KR102199752B1 - 이동 센싱을 통한 지중 배전선로 구간별 고장 검출 및 자동 복구 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시 형태는 지중에 매설되는 중공 형상 선로 보호관; 상기 선로 보호관의 상기 중공에 배치되는 지중 배전선로; 및 외측 둘레에는 기어이가 형성된 지중 배전선로를 따라 이동 가능하게 배치되어 주기적으로 지중선로를 따라서 이동하며 지중 배전선로의 단선 위치를 검출하며, 검출되는 단선 위치를 기준으로 단선 위치의 양측부에 위치되는 상기 지중 배전선로를 전기적으로 연결하는 이동식 선로 연결체;를 포함할 수 있다.

Description

이동 센싱을 통한 지중 배전선로 구간별 고장 검출 및 자동 복구 장치{Apparatus for fault detection and recovery device in underground distribution lines using portable sensor}

본 발명은 지중 배전선로 구간별 고장 검출 및 자동 복구 장치로서, 이동 센싱을 이용하여 지중 배전선로 구간별 고장 검출 및 자동 복구하는 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 배전선로는 배전 선로 주변의 환경 변화 또는 설비 불량에 따른 파손 등에 의해 안정성이 훼손될 수 있으므로, 지속적인 점검과 안전위해 요소의 제거 및 설비 교체 등의 관리를 필요로 한다.

최근, 정보 통신 기술의 발달으로 인하여 전력을 사용하는 부하가 급증하고 있는 추세로서, 이에 따라 전력의 고품질화 및 전력공급의 고신뢰도화에 대한 요구 또한 높아지고 있는 실정이다.

배전자동화 시스템은 배전선로 상에 설치된 배전자동화용 제어단말장치를 통해 데이터를 수집하고 배전선로를 감시함으로써 계통운영을 최적화하며, 배전선로에 고장이 발생하는 경우 각 지점의 배전자동화용 제어단말장치에서 고장을 검출하고 고장이 발생한 구간을 파악한다.

아울러, 배전자동화 시스템은 고장구간이 파악되면, 파악된 고장구간을 분리하고, 인근 배전선로를 이용하여 부하를 융통함으로써, 고장구간에 대한 복구를 시행함과 동시에 정전을 최소화할 수 있어, 전력공급의 신뢰도 향상에 기여하는 바가 크다.

그러나, 종래의 배전자동화 시스템은 기준전류값을 설정하고, 이 기준전류값을 초과하는 과전류가 검출되면 고장을 감지하는 방식으로 고장을 검출하게 되는데, 고장을 감지하기 위한 기준전류값 자체가 오설정되는 경우가 빈번하여 정확한 고장검출이 어렵고, 특히 기준전류값이 정상치보다 높게 오설정된 경우 기준전류값 이하에서 고장이 발생하면 아예 고장검출 자체가 불가능한 문제점이 있다.

또한, 종래에는 고장을 검출할 뿐, 고장이 발생된 위치로 이동되어 이를 해결할 수 없는 문제점도 있다.

이에 한국등록특허 10-1720322에서는 선로를 따라 이동 가능하게 설치되어 지중 배전선로 구간별 고장 검출을 하도록 하는 수단을 제시하였다.

그러나 기존 한국등록특허 10-1720322에서는 고장 위치를 검출하기 위하여 지중 배전선로에 일정 간격으로 수많은 검출 센서를 설치하여야 하기 때문에, 설치 비용이 많이 드는 문제가 있다. 또한 복수개의 검출 센서 중에서 어느 하나라도 고장날 시에 해당 위치의 고장 여부를 검출할 수 없는 문제가 있다.

