KR101479469B1 - 전력케이블의 부분방전 측정을 위한 gps를 이용한 주파수 동기 시스템 및 방법 - Google Patents

전력케이블의 부분방전 측정을 위한 gps를 이용한 주파수 동기 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전력케이블의 부분방전 측정을 위한 GPS를 이용한 주파수 동기 방법에 관한 것으로서, PD계측기의 주파수 동기화를 위해 원격으로부터 주파수 기준 신호와 GPS의 동기신호를 PD 계측기의 동기신호로 이용하여 케이블의 부분방전을 진단할 수 있는 주파수 동기 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 전력케이블의 부분방전 측정을 위한 GPS를 이용한 주파수 동기 시스템은, 전력케이블의 입력 동기신호를 발생하는 동기신호 발생부와, GPS 절대시간 정보를 기준으로 위성 1PPS(Pulse Per Second) 신호를 출력하는 GPS 위성과, 상기 동기신호 발생부로부터 GPS 신호를 이용하여 입력되는 입력 동기신호의 상승 제로 크로스(Zero Cross) 신호의 위치 및 주파수를 검출하고, 검출된 신호를 동기신호 수신기로 송신하는 동기신호 송신기와, 상기 동기신호 송신기로부터 수신된 제로 크로스 신호의 위치 및 주파수 값을 상기 GPS 위성의 GPS 신호와 동기하여 PD 계측기로 출력하는 동기신호 수신기와, 상기 동기신호 수신기로부터 상기 전력케이블의 부분방전 측정용 동기신호를 입력받는 PD 계측기를 포함하여 이루어진다.

Description

전력케이블의 부분방전 측정을 위한 GPS를 이용한 주파수 동기 시스템 및 방법{FREQUENCY SYNCHRONOUS SYSTEM AND METHOD USING GPS FOR MEASURING PARTIAL DISCHARGE OF POWER CABLE}
본 발명은 전력케이블의 부분방전 측정을 위한 GPS를 이용한 주파수 동기 시스템 및 방법에 관한 것으로서, PD계측기의 주파수 동기화를 위해 원격지의 주파수 기준신호를 GPS신호를 이용 PD계측기에 동기신호를 전송하여 케이블의 부분방전을 진단할 수 있는 주파수 동기 시스템 및 방법에 관한 것이다.
전력케이블 및 부속재로 이루어진 전력설비에서 결함이 발생할 경우 그 결함부분에서 부분방전이 발생하며, 이러한 부분방전이 지속되면 전력케이블 및 부속재의 열화를 촉진시키며 이는 케이블의 절연파괴 현상으로 발전하게 된다.
따라서, 최근에는 전력케이블을 통해 전력을 전송할 시에 발생하는 부분 방전의 발생 유무를 신속하고 오차 없이 찾아 절연파괴 현상이 악화 되는 것을 방지할 수 있는 부분 방전 발생 진단기술의 연구가 지속적으로 행해져 오고 있다.
전력케이블의 부분 방전은 전력케이블에 설치된 LFCT(Low Frequency Current Transformer) 또는 Rogowski Coil 등의 센서를 이용하여 전기적으로 검출한다.
이러한 전력케이블의 부분 방전은 PD 계측기를 이용하는 데, 부분 방전을 진단하기 위해서는 PD 계측기와 전력케이블 간의 주파수 동기화가 필수적이다.
이를 위해 종래에는 전력케이블의 인근에 설치된 PD 계측기를 이용하기 위해서 전력케이블에 직접 설치된 LFCT 또는 Rogowski Coil 센서로부터 전력케이블의 주파수를 획득하여 이를 PD 계측기의 동기 신호로 사용하고 있다.
하지만, 실제 전력케이블의 부분 방전을 측정하기 위해서 현장에 설치된 전력케이블의 LFCT 또는 Rogowski Coil 로부터 PD 계측기의 동기 신호를 취득한다는 것은 전력케이블과 측정 장비간의 거리, 전력케이블에 흐르는 전류의 크기에 따른 제약이 존재하고, 특히 이동형 내압기를 이용하여 PD 시험을 하는 경우에는 전력케이블에 흐르는 전류가 매우 미약하여 주파수 동기화가 큰 문제가 된다.
상술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, PD 계측기의 동기신호를 취득이 수월한 원격지 장소에서 수신하여 이를 동기신호로 활용하기 위한 기술을 제공하기 위함이다.
