KR20170107314A - 무선 전류 센서 및 이를 이용한 고압 배전망 관리 방법 - Google Patents

무선 전류 센서 및 이를 이용한 고압 배전망 관리 방법 Download PDF

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Abstract

동기화된 인접 무선 전류 센서들과의 통신을 통해 수집한 전류 측정값, 역률을 근거로 배전기기 및 센서 자체의 노후화 또는 고장을 검출하도록 한 무선 전류 센서 및 이를 이용한 고압 배전망 관리 방법을 제시한다. 제시된 무선 전류 센서는 선로에서 발생하는 자기장으로부터 구동 전력을 생성하고, 선로의 전류 측정하여 전류 측정값을 생성하여 저장하고, 다른 무선 전류 센서와의 통신을 통해 동기화, 무선 전류 센서의 고장 여부, 배전기기의 노후화 및 고장 발생 여부를 검출한다.

Description

무선 전류 센서 및 이를 이용한 고압 배전망 관리 방법{WIRELESS CURRENT SENSOR AND METHOD FOR MANAGING HIGH-VOLTAGE DISTRIBUTION LINE USING THE SAME}
본 발명은 무선 전류 센서 및 이를 이용한 고압 배전망 관리 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고압 배전망의 선로에 설치되어 전류를 측정하는 무선 전류 센서 및 이를 이용한 고압 배전망 관리 방법에 관한 것이다.
국내 전력소비 성장세 둔화와 함께 배전망의 설비 노후화가 진행되고 있어, 배전설비의 고장발생 빈도가 증가할 것으로 예상되고 있다.
이에, 배전설비의 고장 발생을 방지하기 위해서 순찰인력의 현장점검 등을 통해 배전설비의 문제점을 검사하고 있다.
최근 현장 순찰인력의 노고를 줄이기 위해 원격감시 등의 기술이 활용되고 있다. 종래의 원격감시 기술을 이용하는 경우 22.9kV급의 고압 배전선로나 배전기기의 경우 직접측정이 위험하기 때문에, 원격 측정 기술을 이용할 수밖에 없다. 하지만, 원격 측정 기술을 이용하는 경우 측정기가 요구하는 적당한 전압, 전류 범위로 변성 후 측정하기 때문에 절연이 필수적으로 동반되어야 한다.
그에 따라, 기존의 기술로 배전망의 운영상태를 상세히 파악하여 사전대비하려면, 측정장치 구축에 천문학적인 비용이 필요하다.
이에, 주상 변압기 등의 배전기기들과 배전선로의 노후화 진행 정도와 고장 징후를 사전에 원격으로 파악하여, 효율적인 선로유지보수 업무수행을 위한 기술이 요구되고 있다.
이러한 요구에 가장 부합하는 종래기술로는 배전지능화 기술이 있다. 국내 배전망에서는 선로절체 등이 가능한 배전망의 일부 주요구간에 한하여, 자동화개폐기(LBS), 자동재폐로차단기(Recloser), 배전지능화단말장치(FRTU) 등을 설치하여 배전지능화 시스템으로 운영하고 있다.
기본적으로 배전지능화 시스템은 선로 고장이 발생한 경우에 한해서 그 본연의 기능을 발휘하는 사후대응 시스템이다.
배전지능화 시스템은 자동화개폐기(LS, GIS의 일부), 자동재폐로차단기(Recloser), 배전지능화단말장치(FRTU) 등 일부 배전기기들에 국한되어 있어, 주상 변압기 등 대부분 배전기기 및 선로 자체에 대해서 실시간 원격점검은 이루어지지 않고 있다. SCADA, SOMAS 등으로 전체망을 감시를 하고 있는 송변전과는 큰 차이가 있다.
배전자동화 시스템에서도 전류센서(CT)를 사용하며 원격으로 전류정보를 취득하기는 하지만, 전체 배전선로에 대해 전력을 모니터링하지는 못하고, 배전자동화단말기(FRTU)나 각종 자동화개폐기, 자동재폐로차단기 등이 위치한 곳에서만 측정을 한다.
많은 위치에서 측정할 수 없는 이유는 22.9kV에서 회로전원공급을 위해 110V나 220V의 상용전압으로 감압을 하는데 변압기가 필요하고, 각 선로의 측정지점으로부터 측정선이 연결되어 있기 때문에 절연애자 등을 설치해야 하며, 원격으로 전력정보를 전달하기 위해 전용통신선과 중계장치들을 가설해야 하므로 막대한 설치 비용이 소비되기 때문이다.
이처럼, 종래기술로는 전체 배전망의 전력을 모니터링하기 위해서는 막대한 비용이 수반되기 때문에 특정위치에서만 전력을 모니터링하고, 현 배전자동화처럼 사고발생 시에 긴급 대응하는 사후관리시스템 형식으로 운영하고 있다.
또 다른 종래기술로서는 송전선로에 사용하는 일명 센서 볼(Sensor-Ball)이 있다. 센서 볼은 송전선로에서 선로온도, 풍향, 풍속, 전류, 선로기울기를 측정한다.
센서 볼은 송전선로에서 여러 정보를 측정하기 위해서 부피가 매우 크다. 센서 볼은 태양전지를 사용하여 구동에너지를 얻기 때문에, 일몰 이후나 우천 시를 대비하여 배터리를 부착하여 에너지를 저장한다. 그에 따라, 센서 볼은 전원관련 비용이 비싸며 수명주기에 따라 배터리를 교체해야 하기 때문에 유지보수에 많은 비용이 소비되는 문제점이 있다.
또한, 센서 볼은 사람이 직접 송전선에 올라가서 부착을 해야 하기 때문에, 고압 배전망에서 작업시 작업자의 위험도가 증가하는 문제점이 있다.
또한, 센서 볼은 측정한 전력정보를 중계기로 전송만 하기 때문에, 인접 센서들과의 협력을 통해 역률 등을 측정하거나, 전력기기의 고장 유무를 판단할 수 없는 문제점이 있다.
한국공개특허 제10-2001-0027246호(명칭: 교류 전류센서 및 이것을 내장하는 전력기기)
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 동기화된 인접 무선 전류 센서들과의 통신을 통해 수집한 전류 측정값, 역률을 근거로 배전기기 및 센서 자체의 노후화 또는 고장을 검출하도록 한 무선 전류 센서 및 이를 이용한 고압 배전망 관리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 무선 전류 센서는 선로의 일부가 삽입되는 제1홈이 형성되는 제1본체, 선로의 다른 일부가 삽입되는 제2홈이 형성되는 제2본체 및 제1본체 및 제2본체에 연결되어 제1본체 및 제2본체를 이격 또는 결합시키는 결합 부재를 포함하고, 제1홈 및 제2홈을 결합 부재에 의해 제1본체 및 제2본체가 결합되면 선로가 삽입되는 중공홈을 형성한다.
결합 부재는 일측이 제1본체에 결합되고, 타측이 제2본체에 결합되는 경첩, 경첩에 연결되어 제1본체 및 제2본체의 이격 및 결합을 조절하는 집게부 및 제1본체 및 제2본체에 형성되어, 제1본체 및 제2본체의 결합 상태를 유지하는 영구 자석을 포함한다.
제1본체 및 제2본체에 실장되고, 선로에서 발생하는 자기장으로부터 구동 전력을 생성하는 전원부, 제1본체 및 제2본체에 실장되고, 선로의 전류 측정하여 전류 측정값을 생성하는 전류 측정부, 제1본체 및 제2본체 중에 적어도 하나에 실장되고, 전원부에서 생성된 구동 전력에 의해 구동하여 다른 무선 전류 센서와 데이터를 송수신하는 통신부 및 제1본체 및 제2본체 중에 적어도 하나에 실장되어 전원부에서 생성된 구동 전력에 의해 구동하고, 통신부를 통해 이웃 무선 전류 센서들과 동기화하고, 전류 측정부에서 생성한 전류 측정값을 근거로 무선 전류 센서의 고장 여부, 배전기기의 노후화 및 고장 발생 여부를 검출하는 제어부를 포함한다.
전원부는 선로에서 발생하는 자기장의 변화를 통해 에너지 하베스팅 방식으로 전력을 생성하는 전력 생성모듈 및 제1본체 및 제2본체 중에 적어도 한곳에 설치되고, 전력 생성모듈에서 생성한 전력을 정류하여 구동 전력을 생성하는 전원회로를 포함한다.
전력 생성모듈은 제1본체에 삽입 형성되는 제1코어 철심 및 제2본체에 삽입 형성되는 제2코어 철심으로 구성되는 제1코어 및 제1코어 철심에 권선되는 제1픽업 코일 및 제2코어 철심에 권선되는 제2픽업 코일로 구성되는 제1코일을 포함한다.
전류 측정부는 선로로부터 전류를 취득하는 전력 취득모듈 및 제1본체 및 제2본체 중에 적어도 한곳에 설치되고, 전력 취득모듈에서 취득한 전류를 측정하는 전류 측정 회로를 포함한다.
