[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

KR101731617B1 - 송신 펄스신호 왜곡이 개선된 케이블 고장 위치 검출 장치 - Google Patents

송신 펄스신호 왜곡이 개선된 케이블 고장 위치 검출 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR101731617B1
KR101731617B1 KR1020160036950A KR20160036950A KR101731617B1 KR 101731617 B1 KR101731617 B1 KR 101731617B1 KR 1020160036950 A KR1020160036950 A KR 1020160036950A KR 20160036950 A KR20160036950 A KR 20160036950A KR 101731617 B1 KR101731617 B1 KR 101731617B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
pulse signal
cable
signal
branch
pulse
Prior art date
Application number
KR1020160036950A
Other languages
English (en)
Inventor
김경수
이범구
Original Assignee
김경수
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 김경수 filed Critical 김경수
Priority to KR1020160036950A priority Critical patent/KR101731617B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101731617B1 publication Critical patent/KR101731617B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/08—Locating faults in cables, transmission lines, or networks
    • G01R31/081—Locating faults in cables, transmission lines, or networks according to type of conductors
    • G01R31/083—Locating faults in cables, transmission lines, or networks according to type of conductors in cables, e.g. underground
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/26—Measuring inductance or capacitance; Measuring quality factor, e.g. by using the resonance method; Measuring loss factor; Measuring dielectric constants ; Measuring impedance or related variables
    • G01R27/2611—Measuring inductance
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/08—Locating faults in cables, transmission lines, or networks
    • G01R31/10—Locating faults in cables, transmission lines, or networks by increasing destruction at fault, e.g. burning-in by using a pulse generator operating a special programme
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/08—Locating faults in cables, transmission lines, or networks
    • G01R31/11—Locating faults in cables, transmission lines, or networks using pulse reflection methods

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Locating Faults (AREA)

Abstract

본 발명의 실시 형태는 설정된 송신 주파수를 가지는 펄스 신호를 케이블에 주입하여, 케이블의 고장 위치에서 반사되는 반사 신호를 검출 및 분석하여 케이블의 고장 위치를 검출하는 케이블 고장 위치 검출기; 및 상기 케이블에 삽입되어 상기 펄스 신호를 제거하는 펄스 신호 제거 필터;를 포함하며, 상기 고장 위치 검출기는, 케이블에 주입되는 펄스 신호를 생성하는 펄스 신호 발생부; 상기 펄스 신호 발생부에서 생성된 펄스 신호의 파형 변형없이 진폭을 감쇠시켜 펄스 감쇠 신호를 출력하는 감쇠기; 상기 펄스 감쇠 신호를 제1분기 펄스 신호 및 제2분기 펄스 신호로 분기하는 펄스 신호 분기부; 상기 펄스 신호 제거 필터의 일측에 연결된 케이블에 상기 제1분기 펄스 신호를 주입하며 상기 펄스 신호 제거 필터의 타측에 연결된 케이블에 상기 제2분기 펄스 신호를 주입하는 펄스 신호 송신부; 케이블의 고장 위치로부터 반사된 반사 신호를 수신하여 노이즈를 제거하고 신호 처리하는 반사 신호 수신부; 및 케이블에 송신된 펄스 신호와 케이블로부터 수신되는 반사 신호를 비교하여, 고장 위치를 판단하는 고장 위치 판단부;를 포함할 수 있다.

