KR101180010B1 - 자외선 센서와 전자파 센서를 이용한 수배전반의 절연 진단 장치 - Google Patents

자외선 센서와 전자파 센서를 이용한 수배전반의 절연 진단 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자외선 센서를 사용하여 아크에 의해 발생되는 자외선을 검출하고 동시에 전자파를 검출함으로써 아크와 부분방전을 측정하여 수배전반의 절연 상태를 진단하도록 한 자외선 센서와 전자파 센서를 이용한 수배전반의 절연 진단 장치에 관한 것으로서, 수배전반 내부에서 아크 발생시 자외선을 감지하는 자외선 센서와, 상기 수배전반 내부에서 부분방전 또는 아크 발생시 전자파를 감지하는 전자파 센서와, 상기 자외선 센서와 전자파 센서로부터의 감지 결과에 근거하여 수배전반 내부에서의 부분방전 및 아크의 발생 여부를 분석함과 더불어 수배전반 내부의 부분방전 및 아크의 발생 이력을 관리하는 절연 진단부와, 상기 절연 진단부로부터 분석된 결과에 따라 관리자에게 이를 전달하는 장비 관리부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

자외선 센서와 전자파 센서를 이용한 수배전반의 절연 진단 장치{insulation diagnosis apparatus of forswitchgear using ultraviolet rays sensor and electromagnetic wave sensor}
본 발명은 수배전반에 관한 것으로, 특히 아크와 부분방전을 측정하여 절연 상태를 진단하도록 한 자외선 센서와 전자파 센서를 이용한 수배전반의 절연 진단 장치에 관한 것이다.
일반적으로 수배전반은 6,600V 이상 또는 22,900V 급의 고압 전기를 공급받아 380V 또는 220V 급의 저압으로 변환하여 건물 단위 또는 공장 단위별로 전기를 공급하는 장치이다.
대개의 수배전반 설비는 변압기와 이 변압기의 최적운전제어기와 전력감시제어기 등을 포함하게 되며, 외부의 습기나 이물질 등의 유입을 차단하고 가설이 용이하도록 복층구조를 갖는 단일 외함의 고저압 일체형으로 제작된다.
도 1은 일반적인 수배전반을 나타낸 외형도이다.
일반적인 수배전반은 도 1에 도시한 바와 같이, 외함 베이스(10)와, 상기 외함 베이스(10) 내부 투시를 위한 투시창(11)이 구비된 한 쌍의 도어(12)와, 상기 외함 베이스(10)의 밑면에 구성되어 지게차 발이 삽입되는 삽입구(13)를 포함하여 구성되어 있다.
한편, 종래 기술에 의한 수배전반의 절연 진단을 위해 광센서를 사용하여 아크에 의해 발생하는 빛을 검출하여 수배전반 내부 절연을 진단하였는데, 이는 수배전반 도어가 개방되어 빛이 유입될 경우 오작동을 하거나 투시창에 의한 빛 유입에 의해 제한적으로만 사용이 가능했었다.
또한, 수배전반 내부의 부분방전 및 아크를 전자파 센서를 이용하여 검출할 경우 휴대폰 노이즈와 전자파 노이즈의 유입으로 인해 오판되는 경우가 쉽게 발생하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로 자외선 센서를 사용하여 아크에 의해 발생되는 자외선을 검출하고 동시에 전자파 센서를 통해 전자파를 검출함으로써 아크와 부분방전을 측정하여 수배전반의 절연 상태를 진단하도록 한 자외선 센서와 전자파 센서를 이용한 수배전반의 절연 진단 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 자외선 센서와 전자파 센서를 이용한 수배전반의 절연 진단 장치는 수배전반 내부에서 아크 발생시 자외선을 감지하는 자외선 센서와, 상기 수배전반 내부에서 부분방전 또는 아크 발생시 전자파를 감지하는 전자파 센서와, 상기 자외선 센서와 전자파 센서로부터의 감지 결과에 근거하여 수배전반 내부에서의 부분방전 및 아크의 발생 여부를 분석함과 더불어 수배전반 내부의 부분방전 및 아크의 발생 이력을 관리하는 절연 진단부와, 상기 절연 진단부로부터 분석된 결과에 따라 관리자에게 이를 전달하는 장비 관리부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 자외선 센서와 전자파 센서를 이용한 수배전반의 절연 진단 장치는 다음과 같은 효과가 있다.
