KR101030836B1 - 가스 절연 개폐 장치용 부분 방전 검출 장치 및 이를 이용한 부분 방전 검출 시스템 - Google Patents

가스 절연 개폐 장치용 부분 방전 검출 장치 및 이를 이용한 부분 방전 검출 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 가스 절연 개폐 장치의 부분 방전 검출 시스템은 가스 절연 개폐 장치 내부의 부분 방전으로 인한 전자파 신호를 수신하는 안테나와 상기 수신된 전자파 신호를 간섭에 둔감한 교류 형태의 전송 신호로 변환하는 신호 변환부가 구비된 부분 방전 검출 센서, 통신 선로를 통해 상기 부분 방전 검출 센서로 상기 신호 변환부의 직류 구동 전력을 공급하는 직류 전원, 상기 통신 선로를 통해 상기 전송 신호를 전송받아 상기 가스 절연 개폐 장치 내부의 이상 유무를 분석하는 계측기 및 상기 부분 방전 검출 센서와 상기 직류 전원 및 상기 계측기의 사이에서 상기 직류 전원으로부터의 구동 전력을 상기 부분 방전 검출 센서로 전송하고, 상기 부분 방전 검출 센서로부터의 전송 신호를 상기 계측기로 전송하는 교류/직류 분리 모듈을 포함함으로써, 부분 방전으로 유기되는 전자파 신호를 기존의 통신 회선을 그대로 이용하는 상태로 원거리의 계측기로 신뢰성 있게 전송할 수 있다.

Description

가스 절연 개폐 장치용 부분 방전 검출 장치 및 이를 이용한 부분 방전 검출 시스템{APPARATUS FOR DETECTING PARTLY SPARK OF GAS INSULATOR SWITCHGEAR AND SYSTEM THEREOF}
본 발명은 가스 절연 개폐 장치용 부분 방전 검출 장치 및 이를 이용한 부분 방전 검출 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 안테나에서 수신된 부분 방전으로 인한 전자파 신호가 신뢰성 있게 계측기로 전송될 수 있도록 하는 가스 절연 개폐 장치용 부분 방전 검출 장치 및 이를 이용한 부분 방전 검출 시스템에 관한 것이다.
소형의 고전압 변전 설비가 요구됨에 따라 변전소를 구성하는 개폐 기구 중에서도 높은 절연성을 갖는 SF6 가스가 충전된 절연 개폐 장치(SF6 Gas Insulated Swich-gear: GIS)가 많이 채용되고 있다.
가스 절연 개폐 장치는 차단기, 단로기, 모선, 접지 개폐기, 변성기를 SF6가스로 충진된 탱크 내에 완전히 밀폐 내장하고 있으므로 충전부가 노출되지 않고, 설치면적이 크게 줄어들며, 환경과의 조화, 고신뢰성, 안전성, 설치 공기의 단축 등의 장점을 가지고 있어 최근 신설되는 설비는 거의 GIS형태로 표준화되어 급속한 확대가 이루어지고 있다.
가스 절연 개폐 장치는 본래 무정비(無整備), 무점검(無點檢)을 목적으로 설비된 기기이지만, 만일 내부에 사고가 발생한 경우 종래의 기기와 비교하면 교체하는데 많은 시간이 소요되며, 설비 특성상 용기(Enclosure)안에 밀폐되어 있는 개폐장치 내부의 기기가 충분한 기능을 유지하고 있는가의 확인 및 내부의 이상 징후의 조기 발견과 고장 개소의 확인이 필요한데 이를 위하여 가스 절연 개폐 장치의 감시 진단 기술 개발이 요청되고 있다.
가스 절연 개폐 장치의 감시 진단 기술 중 대표적인 것은 가스 절연 개폐 장치 고장의 전조로 발생하는 부분 방전시 유기되는 극초단파 대역(300 - 3000 MHz)의 전자파를 가스 절연 개폐 장치에 장착된 센서(안테나)를 이용해 감지함으로써 고장 가능성을 미연에 경고하는 UHF 부분 방전 검출 기법이다.
센서에서 감지된 전자파는 동축선을 통해 이격된 위치의 계측기로 전송되고, 계측기에서는 전송된 전자파를 분석함으로써 고장 가능성을 미연에 경고하게 된다. 그러나, 센서의 출력 신호가 동축선으로 전송될 때의 신호 감쇄가 큰 관계로 계측기를 센서의 주위에 배치해야 하는 제약이 따른다.
