KR20210127759A - 열배관 누수 감지 시스템 - Google Patents

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KR20210127759A
KR20210127759A KR1020217031195A KR20217031195A KR20210127759A KR 20210127759 A KR20210127759 A KR 20210127759A KR 1020217031195 A KR1020217031195 A KR 1020217031195A KR 20217031195 A KR20217031195 A KR 20217031195A KR 20210127759 A KR20210127759 A KR 20210127759A
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heat pipe
leak detection
wire
leak
voltage
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KR1020217031195A
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김정환
공병구
강태구
전동재
배한경
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엘지전자 주식회사
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    • G01M3/18—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point using electric detection means for pipes, cables or tubes; for pipe joints or seals; for valves; for welds; for containers, e.g. radiators
    • G—PHYSICS
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    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance

Abstract

본 발명은, 열배관, 상기 열배관의 상태를 모니터링하는 모니터링 장치 및 상기 열배관의 누수 여부를 감지한 누수 감지 정보를 상기 모니터링 장치로 송신하는 누수 감지장치를 포함하는 열배관 누수 감지 시스템을 제공한다.

Description

열배관 누수 감지 시스템
본 발명은 열배관 누수 감지 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 열배관의 누수 여부를 감지하기 용이한 열배관 누수 감지 시스템에 관한 것이다.
난방 공사에서 운용하는 열배관의 노후화에 따라 열배관의 파손 사고가 지속적으로 발생하고 있다.
일반적으로, 이러한 사고를 방지하기 위하여 노후된 열배관의 누수 감지를 위해 열배관 내부에 센싱 와이어를 삽입하고 지상으로 노출된 센싱 와이어를 이용하여 배관의 절연 상태를 측정할 수 있는 방법을 사용하고 있다.
이렇게 지상으로 노출된 센싱 와이어를 이용하여 절연상태를 측정하는 곳을 테스트 포인트(Test Point)라고 하며, 열배관의 1Km 당 1~2 곳씩 제작하여 운용되고 있다.
실제 열배관 상태 측정은 측정 장비를 가지고 테스트 포인트를 순회하며 진당하는 방식이 적용되고 있어, 다수의 열배관을 주기적으로 감시하는데 한계가 있으며, 진단 비용이 많이 소모되고 있다.
측정 장치는 열배관의 절연 저항을 측정하여 열배관의 누수 여부를 확인할 수 있다.
최근들어, 열배관의 누수 여부을 주기적으로 감지하기 위한 연구를 진행하고 있다.
본 발명의 목적은, 열배관의 누수 여부를 주기적으로 감지하기 용이한 열배관 누수 감지 시스템을 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 목적은, 열배관의 누수 여부를 원격 진단할 수 있는 열배관 누수 감지 시스템을 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 목적은, 열배관의 누수 여부에 대한 누수 감지 정보를 모니터링 장치로 송신할 수 있는 열배관 누수 감지 시스템을 제공함에 있다.
그러나, 이러한 본 발명의 목적은 상기의 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 열배관 누수 감지 시스템은, 열열배관, 상기 열배관의 상태를 모니터링하는 모니터링 장치 및 상기 열배관의 누수 여부를 감지한 누수 감지 정보를 상기 모니터링 장치로 송신하는 누수 감지장치를 포함할 수 있다.
상기 열배관은, 외관 및 내관 사이에 충진된 보온재 내에 서로 연결된 제1, 2 와이어 및 상기 내관에 연결된 제3 와이어를 포함할 수 있으며, 상기 제1 와이어는, 절연 피복인 소정 간격으로 벗겨진 상태이며, 상기 제2, 3 와이어는, 절연 피복인 덮혀진 상태일 수 있다.
상기 누수 감지장치는, 상기 모니터링 장치와 통신을 수행하는 통신부, 상기 제1 와이어로 기준 전압을 공급하는 전압 공급부, 상기 기준 전압이 공급되면, 상기 제2 와이어로 흐르는 제1 진단 전류값 및 상기 제3 와이어로 흐르는 제2 진단 전류값을 측정하는 전류 측정부 및 상기 열배관의 누수 여부를 감지하기 위해 설정된 시간에 누수 진단 모드로 동작하여, 상기 기준 전압이 공급되게 상기 전압 공급부를 제어하고, 상기 제1, 2 진단 전류값을 기반으로 상기 열배관의 누수 여부를 감지한 상기 누수 감지 정보가 상기 모니터링 장치로 송신되게 상기 통신부를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 통신부는, 상기 모니터링 장치와 무선 통신망을 통하여 상기 누수 감지 정보를 송신할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제1 진단 전류값이 설정된 제1 기준 전류 범위에 속하지 않거나, 또는 상기 제2 진단 전류값이 설정된 제2 기준 전류 범위에 속하지 않으면, 상기 열배관의 누수로 감지할 수 있다.