즉, 자외선 센서를 사용하여 아크에 의해 발생되는 자외선을 검출하고 동시에 전자파 센서를 통해 부분방전 또는 아크를 검출함으로써 수배전반의 내부에서 발생하는 아크와 부분방전을 실시간으로 측정하여 수배전반의 절연 상태를 진단할 수 있다.
도 1은 일반적인 수배전반을 나타낸 외형도
도 2는 본 발명에 의한 자외선 센서와 전자파 센서를 이용한 수배전반의 절연 진단 장치를 개략적으로 나타낸 구성도
도 3은 도 2의 절연 진단부에 대한 구성을 개략적으로 나타낸 상세 구성도
도 4는 도 3의 로직 프로세서의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 자외선 센서와 전자파 센서를 이용한 수배전반의 절연 진단 장치를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 의한 자외선 센서와 전자파 센서를 이용한 수배전반의 절연 진단 장치를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
본 발명에 의한 자외선 센서와 전자파 센서를 이용한 수배전반의 절연 진단 장치는 도 2에 도시한 바와 같이, 수배전반 내부에서 아크 발생시 자외선을 감지하는 자외선 센서(110)와, 상기 수배전반 내부에서 부분방전 또는 아크 발생시 전자파를 감지하는 전자파 센서(120)와, 상기 자외선 센서(110)와 전자파 센서(120)로부터의 감지 결과에 근거하여 수배전반 내부에서의 부분방전 및 아크의 발생 여부를 분석함과 더불어 수배전반 내부의 부분방전 및 아크의 발생 이력을 관리하는 절연 진단부(130)와, 상기 절연 진단부(130)로부터 분석된 결과에 따라 관리자에게 이를 전달하는 장비 관리부(140)를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 자외선 센서(110) 및 전자파 센서(120)는 수배전반의 내부에 장착되어 이 수배전반의 내부에서 발생된 부분방전 및 아크에 기인한 자외선 또는 전자파를 감지하여 상기 절연 진단부(130)에 공급한다.
상기 절연 진단부(130)는 상기 자외선 센서(110) 및 전자파 센서(120)로부터 감지된 부분방전 또는 아크를 분석하여 발생한 시각, 크기, 횟수 및 빈도수 등에 관련된 부분방전 및 아크의 발생 이력을 관리한다.
또한, 상기 절연 진단부(130)는 이 부분방전 및 아크의 발생 시각, 크기, 횟수 및 빈도수 등을 고려하여 이 부분방전 및 아크의 위험도가 미리 설정된 레벨을 넘어설 경우 이를 장비 관리부(140)에 알림으로써 이 장비 관리부(140)의 관리자들로 하여금 이에 대한 알맞은 조치를 취할 수 있도록 한다.
예를 들어, 상기 장비 관리부(140)의 관리자들은 HMI(Human Machine Interface)를 통해 부분방전 및 아크 신호가 발생된 수배전반을 통제할 수 있다.
상기 절연 진단부(130)는 터치 스크린(touch screen)을 구비한 로컬 PC(Local Personal Computer)로서, 상기 절연 진단부(130)는 수배전반의 외부에 부착될 수 있다. 작업자는 수배전반에 부착된 절연 진단부(130)의 터치 스크린상에 표시되는 정보를 통해 이 수배전반의 이상 유무, 즉 부분방전 또는 아크의 발생 여부 및 위험도 등을 판단할 수 있다.
