KR101713832B1 - 스마트 광섬유 브래그 격자 온도센서에 의한 수배전반의 전력설비 열화감시·진단시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명에서는 종래 분포형 광섬유 FBG 온도 센서 시스템의 경우에, 소량의 FBG를 계측하기에는 부적절함에 따라 구동방식을 새롭게 설계하고 해당 부품의 구조를 제한함으로써 최적화하여 시스템의 구성비용을 기존 분포형 광섬유 FBG 시스템 대비 10% 수준 이하로 절실히 개발할 필요성이 제기되는 문제점과, 주변 잡음에 약해 온도파장변화에 관한 측정 정확도가 떨어지는 문제점과, 감시장치를 통해 수배전반의 열화진단을 하더라도, 수배전반 내부 전력설비의 열화정도만을 진단할 수 있을 뿐, 현장에서 바로, 열화진단을 통한 고장진단이 어렵고, 무엇보다, 즉각적인 현장조치가 늦어져서, 과열 및 열화로 인한 수배전반 화재 및 폭발에 대한 대응이 늦은 문제점을 개선하고자, 감시진단 모듈본체(100), 전원부(200), 6채널 포인트형 광섬유 브래그격자 센서모듈(300), 유무선 통신모듈(400), 디스플레이부(500), 스마트제어부(600)로 구성됨으로서, 수배전반의 복수 개 내부 전력설비에, 포인트형 광섬유 브래그격자 센서부가 1:1 맞춤형으로 부착 연결되어, 모듈화된 구조로 슬림하게 형성되어 수배전반 내부공간에 손쉽게 설치할 수 있고, 이로 인해, 고비용의 구성 부품과 주변회로를 단순화하여 부품수를 절감시킬 수 있으며, 하나의 장치로, 주변 환경에 따라 수시로 변하는 수배전반 내부 전력설비의 다지점의 온도를 센싱시킬 수 있고, 그룹분할형 고속 푸리에 변환알고리즘 엔진부(Fast Fourier transform, FFT)와, 온도·과열 현장 분석부를 통해, 기존의 분포형 광섬유 FBG 온도 센서에 비해, 1.5배~3배의 속도로 온도 및 과열 여부를 현장 분석시킬 수 있으며, 전력설비의 과열 및 열화 상태 시, 현장의 디스플레이화면 표출과 동시에 수배전반의 전원 구동을 강제 오프시키면서, 온도데이터 + 실시간 고장진단 데이터를 중앙관리 서버 쪽으로 전달시킬 수 있어, 수배전반의 화재 및 폭발 위험을 기존에 비해 80% 이하로 낮출 수 있는 수배전반 내부 전력설비용 스마트 광섬유 브래그격자센서 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
Description
본 발명에서는 수배전반의 복수 개 내부 전력설비에, 포인트형 광섬유 브래그격자 센서부가 1:1 맞춤형으로 부착 연결되어, 모듈화된 구조로 슬림하게 형성되어 수배전반 내부공간에 손쉽게 설치할 수 있고, 이로 인해, 고비용의 구성 부품과 주변회로를 단순화하여 부품수를 절감시킬 있고, 전력설비의 과열 및 열화 상태 시, 현장의 디스플레이화면 표출과 동시에 수배전반의 전원 구동을 강제 오프시키면서, 온도데이터 + 실시간 고장진단데이터를 중앙관리 서버 쪽으로 전달시킬 수 있는 스마트 광섬유 브래그 격자 온도센서에 의한 수배전반의 전력설비 열화감지·진단시스템에 관한 것이다.
기존의 수배전반에서 사용되는 온도 및 과열 감시장치는 주로 접촉형 온도센서와 간혹 비접촉의 적외선 온도센서를 이용하여 온도를 계측하는 형태로 이루어지고 있다.
그러나 수배전반은 고압의 전류가 흐르는 전력설비들이 설치되어 있어 전자파 및 서지에 의한 노이즈가 심하여 기존 온도센서 등의 구조로는 계측 오차와 오동작 ,통신 두절 등의 문제점으로 고압을 다루는 수배전반에서는 심각한 영향을 초래하고 있는 실정이다.
이에 대한 대응책으로, 현재, 분포형 광섬유 FBG 온도 센서 시스템이 많이 사용되고 있다.
상기 분포형 광섬유 FBG 온도 센서 시스템은 레이저 다이오드(LD)를 비롯한 스플리터(splitter),커플러(coupler) 등 부품의 고가격으로 인해 시스템 당 100개 내외의 FBG 센서들을 연결하여 구성하는 시스템이 일반적이며, 온도계측 시스템에서 운용하는 FBG의 수가 10개 내외 정도로 소량인 경우에는 가격경쟁력이 현저히 떨어지게 됨에 따라 이에 대한 대응방안이 없는 상황이다.
즉, 10개 내외의 소량 FBG 센서를 운용하고자 하는 경우에는 10 nm 내외의 파장폭을 갖는 광원과 이에 대한 파장가변필터가 필요하지만, 기존 FBG 시스템은 100 nm 정도의 파장폭을 갖는 광원과 광대역 파장가변 기능을 갖는 파장가변필터가 필요하다.
따라서, 소량의 FBG를 계측하기에는 부적절함에 따라 구동방식을 새롭게 설계하고 해당 부품의 구조를 제한함으로써 최적화하여 시스템의 구성비용을 기존 분포형 FBG 시스템 대비 10% 수준 이하로 절실히 개발할 필요성이 제기되고 있다.
또한, 기존 분포형 광섬유 FBG 온도 센서 시스템의 경우에, 주변 잡음에 약해 온도파장변화에 관한 측정 정확도가 떨어지는 문제점과, 감시장치를 통해 수배전반의 열화진단을 하더라도, 수배전반 내부 전력설비의 열화정도만을 진단할 수 있을 뿐, 현장에서 바로, 열화진단을 통한 고장진단이 어렵고, 무엇보다, 즉각적인 현장조치가 늦어져서, 과열 및 열화로 인한 수배전반 화재 및 폭발에 대한 대응이 늦은 문제점이 있었다.