본 발명은 안테나에서 수신된 부분 방전으로 인한 전자파 신호가 신뢰성 있게 계측기로 전송될 수 있도록 하는 가스 절연 개폐 장치용 부분 방전 검출 장치 및 이를 이용한 부분 방전 검출 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 가스 절연 개폐 장치의 부분 방전 검출 시스템은 가스 절연 개폐 장치 내부의 부분 방전으로 인한 전자파 신호를 수신하는 안테나와 상기 수신된 전자파 신호를 간섭에 둔감한 교류 형태의 전송 신호로 변환하는 신호 변환부가 구비된 부분 방전 검출 센서, 통신 선로를 통해 상기 부분 방전 검출 센서로 상기 신호 변환부의 직류 구동 전력을 공급하는 직류 전원, 상기 통신 선로를 통해 상기 전송 신호를 전송받아 상기 가스 절연 개폐 장치 내부의 이상 유무를 분석하는 계측기 및 상기 부분 방전 검출 센서와 상기 직류 전원 및 상기 계측기의 사이에서 상기 직류 전원으로부터의 구동 전력을 상기 부분 방전 검출 센서로 전송하고, 상기 부분 방전 검출 센서로부터의 전송 신호를 상기 계측기로 전송하는 교류/직류 분리 모듈을 포함할 수 있다.
이때, 상기 직류 전원과 상기 계측기 및 상기 교류/직류 분리 모듈은 일체로 형성될 수 있다.
한편, 본 발명의 가스 절연 개폐 장치용 부분 방전 검출 장치는 가스 절연 개폐 장치의 내부 또는 인접한 외부에 장치된 안테나에서 수신된 상기 가스 절연 개폐 장치 내부의 부분 방전으로 인한 전자파 신호를 간섭에 둔감한 교류 형태의 전송 신호로 변환하는 신호 변환부 및 상기 신호 변환부로부터 상기 전송 신호를 전달받아 통신 선로를 통해 계측기로 전송함과 동시에 상기 통신 선로로부터 상기 신호 변환부로 공급되는 직류 구동 전력을 전송받는 교류/직류 분리부를 포함할 수 있다.
이때, 상기 신호 변환부는 포락선 검출 회로, 후단에 DAC(Digital-to-Analog Converter)가 배치되는 비교 회로 및 후단에 DAC가 배치되는 슈미트 회로 중 하나일 수 있다.
또한, 상기 안테나와 상기 신호 변환부의 사이의 제1 위치, 상기 신호 변환부와 상기 교류/직류 분리부의 사이의 제2 위치 중 적어도 하나에 하나 이상의 증폭부가 더 형성될 수 있다.
여기서, 상기 제1 위치에 형성되는 제1 증폭부는 상기 전자파 신호를 저잡음 증폭시키는 저잡음 신호 증폭기와 상기 저잡음 증폭된 신호를 상기 신호 변환부에서 요구하는 신호 레벨로 증폭시키는 비반전 증폭기를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2 위치에 형성되는 제2 증폭부는 외부 이득 조절 스위치에 의해 상기 전송 신호의 이득을 조정하는 증폭기일 수 있다.
또한, 상기 직류 구동 전력을 정류하고, 상기 신호 변환부에서 필요로 하는 레벨로 변환하여 상기 신호 변환부로 상기 변환된 직류 구동 전력을 공급하는 전원 공급부를 더 포함할 수 있다.
이상에서 설명된 바와 같이 본 발명에 따른 가스 절연 개폐 장치용 부분 방전 검출 장치 및 이를 이용한 부분 방전 검출 시스템은 안테나에서 수신된 부분 방전으로 인한 전자파 신호를 신호 감쇄에 둔감한 전송 신호로 변환한 후 계측기로 전송함으로써 신뢰성 있는 전자파 신호의 전송이 가능하다. 이를 통해 계측기를 종래에 비하여 보다 먼거리에 설비할 수 있게 되며, 그 파생 효과로 적은 수의 계측기로 많은 수의 안테나를 관할하도록 할 수 있다.
한편, 전송 신호 변환에 필요한 직류 구동 전력을 공급받음에 있어서 기존 안테나와 계측기 간의 통신 회선, 예를 들어 동축선을 그대로 이용할 수 있다. 교류/직류 분리부에 의해 하나의 통신 회선을 이용하여 직류 구동 전력을 공급받음과 동시에 전송 신호로 계측기로 전송할 수 있기 때문이다.
