원격 검침망 기반의 전원선 누설 전류 감시 시스템 및 이의 동작 방법{Leakage current monitoring system for voltage distribution line based on AMR network and driving method thereof}
본 실시예는 누설 전류 감시 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 원격 검침망을 이용하여 변압기 2차측 이후 댁내를 포함하는 저압 전원 수용가 구내까지의 저압 전원선 구간의 누설 전류를 감시하는 원격 검침망 기반의 전원선 누설 전류 감시 시스템 및 이의 동작 방법에 관한 것이다.
전주(전신주)를 통해 각 가정(수용가)으로 공급되는 전력은 전력 계량기를 거쳐 구내 분전반 메인 차단기, 누전차단기, 구간별 차단기로 공급된다. 이에 따라, 각 가정에서 일정이상의 누설 전류가 발생하게 되면 누전차단기가 동작하여 전원 공급을 중단시킨다. 이때, 각 가정의 비정상적인 결함을 해소 하고 누전차단기를 동작시키면 정상적인 전원공급이 재개 된다. 한편, 전주의 변압기 2차측에서 전력 계량기까지는 통상 DV 케이블 혹은 저압 전원 케이블 등으로 구성된 인입선으로 구성이 된다. 또한, 전주에서 인입선 보호장치로 사용되는 퓨즈는 38~100A의 과전류시에만 보호되는 방식이 적용되고 있 다. 종래에는 인입선 단락 등의 사고 수준의 상태가 아닌 이상 평상시에 인입선의 전류 누설을 감지하지 못하며, 인입선의 절연 열화, 풍우 등에 의해 인입선과 도전성 물체의 마찰로 인한 충전부 발생 등의 위험한 상황을 예측할 수 없다. 즉, 종래에는 전주로부터 인입선을 통해 제공되는 전력의 검침량과 각 가정의 사용량의 차이를 이용하여 전류 누설을 검출하는 방법이 사용되고 있으나, 이러한 전류 누설 검출 방법은 인입선 자체의 전류 누설을 감안하지 않으므로 전기 설비의 건전성을 판단하고 관리하는 도구로 활용될 수 없었다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 각 가정으로 전력을 제공하는 전원선(인입선)의 누설 전류를 감시할 수 있는 전원선 누설 전류 감시 시스템을 제공하고자 하는데 있다. 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 전원선 누설 전류 감시 시스템의 동작 방법을 제공하고자 하는데 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 전원선 누설 전류 감시 시스템은, 변압기와 하나 이상의 수용가 사이의 전원선에 설치된 누설 전류 감지 센서, 누설 전류 감지 센서로부터 센싱된 누설 전류 값을 수집하고, 수집된 누설 전류 값을 누설 전류 데이터로 변환하는 데이터 집중 장치 및 데이터 집중 장 치로부터 통신망을 통해 전송된 누설 전류 데이터를 이용하여 전원선의 품질을 판단하고, 판단 결과에 따라 다양한 이벤트를 발생시키는 원격 감시 서버를 포함한다. 상기 누설 전류 감지 센서는, 상기 수용가 방향으로 공급되는 전압 신호와 상기 수용가로부터 회귀되는 전압 신호의 차이로부터 상기 누설 전류 값을 출력한다. 상기 데이터 집중 장치는, 상기 누설 전류 값을 아날로그-디지털 변환하여 상기 누설 전류 데이터를 생성한다. 상기 데이터 집중 장치는 상기 누설 전류 데이터를 전력선 통신을 이용하여 상기 원격 감시 서버로 전송한다. 상기 변압기는 전주의 고압선으로부터 제공된 고전압 신호를 저전압 신호로 변환하여 출력한다. 상기 전원선은 상기 변압기로부터 출력되는 상기 저전압 신호를 상기 하나 이상의 수용가로 공급하는 저압 전원선이다. 상기 원격 감시 서버는, 누설 전류 평균 값이 저장된 저장부, 전송된 상기 누설 전류 데이터와 상기 누설 전류 평균 값을 비교하고, 비교 결과에 따라 상기 전원선의 품질을 판단하는 등급 판단부 및 상기 등급 판단부의 판단 결과에 따라 이벤트를 발생시키는 이벤트 처리부를 포함한다. 상기 등급 판단부는, 상기 누설 전류 평균 값에 소정의 편차값을 적용하여 다수의 구간들을 생성하고, 상기 다수의 구간들 중에서 누설 전류 데이터가 해당하는 하나의 구간을 추출하여 상기 전원선의 품질을 판단한다. 