KR102600666B1 - 전력 시스템에서 아크 검출 기기의 자가 진단 방법 및 장치 - Google Patents

전력 시스템에서 아크 검출 기기의 자가 진단 방법 및 장치 Download PDF

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아크 검출 기기의 자가 진단 장치로서, 초기 셋팅 모드에서, 기준 자가 진단 광신호를 생성하는 프로세서, 광센서 장치로 기준 자가 진단 광신호를 전송하는 제 1 광신호 전송부, 기준 자가 진단 광신호에 대응되는 기준 광신호를 광센서 장치로부터 수신하는 제 1 광신호 수신부, 진단 모드에서, 프로세서는 자가 진단 광신호를 주기적으로 생성하여 광센서 장치에 전송하고, 광센서 장치로부터 전송된 자가 진단 광신호에 대응되는 광신호를 제 1 광신호 수신부로 수신하고, 프로세서는 기준 광신호와 자가 진단 광신호에 대응되는 광신호를 비교하여 광센서 장치, 송신 광케이블 및 수신 광케이블의 이상 여부를 판정하는 아크 검출 제어기와 아크 검출 제어기로부터 전송되는 상기 자가 진단 광신호를 수신하는 제 2 광신호 수신부, 자가 진단 광신호 혹은 전력기기에서 발생하는 아크를 센싱하는 광센서, 수신한 자가 진단 광신호에 대응되는 광신호를 전송하는 제 2 광신호 전송부를 포함하는 광센서 장치; 제 1 광신호 전송부와 제 2 광신호 수신부를 연결하는 송신 광케이블; 및 제 1 광신호 수신부와 제 2 광신호 전송부를 연결하는 상기 수신 광케이블을 포함하는 아크 검출 기기 자가 진단 장치가 제공된다.

Description

전력 시스템에서 아크 검출 기기의 자가 진단 방법 및 장치{Method and apparatus for self-checking of arc detecting device in power system}
본 개시는 고전력 기기를 사용하는 전력계통에서 아크를 검출하는 아크 검출센서 장치의 고장을 진단하는 방법과 장치에 관련된다.
본 개시는 산업통상자원부와 한국에너지기술평가원의 기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다. [과제관리번호: 20206910100020, 과제명: 계통연계 PCS 신뢰도 향상 핵심기술 개발 및 실환경 실증]
고전력 전기기기를 사용할 때 아크 방전이 문제되는 경우가 많다. 일례로 초고압 GIS(Gas Insulated switched gear)는 발전소, 변전소의 주회로의 개폐장치로 활용되는 중요한 고전력 전기기기인데, 이러한 GIS는 고전력 레벨에서 동작하는 만큼 높은 작동 신뢰성이 요구되고 그에 따른 강인한 예방 진단 장치와 메커니즘이 필요하다.
초고압 GIS의 내부에 문제가 발생하는 경우 초기에는 부분방전(partial discharge)이 발생하게 되고, 부분방전에 따라 초고압 GIS 내부에서는 절연파괴가 진행성으로 발생하게 된다. 초고압 GIS 내부에서 절연파괴가 누적되면 사고 임계점이 넘어가면서 대형 사고가 발행하게 된다. 부분방전으로 인해 전기 절연이 파괴되는 부분에서는 초기에 아크(arc)가 발생하는데, 전력계통을 제어하는 장치가 이러한 아크를 초기에 검출하는 것이 고전력 중전기기의 신뢰성과 안전성을 확보하는데 무척 중요하다.
그런데, 이러한 아크 검출 센서 장치는 초기에 안정적으로 작동하다가도 시간이 지난면서 장시간 사용에 따른 미세한 오동작과 동작 성능의 저하를 감지하지 못하는 경우가 발생한다. 이러한 미세한 오동작이나 동작 성능의 저하가 계속되면 장치 센서 장치 자체의 신뢰성이 조금씩 떨어지게 되고 결국에는 아크가 아닌데도 아크 발생으로 인지하여 시스템에 고장이 발생하였다고 오류를 발생시키며 시스템을 불필요하게 정지시킬 수 있고, 반대로 아크가 발생하였는데도 제대로 검출하지 못하면 대형 사고를 미연에 방지하지 못하는 치명적인 결과를 초래할 수도 있다.
따라서, 아크 검출 센서 장치의 장기간 사용에도 계속적인 동작 성능의 확보는 고전압기기 내지는 중전기기의 안정성 확보를 위해 상당히 중요하다.
고전력기기의 아크를 탐지하는 아크 검출 센서 장치가 장기간 사용되면서도 동작 성능의 저하가 없이 제대로 작동하는지를 효과적으로 모니터링할 수 있는 방법과 장치가 요구된다.
본 개시에서는 상기의 과제를 해결하기 위하여 초기 셋팅 모드에서, 기준 자가 진단 광신호를 생성하는 프로세서, 송신 광케이블을 통해 광센서 장치로 상기 기준 자가 진단 광신호를 전송하는 제 1 광신호 전송부, 상기 전송된 자가 진단 광신호를 상기 광센서 장치가 센싱하여 상기 기준 자가 진단 광신호에 대응되는 기준 광신호를 수신 광케이블을 통해 수신하는 제 1 광신호 수신부, 진단 모드에서, 상기 프로세서는 상기 기준 자가 진단 광신호를 생성한 동일한 조건 하에서 자가 진단 광신호를 주기적으로 생성하여 상기 광신호 전송부를 통해 상기 광센서 장치에 상기 송신 광케이블을 통해 전송하고, 상기 광센서 장치에서 상기 전송된 자가 진단 광신호를 센싱하여 상기 자가 진단 광신호에 대응되는 광신호를 상기 제 1 광신호 수신부를 통해 수신하고, 상기 프로세서는 상기 기준 광신호와 상기 자가 진단 광신호에 대응되는 광신호를 비교하여 상기 광센서 장치, 상기 송신 광케이블 및 상기 수신 광케이블의 이상 여부를 판정하는 아크 검출 제어기; 상기 아크 검출 제어기로부터 전송되는 상기 자가 진단 광신호를 수신하는 제 2 광신호 수신부, 상기 수신된 자가 진단 광신호 혹은 전력기기에서 발생하는 아크를 센싱하는 광센서, 및 상기 수신한 자가 진단 광신호에 대응되는 광신호를 상기 아크 검출 제어기에 전송하는 제 2 광신호 전송부를 포함하는 상기 광센서 장치; 상기 제 1 광신호 전송부와 상기 제 2 광신호 수신부를 연결하는 상기 송신 광케이블; 및 상기 제 1 광신호 수신부와 상기 제 2 광신호 전송부를 연결하는 상기 수신 광케이블을 포함하는 것을 특징으로 하는 아크 검출 기기 자가 진단 장치가 제공된다.
