KR101531641B1 - 전력케이블 부분방전 측정장치 및 이를 이용한 측정방법 - Google Patents

전력케이블 부분방전 측정장치 및 이를 이용한 측정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전력케이블의 부분방전 측정장치에 관한 것으로 하나 이상의 전력 케이블들의 하나 이상의 접속부들에 설치되어 하나 이상의 전력 케이블들의 부분방전신호를 감지하는 하나 이상의 부분방전 측정센서들, 하나 이상의 전력 케이블들과 이격 설치되어 하나 이상의 전력 케이블들의 외부로부터 발생하는 잡음을 검출하는 하나 이상의 외부 노이즈 검출용 센서들, 하나 이상의 부분방전 측정센서들과 상기 하나 이상의 외부 노이즈 검출용 센서들이 감지한 신호를 입력받아서 잡음을 제거하고, 입력받은 신호의 크기와 파형의 특성을 분석하는 하나 이상의 로컬 유니트부들 및 하나 이상의 로컬 유니트부들로부터 데이터를 전송받아서 부분방전 발생 여부와 부분방전 발생위치를 측정하고, 하나 이상의 로컬 유니트부들의 동기화를 지시하는 메인 유니트부를 포함하는 것을 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

전력케이블 부분방전 측정장치 및 이를 이용한 측정방법 {A partial discharge measuring apparatus in a power cable and a method therof}
본 발명은 광범위한 범위에 걸쳐 매설되어 있는 전력 케이블의 결함 발생시 나타나는 부분방전 신호의 측정하고 그 발생 위치를 추정하여 전력 케이블의 상태를 진단할 수 있는 전력 케이블의 부분방전 및 발생위치 측정 장치 및 이를 이용한 측정 방법에 관한 것이다.
최근에는 전기에너지에 대한 수요증가와 도시환경의 미화적 측면을 고려하여 고압 또는 초고압 지중 전력용 케이블이 널리 이용되고 있다. 그런데, 지중 전력용 케이블은 지중에 설치되어 접근성이 좋지 않기 때문에 고장이 발생하는 경우에 막대한 수리 비용과 복구 시간이 필요하게 되며, 이에 따라 전기에너지를 이용하지 못하는 사용자의 불편함도 발생하게 된다. 따라서, 지중 전력용 케이블의 상태를 실시간으로 감시 및 진단할 수 있는 활선(On-line) 진단 장치 및 방법이 필요하다.
지중 전력용 케이블의 고장을 유발하는 대다수의 원인은 절연파괴와 관련되며, 절연파괴의 징후로서 부분방전 신호가 발생한다. 일반적으로, 부분방전(Partial Discharge)이란 절연 시스템에서 발생하는 국부적인 전기방전 현상으로서, 절연체의 일부분에서 발생하여 전극 간에 완전한 절연파괴를 일으키지 않기 때문에 부분방전이라 일컬어진다. 부분방전은 설비의 제조 및 시공결함, 유지보수결함, 운영상의 스트레스, 자연 열화 등의 원인으로 절연 내력을 잃으면서 발생할 수 있는데, 통상적으로 이러한 부분방전의 검출은 부분방전 중에 발생하는 에너지의 변환을 감지함으로써 수행될 수 있다.
따라서, 지중 전력용 케이블의 고장으로 인해 발생하는 부분방전 신호를 실시간으로 측정하고 그 발생위치를 알면, 결함이 발생된 부분의 케이블만을 빠른 시간내에 교체함으로써 고장을 간단히 해소할 수 있는 큰 이점이 있다.
그러나, 이러한 지중 전력용 케이블에서의 부분방전 신호 검출 및 발생 위치 추정에서의 가장 큰 문제는 전력용 케이블 내에서 발생하는 부분방전 신호가 케이블을 따라 진행할 경우 진행거리가 길어질수록 주파수 및 크기가 감쇄된다는 것과 부분방전 신호와 함께 측정되는 현장 잡음이다.
기존의 지중 전력용 케이블의 부분방전 신호 검출 및 발생 위치 추정 방법에서는 현장 잡음을 제거하기 위하여 주로 필터를 이용하고, 위치 추정시에는 부분방전 발생 신호의 직접파와 반사파의 펄스 도달 시간차를 이용하거나 부분방전 신호의 감쇄량을 이용한다.
하지만, 기존의 필터를 이용하는 방법은 현장 잡음이 지중 전력용 케이블에서 부분방전 신호의 발생 대역에서 나타나면 제거하지 못하는 단점이 있었다. 또한, 기존의 지중 전력용 케이블의 부분방전 신호 검출 및 발생 위치를 추정하는 방법 중 부분방전 발생 신호의 직접파와 반사파의 펄스 도달 시간차를 이용하여 발생 위치를 추정하는 방법은 임피던스의 불연속 지점에서 반사되어 케이블을 따라 전송되는 반사파의 크기가 매우 작을 경우에 부분방전 발생 위치를 추정하지 못하는 단점이 있다. 그리고, 부분방전 신호의 감쇄량을 이용하는 방법의 경우는 도체 손실과 유전손실이 케이블의 종류마다 다르며, 특정 주파수에서의 전송거리에 따른 신호의 감쇄 정도 정보를 이용하는데, 부분방전 신호의 특성상 특정 주파수가 아닌 광대역에 분포하며 부분방전 신호가 케이블을 따라 이동한 정도에 따라 주파수 대역이 변하기 때문에 상기 정보를 이용할 경우에 오차가 발생할 수 있는 문제점이 있다.
따라서, 현장의 잡음을 제거하여 신뢰성 있는 실시간 지중 전력용 케이블의 상태 진단 및 부분방전의 정확한 위치를 추정할 수 있는 기술 개발이 시급한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 부분방전 측정감도가 향상된 전력 케이블의 부분방전 측정 장치를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명에서는 전력 케이블의 결함 발생 위치를 정확하게 측정할 수 있는 전력 케이블의 부분방전 측정 장치를 제공하고자 한다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에서는 하나 이상의 전력 케이블들의 하나 이상의 접속부들에 설치되어 상기 하나 이상의 전력 케이블들의 부분방전신호를 감지하는 하나 이상의 부분방전 측정센서들; 상기 하나 이상의 전력 케이블들과 이격 설치되어 상기 하나 이상의 전력 케이블들의 외부로부터 발생하는 잡음을 검출하는 하나 이상의 외부 노이즈 검출용 센서들; 상기 하나 이상의 부분방전 측정센서들과 상기 하나 이상의 외부 노이즈 검출용 센서들이 감지한 신호를 입력받아서 잡음을 제거하고, 입력받은 신호의 크기,신호의 도착시간과 파형의 특성을 분석하는 하나 이상의 로컬 유니트부들; 및 상기 하나 이상의 로컬 유니트부들로부터 데이터를 전송받아서 부분방전 발생 여부와 부분방전 발생위치를 측정하고, 상기 하나 이상의 로컬 유니트부들의 동기화를 지시하는 메인 유니트부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력케이블의 부분방전 측정 장치를 제공한다.
또한, 상기 하나 이상의 로컬 유니트부들은 상기 하나 이상의 부분방전 측정센서들과 상기 하나 이상의 외부 노이즈 검출용 센서들로부터 입력받은 신호의 크기, 신호의 도착시간과 파형의 특성을 분석하는 신호 측정부;와 상기 하나 이상의 부분방전 측정센서들과 상기 하나 이상의 외부 노이즈 검출용 센서들로부터 입력받은 신호의 잡음을 제거하는 잡음 제거부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력케이블의 부분방전 측정 장치를 제공한다.
또한, 상기 하나 이상의 로컬 유니트부들은 상기 하나 이상의 전력 케이블들의 중간 접속부와 종단 접속부마다 각각 하나씩 설치되는 것을 특징으로 하는 전력케이블의 부분방전 측정장치를 제공한다.
