KR20100095289A - 전력선을 이용한 누설전류 원격 제어 시스템 - Google Patents

Abstract

전력선을 이용한 누설전류 원격 제어 시스템에 관한 것으로, 간선 회로 누설전류 원격 감시 회로, 무선 통신 제어 알고리즘 및 펌웨어을 내장한 메모리, 검출 데이터 무선 원격 송수신 인터페이스 회로, 무선 통신에 의한 On-line 원격감시 장치 및 설비 계통도 기반의 화재 대응 및 경보 수단을 구비하는 간선회로 누설 전류 원격 감시 및 예측 장치를 포함하는 구성을 마련한다.

상기와 같은 전력선을 이용한 누설전류 원격 제어 시스템을 이용하는 것에 의해, 누설전류 발생시 원격 감시 및 단계별 경보 발생이 가능하도록 하여 전력 손실과 인명 피해 등의 사고 발생을 최소화할 수 있다.

간선회로, 누설전류, 전력선, 원격제어, 경보발생

Description

전력선을 이용한 누설전류 원격 제어 시스템{Leakage current remote contol system using power line}

본 발명은 전력선을 이용한 누설전류 원격 제어 시스템에 관한 것으로, 특히 배선용 간선 회로 누설전류를 원격지에서 실시간으로 각 간선회로의 누설전류상태를 무선으로 제어 및 감시할 수 있는 전력선을 이용한 누설전류 원격 제어 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 가정용 전원의 무선원격검침을 위한 전자식 계량기로서 소위 "원격 OMR(Off-site Meter Reading) 적산전력량계"가 특정지역에 설치되어 시범운용되고 있다.

이러한 무선원격검침 적산전력계량는 소정의 통신방식으로 원격지의 핸디 터미널과 무선으로 데이터를 송수신할 수 있는 RF모듈을 구비하고 있다. 무선 핸디 터미널에서 검침원은 키 입력부를 통해 수용가ID를 입력하고 나서 검침요구신호를 전송하면, 이에 반응하여 OMR 적산전력량계는 RF모듈의 마이크로프로세서에서 현재까지 적산된 전력 사용량 데이터를 소정 데이터 포맷으로 변환하여 외부로 전송한다.

핸디 터미널에서 수신된 해당검침 데이터는 마이크로프로세서에서 판독하여 메모리에 저장되고, 디스플레이를 통해 검침한 데이터를 확인할 수 있다. 또한, 메모리에 저장된 각 수용가의 검침 데이터는 나중에 주관사업소로 돌아온 후, PC 인터페이스를 통해 중앙호스트에서 일괄적으로 집계되고, 이에 따라 사용량에 따른 요금 고지서가 각 수용가로 발부된다.

또한 배전용 간선 회로 누설전류 무선 원격 감시에 관한 기술의 일 예가 하기 문헌 1 내지 4에 기재되어 있다.

하기 문헌 1은 시간 지연 합성법을 이용한 저항성 누설전류의 측정 방법 및 장치로서, 시간지연 합성법을 적용하여 운전중인 피뢰기의 접지선에 흐르는 누설전류 중 피뢰기 열화에 직접적인 연관이 있는 저항성 누설전류를 보다 정확하게 측정할 수 있는 방법 및 장치에 관한 것으로, 제3고조차 측정법을 제시하고 있다.

상기 저항성 누설전류의 측정 방법으로서, 제 3고조파 측정법을 통한 각 성분의 누설전류와 인가전압의 파형을 나타낸 도 1에 도시된 바와 같이, 산화아연 소자에 60㎐ 교류전압을 인가시켰을 때 인가전압 (7), 전체 누설전류(8) 및 저항성 누설전류(9)를 측정하고 동시에 제 3고조파 전류(10)를 나타내었다.

