KR102396946B1 - 진동 감지 장치를 포함하는 송전탑 모니터링 시스템 - Google Patents

진동 감지 장치를 포함하는 송전탑 모니터링 시스템 Download PDF

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KR102396946B1
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이재우
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Abstract

본 발명은 송전탑 모니터링 시스템에 관한 것으로, 진동 감지 장치를 포함하는 송전탑, 및 상기 진동 감지 장치로부터 지진 또는 바람과 같은 외부 환경적 요인에 의해 상기 송전탑에서 감지되는 진동에 대한 모니터링 값을 제공받는 중앙 관리 단말을 포함하고, 상기 진동 감지 장치는, 도전성 코일을 포함한 PCB, 및 상기 도전성 코일의 적어도 일부와 대향하도록 상기 PCB로부터 특정 간격으로 이격 배치된 플렉서블 메탈 플레이트를 포함하는 진동 센서, 및 상기 도전성 코일을 통해 인가되는 교류 신호의 변화량을 감지하는 것에 기반하여 모니터링 정보를 생성하고, 생성된 모니터링 정보를 상기 중앙 관리 단말에게 전송하는 제어부를 포함하는 바, 송전탑의 구조 및 강성에 대한 모니터링을 실시간으로 수행하고, 송전탑에서 이상이 발생할 경우 중앙 관리 센터의 중앙 관리 단말에 해당 상황을 알림으로써, 송전탑의 점검, 유지의 편의성 및 보수 비용을 절감할 수 있다.

Description

진동 감지 장치를 포함하는 송전탑 모니터링 시스템{TRANSMISSION TOWER MONITORING SYSTEM INCLUDING VIBRATION DETECTION DEVICE}
본 발명은 진동 감지 장치를 포함하는 송전탑 모니터링 시스템에 관한 것이다.
전력계통은 발전소, 변전소, 송배전선 및 부하가 일체로 되어 전력의 발생에서 소비까지 이루어지는 하나의 시스템이다. 송전탑은 발전소에서 생산된 전기를 전송하는 송전 케이블을 지지하는 구조물로서, 특정 간격을 두고 설치된다.
송전탑은 지진 또는 바람과 같은 외부 환경적인 요인에 의해 송전탑을 지지하거나 또는 송전 케이블을 고정하는 볼트의 체결력이 감소될 수 있고, 이는 송전탑의 붕괴를 초래할 수 있다.
송전탑이 지지하는 송전 케이블로는 수만 볼트의 초고압 전기가 흐르고, 유지 보수를 위해서는 고소 작업을 진행해야하기 때문에 송전탑의 구조 및 강성에 대한 모니터링이 어려울 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예는 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 진동 감지 장치를 포함하는 송전탑을 제공함으로써, 송전탑의 구조 및 강성에 대한 모니터링을 실시간으로 수행하고, 송전탑에서 이상이 발생할 경우 중앙 관리 센터의 단말기에 해당 상황을 알림으로써, 송전탑의 점검, 유지의 편의성 및 보수 비용을 절감할 수 있는 송전탑 모니터링 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 진동 감지 장치를 포함하는 송전탑 모니터링 시스템은, 상기 진동 감지 장치를 포함하는 송전탑, 및 상기 진동 감지 장치로부터 지진 또는 바람과 같은 외부 환경적 요인에 의해 상기 송전탑에서 감지되는 진동에 대한 모니터링 값을 제공받는 중앙 관리 단말을 포함하고, 상기 진동 감지 장치는, 도전성 코일을 포함한 PCB, 및 상기 도전성 코일의 적어도 일부와 대향하도록 상기 PCB로부터 특정 간격으로 이격 배치된 플렉서블 메탈 플레이트를 포함하는 진동 센서, 및 상기 도전성 코일을 통해 인가되는 교류 신호의 변화량을 감지하는 것에 기반하여 모니터링 정보를 생성하고, 생성된 모니터링 정보를 상기 중앙 관리 단말에게 전송하는 제어부를 포함한다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따른 송전탑 모니터링 시스템으로는 진동 감지 장치를 포함하는 송전탑을 제공함으로써, 송전탑의 구조 및 강성에 대한 모니터링을 실시간으로 수행하고, 송전탑에서 이상이 발생할 경우 중앙 관리 센터의 중앙 과리 단말에 해당 상황을 알림으로써, 송전탑의 점검, 유지의 편의성 및 보수 비용을 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 송전탑의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 송전탑 모니터링 시스템의 블록도이다.
