KR102617040B1

KR102617040B1 - 이동형 비접촉식 직류 고전압 검전기

Info

Publication number: KR102617040B1
Application number: KR1020210174464A
Authority: KR
Inventors: 송종환
Original assignee: 송종환
Priority date: 2021-12-08
Filing date: 2021-12-08
Publication date: 2023-12-21
Also published as: KR20230086131A

Abstract

본 발명은 고압의 직류 또는 전하가 충전되어 고압이 형성되어 있는 도전성 금속체에 접촉에 의하지 않고 가압 유무를 판별하는 직류 고전압 검전기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고압으로 충전되어 있는 도체에 본 발명의 검전기가 접근 할 경우 도체에 접촉하기 전에 도체의 충전 상태를 파악하여 경고를 발생하거나 표시부에 표시하므로 작업자의 안전을 확보하려는 목적의 이동형 비접촉식 직류 고전압 검전기에 관한 것이다.

Description

이동형 비접촉식 직류 고전압 검전기{Movable Non-contact DC High Voltage Detector}

전기가 필수인 현재 대용량의 전력전송을 위하여 고압이 사용되는데 주로 전차에 전력을 공급하기 위한 전차선로, 도시내의 각 가정에 전력을 배전하는 배전선로 및 송전선로 등을 예로 들수 있겠다. 이러한 고압선로를 유지/보수하기 위해 반드시 전력을 차단하고 작업을 하게되는데 실수에 의해 전력선이 활선상태에 있는 경우 또는 차단하였더라도 전력선에 전하로 충전되어 있는 경우가 있을 수 있는데 이 경우 작업자는 전기사고의 위험성에 직접 노출된다.

이를 막기위한 기존의 방법은 절연봉을 직접 고압선 도체에 접촉시켜 급전선의 가압 유무를 확인해야 하는데, 주변이 습기가 차 있거나 비가 오는 경우에는 절연봉의 절연내력이 떨어져 위험에 처할 수 있으며 긴 절연봉을 직접 휴대하는 불편함이 상존하는 상황이다. 또한 측정시에만 고압선의 가압상태를 확인할 수 있는 단점을 가지고 있다.

따라서 상시로 급전선의 고압 유무를 확인하고 이를 즉시 작업자에게 알릴 뿐 아니라 자동으로 안전 조치가 이뤄지는 비접촉식 검전기가 요구된다.

특허 제10-0994164호의 직류전차선의 비접촉식 검전기는 급전선에 직류전압이 형성되면 정전하가 급전선과 검측수단 사이에 형성되고 이를 수집하고 축적하여 가압 유무를 판정하는 방법으로 회전체를 사용하여 정전하를 수집하는 방법을 제안하고 있는데, 정전효과에 의해 축적된 전하는 극히 적은 값(예로 검측수단의 직경을 20cm, 급전선전압 DC 1500V, 급전선과 검측수단의 이격거리 50cm로 둘 경우 전하는 약 1.67 nano-Coulomb)이 되어 정상적인 검측이 용이하지 않은 경우가 많고, 또한 회전체를 사용하여 전하를 포집하므로 접촉으로 인한 수명과 부식뿐만 아니라, 동절기에 결빙되어 작동이 않되는 문제점 등을 가지고 있다.

또 다른 특허 제10-1180237호의 자계를 이용한 활선 검전기는 직류 급전선에 전류가 흐르지 않으면 자계가 형성되지 않으므로 측정의 신뢰성을 확인할 수 없고 특히 전차선로의 수리 및 점검이 이뤄지는 경우는 전차선의 운행이 이뤄지지 않는 무부하 상태이므로 사용조건에 한계를 가지는 문제점이 있었다.

또 다른 특허 제10-2019-0121052호는 고압선 근처에서 코로나 방전을 형성하고 방출된 전하가 고압선과의 반응을 통하여 나타나는 전기적 차이를 감지하는 방법으로 이는 고압유무를 판정하는 가능한 방법이기는 하지만 검측기 내에 코로나를 발행할 만큼의 고압이 형성되어야 하고 또한 날씨나 바람등에 따라 측정 편차가 존재하는 불편함이 존재한다.

미국특허 US 2012/0098522 A1 는 비접촉식 전압검출기로서 커패시턴스 측정법을 사용하고 있는데 이는 교류 전압에 적용할 수 있는 방식으로 직류 고전압 또는 정전하 충전되어 고압을 형성한 도체 같은 곳에서는 측정이 되지 않는다.

등록특허공보 특허 제10-0994164호(등록일: 2010. 11 .08) 등록특허공보 특허 제10-1180237호(등록일: 2010. 11 .08) 등록특허공보 특허 제10-2019-0121052호(등록일: 2019. 10 .25) 미국특허공보 특허 US 2012/0098522 A1

본 발명은 상기와 같은 점에 조감하여 이루어진 것으로서, 급전선에 전압만 공급되어 있는 상태에서도 가압 유무를 확인할 수 있으므로 전류가 흐르지 않고 전위만 형성되어 있어도 전압검측이 가능한 이동형 비접촉식 직류 고전압 검전기를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 급전선이 가압 상태로 판정될 경우, 정상, 주의, 경고로 나누어 관리자에게 휴대폰으로 전송 등의 신호를 발생하여 체계적인 안전조치가 이뤄질 수 있도록 하는 비접촉식 직류 고전압 검전기를 제공하는데 목적이 있다.

