KR20220010349A - 선로 모니터링을 수행하는 스페이서 및 스페이서 댐퍼 - Google Patents

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KR20220010349A
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임윤석
안호성
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한국전력공사
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Abstract

본 발명의 스페이서는, 각 선로 도체를 통과시키는 형태로 선로 도체와 체결되는 2개 이상의 도체 체결부; 상기 2개 이상의 도체 체결부의 간격을 유지시키는 프레임; 상기 도체 체결부에 장착되며, 상기 선로 도체로 흐르는 전류를 센싱하는 전류 센서; 전류 센싱값을 저장하였다가 외부 서버로 전달하는 중계부; 및 상기 중계부로 구동 전력을 공급하는 전원부를 포함할 수 있다.

Description

선로 모니터링을 수행하는 스페이서 및 스페이서 댐퍼{SPACER AND SPACER-DAMPER PERFORMING LINE MONITORING}
본 발명은 선로 도체들간 간격을 유지하면서 선로 모니터링을 수행하는 스페이서에 관한 것으로, 구체적으로는 파지하는 송전선로 도체에 흐르는 전류나 진동을 감지하는 스페이서 또는 스페이서 댐퍼에 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 대상으로 주기적으로 송전선을 점검 및 감시를 수행하며 이 경우 점검 이외의 시기에는 송전선의 고장 및 이상유무를 사전에 파악하기 어렵고 인력에 의한 점검이다보니 상당한 비용이 소요되는 문제점이 있었다. 특히 산악지역, 강, 호수 등을 통과하는 송전선에 대한 모니터링에 상당한 어려움이 따르는 문제점이 있었다.
기존의 오프라인식 점검방법은 도 1에 도시한 바와 같이 지상에서 고배율의 망원경과 카메라 등을 사용하여 해당설비를 육안점검으로 이루어진다. 이러한 점검방법은 접근이 어려운 지역이나 상대적으로 거리가 떨어진 지역은 설비점이 어려운 한계가 있다.
또한, 점검대상 중 일부개소는 열화상 측정장치 등을 활용하여 원격으로 온도측정을 수행하고 있다. 이러한 종래의 방식은 외기온도에 의한 영향으로 정확한 온도변화 전류량을 확인하기 어렵다.
따라서, 종래의 측정방법 및 판정기준은 외부 온도에 다른 대상의 열평형상태를 정확하게 반영하지 못하며 가공송전선의 저항으로 인해 생기는 줄열은 대기의 온도와 풍향풍속으로 이한 대류, 태양광의 복사 등에 영향을 받아 전류가 흐르고 있는 대상의 온도가 외부 기상조건의 변화에 따른 영향을 반영하지 못한다. 또한, 가공송전선의 전류 측정 역시 실제 전선에 흐르는 정확한 전류치를 측정하기 어렵다.
한편, 기존 가공송전선의 정보를 취득하기 위한 감시 방식은 도 2에 도시한 센서를 활용하여 측정 및 모니터링하고 있다. 그런데, 도시한 센서의 전체적인 직경 및 중량이 무거운 단점을 있을 뿐만 아니라 센서를 위한 별도의 설치 공사 및 센싱값 수집 수단이 추가 설치되어야 하는 문제점도 있다.
상기 크기/중량의 단점으로 인해 송전선 설치하기 위해 무거운 하중으로 인하여 탈부착 및 설치에 어려움도 있으며, 또한 Power CT부로 인하여 전체 하중이 무겁고(15kg) 이로인한 이도 처짐이 큰 지점은 설치하기 어려우며 직경이 300mm~ 320mm로 복도체 이상 선로에서 설치하기 어려운 단점도 있다.
대한민국 공개공보 10-2018-0043093호
본 발명은 선로 감시 기능을 가진 스페이서 및 스페이서 댐퍼를 제공하고자 한다.
구체적으로 본 발명은 송전 선로의 외기 온도 및 전류량, 진동을 모니터링할 수 있는 스페이서 및 스페이서 댐퍼를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 스페이서는, 각 선로 도체를 통과시키는 형태로 선로 도체와 체결되는 2개 이상의 도체 체결부; 상기 2개 이상의 도체 체결부의 간격을 유지시키는 프레임; 상기 도체 체결부에 장착되며, 상기 선로 도체로 흐르는 전류를 센싱하는 전류 센서; 전류 센싱값을 저장하였다가 외부 서버로 전달하는 중계부; 및 상기 중계부로 구동 전력을 공급하는 전원부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 중계부는, 사각형 형상의 상기 프레임으로 둘러싸인 공간에 상기 프레임의 내면에 부착될 수 있다.
여기서, 상기 전류 센서는, 선로 도체를 파지하도록 상기 도체 체결부에 형성된 클램프의 전체 또는 일부를 감싸는 형태로 구성될 수 있다.
