KR102368925B1 - 안전전압을 이용한 지능형 가로등 배전망 모니터링 방법 및 그 시스템 - Google Patents

안전전압을 이용한 지능형 가로등 배전망 모니터링 방법 및 그 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가로등에 관한 것으로 보다 상세하게는, 가로등 배전망 모니터링 기술에 관한 것이다. 본 발명은 가로등 배전망의 이상 여부를 판정함과 동시에 이상 원인의 규명이 가능한 안전전압을 이용한 지능형 가로등 배전망 모니터링 방법 및 그 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 안전전압을 이용한 지능형 가로등 배전망 모니터링 방법은 안전전압공급부가 분기 전원 라인에 안전전압을 공급하는 단계; 및 진단부가 분기 전원 라인 별로 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류를 이용해, 가로등 배전망의 이상 여부 및 이상 종류를 판단하는 단계를 포함한다.

Description

안전전압을 이용한 지능형 가로등 배전망 모니터링 방법 및 그 시스템{Intelligent streetlight distribution network monitoring method using safety voltage and Intelligent streetlight distribution network monitoring system using safety voltage}
본 발명은 가로등에 관한 것으로 보다 상세하게는, 가로등 배전망 모니터링 기술에 관한 것이다.
가로등은 상용전원을 이용해 점소등할 수 있다. 이때, 상용전원을 가로등에 공급하기 위해, 가로등 분전반이 설치될 수 있다. 가로등 분전반은 메인 전원 라인을 통해 상용 전원을 공급 받고 이를 분기 전원 라인을 통해 가로등에 공급할 수 있다.
단일 분기 전원 라인에는 적어도 하나 이상의 가로등이 연결될 수 있다. 복수의 가로등이 설치되는 경우, 단일 분기 전원 라인에 복수의 가로등이 병렬로 설치될 수 있다.
현재 가로등은 설치 이후에 이상이 발생한 경우에 현장 점검을 하는 형태로 유지보수가 이루어진다. 이 같은 유지보수 방식은 잦은 민원을 발생시킬 수 있다. 그리고, 이 같은 유지보수 방식은 국가 또는 지자체 기반 시설의 신뢰도를 저하시킬 수 있다.
관련 기술로 한국등록특허 제10-0833683호가 있다. 한국등록특허 제10-0833683호는 지그비 통신을 이용한 등주 주간 감시 시스템에 관한 것으로, 안전전압을 이용해 선로를 모니터링하되, 모니터링 결과를 지그비 통신 방식으로 전달하는 것을 특징으로 한다. 그 외, 한국등록특허 제10-0833683호는 등주제어감시기가 배터리를 비상 전원으로 사용하는 것을 특징으로 한다.
기존 기술은 가로등 배전반을 모니터링 함에 있어서 가로등 배전망 이상 여부 만을 판정하고 그 이상 원인에 대한 구체적인 규명을 하지 못하였다. 이에 따라, 이상이 발생한 경우, 이상 원인 판정을 위한 추가적인 비용과 인력 소모가 필요하다는 문제점이 있다. 아울러, 정확한 이상 원인을 판정하지 못하는 경우 과도하고 또는 불필요한 유지보수 비용이 발생하는 문제점이 있다.
1. 한국등록특허 제10-0833683호 (발명의 명칭 : 지그비 통신을 이용한 등주 주간 감시 시스템)
본 발명은 가로등 배전망의 이상 여부를 판정함과 동시에 이상 원인의 규명이 가능한 안전전압을 이용한 지능형 가로등 배전망 모니터링 방법 및 그 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 가로등의 고장이 발생한 경우, 가로등 고장 개수 및 고장 위치를 판정할 수 있는 안전전압을 이용한 지능형 가로등 배전망 모니터링 방법 및 그 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 안전전압을 이용한 지능형 가로등 배전망 모니터링 방법은 안전전압공급부가 분기 전원 라인에 안전전압을 공급하는 단계; 및 진단부가 분기 전원 라인 별로 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류를 이용해, 가로등 배전망의 이상 여부 및 이상 종류를 판단하는 단계를 포함한다.
그리고, 상기 진단부는 이상 여부를 판단할 때, 지락, 단락, 정상 및 가로등 고장 여부를 판단할 수 있다.
또한, 상기 진단부는 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류가 제 4 기준값 이하이면, 해당 분기 전원 라인에 결선된 가로등에 고장이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
또한, 상기 진단부는 가로등에 고장이 발생한 것으로 판단되면, 가로등 고장 개수 및 고장 위치를 판단할 수 있다.