또한, 본 발명은 철도차량용 보수차량에 고정하여 설치할 수도 있고 개인 휴대용으로도 사용할 수 있는 소형 경량의 편리한 구조를 갖는 비접촉식 직류 고전압 검전기를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 전차선 또는 고압전력선 등과 같이 가설된 선로의 가압유무를 판정하는 비접촉식 직류전압 검전기에 있어서, 고압측 전선이나 충전부 금속체에 접근하기 위한 전하수집부; 상기 전하수집부와 연결되고 다른 한쪽은 접지에 연결되어 전하의 이동을 측정하는 전하이동량검측기; 전하이동량검측기의 출력에서 나타나는 잡음을 제거하는 필터; 상기 전하수집부와 함께 구성되어 전하수집부의 움직임을 측정하는 가속도 센서; 상기 필터와 상기 가속도 센서로부터의 신호를 처리하는 중앙연산처리부(CPU); 고압측 전선이나 충전부 금속체에 고압의 전하가 충전되어 있을 경우 소리 또는 LED같은 가시적인 수단을 통하여 경고를 발생하는 수단;을 포함한다.

상기 전하이동량검측기는 전하수집부의 전하흐름을 측정하기 위해 검측저항(36)을 통하고 검측저항의 양단전압을 계측용연산증폭기에서 증폭하여 전하의 흐름을 표현한 전압(Vse)으로 변환하는 것을 특징으로 한다.

상기 전하이동량검측기는 전하수집부의 전하흐름을 연산증폭기와 검측콘덴서를 통하여 전하흐름을 시간적분한 전압으로 변환하여 전하의 흐름을 표현한 전압(Vse)으로 변환한다.

상기 가속도 정보로부터 속도를 연산하여 센서부(50) 모듈의 속도를 구하고 검측전압으로부터 전하이동량검측기(30)로 흐르는 전류를 얻어,

상기 전류가 설정값1 이상이면 이는 고압선(10)에 급속히 가까이 하는 경우에 해당하므로 즉시 고압경고를 발생하며 설정값1 이하이면 센서부(50)의 속도 유무를 판정하는 루틴으로 보내고,

상기 속도 유무를 판정하는 루틴에서 센서부 모듈의 속도가 이동중이라고 판정되면(S14) 전하이동량검측기를 흐르는 전류로부터 충전전하량을 계산하고(S15), 센서부(50) 모듈이 정지 상태이면 충전전하양 계산을 건너뛰며, 계산된 충전전하량이 설정값2와 비교하여 설정값2를 넘으면 이는 센서부와 고압선 사이가 가까워진 것을 의미함에 따라 고압경고를 발생하고, 충전전하량이 설정값2 이하이면 안전 구역 내에 위치하는 것으로 판정하여 고압경고를 건너뛰는 것을 특징으로 한다.

상기 중앙처리유닛은 설정값1 및 설정값2를 설정하는 설정부; 상기 설정부로 부터의 설정값1 및 설정값2를 입력 저장하는 입력부; 상기 입력부로 부터 설정값1 및 설정값2를 전달받아 전류 및 충전전하량과 비교하는 비교; 상기 전류 및 충전전하량을 연산하는 연산부; 상기 설정값1 이하이거나 설정값1 이상인 경우 고압 경고를 위해 구동하는 구동부;를 포함한다.

상기 구동부는 고압 경고를 정상, 주의, 경고하는 녹색 LED, 황색 LED, 적색 LED를 포함하는 LED 표시부; 상기 고압 경고를 음성으로 경고하는 경고부; 상기 고압 경고를 네트워크를 통해 전달받는 휴대폰;을 포함한다.

상기 구동부는 상기 전류 또는 충전전하량이 설정값 1 또는 설정값 2의 95% 미만이면 녹색 LED로 정상을 표시하고, 설정값 1 또는 설정값 2의 95% 내지 100% 미만이면 황색 LED로 주의를 표시하며, 설정값 1 또는 설정값 2의 100% 이상이면 적색 LED로 경고를 표시한다.

직류고압선 또는 고압이 형성된 전하의 이동이 가능한 도체와 커패시턴스를 형성하여 전하수집부(20)가 전하를 수집하는 단계; 일단이 전하수집부와 전기적으로 연결되고 타단은 접지와 연결되어 전하수집부의 전하이동을 전하이동량검측기(30)를 통하여 파악하는 단계; 상기 전하이동량검측기 출력 신호를 받아 특정 잡음신호를 필터를 통해 제거하는 단계; 상기 전하수집부와 동일한 몸체에 장착되어 전하수집부의 움직임을 파악하며 상기 전하수집부의 움직임 데이터를 가속도 센서를 통해 중앙처리유닛(CPU)에 전송하는 단계; 상기 필터와 가속도센서의 신호를 받아 전하수집부가 고압선 또는 전하 충전되어 고압이 형성된 도체에 가까이 접근할 경우 고압선과 전하수집부사이의 커패시턴스(C)가 시간에 따라 변하는 것을 감지하도록 프로그램 된 중앙처리유닛에 입력된 전하이동량검측기의 양단 전압(Vse)과 전하수집부의 움직임 데이터로 부터 고압선에 형성된 전압 유무를 판정하는 단계; 상기 중앙처리유닛에서 고압 감지가 파악되면 경고신호음 또는 경고등으로 주변에 알리는 단계;를 포함한다.