또한, 상기 신호 측정부는 상기 하나 이상의 부분방전 측정센서들과 상기 하나 이상의 외부 노이즈 검출용 센서들로부터 입력받은 신호를 고속 아날로그 디지털 컨버터(ADC)를 이용하여 디지털 값들로 저장하고, 상기 디지털 값들을 윈도우잉(Windowing)하여 하나의 파형을 이루는 디지털 값들을 추출하고, 모양 인자(Shape factor)와 첨도(Kurtosis)를 이용하여 상기 하나의 파형의 특성을 계산하는 것을 특징으로 하는 전력케이블의 부분방전 측정 장치를 제공한다.
또한, 모양 인자(Shape factor)와 첨도(Kurtosis)를 이용한 상기 하나의 파형의 특성의 계산은
Figure 112014126546463-pat00001
(수식 1)
Figure 112014126546463-pat00002
(수식 2)
의 식들을 이용하여 구하고,
상기 식의
Figure 112013115785511-pat00003
는
Figure 112014126546463-pat00004
(수식 1-2)
의 식을 이용하며 구하고,
상기 수식 1, 수식 2 및 수식 1-2에서, x는 측정 신호, N은 측정 신호의 길이,
Figure 112014126546463-pat00005
는 표준편차를 의미하는 것을 특징으로 하는 전력케이블의 부분방전 측정 장치를 제공한다.
또한, 상기 잡음 제거부는 상기 하나 이상의 전력 케이블들이 3상 전원의 전력 전송을 담당하는 경우, 각 상을 담당하는 전력 케이블의 동일한 위치에 장착된 부분방전 측정센서로부터 동일한 시간에 입력받은 신호들을 상기 신호 처리부가 처리하여 산출한 모양 인자와 첨도의 값들이 모두 기설정된 일정 범위 내에 있는 경우, 이를 잡음으로 판단하는 것을 특징으로 하는 전력 케이블의 부분방전 측정 장치를 제공한다. 즉, 상기 신호 처리부가 처리하여 산출한 모양 인자와 첨도의 값들이 모두 기설정된 일정 범위 내에 있는 경우, 이를 잡음으로 판단하는 것을 특징으로 하는 전력 케이블의 부분방전 측정 장치를 제공한다.
또한, 상기 잡음 제거부는 상기 하나 이상의 부분방전 측정센서들과 상기 하나 이상의 외부 노이즈 검출용 센서들로부터 동일한 시간에 입력받은 신호는 잡음으로 판단하는 것을 특징으로 하는 전력 케이블의 부분방전 측정 장치를 제공한다.
또한, 상기 메인 유니트부는 상기 하나 이상의 로컬 유니트부들의 동기화를 지시하는 동기화 지시부;와 상기 하나 이상의 로컬 유니트부들로부터 전송받은 데이터를 이용하여 부분방전 신호를 분석하는 부분방전 데이터 분석부; 및 상기 하나 이상의 로컬 유니트부들로부터 전송받은 데이터를 이용하여 부분방전 위치를 계산하는 부분방전 발생위치 추정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 케이블 부분방전 측정 장치를 제공한다.
또한, 상기 동기화 지시부는 위성항법장치(GPS, Global positioning system) 위성으로부터 동기 신호를 전송 받은 후 이를 상기 하나 이상의 로컬 유니트부들로 전송시켜서 동기화를 수행하는 것을 특징으로 하는 전력 케이블 부분방전 측정 장치를 제공한다.
또한, 상기 동기화 지시부는 임의의 신호를 발생시키고 이 신호를 상기 하나 이상의 로컬 유니트부들로 전송하고, 상기 하나 이상의 로컬 유니트들로부터의 응답 신호를 받아서 동기화를 수행하는 것을 특징으로 하는 전력 케이블 부분방전 측정장치를 제공한다.
또한, 상기 부분방전 데이터 분석부는 상기 하나 이상의 부분방전 측정센서들과 상기 하나 이상의 노이즈 검출용 센서들로부터 입력받은 신호의 잡음제거 후의 신호에 대하여 피알피디에이(PRPDA, Phase Resolved Partial Discharge Analysis)를 이용하여 분석하는 것을 특징으로 하는 전력 케이블 부분방전 측정장치를 제공한다.
또한, 상기 부분방전 발생위치 추정부는 하나의 전력 케이블의 부분방전 측정센서들이 측정한 부분방전 신호를 티오에이(TOA, Time of Arrival) 기법을 이용하여 부분방전 발생위치를 추정하는 것을 특징으로 하는 전력 케이블 부분방전 측정장치를 제공한다.
또한,
상기 티오에이 기법은
Figure 112014126546463-pat00006
(수식 3)
Figure 112014126546463-pat00007
(수식 4)
Figure 112014126546463-pat00008
(수식 5)
의 식들을 이용하여 부분방전 발생위치를 추정하며,
상기 수식 3 내지 수식 5에서,
Figure 112014126546463-pat00009
과
Figure 112014126546463-pat00010
는 상기 하나 이상의 부분방전 측정센서들이 측정한 부분방전 신호의 도착시간 값이며, L은 부분방전 신호를 측정한 상기 하나 이상의 부분방전 측정센서들이 설치된 전력 케이블의 길이 값이고, v는 부분방전 신호의 전력 케이블 내의 전송 속도이며, d는 상기 하나 이상의 부분방전 측정센서들과 전력 케이블에서 부분방전이 발생한 위치, 결합의 위치인 것을 특징으로 하는 전력 케이블 부분방전 측정장치를 제공한다.
또한, 상기 하나 이상의 부분방전 측정센서들은 금속 박센서 또는 에이치에프씨티(HFCT, High Frequency Current Transfomer)로 구성되고, 상기 하나 이상의 전력 케이블들은 지하에 매설되는 지중 케이블이며, 상기 하나 이상의 전력 케이블들은 삼상 전원의 각 상의 전력 전송을 담당하는 것을 특징으로 하는 전력케이블의 부분방전 측정 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 하나 이상의 전력 케이블들로부터 부분방전신호가 발생되는 단계; 상기 하나 이상의 전력 케이블들의 하나 이상의 접속부들에 설치된 하나 이상의 부분방전 측정센서들이 상기 하나 이상의 전력 케이블들로부터 상기 부분방전신호를 검출하는 단계; 상기 하나 이상의 전력 케이블들과 이격되어 설치된 하나 이상의 외부 노이즈 검출용 센서들이 상기 하나 이상의 전력 케이블들의 외부로부터 발생하는 잡음을 검출하는 단계; 상기 하나 이상의 부분방전 측정센서들이 검출된 상기 부분방전신호와 상기 하나 이상의 외부 노이즈 검출용 센서들이 검출한 잡음이 하나 이상의 로컬 유니트부들로 전송되는 단계; 상기 하나 이상의 로컬 유니트부들이 상기 하나 이상의 로컬 유니트부들로 전송된 상기 부분방전신호의 잡음을 제거하는 단계; 상기 하나 이상의 로컬 유니트부들이 잡음이 제거된 데이터를 메인 유니트부로 전송하는 단계; 및 상기 메인 유니트부가 상기 하나 이상의 로컬 유니트부들로부터 수신한 데이터를 분석하여 상기 하나 이상의 전력 케이블의 부분방전 발생여부와 부분방전 발생위치를 추정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 케이블의 부분방전 측정 방법을 제공한다.
또한, 상기 메인 유니트부가 상기 하나 이상의 로컬 유니트부들로부터 수신한 데이터를 분석하여 상기 하나 이상의 전력 케이블의 부분방전 발생여부와 부분방전 발생위치를 추정하는 단계 이전에, 상기 메인 유니트부가 상기 하나 이상의 로컬 유니트부들의 동기화를 지시하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 케이블의 부분방전 측정 방법을 제공한다.
