KR101456137B1 - High voltage distributing board, low voltage distributing board, motor contorl board, distributing board for detecting arc or corona discharge using transient earth voltage signal - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 배전반(고압반, 저압반, 모터 제어반, 분전반)에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로는 과도 대지 전압 신호를 이용하여 아크와 코로나 방전을 검출하는 배전반(고압반, 저압반, 모터 제어반, 분전반)에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electric distribution board (a high-voltage unit, a low-voltage unit, a motor control panel, and a distribution board) Distribution board).
수배전반은 전력 설비중 하나로서 계전기, 계측기, 제어기와 같은 감시 제어용 기기와 차단기, 단로기와 같은 주회로기기로 이루어져 있고 각각의 단위 기기는 지지 구조물에 유지 및 보수가 용이하도록 장착되어 있다.The switchgear is one of the electric power facilities, which consists of monitoring and control devices such as relays, instruments, and controllers, and main circuit devices such as breakers and disconnecting switches. Each unit device is mounted on the support structure for easy maintenance and repair.
그런데, 수배전반 내에는 고압의 전압이 형성되고 전류가 흐르기 때문에 절연이나 회로상의 내구성에 문제가 생기는 경우 큰 사고로 이어질 가능성이 있다.However, if a problem arises in insulation and circuit durability because a high voltage is formed in the switchgear and a current flows, there is a possibility of leading to a serious accident.
그 중 아크(arc)나 코로나(corona) 방전이 주요 사고 원인이 되어 화재나 폭발 등으로 이어질 수 있다.Arc and corona discharges are the main causes of accidents, which can lead to fire or explosion.
이러한 아크 또는 코로나 방전은 수배전반의 하우징(housing)인 금속 클래드(clad)의 틈새나 조인트(joint) 등을 통해 방전되는데, 아크나 코로나 방전에 의해 금속 클래드에 과도 대지 전압(transient earth voltage, TEV)이 금속 클래드와 접지 간에 발생하면 접지 전압은 즉시 그리고 일시적으로 변화한다.The arc or corona discharge is discharged through a gap or a joint of a metal clad, which is a housing of a switchgear. A transient earth voltage (TEV) is applied to the metal clad by an arc or a corona discharge. When this occurs between the metal clad and ground, the ground voltage changes instantly and temporarily.
그러므로, 이러한 과도 대지 전압을 감지하는 것은 아크나 코로나 방전을 간접적으로 감지하는 것과 같은 결과를 가져오게 되며, 위험의 주원인은 아크나 코로나의 위험을 미연에 인지할 수 있는 중요한 수단이 될 수 있다.Therefore, sensing this transient ground voltage results in the indirect sensing of arc or corona discharges, and the main cause of the risk can be an important means of recognizing the risk of an arc or corona.
그러나, 기존에는 이러한 과도 대지 전압을 감지하여 위험 감지 수단으로 활용하는 예는 없었다. However, in the past, there has been no example in which such excessive ground voltage is detected and utilized as a means of detecting a danger.
본 발명의 목적은 과도 대지 전압 신호를 이용하여 아크와 코로나 방전을 검출하는 배전반(고압반, 저압반, 모터 제어반, 분전반)을 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an electric distribution board (high-voltage unit, low-voltage unit, motor control unit, distribution board) for detecting an arc and a corona discharge using an excessive ground voltage signal.
상기 본 발명의 목적에 따른 과도 대지 전압 신호를 이용하여 아크와 코로나 방전을 검출하는 배전반(고압반, 저압반, 모터 제어반, 분전반)은, 금속 하우징의 외부 표면에 부착되며 상기 금속 하우징 내부의 내부 방전, 코로나 방전, 아크 방전에 의해 발생되는 전자기파에 의해 상기 금속 하우징에 생성되는 표면 전류에 따른 과도 대지 전압을 감지하는 과도 대지 전압 센서 모듈; 상기 과도 대지 전압 센서 모듈에서 감지된 과도 대지 전압을 이용하여 아크(arc) 방전 또는 코로나(corona) 방전을 검출하는 방전 검출 모듈을 포함하도록 구성될 수 있다.(High voltage, low voltage, motor control panel, and distribution board) for detecting arc and corona discharge using the transient ground voltage signal according to the object of the present invention is attached to the outer surface of the metal housing, A transient earth voltage sensor module for sensing a transient ground voltage according to a surface current generated in the metal housing by an electromagnetic wave generated by a discharge, a corona discharge, and an arc discharge; And a discharge detection module for detecting an arc discharge or a corona discharge using the transient ground voltage sensed by the transient ground voltage sensor module.
여기서, 상기 과도 대지 전압 센서 모듈은, 상기 금속 하우징의 외부 표면에 서로 소정의 거리만큼 이격되어 복수개로 구비될 수 있다.Here, the transient ground voltage sensor module may be provided on the outer surface of the metal housing by a predetermined distance.