또한, 가스 절연 개폐 장치용 부분 방전 검출 장치와 상기 검출 장치에 전원을 공급하는 직류 전원 및 계측기의 사이에 교류/직류 분리 모듈을 설비함으로써 계측기가 기존의 통신 회선을 그대로 이용하여 전송 신호를 전송받도록 하면서도 상기 통신 회선과 동일한 회선을 이용하여 검출 장치에 직류 전원을 공급할 수 있다. 즉, 본 발명에 따르면 기존의 통신 회선을 그대로 이용함으로써 생산성이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명과 관련된 가스 절연 개폐 장치의 부분 방전 검출 시스템을 나타낸 블럭도.
도 2는 본 발명과 관련된 가스 절연 개폐 장치용 부분 방전 검출 장치를 나타낸 블럭도.
도 3은 본 발명과 관련된 가스 절연 개폐 장치용 부분 방전 검출 장치의 신호 변환부를 포락선 검출 회로로 구성한 예를 나타낸 개략도.
도 4는 본 발명과 관련된 가스 절연 개폐 장치용 부분 방전 검출 장치의 신호 변환부가 포락선 검출 회로로 구성된 경우 각 구성 요소에서의 신호 형태를 나타낸 개략도.
도 5는 본 발명과 관련된 가스 절연 개폐 장치용 부분 방전 검출 장치의 신호 변환부를 비교 회로 또는 슈미트 회로로 구성한 예를 나타낸 개략도.
도 6은 본 발명과 관련된 가스 절연 개폐 장치용 부분 방전 검출 장치의 신호 변환부가 비교 회로 또는 슈미트 회로로 구성된 경우 각 구성 요소에서의 신호 형태를 나타낸 개략도.
이하, 본 발명과 관련된 가스 절연 개폐 장치용 부분 방전 검출 장치 및 이를 이용한 부분 방전 검출 시스템에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명과 관련된 가스 절연 개폐 장치의 부분 방전 검출 시스템을 나타낸 블럭도이다.
도 1에 도시된 가스 절연 개폐 장치의 부분 방전 검출 시스템은 가스 절연 개폐 장치 내부의 부분 방전으로 인한 전자파 신호를 수신하는 안테나와 상기 수신된 전자파 신호를 간섭에 둔감한 교류 형태의 전송 신호로 변환하는 신호 변환부가 구비된 부분 방전 검출 센서(110), 통신 선로를 통해 상기 부분 방전 검출 센서로 상기 신호 변환부의 직류 구동 전력을 공급하는 직류 전원(130), 상기 통신 선로를 통해 상기 전송 신호를 전송받아 상기 가스 절연 개폐 장치 내부의 이상 유무를 분석하는 계측기(150) 및 상기 부분 방전 검출 센서와 상기 직류 전원 및 상기 계측기의 사이에서 상기 직류 전원으로부터의 구동 전력을 상기 부분 방전 검출 센서로 전송하고, 상기 부분 방전 검출 센서로부터의 전송 신호를 상기 계측기로 전송하는 교류/직류 분리 모듈(170)을 포함하고 있다.
부분 방전 검출 센서(110)는 가스 절연 개폐 장치 내부의 부분 방전에 의해 유기되는 극초단파 대역의 전자파 신호를 검출하여 계측기로 전송한다.
불화 유황(SF6)으로 절연된 가스 절연 개폐 장치 내부에서 부분 방전이 발생되면 부분 방전 펄스는 수 ns 정도의 가파른 상승 시간을 가진 펄스로 수 백 ㎒에서 수㎓에 이르는 주파수 성분을 포함하고 있는 것으로 알려져 있다. 가스 절연 개폐 장치 내부 결함에 의해 발생된 전자파 신호는 복잡한 공진 및 반사, 감쇠 현상을 수반하며 가스 절연 개폐 장치 내부를 전파하게 된다. 내부에서 전파되는 전자파 신호는 UHF 대역에서 반응하는 센서를 가스 절연 개폐 장치 내에 장착하거나 외부에 장착하여 검출할 수 있으며, 이를 UHF 부분 방전 검출기법(UHF Method)이라고 한다.
부분 방전에 의해 유기된 전자파 신호는 내부 도체를 따라 파장이 다른 주파수의 형태로 전파(propagation)되고, 또한 반사(reflection)로 인해 전자파는 분산(dispersion)되어 전파되면서 신호 사이에 간섭이 일어나 지연(delay)되거나 유전율이 다른 매질(예로, 스페이서)을 만나면서 감쇠(attenuation)되어 전파된다.
