KR101151991B1 - 배전케이블 부분방전 검출장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 3상 케이블로 구성된 상기 배전케이블 및 상기 3상 케이블에 각각 연결된 엘보(elbow)와, 상기 엘보 하단과 상기 3상 케이블 사이에 각각 설치되어 상기 배전케이블의 각 상에서 발생하는 부분방전 펄스 신호를 검출하는 유도성 감지부를 수용하는 측정 선로 단말과, 상기 유도성 감지부에서 검출한 각 상의 측정신호의 거리에 따라 노이즈를 제거하는 3상 처리부 및 상기 3상 처리부를 통해 노이즈가 제거된 각 상의 측정신호를 근거로 부분방전의 결함 케이블 상 및 결함 위치추정을 검출하는 분석부를 포함하는 배전케이블 부분방전 검출장치 및 그 방법에 관한 것이다.

Description

배전케이블 부분방전 검출장치 및 그 방법{DISTRIBUTING CABLE PARTIAL DISHCARGE DETECTION METHOD AND APPARATUS}
본 발명은 지상 개폐기간 또는 지상변압기와 개폐기간에 3상으로 포설 시공된 배전 케이블의 절연 이상을 활선 상에서 진단할 수 있는 배전케이블 부분방전 검출장치 및 그 방법에 관한 기술이다.
일반적으로, 지상 변압기와 개폐기간에 포설되어 있는 배전케이블은 지속적으로 증가하고 있으며 더불어 2007년 이후 배전케이블 열화고장은 지속적으로 증가하여 2009년 기준 214% 이상 고장이 증가하고 있다.
최근에 들어서 배전설비의 노후화로 예방진단을 필요함이 요구되나 중간 접속이나 종단 접속부를 대상으로 한 절연 열화 진단 기술이 많이 연구되고 발명되었으나, 활선 배전 케이블을 대상으로 한 진단 방법은 종래의 초음파 부분방전 진단방법, UHF 전자파 진단방법, 정전용량 진단 방법으로는 지상 변압기와 개폐기간에 포설된 배전케이블에서는 적용이 불가능하였다.
또한, 초음파 부분방전 진단 방법은 케이블 내에서 발생 될 경우 케이블절연체의 탄성에 의하여 수십 cm 내외에만 전달되어 지중에 매설된 케이블에서는 지상으로 노출된 부분 또는 중간 접속되어 맨홀로 시공된 노출구간 적용만 가능하다.
또한, 극초단파 측정방법인 UHF센서를 적용한 부분방전 측정방법은 근거리에서는 매우 높은 신호대 잡음비로 개폐기 내부나 근거리 접속부에서 적용방법으로는 상당히 우수하나 전력 케이블 절연체의 높은 유전율은 수십 미터 이상의 원거리 전달이 불가능하여 수 m 이내에서의 측정만 가능하여 노출된 부위 측정에만 가능하다.
또한, 종래의 배전 케이블에서의 활선 부분방전 진단법은 케이블 단말 각 상의 접지부에 유도성 부분방전 CT센서를 취부 하여 신호 검출 및 분석을 해야되나, 단말부의 협소한 공간으로 케이블의 개별 접지에 CT 센서 적용이 매우 어려운 문제점이 있었다.
또한, 케이블의 외경에 취부 할 수 있는 HFCT 센서도 각 상의 케이블 공간이 매주 좁아 취부가 곤란하고, 협소한 단말 엘보 접속부의 사이에 취부할 수 없었으며, 배전 케이블의 접지 구성도 3상 공통 접지부터 비 일괄 접지 구성으로 되어 있어 접지에 측정 센서를 취부 할 경우 종래의 측정 방법으로는 측정 및 분석이 곤란하거나 매우 많은 시간이 소요되는 문제점이 있었다.
또한, 배전 계통에서는 수용가 부하 변압기와 지상 개폐기간 네트워크 구성으로 외부 부분방전 펄스신호원이 유입됨으로 종래의 진단법으로는 상당한 제약을 받고 있는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 지상 개폐기간 시설된 케이블 단말에서 3상 동시 측정 방안과 측정 방법을 규격화하고, 진단 시간을 개선하는 것을 제공하는데 목적이 있다.
또한, 활선 케이블 진단으로 인하여 종래의 사선 케이블 진단을 위한 활선 계통 분리, 진단, 계통 연결과정이 줄어듦으로 진단 시간을 줄일 수 있으며 휴전이 곤란한 변압기 공급 선로도 열화 진단으로 인한 계획 정전이 가능하도록 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 활선 열화 진단으로 인하여 전원공급을 유지하고 케이블 결함 진단 및 결함 발생원의 위치추정을 수행할 수 있음을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 배전케이블 부분방전 검출장치는, 3상 케이블로 구성된 상기 배전케이블 및 상기 3상 케이블에 각각 연결된 엘보(elbow)와, 상기 엘보 하단과 상기 3상 케이블 사이에 각각 설치되어 상기 3상 케이블의 각 상에서 발생하는 부분방전 펄스 신호를 검출하는 유도성 감지부를 수용하는 측정 선로 단말과; 유도성 감지부에서 검출한 각 상의 측정신호의 거리에 따라 노이즈를 제거하는 3상 처리부; 및 상기 3상 처리부를 통해 노이즈가 제거된 각 상의 측정신호를 근거로 부분방전의 결함 케이블 상 및 결함 위치추정을 검출하는 분석부;를 포함한다.
