KR101241965B1

KR101241965B1 - 초고압 절연 진단을 위한 센서를 포함하는 절연통 보호 장치 및 그 제어방법

Info

Publication number: KR101241965B1
Application number: KR1020120096307A
Authority: KR
Inventors: 이수재; 신재항
Original assignee: 일진파워텍(주)
Priority date: 2012-08-31
Filing date: 2012-08-31
Publication date: 2013-03-11

Abstract

본 발명은 초고압 절연 진단을 위한 센서를 포함하는 절연통 보호 장치 및 그 제어방법에 대한 것이다. 본 발명의 일예와 관련된 센서 내장형 절연통 보호장치는 리드선, 상기 리드선과 접속된 리드선 단자, 접속단자, 폴리머 하우징으로 구성된 산화아연소자이고, 상기 리드선, 리드선 단자 및 접속단자와 연결되어 일체형으로 구성되는 절연통 보호장치와 부분 방전된 위치를 센싱하기 위해 상기 절연통 보호장치의 일단 및 타단에 일체형으로 구성되는 복수의 검출 센서를 포함할 수 있다.

Description

초고압 절연 진단을 위한 센서를 포함하는 절연통 보호 장치 및 그 제어방법{SURGE ARRESTER INCLUDING SENSOR FOR MEASURING EXTRA HIGH VOLTAGE INSULATION AND METHOD FOR CONTROLLING THEREOF}

본 발명은 초고압 절연 진단을 위한 센서를 포함하는 절연통 보호 장치 및 그 제어방법에 대한 것이다.

최근, 여수 화학공업단지에서 케이블 문제로 인해 발생된 피해규모는 1000억이 넘고, 동종 사고가 금년에만 총 4건에 달하고 있다. 또한, 이러한 사고의 50%는 케이블 종단에서 발생한 것이므로, 사회 직간접적인 피해를 줄이고, 보호하기 위해서 현재의 문제점을 해결할 필요성이 인정된다.

이러한 사고와 관련된 현재의 문제점은 케이블 종단 접속재(EBA/EBG)에서 절연을 측정할 수 있는 방법이 모호하고, 고장점 위치가 케이블인지 GIS인지 종단 접속재 자체인지 파악이 어렵다는 것이다.

이와 관련하여, IEC270 방식에 의거하여 산업체에서 진단을 시도하고 있으나 IEC270 방식에 의한 장비들은 현장적용에 부적합한 것으로 최근 판명되고 있다.

또한, 대학 및 연구소에서 진단 시스템을 전량 수입품에 의존하고 있는 실정이고, 국내 개발현실은 센서의 정량화 작업이나 노이즈 제거 및 프로세서의 샘플링에 대한 문제가 해결되지 않고 있는 실정이므로, 이에 대한 해결방안이 요구된다.

본 발명의 목적은 기존 GIS와 케이블의 사고 예방을 위해 장착된 절연통 보호 장치에 부분방전 검출 센서를 내장하여 절연 진단을 명확히 하는 것에 있다.

또한, 본 발명의 목적은 기존 인프라에 부분방전 검출이 가능한 센서를 일체화시켜 기술적 안정성 확보를 사용자에게 제공하는 것에 있다.

다만, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상술한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일예와 관련된 센서 내장형 절연통 보호장치는 리드선, 상기 리드선과 접속된 리드선 단자, 접속단자, 폴리머 하우징으로 구성된 산화아연소자이고, 상기 리드선, 리드선 단자 및 접속단자와 연결되어 일체형으로 구성되는 절연통 보호장치와 부분 방전된 위치를 센싱하기 위해 상기 절연통 보호장치의 일단 및 타단에 일체형으로 구성되는 복수의 검출 센서를 포함할 수 있다.

또한, 상기 절연통 보호장치의 일단 및 타단에 1개의 검출 센서가 연결되고, 상기 센서 내장형 절연통 보호장치는 345kV 지중송전케이블 또는 154kV 지중송전케이블에 이용될 수 있다.

또한, 상기 복수의 검출 센서는 케이블, 케이블 중간 접속재 및 케이블 종단 접속재 중 적어도 하나에서 발생된 부분 방전된 위치를 센싱할 수 있다.

또한, 상기 리드선 단자는 도체를 수직 및 수평으로 연결할 수 있는 구조로 형성되고, 상기 리드선은 또는 굵기의 전선일 수 있다.

또한, 제어부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 복수의 검출 센서 각각이 센싱한 부분 방전된 위치에 대한 복수의 정보를 조합하여, 고장점의 위치를 결정할 수 있다.

또한, 디스플레이부를 더 포함하고, 상기 복수의 검출 센서를 이용하여 센싱된 부분 방전된 위치에 대한 정보가 상기 디스플레이부 상에 표시될 수 있다.

상기 디스플레이부는 액정 디스플레이(liquid crystal display, LCD), 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(thin film transistor-liquid crystal display, TFT LCD), 유기 발광 다이오드(organic light-emitting diode, OLED), 플렉시블 디스플레이(flexible display), 3차원 디스플레이(3D display) 중에서 적어도 하나의 조합으로 구성될 수 있다.