일 실시예에서, 상기 프로세서가 주기적으로 상기 자가 진단 광신호를 생성하는 것은, 상기 프로세서가 주기적으로 이벤트를 발생시키고, 상기 발생된 이벤트에 기초하여 상기 자가 진단 광신호를 생성하고, 상기 자가 진단 광신호를 생성하기 위해 광소자에 흐르는 전류값을 결정하고, 및 상기 결정된 전류값이 상기 광소자에 흐르도록 제어하여 상기 자가 진단 광신호를 생성하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 프로세서가 주기적으로 상기 자가 진단 광신호를 생성하는 것은, 상기 프로세서가 주기적으로 이벤트를 발생시키고, 상기 발생된 이벤트에 기초하여 상기 자가 진단 광신호를 생성하고, 상기 자가 진단 광신호를 생성하기 위해 광소자에 인가되는 전압값을 결정하고, 및 상기 결정된 전압값이 상기 광소자에 인가되도록 제어하여 상기 자가 진단 광신호를 생성하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 프로세서가 상기 자가 진단 광신호를 생성하는 것은, 상기 프로세서가 아크 신호와 구별되도록 상기 자가 진단 광신호를 소정의 시간 이상 듀티를 가지도록 상기 자가 진단 광신호를 생성하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 프로세서가 상기 수신한 광신호의 광량값에 대응되는 자가 진단 데이터와 상기 저장된 기준 자가 진단 데이터를 비교하는 것은, 상기 프로세서가 상기 자가 진단 데이터와 상기 기준 자가 진단 데이터 간 소정의 값 이상 차이가 있는지를 판단하는 것을 포함하고, 상기 프로세서가 상기 광센서 장치, 상기 송신 광케이블 및 상기 수신 광케이블의 이상 여부를 판정하는 것은, 상기 자가 진단 데이터와 상기 기준 자가 진단 데이터 간 소정의 값 이상 차이가 있으면 상기 광센서 장치, 상기 송신 케이블 혹은 상기 수신 케이블 중 어느 하나에 이상이 있다고 판정하는 것을 포함한다.
일 실시예에서, 상기 아크 검출 제어기는 상기 기준 광신호에 대응되는 광량값을 AD 변환하여 상기 기준 자가 진단 데이터를 생성하는 AD 변환부를 더 포함한다.
일 실시예에서, 상기 AD 변환부는 상기 광신호에 대응되는 광량값을 AD 변환하여 상기 자가 진단 데이터를 생성하는 것을 특징으로 하는 아크 검출 기기의 자가 진단 장치.
본 개시에서는 상기의 과제를 해결하기 위하여 초기 셋팅 모드에서, 기준 자가 진단 광신호를 생성하는 단계; 송신 광케이블을 통해 광센서 장치로 상기 기준 자가 진단 광신호를 전송하는 단계; 상기 전송된 자가 진단 광신호를 상기 광센서 장치가 센싱하여 상기 기준 자가 진단 광신호에 대응되는 기준 광신호를 수신 광케이블을 통해 제 1 광신호 수신부에서 수신하는 단계; 진단 모드에서, 자가 진단 광신호를 주기적으로 생성하여 상기 광신호 전송부를 통해 상기 광센서 장치에 상기 송신 광케이블을 통해 전송하는 단계; 상기 광센서 장치에서 상기 전송된 자가 진단 광신호를 센싱하여 상기 자가 진단 광신호에 대응되는 광신호를 상기 수신 광케이블을 통해 상기 제 1 광신호 수신부에서 수신하는 단계; 및 상기 기준 광신호와 상기 자가 진단 광신호에 대응되는 광신호를 비교하여 상기 광센서 장치, 상기 송신 광케이블 및 상기 수신 광케이블의 이상 여부를 판정하는 단계를 포함하는 아크 검출 기기 자가 진단 방법이 제공된다.
고전력기기의 아크를 탐지하는 아크 검출 센서 장치의 오작동을 적시에 발견해 내지 않으면 전력계통의 안정성을 담보하지 못하는데, 본 개시에 따른 방법과 장치를 통해 아크 검출 센서 장치의 오작동을 효과적으로 검출하여 전력계통의 안정성을 효과적으로 확보할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 아크 탐지 시스템의 일례를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 개시의 일실시예에 따른 아크 검출 자가 진단 장치를 도시한다.
도 3은 본 개시의 또 다른 일실시예에 따른 아크 검출 자가 진단 장치를 도시한다.
도 4는 본 개시의 일실시예에 따른 광센서 장치를 도시한 것이다.
도 5는 본 개시의 일실시예에 따른 아크 검출 제어기(210)의 블록도이다.
도 6는 본 개시의 일실시예에 따라 아크 검출 제어기(210)에서 자가 진단 광신호를 생성하는 시점에 대한 일례를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 개시의 일실시예에 따라 아크 검출 제어기(210)가 자가 진단하기 위한 방법을 나타내는 흐름도이다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함된다.
보통 고전압 전력계통에 속한 고전압 기기 혹은 중전기기는 그 동작 전력 레벨로 인한 위험도가 높기 때문에 상당히 높은 신뢰성이 요구된다. 즉, 전력계통에 속한 장치들의 고장을 빠른 시간 안에 검출하거나 아예 고장이 발생하기 전에 비정상적인 동작을 검출하여 고장을 미리 예측하는 것이 안전을 위해서는 필수적이다.
