KR20110043059A

KR20110043059A - 송전선로 환경감시 시스템 및 제어방법

Info

Publication number: KR20110043059A
Application number: KR1020090099994A
Authority: KR
Inventors: 송완석; 장준용
Original assignee: 한전케이디엔주식회사
Priority date: 2009-10-21
Filing date: 2009-10-21
Publication date: 2011-04-27
Also published as: KR101083000B1

Abstract

본 발명은 송전선로 환경감시 시스템 및 제어방법에 관한 것으로 센서부의 데이터를 감시 처리 하는 센서 제어부와 데이터를 통신 모뎀의 종류에 따라 선택하여 송수신하는 데이터 통신부를 분리하여 각각을 제어하는 제어부(마이크로프로세서)를 구비하여 전력 소모량을 절약하며, 송전선로의 전류를 측정하는 전류 센서의 전류 측정부와 전압 획득부를 절연층으로 분리하여 센서 데이터의 정확도를 향상시킬 수 있다.

분리, 송전설비 감시, 센서, 센서 안정화 시간

Description

송전선로 환경감시 시스템 및 제어방법{With transmission line environmental monitoring system and control method}

본 발명은 데이터 통신부와 센서 제어부를 독립적으로 운영하는 단말장치를 사용하며, 센서 안정화 시간을 고려하여 정확하고 효율적으로 송전설비를 관리하는 송전선로 환경감시 시스템 및 제어방법에 관한 것이다.

과거 전력제어 기술은 전력계통에 고장이 발생되면 얼마나 신속하고 정확하게 고장을 감지하느냐의 연구와 고장 발생 후 얼마나 적절하게 고장을 복구하느냐에 따른 연구가 주도되었다.

그러나, 2003년 미국 대정전 이후 영국, 러시아 등 세계적으로 대정전 사태가 발생되고 그에 따른 대규모의 물적 인적 피해를 겪음에 따라 사람들의 인식변화가 생겼다.

즉, 고장이 일어나기 전에 고장에 대한 징후를 측정 판단하여 고장을 사전에 막아보자는 예방진단 분야가 많이 연구되기 시작하였다.

특히, 최근에는 전력계통에서 가장 중요한 동맥이라 할 수 있는 송전선로를 대상으로 그 변이를 감시 진단하는 연구가 활발하게 진행되고 있다.

현재 사용하고 있는 송전선로 감시 시스템은, 무선모듈의 마이크로프로세서(Microprocessor)에 센서의 입력 처리를 함으로써 무선모듈의 내장된 프로세서를 이용하여 프로그램을 하였기 때문에, (1)통신 방법이 다를 경우에 시스템을 사용할 수 없고 새로운 통신 방법에 맞는 컨트롤러(Controller)를 다시 개발해야 하는 문제가 발생한다.

또한, (2)통신모듈에서 센서 데이터를 처리함으로써 통신 모듈의 내부적인 시스템의 구성에 영향을 줄 수 있다. 즉, 통신모듈의 전원 절약을 위해 Sleep/Wake up 모드를 소프트웨어적으로 처리할 때 센서 데이터의 처리가 영향을 받아 감시 시스템이 작동하지 않는 문제가 발생할 수 있다.

그리고, (3)전류센싱부와 전압전원을 취득하는 장치가 일체형으로 형성되어 컨트롤러의 사용전류에 따라 전류의 센싱이 달라지며, 이에 따라 전력 공급이 불안정화되는 문제가 발생한다.

본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 데이터를 전송하는 모뎀(통신부)과 센서를 제어하는 제어부(센서 제어부)를 독립적으로 제어하고, 전류를 측정하는 부분과 구동전원을 발생시키는 부분을 분리하여 송전설비의 센서 데이터를 효율적이고 정확하게 취득할 수 있는 송전선로 환경감시 시스템 및 제어방법을 제공하는 데에 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 송전선로 환경감시 시스템 및 제어방법은 기존에 설치되어 있는 송전선로의 가용효율을 향상시켜 추가적인 설비의 증설없이 송전상태에 따른 선로의 상태와 환경에 따른 송전탑의 선로상태 데이터를 실시간으로 수신하여 분석하고, 이에 따라 선로의 이상유무를 판단하여 전력 공급의 안정화에 기여할 수 있다.

