KR101753642B1 - 수배전반의 부분방전 검출방법 - Google Patents

수배전반의 부분방전 검출방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전자파 중에서 포함된 부분방전 신호를 검출하는 UHF 안테나 센서를 각 구역 및 외부에 설치하고 각 UHF 안테나 센서를 한 개씩 순환하면서 부분방전 발생 여부를 광대역 및 협대역 방식으로 진단함으로써 부분방전의 측정 시간을 줄임과 더불어 검출 신뢰성을 향상시키도록 한 수배전반의 부분방전 검출방법에 관한 것으로서, 다수의 구역으로 분리된 본체의 각 구역마다 대응되게 설치되어 각 구역에서 발생하는 전자파 신호에 포함된 부분방전 신호를 검출하는 다수의 제 1 UHF 안테나 센서 및 상기 본체의 외부에 외부의 전자파 신호 중 부분방전 신호를 검출하는 제 2 UHF 안테나 센서를 설치하고, 상기 다수의 제 1 UHF 안테나 센서 및 제 2 UHF 안테나 센서를 순환 선택하여 부분방전 신호를 전달받아 광대역 및 협대역 부분방전 진단으로 부분방전 유무를 진단 및 처리한다.

Description

수배전반의 부분방전 검출방법{Method for Partial Discharge Detecting of Distributing Board}
본 발명은 수배전반의 부분방전 검출방법에 관한 것으로서, 특히 부분방전을 신속 정확하게 검출하도록 한 수배전반의 부분방전 검출방법에 관한 것이다.
일반적으로 수배전반, 분전반, 모터 제어반, 접속반, ESS을 구성하는 전기 설비 또는 부스 / 케이블 등에서 아크 또는 부분방전 발생 시 조속히 유지보수를 시행하지 않을 경우, 아크로 인한 섬락 사고, 감전사고, 전기 화재 등이 발생할 수 있다.
상기 수배전반, 분전반, 모터 제어반, 접속반, ESS를 구성하는 전기 설비 또는 부스바, 케이블 등에서 아크 또는 부분방전이 발생하면 전류 펄스, 열, 빛, 전자파, 소리 등 다양한 현상이 발생하는데 일반적으로 수배전반 내 부분방전은 인덕턴스 센서, 로고우스키 코일, 고주파 CT 등을 수배전반 접지선에 취부하여 부분방전 발생 시 접지선을 통해 흐르는 전류 펄스를 측정하거나, 광센서를 사용하여 아크 발생 시 수반되는 가시광선 영역의 빛을 측정하는 방식 등을 적용하고 있다.
한편, 전력설비가 넓은 지역에 설치되어 있을 때, 종래 기술에 의한 부분방전 측정장치는 센서, 포터블 장비, 케이블, PC를 포함하여 구성되는데, 상기 센서에서 부분방전 신호를 감지하고 상기 포터블 장비에서 부분방전 신호를 전달받아 분석한 후 케이블을 통해 PC로 전송하여 디스플레이한다.
전력 설비에서 절연 열화에 의한 누전 사고 및 단락 사고를 미연에 방지하기 위해서, 절연 열화에 의한 부분방전을 진단한다. 부분 방전을 진단하는 방식에는, 초음파 측정 기법, 가스 분석 기법 및 UHF 분석 기법 등이 있다.
이 중 UHF 분석을 통해 부분 방전을 진단하는 기술(이하, 'UHF 방식')은 부분 방전 시 발생하는 UHF 대역의 방전신호(이하, PD 신호, Partial Discharge signal)를 분석하여 부분 방전을 진단하는 기술이다.
UHF 방식은 UHF 안테나를 통해 수신된 PD 신호에서 실제 진단에 사용될 성분을 추출하는 방식에 따라 '광대역 방식'과 '협대역 방식'으로 나뉜다. UHF 안테나를 통해 수신되는 PD 신호는 노이즈 성분 예를 들어, 500~600 MHz 대역의 방송파 신호 또는 800~900 MHz 대역의 PCS 신호 등을 포함한다.