각 수배전반에는 이러한 절연 진단부(130) 및 자외선 센서(110)와 전자파 센서(120)가 독립적으로 부착되는 바, 각 절연 진단부(130)는 하나의 장비 관리부(140)에 의해 관리 및 제어된다.
도 3은 도 2의 절연 진단부에 대한 구성을 개략적으로 나타낸 상세 구성도이다.
상기 절연 진단부(130)는 도 3에 도시한 바와 같이, 제 1, 제 2 신호 변환기(111,122), 감도 조절부(112), 밴드 검출기(113), 리시버(114), 증폭기(121), 피크 검출기(123), A/D 컨버터(124), 로직 프로세서(131), 통신부(132) 및 디스플레이부(133)를 포함하여 구성되어 있다.
상기 제 1 신호 변환기(111)는 자외선 센서(110)로부터 감지된 아크 신호를 입력받아 감도조절부(112) 및 밴드검출기(113)에 적합한 전기 신호로 변환하는 것이고, 상기 제 2 신호 변환기(122)는 전자파 센서(120)를 통해 감지된 부분방전 및 아크 신호를 피크검출기(123)에 적합한 형태의 전기 신호로 변환하는 것이다. 즉, 상기 제 1, 제 2 신호 변환기(111,122)는 자외선 또는 전자파 신호를 절연진단장치에서 사용할 수 있는 전기적 신호로 바꾸어 주는 역할을 한다.
상기 감도 조절부(112)는 상기 제 1 신호 변환기(111)로부터 공급되는 전기신호의 감도를 조절하고, 장비 동작 여부를 판정하는 것으로, 상기 감도 조절부(112)는 전기신호가 강할 경우 미리 설정된 일정 비율로 감쇄시키고, 또한 전기신호를 절연 진단부(130)에서 설정한 트리거 레벨의 크기와 비교하여 밴드 검출기(113)에서 전기신호의 사용 여부를 판정한다.
상기 밴드 검출기(113)는 상기 감도 조절부(112)로부터 조절된 전기 신호를 입력된 연속 신호 중 ON 상태의 폭을 TTL 방식으로 검출하여 아크 신호의 발생 및 유지 시간을 판단한다.
상기 리시버(114)는 상기 밴드 검출기(113)로부터 검출된 전기 신호를 입력받아 디지털 신호로 변환하는 것이다. 즉, 상기 리시버(114)는 상기 밴드 검출기(113)로부터의 아크에 대한 전기 신호를 입력받아 수배전반 내부에서 발생된 아크에 대한 정확한 정보를 획득하기 위해 전기 신호를 디지털 신호로 변환하는 것이다.
상기 증폭기(121)는 상기 전자파 센서(120)로부터 감지된 부분방전 또는 아크에 대한 전자파 신호를 입력받아 이를 증폭하는 것이고, 상기 피크 검출기(123)는 상기 제 2 신호 변환기(122)로부터 순차적으로 공급되는 전기신호들의 크기를 미리 설정된 기간 단위별로 나누어 체크하고, 각 기간 내에서 가장 큰 값을 갖는 피크전기신호를 검출한다.
즉, 예를 들어, 상기 피크 검출기(123)는 하드웨어 소자 또는 절연 진단부 설정값에 의해 결정되는 일정 시간마다 전기신호들의 크기를 비교하고, 이 일정시간 동안 가장 큰 값을 갖는 전기신호들만을 피크신호로서 선택하여 출력할 수 있다. 다시 말해, 일정시간 사이에 입력되는 전기신호들 중 가장 큰 값을 갖는 전기신호를 이 일정시간 기간에서의 피크신호로서 선택하고, 그 다음 일정시간 사이에 입력되는 전기신호들 중 가장 큰 값을 갖는 전기신호를 그 다음 일정시간 기간에서의 피크신호로서 선택할 수 있다.
상기 A/D 컨버터(124)는 상기 피크 검출기(123)로부터 검출된 피크 신호를 디지털 신호로 변환하는 것이다.
