KR20170014399A - 전자파 및 접지저항의 모니터링 시스템 - Google Patents

전자파 및 접지저항의 모니터링 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전자파가 발생하거나 전자파의 침입을 받을 수 있는 장비를 운용하는 각종 시설에서 인체에 대한 위협과 시설의 이상을 감지할 수 있는 전자파 및 접지저항의 모니터링 시스템에 관한 것으로, 접지부(401)에 연결되고 접지감지신호를 발생하는 접지센서부(400), 전자파가 입력되거나 출력되는 시설의 공간에 대한 전자파강도를 안테나부(310)를 통하여 측정하고 전자파감지신호를 발생하는 전자파센서부(300) 및 접지센서부로부터의 접지감지신호 및 전자파센서부로부터의 전자파감지신호를 수신하고 접지의 이상과 전자파의 강도 사이의 관계를 통하여 시설의 이상과 전자파 공격의 여부를 판별하는 제어부(120)를 포함할 수 있다.

Description

전자파 및 접지저항의 모니터링 시스템{MONITORING SYSTEM OF ELECTROMAGNETIC WAVE AND GROUNDING RESISTANCE}
본 발명은 전자파 및 접지저항의 측정과 관련된 것으로서, 보다 구체적으로는 전자파가 발생하거나 전자파의 침입을 받을 수 있는 장비를 운용하는 각종 시설에서 인체에 대한 위협과 시설의 이상을 감지할 수 있는 전자파 및 접지저항의 모니터링 시스템에 관한 것이다.
최근 전파 통신에 대한 기술이 발전함에 따라 전세계적으로 전자파 위험의 대응방안에 대한 관심이 증가되고 있다.
근래에는 휴대폰과 같은 개인장비에서의 전자파 문제에 관심을 두고 있으나 세계적, 장기적인 관점에서 통신망, 이동전화기지국, 전력설비, 방송장비, 운송산업시설, 의료산업기기 등에서 전자파의 발생이나 침입으로 인한 문제에 대한 논란이 첨예하다.
특히, 이동전화 기지국과 같은 경우 임의적으로 장비를 온오프할 수 없을 뿐만 아니라 상시적으로 전자파가 발생하고 있다는 점에서 문제의 심각성은 더욱 크다.
전자파에 대한 국내 기준은 국제비전리방사선보호위원회 (ICNIRP: International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection)에서 제시한 단기 노출기준으로 제시되고 있으며, 각국의 연구단체로부터 연구되고 있다.
등록실용신안공보 제20-0325907호는 ＴＶ에서의 전자파 측정 장치를 개시하고 있다.
이러한 전자파의 검출장치가 최근 들어 상용되고 있으나 단기 노출에 대한 현장의 측정을 목적으로 하고 있기 때문에, 이동전화 기지국과 같이 사용되는 전파량 또는 데이터량에 따라 발생되는 전자파의 양이 시간 및 사용자에 따라 급격하게 변화된다는 점을 고려하면 이러한 단기적인 측정방식으로는 전자파에 의한 위험을 정확하게 판단하기 어려운 문제가 있다.
한편, 상기 이동전화 기지국이나 통신선로와 같은 설비에서 고정전류, 낙뢰 등과 같은 비정상적인 전류의 흐름이 발생할 경우 전위의 상승이 발생하는데, 이러한 비정상적 전위의 상승을 방지하고 시설 등을 보호하기 위하여 접지구조를 갖추게 된다.
공개특허 제10-2005-0048407호는 이러한 접지저항을 측정할 수 있는 장치를 개시하고 있다.
도 1은 일반적인 송전선로 또는 배전선로의 개념을 나타내는데, 이러한 선로의 경우에도 접지의 구조를 갖추게 된다.
이러한 설비의 문제로 인하여 접지(지락)나 단락 사고가 발생하게 될 때, 이에 따른 송전 또는 배전 선로의 누전 정도를 측정하는 검루기(GROUND DETECTOR)(11)가 설치되는 것이 일반적이고, 이러한 검루기(11)에 의해 접지의 이상 검출시 차단동작을 수행함으로써 선로를 개방시키는 계전기(10)가 구비된다.
상기 검루기(11)는 고압 송전 또는 배전 선로의 1차 지락 사고 검출에 사용되는데 보통 정전형과 전자형으로 구분되기도 한다. 정전형의 경우 고압 선로에 접속되는 세 개의 고정전극과 접지된 세 개의 기동전극 사이에서 작용하는 정전력의 불평형에 의해 접지 고장을 검출하는 것이고, 전자형은 접지 변압기를 사용하는 것이다.
이러한 종래기술의 접지저항 검출은 전위차의 검출을 통하여 이루어지는 것이 통상이다.
