KR102454527B1

KR102454527B1 - 직렬 아크방전을 감지하는 IoT 센서모듈

Info

Publication number: KR102454527B1
Application number: KR1020220060305A
Authority: KR
Inventors: 안덕순
Original assignee: 안덕순
Priority date: 2022-05-17
Filing date: 2022-05-17
Publication date: 2022-10-13

Abstract

본 발명은 직렬 아크방전을 감지하는 IoT 센서모듈에 관한 것이다. 보다 상세하게로는, 송전선로 또는 배전선로 상에서 발생하는 직렬 아크방전으로 인한 산불 등의 대형화재를 예방하기 위하여, 직렬 아크방전 발생 가능성이 높은 지점에 장착되어 송배전선로 상에 직렬 아크방전이 발생하는 경우 이를 감지하여 사물인터넷 통신망을 통하여 아크발생 신호를 송출할 수 있는 IoT 센서모듈에 관한 것이다. 본 발명에 의한 IoT 센서모듈은, 개폐기, 변압기 또는 케이블 헤드 등과 같은 주상 전력기기와 인하용 전선이 연결되는 지점을 감시할 수 있도록 장착되며, 전력기기와의 연결지점 등에서 접촉 불량이나 단선 등의 사유로 직렬 아크방전이 발생하는 경우, 이를 자동으로 감지하여 IoT 통신망을 통하여 아크발생 신호를 송출할 수 있다. 따라서, 해당 송배전선로의 관리자는 아크발생 신호 발생지역을 신속하게 찾아내어 점검할 수 있고, 더 큰 아크방전 사고로 확대되거나 산불 등의 대형화재로 발전되는 것을 예방할 수 있게 된다.

Description

직렬 아크방전을 감지하는 IoT 센서모듈 {IoT sensor module for sensing electric arc of power line}

송전선로나 배전선로는 수목이 밀집되어 있는 산악지역을 통과하는 경우가 많다. 이렇게 산악지방을 가로지르는 송전선로나 배전선로에서 지락이나 단락 사고 등이 발생하는 경우 사고지점에서 발생되는 과전류로 인하여 과열 또는 아크방전이 발생하고 이로 인하여 산불로 확대될 가능성이 있다. 다만, 전선로 자체가 단선되는 등의 이유로 발생하는 지락사고나 전선로 상호간에 단락하는 단락사고로 인한 아크방전인, 병렬 아크방전의 경우 지락계전기나 과부하계전기 등과 같이 신뢰성 높게 발전된 전통적인 보호시스템이 작동되어 관련 선로를 신속하게 차단할 수 있기 때문에 실제 화재나 인명피해로 이어지는 일은 그리 많지 않다.

하지만, 철탑이나 주상에 설치되는 전력기기와 연결되는 지점에서, 연결점의 접촉 불량이나 연결선의 피로 누적으로 인한 단선 등으로 발생하는 직렬 아크방전으로 인하여, 봄철 등과 같이 건조한 시기에는 대형 산불로 이어지는 경우가 있어 이에 대한 대책 마련이 요구되고 있다. 지난 2019년 강원도 고성군 토성면에서 발생한 산불의 경우에도 22.9kv 특별고압 배전선로의 주상 개폐기와 인하용 전선의 연결지점에서 발생된 직렬 아크방전으로 발화되어 무려 1,757ha의 산림이 피해를 당한 초대형 산불로 발전된 경우이다. 따라서 송전선로나 배전선로 상에서 발생되는 직렬 아크방전 사고를 초기에 발견하여 산불이나 인명피해 또는 재산상의 피해로 확산되는 것을 예방할 필요성이 높은 실정이다.

아크방전은 전기가 공기 등의 절연층을 파괴하면서 흐르면서 연속적으로 불꽃이 발생하여 열과 화염을 만들어 내는 방전현상을 말한다. 아크방전은 그 발생 메커니즘에 따라 병렬 아크방전과 직렬 아크방전으로 구별할 수 있다. 병렬 아크방전은 도 1(a)에서 보는 바와 같이 A상과 B상 사이 등과 같이 각 상의 전선이 근접했을 때, 상간 절연이 파괴되면서 일어나거나 각 상중 하나의 전선과 접지선 또는 지면에 접촉하거나 근접하여 절연이 파괴되면서 일어나는 현상이다. 즉 병렬 아크방전은 높은 전위차를 가진 전선 상호 간에, 피복이 없거나 손상된 상태에서 접촉했다 떨어지면서, 또는 너무 근접한 상태로 접근하면서 두 전선 사이의 공극에서 일어나는 방전이다. 병렬 아크방전은 상간 전압이 아크방전 부위에 그대로 걸리기 때문에 아크방전이 일어나는 부위에는 과다한 전류가 흐르게 되고 이로 인하여 불꽃과 화염이 크게 발생하므로 화재 발생이나 인명피해 등에 매우 위험한 상태로 노출되게 된다. 다만, 병렬 아크방전의 경우 매우 큰 과전류를 순식간에 발생시키기 때문에 변전소나 각종 선로 보호설비에서 이를 신속하게 감지해 낼 수 있고, 이에 따라 차단기의 동작 등과 같이 피해를 최소화하는 보호시스템이 곧바로 작동되므로 큰 피해로 확산되는 것을 방지할 수 있다.

반면에, 직렬 아크방전은 전력기기의 접속 불량 또는 내부선로의 손상과 같이 단일도체의 불완전한 접속 부위에서 발생한다. 즉 도 1(b)에서 보는 바와 같이 직렬 아크방전은 각 상의 전선 중 하나에서 접촉 불량이 일어나거나 단선으로 인하여 형성되는 공극에서 발생되는 아크방전이다. 따라서 직렬 아크방전으로 인하여 발생되는 불꽃이나 화염은 부하전류의 크기에 따라서 좌우되며, 상간 전위차에 의하여 발생되는 것이 아니기 때문에 병렬 아크방전에 비하여 작은 크기로 발생한다. 그리고 부하와 직렬로 연결되기 때문에 아크전류는 부하전류에 비례하여 증가하므로 전류의 증가분 만으로는 아크방전이 발생했는지 여부를 파악하기가 힘들게 된다. 그러나 직렬 아크방전 또한 병렬 아크방전과 마찬가지로 불꽃과 화염을 유발하기 때문에 전력기기의 파손은 물론, 불꽃이나 화염이 주변의 수목이나 건축물 등에 옮겨붙게 되어 일반 화재나 산불로 확대될 가능성이 있게 된다. 그럼에도 불구하고, 직렬 아크방전이 발생되는 초기에는, 변전소 등과 같이 전원공급 단에서 파악할 수 있을 만큼의 과전류를 수반하는 경우가 드물어서 그 발생 여부를 신속하게 파악하기 어려운 문제점이 있다.