전력 취득모듈은 제1본체에 삽입 형성되는 제3코어 철심 및 제2본체에 삽입 형성되는 제4코어 철심으로 구성되는 제2코어 및 제3코어 철심에 권선되는 제3픽업 코일 및 제4코어 철심에 권선되는 제4픽업 코일로 구성되는 제2코일을 포함한다.
제어부는 동기화 신호에 포함된 신호 출력 시간 및 동기화 신호의 수신 시간의 차이값을 지연시간으로 설정하고, 지연시간으로 설정된 설정 기간 동안 전류 측정부에서 측정한 전류 측정값을 저장하고, 전류 측정 신호의 수신 시간을 기준으로 지연시간 이전에 측정된 전류 측정값을 검출한다.
제어부는 배전기기가 설치된 노드에 연결된 선로에 설치되면 노드에 연결된 다른 무선 전류 센서들로부터 전류 측정값을 수집하고, 수집한 전류 측정값 중에 부하에 연결된 선로에 설치된 무선 전류 센서로부터 수집한 전류 측정값에 배전기기의 권선비를 반영한 후 다른 무선 전류 센서로부터 수집한 전류 측정값을 합산한 합산값을 산출하고, 전류 측정부에서 측정한 전류 측정값과 산출한 합산값을 근거로 배전기기의 노후화 또는 고장 여부를 검출한다.
제어부는 분기점을 중심으로 다른 방향의 선로에 연결된 무선 전류 센서들을 제1그룹으로 설정하고, 제1그룹에 속한 무선 전류 센서들로부터 수집한 전류 측정값의 합산값과 전류 측정부에서 측정한 전류 측정값을 근거로 제1그룹의 고장 여부를 검출하고, 분기점을 중심으로 동일 방향의 다른 상을 갖는 선로에 연결된 무선 전류 센서들을 제2그룹으로 설정하고, 복수의 제2그룹들로부터 수집한 역률을 근거로 제2그룹의 고장 여부를 검출하고, 고장으로 검출된 제1그룹 및 제2그룹에 공통으로 포함된 무선 전류 센서를 고장 센서로 검출한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 무선 전류 센서를 이용한 고압 배전망 관리 방법은, 고압 배전망의 선로들에 설치된 복수의 무선 전류 센서를 이용한 고압 배전망 관리 방법에 있어서, 무선 전류 센서에서 이웃 무선 전류 센서들과의 동기화를 위한 지연시간을 설정하는 단계, 무선 전류 센서에서 설정된 지연시간을 근거로 선로에 흐르는 전류를 측정하여 전류 측정값으로 저장하는 단계, 무선 전류 센서에서 이웃 무선 전류 센서들로부터 전류 측정값을 수집하는 단계 및 수집한 전류 측정값을 이용한 전류 분석을 통해 무선 전류 센서의 고장 여부를 검출하는 단계를 포함한다.
지연시간을 설정하는 단계는 마스터로 설정된 무선 전류 센서에서 슬레이브로 설정된 무선 전류 센서들에게 동기화 신호를 전송하는 단계, 슬레이브로 설정된 무선 전류 센서에서 동기화 신호의 수신 시간을 측정하는 단계, 슬레이브로 설정된 무선 전류 센서에서 동기화 신호로부터 신호 출력 시간을 검출하는 단계 및 슬레이브로 설정된 무선 전류 센서에서 검출한 신호 출력 시간과 측정한 수신 시간의 차이값을 지연시간으로 설정하는 단계를 포함한다.
전류 측정값으로 저장하는 단계에서는 지연시간으로 설정된 설정 기간 동안 전류 측정값을 측정하여 저장한다.
전류 측정값을 수집하는 단계는 마스터로 설정된 무선 전류 센서에서 슬레이브로 설정된 무선 전류 센서들에게 전류 측정 신호를 전송하는 단계, 슬레이브로 설정된 무선 전류 센서에서 전류 측정 신호의 수신 시간을 측정하는 단계, 슬레이브로 설정된 무선 전류 센서에서 측정한 수신 시간과 지연시간을 근거로 전류 측정값을 검출하는 단계 및 슬레이브로 설정된 무선 전류 센서에서 검출한 전류 측정값을 마스터로 설정되 무선 전류 센서에게 전송하는 단계를 포함한다.
전류 측정값을 검출하는 단계에서는 수신 시간을 기준으로 지연시간 이전 시각에 측정된 전류 측정값을 검출한다.
무선 전류 센서의 고장 여부를 검출하는 단계는 분기점에 연결된 선로에 설치된 무선 전류 센서에서 선로의 전류 측정값을 측정하는 단계, 무선 전류 센서에서 분기점에 연결된 다른 선로들에 설치되어 제1그룹으로 분류된 무선 전류 센서들로부터 전류 측정값을 수집하는 단계, 무선 전류 센서에서 수집한 전류 측정값들의 합산값과 측정한 전류 측정값을 근거로 제1그룹의 고장 여부를 검출하는 단계, 무선 전류 센서에서 분기점에 연결된 동일 방향의 선로들 중에 서로 다른 상에 연결된 무선 전류 센서들을 포함하는 복수의 제2그룹의 역률을 수집하는 단계, 무선 전류 센서에서 수집한 역률을 근거로 제2그룹의 고장 여부를 검출하는 단계 및 무선 전류 센서에서 고장으로 검출된 제1그룹 및 제2그룹에 공통으로 포함된 무선 전류 센서를 고장 센서로 검출하는 단계를 포함한다.
제1그룹의 고장 여부를 검출하는 단계에서는 무선 전류 센서에서 합산값과 측정한 전류 측정값이 서로 다른 값이면 제1그룹의 고장 발생으로 검출한다.
제2그룹의 고장 여부를 검출하는 단계에서는 복수의 제2그룹 중에서 다른 제2그룹과 다른 역률을 갖는 제2그룹을 고장으로 판단한다.
수집한 전류 측정값을 이용한 전류 분석을 통해 고압 배전망에 설치된 배전기기의 노후화 및 고장 발생 여부를 검출하는 단계를 더 포함하되, 배전기기의 노후화 및 고장 발생 여부를 검출하는 단계는 분기점에 연결된 선로에 설치된 무선 전류 센서에서 선로의 전류 측정값을 측정하는 단계, 무선 전류 센서에서 분기점에 연결된 다른 선로들에 설치된 무선 전류 센서들로부터 전류 측정값을 수집하는 단계, 무선 전류 센서에서 수집한 전류 측정값 중에서 부하측에 연결되는 선로에 설치된 무선 전류 센서에서 수집된 전류 측정값에 배전기기의 권선비를 반영하는 단계, 무선 전류 센서에서 권선비를 반영한 전류 측정값과 다른 무선 전류 센서에서 수집된 전류 측정값의 합산값을 산출하는 단계 및 무선 전류 센서에서 측정한 전류 측정값과 산출한 합산값을 근거로 배전기기의 노후화 또는 고장 여부를 검출하는 단계를 포함한다.
배전기기의 노후화 또는 고장 여부를 검출하는 단계에서는 측정한 전류 측정값과 합산값이 서로 다른 값이면 배전기기의 노후화 또는 고장으로 검출한다.
본 발명에 의하면, 무선 전류 센서 및 이를 이용한 고압 배전망 관리 방법은 에너지 하베스팅 방법을 통해 생성된 전력을 무선 전류 센서의 구동 전원으로 사용함으로써, 감압 및 별도의 배터리를 필요로 하지 않아 센서 크기를 최소화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 무선 전류 센서 및 이를 이용한 고압 배전망 관리 방법은 무선 전류 센서가 22.9kV 전력선에 직접 부착됨으로써, 절연 애자를 필요로 하는 종래의 센서 볼에 비해 구성을 최소화하여 원격검사 시스템을 최소 비용으로 구축할 수 있는 효과가 있다.
또한, 무선 전류 센서 및 이를 이용한 고압 배전망 관리 방법은 D2D 방식으로 무선통신 네트워크를 구성함으로써, 전용 통신선과 중계기가 불필요하고, 배전지능화와 같은 측정 장소 제한이 적어 배전망에서 모니터링이 필요한 장소에 널리 사용될 수 있어 배전자동화 단말 장치와 상호 보완적으로 사용할 수 있는 효과가 있다.
또한, 무선 전류 센서 및 이를 이용한 고압 배전망 관리 방법은 경첩, 집게, 영구 자석으로 구성되는 결합 부재를 구성함으로써, 활선 상태의 22.9kV 고압배전선로에 대해 정전을 야기하지 않고도 설치할 수 있는 효과가 있다.
또한, 무선 전류 센서 및 이를 이용한 고압 배전망 관리 방법은 코어 철심 및 픽업 코일로 구성되는 전원부를 통해 에너지 하베스팅 방식으로 구동 전력을 생산함으로써, 22.9kV의 고압배전선로에서 외부 상용전원이나 태양전지와 배터리 등의 고가의 부피를 요구하는 전원장치 없이 무선전류센서 전자회로가 스스로 구동할 수 있는 전력을 확보할 수 있는 효과가 있다.