본 발명은 다수의 센서를 사용하여 원격지에서 송전선로를 감시하는 송전설비 감시 시스템에 관한 것으로 다수개의 송전선로 부착형 센서모듈과 철탑 부착형 센서모듈로 형성되어 상기 송전선로의 데이터를 검침하는 센서부를 포함하고, 상기 센서부에 의해 검침된 데이터의 정확도를 판단하고, 상기 센서부의 전력을 제어하는 센서 제어부; 와 상기 센서 제어부와 분리되어 별도의 제어부를 포함하며, 상기 센서부에 의해 검침된 데이터를 전송하는 데이터 통신부; 및 태양전지 또는 축전지를 통해 시스템에 전원을 공급하는 전원 공급부;를 포함하는 단말장치를 포함하며, 원격지에 형성되어 상기 단말장치의 데이터를 송수신하고, 송전선로를 감시하는 상위서버를 포함할 수 있다.

본 발명에서 상기 센서부는 상기 송전선로의 온도, 기울기, 및 전류를 감시하는 송전선로 센서모듈과; 풍향/풍속 센서모듈, 일사량 센서모듈, 외부 기온 센서모듈, 장력 센서모듈, 및 정지영상 카메라 모듈 중 선택되는 적어도 하나 이상의 모듈을 포함하는 철탑 부착형 센서모듈을 포함할 수 있다.

그리고, 이 중 상기 송전선로 센서모듈 중 전류를 감시하는 전류(current transformer;CT) 센서는, 상기 송전선로의 전류를 측정하는 전류측정부;를 포함하고, 상기 전류 측정부와 독립적으로 형성되며, 상기 송전선로의 유도전류를 발생시켜 구동전원을 획득하는 전원 획득부;를 포함할 수 있다. 이때, 상기 전류 측정부와 상기 전원 획득부 사이에 절연층을 더 포함하여 전류 측정부와 전원 획득부의 분리하여 정확한 전류를 측정한다.

또한, 송전선로의 온도를 감시하는 온도 센서(센서부의 온도센서)로부터 측정된 데이터와 센서 제어부에 형성된 온도 센서(단말장치의 온도센서)로부터 측정된 데이터를 비교하여 상기 송전선로의 온도 센서 값을 보정할 수 있다.

본 발명에서 상기 단말장치는 센서 제어부의 오동작 시 상기 센서 제어부를 자동으로 초기화하는 Watch Dog Reset (한글 명칭 부탁드립니다) 기능을 포함하여 회로의 동작을 안정적으로 설계할 수 있다.

또한, 본 발명은 송전설비 감시 시스템을 사용하여 송전선로의 주변 환경을 감시하는 방법에 있어서 상기 센서부를 통해 측정되는 아날로그 데이터를 디지털 데이터로 변환하는 단계를 포함하고, 상기 변환된 디지털 데이터를 40회 획득하여 큰(max) 데이터 4개와 작은(min) 데이터 4개를 제외한 데이터의 평균값을 계산하는 단계를 포함한다. 그리고, 상기 계산된 평균값 데이터와 41회 데이터를 비교하는 단계를 포함하며, 상기 평균값 데이터와 41회 데이터가 유사할 경우 46회 데이터를 최종 데이터 값으로 판단하여 상기 데이터 통신부를 매개로 상기 상위 서버로 송신하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명에 의하면 센서 제어부와 데이터 통신부를 분리하여 각각의 마이크로프로세서를 통해 제어함으로써, 통신시에만 데이터 통신부의 전원을 공급함으로써 소비전력을 최소화할 수 있으며, 통신모듈의 변경에 효율적으로 대처하여 유지보수가 편리한 효과가 있다.

또한, 송전선로의 전류 측정의 경우 컨트롤러의 사용전류에 따라 전류의 센싱이 달라지는데, 전류 측정부와 전원 획득부를 독립적으로 운영하여 전력공급의 안정화를 이루는 효과가 있다.

그리고, 센서로부터 데이터를 취득 시 센서가 안정화할때까지 데이터를 연속적으로 읽어 현재 읽은 값과 바로 전데이터의 읽은 값을 비교하여 두 갑싱 일치하는 시점부터 일정시간 후(delay)에 읽은 값을 센서값으로 판단함에 따라 센서의 정확도를 향상시키는 효과가 있다.

게다가, 단말장치 내의 온도센서(센서 제어부의 온도 센서)와 송전선로의 온도센서(센서부의 온도센서)를 비교하여 각 센서값을 보정해 줌에 따라 센서의 정확도를 향상시키는 효과가 있다.

본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 하기의 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 1는 본 발명의 일 실시 예에 따른 송전설비 감시 시스템을 나타낸 구성도이다.