상기 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 전원선 누설 전류 감시 시스템의 동작 방법은, 전원선으로부터 누설 전류 값을 센싱하는 단계, 센싱된 누설 전류 값을 누설 전류 데이터로 변환하는 단계, 기저장된 누설 전류 평균 값과 누설 전류 데이터를 비교하여 전원선의 품질을 판단하는 단계 및 판단 결과에 따라 이벤트를 발생시키는 단계를 포함한다. 상기 누설 전류 값을 센싱하는 단계는, 상기 전원선으로부터 수용가 방향으로 공급되는 공급 전류와 상기 수용가로부터 회귀되는 회귀 전류의 차이를 센싱하는 단계이다. 상기 전원선의 품질을 판단하는 단계는, 상기 누설 전류 평균 값에 소정의 편차값을 적용하여 다수의 구간들을 생성하는 단계 및 상기 다수의 구간들 중에서 상기 누설 전류 데이터가 해당하는 하나의 구간을 추출하여 상기 전원선의 품질을 판단하는 단계를 포함한다. 판단 결과에 따라 이벤트를 발생시키는 단계는, 상기 전원선의 품질 판단 결과에 따라 경보 또는 통지 이벤트를 발생시키는 단계이다.
본 발명에 따른 원격 검침망 기반의 전원선 누설 전류 감시 시스템 및 이의 동작 방법에 따르면, 종래의 전원선 구간의 선로 품질 관리는 전주에서 과전류 발생시 차단하는 휴즈 동작뿐이었으나, 본 발명은 전원선의 누설 전류를 실시간으로 측정하고, 이를 이용하여 전원선의 품질을 관리함으로써, 상대적으로 관리가 취약한 전원선으로 인하여 수용가의 정전 등과 같은 사고를 미연에 방지할 수 있다. 또 한, 본 발명은 전원선과 수용가 전체 구간에 대한 누설 전류 감시가 가능하기 때문에 수용가 내의 전기 설비에 대한 관리/감시가 가능하다. 이는, 전원선 유지/보수/관리에 소모되는 인력 및 예산을 절감할 수 있는 효과가 있다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시 예에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 실시 예를 예시하는 첨부도면 및 첨부도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다. 이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전원선 누설 전류 감시 시스템의 개략적인 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 원격 감시 서버의 개략적인 구성도이다. 도 1을 참조하면, 전원선 누설 전류 감시 시스템(100)은 각 가정, 예컨대 수용가(50)에 전기를 공급하기 위한 변압기(40), 변압기(40)와 수용가(50)를 연결시키는 전원선(30), 전원선(30)에 설치(또는, 부착)된 누설 전류 감지 센서(60), 누설 전류 감지 센서(60)와 통신하는 데이터 집중 장치(70) 및 데이터 집중 장치(70)와 통신하는 원격 감시 서버(80)를 포함할 수 있다. 변압기(40)는 전주(또는, 전신주)(미도시)에 설치되고, 하나 이상의 고압 선 로(10)로부터 인가되는 고전압 신호를 각 수용가(50)에서 사용 가능한 저전압 신호로 변환한다. 예컨대, 전주에는 하나 이상의 고압 선로(10)와 중성 선로(20)가 배치되고, 변압기(40)는 하나의 고압 선로(10)와 중성 선로(20)를 결선시킬 수 있다. 중성 선로(20)는 단상 3선식이나 3상 교류 계통에서 변압기(40)를 Y-결선하는 경우에 그 중성점 사이에 접속되는 선로이다. 중성 선로(20)는 변압기(40)의 2차측, 예컨대 출력측에 접속되는 전원선(30)과 결합할 수 있으며, 중성 선로(20)를 통해 상시 전류가 회귀할 수 있다. 변압기(40)는 고압 선로(10)로부터 인가되는 고전압 신호, 예컨대 대략 22.9KV의 크기를 가지는 고전압 신호를 저전압 신호, 예컨대 대략 220V 또는 380V의 크기를 가지는 저전압 신호로 변환하고, 변환된 저전압 신호를 2차측에 접속된 전원선(30)을 통해 각 수용가(50)로 출력할 수 있다. 