KR101088142B1 - 배전기기 상태감시 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배전기기 내부에서 발생되는 부분방전을 감지하고 이를 사용자에게 통보하기 위한 것으로, 더욱 자세하게는 배전기기에 내장되어 그 안에서 전자파 신호를 감지하여 부분방전을 검출하기 위한 부분방전 상태감시 시스템에 관한 것이다.

본 발명에 따른 배전기기 내장형 부분방전 센서 및 이를 이용한 배전기기 상태감시 시스템은, 내장형 센서의 장착이 가능한 구조를 갖는 배전기기라면 이미 설치된 배전기기에도 용이하게 센서를 장착할 수 있으며, 부분방전을 상시 검출하는 것이 가능하다.

또한, 본 발명에 따른 센서는 소손 우려가 적고, 효과적인 부분방전의 검출이 가능하다.

부분방전, 배전기, 감지, 센서, 검출, 눈물방울형태

Description

배전기기 상태감시 시스템{POWER DISTRIBUTER MONITERING SYSTEM}

본 발명은 배전기기 내부에서 발생되는 부분방전을 감지하고 이를 사용자에게 통보하기 위한 것으로, 더욱 자세하게는 배전기기에 내장되어 그 안에서 전자파 신호를 감지하여 부분방전을 검출하기 위한 배전기기 상태감시 시스템에 관한 것이다.

배전기기란, 부하 개폐기, 다회로 개폐기, 리클로저 및 다회로 차단기 등 배전을 위해 이용되는 전반적인 기기를 지칭하는 것으로, 이러한 배전기기는 제작, 운반이나 현장 조립시 도체 부분의 손상, 크랙 및 도전성 이물질 등이 생성되며, 이들에 의해 부분 방전이 발생할 수 있다.

부분방전(PD: Partial Discharge)이란 높은 전압 스트레스 하에서 절연체의 주변 또는 내부를 따라 국부적으로 발생하는 방전 현상을 뜻한다. 부분방전은 흔히 자연적으로 형성된 물리적 간극(Void), 또는 기기에 부분적으로 갈라진 틈(Crack)에서 흔히 발생한다.

이러한 부분방전은 전력의 누설에 따른 지속적인 전력 손실을 가져오는 것에 더해, 그 효과가 누적될 경우 절연 물질에 비가역적인 물리적 화학적 변화를 가져올 수 있다. 이에 따라 배전선로를 통한 전력 공급을 완전히 중단시키거나, 심각할 경우에는 기기의 폭발을 야기할 수도 있다.

따라서 배전기기의 정상적인 동작을 위해서는 앞서 살펴본 부분방전을 검출하여 사고를 미연에 방지하는 것이 중요한데, 종래에는 이를 위해 접촉식 상시(常時) 감시장비 또는 휴대용 점검장비가 이용되었다.

접촉식 상시 감지장비는 대상 기기에 센서를 부착하여 열화정도를 측정해야 하는 데, 이미 설치된 기기에는 적용할 수 없는 문제점이 있었다. 또한, 지락사고 발생시 또는 서지(Surge) 유입시 대전류에 의해 센서가 소손(burn out)되거나 기기가 파손될 염려가 있기 때문에 이들 기기에서는 사고의 위험성이 항상 존재하는 문제점이 있었다.

한편, 휴대용 점검장비는, 장비의 특성상 일회성 점검에만 적합할 뿐, 상시 감지체계를 구축할 수 없는 문제점이 있었다. 나아가 활선(活線) 상태에서 휴대장비를 이용하여 기기를 점검하는 경우에는 감전사고 등 안전사고에 대한 위험성이 항상 존재하는 단점이 있었다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 이미 설치된 기기에도 적용이 가능한 것은 물론, 상시 점검이 가능한 배전기기 상태감시 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 센서의 소손 우려가 적고, 효과적인 부분방전의 검출이 가능한 배전기기 상태감시 시스템을 제공하는 데 다른 목적이 있다.

위와 같은 과제를 달성하기 위한 본 발명의 배전기기 내장형 부분방전 센서는, 배전기기 내부에 삽입 설치되어 부분방전을 검출하기 위한 센서로, 전방향성(Omni directional)을 갖고, 상기 배전기기 내부로부터 UHF대역에서 부분방전에 의해 방사되는 전자파 신호를 수신하기 위한 안테나 소자; 및 상기 안테나 소자를 통해 수신된 상기 전자파 신호를 외부로 송출하기 위한 출력커넥터;를 포함한다.

