KR100668952B1 - 활선 애자 시험기 - Google Patents

활선 애자 시험기 Download PDF

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KR100668952B1
KR100668952B1 KR1020050103416A KR20050103416A KR100668952B1 KR 100668952 B1 KR100668952 B1 KR 100668952B1 KR 1020050103416 A KR1020050103416 A KR 1020050103416A KR 20050103416 A KR20050103416 A KR 20050103416A KR 100668952 B1 KR100668952 B1 KR 100668952B1
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insulation
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조병학
송성일
신창훈
변승현
박준영
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최인혁
오창효
김원진
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한국전력공사
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    • H01B19/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing insulators or insulating bodies

Abstract

이 발명은 교류 바이패스 콘덴서의 영향을 최소화하여 시험 대상 애자의 기능을 유지하면서 로봇을 이용하여 활선 상태에서 애자의 양단에 걸리는 전압을 측정하여 불량 애자를 검출함으로써 원격으로 안전하고 신뢰성 높게 불량 애자를 검출하며, 시험 중 같은 애자련 상의 다른 애자에 걸리는 전압이 불필요하게 상승하는 것을 방지함으로써 섬락에 의해 애자련 전체의 절연이 파괴되는 위험을 방지하며, 절연저항 측정기를 탑재하고 자율적으로 이동할 수 있는 소형 자주식(自走式) 이동장치를 개발하여 애자련을 자동으로 이동하면서 절연저항을 측정함으로써 고소, 초고압 환경에서 실시되는 시험의 신뢰성과 작업의 편의성을 향상시키며, 시험 결과의 정확한 수치화와 효율적인 관리를 위해 절연저항 측정기와 원격측정기에 무선 데이터 송수신 방식을 채용하며, 측정대상 애자의 기능을 저해하지 않으면서 불량애자를 정확히 검출함으로써 국가 기간설비인 송배전 전력선로의 신뢰성을 제고함은 물론 작업의 능률을 향상시키고 작업자의 안전을 극대화하기 위한, 활선 애자 시험기에 관한 것으로서,
측정대상 애자의 분담전압을 유지시키면서 애자의 절연저항을 정확히 측정하는 애자 절연저항 측정기와, 로봇을 제어하기 위한 지능형 제어기와, 상기한 절연저항 측정기와 지능형 제어기를 탑재하고 이동하는 자벌레(inchworm) 형태를 갖는 다수의 관절로 구성된 이동기구를 갖는 자율 이동 로봇과, 자율 이동 로봇을 무선으로 원격제어하고 측정 데이터를 저장하는 기능을 갖는 로봇 원격제어 및 계측장 치를 포함하여 이루어진다.
지능형 제어기, 애자 절연저항 측정기, 로봇, 활선, 원격제어

Description

활선 애자 시험기{Live-line insulator testor}
도 1은 종래의 메거 방식을 이용한 활선 불량애자 검출기의 블럭 구성도이다.
도 2는 이 발명의 일실시예에 따른 활선 애자 시험기의 전체 구성도이다.
도 3은 이 발명의 일실시예에 따른 활선 애자 시험기의 사용상태도이다.
도 4는 이 발명의 일실시예에 따른 활선 애자 시험기의 애자 절연저항 측정기의 블럭 구성도이다.
도 5는 이 발명의 일실시예에 따른 활선 애자 시험기의 애자 절연저항 측정기의 교류 바이패스 콘덴서에 걸리는 전압을 설명하기 위한 등가회로도이다.
도 6은 이 발명의 일실시예에 따른 활선 애자 시험기의 애자 절연저항 측정기를 활선 애자에 접속하여 작업을 수행할 때의 등가회로도이다.
도 7은 이 발명의 일실시예에 따른 활선 애자 시험기의 애자 절연저항 측정기의 절연저항 검출회로의 회로 구성도이다.
도 8은 이 발명의 일실시예에 따른 활선 애자 시험기의 애자 절연저항 측정기의 증폭기의 회로 구성도이다.
도 9는 이 발명의 일실시예에 따른 활선 애자 시험기의 애자 절연저항 측정기의 필터의 주파수 응답을 도시한 보드 선도이다.