이같이 아크방전은 화재위험은 물론 인명피해까지 유발하기 때문에 아크방전의 발견은 사고 예방을 위해서 매우 중요하다. 아크방전을 발견해 내는 종래의 방법으로는, 아크방전이 발생할 가능성이 높은 부위 가까이에서 수광소자를 이용하여 불꽃 발생을 감지해 내거나, 리플 전압이나 아크 파형의 주파수 등을 검출하여 아크방전 발생을 판단하는 방법이 있으며, 아크방전의 발생 과정에서 방사되는 전자파를 측정하여 감지하는 방법도 있다. 그러나 수광소자를 이용하는 방법은 변전소나 배전반 등과 같이 어두운 실내에서는 적정하지만, 태양광이 존재하는 옥외에서는 불꽃 발생을 감지해 내기가 어렵기 때문에 송배전선로에서는 사용이 곤란한 문제점이 있다. 그리고, 리플전압이나 아크 파형의 주파수를 분석하여 아크방전을 검출하는 방법은, 각각의 공급구역이나 분기회로 별로 설치하여 아크방전 검출 시 차단기를 작동하도록 한 것이어서, 구간이 짧은 옥내 분기선로에 설치하여 아크방전이 검출되는 경우 해당 분기선로 자체를 차단하는 방법으로 아크방전 사고의 확대를 예방하는 것은 가능하나, 송배전선로와 같이 장거리 선로 중에서 아크방전이 발생한 지점을 감지해 내는 것은 불가능하게 된다. 즉, 아크 파형의 주파수 등을 분석하여 검출해 내는 방법은 어느 한 선로 내에 어느 지점에선가 아크방전이 발생했다는 것을 감지해 낼 수는 있으나, 정확하게 어느 지점에서 발생한 것인지는 검출해 내기가 어렵고, 파형을 분석하여 판단해야 하므로 고가의 부품이 필요한 문제점도 있다.

그리고 방사전자파를 이용하여 감지해 내는 방법은, 방사전자파의 도달거리가 짧을 뿐만 아니라, 코로나 방전 등과 같이 다른 이유에 의한 전자파 방사도 발생하는 곳에서는 그 노이즈로 인하여 잘못 감지될 가능성이 있기 때문에 수배전반 등과 같이 밀폐된 공간에서는 유용하지만, 옥외에 설치되고 장거리 구간에 걸쳐서 형성될 뿐만 아니라, 전선의 표면 등에서 코로나 방전이나 뇌에 의한 일시적인 섬락, 역섬락 등이 발생되는 송배전선로의 경우에는 적용하기 어려운 문제점이 있어 왔다.

한편, 아크방전이 발생하게 되면 전선로 상에 고조파가 발생하게 된다. 아크방전으로 인하여 발생하는 고조파는 아크방전이 발생된 상의 전선으로 흐르기도 하지만, 각 상에서 발생되는 고조파는 중성선으로 흘러들어와 영상 고조파전류를 형성하게 된다. 따라서, 중성선을 통하여 흐르는 영상 고조파전류인 제3고조파를 측정하여 아크방전이 발생했는지 여부를 판단할 수도 있겠지만, 송배전선로에서 발생되는 고조파는 다양한 원인에 의하여 발생되므로 고조파의 발생이 아크방전으로 인하여 발생한 것이라고 단정하지 못한다는 문제점이 있다. 따라서 고조파의 감지를 통한 아크방전 검출방법은 적용하기 어려운 것이 현실이었다.

상술한 문제점을 해결하기 위하여 창안된 본 발명에 의한 직렬 아크방전을 감지하는 IoT 센서모듈은, 송배전선로 상에서 직렬 아크방전이 발생하는 경우 이를 신속하게 감지하여 아크발생 신호를 송출할 수 있는 IoT 센서모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 또 다른 목적은, 송배전선로 상에서 직렬 아크방전이 발생하는 경우 관리주체에서 이를 신속하게 파악하여 산불이 발생하거나 대형 산불로 번지는 것을 예방할 수 있는, 직렬 아크방전을 감지하는 IoT 센서모듈을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 송배전선로 상에서 직렬 아크방전이 발생한 경우 GPS로 측정되는 자신의 위치정보와 함께 아크발생 신호를 송출하도록 함으로써, 아크발생 신호를 수신하는 감시서버에서 직렬 아크방전이 발생한 정확한 위치를 신속하게 파악할 수 있는, 직렬 아크방전을 감지하는 IoT 센서모듈을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 직렬 아크방전이 발생한 경우 아크방전이 발생한 위치를 GPS값으로 보내도록 함으로써, 아크발생 신호를 수신하는 감시서버에서 아크방전 발생 위치를 정확하고 신속하게 파악할 수 있는, 직렬 아크방전을 감지하는 IoT 센서모듈을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 직렬 아크방전이 발생하지 않았는데도 아크방전과 유사한 신호가 들어오는 경우, 이를 걸러냄으로써 오감지를 예방하고 이를 통하여 직렬 아크방전 감지의 신뢰성을 높일 수 있는, 직렬 아크방전을 감지하는 IoT 센서모듈을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, IoT 센서모듈을 작동하는 전원이 반영구적으로 공급되도록 함으로써, 내구성이 높고 유지보수 비용이 적게 들어 경제성이 높은, 직렬 아크방전을 감지하는 IoT 센서모듈을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 아크방전 파형을 분석하기 위한 고가의 부품을 사용하지 않더라도 신뢰성 높은 직렬 아크방전 감지를 할 수 있는, 직렬 아크방전을 감지하는 IoT 센서모듈을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, IoT 센서모듈 내 변류기의 2차 측에서 고전압이 발생되어 IoT 센서모듈이 파괴되거나 이로 인한 화재 등이 발생하지 않도록 변류기의 2차 측이 개방되는 경우 이를 감지하여 자동으로 단락시킬 수 있는 안전수단을 가진, 직렬 아크방전을 감지하는 IoT 센서모듈을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, IoT 센서모듈이 고장나는 경우 감시서버에서 이를 신속하고 용이하게 파악할 수 있는, 직렬 아크방전을 감지하는 IoT 센서모듈을 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 송전선로 또는 배전선로 상에서 발생하는 직렬 아크방전을 감지하는 IoT 센서모듈로서, 전선로에 흐르는 고조파를 측정하는 고조파 측정수단; 아크방전으로 인하여 발생하는 방사전자파를 측정하는 전자파 측정수단; 사물인터넷 통신망에 접속하여 데이터를 송수신할 수 있는 통신수단; GPS 수신수단; 저장수단; 및 제어수단;을 포함하되, 상기 저장수단에는, 상기 GPS 수신수단이 측정한 위치값이 저장되어 있으며, 상기 GPS 수신수단은, 현재 시각을 측정하여 상기 제어수단에 제공하며, 상기 제어수단은, - 일정한 시간 간격으로 상기 고조파 측정수단이 측정하는 고조파 측정값을 상기 저장수단에 저장하되, 상기 고조파 측정값의 측정시각인 제1시각으로부터 일정 시간 전부터 상기 제1시각 까지 평균값 및 상기 제1시각을 같이 저장하다가, - 상기 전자파 측정수단이 측정하는 방사전자파 측정값이 기준값보다 높게 측정되는 경우, 상기 방사전자파 측정값의 측정시각인 제2시각 또는 상기 제2시각 직후에 측정된 고조파 측정값이 상기 제2시각 직전에 상기 저장수단에 저장된 상기 평균값보다 일정 범위를 초과하는 경우 직렬 아크방전이 발생한 것으로 판단하며, - 상기 직렬 아크방전으로 판단하는 경우에는, 상기 위치값 및 상기 제2시각을 포함하는 아크발생 신호를 생성하여 상기 통신수단을 통하여 송출하는 것을 특징으로 하는, 직렬 아크방전을 감지하는 IoT 센서모듈로 하는 것이 바람직하다.