도 3은 도 1에 도시된 진동 감지 장치의 블록도이다.
도 4는 도 3에 도시된 진동 센서의 개략적인 분해 사시도이다.
도 5는 도 3에 도시된 진동 센서의 개략적인 단면도이다.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 문서에서, 전력 계통은, 발전소에서 생산한 전기를 전력 수요처(예: 댁내, 또는 건물, 공장 등)에 공급하기 위하여 물리적으로 상호 연결된 전기 설비를 포함할 수 있다. 예를 들면, 전력 계통은, 발전 설비, 송변전 설비, 배전 설비, 기타 부대 설비 등을 포함하는 것으로 정의될 수 있다.
본 문서의 다양한 실시예들에 따른 송전탑 모니터링 시스템은, 전력 계통의 일부로서, 발전소(예: 화력 발전, 수력 발전, 원자력 발전, 발전, 해양 발전, 및 태양광 발전)에서 생산된 전기를 전송하는 송전 케이블을 지지하는 구조인 송전탑(10)의 구조 및 강성에 대한 모니터링을 수행하는 설비를 의미할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 송전탑(10)의 개략적인 구성도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 송전탑 모니터링 시스템의 블록도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 송전탑 모니터링 시스템은, 송전탑(10), 및 송전탑(10)의 진동 감지 장치(100)와 네트워크(200)를 통해 통신하는 중앙 관리 단말(300)(또는 서버)을 포함할 수 있다.
송전탑(10)은 진동 감지 장치(100)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 진동 감지 장치(100)는 각 송전탑(10)에 설치되는 구조물로서, 송전탑(10)의 지진 또는 바람과 같은 외부 환경적 요인에 의해 상기 송전탑(10)에서 감지되는 진동에 대한 모니터링을 수행하는 역할을 한다.
일 실시예에 따르면, 각 송전탑(10)은 적어도 하나의 진동 감지 장치(100)를 포함할 수 있고, 진동 감지 장치(100)는 송전탑(10)의 진동을 감지하기 용이하도록 송전탑(10)의 상부에 설치되는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들면, 진동 감지 장치(100)는 송전탑(10)의 크로스암의 적어도 일부분에 설치될 수 있다.
중앙 관리 단말(300)은 진동 감지 장치(100)로부터 지진 또는 바람과 같은 외부 환경적 요인에 의해 상기 송전탑(10)에서 감지되는 진동에 대한 모니터링 값을 제공받다. 이러한 중앙 관리 단말(300)은 서버와 연동하는 전자 장치로서, 예를 들면, 데스크탑 PC(310), 스마트폰(320), 또는 노트북 PC(330)를 포함할 수 있다.
중앙 관리 단말(300)은 발전소로부터 생산되는 전력 생산량, 및 특정 범위(또는 특정 지역) 내에 위치한 복수의 전력 수요처(예: 댁내, 또는 건물, 공장 등)들로부터 사용되는 전력 소비량을 모니터링한다. 중앙 관리 단말(300)은, 송변전 설비, 배전 설비, 및 기타 부대 설비에 대한 모니터링 및 관제 역할을 수행한다. 이를 위해, 중앙 관리 단말(300)은, 각 송전탑(10)에 설치된 진동 감지 장치(100)로부터 상기 송전탑(10)에서 감지되는 진동에 대한 모니터링 값을 제공받을 수 있다.
