KR101410741B1 - 결함위치 유도 기능을 갖는 휴대용 초음파 부분방전 측정 장치 및 방법 - Google Patents

결함위치 유도 기능을 갖는 휴대용 초음파 부분방전 측정 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전력기기 등에 대한 부분방전 측정시 실시간 영상처리에 따른 영상데이터를 이용하되, 부분방전이 발생되는 결함위치에 대한 결함위치유도 기능을 부가하여, 측정시의 효율성 및 편의성, 그리고 데이터 신뢰도를 보다 향상시킬 수 있도록 한 결함위치 유도 기능을 갖는 휴대용 초음파 부분방전 측정 장치 및방법에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 부분방전 측정대상을 촬영한 영상데이터의 실시간 변화와, 측정된 방전신호 크기를 나타내는 초음파 신호의 실시간 크기 정보를 조합하여, 더 큰 부분방전 신호가 발생하는 위치의 방향을 지시하는 화살표를 표시장치에 표시함으로써, 측정자는 초음파센서 및 반사갓, 그리고 카메라 등을 포함하는 본 발명의 장치를 화살표의 지시방향(부분방전 최대 신호가 발생하는 위치)로 조준 안내를 받아 이동 조절하기만 하면 되므로, 부분방전 측정시의 효율성 및 편의성을 크게 증대시킬 수 있는 결함위치 유도 기능을 갖는 휴대용 초음파 부분방전 측정 장치 및방법을 제공하고자 한 것이다.

Description

결함위치 유도 기능을 갖는 휴대용 초음파 부분방전 측정 장치 및 방법{Portable ultrasonic partial discharge measurement device and method which can guide fault position}
본 발명은 결함위치 유도 기능을 갖는 휴대용 초음파 부분방전 측정 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전력기기의 부분방전 측정시 실시간 영상처리에 따른 영상데이터를 이용하되, 부분방전이 발생되는 결함위치에 대한 결함위치유도 기능을 부가하여, 측정시의 효율성 및 편의성, 그리고 데이터 신뢰도를 보다 향상시킬 수 있도록 한 결함위치 유도 기능을 갖는 휴대용 초음파 부분방전 측정 장치 및방법에 관한 것이다.
일반적으로서, 부분방전이라 함은 각종 산업체 및 전력계통 변전소에 설치되는 수전설비 및 고압 배전반 등과 같은 전력기기의 어느 한 부분에 생기는 방전을 총칭하는 것으로서, 전극의 첨단 부근에 생기는 코로나방전, 절연물의 표면을 따라서 생기는 연면방전, 절연물내의 공극에 생기는 보이드 방전 등을 들 수 있다.
이렇게, 수전설비 및 고압 배전반을 비롯한 각종 전력기기 등에서 부분방전이 발생할 때, 부분방전원의 크기가 대부분 작기 때문에 부분방전이 발생되는 위치를 정확하게 알 수 없고, 부분방전원을 발견하여 제거하는데 어려움이 있다.
따라서, 전력기기의 부분방전 위치를 추정하는 기술은 전력기기의 고장을 예방하는데 있어서 매우 중요한 기술이라 하겠다.
전력기기의 부분방전 위치를 추정하는 종래 기술로는 크게 방전에 의해 발생한 전자파 방전신호의 감쇠를 이용하는 방법과, 전자파 방전신호가 부분방전센서에 도달하는 시간차를 이용하는 방법 등이 있다.
그러나, 이러한 종래의 부분방전 측정방식은 부분방전량의 크기와 인가전압의 위상을 파악하여 해당 전력기기의 결함 종류만 추정할 수 있을 뿐, 더 중요한 부분방전의 발생 위치 및 위험도 등을 정확하게 알 수 없는 단점이 있다.
이러한 점을 해소하기 위하여, 초음파를 이용하여 부분방전의 측정 정밀도를 높일 수 있도록 한 종래기술로서, 대한민국 등록특허공보(등록번호: 10-482305)에는 변압기 운전 중에 초음파 신호를 지속적으로 측정하고, 그 결과를 예방진단시스템으로 전송하여 부분방전의 진전상태를 효과적으로 감시할 수 있도록 한 "변압기내 부분방전 측정용 초음파 상시 감시장치"가 개시되어 있고, 대한민국 등록실용신안공보(등록번호: 20-225223)에는 변압기에 초음파센서를 설치하여 변압기의 부분방전을 진단할 수 있도록 한 "초음파센서를 이용한 변압기 부분방전 진단장치"가 개시되어 있다.
그러나, 위와 같은 초음파를 이용한 종래 방법은 측정대상의 전력기기와 초음파센서간의 거리 편차가 발생하면, 측정되는 부분방전의 크기가 계속 달라지게 되므로, 초음파센서를 항상 동일 위치에 설치해야만 하는 불편함이 있고, 또한 측정대상의 전력기기와 초음파센서간의 거리 편차가 조금이라도 발생하면, 초음파센서에서 센싱하는 초음파 크기가 달라지는 동시에 부분방전의 위치 및 크기를 정확하게 알 수 없는 단점이 있다.