또한, 본 발명의 배전기기 상태감시 시스템은, 배전기기의 일단에 삽입 설치되어, 상기 배전기기 내부로부터 UHF대역에서 부분방전에 의해 방사되는 전자파 신호를 검출하는 부분방전 센서; 상기 배전기기 내장형 부분방전 센서로부터 검출된 상기 전자파 신호를 증폭하기 위한 증폭기; 상기 증폭기에 의해 증폭된 상기 전자파 신호로부터 설정 대역의 신호를 추출하기 위한 대역필터; 상기 대역필터를 통해 추출된 상기 설정 대역의 신호로부터 엔벨로프를 검출하기 위한 검출기; 및 상기 검출기로부터 검출된 엔벨로프와 기설정된 소정의 기준값을 비교해 배전기기의 부분방전 여부를 판단하여 검출 판단정보를 생성하는 제어부;를 포함한다.

본 발명에 따른 배전기기 상태감시 시스템은, 내장형 센서의 장착이 가능한 구조를 갖는 배전기기라면 이미 설치된 배전기기에도 용이하게 센서를 장착할 수 있으며, 부분방전을 상시 검출하는 것이 가능하다.

또한, 본 발명에 따른 센서는 소손 우려가 적고, 효과적인 부분방전의 검출이 가능하다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하에서는 우선적으로, 도 1을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 배전기기 내장형 부분방전 센서의 구성을 살펴보도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 배전기기 내장형 부분방전 센서(100)의 단면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 배전기기 내장형 부분방전 센서(100)는 안테나 소자(110)와 출력커넥터(120)를 포함한다.

안테나 소자(110)는 전방형에 대해 동일한 이득을 얻을 수 있도록 전방향성(Omni directional)을 갖도록 설계되어 1.0 ~ 1.4 GHz주파수의 UHF대역에서 부분방전에 의해 방사되는 전자파 신호를 수신한다.

널리 알려진 바와 같이 부분방전이 발생할 경우, 광범위한 주파수 범위에서 전자파 신호가 방출되는데, 본 발명에서 이용되는 안테나 소자(110)는 이러한 전자파 신호 중 UHF대역에서의 전자파 신호를 수신한다.

이때, 안테나 소자(110)는 배전기기 내부의 모든 구간을 효율적으로 감시할 수 있어야 하므로, 신호를 전방향성을 갖고 수신할 수 있도록 도 1에 도시되어 있는 것과 같이 누적형 모노폴 타입(Tear-Drop monopole type)으로 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명자가 3D EM Simulator를 이용하여 배전기기 내부에 임의의 결함을 발생시켜 400 ~ 1400Mhz 대역에서의 방사전기장의 크기를 살펴본 결과, 800Mhz 이상의 전파 신호가 배전기기의 외함(外函) 내부로 전파됨을 발견하였으며, 여기에 현재 휴대폰으로 가장 많이 이용되는 대역()에서의 노이즈와 센서의 출력과 감도 등을 고려하여 본 발명에서는 전자파의 효율적인 검출을 위해 안테나 소자(110)가 1.0 ~ 1.4 GHz주파수의 UHF대역에서 전자파 신호를 수신하도록 하였다.

출력커넥터(120)는 케이블(미도시) 등과 결합하여 안테나 소자(110)를 통해 수신된 상기 UHF대역에서의 전자파 신호를 센서(100)의 외부로 송출시킨다.

이와 더불어, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 배전기기 내장형 부분방전 센서(100)는 접지판(130)과, 정합소자(140) 및 절연체커버(150)를 더 포함할 수 있다.

접지판(130)은 안테나 소자(110)의 하부측에 결합되어 접지기능을 수행한다.

이때, 접지판(130)과 안테나 소자(110)는 절연체에 의해 분리시킴으로써 전자파 신호가 전기적인 신호로 측정될 수 있도록 한다.

정합소자(140)는 안테나 소자(110)와 출력커넥터(120) 사이에 개재(介在)되어, 두 구성(110, 120) 간의 임피던스를 정합(matching)시킴으로써 안테나 소자(110)를 통해 수신된 신호를 좀 더 효율적으로 전송할 수 있도록 한다.

절연체커버(150)는 내부에 형성된 공간에 안테나 소자(110)가 수용될 수 있도록 접지판(130)과 결합한다. 이러한 절연체커버(150)는 안테나 소자를 훼손할 수 있는 고압의 전류와 전압 등 여러 요인으로부터 안테나 소자(110)를 보호한다.