또, 도 2는 하기 문헌 1에 개시된 시간지연합성법을 적용한 누설전류 검출장치의 구성도의 예를 나타낸 도면으로서, 신호검출부가 운전전압에서 피뢰기 접지측을 전력계통에서 분리하지 않고 누설전류를 검출하도록, 주파수 대역이 5㎐∼15㎑을 갖는 고감도 관통형 변류기(13)를 사용하며, 차동 증폭기(14)는 미소한 상기 누설전류를 증폭하고 차동모드 노이즈를 차단하며, 저역통과필터(15)는 1㎑ 이상의 고주파 노이즈를 제거하기 위해 사용되며, A/D 변환기(16)는 누설전류 정보를 이산화 신호(digital signal)로 변환하여 제어부에 입력한다.

또, 제어부(17)는 A/D 변환기(16)을 통해 입력된 전체 누설전류를 인식하는 단계, 전체 누설전류를 소정 시간 지연하여 지연파형을 형성하는 단계, 전체 누설전류와 지연파형을 더하여 합성 파형을 형성하는 단계, 합성 파형이 피크치를 갖는 시간보다 소정 시간만큼 앞선 시간에서의 전체 누설전류 값을 피크치로 하고 전체 누설전류의 주파수를 주파수로 하는 파형으로서 합성 파형보다 소정 시간만큼 앞선 소거 파형을 형성하는 단계 및 전체 누설전류에서 소거 파형을 감산하여 측정 파형을 구하는 단계를 수행한다. 한편, LCD(18)와 PC(19)는 제어부에 입력된 누설전류, 인가전압과 제어부에서 수행한 지연파형, 합성파형, 용량성전류(소거 파형), 저항성 전류값들을 나타낸다.

또한 하기 문헌 2에 있어서는 차단기에 접속된 전력공급망의 선로상에 전류센서 및/또는 전압센서에 의하여 장해를 검출하는 경우 차단기를 닫지 않기 위해 전력공급망중에 디지털 보호시스템을 제공하고 그 디지털 보호시스템은 원격기기와의 블루투스 전송 프로토콜을 이용한 단거리 무선링크를 구비한 구성에 대해 개시되어 있다.

하기 문헌 3에 있어서는 누전 차단기, 영상 변류기, 신호검출부 및 단일 칩 프로세서를 구비하고 중앙처리부에 연결되어 외부의 관리시스템에 유선(RS-232와 RS-485)으로 통신이 이루어지고 외부의 관리인에게 누전 데이터를 무선으로 송신하는 송신 단말부를 구비한 기술에 대해 개시되어 있다.

또한 하기 문헌 4에 있어서는 수배전 선로에서 발생되는 결상, 정전, 과전류, 누전, 변압기 과열 등의 제반 결함요인들을 데이터화하여 수집한 후 램에 저장하고, 저장된 정보를 일정시간 단위로 통신선로를 통하여 한꺼번에 중앙통제실로 전송함에 따라 통신비용의 절감 및 컴퓨터 사용 효율을 극대화하며, 감시 대상물의 설정값을 원격으로 변경하는 기술에 대해 개시되어 있다.

[문헌 1] 한국등록특허 498,927호(2005.06.23 등록)

[문헌 2] 일본 공개 특허 2002-281655호(2002.09.27 공개)

[문헌 3] 한국 등록실용신안 425,583호(2006.08.29 등록)

[문헌 4] 한국 등록 특허 396,394호(2003.08.20 등록)

즉, 상기 문헌 1에서는 피뢰기의 저항성 누설전류를 측정하기 위하여 제3고조파 측정법 등을 사용하는 기술이 개시되었고, 문헌 2에는 검출한 값을 원격기기와의 블루투스 전송 프로토콜을 이용한 단거리 무선링크의 기술이 개시되어 있으며, 문헌 3에는 분전반에서 분기 선로의 누설 전류의 발생 유무를 지속적으로 검출하여 누전의 발생을 통지하는 기술이 게시되어 있으며, 문헌 4에는 변압기나 수배전 선로 등의 각종 설비에서 발생되는 누전 등의 제반 결함요인들을 데이터화하여 실시간 수집하여 통신선로를 통해 중앙 통제실로 전송하는 기술에 대해 개시되어 있다.