또한, 원격지 장소에서 전력케이블의 동기신호를 GPS 신호와 동기시켜 이를 PD 계측기의 동기신호로 사용함으로써, 위상신호 취득이 어려운 장소에서도 수월하게 전력케이블의 부분 방전 측정이 가능하게 하기 위함이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 전력케이블의 부분방전 측정을 위한 GPS를 이용한 주파수 동기 시스템은, 전력케이블의 입력 동기신호를 발생하는 동기신호 발생부와, GPS 절대시간 정보를 기준으로 위성 1PPS(Pulse Per Second) 신호를 출력하는 GPS 위성과, 상기 동기신호 발생부로부터 GPS 신호를 이용하여 입력되는 입력 동기신호의 상승 제로 크로스(Zero Cross) 신호의 위치 및 주파수를 검출하고, 검출된 신호를 동기신호 수신기로 송신하는 동기신호 송신기와, 상기 동기신호 송신기로부터 수신된 제로 크로스 신호의 위치 및 주파수 값을 상기 GPS 위성의 GPS 신호와 동기하여 PD 계측기로 출력하는 동기신호 수신기와, 상기 동기신호 수신기로부터 상기 전력케이블의 부분방전 측정용 동기신호를 입력받는 PD 계측기를 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 동기신호 발생부로부터 발생되는 입력 동기신호는 LFCT 또는 Rogowski Coil 센서를 이용하여 전력케이블에서 취득된 동기신호이거나, AC 내압기의 분압기로부터 취득된 동기신호일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 전력케이블의 부분방전 측정을 위한 GPS를 이용한 주파수 동기 방법은, 동기신호 발생부로부터 전력케이블의 입력 동기신호가 동기신호 송신기로 전송되는 입력 동기신호 발송단계; 동기신호 송신기에 의해 GPS 위성으로부터 입력되는 GPS 신호를 이용하여 전력케이블의 입력 동기신호의 제로 크로스 신호의 위치 및 주파수를 검출하고, 동기신호 수신기로 전송하는 제로크로스 검출단계; 동기신호 수신기에 의해 수신된 전력케이블 입력 동기신호의 제로 크로스 신호의 위치 및 주파수 값을 상기 GPS 위성의 GPS 신호와 동기하여 PD 계측기로 출력하는 동기신호 출력단계; 및 상기 동기신호 수신기로부터 수신되는 신호를 전력케이블의 부분방전 측정을 위한 PD 계측기의 동기신호로 하는 동기신호 취득단계;를 포함하여 이루어질 수 있다.
상술한 본 발명의 구성에 따르면, PD 계측기의 동기신호를 취득이 수월한 원격지 장소에서 수신하여 이를 동기신호로 활용할 수 있고, 원격지 장소에서 전력케이블의 동기신호를 GPS 신호와 동기시켜 이를 PD 계측기의 동기신호로 사용함으로써 위상신호 취득이 어려운 장소에서도 수월하게 전력케이블의 부분 방전 측정이 가능하게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 전력케이블의 부분방전 측정 개략 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 전력케이블의 부분방전 측정을 위한 GPS를 이용한 주파수 동기 시스템 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 전력케이블의 부분방전 측정을 위한 GPS를 이용한 주파수 동기 시스템에 의해 검출되는 신호 검출 파형을 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 전력케이블의 부분방전 측정을 위한 GPS를 이용한 주파수 동기 방법의 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 전력케이블의 부분방전 측정을 위한 GPS를 이용한 주파수 동기 시스템의 구성, 방법 및 작용효과를 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 전력케이블의 부분방전 측정 개략 구성도이다.
포설된 전력케이블(111)에 동기신호 감지센서(113)와 부분방전 감지센서(116)를 장착한 상태에서(도시된 112번은 케이블 중간 접속함을 표시한 것임), 동기신호 감지센서(113)와 부분방전 감지센서(116)로부터 신호를 수신하여 이를 계측하는 PD 계측기(114)가 연결된다.
전력케이블의 부분방전을 측정하기 위해서는 전력케이블(111)과 부분방전신호의 신호 동기가 필요하고, PD 계측기(114)는 전력케이블(111)과의 주파수 동기화가 필요하다.
일반적으로 동기 신호는 LFCT(Low Frequency Current Transformer) 또는 Rogowski Coil 센서가 사용될 수 있다.