또한, 유도성 감지부는 상기 3상 케이블 각 상의 부분방전 펄스 신호를 동시에 검출하는 고주파 유도성 안테나 센서를 적용하는 것을 특징으로 한다.
또한, 유도성 감지부는 검출범위가 1MHz 에서 50MHz 대역에 따른 펄스 원형을 검출하는 것을 특징으로 한다.
또한, 3상 처리부는 상기 측정신호가 근거리에서 발생 된 개폐기 신호를 노이즈로 간주하기 위한 높은 주파수 차단 필터부(Low Pass Filter); 및 상기 측정신호가 원거리에서 유입된 펄스 신호를 노이즈로 간주하기 위한 낮은 주파수 차단 필터부(High Pass Filter);를 구비한 필터부를 포함한다.
또한, 3상 처리부는 상기 각 상의 부분방전 펄스 신호가 이동함에 따라 감쇄된 신호를 증폭하기 위해 0dB, 20dB, 40dB의 3단계로 이득전환 하는 증폭부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 배전케이블 부분방전 검출장치는 상기 3상 처리부를 통해 노이즈가 제거된 각 상의 측정신호를 취득하여 아날로그 부분방전 펄스신호를 디지털로 변환한 후 상기 분석부로 전송하는 수집부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 분석부는 상기 각 상의 측정신호와 동일한 주파수 범위에서 발생 된 노이즈 펄스 신호의 시간형태 및 주파수 형태영역으로 분류하는 처리부와; 상기 각 상의 측정신호 크기 및 주파수별 분석을 분류하여 결함 케이블 상을 검출하는 비교부와; 상기 결함 케이블 상의 직접펄스와 반사펄스를 분석하여 결함위치를 검출하는 위치 추정부와; 상기 결함 케이블 상 및 결함 위치추정의 이상신호를 통지하는 판단부;를 포함한다.
또한, 비교부는 상기 시간 형태 및 주파수 형태로 분류된 3상 케이블 각 상의 PRPD(Phase Resolved Partial Discharge) 패턴을 비교하는 것을 특징으로 한다.
또한, 배전케이블 부분방전 검출장치는 상기 측정신호를 취득하기 위해 상기 3상 케이블 중 어느 하나 상의 부하전류를 이용하여 전압위상을 동기화시키는 대전류 변류기;를 더 포함한다.
또한, 대전류 변류기는 상기 배전케이블이 상기 측정 선로 단말 일면과 접촉하는 종단에 적어도 어느 하나 상에 플랙시블형 구조로 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 배전케이블 부분방전 검출장치는 상기 부분방전을 검출하기 위해 공급되는 전원의 장시간 운용을 대비하기 위한 인버터 보조전원부;를 더 포함한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 배전케이블 부분방전 검출방법은, 유도성 감지부를 통해, 측정 선로 단말에 수용되는 3상 케이블로 구성된 상기 배전케이블과 엘보(elbow) 하단에서 상기 3상 케이블 각 상에서 발생하는 부분방전 펄스 신호를 검출하는 단계와; 3상 처리부를 통해 각 상의 측정신호의 거리에 따라 노이즈를 제거하는 단계; 및 상기 노이즈가 제거된 각 상의 측정신호를 근거로 부분방전의 결함 케이블 상 및 결함 위치추정을 검출하는 단계;를 포함한다.
또한, 부분방전 펄스 신호를 검출하는 단계는 고주파 유도성 안테나 센서를 적용하여, 상기 3상 케이블의 각 상의 부분방전 펄스 신호를 동시에 검출하는 것을 특징으로 한다.
또한, 부분방전 펄스 신호를 검출하는 단계는 검출범위가 1MHz 에서 50MHz 대역에 따른 펄스 원형을 검출하여 처리하는 것을 특징으로 한다.
또한, 노이즈를 제거하는 단계는 높은 주파수 차단 필터부(Low Pass Filter)를 통해 상기 측정신호가 근거리에서 발생 된 개폐기 신호를 노이즈로 간주하는 단계; 및 낮은 주파수 차단 필터부(High Pass Filter)를 통해 상기 배전케이블보다 먼 거리에서 유입된 펄스 신호를 노이즈로 간주하는 단계;를 포함한다.
또한, 노이즈를 제거하는 단계는 상기 각 상의 부분방전 펄스 신호가 이동함에 따라 감쇄된 신호를 증폭하기 위해 0dB, 20dB, 40dB의 3단계로 이득전환 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 배전케이블 부분방전 검출방법은 노이즈를 제거하는 단계 이후, 수집부를 통해 상기 노이즈가 제거된 각 상의 측정신호를 취득하여 변환하는 단계;를 더 포함한다.
