KR101144213B1 - 가공배전선로 전력설비의 불량 점검을 위한 초음파 검출장치 - Google Patents

가공배전선로 전력설비의 불량 점검을 위한 초음파 검출장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 지상에서 이격된 위치에 있는 전력설비로부터 발생하는 초음파 신호를 수신하여 가공배전선로 전력설비의 불량 점검을 위한 초음파 검출장치로서, 경사진 내측면을 구비하며 바닥면을 향하여 단면이 점차로 작아지는 형태로 형성된 원뿔 형태의 신호 수집기와, 상기 신호 수집기의 바닥면에 설치되어 상기 신호 수집기를 통과하여 도달된 초음파 신호를 센싱하는 초음파센서를 포함하는 본체; 및 상기 신호 수집기를 통해 수신될 수 있는 초음파 발생 영역에 해당하는 초음파 신호 수집 영역을 조준 및 확인할 수 있도록 상기 본체에 설치되는 조준장치를 포함하는 가공배전선로 전력설비의 불량 점검을 위한 초음파 검출장치를 제공한다.
초음파, 가공배전선로

Description

가공배전선로 전력설비의 불량 점검을 위한 초음파 검출장치{RECEIVING APPARATUS OF ULTRASONIC WAVES FOR DETECTING DEGRADED COMPONENTS IN AN OVERHEAD DISTRIBUTION LINE}
본 발명은 가공배전선로의 전력설비에서 애자 불량, 기기 불량, 접속재 불량 등과 같은 가공배전선로 전력설비의 불량을 승주 작업없이 지상에서 효과적으로 탐지할 수 있는, 가공배전선로 전력설비의 불량점검을 위한 초음파 검출장치에 관한 것이다.
가공배전선로 전력설비는 배전 선로 주변의 환경 변화 또는 설비 불량에 따른 파손 등에 의해 안정성이 훼손될 수 있으므로, 지속적인 점검과 안전위해요소의 제거 및 설비 교체 등의 관리를 필요로 한다.
우리나라의 경우에도 가공배전선로 전력설비의 고장을 예방하기 위하여 다양한 방법의 순시 점검 방식이 이용되고 있는데, 배전 선로 순시원을 통해 육안으로 점검하는 배전 선로 순시 방법, 활선 상태에서 활선 버켓 트럭을 타고 활선 전력설 비에 접근하여 육안 및 포크형 현수 애자 분담 전압 측정기를 사용하여 분담전압을 측정하는 활선 기별 점검 방법, 전력설비에서 열화가 진행될 때 발생되는 열을 측정하여 배전 선로의 고장을 예방하기 위한 열화상 카메라 측정 방법, RFI(RADIO FREQUENCY INTERFERENCE)를 이용한 순시 방법이 이용되고 있다.
그러나 현실적으로 육안에 의한 방법은 전력설비가 가공에 존재하며 지상으로부터 10m 이상의 거리를 두고 있기 때문에 육안으로 설비의 이상을 측정하는 것은 불가능하다.
또한 활선 기별점검 방법은 활선 작업자가 활선 버켓 트럭을 타고 점검을 하기 때문에 가까운 거리의 설비는 육안으로 보는 것은 가능하지만 애자와 애자 사이의 좁은 지역이나 점검자로부터 반대편에 존재하는 미세한 균열 등의 경우에는 점검하는 것이 매우 어렵다. 그리하여 부실 점검으로 인하여, 활선 기별 점검을 한 구역에서도 전력 사고가 일어나는 것이 현실이다. 또한 활선 기별점검은 점검에 많은 시간이 소요되며 상대적으로 더 많은 비용이 소모되므로 비효율적인 측면이 있다.
열화상 카메라 측정 방법은 전력설비에서 열화가 진행될 때 발생되는 열을 측정하여 고장을 예방하는 것이기 때문에 열이 발생되지 않는 설비의 경우에는 적출이 불가능하다. 실제로 전력설비의 특별고압(22,900v)의 선로에서는 대부분의 경우에 애자류의 균열에서 열이 발생되지 않는다. 또한 이물의 접촉이나 볼트의 풀림의 경우에도 열이 발생되지 않으므로 효과적인 검출 방안이라고 말할 수 없다.