또한, 상기 하나 이상의 로컬 유니트부들이 상기 하나 이상의 부분방전 측정센서와 상기 하나 이상의 외부 노이즈 검출센서들로부터 전송된 상기 부분방전신호의 잡음을 제거하는 방법은 상기 하나 이상의 전력 케이블들이 3상 전원의 전력 전송을 담당하는 경우, 각 상을 담당하는 전력 케이블의 동일한 위치에 장착된 부분방전 측정센서로부터 동일한 시간에 입력받은 신호들을 상기 신호 처리부가 처리하여 산출한 모양 인자와 첨도의 값들이 모두 기설정된 일정 범위 내에 있는 경우, 이를 잡음으로 판단하는 것을 특징으로 하는 전력 케이블의 부분방전 측정 장치을 제공한다. 즉, 입력받은 신호들을 상기 신호 처리부가 처리하여 산출한 모양 인자와 첨도의 값들이 모두 기설정된 일정 범위 내에 있는 경우, 이를 잡음으로 판단하는 것을 특징으로 하는 전력 케이블의 부분방전 측정 장치를 제공한다.
또한, 상기 하나 이상의 로컬 유니트부들이 상기 하나 이상의 부분방전 측정센서와 상기 하나 이상의 외부 노이즈 검출센서들로부터 전송된 상기 부분방전신호의 잡음을 제거하는 방법은 상기 하나 이상의 부분방전 측정센서들과 상기 하나 이상의 외부 노이즈 검출용 센서들로부터 동일한 시간에 입력받은 신호는 잡음으로 판단하는 것을 특징으로 하는 전력 케이블의 부분방전 측정 방법을 제공한다.
또한, 상기 잡음제거 과정중에서 파형의 특성 계산은 모양 인자(Shape factor)와 첨도(Kurtosis)를 이용하며 그 계산은
Figure 112014126546463-pat00011
(수식 1)
Figure 112014126546463-pat00012
(수식 2)
의 식들을 이용하여 구하고,
상기 수식 1의
Figure 112014126546463-pat00013
는
Figure 112014126546463-pat00014
(수식 1-2)
의 식을 이용하며 구하고,
상기 수식 1, 수식 2 및 수식 1-2에서, x는 측정 신호, N은 측정 신호의 길이,
Figure 112014126546463-pat00015
는 표준편차를 의미하는 것을 특징으로 하는 전력케이블의 부분방전 측정 방법을 제공한다.
또한, 상기 메인 유니트부가 상기 하나 이상의 로컬 유니트부들의 동기화를 지시하는 단계는 위성항법장치(GPS, Global positioning system) 위성으로부터 동기 신호를 전송 받은 후 이를 상기 하나 이상의 로컬 유니트부들로 전송시켜서 동기화를 수행하는 것을 특징으로 하는 전력 케이블 부분방전 측정 방법을 제공한다.
또한, 상기 메인 유니트부가 상기 하나 이상의 로컬 유니트부들의 동기화를 지시하는 단계는 임의의 신호를 발생시키고 이 신호를 상기 하나 이상의 로컬 유니트부들로 전송하고, 상기 하나 이상의 로컬 유니트들로부터의 응답 신호를 받아서 동기화를 수행하는 것을 특징으로 하는 전력 케이블 부분방전 측정방법을 제공한다.
또한, 상기 메인 유니트부가 상기 하나 이상의 로컬 유니트부들로부터 수신한 데이터를 분석하여 상기 하나 이상의 전력 케이블의 부분방전 발생여부와 부분방전 발생위치를 추정하는 단계에서, 데이터를 분석하는 방법은 상기 하나 이상의 부분방전 측정센서들과 상기 하나 이상의 노이즈 검출용 센서들로부터 입력받은 신호의 잡음제거 후의 신호에 대하여 피알피디에이(PRPDA, Phase Resolved Partial Discharge Analysis)를 이용하여 분석하는 것을 특징으로 하는 전력 케이블 부분방전 측정방법을 제공한다.
또한, 상기 메인 유니트부가 상기 하나 이상의 로컬 유니트부들로부터 수신한 데이터를 분석하여 상기 하나 이상의 전력 케이블의 부분방전 발생여부와 부분방전 발생위치를 추정하는 단계에서, 부분방전 발생위치를 판단하는 방법은 하나의 전력 케이블의 부분방전 측정센서들이 측정한 부분방전 신호를 티오에이(TOA, Time of Arrival) 기법을 이용하여 부분방전 발생위치를 추정하며, 상기 티오에이 기법은
Figure 112014126546463-pat00016
(수식 3)
Figure 112014126546463-pat00017
(수식 4)
Figure 112014126546463-pat00018
(수식 5)
의 식들을 이용하여 부분방전 발생위치를 추정하며, 상기 수식 3 내지 수식 5에서,
Figure 112014126546463-pat00019
과
Figure 112014126546463-pat00020
는 상기 하나 이상의 부분방전 측정센서들이 측정한 부분방전 신호의 도착시간 값이며, L은 부분방전 신호를 측정한 상기 하나 이상의 부분방전 측정센서들이 설치된 전력 케이블의 길이 값이고, v는 부분방전 신호의 전력 케이블 내의 전송 속도이며, d는 상기 하나 이상의 부분방전 측정센서들과 전력 케이블에서 부분방전이 발생한 위치, 결함의 위치인 것을 특징으로 하는 전력 케이블 부분방전 측정방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 하나 이상의 부분방전 측정센서로부터 부분방전과 관련된 신호가 감지되는 단계; 상기 하나 이상의 부분방전 측정센서 중에서 가장 큰 피크값을 가지는 신호를 측정한 부분방전 측정센서가 결정되는 단계; 상기 결정된 부분방전 측정센서와 연결된 로컬 유니트부가 결정되는 단계; 상기 로컬 유니트부가 상기 결정된 부분방전 측정센서에서 검출한 부분방전과 관련된 신호의 도착시간을 메인 유니트부에 전송하는 단계; 상기 메인 유니트부는 상기 결정된 부분방전 측정센서와 같은 전력 케이블에 위치한 부분방전 측정센서와 연결된 로컬 유니트로부터 부분방전과 관련된 신호의 도착시간을 요구하는 단계; 및 상기 메인 유니트부가 입력받은 도착시간을 통하여 전력 케이블에 결함이 발생한 위치를 계산하는 단계;를 포함하는 전력케이블의 부분방전 측정방법을 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 전력케이블의 부분방전 측정장치에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 3상 지중 전력용 케이블의 중간 및 종단 접속부에 부분방전 측정 센서 및 외부 노이즈 검출용 센서를 설치하고, 이들 센서에 인접하여 로컬 유니트부를 설치함으로써 부분방전 측정 감도를 향상시킬 수 있으며, 전력 케이블의 결함이 발생한 위치를 정확하게 탐색할 수 있는 효과가 있다.
둘째, 다양한 잡음 제거 방법을 통하여 노이즈를 제거할 수 있으므로, 외부 노이즈가 많은 환경에서도 그 측정의 정확성을 높일 수 있는 효과가 있다.
도면 1도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전력케이블의 부분방전 및 발생위치 측정 장치의 전체 시스템 구성도를 나타내는 도면이다.
도면 2도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전력케이블의 부분방전 측정장치의 로컬 유니트부의 신호 측정부가 부분방전 측정센서나 외부 노이즈 검출용 센서가 검출하여 송신한 신호를 처리하는 방법을 보여주는 도면이다.
