KR100380731B1 - 전력케이블표면절연취약부검출장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 CV케이블등 전력케이블의 차폐층이 누락되어 전력케이블의 표면에서 발생되는 누설전계를 검출함으로써, 제작결함이나 접속불량을 용이하게 찾아내고, 단말 접속부의 불평등 전계를 검출함으로서, 전계집중 완화를 위한 전계완화튜브(Stress Control Tube)의 불량시공개소를 용이하게 찾아내도록 한 전력케이블 표면 절연취약부 검출장치에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 케이블 차폐층의 누락이나 전계완화튜브(Stress Control Tube)의 시공불량을 방치하면 시간의 경과와 함께 절연이 파괴되어 계통사고를 야기하는 경우가 있는데, 본 발명에 의한 장치를 이용하여 전력케이블 주변의 전계 분포를 측정, 분석하면 전력케이블의 차폐층 누락 및 전계완화튜브(Stress Control Tube)의 시공불량을 찾아낼 수 있고, 사전에 이를 보완함으로서 전력 계통의 지락 및 단락사고를 방지할 수 있다.
Description
본 발명은 전력케이블 표면 절연취약부 검출장치에 관한 것으로, 특히 CV케이블등 전력케이블의 차폐층이 누락되어 전력케이블의 표면에서 발생되는 누설전계를 검출함으로써, 제작결함이나 접속불량을 용이하게 찾아내고, 단말 접속부의 불평등 전계를 검출함으로서, 전계집중 완화를 위한 전계완화튜브(Stress Control Tube)의 불량시공개소를 용이하게 찾아내도록 한 전력케이블 표면 절연취약부 검출장치에 관한 것이다.
일반적으로, 전력케이블은 전기설비에서 33kV이상의 대전력을 공급하는 경로로서, 사고시 미치는 파급영향이 대단히 크다. 도 1에 보인 바와 같이, 전력케이블의 동차폐층(3)은 절연물(2) 내부에 형성되는 전계의 분포와 세기를 균등히 하여 안정된 절연특성을 보장키 위해 설치된다.
그러나, 제작사(Maker)의 제작결함, 시공시 케이블(Cable)간 접속불량 등에 의해 동차폐층의 일부가 누락되면 그 부분에 전계가 밀집되고 이러한 전계의 밀집은 물리적으로 전기적 응력(Electrical Stress)이 그 부분에 집중된다는 의미로 이런 개소는 시간의 경과와 더불어 절연파괴 사고를 야기하게 된다.
통상, 케이블의 말단부는 차단기나 변압기의 터미널 등에 연결해야 하는데, 이러한 단말부위에서는 동차폐층(3)을 제거해야 하므로, 상기한 바와같은 균등전계가 형성되지 못하며 끊겨진 차폐층 부분에 전계가 집중되어 절연파괴 사고의 위험성이 상존하게 된다.
이에 따라 도 2에 도시된 바와같이, 케이블의 단말부 주변을 열수축 특성을 갖는 반도전체인 전계완화튜브(4)로 감싸주는데 이렇게 하면 잘라낸 동차폐층(3) 주변에 밀집되는 전계가 반도전층을 통해 밀집도가 완화되게 된다.
이러한 시공을 전계완화튜브(Stress Control Tube)를 이용한 단말처리 시공이라 하는데, 이는 매우 엄격한 시공기준을 준수해야만 효과적이 전계완화가 이루어지는 관계로, 이런류의 공사는 주로 전문가에 의해 시공이 실시되고 있으며, 이 시공작업이 잘못되면 전계밀도가 일정치 이내로 완화되지 못하고 시간의 경과에 따라서 이 부분의 절연파괴 사고를 야기한다.
이와같이, 전력케이블의 차폐층 누락개소 발견을 위한 종래의 방법으로는 차폐층이 누락된 지점의 임피던스가 다른 부분과 크게 다르다는 점을 이용해서 정밀한 임피던스 측정법과 펄스파 반향법등을 사용해 왔었다.
상기 임피던스 측정법은 정상 케이블이 가지는 임피던스값과 측정된 임피던스 값과의 비교로 정상여부를 판단하는 방법이고, 상기 펄스파 반향법은 케이블내 차폐층 누락개소에서의 임피던스 변화를 이용한 것으로, 케이블의 한쪽 끝에서 전압 펄스를 발생시켜 주입하고 이때부터 케이블내로부터 반향되는 펄스의 감지 시간을 측정하여 임피던스 변환부위를 찾아내는 방법이다.