또한, 상기 진단부는 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류가 제 2 기준값 이상이고 제 3 기준값 미만이면, 해당 분기 전원 라인에 지락이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
또한, 상기 진단부는 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전류가 제 3 기준값 이상이면, 해당 분기 전원 라인에 단락이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 안전전압을 이용한 지능형 가로등 배전망 모니터링 시스템은 분기 전원 라인에 안전전압을 공급하는 안전전압공급부; 및 분기 전원 라인 별로 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류를 이용해, 가로등 배전망의 이상 여부 및 이상 종류를 판단하는 진단부를 포함한다.
본 발명은 안전 전압을 이용해 가로등 배전망의 이상 여부를 판정함과 동시에 이상 원인의 규명이 가능하다.
또한, 본 발명은 가로등의 고장이 발생한 경우, 가로등 고장 개수 및 고장 위치를 판정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 모니터링 시스템의 개략도이다.
도 2는 도 1에서 제 2 분기 전원 라인의 개략도이다.
도 3은 도 2의 회로도이다.
도 4는 이상 종류를 판정하기 위한 기준값 테이블이다.
도 5는 가로등 고장 개수 및 고장 위치 별로 가로등 고장에 따른 전류값을 특정한 테이블이다.
도 6은 안전전압 주파수, 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류(i), 고장 개수, 고장 위치의 매칭테이블이다.
도 7은 안전전압을 이용한 지능형 가로등 배전망 모니터링 방법에 대한 플로우차트이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다.
및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 도 1 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 안전전압을 이용한 지능형 가로등 배전망 모니터링 시스템(이하, “모니터링 시스템”이라고 칭한다.)에 대하여 설명한다. 본 발명의 요지를 명확히 하기 위해, 종래 주지된 사항에 대한 설명은 생략하거나 간단히 한다.
도 1을 참고하면, 모니터링 시스템은 가로등 분전반(10) 및 가로등 분전반(10)으로부터 전원을 공급 받는 가로등(L11, L12, L13, L14, L21, L22, L23, L31, L32)을 포함할 수 있다.
가로등 분전반(10)은 메인 전원 라인(1)을 통해 공급된 전원을 분기 전원 라인(2a, 2b, 2c)으로 분기시켜 가로등에 공급하는 것을 단속할 수 있는 주회로 차단기(11, MCCB)를 포함할 수 있다.
분기 전원 라인은 적어도 하나일 수 있다. 도 1은 분기 전원 라인이 3 개인 경우를 예시한다. 도 1에서 도면부호 2a는 제 1 분기 전원 라인, 도면부호 2b는 제 2 분기 전원 라인, 도면 부호 2c는 제 3 분기 전원 라인을 의미할 수 있다.
분기 전원 라인에 적어도 하나의 가로등이 연결될 수 있다. 단일 분기 전원 라인에 복수의 가로등이 설치되는 경우 복수의 가로등은 단일 분기 전원 라인에 전기적으로 병렬로 연결될 수 있다. 도 1은 제 1 분기 전원 라인(2a)에 4개의 가로등이 설치되고, 제 2 분기 전원 라인(2b)에 3개의 가로등이 설치되고, 제 3 분기 전원 라인(2c)에 2개의 가로등이 설치되는 경우를 예시한다.
가로등 분전반(10) 측에 안전전압을 이용한 지능형 가로등 배전망 모니터링 장치(100, 이하, ‘모니터링 장치’라고 칭함)가 설치될 수 있다.
모니터링 장치(100)는 안전전압공급부(110), 계측부(120), 진단부(130)를 포함할 수 있다.
안전전압 공급부(110)는 분기 전원 라인에 안전전압을 공급할 수 있다. 안전전압은 감전 위험이 없고 상용 전원 레벨 보다 전압 레벨이 낮은 교류 전압일 수 있다. 안전전압은 예를 들어, 30 [V]일 수 있다. 감전 위험을 고려하여, 30 [V] 보다 낮은 전압이 선택될 수도 있다. S1에서 안전전압의 공급을 개시한 때, 안전전압의 주파수는 기준 주파수일 수 있다. 여기서, 기준 주파수는 20 kHz일 수 있다. 안전 전압은 가로등이 소등되는 주간 시간대에 공급될 수 있다. 안전전압 공급부(110)는 기 설정된 가로등 배전망 진단 시간에 안전 전압을 공급할 수 있다.
계측부(120)는 CT(21, 22, 23, Current Transformer)를 이용해 분기 전원 라인 별로 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류를 검출할 수 있다. 이를 위해, CT(21, 22, 23)는 분기 전원 라인의 분기 시작점에 설치될 수 있다. 이하, 분기 전원 라인 별로 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류를 i로 통칭한다.
진단부(130)는 계측부(120)를 통해 검출된 분기 전원 라인 별로 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류를 이용해, 가로등 배전망의 이상 여부 및 이상 종류를 판정할 수 있다. 이를 위해, 이상 종류를 판정하기 위한 기준값이 설정될 수 있다. 도 4에서, ‘in’은 정상상태일 때 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류값(이하, ‘제 1 기준값’이라 칭함)일 수 있다. in은 예를 들어 30 A일 수 있다. 여기서, 정상상태라고 함은 분리 전원 라인 상에서 가로등 고장, 지락 및 단락 등과 같은 이상이 발생하지 않은 상태를 의미한다.