도 1을 참조하면, 송전설비 감시 시스템(1000)은 센서부(1100), 단말장치(1200), 및 상위서버(1300)를 포함한다.

센서부(1100)는 송전탑에 부착되는 철탑부착형 센서모듈(1110)과 송전선로에 부착되는 송전선로 센서모듈(1110)을 포함하며, 철탑 부착형 센서모듈(1110)은 풍향/풍속 센서모듈(1111), 일사량 센서모듈(1112), 외부 기온 센서모듈(1113), 장력 센서모듈(1114), 및 정지영상 모듈(1115) 중 선택되는 적어도 하나 이상 모듈을 포함한다.

풍향/풍속 센서 모듈(1111)은 도 2a를 참조할 수 있으며, 철탑주재 및 부재의 영향에 의해 바람의 속도와 방향이 왜곡되지 않은 지점에 설치하여, 풍향과 풍속을 측정하여, 무선으로 단말장치로 송신한다.

일사량 센서모듈(1112)은 도 2b를 참조할 수 있으며, 철탑 구조물 등에 햇빛이 가리지 않는 위치에 설치하여, 송전선로에 가해지는 일사량을 측정하고, 일사량에 따른 태양광전지의 전원공급 능력을 판단할 수 있다.

외부 기온 센서모듈(1113)은 도 2c를 참조할 수 있으며, 일사량 센서모듈(1110)과 같이 철탑 구조물 등에 햇빛이 가리지 않는 위치에 설치하며, 송전선로의 온도를 측정한다.

이에 의해 측정된 온도는 외부(원격지 등)에서 단말장치 내의 온도센서(센서 제어부의 온도 센서)에 의해 측정된 온도와 비교하여 온도 차를 보정하는 등 외부 기온 온도 센서모듈(1113)을 제어할 수 있다.

장력 센서모듈(1114)은 도 2d를 참조할 수 있으며, 송전선로의 최하단 선로에 설치하여 선로에 가해지는 잔력을 측정한다.

정지영상 모듈(1115)은 도 2e를 참조할 수 있으며, 장력 센서모듈(1114)과 송전선로 센서모듈(1120)이 설치된 선로의 전선최저점 또는 지면 구조물수목, 건물 등)과 가장 인접한 선로지점을 촬영할 수 있도록 설치하여, 원격지에서 영상을 통해 송전설비를 감시할 수 있도록 한다.

이상과 같이 철탑 부착형 센서 모듈(1110)은 도 2a 및 도 2e에서와 같이 구성할 수 있으며, 구체적인 설명을 기술하지 않다고 할지라도 도면으로 당업자가 충분히 사용가능하다.

송전선로 센서모듈(1120)은 송전선로의 특성을 측정하며, 온도 센서(1122), 기울기 센서(1124), 및 전류 센서(1126)를 포함한다.

이때, 온도 센서(1122)는 송전선로 내의 온도를 측정하여, 기울기 센서(1124)는 송전선로의 기울기를 측정할 수 있다. 송전선로 센서모듈(1120)의 자세한 내용은 하기의 도 2f를 참조할 수 있다.

그리고, 전류 센서(1126)는 별도의 변류기 센서(CT)를 사용하여 송전선로 내의 전류를 측정하며, 특히 변류기 센서(CT)는 전류를 측정하는 부분과 전압을 획득하는 부분을 분리하여 전류 측정의 정밀도를 향상시킬 수 있다. 전류 센서(1126)에 대한 자세한 내용은 하기의 도 6a 및 도 6b를 참조할 수 있다.

철탑 부착형 센서모듈(1110)과 송전선로 센서모듈(1120)로 이루어진 센서부(1100)에 의해 측정된 데이터는 무선 지그비 통신(RF Zigbee)을 통해 단말장치(1200) 내의 센서 제어부(1210)로 전송된다.

단말장치(1200)는 센서 제어부(1210), 데이터 통신부(1220), 및 전원 공급부(1230)를 포함한다.

센서 제어부(1210)는 센서부(1100)에 의해 검침된 데이터 즉, 바람, 기온, 일사량, 태양각 등의 환경요소와 송전선로의 온도, 기울기, 전류 등의 데이터를 수신하며, 센서부(1100)의 전원을 제어하여 센서부(1100)의 배터리 소모 전력을 절약한다.

그리고, 센서 제어부(1210)는 센서 안정화 시간을 통해 센서 데이터의 측정 오차가 줄어든 정상 데이터 여부를 확인할 수 있으며, 이에 따라 데이터의 오차를 줄일 수 있다.

