KR100515582B1 - 알에프 감지방식 케이블 접속부 온라인 진단장치 및 방법 - Google Patents

알에프 감지방식 케이블 접속부 온라인 진단장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 알에프 감지방식 케이블 접속부 온라인 진단장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 전기기기의 케이블 접속부에 근접시킨 RF 수신 안테나를 이용하여 부분방전의 발생에 의한 RF 신호를 감지 및 분석하여 부분 방전량을 측정하므로써, 해당 전기기기의 건전성을 판단할 수 있는 알에프 감지방식 케이블 접속부 온라인 진단장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이와 같은 본 발명의 알에프 감지방식 케이블 접속부 온라인 진단장치는 케이블 접속부의 부분방전을 측정하는 안테나, 상기 안테나에서 감지된 신호를 증폭시키는 전처리 증폭기, 부분방전 신호의 에너지가 몰려있는 주파수만 통과시키고 나머지는 제거시키는 대역 패스 필터, 증폭된 신호를 적분하고 적분의 최대값을 찾는 적분 및 최대값 획득부, 상기 적분 및 최대값 획득부의 출력 신호를 선택하여 아날로그 디지털 변환부로 연결시켜 주는 아날로그 스위치, 아날로그 신호를 디지털 값으로 변환시키는 아날로그 디지털 변환부, 데이터 송출부를 통해 측정 데이터를 송출하는 디지털 신호 처리부, 주파수 성분을 분석하는 건전성 판독부 및, 측정된 데이터를 운용자에게 알려 주고 또한 경보하는 표시 경보부로 구성된다.

Description

알에프 감지방식 케이블 접속부 온라인 진단장치 및 방법{On-Line Diagnosis Method and System of Cable Joints by RF Sensing}
본 발명은 알에프 감지방식 케이블 접속부 온라인 진단장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전력용 케이블 접속부, 케이블 직관부의 특정부위, 변압기, 전압 또는 전류 측정용 변성기, GIS(Gas Insulated Switch) 등의 내부에 이물질 또는 공극이 있거나 절연파괴 등의 결함이 존재하는 경우 온라인 측정을 통해 판독하여 전기 설비 운용의 안정성을 도모할 수 있는 알에프 감지방식 케이블 접속부 온라인 진단장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 전력용 케이블, 변압기, 전압 또는 전류 측정용 변성기 및 차단기 등의 전기기기들은 노화되면서 절연물이 약화되어 부분방전이 발생되는데, 이러한 부분방전은 빛, 열, 음파, 진동 및 전자파(RF) 등을 동반하게 된다.
이때 불투명한 재질인 경우에 빛의 감지가 불가능한 문제점이 있으며, 부분방전의 발생으로 인한 발열량이 낮아 발열로 인한 온도상승 효과도 기대하기 어려운 문제점이 있다.
따라서 종래의 부분방전 분석장치들은 대부분 미세 진동음을 감지하는 초음파 센서를 사용하였거나, 용량성 센서 또는 유도성 센서를 사용하여 부분방전의 발생을 감지하였다.
즉, 종래의 전력용 케이블, 변압기, 변성기, 차단기 등의 내부 결함에 의한 부분 방전 발생 측정방법은 초음파 센서에 의한 음향 관측이 일반적인 방법이었고, 전자파 측정 방식은 간이 측정용으로 전자파의 세기를 관측하는 방법을 이용한 기술이 있다.
그러나 상기한 종래의 기술은 신호 전달 매질의 영향을 받아 신호의 감쇄 및 반사가 심하며 신호의 감도가 낮아짐에 따라 결함의 조기 관측이 어려운 문제점이 있고, 또한 신호 감쇄율이 센서의 접촉 형태, 압력 및 위치에 따라 변화되어 부분방전 크기의 정량화가 불가능한 문제점이 있으며, 생산 현장에서 진동 및 소음 등의 주변 잡음에 의한 오진단의 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 개선하고자 안출된 것으로서, 전력용 케이블 접속부, 케이블 직관부의 특정부위, 변압기, 전압 또는 전류 측정용 변성기, GIS(Gas Insulated Switch) 등의 열화 상태를 온라인 부분방전 측정을 통해 판독하여 전기 설비 운용의 안정성을 도모하되, 종래의 진단 방법보다 결함의 조기 관측이 가능해지고, 또한 보다 정확한 부분방전의 측정이 가능해지며, 주변 잡음에 의한 오진단 영향이 낮은 동시에 온라인 진단을 통한 설비의 노화 경향 관리가 가능한 알에프 감지방식 케이블 접속부 온라인 진단장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명의 알에프 감지방식 케이블 접속부 온라인 진단장치는,
케이블 접속부의 양쪽에 위치하여 부분방전을 측정하는 제1 및 제2 안테나와;
광대역 RF 증폭기로서 제1 및 제2 안테나에서 감지된 신호를 증폭시키는 제1 및 제2 전처리 증폭기와;
부분방전 신호의 에너지가 몰려있는 주파수만 통과시키고 나머지는 제거시키는 제1 및 제2 대역 패스 필터와;
증폭된 신호를 적분하고 적분의 최대값을 찾는 제1 및 제2 적분 및 최대값 획득부와;
제1 및 제2 적분 및 최대값 획득부의 출력 신호를 선택하여 아날로그 디지털 변환부로 연결시켜 주는 아날로그 스위치와;
아날로그 신호를 디지털 값으로 변환시키는 아날로그 디지털 변환부와;
아날로그 스위치 및 아날로그 디지털 변환부를 제어하여 전자파의 적분 파형을 받고, 과도한 크기의 신호나 비정상적인 신호의 경우 무시하고 재 측정 기능을 수행하며, 데이터 송출부를 통해 측정 데이터를 송출하는 디지털 신호 처리부와;
디지털 신호 처리부에서 보내고자 하는 데이터를 유선 또는 무선 통신 방식으로 건전성 판독부로 전송하는 데이터 송출부와;
수신된 디지털 데이터의 FFT(Fast Fourier Transform)를 수행하여 주파수 성분을 분석하는 건전성 판독부 및;
측정된 데이터 및 스펙트럼을 운용자에게 알려 주고 또한 경보하는 표시 경보부를 포함하여 구성한 것을 특징한다.
또한, 알에프 감지방식 케이블 접속부 온라인 진단방법은 RF 신호를 증폭한 후 적분을 행하고, 적분 출력의 주파수 분석 결과에서 전원주파수의 2배 주파수 (60Hz 전원의 경우 120Hz) 성분의 크기를 PD(부분방전) 크기로 판단하는 것을 특징으로 하며, 최대 허용값(500pC의 부분방전에 해당하는 값 : 도 3의 (a)에 도시) 이하에서 일정하게 유지되는 상황에 대해서는 정상으로 판단하고, 갑자기 상기 최대 허용값보다 높게 나타나면 비정상으로 판단하며, 상기 최대 허용값보다 낮은 값을 가지더라도 지속적으로 부분방전값이 상승하는 경향을 보이면 비정상으로 판단하여 경보하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고로 하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 알에프 감지방식 케이블 접속부 온라인 진단장치를 나타내는 블록 구성도이고, 도 2는 본 발명의 알에프 감지방식 케이블 접속부 온라인 진단장치 중 디지털 신호 처리부의 동작을 나타내는 파형도이며, 도 3은 본 발명의 알에프 감지방식 케이블 접속부 온라인 진단장치 중 건전성 판독부의 동작을 나타내는 파형도로서, 도면에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 알에프 감지방식 케이블 접속부 온라인 진단장치는, 케이블 접속부(10)의 양쪽 가장자리에 위치하는 제1 및 제2 부분방전 측정 안테나(13, 14), 상기 제1 및 제2 부분방전 측정 안테나(13, 14)가 각각 연결되는 제1 및 제2 전처리 증폭기(15, 16), 상기 제1 및 제2 전처리 증폭기(15, 16)가 각각 연결되는 제1 및 제2 대역 패스 필터(17, 18), 상기 제1 및 제2 대역 패스 필터(17, 18)가 각각 연결되는 제1 및 제2 적분 및 최대값 획득부 (19, 20), 상기 제1 및 제2 적분 및 최대값 획득부(19, 20)가 접속되는 아날로그 스위치(22), 상기 아날로그 스위치(22)에 연결되는 아날로그 디지털 변환부(23), 상기 아날로그 디지털 변환부(23)에 연결되는 디지털 신호 처리부(24), 상기 디지털 신호 처리부(24)에 연결되는 데이터 송출부(25), 상기 데이터 송출부(25)에 연결되는 건전성 판독부(26), 그리고 상기 건전성 판독부(26)에 연결되는 표시 경보부(27)로 구성된다.
상기한 구성에 있어서, 제1 및 제2 전처리 증폭기(15, 16)는 광대역 RF 증폭기로서 각각의 안테나(13, 14)에서 감지된 신호를 500배에서 10,000배로 증폭시키는 동작을 한다.
상기 증폭 동작시 증폭 이득을 10,000배로 제한시키는 이유는 공중파 노이즈가 영향을 미치는 것을 방지하기 위한 것이다.
상기 제1 및 제2 대역 패스 필터(17, 18)는 부분방전 신호의 에너지가 몰려있는 1MHz~30MHz만 통과시키고 나머지는 제거시키는 동작을 수행한다.
상기 제1 및 제2 적분 및 최대값 획득부(19, 20)는 증폭된 신호를 적분하고, 적분의 최대값을 찾는 동작을 수행한다.
첨부된 도면 중 도 2의 (b)는 증폭된 전자파 파형을 나타낸 것이며, 도 2의 (c)는 전자파 신호의 적분 파형을 나타낸 것으로서, 전자파 신호가 발생되면 적분값은 급격히 상승하게 되고 전자파 신호가 사라지면 서서히 감쇄하게 된다. 적분값의 감쇄는 저항-콘덴서(R-C)의 방전에 의한 결과이다.
상기 아날로그 스위치(22)는 제1 및 제2 적분 및 최대값 획득부(19, 20)의 출력 신호를 선택하여 아날로그 디지털 변환부(23)로 연결시켜주는 동작을 수행한다.
상기 아날로그 디지털 변환부(23)는 도 2의 (c)와 같은 파형의 아날로그 신호를 디지털 값으로 변환시키는 동작을 수행하며, 상기 아날로그 스위치(22) 및 아날로그 디지털 변환부(23)는 디지털 신호 처리부(24)의 제어에 의하여 동작이 수행된다.
상기 디지털 신호 처리부(24)는 상기 아날로그 스위치(22) 및 아날로그 디지털 변환부(23)를 제어하여 전자파의 적분 파형을 받고, 과도한 크기의 신호나 비정상적인 신호의 경우 무시하고 재 측정 기능을 수행하며, 데이터 송출부(25)를 통해 측정 데이터를 송출한다.
상기 데이터 송출부(25)는 상기 디지털 신호 처리부(24)에서 보내고자 하는 데이터를 유선 또는 무선 통신 방식으로 건전성 판독부(26)로 전송하는 동작을 수행한다.
상기 건전성 판독부(26)는 수신된 디지털 데이터의 FFT(Fast Fourier Transf orm)를 수행하여 주파수 성분을 분석을 행하는 역할을 수행한다.
도 2의 (d)는 획득된 전자파 데이터의 주파수 스펙트럼으로서, 스펙트럼에서 전원주파수의 2배 주파수(60Hz 전원의 경우 120Hz) 성분의 크기를 연속 저장 및 경향 분석을 행하는데, 도 3에 나타낸 바와 같이 동작한다. 즉, 도 3의 (a)와 같이 최대 허용값(500pC의 부분방전에 해당하는 값) 이하에서 일정하게 유지되는 상황에 대해서는 정상으로 판단하고, 도 3의 (b)와 같이 갑자기 최대 허용값보다 높게 나타나면 비정상으로 판단하며, 도 3의 (c)와 같이 최대 허용값보다 낮은 값을 가지더라도 지속적으로 부분방전값이 상승하는 경향을 보이면 비정상으로 판단한다.
측정된 데이터 및 스펙트럼은 표시 경보부(27)를 통해 운용자에게 알려 주게 되며, 도 3의 (b) 또는 (c)와 같은 경우 운용자에게 경보하게 된다.
상기한 구성에 있어서, 제1 및 제2 부분방전 측정 안테나(13, 14)는 FM 루프(Loop) 안테나로 이루어지고, 제1 및 제2 전처리 증폭기(15, 16)는 광대역 연산 증폭기를 이용한 증폭 회로로 이루어지며, 제1 및 제2 대역 패스 필터(17, 18)는 콘덴서와 저항으로 이루어진다.
또한 제1 및 제2 적분 및 최대값 획득부(19, 20)는 저항과 콘덴서 및 연산 증폭기를 이용한 적분회로로 이루어지고, 아날로그 스위치(22)와 아날로그 디지털 변환부(24) 및 디지털 신호 처리부(24)는 다 채널 A/D 변환기를 가진 MCU로 이루어지며, 데이터 송출부(25)는 RS-232 직렬 통신으로 이루어진다.
그리고 또한 건전성 판독부(26) 및 표시 경보부(28)는 윈도우(Windows)운용 시스템을 탑재한 PC를 이용하여 실시되며, 주파수 스펙트럼 분석 및 표시 경보 동작은 PC 프로그램에 의해 실시된다.
상기한 바와 같이 본 발명의 알에프 감지방식 케이블 접속부 온라인 진단장치 및 방법은 전기기기의 케이블 접속부에 근접시킨 RF 수신 안테나를 이용하여 부분방전의 발생에 의한 RF 신호를 감지 및 분석하여 부분 방전량을 측정하므로써, 해당 전기기기의 건전성을 판단하는 것이다.
이상에서와 같이 본 발명의 알에프 감지방식 케이블 접속부 온라인 진단장치및 방법에 의하여 종래의 진단 방법보다 결함의 조기 관측이 가능해지고, 또한 보다 정확한 부분방전의 측정이 가능해지며, 주변 잡음에 의한 오진단 영향이 낮은 동시에 온라인 진단을 통한 설비의 노화 경향 관리가 가능해진다.
도 1은 본 발명의 알에프 감지방식 케이블 접속부 온라인 진단장치를 나타내는 블록 구성도
도 2는 본 발명의 알에프 감지방식 케이블 접속부 온라인 진단장치 중 디지털 신호 처리부의 동작을 나타내는 파형도
도 3은 본 발명의 알에프 감지방식 케이블 접속부 온라인 진단장치 중 건전성 판독부의 동작을 나타내는 파형도
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 케이블 접속부 12 : 케이블 직관부
13 : 제1 부분방전 측정 안테나 14 : 제2 부분방전 측정 안테나
15 : 제1 전처리 증폭기 16 : 제2 전처리 증폭기
17 : 제1 대역 패스 필터 18 : 제2 대역 패스 필터
19 : 제1 적분 및 최대값 획득부 20 : 제2 적분 및 최대값 획득부
22 : 아날로그 스위치 23 : 아날로그 디지털 변환부
24 : 디지털 신호 처리부 25 : 데이터 송출부
26 : 건전성 판독부 27 : 표시 경보부

Claims (3)

  1. 케이블 접속부(10)의 양쪽에 위치하여 부분방전을 측정하는 제1 및 제2 안테나(13, 14)와;
    광대역 RF 증폭기로서 상기 제1 및 제2 안테나(13, 14)에서 감지된 신호를 증폭시키는 제1 및 제2 전처리 증폭기(15, 16)와;
    실질적으로 1MHz 내지 30MHz인 대역의 주파수를 통과시키고 나머지는 제거시키는 제1 및 제2 대역 패스 필터(17, 18)와;
    증폭된 신호를 적분하고 적분의 최대값을 찾는 제1 및 제2 적분 및 최대값 획득부(19, 20)와;
    상기 제1 및 제2 적분 및 최대값 획득부(19, 20)의 출력 신호를 선택하여 아날로그 디지털 변환부(23)로 연결시켜 주는 아날로그 스위치(22)와;
    아날로그 신호를 디지털 값으로 변환시키는 아날로그 디지털 변환부(23)와;
    상기 아날로그 스위치(22) 및 아날로그 디지털 변환부(23)를 제어하여 전자파의 적분 파형을 받고, 과도한 크기의 신호나 비정상적인 신호의 경우 무시하고 재 측정 기능을 수행하며, 데이터 송출부(25)를 통해 측정 데이터를 송출하는 디지털 신호 처리부(24)와;
    상기 디지털 신호 처리부(24)에서 보내고자 하는 데이터를 유선 또는 무선 통신 방식으로 건전성 판독부(26)로 전송하는 데이터 송출부(25)와;
    수신된 디지털 데이터의 FFT(Fast Fourier Transform)를 수행하여 주파수 성분을 분석하는 건전성 판독부(26) 및;
    측정된 데이터 및 스펙트럼을 운용자에게 알려 주고 또한 경보하는 표시 경보부(27)를 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 알에프 감지방식 케이블 접속부 온라인 진단장치.
  2. 제1항의 알에프 감지방식 케이블 접속부 온라인 진단장치를 이용하여 전기기기에서 발생되는 부분방전 측정방법에 있어서, RF 신호를 증폭한 후 적분을 행하고, 적분 출력의 주파수 분석 결과에서 전원주파수의 2배 주파수(60Hz 전원의 경우 120Hz) 성분의 크기를 부분방전 크기로 판단하는 것을 특징으로 하는 알에프 감지방식 케이블 접속부 온라인 진단방법.
  3. 삭제
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