KR101070822B1 - A abnormality detector of distributing board with self-diagnostic capabilities - Google Patents
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Abstract
본 발명은 수배전반의 이상 검출 장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 이상 검출 장치는 수배전반 내 방전으로 인해 발생되는 자외선을 감지하는 자외선 센서와, 상기 자외선 센서로부터 출력되는 아크 신호를 논리신호로 변환하는 정형회로와, 상기 정형화된 아크 신호의 펄스를 카운트하여 아크 발생 횟수를 카운트하는 아크 카운터와, 상기 정형화된 아크 신호의 펄스 지속 시간을 산출하는 펄스폭 변환기와, 상기 수배전반 활선의 R상, S상, T상의 전류를 각각 측정하는 다수의 전류 센서를 구비한 트랙킹 검출부와, 상기 자외선 센서의 펄스트랜스포머의 전압을 주기적으로 확인하여 상기 펄스트랜스포머 전압이 최저 방전 개시전압 이하로 떨어지면 자외선 센서의 자외선 영역검출 정확도가 저하된 것으로 진단하고, 상기 전류 센서로 입력되는 신호의 전압 레벨을 주기적으로 감시하여 기준값 이하로 일정 시간 동안 유지하는 경우 상기 전류 센서에 이상이 있는 것을 진단하는 자기진단부와, 상기 아크 검출부와 트랙킹 검출부를 통해 아크 신호와 트랙킹 신호를 검출하고, 그 검출된 신호들을 분석하여 아크 및 트랙킹의 발생 유무를 진단하며 상기 진단결과에 따른 경보를 발생시키며 원격 모니터링 장치로 전달하는 디지털 신호 처리부를 포함한다.The present invention relates to an abnormality detection device of the switchgear, the abnormality detection device according to the present invention is an ultraviolet sensor for detecting the ultraviolet rays generated by the discharge in the switchgear, and the shaping to convert the arc signal output from the ultraviolet sensor into a logic signal A circuit, an arc counter for counting the number of arc occurrences by counting pulses of the shaped arc signal, a pulse width converter for calculating a pulse duration of the shaped arc signal, an R phase, an S phase of the live switchboard live, Tracking detection unit having a plurality of current sensors for measuring the current in the T phase, and the voltage of the pulse transformer of the ultraviolet sensor periodically checks the ultraviolet region detection accuracy of the ultraviolet sensor when the pulse transformer voltage falls below the minimum discharge start voltage Diagnoses that the signal is reduced and inputs the signal to the current sensor. When the voltage level is periodically monitored and maintained below a reference value for a predetermined time, the self-diagnostic unit for diagnosing an abnormality in the current sensor and the arc detector and the tracking detector detect an arc signal and a tracking signal, and detect the same. And a digital signal processor for diagnosing the occurrence of arcing and tracking, generating an alarm according to the diagnosis result, and transmitting the generated signal to a remote monitoring apparatus.
Description
본 발명은 자외선 센서 및 전류 센서를 이용하여 아크 및 트랙킹 발생를 검출하여 수배전반의 상태를 실시간 감시하며 자외선 센서 및 전류 센서의 성능을 자기진단하는 수배전반의 이상 검출 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for detecting abnormality of a switchgear which detects arc and tracking occurrence using a UV sensor and a current sensor to monitor the state of the switchgear in real time, and self-diagnoses the performance of the UV sensor and the current sensor.
수배전반에서는 내부의 부품 고장 및 절연 열화 등으로 인하여 예고 없이 정전 및 전기사고 등이 발생하여, 경제적 손실뿐만 아니라 정전으로 인한 생산 차질 및 사회에 미치는 영향이 커지게 되었으며, 전기기기의 장기간에 걸친 원활한 운용과 신뢰성 확보가 매우 중요한 문제가 되고 있다.In the switchgear, power failures and electrical accidents occur without notice due to internal parts failure and insulation deterioration, which increases not only economic loss but also impact on production disruption and society due to power failure. And reliability are very important issues.
전기화재 예방을 위한 다각적인 노력에도 불구하고 빌딩 및 대수용가를 비롯한 다양한 부하의 증가로 인해 최근 10년간 전체 화재 발생건수(295,497건) 가운데 전기화재 발생건수가 102,560건 발생함으로써, 전기화재 점유율은 약 34.7%이고 평균 증가율은 5.7%의 높은 비율을 나타내고 있다. Despite the diversified efforts to prevent electrical fires, 102,560 electrical fires out of the total number of fires (295,497) occurred in the last 10 years due to the increase in various loads, including buildings and large water users. It is 34.7% and the average increase rate is 5.7%.
전기 화재는 전기 기기나 전기설비 사용의 증가와 함께 점점 증가하고 있는 추세이며, 이로 인해 인명피해와 재산 피해는 물론 국가경제에도 큰 피해를 주고 있으므로 전기화재의 조기발견에 의한 화재의 미연의 방지에 대한 필요성이 크게 대두되고 있다. 특히 빌딩 및 전력사용량이 큰 대수용가의 고압/저압 배전반과 분전반의 경우, 전기화재의 현상과 조기 검출을 위한 장치와 감시 시스템의 개발이 절실하게 요구되고 있다. Electric fires are on the rise with the increase in the use of electric devices and electrical equipment. As a result, electric fires are damaging to people's lives and property as well as to the national economy. There is a great need for this. In particular, high-voltage / low-voltage switchboards and switchboards of large consumers with high buildings and power usage are urgently required to develop devices and monitoring systems for early detection and detection of electric fires.
