KR100755043B1

KR100755043B1 - 온도측정에 의한 피뢰기 진단방법 및 장치

Info

Publication number: KR100755043B1
Application number: KR1020060002313A
Authority: KR
Inventors: 길경석; 한주섭; 송재용; 김일권
Original assignee: 길경석; 한주섭; 송재용; 김일권
Priority date: 2006-01-09
Filing date: 2006-01-09
Publication date: 2007-09-06
Also published as: KR20070074321A

Abstract

본 발명은 피뢰기 진단에 관한 것으로, 보다 상세하게는 온도측정을 통해 피뢰기를 진단함으로서, 전기적 신호를 사용하지 않으므로 전원고조파와 주변전자계에 의한 측정오차를 최소화하여 좀 더 정밀한 진단데이터를 얻고, 피뢰기를 진단하기 위해 고전압 전기회로에 접근할 필요가 없으므로 피뢰기 진단의 안전성을 향상시킬 수 있는 온도측정에 의한 피뢰기 진단기술 및 장치에 관한 것으로, 피뢰기를 진단하기 위한 구동명령을 입력하는 입력수단; 상기 피뢰기의 표면온도를 측정하여 디지털신호로 출력하는 피뢰기온도측정수단; 상기 피뢰기의 주위온도를 측정하여 디지털신호로 출력하는 주위온도측정수단; 상기 피뢰기온도측정수단과 주위온도측정수단으로부터 디지털신호를 인가받아, 계산한 피뢰기의 표면온도와 주위온도의 온도차로부터, 정상누설전류에 대한 상태크기를 산출하여 상기 피뢰기의 상태를 진단하고 진단데이터를 출력하는 중앙처리부; 및 상기 중앙처리부로부터 인가받은 진단데이터를 화면으로 출력하는 표시수단;으로 이루어져 있다.

온도측정, 피뢰기 진단

Description

온도측정에 의한 피뢰기 진단방법 및 장치 {Arrester Diagnosis Method and Device by Measurement of Temperature}

도 1은 본 발명에 따른 온도측정에 의한 피뢰기 진단장치를 도시한 블록도이고,

도 2는 본 발명에 따른 옥도측정에 의한 피뢰기 진단방법의 수행과정을 나타낸 개략적인 흐름도이고,

도 3은 본 발명에 따른 주위온도에 대한 피뢰기의 누설전류의 변화를 나타낸 그래프이고,

도 4는 본 발명의 누설전류 변화에 따른 주위온도와 피뢰기표면온도의 관계를 나타낸 그래프이고,

도 5는 본 발명에 따른 온도차와 누설전류와의 관계를 나타낸 그래프이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10: 피뢰기 100: 입력수단

200: 피뢰기온도측정수단 300: 주위온도측정수단

400: 중앙처리부 500: 표시수단

600: 통신드라이버

본 발명은 피뢰기 진단에 관한 것으로, 보다 상세하게는 온도측정을 통해 피뢰기를 진단함으로서, 전기적 신호를 사용하지 않으므로 전원고조파와 주변전자계에 의한 측정오차를 최소화하여 좀 더 정밀한 진단데이터를 얻고, 피뢰기를 진단하기 위해 고전압 전기회로에 접근할 필요가 없으므로 피뢰기 진단의 안전성을 향상시킬 수 있는 온도측정에 의한 피뢰기 진단기술 및 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 전력계통에는 외부의 낙뢰와 내부의 각종 과도전압으로부터 선로 및 기기를 보호하기 위한 장치로서 피뢰기가 설치되어 있다.

피뢰기는 전력계통에 발생하는 이상전압을 설계 절연레벨 이하로 억제시켜 선로 및 기기를 안전하게 보호하는 장치이다. 그러나 피뢰기는 사용 중 상용주파수 과전압에 의해 열화가 진전되며, 열화된 피뢰기는 정상운전 상태에서도 일선지락과 같은 정전사고를 발생시킬 수 있으므로, 전력공급의 신뢰성, 안정성 확보를 위하여 전력계통에 설치된 피뢰기의 상태를 상시 진단하고, 이들 정보로부터 열화된 피뢰기를 대체하는 등의 관리수단이 필요하다.