RFI를 이용한 순시 방법은 도심지나 공장이 밀집된 지역 등의 경우에는 주 변의 주파수 잡음이 너무나 심하기 때문에 전력설비에서 나오는 노이즈와 구별이 어렵고 구별한다 하여도 고장 가능성이 있는 설비를 정확하게 구별하는 것이 불가능하다. 또한 파형의 분석이 불가능하기 때문에 고장의 유형의 파악이나 정도의 파악이 어렵다는 단점이 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 가공배전선로 전력설비의 불량 개소를 주상 승주 작업 없이 지상에서 효과적으로 검출하기 위한, 가공배전선로 전력설비의 불량 점검을 위한 초음파 검출장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 하나의 초음파 검출장치를 이용하여 다수의 전력설비를 포함하는 소정의 영역에서의 초음파 검출과 하나의 특정된 전력설비에서 발생하는 초음파 검출이 모두 가능하고 점검 대상 영역의 조준 및 조정이 용이한 초음파 검출장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 제1 측면은, 지상에서 이격된 위치에 있는 전력설비로부터 발생하는 초음파 신호를 수신하여 가공배전선로 전력설비의 불량 점검을 위한 초음파 검출장치로서, 경사진 내측면을 구비하며 바닥면을 향하여 단면이 점차로 작아지는 형태로 형성된 원뿔 형태의 신호 수집관과, 상기 신호 수집관의 바닥면에 설치되어 상기 신호 수집관을 통과하여 도달된 초음파 신호를 센싱하는 초음파센서를 포함하는 본체; 및 상기 신호 수집관을 통해 수신될 수 있는 초음파 발생 영역에 해당하는 초음파 신호 수집 영역을 조준 및 확인할 수 있도록 상기 본체에 설치되는 조준장치를 포함하는 가공배전선로 전력설비의 불량 점검을 위한 초음파 검출장치를 제공한다.
본 발명에 따르면, 상기 조준장치는 조준 망원경으로 구성되며, 상기 조준장치에 의해 관찰되는 시야는 상기 신호 수집관에 의해 초음파 신호 수집 영역에 대응된다.
본 발명에 따르면, 상기 본체는 상기 신호 수집기를 내장하는 하우징을 포함하고, 상기 하우징에는 레이저 포인터가 설치되어 있다.
본 발명의 제2 측면은, 지상에서 이격된 위치에 있는 전력설비로부터 발생하는 초음파 신호를 수신하여 가공배전선로 전력설비의 불량 점검을 위한 초음파 검출장치로서, 상기 초음파 신호를 센싱하는 초음파 검출수단; 상기 초음파 검출수단으로부터 센싱된 초음파 신호를 증폭하는 증폭수단; 상기 증폭수단으로부터 증폭된 초음파 신호의 피크 값을 검출하는 피크검출수단; 및 상기 피크검출수단으로부터 검출된 피크 값이 소정 범위 내에 포함되도록 입력 신호를 N-배 증폭/감쇄하여 출력하는 자동이득 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 가공배전선로 전력설비의 불량 점검을 위한 초음파 검출장치를 제공하는 것이다.
여기서, 상기 피크검출수단은, 미리 설정된 초기치 주파수 대역을 저장하는 초기치 설정부; 상기 증폭수단으로부터 증폭된 초음파 신호를 FFT(Fast Fourier Transform)변환하여 출력하는 FFT 변환부; 상기 FFT 변환부로부터 출력된 주파수 신호의 피크 값을 검출하는 피크 주파수 검출부; 및 상기 FFT 변환부에서 최초 FFT 연산 시 상기 초기치 설정부를 통해 미리 설정된 초기치 주파수 대역을 적용하여 상기 초기치 주파수 대역을 통과시키는 대역통과필터를 포함함이 바람직하다.
바람직하게, 상기 자동이득 제어수단은, 상기 피크검출수단으로부터 검출된 피크 값에 따라 신호를 증폭하여 출력하는 이득제어증폭기; 상기 이득제어증폭기로부터 증폭된 신호에서 특정의 진폭성분을 검출하여 출력하는 검파기; 및 상기 검파기로부터 출력된 신호를 루프 필터링하여 상기 이득제어증폭기의 진폭 왜곡을 제어하는 루프 필터를 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 자동이득 제어수단으로부터 출력된 신호의 다단 증폭 및 필터링을 수행하여 특정의 신호 파형에 따라 이상 유형을 분석하는 초음파 분석수단을 더 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 이상 유형은 아크 방전, 코로나 방전 또는 트래킹 발생 중 어느 하나의 유형으로 이루어질 수 있다.
본 발명에 의하면 전주 상의 전력설비의 불량 유무 및 이상 유형을 판단을 위한 초음파 검출을 하나의 검출 장치를 이용하여 할 수 있다. 본 발명에 의하면, 점검 대상 영역과의 거리 조절을 통해 다수의 전력 설비를 포함하는 소정의 영역에서의 초음파 검출과 하나의 특정된 전력설비에서 발생하는 초음파 검출이 모두 가능하고 점검 대상 영역의 조준 및 조정이 용이하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 가공배전선로 전력 설비의 불량 점검을 위한 초음파 검출장치는 가공배전선로의 전주에 설치된 전력설비의 불량 여부 즉, 현수 애자, LP 애자, 내오손용 결합 애자 불량과 같은 애자 불량, 개폐기, 리클로져, 변압기 불량 등과 같은 기기 불량, 조류 둥지, 접속 부위를 덮는 커버 내부의 습기 등과 같은 이물질 접촉에 의한 불량을 전주에 승주 하는 작업 없이 지상에서 그리고, 보다 신속하게 점검할 수 있도록 하기 위한 것이다.