상기 전하수집부는 단일 또는 다수의 원형 또는 부채살 모양의 도체로 구성된다.

상기 전하이동량검측기는 검측저항-계측용연산증폭기(Instrumentation OP Amplifier) 또는 검측콘덴서-연산증폭기(OP Amplifier)의 조합형태로 구성된다.

상기 필터는 커먼모드 잡음을 차단하며 감쇄비가 60dB 이상의 버터워스 또는 체비세프저주파 통과필터를 포함한다.

상기 필터는 전하이동량검측기에서 나타나는 오프셋전압 및 바이어스전류를 보상하는 기능이 구비된 필터이다.

상기 움직임 센서는 X-Y-Z 3축의 가속도, 속도, 또는 위치를 측정한다.

상기 전하수집부와 움직임 센서는 같이 움직이며 검전기 본체로 부터 분리되어 움직일 수 있다.

상기와 같이 이루어진 본 발명은, 전차선 또는 송배전선 같은 고압선에 직접 접촉하지 않고서도 고압 형성 유무를 판정할 수 있으므로 접촉으로 인한 위험성이 없어 안전사고를 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 전차선 또는 송배전선로에서 작업 중에도 상시 점검 가능한 효과가 있다.

또한 본 발명은 급전선이 가압 상태로 판정될 경우, 정상, 주의, 경고로 나누어 알람을 울려 관리자에게 체계적으로 관리하게 할 수 있게 한다.

또한, 본 발명은 작업용 헬멧 같이 작업자에 부착하여 주변의 전압환경 변화에 대한 감시를 수행하므로 작업자 개개인의 안전한 작업을 보장하는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의한 비접촉식 검전기는 전력의 소모가 작아 일반 건전지로도 측정할 수 있기 때문에 개인 휴대용으로도 사용할 수 있는 소형 경량의 편리한 구조를 갖는다.

도 1은 본 발명이 적용되는 고압선과 비접촉식검전기의 검출 현상에 대한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 전체적인 구성을 보여주는 일실시예이다.
도 3은 도2의 전하이동량검측기 내부 회로구성의 실시예이다.
도 4는 도2의 각 설정값를 통해 고압 경고 유무를 판단하는 중앙연산유닛의 프로그램 흐름도이다.
도 5는 LED 설정값을 통해 정상, 주의, 경고하는 단계를 보여주는 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 제어부에 연결된 세부적인 구성을 보여주는 일실시예이다.

이하, 상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부 도면을 참조한 실시 예에 대한 설명을 통하여 명백히 드러나게 될 것이다.

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 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1은 본 발명에서 제시하는 비접촉식 고압 검전기가 적용되는 환경을 보이는 전기적 구성도로서 검전기의 전하수집부(20)가 고압선(10)으로부터 멀리있는 경우와 가까이 있는 경우를 보이는데 이때 고압선(10)과 전하수집부(20)사이에는 부유 커패시터가 존재하며 그 값은 고압선(10)과 전하수집부(20)사이의 거리와 전하수집부의 도체면적 및 고압선(10)의 형상에 따라 결정된다.

이때 부유 커패시터에 인가되는 전압 즉 고압선(10)에 충전된 전압으로 인해 검전기의 전하수집부(20) 표면에는 전하가 생성되는데 그 관계식은 다음과 같다.

고압선(10)과 전하수집부(20) 사이의 전압(V)이 일정하다면(직류전압일 경우 일정한 값이며 서서히 변하는 값 역시도 여기서는 일정한 상태로 볼 수 있다) 고압선(10)과 전하수집부(20) 사이의 커패시턴스(C1, C2)에 따라 전하수집부면에 충전되는 전하(Q1, Q2)가 달라지게 되며 도1의 첫째 그림 즉 고압선(10)과 전하수집부(20) 사이의 거리가 멀리 떨어져 있는 경우(T=T0)의 전하수집부(20)에 충전되어 있는 전하(Q1)는 둘째 그림 즉 고압선(10)과 전하수집부(20) 사이의 거리가 가까울 경우(T=T0+△T)의 전하수집부(20)에 충전되어 있는 전하(Q2)보다 작다.

하지만 이 전하량은 현실적으로 측정할 수 없는 값일 것이다.

한편 전하이동량검측기(30)에 흐르는 전류는 전하수집부(20)에 충전된 전하의 시간 변화값이며 아래 수학식2로 표현된다.

즉, 전하이동량검측기(30)를 흐르는 전류(i)는 전하수집부(20)에 충전된 전하(Q)의 시간 변화량으로 측정할 수 있다. 위의 수학식2에서 커패시턴스와 전압을 시간의 함수로 생각하고 다시 전개하면 수학식3을 얻을 수 있다.(체인룰 적용)

수학식3의 오른쪽 첫째항은 우리가 잘알고 있는 전압의 변동이 존재할때 커패시턴스로 흐르는 전류를 표현한다. 수학식3의 두번째항은 생소한 항으로서 이는 커패시턴스가 시간에 따라 변할때 나타나는 전류의 변화량이다.