상기의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에서는 수배전반의 복수개 내부 전력설비에, 포인트형 광섬유 브래그격자 센서부가 1:1 맞춤형으로 부착 연결되어, 모듈화된 구조로 슬림하게 형성되어 수배전반 내부공간에 손쉽게 설치할 수 있고, 하나의 장치로, 주변 환경에 따라 수시로 변하는 수배전반 내부 전력설비의 다지점의 온도를 센싱시킬 수 있으며, 전력설비의 과열 및 열화 상태 시, 현장의 디스플레이화면 표출과 동시에 수배전반의 전원 구동을 강제 오프시키면서, 온도데이터 + 실시간 고장진단데이터를 중앙관리 서버 쪽으로 전달시킬 수 있는 수배전반 내부 전력설비용 스마트 광섬유 브래그격자센서 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 스마트 광섬유 브래그 격자 온도센서에 의한 수배전반의 전력설비 열화감지·진단시스템은
박스형상으로 형성되어, 수배전반 내부 도어 일측, 수배전반 내부 공간 일측 또는 외부 공간 일측에 설치되면서, 각 기기를 외압으로부터 보호하고 지지하는 감시진단 모듈본체(100)와,
감시진단 모듈본체의 내부공간 일측에 위치되어, 각 기기에 전원을 공급시키는 전원부(200)와,
수배전반 내부 전력설비에 접촉연결되어, 수배전반 내부 전력설비의 온도에 따른 브래그 파장신호를 6채널로 측정하여, 수배전반 내부 전력설비의 온도 및 과열 여부를 현장 분석시킨 후, 분석한 현재온도데이터를 스마트제어부로 전달시키는 6채널 포인트형 광섬유 브래그격자센서모듈(300)과,
감시진단 모듈본체 내부 공간 일측에 위치되어, 스마트제어부의 제어신호에 따라 원격지에 위치한 중앙관리 서버쪽으로 수배전반 내부기기의 현재 온도데이터와, 실시간 고장진단데이터를 송신시키고, 이에 따른 응답신호로서 제어명령신호를 수신받아 스마트제어부로 전달시키는 유무선 통신모듈(400)과,
감시진단 모듈본체의 정면 일측에 위치되고, 스마트제어부의 제어신호에 따라 구동되어, 6채널 포인트형 광섬유 브래그격자센서모듈에서 분석한 현재온도데이터, 과열여부, 그리고, 스마트제어부에서 비교분석한 실시간 고장진단데이터를 다채널로 화면상에 표출시키는 디스플레이부(500)와,
전원부, 6채널 포인트형 광섬유 브래그격자센서모듈, 유무선통신모듈, 디스플레이부와 연결되어, 각 기기의 전반적인 구동을 제어하면서, 6채널 포인트형 광섬유 브래그격자센서모듈에서 전달된 수배전반 내부기기의 현재 온도데이터를 기준이상유무 설정값과 비교분석 후, 기기 이상시, 수배전반의 전원구동을 강제 오프시키면서, 현재온도데이터와 실시간 고장진단데이터를 유무선 통신모듈쪽으로 전달시키도록 제어하는 스마트제어부(600)로 구성됨으로서 달성된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는
첫째, 수배전반의 복수개 내부 전력설비에, 포인트형 광섬유 브래그격자 센서부가 1:1 맞춤형으로 부착 연결되어, 모듈화된 구조로 슬림하게 형성되어 수배전반 내부공간에 손쉽게 설치할 수 있고, 이로 인해, 고비용의 구성 부품과 주변회로를 단순화하여 부품수를 절감시킬 수 있다.
둘째, 하나의 장치로, 주변 환경에 따라 수시로 변하는 수배전반 내부 전력설비의 다지점의 온도를 센싱시킬 수 있어, 실시간적인 온도변화에 대처할 수 있을 뿐만 아니라, 즉각적인 주변의 변화에 대응할 수 있다.
셋째, 그룹분할형 고속 푸리에 변환알고리즘 엔진부(fast Fourier transform, FFT)와, 온도·과열 현장 분석부를 통해, 기존의 분포형 광섬유 FBG 온도 센서에 비해, 1.5배~3배의 속도로 온도 및 과열 여부를 현장 분석시킬 수 있다.
넷째, 전력설비의 과열 및 열화 상태 시, 현장의 디스플레이화면 표출과 동시에 수배전반의 전원 구동을 강제 오프시키면서, 온도데이터 + 실시간 고장진단데이터를 중앙관리 서버 쪽으로 전달시킬 수 있어, 수배전반의 화재 및 폭발 위험을 기존에 비해 80% 이하로 낮출 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 스마트 광섬유 브래그 격자 온도센서에 의한 수배전반의 전력설비 열화감지·진단시스템(1)의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 2는 본 발명에 따른 스마트 광섬유 브래그 격자 온도센서에 의한 수배전반의 전력설비 열화감지·진단시스템(1)의 정면 구성요소를 도시한 정면사시도,
도 3은 본 발명에 따른 본 발명에 따른 스마트 광섬유 브래그 격자 온도센서에 의한 수배전반의 전력설비 열화감지·진단시스템(1)의 후면 구성요소를 도시한 후면사시도,
도 4는 본 발명에 따른 스마트 광섬유 브래그 격자 온도센서에 의한 수배전반의 전력설비 열화감지·진단시스템(1)의 구성요소를 도시한 분해사시도,
도 5는 본 발명에 따른 6채널 포인트형 광섬유 브래그격자센서모듈의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 6은 본 발명에 따른 커플러부의 구성요소를 도시한 사시도,
도 7은 본 발명에 따른 포인트형 광섬유 브래그격자 센서부의 구성요소를 도시한 사시도,
도 8은 본 발명에 따른 호형 광섬유 브래그격자가 형성된 것을 도시한 일실시예도,
도 9는 본 발명에 따른 신호분석부의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 10은 본 발명에 따른 스마트제어부의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 11은 본 발명에 따른 전원강제 제어부(620)가 현장용 고장진단제어부의 고장진단에 따른 기기 이상시, 수배전반의 전원구동을 강제로 자동으로 오프(Off)시키는 것을 도시한 회로도,
도 12는 본 발명에 따른 현장용 고장진단제어부의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 13은 본 발명에 따른 자율연합 뉴럴 네트워크 기반 고장진단분석 알고리즘엔진의 동작을 도시한 일실시예도,
도 14는 본 발명에 따른 수배전반 내부기기 중 변압기 일측에 포인트형 광섬유 브래그격자 센서부가 접촉되어 형성된 것을 도시한 일실시예도,
도 15는 본 발명에 따른 6채널 포인트형 광섬유 브래그격자센서모듈의 포인트형 광섬유 브래그격자 센서부가 수배전반 내부기기에 1:1로 접촉되어 설치된 것을 도시한 일실시예도,
도 16은 본 발명에 따른 유무선 통신모듈이 구동되어, 스마트제어부의 제어신호에 따라 원격지에 위치한 중앙관리 서버쪽으로 6채널 포인트형 광섬유 브래그격자센서모듈에 분석한 수배전반 내부기기의 온도데이터 및 스마트제어부에서 진단한 실시간 고장진단데이터를 송신시키고, 이에 따른 응답신호로서 제어명령신호를 수신받아 스마트제어부로 전달시키는 것을 도시한 일실시예도.
도 2는 본 발명에 따른 스마트 광섬유 브래그 격자 온도센서에 의한 수배전반의 전력설비 열화감지·진단시스템(1)의 정면 구성요소를 도시한 정면사시도,
도 3은 본 발명에 따른 본 발명에 따른 스마트 광섬유 브래그 격자 온도센서에 의한 수배전반의 전력설비 열화감지·진단시스템(1)의 후면 구성요소를 도시한 후면사시도,
도 4는 본 발명에 따른 스마트 광섬유 브래그 격자 온도센서에 의한 수배전반의 전력설비 열화감지·진단시스템(1)의 구성요소를 도시한 분해사시도,
도 5는 본 발명에 따른 6채널 포인트형 광섬유 브래그격자센서모듈의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 6은 본 발명에 따른 커플러부의 구성요소를 도시한 사시도,
도 7은 본 발명에 따른 포인트형 광섬유 브래그격자 센서부의 구성요소를 도시한 사시도,
도 8은 본 발명에 따른 호형 광섬유 브래그격자가 형성된 것을 도시한 일실시예도,
도 9는 본 발명에 따른 신호분석부의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 10은 본 발명에 따른 스마트제어부의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 11은 본 발명에 따른 전원강제 제어부(620)가 현장용 고장진단제어부의 고장진단에 따른 기기 이상시, 수배전반의 전원구동을 강제로 자동으로 오프(Off)시키는 것을 도시한 회로도,
도 12는 본 발명에 따른 현장용 고장진단제어부의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 13은 본 발명에 따른 자율연합 뉴럴 네트워크 기반 고장진단분석 알고리즘엔진의 동작을 도시한 일실시예도,
도 14는 본 발명에 따른 수배전반 내부기기 중 변압기 일측에 포인트형 광섬유 브래그격자 센서부가 접촉되어 형성된 것을 도시한 일실시예도,
도 15는 본 발명에 따른 6채널 포인트형 광섬유 브래그격자센서모듈의 포인트형 광섬유 브래그격자 센서부가 수배전반 내부기기에 1:1로 접촉되어 설치된 것을 도시한 일실시예도,
도 16은 본 발명에 따른 유무선 통신모듈이 구동되어, 스마트제어부의 제어신호에 따라 원격지에 위치한 중앙관리 서버쪽으로 6채널 포인트형 광섬유 브래그격자센서모듈에 분석한 수배전반 내부기기의 온도데이터 및 스마트제어부에서 진단한 실시간 고장진단데이터를 송신시키고, 이에 따른 응답신호로서 제어명령신호를 수신받아 스마트제어부로 전달시키는 것을 도시한 일실시예도.