전기화재 사고에 대응하기위해 현재 설치된 배선용차단기를 비롯한 각종 보호 장치는 부하회로에서 과전류 발생 시 회로를 차단하는 기능을 가지고 있지만, 빌딩 및 대수용가의 배전계통에 있어서 접촉불량에 의한 과열, 단선, 단락에 의한 아크발생 및 절연피복재 열화에 의한 트랙킹현상 등은 배선용 차단기로는 사고의 해결이 불가능하다.In order to cope with electric fire accidents, various protection devices including circuit breakers, which are currently installed, have a function to cut off the circuit when an overcurrent occurs in the load circuit, but overheating, disconnection, short circuit due to poor contact in the power distribution system The tracking phenomenon caused by the arc generation and the insulation coating deterioration by the wiring breaker cannot solve the accident.
아크 화재의 경우, 지락이나 용량초과, 타 물건과의 접촉 등에 의해 비정상적인 전류가 흐르게 되어 고압/저압 배전반 내부의 부스바, 케이블, 전선간의 접촉부, 단자 접촉부 등이 과열되고, 이로 인하여 다른 물체에 접촉함으로써 고장부위에서 선이 절단되어 차단되거나 부분적인 접촉으로 계속적인 반복적인 아크를 발생시키게 된다.In the case of an arc fire, abnormal current flows due to ground fault, overcapacity, contact with other objects, etc., so that the busbars, cables, wire-to-wire contacts, and terminal contacts inside the high-voltage / low-voltage switchboard are overheated, which causes contact with other objects. As a result, the wire is cut off at the fault and it is interrupted or generates a continuous repetitive arc with partial contact.
수배전반 주변의 먼지, 매연, 습기 등의 환경오염으로 단자대에 접촉된 전선 피복재를 통해서 도체 사이의 절연층이 미소방전에 의하여 탄화되는 현상이 발생된다. 이 탄화도전로를 따라서 누설전류가 점차 증가하여 드디어는 도체 사이에 트랙킹 파괴와 함께 전선피복재가 발화함으로써 분전반의 전기화재가 발생하게 된다. 이와 같이 전기화재의 절반 이상이 아크 및 트랙킹에 의해 전기화재와 인명피해를 유발하고 있다.Due to environmental pollution such as dust, soot and moisture around the switchgear, the insulation layer between the conductors is carbonized by micro discharge through the wire covering material in contact with the terminal block. The leakage current gradually increases along this carbonization conductor, and finally, the electric wire covering material ignites with the tracking breakdown between the conductors, thereby generating an electric fire in the distribution board. As described above, more than half of electric fires cause electric fires and casualties by arcing and tracking.
종래의 아크 및 트랙킹 검출 방법은 각 상의 변류기에 의해서 얻어지는 전류파형을 디지털화하여 주파수 분석함으로써 아크 유무를 판단하였다. 이 방법은 수배전반의 피더에서의 전류가 저항성 성분일 경우는 검출 확률이 높으나 L, C에 의한 용량성, 유도성 성분의 부하 등의 경우는 아크의 파형분석으로는 정확한 검출이 불가능한 실정이다.In the conventional arc and tracking detection method, the presence or absence of an arc was determined by digitizing and frequency analyzing a current waveform obtained by a current transformer of each phase. In this method, the detection probability is high when the current in the feeder of the switchgear is a resistive component, but in the case of the capacitive by L and C and the load of the inductive component, it is impossible to accurately detect the arc waveform.
전기적 아크는 전기선연결의 접촉불량이나 또는 선간 피복불량 등의 원인으로 전기적 쇼트가 발생시 나타나는 증상을 말하는데, 아크가 발생되면 화재 소손 등의 영향으로 인명사고 와 재산손실이 발생될수 있어 아크의 판단여부와 예측판단이 중요한 이슈로 떠오르고 있다.An electric arc refers to a symptom that occurs when an electrical short occurs due to a poor contact of an electric wire or a poor coating between lines. An arc can cause personal injury and property loss due to fire damage, etc. Predictive judgment is emerging as an important issue.
미국을 비롯한 북미 지역에 사용되고 있는 종래의 아크차단장치는 주로 가정의 저압선로 아크를 검출하는 AFCI(Arc Fault Current Interrupter)로서, 콘센트의 단락과 전선의 단선 및 접촉불량 등의 원인에 의해 발생하는 아크전류를 차단한다. 이와 같이 수배전반의 고압/저압선로의 접촉불량, 단락, 열화 등에 의해서 발생하는 아크 및 트랙킹 신호에 대한 검출장치는 현재까지 적용되고 있지 않다. Conventional arc breakers used in the United States and North America are mainly Arc Fault Current Interrupter (AFCI) to detect arcs in low voltage lines in homes. Arc arcs are caused by short circuits in outlets, wire breaks, and poor contact. Shut off the current. As such, a detection apparatus for arc and tracking signals generated by poor contact, short circuit, and deterioration of a high voltage / low voltage line of a switchgear has not been applied until now.
본 발명은 상기한 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로, 자외선 센서와 전류 센서를 이용하여 아크 및 트랙킹 신호 검출하고, 그 검출된 신호들을 고속푸리에변환 및 확률적 통계 분석을 통해 아크 및 트랙킹을 검출하는 수배전반의 이상 검출 장치를 제공하기 위한 것이다.The present invention has been made to solve the above problems, the arc and tracking signals are detected by using an ultraviolet sensor and a current sensor, and the detected signals are detected by fast Fourier transform and stochastic statistical analysis to detect the arc and tracking. An object of the present invention is to provide an abnormality detection device for a switchgear.