‘in+ix’는 지락으로 판정되는 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류의 하한값(이하, ‘제 2 기준값’이라 칭함)일 수 있다. ix는 예를 들어, 10 A일 수 있다. ix는 설계자에 의해 임의로 선택될 수 있으며 현장 실정을 고려하여 in에 더해지는 지락에 대응한 추가 전류값일 수 있다. ‘in+iy'는 단락으로 판정되는 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류의 하한값(이하, ‘제 3 기준값’이라 칭함)일 수 있다. iy는 예를 들어, 20 A일 수 있다. iy는 설계자에 의해 임의로 선택될 수 있으며 현장 실정을 고려하여 in에 대해지는 단락에 대응한 추가 전류값일 수 있다. ‘in-iz'는 가로등 고장으로 판정되는 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류의 상한값(이하, ‘제 4 기준값’이라 칭함)일 수 있다. iz는 예를 들어, 0.96 A일 수 있다. iz는 현장 실측에 의해 설정될 수 있다. iz는 전류의 감쇄가 가장 작은 가로등 고장 이벤트를 발생시키는 가로등의 고장에 대응한 전류 감쇄량일 수 있다. 예를 들어, 도 4에서 iz는 도 3의 i31일 수 있다.
진단부(130)는 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류(i)가 제 4 기준값 이하이면, 해당 분기 전원 라인에 결선된 가로등에 고장이 발생한 것으로 판단할 수 있다. 이와 달리, 진단부(130)는 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류가 제 4 기준값 초과이면, 해당 분기 전원 라인에 결선된 가로등에 고장이 발생하지 않은 것으로 판단할 수 있다. 가로등 고장이 아닌 것으로 판단된 경우, 진단부(130)가 지락 또는 단락 여부를 판단할 수 있다. 이때, 진단부(130)는 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류가 제 2 기준값 이상이고 제 3 기준값 미만이면, 해당 분기 전원 라인에 지락이 발생한 것으로 판단할 수 있다. 이와 달리, 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전류가 제 3 기준값 이상이면, 진단부(130)는 해당 분기 전원 라인에 단락이 발생한 것으로 판단할 수 있다. 이와 달리, 진단부(130)는 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전류가 제 4 기준값 초과이고 제 2 기준값 미만이면 해당 분기 전원 라인에서 가로등 배전망의 이상이 발생하지 않은 것으로 판단할 수 있다. 지락 또는 단락으로 판정된 경우, 진단부(130)는 외부에 지락 또는 단락임을 알리는 알람을 제공할 수 있다. 이와 달리, 진단부(130)는 지락 또는 단락 여부에 대한 판단을 가로등 고장 여부 판단에 앞서 할 수 있다. 이와 달리, 진단부(130)는 단락, 지락, 정상 및 가로등 고장 판단 선후와 무관하게, 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류(i)가 도 4의 단락, 지락, 정상 및 가로등 고장에 대응한 전류값 중 어느 값에 해당하는지 여부를 판단하는 것에 의해, 단락, 지락, 정상 및 가로등 고장 여부를 판정할 수 있다.
진단부(130)에 의해, 가로등 고장 이벤트가 발생한 것으로 판단되면, 안전전압 공급부(110)는 주파수를 가변할 수 있다. 이때, 안전전압 공급부(110)는 기준 주파수에서 주파수를 하향 조정하는 형태로 안전 전압의 주파수를 가변할 수 있다. 이하, 설명의 편의를 위해, 제 2 분기 전원 라인을 기준으로 설명한다. 도 2를 참조하면, 제 2 분기 전원 라인(2b)에 제2-1가로등(L21) 제2-2가로등(L22), 제2-3가로등(L23)이 병렬로 결선되어 있음을 알 수 있다. 도 3은 도 2의 회로에서 선로 임피던스(ZL1, ZL2, ZL3) 및 가로등 임피턴스(Zlamp)를 고려한 전류 경로에서의 전류(i, i11, i12, i21, i22, i31)를 나타낸다. 이때, X 방향으로 본 분기 전원 라인의 등가 임피던스는 아래의 수학식과 같을 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112020095160917-pat00001
여기서,
X : 선로의 유도성리액턴스
R : 등가 저항
그리고, 상기 등가임피턴스에 기반해 산출되는 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류(i)는 다음의 수학식과 같을 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112020095160917-pat00002
여기서,
V : 안전전압
Z : 분기 전원 라인의 등가 임피던스
i : 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류
수학식 2에서 보는 바와 같이, 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류의 크기는 주파수(f)의 영향이 크다. 따라서, 20 kHz와 같은 고주파를 이용해 진단을 하는 경우, 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류의 크기가 매우 작을 수 있다. 따라서, CT의 검출 능력의 한계로 진단의 신뢰성이 낮을 수 있다.