또한, 무선통신부를 더 포함하고, 상기 무선통신부를 이용하여, 상기 복수의 검출 센서를 이용하여 센싱된 부분 방전된 위치에 대한 정보가 외부기기로 전송되며, 상기 무선통신부 및 외부기기는 근거리 통신 또는 무선 통신을 통해 통신하고, 상기 근거리 통신은 블루투스(Bluetooth), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(IrDA, infrared Data Association), UWB(Ultra Wideband), ZigBee 기술 중 적어도 하나를 이용하며, 상기 무선 통신은 CDMA(code division multiple access), FDMA(frequency division multiple access), TDMA(time division multiple access), OFDMA(orthogonal frequency division multiple access), SC-FDMA(single carrier frequency division multiple access) 기술 중 적어도 하나를 이용할 수 있다.

또한, 상기 복수의 검출 센서 각각은 외부회로의 도선과 접속되기 위한 적어도 하나의 단자를 별도로 구비할 수 있다.

또한, 센서 내장형 절연통 보호장치에 적용되는 공칭방전전류는 10kA이고, 정격주파수는 60Hz일 수 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 적어도 하나의 실시예는 센서 내장된 절연통 보호 장치 개발과 안정화 사업에 박차를 가할 수 있고, 이로 인한 고용창출과 매출의 증대 효과를 제공할 수 있고, 아울러 전 공정 자동화(PCB, SMT)로 생산성 증대와 신뢰성 확보의 효과를 제공할 수 있다.

또한, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 적어도 하나의 실시예는 국제적인 규격이 부재한 사안인 만큼 매우 큰 수입 대체 효과를 제공할 수 있다.

또한, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 적어도 하나의 실시예는 센서 및 시스템 처리 공정의 자동화를 통해 제품 품질의 편차를 극소화 시키고, 특히 PCB 패턴을 통한 원가 및 인력을 크게 절감할 수 있다는 효과를 사용자에게 제공할 수 있다.

다만, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시예와 관련하여, 종래 절연통 보호 장치의 일례를 개략적으로 도시한 부분 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예와 관련하여, 종래 송전선로 케이블 접속함용 절연통 보호장치의 다른 일례를 도시한 사시도이다.
도 3a 내지 도3c는 본 발명의 일실시예와 관련된 초고압 절연 진단을 위한 센서를 포함하는 절연통 보호 장치의 일례를 도시한 도면이다.
도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 일실시예와 관련하여, 절연통 보호 장치에 포함되는 초고압 절연 진단을 위한 센서를 설명하기 위한 도면이다.
도 5a 및 도5b는 본 발명과 관련하여, 센서 위치에 따른 신호 특성을 실험하기 위한 실험 구성도의 일례를 도시한 것이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명과 관련하여, HFCT 센서 및 1메가옴(MΩ) 저항을 이용한 경우의 신호 특성 실험 결과를 나타낸 것이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명과 관련하여, HFCT 센서 및 50 옴(Ω) 저항을 이용한 경우의 신호 특성 실험 결과를 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명과 관련하여, 전자파 센서를 이용하여 신호 특성을 실험하기 위한 실험 구성도의 일례를 도시한 것이다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명과 관련하여, 전자파 센서 및 1메가옴(MΩ) 저항을 이용한 경우의 신호 특성 실험 결과를 나타낸 것이다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명과 관련하여, 전자파 센서 및 50 옴(Ω) 저항을 이용한 경우의 신호 특성 실험 결과를 나타낸 것이다.
도 11a 내지 도 11g는 본 발명의 실시예를 이용하여 신호 특성을 실험하기 위한 실험 구성도 및 실험 결과의 일례를 도시한 것이다.
도 12a 내지 도 12e는 본 발명의 실시예와 관련하여, 고전압의 특성을 분석하기 위해 3차원의 전계해석을 맥스웰(MAXWELL) 방정식을 통해 분석한 결과를 나타낸 것이다.

절연통 보호장치는 폴리머 하우징을 갖는 산화아연소자의 양단에 접속단자 및 리드선을 취부한 일체형 구조로서 내부 공극이 없어야 하고 현장에서 별도 가공없이 완제품 상태로 케이블 접속함의 절연통 양단, 시스와 대지간 취부에 적합해야 한다.

이때, 절연통 보호장치는 보호장치 전체가 장시간 누기(漏氣)와 침수에 대해 완전히 밀봉되어야 하고 온도변화 등에 의해 특성이 변화되지 않으면서 완전한 동작을 할 수 있어야 하며 만일의 내부 이상에도 견딜 수 있어야 한다.

절연통 보호장치와 함께 이용되는 부속재료로서 단자는 리드선과 견고히 접속된 단자 및 접지단자를 구비한다. 리드선 단자는 도체를 수직, 수평 어느 쪽으로도 연결할 수 있는 구조로 한다.

또한, 기타 절연재료, 방식재료, 리드선은 각각의 사용 목적에 적합하여야 하고 사용중 부식되거나 기타 유해한 흠, 찢어짐, 돌기 등의 결함이 없어야 하며 리드선은 FR 또는 PVC 70mm2 굵기의 전선을 사용한다.