여기서, 상기 전원부는, 상기 선로 도체에서 방출되는 전자기 유도 에너지로부터 전력을 도출하는 전자기 유도 에너지 하베스터를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 중계부에 장착되며 외기의 온도를 센싱하는 온도 센서를 더 포함하고, 상기 중계부는 온도 센싱값을 저장하였다가 외부 서버로 전달할 수 있다.
여기서, 상기 중계부에 장착되며 진동을 센싱하는 진동 센서를 더 포함하고, 상기 중계부는 진동 센싱값을 저장하였다가 외부 서버로 전달할 수 있다.
여기서, 상기 중계부는, 상기 전류 센서의 센싱 신호를 전압 신호로 변환하는 센싱 회로; 상기 센싱 회로의 전압 신호를 디지털 신호로 변환하는 ADC; 상기 전원부에서 추출되는 교류 전력을 직류로 변환하는 직류 전력 변환 회로; 상기 직류 전력 변환 회로로부터 구동 전원을 인가받아, 상기 ADC로부터의 디지털 전류값을 전달받아, 외부의 서버로 전송하기 위한 통신 패킷을 작성하는 MCU; 및 상기 통신 패킷을 외부 서버로 전송하는 통신 모듈을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 스페이서 댐퍼는, 각 선로 도체를 통과시키는 형태로 선로 도체와 체결되는 2개 이상의 도체 체결부; 상기 2개 이상의 도체 체결부의 간격을 유지시키는 프레임; 상기 프레임과 상기 각 도체 체결부를 연결하며 진동을 흡수하는 댐퍼를 구비하는 댐핑부; 상기 댐핑부에 장착되며, 상기 선로 도체의 진동을 센싱하는 진동 센서; 진동 센싱값을 저장하였다가 외부 서버로 전달하는 중계부; 및 상기 중계부로 구동 전력을 공급하는 전원부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 도체 체결부에 장착되며, 상기 선로 도체로 흐르는 전류를 센싱하는 전류 센서를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 진동 센서는, 상기 도체 체결부의 선로 도체에 대한 클램프와 상기 선로 도체 사이의 압축력에 의해 전기를 발생시키는 압축형 진동 센서일 수 있다.
여기서, 상기 전원부는, 상기 압축형 진동 센서에서 발생된 전기 에너지를 저장할 수 있다.
여기서, 상기 중계부는, 상기 전류 센서의 센싱 신호를 전압 신호로 변환하는 센싱 회로; 상기 센싱 회로의 전압 신호를 디지털 신호로 변환하는 ADC; 상기 전원부에서 추출되는 교류 전력을 직류로 변환하는 직류 전력 변환 회로; 상기 직류 전력 변환 회로로부터 구동 전원을 인가받아, 상기 ADC로부터의 디지털 전류값을 전달받아, 외부의 서버로 전송하기 위한 통신 패킷을 작성하는 MCU; 및 상기 통신 패킷을 외부 서버로 전송하는 통신 모듈을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 댐핑부는, 상기 프레임과 상기 도체 체결부 사이에 위치하며 진동을 흡수하면서 흡수되는 진동을 감지한 신호를 생성하는 스톡브리지댐퍼; 상기 프레임과 상기 도체 체결부 사이에 위치하며 진동을 흡수하면서 상기 스톡브리지댐퍼의 강한 충격을 방지하는 용수철; 상기 스톡브리지댐퍼와 상기 용수철을 둘러싸는 가이드 역할을 수행하는 가이드 프레임; 및 상기 가이드 프레임에 대하여 슬라이딩 이동할 수 있는 슬라이딩 바를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 스톡브리지댐퍼는, 압전 소자로 형성될 수 있으며 이러한 압전소자로 형성될 수 있다.
상술한 구성의 본 발명의 사상에 따른 스페이서 및/또는 스페이서 댐퍼를 실시하면, 기존의 도체들간 접촉을 방지하는 기능과 함께 선로 감시 기능을 수행할 수 있는 이점이 있다. 구체적으로, 송전 선로의 외기 온도 및 전류량, 진동을 모니터링할 수 있다.
본 발명의 스페이서 및/또는 스페이서 댐퍼는, 가공송전로 운영에 필수적인 요소인 전류, 진동, 온도, 이도 및 기울기 등의 데이터를 확보할 수 있으며 이를 통해 송전용량의 효율적인 운용이 가능함으로써 송전선로 고장을 사전에 방지할 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 스페이서 및/또는 스페이서 댐퍼는, 이외에도 전선 등 케이블의 열화나 고장 등의 실시간 모니터링 및 저장기록을 통해 체계적인 데이터 확보로 향후 분석이나 통계적인 수명예측 등의 예방진단 기법에 적용 가능한 이점이 있다.