또한, 본 발명은 자외선 센서와 전류 센서의 성능을 주기적으로 테스트하는 수배전반의 이상 검출 장치를 제공하기 위한 것이다.In addition, the present invention is to provide an abnormality detection device of the switchgear for periodically testing the performance of the ultraviolet sensor and the current sensor.
또한, 본 발명은 수배전반의 상태를 실시간으로 모니터링하여 아크 및 트랙킹과 같은 이상 발생을 진단하는 수배전반의 이상 검출 장치를 제공하기 위한 것이다.In addition, the present invention is to provide an apparatus for detecting abnormality of the switchgear for diagnosing the occurrence of abnormalities such as arc and tracking by monitoring the state of the switchgear in real time.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 수배전반의 이상 검출 장치는 수배전반 내 방전으로 인해 발생되는 자외선을 감지하는 자외선 센서와, 상기 자외선 센서로부터 출력되는 아크 신호를 논리신호로 변환하는 정형회로와, 상기 정형화된 아크 신호의 펄스를 카운트하여 아크 발생 횟수를 카운트하는 아크 카운터와, 상기 정형화된 아크 신호의 펄스 지속 시간을 산출하는 펄스폭 변환기와, 상기 수배전반 활선의 R상, S상, T상의 전류를 각각 측정하는 다수의 전류 센서를 구비한 트랙킹 검출부와, 상기 자외선 센서의 펄스트랜스포머의 전압을 주기적으로 확인하여 상기 펄스트랜스포머 전압이 최저 방전 개시전압 이하로 떨어지면 자외선 센서의 자외선 영역검출 정확도가 저하된 것으로 진단하고, 상기 전류 센서로 입력되는 신호의 전압 레벨을 주기적으로 감시하여 기준값 이하로 일정 시간 동안 유지하는 경우 상기 전류 센서에 이상이 있는 것을 진단하는 자기진단부와, 상기 아크 검출부와 트랙킹 검출부를 통해 아크 신호와 트랙킹 신호를 검출하고, 그 검출된 신호들을 분석하여 아크 및 트랙킹의 발생 유무를 진단하며 상기 진단결과에 따른 경보를 발생시키며 원격 모니터링 장치로 전달하는 디지털 신호 처리부를 포함한다.The abnormality detection device of the switchgear of the present invention for achieving the above object is an ultraviolet sensor for detecting the ultraviolet rays generated by the discharge in the switchgear, a shaping circuit for converting the arc signal output from the ultraviolet sensor into a logic signal, An arc counter for counting the number of arc occurrences by counting pulses of the shaped arc signal, a pulse width converter for calculating a pulse duration of the shaped arc signal, and currents of R, S, and T phases of the live switchboard Tracking detection unit having a plurality of current sensors for measuring each of the and the voltage of the pulse transformer of the ultraviolet sensor periodically checks that the pulse transformer voltage falls below the minimum discharge start voltage, the ultraviolet region detection accuracy of the ultraviolet sensor is reduced Is diagnosed, and the voltage level of the signal input to the current sensor And periodically detect the arc signal and the tracking signal through the self-diagnostic unit for diagnosing an abnormality in the current sensor and the arc detection unit and the tracking detection unit. And a digital signal processor for diagnosing the occurrence of arcing and tracking, generating an alarm according to the diagnosis result, and transmitting the alarm to the remote monitoring apparatus.
또한, 상기 자외선 센서는, 연산증폭기로 구성되어 삼각파형을 발생시키는 파형발생기와, 상기 발생되는 삼각파형에 의해 구동되며 직류 고전압을 발생시켜 상기 자외선 센서로 공급하는 펄스트랜스포머를 포함한다.The ultraviolet sensor may include a waveform generator configured as an operational amplifier to generate a triangular waveform, and a pulse transformer driven by the generated triangular waveform to generate a direct current high voltage to supply the ultraviolet sensor.
또한, 상기 아크 카운터는, 상기 아크 발생 횟수가 임계값 이상이면 아크 발생 신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.The arc counter may output an arc generation signal when the number of arc generations is equal to or greater than a threshold value.
또한, 상기 디지털 신호 처리부는, 상기 아크 신호에 대해 고속푸리에변환 연산을 수행하여 상기 아크 신호에 대한 고주파 성분, 피크값, 실효값과 같은 검출요소를 산출하는 것을 특징으로 한다.The digital signal processor may perform a fast Fourier transform operation on the arc signal to calculate detection elements such as a high frequency component, a peak value, and an effective value of the arc signal.
또한, 상기 디지털 신호 처리부는, 상기 트랙킹 신호을 고속푸리에변환 연산하여 상기 트랙킹 신호의 실효값, 전류 기울기, 단락 전류, 전류 피크값, 평균값과 같은 검출요소를 산출하는 것을 특징으로 한다.The digital signal processor may perform fast Fourier transform operation on the tracking signal to calculate detection elements such as an effective value, a current slope, a short circuit current, a current peak value, and an average value of the tracking signal.
또한, 본 발명에 따른 수배전반의 이상 검출 장치는 상기 디지털 신호 처리부의 제어에 따라 경보를 출력하는 알람수단을 더 포함한다.In addition, the abnormality detection apparatus of the switchgear according to the present invention further includes an alarm means for outputting an alarm under the control of the digital signal processing unit.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 수배전반의 이상 검출 장치는 자외선 센서와 전류 센서를 이용하여 아크 및 트랙킹 신호 검출하고, 그 검출된 신호들을 고속푸리에변환 및 확률적 통계 분석을 통해 수배전반 내부의 고압/저압 접촉부에서 발생하는 아크 및 트랙킹을 검출할 수 있다.As described above, the apparatus for detecting abnormality of the switchgear according to the present invention detects arc and tracking signals using an ultraviolet sensor and a current sensor, and detects the detected signals through high-speed Fourier transform and probabilistic statistical analysis. Arcs and tracking occurring at low pressure contacts can be detected.
