KR100924736B1 - 전력설비의 방전 자외선 이미지 분석 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전력설비의 이상상태에서 발생하는 자외선을 분석하는 방법에 관한 것으로, (a)측정 대상 전력설비의 방전현상에서 발생하는 자외선 이미지를 자외선 검출 장치로 검출을 시작하는 단계, (b)상기 측정 대상 전력설비와 상기 자외선 검출 장치의 거리를 측정하는 단계, (c)상기 측정 대상 전력설비에서 발생하는 방전 자외선 이미지를 자외선 검출장치의 카메라로 검출하는 단계, (d)상기 자외선 검출장치에서 검출되는 자외선 이미지의 단면적 크기를 상기 측정 대상 전력설비와 상기 자외선 검출 장치의 거리를 기초로 하여 계산하고 크기 순서대로 배열하는 단계, (e)상기 자외선 이미지의 단면적 크기 순서에 의하여 측정 대상 전력설비의 안전 관리 단계를 판단하는 단계, 및 (f)상기 전력설비에서 검출된 자외선 이미지 분석 결과를 저장하고 출력하는 단계를 포함하며, 전력설비의 절연열화 또는 기중방전에 의해 발생되는 자외선 이미지 검출에 따른 효과적 분석 알고리즘에 의해 사고이전에 전기안전관리 종사자의 전기 안전을 판단하고 보수계획을 수립할 수 있는 정보를 제공할 수 있다.
전력설비, 절연열화, 방전, 자외선 이미지, 면적, 검량곡선
Description
본 발명은 전력설비의 방전 자외선 이미지 분석 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전력설비의 절연열화에 의해 발생되는 기중방전에 있어서 자외선 카메라에 검출되는 자외선 이미지를 분석할 수 있는 분석 방법에 관한 것이다.
전력설비(power facilities)는 전기에너지를 이동, 저장, 변압, 차단 등을 제어하고 이동시키는 기기의 집합체로서 고전압에서는 장기간 사용하거나 제작 불량, 설치불량 등의 악조건에서 절연파괴가 발생하게 된다.
그 중 연면을 타고 전류가 흐르거나 기중에서 방전되는 경우 안전관리가 소홀하게 되면, 전기에너지가 차단(정전)되거나 화재, 설비소손 등 다양한 형태의 재해가 발생하게 된다.
일반적으로, 대형 전력용 전기설비의 경우에 전력케이블과 부속재로 이루어진 전력설비에서 결함이 발생하게 되면 그 결함부분에서 부분방전이 발생하게 되고 이러한 부분방전이 지속되면 전력설비의 연면 또는 기중에서 절연열화에 의하여 방전현상이 발전하여 전력케이블과 부속재의 절연파괴현상으로 이르게 된다.
상기 절연체의 절연열화는 여러 가지 요인에 의하여 발생되는데 특히 주위의 온도, 습도, 기계적 진동 등의 직접적인 요인이 있지만 그중에서 직접적 요인인 내부 부분방전에 의한 열화현상이 가장 대표적인 요인이다.
또한, 상기 부분방전으로부터 발생되는 현상으로는 빛, 소음방출, 전기적 에너지 방출, 가스 등으로 대별된다.
전력설비의 연면 또는 기중에서 상기 절연열화에 의하여 발생되는 방전현상을 초기에 측정하면 전력케이블 및 부속재의 절연파괴 현상을 방지할 수 있다.
종래 부분방전으로부터 발생되는 절연열화 감지장치는 센서와 신호취득 및 분석을 위한 메인 시스템으로 구성되는 계측시스템이다.
종래에 개시된 시스템 중 초음파 센서를 이용하는 절연열화 시스템은 열화가 어느 정도 진행된 후의 열화만을 검출할 수 있으므로 초기의 열화상태를 알 수 없으므로 열화 검출의 오진율이 높다는 단점이 있다.
그래서, 최근 전력설비에서 절연열화가 일어날 때 발생하는 방전으로 인해 발생하는 자외선을 검출하는 자외선 센서를 장착한 카메라에 의하여 자외선을 이미지로 검출하는 방전 검출 시스템이 사용된다.
그런데, 상기 자외선을 이미지로 검출하는 방전 검출 시스템의 사용에 최근 전력설비 안전관리 현장에 보급되고 있으나 그 판단기준이 마련되지 않아 전력설비의 이상을 판단하는 근거 또는 기준이 요구된다.
