KR101333584B1 - 고전압 위상 동기화 기능을 갖는 전력 케이블용 부분방전 측정 장치 및 방법 - Google Patents

고전압 위상 동기화 기능을 갖는 전력 케이블용 부분방전 측정 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고전압 위상 동기화 기능을 갖는 전력 케이블용 부분방전 측정 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전력케이블에 인가된 AC 고전압의 위상정보를 직접 추출하여 활용할 수 있도록 한 고전압 위상 동기화 기능을 갖는 전력 케이블용 부분방전 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 부분방전 측정 및 전력케이블에 인가된 고전압 AC 위상을 추출하는 기능을 동시에 갖는 박형 센서를 전력케이블의 종단 접속재 및 직선접속재의 인접위치에 설치하여, 부분방전 측정 뿐만아니라 전력케이블에 인가된 전압 위상을 직접 추출함으로서, 직접 추출된 전력케이블의 전압 위상을 안전하게 부분방전 측정 장치의 기준 위상으로 이용하여, 부분방전 측정 장치의 신뢰성을 제고할 수 있도록 한 고전압 위상 동기화 기능을 갖는 전력 케이블용 부분방전 측정 장치 및 방법을 제공하고자 한 것이다.

Description

고전압 위상 동기화 기능을 갖는 전력 케이블용 부분방전 측정 장치 및 방법{Power Cable Partial Discharge Measuring Equipment having phase reference synchronized to applied voltage}
본 발명은 고전압 위상 동기화 기능을 갖는 전력 케이블용 부분방전 측정 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전력케이블에 인가된 AC 고전압의 위상정보를 직접 추출하여 활용할 수 있도록 한 고전압 위상 동기화 기능을 갖는 전력 케이블용 부분방전 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 부분방전(Partial Discharge)이란 절연물 표면에서 고전계에 의한 부분적인 표면 방전 또는 절연물 내부에 존재하는 공극이나 기포에 발생하는 내부 방전, 강한 불균일 전계(inhomogeneous)가 인가될 때 기체 중에서 발생하는 코로나 방전, 고체 유전체에서 방전의 지속적인 영향에 의하여 발생되는 전기트리 방전 등을 포함하며, 이러한 부분방전시 전압 스트레스에 의한 절연물의 열화가 발생되는 것으로 알려져 있다.
특히, 고전압 전력을 공급하기 위한 전력케이블에서도 부분방전이 발생되고 있는데, 그 원인을 보면 제조시 발생하는 불량 현상, 배설후에 가해지는 외부 충격, 마모, 열, 습기 등에 의한 노후 현상 등으로 인하여, 점차 전력케이블의 절연내력이 낮아지게 되면서 절연파괴에 도달하게 됨으로써, 절연파괴와 동반하여 전력케이블로부터 부분방전이 발생하고 있다.
이렇게 고전압에서 동작하는 전력케이블의 절연물들은 시간이 지나면서 열화를 하게 되고, 이러한 열화로 인하여 부분 방전이 발생하며, 이때의 부분 방전은 절연체를 추가로 열화시키는 악 순환이 일어나게 되어, 종국에는 전력케이블의 절연파괴와 그 주변 부품의 고장을 일으키게 된다.
그리므로, 전력케이블과 같은 절연체의 열화 정도를 감시하고 그 수리시기를 예측하는 것은 매우 중요하며, 부분 방전의 측정 및 감시로 수리시기에 대한 예측과 관리가 가능하다.
따라서, 다양한 전력케이블용 부분방전 측정 장치들이 사용되고 있으며, 대부분의 부분방전 측정 장치는 측정된 부분방전 방전량의 시간적 변화 추이를 이용하여, 측정 대상의 케이블에 대한 절연 진단을 수행하고, 일부의 부분방전 측정 장치는 측정된 부분방전 펄스의 고전압 위상에 따른 분포를 기반으로 방전의 종류 구별, 위치 추정, 방향 추정, 외부 잡음과의 구분 등과 같은 기술적으로 고도화된 기능을 수행한다.
이때, 상기와 같은 종류의 부분방전 측정 장치는 전력케이블에 인가된 고전압 위상과 측정된 부분방전 펄스의 동기화가 필요한데, 대부분의 경우 변류기(CT: current transformer)를 이용하여 측정 대상의 전력케이블의 접지전류 위상에 동기화시키거나, 부분방전 측정장치에 인가된 220 V 전원 전압의 위상에 동기화시킨다.
