전원 공급 시스템의 다른 실시 예에 따른 회로 도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 의한 태양광 발전 시스템을 이용한 송전탑 전원 공급 시스템의 개략 도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 의한 태양광 발전 시스템의 주요 구성도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 의한 풍력 발전 시스템을 이용한 송전탑 전기 전원 공급 시스템의 개략 도이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시 예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 전자기파를 이용한 송전탑 전원 공급 시스템은, 송전탑(1000)에 설치된 안테나에 의하여 포집된 전자파를 교류전류인 표면전류로 변환하여, 상기 교류전류를 전자파 저감회로 모듈의 정류 부에 의하여 직류전류로 변환하고, DCDC 컨버터로 보내주어 상기 직류전류를 직류 전기에너지로 변환하고, 상기 직류 전기에너지를 인버터에서 교류 전기에너지로 변환한 후 전원 부에 공급할 수 있다. 이하 첨부되는 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 의한 송전탑의 개략도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 송전탑(1000)은, 안테나 부(160), 전자파 저감회로 모듈(100), 및 전원 부(150)로 구성되며, 상기 안테나 부(160)에서는 송전탑에서 발생하는 전자파를 포집하고, 상기 안테나 부(160)와 연결되는 상기 전자파 저감회로 모듈(100)로부터 상기 전원 부(150)가 전원을 공급받게 된다.

또한, 다른 실시 예와 관련하여 전원을 제공하기 위한 배터리(미도시)가 추가로 장착될 수 있으며, 상기 배터리(미도시)는, 상기 전원 부(150)로부터 전원을 공급받아 에너지를 저장할 수도 있다.

상기 안테나 부(160)는 복수 개로 설치될 수 있으며, 복수 개로 설치되는 경우 더 많은 전자기파를 포집하여 에너지를 극대화할 수 있는 장점이 있다.

상기 안테나 부(160)는 반드시 송전탑(1000)에 전기적으로 접속되어 설치되는 것이 아니라, 송전탑(1000) 주변의 지면 또는 송전탑(1000)에 별도로 설치된 구조물에 설치될 수 있다. 즉 본 발명의 일 실시예인 전자기파 포집을 이용한 송전탑 전기 전원 공급 시스템에 의한 경우에는 전자파를 수집할 수 있는 공간으로서, 송전탑(1000)과 인접한 곳이라면 어느 곳이나 설치될 수 있다. 상기 실시 예와 같이, 상기 안테나 부(160)를 상기 송전탑(1000)에 설치하지 않고, 상기 송전탑(1000) 주변의 지면 또는 상기 송전탑(1000) 주변에 별도로 설치된 구조물에 설치하는 것은 송전탑(1000)과 송전탑(1000) 사이의 송전선에서도 전자파를 포집할 수 있기 때문이다. 따라서 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 송전탑(1000)에 안테나 부(160)를 설치함과 동시에, 송전탑(1000) 주변에 안테나 부(160)를 추가로 설치하는 것이 전자파 포집 량의 측면에서 유리하므로 바람직한 실시 예가 될 것이다.

아울러 상기 전원 부(150)는 상기 송전탑에 전기적으로 접속되어 있는 송전선을 통하여 전력을 리사이클된 전력을 전력이 필요한 전력 수요 대상에게 제공할 수 있다. 이와 같이 전력을 각 수요 처에 공급하기 위해서는 전자기파로부터 수집된 에너지를 변환하기 위하여 전자기파를 정류하고, 정류된 전자기파를 직류 에너지로 DC/DC 컨버터에서 변환하고, 인버터에서 교류 에너지로 변환하는 과정이 필요할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자기파를 이용한 송전탑 전기 전원 공급 시스템의 블록 도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 송전탑(1000)은 전자파를 포집하여 포집된 전자파를 교류전류인 표면 전류로 생성하는 안테나 부(160), 상기 안테나 부(160)에 연결되는 전자파 저감회로 모듈(100), 상기 전자파 저감회로 모듈(100)로부터 전기를 리사이클 하는 전원 부(150)를 포함할 수 있다.

