KR20190112669A

KR20190112669A - 안정도 향상된 고압 전력선 경로 탐사 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20190112669A
Application number: KR1020190034197A
Authority: KR
Inventors: 이현창
Original assignee: 이현창
Priority date: 2018-03-26
Filing date: 2019-03-26
Publication date: 2019-10-07
Also published as: KR102181831B1; EP3779480A4; US11435379B2; AU2019243131B2; CA3095262A1; US20210018540A1; EP3779480A1; EP3779480B1; JP2021516762A; AU2019243131A1; CN111902727A; CA3095262C

Abstract

전술한 과제를 해결하기 위한 본 개시의 일 실시예에서, 안정도 향상된 고압 전력선 경로 탐사 장치가 개시된다. 상기 고압 전력선 경로 탐사 장치는, 배전용 고전압을 권선 조합의 비율에 비례하여 저전압으로 변환하는 배전용 변압기의 1차 권선에 연결되어 전압 및 전류를 공급하는 고압 전력선을 추적하여 배전계통의 최종전원까지 매설경로 및 연결 구성을 파악하기 위하여, 상기 배전용 변압기의 2차 권선에 연결되어 상기 고압 전력선의 주변에서 자계신호를 검출할 수 있도록 권선비에 역비례한 전류 펄스 신호를 발생시키는 탐사 전류 발생기, 상기 전류 펄스 신호가 상기 고압 전력선에 흐를 때 주변에서 발생하는 자계 신호를 검출하여 상기 고압 전력선의 매설 경로 및 연결 구성을 추적하는 매설 경로 탐사기 및 상기 매설 경로 탐사기의 수신 성능을 향상시키기 위해, 상기 고압 전력선의 외부도체에 의해 발생하는 역방향 자계의 발생을 억제하는 역방향 전류 제한기를 포함할 수 있다.

Description

안정도 향상된 고압 전력선 경로 탐사 장치 및 방법{SAFETY ENHANCED APPARATUS AND METHOD FOR TRACING THE SHEATHED MEDIUM VOLTAGE CABLE}

본 개시는 전력 분야에 관한 것으로서, 보다 구체적으로, 배전용 변압기의 저압단에서 발생시킨 전류 신호에 대응하여 고압 전력선에서 발생하는 자계신호에 기초하여 고압 전력선의 경로를 탐사하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

육안으로 확인불가한 지중 전력선과 같이 은폐된 곳에 설치된 저압 및 고압 전력선의 연결 및 매설경로를 탐사하기 위한 기술이 존재한다. 구체적으로, 지중 또는 수중에 매설되거나, 또는 고객 건물 등에서 은폐된 전력선을 추적하여 설치경로 또는 분기회선을 구성을 파악하기 위해 임펄스 전류 신호를 사용하여 왔다.

선행 기술에 대한 특허문헌으로는, 대한민국 등록특허 제10-0396043 " 전기케이블을 검출하고 식별하기 위한 방법 및 장치”, 대한민국 등록특허 제10-0752694 "지중 전력케이블 및 이를 이용한 지중선로 탐지방법" 및 대한민국 등록특허 10-0947848 "저압 전력선 품질 측정이 가능한 고압 및 저압 전력선 경로 및 회선 탐사방법 및 장치" 가 존재한다.

비특허 문헌으로는, 독일SEBAKMT사가(현재는 MEGGER사) 2009년 발행한 CI운영자 설명서(amazonaws.com/productdatasheetsv2/User%20Manual_4644.pdf)가 존재한다.

본 개시는 전술한 배경 기술에 대응하여 안출된 것으로, 안정도가 향상된 고압 전력선 경로 탐사 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 개시의 일 실시예에 따른, 안정도 향상된 고압 전력선 경로 탐사 장치가 개시된다. 상기 고압 전력선 경로 탐사 장치는, 배전용 고전압을 권선 조합의 비율에 비례하여 저전압으로 변환하는 배전용 변압기의 1차 권선에 연결되어 전압 및 전류를 공급하는 고압 전력선을 추적하여 배전계통의 최종전원까지 매설경로 및 연결 구성을 파악하기 위하여, 상기 배전용 변압기의 2차 권선에 연결되어 상기 고압 전력선의 주변에서 자계신호를 검출할 수 있도록 권선비에 역비례한 전류 펄스 신호를 발생시키는 탐사 전류 발생기, 상기 전류 펄스 신호가 상기 고압 전력선에 흐를 때 주변에서 발생하는 자계 신호를 검출하여 상기 고압 전력선의 매설 경로 및 연결 구성을 추적하는 매설 경로 탐사기 및 상기 매설 경로 탐사기의 수신 성능을 향상시키기 위해, 상기 고압 전력선의 외부도체에 의해 발생하는 역방향 자계의 발생을 억제하는 역방향 전류 제한기를 포함할 수 있다.

대안적으로, 상기 탐사 전류 발생기는, 상기 배전용 변압기의 2차 권선의 양단과 연결된 하나 이상의 도체 중 탐사하고자 하는 제 1 도체와 직렬 연결된 전기부하와 다이오드에 흐르는 전류를 단속하여 전류 펄스 신호를 발생시키는 스위칭부,

상기 하나 이상의 도체 중 제 1 도체를 제외한 다른 하나의 도체와 연결되어 상기 탐사 전류 발생기의 동작전원을 공급하는 전원 공급부, 상기 스위칭부의 동작을 제어하는 전류펄스 발생 시간 제어부, 상기 스위칭부의 동작 시간을 제어하는 전류펄스 발생 시간 계산부, 상기 스위칭부의 양단 전압을 측정하는 전압측정부, 상기 스위칭부의 동작에 의해 흐르는 전류를 파악하는 전류측정부 및 상기 스위칭부의 표면 온도를 파악하는 온도측정부를 포함할 수 있다.

대안적으로, 상기 매설 경로 탐사기는, 상기 고압 전력선의 매설 방향과 수직으로 위치하여, 상기 탐사 전류 발생기로부터 발생된 상기 전류 펄스 신호의 발생 시간에 대응하는 자계 신호를 수신하는 자계센서, 상기 자계센서가 수신하는 자계 신호를 대역 필터링하여 부하전류 및 대역외 신호를 제거하는 대역필터, 상기 대역 필터를 통과한 신호를 증폭시키는 신호증폭부, 상기 신호증폭부를 통과한 아날로그 신호를 디지털로 변환하는 ADC, 상기 ADC에서 변환된 디지털 신호를 펄스 신호의 발생 시간에 대응하여 신호를 검출하는 신호 검출 시간 관리부, 상기 신호 검출 시간 관리부에 저장된 펄스 신호의 발생 시간 및 주기정보를 상기 신호 검출 시간 관리부로 제공하는 펄스 신호 정보 저장부, 상기 신호 검출 시간 관리부를 통과한 신호의 진위 여부를 판정하는 펄스 신호 판정부 및 상기 펄스 신호 판정부를 통과한 펄스 신호 정보를 표시하는 펄스 신호 크기 표시부를 포함할 수 있다.

대안적으로, 상기 역방향 전류 제한기는, 상기 고압 전력선의 외부도체에 흐르는 전도성 잡음을 제어하여 최종적으로 정방향 펄스 전류에 의해 방사되는 신호의 영향을 최소화하기 위해 펄스 전류가 가지는 특정주파수에 공조되어 저항을 발생하는 특성을 가진 하나 이상의 원통 분리형 페라이트 코어(Ferrite core)의 조합 구조를 가져 상기 외부도체의 분리없이 설치 가능한 것을 특징으로 할 수 있다.

대안적으로, 상기 탐사 전류 발생기와 상기 매설 경로 탐사기 간의 통신을 연결하여 상기 탐사 전류 발생기로부터 발생된 전류 펄스 신호의 신호 정보와 상기 매설 경로 탐사기로부터 측정된 자계 신호의 기초가 되는 전류 펄스 신호의 신호 정보를 송신 및 수신하도록 하는 네트워크 모듈을 더 포함할 수 있다.

대안적으로, 상기 탐사 전류 발생기는, 스위칭 소자가 동작하는 경우, 전압이 상승하는 것을 제어하기 위한 스너버(Snubber), 전압제한기(Limiter) 및 인덕터 초크(Inductor chokes)의 조합인 전압 상승부를 더 포함할 수 있다.