절연통 보호장치는 345kV 및 154kV 지중송전케이블의 방식층 및 절연통을 각종 써지 이상전압으로부터 보호하기 위해 이용될 수 있다.

사용상태와 관련하여, 절연통 보호장치는 대기 최고온도 40℃, 대기 최저온도 -20℃ 조건에서 운전에 지장이 없도록 설계, 제작될 수 있다.

또한, 절연통 보호장치는 대지 최고온도 25℃, 대지 최저온도 0℃ 조건에서 운전에 지장이 없도록 설계, 제작될 수 있다.

또한, 절연통 보호장치의 정격전압(Ur) 및 연속운전전압(Uc)는 다음의 표 1을 따를 수 있다.

계통공칭전압(kV)	154	345
연속운전전압(kV)	3	4
정격전압(kV)	375	5

또한, 절연통 보호장치의 공칭방전전류는 10kA일 수 있고, 정격주파수는 60Hz가 될 수 있다.

또한, 절연통 보호장치의 보호 특성은 다음의 표 2를 따를 수 있다.

정격전압(kV)		3.75	5
보호레벨(kV)	뇌 임펄스 제한전압(10Kv, 8/20us)	11.5	13.0
	급준전류 임펄스 제한전압(10Kv, 1/20us)	12.5	16.5
	개폐 임펄스 제한전압(500A,30/60us)	9.5	12.5

또한, 또한, 절연통 보호장치의 선로방전 등급은 다음의 표 3을 따를 수 있다.

정격전압(kV)	선로방전등급	비고
3.75	1	에너지 흡수능력 10kJ 이상
5	2	에너지 흡수능력 22kJ 이상

이하에서는, 도면을 참조하여 절연통 보호장치의 구체적인 일례를 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예와 관련하여, 종래 절연통 보호 장치의 일례를 개략적으로 도시한 부분 단면도이다.

도 1에 도시한 바와 같이 가스등의 절연성에 우수한 매체를 봉입한 접지탱크(2)는 절연스페이서(3)에 의해 접속측 개구를 막고 있다.

여기서, 접지탱크(2)의 내부에는 일단을 접지탱크(2)에 고정한 특성요소인 비직선 저항군(1)으로 배치되어 있고, 이 비직선 저항군(1)의 타단은 고압도체(4)에 접속되어 있다.

또한, 비직선 저항군(1)의 축방향 양단에 있어서는 접속부는 각각 전계완화용 시일드통(27,28)에 의해 포위되어 있다.

상기 비직선 저항군(1)의 고압측단에는 우산형태의 시일드장치(26)가 고정되어 있고, 우산형태의 시일드장치(26)의 자유단에는 환상부재로서의 시일드링(20)이 일체로 취부되어 있다.

또한, 비직선 저항군(1)의 축방향 양단간에 있어서는, 또 다른 외주를 포위하는 2개의 환상시일드 예컨대, 시일드링(21,22)이 배치되어 접속도체(30,31)에 의해 고압도체(4)측에 지지고정됨과 동시에 고압도체(4)와 거의 같은 전위로 되어 있다.

여기서 특징적인 점은 시일드링(20,21,22)간의 대향거리와 접속도체(30,31)의 배치 및 형상에 있다.

즉, 동도면에서 점선으로 등전위선을 병기하고 있는 바와 같이, 각 시일드링간을 통하는 등전위선이 비직선 저항군(1)의 등전위면과 연속하도록 상기 각자간의 관계가 선택되어 있으므로, 상기 비직선 저항군(1)의 축방향 양단간에 설치되는 최소한 2개의 시일드링간의 소정의 거리로 간격을 두어 이산적으로 배치되어 있다.

또한, 접속도체(30,31)는 각 시일드링(20,21,22)간에 등전위선(등전위면의 일부)를 형성하는 상기 조건을 만족하는 범위의 주변방향의 폭, 개수로 구성하며 예컨대, 봉 형상 도체, 판 형상 도체, 리이드선 등으로 구성되어 있으나, 이 접속도체(30,31)로 시일드링(21,22)을 위치고정하는 경우 상술한 조건을 만족할 수 없을때, 접속도체(30,31)는 적어도 전기적인 접속부재로 하여 기계적인 지지틀 유전체로 행할 수도 있다. 이는, 각 시일드링(21,22)을 고압도체(4) 측에 지지고정하는 것은 비직선 저항군(1)의 축방향에 따른 전위분포를 조정하기 위한 것이다.

즉, 각 시일드링(21,22)을 고압도체(4)와 거의 같은 전위로한 경우, 전계적 및 절연적으로 엄격한 것은 시일드링(22)이다.

그러나, 이 시일드링(22)은 접속도체(31)를 거쳐 등전위부분에 고정되어 있으므로, 전기적인 절연을 필요로하는 접지탱크(2)와의 사이에 절연지지물을 필요로 하지 않으므로 시일드링(22)과 접지탱크(2)간은 SF6가스의 우수한 절연내력을 이용하여 접근시킬 수 있다.

이것은 시일드링(22)의 위치를 비직선 저항군(1)의 전위분포의 조정을 위해 가장 바람직하게 하는 것을 가능하게 한다.