그러나, 변류기를 이용하여 전력케이블의 접지전류 위상에 동기화시키거나, 반대로 부분방전 측정장치에 인가된 전압의 위상에 동기화시키는 방법은 측정 대상인 전력케이블의 고전압 위상과 상이하므로, 별도의 위상 조정 과정이 필요한 단점이 있다.
더욱이, 전력케이블을 포함하는 특정 설비가 운전 중인 현장에서 전력케이블에 인가된 고전압 위상과 측정된 부분방전 펄스의 동기화를 위한 위상 조정 기준을 잡기가 어려워, 정밀한 위상 조정 대신 임의로 조정하여 사용하는 경우가 빈번하고, 특히 위와 같은 기존의 방법은 현장 환경과 대상 전력케이블이 연결되는 부하에 따라 위상이 달라지므로, 결국 부정확한 기준 위상정보를 사용하는 경우가 많아 부분방전 측정의 정확성을 떨어뜨리는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 부분방전 측정시 기준 위상정보의 부정확성을 해결하고자 안출한 것으로서, 부분방전 측정 및 전력케이블에 인가된 고전압 AC 위상을 추출하는 기능을 동시에 갖는 박형 센서를 전력케이블의 종단 접속재 및 직선접속재의 인접위치에 설치하여, 부분방전 측정 뿐만아니라 전력케이블에 인가된 전압 위상을 직접 추출함으로서, 직접 추출된 전력케이블의 전압 위상을 안전하게 부분방전 측정 장치의 기준 위상으로 이용하여, 부분방전 측정 장치의 신뢰성을 제고할 수 있도록 한 고전압 위상 동기화 기능을 갖는 전력 케이블용 부분방전 측정 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 구현예는: 전력케이블의 종단 및 직선접속재에 장착되어, 전력케이블에 인가되는 고전압 AC 위상을 추출하고, 부분방전을 측정하는 박형 센서와; 상기 박형 센서로부터 추출된 전력케이블의 고전압 AC 위상을 처리하는 위상신호 처리장치와, 박형 센서로부터 측정된 부분방전 펄스신호를 처리하는 부분방전신호 처리장치를 포함하는 부분방전 측정장치와; 상기 부분방전 측정장치의 위상신호 처리장치에서 처리된 위상신호를 기준 위상신호로서 수신하고, 부분방전신호 처리장치에서 처리된 부분방전신호를 수신하여, 기준위상신호와 부분방전신호를 동기화하여 측정 대상의 전력케이블에 대한 부분방전 상태를 모니터링하는 서버; 를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 고전압 위상 동기화 기능을 갖는 전력 케이블용 부분방전 측정 장치를 제공한다.
본 발명의 일 구현예에 따른 박형 센서는: 전력케이블의 종단접속재 및 직선접속재로부터 3 m 이내의 전력케이블에 장착되어, 60 Hz의 고전압 위상을 측정함과 함께 부분방전을 펄스신호로 측정하는 것임을 특징으로 한다.
