KR20070064247A

KR20070064247A - 낙뢰 정보수집 시스템

Info

Publication number: KR20070064247A
Application number: KR1020060114062A
Authority: KR
Inventors: 유조 야마모토; 사토시 기타즈메; 슈이치 이이지마; 신야 고바야시; 마사루 이노우에; 마사키 고바야시
Original assignee: 아사히 덴끼 가부시끼가이샤; 도꾜덴료꾸가부시끼가이샤
Priority date: 2005-12-15
Filing date: 2006-11-17
Publication date: 2007-06-20
Also published as: KR101112123B1; JP2007163381A; JP4757621B2; CN1982898A; CN1982898B

Abstract

본원발명에 의하면, 시스템 구성을 간명하게 하며, 소형이고 저가격의 부재나 회로 등을 이용해 제작할 수 있고, 소형·경량·저렴해서 성능적으로도 뛰어난 낙뢰정보수집시스템을 제공할 수 있다.

본원발명은 낙뢰측정장치와 데이터수집기를 구비하는 낙뢰정보수집시스템에서, 낙뢰 측정 장치는 복수개가 각각 다른 측정 장소에 설치될 수 있어, 도체에 흐르는 낙뢰 전류를 코일에서 검출하고, 낙뢰 시간을 포함하는 낙뢰 정보를 취득하는 수단을 구비하고, 데이터수집기는 각 낙뢰측정장치에 접속하는 수단과, 낙뢰측정장치가 취득한 데이터를 수집하는 수단을 구비하고, 검출코일은 도체에 근접되어, 도체에 흐르는 낙뢰 전류에 의해 생기는 자속의 방향으로 코일 축을 향한 모양으로 하여 설치되고, 검출코일은 같은 형상으로 같은 감음수의 2개의 코일로 구성되어, 같은 모양으로 그리고 도체로부터의 상대거리를 소정치수 늦춰 배설되고, 낙뢰측정장치는 2개의 검출용 코일에 유기되는 유도 기전력에 의한 RC충전 회로의 충전 전압을 각각 측정하는 수단과, 충전 전압의 비교에 의해 검출용 코일의 어느 한편과 도체간과의 거리를 연산하는 수단과, 거리와 어느 한편의 검출용 코일에 유기된 RC충전회로의 충전 전압에 의해서 도체에 흐르는 낙뢰전류를 연산하는 수단을 구비한다.

낙뢰측정장치, 코일, 콘덴서 충전전압, 유도기전력, 상대거리

Description

낙뢰 정보수집 시스템{System for gathering thunderbolt information}

도 1은 본 발명에 의한 낙뢰정보수집시스템의 일 실시예에 따른 도면이며, 이 시스템에서 사용할 수 있는 발명인 낙뢰측정장치와 데이터수집기를 도시한 도면이다.

도 2는 본 발명에 의한 낙뢰정보수집시스템으로 사용할 수 있는 낙뢰측정장치의 동작 원리를 제시하기 위한 개념도이다.

도 3은 본 발명에 의한 낙뢰정보수집시스템의 일 실시예를 보여주는 구성 블록도이다.

도 4는 본 발명에 의한 낙뢰정보수집시스템의 일 실시예에 따른 동작 흐름도이다.

도 5는 본 발명에 의한 낙뢰정보수집시스템의 일 실시예에 있어서, 그 낙뢰 전류검출의 원리를 더 상세하게 설명하기 위한 도면이다.

도 6은 본 발명에 의한 낙뢰정보수집시스템의 일 실시예에 대해서, 그 낙뢰 전류검출의 원리를 설명하기 위한 도면이다.

도 7은 본 발명의 낙뢰정보수집시스템에 의한 낙뢰측정장치를 사용해서 측정된 낙뢰전류측정데이터와 종래의 로고스키코일을 써서 측정된 낙뢰전류측정데이터를 비교해서 표시하는 그래프이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

100 : 낙뢰 측정 장치 200 : 데이터수집기

10 : 본체부(케이스) 12 : 표시물(표시바)

12A : 낙뢰표시구동회로 12a : 낙뢰표시

13 : 커넥터부(데이터 취출부) 13a : 보호체

13b : 체인 14 : CPU(제어부)

15 : 낙뢰전류검출회로 15a, 15b : 검출 코일

16 : 낙뢰검출회로 16a : 서치 코일

16k : 감도조정부 17 : 시계용ＩＣ

18 : 메모리부(ＥＥＰＲＯＭ) 20 : 본체(케이싱 또는 케이스체)

21 : 표시화면 22 : 입력키부

23 : 접속케이블 24 : 커넥터부

30 : 도체부재(설치부재) 31 : 벨트부재

D1, D2 : 도체 C1, C11, C12 : 검출 코일

Ca, Ca₁, Ca₂ : 코일의 코일축

r, r₁, r₁₂ : 번개서지전류로부터 검출코일까지의 거리

g : 2개의 코일의 거리(갭)

본 발명은, 낙뢰(뇌격)를 검지해서 데이터를 취득하기 위한 시스템(장치)에 관한 것이고, 보다 상세하게는, 송배전용 철탑이나 전선 등을 구비한 전력공급 설비나 관련되는 전기기기 등에 낙뢰가 있었을 때에, 그 낙뢰 전류(서지 전류, 뇌격 전류)의 검출과 측정을 행하고, 낙뢰에 관한 정보나 데이터를 얻을 수 있는 시스템(장치)에 관한 것이다.

