KR20030073347A - Method for condition monitoring of power cable using harmonics and system thereof - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A method and a system for monitoring a status of a power cable using a harmonic wave are provided to prevent the accident by monitoring the status change of the power cable using a specific harmonic wave among components of an AC(Alternating Current) frequency flowing on the power cable. CONSTITUTION: A microprocessor(10) controls operation of detecting and determining a degradation of a power cable. Current transformers detect phase currents of A, B, and C phases supplied to a load. A current signal output unit(20) outputs current signals detected by the current transformers. A harmonic wave filtering unit(30) filters a specific harmonic wave component of the current signals from the current signal output unit(20). An amplifying unit(40) amplifies the filtered current signals from the harmonic wave filtering unit(30). An A/D(Analog-to-Digital) convertor(50) converts the amplified analog signals from the amplifying unit(40) into digital signals to transmit them to the microprocessor(10). A display unit(60) displays a degradation status of the power cable under the control of the microprocessor(10). A memory(70) stores an operating program of the microprocessor(10) and data required for determining the degradation status. A comparing unit(80) compares with specific harmonic wave components of the power cable before and after the degradation under the control of the microprocessor(10).

Description

고조파를 이용한 전력케이블의 상태감시방법 및 시스템{METHOD FOR CONDITION MONITORING OF POWER CABLE USING HARMONICS AND SYSTEM THEREOF}Status monitoring method and system of power cable using harmonics {METHOD FOR CONDITION MONITORING OF POWER CABLE USING HARMONICS AND SYSTEM THEREOF}

본 발명은 전력케이블의 상태감시방법 및 그 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전력케이블에 흐르는 교류주파수의 성분중 특정 고조파 성분을 이용하여 열화에 의한 전력케이블의 상태 변화를 관찰하여 사고를 미연에 방지할 뿐만 아니라 전력케이블의 잔존 수명을 예측할 수 있는 고조파를 이용한 전력케이블의 상태감시방법 및 그 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a method and a system for monitoring a state of a power cable, and more particularly, by using a specific harmonic component among the components of an AC frequency flowing through the power cable, by monitoring a state change of the power cable due to deterioration, The present invention relates to a method and system for monitoring a state of a power cable using harmonics that can prevent and predict the remaining life of the power cable.

일반적으로, 발전소 특히, 원자력발전소의 인근 환경 및 기타요인으로 인해 열화가 발생되는데, 원자력발전소의 전력케이블이 장시간 물에 잠겨있을 경우, 나무모양의 현상이 이 전력케이블의 절연체에 발생하는데, 이와 같은 나무모양의 현상을 워터트리(Water Tree)라 한다. 이러한, 워터트리에 의해 전력케이블의 절연열화가 진전된다.In general, deterioration occurs due to the surrounding environment and other factors of power plants, especially nuclear power plants. When a power cable of a nuclear power plant is immersed in water for a long time, a tree-like phenomenon occurs in the insulation of the power cable. The phenomenon of tree shape is called water tree. This deterioration of the insulation of the power cable by the water tree.

종래에는, 전력케이블의 열화에 대한 여러 진단방법이 사용되어 왔으나, 그중에서 일반적으로 널리 알려진 방법은 전력케이블에 직류고압을 인가하여, 이때 절연체가 흐르는 직류전류를 검출하여 그 전류의 크기로 전력케이블의 절연열화를 진단했었다.Conventionally, various diagnostic methods for deterioration of a power cable have been used. Among them, a widely known method is to apply a DC high voltage to a power cable, and at this time, detect a DC current through which an insulator flows, and measure the power cable to the magnitude of the current. Diagnosed the insulation deterioration.

그러나, 이러한 종래의 방법은 직류고압을 전력케이블에 인가하기 위해, 정전을 시켜야만 했으며, 또한 별도의 직류고압공급장치가 필요했고, 특히 절연의 열화가 많이 진전된 경우에는, 인가된 직류고압으로 전력케이블이 파괴되는 문제점이 있었다. 또한, 전력케이블의 열화진단을 위한 시스템이 개발되지 않은 실정이었다.However, this conventional method requires a power failure in order to apply DC high voltage to the power cable, and also requires a separate DC high voltage supply device, and especially when the deterioration of insulation is advanced, power is applied to the applied DC high voltage. There was a problem that the cable is destroyed. In addition, a system for diagnosing degradation of power cables has not been developed.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은 전력케이블에 흐르는 전류중 특정 고조파 성분을 이용하여 열화에 의한 전력케이블의 상태 변화를 관찰하여 사고를 미연에 방지할 뿐만 아니라 전력케이블의 잔존 수명을 예측할 수 있는 고조파를 이용한 전력케이블의 상태감시방법을 제공하는데 있다.The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to observe the state change of the power cable due to deterioration by using a specific harmonic component of the current flowing in the power cable as well as to prevent accidents in advance. It is to provide a state monitoring method of a power cable using harmonics that can predict the remaining life of the power cable.