네트워크(200)는, 셀룰러 네트워크, 인터넷, 또는 컴퓨터 네트워크(예: LAN 또는 WAN)와 같은 원거리 통신 네트워크를 포함할 수 있다. 진동 감지 장치(100)는, 통신 모듈(예: 도 3의 통신 모듈(160))이 내장됨으로써, 중앙 관리 단말(300)과 네트워크(200)를 통해 통신할 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 진동 감지 장치(100)의 블록도이다.
도 3을 참조하면, 각 송전탑(10)에 설치되는 진동 감지 장치(100)는, 진동 센서(110), 증폭 장치(120), 아날로그 디지털(A/D) 컨버터(130)(이하, "A/D 컨버터(130)"), 제어부(140), 메모리(150), 및 통신 모듈(160)을 포함할 수 있다.
진동 센서(110)는, 도 4 및 도 5를 참조하여 후술하는 바와 같이, 도전성 코일(421)을 포함한 PCB(420), 및 상기 도전성 코일(421)의 적어도 일부와 대향하도록 상기 PCB(420)로부터 특정 간격으로 이격 배치된 플렉서블 메탈 플레이트(430)를 포함한다. 이러한 진동 센서(110)는, 상기 도전성 코일(421)을 통해 인가되는 교류 신호의 변화량을 감지하는 것에 기반하여 송전탑(10)의 진동에 대응하는 정보를 생성한다.
증폭 장치(120)는 진동 센서(110)에서 수신한 교류 신호의 크기를 증폭시키는 역할을 할 수 있다. 예를 들면, 진동 센서(110)는 특정 주파수 및 특정 진폭을 갖는 교류 신호를 발생하여 도전성 코일(421)에 인가하게 되는데, 도전성 코일(421)에 인가되는 교류 신호는 도전성 코일(421)과 대향하도록 배치되는 플렉서블 메탈 플레이트(430)의 진동 여부에 따라 위상 또는 진폭이 변경될 수 있다. 즉, 증폭 장치(120)는 도전성 코일(421)을 경유하는 과정에서 진동 여부에 따라 위상 또는 진폭이 변경된 교류 신호의 진폭을 증폭시킬 수 있다.
A/D 컨버터(130)는, 증폭 장치(120)에 의해 증폭된 교류 신호를 디지털 데이터로 변환할 수 있다. A/D 컨버터(130)에 의해 변환되는 디지털 데이터는 송전탑(10)에 가해지는 진동의 정도에 따라 가변될 수 있다. 예를 들면, 디지털 데이터는 특정 비트(bit)의 데이터, 예컨대, 4 비트 내지 16 비트의 비트뎁스를 갖는 디지털 데이터일 수 있다.
제어부(140)는, 상기 교류 신호의 변화량에 대응하는 디지털 데이터의 변화를 기반으로 상기 송전탑(10)의 진동에 대한 진폭 및 주파수를 산출하고, 이를 기반으로 상기 송전탑(10)의 진동 크기를 결정한다. 제어부(140)는 결정된 송전탑(10)의 진동 크기가 메모리(150)에 저장된 기준값보다 큰 경우, 경보 정보를 포함한 모니터링 정보를 상기 중앙 관리 단말(300)에게 전송할 수 있다. 여기서, 상기 기준값은 상기 송전탑(10)의 설계에 따른 진동 제한치를 포함할 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 제어부(140)는 결정된 송전탑(10)의 진동 크기를 누적하여 메모리(150)에 저장하고, 이를 지정된 주기마다 중앙 관리 단말(300)에게 전송할 수 있다.
메모리(150)는 상기 송전탑(10)의 설계에 따른 진동 제한치인 기준값을 저장할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 메모리(150)는 통신 모듈(160)을 통해 중앙 관리 단말(300)로부터 기준값의 정보를 수신하고, 수신된 기준값을 이용해 기 저장된 기준값을 업데이트할 수 있다.