특히, 측정대상의 전력기기 주변에 초음파센서를 고정 설치하는 경우, 전력기기와 초음파센서간의 거리는 항시 동일하게 유지되어 동일한 측정값을 얻을 수 있지만, 전력기기의 부분방전 발생 위치가 정확히 어느 부위인지는 추정만 가능할 뿐 정밀한 위치는 알 수 없는 단점이 여전히 존재하는 등의 문제점이 있다.
본원 출원인은 위와 같은 문제점을 해결하고자, 각종 전력기기마다 이동하면서 부분방전을 용이하게 측정할 수 있고, 또 각종 전력기기에 대한 매 측정시마다 기 저장 화상과 현재 화상을 비교하면서 전력기기의 부분방전 측정 위치를 항상 동일한 위치로 정확하게 파악할 수 있도록 한 "영상촬영수단을 갖는 휴대용 초음파 부분방전 측정장치 및 이를 이용한 부분방전 측정방법"을 이미 출원하여 등록(제10-1070329호)에서는 받은 바 있다.
본원 출원인에 의하여 등록된 기술의 경우, 원거리에 위치한 방전이 가장 강하게 나오는 지점을 수동으로 조준하여 측정하고, 재 측정시에도 이전의 영상데이터와 현재의 영상데이터를 서로 중첩시켜, 그 일치 여부를 육안으로 확인하는 방식으로 부분방전 측정위치를 결정하는 유용한 방법이지만 다음과 같은 단점이 있었다.
즉, 원거리 방전 측정시 사용하는 반사 갓을 적용한 부분방전 측정 장치의 경우, HPBW(Half-power beam width)가 5°이하로 지향성이 매우 강하여, 실제 현장에서 사용시 미세하게 그 조준 위치가 어긋나도 방전신호 세기가 크게 차이나므로, 측정기간이 경과 후 동일한 위치에서 재 측정시 정량적인 비교가 매우 어려운 단점이 있었다.
또한, 일부 외국산 휴대용 초음파 부분방전 측정 장치의 경우 이러한 측정 위치 조정에 도움을 주기 위해 레이저 포인터를 부착하여 이용하고 있지만, 단순히 현재 측정위치를 대상 사물에 표시해 주는 역할에 그치고 있는 실정이며, 더욱이 주간의 야외에서는 포인터의 식별이 불가하여 실용성이 없는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 측정대상 영상에 대한 실시간 변화와 측정된 방전신호 크기의 실시간 변화 정보를 조합하여, 더 큰 부분방전 신호가 발생하는 위치의 방향을 화면에 화살표로 표시해주어 측정자에게 최대 신호가 발생하는 위치로의 조준을 유도해줌으로써, 휴대용 초음파 부분방전 측정 장치의 측정시 효율성 및 편의성을 증대시킬 수 있고, 그에 따라 일정시간 경과 후 재측정시에도 측정데이터에 대한 신뢰도를 보다 향상시킬 수 있는 결함위치 유도 기능을 갖는 휴대용 초음파 부분방전 측정 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 구현예는: 사용자가 손으로 쥘 수 있고, 종합 신호처리 장치가 내장된 몸체부와; 몸체부의 하부에 장착되는 구동용 배터리와; 포물선을 축 회전한 형태로 구비되어 몸체부의 전단부에 일체로 장착되는 초음파 반사갓과; 부분방전 측정대상물로부터 부분방전에 따른 초음파 음을 감지하도록 초음파 반사갓의 개방부 중앙 위치에 장착되는 초음파센서와; 초음파 반사갓의 상단부 중앙 위치에 장착되어 부분방전 측정대상물을 촬영하는 카메라와; 초음파센서에서 측정된 초음파의 파형이 디스플레이되는 동시에 카메라에서 촬영된 화상을 디스플레이하는 표시장치와; 종합 신호처리 장치와 통신장치를 매개로 연결되는 컴퓨터를 포함하는 결함위치 유도 기능을 갖는 휴대용 초음파 부분방전 측정 장치에 있어서, 상기 종합 신호처리 장치는 초음파센서와 연결되어 초음파센서로부터의 신호를 증폭시키는 초음파앰프와, 초음파앰프에서 증폭된 신호를 사람이 들을 수 있는 가청주파수로 변환시키는 가청신호 변환장치와, 증폭된 아나로그 신호를 디지털신호로 변환시키고, 변환된 디지털신호를 실시간 FFT(Fast Fourier Transform) 알고리즘을 통하여 센서측정 주파수 크기로 변환하는 AD변환 및 FFT 장치와, 가청주파수를 초음파의 크기를 나타내는 파형으로 전환하는 동시에 카메라에서 촬영된 화상을 영상데이터 신호로 전환시키는 신호처리장치로 구성되고, 상기 신호처리장치는 실시간 측정 영상데이터를 직전의 영상데이터와 비교하여 현재 영상의 변화 방향 및 정도를 파악한 후, 표시장치에 표시되는 최대방전신호 유도용 화살표를 이용하여, 영상의 변화방향을 최대신호(부분방전 세기가 센 쪽의 신호)가 발생되는 결함 위치 방향으로 안내하는 부분방전 측정방향유도 제어를 실시하는 동시에 실시간 초음파 FFT 크기를 직전 세기와 비교하여 최대신호 방향으로 안내하는 제어를 실시하는 것으로 구비된 것임을 특징으로 하는 결함위치 유도 기능을 갖는 휴대용 초음파 부분방전 측정 장치를 제공한다.