먼저, 본 발명에서 설명되는 수배전반 내부 전력설비는 수배전반의 내부에 설치되는 기기 또는 설비로서, 변압기, 부스바, 진공차단기(VCB), 변성기(PT), 전력량계량기(MOF), 부하개폐기, 부싱소자를 말하고, 각종 몰드형 절연기기와 기기 연결 부품 및 절연 열화 예측이 요구되는 구성품 등으로 이루어진다.
또한, 본 발명에서는 수배전반 내부 전력설비에 포인트형 광섬유 브래그격자 센서부가 1:1로 부착되어 연결되는 특성을 가진다.
여기서, 6채널은 6개로 이루어져, 수배전반 내부 전력설비에 부착 연결되는 것을 말한다.
본 발명에 따른 포인트형 광섬유 브래그격자 센서부는 10nm의 파장영역, 10 pm (1℃ 대응)의 분해능의 특성을 가진다.
그리고, 본 발명과 기존 기술을 비교해보면,
첫째, 수배전반의 복수개 내부 전력설비에, 포인트형 광섬유 브래그격자 센서부가 1:1 맞춤형으로 부착 연결되어, 모듈화된 구조로 슬림하게 형성되어 수배전반 내부공간에 손쉽게 설치할 수 있고, 이로 인해, 기존의 분포형 광섬유 FBG 온도 센서에 비해, 고비용의 구성 부품과 주변회로를 단순화하여 부품수를 절감시킬 수 있다는 점과,
둘째, 기존 광섬유온도센서의 경우에 적용시킨 이산 주파수 변환(DFT : Discrete Fourier Transformation)에 비해, 그룹분할형 고속 푸리에 변환알고리즘엔진부를 통해 브래그 파장변화신호들을 홀수번째 그룹과 짝수번째 그룹으로 나눈 후, 고속 푸리에 변환을 통해 주파수 영역으로 변화시킬 수 있어, 기존의 분포형 광섬유 FBG 온도 센서에 비해, 1.5배~3배의 속도로 온도 및 과열 여부를 현장 분석시킬 수 있다는 점과,
셋째, 현장고장진단을 통해 기기 이상 시, 현장 디스플레이화면 표출과 동시에 수배전반의 전원구동을 강제 오프시키면서, 온도데이터 + 실시간 고장진단데이터를 중앙관리 서버쪽으로 전달시킨다는 점에서 주요 특징을 가진다.
| 구분 | 본 특허에 따른 6채널 포인트형 광섬유브래그격자센서모듈 | 기존의 분포형 광섬유 FBG 온도 센서 |
| 파장영역 | 10nm | 100nm |
| 분해능 | 10pm(1℃ 대응) | 1pm(0.11℃ 대응) |
| 최대센서수 | 6개 | 100개 |
| 가격 | $1,000(대략) | $25,000(대략) |
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 첨부하여 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 스마트 광섬유 브래그 격자 온도센서에 의한 수배전반의 전력설비 열화감지·진단시스템(1)의 구성요소를 도시한 블럭도에 관한 것으로, 이는 감시진단 모듈본체(100), 전원부(200), 6채널 포인트형 광섬유 브래그격자센서모듈(300), 유무선 통신모듈(400), 디스플레이부(500), 스마트제어부(600)로 구성된다.
먼저, 본 발명에 따른 감시진단 모듈본체(100)에 관해 설명한다.
상기 감시진단 모듈본체(100)는 박스형상으로 형성되어, 수배전반 내부 도어 일측, 수배전반 내부 공간 일측 또는 외부 공간 일측에 설치되면서, 각 기기를 외압으로부터 보호하고 지지하는 역할을 한다.
이는 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 내부공간에 전원부가 형성되고, 전원부 일측에 유무선 통신모듈이 형성되며, 유무선 통신모듈 일측에 스마트제어부가 형성되고, 스마트제어부를 기준으로 6채널 포인트형 광섬유 브래그격자센서모듈이 형성된다.
그리고, 도 3에 도시한 바와 같이, 감시진단 모듈본체의 후단 일측에 복수개의 포인트형 광섬유 브래그격자 센서부가 형성된다.
그리고, 포인트형 광섬유 브래그격자 센서부는 수배전반 내부 전력설비 일측과 1:1 접촉되어 형성된다.
다음으로, 본 발명에 따른 전원부(200)에 관해 설명한다.
상기 전원부(200)는 감시진단 모듈본체의 내부공간 일측에 위치되어, 각 기기에 전원을 공급시키는 역할을 한다.
이는 상용전원공급부가 포함되어 구성된다.
또한, 본 발명에서는 리튬이온배터리가 포함되어 구성된다.
즉, 평상시에 상용전원 공급부를 통해 외부의 상용전원을 공급받다가, 정전 및 화재발생시, 리튬이온배터리로부터 비상전원을 공급받도록 구성된다.
다음으로, 본 발명에 따른 6채널 포인트형 광섬유 브래그격자센서모듈(300)에 관해 설명한다.
상기 6채널 포인트형 광섬유 브래그격자 센서모듈(300)은 수배전반 내부 전력설비에 접촉 연결되어, 수배전반 내부 전력설비의 온도에 따른 브래그 파장신호를 6채널로 측정하여, 수배전반 내부 전력설비의 온도 및 과열 여부를 현장 분석시킨 후, 분석한 현재온도데이터를 스마트제어부로 전달시키는 역할을 한다.
이는 도 5에 도시한 바와 같이, LD(Laser Diode) 광원 장치(310), 커플러부(320), 포인트형 광섬유 브래그격자 센서부(330), 신호검출부(340), 신호분석부(350)로 구성된다.
첫째, 본 발명에 따른 LD(Laser Diode) 광원 장치(310)에 관해 설명한다.
상기 LD(Laser Diode) 광원 장치(310)는 포인트형 광섬유 브래그격자 센서부의 다파장 범위를 포함하는 대역폭과, 출력밀도를 갖는 다파장신호를 커플러쪽으로 출력시키는 역할을 한다.
이는 다파장신호(=광신호)를 생성시켜 커플러부로 입사시킨다.
상기 다파장신호는 일예로, 다파장 범위(10nm~1500nm)를 포함하는 대역폭과, 출력밀도 3mW이상을 갖는다.