상기 열배관의 누수 위치 및 상기 보온재의 절연저항값을 측정하기 위해, 상기 제3 와이어의 전위 전압을 측정하는 전위 측정부를 더 포함할 수 있다.
상기 열배관의 누수로 감지하는 경우, 상기 제어부는, 상기 제1, 2 와이어로 상기 기준 전압을 공급하고, 상기 전위 측정부에서 측정된 상기 전위 전압 및 상기 기준 전압을 기반으로 상기 보온재의 커패시턴스 성분에 충전된 보정 전압을 산출할 수 있다.
상기 보정 전압이 산출된 경우, 상기 제어부는, 상기 제1 와이어로 상기 기준 전압을 공급하여 상기 전류 측정부에서 측정한 상기 제3 와이어에 흐르는 제1 전류값, 상기 제2 와이어로 상기 기준 전압을 공급하여 상기 전류 측정부에서 측정한 상기 제3 와이어로 흐르는 제2 전류값, 상기 제1, 2 와이어 각각의 고유 저항값 및 상기 보정 전압을 기반으로 상기 보온재의 절연저항값을 산출할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제1 와이어로 상기 기준 전압을 공급하고, 상기 보정 전압 및 상기 전위 전압을 더하여 상기 열배관의 누수 위치에서의 누수 전압을 산출할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 누수 전압 및 상기 기준 전압의 비율을 산출하여, 상기 제1 와이어를 기준으로 상기 누수 위치를 예측할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 열배관의 누수 여부 및 상기 누수 위치를 포함하는 상기 누수 감지 정보를 생성할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제1 진단 전류값이 설정된 제1 기준 전류 범위 및 상기 제2 진단 전류값이 설정된 제2 기준 전류 범위에 속하면, 상기 열배관의 누수가 없는 것으로 감지할 수 있다.
상기 열배관의 누수가 없는 경우, 상기 제어부는, 상기 누수 진단 모드를 대기 모드로 전환할 수 있다.
상기 전류 측정부, 상기 전원 공급부 및 상기 전위 측정부를 상기 제1 내지 제3 와이어 중 적어도 하나와 전기적으로 연결하는 분기 스위치부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 열배관 누수 감지 시스템은, 누수 진단 모드로 동작 시에 열배관의 누수 여부를 감지함으로써, 전력 소모를 줄일 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 열배관 누수 감지 시스템은, 누수 진단 모드 시 열배관의 누수를 감지하면 누수 감지 정보를 모니터링 장치로 송신함으로써, 모니터링 장치에서 주기적으로 열배관의 상태를 모니터링할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 열배관 누수 감지 시스템은, 설정된 시간 간격으로 누수 진단 모드로 동작하여 열배관의 누수가 없는 경우에 누수 진단 모드를 대기 모드로 전환함으로써, 전력 소모를 줄일 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 열배관 누수 감지 시스템은, 모니터링 장치가 원격으로 누수 감지 장치를 동작시켜, 열배관의 누수 여부를 진단할 수 있는 이점이 있다.
아울러, 상술한 효과 이외의 다양한 효과들이 후술될 본 발명의 실시 예에 따른 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 열배관 누수 감지 시스템을 간략하게 나타낸 시스템도이다.
도 2는 도 1에 포함된 열배관의 구조를 간략하게 나타낸 도이다.
도 3은 본 발명에 따른 누수 감지장치의 제어 구성을 나타낸 제어 블록도이다.
도 4는 열배관의 누수 발생시 누수 발생 등가 회로를 나타낸 회로도이다.
도 5 및 도 6은 도 4에 나타낸 누수 발생 등가 회로에서 보정 전압을 산출하는 과정을 나타낸 회로도이다.
도 7 내지 도 9는 도 4에 나타낸 누수 발생 등가 회로에서 절연 저항값을 산출하는 과정을 나타낸 회로도이다.
하기의 설명에서는 본 발명의 실시예를 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 열배관 누수 감지 시스템을 간략하게 나타낸 시스템도이다.