그리고 상기 과도 대지 전압 센서 모듈은, 상기 과도 대지 전압을 축적하여 감지하는 과도대지전압 검출 센서; 상기 과도대지전압 검출 센서에 축적되는 과도 대지 전압을 검출하여 전달하는 결합 회로망; 상기 결합 회로망에 의해 전달되는 과도 대지 전압을 증폭하여 상기 방전 검출 모듈로 송신하는 저잡음 증폭 회로로 구성될 수 있다.The transient ground voltage sensor module includes: a transient ground voltage detection sensor for accumulating and sensing the transient ground voltage; A coupling network for detecting and transmitting a transient ground voltage accumulated in the transient ground voltage detecting sensor; And a low-noise amplifier circuit for amplifying the transient ground voltage transmitted by the coupling network and transmitting the amplified transient ground voltage to the discharge detection module.
여기서, 상기 과도대지전압 검출 센서는, 지름 105 ㎜, 두께 0.5 ㎜의 동판으로 구성되는 검출 전극; 지름 105 ㎜, 두께 0.5 ㎜의 동판으로 구성되는 접지 전극; 상기 검출 전극 및 상기 접지 전극의 사이에 삽입되며 두께 0.5 ㎜의 에폭시 수지로 구성되는 유전체; 상기 검출 전극의 중심부로부터 상기 유전체 및 상기 접지 전극을 관통하여 돌출 구성되는 검출 전극 돌출부와 결합되는 BNC 연결 단자로 구성될 수 있다.Here, the transient ground voltage detection sensor may be a detection electrode composed of a copper plate having a diameter of 105 mm and a thickness of 0.5 mm; A ground electrode composed of a copper plate having a diameter of 105 mm and a thickness of 0.5 mm; A dielectric inserted between the detection electrode and the ground electrode and made of an epoxy resin having a thickness of 0.5 mm; And a BNC connection terminal coupled with the detection electrode protrusion protruding from the center of the detection electrode through the dielectric and the ground electrode.
그리고 상기 검출 전극 및 상기 접지 전극은, 전계 집중이 발생하지 않도록 가장자리가 난연성 에폭시 수지로 구성될 수 있다.The detection electrode and the ground electrode may be composed of a flame retardant epoxy resin at the edges so as not to cause electric field concentration.
그리고 상기 저잡음 증폭 회로는, 상기 결합 회로망에 의해 전달되는 과도 대지 전압을 증폭하여 50 Ω의 특성 임피던스를 갖는 동축 케이블을 통해 상기 방전 검출 모듈로 송신하는 저잡음 증폭 회로로 구성될 수 있다.The low-noise amplifying circuit may be a low-noise amplifying circuit that amplifies the transient ground voltage transmitted by the coupling network and transmits the amplified transient grounding voltage to the discharge detecting module through a coaxial cable having a characteristic impedance of 50 Ω.
한편, 상기 결합 회로망은, 상기 동축 케이블의 절연체와 외부 도체에 의한 정전 용량에 의한 신호 왜곡을 제거하기 위해 상기 동축 케이블의 특성 임피던스와 동일한 50 Ω의 정합 저항 Rm 및 보상 저항 Ri를 포함하는 합성 임피던스 Av를 갖도록 구성될 수 있다.On the other hand, the coupling network includes a composite impedance Rm including a matching resistance Rm of 50 Ω and a compensation resistance Ri, which is equal to the characteristic impedance of the coaxial cable, to eliminate signal distortion due to capacitance caused by the insulator and outer conductor of the coaxial cable Av. ≪ / RTI >
여기서, 상기 합성 임피던스 Av는, 다음의 수학식으로 구성되고, [수학식] 
다른 한편, 상기 결합 회로망의 출력 전압은, 다음의 수학식으로 구성되며, [수학식] 
그리고 상기 차단 주파수 fc는, 100 kHz로 구성될 수 있다.The cut-off frequency fc may be 100 kHz.
상술한 과도 대지 전압 신호를 이용하여 아크와 코로나 방전을 검출하는 배전반(고압반, 저압반, 모터 제어반, 분전반)에 의하면, 아크 방전이나 코로나 방전에 의해 유발되는 과도 대지 전압을 감지하도록 구성됨으로써, 화재나 폭발 등의 2차 사고로 이어질 수 있는 아크 방전이나 코로나 방전의 발생을 간접적으로 인지하고 그 위험에 즉시 대처할 수 있는 효과가 있다.According to the above-described switchboard (high-voltage, low-voltage, motor control, and distribution board) that detects arc and corona discharge using the transient ground voltage signal, it is configured to detect the transient ground voltage caused by arc discharge or corona discharge, It indirectly recognizes occurrence of an arc discharge or a corona discharge which may lead to a secondary accident such as a fire or an explosion, and can immediately cope with the danger.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 과도 대지 전압 신호를 이용하여 아크와 코로나 방전을 검출하는 배전반의 실제 배치도이다.
도 1c는 본 발명의 일 실시예에 따른 과도 대지 전압 신호를 이용하여 아크와 코로나 방전을 검출하는 배전반의 블록 구성도이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 과도대지전압 검출 센서의 정면도이다.
도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 과도대지전압 검출 센서의 배면도이다.
도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 과도대지전압 검출 센서의 측면도이다.
도 2d는 본 발명의 일 실시예에 따른 과도대지전압 검출 센서의 검출 원리를 나타내는 개념도이다.
도 2e는 본 발명의 일 실시예에 따른 과도대지전압 검출 센서의 노튼 등가 회로이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 결합 회로망의 등가 회로이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 결합 회로망의 차단 주파수 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 결합 회로망의 주파수 응답 그래프이다.