도 10은 이 발명의 일실시예에 따른 활선 애자 시험기의 필터에 유니트 스텝(Unit Step) 입력을 가하여 얻은 응답이다.
도 11은 이 발명의 일실시예에 따른 로봇의 기본자세와 좌표계를 나타낸 도면이다.
도 12는 이 발명의 일실시예에 따른 로봇의 DH 좌표계를 나타낸 도면이다.
도 13은 이 발명의 일실시예에 따른 로봇의 End-Effector의 위치와 방향을 나타낸 도면이다.
도 14는 이 발명의 일실시예에 따른 로봇의 (x0, y0) 평면에 수직으로 투영한 것을 나타낸 도면이다.
도 15는 이 발명의 일실시예에 따른 로봇의 (x'0, z0) 평면에 수직으로 투영한 것을 나타낸 도면이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 애자 절연저항 측정기 2 : 지능형 제어기
3 : 로봇 4 : 원격 제어 및 계측장치
이 발명은 전력 분야에 관한 것으로서, 좀더 세부적으로 말하자면 교류 바이패스 콘덴서의 영향을 최소화하여 시험 대상 애자의 기능을 유지하면서 로봇을 이용하여 활선 상태에서 애자의 양단에 걸리는 전압을 측정하여 불량 애자를 검출함 으로써 원격으로 안전하고 신뢰성 높게 불량 애자를 검출하며, 시험 중 같은 애자련 상의 다른 애자에 걸리는 전압이 불필요하게 상승하는 것을 방지함으로써 섬락에 의해 애자련 전체의 절연이 파괴되는 위험을 방지하며, 절연저항 측정기를 탑재하고 자율적으로 이동할 수 있는 소형 자주식(自走式) 이동장치를 개발하여 애자련을 자동으로 이동하면서 절연저항을 측정함으로써 고소, 초고압 환경에서 실시되는 시험의 신뢰성과 작업의 편의성을 향상시키며, 시험 결과의 정확한 수치화와 효율적인 관리를 위해 절연저항 측정기와 원격측정기에 무선 데이터 송수신 방식을 채용하며, 측정대상 애자의 기능을 저해하지 않으면서 불량애자를 정확히 검출함으로써 국가 기간설비인 송배전 전력선로의 신뢰성을 제고함은 물론 작업의 능률을 향상시키고 작업자의 안전을 극대화하기 위한, 활선 애자 시험기에 관한 것이다.
활선상태에서 불량애자를 검출하는 기술에는 분담전압 측정방식, 잡음전파 측정방식, 초음파 측정방식 등이 있다.
상기한 분담전압 측정방식은 애자에 걸리는 분담전압을 측정하여 불량애자를 검출하는 방식으로 전계식과 네온 램프식으로 나뉘어진다.
상기한 잡음전파 측정방식은 불량애자에서 발생하는 고주파(Radio Frequency) 잡음을 탐지하여 불량애자를 검출하는 방식이다.
상기한 초음파 측정방식은 불량애자에서 발생하는 초음파 발생개소를 탐지하여 불량애자를 검출하는 방식이다.
이들 방식 중에서는 분담전압 측정방식의 전계식이 일반적으로 사용되고 있으나, 불량애자 검출의 판별기준을 수치화하기가 어렵고, 애자 절연저항이 300MΩ 이상이면 출력에 큰 차이가 없는 등 신뢰성이 낮은 것으로 알려져 있다.
이에따라 활선 상태에서 절연저항을 직접 측정하는 메거(Megger) 방식이 개시된 바 있다.
도 1은 종래의 메거 방식을 이용한 활선 불량애자 검출기의 블럭 구성도이다. 도 1에 도시되어 있는 바와 같이 종래의 메거 방식을 이용한 활선 불량 애자 검출기는, 애자에 별도로 교류 바이패스 콘덴서를 접속한 상태에서 DC/DC 컨버터에서 발생하는 고전압을 애자에 인가하고 애자를 통과하는 직류 누설전류를 측정하고 있다.
이 방식에서는 측정 신호에 유입되는 교류 노이즈를 줄이기 위해 측정 대상 애자에 걸리는 교류전압을 줄이는 것이 바람직하므로 용량이 큰 교류 바이패스 콘덴서(Bypass Capacitor)를 채용하여야 한다.