그리고, 시일드링(22)의 표면전계를 약하게 하는 데는 그 지름 즉, 비직선 저항군(1)의 축방향에서 합치는 폭을 크게하면 좋다.

특히, 시일드링(22)은 비직선저항군(1)의 축방향길이의 1/2로서 접지전위부측에 인접되어 있고, 그 굵기에 따른 전계완화작용과 SF6가스등의 우수한 절연성을 편리하게 이용할 수 있다.

그리고, 시일드링(20)의 지름이 다른 시 일드링보다 작게되어 있어 비직선저항군(1)의 고압측이 전위본포의 개선을 유효하고 또 지름이 큰 시일드링(22)은 비직선저항군(1)의 접지전위축의 전위분포의 개선에 유효하다.

또한, 상기 비직선저항군(1)의 축방향 양단간에 위치하는 시일드링의 수가 3개 이상일 때, 고압측단에서 상기 시일드링(20,21)간의 거리가 상기 시일드링(21,22)간의 거리보다도 짧게함으로서, 비직선저항군(1)의 접지전위측의 전위분포를 양호하게 성립할 수 있다.

또한, 도 2는 본 발명의 일실시예와 관련하여, 종래 송전선로 케이블 접속함용 절연통 보호장치의 다른 일례를 도시한 사시도이다.

도 2에 도시한 바와 같이 종래 송전선로 케이블 접속함용 절연통 보호장치(100)는 알루미늄 블록과 산화아연 원주체의 외주면에 플라스틱 함침 유리섬유실을 권취한 피뢰기 코어와, 이상 전류(낙뢰 또는 개폐 서어지 발생시)의 인가시에, 피뢰기 코어의 내부 고열과 내부고압을 외부로 방사해서 피뢰기 코어의 파손 및 화재 발생을 방지하도록 다수개의 관통구멍이 형성되며 상기 피뢰기 코어의 플라스틱 함침 유리섬유실층의 외주면에 일정 간격을 두고 배설된 방압 파이프와, 상기 플라스틱 함침 유리섬유실층과 상기 방압 파이프 사이의 공간에 난연성 수지를 주입해서 경화시킨 난연성 수지층과, 상기 피뢰기 코어의 알루미늄 블록 외측단부의 중앙에 각각 형성된 나사구멍 내에 나합되어 고정되는 동봉과, 상기 동봉이 상기 알루미늄 블록으로부터 풀리지 않도록 상기 동봉의 외주면에 형성된 나사부에 스프링 와샤를 개재하여 각각 나합되는 너트와, 누설전류를 차단하여 감전사고를 방지하도록 상기 피뢰기 코어와 상기 방압 파이프 및 상기 동봉의 외주면을 씌우는 고무층으로 이루어질 수 있다.

그 다음에는 상기 동봉 외측 단부에 각각 형성된 원형홈 내에 각각 접지선을 압착 고정하고, 다음은, 상기 동봉과 상기 접지선의 접속부분을 절연테이프층으로 피복하고, 상기 고무층의 양측과, 절연테이프층 및 접지선을 보호하기 위하여, 열에 의해 수축시킨 열수축 관을 씌운다.

또한, 상기 피뢰기 코어는 산화아연(ZnO) 분말을 원주체 형상으로 압착해서 형성되어 평상시에 절연상태를 유지하고, 이상 전류(낙뢰 또는 개폐 써어지 발생시)가 인가되면 도통되는 산화아연 원주체(102)와, 상기 산화아연원주체의 길이 방향 양단부에 일측단부가 각각 당접되게 배설되며, 반대측 단부 중앙에 나사 구멍이 형성된 알루미늄 블록과, 상기 알루미늄 블록과 상기 산화아연 원주체를 일체적으로 고정하도록 상기 알루미늄 블록과 상기 산화아연 원주체(102)의 외주면에 플라스틱 함침 유리섬유실을 권취한 플라스틱 함침 유리섬유실층으로 구성될 수 있다.

또한, 상기 피뢰기 코어는 상기 산화아연 원주체 및 상기 알루미늄 블록의 온도 변화에 따른 수축시에도 상기 산화아연 원주체와 상기 알루미늄 블록이 항상 전기적으로 당접되도록 상기 알루미늄 블록)의 내측에 형성된 수용홈 내에 판스프링을 설치할 수 있다.

또한, 상기 판스프링의 중앙에는 온도 변화에 따라 판스프링이 작게 팽창 또는 수축하도록 관통공이 형성되어 있다.

또한, 판스프링의 중앙에 관통공이 있음으로해서, 온도가 올라갈 때에는 판스프링의 중앙 관통공에서 팽창을 흡수하고, 온도가 내려갈 때에는 판스프링의 중앙 관통공에서 수축을 흡수하여 판스프링의 팽창, 수축을 작게하는 역할을 할 수 있다.

또한, 대학 및 연구소에서 진단 시스템을 전량 수입품에 의존하고 있는 실정이고, 국내 개발현실은 센서의 정량화 작업이나 노이즈 제거 및 프로세서의 샘플링에 대한 문제가 해결되지 않고 있는 실정이므로, 이에 대한 해결방안이 요구되고 있다.