본 발명의 다른 목적은 열화전ㆍ후의 전력케이블에 흐르는 전류중 특정 고조파 성분을 필터링하여 비교판단함으로써, 전력케이블의 상태 변화를 관찰하여 사고를 미연에 방지할수 있는 고조파를 이용한 전력케이블의 상태감시시스템을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to monitor and compare the specific harmonic components of the current flowing through the power cable before and after deterioration, by monitoring the state of the power cable state monitoring system of power cables using harmonics that can prevent accidents in advance To provide.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고조파를 이용한 전력케이블의 상태감시방법을 설명하기 위해 진단회로를 나타낸 회로구성도1 is a circuit diagram illustrating a diagnostic circuit for explaining a state monitoring method of a power cable using harmonics according to an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 고조파를 이용한 전력케이블의 상태감시방법을 설명하기 위한 전체적인 흐름도2 is an overall flowchart illustrating a state monitoring method of a power cable using harmonics according to an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 제 1케이블(AA')의 열화전과 30년 열화 후 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform : FFT) 분석결과를 비교한 도면3 is a view comparing fast Fourier transform (FFT) analysis results before and after 30 years of degradation of a first cable AA ′ according to an embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제 1케이블(AA')의 제 3고조파 분석결과를 나타낸 도면4 is a view showing a third harmonic analysis result of the first cable (AA ') according to an embodiment of the present invention

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 제 2케이블(BB')의 열화전과 30년 열화 후 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform : FFT) 분석결과를 비교한 도면5 is a view comparing fast Fourier transform (FFT) analysis results before and after 30 years of degradation of the second cable (BB ′) according to an embodiment of the present invention;

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 제 1케이블(AA') 및 제 2케이블(BB')의 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform : FFT) 분석중 제 3고조파만을 추출한 결과를 나타낸 도면FIG. 6 is a diagram illustrating a result of extracting only third harmonics during fast Fourier transform (FFT) analysis of a first cable AA ′ and a second cable BB ′ according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 제 1케이블(AA')의 고속 푸리에 변환(FastFourier Transform : FFT) 분석결과를 나타낸 도면FIG. 7 is a diagram illustrating a fast Fourier transform (FFT) analysis result of a first cable AA ′ according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 제 2케이블(BB')의 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform : FFT) 분석결과를 나타낸 도면FIG. 8 is a diagram illustrating a fast Fourier transform (FFT) analysis result of a second cable BB ′ according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 고조파를 이용한 전력케이블의 상태감시방법을 적용하기 위한 시스템 구성도9 is a system configuration diagram for applying a state monitoring method of a power cable using harmonics according to an embodiment of the present invention.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 전력케이블의 열화에 대한 상태 감시방법에 있어서, 상기 열화전ㆍ후 전력케이블의 전류신호를 검출하는 단계; 상기 검출된 전류신호중 제 N고조파 성분의 전류신호를 필터링하는 단계; 상기 필터링된 제 N고조파 성분의 전류신호를 증폭시키는 단계; 상기 증폭된 열화전ㆍ후 전력케이블의 제 N고조파 성분에 대한 전류신호가 동일한가를 비교판단하는 단계; 상기 비교판단단계에서 열화전ㆍ후 전력케이블의 제 N고조파 성분에 대한 전류신호 함유량이 서로 다를 경우, 전류신호의 변화량에 따라 전력케이블의 열화 정도를 판별하는 단계; 및 상기 비교판단단계에서 열화전ㆍ후 전력케이블의 제 N고조파 성분에 대한 전류신호 함유량이 서로 같을 경우, 전력케이블에 열화가 발생하지 않았거나, 아주 미약한 열화의 진행을 판별하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.(단, N=n+1, n=0,1,2,3,···)In order to achieve the above object, the present invention provides a state monitoring method for deterioration of a power cable, comprising: detecting a current signal of the power cable before and after deterioration; Filtering a current signal of an Nth harmonic component among the detected current signals; Amplifying the current signal of the filtered Nth harmonic component; Comparing and judging whether a current signal corresponding to an Nth harmonic component of the amplified deteriorated power cable is the same; Determining the degree of deterioration of the power cable according to the change amount of the current signal when the current signal content of the Nth harmonic component of the power cable before and after deterioration is different in the comparison determination step; And when the current signal contents of the Nth harmonic components of the power cable before and after deterioration are the same in the comparison determination step, determining that the power cable is not deteriorated or that the deterioration of the power cable is very weak. (N = n + 1, n = 0,1,2,3, ...)

바람직하게는, 상기 제 N고조파 성분은 제 3고조파로 이루어진다.Preferably, the Nth harmonic component consists of third harmonics.

바람직하게는, 상기 필터링된 제 N고조파 성분의 전류신호를 증폭시키는 단계와 상기 증폭된 열화전ㆍ후 전력케이블의 제 N고조파 성분에 대한 전류신호가 동일한가를 비교판단하는 단계사이에는, 상기 증폭된 제 N고조파 성분의 전류신호를 출력 및 저장시키는 단계를 더 포함하여 이루어진다.Preferably, the step of amplifying the current signal of the filtered Nth harmonic component and comparing the current signal for the Nth harmonic component of the amplified deterioration power cable before and after the comparison, the amplified And outputting and storing a current signal of the Nth harmonic component.