그런데 이와 같이 측정대상 애자에 병렬로 교류 바이패스 콘덴서를 병렬로 접속하여 측정 대상 애자에 걸리는 교류 분담전압을 줄일 경우 애자의 교류 분담전압을 강제로 낮춤으로써 불필요하게 애자의 기능을 상실시키게 되어 같은 애자련에 있는 여타 애자의 분담전압이 상대적으로 상승하게 되므로, 애자련에 다수의 불량애자가 포함되어 있을 경우에는 시험 도중에 애자련 양단 사이에서 섬락이 발생하여 애자련 전체의 절연이 파괴되는 문제점이 있다.
그리고, 높은 장소에서 6m에 달하는 절연봉을 이용하여 작업을 수행하여야 하는 구조적인 취약성을 가지고 있어, 애자설비의 보호측면과 측정의 신뢰성 및 작업의 능률성 면에서 많은 문제점을 가지고 있다.
또한, 절연저항을 직접 측정하는 활선 메거(Megger) 방식은, 종래의 기술 중에서 가장 정확히 불량애자를 검출해 내는 방식이기는 하지만, 69kV 이상의 초고압에서는 사용이 제한되거나, 애자 절연저항 측정기가 로봇에 탑재되는 경우 로봇을 설치하기 위해 아킹혼을 제거해야하는 어려움이 따르고 있다.
본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 교류 바이패스 콘덴서의 영향을 최소화하여 시험 대상 애자의 기능을 유지하면서 로봇을 이용하여 활선 상태에서 애자의 양단에 걸리는 전압을 측정하여 불량 애자를 검출함으로써 원격으로 안전하고 신뢰성 높게 불량 애자를 검출하는, 활선 애자 시험기를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 애자의 절연저항과 정전용량을 크게 변화시키지 않으면서 애자의 절연저항을 정확히 측정하는 장치를 개발하여, 시험 중 같은 애자련 상의 다른 애자에 걸리는 전압이 불필요하게 상승하는 것을 방지함으로써 섬락에 의해 애자련 전체의 절연이 파괴되는 위험을 방지하는, 활선 애자 시험기를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 절연저항 측정기를 탑재하고 자율적으로 이동할 수 있는 소형 자주식(自走式) 이동장치를 개발하여 애자련을 자동으로 이동하면서 절연저항을 측정함으로써 고소, 초고압 환경에서 실시되는 시험의 신뢰성과 작업의 편의성을 향상시킨, 활선 애자 시험기를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 시험 결과의 정확한 수치화와 효율적인 관리를 위해 절연저항 측정기와 원격측정기에 무선 데이터 송수신 방식을 채용한, 활선 애자 시험기를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 측정대상 애자의 기능을 저해하지 않으면서 불량애자를 정확히 검출함으로써 국가 기간설비인 송배전 전력선로의 신뢰성을 제고함은 물론 작업의 능률을 향상시키고 작업자의 안전을 극대화하기 위한, 활선 애자 시험기를 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로서 이 발명의 구성은, 측정대상 애자의 분담전압을 유지시키면서 애자의 절연저항을 정확히 측정하는 애자 절연저항 측정기와, 로봇을 제어하기 위한 지능형 제어기와, 상기한 절연저항 측정기와 지능형 제어기를 탑재하고 이동하는 자벌레(inchworm) 형태를 갖는 다수의 관절로 구성된 이동기구를 갖는 자율 이동 로봇과, 자율 이동 로봇을 무선으로 원격제어하고 측정 데이터를 저장하는 기능을 갖는 로봇 원격제어 및 계측장치를 포함하여 이루어지며, 상기한 애자 절연저항 측정기의 구성은, 측정 신호선에 설치되는 한쌍의 고저항과, 상기한 한쌍의 고저항에 각각 직렬로 설치되는 한쌍의 관통형 콘덴서와, 상기한 한쌍의 고저항을 통해 측정대상 애자에 접속되는 교류 바이패스 콘덴서와, 절연저항을 검출하기 위한 검출회로와, 상기한 검출회로의 신호에 포함되어 있는 노이즈를 제거하기 위한 필터와, 상기한 필터의 신호를 증폭하여 출력하기 위한 증폭기와, 상기한 증폭기에 연결되어 있는 마이크로 컨트롤러와, 신호를 송신하기 위한 송신기와, 전원을 공급하기 위한 배터리와, 고압의 직류를 발생하기 위한 직류 고압발생기를 포함하여 이루어진다.