본 발명은 또한 상술한 특징들에 더하여, 상기 IoT 센서모듈은 전선로 중 하나의 전선에 설치되며, 상기 고조파 측정수단은 상기 하나의 전선에 흐르는 제3고조파의 전류값을 측정하는 것을 특징으로 하는, 직렬 아크방전을 감지하는 IoT 센서모듈로 하거나 이에 더하여 상기 고조파 측정수단은 변류기, 상기 변류기의 2차 단자 양단에 연결되는 대역필터 및 상기 대역필터를 통과한 상기 제3고조파 전류를 측정하는 전류측정기를 포함하는 것을 특징으로 하는, 직렬 아크방전을 감지하는 IoT 센서모듈로 하는 것도 바람직하다.

본 발명은 또한 상술한 특징들에 더하여, 상기 하나의 전선은 가공 중성선이며, 상기 변류기는 상기 가공 중성선을 둘러싸며 고정될 수 있는 것을 특징으로 하는, 직렬 아크방전을 감지하는 IoT 센서모듈로 하거나, 이에 더하여, 상기 변류기의 2차 측 양단에는, 상기 대역필터와 병렬로 NTC(Negative Temperature Coefficient) 서미스터가 연결되며, 상기 NTC 서미스터는 상기 변류기의 철심온도에 따라 작동할 수 있도록 상기 변류기의 철심에 부착되어, 상기 변류기의 온도가 상승하면 상기 변류기의 2차 측 양단을 단락시키며, 상기 제어수단은 상기 NTC 서미스터가 상기 변류기의 2차 측 양단을 단락시키는 경우, 상기 위치값이 포함된 장애신호를 생성한 후 상기 통신수단을 통하여 송출하는 것을 특징으로 하는, 직렬 아크방전을 감지하는 IoT 센서모듈로 하는 것도 바람직하다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 의한 직렬 아크방전을 감지하는 IoT 센서모듈은, 전자파와 고조파를 동시에 이용하여 아크방전을 감지하기 때문에, 발생 초기에는 감지하기 어려운 ‘직렬 아크방전’이 송배전선로 상에서 발생하더라도 이를 신속하고 정확하게 감지할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 또한, 송배전선로 상에서 아크방전이 발생하는 경우, 이를 신속하게 감지하여 GPS로 측정된 자신의 위치값이 포함된 아크발생 신호를 송출하기 때문에, 아크발생 신호를 수신하는 장치(감시서버 등)에서 아크방전이 발생한 정확한 위치를 신속하게 파악하여 관리자 등에게 알려줄 수 있으므로, 송배전선로 상에서 직렬 아크방전이 발생하더라도 산불이 발생하거나 대형 산불로 번지는 것을 예방할 수 있는 효과가 있다.

또한, 아크방전으로 인하여 발생되는 방사전자파를 측정하여 아크방전의 발생을 감지하되, 전선로를 통하여 흐르는 고조파의 변화까지 감안하여 판단하기 때문에, 송배전선로 상에서 발생하는 코로나 방전 등으로 인한 전자파 노이즈를 걸러낼 수 있고, 이에 따라 아크방전 감지의 신뢰성을 높일 수 있는 효과가 있다.

또한, 내부에 고조파전류 측정을 위한 변류기를 갖추고 있고, 변류기를 통하여 공급되는 전원으로 충전회로를 구성하는 전원공급 수단을 포함하기 때문에 작동 전원을 반영구적으로 공급할 수 있고, 이에 따라 내구성이 높고 유지보수 비용이 적게 드는, 경제성이 높은 IoT 센서모듈을 제공할 수 있는 효과가 있다.

또한, 전자파의 세기를 측정할 수 있는 수단과 고조파의 세기를 측정할 수 있는 수단으로 비교적 간단하게, 경제성이 있으면서도 신뢰성 높게 아크방전의 발생을 감지하는 구성을 만들 수 있기 때문에, 아크방전 파형을 분석하기 위한 고가의 부품을 사용하지 않더라도 신뢰성 높게 아크방전을 감지할 수 있는 IoT 센서모듈을 제공할 수 있는 효과가 있다.

또한, IoT 센서모듈 내 변류기의 2차 측 양단에는, 대역필터와 병렬로 NTC 서미스터가 연결되어 변류기의 철심온도에 따라 작동할 수 있도록 하여 변류기의 2차 측이 개방되는 경우 이를 감지하여 자동으로 단락시킬 수 있도록 하였기 때문에, 대역필터의 고장 등으로 변류기의 2차 측이 개방되더라도 고전압이 발생되어 IoT 센서모듈이 파괴된다거나 이로 인한 화재 등이 발생하지 않는다. 따라서 특별고압 이상의 매우 높은 고전압에 설치되는 IoT 센서임에도 안전성이 강화된 IoT 센서모듈을 제공할 수 있는 효과가 있다.

또한, NTC 서미스터가 변류기의 2차 측 양단을 단락시키는 경우, 위치값이 포함된 장애신호를 생성하여 송출하는 구성을 포함하기 때문에 IoT 센서모듈이 고장나는 경우 감시서버에서 이를 신속하고 용이하게 파악할 수 있는 효과가 있다. 이에 더하여, IoT 센서모듈에서 일정 시간 간격으로 위치값과 제3고조파값을 포함하는 작동신호를 송출하도록 하면, IoT 센서모듈에 대한 일상점검을 자동으로 할 수 있고, 송배전선로에 흐르는 영상전류를 상시 모니터링할 수 있기 때문에, 송배전선로의 중성선에 흐르는 영상전류로 인한 중성선 과열, 계전기 오작동 등의 각종 문제 발생을 사전에 차단할 수 있는 효과까지도 거둘 수 있다.