도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 저잡음 증폭 회로의 회로도이다.
도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 저잡음 증폭 회로의 주파수 응답 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 검출된 과도 대지 전압의 응답 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 검출된 과도 대지 전압의 크기 변화를 나타내는 그래프이다.FIGS. 1A and 1B are actual layouts of an ASSEMBLY that detects an arc and a corona discharge using a transient ground voltage signal according to an embodiment of the present invention. FIG.
1C is a block diagram of an ASSEMBLY that detects an arc and a corona discharge using a transient ground voltage signal according to an embodiment of the present invention.
2A is a front view of a transient ground voltage detection sensor according to an embodiment of the present invention.
2B is a rear view of a transient ground voltage detection sensor according to an embodiment of the present invention.
2C is a side view of the transient ground voltage detection sensor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2D is a conceptual diagram showing the detection principle of the transient ground voltage detection sensor according to an embodiment of the present invention. FIG.
2E is a Norton equivalent circuit of the transient ground voltage detection sensor according to an embodiment of the present invention.
3 is an equivalent circuit of a coupling network according to an embodiment of the present invention.
4 is a cut-off frequency graph of a coupling network according to an embodiment of the present invention.
5 is a frequency response graph of a coupling network according to an embodiment of the present invention.
6A is a circuit diagram of a low noise amplifier circuit according to an embodiment of the present invention.
6B is a frequency response graph of a low noise amplifier circuit according to an embodiment of the present invention.
7 is a graph of the response of the detected transient ground voltage according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a graph showing a magnitude variation of a detected transient ground voltage according to an embodiment of the present invention. FIG.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 상세하게 설명하고자 한다.While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail to the concrete inventive concept.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.Like reference numerals are used for like elements in describing each drawing.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.The terms first, second, A, B, etc. may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component. And / or < / RTI > includes any combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, .
반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In the present application, the terms "comprises" or "having" and the like are used to specify that there is a feature, a number, a step, an operation, an element, a component or a combination thereof described in the specification, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted as either ideal or overly formal in the sense of the present application Do not.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 과도 대지 전압 신호를 이용하여 아크와 코로나 방전을 검출하는 배전반의 실제 배치도이고, 도 1c는 본 발명의 일 실시예에 따른 과도 대지 전압 신호를 이용하여 아크와 코로나 방전을 검출하는 배전반의 블록 구성도이다.FIGS. 1A and 1B are actual layouts of an AC and corona discharge detection circuit using an over-ground voltage signal according to an exemplary embodiment of the present invention. FIG. 1C is a schematic diagram of an over-ground voltage signal according to an exemplary embodiment of the present invention. Fig. 2 is a block diagram of an electric distribution board for detecting an arc and a corona discharge.
도 1a 내지 도 1c를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 과도 대지 전압 신호를 이용하여 아크와 코로나 방전을 검출하는 배전반(100)은 고압반, 저압반, 모터 제어반, 분전반 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
이러한 배전반(100)은 과도 대지 전압 센서 모듈(110) 및 방전 검출 모듈(120)을 포함하도록 구성될 수 있다.1A through 1C, an
The
배전반(100)은 그 내부에서 발생되는 아크 방전이나 코로나 방전에 의해 밖으로 새는 고주파가 유발되는 과도 대지 전압을 감지하도록 구성된다.The
도 1b에서 보듯이 과도 대지 전압 센서 모듈(110)은 배전반 패널(200)의 외면에 부착되어 배치될 수 있으며, 방전 검출 모듈(120)은 이에 원격으로 연결되어 구비될 수 있다.As shown in FIG. 1B, the transient ground
여기서, 과도 대지 전압 센서 모듈(110)은 배전반 패널(200) 이외에도 좀 더 구체적으로는 부스바 접속부,부싱(bushing) 접속부, 개폐기 및 차단기 단자대 등에 부착될 수 있다.Here, the transient ground
상기 배전반(100)은 과도 대지 전압을 감지하여 아크 방전이나 코로나 방전의 발생을 인지할 수 있으며, 이에 대해 즉시 조치를 취할 수 있게 된다.The
이하, 세부적인 구성에 대하여 설명한다.Hereinafter, the detailed configuration will be described.
과도 대지 전압 센서 모듈(110)은 금속 하우징의 외부 표면에 부착되는 구성으로서, 금속 하우징 내부의 내부 방전, 코로나 방전, 아크 방전에 의해 발생되는 전자기파에 의해 금속 하우징에 생성되는 표면 전류에 따른 과도 대지 전압을 감지하도록 구성된다.The transient ground
여기서, 금속 하우징은 접지와 연결된다.Here, the metal housing is connected to ground.
코로나 방전이나 아크 방전은 매우 짧은 시간동안 발생하며, 이로 인한 고주파 역시 짧은 순간 방출되며 과도 대지 전압의 발생도 매우 짧은 시간동안 발생한다.Corona discharges and arc discharges occur for a very short period of time, and the resulting high frequency is also released in a short time, and the occurrence of transient ground voltage also occurs in a very short time.