이하, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 이 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명하기로 한다. 이 발명의 목적, 작용, 효과를 포함하여 기타 다른 목적들, 특징점들, 그리고 동작상의 이점들이 바람직한 실시예의 설명에 의해 보다 명확해질 것이다.
참고로, 여기에서 개시되는 실시예는 여러가지 실시가능한 예중에서 당업자 의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 실시예를 선정하여 제시한 것일 뿐, 이 발명의 기술적 사상이 반드시 이 실시예에만 의해서 한정되거나 제한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 변화와 부가 및 변경이 가능함은 물론, 균등한 타의 실시예가 가능함을 밝혀 둔다.
도 2는 이 발명의 일실시예에 따른 활선 애자 시험기의 전체 구성도이고, 도 3은 이 발명의 일실시예에 따른 활선 애자 시험기의 사용상태도이다.
도 2 및 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 이 발명의 일실시예에 따른 활선 애자 시험기의 구성은, 측정대상 애자의 분담전압을 유지시키면서 애자의 절연저항을 정확히 측정하는 애자 절연저항 측정기(1)와, 로봇을 제어하기 위한 지능형 제어기(2)와, 상기한 애자 절연저항 측정기(1)와 지능형 제어기(2)를 탑재하고 이동하는 자벌레(inchworm) 형태를 갖는 다수의 관절로 구성된 이동기구를 갖는 자율 이동 로봇(3)과, 자율 이동 로봇을 무선으로 원격제어하고 측정 데이터를 저장하는 기능을 갖는 로봇 원격제어 및 계측장치(4)를 포함하여 이루어진다.
상기한 로봇(3)은 로봇링크(35)에 앵클 조인트(34)가 설치되고, 앵클 조인트(34)의 하부에 로봇 다리(33)가 설치되고, 로봇 다리(33)의 하부에 마그네틱 베이스(32)가 설치되고, 마그네틱 베이스(32)의 하부에 토우(31)가 설치되고, 로봇 링크(35)의 위에 결합봉 결합기구(36) 및 무선통신 안테나(37)가 각각 설치되는 구조로 이루어진다.
도 4는 이 발명의 일실시예에 따른 활선 애자 시험기의 애자 절연저항 측정기의 블럭 구성도이다.
도 4에 도시되어 있는 바와 같이 이 발명의 일실시예에 따른 활선 애자 시험기의 애자 절연저항 측정기(1)의 구성은, 측정 신호선에 설치되는 고저항(Rp1, Rp2)과, 고저항(Rp1, Rp2)에 설치되는 관통형 콘덴서(Feed Through Capacitor) (Cf1, Cf2)와, 고저항(Rp1, Rp2)을 통해 측정대상 애자에 접속되는 교류 바이패스 콘덴서(Cb)와, 절연저항을 검출하기 위한 검출회로(11)와, 상기한 검출회로(11)의 신호에 포함되어 있는 노이즈를 제거하기 위한 필터(12)와, 상기한 필터(12)의 신호를 증폭하여 출력하기 위한 증폭기(13)와, 상기한 증폭기(13)에 연결되어 있는 마이크로 컨트롤러(14)와, 신호를 송신하기 위한 송신기(15)와, 전원을 공급하기 위한 리튬이온 배터리(16)와, 고압의 직류를 발생하기 위한 직류 고압발생기(17)를 포함하여 이루어진다.
상기한 구성에 의한, 이 발명의 일실시예에 따른 활선 애자 시험기의 작용은 다음과 같다.
애자 절연저항 측정기(1)는 종래 기술이 채용하는 메거방식의 절연저항 측정기와 기능은 유사하지만, 측정대상 애자의 절연저항과 정전용량을 유지시켜 애자 본연의 기능을 확보하면서 절연저항을 측정한다는 점과, 초고압 누설전류로부터 섬세한 전자장치를 보호하는 회로를 채용하여 345kV급 이상의 선로에서도 사용이 가능하다는 점과, 소형/경량이라는 점에서 종래 기술의 제품과 차별화 된다.