종래의 번개서지 검출장치로서는, 전류센서로서 로고스키코일을 사용한 것이 있고, 이 장치로는, 그 출력(1차측인 뇌전류의 미분파형전압)을 적분회로 실효치회로를 거쳐서, 뇌전류파형전압을 구하고, 100㎒로 한 고속의 AD변환소자에 의해 파형을 디지털화하고, CPU제어로 메모리에 저장한다. 이러한 처리에 의해, 뇌격 전류파형(형식에 따라서는 뇌격 전류 피크치만)이나 뇌격 회수 등을 측량할 수 있다.

이러한 로고스키코일을 사용한 장치는, 1)외부자계의 영향을 받지 않는다, 2)고주파특성이 우수하다, 3)1차측 도체의 위치나 경사가 정확하게 코일의 중심축에 없더라도 정밀도가 좋다, 4)분할 구조화가 용이하다 등의 우수한 특성이 있어서 뇌전류 관측에 일반적으로 이용되고 있다.

그러나, 종래의 로고스키코일을 사용한 뇌격 전류의 관측장치에서는, 관측 장소를 송전선철탑으로 했을 때, 그 철탑부재의 크기에 대응한 대형의 로고스키코일이 필요하고, 또한, 뇌격 현상에 대응해 고속의 응답이 가능한 풀 스펙의 회로 소자구성(AD변환소자, CPU, 메모리)에 의한 비교적 큰 기판이 필요하며, 게다가, 그것들의 소자에는, 고속·대용량으로 그레이드가 높은 것이 요구된다. 이 때문에, 로고스키코일에 의한 뇌격 전류의 관측장치는 비교적 대형으로 되어 비용이 대단히 비싸게 되는 문제점이 있다.

또한, 로고스키코일에 의한 종래의 장치에서는 돌연한 뇌격에 대응하기 위해서 슬립모드(전력 절약 모드)의 사용이 불가능하게 된다. 즉, 슬립모드 상태의 CPU가 기동하는데도 ㎳차수의 시간이 필요하므로, 기동할 때까지 ㎲차수의 뇌격 현상은 종료해 버리기 때문이다. 또한, 회로가 복잡해지므로, 통상의 소전력으로 동작시키는 것이 곤란해서, 전원으로서 AC전원인 대형의 배터리가 필요가 된다.

본 발명과 같은 뇌격을 검지해서 측량하기 위한 기술분야에 관련된 특허문헌으로서는 다음과 같은 것이 있다.

(특허문헌1)일본 공개특허공보 특개2005-62080호(동광전기의 출원)

(특허문헌2)일본 공개특허공보 특개평08-15448호(산코샤의 출원)

전술한 바와 같이, 로고스키코일 등을 사용한 종래 뇌격 전류의 관측장치에서는, 소형, 경량, 저렴한 장치로 되는 것이 어렵고, 비교적 대형이거나 고가인 장치로 될 수 밖에 없는 문제점이 있다. 이 때문에, 뇌격의 관측 지점을 많이 설정하고 싶어도, 가격면에서 충분한 장치를 설치할 수 없다고 하는 문제점이 있었다.

본 발명의 낙뢰 정보수집 시스템으로는, 소형, 경량, 저렴하고 성능적으로도 뛰어난 장치(시스템)를 제공하는 것을 과제로 하고 있다.

(1)낙뢰 측정 장치와 데이터수집기를 구비하는 낙뢰 정보수집 시스템에 있어 서,

상기 낙뢰 측정 장치는 복수개가 각각 다른 측정 장소에 부착될 수 있고, 도체에 흐르는 낙뢰 전류를 코일에 의해 검출하고 낙뢰 시간을 포함하는 낙뢰에 관한 정보를 취득하는 수단을 구비하고,

상기 데이터수집기는 각각의 낙뢰 측정 장치에 접속하는 수단과, 상기 낙뢰 측정 장치가 취득한 데이터를 수집하는 수단을 구비하고,

상기 낙뢰 측정 장치의 낙뢰 전류의 검출 코일은 상기 도체에 근접되어 상기 도체에 흐르는 낙뢰 전류에 의해 생기는 자속의 방향에 코일 축을 향한 모양으로 배설되고,

상기 검출 코일은 같은 형상과 같은 감음수의 2개의 검출용 코일로 구성되고,

상기 2개의 검출용 코일은 같은 모양으로, 상기 도체로부터의 상대거리를 소정치수 늦춘 상태로 해서 배설되고,

상기 낙뢰 측정 장치는,

상기 2개의 검출용 코일에 유기되는 유도 기전력에 의한 RC충전 회로의 충전 전압을 각각 측정하는 수단과,

2개의 검출용 코일에서 얻을 수 있었던 상기 충전 전압의 비교에 의해, 상기 검출용 코일의 어느 한편과 상기 도체간과의 거리를 연산하는 수단과,

상기 거리와 어느 한편의 검출용 코일에 유기된 유도 기전력에 의한 RC충전 회로의 충전 전압에 의하여, 상기 도체에 흐르는 낙뢰 전류를 연산하는 수단을 구 비하는 것을 특징으로 하는 낙뢰 정보수집 시스템.

(2) 낙뢰 측정 장치와 데이터수집기를 구비하는 낙뢰 정보수집 시스템에 있어서,

상기 낙뢰 측정 장치는,

상기 도체에 근접되어 그 도체에 흐르는 낙뢰 전류에 의해 생기는 자속의 방향에 코일 축을 향한 모양으로 배설되는 낙뢰 전류의 검출코일과,

상기 검출코일에 유기되는 유도 기전력에 의한 RC충전 회로의 충전 전압을 측정하는 수단과,

얻을 수 있었던 상기 데이터와 상기 도체-검출용 코일간의 기지의 거리 데이터에 의하여, 상기 도체에 흐르는 낙뢰 전류를 연산하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 낙뢰 정보수집 시스템.