도 1은 병렬 아크방전(a)과 직렬 아크방전(b)의 발생 개념도를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 의한 직렬 아크방전을 감지하는 IoT 센서모듈이 전선로 상에 장착된 모습을 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 의한 IoT 센서모듈이 전선로에 장착된 모습을 확대한 것이다.
도 4는 본 발명에 의한 IoT 센서모듈의 내부 구성도이다.
도 5는 본 발명에 의한 IoT 센서모듈을 이용한 감시시스템의 구성도이다.
도 6은 본 발명에 의한 IoT 센서모듈 중 고조파 측정수단의 구성도이다.
도 7은 본 발명에 의한 IoT 센서모듈에 포함되는 변류기를 도시한 것이다.
도 8은 본 발명에서 고조파 측정수단에 NTC 서미스터가 포함된 경우의 구성도이다.

이하에서 상술한 목적과 특징이 분명해지도록 본 발명을 상세하게 설명할 것이며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련한 공지기술 중 이미 그 기술 분야에 익히 알려져 있는 것으로서, 그 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.

아울러, 본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며 이 경우는 해당되는 발명의 설명부분에서 상세히 그 의미를 기재하였으므로, 단순한 용어의 명칭이 아닌 용어가 가지는 의미로서 본 발명을 파악하여야 함을 밝혀두고자 한다. 실시 예들에 대한 설명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 실시 예들을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

실시 예들은 여러 가지 형태로 변경을 가할 수 있고 다양한 부가적 실시 예들을 가질 수 있는데, 여기에서는 특정한 실시 예들이 도면에 표시되고 관련된 상세한 설명이 기재되어 있다. 그러나 이는 실시 예들을 특정한 형태에 한정하려는 것이 아니며, 실시 예들의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경이나 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.

다양한 실시 예들에 대한 설명 가운데 “제1”, “제2”, “첫째” 또는“둘째”등의 표현들이 실시 예들의 다양한 구성요소들을 수식할 수 있지만, 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 예를 들어, 상기 표현들은 해당 구성요소들의 순서 및/또는 중요도 등을 한정하지 않는다. 상기 표현들은 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분 짓기 위해 사용될 수 있다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다. 도 1은 병렬 아크방전(a)과 직렬 아크방전(b)이 발생하는 상황에 대한 개념도를 도시한 것이다. 상술한 바와 같이 도 1(a)와 같은 병렬 아크방전은 상간 단락이나 지락에 의하여, 단락이나 지락 부위에 고전압이 인가되면서 급격하게 과전류가 흐르게 되므로 상당한 크기의 아크방전이 일어나게 된다. 그러나 오히려 이러한 과전류로 인하여 병렬 아크방전은, 과전류 보호설비나 지락 보호설비 등 각종 보호시스템에 의하여 신속하게 발견될 뿐만 아니라, 이러한 보호설비나 시스템에는 지락이나 단락이 일어난 위치까지도 발견할 수 있는 기술까지도 개발되어 적용되고 있기 때문에 병렬 아크방전의 경우 그 크기나 위험성에 비하여 오히려 신속하게 조치될 수 있다.

그러나 도 1(b)와 같은 직렬 아크방전은 부하에 직렬로 연결되는 상태이기 때문에, 방전되는 전선의 양단 공극에 걸리는 전압도 작아서 아크로 인하여 증가하는 전류값도 크지 않을 뿐만 아니라, 서서히 진행하거나 또는 정상상태와 아크방전 상태가 교번적으로 일어나는 경우도 있기 때문에, 변전소 등의 전원공급 측에 설치된 보호설비에서는 이를 감지하기 어려운 문제점이 있어 왔다. 설령 아크파형의 분석이나 리플전압을 분석하는 장치를 변전소 등에 설치하여 이를 이용하여 발견해 낸다 하더라도, 해당 송전선로 전체 또는 배전선로 전체 중에서 어느 지점에서 일어난 것인지까지 정확하게 파악하는 것은 불가능에 가깝게 된다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 송전선로나 배전선로에서 직렬 아크방전이 발생하는 경우, 아크방전의 발생 여부와 발생지점을 신속하게 파악할 수 있는 IoT 센서모듈을 제공하기 위한 것이다. 도 2에는 본 발명에 의한 ‘직렬 아크방전을 감지하는 IoT 센서모듈(100)’이 전선로(220) 상에 장착된 모습이 도시되어 있다. 도 2에서 보는 바와 같이 본 발명에 의한 직렬 아크방전을 감지하는 IoT 센서모듈(100)은 송배전선로 중 직렬 아크방전이 발생할 가능성이 높은, 주상 전력기기(230)가 설치된 위치에 장착하는 것이 바람직하다. 즉, 도 2에서 보는 바와 같이 주상변압기(230)가 설치된 장소라든가 또는 주상 개폐기나 케이블 헤드 등이 설치된 철탑이나 전주(210) 근처에 설치되도록 하는 것이 바람직하다. 구체적인 장착위치로는, 도 2에서 보는 바와 같이 철탑이나 전주(210)에 가선된 가공전선(220)에 장착되는 것이 바람직한데, 그중 가공 중성선(221)에 장착되도록 하는 것이 가장 바람직하다.

도 2에서 보는 것처럼, 주상변압기 등과 같은 주상 전력기기(230)가 설치된 장소에는 전선로(220)에서 분기되어 내려오는 인하용 전선(250)과 이에 연결된 COS(Cut Out Switch, 240) 또는 COS(240)와 주상 전력기기(230)를 연결하기 위한 인하용 전선(250)이 결선되어 있는데, 이러한 인하용 전선(250)들은 바람이나 진동 등에 의하여 흔들리기 쉽기 때문에, 나사 등으로 체결된 접속 부위에서 접촉 불량이 발생할 가능성이 있고, 바람이나 진동 등에 의하여 흔들리다 보면 인하용 전선(250)에 가해지는 피로현상으로 인하여 인하용 전선(250)을 구성하는 여러 가닥의 연선 중 일부가 단선될 가능성도 높다. 인하용 전선(250)을 구성하는 연선 중 일부가 단선되게 되면 발열이 일어나고, 발열로 인한 손상이나 피로현상이 가중되어 전선 전체가 일시적으로 단선되는 경우도 생기게 된다. 이렇게 인하용 전선(250)과 전력기기가 연결된 부위 등에서 접촉 불량이나 단선에 의하여 공극이 생길 가능성이 있으며, 공극이 생기는 경우 직렬 아크방전 현상이 발생하게 된다.