통신 모듈(160)은 무선 통신 모듈(160)(예: 셀룰러 통신 모듈, 근거리 무선 통신 모듈, 또는 GNSS(global navigation satellite system) 통신 모듈) 또는 유선 통신 모듈(예: LAN(local area network) 통신 모듈, 또는 전력선 통신 모듈)을 포함할 수 있다. 통신 모듈(160)은, 블루투스, WiFi(wireless fidelity) direct 또는 IrDA(infrared data association)와 같은 근거리 통신 네트워크 또는 셀룰러 네트워크, 5G 네트워크, 차세대 통신 네트워크, 인터넷, 또는 컴퓨터 네트워크와 같은 원거리 통신 네트워크를 통하여 외부의 전자 장치(예: 중앙 관리 단말(300))와 통신할 수 있다. 이런 여러 종류의 통신 모듈(160)들은 하나의 구성요소(예: 단일 칩)로 통합되거나, 또는 서로 별도의 복수의 구성요소들(예: 복수 칩들)로 구현될 수 있다.
도 4는 도 3에 도시된 진동 센서(110)의 개략적인 분해 사시도이다. 도 5는 도 3에 도시된 진동 센서(110)의 개략적인 단면도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 진동 감지 장치(100)의 하우징(미도시)의 내부에 배치되는 PCB(420) 및 플렉서블 메탈 플레이트(430)를 포함할 수 있다.
PCB(420)는 도전성 코일(421)을 포함한다. 도전성 코일(421)은 PCB(420)의 내부에서 나선형으로 감겨 있고, 일정 간격씩 특정 턴 수를 갖도록 형성될 수 있다. PCB(420)는 탄성을 갖지 않는(또는 플렉서블하지 않은) rigid PCB인 것이 바람직하다.
플렉서블 메탈 플레이트(430)는 PCB(420)와 이격되도록 배치되고, 실질적으로 플렉서블 메탈 플레이트(430)의 전면에 대응하도록 배치되는 메탈층(미도시)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 플렉서블 메탈 플레이트(430)는 도전성 코일(421)의 적어도 일부분과 대향하도록 PCB(420)로부터 이격 배치되고, 이에 따라 플렉서블 메탈 플레이트(430)와 PCB(420) 사이에는 공기층이 형성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 플렉서블 메탈 플레이트(430)는 플렉서블한 특성을 갖도록 구현될 수 있다. 예를 들면, 플렉서블 메탈 플레이트(430)는 도전성 코일(421)의 적어도 일부분과 대향하도록 배치된 메탈층(미도시)을 포함하는 FPCB로 구현될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 플렉서블 메탈 플레이트(430)의 양측 모서리(또는, 테두리 영역, 4개의 모서리 영역)은 진동 감지 장치(100)의 하우징(미도시)의 내측면에 고정되고, 이에 따라 플렉서블 메탈 플레이트(430)의 테두리 또는 모서리 영역은 송전탑(10)의 진동에 상관없이 진동 감지 장치(100)의 하우징(미도시)의 내측면에 고정될 수 있다. 반면에, 플렉서블 메탈 플레이트(430)의 중심 영역은, 해당 영역을 특별히 이를 지지하거나 고정하는 구조물이 없다. 