종래 전력케이블에서 전계누설 개소의 확인은 도 3에 보인 바와같이 펄스파응답장치(50)를 사용하여 케이블 차폐층의 한쪽 끝에서 펄스(Pulse)파를 발생시켜 전달시키면 임피던스의 변화지점(차폐층 누락개소)에서 펄스파가 반향되는 특성을 활용하는 것으로, 그 반향되어 오는 시간을 분석하여 차폐층 누락개소를 확인하는 방법을 사용했다.
그러나, 이와같은 종래의 방법은 불량개소가 여러 개소가 있는 경우 정확한 판정이 어렵다는 문제점과 전력케이블이 통전중일 때는 실시할 수 없다는 문제점이 있는 것으로, 케이블이 통전중인 경우에는 적용할 수 없고, 전계완화튜브(Stress Control Tube)를 시공한 단말부에서 시공이 잘못되어 전계 불균등이 발생하는 경우는 확인이 불가능하다는 문제점이 있었던 것이다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 따라서, 본 발명의 목적은 통전중 전력케이블 표면에 분포되는 전계의 세기를 측정하여 누설되는 전계의 존재여부, 즉 차폐층 누락개소의 존재여부를 확인하며, 전계완화튜브(Stress Control Tube) 시공부에서 전계의 분포를 측정함으로서 시공불량개소 존재여부를 확인하기 위한 전력케이블 표면 절연취약부 검출장치를 제공하는데 있다.
도 1은 일반적인 전력케이블의 차폐층누락시 등전위선 분포도이다.
도 2는 종래 전계완화튜브(Stress Control Tube)시공 여부에 따른 전계분포도이다.
도 3은 종래 전력케이블의 차폐층누락개소를 찾는 방법을 보이는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 전력케이블 표면 절연취약부 검출장치 및 전계센서모듈의 설치 및 사용상태를 보이는 구성도이다.
도 5는 도 4의 전력케이블 표면 절연취약부 검출장치의 전체 구성도이다.
도 6은 도 5의 전력케이블 표면 절연취약부 검출장치의 상세 구성도이다.
도 7은 본 발명에 따른 화면표시부에 표시되는 전계분포도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 도체 2 : 절연물
3 : 동차폐층 3a : 차폐층누락개소
4 : 전계완화튜브 5 : 단자
6 : 절연테이프 10 : 전력케이블
100 : 검출장치 110 : 마이크로프로세서
120 : 디코더 130 : 전압/광변환부
140 : 센서모듈 150 : 광/전압변환부
160 : 아날로그-멀티플렉서 170 : A/D변환부
180 : 화면표시부
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 기술적인 수단으로써, 본 발명의 장치는 전력케이블 표면의 절연취약부 검출장치에 있어서, 상기 검출장치의 전체동작을 제어하고 입출력되는 데이터 및 신호를 처리하며, 후단의 특정 전압/광변환기 및 광/전압변환기를 각각 선택하는 선택신호를 출력하는 이크로프로세서; 후단의 전압/광변환부에 포함된 다수의 전압/광변환기 중 상기 마이크로프로세서로부터 출력되는 선택신호에 해당하는 전압/광변환기의 구동신호를 출력하는 디코더(decoder); 상기 디코더의 구동신호에 따라 동작되어 상기 디코더로부터 출력되는 구동신호를 광으로 변환하여 출력하는 다수개의 전압/광변환기를 포함하는 전압/광변환부;
상기 전압/광변환부에 포함된 다수의 전압/광변환기와 각각 광섬유케이블로 연결되며, 상기 전압/광변환기로부터 변환되어 출력되는 광을 검출대상의 전력케이블로 입사시킨 후 전계세기에 대응되는 반사광을 후단의 상기 광/전압변환부에 포함된 다수의 해당 광/전압변환기로 각각 출력하는 다수의 전계센서를 포함하는 센서모듈; 상기 센서모듈의 해당 센서와 각각 광섬유케이블로 연결되며, 상기 센서로부터 출력되는 광신호를 입력으로 받아 전압으로 각각 변환하는 광/전압변환기를 다수개 포함하는 광/전압 변환부;
상기 마이크로프로세서의 제어에 따라 광/전압 변환부에 포함된 다수의 광/전압변환기의 출력신호 중 하나의 출력신호를 선택하는 아날로그-멀티플렉서(analog multiplexer); 상기 아날로그-멀티플렉서에 의해 선택된 아날로그 신호를 디지탈데이타로 변환하는 AD변환부; 상기 마이크로프로세서의 제어에 따라 검출된 데이타에 기초하여 상기 센서모듈의 각 센서에 대응되는 검출전계세기를 화면으로 표시하는 화면표시부; 를 구비함을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 전력케이블 표면 절연취약부 검출장치에 대해서 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 전력케이블 표면 절연취약부 검출장치 및 전계센서모듈의 설치 및 사용상태를 보이는 구성도로서, 도 4를 참조하면, 센서어레이모듈(Sensor Array Module), 즉 센서모듈은 광전계센서 10개정도를 지지대를 이용하여 1cm정도의 간격으로 10cm 구간에 걸쳐 취부하여 구성하고, 전력케이블의 표면 절연취약부를 검출하기 위해서는 상기 센서모듈을 전력케이블의 측면 표면에 접촉시킨다.
