KR20160069106A - 실시간 압력계측형 송전선 모니터링 시스템 및 실시간 압력계측형 송전선 모니터링 방법 - Google Patents

실시간 압력계측형 송전선 모니터링 시스템 및 실시간 압력계측형 송전선 모니터링 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 실시간 압력계측형 송전선 모니터링 시스템 및 실시간 압력계측형 송전선 모니터링 방법을 제공한다. 이와 같은 본 발명에 따른 실시간 압력계측형 송전선 모니터링 시스템 및 실시간 압력계측형 송전선 모니터링 방법은 이도점을 포함하는 송전선 설정지점의 현재 압력값으로부터 송전선 설정지점의 현재 수직 위치값을 산출하여 송전선의 과도한 변형이나 단선을 검출함에 따라, 단순한 시스템 장치구성으로도 송전선의 모니터링이 정밀하고 효율적으로 이루어지게 되고, 시스템 구축비용이 절감되는 한편 시스템 장치설치도 간편하고 용이하게 이루어지는 기술적 특징을 갖는다.
본 발명에 따른 실시간 압력계측형 송전선 모니터링 시스템은 서로 이격된 송전탑 사이에 배치되는 송전선의 설정지점에 고정 설치되어 송전선 설정지점의 현재 압력을 계측하며, 계측되는 송전선 설정지점의 현재 압력정보를 외부로 무선 전송하는 송전선용 계측기와; 송전선용 계측기로부터 송전선 설정지점의 현재 압력정보를 무선 전송받고, 송전선 설정지점의 현재 압력정보로부터 송전선 설정지점의 현재 수직 위치값을 산출하며, 산출된 송전선 설정지점의 현재 수직 위치값을 통해 송전선의 현재 상태가 모니터링될 수 있도록 하는 관리서버를 포함하는 구성으로 이루어진다.

Description

실시간 압력계측형 송전선 모니터링 시스템 및 실시간 압력계측형 송전선 모니터링 방법{Real Time Power Transmission Line Dip monitoring system through measuring pressure at dip point and method thereof}
본 발명은 실시간 압력계측형 송전선 모니터링 시스템 및 실시간 압력계측형 송전선 모니터링 방법에 관한 것으로, 좀더 구체적으로는 이도점을 포함하는 송전선 설정지점의 현재 압력값으로부터 송전선 설정지점의 현재 수직 위치값을 산출하여 송전선의 과도한 변형이나 단선을 검출함에 따라, 단순한 시스템 장치구성으로도 송전선의 모니터링이 정밀하고 효율적으로 이루어지게 되고, 시스템 구축비용이 절감되는 한편 시스템 장치설치도 간편하고 용이하게 이루어지는 실시간 압력계측형 송전선 모니터링 시스템 및 실시간 압력계측형 송전선 모니터링 방법에 관한 것이다.
송전선(transmission line)은 발전소나 변전소로부터 목적하는 지점으로 전력을 수송하거나 연계하는 전선이다. 이와 같은 송전선은 통상적으로 장거리 선로의 전력 공급망을 이루는 것임에 따라, 송전선의 일부는 산악지역, 강, 호수 등의 지대를 통과하게 된다.
여기서 송전선이 외력 등에 의해 과도하게 변형되거나 단선 또는 손상될 경우 대형 사고의 위험과 필요한 전력의 갑작스러운 공급 중단이 초래되므로, 송전선의 상태에 대한 모니터링이 필요하다. 이를 위하여 송전선의 선로를 따라 감시인력을 배치하여 모니터링이 수행되도록 할 수 있는데, 이 경우 감시인력의 배치에 상당한 비용이 소요되고 감시인력 관리에도 어려움이 따르는 문제점이 있었다. 특히 산악지역, 강, 호수 등을 통과하는 송전선에 대한 모니터링에 상당한 어려움이 따르는 문제점이 있었다.
이에 따라 송전선에 대한 무인 감시가 수행될 수 있도록 하는 기술이 개발되었는데, 이와 관련하여 대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-0378604호 "고압 송전선의 유도 전류를 이용한 송전선 무인 감시 시스템" 등이 안출되어 있다. 여기서 상기 "고압 송전선의 유도 전류를 이용한 송전선 무인 감시 시스템"은 폐쇄회로 카메라(CCTV), 풍향 풍속계, 기온계, 송전선 온도계 등의 센서를 통해 송전선의 상태정보를 검출함으로써 송전선의 이상 유무를 감시하는 기술이다.
한편 대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-1007503호 "송전선로 이도 측정 방법", 등록번호 제10-0694444호 "전선이도 직접 측량방법" 등에서는 이도(자중에 의해 곡선 라인을 이루며 처지는 송전선의 최대 처짐 위치의 서로 이웃하는 송전탑을 잇는 직선으로부터의 거리)를 측정하는 방법을 제공함으로써 이도 측정치의 추적관리를 통해 송전선의 모니터링이 수행될 수 있도록 하는 기술이다.
그러나 상기와 같은 종래의 송전선 모니터링 기술은 시스템의 장치구성에 일정크기 이상의 비용이 소요되었고, 장치 설치에 어려움과 번거로움이 많았으며, 송전선 이도 측정시 상당한 시간이 소요되는 문제점이 있었다.