한편, 도 2a와 도 2b에는 각각 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 배전기기 내장형 부분방전 센서(100a)와 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 배전기기 내장형 부분방전 센서(100b)의 개요도이다.

도 2a와 도 2b에 도시된 바와 같이 본 발명의 배전기기 내장형 부분방전 센서(100)는 배전기기 내부의 가스충전여부에 따라 가스비기밀(非氣密)형 커버(150a) 또는 가스기밀(氣密)형 커버(150b)가 선택적으로 이용될 수 있다.

널리 알려진 바와 같이, 일부 배전기기는 절연을 위해 내부가 가스로 충전되어 있으며, 이러한 가스는 센서(100)의 정상적인 동작에 영향을 줄 수도 있으므로, 가스로 충전된 배전기기에 직접적으로 적용될 경우 가스기밀(氣密)형 커버(150b)형태의 센서가 이용되고, 가스로 충전된 배전기기 자체에 기밀용 커버가 적용된 배전기기의 경우에는 가스비기밀(非氣密)형 커버(150a)형태의 센서가 이용되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 접지판(130)은 배전기기와의 결합을 위해서 일측에 접지판(130)의 상/하부를 관통하는 삽입홈(135)이 형성되는 것이 바람직한데, 이러한 삽입홈은 배전기기와의 결합을 위해 볼트 등과 같은 결합수단이 삽입될 수 있도록 한다.

덧붙여, 이러한 삽입홈(135)은 접지판의 가상을 따라 다수 개가 형성됨으로써 센서(100)와 배전기기의 결합을 확고하게 할 수 있는 것이 더욱 바람직하다.

도 3을 참조하여 배전기기와 센서의 결합을 좀 더 설명하면, 도시된 바와 같이 배전기기(10)의 일측에 센서장착홈(11)을 형성한 후, 센서(100)의 일부를 센서장착홈(11)에 삽입하게 되는데, 이때, 배전기기 측에 제2삽입홈(12)을 형성하여 센서(100)와 배전기기(10)를 볼트 등의 결합수단(1)으로 확고히 결합할 수 있다.

이때, 본 발명자가 실험을 통해 알아낸 기기별 최적의 센서장착 위치는 아래의 표와 같다.

기기명	센서 설치 위치
가스절연 부하 개폐기(가공선로형)	하단부
가스절연 다회로 개폐기(지중선로형)	하단부
폴리머절연 리클로져	하단부
폴리머절연 다회로 차단기	전면부

한편, 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 배전기기 내장형 부분방전 센서(100b)에는 배전기기(10) 내부에 충전된 가스의 유출을 막기 위해 절연체 커버(150b)와 접지판이 맞닿는 결합면에 밀봉수단(155)이 구비되는 것이 바람직하다.

다음으로, 도 4를 참조하여, 앞서 살펴보았던 본 발명의 배전기기 내장형 부분방전 센서(100)를 이용한 배전기기 상태감시 시스템을 설명하기로 한다. 설명에 있어서 도 1 내지 도 3과 동일한 참조부호는 동일한 기능을 수행하는 동일한 구성을 지칭한다.

도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 배전기기 상태감시 시스템의 구성도이다. 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 배전기기 상태감시 시스템은 부분방전 센서(100), 증폭기(210), 대역필터(220), 검출기(230) 및 제어부(240)를 포함한다.

부분방전 센서(100)는 앞서 설명한 바와 같이, 배전기기(10)의 일단에 삽입 설치되어 배전기기(10) 내부로부터 UHF대역에서 부분방전에 의해 방사되는 전자파 신호를 검출한다.

센서(100)의 자세한 구성과 기능은 위에서 이미 설명했으므로, 중복되는 자세한 설명은 생략하기로 한다.

증폭기(210)는 부분방전 센서(100)로부터 검출된 UHF대역의 미약한 상기 전자파 신호를 증폭하게 되며, 대역필터(220)는 증폭기(210)에 의해 증폭된 상기 전자파 신호로부터 설정 대역의 신호를 추출함으로써 불요 전자파 간섭을 최소화한다.

여기서, 상기 설정 대역은 통상적으로 1.0Ghz ~ 1.4Ghz 대역일 수 있으나, 이에 반드시 한정되는 것은 아니며, UHF 대역 내에서 얼마든지 변경될 수 있다. UHF 대역을 선정하는 이유는 외부 환경적인 노이즈의 영향으로부터 보호하기 위함이다.

