KR101077441B1 - Insulation deterioration monitoring system using vibration detection and metal enclosed switchgears using the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배전반에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 상기 배전반 내부에 설치된 다수 개의 설치 기기의 절연물에 설치되어 상기 절연물의 열화 시 부분 방전에 의해서 발생하며 상기 절연물을 통해서 전달되는 초고주파 진동을 감지하는 초고주파 진동센서와; 상기 배전반의 전면에 설치되어 상기 다수 개의 초고주파 진동센서와 전기적으로 연결되고, 상기 초고주파 진동센서에 의해 측정된 초고주파 진동신호를 센서입력단을 통해 입력받아 저장하고, 상기 초고주파 진동신호의 패턴이나 세기에 따라 상기 설치 기기의 열화 상태를 외부로 표시하며, 그 결과를 유무선 통신 가능한 프로토콜로 변환시켜 중앙감시반에 설치되어 있는 초고주파 진동 모니터링 장치로 전송하는 초고주파 진동신호 수신기;를 포함하여 이루어진 초고주파 센서를 이용한 실시간 열화 감지장치에 관한 것이다.The present invention relates to a switchboard, and more particularly, is installed on the insulators of a plurality of installation devices installed inside the switchboard, and generated by partial discharge when the insulator deteriorates and detects ultra-high frequency vibrations transmitted through the insulator. A sensor; Is installed on the front of the switchboard and electrically connected to the plurality of ultra-high frequency vibration sensor, and receives and stores the ultra-high frequency vibration signal measured by the ultra-high frequency vibration sensor through a sensor input terminal, according to the pattern or intensity of the ultra-high frequency vibration signal Real-time deterioration using the ultra-high frequency sensor comprising a; display the deterioration state of the installation device to the outside, and converts the result into a protocol capable of wired and wireless communication to transmit to the ultra-high frequency vibration monitoring device installed in the central monitoring panel; It relates to a sensing device.

Description

초고주파 진동센서를 이용한 실시간 열화 감지장치 및 이를 이용한 배전반{INSULATION DETERIORATION MONITORING SYSTEM USING VIBRATION DETECTION AND METAL ENCLOSED SWITCHGEARS USING THE SAME}Real-time deterioration detection device using ultra-high frequency vibration sensor and switchboard using the same {INSULATION DETERIORATION MONITORING SYSTEM USING VIBRATION DETECTION AND METAL ENCLOSED SWITCHGEARS USING THE SAME}
본 발명은 배전반에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 운전 중에 있는 배전반 내부에서 발생하는 초고주파 진동신호를 실시간으로 검출하도록 내부 설치 기기의 절연물에 초고주파 진동센서를 설치하고, 절연물의 열화 시 절연물을 통해서 전달되는 부분 방전에 의한 진동신호를 측정하고, 측정된 초고주파 진동신호를 분석하여 절연물의 열화 여부 및 정도를 분석하여 절연 파괴를 예측하도록 한 초고주파 진동센서를 이용한 실시간 열화 감지장치 및 이를 이용한 배전반에 관한 것이다. The present invention relates to a switchboard, and more particularly, to install the ultra-high frequency vibration sensor to the insulator of the internal installation device to detect in real time the ultra-high frequency vibration signal generated inside the switchboard during operation, which is transmitted through the insulator when the insulator deteriorates. The present invention relates to a real-time deterioration detection device using an ultra-high frequency vibration sensor and a switchboard using the same, which measure vibration signals caused by partial discharge, analyze the measured microwave signals and analyze the degree and extent of insulation deterioration.
배전반은 아파트, 빌딩, 공장, 변전소, 제철소 등의 전력 수용가 측에 설치되어 특 고압의 전력을 저압으로 변환하여 해당 설비에 공급하는 용도로 사용된다. 이러한 배전반은 수전설비를 통해 투입된 고압의 전기를 공장 또는 사용자가 필요한 전압으로 낮추어 변경 공급하거나 정전사고 등으로부터 전체 설비를 보호하도록 에폭시 몰드형 계기용변류기, 계기용변압기, 전력량계량기, 부싱, 지지애자, 부하개폐기, 진공차단기 등 다양한 내부 설치 기기가 구비된다. The switchboard is installed at the power consumer side of apartments, buildings, factories, substations, steel mills, etc., and is used to convert special high voltage power to low pressure and supply it to the facility. These switchboards are epoxy mold type current transformers, transformers, power meters, bushings, insulators, Various internal installation equipment such as load breaker and vacuum breaker is provided.
그리고 이러한 내부 설치 기기들에는 고전압상황에서 발생하는 코로나, 부분방전, 섬락 등의 방전현상을 방지하기 위해서 여러 종류의 절연물이 사용되고 있다. 그런데 이러한 절연물은 공극 또는 박리 등과 같은 갭(gap)이 제조공정 중에 어떤 이유나 동작 중의 냉각 및 가열 과정에서 발생할 수 있다. 그러나 이러한 갭은 높은 전계가 인가될 때마다 부분 전기 방전을 발생하게 되고, 이러한 부분 방전이 반복되면, 절연물이 서서히 침식되고 절연 내력(dielectricstrength)을 감소시킴으로써 결국 심각한 절연 파괴 사고가 발생하게 된다. In order to prevent discharge such as corona, partial discharge and flashover occurring in high voltage situations, various kinds of insulators are used in these internal installation devices. However, such insulators may cause gaps, such as voids or peeling, during cooling or heating during operation or for any reason during the manufacturing process. However, this gap generates a partial electric discharge each time a high electric field is applied, and if this partial discharge is repeated, the insulation gradually erodes and the dielectric strength is reduced, resulting in a serious breakdown event.
이러한 문제를 해결하기 위해서, 절연물 내의 갭을 미리 제거하여 부분 방전의 발생을 감소시키는 것이 바람직하지만 여러 원인을 고려할 때 갭을 완전히 제거하기는 어렵다. 또한, 절연물의 절연 특성은 제조시부터 충분히 검사되어야 하는데 이러한 검사는 초기 제조 결함의 검사에는 유효하나 시간의 흐름에 따른 절연 열화는 배전반의 동작 중에 발생하기 때문에 실질적인 검사가 어렵다. 따라서 종래에는 검사들 사이의 시간 간격이 증가하고 항상 정확하게 절연 특성을 파악하기가 불가능하므로 예측하지 못한 중대한 사고가 발생하게 된다. In order to solve this problem, it is desirable to reduce the occurrence of partial discharge by removing the gap in the insulator in advance, but it is difficult to completely remove the gap in consideration of various causes. In addition, the insulation properties of the insulation should be sufficiently inspected from the time of manufacture. Such inspection is effective for inspection of initial manufacturing defects, but practical inspection is difficult because insulation degradation over time occurs during operation of the switchboard. Therefore, conventionally, the time interval between inspections increases, and it is impossible to always accurately determine the insulation characteristics, which causes an unexpected unexpected accident.
이러한 점을 고려하여, 종래부터 부분 방전을 측정하여 열화를 감시하기 위한 다양한 방법들이 제시되었다. 예를 들어, 종래의 부분방전 측정법은, 절연 열화 발생시 나타나는 부분방전을 감지하기 위하여 배전반 내부에 부분방전용 접촉센서를 설치하는 방법과, 배전반 외함에 UHF센서 또는 초음파 센서를 부착 설치하는 방법과, 외함에 특수 제작된 정전용량성 센서를 부착 설치하는 방법과, 차단기 접지선에 유도성 센서를 부착 설치하는 방법 등으로 다양한 방법이 개시되었다. In view of this, various methods for monitoring degradation by measuring partial discharges have been conventionally proposed. For example, the conventional partial discharge measurement method, a method for installing a partial discharge contact sensor inside the switchboard in order to detect a partial discharge appears when the insulation deterioration occurs, a method of attaching a UHF sensor or an ultrasonic sensor to the switchboard enclosure, Various methods have been disclosed such as attaching and installing a capacitive sensor specially manufactured to an enclosure, and attaching and installing an inductive sensor to a circuit breaker ground wire.
그러나 종래의 방법은 배전반에서 부분 방전이 발생하는 지의 여부만을 검출할 수 있었을 뿐, 각각의 설치 기기의 절연 열화의 정도를 개별적으로 파악하기는 어려웠다. 따라서 절연 파괴를 사전에 예측하기도 어려웠다. 또한, 종래의 부분방전 측정법은 전력설비에서 발생하는 부분방전 펄스 또는 초음파 센서 또는 안테나와 같은 고가의 건(gun) 타입의 테스트 기기로 검출한 후, 이를 데이터의 형식으로 컴퓨터 쪽으로 옮겨와서 분석하여 부분방전 상태를 판정하는 시험이나, 시험 관리자의 수작업에 의해 정기 검진 시기에만 이루어지고 있는 실정이므로, 설치 기기의 절연 파괴를 실시간으로 예측할 수 없는 한계가 있었다.However, the conventional method was only able to detect whether or not partial discharge occurred in the switchboard, and it was difficult to individually determine the degree of insulation deterioration of each installation apparatus. Therefore, it was difficult to predict dielectric breakdown in advance. In addition, the conventional partial discharge measuring method is detected by an expensive gun type test device such as a partial discharge pulse or an ultrasonic sensor or an antenna generated in a power facility, and then transferred to a computer in the form of data for analysis. Since the situation is performed only at regular examination time by a test for determining the discharge state or by manual labor of the test manager, there is a limit in which the dielectric breakdown of the installation equipment cannot be predicted in real time.
또한, 종래에서는 전력설비 내부에서 어느 한 부위와 같은 국부적인 활선 상태를 열 화상 카메라로 촬영하여 획득한 열 화상 스펙트럼을 이용하여 전력설비를 정전시키지 않은 상태에서 진단하는 열 화상 진단 시스템도 개시되어 있다. 그러나, 종래의 열 화상 진단 시스템은 복수 개의 절연 기기별로 활선 상황을 촬영한 대용량 열 화상 데이터를 취급함에 따라서, 활선 상황을 실시간으로 처리하기에 대형 컴퓨팅 시스템을 요구하거나, 고가의 열 화상 카메라를 복수 개로 구비하여야 하므로 경제적이지 못하고, 실시간으로 절연 열화를 감시 및 예측하기에 역부족인 상황이다.In addition, a thermal imaging system has also been disclosed in which a thermal imaging spectrum obtained by capturing a local live state such as any part of a power plant by using a thermal imaging camera is diagnosed without a power failure. . However, the conventional thermal imaging system handles a large amount of thermal image data photographing live situations by a plurality of insulated devices, so that a large computing system is required to process live situations in real time, or a plurality of expensive thermal imaging cameras are used. It is not economical because it must be equipped with a dog, and it is insufficient to monitor and predict insulation degradation in real time.
또 다른 종래의 기술에서는 무지향성 안테나를 사용하여 부분 방전(partial discharge)에 대응한 전자파를 검출하는 방식이 있었으나, 배전반 내부에서 발생하는 부분방전을 단순히 진단하려고만 하였을 뿐, 개개의 설치 기기의 열화를 감시할 수는 없는 한계가 있었고 절연 파괴를 예측할 정도의 정밀한 감시를 위한 구체적인 수단을 제시하지 못하고 있었다.Another conventional technique has been a method of detecting electromagnetic waves corresponding to partial discharge by using an omnidirectional antenna, but merely attempting to diagnose partial discharge occurring inside a switchboard, and deteriorating individual installation equipment. There was a limit to the oversight, and no specific means were provided for precise monitoring to predict the breakdown of insulation.