본 발명은 전력설비에서 균열 등과 같은 불량이 발생하는 경우, 정상 상태와 다른 초음파 신호 파형이 발생하며, 이상 유형에 따라 그 파형이 상이하다는 것을 발견, 이를 이용한다. 먼저, 초음파 신호와 이상 유형의 관계를 살펴보면, 도 1은 전력설비에서 불량이 발생하지 않은 상태의 정상 파형을 보여주고 있으며, 도 2는 아크(Arc) 방전이 발생되고 있을 때의 파형을 보여주며, 도 3은 코로나(corona) 방전시의 파형을 보여주며, 도 4는 트래킹(Tracking) 발생 시의 파형을 보여주고 있다.
정상 파형의 도 1을 참조하면, 시간의 경과에 일정한 유형의 파형이 검출되며, 진폭의 변화가 거의 없다. 초음파 검출 장치를 통해 수신 분석된 초음파 신호의 파형이 도 1과 같은 경우, 점검 대상 영역 즉, 초음파 검출 장치에 의해 수신된 초음파를 제공한 영역에서의 전력 설비는 모두 정상 상태로서, 불량이 발생하지 않은 것을 확인할 수 있다.
도 2를 참조하면, 정상파형을 나타내는 도 1과 비교할 때, 아크가 발생할 때 마다 파형의 진폭이 커지고, 아크 발생 되지 않을 때는 코로나 방전시와 유사한 파형이 나타난다. 도 3을 참조하면, 코로나 방전의 경우에는 애자의 표면에 전로가 형성되어 표면 방전이 일어나는 경우로서 도 2의 아크 방전시의 파형보다 작은 진폭의 파형이 연속적으로 나타나는 것을 알 수 있다. 도 4를 참조하면, 트래킹은 이미 코로나가 상당기간 진행되면서 애자의 균열이 진행되므로 코로나 방전시의 파형보다 큰 진폭의 파형이 연속적으로 나타나는 것을 알 수 있다.
초음파 검출장치를 통해 수신된 초음파가 도 2 내지 도 4의 유형을 가지는 경우, 초음파를 제공한 전력 설비를 불량이 발생한 불량 개소에 해당한다. 본 발명은 이와 같이 전력 설비에서 발생하는 초음파 신호를 검출, 파형을 분석함으로써 전수 상의 전력 설비들 중에서 불량 개소의 발생 여부, 불량 개소의 이상 유형 및 진행 정도를 판단할 수 있게 하며, 차량 이동 중 및 이격된 위치에서 전력 설비에서 발생하는 초음파를 효과적으로 검출할 수 있는 초음파 검출장치를 제공함으로써 초음파를 이용한 가공배전선로 전력설비의 불량 점검이 용이하게 이루어질 수 있도록 한다.
도면을 참조하면, 도 5는 본 발명에 따른 가공배전선로 전력설비의 불량 점검을 위한 초음파 검출장치의 사시도이고, 도 6은 본 발명에 따라 도 5에 도시된 초음파 검출장치의 절단 사시도로서, 본 발명에 따른 가공배전선로 전력설비의 불량 점검을 위한 초음파 검출장치를 설명하기 위한 도면들이다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 초음파 검출장치(100)는 본체(110)와 조준장치(150)를 포함한다.
본 발명에 따르면, 본체(110)는 원뿔 형태의 신호 수집관(120)과 초음파 센서(130) 및 하우징(140)을 포함한다.
원뿔 형태의 신호 수집관(120)은 경사진 내측면(122)을 구비하여 원뿔 형상과 같이 직경이 점차로 축소되는 형태로 구성된다. 본 발명에 따른 신호 수집관(120)은 초음파 신호가 수신되는 점검 대상 영역이 아닌 외부로부터 유입되는 잡음 신호를 차단하고, 점검 대상과의 거리에 따라 초음파 신호가 수집되는 점검 대상 영역을 크기를 조절할 수 있도록 제안되었다.
초음파 신호는 파장이 짧아 회절이 잘 안되며 직진성이 강하다. 따라서 본 발명과 같이 신호 수집관(120)이 경사진 내측면(122)을 구비하여 원뿔 형상과 같이 직경이 점차로 축소되는 형태로 구성되는 경우, 경사진 내측면(122)이 연장되어 형성되는 점검 대상 영역 내에서 발생하는 초음파는 직진하여 신호 수집관(120) 내부로 유입되지만 점검 대상 영역 외에서 발생하는 잡음 신호 예컨대, 차량 이동시 차량 속도에 따른 바람소리, 도심지 내의 차량 소음, 주변 공장 및 초음파를 발생시키는 곤충 등이 만들어 내는 잡음 신호는 차단되어 신호 수집관(120)의 내부로 진행하지 못한다.
