KR20210060736A - 전차선 서리 감지 시스템 및 방법 - Google Patents

전차선 서리 감지 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

전차선 서리 감지 시스템 및 방법이 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따른 전차선 서리 감지 시스템은, 전차선의 표면에 설치되어, 전차선 온도를 측정하는 온도 센서, 전주(electric pole)에 설치되어, 대기 기상 정보를 측정하는 기상 센서, 상기 온도 센서 및 기상 센서로부터 전차선 온도 및 대기 기상 정보를 수신하고, 상기 전차선 온도 및 대기 기상 정보를 기반으로 노점 온도를 산출하며, 상기 산출된 노점 온도, 상기 전차선 온도 및 대기 기상 정보에 기초하여 상기 전차선의 서리를 감지하는 서리 감지 모니터링 장치를 포함한다.

Description

전차선 서리 감지 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR DETECTING FROST OF ELECTRIC CAR LINE}
본 발명은 전차선 서리 감지 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전차선 온도 및 전차선 주변의 기상 정보를 측정하여 전차선의 서리를 감지하는 전차선 서리 감지 시스템 및 방법에 관한 것이다.
전기 기관차는 전기에너지를 철도차량에 공급하여 동력 에너지로 활용되기 때문에 디젤기관차에 비해 에너지 효율과 운영속도가 높아 활용성이 증가하고 있다. 특히 화물운송을 위한 디젤기관의 철도시스템에서 전철화율의 증가와 에너지효율 향상을 위해 전기 기관차로 교체되고 있다. 전기에너지를 차량에 공급하는 다양한 방법 중 가공전차 선로는 경제성과 속도향상을 위해 설치비율이 가장 높으며, 전차선과 조가선으로 구성된다. 전차선은 팬터그래프와 직접 접촉하여 전기에너지를 전달하며 터널, 교량에 설치되어, 설치환경과 대기온도 변화에 영향을 받지 않고 안정적인 성능을 유지해야 한다. 그러나 동절기에 전차선은 철도차량 운행 이전에 결빙이 발생하여 팬터그래프와 전차선 간의 에너지 전달기구에 기계적 비접촉이 야기되어 아크와 에너지 효율이 급격히 떨어질 수 있으며, 이에 따른 안전운행 대책이 필요하다. 전차선의 서리는 전차선로의 온도가 0℃ 이하에서 발생되며, 혹한기에는 결빙이 발생하여 철도차량 운행 전에 해빙시스템을 이용하고 있다. 전차선로 해빙시스템은 전철 변전소에서 별도의 부하와 회로를 구성하여 전류를 이용한 전차선의 온도 상승으로 서리 또는 결빙상태의 전차선을 해빙한다.
한편, 전차선은 구리 또는 구리 합금으로 구성되어 온도 외에 다양한 환경요소를 검출하여야 정확한 서리 감지가 가능하다.
이에, 전차선 온도 및 전차선 주변의 기상 정보를 측정하여 정확한 서리감지를 가능하게 하는 기술 개발이 요구되고 있다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허 제10-1516236호(노면의 얼음 감지 시스템)에 개시되어 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점들을 개선하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 일 측면에 따른 목적은 전차선 온도 및 전차선 주변의 기상 정보를 측정하여 정확한 서리감지를 가능하게 하는 전차선 서리 감지 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 전차선 서리 감지 시스템은, 전차선의 표면에 설치되어, 전차선 온도를 측정하는 온도 센서, 전주(electric pole)에 설치되어, 대기 기상 정보를 측정하는 기상 센서, 상기 온도 센서 및 기상 센서로부터 전차선 온도 및 대기 기상 정보를 수신하고, 상기 전차선 온도 및 대기 기상 정보를 기반으로 노점 온도를 산출하며, 상기 산출된 노점 온도, 상기 전차선 온도 및 대기 기상 정보에 기초하여 상기 전차선의 서리를 감지하는 서리 감지 모니터링 장치를 포함한다.