상기된 전자파 및 접지저항 측정의 문제는 이동통신 분야는 물론, 수송, 전력송신, 의료, 가전 등의 분야에서 중요한 문제임에도 불구하고 이를 모니터링하고 인체에 대한 위협과 시설의 고장이나 오작동을 미리 방지할 수 있는 합리적인 관리방안은 전무한 실정이다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 전자파의 위협과 접지저항의 문제에 따른 시설의 문제를 합리적으로 모니터링하고 관리할 수 있도록 모듈화된 구성을 갖는 전자파 및 접지저항의 모니터링 시스템을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명은, 상기 모니터링된 결과들을 관리자가 즉시적이고 효율적으로 정보로서 확인할 수 있도록 하는 전자파 및 접지저항의 모니터링 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 전자파 및 접지저항의 모니터링 시스템은, 접지부(401)에 연결되고 접지감지신호를 발생하는 접지센서부(400), 전자파가 입력되거나 출력되는 시설의 공간에 대한 전자파강도를 안테나부(310)를 통하여 측정하고 전자파감지신호를 발생하는 전자파센서부(300) 및 접지센서부로부터의 접지감지신호 및 전자파센서부로부터의 전자파감지신호를 수신하고 접지의 이상과 전자파의 강도 사이의 관계를 통하여 시설의 이상과 전자파 공격의 여부를 판별하는 제어부(120)를 포함할 수 있다.
바람직하게는 상기 접지센서부가 접지부에 펄스클럭을 입력신호로 제공하고 접지부로부터의 피드백신호에 대한 전류변화량을 측정하여 접지저항을 검출할 수 있다.
상기 제어부는, 전자파강도가 증가되고 접지저항값이 증가한 경우 시설의 이상으로 판단하며, 전자파강도가 시설의 허용값을 초과한 경우 외부 전자파의 공격으로 판단하여 경보부로서 확인할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
한편, 솔라셀을 구비하는 전력발생부(210), 전력발생부로부터 생성된 전력을 저장하는 전력저장부(220) 및 외부전력의 공급에 이상이 발생한 경우 제어부의 제어명령에 따라 전자파센서부 및 접지센서부로 전력저장부 또는 전력발생부의 전력을 연결하는 스위칭부(230)를 더 포함할 수 있다.
또한, 안테나부의 전자파강도신호와 전자파센서부로부터의 전자파감지신호에 대한 스펙트럼 성분을 표시하는 아날라이저(320)를 더 포함하며, 상기 아날라이저는, 전자파센서부의 입출력단에 각각 연결될 수 있다.
상기 전자파센서부는, 광역의 주파수대에 대한 선택적인 전자파검출이 가능하도록 복수의 인덕터가 병렬로 구성되어 주파수대의 변경이 가능하다.
또한, 상기 전자파센서부는, 검출 주파수 범위가 1MHz에서 40GHz의 범위로 설정되며, 설정된 시간동안의 측정값에 대한 평균값을 전자파강도로 결정할 수 있다.
상기 전자파센서부는, 10GHz의 주파수대역에서 설정된 측정시간을 68/f1.05 (f:주파수, GHz)분으로 설정하는 것이 바람직하다.
제1실시예로서 상기 안테나부는, 공간상 다이폴들이 120도 간격으로서 1개 이상이 고정부에 배치되는 패치안테나일 수 있다.
제2실시예로서, 상기 안테나부는, 차량의 루프에 배치되며 전기장프로브와 자기장프로브로 구성되고 제어부, 전자파센서부 및 접지센서부와 함께 이동될 수 있다.
상기된 본 발명의 전자파 및 접지저항의 모니터링 시스템에 따라, 접지의 이상과 전자파에 의한 영향을 하나의 모듈로서 검출하도록 함으로써 다양한 환경에서 인체에 대한 위협과 시설의 작동 이상의 문제를 효과적으로 확인하고 대처할 수 있도록 할 수 있는 효과가 있다.
특히, 접지의 이상과 전자파강도의 변화의 상관관계를 통하여 시설의 이상상태 또는 전자파공격 등에 의한 위협요인을 미리 판단하여 효과적으로 대처할 수 있으며, 모듈화되고 컴팩트한 구성을 가지므로 다양한 개소에 효과적으로 설치할 수 있음은 물론 이동형으로 구성이 가능하여 생산성과 설비의 이점을 동시에 제공한다.
또한, 자체적으로 전력의 공급과 발전이 가능하도록 구성되어 외부전력과 하이브리드 형태로 작동됨으로써 전력의 수급에 따른 한계를 극복할 수 있으므로 상시적인 모니터링이 가능하며, 관제형 네트워크망으로 구성될 수 있고 소정 지역 범위상에 대한 종합적인 매핑이 가능하고 인류에 대하여 영향을 주는 다양한 전자파 환경에 대한 모니터링과 대응이 가능한 효과가 있다.