이때, 상기 전자파 저감회로 모듈(100)과 전원 부(150) 사이에는 전자파 저감회로 모듈(100)로부터 받은 직류 전류를 직류 전기에너지로 변환하는 DC/DC컨버터(170) 및 직류 전기에너지를 교류 전기에너지로 변환하는 인버터(170)를 포함할 수 있다.

상기 전자파 저감회로 모듈(100)은 상기 안테나 부(160)에서 수집되어 변환된 교류 전류가 입력되어 입력된 교류 전류가 직류 전기에너지로 변환되는 정류부(130)와, 고주파 노이즈를 처리하기 위한 고주파 처리 부(110)를 포함할 수 있다.

본 발명의 안테나 부(160)는 전자파를 포집하는 안테나를 포함할 수 있는데, 다이폴 안테나, 모노폴 안테나, 스마트 안테나, 마이크로 스트립 안테나 또는 헬리컬 안테나 중에서 선택된 어느 하나 이상이 가능하나, 이에 한정되지 않음은 물론이다.

안테나의 재질은 도전체의 재질로 구성되는 것이 바람직하고, 안테나의 소재와 관련하여 보다 구체적으로는, 삼원계 도금 강판(아연, 알루미늄 및 마그네슘을 포함), 또는 알루미늄, 철, 구리, 니켈, 카본 등이 채택될 수 있다. 안테나 부(160)의 포집 효율을 높이기 위하여 표면적을 넓히는 등의 조치를 취할 수 있다. 이와 같이 포집된 전자기파는 도전체 표면의 자유 전자 진동에 의해 교류전류 형태의 표면 전류로 변환될 수 있다. 상기 표면 전류는 전도 성 물체의 표면을 따라 흐를 수 있다.

정류 부(130)는 교류전류를 정류할 수 있다. 정류 부(130)는 정류된 교류전류를 상기 저장 부(120)로 전달할 수 있다. 상기 저장 부(120)는 정류된 교류 전류를 전달받기 위해 축전 부를 통해서 전기적으로 접속될 수 있다. 상기 축전 부는 커패시터를 포함할 수 있다. 상기 정류 부(130)는 4개의 다이오드를 포함할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 의한 전자기파를 이용한 송전탑 전기 전원 공급 시스템의 회로 도이다.

도 3을 참조하면, 안테나 부(160) 표면에서 변환된 교류전류가 입력되어 입력된 교류전류가 직류전류로 변환되는 정류 부(130), 정류된 전류를 전기에너지로 저장하는 저장부(120)를 포함한다. 이러한 구성은 돌입전류를 제한하고, 배리스터(112)를 이용하여 서지를 제한하며, 옴의 법칙을 이용하여 입력전류의 전압을 제한하여, 정류회로에서 입력전압을 거의 0으로 조절하게 되어, 쿨선과 0전위의 상호관계를 통해 전자파의 표면전류를 원활하게 저장 부(120)를 통해서 전원 부(150)로 전기를 리사이클 시키기 위함이다.

또한 본 발명은 추가적으로 고주파 노이즈를 감쇄하기 위해서 고주파 처리 부(110)를 포함할 수 있다. 상기 고주파 처리 부(110)는 배리스터(111)를 통해서 정전압을 입력받아 불필요한 노이즈가 발생하는 것을 억제하고, 비드필터(112)에서 고주파 노이즈를 열로 소모하여 제거할 수 있다. 이 경우 상기 비드필터(112)는 페라이트 코어를 적용하는 것이 바람직하다. 페라이트 코어를 통과하면, 고주파 잡음 성분을 페라이트 특유의 자기 감쇄 특성을 이용하여 걸러낼 수 있다.

즉, 페라이트 비드 필터(Ferrite bid filter)를 사용하면, 저주파 전류에서 낮은 저항으로 영향을 주지 않지만, 고주파 전류에서는 높은 저항이 발생하여 전류의 고주파 노이즈를 흡수하여 열에너지로 변화시킬 수 있다.

이후 LC 필터 또는 EMI 필터, LC 필터 및 EMI 필터를 통해서 안테나 부(160)에 고주파 노이즈를 방출한 후, 상기 안테나부(160)를 통해서 포집하여 정류부(130)에서 직류 전류로 변환한 후, 저장부(120)를 통해서 전원부(150)로 보내줌으로써 전기를 리사이클 할 수 있다.

