KR100360114B1 - 전기기기의 절연열화 진단시스템 - Google Patents

전기기기의 절연열화 진단시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기기기의 절연열화 진단시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전기기기의 절연열화상태에 따른 초음파와 전자파를 음향방출센서와 안테나로 검출하여 모니터링하고 절연열화정도를 판정하여 설비관리를 지원하는 전기기기의 절연열화 진단시스템에 관한 것이다.
본 발명의 목적은 전기설비의 절연열화로 인한 전기설비의 중대한 사고와 수명단축을 사전에 방지하기 위한 신뢰성 있는 정보를 얻기 위하여 초음파 및 전자파를 병행 측정하므로 절연열화 상태를 활선선상태에서 시스템의 운행에 전혀 영향을 주지 않고 진단할 수 있는 데이터측정기능과 이러한 저 레벨 데이터를 이용하여 열화정도를 사전 예측진단하는 기능 그리고 이러한 사전 예측진단 정보를 웹상으로 인지하여 자동적으로 알려 주게 하여 자동표출기능이 가능하도록 하는 전기기기의 절연열화 진단시스템을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 전기기기의 절연열화를 모니터링하는 절연열화진단시스템에 있어서, 상기 전기기기에 대하여 부분방전과 코로나방전 등으로 발생하는 초음파와 전자파를 측정하기 위한 센서부로 AE센서(10)와 안테나(20)와; 상기 센서에서 얻어지는 미약하고 노이즈가 포함된 신호를 증폭하고 필터링하는 프리엠프부(30)와; 상기 프리엠프부(30)의 신호를 처리하기 쉽도록 전용 데이터취득과 신호처리를 전담하는 계측장치(50)와; 상기 시스템의 각 구성요소를 각각 표시하고 이 측정센서로부터 얻어진 측정치의 표시 및 분석을 수행하는 서버(60)와; 상기 프리엠프부(30)와 센서부에 구동전원을 공급하는 직류전원부(40) 및; 상기 서버(60)와 랜(LAN)으로 연결되어 웹베이스 시스템으로 구성하는 LAN인터페이스 유니트를 갖춘 진단시스템(70)으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는 상기 진단시스템은, 유저 인터페이스 기능을 수행하는 것으로, 정보를 보여주는 디스플레이기능과; 데이터관리, 시스템관리, 정보 가공기능을 유지하도록 하는 프로그램을 실행시킬수 있는 기록매체를 포함하며, 사용자가 사용하기 편리하도록 터치스크린으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

전기기기의 절연열화 진단시스템{Diagnosis system for isolation deterioration of electric apparatus}
본 발명은 전기기기의 절연열화 진단시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전기기기의 절연열화상태에 따른 초음파와 전자파를 음향방출센서와 안테나로 검출하여 모니터링하고 절연열화정도를 판정하여 설비관리를 지원하는 전기기기의 절연열화 진단시스템에 관한 것이다.
일반적으로 전기설비 메이커에서는 설비 사용자에게 설비의 점검과 교환시기에 관한 사항을 별도의 정비 지침서에 통상적으로 명시하고 있다.
그러나, 검증된 자료가 없기 때문에 대개의 경우 관리자들은 해당부서에서 계획한 정비주기에 의해 유지보수를 하고 주관적 판단으로 시스템을 교환하는 경우가 대부분이지만, 대상시스템의 가격과 투자비가 높은 관계로 특별한 정비검사결과에 하자가 없는 경우에는 운행주기를 연장한다.
그렇지만 전기기기의 경우는 필요에 따른 적기 점검과 교환을 하게되면 상당하게 수명을 연장시키거나 기능을 최상으로 유지하여 운행의 신뢰성을 높일수 있다.
따라서 현재는 음향방출법(Acoustic Emission, AE)이라는 이름을 갖고 하나의 공학적 평가법으로 실시간 모니터링에 주로 이용되고 있는 시험방법중의 하나로, 특히 원자력산업에서의 균열탐지, 누설탐지, 보일러누설감시, 베어링마모감시, 가스배관의 누설 등 위험부분의 감시기구로서 이용되며, 항공산업에서는 항공기 구조시험, 운항중 연속감지, 항공 우주용 금속재료시험 등에 널리 이용되고 있다. 또한 신소재분야에서는 동적결함의 검출에 좋은 도구가 되는 AE를 이용한 복합재료의 결함검출에 많은 연구가 진행되고 있다.