본 발명에서 상기 서리 감지 모니터링 장치는, 상기 온도 센서로부터 전차선 온도를 수신하고, 상기 기상 센서로부터 대기 습도, 대기 온도, 대기압 및 풍속 적어도 하나를 포함하는 대기 기상 정보를 수신하는 제1 통신부, 상기 대기 기상 정보의 대기 습도 및 대기압을 이용하여 노점 온도를 산출하고, 상기 노점 온도, 전차선 온도 및 대기 온도를 서리 감지 알고리즘에 적용하여 서리 감지 여부를 판단하는 제어부, 상기 제어부의 판단결과 서리가 감지된 경우 측정 데이터와 서리 감지 알림 정보를 디스플레이하는 디스플레이부, 상기 측정 데이터 및 서리 감지 알림 정보를 무선 통신을 통해 외부의 서버로 전송하는 제2 통신부를 포함하되, 상기 서리 감지 모니터링 장치는 임베디드 시스템으로 구성될 수 있다.
본 발명에서 상기 제어부는, 상기 대기 온도가 기 설정된 서리온도 미만이고, 상기 노점 온도와 전차선 온도의 차가 대기 온도와 전차선 온도 차 이상이며, 상기 풍속이 기준 풍속 미만인 경우 서리를 감지한 것으로 판단할 수 있다.
본 발명에서 상기 제어부는, 상기 전차선 온도가 이슬점 온도 미만이고, 상기 전차선 온도가 0℃ 미만이며, 상기 풍속이 기준 풍속 미만인 경우 서리를 감지하되, 상기 전차선 온도가 0℃ 미만인 경우, 상기 전차선 온도가 기 정의된 임계 설정값 미만인 경우 서리를 감지할 수 있다.
본 발명에서 상기 서리 감지 모니터링 장치는, 옥외 설치가 가능한 방수 함체로 구성될 수 있다.
본 발명에서 상기 서리 감지 모니터링 장치의 동작 상태를 표시하는 상태 표시부를 더 포함하고, 상기 상태 표시부는 전원 상태를 표시하는 전원 LED, 부팅에 대한 상태를 표시하는 상태 LED, 및 정상 동작 여부를 표시하는 user LED를 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 제어부는 상기 온도 센서 및 기상 센서로부터 실시간으로 수신되는 측정 데이터 및 분석 결과를 상기 디스플레이부를 통해 표시하고, 상기 디스플레이부는, 분석 데이터 영역(Analysis Data), 온도 그래프 영역(Tuemperature Graph) 및 서리 감지 데이터 영역(Frost Detection Data) 중 적어도 하나를 포함하는 분석 화면을 디스플레이하고, 상기 분석 데이터 영역에는 전차선 온도, 대기 기상 정보 및 노점 온도 중 적어도 하나가 표시되고, 상기 온도 그래프 영역에는 노점 온도, 전차선 온도 및 대기 온도 중 적어도 하나가 그래프로 표시되며, 상기 서리 감지 데이터 영역에는 서리를 감지한 경우 서리 감지가 끝났을 때의 데이터를 시간에 따른 내림차순으로 표시될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 전차선 서리 감지 방법은, 서리 감지 모니터링 장치가 온도 센서 및 기상 센서로부터 전차선 온도 및 대기 기상 정보를 수신하는 단계, 상기 서리 감지 모니터링 장치가 상기 전차선 온도 및 대기 기상 정보를 기반으로 노점 온도를 산출하는 단계, 상기 서리 감지 모니터링 장치가 상기 산출된 노점 온도, 상기 전차선 온도 및 대기 기상 정보에 기초하여 상기 전차선의 서리 감지 여부를 판단하는 단계, 상기 전차선의 서리가 감지되면, 상기 서리 감지 모니터링 장치가 상기 전차선 온도, 대기 기상 정보 및 서리 감지 알림 정보를 디스플레이하고, 무선 통신을 통해 외부의 서버로 전송하는 단계를 포함한다.
본 발명은 상기 전차선의 서리 감지 여부를 판단하는 단계에서, 상기 서리 감지 모니터링 장치는 상기 대기 온도가 기 설정된 서리온도 미만이고, 상기 노점 온도와 전차선 온도의 차가 대기 온도와 전차선 온도 차 이상이며, 상기 풍속이 기준 풍속 미만인 경우 상기 전차선의 서리를 감지할 수 있다.
본 발명은 상기 전차선의 서리 감지 여부를 판단하는 단계에서, 상기 서리 감지 모니터링 장치는 상기 전차선 온도가 이슬점 온도 미만이고, 상기 전차선 온도가 0℃ 미만이며, 상기 풍속이 기준 풍속 미만인 경우 서리를 감지하되, 상기 전차선 온도가 0℃ 미만인 경우, 상기 전차선 온도가 기 정의된 임계 설정값 미만인 경우 서리를 감지할 수 있다.
