KR20240012273A - 쌍극자 피뢰 장치 및 이를 이용한 낙뢰 모니터링 방법 - Google Patents

쌍극자 피뢰 장치 및 이를 이용한 낙뢰 모니터링 방법 Download PDF

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Abstract

쌍극자 피뢰 장치 및 이를 이용한 낙뢰 모니터링 방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 쌍극자 피뢰 장치 및 이를 이용한 낙뢰 모니터링 방법은 하나 이상의 프로세서들, 및 상기 하나 이상의 프로세서들에 의해 실행되는 하나 이상의 프로그램들을 저장하는 메모리를 구비한 컴퓨팅 장치에서 수행되는 쌍극자 피뢰 장치를 이용한 낙뢰 모니터링 방법으로서, 관리 서버에서, 쌍극자 피뢰 장치로부터 전압 데이터를 수신하는 단계, 관리 서버에서, 상기 수신한 전압 데이터를 분석하여 상기 낙뢰 위험도를 판단하는 단계 및 관리 서버에서, 상기 분석된 결과를 디스플레이부를 통하여 사용자에게 제공하는 단계를 포함한다.

Description

쌍극자 피뢰 장치 및 이를 이용한 낙뢰 모니터링 방법{BIPOLAR CONVENTIONAL AIR TERMINAL AND LIGHTNING MONITORING METHOD USING THE SAME}
본 발명의 실시 예는 낙뢰 모니터링 기술과 관련된다.
낙뢰란 구름과 대지 사이에서 발생하는 방전현상을 말한다. 최근에는 지구온난화에 의한 영향으로 낙뢰의 발생빈도가 증가하는 추세이며 낙뢰에 수반되는 뇌격 전류의 강도 또한 강해지고 있다.
낙뢰는 인적, 물적으로 심각한 피해를 초래할 수 있다. 과거 피뢰침이 개발되지 않았던 시절에는 도시의 화약을 저장해 놓은 시설에 낙뢰가 발생하여 수많은 사람이 목숨을 잃은 사건도 존재한다. 낙뢰가 발생했을 때 직접 낙뢰에 맞은 사람뿐 아니라 주변에 있는 사람에게도 전기가 흘러 목숨을 잃는 경우도 발생하곤 한다.
피뢰침은 끝이 뾰족한 금속 막대기로, 번개, 낙뢰로 인한 건물의 화제, 파손, 인명피해를 줄이고자 높은 건물이나 전신주 등에 설치된다.
최근에는 높은 건물에 피뢰침을 설치하여 낙뢰 사고를 획기적으로 줄일 수 있게 되었다. 하지만, 피뢰침이 존재한다고 하더라도 낙뢰가 발생하는 순간 낙뢰 발생 장소에서는 고압의 전류가 흐르게 되므로 인명 피해가 발생하는 것을 완전히 차단하는 것은 어려움이 있다.
따라서, 낙뢰가 발생할 위험이 있는 지역을 알려주는 경보 시스템에 대한 연구가 진행되고 있으며, 특히 벼락이 떨어질 가능성이 높은 위치를 주변 사람들에게 알려주어 위험 지역에서 벗어날 수 있게 하는 방안이 연구되고 있다.
등록특허공보 제10-1696748호 (2017.10.06)
본 발명의 실시예들은 뇌운의 접근에 따른 낙뢰 위험도를 모니터링하기 위한 쌍극자 피뢰 장치를 이용한 낙뢰 모니터링 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 예시적인 실시예에 따르면, 낙뢰로부터 보호하기 위한 객체의 상단부에 설치되어 대지 전하가 대전되는 로드부재, 뇌운에 의하여 대지 전하와 반대되는 극성을 가진 전하가 대전되는 대전관 및 상기 대전관에 결합되어 뇌운에 의하여 상기 대전관에 대전되는 전기적 에너지에 따라 발생하는 진동을 측정하는 센서부를 포함하는 쌍극자 피뢰 장치가 제공된다.
상기 쌍극자 피뢰 장치는 상기 로드부재의 길이방향을 따라 적어도 2개 이상 설치되는 애자, 이웃하는 상기 애자들 사이에 설치되어 상기 로드부재와 전기적으로 절연되고, 대지 전하와 반대되는 구성이 대전되는 대전판 및 상기 로드부재의 상단에 결합되어 상기 낙뢰를 유도하는 로드 캡을 더 포함하고, 상기 대전관은, 상기 대전판 및 애자 사이에 설치되고, 상기 대전판과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 센서부는 상기 뇌운에 의하여 공간 전하가 대전되는 상기 대전관 및 상기 공간 전하와 상반된 극성인 대지 전하가 대전되는 상기 로드 부재 간의 대전 전압이 상승하면서 발생하는 코로나 방전(corona discharge)에 따라 상기 대전관에 발생하는 진동을 측정하여 진동 신호를 생성하고, 상기 생성된 진동 신호를 전압 신호로 변환할 수 있다.
상기 쌍극자 피뢰 장치는 상기 전압 신호를 아날로그 데이터로 획득하고, 상기 아날로그 데이터를 디지털 데이터로 변환하고, 상기 디지털 데이터를 전압 데이터로 출력하는 검출 회로; 및 상기 전압 데이터를 외부로 전송하는 통신부를 더 포함할 수 있다.
상기 쌍극자 피뢰 장치는 상기 변환된 전압 데이터를 분석하여 상기 낙뢰 위험도를 판단하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 대전관은, 중심으로 상기 로드 부재가 위치될 수 있도록 중공이 구비된 관형으로 이루어질 수 있다.
상기 센서부는 상기 대전관을 둘러싸는 관형으로 이루어지고, 상기 대전관의 진동에 기초하여 전압 신호를 출력하는 압전 소자 센서를 포함할 수 있다.
상기 센서부는, 상기 대전관의 외부에 돌출된 복수의 체결돌기와 결합하고, 상기 대전관으로부터 상기 대전관의 진동을 수신하여 상기 압전 소자 센서로 전달하는 수용부; 및 상기 압전 소자 센서를 둘러싸고, 상기 압전 소자 센서의 변형에 따라 탄력적으로 상기 압전 소자 센서를 지지하는 지지부를 구비하고, 절연물질로 이루어진 하우징을 더 포함할 수 있다.
상기 복수의 체결돌기는, 상기 대전관의 스위치의 조작 위치에 따라 상기 대전관의 내부에서 외부로 돌출될 수 있다.
상기 센서부는, 상기 대전관과 상기 로드부재에 대전되는 전하의 극성을 감지하여 뇌운의 접근을 감지하고, 상기 압전 소자 센서에서 획득된 상기 전압 신호를 낙뢰 위험도를 판단하는 데에 이용되는 전압 데이터를 출력하는 검출 회로로 전달할 수 있다.
본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따르면, 낙뢰로부터 보호하기 위한 객체의 상단부에 설치되어 대지 전하가 대전되는 로드부재, 뇌운에 의하여 대지 전하와 반대되는 극성을 가진 전하가 대전되는 대전관 및 상기 로드부재 및 상기 대전관 사이에서 전기적으로 연결되어 뇌운에 의하여 상기 대전관에 대전되는 전기적 에너지에 의하여 진동 신호를 생성하는 센서부를 포함하는 쌍극자 피뢰 장치가 제공된다.