대안적으로, 상기 매설 경로 탐사기는, 상기 탐사 전류 발생기에 근접하여 네트워크 모듈을 통하지 않고, 상기 자계센서를 통해 자계 신호를 수신하여 펄스 신호 발생 시간 및 주기 정보를 상기 펄스 신호 정보 저장부에 저장하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 개시의 다른 실시 예에서, 안정도 향상된 고압 전력선 경로 탐사 방법이 개시된다. 상기 방법은, 배전용 변압기의 2차 권선에 연결된 탐사 전류 발생기를 통해 고압 전력선 주변에서 자계 신호를 검출할 수 있도록 권선비에 역비례한 전류 펄스 신호를 발생시키는 단계 및 상기 탐사 전류 발생기에서 발생시킨 전류 펄스 신호에 대응하여 발생한 자계 신호를 검출하는 매설 경로 탐사기를 통해 상기 고압 전력선의 매설 경로 및 연결 구성을 파악하는 단계를 포함하고, 그리고 배전용 변압기의 2차 권선에 연결된 탐사 전류 발생기를 통해 고압 전력선 주변에서 자계 신호를 검출할 수 있도록 권선비에 역비례한 전류 펄스 신호를 발생시키는 단계는, 상기 전류 펄스 신호를 발생하기 이전에 양극성 전압을 공급하여 스위칭 소자의 펄스 발생 동작을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.

본 개시는 안정도가 향상된 고압 전력선의 매설 경로를 활선 운전상태에서 안전하게 탐사할 수 있는 장치 및 방법을 제공할 수 있다.

다양한 양상들이 이제 도면들을 참조로 기재되며, 여기서 유사한 참조 번호들은 총괄적으로 유사한 구성요소들을 지칭하는데 이용된다. 이하의 실시예에서, 설명 목적을 위해, 다수의 특정 세부사항들이 하나 이상의 양상들의 총체적 이해를 제공하기 위해 제시된다. 그러나, 그러한 양상(들)이 이러한 구체적인 세부사항들 없이 실시될 수 있음은 명백할 것이다.
도 1은 일반적인 저압 전력선의 구조이다.
도 2는 외부도체를 가진 고압 전력선의 구조이다.
도 3은 종래 기술에 관한 예시도이다.
도 4는 현장에서 3상 고압 전력선의 외부도체가 공통 연결되어 접지된 모습 나타낸 도면이다.
도 5는 종래 기술에 관한 예시도이다.
도 6은 종래 기술에 관한 예시도이다.
도 7은 종래 기술에서 저압케이블을 통하여 연결된 부하에서 신호발생기를 전원에 연결하여 탐사하기 위한 구성을 나타낸 예시도이다.
도 8은 종래 기술인 상기 [도 7]의 구성에서 발생하는 파형의 형태를 보여주고 있다.
도 9는 본 개시의 일 실시예에 따른 고압 전력선 탐사장치의 구성을 도시한다.
도 10은 본 개시의 일 실시예에 따른 [도 7]과 비교, 즉 저압선 이후의 부하측이 아닌 배전용 변압기와 최근접 위치에서 전류펄스 신호를 발생하는 것을 보여주고 있다.
도 11은 본 개시의 일 실시예에 따른 탐사 전류 발생기의 구성을 도시한다.
도 12는 본 개시의 일 실시예에 따른 배전계통의 구성 전체를 도시한다.
도 13은 탐사 전류 발생기의 스위치를 동작하는 전원(Vge)과 스위치 동작에 의해 전류 펄스 신호 발생시 전압(Vce) 측정 위치를 설명하고 있다.
도 14는 본 이전 기술에서 전류 펄스 신호 발생 시 Vge와 Vce의 관계 파형을 보여주고 있다.
도 15는 [도 14]를 확대한 파형을 보여주고 있다.
도 16은 Vge를 동작억제 이전과 이후의 파형 비교를 보여주고 있다.
도 17은 본 개시의 일 실시예에 따른 전류 펄스 신호 발생 시 상용전압 상승 제한하기 위한 회로를 도시한다.
도 18은 [도 17]과 같이 탐사전류 발생기에 스너버, 전압제한기 및 인덕터 초크를 포함하는 전압상승 제한부를 추가한 경우, Vce의 전압을 측정한 결과이다.
도 19는 본 개시의 일 실시예에 따른 전류 펄스 신호의 발생시간 및 주기를 보여주고 있다.
도 20은 본 개시의 일 실시예에 따른 탐사 전류 발생기의 종합적인 구조를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 21은 본 개시의 일 실시예에 따른 탐사 전류 발생기의 전류 탐사 신호를 통해 고압 전력선을 탐사 수행하는 과정을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 22는 역전압 전류 제한기에서 분리된 페라이트 코어의 형태를 도시한다.
도 23은 역전압 제한기가 페라이트 코어의 숫자 변화에 따라 역방향 귀환 전류 펄스 신호의 크기 변화를 측정한 결과를 도시한다.
도 24는 역방향 전류 제한기를 탐사 대상 고압 전력선과 인근 고압 전력선 하나에 설치하여 탐사대상 전력케이블 및 인근에 역방향 귀환 전류 펄스 신호의 크기가 최소화되도록 하여 탐사감도를 향상시키는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 25는 본 개시의 일 실시예에 따른 탐사 대상 외부도체에 귀환 전류 제한 시 전류 펄스 신호의 손실 저하를 설명하기 위한 도면이다.
도 26은 본 개시의 일 실시예에 따른 탐사 대상 고압 전력선의 외부도체에 실제 페라이트 코어를 설치한 모습을 도시한다.
도 27은 본 개시의 일 실시예에 따른 고압 전력선 경로를 탐사하기 위한 작업 단계를 예시적으로 나타낸 순서 흐름도이다.

다양한 실시예들이 이제 도면을 참조하여 설명된다. 본 명세서에서, 다양한 설명들이 본 개시의 이해를 제공하기 위해서 제시된다. 그러나, 이러한 실시예들은 이러한 구체적인 설명 없이도 실행될 수 있음이 명백하다.

용어 "또는"은 배타적 "또는"이 아니라 내포적 "또는"을 의미하는 것으로 의도된다. 즉, 달리 특정되지 않거나 문맥상 명확하지 않은 경우에, "X는 A 또는 B를 이용한다"는 자연적인 내포적 치환 중 하나를 의미하는 것으로 의도된다. 즉, X가 A를 이용하거나; X가 B를 이용하거나; 또는 X가 A 및 B 모두를 이용하는 경우, "X는 A 또는 B를 이용한다"가 이들 경우들 어느 것으로도 적용될 수 있다. 또한, 본 명세서에 사용된 "및/또는"이라는 용어는 열거된 관련 아이템들 중 하나 이상의 아이템의 가능한 모든 조합을 지칭하고 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

또한, "포함한다" 및/또는 "포함하는"이라는 용어는, 해당 특징 및/또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 다만, "포함한다" 및/또는 "포함하는"이라는 용어는, 하나 이상의 다른 특징, 구성요소 및/또는 이들의 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 달리 특정되지 않거나 단수 형태를 지시하는 것으로 문맥상 명확하지 않은 경우에, 본 명세서와 청구범위에서 단수는 일반적으로 "하나 또는 그 이상"을 의미하는 것으로 해석되어야 한다.

당업자들은 추가적으로 여기서 개시된 실시예들과 관련되어 설명된 다양한 예시 적 논리적 블록들, 구성들, 모듈들, 회로들, 수단들, 로직들, 및 알고리즘 단계들이 전자 하드웨어, 컴퓨터 소프트웨어, 또는 양쪽 모두의 조합들로 구현될 수 있음을 인식해야 한다. 하드웨어 및 소프트웨어의 상호교환성을 명백하게 예시하기 위해, 다양한 예시 적 컴포넌트들, 블록들, 구성들, 수단들, 로직들, 모듈들, 회로들, 및 단계들은 그들의 기능성 측면에서 일반적으로 위에서 설명되었다. 그러한 기능성이 하드웨어로 또는 소프트웨어로서 구현되는지 여부는 전반적인 시스템에 부과된 특정 어플리케이션(application) 및 설계 제한들에 달려 있다. 숙련된 기술자들은 각각의 특정 어플리케이션들을 위해 다양한 방법들로 설명된 기능성을 구현할 수 있다. 다만, 그러한 구현의 결정들이 본 개시내용의 영역을 벗어나게 하는 것으로 해석되어서는 안된다.