도 3을 참조하면, 고장 개수 및 고장 위치에 따라, 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류는 상이할 수 있다. 예를 들어, 제2-3가로등(L23) 만이 고장이 난 경우, 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류 i는 ‘in-i31'일 수 있다. 여기서, in은 분기 전원 라인에 배선된 가로등이 고장이 전혀 발생하지 않은 때의 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류일 수 있다. 따라서, in-i31에 해당하는 전류가 검출되면, 진단부(130)는 가로등 고장개수는 1 대이고, 고장 위치는 제2-3가로등(L23)임을 알 수 있다.
이 같은 점에 기반하여, 고장 개수 및 고장 위치 별로 고장에 따른 전류값을 특정할 수 있다. 이때, 안전전압의 주파수는 단일 주파수(예를 들어, 20 kHz)에 고정되는 것으로 가정한다.
도 5는 고장 개수 및 고장 위치 별로 고장에 따른 전류값을 특정한 테이블이다. 도 5는 도 3에 도시된 전류(i, i11, i12, i21, i22, i31)에 기반하여 작성되었다. 도 5에서 ‘in'은 분기 전원 라인에서 가로등 고장, 지락 및 단락 등과 같은 이상이 전혀 발생하지 않은 때의 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류일 수 있다. 'i'는 계측부를 통해 실측되는 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류일 수 있다. 도 5에서 고장 위치 열은 L21, L22, L23에서 고장이 발생한 가로등을 나타내고, i11, i21, i31은 가로등 고장이 없는 상태에서 가로등에 흐르는 전류를 나타낸다.
다만, 앞서 본 바와 같이, 계측부(120)를 통해 실측되는 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류(i)는 안전전압의 주파수 영향을 많이 받는다. 단일 고주파수 안전 전압을 이용하는 경우 유도성 리액턴스(X)가 클 수 있다. 따라서, 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류 크기가 작을 수 있다. 따라서, 단일 고주파수 안전 전압에 대응한 분기 전원 라인 전체 전류를 이용해 고장개수 및 고장 구간을 구분하는 경우, 고장 개수 및 고장 구간의 구분이 용이하지 않을 수 있다. 달리 표현하면, 고장 개수 및 고장 구간에 대한 분해능이 낮아질 수 있다. 분해능을 높이기 위해, 안전전압의 크기를 높일 수는 없다. 이는 안전전압의 크기를 높일수록 감전의 위험이 높아지기 때문이다. 또한, 안전전압의 주파수를 낮출 수도 없다. 유도성 리액턴스는 선로의 경년 변화 등이 요소가 반영된 것으로, 재대로 검출이 되어야 하기 때문이다. 또한, CT의 검출 능력을 상향 조정하는 데에도 한계가 있다. 이는 제품 단가를 매우 높이게 되고, CT의 검출 능력 상향에도 한계 성능이 존재하기 때문이다.
즉, 도 5와 같은 테이블을 구비하고, 그 테이블 중 어느 열에 해당하는지 판단하는 것으로는 정확한 고장 개수 및 고장 구간에 대한 판단이 곤란할 수 있다.
도 6을 참조하면, 안전전압 주파수, 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류(i), 고장 개수, 고장 위치의 매칭테이블을 나타낸다.
진단부(130)는 가로등 고장 이벤트가 발생한 것으로 판단되면, 안전전압 주파수를 가변할 수 있다. 진단부(130)는 가로등 고장 이벤트가 발생하면, 안전 전압 주파수를 지속적으로 낮추도록 안전전압 공급부(110)를 제어할 수 있다. 그리고, 진단부(130)는 안전 전압의 주파수를 가변하면서, 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류(i)가 앞서 본 제 1 기준값(정상상태일 때 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류값)이 되는 안전 전압 주파수 또는 주파수 범위를 추출할 수 있다.
도 6은 안전 전압 주파수로 고장 개수 및 고장 구간을 추출하는 예시를 나타낸다. 이 같이 가로등 고장 이벤트가 발생한 경우, 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류(i)가 앞서 본 제 1 기준값(정상상태일 때 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류값)이 되는 안전 전압 주파수 또는 주파수 범위를 선택하는 것에 의해, 고장 구간 및 고장 위치에 대한 분해능이 높아질 수 있다. 이는 복수의 고장 구간 및 고장 위치를 각각 특정하는 주파수 또는 주파수 범위의 간격이 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류의 간격 대비 상당히 크기 때문이다. 진단부(130)는 안전 전압 주파수를 하향 조정하면서 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류(i)가 제 1 기준값에 도달하는지 여부를 판단하고, 제 1 기준값에 도달하면 안전 전압의 주파수를 가변하도록 제어하는 것을 중단할 수 있다.