가스 절연 개폐 장치 챔버 구조는 UHF 신호 전달을 위한 저손실 도파관(waveguide)으로 작용하는 동축 전극형태의 급전선(transmission line)으로 가정할 수 있으므로, 만일 스페이서나 불연속점이 없다면 0.5m 반경을 가진 도파관의 경우에 1GHz 신호의 전달 손실은 이론적으로는 3-5dB/km에 불과하다. 그러나 가스 절연 개폐 장치 내부의 복잡한 구조와 수많은 불연속점들에 의한 반사현상이 반복되어 발생된 신호는 2dB/m정도의 감쇠와 공진 현상이 발생하게 된다.
이러한 결함으로 발생된 UHF신호는 가스 절연 개폐 장치 챔버 내부를 전파하면서 신호 중에서 각 모드(mode)별로 차단 주파수 이하에 해당하는 부분은 급격히 감쇠한다. 신호는 빛의 속도에 가까운 속도로 동축 전극형태의 급전선을 따라 전파되며 스페이서를 통과할 때는 속도가 감소된다. 부분 방전으로 인하여 발생된 전자파는 스페이서를 통과할 때마다 반사와 투과를 반복하면서 전자파 에너지가 감소하게 되며, 결국 감쇠되어 소멸된다
전자파 검출에 의한 부분 방전 측정법은 부분 방전에 의한 초광대역(Ultra Wide Bandwidth, UWB) 전자파(Electro-Magnetic Wave, EM Wave) 신호를 초고주파 대역(300MHz ~ 3GHz)에서 검출하는 방법으로 외부 잡음에 의한 영향이 적어 현장에서의 부분 방전 측정 감도가 우수하여 결과적으로 결함 위치 판별이 가능하다.
부분 방전으로 인한 전자파 신호를 검출하는 안테나, 즉 초고주파 센서는 가스 절연 개폐 장치 점검창(Maintenance hall or Window)에 부착하는 내장형과 개방형 스페이서(Barrier) 또는 폐쇄형 스페이서에 부착하는 외장형으로 분류될 수 있으며, 각각의 특성은 형태와 재료의 재질에 따라 다르다.
부분 방전 검출 센서(110)는 가스 절연 개폐 장치 내부의 부분 방전에 의해 유기되는 극초단파 대역의 전자파 신호를 검출하기 위한 안테나를 포함하고 있다. 안테나에서 수신된 신호는 동축 케이블 등의 통신 선로를 통해 계측기로 전송되는데, 통신 선로에서의 신호 간섭으로 인하여 계측기와 안테나 간의 거리가 제한된다. 이에 따라 계측기가 관할할 수 있는 안테나의 수가 제한되는 관계로 많은 수의 계측기가 필요하고, 이렇게 많은 수의 계측기를 관리하는데 소모되는 자원 또한 증가하게 된다.
부분 방전 검출 센서는 계측기와 안테나 간 거리의 제한을 완화시키기 위한 방안으로 신호 변환부를 더 포함하고 있다.
신호 변환부는 안테나에서 수신된 전자파 신호를 간섭에 둔감한 교류 형태의 전송 신호로 변환하여 계측기로 전송한다. 간섭에 둔감한 교류 형태의 전송 신호는 예를 들어 포락선 검출 회로의 출력 신호 등일 수 있으며 이때의 신호 변환부는 포락선 검출 회로가 된다. 간섭에 둔감한 신호를 전송하게 됨으로써 통신 선로에서의 신호 간섭을 덜 받게 된다. 따라서 전송 신호를 전송받아 분석하는 계측기를 안테나로부터 보다 먼거리에 설비할 수 있다. 물론, 신호 변환부에서 변환된 전송 신호를 전송받는 계측기에는 전송 신호를 이용하여 부분 방전을 판단할 수 있는 수단이 마련되어야 한다. 전송 신호를 교류 형태로 유지하는 이유는 부분 방전으로 유기한 전자파 신호의 분석 신뢰도를 유지하기 위함이다.
이와 같이 본 실시예의 부분 방전 검출 센서는 신호 변환부를 포함함으로써 계측기와 안테나 간 거리 제한을 완화시킬 수 있다. 다시 말해서 종래에 비하여 계측기를 안테나로부터 먼거리에 설비할 수 있게 되므로 적은 수의 계측기로 보다 많은 수의 안테나를 관할하도록 할 수 있다.