도면 3도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전력케이블의 부분방전 측정장치의 로컬 유니트부의 신호 측정부가 윈도우잉을 수행하여 특정 시간 동안에 하나의 파형만이 남겨진 신호를 보여주는 도면이다.
도면 4도는 3상 전원의 각 상을 담당하는 전력 케이블의 동일한 위치에 장착된 센서가 동일한 시간대에 측정한 신호를 보여주는 도면이다.
도면 5도는 케이블의 외부에서 잡음이 발생한 경우, 외부 노이즈 검출용 센서와 케이블의 접속부의 표면에 설치된 부분방전 측정센서를 통하여 검출한 신호 파형을 보여주는 도면이다.
도면 6도는 시간차를 이용한 티오에이(TOA, Time of Arrival)를 이용한 부분방전 발생 위치를 추정하는 방법을 나타내는 도면이다.
도면 7도는 복수 개의 전력 케이블이 연결되어 하나의 전력 라인을 형성한 경우, 결함이 발생한 위치를 검출하는 방법을 나타내는 순서도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도면 1도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전력케이블의 부분방전 및 발생위치 측정 장치의 전체 시스템 구성도를 나타내는 도면이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전력케이블의 부분방전 및 발생위치 측정 장치는 전력 케이블(10) 상에 설치되어 전력 케이블(10) 상에서 발생하는 부분방전신호를 감지하는 부분방전 측정센서(600), 전력 케이블과 이격되어 설치되어 외부 환경의 노이즈를 검출하는 외부 노이즈 검출용 센서(500), 부분방전 측정센서(600)와 외부 노이즈 검출용 센서(500)에서 감지된 신호를 입력받아 현장 잡음을 제거하는 로컬 유니트부(LU; Local Unit, 300), 로컬 유니트부(300)의 동기화를 지시하며 로컬 유니트부(300)가 전송한 데이터를 기초로 부분방전 발생 위치를 추정하는 메인 유니트부(400)를 포함하여 구성될 수 있다.
그리고, 도면 1도에서 점선은 부분방전 측정센서(600)나 외부 노이즈 검출용 센서(500)가 로컬 유니트부(300)로 검출한 신호를 전송하기 위한 센서 신호선이며, 실선은 메인 유니트부(400)와 로컬 유니트부(300)가 서로 통신하고 동기화를 진행할 수 있는 신호선을 가르키는 것일 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전력케이블의 부분방전 측정장치의 적용대상이 되는 전력 케이블(10)은 지중에 매설되어 설치될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 전력전송을 담당하는 모든 케이블에 적용될 수 있다.
그리고, 이러한 전력 케이블(10)은 3상 전원의 전력 전송을 담당할 수 있다. 전력 케이블(10)이 3상 전원의 전력 전송을 담당하는 경우 각 상을 담당하도록 전력 케이블(10)이 병렬로 복수 개가 구비될 수 있다. 예를 들어, 삼상 전원의 A상, B상, C상에 맞추어 3개의 전력 케이블(10)이 병렬로 구비될 수 있다. 또한, 전력 케이블(10)은 전원으로부터 전력을 전송받아 사용하는 부하까지 하나의 전력 케이블(10)로 구성될 수도 있으나 복수의 전력 케이블(10)이 서로 접속하여 하나의 전력 케이블(10)로 쓰일 수도 있다.
이러한 전력 케이블(10)간의 중간 접속부(200)나 종단 접속부(100)에는 부분방전 측정센서(600)가 설치될 수 있다. 즉, 부분방전 측정센서(600)는 전력 케이블(10)의 각 종단 접속부(100)나 중간 접속부(200) 인근의 케이블 표면에 설치될 수 있다.
부분방전 측정센서(600)가 종단 접속부(100)에 설치되는 경우에는 전력을 수용하는 부하 쪽이 아닌 전원이 인가되는 접속부에만 부분방전 측정센서(600)를 설치하고 중간 접속부(200)에는 케이블의 양단에 모두 부분방전 측정센서(600)를 설치할 수 있다. 하지만, 이러한 예에 한정되는 것은 아니고, 케이블이 접속되거나 다른 부하와 연결되는 부분이라면 그 사용환경에 따라 다양한 부분에 설치될 수 있다. 그리고, 이러한 부분방전 측정센서(600)는 금속 박센서나 에이치에프씨티(HFCT, High Frequency Current Transfomer)로 구성될 수 있다.
외부 노이즈 검출용 센서(500)는 전력 케이블(10)의 중간 접속부(200)나 종단 접속부(100) 근처에서 전력 케이블(10)과 어느 정도 거리를 두고 이격되어 설치될 수 있다. 그리고 이러한 외부 노이즈 검출용 센서(500)는 주변 환경의 잡음을 검출하기 위하여 안테나 타입의 센서가 차용될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전력케이블의 부분방전 측정장치에서 로컬 유니트부(300)는 전력 케이블(10)의 각 종단 접속부(100) 및 중간 접속부(200)에 각각 하나씩 설치될 수 있다. 또한, 각각의 접속부에 하나씩 설치된 로컬 유니트부(300)는 다른 로컬 유니트부(300)들과 서로 동기화되어 있을 수 있다. 그리고, 각각의 종단 접속부(100)에 설치된 로컬 유니트부(300)는 같은 접속부에 설치된 부분방전 측정센서(600) 및 외부 노이즈 검출용 센서(500)로부터 부분방전과 관련된 신호를 수신받을 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전력케이블의 부분방전 측정장치의 로컬 유니트부(300)는 본 발명의 로컬 유니트부(300)가 전력 케이블(10)의 끝점인 종단 접속부에 설치되는 경우에는 총 3개의 부분방전 측정센서(600)와 1개의 외부 노이즈 검출용 센서(500)와 연결되어, 4개의 측정 신호를 동시에 입력받을 수 있다. 또한, 로컬 유니트부(300)가 전력 케이블(10)과 전력 케이블(10)이 연결되는 중간 접속부(200)에 설치되는 경우에는 이러한 로컬 유니트부(300)는 총 6개의 부분방전 측정센서(600)와 1개의 외부 노이즈 검출용 센서(500)와 연결될 수 있다. 즉, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전력케이블의 부분방전 측정장치가 3상 전원의 전력전송에 사용되는 경우에는 전력 전송에 사용되는 전력 케이블(10)은 3개이므로, 중간 접속부(200)에 설치되는 로컬 유니트부(300)는 3 × 3(부분방전 측정센서) + 1(외부 노이즈 검출용 센서) = 7 (개)의 센서와 연결되게 되고, 종단 접속부에 설치되는 로컬 유니트부(300)는 3 × 1(부분방전 측정센서) + 1(외부 노이즈 검출용 센서) = 4 (개)의 센서와 연결되게 된다.
로컬 유니트부(300)는 부분방전 측정센서(600)나 외부 노이즈 검출용 센서(500)로부터 입력받은 신호를 분석하고, 입력받은 신호의 잡음을 제거하기 위하여 신호 측정부와 잡음 제거부를 포함하여 구성될 수 있다.
이를 위하여, 로컬 유니트부(300)는 부분방전 측정센서(600)와 외부 노이즈 검출용 센서(500)로부터의 신호를 동시에 측정하는 과정에서 상용주파수인 60 헤르츠(Hz)로 N 주기 측정할 수 있다. 이는 메인 유니트부(400)에서 사용하는 부분방전 분석 알고리즘인 피알에디에이(PRPDA, Phase Resolved Partial Discharge Analysis)를 수행하기 위함이다. 또한, 로컬 유니트부(300)의 잡음제거부에서 잡음을 제거하기 위해서이기도 하다. 이러한 측정은 고속 아날로그 디지털 컨버터(ADC, Analog to Digital converter, 310)를 이용해서 연속적으로 측정될 수 있다.