한국등록특허 10-1720322

본 발명의 기술적 과제는 지중 배전선로에 검출 센서의 설치없이도 지중 배전선로 구간별 고장 검출 및 자동 복구할 수 있는 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 실시 형태는 지중에 매설되는 중공 형상 선로 보호관; 상기 선로 보호관의 상기 중공에 배치되는 지중 배전선로; 및 외측 둘레에는 기어이가 형성된 지중 배전선로를 따라 이동 가능하게 배치되어 주기적으로 지중선로를 따라서 이동하며 지중 배전선로의 단선 위치를 검출하며, 검출되는 단선 위치를 기준으로 단선 위치의 양측부에 위치되는 상기 지중 배전선로를 전기적으로 연결하는 이동식 선로 연결체;를 포함할 수 있다.

상기 이동식 선로 연결체는, 상기 지중 배전선로가 관통되는 관통홀이 형성되는 몸체 하우징; 지중 배전선로의 단선 위치를 검출하는 검출 센서; 상기 몸체 하우징에 설치되며, 상기 관통홀을 통해 상기 기어이와 기어 연결되어 회전되는 회전 기어; 상기 몸체 하우징에 설치되어, 상기 회전 기어를 정역방향으로 회전시키는 회전 모터; 상기 몸체 하우징의 양측부에 설치되며, 상기 단선 위치의 양측부에 위치되는 상기 지중 배전선로를 전기적으로 연결하거나, 또는 단선 위치의 한측만 적기적으로 연결시키는 연결 유닛; 및 상기 회전 모터와 상기 한 쌍의 연결 유닛의 구동을 제어하는 제어기;를 포함하며, 이동식 선로 연결체의 주기적 이동을 통하여 단선 위치를 검출하여 상기 몸체 하우징이 상기 단선 위치에 이동되도록 상기 회전 모터의 구동을 제어할 수 있다.

상기 검출 센서는, 상기 몸체 하우징에 마련되어 자기장을 측정하는 자력 측정 센서로 구현되며, 측정되는 자기장이 설정된 기준값 미만인 지중 배전선로 지점을 단선 위치로서 검출할 수 있다.

측정되는 자기장이 설정된 기준값 미만인 경우, 기준값 미만인 지점을 왕복 이동하여 여러번 측정함을 특징으로 할 수 있다.

상기 검출 센서는, 상기 연결 유닛의 일측부에 설치된 펄스 신호 발생기; 상기 연결 유닛의 일측부에 설치된 반사 신호 수신기;를 포함하며, 지중 배전선로에 송신된 펄스 신호와 지중 배전선로로부터 수신되는 반사 신호를 비교하여 고장 위치를 판단할 수 있다.

수신되는 반사 신호의 형태를 이용하여 지중 배전선로의 고장 형태를 파악할 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 따르면 지중 배전선로에 검출 센서의 설치없이 이동식 센싱을 통하여 지중 배전선로 구간별 고장 검출 및 자동 복구함으로써, 설치 비용을 절감할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이동 센싱을 통한 지중 배전선로 구간별 고장 검출 및 자동 복구 장치의 사시도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이동 센싱을 통한 지중 배전선로 구간별 고장 검출 및 자동 복구 장치의 단면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이동 센싱을 통한 지중 배전선로 구간별 고장 검출 및 자동 복구 장치의 사시도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 자력 측정 센서로 구현되는 검출 센서의 예시 그림.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 케이블 고장 위치 검출 장치의 고장 위치 검출 원리를 설명하기 위한 개념도.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 펄스 신호를 이용하여 센싱하는 지중 배전선로 구간별 고장 검출 및 자동 복구 장치의 예시 그림.
도 8은 두 군데의 고장 위치에서 반사되어 수신되는 반사 신호를 도시한 그림.
도 9는 케이블의 고장 형태에 따른 반사 신호 형태를 도시한 그림.