다만, 신호 변환부로 인하여 다음의 사항을 고려할 필요가 있다. 신호 변환부는 전자파 신호를 전송 신호로 변환하기 위해서 적어도 하나 이상의 능동 소자를 포함하게 되는데, 능동 소자는 정상적인 구동을 위해 직류 구동 전력이 공급되어져야 한다. 직류 구동 전력의 공급 방안으로 부분 방전 검출 센서에 배터리를 포함시킬 수 있다. 다만, 이때는 배터리의 충전 방식, 배터리의 유지/보수와 관련한 문제가 예상되므로 배터리 대신 전력 선로를 통해 외부로부터 전력을 공급받을 수도 있다. 외부로부터 전력을 공급받을 경우 전력을 운송할 전력 선로가 요구되나, 기존의 안테나와 계측기를 연결하는 동축 케이블과 같은 통신 선로 외에 전력 선로를 추가로 설비하면 생산성이 저하되고 자원 소모가 증가하게 된다.
따라서, 기존의 통신 회선을 그대로 이용하여 신호 변환부로 전력을 공급하고 동시에 전송 신호를 계측기로 전송할 할 수 있는 방안이 요구된다. 이를 위해 교류/직류 분리 모듈이 이용된다.
직류 전원(130)은 통신 선로를 통해 부분 방전 검출 센서로 신호 변환부의 직류 구동 전력을 공급한다.
계측기(150)는 통신 선로를 통해 전송 신호를 전송받아 가스 절연 개폐 장치 내부의 이상 유무를 분석한다.
교류/직류 분리 모듈(170)은 부분 방전 검출 센서와 직류 전원 및 계측기의 사이에서 직류 전원으로부터의 구동 전력을 상기 부분 방전 검출 센서로 전송하고, 상기 부분 방전 검출 센서로부터의 전송 신호를 상기 계측기로 전송한다.
직류 전원, 계측기, 부분 방전 검출 센서는 기존에 설비되어 있는 통신 선로 또는 새롭게 설비될 통신 선로를 공통으로 이용한다. 따라서, 통신 선로에는 부분 방전 검출 센서로부터 계측기로 전송되는 전송 신호와 직류 전원으로부터 부분 방전 검출 센서로 전송되는 직류 구동 전력이 혼재하는 상태이다. 통신 선로에 혼재하는 직류 구동 전력은 계측기로 전달되지 않아야 한다.
교류/직류 분리 모듈(170)은 통신 선로에 혼재하는 직류 구동 전력이 계측기로 전달되지 않도록 한다. 직류 구동 전력은 직류 형태이고 전송 신호는 교류 형태이므로 교류/직류 분리 모듈에는 이 둘을 분리하는 교류/직류 분리 회로가 포함된다.
직류 전원과 교류/직류 분리 모듈은 계측기와 일체로 형성될 수 있다. 이와 같이 구성하면 외부에서 보았을 때 부분 방전 검출 센서와 계측기 및 이 둘을 연결하는 통신 선로만이 나타나게 된다.
이하에서는 부분 방전 검출 센서에 대해 보다 상세하게 살펴보도록 한다.
도 2는 본 발명과 관련된 가스 절연 개폐 장치용 부분 방전 검출 장치를 나타낸 블럭도이다.
도 2에 도시된 가스 절연 개폐 장치용 부분 방전 검출 장치는 도 1의 부분 방전 검출 센서일 수 있으며, 구체적으로 가스 절연 개폐 장치의 내부 또는 인접한 외부에 장치된 안테나에서 수신된 상기 가스 절연 개폐 장치 내부의 부분 방전으로 인한 전자파 신호를 간섭에 둔감한 교류 형태의 전송 신호로 변환하는 신호 변환부(111) 및 상기 신호 변환부로부터 상기 전송 신호를 전달받아 통신 선로를 통해 계측기로 전송함과 동시에 상기 통신 선로로부터 상기 신호 변환부로 공급되는 직류 구동 전력을 전송받는 교류/직류 분리부(113)를 포함하고 있다.
신호 변환부(111)는 안테나에서 수신된 가스 절연 개폐 장치 내부의 부분 방전으로 인한 전자파 신호를 간섭에 둔감한 교류 형태의 전송 신호로 변환한다.
안테나는 부분 방전으로 인한 전자파 신호를 수신하는 요소로, 부분 방전으로 유기되는 아날로그 신호 중 UHF 대역의 주파수 신호를 수신하도록 설계된다. 이때의 안테나는 모노폴 안테나, 다이폴 안테나, 패치 안테나 등 다양한 구조의 안테나일 수 있다.