그리고, 전력케이블의 열화에 대한 상태 감시시스템에 있어서, 전력케이블의 열화를 검출하고 판별하는 전체동작을 제어하는 마이컴; 부하로 공급되는 A, B, C 각 상의 상전류를 검출하는 전류트랜스; 상기 전류트랜스에서 검출된 전류신호를 출력하는 전류신호 출력부; 상기 전류신호 출력부의 출력신호를 특정 고조파성분을필터링 하는 고조파 필터부; 상기 고조파 필터부로부터 필터링 된 출력신호를 증폭하는 증폭부; 상기 증폭부로부터 출력된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 마이컴에 입력시키는 A/D변환기; 상기 마이컴의 제어에 따라 전력케이블의 열화상태를 표시하는 표시부; 상기 마이컴의 동작프로그램을 저장함과 아울러 열화판정에 필요한 데이터들을 저장하고 있는 메모리부; 상기 마이컴의 제어에 따라 열화전ㆍ후 전력케이블의 특정 고조파성분을 비교하기 위한 비교부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.In addition, the state monitoring system for the degradation of the power cable, comprising: a microcomputer for controlling the overall operation of detecting and determining the degradation of the power cable; A current transformer for detecting phase currents of A, B, and C phases supplied to the load; A current signal output unit for outputting a current signal detected by the current transformer; A harmonic filter for filtering a specific harmonic component of the output signal of the current signal output unit; An amplifier for amplifying the output signal filtered from the harmonic filter; An A / D converter for converting an analog signal output from the amplifier into a digital signal and inputting it to a microcomputer; A display unit displaying a deterioration state of a power cable according to the control of the microcomputer; A memory unit which stores the operation program of the microcomputer and stores data for deterioration determination; And a comparison unit for comparing specific harmonic components of the power cable before and after deterioration under the control of the microcomputer.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니고, 단지 예시로 제시된 것이다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. This embodiment is not intended to limit the scope of the invention, but is presented by way of example only.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고조파를 이용한 전력케이블의 상태감시방법을 설명하기 위해 진단회로를 나타낸 회로구성도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 고조파를 이용한 전력케이블의 상태감시방법을 설명하기 위한 전체적인 흐름도로서, 본 발명에 따른 전력케이블의 상태감시방법을 설명하기 위해 도 1에 도시된 바와 같이 실험을 위한 진단회로를 구성하게 되었다.1 is a circuit diagram illustrating a diagnostic circuit for explaining a state monitoring method of a power cable using harmonics according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a state monitoring of a power cable using a harmonic according to an embodiment of the present invention As a general flow chart for explaining the method, to explain the state monitoring method of the power cable according to the present invention has been configured a diagnostic circuit for the experiment as shown in FIG.

즉, 진단회로의 전원(1)은 상용전원인 110/220[V]를 사용하였고, 회로의 안정도를 위하여 전원측에 누전차단기(Leakage circuit Breaker : ELB)를 설치하였으며, 여기서 이용되어진 누전차단기(ELB)는 과부하시나 누전시 동작하는 차단기이다. 상기 진단회로에서 전체 회로를 구성하고 있는 부분은 600[V] 미만에 이용되는절연케이블을 이용하였으며, 상기 진단회로는 제 1케이블(AA')와 제 2케이블(BB')등 각 가속열화시험에 의해 열화 되어진 케이블을 교체하여 시험할 수 있도록 구성하였다.본 진단회로에서 이용되어진 부하는 고조파를 발생시키지 않는 전등부하(2)를 이용하였으며, 진단회로에 흐르는 전류의 주파수를 취득하기 위하여 변류기(Current Transformer : CT)를 회로에 연결하였다. 상기 변류기(CT)의 사용 용도는 진단회로에 흐르는 전류가 너무 크기 때문에 데이터를 취득하기 위한 데이터 취득장치(3)의 직접적인 사용이 부적절하기 때문이다. 여기서, 데이터 취득장치(3)를 이용하여 취득되어진 데이터는 시간에 따른 전류의 크기로 ASCII 코드 형태로 저장되어진다. 이렇게 저장되어진 데이터분석(4)은 수치해석 프로그램으로 널리 알려진 매트랩(Matlab)을 이용하였다.In other words, the power supply 1 of the diagnostic circuit was 110/220 [V], which is a commercial power supply, and a leakage circuit breaker (ELB) was installed on the power supply side for stability of the circuit. ) Is a circuit breaker that operates during overload or short circuit. In the diagnostic circuit, a part of the entire circuit was used with an insulated cable used for less than 600 [V], and the diagnostic circuit used each of the accelerated degradation tests such as the first cable AA 'and the second cable BB'. The load deteriorated by the test circuit was configured to be tested. The load used in the diagnosis circuit used a light load (2) which does not generate harmonics. Current Transformer (CT) was connected to the circuit. The use of the current transformer CT is because the direct current of the data acquisition device 3 for acquiring data is inappropriate because the current flowing through the diagnostic circuit is too large. Here, the data acquired using the data acquisition device 3 is stored in the form of ASCII code in the magnitude of the current over time. The data analysis thus stored (4) used Matlab, which is widely known as a numerical analysis program.