또한, 무선 전류 센서 및 이를 이용한 고압 배전망 관리 방법은 코어 철심 및 픽업 코일로 구성되는 전류 측정부를 통해 선로의 전류를 측정함으로써, 삼상 22.9kV의 배전선로에서 a, b, c상의 전력선에 절연 유무에 상관없이 어떠한 센서선을 연결하지 않고도 전류를 측정할 수 있는 효과가 있다.
또한, 무선 전류 센서 및 이를 이용한 고압 배전망 관리 방법은 무전 전류 센서 간 네트워크를 구성함으로써, 역률, 상불균형, 전력방향 등을 측정하기 위해 삼상 고압배전선로의 전류측정 시각을 동기화(Synchronize)할 수 있는 효과가 있다.
또한, 무선 전류 센서 및 이를 이용한 고압 배전망 관리 방법은 무전 전류 센서간 네트워크를 구성함으로써, 인접한 무선 전류 센서 간의 상호 정보교환을 통해 주상변압기 등의 배전기기의 노후화(즉, 경년열화) 또는 고장 유무를 검출할 수 있는 효과가 있다.
또한, 무선 전류 센서 및 이를 이용한 고압 배전망 관리 방법은 무전 전류 센서간 네트워크를 구성함으로써, 비용 최소화를 위해 전용통신선 없이 원거리에 있는 FRTU, 배전센터 등까지 전류 측정정보를 전달할 수 있는 효과가 있다.
또한, 무선 전류 센서 및 이를 이용한 고압 배전망 관리 방법은 무전 전류 센서간 네트워크를 구성함으로써, 다수의 무선 전류 센서들 중 하나가 동작하지 않을 경우나 오동작할 경우, 해당 센서를 스스로 발견하고 교체시기까지 그 전류값을 유추하여 전력 정보 수집의 공백을 최소화할 수있는 효과가 있다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 무선 전류 센서를 설명하기 위한 도면.
도 4 내지 도 7은 도 2의 제어부를 설명하기 위한 도면.
도 8 및 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 무선 전류 센서를 설명하기 위한 도면.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 무선 전류 센서를 이용한 고압 배전망 관리 방법을 설명하기 위한 흐름도.
도 11은 도 10의 지연시간 설정 단계를 설명하기 위한 흐름도.
도 12는 도 10의 전류 측정값 수집 단계를 설명하기 위한 흐름도.
도 13 및 도 14는 도 10의 고압 배전망 관리 단계를 설명하기 위한 흐름도.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 무선 전류 센서를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 아래와 같다. 도 1 내지 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 무선 전류 센서를 설명하기 위한 도면이고, 도 4 내지 도 7은 도 2의 제어부를 설명하기 위한 도면이다. 도 8 및 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 무선 전류 센서를 설명하기 위한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 무선 전류 센서(100)는 제1본체(111), 제2본체(112) 및 결합 부재를 포함하여 구성된다.
제1본체(111)는 반 원통형으로 형성된다. 이때, 제1본체(111)는 제2본체(112)와 결합되는 부분에 고압 배전망의 선로(10)의 일부가 삽입되는 반 원통형의 제1홈(113)이 형성된다.
제2본체(112)는 반 원통형으로 형성된다. 이때, 제2본체(112)는 제1본체(111)와 결합되는 부분에 고압 배전망의 선로(10)의 일부가 삽입되는 반 원통형의 제2홈(114)이 형성된다. 이때, 무선 전류 센서(100)는 제1본체(111)와 제2본체(112)가 결합됨에 따라 내부에 선로(10)가 삽입되는 중공홈(즉, 제1홈(113) 및 제2홈(114)의 결합에 의해 형성되는 홈)이 형성되는 원통형으로 형성된다.
결합 부재는 제1본체(111)와 제2본체(112)를 이격 및 결합시키는 부재로 동작한다. 즉, 결합 부재는 제1본체(111) 및 제2본체(112)에 결합되는 경첩(115), 제1본체(111)와 제2본체(112)의 이격 및 결합을 조절하기 위한 집게부(116), 제1본체(111) 및 제2본체(112)의 결합 상태 유지를 위한 영구 자석(117)들을 포함하여 구성된다.
이때, 영구 자석(117)들은 제1본체(111) 및 제2본체(112)의 내부에 형성되며, 결합 상태 유지를 위해 제1본체(111) 및 제2본체(112)의 내부 양단에 형성된다. 여기서, 영구 자석(117)의 설치 개수를 무선 전류 센서(100)의 크기 및 자석의 자력에 따라 달라질 수 있다.
이러한 구성의 무선 전류 센서(100)는 작업자에 의해 집게에 내부 방향의 힘이 인가되면, 이에 연결된 경첩(115)에 의해 제1본체(111) 및 제2본체(112)가 이격된다. 작업자는 제1본체(111) 및 제2본체(112)가 이격된 상태에서 무선 전류 센서(100)의 내부에 선로(10)가 위치하도록 조정한 후 집게에 인가하는 힘을 제거한다. 그에 따라, 제1본체(111) 및 제2본체(112)가 결합되어, 고압 배전망의 선로(10)가 무선 전류 센서(100)의 중공홈에 삽입된다.
한편, 도 2 및 도 3을 참조하면, 무선 전류 센서(100)는 전원부(120), 전류 측정부(150), 제어부(180) 및 통신부(190)를 포함하여 구성된다.
전원부(120)는 무선 전류 센서(100)의 전력을 생성하는 전력 생성모듈(130) 및 전력 생성모듈(130)에서 생성한 전력을 정류하는 전원회로(140)를 포함하여 구성된다.
전력 생성모듈(130)은 고압 배전망의 선로(10)에서 발생하는 자기장으로부터 전력(전원)을 생성한다. 이를 위해, 전력 생성모듈(130)은 제1코어(131) 및 제1코일(134)로 구성된다.
제1코어(131)는 제1본체(111)에 삽입 형성되는 제1코어 철심(132)과 제2본체(112)에 삽입 형성되는 제2코어 철심(133)으로 구성된다. 제1코어 철심(132)과 제2코어 철심(133)은 제1본체(111)와 제2본체(112)가 결함됨에 따라 양단부가 결합되어 원통형의 제1코어(131)를 형성한다.
제1코일(134)은 제1코어 철심(132)에 권선되는 제1픽업 코일(135) 및 제2코어 철심(133)에 권선되는 제2픽업 코일(136)로 구성된다. 이때, 제1픽업 코일(135) 및 제2픽업 코일(136)은 제1본체(111)와 제2본체(112)가 결함됨에 따라 양단이 연결되어 제1코어(131)에 권선되는 제1코일(134)을 형성한다.
이를 통해, 제1코어(131) 및 제1코일(134)은 변류기(CT; Current Transformer)와 같은 원리로, 고압 배전망의 선로(10) 주변에서 발생하는 자기장의 변화를 통해 에너지 하베스팅 방식으로 전력(전원)을 생산한다.
전원회로(140)는 제1본체(111) 및 제2본체(112) 중에 적어도 한곳에 설치된다. 전원회로(140)는 전력 생성모듈(130)에서 생성한 전력을 정류하여 구동 전력으로 변환한다. 전원회로(140)는 구동 전력을 무선 전류 센서(100)의 각 구성(즉, 제어부(180) 및 통신부(190))으로 공급한다.
다만, 에너지 하베스팅 방식으로 생성된 전력에 의해 무선전류센서가 구동하기 위해서, 무선 전류 센서(100)를 구성하는 회로(즉, 제어부(180), 통신부(190) 등)는 최근의 범용(글로벌) 측정/통신모듈인 Waspmote(15mA), Arduino(50mA, 300mW), Raspberry(350mW) 수준의 전력소모를 감당할 수 있는 초절전 구조로 형성된다. 참고로, Waspmote의 경우에 Deep Sleep 모드에서는 55μA까지 소모전력(구동전력 5V 감안)이 떨어지므로, 통신을 하지 않는 시간에는 이러한 기능을 활용하여 전력을 저장할 수 있다.
전류 측정부(150)는 선로(10)로부터 전류를 취득하는 전류 취득모듈(160) 및 전류 취득모듈(160)에서 수집한 전류를 근거로 선로(10)의 전류를 측정하는 전류 측정 회로(170)를 포함한다.
전류 취득모듈(160)은 고압 배전망의 선로(10)로부터 전류를 수집한다. 이를 위해, 전류 취득모듈(160)은 제2코어(161) 및 제2코일(164)로 구성된다.
제2코어(161)는 제1본체(111)에 삽입 형성되는 제3코어 철심(162)과 제2본체(112)에 삽입 형성되는 제4코어 철심(163)으로 구성된다. 제3코어 철심(162)과 제4코어 철심(163)은 제1본체(111)와 제2본체(112)가 결함됨에 따라 양단부가 결합되어 원통형의 제2코어(161)를 형성한다.