고전압 기기 혹은 중전기기 장치의 대표적인 예로 초고압 GIS (Gas Insulated Switched Gear)를 들 수 있다. 초고압 GIS는 발전소, 변전소에서 주회로의 개폐장치로 사용된다. 초고압 GIS는 주로 100kV 이상에서 활용되는 기기이며 고전력 차단능력을 가지고 있다. 초고압 GIS는 높은 전력 레벨을 가지는 대규모 시스템의 개폐장치이므로 고가이며, 따라서 고가의 장치가 파손되지 않도록 안전 사고를 미연에 방지하기 위한 고신뢰성이 요구된다.
초고압 GIS 가 개폐장치로서 고신뢰성을 확보하기 위해서는 자가 진단 장치가 절연 파괴 여부를 지속적으로 모니터링하는 것이 필수적이다. 초고압 GIS 내부에 문제가 발생하는 초기에는 주로 부분방전(partial discharge)이 발생하게 된다. 부분방전에 따라 절연 파괴가 진행성으로 발전하면 결국에는 사고 임계점이 넘어가면서 대형 사고로 이어지게 된다.
부분방전으로 인한 절연 파괴를 사전에 방지하기 위해서는 자가 진단 장치가 평소에 개폐부분에서 아크(arc)가 발생하는지를 지속적으로 모니터링할 필요가 있다. 아크가 발생하는 부분에서는 보통 UHF(ultra high frequency) 가스, 빛, 소음 등이 동시에 발생하게 된다. 초고압 GIS에서 부분방전을 감시하고 모니터링하는 방법으로 UHF 검출을 하는 방법들이 제시되고 활용되고 있으나 해당 방법은 신뢰도가 상대적으로 낮은 단점이 있다. 초고압 GIS와 같은 중전기기 특히, 개폐장치와 같이 부분방전의 진행에 의해 아크가 발생하는 전력기기 장치의 이상 징후를 검출하는 자가 진단 장치로서 아크 검출 센서 장치는 전력기기 이상에 따른 사고의 규모가 매우 큼을 고려할 때 높은 신뢰성을 확보하는 것이 필수적이다.
초고압 GIS와 같이 아크가 발생할 수 있는 중전기기에서 아크를 센싱하기 위한 시스템으로서 광센서를 이용한 아크 검출 센서 장치가 주로 사용된다. 즉, 부분방전이 진행되어 발생하는 아크의 빛을 광센서로 탐지하여 사고를 미리 방지한다.
도 1은 종래 기술에 의한 아크 탐지 시스템의 일례를 나타낸 도면이다.
아크 검출 제어기(110)는 광센서 장치(120)가 중전기기(도시되지 않음)에서 부분방전의 진행으로 발생하는 아크(arc)를 검출하여 이를 신호로 센싱하여 케이블(130)로 전송하면 이를 아크 검출 제어기(110)에서 수신하여 중전기기에서 아크가 발생하는 것을 알게 되고, 대규모 사고를 피하기 위해 고장 위험 신호를 생성하게 된다.
그런데, 만일 중전기기에서 아크가 발생하고 이 아크를 광센서 장치(120)가 검출하여 전송한다고 하더라도 케이블(130)이 어떤 원인으로 단선되는 경우(101) 아크 검출 제어기(110)에서는 결국 아크가 발생한 사실을 인지하지 못하고, 필요한 고장 예방 조치를 취하지 못하는 경우가 발생한다. 이 경우 전체 전력계통 시스템은 중전기기의 고전력 레벨로 인해 대규모 사고로 이어지는 것을 막을 수 없게 된다.
또 다른 일례로 광센서 장치(120) 자체가 고장(103)나는 경우도 있다. 즉, 광센서 장치(120)가 광센싱을 제대로 못하여 아크가 발생하였음에도 광센서 장치(120)의 고장이나 오작동으로 아크가 탐지된 신호를 아크 검출 제어기(110)에 전송하지 못하는 경우가 발생한다. 이러한 경우도 위의 예에서와 마찬가지로 고장 예방 조치가 취해지지 못하고 대규모 사고로 이어질 수 있다.
따라서, 이러한 대규모 전력계통 시스템에서 발생하는 사고를 예방하기 위해서는 광센서 장치(120)가 제대로 동작하는지, 케이블(130)에는 단선이 없는지를 모니터링할 수 있는 자가 진단 방법과 장치가 필요하다.
도 2는 본 개시의 일실시예에 따른 아크 검출 자가 진단 장치를 도시한다.
도 2에 따르면 아크 검출 동작이 정상적으로 이루어지고 있는지를 판단하기 위하여 아크 검출 제어기(210)는 자가 진단 광신호(271)를 광센서 장치(220)에 전송한다. 이러한 자가 진단 광신호(271) 전송은 주기적으로 이루어지는 것이 자가 진단 목적을 위해서 바람직할 것이다.
광센서 장치(220)에서는 수신한 자가 진단 광신호(271)를 광센서에서 센싱하여 광센서 장치(220)의 광신호 전송부를 통해 아크 검출 제어기(210)로 되돌려 준다. 자가 진단 광신호(271)는 광센서 장치(220)에서 신호 처리가 이루어지게 된다. 편의 상 광센서 장치(220)에서 처리후 아크 검출 제어기(210)로 되돌려지는 자가 진단 광신호를 피드백 자가 진단 광신호 (273) 라고 명명하기로 한다. 때에 따라서 이 피드백 자가 진단 광신호(273)는 아크 신호(253)와 함께 섞여 아크 검출 제어기(210)에 전송될 수도 있다. 피드백 자가 진단 광신호(273)는 자가 진단 광신호(271) 대비 광센서 장치(220)에서 처리 등으로 인해 서로 다른 값일 가능성이 높다.
아크 신호(arc signal, 253)는 광센서 장치(220)에서 실제 부분방전에 의한 아크(arc light, 251)를 검출하는 경우, 광센서 장치(220)가 아크 검출 제어기(210)에 전송하는 신호이다. 즉, 초고압 GIS와 같은 중전기기에서 부분방전 등에 의해 실제 아크가 발생하는 경우 이를 광센서 장치(220)가 검출하여 아크 검출 제어기(210)에게 알려주는 신호라고 할 수 있다.