또한, 종래의 진동 측정법은 변압기가 운전할 때 떨리는 현상을 이용하여 변압기의 이상 유무를 판단하기 위하여 변압기의 철심에 진동센서를 달아 놓는 방법이 개시되었다. 즉, 이 방법은 변압기가 정상적으로 운전할 때의 진동신호와 변압기에 이상이 발생한 때의 진동신호를 구별하여 변압기의 이상 유무를 판단하는 것이나, 변압기에 걸리는 부하사용에 따른 노이즈에 대한 영향이 심하여 정밀성이 크게 떨어지는 문제가 있었고, 구체적으로 열화 발생 부위를 찾기 위해서는 3개 이상의 진동센서를 이용하여 열화 부위를 추정하여야 하므로 절차가 복잡한 문제점이 있었다.In addition, the conventional vibration measuring method has been disclosed a method of attaching a vibration sensor to the iron core of the transformer in order to determine the abnormality of the transformer using the shaking phenomenon when the transformer is operating. In other words, this method distinguishes the vibration signal when the transformer is operating normally from the vibration signal when the transformer is abnormal, and determines the abnormality of the transformer. There was a problem of greatly falling, and in order to specifically find the site of deterioration, the procedure has been complicated because the deterioration site should be estimated using three or more vibration sensors.
아울러 배전반에는 고압의 전류가 흐르고 있고, 공간이 협소하므로 수십 개의 센서들의 설치 위치를 정하기도 어렵고 또 각각의 센서들의 연결전선 처리에도 많은 어려움이 있었다.In addition, since the high-voltage current flows in the switchboard, and the space is small, it is difficult to determine the installation position of the dozens of sensors, and there are many difficulties in the process of connecting wires of the respective sensors.
이에 따라 본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 주된 목적은, 절연 열화 시 발생하는 초고주파의 진동을 감지하기 위한 초음파 진동센서를 배전반 내부에 설치된 설치 기기의 절연물에 각각 설치함으로써 절연물을 통해 전달되는 초음파 진동을 직접 측정하여 외부 노이즈에 의한 영향을 최소화하고 각각의 절연물에 대한 절연 열화를 실시간으로 감시함으로써 절연 파괴를 정확하게 예측할 수 있고 절연 열화가 발생한 절연물의 위치를 정확히 찾아낼 수 있어 절연물의 수리 및 교체가 용이한 초고주파 진동센서를 이용한 실시간 열화 감지장치를 제공하는 것이다. Accordingly, the present invention is to solve the problems of the prior art, the main object of the present invention, by installing an ultrasonic vibration sensor for detecting the vibration of the ultra-high frequency generated when the insulation deterioration in each of the insulation of the installation device installed inside the switchboard By directly measuring the ultrasonic vibration transmitted through the insulator, it minimizes the influence of external noise and monitors the insulation deterioration on each insulation in real time so that it can accurately predict the breakdown of the insulation and pinpoint the location of the insulation that caused the deterioration. It is to provide a real-time degradation detection device using an ultra-high frequency vibration sensor that is easy to repair and replace the insulation.
본 발명의 다른 목적은, 초고주파 진동센서를 이용하여 측정된 초고주파 진동의 파형을 분석하여 절연 열화의 정도, 상태 또는 현재 상황을 실시간으로 분석하고 위급 상황이 발생하면 관리자에게 실시간으로 알려서 절연 열화에 의한 절연 파괴를 미리 방지할 수 있는 진동센서를 이용한 실시간 열화 감지장치를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to analyze the waveform of the ultra-high frequency vibration measured using the ultra-high frequency vibration sensor to analyze the degree, state or current situation of insulation degradation in real time and to notify the manager in real time when an emergency occurs due to insulation degradation It is to provide a real-time degradation detection device using a vibration sensor that can prevent the breakdown in advance.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은, 초고주파의 진동신호를 무선으로 송출하는 초고주파 진동센서를 배전반 내부에 설치된 각종 설치 기기의 절연물에 설치하고 배전반의 전면에는 초음파 진동신호를 무선으로 수신하는 초음파 진동신호 수신기를 설치하여 초고주파 센서들을 연결하기 위한 연결전선을 단순하게 하거나 제거하는 것을 특징으로 하는 진동센서를 이용한 실시간 열화 감지장치를 제공하는 것이다.In addition, another object of the present invention is to install an ultra-high frequency vibration sensor for transmitting the ultra-high frequency vibration signal wirelessly to an insulator of various installation equipment installed inside the switchboard, and ultrasonic vibration signal for wirelessly receiving the ultrasonic vibration signal on the front of the switchboard. It is to provide a real-time deterioration detection device using a vibration sensor, characterized in that by installing a receiver to simplify or remove the connection wire for connecting the microwave sensors.
상술한 본 발명의 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 진동센서를 이용한 실시간 열화 감지장치는, 배전반 내부에 설치되는 절연물의 절연 열화를 감시하기 위한 열화 감지장치에 있어서, As a means for achieving the above object of the present invention, the real-time deterioration detection device using a vibration sensor according to the present invention, in the deterioration detection device for monitoring the insulation deterioration of the insulation provided in the switchboard,
상기 배전반 내부에 설치된 다수 개의 설치 기기의 절연물에 매립되어 상기 절연물의 열화 시 부분 방전에 의해 발생하고 상기 절연물을 통해서 전달되는 초고주파 진동을 직접 감지하는 초고주파 진동센서와;An ultra-high frequency vibration sensor embedded in an insulator of a plurality of installation devices installed inside the switchboard and directly detecting the ultra-high frequency vibration generated by partial discharge when the insulator deteriorates and transmitted through the insulator;
상기 배전반의 전면에 설치되어 상기 다수 개의 초고주파 진동센서와 전기적으로 연결되고, 상기 초고주파 진동센서에 의해 측정된 초고주파 진동신호를 센서입력단을 통해 입력받아 저장하고, 상기 초고주파 진동신호의 패턴이나 세기에 따라 설치 기기의 열화 상태를 외부로 표시하며, 그 결과를 유무선 통신 가능한 프로토콜로 변환시켜 중앙감시반에 설치되어 있는 초고주파 진동 모니터링 장치로 전송하는 초고주파 진동신호 수신기;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.Is installed on the front of the switchboard and electrically connected to the plurality of ultra-high frequency vibration sensor, and receives and stores the ultra-high frequency vibration signal measured by the ultra-high frequency vibration sensor through a sensor input terminal, according to the pattern or intensity of the ultra-high frequency vibration signal It is characterized by comprising; a high frequency vibration signal receiver for displaying the deterioration state of the installation device to the outside, and converts the result into a protocol capable of wired and wireless communication to transmit to the ultra-high frequency vibration monitoring device installed in the central monitoring panel.
본 발명에 있어서, 상기 초고주파 진동 모니터링 장치는, 상기 다수 개의 초고주파 진동신호 수신기로부터 상기 배전반 내부 절연물의 열화 상태에 대한 데이터를 입력받아 저장하고, 입력된 데이터를 분석하여 절연 파괴를 예측하거나 이상 발생시 원격지의 관리자에게 유무선으로 경고하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the ultra-high frequency vibration monitoring device receives and stores data on the deterioration state of the internal insulation of the switchboard from the plurality of ultra-high frequency vibration signal receivers, and analyzes the input data to predict insulation breakdown or remotely when an abnormality occurs. It is characterized in that the administrator of the wired and wireless warning.
또한, 상기 초고주파 진동신호 수신기는, 상기 센서입력단을 통해 수신된 초고주파 진동신호를 저장하는 메모리와, 상기 메모리에 저장된 초고주파 진동신호의 파형을 분석하고 기준 부분방전 모델과 비교하여 상기 설치 기기의 열화 상태를 분석하고 그 결과를 통신부를 통해 외부로 송신하는 제어부를 포함하여 구성된다.In addition, the ultra-high frequency vibration signal receiver, the memory for storing the ultra-high frequency vibration signal received through the sensor input terminal, and the degradation state of the installation device by analyzing the waveform of the ultra-high frequency vibration signal stored in the memory and compared with the reference partial discharge model It is configured to include a control unit for analyzing and transmitting the result to the outside through the communication unit.
또한, 상기 초고주파 진동신호 수신기는, 상기 센서입력단을 통해 수신된 초고주파 진동신호를 입력받아 증폭 및 필터링하는 증폭기 및 필터와, 상기 증폭기 및 필터를 통해 증폭 및 필터링된 초고주파 진동신호를 디지털 신호로 변환하여 출력하는 A/D변환기(아날로그-디지털 컨버터)를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.In addition, the ultra-high frequency vibration signal receiver, the amplifier and filter for receiving and amplifying and filtering the ultra-high frequency vibration signal received through the sensor input terminal, and converts the ultra-high frequency vibration signal amplified and filtered through the amplifier and filter into a digital signal A to D converter (analog-to-digital converter) for outputting further comprises.
본 발명에 있어서, 상기 초고주파 진동센서는 압저항형 압력센서, 정전용량형 압력센서, 질량체(proofmass)를 이용한 가속도 센서나 레이저 진동 측정기 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 한다.In the present invention, the ultra-high frequency vibration sensor is any one selected from a piezoresistive pressure sensor, a capacitive pressure sensor, an acceleration sensor using a proof mass or a laser vibration measuring device.
상기 초고주파 진동 수신기에는, RF신호를 변조하여 송신하는 RF송신부와, RF신호를 수신하여 복조하는 RF수신부와, 소정 주파수대역의 고주파를 발진하는 주파수 합성기와, 수신 또는 송신되는 신호를 처리하는 마이크로프로세서와, 소정 주파수대역의 RF신호를 송수신하는 안테나를 포함하는 리더가 더 설치되는 것을 특징으로 한다.The ultra-high frequency vibration receiver includes: an RF transmitter for modulating and transmitting an RF signal, an RF receiver for receiving and demodulating an RF signal, a frequency synthesizer for oscillating a high frequency of a predetermined frequency band, and a microprocessor for processing a received or transmitted signal And a reader including an antenna for transmitting and receiving an RF signal of a predetermined frequency band.
상기 초고주파 진동센서에는, 고주파 신호를 송수신하는 RF회로, 제어로직, 메모리, 안테나, 코일 및 정류기를 포함하는 태그가 더 설치된 것을 특징으로 한다.The ultra-high frequency vibration sensor is characterized in that the tag further comprises a RF circuit for transmitting and receiving high-frequency signals, control logic, memory, antenna, coil and rectifier.
본 발명에 있어서, 상기 초고주파 진동센서는, 상기 설치 기기의 절연물에 형성된 설치 홈에 밀착되게 설치하고, 그 외 측에는 고무재질의 절연소재를 이용하여 밀봉함으로써 외부로부터의 진동신호가 상기 초고주파 진동센서로 전달되지 않도록 하는 것을 특징으로 한다. In the present invention, the ultra-high frequency vibration sensor is installed in close contact with the installation groove formed in the insulator of the installation device, the outer side is sealed by using an insulating material of rubber material to the vibration signal from the outside to the ultra-high frequency vibration sensor It is characterized in that not to be delivered.
이와 같이, 본 발명에 따른 초고주파 진동센서는 해당하는 절연물을 통해서 전달되는 초고주파 진동신호를 직접 감지하고 외부로부터 전달되는 노이즈는 감지하지 않도록 차단함으로써 절연 열화가 발생하는 절연물의 위치를 실시간으로 정확하게 탐지할 수 있는 것을 특징으로 한다.As described above, the ultra-high frequency vibration sensor according to the present invention detects the high frequency vibration signal transmitted through the corresponding insulator directly and blocks the noise transmitted from the outside so as to accurately detect the position of the insulator where the insulation deterioration occurs in real time. Characterized in that it can.