도 1은 일반적인 송전선로 또는 배전선로를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 개념에 따른 전자파 및 접지저항의 모니터링 시스템의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 전자파 및 접지저항의 모니터링 시스템의 제어부를 나타내는 구성도이다.
도 4는 본 발명의 전자파 및 접지저항의 모니터링 시스템의 접지저항 검출 개념을 설명하기 위한 일예시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전자파 및 접지저항의 모니터링 시스템의 접지센서부를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전자파 및 접지저항의 모니터링 시스템의 전자파센서부를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 전자파 및 접지저항의 모니터링 시스템에서 안테나부의 실시예들을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 제1실시예에 따른 전자파 및 접지저항의 모니터링 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 전자파 및 접지저항의 모니터링 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 개념에 따른 전자파 및 접지저항의 모니터링 시스템의 구성도이다.
본 발명의 개념에 따른 전자파 및 접지저항의 모니터링 시스템은, 접지부(401)에 연결되고 접지감지신호를 발생하는 접지센서부(400)와, 공간의 전자파를 측정하여 전자파감지신호를 발생하는 전자파센서부(300)와, 접지센서부로부터의 접지감지신호 및 전자파센서부로부터의 전자파감지신호를 수신하고 접지의 이상과 전자파의 강도 사이의 관계를 통하여 시설의 이상 유무를 판별할 수 있는 제어부(120)를 포함하여 이루어질 수 있다.
본 발명의 설명에서 시설이란, 통신기지국, 중계기, 전력설비, 방송설비, 철도설비, 선박장비, 기타 산업설비 또는 의료기기 등과 같이 접지를 포함하며 전자파가 유출 또는 유입되는 다양한 장비를 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
시설로부터 방출되는 전자파는 주변의 시설물이나 인체에 악영향을 줄 수 있고, 반대로 시설로 유입되는 전자파는 시설 자체의 가동 성능에 문제를 발생하며 악의적으로 전자파 공격이 있는 경우에는 시설 자체가 오작동하거나 무력화되는 문제를 야기한다. 상기된 시설에는 시설의 손상이나 오작동을 방지하기 위하여 접지가 구비되는 것이 일반적이며, 접지전극에서 접지저항이 0Ω인 것이 이상적이나, 실제 대지와 접속되는 과정에서 일정한 접지저항이 존재한다. 접지에 있어서 누설라인에 문제가 발생하거나 단락되는 경우 이러한 접지저항값의 변화가 나타나고, 이는 시설 주변의 전자파 강도에 영향을 주는 것으로 확인되었다.
따라서, 본 발명의 기본적인 개념은 접지의 단락과 같은 이상과 전자파의 강도에 상관관계가 있음에 착안하여 이를 하나의 모듈로서 구성하고 정보를 처리하도록 함으로써 인체에 대한 위협과 시설의 작동상의 문제를 효과적으로 검사할 수 있도록 하는데 있다.
바람직하게는, 접지센서부(400)는 접지부(401)에 연결되어 이에 유통되는 소정 시간 동안의 평균 전류값을 통하여 접지의 이상 유무를 판별할 수 있도록 한다. 여기서 접지의 이상이란 접지부의 훼손 또는 절단을 의미할 수 있다. 이러한 접지센서부(400)의 구성과 관련하여 구체적인 설명은 후술하도록 한다.
전자파센서부(300)는 안테나부(310)에 연결되어 시설 주변의 공간에서 전자파의 강도를 측정하도록 기능한다. 상기 안테나부(310)는 예를 들어, 3축 등방성 안테나로서 이루어질 수 있고 각 다이폴들이 직교되어 공간상 120도 간격으로 배치되는 전계 프로브로서 이루어질 수 있다. 다만 상기 안테나부(310)의 구성은 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 전자파센서부(300)와 안테나부(310)는 상호간의 간섭을 회피할 수 있도록 최소한 1m 이상의 거리로 이격되는 것이 바람직하며, 안테나부(310)의 위치는 지면으로부터 1.5m 내외의 높이로서 전자파 강도의 공간 평균값을 산출하도록 할 수 있다.
상기 안테나부(310)를 구성하는 프로브는 측정 환경에 따라 단일 또는 복수로서 배치될 수 있다. 상기 프로브의 배치되는 개수는 측정이 필요한 환경에 따라 선택적이다.
본 발명의 전자파센서부(300)는 다양한 환경에서 전자파를 측정할 수 있도록 광대역 특성을 가지는 것이 바람직하며, 1MHz에서 40GHz의 커버리지를 갖는 것이 더욱 바람직하다.