또한, 부분방전의 결함 케이블 상 및 결함 위치추정을 검출하는 단계는 처리부를 통해 상기 각 상의 측정신호와 동일한 주파수 범위에서 발생 된 노이즈 펄스 신호의 시간형태 및 주파수 형태영역으로 분류하는 단계와; 비교부를 통해 상기 각 상의 측정신호 크기 및 주파수별 분석을 분류하여 결함 케이블 상을 검출하는 단계와; 위치 추정부를 통해 상기 결함 케이블 상의 직접펄스와 반사펄스를 분석하여 결함위치를 검출하는 단계와; 판단부를 통해 상기 결함 케이블 상 및 결함 위치추정의 이상신호를 감지하는 단계;를 포함한다.
또한, 결함 케이블 상을 검출하는 단계는 상기 시간 형태 및 주파수 형태로 분류된 3상 케이블 각 상의 PRPD(Phase Resolved Partial Discharge) 패턴을 비교하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 활선 케이블 진단으로 인하여 종래의 사선 케이블 진단을 위한 활선 계통 분리, 진단, 계통 연결과정이 줄어듦으로 진단 시간을 줄일 수 있으며 휴전이 곤란한 변압기 공급 선로도 열화 진단으로 인한 계획 정전이 가능한 효과가 있다.
또한, 활선 열화 진단으로 인하여 전원공급을 유지하고 케이블 결함 진단 및 결함 발생원의 위치추정을 수행할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배전케이블 부분방전 검출장치의 전체 구성도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 측정 선로 단말에 수용된 배전케이블 규격을 나타낸 도면.
도 3은 도 2에 따른 배전케이블에 설치되는 유도성 감지부의 위치를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 배전케이블 부분방전 검출장치의 전체 블럭도.
도 5는 도 4에 따른 3상 처리부에 대한 상세 블럭도.
도 6은 도 4에 따른 분석부에 대한 상세 블럭도.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 측정신호를 근거로 결함 위치추정을 검출하는 도면.
도 8은 도 7에 따른 위치추정을 위한 펄스를 설명하는 도면.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 측정신호를 근거로 크기를 비교하여 결함 상을 검출하는 도면.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 배전케이블 계통을 설명하는 도면.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배전케이블 부분방전 검출방법의 흐름도.
본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 설명하기로 한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 배전케이블 부분방전 검출장치 및 그 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 아래와 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배전케이블 부분방전 검출장치의 전체 구성도이다.
도 1을 참조하면, 배전케이블 부분방전 검출장치는 측정 선로 단말(100)과 진단장치(800)로 구분된다.
측정 선로 단말(100)은 유도성 감지부(200)와, 대전류 변류기(300)를 포함한다.
본 발명의 배전케이블은 3상 케이블로 구성되어, 유도성 감지부(200)는 엘보(elbow) 하단과 배전케이블 사이에 설치되어 3상 케이블 각 상에서 발생하는 부분방전 펄스 신호를 동시에 검출한다.
대전류 변류기(300)는 3상 케이블의 각 상 케이블이 측정 선로 단말(100) 일면과 접촉하는 종단에 적어도 어느 하나 상에 플랙시블형 구조의 대전류 변류기(300)가 설치되어 3상 케이블 중 어느 하나 상의 부하전류를 이용하여 전압위상을 동기화시킨다.
진단장치(800)는 3상 처리부(400), 수집부(500), 분석부(600), 인버터 보조전원부(700)를 포함한다.
3상 처리부(400)는 유도성 감지부(200)에서 검출한 각 상의 측정신호에 따라 노이즈를 제거한다.
수집부(500)는 3상 처리부를 통해 노이즈가 제거된 각 상의 측정신호를 취득하여 아날로그 부분방전 펄스신호를 디지털로 변환한 후 분석부(600)로 전송한다.
분석부(600)는 수집부(500)에서 처리된 각 상의 측정신호를 수신하여 부분방전의 결함 케이블 상 및 결함 위치추정을 검출한다.
인버터 보조전원부(700)는 부분방전을 검출하기 위해 공급되는 전원의 장시간 운용을 대비하기 위해 이용된다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 측정 선로 단말에 수용된 배전케이블 규격을 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 측정 선로 단말(100)에는 3상 케이블로 구성된 배전케이블 및 상기 3상 케이블 각 상과 연결된 엘보가 수용된다.
배전 케이블(160)과 엘보 사이(A)는 매우 협소한 규격화된 구조를 가지고 있다.
유도성 감지부(200)의 내경(C)은 배전케이블(160) 또는 엘보(150) 두께보다 커야 한다.
유도성 감지부(200)의 외경(D)은 유도성 감지부(200)를 설치할 때 각 상간 3상 케이블의 간격(B)보다 작아야 하며 배전케이블내 원거리 구간을 측정할 수 있는 1MHz~50MHz 대역의 펄스 원형을 그대로 검출하여 처리한다.