본 발명의 초고주파 진동센서를 이용한 실시간 열화 감지장치 및 이를 이용한 배전반에 따르면, 절연 열화 시 발생하는 초고주파를 진동신호를 감지하기 위한 초고주파 진동센서를 배전반 내부에 설치되는 각종 설치 기기의 절연물에 각각 설치함으로써 절연물을 통해 전달되는 초고주파 진동을 직접 측정하여 외부 노이즈에 의한 영향을 최소화하고 각각의 절연물에 대한 절연 열화를 실시간으로 감시함으로써 절연 파괴를 정확하게 예측할 수 있으며 절연 열화가 발생한 절연물의 위치를 실시간으로 탐지할 수 있어서 절연물의 수리 및 교체가 용이한 효과가 있다.According to the real-time deterioration detection device using the ultra-high frequency vibration sensor of the present invention and the switchgear using the same, by installing the ultra-high frequency vibration sensor for detecting the vibration signal of the ultra-high frequency generated when the insulation deterioration is installed in the insulation of the various installation equipment installed inside the switchboard By directly measuring the microwave vibration transmitted through the insulator, it minimizes the influence of external noise and monitors the insulation deterioration on each insulation in real time, so that it is possible to accurately predict the breakdown of the insulation and to detect the position of the insulation where the insulation deterioration occurred in real time. It can be easy to repair and replace the insulation.
또한, 본 발명에 따르면 부분방전 시 발생하는 초고주파 진동을 상기 초고주파 진동센서를 이용하여 측정하고 측정된 초고주파 또는 초고주파 진동의 파형을 분석하여 절연 열화의 정도, 상태 또는 상황을 실시간으로 분석하고 위급 상황이 발생하면 관리자에게 실시간으로 알려서 절연 열화에 의한 절연 파괴를 미리 방지할 수 있는 효과가 있다.In addition, according to the present invention by measuring the ultra-high frequency vibration generated during the partial discharge by using the ultra-high frequency vibration sensor and by analyzing the waveform of the measured high-frequency or ultra-high frequency vibration in real time to analyze the degree, state or situation of insulation degradation and emergency situation When it occurs, the manager can be notified in real time to prevent insulation breakdown due to insulation deterioration.
또한, 본 발명에 따르면, 초고주파 진동신호를 무선으로 송출하는 초고주파 진동센서를 배전반 내부에 설치되어 있는 각종 설치 기기의 절연물에 각각 설치하고 배전반의 전면에는 초고주파 진동신호를 무선으로 수신하는 초고주파 진동신호 수신기를 설치하여 배전반의 연결전선의 구조를 매우 단순하게 할 수 있는 효과가 있다.In addition, according to the present invention, the ultra-high frequency vibration signal receiver for wirelessly transmitting the ultra-high frequency vibration signal to each of the insulators of the various installation equipment installed inside the switchboard and the front of the switchboard for receiving the ultra-high frequency vibration signal wirelessly By installing the effect of making the structure of the connecting wire of the switchboard very simple.
도 1은 본 발명에 따른 초고주파 진동센서를 이용한 실시간 열화 감지장치의 개략적이 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 초고주파 진동센서를 이용한 실시간 열화 감지장치가 적용된 배전반을 보여주는 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 배전반 내부 설치 기기의 절연물에 설치된 초고주파 진동센서의 일 예를 보여주는 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 초고주파 진동 수신기의 개략적인 구조를 보여주는 구성도,
도 5 내지 도 8은 초고주파 진동신호의 다양한 파형을 보여주는 그래프,
도 9는 본 발명에 따른 초고주파 진동 수신기의 일 예의 외관을 보여주는 사시도,
도 10은 본 발명에 따른 초고주파 진동소자의 일 예를 보여주는 분해 사시도,
도 11은 본 발명에 따른 무선주파수인식(RFID) 시스템을 이용한 실시간 열화 감지장치의 일 예를 보여주는 구성도,
도 12는 본 발명에 따른 초고주파 진동센서를 이용한 실시간 열화 감지장치의 다른 실시 예를 보여주는 개략적이 구성도,
도 13은 도 12의 초고주파 진동센서를 이용한 실시간 열화 감지장치에 사용할 수 있도록 무선주파수시스템이 적용된 초고주파 진동센서와 초고주파 진동 수신기를 보여주는 개략적인 구성도,
도 14 내지 도 16은 본 발명에 따른 초고주파 진동센서를 절연물에 설치하는 다양한 방법을 보여주는 개략적인 측면도이다.
1 is a schematic configuration diagram of a real-time degradation detection device using an ultra-high frequency vibration sensor according to the present invention,
2 is a block diagram showing a switchboard to which a real-time deterioration detection apparatus using an ultra-high frequency vibration sensor according to the present invention is applied,
Figure 3 is a cross-sectional view showing an example of the ultra-high frequency vibration sensor installed in the insulator of the switchboard internal installation apparatus according to the present invention,
4 is a schematic view showing a schematic structure of an ultra-high frequency vibration receiver according to the present invention;
5 to 8 is a graph showing various waveforms of the ultra-high frequency vibration signal,
9 is a perspective view showing the appearance of an example of an ultra-high frequency vibration receiver according to the present invention;
10 is an exploded perspective view showing an example of the ultra-high frequency vibration device according to the present invention;
11 is a block diagram showing an example of a real-time degradation detection device using a radio frequency identification (RFID) system according to the present invention,
12 is a schematic configuration diagram showing another embodiment of a real-time degradation detection apparatus using an ultra-high frequency vibration sensor according to the present invention;
FIG. 13 is a schematic diagram illustrating an ultrahigh frequency vibration sensor and an ultrahigh frequency vibration receiver to which a radio frequency system is applied so as to be used in a real time degradation detection apparatus using the ultra high frequency vibration sensor of FIG. 12;
14 to 16 are schematic side views showing various methods of installing an ultra-high frequency vibration sensor according to the present invention in an insulator.
이하에서는 본 발명에 따른 초고주파 진동센서를 이용한 실시간 열화 감지장치의 바람직한 실시 예에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter will be described in detail a preferred embodiment of a real-time degradation detection device using an ultra-high frequency vibration sensor according to the present invention.
먼저, 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 초고주파 진동센서를 이용한 실시간 열화 감지장치(이하 '열화 감지장치'이라 함)(1)는, 다수 개의 초고주파 진동센서(2)와, 다수 개의 초고주파 진동센서(2)와 연결된 초고주파 진동신호 수신기(3) 그리고 상기 초고주파 진동신호 수신기(3)와 연결되는 초고주파 진동 모니터링 장치(5)로 이루어진다. First, referring to Figures 1 and 2, the real-time deterioration detection device (hereinafter referred to as 'degradation detection device') 1 using the ultra-high frequency vibration sensor of the present invention, a plurality of ultra-high frequency vibration sensor (2), It consists of an ultra-high frequency vibration signal receiver 3 connected to the ultra-high frequency vibration sensor 2 and an ultra-high frequency vibration monitoring apparatus 5 connected to the ultra-high frequency vibration signal receiver 3.
도시된 바와 같이, 상기 초고주파 진동센서(2)는 배전반(100) 내부에 설치된 다수 개의 내부 설치 기기의 절연물(11)에 각각 설치된다. 그리고 초고주파 진동신호 수신기(3)는 각 배전반(100) 전면(101)에 하나씩 설치된다. 상기 초고주파 진동신호 수신기(3)는 해당하는 배전반(100)에 설치된 다수 개의 초고주파 진동센서(2)와 전기적으로 연결된다.As shown, the ultra-high frequency vibration sensor 2 is installed on the insulators 11 of the plurality of internal installation devices installed in the switchboard 100, respectively. And the ultra-high frequency vibration signal receiver (3) is provided one on each front panel 101 of each switchboard (100). The ultra-high frequency vibration signal receiver 3 is electrically connected to a plurality of ultra-high frequency vibration sensors 2 installed in the corresponding switchboard 100.
그리고 상기 초고주파 진동 수신기(3)는 중앙감시반에 설치되어 있는 초고주파 진동 모니터링 장치(5)와 유무선으로 연결된다. 또한, 바람직하게 상기 초고주파 진동센서(2)와 초고주파 진동신호 수신기(3)도 무선통신모듈을 통하여 무선으로 연결될 수 있다. In addition, the ultra-high frequency vibration receiver 3 is connected to the ultra-high frequency vibration monitoring device 5 installed in the central monitoring panel by wire or wireless. In addition, the ultra-high frequency vibration sensor 2 and the ultra-high frequency vibration signal receiver 3 may also be wirelessly connected through a wireless communication module.
상기 초고주파 진동신호 수신기(3)는 전기선(32)을 통해 전원을 공급받는다. 상기 초고주파 진동센서(2)는 초고주파 진동신호 수신기(3)로부터 전원을 공급받을 수 있다. The ultra-high frequency vibration signal receiver 3 is supplied with power through an electric line 32. The ultra-high frequency vibration sensor 2 may receive power from the ultra-high frequency vibration signal receiver 3.
더욱 구체적으로, 도 3을 참조하면, 상기 초고주파 진동센서(2)는, 배전반(100) 내부에 설치된 부싱, 지지애자, 고압 차단기 등 각종 내부 설치 기기(10)의 절연물(11)에 매설된다. 예를 들어, 초고주파 진동센서(2)는 절연물(11)의 하단에 형성된 설치 홈(12)에 삽입하여 설치할 수 있다. 이때 상기 초고주파 진동센서(2)는 절연물(11)에 밀착되고, 그 외 측에는 고무재질의 절연소재(14)를 이용하여 설치 홈(12)의 입구를 밀폐시킨다.More specifically, referring to FIG. 3, the ultra-high frequency vibration sensor 2 is embedded in an insulator 11 of various internal installation devices 10 such as a bushing, a support insulator, and a high voltage circuit breaker installed inside the switchboard 100. For example, the ultra-high frequency vibration sensor 2 may be inserted into the installation groove 12 formed at the lower end of the insulator 11 and installed. At this time, the ultra-high frequency vibration sensor (2) is in close contact with the insulator (11), the outer side to seal the inlet of the installation groove 12 by using an insulating material 14 of the rubber material.
따라서 상기 초고주파 진동센서(2)는 설치 기기(10)의 절연물(11)에 밀착되어 해당 설치 기기(10)의 절연물(11)에 열화가 발생하였을 때 생성되는 부분 방전에 의한 초고주파 진동을 직접 감지할 수 있게 된다. 즉, 절연물(11)에 부분 방전 이 발생하면 사람이 듣지 못하는 초고주파의 진동(또는 초고주파 신호)이 발생하는데, 이 초고주파 진동은 공중으로 방사되거나 절연물(11)을 통해서 전달되는데, 절연물(11)을 통해서 전달되는 초고주파 진동은 공기를 매질로 전파되는 초고주파 신호 또는 초음파에 비해 전달 속도도 빠를 뿐만 아니라 감쇄가 적고 외부 노이즈를 최소화할 수 있다. Therefore, the ultra-high frequency vibration sensor 2 is in close contact with the insulator 11 of the installation device 10 and directly detects the ultra-high frequency vibration due to partial discharge generated when deterioration occurs in the insulator 11 of the installation device 10. You can do it. That is, when a partial discharge occurs in the insulator 11, a high frequency vibration (or a very high frequency signal) that is inaudible to humans is generated, and the high frequency vibration is radiated into the air or transmitted through the insulator 11. Ultra-high frequency vibration transmitted through the air is not only faster than the ultra-high frequency signal or ultrasonic wave propagating to the medium, but also has low attenuation and minimizes external noise.