둘째, 본 발명에 따른 커플러부(320)에 관해 설명한다.
상기 커플러부(320)는 LD 광원 장치의 선단에 위치되어, LD 광원 장치에서 출력되는 다파장신호를 입력받아 포인트형 광섬유 브래그격자 센서부로 전달시키고, 포인트형 광섬유 브래그격자 센서부에서 반사되는 단파장신호를 신호검출부쪽으로 출력시키는 역할을 한다.
이는 투명강화유리 또는 투명 아크릴재질로 이루지고, 사각 박스 형상으로 형성된다.
그리고, 도 6에 도시한 바와 같이, 일측에 LD(Laser Diode)접속부(320a)가 형성되며, LD(Laser Diode)접속부 반대편에 포인트형 광섬유 브래그격자 센서부 연결소켓(320b)이 형성되며, 포인트형 광섬유 브래그격자 센서부 연결소켓 일측에 신호검출부용 접속부(320c)가 형성된다.
상기 LD(Laser Diode)접속부(320a)는 LD 광원 장치에서 출력되는 다파장신호를 입력받아 일측에 하나 또는 N개로 연결된 포인트형 광섬유 브래그격자 센서부 연결소켓으로 전달시킨다.
상기 포인트형 광섬유 브래그격자 센서부 연결소켓(320b)은 포인트형 광섬유 브래그격자 센서부와 1:1로 접촉되어, LD(Laser Diode)접속부의 다파장신호를 포인트형 광섬유 브래그격자 센서부로 전달시킨다.
상기 신호검출부용 접속부(320c)는 신호검출부가 연결되어, 포인트형 광섬유 브래그격자 센서부에서 반사되는 단파장신호를 신호검출부로 전달시킨다.
셋째, 본 발명에 따른 포인트형 광섬유 브래그격자 센서부(330)에 관해 설명한다.
상기 포인트형 광섬유 브래그격자 센서부(330)는 수배전반 내부 전력설비 일측에 복수개로 위치되고, 커플러부의 출력단 일측과 연결되어, 커플러부로부터 전달된 LD 광원 장치의 다파장신호의 간섭 형태를 호형 광섬유 브래그격자에 조사하여, 특정 파장의 빛을 반사시켜 수배전반 내부기기의 온도에 따른 브래그 파장신호를 측정시키는 역할을 한다.
이는 도 7에 도시한 바와 같이, 광섬유 중심인 코어부(330a)와, 코어부(330a)를 보호하는 클래딩(cladding)부(330b)와, 클래딩(cladding)부를 보호하는 피복부(330c)로 구성된다.
코어부의 입력단 일측에 신호검출부의 패브리-페롯(Fabry-Perot) 필터부가 연결되어 형성된다.
그리고, 코어부와 클래딩부의 주성분은 유리로 구성되고, 코어부와 클래딩부를 보호하기 위하여 폴리머(polymer)나 아크릴레이트(acrylate) 등을 사용하여 클래딩 표면을 피복한다.
상기 코어부는 내부에 광섬유 브래그격자(330a-1)가 일렬로 나열된 구조로 형성된다.
본 발명에서는 6개의 광섬유 브래그격자가 일렬로 나열되어 형성된다.
상기 광섬유 브래그격자는 일자형상, 또는 호형상으로 형성된다.
이때, 호형상을 갖는 호형 광섬유 브래그격자는 다파장신호가 입사되면, 호형구조를 통해 수학식 1과 같은 브래드 조건을 만족하는 파장성분을 격자에서 반사시키고, 브래드 조건을 만족하지 않는 파상성분은 격자를 투과시키는 역할을 한다.
여기서, 광섬유격자가 호형상으로 형성됨으로서, 호형상의 격자 간격을 길이방향으로 펼치면 격자 간격을 길게 형성시킬 수 있어, 기존의 일자형 단일 격자인 기존의 광섬유 브래그 격자보다 작은 파장 폭을 갖는 피크들로 구성되는 스펙트럼 면적을 1.2배~1.5배 증가시킬 수 있고, 이로 인해, 기존에 비해 넓은 범위의 브래그 파장 변화와, 온도 및 과열 여부를 2~4배로 빠르게 측정할 수가 있다.
상기 광섬유 브래그격자는 도 8에 도시한 바와 같이, 광섬유격자 6개로 구성된다.
이는 일예로, 중심파장이 1550 nm, 격자 길이가 5 mm로 구성되고, 반사도는 약 40 %로 구성된다.
여기서, λb는 브래그 파장이고, meff는 광섬유브래그격자의 유효굴절률이며, Λ는 격자의 간격을 나타낸다.
따라서, 격자에서 반사되는 브래그 파장은 유효굴절률과 격자 간격의 함수이며, 광섬유브래그격자에 접촉하고 있는 수배전반 내부기기의 온도가 가해지면 온도가 변하여 브래그 파장이 달라지게 된다.
넷째, 본 발명에 따른 신호검출부(340)에 관해 설명한다.
상기 신호검출부(340)는 일측에서 포인트형 광섬유브래그격자센서부에서 반사되어 돌아온 브래그 파장변화신호를 검출시키는 역할을 한다.
이는 패브리-페롯(Fabry-Perot) 필터부가 포함되어 구성된다.
상기 패브리-페롯(Fabry-Perot) 필터부는 포인트형 광섬유브래그격자센서부에서 반사되어 돌아온 브래그 파장변화신호를 검출시키는 역할을 한다.
이는 브래드 조건을 만족하는 파장성분 중 광섬유브래그격자에서 반사시키는 브래그 파장변화신호를 검출한다.
즉, 포인트형 광섬유브래그격자센서부에 접촉하고 있는 수배전반 내부기기에 가해지는 온도를 검출한다.
여기서, 온도 검출은 입사광과 반사광과의 위상차와 광경로의 차를 추출하되, 상기 추출된 위상차 및 광경로의 차로부터 온도 변화를 감지함으로써 온도를 검출한다.
다섯째, 본 발명에 따른 신호분석부(350)에 관해 설명한다.
상기 신호분석부(350)는 신호검출부로부터 검출시킨 온도에 따른 브래그 파장변화신호들을 입력받아 홀수번째 그룹과 짝수번째 그룹으로 나눈 후, 고속 푸리에 변환을 통해 주파수 영역으로 변화시켜 온도 및 과열 여부를 현장 분석시키고, 현재온도데이터를 현장용 고장진단제어부의 입력데이터로 생성시키는 역할을 한다.
이는 도 9에 도시한 바와 같이, 그룹분할형 고속 푸리에 변환알고리즘엔진부(fast Fourier transform, FFT)(351), 온도·과열 현장 분석부(352)가 포함되어 구성된다.
상기 그룹분할형 고속 푸리에 변환알고리즘엔진부(fast Fourier transform, FFT)(351)는 브래그 파장변화신호들을 홀수번째 그룹과 짝수번째 그룹으로 나눈 후, 고속 푸리에 변환시켜 온도·과열 현장 분석부로 전달시키는 역할을 한다.
이산 푸리에 변환(discrete Fourier transform, DFT)은 연산시 시간이 오래 걸리기 때문에 본 발명에서는 실제 계산에서 나타나는 항의 주기성과 대칭성을 이용하여, 측정된 브래그 파장변화신호의 전부의 변환이 아닌, 필요한 브래그 파장변화신호만을 골라내어 최소화하며 고속으로 푸리에 변환을 연산시킨다.