도 3은 도 2에 따른 배전케이블에 설치되는 유도성 감지부의 위치를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 엘보(150)에 유도성 감지부(200) 설치 위치 기준을 나타내는 것으로, 배전케이블(160) 내에서 발생 된 부분방전 결함 펄스 신호는 배전케이블(160) 내 도체를 통하여 이동하는 방전 펄스를 표현한다.
이때, 유도성 감지부(200)는 엘보(150) 하단과 배전케이블(160) 사이에 설치하여 3상 케이블 각 상에서 발생하는 부분방전 펄스 신호를 검출한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 배전케이블 부분방전 검출장치의 전체 블럭도이다.
도 4를 참조하면, 배전케이블 부분방전 검출장치는 측정 선로 단말(100)과 진단장치(800)로 구분된다.
측정 선로 단말(100)은 유도성 감지부(200)와, 대전류 변류기(300)를 포함한다.
진단장치(800)는 3상 처리부(400), 수집부(500), 분석부(600), 인버터 보조전원부(700)를 포함한다.
유도성 감지부(200)는 고주파 유도성 안테나 센서인 초단파(Very High Frequency)를 이용하여 3상 케이블로 구성된 3상 케이블 각 상에서 발생하는 부분방전 펄스 신호를 동시에 검출한다.
유도성 감지부(200)는 1MHz 에서 50MHz 대역에 따른 펄스 원형을 검출한다.
여기서 펄스의 원형은 노이즈 제거 등이 이루어 지지 않은 처음에 검출된 부분방전 펄스 신호 상태를 말한다.
3상 처리부(400)는 유도성 감지부(200)에서 검출한 각 상의 측정신호에 따라 노이즈를 제거한다.
아울러, 대전류 변류기(300)는 부분방전 측정 분석을 위하여 전압위상의 동기화를 필요로 하는데 엘보의 공간과 각상의 케이블 간격이 협소하여 좁은 굴곡진 공간에 취부 할 수 있도록 적어도 어느 하나 상에 플렉시블형 대전류 변류기(300)를 적용함으로 검출장치의 상용 주파수와 동기화할 수 있어 상용전원이 아닌 별도의 전원장치를 사용하더라도 측정분석이 가능하다.
수집부(500)는 3상 처리부를 통해 노이즈가 제거된 각 상의 측정신호를 취득해서 아날로그 부분방전 펄스신호를 디지털로 변환하거나, 대전류 변류기(300)를 통해 별도의 전원장치를 사용한 측정분석 신호를 취득하여 변환한 후 분석부(600)로 전송한다.
분석부(600)는 수집부(500)에서 처리된 각 상의 측정신호를 수신하여 부분방전의 결함 케이블 상 및 결함 위치추정을 검출한다.
즉, 3개의 유도성 감지부(200)에서 검출된 신호를 동시에 취득할 수 있도록 3상 동시 측정 및 분석 기술을 적용하여, 동일 시점에 검출된 각 상의 부분방전 펄스 신호와 동일한 주파수 범위에서 발생 된 노이즈 펄스신호의 시간형태-주파수형태영역으로 분류하여 각상의 신호 크기 및 주파수별 분석 분류하여 결함 상을 확인한다.
인버터 보조전원부(700)는 부분방전을 검출하기 위해 공급되는 전원의 장시간 운용을 대비하기 위해 이용된다.
즉, 변압기 단말부에는 상용전원이 공급되나, 측정 선로 단말(100)에는 상용전원이 공급되지 않는 구조이며, 검출장치(800)용 전원 공급원이 유사 정현파 또는 구형파 인버터를 사용하는 경우 전원 장치 특유의 노이즈로 인하여 부분방전 진단의 어려움을 초래할 수 있으므로 부분방전 검출장치용 전원 공급용으로 인버터 보조전원부(700)를 사용하여 노이즈 없이 전원공급을 할 수 있도록 대비한다.
도 5는 도 4에 따른 3상 처리부에 대한 상세 블럭도이다.
도 5를 참조하면, 측정 선로 단말(100)은 유도성 감지부(200)와, 대전류 변류기(300)를 포함한다.
진단장치(800)는 3상 처리부(400), 수집부(500), 분석부(600), 인버터 보조전원부(700)를 포함한다.
여기서, 3상 처리부(400)를 제외한 나머지 구성요소는 도 4에서 상세하게 상술하였으므로 중복설명은 생략한다.
3상 처리부(400)는 유도성 감지부(200)에서 검출한 각 상의 측정신호에 따라 노이즈를 제거한다.
즉, 현장 고전압 설비에서 유입되는 저주파 노이즈 제거가 가능하며 현장 주변의 통신기기의 고주파 노이즈제거가 가능한 필터기능과 부분방전 측정신호의 감도 향상을 위한 증폭기능을 처리한다.