즉, 본 발명에 따른 초고주파 진동센서(2)는 공기를 통해서 전달되는 초음파 진동은 수신하지 않도록 설치 홈(12)의 입구를 고무재질의 절연소재(14)로 밀봉하는 것을 특징으로 한다. 이와 같이, 본 발명의 초고주파 진동센서(2)는 외부 노이즈를 원천적으로 차단하는 동시에 각각의 절연물(11)에 초고주파 진동센서(2)를 설치함으로써 절연 열화가 발생한 설치 기기(10)를 실시간으로 확인할 수 있다.That is, the ultra-high frequency vibration sensor 2 according to the present invention is characterized in that the inlet of the installation groove 12 is sealed with an insulating material 14 of rubber material so as not to receive the ultrasonic vibration transmitted through the air. As described above, the ultra-high frequency vibration sensor 2 of the present invention blocks the external noise at the same time and at the same time installs the ultra-high frequency vibration sensor 2 in each of the insulators 11 to check the installation device 10 in which the insulation deterioration occurred in real time. Can be.
본 발명은 이러한 특성을 이용하여 절연물(11)을 통해서 전달되는 초고주파 진동신호를 실시간으로 감지한다. 즉, 종래에는 주로 공중으로 방사되는 초음파 신호를 수신하여 열화를 감지하는 방법을 사용하였다. 그러나 공중으로 방사된 초음파 신호는 여러 신호가 혼합될 뿐만 아니라 외부 노이즈가 쉽게 혼합되기 때문에 혼합된 신호를 분리하기 위한 복잡한 과정이 요구된다. 따라서 종래에는 실시간으로 절연 열화가 발생하는 설치 기기(10)를 찾을 수 없었다. 그러나 본 발명은 각각의 설치 기기(10)의 절연물(11)에 초고주파 진동센서(2)를 설치하고 절연물(11)을 통해서 전달되는 초고주파 진동신호를 직접 측정하기 때문에 각각의 절연물에 대한 절연 열화를 실시간으로 모니터링 할 수 있는 장점이 있다. The present invention senses the ultra-high frequency vibration signal transmitted through the insulator 11 in real time by using this characteristic. That is, conventionally, a method of detecting degradation by receiving an ultrasonic signal mainly emitted into the air is used. However, since the ultrasonic signal radiated into the air is not only mixed with several signals but also external noise is easily mixed, a complicated process for separating the mixed signal is required. Therefore, conventionally, the installation apparatus 10 which generate | occur | produces insulation deterioration in real time was not found. However, since the present invention installs the microwave vibration sensor 2 on the insulator 11 of each installation device 10 and directly measures the microwave vibration signal transmitted through the insulator 11, the insulation deterioration of each insulator is prevented. There is an advantage to monitor in real time.
즉, 상기 초고주파 진동센서(2)는 각각의 내부 설치 기기(10)의 절연물(11)을 통해서 전달되는 초고주파 진동을 감지하여 초고주파 진동에 대응하는 초고주파 진동신호를 출력한다. 상기 초고주파 진동센서(2)는 압전형과 EMAT형(EMAT: Electro-Magnetic Acoustic Transducer) 두 가지 방식을 포함한다. 상기 압전형 센서는 압전형 센서에 비해 감도가 우수하고 부분 방전시 발생하는 초고주파 신호가 절연물(11)을 통해 전달되는 기계적인 진동 에너지를 전기적인 신호로 바꿔주는 역할을 한다. 이때, 압전형 센서는 접촉식 센서이므로 표면에 음향 전달효율이 좋게 하기 위해 접촉 매질을 발라준다.That is, the ultra-high frequency vibration sensor 2 detects the ultra-high frequency vibration transmitted through the insulator 11 of each internal installation device 10 and outputs an ultra high frequency vibration signal corresponding to the ultra high frequency vibration. The ultra-high frequency vibration sensor 2 includes two methods, a piezoelectric type and an EMAT type (EMAT: Electro-Magnetic Acoustic Transducer). The piezoelectric sensor has a higher sensitivity than the piezoelectric sensor, and serves to change the mechanical vibration energy transmitted through the insulator 11 into an electrical signal. In this case, since the piezoelectric sensor is a contact sensor, a contact medium is applied to improve the sound transmission efficiency on the surface.
이어서, 상기 초고주파 진동센서(2)와 전기적으로 연결되어 있는 초고주파 진동신호 수신기(3)는 초고주파 진동센서(2)에 의해 측정된 초고주파 진동신호를 수신한다. 따라서 상기 초고주파 진동신호 수신기(3)의 구성은 초고주파 진동센서(2)에서 전송하는 신호에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 상기 초고주파 진동센서(2)에 진동소자와 증폭기 및 필터가 구비된 경우에는 증폭 및 필터링된 아날로그 신호를 수신하게 되고, 상기 초고주파 진동센서(2)에 진동소자 외에 증폭기 및 필터 그리고 A/D변환기와 데이터 통신모듈 등이 구비된 경우에는 디지털 신호를 수신하게 된다. Subsequently, the ultra-high frequency vibration signal receiver 3 electrically connected to the ultra-high frequency vibration sensor 2 receives the ultra-high frequency vibration signal measured by the ultra-high frequency vibration sensor 2. Therefore, the configuration of the microwave signal receiver 3 may vary depending on the signal transmitted from the microwave sensor 2. For example, when the ultra-high frequency vibration sensor 2 is provided with a vibration element, an amplifier and a filter, the amplified and filtered analog signal is received. When the / D converter and the data communication module are provided, the digital signal is received.
도 4에 도시된 초고주파 진동신호 수신기(3)는, 아날로그 전기 신호를 수신하는 경우의 구조를 보여준다. 도시된 바와 같이, 상기 초음판 진동신호 수신기(3)는, 다수 개의 초고주파 진동센서(2)와 전기적으로 연결되는 센서입력단(32)과, 상기 센서입력단(32)을 통해 측정된 초고주파 진동신호를 입력받아 증폭 및 필터링하는 증폭기 및 필터(33)와, 상기 증폭기 및 필터(33)를 통해 증폭 및 필터링된 초고주파 진동신호를 디지털 신호로 변환하여 출력하는 A/D변환부(35)와, 상기 A/D변환부(35)에서 출력되는 신호를 저장하거나 수신된 초고주파 진동신호의 파형을 분석하여 기준 부분방전 모델과 비교하고 그 분석된 결과를 외부로 표시하거나 전송하는 제어부(37)와, 상기 수신된 초고주파 진동신호나 분색된 결과를 저장하는 메모리(36)와, 상기 내부 설치 기기의 열화 상태를 외부로 표시하는 표시부(38)와, 상기 분석 결과를 통신 가능한 프로토콜로 변환하여 외부단말기 및 원격지의 초고주파 진동 모니터링 장치(5)와의 유,무선 데이터 통신을 수행하기 위한 유,무선 통신포트를 제공하는 통신부(39)와, 상기 분석 결과에 따라 관리자에게 경고신호를 보내는 경고부(41)를 포함하여 이루어진다.The ultra-high frequency vibration signal receiver 3 shown in FIG. 4 shows a structure in the case of receiving an analog electric signal. As shown, the ultrasonic plate vibration signal receiver 3 includes a sensor input terminal 32 electrically connected to a plurality of ultra-high frequency vibration sensors 2 and the ultra-high frequency vibration signal measured through the sensor input terminal 32. An amplifier and filter 33 for receiving and amplifying and filtering the input, an A / D converter 35 for converting and outputting an ultra-high frequency vibration signal amplified and filtered through the amplifier and filter 33 into a digital signal, and the A A control unit 37 for storing the signal output from the / D converter 35 or analyzing the waveform of the received microwave signal and comparing the waveform with a reference partial discharge model and displaying or transmitting the analyzed result to the outside, and receiving the received signal. A memory 36 for storing the generated microwave signal or the color matched result, a display unit 38 for displaying the deterioration state of the internal installation device to the outside, and converting the analysis result into a protocol capable of communicating Communication unit 39 for providing a wired and wireless communication port for performing wired and wireless data communication with the ultra-high frequency vibration monitoring device 5 and the remote location, and a warning unit 41 for sending a warning signal to the administrator in accordance with the analysis result )
이때, 초고주파 진동신호 수신기(3)의 센서입력단(32)에는 해당 배전반(100) 내부에 설치된 초고주파 진동센서(2)의 수에 대응하는 접속 잭이 구비된다. 또한, 상기 센서입력단(32)의 각 접속 잭에는 고유번호가 부여되어 해당 접속 잭을 통해 입력받은 초고주파 진동신호에 각각 고유번호가 부여되도록 한다. 다른 방법으로는, 상기 증폭기 및 필터(33)와 A/D변환부(35)를 초고주파 진동센서(2)에 대응하는 수로 설치하고, 각 A/D변환부(35)마다 고유번호를 부여하여 해당 A/D변환부(35)에서 출력되는 디지털 신호에 고유번호를 부여할 수도 있다. 이때, 고유번호는 내부 설치 기기의 종류와 초고주파 진동센서의 설치 위치 등을 나타낸다. 따라서 센서입력단(32)이나 A/D변환부(35)에서 출력되는 초고주파 진동신호에는 각각 고유번호가 부여되고, 이후로 모든 초고주파 진동신호는 고유번호와 함께 저장되거나 처리된다.At this time, the sensor input terminal 32 of the ultra-high frequency vibration signal receiver 3 is provided with connection jacks corresponding to the number of ultra-high frequency vibration sensors 2 installed in the switchboard 100. In addition, a unique number is assigned to each connection jack of the sensor input terminal 32 so that a unique number is assigned to each of the ultra-high frequency vibration signals received through the corresponding connection jack. Alternatively, the amplifier and filter 33 and the A / D converter 35 are provided in a number corresponding to the ultra-high frequency vibration sensor 2, and each A / D converter 35 is assigned a unique number. A unique number may be assigned to the digital signal output from the A / D converter 35. At this time, the unique number indicates the type of the internal installation device and the installation position of the ultra-high frequency vibration sensor. Therefore, a unique number is assigned to each of the ultra-high frequency vibration signals output from the sensor input terminal 32 or the A / D conversion unit 35, and then all of the ultra-high frequency vibration signals are stored or processed together with the unique number.
상기 증폭기 및 필터(33)는, 배전반의 저주파 잡음신호인 120Hz의 전력주파수와 60Hz의 상용주파수 외 기타잡음신호를 제거하기 위해 차단주파수 30kHz를 갖는 HPF(High-Pass Filter)와, 500kHz의 차단주파수를 갖는 LPF(Low-Pass Filter)와, 이렇게 필터링한 신호를 증폭하는 LNA(Low Noise AMP)으로 구성된다.The amplifier and filter 33 includes a high frequency filter (HPF) having a cutoff frequency of 30 kHz and a cutoff frequency of 500 kHz to remove power noise of 120 Hz, which is a low frequency noise signal of a switchboard, and other noise signals other than a commercial frequency of 60 Hz. LPF (Low-Pass Filter) having a, and LNA (Low Noise AMP) for amplifying the filtered signal.