한편, 정확한 부분 방전 진단을 위해서는 PD 신호에서 이와 같은 노이즈 성분이 제거되어야 한다. 이를 위해, 광대역 방식은 노치 필터(Notch Filter) 또는 대역 통과 필터(Band Pass Filter)를 사용한다. 다만, 기존 광대역 방식에서 사용되는 노치 필터 또는 대역 통과 필터는 주파수 차단 또는 통과 대역(일반적으로, 100 MHz)이 과대하거나 첨예도가 낮아 노이즈를 적절하게 필터링 하지 못하는 문제점이 있었다.
따라서, 기존의 광대역 방식은 진단 결과의 신뢰성이 낮다는 문제점이 있었다. 다만 후술하는 바와 같이 광대역 방식은 많은 양의 신호를 사용하여 부분 방전을 진단하므로 방전발생 초기에서 부분 방전의 검출 속도가 빠르다는 장점을 가진다.
이와 달리, 협대역 방식은 PD 신호에서 미리 설정된 주파수 대역의 신호만을 스캐닝을 통해 추출한다. 협대역 방식은 확실하게 노이즈를 제거하기 위해 스캔되는 대역폭을 매우 작게 한다. 예를 들어, 기존에 협대역 방식에서 스캔되는 대역폭은 광대역 방식에서 주파수 차단 또는 통과 대역의 1/10이다.
따라서, 기존의 협대역 방식은 노이즈에 의한 영향이 광대역 방식에 비해 매우 적다. 다만, 협대역 방식은 매우 적은 양의 신호를 사용하여 진단하게 되므로, 방전발생 초기에서 부분 방전을 검출하는 타이밍이 광대역 방식에 비해 느리다는 문제점이 있었다.
그러나 종래 기술에 의한 부분방전 측정장치는 복수개의 채널 중 일부에만 센서를 설치하여 부분방전을 검출한 후 그 측정 결과를 PC를 통해 디스플레이하고 있는데, 이는 복수개의 채널 중 소수의 채널만을 선택적으로 제한하여 부분방전을 측정하고 있기 때문에 관리자가 광범위한 곳을 진단하고자 할 때 많은 시간과 인력이 소요되는데 문제가 있었다.
즉, 장소가 넓은 곳에서 부분방전을 측정하고자 할 때 부분방전을 측정하는 센서를 직접 옮겨가면서 측정해야 하므로 측정 시간이 길고 많은 인원이 동원되어야 하므로 인력 낭비가 크다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로 전자파 중에서 포함된 부분방전 신호를 검출하는 UHF 안테나 센서를 각 구역 및 외부에 설치하고 각 UHF 안테나 센서를 한 개씩 순환하면서 부분방전 발생 여부를 광대역 및 협대역 방식으로 진단함으로써 부분방전의 측정 시간을 줄임과 더불어 검출 신뢰성을 향상시키도록 한 수배전반의 부분방전 검출방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 수배전반의 부분방전 검출방법은 주파수 대역 중 노이즈 주파수 대역을 설정하여 일정 단위로 마스킹하는 단계; 상기 주파수 대역을 일정 단위로 선택하는 단계; 다수의 구역으로 이루어진 본체의 각 구역에 대응되게 설치된 다수의 제 1 UHF 안테나 센서 중 하나의 제 1 UHF 안테나 센서를 절체부를 이용하여 선택하는 단계; 상기 선택된 제 1 UHF 안테나 센서로부터 검출된 부분방전 신호를 전달받아 광대역 부분진단 및 협대역 부분진단으로 해당 구역에서 부분방전의 발생 유무를 진단하여 데이터를 취득하는 단계; 상기 광대역 및 협대역 부분방전 진단에 의해 취득한 데이터 신호의 크기와 사용자에 의해 설정된 이벤트 신호크기를 비교하는 단계; 상기 취득한 데이터 신호의 크기가 설정된 이벤트 신호크기보다 크면 광대역 부분방전 진단을 통해 취득한 데이터 신호의 방전 횟수, 크기와 협대역 부분방전 진단을 통해 취득한 데이터 신호의 방전 횟수, 크기를 각각 비교하는 단계; 상기 광대역 부분방전 진단을 통해 취득한 