본 발명은 상기 무선 통신을 통해 외부의 서버로 전송하는 단계 이후, 상기 서리 감지 모니터링 장치가 서리 방지 장치를 구동시켜 서리를 해빙시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전차선 서리 감지 시스템 및 방법은, 전차선 표면에 설치된 온도 센서를 통해 전차선 온도를 측정하고, 전주에 설치된 기상 센서를 통해 대기 기상 정보를 측정하며, 측정된 전차선 온도 및 대기 기상 정보에 기초하여 전차선의 서리를 감지함으로써, 전차선의 서리를 더욱 정확하게 감지할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전차선 서리 감지 시스템 및 방법은, 전차선 서리 발생 시 변전소에서 즉시 내역을 전송함으로써, 해빙모드의 동작이나 필요한 조치를 취할 수 있도록 할 수 있다.
한편, 본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 이하에서 설명할 내용으로부터 통상의 기술자에게 자명한 범위 내에서 다양한 효과들이 포함될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전차선 서리 감지 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전차선 서리 감지 시스템이 설치된 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 서리 감지 모니터링 장치를 나타낸 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 서리 감지 모니터링 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 노점과 전차선 온도에 따른 서리 감지 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전차선 서리 감지 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 서리 발생 유무를 판단하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 분석 화면을 나타낸 예시도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 추가 그래프 정보를 디스플레이하는 화면을 나타낸 예시도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전차선 서리 감지 시스템 및 방법을 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전차선 서리 감지 시스템을 나타낸 도면, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전차선 서리 감지 시스템이 설치된 예시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전차선 서리 감지 시스템은 온도 센서(100), 기상 센서(200) 및 서리 감지 모니터링 장치(300)를 포함한다.
온도 센서(100)는 도 2에 도시된 바와 같이 전차선의 표면에 설치되어, 전차선 온도를 측정한다. 여기서, 온도 센서(100)는 RTD 센서로, 예컨대, PT100, IEC751 CLASS1/3B 정밀형 온도 센서(100)일 수 있다.
온도 센서(100)는 전차선의 전류 변화에 따른 온도에는 영향을 받지 않는다. 특히 전차선의 서리는 열차 운행 종료 이후 단전상태에서 발생하므로, 전차선과 동일한 온도체를 전차선 주위에서 PT100, IEC751 CLASS1/3B급 RTD를 이용하여 측정할 수 있다. 따라서, 온도 센서(100)에 의해 측정되는 전차선 온도는 전차선과 같은 종의 구리 온도를 측정한 것이며, 열차 운행 전류에 의해 발생하는 온도상승 효과를 표시하지 못한다. 또한, 온도 센서(100)에 의해 측정되는 전차선 온도는 전차선과 같은 종의 Φ12*300mm 동봉을 설치하여 측정된 것으로, 서리점 오차를 최소화하기 위하여 저항체 T100, IEC751 CLASS1/3B급 정밀형 온도 센서를 사용하여 대기 온도와 전차선 온도가 바람 및 기타 환경에 의하여 다르게 측정될 수 있다.
기상 센서(200)는 도 2에 도시된 바와 같이 전주(electric pole)에 설치되어, 대기 기상 정보를 측정한다. 이때, 기상 센서(200)는 예컨대, Vaisala Weather Transmitter WXT530 센서로, 대기 온도, 대기압, 풍속, 풍향, 강우량, 강수량 등을 포함하는 대기 기상 정보를 측정할 수 있다.
온도 센서(100) 및 기상 센서(200)는 각 측정 데이터를 시리얼 통신을 통해 리눅스 기반 실시간 임베디드 시스템으로 입력할 수 있다. 이때, 리눅스 기반 실시간 임베디드 시스템은 서리 감지 모니터링 장치(300)일 수 있다.
서리 감지 모니터링 장치(300)는 온도 센서(100) 및 기상 센서(200)로부터 전차선 온도 및 대기 기상 정보를 수신하고, 전차선 온도 및 대기 기상 정보를 기반으로 노점 온도를 산출하며, 산출된 노점 온도, 전차선 온도 및 대기 기상 정보에 기초하여 전차선의 서리를 감지한다. 즉, 서리 감지 모니터링 장치(300)는 전차선 온도와 대기의 온/습도, 상대압력 및 풍속 등의 측정 데이터를 기반으로 노점 온도를 산출하고, 서리 감지 알고리즘을 이용하여 서리 발생 유무를 모니터링 할 수 있다.