일반적으로, 지중 또는 수중에 매설되거나, 또는 고객 건물 등에서 은폐되어진 전력선을 추적하여 매설 경로 또는 분기 연결 구성은 펄스 전류 신호를 사용하여 파악할 수 있다. 구체적으로, 저압 전력선의 상선과 중선선 간 아주 짧은 순간에 여러 개의 전류 펄스를 발생시킬 수 있으며, 저압 전력선 및 고압 전력선에서 해당 전류 펄스 신호에 대응하여 발생되는 자계 신호를 추적함으로써, 전력선의 경로 및 전력기기 간 연결 내역 등을 파악할 수 있다.

일반적으로, 저압 전력선과 고압 전력선은 서로 다른 구조로 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 저압 계통에서 사용되는 저압 전력선(100)은 도체(101)와 이를 감싸고 있는 절연체(102)로 구성된 간단한 구조를 가지고 있다. 반면, 도 2에 도시된 바와 같이, 고압 계통에서 사용되는 고압 전력선(200, 300)은 도체(201, 301), 내부반도전층(202, 302), 절연체(203, 303), 외부반도전층(204, 304), 외부도체(205, 305)및 외부 절연체(206, 306)로 구성될 수 있으며, 고전압이 충전된 도체(201,301)를 감싸고 있는 절연체(203, 303)의 표면에 균일한 전계가 형성되고 또한 접촉에 의한 감전위험을 낮추기 위해 케이블 외측에 별도의 차폐기능을 가진 외부도체(205, 305)를 별도로 구비하여 이를 접지하도록 하고 있다.

또한, 고압 전력선(200, 300)은 전력선의 외측에 구비되는 외부도체(205, 305)의 종류에 따라 구분될 수 있다. 구체적으로, 고압 전력선(200, 300)은 차폐기능을 가진 전력선의 외측에 위치한 외부도체가 중성선 비접지 운전 계통에서 전류용량이 비교적 적은 동테이프(205)인 CV케이블(200)로 구분될 수 있으며, 중성선 접지 운전 계통에서 고장전류와 같은 전류가 흐를 수 있도록 연동선(305)을 가진 CNCV케이블(300)로 구분될 수 있다.

전술한 바와 같이, 고압 전력선은 전력을 전송하는 도체 이외에 별도로 차폐기능을 가진 외부도체를 가져 전계 평형을 이루도록 구성된 고압 전력선의 매설경로 및 연결구성(회선)을 구별하기 위한 방법을 제공하는 종래기술들이 존재한다.

도 3은 종래기술에서 전력선이 활선 운전 상태일 때, 전력선의 매설경로를 탐사하는 방법을 도시하고 있다. 도 3을 참조하여 구체적으로 설명하면, 종래 기술은 고압 전력선의 도체(311)가 고전압에 충전되어(즉, 전력을 공급하고 있음) 활선 운전 중인 경우, 전력선 양단에서 대지와 연결(314, 315)된 외부도체(310)의 한 측단은 송신기(313)와 직접 연결(312)되거나 또는, 인덕턴스 코일을 통해 유도 결합(319)될 수 있다. 또한, 외부도체(310)의 한 측단에 연결된 송신기로부터 출력된 탐사신호는 다른 일 측단(즉, 송신기가 연결된 한 측단의 반대편)에 구비되는 클램프(317)를 통해 수신기(318)로 수신(316)될 수 있으며, 종래기술은 해당 탐사신호를 수신함으로써 고압 전력선의 연결 구성을 파악하기 위한 방법 및 장치를 설명하고 있다.

그러나, 전력선이 설치되는 현장에서는 단상이 아닌, 3상 전력을 송전하기 위해 3개의 고압 전력선의 조합으로 사용되고 있다.

도 4는 현장에서 3개의 고압 전력선이 조합되어 3상 전력을 공급할 때 외부도체가 공통연결 후 접지된 모습을 나타낸 도면이다. 도 4를 참조하면, 3상 고압 전력선(300)의 각각에 포함된 3개의 외부도체(305)가 공통 연결되어(307) 접지(314)되어 있음을 알 수 있다. 이와 같이 외부도체(305) 3개가 견고하게 공통 연결되어 있기 때문에, 종래기술을 구현하기 위해 매 탐사시마다 각각의 외부도체의 양 측단에 송신기 및 수신기(즉, 클램프)를 연결하기 위해, 각각의 고압 전력선의 외부도체(305)를 절단 및/또는 분리하고, 탐사 완료 후 원상 복구하기 위해 다시 연결하는 것은 비효율적일 수 있다. 또한, 고압 전력선은 활선 상태에서 고전압이 충전되어 있으므로, 고압 전력선의 외부도체 접지(314)를 절단 및/또는 분리하는 경우, 고장 전류 등에 의한 고전압이 발생할 수 있어 심각한 안전사고가 발생할 우려가 있다.

이에 따라, 다른 종래기술에서는 별도의 탐사용 전선을 추가하여 구비하여 고압 전력선을 탐사하는 방법을 개시하고 있다. 구체적으로, 도 5를 참조하면, 종래기술은 3상의 고압 전력선(100) 구성에서 탐사하고자 하는 고압 케이블(110)에 별도의 탐사용 전선(120)이 추가된 전력선을 구비하고, 검출기(210)의 양 단자를 해당 전력선의 탐사용 전선(120)의 도체(121)와 고압 전력선의 외부도체에 각각 연결(123,116)하여 펄스 신호를 송신 및 수신함으로써, 고압 전력선을 탐지할 수 있다. 다만, 실제 현장에서는 이러한 케이블이 설치되어 있지 않으며, 기존 고압 케이블을 종래기술과 같이 탐사용 전선이 추가된 케이블로 교체하는 것은 무리가 있어, 사용되지 않고 있는 실정이다.

또한, 활선이 아닌 사선환경에서 고압 케이블의 탐사작업 방법 및 장치에 대한 또 다른 종래기술이 존재한다. 구체적으로, 도 6을 참조하면, 종래기술은 평상 시 고전압이 충전되어 운전되는 고압 케이블(300)의 도체(301)를 무전압으로 만든 후(즉, 사선), 송신기(401)를 도체에 연결하여 탐사신호를 전송(404)할 수 있다. 또한, 종래기술은 송신기의 반대 측에서 도체(301)와 외부도체(305)를 연결하여 Loop(405)를 만들어 탐사신호가 귀환되는 회로를 구성할 수 있으며, 자계코일(403)을 통해 고압케이블(300(A), 300(B), 300(C))의 원주면을 감아 수신기(402)를 이용하여 송신기(401)로부터 송신된 탐사신호를 검출(409)함으로써 고압 케이블을 구분하는 방법을 설명하고 있다.

다만. 도 6에 도시된 바와 같은 종래기술은, 송신기로부터 송신된 탐사신호의 손실이 커, 주변 노이즈의 영향을 받아 신호 검출의 정확도가 다소 떨어질 우려가 있다.

보다 구체적인 예를 들어, 고압 케이블의 설치 구간에서 탐사하고자 하는 고압 케이블의 A상(300(A))의 도체(301(A))에 100의 크기를 가지는 탐사신호를 전송(404)하는 경우, Loop(405)에 의해 외부도체(305(A))로 60[즉, 60%(406))의 크기를 가지는 전류 펄스 신호가 귀환되어 흐르게 되며, 다른 두 상에 도체(301(B), 301(C))를 감싸고 있는 외부도체(305(B), 305(C))에 각각 20(즉, 20%(407, 408))의 크기를 가지는 전류 펄스 신호가 귀환되어 흐르게 된다. 이 경우, 송신기로부터 송신된 100의 크기를 가지는 탐사신호(404)와 Loop(405)에 의해 외부도체(305A)에 귀환되어 흐르는 60의 크기를 가지는 탐사신호가 서로 역방향으로 흐르게 되어 양 방향의 신호간 상쇄가 발생한다. 즉, 송신기(401)에서 송신된 100의 크기를 가지는 탐사신호가 외부도체(305A)를 통해 귀환되는 신호(즉, 60의 크기를 가지는 신호)에 의해 상쇄되어 40의 크기를 가지는 탐사신호(409)만이 자계신호 형태로 케이블 주변에서 검출될 수 있다. 또한, 나머지 두 상의 케이블은 정방향(즉, 송신기가 탐사신호를 전송한 방향) 신호는 존재하지 않지만, 역방향(즉, Loop에 의해 신호가 귀환되는 방향)으로 각각 20의 크기를 가지는 신호가 외부도체(305B, 305C)를 통해 귀환될 수 있으며, 수신기에 의해 역방향으로 각각 20의 크기를 가지는 신호(410, 411)가 검출될 수 있다.