상기 쌍극자 피뢰 장치는 상기 로드부재의 길이방향을 따라 적어도 2개 이상 설치되는 애자, 이웃하는 상기 애자들 사이에 설치되어 상기 로드부재와 전기적으로 절연되고, 대지 전하와 반대되는 구성이 대전되는 대전판 및 상기 로드부재의 상단에 결합되어 상기 낙뢰를 유도하는 로드 캡을 더 포함하고, 상기 대전관은, 상기 대전판 및 애자 사이에 설치되고, 상기 대전판과 전기적으로 연결되는 쌍극자 피뢰 장치가 제공된다.
상기 센서부는 상기 로드부재 및 상기 대전관에 대하여 전기적인 접촉 상태를 유지하며 진동 신호를 생성하는 제1 센서 및 상기 제1 센서에서 생성된 진동 신호를 측정하고, 상기 측정한 진동 신호를 전압 신호로 변환하는 제2 센서를 포함할 수 있다.
상기 쌍극자 피뢰 장치는 상기 전압 신호를 아날로그 데이터로 획득하고, 상기 아날로그 데이터를 디지털 데이터로 변환하고, 상기 디지털 데이터를 전압 데이터로 출력하는 검출 회로; 및 상기 전압 데이터를 외부로 전송하는 통신부를 더 포함할 수 있다.
상기 쌍극자 피뢰 장치는 상기 변환된 전압 데이터를 분석하여 상기 낙뢰 위험도를 판단하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 센서 및 제2 센서는 디스크형으로 이루어진 압전 소자 센서로서, 상호 결합된 상태일 수 있다.
상기 제1 센서는 상기 로드부재와 접촉되는 제1 단자편, 상기 제1 단자편과 상기 제1 센서를 전기적으로 연결하는 제1 전선, 상기 대전관과 접촉되는 제2 단자편 및 상기 제2 단자편과 상기 제1 센서를 전기적으로 연결하는 제2 전선을 더 포함할 수 있다.
상기 제1 센서는, 상기 제1 단자편 및 상기 제2 단자편에 기초하여, 상기 로드부재와 상기 대전관에 대전되는 전하의 극성을 감지하여 뇌운의 접근을 감지하고, 상기 진동 신호가 상기 제2 센서로 전달하고, 상기 제2 센서는 상기 진동 신호를 전압 신호로 변환하고, 상기 쌍극자 피뢰 장치는, 상기 전압 신호를 아날로그 데이터로 획득하고, 상기 아날로그 데이터를 디지털 데이터로 변환하고, 상기 디지털 데이터를 전압 데이터로 출력하는 검출 회로 및 상기 전압 데이터를 외부로 전송하는 통신부를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 센서는 상기 뇌운에 의하여 공간 전하가 대전되는 상기 대전관 및 상기 공간 전하와 상반된 극성인 대지 전하가 대전되는 상기 로드 부재에 대하여 각각 전기적인 접촉 상태를 유지하는 제1 단자편 및 제2 단자편에 의하여 상기 진동 신호를 생성할 수 있다.
본 발명의 또 다른 예시적인 실시예에 따르면, 하나 이상의 프로세서들, 및 상기 하나 이상의 프로세서들에 의해 실행되는 하나 이상의 프로그램들을 저장하는 메모리를 구비한 컴퓨팅 장치에서 수행되는 쌍극자 피뢰 장치를 이용한 낙뢰 모니터링 방법으로서, 관리 서버에서, 쌍극자 피뢰 장치로부터 전압 데이터를 수신하는 단계, 관리 서버에서, 상기 수신한 전압 데이터를 분석하여 상기 낙뢰 위험도를 판단하는 단계 및 관리 서버에서, 상기 분석된 결과를 디스플레이부를 통하여 사용자에게 제공하는 단계를 포함하는 쌍극자 피뢰 장치를 이용한 낙뢰 모니터링 방법이 제공된다.
상기 낙뢰 위험도를 판단하는 단계는 상기 쌍극자 피뢰 장치로부터 전압 데이터를 수신하면, 낙뢰 주의 단계로 판단하는 단계, 상기 낙뢰 주의 단계가 지속되면서 상기 전압 데이터가 기 설정된 경계 기준 값 이하로 발생 주기가 작아지거나, 상기 기 설정된 경계 기준 값 이상으로 전압 크기가 상승하는 경우, 낙뢰 경계 단계로 판단하는 단계 및 상기 낙뢰 경계 단계가 지속되면서 상기 전압 데이터가 기 설정된 위험 기준 값 이하로 발생 주기가 작아지거나, 상기 기 설정된 위험 기준 값 이상으로 전압 크기가 상승하는 경우, 낙뢰 위험 단계로 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예들에 따르면, 쌍극자 피뢰 장치를 통하여 뇌운에 의하여 발생하는 진동을 대전관에 설치된 압전 소자 센서를 이용하여 측정함으로써, 유도 전압의 크기에 따른 센서의 고장을 방지할 수 있으며, 뇌운의 크기를 분석하기 위한 데이터를 정확하게 획득할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예들에 따르면, 뇌운에 의하여 발생하는 유도 전압을 이용하여 제1 압전 소자 센서에서 진동 신호를 생성하고, 제1 압전 소자 센서에서 생성된 진동 신호를 제2 압전 소자 센서에서 측정함으로써, 뇌운의 크기를 분석하기 위한 데이터를 정확하게 획득할 수 있으며, 외부 환경에 의한 센서부를 보호할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 쌍극자 피뢰 장치를 이용한 낙뢰 모니터링 시스템을 설명하기 위한 구성도
도 2a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 쌍극자 피뢰 장치를 나타낸 단면도
도 2b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 쌍극자 피뢰 장치의 대전관에 결합된 센서부를 나타낸 단면도
도 2c는 센서부와 연결된 검출 회로를 설명하기 위한 도면
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 쌍극자 피뢰 장치를 나타낸 단면도
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 관리 서버를 나타낸 블록도
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 쌍극자 피뢰 장치에 의하여 측정된 전압 데이터를 나타낸 도면
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 쌍극자 피뢰 장치를 이용한 낙뢰 모니터링 방법을 설명하기 위한 흐름도
도 8은 예시적인 실시예들에서 사용되기에 적합한 컴퓨팅 장치를 포함하는 컴퓨팅 환경을 예시하여 설명하기 위한 블록도
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 이하의 상세한 설명은 본 명세서에서 기술된 방법, 장치 및/또는 시스템에 대한 포괄적인 이해를 돕기 위해 제공된다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 본 발명의 실시예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적이어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하도록 해석되어서는 안 된다.
한편, 본 발명의 실시예는 본 명세서에서 기술한 방법들을 컴퓨터상에서 수행하기 위한 프로그램, 및 상기 프로그램을 포함하는 컴퓨터 판독 가능 기록매체를 포함할 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 기록매체는 프로그램 명령, 로컬 데이터 파일, 로컬 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나, 또는 컴퓨터 소프트웨어 분야에서 통상적으로 사용 가능한 것일 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM, DVD와 같은 광 기록 매체, 및 롬, 램, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 상기 프로그램의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 쌍극자 피뢰 장치를 이용한 낙뢰 모니터링 시스템을 설명하기 위한 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 쌍극자 피뢰 장치를 이용한 낙뢰 모니터링 시스템(100)은 쌍극자 피뢰 장치(210) 및 관리 서버(300)를 포함할 수 있다.