여기서, 매우 짧은 시간 동안 발생하는 과도 대지 전압은 시간 지연이 크므로, 이를 효과적으로 감지하기 위해서는 많은 수의 과도 대지 전압 센서 모듈(110)이 배치되는 것이 바람직하다.Here, since the transient earth voltage generated over a very short time has a large time delay, it is preferable that a large number of transient ground
이에, 과도 대지 전압 센서 모듈(110)은 금속 하우징의 외부 표면에 서로 소정의 거리만큼 이격되어 복수개로 구비되는 것이 바람직하다.Accordingly, it is preferable that the transient ground
한편, 과도 대지 전압 센서 모듈(110)은 과도대지전압 검출 센서(111), 결합 회로망(112) 및 저잡음 증폭 회로(113)를 포함하도록 구성될 수 있다.Meanwhile, the transient ground
과도대지전압 검출 센서(111)는 과도 대지 전압을 축적하여 감지하도록 구성될 수 있다. 즉, 용량성 소자에 의해 과도 대지 전압을 일시 축적하고 이를 감지하는 것이다.The transient ground
결합 회로망(112)은 과도대지전압 검출 센서(111)에 축적되는 과도 대지 전압을 검출하여 전달하도록 구성될 수 있다. 결합 회로망은 과도대지전압 검출 센서(111)와 저잡음 증폭 회로(113)와 임피던스를 정합시키도록 구성된다.The
저잡음 증폭 회로(113)는 결합 회로망(112)에 의해 전달되는 과도 대지 전압을 증폭하여 방전 검출 모듈(120)로 송신하도록 구성될 수 있다.The low
방전 검출 모듈(120)은 과도 대지 전압 센서 모듈(110)에서 감지된 과도 대지 전압을 이용하여 아크(arc) 방전 또는 코로나(corona) 방전을 검출하도록 구성된다.The
방전 검출 모듈(120)은 배전반(100)의 본체로부터 원격지에 구비될 수 있으며, 사용자가 수시로 확인 가능한 모니터실에 구비되는 것이 바람직하다.The
좀 더 구체적으로 살펴보면, 방전 검출 모듈(120)은 과도 대지 전압 센서 모듈(110)에서 감지된 전계 강도 데이터의 잡음을 제거하고 평균화하도록 구성된다. 여기서, 배경 잡음은 전원이 꺼진 상태에서 측정되는 것이 바람직한데, 주기적으로 하루 1회 또는 1달 1회마다 배경 잡음을 미리 획득하여 입력하고 평균화하는 것이 바람직하다.More specifically, the
그리고 방전 검출 모듈(120)이 앞서 평균화된 전계 강도 데이터와 앞서 평균화된 배경 잡음의 차를 연산하는데, 이는 정확한 아크 방전과 코로나 방전을 획득하기 위함이다.The
그리고 방전 검출 모듈(120)은 앞서 연산된 차에 의해 잡음이 제거된 주파수 대역별 전계 강도 데이터를 산출한다. 그리고 앞서 산출된 주파수 대역별 전계 강도 데이터를 이용하여 방전 여부 및 방전 종류를 판단하여 디스플레이한다.Then, the
여기서, 방전이 발생하는지 여부 그리고 방전이 발생했다면 코로나 방전인지 아크 방전인지 판단하여 조치를 취할 수 있다. 그 구체적인 방법으로서는 먼저 전계 강도 데이터가 10 MHz 내지 100 MHz에서 발생하고 피크치가 18 MHz ±2 MHz에서 발생한 경우에는 아크 방전으로 판단하고, 전계 강도 데이터가 10 MHz 내지 250 MHz에서 발생하고 피크치가 15 MHz 내지 60 MHz에서 발생한 경우에는 코로나 방전으로 판단하도록 구성될 수 있다. 이러한 주파수 스펙트럼이나 피크치에 대한 데이터는 실험적으로 얻어진 것으로서 이를 방전 종류의 판단에 활용할 수 있다. 또한 다른 방식으로는 100 ms마다 전계 강도 데이터의 펄스 발생 여부를 판단하되, 그 판단 결과 펄스가 발생하지 않으면 방전이 발생하지 않은 것으로 판단하고 펄스가 소정 시간 단위로 3주기에 걸쳐 발생하면 코로나 방전이 발생한 것으로 판단하고 펄스가 1회적으로 발생하면 아크 방전이 발생한 것으로 판단하도록 구성될 수 있다.Here, whether or not a discharge is generated and whether a discharge has occurred can be determined by determining whether the discharge is a corona discharge or an arc discharge. Specifically, when electric field intensity data occurs at 10 MHz to 100 MHz and peak value occurs at 18 MHz ± 2 MHz, arc discharge is judged. When electric field strength data occurs at 10 MHz to 250 MHz and peak value is 15 MHz To < RTI ID = 0.0 > 60 MHz. ≪ / RTI > Data on such frequency spectra or peak values are obtained experimentally and can be used to determine the type of discharge. In another method, it is determined whether or not a pulse of the electric field intensity data is generated every 100 ms. If the pulse is not generated, it is determined that no discharge has occurred. If the pulse occurs over three cycles in units of predetermined time, It can be determined that an arc discharge has occurred when the pulse is generated one time.
위 2가지 방식은 어느 하나만 이용되거나 두가지 모두 혼용될 수 있다.The above two methods may be used either alone or in combination.