또한, 본 발명에 따른 신호 수집관(120)에 의하면, 신호 수집관(120)에 의해 초음파 신호가 수신되는 점검 대상 영역의 크기를 신호 수집관(120)과 점검 대상 영역 사이의 거리에 따라 조절하는 것이 가능하다. 예컨대 도 7에 도시된 바와 같이, 초음파 검출장치를 이용하여 지상에서 전주 상의 전력설비로부터 오는 초음파 신호를 검출할 때, 신호 수집관(120)의 중심축으로부터 경사 측면이 연장되는 각도 가 d 이고, 점검 대상의 전력설비까지의 거리가 ℓ이라고 하면, 초음파 수신의 대상이 되는 점검 대상 영역의 크기를 결정하는 반경 R 은 R≒ℓ* tan d 에 의해 결정된다. 즉, 점검 대상과의 거리 ℓ 을 조절함으로써 점검 대상 영역을 크기가 조절될 수 있게 된다.
따라서 작업자는 점검 대상 영역과의 거리를 조절함으로써, 점검 대상 영역이 전주 상의 전력설비 전체를 포함하도록 하거나, 전주 상의 구체적인 하나의 전력설비만을 포함하도록 할 수 있다. 즉, 불량 개소가 있는 영역을 검출하는 것과, 불량 개소가 있는 영역 중에서 구체적으로 어떠한 전력설비에 불량이 나타났는지를, 하나의 초음파 검출장치를 이용하여 측정할 수 있게 되는 것이다.
본 발명에 따르면 신호 수집관(120)의 하면에는 신호 수집관(120)을 통과하여 진행되어 온 초음파 신호를 수신하기 위한 초음파 센서(130)가 설치된다. 센싱된 초음파 신호는 초음파 분석장치(10)의 입력단자(28)를 통해 초음파 분석장치(10)로 전달되며, 초음파 분석장치(10)를 통해, 수신된 초음파 신호 중에 불량 개소에서 발생하는 초음파 신호가 포함되어 있는지 여부를 작업자는 확인할 수 있다.
본 발명에 따르면, 하우징(140)은 신호 수집관(120)을 내장하여 본체(110)의 외형을 이루며 외측면에는 조준장치(150)를 설치된다. 하우징(140) 내부에는 초음파 센서(130)를 통해 수신된 초음파 신호를 필터링 및 증폭하는 회로가 설치되어 있으며, 하면으로 손잡이부(146)가 구비되며, 손잡이부(146)의 하면으로 초음파 분석장치(10)와 연결되는 라인이 연결되는 연결단자(147)가 구비된다.
본 발명에 따르면 초음파 검출장치에는 수신된 초음파 신호를 디스플레이하는 디스플레이 장치가 설치될 수 있다.
초음파 검출장치가 본체(110)에 수신된 초음파 신호를 분석하여 관심 대역의 신호를 디스플레이하는 디스플레이 장치가 설치되는 경우, 후술하는 초음파 분석장치(10) 없이 사용하는 것이 가능하며, 이 경우 초음파 분석장치(10)가 일체화된 형태로 초음파 검출장치(100)가 형성된 것으로 볼 수 있다.
본 발명에 따르면 하우징(140)의 외측면에는 레이저 포인트(145)가 설치되며, 레이저 포인트(145)는 야간 등과 같이 어두운 시간에도 초음파 검출장치에 의해 조준되는 점검 대상 영역을 확인가능하게 하여, 야간 작업을 가능하게 한다.
본 발명에 따르면 초음파 검출장치(100)는 조준장치(150)를 포함한다. 조준장치(150)는 총 등에서 사용되는 조준 망원경과 같은 형태의 것이 사용되며, 하우징(140)에 설치된다. 초음파 검출장치(100)가 별도의 하우징(140) 없이 신호 수집관(120)이 외형을 이루는 경우 신호 수집관(120)의 측면에 부착된다. 조준 망원경은 초음파 검출장치(100)의 신호 수집관(120)이 조준되는 영역, 즉, 초음파 신호가 수신되는 영역을 육안으로 확인 정확히 조준하는 것을 가능하게 하며, 조준 장치를 통해 신호 수집관(120)에 의한 초음파 수신 영역을 정확히 하는 것이 가능하다. 즉, 조준장치에 통한 시야가 신호 수집관(120)에 의한 초음파 수신 영역에 대응되거나 확인 가능하므로 개별 전력설비를 특정하여 초음파 신호를 수신하는 것이 가능하게 된다.
전주 상의 각각의 전력설비로부터 오는 초음파 신호를 주변의 신호와 분리하 여 수신하기 위해서는 신호 수집관(120)이 점검 대상이 되는 전력 설비만으로부터 오는 초음파 신호를 수신하도록 정확히 조준되어야 하며, 반경 R 이 설정되어야 한다. 특히 본 발명에 따르면 지상에서 전주 상의 전력설비로부터 오는 초음파 신호를 수신하므로, 전력설비 사이의 거리가 상대적으로 가깝게 관찰된다. 그러나 조준장치를 이용하면 초음파 신호를 수신할 전력설비를 향해 정확히 신호 수집관(120)을 조준하는 것이 가능하고, 조준장치를 통해 신호 수집관(120)에 의한 초음파 수신 영역이 육안으로 확인되므로, 이동하면서 초음파 수신의 대상이 되는 영역에 정확하게 점검 대상 전력설비만이 위치하도록 할 수 있다.