이하, 본 발명의 장점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은, 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것으로, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이동 센싱을 통한 지중 배전선로 구간별 고장 검출 및 자동 복구 장치의 사시도이며, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이동 센싱을 통한 지중 배전선로 구간별 고장 검출 및 자동 복구 장치의 단면도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이동 센싱을 통한 지중 배전선로 구간별 고장 검출 및 자동 복구 장치의 사시도이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 자력 측정 센서로 구현되는 검출 센서의 예시 그림이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 이동 센싱을 통한 지중 배전선로 구간별 고장 검출 및 자동 복구 장치는, 지중에 매설되는 중공 형상 선로 보호관(100)과, 선로 보호관(100)의 중공에 배치되는 지중 배전선로(200)와, 외측 둘레에는 기어이(210)가 형성된 지중 배전선로(200)를 따라 이동 가능하게 배치되어 주기적으로 지중선로를 따라서 이동하며 지중 배전선로(200)의 단선 위치(P)를 검출하며, 검출되는 단선 위치(P)를 기준으로 단선 위치(P)의 양측부에 위치되는 지중 배전선로(200)를 전기적으로 연결하는 이동식 선로 연결체(400)를 포함한다. 이하 상술한다.

중공 형상 선로 보호관(100)은, 지중에 매설된 보호관으로서, 중심을 따라서 지중 배전선로(200)가 배치된다.

지중 배전선로(200)는, 선로 보호관(100)의 중공에 배치되는 선로로서, 지중 배전선로(200)의 외측 둘레에는 기어이(210)가 형성된다. 지중 배전선로(200)는, 변전소에서 직접 수용가에 전력을 분배하는 배전 선로뿐만 아니라 다른 다양한 송전 선로가 포함될 수 있다.

이동식 선로 연결체(400)는, 외측 둘레에 기어이(210)가 형성된 지중 배전선로(200)를 따라 이동 가능 하게 배치되어 주기적으로 지중선로를 따라서 이동하며 지중 배전선로(200)의 단선 위치(P)를 검출하며, 검출되는 단선 위치(P)를 기준으로 단선 위치(P)의 양측부에 위치되는 지중 배전선로(200)를 전기적으로 연결한다.

이러한 이동식 선로 연결체(400)는 지중 배전선로(200)가 관통되는 관통홀(411)이 형성되는 몸체 하우징(410)과, 지중 배전선로(200)의 단선 위치(P)를 검출하는 검출 센서(490)와, 몸체 하우징(410)에 설치되며, 관통홀(411)을 통해 상기 기어이(210)와 기어 연결되어 회전되는 회전 기어(420)와, 몸체 하우징(410)에 설치되어, 회전 기어(420)를 정역방향으로 회전시키는 회전 모터(430)와, 몸체 하우징(410)의 양측부에 설치되며 단선 위치(P)의 양측부에 위치되는 지중 배전선로(200)를 전기적으로 연결하거나 또는 단선 위치(P)의 한측만 전기적으로 연결시키는 연결 유닛(440)과, 회전 모터(430)와 상기 한 쌍의 연결 유닛(440)의 구동을 제어하는 제어기(450)를 포함한다.

본 발명은 이동식 선로 연결체(400)의 주기적 이동을 통하여 단선 위치(P)를 검출하여 몸체 하우징(410)이 단선 위치(P)에 이동되도록 상기 회전 모터(430)의 구동을 제어할 수 있게 된다.

따라서 본 발명은 지중 배전선로(200)에 별도의 복수개의 검출 센서(490)가 필요없이 이동식 선로 연결체(400)의 주기적인 이동만으로도 단선 위치(P)를 손쉽게 검출할 수 있게 된다.

참고로, 한 쌍의 연결 유닛(440)은, 상기 몸체 하우징(410)의 양측부에 형성되는 한 쌍의 유닛 몸체(441)와, 상기 한쌍의 유닛 몸체(441)에 설치되며, 끝단이 뾰족한 금속의 한 쌍의 스크류(442a)를 회전시키는 한 쌍의 모터(442)와, 상기 한 쌍의 모터(442)를 이동시키는 축(443a)을 구비하는 한 쌍의 실린더(443)를 구비하는 것이 바람직하다.

