보고서 정보
주관연구기관 |
중앙대학교 Chung Ang University |
연구책임자 |
김호성
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보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
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발행년월 | 2017-05 |
과제시작연도 |
2016 |
주관부처 |
과학기술정보통신부 Ministry of Science and ICT |
등록번호 |
TRKO201800003347 |
과제고유번호 |
1711037542 |
사업명 |
개인연구지원 |
DB 구축일자 |
2018-04-21
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키워드 |
비접촉 전력 추출.무선 센서 노드.전기장 에너지.자기장 에너지.전력 공급.옥내외 전력선.765 ㎸ 송전선.Non-contact power extraction.Wireless sensor node.Electric field energy.Magnetic field energy.Power supply.Indoor and outdoor power line.765 ㎸ Transmission line.
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DOI |
https://doi.org/10.23000/TRKO201800003347 |
초록
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□ 연구의 목적 및 내용
옥내 전력선(단상)이나 옥외 송배전선(3상) 주변에 선전류의 크기와 상관없이 일정한 크기로 항상 존재하는 전계로부터 전선의 도체에 접촉하지 않고 비접촉으로 포집한 전계에너지와 선전류에 의해 발생하는 자계를 비접촉으로 포집하여 Smart Grid, Building Energy Management(BEM), Structural Health Monitoring(SHM), Internet on Things(IoT)분야에 사용되는 수많은 wireless sensor module에 안정적인 전력을 공급하는 실용적
□ 연구의 목적 및 내용
옥내 전력선(단상)이나 옥외 송배전선(3상) 주변에 선전류의 크기와 상관없이 일정한 크기로 항상 존재하는 전계로부터 전선의 도체에 접촉하지 않고 비접촉으로 포집한 전계에너지와 선전류에 의해 발생하는 자계를 비접촉으로 포집하여 Smart Grid, Building Energy Management(BEM), Structural Health Monitoring(SHM), Internet on Things(IoT)분야에 사용되는 수많은 wireless sensor module에 안정적인 전력을 공급하는 실용적인 기술을 개발한다.
□ 연구결과
- 1차년도 : (1) 220 V 가전용 전력선의 절연피복 겉면에 금속 박막을 감싸서 공간으로 누설되는 전력을 최소화 하여 전계 에너지를 추출하는 기술 및 TI사의 booster 칩 기반 에너지 하베스터 회로를 개발하였고 이를 사용하여 LED를 주기적으로 구동시키는데 성공하였다. 실용 가능한 한계치라고 생각되는 길이 1 m 이하의 금속박막으로는 회로가 self-start 할 수 없었지만, 실내조명조건에서 손바닥보다 작은 크기의 솔라셀을 이용하면 self-start가 가능하였다. (2) 최대 6.6 ㎸의 고전압 송전환경을 구축하고 송전선 아래 금속판을 설치하여 전력선 주변의 전계에너지를 비접촉식으로 추출할 수 있는 Test Bed를 조성하고 이를 통해 수십 ㎼의 수준의 전계에너지를 일정 시간동안 모아서 한꺼번에 출력하는 회로를 구현하였다. 6.6 ㎸의 고전압 송전으로부터 15 cm의 거리에 30×40㎠ 의 금속판을 설치할 경우 부하의 크기에 상관없이 5 ㎼의 전력을 추출할 수 있었다.
- 2차년도 : (1) 특고압(7 ㎸ 이상)이 인가되어있는 3상 송전선 주변에 전계수집용 도체판을 설치할 경우에 대해 전계를 시뮬레이션하였고, 3상 전력선 주변에 설치되는 도체판의 위치, 간격, 도체판의 크기와 형상, 절연물질의 영향을 분석하고 전력수집 효율을 최적화하여 직경 12 cm, 길이 25 cm의 PVC파이프에 알루미늄 호일을 감싸서 에너지 하베스터를 제작하였다. (2) 제작된 전자계 에너지 하베스팅 시스템의 실증테스트를 세계 최초로 실제 765 ㎸의 송전선 하에서 수행하였다. 전계에너지만을 사용하면 지면으로부터 4 m 높이에서 매 25 초마다 Zigbee 기반 무선 온도 센서가 자율적으로 동작하였고, 전계, 자계 에너지를 동시에 사용하면 동일 높이에서 매 13 초마다 동작하였다. 본 기술은 실용적이며 견고하고 신뢰성이 높을 뿐만 아니라 원가가 낮아 시장성이 대단히 높다고 사료된다.