그러나 상기 문헌에 개시된 기술에 있어서는 누설전류 검지를 위한 이산 제어기의 개발과 통신에 관련된 하드웨어 설계 및 통합 모니터링 관제시스템의 구축에 있어서, 누설전류의 측정 기술 및 블루투스 프로토콜을 활용하여 현장에서 필요로 하는 세부적인 개별 기술들 예를 들어, 누설전류 이산 제어기, 송수신 정보 확인 알고리즘, 제어변수 및 통신 개념 설계, 통신 정보 오류 검사 등에 대한 구체적인 실현 기술이 개시되어 있지 않다는 문제가 있었다.

본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 2.4GHz 무선 주파수대의 유비쿼터스 무선 통신 모듈을 장착하여 실시간으로 각 간선회로의 누설 전류 검출상태 정보를 누설전류 발생시와 정상시에 검지 및 감시가 가능한 통합 모니터링 시스템으로 전송하여 누설전류 발생시 원격 감시 및 단계별 경보 발생이 가능하도록 하여 전력 손실과 인명 피해 등의 사고 발생을 최소화할 수 있는 전력선을 이용한 누설전류 원격 제어 시스템을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 전력선을 이용한 누설전류 원격 제어 시스템은 간선회로 누설 전류원의 검지 수단, 개폐기 및 용량 초과 사용에 대한 감시 수단과 센서 응용회로에 의한 누설 전류 사전 검출 수단을 구비하는 간선회로 누설전류 검지 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따른 전력선을 이용한 누설전류 원격 제어 시스템은 간선 회로 누설전류 원격 감시 회로, 무선 통신 제어 알고리즘 및 펌웨어을 내장한 메모리, 검출 데이터 무선 원격 송수신 인터페이스 회로, 무선 통신에 의한 On-line 원격감시 장치 및 설비 계통도 기반의 화재 대응 및 경보 수단을 구비하는 간선회로 누설 전류 원격 감시 및 예측 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 전력선을 이용한 누설전류 원격 제어 시스템에 의하면, 누설전류 발생시 원격 감시 및 단계별 경보 발생이 가능하도록 하여 전력 손실과 인명 피해 등의 사고 발생을 최소화할 수 있다는 효과가 얻어진다.

본 발명의 상기 및 그 밖의 목적과 새로운 특징은 본 명세서의 기술 및 첨부 도면에 의해 더욱 명확하게 될 것이다.

먼저 본 발명에 적용되는 전력선을 이용한 시스템의 개념에 대해 설명한다.

전력선 통신(PLC; Power Line Communication)은 미국에서 전력선을 전화망으로 활용하기 위해 개발한 기술로, 기존 전력선을 통신망으로 이용해 음성과 데이터 등을 전송하는 통신기술이다

전력선을 이용한 통신은 광범위하게 깔려있는 기존의 전력선을 이용하기 때문에 설치비의 저렴, 고속접속 지원, 홈네트워킹 시장 지원, 전력망 관리 용이, 다양한 응용 가능성 등의 이점을 가지므로, 많은 연구 개발이 진행되고 있다.

그러나, 이와 같은 전력선을 이용한 통신 기술은 열악한 통신채널로 인한 통신장애 발생(예를 들어, 노이즈나 간섭 등), 과부하의 발생 우려 등의 예측할 수 없는 피해가 발생할 우려의 소지가 있고, 통신법 규제 제한이나 주파수 제한 등의 문제점이 있다

도 3은 전력선을 이용한 유무선 통신 시스템의 개략도이다.

일반적으로 154KV이상의 고압전력선에서 저압으로 감압되어 중압전력선(중앙 원형 부분)이 형성되고, 중압전력선에서 저압으로 감압되어 통상적으로 사용되는 380V나 220V의 저압전력선(12)이 형성되며, 전력선을 이용한 유무선 통합 통신시스템에서는 중압전력선과 저압전력선(12)을 기본 통신망으로 사용한다.