쌍극자 피뢰 장치(210) 및 관리 서버(300)는 서로 통신 네트워크를 사용하여 연결됨에 따라, 통신가능할 수 있다.
몇몇 실시 예들에서, 통신 네트워크는 Wi-Fi, 인터넷, 하나 이상의 로컬 영역 네트워크(local area networks), 광역 네트워크(wire area networks), 셀룰러 네트워크, 모바일 네트워크, 그 밖에 다른 종류의 네트워크들, 또는 이러한 네트워크들의 조합을 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 쌍극자 피뢰 장치를 이용한 낙뢰 모니터링 시스템(100)은 기 설치된 스마트 폴(200)에 적용될 수 있으며, 스마트 폴(200)을 낙뢰로부터 보호하기 위하여 스마트 폴(200)의 상단에 쌍극자 피뢰 장치(210)가 설치될 수 있다. 한편, 본 발명에서는 쌍극자 피뢰 장치(210)가 스마트 폴(200)의 상단에 설치되는 것으로 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 낙뢰로부터 보호하기 위한 객체, 기둥, 건물 등의 상단에 설치될 수 있다.
최근에는 사물 인터넷(IoT : Internet of Things), 사이버 물리 시스템(CPS : Cyber Physical Systems), 빅데이터 솔루션 등 최신 정보통신기술(ICT)을 적용한 스마트 플랫폼을 구축하여 도시의 인프라를 효율적으로 운영 및 관리하고, 아울러 공공 데이터를 수집 및 활용하여 환경, 교통, 에너지 등 다양한 도시 문제를 해결하고 시민에게 안전하고 윤택한 삶을 제공하는 스마트 도시의 하위 개념인 이른바 스마트 빌리지가 확산되고 있다. 이러한 스마트 빌리지의 기반 설비 중 하나로 스마트 폴이 있으며, 스마트 폴(smart pole)은 가로등과 같은 기둥 모양의 도로시설물에 사물 인터넷(IoT) 및 정보통신기술(ICT)을 접목해 본연의 기능 외에도 방범용 보안등을 비롯하여 CCTV, 스피커, 대기질 관측, 신호등, 비상벨(emergency call) 등과 같은 다양한 기능을 구축하여 안전하고 쾌적한 도시 및 주거환경과 첨단 서비스를 제공할 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 폴(200)은 이러한 기 공지된 기술을 이용할 수 있다. 스마트 폴(200)의 상세 구성은 해당 기술 분야에서 널리 알려져 있으며, 스마트 폴(200)의 목적에 따라 다양한 기능을 구축할 수 있는 바 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
스마트 폴(200)(smart pole)은 지면에 일정한 높이로 세워지는 다양한 최첨단 기능을 탑재한 기둥일 수 있으며, 스마트 폴(200)은 관리 서버(300)와 네트워크를 통하여 연결되는 통신부(220)를 포함할 수 있다.
통신부(220)는 쌍극자 피뢰 장치(210)로부터 획득한 낙뢰 정보를 관리 서버(300)로 전송할 수 있다. 한편, 통신부(220)는 쌍극자 피뢰 장치에 포함될 수도 있다.
도 2a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 쌍극자 피뢰 장치를 나타낸 단면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 쌍극자 피뢰 장치(210)는 대지 전하가 대전되는 로드부재(211)와, 상기 로드부재(211)의 길이방향을 따라 적어도 2개 이상 설치되는 애자(212a, 212b)와, 이웃하는 상기 애자들(212a, 212b) 사이에 설치되며 상기 로드부재(211)와 전기적으로 절연되고 대지 전하와 반대되는 극성이 대전되는 대전판(213)과, 상기 대전판(213)과 애자(212b) 사이에 설치되고 상기 대전판(213)과 전기적으로 연결되며 대지 전하와 반대되는 극성을 가진 전하가 대전되는 대전관(214)과, 상기 로드부재(211)의 상단에 결합되어 낙뢰를 유도하는 로드 캡(215)과, 뇌운에 의하여 상기 대전관에 대전되는 전기적 에너지에 따라 발생하는 진동을 측정하는 센서부(216)를 포함할 수 있다.
로드부재(211)는 스마트 폴(200)의 상단에 결합되어 수직하게 세워지는 것으로, 대지 전하를 대전시킬 수 있다.
또한, 로드부재(211)의 하단부에는 로드부재(211)를 안정적으로 고정시킬 수 있는 고정플레이트(미도시)를 더 포함할 수 있다. 고정 플레이트는 일정 두께를 가지는 평판형 부재로써, 표면에는 스마트 폴(200)에 견고히 고정시킬 수 있는 결합부재(미도시)가 형성될 수 있다.
애자(212a, 212b)는 로드부재(211)의 길이방향을 따라 적어도 2개의 구성이 이격 상태로 설치되는 것으로, 세라믹 또는 합성수지 소재의 절연체로써 로드부재(211) 및 대전관(214)을 절연시킬 수 있다. 여기서, 애자(212a, 212b)는 대전관(214)을 기준으로 상부에 설치되는 제1 애자(212a)와 하부에 설치되는 제2 애자(212b)를 포함할 수 있으며, 제2 애자(212b)의 상단에는 대전관(214) 안쪽으로 삽입이 이루어지는 절연돌기(214-1)가 형성될 수 있다. 절연돌기(214-1)는 바람의 영향으로 빗물이 대전관(214)의 내부로 유입될 경우, 유입된 빗물을 로드부재(211)의 바깥쪽으로 용이하게 배출될 수 있도록 안내함과 동시에 대전관(214)과 로드부재(211) 간의 절연거리를 충분히 확보할 수 있도록 일정 길이를 가질 수 있다. 절연돌기(214-1)는 상부가 좁고 하부가 넓은 다수의 원추형 부재가 동일선상에 연속하여 연결되는 구조일 수 있다.
대전판(213)은 애자(212a, 212b) 사이에 설치되어 로드부재(211)와 전기적인 절연상태를 유지하고 대전관(214)과는 전기적으로 연결되는 것으로, 대지 전하와 반대되는 극성이 대전될 수 있다. 한편, 대전판(213)은 원주방향 가장자리에 주름 모양을 반복적으로 형성할 수 있다. 이러한 주름에 의하여 대전판(213)의 원주방향에 대하여 균등한 분배방전을 유도할 수 있다. 이러한 대전판(213)의 구성은 낙뢰유입시에 전계가 집중됨으로써 뇌운과 대지간에 방전을 용이하게 할 수 있다.
대전관(214)은 대전판(213)과 애자(제2 애자)(212b)사이에 설치되고, 대전판(213)과 전기적으로 연결되는 것으로, 대지 전하와 반대되는 극성이 대전될 수 있다. 대전관(214)은 관형(tube)으로 이루어져 그 중심으로 로드부재(211)가 결합될 수 있도록 중공을 형성할 수 있다.