본 발명은 상기와 같이 종래의 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 그의 목적은 전력설비 안전 관리 종사자의 자외선 이미지 검출에 따른 전기안전의 판단여부를 통해 전력설비의 연면 또는 기중에서 절연열화에 의해 발생되는 방전현상을 자외선 이미지의 크기를 거리별로 검출하여 분석하고 그 판단기준을 단계별로 나누어 안정된 전력설비 운용을 위하여 정상 또는 인지, 일상점검, 정밀검사, 교체의 안전판단을 결정하는 자외선 이미지 분석 방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전력설비의 방전 이미지 분석 방법은, (a)측정 대상 전력설비의 방전현상에서 발생하는 자외선 이미지를 자외선 검출 장치로 검출을 시작하는 단계, (b)상기 측정 대상 전력설비와 상기 자외선 검출 장치의 거리를 측정하는 단계, (c)상기 측정 대상 전력설비에서 발생하는 방전 자외선 이미지를 자외선 검출장치의 카메라로 검출하는 단계, (d)상기 자외선 검출장치에서 검출되는 자외선 이미지의 단면적 크기를 상기 측정 대상 전력설비와 상기 자외선 검출 장치의 거리를 기초로 하여 계산하고 크기 순서대로 배열하는 단계, (e)상기 자외선 이미지의 단면적 크기 순서에 의하여 측정 대상 전력설비의 안전 관리 단계를 판단하는 단계, 및 (f)상기 전력설비에서 검출된 자외선 이미지 분석 결과를 저장하고 출력하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 전력설비의 방전 이미지 분석 방법에 있어서, (g) 절 연파괴 임계전압에 대한 자외선 이미지의 단면적을 특성화한 절연파괴전압까지의 자외선 이미지 특성곡선을 검량곡선으로 마련하는 단계, 및 (h)상기 (d)단계에서의 자외선 이미지의 단면적을 상기 검량곡선과 비교하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명에 따른 전력설비의 방전 이미지 분석 방법에 있어서, 상기 전력 설비의 안전 관리 단계를 판단하는 단계는, 자외선 이미지의 단면적이 전체 이미지에서의 점유율(S')과 검량곡선과 비교한 결과, (ⅰ) 상기 점유율(S')이 절연파괴 임계 전압값 0과 제1임계전압 사이에 있는 경우에는 정상 또는 인지로 판단하는 단계, (ⅱ) 상기 점유율(S')가 절연파괴 제1임계전압과 제2임계전압값 사이에 있는 경우에는 일상점검으로 판단하는 단계, (ⅲ) 상기 점유율(S')가 절연파괴 제2임계전압값과 제3임계전압값 사이에 있는 경우에는 정밀검사로 판단하는 단계, 및 (ⅳ) 상기 점유율(S')가 절연파괴 제3임계전압값 이상인 경우에는 설비의 즉시 교체로 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명에 따른 전력설비의 방전 이미지 분석 방법에 따르면, 전력설비의 절연열화 또는 기중방전에 의해 발생되는 자외선 이미지 검출에 따른 효과적 분석 알고리즘에 의해 사고이전에 전기안전관리 종사자의 전기 안전을 판단하고 보수계획을 수립할 수 있는 정보를 제공하는 효과가 있다.
이하, 본 발명에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 도면에 도시된 실시예에 대 하여 더욱 상세히 설명한다.
도1은 본 발명에 따른 전력설비의 방전 이미지 분석 시스템의 개략도이다.
도1을 참조하면, 본 발명에 따른 전력설비의 방전 이미지 분석 시스템은 전력설비로서 전기 애자와 같은 측정대상물(10)과 상기 측정대상물(10)로부터 일정한 측정 거리(r) 만큼 떨어진 곳에 위치한 자외선 이미지 검출장치(UV Detector, 20), 상기 자외선 이미지 검출장치(20)로부터 자외선 이미지를 입력받아 이를 분석 알고리즘 소프트웨어에 의한 분석을 수행하는 분석시스템(30)으로 구성된다.
도1에서 표시된 "a"는 일종의 축척(scale)으로서 분석시스템(30)에서 측정거리(r)에 대한 비율을 계산하여 자외선 이미지의 직경(크기)을 전용 프로그램에 의하여 계산하게 된다.
도2는 본 발명에 따른 전력설비의 방전 자외선 이미지 분석 흐름도이다.
도2를 참조하면, 전력설비의 방전 이미지를 검출하여 분석하는 개략적인 과정을 설명할 수 있다.