오차를 줄이는 방법은 센서 제어부(1210)가 센서부(1100)에 전원을 투입한 후 센서의 출력 데이터 값의 변화가 없을 경우에 데이터를 취득하는 방식으로 이에 대한 자세한 설명은 하기의 도 8을 참조할 수 있다.

또한, 도면에는 도시하지 않았지만, 센서 제어부(1210)는 외부에 하드웨어적으로 Watch Dog Reset기능을 추가하여 센서 제어부(1210)의 Main CPU 오작동시 자동적으로 시스템을 초기화(Reset)함으로써 잘못된 데이터의 전송을 방지할 수 있다.

데이터 통신부(1220)는 지그비 통신을 통해 수신된 각 센서의 데이터를 상위 서버(1300)로 전송하기 위하여, 상위 서버(1300)의 통신 방법과 동일한 통신방법을 선택하여 전송할 수 있다.

즉, 데이터 통신부(1220)는 지그비 통신, RF통신, 근거리 통신, 및 기타 다른 모뎀 등을 모두 포함하며, 데이터 전송을 원하는 상위 서버(1330)의 통신과 동일한 통신을 선택하여 전송할 수 있다.

이에 따라, 기존에 센서 제어부(1210)와 데이터 통신부(1220)가 통합된 시스 템과 달리 본 발명의 선로 감시 시스템은 통신모듈의 변경에 효율적으로 대처할수 있으며, 통신모듈의 유지 보수 시에도 보수자의 편리함을 향상시킬 수 있다.

그리고, 데이터 통신부(1220)는 상위 서버(1330)로 부터 센서 감시 제어 정보를 수신하여 센서 제어부를 통해 가공한 후 센서부로 전달함으로서, 원격지에서 센서부를 제어할 수 있도록 한다.

또한, 데이터 통신부(1220)는 통신이 이루어지지 않을 경우에는 전원을 차단하여 Sleep 상태를 유지하고, 통신이 필요할 경우에만 Wake up 상태로 통신을 함으로서 소비전력을 최소화할 수 있다.

데이터 통신부(1220)가 Sleep 상태일 경우에도 센서 제어부(1210)는 작동하기 때문에 기존의 시스템에서 발생할 수 있는 문제인 통신모듈이 Sleep 상태일 때 통신모듈과 Microprocessor을 공용으로 사용하는 센서 제어부의 오동작은 발생하지 않는다.

전원 공급부(1230)는 태양전지를 통해 전원을 생성하여 단말장치(1200)를 구동시키며, 일부를 축전지에 저장하여 태양전지를 통해 전원이 형성되지 않을 경우 단말장치(1200)에 전원을 공급한다.

상위 서버(1300)는 원격지에 설치되어, 단말장치(1200)를 매개로 하여 센서부(1100)에 의해 수집된 데이터를 수신하고, 데이터를 분석하여 송전선로의 환경을 감시할 수 있으며, 제어 데이터를 단말장치(1200)를 매개로하여 센서부(1100)에 전달하여 원격지에서 센서를 제어할 수 있다.

도 2a 내지 2f는 본 발명의 일 실시 예에 따른 도 1의 센서부의 세부 구성을 나타낸 도면이다.

도 2a는 풍향/풍속 센서모듈로서, 풍향/풍속 센서(2100)에 의해 수집된 데이터를 도 1의 풍향/풍속 센서모듈(1111)의 One Chip 16 Bit Microprocessor(2000)로 수신되어 데이터를 가공 후 지그비 통신을 통해 센서 제어부로 전송한다.

그리고, 도 1의 풍향/풍속 센서모듈(1111)의 전원부인 태양전지 및 축전지(2200)를 통해 데이터를 가공하는 One Chip 16 Bit Microprocessor(2000)의 전원을 공급한다.

도 2b 내지 도 2e는 도 1의 철탑 부착형 센서모듈(1110)을 이루는 일사량 센서 모듈, 외부기온 센서모듈, 장력센서모듈, 및 정지영상 센서모듈을 자세하게 나타낸 것으로, 세부 구성에 대한 설명은 도 2a의 풍향/풍속 센서를 참조하여 충분히 유추할 수 있다.