상기 로직 프로세서(131)는 상기 리시버(114) 및 A/D 컨버터(124)로부터 각각 자외선 또는 전자파에 대한 디지털 신호로 변환된 전기 신호들을 입력받아 각각을 미리 설정된 기준 값과 비교하여 수배전반의 내부에서 발생한 결함이 부분방전에 대한 결함인지 아크에 대한 결함인지를 분석하고 분석된 결과를 저장하여 관리한다.
상기 로직 프로세서(131)는 수배전반의 내부에서 발생된 부분방전 또는 아크 신호의 발생 이력을 관리할 수도 있고, 각각 전기신호를 제공받아 이들을 분석하여 부분방전 또는 아크의 발생 여부를 판단하고 부분방전 또는 아크의 발생 이력을 관리할 수 있다.
상기 통신부(132)는 상기 로직 프로세서(131)로부터 분석된 결과를 전달받아 상기 장비 관리부(140) 및 외부 기기와 데이터를 송/수신하기 위한 장치로서, 상기 통신부(132)는 RS-485, TCP/IP 및 Modubus 프로토콜 포맷 중 적어도 어느 하나를 사용할 수 있다.
상기 디스플레이부(133)는 상기 통신부(132)를 통해 전달된 신호를 입력받아 관리자가 눈으로 직접 확인할 수 있는 부분방전 또는 아크에 대한 정보를 디스플레이한다.
상기 디스플레이부(133)는 터치 스크린을 구비한 로컬 PC로서, 작업자는 수배전반에 부착된 절연 진단부(130)의 터치 스크린상에 디스플레이되는 각종 정보를 통해 이 수배전반의 이상 유무, 즉 부분방전 또는 아크의 발생 여부 및 위험도 등을 판단할 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 의한 자외선 센서와 전자파 센서를 이용한 수배전반의 절연 진단 장치는 과거 오작동이 잦고 극히 제한적으로만 사용 가는했던 아크 진단의 신뢰성을 극대화하기 위해 자외선 센서(110)와 전자파 센서(120)에서 동시에 신호가 검출되는 경우에만 알람을 울리는 경우와 감도를 극대화하기 위해 자외선 센서(110)에서만 신호가 검출된 경우에 알람을 울리는 2가지로 설정할 수 있다.
결국, 본 발명은 자외선 센서(110)를 이용하여 아크 발생시 자외선을 검출함으로써 수배전반 내부의 절연 상태를 진단한다.
또한, 상기 자외선 센서(110)를 사용하여 아크 발생시의 자외선을 검출하고, 상기 자외선 센서(110)를 통해 검출된 자외선 신호를 상기 절연 진단부(130)에서 처리하고 분석하여 수배전반 내부의 절연 상태를 진단할 수 있다.
또한, 본 발명은 자외선 센서(110)와 전자파 센서(120)를 복합적으로 사용하여 현장 상태 및 신뢰성을 높인 수배전반 내부의 절연 상태를 진단할 수 있다.
도 4는 도 3의 로직 프로세서의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
상기 로직 프로세서(131)는 도 4에 도시된 바와 같이, 빈도 산출부(401), 알람부(402), 이력 저장부(403) 및 데이터 저장부(404)를 포함하여 구성되어 있다.
상기 빈도 산출부(401)는 상기 리시버(114) 및 A/D 변환부(124)로부터 공급된 데이터를 분석하여, 정해진 시간동안 얼마나 많이 발생하는지를 파악함으로써 부분방전 또는 아크 신호들의 발생 빈도수를 산출한다.
상기 알람부(402)는 상기 빈도 산출부(401)로부터 산출된 신호들의 개수 및 각 신호들의 발생 이력을 리포트화한다. 아울러, 상기 알람부(402)는 상기 빈도 산출부(401)로부터 산출된 신호들의 개수와 미리 설정된 기준빈도값과 비교하고, 이 비교결과 이 신호들의 개수가 기준빈도값을 초과할 경우 경고음을 발생한다.