PD 계측기(114)는 케이블과의 주파수 동기화를 위해 동기신호(115)를 입력받아 동기화된다.
PD 계측기(114)는 일정 대역 이외의 신호에 대한 노이즈를 제거함으로써 서지전압의 유입을 방지하기 위한 대역필터, 대역필터로부터 인가된 정전용량값을 수신하기 위한 데이터 수신부, 데이터 수신부를 통해 각 부분방전 감지센서로부터 수신된 정전용량값을 부분방전값으로 환산하기 위한 연산부, 연산부를 통해 환산된 부분방전 값을 인가받아 부분방전신호의 위상분포를 검출하여 부분 방전값의 크기 및 부분 방전값을 검출하는 위상검출부, 환산부를 통해 환산된 부분방전값을 인가받아 부분방전신호의 주기분포를 검출함으로써 초당 부분방전의 발생빈도 값을 검출하는 펄스계수기, 주기당 부분방전 발생빈도의 부분방전 데이터를 표시하기 위한 표시부, 정전용량값 및 부분방전값의 대응 데이터값이 저장되어져 있으며 부분방전 감지센서가 접속된 각 채널별 부분방전 감지센서의 위치정보가 저장되는 메모리 및 부분방전 감지센서로부터 수신된 정전용량값을 부분방전값으로 환산하고 환산값으로부터 부분방전신호의 위상분포 및 주기분포를 검출하도록 제어하는 제어부로 구성될 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 전력케이블의 부분방전 측정을 위한 GPS를 이용한 주파수 동기 시스템 구성도이다.
도 1에 도시된 동기신호(115)는 다음과 같은 시스템에 의해 얻게 된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 전력케이블(218)은 도면과 같이 포설되는 데, 전력케이블(218)과 전력케이블(218) 사이마다 중간 접속함(219)이 접속되고, 전력케이블(218) 양단에는 종단 접속함(220)이 접속된다.
본 발명에 따른 전력케이블의 부분방전 측정을 위한 GPS를 이용한 주파수 동기 시스템은 동기신호 발생부(210), GPS 위성(211), 동기신호 송신기(212), 동기신호 수신기(213) 및 PD 계측기(214)로 이루어진다.
동기신호 발생부(210)는 원격지(또는 전력케이블이 포설된 위치)의 신호 발생지로서, LFCT(Low Frequency Current Transformer) 또는 Rogowski Coil 센서(213)에 의해 취득된 동기신호일 수 있으며 또한 AC 내압기를 이용하여 PD 시험시 AC 내압기의 동기 신호를 분압기(Voltage Divider)에서 취득할 수 있는 동기신호이며 그 제한은 없다.
GPS 위성(211)은 입력 동기신호(또는 출력 동기신호)와 시각 동기화를 위해 사용되며, GPS 절대시간 정보를 기준으로 출력되는 1PPS(Pulse Per Second)를 이용한다.
동기신호 송신기(212)는 입력 동기신호(전력케이블의 동기신호)를 입력받아 GPS 신호를 이용하여 입력 동기신호의 상승 제로 크로스(Zero Cross) 신호의 위치 및 주파수를 검출하여 동기신호 수신기(213)로 송신하는 역할을 한다.
동기신호 수신기(213)는 동기신호 송신기(212)로부터 동기신호의 제로 크로스 신호의 위치 및 주파수 값을 수신하고, 이를 다시 GPS 신호와 동기하여 PD 계측기(214)로 출력한다.
PD 계측기(214)는 출력 동기신호를 수신받아 이를 전력케이블의 부분 방전 측정용 동기신호로 활용하게 된다.
도 3은 본 발명에 따른 전력케이블의 부분방전 측정을 위한 GPS를 이용한 주파수 동기 시스템에 의해 검출되는 신호 검출 파형을 나타낸 것이다.
상부에 도시된 파형은 GPS 위성(211)으로부터 보내지는 PPS 파형 신호를 나타낸 것이고, 하부에 도시된 파형은 전력케이블의 입력 동기신호이다.
't'는 전력케이블의 입력 동기신호의 제로 크로스 시작 위치를 확인하기 위한 값이며, 'T'는 입력 동기신호의 사이클 시간으로서 전력케이블의 주파수 값을 계산하는 데 이용된다.
도 4는 본 발명에 따른 전력케이블의 부분방전 측정을 위한 GPS를 이용한 주파수 동기 벙법의 순서도이다.