상기 AE는 어떤 물체가 외력 또는 내부의 힘에 의해 변형이나 파괴가 일어나게 되면 재료내부에 축적되어 있던 변형에너지(strain energy)는 파면형성 에너지, 열에너지, 격자변형 에너지, 그리고 탄성파와 같은 여러 형태의 에너지로 변환된다. 이 때 외부에서의 계측장치의 힘에 의해서 가시적으로 검출된 탄성파를 AE신호라 한다. 탄성파는 본질적으로는 물체의 구성입자들이 사방으로 진동하여 가는 현상이며, 이러한 진동이 압전센스에 의해서 전기적신호로 변환될 때 비로소 AE신호로 검출되게 된다.
이러한 AE신호는 아래의 표1과 같이 분류할 수 있다.
AE신호의 분류
1차 AE(본래의 AE) 미끄럼 변형 재료의 항복, Luders변형, 세리이션
쌍정변형 상변태 용해, 응고, 마르텐사이트 변형
미시적 균열 (탄화물 개재물)의 파괴 및 박리(환경인자에 의한)입계 및 벽개파괴
거시적 균열 미시균열의 합체, 주균열의 성장
2차 AE 마찰, 균열의 개폐, 리크, 캐비테이션, 산호피막 파괴
일반적으로 AE신호의 발생은 물체의 변형 및 파괴현상에 기인하는 것으로 1차 AE신호라 하며, AE기법을 재료평가 이외의 수단으로 사용할 때는 그와는 관계없이 발생하는 것을 2차 AE신호라 한다.
따라서 본 발명은 중요 전기기기의 유지관리자들의 편의와 설비의 안전 및 수명에 필수적인 설비의 상태에 대한 정보를 관리자에게 고지함으로 효율적인 설비관리를 할 수 있게 한 것이다.
본 발명은 상술한 바와 같이 금속 등의 재료에 외력이 가해져 그 내부에 변형이 생겼을 때 방출되는 미약한 초음파로, 이것을 측정, 해석함에 따라 결함의 형성과정을 탐지하는 AE를 이용한 것으로, 본 발명의 목적은 전기설비의 절연열화로 인한 전기설비의 중대한 사고와 수명단축을 사전에 방지하기 위한 신뢰성 있는 정보를 얻기 위하여 초음파 및 전자파를 병행 측정하므로 절연열화 상태를 활선선상태에서 시스템의 운행에 전혀 영향을 주지 않고 진단할 수 있는 데이터측정기능과 이러한 저 레벨 데이터를 이용하여 열화정도를 사전 예측진단하는 기능 그리고 이러한 사전 예측진단 정보를 웹상으로 인지하여 자동적으로 알려 주게 하여 자동표출기능이 가능하도록 하는 전기기기의 절연열화 진단시스템을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 전기기기의 절연열화를 모니터링하는 절연열화진단시스템에 있어서, 상기 전기기기에 대하여 부분방전과 코로나방전 등으로 발생하는 초음파와 전자파를 측정하기 위한 센서부로 AE센서(10)와 안테나(20)와; 상기 센서에서 얻어지는 미약하고 노이즈가 포함된 신호를 증폭하고 필터링하는 프리엠프부(30)와; 상기 프리엠프부(30)의 신호를 처리하기 쉽도록 전용 데이터취득과 신호처리를 전담하는 계측장치(50)와; 상기 시스템의 각 구성요소를 각각 표시하고 이 측정센서로부터 얻어진 측정치의 표시 및 분석을 수행하는 서버(60)와; 상기 프리엠프부(30)와 센서부에 구동전원을 공급하는 직류전원부(40) 및; 상기 서버(60)와 랜(LAN)으로 연결되어 웹베이스 시스템으로 구성하는 LAN인터페이스 유니트를 갖춘 진단시스템(70)으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는 상기 진단시스템은, 유저 인터페이스 기능을 수행하는 것으로, 정보를 보여주는 디스플레이기능과; 데이터관리, 시스템관리, 정보 가공기능을 유지하도록 하는 프로그램을 실행시킬수 있는 기록매체를 포함하며, 사용자가 사용하기 편리하도록 터치스크린으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
도 1 - 본 발명에 따른 전기기기의 절연열화 진단시스템의 개략적인 블럭구성도.