도 1을 참조하면, 열배관 누수 감지 시스템(100)은 열배관(110), 모니터링 장치(120) 및 누수 감지장치(130)를 포함할 수 있다.
이때, 열배관(110)은 유체를 공급하는 유체 공급처(1)에서부터 실제 유체를 사용하는 제1, 2 소비처(2, 3)까지 지하에 설치될 수 있다.
실시예에서, 열배관(110)은 하나의 열배관으로 나타내었으나, 열배관의 길이와 용도에 따라 복수 개의 열배관이 서로 연결될 수 있다.
모니터링 장치(120)는 열배관(110)의 상태를 모니터링할 수 있다. 즉 모니터링 장치(120)는 열배관(110)의 유지 보수를 관리하는 기관에 설치된 컴퓨팅 장치일 수 있다.
여기서, 모니터링 장치(120)는 누수 감지장치(130)로부터 송신된 누수 감지 정보를 기반으로 누수 감지장치(130)가 감지한 해당 열배관(110)의 누수 여부(상태)를 출력할 수 있다.
누수 감지장치(130)는 해당 열배관(110)의 상태, 즉 누수 여부를 감지할 수 있다.
이때, 누수 감지장치(130)는 열배관(110)의 누수 여부를 감지하고, 열배관(110)의 누수 발생 시 누수 감지 정보를 모니터링 장치(120)로 송신할 수 있다.
누수 감지장치(130)에 대한 자세한 설명은 도 3에서 자세하게 설명하기로 한다.
도 2는 도 1에 포함된 열배관의 구조를 간략하게 나타낸 도이다.
도 2(a)는 열배관(110)의 사시도이고, 도 2(b)는 열배관(110)의 단면도이다.
도 2(a) 및 도 2(b)를 참조하면, 열배관(110)은 외관(110a), 내관(110b), 보온재(110c), 제1 와이어(112), 제2 와이어(114) 및 제3 와이어(116)를 포함할 수 있다.
외관(110a)은 내관(110b) 및 보온재(110c)를 감싸며, 내관(110b)은 유체가 흐르는 관일 수 있다. 여기서, 보온재(110c)는 절연재일 수 있다.
제1, 2 와이어(112, 114)는 보온재(110c) 내에 삽입되며, 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
먼저, 제1 와이어(112)는 센서 와이어로써, 절연 피복이 소정 간격으로 벗겨진 상태를 가지며, 제2 와이어(114)는 절연 피복으로 덮혀진 상태일 수 있다.
제1 와이어(112)는 통상적으로 니켈과 크롬의 합금으로 이루어지면, 제2 와이어(114)는 구리로 이루어질 수 있다. 제1 와이어(112)의 고유 저항값은 제2 와이어(114)의 고유 저항값보다 클 수 있다.
제3 와이어(116)는 내관(110b)에 연결될 수 있으며, 누수에 의해 보온재(110c)의 커패시턴스에 충전된 보정 전압 및 열배관(110b)의 절연저항값을 측정하는 용도로 사용될 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 누수 감지장치의 제어 구성을 나타낸 제어 블록도이다.
도 3을 참조하면, 누수 감지장치(130)는 통신부(141), 전압 공급부(143), 전류 측정부(145), 전위 측정부(147), 분기 스위치부(149) 및 제어부(150)를 포함할 수 있다.
먼저, 통신부(141)는 모니터링 장치(120)로 열배관(110)의 상태에 대한 누수 감지 정보(SF)를 송신할 수 있다.
이때, 통신부(141)는 모니터링 장치(120) 이외에 별도의 서버 또는 장치로부터 환경 정보, 즉 현재 온도 및 습도 또는 제어 정보 등을 수신할 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
전압 공급부(143)는 열배관(110)의 제1, 2 와이어(112, 114) 중 적어도 하나의 와이어로 기준 전압(Vref)를 공급할 수 있다.
이때, 전압 공급부(143)는 제어부(150)의 제어에 따라 기준 전압(Vref)를 공급 및 차단할 수 있다.
전류 측정부(145)는 제1 내지 제3 와이어(112, 114, 116)에 흐르는 전류값을 측정할 수 있다.
전위 측정부(147)는 제3 와이어(116)의 전압을 측정할 수 있다.