도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전자기파를 이용한 송전탑 전기 전원 공급 시스템의 다른 실시 예에 따른 회로 도이다.

도 4를 참조하면, 전자파 저감 회로 모듈(100)은, 상기 안테나 부(160) 표면에서 변환된 교류 전류가 입력되어 입력된 교류 전류가 직류 전류로 정류되는 정류 부(130), 상기 정류 부(130)에서 정류된 전기에너지를 저장하는 저장 부(120)를 포함한다. 상기와 같은 구성을 통해서 전자기파가 변환되어 생성된 교류 전류를 전기 에너지로 변환할 수 있고 이렇게 생성된 전기에너지를 재활용할 수 있다.

도4의 실시 예는 고주파 처리부(110)에 EMI필터(50)를 적용한 실시 예로서, 상기 EMI 필터(50)는 LC 필터로 치환 가능하며, LC 필터와 EMI 필터(50)의 직렬 병합도 가능하다. LC 필터와 EMI 필터(50)의 병합은 각각의 필터가 주파수 별 노이즈 제거 영역이 다르기 때문에 두 회로를 직렬로 부가함으로써, 상호 부족한 주파수 별 제거 효율을 보완하여 최적의 효율을 얻을 수 있게 된다. 상기 EMI 필터(50)는 디커플링 커패시터(Decoupling capacitor)(51)과 상기 디커플링 커패시터(51)에 일단에 설치되는 제1 인덕턴스 소자(52) 및 제1 커패시터(54), 상기 디커플링 커패시터(51)의 타단에 설치되는 제2 인덕턴스 소자(53) 및 제2 커패시터(55)를 포함하여 구성된다. 상기 디커플링 커패시터(51)는 전원 회로를 통하여 신호가 연결되는 것을 막기 위해 저항과 컨덴서를 삽입해서 필터를 보강하는 목적으로 사용된다. 배리스터(111)와 비드 필터(112)는 도 3의 실시 예와 동일하다. 디커플링 커패시터는 0.1uF-1200nF 사이의 값을 갖는 것이 바람직하다. 상기 제1 인덕턴스 소자(52) 및 제2 인덕턴스 소자(53)는 kHz-MHz의 노이즈를 제거하기 위한 것으로 0.3uH-50mH 사이의 값을 갖는 것이 바람직하다. 상기 제1 커패시터(54) 및 제2 커패시터(55)는 서로 동일한 값을 가지며, 3000pF-100nF 사이의 값을 가질 수 있다.

도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 의한 태양광 발전 시스템을 이용한 송전탑 전기 전원 공급 시스템의 개략 도이다. 도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 의한 태양광 발전 시스템의 주요 구성도이다.

도 5, 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 태양광 발전을 이용한 송전탑 전기전원 공급시스템은 복수개의 태양 전지 판(212)과 각각의 태양 전지 판(212)을 구동하기 위한 구동 부(214)로 구성된 태양 전지모듈(210)과 하나의 센서(220), 그리고 하나의 중앙 제어장치(230)를 포함할 수 있다. 중앙 제어장치(230)는 웹서버 중앙제어 부(270)와 네트워크로 연결될 수 있다. 이러한 태양 전지판(212)을 사용한 태양전지의 작동은 이하와 같다. 즉 태양 광 발전은 태양으로부터의 빛에너지를 직접 전기에너지로 바꾸어 주는 발전방식이다. 이러한 태양광 발전의 핵심은 일반적으로 pn접합 구조를 갖는 태양 전지로서, 외부로부터 광자가 태양 전지의 내부로 흡수되면, 광자가 지닌 에너지에 의해 태양 전지 내부에서 전자(electron)와 정공(hole)의 쌍(e-h pair)가 생성된다. 생성된 전자-정공 쌍은 pn접합에서 발생한 전기장에 의해서 전자는 n형 반도체로 이동하고, 정공은 p형 반도체로 이동해서 각각의 표면에 있는 전극에서 수집되는 원리를 사용한다. 각각의 전극에서 수집된 전하는 외부 회로에 부하가 연결된 경우, 부하에 흐르는 전류로서 부하를 동작시키는 에너지의 원천이 될 수 있다.