이러한 가능성은 개폐기나 자동 재폐로장치, 피뢰기, 전력퓨즈, 케이블헤드, 차단기 또는 분기선로 등이 설치된 장소에서도 마찬가지이다. 이같은 주상 전력기기(230)가 설치된 장소에서는 전선로(220)에 인하용 전선(250)이 연결되는 지점, 전력용 퓨즈나 COS(240)와의 연결부, 핫 클램프, 변압기 부싱 등 전력기기(230) 연결부에 체결된 나사 등이 바람이나 진동에 의하여 흔들리다 보면 헐거워지기도 하고, 풍우에 의한 부식 등이 발생하여 접촉 불량이 발생할 가능성이 크기 때문이다. 따라서 주상 전력기기(230)가 설치된 철탑이나 전주(210)에서는 직렬 아크방전의 발생 가능성이 높아지게 되며, 이러한 철탑이나 전주(210)가 산악지대에 설치되는 경우 직렬 아크방전으로 인하여 산불사고로 확대될 가능성이 높아지게 된다.

본 발명에 의한 직렬 아크방전을 감지하는 IoT 센서모듈(100)은 이같이 주상 전력기기(230)가 설치되는 철탑이나 전주(210) 상의 가공전선(220)에 장착되어, 그중 바람직하게는 가공 중성선(221)에 장착되어, 주상 전력기기(230)와 인하용 전선(250)이 연결되는 부위 등에서 발생하는 직렬 아크방전을 감지하는 센서이다. 도 3에는 본 발명에 의한 직렬 아크방전을 감지하는 IoT 센서모듈(100)이 전선로에 장착된 모습이 확대되어 도시되어 있다. 후술하겠지만, 본 발명에 의한 IoT 센서모듈(100)은 전선로에 흐르는 고조파 성분을 측정해야 하기 때문에 전선로(220, 221)에 흐르는 전류를 측정할 수 있도록 전류측정수단과 이를 위한 변류기(CT)를 구비해야 한다. 그런데, 변류기(CT)의 경우 전선로를 감싸면서 장착되는 것이 바람직하므로 도 3에서 보는 바와 같이 IoT 센서모듈(100)의 본체(101)는 가공전선(220)의 도체, 더욱 바람직하게는 가공 중성선(221)의 도체를 감싸서 고정시킬 수 있는 클램프(102)를 포함하도록 하는 것이 바람직하다. 그리고 상기 클램프(102)는 체결수단(103)에 의하여 상기 가공 중성선(221)에 단단하게 체결될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

도 4에는 본 발명에 의한 직렬 아크방전을 감지하는 IoT 센서모듈(100)의 내부 구성도가 도시되어 있다. 상술한 바와 같이 본 발명은 송전선로 또는 배전선로(200) 상에서 발생하는 직렬 아크방전을 감지하기 위한 IoT 센서모듈(100)로서, 도 4에서 보는 바와 같이 전선로에 흐르는 고조파를 측정하는 고조파 측정수단(110), 아크방전으로 인하여 발생하는 방사전자파를 측정하는 전자파 측정수단(120), 사물인터넷(IoT) 통신망에 접속하여 데이터를 송수신할 수 있는 통신수단(130), 상기 IoT 센서모듈(100)이 장착된 위치에 대한 위치값 및 현재 시각을 측정할 수 있는 GPS수신수단 및 상기 고조파 측정수단(110)이 측정한 측정값이나 상기 GPS 수신수단이 측정한 상기 IoT 센서모듈(100)의 위치값 및 기타 필요한 데이터를 저장할 수 있는 저장수단(140)을 포함하도록 하고, 이러한 구성요소들을 제어할 수 있는 제어수단(190)을 더 포함하도록 하는 것이 바람직하다. 그리고 상기 전자파 측정수단(120)에는 직렬 아크방전으로 인하여 방사되는 전자파를 수신하기 위한 전자파 수신안테나(121)를 포함하도록 하고, 상기 통신수단(130)에는 사물인터넷(IoT) 통신 데이터를 송수신하기 위한 IoT 안테나(131)를 포함하도록 하는 것이 바람직하다. 상기 전자파 수신안테나(121)의 경우 철탑 또는 전주(210)에 설치된 주상 전력기기(230) 및 인하용 전선(250) 등을 향하여, 하향 경사진 쪽으로부터의 전자파를 수신할 수 있는 지향성 안테나로 하는 것이 더욱 바람직하다.

직렬 아크방전 현상이 발생하게 되면, 고주파 펄스전류, 진동, 빛, 가스, 초음파 및 방사전자파 등을 수반하게 된다. 따라서 그중 하나인 방사전자파를 측정하게 되면 직렬 아크방전의 발생여부를 판단해 낼 수 있게 된다. 직렬 아크방전이 발생하는 경우, 30 Mhz 내지 500 Mhz 의 매우 넓은 대역에서 방사전자파가 측정되는데, 100 Mhz 내지 160 Mhz 대역에서 높은 전계강도를 나타낸다.

따라서 본 발명에서는 상기 전자파 측정수단(120)을 두어서 방사전자파를 측정하도록 하였으며, 직렬 아크방전 발생으로 높은 전계강도를 갖는 방사전자파가 방사되면 이를 감지하여 직렬 아크방전의 발생여부를 판단하게 된다. 한편 직렬 아크방전으로 인한 방사전자파의 경우 상술한 바와 같이 주파수대역이 매우 높기 때문에(초단파 및 극초단파) 직진성이 높고 전리층에서 반사가 되지 않는다. 그리고 직렬 아크방전에 의한 전자파의 방사출력은 그리 높지 않기 때문에 직렬 아크방전으로 인한 방사전자파는 아주 먼 곳까지는 도달하지 못하게 된다. 따라서, 근처 또는 인근에 있는 상기 전자파 측정수단(120)에서만 측정이 가능하게 된다.

그러나, 송배전선로에서 방사전자파는, 직렬 아크방전이나 병렬 아크방전에서만 발생하는 것이 아니라 다른 원인에 의하여도 발생한다. 예를 들어 도체 주변에서 고전압에 의하여 공기층의 절연이 파괴되면서 발생하는 코로나 방전 등에 의하여도 방사전자파가 발생된다. 따라서 이러한 방사전자파들을 상기 전자파 측정수단(120)이 수신하는 경우 직렬 아크방전으로 잘못 판단할 우려가 있다. 그러므로 송배전선로와 같은 환경에서 방사전자파만으로 직렬 아크방전을 감지하게 하면 오감지의 확률이 매우 높아서 실효성이 떨어지게 된다.