그리고, 진단부(130)는 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류(i)가 앞서 본 제 1 기준값(정상상태일 때 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류값)이 되는 안전 전압 주파수 또는 주파수 범위를 선택하고, 그 주파수 또는 주파수 범위에 매칭되는 고장 개수 및 고장 구간 정보를 판정할 수 있다. 이때, 진단부(130)의 고장 개수 및 고장 구간 정보의 판정에 도 6과 같은 매칭 테이블이 사용될 수 있다. 이와 달리, 고장 개수 및 고장 구간의 판정을 위한 별도의 판정 알고리즘, AI 엔진 등이 도입될 수도 있다.
운영자는 현장 실측, 실험데이터 및 시뮬레이션 중 어느 하나의 방식을 이용해 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류(i)가 앞서 본 제 1 기준값(정상상태일 때 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류값)이 되는 안전 전압 주파수 또는 주파수 범위를 결정할 수 있다.
이하, 도 1 내지 도 6, 및 도 8을 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 안전전압을 이용한 지능형 가로등 배전망 모니터링 시스템(이하, “모니터링 시스템”이라고 칭한다.)에 대하여 설명한다. 본 발명의 요지를 명확히 하기 위해, 앞서 설명된 사항과 중복되는 사항은 생략하거나 간단히 한다. 앞서 설명된 구성과 기능 및 작용이 동일한 구성은 도 8에서 동일한 도면부호를 부여하였다.
도 8을 참조하면, 모니터링 시스템은 가로등 분전반(10) 및 가로등 분전반(10)으로부터 전원을 공급 받는 가로등(L11, L12, L13, L14, L21, L22, L23, L31, L32)을 포함할 수 있다. 그리고, 가로등 분전반(10) 측에 안전전압을 이용한 가로등 모니터링 장치(100‘)가 구비될 수 있다. 모니터링 장치(100')는 안전전압공급부(110), 계측부(120) 및 제1통신부(140)를 포함할 수 있다. 제 1 통신부(140)는 계측부(120)의 계측값을 진단 서비스 장치(200)로 전송할 수 있다. 여기서, 계측값은 앞서 본 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류값일 수 있다. 안전전압공급부(110) 및 계측부(120)의 기능 및 동작은 도 1에서와 같을 수 있다.
모니터링 장치(100') 및 진단 서비스 장치(200)는 통신망(300)을 통해 상호 통신할 수 있다. 이때, 통신망은 유선, 무선, 유무선 혼용의 형태를 가질 수 있으며 적용되는 통신 규격을 본 발명이 제한하지 않는다.
진단 서비스 장치(200)는 제2통신부(210) 및 진단부(130)를 포함할 수 있다. 제2통신부(210)는 진단부(200)와 모니터링 장치(100') 간의 통신을 제공할 수 있다. 진단부(130')의 기능 및 동작은 도 1에서와 같을 수 있다. 다만, 진단부(130')는 통신망(300)을 통해 계측부(120)의 계측값을 수집한다는 점, 통신망(300)을 통해 안전전압공급부(110)와 계측부(120) 간에 제어명령을 송수신하는 점에서 도 1의 진단부(130)와 차이점을 가질 수 있다.
이하, 도 1 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 안전전압을 이용한 지능형 가로등 배전망 모니터링 방법(이하, “모니터링 방법”이라고 칭한다.)에 대하여 설명한다. 이하의 설명에 의해 앞서의 모니터링 시스템의 구성이 보다 명확해질 수 있다.
먼저, 도 7을 참조하면, 안전전압공급부(110)가 분기 전원 라인에 안전전압을 공급할 수 있다(S1). 안전전압은 감전 위험이 없고 상용 전원 레벨 보다 전압 레벨이 낮은 교류 전압일 수 있다. 안전전압은 예를 들어, 30 [V]일 수 있다. 감전 위험을 고려하여, 30 [V] 보다 낮은 전압이 선택될 수도 있다. S1에서 안전전압의 공급을 개시한 때, 안전전압의 주파수는 기준 주파수일 수 있다. 여기서, 기준 주파수는 20 kHz일 수 있다. 안전 전압은 가로등이 소등되는 주간 시간대에 공급될 수 있다.
계측부(120)는 CT(21, 22, 23, Current Transformer)를 이용해 분기 전원 라인 별로 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류를 검출할 수 있다(S2). 이를 위해, CT(21, 22, 23)는 분기 전원 라인의 분기 시작점에 설치될 수 있다. 이하, 분기 전원 라인 별로 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류를 i로 통칭한다.