본 발명에서 적용하고자 하는 바는 고압선(10)에 직류 또는 충전된 전하가 존재하는 경우로서 전압의 시간변화가 없으므로 수학식3의 오른쪽 첫째항은 나타나지 않아 무시되며 두번째항을 적용하게 된다. 이를 다시 표현하여 수학식4를 얻을 수 있다.(전압이 일정한 상태 즉 직류 상태일 경우)

수학식4가 의미하는 바는 전하수집부(20)를 고압선(10)에 가까이 접근시키면 고압선(10)과 전하수집부(20)사이의 커패시턴스(C)가 시간에 따라 변하고 만약 고압선(10)과 전하수집부(20)사이에 전압(V)이 존재하면 커패시턴스(C)의 시간변화는 전류의 변화로 나타나게 된다.

이렇게 나타나는 전류의 변화는 전하이동량검측기(30)에서 전류의 변화에 해당하는 전압으로 측정되어 결과적으로 고압선(10)의 고압형성 유무를 판단할 수 있다.

이러한 전류의 흐름 현상은 전하수집부(20)를 움직일 경우에만 나타나며 만약 전하수집부(20)가 움직이지 않으면 전류흐름은 없으며 전하이동량검측기(30)에서의 전압변화도 나타나지 않는다.

이렇게 전하이동량검측기(30)에서 얻어진 전하수집부(20) 전하의 변화량 즉 전류량을 적절히 가공하여 고압선(10)에 형성된 전압을 예측할 수 있을 것이다.

또한, 본 발명에 의한 비접촉식 검전기는 철도차량용 보수차량에 고정하여 설치할 수도 있고 전력의 소모가 작아 일반 건전지로도 측정할 수 있기 때문에 개인 휴대용으로도 사용할 수 있는 소형 경량의 편리한 구조를 갖는다.

또한 본 발명은 작업용 헬멧 같이 작업자에 부착하여 주변의 전압환경 변화에 대한 감시를 수행하므로 작업자 개개인의 안전한 작업을 보장하는 효과가 있다.

이하 도 1 내지 도 5를 참고하여 본 발명을 자세히 설명한다.

도 1은 본 발명이 적용되는 고압선과 비접촉식검전기의 검출 현상에 대한 개념도이다.

도2는 본 발명의 전체적인 구성을 보여주는 일실시예를 보여준다.

도 1과 도 2에 도시된 바와 같이 전하수집부(20)는 전하를 용이하게 담을 수 있는 형상으로서 원형, 다수의 원형을 포갠 형상 또는 어떠한 형상(예 : 단일 또는 다수의 원형 또는 부채살 모양의 도체)이든지 가능하지만 전하의 이동이 가능한 전도성 물질이어야 하며 커패시턴스를 크게 할수록 측정 확도가 올라가는 사항을 고려하여 형상을 결정지을 필요가 있고 또한 전하수집부(20)와 가속도센서(33) 및 표시부(34)가 구성된 센서부(50)는 검측처리장치(60)와 분리되어 사용될 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이 전하수집부(20)가 고압선(10)에 대하여 상대적인 이동이 발생할 경우, 전하수집부(20)에는 전하의 변화가 발생하고 이러한 변화는 전류로 나타나서 전하이동량검측기(30)로 흐르게 된다.

본 발명에서 구현하는 회로의 전하이동량검측기(30)에 흐르게 될 전류(Ise)는 미소한 값으로 높은 측정 정밀을 요구하므로 정밀 측정과 함께 고성능 CPU를 사용하는 것이 바람직하다.

전하이동량검측기(30)에 흐르는 미소전류를 측정하기 위해 고저항을 사용할 수도 있고 연산증폭기의 적분기능을 사용할 수도 있다. 이는 도 3에서 상술키로 한다.

한편 전하수집부(20)와 같이 단말이 노출될 경우 커먼모드 잡음 등이 다수 나타나며 이를 적절히 걸러낼 수 있는 필터(31)가 요구된다.

필터의 요구특성으로 커먼모드 잡음을 차단하는 회로와 고주파 차단 기능 및 연산증폭기의 오프셋전압/바이어스전류를 보상하는 기능이 요구된다.

또한 필터는 커먼모드 잡음을 차단하며 감쇄비가 60dB 이상의 버터워스 또는 체비세프저주파 통과필터를 포함한다.

이렇게 측정된 센서 전류(Ise)에 비례하는 전압은 ADC(Analog-Digital Converter)(32) 변환을 거쳐 중앙처리유닛(CPU)(40)에 저장된다.

전하이동량검측기(30)의 주된 역할은 전하수집부(20)에 축적되어 있는 전하의 시간에 따른 증가 혹은 감소 즉 전류의 흐름을 측정하기 위한 수단으로서 이를 측정할 수 있는 방법은 본 발명의 범주에 속한다고 봐야한다.