즉, 도 6에 도시된 바와 같은 종래 기술은, 활선이 아닌 사선에서 중심 도체(301)에 전류 펄스 신호를 전송하여 탐사하여도 3상 케이블의 외부도체(305) 3개가 결합(307)되어 Loop(405)를 통해 분산되어 결국 전송된 전류 펄스 신호의 40%만 매설경로 탐사기에 의해 검출될 수 있는 구조를 가지고 있다. 이에 따라, 해당 구성을 통한 기술은 활선에서 사용이 불가능하며, 신호의 손실이 커 주변 노이즈 등의 영향을 받을 수 있다.

또 다른 종래기술로는 가정 또는 상가와 같은 저압 전력선의 부하에서 탐사 전류 펄스 신호를 송신하고, 고압 및 저압 전력선에서 이를 검출하는 기술이 존재한다.

도 7 및 도 8을 통해 보다 구체적으로 설명하면, 종래 기술은 배전용 저압선의 부하측에서 배전용 변압기 전원에 연결하여 고저압 탐사를 위한 신호, 200㎲의 유지 시간을 가지는 전류 펄스군을 발생시킬 수 있다. 또한, 신호 발생기로부터 발생한 전류 펄스군에 대응하여 저압 전력선에서 아크전압 파형의 변화를 통해 저압 전력선의 품질측정이 가능할 수 있다. 또한, 저압 전력선의 부하측에 연결된 신호 발생기로부터 발생한 전류 펄스 군이 변압기를 통해 1차 전류로 변환될 수 있다. 이 경우, 저압 전력선을 거친 전류 펄스 군은 변압기의 변압비에 따라 일정 비율 감소된 전류 펄스로 변환되어 고압 전력선에 흐르게 되며, 고압 전력선에서 상기 변환된 전류 펄스를 검출함으로써, 고압 전력선의 탐사가 가능해진다.

상기와 같은 종래기술은, 전류 펄스 신호를 저압 전력선을 거친 후 부하측에서 발생시키는 경우, 저압 전력선의 접속 불량에 따라 불량 개소에서 발생되는 아크신호를 부하측에서 검출하여 저압 전력선의 품질 측정이 가능한 장점이 있는 반면, 저압 전력선의 선로정수 등에 의해 전류 펄스 신호는 파형이 왜곡되어 저압선의 전원측에 있는 변압기에 도달할 수 있다.

왜곡되어 도착한 파형은 구형파 전류 펄스가 가져야할 발생 시간 및 유지 시간의 특성을 유지하지 못하고 늘어진 곡선 형태를 가지게 되고, 또한 전류 펄스 신호가 변압기에서 1 차 전류로 변환 시 1/60으로 크기가 전류 크기가 감소되고, 그리고 고압 전력선의 외부도체를 통해 귀환되는 역방향 전류에 의해 다시 감소될 수 있다.

구체적인 예를 들어, 저압 전력선의 부하측에 연결된 신호 발생기가 500A의 전류 펄스 신호를 발생시킨 경우, 변압기에 도달시 저압선의 영향으로 파형이 왜곡된 전류 펄스 신호는 1/60의 변류비(220V/13,200V)를 가지는 변압기의 1차 권선과 유도 결합되어 약 8A의 크기를 가지는 전류 펄스 신호로 변환될 수 있다(500/60). 즉, 변압기에 의해 고압 전력선으로 8A의 크기를 가지는 전류 펄스가 흐르게 된다. 다만, 앞서 설명한 바와 같이, 3상의 전력선 각각의 외부 접지가 공통으로 연결됨에 따라, 귀환 전류에 의해 변압기를 통해 고압 전력선에 흐르는 전류 펄스가 상쇄 (즉, 60% 상쇄)되어 40%에 해당하는 자계 신호가 고압 전력선 주변에서 검출되게 된다. 즉, 8A의 크기를 가진 전류 펄스 신호가 고압전력선에 손실되어 최종적으로 3.2A 크기의 전류 펄스만이 고압 전력선을 탐사하기 위한 자계 신호로 변환되어 탐사 신호로써 검출될 수 있는 것이다.

이에 따라, 종래기술은, 상기 배전용 변압기에서 변류비 등을 감안하여 500A 크기의 대전류 신호를 저압선에 연결된 고객측에서 발생시키는 경우, 대전류 탐사신호는 저압선의 선로정수 등의 영향을 받아 펄스의 발생 및 유지 시간 특성을 가지지 못하는 전류 펄스로 변형되어 상기 배전용 변압기에 도달하게 되고, 다시 변류비에 의해 왜곡된 파형의 전류펄스 신호를 1/60의 크기로 감소되어 고압전류로 변환되어진다 해도, 고압 전력선의 외부도체에 흐르는 역방향 귀환전류로 인해 40%만 활용된다면 주변 노이즈와 부하전류와 구별할 수 없다는 문제점을 가지게 된다.

즉, 단상이 아닌 3상 구성 고압 케이블 설치 장소에서도 활선 상태에서 전류 펄스 신호의 파형 왜곡이 최소화되고, 고압 전력선의 외부도체가 공통 연결되어 접지된 환경 영향을 받지 않아 전류 펄스 신호의 왜곡과 신호 손실 없이 고압 전력선을 탐사할 수 있는 기술이 요구되어 진다.

전술한 바와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 본 개시는 배전용 변압기와 근접하여 탐사 전류 발생기(즉, 탐사 전류 발생 모듈)를 구비하도록 하여 탐사 전류 신호의 파형이 최대한 유지되어 배전용 변압기 권선에 도달하도록 할 수 있다. 이하에서는 전술한 바와 같은 문제점을 보완한 본 개시의 고압 전력선 탐사 장치의 구성 및 작용에 대하여 구체적으로 설명하도록 한다.

본 개시의 고압 전력선 경로 탐사 장치(10)는, 도 9와 같이 고압 전력선(13)을 탐사하기 위한 전류 펄스 신호를 발생시키는 탐사 전류 발생기(20), 매설경로 탐사기(30), 역방향 전류 제한기(40)를 포함할 수 있다.

도 10은 본 개시의 또 다른 방법을 보여주고 있다. 변전소(11)에서 배전용 변압기(12) 또는 고압고객(공장/빌딩)에 전력을 공급하는 고압 전력선(13)을 탐사하기 위해 이전 기술과 달리 탐사 전류 발생기(20)를 배전용 변압기(12)에 최 근접 설치하여 탐사하는 구성을 설명하고 있다.

탐사 전류 발생기(20)는, 도 11에 도시된 바와 같이, 측정하고자 하는 저압 전력선과 연결되는 전원 단자(21)와, 입력전압을 반파 정류하는 다이오드(22)와, 전류펄스를 발생하는 스위칭 소자(IGBT), 상기 스위칭 소자 동작을 억제하는 동작억제부(23)와, 주처리 장치인 DSP로부터 전류펄스를 발생 신호를 받아 이를 IGBT로 전송하기 위해 IGBT Gate신호로 변환하는 전류 발생 시간 제어부(24)와, DSP 프로세서와 외부 Interface로 구성된 연산장치부(25)와, 스위칭 소자 동작에 의해 발생되는 전류를 제한하는 전기부하(26)와, Zero Crossing Trigger 신호 검출하여 전류펄스 발생 시간을 산출하는 전류펄스 발생 시간 계산부(27)와, 스위칭 소자 동작 시 전원전압 상승을 제한하는 전압상승 제한부(28), 상기 부하(26)에 흐르는 전류를 측정하기 위한 전류측정부(29)와 Vce 전압을 측정하기 위한 전압측정부(30)와, 매설경로 탐사기와 전류 펄스 발생 시간 정보를 동기하는 네트워크 모듈(31)과, 탐사전류 발생기를 조작하기 위한 터치 LCD 디스플레이(32) 및 양극성 전압 전원을 공급하기 위한 전원공급부(33)으로 구성되어 있다. 전술한 컴포넌트들은 예시적인 것으로서, 본 개시내용의 권리범위가 전술한 컴포넌트들로 제한되지 않는다. 즉, 본 개시의 일시예들에 대한 구현 양태에 따라서 추가적인 컴포넌트들이 포함되거나 또는 전술한 컴포넌트들 중 일부가 생략될 수 있다.

