KR20040020270A

KR20040020270A - 지능형 절연열화센서

Info

Publication number: KR20040020270A
Application number: KR1020020051826A
Authority: KR
Inventors: 김이곤
Original assignee: 김이곤
Priority date: 2002-08-30
Filing date: 2002-08-30
Publication date: 2004-03-09

Abstract

본 발명은 고압전기설비의 절연부 절연열화상태를 감지하는 센서에 관한 것으로, 보다 자세하게는 절연체내의 부분방전으로부터 발생하는 초음파를 감지하고 초음파 현상의 동적 변화로부터 절연열화의 상태를 예지하는 지능성을 내장할 수 있는 모듈화된 지능형 절연열화센서에 관한 것이다.

본 발명의 지능형 절연열화센서는 절연체내의 부분방전으로부터 발생하는 초음파를 감지하고 초음파 현상의 동적 변화로부터 절연열화의 상태를 예지하는 지능성을 내장할 수 있는 센서신호모듈과 상기 센서신호모듈에서 취득, 분석된 신호를 중앙제어컴퓨터에 전송하거나 디스플레이어에 보내는 역할과 중앙제어컴퓨터에서 제공된 제어 기능을 수행하는 주마이크로프로세서 그리고 무선주파수 송수신통신모듈 및 기타 통신방법에 의하여 상기한 센서신호모듈과 주마이크로프로세서의 동작을 제어하고 이들로부터 보내온 데이터를 수합 관리하는 중앙제어컴퓨터로 이루어짐에 기술적 특징이 있다.

따라서, 본 발명의 지능형 절연열화센서는 각자의 독립된 환경에서 고유의 이력관리가 가능하고 장기간의 이력관리에 기초한 열화예측이 가능한 장점이 있고, 저비용 시스템이면서 공간적 제한이 없는 효율적 절연열화 모니터링 시스템을 구축할 수 있는 효과가 있다.

Description

지능형 절연열화센서{Intelligent Sensor for Insulation Degradation}

대형 전력용 전기설비의 경우는 부분방전 현상이 설비마다 다른 특징을 갖고 있으므로 개개의 설비와 센서의 설치 상태와 설치장소마다 고유의 이력관리를 독자적으로 관리하는 것이 열화상태 모니터링에 필수적이다.

절연체의 열화 형태는 여러 가지 요인에 의한다. 특히 주위의 온도, 습도, 기계적 진동 등의 직접적인 요인들이 있지만 그 중에서 직접적 요인인 내부 부분방전에 의한 열화현상이 가장 대표적인 요인이다. 부분방전으로부터 발생되는 현상으로는 빛, 소음방출, 전기적 에너지방출, 개스 등으로 대별된다.

종래의 절연열화센서의 구조는 센서와 신호취득 및 분석을 위한 메인 시스템으로 구성된 계측 시스템이다. 상기 시스템은 초음파 센서의 특성상 열화가 어느정도 진행된 후의 열화만을 검출할 수 있다. 그러므로 초기의 열화상태를 알 수 없게 된다. 또한, 종래의 센서에서는 열화 검출의 오진율을 상승시킨다.

특히, 부분방전 신호는 주파수영역이 100Khz이상 매우 높으므로 다수의 채널을 채용하는 계측시스템에서는 신호취득 능력에 따라 시스템의 비용이 대단히 높아진다. 그러므로 종래의 설비로서는 이러한 요구를 수용하기는 매우 어려우며 이러한 계측시스템의 경우는 현장 신호의 일시적 계측과 모니터링 시스템으로 구성하는 경우 환경적으로 제한이 많고 계측기의 가격이 높다는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 단점과 문제점을 해결하기 위한 것으로, 절연체내의 부분방전으로부터 발생하는 초음파를 감지하고 초음파 현상의 동적 변화로부터 절연열화의 상태를 예지하는 지능성을 내장할 수 있는 모듈화된 지능형 절연열화센서를 제공함에 있다.

산업설비의 대형화와 정밀화가 진행됨에 따라 에너지 설비의 대용량화와 전력의 고품질화는 필연적이다. 따라서 전력설비의 신뢰성확보는 산업안전 및 생산성향상에 절대적인 영향을 미친다. 그러므로 본 발명에서는 초음파발생 현상을 계측하여 열화에 관련된 정보를 제공함에 또 다른 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 지능형 절연열화센서의 블럭선도이다.

도 2는 도 1의 2~6의 센서신호모듈 세부도면이다.

도 3은 도 1에서 도 2의 센서모듈을 포함한 전체세부도면이다.