도 1은 송전 선로에 대한 일반적인 오프라인 점검 방법을 도시한 사진.
도 2는 송전 선로에 대한 종래 기술의 모니터링 센서 장치를 도시한 사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선로 모니터링을 수행하는 스페이서를 도시한 평면도.
도 4a는 도 3의 스페이서에 포함될 수 있는 전류 센서 및 전원부의 일 실시예를 도시한 사시도.
도 4b는 도 3의 스페이서에 포함될 수 있는 전류 센서 및 전원부의 다른 실시예를 도시한 사시도.
도 5는 도 4b에 적용될 수 있는 전류 센서 CT의 일 실시예를 도시한 사진.
도 6는 도 4b에 적용될 수 있는 유도 에너지 하베스터와 잔여 코어의 페어의 일 실시예를 도시한 사진.
도 7은 본 발명의 스페이서에 구비되는 전원부의 전원 공급 과정을 도시한 개념도.
도 8은 본 발명의 스페이서의 중계부에 대한 일 실시예의 세부 구성을 도시한 블록도.
도 9는 본 발명의 사상에 따른 스페이서 댐퍼의 일 실시예를 도시한 평면도.
도 10은 도 9의 스페이서 댐퍼의 도체 체결부의 도체 체결 상태를 도시한 평면도.
도 11은 도 9의 스페이서 댐퍼에 적용될 수 있는 댐핑부의 일 실시예를 도시한 단면도.
본 발명을 설명함에 있어서 제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되지 않을 수 있다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 연결되어 있다거나 접속되어 있다고 언급되는 경우는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해될 수 있다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.
본 명세서에서, 포함하다 또는 구비하다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로서, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해될 수 있다.
또한, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
본 발명에서는 최근 요망되는 안정적인 송전운영을 위해 실시간 감시장치 데이터 확보를 통한 운전상태, 기상조건 등 빅데이터 확보가 목적이며 가공송전 기자재의 열화요인 등 수명 평가를 위한 기초데이터 확보 및 가공송전선의 예방진단을 통한 안정적인 전력공급을 위해 상시 운영 중인 선로의 상태점검을 수행할 수 있는 스페이서(스페이서 댐퍼)를 제안한다.
즉, 기존의 스페이서(스페이서 댐퍼)의 송선 선로 도체들간 간격 유지의 기능과 함께 가공송전선의 정보를 취득하기 위한 감시 기능을 부가한 스페이서(스페이서 댐퍼)를 제안한다. 이에 따라, 별도의 감시 장치로 인한 하중부담없이 기 설치되는 스페이서 또는 스페이서 댐퍼에서 복합적으로 적용됨함으로써 선로 도체에 가해지는 중량 부담을 최소화 할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선로 모니터링을 수행하는 스페이서를 도시한다.
도시한 스페이서는, 각 선로 도체를 통과시키는 형태로 선로 도체와 체결되는 2개 이상의 도체 체결부(300); 상기 2개 이상의 도체 체결부의 간격을 유지시키는 프레임(100); 상기 도체 체결부에 장착되며, 상기 선로 도체로 흐르는 전류를 센싱하는 전류 센서; 전류 센싱값을 저장하였다가 외부 서버로 전달하는 중계부; 및 상기 중계부로 구동 전력을 공급하는 전원부를 포함할 수 있다.
구현에 따라, 상기 전류 센서는, 상기 도체 체결부(300)의 선로 도체에 대한 클램프(310, 320)의 전체 또는 일부를 감싸는 형태로 구성된 CT(240)를 포함할 수 있다. 상기 CT(240)는, 상기 도체 체결부에 장착되며, 상기 도체 체결부가 파지하고 있는 선로 도체로 흐르는 전류를 센싱한다.
구현에 따라, 상기 전원부는, 상기 선로 도체에서 방출되는 전자기 유도 에너지로부터 전력을 도출하는 전자기 유도 에너지 하베스터(260)를 포함할 수 있다.
상기 전원부는 상기 도체 체결부(300)의 선로 도체에 대한 클램프(310, 320)의 전체 또는 일부를 감싸는 형태로 구성된 PT 또는 CT와 유사한 형태의 하베스터로 구현될 수 있다. 상기 PT 또는 CT 유사 하베스터는 도체 체결부가 파지하고 있는 선로 도체로 부터 전력을 추출한다.
도시하지는 않았지만, 상기 전원부는, 상기 추출한 전력을 저장하기 위한 충전지 및/또는 축전지를 구비할 수 있다.
구현에 따라 체결된 선로 도체의 진동을 억제하는 댐핑부를 더 구비할 수 있나, 비용 절감을 위한 구현에서는 생략될 수도 있다. 충분한 댐핑 성능을 가지는 댐핑부를 구비한 경우 스페이서라기 보다는 스페이서 댐퍼라고 볼 수 있는 바, 상기 댐핑부에 대한 구체적인 설명은 스페이서 댐퍼로서 후술하겠다.