3상 처리부(400)는 높은 주파수 차단 필터부(410), 낮은 주파수 차단 필터부(420), 증폭부(430)를 포함한다.
높은 주파수 차단 필터부(410)는 측정신호가 근거리에서 발생 된 개폐기 신호를 노이즈로 간주한다.
즉, 측정 대상 케이블 단말 가까이 수m 이내의 고압 설비에서 검출될 수 있는 주파수 범위를 차단하기 위한 기준으로 2단계로 전환할 수 있는 30MHz 또는 50MHz 이하 주파수 통과 필터를 구현한다.
낮은 주파수 차단 필터부(420)는 배전케이블보다 먼 거리에서 유입된 펄스 신호를 노이즈로 간주한다.
즉, 측정 대상 케이블 내에서 발생된 부분방전 펄스를 약 200m 거리를 기준으로 2단계로 전환할 수 있는 1MHz 또는 3MHz 이상 주파수 통과 필터부를 구현한다.
증폭부(430)는 각 상의 부분방전 펄스 신호가 이동함에 따라 감쇄된 신호를 증폭하기 위해 0dB, 20dB, 40dB의 3단계로 이득전환 한다.
즉, 배전케이블을 통하여 이동된 미약한 부분방전 펄스신호를 복원하기 위해 이득전환 한다.
다시 말해, 배전케이블에서 발생 된 부분방전 펄스(측정신호)는 임펄스 신호로 넓은 대역의 주파수 성분을 가지고 있으나 배전케이블 거리가 멀어짐에 따라 높은 주파수 성분은 감쇄되어 소멸된다.
따라서, 측정 대상인 케이블 단말에서 부분방전 측정할 때 근거리에서 발생된 개폐기 신호를 노이즈로 간주하기 위한 2단계의 높은 주파수 차단 필터부(410)[3상 처리부(400)에 적용된 저주파 통과 필터인 Low Pass Filter]와 측정 대상 배전케이블보다 먼 거리에서 유입된 신호를 노이즈로 간주하기 위한 2단계의 낮은 주파수 차단 필터부(420)[3상 처리부(400)에 적용된 고주파 통과 필터인 High Pass Filter]를 적용한다.
도 6은 도 4에 따른 분석부에 대한 상세 블럭도이다.
도 6을 참조하면, 배전케이블 부분방전 검출장치는 측정 선로 단말(100)과 진단장치(800)로 구분된다.
측정 선로 단말(100)은 유도성 감지부(200)와, 대전류 변류기(300)를 포함한다.
진단장치(800)는 3상 처리부(400), 수집부(500), 분석부(600), 인버터 보조전원부(700)를 포함한다.
여기서, 분석부(600)를 제외한 나머지 구성요소는 도 4에서 상세하게 상술하였으므로 중복설명은 생략한다.
분석부(600)는 수집부(500)에서 처리된 각 상의 측정신호를 수신하여 부분방전의 결함 케이블 상 및 결함 위치추정을 검출한다.
분석부(600)는 처리부(610). 비교부(620), 위치 추정부(630), 판단부(640)를 포함한다.
처리부(610)는 각 상의 측정신호와 동일한 주파수 범위에서 발생 된 노이즈 펄스 신호의 시간형태 및 주파수 형태영역으로 분류한다.
비교부(620)는 각 상의 측정신호 크기 및 주파수별 분석을 분류하여 결함 케이블 상을 검출한다.
즉, 3상 시간 형태 및 주파수형태 매핑 분류된 3상 케이블 각 상의 PRPD(Phase Resolved Partial Discharge)패턴비교 후 결함 케이블의 상을 추정한다.
위치 추정부(630)는 결함 케이블 상의 직접펄스와 반사펄스를 분석하여 결함위치를 검출한다.
판단부(640)는 결함 케이블 상 및 결함 위치추정의 이상신호를 감지한다.
즉, 3개의 유도성 감지부(200)에서 검출된 신호를 동시에 취득할 수 있도록 3상 동시 측정 및 분석 기술을 적용하여 3상 케이블에서 동시 검출된 부분방전 펄스신호를 시간-주파수(time-frequency mapping) 형태별 분류하여 PRPDA(Phase Resolved Partial Discharge Analysis, PRPDA)로 표현 판단할 수 있는 분석 프로그램과, 결함 추정 펄스의 직접펄스와 반사펄스를 구분하여 결함 위치 추정할 수 있는 진단 운용 프로그램을 구현한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 측정신호를 근거로 결함 위치추정을 검출하는 도면이다.
도 7을 참조하면, 측정 선로 단말(100)에 수용된 엘보 하단과 상기 배전케이블 사이에 유도성 감지부(200)를 설치하여 검출장치(800)를 통해 직접 펄스(210)와 반대편 측정 선로 단말(101)에 인접한 반사 펄스(220)를 검출하고 식1을 사용하여 부분방전 펄스신호의 거리를 추정한다.