상기 제어부(37)는 마이크로 프로세서로서, 상기 A/D변환부(35)에서 출력되는 초고주파 진동신호를 상기 메모리(36)에 저장한다. 또한, 상기 제어부(37)는 상기 메모리(36)에 저장된 초고주파 진동신호의 파형을 분석하고 기준 부분방전 모델과 비교하여 열화 상태를 판단한다. 이를 위해 상기 제어부(37)에는 수신된 초고주파 신호의 유형에 따라 절연물(11)의 열화 발생 여부 및 열화 정도를 파악하는 분석 프로그램이 구비된다. 상기 분석 프로그램은 수신된 초고주파 진동신호를 FFT(Fast Fourier Transform)로 분석하고 Time series에 따라 분석함으로써 절연물의 열화 발생 여부 및 열화 정도를 분석할 수 있다. The control unit 37 is a microprocessor, and stores the ultra-high frequency vibration signal output from the A / D converter 35 in the memory 36. In addition, the controller 37 analyzes the waveform of the ultra-high frequency vibration signal stored in the memory 36 and compares it with the reference partial discharge model to determine the deterioration state. To this end, the control unit 37 is provided with an analysis program to determine whether the degradation of the insulator 11 and the degree of degradation according to the type of the received microwave signal. The analysis program analyzes the received ultra-high frequency vibration signal by FFT (Fast Fourier Transform) and analyzes according to the time series to analyze whether the insulation deteriorates and the degree of degradation.
예를 들어, 도 5는 열화가 발생하지 않은 상태의 정상 파형을 보여주고, 도 6은 아크(Arc) 방전이 발생하고 있을 때의 파형을 보여주며, 도 7은 코로나(corona) 방전시의 파형을 보여주며, 도 8은 트래킹(Tracking) 발생시의 파형을 보여주고 있다. 먼저, 정상 파형의 도 5를 참조하면, 시간의 경과에 따라 일정한 유형의 파형이 검출되며 진폭의 변화가 거의 없다. 도 6을 참조하면, 정상파형을 나타내는 도 5와 비교할 때, 아크가 발생할 때마다 파형의 진폭이 커지고, 아크가 발생하지 않을 때는 코로나 방전시와 유사한 파형이 나타난다. 도 7을 참조하면, 코로나 방전의 경우에는 절연물(11)의 표면에 전로가 형성되어 표면 방전이 일어나는 경우로서 도 6의 아크 방전시의 파형보다 작은 진폭의 파형이 연속적으로 나타나는 것을 알 수 있다. 또한, 도 8을 참조하면, 트래킹은 이미 코로나가 상당기간 진행되면서 절연물의 균열이 진행되므로 코로나 방전시의 파형보다 큰 진폭의 파형이 연속적으로 나타나는 것을 알 수 있다. 이와 같이 검출된 파형을 분석함으로 열화의 발생 여부, 열화가 발생하는 설치 기기 및 열화 진행 정도를 판단할 수 있다.For example, FIG. 5 shows a normal waveform without deterioration, FIG. 6 shows a waveform when arc discharge is occurring, and FIG. 7 shows a waveform during corona discharge. 8 shows a waveform when tracking occurs. First, referring to FIG. 5 of the normal waveform, a certain type of waveform is detected with time and there is little change in amplitude. Referring to FIG. 6, when the arc is generated, the amplitude of the waveform is increased when the arc is generated, and when the arc is not generated, a waveform similar to that of corona discharge appears. Referring to FIG. 7, in the case of corona discharge, a conductive path is formed on the surface of the insulator 11 to generate a surface discharge. As shown in FIG. In addition, referring to FIG. 8, since the corona proceeds for a considerable period of time, cracking of the insulator proceeds, so that the waveform having a larger amplitude than the waveform at the time of corona discharge appears continuously. By analyzing the detected waveforms as described above, it is possible to determine whether deterioration has occurred, an installation apparatus in which deterioration occurs, and the degree of deterioration progression.
상기한 도면에서 보는 바와 같이 정상 상태에서 트래킹 상태로 갈수록 진동의 세기가 커지는 것을 알 수 있다. 따라서 상기 제어부(37)는 센서입력단(32)을 통해 입력되는 초고주파 진동신호의 세기를 분석하여 절연물(11)의 열화 상태를 판단할 수도 있다. 예를 들어, 상기 제어부(37)에는 초고주파 진동신호의 세기(진폭과 빈도 그리고 시간)에 따라 절연물(11)의 열화 발생 여부 및 열화 정도를 파악하는 분석 프로그램이 구비된다. 상기 분석 프로그램은 수신된 초고주파 진동신호의 전압이나 전류의 세기를 시계열로 분석함으로써 설치 기기(10)의 열화 발생 여부 및 열화 정도를 분석할 수 있다.As shown in the above figure, it can be seen that the intensity of vibration increases from the steady state to the tracking state. Therefore, the controller 37 may determine the deterioration state of the insulator 11 by analyzing the intensity of the ultra-high frequency vibration signal input through the sensor input terminal 32. For example, the control unit 37 is provided with an analysis program to determine whether the degradation of the insulation 11 occurs and the degree of degradation according to the intensity (amplitude, frequency and time) of the ultra-high frequency vibration signal. The analysis program may analyze whether the deterioration occurs and the degree of deterioration of the installation device 10 by analyzing the intensity of the voltage or current of the received microwave signal.
그리고 상기 제어부(37)는 열화 여부 및 열화 정도에 관한 분석 결과를 외부로 표시할 수 있다. 예를 들어, 상기 제어부(37)는 초고주파 진동신호의 파형이나 세기 등에 따라 안전(safety), 주의(audible corona), 경고(visual corona), 위험(ozon), 사고(flashover) 중 어느 하나를 표시한다. 이들 표시는 LCD를 이용하여 문자로 표시하거나 LED를 이용하여 표시할 수 있다. In addition, the control unit 37 may display the analysis result regarding whether the degradation and the degree of degradation to the outside. For example, the control unit 37 displays any one of safety, audible corona, visual corona, ozone, and flashover according to the waveform or intensity of the microwave signal. do. These indications can be displayed by text using the LCD or by LEDs.
도 9는 LED를 이용한 표시부(38)의 일 예를 보여주는 것으로서, 열화의 정도에 따라 LED 램프의 수를 늘리거나 색을 달리하여 관리자가 쉽게 인지할 수 있도록 한다. 또한, 상기 제어부(37)는 초고주파 신호가 특정 파형을 나타내거나 일정 세기 이상의 초고주파 진동신호가 일정 시간 이상 계속되는 경우에는 이를 관리자에게 알리기 위한 소리를 발생시키는 경보기(41)가 더 구비될 수 있다. 상기 경보기(41)는 LED램프이거나 부저일 수 있다.FIG. 9 shows an example of the display unit 38 using LEDs, which can be easily recognized by an administrator by increasing the number of LED lamps or changing colors according to the degree of deterioration. In addition, the control unit 37 may further include an alarm 41 for generating a sound for notifying the manager when the high frequency signal exhibits a specific waveform or when the high frequency vibration signal having a predetermined intensity or more continues for a predetermined time. The alarm 41 may be an LED lamp or a buzzer.
그리고 각각의 초고주파 진동신호 수신기(3)에서 분석된 결과는 원격지의 초고주파 진동 모니터링 장치(5)로 전송된 후 통합 관리된다. 상기 초고주파 진동 모니터링 장치(5)는 다수 개의 초고주파 진동신호 수신기(3)와 유무선으로 연결되어 초고주파 진동신호 수신기(3)에서 분석한 결과 데이터를 다시 분석하여 절연 파괴를 예측하고, 절연 파괴 예방을 위해서 필요한 조치, 예를 들어, 배전반으로 공급되는 전력을 차단하거나 절연 열화가 발생한 내부 설치 기기를 수리하거나 교체하도록 지시할 수 있다. And the results analyzed in each of the microwave signal receiver 3 is transmitted to the microwave monitoring device 5 of the remote location and then integrated management. The ultra-high frequency vibration monitoring device 5 is connected to a plurality of ultra-high frequency vibration signal receivers 3 and wired or wirelessly to predict the breakdown by re-analyzing the data analyzed by the ultra-high frequency vibration signal receiver 3 to prevent insulation breakdown. Necessary measures can be instructed, for example, to cut off the power to the switchboard or to repair or replace internal installation equipment that has undergone insulation degradation.
도 10에서 보는 바와 같이, 상기 초고주파 진동 모니터링 장치(5)는 일종의 컴퓨터로서, 상기 초고주파 진동신호 수신기(3)로부터 수신되는 초고주파 진동신호의 분석 결과를 저장하거나 분석한다. 이를 위해서, 상기 초고주파 진동 모니터링 장치(5)는, 상기 초고주파 진동신호 수신기(2)와 유무선 통신을 통해 연결되어 초고주파 분석 결과를 입력받는 수신부(52)와, 상기 수신부(52)를 통해 입력된 데이터를 고유번호에 따라 분류하여 저장하는 메모리(56)와, 상기 메모리(56)에 저장된 데이터를 독출하여 분석하고 기준 전열파괴 모델과 비교하여 상기 설치 기기의 절연파괴를 예측하며 그 결과를 외부로 표시하는 중앙제어부(57)와, 상기 설치 기기의 열화 정도를 외부로 표시하는 모니터(58)와, 상기 분석 결과를 통신 가능한 프로토콜로 변환하여 인터넷망을 통해서 관리자의 휴대폰이나 휴대용통신기기로 유,무선 데이터 통신을 수행하기 위한 유,무선 통신포트를 제공하는 송신부(59)를 포함하여 이루어진다. 그리고 관리자가 필요한 데이터를 입력하기 위한 입력부(54)를 포함하여 이루어진다. As shown in FIG. 10, the ultra-high frequency vibration monitoring apparatus 5 is a kind of computer, and stores or analyzes the analysis result of the ultra-high frequency vibration signal received from the ultra-high frequency vibration signal receiver 3. To this end, the ultra-high frequency vibration monitoring apparatus 5 is connected to the ultra-high frequency vibration signal receiver 2 through wired / wireless communication to receive a high frequency analysis result and a receiver 52 and data input through the receiver 52. Memory 56 to classify and store the data according to a unique number, and read and analyze the data stored in the memory 56 and compare it with a reference electrothermal fracture model to predict insulation breakdown of the installed device and display the result to the outside. The central control unit 57, a monitor 58 that displays the degree of deterioration of the installation device to the outside, and converts the analysis result into a communication protocol to be connected to a mobile phone or a portable communication device of an administrator through an internet network. It comprises a transmitter 59 for providing a wired and wireless communication port for performing data communication. And an input unit 54 for the administrator to input necessary data.
이하에서는 본 발명의 열화 감지장치에 적용할 수 있는 초고주파 진동센서에 대해서 설명한다. 상기한 바와 같이, 본 발명의 초고주파 진동센서는 압저항형 압력센서나 정전용량형 압력센서 또는 질량체(proofmass)를 이용한 가속도 센서나 레이저진동 측정기일 수 있다. 그러나 이러한 센서들은 여러 단점이 있는바 본 발명에 따른 초고주파 진동센서의 바람직한 실시 예로서 기계적-전기적 커플링을 이용한 초고주파 진동센서를 제시한다. Hereinafter will be described an ultra-high frequency vibration sensor that can be applied to the degradation detection device of the present invention. As described above, the ultra-high frequency vibration sensor of the present invention may be an acceleration sensor or a laser vibration measuring device using a piezoresistive pressure sensor, a capacitive pressure sensor, or a proof mass. However, these sensors have a number of disadvantages, and as a preferred embodiment of the ultra-high frequency vibration sensor according to the present invention proposes an ultra-high frequency vibration sensor using a mechanical-electrical coupling.