인입선으로도 불리우는 저압 전원선(30)은 변압기(40)로부터 출력된 저전압 신호를 각 수용가(50)로 공급할 수 있다. 각 수용가(50)는 변압기(40)로부터 전원선(30)을 통해 인가되는 저전압 신호를 이용하여 다수의 전자 제품들을 구동시키는 전기 신호로써 사용할 수 있다. 전원선(30)은 예컨대, 한 쌍의 전선으로 구성될 수 있다. 누설 전류 감지 센서(60)는 전원선(30)에 설치되어 전원선(30)으로부터 누설되는 전류를 센싱하고, 센싱 결과에 따른 누설 전류 값(LC)을 출력할 수 있다. 누설 전류 감지 센서(60)는 변압기(40)의 2차측으로부터 소정의 이격 거리로 이격된 위치의 전원선(30)에 설치될 수 있으며, 예컨대 전원선(30)을 둘러싸며 설치되는 영상전류센서 등과 같은 감지 센서가 사용될 수 있다. 누설 전류 감지 센서(60)는 전원선(30)을 통하여 각 수용가(50)로 공급되는 저전압 신호와 전원선(30)을 통하여 각 수용가(50)로부터 회귀되는 회귀 전압 신호를 비교할 수 있으며, 두 신호의 차이를 센싱하여 누설 전류 값(LC)을 출력할 수 있다. 도 3은 도 1에 도시된 누설 전류 센서의 다양한 설치예에 따른 도면이다. 도 1 및 도 3을 참조하면, 누설 전류 감지 센서(60)는 각 수용가(50) 단위로 전원선(30)의 누설 전류를 센싱하거나, 또는 그룹으로 묶인 수용가 그룹 단위(50_1, 50_2)로 전원선(30)의 누설 전류를 센싱할 수 있다. 예컨대, 도 3의 (A)를 참조하면, 서로 인접하는 다수의 수용가(50)는 하나의 전원선(30)을 통해 변압기(40)로부터 저전압 신호를 공급받을 수 있다. 이때, 누설 전류 감지 센서(60)는 변압기(40)와 다수의 수용가(50) 사이의 하나의 전원선(30)에 설치될 수 있으며, 하나의 전원선(30)으로부터 누설되는 누설 전류를 센싱하여 누설 전류 값(LC)을 출력할 수 있다. 또한, 도 3의 (B)를 참조하면, 다수의 수용가(50)는 각각 그룹으로 묶일 수 있으며, 하나의 전원선(30)과 이로부터 분지한 전원선(30)을 통해 변압기(40)로부터 저전압 신호를 공급받을 수 있다. 예컨대, 다수의 수용가(50)는 제1 그룹(50_1)과 제2 그룹(50_2)으로 묶일 수 있다. 제1 그룹(50_1)의 수용가는 하나의 전원선(30)을 통해 저전압 신호를 공급받고, 제2 그룹(50_2)의 수용가는 하나의 전원선(30)으로부터 분지한 전원선(31)을 통해 저전압 신호를 공급받을 수 있다. 이때, 누설 전류 감지 센서(60)는 하나의 전원선(30), 즉 변압기(40)와 분지한 전원선(30) 사이의 하나의 전원선(30)에 설치될 수 있으며, 하나의 전원선(30)으로부터 누설되는 누설 전류를 센싱하여 누설 전류 값(LC)을 출력할 수 있다. 또한, 도 3의 (C)를 참조하면, 다수의 수용가(50)는 하나의 전원선(30)과 이와 접속되는 다수의 전원선들(33, 35)을 통해 변압기(40)로부터 저전압 신호를 공급받을 수 있다. 예컨대, 변압기(40)와 1차로 연결되는 하나의 전원선(30)은 다수의 전주들(미도시)을 통해 다수의 전원선들(33, 35)과 각각 접속될 수 있으며, 변압기(40)로부터 공급되는 저전압 신호를 다수의 전원선들(33, 35)로 전송할 수 있다. 이때, 누설 전류 감지 센서(60)는 하나의 전원선(30)과 접속된 다수의 전원선들(33, 35) 중에서 하나에 설치될 수 있으며, 다수의 전원선들(33, 35)로부터 누설되는 누설 전류를 센싱하여 누설 전류 값(LC)을 출력할 수 있다. 누설 전류 감지 센서(60)로부터 센싱되어 출력된 누설 전류 값(LC)은 통신망, 예컨대 유/무선의 제1 통신망(91)을 통해 데이터 집중 장치(70)로 전송될 수 있다. 다시 도 1을 참조하면, 데이터 집중 장치(70)는 누설 전류 감지 센서(60)로부터 누설 전류 값(LC)을 전송 받고, 이를 디지털 신호로 변환하여 저장할 수 있 다. 예컨대, 데이터 집중 장치(70)는 아날로그 신호인 누설 전류 값(LC)은 아날로그-디지털 변환할 수 있으며, 변환 결과에 따라 생성된 디지털 신호, 즉 누설 전류 데이터(LCD)를 저장할 수 있다. 