이를 위하여 전자파센서부(300)는 도 6에 도시된 바와 같이 인덕터를 병렬로 구성함으로써 각 대역폭에 대응하여 주파수의 변경이 가능하도록 구성될 수 있으며, 설정된 측정주기의 평균 측정값을 검출하여 제어부(120)에서 경보부(110)를 통하여 이용자가 결과를 확인할 수 있도록 한다.
따라서, 제어부(120)는 이용자가 시각적 또는 청각적으로 확인 가능한 경보부(110)을 통하여 모니터링 결과 또는 경보를 제공할 수 있는데, 예를 들어 상기 경보부(110)는 제어부(120)와 연결된 발광부나 음향발생부일 수 있다.
또한, 상기 경보부(110)는 일종의 모니터링 장치로서 디스플레이를 구비하는 장비에 전자파센서부(300)의 전자파감지신호와 접지감지신호를 데이터화하여 표시할 수 있는데, 이러한 디스플레이 장비는 노트북, PC, 스마트폰, 태블릿과 같은 장치일 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
이를 위하여 제어부(120)는 소정의 유무선 통신모듈을 구비할 수 있으며, 통신방식으로 연결은 802.11 무선 LAN, GSM, UMTS 등의 무선링크일 수 있다. 또한, 다양한 RF신호를 이용한 송수신방식은 물론, RFID, NFC, 지그비(Zigbee), 블루투스(Bluetooth) 또는 IR을 이용한 근거리 통신방식도 무선연결의 형태로 고려될 수 있을 것이다.
이러한 제어부(120)는 네트워크망을 통하여 서버부(500)로 연결될 수 있고, 이러한 서버부는 네트워크 관제용 서버로 이해될 수 있다. 이와 관련하여 구체적인 설명은 후술하도록 한다.
또한, 상기 경보부(110)에 추가적 또는 선택적으로 아날라이저(320)가 구비될 수 있으며, 이러한 아날라이저(320)는 변조파를 수신하여 측파대로 분해하여 스펙트럼 성분의 분포를 표시하는 스펙트럼 분석기(Spectrum analyzer)로 이루어질 수 있다.
상기 아날라이저(320)는 기본적으로 안테나부(310)로부터 수신되는 전자파강도 신호에 대한 스펙트럼 성분을 표시할 수 있는데, 전자파센서부(300)의 출력단, 즉 제어부(120)와의 연결라인 측에서 연장되는 신호라인의 성분을 추가적으로 표시할 수 있다. 이를 통하여 전자파센서부(300)의 입출력단의 스펙트럼정보를 선택적 또는 추가적으로 확인할 수 있어 효율적이다. 이러한 각각의 전자파센서부(300)의 입출력단의 신호라인은 스위치(330)에 의하여 절환되어 아날라이저(320)의 포트에 연결될 수 있다.
기본적으로 중계기나 송선탑과 같은 경우는 외부 전력라인과 연결될 수 있기 때문에 제어부(120), 전자파센서부(300) 및 접지센서부(400)의 가동을 위하여 외부전력을 공급받을 수 있다. 그런데, 송전의 중단이나 작동이상 등이 발생한 때나, 또한 후술될 바와 같이 이동형으로 구성될 때 전력공급이 불가능한 경우가 발생될 수 있고 이는 시설의 이상 유무를 판단할 수 없게 되는 문제가 있다.
따라서, 본 발명의 전자파 및 접지저항의 모니터링 시스템은 추가적으로 전력발생부(210)를 구비할 수 있는데, 외부전력의 공급이 없을 때 자체적으로 전력발생이 가능하도록 전력발생부(210)가 기능하며 이러한 전력발생부(210)로서 솔라셀이나 풍력발전기가 고려될 수 있다. 다만, 전력의 발생을 위하여 공지의 다양한 전력발생수단들이 적용될 수 있다.
상기와 같이 전력발생부(210)로부터 생성된 전력은 전력저장부(220)에서 저장되어 필요시 전자파센서부(300) 및 접지센서부(400)의 구동을 위한 전력원으로서 사용될 수 있다.
상기 전력발생부(210)가 지속적으로 전력을 발생하는 경우, 예를 들어 솔라셀로 이루어지고 주광이 있는 경우에는 전력저장부(220)의 전력이 소진되더라도지속적인 전력의 공급이 가능하다.
상기 제어부(120)는 외부전력의 이상 유무를 판단하여 전력저장부(220)로부터 전력을 인출할 수 있도록 판단하는 기능을 수행할 수 있으며, 스위칭부(230)는 이러한 제어부(120)의 제어명령에 따라 전력저장부(220)의 전력을 전자파센서부(300) 및 접지센서부(400)에 인가할 수 있다.