즉, 질량체를 이용한 가속도 센서의 구조는 질량체가 스프링구조물에 매달려 있는 형태로 설계되어 있다. 기본 원리는 가속도가 질량체에 전달되면, 질량체의 관성력과 스프링의 복원력이 균형을 이루는 지점의 변위를 측정하여 입력된 가속도를 추정하는 것이다. 그러나 기존의 MEMS 가속도계의 질량체는 질량이 수μg으로, 주파수 응답이 수십 kHz 로 제한되어 왔다. 주파수 응답 범위를 늘리기 위해 질량체의 질량을 줄이면, 가속도 센서의 기계적 노이즈가 증가하므로 주파수 응답 범위가 제한받게 된다. 이러한 특징으로 인해 50kHz 이상의 고주파 진동은 레이저진동 측정기(laser vibrometer)를 사용하여 측정해왔다. 그러나 레이저 진동 측정기는 고가일 뿐 아니라 부피가 커 작은 구조물의 진동측정에는 적합하지 않다. 또한, 압저항형 압력센서나 정전용량형 압력센서를 고주파(UHF 대역 이상) 대역에서 사용할 경우 주파수가 높아짐에 따라 반도체(Si 계열)의 저항 성분 및 고주파 기생 성분의 영향이 커지는 문제가 있었다.That is, the structure of the acceleration sensor using the mass is designed in such a way that the mass is suspended from the spring structure. The basic principle is to estimate the input acceleration by measuring the displacement at the point where the inertia force of the mass balances with the restoring force of the spring when the acceleration is transmitted to the mass. However, the mass of conventional MEMS accelerometers has been limited to a few micrograms of mass and a frequency response of several tens of kHz. Reducing the mass of the mass to increase the frequency response range increases the mechanical noise of the acceleration sensor, which limits the frequency response range. Because of this feature, high frequency vibrations above 50 kHz have been measured using a laser vibrometer. However, laser vibration measuring instruments are not only expensive but also not suitable for measuring vibrations of large structures. In addition, when the piezoresistive pressure sensor or the capacitive pressure sensor is used in the high frequency band (more than the UHF band), there is a problem that the influence of the resistance component and the high frequency parasitic component of the semiconductor (Si series) increases as the frequency increases.
본 발명의 기계적-전기적 커플링을 이용한 초고주파 진동센서는, 전해질내 양이온과 음이온의 작은 입자의 움직임을 이용하여 초고주파수의 기계적 진동을 간단히 감지하는 이온질량 기반 초고주파 진동센서를 적용한다. 이 이온질량 기반 초고주파 진동센서는 5.8M 염화나트륨(NaCl) 전해질내 나트륨 이온(Na+)과 염소 이온(Cl-)을 이용한다. 측정원리는 이온의 기계적-전기적 커플링현상(Mechanical-Electrical Coupling)으로 발생하는 이온 진동 포텐셜(ionic vibration potential, IVP)을 측정하는 것이다. The ultra-high frequency vibration sensor using the mechanical-electrical coupling of the present invention applies an ion mass-based ultra-high frequency vibration sensor that simply detects mechanical vibrations of ultra-high frequency by using small particles of positive and negative ions in the electrolyte. This ion mass based microwave sensor uses sodium ions (Na + ) and chlorine ions (Cl ) in a 5.8 M sodium chloride (NaCl) electrolyte. The principle of measurement is to measure the ionic vibration potential (IVP) generated by mechanical-electrical coupling of ions.
여기서, 이온의 기계적-전기적 커플링은 전해질 내에 양이온과 음이온이 존재하고 각각 질량의 차이가 존재한다고 가정할 경우, 외부의 기계적 진동(excitation)에 의해 전해질내 이온의 전기적 포텐셜이 발생하는 현상이다. 즉, 전해질내 양이온과 음이온을 이용하면, 이온의 자기전하(self-charged) 성질로 인해 센서에 구동전원을 가하지 않아도 감지가 가능하다. 또한, 양이온과 음이온 사이의 수화이온(hydratedions)의 관성차는 전해질의 종류에 따라 쉽게 증가하거나 감소하므로, 진동센서의 감도(sensitivity)를 조절하는 것이 가능하다. 또한, 질량체가 없으므로 충격에 대해서도 본래의 특성이 보장될 수 있다.Here, the mechanical-electrical coupling of ions is a phenomenon in which electrical potential of ions in the electrolyte is generated by external mechanical excitation when assuming that cations and anions are present in the electrolyte and that there is a difference in mass. In other words, by using the positive and negative ions in the electrolyte, it is possible to detect without applying a driving power to the sensor due to the self-charged nature of the ions. In addition, since the inertia difference of hydrated ions between cations and anions increases or decreases easily according to the type of electrolyte, it is possible to control the sensitivity of the vibration sensor. In addition, since there is no mass, the original characteristics can be guaranteed against impact.
도 11을 참조하면, 본 발명의 이온질량 기반 초고주파 진동소자(20)는, 전해질 챔버(23)를 가진 상판(21)과 네 개의 전극을 가진 하판(22)으로 구성된다. 상기 상판(23)의 전체질 챔버(23)는 하나의 메인챔버(223)와 두 개의 보조챔버(224)로 구성되고, 하판(22)은 상기 메인챔버(233)의 전해질과 접촉하도록 구성된 네 개의 금-전극(25)으로 구성되어 있다. 상기 상판(21)의 메인챔버(23)는 전해질이 주입되어 동작하는 공간이고, 메인챔버(223)의 양쪽에는 대칭으로 마이크로 채널을 통해 연결된 보조챔버(224)는 메인챔버(223)의 손상 없이 전해질을 주입하기 위한 것이다. 즉, 상기 메인챔버(223)에는 보조챔버(224)를 통해 5.8M 의 염화나트륨(NaCl) 전해질을 채워진다. 상기 하판(21)의 측정 전극(25)의 내측 단부는 삼각형 형태의 전극으로 두 축 방향의 진동을 측정하기 위해 두 쌍으로 설계된다. 각 전극 사이는 일정한 간격을 두고 떨어져 있다.Referring to FIG. 11, the ion mass-based ultra-high frequency vibration device 20 of the present invention includes an upper plate 21 having an electrolyte chamber 23 and a lower plate 22 having four electrodes. The whole chamber 23 of the upper plate 23 is composed of one main chamber 223 and two auxiliary chambers 224, the lower plate 22 is configured to contact the electrolyte of the main chamber 233 It consists of two gold-electrodes 25. The main chamber 23 of the upper plate 21 is a space in which electrolyte is injected, and the auxiliary chamber 224 symmetrically connected to both sides of the main chamber 223 through the microchannel is without damaging the main chamber 223. It is for injecting electrolyte. That is, the main chamber 223 is filled with 5.8 M sodium chloride (NaCl) electrolyte through the auxiliary chamber 224. The inner end of the measuring electrode 25 of the lower plate 21 is a triangular electrode designed in two pairs to measure vibration in two axial directions. The electrodes are spaced apart at regular intervals.
따라서 본 발명에 따른 이온질량 기반 초고주파 진동소자(20)를 설치 기기의 절연물(11)에 밀착되게 설치하면 절연물(11)을 통해 전달되는 초고주파 진동에 의해서 상기 메인챔버(223)에 채워져 있는 전해질에 기계적 진동이 가해지면, 상기 전해질내 이온에 탄성파의 형태로 진동이 전달된다. 그리고 이 탄성파가 전해질내 이온에 전달되면, 양이온과 음이온 사이의 관성차에 의한 상대변위가 발생한다. 그리고 상대변위 차이에 의해 발생하는 포텐셜은 전해질 양단의 전극(25)을 통해 측정된다. 상기 전극(25)은 전압의 크기와 같은 아날로그 형태의 초고주파 진동신호를 출력한다. 즉, 상기 절연물(11)의 진동은 상기 이온질량 기반 초고주파 진동소자(20)에 의해 전기적 신호로 출력되며 출력의 파형은 진동(Oscillation) 형태이다. 그리고 상기 초고주파 진동신호는 초고주파 진동신호 수신기(3)로 전달된다.Therefore, when the ion mass-based ultra-high frequency vibration device 20 according to the present invention is installed in close contact with the insulator 11 of the installation device, the electrolyte filled in the main chamber 223 by the ultra-high frequency vibration transmitted through the insulator 11 is provided. When mechanical vibration is applied, vibration is transmitted to the ions in the electrolyte in the form of an acoustic wave. When the seismic waves are transferred to the ions in the electrolyte, the relative displacement due to the inertia difference between the cation and the anion occurs. The potential generated by the relative displacement difference is measured through the electrodes 25 across the electrolyte. The electrode 25 outputs an ultra-high frequency vibration signal in an analog form such as the magnitude of the voltage. That is, the vibration of the insulator 11 is output as an electrical signal by the ion mass-based ultra-high frequency vibration device 20 and the waveform of the output is in the form of oscillation. In addition, the microwave signal is transmitted to the microwave signal receiver (3).
그리고, 도 12는 본 발명의 열화 감지장치의 다른 실시 예를 보여주는 것으로서, 특히 무선주파수인식(RFID) 시스템을 이용한 초고주파 진동센서 및 초고주파 진동신호 수신기를 이용한 실시간 열화 감지장치를 보여주는 것이다. 상술한 바와 같이, 본 발명은 다수 개의 초고주파 진동센서를 배전반 내부에 설치하는 것이므로 수십 개의 센서들의 설치 위치를 정하기도 어렵고 또 각각의 센서들의 연결전선 처리에도 많은 어려움이 있다. 따라서 각 센서(2)들을 연결하는 연결전선(27)을 생략하고 무선으로 통신할 수 있는 방안이 강력히 요청되고 있다.And, Figure 12 shows another embodiment of the degradation detection device of the present invention, in particular, shows a real-time degradation detection device using an ultra-high frequency vibration sensor and an ultra-high frequency vibration signal receiver using a radio frequency identification (RFID) system. As described above, the present invention is to install a plurality of ultra-high frequency vibration sensor inside the switchboard, it is difficult to determine the installation position of the dozens of sensors and there is a lot of difficulty in the connection wire processing of each sensor. Therefore, there is a strong demand for a method of wirelessly communicating by omitting the connection wires 27 connecting the respective sensors 2.
도 12에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 열화 감지장치(200)는, 소정 주파수대역의 RF신호를 이용하여 질문신호를 송신하는 리더(6)가 구비된 초고주파 진동신호 수신기(3)와, 상기 초고주파 진동신호 수신기(3)의 리더(6)가 송신하는 RF신호를 반사 변조(Backscatterd Modulation)하여 식별정보를 포함하는 응답신호를 전송하는 태그(7)가 내장된 초고주파 진동센서(2)로 이루어진다. 이때, 상기 초고주파 진동센서(2)는 배전반(100) 내부의 설치 기기(10)의 절연물(11)에 각각 부착되고, 상기 초고주파 진동신호 수신기(3)는 해당하는 배전반(100)의 전면에 하나씩 설치된다.As shown in FIG. 12, the degradation detection apparatus 200 according to the present invention includes an ultra-high frequency vibration signal receiver 3 having a reader 6 for transmitting a question signal using an RF signal of a predetermined frequency band, and It consists of an ultra-high frequency vibration sensor (2) with a built-in tag (7) for transmitting the response signal containing the identification information by performing a backscatterd modulation of the RF signal transmitted by the reader (6) of the microwave signal receiver (3) . In this case, the ultra-high frequency vibration sensor 2 is attached to the insulator 11 of the installation device 10 inside the switchboard 100, respectively, the ultra-high frequency vibration signal receiver 3 is one on the front of the corresponding switchboard 100 Is installed.