본 발명의 주파수 분석을 이용한 전력케이블의 상태감시 방법에 있어 먼저, 실험에 이용되어질 케이블의 등가수명을 산정하기 위해 아레니우스(Arrhenius) 법칙을 이용하였다. 상기 아레니우스 법칙은 전력케이블의 등가 수명을 예측하는 방법으로서 온도가 8∼10℃ 상승하면 수명이 반감된다는 10℃ 반감법칙을 이용하여 초기의 수명을 예측하고, 그 후 반응 속도식에 의한 아레니우스 식을 적용하게 된다. 아레니우스 식은 물질의 반응속도는 온도가 높아질 때 화학적 반응이 빨라짐을 나타내는 것으로 활성화 에너지를 발견하기 위해 사용되어지기도 하며, 절연체의 온도와 사용기간에 따른 등가 수명을 예측하는데 일반적으로 이용되어지는 방법이다. 상기 아레니우스 식은 비율 상수 k와 온도 T의 관계로 표현할 수 있다.In the state monitoring method of the power cable using the frequency analysis of the present invention, first, the Arrhenius law was used to calculate the equivalent life of the cable to be used in the experiment. The Arennius law is a method for estimating the equivalent life span of a power cable, and predicts the initial life using the 10 ° C half-life law that the life is halved when the temperature rises from 8 to 10 ° C. Lenius's expression is applied. The Arrhenius equation indicates that the reaction rate of a material is a faster chemical reaction at higher temperatures, which can be used to detect activation energy and is commonly used to predict the equivalent lifetime over temperature and service life of an insulator. to be. The Arrhenius equation can be expressed by the relationship between the ratio constant k and the temperature T.

따라서, 다음 (식 1)의 양변에 로그를 취하면, (식 2)과 같이 전개할 수 있다.Therefore, if logarithms are taken at both sides of the following (formula 1), it can develop like (formula 2).

---------------------------------------- (식 1) ---------------------------------------- (Equation 1)

------------------------ (식 2) ------------------------ (Equation 2)

여기서,Tser는 사용온도[K]이고, Tage는 가속열화온도[K]이고, tser는 Tser에서의 사용수명[h]이며, tage는 Tage에서의 가속노화시간[h]이며, Ea는 활성화 에너지[eV]이며, kB는 볼츠만(Boltzman) 상수(8.617×10-5[eV] )이다.Where T ser is the service temperature [K], T age is the accelerated degradation temperature [K], t ser is the service life [h] at T ser , and t age is the accelerated aging time [h] at T age Where E a is the activation energy [eV] and k B is the Boltzman constant (8.617 × 10 −5 [eV]).

그리고, 상기 활성화 에너지는 일반적으로 평형상태의 물질계가 다른 평형상태로 옮기는 도중에 두 가지 평형상태보다도 높은 위치에너지를 가진 상태를 경과해야 하는데, 이 위치에너지와 처음 평형상태의 최저에너지와의 차를 말한다. 이러한, 아레니우스 식에 적용한 케이블의 사용 온도는 60℃이며, 130℃에서 가속열화를 시키고, Ea는 1.35[eV]라고 가정하였을 때, 상기 (식 2)에 의해 아래의 [표 1]과 같은 등가수명에 따른 열화시간을 예측할 수 있다. 여기서, 활성화 에너지 Ea는 영광 3, 4호기 및 울진 3, 4호기 내환경 검증 시험 데이터(열)를 바탕으로 계산하였다. 본 발명에서는 30년, 40년, 50년, 60년, 70년 상당의 등가수명을 기준으로 하기 위해 엑스엘피이(XLPE) 케이블 시료를 130[℃]에서 열화 시켰으며, [표 1]은 아레니우스 식을 이용하여 가속열화 등가수명을 예측한 결과이다.In addition, the activation energy generally has to pass a state having a higher potential energy than two equilibrium states during the transfer of the equilibrium material system to another equilibrium state, which is the difference between the potential energy and the lowest energy at the initial equilibrium . When the cable is applied to the Arrhenius equation, it is assumed that the operating temperature of the cable is 60 ° C., accelerated deterioration at 130 ° C., and E a is 1.35 [eV]. It is possible to predict the deterioration time according to the equivalent lifetime. Here, the activation energy E a was calculated based on the environmental verification test data (heat) of Glory 3 and 4 and Uljin 3 and 4. In the present invention, the XLPE cable samples were deteriorated at 130 [deg.] C in order to be based on equivalent lifespans of 30, 40, 50, 60, and 70 years. It is the result of predicting the accelerated deterioration equivalent life using the Uussian equation.