따라서, 플렉서블 메탈 플레이트(430)의 중심 영역은, 도 5의 501과 같이 송전탑(10)의 진동에 따라 PCB(420)와 대향하는 상측 방향으로 진동이 발생하거나, 또는 도 5의 502와 같이 상측 방향에 반대인 하측 방향으로 진동이 발생할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 플렉서블 메탈 플레이트(430)의 중심 영역에서 진동이 발생하면, 플렉서블 메탈 플레이트(430)의 중심 영역에 대응하는 메탈층의 일부분은 도전성 코일(421)과 가까워지거나 멀어짐으로써 도전성 코일(421)의 임피던스에 영향을 미칠 수 있다. 이에 따라, 제어부(140)의 제어하에 신호 발생기(410)가 도전성 코일(421)에 인가한 교류 신호는 플렉서블 메탈 플레이트(430)의 진동 여부에 따라 위상 또는 진폭이 변경될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 신호 발생기(410)는 특정 주기마다 도전성 코일(421)에 교류 신호를 인가하고, 도전성 코일(421)을 경유한 교류 신호를 획득할 수 있다. 신호 발생기(410)는, 도전성 코일(421)의 시작점인 Tx 단자(Tx)를 통해 교류 신호를 인가하고 도전성 코일(421)의 끝점인 Rx 단자(Rx)를 통해 도전성 코일(421)을 경유한 교류 신호를 획득할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 신호 발생기(410)는 제어부(140)의 제어 하에, 교류 신호를 도전성 코일(421)에 인가하는 주기를 가변할 수 있다. 이에 따라, 진동 감지 장치(100)가 송전탑(10)의 진동을 감지하는 주기는 가변될 수 있다. 제어부(140)는, 상기 교류 신호의 변화량을 기반으로 상기 송전탑(10)의 진동에 대한 진폭 및 주파수를 산출하고, 상기 산출된 진폭 및 주파수를 기반으로 상기 도전성 코일(421)에 상기 교류 신호를 인가하는 주기를 가변할 수 있다. 예를 들면, 제어부(140)는 송전탑(10)의 진동에 대한 진폭 및 주파수가 임계치에 근접할수록 교류 신호의 주기를 짧게 설정하여 송전탑(10)의 진동을 감지하는 주기를 짧게할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제어부(140)(또는 중앙 관리 단말(300))은 교류 신호의 변화량을 감지하는 것에 기반하여 모니터링 정보를 생성 또는 획득하고, 이를 기반으로 송전탑(10)의 진동 크기를 결정한다. 제어부(140)는 결정된 송전탑(10)의 진동 크기에 기초하여 송전탑(10)의 부재들을 체결 및 결합하는 볼트의 체결력을 산출 및 추정할 수 있다. 모니터링 정보를 확인한 관리자(또는 사용자)는 송전탑(10)의 부재들을 체결 및 결합하는 볼트의 체결력이 임계치 미만으로 낮아지면, 안전 점검 및 보수를 진행할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따른 송전탑 모니터링 시스템으로는 진동 감지 장치(100)를 포함하는 송전탑(10)을 제공함으로써, 송전탑(10)의 구조 및 강성에 대한 모니터링을 실시간으로 수행하고, 송전탑(10)에서 이상이 발생할 경우 중앙 관리 센터의 단말기에 해당 상황을 알림으로써, 송전탑(10)의 점검, 유지의 편의성 및 보수 비용을 절감할 수 있다.
상기에서는 본 발명을 특정의 바람직한 일 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 기술적 특징이나 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백한 것이다.