또한, 본 발명은 수배전반의 아크 및 트랙킹 발생과 관련한 이상 징후를 실시간으로 모니터링하므로 수배전반의 상태를 감시 및 진단하여 전기화재의 확대로 인한 인명사고 및 재산피해를 미리 예방할 수 있다.In addition, the present invention monitors and diagnoses the status of the switchgear in real time by monitoring the abnormal signs related to the arc and tracking occurrence of the switchgear can prevent accidents and property damage due to the expansion of the electric fire.
도 1은 본 발명과 관련된 수배전반의 구성을 도시한 일 예이다.
도 2는 본 발명의 실시예와 관련된 수배전반의 이상 검출 장치를 도시한 블록구성도이다.
도 3은 도 2의 수배전반의 이상 검출 장치에 구비된 자외선 센서의 구조를 도시한 도면이다.
도 4는 도 3의 자외선 센서의 고압발생회로를 도시한 회로도이다.
도 5는 도 3의 자외선 센서의 출력파형을 도시한 예시도이다.1 is an example showing the configuration of a switchgear according to the present invention.
2 is a block diagram showing an abnormality detection device of a switchgear according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram illustrating a structure of an ultraviolet sensor included in the abnormality detecting apparatus of the switchboard of FIG. 2.
4 is a circuit diagram illustrating a high voltage generation circuit of the ultraviolet sensor of FIG. 3.
5 is an exemplary diagram illustrating an output waveform of the ultraviolet sensor of FIG. 3.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명은 케이블 헤드, 계기용 변압 변류기(Metering Out Fit: MOF) 접속부, 전력 퓨즈(Power Fuse: PF) 연결부, 진공차단기(Vacuum Circuit Breaker: VCB) 단자대, 변압기 고압부싱의 각 접속부, 고압 모선 연결부 등과 같은 고압부와, 변압기 저압측 부스바 접속부, 기중차단기(Air Circuit Breakers), 1차 및 2차 단자대 및 접속부, 분전반 단자대 및 접속부 등의 저압부에서 발생하는 아크 신호 및 트랙킹 신호와 같은 이상신호를 검출하여 수배전반의 상태를 감시 및 진단하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a cable head, a metering out fit (MOF) connection, a power fuse (PF) connection, a vacuum circuit breaker (VCB) terminal block, and a high voltage bus connection. Abnormal signals such as arc signals and tracking signals generated from high voltage parts such as low voltage parts such as busbar connections of transformers, low voltage side busbars, air circuit breakers, primary and secondary terminal blocks and connectors, distribution panel terminal blocks and connectors, etc. The present invention relates to a method for detecting and monitoring and diagnosing the status of switchboards.
도 1은 본 발명과 관련된 수배전반의 구성을 도시한 일 예이다.1 is an example showing the configuration of a switchgear according to the present invention.
도 1을 참조하면, 수배전반의 본체(1) 의 내부 공간은 지지대(2)에 의해 상하로 분리된다. 상기 지지대(2)의 상측에는 기중차단기(Air Circuit Breakers: ACB)(10), 고장구간자동개폐기(Automatic Indoor Section Switch: AISS)(20), 전력 퓨즈(Power Fuse: PF)(30), 피뢰기(Lightning Arrester: LA)(40)가 배치된다. 그리고, 상기 지지대(2)의 하측에는 변압기(Transformer: TR)(50)와 상기 변압기(50)의 일측에 계기용 변압 변류기(Metering Out Fit: MOF)(60)가 설치된다.Referring to Figure 1, the inner space of the
상기한 수배전반은 고압선로를 통해 입력되는 고압은 고장구간자동개폐기(20)를 거쳐 전력퓨즈(30)와 피뢰기(40)로 인입되고, 전력퓨즈(30)를 통한 고압라인에는 계기용 변압 변류기(60)를 설치하여 사용 전력량 측정을 위한 전압 및 전류를 검침할 수 있도록 연결된다. 상기 계기용 변압 변류기(60)에서 검출된 전압 및 전류값은 전압계 및 전류계에 인가되도록 연결되고 상기 변압기(50)의 2차측 저압단자에 나타난 저전압은 케이블로 연결되는 기중차단기(10)를 거쳐 부하측에 인가되도록 한다.The switchgear is a high voltage input through the high-voltage line is introduced into the
그리고, 상기 수배전반 내 고압 모선 접촉부, 변압기 2차측 부스바 접촉부 및 케이블 접속부 등에 아크 센서와 트랙킹 센서가 설치된다(도 1의 별표 참조).In addition, an arc sensor and a tracking sensor are installed in the high voltage busbar contact portion, the transformer secondary side busbar contact portion, and the cable connection portion in the switchboard (see the asterisk in FIG. 1).