먼저, 원격지(210)로부터 전력케이블의 입력 동기신호가 동기신호 송신기(212)로 전송된다(S401).
동기신호 송신기(212)는 입력된 전력케이블의 입력 동기신호와 GPS 위성(211)으로부터 전송되는 GPS 신호를 수신한다(S402).
동기신호 송신기(212)는 입력되는 GPS 신호를 이용하여 전력케이블의 입력 동기신호의 제로 크로스 신호의 위치 및 주파수를 검출한다(S403). 제로 크로스 신호의 위치 및 주파수를 검출하기 위해 동기신호 송신기(212) 내부에는 신호 처리부가 구비될 수 있다.
동기신호 송신기(212)는 검출된 입력 동기신호의 제로 크로스 신호 위치 및 주파수 값을 동기신호 수신기(213)로 전송한다(S404).
동기신호 수신기(213)는 수신된 전력케이블 입력 동기신호의 제로 크로스 신호의 위치 및 주파수 값을 GPS 위성(211)의 GPS 신호와 동기하여 PD 계측기로 출력한다(S405).
PD 계측기(214)는 입력되는 신호를 동기신호로 하여 전력케이블의 부분방전 측정을 시행하게 된다(S406).
이렇게 함으로써, PD 계측기(214)의 전력케이블 부분방전 측정을 위한 전력케이블과의 신호 동기화를 원격지에서 보내지는 신호를 GPS 신호와 동기화하도록 하여 동기신호의 취득이 가능하여 전력케이블의 부분방전 측정을 원활하게 계측할 수 있게 된다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
111, 218 : 전력케이블 112, 219 : 중간접속함
113, 213 : 동기신호 감지센서 114, 214 : PD 계측기
115, 215 : 동기신호 116, 216 : 부분방전 감지센서
210 : 동기신호 발생부 211 : GPS 위성
212 : 동기신호 송신기 213 : 동기신호 수신기
217 : 접지 220 : 종단접속함

Claims (3)

  1. 전력케이블의 입력 동기신호를 발생하는 동기신호 발생부와,
    GPS 절대시간 정보를 기준으로 위성 1PPS(Pulse Per Second) 신호를 출력하는 GPS 위성과,
    상기 동기신호 발생부로부터 GPS 신호를 이용하여 입력되는 입력 동기신호의 상승 제로 크로스(Zero Cross) 신호의 위치 및 주파수를 검출하고, 검출된 신호를 동기신호 수신기로 송신하는 동기신호 송신기와,
    상기 동기신호 송신기로부터 수신된 제로 크로스 신호의 위치 및 주파수 값을 상기 GPS 위성의 GPS 신호와 동기하여 PD 계측기로 출력하는 동기신호 수신기와,
    상기 동기신호 수신기로부터 상기 전력케이블의 부분방전 측정용 동기신호를 입력받는 PD 계측기를 포함하여 이루어지는, 전력케이블의 부분방전 측정을 위한 GPS를 이용한 주파수 동기 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 동기신호 발생부로부터 발생되는 입력 동기신호는 LFCT(Low Frequency Current Transformer) 또는 Rogowski Coil 센서를 이용하여 전력케이블에서 취득된 동기신호이거나, AC 내압기의 분압기로부터 취득된 동기신호인, 전력케이블의 부분방전 측정을 위한 GPS를 이용한 주파수 동기 시스템.
  3. 동기신호 발생부로부터 전력케이블의 입력 동기신호가 동기신호 송신기로 전송되는 입력 동기신호 발송단계;
    동기신호 송신기에 의해 GPS 위성으로부터 입력되는 GPS 신호를 이용하여 전력케이블의 입력 동기신호의 제로 크로스 신호의 위치 및 주파수를 검출하고, 동기신호 수신기로 전송하는 제로크로스 검출단계;
    동기신호 수신기에 의해 수신된 전력케이블 입력 동기신호의 제로 크로스 신호의 위치 및 주파수 값을 상기 GPS 위성의 GPS 신호와 동기하여 PD 계측기로 출력하는 동기신호 출력단계; 및
    상기 동기신호 수신기로부터 수신되는 신호를 전력케이블의 부분방전 측정을 위한 PD 계측기의 동기신호로 하는 동기신호 취득단계;를 포함하는, 전력케이블의 부분방전 측정을 위한 GPS를 이용한 주파수 동기 방법.
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