중전기기의 고장을 방지하기 위한 아크 신호(253)와 피드백되는 피드백 자가 진단 광신호(273)를 아크 검출 제어기(210)에서 구별하기 위해 자가 진단 광신호(271)는 통상적인 아크 신호와 패턴이 다르게 생성하는 것이 바람직하다. 자가 진단 광신호(271)를 통상적인 아크 신호와 패턴이 다르게 생성하는 방법으로 통상적인 아크 신호를 미리 분석하여 통상 적인 아크 신호와는 듀티를 상당히 다르게 하여 자가 진단 광신호(271)를 생성하는 방법이 있다. 즉, 아크 신호가 예를 들어 2us의 듀티를 갖거나 펄스열로 구성되는 신호로 보통 검출된다면, 자가 진단 광신호(271)는 정확히 50us 의 듀티를 갖는 규칙적인 신호로 생성하면 보통의 아크 신호와 구분이 될 수 있을 것이다.
아크 검출 제어기(210)는 광센서 장치(220)로부터 피드백 자가 진단 광신호(273)를 수신하면서 송신 광케이블(231), 수신 광케이블(233) 및 광센서 장치(220) 모두가 정상 동작하고 있다고 판단할 수 있다. 아크 검출 제어기(210)가 자가 진단 광신호(271)를 전송한 후 광센서 장치(220)로부터 피드백 자가 진단 광신호(273)를 수신할 때까지는 거의 시간이 소요되지 않는다. 왜냐하면 자가 진단 광신호(273)는 광신호이므로 지연이 거의 없기 때문이다. 다만, 아크 검출 제어기(210)에서 프로세서가 자가 진단 광신호(271)를 전송하였다는 것을 판단하고 또한 피드백되는 자가 진단 광신호(273)를 수신하였음을 판단하는 프로세싱 타임을 제외하고는 신호가 이동하는 시간 자체는 거의 무시할 수 있으므로 소정의 시간 (예를 들어 100us) 이내에 아크 검출 제어기(210)가 전송한 자가 진단 광신호를 수신하였다면 아크 검출 제어기(210)는 광센서 장치(220), 송신 광케이블(231)과 수신 광케이블(233)이 정상 동작하고 있다고 판단할 수 있다.
반대로, 아크 검출 제어기(210)가 자가 진단 광신호(271)를 전송한 후 소정의 시간 내에 피드백 자가 진단 광신호(273)를 수신하지 못하면 아크 검출 제어기(210)에 포함된 프로세서는 광센서 장치(220), 송신 광케이블(231) 및/또는 수신 광케이블(233)에 이상이 있다고 판단한다. 그리고 필요한 경우 아크 검출 제어기(210)에 구비된 디스플레이(도시되지 않음) 혹은 통보 수단(경고등)을 통해 시스템 관리자에게 오작동을 통지한다.
프로세서는 오작동 통지에 앞서 피드백되는 자가 진단 광신호(273)를 수신하지 못하면 상기 광센서 장치(220)가 오작동하고 있거나 송신 광케이블(231) 및/또는 수신 광케이블(233)에 이상이 있음을 나타내는 아크 검출 관련 데이터 필드 내 플래그를 세팅하여 문제가 해결될 때까지 혹은 사용자에 의해 리셋될 때까지 플래그 세팅을 유지한다. 사용자는 문제를 해결한 후 플래그를 리셋할 수 있을 것이다.
도 3은 본 개시의 또 다른 일실시예에 따른 아크 검출 자가 진단 장치를 도시한다.
도 3에 따르면 도 2에서와 마찬가지로 아크 검출 동작이 정상적으로 이루어지고 있는지를 판단하기 위하여 광량값이 일정하게 광센서 장치(220)에 전송되고 수신되는지를 체크할 수 있다.
도 3의 따른 동작을 설명하기 위해 먼저 도 5에 따른 아크 검출 제어기(210)의 블록도를 먼저 살펴보기로 한다.
도 5는 본 개시의 일실시예에 따른 아크 검출 제어기(210)의 블록도이다.
도 5에 따르면, 아크 검출 제어기(210)는 광센서 장치(220)로 자가 진단 광신호를 전송하는 광신호 전송부(211), 전송된 자가 진단 광신호를 광센서 장치(220)가 센싱하여 피드백으로 되돌려 주는 피드백 자가 진단 광신호를 수신하는 광신호 수신부(213), 및 광신호 수신부(213)를 통해 피드백 자가 진단 광신호 수신을 통해 피드백 자가 진단 광신호가 초기 셋팅 모드 당시 보내진 기준 광신호에 대응되는 광량값을 가지고 있는지를 통해 광센서 장치(220)가 정상 동작하는지 여부를 판단하는 프로세서(215)를 포함한다. 물론 피드백 자가 진단 광신호가 초기 셋팅 모드 당시 보내진 기준 광신호에 대응되는 광량값을 가지고 있지 않은 이유는 아크 검출 제어기(210)와 광센서 장치(220) 간을 연결하는 광 케이블에 손상이 있는 경우도 있을 수 있으므로 정상 동작 여부의 판단은 광 케이블의 손상 여부를 판단하는 것을 포함한다.
또한, 광신호 수신부(213)는 피드백 자가 진단 광신호 뿐만 아니라 실제 아크가 발생하는 경우 이를 탐지한 광센서 장치(220)가 전송하는 아크 신호를 수신할 수 있다.
아크 검출 제어기(210)는 프로세서(215) 내부에 메모리를 구비할 수도 있고, 데이터를 저장하고 읽어내기 위한 메모리(217)를 아크 검출 제어기(210) 내에 따로 구비할 수도 있다. 프로세서(215)는 아크 검출 제어기(210) 외부에 따로 별도의 프로세서로 구비될 수도 있다.