도 5는 도 4의 전력케이블 표면 절연취약부 검출장치의 전체 구성도로서, 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 전력케이블 표면 절연취약부 검출장치는 검출장치의 전체동작을 제어하고 입출력되는 데이터 및 신호를 처리하고, 후단의 특정 전압/광변환기 및 광/전압변환기를 각각 선택하는 선택신호를 출력하는 마이크로프로세서(110)와, 상기한 후단의 전압/광변혼부에 포함된 다수의 전압/광변환기 중 상기 마이크로프로세서(110)로부터 출력되는 선택신호에 해당하는 전압/광변환기의 구동신호를 출력하는 디코더(decoder)(120)와, 상기 디코더(120)의 구동신호에 따라 동작되어 상기 디코더로부터 출력되는 구동신호를 광으로 변환하여 출력하는 다수의 전압/광변환기를 포함하는 전압/광변환부(130)와, 상기 전압/광변환부(130)에 포함된 다수의 전압/광변환기와 각각 광섬유케이블로 연결되며, 상기 전압/광변환기로부터 변환되어 출력되는 광을 검출대상의 전력케이블로 입사시킨후 전계세기에 대응되는 반사광을 후단의 광/전압변환부에 포함된 다수의 해당 광/전압변환기로 각각 출력하는 다수의 전계센서를 포함하는 센서모듈(140)과, 상기 센서모듈(140)의 해당 센서와 각각 광섬유케이블로 연결되며, 상기 센서로부터 출력되는 광을 입력으로 받아 전압으로 변환하는 광/전압변환기를 다수개 포함하는 광/전압 변환부(150)와, 상기 마이크로프로세서(110)의 제어에 따라 광/전압 변환부(150)에 포함된 다수의 광/전압변환기의 출력신호중 하나의 출력신호를 선택하는 아날로그-멀티플렉서(analog multiplexer)(160)와, 상기 아날로그-멀티플렉서(160)에 의해 선택된 아날로그 신호를 디지탈데이타로 변환하는 AD변환부(170)와, 상기 마이크로프로세서(110)의 제어에 따라 검출된 데이타에 기초하여 상기 센서모듈(140)의 각 센서에 대응되는 검출전계세기를 화면으로 표시하는 화면표시부(180)로 구성한다.
도 6은 도 5의 전력케이블 표면 절연취약부 검출장치의 상세 구성도이며, 도 6은 본 발명의 장치에 대한 바람직한 실시예를 보여주는 것으로, 도 6을 참조하여 본 발명에 따른 장치의 상세한 구성은 다음과 같다.
상기 마이크로프로세서(110)는 본 발병의 프로그램을 저장하고 있는 롬(ROM)과, 동작수행에 필요한 데이타와 수행중의 데이타를 저장하는 램(RAM)과, 상기 램에 저장된 프로그램에 따라 해당 장치로 칩선택(CS)신호와 어드레스(ADD)신호를 출력하여 해당 장치의 동작을 제어하는 중앙처리장치(CPU) 및 팔(PAL)등으로 구성하며, 상기 중앙처리장치(CPU)는 상기 A/D변환부(170)로부터의 데이타를 전계값으로 환산하고, 이 환산된 전계값을 해당 센서위치별로 구분하여 화면표시부로의 출력을 제어한다.
상기 디코더(120)는 상기 마이크로프로세서(110)의 칩선택(CS)신호에 의해 동작을 개시하고, 어드레스(ADD)신호에 따라 상기 전압/광변환부(130)의 해당 전압/광변환기로 구동신호를 출력하는 전압/광변환기 선택기이다.