또한 통상 중압전력선(10)의 통신장치는 중계장치라 하고, 저압전력선(12)의 통신장치는 제어장치(200)라 하고, 저압전력선(12)의 수용가에 설치되는 통신장치는 관문장치(300)라 하고, 수용가 전기기기에 설치되는 통신장치는 단말장치(400)라 한다.

중계장치(Transfer Unit; 100)는 22.9KV의 중압전력선(10)과 220V의 저압전력선(12)이 연결되는 위치에 장착됨으로써, 중압전력선(10)의 신호를 저압전력선(12)으로 전송시 스위칭 역할을 제공한다.

제어장치(Control Unit; 200)는 중압전력선에서 저압으로 감압된 후, 저압전력선(12) 통신의 시작단계라 할 수 있으며, 중계장치로부터 신호를 수신하고, 신호를 다시 관문장치(300)로 전송하며, 하나 이상의 관문장치(300)들을 통합하여 제어 및 관리한다. 또한, 제어장치(200)는 주상변압기와 대응하여 설치된다.

관문장치(Gateway Unit; 300)는 제어장치(200)로부터 신호를 수신하고, 신호를 다시 단말장치(400)로 전송하며, 하나 이상의 단말장치(400)를 집중적으로 제어 및 관리하여 모든 전기기기의 원격제어 및 감시, 각종 검침(예를 들어, 수도, 가스, 전기)등을 수행한다. 또한, 관문장치(400)는 가정이나 사무실의 계량기 부근에 설치된다.

단말장치(Terminal Unit; 400)는 각종 전기기기에 외장 및 내장되어 관문장치(300)로부터 신호를 수신하고, 사용자가 원하는 상태로 기기의 상태를 변경할 수 있도록 수신한 통신신호를 통신망으로부터 분리하여 해당 기기에 전달한다.

즉 상기와 같은 전력선을 이용한 유무선 통합 통신시스템은 22.9KV의 중압전력선과 220V의 저압전력선(12)이 형성되고, 중계장치, 제어장치(200), 관문장치(300), 단말장치(400) 등이 저압전력선(12)을 통해 순차적으로 신호를 전송하며, 다시 이 신호에 대한 결과를 역순으로 전송한다.

이와 같이 구성된 전력선을 이용한 통신시스템은 신호가 상위 장치에서 하위장치로 순차적으로 전달되므로, 전력선 이상 발생으로 인한 통신 두절시 문제가 발생한 지점을 손쉽게 파악할 수 있다.

또한, 각 장치는 무선통신망 모듈을 포함하고, 전력선에 이상이 발생하여 통신 두절이 발생하면, 무선통신망이 동작하여 지속적인 통신이 이루어지도록 구성된다.

무선통신망은 무선CDMA(20)와 무선랜(30)을 포함하고, 무선 CDMA모듈(22)과 무선랜모듈(32)은 PCI카드형태로 구성하여 각 장치 내의 PCI소켓에 장착이 용이하여 손쉬운 착탈이 가능하도록 할 수 있다.

일반적으로 외부에 장착되는 중계장치와 제어장치(200)는 무선CDMA모듈(22)을 통한 무선CDMA 네트워크(24)를 구성하고, 무선CDMA 네트워크(24)는 기지국, 외부 라우터, 집중화기 등을 포함하여 인프라를 구성한다

또한, 내부에 장착되는 관문장치(300)와 단말장치(400)는 무선랜모듈(32)을 통한 무선랜 네트워크(34)를 구성하고, 무선랜 네트워크(34)는 WAN 장비를 포함하여 인프라를 구성한다.

이하, 본 발명의 구성을 도면에 따라서 설명한다.

또한, 본 발명의 설명에 있어서는 동일 부분은 동일 부호를 붙이고, 그 반복 설명은 생략한다.