(3) 제(1)에 기재된 낙뢰 정보수집 시스템에 있어서,

상기 2개의 검출용 코일은, 상기 도체에 보다 근접 하는 쪽으로부터「코일1, 코일2」로 설치되고,

상기 2개의 검출용 코일의 각각에 유기되는 유도 기전력에 의한 RC충전 회로 의 충전 전압에 대해서, 「코일1의 값-코일2의 값」이 소정값보다 작을 것인지가 판단되고,

작을 경우에는 전류측정의 대상이 되는 도체가 흐르는 전류 이외의 영향을 받고 있다고 판단하고 측정을 행하지 않는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 낙뢰 정보수집 시스템을 구비한다.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 낙뢰정보수집시스템에 대해, 첨부의 도면을 참조해서 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 낙뢰정보수집시스템의 일 실시형태에 따른 도면이며, 이 시스템에서 사용되는 발명인 낙뢰측정장치(100)와 데이터수집기(200)를 나타낸다. 우선, 도 1(1a)은 낙뢰측정장치(100)를 측정 장소에 설치할 수 있었던 상태에 있는 예이며, 다음의 도 1(1b)은 그 낙뢰측정장치(100)가 낙뢰를 검출하고, 내장하고 있었던 표시물(12, 표시바)을 돌출 또는 수직 하강시켜 낙뢰가 있었던 것을 표시하고 있는 예를 도시한 도면이다.

본 발명에 의한 낙뢰측정기(100)는 복수개, 즉, 통상은 다수개가 준비되어서, 각각 다른 측정 장소에 부착할 수 있는 낙뢰 검출을 위한 유닛이다. 여기서의 측정장소로는 낙뢰해서 번개서지 전류가 흐를 가능성이 있는 전력공급용의 철탑이나 구조물, 낙뢰의 우려가 있는 일반의 건조물 등이며, 낙뢰의 검출이나 측정 때문에 통상 많은 측정 장소가 선정되어 있다.

본 낙뢰측정장치(100)는, 그러한 측정 장소가 되는 도체부재(30)(도 1에서는, 예를 들면, 송전용 철탑의 주 기둥재)에 있어서, 본체부(10, 케이스)의 측면에 서 돌설된 설치부(11)를 사이에 세우고, 설치용의 벨트부재(31)에 의해 소정위치에 부착된다.

또한, 본 발명에 의한 낙뢰측정장치(100)는 그 도체부재(30)에 흐르는 낙뢰 전류를 코일에 의해 검출하고, 뇌격 전류치(낙뢰의 크기) 낙뢰 시간 횟수 등을 포함하는 낙뢰에 관한 정보(낙뢰정보)를 취득하는 수단을 구비하고, 또한, 이 낙뢰를 시각적으로 통지(알림)하기 위한 낙뢰표시수단을 구비한다. 여기에서 얻을 수 있었던 낙뢰정보의 데이터는, 낙뢰측정장치(100)의 내부에 저장, 보관되지만, 본체 정면에 마련되어진 커넥터부(13, 데이터 취출부)에 접속함으로써, 장치 외부로 꺼낼 수 있다. 또한, 이 커넥터부(13)는 낙뢰측정장치(100)가 부착된 상태에서는 방진이나 방수 등 때문에 보호체(13a)에 의해 가려져서 내부가 보호되고 있고, 이 보호체(13a)는 체인(13b)에 연결되어서 본체의 측면에 고정되어 있다.

도 1(2)은 본 발명에 의한 데이터수집기의 일 예를 도시한 도면이다. 이 데이터수집기(200)는 휴대에 편리한 케이싱 또는 케이스체로부터 되는 본체(20)와, 여기로부터 연출되는 접속케이블(23)과 그 단부의 커넥터부(24)를 구비하고, 또한, 본체(20)는 표시화면(21)과 복수의 입력키부(22)를 구비한다.

도 1(3)은 데이터수집기(200)를 낙뢰측정장치(100)에 접속시켜서, 그 내부에 저장 보관된 낙뢰에 관한 데이터의 취출을 행하는 상황을 나타내는 도면이고, 이 때에는 데이터수집기(200)의 커넥터부(24)와 낙뢰측정장치(100)의 커넥터부(13)를 기계적으로 연결시켜서 접속을 행하고 있다.

여기에서의 데이터수집기(200)는, 내부에 제어부, 메모리부, 내장시계(달력/ 날짜기능을 포함한다), 전원(전지) 등을 구비하고, 외면측에 표시화면(21)과 입력키부(22)를 구비하고, 낙뢰측정장치(100)에 보관되어 있었던 데이터를 꺼내서 보관하는 수단, 낙뢰측정장치(100) 내의 보관되어 있었던 데이터를 소거하거나 조정하는 수단, 낙뢰측정장치(100)가 내장된 시계기능을 조정하는 수단, 낙뢰측정장치(100)로부터 얻을 수 있었던 데이터를 다른 PC 등에 이송하는 수단 등을 구비하고 있다. 데이터수집기(200)의 조작은 표시화면(21)과 입력키부(22)를 이용해 행하지만, 낙뢰측정장치(100)로부터 얻을 수 있었던 뇌격 전류치, 뇌격 시간, 뇌격 횟수 등의 낙뢰 정보를 본체(20)의 표시화면(21)에 표시시킬 수도 있다.