일예로, 6개의 6채널 DFT 신호가 있다고 가정하면, 3개를 먼저 골라낸 후, 다시 3개의 신호를 단순히 연결함으로서 제외된 신호들의 예상을 적용시키도록 구성된다.
본 발명에 따른 그룹분할형 고속 푸리에 변환알고리즘엔진부의 푸리에 변환은 보통 아날로그 신호를 받아서 처리하는 기술의 하나로 사용되기 때문에 항상 실시간으로 진행되도록 구성된다.
따라서, 속도가 느리면 안되므로, 속도를 보다 빠르게 개선하기 위해, 브래그 파장변화신호들을 홀수번째 그룹과 짝수번째 그룹으로 나눈 후, 고속 푸리에 변환을 통해 주파수 영역으로 변환시킨다.
먼저, 브래그 파장변화신호 개수는 다음의 수학식 2와 같이 표현된다.
여기서, 주어진 브래그 파장변화신호의 개수 N이 이를 따른다고 가정할 때, N의 개수는 짝수이며, 반으로 나눌 수 있고, 이는 N=2C로 표현된다.
상기 수학식 2를 수학식 3과 같이 표현되는 이산 푸리에 변환(DFT)에 이를 대입하면, 다음과 같다.
여기서, N개의 신호점에 대해, 각각 짝수번 째 그룹과 홀수번 째 그룹으로 나누어 계산할 수 있다는 것을 알 수가 있다.
또한, 상기 수학식 3을 각 항에 대해 정리를 하면, 다음의 수학식 4와 같이 표현된다.
처럼 되며, 이를 다시 상기 수학식 3에 대입하여 나온 다음의 수학식 5을 구성하고 있는 두 항목 각각은 짝수번 째 그룹과 홀수번 째 그룹으로 정의할 수 있다.
수학식 5의 각 항은 주어진 N개의 신호점들 중 각각 짝수번 째 그룹, 홀수번 째 그룹에 해당하는 신호점들 N/2 개를 이용하여 계산한 값이다.
상기 수학식 5를 수학식 3에 대입하면, 다음의 수학식 6과 같이 표현된다.
상기 수학식 6을 이용하여 N개의 신호점이 주어진 경우 각각 짝수번 째 그룹, 홀수번 째 그룹의 두 그룹으로 나누어 계산을 한 후, S(0),...,S(C-1)=(N/2-1)까지의 값을 구할 수 있다.
그리고, 나머지 S(C)=S(N/2),S(L+1),...,S(N-1)의 값은 다음의 수학식 7과 같이 표현된다.
나머지 절반에 대한 신호점들의 계산에 기존의 계산결과를 그대로 이용할 수가 있고, 이를 통해 고속연산이 가능하게 된다.
본 발명에 따른 N개의 신호점들을 N/2개의 그룹으로 나눈 것이지만, 동일하게 N/2의 각 그룹을 다시 N/4의 짝수번 째 그룹과 홀수번 째 그룹으로 나눌 수 있으며, 이것을 최종적으로 2개의 신호점으로 이루어진 그룹까지 들어간 후에, 상기의 수학식 7을 이용하여 계산을 수행하게 된다.
일예로, 6개의 신호점들을 예를 들면, S(0), S(1), S(2), S(3), S(4), S(5), S(6)이 있다면,
이 신호점들은 S(0),S(2),S(4),(S6)의 짝수번 째 그룹과, S(1),S(3),S(5)의 홀수번 째 그룹으로 나뉘며, 이는 각각의 그룹에 대해 다시 S(0)S(4), S(2)S(6), S(1)S(3), S(5)의 4그룹으로 다시 나뉜다.
이산 푸리에 변환의 연산 시, 각 신호점에 대해 수학식 3과 같이, 이산 푸리에 변환(DFT)으로 단순 계산을 하면, 6*6=36이지만, 각 신호점에 대해, 수학식 7을 이용한 그룹분할형 고속 푸리에 변환알고리즘엔진부의 계산은 6*4=24로서, 12회의 계산을 줄일 수가 있다.
본 발명에 따른 그룹분할형 고속 푸리에 변환알고리즘 엔진부는 기존 광섬유온도센서의 경우에 적용시킨 이산 주파수 변환(DFT : Discrete Fourier Transformation)에 비해, 브래그 파장변화신호들을 홀수번 째 그룹과 짝수번 째 그룹으로 나눈 후, 고속 푸리에 변환을 통해 주파수 영역으로 변화시킬 수 있어, 2~4배로 빠르게 브래그 파장변화신호를 분석시킬 수가 있다.
상기 온도·과열 현장 분석부(352)는 그룹분할형 고속 푸리에 변환알고리즘엔진부를 통해 고속 푸리에 변환된 현재온도데이터를 기준으로 미리 데이터베이스에 저장된 기준온도데이터를 비교분석하여, 과열여부를 현장 분석시키고, 현재온도데이터를 스마트제어부의 입력데이터로 전달시키는 역할을 한다.
이는 다음의 표 2와 같이 테이블화되어 구성된다.
| 기준온도데이터 (Reference Temperature : ℃) |
현재온도데이터 (Measured Temperature : ℃) |
차이 Difference( ℃) |
과열여부 |
| 5 | 5.002438 | 0.002438 | 5% |
| 10 | 10.002438 | 0.002438 | 10% |
| 15 | 15.002442 | 0.002442 | 15% |
| 20 | 20.002437 | 0.002437 | 20% |
| 25 | 25.002438 | 0.002438 | 25% |
| 30 | 30.002437 | 0.002437 | 30% |
| 35 | 35.002438 | 0.002438 | 35% |
| 40 | 40.002439 | 0.002439 | 40% |
| 45 | 45.002440 | 0.002440 | 40% |
| 50 | 50.002437 | 0.002437 | 40% |
| 55 | 55.002437 | 0.002437 | 40% |
| 60 | 60.002435 | 0.002435 | 40% |
| 65 | 65.002455 | 0.002455 | 40% |
| 70 | 70.002489 | 0.002489 | 60% |
| 75 | 75.002438 | 0.002438 | 60% |
| 80 | 80.002897 | 0.002897 | 80% |
| 85 | 85.002789 | 0.002789 | 80% |
| 90 | 90.005487 | 0.005487 | 90% |
| 95 | 95.007876 | 0.007876 | 90% |
여기서, 과열여부는 기준온도데이터와 현재온도데이터가 70℃이고, 차이가 0.002489일 경우에 60%로 설정하고, 기준온도데이터와 현재온도데이터가 80℃이고, 차이가 0.0028979일 경우에 80%로 설정하며, 기준온도데이터와 현재온도데이터가 90℃이고, 차이가 0.005487일 경우에 90%로 설정한다.
그리고, 상기 현재온도데이터는 80kHz의 파형에 대한 기본파(80kHz), 2고조파(200kHz), 3고조파(600kHz), 4고조파(200kHz), 5고조파(240kHz), 6고조파(280kHz)의 주파수 영역대별로 변화시킨 것으로, 현장용 고장진단제어부의 입력데이터로 생성시킨다.
또한, 본 발명에 따른 6채널 포인트형 광섬유 브래그격자센서모듈(300)은 도 6에 도시한 바와 같이, 포인트형 광섬유 브래그격자 센서부와 신호검출부 사이에 가위형 센서지지프레임(360)이 포함되어 형성된다.