본 발명의 일 구현예에서, 상기 몸체부에는 한 손으로 쥘 수 있도록 좌우로 관통된 손잡이홀이 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 구현예에서, 상기 초음파 반사갓은 사용환경을 고려하여 초음파 반사갓의 길이(L) 및 개구면 지름(D)을 달리하며 제작되고, L : D의 비율에 따라 초음파센서의 장착 위치(p)도 가변되는 것을 특징으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 구현예는: 몸체부를 비롯하여 몸체부에 일체로 된 초음파센서 및 반사갓, 그리고 카메라를 부분방전 측정대상물로 향하게 하는 단계와; 초음파센서에서 부분방전이 발생될 때의 초음파 음을 감지하는 단계와; 측정된 초음파 신호를 초음파앰프에서 증폭하는 단계와; 증폭된 신호를 가청신호 변환장치를 통하여 측정자가 들을 수 있는 가청 주파수로 변환하는 단계와; 증폭된 아나로그 신호를 A/D 변환 및 FFT 장치를 통해 디지털신호로 변환하는 동시에 실시간 FFT 알고리즘을 통하여 센서 측정 주파수 크기로 변환하는 단계; 카메라에서 촬영된 측정대상물에 대한 실시간 영상데이터가 신호처리장치로 전송되는 단계; 를 포함하는 결함위치 유도 기능을 갖는 휴대용 초음파 부분방전 측정 방법에 있어서, 상기 카메라에서 촬영된 실시간 측정 영상데이터를 직전의 영상데이터와 비교하여 현재 영상의 변화 방향 및 정도를 파악하는 단계와; 상기 표시장치에 최대방전신호 유도용 화살표를 표시하여, 영상의 변화방향을 최대신호(부분방전 세기가 센 쪽의 신호)가 발생되는 결함 위치 방향으로 안내하되, 실시간 초음파 FFT 크기를 직전 세기와 비교하여 최대신호 방향으로 안내하는 부분방전 측정방향 유도 제어 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 결함위치 유도 기능을 갖는 휴대용 초음파 부분방전 측정 방법을 제공한다.
본 발명의 다른 구현예에서, 실시간 측정된 현재의 초음파 신호(실시간 초음파 FFT 크기)를 직전의 초음파 신호 세기와 비교한 결과, 현재의 초음파 신호가 직전의 초음파 신호보다 크다면, 상기 표시장치에 디스플레이되는 화살표의 지시방향을 표시장치에 디스플레이되는 영상의 변화방향쪽과 동일한 방향을 지시하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 구현예에서, 실시간 측정된 현재의 초음파 신호(실시간 초음파 FFT 크기)를 직전의 초음파 신호 세기와 비교한 결과, 현재의 초음파 신호가 직전의 초음파 신호보다 작다면, 상기 표시장치에 디스플레이되는 화살표의 지시방향을 표시장치에 디스플레이되는 영상의 변화방향쪽과 반대방향을 지시하는 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직하게는, 상기 영상의 변화 방향 및 정도가 파악되지 않거나, 변화가 없거나, 변화가 작으면, 초음파 신호 크기가 바뀌더라도 표시장치에 화살표를 표시하지 않고, 또한 영상이동의 거리에 비해 초음파 신호크기 변화가 크면 화살표 크기를 키우거나 작으면 줄여서 표시하도록 한 것을 특징으로 한다.
상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.
본 발명에 따르면, 부분방전 측정대상을 촬영한 영상데이터의 실시간 변화와, 측정된 방전신호 크기를 나타내는 초음파 신호의 실시간 크기 정보를 조합하여, 더 큰 부분방전 신호가 발생하는 위치의 방향을 지시하는 화살표를 표시장치에 표시함으로써, 측정자는 초음파센서 및 반사갓, 그리고 카메라 등을 포함하는 본 발명의 장치를 화살표의 지시방향(부분방전 최대 신호가 발생하는 위치)로 조준 안내를 받아 이동 조절하기만 하면 되므로, 부분방전 측정시의 효율성 및 편의성을 크게 증대시킬 수 있다.
또한, 일정시간 경과 후 재측정시에도 기 저장된 측정데이터에 대한 신뢰도를 보다 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 결함위치 유도 기능을 갖는 휴대용 초음파 부분방전 측정 장치를 나타내는 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 결함위치 유도 기능을 갖는 휴대용 초음파 부분방전 측정 장치의 초음파센서를 갖는 반사갓 제작 설계 방법을 설명하는 개략도,
도 3은 도 2의 설계 방법에 따라 제작될 수 있는 초음파센서를 갖는 반사갓 제작예를 보여주는 개략도,
도 4는 본 발명에 따른 결함위치 유도 기능을 갖는 휴대용 초음파 부분방전 측정 장치의 제어 블록도,
도 5는 본 발명에 따른 결함위치 유도 기능을 갖는 휴대용 초음파 부분방전 측정 방법을 설명하는 순서도,
도 6은 본 발명에 따른 결함위치 유도 기능을 갖는 휴대용 초음파 부분방전 측정 장치의 결함위치 유도 제어예를 설명하는 개략도.