상기한 애자 절연저항 측정기(1)에서는 교류 바이패스 콘덴서(Cb)가 고저항(Rp1, Rp2)을 통해 측정대상 애자에 접속되고, 상기한 고저항(Rp1, Rp2)은 애자의 절연기능을 유지시키도록 각각 150MΩ을 갖는데, 이러한 애자 절연저항 측정기(1)의 안전성 해석은 다음과 같다.
각각 150MΩ인 고저항(Rp1, Rp2)을 통해 교류 바이패스 콘덴서(Cb)에 측정대상 애자(5)를 접속할 경우 교류 바이패스 콘덴서(Cb)에 걸리는 전압 (Vcb)는 도 5에 보인 등가회로로부터 다음과 같이 계산된다.
Figure 112005062625088-pat00001
[1]
여기서, 교류 바이패스 콘덴서(Cb)의 임피던스(Xcb)는 1/j2fCbπ [Ω]이다. 주파수 f는 60 [Hz]이며, 교류 바이패스 콘덴서(Cb)의 정전용량을 비교적 작은 값인 0.01 [uF]로 하면 식 [1]로부터 다음의 결과를 얻는다.
Figure 112005062625088-pat00002
[2]
식 [2]에서 보는 바와 같이 애자의 분담전압은 고저항(Rp1, Rp2)을 통해 교류 바이패스 콘덴서(Cb)의 양단에서 대략 34만분의1로 감쇄되어 영향을 미치는 것을 알 수 있다.
따라서 애자의 분담전압을 크게 보아 30 [kV]로 가정할 경우 교류 바이패스 콘덴서(Cb)의 양단에는 0.088 [V]의 미소한 교류전압이 나타날 뿐이다.
또한, 애자 절연저항 측정기(1)에는 관통형 콘덴서(Feed Through Capacitor) (Cf1, Cf2)가 측정 신호선에 설치되는데 이들의 한쪽 단자는 전자회로를 감싸는 전자기 차폐체(Electromagnetic shield)에 접속되어 있다. 이들 관통형 콘덴서(Cf1, Cf2)는 애자 절연저항 측정기(1)가 절연봉 결합기구에 접속되어 사용될 경우에 애자 절연저항 측정기(1)의 전자회로에 유입되는 누설전류를 전자회로 외함(전자기 차폐 체)으로 우회시켜 전압 상승에 의한 전자회로의 고장을 방지하는 역할을 수행한다.
절연봉에 의해 애자 절연저항 측정기(1)를 활선 애자에 접속하여 작업을 수행할 때의 등가회로인 도 6에서 보인 바와 같이 절연봉은 최대 5uA까지의 누설전류를 허용하므로 애자 절연저항 측정기(1)의 내부의 전자회로에 걸리는 전압의 최대값은 다음의 식 [3]과 같이 계산된다.
Figure 112005062625088-pat00003
[3]
전자회로는 26.5[v]의 낮은 전압으로 플로트(Float)된 상태에서 동작되므로 회로 내부의 전자부품이 고전압으로 인해 파손되는 것이 방지된다.
애자 절연저항 측정기(1)의 절연저항 검출회로(11)를 구체적으로 도시하면 도 7과 같다.
도 7에 도시되어 있는 절연저항 검출회로(11)에 키르히호프(Kirchhoff)의 전류법칙을 적용하면 메거(Megger) 전압에 의해 측정 대상 애자를 흐르는 전류는 아래의 식 [4]와 같이 얻어진다.
Figure 112005062625088-pat00004
[4]
위의 식으로부터 미지의 애자 절연저항(Rx)은 다음의 식 [5]와 같이 얻어진다.
Figure 112005062625088-pat00005
[5]
여기에, 메거(Megger) 전압 Vm은 2,000[V]와 프로브(Probe) 저항 Rp1=Rp2= 150[MΩ] 및 검출저항 Rs= 250[kΩ]을 대입하면, 애자 절연저항(Rx)는 다음과 같다.
Figure 112005062625088-pat00006
[6]
그런데, 검출저항(Rs)을 통과하는 검출전류(is)에 의해 검출전압(Vs)은 다음의 식[7]과 같이 구해진다.