진단부(130)는 S2에서 검출된 분기 전원 라인 별로 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류를 이용해, 가로등 배전망의 이상 여부 및 이상 종류를 판정할 수 있다(S3, S4). S3과 S4는 그 순서를 달리하여 수행될 수 있다. 도 4를 참조하면, 이상 종류를 판정하기 위한 기준값이 설정될 수 있다. 도 4에서, ‘in’은 정상상태일 때 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류값(이하, ‘제 1 기준값’이라 칭함)일 수 있다. in은 예를 들어 30 A일 수 있다. 여기서, 정상상태라고 함은 분리 전원 라인 상에서 가로등 고장, 지락 및 단락 등과 같은 이상이 발생하지 않은 상태를 의미한다.
‘in+ix’는 지락으로 판정되는 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류의 하한값(이하, ‘제 2 기준값’이라 칭함)일 수 있다. ix는 예를 들어, 10 A일 수 있다. ix는 설계자에 의해 임의로 선택될 수 있으며 현장 실정을 고려하여 in에 더해지는 지락에 대응한 추가 전류값일 수 있다. ‘in+iy'는 단락으로 판정되는 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류의 하한값(이하, ‘제 3 기준값’이라 칭함)일 수 있다. iy는 예를 들어, 20 A일 수 있다. iy는 설계자에 의해 임의로 선택될 수 있으며 현장 실정을 고려하여 in에 대해지는 단락에 대응한 추가 전류값일 수 있다. ’in-iz'는 가로등 고장으로 판정되는 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류의 상한값(이하, ‘제 4 기준값’이라 칭함)일 수 있다. iz는 예를 들어, 0.96 A일 수 있다. iz는 현장 실측에 의해 설정될 수 있다. iz는 전류의 감쇄가 가장 작은 가로등 고장 이벤트를 발생시키는 가로등의 고장에 대응한 전류 감쇄량일 수 있다. 예를 들어, 도 4에서 iz는 도 3의 i31일 수 있다.
S3에서, 진단부(130)는 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류(i)가 제 4 기준값 이하이면, 해당 분기 전원 라인에 결선된 가로등에 고장이 발생한 것으로 판단할 수 있다. 이와 달리, 진단부(130)는 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류가 제 4 기준값 초과이면, 해당 분기 전원 라인에 결선된 가로등에 고장이 발생하지 않은 것으로 판단할 수 있다. S3에서 가로등 고장이 아닌 것으로 판단되면, 진단부(130)가 지락 또는 단락 여부를 판단할 수 있다(S4). 이때, 진단부(130)는 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류가 제 2 기준값 이상이고 제 3 기준값 미만이면, 해당 분기 전원 라인에 지락이 발생한 것으로 판단할 수 있다. 이와 달리, 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전류가 제 3 기준값 이상이면, 진단부(130)는 해당 분기 전원 라인에 단락이 발생한 것으로 판단할 수 있다. 이와 달리, S4에서 진단부(130)는 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전류가 제 4 기준값 초과이고 제 2 기준값 미만이면 해당 분기 전원 라인에서 가로등 배전망의 이상이 발생하지 않은 것으로 판단할 수 있다. S4에서 지락 또는 단락으로 판정된 경우, 진단부(130)는 외부에 지락 또는 단락임을 알리는 알람을 제공할 수 있다.
S3에서 가로등 고장 이벤트가 발생한 것으로 판단되면, 안전전압 공급부(110)는 주파수를 가변할 수 있다. 이때, 안전전압 공급부(110)는 기준 주파수에서 주파수를 하향 조정하는 형태로 안전 전압의 주파수를 가변할 수 있다. 이하, 설명의 편의를 위해, 제 2 분기 전원 라인을 기준으로 설명한다. 도 2를 참조하면, 제 2 분기 전원 라인(2b)에 제2-1가로등(L21) 제2-2가로등(L22), 제2-3가로등(L23)이 병렬로 결선되어 있음을 알 수 있다. 도 3은 도 2의 회로에서 선로 임피던스(ZL1, ZL2, ZL3) 및 가로등 임피턴스(Zlamp)를 고려한 전류 경로에서의 전류(i, i11, i12, i21, i22, i31)를 나타낸다. 이때, X 방향으로 본 분기 전원 라인의 등가 임피던스는 아래의 수학식과 같을 수 있다.
[수학식 3]
Figure 112020095160917-pat00003
여기서,
X : 선로의 유도성리액턴스
R : 등가 저항
그리고, 상기 등가임피턴스에 기반해 산출되는 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류(i)는 다음의 수학식과 같을 수 있다.