제2코일(164)은 제3코어 철심(162)에 권선되는 제3픽업 코일(165) 및 제1코어 철심(132)에 권선되는 제4픽업 코일(166)로 구성된다. 이때, 제3픽업 코일(165) 및 제4픽업 코일(166)은 제1본체(111)와 제2본체(112)가 결함됨에 따라 양단이 연결되어 제2코어(161)에 권선되는 제2코일(164)을 형성한다.
전류 측정 회로(170)는 제1본체(111) 및 제2본체(112) 중에 적어도 한곳에 설치된다. 전류 측정 회로(170)는 전류 취득모듈(160)을 통해 수집된 전류를 이용하여 고압 배전망의 선로(10)에 흐르는 전류를 측정한다. 전류 측정 회로(170)는 변류기에 포함된 전류계와 유사(동일)한 회로로 구성된다.
이러한 구성을 통해, 전류 측정부(150)는 기존의 변류기와 동일한 방식으로 선로(10)의 전류를 측정한다.
제어부(180)는 무선 전류 센서(100)에 부여된 고유 정보를 저장한다. 즉, 제어부(180)는 내부 메모리를 통해 IP 주소, 고유 번호 등을 포함하는 고유 정보를 저장한다.
제어부(180)는 이웃 무선 전류 센서(100)들과 동기화를 위한 지연시간을 설정한다. 즉, 삼상 고압선로(10)의 전류나 역률을 측정하기 위해서는 파워 분석기(Power Analyzer)와 같이 각 상의 전류를 동시에 측정하는 것이 필요하기 때문에, 제어부(180)는 이웃무선 전류 센서(100)들과 동기화하기 위한 지연시간을 설정한다.
이를 위해, 무선 전류 센서(100)가 마스터로 설정된 경우, 제어부(180)는 슬레이브로 설정된 이웃 무선 전류 센서(100)들에게로 신호 출력 시간을 포함하는 동기화 신호를 전송한다. 무선 전류 센서(100)가 슬레이브로 설정된 경우, 제어부(180)는 동기화 신호를 수신한 시간과 동기화 신호에 포함된 신호 출력 시간의 차이값을 이용하여 지연시간을 설정한다. 이때, 제어부(180)는 무선 전류 센서(100)가 최초 구성된 경우에만 지연시간을 설정하거나, 소정 주기 간격으로 지연시간을 설정할 수도 있다.
예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 마스터로 설정된 무선 전류 센서(100; 이하, 마스터 센서)는 시각 t0에 슬레이브로 설정된 무선 전류 센서들(100; 이하, 슬레이브 센서)에게로 동기화 신호(V0)를 전송한다.
이때, 제1슬레이브 센서, 제2슬레이브 센서 및 제3슬레이브 센서는 마스터 센서와의 거리에 따라 동기화 신호(V0)를 서로 다른 시간에 수신하게 된다. 이에, 슬레이브 센서들은 동기화 신호의 신호 수신 시간에서 동기화 신호에 포함된 신호 출력 시간을 차감하여 지연시간(즉, △t1, △t2, △t3)을 설정한다.
제어부(180)는 전류 측정부(150)에서 측정된 전류 측정값을 저장한다. 즉, 제어부(180)는 내부 메모리를 통해 설정 기간 동안 측정된 전류 측정값을 저장한다. 이때, 설정 기간은 이웃 무선 전류 센서(100)들과의 동기화를 위해 설정되는 지연시간으로 설정된다.
예를 들어, 제1슬레이브 센서 내지 제3슬레이브 센서의 지연시간이 각각 △t1, △t2, △t3으로 설정된 경우, 제1슬레이브 센서는 최소 △t1 동안 측정된 전류 측정값을 저장하고, 제2슬레이브 센서는 최소 △t2 동안 측정된 전류 측정값을 저장하고, 제1슬레이브 센서는 최소 △t3 동안 측정된 전류 측정값을 저장한다.
제어부(180)는 마스터로 설정된 무선 전류 센서(100)로부터 전류 측정 신호를 수신하면 기저장된 전류 측정값들 중에서 전류 측정 신호의 수신 시간을 기준으로 지연시간 이전에 측정된 전류 측정값을 검출한다. 제어부(180)는 검출한 전류 측정값을 통신부(190)를 통해 마스터로 설정된 무선 전류 센서(100)에게로 전송한다.
예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 마스터 센서에서 시각 t0에 슬레이브 센서들에거로 전류 측정 신호(Vs)를 전송하면, 제1슬레이브 센서 내지 제3슬레이브 센서는 마스터 센서와의 거리에 따라 시각 t1 내지 t3에 전류 측정 신호(Vs)를 수신하게 된다.
그에 따라, 제1슬레이브 센서는 t1을 기준으로 △t1 이전에 시각(즉, t1-△t1)에 측정된 전류 측정값(I1)을 검출하여 마스터 센서로 전송하고, 제2슬레이브 센서는 t2을 기준으로 △t2 이전에 시각(즉, t2-△t2)에 측정된 전류 측정값(I2)을 검출하여 마스터 센서로 전송하고, 제3슬레이브 센서는 t3을 기준으로 △t3 이전에 시각(즉, t3 -△t3)에 측정된 전류 측정값(I3)을 검출하여 마스터 센서로 전송한다.
제어부(180)는 이웃 무선 전류 센서(100)들과의 통신을 통해 무선 전류 센서(100)의 고장을 검출한다. 즉, 고압 배전망에 무선 전류 센서(100)들을 설치하여 오랜 기간 사용한다면 무선 전류 센서(100)의 고장이 발생할 수 있다. 이에, 제어부(180)는 통신부(190)를 통한 이웃 무선 전류 센서(100)들과의 통신을 통해 고장이 발생한 무선 전류 센서(100)를 검출한다.
참고로, 제어부(180)는 무선 전류 센서(100)의 IP 주소를 포함하는 고유 정보를 저장하고 있으므로, 어느 하나의 무선 전류 센서(100)가 통신을 못한다면 즉각 이웃 무선 전류 센서(100)가 해당 센서의 고장을 검출할 수 있다. 이렇게 쉬운 경우는 생략하고, 모든 상태가 정상처럼 보이지만 전류 측정값이 부정확한 경우가 가장 어려우므로 이 경우에 대해 상세하게 설명하기로 한다.
제어부(180)는 이웃 무선 전류 센서(100)와의 통신을 통해 수집한 전류 측정값 및 이를 이용하여 산출한 역률값을 이용하여 무선 전류 센서(100)의 고장 여부를 검출한다.
예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이, 고압 배전망이 구성된 상태에서 무선 전류 센서(100) S12가 고장인 것으로 가정한다.
고압 배전망의 선로(10)에 분기가 있는 경우에 항상 선로(10)분기점(node)에서 전류 키리호프(Kirchhoff) 법칙에 따라 I11은 I12+I13와 동일한 값을 갖는다. 하지만, 무선 전류 센서(100)의 고장이 발생한 경우 I11은 I12+I13과 다른 값을 갖게 된다.
이를 근거로, 무선 전류 센서(100) S11, S12, S13의 제어부(180)들은 상호 간의 통신을 통해 최소한 3개의 무선 전류 센서(100)들 중에서 1개의 고장을 검출할 수 있다. 이때, 무선 전류 센서(100)의 고장 확률을 연갈 PPM(10-6) 단위라고 하면, 2개 이상의 센서가 동시에 고장날 확률은 10-12이므로 무시할 수 있는 정도이다.
또한, 무선 전류 센서(100)의 [S11, S21, S31] 그룹, [S12, S22, S32] 그룹, [S13, S23, S33] 그룹 내에서 상호 간의 통신을 통해 역률을 체크하면, 제어부(180)는 각 상의 역률이 다른 그룹과 크게 달라지는 그룹을 검출할 수 있다. 이때, 고장난 무선 전류 센서(100)가 포함된 그룹의 경우 다른 그룹에 비해 역률이 비정상적으로 커지므로, 무선 전류 센서(100) S12가 포함된 [S12, S22, S32] 그룹의 역률이 비정상적으로 커지게 된다.
따라서, 제어부(180)는 고장 확률을 고려하여 전류 이상 그룹 및 역률 이상 그룹에 포함된 무선 전류 센서(100)들의 공통 분모를 확인하면, 무선 전류 센서(100) S12를 고장센서로 검출할 수 있다.
이때, 무선 전류 센서(100)는 고장 센서로 검출된 이 고장센서를 인력을 즉각 파견하여 교체할 필요가 없다. 즉, 무선 전류 센서(100) S12가 측정해야하는 전류 측정값 I12는 무선 전류 센서(100) S11 및 S32에서 측정된 전류 측정값들의 차이값(즉, I11-I13)으로부터 산출할 수 있기 때문에, 이웃 무선 전류 센서(100) 중 하나가 이 계산 값(I12)과 S12의 IP 주소를 보내면 이 분기점 근처에서 전류 분석이 가능하다.