본 발명의 일 구현예에 따른 상기 부분방전 측정장치는 박형센서의 신호전송라인을 위상신호 처리장치와 부분방전신호 처리장치에 동시에 연결시키거나, 또는 박형센서로부터의 신호전송라인을 부분방전신호 처리장치로만 신호 전달 가능하게 연결시키는 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 구현예에 따른 상기 위상신호 처리장치는: 박형 센서로부터 수신되는 고전압 AC 위상 신호를 증폭하는 증폭기와, 잡음을 걸러주는 필터와, 걸러진 위상신호를 전력케이블에 인가된 위상 수준으로 조절해주는 하드웨어 가변 위상조정기로 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 부분방전 측정장치의 위상신호 처리장치와 부분방전신호 처리장치의 출력부에는 위상신호 및 부분방전신호를 A/D 변환하여 디지털화시키는 A/D 및 디지털 신호처리장치와, 디지털화된 신호를 서버로 전송하는 통신장치가 차례로 더 연결된 것을 특징으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 구현예는: 전력케이블의 종단 및 직선접속재에 장착된 박형 센서에서 전력케이블에 인가되는 고전압 위상을 추출하는 동시에 부분방전을 측정하는 단계와; 상기 박형 센서에서 측정된 전력케이블의 고전압 위상 신호와 부분방전 펄스신호가 혼재되어 부분방전 측정장치로 전송되는 단계와; 부분방전 측정장치에서 혼재된 고전압 위상 신호와 부분방전 펄스신호를 위상신호 처리장치와 부분방전신호 처리장치로 분배하는 단계와; 위상신호 처리장치로 분배된 고전압 위상 신호를 증폭, 필터링한 후, 전력케이블에 인가된 위상 수준으로 조정하여 기준위상신호로 만들어주는 단계와; 위상신호 처리장치로부터의 기준위상신호와, 부분방전신호 처리장치로부터의 부분방전 펄스신호를 A/D 변환하여 디지털화시킨 후, 서버로 전송하는 단계와; 서버에서, 기준위상신호와 부분방전신호를 동기화하여 측정 대상의 전력케이블에 대한 부분방전 상태를 모니터링하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압 위상 동기화 기능을 갖는 전력 케이블용 부분방전 측정 방법을 제공한다.
바람직하게는, 상기 혼재된 고전압 위상 신호와 부분방전 펄스신호를 분배하는 단계에서, 박형센서의 신호전송라인이 스위치의 온(ON)에 의하여 위상신호 처리장치와 부분방전신호 처리장치로 모두 연결되어, 혼재된 고전압 위상 신호와 부분방전 펄스신호가 각각 위상신호 처리장치와 부분방전신호 처리장치로 전송 분배되고, 스위치의 오프(OFF)시에는 혼재된 고전압 위상 신호와 부분방전 펄스신호가 부분방전신호 처리장치로만 분배되도록 한 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직하게는, 상기 혼재된 고전압 위상 신호와 부분방전 펄스신호를 분배하는 단계에서, 전력케이블의 최초 설치시에만 박형 센서의 신호전송라인과 위상신호 처리장치를 스위치 온에 의하여 연결하여 기준위상신호가 정해진 후, 스위치를 오프시켜 신호전송라인이 부분방전신호 처리장치로만 연결되어 혼재된 고전압 위상 신호와 부분방전 펄스신호가 부분방전신호 처리장치로만 분배되도록 한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 혼재된 고전압 위상 신호와 부분방전 펄스신호가 위상신호 처리장치에 들어가면, 위상신호 처리장치의 필터에 의하여 부분방전 펄스신호가 잡음과 함께 걸러지고, 상기 혼재된 고전압 위상 신호와 부분방전 펄스신호가 부분방전 신호처리장치로 들어가면, 고전압 위상신호가 부분방전 신호처리장치의 하이패스 필터에 의하여 걸러지는 것을 특징으로 한다.
상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.
본 발명에 따르면, 전력케이블의 종단 접속재 및 직선접속재의 인접위치에 박형 센서를 장착하여, 부분방전 측정 뿐만아니라 전력케이블에 인가된 전압 위상을 직접 추출할 수 있도록 함으로써, 직접 추출된 전력케이블의 전압 위상을 안전하게 부분방전 측정 장치의 기준위상신호로 이용하여, 부분방전 측정 장치의 부분 방전을 측정하는 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
즉, 종래에는 부분방전 측정장치에 공급되는 전압을 기준으로 소프트웨어적으로 조정하여 동기화함에 따라 현장에서 공급되는 전압 위상에 따라 기준위상신호가 달라지고, 또한 현장의 접지전류 기준으로 동기화하여도 현장 전류의 위상에 따라 기준위상신호가 달라지던 점이 있었지만, 본 발명에서는 전력케이블에 인가된 전압 위상을 직접 추출하여 부분 방전을 측정하기 위한 기준위상신호로 활용함으로써, 부분 방전 측정의 정확도를 크게 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 고전압 위상 동기화 기능을 갖는 전력 케이블용 부분방전 측정 장치의 설치 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 고전압 위상 동기화 기능을 갖는 전력 케이블용 부분방전 측정 장치에 사용되는 박형 센서(foil sensor)를 나타내는 이미지,
도 3은 본 발명에 따른 고전압 위상 동기화 기능을 갖는 전력 케이블용 부분방전 측정 장치의 부분방전 측정 장치에 대한 구성도,
도 4는 본 발명에 따른 고전압 위상 동기화 기능을 갖는 전력 케이블용 부분방전 측정 장치의 위상신호 처리 장치에 대한 구성도,
도 5는 본 발명에 따른 전력 케이블용 부분방전 측정 장치의 고전압 위상 동기화 예를 보여주는 위상 파형도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명은 전력케이블 등에서 발생되는 부분방전을 측정할 수 있을 뿐만아니라, 전력케이블에 인가된 전압 위상을 직접 추출할 수 있도록 함으로써, 직접 추출된 전력케이블의 전압 위상을 기준위상신호로 활용하여, 부분 방전을 측정하는 신뢰성을 향상시킬 수 있도록 한 점에 주안점이 있다.