예를 들어, 상기 알람부(402)는 접점신호들의 개수가 미리 설정된 기준빈도값을 초과할 경우 이 신호들의 발생 시각, 크기 및 상태를 리포트화하여 작성하고, 이를 실시간으로 이력 저장부(403)에 저장한다. 물론, 상기 알람부(402)는 신호들의 개수가 미리 설정된 기준빈도값을 초과할 경우 이 신호들의 발생 시각, 크기 및 상태를 리포트화하여 작성하고, 이를 실시간으로 이력 저장부(403)에 저장하는 기능도 한다.
상기 데이터 저장부(404)에는 원료 데이터가 저장된다. 작업자는 외부 기기, 예를 들어 노트북을 통신부(132)를 통해 데이터 저장부(404)에 연결하여 이 데이터 저장부(404)에 저장된 원료 데이터를 노트북으로 다운받을 수 있다.
이 노트북에는 이 원료 데이터를 이용하여 부분방전 및 아크 신호의 발생 여부, 이 부분방전 및 아크 신호의 발생 빈도 수 및 이 부분방전 및 아크 신호의 발생 경향 등을 파악할 수 있는 소프트웨어가 설치되어 있다. 작업자는 이 소프트웨어를 통해 이 원료 데이터를 분석하고, 이 분석 결과를 통해 앞으로 발생될 아크 신호의 발생 빈도 및 발생 경향 등을 예측할 수 있다.
상기 이력 저장부(403)는 상기 알람부(402)로부터의 신호들의 발생 이력을 저장한다.
이전에 상술된 통신부(132)는 이력 저장부(403)에 저장된 신호들의 발생 이력에 관련된 정보들을 장비 관리부(140)로 전송하거나, 또는 상기 데이터 저장부(404)에 저장된 데이터들을 외부 기기로 전달하거나, 또는 상기 장비 관리부(140)로부터의 제어 데이터들을 로직 프로세서(131)로 전송한다.
따라서, 상기 장비 관리부(140)의 관리자들은 현장에 가지 않고도 실시간으로 각 수배전반에서의 부분방전 또는 아크 신호의 발생 여부, 상기 부분방전 또는 아크 신호의 발생 이력 및 위험도 등을 알 수 있다.
또한, 상기 장비 관리부(140)의 관리자들은 HMI를 통해 부분방전 또는 아크 신호가 발생된 수배전반에 원격으로 적절한 조치를 취할 수 있다.
한편, 이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 종래의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
110 : 자외선 센서 120 : 전자파 센서
130 : 절연 진단부 140 : 장비 관리부

Claims (9)

  1. 수배전반 내부에서 아크 발생시 자외선을 감지하는 자외선 센서와,
    상기 수배전반 내부에서 부분방전 또는 아크 발생시 전자파를 감지하는 전자파 센서와,
    상기 자외선 센서와 전자파 센서로부터의 감지 결과에 근거하여 수배전반 내부에서의 부분방전 및 아크의 발생 여부를 분석함과 더불어 수배전반 내부의 부분방전 및 아크의 발생 이력을 관리하는 절연 진단부와,
    상기 절연 진단부로부터 분석된 결과에 따라 관리자에게 이를 전달하는 장비 관리부를 포함하여 구성되고, 상기 절연 진단부는
    상기 자외선 센서로부터 감지된 아크 신호를 입력받아 전기 신호로 변환하는 제 1 신호 변환기와, 상기 전자파 센서를 통해 감지된 부분방전 및 아크 신호를 전기 신호로 변환하는 제 2 신호 변환기와, 상기 제 1 신호 변환기로부터 공급되는 전기신호의 감도를 조절하는 감도 조절부와, 상기 감도 조절부로부터 조절된 전기 신호를 입력된 연속 신호 중 ON 상태의 폭을 TTL 방식으로 검출하는 밴드 검출기와, 상기 밴드 검출기로부터 검출된 전기 신호를 입력받아 디지털 신호로 변환하는 리시버와, 상기 전자파 센서로부터 감지된 부분방전에 대한 전자파 신호를 입력받아 이를 증폭하는 증폭기와, 상기 제 2 신호 변환기로부터 순차적으로 공급되는 전기신호들의 크기를 미리 설정된 기간 단위별로 나누어 체크하고, 각 기간 내에서 가장 큰 값을 갖는 피크전기신호를 검출하는 피크 검출기와, 상기 피크 검출기로부터 검출된 피크 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 