본 개시의 일 실시예에 따르면, 탐사 전류 발생기(20)가 전류 펄스를 발생시키기 위해서는 50 또는 60Hz의 전력 주파수와 동기 되어 전류 펄스 신호를 정확한 시간에 발생시키기 위한 기준점이 필요하다. 이를 위해 Zero crossing 점 중 전원 전압이 하강할 때 만나는 점을 기준점으로 하고 전류펄스 발생 시간을 산출하여 전류펄스 발생 시간정보를 연속하여 DSP로 제공할 수 있는 Trigger 신호를 전류펄스 발생시간 계산부(27)가 이를 처리할 수 있도록 600MHz의 고속 DSP Processor를 사용하기 때문에 Ramp Time이 50nsec 이하를 유지하여야만 DSP에서 이를 정확히 인지할 수 있도록 하였다. 이 트리거 신호를 이용하여 원하는 시점에 스위칭 소자(1200V 400A IGBT * 2)를 정확히 동작시켜 전류 펄스의 크기와 지속 시간을 제어할 수 있다.

본 개시의 일 실시예에 따르면, 고압 전력선 경로 탐사 장치(10)의 탐사 전류 발생기(20)는, 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 배전용 변압기의 저압단(21)에 직접 연결되어 구비될 수 있다. 이와 같이, 전류 펄스 신호를 발생시키는 탐사 전류 발생기(20) 배전용 변압기와 최근접하여 배치하는 경우, 저압선의 정전용량은 무시되고 단지 탐사 전류 발생 스위칭 소자(IGBT)가 변압기의 리액턴스 코일과 직렬로 연결되어 전류 펄스 신호를 발생시키는 것으로 해석할 수 있다. 즉, 전류 펄스 신호가 저압선 선로정수에 영향을 받지 않고 변압기의 유도결합 회로 권선에 직접 연결되어 전류 펄스 신호가 고압으로 변환될 수 잇는 것이다. 본 개시의 배전용 변압기의 저압 단자에 탐사 전류 발생기를 직접 연결하고 있는 것은 하나의 예시일 뿐, 본 개시는 이에 제한되지 않는다.

도 12에 도시된 바와 같이, 본 개시의 고압 전력선 경로 탐사 장치는 배전용 변압기(12)로부터 최종전원인 변전소 LS(11) 2차까지의 전원을 따라 매설 경로 탐사기(30)를 통해 고압 전력선 근처에서 방출되는 자계신호를 검출하여 고압 전력선(13)의 매설 위치 및 각각의 분기 개소에서의 연결 구성 등을 탐사할 수 있다.

도 13은 본 개시에서 탐사 전류 발생기 스위칭 소자(IGBT) 주변의 전압인 Vce와 Vge이 측정 포인트를 설명하고 있다. 스위칭 소자(IGBT)를 동작하기 위한 전압인 Vge와 그 전압의 크기가 변해 스위칭 소자가 동작하였을 때 전원단자 양단에 걸리는 전압(Vce)을 설명하고 있다.

본 개시에 따라, 전력선에 전류 펄스 신호를 발생시키는 탐사 전류 발생기(20)를 변압기에 인접하여 배치하는 경우, 상기 변압기의 리액턴스의 반작용에 의해 상기 탐사 전류 발생기(20)의 스위칭 소자의 오동작이 발생할 수 있다. 보다 구체적으로, 변압기에 인접하여 연결된 탐사 전류 발생기의 스위칭 소자가 고속으로 전류 펄스를 on/off시키는 경우, 해당 on/off 동작에 의한 전원 전압의 변화에 의해 스위칭 소자의 오동작이 발생할 수 있다.

도 14는 변압기와 같이 큰 리액턴스 성분을 가진 전원을 고속으로 전류 스위칭(51)하는 경우, 발생하는 AC 사인파 전압파형(52)의 변화를 나타낸 도면이다. 예를 들어, 변압기의 저압단에 연결된 탐사 전류 발생 모듈의 스위칭 소자에 의해 전류 펄스가 발생되어(즉, 스위치 on) 전류 펄스 신호가 변압기에 흐르는 경우, 전압은 순간적으로 감소하나, 상기 스위칭 소자에 의해 전류 펄스 차단되려는 경우(즉, 스위치 off), 변압기의 리액턴스의 반작용에 의해 과전압이 발생할 수 있다.

도 15와 같이 확대된 전압 파형을 보면, 즉, 스위치 on인 경우, di/dt 현상에 의해 전원 전압(Vce)기 급격히 감소할 수 있으며, 이에 따라 Vge(gate와 emitter 사이의 전압)가 영향을 받아 스위칭 소자가 오작동하여 off될 수 있고, 또한, 스위치가 off하는 경우, 전압 상승으로 Vce 전압이 급격히 상승(52A)하며 동시에 Vge가 상승하도록 영향을 줘 스위칭 소자가 on될 수 있다.

이와 같이, 전류 펄스 신호를 발생시키기 위해 낮은 전력 저항 값을 가진 부하에 스위칭 동작하는 소자를 포함하는 탐사 전류 발생기(20)는 인덕턴스 성분을 가진 변압기와 근접하여 운전할 때 오동작을 방지하기 위한 조치가 필요하게 된다.

본 개시의 일 실시예에 따르면, 변압기와 인접하여 전류 펄스 신호를 발생시키는 탐사 전류 발생기(20)는, 타 상의 저압 회선으로부터 전원을 공급받아 양극성 전압을 통해 스위칭 소자의 동작을 제어하는 직류 전원 공급부를 포함할 수 있다.

도 16과 같이 이전 기술에서는 스위칭 소자를 on 동작하기 위해 Vge 전압을 (+)10V 이상을 인가하고, 반대로 스위치 off하려 할 때는 상기 (+)전압을 제거하는 방식을 사용하였다. 이렇게 스위칭을 제어하다 보니 Vce 전압 상승과 같은 현상이 발생할 때, 특히 본 개시와 같이 리액턴스 성분이 대부분을 차지하는 부하와 직접 연결될 때 스위치 off시 발생되는 영향을 무시할 수 없게 된다. 이러한 스위칭 소자의 오동작을 사전에 방지하기 위하여 스위치 off 전압을 (-)10V 이하로 유지하도록 하여 설령 Vce 전압이 상승하더라도 부극성 전압을 공급하여 영향이 최소화 되도록 하였다.

구체적으로, 전술한 부극성 전압 공급을 구현하기 위해, 도 17과 같이 탐사 전류 발생기의 직류 전원 공급부(SMPS)는, 배전용 변압기의 3상 전원 중에서 탐사 대상이 아닌 상의 전원을 도체 1로 연결하여 (-)15V를 우선하여 스위치 제어신호부(gate)에 공급하도록 하여 배전용 변압기에 연결된 부하 또는 스위치 소자 동작에 의해 전압이 급변동 되더라도 스위칭 소자의 단자 간 영향으로 오동작 하지 않도록 억제기능을 한 후 전류펄스 신호를 발생하도록 조치한다.

즉, 도 16과 같이 직류 전원 공급부에 전원을 최우선으로 공급하여 스위칭 소자의 on/off 동작을 양극성 전원으로 제어하여, 동작 전위차를 이전 단극성으로 수행하는 경우(0~+15V)보다 두배로 증가(-15~+15V)시켜 스위칭 소자 gate와 emitter 간 기생용량(parasitic capacitance)에 의한 영향을 최소화하여 안정적인 탐사가 가능하게 될 수 있다.

본 개시의 일 실시예에 따르면, 도 17과 같이 탐사 전류 발생기는 스위칭 소자 동작 시, 특히 off시, 전압이 순간적으로 상승하는 것을 제어하기 위한 스너버(snubber), 전압제한기(limiter) 및 인덕터 초크(Inductor choke)의 조합 또는 일부분을 포함하는 전압상승 제한부를 포함할 수 있다.