간섭에는 통신 선로 자체에 의한 간섭, 주변의 이동 통신, 방송파 등의 노이즈성 전파에 의한 간섭이 있을 수 있다.
통신 선로 자체의 간섭은 동축 케이블과 같은 통신 선로가 갖는 표면 효과 손실과 유전체 손실과 같은 자체 손실을 포함한다. 통신 선로에서의 손실이 심각하면 계측기에서의 분석에 오류가 발생할 수 있다. 신호 변환부는 이와 같은 통신 선로의 자체 손실이 있는 경우에도 계측기에서 정상적으로 분석할 수 있는 전송 신호를 변환 생성한다.
또한, 추가적으로 증폭기를 이용함으로써 통신 선로 자체의 손실을 보상할 수도 있다.
예를 들어, 안테나와 신호 변환부의 사이의 제1 위치, 상기 변환부와 상기 교류/직류 분리부의 사이의 제2 위치 중 적어도 하나에 하나 이상의 증폭부가 더 형성될 수 있다.
제1 위치에 형성되는 제1 증폭부(115)는 안테나에서 수신된 전자파 신호를 소정 레벨로 증폭시켜 신호 변환부의 입력 신호로 함으로써, 신호 변환부에서 간섭에 둔감한 전송 신호로 신뢰성 있게 변환 생성할 수 있도록 하는 증폭부이다. 또한, 신호 변환부에서 출력되는 전송 신호는 제1 증폭부에서 이루어진 증폭이 반영된 상태이므로 통신 선로 자체의 손실에 대한 사전 보상이 이루어지는 셈이 된다.
제1 증폭부로 유입되는 전자파 신호, 즉 안테나에서 수신된 전자파 신호는 감쇄 및 잡음의 영향으로 인해 매우 낮은 전력 레벨을 갖는다. 이러한 전자파 신호는 이미 많은 잡음이 포함된 상태이므로 잡음을 최소화시키면서 증폭할 필요가 있다. 이를 위해 제1 증폭부는 저잡음 신호 증폭기를 포함할 수 있다. 저잡음 신호 증폭기(LNA, Low Noise Amplifier)는 NF(잡음지수)가 낮도록 동작점과 매칭포인트를 잡아서 설계된 증폭기로서, 보통 1.5-2.5 사이의 NF 값이 요구된다.
저잡음 신호 증폭기의 출력 신호는 저잡음 증폭의 요건을 만족시키기 위해 신호 변환부의 입력 레벨을 충족시키지 못할 수 있다. 따라서, 저잡음 신호 증폭기의 후단에 저잡음 증폭된 신호를 적어도 상기 신호 변환부에서 요구하는 신호 레벨로 증폭시키는 비반전 증폭기를 추가할 수 있다.
제2 위치에 형성되는 제2 증폭부(117)는 외부 이득 조절 스위치(118)에 의해 상기 전송 신호의 이득을 조정하는 증폭기일 수 있다. 제2 증폭부는 통신 선로의 자체 손실을 감안하여 전송 신호를 적정하게 증폭하여 출력한다. 이때 제2 증폭부의 이득은 외부 이득 조절 스위치(118)에 의해 변경이 가능하다. 외부 이득 조절 스위치는 가스 절연 개폐 장치용 부분 방전 검출 장치의 케이스에 설비되어 사용자의 직접 조작에 의해 조절될 수 있다.
노이즈성 전파에 의한 간섭은 전송 신호가 원래의 신호 형태를 유지하지 못하도록 하는데 기여한다. 따라서 신호 변환부는 노이즈성 전파에 둔감한 형태의 신호를 전송 신호로서 변환 생성한다.
신호 변환부(111)는 도 3 및 도 5에 도시한 바와 같이 구체적으로 포락선 검출 회로, 후단에 DAC(Digital-to-Analog Converter)가 배치되는 비교 회로 및 후단에 DAC가 배치되는 슈미트 회로 중 하나일 수 있다.
신호 변환부가 포락선 검출 회로로 구성된 경우 각 구성 요소에서의 신호 형태를 도 4에 나타내었다.