전기철도 전차선로의 서리 감지는 환경온도 0℃에서 발생되는 이슬점인 노점과 유사하며, 습도, 풍속 및 온도와 연계되어 있다. 따라서 전차선의 서리 감지를 위한 서리 감지 알고리즘은 전차선의 온도가 노점 온도보다 낮고, 전차선의 온도가 0℃ 미만이며, 풍속이 3 m/s 미만일 때, 전차선의 서리를 감지할 수 있다.
이러한 서리 감지 모니터링 장치(300)는 Linux Real-Time OS 에서 동작하는 cRIO System을 기반으로 Embedded 시스템으로 구성될 수 있고, 무선 기반으로 사용자 중심의 운영이 가능하도록 구성될 수 있다. 또한, 서리 감지 모니터링 장치(300)는 FPGA가 내장되어 있고, 자체적으로 컨트롤러를 보유하고 있어, 별도의 구동부 없이 독립적으로 구동할 수 있다. 또한, 서리 감지 모니터링 장치(300)는 온도 센서(100) 및 기상 센서(200)와 시리얼 통신으로 임베디드 시스템과 연계되며, 온도 센서(100) 및 기상 센서(200)에서 측정된 데이터를 LTE (Long Term Evolution) 라우터를 통해 외부 서버로 전송하며, 모니터를 통해 측정 데이터 및 분석 결과를 디스플레이할 수 있다.
한편, 전차선은 구리 또는 구리 합금으로 구성되어, 온도 외에 다양한 환경요소를 검출해야 정확한 서리 감지가 가능하다. 따라서, 본 발명의 서리 감지 시스템은 도 2에 도시된 바와 같이 전차선 주변에 설치하고, 임베디드 시스템을 이용하여 구성하며, 실시간으로 정보 검출이 가능하도록 하는 알고리즘을 포함할 수 있다.
서리 감지 시스템은 동절기 열차 운행이 없는 시간대에 어떤 특정한 기상 조건하에서 가공 전차선로의 전차선에 서리나 결빙(얼음층) 형성을 검출하는 시스템으로, 열차 운행이 없을 경우 전차선로의 유지보수를 위해 단전되고, 열차 운행을 위해 다시 가압을 한다. 이때 열차가 운행되면 서리나 결빙은 팬터그래프와 전차선 사이의 기계적 인터페이스에 충격을 주거나, 팬터그래프 집전판과 전차선 사이에 불필요한 전기 저항 성분을 만든다. 이 전기 저항은 전기차의 전류 집전을 방해하고, 아크를 발생시켜 전류가 큰 경우에는 전차선이나 팬터그래프를 손상시키게 되며 이를 방지하기 위해 사전에 전차선의 결빙과 서리를 제거하기 위한 시스템이 작동될 수 있다. 본 발명의 서리 감지 시스템은 전차선의 서리나 결빙을 제거하는 시스템을 구동하기 이전에 전차선의 해빙과 결빙상태를 원격으로 모니터링 하기 위한 시스템으로, 전차선에 전류가 흐르지 않은 상태의 서리나 결빙을 검출하게 된다. 그러나 전차선은 열차 운행시에는 전류가 흘러 온도 센서(100)를 직접 부착하기 어렵기 때문에, 이를 착안하여 모의 전차선의 온도를 전차선로 주변에 측정할 경우 같은 효과를 얻을 수 있다. 즉, 전차선로 서리감지 시스템은 전차선로 주변의 습도, 풍속, 온도뿐만 아니라 모의 전차선의 온도까지 측정할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 서리 감지 모니터링 장치를 나타낸 블록도, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 서리 감지 모니터링 장치의 동작을 설명하기 위한 도면, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 노점과 전차선 온도에 따른 서리 감지 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 서리 감지 모니터링 장치(300)는 제1 통신부(310), 제2 통신부(320), 제어부(330) 및 디스플레이부(340)를 포함한다.
제1 통신부(310)는 온도 센서(100)로부터 전차선 온도를 수신하고, 기상 센서(200)로부터 대기 습도, 대기 온도, 대기압 및 풍속 적어도 하나를 포함하는 대기 기상 정보를 수신한다. 제1 통신부(310)는 예컨대, 시리얼 통신으로 구성될 수 있다.