먼저, 전력설비에서 방전 또는 그 밖의 원인에 의하여 나타나는 현상으로서 도1의 자기애자와 같은 측정 대상 전력설비의 방전현상에서 발생하는 자외선 이미지를 자외선 검출 장치(20)로 검출을 시작한다(A 단계).
다음으로, 상기 측정 대상 전력설비(10)와 상기 자외선 검출 장치(20)의 거리를 측정하게 된다(B 단계).
도1에서 상기 측정 대상 전력설비(10)와 상기 자외선 검출장치(20) 사이의 거리는 r로 표시되어 있다.
이제, 상기 측정 대상 전력설비(10)에서 발생하는 방전 자외선 이미지를 자외선 검출장치의 UV 카메라로 검출한다(C 단계).
이때, 상기 자외선 검출장치(20)에서 검출되는 자외선 이미지의 단면적 크기를 상기 측정 대상 전력설비와 상기 자외선 검출 장치의 거리를 기초로 하여 분석 시스템(30)에서 전용 소프트웨어로서 계산하고 크기 순서대로 배열한다(D 단계).
상기 D단계 결과에서 나타난 상기 자외선 이미지의 단면적 크기 순서에 의하여 측정 대상 전력설비의 안전 관리 단계를 판단하게 된다.
즉, 자외선 이미지의 크기(면적)에 따라서 측정 대상물의 절연열화에 의한 안전 관리 단계를 적용하게 된다.
여기에서, 안전 관리 적용 단계는 상기 측정된 자외선 이미지의 크기를 소정의 기준으로서 정해진 자외선 이미지의 단면적과 비교하여 단면적의 크기가 커질수록 정상 또는 인지, 일상점검, 정밀검사, 즉시교체로서 판정하게 된다.
마지막으로, 상기 전력설비에서 검출된 자외선 이미지 분석 결과를 분석 시스템(30)에서 저장하고 출력하게 된다.
도3은 도2에서 측정 대상 전력설비에서 발생하는 방전 자외선 이미지를 자외선 검출장치의 UV 카메라로 검출한 사진이다.
도3에서, 오른쪽 상단에 표시된 50cm는 자외선 이미지의 크기를 측정하기 위한 스케일로서 측정스케일(a)/측정거리(r)에 의하여 정해진 축척이다.
상기 축척에 의하여 검출된 자외선 이미지의 크기(단면적)이 계수화되어 나타난다.
도3에서, 국내에서 가장 널리 이용되고 있는 25kV 자기애자로서 공급전압을 10kV, 20kV, 30kV, 40kV, 50kV, 60kV, 70kV로 단계별로 증가시키면서 가할 때 상기 자기애자로부터 측정거리(r) 5m에서 위치한 자외선 이미지 검출 카메라에서 검출되는 이미지로서 공급전압이 50kV인 경우에 상기 자기애자의 연면 또는 기중에서 발생되는 자외선 이미지를 검출한 것으로서 상기 검출된 자외선 이미지의 크기(면적)을 측정하게 된다.
도4는 검출된 자외선 이미지의 크기를 분석 시스템에서 전용 소프트웨어로서 계산하고 크기 순서대로 배열한 그래프이다.
도4에 의하면, 검출된 자외선 이미지 사진에서 크기를 계산한 자외선 이미지의 수가 50개라고 할 때, 상기 자외선 이미지가 전체 이미지에서 차지하는 단면적 비율을 자외선 이미지의 크기 순서로 차례로 배열한 것이다.
이때, 1번 자외선 이미지의 단면적 비율은 절연파괴 임계치에 근접한 것으로서 즉시교체로서 판단할 수 있는 것이다.
또한, 2번 자외선 이미지의 단면적 비율은 일상 점검에 해당하는 것으로 판단할 수 있는 것이다.
또한, 3번 이하 자외선 이미지의 단면적 비율은 정상 또는 인지에 해당하는 것으로 판단할 수 있는 것이다.
여기에서, 정상 또는 인지, 일상점검, 정밀검사, 즉시교체를 구분하는 절연파괴 임계전압치 또는 점선으로 나타낸 자외선 이미지 단면적(%)은 실험치에 의하여 미리 정해진 기준값을 나타난다.
도5는 절연파괴 전압 대비 검출된 자외선 이미지의 단면적비를 계랑화한 검량곡선이다.