도 8 및 도 9는 본 발명에 따른 가공배전선로 전력설비의 불량 검출을 위한 초음파 검출장치(100)와 연결되어 사용되는 초음파 분석장치(10)를 도시하고 있다. 초음파 분석장치(10)는 그 내부에 수신 회로(12), 증폭회로(14), 필터회로(16), 연산장치(18) 및 배터리등을 포함한다. 그리고 기능의 조정 및 다른 장치들과의 연결을 위해, 전면으로 디스플레이(20), 장치의 온/오프 동작을 제어하는 전원 스위치(22), 주변 밝기를 감지하여 디스플레이의 밝기를 자동으로 조절하기 위한 CDS(24), 컴퓨터 장치(25)와의 데이터 전송을 위한 단자(26), 초음파 검출장치(100)와 연결되어 신호입력을 받기 위한 입력 단자(28), 메모리 카드 등과 같은 기억 장치(29)를 끼울 수 있는 슬롯(30), 스피커(31) 음량을 조절하기 위한 음량 조절 스위치(32), 헤드셋(33) 연결을 위한 이어폰 연결 단자(34), 초음파 수신 장치 내부의 배터리 충전을 위한 충전 단자(36), 외부 입력 단자(AUX)(38), 메뉴 및 세부 설정을 선택할 수 있는 회전식 스위치(40), 선택된 메뉴 및 세부 설정 상태를 저장하기 확인 스위치(42)를 포함한다.
초음파 분석장치(10)는 초음파 검출장치(100)로부터 제공되는 초음파 신호를 수신하여 증폭하고 선택된 대역에 해당하는 신호로 필터링하여, 선택된 대역에 해당하는 초음파 신호의 수신 여부를 점검자가 알 수 있게 디스플레이(20), 스피커(미도시) 등을 통해 표시한다. 초음파 분석장치(10)의 연산 장치(18)는 장치의 제반 적인 동작을 조절하며 수신된 초음파 신호를 외장 또는 내장 기억장치에 저장하고, 연결된 컴퓨터 장치에 해당 신호를 제공할 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 초음파 검출장치 및 분석장치를 구체적으로 설명하기 위한 전체적인 블록 구성도이고, 도 11은 도 10의 피크검출모듈을 구체적으로 설명하기 위한 블록 구성도이며, 도 12는 도 10의 자동이득 제어모듈을 구체적으로 설명하기 위한 블록 구성도이다.
도 10 내지 도 12를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 초음파 검출장치(100)는, 크게 초음파 검출모듈(100-1), 증폭모듈(100-2), 피크검출모듈(100-3) 및 자동이득 제어모듈(Automatic Gain Control Module)(100-4) 등으로 구성되어 있다.
여기서, 초음파 검출모듈(100-1)은 전술한 신호 수집관(120)을 통과하여 진행되어 온 초음파(Ultrasonic) 신호(약 35KHz～40KHz)를 수신하는 기능을 수행하는 것으로서, 이를 구현하기 위하여 전술한 초음파 센서(130)로 이루어질 수 있다.
증폭모듈(100-2)은 초음파 검출모듈(100-1)로부터 수신된 미세한 초음파 신 호를 제공받아 소정의 진폭레벨(약 350배)로 증폭하는 기능을 수행하는 것으로서, 이를 구현하기 위하여 통상의 연속적인 전치 증폭기(pre-amplifier) 등으로 이루어질 수 있다.
피크검출모듈(100-3)은 증폭모듈(100-2)로부터 증폭된 초음파 신호의 피크(Peak) 값을 검출하는 기능을 수행하는 피크 대역 통과 필터(Peak Band Pass Filter)로서, 간헐적으로 발생되는 외부 노이즈로부터 초음파 신호를 보다 정확하게 검출할 수 있다.
이러한 피크검출모듈(100-3)은 도 11에 도시된 바와 같이, 초기치 설정부(100-3a), 프로그래머블 대역통과필터(Programmable Band Pass Filter, PBPF)(100-3b), 피크 주파수 검출부(100-3c) 및 FFT(Fast Fourier Transform) 변환부(100-3d)로 구성되어 있다.
즉, 증폭모듈(100-2)로부터 증폭된 초음파 신호는 FFT 변환부(100-3d) 및 피크 주파수 검출부(100-3c)를 거쳐 최고치(Peak)의 주파수(약 35KHz～40KHz) 성분을 검출하게 되고, FFT 변환부(100-3d)에서의 FFT 연산이 처음 연산될 때는 초기치 설정부(100-3a)에서 미리 설정된 초기치 주파수 대역(약 39KHz～40KHz)을 프로그래머블 대역통과필터(PBPF)(100-3b)에 적용하여 상기 초기치 주파수 대역을 통과시키게 된다.
한편, FFT 변환부(100-3d)는 서로 다른 주파수의 정현파의 중복으로 표현할 수 있는 시간 함수에 포함되는 각 주파수 성분의 크기를 나타내는 푸리에 변환함수를 구현할 수 있는 것으로서, 일반적인 신호 해석, 화상 처리, 제어 등의 분야에 널리 쓰이는 것이다.