한편, 로드 캡(215)은 로드부재(211)의 상단에 설치되는 것으로, 낙뢰를 유도할 수 있다. 로드 캡(215)은 낙뢰 유입 면적을 크게 향상시켜 방전효율을 높일 수 있도록 애자(212a)와 비교하여 상대적으로 큰 외경을 가지는 형상으로 이루어질 수 있다. 즉, 로드 갭(215)은 제1 애자(212a)의 외경보다 크게 형성될 수 있다. 이와 같이, 로드 캡(215)의 구성을 제1 애자(212a)보다 크게 형성하면 낙뢰의 뇌전류를 유입하기 위한 면적이 증가됨에 따라 낙뢰를 신속히 방출시킬 수 있다.
대전관(214)은, 대전관(214)의 중심으로 로드부재(211)가 위치될 수 있도록 중공이 구비된 관형으로 이루어질 수 있다.
제1 센서부(216)는 대전관(214)에 결합되어 뇌운에 의하여 대전관(214)에 대전되는 전기적 에너지에 따라 발생하는 진동을 측정하는 압전 소자 센서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 2b의 이미지(270)에 도시된 바와 같이, 압전 소자 센서(275)는 대전관(214)을 둘러싸는 관형(tube)으로 이루어지고, 그 내부로 대전관(214)이 결합될 수 있도록 중공을 형성할 수 있다.
또한, 제1 센서부(216)는 대전관(214)의 외부에 돌출된 복수의 체결돌기와 결합하고, 대전관(214)으로부터 대전관(214)의 진동을 수신하여 압전 소자 센서(275)로 전달하는 수용부를 포함할 수 있다. 또한, 제1 센서부(216)는, 수용부와 압전 소자 센서(275)를 둘러싸고, 압전 소자 센서(275)의 변형에 따라 탄력적으로 압전 소자 센서를 지지하는 지지부를 구비하는 하우징을 포함할 수 있다. 이 경우, 하우징은 절연물질로 이루어질 수 있다.
또한, 제1 센서부(216)는 대전관(214)과 로드부재(211)에 대전되는 전하의 극성을 감지하여 뇌운의 접근을 감지하고, 압전 소자 센서(275)에서 전압 신호가 출력되도록 제어하는 검출 회로를 포함할 수 있다. 검출 회로는, 쌍극자 피뢰 장치(210)에 뇌운이 접근하는 경우에 압전 소자 센서(275)에서 전압 신호가 출력되도록 제어하기 때문에, 뇌운의 접근이 아닌 다른 요소에 의해 발생된 진동에 대해서는 전압 신호가 출력되지 않도록 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 쌍극자 피뢰 장치(210)는 뇌운이 접근하게 되면, 뇌운에 의해 대기 중에 분포되어 있는 공간 전하가 대전판(213) 및 대전관(214)에 대전되고, 공간전하와 상반된 극성이면서 대지로부터 공급되는 전하 즉, 대지 전하가 로드부재(211)에 대전되게 된다. 이와 같이, 뇌운의 접근에 따라 공간 전하와 대지 전하가 각각 대전관(214)과 로드부재(211)에 점차적으로 대전되면, 전하량의 증가에 의해 대전 전압 즉, 대전관(214)과 로드부재(211) 간의 대전 전압이 상승하여 방전(코로나 방전(corona discharge))이 이루어진다.
이 때, 제1 센서부(216)는 코로나 방전에 의하여 발생하는 진동을 측정하여 진동 신호를 생성할 수 있다. 제1 센서부(216)는 생성된 진동 신호를 전압 신호로 변환할 수 있다.
또한, 쌍극자 피뢰 장치(210)는 통신부(220) 및 검출 회로(250)를 포함할 수 있다. 검출 회로(250)는 전압 신호를 아날로그 데이터로 획득하고, 아날로그 데이터를 디지털 데이터로 변환하고, 디지털 데이터를 전압 데이터로 출력할 수 있다. 검출 회로(250)는 전압 데이터를 통신부(220)로 전달할 수 있다. 통신부(220)는 전압 데이터를 관리 서버(300)로 전송할 수 있다.
한편, 여기서는 관리 서버(300)로 전압 데이터를 전송하는 것으로 설명하였으나, 쌍극자 피뢰 장치(200)가 낙뢰 위험도를 판단하여 판단 결과를 관리 서버(300)로 전송할 수도 있다. 예를 들어, 쌍극자 피뢰 장치(200)는 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 제어부(미도시)는 후술할 분석 모듈(320)과 같이, 전압 데이터를 분석하여 낙뢰 위험도를 판단할 수 있다. 또한, 제어부(미도시)는 분석 결과를 통신부(220)로 전달할 수 있으며, 통신부(220)는 분석 결과를 관리 서버(300)로 전송할 수 있다.
기존에는 뇌운의 접근에 따라 피뢰 장치에서 발생되는 유도전압에 의하여 발광되는 발광센서(LED)를 이용하여 발광되는 광량을 광센서로 센싱함으로써, 뇌운의 크기를 분석하였다. 이러한 기존의 낙뢰 모니터링 시스템은 유도전압이 큰 경우 발광센서가 소손되거나, 유도전압 발생 횟수와 크기에 따른 발광센서의 수명 저하가 발생하여 잦은 고장이 발생하는 문제가 있었다. 또한, 발광센서의 교체로 인하여 데이터를 처리하기 위한 설정 값을 변경해야 하는 점이 있었다.
그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 낙뢰 모니터링 시스템은, 쌍극자 피뢰 장치(210)를 통하여 뇌운에 의하여 발생하는 진동을 대전관(214)에 설치된 압전 소자 센서(216)를 이용하여 측정함으로써, 유도 전압의 크기에 따른 센서의 고장을 방지할 수 있으며, 뇌운의 크기를 분석하기 위한 데이터를 정확하게 획득할 수 있는 효과가 있다.
도 2b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 쌍극자 피뢰 장치의 대전관에 결합된 센서부를 나타낸 단면도이다.
도 2b의 이미지(250)는, 로드캡(215)의 위치에서 지면 방향으로 바라본 도 2a의 영역(230)의 단면도를 나타낸다. 대전관(214)의 내부에는 복수의 체결돌기(251, 252, 253, 254)가 구비될 수 있다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 대전관(214)에는 스위치(240)가 구비될 수 있다. 스위치(240)의 조작 위치에 따라, 복수의 체결돌기(251, 252, 253, 254)는, 대전관(214)의 내부에서 외부로 돌출될 수 있다.
도 2b의 이미지(260)는 복수의 체결돌기(251, 252, 253, 254)가 대전관(214)의 외부로 돌출된 상태를 나타낸다. 예를 들어, 스위치(240)의 위치가 제1 위치에서 제2 위치로 변경되면, 복수의 체결돌기(251, 252, 253, 254)는, 대전관(214)의 내부에서 외부로 돌출될 수 있다.
도 2b의 이미지(270)는, 대전관(214)에 압전 소자 센서(275)가 결합된 상태를 도시한 도면이다. 압전 소자 센서(275)의 제1 외부 방향으로 수용부(271, 272, 273, 274)가 구비될 수 있다. 제1 외부 방향은, 대전관(214)의 중심으로 향하는 방향일 수 있다. 수용부(271, 272, 273, 274)는 대전관(214)의 외부로 돌출된 복수의 체결돌기(251, 252, 253, 254)와 결합되고, 대전관(214)으로부터 수신된 대전관(214)의 진동을 압전 소자 센서(275)로 전달할 수 있다.