태양 전지 판(212)은 통상의 태양 빛에 의해 전력을 생산하는 솔라 셀을 패널형태로 구성한 것이고, 각 태양 전지 판(212)은 구동 부(214)에 의하여 수동 또는 자동으로 태양광을 추적하도록 구성된다.

이를 위하여 구동 부(214)는 태양 전지 판(212)의 구동으로 실제 태양발전을 위하여 수직 및 수평 구동모터(미도시)를 사용하게 되는 바, 통상 수직 구동모터는 수직회전판으로 태양 전지 판(212)의 구도를 조절하기 위해 사용되며, 수평 구동모터는 수평 회전판으로 태양 전지 판(212)의 방위각을 조절하기 위해 사용된다.

또한 센서(220)는 태양 전지 판(212)의 기울기를 측정하여 중앙 제어장치(230)로 전달할 수 있도록 수직회전판의 기울기를 감지하는 센서와 태양 전지판(212)의 방위각을 측정하여 중앙제어장치(230)로 전달하는 수평 회전판의 방위각을 감지하는 센서를 포함하여 구성할 수 있다.

또한 본 발명은 하나의 센서와 하나의 중앙제어장치를 이용하여 전체 시스템을 제어할 수 있고, 고효율에 발전을 하기 위해서 센서를 이용한 추적과 프로그램 자동추적방식을 혼용하여 사용할 수 있다. 더불어 추적에 있어서는 1축을 기준으로 하는 방취 추적과 2축을 기준으로 하는 고도, 방위 추적이 가능할 수 있다.

이와 같은 작동을 위하여 센서(220)는 저고도 근접 센서와 고고도 근접센서를 구비하면, 태양 전지 판(212)이 저고도 고고도 상태에 있음을 감지하여 태양을 추적할 수 있다. 또한 서쪽 근접 센서와 동쪽 근접센서를 구비하면, 태양 전지 판(212)이 서쪽 끝으로 와 있음이나, 동쪽 끝으로 와 있음을 감지하여 중앙 제어장치(230)로 전달하면, 보다 효율적으로 태양을 추적할 수 있다.

상술한 구동 부(214)와 센서(220)는 일반적인 구성에 해당하므로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.

한편 하나의 중앙제어장치(230)로 태양 전지 판(212)을 구동할 수 있도록 하기 위하여 본 발명에서는 태양 전지 판(212)과 구동 부(214)로 구성되는 태양전지모듈(210)을 하나 이상의 그룹으로 분할하되, 각 그룹은 둘 이상의 태양전지모듈(210)로 구성되고, 각 그들의 태양 전지 모듈(210)은 그룹 라인(232)에 의하여 상호 전기적으로 연결되도록 구성될 수 있다. 중앙제어장치(230)는 그룹 전체의 태양전지모듈(210)을 동시에 제어하거나 또는 선택된 그룹별로 제어하거나 또는 선택된 그룹에서 각각의 태양전지모듈(210)을 제어할 수 있도록 구동부(214)를 제어한다.

이를 위하여 구동 부(214)는 중앙제어장치(230)와 RS-232C, RS-485, RF(FM, Bluetooth, Zigbee), PLC(Power line communication) 등의 유무선 통신방식으로 인터페이스하기 위한 제어기가 유무선 인터페이스 부를 구비하고 식별부호를 부여할 수 있다.

이러한 식별부호에는 그룹별 식별번호와 개별 식별 부호를 동시에 부여받을 수 있다. 여기서 구동부(214)는 UTP(unshielded twisted pari cable)로 중앙제어장치(230)와 전기적으로 연결될 수 있다. UTP케이블은 가장 보편적인 종류의 구리 전화선으로 여러 개의 접속을 필요로 하기 때문에 하나의 케이블 내에 두 쌍 이상의 연선이 들어 있는 것을 사용할 수 있다. 이러한 UTP케이블은 아날로그, 디지털 및 이더넷 등의 용도에 따라 필요한 연선 쌍의 개수가 모두 다르나, 본 발명에서는 8pin의 UTP 케이블을 사용할 수 있다.