상기 전력저장부(220)는 연속적인 충방전시 수명을 고려하여 이차전지로서 구성되는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전자파 및 접지저항의 모니터링 시스템의 제어부를 나타내는 구성도이다.
상기한 제어부(120)는 전자파센서부(300)로부터 전자파감지신호 강도를 수신하여 전자파의 이상 유부를 판별하는 전자파검출부(123)와, 접지센서부(400)부터 접지의 이상 유무를 판별하는 접지저항검출부(122)로 구성될 수 있다.
상기 전자파검출부(123)는 설정 강도를 저장하고 이를 측정된 전자파 강도와 대비하여 설정강도의 초과시 경보부(110)에서 이용자에게 이상을 인지할 수 있도록 기능한다.
마찬가지로, 접지센서부(400)는 설정 저항값을 저장하고 측정된 접지저항 값과 대비하여 설정 저항값의 초과시 경보부(110)를 작동할 수 있다. 이때, 상술한 바와 같이 전류의 변화를 통하여 저항값을 연산하는 경우에는 접지센서부(400)로부터 전류의 값에 대한 신호를 수신하여 이를 통하여 저항값을 연산하는 기능을 수행할 수 있다.
상기 접지저항검출부(122)와 전자파센서부(300)는 연동하여 작동될 수 있으며, 전자파 강도의 증가가 시설 자체의 문제에 기인한 것인지 외부 공격에 의한 것인지 판단을 수행할 수 있다. 이를 위하여, 제어부(120)는 접지저항 및 전자파검출부의 모듈형태로서 접지저항값과 전자파강도가 함께 증가한 경우 이를 시설의 이상에 대한 것으로 판단하도록 알고리즘을 구비할 수 있다. 이때 이용자에게 접지저항의 변화와 전자파강도의 증가에 따른 시설 이상의 경보를 제공할 수 있다.
다만, 전자파의 절대적인 강도가 시설의 허용값을 초과한 경우는 외부의 전자파 유입에 의한 것으로 판별할 수 있으며 이때에는 전자파 공격으로 이용자에게 경보할 수 있을 것이다.
이렇게 검출 및 판단되는 정보들은 통신부(121)를 통하여 이용자 단말과 같은 경보부(110)에 제공될 수 있으며, 경우에 따라 네트워크망을 구성하는 서버부(미도시)에 데이터베이스화되어 관리될 수 있다.
복수의 개소에 본 발명의 전자파 및 접지저항의 모니터링 시스템이 구비되고 서버부(500)를 통하여 통합적으로 관리되는 경우 소정 지역 범위에 대한 시설의 이상 및 전자파 강도에 따른 영향 또는 이에 따른 접지시설의 보강요구나 전자파 방어시설의 설비요구를 미리 파악할 수 있는 이점이 있다.
이를 위하여 각각의 전자파 및 접지저항의 모니터링 시스템의 위치관계를 확인할 수 있도록 제어부(120)가 GPS모듈(미도시)을 구비하는 것이 바람직하다.
통신부(121)는 상술한 바와 같이 다양한 유무선의 통신프로토콜을 통하여 경보부(110) 또는 서버부(500)와 연결될 수 있으며, 외부 유선통신이 가능하도록 RS232포트를 구비하는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
도 4는 본 발명의 전자파 및 접지저항의 모니터링 시스템의 접지저항 검출 개념을 설명하기 위한 일예시도이다.
본 발명의 바람직한 실시예에서 접지센서부(400)는 제어부(120)의 명령에 따라 전류를 입력하여 피드백되는 전류의 측정에 따라 접지저항을 측정할 수 있도록 기능하게 됨은 상기한 바와 같다. 예를 들어, 이를 위하여 도시된 바와 같이 주기적인 입력펄스(400a)를 접지부(401)에 입력하고 접지부(401)로부터의 피드백펄스(400b)를 전자파센서부(300)가 감지할 수 있다.
상기 접지부(401)의 저항값의 변화에 따라 전류의 사용량이 변화하는데, 이러한 전류의 변화량을 이용하여 접지저항을 측정할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전자파 및 접지저항의 모니터링 시스템의 접지센서부를 설명하기 위한 도면이다.
접지센서부(400)는 제어전류인가부와 하나 이상의 검출기로서 구성될 수 있으며 접지부(401)는 대지접지전극과 연결되는 도체 또는 도선일 수 있다.