도 2는 본 발명에 의한 낙뢰측정장치의 일실시예에 있어서의 동작 원리를 나타내기 위한 개념도이다. 여기에서의 낙뢰측정장치의 낙뢰전류의 검출코일은 도체에 근접되어서 도체에 흐르는 번개서지전류(낙뢰 전류)에 의해 생기는 자속의 방향으로 감긴 코일의 중심축, 즉, 코일축(도 5의 Ca)을 향한 모양으로 설치되고, 이 검출코일은 같은 형상으로 같은 감음수의 2개의 검출용 코일로 구성되며, 이들 2개의 검출용 코일은, 같은 모양으로, 또한, 상기 도체로부터의 상대거리를 소정치수 늦춘 상태로 해서 설치되어 있다. 그리고, 2개의 검출용 코일에 유기되는 유도 기전력에 의한 RC충전 회로의 충전 전압을 각각 측정하고, 얻을 수 있었던 2개의 검출용 코일의 충전 전압의 비교에 의해 검출용 코일의 어느 한편과 상기 도체간과의 거리를 연산할 수 있고, 얻을 수 있었던 거리와 어느 한편의 검출용 코일에 유기된 유도 기전력에 의한 RC충전 회로의 충전 전압에 의하여 상기 도체에 흐르는 낙뢰 전류를 연산할 수 있다.

도 2의 구성을 더 구체적으로 말하면, 여기에서의 낙뢰측정장치는 낙뢰전류측정회로로서 공심코일 2개(전류측량코일1 및 코일2)를 나란히 배치하는 구조를 가지고, 번개서지전류(낙뢰 전류)가 진행되는 방향에 가까운 측의 코일1이 번개서지 전류로부터 직각으로 떨어진 거리 「r」의 위치에 배치되어 있다. 그리고, 2개의 공심 코일에 접속된 2개의 RC회로(저항R과 콘덴서C를 포함하는 충전회로 1과 2)를 충전시켜, 그 충전전압(VC1과 VC2)을 피크홀드회로에서 측량하고, 얻을 수 있었던 데이터는 장치 내에 저장된다.

즉, 본 낙뢰측정장치에서는 번개서지전류가 소정의 도체 내를 통과하면, 2개의 코일과 번개서지전류의 통과 위치와의 거리의 차이로, 충전 전압의 VC1과 VC2에 차이가 생기게 되고, 이 차이로부터 뇌격 전류치를 역산해서 이것을 이용하는 것이다.

본 발명에 의한 낙뢰측정장치의 구조는 RC충전 회로를 이용해 콘덴서의 충전전압의 측정으로 계측하고 있으므로, 고속의 AD변환소자가 필요 없고, 회로를 지극히 간략화할 수 있다. 로고스키코일 등은 쓰지 않고 가격이 저렴한 부품류를 이용해 제조가 가능해 지므로, 제품의 저가격화에 대단히 공헌할 수 있다. 그리고, 낙뢰시에 번개서지전류가 흐르는 현상은 대단히 빠르기 때문에, 전자유도에서의 발생 전압은 용이하게 측량할 수 없는 것이지만, 본 발명에 의한 낙뢰측정장치에 의하면, 상술한 본원에 특유한 RC충전회로를 채용하고 있으므로, 확실한 번개서지 전류의 측정과 안정한 성능을 기대할 수 있다.

또한, 도체-검출용 코일간의 거리 데이터를 이미 알고 있는 경우나 이것을 확정할 수 있을 경우에는, 본 발명에 의한 낙뢰측정장치의 다른 실시예에 있어서 번개서지 전류를 측정할 수 있다.

이 형태의 낙뢰측정장치는, 도체에 근접되어 상기 도체에 흐르는 낙뢰전류에 의해 생기는 자속의 방향에 코일 축을 향한 모양으로 해서 설치되는 낙뢰전류의 검출코일과, 검출코일에 유기되는 유도 기전력에 의한 RC충전 회로의 충전 전압을 측정하는 수단과, 얻을 수 있었던 측정데이터와 도체-검출용 코일간의 기지의 거리데이터에 의하여 도체에 흐르는 낙뢰 전류를 연산할 수 있다.

한편, 도 3은 본 발명에 의한 낙뢰 측정 장치의 일실시예를 보여주는 구성 블럭도이다. 도 3의 낙뢰측정장치(100)는 장치전체를 제어하기 위한 CPU(14, 제어부)을 구비하고, 2개의 낙뢰전류검출코일(15a, 15b)과, 저항과 콘덴서를 포함하는 충전회로를 구비한 낙뢰전류검출회로(15) 등을 이용하고, 번개서지전류(낙뢰 전류)의 검출 측정 등을 행하고, 낙뢰에 관한 정보를 취득할 수 있다. 또한, 여기에서의 CPU(14)는, 예를 들면, 프로그램메모리나 RAM을 소유하고, 동작클록 4㎒ 정도 스펙의 물건을 이용할 수 있고, 시계용IC(17, RTC)이나 메모리부(18, EEPROM)를 참조하고, 낙뢰시의 연월일이나 시간(분초) 등의 데이터나 낙뢰횟수 등 데이터를 취득하고, 이들 데이터를 메모리부(18, EEPROM)에 저장하여 보관하는 동시에 필요에 응해서 이것을 취출할 수 있다.

또한, 이 도 3의 구성 블럭도에 있어서의 낙뢰측정장치(100)는 2개의 낙뢰전류검출코일(15a, 15b) 이외에, 낙뢰를 단지 감지하기 위한 서치코일(16a)과 낙뢰검출회로(16)를 가지고 있어, 번개서지전류가 흐른 것인지 아닌지를 검출할 수 있다. 여기에서의 낙뢰검출회로(16)는 낙뢰 유무의 검출에 있어서 어떤 크기의 낙뢰를 감지해야 할 것인지 등에 대해 그 감지하는 크기를 선택·조정하는 수단을 구비하고 있어, 그 낙뢰감도의 조정을, 감도조정부(16k, 감도설정스위치)에서 행할 수 있다. 게다가, 낙뢰측정장치(100)는 뇌격시의 시각적인 통지(알림) 또는 표시를 행하기 위해서, 솔레노이드를 포함하는 낙뢰표시구동회로(12A)와 낙뢰표시(12a, 표시바)를 가지고 있어, 낙뢰가 있었던 것을 알릴 수 있다.