도 7은 종래의 부분방전 측정장치의 사용예를 설명하는 이미지도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.
도 1에서 보듯이, 본 발명에 따른 초음파 부분방전 측정 장치의 외관을 보면, 휴대 및 이동성을 고려하여 사용자가 손으로 쥘 수 있는 손잡이홀(12)을 갖는 몸체부(10)를 구비하고, 몸체부(10)의 내부에는 종합 신호처리 장치(20)가 내장되며, 또한 몸체부(10)의 하부에는 구동용 배터리(19)가 내장된다.
상기 손잡이홀(12)은 측정자가 몸체부(10)를 한 손으로 쥘 수 있도록 몸체부(10)에 좌우방향으로 관통된 홀이며, 이에 측정자가 본 발명의 장치를 손쉽게 한 손으로 들어서 부분방전 측정대상물에 대한 정밀 조준이 편리하게 이루어질 수 있다.
상기 몸체부(10)의 앞단에는 초음파를 초음파센서(16)쪽으로 반사시킬 수 있도록 내부 곡면이 포물선을 축 회전한 형태로 된 초음파 반사갓(14)이 일체로 조립되고, 이 초음파 반사갓(14)의 개방된 전면 중앙 위치에는 부분방전 측정대상물(30, 송전선, 전력기기 등)에서 부분방전 발생시 검출되는 초음파 음을 감지하도록 한 초음파센서(16)가 장착된다.
특히, 상기 초음파 반사갓(14)은 사용환경(부분방전 측정대상물과의 거리, 접근환경, 기후 환경 등)을 고려하여 초음파 반사갓(14)의 길이(L) 및 개구면 지름(D) 등을 달리하며 제작할 수 있고, 초음파 반사갓(14)을 다르게 제작할 때마다 초음파 신호를 초음파센서(16) 소자로 용이하게 집중시키기 위하여 초음파센서(16)의 장착 위치(p)도 달리 결정된다.
좀 더 상세하게는, 첨부한 도 2에 도시된 바와 같이 초음파 반사갓(14)을 포물선 방정식(4py=x2)에 의하여 내부 곡면이 포물선을 축 회전한 형태로 제작하되, 초음파 반사갓(14)의 길이를 L(mm)이라고 하고, 초음파 반사갓(14)의 개구면 지름을 D(mm) 라고 했을 때, L : D의 비율에 따라 초음파센서(16)의 장착 위치(p)는 x,y 좌표에서 (0,y) 로 결정된다.
이렇게 초음파센서(16)의 장착 위치를 L : D의 비율에 따라 결정하는 이유는 측정대상물(30, 송전선, 전력기기 등)으로부터의 초음파가 초음파 반사갓(14)으로 수직 입사될 때, 초음파 반사갓(14)의 유효면적으로 입사되는 모든 초음파 신호를 초음파센서(16) 소자로 용이하게 집중시키기 위함에 있다.
예를 들어, 도 2를 참조하면 초음파 반사갓(14)을 포물선 방정식(4py=x2)에 의하여 내부 곡면이 포물선을 축 회전한 형태로 제작할 때, 초음파 반사갓(14)의 개구면 지름(D)을 240 mm(x = 120 mm)로 정하면, 반사판의 길이(L)축인 y는 y=x2/4p 에 의거 L = 3600/p mm 가 된다.
이때, 초음파 반사갓(14)의 길이 구간중 초음파센서(16)가 장착되는 위치(p)는 L : D의 비율에 따라 결정되므로, 아래의 표 1에 기재된 바와 같이 초음파 반사갓(14)의 개구면 지름(D)이 240 mm일 때 초음파 반사갓의 길이(L)를 60 mm로 정하면 초음파센서(16)의 장착 위치(p)는 x,y 좌표에서 (0,60)이므로 60 mm(초음파 반사갓의 최후단에서 전방쪽으로 60 mm 떨어진 위치)로 결정되고(도 3의 (b) 참조), 또한 초음파 반사갓(14)의 길이(L)를 50 mm로 정하면 초음파센서(16)의 장착 위치(p)는 x,y 좌표에서 (0,72)이므로 72 mm 로 결정되며(도 3의 (a) 참조), 또한 초음파 반사갓(14)의 개구면 지름(D)이 120 mm일 때, 초음파 반사갓의 길이(L)를 200 mm로 정하면 초음파센서(16)의 장착 위치(p)는 x,y 좌표에서 (0,4.5)이므로 4.5 mm 로 결정된다(도 3의 (c) 참조).
Figure 112012089132976-pat00001
이렇게 초음파 반사갓(14)에 대한 초음파센서(16)의 장착 위치가 결정되면, 그 결정된 위치에 와이어 강선 타입의 브라켓을 이용하여 초음파센서(16)를 장착 고정시키게 된다.