따라서 본 발명에 의한 IoT 센서모듈(100)에는 상기 전자파 측정수단(120) 외에 상기 고조파 측정수단(110)을 더 포함하도록 하고 있다. 직렬 아크방전의 발생 시에는 고조파가 발생하게 되는데, 일반적으로 기본파 외에 제3고조파 성분의 함유율이 가장 높게 나타난다. 제3고조파는 직렬 아크방전의 발생한 상의 가공전선(220)을 통하여도 흐르게 되지만, 각 상에서 발생된 제3고조파는 모두 가공 중성선(221)으로 흘러들어 영상전류를 형성하게 된다. 따라서 이론적으로 볼 때, 중성선에서 제3고조파 성분을 측정하게 되면, 직렬 아크방전의 발생 여부를 판단할 수 있을 것이다. 그러나, 송배전선로에는 다양한 원인에 의하여 고조파 성분이 발생하게 되므로 고조파의 측정만으로 직렬 아크방전의 발생여부를 판단할 수 없다. 그러나 본 발명에 의한 IoT 센서모듈(100)에서는, 상기 전자파 측정수단(120)에서 측정한 전자파의 측정결과와 함께 상기 고조파 측정수단(110)이 측정한 고조파 측정결과를 같이 이용하여 직렬 아크방전의 발생여부를 정확하게 판단할 수 있게 하였다.

이를 위하여 상기 제어수단(190)은, 상기 고조파 측정수단(110)이 측정한 고조파 측정값을 일정한 시간 간격으로 상기 저장수단(140)에 저장하되, 상기 고조파 측정값의 측정시각인 제1시각으로부터 일정 시간 전부터 상기 제1시각까지의 평균값 및 상기 제1시각을 같이 저장하다가, 상기 전자파 측정수단(120)이 측정하는 방사전자파 측정값이 기준값보다 높게 측정되는 경우, 상기 방사전자파 측정값의 측정시각인 제2시각 또는 상기 제2시각 직후에 측정된 고조파 측정값이 상기 제2시각 직전에 상기 저장수단(140)에 저장된 상기 평균값보다 일정 범위를 초과하는 경우 직렬 아크방전이 발생한 것으로 판단하도록 하는 것이 바람직하다. 즉 직렬 아크방전 발생 가능성이 높은 곳에서 전자파가 측정되면서 동시에 고조파가 증가하면 이는 직렬 아크방전이 발생한 것으로 판단하게 되는 것이므로 직렬 아크방전의 발생을 정확하게 판별해 낼 수 있게 된다.

여기서 “상기 고조파 측정값을 상기 ‘일정한 시간 간격’으로 상기 저장수단(140)에 저장한다” 함은, 상기 고조파 측정수단(110)은 고조파 측정값을 계속하여 측정하도록 하고, 시시각각 측정되는 고조파 측정값을, 예를 들어 ‘1초 간격’, ‘2초 간격’ 또는 ‘5초 간격’ 등과 같이 짧은 시간 간격으로 계속하여 상기 저장수단(140)에 저장하는 것을 말하는데, 상기 저장수단(140)의 저장용량에는 한계가 있을 것이고, 직렬 아크방전의 발생을 판단할 때 모든 저장기록을 사용하는 것이 아니고 최근의 저장기록만 사용하게 되므로, 일정한 저장용량을 초과하는 경우에는 앞서 저장했던 기록은 지우면서 저장하도록 하는 것이 바람직하다.

“상기 고조파 측정값의 측정시각인 제1시각으로부터 일정 시간 전부터 상기 제1시각까지의 평균값”이라 함은, 예를 들어, 측정되는 순간의 고조파 측정값을 포함하여 직전 1분 동안 또는 10분 동안 측정된 고조파 측정값의 평균을 말한다. 상기 고조파 측정값을 상기 저장수단(140)에 저장할 때는 상기 평균값과 함께 상기 제1시각을 같이 저장하도록 하는 것이 바람직하다.

상기 방사전자파 측정값과 관련하여, 상기 ‘기준값’은, 평상시 수신될 수 있는 방사전자파의 측정수준과 코로나 방전 등에 의하여 발생하는 방사전자파 노이즈 등을 감안하고, 상기 IoT 센서모듈(100)과 상기 전력기기(230)나 인하용 전선(250)까지의 거리 등을 감안하여 직렬 아크방전이 실제 발생할 경우 측정될 수 있는 최소값으로 정하는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 전자파 측정수단(120)이 측정한 방사전자파 측정값을 특정한 주파수대역에서 측정된 값으로 한정하는 것도 바람직하다. 예를 들어, 직렬 아크방전의 방사전자파 중 높은 전계강도를 나타낼 수 있는 100 Mhz 내지 160 Mhz 대역으로 한정하게 되면 측정의 정밀도를 높이고 제작비용을 절감할 수 있는 방법이 될 것이다.

그리고, “제2시각 또는 상기 제2시각 직후에 측정된 고조파 측정값이 상기 제2시각 직전에 상기 저장수단에 저장된 상기 평균값보다 일정 범위를 초과하는 경우” 라 함은, ‘방사전자파 측정값이 기준값보다 높게 측정’되는 순간인 상기 제2시각 또는 그 직후의 고조파 측정값이 상기 저장수단(140)에 저장되어 있던 고조파 측정값의 평균값 중 상기 제2시각 직전의 평균값보다 높은 값 - 예를 들어 상기 제2시각 또는 그 직후에 측정된 고조파 전류의 실효치가 상기 제2시각 직전의 평균값에 비하여 10%를 초과하는 값 - 으로 하는 것을 말한다.

한편, 상기 제어수단(190)이 상기 전자파 측정수단(120)의 방사전자파 측정값, 상기 고조파 측정수단(110)의 고조파 측정값 중 상기 제2시각 또는 상기 제2시각 직후의 측정값이 상기 저장수단(140)에 저장되어 있던 상기 제2시각 직전의 평균값 등에 기초하여 판단한 결과 직렬 아크방전이 발생한 것으로 판단되는 경우에는, 상기 위치값 및 상기 제2시각을 포함하는 아크발생 신호를 생성하여 상기 통신수단(130)을 통하여 사물인터넷 통신망(700)으로 송출하도록 하는 것이 바람직하다. 여기서 상기 위치값은 상기 IoT 센서모듈(100)이 장착된 위치를 나타내는 GPS 값으로서, 상기 저장수단(140)에 저장한 데이터를 사용하거나, 현재 실측된 GPS 값을 사용하거나 아니면 둘 다 사용하도록 함으로써, 측위오차를 줄일 수 있도록 하는 것도 바람직하다. 그리고, 상기 제2시각은 상기 직렬 아크방전이 발생한 시각이 될 것이다. 상기 사물인터넷 통신망(700)은 LoRa 등과 같이 종래의 LPWA(Low Power Wide Area) 통신망을 사용하는 것도 바람직하지만, LTE-M 등과 같은 망을 사용하는 것도 가능하다.