누설 전류 데이터(LCD)는 이진 디지털 신호일 수 있다. 또한, 데이터 집중 장치(70)는 후술될 원격 감시 서버(80)로부터의 데이터 전송 요청에 따라 제2 통신망(95)을 통해 저장된 누설 전류 데이터(LCD)를 전송할 수 있다. 제2 통신망(95)은 유/무선 전송 프로토콜을 사용하는 통신망일 수 있으며, 본 실시예에서는 하나의 예로써, 데이터 집중 장치(70)가 전력선 통신(PLC)망을 이용하여 누설 전류 데이터(LCD)를 원격 감시 서버(80)로 전송할 수 있다. 데이터 집중 장치(70)는 앞서 설명된 변압기(40)와 동일한 전주에 배치될 수 있고, 경우에 따라서는 변압기(40)가 설치된 전주와 인접하는 다른 전주에 설치될 수도 있다. 원격 감시 서버(80)는 데이터 집중 장치(70)로부터 전송된 누설 전류 데이터(LCD)로부터 전원선(30)의 품질을 판단하고, 이에 따라 경보를 발생하거나 또는 운영자(또는, 관리자)에게 이를 통보하는 이벤트를 수행할 수 있다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 원격 감시 서버(80)는 평균값 저장부(81), 등급 판단부(83), 등급 저장부(87) 및 이벤트 처리부(85)를 포함할 수 있다. 평균값 저장부(81)에는 일정기간, 예컨대 수 개월 동안 데이터 집중 장 치(70)로부터 전송된 다수의 누설 전류 데이터(LCD)의 평균값, 즉 일정기간 동안의 누설 전류 이력 데이터를 기초로 하는 누설 전류 평균값(LCD')이 저장될 수 있다. 경우에 따라서, 평균값 저장부(81)는 데이터 집중 장치(70)로부터 전송된 누설 전류 데이터(LCD)를 저장하여 새로운 누설 전류 평균값(LCD')을 산출할 수도 있다. 등급 판단부(83)는 데이터 집중 장치(70)로부터 전송된 누설 전류 데이터(LCD)와 평균값 저장부(81)로부터 제공된 누설 전류 평균값(LCD')을 비교하고, 비교 결과에 따라 전원선(30)의 품질을 판단할 수 있다. 등급 판단부(83)는 판단 결과(DS)를 출력할 수 있다. 등급 저장부(87)는 등급 판단부(83)로부터 출력된 판단 결과(DS)를 저장할 수 있다. 이벤트 처리부(85)는 등급 판단부(83)로부터 출력된 판단 결과(DS)에 따라 다양한 이벤트들, 예컨대 경보 발생, 관리자에게 문자 메시지나 이메일 통보 등과 같은 다양한 이벤트들을 처리하기 위한 이벤트 제어 신호(CNT)를 출력할 수 있다. 이벤트 처리부(85)는 이벤트 제어 신호(CNT)를 이용하여 외부 장치들, 예컨대 경보 발생 장치 또는 문자 메시지나 이메일을 통보할 수 있는 외부 서버 등의 동작을 제어할 수 있다. 도 4는 도 1에 도시된 전원선 누설 전류 감시 시스템의 동작 순서도이고, 도 5는 도 1에 도시된 원격 감시 서버의 동작 순서도이다. 도 1, 도 2 및 도 4를 참조하면, 전원선 누설 전류 감시 시스템(100)은 전원선(30)에 설치된 누설 전류 감지 센서(60)를 이용하여 전원선(30)으로부터 누설되는 누설 전류를 센싱할 수 있다(S10). 센싱된 누설 전류는 누설 전류 값(LC)으로 데이터 집중 장치(70)로 출력되고, 데이터 집중 장치(70)는 누설 전류 값(LC)을 변환하여 누설 전류 데이터(LCD)를 생성할 수 있다(S20). 데이터 집중 장치(70)는 원격 감시 서버(80)로부터의 요청에 따라 생성된 누설 전류 데이터(LCD)를 제2 통신망(95)을 통해 원격 감시 서버(80)로 전송하고, 원격 감시 서버(80)는 전송된 누설 전류 데이터(LCD)로부터 전원선(30)의 품질을 판단할 수 있다(S30). 원격 감시 서버(80)는 판단 결과에 따라 다양한 이벤트를 발생시킬 수 있다(S40). 예컨대, 원격 감시 서버(80)는 관리자에게 판단 결과를 통보하여 소정의 조치를 취하도록 하거나 또는 경보를 발생시켜 즉각 조치가 취해지도록 할 수 있다. 이하, 도 5를 참조하여 원격 감시 서버(80)의 동작에 대하여 설명한다. 