Description

송신 펄스신호 왜곡이 개선된 케이블 고장 위치 검출 장치{Apparatus for detecting cable failure place improved distortion of transmission pulse signal}
본 발명은 케이블 고장 위치를 검출하는 장치로서, 특정 펄스 신호를 케이블에 주입하고 고장 위치에서 반사되는 신호를 검출 및 분석하여 케이블의 고장 위치를 검출하는 송신 펄스신호 왜곡이 개선된 케이블 고장 위치 검출 장치에 관한 것이다.
케이블 배선 시스템은 방공무기체계, 전투기 등 군수분야의 모든 무기체계에서부터 빌딩, 공장, 원자력, 자동차, 선박, 항공기, 태양광, 풍력 등의 민수 산업 및 생활 영역까지 모든 분야에서 사용되며 점점 더 복잡해지고 있다.
케이블 배선 시스템의 결함(합선, 접촉불량, 반단선, 단선 등)은 군수 및 민수 전기/전자 설비의 중요한 기능을 상실하게 하거나, 시스템의 운용 장애, 정전, 화재 발생 및 정보손실, 재산피해, 생산차질 등 막대한 피해가 발생하게 되고 공공의 안전을 위협할 수 있다.
소방방재청 및 한국전기안전공사의 2011년 전기재해 통계에 따르면 전기화재의 대부분(20.6%)이 배선 및 배선기구에서 발생하고 전기설비 사고의 21.3%는 케이블 배선과 관련이 있으며 매년 유사한 경향을 보이고 있어 케이블 초기 이상의 원인과 위치를 검출하고 조치하는 기술이 안전사고를 예방하고 막대한 피해를 줄이는데 있어 매우 중요한 역할을 하고 있다. 따라서, 케이블 결함의 주요 원인에 대한 검출과 이에 대한 위치 추적기술에 대한 기술 개발이 필요하고 이를 통해 사고의 예방이 가능하다.
종래 기술을 살펴보면, 케이블 결함시 방전에 의한 초음파 또는 가청주파수 영역을 측정하는 음향 검출법, 정전(전원이 없는 상태)에서 DC전원을 공급하여 누설전류에 의한 절연 값 환산하여 측정하는 절연 저항 측정법, 케이블 결함의 방전현상을 측정하는 부분 방전 측정법 등 다양한 케이블 결함 진단 및 위치 검출 기술이 사용되고 있다.
그러나 대부분의 종래 기술이 케이블을 분리한 후 검사를 실시하고 있어, 설비 운영의 중단, 케이블 손상 등의 우려가 있고 초기 고장 또는 간헐적인 고장(Intermittent Fault)을 검출할 수 없고, 유지관리 시간 및 비용이 많이 소요되는 문제점이 있다.
이에 본 출원인은, 특정 송신 신호를 케이블에 주입하고, 고장 위치에서 반사되는 신호를 검출 및 분석하여 케이블의 고장 위치를 검출하는 케이블 고장 위치 검출과 관련한 고장 위치 검출기(한국등록특허 10-1602407호)를 제시하였다.
선행 특허의 케이블 고장 위치 검출 장치는 도 1에 도시한 바와 같이, 케이블에 주입되는 펄스 신호를 생성하는 펄스 신호 발생부와, 펄스 신호 발생부에서 생성된 펄스 신호를 제1분기 펄스 신호 및 제2분기 펄스 신호로 분기하는 펄스 신호 분기부와, 펄스 신호 제거 필터의 일측에 연결된 케이블에 제1분기 펄스 신호를 주입하며 펄스 신호 제거 필터의 타측에 연결된 케이블에 제2분기 펄스 신호를 주입하는 펄스 신호 송신부와, 케이블의 고장 위치로부터 반사된 반사 신호를 수신하여 노이즈를 제거하고 신호 처리하는 반사 신호 수신부와, 케이블에 송신된 펄스 신호와 케이블로부터 수신되는 반사 신호를 비교하여, 고장 위치를 판단하는 고장 위치 판단부를 가지는 고장 위치 검출기를 구비한다.
그런데 펄스 신호 발생부에서 생성된 펄스 신호가 커플러로 펄스 신호 송신부를 거치면서 케이블에 주입됨에 있어서, 펄스 신호가 커플러의 영향에 의해 왜곡되는 현상이 발생하는 경우가 있다.
즉, 펄스 신호 송신부를 거친 후의 펄스 신호는, 도 2에 도시한 바와 같이 언더슈트가 기준치보다 크게 발생되며, 또한 펄스 신호의 상승부 최댓값과 하강부 최댓값의 기울기인 새그(SAG)가 기준치보다 크게 발생되는 경우가 있다.
이와 같이 케이블에 주입되는 펄스 신호의 언더슈트, 새그(SAG) 왜곡이 발생할 고장 위치를 검출하는데 사용되는 수신 신호에 왜곡을 초래하여 고장 위치 검출 효율을 떨어뜨릴 수 있는 문제가 있다.
한국등록특허 10-1602407호
본 발명의 기술적 과제는 케이블 고장 위치를 검출하기 위해 사용되는 송신 신호인 펄스 신호의 왜곡을 최소로 하여 케이블에 주입하도록 하는데 있다.
본 발명의 실시 형태는 설정된 송신 주파수를 가지는 펄스 신호를 케이블에 주입하여, 케이블의 고장 위치에서 반사되는 반사 신호를 검출 및 분석하여 케이블의 고장 위치를 검출하는 케이블 고장 위치 검출기; 및 상기 케이블에 삽입되어 상기 펄스 신호를 제거하는 펄스 신호 제거 필터;를 포함하며, 상기 고장 위치 검출기는, 케이블에 주입되는 펄스 신호를 생성하는 펄스 신호 발생부; 상기 펄스 신호 발생부에서 생성된 펄스 신호의 파형 변형없이 진폭을 감쇠시켜 펄스 감쇠 신호를 출력하는 감쇠기; 상기 펄스 감쇠 신호를 제1분기 펄스 신호 및 제2분기 펄스 신호로 분기하는 펄스 신호 분기부; 상기 펄스 신호 제거 필터의 일측에 연결된 케이블에 상기 제1분기 펄스 신호를 주입하며 상기 펄스 신호 제거 필터의 타측에 연결된 케이블에 상기 제2분기 펄스 신호를 주입하는 펄스 신호 송신부; 케이블의 고장 위치로부터 반사된 반사 신호를 수신하여 노이즈를 제거하고 신호 처리하는 반사 신호 수신부; 및 케이블에 송신된 펄스 신호와 케이블로부터 수신되는 반사 신호를 비교하여, 고장 위치를 판단하는 고장 위치 판단부;를 포함할 수 있다.