본 발명에 따른 휴대용 초음파 부분방전 측정 장치의 또 다른 구성으로서, 상기 초음파 반사갓(14)의 상단부 중앙 위치에는 부분방전 측정대상물(30)을 촬영할 수 있는 영상촬영소자로서 카메라(18)가 장착되며, 측정대상에 대한 정지 및 동영상 촬영이 가능하도록 카메라(18)는 초음파 측정방향과 일치하게 장착되도록 하며, 물론 몸체부(10)의 손잡이홀(12) 근처 위치에는 카메라(18)의 촬영을 위한 온/오프 스위치 및 셔터 등이 장착될 수 있다.
또한, 상기 몸체부(10)의 상부면 또는 초음파 반사갓(14)의 상부면에서 그 후부 위치에는 초음파센서(16)에서 측정된 초음파의 크기(파형)를 볼 수 있고, 동시에 카메라(18)에서 촬영된 화상을 볼 수 있는 표시장치(27)가 장착된다.
여기서, 상기 몸체부(10)의 내부에 일종의 상위제어기로서 내장되는 종합 신호처리 장치에 대한 구성을 첨부한 도 4를 참조로 살펴보면 다음과 같다.
상기 종합 신호처리 장치(20)는 초음파센서(16)와 연결되어 초음파센서(16)로부터의 신호를 증폭시키는 초음파앰프(21)와, 초음파앰프(21)에서 증폭된 신호를 사람이 들을 수 있는 가청주파수로 변환시키는 가청신호 변환장치(22)와, 가청주파수를 초음파의 크기를 나타내는 파형으로 전환하고, 카메라(18)에서 촬영된 화상을 영상데이터 신호로 전환시키는 신호처리장치(24)가 내장된다.
이때, 상기 신호처리장치(24)는 초음파의 크기를 나타내는 파형 신호를 수신하여 데이터 저장장치에 저장시키는 동시에 표시장치(27)에 파형 및 수치값으로 디스플레이시키는 제어를 하고, 또한 카메라(18)로부터의 현재의 영상데이터 신호를 수신하여 데이터 저장장치에 저장하는 동시에 표시장치(27)에 디스플레이시키거나, 데이터 저장장치에 기저장된 직전의 영상데이터를 불러와서 현재의 영상데이터와 비교 표시하는 등의 디스플레이 제어를 하게 된다.
특히, 본 발명에 따른 신호처리장치(24)는 "실시간 최대 신호 유도 알고리즘" 에 따라, 실시간 측정한 영상데이터를 표시장치(27)에 디스플레이시키되, 실시간 측정된 현재의 영상데이터를 직전의 영상데이터와 비교하여 현재 영상의 변화 방향 및 정도를 파악한 후, 영상의 변화방향을 최대신호(부분방전 세기가 센 쪽의 신호)가 발생되는 결함 위치 방향으로 안내하고, 또한 실시간 초음파 FFT 크기를 직전 세기와 비교하여 최대신호 방향으로 안내하는 제어 등을 하는 바, 그 구체적인 제어 방법은 하기에서 설명하기로 한다.
바람직하게는, 상기 초음파 앰프(21)를 통하여 증폭된 아나로그 신호를 디지털신호로 변환시키고, 변환된 디지털신호를 실시간 FFT 알고리즘을 통하여 센서측정 주파수(보통 40 kHz)에서의 크기로 변환되도록 하는 AD변환 및 FFT 장치(23)가 초음파 앰프(21)와 신호처리장치(24) 사이에 연결된다.
또한, 상기 종합 신호처리 장치(20)의 신호처리장치(24)의 출력단에는 데이터 저장장치에 저장된 초음파 측정신호 및 영상데이터 신호를 컴퓨터(28)에 전송하기 위한 통신장치(25, 시리얼 통신, 이더넷, 와이파이, 블루투스 등)가 더 연결된다.
한편, 첨부한 도 7에서 보듯이, 일반적인 휴대용 초음파 측정 장치는 초음파 반사갓을 탈착하는 형태이고, 초음파센서와 측정 장치가 분리되어 있어 두 손으로 측정하거나(도 7의 왼쪽 이미지), 일체형이더라도 무게중심이 위에 있는 건(gun)형태(도 7의 오른쪽 이미지)로 조준이 불안하고 측정자의 피로감이 상당한 단점이 있지만, 본 발명의 결함위치 유도 기능을 갖는 휴대용 초음파 부분방전 측정 장치는 초음파 반사갓과 측정장치(종합 신호처리장치가 내장된 몸체부) 및 배터리가 일체형으로 설계됨에 따라 한손 측정이 가능하면서 무게중심이 아래에 있어 측정자의 피로가 덜하고 정밀 조준이 가능한 장점을 제공할 수 있다.
여기서, 상기와 같은 구성을 기반으로 이루어지는 본 발명의 결함위치 유도 기능을 갖는 휴대용 초음파 부분방전 측정 방법을 도 5 및 도 6을 참조로 설명하면 다음과 같다.
산업체 및 전력계통 변전소에 사용되는 수전설비 및 고압 배전반과 같은 측정대상의 전력기기쪽으로 이동한 후, 측정대상 전력기기로부터 일정 거리 떨어진 위치에서 부분방전의 발생 여부를 측정한다.