구체적으로, 도 13을 참조하면, 상기 초고주파 진동신호 수신기(3)의 리더(6)는 RF신호를 변조하여 송신하는 RF송신부(61)와, RF신호를 수신하여 복조하는 RF수신부(62)와, 소정 주파수대역의 고주파를 발진하는 주파수 합성기(63)와, 수신 또는 송신되는 신호를 처리하는 마이크로프로세서(64)와, 소정 주파수대역의 RF신호를 송수신하는 안테나(65)를 포함하고 있다.Specifically, referring to FIG. 13, the reader 6 of the ultra-high frequency vibration signal receiver 3 includes an RF transmitter 61 for modulating and transmitting an RF signal, an RF receiver 62 for receiving and demodulating an RF signal; And a frequency synthesizer 63 for oscillating a high frequency in a predetermined frequency band, a microprocessor 64 for processing a received or transmitted signal, and an antenna 65 for transmitting and receiving an RF signal in a predetermined frequency band.
그리고 상기 초고주파 진동센서(2)는 종래의 수동형 태그와 동일한 것으로서, 크게 초고주파 진동소자(20), 태그(7) 및 안테나(75)를 포함하여 이루어져 있으며, 배터리는 내장되어 있지 않다. 이때 상기 태그(7)는 일종의 IC칩으로서, 고주파 신호를 송수신하는 RF회로(74), 제어로직(76) 및 메모리(77)가 설치되어 있다. 또한, 배전반(100)에서 발생하는 전자기파를 수신하는 코일(78)과 수신된 교류형 전자기파를 직류전원으로 변환시키는 정류기(79)가 더 구비된다. 또한, 코일(78)을 설치하지 않고 상기 안테나(75)를 이용할 수 있다. 이때, 상기 안테나(75)는 다이폴 안테나로서 정류기(79)가 조합된 렉타나(Rectenna)이다. 상기 렉타나는 다이폴 안테나의 중앙에 정류 다이오드를 접속한 구조를 갖는다. 따라서 상기 안테나(75)는 배전반에서 방사되는 교류형 전자기파를 수신하여 직류전원으로 변환시킬 수 있다. 그리고 정류기(79)에서 정류된 직류전원을 RF회로, 제어로직(76) 및 메모리(77)를 작동시키는 전원으로 사용한다. The ultra-high frequency vibration sensor 2 is the same as a conventional passive tag, and includes a high frequency vibration element 20, a tag 7, and an antenna 75, and a battery is not built in. At this time, the tag 7 is a kind of IC chip, and is provided with an RF circuit 74, a control logic 76, and a memory 77 for transmitting and receiving high frequency signals. In addition, a coil 78 for receiving electromagnetic waves generated from the switchboard 100 and a rectifier 79 for converting the received AC electromagnetic waves into a DC power supply are further provided. In addition, the antenna 75 can be used without providing the coil 78. In this case, the antenna 75 is a rectenna in which the rectifier 79 is combined as a dipole antenna. The rectana has a structure in which a rectifier diode is connected to the center of the dipole antenna. Therefore, the antenna 75 may receive the AC-type electromagnetic waves radiated from the switchboard and convert it to DC power. The DC power rectified by the rectifier 79 is used as a power source for operating the RF circuit, the control logic 76 and the memory 77.
상기 태그(7)는 리더(6)의 RF신호를 받아 복조하여 정보를 수신하고, 이를 근거로 메모리(77)에 저장되어 있는 정보를 포함하는 응답신호를 보내게 된다. 상기 초고주파 진동소자(20)에 의해서 측정된 초고주파 진동신호는 제어로직(76)으로 전송된 후 메모리(77)에 저장된다. 상기 태그(7)는 리더(6)로부터 방사된 RF신호를 수신하여 그대로 반사함과 아울러 반사되는 고주파 신호에 응답신호를 변조시킨 다음 안테나(75)를 통해서 외부로 방사한다. 또한 상기 태그(7)에는 정류기(79)에서 정류된 전원을 저장하는 축전기가 구비될 수 있다. The tag 7 receives and demodulates the RF signal of the reader 6 and transmits a response signal including the information stored in the memory 77 based on the demodulated signal. The ultra-high frequency vibration signal measured by the ultra-high frequency vibration element 20 is transmitted to the control logic 76 and then stored in the memory 77. The tag 7 receives the RF signal radiated from the reader 6 and reflects it as it is, modulates the response signal to the reflected high frequency signal, and then radiates to the outside through the antenna 75. In addition, the tag 7 may be provided with a capacitor for storing the power rectified by the rectifier (79).
상기한 무선주파수인식(RFID) 시스템을 이용한 실시간 열화 감지장치의 작용을 간단히 설명한다. 먼저, 상기 초고주파 진동신호 수신기(3)에 내장된 리더(6)는 일정 시간 간격으로 RF신호를 통해 질문신호를 송신한다. 그러면 상기 배전반(100) 내에 있는 다수 개의 초고주파 진동센서(2)에 내장된 태그(7)들은 리더(6)로부터 수신한 RF신호를 반사 변조함으로써 상기 메모리(77)에 저장된 초고주파 진동신호를 전송하게 된다. 이때, 상기 초고주파 진동소자(20)는 절연물을 통해 전달되는 초고주파 진동을 전기적 신호로 변환하여 상기 메모리(77)에 미리 저장하여 둔다. 그리고 상기 태그(7)들로부터 수신된 초고주파 진동신호는 상기 리더(6)의 마이크로프로세서(64)에서 신호 처리된 후, 초고주파 신호 수신기(3)의 제어부(37)로 보내져 파형을 분석하게 된다. The operation of the real-time deterioration detection apparatus using the radio frequency identification (RFID) system will be described briefly. First, the reader 6 embedded in the microwave signal receiver 3 transmits a question signal through an RF signal at predetermined time intervals. Then, the tags 7 embedded in the plurality of microwave vibration sensors 2 in the switchboard 100 transmit the microwave signals stored in the memory 77 by reflecting and modulating the RF signals received from the reader 6. do. At this time, the ultra-high frequency vibration element 20 converts the ultra-high frequency vibration transmitted through the insulator into an electrical signal and stores it in the memory 77 in advance. And the ultra-high frequency vibration signal received from the tags (7) is signal-processed in the microprocessor 64 of the reader 6, and then sent to the control unit 37 of the microwave signal receiver 3 to analyze the waveform.
이와 같이 본 발명에 따른 무선주파수인식(RFID) 시스템을 이용한 실시간 열화 감지장치는, 배전반 내부에 설치되는 다수 개의 초고주파 진동센서를 무선으로 연결할 수 있으므로 배전반 내부의 배선 구조를 단순하게 할 수 있는 효과가 있다.As described above, the real-time deterioration detection apparatus using the RFID system according to the present invention can connect wirelessly a plurality of ultra-high frequency vibration sensors installed inside the switchboard, thereby simplifying the wiring structure inside the switchboard. have.
상술한 바와 같이, 본 발명의 또 다른 특징으로 각각의 설치 기기의 절연물에 초고주파 진동센서를 설치하는 것이다. 따라서 이하에서는 본 발명에 다른 초고주파 진동센서를 절연물에 설치하기 위한 실시 예에 대해서 설명한다. As described above, another feature of the present invention is to install an ultra-high frequency vibration sensor on the insulator of each installation device. Therefore, hereinafter will be described an embodiment for installing the ultra-high frequency vibration sensor according to the present invention to the insulator.
전술한 바와 같이 본 발명의 초고주파 진동센서(2)는 배전반(100) 내부에 설치되는 부싱, 지지애자, 차단기 등 설치 기기(10)의 절연물(11)에 설치된다. 도 3을 참조하면, 지지애자는 표면에 다수개의 주름이 형성된 절연물(11)로 감싸져 있고, 그 상단에는 케이블이나 부스바 등을 고정하기 위한 상부 고정부가 형성되어 있으며, 하단에는 케이블이나 부스바 등을 고정하기 위한 하부 고정부가 구비되어 있다. 이때, 상기 절연물(11)은 세라믹 또는 절연 플라스틱으로 이루어진다. 이러한 절연물(11)을 통해 전달되는 초고주파 진동을 감지하기 위해서 본 발명에 따른 초고주파 진동센서(2)는 절연물에 밀착되게 설치된다. As described above, the ultra-high frequency vibration sensor 2 of the present invention is installed in the insulator 11 of the installation device 10 such as a bushing, a support insulator, and a breaker installed in the switchboard 100. Referring to FIG. 3, the support insulator is wrapped with an insulator 11 having a plurality of corrugations formed on a surface thereof, and an upper fixing part for fixing a cable or a bus bar is formed at an upper end thereof, and a cable or bus bar at a lower end thereof. The lower fixing part for fixing a back is provided. At this time, the insulator 11 is made of ceramic or insulating plastic. In order to detect the ultra-high frequency vibration transmitted through the insulator 11, the ultra-high frequency vibration sensor 2 according to the present invention is installed in close contact with the insulator.
이를 위해서, 먼저, 도 3의 경우, 상기 절연물(11)의 하단에 초고주파 진동센서(2)가 삽입될 수 있는 크기로 설치 홈(12)이 형성되어 있다. 이 설치 홈(12)은 절연물(11)을 제조하는 과정에서 형성하거나 제조 후 별도의 공정을 거쳐 형성될 수도 있다. 초고주파 진동센서(2)는 설치 홈(12)에 삽입된 후 절연소재로 밀봉되다. 상기 절연소재는 초고주파 진동센서(2)를 고정하는 역할과 외부의 고전압으로부터 초고주파 진동센서(2)를 보호하는 역할을 한다. 또한, 상기 절연소재는 외부의 노이즈를 차단하는 역할을 한다. 이때, 연결전선(27)은 절연재료를 통하여 외부로 노출된다. To this end, first, in the case of Figure 3, the installation groove 12 is formed in a size that can be inserted into the ultra-high frequency vibration sensor 2 at the lower end of the insulator (11). The installation groove 12 may be formed in the process of manufacturing the insulator 11 or may be formed through a separate process after manufacturing. The ultra-high frequency vibration sensor 2 is inserted into the installation groove 12 and then sealed with an insulating material. The insulating material serves to fix the ultra-high frequency vibration sensor 2 and to protect the ultra-high frequency vibration sensor 2 from the external high voltage. In addition, the insulating material serves to block external noise. At this time, the connecting wire 27 is exposed to the outside through the insulating material.
이어, 도 14는 절연물(11)에 초고주파 진동센서(2)를 설치하는 다른 방법을 보여주는 것으로서, 특히 변압기용 부싱, 월부싱, 지중 개페 연결 부싱, 가공 개페 연결 부싱, 데드엔드 부싱 등 다양한 종류의 절연물에 적용할 수 있다. 도시된 바와 같이, 상기 절연물(11)의 일 측면에 초고주파 진동센서(2)를 설치하기 위한 설치 홀(15)이 형성된다. 바람직하게 상기 설치 홀(15)은 절연물(11) 성형시 형성된다. 그리고 초고주파 진동센서(2)는 상기 설치 홀(15)에 삽입된 후 소정의 절연소재로 밀봉된다. 나머지 구성은 상술한 바와 같다. 이와 같이 초고주파 진동센서(2)가 지지애자 등의 절연물(11) 내부에 밀착되게 설치되므로 해당 절연물(11)을 통해 전달되는 초고주파 진동을 정확하게 감지할 수 있다.Subsequently, FIG. 14 shows another method of installing the ultra-high frequency vibration sensor 2 on the insulator 11, and in particular, various types of bushings for transformers, wall bushings, underground open connection bushings, processing open connection bushings, and dead end bushings. Applicable to insulators. As shown, an installation hole 15 for installing the ultra-high frequency vibration sensor 2 on one side of the insulator 11 is formed. Preferably, the installation hole 15 is formed when the insulator 11 is formed. The ultra-high frequency vibration sensor 2 is inserted into the installation hole 15 and then sealed with a predetermined insulating material. The rest of the configuration is as described above. In this way, since the ultra-high frequency vibration sensor 2 is installed to be in close contact with the insulator 11 such as the support insulator, it is possible to accurately detect the ultra-high frequency vibration transmitted through the insulator 11.