(특허문헌 1) 대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-0378604호 "고압 송전선의 유도 전류를 이용한 송전선 무인 감시 시스템"
(특허문헌 2) 대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-1007503호 "송전선로 이도 측정 방법"
(특허문헌 3) 대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-0694444호 "전선이도 직접 측량방법"
따라서 본 발명은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 개선하여, 이도점을 포함하는 송전선 설정지점에 고정 설치되는 송전선용 계측기를 통해 송전선 설정지점의 현재 압력값이 계측되어 관리서버로 전송되고, 송전선 설정지점의 현재 압력값으로부터 송전선 설정지점의 현재 수직 위치값이 관리서버를 통해 산출되면서 송전선의 과도한 변형이나 단선이 모니터링되도록 함으로써 단순한 시스템 장치구성으로도 송전선의 모니터링을 정밀하고 효율적으로 수행할 수 있고, 시스템 구축비용이 절감되는 한편 시스템 장치설치도 간편하고 용이하게 이루어지는 새로운 형태의 실시간 압력계측형 송전선 모니터링 시스템 및 실시간 압력계측형 송전선 모니터링 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
특히 본 발명은 압력센서, 온도센서, 습도센서를 구비하는 송전선용 계측기를 통해 계측되는 송전선 설정지점의 현재 압력값, 현재 온도값, 현재 습도값을 기체 상태방정식에 적용하여 송전선 설정지점의 현재 수직 위치값을 산출함으로써 송정선의 과도 변형이나 단선 검출을 위한 모니터링 정밀도와 정확도가 향상되는 새로운 형태의 실시간 압력계측형 송전선 모니터링 시스템 및 실시간 압력계측형 송전선 모니터링 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
그리고 본 발명은 송전선용 계측기를 통해 계측되는 정상상태의 계측 정보들(송전선 설정지점의 압력값, 수직 위치값 등)이 해당 정보 계측시점의 기상조건(온도, 습도, 눈/비 여부 등)과 연동되어 관리서버에 빅데이터 형태로 누적적으로 데이터베이스화되어 비교용 기준값이 산출되고, 현재 기상조건에 대응하는 비교용 기준값과 현재 계측 정보를 비교하여 송전선의 과도 변형이나 단선 검출을 위한 모니터링이 수행되도록 함으로써 모니터링 정밀도와 정확도가 더욱 향상되는 새로운 형태의 실시간 압력계측형 송전선 모니터링 시스템 및 실시간 압력계측형 송전선 모니터링 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 소모되는 각종 에너지원(전자기파, 빛, 열, 진동 등)으로부터 전원을 생성시키는 에너지하베스팅 장치유닛을 포함하는 전원모듈을 통해 송전선용 계측기에 필요한 전원이 공급됨으로써 외부로부터의 전원공급 없이도 시스템 운용이 안정되고 원활하게 수행되는 새로운 형태의 실시간 압력계측형 송전선 모니터링 시스템 및 실시간 압력계측형 송전선 모니터링 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 본 발명은 서로 이격된 송전탑 사이에 배치되는 송전선의 설정지점에 고정 설치되어 송전선 설정지점의 현재 압력을 계측하며, 계측되는 송전선 설정지점의 현재 압력정보를 외부로 무선 전송하는 송전선용 계측기와; 상기 송전선용 계측기로부터 송전선 설정지점의 현재 압력정보를 무선 전송받고, 송전선 설정지점의 현재 압력정보로부터 송전선 설정지점의 현재 수직 위치값을 산출하며, 산출된 송전선 설정지점의 현재 수직 위치값을 통해 송전선의 현재 상태가 모니터링될 수 있도록 하는 관리서버를 포함하는 실시간 압력계측형 송전선 모니터링 시스템을 제공한다.
이와 같은 본 발명에 따른 실시간 압력계측형 송전선 모니터링 시스템에서 상기 송전선용 계측기는 송전선 설정지점의 현재 압력을 계측하는 압력센서와; 송전선 설정지점의 현재 온도를 계측하는 온도센서와; 송전선 설정지점의 현재 습도를 계측하는 습도센서와; 상기 압력센서, 온도센서, 습도센서로부터 송전선 설정지점의 현재 압력정보, 온도정보, 습도정보를 전달받아 외부로 무선 전송하는 통신모듈 및; 상기 압력센서, 온도센서, 습도센서, 통신모듈에 전원을 공급하는 전원모듈을 포함하고, 상기 관리서버는 송전선 설정지점의 현재 압력정보, 온도정보, 습도정보를 기체 상태방정식에 적용하여 송전선 설정지점의 현재 수직 위치값을 산출하게 된다.
이와 같은 본 발명에 따른 실시간 압력계측형 송전선 모니터링 시스템에서 상기 전원모듈은 에너지 재활용을 통해 전원을 생성시키는 에너지하베스팅(energy harvesting) 장치유닛을 포함한다.
이와 같은 본 발명에 따른 실시간 압력계측형 송전선 모니터링 시스템에서 상기 전원모듈의 에너지하베스팅 장치유닛은 송전선을 통과하는 전류에 의한 전자기유도로부터 유도 기전력을 생성시키는 유도전력 변환유닛과; 상기 유도전력 변환유닛과 연결되고, 상기 유도전력 변환유닛의 유도 기전력으로부터 전원을 충전하게 되는 충전유닛을 포함할 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 실시간 압력계측형 송전선 모니터링 시스템은 상기 송전선용 계측기는 송전선의 움직임 정보를 검출하는 가속도센서를 더 포함하고, 상기 관리서버는 상기 가속도센서로부터 전송되는 송전선 움직임 정보로부터 송전선의 흔들림 크기값을 산출하여 송전선의 과도 흔들림 여부가 모니터링되도록 할 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 실시간 압력계측형 송전선 모니터링 시스템은 서로 이어지는 복수의 송전탑 사이에 배치되는 복수의 송전선에 각각 설치되는 복수의 송전선용 계측기에 의해 송전선 모니터링용 센서 네트워크가 구성되도록 하되, 설정된 연결 패턴으로 메쉬네트워킹된 송전선용 계측기의 통신모듈 간 무선통신을 통해 각각의 송전선 설정지점의 현재 압력정보, 온도정보, 습도정보가 연쇄적으로 각각의 송전선용 계측기로 전달되고, 선택된 송전선용 계측기의 통신모듈이 상기 관리서버와 무선통신하여 해당 송전선용 계측기로 전달된 각각의 송전선 설정지점의 현재 압력정보, 온도정보, 습도정보를 전송할 수 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 특징에 의하면, 본 발명은 서로 이격된 송전탑 사이에 배치되는 송전선의 설정지점에 송전선용 계측기를 고정 설치하는 송전선용 계측기 설치단계와; 상기 송전선용 계측기로부터 송전선 설정지점의 현재 압력이 계측되고, 계측되는 송전선 설정지점의 현재 압력정보가 관리서버로 무선 전송되는 송전선 압력정보 계측단계와; 상기 관리서버가 송전선 설정지점의 현재 압력정보로부터 송전선 설정지점의 현재 수직 위치값을 산출하고, 산출된 송전선 설정지점의 현재 수직 위치값을 통해 송전선의 현재 상태를 모니터링하게 되는 송전선 상태 모니터링단계를 포함하는 실시간 압력계측형 송전선 모니터링 방법을 제공한다.