도 18은 본 개시의 고압 전력선 경로 탐사 장치에 스너버, 전압제한기 및 인덕터 초크를 조합하는 전압상승 제한부를 포함하여 구성하는 경우, 상승되는 Vce의 전압을 측정한 결과이다. 스위칭 off시 순간적으로 Vce 전압 상승되는 것을 최소화할 수 있다.

도 19는 전류 펄스 신호 발생 시간 및 주기를 보여주고 있다. 종래 기술에서는 펄스 유지시간을 짧게하여 저압선 접촉불량 현상 등을 검출하였으나, 본 개시에서는 전류 펄스 파형의 왜곡을 최소화하기 위하여 펄스 유지 시간을 200us에서 1,800us(1.8ms)로 증가시켰으며, 또한 펄스간 간격을 2 싸이클(33.3ms) 간격을 두어 잔류 펄스에 의한 영향을 최소화 하여 잔류 충전 전압과 발생 펄스 전압간 합성되어 과전압이 발생되지 않을 수 있도록 하였다.

상술한 바와 같이 안정적인 고압 전력선 경로 탐사를 위해 도 20과 같이 모든 기능을 종합하여 부극성 전압 제공으로 스위칭 소자의 오동작을 방지하였으며, 스너버 등을 사용한 전압상승 제한부를 통해 순간적인 Vce전압 상승을 최소화하고, 그리고 펄스 전류 유지 및 발생 간격을 길게 잡아 역전압에 의한 영향을 방지함으로써, 고압 케이블을 탐사하기 위해 배전용 변압기 저압단에 대전류 펄스 신호를 발생하여도 기존 전력 설비에 영향을 주지 않고 안전하게 탐사 가능할 수 있도록 고려하였다.

또한, 이와 같은 안정적인 동작이 되도록 설계하여 파형의 특성이 유지되도록 하여 고압 전류로 변환되어도 일반부하 전류에 의해 발생되는 자계와 명확하게 구별될 수 있도록 하여 신호대 잡음비를 개선하여 탐사 정확도를 향상시킬 수 있도록 하였다.

그리고, 고압 전력선 경로 탐사 장치의 탐사 전류 발생기(20)는 스위칭 동작 시 펄스 신호 전류와 상승되는 전압 변동을 측정하고 또한 스위칭 소자 표면의 온도를 상시 감지함으로써 기능 이상 등을 조기에 검출할 수 있다. 또한 이러한 측정결과를 터치 LCD 디스플레이를 통해 경보 등을 발생하고 인지할 수 있도록 할 수 있다.

또한, 탐사전류 발생기(20)는 고압 전력선(13)에 흐르는 부하의 20% 선에서 탐사용 전류 펄스 신호를 발생할 수 있도록 상기 터치 LCD 디스플레이를 통해 조정할 수 있도록 하여 현장 여건에 맞게 적절히 조정하여 안정적으로 탐사할 수 있다.

본 개시의 일 실시예에 따르면, 고압 전력선 경로 탐사 장치(10)는, 탐사 전류 발생기(20)와 매설 경로 탐사기(30) 간의 통신을 연결하는 네트워크 모듈(31)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 네트워크 모듈(31)을 통해 탐사 전류 발생기(20)로부터 발생된 전류 펄스 신호의 신호 정보와 매설 경로 탐사기(30)로부터 측정된 전류 펄스 신호에 대응하여 발생된 자계신호의 신호 정보가 동기화될 수 있다. 신호 정보는, 전류 펄스 신호 및 상기 펄스 신호에 대응하여 발생된 자계신호의 시간 및 주기 중 적어도 하나에 대한 정보를 포함할 수 있다.

구체적으로, 탐사 전류 발생기(20)는 변압기 및 상 정보를 저압 전력선에 제로 크로싱 점과 일정 시간 간격을 두고 펄스 전류 신호와 함께 회선 탐사 모듈에 전송할 수 있다. 이에 따라, 매설 경로 탐사기(30)는 탐사 전류 발생 모듈로부터 수신한 변압기 및 상 정보와 해당 펄스 전류 신호를 통해 전류 펄스 신호와 상기 전류 펄스 신호에 대응하여 고압 전력선(13)에서 발생된 자계신호의 시간 및 주기를 동기시킬 수 있다.

본 개시의 다른 실시예에서, 고압 전력선 경로 탐사 장치(10)는 네트워크 모듈(31)을 통해 탐사 전류 발생기(20)와 매설 경로 탐사기(30) 각각에서 발생하는 신호의 동기를 맞추기 위해 네트워크 모듈(31)을 통해 정보를 교환하지 않고도 매설 경로 탐사기(30)가 배전용 변압기(12) 2차 또는 1차측에서 탐사 자계 신호를 검출함으로써 그 발생 시간과 주기를 저장하도록 할 수 있다. 또한, 복수개의 매설 경로 탐사기(30)를 이용하는 경우, 위와 같이 현장에서 매번 탐사 신호를 검출할 필요 없이, 서로 통신을 통하여 탐사 신호의 시간 동기를 이룰 수 있다.

도 21은 본 개시의 일 실시예에 따른 탐사 전류 발생 모듈을 통해 고압 전력선을 탐사를 수행하는 과정을 예시적으로 나타낸 도면이다.

도 21에 도시된 바와 같이, 탐사 전류 발생기(20)가 활선 상태에서 배전용 변압기(12)의 저압 단자에 연결되어 전류 펄스 신호를 발생시키는 경우, 상기 전류 펄스 신호가 변압기의 변류비(1/60)를 통해 1/60만큼 감쇄된 전류 펄스 신호로 변환되어 고압 전력선(13)에 흐를 수 있다. 그러나 고압 전력선(13)의 상선에 흐르는 전류 펄스 신호는 다시 외부도체(동심 중성선)을 통해 3개의 다른 경로로 나뉘어 변전소 방향으로 귀환하게 된다. 이전 기술의 문제점은 앞서 설명한 것과 같이, 외부도체는 3개가 공통 연결된 후 접지되어 있으므로 이전과 같이 탐사용 전류 펄스 신호는 8A를 전송하였을 경우 약 40%만 탐사용 신호로 검출(예컨대, 500A 저압 탐사전류를 발생시키는 경우, 3.2A의 크기를 가지는 전류 펄스 신호만이 검출)되어 저효율(0.64%)에 불과하여 고압 전력선 경로 탐사의 정확도가 낮아질 수 밖에 없었다.

본 개시의 고압 전력선 경로 탐사 장치(10)는 중선선에 흐르는 전류 펄스 신호가 3상의 전력선에 따라 1/3로 각각 분류되는 분류효과를 제한하여 탐사 신호(즉, 정방향으로 흐르는 전류 펄스 신호)의 손실을 줄이기 위해, 탐사하고자 하는 전력선의 외부도체(동심 중성선)에 한 개 이상의 페라이트 코어(Ferrite core)로 구성된 역방향 전류 제한기를 구비할 수 있다. 이에 따라, 탐사하고자 하는 전력선으로 귀환되는 역방향 전류 펄스 신호가 차단될 수 있어, 다중 구성된 중성선 중 원하는 전력선으로 정방향 전류 펄스 신호에 의해 발생되는 자계신호를 손실없이 검출할 수 있어 탐사 정확도를 향상시킬 수 있다.

구체적으로, 역방향 전류 제한기에서 사용되는 페라이트 코어는 외부도체에 흐르는 펄스전류와 같은 전도 잡음(Conducted Emitted noise)을 제한하여 궁극적으로는 정방향 펄스 전류 흐름에 의해 고압 전력선 주변에서 직접 방사되는 방사 잡음(Radiated Emission)을 제거하고자 하는 것일 수 있다. 즉, 페라이트 코어는 전류 펄스 신호와 같이 순간적으로 변화하는 고주파 성분을 가진 신호를 차단하는 반면 일반적인 전력 주파수와 같이 낮은 주파수의 전압 신호에는 영향을 주지 않을 수 있다. 또한 페라이트 코어의 수량에 따라 차단하는 전류의 크기가 증가할 수 있으며, 수량에 따른 영향을 주지 않는다. 상기 페라이트 코어는 도 22에 도시된 바와 같이 두개 U자 형태를 가지며 분리할 수 있어 현장에서 외부도체를 절단하지 않고 주변을 에워싸 불필요한 역방향 전류를 제한할 수 있다.