따라서 본 발명에서는 초고압 케이블의 사고를 방지하기 위해 전력케이블 중간 및 종단 접속 재에 케이블 보호 장치(CCPU)의 부분방전 검출 센서를 일체화한 절연통 보호 장치를 제공함으로써, 전력 시스템에서 발생하는 결함의 위치를 쉽게 추정할 수 있도록 하고자 한다.

이하에서는, 일반적인 절연통 보호 장치와 초고압 절연 진단을 위한 센서를 내장하는 본 발명의 절연통 보호 장치를 구분하기 위해, 본 발명의 절연통 보호 장치는 센서 내장형 절연통 보호 장치라 호칭한다.

기본적으로 절연통 보호장치 또는 센서 내장형 절연통 보호 장치에 적용될 수 있는 모듈로는 절연통 보호 장치, 단자, 절연재료, 방식재료, 리드선 등이 있다.

먼저, 절연통 보호 장치는 전술한 것과 같이, 폴리머 하우징을 갖는 산화아연소자의 양단에 접속단자 및 리드선을 취부한 일체형 구조로서 내부 공극이 없어야 하고 현장에서 별도 가공 없이 완제품 상태로 케이블 접속함의 절연통 양단, 시스와 대지간 취부에 적합해야 한다.

또한, 절연통 보호 장치는 보호 장치 전체가 장시간 누기(漏氣)와 침수에 대해 완전히 밀봉되어야 하고 온도변화 등에 의해 특성이 변화되지 않으면서 완전한 동작을 할 수 있어야 하며 만일의 내부 이상에도 견딜 수 있어야 한다.

또한, 단자는 리드선과 견고히 접속된 단자 및 접지단자를 구비할 수 있다.

여기서 리드선 단자는 도체를 수직, 수평 어느 쪽으로도 연결할 수 있는 구조가 될 수 있다.

또한, 기타 절연재료, 방식재료, 리드선은 각각의 사용 목적에 적합하여야 하고 사용 중 부식되거나 기타 유해한 흠, 찢어짐, 돌기 등의 결함이 없어야 하며 리드선은 FR 또는 PVC 70mm2 굵기의 전선을 사용할 수 있다.

이하에서 설명하는 본 발명에는, 전술한 절연통 보호 장치, 단자, 절연재료, 방식재료, 리드선 등이 기본적으로 적용될 수 있는 것으로 가정하여 설명한다.

도 3a 내지 도3c는 본 발명의 일실시예와 관련된 초고압 절연 진단을 위한 센서를 포함하는 절연통 보호 장치의 일례를 도시한 도면이다.

도 3a를 참조하면, 센서 내장형 절연통 보호 장치의 초고압 절연 진단을 위한 센서의 일례를 나타내었다.

도 3a에 도시된 것과 같이, 본 발명에 적용되는 장치의 초고압 절연 진단을 위한 센서(210)는 방향성을 고려한 좌우 두 가지 쌍으로 제작되고, 센서의 편차를 극소화 하기 위해 분석한 프로그램을 기반으로 소자의 파라미터를 동일화 시켰다.

다음으로, 도 3b에는 본 발명에 적용되는 절연통 보호 장치(100)가 도시되어 있다. 본 발명에 적용되는 절연통 보호 장치(100)는 도 1 및 도 2에 도시된 형태 이외에도 일반적으로 적용될 수 있는 장치를 통해서도 구현될 수 있는 것은 자명하다.

또한, 도 3c에는 본 발명에 적용되는 초고압 절연 진단을 위한 센서를 포함하는 절연통 보호 장치(300)의 일례가 도시되어 있다.

즉, 초고압 절연 진단을 위한 센서(210)와 절연통 보호 장치(100)가 결합된 최종 형태를 도시하고 있다.

한편, 도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 일실시예와 관련하여, 절연통 보호 장치에 포함되는 초고압 절연 진단을 위한 센서를 설명하기 위한 도면이다.

즉, 도 3a를 참조하여 설명한 좌우 두 가지 쌍의 초고압 절연 진단을 위한 센서(210)의 구체적인 실시 형태를 도시한 것이다.

이하에서는, 초고압 절연 진단을 위한 센서를 포함하는 절연통 보호 장치(300)에서 초고압 절연 진단을 위한 센서(210)가 방향성을 고려한 좌우 두 가지 쌍으로 제작된 이유를 설명하기 위해 센서의 위치에 따른 신호의 감쇄율을 설명한다. 아울러 센서 종류에 따른 효과도 함께 비교하기 위해 다양한 센서를 이용한 신호의 감쇄율을 설명한다.

즉, 설계된 센서의 특성을 분석하기 위해 우선적으로 기존의 상용 센서의 특성 분석실험을 실행하였고, 우선적으로 센서 위치에 따른 부분방전 신호의 감쇄 율을 측정하여 비교 분석하였다. 또한 센서 종류에 따른 특성을 비교하기 위하여 HFCT센서와 전자파센서 2가지 형태의 센서를 동일한 실험 방법으로 구현하였다.