낙뢰측정장치(100)의 낙뢰감도의 조정에 대해서는, 도 3의 좌측위에 있는 감도조정부(16k, 감도설정스위치)에 있어서, 동작 전류감도를 설정할 수 있다. 예를 들면, 서지 전류의 크기에 따라 스위치를 단계별로 바꾼다고 하면, 일 예로서, 「번개서지 전류의 크기가 1600A이상의 물건을 검출하기 위해서는 스위치 1, 2400A 이상은 스위치 2, 3200A 이상은 스위치 3, 3600A 이상은 스위치 4, 5050A 이상은 스위치 5, 8250A 이상은 스위치 6」과 같이 해서, 검출의 감도를 설정할 수 있다.

본 발명에 의한 낙뢰정보수집시스템의 주요한 동작은 다음과 같이 행하여진다.

(1) 낙뢰시간 및 낙뢰전류데이터의 기억

(1-1) CPU는 항상 슬립모드(전력절약모드)로 동작한다.

(1-2) 철탑의 탑다리 등의 부착 부위를 흐르는 번개서지전류가 소정값 이상일 때, 낙뢰검지회로가 동작하고 CPU가 동작한다.

(1-3) CPU는 낙뢰시의 정확한 시간을 내부시계로부터 읽음과 동시에, 낙뢰전류검출코일에 발생한 유도 기전력에 의한 RC충전 회로의 충전전압 및 횟수를 EEPROM에 저장한다.

(1-4) 낙뢰 표시를 위한 솔레노이드를 동작시켜 낙뢰가 있었던 것을 표시 바 등의 표시물을 시각적으로 통지시킨다.

(1-5) CPU는 다시 슬립모드(전력절약모드)로 동작한다.

(2) 낙뢰 데이터의 취출·소거 및 시간 조정

(2-1) 낙뢰 데이터의 유무는 낙뢰표시바가 낙뢰측정장치의 본체 하부로 튀어 나오고 있는 것으로 확인한다.

(2-2) 낙뢰 데이터의 취출은 본 낙뢰정보수집시스템 전용의 데이터수집기를 이용해서 행한다. 이 데이터수집기는 접속용 케이블 및 커넥터를 구비하고 있어, 낙뢰측정장치데이터취출커넥터에 이것을 접속하고, 데이터의 취입을 행한다. 이 때, 낙뢰측정장치의 전원은 데이터수집기에 의해 공급될 수 있다.

(2-3) 낙뢰측정장치의 내부 시간 조정이나 내부에 기억된 낙뢰데이터의 소거는 데이터수집기를 이용해서 행한다.

(2-4) 동작 후의 낙뢰표시바의 리셋에 대해서는, 표시바를 낙뢰측정장치의 본체의 하부로부터 위쪽으로 압입하여 되돌림으로써 행한다.

도 4는 낙뢰측정장치와 데이터수집기를 구비하는 본 발명에 의한 낙뢰정보수집시스템에 있어서, 그 일 실시형태에 따른 동작 흐름도이다.

이 낙뢰정보수집시스템에 있어서, 시스템의 동작을 시작하는 단계(스텝 01:S01)와, 낙뢰측정장치의 CPU의 초기설정을 행하는 단계(S02), CPU가 슬립상태(전력절약모드)로 되는 단계(S03)로 된다. 다음에 외부끼어들기가 발생한 것인지 아닌지가 판단되어(S04), 거기에서 No의 경우에는 단계 S03(CPU 슬립모드)」로 돌아가지만, Yes의 경우에는 다음 단계 S05로 진행되고, 낙뢰 신호인지 아닌지가 판단된다.

단계 S05에서 낙뢰신호라고 판단되었을 때(Yes의 경우)는, 「낙뢰측정전원ON(S06)」으로부터「1㎳WAIT(S07)」을 경유하고, 그 다음 단계(S08)에 있어서, 다시 낙뢰 신호 인지의 여부가 판단된다. 이 「S08」에 있어서 NO일 경우에는, 「전압방전ON(S20)」→「10㎳WAIT(S21)」→「「전압방전OFF(S22)」→「낙뢰측정전원OFF(S23)」를 경유하고, 「S03(CPU슬립모드)」로 돌아가는 것이 된다.

또한 「S08」에 있어서 Yes일 경우에는, 「1㎳WAIT(S09)」로부터 「낙뢰 전류를 측정하고, 8회의 데이터를 취득해서 그것들을 평균하는 단계(S10)」로 진행되고, 그 다음 단계(S11)에 있어서, 「VC1-VC2」의 값이 소정전압(여기에서는 0.02V)보다 작을 것인지 아닌지가 판단된다.

여기에서,「VC1-VC2」의 값이 소정전압보다 작다 (Yes)고 판단되었을 경우에는, 전류측정의 대상이 되는 도체를 흐르는 전류 이외의 영향을 받고 있다고 판단하고, 그 후의 측정을 행하지 않는 것으로 하기 때문에, 그 때는, 이전의 단계「S20」→「S21」→「S22」→「S23」을 경유하고, 「S03(CPU슬립모드)」로 돌아간다.

이 단계(S11)에서, 「VC1-VC2」의 값이 소정전압보다 작지 않다(No)고 판단되었을 경우에는, 그 후에 계속되어서 측정을 행하는 것이 된다. 그 때는, 다음 단계의 「낙뢰전류방전(S12)」으로부터 「낙뢰검지표시의 솔레노이드가 동작(S13)」으로 진행되고, 그 다음 단계「S14」에 있어서, 낙뢰 횟수가 소정횟수 이하(여기에 서는 50회 이하)인지의 여부가 판단된다.