제2 통신부(320)는 측정 데이터, 분석 정보 및 서리 감지 알림 정보를 무선통신을 통해 외부의 서버로 전송한다. 제2 통신부(320)는 무선으로 외부 서버와 통신하기 위한 LTE 라우터일 수 있다.
제어부(330)는 대기 기상 정보의 대기 습도 및 대기압을 이용하여 노점 온도를 산출하고, 노점 온도, 전차선 온도 및 대기 온도를 서리 감지 알고리즘에 적용하여 서리 감지 여부를 판단한다.
즉, 제어부(330)는 대기 습도 및 대기압을 이용한 아래 수학식 1을 이용하여 노점 온도를 산출한다.
[수학식 1]
Figure pat00001
여기서, Tdf는 노점 온도, Tn은 노점 관계 상수, Pw는 수증기압, A는 절대습도, m은 상수일 수 있다.
노점 온도가 산출되면, 제어부(330)는 노점 온도, 전차선 온도 및 대기 온도를 서리 감지 알고리즘에 적용하여 서리 감지 여부를 판단한다. 즉, 제어부(330)는 대기 온도가 기 설정된 서리온도 미만이고, 노점 온도와 전차선 온도의 차가 대기 온도와 전차선 온도 차 이상이며, 풍속이 기준 풍속 미만인 경우, 서리를 감지한 것으로 판단할 수 있다.
또한, 제어부(330)는 전차선 온도가 이슬점 온도 미만이고, 전차선 온도가 0℃ 미만이며, 풍속이 기준 풍속(예컨대, 3m/s) 미만인 경우 서리를 감지한 것으로 판단할 수 있다. 여기서, 전차선 온도가 이슬점 온도 미만인 경우는 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이 0℃ 이하인 경우 서리를 감지할 수 있다. 또한, 전차선 온도가 0℃ 미만인 경우, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이 전차선 온도가 기 정의된 임계 설정값 미만인 경우 서리를 감지할 수 있다. 이때, 임계 설정값은 센서의 오차 또는 온도의 변화량에 따라 사용자가 가변시킬 수 있다. 예컨대, 제어부(330)는 전차선 온도가 0.5℃ 이하이고 노점과 전차선 온도차이가 2℃ 이하 시 서리를 감지하지 않을 수 있다.
또한, 제어부(330)는 전차선에 서리가 감지되면, 서리 방지 장치를 구동시켜 서리를 해빙시키도록 할 수 있다.
또한, 제어부(330)는 온도 센서(100) 및 기상 센서(200)로부터 측정 데이터를 수집하고, 수집된 측정 데이터를 분석하며, 측정 데이터 및 분석 결과를 실시간으로 디스플레이부(340)를 통해 표시되도록 할 수 있다. 예컨대, 제어부(330)는 사용자 또는 외부 서버로부터 분석 데이터 확인 명령이 수신되면, 실시간으로 측정중인 데이터를 디스플레이부(340)를 통해 표시되도록 할 수 있다. 또한, 제어부(330)는 사용자 또는 외부 서버로부터 추가 그래프 확인 명령이 수신되면, Air InfoGraph, Wind InfoGraph, 및 Rain InfoGraph로 나누어서 추가적으로 표시되도록 할 수 있다.
한편, 제어부(330)(cRIO System)는 도 4에 도시된 바와 같이 NI 9219 모듈 및 NI 9402 모듈을 포함할 수 있다. NI 9219 모듈은 4-채널 C 시리즈 범용 아날로그 입력모듈로 전압, 전류, 저항, 온도 센서(100) 등의 신호를 받을 수 있는 모델로, 0번 채널에 온도 센서(100)와 연결하여 전차선의 표면 온도를 계측할 수 있다. NI 9402 모델은 DIO 모듈로, 추후 알람 등이 발생했을 때 디지털 출력 등을 전송할 수 있다.
디스플레이부(340)는 제어부(330)의 판단결과 서리가 감지된 경우 측정 데이터와 서리 감지 알림 정보를 디스플레이한다.