이와 같은 본 발명에 따른 실시간 압력계측형 송전선 모니터링 방법에서 상기 송전선용 계측기 설치단계는 상기 송전선용 계측기가 송전선의 최저 처짐위치에 고정 설치되도록 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 실시간 압력계측형 송전선 모니터링 방법에서 상기 송전선 상태 모니터링단계는 설정된 단위시간 동안 상기 송전선용 계측기로부터 전송되는 송전선 설정지점의 현재 압력정보 중에서 최고 압력값을 유효 압력값으로 선정하여, 유효 압력값으로부터 송전선 설정지점의 현재 수직 위치값을 산출하도록 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 실시간 압력계측형 송전선 모니터링 방법은 서로 이격된 송전탑 사이에 배치되는 송전선 설정지점의 현재 온도정보와 현재 습도정보가 계측되고, 계측되는 송전선 설정지점의 현재 온도정보와 현재 습도정보가 관리서버로 무선 전송되는 온습도정보 계측단계를 더 포함하고, 상기 송전선 상태 모니터링단계는 상기 관리서버가 송전선 설정지점의 현재 압력정보, 온도정보, 습도정보를 기체 상태방정식에 적용하여 송전선 설정지점의 현재 수직 위치값을 산출하도록 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 실시간 압력계측형 송전선 모니터링 방법에서 상기 송전선 상태 모니터링단계는 송전선 설정지점의 수직 위치값 변동이력이 기상조건과 연동되어 상기 관리서버의 송전선 모니터링DB에 저장되면서 데이터베이스화되도록 할 수 있다.
본 발명에 의한 실시간 압력계측형 송전선 모니터링 시스템 및 실시간 압력계측형 송전선 모니터링 방법에 의하면, 압력센서, 온도센서, 습도센서를 구비하는 송전선용 계측기가 이도점을 포함하는 송전선 설정지점에 고정 설치되어 송전선 설정지점의 현재 압력값이 계측되고, 송전선용 계측기로부터 송전선 설정지점의 현재 압력값, 현재 온도값, 현재 습도값을 무선 전송받는 관리서버가 기체 상태방정식을 이용하여 송전선 설정지점의 현재 수직 위치값을 산출하면서 송전선의 과도한 변형이나 단선이 모니터링되므로, 단순한 시스템 장치구성으로도 송전선의 모니터링을 정밀하고 효율적으로 수행할 수 있고, 시스템 구축비용이 절감되는 한편 시스템 장치설치도 간편하고 용이하게 이루어지는 효과가 있다.
또한 본 발명에 의한 실시간 압력계측형 송전선 모니터링 시스템 및 실시간 압력계측형 송전선 모니터링 방법에 의하면, 송전선용 계측기를 통해 계측되는 정상상태의 계측 정보들(송전선 설정지점의 압력값, 수직 위치값 등)이 해당 정보 계측시점의 기상조건(온도, 습도, 눈/비 여부 등)과 연동되어 관리서버에 빅데이터 형태로 누적적으로 데이터베이스화되어 비교용 기준값이 산출되고, 현재 기상조건에 대응하는 비교용 기준값과 현재 계측 정보를 비교하여 송전선의 과도 변형이나 단선 검출을 위한 모니터링이 수행되므로, 송전선 모니터링의 정밀도와 정확도가 더욱 향상되는 효과가 있다.
도 1의 (a)와 (b)는 본 발명의 실시예에 따른 실시간 압력계측형 송전선 모니터링 시스템의 예시도;
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 송전선용 계측기의 최적 고정 설치 위치를 보여주기 위한 도면;
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 송전선용 계측기의 기본적인 내부 구성을 보여주기 위한 블록도;
도 4의 (a) 내지 (c)는 본 발명의 실시예에 따른 송전선용 계측기의 내부 구성을 보여주기 위한 블록도;
도 5의 (a)와 (b)는 본 발명의 실시예에 따른 송전선용 계측기가 송전선에 고정되는 구성을 보여주기 위한 예시도;
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 송전선용 계측기의 내부 구성을 보여주기 위한 블록도;
도 7은 유효 압력값을 계측하는 본 발명의 실시예에 따른 송전선용 계측기의 위치를 보여주기 위한 도면;
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 실시간 압력계측형 송전선 모니터링 시스템에서 송전선 과도 변형과 단선을 검출하게 되는 상태를 보여주기 위한 도면;
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 관리서버의 구성을 보여주기 위한 블록도;
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 송전선용 계측기가 센서 네트워크를 구성하는 구조를 보여주기 위한 도면;
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 실시간 압력계측형 송전선 모니터링 방법을 보여주기 위한 블록도이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면 도 1 내지 도 11에 의거하여 상세히 설명한다. 한편, 도면과 상세한 설명에서 일반적인 송전탑, 송전선, 이도점, 압력 계측, 온도 계측, 습도 계측, 압력센서, 온도센서, 습도센서, 무선통신, 전자기유도, 태양전지, 센서 네트워크, 에너지 하베스트 등으로부터 이 분야의 종사자들이 용이하게 알 수 있는 구성 및 작용에 대한 도시 및 언급은 간략히 하거나 생략하였다. 특히 도면의 도시 및 상세한 설명에 있어서 본 발명의 기술적 특징과 직접적으로 연관되지 않는 요소의 구체적인 기술적 구성 및 작용에 대한 상세한 설명 및 도시는 생략하고, 본 발명과 관련되는 기술적 구성만을 간략하게 도시하거나 설명하였다.