도 23은 페라이트 코어가 구비되는 숫자에 따른 역방향으로 귀환되는 전류 펄스 신호의 크기 변화를 측정한 결과를 도시한다. 도 23에 도시된 바와 같이, 페라이트 코어가 구비되지 않은 경우, 역방향 전류가 20A가 흐를 수 있다. 이와 비교하여 한 개의 페라이트 코어를 외부도체에 구비하는 경우, 약 50% 감소된 11A가 흐르는 것을 확인할 수 있으며, 5개를 설치하는 경우, 60%로 감소된 8A가 흐르는 것을 확인할 수 있으며, 8개를 설치할 경우, 75%가 감소된 5A가 흐르는 것을 확인할 수 있다. 즉, 페라이트 코어가 구비되는 개수가 증가함에 따라 역방향으로 귀환되는 전류 펄스 신호의 크기가 감소함을 알 수 있다.

도 24는 페라이트 코어를 전류 펄스 신호가 흐르는 탐사 대상 고압 전력선과 인근 고압 전력선 하나에 설치하여 탐사대상 전력케이블 및 인근에 역방향 귀환 전류 펄스 신호의 크기가 최소화되도록 하여 탐사감도를 향상시키는 방법을 설명하고 있다.

예를 들어, 도 24에 도시된 바와 같이, 고압 전력선에 흐르는 전류 펄스 신호가 100의 크기를 가지며, 외부도체로 귀환되는 전류 펄스의 신호의 크기가 60(또는 60%)인 경우, 외부도체에 페라이트 코어를 8개 구비하여 귀환되는 전류 펄스의 신호의 크기를 75% 차단할 수 있다(즉, 60 - 45 = 15). 이 경우, 60의 크기를 가지는 전류 펄스의 신호 중 75%에 해당하는 45의 크기를 가지는 전류 펄스의 신호가 차단되어 15의 크기를 가지는 전류 펄스 신호만이 귀환 전류로 흐름으로, 탐사하고자 하는 고압 전력선에 85의 크기를 가지는 전류 펄스 신호가 흐르게 되며, 상기 85의 크기를 가지는 전류 펄스 신호에 대응하여 발생된 자계신호를 통해 고압 전력선의 경로를 탐사할 수 있다.

보다 구체적인 예를 들어, 변압기의 저압단에 연결된 탐사 전류 발생 모듈이 500A의 전류 펄스 신호를 발생시킨 경우, 상기 전류 펄스 신호가 변압기의 변류비(1/60)를 통해 1/60만큼 감쇄된 전류 펄스 신호로 변환되어 고압 전력선에 흐를 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 외부도체는 3개의 선이 공통 연결되어 접지되어 있으므로 해당 상의 외부도체로는 60%가, 나머지 두개의 상에 외부도체로는 각각 20%가 귀환할 수 있다. 즉, 탐사하고자 하는 고압 전력선에는 8A의 40%인 3.2A가 흐를 수 있다. 이때, 상기 고압 전력선에 8개의 페라이트 코어를 구비하는 경우, 역방향으로 귀환되는 60%의 전류 중 75%가 차단될 수 있다. 즉, 8A의 60%의 전류에 해당하는 4.8A의 75%(즉, 3.6A)가 페라이트 코어에 의해 제한되어, 역방향으로 귀환되는 전류는 1.2A가 될 수 있다. 이에 따라, 외부도체에 페라이트 코어가 구비된 경우, 고압 전력선에 6.8A가 탐사를 위한 전류 펄스 신호로써 흐를 수 있다.

즉, 외부도체에 페라이트 코어를 구비하기 이전에는 고압 전력선에 3.2A의 크기를 가지는 전류 펄스 신호가 흘러 효율이 0.64%에 불과하였으나, 한 개 이상의 페라이트 코어를 구비한 역방향 전류 제한기를 설치한 이후, 최대 6.8A 크기를 가지는 정방향 전류 펄스 신호가 흐를 수 있어, 효율이 `1.28%'로 두배 이상의 신호 검출 효율이 증가하게 되어, 고압 전력선의 탐사 정확도가 두 배 이상 향상될 수 있다.

즉, 페라이트 코어를 탐사하고자 하는 고압 전력선의 외부도체에 구비함으로써, 원하는 방향으로 전류 펄스 신호를 흐르게 할 수 있어, 역방향으로 귀환되는 전류 펄스 신호와의 상쇄 현상을 방지할 수 있다. 이에 따라, 고압 전력선의 경로를 탐사하기 위한 신호의 검출 효율이 향상될 수 있으며, 여러 경로 중 필요한 방향으로 중성선을 통해 전류 펄스 신호를 흐르도록 조절할 수 있어, 예비용 전력선에 대한 별도의 조작없이 탐사가 가능할 수 있다.

도 25는 다수개의 페라이트 코일을 탐사하고자 하는 고압케이블의 외부도체에 설치한 모습을 보여주고 있다.

도 26은 매설경로 탐사장치의 구조를 설명하고 있다.

전류 펄스 자계센서는 막대형 벌룬의 주변을 코일 권선으로 감싼 안테나 형태로서 고압 전력선에서 방출되는 펄스 형태? 자계신호를 수신한다.

대역필터는 자계 신호의 많은 부분을 차지하는 전력주파수 부하 전류에 의해 발생되는 자계신호와 동시에 고주파 대역을 차단하여 상기 탐사신호 발생기가 발생하는 펄스 전류 신호에 의해 발생되는 자계신호만을 최대한 필터링할 수 있다.

신호증폭부는 상기 대역필터를 통과한 아날로그 신호를 증폭한다.

ADC는 상기 아나로그 신호를 디지털로 변환한다.

신호 검출 시간 관리부는 펄스신호 정보 정장부가 제공하는 펄스신호 발생 시간 및 주기 정보에 따라 해당 시간과 주기 동안 입력되는 신호만을 걸러 내에 통과시킬 수 있다.

펄스 신호 정보 저장부는 전류 펄스 신호의 발생시간 및 유지시간 그리고 주기 등과 같은 신호 특징을 보관하고 이를 신호 검출 시간 관리부로 제공한다.

펄스 신호 진위 판정부는 신호 검출 시간 관리부를 통과한 신호가 가진 코드값을 분석하여 진위여부를 판정한다

펄스 신호 크기 표시부는 펄스 신호 진위 판정부에 의해 진위여부 판정을 통과한 펄스 신호의 크기 및 극성을 표시한다.

네트워크 모듈은 탐사 신호 발생기와 연결하여 신호발생 정보를 수신할 수 있는 기능을 수행할 수 있다.

도 27은 본 개시의 일 실시예에 따른, 고압 전력선 경로를 탐사하기 위한 순서를 예시적으로 나타낸 흐름도이다.

본 개시의 일 실시예에 따르면, 고압 전력선의 경로를 탐사하는 방법은 이하의 단계들을 통해 수행될 수 있다.

탐사하고자 하는 고압 전력선(13)과 같은 배전 계통에 있는 배전용 변압기(12)의 위치를 설정하는 단계;

상기 배전용 변압기(12)의 2차 저압단에 인접하여 탐사 전류 발생기(20)를 연결하여 선로정수 영향을 최소화 가능한 장소를 설정하는 단계;

또한, 배전용 변압기의 전원을 우선 공급받아 탐사 전류 발생기(20)의 양극성 전원을 공급하여 스위칭 소자 동작 억제 조치를 취하는 단계;

동작 억제 조치 후 탐사 전류 펄스 신호 출력 단자를 배전용 변압기(12)의 전원에 연결하는 단계;

부하전류를 측정하여 적정 크기의 전류 펄스 신호를 발생하는 단계;

매설 경로 탐사기(30)와 신호 발생 시간 및 주기정보를 동기하여 저장하는 단계;

탐사 대상 고압 전력선(13)의 외부도체에 역방향 전류 제한기를 설치하는 단계;

이동하며 매설경로를 탐사하는 단계;

지상기기, 구조물, 가공 입상 등을 만났을 경우 선로명 및 상을 구분하는 단계;

자계신호에 고압 전력선의 매설경로를 파악하여 이동하고, 고압 전력석에 접근할 수 있는 장소에서 해당 고압 전력선을 식별하는 동작을 반복함으로써, 고압 전력선의 경로를 목적하는 전원까지 파악하는 단계; 및

파악이 완료된 경우, 파악한 결과를 현장에 표식하고 도면을 작성함으로써, 작업을 완료하는 단계를 포함할 수 있다.