도 2 - 본 발명에 따른 전기기기의 절연열화 진단시스템.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10: AE센서 20: 안테나
30: 프리엠프 40: 직류전원
50: 계측장치 60: 서버
70: 진단시스템 80: 랜(LAN)
100: 전기기기 200: 계측시스템
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 전기기기의 절연열화 진단시스템에 대해 상세히 설명한다.
도1은 본 발명에 따른 전기기기의 절연열화 진단시스템의 개략적인 블럭구성도로서, 대상 전기설비(특히, 변압기)에 대하여 부분방전과 코로나방전 등으로 발생하는 초음파와 전자파를 측정하기 위한 센서부로 AE(Acoustic Emission)센서(10)와 안테나(20)와, 이들 센서에서 얻어지는 미약하고 노이즈가 포함된 신호를 증폭하고 필터링하는 프리엠프부(30)와, 그리고 이들 신호를 진단시스템(70)에서 처리하기 쉽도록 전용 데이터취득과 신호처리를 전담하는 계측장치(50)와, 시스템의 구성요소를 각각 표시하고 이 측정센서로부터 얻어진 측정치의 표시 및 분석을 수행하는 메인진단시스템인 서버(60)로 구성된다.
또한 상기 진단시스템(70)은 유저 인터페이스 기능을 수행하는 것으로, 즉 정보를 보여주는 디스플레이기능, 데이터관리, 시스템관리, 정보 가공기능을 유지하도록 구성되었으며 기본적 동작은 프로그램에 의해서 수행되며, 사용자가 사용하기 편리하도록 터치스크린으로 구성된다.
또한 상기 프리엠프부(30)와 센서부에 구동전원을 공급하는 직류전원부(40)로 구성된다. 그리고 상기 서버(60)와 진단시스템(70)은 랜(LAN)으로 연결되어 웹베이스 시스템으로 구성하는 LAN인터페이스 유니트로 구성되어 있다.
상기 AE센서(10)는 재료내부에 전달되어 오는 진동을 전기적 신호로 변환시키는 것으로 변환자로서는 압전소자(PZT)를 사용하고, 이 때 특성 주파수성분에서 높은 수신감도를 보이는 공진형센스를 이용하는 경우와, 넓은 주파수 범위 내에서 균일한 감도를 보이는 광대역센스를 경우에 따라 사용한다. 상기 광대역센스는 재료내부에서 방출된 AE신호의 파형분석이나 주파수 해석을 행할 때에는 반드시 광대역센스를 사용하지만, 감도가 낮기 때문에 방출되는 신호의 강도가 낮을 경우에는 사용상의 제약이 따른다. 그리고 상기 프리엠프부(30)는 상기 센스부에 의해 검출된 신호는 대부분 ㎶~㎷의 매우 미약한 신호이기 때문에 신호처리를 위해서 수천 또는 수만배의 증폭을 한다. 여기서, 프리앰프부(30)는 센스부와의 케이블거리가 멀어짐에 따라 야기되는 신호의 감쇄현상을 충분히 막을 수 있는 정도로 증폭하여야 한다.
상기 계측장치(50) 및 진단시스템(70)의 하드웨어동작을 표시하기 위한 전원상태와 동작상태를 표시하는 상태LED를 시스템에 장착한다. 그리고 진단시스템(70)의 프로그램 로드 및 시스템의 운용을 위해 별도의 키보드판을 부착한다.
또한 본 발명의 진단장비의 프로그램 메뉴 구성은 파일관리메뉴와 시스템제어 프로그램, 그리고 데이터관리 프로그램, 데이터분석 프로그램, 진단 프로그램, 진단시스템 모델링 프로그램으로 구성된다.
도2는 본 발명에 따른 전기기기의 절연열화 진단시스템으로, 전기기기(100)의 절연 열화상태를 모니터링하고 절연열화정도를 판정하여 설비관리를 지원하는 전문시스템으로, 정격이상의 온도, 습도, 그리고 사용시간이 늘어남에 따라 전기기기 내부의 절연체 내부에서는 부분방전 및 코로나방전이 발생하게 되고 점차 진전됨에 따라 절연 열화가 진행된다. 따라서 물리적 현상으로 부분방전 및 코로나방전이 일어날 때 발생하는 초음파(탄성파) 및 전자파를 측정, 감시하여 이들의 크기 및 밀도 등 트렌드경향을 분석함으로써 절연열화와의 상관관계를 추론하여 열화정도를 판정해서 전기기기의 절연열화를 예측할 수 있다.