데이터 신호의 발생 횟수 및 크기가 상기 협대역 부분방전 진단을 통해 취득한 데이터 신호의 발생 횟수 및 크기보다 작으면 상기 절체부를 통해 본체의 외부에 설치된 제 2 UHF 안테나 센서를 선택하는 단계; 상기 제 2 UHF 안테나 센서로부터 검출된 부분방전 신호를 전달받아 광대역 부분방전 진단을 실시하여 데이터를 취득하는 단계; 상기 제 2 UHF 안테나 센서를 통해 취득된 데이터 신호의 방전 횟수, 크기와 상기 다수의 제 1 UHF 안테나 센서들로부터 취득된 데이터 신호의 방전 횟수, 크기를 비교하는 단계; 상기 각 제 1 UHF 안테나 센서로부터 취득한 데이터 신호의 방전 횟수 및 크기가 상기 제 2 UHF 안테나 센서로부터 취득한 방전횟수 및 크기보다 크면 상기 광대역 및 협대역 부분방전 진단의 결과가 부분방전이라고 판단하여 이벤트 신호를 발송하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 의한 수배전반의 부분방전 검출방법은 다음과 같은 효과가 있다.
즉, 전자파 중에 포함된 부분방전 신호를 검출하는 UHF 안테나 센서를 각 구역 및 외부에 설치하고, 각 UHF 안테나 센서를 한 개씩 순환하면서 부분방전 발생 여부를 광대역 및 협대역 방식으로 진단함으로써 측정 시간을 줄임과 함께 검출 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 부분방전 검출부를 구비한 수배전반을 개략적으로 나타낸 개념도
도 2는 도 1의 부분방전 검출부를 개략적으로 나타낸 구성도
도 3은 도 2의 부분방전 진단부를 보다 구체적으로 나타낸 구성도
도 4 및 도 5는 도 3의 광대역 부분방전 진단부와 협대역 부분방전 진단부를 개략적으로 나타낸 구성도
도 6은 본 발명에 의한 수배전반의 부분방전 검출방법을 나타낸 순서도
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 다만, 하기의 설명 및 첨부된 도면에서 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 공지 기능 또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도면 전체에 걸쳐 동일한 구성 요소들은 가능한 한 동일한 도면 부호로 나타내고 있음에 유의하여야 한다.
이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명에 의한 부분방전 검출부를 구비한 수배전반을 개략적으로 나타낸 개념도이다.
본 발명에 의한 부분방전 검출부를 구비한 수배전반은 도 1에 도시된 바와 같이, 다수의 구역(A~H)으로 분리된 본체(100)와, 상기 본체(100)의 각 구역(A~H)마다 대응되게 설치되어 각 구역에서 발생하는 전자파 신호에 포함된 부분방전 신호를 검출하는 다수의 제 1 UHF 안테나 센서(111~118)와, 상기 본체(100)의 외부에 설치되어 외부의 전자파 신호 중 부분방전 신호를 검출하는 제 2 UHF 안테나 센서(119)와, 상기 다수의 제 1 UHF 안테나 센서(111~118) 및 제 2 UHF 안테나 센서(119)를 순환 선택하여 부분방전 신호를 전달받아 광대역 및 협대역 부분방전 진단으로 부분방전 유무를 진단 및 처리하는 부분방전 검출부(200)를 포함하여 이루어진다.
상기 본체(100)는 본 발명의 실시예에서는 수배전반을 근거로 설명하고 있지만, 수배전반 이외에 저압 배전반, 고압 배전반, 분전반, 모터 제어반, 접속반, ESS 중에서 어느 하나를 의미할 수도 있다.