바람직한 실시예로서, 접지센서부(400)가 서로 다른 저항값을 가지는 2개의 저항과, 각 2저항의 제어전력이 공급을 단속하는 2개의 스위치와, 2개의 검출기로 구성될 수 있고, 각각의 저항은 교번하여 스위칭온 동작되어 각 검출기에서 서로 다른 전류로 측정될 수 있으며 전자파검출부(123)는 이를 기초로 접지저항을 산출하게 된다. 이때, 제어전력은 외부전력, 전력저장부(220)의 전력 또는 전력발생부(210)로부터의 전력일 수 있으나 경우에 따라 누설전류 자체가 접지저항을 검출하기 위한 제어전력으로 이용될 수 있음은 물론이다.
이와 같이 접지센서부(400)는 접지부의 훼손이나 절단 상태와 같은 이상이 발생한 경우 유입되는 전류의 변화량을 측정하고 이를 접지감지신호로서 제어부(120)로 송출하며 접지저항검출부(122)는 접지감지신호의 소정 시간 동안 평균 전류값을 기준값으로 설정하고 이에 대해 실시간으로 변화하는 접지신호의 값을 대비하여 접지부(401)의 이상 유무를 판단할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전자파 및 접지저항의 모니터링 시스템의 전자파센서부를 설명하기 위한 도면이다.
상술한 바와 같이 광대역 커버리지를 갖기 위하여 전자파센서부(300)는 병렬로 배치되는 복수의 인덕터들을 구비할 수 있다. 구체적으로, 도면에 도시된 바와 같이, 각 구성별로 대역통과필터(band pass filter)와 BPF로부터의 아날로그 신호를 이득 제어하는 AGC(Automatic Gain Controller)와, 아날로그 검출신호를 디지털신호로 변환하는 ADC(Analog to Digital Converter)를 구비할 수 있다.
안테나부(310)는 다양한 구성의 프로브로서 이루어질 수 있고 시설에 따라 그 배치되는 형태와 개수는 선택적이다.
제어부(120)의 전자파검출부(123)는 전자파센서부(300)로부터 출력된 전자파감지신호를 수신하고 이용자가 지정한 측정주기의 평균값을 경보부(110)에서 이상경보나 디스플레이장치를 통하여 확인할 수 있도록 한다.
바람직한 실시예로서, 안테나부(310)는 제어부(120) 또는 아날라이저(320)와 1.0m 이상의 거리로 배치되고 지면으로부터 1.5m 내외의 높이로 배치될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예는 광대역의 커버리지즐 가질 수 있도록 전자파센서부(300)가 복수의 인덕터로서 형성되므로 이를 위한 주파수영역대의 구분을 아래에서 구체적으로 설명하도록 한다.
무선국 구분 주파수대역(MHz) 대역폭(MHz)
셀룰러 869~874 5
PCS 1860~960 10
LTE(low) 874~960 10/10/10
LTE(mid) 1810~1850 20/20
LTE(high) 2110~2660 20/10
IMT-2000 2120~2170 61
Wibro 2300~2360 30/20
무선호출 317.9875~320.9875 3
TRS 390~867 10/4/11
무선데이터 938~940 2
FM 88~108 260kHz
DMB 174~216 1.54
DTV 470~698 6
상기의 대역 구분은 일예시이며, 할당 또는 지정받은 주파수와 대역폭에 따라 선택적이다.
또한, 일반인에 대한 전자파 강도의 기준은 아래와 같이 정리될 수 있다.
주파수범위 전기장강도
(V/m)		 자기장강도
(A/m)		 자속밀도
(μT)		 전력밀도
(W/m2)
~1Hz - 32,000 40,000
1Hz~8Hz 10,000 32,000/f2 40,000/f2
8Hz~25Hz 10,000 4,000/f 5,000/f
25Hz~0.8kHz 250/f 4/f 5/f
0.8kHz~3kHz 250/f 5 6.25
3kHz~0.15MJz 87 5 6.25
0.15MJz~1MJz 87 0.73/f 0.92/f
1MJz~10MJz 87/f1/2 0.73/f 0.92/f
10MJz~400MJz 28 0.073 0.92 2
400MJz~2GHz 1.375f1 /2 0.0037f1 /2 0.0046f1 /2 f/200
2GHz~300GHz 61 0.16 0.20 10
본 발명에 적용되는 전자파센서부(300)의 측정강도에서 상기 표는 10MHz에서 300GHZ 사이의 영역에서 의미를 가질 수 있다. 다만 다른 주파수대역의 검출을 배제하는 것은 아님에 유의하여야 한다.
측정의 시간과 관련하여, 바람직하게는 100kHz 이하의 대역에서는 시간평균을 취하지 않은 최대값으로 측정, 100kHz 이상 10GHz 미만의 대역에서는 평균 6분의 측정, 10GHz 이상의 주파수대역에서는 측정의 평균시간을 68/f1. 05 분으로 설정할 수 있다. 여기서, f는 GHz의 단위이다.