다음으로, 방전 검출 모듈(120)이 앞서 감지된 전계 강도 데이터의 잡음을 제거하고 평균화한다(S103).Next, the
다음으로, 방전 검출 모듈(120)이 배경 잡음을 입력받고 입력된 배경 잡음을 평균화한다(S104). 이러한 배경 잡음은 전원이 꺼진 상태에서 측정되는 것이 바람직한데, 주기적으로 하루 1회 또는 1달 1회마다 배경 잡음을 미리 획득하여 입력하고 평균화하는 것이 바람직하다.Next, the
다음으로, 방전 검출 모듈(120)이 앞서 평균화된 전계 강도 데이터와 앞서 평균화된 배경 잡음의 차를 연산한다(S105). 이는 정확한 아크 방전과 코로나 방전을 획득하기 위함이다.Next, the
다음으로, 방전 검출 모듈(120)이 앞서 연산된 차에 의해 잡음이 제거된 주파수 대역별 전계 강도 데이터를 산출한다(S106).Next, the
다음으로, 방전 검출 모듈(120)이 앞서 산출된 주파수 대역별 전계 강도 데이터를 이용하여 방전 여부 및 방전 종류를 판단하여 디스플레이한다(S107).Next, the
여기서, 방전이 발생하는지 여부 그리고 방전이 발생했다면 코로나 방전인지 아크 방전인지 판단하여 조치를 취할 수 있다.Here, whether or not a discharge is generated and whether a discharge has occurred can be determined by determining whether the discharge is a corona discharge or an arc discharge.
그 구체적인 방법으로서는 먼저 전계 강도 데이터가 10 MHz 내지 100 MHz에서 발생하고 피크치가 18 MHz ±2 MHz에서 발생한 경우에는 아크 방전으로 판단하고, 전계 강도 데이터가 10 MHz 내지 250 MHz에서 발생하고 피크치가 15 MHz 내지 60 MHz에서 발생한 경우에는 코로나 방전으로 판단하도록 구성될 수 있다.Specifically, when electric field intensity data occurs at 10 MHz to 100 MHz and peak value occurs at 18 MHz ± 2 MHz, arc discharge is judged. When electric field strength data occurs at 10 MHz to 250 MHz and peak value is 15 MHz To < RTI ID = 0.0 > 60 MHz. ≪ / RTI >
이러한 주파수 스펙트럼이나 피크치에 대한 데이터는 실험적으로 얻어진 것으로서 이를 방전 종류의 판단에 활용할 수 있다.Data on such frequency spectra or peak values are obtained experimentally and can be used to determine the type of discharge.
또한 다른 방식으로는 100 ms마다 전계 강도 데이터의 펄스 발생 여부를 판단하되, 그 판단 결과 펄스가 발생하지 않으면 방전이 발생하지 않은 것으로 판단하고 펄스가 소정 시간 단위로 3주기에 걸쳐 발생하면 코로나 방전이 발생한 것으로 판단하고 펄스가 1회적으로 발생하면 아크 방전이 발생한 것으로 판단하도록 구성될 수 있다.In another method, it is determined whether or not a pulse of the electric field intensity data is generated every 100 ms. If the pulse is not generated, it is determined that no discharge has occurred. If the pulse occurs over three cycles in units of predetermined time, It can be determined that an arc discharge has occurred when the pulse is generated one time.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 과도대지전압 검출 센서의 정면도이고, 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 과도대지전압 검출 센서의 배면도이고, 도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 과도대지전압 검출 센서의 측면도이다.FIG. 2A is a front view of a transient ground voltage detecting sensor according to an embodiment of the present invention, FIG. 2B is a rear view of a transient ground voltage detecting sensor according to an embodiment of the present invention, FIG. FIG. 2 is a side view of an overvoltage detection sensor according to an embodiment of the present invention; FIG.
도 2a 내지 도 2c를 참조하면, 과도대지전압 검출 센서(111)는 검출 전극(111a), 접지 전극(111b), 유전체(111c), BNC 연결 단자(111d)를 포함하도록 구성될 수 있다.2A to 2C, the transient ground
검출 전극(111a)은 원형의 동판으로 구성될 수 있으며, 지름 105 ㎜, 두께 0.5 ㎜로 구성될 수 있다.The detection electrode 111a may be formed of a circular copper plate and may have a diameter of 105 mm and a thickness of 0.5 mm.