본 발명의 실시예에 따른 실시간 압력계측형 송전선 모니터링 시스템(100)은 도 1의 (a)와 (b)에서와 같이 송전선용 계측기(10)와 관리서버(20)를 포함하는 구성으로 이루어진다. 특히 본 발명의 실시예에 따른 실시간 압력계측형 송전선 모니터링 시스템(100)은 도 1의 (b)에서와 같이 복수의 송전탑(1)을 따라 서로 이어지면서 설치되는 단위 송전선(2a)에 각각 송전선용 계측기(10)가 설치되면서 각 단위 송전선(2a)의 변형이 모니터링되도록 한다.
송전선용 계측기(10)는 서로 이격된 송전탑(1) 사이에 배치되는 송전선(2)의 설정지점에 고정 설치된다. 여기서 본 발명의 실시예에 따른 송전선용 계측기(10)는 도 2에서와 같이 송전탑(1) 사이에서 곡선 라인을 이루는 송전선(2)의 최저 처침 위치(이도점)에 고정 설치된다. 이와 같은 송전선용 계측기(10)는 송전선 설정지점의 현재 압력을 계측하고, 계측되는 송전선 설정지점의 현재 압력정보를 관리서버(20)로 무선 전송하게 된다. 이를 위한 본 발명의 실시예에 따른 송전선용 계측기(10)는 도 3에서와 같이 압력센서(11), 온도센서(12), 습도센서(13), 통신모듈(14), 전원모듈(15), 컨트롤러(16), 케이싱(17)을 포함하는 구성으로 이루어진다.
압력센서(11), 온도센서(12), 습도센서(13)는 송전선용 계측기(10)가 설치된 송전선 설정지점의 현재 압력, 현재 온도, 현재 습도를 계측하는 센서로서, 서로 분리되어 독립적으로 구비될 수도 있고, 단일한 센서모듈을 이루는 형태로 구비될 수도 있다.
통신모듈(14)은 압력센서(11), 온도센서(12), 습도센서(13)로부터 송전선 설정지점의 현재 압력정보, 온도정보, 습도정보를 전달받아 관리서버(20)로 무선 전송하는 것이다.
전원모듈(15)은 압력센서(11), 온도센서(12), 습도센서(13), 통신모듈(14), 컨트롤러(16)에 전원을 공급하는 것이다. 이와 같은 전원모듈(15)은 에너지 재활용을 통해 전원을 생성시키는 에너지하베스팅(energy harvesting) 장치유닛(15a)을 포함하는데, 이와 같은 에너지하베이팅 장치유닛(15a)은 소모되는 각종 에너지원(전자기파, 빛, 열, 진동 등)으로부터 전원을 생성시키게 된다. 여기서 에너지하베스팅 장치유닛(15a)은 도 4의 (a)에서와 같이 유도전력 변환유닛(151), 충전유닛(152), 유도전력 측정유닛(153)을 포함하는 구성으로 이루어질 수 있는데, 유도전력 변환유닛(151)은 송전선(2)을 통과하는 전류에 의한 전자기유도로부터 유도 기전력을 생성시키는 것이고, 충전유닛(152)은 유도전력 변환유닛(151)과 연결되어 유도전력 변환유닛(151)의 유도 기전력으로부터 전원을 충전하게 되는 것이다. 이와 같은 충전유닛(152)에 압력센서(11), 온도센서(12), 습도센서(13), 통신모듈(14), 컨트롤러(16)가 연결되어 전원을 공급받게 된다. 유도전력 측정유닛(153)은 유도전력 변환유닛(151)에서 생성되는 유도 기전력의 크기를 측정하여 컨트롤러(16)로 입력하게 된다. 여기서 송전선용 계측기(10)의 컨트롤러(16)는 유도 기전력의 크기가 설정된 허용치보다 클 경우 송전선(2)으로부터 누전이 발생된 것으로 파악하여 필요한 대응조치가 취해질 수 있도록 각종 알람메시지나 알람신호를 생성하여 관리자에게 전달되도록 할 수 있다. 물론 송전선용 계측기(10)의 컨트롤러(16)는 관리서버(20)로 송전선(2)의 누전 발생정보를 전송하여 관리서버(20)를 통해 각종 알람메시지나 알람신호가 생성되어 관리자에게 전달될 수도 있다. 또한 컨트롤러(16)는 송전선(2)으로부터 누전 발생시 유도전력 변환유닛(151)과 충전유닛(152) 간 연결을 차단시켜 과전류에 의한 충전유닛(152)의 손상이 방지되도록 할 수 있다.
한편 전원모듈(15)의 에너지하베스팅 장치유닛(15a)은 도 4의 (b)에서와 같이 태양전지(154)와 충전유닛(152)을 포함하는 구성으로 이루어질 수 있다. 여기서 태양전지(154)는 태양광 발전을 수행하고, 충전유닛(152)과 연결되어 충전유닛(152)을 충전시키는 것으로, 이와 같은 태양전지(154)는 송전선용 계측기(10)의 케이싱(17) 표면에 형성될 수 있다. 또한 전원모듈(15)의 에너지하베스팅 장치유닛(15a)은 도 4의 (c)에서와 같이 유도전력 변환유닛(151), 충전유닛(152), 유도전력 측정유닛(153), 태양전지(154)를 포함하는 구성으로 이루어져 송전선(2)을 통과하는 전류에 의한 전자기유도로부터 유도 기전력을 생성시키는 유도전력 변환유닛(151)과, 태양광 발전을 통해 전원을 생성시키는 태양전지(154)가 선택적으로 발전을 수행하도록 할 수도 있다.