상기 감쇠기는, 가변 저항으로 구현됨을 특징으로 할 수 있다.
상기 고장 위치 검출기는, 상기 펄스 신호 발생부로부터 생성된 펄스 신호의 크기를 수신하여, 펄스 신호의 크기에 비례한 감쇠비를 가지도록 상기 가변 저항의 저항값을 조절하는 감쇠비 조절부;를 포함할 수 있다.
상기 펄스 신호 송신부는, 상기 제1분기 펄스 신호와 제2분기 펄스 신호를 비접촉식 커플러를 이용하여 상기 케이블에 주입할 수 있다.
상기 비접촉식 커플러는, 상기 제1분기 펄스 신호가 인가되는 제1코일; 상기 제2분기 펄스 신호가 인가되는 제2코일; 및 케이블에 연결되며, 상기 제1코일 및 제2코일에 의한 자력이 여기되는 케이블 코일;을 포함할 수 있다.
상기 제1코일의 인덕턴스와 제2코일의 인덕턴스를 더한 값인 입력 인덕턴스가 상기 케이블 코일의 인덕턴스인 출력 인덕턴스와 동일한 값을 가짐을 특징으로 할 수 있다.
상기 입력 인덕턴스와 출력 인덕턴스는, 펄스 신호의 주파수가 미리 설정된 임계 주파수보다 낮은 주파수 대역을 가질 경우, 미리 설정한 기준 인덕턴스보다 높은 인덕턴스를 가지도록 함을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따르면 송신 신호인 펄스 신호의 왜곡을 최소로 하여 케이블에 주입함으로써, 케이블의 고장 위치 탐지 오차를 개선시킬 수 있다.
도 1은 기존의 케이블 고장 위치 검출기의 구성 블록도.
도 1은 케이블의 고장 위치를 검출하기 위한 송신 신호인 펄스 신호의 왜곡 모습을 도시한 그림.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 송신 펄스신호 왜곡이 개선된 케이블 고장 위치 검출 장치의 고장 위치 검출 원리를 설명하기 위한 개념도.
도 5는 두 군데의 고장 위치를 가지는 케이블을 도시한 그림.
도 6은 두 군데의 고장 위치에서 반사되어 수신되는 반사 신호를 도시한 그림.
도 7은 본 발명에 따른 펄스 신호 제거 필터 및 고장 위치 검출기를 포함하는 케이블 고장 위치 검출 장치의 개략적인 구성도.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 케이블 고장 위치를 검출하는 고장 위치 검출기의 구성 블록도.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 펄스 신호 송신부에 사용되는 비접촉식 커플러를 도시한 그림.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 비접촉식 커플러의 코일 예시를 도시한 그림.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 비접촉식 커플러의 입력 인던턱스와 출력 인덕턴스의 예시를 도시한 그림.
이하, 본 발명의 장점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은, 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것으로, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 송신 펄스신호 왜곡이 개선된 케이블 고장 위치 검출 장치의 고장 위치 검출 원리를 설명하기 위한 개념도이며, 도 5는 두 군데의 고장 위치를 가지는 케이블을 도시한 그림이며, 도 6은 두 군데의 고장 위치에서 반사되어 수신되는 반사 신호를 도시한 그림이며, 도 7은 본 발명에 따른 펄스 신호 제거 필터 및 고장 위치 검출기를 포함하는 케이블 고장 위치 검출 장치의 개략적인 구성도이다
케이블(100)의 고장 위치(케이블 절단 위치 등)을 검출하는 것은 레이저의 기본 원리를 이용한다. 도 3에 도시한 바와 같이 목표물까지의 거리 R = (C×t) / 2로 구할 수 있다. R은 목표물 거리, C는 광속(3×108m/s), t는 왕복 시간을 의미한다. 이러한 원리를 적용하여 도 4를 살펴보면, 매질이 공기가 아닌 케이블이라는 점이 상이하며, 케이블에 적합한 특정 신호를 주입하고, 고장 위치에서 반사되는 신호를 검출하고 반사 시간을 분석하면 고장 위치의 위치를 검출할 수 있게 된다.
케이블은 전력 신호 또는 통신 신호를 공급하는 기능을 수행하며, 지중에 매설되어 설치된다. 본 실시예의 경우, 가로등(10)에 전력을 공급하는 케이블을 예로서 설명하고 있는데 전력선은 일반적으로 60Hz의 220[V] 등이 사용될 수 있다.
케이블에 연결된 부하가 가로등(10)에 한정되는 것은 아니며, 다양한 부하, 예를 들면 군수 무기체계(미사일 무기체계, 전투기, 잠수함 등) 및 민수(전력, 항공기, 자동차, 선박 등)분야에서 사용되는 전력 케이블을 포함할 수 있다. 즉, 케이블(10)은 전력 이외에 통신을 담당하는 전력/신호 복합형태의 케이블로서 구현될 수 있다. 통신선은 크게 아날로그 및 디지털 통신으로 분류될 수 있는데, 아날로그 통신을 주파수와 신호레벨이 다양하며, 디지털 통신 또한 전송속도(Baud Rate) 및 신호레벨, 프로토콜 등이 다양하게 사용될 수 있다. 이하에서는 케이블(100)을 통해 운영되는 전력의 주파수, 통신의 주파수를 운영 주파수라 부르기로 한다.