만약, 이 분기점 근처에서 무선 전류 센서(100)가 하나 더 고장이 난다고 하면 전류 분석을 수행할 수 없지만, 분기점 근처에서 2개 이상의 무선 전류 센서(100)가 고장날 확률은 대략 9x10-12 내지 10-11 정도가 된다.
이는 1년간 고장 센서를 방치했을 때의 확률이므로, 최소 1주일 내로 고장 센서를 교체하는 경우 1년 주수인 52로 나누어야 하므로 전류 분석이 불가능한 확률은 대략 10-12 정도이다. 따라서, 이러한 수치는 역시 무시 가능하므로 주기적으로 고장 센서를 함께 교체하면 유지보수가 수월하게 된다.
제어부(180)는 주상 변압기 등의 배전기기의 노후화 또는 고장 여부를 검출한다. 즉, 주상 변압기 등의 배전기기는 노후화로 인한 효율 저하나 고장 발생시 입력출력 전력이 달라진다. 이를 근거로, 제어부(180)는 키리호프 법칙에 따라 이웃 무선 전류 센서(100)들의 전류 측정값들을 이용하여 배전기기의 노후화 또는 고장 여부를 검출한다. 이때, 제어부(180)는 배전기기의 설치시 전압이 변경되는 것을 고려하여 배전기기의 권선비를 반영한다.
예를 들면, 도 7에 도시된 바와 같이, 제1전주에 있는 주상 변압기의 건전성은 무선 전류 센서(100)인 S11, S13 및 S12의 전류값으로 검출할 수 있다. 이를 무선 전류 센서(100)가 측정하면 되나, S12는 전압이 달라진다는 점만 감안하면 나머지는 동(同)전압 분기점의 전류 측정과 대동소이하다.
한편, 도 6에서 분기점 N1에 주상 변압기가 설치된 경우 I11 = N x I12 + I13이 되어야 한다. 이때, I12는 주상 변압기에 의해 전압이 변경되므로, 주상 변압기의 권선비 N(220/22900)을 반영한다. 여기서, 배전기기의 노후화 또는 고장 여부 검출시 주상 변압기를 예로 들어 설명하였으나, 배전선로(10)에서 측정하는 것이기 때문에 다른 배전기기에 대해서도 동일하게 적용할 수 있다.
통신부(190)는 이웃 무선 전류 센서(100)들 및 관리 서버(미도시)와 신호를 송수신한다. 즉, 통신부(190)는 이웃 무선 전류 센서(100)들과의 동기화를 위한 신호, 전류 측정값의 전송 및 무선 중계를 위한 신호를 송수신한다. 이때, 통신부(190)는 지그비(zigbee), 블루투스(bluetooth) 등의 근거리 통신을 통해 이웃 무선 전류 센서(100)와의 통신을 수행하고, 무선 중계 및 전류 측정값 등의 원거리 송신에서는 와이파이 등을 통해 통신을 수행한다.
한편, 도 7을 참조하면, 제2전주, 제4전주 등과 같이 분기점(node)이 없는 배전선로(10)의 단순 통과구간은 전류 키리호프 법칙에 따라 전류 값이 동일하게 유지된다. 따라서, 무선 전류 센서(100)는 해당 배전선로(10)의 단순 통과구간에는 설치될 필요가 없다.
만약, 분기점이라도 주상 변압기가 없는 경우(예를 들면, 제1전주, 제5전주에서 변압기가 없는 경우)를 가정하면, 무선 전류 센서(100)인 S13 및 S51은 중복이므로 둘 중 하나만 설치되어도 무방하다. 이는, 4개의 선로(10)가 연결되는 분기점에서도 동일하게 적용된다.
그러므로, 고압 배전망이 아무리 복잡하더라도 배전선로(10; Feeder) 개수만큼의 무선 전류 센서(100)가 설치된다. 일례로, 도 7에서는 제1전주 내지 제5전주까지 배전선로(10)가 1개이므로 1개의 무선 전류 센서(100)가 설치될 수 있다.
다만, 원격 데이터 송신을 위해서는 추가 중계용 무선 센서를 달거나 무선 중계기를 설치할 수도 있다. 이때, 무선 전류 센서(100)의 통신부(190)를 LoRa 통신모듈로 구성하는 경우 최대 21km 정도의 거리에 위치한 중계기까지 신호를 전송할 수 있고, 지그비를 사용하는 Digimesh의 경우 대략 1km 정도의 거리에 위치한 중계기까지 신호를 전송할 수 있다.
무선 전류 센서(100)는 장거리 통신을 위해 인접한 첫 번째 무선 전류 센서(100)까지 통신영역에 포함되도록 설치될 수 있다. 즉, 도 8에 도시된 바와 같이, 무선 전류 센서(100)는 양측으로 인접한 첫 번째 무선 전류 센서(100)인 S1, S3까지 통신영역에 포함되도록 설치된다.
하지만, 인접한 첫 번째 무선 전류 센서(100)까지 통신영역에 포함되도록 무선 전류 센서(100)가 설치되는 경우, 하나의 무선 전류 센서(100)가 고장나는 경우 고압 배전망 전체의 원격 통신이 끊길 수 있다. 원격 통신이 끊길 확률은 무선 전류 센서(100) 1개의 고장확률인 10-6에 전체 무선 전류 센서(100)의 개수를 곱한 n×10-6이 된다.
이에 반해, 도 9에 도시된 바와 같이, 무선 전류 센서(100; S3)의 통신영역이 인접한 두 번째 무선 전류 센서(100; 즉, S4, S5, S2, S1)까지 포함할 경우, 고압 배전망에 설치되는 무선 전류 센서(100)의 개수는 2배로 증가한다. 하지만, 고압 배전망의 원격 통신이 끊길 수 있는 확률은 인접한 2개의 무선 전류 센서(100; 즉, S4 및 S5, S2 및 S1)가 동시에 고장날 확률과 같으므로, 2n×10-6×10-6(= 2n×10-12)으로 매우 낮아진다.
최근 저비용, 저전력 무선 통신 기술들이 급격히 발전하고, 통신거리도 전주간 거리에 비해 충분히 길기 때문에, 인접한 두 번째 무선 전류 센서(100)까지 통신영역에 포함되도록 무선 전류 센서(100)를 설치하는 것이 고압 배전망의 원격 통신 신뢰도를 높이는 것에 유리하다.
이를 통해, 무선 전류 센서(100)들 간의 메쉬 네트워크(Meshed Network)가 구성되어, 특정 무선 전류 센서(100)가 고장 나더라도 정상 동작하는 무선 전류 센서(100)들이 기 지정된 IP 주소(즉, 고장난 무선 전류 센서(100)의 IP 주소)를 찾아 전력 정보를 전달할 수 있다.
원격 통신을 통한 전력정보를 배전센터까지 직접 전달하는 것보다는, 기존의 배전지능화 사업 등으로 현장에 기설치된 자동화기기의 통신 단말기까지 연결하여 이 통신망을 그대로 활용하면 비용은 더욱 줄어 효율적 현장적용이 이루어질 수 있다.
또한, 기존 배전지능화에서 단말기(예를 들면, FRTU 등)들에서 측정한 전압값과 결합하면, 전류 측정값으로 배전망의 전력을 분석할 수 있으므로 막대한 전력분석 비용이 획기적으로 절감할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 무선 전류 센서를 이용한 고압 배전망 관리 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 아래와 같다. 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 무선 전류 센서를 이용한 고압 배전망 관리 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 11은 도 10의 지연시간 설정 단계를 설명하기 위한 흐름도이고, 도 12는 도 10의 전류 측정값 수집 단계를 설명하기 위한 흐름도이고, 도 13 및 도 14는 도 10의 고압 배전망 관리 단계를 설명하기 위한 흐름도이다.
무선 전류 센서(100)는 내부에 삽입된 선로(10)로부터 발생하는 자기장의 변화를 통해 전력(전원)을 생산한다. 무선 전류 센서(100)는 생산한 전력을 정류하여 구동 전력으로 사용한다. 무선 전류 센서(100)는 이웃 무선 전류 센서(100)들과의 동기화를 위한 지연시간을 설정한다(S100). 이를 첨부된 도 11을 참조하여 설명하면 아래와 같다.
마스터로 설정된 무선 전류 센서(100; 이하, 마스터 센서)는 슬레이브로 설정된 이웃 무선 전류 센서(100; 이하, 슬레이브 센서)들에게로 동기화 신호를 전송한다(S110). 이때, 마스터 센서는 신호 출력 시간을 포함하는 동기화 신호를 슬레이브 센서들에게로 전송한다.
동기화 신호를 수신한 슬레이브 센서는 동기화 신호의 수신 시간을 측정한다(S120).
