KR102544329B1 - 케이블 시스유기전압 저감장치용 모니터링 시스템 - Google Patents

케이블 시스유기전압 저감장치용 모니터링 시스템 Download PDF

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백용호
백진영
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(주)선진하이테크
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Abstract

본 발명은 관리자가 시스 유기전압 저감장치의 상태를 실시간 감시하여 고장 여부를 확인할 수 있고, 이와 동시에 시스 유기전압 저감장치 내부의 전압리미터소자의 수명을 예측하여 교체 등의 점검을 실시할 수 있는 케이블 시스유기전압 저감장치용 모니터링 시스템에 관한 것이다.
상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 케이블 시스유기전압 저감장치용 모니터링 시스템은, 케이블의 일단 또는 양단에 설치되어 시스전류에 의한 전력 손실을 감소시키는 시스전류 감소부; 상기 시스전류 감소부의 동작을 모니터링하여 중앙제어부(1)에 전달하는 모니터링부를 포함하고, 상기 모니터링부는, 상기 시스전류 감소부의 전압, 전류 및 온도를 실시간 감지하여 상기 시스전류 감소부의 교체 주기를 판단하여 상기 중앙제어부에 점검 및 고장신호를 전달하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

케이블 시스유기전압 저감장치용 모니터링 시스템{Monitoring System for Cable Sheath Induced Voltage Reduction Device}
본 발명은 케이블 시스유기전압 저감장치용 모니터링 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 송전 케이블의 금속차폐층을 접지시켜 차폐손실을 줄이고, 근접 통신선로의 유도장애 발생을 줄이기 위한 케이블 시스 유기전압 저감장치의 상태를 실시간 감시하여 고장 여부를 판단하는 모니터링 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 송전 케이블의 도체에 전류가 흐르면 도체 주위로 자계가 형성되면서 자계를 통해 전압이 유기되게 되고, 이로 인해 케이블의 도체를 감싸는 금속 시스(sheath)에 전압이 유기되어 전력이 손실되고, 케이블의 온도가 상승되어 절연피복의 열화 등으로 인한 파괴가 발생할 수 있는 문제가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해 금속시스의 일단 또는 양단을 지중에 접지하여 시스 유기전압을 감소시키는 방안이 사용되고 있는데, 상기와 같은 목적의 종래 기술로는 등록특허공보 제0534370호의 지중 송전케이블의 시스전류 저감장치(이하 '특허문헌'이라 한다)가 개시되어 있다.
상기 특허문헌은 지중 송전케이블의 시스선에 연결되어 평상시에는 시스전류를 억제하고 지락시에는 대지에 접지되도록 된 지중 송전케이블의 시스전류 저감장치에 있어서, 상기 시스선에는 서미스터가 직렬로 연결되어 구성되는 것으로 이루어진다.
그러나 상기 특허문헌은 금속시스에 연결되는 접지선에 서미스터가 직렬로 연결되어 서미스터의 저항으로 인해 시스전류가 억제되도록 구성되고, 지락시에는 퓨즈가 융단되어 서미스터를 보호하면서 피뢰기를 통해 지락 전류가 흐르도록 한 것이나, 이 경우 퓨즈의 이상 유무와 융단 여부 등을 관리자가 주기적으로 점검해야 하는 어려움이 있다.
따라서 관리자가 시스 유기전압 저감장치의 상태를 실시간 감시하여 고장 여부를 확인할 수 있고, 이와 동시에 시스 유기전압 저감장치 내부의 전압리미터소자의 수명을 예측하여 교체 등의 점검을 실시할 수 있도록 구조가 개선된 케이블 시스유기전압 저감장치용 모니터링 시스템의 개발이 요구된다.
KR 10-0534370 B1 (2005. 12. 01.) KR 10-0571152 B1 (2006. 04. 07.) KR 10-0538018 B1 (2005. 12. 14.) KR 10-0800399 B1 (2008. 01. 28.)
본 발명은 상기와 같은 종래의 케이블 시스 유기전압 저감장치가 가지는 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 관리자가 시스 유기전압 저감장치의 상태를 실시간 감시하여 고장 여부를 확인할 수 있고, 이와 동시에 시스 유기전압 저감장치 내부의 전압리미터소자의 수명을 예측하여 교체 등의 점검을 실시할 수 있는 케이블 시스유기전압 저감장치용 모니터링 시스템을 제공하는 것이다.