한편, 케이블(100)에서 한군데가 아닌 적어도 두군데 이상에서 절단 등의 장애 고장이 발생한 경우, 고장 위치의 위치를 정확하게 검출해야 하는데 방해가 된다. 예컨대, 도 5에 도시한 바와 같이 케이블(100)에서 제1결함 위치와 제2결함 위치에서 케이블의 결함이 발생한 경우, 도 6에 도시된 바와 같은 제1결함 위치에 의한 제1반사 신호와 제2결함 위치에 의한 제2반사 신호를 수신하게 된다. 이러한 반사 신호와 송신 신호를 비교하면 해당 위치의 거리는 파악할 수 있으나, 방향은 판단할 수 없게 된다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 케이블 고장 위치 검출 장치는 도 7에 도시한 바와 같이 케이블(100)에 펄스 신호 제거 필터(150)와 고장 위치 검출기(200)를 포함할 수 있다. 이밖에 펄스 신호 제거 필터(150)의 펄스 주파수를 조절하는 커패시턴스 조절부(미도시)를 포함할 수 있다.
펄스 신호 제거 필터(150)는 케이블(100)의 선상에서 위치하여 펄스 신호를 제거한다. 참고로, 케이블에 삽입되는 것은 케이블 매립 시공 시에 케이블선 상에 펄스 신호 제거 필터(150)를 미리 마련할 수 있다. 또한 케이블 확장을 위해 케이블과 케이블을 연결시키는 커넥터인 케이블 연결 커넥터(미도시)에 펄스 신호 제거 필터(150)를 마련할 수 있다. 케이블 연결 커넥터에 펄스 신호 제거 필터(150)를 마련하는 경우, 케이블 매립 시공시에 펄스 신호 제거 필터(150)를 미리 설치해 놓거나, 또는 케이블 연결 커넥터를 덮은 덮개를 개방하여 지면에서 노출되도록 한 후 케이블 연결 커넥터에 펄스 신호 제거 필터(150)를 추가로 마련할 수 있다.
펄스 신호 제거 필터(150)를 구비함으로써, 케이블에 흐르는 펄스 신호만을 제거할 수 있다. 예를 들어, 케이블이 60Hz의 운영 주파수(전력 주파수)를 가지는 송수신 케이블로 사용되고, 케이블의 장애 검출을 위해 300Hz의 펄스 신호를 사용하는 경우, 펄스 신호 제거 필터(150)는 60Hz의 운영 주파수는 통과시키며 300Hz의 펄스 신호를 제거한다. 따라서 도 7에 도시한 바와 같이 고장 위치 검출기(200)에서 분기되어 제1분기 라인(L1)을 통하여 펄스 신호 제거 필터(150)의 좌측에 있는 제1주입 위치(N1)로 주입된 300Hz의 제1분기 펄스 신호 중에서 펄스 신호 제거 필터(150)로 향하는 펄스 신호는 제거되며, 펄스 신호 제거 필터(150)가 아닌 다른 방향에 있는 제1결함 위치로 향하는 펄스 신호는 제1결함 위치에서 반사되어 제1반사 신호로서 수신된다. 마찬가지로 고장 위치 검출기(200)에서 분기되어 제2분기 라인(L2)를 통하여 펄스 신호 제거 필터(150)의 우측에 있는 제2주입 위치(N2)로 주입된 제2분기 펄스 신호 중에서 펄스 신호 제거 필터(150)로 향하는 펄스 신호는 제거되며, 펄스 신호 제거 필터(150)가 아닌 다른 방향에 있는 제2결함 위치로 향하는 펄스 신호는 제2결함 위치에서 반사되어 제2반사 신호로서 수신될 수 있다.
특정 펄스 주파수의 펄스 신호를 제거하는 펄스 신호 제거 필터(150)는, 다양한 공지된 필터를 사용하여 구현할 수 있다. 예를 들어, 단일 모드 광섬유 지연 선로와 Mach-Zehnder 및 Fabry-Perot 간섭계를 이용한 3종류의 마이크로파 주파수 제거 필터(150)를 이용할 수 있다.
이밖에 다양한 공지된 펄스 제거 필터(150)가 사용될 수 있는데, 예컨대, 펄스 신호 제거 필터(150)는, 커패시턴스가 가변되는 가변 커패시터를 구비하여 가변 커패시터의 커패시턴스에 따라서 원하는 펄스 주파수의 펄스 신호를 제거할 수 있다.
제거하고자 하는 펄스 신호의 주파수에 맞추어 가변 커패시터의 커패시턴스를 가변시키는 경우에는 가변 커패시턴스 조절부(미도시)를 포함할 수 있다. 참고로, 가변 커패시터는, 두 개의 전극판의 대향 면적을 가변시켜 커패시턴스를 조절하는 것으로서, 가변 커패시턴스 조절부는 두 개의 전극판의 대향 면적을 조절한다. 가변 커패시턴스 조절부는 수동식으로 구현되어 사용자로부터 조절 입력을 받거나, 또는 전자식으로 구현되어 펄스 주파수를 제거할 수 있는 커패시턴스로 자동 조절될 수 있다. 전자식으로 자동 조절되는 경우, 가변 커패시턴스 조절부(미도시)는 고장 위치 검출기(200)와 연결되어 있으며, 펄스 주파수별로 커패시턴스가 미리 할당되어 있어, 펄스 주파수의 결정이 있게 되면 매칭된 커패시턴스가 되도록 고장 위치 검출기(200)가 조절한다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 케이블 고장 위치를 검출하는 고장 위치 검출기의 구성 블록도이며, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 펄스 신호 송신부에 사용되는 비접촉식 커플러를 도시한 그림이다.
고장 위치 검출기(200)는, 설정된 송신 주파수를 가지는 펄스 신호를 케이블에 주입하여, 케이블의 고장 위치에서 반사되는 반사 신호를 검출 및 분석하여 케이블의 고장 위치를 검출한다. 이를 위해 고장 위치 검출기(200)는, 펄스 신호 발생부(210), 감쇠기(220), 감쇠비 조절부(230), 펄스 신호 분기부(240), 펄스 신호 송신부(250), 반사 신호 수신부(270), 고장 위치 판단부(260)를 포함할 수 있다.
펄스 신호 발생부(210)는, 케이블에 주입되는 다양한 펄스 신호를 생성하는 기능을 수행한다. 펄스 신호 발생부(210)는 펄스 신호의 주파수를 결정하는 펄스 주파수 결정 모듈(미도시)과, 펄스 주파수 결정 모듈을 통해 입력받은 펄스 주파수를 가지는 펄스 신호를 발생시키는 파형 발생기와, 파형 발생기에서 발생된 펄스 신호를 아날로그 신호로 변환시키는 디지털-아날로그 컨버터, 및 변환된 신호를 증폭시키는 출력 가변 증폭 모듈(미도시)을 포함할 수 있다.