도 2e는 송전선로 센서모듈(1120)을 이루는 세부 구성도를 나타낸 것으로, 기울기 센서(2600)와 비접촉식 온도 센서(2700)를 구비하며, 변류기(CT) 센서(2800)을 통해 전류를 감지함과 동시에, 전원을 획득하여 센서모듈의 전원으로 사용할 수 있다. 그리고, 리듐 또는 슈퍼 커패시터(2900)을 사용하여 변류기(CT) 센서(2800)에 의해 획득된 전원을 저장하여 사용할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 철탑 부착형 센서모듈을 포함하는 송전설비 감시 시스템을 나타낸 구성도로서, 크게 철탑 부착용 센서모듈(1110), 단말장 치(1200), 및 상위 서버(1300)를 포함한다.

철탑 부착용 센서모듈(1110)은 송전설비의 환경을 감시하는 것으로 온도센서(3010), 장력센서(30200), 일사량 센서(3030), 및 풍량 센서(3040)를 포함하며, 각 센서에서 측정된 데이터는 변환기(3050)를 통해 전류를 전압으로 변환한 후 A/D Converter(3060)을 통해 Main CPU(1212)로 전송된다.

그리고, 태양전지(Solar Cell;3100)을 통해 태양열을 수신하여 전압으로 변환 후 축전지(3110)에 저장하였다가, CPU 전원부(3120)를 통해 Main CPU(1212)에 전원을 공급한다.

단말장치(1200)는 크게 센서제어부, 전원부, 및 데이터 통신부를 포함하며 그 기능은 도 1을 참조할 수 있다.

센서 제어부는, 센서들로부터 데이터를 수신하고 각각의 데이터를 처리하는 Main CPU(1212)와 통신을 통해 데이터를 송수신하는 내용을 기록하는 메모리(1214)-도면에서는 FRAM으로 나타내었으나, 한정되는 것은 아님-를 포함한다.

그리고, Main CPU(1212)의 오동작 방지를 위하여 Watch Dog Timer(1240)를 별도로 설치하여 Main CPU(1212)의 오동작시 Main CPU(1212)를 리셋하여 회로가 안정적으로 동작할 수 있도록 한다.

전원부는 태양전지를 사용하기 때문에 솔라셀 전압 체크부(1234), 매터리 전압 체크부(1232) 등을 포함하여, 발전부(1236)로부터 전원 공급이 유지되도록 할 수 있다. 그리고, 발전부(1236)는 태양전지, 축전지, 및 기타 전원공급 장치를 포함한다.

데이터 통신부는 센서 제어부의 Main CPU(1212)와 별도로 마이크로프로세서인 통신모뎀 제어부(1222)를 포함하여, 통신모뎀을 모두 제어한다.

통신모뎀은 지그비 모뎀(1224), 근거리 통신 모뎀(1226), RS-232C(1228), 무선모듈(1229), 및 기타 다른 통신들을 포함하여 선택적으로 사용할 수 있다.

상위서버(1300)는 원격지에 설치된 PC(1310)로 RS-232C(1320) 및 무선모듈(1322)을 통해 단말장치(1200)로부터 데이터를 송수신하여 송전선로의 환경을 감시할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 송전선로 센서모듈을 포함하는 송전설비 감시 시스템을 나타낸 구성도로서, 송전선로 센서모듈(1120), 단말장치(1200), 및 상위 서버(1300)를 포함한다.

송전선로 센서모듈(1120)은 도 1에서 언급한 것과 같이 별도의 온도센서(1122), 기울기 센서(1124)를 포함하며, 송전선로에 부착된 변류기(CT) 센서(1126)를 포함한다.

변류기 센서(1126)는 전류를 감지하는 부분과 가용전원을 얻기 위한 부분으로 나누어져 있으면, 전류를 감지하는 부분에서 감지된 전류는 A/D 컨버터(4100)를 거쳐 Main CPU(1212)로 전송된다. 이때 A/D 컨버터의 회로는 하기의 도 5a를 참조할 수 있다.

감지된 전류가 A/D 컨버터(4100)를 거쳐 Main CPU(1212)로 전송되는 것을 제어하여 안정적인 센서 데이터를 검출할 수 있는 데, 이는 하기의 도 7 및 도 8을 참조할 수 있다.

변류기 센서(1126) 중 가용전원을 얻기 위한 부분은 AC고전압 제어부(4000), 정류부(4010), 및 DC 전압 제어부(4020)을 거쳐 전압을 획득하고 이는 Main CPU(1212)의 전원부(4030)로 사용할수 있다.

그리고, 이렇게 획득한 전압은 충전용 배터리(4022)에 저장되어 정전시 배터리 전원 공급부(2012)를 통해 Main CPU(1212)에 전원을 공급한다.