먼저, 사용자가 몸체부(10)의 손잡이홀(12)에 손을 끼워 쥔 상태에서 초음파센서(16)가 부분방전 측정대상물(30, 송전선, 전력기기 등)로 향하도록 한 다음, 부분방전 측정대상물(30)에서 코로나와 같은 부분방전이 발생될 때의 초음파 음을 초음파센서(16)에서 감지하도록 한다.
연이어, 상기 초음파센서(16)에서 측정된 초음파 신호는 종합 신호처리 장치(20)의 초음파앰프(21)를 통하여 증폭되고, 이 신호는 가청신호 변환장치(22)를 통하여 측정자가 들을 수 있는 1 kHz 전후의 가청 주파수로 변환되어, 측정자는 착용하고 있는 헤드폰(26)을 통해 실시간으로 가청 주파수를 들을 수 있게 된다.
즉, 부분방전 측정대상물(30, 송전선, 고압 전력기기 등)의 코로나 발생지점에서 발산되는 초음파 음을 초음파센서(16)에서 감지하면, 그 감지된 신호가 초음파앰프(21)에서 증폭되고, 증폭된 신호는 가청신호 변환장치(22)에서 사람이 들을 수 있는 음의 영역으로 변환되므로, 이때 측정자는 헤드폰(26)을 통해 들리는 가청 주파수에 의거 부분방전 위치를 장확하게 조준하는데 도움을 받을 수 있게 되고, 물론 숙련된 측정자는 소리의 패턴을 통하여 컴퓨터의 도움 없이도 현장에서 방전의 종류를 대략적으로 예측할 수 있게 된다.
다음으로, 상기 초음파앰프(21)를 통하여 증폭된 아나로그 신호는 A/D 변환 및 FFT 장치(23)를 통해 디지털신호로 변환되고, 실시간 FFT 알고리즘을 통하여 센서 측정 주파수(보통 40 kHz)에서의 크기로 변환된다.
이때, 아날로그에서 디지털신호로 변환된 신호를 단순히 시간 축에서의 신호크기로 보지 않고, 실시간 FFT 변환을 하는 이유는 시간 축 측정 시 배경잡음에 묻히는 미세한 크기의 초음파 신호를 효과적으로 측정할 수 있고, 그에 따라 초음파센서의 최소감도 향상을 도모할 수 있기 때문이며, 이에 FFT 변환 결과에 따른 결과 수치를 기준으로 각종 진단을 수행하게 된다.
따라서, 상기 A/D 변환 및 FFT 장치(23)를 통해 디지털신호로 변환됨과 함께 실시간 FFT 알고리즘을 통하여 센서측정 주파수(보통 40 kHz)에서의 크기로 변환된 신호가 신호처리장치(24)로 들어가고, 이와 함께 상기 카메라(18)에서 촬영된 측정대상물(30)에 대한 실시간 영상데이터도 신호처리장치(24)로 전송된다.
이어서, 상기 신호처리장치(24)는 실시간 측정 영상데이터를 직전의 영상데이터와 비교하여 현재 영상의 변화 방향 및 정도를 파악한 후, 영상의 변화방향을 최대신호(부분방전 세기가 센 쪽의 신호)가 발생되는 결함 위치 방향으로 안내하는 제어를 실시하고, 또한 실시간 초음파 FFT 크기를 직전 세기와 비교하여 최대신호 방향으로 안내하는 제어를 실시하게 된다.
즉, 상기 신호처리장치(24)에서 초음파 및 영상 신호를 처리하여, 영상, 초음파 신호 크기, 최대방전신호 유도용 화살표(29)를 실시간으로 표시장치(27)에 표시하는 결함위치 유도 제어가 이루어진다.
이를 위해, 먼저 실시간 측정한 현재의 영상데이터를 직전의 영상데이터와 비교하여 현재의 영상데이터의 변화 방향 및 정도를 파악하고, 동시에 실시간 측정된 현재의 초음파 신호(실시간 초음파 FFT 크기)를 직전의 초음파 신호 세기와 비교한다.
이때, 현재의 영상데이터의 변화 방향 및 정도는 사용자가 몸체부(10)를 한 손으로 쥔 상태에서 초음파센서(16)가 부분방전 측정대상물(30)로 향하도록 하되, 조금씩 그 측정 위치를 가변시키는 동작을 취할 때, 직전의 영상데이터에 따른 측정대상물(30)이 현재의 영상데이터에 따른 위치로 변경되어 표시장치(27)에 디스플레이되는 것을 의미한다.
비교 결과, 표시장치(27)에 영상의 변화 표시가 이루어짐과 함께, 현재의 초음파 신호가 직전의 초음파 신호보다 크다면 표시장치(27)에 디스플레이되는 영상의 변화방향쪽과 동일한 방향을 지시하는 화살표(29)를 표시장치(27)의 화면에 표시하고, 현재의 초음파 신호가 직전의 초음파 신호보다 작다면 표시장치(27)에 디스플레이되는 영상의 변화방향쪽과 반대방향을 지시하는 화살표(29)를 표시장치(27)의 화면에 표시한다.