이에, 전력계통에서 피뢰기로 인한 사고를 줄이기 위하여 운전 중 피뢰기의 열화를 진단할 수 있는 여러 가지 기술들이 연구되어 왔으며, 주로 누설전류 측정 에 근거하였다. 즉, 기존에는 오프라인 상태에서 피뢰기의 정전용량, 동작개시전압, 누설전류를 측정하거나 온라인 상태에서 운전 중 피뢰기를 흐르는 전체누설전류, 제3고조파 누설전류의 크기를 측정하여 진단하는 방법이 사용되어 왔다.

그러나, 이와 같은 종래의 기술은 전력계통과 같이 전원고조파가 많거나 고전자계 상태에서는 진단시 큰 오차를 발생하였다. 또한 피뢰기 진단시 고전압으로부터의 감전에 쉽게 노출되는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기와 같은 종래기술의 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로 온도측정을 통해 피뢰기를 진단함으로서, 전기적 신호를 사용하지 않으므로 전원고조파와 주변전자계에 의한 측정오차를 최소화하여 좀 더 정밀한 진단데이터를 얻고, 피뢰기를 진단하기 위해 고전압 전기회로에 접근할 필요가 없으므로 피뢰기 진단의 안전성을 향상시킬 수 있는 온도측정에 의한 피뢰기 진단장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 수단은, 피뢰기 진단장치에 있어서: 피뢰기를 진단하기 위한 구동명령을 입력하는 입력수단; 상기 피뢰기의 표면온도를 측정하여 디지털신호로 출력하는 피뢰기온도측정수단; 상기 피뢰기의 주위온도를 측정하여 디지털신호로 출력하는 주위온도측정수단; 상기 피뢰기온도측정수 단과 주위온도측정수단으로부터 디지털신호를 인가받아, 계산한 피뢰기의 표면온도와 주위온도의 온도차로부터, 정상누설전류에 대한 상태크기를 산출하여 상기 피뢰기의 상태를 진단하고 진단데이터를 출력하는 중앙처리부; 및 상기 중앙처리부로부터 인가받은 진단데이터를 화면으로 출력하는 표시수단; 으로 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 피뢰기온도측정수단은 비접촉식 온도측정수단이고, 상기 중앙처리부를 통해 진단한 피뢰기의 진단데이터를 유선 또는 무선으로, 소정의 장치에 전달하는 통신드라이버를 구비한 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 기술적 수단은 피뢰기의 상태를 진단하는 방법에 있어서: 주위 온도에 따른 피뢰기의 누설전류의 변화를 분석하는 1단계; 상기 누설전류에 따른 상기 피뢰기의 표면온도와 주위온도의 관계를 분석하는 2단계; 상기 피뢰기의 표면온도와 주위온도의 온도차에 따른, 누설전류의 정상운전전류에 대한 상태크기를 분석하는 3단계; 및 상기 3단계에서 분석한 결과를 이용하여 피뢰기를 진단하는 4단계;를 수행하는 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 1단계 내지 상기 3단계는 상기 피뢰기의 환경을 항온항습상태로 하여 수행하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 4단계는 피뢰기를 진단할 때, 주위온도가 0℃ 이상일 경우에는 아래의 수학식 1에 의해 계산하여 진단하고, 주위온도가 0℃ 미만일 경우에는 아래의 수학식 2에 의해 계산하여 진단하는 것을 특징으로 한다.

[수학식 1]

단,

는 정상누설전류에 대한 상대크기이며,

는 주위온도와 표면온도와의 차이이다.

[수학식 2]

단,

는 정상누설전류에 대한 상대크기이며, 는

는 주위온도와 표면온도와의 차이이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 살펴보고자 한다.

도 1은 본 발명에 따른 온도측정에 의한 피뢰기 진단장치를 도시한 블록도로서, 입력수단(100), 피뢰기온도측정수단(200), 주위온도측정수단(300), 중앙처리부(400), 표시수단(500) 그리고 통신드라이버(600)로 구성되어 있다.

상기 입렵부(100)는 사용자의 조작에 의해 피뢰기(10)를 진단하기 위한 구동명령이 입력되도록 구성되어 있다.

또한, 상기 피뢰기온도측정수단(200)은 상기 피뢰기(10)의 표면온도를 측정하여 디지털 신호로 출력하고, 상기 주위온도측정수단(300)은 상기 피뢰기(10)의 주위온도를 측정하여 디지털신호로 출력하도록 구성되어 있다.