그리고, 자동이득 제어모듈(100-4)은 피크검출모듈(100-3)로부터 검출된 피크 값이 소정 범위 내에 포함되도록 입력 신호를 N-배 증폭/감쇄하여 출력하는 기능을 수행하는 바, 핀 포인트(Pin Point)를 찾을 때 효율적으로 사용된다. 또한, 핀 포인트를 검출하기 위해 출력 데이벨(dB)값을 설정한 다음 이 자동이득 제어 기능을 동작시키면, 보다 정확한 핀 포인트를 검출할 수 있다.
이러한 자동이득 제어모듈(100-4)은 도 12에 도시된 바와 같이, 피크검출모듈(100-3)로부터 검출된 피크 값에 따라 신호를 증폭하는 이득제어증폭기(Gain Controlled Amplifier, GCA)(100-4a)와, 특정의 진폭성분을 검출하여 출력하는 검파기(Detector)(100-4b)와, 검파기(100-4b)의 출력을 루프 필터링하여 진폭 왜곡을 제어하는 루프 필터(Loop Filter)(100-4c)로 구성되어 있다.
상기와 같이 구성된 이득제어 증폭기(GCA)(100-4a)의 동작을 살펴 보면, 입력 신호 U(t)를 이득제어증폭기(GCA)(100-4a)의 이득에 비례하여 증폭하여 출력 Y(t)를 얻은 후, 출력 Y(t)를 검파기(100-4b)에 입력하여 출력 Y(t)의 진폭성분 Vd(t)를 얻는다. 그리고, Vd(t) 신호를 루프 필터(100-4c)에 통과시켜 이득제어증폭기(GCA)(100-4a)의 제어 신호 Vo(t)를 구한다. 이 제어 신호 Vo(t)에 따라 이득제어 증폭기(GCA)(100-4a)의 이득이 변화되고 이에 따라 출력 Y(t)의 크기는 원하는 신호의 크기(Vr)에 접근하게 된다.
한편, 종래의 기술에서는 초음파 센서에서 포집한 신호를 단순 증폭하는 방 식으로 신호를 무작정 증폭하면 노이즈(Noise)도 같이 증폭되기 때문에, 신호 대 노이즈 비에 대한 효율성을 극대화 시키는데 한계가 있었다.
그러나, 상기와 같이 구성된 본 발명의 초음파 검출장치(100)는 피크검출모듈(100-3) 및 자동이득 제어모듈(100-4)을 이용하여 신호 대 잡음비를 효율적으로 제어할 수 있고, 주변 노이즈와 분리 및 정확한 핀 포인트를 검출함에 따라 타 장비보다 증폭비를 증가시킬 수 있으며, 이로 인해 획기적인 DOV(Detecting On Vehicle) 방식을 가능하게 할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 초음파 분석장치(10)는, 초음파 검출장치(100)의 자동이득 제어모듈(100-4)로부터 출력된 전압 값에 따라 수신신호의 이득을 조절하여 증폭(약 -100dB ～ 40dB) 출력하는 전압제어증폭기(Voltage Controlled Amplifier, VCA)(10-1)와, 전압제어증폭기(VCA)(10-1)로부터 출력된 신호의 소정 저역 성분만을 통과 및 증폭하여 출력하는 제1 저역통과필터 및 증폭부(10-2)와, 제1 저역통과필터 및 증폭부(10-2)로부터 출력된 신호를 소정 레벨(약 10배)로 증폭하여 출력하는 제2 증폭부(10-3)와, 제2 증폭부(10-3)로부터 출력된 신호를 디지털 함수발생기(10-4)에 의해 생성된 주파수를 가지는 캐리어 발진 위에서 주파수 변조하여 출력하는 주파수 변조기(10-5)와, 주파수 변조기(10-5)로부터 출력된 신호의 소정 저역 성분만을 통과하여 출력하는 제2 저역통과필터(10-6)와, 제2 저역통과필터(10-6)로부터 출력된 신호를 소정 레벨(약 25배)로 증폭한 후, 소정 저역 성분만을 통과하여 출력하는 제3 저역통과필터 및 증폭부(10-7)와, 제3 저 역통과필터 및 증폭부(10-7)로부터 출력된 신호를 제공받아 특정의 신호 파형에 따라 이상 유형(예컨대, 아크 방전, 코로나 방전, 트래킹 발생 등)을 분석하는 파형분석부(10-8)와, 제3 저역통과필터 및 증폭부(10-7)로부터 출력된 신호를 제공받아 통상의 스피커(Speaker)를 통해 사용자가 청취할 수 있도록 증폭하는 오디오앰프(10-9)와, 제3 저역통과필터 및 증폭부(10-7)로부터 출력된 신호의 소정 대역 성분만을 통과하여 출력하는 대역통과필터(10-10)와, 대역통과필터(10-10)로부터 출력된 신호 스펙트럼을 데시벨(dB) 스케일로 로그 변환하는 dB변환기(10-11) 등으로 구성되어 있다.