Figure 112005062625088-pat00007
[7]
상기 식[7]를 식[6]에 대입하면 검출전압(Vs)와 애자 절연저항(Rx)의 관계식은 아래와 같이 얻어진다.
Figure 112005062625088-pat00008
[8]
검출전압(Vs)의 범위(Range)를 알아보기 위해 식[8]로부터 다음의 식 [9]를 얻는다.
Figure 112005062625088-pat00009
[9]
상기한 식 [9]로부터, 애자 절연저항(Rx)= 0[Ω]일 때 검출전압(Vs) =1.665[V]가 되고, 애자 절연저항(Rx)= [Ω]이 되면 검출전압(Vs)= 0[V]가 되는 것을 알 수 있다.
그런데, 마이크로 컨트롤러(Micro Controller) (14)에 입력되는 측정전압의 범위는 0-5[V]이므로, 애자 절연저항(Rx)= 0[Ω]일 때 증폭된 검출전압(Vso)를 5[V]로 만들기 위해 증폭기(13)의 이득(Av)는 다음과 같이 설정된다.
Figure 112005062625088-pat00010
[10]
본 발명에 따른 애자 절연저항 측정기(1)에서는 애자의 분담전압을 유지시키므로 교류 바이패스 콘덴서(Cb)에는 교류전압(약 0.265[V])이 나타난다. 이 교류전압은 측정신호에 노이즈로 작용하므로 저역통과 필터(12)를 이용하여 제거된다.
연산 증폭기(OP Amp)를 이용하여 구현된 저역통과 필터(12)의 회로는 도 8에 도시되어 있는 바와 같다.
도 8에 도시되어 있는 저역통과 필터(12)의 회로에서 2단 저역 필터(2 stage low pass filter)(10Hz)의 회로의 첫 번째 단의 오피앰프(U1)에 회로이론을 적용하여 첫 번째 단의 저항(R201)의 앞쪽 리드에 걸린 전압을 Vs라 하고, 오피앰프(U1)의 출력을 V01이라고 하면 아래와 같은 식 [11]을 얻을 수 있다.
Figure 112005062625088-pat00011
[11]
위의 식에 C201=0.3[㎌], C020=0.15[㎌], R201=R202b=100[㏀]을 대입하면 다음의 식 [12]와 같이 된다.
Figure 112005062625088-pat00012
[12]
마찬가지로 도 8의 회로에서 2단 저역 통과 필터(2 stage low pass filter)(10Hz)의 회로의 두 번째 단의 오피앰프(U2A)에 회로이론을 적용하여, 오피앰프(U2A)의 출력을 V02라고 하면 아래와 같은 식 [13]을 얻을 수 있다.
Figure 112005062625088-pat00013
[13]
위의 식 [13]에 C205=0.3[㎌], C206=0.15[㎌], R203=R204=75[㏀]을 대입하면 다음의 식 [14]와 같이 된다.
Figure 112005062625088-pat00014
[14]
위의 두 식으로부터 Vs와 V02의 관계를 정리하면 다음 식과 같다.
Figure 112005062625088-pat00015
[15]
위의 식의 보드 선도를 도시하면 도 9와 같다. 도 9는 이 발명의 일실시예에 따른 활선 애자 시험기의 애자 절연저항 측정기의 필터의 주파수 응답을 도시한 보드 선도로서, 도 9의 보드 선도로부터 2단 저역통과필터(2 stage low pass filter)의 차단(cutoff) 주파수(fc)는 7.1418 [Hz]가 될 수 있음을 알 수가 있다.
상기 식 [15]로부터 이 필터의 극점(Pole)의 위치는 -44.4444 ±44.4444i와 -33.3333 ± 33.3333i으로 응답이 매우 안정됨을 알 수 있고, 도 9의 보드(Bode) 선도로부터 60Hz 노이즈의 크기(Amplitude)를 0.00043442 (-67.2419[dB])배로 줄일 수 있음을 볼 수 있다.
식 [15]에 보인 저역 통과 필터에 유니트 스텝(Unit Step) 입력을 가하여 얻 은 응답은 도 10과 같으며, 대략 0.3초 이후에는 안정되는 것을 볼 수 있다. 도 10은 이 발명의 일실시예에 따른 활선 애자 시험기의 필터에 유니트 스텝(Unit Step) 입력을 가하여 얻은 응답을 보여주는 도면이다.