접지 전극(111b)은 원형의 동판으로 구성될 수 있으며, 지름 105 ㎜, 두께 0.5 ㎜로 구성될 수 있다.The
유전체(111c)는 검출 전극(111a) 및 접지 전극(111b)의 사이에 삽입되며 두께 0.5 ㎜의 에폭시 수지로 구성될 수 있다.The dielectric 111c is inserted between the detecting electrode 111a and the
즉, 유전체(111c)의 양단에 검출 전극(111a) 및 접지 전극(111b)이 접합되어 구성된다.That is, the detection electrode 111a and the
BNC 연결 단자(111d)는 검출 전극(111a)의 중심부로부터 유전체(111c) 및 접지 전극(111b)을 관통하여 돌출 구성되는 검출 전극 돌출부와 결합되도록 구성될 수 있다.The BNC connection terminal 111d may be configured to be coupled with the detection electrode protrusion protruding through the dielectric 111c and the
과도대지전압 검출 센서(111)의 검출 신호는 BNC 연결 단자(111d)를 통해 검출된다.The detection signal of the transient ground
여기서, 과도대지전압 검출 센서(111)에 의해 검출되는 주파수 대역은 150 kHz 내지 16 MHz이다.Here, the frequency band detected by the transient ground
도 2d는 본 발명의 일 실시예에 따른 과도대지전압 검출 센서의 검출 원리를 나타내는 개념도이고, 도 2e는 본 발명의 일 실시예에 따른 과도대지전압 검출 센서의 노튼 등가 회로이다.FIG. 2D is a conceptual diagram showing the principle of detection of the transient ground voltage detection sensor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2E is a Norton equivalent circuit of the transient ground voltage detection sensor according to an embodiment of the present invention.
도 2d 및 도 2e를 참조하여 과도 대지 전압 검출 원리를 설명하면 다음과 같다.The principle of transient ground voltage detection will be described with reference to FIGS. 2D and 2E.
먼저 과도대지전압 검출 센서(111)에서 검출되는 전체 전류는 다음의 수학식 1과 같다.First, the total current detected by the transient ground
수학식 1로부터 수학식 2가 도출될 수 있다.Equation (2) can be derived from Equation (1).
여기서, 수학식 2에 의해 산출되는 미지의 전압 V(t) 는 다음과 같이 증폭기의 입력 임피던스 Zo의 크기에 따라 달라진다. 증폭기의 입력 임피던스가 50 Ω이라 하면, 수학식 2에서 우변항의 첫번째 항이 두번째 항보다 매우 미소하여 이를 무시한다고 가정하면 측정하고자 하는 미지의 전압 V(t)는 수학식 3과 같이 근사화시킬 수 있다.Here, the unknown voltage V (t) calculated by Equation (2) depends on the magnitude of the input impedance Z o of the amplifier as follows. Assuming that the input impedance of the amplifier is 50 OMEGA, and the first term of the right side term in Equation 2 is much smaller than the second term and is neglected, the unknown voltage V (t) to be measured can be approximated as shown in Equation (3).
여기서, 감지전압 V(t)의 크기는 과도대지전압 검출 센서(111)의 면적 S에 의하여 결정되고 입사 변위 전류량에 의하여 샘플링된다. 이러한 경우, 과도대지전압 검출 센서(111)의 감지전압 V(t)는 전속밀도의 시간에 대한 미분량에 비례한다.Here, the magnitude of the sensing voltage V (t) is determined by the area S of the transient ground
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 결합 회로망의 등가 회로이다.3 is an equivalent circuit of a coupling network according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 저잡음 증폭 회로(113)와 방전 검출 모듈(120)을 연결하는 동축 케이블의 절연체와 외부 도체에 의한 정전 용량에 의한 신호 왜곡을 제거하기 위해 동축 케이블의 특성 임피던스와 동일한 50 Ω의 정합 저항 Rm 및 보상 저항 Ri를 포함하는 합성 임피던스 Av를 갖도록 구성될 수 있다.3, in order to eliminate signal distortion due to capacitance caused by the insulator and the external conductor of the coaxial cable connecting the low
여기서, 합성 임피던스 Av는 다음 수학식 4로 표현될 수 있다.Here, the composite impedance Av can be expressed by the following equation (4).
여기서, Rm은 검출 임피던스, fc는 차단 주파수이며, 임피던스 Zs는 다음의 수학식 5로 구성될 수 있다.Here, Rm is the detection impedance, fc is the cutoff frequency, and the impedance Zs may be expressed by the following equation (5).
여기서, Ld는 유도성 검출 임피던스, Ri는 저잡음 증폭 회로(112)의 입력 임피던스이다.Here, Ld is the inductive detection impedance, and Ri is the input impedance of the low
이때, 결합 회로망(112)를 통해 출력되는 전압은 다음 수학식 6으로 구성될 수 있다.At this time, the voltage output through the
여기서, S는 유효 검출 면적, Rm은 저항성 검출 임피던스이다.Here, S is the effective detection area and Rm is the resistive detection impedance.
그리고 차단 주파수 fc는, -3 dB 주파수로서 100 kHz로 구성될 수 있다.And the cut-off frequency fc can be configured as 100 kHz as the -3 dB frequency.
한편, 저잡음 증폭 회로(113)는 결합 회로망(112)에 의해 전달되는 과도 대지 전압을 증폭하여 50 Ω의 특성 임피던스를 갖는 동축 케이블을 통해 방전 검출 모듈(120)로 송신하도록 구성될 수 있다.Meanwhile, the low-
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 결합 회로망의 차단 주파수 그래프이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 결합 회로망의 주파수 응답 그래프이다.FIG. 4 is a graph illustrating a cutoff frequency of a coupling network according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a frequency response graph of a coupling network according to an embodiment of the present invention.
도 4 및 도 5를 참조하면, 차단 주파수 fc는 -3 dB 주파수로서 100 kHz 이상의 고주파 대역을 통과하도록 구성될 수 있음을 알 수 있고, 이에 따른 주파수 응답 그래프는 500 Hz에서 45 MHz까지의 주파수를 검출할 수 있게 된다.Referring to FIGS. 4 and 5, it can be seen that the cut-off frequency fc can be configured to pass a high frequency band of 100 kHz or more at a -3 dB frequency, .