그리고, 도 15는 본 발명에 다른 초고주파 진동센서를 절연물에 설치하는 또 다른 방법을 보여주는 것으로서, 특히, 절연물(11)의 하단에 환형의 설치 공간(16)을 형성한 다음 이 환형의 설치 공간에 띠 형상의 초고주파 진동센서(2)를 감아서 설치하는 것이다. 이 방식은 유연한 기판 위에 진동소자와 무선통신모듈이 실장되고 안테나 및 코일을 설치하기 위해서 비교적 넓은 공간이 요구되는 무선주파수 방식에 적합하다. And, Figure 15 shows another method for installing the ultra-high frequency vibration sensor according to the present invention to the insulator, in particular, to form an annular installation space 16 at the bottom of the insulator 11 and then to the annular installation space The band-shaped ultra-high frequency vibration sensor 2 is wound up and installed. This method is suitable for a radio frequency method in which a vibration device and a wireless communication module are mounted on a flexible substrate and a relatively large space is required to install an antenna and a coil.
이어, 도 16은 본 발명에 다른 초고주파 진동센서를 절연물에 설치하는 다른 방법을 보여주는 것으로서, 특히 절연물(11)의 외 측에 초고주파 진동센서(2)가 설치될 수 있는 공간이 구비된 절연 캡(19)을 체결수단을 통해서 고정하는 것이다. 따라서 상기 절연 캡(19) 내부에 절연소재를 채워 넣은 후 초고주파 진동센서(2)를 설치한 후 절연물(11)의 표면에 단단히 밀착시킨 후, 절연 캡(19)을 절연물(11)의 체결수단으로 체결하는 방식으로 고정한다.Subsequently, FIG. 16 shows another method of installing another ultra-high frequency vibration sensor according to the present invention. In particular, an insulating cap having a space in which the ultra-high frequency vibration sensor 2 is installed on the outer side of the insulator 11 may be provided. 19) is fixed through the fastening means. Therefore, after filling the insulating material in the insulating cap 19, the ultra-high frequency vibration sensor (2) is installed, and then firmly adhered to the surface of the insulator (11), the insulating cap (19) fastening means of the insulator (11) Fix in a fastening manner.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 배전반 열화 감지장치에 관한 것으로, 특히 배전반 내부에 설치되어 있는 설치 기기의 절연물에 열화가 생길 때 발생하는 초고주파 진동을 해당 절연물을 통해서 감지할 수 있도록 각각의 설치 기기의 절연물에 초고주파 진동센서를 설치하고, 이 초고주파 진동센서에서 측정된 초고주파 진동신호를 분석하여 내부 설치 기기의 절연 열화 여부 및 그 정도를 파악하고 절연 파괴를 사전에 예측할 분만 아니라 자동으로 배전반으로 공급되는 전원을 차단하여 안전사고 등을 방지할 수 있는 배전반 열화 감지장치에 관한 것이다.  As described in detail above, the present invention relates to a switchboard deterioration detection device, and in particular, each installation so as to detect the ultra-high frequency vibration generated when deterioration occurs in the insulator of the installation device installed inside the switchboard. Ultra high frequency vibration sensor is installed on the insulator of the device, and the high frequency vibration signal measured by this high frequency vibration sensor is analyzed to find out whether or not the internal deterioration of the device is deteriorated and to supply the switchboard automatically. The present invention relates to a switchgear deterioration detection device capable of preventing a safety accident by cutting off power.
또한, 이상에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 다른 초고주파 진동신호를 이용한 실시간 열화 감지장치의 바람직한 실시 예에 대해서 설명하였으나 본 발명의 권리범위는 이러한 실시 예로 한정되는 것이 아니며, 당해 분야의 전문가라면 본 명세서에 기재되 내용으로부터 다양한 실시 예를 구현할 수 있을 것이므로 아래에 기재하는 청구범위에 속하는 것으로 해석되어야 할 것이다.In addition, in the above described with reference to the accompanying drawings, a preferred embodiment of the real-time deterioration detection apparatus using the ultra-high frequency vibration signal in accordance with the present invention, but the scope of the present invention is not limited to these embodiments, those skilled in the art Since various embodiments may be embodied from the contents set forth in the specification, it should be interpreted as belonging to the claims described below.
2: 음파 진동센서 3: 초고주파 진동신호 수신기
5: 초고주파 진동 모니터링 장치 6: 리더
7: 태그 10: 설치 기기
11: 절연물 12: 설치 홈
15: 설치 홀 19: 절연 캡
20: 진동소자 21: 상판
22: 하판 23: 챔버
25: 전극 32: 센서입력단
33: 증폭기 및 필터 35: A/D변환부
36: 메모리 37: 제어부
38: 표시부 41: 경고부
52: 수신부 56: 메모리
57: 중앙제어부 58: 모니터
61: RF송신부 62: RF수신부
63: 주파수 합성기 64: 마이크로프로세서
74: RF회로 75: 안테나
76: 제어로직 77: 메모리
78: 코일 79: 정류기
100: 배전반
2: sound wave vibration sensor 3: ultra-high frequency vibration signal receiver
5: ultra-high frequency vibration monitoring device 6: reader
7: Tag 10: installation appliance
11: insulator 12: mounting groove
15: installation hole 19: insulation cap
20: vibrating element 21: top plate
22: lower plate 23: chamber
25: electrode 32: sensor input terminal
33: amplifier and filter 35: A / D converter
36: memory 37: control unit
38: display section 41: warning section
52: receiver 56: memory
57: central control unit 58: monitor
61: RF transmitter 62: RF receiver
63: frequency synthesizer 64: microprocessor
74: RF circuit 75: antenna
76: control logic 77: memory
78: coil 79: rectifier
100: switchboard

Claims (4)

  1. 배전반 내부에 설치되는 절연물의 절연 열화를 감시하기 위한 열화 감지장치에 있어서,
    상기 배전반 내부에 설치된 다수 개의 설치 기기의 절연물에 각각 매립되고 상기 절연물의 열화 시 부분 방전에 의해 발생하고 상기 절연물을 통해서 전달되는 초고주파 진동을 직접 감지하는 다수 개의 초고주파 진동센서와;
    상기 배전반의 전면에 설치되어 상기 다수 개의 초고주파 진동센서와 연결되고, 상기 초고주파 진동센서에 의해 측정된 초고주파 진동신호를 센서입력단을 통해 입력받아 저장하며, 상기 초고주파 진동신호의 패턴이나 세기에 따라 상기 설치 기기의 열화 상태를 외부로 표시하고, 그 결과를 유무선 통신 가능한 프로토콜로 변환시켜 중앙감시반에 설치되어 있는 초고주파 진동 모니터링 장치로 전송하는 초고주파 진동신호 수신기;를 포함하여 이루어지되;
    상기 초고주파 진동센서는, 상기 설치 기기의 절연물에 형성된 설치 홈에 매립하여 설치하되 상기 절연물과 밀착시켜 절연물을 통해 전달되는 초고주파 진동신호를 감지할 수 있도록 하고, 그 외 측에는 고무재질의 절연소재를 사용하여 밀봉하여 외부로부터 전달되는 진동신호가 전달되지 않도록 하여 절연 열화가 발생하는 설치 기기를 실시간으로 탐지할 수 있도록 하고;
    상기 초고주파 진동 모니터링 장치는, 상기 다수 개의 초고주파 진동신호 수신기로부터 상기 배전반 내부 절연물의 열화 상태에 대한 데이터를 입력받아 저장하고, 입력된 데이터를 분석하여 절연 파괴를 예측하거나 이상 발생시 원격지의 관리자에게 유무선으로 경고할 수 있도록 상기 센서입력단을 통해 수신된 초고주파 진동신호를 저장하는 메모리와, 상기 메모리에 저장된 초고주파 진동신호의 파형을 분석하고 기준 부분방전 모델과 비교하여 상기 설치 기기의 열화 상태를 분석하고 그 결과를 통신부를 통해 외부로 송신하는 제어부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 초고주파 진동센서를 이용한 실시간 열화 감지장치.
    In the deterioration detection device for monitoring the insulation deterioration of the insulation provided in the switchboard,
    A plurality of ultra-high frequency vibration sensors which are respectively embedded in the insulators of the plurality of installation devices installed inside the switchboard and directly detect the ultra-high frequency vibrations generated by partial discharge and transmitted through the insulator when the insulator deteriorates;
    It is installed on the front of the switchboard and is connected to the plurality of ultra-high frequency vibration sensor, and receives and stores the ultra-high frequency vibration signal measured by the ultra-high frequency vibration sensor through a sensor input terminal, according to the pattern or intensity of the ultra-high frequency vibration signal A high frequency vibration signal receiver which displays the deterioration state of the device to the outside and converts the result into a protocol capable of wired and wireless communication and transmits the result to an ultra high frequency vibration monitoring device installed in the central monitoring panel;
    The ultra-high frequency vibration sensor is embedded in an installation groove formed in the insulator of the installation device, but installed in close contact with the insulator to detect the ultra-high frequency vibration signal transmitted through the insulator, and the rubber material is used for the other side Sealed to prevent the vibration signal transmitted from the outside to be transmitted so as to detect an installation device in which insulation deterioration occurs in real time;
    The ultra-high frequency vibration monitoring device receives and stores data on the deterioration state of the internal insulation of the switchboard from the plurality of ultra-high frequency vibration signal receivers, and analyzes the input data to predict insulation breakdown or to a remote manager by wired or wireless Analyzes the memory for storing the ultra-high frequency vibration signal received through the sensor input terminal for warning, and the waveform of the ultra-high frequency vibration signal stored in the memory and compares with the reference partial discharge model to analyze the degradation state of the installation device Real-time degradation detection device using an ultra-high frequency vibration sensor, characterized in that it comprises a control unit for transmitting to the outside through a communication unit.
  2. 제 1항에 있어서,
    초고주파 진동 수신기에는, RF신호를 변조하여 송신하는 RF송신부와, RF신호를 수신하여 복조하는 RF수신부와, 소정 주파수대역의 고주파를 발진하는 주파수 합성기와, 수신 또는 송신되는 신호를 처리하는 마이크로프로세서와, 소정 주파수대역의 RF신호를 송수신하는 안테나를 포함하는 리더가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 초고주파 진동센서를 이용한 실시간 열화 감지장치.
    The method of claim 1,
    The ultra-high frequency vibration receiver includes: an RF transmitter for modulating and transmitting an RF signal, an RF receiver for receiving and demodulating an RF signal, a frequency synthesizer for oscillating a high frequency of a predetermined frequency band, a microprocessor for processing a received or transmitted signal; Real-time degradation detection device using an ultra-high frequency vibration sensor characterized in that the reader further comprises an antenna for transmitting and receiving RF signals of a predetermined frequency band.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 초고주파 진동센서는 고주파 신호를 송수신하는 RF회로, 제어로직 및 메모리를 포함하는 태그가 구비된 것을 특징으로 하는 초고주파 진동센서를 이용한 실시간 열화 감지장치.
    The method of claim 1,
    The ultra-high frequency vibration sensor is a real-time degradation detection device using an ultra-high frequency vibration sensor, characterized in that the tag including a RF circuit, a control logic and a memory for transmitting and receiving high frequency signals.
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