식1. 결함위치 X[m] L-(dt/2t)
X = 결함 위치[m]
dt = 측정된 직접펄스와 반사펄스의 시간차[ns]
L = 배전케이블 총 길이[m]
t = 배전케이블 1m당 전파속도 변수임[ns]
상기의 식과 같이, 배전케이블 내에서 발생 된 부분방전 펄스가 검출된 것으로 배전케이블을 통하여 측정 선로 단말(100)로 직접 전달된 결함신호의 직접펄스(202)와 측정 반대편 측정 선로 단말(101)에 도달 후 반사되어 되돌아오는 반사펄스(212)의 측정된 형태이다.
도 8은 도 7에 따른 위치추정을 위한 펄스를 설명하는 도면이다.
도 8을 참조하면, 검출된 측정 신호는 케이블 내에서 이동되어 펄스의 크기가 작아져 검출된 직접펄스(213)와 반사펄스(223)이다.
다시 말해, (211)은 결함신호의 직접펄스 시작점이고, (221)은 결함신호의 반사펄스 시작점이다. (212)는 도달시점 직접펄스이고, (222)는 도달시접 반사펄스이며, (213)이 측정장치로부터 검출된 직접펄스, (223)이 측정장치로부터 검출된 반사펄스가 된다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 측정신호를 근거로 크기를 비교하여 결함 상을 검출하는 도면이다.
도 9를 참조하면, 3상이 동시 측정된 결과로 A상에서 검출된 부분방전 펄스가 B C상에 유입되어 검출된 것을 나타낸 것이다.
A상의 0°~90°에서 발생 된 부분방전 펄스(20) 즉, 1/4분면에서 검출된 펄스(20)가 3상 동시 측정을 위한 트리거인 동일 시점(10)에 B, C상에 유입되어 작은 부분방전 펄스(40)로 검출된다.
A상의 180°~270°인 3/4 분면에서 검출된 부분방전 펄스(30)도 3상 동시 측정을 위한 트리거인 동일 시점(10)에 B, C상에서 유입되어 검출되는데 A상의 3/4분면 동일 시점(50)에 작게 검출된다.
각 상의 동일 시점(10)에 표시된 정현파 위상(60)은 A상의 동기 된 위상을 기준으로 B상은 120°지연되며 C상은 240°지연 시점에 분석한다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 배전케이블 계통을 설명하는 도면이다.
도 10을 참조하면, 지상 개폐기간 매설된 지중 케이블 계통으로,측정 선로 단말(100)에 유도성 감지부(200)와 검출장치(800)를 설치하여 배전케이블 부분방전을 검출한다.
결함을 가진 부분방전 펄스신호가 배전케이블 내 도체를 통하여 이동하고 반대편 측정 선로 단말(101)로 이동하게 되는데 도달한 펄스가 반사되어 측정 선로 단말(100)로 되돌아오는 시차를 구하여 결함 발생 위치를 추정한다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배전케이블 부분방전 검출방법의 흐름도이다.
도 11을 참조하면, 지상변압기와 지상개폐기 사이에 포설된 배전케이블 부분방전을 검출하는 방법은, 먼저 유도성 감지부를 통해, 측정 선로 단말에 수용되는 3상 케이블로 구성된 상기 배전케이블과 엘보 하단에서 3상 케이블 각 상에서 발생하는 부분방전 펄스 신호를 검출한다(S100).
이때, 유도성 감지부는 고주파 유도성 안테나 센서를 구비하여, 배전케이블의 각 상의 부분방전 펄스 신호를 동시에 검출하고, 1MHz 에서 50MHz 대역에 따른 펄스 원형을 검출한다.
검출된 측정신호에 따라 노이즈를 제거하게 되는데, 측정신호가 근거리에서 발생(S110)하였는지를 판단한다.
원거리에서 측정신호가 발생한 경우에는 낮은 주파수 차단 필터부(High Pass Filter)를 통해 배전케이블보다 먼 거리에서 유입된 펄스 신호를 노이즈로 간주한다(S120).
근거리에서 측정신호가 발생하면, 높은 주파수 차단 필터부(Low Pass Filter)를 통해 측정신호가 근거리에서 발생 된 개폐기 신호를 노이즈로 간주한다(S130).
이어서, 각 상의 부분방전 펄스 신호의 이동 여부를 판단(S140)하여 배전케이블을 통하여 이동된 미약한 부분방전 펄스신호를 복원하기 위해 증폭하기 위해 0dB, 20dB, 40dB의 3단계로 이득전환(S150) 한다.
이렇게 3상 처리부를 통해 처리된 각 상의 측정신호를 취득하여 아날로그 부분방전 펄스신호를 디지털로 변환하여 분석부를 통해 디지털로 변환된 부분방전 펄스신호가 구현된다(S160).
또한, 검출장치의 상용 주파수와 동기화할 수 있는 대전류 변류기를 적용하여 전압위상을 동기화시켜, 상용전원이 아닌 별도의 전원장치를 사용하더라도 측정분석이 가능하다.