이를 위해, 첨부한 도 1에 도시된 바와 같이 전력케이블(10)의 종단 및 직선접속재(12,14)에 전력케이블에 인가되는 고전압 AC 위상을 추출하는 기능 및 부분방전을 측정하는 기능을 겸비한 박형 센서(16)가 장착된다.
이때, 절연물인 접속재가 시간이 지남에 따라 열화되어 부분방전이 많이 발생하는 부분이고, 반면 접속재를 지나면 부분방전 신호의 감쇠가 심하고 전력케이블 피복이 차폐되어 있으므로, 각 접속재 근처의 전력케이블에 박형 센서(16)를 장착하는 것이 바람직하다.
더욱 바람직하게는, 상기 박형 센서(16)는 첨부한 도 2에서 보는 바와 같이, 전력케이블(10)을 감싸는 동박 포일(foil)과 포일(foil)부의 소정 위치에 부착되는 검출기를 포함하는 구조로서, 종단접속재(12) 및 직선접속재(14)로부터 3 m 이내의 전력케이블(10)에 장착하여, 부분방전을 펄스신호로 용이하게 측정하도록 한다.
특히, 본 발명에 따른 박형 센서(16)는 부분방전을 펄스신호로 측정하는 기능 이외에 전력케이블에 인가된 고전압 AC 위상을 추출하는 기능을 겸비하되, 약 60 Hz의 고전압 위상을 측정하는 기능을 겸비하게 된다.
따라서, 상기 박형 센서(16)로부터 측정된 전력케이블(10)의 고전압 AC 위상신호와, 부분방전 발생시 부분방전 펄스신호는 부분방전 측정장치(20)로 전송된다.
첨부한 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 부분방전 측정장치(20)는 박형 센서로(16)부터의 고전압 AC 위상신호를 기준위상신호로 처리해주는 위상신호 처리장치(21)와, 박형 센서로(16)부터 측정된 부분방전 펄스신호를 처리하는 부분방전신호 처리장치(25)를 포함한다.
이때, 상기 부분방전 측정장치(20)는 박형센서(16)의 신호전송라인(18)을 위상신호 처리장치(21)와 부분방전신호 처리장치(25)에 동시에 연결시키거나, 또는 박형센서(16)로부터의 신호전송라인(18)을 부분방전신호 처리장치(25)로만 신호 전달 가능하게 연결시키는 스위치(28)를 더 포함한다.
따라서, 상기 스위치(28)의 온 및 오프시 모두 박형센서(16)의 신호전송라인(18)의 말단부는 부분방전신호 처리장치(25)와 연결되는 상태가 되고, 스위치(28) 온 시에만 신호전송라인(18)의 말단부가 위상신호 처리장치(21)와 연결되는 상태가 된다.
상기 부분방전 측정장치(20)에 포함된 위상신호 처리장치(21)는 첨부한 도 4에 도시된 바와 같이, 박형 센서(16)로부터 수신되는 고전압 AC 위상 신호를 증폭하는 증폭기(22)와, 위상신호 외에 잡음을 걸러주는 필터(23)와, 걸러진 위상신호를 전력케이블(10)에 인가된 위상 수준으로 조절해주는 하드웨어 가변 위상조정기(24)를 포함하여 구성된다.