실험에 의하면, 전력설비로서 측정 대상물인 자기애자와 주석으로 주물된 접촉부위에서 코로나에 의한 자외선이 발생하는 것을 찾을 수 있으며, 발견된 지점으로부터 전압이 증가할수록 자외선 이미지의 반경이 증가하는 것을 확인할 수 있다.
자기애자의 정격전압이 25kV이므로 이보다 높은 전압에서 기중 방전이 진행되는 것을 확인할 수 있다. 공급전압이 점차로 증가할수록 자기애자에서 자외선 검출지점이 자기애자를 중심으로 좌측과 우측에 나타났으며, 기중 절연파괴가 임박한 경우에는 자외선 이미지가 겹쳐져 더 큰 반경의 이미지가 나타나는 것을 확인할 수 있다.
도5는 자외선 이미지의 크기(단면적)를 공급전압별로 하여 반복하여 실험한 결과 정예화된 특성 곡선으로 나타낸 것으로 그 평균값을 보여준다.
도5를 참조하면, 절연파괴 전압임계치에 이를수록 자외선 이미지의 단면적비가 점차로 증가하는 절연파괴 전압까지의 자외선 이미지 특성 곡선을 실험치에 의하여 마련하여 두면 이를 기준으로 검출된 자외선 이미지의 단면적비를 상기 특성 곡선에 비교함으로써 전기 안전 단계를 적용할 수 있게 된다.
도5에서, 절연파괴 전압임계치가 step4로 주어질 때, 절연파괴 전압임계치에 근접한 step3, 상기 stp3보다 적은 전압임계치가 step2, 절연파괴 전압임계치에 가장 적은 step1으로 구분되고, 상기 임계치값 사이를 구간으로 정상 또는 인지, 일 상점검, 정밀검사, 즉시교체가 구분된다.
도6은 본 발명의 일실시예에 따른 전력설비의 방전 이미지 분석 방법의 절차 흐름도이다.
도6을 참조하면, 피측정대상과의 거리를 측정하여 전용 소프트웨어에 의한 계산에 의해 비율적으로 자외선이미지의 크기(단면적)를 계산한 후 각각의 자외선 이미지가 전체 이미지에 차지하는 비율을 계산하여 크기순으로 배열하고, 실험치에 의해 정예화된 특성곡선의 기준치와 비교하여 총 4단계의 판단기준을 제시한다.
먼저, 전기애자와 같은 측정 대상 전력설비의 방전현상에서 발생하는 자외선 이미지를 자외선 검출 장치(20)로 검출한다(S10).
여기에서, 상기 측정 대상 전력설비(10)와 상기 자외선 검출 장치(20)의 거리(r)를 측정하게 된다(S20).
이때, 상기 자외선 검출장치(20)에서 검출되는 자외선 이미지의 단면적 크기를 분석 시스템(30)에서 전용 소프트웨어로서 계산하여 자외선 이미지의 크기(S)를 측정하게 된다(S30).
또한, 도5에 도시한 검량곡선을 이용하여 전기 안전 관리 단계를 적용 판단하기 위하여 전체이미지에서 자외선 이미지의 점유율(S')를 계산한다(S40).
상기 S40단계에서 계산된 점유율에 따라서 자외선 이미지를 크기 순서로 배열하게 된다(S50).
상기 도5에 도시한 검량곡선으로서 절연파괴전압까지의 자외선이미지 특성곡선과 상기 S50 단계에서 배열된 자외선 이미지를 비교한다.
이때, 상기 전력 설비의 안전 관리 단계를 판단하는 단계는 다음과 같이 진행된다.
우선 자외선 이미지의 단면적이 전체 이미지에서의 점유율(S')와 검량곡선과 비교한 결과, 상기 점유율(S')가 절연파괴 임계 전압값 0과 제1임계전압(step1) 사이에 있는 경우에는 정상 또는 인지로 판단하게 된다(S70).
상기 S70단계에서 상기 점유율(S')가 절연파괴 임계 전압값 0과 제1임계전압(step1) 사이를 벗어나고, 상기 점유율(S')가 절연파괴 제1임계전압과 제2임계전압(step2)값 사이에 있는 경우에는 일상점검으로 판단하게 된다(S80).
또한, 상기 S80단계에서 상기 점유율(S')가 절연파괴 제1임계전압(step1)과 제2임계전압(step2) 사이를 벗어나고, 상기 점유율(S')가 절연파괴 제2임계전압(step2)값과 제3임계전압(step3)값 사이에 있는 경우에는 정밀검사로 판단하게 된다(S90).