도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 저잡음 증폭 회로의 회로도이다.6A is a circuit diagram of a low noise amplifier circuit according to an embodiment of the present invention.
도 6a의 저잡음 증폭 회로는 미소한 전자파 신호를 검출하기 위해 설계된 회로로서, 충분한 주파수 대역과 낮은 잡음 특성을 갖도록 2단 증폭으로 구성되며, 전압 이득은 40 dB로 설계되었다.The low-noise amplifier circuit of FIG. 6A is a circuit designed to detect a minute electromagnetic wave signal. The low-noise amplifier circuit is composed of two stages of amplification so as to have a sufficient frequency band and low noise characteristics, and the voltage gain is designed to be 40 dB.
도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 저잡음 증폭 회로의 주파수 응답 그래프이다.6B is a frequency response graph of a low noise amplifier circuit according to an embodiment of the present invention.
도 6b를 참조하면, 증폭기가 특성 분석을 통해 이상 신호를 검출하기 위한 대역을 만족하고 있음을 알 수 있다. 실험 결과는 -3dB의 주파수 대역이 50 kHz 내지 5 MHz로 나타나 있다.Referring to FIG. 6B, it can be seen that the amplifier satisfies the band for detecting an abnormal signal through the characteristic analysis. Experimental results show that the -3dB frequency band ranges from 50 kHz to 5 MHz.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 검출된 과도 대지 전압의 응답 그래프이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 검출된 과도 대지 전압의 크기 변화를 나타내는 그래프이다.FIG. 7 is a graph showing the response of a transient ground voltage detected according to an embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a graph illustrating a magnitude variation of a transient ground voltage detected according to an embodiment of the present invention.
도 7 및 도 8을 참조하면, 과도 대지 전압이 시간에 따라 변하는 특성을 나타낸다. 과도 대지 전압은 나노초 단위의 매우 짧은 시간 동안 발생하여 점차 소멸하고 있음을 알 수 있다. 그 절대적인 크기는 도 7과 같이 시간에 대해 반비례하여 급격하게 감소하고 있음을 알 수 있다.Referring to FIGS. 7 and 8, the transient ground voltage exhibits characteristics that change with time. It can be seen that the transient ground voltage is generated in a very short time of nanoseconds and gradually disappears. It can be seen that the absolute size thereof is drastically reduced in inverse proportion to time as shown in FIG.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention as defined in the following claims. There will be.
110: 과도 대지 전압 센서 모듈
111: 과도대지전압 검출 센서
111a: 검출 전극
111b: 접지 전극
111c: 유전체
111d: BNC 연결 단자
112: 결합 회로망
113: 저잡음 증폭 회로
120: 방전 검출 모듈
200: 배전반 패널110: Transient ground voltage sensor module
111: Transient ground voltage detection sensor
111a:
111b: ground electrode
111c: Dielectric
111d: BNC connector
112: coupling network
113: Low Noise Amplification Circuit
120: Discharge detection module
200: Switchboard panel
Claims (10)
상기 과도 대지 전압 센서 모듈에서 감지된 과도 대지 전압을 이용하여 아크(arc) 방전 또는 코로나(corona) 방전을 검출하는 방전 검출 모듈을 포함하는 과도 대지 전압 신호를 이용하여 아크와 코로나 방전을 검출하는 배전반.A transient ground voltage sensor module attached to an outer surface of the metal housing and sensing an excessive ground voltage according to a surface current generated in the metal housing by an electromagnetic wave generated by internal discharge, corona discharge, and arc discharge in the metal housing;
And a discharge detection module for detecting an arc discharge or a corona discharge by using the transient ground voltage sensed by the transient ground voltage sensor module and for detecting an arc and a corona discharge using a transient ground voltage signal, .
상기 금속 하우징의 외부 표면에 서로 소정의 거리만큼 이격되어 복수개로 구비되는 것을 특징으로 하는 과도 대지 전압 신호를 이용하여 아크와 코로나 방전을 검출하는 배전반.2. The transient ground voltage sensor module according to claim 1,
Wherein a plurality of arc discharge electrodes are arranged on the outer surface of the metal housing to be spaced apart from each other by a predetermined distance, and arc and corona discharges are detected using the ground discharge voltage signal.
상기 과도 대지 전압을 축적하여 감지하는 과도대지전압 검출 센서;
상기 과도대지전압 검출 센서에 축적되는 과도 대지 전압을 검출하여 전달하는 결합 회로망;
상기 결합 회로망에 의해 전달되는 과도 대지 전압을 증폭하여 상기 방전 검출 모듈로 송신하는 저잡음 증폭 회로로 구성되는 것을 특징으로 하는 과도 대지 전압 신호를 이용하여 아크와 코로나 방전을 검출하는 배전반.3. The transient ground voltage sensor module according to claim 2,
A transient ground voltage detection sensor for accumulating and sensing the transient ground voltage;
A coupling network for detecting and transmitting a transient ground voltage accumulated in the transient ground voltage detecting sensor;
And a low noise amplifying circuit for amplifying a transient ground voltage transmitted by the coupling network and transmitting the amplified transient ground voltage to the discharge detection module, wherein the arc and corona discharges are detected using the transient ground voltage signal.