또한, 압전 소자 센서(275)의 제2 외부 방향으로 지지부(281, 282, 283, 284)가 구비될 수 있다. 제2 외부 방향은, 제1 외부 방향과 반대방향일 수 있다. 진동에 의해 압전 소자 센서(275)의 크기가 변형되기 때문에, 지지부(281, 282, 283, 284)는 압전 소자 센서(275)가 대전관(214)의 고정될 수 있도록, 탄력성을 지닐 수 있다. 또한, 센서부는 압전 소자 센서(275)를 둘러싸고, 지지부(281, 282, 283, 284)와 결합되는 하우징(280)을 구비할 수 있다. 하우징(280)는 절연물질로 이루어질 수 있다.
도 2c는 센서부와 연결된 검출 회로를 설명하기 위한 도면이다.
도 2c를 참고하면, 제1 센서부(216)는 검출 회로(250)와 연결될 수 있다. 제1 센서부(216)는 진동 신호를 전압 신호로 변환하고, 검출 회로(250)로 전달할 수 있다. 검출 회로(250)는 전압 신호를 아날로그 데이터로 획득하고, 아날로그 데이터를 디지털 데이터로 변환하고, 디지털 데이터를 전압 데이터로 출력할 수 있다. 검출 회로(250)는 히터(260) 및 쿨링팬(270)과 연결될 수 있다. 검출 회로(250)는 ADC(Analog to Digital Converter)를 포함할 수 있다. 검출 회로(250)는 전압 데이터를 통신부(220)로 전달할 수 있다. 통신부(220)는 전압 데이터를 관리 서버(300)로 전송할 수 있다. 또한, 통신부(220)는 전압 데이터를 쌍극자 피뢰 장치(210)의 제어부로 전달할 수 있다. 제어부는 전압 데이터를 분석하여 낙뢰 위험도를 판단할 수 있다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 쌍극자 피뢰 장치를 나타낸 단면도이다.
도 2를 참조하여 설명하였던 본 발명의 제1 실시예에서의 구성요소와 대응되는 구성요소는, 제1 실시예에서 설명한 바와 동일 또는 유사한 기능을 수행하므로, 이에 대한 보다 구체적인 설명은 생략하도록 한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제2 센서부(416)는 로드부재(211)와 대전관(214) 사이에서 전기적으로 연결되어 뇌운에 의하여 대전관(214)에 대전되는 전기적 에너지에 의하여 진동 신호를 생성하는 제1 압전 소자 센서(416a) 및 제1 압전 소자 센서(416a)에서 생성된 진동 신호를 측정하고, 측정한 진동 신호를 전압 신호로 변환하는 제2 압전 소자 센서(416b)를 포함할 수 있다. 이 때, 제1 압전 소자 센서(416a) 및 제2 압전 소자 센서(416b)는 디스트형(disk)으로 각각 이루어져 결합될 수 있다. 쌍극자 피뢰 장치(210)는 통신부(220) 및 검출 회로(250)를 포함할 수 있다. 검출 회로(250)는, 제2 압전 소자 센서(416b)로부터 입력된 전압 신호를 아날로그 데이터로 획득하고, 아날로그 데이터를 디지털 데이터로 변환할 수 있다. 검출 회로(250)는 디지털 데이터를 전압 데이터로 출력할 수 있다. 통신부(220)는 검출 회로(250)로부터 전압 데이터를 획득하고, 외부로 전송할 수 있다. 예를 들면, 통신부(250)는 전압 데이터를 관리 서버(300)로 전송할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 쌍극자 피뢰 장치(210)는 뇌운이 접근하게 되면, 뇌운에 의해 대기 중에 분포되어 있는 공간 전하가 대전판(213) 및 대전관(214)에 대전되고, 공간전하와 상반된 극성이면서 대지로부터 공급되는 전하 즉, 대지 전하가 로드부재(211)에 대전되게 된다. 이와 같이, 뇌운의 접근에 따라 공간 전하와 대지 전하가 각각 대전관(214)과 로드부재(211)에 점차적으로 대전되면, 대전관(214)과 로드부재(211)에 대하여 전기적인 접촉 상태를 유지하는 제1 압전 소자 센서(416a)에서 진동 신호가 생성될 수 있다.
이 때, 제2 센서부(416)는 통신부(220)와 함께 스마트 폴(200)의 일정 높이에 설치될 수 있다. 이 경우, 제1 압전 소자 센서(416a)는 전기 통전을 위한 단자편(417a, 417b) 및 전선(418a, 418b)이 각각 형성될 수 있으며, 제1 단자편(417a) 및 제1 전선(418a)은 로드부재(211)와 접촉되며, 제2 단자편(418a) 및 제2 전선(418b)은 대전관(214)과 접촉되어 전기적인 접속 상태를 유지할 수 있다.
제1 압전 소자 센서(416a)는, 제1 단자편(417a) 및 제2 단자편(417b)에 기초하여, 로드부재(211)와 대전관(214)에 대전되는 전하의 극성을 감지하여 뇌운의 접근을 감지하고, 진동 신호를 제2 압전 소자 센서(416b)로 전달하고, 제2 압전 소자 센서(416b)는 진동 신호를 전압 신호로 변환할 수 있다. 검출 회로(250)는 제2 압전 소자 센서(416b)로부터 입력된 전압 신호를 아날로그 데이터로 획득하고, 아날로그 데이터를 디지털 데이터로 변환할 수 있다. 검출 회로(250)는 디지털 데이터를 전압 데이터로 출력하여 통신부(220)로 전달할 수 있다. 즉, 쌍극자 피뢰 장치(210)에 뇌운이 접근하는 경우에, 검출 회로(250)는 전압 데이터를 출력할 수 있다. 또한, 검출 회로(250)는 도 2b에 도시된 구성과 동일할 수 있다.
반면에, 로드부재(211) 및 대전관(214)에 전하가 대전되지 않는다면, 제1 단자편(417a) 및 제2 단자편(417b)를 통해 전하의 극성이 감지되지 않으므로 뇌운의 접근이 없는 것으로 판단될 수 있다.
기존에는 뇌운의 접근에 따라 피뢰 장치에서 발생되는 유도전압에 의하여 발광되는 발광센서(LED)를 이용하여 발광되는 광량을 광센서로 센싱함으로써, 뇌운의 크기를 분석하였다. 이러한 기존의 낙뢰 모니터링 시스템은 유도전압이 큰 경우 발광센서가 소손되거나, 유도전압 발생 횟수와 크기에 따른 발광센서의 수명 저하가 발생하여 잦은 고장이 발생하는 문제가 있었다.
그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 낙뢰 모니터링 시스템은, 쌍극자 피뢰 장치(210)를 통하여, 뇌운에 의하여 발생하는 유도 전압을 이용하여 제1 압전 소자 센서(416a)에서 진동 신호를 생성하고, 제1 압전 소자 센서(416a)에서 생성된 진동 신호를 제2 압전 소자 센서(416b)에서 측정함으로써, 뇌운의 크기를 분석하기 위한 데이터를 정확하게 획득할 수 있으며, 외부 환경에 의한 제2 센서부(416)를 보호할 수 있는 효과가 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 관리 서버를 나타낸 블록도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 관리 서버(300)는 통신 모듈(310), 분석 모듈(320) 및 정보 제공 모듈(330)을 포함할 수 있다.