상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 케이블 시스유기전압 저감장치용 모니터링 시스템은, 케이블의 일단 또는 양단에 설치되어 시스전류에 의한 전력 손실을 감소시키는 시스전류 감소부; 상기 시스전류 감소부의 동작을 모니터링하여 중앙제어부에 전달하는 모니터링부를 포함하고, 상기 모니터링부는, 상기 시스전류 감소부의 전압, 전류 및 온도를 실시간 감지하여 상기 시스전류 감소부의 교체 주기를 판단하여 상기 중앙제어부에 점검 및 고장신호를 전달하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
그리고 본 발명은 상기 시스전류 감소부가 소정 크기를 가지는 케이스; 상기 케이스의 내부에 설치되면서 케이블의 금속시스에 일단이 연결되는 접지선 상에 설치되고, 전압에 따라 전류의 흐름을 선택적으로 제한하는 전압리미터소자; 상기 케이블과 상기 전압리미터소자 사이의 상기 접지선에 연결되어 전압을 측정하는 전압센서; 상기 전압리미터소자의 일측에 설치되어 상기 전압리미터소자의 온도를 감지하는 온도센서; 및 상기 전압리미터소자를 통과하여 방전되는 전류를 감지하는 전류센서를 포함하는 것을 또 다른 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 모니터링부가 상기 전압센서, 온도센서 및 전류센서에서 각각 감지되는 전압, 온도 및 전류값의 신호를 처리하는 신호처리부; 및 상기 신호처리부에서 처리된 전압, 온도 및 전류값을 기초로 상기 전압리미터소자의 점검 및 고장 여부를 판단하는 제어부를 포함하는 것을 또 다른 특징으로 한다.
이에 더해 본 발명의 상기 모니터링부는 상기 전압리미터소자의 온도가 설정된 온도값 이상으로 상승되는 횟수를 카운팅하여 상기 전압리미터소자의 교체시기를 판단하는 것을 또 다른 특징으로 한다.
그리고 본 발명은 상기 모니터링부가 상기 전압센서와 상기 전류센서에서 감지되는 전압 및 전류값을 기초로 상기 전압리미터소자의 정상 동작여부를 판단하는 것을 또 다른 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 시스전류 감소부 내부의 전압리미터소자를 통해 시스유기전류가 방전되는 횟수를 카운팅하여 전압리미터소자의 사용량(피로도)을 판단하고, 이와 동시에 전압리미터소자 양측에 연결되는 접지선의 전압과 전류를 각각 측정하여 전압리미터소자의 고장여부를 판단하며, 이를 통해 관리자가 전압리미터소자의 점검 및 고장여부를 실시간으로 확인하여 적시에 교체할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 케이블 시스유기전압 저감장치용 모니터링 시스템의 예를 보인 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 시스전류 감소부와 모니터링부의 예를 보인 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 시스전류 감소부와 모니터링부의 다른 실시예를 보인 구성도.
도 4는은 본 발명에 따른 모니터링부를 통해 전압리미터소자의 점검 및 고장여부가 판단되는 예를 보인 도면.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 도시한 첨부도면에 따라 상세하게 설명한다.
본 발명은 관리자가 시스 유기전압 저감장치의 상태를 실시간 감시하여 고장 여부를 확인할 수 있고, 이와 동시에 시스 유기전압 저감장치 내부의 전압리미터소자의 수명을 예측하여 교체 등의 점검을 실시할 수 있는 케이블 시스유기전압 저감장치용 모니터링 시스템을 제공하고자 하는 것으로, 이러한 본 발명은 도 1에 도시된 바와 같이 시스전류 감소부(10) 및 모니터링부(20)를 포함한다.
시스전류 감소부(10)는 케이블(C)의 금속시스에 접지되는 접지선(G) 상에 설치되어 시스유기전류를 제한하고, 이를 통해 시스유기전류에 의한 전력 손실을 감소시키는 구성이다.
이러한 시스전류 감소부(10)는 도 1에 도시된 바와 같이 소정 길이를 가지는 케이블(C)의 일단에 편단 접지방식으로 설치되어 400~500M 간격을 두고 복수 개가 설치될 수 있고, 또 다르게는 양단 접지방식으로 케이블(C)의 양단에 각각 설치될 수 있다.