이때, 상기 위상신호 처리장치(21)의 증폭기(22)는 박형 센서(16)로부터 수신되는 고전압 AC 위상 신호가 박형 센서의 용량(capacitance)이 매우 작음에 따라 수 mV 정도로 매우 작기 때문에 고전압 AC 위상 신호를 증폭하기 위하여 채택된 것이고, 또한 상기 필터(23)는 박형 센서(16)로부터 수신되는 고전압 AC 위상 신호에는 위상신호 외의 잡음도 많기 때문에 잡음을 걸러주기 위하여 채택된 것이다.
특히, 상기 하드웨어 가변 위상조정기(24)는 증폭기(22)와 필터(23)를 차례로 거친 고전압 위상 신호가 본래 전력케이블에 인가된 위상과 비교하여 상이하므로, 증폭기(22)와 필터(23)를 차례로 거친 고전압 위상 신호를 전력케이블(10)에 대한 전압 인가시의 위상 수준으로 조정하여 기준위상신호를 만들어주도록 채택된 것이다.
추가적으로, 고전압 위상이 제공되는 현장에서도 상기 하드웨어 가변 위상조정기를 적용하여 필요에 따라 고전압 위상 신호를 미세 조정하도록 함으로써, 고전압 위상 신호에 대한 정밀도를 더 높일 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 부분방전 측정장치(20)의 위상신호 처리장치(21)와 부분방전신호 처리장치(25)의 출력부에는 기준위상신호 및 부분방전신호를 A/D 변환하여 디지털화시키는 A/D 및 디지털 신호처리장치(26)와, 디지털화된 신호를 서버(30)로 전송하는 통신장치(27)가 차례로 더 연결되고, 통신장치(27)는 부분방전 상태를 모니터링하는 서버(30)와 통신 가능하게 연결된다.
따라서, 상기 부분방전 측정장치(20)의 위상신호 처리장치(21)의 출력부에서 출력된 기준위상신호와, 부분방전신호 처리장치(25)의 출력부에서 출력되는 부분방전신호는 A/D 및 디지털 신호처리장치(26)에서 A/D 변환되어 디지털화된 후, 통신장치(27)를 통하여 서버(30)로 전송된다.
이때, 상기 서버(30)는 위상신호 처리장치(21)에서 처리된 위상신호를 기준위상신호로서 수신하고, 부분방전신호 처리장치(25)에서 처리된 부분방전신호를 수신하여, 기준위상신호와 부분방전신호를 동기화하여 측정 대상의 전력케이블(10)에 대한 부분방전 상태를 모니터링하는 역할을 한다.
여기서, 상기와 같은 구성을 기반으로 하는 본 발명의 전력 케이블용 부분방전 측정 방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 전력케이블(10)의 종단 및 직선접속재(12,14)에 장착된 박형 센서(16)에서 전력케이블(10)에 인가되는 고전압 위상을 추출하는 동시에 부분방전을 측정하는 단계가 진행된다.
연이어, 상기 박형 센서(16)에서 전력케이블(10)에 인가되는 고전압 위상을 추출한 약 60 Hz의 고전압 위상 신호와, 부분방전시 검출된 부분방전 펄스신호가 부분방전 측정장치(20)로 전송된다.
이때, 상기 박형 센서(16)에서 측정된 전력케이블(10)의 고전압 위상 신호와 부분방전 펄스신호는 서로 혼재되어 부분방전 측정장치(20)로 전송된다.
이어서, 상기 부분방전 측정장치(20)에서 혼재된 고전압 위상 신호와 부분방전 펄스신호를 각각 위상신호 처리장치(21)와 부분방전신호 처리장치(25)로 분배하는 단계가 진행된다.
보다 상세하게는, 혼재된 고전압 위상 신호와 부분방전 펄스신호가 각각 위상신호 처리장치(21)와 부분방전신호 처리장치(25)로 상시적인 분배가 이루어질 때, 고전압 위상신호 만이 위상신호 처리장치(21)로 가거나, 부분방전 펄스신호만이 부분방전신호 처리장치(25)로 분배되는 것이 아니고, 상시 분배시에는 박형센서(16)의 신호전송라인(18)이 스위치(28)의 온(ON)에 의하여 위상신호 처리장치(21)와 부분방전신호 처리장치(25)로 모두 연결된 상태가 된다.