이때, AC고전압 제어부(4000)의 회로는 도 5b를 참조할 수 있다.

단말장치(1200) 및 상위 서버(1300)에 대한 설명은 도 3의 구성도를 참조할 수 있다.

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 송전선로 센서모듈의 회로도이다.

도 5a를 참조하면, 고전압을 제어하는 회로로서 하드웨어적으로 고전류가 흐를 경우 TRIAC와 제너 다이오드를 이용하여 일정 이상의 전압이 선로가용전원을 얻기 위한 변류기(CT)에 유기되면 자동적으로 전압을 PHASE CONTROL하여 일정전압 이상으로 제어부 장치에 공급되는 것을 막도록 설계된다.

또한, 이로부터 유기된 전압이 DC-DC CONVERTER의 입력보다 높은 경우에는 ZD!이 동작하여 U&에 입력되는 입력전압을 낮추어 주며, 2차 전지를 이용하여 선로전류가 있을 때에는 충전 상태를 유지하다가 R50과 R49에 전압이 인가되지 않으면 자동적으로 Q8이 도통하여 Main CPU에 전원을 공급한다.

도 5b를 참조하면, 변류기(CT) 센서로부터 전류를 감지하여 A/D 컨버전 하는 회로로서, Main CPU에서 Level SHIFT로 입력되는 전원을 0V 이상의 AC전원으로 입력하여 MAin CPU에서 흐르는 전류를 체크한다.

도 6a 내지 도 6b는 본 발명의 일 실시 예예 따른 송전선로의 전류를 감시하는 변류기(CT) 센서를 나타낸 도면이다.

도 6a를 참조하면, 도 1의 송전선로 센서모듈(1120)의 전류 센서(1126)를 나타내는 변류기(CT) 센서을 나타낸 것으로, 기존의 변류기 센서와 달리 전류를 감지하는 전류 측정부(6100)와 전원을 획득하는 전원 획득부(6200)를 서로 분리하여 독립적으로 운영한다.

좀더 자세하게, 송전선로에 비접촉식으로 형성되는 변류기 센서의 가장 안쪽에 전류 측정부(2100)를 형성하고, 그 위를 절연층(6300)으로 감싼 후, 절연층(6300) 위에 전원 획득부(6200)를 형성함으로써 모뎀 통신시 발생할 수 있는 전류의 변화에 따라 발생할 수 있는 측정 오류를 최소화하여 정확하게 전류를 측정하고, 전원을 획득할 수 있다.

이를 회로로 구현한 것이 도 6b에 형성되어 있으며, 도 6b를 참조하면, 전류 측정부(6100)와 전원 획득부(6200)가 독립되어 형성된 것을 알 수 있다.

그리고, 전원 획득부(6200)는 제너 다이오드 및 저항 등으로 구성된 회로와 연결되어 과전압으로 인한 부품 파손을 방지할 수 있다.

좀더 자세하게, 기존의 송전선로에 흐르는 전류가 200A에서 전원을 획득할수 있도록 설계하였으나 경우에 따라 1200A 또는 그 이상의 전류가 흐르는 경우 과전압으로 인해 부품이 파손되는 현상이 발생하는데, 본 발명의 경우, 과전압을 방지하는 회로를 전원 획득부(6200)에 형성하여 과전압시 자동으로 전원을 조절하여 공급할 수 있도록 한다.

도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 송전선로 감시 방법을 나타낸 흐름도이다.

도 7을 참조하면, main CPU를 초기화(S7000)한 후, 센서 안정화 시간을 적용한다. 센서 안정화 시간은 S7010단계에서 S7080 단계까지를 의미하며, 단말장치의 센서 제어부에서 이루어진다.

센서 안정화 시간에 대하여 자세하게 살펴보면, S7010 단계는 센서 데이터 평균값을 계산하는 단계로 센서부로부터 입력되는 센서 데이터 값을 40회 컨버전을 실시한 후 가장 큰 값 4개와 가장 작은 값 4개를 제외한 32개의 데이터의 평균값(VA)을 계산한다.

S7020단계는 S7010단계에서 평균값(VA)를 계산한 후 일정시간 Delay 값을 설정하고, 일정시간이 경과되었을 경우(S7030), S7010단계에서와 같은 방법으로 평균값(Vb)을 계산한다(S7040).

이때, S7020단계에서 계산된 평균값(VA)과 S7040단계에서 계산된 평균값(VB)을 비교한다(S7050).