지름 105 ㎜, 두께 0.5 ㎜의 동판으로 구성되는 검출 전극;
지름 105 ㎜, 두께 0.5 ㎜의 동판으로 구성되는 접지 전극;
상기 검출 전극 및 상기 접지 전극의 사이에 삽입되며 두께 0.5 ㎜의 에폭시 수지로 구성되는 유전체;
상기 검출 전극의 중심부로부터 상기 유전체 및 상기 접지 전극을 관통하여 돌출 구성되는 검출 전극 돌출부와 결합되는 BNC 연결 단자로 구성되는 것을 특징으로 하는 과도 대지 전압 신호를 이용하여 아크와 코로나 방전을 검출하는 배전반.The apparatus of claim 3, wherein the transient ground voltage detecting sensor comprises:
A detection electrode composed of a copper plate having a diameter of 105 mm and a thickness of 0.5 mm;
A ground electrode composed of a copper plate having a diameter of 105 mm and a thickness of 0.5 mm;
A dielectric inserted between the detection electrode and the ground electrode and made of an epoxy resin having a thickness of 0.5 mm;
And a BNC connection terminal connected to the detection electrode protrusion protruding through the dielectric and the ground electrode from the center of the detection electrode. The switchboard of claim 1, wherein the arc and corona discharge are detected using the transient ground voltage signal.
전계 집중이 발생하지 않도록 가장자리가 난연성 에폭시 수지로 구성되는 것을 특징으로 하는 과도 대지 전압 신호를 이용하여 아크와 코로나 방전을 검출하는 배전반.The plasma display apparatus according to claim 4,
And an edge is formed of a flame-retardant epoxy resin so as to prevent an electric field concentration from being generated, and an arc and a corona discharge are detected using a transient ground voltage signal.
상기 결합 회로망에 의해 전달되는 과도 대지 전압을 증폭하여 50 Ω의 특성 임피던스를 갖는 동축 케이블을 통해 상기 방전 검출 모듈로 송신하는 저잡음 증폭 회로로 구성되는 것을 특징으로 과도 대지 전압 신호를 이용하여 아크와 코로나 방전을 검출하는 배전반.6. The apparatus of claim 5, wherein the low-
And a low noise amplifying circuit for amplifying the transient ground voltage transmitted by the coupling network and transmitting the amplified transient ground voltage to the discharge detection module through a coaxial cable having a characteristic impedance of 50 OMEGA. A switchboard for detecting discharge.
상기 동축 케이블의 절연체와 외부 도체에 의한 정전 용량에 의한 신호 왜곡을 제거하기 위해 상기 동축 케이블의 특성 임피던스와 동일한 50 Ω의 정합 저항 Rm 및 보상 저항 Ri를 포함하는 합성 임피던스 Av를 갖도록 구성되는 것을 특징으로 하는 과도 대지 전압 신호를 이용하여 아크와 코로나 방전을 검출하는 배전반.7. The apparatus of claim 6,
And a composite impedance Av including a matching resistance Rm of 50 Ω and a compensation resistance Ri equal to the characteristic impedance of the coaxial cable in order to eliminate signal distortion due to the capacitance due to the insulator and external conductors of the coaxial cable Which detects an arc and corona discharge using a transient ground voltage signal.
다음의 수학식으로 구성되고,
[수학식]
여기서, Rm은 검출 임피던스, fc는 차단 주파수이며, 상기 임피던스 Zs는 다음의 수학식으로 구성되고,
[수학식]
여기서, Ld는 유도성 검출 임피던스, Ri는 상기 저잡음 증폭 회로의 입력 임피던스인 것을 특징으로 하는 과도 대지 전압 신호를 이용하여 아크와 코로나 방전을 검출하는 배전반.8. The method as claimed in claim 7, wherein the synthetic impedance (Av)
Is constituted by the following equation,
[Mathematical Expression]
Here, Rm is the detection impedance, fc is the cutoff frequency, the impedance Zs is expressed by the following equation,
[Mathematical Expression]
Wherein Ld is an inductive detection impedance, and Ri is an input impedance of the low noise amplifying circuit, wherein an arc and a corona discharge are detected using a transient ground voltage signal.
다음의 수학식으로 구성되며,
[수학식]
여기서, S는 유효 검출 면적, Rm은 저항성 검출 임피던스, fc는 차단 주파수인 것을 특징으로 하는 과도 대지 전압 신호를 이용하여 아크와 코로나 방전을 검출하는 배전반.4. The method of claim 3, wherein the output voltage of the coupling network
Is constituted by the following equation,
[Mathematical Expression]
Wherein S is an effective detection area, Rm is an resistive detection impedance, and fc is a cut-off frequency, and detects an arc and a corona discharge using the transient ground voltage signal.
100 kHz로 구성되는 것을 특징으로 하는 과도 대지 전압 신호를 이용하여 아크와 코로나 방전을 검출하는 배전반.10. The method of claim 9, wherein the cut-
100 kHz, wherein the arc and corona discharges are detected using the transient ground voltage signal.
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Legal Events
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