따라서, 측정자가 표시장치(27)의 화면에 표시되는 화살표(29)의 지시 방향쪽으로 몸체부(10)를 이동시키는 동시에 몸체부(10)에 일체로 된 초음파센서(16) 및 반사갓(14), 그리고 카메라(18)도 이동 조절되므로, 항상 초음파 신호가 큰 쪽 즉, 부분방전이 발생되는 정확한 위치쪽으로 초음파센서(16) 및 반사갓(14)을 향하게 하는 안내를 받을 수 있다.
예를 들어, 첨부한 도 4에 도시된 바와 같이 표시장치(27)에 디스플레이되는 부분방전 측정대상물(30)이 초음파센서(16) 및 반사갓(14), 그리고 카메라(18)로부터 멀어질 경우, 현재의 초음파 신호가 직전의 초음파 신호보다 작다면, 표시장치(27)에 표시되는 화살표(29)의 지시방향을 현재의 영상데이터의 변화 방향과 반대방향으로 표시함으로써, 측정자는 보다 큰 신호를 갖는 직전의 초음파 신호쪽으로 초음파센서(16) 및 반사갓(14), 그리고 카메라(18)를 이동 조절하는 것을 안내받게 된다.
반대로, 첨부한 도 4에 도시된 바와 같이 표시장치(27)에 디스플레이되는 부분방전 측정대상물(30)이 초음파센서(16) 및 반사갓(14), 그리고 카메라(18)와 점점 가까워질 경우, 현재의 초음파 신호가 직전의 초음파 신호보다 크면, 표시장치(27)에 표시되는 화살표(29)의 지시방향을 현재의 영상데이터의 변화 방향과 동일방향으로 표시함으로써, 측정자는 보다 큰 신호를 갖는 현재의 초음파 신호쪽으로 초음파센서(16) 및 반사갓(14), 그리고 카메라(18)를 이동 조절하는 것을 안내받게 된다.
이때, 영상의 이동방향의 파악이 불가능하거나, 변화가 없거나, 변화가 작으면, 초음파 신호 크기가 바뀌더라도 화살표 표시를 하지 않고, 영상이동의 거리에 비해 초음파 신호크기 변화가 크면 화살표 크기를 키우거나 작으면 줄여서 표시할 수 있다.
한편, 상기 신호처리 장치(24)에서 제어 처리된 각종 측정결과는 필요시 통신장치(25)를 통하여 컴퓨터(28)로 전송되어 추가적인 정밀 진단에 활용될 수 있다.
이상과 같이, 본 발명에 따르면 부분방전 측정대상물을 촬영한 영상데이터의 실시간 변화와, 측정된 부분방전 신호 크기를 나타내는 초음파 신호의 실시간 크기 정보를 조합하여, 더 큰 부분방전 신호가 발생하는 위치를 조준 지시하며 안내하는 화살표를 표시장치에 표시함으로써, 측정자는 몸체부를 비롯한 몸체부에 일체로 된 초음파센서 및 반사갓, 그리고 카메라 등을 화살표의 지시방향(부분방전 최대 신호가 발생하는 위치)쪽으로 이동 조절하기만 하면 되므로, 부분방전 측정시의 효율성 및 편의성을 크게 증대시킬 수 있다.
10 : 몸체부
12 : 손잡이홀
14 : 초음파 반사갓
16 : 초음파센서
18 : 카메라
19 : 배터리
20 : 종합 신호처리 장치
21 : 초음파앰프
22 : 가청신호 변환장치
23 : AD 변환 및 FFT
24 : 신호처리장치
25 : 통신장치
26 : 헤드폰
27 : 표시장치
28 : 컴퓨터
29 : 화살표
30 : 부분방전 측정대상물

Claims (7)

  1. 사용자가 손으로 쥘 수 있고, 종합 신호처리 장치(20)가 내장된 몸체부(10)와; 몸체부(10)의 하부에 장착되는 구동용 배터리(19)와; 포물선을 축 회전한 형태로 구비되어 몸체부(10)의 전단부에 일체로 장착되는 초음파 반사갓(14)과; 부분방전 측정대상물(30)로부터 부분방전에 따른 초음파 음을 감지하도록 초음파 반사갓(14)의 개방부 중앙 위치에 장착되는 초음파센서(16)와; 초음파 반사갓(14)의 상단부 중앙 위치에 장착되어 부분방전 측정대상물(30)을 촬영하는 카메라(18)와; 초음파센서(16)에서 측정된 초음파의 파형이 디스플레이되는 동시에 카메라(18)에서 촬영된 화상을 디스플레이하는 표시장치(27)와; 종합 신호처리 장치(20)와 통신장치(25)를 매개로 연결되는 컴퓨터(28)를 포함하는 결함위치 유도 기능을 갖는 휴대용 초음파 부분방전 측정 장치에 있어서,
    상기 종합 신호처리 장치(20)는 초음파센서(16)와 연결되어 초음파센서(16)로부터의 신호를 증폭시키는 초음파앰프(21)와, 초음파앰프(21)에서 증폭된 신호를 사람이 들을 수 있는 가청주파수로 변환시키는 가청신호 변환장치(22)와, 증폭된 아나로그 신호를 디지털신호로 변환시키고, 변환된 디지털신호를 실시간 FFT 알고리즘을 통하여 센서측정 주파수 크기로 변환하는 AD변환 및 FFT 장치(23)와, 가청주파수를 초음파의 크기를 나타내는 파형으로 전환하는 동시에 카메라(18)에서 촬영된 화상을 영상데이터 신호로 전환시키는 신호처리장치(24)로 구성되고,