도 4는 본 발명에 따른 지능형 절연열화센서의 외부모형도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 초음파센서 2 : 프리엠프

3 : 필터 4 : 버퍼

5 : 아나로그-디지탈신호변환기 6 : 종속마이크로프로세서

7 : 주마이크로프로세서 8,9 : 무선주파수 송수신통신모듈

30,31 : 안테나 10 : 중앙제어컴퓨터

32 : 전원스위치 33 : 선택스위치

34 : 업스위치 35 : 다운스위치

36 : 엔터스위치 37 : 트리거스위치

38 : 필터스위치 39 : 통신선택스위치

40 : 디스플레이어 41 : 무선안테나

본 발명의 상기 목적은 소음을 계측하는 초음파센서, 미약한 센서신호를 증폭하는 전단 신호증폭기, 센서신호에서 불필요한 잡음 신호를 제거하는 필터, 필터링된 신호를 A/DC(아나로그-디지탈신호변환기)로 신호변환하기 위한 버퍼, 계측된 아날로그 신호를 마이크로프로세서의 디지털 입력신호로 변환하는 A/DC, 상기 신호를 분석하는 종속마이크로프로세서(센서신호모듈전용 마이크로프로세서), 중앙제어컴퓨터에서 제공된 제어 기능을 수행하는 주마이크로프로세서, 데이터를 수합 관리하는 중앙제어컴퓨터로 이루어진 지능형 절연열화센서에 의해 달성된다.

본 발명의 상기 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.

먼저, 도 1은 본 발명에 따른 지능형 절연열화센서의 블럭선도이다. 도 1과 같이 본 발명의 구성은 센서모듈 중심으로 부분방전이 발생하는 소음을 계측하는 초음파센서(1)와 미약한 센서신호를 증폭하는 전단 신호증폭기(2) 그리고 센서신호에서 불필요한 잡음 신호를 제거하는 필터(3), 필터링된 신호를 A/DC로 신호변환하기 위한 버퍼(4), 계측된 아날로그 신호를 마이크로프로세서의 디지털 입력신호로 변환하는 A/DC(5), 이들 신호를 분석하는 종속마이크로프로세서(6) 등으로 구성된 센서신호모듈과 센서신호모듈에서 취득, 분석된 신호를 중앙제어컴퓨터에 전송하거나 디스플레이어에 보내는 역할과 중앙제어 컴퓨터에서 제공된 제어 기능을 수행하는 주마이크로프로세서(7)로 구성된다. 무선주파수 송수신통신모듈(8)에 의하여 모든 센서모듈의 동작을 제어하고 이들로부터 보내온 데이터를 수합 관리하는 중앙제어컴퓨터(10)로 구성되어 있다.

도 1과 같이 본 발명의 실시예는 전기설비의 표면으로부터 내부에서 발생하는 부분방전으로 발생하는 소음을 초음파센서(1)을 통해 계측하고, 이 계측된 미약한 신호를 전단 신호증폭기(2)에서 10배, 100배, 1000배로 각각 증폭한다. 이렇게 증폭된 센서신호로부터 필터(3)를 이용하여 100Khz~300Khz대역의 신호만을 검출하여 다음 단으로 전송한다. 이렇게 필터링된 신호를 20Mhz이상의 고속 A/DC(5)을 이용하여 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한다.

신호 변환의 신뢰도를 높이기 위하여 전단에 버퍼(4)를 이용하였다. 이렇게 디지털화된 신호를 종속마이크로프로세서(6)을 이용하여 부분방전 신호로부터 부분방전 신호의 크기, 발생 위상, 발생수, 그리고 이들 데이터의 추이함수를 분석하고, 원시신호를 메모리에 관리한다. 주마이크로프로세서(7)는 분석된 신호를 중앙제어컴퓨터(10)에 전송하거나 디스플레이어(40)에 보내는 역할과 중앙제어컴퓨터에서 제공된 제어 기능을 수행하는 기능을 수행한다. 이때 주마이크로프로세서와 중앙제어컴퓨터간의 통신은 선택 가능하도록 하였지만 주로 무선주파수 송수신통신모듈(8,9)을 통해 모든 센서모듈의 동작을 제어하고 이들로부터 보내온 데이터를 수합 관리하는 통신을 수행한다.

도 2는 도 1의 센서신호모듈을 세밀하게 도시하였다. 그림에서 제일 왼편으로부터 프리엠프(Signal Pre-Amp)에서는 초음파 센서의 입력(아나로그신호)을 증폭한다. 이렇게 1차 증폭된 신호는 프로그램마블 증폭기(Programmable amplifier)에서 2차 증폭되고 이 증폭된 신호로부터 불필요한 신호를 밴드패스필터(B.P.F)에서 걸러 내고, 100~300Khz대의 신호만을 패스한다. 그리고 Comparator에서는 일정 크기 이상의 신호만을 통과시키기 위해 기준 신호와 비교하는 역할을 수행한다. 기준신호이상의 신호는 버퍼를 통해 A/D컨버터에 인가되고 이 신호는 컨버터를 통해 디지털 신호로 변환된다. 변환된 신호는 마이크로프로세서에 입력되고 이 값(data)은 순간 램에 저장된다. 마이크로프로세서는 증폭기의 동작과 필터의 동작을 제어하고 주마이크로프로세서와 통신으로 데이터를 전송하거나 제어신호를 받아 각각을 제어하는 역할을 한다.