도면 2도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전력케이블의 부분방전 측정장치의 로컬 유니트부(300)의 신호 측정부가 부분방전 측정센서(600)나 외부 노이즈 검출용 센서(500)가 검출하여 송신한 신호를 처리하는 방법은 보여주는 도면이다.
로컬 유니트부(300)의 신호 측정부는 입력받은 신호를 고속 아날로그 디지털 컨버터(310)를 이용하여 1주기 측정한 신호를 파형이 1개만 존재할 수 있는 시간(T)을 설정하여 입력받은 신호를 나눈다. 이 과정을 윈도우잉(Windowing, 320)이라고 할 수 있다.
윈도우잉(320)을 통하여 한개의 파형이 존재할 수 있는 시간만큼 나누어져 세분화된 신호는 그 다음으로 입력된 신호의 펄스의 최대 피크(Peak)값 및 신호의 도착 시간을 추출하고 그 파형의 특징 값을 계산하는 단계를 거칠 수 있다. 여기서, 펄스의 최대 피크값 및 신호의 도착 시간을 추출하는 과정은 패스 1(Path 1, 330)이라고 지칭할 수 있고, 입력된 펄스의 파형 특성을 계산하는 과정은 패스 2(Path 2, 340)라고 지칭할 수 있다.
펄스의 파형 특성 계산은 모양 인자(Shape factor)와 첨도(Kurtosis)를 이용하여 수행될 수 있다. 그리고 모양 인자(Shape factor)와 첨도(Kurtosis)는 다음의 수식을 이용하여 계산될 수 있다.
Figure 112013115785511-pat00021
(수식 1)
Figure 112013115785511-pat00022
(수식 2)
의 식들을 이용하여 구하고,
상기 수식 1의
Figure 112014126546463-pat00023
는
Figure 112014126546463-pat00024
(수식 1-2)
의 식을 이용하며 구하고, 상기 수식 1, 수식 2 및 수식 1-2에서, x는 측정 신호, N은 측정 신호의 길이,
Figure 112014126546463-pat00025
는 표준편차를 의미한다.
도면 3도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전력케이블의 부분방전 측정장치의 로컬 유니트부(300)의 신호 측정부가 윈도우잉(320)을 수행하여 특정 시간 동안에 하나의 파형만이 남겨진 신호를 보여주는 도면이다.
도면 3도에서 실선은 T시간 동안에 측정된 신호를 보여주는 것일 수 있다. 그리고, 점들은 고속 아날로그 디지털 컨버터(310)를 이용하여 측정된 신호 샘플을 보여주는 것일 수 있다.
이렇게 고속 아날로그 디지털 컨버터(310)를 통하여 입력된 샘플 신호를 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 로컬 유니트부(300)의 신호 처리기는 패스 1(330)과 패스 2(340)를 통하여 분석을 수행할 수 있다.
도면 3도에서 점선으로 이루어진 원 안에 있는 점과 실선으로 이루어진 네모 안에 있는 점은 패스 1(330)을 통하여 검출된 입력 신호의 각각 최대 피크 값과 신호의 도착시점을 보여주는 것일 수 있다. 그리고, 신호 측정부의 패스 2(340)는 이렇게 입력된 샘플 신호를 수식 1과 수식 2의 과정에 입력하여 파형의 특성값을 계산한다.
위의 신호 처리를 수행한 이후에, 로컬 유니트부(300)는 입력받은 신호의 잡음을 제거하는 과정을 거칠 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전력케이블의 부분방전 측정장치의 로컬 유니트부(300)의 잡음제거부는 다음의 잡음 제거 방법을 이용하여 잡음을 제거할 수 있다.
먼저, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전력케이블의 부분방전 측정장치가 3상 전원의 전력전송에 사용되는 경우 본 발명의 로컬 유니트부(300)의 잡음 제거부는 3상에서 각 상을 담당하는 전력 케이블(10)의 동일한 위치에서 동일한 시간에 유사한 크기 및 파형 특징을 갖는 신호는 잡음으로 인식하여 처리하는 방식을 잡음 제거 방식을 사용할 수 있다.
3상 전원의 각 상을 담당하는 전력 케이블(10)에서 동일한 위치 및 동일한 시간에서 동시에 결함이 나타날 확률은 매우 적다. 따라서, 3상 전원의 각 상을 담당하는 전력 케이블(10)의 동일한 위치에 설치된 부분방전 측정센서(600)가 동일한 시간에 비슷한 크기 및 파형 특징을 갖는 신호를 감지하면, 이는 잡음일 확률이 매우 높다. 그러므로, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전력케이블의 부분방전 측정장치의 로컬 유니트부(300)의 잡음제거부는 이러한 방법을 이용하여 잡음을 제거하여 전력 케이블(10)의 이상 유무를 감지하는 효율을 높일 수 있다.
즉, 3상 케이블 모두에서 비슷한 크기, 비슷한 신호 도착시간 및 비슷한 파형 특징이 나타나는 경우, 잡음제거부는 이러한 신호를 잡음으로 간주할 수 있다.
그리고, 이는 로컬 유니트부(300)의 신호 측정부의 패스 1(330) 및 패스 2(340)에서 특정 시간 T동안 추출한 신호의 모양 인자와 첨도의 값을 잡음제거부가 입력받아서 결정할 수 있으며, 예를 들어 3상 케이블 모두에서 입력받은 신호들의 모양 인자와 첨도의 값들이 기설정된 일정 범위에 있는 경우에 이를 잡음으로 처리할 수 있다. 그리고, 이러한 기설정된 일정 범위는 잡음 제거의 민감도에 따라 자유롭게 결정될 수 있다.
도면 4도는 3상 전원의 각 상을 담당하는 전력 케이블(10)의 동일한 위치에 장착된 센서가 동일한 시간대에 측정한 신호를 보여주는 도면이다.
도면 4도 상에서 3상 케이블 모두에서 동일한 시간대에서 비슷한 크기 및 파형 특징의 신호가 측정되고 있다. 즉, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전력케이블의 부분방전 측정장치는 이러한 신호가 입력되면, 잡음제거부가 이를 잡음으로 인식하여 처리하는 과정을 거칠 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전력케이블의 부분방전 측정장치의 로컬 유니트부(300) 내의 잡음 제거부는 외부 노이즈 검출용 센서(500)를 이용하여 잡음을 제거하는 방법을 이용할 수도 있다.
이는 케이블 내의 결함에 의해서 발생한 부분방전이 아닌 외부 잡음의 경우에는 이러한 신호가 외부 노이즈 검출용 센서(500)와 부분방전 측정센서(600)에 모두 한꺼번에 동시에 나타나는 현상에 착안하여 잡음을 제거하는 방법이다.
도면 5도는 케이블의 외부에서 잡음이 발생한 경우, 외부 노이즈 검출용 센서(500)와 케이블의 접속부의 표면에 설치된 부분방전 측정센서(600)를 통하여 검출한 신호 파형을 보여주는 도면이다.
도면 5도를 통해서 알 수 있듯이, 전력 케이블(10)의 외부에서 발생한 잡음은 외부 노이즈 검출용 센서(500)와 전력 케이블(10)상의 부분방전 측정센서(600)에서 동시에 측정된다.