따라서, 상시 분배시에는 혼재된 고전압 위상 신호와 부분방전 펄스신호가 위상신호 처리장치(21)와 부분방전신호 처리장치(25)로 모두 전송되는 상태가 된다.
반면, 상기 스위치(28)의 오프(OFF)시에는 혼재된 고전압 위상 신호와 부분방전 펄스신호가 부분방전신호 처리장치(25)로만 분배된다.
이렇게 상기 스위치(28) 온에 따른 혼재된 신호의 상시분배와, 스위치(28) 오프에 따라 혼재된 신호가 부분방전신호 처리장치(25)로만 분배되는 두가지 경우 모두. 혼재된 신호가 그대로 처리장치로 들어간다.
즉, 상기 스위치(28) 온에 따른 상시분배시, 혼재된 고전압 위상 신호와 부분방전 펄스신호가 각각 위상신호 처리장치(21)와 부분방전신호 처리장치(25)로 전송되고, 스위치(28) 오프시에는 혼재된 고전압 위상 신호와 부분방전 펄스신호가 부분방전신호 처리장치(25)로만 전송된다.
이때, 혼재된 고전압 위상 신호와 부분방전 펄스신호가 위상신호 처리장치(21)에 들어가더라도 매우 주파수가 높은 부분방전 펄스신호는 도 4에 도시된 바와 같은 필터(23)에 의하여 잡음과 함께 걸러지게 되고, 또한 혼재된 고전압 위상 신호와 부분방전 펄스신호가 부분방전 신호처리장치(25)로 들어가는 경우에는 60 Hz 주파수의 고전압 위상신호가 부분방전 펄스신호와 혼재되어 들어가더라도. 부분방전 신호처리장치(25)에는 미도시되었지만 하이패스(highpass) 필터를 포함하고 있으므로 약 60Hz 위상신호는 걸러지게 된다.
참고로, 상기 박형센서(16)에서 검출되는 고전압 위상신호는 60 Hz 나 50 Hz 주파수를 가지고 있고, 부분방전 펄스신호는 최소 수백 kHz 이상의 주파수를 가지고 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예로서, 서로 혼재된 고전압 위상 신호와 부분방전 펄스신호를 전력케이블(10)의 신규 또는 최초 설치시에만 고전압 위상 신호를 위상신호 처리장치(21)로 분배하여 기준위상신호가 만들어지도록 한 후, 평상시에는 혼재된 고전압 위상 신호와 부분방전 펄스신호가 부분방전신호 처리장치(25)로만 분배되도록 한다.
즉, 전력케이블(10)의 최초 설치시에만 박형 센서(16)의 신호전송라인(18)에 연결된 스위치(18)를 온시켜서 혼재된 고전압 위상 신호와 부분방전 펄스신호가 위상신호 처리장치(21)로 전송되어 기준위상신호로 만들어지도록 한 다음, 이후에는 스위치(18)를 오프시켜서 혼재된 고전압 위상 신호와 부분방전 펄스신호가 부분방전신호 처리장치(25)로 분배되도록 한다.
이렇게 위상신호 처리장치(21)로 고전압 위상 신호가 분배되면, 상기와 같이 증폭기(22)는 박형 센서(16)로부터 수신되는 고전압 위상 신호를 증폭하고, 상기 필터(23)는 증폭된 고전압 위상 신호에 포함된 잡음(부분방전 펄스신호 포함)을 걸러주며, 상기 하드웨어 가변 위상조정기(24)는 증폭기(22)와 필터(23)를 차례로 거친 고전압 위상 신호를 전력케이블(10)에 대한 전압 인가시의 위상 수준으로 조정함으로써, 기준위상신호가 만들어지게 된다.
이렇게 박형 센서(16)로부터 고전압 위상 신호와 부분방전 펄스신호가 혼재되어 부분방전 측정장치(20)로 들어오는 경우, 상시적으로 위상정보를 추출하여 기준위상정보를 만들어줄 수 있다.
다음으로, 상기 위상신호 처리장치(21)로부터의 기준위상신호와, 부분방전신호 처리장치(25)로부터의 부분방전 펄스신호는 A/D 및 디지털 신호처리장치(26)에서 A/D 변환하여 디지털화된 후, 통신장치(27)를 통하여 서버(30)로 전송된다.