상기 가위형 센서지지프레임(360)은 평면방향에서 바라봤을 때 가위형상으로 형성으로, 수배전반 내부기기와 1:1로 부착 또는 연결되면서, 내부공간을 지나 외부방향으로 돌출되어 형성된 포인트형 광섬유 브래그격자 센서부를 외압에 흔들리지 않도록 지지시키는 역할을 한다.
이는 두께(t)가 0.3mm~1mm로 슬림하게 형성된다.
그리고, 가위형 센서지지 프레임(360)은 일측에 트윈형 삽입홀(361)이 형성되고, 트윈형 삽입홀을 통해 볼트와 너트의 나사결합방식 또는 접착제를 통한 접착결합방식으로 수배전반 내부기기와 1:1로 부착 또는 연결된다.
그리고, 상기 가위형 센서지지 프레임은 내부공간에 포인트형 광섬유 브래그격자 센서부를 보호하는 보호케이블이 형성되고, 외부 방향 일측에 포인트형 광섬유 브래그격자 센서부가 돌출되도록 형성된다.
다음으로, 본 발명에 따른 유무선 통신모듈(400)에 관해 설명한다.
상기 유무선 통신모듈(400)은 감시진단 모듈본체 내부 공간 일측에 위치되어, 스마트제어부의 제어신호에 따라 원격지에 위치한 중앙관리 서버쪽으로 수배전반 내부기기의 현재 온도데이터와, 실시간 고장진단데이터를 송신시키고, 이에 따른 응답신호로서 제어명령신호를 수신받아 스마트제어부로 전달시키는 역할을 한다.
이는 무선통신모듈로서 WiFi통신모듈 또는 LoRa 통신모듈이 구성되고, 유선통신모듈로서 BACNET TCP/IP, BACNET MS/TP, Modbus RTU 중 어느 하나가 선택되어 구성된다.
상기 WiFi통신모듈 또는 LoRa 통신모듈은 무선기술을 접목한 것으로, 고성능 무선통신을 가능하게 하는 무선랜 기술로 구성된다.
상기 무선랜은 네트워크 구축 시 유선을 사용하지 않고 전파나 빛 등을 이용하여 네트워크를 구축하는 방식으로서, 900MHz~2.4GHz의 주파수 대역을 사용한다.
다음으로, 본 발명에 따른 디스플레이부(500)에 관해 설명한다.
상기 디스플레이부(500)는 감시진단 모듈본체의 정면 일측에 위치되고, 스마트제어부의 제어신호에 따라 구동되어, 6채널 포인트형 광섬유 브래그 격자센서모듈에서 분석한 현재온도 데이터, 과열여부, 그리고, 스마트제어부에서 비교분석한 실시간 고장진단 데이터를 다채널로 화면상에 표출시키는 역할을 한다.
이는 LCD 모니터 또는 LED 모니터 중 어느 하나가 선택되어 구성된다.
다음으로, 본 발명에 따른 스마트제어부(600)에 관해 설명한다.
상기 스마트제어부(600)는 전원부, 6채널 포인트형 광섬유 브래그격자 센서모듈, 유무선 통신모듈, 디스플레이부와 연결되어, 각 기기의 전반적인 구동을 제어하면서, 6채널 포인트형 광섬유 브래그격자센서모듈에서 전달된 수배전반 내부기기의 현재 온도데이터를 기준이상 유무설정값과 비교분석 후, 기기 이상시, 수배전반의 전원구동을 강제 오프시키면서, 현재온도 데이터와 실시간 고장진단 데이터를 유무선 통신모듈쪽으로 전달시키도록 제어하는 역할을 한다.
이는 도 10에 도시한 바와 같이, 현장용 고장진단 제어부(610), 전원강제 제어부(620)가 포함되어 구성된다.
첫째, 본 발명에 따른 현장용 고장진단 제어부(610)에 관해 설명한다.
상기 현장용 고장진단 제어부(610)는 6채널 포인트형 광섬유 브래그격자 센서모듈를 통해 생성된 입력데이터를 전처리시킨 후, 시스템 고장 진단용 뉴럴 네트워크 알고리즘을 통해, 수배전반 내부기기의 고장진단을 연산시키고, 정상 운전 데이터와 비교분석한 후, 현재 수배전반 내부기기의 고장유무를 진단시키는 역할을 한다.
이는 도 12에 도시한 바와 같이, 전처리부(610a), 고장진단분석 제어부(610b)로 구성된다.
상기 전처리부(610a)는 푸리에 변환부를 통해 생성된 입력데이터인 온도데이터를 전처리시키는 역할을 한다.
상기 입력된 온도데이터는 프리엠퍼시스(Pre-emphasis) 과정을 통해 신호 대 잡음비(S/N), 주파수 특성, 일그러짐 특성이 개선됨으로서 왜곡 없이, 변형데이터와 온도데이터의 스펙트럼 특성을 추출하도록 구성된다.
여기서, 프리엠퍼시스(Pre-emphasis) 필터 H(z)와 출력식 s(n)은 다음의 수학식 8, 수학식 9와 같이 표현된다.
상기 프리엠퍼시스(Pre-emphasis) 과정을 거쳐 추출된 온도데이터의 스펙트럼 특성 정보는 프레임 블로킹(Frame blocking)된다.
이때, 프레임 블로킹 시 경계부분에서의 불연속으로 인한 정보 손실이 발생하기 때문에 이를 방지하기 위해 분리된 각 프레임의 일정 샘플만큼 중첩시켜 프레임을 블로킹시킨다.
상기 고장진단 분석제어부(610b)는 전처리부에서 전처리된 입력데이터인 온도데이터와 온도기울기 데이터,온도상승 데이터,기간 별 온도추이 데이터 등을 바탕으로 미리 학습되어 설계된 고장진단용 기준데이터와의 비교·분석을 통해, 수배전반 내부기기의 고장진단 및 열화진단을 연산시키고, 정상 운전 데이터와 비교분석한 후, 현재 수배전반 내부기기의 고장진단여부 및 열화 건전성여부를 분석시키는 역할을 한다.
이는 자율연합 뉴럴 네트워크 기반 고장진단분석 알고리즘엔진(610b-1)이 포함되어 구성된다.
상기 자율연합 뉴럴 네트워크 기반 고장진단분석 알고리즘엔진(610b-1)은 현재 입력된 온도데이터가 정상 동작 시와는 다른 양상을 나타낼 경우에, 자율연합 뉴럴 네트워크를 기반으로, 미리 학습되어 설계된 고장진단용 기준데이터와의 비교·분석을 통해 현재 수배전반 내부기기의 고장진단을 분석시키고, 감시대상 전력설비의 열화 건전성을 연산·표출시키는 역할을 한다.
여기서, 감시대상 전력설비의 열화 건전성을 연산·표출시키는 것은, 온도·과열 현장 분석부에서 현장분석된 과열여부데이터를 입력받아, 절연열화 정도의 백분률인 열화 건전성으로 연산시킨 후, 디스플레이부에 표출시키는 것을 말한다.