본 실시예에서는 설명의 편의를 위하여 도 1 및 도 2에 설명된 누설 전류 데이터(X)를 X로 명명하고, 누설 전류 평균값(Y)을 Y로 명명하여 설명한다. 도 1, 도 2 및 도 5를 참조하면, 원격 감시 서버(80)가 데이터 집중 장치(70)로부터 누설 전류 데이터(X)를 수신한 후(S110), 이를 기저장된 누설 전류 평균값과 비교할 수 있다(S120). 원격 감시 서버(80)의 등급 판단부(83)는 평균값 저장부(81)에 저장된 누설 전류 평균값(Y)과 데이터 집중 장치(70)로부터 전송된 누설 전류 데이터(X)를 비교할 수 있다. 예컨대, 등급 판단부(83)는 누설 전류 평균값(Y)에 소정의 편차값을 적용하여 다수의 구간들을 생성하고, 생성된 다수의 구간들 중에서 누설 전류 데이터(X)가 해당되는 하나의 구간을 추출함으로써 비교 동작을 수행할 수 있다. 등급 판단부(83)는 비교 결과에 따라 전원선(30)의 품질을 판단할 수 있다(S140). 예를 들어, 누설 전류 평균값(Y)이 10이고, 등급 판단부(83)가 누설 전류 평균값(Y)으로부터 편차값이 적용된 다수의 구간들을 생성할 수 있다. 여기서, 등급 판단부(83)는 누설 전류 평균값(Y)으로부터 15% 가산된 편차값을 적용하여 제1 구간을 생성할 수 있다. 또한, 등급 판단부(83)는 누설 전류 평균값(Y)으로부터 15% 가산된 편차값과 30% 가산된 편차값을 각각 적용하여 제2 구간을 생성할 수 있다. 또한, 등급 판단부(83)는 누설 전류 평균값(Y)으로부터 30% 가산된 편차값을 적용하여 제3 구간을 생성할 수 있다. 이때, 누설 전류 데이터(X)가 제1 구간, 즉 15% 가산된 누설 전류 평균값(Y)보다 작은 제1 구간에 해당하는 데이터이면, 등급 판단부(83)는 전원선(30)을 통상적인 관리 대상으로 판단할 수 있다(S140). 또한, 누설 전류 데이터(X)가 제2 구간, 즉 15% 가산된 누설 전류 평균값(Y) 보다 크거나 같고, 30% 가산된 누설 전류 평균값(Y)보다 작은 제2 구간에 해당하는 데이터이면, 등급 판단부(83)는 전원선(30)을 주위 관찰 대상으로 판단할 수 있다(S140). 또한, 누설 전류 데이터(X)가 제3 구간, 즉 30% 가산된 누설 전류 평균값(Y)보다 크거나 같은 제3 구간에 해당하는 데이터이면, 등급 판단부(83)는 전원선(30)을 긴급 정비 대상으로 판단할 수 있다(S140). 등급 판단부(83)는 상술한 다양한 판단 결과(DS)를 출력할 수 있으며, 이벤트 처리부(85)는 등급 판단부(83)로부터 출력된 판단 결과(DS)에 따라 다양한 이벤트를 발생시킬 수 있다(S150). 예컨대, 이벤트 처리부(85)는 관리자에게 등급 판단부(83)의 판단 결과(DS)를 문자 메시지 또는 이메일을 통해 전송하는 통지 이벤트를 발생시킬 수 있다. 이때, 이벤트 처리부(85)는 문자 메시지나 이메일을 발송할 수 있는 외부 서버(미도시)에 통지 이벤트를 위한 이벤트 제어 신호(CNT)를 출력할 수 있다. 또한, 이벤트 처리부(85)는 등급 판단부(83)의 판단 결과(DS)에 따라 경보를 발생시키는 경보 이벤트를 발생시킬 수 있다. 이때, 이벤트 처리부(85)는 경보 장치에 경보 이벤트를 위한 이벤트 제어 신호(CNT)를 출력할 수 있다. 이벤트 처리부(85)에 의하여 다양한 이벤트가 발생하면, 관리자는 이를 인지하여 전원선(30)의 유지 보수를 수행할 수 있다. 본 발명의 내용은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적 인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 간단한 설명이 제공된다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전원선 누설 전류 감시 시스템의 개략적인 구성도이다. 도 2는 도 1에 도시된 원격 감시 서버의 개략적인 구성도이다. 도 3은 도 1에 도시된 누설 전류 센서의 다양한 설치예에 따른 도면이다. 도 4는 도 1에 도시된 전원선 누설 전류 감시 시스템의 동작 순서도이다. 도 5는 도 1에 도시된 원격 감시 서버의 동작 순서도이다. |