따라서, 상기 서버(30)는 위상신호 처리장치(21)에서 처리된 기준위상신호로서 수신하는 동시에 부분방전신호 처리장치(25)에서 처리된 부분방전신호를 수신하여, 기준위상신호와 부분방전신호를 동기화시킨 다음, 측정 대상의 전력케이블(10)에 대한 부분방전 상태를 모니터링하게 된다.
첨부한 도 5는 본 발명에 따른 전력 케이블용 부분방전 측정 장치의 고전압 위상 동기화 예를 보여주는 실험 결과에 따른 위상 파형도이다.
도 5에서 보듯이, 실험기기의 화면에 디스플레이된 채널 1은 전력케이블에 인가된 본래의 고전압 위상이고, 채널 2는 박형 센서에서 측정된 고전압 위상 신호이며, 채널 3은 위상신호 처리장치의 증폭기 및 필터를 거친 고전압 위상 신호를 나타낸다.
특히, 채널 4는 하드웨어 위상 조정기에서 거쳐 조정된 고전압 위상 신호, 즉 기준위상신호를 나타내는 바, 이 기준위상신호는 채널 1에 나타낸 전력케이블에 인가된 본래의 고전압 위상과 맞추어져 동기화됨을 알 수 있다.
이상과 같이, 기존에는 부정확한 기준위상정보를 사용함에 따라 부분방전 측정의 정확성을 떨어뜨리는 단점이 있었지만, 본 발명에서는 전력케이블에 인가된 전압 위상을 직접 추출하여 부분 방전을 측정하기 위한 기준위상신호로 활용함으로써, 부분 방전 측정의 정확도를 크게 향상시킬 수 있다.
10 : 전력케이블
12 : 종단접속재
14 : 직선접속재
16 : 박형 센서
18 : 신호전송라인
20 : 부분방전 측정장치
21 : 위상신호 처리장치
22 : 증폭기
23 : 필터
24 : 하드웨어 위상 조정기
25 : 부분방전신호 처리장치
26 : A/D 및 디지털 신호처리장치
27 : 통신장치
28 : 스위치
30 : 서버

Claims (9)

  1. 전력케이블(10)의 종단 및 직선접속재(12,14)에 장착되어, 전력케이블에 인가되는 고전압 AC 위상을 추출하고, 부분방전을 측정하는 박형 센서(16)와;
    상기 박형 센서(16)로부터 추출된 전력케이블(10)의 고전압 AC 위상을 처리하는 위상신호 처리장치(21)와, 박형 센서로(16)부터 측정된 부분방전 펄스신호를 처리하는 부분방전신호 처리장치(25)를 포함하는 부분방전 측정장치(20)와;
    상기 부분방전 측정장치(20)의 위상신호 처리장치(21)에서 처리된 위상신호를 기준위상신호로서 수신하고, 부분방전신호 처리장치(25)에서 처리된 부분방전신호를 수신하여, 기준위상신호와 부분방전신호를 동기화하여 측정 대상의 전력케이블(10)에 대한 부분방전 상태를 모니터링하는 서버(30);
    를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 고전압 위상 동기화 기능을 갖는 전력 케이블용 부분방전 측정 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 박형 센서(16)는:
    종단접속재(12) 및 직선접속재(14)로부터 3 m 이내의 전력케이블(10)에 장착되어, 60 Hz의 고전압 위상을 측정함과 함께 부분방전을 펄스신호로 측정하는 것임을 특징으로 하는 고전압 위상 동기화 기능을 갖는 전력 케이블용 부분방전 측정 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 부분방전 측정장치(20)는:
    박형센서(16)의 신호전송라인(18)을 위상신호 처리장치(21)와 부분방전신호 처리장치(25)에 동시에 연결시키거나, 또는 박형센서(16)로부터의 신호전송라인(18)을 부분방전신호 처리장치(25)로만 신호 전달 가능하게 연결시키는 스위치(28)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압 위상 동기화 기능을 갖는 전력 케이블용 부분방전 측정 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 위상신호 처리장치(21)는:
    박형 센서(16)로부터 수신되는 고전압 AC 위상 신호를 증폭하는 증폭기(22)와, 잡음을 걸러주는 필터(23)와, 걸러진 위상신호를 전력케이블(10)에 인가된 위상 수준으로 조절해주는 하드웨어 가변 위상조정기(24)로 구성된 것을 특징으로 하는 고전압 위상 동기화 기능을 갖는 전력 케이블용 부분방전 측정 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 부분방전 측정장치(20)의 위상신호 처리장치(21)와 부분방전신호 처리장치(25)의 출력부에는 기준위상신호 및 부분방전신호를 A/D 변환하여 디지털화시키는 A/D 및 디지털 신호처리장치(26)와, 디지털화된 신호를 서버(30)로 전송하는 통신장치(27)가 차례로 더 연결된 것을 특징으로 하는 고전압 위상 동기화 기능을 갖는 전력 케이블용 부분방전 측정 장치.