아크 검출 제어기(210)는 수신하는 광신호를 디지털값으로 변환하기 위한 AD 변환부(219)도 포함할 수 있다.
다시 도 3으로 돌아가면, 일 실시예에서, 아크 검출 제어기(210)는 초기 셋팅 모드인 t0 시점에서 기준 자가 진단 광신호(2710)를 생성한다. 설명의 편의 상 기준 자가 진단 광신호(2710)도 광의의 자가 진단 광신호(271)에 포함되는 것으로 한다. 아크 검출 제어기(210)의 프로세서(215)는 기준 자가 진단 광신호(2710)를 생성하기 위해 광소자에 흐르는 전류의 양이나 광소자 양단에 인가되는 전압을 제어하여 기준 자가 진단 광신호(2710)를 생성한다.
아크 검출 제어기(210)가 기준 자가 진단 광신호(2710)를 생성하면, 아크 검출 제어기(210)는 생성된 기준 자가 진단 광신호(2710)를 송신 광케이블(231)을 통해 광센서 장치(220)로 전송한다.
광센서 장치(220)는 전송된 기준 자가 진단 광신호(2710)를 센싱하고 광전송부를 통해 기준 자가 진단 광신호(2710)에 대응되는 기준 광신호(2730)를 수신 광케이블(233)을 통해 전송하고 아크 검출 제어기(210)는 이를 수신한다. 아크 검출 제어기(210)의 프로세서(215)는 광센서 장치(230)의 광전송부로부터 수신한 기준 광신호(2730)의 광량값을 AD 변환부(219)를 통해 대응되는 디지털값으로 변환하고 이 디지털값을 기준 자가 진단 데이터로서 메모리(217)에 저장한다. 기준 자가 진단 데이터로서 메모리(217)에 저장되면 초기 셋팅 모드가 종료된다.
일 실시예에서, AD 변환부(219)를 통해 수신한 기준 광신호의 광량값을 변환시킨 디지털값은, 기준 광신호의 광량값을 대응되는 전압값으로 변환시킨 디지털 값일 수 있다.
초기 셋팅 모드에서, 아크 검출 제어기(210)가 수신한 기준 광신호의 광량값에 대응되는 기준 자가 진단 데이터는 광센서 장치(220), 송신 케이블(231), 수신 케이블(233)이 정상적으로 동작하는 것을 나타내는 데이터이다. 일 실시예에서, 아크 검출 제어기(210)는 기준 자가 진단 데이터의 신뢰성을 높이기 위해 앞선 기준 자가 진단 광신호(2710) 생성부터 기준 자가 진단 데이터가 생성되는 모든 단계를 여러번 반복하여 소정의 범위 내에서 일정한 값이 나오지는를 테스트 할 수 있다. 이 때, 기준 자가 진단 광신호(2710) 생성 환경을 동일하게 하여 일정한 오차 범위 내의 기준 자가 진단 데이터를 메모리(217)에 저장할 수 있다. 일 실시예에서, 기준 자가 진단 광신호(2710) 생성 환경을 동일하게 한다는 것은, 기준 자가 진단 광신호를 생성할 때의 광소자에 인가되는 전압, 광소자에 흐르는 전류값, 광신호의 듀티를 동일하게 함을 의미한다.
기준 자가 진단 데이터가 메모리(217)에 저장되었으면, 아크 검출 제어기(210)는 진단 모드를 시작한다. 진단 모드에서, 아크 검출 제어기(210)는 자가 진단 광신호(2711, 2712)들을 주기적으로 생성하여 송신 광케이블(231)을 통해 광센서 장치(220)로 전송한다. 이 때 프로세서(215)는 주기적으로 자가 진단 광신호(2711, 2712)를 생성하기 위한 이벤트를 발생시킨다. 자가 진단 광신호(2711, 2712)는 기준 자가 진단 광신호(2710)와 동일한 전압, 전류, 조건 및 동일 듀티 하에서 생성한다.
일 실시예에서, 프로세서(215)는 발생된 이벤트에 기초하여 자가 진단 광신호(2711, 2712)를 생성하기 위해 광소자에 흐르는 전류값을 결정하고, 결정된 전류값이 상기 광소자에 흐르도록 제어하여 자가 진단 광신호(2711, 2712)를 생성한다. 또 다른 일 실시예에서, 프로세서(215)는 발생된 이벤트에 기초하여 자가 진단 광신호(2711, 2712)를 생성하기 위해 광소자에 인가되는 전압값을 결정하고, 결정된 전압값이 광소자에 인가되도록 제어하여 자가 진단 광신호(2711, 2712)를 생성한다.
광센서 장치(220)는 수신한 자가 진단 광신호(2711, 2712)에 대응되는 광신호를 수신 광케이블(233)을 통해 아크 검출 제어기(210)의 광신호 수신부(213)로 전송한다. 편의 상 광센서 장치(220)에서 처리후 아크 검출 제어기(210)로 되돌려지는 자가 진단 광신호(2711, 2712)에 대응되는 광신호를 피드백 자가 진단 광신호(273) 라고 명명하기로 한다. 때에 따라서 이 피드백 자가 진단 광신호(273)는 아크 신호(253)와 함께 섞여 아크 검출 제어기(210)에 전송될 수도 있다.
아크 신호(arc signal, 253)는 광센서 장치(220)에서 실제 검출한 아크(arc light, 251)를 검출하는 경우, 광센서 장치(220)가 아크 검출 제어기(210)에 전송하는 신호이다. 즉, 초고압 GIS와 같은 중전기기에서 부분방전 등에 의해 실제 아크가 발생하는 경우 이를 광센서 장치(220)가 검출하여 아크 검출 제어기(210)에게 알려주는 신호라고 할 수 있다.