도 5는 본 발명에 의한 IoT 센서모듈을 이용한 시스템의 구성도이다. 본 발명에 의한 IoT 센서모듈(100)은 송전선로나 배전선로 중 직렬 아크방전이 일어날 가능성이 있는 위치마다 장착되도록 하는 것이 바람직하다. 따라서, 도 5에서 보는 바와 같이 복수의 IoT 센서모듈(100)이 송전선로 또는 배전선로(200) 상에 전력기기(230) 등이 설치된 철탑이나 전주(210)에 가선된 가공 중성선(221)마다 각각의 위치에 장착되게 된다. 그리고, 상술한 바와 같이 복수의 IoT 센서모듈(100) 중에서 직렬 아크방전을 감지하게 되는 경우, 직렬 아크방전을 감지한 IoT 센서모듈(100)의 제어수단(190)은 자신의 위치값과 아크방전 발생시각인 상기 제2시각을 포함하는 아크발생 신호를 생성한 후 통신수단(130)을 통하여 사물인터넷 통신망(700)으로 상기 아크발생 신호를 송출하게 된다. 따라서 이를 수신하여 직렬 아크방전이 발생된 위치를 식별하여 관리자 등에게 알려줄 수 있는 감시서버(500)를 포함하도록 하는 것이 바람직하다.

상기 감시서버(500)에는 상기 복수의 IoT 센서모듈(100)에는 상기 송배전선로에 대한 위치정보를 포함하고 있도록 함으로써, 상기 감시서버(500)가 상기 사물인터넷 통신망(700)을 통하여 상기 아크발생 신호를 수신하는 경우에는 상기 위치값과 상기 위치정보를 이용하여 상기 직렬 아크방전이 발생한 위치를 식별하여 관리자에게 알려주도록 하는 것도 바람직하다.

한편, 도 6에는 본 발명에 의한 IoT 센서모듈(100)에 포함된 상기 고조파 측정수단(110)의 구성도가 도시되어 있다. 상술한 바와 같이 고조파 측정수단(110)은 송전선로 또는 배전선로(200)에 흐르는 고조파 성분을 측정하는 수단이다. 따라서 전선(220, 221)에 흐르는 전류를 측정하여 그 속에 포함된 고조파 성분을 찾아내어 그 실효치를 측정하도록 하는 것이 바람직한데, 본 발명에서는 이를 위하여 가공전선(220)에 흐르는 전류, 바람직하게는 가공 중성선(221)에 흐르는 전류를 측정하기 위한 변류기(111), 전류 중에서 고조파 성분만을 필터링하기 위하여 상기 변류기(111)의 2차 단자 양단에 연결되는 대역필터(112) 및 상기 대역필터(112)를 통과한 고조파 전류를 측정하는 전류측정기(113)를 포함하도록 하는 것이 바람직하다.

상기 변류기(111, CT)는 도 7에서 보는 바와 같이 전선의 도체(221)를 감싸는 환형철심(111a)과 상기 환형철심(111a)에 감긴 2차 권선(111b)으로 이루어지도록 하는 것이 바람직하다. 이같이 하면, 상기 변류기(111, CT)의 1차 측은 상기 전선의 도체(221)가 되며, 2차 측은 상기 환형철심(111a)에 감긴 2차 권선(111b)이 되어 상기 전선의 도체(221)를 흐르는 전류값을 일정한 비율로 낮추어 상기 2차 권선(111b) 양단을 통하여 흐르게 한다. 상기 변류기(111)를 구성하는 상기 환형철심(111a)은 상기 IoT 센서모듈(100)의 본체(101)에 연결되어 상기 도체(221)를 감싸는 클램프(102) 내부에 위치하도록 함으로써, 상기 클램프(102)를 벌려서 상기 전선의 도체(221)에 감싸 끼우게 되면 상기 환형철심(111a)이 상기 도체(221)를 감싸게 되고, 상기 환형철심(111a)과 상기 2차 권선(111b)을 통하여 유도되는 전류가 상기 대역필터(112) 및 상기 전류측정기(113)로 흘러가게 된다. 상기 환형철심(111a)은, 상기 클램프(102)가 벌어질 때 같이 벌어지고, 상기 클램프(102)가 조여지면서 결합될 때 환형의 모양이 완성될 수 있도록, 도 7에서 보는 바와 같이 두 개의 반 환형으로 된 철심을 결합하여 하나의 환형철심(111a)이 되도록 하는 것도 바람직하다.

그리고 상기 대역필터(112)는, 상기 변류기(111)의 2차 측인 상기 환형철심(111a)에 감긴 2차 권선(111b)의 양단에 연결되어 상기 변류기(111)를 통하여 변류된 전류 중 특정성분의 고조파, 바람직하게는 제3고조파 성분만 걸러내는 구성이다. 따라서 상기 대역필터(112)는 상기 변류기(111)에서 변류된 전류중 기본파 및 다른 고조파 성분은 모두 차단시키고 오직 제3고조파 성분만 통과시킬 수 있도록, 180hz의 주파수 대역만 통과하는 대역통과 필터로 하는 것이 바람직하다. 상기 대역필터(112)가 제3고조파 성분만 통과시키기 때문에 상기 전류측정기(113)에서 측정되는 값은 제3고조파의 전류의 실효값이 될 수 있다. 상기 전류측정기(113)에서 측정된 값은 상기 제어수단(190)에 전달하도록 하는 것이 더욱 바람직하다. 이같이 본 발명은 상기 CT(111)와 상기 대역필터(112) 및 상기 전류측정기(113)라는 단순한 구성으로 제3고조파 성분만을 측정하는 상기 고조파 측정수단(110)을 구현할 수 있어, 부품수가 적어 내구성이 높고 경제적인 IoT 센서모듈(100)을 제공할 수 있는 효과가 있다.

상기 변류기(111)와 상기 대역필터(112) 사이에는 상기 IoT 센서모듈(100)의 각 구성요소(통신부, 제어부 등) 작동에 필요한 전원을 공급할 수 있는 전원공급수단(180)을 연결하도록 하는 것이 더욱 바람직하다. 상기 전원공급수단(180)은 상기 변류기(111)에서 공급되는 전류로 충전할 수 있는 축전지(미도시)와 이를 위한 충전회로(미도시)로 이루어 지도록 하는 것이 바람직하다. 이렇게 구성하는 경우 상기 IoT 센서모듈(100)의 작동에 필요한 전원을 반영구적으로 사용할 수 있게 된다.

한편, 본 발명에서 고조파 측정수단(110)에 NTC 서미스터(114)가 포함된 실시예에 대한 구성도가 도 8에 도시되어 있다. 상기 전선의 도체(221)에 흐르는 전류를 측정하기 위한 변류기(111)의 경우 2차 측이 개방되면 상기 변류기(111)를 구성하는 철심(111a)의 자속이 급격하게 증가되어 상기 변류기(111)의 2차 측에 고전압이 인가되고 과열이 발생하게 된다. 따라서 상기 대역필터(112) 및 전원공급수단(180)으로 연결되는 부분이 단선이 되어 상기 변류기(111)의 2차 측이 개방된 상태로 되는 경우 상기 IoT 센서모듈(100)이 소손되고 국부적인 화염 등이 발생할 수 있다. 따라서 본 발명에 의한 IoT 센서모듈(100)에는 이를 예방할 수 있는 수단을 더 포함하는 것이 바람직하다.