또한, 디스플레이부(340)는 제어부(330)에 제어에 따라 현재의 온도, 습도, 풍속, 압력, 전차선의 온도 등을 실시간으로 나타내는 분석화면과 시간에 대한 데이터 변화값을 나타내는 그래프 분석이 가능하도록 디스플레이한다. 시간에 대한 데이터 분석은 초 또는 분 단위로 서리 발생 조건이 발생할 때 전차선의 해빙을 위한 전류를 운영하도록 사용자 판단을 위한 것이다. 전차선 해빙시스템은 전차선의 저항값과 부하를 이용하여 전류를 발생시켜 온도를 상승하기 때문에 온도가 급격히 상승될 수 있다. 전차선의 급격한 온도변화는 온도에 따른 전차선의 신축량에 영향을 주어 장력조정장치의 한계값이 나타날 수 있기 때문에 시간에 따른 온도변화를 분석할 필요가 있다. 이에, 제어부(330)는 오차를 줄이기 위해 1시간당 1분에서 60분까지 연속 알람 또는 평균값을 디스플레이하고, 이때 풍속값은 3 m/s 초과일 때 알람값을 출력할 수 있다.
또한, 디스플레이부(340)는 제어부(330)에 제어에 따라 분석 데이터(Analysis Data), 온도 그래프(Temperature Graph) 및 서리 감지 데이터(Frost Detection Data) 중 적어도 하나를 디스플레이할 수 있다. 즉, 디스플레이부(340)는 도 8과 같은 분석 화면을 디스플레이할 수 있다. 분석 화면은 분석 데이터 영역(Analysis Data), 온도 그래프 영역(Temperature Graph) 및 서리 감지 데이터 영역(Frost Detection Data)으로 구성될 수 있다. 분석 데이터 영역에는 전차선 온도, 대기 기상 정보 및 노점 온도 중 적어도 하나가 표시되고, 온도 그래프 영역에는 노점 온도, 전차선 온도 및 대기 온도 중 적어도 하나가 그래프로 표시되며, 서리 감지 데이터 영역에는 서리를 감지한 경우 서리 감지가 끝났을 때의 데이터를 시간에 따른 내림차순으로 표시될 수 있다.
또한, 디스플레이부(340)는 제어부(330)의 제어에 따라 추가 그래프 정보를 디스플레이할 수 있다. 즉, 디스플레이부(340)는 도 9와 같이 추가 그래프 정보를 디스플레이할 수 있다. 추가 그래프 정보에서는 분석 화면에서 보여주지 못한 데이터인 Air InfoGraph, Wind InfoGraph, Rain InfoGraph를 디스플레이할 수 있다. 각 그래프에는 2개의 Y Scale이 있다. 즉, Air Info Graph에는 Relative humidity 및 Air pressure를 표시하고, Wind Info Graph는 Wind direction, 및 Wind speed를 표시하며, Rain Info Graph는 Rain accumulation 및 Rain intensity를 표시할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 서리 감지 모니터링 장치(300)는 동작 상태를 표시하는 상태 표시부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 상태 표시부는 전원 상태를 표시하는 전원 LED, 부팅에 대한 상태를 표시하는 상태 LED, 및 정상 동작 여부를 표시하는 user LED를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상태 LED에서 잠시 동안 켜짐은 부팅중인 상태, 2번 깜빡인 후 꺼짐은 안전모드이고 소프트웨어가 제대로 설치되지 않은 상태, 3번 깜빡인 후 꺼짐은 안전모드이고, 현재 소프트웨어가 설치중인 상태, 4번 깜빡인 후 꺼짐은 안전모드이고, 소프트웨어에서 충돌이 두 번 발생했으나, 중간에 다시 부팅되지 않았고 전원이 꺼졌다 켜지도 않은 상태, 지속적으로 깜빡임은 정상적으로 부팅이 되지 않은 상태, OFF는 정상적으로 실행중인 상태를 표시할 수 있다.
user LED에서 깜빡임은 현재 소프트웨어가 정상적으로 실행중인 상태, 지속적으로 켜짐 또는 꺼짐은 소프트웨어가 정상적으로 실행되지 않은 상태를 표시할 수 있다.
상기와 같이 구성된 서리 감지 모니터링 장치(300)는 옥외 설치가 가능한 방수 함체로 보호될 수 있다. 서리 감지 모니터링 장치(300)는 선로변에 고정하고 데이터를 전송할 수 있도록 상용전원이 있는 RTU 근처에 설치할 수 있다. 또한, 서리 감지 모니터링 장치(300)의 알람값은 전차선 서리 발생 시 변전소에서 즉시 내역을 전송하여 해빙모드의 동작이나 필요한 조치를 취할 수 있도록 할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전차선 서리 감지 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 서리 감지 모니터링 장치(300)는 온도 센서(100) 및 기상 센서(200)로부터 전차선 온도 및 대기 기상 정보를 수신하면(S510), 전차선 온도 및 대기 기상 정보를 기반으로 노점 온도를 산출한다(S520).