[표 1]TABLE 1

등가수명[year]Equivalent life [year] 10년10 years 20년20 years 30년30 years 40년40 years 50년50 years 60년60 years 70년70 years 열화시간[h]Degradation time [h] 24.744[h]24.744 [h] 49.4875[h]49.4875 [h] 74.2312[h]74.2312 [h] 98.975[h]98.975 [h] 123.719[h]123.719 [h] 148.462[h]148.462 [h] 173.206[h]173.206 [h]

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 고조파를 이용한 전력케이블의 상태감시방법은 먼저, 열화전ㆍ후 전력케이블의 전류신호를 변류기(CT)에 의해 검출하는 단계(S100)와; 상기 검출된 전류신호중 대역통과필터에 의해 제 3고조파를 필터링하는 단계(S200)와; 상기 필터링된 제 3고조파 성분의 전류신호를 증폭기에 의해 증폭시키는 단계(S300)와; 상기 증폭된 제 3고조파 성분의 전류신호를 출력 및 저장시키는 단계(S400)와; 상기 증폭된 열화전ㆍ후 전력케이블의 제 3고조파 성분의 전류신호가 동일한가를 비교판단하는 단계(S500)와; 상기 비교판단단계(S500)에서 열화 전ㆍ후 전력케이블의 제 3고조파 성분에 대한 전류신호 함유량이 서로 다를 경우, 전류신호의 변화값을 산출(S600)하여 전류신호의 변화량에 따라 전력케이블의 열화 정도를 나타내는 단계(S700)와; 상기 비교판단단계(S500)에서 열화 전ㆍ후 전력케이블의 제 3고조파 성분에 대한 전류신호 함유량이 서로 같을 경우, 전력케이블에 열화가 발생하지 않았거나, 아주 미약한 열화의 진행을 나타내는 단계(S800);를 포함하여 이루어진다.As shown in FIG. 2, the method for monitoring a state of a power cable using harmonics according to the present invention includes first detecting a current signal of a power cable before and after deterioration by a current transformer CT (S100); Filtering a third harmonic by a band pass filter among the detected current signals (S200); Amplifying the filtered current signal of the third harmonic component by an amplifier (S300); Outputting and storing a current signal of the amplified third harmonic component (S400); Comparing and determining whether the current signal of the third harmonic component of the amplified deteriorated power cable is the same (S500); When the current signal content of the third harmonic component of the power cable before and after deterioration is different in the comparison determination step (S500), the change value of the current signal is calculated (S600) to deteriorate the power cable according to the change amount of the current signal. Indicating a degree (S700); If the current signal content of the third harmonic component of the power cable before and after deterioration in the comparison determination step (S500) is the same, the deterioration of the power cable does not occur or indicates the progress of very slight deterioration (S800). It is made to include.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 제 1케이블(AA')의 열화전과 30년 열화 후 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform : FFT) 분석결과를 비교한 도면으로서, 여기서 이용되어진 데이터의 1주기당 샘플수는 834샘플(Sample)이며, 전체 데이터는 약 12주기 정도이고, 1샘플당 0.02[msec]의 시간을 갖는다. 또한, 본 실험에 이용되어진 전등부하(2)는 420[W]를 사용하였다. 시간 영역 분석만으로는 교류전류의 주파수 파형이 최고치에서 약간의 찌그러짐이 발견되었으나, 열화에 따라 그다지 크게 변화를 보이지 않았다. 이에 따라 주파수 영역분석을 위하여 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform : FFT)분석을 이용하였다. 데이터 분석결과에서 모두 0Hz의 성분이 존재하는데 이것은 직류 성분을 나타내는 것이며, 이렇게 직류 성분이 포함되는 이유는 본래의 전원에 직류성분이 포함되어 있기 때문이 아니라 데이터 추출기인 데이터 취득장치(3)에서 데이터를 추출하는 과정에 포함된 것이다.FIG. 3 is a diagram comparing fast Fourier transform (FFT) analysis results before and after 30 years of degradation of a first cable AA ′ according to an embodiment of the present invention. FIG. The number of samples is 834 samples, the total data is about 12 cycles, and has a time of 0.02 [msec] per sample. In addition, the light load 2 used in this experiment used 420 [W]. Time-domain analysis alone showed a slight distortion at the peak of the AC waveform, but did not change much with deterioration. Accordingly, fast Fourier transform (FFT) analysis was used for frequency domain analysis. In the data analysis results, there is a component of 0 Hz, which indicates a DC component. The reason for including the DC component is not because the DC component is included in the original power supply, but the data in the data acquisition device 3, which is a data extractor. It is included in the process of extracting.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제 1케이블(AA')의 제 3고조파 분석결과를 나타낸 도면으로서, 여기서 알 수 있듯이 열화 된 제 1케이블(AA')의 홀수 고조파 중 제 3고조파의 함유량만이 전력케이블의 열화가 진행 될수록 지수적으로 증가함을 보여주고 있고, 이러한 결과는 제 3고조파가 전력케이블의 열화의 진행과 어떠한 상관 관계가 있음을 알려 주는 것이다.4 is a view showing a third harmonic analysis result of the first cable (AA ') according to an embodiment of the present invention, the content of the third harmonic of the odd harmonics of the deteriorated first cable (AA') as shown here Only shows that the power cable deterioration increases exponentially, and this result indicates that the third harmonic has a correlation with the progress of the power cable deterioration.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 제 2케이블(BB')의 열화전과 30년 열화 후 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform : FFT) 분석결과를 비교한 도면으로서, 상기 제 2케이블(BB') 즉, 600[V] CV×3.5SQMM에 대한 시간 영역 분석과 주파수 영역 분석의 결과로 이용되어진 데이터의 1주기당 샘플수는 제 1케이블(AA')와 동일한 834샘플(Sample)이며, 상기 제 1케이블(AA')과 동일한 약 12주기와 1샘플당 0.02[msec]의 시간을 갖는다. 또한, 이밖에 실험에 관한 모든 조건은 상기 제 1케이블(AA')과 동일하게 적용되었다.FIG. 5 is a view comparing Fast Fourier Transform (FFT) analysis results before and after 30 years of deterioration of a second cable (BB ′) according to an embodiment of the present invention. That is, the number of samples per cycle of data used as a result of the time domain analysis and the frequency domain analysis for 600 [V] CV × 3.5SQMM is 834 samples equal to the first cable AA ′. It has about 12 cycles equal to one cable AA 'and a time of 0.02 [msec] per sample. In addition, all other conditions related to the experiment were applied in the same manner as the first cable AA '.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 제 1케이블(AA') 및 제 2케이블(BB')의 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform : FFT) 분석중 제 3고조파만을 추출한 결과를 나타낸 도면으로서, 각각 420[W]의 전등부하(2)에서 취득한 데이터 중 제 3고조파만을 선 그래프를 이용하여 나타낸 것이다. 여기서 알 수 있듯이 열화의 진행에 따라 일정한 증가를 보여주고 있으나, 각각의 케이블 특성에 따라 제 3고조파의 증가가 일정하지 않음을 알 수 있다.FIG. 6 is a diagram illustrating a result of extracting only third harmonics during fast Fourier transform (FFT) analysis of a first cable AA ′ and a second cable BB ′ according to an exemplary embodiment of the present invention. Only the third harmonic of the data acquired by the light load 2 of 420 [W] is shown using a line graph. As can be seen, it shows a constant increase as the deterioration progresses, but it can be seen that the increase of the third harmonic is not constant according to the characteristics of each cable.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 제 1케이블(AA')의 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform : FFT) 분석 결과를 나타낸 도면으로서, 부하용량 420[W]상태에서 제 1케이블(AA')에 함유된 전체 주파수 성분에 대하여 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform : FFT)을 한 것이다. 기본파를 제외한 나머지 고조파 중 제 3고조파를 제외한 고조파들은 열화가 됨에 따라 일정하게 증감하는 현상을 보여주지 않고 있다.FIG. 7 is a diagram illustrating a fast Fourier transform (FFT) analysis result of a first cable AA ′ according to an exemplary embodiment of the present invention. FIG. 7 is a view illustrating a first cable AA ′ under a load capacity of 420 [W]. Fast Fourier Transform (FFT) was performed on all frequency components contained in the. The harmonics except the third harmonic of the harmonics except the fundamental wave do not show the phenomenon of constantly increasing or decreasing as they deteriorate.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 제 2케이블(BB')의 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform : FFT) 분석결과를 나타낸 도면으로서, 부하용량 420[W]상태에서 제 2케이블(BB')에 함유된 전체 주파수 성분에 대하여 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform : FFT)을 한 것이다. 기본파를 제외한 나머지 고조파 중 제 3고조파를 제외한 고조파들은 열화가 됨에 따라 일정하게 증감하는 현상을 보여주지 않고 있다.FIG. 8 is a diagram illustrating a fast Fourier transform (FFT) analysis result of a second cable (BB ′) according to an embodiment of the present invention, wherein the second cable (BB ') at a load capacity of 420 [W] is shown. Fast Fourier Transform (FFT) was performed on all frequency components contained in the. The harmonics except the third harmonic of the harmonics except the fundamental wave do not show the phenomenon of constantly increasing or decreasing as they deteriorate.