한편, 도 2에 도시한 바와 같이 펄스 신호의 오버슈트(overshoot) 및 언더슈트(undershoot)가 미리 설정된 A 기준치보다 크게 발생되며, 또한 펄스 신호의 상승부 최댓값과 하강부 최댓값의 기울기인 새그(SAG)가 미리 설정된 B 기준치보다 크게 발생되는 경우가 있다. 이와 같이 케이블에 주입되는 펄스 신호의 언더슈트, 새그(SAG) 왜곡이 발생할 고장 위치를 검출하는데 사용되는 수신 신호에 왜곡을 초래하여 고장 위치 검출 효율을 떨어뜨릴 수 있다. 따라서 케이블에 주입되는 펄스 신호의 크기를 감쇠시켜, 펄스 신호의 왜곡 크기를 줄일 필요가 있다. 이는, 펄스 신호의 크기를 감쇠시키면 왜곡 크기 역시 감소되기 때문에, 왜곡 크기가 감소된 펄스 신호가 송신된 후 반사되어 들어오는 수신 신호 역시 왜곡 크기가 감소되기 때문이다.
이를 위하여 본 발명은 펄스 신호 발생부(210)에서 생성된 펄스 신호의 파형 변형없이 진폭을 감쇠시킨 신호(이하, '펄스 감쇠 신호'라 함)를 출력하는 감쇠기(220)를 구비한다.
감쇠기(220)(attenuator)란, 저항 회로망으로 구성되는데, 진폭을 작게 할 뿐이고 신호 파형을 변형시키지 않기 때문에 감쇠기(220)의 입출력 임피던스는 모두 전송선로의 특성 임피던스와 일치된다. 본 발명은 감쇠기(220)를 가변 저항으로 구성한다.
이때, 감쇠기(220)는, 원래의 신호 파형에서 감쇠된 신호 파형의 비를 나타내는 감쇠비가 결정되어야 하는데, 본 발명은 별도의 감쇠비 조절부(230)를 두어 감쇠기(220) 내의 가변 저항의 저항값을 조절하도록 한다.
감쇠비 조절부(230)는, 펄스 신호 발생부(210)로부터 생성된 펄스 신호의 크기를 수신하여, 펄스 신호의 크기에 비례한 감쇠비를 가지도록 감쇠기(220)의 가변 저항의 저항값을 조절한다. 따라서 송신되는 펄스 신호의 크기가 클수록 감쇠를 더 많이 시켜 왜곡 크기를 최소로 할 수 있다.
예를 들어 펄스 신호의 크기가 제2크기일 때 제2감쇠비를 가진다고 할 때, 펄스 신호의 크기가 제2크기보다 큰 제3크기를 가지는 경우 제2감쇠비보다 큰 제3감쇠비를 가지도록 가변 저항의 저항값을 조절한다. 반대로, 펄스 신호의 크기가 제2크기보다 작은 제1크기를 가지는 경우 제2감쇠비보다 작은 제1감쇠비를 가지도록 가변 저항의 저항값을 조절한다.
펄스 신호 분기부(240)는, 감쇠기(220)에서 감쇠된 펄스 감쇠 신호를 제1분기 펄스 신호 및 제2분기 펄스 신호로 분기한다. 펄스 신호를 분기하는 방식에는 신호를 분기하는 공지된 다양한 분기 방식이 사용될 수 있다.
반사 신호 수신부(270)는, 케이블의 고장 위치로부터 반사된 반사 신호를 수신하여 노이즈를 제거하고 신호 처리한다. 반사 신호 수신부(270)는, 반사 신호에 포함된 노이즈를 제거하는 노이즈 제거 필터(150), 출력을 증폭시키는 증폭기 및 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환시키는 아날로그-디지털 컨버터를 포함할 수 있다.
펄스 신호 제거 필터가 구비되어 있어 고장 위치에서 반사되는 신호만 수신할 수 있다. 즉, 반사 신호 수신부(270)는 제1분기 라인(L1)으로부터 제1결함 위치로부터 반사되어 오는 제1반사 신호를 수신하며, 마찬가지로, 제2분기 라인(L2)로부터 제2결함 위치로부터 반사되어 오는 제2반사 신호를 수신할 수 있다.
예를 들어, 케이블이 60Hz의 운영 주파수(전력 주파수)를 가지는 송수신 케이블로 사용되고, 케이블의 장애 검출을 위해 300Hz의 펄스 신호를 사용하는 경우, 펄스 신호 제거 필터(150)는 60Hz의 운영 주파수는 통과시키며 300Hz의 펄스 신호를 제거한다. 따라서 도 7에 도시한 바와 같이 고장 위치 검출기(200)에서 분기되어 제1분기 라인(L1)을 통하여 펄스 신호 제거 필터(150)의 좌측에 있는 제1주입 위치(N1)로 주입된 300Hz의 제1분기 펄스 신호 중에서 펄스 신호 제거 필터(150)로 향하는 펄스 신호는 제거되며, 펄스 신호 제거 필터(150)가 아닌 다른 방향에 있는 제1결함 위치로 향하는 펄스 신호는 제1결함 위치에서 반사되어 제1반사 신호로서 수신된다. 마찬가지로 고장 위치 검출기(200)에서 분기되어 제2분기 라인(L2)를 통하여 펄스 신호 제거 필터(150)의 우측에 있는 제2주입 위치(N2)로 주입된 제2분기 펄스 신호 중에서 펄스 신호 제거 필터(150)로 향하는 펄스 신호는 제거되며, 펄스 신호 제거 필터(150)가 아닌 다른 방향에 있는 제2결함 위치로 향하는 펄스 신호는 제2결함 위치에서 반사되어 제2반사 신호로서 수신될 수 있다.
고장 위치 판단부(260)는 케이블(100)에 주입되어 송신된 펄스 신호와 케이블의 고장 위치로부터 반사된 반사 신호를 비교하여 고장 위치를 판단하는 기능을 수행한다. 송신된 펄스 신호와 반사 신호 간의 시간 차이를 측정하여, 고장 위치까지의 거리를 측정한다. 도 3에 도시한 바와 같이 케이블에서 펄스 신호를 송신할 때의 송신 시점과 반사 신호를 수신할 때까지의 시간 t를 이용하여 구할 수 있다.
[식 1]
R = (C×t1) / 2
즉, 상기의 [식 1]에 기재한 바와 같이 펄스 신호를 송신할 때의 송신 시점과 반사 신호를 수신할 때까지의 시간 t1를 광속(3×108m/s)인 C로 곱한 후, 2로 나눔으로써, 장애 위치까지의 거리 R을 산출할 수 있다.