중전기기의 고장을 방지하기 위한 아크 신호(253)와 피드백되는 피드백 자가 진단 광신호(273)를 아크 검출 제어기(210)에서 구별하기 위해 자가 진단 광신호(271)는 통상적인 아크 신호와 패턴이 다르게 생성하는 것이 바람직하다. 자가 진단 광신호(271)를 통상적인 아크 신호와 패턴이 다르게 생성하는 방법으로 통상적인 아크 신호를 미리 분석하여 통상적인 아크 신호와는 듀티를 상당한 정도로 다르게 하여 자가 진단 광신호(271)를 생성하는 방법이 있다. 즉, 아크 신호가 예를 들어 2us 이하의 듀티를 갖거나 보통 펄스열로 구성되는 신호로 검출된다면, 자가 진단 광신호(271)는 50us 의 듀티를 갖는 규칙적인 신호로 생성하면 보통의 아크 신호와 구분이 될 수 있을 것이다. 하지만, 이는 일 실시예에 불과하며, 자가 진단 광신호(271)와 기준 자가 진단 광신호(2710)는 아크 신호와 구분될 수 있다면 사용자의 선택에 의해 결정된 듀티값을 가지도록 생성할 수 있다.
프로세서(215)는 광센서 장치(220)로부터 수신한 광신호의 광량값을 AD 변환부(219)를 통해 수신한 광신호의 광량값에 대응되는 자가 진단 데이터로 변환한다. 프로세서(215)는 AD 변환부(219)를 통해 변환된 자가 진단 데이터와 기준 자가 진단 데이터를 비교하여 광센서 장치(220), 송신 광케이블(231) 및 수신 광케이블(233)이 정상으로 동작하는지 여부를 판정한다. 보통 광센서 장치(220), 송신 광케이블(231) 및 수신 광케이블(233)은 오랜 사용으로 인해 열화되면 성능이 저하되고 이러한 성능 저하 내지 열화는 아크 검출 제어기(210)로부터 전송되는 광신호의 예기치 못한 손실을 초래한다. 따라서, 광센서 장치(220), 송신 광케이블(231) 및 수신 광케이블(233) 중 어느 하나에 열화나 성능 저하가 발생한 경우 기준 자가 진단 데이터와 주기적으로 획득하는 자가 진단 데이터와는 차이가 발생하게 된다.
프로세서(215)는 기준 자가 진단 데이터와 자가 진단 데이터 간의 차이가 소정의 값(예를 들어 기준 자가 진단 데이터 값의 10%에 해당하는 값) 이상 차이가 발생하면 광센서 장치(220), 송신 광케이블(231) 및 수신 광케이블(233) 중 어느 하나에 이상이 발생하였다고 판정하고, 전력계통 시스템이 정상으로 동작하지 않는 것으로 판단하고 디스플레이나 경고등을 통해 고장 통지를 발생시킨다.
도 4는 본 개시의 일실시예에 따른 광센서 장치(220)를 도시한 것이다.
도 4를 참조하면, 광센서 장치(220)는 아크 검출 제어기(210)로부터 오는 기준 자가 진단 광신호(2710) 혹은 자가 진단 광신호(2711, 2712)를 수신하는 광신호 수신부(221) 및 상기 탐지된 아크를 광신호 수신부(221)에서 수신한 후 아크 신호로서 전송하거나 상기 수신한 기준 자가 진단 광신호(2710) 혹은 자가 진단 광신호(2711, 2712)를 센싱한 후 대응되는 광신호로 다시 아크 검출 제어기(210)로 전송하는 광신호 전송부(225)를 구비한다.
도 6는 본 개시의 일실시예에 따라 아크 검출 제어기(210)에서 자가 진단 광신호를 생성하는 시점에 대한 일례를 나타내는 도면이다.
전력계통에서 부분방전에 의한 아크 발생이 잘 관찰되는 시점은 전력계통의 전압(501)이 높을 때이다. 따라서, 아크 검출 제어기(210)가 기준 자가 진단 광신호(2710) 혹은 자가 진단 광신호(2711, 2712)를 광센서 장치(220)에게 전송할 때에는 아크가 발생할 가능성이 높은 시점을 피하는 것이 바람직하다. 왜냐하면 아크 검출 제어기(210)가 광센서 장치(220)로부터 수신하는 피드백 자가 진단 신호(273)가 아크 신호와 뒤섞이는 경우 두 신호를 구분하지 못하는 경우가 발생할 수 있기 때문이다.
따라서, 아크 검출 제어기(210)의 프로세서(215)는 전력계통의 전압이 낮은 지점에 맞추어 자가 진단 신호(271)를 생성하고 전송하는 것이 자가 진단 신뢰성을 높이는 데 있어 바람직하다. 도 6을 참조하면, 아크 검출 제어기(210)에서 전송하는 자가 진단 광신호(sig, 5011, 5012, 5013, 5014)는 전력 계통의 교류전압(501)이 제로 크로싱을 하는 지점과 동기화하여 생성하는 것을 알 수 있다. 이렇게 자가 진단 광신호(5011, 5012, 5013, 5014)를 생성하게 되면 전력계통의 아크와 자가 진단 광신호(5011, 5012, 5013, 5014)가 뒤섞이는 것을 방지할 수 있다. 물론 이는 일실시예에 불과하며 고전압 지점을 피하여 다양한 방식으로 자가 진단 광신호를 생성 및 전송할 수 있다. 예를 들어 아크 검출 제어기(210)에서는 자가 진단 광신호(5011, 5012, 5013, 5014)를 전력 계통의 교류전압(501)의 제로 크로싱 후 제로크로싱이 검출되었다는 판단 이후 일정 시간 - 최대한 짧은 시간 혹은 소정의 시간 - 이 경과한 후 전송하는 방식을 택하거나 최고점을 지난 후 일정 시간이 경과한 시점에 전송하는 방식을 취할 수도 있다.
또는 아크 검출 제어기(210)의 프로세서(215)는 광센서 장치(220)가 부착되는 전기기기 혹은 광센서 장치(220)가 속한 전력계통의 교류전압이 제로 크로싱하는 것을 검출한 직후 상기 자가 진단 광신호(5011, 5012, 5013, 5014)를 광센서 장치(220)에 전송하도록 제어할 수 있다. 혹은 아크 검출 제어기(210)의 프로세서(215)는 자가 진단 광신호(5011, 5012, 5013, 5014)를 전력 계통의 교류전압(501)의 제로 크로싱 후 소정 시간이 경과한 후 전송하거나 최고점을 지난 후 일정 시간이 경과한 시점에 전송하도록 제어할 수 있다.