또한, 상기 수배전반의 몸체(1) 외측에는 상기 수배전반의 동작을 감시하는 통합감시제어기(70)가 설치된다. 상기 통합감시제어기(70)에는 상기 아크센서(111)와 트랙킹 센서(121)를 통해 수배전반의 이상을 진단하는 이상 검출 장치(100)가 포함된다.In addition, an integrated
도 2는 본 발명의 실시예와 관련된 수배전반의 이상 검출 장치를 도시한 블록구성도이고, 도 3은 도 2의 수배전반의 이상 검출 장치에 구비된 자외선 센서의 구조를 도시한 도면이며, 도 4는 도 3의 자외선 센서의 고압발생회로를 도시한 회로도이고, 도 5는 도 3의 자외선 센서의 출력파형을 도시한 예시도이다.FIG. 2 is a block diagram illustrating an abnormality detecting apparatus of a switchgear according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a diagram illustrating a structure of an ultraviolet sensor included in the abnormality detecting apparatus of the switchgear of FIG. 2. 3 is a circuit diagram illustrating a high voltage generation circuit of the ultraviolet sensor of FIG. 3, and FIG. 5 is an exemplary diagram illustrating an output waveform of the ultraviolet sensor of FIG. 3.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 수배전반의 이상 검출 장치(100)는 아크 및 트랙킹의 발생을 감지하는 아크 검출부(110)와 트랙킹 검출부(120)를 구비한다.As shown in FIG. 2, the abnormality detection apparatus 100 of the switchboard according to the present invention includes an
상기 아크 검출부(110)는 아크 신호를 검출하는 상기 아크 센서(111)를 구비한다. 상기 아크 센서(111)는 비접촉형 자외선 센서(UVtron sensor)로, 금속과 가스의 광전효과의 원리를 이용한 것이다. 본 발명에서 사용된 아크 센서(111)는 종래의 반도체 방식의 자외선 센서와 달리 필터를 요구하지 않으며 검출 정확도가 높다.The
상기 자외선 센서는 수배전반 내에서 방전 등에 의해 발생하는 자외선을 검출하는 것으로, 발생한 자외선의 강도를 전압 신호(파형)으로 변환하여 출력한다.The ultraviolet sensor detects ultraviolet rays generated by discharge or the like in the switchgear, and converts the generated ultraviolet rays into voltage signals (waveforms) and outputs them.
이러한 자외선 센서는 도 3에 도시된 바와 같이 자외선 투과 유리관(UV glass bulb)(200)내에 대향 배치되는 애노드(anode) 전극(201)과 캐소드(cathode) 전극(202)으로 구성된다. 상기 애노드 전극(201)은 타원형의 루프를 형성하는 금속 와이어로 구성되며 금속판으로 구성된 상기 캐소드 전극(202)으로부터 일정 간격 이격되게 위치한다. 상기 애노드 전극(201)과 캐소드 전극(202)의 일측으로 각각 형성되는 리드들(201a, 202a)은 상기 자외선 투과 유리관(200)의 하단 봉착부를 관통하여 외부에 노출되어 자외선 센서의 외부 단자를 구성한다. 상기 두 리드(201a, 202a)에는 직류 전원이 일정한 전압으로 인가된다.Such an ultraviolet sensor is composed of an
애노드 전극(201)에는 양극 포텐셜(potential)을 인가하고 있는 상태에서 유리관을 투과한 자외선이 캐소드 전극(202)에 닿게 되면 포톤(photon) 에너지에 의해 캐소드 전극(202)에서 전자가 여기된다. 상기 여기된 전자는 양극 포텐셜에 의해 애노드 전극(201)측으로 끌려가게 되어 양전극 사이에 전류가 흐르게 된다.When the ultraviolet light transmitted through the glass tube touches the
그리고, 상기 아크 센서(111)로 사용되는 자외선 센서는 원거리 아크의 자외선 성분을 신속하게 감지할 수 있으며 고압 코로나 방전 같은 미소방전을 감지할 수 있다. 또한, 표 1에 도시된 바와 같이, 상기 아크 센서(111)는 185nm~260nm의 자외선 감도를 가지며 작은 사이즈에도 불구하고 자외선 방사의 감지 범위가 120° 각도에서 5m 이내의 이상 현상을 빠르게 감지할 수 있다.In addition, the ultraviolet sensor used as the
상기 아크 센서(111)는 직류 고압 전원을 인가하는 고압발생회로를 포함한다. 상기 고압발생회로는 도 4에 도시된 바와 같이, 연산증폭기(예: TL082)로 구성되는 파형발생기와, 직류 고전압을 발생시키는 펄스트랜스포머를 구비한다. 상기 파형발생기는 약 50ms 주기의 삼각파형을 발생시키고, 상기 발생된 삼각파형은 트랜지스터(Q4)를 통해 펄스트랜스포머를 구동시킨다. 상기 펄스트랜스포머는 약 300V의 직류 고전압을 발생시켜 다이오드(D4)와 캐패시터(C21)에 의해 정류되어 방전관의 애노드 전극으로 공급된다.The
상기 아크 검출부(110)는 방전관에서 발생되는 자외선을 감지한 아크 센서(111)로부터 출력되는 아크 신호를 입력받고, 그 입력받은 아크 신호로부터 노이즈 신호를 제거하는 아날로그 필터(112)를 구비한다. 상기 아날로그 필터(112)는 자외선 센서로부터 출력되는 출력파형의 노이즈를 아날로그 저역통과필터링을 통해 제거하여 출력한다(도 5 참조).The