한편 가속도 센서(33)는 전하수집부(20)와 동일한 몸체에 장착되어 전하수집부(20)의 움직임을 파악하며 전하수집부(20)의 움직임 데이터 역시 ADC(32) 변환을 거쳐 중앙처리유닛(40)에 저장된다.

여기서 가속도센서(33)로 표기되어 있지만 우리가 얻고자 하는 바는 고압부(10)와 전하수집부(20)사이의 시간에 따른 거리변화 이므로 속도센서 또는 위치센서를 포함한 모든 종류의 움직임 센서가 가능하며 적용가능하겠다.

단지 가속도 센서(33)로 표기한 것은 현재 실용적으로 구현가능한 소자가 가속도 센서이기 때문이다.

또한 일실시예로서 상기 움직임 센서는 X-Y-Z 3축의 가속도, 속도, 위치를 측정할 수 있다.

한편 본 발명은 고압경고발생 시 시인성을 높이기 위하여 LED등과 같은 표시부(34)를 전하수집부(20)와 동일한 몸체에 장착할 수 있다.

또는 LED 설정값을 통해 정상, 주의, 경고로 나누어 경고 단계를 조절할 수 있다.

접지단말(35)은 전하수집부(20)의 전하 흐름을 보장하며 고압선(10)에 대한 상대적인 전압측정을 위하여 고압선(10)이 형성된 전위의 접지와 동일한 전위가 형성되어 있는 위치 또는 전하수집부(20)의 전하흐름이 가능하게 전기적으로 연결되어야 한다.

중앙처리유닛(40)에서 수집된 경고 및 각종 자료는 IOT(Internet of Thing)를 기반으로 한 인터넷망(70)에 접속되어 관련된 부처나 안전담당관에게 보고되는 기능을 추가 할 수도 있다.

도3은 전하수집부(20)에 나타나는 전하의 변화를 측정하기 위한 전하이동량검측기(30)의 적용예를 보이는 것으로 외쪽 그림은 미소전류를 측정하기 위해 검측저항(36)을 사용할 수 있는데 이때 검측저항(36)은 무유도성 저항이어야 하며, 미소전류(Ise)를 전압으로 나타내어야 하므로 최소 100kOhm 이상의 값이 요구된다. 하지만 이러한 값은 추천되는 값이며 측정용 연산증폭기의 성능에 따라 적절히 조절될 수 있는데 이때의 측정용 연산증폭기는 계측용연산증폭기(Instrumentation OP Amp)가 바람직하다. 검측저항(36) 양단에 형성된 전압은 계측용연산증폭기(37)에서 측정되는데 이때 계측용연산증폭기(37)의 임피던스 특징은 입력저항이 높을수록 측정오차가 작아진다. 또한 계측용연산증폭기는 검측저항(36)에 나타나게 될 미소전압을 높은 배율로 증폭할 수 있는데 많게는 1000배까지도 증폭할 수 있는 특징을 가진다.

도3의 오른쪽 그림은 전하이동량검측기(30)의 또 다른 실시예로서 미소전류를 직접 적분하여 전하수집부(20)의 전하이동량을 얻어내는 방법으로 전하수집부(20)에서 나타나는 전하의 흐름은 연산증폭기(39)의 검측콘덴서(38)을 통하여 접지(35)로 흐르게 회로를 구성하면 미소전류는 검측콘덴서에 전압으로 나타나므로 전하수집부(20)에서의 전하변화는 연산증폭기(39)의 전압(Vse)으로 나타낼 수 있다.

도 4은 도2의 각 설정값를 통해 고압 경고 유무를 판단하는 중앙연산유닛의 프로그램 흐름도이고, 도 5는 LED 설정값을 통해 정상, 주의, 경고하는 단계를 보여주는 흐름도이다.

도4에 도시된 바와 같이 중앙처리유닛(40)에 입력된 전하이동량검측기(30)의 양단 전압(Vse)과 전하수집부(20)의 움직임 데이터로 부터 고압선(20)에 형성된 전압 유무를 판정하는 흐름도를 보인다. 본 흐름도는 매 정해진 샘플링의 제어주기 마다 수행하는 작업으로 제어주기는 보통 10uSec부터 500uSec 사이에서 결정되며 중앙처리유닛(40)의 성능에 따라 제어주기는 달라질 수 있다.

먼저 외부에서 측정된 가속도 정보와 검측전압을 ADC 변환하여 이산화된 가속도와 검측전압을 얻고(S11), 가속도 정보로부터 속도를 연산하여 센서부(50) 모듈의 속도를 구하고 검측전압으로부터 전하이동량검측기(30)으로 흐르는 전류를 얻는다(S12).

만약 얻어진 전류가 설정값1 이상이면 이는 고압선(10)에 급속히 가까이 하는 경우에 해당하므로 즉시 고압경고를 발생하며 설정값1 이하이면 센서부(50)의 속도 유무를 판정하는 루틴으로 보낸다(S13).

센서부(50) 모듈의 속도가 이동중이라고 판정되면(S14) 전하이동량검측기(30)을 흐르는 전류로부터 충전전하량을 계산하고(S15), 센서부(50) 모듈이 정지 상태이면 충전전하량 계산을 건너뛴다.