그리고 시스전류 감소부(10)는 도 2에 도시된 바와 같이 내부에 소정 크기의 수용공간이 형성되면서 절연체로 이루어지는 케이스(11)와, 상기 케이스(11)의 내부에 설치되면서 케이블(C)의 금속시스에 일단이 연결되는 접지선(G) 상에 설치되고, 전압에 따라 전류의 흐름을 선택적으로 제한하는 전압리미터소자(12)와, 상기 케이블(C)과 전압리미터소자(12) 사이의 접지선(G)에 연결되어 전압을 측정하는 전압센서(13)와, 상기 전압리미터소자(12)의 일측에 설치되어 전압리미터소자(12)의 온도를 감지하는 온도센서(14) 및 상기 전압리미터소자(12)를 통과하여 방전되는 전류를 감지하는 전류센서(15)를 포함한다.
이때 전압리미터소자(12)는 미리 설정된 임피던스값에 의해 접지선(G)을 따라 흐르는 시스유기전류의 전압이 설정된 전압보다 낮으면 전류의 흐름을 제한하여 케이블(C)의 송전 전력의 손실을 줄이고, 시스유기전류의 전압이 설정된 전압보다 높으면 전류가 통과하여 지중으로 방전되도록 구성된다.
그리고 전압센서(13)는 전압리미터소자(12)로 입력되는 시스유기전류의 전압을 실시간으로 측정하고, 측정된 시스유기전류의 전압값을 후술되는 모니터링부(20)에 전달하도록 구성된다.
또한, 온도센서(14)는 전압리미터소자(12)의 일측에 설치되어 전압리미터소자(12)의 온도를 실시간으로 감지하고, 감지된 온도값을 모니터링부(20)에 전달하도록 구성된다.
이때 온도센서(14)는 전압리미터소자(12)의 가운데 부분에 1개가 설치될 수 있고, 또 다르게는 전압리미터소자(12)의 입력측과 출력측에 각각 1개씩 총 2개의 온도센서(14)가 설치되어 하나의 전압리미터소자(12)의 온도를 감지하도록 구성될 수 있다.
이에 더해 전류센서(15)는 전압리미터소자(12)의 출력측 접지선(G) 상에 설치되어 전압리미터소자(12)를 통과하여 흐르는 시스유기전류를 측정하고, 측정된 시스유기전류량을 모니터링부(20)에 전달하도록 구성될 수 있다.
또 다르게는 전류센서(15)가 전압리미터소자(12)의 입력측과 출력측에 각각 1개씩 설치될 수 있고, 각각 측정된 전류량이 모니터링부(20)에 전달되도록 변경되어 구성될 수 있다.
한편, 전압센서(13), 온도센서(14) 및 전류센서(15)는 접지선(G)을 따라 흐르는 시스유기전류를 이용한 유도기전력을 이용하여 전압, 온도 및 전류를 측정하기 위한 전원이 인가되도록 구성될 수 있다.
이때 온도센서(14)와 전류센서(15)는 전압센서(13)에서 미리 설정된 기준전압값 이상의 전압이 감지되고 나면, 추가로 온도와 전류를 감지하도록 구성될 수 있고, 또 다르게는 설정된 시간 간격을 두고 전압, 온도 및 전류가 측정되도록 구성되어 전압, 온도 및 전류 측정을 위한 전기에너지가 절약되도록 구성될 수 있다.
한편, 전압리미터소자(12)와 전압센서(13) 사이에는 퓨즈소자(도시하지 않음)가 더 설치될 수 있고, 이러한 퓨즈소자를 통해 전압리미터소자(12)가 손상될 수 있는 정도의 과전류 즉, 낙뢰 등에 의한 사고전류가 접지선(G)을 통해 흐르는 경우에는 퓨즈소자에 의해 전압리미터소자(12) 쪽으로 사고전류가 흐르지 않도록 차단되도록 구성될 수 있다.
또 다르게는 퓨즈소자를 대신하여 도 3에 도시된 바와 같이 비교기(도면부호 없음) 등의 스위칭소자(도시하지 않음)가 설치될 수 있고, 이를 통해 설정된 전류 이상의 과전류가 흐를 경우에는 비교기 또는 스위칭소자를 통해 회로가 자동으로 전환되어 지중으로 연결되는 또 다른 접지선(G)을 통해 사고전류가 지중으로 곧바로 방출되도록 구성될 수 있다.