이와 같이 복수개의 UTP 케이블을 사용하여 태양전지 모듈을 제어하는 경우, 전체 태양전지 모듈을 동시에 자동 또는 수동으로 제어할 수 있다. 또한 선택된 그룹 내에서 개별 태양 전지 모듈의 자동 또는 수동 제어가 가능하도록 구성할 수 있다.

이의 원할한 운영을 위하여 그래픽 유저 인터페이스(Graphic User Interface; GUI)를 중앙제어장치에서 디스플레이할 수 있도록 구성될 수 있다.

또한 본 발명의 일 실시 예에 따른 송전탑 전기전원 공급 시스템은 풍력 발전기를 더 포함할 수 있다. 상술한 바와 같이 태양 전지 판(212)을 태양전지의 구성요소로 발전을 하는 경우, 태양이 비추지 않는 날이면 발전 시설을 가동할 수 없는 문제가 발생할 수 있다. 통상적으로 송전탑에는 154kV, 345kV, 765kV의 특 고압 송전선까지 3가지 종류의 전기가 흐르고 있으나, 현실적으로 15만 4천 볼트, 34만5천 볼트, 76만5천 볼트로 현실적으로 220볼트, 또는 12볼트로 전원을 다운시켜 전원을 공급하는 방법은 없다. 이에 대한 대응방안으로서 태양열을 이용하여 태양전지 모듈(210)을 통해서 발전하여 전력을 공급하는 방법이나, 전자기파와 풍력을 이용하여 전력을 공급하는 방법을 사용할 수 있다. 또한 태양광을 이용하여 렌즈를 설치하여 전기를 생산할 수 있다.

풍력 발전이란 공기의 유동이 가진 운동에너지의 공기역학적 특성을 이용하여 회전 자를 회전시켜 기계적 에너지로 변환하고, 이 기계적 에너지로 전기를 얻는 기술이다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 송전탑 전기전원 공급 발전시스템은 바람을 통해 전기를 생성하는 풍력 발전수단(10)을 포함할 수 있다.

도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 의한 풍력 발전 시스템을 이용한 송전탑 전기 전원 공급 시스템의 개략도이다.

도 7을 참조하면, 풍력 발전 수단(310)은 일측에 구비되며, 풍력 발전수단(310)을 지지하는 상, 하부 프레임(330,340)과 상, 하부 프레임(330, 340)과 결합 되어 지주(P)의 외주 면을 감싸 고정되는 고정수단(350)을 포함할 수 있다.

풍력 발전수단(310)은 풍력에 의해 회전되는 하나 이상의 블레이드(blade) (12)와, 블레이드(blade)(312)가 결합되어 회전되는 회전축(314)과, 회전축(314)의 내부에 설치되며, 회전축(314)의 회전력을 전달받아 전기를 발생하는 발전기(322)와, 발전기(322)와 연결되며, 발전기(322)가 생산하는 전기를 저장하는 충전 부(324)를 포함할 수 있다.

블레이드(312)는 일자형 평판으로도 가능하나, 유체와의 접촉면적을 넓힐 수 있도록 일 방향으로 만곡된 형상으로 형성된다. 블레이드(312)는 풍력을 인가 받아 풍력에너지를 기계적 에너지로 변환하는 역할을 할 수 있다.

블레이드(312)는 회전축(314)을 기준으로 다수개가 결합될 수 있다. 회전축(314)은 중공된 원형 형상으로 형성되어, 블레이드(312)에 풍력이 작용하면, 고속으로 회전될 수 있다. 회전축(314)의 내부에는 장 방향으로 길게 링 기어(316)가 형성된다. 링 기어(316)는 회전축(314)의 내주 면을 따라 형성된다. 링 기어(316)는 회전축(316)의 회전력을 아래에서 설명할 회전기어(318)에 전달하는 역할을 한다.

링 기어(316)는 회전기어(318)와 치차 결합되어 회전된다. 회전기어(318)는 일반적인 회전기어로 자세한 설명은 생략한다. 회전기어(318)는 원판 형상을 가지며, 외주 면에 다수개의 치차가 형성되어 링 기어(316)에 치차 결합될 수 있다. 회전기어(318)는 링 기어(318)의 회전에 따라 일 방향으로 회전되며 연결 축(320)에 회전력을 전달할 수 있다.