도 5a 및 도5b는 본 발명과 관련하여, 센서 위치에 따른 신호 특성을 실험하기 위한 실험 구성도의 일례를 도시한 것이다.

도 5a 및 도 5b를 참조하면, 실험결과 측정장치(예를 들면, H.V)(410), 센서를 포함하는 절연통 보호 장치(300) 및 CTI-200(420)이 도시되어 있다.

여기서, 도 6a 및 도 6b는 본 발명과 관련하여, HFCT 센서 및 1메가옴(MΩ) 저항을 이용한 경우의 신호 특성 실험 결과를 나타낸 것이다.

도 6a를 참조하면, Ch.1은 528 mV이고, Ch.2는 408 mV의 수치를 보이고 있다.

또한, 6b를 참조하면, Ch.1은 200 mV이고 Ch.2는 160 mV의 수치를 보이고 있다.

따라서 센서 Ch.2 의 위치에서 Ch.1 의 신호 대비 약 20% 의 감쇄율을 보인다는 것을 확인할 수 있다.

한편, 도 7a 및 도 7b는 본 발명과 관련하여, HFCT 센서 및 50 옴(Ω) 저항을 이용한 경우의 신호 특성 실험 결과를 나타낸 것이다.

실험결과 도7a에 도시된 것과 같이, Ch.1은 32 mV이고 Ch.2는 28.4 mV인데, 도 7b에 도시된 것과 같이, Ch.1은 61.2 mV이고, Ch.2는 56.8 mV로 변화되었다.

따라서 센서 Ch.2의 위치에서 Ch.1의 신호 대비 약 10% 의 감쇄율을 보이고 있다.

결론적으로 기존의 HFCT를 이용하여 측정할 경우 위치에 따른 감도의 차이가 10~20% 난다는 사실을 확인할 수 있다.

한편, 다른 센서의 특성 분석을 위해 전자파 센서를 이용하여 신호를 측정하는 방법도 적용해 보았다.

즉, 도 8은 본 발명과 관련하여, 전자파 센서를 이용하여 신호 특성을 실험하기 위한 실험 구성도의 일례를 도시한 것이다.

또한, 도 9a 및 도 9b는 본 발명과 관련하여, 전자파 센서 및 1메가옴(MΩ) 저항을 이용한 경우의 신호 특성 실험 결과를 나타낸 것이다.

도 9a를 참조하면, Ch.1은 32.4 mV이고, Ch.2는 34.8 mV의 수치를 보이고 있다.

또한, 9b를 참조하면, Ch.1은 54 mV이고 Ch.2는 58 mV의 수치를 보이고 있다.

따라서 센서 Ch.2 의 위치에서 Ch.1 의 신호 대비 약 7% 의 감쇄율을 보인다는 것을 확인할 수 있다.

또한, 도 10a 및 도 10b는 본 발명과 관련하여, 전자파 센서 및 50 옴(Ω) 저항을 이용한 경우의 신호 특성 실험 결과를 나타낸 것이다.

도 10a를 참조하면, Ch.1은 13.6 mV이고, Ch.2는 12.4 mV의 수치를 보이고 있다.

또한, 10b를 참조하면, Ch.1은 6.6 mV이고 Ch.2는 6 mV의 수치를 보이고 있다.

따라서 센서 Ch.2 의 위치에서 Ch.1 의 신호 대비 약 10% 의 감쇄율을 보인다는 것을 확인할 수 있다.

결론적으로 전자파 센서의 경우 위치에 따른 신호의 차이가 7~10%임을 상기 도 9a 내지 도 10b를 통해 확인 할 수 있다.

한편, 도 11a 내지 도 11g는 본 발명의 실시예를 이용하여 신호 특성을 실험하기 위한 실험 구성도 및 실험 결과의 일례를 도시한 것이다.

먼저, 도 11a에서는 시제품으로 제작된 센서의 특성 시험 전경으로 기존의 사용 HFCT와 비교분석을 위해 시험을 병행하였으며, 시험의 방전을 위해 낮은 전압으로 발생되는 특수한 돌출 전극을 제작하였고, 이를 통해 직렬로 제품인 절연통 보호 장치(CCPU)를 장착하여 실험 하였다.

또한, 실험 결과의 신뢰성을 위해 고성능 오실로스코프를 통해 파형을 분석하였다.

도 11b를 참조하면, 시험 결과 파형으로 채널1번(노란색)이 기존 사용 HFCT센서이고 채널2가 신 규 제작된 센서이다.

여기서, Division은 각각 100mV와 500mV이며, 이때 검출된 값이 4배정도 우수한 특성을 보이는 것을 확인 할 수 있다.

또한, 센서의 위치를 접지선으로 옮겨서 측정 할 경우의 노이즈 신호의 유입을 실험하였다.

도 11c 및 도11d를 참조하면, 채널1(노랑)에서 보듯이 접지 노이즈에 가려서 발생 신호 검출이 불가능한 것을 확인 할 수 있고, CCPU와 일체형으로 센서를 제작하는 것이 부분방전 신호를 검출하는데 매우 적합한 위치임을 알 수 있다.