통신 모듈(310)은 통신부(220)로부터 전압 데이터를 수신할 수 있다.
분석 모듈(320)은 수신한 전압 데이터를 분석하여 낙뢰 위험도를 판단할 수 있다. 구체적으로, 분석 모듈(320)은 수신한 전압 데이터의 발생 주기 및 전압 크기 값에 따라 낙뢰 위험도를 판단할 수 있다. 예를 들어, 분석 모듈(320)은 스마트 폴(200)의 통신부(220)로부터 전압 데이터를 수신하면, 낙뢰 주의 단계로 판단할 수 있다. 또한, 분석 모듈(320)은 주의 단계가 지속되면서(전압 데이터가 지속적으로 수신됨) 전압 데이터가 기 설정된 경계 기준 값 이하로 발생 주기가 작아지거나, 기 설정된 경계 기준 값 이상으로 전압 크기가 상승하는 경우, 낙뢰 경계 단계로 판단할 수 있다. 또한, 분석 모듈(320)은 경계 단계가 지속되면서 전압 데이터가 기 설정된 위험 기준 값 이하로 발생 주기가 작아지거나, 기 설정된 위험 기준 값 이상으로 전압 크기가 상승하는 경우, 낙뢰 위험 단계로 판단할 수 있다. 여기서, 기 설정된 경계 기준 값은 전압 크기가 5㎷이고, 주기 간격이 20㎲이며, 기 설정된 위험 기준 값은 전압 크기가 30㎷이고, 주기 간격이 5㎲일 수 있다. 예를 들어, 도 5와 같이, 전압 크기의 최대 피크(peak)(P1)가 9.6㎷이면서, 주기 간격(term)(T1)이 17㎲인 전압 데이터가 발생한 경우, 분석 모듈(320)은 해당 전압 데이터에 의하여 낙뢰 경계 단계로 판단할 수 있다. 또한, 도 6과 같이, 전압 크기의 피크(P2)가 38.6㎷이면서, 주기 간격(T2)이 2㎲인 전압 데이터가 발생한 경우, 분석 모듈(320)은 해당 전압 데이터에 의하여 낙뢰 위험 단계로 판단할 수 있다.
한편, 분석 모듈(320)은 전압 데이터가 수신되지 않는 경우, 정상 단계로 판단할 수 있다.
정보 제공 모듈(330)은 분석 모듈(320)에서 분석된 결과를 디스플레이부(미도시)를 통하여 사용자에게 제공할 수 있다. 예를 들어, 정보 제공 모듈(330)은 다수의 쌍극자 피뢰 장치로부터 전압 데이터를 각각 수신할 수 있으며, 사용자의 선택(제1 쌍극자 피뢰 장치, 제2 쌍극자 피뢰 장치, .., 제N 쌍극자 피뢰 장치)에 따라 각각 수신한 전압 데이터를 분석한 분석 결과를 제공할 수 있다. 이 때, 분석 결과는 전압 데이터에 따른 낙뢰 감지 시간, 전계 값을 표시할 수 있으며, 각 쌍극자 피뢰 장치 위치의 낙뢰 위험도(정상, 주의, 경계, 위험)를 표시할 수 있다. 이에, 다수의 쌍극자 피뢰 장치로부터 수신한 전압 데이터를 이용하여 낙뢰 감지 및 낙뢰 발생을 모니터링할 수 있으며, 뇌운의 크기에 따른 낙뢰 위험도를 판단하여 위험 지역을 분석하고 해당 지역에 알릴 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 쌍극자 피뢰 장치를 이용한 낙뢰 모니터링 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 5에 도시된 방법은 예를 들어, 전술한 쌍극자 피뢰 장치를 이용한 낙뢰 모니터링 시스템에 의해 수행될 수 있다. 도시된 흐름도에서는 상기 방법을 복수 개의 단계로 나누어 기재하였으나, 적어도 일부의 단계들은 순서를 바꾸어 수행되거나, 다른 단계와 결합되어 함께 수행되거나, 생략되거나, 세부 단계들로 나뉘어 수행되거나, 또는 도시되지 않은 하나 이상의 단계가 부가되어 수행될 수 있다.
우선, 관리 서버(300)는 쌍극자 피뢰 장치(210)의 통신부(220)로부터 전압 데이터를 수신한다(S702). 구체적으로, 관리 서버(300)는 뇌운에 의하여 대전되는 전기적 에너지에 따라 쌍극자 피뢰 장치(210)에서 발생된 진동을 측정하여 변환한 전압 데이터를 쌍극자 피뢰 장치(210)의 통신부(220)로부터 수신할 수 있다. 일 실시예에서, 쌍극자 피뢰 장치(210)의 제1 센서부(216)는 코로나 방전에 의하여 발생하는 진동을 측정하여 진동 신호를 생성할 수 있다. 제1 센서부(216)는 생성된 진동 신호를 전압 데이터로 변환할 수 있다. 다른 실시예에서, 쌍극자 피뢰 장치(210)의 제2 센서부(416)는 유도 전압을 이용하여 제1 압전 소자 센서(416a)에서 진동 신호를 생성하고, 제1 압전 소자 센서(416a)에서 생성된 진동 신호를 제2 압전 소자 센서(416b)에서 측정할 수 있다. 제2 압전 소자 센서(416b)는 측정한 진동 신호를 전압 데이터로 변환할 수 있다.
그 다음, 관리 서버(300)는 수신한 전압 데이터를 분석하여 낙뢰 위험도를 판단한다(S704). 구체적으로, 관리 서버(300)는 수신한 전압 데이터의 발생 주기 및 전압 크기 값에 따라 낙뢰 위험도를 판단할 수 있다. 예를 들어, 관리 서버(300)는 쌍극자 피뢰 장치(210)의 통신부(220)로부터 전압 데이터를 수신하면, 낙뢰 주의 단계로 판단할 수 있다. 또한, 관리 서버(300)는 주의 단계가 지속되면서(전압 데이터가 지속적으로 수신됨) 전압 데이터가 기 설정된 경계 기준 값 이하로 발생 주기가 작아지거나, 기 설정된 경계 기준 값 이상으로 전압 크기가 상승하는 경우, 낙뢰 경계 단계로 판단할 수 있다. 또한, 관리 서버(300)는 경계 단계가 지속되면서 전압 데이터가 기 설정된 위험 기준 값 이하로 발생 주기가 작아지거나, 기 설정된 위험 기준 값 이상으로 전압 크기가 상승하는 경우, 낙뢰 위험 단계로 판단할 수 있다. 여기서, 기 설정된 경계 기준 값은 전압 크기가 5 mV이고, 주기 간격이 20us이며, 기 설정된 위험 기준 값은 전압 크기가 30mV이고, 주기 간격이 5us일 수 있다. 한편, 관리 서버(300)는 전압 데이터가 수신되지 않는 경우, 정상 단계로 판단할 수 있다.