[수학식 4]
Figure 112020095160917-pat00004
여기서,
V : 안전전압
Z : 분기 전원 라인의 등가 임피던스
i : 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류
수학식 4에서 보는 바와 같이, 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류의 크기는 주파수(f)의 영향이 크다. 따라서, 20 kHz와 같은 고주파를 이용해 진단을 하는 경우, 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류의 크기가 매우 작을 수 있다. 따라서, CT의 검출 능력의 한계로 진단의 신뢰성이 낮을 수 있다.
도 3을 참조하면, 고장 개수 및 고장 위치에 따라, 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류는 상이할 수 있다. 예를 들어, 제2-3가로등(L23) 만이 고장이 난 경우, 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류 i는 ‘in-i31'일 수 있다. 여기서, in은 분기 전원 라인에 배선된 가로등이 고장이 전혀 발생하지 않은 때의 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류일 수 있다. 따라서, in-i31에 해당하는 전류가 검출되면, 진단부(130)는 가로등 고장개수는 1 대이고, 고장 위치는 제2-3가로등(L23)임을 알 수 있다.
이 같은 점에 기반하여, 고장 개수 및 고장 위치 별로 고장에 따른 전류값을 특정할 수 있다. 이때, 안전전압의 주파수는 단일 주파수(예를 들어, 20 kHz)에 고정되는 것으로 가정한다.
도 5는 가로등 고장 개수 및 고장 위치 별로 가로등 고장에 따른 전류값을 특정한 테이블이다. 도 5는 도 3에 도시된 전류(i, i11, i12, i21, i22, i31)에 기반하여 작성되었다. 도 5에서 ‘in'은 분기 전원 라인에서 가로등 고장, 지락 및 단락 등과 같은 이상이 전혀 발생하지 않은 때의 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류일 수 있다. 'i'는 계측부를 통해 실측되는 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류일 수 있다. 도 5에서 고장 위치 열은 L21, L22, L23에서 고장이 발생한 가로등을 나타내고, i11, i21, i31은 가로등 고장이 없는 상태에서 가로등에 흐르는 전류를 나타낸다.
다만, 앞서 본 바와 같이, 계측부(120)를 통해 실측되는 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류(i)는 안전전압의 주파수 영향을 많이 받는다. 단일 고주파수 안전 전압을 이용하는 경우 유도성 리액턴스(X)가 클 수 있다. 따라서, 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류 크기가 작을 수 있다. 따라서, 단일 고주파수 안전 전압에 대응한 분기 전원 라인 전체 전류를 이용해 고장개수 및 고장 구간을 구분하는 경우, 고장 개수 및 고장 구간의 구분이 용이하지 않을 수 있다. 달리 표현하면, 고장 개수 및 고장 구간에 대한 분해능이 낮아질 수 있다. 분해능을 높이기 위해, 안전전압의 크기를 높일 수는 없다. 이는 안전전압의 크기를 높일수록 감전의 위험이 높아지기 때문이다. 또한, 안전전압의 주파수를 낮출 수도 없다. 유도성 리액턴스는 선로의 경년 변화 등이 요소가 반영된 것으로, 재대로 검출이 되어야 하기 때문이다. 또한, CT의 검출 능력을 상향 조정하는 데에도 한계가 있다. 이는 제품 단가를 매우 높이게 되고, CT의 검출 능력 상향에도 한계 성능이 존재하기 때문이다.
즉, 도 5와 같은 테이블을 구비하고, 그 테이블 중 어느 열에 해당하는지 판단하는 것으로는 정확한 고장 개수 및 고장 구간에 대한 판단이 곤란할 수 있다.
도 6을 참조하면, 안전전압 주파수, 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류(i), 고장 개수, 고장 위치의 매칭테이블을 나타낸다.
진단부(130)는 S3에서 가로등 고장 이벤트가 발생한 것으로 판단되면, 안전전압 주파수를 가변할 수 있다(S6). 진단부(130)는 가로등 고장 이벤트가 발생하면, 안전 전압 주파수를 지속적으로 낮추도록 안전전압 공급부(110)를 제어할 수 있다. 그리고, 진단부(130)는 안전 전압의 주파수를 가변하면서, 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류(i)가 앞서 본 제 1 기준값(정상상태일 때 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류값)이 되는 안전 전압 주파수 또는 주파수 범위를 추출할 수 있다(S7).
도 6은 안전 전압 주파수로 고장 개수 및 고장 구간을 추출하는 예시를 나타낸다. 이 같이 가로등 고장 이벤트가 발생한 경우, 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류(i)가 앞서 본 제 1 기준값(정상상태일 때 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류값)이 되는 안전 전압 주파수 또는 주파수 범위를 선택하는 것에 의해, 고장 구간 및 고장 위치에 대한 분해능이 높아질 수 있다. 이는 복수의 고장 구간 및 고장 위치를 각각 특정하는 주파수 또는 주파수 범위의 간격이 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류의 간격 대비 상당히 크기 때문이다. 진단부(130)는 안전 전압 주파수를 하향 조정하면서 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류(i)가 제 1 기준값에 도달하는지 여부를 판단하고, 제 1 기준값에 도달하면 안전 전압의 주파수를 가변하도록 제어하는 것을 중단할 수 있다.