상기 한 쌍의 실린더(443)는 상기 축(443a)을 이동시키고, 상기 한 쌍의 모터(430)를 구동시켜, 상기 한 쌍의 스크류(442a) 각각을 상기 단선 위치(P)의 양측부에 위치되는 상기 지중 배전선로(200)의 피복층을 관통하여 상기 지중 배전선로(200) 내부의 신호 라인(220)에 물리적으로 접촉되도록 하고, 상기 한 쌍의 스크류(442a)는 서로 전기선(510)을 통해 전기적으로 연결되는 것이 바람직하다.

전기선(510) 사이에는, 스위치(500)가 설치된다.

제어기(450)는, 상기 단선 위치(P)에서, 상기 한 쌍의 스크류(442a) 각각이 상기 단선 위치(P)의 양측부에 위치되는 상기 지중 배전선로(200)의 피복층을 관통하여 상기 지중 배전선로(200) 내부의 신호 라인(220)에 물리적으로 접촉되면, 상기 스위치를 온 상태로 제어하여, 상기 한 쌍의 스크류(442a)를 전기적으로 연결시키는 것이 바람직하다.

여기서, 몸체 하우징(410)에는 위치 센서(460)가 설치된다. 상기 위치 센서(460)는 제어기(450)로 몸체 하우징(410)의 위치 정보를 전송한다.

따라서, 제어기(450)는 위치 센서(460)로부터 몸체 하우징(410)의 위치 정보를 실시간으로 전송 받고, 검출 센서(490)가 단선을 감지하면, 모터(430)를 구동시켜 몸체 하우징(410)를 단선 위치(P)로 이동시킨다.

또한, 한 쌍의 연결 유닛(440)의 외측 둘레와, 선로 보호관(100)의 내주는 레일(470) 결합되어 이동이 안내될 수 있다.

상기의 구성 및 작용에 따라, 본 발명에 따르는 실시예는 선로를 따라 이동 가능하게 설치되며, 단선이 발생된 위치를 검출하고, 그 위치의 양단에 위치되는 선로들 서로 전기적으로 강제 접속시켜 실제 수리 이전까지 신호 전달의 중단에 따르는 문제를 해결할 수 있다.

한편, 검출 센서(490)는, 도 4에 도시한 바와 같이 몸체 하우징(410)에 마련되어 자기장을 측정하는 자력 측정 센서로 구현될 수 있다. 측정되는 자기장이 설정된 기준값 미만인 지중 배전선로(200) 지점을 단선 위치(P)로서 검출한다. 선로에 전기가 흐르게 되면 페러데이 법칙에 의하여 자력을 가진 자기장이 발생하게 되는데 이러한 자력 세기를 측정하여 지중 배전선로(200)에 전기가 통하는지 아니면 단선되는지를 파악하는 것이다.

나아가, 측정되는 자기장이 설정된 기준값 미만인 경우, 기준값 미만인 지점을 왕복 이동하여 여러번 측정하도록 한다. 이는, 지중 배전선로(200)가 약하게 끊어져 단선 여부가 불확실할 때 해당 위치를 왕복 이동해가면서 반복 측정하여 단선 위치(P) 정밀도를 향상시키기 위함이다.

한편, 본 발명은, 검출 센서의 다른 구현 예로서 펄스 신호를 이용하도록 할 수 있다. 이하 도 5 내지 도 9와 함께 상술한다.

도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 케이블 고장 위치 검출 장치의 고장 위치 검출 원리를 설명하기 위한 개념도이며, 도 7은 본 발명의 실시예에 따라 펄스 신호를 이용하여 센싱하는 지중 배전선로 구간별 고장 검출 및 자동 복구 장치의 예시 그림이며, 도 8은 두 군데의 고장 위치에서 반사되어 수신되는 반사 신호를 도시한 그림이며, 도 9는 케이블의 고장 형태에 따른 반사 신호 형태를 도시한 그림이다.