여기서, 상기 본체(100)의 외부에 설치된 제 2 UHF 안테나 센서(119)는 상기 본체(100)의 각 구역(A~H)마다 설치된 제 1 UHF 안테나 센서(111~118)에서 검출된 부분방전 신호와 크기, 빈도, 패턴을 상호 비교하여 검출된 부분방전 신호의 노이즈 여부를 판별하는 기준이 된다.
상기 본체(100)에 형성된 각 구역(A~H)은 본 발명의 실시예에서는 8개의 구역으로 나누어 설명하고 있지만, 8개의 구역보다 적은 구역이거나 많은 구역으로 형성된 본체를 적용할 수도 있다. 상기 본체(100)를 구성하는 구역에 대응하게 제 1 UHF 안테나 센서가 설치되고 상기 각 구역 중에 하나에 제 1 UHF 안테나 센서로부터 검출된 부분방전 신호를 수집하여 부분방전 발생 유무를 진단하는 부분방전 검출부(200)가 구비되어 있다.
이와 같이 본체(100)의 모든 구역에 부분방전 검출부(200)를 구성하지 않고 단순히 각 구역마다 부분방전 신호를 검출하는 제 1 UHF 안테나 센서만을 설치한 후 선택적으로 각 제 1 UHF 안테나 센서로부터 검출된 부분방전 신호를 통해 각 구역내의 부분방전 유무를 진단함으로써 설치 및 유지 비용을 효과적으로 줄일 수가 있다.
여기서, 상기 광대역 부분방전 진단은 UHF 분석을 통해 부분 방전을 진단하는 기술에 있어서, 필터를 사용하여 부분방전 신호에서 노이즈 성분을 제거하는 방식을 통칭하는 개념이다. 통상적으로 상기 광대역 부분방전 진단은 300MHz~1.5GHz 범위의 전자파 신호 중 부분방전을 진단한다.
또한, 상기 협대역 부분방전 진단은 UHF 분석을 통해 부분방전을 진단하는 기술에 있어서, 스캔을 사용하여 부분방전 신호에서 노이즈 성분을 제거하는 방식을 통칭하는 개념이다. 상기 협대역 부분방전 진단은 전체 주파수 대역을 10MHz 대역으로 분할하여 부분방전을 진단한다.
도 2는 도 1의 부분방전 검출부를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
상기 부분방전 검출부(200)는 도 2에 도시된 바와 같이, 본체(100)의 각 구역에 설치되어 각 구역에서 발생하는 전자파 신호 중에 포함된 부분방전 신호를 검출하는 다수의 제 1 UHF 안테나 센서(111~118)들과, 상기 본체(100)의 외부에 설치되어 외부의 전자파 신호 중 부분방전 신호를 검출하는 제 2 UHF 안테나 센서(119)와, 외부의 제어신호를 전달받아 상기 다수의 제 1 UHF 안테나 센서(111~118) 및 제 2 UHF 안테나 센서(119)를 순환하면서 선택하는 절체부(210)와, 상기 절체부(210)를 통해 선택된 다수의 제 1 UHF 안테나 센서(111~118) 및 제 2 안테나 UHF 센서(119)에서 검출된 부분방전 신호를 증폭하여 출력하는 증폭부(220)와, 상기 증폭부(220)에서 증폭된 부분방전 신호를 전달받아 광대역 부분방전 진단부(230A) 및 협대역 부분방전 진단부(230B)로 부분방전 발생여부를 진단하는 부분방전 진단부(230)와, 상기 부분방전 진단부(230)로부터 부분방전 발생 여부의 진단 결과를 수신하고 이벤트를 신호를 포함하여 트립신호를 발송하는 부분방전 전달부(240)를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 본체(100)는 수배전반으로서, 상기 수배전반은 고전압 설비가 노출되어 발생할 수 있는 사고를 미연에 방지하고 관리의 편의를 위해 폐쇄형 박스 형태의 외함으로 외부와 격리하고 각종 장비가 설치되어 있다. 한편, 전술한 바와 같이, 수배전반 이외에 저압 배전반, 고압 배전반, 분전반, 모터 제어반, 접속반, ESS 중에서 어느 하나를 의미할 수도 있다.