즉, 전기설비(100)로부터 AE센서(10)와 전자파 안테나센서(20)에서 검출한 신호를 신호분석장치(200)에서 특정신호를 분석하고 이것을 진단시스템(70)의 진단모델에 인가하여 진단 모델로부터 열화정도를 예측한 값으로 출력한다. 따라서, 이 시스템은 초음파, 전자파의 트렌드와 특징신호의 트렌드, 마지막으로 열화정도의 트렌드 정보를 데이터 베이스화 하고 이들 정보를 웹상으로 공유케 한다.
특히 웹 상에서 전자파와 초음파의 트렌드를 관측하여 판정할 수 있어 효율성과 편리성을 더욱 높일 수 있도록 하였다.
따라서, 각 측정대상 전기설비에 대한 검증 또는 판정주기를 미리 설정한 다음, 일정기간마다 시간의 경과에 따라 측정하여 설정된 수치에 도달했을 경우, 해당하는 시스템의 점검 또는 교환을 자동으로 관련부서에 고지하도록 된 것이다.
즉, 본 발명은 상기에서와 같이 구성하여 전기설비를 시기 적절하게 교환하여 줌으로서, 정기적인 교환점검의 기준이 되는 일정 측정치로부터 예측한 열화정도를 참고하여 해당 시설에 대한 점검과 교환을 적기에 해 줌으로서 전기설비의 안전성, 운전지속력, 수명 등의 향상을 기대하며, 이를 수행하는데 있어 일일이 기록하고분석해 내는데 소홀하기 쉬운 단점을 웸상에서 각 해당 부서에 자동으로 인지하게 함으로서 설비관리업무의 편의를 도모하기 위하여 편리성을 확보하게 할 수 있도록 한다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따르면, 설비관리자가 설비의 적정 점검시기를 자동으로 알 수 있다. 따라서 관리자가 일일이 현장을 확인하거나 데이터를 분석하지 않고 또 정비지침서의 유지보수 주기표를 열람하지 않고도 해당 설비의 열화정도를 인식할 수 있으므로 설비관리가 편리하게 관리하도로 한다.
또한, 설비의 유지보수 일정에 따르지 않고 필요에 따라 정확한 유지보수를 함으로써 설비의 성능유지와 수명연장 및 관리의 효율성향상의 효과를 갖게 한다.

Claims (2)

  1. 전기기기의 절연열화를 모니터링하는 절연열화진단시스템에 있어서,
    상기 전기기기에 대하여 부분방전과 코로나방전 등으로 발생하는 초음파와 전자파를 측정하기 위한 센서부로 AE센서(10)와 안테나(20)와;
    상기 센서에서 얻어지는 미약하고 노이즈가 포함된 신호를 증폭하고 필터링하는 프리엠프부(30)와;
    상기 프리엠프부(30)의 신호를 처리하기 쉽도록 전용 데이터취득과 신호처리를 전담하는 계측장치(50)와;
    상기 시스템의 각 구성요소를 각각 표시하고 이 측정센서로부터 얻어진 측정치의 표시 및 분석을 수행하는 서버(60)와;
    상기 프리엠프부(30)와 센서부에 구동전원을 공급하는 직류전원부(40) 및;
    상기 서버(60)와 랜(LAN)으로 연결되어 웹베이스 시스템으로 구성하는 LAN인터페이스 유니트를 갖춘 진단시스템(70)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 전기기기의 절연열화 진단시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 진단시스템은,
    유저 인터페이스 기능을 수행하는 것으로, 정보를 보여주는 디스플레이기능과; 데이터관리, 시스템관리, 정보 가공기능을 유지하도록 하는 프로그램을 실행시킬수 있는 기록매체를 포함하며, 사용자가 사용하기 편리하도록 터치스크린으로 구성되는 것을 특징으로 하는 전기기기의 절연열화 진단시스템.
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