도 5에 도시한 바와 같이 일반적으로 목표물까지의 거리 R = (C×t) / 2로 구할 수 있다. R은목표물 거리, C는 광속(3×10⁸m/s), t는 왕복 시간을 의미한다. 이러한 원리를 적용하여 도 6을 살펴보면, 매질이 공기가 아닌 케이블이라는 점이 상이하며, 배전선로에 적합한 특정 신호를 주입하고, 고장 위치에서 반사되는 신호를 검출하고 반사 시간을 분석하면 고장 위치의 위치를 검출할 수 있게 된다.

이를 원리를 이용하여 본 발명의 검출 센서(490)는, 도 7에 도시한 바와 같이 연결 유닛(440)의 일측부에 설치된 펄스 신호 발생기(491)와, 연결 유닛(440)의 일측부에 설치된 반사 신호 수신기(492)를 구비하도록 한다.

따라서 지중 배전선로(200)에 송신된 펄스 신호와 지중 배전선로(200)로부터 수신되는 반사 신호를 비교하여 고장 위치를 판단할 수 있게 된다. 즉, 도 8에 도시된 바와 같은 제1결함 위치에 의한 제1반사 신호와 제2결함 위치에 의한 제2반사 신호를 수신하게 된다. 이러한 반사 신호와 송신 신호를 비교하면 해당 위치 지점을 파악할 수 있게 된다.

나아가, 수신되는 반사 신호의 형태에 따라 수신되는 반사 신호의 형태를 이용하여 지중 배전선로(200)의 고장 형태를 파악할 수 있다. 고장 위치의 고장 형태에 따라서 반사 신호의 형태가 각각 다르기 때문이다. 예를 들어, 도 9에 도시한 바와 같이 수신된 반사 신호가 송신된 펄스 신호와 동일한 형태를 가질 경우 고장 위치가 단선(open circuit)되었다고 판단한다. 또한 수신된 반사 신호가 송신된 펄스 신호의 리버스(reverse) 형태를 가질 경우 고장 위치가 합선(short circuit)되었다고 판단한다.

상술한 본 발명의 설명에서의 실시예는 여러가지 실시가능한 예중에서 당업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 예를 선정하여 제시한 것으로, 이 발명의 기술적 사상이 반드시 이 실시예만 의해서 한정되거나 제한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 변화와 변경 및 균등한 타의 실시예가 가능한 것이다.

100:선로 보호관
200:지중 선로
400:이동식 선로 연결체
490:검출 센서

Claims (6)

1. 지중에 매설되는 중공 형상 선로 보호관;
   상기 선로 보호관의 상기 중공에 배치되며, 외측 둘레에 기어이가 형성된 지중 배전선로; 및
   상기 지중 배전선로를 따라 이동 가능하게 배치되어 주기적으로 지중선로를 따라서 이동하며 지중 배전선로의 단선 위치를 검출하며, 검출되는 단선 위치를 기준으로 단선 위치의 양측부에 위치되는 상기 지중 배전선로를 전기적으로 연결하는 이동식 선로 연결체;를 포함하고,
   상기 이동식 선로 연결체는,
   상기 지중 배전선로가 관통되는 관통홀이 형성되는 몸체 하우징;
   지중 배전선로의 단선 위치를 검출하는 검출 센서;
   상기 몸체 하우징에 설치되며, 상기 관통홀을 통해 상기 기어이와 기어 연결되어 회전되는 회전 기어;
   상기 몸체 하우징에 설치되어, 상기 회전 기어를 정역방향으로 회전시키는 회전 모터;
   상기 몸체 하우징의 양측부에 설치되며, 상기 단선 위치의 양측부에 위치되는 상기 지중 배전선로를 전기적으로 연결하거나, 또는 단선 위치의 한측만 전기적으로 연결시키는 연결 유닛;
   상기 회전 모터와 상기 한 쌍의 연결 유닛의 구동을 제어하는 제어기;
   상기 몸체 하우징에 연결되며, 상기 제어기로 몸체 하우징의 위치 정보를 전송하는 위치 센서;를 포함하며,
   이동식 선로 연결체의 주기적 이동을 통하여 단선 위치를 검출하여 상기 몸체 하우징이 상기 단선 위치에 이동되도록 상기 회전 모터의 구동을 제어하고,
   상기 검출 센서는 상기 몸체 하우징에 마련되어 자기장을 측정하는 자력 측정 센서로 구현되며, 측정되는 자기장이 설정된 기준값 미만인 지중 배전선로 지점을 단선 위치로서 검출하는 이동 센싱을 통한 지중 배전선로 구간별 고장 검출 및 자동 복구 장치.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 연결 유닛(440)은,
   상기 몸체 하우징(410)의 양측부에 형성되는 한 쌍의 유닛 몸체(441);
   상기 한쌍의 유닛 몸체(441)에 설치되며, 끝단이 뾰족한 금속의 한 쌍의 스크류(442a)를 회전시키는 한 쌍의 모터(442);
   상기 한 쌍의 모터(442)를 이동시키는 축(443a)을 구비하는 한 쌍의 실린더(443);를 포함하는 이동 센싱을 통한 지중 배전선로 구간별 고장 검출 및 자동 복구 장치.
   