구현에 따라, 상기 중계부는, 상기 사각형 프레임(100)으로 둘러싸인 공간에 상기 프레임(100)의 내면에 부착된 형태로 배치될 수 있다. 또는, 상기 프레임(100) 자체의 내부에 긴 형태의 기판으로 배치될 수 있다.
상기 중계부는 기판상에 형성된 전자 회로로 구현될 수 있는데, 상세 예는 후술하겠다.
구현에 따라, 상기 중계부는, 외기의 온도를 센싱하는 온도 센서 및/또는 프레임(100)/체결부(300)에 가해지는 진동을 센싱하는 진동 센서를 구비할 수 있다.
온도 센서를 구비한 중계부는 온도 센싱값을 저장하였다가 외부 서버로 전달하고, 진동 센서를 구비한 중계부는 진동 센싱값을 저장하였다가 외부 서버로 전달할 수 있다.
도시한 스페이서는, 송전 선로에 장착되는 경우, 송전선의 전류량, 전선온도, 전선의 기울기 및 진동에 관한 데이터를 베이스스테이션(중계기)을 하나의 스페이서(댐퍼)에 통합하는 형태로 베이스스테이션은 각 센서로부터 받은 정보를 모니터링 서버에 전송하여 가공 송전선 전반적인 운영정보를 관리할 수 있다. 예컨대, 이러한 베이스스테이션(중계기)은 통신방법을 LTE를 사용하며, 클램프쪽의 전류센서를 활용하여 하베스팅되는 전원을 이용할 수 있다. 한편, 베이스스테이션(중계기)는 전체 스페이서(댐퍼)의 중심부에 부착하여 코로나 및 기타 외기환경으로부터 보호되도록 할 수 있다.
도 4a는 도 3의 스페이서에 포함될 수 있는 전류 센서 및 전원부의 일 실시예를 도시한 사시도이다.
도시한 구조에서 전류 센서는 상기 도체 체결부(300)의 선로 도체에 대한 안쪽 클램프(310)에 반원 곡선 형태의 CT(240)로 구현되었으며, 전원부는 선로 도체에 대한 바깥쪽 클램프(320)에 반원 곡선 형태의 유도 에너지 하베스터(260)로 구현되었다.
구현에 따라 상기 CT(240)의 반원 곡선과 상기 유도 에너지 하베스터(240)의 반원 곡선이 서로 일치하는 원을 이루거나, 서로 어긋나는 형태의 원을 이룰 수 있다. 전자의 경우, 제작 편의성이 높으며 에너지 하베스터 효율이 높은 이점이 있으며, 후자의 경우, 전류 센싱의 정확도가 높은 이점이 있다.
상기 안쪽 클램프(310)와 상기 바깥쪽 클램프(320)는 클램프 힌지(330)에 의해 서로 회동하여, 선로 도체를 원형으로 파지할 수 있다.
도 4b는 도 3의 스페이서에 포함될 수 있는 전류 센서 및 전원부의 다른 실시예를 도시한 사시도이다.
도시한 구조에서 전류 센서는 상기 도체 체결부(300)의 선로 도체에 대한 안쪽 클램프(310)에 반원 곡선 형태의 Power CT(241)로 구현되었으며, 전원부는 선로 도체에 대한 안쪽 클램프(310)에 반원 곡선 형태의 하베스팅 코일이 감긴 코어인 반원 곡선 형태의 유도 에너지 하베스터(241)와, 선로 도체에 대한 바깥쪽 클램프(320)에 상기 유도 에너지 하베스터(241)와 일치하는 원을 형성하는 잔여 코어(251)로 구현되었다.
도시한 구조는 전류 센서는 센싱 신호의 스케일을 낮추기 위해 반원 코어 형태로 구현한 것이며, 전원부는 많은 전력을 추출할 수 있도록 원형 코어 형태로 구현한 것이다.
도 5는 도 4b에 적용될 수 있는 전류 센서 CT(241)의 일 실시예를 도시한다.
도시한 바와 같이 반원 형태 코어에 센싱 코일이 수회 감겨진 형태를 가지며, 도시한 치수는 일 례로서 선로 도체의 직경에 따라 적합한 값을 가질 수 있다. 도시한 전류 센서 CT는 선로 도체를 파지하는 한쌍의 클램프(안쪽/바깥쪽 클램프)의 어느 하나에 장착될 수 있다.