도 7은 본 개시의 일실시예에 따라 아크 검출 제어기(210)가 자가 진단하기 위한 방법을 나타내는 흐름도이다.
먼저 단계 S701 내지 S709 단계는 초기 셋팅 모드이다.
단계 S701에서, 아크 검출 제어기(210)는 광센서 장치(220)로, 생성한 기준 자가 진단 광신호를 전송한다. 단계 S703에서 광센서 장치(220)에서는 전송된 기준 자가 진단 광신호를 센싱한다. 그리고, 단계 S705에서 광센서 장치(220)는 기준 자가 진단 광신호에 대응되는 기준 광신호를 광신호 전송부를 통해 아크 검출 제어기(210)에 전송한다.
단계 S707에서, 아크 검출 제어기(210)는 수신한 기준 광신호에 대응되는 광량값을 AD 변환하여 기준 자가 진단 데이터를 생성한다.
단계 S709에서, 아크 검출 제어기(210)는 기준 자가 진단 데이터를 메모리(217)에 저장한다.
단계 S711 내지 S721은 진단 모드이다.
단계 S711에서, 아크 검출 제어기(210)는 기준 자가 진단 신호를 생성한 조건과 동일한 조건 하에서 자가 진단 광신호를 생성하여 이를 송신 광케이블(231)을 통해 광센서장치(220)로 전송한다.
단계 S713에서 광센서 장치(220)에서는 전송된 자가 진단 광신호를 센싱한다. 그리고, 단계 S715에서 광센서 장치(220)는 자가 진단 광신호에 대응되는 광신호를 광신호 전송부를 통해 아크 검출 제어기(210)에 전송한다.
단계 S717에서, 아크 검출 제어기(210)는 수신한 광신호의 광량값을 AD 변환하여 자가 진단 데이터를 생성한다.
단계 S719에서, 아크 검출 제어기(210)는 저장된 기준 자가 진단 데이터와 생성된 자가 진단 데이터를 비교하여 소정값 이상 차이가 있는지를 판정한다.
단계 S721에서, 아크 검출 제어기(210)는 저장된 기준 자가 진단 데이터와 생성된 자가 진단 데이터를 비교하여 소정값 이상 차이가 있다면 광센서 장치(220), 송신 케이블(231), 수신 케이블(233) 중 적어도 어느 하나에 이상이 있다고 판단하고 고장 통지를 발생시킨다.
이상의 방법을 통해 아크 검출 제어기(210), 광센서 장치(220), 송신 케이블(231), 및 수신 케이블(233)으로 구성된 아크 검출 기기의 자가 진단 장치는 일정한 광량값에 대응되는 자가 진단 신호를 광센서 장치(220)에 주기적으로 전송하고 광센서 장치(220)로부터 자가 진단 신호에 대응되는 광신호를 수신하여, 수신된 광신호에 대응되는 광량값의 변동을 통해 광센서 장치(220), 송신 케이블(231), 및 수신 케이블(233)의 이상 여부를 판단한다.
이상에서와 같이 상세한 설명과 도면을 통해 본 발명의 실시예를 개시하였다. 용어들은 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이며, 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 명세서로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
110, 210; 아크 검출 제어기
120, 220; 광센서 장치
130; 케이블
211; 광신호 전송부
213; 광신호 수신부
215; 프로세서
217; 메모리
221; 광신호 수신부
225; 광신호 전송부
231; 송신 광케이블
233; 수신 광케이블
251; 아크
253; 아크 신호
271; 자가 진단 광신호
2710; 기준 자가 진단 광신호
273; 피드백 자가 진단 광신호
501; 전력계통의 교류전압
5011, 5012, 5013, 5014; 자가 진단 광신호

Claims (13)

  1. 초기 셋팅 모드에서, 기준 자가 진단 광신호를 생성하는 프로세서,
    송신 광케이블을 통해 광센서 장치로 상기 기준 자가 진단 광신호를 전송하는 제 1 광신호 전송부,
    상기 전송된 기준 자가 진단 광신호를 상기 광센서 장치가 센싱하여 상기 기준 자가 진단 광신호에 대응되는 기준 광신호를 수신 광케이블을 통해 수신하는 제 1 광신호 수신부,
    진단 모드에서, 상기 프로세서는 상기 기준 자가 진단 광신호를 생성한 동일한 조건 하에서 자가 진단 광신호를 주기적으로 생성하여 상기 광신호 전송부를 통해 상기 광센서 장치에 상기 송신 광케이블을 통해 전송하고,
    상기 광센서 장치에서 상기 전송된 자가 진단 광신호를 센싱하여 상기 자가 진단 광신호에 대응되는 광신호를 상기 제 1 광신호 수신부를 통해 수신하고,
    상기 프로세서는 상기 기준 광신호와 상기 자가 진단 광신호에 대응되는 상기 광신호를 비교하여 상기 광센서 장치, 상기 송신 광케이블 및 상기 수신 광케이블의 이상 여부를 판정하는 아크 검출 제어기;
    상기 아크 검출 제어기로부터 전송되는 상기 자가 진단 광신호를 수신하는 제 2 광신호 수신부,
    상기 수신된 자가 진단 광신호 혹은 전력기기에서 발생하는 아크를 센싱하는 광센서, 및
    상기 수신한 자가 진단 광신호에 대응되는 광신호를 상기 아크 검출 제어기에 전송하는 제 2 광신호 전송부를 포함하는 상기 광센서 장치;
    상기 제 1 광신호 전송부와 상기 제 2 광신호 수신부를 연결하는 상기 송신 광케이블; 및
    상기 제 1 광신호 수신부와 상기 제 2 광신호 전송부를 연결하는 상기 수신 광케이블을 포함하는 것을 특징으로 하는 아크 검출 기기 자가 진단 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 아크 검출 제어기는 상기 제 1 광신호 수신부에서 수신한 상기 기준 광신호에 대응되는 광량값에 대응되는 기준 자가 진단 데이터를 저장하는 메모리를 더 포함하는 상기 아크 검출 기기 자가 진단 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 프로세서가 상기 기준 광신호와 상기 자가 진단 광신호에 대응되는 광신호를 비교하는 것은,