슬레이브 센서는 수신한 동기화 신호로부터 신호 출력 시간을 검출한다(S130).
슬레이브 센서는 측정한 수신 시간과 검출한 신호 출력 시간을 근거로 지연시간을 설정한다(S140). 이때, 슬레이브 센서는 수신 시간에서 신호 출력 시간의 차이값을 지연시간으로 설정한다.
무선 전류 센서(100)는 지연시간의 설정이 완료되면 내부에 삽입된 선로(10)에 흐르는 전류를 측정하여 전류 측정값으로 저장한다(S200). 이때, 무선 전류 센서(100)는 S100 단계에서 설정된 지연시간을 기준으로 설정 기간 동안 측정된 전류 측정값을 저장한다. 예를 들어, 지연시간이 △t으로 설정된 경우, 무선 전류 센서(100)는 현재 시각을 기준으로 최소 △t 동안 측정된 전류 측정값을 저장한다.
무선 전류 센서(100)는 고압 배전망의 관리를 위해 이웃 무선 전류 센서(100)들로부터 전류 측정값을 수집한다(S300). 이를 첨부된 도 12를 참조하여 설명하면 아래와 같다.
마스터로 설정된 무선 전류 센서(100; 이하, 마스터 센서)는 슬레이브로 설정된 이웃 무선 전류 센서(100; 이하, 슬레이브 센서)들에게로 전류 측정 신호를 전송한다(S310).
전류 측정 신호를 수신한 슬레이브 센서는 전류 측정 신호의 수신 시간을 측정한다(S320).
슬레이브 센서는 측정한 수신 시간과 지연시간을 근거로 전류 측정값을 검출한다(S330). 즉, 슬레이브 센서는 S200 단계에서 저장된 전류 측정값들 중에서 수신 시간을 기준으로 지연시간 이전에 측정된 전류 측정값을 검출한다. 예를 들어, S100 단계에서 지연시간이 △t으로 설정되고, S320 단계에서 전류 측정 신호의 수신 시간이 t로 측정되면, 슬레이브 센서는 슬레이브 센서는 t를 기준으로 △t 이전에 시각(즉, t-△t)에 측정된 전류 측정값을 검출한다.
슬레이브 센서는 검출한 전류 측정값을 마스터 센서에게로 전송한다(S340).
무선 전류 센서(100)는 이웃 무선 전류 센서(100)들로부터 수집한 전류 측정값을 이용한 전류 분석을 통해 고압 배전망을 관리한다(S400). 이때, 무선 전류 센서(100)는 전류 분석을 통해 고압 배전망에 설치된 무선 전류 센서(100), 주상 변압기 등의 배전기기에 대한 노후화 여부, 고장 여부를 검출한다. 이를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 아래와 같다.
도 13을 참조하여 전류 측정값을 이용한 무선 전류 센서(100)의 고장 여부를 검출하는 방법을 설명하면 아래와 같다. 고압 배전망에 무선 전류 센서(100)들을 설치하여 오랜 기간 사용하면 무선 전류 센서(100)의 고장이 발생할 수 있다. 이에, 무선 전류 센서(100)는 이웃 무선 전류 센서(100)들과의 통신을 통해 고장이 발생한 무선 전류 센서(100)를 검출한다. 무선 전류 센서(100)는 IP 주소를 포함하는 고유 정보를 저장하고 있으므로, 어느 하나의 무선 전류 센서(100)가 통신을 못한다면 즉각 이웃 무선 전류 센서(100)가 해당 센서의 고장을 검출할 수 있다. 이렇게 쉬운 경우는 생략하고, 모든 상태가 정상처럼 보이지만 전류 측정값이 부정확한 경우가 가장 어려우므로 이 경우를 예로 들어 설명한다.
무선 전류 센서(100)는 이웃한 무선 전류 센서(100)들 중에서 분기점을 중심으로 다른 방향의 선로(10)에 연결된 무선 전류 센서(100)들을 제1그룹으로 분류한다(S411). 예를 들어, 무선 전류 센서(100)가 각각 설치된 제1선로(10) 내지 제3선로(10)가 분기점에 연결되면, 무선 전류 센서(100)는 제1선로(10) 내지 제3선로(10)에 설치된 무선 전류 센서(100)들을 동일한 제1그룹으로 분류한다.
고압 배전망의 분기점에 연결된 선로(10)에 설치된 무선 전류 센서(100)는 선로(10)의 전류 측정값을 측정한다(S412).
무선 전류 센서(100)는 동일한 제1그룹에 포함된 다른 무선 전류 센서(100)들로부터 전류 측정값을 수집한다(S413). 이때, 무선 전류 센서(100)는 동일한 제1그룹에 속한 무선 전류 센서(100)들로부터 S412 단계에서 측정한 전류 측정값과 동일 시점에 측정된 전류 측정값들을 수집한다. 예를 들어, 고압 배전망의 분기점에 제1선로(10) 내지 제3선로(10)가 연결되고, 각 선로(10)에 제1무선 전류 센서(100) 내지 제3무선 전류 센서(100)가 설치된 것으로 가정하면, 제1무선 전류 센서(100)는 제2무선 전류 센서(100) 및 제3무선 전류 센서(100)로부터 전류 측정값을 수집한다.
무선 전류 센서(100)는 수집한 전류 측정값의 합산값을 산출한다(S414). 예를 들면, 제1무선 전류 센서(100)는 제2무선 전류 센서(100) 및 제3무선 전류 센서(100)로부터 수집한 전류 측정값들의 합산값을 산출한다.
무선 전류 센서(100)는 기측정한 전류 측정값과 기산출한 합산값을 근거로 제1그룹에 속한 무선 전류 센서(100)의 고장 발생 여부를 검출한다(S415). 동일한 제1그룹에 속한 모든 무선 전류 센서(100)가 정상인 경우 키리호프 법칙에 따라 제1무선 전류 센서(100)의 전류 측정값은 제2무선 전류 센서(100) 및 제3무선 전류 센서(100)의 전류 측정값들의 합산값과 동일한 값을 갖는다. 이를 근거로, 무선 전류 센서(100)는 전류 측정값과 합산값이 서로 다른 값이면 해당 제1그룹의 무선 전류 센서(100) 고장 발생으로 검출한다.
무선 전류 센서(100)는 이웃한 무선 전류 센서(100)들 중에서 복수의 분기점을 중심으로 동일 방향의 선로(10) 중 다른 상의 선로(10)에 연결된 무선 전류 센서(100)들을 분류하여 복수의 제2그룹을 생성한다(S416).
각각의 제2그룹에 포함된 무선 전류 센서(100)는 동일 그룹에 포함된 무선 전류 센서(100)들과의 통신을 통해 역률을 산출한다(S417).
무선 전류 센서(100)는 다른 제2그룹에 포함된 무선 전류 센서(100)들로부터 역률을 수집한다(S418).
무선 전류 센서(100)는 제2그룹들의 역률을 근거로 고장이 발생한 제2그룹을 검출한다(S419). 이때, 무선 전류 센서(100)는 제2그룹들 중에서 다른 제2그룹에 비해 비정상적으로 큰 역률을 갖는 제2그룹을 고장이 발생한 제2그룹으로 검출한다.
무선 전류 센서(100)는 고장 발생으로 검출된 제1그룹과 제2그룹에 포함된 무선 전류 센서(100)들의 공통 분모를 근거로 고장 센서를 검출한다(S420). 즉, 무선 전류 센서(100)는 제1그룹과 제2그룹에 동일하게 포함된 무선 전류 센서(100)를 고장 센서로 검출한다.
다음으로, 도 14를 참조하여 전류 측정값을 이용한 배전기기의 노후화 또는 고장 여부를 검출하는 방법을 설명하면 아래와 같다. 이하에서는 배전기기 중 주상 변압기를 예로 들어 설명한다.
무선 전류 센서(100)는 이웃한 무선 전류 센서(100)들 중에서 주상 변압기가 설치된 분기점을 중심으로 다른 방향의 선로(10)에 연결된 무선 전류 센서(100)들을 하나의 그룹으로 분류한다(S421). 예를 들어, 무선 전류 센서(100)가 각각 설치된 제1선로(10) 내지 제3선로(10)가 주상 변압기가 설치된 분기점에 연결되면, 무선 전류 센서(100)는 제1선로(10) 내지 제3선로(10)에 설치된 무선 전류 센서(100)들을 동일한 그룹으로 분류한다.
무선 전류 센서(100)는 설치된 선로(10)의 전류 측정값을 측정한다(S422).
무선 전류 센서(100)는 동일한 그룹에 포함된 다른 무선 전류 센서(100)들로부터 전류 측정값을 수집한다(S423). 이때, 무선 전류 센서(100)는 동일한 그룹에 속한 무선 전류 센서(100)들로부터 S422 단계에서 측정한 전류 측정값과 동일 시점에 측정된 전류 측정값들을 수집한다.