분기 스위치부(149)는 제1 와이어(112)와 전압 공급부(143) 및 전류 측정부(145)를 연결하는 제1 분기 스위치(SW1), 제2 와이어(114)와 전압 공급부(143) 및 전류 측정부(145)를 연결하는 제2 분기 스위치(SW2) 및 제3 와이어(116)와 전류 측정부(145) 및 전위 측정부(147)를 연결하는 제3 분기 스위치(SW3)를 포함할 수 있다.
실시 예에서, 분기 스위치부(149)는 제어부(150)의 제어에 의해 동작하며, 누수 감지 장치(130)에 포함되지 않을 수 있다.
제어부(150)는 통신부(141), 전압 공급부(143), 전류 측정부(145) 및 전위 측정부(147) 및 분기 스위치부(149)의 동작을 제어할 수 있다.
먼저, 대기 모드인 경우, 제어부(150)는 통신부(141), 전압 공급부(143), 전류 측정부(145) 및 전위 측정부(147)가 동작이 멈춘 상태를 유지할 수 있다.
이후, 대기 모드에서 누수 감지 모드로 전환하는 경우, 제어부(150)는 제1 와이어(112)로 기준 전압(Vref)이 공급되게 전압 공급부(141)을 제어할 수 있다.
전류 측정부(145)는 제2 와이어(114)에 흐르는 제1 진단 전류값(Iref1) 및 제3 와이어(116)에 흐르는 제2 진단 전류값(Iref2)을 측정하여, 제어부(150)로 출력할 수 있다.
제1, 2 진단 전류값(Iref1, Iref2)가 입력되는 경우, 제어부(150)는 제1 진단 전류값(Iref1)이 설정된 제1 기준 전류 범위에 속하는 여부 및 제2 진단 전류값(Iref2)이 설정된 제2 기준 전류 범위에 속하는지 여부를 확인할 수 있다.
먼저, 제어부(150)는 제1 진단 전류값(Iref1)이 상기 제1 기준 전류 범위에 속하고, 제2 진단 전류값(Iref2)이 상기 제2 기준 전류 범위에 속하면, 열배관(110)이 누수가 발생하지 않은 것으로 판단하여, 상기 누수 감지 모드를 상기 대기 모드로 재 전환할 수 있다.
또한, 제어부(150)는 제1 진단 전류값(Iref1)이 상기 제1 기준 전류 범위에 속하지 않거나, 또는 제2 진단 전류값(Iref2)이 상기 제2 기준 전류 범위에 속하지 않으면, 열배관(110)의 누수로 감지할 수 있다.
열배관(110)의 누수로 감지하는 경우, 제어부(150)는 전위 측정부(147)를 동작시켜 제3 와이어(116)에서 누수로 인한 전위 전압(Vd)을 입력받을 수 있다.
제어부(150)는 보온재(110c)의 기생 커패시턴스에 충전된 보정 전압(Vc)을 산출할 수 있다. 아래에는 제어부(150)에서 보정 전압(Vc)을 산출하기 위한 과정을 간략하게 설명한다.
먼저, 제어부(150)는 제1 내지 제3 와이어(112, 114, 116)의 전위가 영 전압(0V)으로 유지시켜, 현재 보온재(110c)의 기생 커패시턴스에 충전된 전압을 영전압으로 초기화시킬 수 있다.
이후, 제어부(150)는 제1 내지 제3 와이어(112, 114, 116) 중 어느 하나로 기준 전압(Vref)를 공급하여 보온재(110c)의 기생 커패시턴스에 보정 전압(Vc)를 충전할 수 있다.
제어부(150)는 제1, 2 와이어(112, 114)의 전위가 동일하게 되도록 제1, 2 와이어(112, 114)에 기준전압(Vref)를 공급하고, 전위 측정부(147)에서 측정한 전위 전압(Vd) 및 기준 전압(Vref)을 기반으로 보정 전압(Vc)를 산출할 수 있다.
Figure pct00001
여기서, Vc는 보정 전압, Vd는 전위 전압 및 Vref는 기준 전압이다.
[수학식 1]을 살펴보면, 제1, 2 와이어(112, 114)는 기준 전압(Vref)으로 동일하게 유지되므로, 누수에 의해 제1, 2 와이어(112, 114)에 접촉된 접점이 기준 전압(Vref)이며, 누수에 의해 제3 와이어(116)에 접촉된 접점이 전위 전압(Vd)일 수 있다.
그러므로, 보온재(110c)의 기생 커패시턴스에 충전된 보정 전압(Vc)는 전위 전압(Vd)에서 기준 전압(Vref)을 뺀 전압이 될 수 있다.