하나의 중계국 또는 무선국이 다중 주파수의 전자기파를 복사하는 경우 각 주파수에서 복사되는 값의 기준값에 대한 비율의 합은 1을 초과하지 않아야 한다.즉, 아래의 식으로 정리된다.
Figure pat00001
여기서 Er은 각 채별(주파수)별 측정값이고, Erf는 그 기준값을 말한다.
도 7은 본 발명의 전자파 및 접지저항의 모니터링 시스템에서 안테나부의 실시예들을 나타내는 도면이다.
도 7의 (a)는 안테나부(310)가 고정부(312)에 대하여 3축 등방성 안테나의 패치안테나(311)로 이루어지는 경우를 나타내고 있다.
각각의 축에 대한 다이폴들은 90도로 직교하는 형태로 이루어져 있고 공간상 120도 간격으로 배치될 수 있다. 각 검출기는 일정한 주파수 응답특성을 갖는 Schottky-barrier diode가 적용될 수 있으며, 상술한 바와 같이 병렬로 구성되어 1MHz에서 40GHz의 커버리지를 갖도록 구성될 수 있다.
여기서 고정부(312)는 송전탑, 중계탑과 같은 고정 구조물일 수 있으며 경우에 따라 시설에 독립된 별도의 지지부일 수 있다.
도 7의 (b)는 고정홀부(314)에 장착되는 옴니안테나(313)를 나타내며, 도 7의 (c)는 지면에 대하여 고정된 옴니안테나(313)를 나타내고 있다. 또한, 도 7의 (c)는 고정부(317)에 의하여 복수의 개소에 프로브가 설치된 형태의 옴니안테나(316)를 개시하고 있다.
상기된 실시예들은 일예시이며 다양한 경우에 따라 상호 교환적 또는 추가적으로 이루어질 수 있고, 공지의 다양한 안테나부(310)의 배치형태도 적용될 수 있음은 물론이다.
도 8은 본 발명의 제1실시예에 따른 전자파 및 접지저항의 모니터링 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 제1실시예에서는 통신시설에 전자파 및 접지저항의 모니터링 시스템이 적용되는 경우를 설명한다.
서비스안테나(101)는 고정부의 상단측에 배치되며, 전자파를 방출 또는 수신하는 기능을 수행할 수 있다.
고정부의 외주측으로 이격 또는 인접되어 안테나부(310)가 배치되며, 복수의 개소에 설치될 수 있음은 상기한 바와 같다. 예를 들어, 서비스안테나(101)측, 고정부(312)로부터 이격되는 측, 고정부(312)에 인접되는 측에 각각 배치되는 경우가 고려될 수 있다.
이러한 서비스안테나의 경우 피뢰기를 구비하는 것이 통상이며 접지부(401)에 연결된 도선으로 이어진다. 전자파센서부(300)는 각 접지라인에 연결될 수 있는데, 도시된 제1센서부(411)와 제2센서부(412)는 일예시이다.
검출모듈(100)은 제어부(120), 전자파센서부(300), 접지센서부(400) 및 전력저장부(220)가 모듈화되어 구성되 수 있으며, 고정부의 임의의 부위에 부착될 수 있다.
도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 전자파 및 접지저항의 모니터링 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 제2실시예에서는 이동형으로 구성되는 경우를 나타내며, 차량에 탑재되어 각 위치별로 이동하면서 전자파를 검출하게 된다.
이 경우 검출모듈(100) 또는 안테나부(310)는 차량의 루프에 구성될 수 있으며, 예를 들어 전기장 프로브와 자기장 프로브가 상단으로 노출되는 형태로 이루어질 수 있다.
이러한 이동형 검출모듈(100)의 형태와 배치상태는 본 발명의 기본적인 개념이 적용된다면 제약은 없다.
상기된 전자파 및 접지저항의 모니터링 시스템은 소정 지역 범위의 다양한 전자파 발생장비에 대한 종합적인 확인이 가능하도록 구성될 수 있는데, 각각의 전자파 및 접지저항의 모니터링 시스템이 각각의 개소에 대한 접지저항 및 전자파강도를 측정하고 네트워크망을 통하여 통신하여 서버부(500)를 통하여 수집되고 관리될 수 있다.
이러한 정보는 해당 지역에 대한 전자파 지도를 제공하고 인류에 대한 전자파 피해나 공격으로부터 효과적으로 대응할 수 있는 빅데이터로서 기능할 수 있다.
상기된 본 발명의 전자파 및 접지저항의 모니터링 시스템은, 접지의 이상과 전자파에 의한 영향을 하나의 모듈로서 검출하도록 함으로써 다양한 환경에서 인체에 대한 위협과 시설의 작동상의 문제를 효과적으로 확인하고 대처할 수 있도록 할 수 있는 이점을 가진다.