따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전력케이블의 부분방전 측정장치의 로컬 유니트부(300)의 잡음제거부는 신호 측정부의 패스 1(330)에서 특정 시간인 T 시간 동안 추출한 신호가 모두 외부 노이즈 검출용 센서(500)와 부분방전 측정센서(600)에 동시에 나타난 신호인 경우에는 잡음으로 인식하는 과정을 거칠 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전력케이블의 부분방전 측정장치의 로컬 유니트부(300)의 잡음제거부는 앞서 설명한 3상 전력 케이블(10)을 동시에 측정해서 잡음을 제거하는 방법, 외부 노이즈 검출용 센서(500)를 이용하여 잡음을 제거하는 방법을 조합하여 잡음 제거의 효율을 더 높일 수도 있다. 즉, 각 방법은 어느 방법이 먼저 수행되는지 관계없이 각 방법을 순차적으로 시행하여 잡음을 제거할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전력케이블의 부분방전 측정장치의 메인 유니트부(400)는 로컬 유니트부(300)의 동기화를 지시하는 동기화 지시부, 로컬 유니트부(300)에서 전송한 데이터를 기초로 부분방전 신호를 분석하는 부분방전 데이터 분석부와 부분방전 발생 위치를 추적하는 부분방전 발생 위치 추적부를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전력케이블의 부분방전 측정장치의 메인 유니트부(400)의 동기화 지시부는 다음의 방식을 사용하여 동기화를 수행할 수 있다.
먼저, 동기화 지시부는 메인 유니트부(400)에서 위성항법장치(GPS, Global positioning system) 위성으로부터 동기 신호를 전송 받은 후 이를 각각의 로컬 유니트부(300)로 전송하여 동기화를 수행할 수 있다. 이는 위성항법장치의 위성에서 내보내는 지피에스(GPS) 신호의 시간 정보를 이용한 것으로서, 지피에스 신호의 시간은 세슘시계를 이용한 매우 정밀한 시계인 것 점을 착안하여 동기화를 수행하도록 하는 것이다.
또한, 다른 방법으로는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전력케이블의 메인 유니트(400)의 동기화 지시부는 임의의 신호를 로컬 유니트부(300)에 전송하고, 이에 대하여 로컬 유니트부(300)가 응답하여 동기화를 수행하도록 할 수 있다.
메인 유니트부(400)의 부분방전 데이터 분석부는 다수의 로컬 유니트부(300)에서 전송한 데이터를 입력받아 이를 데이터 베이스에 저장하는 역할을 수행할 수 있다. 또한, 각 로컬 유니트부(300)에서 전송한 부분방전과 관련된 신호를 부분방전 데이터 분석 방법의 일종인 피알피디에이(PRPDA, Phase Resolved Discharge Analysis)를 통하여 부분방전의 패턴을 인식하고 전력 케이블(10)의 상태를 진단할 수 있다. 이러한 분석을 통하여 메인 유니트부(400)의 부분방전 데이터 분석부는 부분방전 측정센서(600)나 외부 노이즈 검출용 센서(500)로부터 측정된 신호로부터 부분방전 신호의 최대값과 부분방전이 발생하는 횟수를 분석하고, 부분방전이 일어나는 경향(Trend)을 추정할 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전력케이블의 부분방전 측정장치의 메인 유니트부(400)는 부분방전 발생 위치 추정부를 포함할 수 있다.
메인 유니트부(400)의 부분방전 발생 위치 추정부는 전력 케이블(10)에서 부분방전이 발생한 위치를 추정하기 위하여 하나의 전력 케이블(10)의 양단에 설치된 부분방전 측정센서(600)가 측정한 신호의 시간차(Time of Arrival)을 이용하여 부분방전이 발생한 위치를 추정할 수 있다.
도면 6도는 시간차를 이용한 티오에이(TOA, Time of Arrival)를 이용한 부분방전 발생 위치를 추정하는 방법을 나타내는 도면이다.
길이가 L인 하나의 전력 케이블(10)의 양단에는 부분방전 측정센서(600)가 설치될 수 있다. S1으로 표시된 부분방전 측정센서(200)로부터 d 미터(m) 떨어진 위치에서 케이블의 결함이 발생하면, 부분방전과 관련된 신호의 전력 케이블(10)내의 전파 속도(V (m/s))는 미리 알고 있으므로 다음의 수식을 통하여 전력 케이블(10)내에서 결함이 발생한 위치를 측정할 수 있다.
즉, S1위치에 설치된 부분방전 측정센서(600)에 도착한 신호의 도착시간(t1)은 수식 3으로 표현될 수 있으며, S2의 위치에 설치된 부분방전 측정센서(600)에 도착한 신호의 도착시간(t2)는 수식 4과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112013115785511-pat00026
(수식 3)
Figure 112013115785511-pat00027
(수식 4)
그리고, 이러한 수식 3과 수식 4을 이용하여 다음의 수식 5을 통하여 전력 케이블(10)의 부분방전이 발생한 위치인 d를 계산할 수 있다.
Figure 112013115785511-pat00028
(수식 5)
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전력케이블의 부분방전 측정장치는 전력 케이블(10)이 복수개가 연결되어 하나의 전력라인을 이루는 경우에는 다음의 과정을 사용하여 전력 케이블(10)의 결함이 발생한 위치를 결정할 수 있다.
도면 7도는 복수 개의 전력 케이블(10)이 연결되어 하나의 전력 라인을 형성한 경우, 결함이 발생한 위치를 검출하는 방법을 나타내는 순서도이다.
먼저, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전력케이블의 부분방전 측정방법은 각 상을 담당하는 다수의 전력 케이블(10) 상에 설치된 다수 개의 부분방전 측정센서(600) 중에서 최대의 피크값을 가지는 신호를 측정한 부분방전 측정센서(600)를 추출하는 단계를 거칠 수 있다.(S1)
그리고, 다음 단계로 추출된 부분방전 측정센서(600)와 연결된 로컬 유니트부(300)를 제외한 가장 가까운 위치의 로컬 유니트부(300)의 상기 단계에서 추출된 부분방전 측정센서(600)와 가까운 위치의 부분방전 측정센서(600)를 추출하는 단계를 거칠 수 있다. (S2)
그 다음 단계로, 메인 유니트부(400)의 부분방전 발생 위치 추정부는 두 개의 부분방전 측정센서(600)에 도착한 부분방전과 관련된 신호의 도착 시간차를 이용하여 전력 케이블(10)내에서 결함이 발생한 위치를 추정하는 단계를 거칠 수 있다.(S3)
즉, 도면 6도를 통해서 살펴본 방식으로 부분방전 측정센서(600)로부터 결함이 발생한 위치와의 거리 d를 판단하는 과정을 거칠 수 있다. 즉, 수식 3, 4 그리고 5를 통하여 전력 케이블(10)에서 결함이 발생한 위치를 계산할 수 있다.
다음 단계로 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전력케이블의 부분방전 측정방법은 거리 d가 전력 케이블(10)의 길이 L보다 작은 값인지 판단하는 단계를 거칠 수 있다.(S4)
만약 이 단계에서 d의 값이 L의 값보다 크게 나오면, 이는 계산이나 측정과정에서 오류이므로, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전력케이블의 부분방전 측정장치는 다시 이전 단계로 돌아가서 전력 케이블(10)의 결함과 관련된 신호를 측정한 부분방전 측정센서(600)의 신호 도착값을 다시 입력받아 고장이 발생한 위치를 판단하는 과정을 거칠 수 있다.