보정 전압(Vc)가 산출되는 경우, 제어부(150)는 제1 와이어(112)로 기준 전압(Vref)을 공급하고 전류 측정부(145)가 측정한 제2 와이어(114)에 흐르는 기준 전류값(Iref)을 입력받을 수 있다.
이때, 제2, 3 와이어(114, 116)은 그라운드(접지)로 잡혀있는 상태이므로, 제2 와이어의 고유 저항값이 제3 와이어(116)의 절연저항값 및 보정 전압(Vc)에 의해 상대적으로 작은 저항값을 가질 수 있어, 전류 측정부(145)는 제2 와이어(114)에 흐르는 기준 전류값(Iref)을 측정할 수 있다.
제어부(150)는 기준 전류값(Iref) 및 기준 전압(Vref)을 기반으로 제1 와이어(112)의 루프 저항값을 산출할 수 있다.
여기서, 상기 루프 저항값은 제1 와이어(112)에서 누수로 접촉된 접점을 기준으로 접점이전 저항값 및 접점이후 저항값을 포함할 수 있다.
즉, 루프 저항값은 하기의 [수학식 2]와 같이 산출될 수 있다.,
Figure pct00002
여기서, Rroof는 루프 저항값, R1은 제1 와이어(112)의 접점이전 저항값, R2는 제1 와이어(112)의 접점이후 저항값, Vref는 기준 전압 및 Iref는 기준 전류값이다.
이후, 제어부(150)는 제1, 3 와이어(112, 114) 사이에 기준 전압(Vref)를 공급하고, 전류 측정부(145)가 측정한 제3 와이어(116)에 흐르는 제1 전류값(I1)을 입력받을 수 있다.
여기서, 제어부(150)는 제1 전류값(I1) 및 보정 전압(Vc)를 기반으로 제1, 3 와이어(112, 116)의 저항값을 산출할 수 있다.
제1, 3 와이어(112, 116)의 저항값은 상술한 접점이전 저항값 및 보온재(110c)의 절연 저항값을 포함할 수 있다.
즉, 제1, 3 와이어(112, 116)의 저항값은 하기의 [수학식 3]과 같이 산출될 수 있다.
Figure pct00003
여기서, Rtol1은 제1, 3 와이어(112, 116)의 저항값이며, R1은 제1 와이어(112)의 접점이전 저항값, Rin은 보온재(110c)의 절연 저항값, Vref는 기준 전압 및 I1는 제1 전류값이다.
이후, 제어부(150)는 제2, 3 와이어(114, 116) 사이에 기준 전압(Vref)을 공급하고 전류 측정부(145)가 측정한 제3 와이어(116)에 흐르는 제2 전류값(I2)을 입력받을 수 있다.
제어부(150)는 제2 전류값(I2) 및 보정 전압(Vc)를 기반을 제2, 3 와이어(114, 116)의 저항값을 산출할 수 있다.
제2, 3 와이어(114, 116)의 저항값은 상술한 접점이후 저항값 및 보온재(110c)의 절연 저항값을 포함할 수 있다.
즉, 제2, 3 와이어(114, 116)의 저항값은 하기의 [수학식 4]과 같이 산출될 수 있다.
Figure pct00004
여기서, Rtol2은 제2, 3 와이어(114, 116)의 저항값이며, R2은 제1 와이어(112)의 접점이후 저항값, Rin은 보온재(110c)의 절연 저항값, Vref는 기준 전압 및 I2는 제2 전류값이다.
최종적으로, 제어부(150)는 [수학식 2] 내지 [수학식 4]를 기반으로 보온재(110c)의 절연 저항값을 산출할 수 있다.
즉, 하기의 [수학식 5]는 [수학식 2] 내지 [수학식 4]을 이용하여 절연 저항값이 산출되는 것을 나타낸다.
Figure pct00005
상술한 바와 같이, 보온재(110c)의 절연 저항값을 산출한 경우, 제어부(150)는 열배관(110)의 누수 위치를 예측할 수 있다.
즉, 제어부(150)는 누수에 의해 제1 와이어(110)에 접촉된 접점이 누수 위치이므로, 상기 누수 위치에서의 누수 전압을 산출할 수 있다.
상기 누수 위치에서의 누수 전압을 산출하는 경우, 제어부(150)는 제1 와이어(112)로 기준 전압(Vref)을 공급하고, 전위 측정부(147)에서 측정한 전위 전압(Vd) 및 보정 전압(Vc)을 더하여 상기 누수 전압을 산출할 수 있다.