회전기어(318)의 중앙 하부에는 원기둥 형상을 가지는 연결축(320)이 설치된다. 연결축(320)은 회전 기어(318)와 동축으로 연결되어 회전 기어(318)의 회전에 따라 일 방향으로 회전된다.

회전축(14)에 블레이드(312)가 설치되어 풍력에 의해 회전축(314)이 회전하면, 내부의 링 기어(316)와 치차 결합된 회전기어(318)가 회전되고, 연결 축(320)의 회전에 의해 발전기(322)가 전기를 생산한다. 발전기(322)에 의해 생산된 전기는 충전기(324)에 충전될 수 있다.

회전축(314)의 상, 하부에는 블레이드 낙하방지 수단(325)이 설치된다. 블레이드 낙하 방지수단(325)은 회전축(314)에서 돌출되게 설치되는 고정 링(326)과 고정 링(326)에 결합되는 안전고리(327)와 블레이드(312)에 형성되며, 안전고리(327)가 체결되는 체결 홀(328) 등으로 구성된다.

회전축(314)의 하부에는 본체 부(329)가 설치된다. 본체 부(329)는 중공된 원통형 또는 사각 박스 형태로 외관을 형성한다. 본체 부(329)의 내부에는 충전기(324)가 설치되어 충전기(324)를 보호하는 역할을 할 수 있다.

풍력 발전수단(310)의 하부에는 상부프레임(330)이 설치된다. 상부프레임(330)은 일정한 두께를 가지며 직사각형 형상일 수 있다. 상부 프레임(330)은 본체 부(329)와 나사 결합되어 본체 부(329)를 지지하는 역할을 할 수 있다.

상부 프레임(330)의 하부에는 하부 프레임(340)이 설치된다. 하부 프레임(340)은 상부프레임(330)의 하부에 대각선 방향으로 설치되어 상부 프레임(330)을 지지할 수 있다.

상부 프레임(330)의 좌측에는 고정수단(350)이 설치된다. 고정수단(350)은 반원통 형상으로 형성되어 지주(p)의 외주 면에 결합되는 결합부재(356)가 형성될 수 있다.

본체 부(329)와 지주(p)에는 낙하방지수단(370)이 설치된다. 낙하 방지수단(370)은 아이볼트(372), 체결고리(374), 체인(376) 등으로 구성된다. 체결고리(374)는 일부분이 회동 가능하게 형성되어 아이볼트(372)와 손쉽게 체결될 수 있는 구조일 수 있다.

이와 같이, 풍력 발전 수단(310)을 구성하여 풍력 방향에 따라 360° 회전 가능할 수 있다. 또한 풍력 발전 수단을 지지하는 고정수단(350)은 송전탑의 외주 면에 설치되어 송전탑에 진동을 주지 않을 수 있다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 전자파 저감 회로 모듈, 110: 고주파 처리부
111: 배리스터, 112: 비드 필터
50: EMI 필터 51: 디커플링커패시터
52: 제1 인덕턴스 소자 53: 제2 인덕턴스 소자
54: 제1 커패시터 55: 제2 커패시터
130: 정류 부, 150: 전원 부
160: 안테나 부, 170: DC/DC 컨버터 및 인버터
180: 항공기 안전 유도등 200: 태양광 발전 시스템
210: 태양 전지 모듈, 212: 태양 전지판
214: 구동부, 220: 센서, 230: 중앙 제어 장치

Claims (10)