10: 송전탑
100: 진동 감지 장치
200: 네트워크
110: 진동 센서
120: 증폭 장치
130: 아날로그 디지털(A/D) 컨버터
140: 제어부
150: 메모리
160: 통신 모듈
410: 신호 발생기
420: PCB
421: 도전성 코일
430: 플렉서블 메탈 플레이트

Claims (5)

  1. 전력계통의 일부로서 발전소에서 생산된 전기를 전송하는 송전 케이블을 지지하는 송전탑에서 진동이 발생할 경우 중앙 관리 센터의 중앙 관리 단말에 해당 상황을 알림으로써 송전탑의 점검, 유지의 편의성 및 보수 비용을 절감할 수 있는 송전탑의 진동 모니터링 시스템에 있어서,
    상기 전력계통의 일부로서 발전소에서 생산된 전기를 전송하는 송전 케이블을 지지하는 송전탑의 진동 모니터링 시스템은,
    크로스 암에 설치되는 진동 감지 장치를 포함하는 송전탑(10);
    진동 감지 장치(100)와 중앙 관리 단말(300)을 연결 통신하도록 하는 것으로 셀룰러 네트워크 또는 인터넷 또는 컴퓨터 네트워크(WAN)일 수 있는 원거리 통신 네트워크(200); 및
    발전소로부터 생산되는 전력 생산량과 특정 수요처의 전력 소비량을 모니터링하며, 상기 진동 감지 장치로부터 지진 또는 바람과 같은 외부 환경적 요인에 의해 상기 송전탑에서 감지되는 진동에 대한 모니터링 값을 제공받는 것으로 데스크 탑 PC 또는 스마트 폰 또는 노트 북 PC일 수 있는 중앙 관리 단말(300)을 포함하고,
    상기 진동 감지 장치(100)는,
    도전성 코일(421)을 포함한 것으로 진동 감지 장치(110)의 하우징 내부에 배치되는 PCB(420), 상기 도전성 코일의 적어도 일부와 대향하도록 상기 PCB로부터 특정 간격으로 이격 배치되고 진동 여부에 따라서 도전성 코일에 인가되는 교류 신호의 위상 또는 진폭이 변동되는 것으로 중심 영역에서 진동이 발생하면 중심 영역에 대응하는 메탈층의 일부분은 PCB(430)와 대향하는 상측방향 또는 하측방향으로 진동하여 도전성 코일(421)과 가까워지거나 멀어짐으로써 도전성 코일(421)의 임피던스에 영향을 미쳐서 도전성 코일에 인가된 교류 신호의 위상 또는 진폭을 변경시키는 플렉서블 메탈 플레이트(430), 제어부의 제어에 따라 도전성 코일(421)의 시작점인 Tx 단자를 통해 교류 신호를 인가하고 도전성 코일(421)의 끝점인 Rx 단자를 통하여 교류 신호를 획득하는 신호 발생기(410)를 포함하는 진동 센서(110), 진동 센서에서 수신한 교류 신호의 크기를 증폭시키는 증폭 장치(120), 중폭된 교류 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 컨버터(130), 결정된 송전탑의 진동 크기가 메모리에 저장된 기준값도다 큰 경우에 경보 정보를 포함하는 모니터링 정보를 중앙 관리 단말로 전송하도록 제어하는 제어부(140), 중앙 관리 단말(300)로부터 송전탑의 설계에 따른 진동 제한치를 포함하는 기준값을 통신 모듈(160)을 통하여 수신하여 저장하거나 업데이트하여 저장하고 있는 메모리(150) 및 중앙 관리 단말과 통신하기 위한 통신 모듈(160)을 포함하여 구성되고,
    상기 진동 센서(110)는 상기 도전성 코일(421)을 통해 인가되는 교류 신호의 변화량을 감지하는 것에 기반하여 송전탑(10)의 진동에 대응하는 정보를 생성하고, 상기 증폭 장치(120)는 진동 센서(110)에서 수신한 교류 신호의 크기를 증폭시키며, 상기 A/D 컨버터(130)는 증폭 장치(120)에 의해 증폭된 교류 신호를 디지털 데이터로 변환하고, 상기 제어부(140)는 상기 교류 신호의 변화량에 대응하는 디지털 데이터의 변화를 기반으로 상기 송전탑(10)의 진동에 대한 진폭 및 주파수를 산출하고, 이를 기반으로 상기 송전탑(10)의 진동 크기를 결정하며 결정된 송전탑(10)의 진동 크기가 메모리(150)에 기 저장된 송전탑의 설계에 따른 진동 제한치를 포함하는 기준값보다 큰 경우 경보 정보를 포함한 모니터링 정보를 상기 중앙 관리 단말(300)로 전송하는 것을 특징으로 하는 전력계통의 일부로서 발전소에서 생산된 전기를 전송하는 송전 케이블을 지지하는 송전탑의 진동 모니터링 시스템.


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