또한, 도 11e는 에폭시 절연체 이상에 따른 시험 전경의 일례를 도시한 것이다.

도 11e를 참조하면, 페이서 및 케이블과 같은 고체 절연체의 이상에 따른 실험을 하기위해 제작된 고체 에폭시 void 시험용 셀을 이용한 시험의 전경이다.

앞선 실험과 마찬가지로 고압인가를 통해 결함원에서 부분방전 신호가 발생을 하고 그 경로가 절연통 보호 장치인 CCPU를 통해 접지로 흘러가며, 이때 기존 상용센서와 연구진이 제작한 센서가 검출하도록 구성하였다.

또한, 도 11f를 참조하면, 시험 결과는 기존 실험과 동일하게 기존 상용센서보다 높은 감도로 명확하게 신호를 검출하고 있음을 확인 할 수 있으며, 신호에 따른 시간 지연이 없음을 확인 할 수 있다.

따라서 본 시험 결과물을 통해서 앞서 도 3a 내지 도3c를 참조하여 전술한 센서를 포함하는 절연통 보호 장치(300)에 적합한 센서의 설계와 방향을 설정하였으며, 위치 및 코어의 크기 설계 및 시간차 지연 분석 파라미터를 확인 할 수 있게 되었다.

한편, 도 12a 내지 도 12e는 본 발명의 실시예와 관련하여, 고전압의 특성을 분석하기 위해 3차원의 전계해석을 맥스웰(MAXWELL) 방정식을 통해 분석한 결과를 나타낸 것이다.

도 12a 내지 도 12e에 도시된 3차원 전계 해석에서 보는바와 같이, 본 발명에 대한 전계 및 자계는 평등전계로 설계가 되어 장기 운전에도 높은 신뢰성을 보여준다는 사실을 확인할 수 있다.

전술한 본 발명을 적용하는 경우, 센서 내장된 절연통 보호 장치 개발과 안정화 사업에 박차를 가할 수 있고, 이로 인한 고용창출과 매출의 증대 효과를 제공할 수 있고, 아울러 전 공정 자동화(PCB, SMT)로 생산성 증대와 신뢰성 확보의 효과를 제공할 수 있다.

또한, 상기와 같이 구성되는 본 발명이 적용되는 경우, 국제적인 규격이 부재한 사안인 만큼 매우 큰 수입 대체 효과를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명이 적용되는 경우, 센서 및 시스템 처리 공정의 자동화를 통해 제품 품질의 편차를 극소화 시키고, 특히 PCB 패턴을 통한 원가 및 인력을 크게 절감할 수 있다는 효과를 사용자에게 제공할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 초고압 절연 진단을 위한 센서를 포함하는 절연통 보호 장치(300)는 별도의 디스플레이부를 포함할 수 있다.

즉, 초고압 절연 진단을 위한 센서(210)를 통해 감지된 고장점에 대한 정보를 제어부의 제어에 따라 별도로 구비된 디스플레이부가 표시할 수 있다.

따라서 사용자는 디스플레이부에 표시된 정보를 이용하여 초고압 절연 진단의 결과를 신속하게 파악할 수 있다.

여기서 이용되는 디스플레이부는 액정 디스플레이(liquid crystal display, LCD), 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(thin film transistor-liquid crystal display, TFT LCD), 유기 발광 다이오드(organic light-emitting diode, OLED), 플렉시블 디스플레이(flexible display), 3차원 디스플레이(3D display) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.

이들 중 일부 디스플레이는 그를 통해 외부를 볼 수 있도록 투명형 또는 광투과형으로 구성될 수 있다. 이는 투명 디스플레이라 호칭될 수 있는데, 상기 투명 디스플레이의 대표적인 예로는 TOLED(Transparant OLED) 등이 있다.

또한, 본 발명에 적용되는 제어부는 통상적으로 초고압 절연 진단을 위한 센서를 포함하는 절연통 보호 장치(300)의 전반적인 동작을 제어한다.

여기에 설명되는 제어부는, 소프트웨어, 하드웨어 또는 이들의 조합된 것을 이용하여 컴퓨터 또는 이와 유사한 장치로 읽을 수 있는 기록매체 내에서 구현될 수 있다.

예를 들어, 하드웨어적인 구현에 의하면, ASICs (application specific integrated circuits), DSPs (digital signal processors), DSPDs (digital signal processing devices), PLDs (programmable logic devices), FPGAs (field programmable gate arrays, 프로세서(processors), 제어기(controllers), 마이크로 컨트롤러(micro-controllers), 마이크로 프로세서(microprocessors), 기타 기능 수행을 위한 전기적인 유닛 중 적어도 하나를 이용하여 제어부 자체로 구현될 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 초고압 절연 진단을 위한 센서를 포함하는 절연통 보호 장치(300)는 별도의 무선통신부를 더 포함할 수 있다.

즉, 초고압 절연 진단을 위한 센서(210)를 통해 감지된 고장점에 대한 정보를 제어부의 제어에 따라 외부 기기로 전송할 수 있고, 이때 전송 동작을 수행하기 위한 주체로 무선 통신부가 이용될 수 있다.