실제 충전전하량의 상태는 고압선(10)과 센서부(50)모듈 간 거리 즉 위치가 중요하므로 속도연산으로부터 위치 연산을 추가하여 판단기준을 보완할 수도 있다.

계산된 충전전하량이 설정값2와 비교하여(S16) 설정값2를 넘으면 이는 센서부(50)와 고압선(10) 사이가 가까워진 것을 의미하며 고압경고를 발생하고(S17), 충전전하량이 설정값2 이하이면 안전 구역 내에 위치하는 것으로 판정하여 고압경고를 건너뛴다.

이때 판단기준인 전류의 설정값1과 충전전하량 설정값2는 측정하고자 하는 고압선(10)의 전압과 고압선(10) ↔ 전하수집부(20)간 거리 및 전하수집부(20)의 형상에 의해 다소의 차가 있을 수 있으며 역시 설정값를 달리할 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 상기 중앙처리유닛(40)은, 설정부(112)로 설정값1 및 설정값2를 설정하고, 입력부(113)가 상기 설정부(112)로 부터의 설정값1 및 설정값2를 입력 저장한다(S21).

그리고 연산부(115)가 상기 전류 및 충전전하량을 연산한다(S22).

또한 비교부(114)가 상기 입력부(113)로 부터 설정값1 및 설정값2를 전달받아 전류 및 충전전하량과 비교한다(S23).

구동부(121)가 상기 설정값1 이하이거나 설정값2 이상인 경우 고압 경고를 위해 구동한다.

상기 구동부(121)는 LED 표시부(122)로 고압 경고를 정상, 주의, 또는 경고로 나누어 경고하거나, 경고부(123)가 상기 고압 경고를 음성으로 경고하거나, 휴대폰(124)으로 상기 고압 경고를 네트워크를 통해 전달한다.

상기 LED 표시부(122)로 고압 경고를 정상, 주의, 또는 경고로 나누어 경고하는 단계에서는, 정상, 주의, 또는 경고를 상기 설정값 1 또는 설정값 2의 값을 100%로 하고 상기 전류 또는 충전전하량의 측정값이 몇 %에 도달했는 지로 판단할 수 있다.

구체적으로 상기 전류 또는 충전전하량이 상기 설정값 1 또는 설정값 2의 95% 미만이면 녹색 LED로 정상을 표시하고(S24-1), 상기 설정값 1 또는 설정값 2의 95% 내지 100% 미만이면 황색 LED로 주의를 표시하며(S24-2), 상기 설정값 1 또는 설정값 2의 100% 이상이면 적색 LED로 경고를 표시한다(S24-3).

따라서 전차선 또는 송배전선 같은 고압선의 고압 형성 유무를 설정값 1 또는 설정값 2로 판정하고 LED 설정값을 통해 정상, 주의, 경고로 나누어 경고 알람을 줄 수 있어 미리 안전사고를 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 6에 도시된 바와 같이, 상기 중앙처리유닛(40)은 설정값1 및 설정값2를 설정하는 설정부(112); 상기 설정부(112)로 부터의 설정값1 및 설정값2를 입력 저장하는 입력부(113); 상기 입력부(113)로 부터 설정값1 및 설정값2를 전달받아 전류 및 충전전하량과 비교하는 비교부(114); 상기 전류 및 충전전하량을 연산하는 연산부(115); 상기 설정값1 이하이거나 설정값1 이상인 경우 고압 경고를 위해 구동하는 구동부(121);를 포함한다.

상기 구동부(121)는 고압 경고를 정상, 주의, 경고하는 녹색 LED(125), 황색 LED(126), 적색 LED(127)를 포함하는 LED 표시부(122); 상기 고압 경고를 음성으로 경고하는 경고부(123); 상기 고압 경고를 네트워크를 통해 전달받는 휴대폰(124);을 포함한다.

따라서 전차선 또는 송배전선 같은 고압선에 직접 접촉하지 않고서도 고압 형성 유무를 판정할 수 있으므로 접촉으로 인한 위험성이 없고 LED 표시 또는 음성 또는 네트워크를 통해 신속하게 고압 경고를 전달할 수 있어 안전사고를 미리 방지할 수 있는 효과가 있다.

이상의 설명은 본 발명의 발명 의도와 개념을 설명하기 위한 일실시예에 불과하며 본 발명의 취지을 벗어나지 않고 변형된 많은 실시예가 있을 수 있으며 그러한 실시예 또한 본 발명의 범주에 속하는 것은 자명하다 할 것이다.