컨트롤러(16)는 압력센서(11), 온도센서(12), 습도센서(13), 통신모듈(14), 전원모듈(15)의 동작을 제어하게 되는 것이다. 이와 같은 컨트롤러(16)는 압력센서(11), 온도센서(12), 습도센서(13), 통신모듈(14)의 불필요한 작동과 전원소모를 최소화하기 위하여 압력센서(11), 온도센서(12), 습도센서(13)가 설정 계측주기에 따라 압력, 온도, 습도를 계측하도록 하거나, 통신모듈(14)이 설정 통신주기에 따라, 압력, 온도, 습도를 관리서버(20)로 무선전송하도록 할 수 있다. 또한 컨트롤러(16)는 설정 전원공급 주기에 따라 전원모듈(15)이 압력센서(11), 온도센서(12), 습도센서(13), 통신모듈(14), 컨트롤러(16)에 전원을 공급하도록 할 수 있다.
케이싱(17)은 압력센서(11), 온도센서(12), 습도센서(13), 통신모듈(14), 전원모듈(15), 컨트롤러(16)가 설치되는 것으로, 이와 같은 케이싱(17)은 송전선 설정지점에 착탈가능하게 고정될 수 있다. 특히 본 발명의 실시예에 따른 케이싱(17)은 서로 분리되어 착탈가능하게 결합되는 구성으로 이루어져 이미 설치되어 있는 송전선(2)에 결합될 수 있도록 한다. 이를 위하여 케이싱(17)은 도 5의 (a)에서와 같이 송전선(2)에 걸림고정되는 착탈형 걸림구(171)를 가지거나, 도 5의 (b)에서와 같이 송전선(2)의 외주면을 감싸면서 결합되는 분리형 케이싱(17a)으로 이루어질 수 있다. 이와 같은 구성의 케이싱(17)은 송전선(2)을 타고 슬라이딩 이동하여 도 2에서와 같이 송전탑(1) 사이에서 곡선 라인을 이루는 송전선(2)의 최저 처침 위치에 놓이게 된다. 한편 송전선(2)의 최저 처침 위치에 놓인 케이싱(17)이 바람 등에 의해 이동하지 않도록 별도의 위치고정구가 케이싱(17)에 형성될 수도 있다. 위치고정구는 케이싱(17)이 움직이지 않고 송전선(2)에 고정되도록 하는 것으로, 케이싱(17)을 송전선(2)에 묶을 수 있는 와이어가 사용될 수 있다. 물론 위치고정구는 이외의 다양한 구성으로 이루어질 수 있다.
한편 본 발명의 다른 실시예에 따른 송전선용 계측기(10)는 도 6에서와 같이 가속도센서(18)를 추가적으로 구비할 수 있다. 이와 같은 가속도센서(18)는 송전선(2)의 움직임 정보를 검출하여 관리서버(20)로 전달하게 되고, 관리서버(20)는 가속도센서(18)로부터 전송되는 송전선 움직임 정보로부터 송전선(2)의 흔들림 크기값을 산출하여 송전선(2)의 과도 흔들림 여부가 모니터링되도록 한다. 송전선(2)이 과도하게 흔들릴 경우, 해당 송전선(2)을 취약 구간으로 판단하고, 이를 관리자에게 알람메시지나 알림신호로 알려 대응조치가 취해질 수 있도록 할 수 있다.
관리서버(20)는 송전선용 계측기(10)로부터 송전선 설정지점의 현재 압력정보를 무선 전송받게 된다. 그리고 관리서버(20)는 연산모듈(21)을 구비하여 송전선 설정지점의 현재 압력정보로부터 송전선 설정지점의 현재 수직 위치값을 산출하게 된다. 송전선 설정지점의 현재 수직 위치값은 송전선(2)의 최저 처짐 위치의 고도값을 의미한다. 여기서 송전선(2)은 바람 등의 외력에 의해 흔들릴 수 있는데, 본 발명의 실시예에 따른 관리서버(20)의 연산모듈(21)은 도 7에서와 같이 설정된 단위시간 동안 송전선용 계측기(10)로부터 전송되는 송전선 설정지점의 현재 압력값 중에서 최고 압력값을 유효 압력값으로 선정하여 바람 등의 외력으로 송전선(2)이 흔들리면서 발생되는 압력값 계측 오류를 방지하게 된다.
이와 같은 관리서버(20)의 연산모듈(21)은 송전선 설정지점의 현재 압력정보에 대응하는 현재 수직 위치값은 고도 별 압력값이 실시간으로 제공될 경우 고도 별 압력값 정보로부터 산출할 수도 있으나, 본 발명의 실시예에 따른 관리서버(20)의 연산모듈(21)은 송전선용 계측기(10)로부터 전송되는 송전선 설정지점의 현재 압력정보, 현재 온도정보, 현재 습도정보를 기체 상태방정식에 적용하여 송전선 설정지점의 현재 수직 위치값을 산출하게 된다. 여기서 관리서버(20)의 연산모듈(21)은 이상 기체 상태방정식으로부터 도출되는 아래의 [수학식 1]을 통해 송전선 설정지점의 현재 수직 위치값을 산출하게 된다.
Figure pat00001
여기서 h는 송전선 설정지점의 현재 수직 위치값(m), R은 기체상수, T는 송전선 설정지점의 현재온도(K), p0는 h=0(해수면)에서의 대기 압력값, p는 송전선 설정지점의 현재 압력값, m은 공기(atmosphere)의 단위 몰 당 질량(g), g는 중력가속도이다.
여기서 상기 [수학식 1]은 아래의 [수학식 2]를 통해 산출된다.
Figure pat00002
Figure pat00003
,
Figure pat00004
Figure pat00005
Figure pat00006
Figure pat00007
공기(atmosphere)의 단위 몰 당 질량인 m의 단위를 kg으로 변경하면,
Figure pat00008
Figure pat00009
여기서 ρ는 공기의 질량, n은 공기의 몰 수이다.