아울러 고장 위치 판단부(260)는, 수신되는 반사 신호의 형태에 따라 수신되는 반사 신호의 형태를 이용하여 케이블의 고장 형태를 파악할 수 있다. 고장 위치의 고장 형태에 따라서 반사 신호의 형태가 각각 다르기 때문이다. 예를 들어, 도 4에 도시한 바와 같이, 수신된 반사 신호가 송신된 펄스 신호와 동일한 형태를 가질 경우 고장 위치가 단선(open circuit)되었다고 판단한다. 또한 수신된 반사 신호가 송신된 펄스 신호의 리버스(reverse) 형태를 가질 경우 고장 위치가 합선(short circuit)되었다고 판단한다.
펄스 신호 송신부(250)는, 펄스 신호 제거 필터(150)의 일측에 연결된 케이블에 상기 제1분기 펄스 신호를 주입하며 상기 펄스 신호 제거 필터(150)의 타측에 연결된 케이블에 제2분기 펄스 신호를 주입한다. 펄스 신호 송신부(250)는, 펄스 신호 제거 필터(150)의 일측에 연결된 케이블에 제1분기 라인(L1)을 통하여 제1분기 펄스 신호를 주입하며 펄스 신호 제거 필터(150)의 타측에 연결된 케이블에 제2분리 라인(L2)를 통하여 제2분기 펄스 신호를 주입한다.
펄스 신호의 주입에 있어서, 비접촉식 커플러를 이용하여 케이블에 제1분기 펄스 신호와 제2분기 펄스 신호가 각각 주입되도록 구현할 수 있다. 이러한 비접촉식 커플러는, 한국공개특허 10-2009-0066385 등과 같이 공지된 다양한 형태의 비접촉식 커플러가 사용될 수 있다.
참고로, 비접촉식 커플러의 예시를 도 9에 도시하였다. 도 9를 참조하면, 비접촉식 커플러는, 제1분기 펄스 신호가 인가되는 제1코일(11)과, 제2분기 펄스 신호가 인가되는 제2코일(12)과, 케이블에 연결되며 제1코일(11) 및 제2코일(12)에 의한 자력이 여기되는 케이블 코일(13)이 구비된다. 따라서 제1코일(11)을 통하여 제1분기 펄스 신호가 커플링되어 케이블 코일(13)에 여기되고, 제2코일(12)을 통하여 제2분기 펄스 신호가 커플링되어 케이블 코일(13)에 여기됨으로써, 케이블 코일(13)에 연결된 케이블에 제1분기 펄스 신호 및 제2분기 펄스 신호가 각각 주입될 수 있다.
이때, 본 발명은 제1코일(11)의 인덕턴스와 제2코일(12)의 인덕턴스를 더한 값인 입력 인덕턴스가 케이블 코일(13)의 인덕턴스인 출력 인덕턴스와 동일한 값을 가지도록 한다. 이는, 입력 인덕턴스와 출력 인덕턴스가 다를 경우, 제1코일(11) 및 제2코일(12)의 임피던스와 케이블 코일(13)간의 임피던스 매칭이 되지 않아 커플링 비율이 다르게 되어 커플링된 신호 왜곡이 발생할 수 있기 때문이다.
한편, 펄스 신호의 주파수 대역이 저주파수 대역인 경우 비접촉식 커플러의 커플링 전달율이 낮아질 수 있다.
임피던스(Z)는 인던턴스(XL) + 커패시턴스(XC)로 이루어지고, 인덕턴스(XL)은 jwL=j2πfL로 이루어지기 때문에, 주파수(f)가 낮을수록 임피던스(Z)는 작아진다. 따라서 펄스 신호의 주파수(f)가 낮은 저주파수 대역일 경우 비접촉식 커플러의 임피던스(Z)는 낮아지게 된다. 따라서 펄스 신호가 저주파수 대역을 가질 때 비접촉식 커플러의 임피던스(Z)가 낮아지게 되어, 출력단인 케이블의 임피던스보다 낮아지게 된다. 이로 인하여 입력단인 비접촉식 커플러와 출력단인 케이블간의 임피던스 부정합이 발생하여 커플링 전달율이 떨어지게 된다.
이를 고려하여 본 발명에서 입력 인덕턴스와 출력 인덕턴스는, 펄스 신호의 주파수가 미리 설정된 임계 주파수보다 낮은 주파수 대역을 가질 경우, 미리 설정한 기준 임덕턴스보다 높은 값을 가지도록 한다.
도 10은 비접촉식 커플러의 각 인덕턴스에 따른 커플링 전달율의 실험 결과를 도시한 그래프로서, 가로축은 펄스 신호의 주파수 대역을 나타내고 세로축은 비접촉식 커플러의 커플링 전달율을 나타낸 그림이다. 또한 도 10의 빨강 라인은 도 11(a)에 도시한 바와 같이 비접촉식 커플러의 입력 인덕턴스와 출력 인덕턴스가 각각 40[uH]를 가질 때의 실험 결과이다. 도 10의 파랑 라인은 도 11(b)에 도시한 바와 같이 비접촉식 커플러의 입력 인덕턴스와 출력 인덕턴스가 각각 225[uH]를 가질 때의 실험 결과이다. 도 10의 빨강 라인은 도 11(c)에 도시한 바와 같이 비접촉식 커플러의 입력 인덕턴스와 출력 인덕턴스가 각각 444.5[uH]를 가질 때의 실험 결과이다.
도 10의 실험 결과를 보면, 비접촉식 커플러의 입력 인덕턴스와 출력 인덕턴스가 각각 40[uH]를 가질 때, 500KHz 이하의 주파수 대역에서 커플링 전달율이 나빠짐을 알 수 있다.
따라서 실험 결과, 임계 주파수가 500KHz라 할 때, 500KHz 이하의 주파수 대역은 기준 인덕턴스인 225[uH] 이상의 입력 인덕턴스와 출력 인덕턴스를 가질 때 커플링 전달율이 개선됨을 알 수 있다.
상술한 본 발명의 설명에서의 실시예는 여러가지 실시가능한 예중에서 당업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 예를 선정하여 제시한 것으로, 이 발명의 기술적 사상이 반드시 이 실시예만 의해서 한정되거나 제한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 변화와 변경 및 균등한 타의 실시예가 가능한 것이다.
200:고장 위치 검출기 210:펄스 신호 발생부
220:감쇠기 230:감쇠비 조절부
240:펄스신호 분기부 250:펄스신호 송신부
260:고장위치 판단부 270:반사신호 수신부