S520단계가 수행되면, 서리 감지 모니터링 장치(300)는 산출된 노점 온도, 전차선 온도 및 대기 기상 정보에 기초하여 전차선의 서리 발생 유무를 모니터링한다(S530). 서리 감지 모니터링 장치(300)가 서리 발생 유무를 모니터링 하는 방법에 대한 상세한 설명은 도 7을 참조하기로 한다.
S530단계가 수행되면, 서리 감지 모니터링 장치(300)는 측정 데이터 및 서리 발생 유무 정보를 외부의 서버로 전송한다(S540). 이때, 서리 감지 모니터링 장치는 측정 데이터 및 서리 발생 유무 정보를 디스플레이할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 서리 발생 유무를 판단하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 서리 감지 모니터링 장치(300)는 대기 온도(TA)가 기 설정된 서리온도(Tf) 미만인지 판단한다(S610).
S610단계의 판단결과, 대기 온도가 서리 온도 미만이면, 서리 감지 모니터링 장치(300)는 노점 온도(Tdf)와 전차선 온도(Tc)의 차가 대기 온도와 전차선 온도 차 이상인지 판단한다(S620).
S620단계의 판단결과, 노점 온도(Tdf)와 전차선 온도(Tc)의 차가 대기 온도와 전차선 온도 차 이상이면, 서리 감지 모니터링 장치(300)는 측정된 풍속(F)이 기준 풍속(Vw) 미만인지 판단한다(S630).
S630단계의 판단결과, 풍속(F)이 기준 풍속(Vw) 미만이면, 서리 감지 모니터링 장치(300)는 서리를 감지한다(S640). 서리가 감지된 경우, 서리 감지 모니터링 장치(300)는 서리 방지 장치를 구동시켜 서리를 해빙시킬 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 전차선 서리 감지 시스템 및 방법은, 전차선 표면에 설치된 온도 센서(100)를 통해 전차선 온도를 측정하고, 전주에 설치된 기상 센서(200)를 통해 대기 기상 정보를 측정하며, 측정된 전차선 온도 및 대기 기상 정보에 기초하여 전차선의 서리를 감지함으로써, 전차선의 서리를 더욱 정확하게 감지할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전차선 서리 감지 시스템 및 방법은, 전차선 서리 발생 시 변전소에서 즉시 내역을 전송함으로써, 해빙모드의 동작이나 필요한 조치를 취할 수 있도록 할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
100 : 온도 센서
200 : 기상 센서
300 : 서리 감지 모니터링 장치
310 : 제1 통신부
320 : 제2 통신부
330 : 제어부
340 : 디스플레이부

Claims (12)

  1. 전차선의 표면에 설치되어, 전차선 온도를 측정하는 온도 센서;
    전주(electric pole)에 설치되어, 대기 기상 정보를 측정하는 기상 센서; 및
    상기 온도 센서 및 기상 센서로부터 전차선 온도 및 대기 기상 정보를 수신하고, 상기 전차선 온도 및 대기 기상 정보를 기반으로 노점 온도를 산출하며, 상기 산출된 노점 온도, 상기 전차선 온도 및 대기 기상 정보에 기초하여 상기 전차선의 서리를 감지하는 서리 감지 모니터링 장치
    를 포함하는 전차선 서리 감지 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 서리 감지 모니터링 장치는,
    상기 온도 센서로부터 전차선 온도를 수신하고, 상기 기상 센서로부터 대기 습도, 대기 온도, 대기압 및 풍속 적어도 하나를 포함하는 대기 기상 정보를 수신하는 제1 통신부;
    상기 대기 기상 정보의 대기 습도 및 대기압을 이용하여 노점 온도를 산출하고, 상기 노점 온도, 전차선 온도 및 대기 온도를 서리 감지 알고리즘에 적용하여 서리 감지 여부를 판단하는 제어부;
    상기 제어부의 판단결과 서리가 감지된 경우 측정 데이터와 서리 감지 알림 정보를 디스플레이하는 디스플레이부; 및
    상기 측정 데이터 및 서리 감지 알림 정보를 무선 통신을 통해 외부의 서버로 전송하는 제2 통신부를 포함하되,
    상기 서리 감지 모니터링 장치는 임베디드 시스템으로 구성되는 것을 특징으로 하는 전차선 서리 감지 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 대기 온도가 기 설정된 서리온도 미만이고, 상기 노점 온도와 전차선 온도의 차가 대기 온도와 전차선 온도 차 이상이며, 상기 풍속이 기준 풍속 미만인 경우 서리를 감지한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 전차선 서리 감지 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 전차선 온도가 이슬점 온도 미만이고, 상기 전차선 온도가 0℃ 미만이며, 상기 풍속이 기준 풍속 미만인 경우 서리를 감지하되,