다음으로, 검출기(230)가 대역필터(220)를 통해 추출된 상기 설정 대역의 신호로부터 엔벨로프를 검출한다.

이렇게 엔벨로프가 검출되면 신호가공이 용이한 낮은 주파수(일반적으로 20Mhz이하)의 신호가 생성되며, 또한 이렇게 생성된 신호는 A/D컨버터(미도시)를 통해 디지털 신호로 변환될 수 있다.

제어부(240)는 검출기(230)로부터 검출된 엔벨로프와 기설정된 소정의 기준값을 비교해 배전기기(10)의 부분방전 여부를 판단하여 검출 판단정보를 생성한다.

나아가 제어부(240)는 상기 검출 판단정보에 따라 배전기기(10)에서 부분방전이 있는 것으로 판단되면, 경고신호출력부(미도시) 등의 구성을 통해 사용자가 이를 인지할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

이때, 제어부(240)는 단순히 배전기기(10)의 부분방전 여부만을 판단할 수도 있으나, 상기 엔벨로프를 더욱 자세히 분석하여 부분방전의 최대값과, 발생횟수 등을 상기 검출 판단정보에 더 포함시킬 수도 있다.

이때, 상기 경고신호출력부로부터 출력되는 경고신호는 영상 또는 음향을 이용할 수 있다.

이와 더불어, 본 발명은 제어부(240)로부터 생성된 상기 검출 판단 정보를 외부시스템(미도시)으로 전송하는 통신부(250)를 더 포함할 수 있다.

이러한 통신부(250)는 유/무선 방식을 통해 외부시스템으로 데이터를 전송하게 되며, 결과적으로 원격의 장소에 위치한 외부시스템의 사용자가 배전기기(10)의 부분방전 여부를 용이하게 알 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 배전기기 내장형 부분방전 센서의 단면도,

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 바람직한 제1 및 제2 실시예에 따른 배전기기 내장형 부분방전 센서의 개요도,

도 3은 본 발명에 따른 배전기기 내장형 부분방전 센서와 배전기기의 결합 예시를 나타낸 개요도,

도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 배전기기 상태감시 시스템의 구성도이다.

Claims (10)

1. 삭제
2. 삭제
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5. 삭제
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7. 삭제
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9. 배전기기의 일단에 삽입 설치되어, 상기 배전기기 내부로부터 UHF대역에서 부분방전에 의해 방사되는 전자파 신호를 검출하는 부분방전 센서;

   상기 부분방전 센서로부터 검출된 상기 전자파 신호를 증폭하기 위한 증폭기;

   상기 증폭기에 의해 증폭된 상기 전자파 신호로부터 설정 대역의 신호를 추출하기 위한 대역필터;

   상기 대역필터를 통해 추출된 상기 설정 대역의 신호로부터 엔벨로프를 검출하기 위한 검출기;

   상기 검출기로부터 검출된 엔벨로프와 기설정된 소정의 기준값을 비교해 배전기기의 부분방전 여부를 판단하여 검출 판단정보를 생성하는 제어부; 및

   상기 제어부에 의해 생성된 검출 판단정보를 외부시스템으로 전송하기 위한 통신부를 포함하며,

   상기 부분방전 센서는,

   전방향성(Omni directional)을 갖고, UHF대역에서 부분방전에 의해 방사되는 전자파 신호를 수신하며, 눈물방울형태(Tear-Drop)의 모노폴 타입으로 형성된 안테나 소자;

   상기 안테나 소자의 일단에 결합되어, 상기 안테나 소자를 통해 수신된 상기 전자파 신호를 외부로 송출하기 위한 출력커넥터;

   상기 안테나 소자의 하부에 결합되어, 접지기능을 수행하는 접지판;

   상기 안테나소자와 상기 출력커넥터 사이에 개재되어, 상기 안테나소자와 상기 출력커넥터의 임피던스를 정합하는 임피던스 정합소자; 및

   상기 접지판에 결합되며, 내부에 소정 공간을 성형하여 상기 안테나 소자를 수용하는 절연체커버를 포함하며,

   상기 절연체 커버에는 상기 배전기기 내부로부터의 가스 누출을 방지할 수 있는 밀봉수단이 구비되는 것을 특징으로 하는 배전기기 상태감시 시스템.
10. 삭제

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