KR-20260062010-A - SYSTEM AND METHOD FOR DETECTING WATER HAMMER OF WATER SUPPLY

KR20260062010AKR 20260062010 AKR20260062010 AKR 20260062010AKR-20260062010-A

Abstract

본 발명은 상수도 수충격 감지 시스템 및 방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 상수도 수충격 감지 시스템은, 상수관망의 서로 다른 위치에 설치되어, 압력 데이터를 측정하고, 상기 측정된 압력 데이터에 기초하여 수충격 발생 여부를 판단하는 복수의 압력 센서, 및 상기 복수의 압력 센서 중에서 적어도 하나의 압력 센서로부터 수충격 인지 시간을 포함하는 포함하는 수충격 발생 정보가 수신되면, 해당 구역의 압력 센서로 수충격 발생 신호로 전송하는 서버를 포함하되, 상기 서버로부터 수충격 발생 신호를 수신한 압력 센서는 수충격 판별을 위해 설정된 임계조건을 변경하는 것을 특징으로 한다.

Inventors

배현수
김광주
강미선
유정원
장인수

Assignees

한국전자통신연구원

Dates

Publication Date: 20260506
Application Date: 20250219
Priority Date: 20241028

Claims (1)

상수관망의 서로 다른 위치에 설치되어, 압력 데이터를 측정하고, 상기 측정된 압력 데이터에 기초하여 수충격 발생 여부를 판단하는 복수의 압력 센서; 및 상기 복수의 압력 센서 중에서 적어도 하나의 압력 센서로부터 수충격 인지 시간을 포함하는 포함하는 수충격 발생 정보가 수신되면, 해당 구역의 압력 센서로 수충격 발생 신호로 전송하는 서버;를 포함하되, 상기 서버로부터 수충격 발생 신호를 수신한 압력 센서는 수충격 판별을 위해 설정된 임계조건을 변경하는 것을 특징으로 하는 상수도 수충격 감지 시스템.