10 : 고압선
20 : 전하 수집부
30 : 전하 이동량 검측기
31 : 필터
32 : ADC(Analog-Digital Converter)
33 : 가속도센서
34 : 표시부
35 : 접지 단말
36 : 검측저항
37 : 계측용연산증폭기(Instrumentation Operational Amplifier)
38 : 검측콘덴서
39 : 연산증폭기(Operational Amplifier)
40 : 중앙처리유닛(CPU)
50 : 센서부
60 : 검측처리장치
70 : 인터넷 공간
S11 : 가속도 및 검측전압 처리 블록
S12 : 속도 및 전류 연산 처리 블록
S13 : 전류-설정값1 비교 블록
S14 : 속도 유무 판정 블록
S55 : 충전전하량 연산 블록
S16 : 충전전하량-설정값2 비교 블록
S17 : 고압 경고 처리 블록

Claims

이동형 비접촉식 직류 고전압 검전기에 있어서,
직류고압선 또는 고압이 형성된 전하의 이동이 가능한 도체와 커패시턴스를 형성하는 전하수집부(20);
일단이 전하수집부와 전기적으로 연결되고 타단은 접지와 연결되어 전하수집부(20)의 전류흐름을 측정하여 이를 전압(Vse)으로 나타내는 전하이동량검측기(30);
상기 전하이동량검측기의 출력 신호를 받아 특정 잡음신호를 제거하는 필터(31);
전하수집부(20)와 동일한 몸체에 장착되어 전하수집부(20)의 움직임을 파악하며 전하수집부(20)의 움직임 데이터 역시 ADC(Analog-Digital Converter)(32) 변환을 거쳐 중앙처리유닛(CPU)(40)에 전송하는 가속도 센서(33);
상기 필터와 가속도센서의 신호를 받아 전하수집부가 고압선 또는 전하 충전되어 고압이 형성된 도체에 가까이 접근할 경우 고압선(10)과 전하수집부(20)사이의 커패시턴스(C)가 시간에 따라 변하는 것을 감지하도록 프로그램 된 중앙처리유닛(40);를 포함하며,
상기 중앙처리유닛(40)에 입력된 전하이동량검측기(30)의 양단 전압(Vse)과 전하수집부(20)의 움직임 데이터로 부터 고압선(20)에 형성된 전압 유무를 판정하고,
측정된 전류(Ise) 또는 전하의 변화를 표현한 전압(Vse)은 ADC(32) 변환을 거쳐 중앙처리유닛(40)에 저장하고,
상기 중앙처리유닛에서 고압 감지가 파악되면 이를 경고신호음 또는 경고등으로 주변에 알리며,
가속도 정보로부터 속도를 연산하여 센서부(50) 모듈의 속도를 구하고 검측전압으로부터 전하이동량검측기(30)로 흐르는 전류를 얻어,
상기 전류가 설정값1 이상이면 이는 고압선(10)에 급속히 가까이 하는 경우에 해당하므로 즉시 고압경고를 발생하며 설정값1 이하이면 센서부(50)의 속도 유무를 판정하는 루틴으로 보내고,
상기 속도 유무를 판정하는 루틴에서 센서부(50) 모듈의 속도가 이동중이라고 판정되면(S14) 전하이동량검측기(30)를 흐르는 전류로부터 충전전하량을 계산하고(S15), 센서부(50) 모듈이 정지 상태이면 충전전하양 계산을 건너뛰며,
계산된 충전전하량이 설정값2와 비교하여 설정값2를 넘으면 이는 센서부(50)와 고압선(10) 사이가 가까워진 것을 의미함에 따라 고압경고를 발생하고, 충전전하량이 설정값2 이하이면 안전 구역 내에 위치하는 것으로 판정하여 고압경고를 건너뛰는 것을 특징으로 하는 이동형 비접촉식 직류 고전압 검전기.
청구항 1에 있어서,
상기 전하이동량검측기(30)는 전하수집부(20)의 전하흐름을 측정하기 위해 검측저항(36)을 통하고 검측저항(36)의 양단전압을 계측용연산증폭기(37)에서 증폭하여 전하의 흐름을 표현한 전압(Vse)으로 변환하는 것을 특징으로 하는 이동형 비접촉식 직류 고전압 검전기.
청구항 1에 있어서,
상기 전하이동량검측기(30)는 전하수집부(20)의 전하흐름을 연산증폭기(39)와 검측콘덴서(38)를 통하여 전하흐름을 시간적분한 전압으로 변환하여 전하의 흐름을 표현한 전압(Vse)으로 변환하는 것을 특징으로 하는 이동형 비접촉식 직류 고전압 검전기.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 중앙처리유닛(40)은 설정값1 및 설정값2를 설정하는 설정부(112);
상기 설정부(112)로 부터의 설정값1 및 설정값2를 입력 저장하는 입력부(113);
상기 입력부(113)로 부터 설정값1 및 설정값2를 전달받아 전류 및 충전전하량과 비교하는 비교부(114);
상기 전류 및 충전전하량을 연산하는 연산부(115);
상기 설정값1 이하이거나 설정값1 이상인 경우 고압 경고를 위해 구동하는 구동부(121);를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동형 비접촉식 직류 고전압 검전기.
청구항 5에 있어서,
상기 구동부(121)는 고압 경고를 정상, 주의, 경고하는 녹색 LED(125), 황색 LED(126), 적색 LED(127)를 포함하는 LED 표시부(122);
상기 고압 경고를 음성으로 경고하는 경고부(123);
상기 고압 경고를 네트워크를 통해 전달받는 휴대폰(124);을 포함하는 것을 특징으로 하는 이동형 비접촉식 직류 고전압 검전기.
청구항 6에 있어서,
상기 구동부(121)는
상기 전류 또는 충전전하량이 설정값 1 또는 설정값 2의 95% 미만이면 녹색 LED로 정상을 표시하고, 설정값 1 또는 설정값 2의 95% 내지 100% 미만이면 황색 LED로 주의를 표시하며, 설정값 1 또는 설정값 2의 100% 이상이면 적색 LED로 경고를 표시하는 것을 특징으로 하는 이동형 비접촉식 직류 고전압 검전기.
직류고압선 또는 고압이 형성된 전하의 이동이 가능한 도체와 커패시턴스를 형성하여 전하수집부(20)가 전하를 수집하는 단계;
일단이 전하수집부와 전기적으로 연결되고 타단은 접지와 연결되어 전하수집부의 전하이동을 전하이동량검측기(30)를 통하여 파악하는 단계;
상기 전하이동량검측기의 출력 신호를 받아 특정 잡음신호를 필터(31)를 통해 제거하는 단계;
상기 전하수집부(20)와 동일한 몸체에 장착되어 전하수집부(20)의 움직임을 파악하며 상기 전하수집부(20)의 움직임 데이터를 가속도 센서(33)를 통해 중앙처리유닛(CPU)(40)에 전송하는 단계;
상기 필터와 가속도센서의 신호를 받아 전하수집부가 고압선 또는 전하 충전되어 고압이 형성된 도체에 가까이 접근할 경우 고압선(10)과 전하수집부(20)사이의 커패시턴스(C)가 시간에 따라 변하는 것을 감지하도록 프로그램 된 중앙처리유닛(40)에 입력된 전하이동량검측기(30)의 양단 전압(Vse)과 전하수집부(20)의 움직임 데이터로 부터 고압선(20)에 형성된 전압 유무를 판정하는 단계;
상기 중앙처리유닛에서 고압 감지가 파악되면 경고신호음 또는 경고등으로 주변에 알리는 단계;를 포함하며,
상기 경고신호음 또는 경고등으로 주변에 알리는 단계는,
외부에서 측정된 가속도 정보와 검측전압을 ADC 변환하여 이산화된 가속도와 검측전압을 얻는 단계(S11);
가속도 정보로부터 속도를 연산하여 센서부(50) 모듈의 속도를 구하고 검측전압으로부터 전하이동량검측기(30)으로 흐르는 전류를 얻는 단계(S12);
만약 얻어진 전류가 설정값1 이상이면 이는 고압선(10)에 급속히 가까이 하는 경우에 해당하므로 즉시 고압경고를 발생하며 설정값1 이하이면 센서부(50)의 속도 유무를 판정하는 단계(S13);
상기 속도 유무에 따라 센서부(50) 모듈이 정지 상태이면 충전전하양 계산을 건너뛰고, 센서부(50) 모듈의 속도가 존재한다고 판정되면(S14) 전하이동량검측기(30)을 흐르는 전류로부터 충전전하량을 계산하는 단계(S15);
상기 충전전하량을 설정값2와 비교하여(S16) 설정값2를 넘으면 이는 센서부(50)와 고압선(10) 사이가 가까워진 것을 의미하여 고압경고를 발생하는 단계(S17);
상기 충전전하량이 설정값2 이하이면 안전 구역 내에 위치하는 것으로 판정하여 고압경고를 건너뛰는 단계(S18);를 포함하는 이동형 비접촉식 직류 고전압 검전기를 이용한 검전 방법.
삭제
청구항 8에 있어서,
상기 중앙처리유닛(40)은,
설정부(112)로 설정값1 및 설정값2를 설정하는 단계;
입력부(113)가 상기 설정부(112)로 부터의 설정값1 및 설정값2를 입력 저장하는 단계;
연산부(115)가 전류 및 충전전하량을 연산하는 단계;
비교부(114)가 상기 입력부(113)로 부터 설정값1 및 설정값2를 전달받아 전류 및 충전전하량과 비교하는 단계;
구동부(121)가 상기 설정값1 이하이거나 설정값2 이상인 경우 고압 경고를 위해 구동하는 단계;를 처리하는 이동형 비접촉식 직류 고전압 검전기를 이용한 검전 방법.
청구항 8에 있어서,
구동부(121)는 LED 표시부(122)로 고압 경고를 정상, 주의, 또는 경고로 나누어 경고하는 단계;
경고부(123)가 상기 고압 경고를 음성으로 경고하는 단계;
휴대폰(124)으로 상기 고압 경고를 네트워크를 통해 전달하는 단계; 중 하나 이상을 구동하는 이동형 비접촉식 직류 고전압 검전기를 이용한 검전 방법.
청구항 11에 있어서,
상기 LED 표시부(122)로 고압 경고를 정상, 주의, 또는 경고로 나누어 경고하는 단계는,
상기 전류 또는 충전전하량이,
상기 설정값 1 또는 설정값 2의 95% 미만이면 녹색 LED로 정상을 표시하고,
상기 설정값 1 또는 설정값 2의 95% 내지 100% 미만이면 황색 LED로 주의를 표시하며,
상기 설정값 1 또는 설정값 2의 100% 이상이면 적색 LED로 경고를 표시하는 단계;를 포함하는 이동형 비접촉식 직류 고전압 검전기를 이용한 검전 방법.