그리고, 제어부(150)는 상기 누수 전압과 상기 기준 전압의 비율을 산출하여, 제1 와이어(112)를 기준으로 상기 누수 위치를 예측할 수 있다.
제어부(150)는 상기 누수 위치를 예측하기 위하여, 제2 와이어(114)에 기준 전압(Vref)을 공급하여 상기 누수 전압을 산출할 수 있으며, 이러한 과정을 복수회 반복할 수 있다.
여기서, 상기 누수 위치는 하기의 [수학식 6]과 같이 비율로 예측할 수 있다.
Figure pct00006
여기서, Vw는 누수 전압, Vref는 기준 전압이다.
제어부(150)는 절연저항값 및 누수위치를 포함하는 누수 감지 정보(SF)를 생성하여, 모니터링 장치(120)로 송신되게 통신부(141)을 제어할 수 있다.
도 4는 열배관의 누수 발생시 누수 발생 등가 회로를 나타낸 회로도이고, 도 5 및 도 6은 도 4에 나타낸 누수 발생 등가 회로에서 보정 전압을 산출하는 과정을 나타낸 회로도이다.
도 4(a)는 열배관(110)에 누수가 발생된 도이고, 도 4(b)는 누수 발생 시, 누수 발생 위치를 나타내는 누수 발생 등가 회로를 나타낸다.
도 4를 참조하면, 제1 와이어(112)의 제1, 2 저항(R1, R2)는 열배관(110)의 누수 위치를 나타내는 제1 접점(n1)를 기준으로 나누어질 수 있다.
여기서, 제1 저항(R1)은 도 3에서 상술한 누수에 의해 제1 와이어(112)에 접촉된 접점(n1)의 접점이전 저항값이며, 제2 저항(R2)은 누수에 의해 제1 와이어(112)에 접촉된 접점(n1)의 접점이후 저항값을 나타낸다.
또한, 절연 저항값(Rin) 및 기생 커패시턴스(Cin)는 누수에 의해 보온재(110c)에서 발생된 저항 및 커패시턴스일 수 있다.
제3 와이어(116)의 제2 접점(n2)는 누수 위치를 확인하기 위한 누수 전압(Vo)을 전위 측정부(147)에서 측정할 수 있다.
도 5 및 도 6은 누수에 의해 발생되는 보온재(110c)의 기생 커패시턴스에 충전된 보정 전압(Vc)을 산출하는 과정을 등가회로를 통해 나타낸다.
먼저, 도 5는 누수에 의해 보온재(110c)의 기생 커패시턴스(Cin)에 충전된 전압(V)을 영전압으로 초기화할 수 있다.
이때, 제어부(150)는 전압 공급부(143)에서 기준 전압(Vref)의 공급을 차단하여, 제1 내지 제3 와이어(112, 114, 116)의 전위를 영전압으로 유지하여, 기생 커패시턴스(Cin)에 충전된 전압이 제1 내지 제3 와이어(112, 114, 116)로 방전시킬 수 있다.
즉, 기생 커패시턴스(Cin)에 충전된 전압은 제1 내지 제3 와이어(112, 114, 116) 중 적어도 하나로 방전될 수 있다.
도 6은 기생 커패시턴스(Cin)에 보정 전압(Vc)을 충전시키는 것을 나타낸다.
즉, 제어부(150)는 제1, 2 와이어(112, 114)에 기준 전압(Vref)를 공급하여 제1 접점(n1)이 기준 전압(Vref)이 걸리도록 전압 공급부(143)을 제어할 수 있다.
이때, 제3 와이어(116)는 접지 또는 영전압을 공급함으로써, 기준 전압(Vref)에 해당하는 전류가 흐를 수 있다.
이후, 제어부(150)는 전위 측정부(147)가 제2 접점(n2)에서 측정한 전위 전압(Vd)를 입력받을 수 있다.
제어부(150)는 기준 전압(Vref) 및 전위 전압(Vd)을 기반으로 기생 커패시턴스(Cin)에 충전되는 보정 전압(Vc)를 상술한 [수학식 1]을 통하여 산출할 수 있다.
도 7 내지 도 9는 도 4에 나타낸 누수 발생 등가 회로에서 절연 저항값을 산출하는 과정을 나타낸 회로도이다.