컨버터와, 상기 리시버 및 A/D 컨버터로부터 각각 자외선 또는 전자파에 대한 전기 신호들을 입력받아 각각을 미리 설정된 기준 값과 비교하여 수배전반의 내부에서 발생한 결함이 부분방전에 대한 결함인지 아크에 대한 결함인지를 분석하고 분석된 결과를 저장하여 관리하는 로직 프로세서와, 상기 로직 프로세서로부터 분석된 결과를 전달받아 상기 장비 관리부 및 외부 기기와 데이터를 송/수신하기 위한 통신부와, 상기 통신부를 통해 전달된 신호를 입력받아 관리자가 눈으로 직접 확인할 수 있도록 부분방전 또는 아크에 대한 정보를 디스플레이하는 디스플레이부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 자외선 센서와 전자파 센서를 이용한 수배전반의 절연 진단 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 절연 진단부는 상기 자외선 센서와 전자파 센서에서 동시에 부분방전 또는 아크가 검출되는 경우에 알람을 발생하는 것을 특징으로 하는 자외선 센서와 전자파 센서를 이용한 수배전반의 절연 진단 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 절연 진단부는 상기 자외선 센서 또는 전자파 센서 중 어느 하나에서만 부분방전 또는 아크가 검출되는 경우에 알람을 발생하는 것을 특징으로 하는 자외선 센서와 전자파 센서를 이용한 수배전반의 절연 진단 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 절연 진단부는 상기 자외선 센서 및 전자파 센서로부터 감지된 부분방전 또는 아크를 분석하여 발생한 시각, 크기, 횟수 및 빈도수 에 관련된 부분방전 및 아크의 발생 이력을 저장 관리하는 것을 특징으로 하는 자외선 센서와 전자파 센서를 이용한 수배전반의 절연 진단 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 자외선 센서와 전자파 센서는 상기 수배전반의 내부에 구성되고, 상기 절연 진단부는 상기 수배전반의 외부 표면에 구성되는 것을 특징으로 하는 자외선 센서와 전자파 센서를 이용한 수배전반의 절연 진단 장치.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 절연 진단부는 상기 수배전반의 내부에서 부분방전 및 아크의 발생 시각, 크기, 횟수 및 빈도수를 고려하여 이 부분방전 및 아크의 위험도가 미리 설정된 레벨을 넘어설 경우 이를 장비 관리부에 전달하는 것을 특징으로 하는 자외선 센서와 전자파 센서를 이용한 수배전반의 절연 진단 장치.
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 장비 관리부는 HMI(Human Machine Interface)로 구성됨을 특징으로 하는 자외선 센서와 전자파 센서를 이용한 수배전반의 절연 진단 장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 로직 프로세서는
    상기 자외선 센서 또는 전자파 센서를 통해 감지된 부분방전 또는 아크 신호가 미리 설정된 시간내에서의 신호들의 개수를 산출하는 빈도 산출부와,
    상기 빈도 산출부로부터 산출된 신호들의 개수 및 각 신호들의 발생 이력을 리포트화함과 아울러, 상기 빈도 산출부로부터 산출된 신호들의 개수와 미리 설정된 기준 빈도값과 비교하고, 이 비교결과 상기 신호들의 개수가 기준 빈도값을 초과할 경우 경고음을 발생하는 알람부 및,
    상기 알람부로부터의 신호들의 발생 이력을 저장하는 이력 저장부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 자외선 센서와 전자파 센서를 이용한 수배전반의 절연 진단 장치.
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