추가적으로, 전압제어증폭기(VCA)(10-1) 및 dB변환기(10-11)의 동작온도를 검출하여 그 전압제어증폭기(VCA)(10-1) 및 dB변환기(10-11)의 출력 신호를 온도 오차만큼 각각 보상하는 제1 및 제2 온도보상기(10-12 및 10-13)가 더 구비될 수 있다.
더욱이, 감도에 따라 제2 증폭부(10-3)의 증폭을 제어할 수 있는 증폭 제어기(10-14)가 더 구비될 수도 있다.
즉, 상기와 같이 구성된 초음파 분석장치(10)는 온도에 민감한 증폭 회로에 각각 온도보상을 해주어 외부에 급격한 온도 변화에도 측정 데이터 손실을 최소화 할 수 있으며, 다단에 걸친 필터는 신호 대 잡음 비인 SN비를 증가함으로써 원 신호를 보다 깨끗하게 복원할 수 있다.
한편, 초음파 분석장치(10)는 전술한 바와 같이, 초음파 검출장치(100)에 일체화된 형태로 형성되거나, 별도의 형태로 분리하여 형성될 수도 있다.
이하, 본 발명에 따른 가공배전선로 전력설비의 초음파 검출장치를 이용하여 가공배전선로의 전주 상에 배치된 전력설비의 불량 개소 검출 방법을 설명한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 초음파 검출장치는 신호 수집관(120)이 경사진 내측면(122)을 가지는 원뿔 형태로 형성됨에 따라, 점검 대상 영역과의 거리에 따라 점검 대상 영역의 크기를 변경하는 것이 가능하다. 따라서 작업자는 초음파 검출장치와 전주 상의 전력설비의 거리에 따라 전주 상의 전력설비 전체를 점검 대상영역으로 할 수 있으며, 또한 전주 상의 전력설비 각각을 점검 대상 영역으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 초음파 검출장치를 이용하면 위에서 상술한 바와 같이 하나의 개별 전력설비뿐만 아니라 다수의 전력설비를 포함하는 소정의 영역의 초음파 검출이 가능하므로, 차량을 통해 이동하면서 가공배전선로 전력설비의 불량 점검을 가능하게 한다.
작업자는 하나의 전주 상의 모든 전력설비를 점검 대상 영역으로 할 수 있는 거리에서 차량을 통해 이동하면서 초음파 검출장치를 조준 초음파 신호를 수신하고, 초음파 분석장치를 통해 분석하면서 먼저 불량 개소에서 발생하는 초음파 신호를 있는 전주를 발견할 수 있다.
만약, 이상 신호가 수신되지 않는다면 점검 대상 영역이 된 전주 상의 전력설비 각각은 모두 정상으로서, 불량 개소가 없는 것으로 판단할 수 있다. 따라서 전주 상의 전력설비 각각을 조준하여 진단하는 작업을 생략할 수 있다.
한편, 불량 개소에서 발생하는 초음파 신호를 포함하는 전주가 발견된다면, 작업자는 점검 대상 영역을 이루는 전주 상의 전력설비 중 적어도 어느 하나는 불량 개소임을 확인할 수 있다.
이 경우 전주 상의 전력설비들 중 구체적으로 어느 전력설비가 어떤 상태의 불량 개소인지를 판단하는 것이 필요하다. 따라서 작업자는 차량을 정지, 하차하여 전주를 향해 이동하면서, 조준장치를 이용하여 신호 수집관(120)에 의해 초음파 신호가 수신되는 점검 대상 영역을 구체적으로 하나의 전력설비로 한정하여 정확히 조준한다. 신호 수집관(120)에 의한 점검 대상 영역 즉, 초음파 신호 수집 영역이 구체적으로 하나의 전력설비가 되도록 되는 경우 신호 수집관(120)은 조준된 하나의 전력설비로부터 발생하는 초음파 신호를 수신하게 되므로, 작업자는 대상을 변경하면서 수신되는 초음파 신호로부터, 각각의 전력설비 중 어느 것이 불량 개소인지 및 불량 개소 유형을 판단할 수 있게 되는 것이다.
이와 같이 본 발명에 의하면 하나의 초음파 검출장치를 이용하여 가공배전선로에서 불량 개소 있는 영역 즉, 불량 개소를 포함하는 전주를 발견하고, 그 발견된 영역에서 구체적으로 어느 전력설비가 불량 개소인지 및 이상 유형은 무엇인지를 정확하게 판단할 수 있게 된다.
도 1은 가공배전선로의 전력설비에서 불량이 발생하지 않은 상태의 초음파 신호의 정상 파형을 보여주고 있다.
도 2는 가공배전선로의 전력설비에서 아크(Arc) 방전이 발생되고 있을 때의 초음파 신호의 파형을 보여주고 있다.
도 3은 가공배전선로의 전력설비에서 코로나(corona) 방전시의 초음파 신호파형을 보여주고 있다.