그 다음, 관리 서버(300)는 분석된 결과를 디스플레이부를 통하여 사용자에게 제공한다(S706). 구체적으로, 관리 서버(300)는 다수의 쌍극자 피뢰 장치로부터 전압 데이터를 각각 수신할 수 있으며, 사용자의 선택(제1 쌍극자 피뢰 장치, 제2 쌍극자 피뢰 장치, .., 제N 쌍극자 피뢰 장치)에 따라 각각 수신한 전압 데이터를 분석한 분석 결과를 제공할 수 있다. 이 때, 분석 결과는 전압 데이터에 따른 낙뢰 감지 시간, 전계값을 표시할 수 있으며, 각 쌍극자 피뢰 장치 위치의 낙뢰 위험도(정상, 주의, 경계, 위험)를 표시할 수 있다.
도 8은 예시적인 실시예들에서 사용되기에 적합한 컴퓨팅 장치를 포함하는 컴퓨팅 환경을 예시하여 설명하기 위한 블록도이다. 도시된 실시예에서, 각 컴포넌트들은 이하에 기술된 것 이외에 상이한 기능 및 능력을 가질 수 있고, 이하에 기술된 것 이외에도 추가적인 컴포넌트를 포함할 수 있다.
도시된 컴퓨팅 환경(10)은 컴퓨팅 장치(12)를 포함한다. 일 실시예에서, 컴퓨팅 장치(12)는 관리 서버(300)일 수 있다.
컴퓨팅 장치(12)는 적어도 하나의 프로세서(14), 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(16) 및 통신 버스(18)를 포함한다. 프로세서(14)는 컴퓨팅 장치(12)로 하여금 앞서 언급된 예시적인 실시예에 따라 동작하도록 할 수 있다. 예컨대, 프로세서(14)는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(16)에 저장된 하나 이상의 프로그램들을 실행할 수 있다. 상기 하나 이상의 프로그램들은 하나 이상의 컴퓨터 실행 가능 명령어를 포함할 수 있으며, 상기 컴퓨터 실행 가능 명령어는 프로세서(14)에 의해 실행되는 경우 컴퓨팅 장치(12)로 하여금 예시적인 실시예에 따른 동작들을 수행하도록 구성될 수 있다.
컴퓨터 판독 가능 저장 매체(16)는 컴퓨터 실행 가능 명령어 내지 프로그램 코드, 프로그램 데이터 및/또는 다른 적합한 형태의 정보를 저장하도록 구성된다. 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(16)에 저장된 프로그램(20)은 프로세서(14)에 의해 실행 가능한 명령어의 집합을 포함한다. 일 실시예에서, 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(16)는 메모리(랜덤 액세스 메모리와 같은 휘발성 메모리, 비휘발성 메모리, 또는 이들의 적절한 조합), 하나 이상의 자기 디스크 저장 디바이스들, 광학 디스크 저장 디바이스들, 플래시 메모리 디바이스들, 그 밖에 컴퓨팅 장치(12)에 의해 액세스되고 원하는 정보를 저장할 수 있는 다른 형태의 저장 매체, 또는 이들의 적합한 조합일 수 있다.
통신 버스(18)는 프로세서(14), 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(16)를 포함하여 컴퓨팅 장치(12)의 다른 다양한 컴포넌트들을 상호 연결한다.
컴퓨팅 장치(12)는 또한 하나 이상의 입출력 장치(24)를 위한 인터페이스를 제공하는 하나 이상의 입출력 인터페이스(22) 및 하나 이상의 네트워크 통신 인터페이스(26)를 포함할 수 있다. 입출력 인터페이스(22) 및 네트워크 통신 인터페이스(26)는 통신 버스(18)에 연결된다. 입출력 장치(24)는 입출력 인터페이스(22)를 통해 컴퓨팅 장치(12)의 다른 컴포넌트들에 연결될 수 있다. 예시적인 입출력 장치(24)는 포인팅 장치(마우스 또는 트랙패드 등), 키보드, 터치 입력 장치(터치패드 또는 터치스크린 등), 음성 또는 소리 입력 장치, 다양한 종류의 센서 장치 및/또는 촬영 장치와 같은 입력 장치, 및/또는 디스플레이 장치, 프린터, 스피커 및/또는 네트워크 카드와 같은 출력 장치를 포함할 수 있다. 예시적인 입출력 장치(24)는 컴퓨팅 장치(12)를 구성하는 일 컴포넌트로서 컴퓨팅 장치(12)의 내부에 포함될 수도 있고, 컴퓨팅 장치(12)와는 구별되는 별개의 장치로 컴퓨팅 장치(12)와 연결될 수도 있다.
이상에서 본 발명의 대표적인 실시예들을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100 : 쌍극자 피뢰 장치를 이용한 낙뢰 모니터링 시스템
200 : 스마트 폴
210 : 쌍극자 피뢰 장치
211 : 로드 부재
212a, 212b : 애자
213 : 대전판
214 : 대전관
214-1 : 절연돌기
215 : 로드 캡
216 : 제1 센서부
416 : 제2 센서부
416a : 제1 압전 소자 센서
416b : 제2 압전 소자 센서
417a : 제1 단자편
417b : 제2 단자편
418a : 제1 전선
418b : 제2 전선
220 : 통신부
300 : 관리 서버
310 : 통신 모듈
320 : 분석 모듈
330 : 정보 제공 모듈

Claims (20)

  1. 낙뢰로부터 보호하기 위한 객체의 상단부에 설치되어 대지 전하가 대전되는 로드부재;
    뇌운에 의하여 대지 전하와 반대되는 극성을 가진 전하가 대전되는 대전관; 및
    상기 대전관에 결합되어 뇌운에 의하여 상기 대전관에 대전되는 전기적 에너지에 따라 발생하는 진동을 측정하는 센서부를 포함하는, 쌍극자 피뢰 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 쌍극자 피뢰 장치는,
    상기 로드부재의 길이방향을 따라 적어도 2개 이상 설치되는 애자;
    이웃하는 상기 애자들 사이에 설치되어 상기 로드부재와 전기적으로 절연되고, 대지 전하와 반대되는 구성이 대전되는 대전판; 및
    상기 로드부재의 상단에 결합되어 상기 낙뢰를 유도하는 로드 캡을 더 포함하고,
    상기 대전관은, 상기 대전판 및 애자 사이에 설치되고, 상기 대전판과 전기적으로 연결되는, 쌍극자 피뢰 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 센서부는,
    상기 뇌운에 의하여 공간 전하가 대전되는 상기 대전관 및 상기 공간 전하와 상반된 극성인 대지 전하가 대전되는 상기 로드 부재 간의 대전 전압이 상승하면서 발생하는 코로나 방전(corona discharge)에 따라 상기 대전관에 발생하는 진동을 측정하여 진동 신호를 생성하고, 상기 생성된 진동 신호를 전압 신호로 변환하는, 쌍극자 피뢰 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 쌍극자 피뢰 장치는,
    상기 전압 신호를 아날로그 데이터로 획득하고, 상기 아날로그 데이터를 디지털 데이터로 변환하고, 상기 디지털 데이터를 전압 데이터로 출력하는 검출 회로; 및
    상기 전압 데이터를 외부로 전송하는 통신부를 더 포함하는, 쌍극자 피뢰 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 쌍극자 피뢰 장치는,
    상기 전압 데이터를 분석하여 낙뢰 위험도를 판단하는 제어부를 더 포함하는, 쌍극자 피뢰 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 대전관은, 중심으로 상기 로드부재가 위치될 수 있도록 중공이 구비된 관형으로 이루어지고,
    상기 센서부는, 상기 대전관을 둘러싸는 관형으로 이루어지고, 상기 대전관의 진동에 기초하여 전압 신호를 출력하는 압전 소자 센서를 포함하는, 쌍극자 피뢰 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 센서부는,
    상기 대전관의 외부에 돌출된 복수의 체결돌기와 결합하고, 상기 대전관으로부터 상기 대전관의 진동을 수신하여 상기 압전 소자 센서로 전달하는 수용부; 및
    상기 압전 소자 센서를 둘러싸고, 상기 압전 소자 센서의 변형에 따라 탄력적으로 상기 압전 소자 센서를 지지하는 지지부를 구비하고, 절연물질로 이루어진 하우징을 더 포함하는, 쌍극자 피뢰 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 복수의 체결돌기는, 상기 대전관의 스위치의 조작 위치에 따라 상기 대전관의 내부에서 외부로 돌출되는 것을 특징으로 하는, 쌍극자 피뢰 장치.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 센서부는,
    상기 대전관과 상기 로드부재에 대전되는 전하의 극성을 감지하여 뇌운의 접근을 감지하고, 상기 압전 소자 센서에서 획득된 상기 전압 신호를 낙뢰 위험도를 판단하는 데에 이용되는 전압 데이터를 출력하는 검출 회로로 전달하는, 쌍극자 피뢰 장치.