즉, 기준데이터생성부에서 생성된 기준데이터를 바탕으로 미리 학습된 자율연합 뉴럴 네트워크 기반 고장진단분석 알고리즘엔진은 입력 데이터의 차수보다 적은 뉴런으로 구성되는 바틀넥 레이어(bottleneck layer)의 도입으로 인해 다음과 같은 특성을 갖게 된다.
m-차원의 입력 데이터들 간에 존재하는 상관관계는 j-차원의 데이터로 축약되고, 이 과정에서 입력 데이터들 간의 상관관계와 관련된 정보들이 입력 레이어(input layer)와 맵핑 레이어(mapping layer) 간, 및 맵핑 레이어(mapping layer)와 바틀넥 레이어(bottleneck layer)간의 신경망 결합강도에 분산저장되게 된다.
이로 인해 학습 시 사용된 기준데이터와 다른 입력(현재 입력된 수배전반 내부기기의 온도데이터)이 자율연합 뉴럴 네트워크 기반 고장진단분석 알고리즘엔진에 입력된다 할지라도, 자율연합 뉴럴 네트워크 기반 고장진단 분석모듈은 고장이 없을 경우의 센서값을 출력하게 된다.
따라서, 자율연합 뉴럴 네트워크 기반 고장진단분석 알고리즘엔진의 출력과 온도입력에 대한 잔차는 0이 아닌 값을 갖고, 이 잔차의 검사를 통해 현재 입력된 수배전반 내부기기의 고장진단검출을 효율적으로 수행될 수 있게 된다.
그러나, 자율연합 뉴럴 네트워크 기반 고장진단분석 알고리즘엔진이 상기의 특성을 갖기 위해서는 반드시 입력 데이터들 간에 강한 상관관계(strong correlation)가 있어야 하며, 이를 위해서는 물리적인 다중센서 중첩도(physically redundant sensors) 또는 측정 변수들 간의 선형, 비선형 상관관계에 의해 생성되는 추가적인 변수의 사용이 요구된다.
그리고, 도 13에 도시된, S1, S2, S3 ,S4는 현재 입력된 수배전반 내부기기의 온도데이터를 의미하며, S'1,S'2,S'3,S'4는 입력 계측데이터에 대한 자율연합 뉴럴 네트워크 기반 고장진단분석 알고리즘엔진의 출력을 의미한다. 또한 r1, r2, r3, r4는 현재 입력된 수배전반 내부기기의 입력데이터인 온도데이터와 자율연합 뉴럴 네트워크 기반 고장진단분석 알고리즘엔진 출력간의 잔차를 의미한다.
이처럼, 본 발명에 따른 고장진단 제어부는 전처리된 입력데이터인 온도데이터를 바탕으로 미리 학습되어 설계된 자율연합 뉴럴 네트워크 기반 고장진단분석 알고리즘엔진을 통해, 수배전반 내부기기의 고장진단을 연산시키고, 정상 운전 데이터와 비교분석한 후, 현재 수배전반 내부기기의 고장진단 및 열화 건전성 여부를 현장에서 바로 분석시킬 수 있다.
둘째, 본 발명에 따른 전원강제제어부(620)에 관해 설명한다.
상기 전원강제 제어부(620)는 현장용 고장진단제어부의 고장진단에 따른 기기 이상시, 수배전반의 전원구동을 강제로 자동으로 오프(Off)시키는 역할을 한다.
이는 수배전반의 전원부에 스위칭 소자(621)가 연결되어, 수배전반의 전원부 구동을 스위칭 소자를 통해 온/오프 구동시킨다.
여기서, 스위칭 소자(621)는 도 11에 도시한 바와 같이, 릴레이 스위치소자로 구성된다.
즉, 릴레이 스위치 소자의 출력단자 일측에 수배전반의 전원부가 연결되고, 전원강제제어부에서 현장용 고장진단제어부의 고장진단에 따른 기기 이상 시, 수배전반의 전원구동을 강제로 자동으로 오프시키는 오프신호가 출력되면, 릴레이 스위치 소자의 구동이 오프(off)되어, 수배전반의 전원부 전원이 오프된다.
그리고, 전원강제제어부에서 현장용 고장진단제어부의 고장진단에 따른 기기 정상 시, 수배전반의 전원구동을 강제로 자동으로 온시키는 온(on)신호가 출력되면, 릴레이 스위치 소자의 구동이 온(on)되어, 수배전반의 전원부 전원이 온(on)된다.
이처럼, 본 발명에서는 전원강제제어부가 구성됨으로서, 수배전반의 점검속도가 늦더라도, 수배전반의 과열로 인한 화재 위험율 및 폭발 위험율을 70% 이하로 낮출 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 스마트 광섬유 브래그 격자 온도센서에 의한 수배전반의 전력설비 열화감지·진단시스템의 구체적인 동작과정에 관해 설명한다.
먼저, 수배전반 내부 공간 일측에 감시진단 모듈본체가 설치된다.
다음으로, 도 15에 도시한 바와 같이, 6채널 포인트형 광섬유 브래그격자센서모듈의 포인트형 광섬유 브래그격자 센서부가 수배전반 내부기기에 1:1로 접촉되어 설치된다.
여기서, 수배전반 내부기기는 변압기, 부스바, 진공차단기(VCB), 변성기(PT), 전력량계량기(MOF), 부하개폐기, 부싱소자를 말하고, 변압기, 부스바, 진공차단기(VCB), 변성기(PT), 전력량계량기(MOF), 부하개폐기, 부싱소자에 1:1로 포인트형 광섬유 브래그격자 센서부가 접촉되어 형성된다.
도 14는은 수배전반 내부기기 중 변압기 일측에 포인트형 광섬유 브래그격자 센서부가 접촉되어 형성된 것을 도시한 일실시예도에 관한 것이다.
그리고, 접촉되어 형성된다는 것은 테이프 및 접착제에 의해 접착되는 것이외에도, 고정부재인 클립과 나사에 의해 결합되는 것을 말한다.
다음으로, 전원부를 통해 각 기기에 전원을 공급시킨다.
다음으로, 6채널 포인트형 광섬유 브래그격자 센서모듈이 구동되어, 수배전반 내부기기의 온도에 따른 브래그 파장신호를 동시 측정하여, 수배전반 내부기기의 온도를 현장분석시킨 후, 분석한 온도데이터를 스마트제어부로 전달시킨다.
즉, LD(Laser Diode) 광원 장치가 구동되어, 포인트형 광섬유 브래그격자 센서부의 다파장 범위(5003nm~1577nm)를 포함하는 대역폭과, 출력밀도 3mW이상을 갖는 다파장신호를 커플러쪽으로 출력시킨다.
이어서, 커플러부에서 LD 광원 장치에서 출력되는 다파장신호를 입력받아 포인트형 광섬유 브래그격자 센서부로 전달시킨다.
이어서, 수배전반 내부 전력설비에 접촉하고 있는 포인트형 광섬유 브래그격자 센서부에서 커플러부로부터 전달된 LD 광원 장치의 다파장신호의 간섭 형태를 호형 광섬유 브래그격자에 조사하여, 특정 파장의 빛을 반사시켜 수배전반 내부기기의 온도에 따른 브래그 파장신호를 측정시킨다.
이어서, 커플러부가 구동되어, 포인트형 광섬유 브래그격자 센서부에서 반사되는 단파장신호를 신호검출부쪽으로 출력시킨다.
이어서, 신호검출부가 구동되어, 포인트형 광섬유 브래그격자 센서부에서 반사되어 돌아온 브래그 파장변화신호를 검출시키고, 포인트형 광섬유 브래그격자 센서부를 통과한 브래그 파장변화신호를 검출시킨다.