변환된 각 상의 측정신호를 근거로 부분방전의 결함 케이블 상 및 결함 위치추정을 검출한다(S170).
이때, 처리부를 통해 상기 각 상의 측정신호와 동일한 주파수 범위에서 발생 된 노이즈 펄스 신호의 시간형태 및 주파수 형태영역으로 분류한다(S180).
그리고, 비교부를 통해 상기 각 상의 측정신호 크기 및 주파수별 분석을 분류하여 결함 케이블 상을 검출한다(S190).
여기서, 시간 형태 및 주파수 형태로 분류된 3상 케이블 각 상의 PRPD(Phase Resolved Partial Discharge) 패턴을 비교하게 된다.
또한, 위치 추정부를 통해 상기 결함 케이블 상의 직접펄스와 반사펄스를 분석하여 결함위치를 검출(S200)하여, 판단부를 통해 상기 결함 케이블 상 및 결함 위치추정의 이상신호를 통지(S210)하게 된다.
따라서, 3개의 유도성 감지부에서 검출된 신호를 동시에 취득할 수 있도록 3상 동시 측정 및 분석 기술을 적용하여 3상 케이블로 구성된 배전케이블에서 동시 검출된 부분방전 펄스신호를 시간-주파수(time-frequency mapping) 형태별 분류하여 PRPDA(Phase Resolved Partial Discharge Analysis, PRPDA)로 표현 판단할 수 있는 분석 프로그램과, 결함 추정 펄스의 직접펄스와 반사펄스를 구분하여 결함 위치를 검출한다.
이상에서 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대해 설명하였으나, 다양한 형태로 변형이 가능하며, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 특허청구범위를 벗어남이 없이 다양한 변형예 및 수정예를 실시할 수 있을 것으로 이해된다.
100: 측정 선로 단말 200: 유도성 감지부
300: 대전류 변류기 400: 3상 처리부
410: 높은 주파수 차단 필터부 420: 낮은 주파수 차단 필터부
430: 증폭부 500: 수집부
600: 분석부 640: 처리부
620: 비교부 630: 위치 추정부
640: 판단부 700: 인버터 보조 전원부
800: 부분방전 검출장치

Claims (19)

  1. 지상변압기와 지상개폐기 사이에 포설된 배전케이블 부분방전을 검출하는 배전케이블 부분방전 검출장치에 있어서,
    3상 케이블로 구성된 상기 배전케이블 및 상기 3상 케이블에 각각 연결된 엘보(elbow)와, 상기 엘보 하단과 상기 3상 케이블 사이에 각각 설치되어 상기 3상 케이블의 각 상에서 발생하는 부분방전 펄스 신호를 검출하는 유도성 감지부를 수용하는 측정 선로 단말;
    상기 유도성 감지부에서 검출한 각 상의 측정신호의 거리에 따라 노이즈를 제거하는 3상 처리부; 및
    상기 3상 처리부를 통해 노이즈가 제거된 각 상의 측정신호를 근거로 부분방전의 결함 케이블 상 및 결함 위치추정을 검출하는 분석부;를 포함하는 배전케이블 부분방전 검출장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 유도성 감지부는
    상기 3상 케이블 각 상의 부분방전 펄스 신호를 동시에 검출하는 고주파 유도성 안테나 센서를 적용하는 것을 특징으로 하는 배전케이블 부분방전 검출장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 유도성 감지부는
    검출범위가 1MHz 에서 50MHz 대역에 따른 펄스 원형을 검출하는 것을 특징으로 하는 배전케이블 부분방전 검출장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 3상 처리부는
    상기 측정신호가 근거리에서 발생 된 개폐기 신호를 노이즈로 간주하여 차단하는 근거리 주파수 차단 필터부(Low Pass Filter); 및
    상기 측정신호가 원거리에서 유입된 펄스 신호를 노이즈로 간주하여 차단하는 원거리 주파수 차단 필터부(High Pass Filter);를 구비한 필터부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배전케이블 부분방전 검출장치.