모니터링부(20)는 시스전류 감소부(10)에 구비되는 전압센서(13), 온도센서(14) 및 전류센서(15)에서 실시간 측정되는 전압, 온도 및 전류값을 모니터링하여 시스전류 감소부(10)의 이상 여부를 판단하고, 필요시 중앙제어부(1)에 해당 시스전류 감소부(10)의 점검 또는 고장을 안내하는 구성이다.
이러한 모니터링부(20)는 시스전류 감소부(10)에 각각 설치되거나 또는 인접하는 2개 이상의 시스전류 감소부(10)를 동시에 모니터링하도록 구성될 수 있다.
또한, 모니터링부(20)는 전압센서(13), 온도센서(14) 및 전류센서(15)에서 실시간 측정되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고, 변환된 디지털 신호의 노이즈를 제거한 다음 신호를 증폭시키는 신호처리부(21)와, 상기 신호처리부(21)에서 처리된 디지털 신호를 분석하여 시스전류 감소부(10)의 고장 여부를 판단하는 제어부(22)를 포함한다.
이때 모니터링부(20)에는 시스전류 감소부(10)의 고장 여부 판단 결과를 중앙제어부(1)로 전달하는 통신모듈이 더 설치될 수 있다.
이하에서는 도 4를 참고하여 제어부(22)를 통해 시스전류 감소부(10)의 고장 여부가 판단되는 예에 대하여 설명한다.
케이블(C)의 금속시스에 일단이 접지된 접지선(G)을 통해 시스전류가 흐르면, 시스전압이 전압센서(13)를 통해 감지되어 모니터링부(20)의 신호처리부(21)로 전달되고, 신호처리부(21)는 입력되는 신호를 처리한 다음 제어부(22)로 전달하게 되며, 제어부(22)는 입력되는 실시간 측정전압값과 미리 설정된 기준전압값을 비교하게 된다.
이때 측정전압값이 기준전압값보다 낮으면 시스전류 감소부(10)의 출력측 접지선(G)에 설치되는 전류센서(15)로부터 전류를 감지하고, 해당 전류센서(15)로부터 전류가 감지되지 않으면 전압리미터소자(12)가 정상적으로 동작하고 있는 것으로 판단되게 되며, 이후 재차 전압센서(13)를 통한 전압을 감지하여 위 과정을 반복하게 된다.
여기서 전류센서(15)로부터 전류가 감지되면 전압리미터소자(12)를 통해 기준전압값보다 낮은 전압의 시스전류가 통과하여 흐르는 것으로 볼 수 있고, 이 경우에는 전압리미터소자(12)에 이상이 발생한 것으로 판단되게 된다.
한편, 전압센서(13)를 통해 실시간 측정되는 측정전압값이 기준전압값보다 높거나 같은 경우에는 온도센서(14)를 통해 감지되는 전압리미터소자(12)의 온도를 측정하고, 실시간 측정된 측정온도값을 미리 설정된 기준온도값과 비교하게 된다.
이때 측정온도값이 기준온도값보다 낮은 경우에는 전압리미터소자(12)에 과부하가 인가되지 않는 정상 동작 상태로 판단되고, 이후 전압센서(13)를 통해 전압을 실시간 측정하여 위 과정을 반복하게 된다.
또한, 측정온도값이 기준온도값보다 높거나 같은 경우에는 전압리미터소자(12)에 부하가 인가된 상태로 판단될 수 있고, 이 경우에는 제어부(22)를 통해 측정온도값이 기준온도값보다 높거나 같은 횟수를 카운팅하게 된다.
그리고 전압리미터소자(12)의 측정온도값이 기준온도값보다 높거나 같은 횟수가 설정된 임계횟수를 초과하는지를 추가로 판단하게 되고, 임계횟수를 초과하지 않으면 전압리미터소자(12)의 사용수명 범위내에 있는 것으로 판단한 다음, 전압센서(13)를 통해 전압을 측정하여 위 과정을 반복하게 된다.
이때 카운팅된 횟수가 임계횟수를 초과하는 경우에는 전압리미터소자(12)의 교체시기에 도달한 것으로 판단될 수 있고, 이 경우 제어부(22)는 중앙제어부(1)에 해당 시스전류 감소부(10)의 전압리미터소자(12)를 점검할 수 있도록 신호를 전달하게 된다.