1. 송전탑 전원 공급 발전 시스템에 있어서,
   중심이 송전탑에 관통되어 상기 송전탑의 둘레를 감싸도록 마련되며, 상기 송전탑의 상부에 연결된 송전선의 하부에 위치함으로써, 상기 송전탑 및 상기 송전선으로부터 발생되는 전자기파를 수집하여 표면 전류로 전환하는 안테나부;
   상기 송전탑에 설치되며, 상기 안테나부의 하부에 위치하며, 상기 안테나부에 전기적으로 연결된 전자파 저감회로 모듈; 및
   상기 전자파 저감회로 모듈의 일측에 마련되며, 상기 전자파 저감회로 모듈로부터 직류전류를 공급받아 직류 전기에너지로 변환하는 DC/DC컨버터 및 상기 직류 전기에너지를 교류 전기에너지로 변환하는 인버터를 이용하여 전기를 리사이클하는 전원부를 포함하며,
   상기 전자파 저감회로 모듈은,
   상기 안테나 부에서 수집된 교류전류를 직류전류로 변환하는 정류부;
   상기 정류부의 타단에 전기적으로 접속된 축전부;
   상기 정류부에 의해 정류된 상기 직류전류를 저장하고, 상기 전원부에 상기 직류전류를 제공하는 저장부; 및
   고주파 영역의 노이즈를 처리하기 위한 고주파 처리부를 포함하며,
   상기 고주파 처리부는,
   정전압을 입력받아 불필요한 노이즈가 발생하는 것을 억제하는 베리스터; 및
   고주파 노이즈를 열로 소모하여 제거하기 위한 비드 필터를 포함하며,
   상기 비드필터에는 자기 감쇄 특성을 갖는 페라이트 코어가 적용되고, 상기 페라이트 코어가 적용된 상기 비드필터는 고주파 전류에서 높은 저항을 발생시켜 상기 고주파 노이즈를 흡수하고, 흡수한 상기 고주파 노이즈를 열에너지로 변화시켜 제거하는 것을 특징으로 하는 송전탑 전기 전원 공급 시스템.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 고주파 처리부는,
   고주파 노이즈를 처리함으로써 획득되는 저주파 노이즈를 안테나에 버리기 위한 LC필터 또는 EMI 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 송전탑 전기 전원 공급시스템.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 안테나부는,
   다이폴 안테나, 모노폴 안테나, 스마트 안테나, 마이크로 스트립 안테나 및 헬리컬 안테나 중 어느 하나를 포함하며,
   상기 안테나부는
   삼원계 도금 강판, 알루미늄, 철, 구리, 니켈, 카본 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 송전탑 전기 전원 공급 시스템.
   
5. 제3항에 있어서,
   상기 EMI 필터는,
   디커플링 커패시터와 상기 디커플링 커패시터의 일단에 설치되는 제1 인덕턴스 소자 및 제1 커패시터, 상기 디커플링 커패시터의 타단에 설치되는 제2 인덕턴스 소자 및 제2 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 송전탑 전기 전원 공급 시스템.
   
6. 제5항에 있어서,
   제1 인덕턴스 소자 및 제2 인덕턴스 소자는,
   고주파 영역의 노이즈를 제거하기 위하여 0.3uH~50mH 사이의 값을 갖는 것을 특징으로 하는 송전탑 전기 전원 공급 시스템.
   
7. 제5항에 있어서,
   상기 제1 커패시터 및 제2 커패시터는 각각 300pF-100nF의 서로 동일한 값을 갖는 것을 특징으로 하는 송전탑 전기 전원 공급 시스템.
   