그러나, d의 값이 L의 값보다 같거나 적은 값으로 계산되면, 이러한 d값이 전력 케이블(10)의 길이인 L가 같은지 비교하는 단계를 거칠 수 있다.(S5) 이 단계에서 d의 값이 L의 값과 같다면 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전력케이블의 부분방전 측정방법은 S1단계에서 추출된 부분방전 측정센서(600)와 가장 가까운 전력케이블의 접속부나 부하단에서 이상이 발생하였다고 판단할 수 있다.(S6) 하지만, d의 값이 L의 값과 다르다면 중간 접속부나 종단 접속부가 아닌 부분에서 이상이 발생한 것을 판단하는 단계를 거칠 수 있다. (S7)
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10 : 전력 케이블
200 : 중간 접속부
300 : 로컬 유니트부
310 : 고속 아날로그 디지털 컨버터
320 : 윈도우잉
330 : 패스 1
340 : 패스 2
400 : 메인 유니트부
500 : 외부 노이즈 검출용 센서
600 : 부분방전 측정센서

Claims (24)

  1. 하나 이상의 전력 케이블들의 하나 이상의 접속부들에 설치되어 상기 하나 이상의 전력 케이블들의 부분방전신호를 감지하는 하나 이상의 부분방전 측정센서들;
    상기 하나 이상의 전력 케이블들과 이격 설치되어 상기 하나 이상의 전력 케이블들의 외부로부터 발생하는 잡음을 검출하는 하나 이상의 외부 노이즈 검출용 센서들;
    상기 하나 이상의 부분방전 측정센서들과 상기 하나 이상의 외부 노이즈 검출용 센서들이 감지한 신호를 입력받아서 잡음을 제거하고, 입력받은 신호의 크기,신호의 도착시간과 파형의 특성을 분석하는 하나 이상의 로컬 유니트부들; 및
    상기 하나 이상의 로컬 유니트부들로부터 데이터를 전송받아서 부분방전 발생 여부와 부분방전 발생위치를 측정하고, 상기 하나 이상의 로컬 유니트부들의 동기화를 지시하는 메인 유니트부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력케이블 부분방전 측정장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 로컬 유니트부들은
    상기 하나 이상의 부분방전 측정센서들과 상기 하나 이상의 외부 노이즈 검출용 센서들로부터 입력받은 신호의 크기, 신호의 도착시간과 파형의 특성을 분석하는 신호 측정부;와
    상기 하나 이상의 부분방전 측정센서들과 상기 하나 이상의 외부 노이즈 검출용 센서들로부터 입력받은 신호의 잡음을 제거하는 잡음 제거부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력케이블 부분방전 측정장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 하나 이상의 로컬 유니트부들은
    상기 하나 이상의 전력 케이블들의 중간 접속부와 종단 접속부마다 각각 하나씩 설치되는 것을 특징으로 하는 전력케이블 부분방전 측정장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 신호 측정부는
    상기 하나 이상의 부분방전 측정센서들과 상기 하나 이상의 외부 노이즈 검출용 센서들로부터 입력받은 신호를 고속 아날로그 디지털 컨버터(ADC)를 이용하여 디지털 값들로 저장하고,
    상기 디지털 값들을 윈도우잉(Windowing)하여 하나의 파형을 이루는 디지털 값들을 추출하고, 모양 인자(Shape factor)와 첨도(Kurtosis)를 이용하여 상기 하나의 파형의 특성을 계산하는 것을 특징으로 하는 전력케이블 부분방전 측정장치.
  5. 제4항에 있어서,
    모양 인자(Shape factor)와 첨도(Kurtosis)를 이용한 상기 하나의 파형의 특성의 계산은
    Figure 112014126546463-pat00029
    (수식 1)
    Figure 112014126546463-pat00030
    (수식 2)
    의 식들을 이용하여 구하고,
    상기 수식 1의
    Figure 112014126546463-pat00031
    는
    Figure 112014126546463-pat00032
    (수식 1-2)
    의 식을 이용하며 구하고,
    상기 수식 1, 수식 2 및 수식 1-2에서, x는 측정 신호, N은 측정 신호의 길이,
    Figure 112014126546463-pat00033
    는 표준편차를 의미하는 것을 특징으로 하는 전력케이블 부분방전 측정장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 잡음 제거부는
    상기 하나 이상의 전력 케이블들이 3상 전원의 전력 전송을 담당하는 경우, 각 상을 담당하는 전력 케이블의 동일한 위치에 장착된 부분방전 측정센서로부터 동일한 시간에 입력받은 신호들을 상기 신호 측정부가 처리하여 산출한 모양 인자와 첨도의 값들이 모두 기설정된 일정 범위 내에 있는 경우, 이를 잡음으로 판단하는 것을 특징으로 하는 전력케이블 부분방전 측정장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 잡음 제거부는
    상기 하나 이상의 부분방전 측정센서들과 상기 하나 이상의 외부 노이즈 검출용 센서들로부터 동일한 시간에 입력받은 신호는 잡음으로 판단하는 것을 특징으로 하는 전력케이블 부분방전 측정장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 메인 유니트부는
    상기 하나 이상의 로컬 유니트부들의 동기화를 지시하는 동기화 지시부;와
    상기 하나 이상의 로컬 유니트부들로부터 전송받은 데이터를 이용하여 부분방전 신호를 분석하는 부분방전 데이터 분석부; 및
    상기 하나 이상의 로컬 유니트부들로부터 전송받은 데이터를 이용하여 부분방전 위치를 계산하는 부분방전 발생위치 추정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력케이블 부분방전 측정장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 동기화 지시부는
    위성항법장치(GPS, Global positioning system) 위성으로부터 동기 신호를 전송 받은 후 이를 상기 하나 이상의 로컬 유니트부들로 전송시켜서 동기화를 수행하는 것을 특징으로 하는 전력케이블 부분방전 측정장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 동기화 지시부는
    임의의 신호를 발생시키고 이 신호를 상기 하나 이상의 로컬 유니트부들로 전송하고, 상기 하나 이상의 로컬 유니트들로부터의 응답 신호를 받아서 동기화를 수행하는 것을 특징으로 하는 전력케이블 부분방전 측정장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 부분방전 데이터 분석부는
    상기 하나 이상의 부분방전 측정센서들과 상기 하나 이상의 노이즈 검출용 센서들로부터 입력받은 신호의 잡음제거 후의 신호에 대하여 피알피디에이(PRPDA, Phase Resolved Partial Discharge Analysis)를 이용하여 분석하는 것을 특징으로 하는 전력케이블 부분방전 측정장치.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 부분방전 발생위치 추정부는
    하나의 전력 케이블의 부분방전 측정센서들이 측정한 부분방전 신호를 티오에이(TOA, Time of Arrival) 기법을 이용하여 부분방전 발생위치를 추정하는 것을 특징으로 하는 전력케이블 부분방전 측정장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 티오에이 기법은
    Figure 112014126546463-pat00034
    (수식 3)
    Figure 112014126546463-pat00035
    (수식 4)
    Figure 112014126546463-pat00036
    (수식 5)
    의 식들을 이용하여 부분방전 발생위치를 추정하며,
    상기 수식 3 내지 수식 5에서,
    Figure 112014126546463-pat00037
    과
    Figure 112014126546463-pat00038
    는 상기 하나 이상의 부분방전 측정센서들이 측정한 부분방전 신호의 도착시간 값이며,
    L은 부분방전 신호를 측정한 상기 하나 이상의 부분방전 측정센서들이 설치된 전력 케이블의 길이 값이고,
    v는 부분방전 신호의 전력 케이블 내의 전송 속도이며,
    d는 상기 하나 이상의 부분방전 측정센서들과 전력 케이블에서 부분방전이 발생한 위치인 것을 특징으로 하는 전력케이블 부분방전 측정장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 부분방전 측정센서들은 금속 박센서 또는 에이치에프씨티(HFCT, High Frequency Current Transfomer)로 구성되고,
    상기 하나 이상의 전력 케이블들은 지하에 매설되는 지중 케이블이며,
    상기 하나 이상의 전력 케이블들은 삼상 전원의 각 상의 전력 전송을 담당하는 것을 특징으로 하는 전력케이블 부분방전 측정장치.