특히, 상기 피뢰기온도측정수단(200)은 피뢰기(10)에 고압이 인가되므로, 적외선 온도계 등과 같은 비접촉식 온도계를 사용하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 중앙처리부(400)는 상기 피뢰기온도측정수단(200)과 주위온도측정수단(300)으로부터 디지털신호를 인가받아, 계산한 피뢰기의 표면온도와 피뢰기주변의 온도차로부터, 정상누설전류에 대한 상태크기를 산출하여 상기 피뢰기(10)의 상태를 진단하고 진단데이터를 출력하도록 구성되어 있다.

아울러, 상기 표시수단(500)은 상기 중앙처리부(400)로부터 인가받은 진단데이터를 화면으로 출력하도록 구성되어 있다.

상기 통신드라이버(600)는 상기 중앙처리부(400)로부터 진단데이터를 인가받아, 원거리에 있는 소정의 장치들, 예를 들어 컴퓨터, 프린터 등에 유선네트워크 또는 무선 전파를 이용하여 전송한다.

본 발명에서 온도측정을 이용하여 피뢰기의 진단방법을 알아내는 과정을 살펴보면 아래와 같다.

도 2는 본 발명에 따른 옥도측정에 의한 피뢰기 진단방법의 수행과정을 나타낸 개략적인 흐름도이고, 도 3은 본 발명에 따른 주위온도에 대한 누설전류의 변화를 나타낸 그래프이고, 도 4는 본 발명에 따른 누설전류 변화에 따른 주위온도와 피뢰기표면온도의 관계를 나타낸 그래프이고, 도 5는 본 발명에 따른 온도차와 누설전류와의 관계를 나타낸 그래프이다.

우선 피뢰기의 열화와 누설전류, 온도와의 상관관계를 분석하기 위하여 상기 피뢰기를 항온항습기 내부에 설치하고(S1), 실험조건에 따라 온습도를 설정하여 2시간 이상 유지시킨다.

이후 계절적 온도변화에 따른 누설전류의 변화는 상기 항온항습기의 내부온도(주위온도)를 초기에 50℃로 설정하고 단계별로 5℃씩 낮추면서 -20℃까지 측정하였다(S2). 여기서, 항온항습기의 내부온도란, 피뢰기의 주위온도를 뜻한다.

상기 피뢰기의 누설전류와 표면온도의 관계는 상기 항온항습기의 내부 온도를 35℃에서 -15℃까지 10℃ 마다 정상운전전압(13.2kV)에서 흐르는 누설전류에 대해 100%~500%까지 변화시키면서 분석하였다. 또한 전력계통에서 기 사용되어 다소 열화가 진행된 피뢰기에 대해 신품의 실험결과와 비교하기 위하여 동종의 배전용 피뢰기 3종을 실험하였다.

상기 피뢰기의 누설전류는 주위 온도에 따라 다소 변화하며, 계절에 따른 온도변화가 누설전류에 큰 차이를 나타낼 경우에는 이에 대한 영향을 고려하여야 한다.

하지만 주위온도에 대한 누설전류의 변화를 나타낸 도 3에 나타난 바와 같이 실험 온도범위에서 전체누설전류는 217㎂~227㎂로 변화폭은10㎂이하로 측정되었으며, 우리나라의 계절적 온도변화 범위에 해당하는 -15℃에서 35℃까지는 누설전류의 변화가 5㎂이하이었다. 이는 상기 피뢰기 특성에 따른 누설전류의 차이보다도 작은 값이므로, 피뢰기 진단시 계절적 온도변화에 따른 전체누설전류의 변화는 고려하지 않아도 된다.

또한, 상기 피뢰기는 열화진전에 따라 누설전류가 증가하며 누설전류의 증가로 표면온도가 상승한다. 즉, 상기 피뢰기의 표면온도는 주위온도, 누설전류에 의한 변수이므로 이들의 관계를 분석할 필요가 있다.

도 4는 신품 피뢰기의 인가전압을 가변하여 전체누설전류의 실효값의 크기를 정상운전전압에서 흐르는 값의 100%~500%까지 증가시키면서 주위온도와 피뢰기의 표면온도와의 관계를 나타낸 것이다. 정상누설전류 값의 150%이상에서는 피뢰기의 표면온도가 급격히 상승하였으며, 각각의 주위온도에서 모두 유사한 경향을 나타내었다(S3).

그리고 도 5는 도 4의 결과를 피뢰기의 표면온도와 주위온도의 차이와 정상운전전류에 대한 상대 크기의 관계를 나타낸 것이다. 피뢰기의 누설전류가 정상누설전류의 125%이하에서는 온도차가 나타나지 않았으며, 150%에서 1℃~2℃, 200%에서 3℃~5℃, 300%에서 6℃~7℃, 400%에서 9℃~11℃범위이므로 피뢰기의 표면온도 측정으로부터 피뢰기의 상태를 진단할 수 있음을 알 수 있다(S4).