8. 송전탑 전원 공급 발전 시스템에 있어서,
   중심이 송전탑에 관통되어 상기 송전탑의 둘레를 감싸도록 마련되며, 상기 송전탑의 상부에 연결된 송전선의 하부에 위치함으로써, 상기 송전탑 및 상기 송전선으로부터 발생되는 전자기파를 수집하여 표면 전류로 전환하는 안테나부;
   상기 송전탑에 설치되며, 상기 안테나부의 하부에 위치하며, 상기 안테나부에 전기적으로 연결된 전자파 저감회로 모듈; 및
   상기 전자파 저감회로 모듈의 일측에 마련되며, 상기 전자파 저감회로 모듈로부터 직류전류를 공급받아 직류 전기에너지로 변환하는 DC/DC컨버터 및 상기 직류 전기에너지를 교류 전기에너지로 변환하는 인버터를 이용하여 전기를 리사이클하는 전원부를 포함하며,
   상기 전자파 저감회로 모듈은,
   상기 안테나 부에서 수집된 교류전류를 직류전류로 변환하는 정류부;
   상기 정류부의 타단에 전기적으로 접속된 축전부;
   상기 정류부에 의해 정류된 상기 직류전류를 저장하고, 상기 전원부에 상기 직류전류를 제공하는 저장부; 및
   고주파 영역의 노이즈를 처리하기 위한 고주파 처리부를 포함하며,
   상기 고주파 처리부는,
   정전압을 입력받아 불필요한 노이즈가 발생하는 것을 억제하는 베리스터; 및
   고주파 노이즈를 열로 소모하여 제거하기 위한 비드 필터를 포함하며,
   상기 비드필터에는 자기 감쇄 특성을 갖는 페라이트 코어가 적용되고, 상기 페라이트 코어가 적용된 상기 비드필터는 고주파 전류에서 높은 저항을 발생시켜 상기 고주파 노이즈를 흡수하고, 흡수한 상기 고주파 노이즈를 열에너지로 변화시켜 제거하는 것을 특징으로 하는 송전탑 전기 전원 공급 시스템에 있어서,
   복수개의 태양 전지판;
   상기 태양 전지 판을 구동하기 위한 구동 부를 포함하는 태양 전지모듈;
   상기 태양 전지 판의 기울기를 측정하여 중앙제어장치로 전달하는 센서; 및
   상기 구동 부를 제어하는 중앙 제어장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 송전탑 전기 전원 공급 시스템.
   
9. 제8항에 있어서,
   상기 중앙 제어 장치는,
   그룹 전체의 태양전지모듈을 동시에 제어하거나 또는 선택된 그룹별로 제어하거나 또는 선택된 그룹에서 각각의 태양전지모듈을 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는 송전 탑 전기 전원 공급 시스템.
   
10. 송전탑 전원 공급 발전 시스템에 있어서,
    중심이 송전탑에 관통되어 상기 송전탑의 둘레를 감싸도록 마련되며, 상기 송전탑의 상부에 연결된 송전선의 하부에 위치함으로써, 상기 송전탑 및 상기 송전선으로부터 발생되는 전자기파를 수집하여 표면 전류로 전환하는 안테나부;
    상기 송전탑에 설치되며, 상기 안테나부의 하부에 위치하며, 상기 안테나부에 전기적으로 연결된 전자파 저감회로 모듈; 및
    상기 전자파 저감회로 모듈의 일측에 마련되며, 상기 전자파 저감회로 모듈로부터 직류전류를 공급받아 직류 전기에너지로 변환하는 DC/DC컨버터 및 상기 직류 전기에너지를 교류 전기에너지로 변환하는 인버터를 이용하여 전기를 리사이클하는 전원부를 포함하며,
    상기 전자파 저감회로 모듈은,
    상기 안테나 부에서 수집된 교류전류를 직류전류로 변환하는 정류부;
    상기 정류부의 타단에 전기적으로 접속된 축전부;
    상기 정류부에 의해 정류된 상기 직류전류를 저장하고, 상기 전원부에 상기 직류전류를 제공하는 저장부; 및
    고주파 영역의 노이즈를 처리하기 위한 고주파 처리부를 포함하며,
    상기 고주파 처리부는,
    정전압을 입력받아 불필요한 노이즈가 발생하는 것을 억제하는 베리스터; 및
    고주파 노이즈를 열로 소모하여 제거하기 위한 비드 필터를 포함하며,
    상기 비드필터에는 자기 감쇄 특성을 갖는 페라이트 코어가 적용되고, 상기 페라이트 코어가 적용된 상기 비드필터는 고주파 전류에서 높은 저항을 발생시켜 상기 고주파 노이즈를 흡수하고, 흡수한 상기 고주파 노이즈를 열에너지로 변화시켜 제거하는 것을 특징으로 하는 송전탑 전기 전원 공급 시스템에 있어서,
    풍력에 의해 회전되는 하나 이상의 블레이드;
    상기 블레이드와 결합되어 회전하는 회전축;
    상기 회전축의 내부에 설치되며, 상기 회전축의 회전력을 전달받아 전기를 생산하는 발전기; 및
    상기 발전기와 전기적으로 연결되며, 상기 발전기가 생산하는 전기를 저장하는 충전기를 포함하는 것을 특징으로 하는 송전탑 전기 전원 공급시스템.

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