도 4는 가공배전선로의 전력설비에서 트래킹(Tracking) 발생 시의 초음파 신호의 파형을 보여주고 있다.
도 5는 본 발명에 따른 가공배전선로 전력설비의 불량 점검을 위한 초음파 검출장치의 사시도이다.
도 6은 본 발명에 따라 도 5에 도시된 초음파 검출장치의 절단 사시도이다.
도 7은 초음파 검출장치를 이용하여 지상에서 전주 상의 전력설비로부터 오는 초음파 신호를 검출할 때, 점검 대상 전력설비까지의 거리 ℓ 과, 점검 대상 영역의 크기를 결정하는 반경 R 의 관계를 보여주는 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 가공배전선로 전력설비의 불량 검출을 위한 초음파 검출장치와 연결되어 사용되는 초음파 분석장치의 구성도이다.
도 9은 도 8에 도시된 초음파 분석장치의 외관 사시도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 초음파 검출장치 및 분석장치를 구체적으로 설명하기 위한 전체적인 블록 구성도이다.
도 11은 도 10의 피크검출모듈을 구체적으로 설명하기 위한 블록 구성도이다.
도 12는 도 10의 자동이득 제어모듈을 구체적으로 설명하기 위한 블록 구성도이다.

Claims (9)

  1. 지상에서 이격된 위치에 있는 전력설비로부터 발생하는 초음파 신호를 수신하여 가공배전선로 전력설비의 불량 점검을 위한 초음파 검출장치로서,
    경사진 내측면(122)을 구비하며 바닥면을 향하여 단면이 점차로 작아지는 형태로 형성된 원뿔 형태의 신호 수집관(120)과, 상기 신호 수집관(120)의 바닥면에 설치되어 상기 신호 수집관(120)을 통과하여 도달된 초음파 신호를 센싱하는 초음파센서(130)를 포함하는 본체(110); 및
    상기 신호 수집관(120)을 통해 수신될 수 있는 초음파 발생 영역에 해당하는 초음파 신호 수집 영역을 조준 및 확인할 수 있도록 상기 본체(110)에 설치되며, 상기 신호 수집관(120)에 의한 초음파 신호 수집 영역을 확인 가능한 관찰 시야를 가진 조준 망원경 형태의 조준 장치(150)를 포함하는 초음파 검출수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 가공배전선로 전력설비의 불량 점검을 위한 초음파 검출장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 본체(110)는 상기 신호 수집관(120)을 내장하는 하우징(140)을 포함하고, 상기 하우징(140)의 외면에는 레이저 포인터(145)가 설치된 것을 특징으로 하는 가공배전선로 전력설비의 불량 점검을 위한 초음파 검출장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 초음파 검출수단으로부터 센싱된 초음파 신호를 증폭하는 증폭수단;
    상기 증폭수단으로부터 증폭된 초음파 신호의 피크 값을 검출하는 피크검출수단; 및
    상기 피크검출수단으로부터 검출된 피크 값이 소정 범위 내에 포함되도록 입력 신호를 N-배 증폭/감쇄하여 출력하는 자동이득 제어수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가공배전선로 전력설비의 불량 점검을 위한 초음파 검출장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 피크검출수단은,
    미리 설정된 초기치 주파수 대역을 저장하는 초기치 설정부;
    상기 증폭수단으로부터 증폭된 초음파 신호를 FFT(Fast Fourier Transform)변환하여 출력하는 FFT 변환부;
    상기 FFT 변환부로부터 출력된 주파수 신호의 피크 값을 검출하는 피크 주파수 검출부; 및
    상기 FFT 변환부에서 최초 FFT 연산 시 상기 초기치 설정부를 통해 미리 설정된 초기치 주파수 대역을 적용하여 상기 초기치 주파수 대역을 통과시키는 대역통과필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 가공배전선로 전력설비의 불량 점검을 위한 초음파 검출장치.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 자동이득 제어수단은,
    상기 피크검출수단으로부터 검출된 피크 값에 따라 신호를 증폭하여 출력하는 이득제어증폭기;
    상기 이득제어증폭기로부터 증폭된 신호에서 특정의 진폭성분을 검출하여 출력하는 검파기; 및
    상기 검파기로부터 출력된 신호를 루프 필터링하여 상기 이득제어증폭기의 진폭 왜곡을 제어하는 루프 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 가공배전선로 전력설비의 불량 점검을 위한 초음파 검출장치.
  8. 제5 항에 있어서,
    상기 자동이득 제어수단으로부터 출력된 신호의 다단 증폭 및 필터링을 수행하여 특정의 신호 파형에 따라 이상 유형을 분석하는 초음파 분석수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가공배전선로 전력설비의 불량 점검을 위한 초음파 검출장치.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 이상 유형은 아크 방전, 코로나 방전 또는 트래킹 발생 중 어느 하나의 유형으로 이루어진 것을 특징으로 하는 가공배전선로 전력설비의 불량 점검을 위한 초음파 검출장치.
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