도시한 전류센서 CT는 가공송전선의 전류를 측정하기 위한 목적으로 core를 반원형만 사용하 최소 100A까지 센싱가능한 구조로 설계된 것이며, 이에 따라 코어의 반원형만 사용할 때 출력이 감소하기 때문에 기존 권선수 대비 센싱 범위가 2배 이상 증가한다.
도 6는 도 4b에 적용될 수 있는 유도 에너지 하베스터(241)와 잔여 코어(251)의 페어의 일 실시예를 도시한다.
도시한 바와 같이 유도 에너지 하베스터(241)는 반원 형태 코어에 센싱 코일이 수회 감겨진 형태를 가지며, 잔여 코어(251)는 상기 유도 에너지 하베스터(241)의 코어와 일치하는 원을 이룬다. 상기 잔여 코어(251)는 상기 유도 에너지 하베스터(241)의 코어와 동일한 형태 및 재질을 가질 수 있다.
도시한 유도 에너지 하베스터(241)는 선로 도체를 파지하는 한쌍의 클램프(안쪽/바깥쪽 클램프)의 어느 하나에 장착되고, 잔여 코어(251)는 나머지 하나에 장착되며, 상기 한쌍의 클램프(안쪽/바깥쪽 클램프)가 선로 도체를 파지한 상태에서 상기 유도 에너지 하베스터(241)의 코어와 잔여 코어(251)는 원 형태를 구성할 수 있다.
도시한 유도 에너지 하베스터(241)는 무게를 줄이기 위해 기존의 Power CT부에서 자계유도를 이용한 방식을 적용한 것이다. 전류 센서 CT의 설치를 고려하여 Power CT를 원형으로 제작하지 않고, 반원형태로 제작하여 Core와 Coil, 그리고 Core와 Coil을 절연시켜주는 보빈으로 구성될 수 있다. 즉, 가공 송전선에 탈부착가능한 구조의 클램프 형태의 Power CT를 적용(동작온도: -25℃~85℃, 전류: 100A~1,700A)한 것이다.
도 7은 본 발명의 스페이서에 구비되는 전원부의 전원 공급 과정을 도시한다.
도시한 바와 같이, 송전선의 선로 도체에서 교류 전력 전송에 따른 자기장이 방출되는데, 방출된 자기장은 Power CT에서 자기 유도를 유발하고, 유발된 자기 유도에 의해 Power CT의 코일 양단의 전압 또는 전류는 SMPS 전력 변환 회로로 전력 변환되어, 본 발명의 스페이서의 중계부의 각 디바이스를 위한 전력으로 공급된다.
도 8은 본 발명의 스페이서의 중계부에 대한 일 실시예의 세부 구성을 도시한다.
도시한 중계부(700)는, 기존의 온도 또는 진동 등 한가지의 항목별로 측정하던 방법의 한계를 해결하기 위해서, 가공송전선의 상태점검 및 실시간 빅데이터 취득을 목적으로 하는 실시간 감시 방법을 수행하는 외부 관리 서버로 센싱된 정보들을 전송하기 위한 것이다.
도시한 중계부(700)는, 전류 센서 CT(241)의 센싱 신호를 전압 신호로 변환하는 센싱 회로(710); 상기 센싱 회로(710)의 전압 신호를 디지털 신호로 변환하는 ADC(720); 상기 에너지 하베스터(Power CT)(261)에서 추출되는 교류 전력을 직류로 변환하는 직류 전력 변환 회로(790); 상기 직류 전력 변환 회로(790)로부터 구동 전원을 인가받아, 상기 ADC(720)로부터의 디지털 전류값을 전송받아, 외부의 서버로 전송하기 위한 통신 패킷을 작성하는 MCU(750); 상기 통신 패킷을 외부의 관리 서버(송전 감시 센터)로 전송하는 통신 모듈(760); 및 상기 통신 모듈(760)을 위해 전파를 송수신하는 안테나(780)를 포함할 수 있다.
구현에 따라, 도시한 중계부(700)는, 선로 도체 및/또는 스페이서의 의 진동을 감지하기 위한 진동 센싱부(730); 및/또는 외기의 온도를 감지하기 위한 온도 센싱부(740)를 더 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 MCU(750)는 상기 통신 패킷을 작성함에 있어서, 상기 진동 센싱부(730)로부터 전달받은 진동 정보 및 상기 온도 센싱부(740)로부터 전달받은 온도 정보를 상기 통신 패킷에 기재할 수 있다.
외부 잡음을 방지하기 위해, 도시한 바와 같이 상기 센싱 회로(710) 및 상기 직류 전력 변환 회로(790)는 별도의 차폐케이스에 내장할 수 있다.
예컨대, 상기 통신 모듈(760)은 저전력 장거리 무선통신 방식의 LoRa Tx 모듈로 구현되며, 상기 안테나(780)는 패치 안테나로 구현될 수 있다.