그리고 본 발명의 실시예에 따른 관리서버(20)의 연산모듈(21)은 아래의 [수학식 3]과 같은 실제 기체 상태방정식 중의 하나인 beattie- bridgeman 실제 기체 상태방정식에 송전선 설정지점의 현재 압력값, 현재 온도값, 송전선 설정지점의 현재 습도값에 따라 보정되는 상수인 A0, B0, a, b, c를 입력하여 비체적 v를 산출한 다음, 비체적 v로부터 상기의 [수학식 1]에 입력되는 m(공기의 단위 몰 당 질량)을 도출하게 된다. 이를 통해 본 발명의 실시예에 따른 실시간 압력계측형 송전선 모니터링 시스템(100)은 송전선 설정지점의 현재 수직 위치값을 정밀하고 정확하게 산출할 수 있게 된다.
Figure pat00010
Figure pat00011
여기서 P는 송전선 설정지점의 현재 압력값, R은 기체상수, T는 송전선 설정지점의 현재 온도값, v는 비체적이다. 그리고, A0, B0, a, b, c는 기체종류에 따른 상수로서, 다음의 [표 1]과 같이 설정된다.(A0, B0, a, b, c는 습도값에 따라 보정된다)
Figure pat00012
이와 같이 도출되는 송전선 설정지점의 현재 수직 위치값을 통해 송전선(2)의 현재 상태가 모니터링된다. 즉 도 8에서와 같이 송전선 설정지점의 현재 수직 위치값에 따라 송전선(2)의 과도 변형 여부나 송전선(2)의 단선 여부가 판별되게 된다. 이를 위하여 과도변형 판단용 제1위치기준값과 단선 판단용 제2위치기준값이 설정될 수 있다. 과도변형 판단용 제1위치기준값과 단선 판단용 제2위치기준값은 송전선 모니터링 DB(22)에 저장된 송전선 설정지점의 정상상태 수직 위치값 변동이력으로부터 계절 별로 달리 설정될 수 있다.
여기서 관리서버(20)는 도 9에서와 같이 송전선 상태판별 모듈(23)을 구비하여 송전선 설정지점의 현재 수직 위치값을 설정된 과도변형 판단용 제1위치기준값과 단선 판단용 제2위치기준값에 비교하여 송전선(2)의 과도 변형 여부나 송전선(2)의 단선 여부가 판별되도록 하고, 송전선 상태알람 모듈(24)을 구비하여 송전선(2) 과도 변형이나 단선 시 알람메시지나 알람신호가 관리자에게 전달될 수 있도록 한다.
여기서 본 발명의 실시예에 따른 실시간 압력계측형 송전선 모니터링 시스템(100)은 도 1의 (b)에서와 같이 복수의 송전탑(1)을 따라 서로 이어지면서 설치되는 단위 송전선(2a)에 각각 송전선용 계측기(10)가 설치되면서 각 단위 송전선(2a)의 변형이 모니터링되도록 하는 것임에 따라, 과도 변형되거나 단선된 단위 송전선(2a)을 검출하여 즉각적인 대응조치를 수행할 수 있게 된다.
한편 본 발명의 실시예에 따른 실시간 압력계측형 송전선 모니터링 시스템(100)은 도 10에서와 같이 송전선 모니터링용 센서 네트워크가 구성되도록 할 수 있는데, 이와 같은 송전선 모니터링용 센서 네트워크는 서로 이웃하는 송전탑(1) 사이에 배치되는 설정갯수의 송전선(2)에 각각 설치되는 설정갯수의 송전선용 계측기(10)가 설정된 연결 패턴으로 메쉬네트워킹되도록 하는 동시에, 서로 이어지는 다수 쌍의 송전탑(1) 사이에 배치되는 복수의 송전선(2)에 각각 설치되는 복수의 송전선용 계측기(10)가 설정된 연결 패턴으로 메쉬네트워킹되도록 함으로써 메쉬네트워킹된 송전선용 계측기(10)의 통신모듈(14) 간 무선통신을 통해 각각의 송전선 설정지점의 현재 압력정보, 온도정보, 습도정보가 연쇄적으로 각각의 송전선용 계측기(10)로 전달되고, 선택된 송전선용 계측기(10)의 통신모듈(14)이 관리서버(20)와 무선통신하여 해당 송전선용 계측기(10)로 전달된 각각의 송전선 설정지점의 현재 압력정보, 온도정보, 습도정보를 전송할 수 있도록 한다. 이를 통해 통신 네트워크 시스템 구축 및 유지비용이 절감될 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 따른 실시간 압력계측형 송전선 모니터링 방법은 도 11에서와 같이 송전선용 계측기 설치단계, 송전소 압력정보 계측단계, 온습도정보 계측단계, 송전선 상태 모니터링 단계를 포함한다.
송전선용 계측기 설치단계는 서로 이격된 송전탑(1) 사이에 배치되는 송전선(2)의 설정지점에 송전선용 계측기(10)를 고정 설치하는 단계이다. 여기서 본 발명의 실시예에 따른 송전선용 계측기 설치단계는 도 2에서와 같이 송전선용 계측기(10)가 송전선(2)의 최저 처짐위치에 고정 설치되도록 한다.
송전선 압력정보 계측단계는 서로 이격된 송전탑(1) 사이에 배치되는 송전선(2)의 설정지점에 고정 설치되는 송전선용 계측기(10)로부터 송전선 설정지점의 현재 압력이 계측되고, 계측되는 송전선 설정지점의 현재 압력정보가 관리서버(20)로 무선 전송되는 단계이다.
온습도 계측단계는 서로 이격된 송전탑(1) 사이에 배치되는 송전선 설정지점의 현재 온도정보와 현재 습도정보가 계측되고, 계측되는 송전선 설정지점의 현재 온도정보와 현재 습도정보가 관리서버(20)로 무선 전송되는 단계이다.