    상기 전차선 온도가 0℃ 미만인 경우, 상기 전차선 온도가 기 정의된 임계 설정값 미만인 경우 서리를 감지하는 것을 특징으로 하는 전차선 서리 감지 시스템.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 서리 감지 모니터링 장치는,
    옥외 설치가 가능한 방수 함체로 구성된 것을 특징으로 하는 전차선 서리 감지 시스템.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 서리 감지 모니터링 장치의 동작 상태를 표시하는 상태 표시부를 더 포함하고,
    상기 상태 표시부는 전원 상태를 표시하는 전원 LED, 부팅에 대한 상태를 표시하는 상태 LED, 및 정상 동작 여부를 표시하는 user LED를 포함하는 것을 특징으로 하는 전차선 서리 감지 시스템.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 온도 센서 및 기상 센서로부터 실시간으로 수신되는 측정 데이터 및 분석 결과를 상기 디스플레이부를 통해 표시하고,
    상기 디스플레이부는, 분석 데이터 영역(Analysis Data), 온도 그래프 영역(Tuemperature Graph) 및 서리 감지 데이터 영역(Frost Detection Data) 중 적어도 하나를 포함하는 분석 화면을 디스플레이하고, 상기 분석 데이터 영역에는 전차선 온도, 대기 기상 정보 및 노점 온도 중 적어도 하나가 표시되고, 상기 온도 그래프 영역에는 노점 온도, 전차선 온도 및 대기 온도 중 적어도 하나가 그래프로 표시되며, 상기 서리 감지 데이터 영역에는 서리를 감지한 경우 서리 감지가 끝났을 때의 데이터를 시간에 따른 내림차순으로 표시되는 것을 특징으로 하는 전차선 서리 감지 시스템.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 전차선의 서리가 감지된 경우, 서리 방지 장치를 구동시켜 서리를 해빙시키는 것을 특징으로 하는 전차선 서리 감지 시스템.
  9. 서리 감지 모니터링 장치가 온도 센서 및 기상 센서로부터 전차선 온도 및 대기 기상 정보를 수신하는 단계;
    상기 서리 감지 모니터링 장치가 상기 전차선 온도 및 대기 기상 정보를 기반으로 노점 온도를 산출하는 단계;
    상기 서리 감지 모니터링 장치가 상기 산출된 노점 온도, 상기 전차선 온도 및 대기 기상 정보에 기초하여 상기 전차선의 서리 감지 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 전차선의 서리가 감지되면, 상기 서리 감지 모니터링 장치가 상기 전차선 온도, 대기 기상 정보 및 서리 감지 알림 정보를 디스플레이하고, 무선 통신을 통해 외부의 서버로 전송하는 단계
    를 포함하는 전차선 서리 감지 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 전차선의 서리 감지 여부를 판단하는 단계에서,
    상기 서리 감지 모니터링 장치는 상기 대기 온도가 기 설정된 서리온도 미만이고, 상기 노점 온도와 전차선 온도의 차가 대기 온도와 전차선 온도 차 이상이며, 상기 풍속이 기준 풍속 미만인 경우 상기 전차선의 서리를 감지하는 것을 특징으로 하는 전차선 서리 감지 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 전차선의 서리 감지 여부를 판단하는 단계에서,
    상기 서리 감지 모니터링 장치는 상기 전차선 온도가 이슬점 온도 미만이고, 상기 전차선 온도가 0℃ 미만이며, 상기 풍속이 기준 풍속 미만인 경우 서리를 감지하되,
    상기 전차선 온도가 0℃ 미만인 경우, 상기 전차선 온도가 기 정의된 임계 설정값 미만인 경우 서리를 감지하는 것을 특징으로 하는 전차선 서리 감지 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 무선 통신을 통해 외부의 서버로 전송하는 단계 이후,
    상기 서리 감지 모니터링 장치가 서리 방지 장치를 구동시켜 서리를 해빙시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전차선 서리 감지 방법.
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