도 7을 참조하면, 제어부(150)는 제1 와이어(112)로 기준 전압(Vref)을 공급할 수 있다. 이때, 제어부(150)는 제2, 3 와이어(114, 116)에 그라운드로 연결시킬 수 있다.
이때, 제어부(150)는 제1 와이어(112)에서 누수로 접촉된 제1 접점(n1)을 기준으로 제1, 2 저항(R1, R2)를 포함하는 루프 저항값(Rroof)을 산출할 수 있다.
즉, 제어부(150)는 전류 측정부(145)에서 측정한 제2 와이어(114)에 흐르는 기준 전류값(Iref)을 기반으로 상술한 [수학식 2]를 통하여 루프 저항값(Rroof)를 산출할 수 있다.
도 8을 참조하면, 제어부(150)는 루프 저항값(Rroof)를 산출한 후, 제1, 3 와이어(112, 116) 사이에 기준 전압(Vref)를 공급하고, 전류 측정부(145)가 측정한 제3 와이어(116)에 흐르는 제1 전류값(I1)을 입력받을 수 있다.
여기서, 제어부(150)는 제1 전류값(I1) 및 보정 전압(Vc)를 기반으로 제1, 3 와이어(112, 116)의 저항값(Rtol1)을 산출할 수 있다.
제1, 3 와이어(112, 116)의 저항값(Rtol1)은 제1 저항(R1) 및 보온재(110c)의 절연 저항값(Rin)을 포함할 수 있다.
즉, 제어부(150)는 제1 전류값(I1)을 기반으로 상술한 [수학식 3]을 통하여 제1, 3 와이어(112, 116)의 저항값(Rtol1)를 산출할 수 있다.
도 9를 참조하면, 제어부(150)는 제2, 3 와이어(114, 116) 사이에 기준 전압(Vref)를 공급하고, 전류 측정부(145)가 측정한 제3 와이어(116)에 흐르는 제2 전류값(I2)을 입력받을 수 있다.
제어부(150)는 제2 전류값(I2) 및 보정 전압(Vc)를 기반을 제2, 3 와이어(114, 116)의 저항값(Rtol2)을 산출할 수 있다.
제2, 3 와이어(114, 116)의 저항값(Rtol2)은 제2 저항(R2) 및 보온재(110c)의 절연 저항값(Rin)을 포함할 수 있다.
즉, 제어부(150)는 제2 전류값(I2)을 기반으로 상술한 [수학식 4]을 통하여 제2, 3 와이어(114, 116)의 저항값(Rtol2)를 산출할 수 있다.
이후, 제어부(150)는[수학식 2] 내지 [수학식 4]를 기반으로 보온재(110c)의 절연 저항값(Rin)을 산출할 수 있다. 즉, 제어부(150)는 상술한 [수학식 5]을 통하여 절연 저항값(Rin)을 산출할 수 있다.
보온재(110c)의 절연 저항값을 산출한 경우, 제어부(150)는 열배관(110)의 누수 위치를 예측할 수 있다.
즉, 제어부(150)는 누수에 의해 제1 와이어(110)에 접촉된 접점이 누수 위치이므로, 상기 누수 위치에서의 누수 전압을 산출할 수 있다.
상기 누수 위치에서의 누수 전압을 산출하는 경우, 제어부(150)는 제1 와이어(112)로 기준 전압(Vref)을 공급하고, 전위 측정부(147)에서 측정한 전위 전압(Vd) 및 보정 전압(Vc)을 더하여 상기 누수 전압을 산출할 수 있다.
그리고, 제어부(150)는 상기 누수 전압과 상기 기준 전압의 비율을 산출하여, 제1 와이어(112)를 기준으로 상기 누수 위치를 예측할 수 있다.
제어부(150)는 상기 누수 위치를 예측하기 위하여, 제2 와이어(114)에 기준 전압(Vref)을 공급하여 상기 누수 전압을 산출할 수 있으며, 이러한 과정을 복수회 반복할 수 있다.
제어부(150)는 절연저항값 및 누수위치를 포함하는 누수 감지 정보(SF)를 생성하여, 모니터링 장치(120)로 송신되게 통신부(141)을 제어할 수 있다.