상기 아크 검출부(110)는 상기 아날로그 필터(112)로부터 출력되는 신호를 정형화하는 정형회로(113)와, 아크 신호 카운터(114)와, 펄스폭 변환기(115), 데이터 래치(116)를 포함한다.The
상기 정형회로(113)는 상기 아날로그 필터(112)에 의해 필터링된 아크 신호를 논리신호로 변환시킨다. 본 발명에서는 공지된 다양한 형태의 정형회로(예: 리미터, 클램핑 등)가 사용될 수 있다. 상기 정형회로(113)는 정형화된 아크 신호를 상기 아크 신호 카운터(114)와 상기 펄스폭 변환기(115)로 전송한다. 여기서, 자외선 센서로부터 출력된 출력파형을 아날로그 필터링을 거쳐 정형화하는 것은 미세한 아크나 트랙킹의 검출을 용이하게 하기 위한 것이다.The
상기 아크 신호 카운터(114)는 상기 정형화된 아크 신호의 펄스를 카운트하여 아크 발생 횟수를 카운트한다. 그리고, 상기 아크 신호 카운터(114)는 상기 아크 발생 횟수가 임계값 이상이면 아크가 발생한 것으로 인지하여 아크 발생 신호를 상기 데이터 래치(116)로 출력한다.The
상기 데이터 래치(116)는 상기 아크 신호 카운터(114) 및 상기 펄스폭변환기(115)로부터 출력되는 데이터를 저장한다. 상기 데이터 래치(116)에 저장된 데이터에 따라 후술할 알람수단(150)의 계전기(relay)를 제어하여 알람을 발생시키거나 알람을 중단시킨다.The data latch 116 stores data output from the
상기 펄스폭 변환기(116)는 상기 아크 신호의 펄스 지속 시간을 산출하는 회로로, ‘하이(high)’ 상태에서 아크 시작 신호를 발생시켜 후술할 디지털 신호 처리부(130)로 전송하여 아크 발생을 알린다.The
한편, 상기 펄스폭 변환기(116)는 ‘로우(Low)’ 상태에서 아크 정지 신호를 발생시켜 상기 디지털 신호 처리부(130)로 출력하여 아크 멈춤 상태임을 알린다. 따라서, 상기 디지털 신호 처리부(130)는 상기 아크 정지 신호를 입력을 받으면 아크 경보 출력을 중단한다.Meanwhile, the
상기 트랙킹 검출부(120)는 트랙킹 센서(121)와 버퍼(122)를 구비한다. 상기 트랙킹 센서(121)는 수배전반의 활선에 발생하는 트랙킹(tracking) 전류를 측정하는 전류센서(Current Transducer: CT)로, 저압선로의 미소방전 현상인 트랙킹 신호를 검출한다. 그리고, 상기 트랙킹 센서(121)는 R상, S상, T상의 전류를 각각 측정하는 전류센서들(121a, 121b, 121c)로 구성된다.The tracking
상기 전류센서들(121a, 121b, 121c)로부터 전달된 전류파형은 버퍼(122)를 통해 상기 디지털 신호 처리부(130)의 아날로그/디지털 컨버터(미도시)로 입력된다. 상기 버퍼(122)는 상기 아날로그/디지털 컨버터의 처리 속도에 맞춰 상기 전류파형의 입력을 지연시킨다.The current waveforms transmitted from the
상기한 아크 센서(111)와 트랙킹 센서(121)는 도 1에 도시된 수배전반 내 고압 모선 접촉부, 변압기 2차측 부스바 접촉부 및 케이블 접속부 등에 설치된다.The
상기 이상 검출 장치(100)는 상기 아크 검출부(110)와 상기 트랙킹 검출부(120)를 통해 검출된 아크 신호와 트랙킹 신호를 신호처리하는 상기 디지털 신호 처리부(130)를 구비한다.The abnormality detection apparatus 100 includes the
상기 디지털 신호 처리부(130)는 상기 아크 검출부(110)과 트랙킹 검출부(120)로부터 출력되는 신호 및 데이터를 입력으로 받아 고속푸리에변환(Fast Fourier Transform: 이하, ‘FFT’) 연산 및 통계적 분석을 수행하여 아크 및 트랙킹의 발생 유무를 정확하게 검출한다.The
그리고, 상기 디지털 신호 처리부(130)는 FFT 연산을 통해 상기 아크 검출부(110)의 아크 센서(111)로부터 출력되는 출력파형(아크 신호)에 대한 고주파 성분, 실효값, 피크값 등의 검출요소를 산출한다.In addition, the
또한, 상기 디지털 신호 처리부(130)는 FFT 연산을 통해 상기 트랙킹 검출부(120)의 전류센서에 의해 측정된 전류파형의 실효값, 전류 기울기, 단락전류, 전류 피크값, 평균값 등의 검출요소를 산출한다.In addition, the
그리고, 상기 디지털 신호 처리부(130)는 상기 산출된 검출요소에 근거하여 상기 아크 검출부(110)와 트랙킹 검출부(120)을 통해 검출된 신호들을 분석하여 아크 및 트랙킹의 발생 여부와 형태 등을 진단한다. 여기서, 상기 디지털 신호 처리부(130)는 상기 아크 검출부(110)와 트랙킹 검출부(120)을 통해 검출된 신호들을 분석하여 아크 및 트랙킹의 발생 여부와 형태 등을 검출 알고리즘을 통해 데이터베이스를 구축하고 검증할 수 있다. 이러한 분석 데이터들은 원격 모니터링 장치(미도시)로 전송되어 위험요소에 대한 정보를 취득하여 사전에 대형사고를 예방하는데 사용된다. 상기 원격 모니터링 장치는 서버, 개인용 컴퓨터, 휴먼 머신 인터페이스(Human Machine Interface: HMI) 등으로 구현될 수 있다.The
상기 이상 검출 장치(100)에는 RS-485와 같은 시리얼 통신부(141)와 광통신부(142)를 구비한 통신부(140)가 구비된다.The abnormality detection device 100 includes a
상기 시리얼 통신부(141)는 상기 디지털 신호 처리부(130)의 통신제어신호에 따라 디지털 신호 처리부(130)에 의해 취득된 센서의 정보 및 각 데이터들을 MOD-BUS 규격의 데이터로 변환하여 상기 원격 모니터링 장치로 전달한다. 상기 원격 모니터링 장치로 전달된 데이터들은 각 정보별 또는 용도별로 가공되어 아크의 형태를 파악하게 된다.The
상기 광통신부(142)는 수배전반에 설치된 변압기 및 다수의 중전기기에 의해 강한 전자계가 형성되어 센서출력 신호의 전송 및 통신에 심각한 오동작을 유발할 수 있어 노이즈로 인한 오동작을 개선하기 위해 사용되고 있다.The