    상기 신호처리장치(24)는 실시간 측정 영상데이터를 직전의 영상데이터와 비교하여 비교결과 표시장치(27)에 영상의 변화 표시가 이루어지도록 하고, 표시장치(27)에 표시되는 최대방전신호 유도용 화살표(29)를 이용하여, 영상의 변화방향을 최대신호(부분방전 세기가 센 쪽의 신호)가 발생되는 결함 위치 방향으로 안내하는 부분방전 측정방향유도 제어를 실시하는 동시에 실시간 초음파 FFT 크기를 직전 세기와 비교하여 최대신호 방향으로 안내하는 제어를 실시하는 것으로 구비되고,
    상기 초음파 반사갓(14)은 사용환경을 고려하여 초음파 반사갓(14)의 길이(L) 및 개구면 지름(D)을 달리하며 제작되고, L : D의 비율에 따라 초음파센서(16)의 장착 위치(p)도 가변되는 것을 특징으로 하는 결함위치 유도 기능을 갖는 휴대용 초음파 부분방전 측정 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 몸체부(10)에는 한 손으로 쥘 수 있도록 좌우로 관통된 손잡이홀(12)이 형성된 것을 특징으로 하는 결함위치 유도 기능을 갖는 휴대용 초음파 부분방전 측정 장치.
  3. 삭제
  4. 몸체부(10)를 비롯하여 몸체부(10)에 일체로 된 초음파센서(16) 및 반사갓(14), 그리고 카메라(18)를 부분방전 측정대상물(30)로 향하게 하는 단계와; 초음파센서(16)에서 부분방전이 발생될 때의 초음파 음을 감지하는 단계와; 측정된 초음파 신호를 초음파앰프(21)에서 증폭하는 단계와; 증폭된 신호를 가청신호 변환장치(22)를 통하여 측정자가 들을 수 있는 가청 주파수로 변환하는 단계와; 증폭된 아나로그 신호를 A/D 변환 및 FFT 장치(23)를 통해 디지털신호로 변환하는 동시에 실시간 FFT 알고리즘을 통하여 센서 측정 주파수 크기로 변환하는 단계; 카메라(18)에서 촬영된 측정대상물(30)에 대한 실시간 영상데이터가 신호처리장치(24)로 전송되는 단계; 를 포함하는 결함위치 유도 기능을 갖는 휴대용 초음파 부분방전 측정 방법에 있어서,
    상기 카메라에서 촬영된 실시간 측정 영상데이터를 직전의 영상데이터와 비교하여 비교결과 표시장치(27)에 영상의 변화 표시가 이루어지도록 하는 단계와;
    상기 카메라에서 촬영된 화상을 디스플레이하는 표시장치(27)에 최대방전신호 유도용 화살표(29)를 표시하여, 영상의 변화방향을 최대신호(부분방전 세기가 센 쪽의 신호)가 발생되는 결함 위치 방향으로 안내하되, 실시간 초음파 FFT 크기를 직전 세기와 비교하여 최대신호 방향으로 안내하는 부분방전 측정방향 유도 제어 단계;
    를 포함하고,
    실시간 측정된 현재의 초음파 신호(실시간 초음파 FFT 크기)를 직전의 초음파 신호 세기와 비교한 결과,
    현재의 초음파 신호가 직전의 초음파 신호보다 크다면, 상기 표시장치(27)에 디스플레이되는 화살표(29)의 지시방향을 표시장치(27)에 디스플레이되는 영상의 변화방향쪽과 동일한 방향을 지시하는 것을 특징으로 하는 결함위치 유도 기능을 갖는 휴대용 초음파 부분방전 측정 방법.
  5. 삭제
  6. 청구항 4에 있어서,
    실시간 측정된 현재의 초음파 신호(실시간 초음파 FFT 크기)를 직전의 초음파 신호 세기와 비교한 결과,
    현재의 초음파 신호가 직전의 초음파 신호보다 작다면, 상기 표시장치(27)에 디스플레이되는 화살표(29)의 지시방향을 표시장치(27)에 디스플레이되는 영상의 변화방향쪽과 반대방향을 지시하는 것을 특징으로 하는 결함위치 유도 기능을 갖는 휴대용 초음파 부분방전 측정 방법.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 영상의 변화 방향이 파악되지 않거나, 변화가 없거나, 변화가 작으면, 초음파 신호 크기가 바뀌더라도 표시장치(27)에 화살표(29)를 표시하지 않고,
    영상이동의 거리에 비해 초음파 신호크기 변화가 크면 화살표 크기를 키우거나 작으면 줄여서 표시하도록 한 것을 특징으로 하는 결함위치 유도 기능을 갖는 휴대용 초음파 부분방전 측정 방법.
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