상기 제 1 UHF 안테나 센서(111~118)는 수배전반 내부의 각면에서 부분방전 발생시 발생하는 UHF가 포함된 부분방전 신호를 검출한다. 상기 제 2 UHF 안테나 센서(119)는 상기 수배전반 외부에서 노이즈에 의해 발생한 부분방전 신호를 검출한다.
상기 부분방전 진단부(230)는 상기 절체부(210)를 통해 선택된 상기 제 1 UHF 안테나 센서(111~118)로부터 검출된 부분방전 신호를 전달받아 광대역 및 협대역 부분방전 진단부(230A, 230B)를 통해 부분방전 발생 유무를 진단하게 된다.
상기 광대역 부분방전 진단부(230A)는 300MHz~1.5GHz 범위로 부분방전을 진단하고, 상기 협대역 부분방전 진단부(230B)는 전체 주파수 대역을 10MHz 대역으로 분할한 후 노이즈 대역만 제거하고 부분방전을 진단하며, PRPD(Phase Resolved Partial Discharge)와 PRPS(Phase Resolved Pulse Sequence) 분석기법으로 부분방전의 패턴 인식율을 높인다.
상기 광대역 부분방전 진단부(230A)과 협대역 부분방전 진단부(230B)에 따른 진단 결과가 모두 부분방전으로 판정된 경우에 한해 부분방전이 발생한 것으로 확정한다. 이와 같이 광대역 및 협대역 부분방전 진단부(230A, 230B)의 결과가 일치하는 경우에 한해 부분 방전이 발생한 것으로 확정하므로, 광대역 부분방전 진단의 장점인 빠른 검출 속도와 협대역 부분방전 진단의 장점인 적은 노이즈 영향을 취하는 동시에, 광대역 부분방전 진단의 단점인 큰 노이즈 영향과 협대역 부분방전 진단의 단점인 느린 진단 속도를 치유할 수 있다.
이때, 상기 협대역 부분방전 진단부(230B)에서 사용되는 임계값은 기존에 비해 다소 낮게 설정될 수 있다. 그 임계값이 다소 낮게 설정되더라도, 상기 광대역 및 협대역 부분방전 진단부(230A, 230B)의 결과가 일치하는 경우에 한해 부분 방전이 발생한 것으로 확정하므로, 협대역 부분방전 진단만을 적용할 때에 비해 부분 방전 진단 결과가 보다 정확할 수 있다.
한편, 상기 제 1 UHF 안테나 센서(111~118)로부터 검출된 부분방전 신호와 상기 제 2 UHF 안테나 센서(119)로부터 검출된 부분방전 신호를 비교하여 노이즈 여부를 판단할 수 있다. 즉, 상기 제 2 UHF 안테나 센서(119)로부터 검출된 부분방전 신호보다 상기 제 1 UHF 안테나 센서(111~118)로부터 검출된 부분방전 신호가 낮은 경우에 노이즈로 판단하게 된다.
상기 절체부(210)는 스위치 예를 들면, RF 스위치를 포함할 수 있다. 상기 절체부(210)는 외부의 제어 신호를 인가받아 동작하면서 상기 다수의 제 1 UHF 안테나 센서(111~118)를 순환하면서 스위칭하여 상기 각 제 1 UHF 안테나 센서(111~118)로부터 검출된 부분방전 신호를 상기 부분방전 진단부(230)로 전달한다. 아울러 상기 제 1 UHF 안테나 센서(111~118)의 순환이 완료되면 상기 제 2 UHF 안테나 센서(119)를 스위칭하여 상기 제 2 UHF 안테나 센서(119)로부터 검출된 부분방전 신호를 상기 부분방전 진단부(230)로 전달한다.