비교된 값이 동일하지 않을 경우에는 S7010 단계로 돌아가서 센서 데이터 평 균값을 다시 계산하고, 비교된 값이 동일할 경우에는 같은 값인 횟수를 저장한다(S7070).

S7070의 횟수를 기억하는 방법은 비교된 값이 동일할 경우 N을 1로 하고, N이 5회가 될 때까지 S7010단계부터 S7080단계까지 반복한다.

S7080단계는 시간 간격을 두고 계산한 센서 데이터의 평균값(VA,VB)의 변화가 없을 경우 정확성을 향상시키기 위하여 동일한 값이 총 5회가 지속되는지를 판단한다.

이와 같이 S7010 단계에서부터 S7080 단계까지 센서 데이터의 정확도를 위해 안정화 시간을 나타내며, 이는 도 8을 참조하면 더욱 자세하게 알 수 있다.

그리고, 센서 제어부에서 S7010 단계 ~ S7080 단계를 거쳐 정확한 센서 데이터를 획득하게 되면, 통신을 위한 모뎀인 데이터 통신부를 ON하여(S7090) 센서 데이터를 상위 서버로 전송하고(S7100), 전송이 완료되면 데이터 통신부를 OFF하여(S7110) 데이터 통신부의 소비전력을 절약한다.

그리고, 통신이 완료되면 통신에 이루어진 데이터 및 시간 등의 기록을 메모리에 저장한 후(S7120), N을 0으로 하여 S7010단계로 되돌아 간다(S7130).

도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 센서 안정화 시간의 센싱 방식을 나타낸 그래프이다.

도 8을 참조하면, 센서로부터 획득한 데이터의 A/D Conversion을 40회 실시한 후, max data 4개와 min data 4개를 제외한 나머지 32개의 데이터의 평균값을 계산한다.

그리고, 이렇게 계산된 평균값이 이전에 얻은 평균값과 비교하여 변화가 거의 없을때, Data가 포화된 것으로 판단하고(Staturation Point), 그 이후 다섯 번째 데이터를 최종 센서 데이터 값으로 선택한다(Final Data).

이에 따라, 무선으로 센서의 값이 실측치의 값과 차이가 있을 경우 무선을 통하여 데이터 값을 보정할 수 있으므로 정확한 센서 데이터 측정이 가능하다.

상기의 도면을 통해 설명한 것과 같이 본 발명은 단말장치의 센서 제어부와 데이터 통신부를 분리하여 설계함으로써 통신 방식에 따라 효율적으로 대처할 수 있으며, 센서 제어부의 Main CPU에서 모든 동작을 제어함으로써 선로 감시 시스템의 효율성을 증대시켰다.

또한, 데이터 통신부의 전원을 제어하여, 통신 시에만 데이터 통신부의 전원을 공급하여 줌으로써 소비전력을 최소화함과 동시에, 데이터 통신부는 단순히 통신만을 주는 기능만을 사용함으로써 시스템의 모듈화를 이루었다.

그리고, 외부적으로 Watch Dog Timer를 사용하여 센서 제어부의 MAin CPU가 정상적으로 동작하지 않을 경우에는 자동으로 초기화시켜 정확한 센서 데이터를 처리할 수 있도록 한다.

게다가, 송전선로의 전류 센싱에 있어서 전류 측정부와 전원 획득부가 분리된 별도의 변류기(CT) 센서를 사용하여 정확한 데이터 측정이 가능하다.

상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

도 1는 본 발명의 일 실시 예에 따른 송전설비 감시 시스템을 나타낸 구성도.

도 2a 내지 2f는 본 발명의 일 실시 예에 따른 도 1의 센서부의 세부 구성을 나타낸 도면.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 철탑 부착형 센서모듈을 포함하는 송전설비 감시 시스템을 나타낸 구성도.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 송전선로 센서모듈을 포함하는 송전설비 감시 시스템을 나타낸 구성도.

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 송전선로 센서모듈의 회로도.

도 6a 내지 도 6b는 본 발명의 일 실시 예예 따른 송전선로의 전류를 감시하는 변류기(CT) 센서를 나타낸 도면.

도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 송전선로 감시 방법을 나타낸 흐름도.