이와 같이 주파수 분석을 이용한 상태감시 방법에 있어 바탕이 되는 이론은 전력케이블의 지속적인 열화 진행은 케이블에 흐르는 전류에 영향을 미친다는 것이며, 이러한 기본이론을 바탕으로 원자력발전소의 전력케이블이 시설된 배전 계통에적용 및 추정해보면 계통전압 및 전류 주파수의 왜형과의 관계는 다음과 같다.The theory underlying the state monitoring method using frequency analysis is that the continuous degradation of the power cable affects the current flowing through the cable. Based on this basic theory, the power distribution system equipped with the power cable of the nuclear power plant is installed. For application and estimation, the relationship between distortion of grid voltage and current frequency is as follows.

즉, 전원이 되는 계통전압이 기본파만으로 구성되어 있다고 가정하였을 때, 접지선에 흐르는 전류도 기본파만 존재하며, 전압 주파수는 접지선 전류의 주파수와 유사하게 된다. 이러한, 배전선의 전압은 일반적으로 고조파가 함유되어 있으며, 원자력발전소의 전력케이블은 일종의 콘덴서로 볼 수 있기 때문에 접지선에 흐르는 전류에는 고조파성분이 강조된다. 이와 같은 원리를 바탕으로 하여 운전중 기기의 절연체에 흐르는 교류전류를 검출하여 원자력발전소 전력케이블의 절연체 열화진단을 하는 방법을 도출해 낼 수 있다.In other words, assuming that the system voltage serving as the power source consists only of the fundamental wave, the current flowing through the ground line also exists only the fundamental wave, and the voltage frequency is similar to the frequency of the ground line current. Since the voltage of the distribution line generally contains harmonics, the power cable of the nuclear power plant can be seen as a kind of capacitor, so the harmonic component is emphasized in the current flowing through the ground line. Based on this principle, it is possible to derive a method for diagnosing insulation degradation of a power cable of a nuclear power plant by detecting an alternating current flowing through an insulator of a device during operation.