Claims (7)

  1. 설정된 송신 주파수를 가지는 펄스 신호를 케이블에 주입하여, 케이블의 고장 위치에서 반사되는 반사 신호를 검출 및 분석하여 케이블의 고장 위치를 검출하는 케이블 고장 위치 검출기; 및
    상기 케이블에 삽입되어 상기 펄스 신호를 제거하는 펄스 신호 제거 필터;
    를 포함하며,
    상기 고장 위치 검출기는,
    케이블에 주입되는 펄스 신호를 생성하는 펄스 신호 발생부; 상기 펄스 신호 발생부에서 생성된 펄스 신호의 파형 변형없이 진폭을 감쇠시켜 펄스 감쇠 신호를 출력하는 감쇠기; 상기 펄스 감쇠 신호를 제1분기 펄스 신호 및 제2분기 펄스 신호로 분기하는 펄스 신호 분기부; 상기 펄스 신호 제거 필터의 일측에 연결된 케이블에 상기 제1분기 펄스 신호를 주입하며 상기 펄스 신호 제거 필터의 타측에 연결된 케이블에 상기 제2분기 펄스 신호를 주입하는 펄스 신호 송신부; 케이블의 고장 위치로부터 반사된 반사 신호를 수신하여 노이즈를 제거하고 신호 처리하는 반사 신호 수신부; 및 케이블에 송신된 펄스 신호와 케이블로부터 수신되는 반사 신호를 비교하여, 고장 위치를 판단하는 고장 위치 판단부;를 포함하며,
    상기 펄스 신호 송신부는 상기 제1분기 펄스 신호와 제2분기 펄스 신호를 비접촉식 커플러를 이용하여 상기 케이블에 주입하며,
    상기 비접촉식 커플러는,
    상기 제1분기 펄스 신호가 인가되는 제1코일; 상기 제2분기 펄스 신호가 인가되는 제2코일; 및 케이블에 연결되며, 상기 제1코일 및 제2코일에 의한 자력이 여기되는 케이블 코일;을 포함하는 송신 펄스신호 왜곡이 개선된 케이블 고장 위치 검출 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 감쇠기는,
    가변 저항으로 구현됨을 특징으로 하는 송신 펄스신호 왜곡이 개선된 케이블 고장 위치 검출 장치.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 고장 위치 검출기는,
    상기 펄스 신호 발생부로부터 생성된 펄스 신호의 크기를 수신하여, 펄스 신호의 크기에 비례한 감쇠비를 가지도록 상기 가변 저항의 저항값을 조절하는 감쇠비 조절부;
    를 포함하는 송신 펄스신호 왜곡이 개선된 케이블 고장 위치 검출 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1코일의 인덕턴스와 제2코일의 인덕턴스를 더한 값인 입력 인덕턴스가 상기 케이블 코일의 인덕턴스인 출력 인덕턴스와 동일한 값을 가짐을 특징으로 하는 송신 펄스신호 왜곡이 개선된 케이블 고장 위치 검출 장치.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 입력 인덕턴스와 출력 인덕턴스는,
    펄스 신호의 주파수가 미리 설정된 임계 주파수보다 낮은 주파수 대역을 가질 경우, 미리 설정한 기준 인덕턴스보다 높은 인덕턴스를 가지도록 함을 특징으로 하는 송신 펄스신호 왜곡이 개선된 케이블 고장 위치 검출 장치.
KR1020160036950A 2016-03-28 2016-03-28 송신 펄스신호 왜곡이 개선된 케이블 고장 위치 검출 장치 KR101731617B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160036950A KR101731617B1 (ko) 2016-03-28 2016-03-28 송신 펄스신호 왜곡이 개선된 케이블 고장 위치 검출 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160036950A KR101731617B1 (ko) 2016-03-28 2016-03-28 송신 펄스신호 왜곡이 개선된 케이블 고장 위치 검출 장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101731617B1 true KR101731617B1 (ko) 2017-04-28