상기 전압/광변환부(130)는 상기 센서모듈(140)에 포함된 센서의 개수에 대응되는 전압/광변환기를 포함하는데, 상기 각 전압/광변환기는 상기 디코더(120)의 구동신호에 의해 턴온되는 트랜지스터(TR)와, 바이어스 저항(R5,R6) 및 상기 트랜지스터의 턴온동작시 발광동작을 수행하는 발광다이오드(LED), 즉 포토에미터모듈(photo emitter module)로 구성한다.
상기 센서모듈(140)은 대략 10개 정도의 센서가 대략 1cm간격으로 10cm에 걸쳐 일렬로 취부된 모듈로 구성되는데, 상기 각 센서는 상기 전압/광변환부(130)의 전압/광변환기와 상기 광/전압변압부(150)의 광/전압변환기에 각각 일대일로 접속하여 구성한다.
상기 광/전압 변환부(150)는 상기 센서모듈(140)의 각 센서에 일대일로 접속되는 다수개의 광/전압변환기를 포함하는데, 상기 각 광/전압변환기는 광섬유케이블을 통해 전송되는 광을 소정의 전기신호로 변환시키는 포토트랜지스터모듈(photo transistor module)과, 이 변환된 전기신호를 증폭시키는 연산증폭기(op-amp)와, 각종 저항 및 일정크기이상의 전기신호를 차단하는 제너다이오드(zennor diode)로 구성된다.
상기 아날로그-멀티플렉서(160)는 상기 마이크로프로세서(110)의 칩선택(CS)신호에 의해서 동작하여 상기 마이크로프로세서(110)의 어드레스(ADD)신호에 따라 상기 광/전압변환부(150)의 출력신호를 선택하여 상기 A/D변환부(170)로 제공하는 기능을 수행하는 광/전압변환부의 출력신호 선택기이다.
도 7은 본 발명에 따른 화면표시부에 표시되는 전계분포도로서, 본 발명에 따라 화면표시부에 표시되는 센서별 전계세기를 그래프형태로 보여주고 있다.
이와같이 구성된 본 발명의 장치에 따른 동작을 첨부도면에 의거하여 하기에 상세히 설명한다.
본 발명은 전력케이블이 포설된 전 길이에 따라 차폐층이 누락된 개소를 찾는 기능과 전력케이블 말단의 부하기기 접속개소의 단말처리부에서 발생하는 불균등 밀집전계를 찾는 기능을 가지는데, 이러한 기능을 수행하기 위해 구성된 장치의 내부 신호의 흐름과 작동상황은 다음과 같다.
먼저, 도 5를 참조하면, 마이크로프로세서(110)에서 전압/광변환부(130)에 포함된 해당 전압/광변환기의 선택신호를 디코더(120)로 출력하면, 상기 디코더(120)는 상기 마이크로프로세서(110)의 선택신호에 해당되는 전압/광변환부(130)의 전압/광변환기를 구동시키며, 상기 전압/광변환부(130)의 전압/광변환기는 상기 디코더(120)에 의해 선택구동되어 구동신호를 광신호로 변환한후 이 광신호를 광섬유케이블을 통해서 센서모듈(140)의 해당 센서로 제공한다.
도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 센서모듈(140)에는 대략 10개정도의 센서를 포함하고 있는데, 이 센서 각각에 대응하는 전압/광변환기가 다수개 전압/광변환부(130)에 포함되는데, 상기 전압/광변환부(130)의 전압/광변환기에 대한 동작을 선택하기 위해, 상기 마이크로프로세서(110)는 디코더(120)로 해당 어드레스(ADD)신호와 칩선택(CS)신호를 출력하며, 상기 디코더(120)는 칩선택(CS)신호에 의해 동작하여 상기 어드레스(ADD)신호에 해당하는 전압/광변환기로 구동신호를 출력함에 따라, 상기 전압/광변환부(130)의 해당 전압/광변환기가 동작하여 구동신호를 광으로 변환하며, 이 변환된 광은 광섬유케이블을 통해서 센서모듈(140)의 해당센서로 전송된다.