특히, 접지의 이상과 전자파강도의 변화의 상관관계를 통하여 시설의 이상상태 또는 전자파공격 등에 의한 위협요인을 미리 판단하여 효과적으로 대처할 수 있으며, 모듈화되고 컴팩트한 구성을 가지므로 다양한 개소에 효과적으로 설치할 수 있음은 물론 이동형으로 구성이 가능하여 생산성과 설비의 이점을 동시에 제공한다.
또한, 자체적으로 전력의 공급과 발전이 가능하도록 구성되어 외부전력과 하이브리드 형태로 작동됨으로써 전력의 수급에 따른 한계를 극복할 수 있으므로 상시적인 모니터링이 가능한 이점이 있다.
또한, 관제형 네트워크망으로 구성됨으로써 소정 지역 범위상에 대한 종합적인 매핑이 가능하고 인류에 대하여 영향을 주는 다양한 전자파 환경에 대한 모니터링과 대응이 가능하다.
이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
100...검출모듈 101...서비스안테나
102...통신시설 110...경보부
120...제어부 121...통신부
122...접지저항검출부 123...전자파검출부
124...예비전력가동부 210...전력발생부
220...전력저장부 230...스위칭부
300...전자파센서부 310...안테나부
320...아날라이저 330...스위치
400...접지센서부 400a...입력펄스
400b...피드백펄스 401...접지부
411...제1센서부 412...제2센서부
312...고정부 311...패치안테나
313...옴니안테나 314...고정홀부
315...돔형안테나

Claims (10)

  1. 접지부(401)에 연결되고 접지감지신호를 발생하는 접지센서부(400);
    전자파가 입력되거나 출력되는 시설의 공간에 대한 전자파강도를 안테나부(310)를 통하여 측정하고 전자파감지신호를 발생하는 전자파센서부(300); 및
    접지센서부로부터의 접지감지신호 및 전자파센서부로부터의 전자파감지신호를 수신하고 접지의 이상과 전자파의 강도 사이의 관계를 통하여 시설의 이상과 전자파 공격의 여부를 판별하는 제어부(120);를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자파 및 접지저항의 모니터링 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 접지센서부는,
    접지부에 펄스클럭을 입력신호로 제공하고 접지부로부터의 피드백신호에 대한 전류변화량을 측정하여 접지저항을 검출하는 것을 특징으로 하는 전자파 및 접지저항의 모니터링 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    전자파강도가 증가되고 접지저항값이 증가한 경우 시설의 이상으로 판단하며, 전자파강도가 시설의 허용값을 초과한 경우 외부 전자파의 공격으로 판단하여 경보부로서 확인할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 전자파 및 접지저항의 모니터링 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    솔라셀을 구비하는 전력발생부(210);
    전력발생부로부터 생성된 전력을 저장하는 전력저장부(220); 및
    외부전력의 공급에 이상이 발생한 경우 제어부의 제어명령에 따라 전자파센서부 및 접지센서부로 전력저장부 또는 전력발생부의 전력을 연결하는 스위칭부(230);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자파 및 접지저항의 모니터링 시스템.
  5. 제3항에 있어서,
    안테나부의 전자파강도신호와 전자파센서부로부터의 전자파감지신호에 대한 스펙트럼 성분을 표시하는 아날라이저(320);를 더 포함하며,
    상기 아날라이저는,
    전자파센서부의 입출력단에 각각 연결되는 것을 특징으로 하는 전자파 및 접지저항의 모니터링 시스템.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 전자파센서부는,
    광역의 주파수대에 대한 선택적인 전자파검출이 가능하도록 복수의 인덕터가 병렬로 구성되어 주파수대의 변경이 가능한 것을 특징으로 하는 전자파 및 접지저항의 모니터링 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 전자파센서부는,
    검출 주파수 범위가 1MHz에서 40GHz의 범위로 설정되며, 설정된 시간 동안의 측정값에 대한 평균값을 전자파강도로 결정하는 것을 특징으로 하는 전자파 및 접지저항의 모니터링 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 전자파센서부는,
    10GHz의 주파수대역에서 설정된 측정시간을 68/f1.05 (f:주파수, GHz)분으로 설정하는 것을 특징으로 하는 전자파 및 접지저항의 모니터링 시스템.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 안테나부는,
    공간상 다이폴들이 120도 간격으로서 1개 이상이 고정부에 배치되는 패치안테나인 것을 특징으로 하는 전자파 및 접지저항의 모니터링 시스템.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 안테나부는,
    차량의 루프에 배치되며 전기장프로브와 자기장프로브로 구성되고 제어부, 전자파센서부 및 접지센서부와 함께 이동되는 것을 특징으로 하는 전자파 및 접지저항의 모니터링 시스템.
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