  15. 하나 이상의 전력 케이블들로부터 부분방전신호가 발생되는 단계;
    상기 하나 이상의 전력 케이블들의 하나 이상의 접속부들에 설치된 하나 이상의 부분방전 측정센서들이 상기 하나 이상의 전력 케이블들로부터 상기 부분방전신호를 검출하는 단계;
    상기 하나 이상의 전력 케이블들과 이격되어 설치된 하나 이상의 외부 노이즈 검출용 센서들이 상기 하나 이상의 전력 케이블들의 외부로부터 발생하는 잡음을 검출하는 단계;
    상기 하나 이상의 부분방전 측정센서들이 검출된 상기 부분방전신호와 상기 하나 이상의 외부 노이즈 검출용 센서들이 검출한 잡음이 하나 이상의 로컬 유니트부들로 전송되는 단계;
    상기 하나 이상의 로컬 유니트부들이 상기 하나 이상의 로컬 유니트부들로 전송된 상기 부분방전신호의 잡음을 제거하는 단계;
    상기 하나 이상의 로컬 유니트부들이 잡음이 제거된 데이터를 메인 유니트부로 전송하는 단계; 및
    상기 메인 유니트부가 상기 하나 이상의 로컬 유니트부들로부터 수신한 데이터를 분석하여 상기 하나 이상의 전력 케이블들의 부분방전 발생여부와 부분방전 발생위치를 추정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력케이블 부분방전 측정방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 메인 유니트부가 상기 하나 이상의 로컬 유니트부들로부터 수신한 데이터를 분석하여 상기 하나 이상의 전력 케이블들의 부분방전 발생여부와 부분방전 발생위치를 추정하는 단계 이전에,
    상기 메인 유니트부가 상기 하나 이상의 로컬 유니트부들의 동기화를 지시하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력케이블 부분방전 측정방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 하나 이상의 로컬 유니트부들이 상기 하나 이상의 부분방전 측정센서들과 상기 하나 이상의 외부 노이즈 검출용 센서들로부터 전송된 상기 부분방전신호의 잡음을 제거하는 방법은
    상기 하나 이상의 전력 케이블들이 3상 전원의 전력 전송을 담당하는 경우, 각 상을 담당하는 전력 케이블의 동일한 위치에 장착된 부분방전 측정센서로부터 동일한 시간에 입력받은 신호들을 상기 로컬 유니트부들이 처리하여 산출한 모양 인자와 첨도의 값들이 모두 기설정된 일정 범위 내에 있는 경우, 이를 잡음으로 판단하는 것을 특징으로 하는 전력케이블 부분방전 측정방법.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 하나 이상의 로컬 유니트부들이 상기 하나 이상의 부분방전 측정센서들과 상기 하나 이상의 외부 노이즈 검출용 센서들로부터 전송된 상기 부분방전신호의 잡음을 제거하는 방법은
    상기 하나 이상의 부분방전 측정센서들과 상기 하나 이상의 외부 노이즈 검출용 센서들로부터 동일한 시간에 입력받은 신호는 잡음으로 판단하는 것을 특징으로 하는 전력케이블 부분방전 측정방법.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 잡음제거 과정중에서 파형의 특성 계산은 모양 인자(Shape factor)와 첨도(Kurtosis)를 이용하며 그 계산은
    Figure 112014126546463-pat00039
    (수식 1)
    Figure 112014126546463-pat00040
    (수식 2)
    의 식들을 이용하여 구하고,
    상기 수식 1의
    Figure 112014126546463-pat00041
    는
    Figure 112014126546463-pat00042
    (수식 1-2)
    의 식을 이용하며 구하고,
    상기 수식 1, 수식 2 및 수식 1-2에서, x는 측정 신호, N은 측정 신호의 길이,
    Figure 112014126546463-pat00043
    는 표준편차를 의미하는 것을 특징으로 하는 전력케이블 부분방전 측정방법.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 메인 유니트부가 상기 하나 이상의 로컬 유니트부들의 동기화를 지시하는 단계는
    위성항법장치(GPS, Global positioning system) 위성으로부터 동기 신호를 전송 받은 후 이를 상기 하나 이상의 로컬 유니트부들로 전송시켜서 동기화를 수행하는 것을 특징으로 하는 전력케이블 부분방전 측정방법.
  21. 제16항에 있어서,
    상기 메인 유니트부가 상기 하나 이상의 로컬 유니트부들의 동기화를 지시하는 단계는
    임의의 신호를 발생시키고 이 신호를 상기 하나 이상의 로컬 유니트부들로 전송하고, 상기 하나 이상의 로컬 유니트들로부터의 응답 신호를 받아서 동기화를 수행하는 것을 특징으로 하는 전력케이블 부분방전 측정방법.
  22. 제15항에 있어서,
    상기 메인 유니트부가 상기 하나 이상의 로컬 유니트부들로부터 수신한 데이터를 분석하여 상기 하나 이상의 전력 케이블들의 부분방전 발생여부와 부분방전 발생위치를 추정하는 단계에서,
    데이터를 분석하는 방법은 상기 하나 이상의 부분방전 측정센서들과 상기 하나 이상의 노이즈 검출용 센서들로부터 입력받은 신호의 잡음제거 후의 신호에 대하여 피알피디에이(PRPDA, Phase Resolved Partial Discharge Analysis)를 이용하여 분석하는 것을 특징으로 하는 전력케이블 부분방전 측정방법.
  23. 제15항에 있어서,
    상기 메인 유니트부가 상기 하나 이상의 로컬 유니트부들로부터 수신한 데이터를 분석하여 상기 하나 이상의 전력 케이블들의 부분방전 발생여부와 부분방전 발생위치를 추정하는 단계에서,
    부분방전 발생위치를 판단하는 방법은
    하나의 전력 케이블의 부분방전 측정센서들이 측정한 부분방전 신호를 티오에이(TOA, Time of Arrival) 기법을 이용하여 부분방전 발생위치를 추정하며,
    상기 티오에이 기법은
    Figure 112014126546463-pat00044
    (수식 3)
    Figure 112014126546463-pat00045
    (수식 4)
    Figure 112014126546463-pat00046
    (수식 5)
    의 식들을 이용하여 부분방전 발생위치를 추정하며,
    상기 수식 3 내지 수식 5에서,
    Figure 112014126546463-pat00047
    과
    Figure 112014126546463-pat00048
    는 상기 하나 이상의 부분방전 측정센서들이 측정한 부분방전 신호의 도착시간 값이며,
    L은 부분방전 신호를 측정한 상기 하나 이상의 부분방전 측정센서들이 설치된 전력 케이블의 길이 값이고,
    v는 부분방전 신호의 전력 케이블 내의 전송 속도이며,
    d는 상기 하나 이상의 부분방전 측정센서들과 전력 케이블에서 부분방전이 발생한 위치인 것을 특징으로 하는 전력케이블 부분방전 측정방법.
  24. 하나 이상의 부분방전 측정센서로부터 부분방전과 관련된 신호가 감지되는 단계;
    상기 하나 이상의 부분방전 측정센서 중에서 가장 큰 피크값을 가지는 신호를 측정한 부분방전 측정센서가 결정되는 단계;
    상기 결정된 부분방전 측정센서와 연결된 로컬 유니트부가 결정되는 단계;
    상기 로컬 유니트부가 상기 결정된 부분방전 측정센서에서 검출한 부분방전과 관련된 신호의 도착시간을 메인 유니트부에 전송하는 단계;
    상기 메인 유니트부는 상기 결정된 부분방전 측정센서와 같은 전력 케이블에 위치한 부분방전 측정센서와 연결된 로컬 유니트로부터 부분방전과 관련된 신호의 도착시간을 요구하는 단계; 및
    상기 메인 유니트부가 입력받은 도착시간을 통하여 전력 케이블에 결함이 발생한 위치를 계산하는 단계;를 포함하는 전력케이블 부분방전 측정방법.


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