  10. 낙뢰로부터 보호하기 위한 객체의 상단부에 설치되어 대지 전하가 대전되는 로드부재;
    뇌운에 의하여 대지 전하와 반대되는 극성을 가진 전하가 대전되는 대전관; 및
    상기 로드부재 및 상기 대전관 사이에서 전기적으로 연결되어 뇌운에 의하여 상기 대전관에 대전되는 전기적 에너지에 의하여 진동 신호를 생성하는 센서부를 포함하는, 쌍극자 피뢰 장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 쌍극자 피뢰 장치는,
    상기 로드부재의 길이방향을 따라 적어도 2개 이상 설치되는 애자;
    이웃하는 상기 애자들 사이에 설치되어 상기 로드부재와 전기적으로 절연되고, 대지 전하와 반대되는 구성이 대전되는 대전판; 및
    상기 로드부재의 상단에 결합되어 상기 낙뢰를 유도하는 로드 캡을 더 포함하고,
    상기 대전관은, 상기 대전판 및 애자 사이에 설치되고, 상기 대전판과 전기적으로 연결되는, 쌍극자 피뢰 장치.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 센서부는,
    상기 로드부재 및 상기 대전관에 대하여 전기적인 접촉 상태를 유지하며 진동 신호를 생성하는 제1 센서; 및
    상기 제1 센서에서 생성된 진동 신호를 측정하고, 상기 측정한 진동 신호를 전압 신호로 변환하는 제2 센서를 포함하는, 쌍극자 피뢰 장치.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 쌍극자 피뢰 장치는,
    상기 전압 신호를 아날로그 데이터로 획득하고, 상기 아날로그 데이터를 디지털 데이터로 변환하고, 상기 디지털 데이터를 전압 데이터로 출력하는 검출 회로; 및
    상기 전압 데이터를 외부로 전송하는 통신부를 더 포함하는, 쌍극자 피뢰 장치.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 쌍극자 피뢰 장치는,
    상기 전압 데이터를 분석하여 낙뢰 위험도를 판단하는 제어부를 더 포함하는, 쌍극자 피뢰 장치.
  15. 청구항 12에 있어서,
    상기 제1 센서 및 제2 센서는,
    디스크형으로 이루어진 압전 소자 센서로서, 상호 결합된 상태인, 쌍극자 피뢰 장치.
  16. 청구항 12에 있어서,
    상기 제1 센서는,
    상기 로드부재와 접촉되는 제1 단자편, 상기 제1 단자편과 상기 제1 센서를 전기적으로 연결하는 제1 전선, 상기 대전관과 접촉되는 제2 단자편 및 상기 제2 단자편과 상기 제1 센서를 전기적으로 연결하는 제2 전선을 더 포함하는, 쌍극자 피뢰 장치.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 제1 센서는, 상기 제1 단자편 및 상기 제2 단자편에 기초하여, 상기 로드부재와 상기 대전관에 대전되는 전하의 극성을 감지하여 뇌운의 접근을 감지하고, 상기 진동 신호를 상기 제2 센서로 전달하고,
    상기 제2 센서는, 상기 진동 신호를 전압 신호로 변환하고,
    상기 쌍극자 피뢰 장치는,
    상기 전압 신호를 아날로그 데이터로 획득하고, 상기 아날로그 데이터를 디지털 데이터로 변환하고, 상기 디지털 데이터를 전압 데이터로 출력하는 검출 회로; 및
    상기 전압 데이터를 외부로 전송하는 통신부를 더 포함하는, 쌍극자 피뢰 장치.
  18. 청구항 16에 있어서,
    상기 제1 센서는,
    상기 뇌운에 의하여 공간 전하가 대전되는 상기 대전관 및 상기 공간 전하와 상반된 극성인 대지 전하가 대전되는 상기 로드 부재에 대하여 각각 전기적인 접촉 상태를 유지하는 제1 단자편 및 제2 단자편에 의하여 상기 진동 신호를 생성하는, 쌍극자 피뢰 장치.
  19. 하나 이상의 프로세서들, 및
    상기 하나 이상의 프로세서들에 의해 실행되는 하나 이상의 프로그램들을 저장하는 메모리를 구비한 컴퓨팅 장치에서 수행되는 쌍극자 피뢰 장치를 이용한 낙뢰 모니터링 방법으로서,
    관리 서버에서, 쌍극자 피뢰 장치로부터 전압 데이터를 수신하는 단계;
    관리 서버에서, 상기 수신한 전압 데이터를 분석하여 상기 낙뢰 위험도를 판단하는 단계; 및
    관리 서버에서, 상기 분석된 결과를 디스플레이부를 통하여 사용자에게 제공하는 단계를 포함하는, 쌍극자 피뢰 장치를 이용한 낙뢰 모니터링 방법.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 낙뢰 위험도를 판단하는 단계는,
    상기 쌍극자 피뢰 장치로부터 전압 데이터를 수신하면, 낙뢰 주의 단계로 판단하는 단계;
    상기 낙뢰 주의 단계가 지속되면서 상기 전압 데이터가 기 설정된 경계 기준 값 이하로 발생 주기가 작아지거나, 상기 기 설정된 경계 기준 값 이상으로 전압 크기가 상승하는 경우, 낙뢰 경계 단계로 판단하는 단계; 및
    상기 낙뢰 경계 단계가 지속되면서 상기 전압 데이터가 기 설정된 위험 기준 값 이하로 발생 주기가 작아지거나, 상기 기 설정된 위험 기준 값 이상으로 전압 크기가 상승하는 경우, 낙뢰 위험 단계로 판단하는 단계를 더 포함하는, 쌍극자 피뢰 장치를 이용한 낙뢰 모니터링 방법.
KR1020230037504A 2022-07-20 2023-03-22 쌍극자 피뢰 장치 및 이를 이용한 낙뢰 모니터링 방법 KR102667840B1 (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101696748B1 (ko) 2015-05-26 2017-01-13 (주)조인에프에스 낙뢰 예보 기능을 갖는 피뢰 시스템

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