상기 광통신부(142)는 디지털 신호 처리부(130)로 취득된 센서의 정보 및 각 데이터들을 MOD-BUS 규격의 데이터로 정렬하여 광통신 라인을 통해 상기 원격 모니터링 장치로 전달한다. 상기 광통신부(142)는 디지털 신호 처리부(130)의 로직 정보를 PECL(Pseudo Emitter Couple Logic) 신호로 변환하는 로직신호 변환기를 포함한다. 그리고, 상기 광통신부(142)는 상기 PECL 신호를 광정보로 변환하여 광케이블 라인으로 출력하는 광신호변환기(광트랜시버)를 포함한다. 상기 광신호변환기는 수신되는 광케이블 정보를 PECL 신호로 변환하고, 상기 변환된 PECL 신호는 로직신호 변환기에 의해 로직신호로 변환되어 디지털 신호 처리부(130)로 입력된다. The
상기 광통신부(142)는 상기 이상 검출 장치(100)와 원격 모니터링 장치의 상호간에 광통신이 가능토록 해주고, 상기 원격 모니터링 장치로 전달된 데이터들은 각 정보별 또는 용도별로 가공되어 아크의 형태를 파악하는데 사용된다.The
상기 이상 검출 장치(100)에는 상기 데이터 래치(116)에 저장된 데이터에 따라 계전기가 구동되면 경보 알람을 발생시키거나 중단시키는 알람수단(150)이 구비된다.The abnormality detection device 100 is provided with an alarm means 150 for generating or stopping an alarm alarm when the relay is driven according to the data stored in the
상기 이상 검출 장치(100)에는 디지털 신호 처리부(130)에 의해 연산된 데이터를 가공하여 아크와 관련한 결과값과 정보를 표시하는 표시부(160)가 구비된다.The abnormality detection apparatus 100 is provided with a
상기 이상 검출 장치(100)는 상기 이상 검출 장치(100)에 전원을 공급하는 전원공급부(170)을 포함한다. 상기 전원공급부(170)는 내부 또는 외부에서 입력되는 직류전원을 다른 전압의 직류전원으로 변환하는 DC/DC 컨버터로 구현된다.The abnormality detecting apparatus 100 includes a
상기 아크 센서(111) 및 트랙킹 센서(121)의 자기진단을 수행하는 자기진단부(180)가 구비된다. 상기 자기진단부(180)는 아크 센서(111)의 일부분인 펄스트랜스포머(pulse transformer)의 전압을 주기적으로 확인하여 최저 방전 개시 전압 이하로 떨어지는지를 확인한다. 상기 확인결과 상기 펄스트랜스포머의 전압이 최저 방전 개시 전압 이하로 떨어지면 상기 자기진단부(180)는 상기 아크 센서(111)에 대한 자외선 영역검출의 정확도가 저하된 것으로 진단한다.The self-
그리고, 상기 자기진단부(180)는 트랙킹 센서(121)로 입력되는 입력신호의 전압레벨을 10초 간격으로 감시하여 상기 전압레벨이 기준값(최저값) 이하로 1초 동안 유지되면 트랙킹 센서(121)에 이상이 있는 것으로 진단한다.The self-
상기 자기진단부(170)는 진단결과를 상기 디지털 신호 처리부(130)로 전달하고, 상기 디지털 신호 처리부(130)는 상기 전달받은 진단결과를 시리얼 통신부(141)를 통해 표시부(170)로 전송하여 표시부(170)에 진단결과를 표시한다.The self-
이하, 본 발명에 따른 수배전반의 이상 검출 장치의 동작을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the operation of the abnormality detection apparatus of the switchgear according to the present invention will be described in detail.
본 발명에 따른 수배전반의 이상 검출 장치(100)의 디지털 신호 처리부(130)는 아크 검출부(110)와 트랙킹 검출부(120)를 통해 아크 신호와 트랙킹 신호를 검출한다. 상기 아크 검출부(110)는 아크 센서(111)을 통해 수배전반 내에서 발생하는 자외선을 감지하여 그 감지된 자외선의 강도를 전압 신호로 변환하고, 상기 변환된 전압신호를 아날로그 필터링한다. 그리고, 상기 아크 검출부(110)는 정형회로(113)를 통해 상기 필텅링된 전압 신호를 정형화하고, 아크 카운터(114)를 통해 그 정형화된 전압 신호의 펄스를 카운트하여 아크 발생 횟수를 카운트한다. 또한, 상기 아크 검출부(110)는 펄스폭 변환기(116)를 이용하여 상기 정형화된 전압 신호의 펄스 지속 시간(아크 지속 시간)을 산출한다.The
상기 아크 신호와 트랙킹 신호가 검출되면 상기 디지털 신호 처리부(130)는 상기 검출된 아크 신호와 트랙킹 신호에 대해 FFT 연산을 통해 검출요소를 산출한다. 상기 검출요소는 상기 아크 신호의 실효값, 고주파 성분, 피크값 등을 포함하며 상기 트랙킹 신호의 실효값, 전류 기울기, 단락 전류, 피크값, 평균값 등을 포함한다.When the arc signal and the tracking signal are detected, the
상기 디지털 신호 처리부(130)는 상기 산출된 검출요소를 분석하여 아크 및 트랙킹의 발생 여부를 진단하며 상기 자외선 센서 및 전류 센서에 의해 검출된 정보 및 산출된 검출요소를 원격 모니터링 장치로 전송한다. 여기서, 상기 디지털 신호 처리부(130)는 아크 발생 횟수가 2초 이내에 5회 이상 발생하거나 아크 지속 시간이 4초 이상 유지되는 경우 아크가 발생한 것으로 진단하고, 트랙킹 신호가 2초 이상 계속 발생하면 트랙킹이 발생한 것으로 진단한다.The
상기 원격 모니터링 장치는 상기 전달된 데이터들을 정보별 또는 용도별로 가공하여 아크의 형태를 파악한다.The remote monitoring device determines the shape of the arc by processing the transmitted data for each information or use.