이어서, 신호분석부가 구동되어, 신호검출부로부터 검출시킨 온도에 따른 브래그 파장변화신호들을 입력받아 홀수번 째 그룹과 짝수번 째 그룹으로 나눈 후, 고속 푸리에 변환을 통해 주파수 영역으로 변화시켜 온도 및 과열 여부를 현장 분석시킨다.
다음으로, 6채널 포인트형 광섬유 브래그격자 센서모듈에서 현재온도데이터를 스마트제어부로 전달시킨다.
다음으로, 스마트제어부가 구동되어, 6채널 포인트형 광섬유 브래그격자 센서모듈에서 전달된 수배전반 내부기기의 현재 온도데이터를 기준이상 유무 설정값과 비교분석 후, 기기 이상 시, 수배전반의 전원구동을 강제 오프시키면서, 현재온도데이터와 실시간 고장진단데이터를 유무선 통신 모듈 쪽으로 전달시킨다.
다음으로, 디스플레이부가 스마트제어부의 제어신호에 따라 구동되어, 6채널 포인트형 광섬유 브래그격자 센서모듈에서 분석한 현재 온도데이터를 다채널로 화면상에 표출시킨다.
여기서, 6채널은 6개로 구성된다.
끝으로, 도 16에 도시한 바와 같이, 유무선 통신모듈이 구동되어, 스마트제어부의 제어신호에 따라 원격지에 위치한 중앙관리 서버 쪽으로 6채널 포인트형 광섬유 브래그격자 센서모듈에 분석한 수배전반 내부기기의 온도데이터 및 스마트제어부에서 진단한 실시간 고장진단데이터를 송신시키고, 이에 따른 응답신호로서 제어명령신호를 수신받아 스마트제어부로 전달시킨다.
1 : 스마트 광섬유 브래그 격자 온도센서에 의한 수배전반의 전력설비 열화감지·진단시스템
100 : 감시진단 모듈본체 200 : 전원부
300 : 6채널 포인트형 광섬유브래그격자센서모듈
400 : 유무선통신모듈 500 : 디스플레이부
600 : 스마트제어부
100 : 감시진단 모듈본체 200 : 전원부
300 : 6채널 포인트형 광섬유브래그격자센서모듈
400 : 유무선통신모듈 500 : 디스플레이부
600 : 스마트제어부
Claims (7)
- 박스형상으로 형성되어, 수배전반 내부 도어 일측, 수배전반 내부 공간 일측 또는 외부 공간 일측에 설치되면서, 각 기기를 외압으로부터 보호하고 지지하는 감시진단 모듈본체(100)와,
감시진단 모듈본체의 내부공간 일측에 위치되어, 각 기기에 전원을 공급시키는 전원부(200)와,
수배전반 내부 전력설비에 접촉 연결되어, 수배전반 내부 전력설비의 온도에 따른 브래그 파장신호를 6채널로 측정하여, 수배전반 내부 전력설비의 온도 및 과열 여부를 현장 분석시킨 후, 분석한 현재 온도데이터를 스마트제어부로 전달시키는 6채널 포인트형 광섬유 브래그격자 센서모듈(300)과,
감시진단 모듈본체 내부 공간 일측에 위치되어, 스마트제어부의 제어신호에 따라 원격지에 위치한 중앙관리 서버 쪽으로 수배전반 내부기기의 현재 온도데이터와, 실시간 고장진단 데이터를 송신시키고, 이에 따른 응답신호로서 제어명령신호를 수신받아 스마트제어부로 전달시키는 유무선 통신모듈(400)과,
감시진단 모듈본체의 정면 일측에 위치되고, 스마트제어부의 제어신호에 따라 구동되어, 6채널 포인트형 광섬유 브래그격자 센서모듈에서 분석한 현재온도데이터, 과열여부, 그리고, 스마트제어부에서 비교분석한 실시간 고장진단데이터를 다채널로 화면상에 표출시키는 디스플레이부(500)와,
전원부, 6채널 포인트형 광섬유 브래그격자 센서모듈, 유무선 통신모듈, 디스플레이부와 연결되어, 각 기기의 전반적인 구동을 제어하면서, 6채널 포인트형 광섬유 브래그격자 센서모듈에서 전달된 수배전반 내부기기의 현재 온도데이터를 기준이상 유무설정 값과 비교분석 후, 기기 이상시, 수배전반의 전원구동을 강제오프시키면서, 현재온도데이터와 실시간 고장진단데이터를 유무선 통신모듈 쪽으로 전달시키도록 제어하는 스마트 제어부(600)로 구성되는 스마트 광섬유 브래그 격자 온도센서에 의한 수배전반의 전력설비 열화감지·진단시스템에 있어서,
상기 6채널 포인트형 광섬유 브래그격자 센서모듈(300)은
포인트형 광섬유 브래그격자 센서부의 다파장 범위를 포함하는 대역폭과, 출력밀도를 갖는 다파장 신호를 커플러 쪽으로 출력시키는 LD(Laser Diode) 광원 장치(310)와,
LD 광원 장치의 선단에 위치되어, LD 광원 장치에서 출력되는 다파장신호를 입력받아 포인트형 광섬유 브래그격자 센서부로 전달시키고, 포인트형 광섬유 브래그격자 센서부에서 반사되는 단파장신호를 신호검출부 쪽으로 출력시키는 커플러부(320)와,
수배전반 내부 전력설비 일측에 복수개로 위치되고, 커플러부의 출력단 일측과 연결되어, 커플러부로부터 전달된 LD 광원 장치의 다파장 신호의 간섭 형태를 호형 광섬유 브래그격자에 조사하여, 특정 파장의 빛을 반사시켜 수배전반 내부기기의 온도에 따른 브래그 파장신호를 측정시키는 포인트형 광섬유 브래그격자 센서부(330)와,
일측에서 포인트형 광섬유 브래그격자 센서부에서 반사되어 돌아온 브래그 파장변화신호를 검출시키는 신호검출부(340)와,
신호검출부로부터 검출시킨 온도에 따른 브래그 파장변화신호들을 입력받아 홀수번 째 그룹과 짝수번 째 그룹으로 나눈 후, 고속 푸리에 변환을 통해 주파수 영역으로 변화시켜 온도 및 과열 여부를 현장 분석시키고, 현재온도데이터를 현장용 고장진단제어부의 입력데이터로 생성시키는 신호분석부(350)로 구성되는 것을 특징으로 하는 스마트 광섬유 브래그 격자 온도센서에 의한 수배전반의 전력설비 열화감지·진단시스템.
- 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 신호분석부(350)는
브래그 파장변화신호들을 홀수번째 그룹과 짝수번째 그룹으로 나눈 후, 고속 푸리에 변환시켜 온도·과열 현장 분석부로 전달시키는 그룹분할형 고속 푸리에 변환알고리즘엔진부(Fast Fourier transform, FFT)(351)와,
그룹분할형 고속 푸리에 변환알고리즘 엔진부를 통해 고속 푸리에 변환된 현재온도데이터를 기준으로 미리 데이터베이스에 저장된 기준온도데이터를 비교분석하여, 과열여부를 현장 분석시키고, 현재온도데이터를 스마트제어부의 입력데이터로 전달시키는 온도·과열 현장 분석부(352)로 구성되는 것을 특징으로 하는 스마트 광섬유 브래그 격자 온도센서에 의한 수배전반의 전력설비 열화감지·진단시스템.
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| GRNT | Written decision to grant |