예컨대, 도시한 진동 센싱부(730)는 스페이서에 가해지는 가속도를 감지하는 가속도 센서와, 스페이서에 가해지는 각속도를 감지하는 각속도 센서를 포함할 수 있다. 이러한 구성은, 소형 가속도 센서와 각속도 센서가 각각 별도로 제작/판매되는 것을 반영한 것이다. 보다 구체적으로, 상기 진동 센싱부(730)는, 이도(각속도) ±180도 범위를 가지는 각속도 센서 소자와, 진동(기울기) : ±2mm를 감지하는 가속도 센서 소자로 적용될 수 있다.
예컨대, 도시한 온도 센싱부(740)는 반도체 온도 센서와, 상기 반도체 온도 센서의 출력값으로부터 온도를 계산하는 온도계산 프로세서를 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 반도체 온도 센서는 온도 범위 -30 ~ 300℃인 비접촉식 온도 센서 소자로 적용될 수 있다.
예컨대, 상기 MCU(750)는 각종 센서들를 통해서 선로 도체의 전류, 온도, 이도, 진동에 대한 측정값을 수신하여, 해당 시간 영역의 실시간 DB를 구축하는 방식으로 저장할 수 있다.
예컨대, 상기 직류 전력 변환 회로(790)는 Power CT부를 통해 최소 5V의 전압출력을 통해 전류 센서 등 각종 센서 모듈들에 공급할 수 있다.
도시한 중계부는 데이터 중계 모듈 역활(가공 송전선 DB 구축 및 센서들로 전달받은 DB 모니터링)을 수행하는 일종의 베이스스테이션으로 볼 수 있다.
예컨대, 상기 전류 센서 CT(241)는 최소동작전류 100A, 100~1,700A, CT를 이용한 자가 전원이 가능한 형태로 적용될 수 있다.
도 9는 본 발명의 사상에 따른 스페이서 댐퍼의 일 실시예를 도시한다.
도시한 스페이서 댐퍼는, 각 선로 도체를 통과시키는 형태로 선로 도체와 체결되는 2개 이상의 도체 체결부(300); 상기 2개 이상의 도체 체결부의 간격을 유지시키는 프레임(100); 상기 프레임(100)과 상기 각 도체 체결부(300)를 연결하며 진동을 흡수하는 댐퍼를 구비하는 댐핑부(500); 상기 댐핑부(500)에 장착되며, 상기 선로 도체의 진동을 센싱하는 진동 센서; 진동 센싱값을 저장하였다가 외부 서버로 전달하는 중계부(700); 및 상기 중계부로 구동 전력을 공급하는 전원부를 포함할 수 있다.
도 9에 도시한 스페이서 댐퍼는 도 3에 도시한 스페이서 대비 선로 도체 및/또는 상기 프레임(100)의 진동을 흡수하는 댐퍼를 구비하는 댐핑부(500)를 명확히 구비함에 차이가 존재한다. 다른 주요 구성요소들은 도체 체결부(300), 프레임(100), 중계부(700) 및 전원부는 도 3의 스페이서의 경우와 거의 동일하므로, 중복되는 설명은 생략하겠다.
상기 댐핑부(500)는 도시한 바와 같이 사각형 프레임(100)의 모서리와 상기 파지부(300) 사이에서 양자를 매개하여 연결될 수 있다.
도시한 중계부(700)는 베이스스테이션 함체로서, 상기 사각형 프레임(100)으로 둘러싸인 공간에 상기 사각형 프레임(100)의 아래쪽 변의 내면 상에 부착된 형태로 배치된다. 이는, 부착 용이성 및 부착 상태 유지의 내구성을 확보하기 위함이다. 한편 진동 센서, 온도 센서 등 각종 센서가 들어있는 환경센서 함체는 상기 베이스스테이션 함체의 상부에 부착되어, 상기 사각형 프레임(100)으로 둘러싸인 공간의 중심점에 최대한 가깝게 배치한다. 이는 센싱 신호가 선로 도체에서 발생되는 코로나 등의 영향을 받는 것을 최소화하기 위함이다.
도시한 스페이서 댐퍼에서, 코로나 방지를 위해 대부분의 센서들은(전류, 진동, 기울기) 전선을 파지하는 위치에 설치되며, 각각의 센서별 DB를 취득 가능하다. 또한, 베이스스테이션(특히, 환경센서)은 스페이서 댐퍼 정중앙 가까이에 위치시킴으로써 코로나 현상 방지함으로써 내부모듈을 고전압으로부터 보호가능하다.
도 10은 도 9의 스페이서 댐퍼의 도체 체결부(300)의 도체 체결 상태를 도시한다. 도시한 바와 같이, 도체 체결부(300)는 힌지로 연결된 2개의 클램프를 이용하여 선로 도체(40)를 파지할 수 있으며, 도체 체결부(300)와 프레임(100) 사이에 댐핑부(500)가 위치하여, 상기 선로 도체(40)에서 유발된 진동도 완화할 수 있다.