  5. 청구항 1 또는 청구항 4에 있어서,
    상기 3상 처리부는
    상기 각 상의 부분방전 펄스 신호가 이동함에 따라 감쇄된 신호를 증폭하기 위해 0dB, 20dB, 40dB의 3단계로 이득전환 하는 증폭부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배전케이블 부분방전 검출장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 배전케이블 부분방전 검출장치는
    상기 3상 처리부를 통해 노이즈가 제거된 각 상의 측정신호를 취득하여 아날로그 부분방전 펄스신호를 디지털로 변환한 후 상기 분석부로 전송하는 수집부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배전케이블 부분방전 검출장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 분석부는
    상기 각 상의 측정신호와 동일한 주파수 범위에서 발생 된 노이즈 펄스 신호의 시간형태 및 주파수 형태영역으로 분류하는 처리부;
    상기 각 상의 측정신호 크기 및 주파수별 분석을 분류하여 결함 케이블 상을 검출하는 비교부;
    상기 결함 케이블 상의 직접펄스와 반사펄스를 분석하여 결함위치를 검출하는 위치 추정부;
    상기 결함 케이블 상 및 결함 위치추정의 이상신호를 통지하는 판단부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배전케이블 부분방전 검출장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 비교부는
    상기 시간 형태 및 주파수 형태로 분류된 3상 케이블 각 상의 PRPD(Phase Resolved Partial Discharge) 패턴을 비교하는 것을 특징으로 하는 배전케이블 부분방전 검출장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 배전케이블 부분방전 검출장치는
    상기 측정신호를 취득하기 위해 상기 3상 케이블 중 어느 하나 상의 부하전류를 이용하여 전압위상을 동기화시키는 대전류 변류기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배전케이블 부분방전 검출장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 대전류 변류기는
    상기 3상 케이블이 상기 측정 선로 단말의 일면과 접촉하는 종단에 적어도 어느 하나 상에 플랙시블형 구조로 설치되는 것을 특징으로 하는 배전케이블 부분방전 검출장치.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 배전케이블 부분방전 검출장치는
    상기 부분방전을 검출하기 위해 공급되는 전원의 장시간 운용을 대비하기 위한 인버터 보조전원부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배전케이블 부분방전 검출장치.
  12. 지상변압기와 지상개폐기 사이에 포설된 배전케이블 부분방전을 검출하는 배전케이블 부분방전 검출방법에 있어서,
    유도성 감지부를 통해, 측정 선로 단말에 수용되는 3상 케이블로 구성된 상기 배전케이블과 엘보 하단에서 상기 3상 케이블 각 상에서 발생하는 부분방전 펄스 신호를 검출하는 단계;
    3상 처리부를 통해 각 상의 측정신호의 거리에 따라 노이즈를 제거하는 단계; 및
    상기 노이즈가 제거된 각 상의 측정신호를 근거로 부분방전의 결함 케이블 상 및 결함 위치추정을 검출하는 단계;를 포함하는 배전케이블 부분방전 검출방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 부분방전 펄스 신호를 검출하는 단계는
    고주파 유도성 안테나 센서를 적용하여, 상기 3상 케이블의 각 상의 부분방전 펄스 신호를 동시에 검출하는 것을 특징으로 하는 배전케이블 부분방전 검출방법.
  14. 청구항 12또는 청구항 13에 있어서,
    상기 부분방전 펄스 신호를 검출하는 단계는
    검출범위가 1MHz 에서 50MHz 대역에 따른 펄스 원형을 검출하여 처리하는 것을 특징으로 하는 배전케이블 부분방전 검출방법.
  15. 청구항 12에 있어서,
    상기 노이즈를 제거하는 단계는
    근거리 주파수 차단 필터부(Low Pass Filter)를 통해 상기 측정신호가 근거리에서 발생된 개폐기 신호를 노이즈로 간주하여 차단하는 단계; 및
    원거리 주파수 차단 필터부(High Pass Filter)를 통해 상기 배전케이블보다 먼 거리에서 유입된 펄스 신호를 노이즈로 간주하는 차단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배전케이블 부분방전 검출방법.
  16. 청구항 12 또는 청구항 15에 있어서,
    상기 노이즈를 제거하는 단계는
    상기 각 상의 부분방전 펄스 신호가 이동함에 따라 감쇄된 신호를 증폭하기 위해 0dB, 20dB, 40dB의 3단계로 이득전환 하는 것을 특징으로 하는 배전케이블 부분방전 검출방법.
  17. 청구항 12에 있어서,
    상기 배전케이블 부분방전 검출방법은
    노이즈를 제거하는 단계 이후, 수집부를 통해 상기 노이즈가 제거된 각 상의 측정신호를 취득하여 아날로그 부분방전 펄스신호를 디지털로 변환하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배전케이블 부분방전 검출방법.
  18. 청구항 12에 있어서,
    상기 부분방전의 결함 케이블 상 및 결함 위치추정을 검출하는 단계는
    처리부를 통해 상기 각 상의 측정신호와 동일한 주파수 범위에서 발생 된 노이즈 펄스 신호의 시간형태 및 주파수 형태영역으로 분류하는 단계;
    비교부를 통해 상기 각 상의 측정신호 크기 및 주파수별 분석을 분류하여 결함 케이블 상을 검출하는 단계;
    위치 추정부를 통해 상기 결함 케이블 상의 직접펄스와 반사펄스를 분석하여 결함위치를 검출하는 단계;
    판단부를 통해 상기 결함 케이블 상 및 결함 위치추정의 이상신호를 통지하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배전케이블 부분방전 검출방법.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 결함 케이블 상을 검출하는 단계는
    상기 시간 형태 및 주파수 형태로 분류된 3상 케이블 각 상의 PRPD(Phase Resolved Partial Discharge) 패턴을 비교하는 것을 특징으로 하는 배전케이블 부분방전 검출방법.





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