Family

ID=58702228

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160036950A KR101731617B1 (ko) 2016-03-28 2016-03-28 송신 펄스신호 왜곡이 개선된 케이블 고장 위치 검출 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101731617B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108072816A (zh) * 2017-12-25 2018-05-25 安徽博达通信工程监理有限责任公司 一种电缆故障检测通讯系统
CN117970031A (zh) * 2024-02-28 2024-05-03 杭州欣美成套电器制造有限公司 一种基于应力波的电缆监测预警系统及方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101561832B1 (ko) * 2014-05-22 2015-10-21 한국 전기안전공사 초기 상태값 비교를 통한 반사파 분석을 이용한 배선 고장 상시감시시스템 및 그 방법
KR101602407B1 (ko) * 2014-11-28 2016-03-10 김경수 케이블 고장 위치 검출 장치

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101561832B1 (ko) * 2014-05-22 2015-10-21 한국 전기안전공사 초기 상태값 비교를 통한 반사파 분석을 이용한 배선 고장 상시감시시스템 및 그 방법
KR101602407B1 (ko) * 2014-11-28 2016-03-10 김경수 케이블 고장 위치 검출 장치

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108072816A (zh) * 2017-12-25 2018-05-25 安徽博达通信工程监理有限责任公司 一种电缆故障检测通讯系统
CN117970031A (zh) * 2024-02-28 2024-05-03 杭州欣美成套电器制造有限公司 一种基于应力波的电缆监测预警系统及方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101602407B1 (ko) 케이블 고장 위치 검출 장치
CN102801464B (zh) 检测海底光缆线路的方法、传送装置和系统
KR101774037B1 (ko) 반사 신호 보정을 통한 케이블 고장 위치 검출 장치
EP0652651A1 (en) Positionally independent application of an OTDR technique based on correlation in a branched optical fibre network during operation
US11035720B2 (en) Warning device for preventing underground cables against accidental excavation
KR101516403B1 (ko) 무정전 상태에서 적용가능한 케이블 고장 위치 검출 장치 및 시스템
JPH0918411A (ja) 光中継器
KR101731617B1 (ko) 송신 펄스신호 왜곡이 개선된 케이블 고장 위치 검출 장치
US7880476B1 (en) Method to and apparatus for detecting and locating a fault in an electrical conductor wire
KR101645602B1 (ko) 케이블 고장 위치 검출 장치
US6222668B1 (en) Fast loss of signal (LOS) detection for bidirectional optical amplifiers
EP3196095B1 (en) System and method for detecting broken rails on a railway line
US7274746B2 (en) System and method for mitigating noise associated with information communication
KR101986491B1 (ko) 케이블 결함 거리 및 방향 검출 장치
CN103250403B (zh) 用于测试的方法和测试系统以及模拟前端
US11860214B2 (en) System for monitoring the state of a cable through distributed reflectometry
CN214067309U (zh) 一种基于fdr的中压电缆故障的定位装置
KR101865295B1 (ko) 단일 검출 신호를 이용한 케이블 결함 위치 검출 장치
US9455780B2 (en) Optical transmission system and optical receiving apparatus
CN104125014B (zh) 安全型光缆线路作业系统
JP5344673B2 (ja) 有線式配電線遠方監視制御用通信ケーブルの障害点またはルートの探査装置
US7312613B1 (en) Method for network diagnostic
EP3106888B1 (en) Method and system for partial discharge measurement on a power cable
GB2344239A (en) Pulse-echo location of faults in electric cables
US20240063899A1 (en) Optical path identification device, optical path identification method, and storage medium for optical path identification program

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant