KR101054522B1 - 광학렌즈가 부착된 자외선 센서를 이용한 전력설비 코로나 방전 측정 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광학렌즈가 부착된 자외선 센서를 이용한 전력설비 코로나 방전 측정 장치 및 방법에 관한 것으로, 전기 설비 대상물로부터 방출되는 자외선을 일정 거리 이격된 위치에서 검출하여 방전전류로 변환하는 다수의 센서가 배열된 UV 센서 어레이부, 상기 전기 설비 대상물로부터 방출되는 자외선을 상기 UV 센서 어레이부로 집광하는 광학렌즈부, 상기 UV 센서 어레이부에서 변환된 방전전류를 피크 신호로 검출하는 자외선 신호 검출부, 검출된 자외선 신호를 화면 영상으로 처리하는 자외선 영상 처리부, 상기 광학렌즈부 앞에 배치되어 전기 설비 대상물을 촬영하는 실영상 이미지 측정부, 상기 전기 설비 대상물의 촬영된 영상을 화면으로 디스플레이하는 실영상 이미지 처리부, 상기 전기 설비 대상물의 촬영된 영상과 상기 자외선 신호 검출부의 자외선 영상을 결합하는 자외선 영상 및 실영상 매칭부, 및 상기 결합된 자외선 영상과 실영상으로부터 코로나 방전 위치를 검출하는 영상 및 데이터 출력부를 포함한다.
Description
본 발명은 광학렌즈가 부착된 자외선 센서를 이용한 전력설비 코로나 방전 측정 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전력설비의 노후화, 절연열화에 의해 발생하는 코로나 방전에 대하여 코로나 방전 발생위치를 광학렌즈가 포함된 자외선 센서를 통해 정확하게 측정하고 자외선 발생위치를 자외선 영상 이미지와 실화상 이미지의 매칭을 통해 효과적으로 전력설비 상태를 진단할 수 있는 전력설비 코로나 방전 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.
전력설비(power facilities)는 전기에너지를 이동, 저장, 변압, 차단 등을 제어하고 이동시키는 기기의 집합체로서 고전압에서는 장기간 사용하거나 제작 불량, 설치불량 등의 악조건에서 절연파괴가 발생하게 된다.
그 중 연면을 타고 전류가 흐르거나 기중에서 방전되는 경우 안전관리가 소홀하게 되면, 전기에너지가 차단(정전)되거나 화재, 설비소손 등 다양한 형태의 재해가 발생하게 된다.
일반적으로, 대형 전력용 전기설비의 경우에 전력케이블과 부속재로 이루어진 전력설비에서 결함이 발생하게 되면 그 결함부분에서 부분방전이 발생하게 되고 이러한 부분방전이 지속되면 전력설비의 연면 또는 기중에서 절연열화에 의하여 코로나 방전현상이 진전하여 전력케이블과 부속재의 절연파괴현상으로 이르게 된다.
상기 절연체의 절연열화는 여러 가지 요인에 의하여 발생되는데 특히 주위의 온도, 습도, 기계적 진동 등의 직접적인 요인이 있지만 그중에서 직접적 요인인 내부 부분방전에 의한 열화현상이 가장 대표적인 요인이다.
또한, 상기 부분방전으로부터 발생되는 현상으로는 빛, 소음방출, 전기적 에너지 방출, 가스 등으로 대별된다.
전력설비의 연면 또는 기중에서 상기 절연열화에 의하여 발생되는 코로나 방전현상을 초기에 측정하면 전력케이블 및 부속재의 절연파괴 현상을 방지할 수 있다.
도1은 종래의 자외선 센서의 개략 단면도를 나타내고 있으며, 절연열화에 의하여 발생되는 코로나 방전현상에 따른 자외선이 발생하게 되면, 광전자(Photon)의 방출이 나타나게 되고, 도시된 UV 센서 수광부의 애노드(Anode) 및 캐소드(Cathode)를 통해 이를 감지하게 된다.
종래 코로나 방전으로부터 발생되는 절연열화 감지장치는 상기 자외선 센서의 어레이 구조와 신호취득 및 분석을 위한 메인 시스템으로 구성되는 계측시스템이다.
또한, 종래에 개시된 시스템 중 초음파 센서를 이용하는 절연열화 시스템은 열화가 어느 정도 진행된 후의 열화만을 검출할 수 있으므로 초기의 열화상태를 알 수 없으므로 열화 검출의 오진율이 높다는 단점이 있다.
그래서, 최근 전력설비에서 절연열화가 일어날 때 발생하는 방전으로 인해 발생하는 자외선을 검출하는 자외선 센서를 장착한 카메라에 의하여 자외선을 이미지로 검출하는 방전 검출 시스템이 사용된다.
그런데, 상기 자외선을 이미지로 검출하는 방전 검출 시스템의 사용에 최근 전력설비 안전관리 현장에 일부 사용되고 있으나 제품 자체적으로 무겁고 또한 설비 이상에 대한 판단기준이 마련되지 않아 전력설비의 이상을 판단하는 근거 또는 기준이 요구된다. 또한 상기 시스템은 국내에 수입되어 판매되고 있기 때문에 고가의 장비로 보급되어 활용성 측면에서 한정적일 수밖에 없다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같이 종래의 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 그의 목적은 전력설비의 노후화, 절연열화에 의해 발생하는 코로나 방전을 무정전 상태에서 광학렌즈가 포함된 자외선 센서를 이용하여 검출하고 코로나 방전의 위치를 인지하여 전력설비의 안전관리자가 전력설비 운용에 필요한 일상점검, 정밀검사, 교체 등의 판단을 위한 광학렌즈가 부착된 자외선 센서를 이용한 전력설비 코로나 방전 측정 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 광학렌즈가 부착된 자외선 센서를 이용한 전력설비 코로나 방전 측정 장치는, 전기 설비 대상물로부터 방출되는 자외선을 일정 거리 이격된 위치에서 수광하는 다수의 센서가 배열된 UV 센서 어레이부, 상기 전기 설비 대상물로부터 방출되는 자외선을 상기 UV 센서 어레이부로 집광하는 광학렌즈부, 상기 UV 센서 어레이부에서 변환된 수광된 자외선을 펄스 전압 신호로 검출하는 자외선 신호 검출부, 검출된 자외선 신호를 화면 영상으로 처리하는 자외선 영상 처리부, 상기 광학렌즈부 앞에 배치되어 전기 설비 대상물을 촬영하는 실영상 이미지 측정부, 상기 전기 설비 대상물의 촬영된 영상을 화면으로 디스플레이하는 실영상 이미지 처리부, 상기 전기 설비 대상물의 촬영된 영상과 상기 자외선 신호 검출부의 자외선 영상을 결합하는 자외선 영상 및 실영상 매칭부, 및 상기 결합된 자외선 영상과 실영상으로부터 코로나 방전 위치를 검출하는 영상 및 데이터 출력부를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 광학렌즈가 부착된 자외선 센서를 이용한 전력설비 코로나 방전 측정 장치에 있어서, 상기 실영상 이미지 측정부는 상기 광학렌즈부의 중심에 삽입되어 결합되는 것을 특징으로 하는 것이다.
한편, 본 발명에 따른 광학렌즈가 부착된 자외선 센서를 이용한 전력설비 코로나 방전 측정 방법은, 전기 설비 대상물로부터 방출되는 자외선을 일정 거리 이격된 위치에서 광학렌즈부에 의하여 집광하고 다수의 센서가 배열된 UV 센서 어레이부에서 수광하는 단계, 자외선 신호 검출부에서 상기 UV 센서 어레이부에서 변환된 펄스 전압 신호를 검출하는 단계, 자외선 영상 처리부에서 상기 검출된 자외선 신호를 화면 영상으로 처리하는 단계, 실영상 이미지 측정부는 상기 전기 설비 대상물을 촬영하고 실영상 이미지 처리부에서 상기 전기 설비 대상물의 촬영된 영상을 화면으로 디스플레이하는 단계, 자외선 영상 및 실영상 매칭부는 상기 전기 설비 대상물의 촬영된 영상과 상기 자외선 영상 처리부의 자외선 영상을 결합하는 단계, 및 영상 및 데이터 출력부는 상기 결합된 자외선 영상과 실영상으로부터 코로나 방전 위치를 검출하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 광학렌즈가 부착된 자외선 센서를 이용한 전력설비 코로나 방전 측정 장치 및 방법에 따르면, 전력설비의 절연열화 또는 기중방전에 의해 발생되는 코로나 방전 자외선의 이미지와 위치를 검출하는 것이 가능하며, 이미지와 방전 데이터 출력이 가능하게 되는 효과가 있다.
또한, 자외선 센서를 이용하기 때문에 부품 교체가 용이하며, 휴대성 및 상시 감시 시스템이 가능하여 전문가뿐만 아니라, 비전문가가 현장에 적용하기 용이하다는 장점이 있다.
또한, 전력설비를 관리하는 전기안전관리자들이 본 발명을 이용하여 전력설비의 운용에 있어서 일상점검, 정기점검 및 교체 주기를 선정하는데 정보를 제공하며, 무정전 상태로 전력설비 상태를 확인할 수 있는 장점을 가지고 있다.
도1은 종래의 자외선 감지 센서의 개략적인 구조도이다.
도2는 본 발명에 따른 광학렌즈가 포함된 자외선 센서를 이용한 전력설비 코로나 방전 측정 장치의 개략적인 블록 구성도이다.
도3은 도2의 장치에서, 광학렌즈와 실영상이미지 측정부의 결합된 구조를 나타낸다.
도4는 본 발명에 포함된 자외선 센서 어레이의 상세 구조도이다.
도5는 광학렌즈부와 실영상 이미지측정부, 자외선 센서어레이 및 자외선 센서 어레이 구동회로에 대한 전체적인 개략도이다.
도6a 내지 도6b는 도5에서 검출된 자외선 신호를 자외선 영상 처리부에 의하여 화면 영상으로 처리하는 과정을 나타낸 것이다.
도7은 실영상 이미지측정부에서 측정한 실영상 이미지와 상기 도6의 자외선 영상 처리부에서 표시한 등고선을 매칭한 화면이다.
도2는 본 발명에 따른 광학렌즈가 포함된 자외선 센서를 이용한 전력설비 코로나 방전 측정 장치의 개략적인 블록 구성도이다.
도3은 도2의 장치에서, 광학렌즈와 실영상이미지 측정부의 결합된 구조를 나타낸다.
도4는 본 발명에 포함된 자외선 센서 어레이의 상세 구조도이다.
도5는 광학렌즈부와 실영상 이미지측정부, 자외선 센서어레이 및 자외선 센서 어레이 구동회로에 대한 전체적인 개략도이다.
도6a 내지 도6b는 도5에서 검출된 자외선 신호를 자외선 영상 처리부에 의하여 화면 영상으로 처리하는 과정을 나타낸 것이다.
도7은 실영상 이미지측정부에서 측정한 실영상 이미지와 상기 도6의 자외선 영상 처리부에서 표시한 등고선을 매칭한 화면이다.
이하, 본 발명에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 도면에 도시된 실시예에 대하여 더욱 상세히 설명한다.
도2는 본 발명에 따른 광학렌즈가 포함된 자외선 센서를 이용한 전력설비의 코로나 방전 측정 장치의 개략도이다.
도3은 도2의 장치에서, 광학렌즈와 실영상이미지 측정부의 결합된 구조를 나타낸다.
도2에 도시된, 광학렌즈가 포함된 자외선 센서를 이용한 전력설비의 코로나 방전 측정 장치는 전력설비로서 절연애자, 케이블 종단접속부, 부싱 등과 같은 측정대상물로부터 일정한 거리만큼 떨어진 곳에서 코로나 방전 시 발생하는 자외선을 검출하기 위한 것으로, 자외선 이미지를 취득하기 위한 광학렌즈부(10), 센서어레이부(20), 자외선신호 검출부(30), 자외선영상처리부(40)를 포함하며, 전기설비의 실제 방전영상을 얻기 위한 실영상이미지 측정부(50), 실영상이미지처리부(60)를 포함하고, 상기 자외선영상과 실제영상을 결합하는 자외선영상 및 실영상 매칭부(70)와 이를 출력하는 영상 및 데이터 출력부(80)로 구성된다.
도2를 참조하면, 본 발명에 따른 광학렌즈가 부착된 자외선 센서를 이용한 전력설비 코로나 방전 측정 장치의 상기 센서어레이부(20)는 전기 설비 대상물로부터 방출되는 자외선을 일정 거리 이격된 위치에서 수광하여 검출하는 다수의 UV 센서(22)가 배열되어 구성된다.
도2에서 상기 자외선 신호 검출부(30)는 상기 UV 센서 어레이부(20)에서 수광된 자외선을 펄스 전압 파형 신호로 검출하고, 상기 자외선 영상 처리부(40는 상기 검출된 펄스 전압 파형 신호를 화면 영상으로 처리한다.
한편, 도2에서 상기 실영상 이미지 측정부(50)가 전기 설비 대상물을 촬영하고, 상기 실영상이미지처리부(60)는 상기 전기 설비 대상물의 촬영된 영상을 화면으로 디스플레이하여, 자외선 영상 및 실영상 매칭부(70)는 상기 전기 설비 대상물의 촬영된 영상과 상기 자외선 신호 검출부의 자외선 영상을 결합함으로써, 상기 영상 및 데이터출력부(80)를 통해 상기 결합된 자외선 영상과 실영상으로부터 코로나 방전 위치를 검출하는 것이다.
또한, 도3을 참조하면, 상기 광학렌즈부(10)는 전기 설비 대상물로부터 방출되는 자외선을 상기 UV 센서 어레이부(20)로 집광하기 위한 것이고, 이때 전기설비를 촬영하는 카메라에 해당하는 실영상이미지측정부(50)는 상기 광학렌즈부(10) 앞에 배치되거나, 상기 광학렌즈부(10)의 중심에 천공된 개구에 삽입되어 결합되어 전력설비의 실제 모습을 촬영하게 된다.
도3을 참조하면, 일정한 틀에 광학렌즈(10)와 실영상 이미지측정부(50)를 함께 설치한다.
광학렌즈는 코로나 방전 시 발생하는 자외선의 집광이 잘 되도록 설계되며, 투과율이 좋고 반사율이 적은 렌즈로 구성된다.
도3에 도시된 광학렌즈부(10)에는 실영상 이미지 측정부가 중심에 결합되며, 실영상 이미지측정부(50)의 카메라는 대상물인 전력설비의 실제 모습을 촬영하게 된다.
또한, 광학렌즈부(10)와 실영상 이미지측정부(50)가 포함된 외형부분은 자외선의 발생위치를 구별할 수 있도록 하는 일정한 초점거리를 갖는 구조로 설계된다.
도4는 본 발명에 포함된 자외선 센서 어레이(20)의 상세 구조도이다.
도4에 도시된 상기 자외선 센서(22)는 코로나 방전에 의한 자외선이 발생 시, 광전자(Photon)를 방출하게 되면, UV 센서 수광부의 애노드(Anode) 및 캐소드(Cathode)를 통해 검출된 자외선으로부터 상기 자외선 신호 검출부(30)는 펄스파형 전압신호가 발생하게 되고, 펄스파형의 피크(Peak) 전압값이 설정된 전압값보다 높게 나타나면 자외선이 검출되었다고 판단하게 된다.
이들 자외선 센서(22)를 배열한 것인 자외선 센서 어레이(20)이며, 전력설비의 코로나 방전 발생 위치를 인지할 수 있는 구조이다.
도5는 광학렌즈부(10)와 실영상 이미지측정부(50), 자외선 센서어레이(20) 및 자외선 센서 어레이 구동회로에 대한 전체적인 개략도이다.
도4에 도시된 자외선 센서 어레이(20)에 직류전압을 공급하여 자외선 센서를 구동하게 되고 구동된 자외선 센서에 의해 코로나 방전 시 발생하는 광전자를 펄스 파형 신호로 검출하게 된다.
이때 직류전압은 400V 이상으로 해야 되며, 최대 800V까지 가변시키면서 자외선 신호를 검출할 수 있다.
도6a 내지 도6b는 도5에서 검출된 자외선 신호를 자외선 영상 처리부(40)에 의하여 화면 영상으로 처리하는 과정을 나타낸 것이다.
또한, 자외선 센서(22)를 통해 검출한 신호를 처리하여 영상신호를 실영상 이미지의 해상도와 동일하게 만든 후, 등고선 형태로 처리해 준다.
적용된 프로그램에 의하면, 도6a의 왼쪽그림과 같이 자외선 이미지는 실영상 이미지에 비해 해상도가 매우 떨어지므로 직접적으로 적용하기 곤란하다.
따라서, 보간법을 이용하면 도6a의 오른쪽 그림과 같이 자외선 영상이 진한부분과 흐릿한 부분을 구분해 낼 수 있다.
또한, 도6a의 오른쪽 영상은 등고선으로 설정할 수 있다. 등고선은 일정의 Threshold 기법을 사용하여 영상의 명도를 숫자로 변환한 상태에서 설정한 Threshold 이상의 값과 이하의 값으로 구분하는 과정을 순차적으로 일정 간격으로 표시하여 이를 겹치는 기법을 이용한 것이다. Threshold 기법을 이용하여 도 6b의 왼쪽 그림과 같이 나타내며, 도6b의 왼쪽 그림의 외곽선을 추출하여 도6b 오른쪽 그림과 같이 나타내며, 이런 기법을 이용하여 다양한 Threshold 설정값에 의해 그림을 여러장 겹치게 되면 등고선형태로 표시할 수 있다.
도7은 실영상 이미지측정부에서 측정한 실영상 이미지와 상기 도6의 자외선 영상 처리부에서 표시한 등고선을 매칭한 화면이며, 자외선 발생 위치를 인지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 광학렌즈가 포함된 자외선 센서를 이용한 전력설비 코로나 방전 측정 장치에 있어서, 도1을 참조한 분석 과정은 다음과 같이 기술할 수 있다.