도 4는 본 발명에 따른 전력선을 이용한 누설전류 원격 제어 시스템을 도시한 블록도이고, 도 5는 도 4에 도시된 간선회로 누설전류 검지 장치의 구성 블록도이며, 도 6은 도 4에 도시된 간선회로 누설 전류 원격 감시 및 예측 장치의 구성 블록도이다.

도 4에 도시된 바와 같은 본 발명에 따른 누설전류 원격 제어 시스템(100)은 간선회로 누설전류 검지 장치(110)와 간선회로 누설 전류 원격 감시 및 예측 장치(120)으로 이루어진다.

상기 간선회로 누설전류 검지 장치(110)는 도 5에 도시된 바와 같이, 간선회로(111)의 누설 전류원을 검지하는 검지 수단(112), 개폐기 및 용량 초과 사용에 대해 감시하는 감시 수단(113)과 센서 응용회로에 의해 누설 전류를 사전에 검출하는 누설전류 사전 검출 수단(114)을 구비한다.

또한 전력선을 이용한 누설전류 원격 제어 시스템의 간선회로 누설 전류 원격 감시 및 예측 장치(120)는 도 6에 도시된 바와 같이, 간선 회로 누설전류를 원 격으로 감시하는 원격 감시 회로(121), 무선 통신 제어 알고리즘 및 펌웨어를 내장한 메모리(122), 검출 데이터를 무선으로 원격에서 송수신하기 위한 인터페이스 회로(123), 무선 통신에 의한 온라인(On-line) 원격감시 장치(124) 및 본 발명에 따른 시스템이 적용되는 설비의 계통도를 기반으로 화재에 대응하고, 화재 발생기 경보, 예를 들어 화재 발생을 음성 경보로 실행하는 경보 수단(125)을 구비한다.

상술한 각각의 구성은 시스템이 장착되는 상태에 따라 무선 또는 유선으로 결합하여 운용될 수 있다.

또한 상기 누설전류 원격 제어 시스템(100)의 구성에 있어서는 설명의 편의상 간선회로 누설전류 검지 장치(110)와 간선회로 누설 전류 원격 감시 및 예측 장치(120)의 각각의 구성 요소를 분리하여 설명하였지만 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 간선회로 누설전류 검지 장치(110)와 간선회로 누설 전류 원격 감시 및 예측 장치(120)의 각각의 구성 요소를 혼재하여 시스템을 운용할 수도 있다.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

도 1은 제 3고조파 측정법을 통한 각 성분의 누설전류와 인가전압의 파형을 나타낸 도면,

도 2는 종래의 시간지연합성법을 적용한 누설전류 검출장치의 구성도.

도 3은 전력선을 이용한 유무선 통신 시스템의 개략도,

도 4는 본 발명에 따른 전력선을 이용한 누설전류 원격 제어 시스템을 도시한 블록도,

도 5는 도 4에 도시된 간선회로 누설전류 검지 장치의 구성 블록도,

도 6은 도 4에 도시된 간선회로 누설 전류 원격 감시 및 예측 장치의 구성 블록도,

Claims (2)

1. 간선회로 누설 전류원의 검지 수단,

   개폐기 및 용량 초과 사용에 대한 감시 수단과

   센서 응용회로에 의한 누설 전류 사전 검출 수단을 구비하는 간선회로 누설전류 검지 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력선을 이용한 누설전류 원격 제어 시스템.
2. 간선 회로 누설전류 원격 감시 회로,

   무선 통신 제어 알고리즘 및 펌웨어를 내장한 메모리,

   검출 데이터 무선 원격 송수신 인터페이스 회로,

   무선 통신에 의한 On-line 원격감시 장치 및

   설비 계통도 기반의 화재 대응 및 경보 수단을 구비하는 간선회로 누설 전류 원격 감시 및 예측 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력선을 이용한 누설전류 원격 제어 시스템.

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