□ 연구결과의 활용계획
최근 거대한 시장으로 발전하고 있는 Smart grid와 Internet on Things(IoT)분야를 비롯하여 Building Energy Management(BEM), Structural Health Monitoring(SHM)분야에 사용되는 수많은 Wireless sensor module의 가장 큰 문제점인 전력공급 문제를 해결하는 원천기술을 확보하였다. 이 기술은 그 구조가 간단, 견고하므로 저가이고 신뢰성이 높아 배터리 없이 송전, 배전 및 Smart gird 시스템의 상태 감시용 자율 센서에 전력을 공급하는 데 널리 적용될 수 있을 것으로 사료되어 2017년도 한국전력 기초전력 과제에 응모하여 실용성 및 상품성을 높일 계획이며, 중앙대학교 산학협력단의 지원을 받아 국제특허를 출원할 계획임.
(출처 : 한글요약문 4p)
Abstract
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□ Purpose & contents
The main goal is to develop an innovative and practical non-contact techniques that extract electric energy from the potentially hazardous 60 Hz electric and magnetic field that exist around power lines in order to supply power to drive numerous wireless sensor devices in Sma
□ Purpose & contents
The main goal is to develop an innovative and practical non-contact techniques that extract electric energy from the potentially hazardous 60 Hz electric and magnetic field that exist around power lines in order to supply power to drive numerous wireless sensor devices in Smart Grid, Building Energy Management(BEM), Structural Health Monitoring(SHM), Internet on Things(IoT).
□ Result
- First year: (1) 220V energy wire harness circuit based on booster chip developed by TI's technology to extract electric field energy by minimizing power leaked into space by wrapping metal foil on the outer surface of electric insulation cable Thereby succeeding in periodically driving the LED. Although the circuit could not self-start with a metal thin film of less than 1 m in length, which is considered to be a practical limit, self-start was possible by using a solar cell smaller than a palm in an indoor lighting condition. (2) Establish a high-voltage transmission environment of up to 6.6 ㎸ and install a metal plate under the transmission line to create a test bed for non-contact extraction of the electric field energy around the power line. I implemented the circuit to output at once. When a metal plate of 30 × 40 ㎠ was installed at a distance of 15 cm from the high voltage transmission of 6.6 ㎸, 5 ㎼ of power could be extracted regardless of the load size.
- Second year: (1) The electric fields generated by single phase and 3-phase high voltage (> 7 ㎸) is simulated. The effects of position, shape of the conductor that is used for field energy collector are simulated. The energy harvester was fabricated by wrapping aluminum foil on a PVC pipe of 12 cm in diameter and 25 cm in length. (2) For the first time, under the actual 3-phase 765 ㎸ power transmission lines, electric and magnetic field energy is harvested and Zigbee-based sensor node powered by the harvested energy is operated autonomously. When electric field energy is used, Zigbee-based wireless temperature sensor operates every 25 seconds at a height of 4 m from the ground and operates every 13 seconds when magnetic fled energy is used simultaneously. Since the developed technology is practical, robust, reliable and cost-effective, it is believed that the technology have great marketability.
□ Expected Contribution
By solving the power supply problem, which is the critical bottle neck of WSN used in the field of monitoring of power system, Building Energy Management (BEM), Structural Health Monitoring (SHM) as well as Smart grid and Internet on Things (IoT), the original technology is secured. Since the developed technology is practical, robust, reliable and cost-effective, it is believed that the technology have great marketability in the power transmission and distribution system, We will apply an proposal to KEPCO in 2017.
(출처 : SUMMARY 5p)
목차 Contents
- 표지 ... 1
- 목차 ... 2
- 연구계획 요약문 ... 3
- 연구결과 요약문 ... 4
- 한글요약문 ... 4
- SUMMARY ... 5
- 연구내용 및 결과 ... 6
- 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
- 2. 국내외 기술개발 현황 ... 9
- 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 11
- 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 35
- 5. 연구결과의 활용계획 ... 37
- 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 38
- 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 39
- 8. 참고문헌 ... 40
- 9. 연구성과 ... 43
- 10. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 44
- 11. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 44
- 12. 기타사항 ... 46
- 별첨1 대 표 연 구 실 적 ... 47
- 별첨2 세부 목표 관련 증빙 ... 57
- 끝페이지 ... 68
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