단계「S14」에 있어서, 낙뢰 회수가 소정횟수 이하(여기에서는 50회 이하)인 (Yes)라고 판단되었을 경우에는, 다음으로 내부시계에 의해 시간을 읽어, 낙뢰횟수(+1)를 취득하고(S15), 또한, 메모리(EEPROM)에 낙뢰 시간·데이터를 써 넣고(S16), 다음으로 「30㎳WAIT(S17)」→「전압방전OFF(S18)」→「낙뢰측정전원OFF(S19)」를 경유하고,「S03(CPU슬립모드)」로 돌아간다.

또한, 단계「S14」에 있어서, 낙뢰횟수가 소정횟수 이하(여기에서는 50회 이하)인 아니다(No)라고 판단되었을 경우에는, 「S15」과 「S16」으로 진행되지 않고,「30㎳WAIT(S17)」→「전압방전OFF(S18)」→「낙뢰측정전원OFF(S19)」를 경유하고, 「S03(CPU슬립모드)」로 돌아간다.

한편, 여기에서 이전 단계(S05)로 돌아가서 설명을 계속한다. 외부끼어들기가 발생해서(S04), 그것이 낙뢰신호인지의 여부가 판단되는 단계「S05」에 있어서, 그 외부끼어들기가 낙뢰신호가 아니다라고 했을 때(No의 경우)에는, 계속되는 단계「S24」에 있어서, 데이터수집기로부터의 요구인지 아닌지가 판단된다. 여기에서, No일 경우에는, 앞의 단계의 CPU슬립상태「S03」로 되돌아 와버리지만, 데이터수집에서의 요구인 것이라고 판단되었을 때 (Yes의 경우)에는, 이후의 단계(S25)로 진행된다.

이 단계「S25」에서는, 데이터의 취출을 행할 것인지 아닌지의 판단이 되어, 데이터를 취출할 때(Yes의 경우)에는, 다음의 단계「S28」에 있어서, 데이터수집기에 데이터를 송신하고, 그 다음에 「데이터 소거」인지 아닌지가 판단되어(S29), 데이터를 소거할 경우에는, 다음의 단계「S30」에 있어서 그것을 실행하고 나서, CPU슬립상태「S03」로 되돌아 온다. 또한, 소거하지 않을 경우에는, 바로 CPU슬립상태「S03」로 되돌아 온다.

여기서, 이 단계「S25」에서 데이터를 취출하지 않을 때(No의 경우)에는, 다음의 단계「S26」로 진행되어서「시간확인·수정」을 할 것인지 아닌지가 판단된다. S26에서「시간 확인·수정」을 하지 않을 경우(No의 경우)에는, 바로 CPU슬립상태「S03」로 되돌아오지만, S26에서「시간 확인·수정」을 할 경우(Yes의 경우)에는, 다음의 단계「S27」에서 그것을 실행하고 나서, CPU슬립상태「S03」로 돌아가는 것이 된다.

도 5는 본 발명에 의한 낙뢰측정장치와 데이터수집기를 구비하는 낙뢰정보수집시스템에 있어서, 그 낙뢰전류검출의 원리를 더 상세하게 설명하기 위한 도면이다. 도 5에는 낙뢰전류가 흐르는 도체 D1과 낙뢰측정장치가 구비하는 검출코일 C1을 나타내고 있고, 도 5(1)는 도체 D1과 검출코일 C1이 배치된 상태에서의 평면도이며, 도 5(2)는 동측면도이다.

도 5의 도체 D1에는 낙뢰 전류 i가 흘러, 이것을 검출코일 C1으로 측정한다. 이 검출코일 C1은 낙뢰전류의 측정대상이 되는 도체 D1에 비접촉으로 접근시켜 설치된다. 이 검출코일 C1은 세로와 가로가 l₁× l₂인 크기의 사각형 형상이며, 감음수는 N이다. 사각형 형상의 한 변을 도체 D1에 평행으로 하여 도체 D1과 한 변과의 거리가 r₁이며, 코일축 Ca가 평행으로 도체 D1의 주위에 보이는 자속의 방향과 일치 하는 모양으로 한다. 또한, 이 도 5에 있어서, r₁은 도체 D1의 중심으로부터 검출코일 C1까지의 거리이지만, 기지의 값으로서 설정할 수 있다.

도 5에 있어서, 검출코일(1)에 발생하는 코일발생전압 V₁은, 다음의 [수 1]로 표시된다.

여기서, N:코일 권수, μ₀: 진공의 투자율 4π× 10^-7, I:뇌전류이다.

다음으로 도 6에 의해, 본 발명에 의한 낙뢰정보수집시스템의 일실시예에 대해서, 그 낙뢰전류검출의 원리를 설명한다. 여기에서의 낙뢰전류는 도체 D2를 흐르고, 이것을 2개의 검출코일(C11, C12)을 이용해 측정한다. 낙뢰전류의 측정의 대상이 되는 도체 D2에 비접촉으로 접근시켜서 제1검출코일 C11과 제2검출코일 C12이 설치된다. 이들의 제1검출코일 C11과 제2검출코일 C12는, 세로와 가로가 l₁× l₂인 크기가 같은 사각형 형상임과 동시에 같은 권수 N이다. 게다가, 사각형 형상의 한 변을 도체 D2에 평행으로 해서 도체 D2와의 상대거리가 소정치수 g만큼 늦춰져, 코일축 Ca₁과 Ca₂가 평행으로 도체 D2의 주위에 생기는 자속의 방향과 일치되는 모양으로 한다. 또한, 도면에 있어서, r₁, r₂는 도체 D2의 중심으로부터 제1검출코일 C11과 제2검출 코일 C12까지의 거리이지만, 여기에서는 미지수다.