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,
   측정되는 자기장이 설정된 기준값 미만인 경우, 기준값 미만인 지점을 왕복 이동하여 여러번 측정함을 특징으로 하는 이동 센싱을 통한 지중 배전선로 구간별 고장 검출 및 자동 복구 장치.
   
5. 지중에 매설되는 중공 형상 선로 보호관;
   상기 선로 보호관의 상기 중공에 배치되는 지중 배전선로; 및
   외측 둘레에는 기어이가 형성된 지중 배전선로를 따라 이동 가능하게 배치되어 주기적으로 지중선로를 따라서 이동하며 지중 배전선로의 단선 위치를 검출하며, 검출되는 단선 위치를 기준으로 단선 위치의 양측부에 위치되는 상기 지중 배전선로를 전기적으로 연결하는 이동식 선로 연결체;를 포함하고,
   상기 이동식 선로 연결체는,
   상기 지중 배전선로가 관통되는 관통홀이 형성되는 몸체 하우징;
   지중 배전선로의 단선 위치를 검출하는 검출 센서;
   상기 몸체 하우징에 설치되며, 상기 관통홀을 통해 상기 기어이와 기어 연결되어 회전되는 회전 기어;
   상기 몸체 하우징에 설치되어, 상기 회전 기어를 정역방향으로 회전시키는 회전 모터;
   상기 몸체 하우징의 양측부에 설치되며, 상기 단선 위치의 양측부에 위치되는 상기 지중 배전선로를 전기적으로 연결하거나, 또는 단선 위치의 한측만 적기적으로 연결시키는 연결 유닛;
   상기 회전 모터와 상기 한 쌍의 연결 유닛의 구동을 제어하는 제어기;
   상기 몸체 하우징에 연결되며, 상기 제어기로 몸체 하우징의 위치 정보를 전송하는 위치 센서;를 포함하며,
   이동식 선로 연결체의 주기적 이동을 통하여 단선 위치를 검출하여 상기 몸체 하우징이 상기 단선 위치에 이동되도록 상기 회전 모터의 구동을 제어하고,
   상기 검출 센서는,
   상기 연결 유닛의 일측부에 설치된 펄스 신호 발생기;
   상기 연결 유닛의 일측부에 설치된 반사 신호 수신기;를 포함하며,
   지중 배전선로에 송신된 펄스 신호와 지중 배전선로로부터 수신되는 반사 신호를 비교하여 고장 위치를 판단하는 이동 센싱을 통한 지중 배전선로 구간별 고장 검출 및 자동 복구 장치.
   
6. 청구항 5에 있어서,
   수신되는 반사 신호의 형태를 이용하여 지중 배전선로의 고장 형태를 파악하는 이동 센싱을 통한 지중 배전선로 구간별 고장 검출 및 자동 복구 장치.

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