도 11은 도 9의 스페이서 댐퍼에 적용될 수 있는 댐핑부(500)의 일 실시예를 도시한다.
도시한 댐핑부(500)는, 상기 프레임과 상기 도체 체결부 사이에 위치하며 진동을 흡수하면서 흡수되는 진동을 감지한 신호를 생성하는 스톡브리지댐퍼(520); 상기 프레임과 상기 도체 체결부 사이에 위치하며 진동을 흡수하면서 상기 스톡브리지댐퍼(520)로의 강한 충격을 방지하는 용수철(540); 상기 스톡브리지댐퍼(520)와 상기 용수철(540)을 둘러싸는 가이드 역할을 수행하는 가이드 프레임(510); 및 상기 가이드 프레임(510)에 대하여 슬라이딩 이동할 수 있는 슬라이딩 바(560)를 포함할 수 있다.
상기 스톡브리지댐퍼(520)는 압전(피에조) 소자와 같이 진동 등 기계적 에너지를 전기를 생성하는 소자로 구현되어, 진동 흡수와 함께 흡수된 진동 정도를 판단할 수 있는 전기적 신호(진동 센싱 신호)를 생성할 수 있다. 예컨대, 도시한 바와 같이, 상기 스톡브리지댐퍼(520)의 양단에 전압 센서(VS)를 구비하여, 상기 진동 센싱 신호를 생성할 수 있다.
한편, 상기 스톡브리지댐퍼(520)의 압축시 생성되는 전기 에너지를 스페이서 댐퍼의 구동을 위한 전원으로 이용할 수도 있다. 이 경우, 상기 스톡브리지댐퍼(520)는, 상기 도체 체결부의 선로 도체에 대한 클램프와 상기 선로 도체 사이의 압축력에 의해 전기를 발생시키는 압축형 진동 센서로 볼 수 있으며, 상기 전원부는, 상기 압축형 진동 센서에서 발생된 전기 에너지를 저장할 수 있다.
압전 소자로 이루어진 상기 스톡브리지댐퍼(520)는 완충과 함께 진동 신호를 센싱할 수 있지만, 완충 거리가 비교적 짧아서 진폭이 크고 강한 진동시 충분히 완충하지 못할 뿐만 아니라 상기 스톡브리지댐퍼(520) 자체가 파손될 수 있다. 이러한 단점을 극복하기 위해, 상기 스톡브리지댐퍼(520)와 직렬로 용수철(압축스프링)(540)을 구비하여 진폭이 큰 진동을 흡수하고, 강한 진동으로 인한 상기 스톡브리지댐퍼(520)의 파손을 방지할 수 있다.
도시한 바와 같이, 상기 가이드 프레임(510)은 그 내부에 상기 직렬 연결된 스톡브리지댐퍼(520) 및 용수철(540)을 실장하며, 내부로 슬라이딩되는 상기 슬라이딩 바(560)의 일부도 실장한다.
상기 가이드 프레임(510)에는 상기 스톡브리지댐퍼(520) 및 용수철(540)의 이탈을 방지하기 위한 이탈방지턱(514, 516)이 형성되며, 상기 슬라이딩 바(560)에도 상기 가이드 프레임(510)으로부터의 이탈을 방지하는 이탈방지턱(562)이 형성될 수 있다.
상기 슬라이딩 바(560)는 스페이서 댐퍼의 도체 체결부에 연결되며, 상기 가이드 프레임(510)의 상기 슬라이딩 바(560) 맞은 편 일단(512)은 스페이서 댐퍼의 사각형 프레임의 모서리에 연결될 수 있다.
도시한 스톡브리지댐퍼(520)에 의한 진동 센서는 선로 도체에서 발생하는 갤로핑 및 또는 풍속에 의한 미풍진동을 측정하기 위한 목적을 달성하며, 진동 센서는 도체를 파지하는 클램프와 프레임 사이의 압축형 진동 센서로서, 선로 도체의 진동을 측정가능하며, 또한, 이러한 진동센서를 통해 부족한 전원을 추가로 공급가능하다. 즉, 도시한 진동 센서는 하베스팅 외 추가적으로 스톡브리지댐퍼의 역할도 가능하며 선로 도체의 미풍 진동을 방지하는 역할도 수행한다.