도 6에 있어서, 제1검출코일 C11에 일으키는 코일발생전압 V₁은 상술한 것처럼 [수1]로서 표시된다. 또한, 제2검출코일 C12에 일으키는 코일발생전압 V₂는, 동일하게 [수 2]로 표시된다.

그리고, 코일발생전압(V₁, V₂)에 의한 「Ｃ의 충전 전압(Vｃ₁, Vｃ₂)」은, 다음과 같이 표시된다.

여기서, τ:RC회로의 시정수, Τ:천둥의 상승시간이다.

그리고,「C의 충전전압(Vｃ₁, Vｃ₂)」과 「코일발생전압(V₁, V₂)」은 다음의 수식 5의 관계에 있기 때문에, 외삽법등에 의해 「r₁」이 구해진다.

［0046］

그리고, ｄＩ/ｄｔ＝ I₀/T 、τ>>T, I₀:낙뢰 전류의 피크치라고 하면, 이전의 [수1] [수3]에 의해, 다음과 같이 나타낼 수 있다.

여기서, γ:회로특성에 의한 보정계수라고 한다.

본 발명에 의한 낙뢰측정장치와 데이터수집기를 구비하는 낙뢰정보수집시스템의 일실시예에서는 상기한 바와 같은 코일을 배치한 낙뢰전류측정의 원리에 근거해 행하여져, 2개의 코일을 이용한 전류측정에서는 다음과 같은 순서로 행하여지면 좋다.

우선, 데이터수집기의 마이크로컴퓨터 등의 연산 처리부에 미리 각 연산식 및 제1검출코일 C11과 제2검출코일 C12 등의 데이터1₁, 1₂, g, N, μ₀등이 설정된다.

그리고, 낙뢰측정장치로는 제1검출코일 C11과 제2검출코일 C12를 도체 D2에 근접해 배치해 두고, 낙뢰전류가 흐르면, 제1검출코일 C11과 제2검출코일 C12에 발생하는 유도전압(V₁, V₂)에 의한 Ｃ의 충전 전압(Vｃ₁, Vｃ₂)을 측정한다.

데이터수집기에서는 그 얻을 수 있었던 충전전압(Vｃ₁, Vｃ₂)으로부터, 이전의 수식 [수 1]∼ [수5]을 이용해, 도체 D2와 제1검출코일 C11과의 사이의 거리「r₁」을 연산에 의해 구하고, 또한, 낙뢰전류치「I₀:피크치」를 연산에 의해 구한다. 다음으로 이 연산에서 구해진「ｒ₁」「I₀」등의 데이터를 표시부에 적당하게 표시한다.

한편, 도 7은 본 발명의 낙뢰정보수집시스템에 의한 낙뢰측정장치를 이용해 측정된 낙뢰전류치와, 종래의 로고스키코일을 사용해 측정된 낙뢰전류치를 비교해 나타낸 데이터도이다. 여기에서의 낙뢰전류의 측정은 각종 크기의 Ｌ형 앵글부재의 설치장소에, 본 발명에 의한 낙뢰측정장치와 로고스키코일에 의한 종래 측정장치의 2종류의 장치를 설치하고, 시험적으로 크기를 바꾼 낙뢰전류를 여러번 흘려보내고, 그것들의 낙뢰 전류를 그 때마다 측정한 것이다. 측정에 있어서 Ｌ형 앵글부재는 L65/ L100/ L150의 3종류로 해서 전류측정값이 1000A∼9000A의 범위가 되도록 설정해서 실시했다.

도 7을 보면 분명하게 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 낙뢰측정장치에 의한 낙뢰전류측정값과, 로고스키코일에 의한 종래 측정장치에 의한 낙뢰전류측정값에서는 양자의 데이터간의 격차나 차이가 대부분 보여지지 않고, 직선적인 그래프의 관계로서 표시되어, 양자가 거의 동일한 측정전류치를 얻을 수 있는 것을 알았다.

이와 같이 본 발명과 같은 저가격이고 소형인 낙뢰측정장치를 이용해도, 대 단히 고가이고 대형인 로고스키코일에 의한 종래 측정장치와 거의 동등해서 지극히 정확한 데이터를 얻을 수 있는 것이 밝혀졌다.

그리고, 도 7의 데이터는 본 발명의 낙뢰측정장치에서 이용되고 있다, 코일발생전압에 의한 콘덴서의 충전전압을 측정하는 것을 기초로 한 측정 이론이, 낙뢰전류의 측정에 적절한 것을 보여주는 것이다.

또한, 상기의 실시예의 설명에 있어서는 검출코일로 사각형 코일을 채용했을 경우에 관하여 설명했지만, 검출코일로서는 이것에 한정되는 것은 아니고, 원형 코일, 타원형 코일, 삼각 코일 등을 검출 코일로서 쓸 수 있다.

또한, 본 발명의 낙뢰전류의 측정에서는, 2개의 코일의 제1검출코일과 제2검출코일의 유도기전력에 의한 RC충전회로의 충전전압의 비교로부터, 제1검출코일과 도체와의 사이의 거리 r₁을 연산하는 것을 주로 설명해 왔지만, 검출코일과 도체와의 사이의 거리 r이 알려져 있다면, [수1]∼ [수6]로부터 분명하게 알 수 있는 바와 같이, 1개의 검출코일만으로 낙뢰전류를 측정하는 것도 가능하다.