본 발명에 의한 활선애자 시험기는 필요에 따라 애자 절연저항 측정기(1)를 분리하여 절연봉과 결합하여 수동으로 운전하거나, 도 2에 보인 바와 같이 5개의 관절을 갖는 자벌레(Inchworm) 형태의 소형 로봇(3)에 탑재시켜 작업을 수행할 수 있다.
본 발명에 따른 로봇(3)의 지능형 제어를 위해서는 역기구학(Inverse Kinematics)을 통해 절대좌표계(Cartesian Space)에서의 로봇의 위치와 자세를 각 관절의 회전각으로 표시하여야 한다. 본 발명에 의한 로봇(3)의 역기구학 해(Solution)는 아래와 같은 일련의 과정을 통해 얻어진다.
먼저, 로봇(3)이 도 11에 보인 바와 같은 자세를 취할 때 가장 안정적이므로, 이 자세를 로봇(3)의 기준자세로 정하고 DH(Denavit and Hartenberg) 파라미터(parameter)를 구하기로 한다.
DH 파라미터를 구하기 위해 도 11의 기준 자세에 대해 좌표계를 도 12과 같이 정한다. 여기서, DH 파라미터로는 폴(Paul)의 표기법을 사용하였다.
도 12와 같이 좌표계를 설정하였을 때, 로봇의 DH(Denavit and Hartenberg) 파라미터는 다음과 같이 얻어진다.
Joint θ α l d
1 θ1 90˚ 0 d1
2 θ2 0˚ l2 d2
3 θ3 0˚ l3 0
4 θ4 90˚ 0 -d4
5 θ5 0˚ 0 d5
이제 본 발명의 실시예에 의한 로봇(3)의 역기구학(Inverse Kinematics)을 구하여 본다. 본 발명의 실시예에 따른 로봇(3)은 5 자유도 로봇이므로, 로봇 End-Effector의 위치(Position)와 자세(Orientation)는 다음과 같이 5개의 변수로 나타내어진다.
로봇(3)의 End-Effector의 위치 : (Xee, Yee, Zee)
로봇(3)의 End-Effector의 방향 : (λ, θ5)
여기서, λ는 도 13에서와 같이 수평방향에 대한 End-Effector의 각도를 나타낸다.
역기구학은 5개의 변수가 주어졌을 때, 이를 구현하기 위한 각 관절의 회전각(θ1,θ2,θ3,θ4,θ5)을 구하는 것이다. 그러나 θ5는 도 13에 보인 바와 같이 End-Effector의 회전각도로 로봇(3)의 End-Effector의 방향을 나타내기 위한 변수로 이미 주어져 있으므로 따로 구하지 않는다.
먼저, 관절 1의 회전각 θ1을 구하기 위해 도 12에 보인 로봇을 (x0, y0) 평면에 수직으로 투영하면 도 14와 같다.
도 14로부터 θ1과 lee를 다음 식 [17]과 같이 구할 수 있다.
θ1' = atan2(Yee, Xee), lee = √(Xee2 + Yee2 ) [17]
여기서, 역기구학에서 얻은 관절의 회전각은 설정한 좌표계에 따른 DH 파라미터의 θi와 일치하지 않을 수도 있으므로 θi'로 표기하기로 한다.
다음으로 로봇(3)을 평면 (x'0, z0)에 투영했을 때의 모습이 도 15에 도시되어 있다.
도 15에서 End-Effector의 위치는 식 [17]로부터 알고 있고, End-Effector가 가리키는 방향은 주어진 값이므로 관절4의 위치를 구할 수가 있다.