살펴보면, 안테나에서 수신된 전자파 신호 ①은 미약한 세기를 갖는다. 신호 ①은 저잡음 신호 증폭기에서 신호 ②로 증폭되고, 비반전 증폭기에서 신호 ③으로 증폭된다. 이렇게 제1 증폭부에서 증폭된 신호 ③은 포락선 검출 회로(신호의 파고 부분을 연결한 파형)로 구성된 신호 변환부에서 신호 ④와 같이 변환된다. 제2 증폭부는 외부 이득 조절 스위치의 조정에 대응되는 이득으로 신호 ④를 증폭시켜 신호 ⑤를 출력한다.
최종 신호 ⑤를 살펴보면 포락선 검출 회로에 의해 노이즈성 전파에 의한 간섭에 둔감하게 변환된 상태임을 알 수 있다. 또한 통신 선로 자체 손실을 보상하기 위해 각 증폭부에서 증폭이 이루어진 상태임을 알 수 있다. 따라서, 최종 신호 ⑤를 전송할 경우 계측기는 안테나만 있었던 종래 구성에 비하여 상당히 먼거리에서도 분석이 가능한 신호를 전송받을 수 있게 된다.
다음으로 신호 변환부가 비교 회로 또는 슈미트 회로로 구성된 경우 각 구성 요소에서의 신호 형태를 도 6에 나타내었다.
살펴보면, 안테나에서 수신된 미약한 세기의 전자파 신호 ①은 저잡음 신호 증폭기와 비반전 증폭기를 거쳐 신호 ②→③과 같이 증폭된다. 신호 ③은 비교 회로 또는 슈미트 회로로 구성된 신호 변환부에서 신호 ⑥과 같은 형태의 신호로 변환된다.
비교 회로는 소정 기준 전압을 넘는지 여부에 따라 출력이 변하는 회로로 Vi가 비반전 입력 단자의 전압(기준 전압) V1을 초과하면 출력 Vo는 -Vs가 되고, 초과하지 않으면 출력 Vo는 Vs가 된다.
슈미트 회로는 입력 전압 Vi와 2개의 기준 전압 V1, V2를 비교하여 직사각형 펄스 출력 Vo를 출력한다.
비교 회로나 슈미트 회로를 거친 신호 ⑥은 직사각형의 펄스 신호, 즉 디지털 신호가 되는데 이를 다시 아날로그 신호로 변환하기 위해 DAC가 이용된다. DAC의 출력 신호, 즉 신호 변환부 전체의 출력 신호 ④는 도 6과 같은 형태의 아날로그 신호가 된다. 신호 ④는 이후 제2 증폭부에서 소정 이득으로 재증폭된다.
포락선 검출 회로와 마찬가지로 통신 선로의 자체 손실이 사전에 보상된 상태이고, 노이즈성 전파의 간섭에 둔감한 형태가 됨을 알 수 있다.
이상에서 살펴본 신호 변환부와 제1 및 제2 증폭부는 정상적인 동작을 위해 직류 구동 전력을 필요로 한다. 이때의 직류 구동 전력이 외부의 직류 전원에서 공급되는 경우 전송 신호를 전송하는 통신 선로를 이용하여 공급되는 것이 바람직하다.
이와 같이 구성할 경우 통신 선로에는 직류 전원으로부터 공급되는 직류 구동 전력과 계측기로 전송될 교류 형태의 전송 신호가 혼재하게 된다. 이때 교류 형태의 전송 신호가 직류 구동 전력의 일부로서 기능하지 않아야 하며 직류 구동 전력이 신호 변환부의 출력단 또는 제2 증폭부의 출력단에 인가되지 않도록 해야 한다. 이를 위해 교류/직류 분리부(113)가 이용된다.
교류/직류 분리부는 교류 신호와 직류 신호를 분리하는 회로를 포함함으로써 신호 변환부로부터 전달된 전송 신호가 계측기로만 전송되도록 하고, 통신 선로로부터 공급된 직류 구동 전력이 신호 변환부와 각 증폭부의 구동 전력 입력 단자에만 인가되도록 한다.
한편, 직류 전원에서 통신 회선을 통해 공급된 직류 구동 전력을 신호 변환부와 각 증폭부의 구동 전력 입력 단자에 바로 인가할 수 없는 경우에는 상기 직류 구동 전력을 정류하고, 신호 변환부에서 필요로 하는 레벨로 변환한 후 신호 변환부로 상기 변환된 직류 구동 전력을 공급하는 전원 공급부(119)를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
예를 들어 이상에서 살펴본 가스 절연 개폐 장치용 부분 방전 검출 장치의 각 구성 요소는 안테나를 포함하여 단일 케이스에 설비될 수 있다. 이때는 안테나가 가스 절연 개폐 장치의 외부(외면)에 배치되는 경우에 적합하다.