무선 전류 센서(100)는 수집한 전류 측정값 중에서 부하(수용가) 측에 연결되는 선로(10)에 설치된 무선 전류 센서(100)에서 측정된 전류 측정값에 주상 변압기의 권선비를 반영한다(S424). 예를 들어, 제1무선 전류 센서(100) 내지 제3무선 전류 센서(100)가 동일 그룹으로 분류되고, 제2무선 전류 센서(100)가 부하(수용가) 측에 연결되는 선로(10)에 설치된 경우, 무선 전류 센서(100)는 제2무선 전류 센서(100)의 전류 측정값과 주상 변압기의 권선비이 곱셈값을 산출한다.
무선 전류 센서(100)는 수집한 전류 측정값의 합산값을 산출한다(S425). 예를 들면, 제1무선 전류 센서(100)는 주상 변압기의 권선비를 반영한 제2무선 전류 센서(100)의 전류 측정값과 제3무선 전류 센서(100)의 전류 측정값의 합산값을 산출한다.
무선 전류 센서(100)는 기측정한 전류 측정값과 기산출한 합산값을 근거로 주상 변압기의 노후화 또는 고장 발생 여부를 검출한다(S426). 주상 변압기 등의 배전기기는 노후화로 인한 효율 저하나 고장 발생시 입력출력 전력이 달라지는 것을 근거로, 무선 전류 센서(100)는 전류 측정값과 합산값이 서로 다른 값이면 주상 변압기의 노후화 또는 고장 발생으로 검출한다.
상술한 바와 같이, 무선 전류 센서 및 이를 이용한 고압 배전망 관리 방법은 에너지 하베스팅 방법을 통해 생성된 전력을 무선 전류 센서의 구동 전원으로 사용함으로써, 감압 및 별도의 배터리를 필요로 하지 않아 센서 크기를 최소화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 무선 전류 센서 및 이를 이용한 고압 배전망 관리 방법은 무선 전류 센서가 22.9kV 전력선에 직접 부착됨으로써, 절연 애자를 필요로 하는 종래의 센서 볼에 비해 구성을 최소화하여 원격검사 시스템을 최소 비용으로 구축할 수 있는 효과가 있다.
또한, 무선 전류 센서 및 이를 이용한 고압 배전망 관리 방법은 D2D 방식으로 무선통신 네트워크를 구성함으로써, 전용 통신선과 중계기가 불필요하고, 배전지능화와 같은 측정 장소 제한이 적어 배전망에서 모니터링이 필요한 장소에 널리 사용될 수 있어 배전자동화 단말 장치와 상호 보완적으로 사용할 수 있는 효과가 있다.
또한, 무선 전류 센서 및 이를 이용한 고압 배전망 관리 방법은 경첩, 집게, 영구 자석으로 구성되는 결합 부재를 구성함으로써, 활선 상태의 22.9kV 고압배전선로에 대해 정전을 야기하지 않고도 설치할 수 있는 효과가 있다.
또한, 무선 전류 센서 및 이를 이용한 고압 배전망 관리 방법은 코어 철심 및 픽업 코일로 구성되는 전원부를 통해 에너지 하베스팅 방식으로 구동 전력을 생산함으로써, 22.9kV의 고압배전선로에서 외부 상용전원이나 태양전지와 배터리 등의 고가의 부피를 요구하는 전원장치 없이 무선전류센서 전자회로가 스스로 구동할 수 있는 전력을 확보할 수 있는 효과가 있다.
또한, 무선 전류 센서 및 이를 이용한 고압 배전망 관리 방법은 코어 철심 및 픽업 코일로 구성되는 전류 측정부를 통해 선로의 전류를 측정함으로써, 삼상 22.9kV의 배전선로에서 a, b, c상의 전력선에 절연 유무에 상관없이 어떠한 센서선을 연결하지 않고도 전류를 측정할 수 있는 효과가 있다.
또한, 무선 전류 센서 및 이를 이용한 고압 배전망 관리 방법은 무전 전류 센서간 네트워크를 구성함으로써, 역률, 상불균형, 전력방향 등을 측정하기 위해 삼상 고압배전선로의 전류측정 시각을 동기화(Synchronize)할 수 있는 효과가 있다.
또한, 무선 전류 센서 및 이를 이용한 고압 배전망 관리 방법은 무전 전류 센서간 네트워크를 구성함으로써, 인접한 무선 전류 센서 간의 상호 정보교환을 통해 주상변압기 등의 배전기기의 노후화(즉, 경년열화) 또는 고장 유무를 검출할 수 있는 효과가 있다.
또한, 무선 전류 센서 및 이를 이용한 고압 배전망 관리 방법은 무전 전류 센서간 네트워크를 구성함으로써, 비용 최소화를 위해 전용통신선 없이 원거리에 있는 FRTU, 배전센터 등까지 전류 측정정보를 전달할 수 있는 효과가 있다.
또한, 무선 전류 센서 및 이를 이용한 고압 배전망 관리 방법은 무전 전류 센서간 네트워크를 구성함으로써, 다수의 무선 전류 센서들 중 하나가 동작하지 않을 경우나 오동작할 경우, 해당 센서를 스스로 발견하고 교체시기까지 그 전류값을 유추하여 전력 정보 수집의 공백을 최소화할 수있는 효과가 있다.
이상에서 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대해 설명하였으나, 다양한 형태로 변형이 가능하며, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 특허청구범위를 벗어남이 없이 다양한 변형예 및 수정예를 실시할 수 있을 것으로 이해된다.
10: 선로 100: 무선 전류 센서
111: 제1본체 112: 제2본체
113: 제1홈 114: 제2홈
115: 경첩 116: 집게부
117: 영구 자석 120: 전원부
130: 전력 생성모듈 131: 제1코어
132: 제1코어 철심 133: 제2코어 철심
134: 제1코일 135: 제1픽업 코일
136: 제2픽업 코일 140: 전원회로
150: 전류 측정부 160: 전류 취득모듈
161: 제2코어 162: 제3코어 철심
163: 제4코어 철심 164: 제2코일
165: 제3픽업 코일 166: 제4픽업 코일
170: 전류 측정 회로 180: 제어부
190: 통신부

Claims (20)

  1. 선로의 일부가 삽입되는 제1홈이 형성되는 제1본체;
    상기 선로의 다른 일부가 삽입되는 제2홈이 형성되는 제2본체; 및
    상기 제1본체 및 제2본체에 연결되어 상기 제1본체 및 제2본체를 이격 또는 결합시키는 결합 부재를 포함하고,
    상기 제1홈 및 제2홈을 상기 결합 부재에 의해 상기 제1본체 및 제2본체가 결합되면 상기 선로가 삽입되는 중공홈을 형성하는 것을 특징으로 하는 무선 전류 센서.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 결합 부재는,
    일측이 상기 제1본체에 결합되고, 타측이 상기 제2본체에 결합되는 경첩;
    상기 경첩에 연결되어 상기 제1본체 및 상기 제2본체의 이격 및 결합을 조절하는 집게부; 및
    상기 제1본체 및 상기 제2본체에 형성되어, 상기 제1본체 및 제2본체의 결합 상태를 유지하는 영구 자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전류 센서.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1본체 및 제2본체에 실장되고, 상기 선로에서 발생하는 자기장으로부터 구동 전력을 생성하는 전원부;
    상기 제1본체 및 제2본체에 실장되고, 상기 선로의 전류 측정하여 전류 측정값을 생성하는 전류 측정부;
    상기 제1본체 및 제2본체 중에 적어도 하나에 실장되고, 상기 전원부에서 생성된 구동 전력에 의해 구동하여 다른 무선 전류 센서와 데이터를 송수신하는 통신부; 및
    상기 제1본체 및 제2본체 중에 적어도 하나에 실장되어 상기 전원부에서 생성된 구동 전력에 의해 구동하고, 상기 통신부를 통해 이웃 무선 전류 센서들과 동기화하고, 상기 전류 측정부에서 생성한 전류 측정값을 근거로 무선 전류 센서의 고장 여부, 배전기기의 노후화 및 고장 발생 여부를 검출하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전류 센서.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 전원부는,
    상기 선로에서 발생하는 자기장의 변화를 통해 에너지 하베스팅 방식으로 전력을 생성하는 전력 생성모듈; 및
    상기 제1본체 및 제2본체 중에 적어도 한곳에 설치되고, 상기 전력 생성모듈에서 생성한 전력을 정류하여 구동 전력을 생성하는 전원회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전류 센서.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 전력 생성모듈은,
    상기 제1본체에 삽입 형성되는 제1코어 철심 및 상기 제2본체에 삽입 형성되는 제2코어 철심으로 구성되는 제1코어; 및
    상기 제1코어 철심에 권선되는 제1픽업 코일 및 상기 제2코어 철심에 권선되는 제2픽업 코일로 구성되는 제1코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전류 센서.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 전류 측정부는,
    상기 선로로부터 전류를 취득하는 전력 취득모듈; 및
    상기 제1본체 및 제2본체 중에 적어도 한곳에 설치되고, 상기 전력 취득모듈에서 취득한 전류를 측정하는 전류 측정 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전류 센서.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 전력 취득모듈은,
    상기 제1본체에 삽입 형성되는 제3코어 철심 및 상기 제2본체에 삽입 형성되는 제4코어 철심으로 구성되는 제2코어; 및
    상기 제3코어 철심에 권선되는 제3픽업 코일 및 상기 제4코어 철심에 권선되는 제4픽업 코일로 구성되는 제2코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전류 센서.