상기의 실험결과로부터 온도차에 대한 정상누설전류와의 상대크기는, 주위온도가 0℃ 이상일 경우에는 상기 수학식 1과 같이, 주위온도가 0℃ 미만일 경우에는 상기 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.

삭제

따라서 주위온도와 표면온도를 측정하여 산출된 온도차로부터 정상누설전류에 대한 상대 크기를 산출할 수 있으며, 이에 누설전류를 측정하지 않고도 피뢰기 상태를 진단할 수 있다.

상기에서 본 발명의 특정한 실시예가 설명 및 도시되었지만, 본 발명이 당업자에 의해 다양하게 변형되어 실시될 가능성이 있는 것은 자명한 일이다. 이와 같은 변형된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안 되며, 본 발명에 첨부된 청구범위 안에 속한다고 해야 할 것이다.

따라서, 본 발명에서는 온도측정을 통해 피뢰기를 진단함으로서, 전기적 신호를 사용하지 않으므로 전원고조파와 주변전자계에 의한 측정오차를 최소화하여 좀 더 정밀한 진단데이터를 얻을 수 있는 이점이 있다.또한, 고전압 전기회로에 접근하지 않으므로 피뢰기 진단의 안전성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

Claims

피뢰기 진단장치에 있어서,

피뢰기를 진단하기 위한 구동명령을 입력하는 입력수단;

상기 피뢰기의 표면온도를 측정하여 디지털신호로 출력하는 피뢰기온도측정수단;

상기 피뢰기의 주위온도를 측정하여 디지털신호로 출력하는 주위온도측정수단;

상기 피뢰기온도측정수단과 주위온도측정수단으로부터 디지털신호를 인가받아, 계산한 피뢰기의 표면온도와 피뢰기의 주위온도의 온도차로부터, 정상누설전류에 대한 상태크기를 산출하여 상기 피뢰기의 상태를 진단하고 진단데이터를 출력하는 중앙처리부; 및

상기 중앙처리부로부터 인가받은 진단데이터를 화면으로 출력하는 표시수단; 으로 구성된 것을 특징으로 하는 피뢰기 온도측정에 의한 피뢰기 진단장치.
청구항 1에 있어서, 상기 피뢰기온도측정수단은,

비접촉식 온도측정수단인 것을 특징으로 하는 피뢰기 온도측정에 의한 피뢰기 진단장치.
청구항 1에 있어서,

상기 중앙처리부를 통해 진단한 피뢰기의 진단데이터를 유선 또는 무선으로, 컴퓨터 또는 프린터에 전달하는 통신드라이버를 구비한 것을 특징으로 하는 피뢰기 온도측정에 의한 피뢰기 진단장치.
피뢰기의 상태를 진단하는 방법에 있어서,

피뢰기의 주위온도에 따른 피뢰기의 누설전류의 변화를 분석하는 1단계;

상기 누설전류에 따른 상기 피뢰기의 표면온도와 피뢰기의 주위온도의 관계를 분석하는 2단계;

상기 피뢰기의 표면온도와 피뢰기의 주위온도의 온도차에 따른, 누설전류의 정상운전전류에 대한 상태크기를 분석하는 3단계; 및

상기 3단계에서 분석한 결과를 이용하여 피뢰기를 진단하는 4단계;를 수행하는 것을 특징으로 하는 온도측정에 의한 피뢰기 진단방법.
청구항 4에 있어서, 상기 1단계 내지 상기 3단계는,

상기 피뢰기의 환경을 항온항습상태로 하여 수행하는 것을 특징으로 하는 온도측정에 의한 피뢰기 진단방법.
청구항 5에 있어서, 상기 제4단계는,

피뢰기를 진단할 때, 주위온도가 0℃ 이상일 경우에는 아래의 수학식 1에 의해 계산하여 진단하고, 주위온도가 0℃ 미만일 경우에는 아래의 수학식 2에 의해 계산하여 진단하는 것을 특징으로 하는 온도측정에 의한 피뢰기 진단방법.

[수학식 1]

단,
는 정상누설전류에 대한 상대크기이며,
는 주위온도와 표면온도와의 차이이다.

[수학식 2]

단,
는 정상누설전류에 대한 상대크기이며,
는 주위온도와 표면온도와의 차이이다.