이상의 실시예에서 살펴 본 바와 같이 이 발명은, 교류 바이패스 콘덴서의 영향을 최소화하여 시험 대상 애자의 기능을 유지하면서 로봇을 이용하여 활선 상태에서 애자의 양단에 걸리는 전압을 측정하여 불량 애자를 검출함으로써 원격으로 안전하고 신뢰성 높게 불량 애자를 검출하며, 시험 중 같은 애자련 상의 다른 애자에 걸리는 전압이 불필요하게 상승하는 것을 방지함으로써 섬락에 의해 애자련 전체의 절연이 파괴되는 위험을 방지하며, 절연저항 측정기를 탑재하고 자율적으로 이동할 수 있는 소형 자주식(自走式) 이동장치를 개발하여 애자련을 자동으로 이동하면서 절연저항을 측정함으로써 고소, 초고압 환경에서 실시되는 시험의 신뢰성과 작업의 편의성을 향상시키며, 시험 결과의 정확한 수치화와 효율적인 관리를 위해 절연저항 측정기와 원격측정기에 무선 데이터 송수신 방식을 채용하며, 측정대상 애자의 기능을 저해하지 않으면서 불량애자를 정확히 검출함으로써 국가 기간설비인 송배전 전력선로의 신뢰성을 제고함은 물론 작업의 능률을 향상시키고 작업자의 안전을 극대화하기 위한, 효과를 갖는다.

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 측정대상 애자의 분담전압을 유지시키면서 애자의 절연저항을 정확히 측정하는 애자 절연저항 측정기;
    로봇을 제어하기 위한 지능형 제어기;
    상기한 절연저항 측정기와 지능형 제어기를 탑재하고 이동하는 자벌레 형태를 갖는 다수의 관절로 구성된 이동기구를 갖는 자율 이동 로봇; 및
    자율 이동 로봇을 무선으로 원격제어하고 측정 데이터를 저장하는 기능을 갖는 로봇 원격제어 및 계측장치를 포함하여 이루어지며,
    상기한 애자 절연저항 측정기는, 측정 신호선에 설치되는 고저항(Rp1, Rp2)과, 고저항(Rp1, Rp2)에 설치되는 관통형 콘덴서(Feed Through Capacitor) (Cf1, Cf2)와, 고저항(Rp1, Rp2)을 통해 측정대상 애자에 접속되는 교류 바이패스 콘덴서(Cb)와, 절연저항을 검출하기 위한 검출회로(11)와, 상기한 검출회로(11)의 신호에 포함되어 있는 노이즈를 제거하기 위한 필터(12)와, 상기한 필터(12)의 신호를 증폭하여 출력하기 위한 증폭기(13)와, 상기한 증폭기(13)에 연결되어 있는 마이크로 컨트롤러(14)와, 신호를 송신하기 위한 송신기(15)와, 전원을 공급하기 위한 리튬이온 배터리(16)와, 고압의 직류를 발생하기 위한 직류 고압발생기(17)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 활선 애자 시험기.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기한 애자 절연저항 측정기는, 교류 바이패스 콘덴서(Cb)가 고저항(Rp1, Rp2)을 통해 측정대상 애자에 접속되고, 상기한 고저항(Rp1, Rp2)은 애자의 절연기능을 유지시키도록 각각 150MΩ을 갖는 것을 특징으로 하는 활선 애자 시험기.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기한 로봇은, 로봇링크(35)에 앵클 조인트(34)가 설치되고, 앵클 조인트(34)의 하부에 로봇 다리(33)가 설치되고, 로봇 다리(33)의 하부에 마그네틱 베이스(32)가 설치되고, 마그네틱 베이스(32)의 하부에 토우(31)가 설치되고, 로봇 링크(35)의 위에 결합봉 결합기구(36) 및 무선통신 안테나(37)가 각각 설치되는 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 활선 애자 시험기.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기한 로봇의 DH 좌표계를 설정하였을 때, 로봇의 DH(Denavit and Hartenberg) 파라미터는 다음과 같이 설정되는 것을 특징으로 하는 활선 애자 시험기.
    Joint θ α l d 1 θ1 90˚ 0 d1 2 θ2 0˚ l2 d2 3 θ3 0˚ l3 0 4 θ4 90˚ 0 -d4 5 θ5 0˚ 0 d5
  6. 제 4항에 있어서,
    상기한 로봇의 역기구학(Inverse Kinematics)을 구하기 위하여 로봇 End-Effector의 위치(Position)와 자세(Orientation)를 다음과 같이 5개의 변수로 나타내는 것을 특징으로 하는 활선 애자 시험기.
    로봇의 End-Effector의 위치 : (Xee, Yee, Zee)
    로봇의 End-Effector의 방향 : (λ, θ5)
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