도 3은 도 1에서 도 2의 센서모듈을 포함한 전체 세부도면으로서, 도 3에서 센서신호모듈(11,12,13,14)의 마이크로프로세서는 4개 모듈을 동시에 제어할 수 있다. DA 컨버터는 디지털신호를 아날로그 신호로 변환하는 역할을 하며 이 신호를 이용하여 제어신호를 생성한다. LCD는 지능형 센서 시스템의 동작 상태와 제어 기능의 동작상태를 표현해주는 모니터 기능을 수행한다. 키패드는 제어동작을 입력하고 동작상태를 지정하는 입력 기능을 수행한다. 트리거 전환기는 마이크로프로세서 및 기타 유닛의 동작을 제어한다.

트리거펄스 제너레이터(Trigger Pulse Generator)는 마이크로프로세서의 동작 신호의 생성역할을 수행한다. EPROM은 지능형 센서시스템의 초기동작조건을 기억하고있으며 시작 및 재 시작시 시스템의 동작조건을 설정한다. 마지막으로 Comm mode는 시스템의 외부 통신 방법(RF 또는 RS-232)을 결정하고 RF 모듈은 외부와 무선 주파수로 통신할 수 있는 유닛이다.

본 발명은 독립된 마이크로프로세서를 내장한 지능형 센서로 현장에 직접 설치가 가능하고, 각 센서신호모듈(11,12,13,14)은 각자의 종속마이크로프로세서로 신호를 분석하여 주마이크로프로세서를 통해 자체의 디스플레이어(40)나 유무선의 통신방법으로 중앙제어컴퓨터(10)와 정보를 공유하도록 구성하였다. 다수의 센서모듈과 중앙제어컴퓨터가 각 설비의 부분방전에 관련된 데이터를 공유하고, 또 각 센서모듈의 신호분석 방법 및 신호 취득 조건을 중앙제어컴퓨터에서 제어할 수 있도록 설계하였다.

또한, 각 센서신호모듈마다 독자적으로 신호처리용 마이크로프로세서와 통신및 제어용 마이크로프로세서를 따로 장착하였고 각 센서모듈마다 자신의 이력관리로 절연열화데이터의 변화형태를 감시하여 일정한 패턴을 벗어나는 경우 경보신호를 보낼 수 있도록 하는 지능성을 내장 할 수 있도록 하였다.

도 4는 본 발명에 따른 지능형 절연열화센서의 외형도로서, 파워스위치(32)는 센서의 메인 전원으로 스위치를 켜면 디스플레이 화면이 밝게 빛나면서 전원의 온상태를 확인해준다. 선택스위치(33)는 디스플레이어(40)에 뜬 증폭도, 필터링 범위, 트리거 레벨, 통신선택의 값을 선택하는 스위치이다. 업스위치(34)는 화면의 커서의 업 방향이동 스위치이고, 다운스위치(35)는 반대방향 이동 스위치이다. 엔터스위치(36)는 커서위치 메뉴의 선택을 행하는 스위치이며, 트리거 스위치(37)는 트리거 레벨을 결정하는 메뉴 스위치이다. 마찬가지 필터스위치(38),통신선택스위치(39)도 각각 필터와 통신모드 선택스위치이다. 디스플레이어(40)는 메뉴, 동작조건, 현재 계측정보 등을 화면에 디스플레이 한다. 도 4에서 뒷면에 나타났듯이 한 개의 센서장치마다 4개의 센서를 장착할 수 있도록 각 채널당 1개씩의 종속마이크로프로세서와 이들을 통합 관리하는 1개의 주마이크로프로세서를 내장하고 있다.

Claims

전기기기의 절연열화를 모니터링하는 지능형 절연열화센서로서,

절연체내의 부분방전으로부터 발생하는 초음파를 감지하고 초음파 현상의 동적 변화로부터 절연열화의 상태를 예지하는 지능성을 내장할 수 있는 센서신호모듈;

상기 센서신호모듈에서 취득, 분석된 신호를 중앙제어컴퓨터에 전송하거나 디스플레이어(40)에 보내는 역할과 중앙제어컴퓨터에서 제공된 제어 기능을 수행하는 주마이크로프로세서(7); 및

무선주파수 송수신통신모듈(8)에 의하여 모든 센서모듈의 동작을 제어하고 이들로부터 보내온 데이터를 수합 관리하는 중앙제어컴퓨터(10)

로 이루어짐을 특징으로 하는 지능형 절연열화센서.
제 1항에 있어서,

상기 센서신호모듈은 초음파센서(1), 전단신호증폭기(2), 필터(3), 버퍼(4), A/DC(5), 종속마이크로프로세서(6)로 이루어짐을 특징으로 하는 지능형 절연열화센서.
제 1항에 있어서,

상기 센서신호모듈은 신호처리용 마이크로프로세서와 통신 및 제어용 마이크로프로세서를 따로 장착하여 이루어짐을 특징으로 하는 지능형 절연열화센서.