상기 전압/광변환부(130)의 구체적인 동작은, 상기 전압/광변환부(130)에 포함된 다수의 전압/광변환기는 스위칭기능을 수행하는 트랜지스터(Tr1)와 전류가 흐르면 광을 발생시키는 발광다이오드(LED)를 이용한 포토에미터모듈(photo emitter module)로 되어 있는데, 상기 트랜지스터의 베이스단으로 신호가 입력되면 이 트랜지스터가 도통되고 이에따라 컬렉터단의 발광다이오드로 전류가 흐르게 되어 광이 발생된다. 도 6에 도시된 저항(R5)은 포토에미터모듈(photo emitter module)에서 발생되는 광의 세기를 조정하는데, 저항이 크면 광이 약해지게 된다.
이렇게 발생된 일정세기의 광은 광섬유케이블을 통한후 센서모듈(140)의 해당 전계센서를 통과하면, 전계의 세기에 따라 변화된 세기를 가지는 광을 방출한다. 이 센서를 BOS센서라 하는데, BOS센서는 전계가 작용하지 않을 때는 입사된 빛에 아무런 영향을 미치지 않지만 전계가 있는 경우에는 입사된 빛을 굴절시켜 광의 세기를 약화시킨다. 광이 굴절되는 비율은 센서부에 인가되는 전계의 세기에 비례하는데, BOS 단결정은 빛의 굴절율이 전계의 세기에 따라 변화하며, 이 특성을 포켈스효과라 한다.
상기한 광전계 효과를 이용하는 센서는 전자유도의 영향이 없다는 장점이 있는 반면 기계적 공진때문에 수〔MHz〕이상의 고주파에서는 적용이 곤란하다. 본 발명은 상용60〔Hz〕전원에 적용하므로 이러한 주파수 제한 영향은 받지 않는다. 광전계 센서를 통과하면서 그 세기가 변화된 광은 광섬유케이블을 통해서광/전압변환부(150)의 해당 광/전압변환기로 전송되는데, 이 광/전압변환기에서 광은 소정의 전기신호로 변환되는데, 이 작용은 도 6에 도시한 수광소자인 포토트랜지스터 모듈에 의해 이루어진다.
도 6을 참조하면, 광의 세기가 큰 경우에 있어서, 포토트랜지스터는 저항이 낮아지는 효과를 가지며 광의 세기가 약한 경우 저항이 높아지는 효과를 가지는데, 결과적으로 강한 전계내에 광전계 센서가 놓인 경우 광의 굴절률이 커지고 광의 세기가 약해지므로, 포토트랜지스터의 출력 전압은 높아지게 되는 것이다.
상기 포토트랜지스터 모듈의 출력신호는 연산증폭기(op-amp)와 저항으로 구성된 증폭단에서 에러성분이 제거되고 적절한 크기의 전압으로 증폭되는데, 도 6에 도시된 가변저항(VR2)은 포토트랜지스터 모듈의 출력이 가지는 DC 오프셋의 크기를 조정하는 역할을 담당하고, 또한 가변저항(VR1)은 오프셋이 조정된 전압 신호를 원하는 크기로 만들기 위한 증폭률을 결정하는 역할을 담당한다. 그리고 제너다이오드(ZD1,ZD2)는 일정이상 크기의 전압 신호가 출력되는 것을 방지하기 위함이다. 도 5를 참조하면, 각 광/전압변환기의 출력을 모두 아날로그-멀티플렉서(anaolg multiplexer)(160)의 입력으로 연결된다.
도 6을 참조하면, 아날로그-멀티플렉서(160)는 마이크로프로세서(110)에서 출력하는 어드레스(ADD)신호와 칩선택(CS)신호를 받아 해당되는 입력을 출력단자(AOUT)를 통해 출력한다. 이 아날로그-멀티플렉서(160)에 의해 선택된 신호는 다시 A/D변환부(170)로 입력되는데, 상기 A/D변환부(170)는 마이크로프로세서(110)가 입력받을 수 있는 디지탈값으로 변환하는 역할을 한다. 도 6에서 보면마이크로프로세서(110)에서 출력되는 칩선택(CS)신호를 받아 동작하여 입력단자(AIN)로 입력되는 아날로그신호를 출력단자(DOUT)를 통해 디지탈값으로 출력한다. 상기 A/D변환부(170)의 출력은 마이크로프로세서(110)로 입력되고 본 발명에 따른 연산에 의해 전계의 세기가 수치값으로 구해진다.
위에서 설명한 과정은 센서모듈(140)에 포함된 각 광전계센서에 대해 모두 실행되고, 상기 센서모듈에 있는 각 센서에 대해서 순차적으로 실행된다. 이렇게 구해진 각 센서부위의 전계값들은 모니터등의 화면표시부(180)를 통해 도 7에 도시한 바와같이 그래프로 표시한다.