안테나가 가스 절연 개폐 장치의 내부에 배치되는 경우에도 역시 단일 케이스에 안테나를 포함한 각 구성 요소를 설비할 수 있으며, 이와 다르게 안테나만 가스 절연 개폐 장치의 내부에 설비하고 안테나를 제외한 각 구성 요소를 단일 케이스에 설비하여 케이스를 안테나와 인접한 가스 절연 개폐 장치의 외부에 설치할 수도 있다.
가스 절연 개폐 장치의 부분 방전을 검출하는 시스템과 센서에 적용할 수 있다.
특히, 계측기를 센서로부터 먼 위치에 설비할 필요가 있는 경우에 유용하다.
110...부분 방전 검출 센서 111...신호 변환부
113...교류/직류 분리부 115...제1 증폭부
117...제2 증폭부 118...외부 이득 조절 스위치
119...전원 공급부

Claims (8)

  1. 가스 절연 개폐 장치 내부의 부분 방전으로 인한 전자파 신호를 수신하는 안테나와 상기 수신된 전자파 신호를 간섭에 둔감한 교류 형태의 전송 신호로 변환하는 신호 변환부가 구비된 부분 방전 검출 센서;
    통신 선로를 통해 상기 부분 방전 검출 센서로 상기 신호 변환부의 직류 구동 전력을 공급하는 직류 전원;
    상기 통신 선로를 통해 상기 전송 신호를 전송받아 상기 가스 절연 개폐 장치 내부의 이상 유무를 분석하는 계측기; 및
    상기 부분 방전 검출 센서와 상기 직류 전원 및 상기 계측기의 사이에서 상기 직류 전원으로부터의 구동 전력을 상기 부분 방전 검출 센서로 전송하고, 상기 부분 방전 검출 센서로부터의 전송 신호를 상기 계측기로 전송하는 교류/직류 분리 모듈;
    을 포함하는 가스 절연 개폐 장치의 부분 방전 검출 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 직류 전원과 상기 계측기 및 상기 교류/직류 분리 모듈은 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 가스 절연 개폐 장치의 부분 방전 검출 시스템.
  3. 가스 절연 개폐 장치의 내부 또는 인접한 외부에 장치된 안테나에서 수신된 상기 가스 절연 개폐 장치 내부의 부분 방전으로 인한 전자파 신호를 간섭에 둔감한 교류 형태의 전송 신호로 변환하는 신호 변환부; 및
    상기 신호 변환부로부터 상기 전송 신호를 전달받아 통신 선로를 통해 계측기로 전송함과 동시에 상기 통신 선로로부터 상기 신호 변환부로 공급되는 직류 구동 전력을 전송받는 교류/직류 분리부;
    를 포함하는 가스 절연 개폐 장치용 부분 방전 검출 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 신호 변환부는 포락선 검출 회로, 후단에 DAC(Digital-to-Analog Converter)가 배치되는 비교 회로 및 후단에 DAC가 배치되는 슈미트 회로 중 하나인 것을 특징으로 하는 가스 절연 개폐 장치용 부분 방전 검출 장치.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 안테나와 상기 신호 변환부의 사이의 제1 위치, 상기 신호 변환부와 상기 교류/직류 분리부의 사이의 제2 위치 중 적어도 하나에 하나 이상의 증폭부가 더 형성되는 것을 특징으로 하는 가스 절연 개폐 장치용 부분 방전 검출 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제1 위치에 형성되는 제1 증폭부는 상기 전자파 신호를 저잡음 증폭시키는 저잡음 신호 증폭기와 상기 저잡음 증폭된 신호를 상기 신호 변환부에서 요구하는 신호 레벨로 증폭시키는 비반전 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 절연 개폐 장치용 부분 방전 검출 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제2 위치에 형성되는 제2 증폭부는 외부 이득 조절 스위치에 의해 상기 전송 신호의 이득을 조정하는 증폭기인 것을 특징으로 하는 가스 절연 개폐 장치용 부분 방전 검출 장치.
  8. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 직류 구동 전력을 정류하고, 상기 신호 변환부에서 필요로 하는 레벨로 변환하여 상기 신호 변환부로 상기 변환된 직류 구동 전력을 공급하는 전원 공급부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 절연 개폐 장치용 부분 방전 검출 장치.
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