먼저, 전기 설비 대상물로부터 방출되는 자외선을 일정 거리 이격된 위치에서 광학렌즈부(10)에 의하여 집광하고 다수의 센서가 배열된 UV 센서 어레이부(20)에서 자외선을 수광하여 검출한다.
다음. 자외선 신호 검출부(30)에서 상기 UV 센서 어레이부(20)에서 수광된 자외선을 펄스 전압 파형 신호로 검출한다.
다음으로, 자외선 영상 처리부(40)에서 상기 검출된 자외선 신호를 화면 영상으로 처리한다.
한편, 실영상 이미지 측정부(50)는 상기 전기 설비 대상물을 촬영하고 실영상 이미지 처리부(60)에서 상기 전기 설비 대상물의 촬영된 영상을 화면으로 디스플레이한다.
다음, 자외선 영상 및 실영상 매칭부(70)는 상기 전기 설비 대상물의 촬영된 영상과 상기 자외선 영상 처리부(40)의 자외선 영상을 결합한다.
마지막으로, 영상 및 데이터 출력부(80)는 상기 결합된 자외선 영상과 실영상으로부터 코로나 방전 위치를 검출하게 된다.
기술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이 용어들은 본격적인 알고리즘 분석과 소프트웨어 개발자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으며, 용어들의 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체적인 실시예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
10 : 광학렌즈부 20 : 센서어레이부
22 : 자외선 센서 30 : 자외선 신호 검출부
40 : 자외선 영상 처리부 50 : 실영상 이미지측정부
60 : 실영상이미지처리부 70 : 자외선영상및실영상매칭부
80 : 영상 및 데이터 출력부
22 : 자외선 센서 30 : 자외선 신호 검출부
40 : 자외선 영상 처리부 50 : 실영상 이미지측정부
60 : 실영상이미지처리부 70 : 자외선영상및실영상매칭부
80 : 영상 및 데이터 출력부
Claims (3)
- 전기 설비 대상물로부터 방출되는 자외선을 일정 거리 이격된 위치에서 수광하는 다수의 센서가 배열된 UV 센서 어레이부;
상기 전기 설비 대상물로부터 방출되는 자외선을 상기 UV 센서 어레이부로 집광하는 광학렌즈부;
상기 UV 센서 어레이부에서 수광되는 자외선을 펄스 전압신호로 검출하는 자외선 신호 검출부;
검출된 자외선 신호를 화면 영상으로 처리하는 자외선 영상 처리부;
상기 광학렌즈부 앞에 배치되어 전기 설비 대상물을 촬영하는 실영상 이미지 측정부;
상기 전기 설비 대상물의 촬영된 영상을 화면으로 디스플레이하는 실영상 이미지 처리부;
상기 전기 설비 대상물의 촬영된 영상과 상기 자외선 신호 검출부의 자외선 영상을 결합하는 자외선 영상 및 실영상 매칭부; 및
상기 결합된 자외선 영상과 실영상으로부터 코로나 방전 위치를 검출하는 영상 및 데이터 출력부를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학렌즈가 부착된 자외선 센서를 이용한 전력설비 코로나 방전 측정 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 실영상 이미지 측정부는 상기 광학렌즈부의 중심에 삽입되어 결합되는 것을 특징으로 하는 광학렌즈가 부착된 자외선 센서를 이용한 전력설비 코로나 방전 측정 장치. - 전기 설비 대상물로부터 방출되는 자외선을 일정 거리 이격된 위치에서 광학렌즈부에 의하여 집광하고 다수의 센서가 배열된 UV 센서 어레이부에서 자외선을 수광하는 단계;
자외선 신호 검출부에서 상기 UV 센서 어레이부에서 수광된 자외선을 펄스 전압 신호로 검출하는 단계;
자외선 영상 처리부에서 상기 검출된 자외선 신호를 화면 영상으로 처리하는 단계;
실영상 이미지 측정부는 상기 전기 설비 대상물을 촬영하고 실영상 이미지 처리부에서 상기 전기 설비 대상물의 촬영된 영상을 화면으로 디스플레이하는 단계;
자외선 영상 및 실영상 매칭부는 상기 전기 설비 대상물의 촬영된 영상과 상기 자외선 영상처리부의 자외선 영상을 결합하는 단계; 및
영상 및 데이터 출력부는 상기 결합된 자외선 영상과 실영상으로부터 코로나 방전 위치를 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학렌즈가 부착된 자외선 센서를 이용한 전력설비 코로나 방전 측정 방법.
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