    상기 프로세서가 상기 수신한 자가 진단 광신호에 대응되는 광신호의 광량값에 대응되는 자가 진단 데이터와 상기 저장된 기준 자가 진단 데이터를 비교하는 것을 포함하는, 아크 검출 기기 자가 진단 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 프로세서가 상기 수신한 자가 진단 광신호에 대응되는 광신호의 광량값에 대응되는 자가 진단 데이터와 상기 저장된 기준 자가 진단 데이터를 비교하는 것은,
    상기 프로세서가 상기 자가 진단 데이터와 상기 기준 자가 진단 데이터 간 소정의 값 이상 차이가 있는지를 판단하는 것을 포함하고,
    상기 프로세서가 상기 광센서 장치, 상기 송신 광케이블 및 상기 수신 광케이블의 이상 여부를 판정하는 것은,
    상기 자가 진단 데이터와 상기 기준 자가 진단 데이터 간 소정의 값 이상 차이가 있으면 상기 광센서 장치, 상기 송신 광케이블 혹은 상기 수신 광케이블 중 어느 하나에 이상이 있다고 판정하는 것을 포함하는, 아크 검출 기기의 자가 진단 장치.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 아크 검출 제어기는 상기 기준 광신호에 대응되는 광량값을 AD 변환하여 상기 기준 자가 진단 데이터를 생성하는 AD 변환부를 더 포함하는, 아크 검출 기기의 자가 진단 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 AD 변환부는 상기 광신호에 대응되는 광량값을 AD 변환하여 상기 자가 진단 데이터를 생성하는 것을 특징으로 하는 아크 검출 기기의 자가 진단 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 프로세서가 주기적으로 상기 자가 진단 광신호를 생성하는 것은,
    상기 프로세서가 주기적으로 이벤트를 발생시키고, 상기 발생된 이벤트에 기초하여 상기 자가 진단 광신호를 생성하고, 상기 자가 진단 광신호를 생성하기 위해 광소자에 흐르는 전류값을 결정하고, 및
    상기 결정된 전류값이 상기 광소자에 흐르도록 제어하여 상기 자가 진단 광신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 아크 검출 기기 자가 진단 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 프로세서가 주기적으로 상기 자가 진단 광신호를 생성하는 것은,
    상기 프로세서가 주기적으로 이벤트를 발생시키고, 상기 발생된 이벤트에 기초하여 상기 자가 진단 광신호를 생성하고, 상기 자가 진단 광신호를 생성하기 위해 광소자에 인가되는 전압값을 결정하고, 및
    상기 결정된 전압값이 상기 광소자에 인가되도록 제어하여 상기 자가 진단 광신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 아크 검출 기기 자가 진단 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 프로세서가 상기 자가 진단 광신호를 생성하는 것은,
    상기 프로세서가 아크 신호와 구별되도록 상기 자가 진단 광신호를 소정의 시간 이상 듀티를 가지도록 상기 자가 진단 광신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 아크 검출 기기의 자가 진단 장치.
  10. 초기 셋팅 모드에서, 기준 자가 진단 광신호를 생성하는 단계;
    송신 광케이블을 통해 광센서 장치로 상기 기준 자가 진단 광신호를 전송하는 단계;
    상기 전송된 자가 진단 광신호를 상기 광센서 장치가 센싱하여 상기 기준 자가 진단 광신호에 대응되는 기준 광신호를 수신 광케이블을 통해 제 1 광신호 수신부에서 수신하는 단계;
    진단 모드에서, 자가 진단 광신호를 주기적으로 생성하여 광신호 전송부를 통해 상기 광센서 장치에 상기 송신 광케이블을 통해 전송하는 단계;
    상기 광센서 장치에서 상기 전송된 자가 진단 광신호를 센싱하여 상기 자가 진단 광신호에 대응되는 광신호를 상기 수신 광케이블을 통해 상기 제 1 광신호 수신부에서 수신하는 단계; 및
    상기 기준 광신호와 상기 자가 진단 광신호에 대응되는 광신호를 비교하여 상기 광센서 장치, 상기 송신 광케이블 및 상기 수신 광케이블의 이상 여부를 판정하는 단계를 포함하는 아크 검출 기기 자가 진단 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 진단 모드에서 상기 자가 진단 광신호를 주기적으로 생성하는 것은,
    상기 기준 자가 진단 광신호를 생성한 동일한 조건 하에서 상기 자가 진단 광신호를 주기적으로 생성하는 단계를 포함하는, 아크 검출 기기 자가 진단 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 전송된 자가 진단 광신호를 상기 광센서 장치가 센싱하여 상기 기준 자가 진단 광신호에 대응되는 상기 기준 광신호를 상기 수신 광케이블을 통해 상기 제 1 광신호 수신부에서 수신하는 단계 후에,
    상기 제 1 광신호 수신부에서 수신한 상기 기준 광신호에 대응되는 광량값에 대응되는 기준 자가 진단 데이터를 메모리에 저장하는 단계를 더 포함하고,
    상기 광센서 장치에서 상기 전송된 상기 자가 진단 광신호를 센싱하여 상기 자가 진단 광신호에 대응되는 상기 광신호를 상기 수신 광케이블을 통해 상기 제 1 광신호 수신부에서 수신하는 단계 후에,
    상기 수신한 상기 자가 진단 광신호에 대응되는 광신호에 대응되는 광량값에 대응되는 자가 진단 데이터를 메모리에 저장하는 단계를 더 포함하는 아크 검출 기기 자가 진단 방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 기준 광신호와 상기 자가 진단 광신호에 대응되는 광신호를 비교하는 것은
    상기 기준 자가 진단 데이터와 상기 자가 진단 데이터를 비교하는 것을 포함하는 아크 검출 기기 자가 진단 방법.
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