도 8을 본 발명의 일 실시 예에 따른 센서 안정화 시간의 센싱 방식을 나타낸 그래프.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1000 : 송전설비 감시 시스템 1100 : 센서부

1110 : 철탑부착형 센서모듈 1111 : 풍향/풍속 센서모듈

1112 : 일사량 센서모듈 1113 : 외부 기온 센서모듈

1114 : 장력 센서모듈 1115 : 정지영상 모듈

1120 : 송전선로 센서모듈 1122, 3010 : 온도 센서

1124 : 기울기 센서 1126 : 전류 센서

1200 : 단말장치 1210 : 센서 제어부

1212 : Main CPU 1214 : FRAM

1220 : 데이터 통신부 1222 : 통신모뎀 제어부

1224 : 지그비 모뎀 1226 : 근거리 모뎀 통신

1228, 1320 : RS-232C 1229, 1322 : 무선모듈

1230, 2200 : 전원 공급부 1232 : 배터리 전압체크부

1234 : 솔라셀전압체크부 1236 : 발진부

1240 : WATCH DOG TIMER 1300 : 상위서버

1310 : PC 2000 : One Chip 16 Bit Microprocessor

2100 : 풍향/풍속 센서 2300 : 기울기 센서

2400 : 비접촉식 온도 센서 2500 : 변류기(CT) 센서

2600 : 리듐 또는 슈퍼 커패시터 3020 : 장력센서

3030 : 일사량 센서 3040 : 풍량센서

3050 : 변환기 3060,4100 : A/D Converter

3100 : 솔라셀 3110 : 축전지

3120, 4030 : CPU전원부 4000 : AC고전압제어부

4010 : 정류부 4012 : 배터리 전원공급부

4020 : DC전압제어부 4022 : 충전용 배터리

6100 : 전류 측정부 6200 : 전원 획득부

6300 : 절연층

Claims

다수의 센서를 사용하여 원격지에서 송전선로를 감시하는 송전설비 감시 시스템에 있어서,

다수개의 송전선로 부착형 센서모듈과 철탑 부착형 센서모듈로 형성되어 상기 송전선로의 데이터를 검침하는 센서부; 및

상기 센서부에 의해 검침된 데이터의 정확도를 판단하고, 상기 센서부의 전력을 제어하는 센서 제어부; 와 상기 센서 제어부와 분리되어 별도의 제어부를 포함하며, 상기 센서부에 의해 검침된 데이터를 전송하는 데이터 통신부; 및 태양전지 또는 축전지를 통해 시스템에 전원을 공급하는 전원 공급부;를 포함하는 단말장치; 및

원격지에 형성되어 상기 단말장치의 데이터를 송수신하고, 송전선로를 감시하는 상위서버;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 송전설비 감시 시스템.
제 1항에 있어서, 상기 센서부는

상기 송전선로의 온도, 기울기, 및 전류를 감시하는 송전선로 센서모듈과;

풍향/풍속 센서모듈, 일사량 센서모듈, 외부 기온 센서모듈, 장력 센서모듈, 및 정지영상 모듈 중 선택되는 적어도 하나 이상의 모듈을 포함하는 철탑 부착형 센서모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 송전설비 감시 시스템.
제 2항에 있어서, 상기 송전선로 센서모듈 중 전류를 감시하는 전류(current transformer;CT) 센서는,

상기 송전선로의 전류를 측정하는 전류측정부;와

상기 전류 측정부와 독립적으로 형성되며, 상기 송전선로의 유도전류를 발생시켜 구동전원을 획득하는 전원 획득부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 송전설비 감시 시스템.
제 3항에 있어서, 상기 전류 측정부와 상기 전원 획득부 사이에 절연층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 송전설비 감시 시스템.
제 1항에 있어서, 상기 단말장치는

상기 센서 제어부의 오동작 시 상기 센서 제어부를 자동으로 초기화하는 Watch Dog Reset 기능을 포함하는 것을 특징으로 하는 송전설비 감시 시스템.
제 1항 내지 제 5항의 송전설비 감시 시스템을 사용하여,

상기 센서부를 통해 측정되는 아날로그 데이터를 디지털 데이터로 변환하는 단계;

상기 변환된 디지털 데이터를 40회 획득하여 큰(max) 데이터 4개와 작은(min) 데이터 4개를 제외한 데이터의 평균값을 계산하는 단계;

상기 계산된 평균값 데이터와 41회 데이터를 비교하는 단계; 및

상기 평균값 데이터와 41회 데이터가 유사할 경우 46회 데이터를 최종 데이터 값으로 판단하여 상기 데이터 통신부를 매개로 상기 상위 서버로 송신하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 송전설비 제어 방법.