즉, 시스전류가 전압리미터소자(12)를 통해 방전되는 과정에서 전압리미터소자(12)가 소정의 온도로 발열되게 되는데, 이를 이용하여 전압리미터소자(12)의 온도가 설정된 기준온도값보다 상승된 횟수를 카운팅하는 것으로 시스전류의 방출 횟수를 카운팅하는 것이 가능하고, 결과적으로 전압리미터소자(12)의 사용 수명을 예측하여 모니터링하는 것이 가능하게 되며, 따라서 관리자는 모니터링부(20)에서 전달되는 신호를 통해 시스전류 감소부(10)의 정상 또는 이상 동작 여부를 원격으로 쉽게 모니터링할 수 있게 된다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명은 시스전류 감소부 내부의 전압리미터소자를 통해 시스유기전류가 방전되는 횟수를 카운팅하여 전압리미터소자의 사용량(피로도)을 판단하고, 이와 동시에 전압리미터소자 양측에 연결되는 접지선의 전압과 전류를 각각 측정하여 전압리미터소자의 고장여부를 판단하며, 이를 통해 관리자가 전압리미터소자의 점검 및 고장여부를 실시간으로 확인하여 적시에 교체할 수 있게 된다.
위에서는 설명의 편의를 위해 바람직한 실시예를 도시한 도면과 도면에 나타난 구성에 도면부호와 명칭을 부여하여 설명하였으나, 이는 본 발명에 따른 하나의 실시예로서 도면상에 나타난 형상과 부여된 명칭에 국한되어 그 권리범위가 해석되어서는 안 될 것이며, 발명의 설명으로부터 예측 가능한 다양한 형상으로의 변경과 동일한 작용을 하는 구성으로의 단순 치환은 통상의 기술자가 용이하게 실시하기 위해 변경 가능한 범위 내에 있음은 지극히 자명하다고 볼 것이다.
1: 중앙제어부 10: 시스전류 감소부
11: 케이스 12: 전압리미터소자
13: 전압센서 14: 온도센서
15: 전류센서 20: 모니터링부
21: 신호처리부 22: 제어부
C: 케이블 G: 접지선

Claims (5)

  1. 케이블의 일단 또는 양단에 설치되어 시스전류에 의한 전력 손실을 감소시키는 시스전류 감소부(10);
    상기 시스전류 감소부(10)의 동작을 모니터링하여 중앙제어부(1)에 전달하는 모니터링부(20);
    를 포함하고,
    상기 모니터링부(20)는,
    상기 시스전류 감소부(10)의 전압, 전류 및 온도를 실시간 감지하여 상기 시스전류 감소부(10)의 교체 주기를 판단하여 상기 중앙제어부(1)에 점검 및 고장신호를 전달하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 케이블 시스유기전압 저감장치용 모니터링 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 시스전류 감소부(10)는,
    소정 크기를 가지는 케이스(11);
    상기 케이스(11)의 내부에 설치되면서 케이블(C)의 금속시스에 일단이 연결되는 접지선(G) 상에 설치되고, 전압에 따라 전류의 흐름을 선택적으로 제한하는 전압리미터소자(12);
    상기 케이블(C)과 상기 전압리미터소자(12) 사이의 상기 접지선(G)에 연결되어 전압을 측정하는 전압센서(13);
    상기 전압리미터소자(12)의 일측에 설치되어 상기 전압리미터소자(12)의 온도를 감지하는 온도센서(14); 및
    상기 전압리미터소자(12)를 통과하여 방전되는 전류를 감지하는 전류센서(15);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 케이블 시스유기전압 저감장치용 모니터링 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 모니터링부(20)는
    상기 전압센서(13), 온도센서(14) 및 전류센서(15)에서 각각 감지되는 전압, 온도 및 전류값의 신호를 처리하는 신호처리부(21); 및
    상기 신호처리부(21)에서 처리된 전압, 온도 및 전류값을 기초로 상기 전압리미터소자(12)의 점검 및 고장 여부를 판단하는 제어부(22);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 케이블 시스유기전압 저감장치용 모니터링 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 모니터링부(20)는,
    상기 전압리미터소자(12)의 온도가 설정된 온도값 이상으로 상승되는 횟수를 카운팅하여 상기 전압리미터소자(12)의 교체시기를 판단하는 것을 특징으로 하는 케이블 시스유기전압 저감장치용 모니터링 시스템.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 모니터링부(20)는,
    상기 전압센서(13)와 상기 전류센서(15)에서 감지되는 전압 및 전류값을 기초로 상기 전압리미터소자(12)의 정상 동작여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 케이블 시스유기전압 저감장치용 모니터링 시스템.
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