본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
40 : 선로 도체
100 : 프레임
240, 241 : CT
260, 260 : 에너지 하베스터
300 : 도체 체결부
310 : 안쪽 클램프
320 : 바깥쪽 클램프
500 : 댐핑부
700 : 중계부

Claims (14)

  1. 각 선로 도체를 통과시키는 형태로 선로 도체와 체결되는 2개 이상의 도체 체결부;
    상기 2개 이상의 도체 체결부의 간격을 유지시키는 프레임;
    상기 도체 체결부에 장착되며, 상기 선로 도체로 흐르는 전류를 센싱하는 전류 센서;
    전류 센싱값을 저장하였다가 외부 서버로 전달하는 중계부; 및
    상기 중계부로 구동 전력을 공급하는 전원부
    를 포함하는 스페이서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 중계부는,
    사각형 형상의 상기 프레임으로 둘러싸인 공간에 상기 프레임의 내면에 부착된 스페이서.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전류 센서는,
    선로 도체를 파지하도록 상기 도체 체결부에 형성된 클램프의 전체 또는 일부를 감싸는 형태로 구성된 CT를 포함하는 스페이서.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전원부는,
    상기 선로 도체에서 방출되는 전자기 유도 에너지로부터 전력을 도출하는 전자기 유도 에너지 하베스터를 포함하는 스페이서.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 중계부에 장착되며 외기의 온도를 센싱하는 온도 센서를 더 포함하고,
    상기 중계부는 온도 센싱값을 저장하였다가 외부 서버로 전달하는 스페이서.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 중계부에 장착되며 진동을 센싱하는 진동 센서를 더 포함하고,
    상기 중계부는 진동 센싱값을 저장하였다가 외부 서버로 전달하는 스페이서.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 중계부는,
    상기 전류 센서의 센싱 신호를 전압 신호로 변환하는 센싱 회로;
    상기 센싱 회로의 전압 신호를 디지털 신호로 변환하는 ADC;
    상기 전원부에서 추출되는 교류 전력을 직류로 변환하는 직류 전력 변환 회로;
    상기 직류 전력 변환 회로로부터 구동 전원을 인가받아, 상기 ADC로부터의 디지털 전류값을 전달받아, 외부의 서버로 전송하기 위한 통신 패킷을 작성하는 MCU; 및
    상기 통신 패킷을 외부 서버로 전송하는 통신 모듈
    을 포함하는 스페이서.
  8. 각 선로 도체를 통과시키는 형태로 선로 도체와 체결되는 2개 이상의 도체 체결부;
    상기 2개 이상의 도체 체결부의 간격을 유지시키는 프레임;
    상기 프레임과 상기 각 도체 체결부를 연결하며 진동을 흡수하는 댐퍼를 구비하는 댐핑부;
    상기 댐핑부에 장착되며, 상기 선로 도체의 진동을 센싱하는 진동 센서;
    진동 센싱값을 저장하였다가 외부 서버로 전달하는 중계부; 및
    상기 중계부로 구동 전력을 공급하는 전원부
    를 포함하는 스페이서 댐퍼.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 도체 체결부에 장착되며, 상기 선로 도체로 흐르는 전류를 센싱하는 전류 센서
    를 더 포함하는 스페이서 댐퍼.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 진동 센서는,
    상기 도체 체결부의 선로 도체에 대한 클램프와 상기 선로 도체 사이의 압축력에 의해 전기를 발생시키는 압축형 진동 센서인 스페이서 댐퍼.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 전원부는, 상기 압축형 진동 센서에서 발생된 전기 에너지를 저장하는 스페이서 댐퍼.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 중계부는,
    상기 전류 센서의 센싱 신호를 전압 신호로 변환하는 센싱 회로;
    상기 센싱 회로의 전압 신호를 디지털 신호로 변환하는 ADC;
    상기 전원부에서 추출되는 교류 전력을 직류로 변환하는 직류 전력 변환 회로;
    상기 직류 전력 변환 회로로부터 구동 전원을 인가받아, 상기 ADC로부터의 디지털 전류값을 전달받아, 외부의 서버로 전송하기 위한 통신 패킷을 작성하는 MCU; 및
    상기 통신 패킷을 외부 서버로 전송하는 통신 모듈
    을 포함하는 스페이서 댐퍼.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 댐핑부는,
    상기 프레임과 상기 도체 체결부 사이에 위치하며 진동을 흡수하면서 흡수되는 진동을 감지한 신호를 생성하는 스톡브리지댐퍼;
    상기 프레임과 상기 도체 체결부 사이에 위치하며 진동을 흡수하면서 상기 스톡브리지댐퍼로의 강한 충격을 방지하는 용수철;
    상기 스톡브리지댐퍼와 상기 용수철을 둘러싸는 가이드 역할을 수행하는 가이드 프레임; 및
    상기 가이드 프레임에 대하여 슬라이딩 이동할 수 있는 슬라이딩 바
    를 포함하는 스페이서 댐퍼.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 스톡브리지댐퍼는,
    압전 소자로 형성된 스페이서 댐퍼.


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