본 발명의 낙뢰정보수집시스템 에 의하면, 낙뢰측정장치를 낙뢰전류가 흐르는, 예를 들면, 송전 철탑의 탑다리에 달아 두면, 소정 크기이상의 뇌격 전류가 탑다리를 흘렀을 때에, 그 뇌격전류의 크기 및 낙뢰가 있었던 정확한 시간 등의 낙뢰정보(데이터)를 저장해서 보존해 둘 수 있다. 이들 저장된 낙뢰데이터는 인터페이스 커넥터를 통과시켜 데이터수집기에 취출될 수 있고, 그리고, 데이터수집기에 저장된 낙뢰데이터를, 또 다른 전자기기(PC 등)으로 취출할 수도 있다.

또한, 본 발명의 낙뢰정보수집시스템에 의하면, 공심코일에 의한 전류센서의 적용이나 회로 구성의 간소화 등에 의해 낙뢰측정장치의 단가를 저가격의 물건으로서 제공할 수 있기 때문에, 낙뢰가 일어날 수 있는 다수의 낙뢰 장소의 각각에 낙뢰측정장치를 설치하는 것이 가능해 진다. 그리고, 많은 낙뢰측정장치로부터 얻을 수 있었던 데이터를 데이터수집기에 의해 수집하고, 낙뢰데이터(동작의 유무· 일시· 회수· 전류치 등)의 검토, 낙뢰 장소의 특정, 이력의 관리, 점검 장소의 순위매김, 점검 시기의 확인 등이 극히 용이하게 되고, 낙뢰에 대한 설비 점검의 효율화가 대단히 기대될 수 있다.

본 발명의 낙뢰 정보수집 시스템에 의하면, 각 장치의 구성은 간명하며, 또한 소형으로 저렴한 부재나 회로 등을 써서 제작할 수 있다. 따라서, 본 발명에 의해, 소형, 경량, 저렴하고 또한 성능적으로도 뛰어난 낙뢰 정보수집 시스템 또는 장치를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 낙뢰 정보수집 시스템은, 낙뢰 검출시의 전류검출 기능이나 시간기억 기능 등을 가지고 있어, 낙뢰시의 유효한 정보나 데이터의 취득을 할 수 있고, 그 분석이나 해석에 있어서 유효하게 활용할 수 있다.

Claims

낙뢰 측정 장치와 데이터수집기를 구비하는 낙뢰 정보수집 시스템에 있어서,

상기 낙뢰 측정 장치는 복수개가 각각 다른 측정 장소에 부착될 수 있고, 도체에 흐르는 낙뢰 전류를 코일에 의해 검출하고 낙뢰 시간을 포함하는 낙뢰에 관한 정보를 취득하는 수단을 구비하고,

상기 데이터수집기는 각각의 낙뢰 측정 장치에 접속하는 수단과, 상기 낙뢰 측정 장치가 취득한 데이터를 수집하는 수단을 구비하고,

상기 낙뢰 측정 장치의 낙뢰 전류의 검출 코일은 상기 도체에 근접되어 상기 도체에 흐르는 낙뢰 전류에 의해 생기는 자속의 방향에 코일 축을 향한 모양으로 배설되고,

상기 검출 코일은 같은 형상과 같은 감음수의 2개의 검출용 코일로 구성되고,

상기 2개의 검출용 코일은 같은 모양으로, 상기 도체로부터의 상대거리를 소정치수 늦춘 상태로 해서 배설되고,

상기 낙뢰 측정 장치는,

상기 2개의 검출용 코일에 유기되는 유도 기전력에 의한 RC충전 회로의 충전 전압을 각각 측정하는 수단과,

2개의 검출용 코일에서 얻을 수 있었던 상기 충전 전압의 비교에 의해, 상기 검출용 코일의 어느 한편과 상기 도체간과의 거리를 연산하는 수단과,

상기 거리와 어느 한편의 검출용 코일에 유기된 유도 기전력에 의한 RC충전 회로의 충전 전압에 의하여, 상기 도체에 흐르는 낙뢰 전류를 연산하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 낙뢰 정보수집 시스템.
낙뢰 측정 장치와 데이터수집기를 구비하는 낙뢰 정보수집 시스템에 있어서,

상기 낙뢰 측정 장치는 복수개가 각각 다른 측정 장소에 부착될 수 있고, 도체에 흐르는 낙뢰 전류를 코일에 의해 검출하고 낙뢰 시간을 포함하는 낙뢰에 관한 정보를 취득하는 수단을 구비하고,

상기 데이터수집기는 각각의 낙뢰 측정 장치에 접속하는 수단과, 상기 낙뢰 측정 장치가 취득한 데이터를 수집하는 수단을 구비하고,

상기 낙뢰 측정 장치는,

상기 도체에 근접되어 그 도체에 흐르는 낙뢰 전류에 의해 생기는 자속의 방향에 코일 축을 향한 모양으로 배설되는 낙뢰 전류의 검출코일과,

상기 검출코일에 유기되는 유도 기전력에 의한 RC충전 회로의 충전 전압을 측정하는 수단과,

얻을 수 있었던 상기 데이터와 상기 도체-검출용 코일간의 기지의 거리 데이터에 의하여, 상기 도체에 흐르는 낙뢰 전류를 연산하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 낙뢰 정보수집 시스템.
제1항에 기재된 낙뢰 정보수집 시스템에 있어서,

상기 2개의 검출용 코일은, 상기 도체에 보다 근접 하는 쪽으로부터「코일1, 코일2」로 설치되고,

상기 2개의 검출용 코일의 각각에 유기되는 유도 기전력에 의한 RC충전 회로의 충전 전압에 대해서, 「코일1의 값-코일2의 값」이 소정값보다 작을 것인지가 판단되고,

작을 경우에는 전류측정의 대상이 되는 도체가 흐르는 전류 이외의 영향을 받고 있다고 판단하고 측정을 행하지 않는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 낙뢰 정보수집 시스템.