또한, 전송된 정보는 외부 기기에 포함된 디스플레이부를 이용하여, 외수 기기 상에서 표시될 수도 있다.

또한, 외부 기기를 소지하고 있는 사용자로부터 소정 명령을 상기 무선 통신부를 통해 수신할 수도 있다.

또한, 무선 통신부를 통해 외부 기기와 통신하는 방법은 근거리 통신과 무선 통신을 포함할 수 있다.

여기서 근거리 통신은 블루투스(Bluetooth), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(IrDA, infrared Data Association), UWB(Ultra Wideband), ZigBee 기술 중 적어도 하나를 이용할 수 있다.

또한 무선 통신은 CDMA(code division multiple access), FDMA(frequency division multiple access), TDMA(time division multiple access), OFDMA(orthogonal frequency division multiple access), SC-FDMA(single carrier frequency division multiple access) 기술 중 적어도 하나를 이용할 수 있다.

한편, 본 발명의 일실시예에 의하면, 전술한 방법은, 프로그램이 기록된 매체에 프로세서가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 프로세서가 읽을 수 있는 매체의 예로는, ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다.

상기와 같이 설명된 초고압 절연 진단을 위한 센서를 포함하는 절연통 보호 장치는 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

Claims

리드선;
상기 리드선과 접속된 리드선 단자;
접속단자;
폴리머 하우징으로 구성된 산화아연소자이고, 상기 리드선, 리드선 단자 및 접속단자와 연결되어 일체형으로 구성되는 절연통 보호장치; 및
부분 방전된 위치를 센싱하기 위해 상기 절연통 보호장치의 일단 및 타단에 일체형으로 구성되는 복수의 검출 센서를 포함하는, 센서 내장형 절연통 보호장치.
제 1항에 있어서,
상기 절연통 보호장치의 일단 및 타단 각각에 1개의 검출 센서가 연결되고,
상기 센서 내장형 절연통 보호장치는 345kV 지중송전케이블 또는 154kV 지중송전케이블에 이용되는 것을 특징으로 하는, 센서 내장형 절연통 보호장치.
제 1항에 있어서,
상기 복수의 검출 센서는 상기 센서 내장형 절연통 보호장치과 연결되는 케이블, 케이블 중간 접속재 및 케이블 종단 접속재 중 적어도 하나에서 발생된 부분 방전된 위치를 센싱하는 것을 특징으로 하는, 센서 내장형 절연통 보호장치.
제 1항에 있어서,
상기 리드선 단자는 도체를 수직 및 수평으로 연결할 수 있는 구조로 형성되고,
상기 리드선은 폴리염화비닐(Polyvinyl Chloride, PVC)로서
굵기의 전선인 것을 특징으로 하는, 센서 내장형 절연통 보호장치.
제 1항에 있어서,
제어부를 더 포함하고,
상기 제어부는 상기 복수의 검출 센서 각각이 센싱한 부분 방전된 위치에 대한 복수의 정보를 조합하여, 고장점의 위치를 결정하는 것을 특징으로 하는, 센서 내장형 절연통 보호장치.
제 1항에 있어서,
디스플레이부를 더 포함하고,
상기 복수의 검출 센서를 이용하여 센싱된 부분 방전된 위치에 대한 정보가 상기 디스플레이부 상에 표시되는 것을 특징으로 하는, 센서 내장형 절연통 보호장치.
제 6항에 있어서,
상기 디스플레이부는 액정 디스플레이(liquid crystal display, LCD), 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(thin film transistor-liquid crystal display, TFT LCD), 유기 발광 다이오드(organic light-emitting diode, OLED), 플렉시블 디스플레이(flexible display), 3차원 디스플레이(3D display) 중에서 적어도 하나의 조합으로 구성되는 것을 특징으로 하는, 센서 내장형 절연통 보호장치.
제 1항에 있어서,
무선통신부를 더 포함하고,
상기 무선통신부를 통해 상기 복수의 검출 센서를 이용하여 센싱된 부분 방전된 위치에 대한 정보가 외부기기로 전송되며,
상기 무선통신부 및 외부기기는 근거리 통신 또는 무선 통신을 통해 통신하고,
상기 근거리 통신은 블루투스(Bluetooth), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(IrDA, infrared Data Association), UWB(Ultra Wideband), ZigBee 기술 중 적어도 하나를 이용하며,
상기 무선 통신은 CDMA(code division multiple access), FDMA(frequency division multiple access), TDMA(time division multiple access), OFDMA(orthogonal frequency division multiple access), SC-FDMA(single carrier frequency division multiple access) 기술 중 적어도 하나를 이용하는 것을 특징으로 하는, 센서 내장형 절연통 보호장치.
제 1항에 있어서,
상기 복수의 검출 센서 각각은 외부회로의 도선과 접속되기 위한 적어도 하나의 단자를 별도로 구비하는 것을 특징으로 하는, 센서 내장형 절연통 보호장치.
제 1항에 있어서,
센서 내장형 절연통 보호장치에 적용되는 공칭방전전류는 10kA이고, 정격주파수는 60Hz인 것을 특징으로 하는, 센서 내장형 절연통 보호장치.