Description

상수도 수충격 감지 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR DETECTING WATER HAMMER OF WATER SUPPLY} 본 발명은 상수도 수충격 감지 시스템 및 방법에 관한 것이다. 상수도 시스템은 현대 사회의 핵심 인프라로서, 도시의 발전과 국민의 생활 수준 향상에 따라 그 중요성이 더욱 부각되고 있다. 안정적이고 효율적인 상수도 시스템의 운영은 국민의 건강과 생활 편의성에 직접적인 영향을 미치며, 산업 활동의 원활한 진행에도 필수적이다. 그러나 복잡한 파이프라인 구조와 다양한 운영 조건으로 인해 예상치 못한 문제들이 발생할 수 있으며, 그 중 하나가 바로 수충격(water hammer) 현상이다. 수충격은 파이프 내 유속의 급격한 변화로 인해 발생하는 압력 파동으로, 밸브의 갑작스러운 개폐, 펌프의 기동 및 정지, 파이프 내 공기 방울의 이동 등에 의해 유발된다. 이러한 압력 파동은 파이프라인을 따라 고속으로 전파되며, 그 세기가 매우 크기 때문에 파이프나 연결 부품의 손상, 심지어 파손을 초래할 수 있다. 이는 상수도 시스템의 신뢰성을 저하시킬 뿐만 아니라, 대규모의 수리 비용과 서비스 중단으로 이어져 사회적, 경제적 손실을 발생시킨다. 본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허공보 제10-2371788호(2022.03.08)에 개시되어 있다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 상수도 수충격 감지 시스템을 설명하기 위한 도면이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 압력 센서가 설치된 상수관망을 설명하기 위한 예시도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 압력 센서가 설치된 상수관망에서 발생한 수충격을 설명하기 위한 예시도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 센서의 수충격 인식을 설명하기 위한 예시도이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 주변 압력 센서의 수충격 발생 압력파 인식을 설명하기 위한 예시도이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 센서의 민감도 향상을 위한 임계조건 변경을 설명하기 위한 예시도이다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 센서의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다. 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 상수도 수충격 감지 방법을 설명하기 위한 도면이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 상수도 수충격 감지 시스템 및 방법의 실시예를 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 이용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 종래의 상수도 시스템에서는 수충격 현상을 예방하기 위해 여러 가지 방법이 사용되고 있다. 대표적으로는 완충 탱크의 설치, 서지 밸브의 적용, 펌프의 제어 시스템 개선 등이 있다. 그러나 이러한 물리적, 기계적 방법들은 설치 비용이 많이 들고, 시스템의 복잡성을 증가시키며, 모든 상황에서 효과적이지 않을 수 있다. 또한, 수충격 감지를 위해 압력 센서를 활용하는 경우가 많지만, 전통적인 압력 센서 시스템은 주로 단일 또는 소수의 센서를 이용하여 국부적인 압력 변화를 모니터링한다. 이러한 방식은 전체 파이프라인의 상태를 실시간으로 파악하기 어렵고, 수충격의 발생 위치나 전파 경로를 정확하게 추정하는 데 한계가 있다. 특히, 압력 센서 간의 시간 동기화가 부족하면 데이터의 정확성과 신뢰성이 떨어지며, 이를 기반으로 한 대응 조치의 효과도 감소한다. 수충격과 같은 고속 압력 변화를 정확하게 감지하기 위해서는 압력 센서의 높은 시간 해상도와 민감도가 요구된다. 압력 파동은 파이프라인을 따라 매우 빠르게 전파되며, 그 세기는 거리와 시간에 따라 감쇠한다. 따라서 먼 거리의 압력 센서에서는 압력 변화의 폭이 매우 작아져 감지가 어려워진다. 이를 해결하기 위해 압력 센서의 민감도를 동적으로 조절하는 방법이 필요하며, 압력 센서 간의 실시간 통신과 시간 동기화가 필수적이다. 따라서 상수도 시스템에서 수충격 감지를 위해서는 시간 동기화된 다중 압력 센서 네트워크와, 압력 센서 간의 실시간 통신 시스템, 그리고 효율적인 데이터 분석 알고리즘이 결합된 통합 솔루션이 필요하다. 