결국 마이크로프로세서에서 구동센서를 선택하고 이 센서가 취부된 위치의 전계 세기를 전압으로 입력받아 전계값으로 변환하고, 이 전계값은 연결된 화면표시부를 통해 출력하여 사용자에게 보여주는 총체적 역할을 담당한다.
한편, 전력케이블 주변에 분포되는 전계의 세기는 케이블에 충전된 전압등급(3, 3, 6, 6, 11, 12kV)에 따라 각각 그 값을 달리한다. 그러나 동차폐가 제대로 실시된 케이블에서는 누설되는 전계가 없기 때문에 전계의 값이 출력되는 경우 불량으로 판정할 수 있다. 그리고 단말처리부의 경우 완화된 전계밀도 분포를 가지는데, 한쪽부위에 전계 밀집도가 높거나 불균등 밀집분포를 보이면 불량으로 판정할 수 있다. 이러한 판정을 위해 각 광전계 센서에서 측정되는 전계값들은 화면표시부를 통해 그래프로 표현함으로서 사용자가 전력케이블의 정상여부를 판단할 수 있게 되는 것이다.
도 4는 단말 처리부의 이상여부 측정을 나타낸 것인데 센서모듈의 접촉위치는 단말이 시작되는 곳에서부터 10cm까지로 한다. 이렇게 센서어레이모듈(Sensor Array Module)을 이용해서 측정한 전계값을 출력화면에 나타낸 바와같이 그래프로 나타내어 분석하면 케이블 단말처리부에서 어떻게 전계가 집중되고 있는지 쉽게 판독되고, 단말 처리부의 정상여부를 쉽게 판정할 수 있다.
또한, 도 4는 단말처리부의 진단을 나타낸 것이고 케이블의 측면 차폐층 누락개소도 같은 방법으로 찾아진다. 전력케이블의 측면을 따라 전계의 분포를 분석함으로서 차폐층 누락개소의 존재여부가 판독되는데 정상 케이블의 경우 전계의 세기가 균등해야 되므로 전계의 세기가 변화되는 부분이 있으면 차폐층 누락이 있다고 판단하게 된다.
다른한편, 도 7은 도 4에 나타낸 발명장치의 사용방법에서 출력화면에 나타나는 그래프의 모양을, 차폐층 누락개소 측정시와 단말 처리부 측정시의 진단 결과로 예시한 것이다. 전력케이블이 정상인 경우, 즉 차폐층 누락개소가 없는 테이블의 경우, 전계값은 일정한 분포를 보이나 비정상의 경우, 즉 차폐층 누락개소가 있는 경우에는 전계분포가 주변 정상부위에 비해 높아지는 방향으로 변화한다. 본 발명장치의 화면표시부에는 도 7에 나타낸 것같이 전계값이 그래프로 표시된다. 전력케이블 단말 처리부의 경우에는, 정상적인 경우 지점에 따라 점차적인 전계변화를 나타내는데, 비정상인 경우, 즉 불량시공의 경우 전계변화가 도 7에 나타낸 바와같이 들쑥날쑥하게 나타난다.
그런데, 전력케이블 주위에 분포되는 전계는, 통전되는 전압이 교류인 관계로, 60Hz의 주파수로 변화된다. 그러므로 본 발명장치에서 순간적으로 측정되는 전계값은, 동일 전력케이블, 동일 지점을 대상으로 측정하더라도 측정시마다 값을 달리한다. 전력케이블에서 발생하는 전계가 정현파 교류이기 때문에 한주기, 즉 16.7ms동안 +최대값에서 -최대값까지 변화하기 때문인데, 본 장치는 한 센서에 대해 한 주기동안 일정시간 간격으로 100회 측정하여 그 값의 RMS치를 구하여 보이도록 한다. RMS값을 구하는 방법은 다음과 같다.
먼저, 마이크로 프로세서에서 각 센서로 전압/광변환기를 통하여 일정 광 출력을 발생시켜 보낸다. 이때 발생광은 발광다이오드(LED)를 이용해서 만들고, 구형파의 신호지속 시간은 정현파의 1주기인 16.7ms동안 유지시킨다. 센서에 입력된 광은 센서부에 인가된 전계의 세기에 따라 편광률을 달리하여 출력되는데 전계가 높을수록 편광되는 양이 커진다. 광/전압 변환기의 출력 전압은 전계가 높을수록 높아진다. 이 광/전압 변환기의 전압 출력을 A/D변환부에서 16.7ms동안 100번을 읽어들여 그 값들의 RMS값(전체값들을 제곱하여 더한 다음 평방근을 취한 값)을 구한다.