송전선 상태 모니터링단계는 관리서버(20)가 송전선 설정지점의 현재 압력정보, 현재 온도정보, 현재 습도정보로부터 송전선 설정지점의 현재 수직 위치값을 산출하고, 산출된 송전선 설정지점의 현재 수직 위치값을 통해 송전선의 현재 상태를 모니터링하게 되는 단계이다. 즉 송전선 상태 모니터링단계는 송전선 설정지점의 현재 수직 위치값으로부터 송전선의 신축 변형량 및 단선 여부가 추정되도록 한다. 여기서 송전선 상태 모니터링단계는 관리서버(20)가 송전선 설정지점의 현재 압력정보, 온도정보, 습도정보를 기체 상태방정식에 적용하여 송전선 설정지점의 현재 수직 위치값을 산출하도록 한다. 특히 본 발명의 실시예에 따른 송전선 상태 모니터링단계는 도 7에서와 같이 설정된 단위시간 동안 송전선용 계측기(10)로부터 전송되는 송전선 설정지점의 현재 압력정보 중에서 최고 압력값을 유효 압력값으로 선정하여, 유효 압력값으로부터 송전선 설정지점의 현재 수직 위치값을 산출하도록 한다.
한편 본 발명의 실시예에 따른 송전선 상태 모니터링단계는 송전선 설정지점의 정상상태 수직 위치값 변동이력이 관리서버(20)의 송전선 모니터링DB(22)에 저장되면서 데이터베이스화되도록 하고, 이와 같이 데이터베이스화된 송전선 설정지점의 정상상태 수직 위치값 변동이력으로부터 송전선의 과도 변형이나 단선 여부 판별을 위한 과도변형 판단용 제1위치기준값과 단선 판단용 제2위치기준값이 계절 별로 달리 설정되도록 한다. 특히 본 발명의 실시예에 따른 송전선 상태 모니터링단계는 송전선용 계측기(1)를 통해 계측되는 송전선 설정지점의 정상상태의 계측 정보들(송전선 설정지점의 압력값, 수직 위치값 등)이 해당 정보 계측시점의 기상조건(온도, 습도, 눈/비 여부 등)과 연동되어 관리서버에 빅데이터 형태로 누적적으로 데이터베이스화되어 비교용 기준값이 산출되고, 현재 기상조건에 대응하는 비교용 기준값(과도변형 판단용 제1위치기준값과 단선 판단용 제2위치기준값)과 현재 계측 정보를 비교하여 송전선의 과도 변형이나 단선 검출을 위한 모니터링이 수행되도록 한다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 실시간 압력계측형 송전선 모니터링 시스템 및 실시간 압력계측형 송전선 모니터링 방법은 이도점을 포함하는 송전선 설정지점에 고정 설치되는 송전선용 계측기(10)를 통해 송전선 설정지점의 현재 압력값이 계측되어 관리서버(20)로 전송되고, 송전선 설정지점의 현재 압력값으로부터 송전선 설정지점의 현재 수직 위치값이 관리서버(20)를 통해 산출되면서 송전선(2)의 과도한 변형이나 단선이 모니터링되도록 함으로써 단순한 시스템 장치구성으로도 송전선(2)의 모니터링을 정밀하고 효율적으로 수행할 수 있고, 시스템 구축비용이 절감되는 한편 시스템 장치설치도 간편하고 용이하게 이루어지게 된다. 특히 본 발명의 실시예에 따른 실시간 압력계측형 송전선 모니터링 시스템 및 실시간 압력계측형 송전선 모니터링 방법은 압력센서(11), 온도센서(12), 습도센서(13)를 구비하는 송전선용 계측기(10)를 통해 계측되는 송전선 설정지점의 현재 압력값, 현재 온도값, 현재 습도값을 기체 상태방정식에 적용하여 송전선 설정지점의 현재 수직 위치값을 산출함으로써 송전선(2)의 과도 변형이나 단선 검출을 위한 모니터링 정밀도와 정확도가 향상되는 특징이 있다. 또한 본 발명의 실시예에 따른 실시간 압력계측형 송전선 모니터링 시스템 및 실시간 압력계측형 송전선 모니터링 방법은 송전선용 계측기(10)를 통해 계측되는 정상상태의 계측 정보들(송전선 설정지점의 압력값, 수직 위치값 등)이 해당 정보 계측시점의 기상조건(온도, 습도, 눈/비 여부 등)과 연동되어 관리서버(20)에 빅데이터 형태로 누적적으로 데이터베이스화되어 비교용 기준값이 산출되고, 현재 기상조건에 대응하는 비교용 기준값과 현재 계측 정보를 비교하여 송전선(2)의 과도 변형이나 단선 검출을 위한 모니터링이 수행되므로, 송전선 모니터링의 정밀도와 정확도가 더욱 향상되는 특징이 있다.
상술한 바와 같은, 본 발명의 실시예에 따른 실시간 압력계측형 송전선 모니터링 시스템 및 실시간 압력계측형 송전선 모니터링 방법을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.