100: 이상 검출 장치
110: 아크 검출부
111: 아크 센서
120: 트랙킹 검출부
121: 트랙킹 센서
130: 디지털 신호 처리부
140: 통신부
150: 알람수단
160: 표시부
170: 전원공급부
180: 자기진단부100: abnormal detection device
110: arc detection unit
111: arc sensor
120: tracking detection unit
121: tracking sensor
130: digital signal processing unit
140: communication unit
150: alarm means
160: display unit
170: power supply
180: self-diagnosis
Claims (6)
상기 수배전반의 활선의 R상, S상, T상의 전류를 각각 측정하는 다수의 전류 센서를 구비한 트랙킹 검출부와,
상기 자외선 센서의 펄스트랜스포머의 전압을 주기적으로 확인하여 상기 펄스트랜스포머 전압이 최저 방전 개시전압 이하로 떨어지면 자외선 센서의 자외선 영역검출 정확도가 저하된 것으로 진단하고, 상기 전류 센서로 입력되는 신호의 전압 레벨을 주기적으로 감시하여 기준값 이하로 일정 시간 동안 유지하는 경우 상기 전류 센서에 이상이 있는 것을 진단하는 자기진단부와,
상기 아크 검출부와 트랙킹 검출부를 통해 아크 신호와 트랙킹 신호를 검출하고, 그 검출된 신호들을 분석하여 아크 및 트랙킹의 발생 유무를 진단하며 그 진단결과에 따른 경보를 발생시키며 원격 모니터링 장치로 전달하는 디지털 신호 처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 수배전반의 이상 검출 장치.An ultraviolet sensor for detecting ultraviolet rays generated by discharge in the switchgear, a shaping circuit for converting an arc signal output from the ultraviolet sensor into a logic signal, and an arc for counting the number of arc occurrences by counting pulses of the shaped arc signal An arc detector comprising a counter, a pulse width converter for calculating a pulse duration of the shaped arc signal;
A tracking detection unit having a plurality of current sensors for measuring currents of R, S, and T phases of the live switchboard;
Periodically checking the voltage of the pulse transformer of the ultraviolet sensor to diagnose that the ultraviolet region detection accuracy of the ultraviolet sensor is lowered when the pulse transformer voltage falls below the minimum discharge start voltage, and the voltage level of the signal input to the current sensor A self-diagnosis unit for diagnosing an abnormality in the current sensor when periodically monitoring and maintaining it for a predetermined time below a reference value;
Detects the arc signal and the tracking signal through the arc detector and the tracking detector, and analyzes the detected signals to diagnose the occurrence of arc and tracking, generate an alarm according to the diagnosis result, and transmit the digital signal to a remote monitoring device. An abnormality detection apparatus of a switchgear comprising a processing unit.
연산증폭기로 구성되어 삼각파형을 발생시키는 파형발생기와,
상기 발생되는 삼각파형에 의해 구동되며 직류 고전압을 발생시켜 상기 자외선 센서로 공급하는 펄스트랜스포머를 포함하는 것을 특징으로 하는 수배전반의 이상 검출 장치.The method of claim 1, wherein the ultraviolet sensor,
A waveform generator configured with an operational amplifier to generate a triangular waveform,
And a pulse transformer which is driven by the generated triangular waveform and generates a DC high voltage to supply the UV sensor to the ultraviolet switch.
상기 아크 발생 횟수가 임계값 이상이면 아크 발생 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 수배전반의 이상 검출 장치.The method of claim 1, wherein the arc counter,
And outputting an arc generation signal if the number of arc generations is equal to or greater than a threshold value.
상기 아크 신호에 대해 고속푸리에변환 연산을 수행하여 상기 아크 신호에 대한 고주파 성분, 피크값, 실효값과 같은 검출요소를 산출하는 것을 특징으로 하는 수배전반의 이상 검출 장치.The method of claim 1, wherein the digital signal processing unit,
The apparatus for detecting abnormality of switchgear according to claim 4, wherein a fast Fourier transform operation is performed on the arc signal to calculate detection elements such as a high frequency component, a peak value, and an effective value of the arc signal.
상기 트랙킹 신호을 고속푸리에변환 연산하여 상기 트랙킹 신호의 실효값, 전류 기울기, 단락 전류, 전류 피크값, 평균값과 같은 검출요소를 산출하는 것을 특징으로 하는 수배전반의 이상 검출 장치.The method of claim 1, wherein the digital signal processing unit,
And a fast Fourier transform operation of the tracking signal to calculate detection elements such as an effective value, a current slope, a short circuit current, a current peak value, and an average value of the tracking signal.
상기 디지털 신호 처리부의 제어에 따라 경보를 출력하는 알람수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수배전반의 이상 검출 장치.The method of claim 1,
And an alarm means for outputting an alarm according to the control of the digital signal processor.
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