그리고, 전력케이블 절연체의 전류 특성이 비선형이고 각 열화의 진행도 전체적으로 비선형의 정도가 강한 경우에는 각 상의 절연체에 흐르는 교류전류의 주파수가 왜형 되어 기본파 성분 이외에도 3차, 5차, 7차등의 고조파 성분이 포함되며, 이러한 고조파 성분의 함유율은 열화의 진행에 따라 증가한다. 특히, 기본파를 비롯하여 포함되는 각 고조파 중에서 함유율이 가장 큰 제 3고조파 성분만으로 열화를 판정하는 경우에는 검출된 제 3고조파의 성분을 분석하여 최초에 포함되어져 있던 제 3고조파와 비교함으로서 열화의 진행도를 파악할 수 있게 된다.If the current characteristic of the power cable insulator is nonlinear and the progress of each deterioration is high, the overall nonlinearity is high, and the frequency of the alternating current flowing through the insulator of each phase becomes distorted. Components are included, and the content of such harmonic components increases with the progress of deterioration. In particular, when deterioration is determined only by the third harmonic component having the largest content among each harmonic including the fundamental wave, the deterioration progresses by analyzing the component of the detected third harmonic and comparing it with the third harmonic originally included. You can grasp the road.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 고조파를 이용한 전력케이블의 상태감시방법을 적용하기 위한 시스템 구성도로서, 전력케이블의 열화를 검출하고 판별하는 전체동작을 제어하는 마이컴(10)과, 부하로 공급되는 A, B, C 각 상의 상전류를 검출하는 전류트랜스()와, 전류트랜스()에서 검출된 전류신호를 출력하는 전류신호 출력부(20)와, 전류신호 출력부(20)의 출력신호를 특정 고조파성분을 필터링 하는 고조파 필터부(30)와, 상기 고조파 필터부(30)로부터 필터링 된 출력신호를 증폭하는 증폭부(40)와, 상기 증폭부(30)로부터 출력된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 마이컴(10)에 입력시키는 A/D변환기(50)와, 상기 마이컴(10)의 제어에 따라 전력케이블의 열화상태를 표시하는 표시부(60)와, 상기 마이컴(10)의 동작프로그램을 저장함과 아울러 열화판정에 필요한 데이터들을 저장하고 있는 메모리부(70)와, 상기 마이컴(10)의 제어에 따라 열화전ㆍ후 전력케이블의 특정 고조파성분을 비교하기 위한 비교부(80)를 포함하여 구성된다.9 is a system configuration diagram for applying a state monitoring method of a power cable using harmonics according to an embodiment of the present invention. The microcomputer 10 controls the overall operation of detecting and determining a degradation of the power cable, and a load path. Current transformer for detecting phase current of each of A, B, and C phases supplied ) And current transformer ( The current signal output unit 20 for outputting the current signal detected by the), the harmonic filter unit 30 for filtering a specific harmonic component of the output signal of the current signal output unit 20, and the harmonic filter unit 30 An amplification unit 40 for amplifying the output signal filtered from the A / D converter 50 for converting an analog signal output from the amplifying unit 30 into a digital signal and inputting it to the microcomputer 10, and the microcomputer. A display unit 60 for displaying the deterioration state of the power cable under the control of 10, a memory unit 70 storing the operation program of the microcomputer 10, and storing data necessary for the determination of deterioration; And a comparator 80 for comparing specific harmonic components of the power cable before and after deterioration under the control of the microcomputer 10.

이때, 상기 특정 고조파성분은 제 3고조파 성분으로 이루어짐이 바람직하다.In this case, the specific harmonic component is preferably made of a third harmonic component.

이와 같은 시스템을 구성하는 요소들은 일체로 내장시켜 휴대용 장치로서 구성될 수 있으며, 이러한 휴대용 장치는 전력케이블 상에서 자유로이 이동하며 열화정도를 판별할 수도 있게 된다.Elements constituting such a system may be integrated as a portable device, and the portable device may freely move on a power cable and determine the degree of deterioration.

따라서, 상기한 바와 같이 본 발명은 발전소의 전력케이블에 흐르는 전류중 열화가 진행됨에 따라 일정한 증감을 보여주는 특정 고조파를 이용하여 열화에 의한 전력케이블의 상태 변화를 관찰하여 사고를 미연에 방지할 수 있고, 전력케이블의 잔존 수명을 예측할 수 있으며, 하드웨어의 구현을 쉽고 용이하게 할 수 있는 이점이 있다.Therefore, as described above, the present invention can prevent the accident by observing the state change of the power cable due to the deterioration by using a specific harmonic showing a constant increase and decrease as the deterioration of the current flowing through the power cable of the power plant proceeds. In addition, the remaining life of the power cable can be predicted, and there is an advantage that it is easy and easy to implement the hardware.

상기에서는 본 발명에 따른 고조파를 이용한 원자력발전소 전력케이블의 상태감시방법 및 그 시스템에 대한 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명에 속한다.In the above description of the preferred embodiment of the method and system for monitoring the state of a nuclear power plant power cable using harmonics according to the present invention, the present invention is not limited thereto, but the claims and the detailed description of the invention and the accompanying drawings. It is possible to carry out various modifications within the scope of this also belongs to the present invention.