1 : 송전탑 2 : 송전선
2a : 단위 송전선 10 : 송전선용 계측기
11 : 압력센서 12 : 온도센서
13 : 습도센서 14 : 통신모듈
15 : 전원모듈 15a : 에너지하베스트 장치유닛
151 : 유도전력 변환유닛 152 : 충전유닛
153 : 유도전력 측정유닛 154 : 태양전지
16 : 컨트롤러 17 : 케이싱
17a : 분리형 케이싱 171 : 착탈형 걸림구
18 : 가속도센서 20 : 관리서버
21 : 연산모듈 22 : 송전선 모니터링DB
23 : 송전선 상태판별 모듈 24 : 송전선 상태알람 모듈
100 : 실시간 압력계측형 송전선 모니터링 시스템

Claims (11)

  1. 서로 이격된 송전탑 사이에 배치되는 송전선의 설정지점에 고정 설치되어 송전선 설정지점의 현재 압력을 계측하며, 계측되는 송전선 설정지점의 현재 압력정보를 외부로 무선 전송하는 송전선용 계측기와;
    상기 송전선용 계측기로부터 송전선 설정지점의 현재 압력정보를 무선 전송받고, 송전선 설정지점의 현재 압력정보로부터 송전선 설정지점의 현재 수직 위치값을 산출하며, 산출된 송전선 설정지점의 현재 수직 위치값을 통해 송전선의 현재 상태가 모니터링될 수 있도록 하는 관리서버를 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 압력계측형 송전선 모니터링 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 송전선용 계측기는 송전선 설정지점의 현재 압력을 계측하는 압력센서와; 송전선 설정지점의 현재 온도를 계측하는 온도센서와; 송전선 설정지점의 현재 습도를 계측하는 습도센서와; 상기 압력센서, 온도센서, 습도센서로부터 송전선 설정지점의 현재 압력정보, 온도정보, 습도정보를 전달받아 외부로 무선 전송하는 통신모듈 및; 상기 압력센서, 온도센서, 습도센서, 통신모듈에 전원을 공급하는 전원모듈을 포함하고,
    상기 관리서버는 송전선 설정지점의 현재 압력정보, 온도정보, 습도정보를 기체 상태방정식에 적용하여 송전선 설정지점의 현재 수직 위치값을 산출하게 되는 것을 특징으로 하는 실시간 압력계측형 송전선 모니터링 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 전원모듈은 에너지 재활용을 통해 전원을 생성시키는 에너지하베스팅(energy harvesting) 장치유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 압력계측형 송전선 모니터링 시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 전원모듈의 에너지하베스팅 장치유닛은 송전선을 통과하는 전류에 의한 전자기유도로부터 유도 기전력을 생성시키는 유도전력 변환유닛과;
    상기 유도전력 변환유닛과 연결되고, 상기 유도전력 변환유닛의 유도 기전력으로부터 전원을 충전하게 되는 충전유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 압력계측형 송전선 모니터링 시스템.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 송전선용 계측기는 송전선의 움직임 정보를 검출하는 가속도센서를 더 포함하고,
    상기 관리서버는 상기 가속도센서로부터 전송되는 송전선 움직임 정보로부터 송전선의 흔들림 크기값을 산출하여 송전선의 과도 흔들림 여부가 모니터링되도록 하는 것을 특징으로 하는 실시간 압력계측형 송전선 모니터링 시스템.
  6. 제 2항에 있어서,
    서로 이어지는 복수의 송전탑 사이에 배치되는 복수의 송전선에 각각 설치되는 복수의 송전선용 계측기에 의해 송전선 모니터링용 센서 네트워크가 구성되되,
    설정된 연결 패턴으로 메쉬네트워킹된 송전선용 계측기의 통신모듈 간 무선통신을 통해 각각의 송전선 설정지점의 현재 압력정보, 온도정보, 습도정보가 연쇄적으로 각각의 송전선용 계측기로 전달되고, 선택된 송전선용 계측기의 통신모듈이 상기 관리서버와 무선통신하여 해당 송전선용 계측기로 전달된 각각의 송전선 설정지점의 현재 압력정보, 온도정보, 습도정보를 전송하게 되는 것을 특징으로 하는 실시간 압력계측형 송전선 모니터링 시스템.
  7. 서로 이격된 송전탑 사이에 배치되는 송전선의 설정지점에 송전선용 계측기를 고정 설치하는 송전선용 계측기 설치단계와;
    상기 송전선용 계측기로부터 송전선 설정지점의 현재 압력이 계측되고, 계측되는 송전선 설정지점의 현재 압력정보가 관리서버로 무선 전송되는 송전선 압력정보 계측단계와;
    상기 관리서버가 송전선 설정지점의 현재 압력정보로부터 송전선 설정지점의 현재 수직 위치값을 산출하고, 산출된 송전선 설정지점의 현재 수직 위치값을 통해 송전선의 현재 상태를 모니터링하게 되는 송전선 상태 모니터링단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 압력계측형 송전선 모니터링 방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 송전선용 계측기 설치단계는 상기 송전선용 계측기가 송전선의 최저 처짐위치에 고정 설치되도록 하는 것을 특징으로 하는 실시간 압력계측형 송전선 모니터링 방법.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 송전선 상태 모니터링단계는 설정된 단위시간 동안 상기 송전선용 계측기로부터 전송되는 송전선 설정지점의 현재 압력정보 중에서 최고 압력값을 유효 압력값으로 선정하여, 유효 압력값으로부터 송전선 설정지점의 현재 수직 위치값을 산출하는 것을 특징으로 하는 실시간 압력계측형 송전선 모니터링 방법.
  10. 제 7항에 있어서,
    서로 이격된 송전탑 사이에 배치되는 송전선 설정지점의 현재 온도정보와 현재 습도정보가 계측되고, 계측되는 송전선 설정지점의 현재 온도정보와 현재 습도정보가 관리서버로 무선 전송되는 온습도정보 계측단계를 더 포함하고,
    상기 송전선 상태 모니터링단계는 상기 관리서버가 송전선 설정지점의 현재 압력정보, 온도정보, 습도정보를 기체 상태방정식에 적용하여 송전선 설정지점의 현재 수직 위치값을 산출하게 되는 것을 특징으로 하는 실시간 압력계측형 송전선 모니터링 방법.
  11. 제 7항에 있어서,
    상기 송전선 상태 모니터링단계는 송전선 설정지점의 수직 위치값 변동이력이 기상정보와 연동되어 상기 관리서버의 송전선 모니터링DB에 저장되면서 데이터베이스화되도록 하는 것을 특징으로 하는 실시간 압력계측형 송전선 모니터링 방법.
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