이에, 본 발명은 상수관망에 시간 동기화된 복수의 압력 센서가 설치된 상수도 수충격 감지 시스템을 구축하고, 수충격 발생시 즉각적인 감지와 대응이 가능하도록 하며 압력 센서의 민감도를 능동적으로 조절하여 압력파의 감쇠에도 먼 거리에서 미세한 압력 변화를 감지할 수 있도록 하는 기술을 제안한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 상수도 수충격 감지 시스템을 설명하기 위한 도면, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 압력 센서가 설치된 상수관망을 설명하기 위한 예시도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 압력 센서가 설치된 상수관망에서 발생한 수충격을 설명하기 위한 예시도, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 센서의 수충격 인식을 설명하기 위한 예시도, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 주변 압력 센서의 수충격 발생 압력파 인식을 설명하기 위한 예시도, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 센서의 민감도 향상을 위한 임계조건 변경을 설명하기 위한 예시도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 상수도 수충격 감지 시스템은 복수의 압력 센서(100a, 100b,.., 100n, 이하 '100'이라 칭함) 및 서버(200)를 포함한다. 압력 센서(100)는 상수관망의 서로 다른 위치에 설치되고, 미리 설정된 시간에 시간 동기화를 수행하며, 압력 데이터를 측정하고, 측정된 압력 데이터에 기초하여 수충격 발생 여부를 판단할 수 있다. 압력 센서(100)는 수충격의 감지를 위해 도 2에 도시된 것과 같이 상수관망에 최소 2개 이상 설치될 수 있다. 상수관망에 설치된 압력 센서(100)는 기 설정된 일정 시간에 시간 동기화를 수행할 수 있다. 이때, 압력 센서(100)는 서버(200)의 제어에 의해 시간 동기화를 수행할 수 있다. 예를 들면, 상수관망에 설치된 압력 센서(100)는 서버(200)의 제어에 의해 매일 자정에 시간 동기화를 수행할 수 있다. 또한, 압력 센서(100)는 필요 시 서버(200)의 요청에 의해 시간 동기화를 추가로 수행할 수도 있다. 압력 센서(100)는 밀리초(ms) 단위의 시간 동기화를 유지하고, 이는 압력 파동의 도달 시간을 정확하게 측정하는데 필수적이다. 압력 센서(100)는 해당 위치의 압력 데이터를 측정하고, 측정된 압력 데이터를 서버(200)로 전송할 수 있다. 이때, 압력 센서(100)는 기 설정된 시간 주기에 맞춰서 해당 시간에 압력 데이터를 서버(200)로 전송할 수 있다. 여기서, 시간 주기는 서버(200)에 의해 미리 설정된 주기일 수 있다. 압력 센서(100)는 측정된 압력 데이터에 기초하여 수충격 발생 여부를 판단할 수 있다. 이때, 압력 센서(100)는 압력 데이터를 기 설정된 임계조건과 비교하고, 그 비교결과에 따라 수충격 발생 여부를 판단할 수 있다. 여기서, 임계조건은 수충격 판별을 위해 설정된 조건으로, 임계압력 변동값 및 임계시간을 포함할 수 있다. 측정된 압력 데이터가 임계시간 동안 임계압력 변동값 이상의 변동이 발생하면, 압력 센서(100)는 수충격이 발생한 것으로 판단할 수 있다. 예를 들어, 임계조건이 1kgf/cm2와 0.3초로 설정된 경우, 압력 센서(100)는 0.3초 동안 1kgf/cm2 이상의 값의 압력 데이터의 변동이 발생하면, 수충격이 발생한 것으로 판단할 수 있다. 수충격이 발생한 것으로 판단한 압력 센서(100)는 수충격 인지 시간을 포함하는 수충격 발생 정보를 서버(200)로 전송할 수 있다. 여기서, 수충격 발생 정보는 압력 센서 식별정보, 수충격 인지 시간, 위치정보 등을 포함할 수 있다. 서버(200)로부터 수충격 발생 신호를 수신한 압력 센서(100)는 기 설정된 수충격 판별 임계조건을 변경할 수 있다. 수충격 발생 신호를 수신한 압력 센서(100)는 임계압력 변동값을 일정 비율 이하로 변경하고, 임계시간을 더 적은 시간으로 변경할 수 있다. 예를 들면, 수충격 발생 신호를 수신한 압력 센서(100)는 임계압력 변동값을 50% 이하로 변경하고 임계시간을 최소값으로 일시적으로 변경함으로써, 감소된 압력파도 민감하게 감지할 수 있도록 할 수 있다. 이처럼 압력 센서(100)는 수충격으로 인식하는 임계압력 변동값을 일정 비율(예: 50%)이하로 줄이고 임계시간도 최소화하여 압력파의 변화를 잘 측정하도록 민감도를 변경할 수 있다. 수충격을 감지한 압력 센서(100)는 수충격 발생 전 n분, 발생 후 m분 데이터를 1000/초 개 저장하여 사용자가 정밀 분석을 할 수 있도록 압력 데이터를 서버(200)로 전송할 수 있다. 압력 센서(100)는 유선 또는 무선 통신 방식을 이용하여 서버(200)와 연결되고, 압력 센서(100)간의 통신이 가능한 네트워크 구조가 적용될 수 있다. 서버(200)는 각 구역의 상수관망에 설치된 압력 센서(100)를 관리할 수 있다. 즉, 서버(200)는 각 구역에 설치된 압력 센서 식별정보, 위치정보 등을 관리할 수 있다. 서버(200)는 각 구역의 압력 센서(100)가 동일 시간에 시간 동기화를 수행하도록 제어할 수 있다. 서버(200)는 표준시간으로 각 구역의 서로 다른 위치에 설치된 압력 센서(100)의 시간을 동기화시킴으로써, 측정 시각 차이에 따른 측정 오차를 방지할 수 있도록 한다. 서버(200)는 복수의 압력 센서(100) 중에서 적어도 하나의 압력 센서(100)로부터 수충격 인지 시간을 포함하는 포함하는 수충격 발생 정보가 수신되면, 해당 구역의 압력 센서(100)로 수충격 발생 신호로 전송할 수 있다. 이하, 상수도 수충격 감지 시스템의 동작에 대해 설명하기로 한다. 제1 압력 센서(100a), 제2 압력 센서(100b), 제3 압력 센서(100c) 및 제4 압력 센서(100d)가 도 2에 도시된 것과 같이 상수관망에 설치되어 있는데, 도 3에