  6. 전력케이블(10)의 종단 및 직선접속재(12,14)에 장착된 박형 센서(16)에서 전력케이블(10)에 인가되는 고전압 위상을 추출하는 동시에 부분방전을 측정하는 단계와;
    상기 박형 센서(16)에서 측정된 전력케이블(10)의 고전압 위상 신호와 부분방전 펄스신호가 혼재되어 부분방전 측정장치(20)로 전송되는 단계와;
    부분방전 측정장치(20)에서 혼재된 고전압 위상 신호와 부분방전 펄스신호를 위상신호 처리장치(21)와 부분방전신호 처리장치(25)로 분배하는 단계와;
    위상신호 처리장치(21)로 분배된 고전압 위상 신호를 증폭, 필터링한 후, 전력케이블(10)에 인가된 위상 수준으로 조정하여 기준위상신호로 만들어주는 단계와;
    위상신호 처리장치(21)로부터의 기준위상신호와, 부분방전신호 처리장치(25)로부터의 부분방전 펄스신호를 A/D 변환하여 디지털화시킨 후, 서버(30)로 전송하는 단계와;
    서버(30)에서, 기준위상신호와 부분방전신호를 동기화하여 측정 대상의 전력케이블(10)에 대한 부분방전 상태를 모니터링하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압 위상 동기화 기능을 갖는 전력 케이블용 부분방전 측정 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 혼재된 고전압 위상 신호와 부분방전 펄스신호를 분배하는 단계에서,
    박형센서(16)의 신호전송라인(18)이 스위치(28)의 온(ON)에 의하여 위상신호 처리장치(21)와 부분방전신호 처리장치(25)로 모두 연결되어, 혼재된 고전압 위상 신호와 부분방전 펄스신호가 각각 위상신호 처리장치(21)와 부분방전신호 처리장치(25)로 전송 분배되고, 스위치(28)의 오프(OFF)시에는 혼재된 고전압 위상 신호와 부분방전 펄스신호가 부분방전신호 처리장치(25)로만 분배되도록 한 것을 특징으로 하는 고전압 위상 동기화 기능을 갖는 전력 케이블용 부분방전 측정 방법.

  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 혼재된 고전압 위상 신호와 부분방전 펄스신호를 분배하는 단계에서,
    전력케이블(10)의 최초 설치시에만 박형 센서(16)의 신호전송라인(18)과 위상신호 처리장치(21)를 스위치 온에 의하여 연결하여 기준위상신호가 정해진 후, 스위치를 오프시켜 신호전송라인(18)이 부분방전신호 처리장치(25)로만 연결되어 혼재된 고전압 위상 신호와 부분방전 펄스신호가 부분방전신호 처리장치(25)로만 분배되도록 한 것을 특징으로 하는 고전압 위상 동기화 기능을 갖는 전력 케이블용 부분방전 측정 방법.
  9. 청구항 7 또는 청구항 8에 있어서,
    상기 혼재된 고전압 위상 신호와 부분방전 펄스신호가 위상신호 처리장치(21)에 들어가면, 위상신호 처리장치(21)의 필터(23)에 의하여 부분방전 펄스신호가 잡음과 함께 걸러지고,
    상기 혼재된 고전압 위상 신호와 부분방전 펄스신호가 부분방전 신호처리장치(25)로 들어가면, 고전압 위상신호가 부분방전 신호처리장치(25)의 하이패스 필터에 의하여 걸러지는 것을 특징으로 하는 고전압 위상 동기화 기능을 갖는 전력 케이블용 부분방전 측정 방법.



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