Claims (4)

전력케이블의 열화에 대한 상태 감시방법에 있어서,In the state monitoring method for deterioration of the power cable, 상기 열화전ㆍ후 전력케이블의 전류신호를 검출하는 단계;Detecting current signals of the power cable before and after degradation; 상기 검출된 전류신호중 제 N고조파 성분의 전류신호를 필터링하는 단계;Filtering a current signal of an Nth harmonic component among the detected current signals; 상기 필터링된 제 N고조파 성분의 전류신호를 증폭시키는 단계;Amplifying the current signal of the filtered Nth harmonic component; 상기 증폭된 열화전ㆍ후 전력케이블의 제 N고조파 성분에 대한 전류신호가 동일한가를 비교판단하는 단계;Comparing and judging whether a current signal corresponding to an Nth harmonic component of the amplified deteriorated power cable is the same; 상기 비교판단단계에서 열화전ㆍ후 전력케이블의 제 N고조파 성분에 대한 전류신호 함유량이 서로 다를 경우, 전류신호의 변화량에 따라 전력케이블의 열화 정도를 판별하는 단계; 및Determining the degree of deterioration of the power cable according to the change amount of the current signal when the current signal content of the Nth harmonic component of the power cable before and after deterioration is different in the comparison determination step; And 상기 비교판단단계에서 열화전ㆍ후 전력케이블의 제 3고조파 성분에 대한 전류신호 함유량이 서로 같을 경우, 전력케이블에 열화가 발생하지 않았거나, 아주 미약한 열화의 진행을 판별하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 고조파를 이용한 전력케이블의 상태감시방법.(단, N=n+1, n=0,1,2,3,···)If the current signal content of the third harmonic component of the power cable before and after deterioration in the comparison determination step is the same, the step of determining that the degradation of the power cable does not occur, or very weak deterioration A state monitoring method of a power cable using harmonics, wherein N = n + 1, n = 0, 1, 2, 3, ... 제 1항에 있어서, 상기 제 N고조파 성분은 제 3고조파인 것을 특징으로 하는 고조파를 이용한 전력케이블의 상태감시방법.The method of claim 1, wherein the N-th harmonic component is a third harmonic. 제 1항에 있어서, 상기 필터링된 제 N고조파 성분의 전류신호를 증폭시키는단계와 상기 증폭된 열화전ㆍ후 전력케이블의 제 N고조파 성분에 대한 전류신호가 동일한가를 비교판단하는 단계사이에는,The method according to claim 1, wherein the step of amplifying the current signal of the filtered Nth harmonic component and comparing the current signal with respect to the Nth harmonic component of the amplified pre- and post-deteriorated power cable are compared. 상기 증폭된 제 N고조파 성분의 전류신호를 출력 및 저장시키는 단계;를 더 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 고조파를 이용한 전력케이블의 상태감시방법.And outputting and storing the current signal of the amplified Nth harmonic component. 전력케이블의 열화에 대한 상태 감시시스템에 있어서,In the state monitoring system for deterioration of the power cable, 전력케이블의 열화를 검출하고 판별하는 전체동작을 제어하는 마이컴(10);A microcomputer 10 for controlling the overall operation of detecting and determining a deterioration of the power cable; 부하로 공급되는 A, B, C 각 상의 상전류를 검출하는 전류트랜스();Current transformer for detecting phase current of each of A, B, and C phases ); 상기 전류트랜스()에서 검출된 전류신호를 출력하는 전류신호 출력부(20);The current transformer ( A current signal output unit 20 for outputting a current signal detected by the second signal; 상기 전류신호 출력부(20)의 출력신호를 특정 고조파성분을 필터링 하는 고조파 필터부(30);A harmonic filter 30 for filtering a specific harmonic component from the output signal of the current signal output unit 20; 상기 고조파 필터부(30)로부터 필터링 된 출력신호를 증폭하는 증폭부(40);An amplifier 40 for amplifying the output signal filtered from the harmonic filter unit 30; 상기 증폭부(30)로부터 출력된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 마이컴(10)에 입력시키는 A/D변환기(50);An A / D converter 50 for converting the analog signal output from the amplifier 30 into a digital signal and inputting it to the microcomputer 10; 상기 마이컴(10)의 제어에 따라 전력케이블의 열화상태를 표시하는 표시부(60);A display unit 60 displaying a deterioration state of a power cable according to the control of the microcomputer 10; 상기 마이컴(10)의 동작프로그램을 저장함과 아울러 열화판정에 필요한 데이터들을 저장하고 있는 메모리부(70);A memory unit 70 storing an operation program of the microcomputer 10 and storing data necessary for deterioration determination; 상기 마이컴(10)의 제어에 따라 열화전ㆍ후 전력케이블의 특정 고조파성분을 비교하기 위한 비교부(80)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 고조파를 이용한 전력케이블의 상태감시시스템.And a comparator (80) for comparing specific harmonic components of the power cable before and after deterioration under the control of the microcomputer (10).
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