이상에서 실시 예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시 예에 포함되며, 반드시 하나의 실시 예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시 예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시 예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시 예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시 예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시 예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (15)

  1. 열배관;
    상기 열배관의 상태를 모니터링하는 모니터링 장치; 및
    상기 열배관의 누수 여부를 감지한 누수 감지 정보를 상기 모니터링 장치로 송신하는 누수 감지장치를 포함하는,
    열배관 누수 감지 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 열배관은,
    외관 및 내관 사이에 충진된 보온재 내에 서로 연결된 제1, 2 와이어 및 상기 내관에 연결된 제3 와이어를 포함하는,
    열배관 누수 감지 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 와이어는,
    절연 피복이 소정 간격으로 벗겨진 상태이며,
    상기 제2, 3 와이어는,
    절연 피복이 덮혀진 상태인,
    열배관 누수 감지 시스템.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 누수 감지장치는,
    상기 모니터링 장치와 통신을 수행하는 통신부;
    상기 제1 와이어로 기준 전압을 공급하는 전압 공급부;
    상기 기준 전압이 공급되면, 상기 제2 와이어로 흐르는 제1 진단 전류값 및 상기 제3 와이어로 흐르는 제2 진단 전류값을 측정하는 전류 측정부; 및
    상기 열배관의 누수 여부를 감지하기 위해 설정된 시간에 누수 진단 모드로 동작하여, 상기 기준 전압이 공급되게 상기 전압 공급부를 제어하고, 상기 제1, 2 진단 전류값을 기반으로 상기 열배관의 누수 여부를 감지한 상기 누수 감지 정보가 상기 모니터링 장치로 송신되게 상기 통신부를 제어하는 제어부를 포함하는,
    열배관 누수 감지 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 통신부는,
    상기 모니터링 장치와 무선 통신망을 통하여 상기 누수 감지 정보를 송신하는,
    열배관 누수 감지 시스템.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 진단 전류값이 설정된 제1 기준 전류 범위에 속하지 않거나, 또는 상기 제2 진단 전류값이 설정된 제2 기준 전류 범위에 속하지 않으면, 상기 열배관의 누수로 감지하는,
    열배관 누수 감지 시스템.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 열배관의 누수 위치 및 상기 보온재의 절연저항값을 측정하기 위해, 상기 제3 와이어의 전위 전압을 측정하는 전위 측정부를 더 포함하는,
    열배관 누수 감지 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 열배관의 누수로 감지하는 경우,
    상기 제어부는,
    상기 제1, 2 와이어로 상기 기준 전압을 공급하고, 상기 전위 측정부에서 측정된 상기 전위 전압 및 상기 기준 전압을 기반으로 상기 보온재의 커패시턴스 성분에 충전된 보정 전압을 산출하는,
    열배관 누수 감지 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 보정 전압이 산출된 경우,
    상기 제어부는,
    상기 제1 와이어로 상기 기준 전압을 공급하여 상기 전류 측정부에서 측정한 상기 제3 와이어에 흐르는 제1 전류값, 상기 제2 와이어로 상기 기준 전압을 공급하여 상기 전류 측정부에서 측정한 상기 제3 와이어로 흐르는 제2 전류값 및 상기 보정 전압을 기반으로 상기 보온재의 절연저항값을 산출하는,
    열배관 누수 감지 시스템.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 와이어로 상기 기준 전압을 공급하고, 상기 보정 전압 및 상기 전위 전압을 더하여 상기 열배관의 누수 위치에서의 누수 전압을 산출하는,
    열배관 누수 감지 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 누수 전압 및 상기 기준 전압의 비율을 산출하여, 상기 제1 와이어를 기준으로 상기 누수 위치를 예측하는,
    열배관 누수 감지 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 열배관의 누수 여부 및 상기 누수 위치를 포함하는 상기 누수 감지 정보를 생성하는,
    열배관 누수 감지 시스템.
  13. 제 4 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 진단 전류값이 설정된 제1 기준 전류 범위 및 상기 제2 진단 전류값이 설정된 제2 기준 전류 범위에 속하면, 상기 열배관의 누수가 없는 것으로 감지하는,
    열배관 누수 감지 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 열배관의 누수가 없는 경우,
    상기 제어부는,
    상기 누수 진단 모드를 대기 모드로 전환하는,
    열배관 누수 감지 시스템.
  15. 제 7 항에 있어서,
    상기 전류 측정부, 상기 전원 공급부 및 상기 전위 측정부를 상기 제1 내지 제3 와이어 중 적어도 하나와 전기적으로 연결하는 분기 스위치부를 더 포함하는,
    열배관 누수 감지 시스템.
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