전술한 도 27의 단계는 필요에 의해 순서가 변경될 수 있으며, 적어도 하나 이상의 단계가 생략 또는 추가될 수 있다. 또한, 전술한 단계는 본 개시의 실시예에 불과할 뿐, 본 개시의 권리 범위는 이에 한정되지 않는다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 개시의 고압 전력선 경로 탐사 장치는 전류 펄스를 정해진 신호 규격으로 전송하고, 고압 전력선에서 상기 전류 펄스 신호에 대응하여 발생하는 자계신호를 검출하여 동일 배전계통에서 연결되어 운정중인 전력기기의 운전 상태, 고압 전력선의 경로 등을 별도의 회선을 사용하지 않고 파악할 수 있다.

이에 따라, 고압 전력선의 회선 및 경로 파악이 가능하여 작업 전 회선 확인이 가능하여 안전사교 예방 및 설비의 효율적인 관리가 가능할 수 있다. 또한, 활선 상태에서 운전중인 고압 회선의 구성 내역 및 경로를 파악 가능하게 됨에 따라 저압 또는 고압 전력선 신규 또는 보수 작업 전에 이의 작업 대상 선로를 확인하고 조작하려고 하는 전력기기에 연결된 고압 전력선의 내역을 사전에 파악하여 오작업, 오조작에 의한 안정 사고 및 전정 고장을 사전에 예방 가능할 수 있다.

Claims

배전용 고전압을 권선 조합의 비율에 비례하여 저전압으로 변환하는 배전용 변압기의 1차 권선에 연결되어 전압 및 전류를 공급하는 고압 전력선을 추적하여 배전계통의 최종전원까지 매설경로 및 연결 구성을 파악하기 위한 탐사 장치에 있어서,
상기 배전용 변압기의 2차 권선에 연결되어 상기 고압 전력선의 주변에서 자계신호를 검출할 수 있도록 권선비에 역비례한 전류 펄스 신호를 발생시키는 탐사 전류 발생기;
상기 전류 펄스 신호가 상기 고압 전력선에 흐를 때 주변에서 발생하는 자계 신호를 검출하여 상기 고압 전력선의 매설 경로 및 연결 구성을 추적하는 매설 경로 탐사기;
상기 매설 경로 탐사기의 수신 성능을 향상시키기 위해, 상기 고압 전력선의 외부도체에 의해 발생하는 역방향 자계의 발생을 억제하는 역방향 전류 제한기;
를 포함하는,
안정도 향상된 고압 전력선 탐사장치.
제 1 항에 있어서,
상기 탐사 전류 발생기는,
상기 배전용 변압기의 2차 권선의 양단과 연결된 하나 이상의 도체 중 탐사하고자 하는 제 1 도체와 직렬 연결된 전기부하와 다이오드에 흐르는 전류를 단속하여 전류 펄스 신호를 발생시키는 스위칭부;
상기 하나 이상의 도체 중 제 1 도체를 제외한 다른 하나의 도체와 연결되어 상기 탐사 전류 발생기의 동작전원을 공급하는 전원 공급부;
상기 스위칭부의 동작을 제어하는 전류펄스 발생 시간 제어부;
상기 스위칭부의 동작 시간을 제어하는 전류펄스 발생 시간 계산부;
상기 스위칭부의 양단 전압을 측정하는 전압측정부;
상기 스위칭부의 동작에 의해 흐르는 전류를 파악하는 전류측정부; 및
상기 스위칭부의 표면 온도를 파악하는 온도측정부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는,
안정도 향상된 고압 전력선 탐사장치.
제 1 항에 있어서,
상기 매설 경로 탐사기는,
상기 고압 전력선의 매설 방향과 수직으로 위치하여, 상기 탐사 전류 발생기로부터 발생된 상기 전류 펄스 신호의 발생 시간에 대응하는 자계 신호를 수신하는 자계센서;
상기 자계센서가 수신하는 자계 신호를 대역 필터링하여 부하전류 및 대역외 신호를 제거하는 대역필터;
상기 대역 필터를 통과한 신호를 증폭시키는 신호증폭부;
상기 신호증폭부를 통과한 아날로그 신호를 디지털로 변환하는 ADC;
상기 ADC에서 변환된 디지털 신호를 펄스 신호의 발생 시간에 대응하여 신호를 검출하는 신호 검출 시간 관리부;
상기 신호 검출 시간 관리부에 저장된 펄스 신호의 발생 시간 및 주기정보를 상기 신호 검출 시간 관리부로 제공하는 펄스 신호 정보 저장부;
상기 신호 검출 시간 관리부를 통과한 신호의 진위 여부를 판정하는 펄스 신호 판정부; 및
상기 펄스 신호 판정부를 통과한 펄스 신호 정보를 표시하는 펄스 신호 크기 표시부;
를 포함하는,
안정도 향상된 고압 전력선 탐사장치.
제 1 항에 있어서,
상기 역방향 전류 제한기는,
상기 고압 전력선의 외부도체에 흐르는 전도성 잡음을 제어하여 최종적으로 정방향 펄스 전류에 의해 방사되는 신호의 영향을 최소화하기 위해 펄스 전류가 가지는 특정주파수에 공조되어 저항을 발생하는 특성을 가진 하나 이상의 원통 분리형 페라이트 코어(Ferrite core)의 조합 구조를 가져 상기 외부도체의 분리없이 설치 가능한 것을 특징으로 하는
안정도 향상된 고압 전력선 탐사장치.
제 1 항에 있어서,
상기 탐사 전류 발생기와 상기 매설 경로 탐사기 간의 통신을 연결하여 상기 탐사 전류 발생기로부터 발생된 전류 펄스 신호의 신호 정보와 상기 매설 경로 탐사기로부터 측정된 자계 신호의 기초가 되는 전류 펄스 신호의 신호 정보를 송신 및 수신하도록 하는 네트워크 모듈;
을 더 포함하는,
안정도 향상된 고압전력선 탐사장치.
제 2 항에 있어서,
상기 탐사 전류 발생기는,
스위칭 소자가 동작하는 경우, 전압이 상승하는 것을 제어하기 위한 스너버(Snubber), 전압제한기(Limiter) 및 인덕터 초크(Inductor chokes)의 조합인 전압 상승부를 더 포함하는,
안정도 향상된 고압 전력선 경로 탐사 장치.
제 3 항에 있어서,
상기 매설 경로 탐사기는,
상기 탐사 전류 발생기에 근접하여 네트워크 모듈을 통하지 않고, 상기 자계센서를 통해 자계 신호를 수신하여 펄스 신호 발생 시간 및 주기 정보를 상기 펄스 신호 정보 저장부에 저장하는 것을 특징으로 하는
안정도 향상된 고압 전력선 경로 탐사 장치.
안정도 향상된 고압 전력선 경로 탐사 방법에 있어서,
배전용 변압기의 2차 권선에 연결된 탐사 전류 발생기를 통해 고압 전력선 주변에서 자계 신호를 검출할 수 있도록 권선비에 역비례한 전류 펄스 신호를 발생시키는 단계; 및
상기 탐사 전류 발생기에서 발생시킨 전류 펄스 신호에 대응하여 발생한 자계 신호를 검출하는 매설 경로 탐사기를 통해 상기 고압 전력선의 매설 경로 및 연결 구성을 파악하는 단계;
를 포함하고, 그리고
배전용 변압기의 2차 권선에 연결된 탐사 전류 발생기를 통해 고압 전력선 주변에서 자계 신호를 검출할 수 있도록 권선비에 역비례한 전류 펄스 신호를 발생시키는 단계는,
상기 전류 펄스 신호를 발생하기 이전에 양극성 전압을 공급하여 스위칭 소자의 펄스 발생 동작을 제어하는 단계;
를 포함하는,
안정도 향상된 고압 전력선 경로 탐사 방법.