이를 위하여 상기 변류기(111)의 2차측 양단에는, 상기 대역필터(112)와 병렬로 NTC(Negative Temperature Coefficient) 서미스터(114)를 연결하도록 하는 것이 바람직한데, 상기 NTC 서미스터(140)는 온도가 상승하면 저항값이 내려가는 소자이다. 그리고 상기 NTC 서미스터(140)는 상기 변류기(111)의 철심온도에 따라 작동할 수 있도록 상기 변류기(111)의 환형철심(111a)에 부착되어, 상기 변류기(111)의 온도가 상승하면 저항값이 내려가서 상기 변류기(111)의 2차 측 양단을 단락시키도록 하는 것이 바람직하다.

그리고 상기 제어수단(190)은 상기 NTC 서미스터(140)가 상기 변류기(111)의 2차 측 양단을 단락시키는 경우, 상기 위치값이 포함된 장애신호를 생성한 후 상기 통신수단(130)을 통하여 상기 사물인터넷 통신망(700)으로 송출하도록 하는 것이 바람직하다. 상기 제어수단(190)은 상기 전류측정기(113)에 흐르는 전류가 0이 되었는지를 파악하거나, 상기 NTC 서미스터(114)로 흐르는 전류값을 측정하거나, 또는 상기 NTC 서미스터(114) 양단전압을 측정하는 방법 등으로 상기 NTC 서미스터(140)가 상기 변류기(111)의 2차 측 양단을 단락시켰는지 여부를 알수 있게 된다. 상기 사물인터넷 통신망(700)을 통하여 상기 장애신호를 수신한 상기 감시서버(500)는 상기 장애신호에 포함된 상기 위치값으로 상기 장애신호를 송출한 IoT 센서모듈(100)이 장착된 위치를 파악하고, 이를 관리자 등에게 알려서 필요한 조치를 하게 할 수 있다.

한편 상기 제어수단(140)은 일정한 시간 간격으로, 자신의 위치값과 상기 고조파 측정값을 포함하는 작동신호를 생성한 후 상기 통신수단(130)을 통하여 상기 사물인터넷 통신망(700)으로 송출하도록 하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하는 경우 상기 감시서버(500)는 상기 IoT 센서모듈(100) 들이 정상적으로 작동하고 있는지를 점검할 수 있을 뿐만 아니라, 송전선로 또는 배전선로(200)에 흐르는 제3고조파 값을 상시 모니터링할 수 있기 때문에 중성선에 흐르는 영상전류를 모니터링할 수 있는 수단을 가지게 된다.

상술한 여러 가지 예로 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 예들에 국한되는 것이 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서 본 발명에 개시된 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 예들에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100 IoT 센서모듈
101 본체 102 클램프
103 체결수단 110 고조파 측정수단
111 변류기 111a 환형철심
111b 2차 권선 112 대역필터
113 전류측정기 114 NTC 서미스터
120 전자파 측정수단 121 전자파 수신안테나
130 통신수단 131 IoT 안테나
140 저장수단 170 GPS 수신수단
180 전원공급수단 190 제어수단
200 송전선로 또는 배전선로
210 철탑 또는 전주 220 가공전선(전선로)
221 가공 중성선 230 주상 전력기기
240 COS 250 인하용 전선
500 감시서버
700 사물인터넷 통신망

Claims

송전선로 또는 배전선로 상에서 발생하는 직렬 아크방전을 감지하는 IoT 센서모듈로서,
전선로에 흐르는 고조파를 측정하는 고조파 측정수단;
아크방전으로 인하여 발생하는 방사전자파를 측정하는 전자파 측정수단;
사물인터넷 통신망에 접속하여 데이터를 송수신할 수 있는 통신수단;
GPS 수신수단;
저장수단; 및
제어수단;을 포함하되,
상기 저장수단에는, 상기 GPS 수신수단이 측정한 위치값이 저장되어 있으며,
상기 GPS 수신수단은, 현재 시각을 측정하여 상기 제어수단에 제공하며,
상기 제어수단은,
- 일정한 시간 간격으로 상기 고조파 측정수단이 측정하는 고조파 측정값을 상기 저장수단에 저장하되, 상기 고조파 측정값의 측정시각인 제1시각으로부터 일정 시간 전부터 상기 제1시각까지의 평균값 및 상기 제1시각을 같이 저장하다가,
- 상기 전자파 측정수단이 측정하는 방사전자파 측정값이 기준값보다 높게 측정되는 경우, 상기 방사전자파 측정값의 측정시각인 제2시각 또는 상기 제2시각 직후에 측정된 고조파 측정값이 상기 제2시각 직전에 상기 저장수단에 저장된 상기 평균값보다 일정 범위를 초과하는 경우 직렬 아크방전이 발생한 것으로 판단하며,
- 상기 직렬 아크방전으로 판단하는 경우에는, 상기 위치값 및 상기 제2시각을 포함하는 아크발생 신호를 생성하여 상기 통신수단을 통하여 송출하는 것을 특징으로 하는, 직렬 아크방전을 감지하는 IoT 센서모듈
제1항에 있어서,
상기 IoT 센서모듈은 전선로 중 하나의 전선에 설치되며,
상기 고조파 측정수단은 상기 하나의 전선에 흐르는 제3고조파의 전류값을 측정하는 것을 특징으로 하는, 직렬 아크방전을 감지하는 IoT 센서모듈
제2항에 있어서,
상기 고조파 측정수단은 변류기, 상기 변류기의 2차 단자 양단에 연결되는 대역필터 및 상기 대역필터를 통과한 상기 제3고조파 전류를 측정하는 전류측정기를 포함하는 것을 특징으로 하는, 직렬 아크방전을 감지하는 IoT 센서모듈
제3항에 있어서,
상기 하나의 전선은 가공 중성선이며,
상기 변류기는 상기 가공 중성선을 둘러싸며 고정될 수 있는 것을 특징으로 하는, 직렬 아크방전을 감지하는 IoT 센서모듈
제4항에 있어서,
상기 변류기의 2차 측 양단에는, 상기 대역필터와 병렬로 NTC(Negative Temperature Coefficient) 서미스터가 연결되며,
상기 NTC 서미스터는 상기 변류기의 철심온도에 따라 작동할 수 있도록 상기 변류기의 철심에 부착되어, 상기 변류기의 온도가 상승하면 상기 변류기의 2차 측 양단을 단락시키며,
상기 제어수단은 상기 NTC 서미스터가 상기 변류기의 2차 측 양단을 단락시키는 경우, 상기 위치값이 포함된 장애신호를 생성한 후 상기 통신수단을 통하여 송출하는 것을 특징으로 하는, 직렬 아크방전을 감지하는 IoT 센서모듈