그리고, 진단부(130)는 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류(i)가 앞서 본 제 1 기준값(정상상태일 때 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류값)이 되는 안전 전압 주파수 또는 주파수 범위를 선택하고, 그 주파수 또는 주파수 범위에 매칭되는 고장 개수 및 고장 구간 정보를 판정할 수 있다(S8). 이때, 진단부(130)의 고장 개수 및 고장 구간 정보의 판정에 도 6과 같은 매칭 테이블이 사용될 수 있다. 이와 달리, 고장 개수 및 고장 구간의 판정을 위한 별도의 판정 알고리즘, AI 엔진 등이 도입될 수도 있다.
운영자는 현장 실측, 실험데이터 및 시뮬레이션 중 어느 하나의 방식을 이용해 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류(i)가 앞서 본 제 1 기준값(정상상태일 때 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류값)이 되는 안전 전압 주파수 또는 주파수 범위를 결정할 수 있다.
상기 방법은 그 전체 또는 일부로 수행될 수 있다. 그리고, 필요에 의해 그 순서를 달리하여 수행될 수도 있다.
1: 메인 전원 라인
2a, 2b, 2c : 서브 전원 라인
L11, L12, L13, L21, L22, L23, L31, L32 : 가로등
ZL1, ZL2, ZL2 : 선로 임피던스
Zlamp : 가로등 임피던스
10 : 가로등 분전반
100, 100' : 가로등 배전망 모니터링 장치
110 : 안전전압공급부
120 : 계측부
130, 130' : 진단부
140 : 제 1 통신부
200 : 모니터링 서비스 장치
210 : 제 2 통신부
220 : 진단
300 : 통신망

Claims (7)

  1. 안전전압 공급부가 분기 전원 라인에 안전전압을 공급하는 단계;
    진단부가 분기 전원 라인 별로 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류를 이용해, 가로등 배전망의 이상 여부 및 이상 종류를 판단하는 단계를 포함하되,
    상기 진단부는 고정된 주파수의 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류가 제 4 기준값 이하이면, 해당 분기 전원 라인에 결선된 가로등에 고장이 발생한 것으로 판단하고,
    특정 분기 전원 라인에 결선된 가로등에 고장이 발생한 것으로 판단되면, 안전 전압 주파수를 점차 낮추도록 안전전압 공급부를 제어하고, 고장이 발생한 분기 전원 라인의 전체 전류가 정상 상태인 제 1 기준값이 될 때의 안전 전압 주파수 또는 주파수 범위를 추출한 후, 매칭 테이블을 통해 고장이 발생한 가로등의 수 및 고장 구간 정보를 판정하는 것을 특징으로 하는 안전전압을 이용한 지능형 가로등 배전망 모니터링 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 진단부는 이상 여부를 판단할 때, 지락, 단락, 정상 및 가로등 고장 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 안전전압을 이용한 지능형 가로등 배전망 모니터링 방법.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 진단부는 가로등에 고장이 발생한 것으로 판단되면, 가로등 고장 개수 및 고장 위치를 판단하는 것을 특징으로 하는 안전전압을 이용한 지능형 가로등 배전망 모니터링 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 진단부는 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류가 제 2 기준값 이상이고 제 3 기준값 미만이면, 해당 분기 전원 라인에 지락이 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 안전전압을 이용한 지능형 가로등 배전망 모니터링 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 진단부는 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전류가 제 3 기준값 이상이면, 해당 분기 전원 라인에 단락이 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 안전전압을 이용한 지능형 가로등 배전망 모니터링 방법.
  7. 분기 전원 라인에 안전전압을 공급하는 안전전압공급부; 및
    분기 전원 라인 별로 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류를 이용해, 가로등 배전망의 이상 여부 및 이상 종류를 판단하는 진단부를 포함하되,
    상기 진단부는 고정된 주파수의 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류가 제 4 기준값 이하이면, 해당 분기 전원 라인에 결선된 가로등에 고장이 발생한 것으로 판단하고,
    특정 분기 전원 라인에 결선된 가로등에 고장이 발생한 것으로 판단되면, 안전 전압 주파수를 점차 낮추도록 안전전압 공급부를 제어하고, 고장이 발생한 분기 전원 라인의 전체 전류가 정상 상태인 제 1 기준값이 될 때의 안전 전압 주파수 또는 주파수 범위를 추출한 후, 매칭 테이블을 통해 고장이 발생한 가로등의 수 및 고장 구간 정보를 판정하는 것을 특징으로 하는 안전전압을 이용한 지능형 가로등 배전망 모니터링 시스템.
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