만약, 상기 S80단계에서 상기 점유율(S')가 절연파괴 제2임계전압(step2)과 제3임계전압(step3) 사이를 벗어나고, 상기 점유율(S')가 절연파괴 제3임계전압값 이상인 경우에는 설비의 즉시 교체로 판단하게 된다(S100).
마지막으로, 상기 전력설비에서 검출된 자외선 이미지 분석 결과를 분석 시스템(30)에서 저장하고 보고서를 출력하게 된다(S110).
이상으로, 본 발명의 분석흐름에 대한 내용은 첨부된 흐름도를 참조로 상세히 기술하였다.
기술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이 용 어들은 본격적인 알고리즘 분석과 소프트웨어 개발자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으며, 용어들의 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체적인 실시예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
도1은 본 발명에 따른 전력설비의 방전 이미지 분석 시스템의 개략도이다.
도2는 본 발명에 따른 전력설비의 방전 자외선 이미지 분석 흐름도이다.
도3은 도2에서 측정 대상 전력설비에서 발생하는 방전 자외선 이미지를 자외선 검출장치의 UV 카메라로 검출한 사진이다.
도4는 검출된 자외선 이미지의 크기를 분석 시스템에서 전용 소프트웨어로서 계산하고 크기 순서대로 배열한 그래프이다.
도5는 자외선 이미지의 크기(단면적)를 공급전압별로 하여 반복하여 실험한 결과 정예화된 특성 곡선이다.
도6은 본 발명의 일실시예에 따른 전력설비의 방전 이미지 분석 방법의 절차 흐름도이다.
≪도면의 주요부분에 대한 부호의 설명≫
10: 전력설비 20 : 자외선 검출장치
30: 분석 시스템
Claims (3)
- (a)전력설비에서 발생하는 방전 자외선 이미지를 자외선 검출 장치로 검출하는 단계;(b)전력설비와 자외선 검출 장치의 거리를 측정하는 단계;(c)전력설비와 자외선 검출 장치의 거리를 축척으로 하여 전체 이미지에서 방전 자외선 이미지 부분들이 차지하는 각각의 자외선 이미지의 단면적비를 계산하고 단면적비의 순서대로 배열하는 단계;(d)전력설비에 가해지는 전압치의 변화에 대한 전력설비의 방전 자외선 이미지의 단면적비의 변화를 도시한 검량곡선으로부터 상기 (c) 단계에서 계산된 상기 각각의 자외선 이미지의 단면적비에 대해서 검량곡선에서 대응하는 전력설비의 전압치와 비교하여 전력설비의 안전 상태를 판단하는 단계; 및(e)상기 전력설비에서 검출된 방전 자외선 이미지, 방전 자외선 이미지 단면적비와 판단 결과를 저장하고 출력하는 단계를 포함하는 전력설비의 방전 자외선 이미지 분석 방법.
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- 제 1 항에 있어서,상기 (d) 단계에서 전력 설비의 안전 상태를 판단하는 단계는,방전 자외선 이미지의 단면적이 전체 이미지에서 차지하는 비율을 점유율(S')라 하고, 검량곡선에서 점유율(S')가 증가함에 따라 임계전압치가 제1임계전압치, 제2임계전압치, 제3임계전압치 순서로 증가할때, 상기 점유율(S')에 대응하는 검량곡선의 임계전압치를 비교한 결과,(ⅰ) 상기 검량곡선에서 상기 점유율(S')에 대응하는 임계전압치가 0 이상이고 제1임계전압치 미만에 해당되는 경우에는 상기 전력 설비는 정상 또는 인지로 판단하는 단계;(ⅱ) 상기 검량곡선에서 상기 점유율(S')에 대응하는 임계전압치가 제1임계전압치 이상 제2임계전압치 미만에 해당되는 경우에는 상기 전력설비는 일상점검 필요로 판단하는 단계;(ⅲ) 상기 검량곡선에서 상기 점유율(S')에 대응하는 임계전압치가 절연파괴 제2임계전압치 이상 제3임계전압치 미만에 해당되는 경우에는 상기 전력설비는 정밀검사 필요로 판단하는 단계; 및(ⅳ) 상기 검량곡선에서 상기 점유율(S')에 대응하는 임계전압치가 제3임계전압치 이상인 경우에는 전력 설비의 즉시 교체로 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력설비의 방전 자외선 이미지 분석 방법.
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