정상적으로 단말처리가 실시된 경우에는 각 센서부위의 전계의 크기는 전압종별에 따라 다소 차이는 있지만, 처음 3~4개 부위는 신호는 거의 일정하고 케이블(Cable) 본체쪽에서 접속부측으로 가면서 점차 약해져야 하며 중간에 전계의 세기가 더 커지는 부분이 존재하면 접속불량이 된 것이다. 이런 경우는 표준시공방법에서 규정한 동차폐층의 절단길이를 규정대로 지키지 않은 경우이거나 전계완화튜브(Stress Control Tube)의 재질이 이상인 경우이며, 또한 전압별, 위치별 신호표준은 정상적으로 시공된 케이블에서 측정하여 보정할 수 있다.
이러한 시공불량 및 재질불량에 의해 전계의 균등분포가 상실되게 되면 시간의 경과에 따라 절연파괴 사고로 이어지게 되고 이 부분의 절연파괴는 단락사고 등 대형, 파급사고를 유발할 가능성이 대단히 높아지게 된다. 단말처리 부위의 길이는 실내에서 22kV의 경우 40cm에 이르지만 시공불량에 의한 전계집중부는 10cm 이내에 존재하기 때문에 그보다 바깥쪽에 대해서는 측정할 필요가 없다. 현재 이러한 부분에 대해서는 시공시 작업자의 주의만 강조될 뿐 공사후 측정방법은 사용되지 않고 있다.
도 7에 보인 것처럼 모니터에는 측정개소별로 정상과 이상시의 출력패턴이 달라진다. 먼저 차폐층 누락개소의 측정시에는, 차폐층이 누락된 개소가 없어서 케이블 표면의 모든 지점에서 전계가 출력되지 않는 경우 전계의 대표 값은 모든 센서에서 균일한 전계를 가진다. 만일 어느 지점에 차폐층이 누락되어 그 부분에서 전계가 감지되는 경우에는 정상부위의 균등분포값에 비해 높은 값을 나타내는 부분이 출력되며 이 경우는 불량케이블로 판정된다.
또한 단말처리부 측정시에는 전계의 분포가 처음에는 거의 균등하다가 단말부로 갈수록 점차 약해져야 하므로 정상시의 출력은 도 7에 나타낸 것과 같이 점차적으로 변화하는 양상이 되고 단말처리 불량에 의해 전계의 불균등분포가 이루어지는 경우는 들쑥날쑥한 그래프를 나타내게 된다. 단말처리부 판정은 진술한 내용으로 충분하지만 좀더 정량적인 데이타가 요구될 경우에는 정상적인 단말처리 케이블에서 측정을 실시하여 그 때의 그래프 모양 또는 측정 값을 기록해두고 실제 측정시 양부 판단 자료로 사용할 수 있다.
상기한 바와같이, 전력케이블에서, 즉 케이블 차폐층의 누락이나전계완화튜브(Stress Control Tube)의 시공불량을 방치하면 시간의 경과와 함께 절연이 파괴되어 계통사고를 야기하는 경우가 있는데, 본 발명에 의한 장치를 이용하여 전력케이블 주변의 전계 분포를 측정, 분석하면 전력케이블의 차폐층 누락 및 전계완화튜브(Stress Control Tube)의 시공불량을 찾아낼 수 있고, 사전에 이를 보완함으로서 전력 계통의 지락 및 단락사고를 방지할 수 있다.
이상에서 설명한 바와같이 본 발명은 현재 전력계통의 근간을 이루고 있는 CV 케이블에서 제작불량에 의한 차폐층 누락개소의 존재여부와 전계완화튜브를 이용한 단말처리부를 불량개소의 존재여부를 통전상태에서 안전하고 정확하게 판단할 수 있게 되었으며, 이로서 전력케이블의 불량 및 절연파괴로 발생하는 지락, 단락 등의 대형 계통사고를 사전에 방지할 수 있는 효과를 가진다.