  8. 청구항 3에 있어서,
    상기 제어부는,
    동기화 신호에 포함된 신호 출력 시간 및 상기 동기화 신호의 수신 시간의 차이값을 지연시간으로 설정하고, 상기 지연시간으로 설정된 설정 기간 동안 상기 전류 측정부에서 측정한 전류 측정값을 저장하고, 전류 측정 신호의 수신 시간을 기준으로 지연시간 이전에 측정된 전류 측정값을 검출하는 것을 특징으로 하는 무선 전류 센서.
  9. 청구항 3에 있어서,
    상기 제어부는,
    배전기기가 설치된 노드에 연결된 선로에 설치되면 상기 노드에 연결된 다른 무선 전류 센서들로부터 전류 측정값을 수집하고, 상기 수집한 전류 측정값 중에 부하에 연결된 선로에 설치된 무선 전류 센서로부터 수집한 전류 측정값에 상기 배전기기의 권선비를 반영한 후 다른 무선 전류 센서로부터 수집한 전류 측정값을 합산한 합산값을 산출하고, 상기 전류 측정부에서 측정한 전류 측정값과 산출한 합산값을 근거로 상기 배전기기의 노후화 또는 고장 여부를 검출하는 것을 특징으로 하는 무선 전류 센서.
  10. 청구항 3에 있어서,
    상기 제어부는,
    분기점을 중심으로 다른 방향의 선로에 연결된 무선 전류 센서들을 제1그룹으로 설정하고, 상기 제1그룹에 속한 무선 전류 센서들로부터 수집한 전류 측정값의 합산값과 상기 전류 측정부에서 측정한 전류 측정값을 근거로 상기 제1그룹의 고장 여부를 검출하고,
    상기 분기점을 중심으로 동일 방향의 다른 상을 갖는 선로에 연결된 무선 전류 센서들을 제2그룹으로 설정하고, 복수의 제2그룹들로부터 수집한 역률을 근거로 상기 제2그룹의 고장 여부를 검출하고,
    고장으로 검출된 제1그룹 및 제2그룹에 공통으로 포함된 무선 전류 센서를 고장 센서로 검출하는 것을 특징으로 하는 무선 전류 센서.
  11. 고압 배전망의 선로들에 설치된 복수의 무선 전류 센서를 이용한 고압 배전망 관리 방법에 있어서,
    무선 전류 센서에서 이웃 무선 전류 센서들과의 동기화를 위한 지연시간을 설정하는 단계;
    무선 전류 센서에서 상기 설정된 지연시간을 근거로 선로에 흐르는 전류를 측정하여 전류 측정값으로 저장하는 단계;
    무선 전류 센서에서 이웃 무선 전류 센서들로부터 전류 측정값을 수집하는 단계;
    상기 수집한 전류 측정값을 이용한 전류 분석을 통해 무선 전류 센서의 고장 여부를 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전류 센서를 이용한 고압 배전망 관리 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 지연시간을 설정하는 단계는,
    마스터로 설정된 무선 전류 센서에서 슬레이브로 설정된 무선 전류 센서들에게 동기화 신호를 전송하는 단계;
    슬레이브로 설정된 무선 전류 센서에서 상기 동기화 신호의 수신 시간을 측정하는 단계;
    슬레이브로 설정된 무선 전류 센서에서 상기 동기화 신호로부터 신호 출력 시간을 검출하는 단계; 및
    슬레이브로 설정된 무선 전류 센서에서 상기 검출한 신호 출력 시간과 상기 측정한 수신 시간의 차이값을 지연시간으로 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전류 센서를 이용한 고압 배전망 관리 방법.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 전류 측정값으로 저장하는 단계에서는,
    지연시간으로 설정된 설정 기간 동안 상기 전류 측정값을 측정하여 저장하는 것을 특징으로 하는 무선 전류 센서를 이용한 고압 배전망 관리 방법.
  14. 청구항 11에 있어서,
    상기 전류 측정값을 수집하는 단계는,
    마스터로 설정된 무선 전류 센서에서 슬레이브로 설정된 무선 전류 센서들에게 전류 측정 신호를 전송하는 단계;
    슬레이브로 설정된 무선 전류 센서에서 전류 측정 신호의 수신 시간을 측정하는 단계;
    슬레이브로 설정된 무선 전류 센서에서 상기 측정한 수신 시간과 지연시간을 근거로 전류 측정값을 검출하는 단계; 및
    슬레이브로 설정된 무선 전류 센서에서 상기 검출한 전류 측정값을 마스터로 설정되 무선 전류 센서에게 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전류 센서를 이용한 고압 배전망 관리 방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 전류 측정값을 검출하는 단계에서는,
    상기 수신 시간을 기준으로 상기 지연시간 이전 시각에 측정된 전류 측정값을 검출하는 것을 특징으로 하는 무선 전류 센서를 이용한 고압 배전망 관리 방법.
  16. 청구항 11에 있어서,
    상기 무선 전류 센서의 고장 여부를 검출하는 단계는,
    분기점에 연결된 선로에 설치된 무선 전류 센서에서 상기 선로의 전류 측정값을 측정하는 단계;
    상기 무선 전류 센서에서 상기 분기점에 연결된 다른 선로들에 설치되어 제1그룹으로 분류된 무선 전류 센서들로부터 전류 측정값을 수집하는 단계;
    상기 무선 전류 센서에서 상기 수집한 전류 측정값들의 합산값과 상기 측정한 전류 측정값을 근거로 상기 제1그룹의 고장 여부를 검출하는 단계;
    상기 무선 전류 센서에서 상기 분기점에 연결된 동일 방향의 선로들 중에 서로 다른 상에 연결된 무선 전류 센서들을 포함하는 복수의 제2그룹의 역률을 수집하는 단계;
    상기 무선 전류 센서에서 상기 수집한 역률을 근거로 제2그룹의 고장 여부를 검출하는 단계; 및
    상기 무선 전류 센서에서 고장으로 검출된 제1그룹 및 제2그룹에 공통으로 포함된 무선 전류 센서를 고장 센서로 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전류 센서를 이용한 고압 배전망 관리 방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 제1그룹의 고장 여부를 검출하는 단계에서는,
    상기 무선 전류 센서에서 상기 합산값과 상기 측정한 전류 측정값이 서로 다른 값이면 상기 제1그룹의 고장 발생으로 검출하는 것을 특징으로 하는 무선 전류 센서를 이용한 고압 배전망 관리 방법.
  18. 청구항 16에 있어서,
    상기 제2그룹의 고장 여부를 검출하는 단계에서는,
    상기 복수의 제2그룹 중에서 다른 제2그룹과 다른 역률을 갖는 제2그룹을 고장으로 판단하는 것을 특징으로 하는 무선 전류 센서를 이용한 고압 배전망 관리 방법.
  19. 청구항 11에 있어서,
    상기 수집한 전류 측정값을 이용한 전류 분석을 통해 고압 배전망에 설치된 배전기기의 노후화 및 고장 발생 여부를 검출하는 단계를 더 포함하되,
    상기 배전기기의 노후화 및 고장 발생 여부를 검출하는 단계는,
    분기점에 연결된 선로에 설치된 무선 전류 센서에서 상기 선로의 전류 측정값을 측정하는 단계;
    상기 무선 전류 센서에서 상기 분기점에 연결된 다른 선로들에 설치된 무선 전류 센서들로부터 전류 측정값을 수집하는 단계;
    상기 무선 전류 센서에서 수집한 전류 측정값 중에서 부하측에 연결되는 선로에 설치된 무선 전류 센서에서 수집된 전류 측정값에 상기 배전기기의 권선비를 반영하는 단계;
    상기 무선 전류 센서에서 상기 권선비를 반영한 전류 측정값과 다른 무선 전류 센서에서 수집된 전류 측정값의 합산값을 산출하는 단계; 및
    상기 무선 전류 센서에서 상기 측정한 전류 측정값과 산출한 합산값을 근거로 상기 배전기기의 노후화 또는 고장 여부를 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전류 센서를 이용한 고압 배전망 관리 방법.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 배전기기의 노후화 또는 고장 여부를 검출하는 단계에서는,
    상기 측정한 전류 측정값과 상기 합산값이 서로 다른 값이면 상기 배전기기의 노후화 또는 고장으로 검출하는 것을 특징으로 하는 무선 전류 센서를 이용한 고압 배전망 관리 방법.
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