Claims (5)
- 전력케이블 표면의 절연취약부 검출장치에 있어서,상기 검출장치의 전체동작을 제어하고 입출력되는 데이터 및 신호를 처리하며, 후단의 특정 전압/광변환기 및 광/전압변환기를 각각 선택하는 선택신호를 출력하는 이크로프로세서(110);후단의 전압/광변환부에 포함된 다수의 전압/광변환기 중 상기 마이크로프로세서(110)로부터 출력되는 선택신호에 해당하는 전압/광변환기의 구동신호를 출력하는 디코더(decoder)(120);상기 디코더(120)의 구동신호에 따라 동작되어 상기 디코더로부터 출력되는 구동신호를 광으로 변환하여 출력하는 다수개의 전압/광변환기를 포함하는 전압/광변환부(130);상기 전압/광변환부(130)에 포함된 다수의 전압/광변환기와 각각 광섬유케이블로 연결되며, 상기 전압/광변환기로부터 변환되어 출력되는 광을 검출대상의 전력케이블로 입사시킨 후 전계세기에 대응되는 반사광을 후단의 상기 광/전압변환부에 포함된 다수의 해당 광/전압변환기로 각각 출력하는 다수의 전계센서를 포함하는 센서모듈(140);상기 센서모듈(140)의 해당 센서와 각각 광섬유케이블로 연결되며, 상기 센서로부터 출력되는 광을 입력으로 받아 전압으로 각각 변환하는 광/전압변환기를 다수개 포함하는 광/전압 변환부(150);상기 마이크로프로세서(110)의 제어에 따라 광/전압 변환부(150)에 포함된 다수의 광/전압변환기의 출력신호 중 하나의 출력신호를 선택하는 아날로그-멀티플렉서(analog multiplexer)(160);상기 아날로그-멀티플렉서(160)에 의해 선택된 아날로그 신호를 디지탈데이타로 변환하는 AD변환부(170);상기 마이크로프로세서(110)의 제어에 따라 검출된 데이타에 기초하여 상기 센서모듈(140)의 각 센서에 대응되는 검출전계세기를 화면으로 표시하는 화면표시부(180); 를 구비함을 특징으로 하는 전력케이블 표면 절연취약부 검출장치.
- 제1항에 있어서, 상기 마이크로프로세서(110)는 소정의 프로그램을 저장하고 있는 롬(ROM)과, 동작수행에 필요한 데이타와 수행중의 데이타를 저장하는 램(RAM)과, 상기 램에 저장된 프로그램에 따라 해당 장치로 칩선택(CS)신호와 어드레스(ADD)신호를 출력하여 해당 장치의 동작을 제어함과 동시에 상기 A/D변환부(170)로부터의 데이타를 전계값으로 환산하고, 이 환산된 전계값을 해당 센서위치별로 구분하여 화면표시부로의 출력을 제어하는 중앙처리장치(CPU) 및 팔(PAL)로 구성함을 특징으로 하는 전력케이블 표면 절연취약부 검출장치.
- 제1항에 있어서, 상기 전압/광변환부(130)는 상기 센서모듈(140)에 포함된 센서의 개수에 대응되는 전압/광변환기를 포함하는데, 상기 각 전압/광변환기는 상기 디코더(120)의 구동신호에 의해 턴온되는 트랜지스터(TR)와, 바이어스 저항(R5,R6) 및 상기 트랜지스터의 턴온동작시 발광동작을 수행하는 발광다이오드(LED), 즉 포토에미터모듈(photo emitter module)로 구성함을 특징으로 하는 전력케이블 표면 절연취약부 검출장치.
- 제1항에 있어서, 상기 센서모듈(140)은 대략 10개 정도의 센서가 대략 1cm간격으로 10cm에 걸쳐 일렬로 취부된 모듈로 구성되는데, 상기 각 센서는 상기 전압/광변환부(130)의 전압/광변환기와 상기 광/전압변압부(150)의 광/전압변환기에 각각 일대일로 접속하여 구성함을 특징으로 하는 전력케이블 표면 절연취약부 검출장치.
- 제1항에 있어서, 상기 광/전압 변환부(150)는 상기 센서모듈(140)의 각 센서에 일대일로 접속되는 다수개의 광/전압변환기를 포함하는데, 상기 각 광/전압변환기는 광섬유케이블을 통해 전송되는 광을 소정의 전기신호로 변환시키는 포토트랜지스터모듈(photo transistor module)과, 이 변환된 전기신호를 증폭시키는 연산증폭기(op-amp)와, 각종 저항 및 일정크기이상의 전기신호를 차단하는 제너다이오드(zennor diode)로 구성함을 특징으로 하는 전력케이블 표면 절연취약부 검출장치.
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