상기 부분방전 전달부(240)는 상기 부분방전 진단부(230)의 결과에 따라 부분방전 신호의 정도와 부분방전 발생위치를 분석하여 사용자에게 상위 HMI, 모바일 어플리케이션 등을 활용하여 경보 신호를 발생하고, 위험도에 따라 수배전반의 메인 스위치(예를 들면, ACB, VCB) 또는 각 수배전반 면에 위치하는 스위치(예를 들면, MCCB)를 차단하는 트립신호를 발생한다.
도 3은 도 2의 부분방전 진단부를 보다 구체적으로 나타낸 구성도이고, 도 4 및 도 5는 도 3의 광대역 부분방전 진단부와 협대역 부분방전 진단부를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
상기 부분방전 진단부(230)는 도 3에 도시된 바와 같이, 광대역 부분방전 진단부(230A) 및 협대역 부분방전 진단부(230B)로 구성된다.
상기 광대역 부분방전 진단부(230A)는 제 1 신호 처리부(231), 제 1 부분방전 판단부(232) 및 제 1 저장부(233)로 구성되어 있다.
상기 협대역 부분방전 진단부(230B)는 제 2 신호 처리부(234), 제 2 부분방전 판단부(235) 및 제 2 저장부(236)로 구성되어 있다.
여기서, 상기 광대역 부분방전 진단부(230A)는 주파수 대역 전체(300~1,500MHz)를 통해 입력되는 신호를 한 개의 신호로 분석하고, 상기 협대역 부분방전 진단부(230B)는 5~100MHz 단위로 분할된 각각의 창(윈도우)으로 분할하여 각각의 창에 해당하는 다수개의 신호로 분석한다.
상기 광대역 부분방전 진단부(230A) 및 협대역 부분방전 진단부(230B)를 통해 걸러진 부분방전 신호는 PRPD, PRPS 분석과 수배전반내 전기설비, 각종 부품에서 발생 가능한 부분방전 유형 데이터베이스를 사용하는 패턴분석 알고리즘을 통해 설비 내 부분방전의 유형 및 발생여부를 진단할 수 있다.
상기 제 1 신호 처리부(231)는 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 UHF 안테나 센서(111~118)로부터 검출된 부분방전 신호에서 특정 대역에 대응하는 신호를 출력할 수 있다. 즉, 상기 제 1 신호 처리부(231)는 LNA(Low Noise Amplifier)(241), 대역통과필터(BPF)(242), 증폭기(AMP)(243), 로그 증폭기(LOG AMP)(244), A/D 컨버터(245)를 포함할 수 있다.
상기 LNA(241)는 상기 절체부(210)를 통해 선택된 다수의 제 1 UHF 안테나 센서(111~118) 중 어느 하나의 제 1 UHF 안테나 센서로부터 검출된 부분방전 신호를 수신하고, 상기 대역통과필터(242)는 상기 LNA(241)를 통해 수신된 부분방전 신호를 전달받아 노이즈 대역이 제거된 특정 대역 성분만을 출력한다. 이와 달리, 노이즈 대역이 제거된 특정 대역 성분만을 출력하기 위해 노치 필터(Notch Filter)를 사용할 수 있다.
상기 증폭기(243)는 상기 대역통과필터(242)를 통해 특정 노이즈 대역이 제거된 부분방전 신호를 전달받아 증폭하여 출력하고, 상기 로그 증폭기(244)는 상기 증폭기(243)를 통해 증폭된 노이즈 대역이 제거된 부분방전 신호를 전달받아 적분하여 DC 전압으로 출력한다.
상기 A/D 컨버터(245)는 상기 로그 증폭기(244)를 통해 출력된 DC 전압을 디지털 신호로 변환하여 제 1 부분방전 판단부(232)로 전달한다. 상기 제 1 부분방전 판단부(232)는 상기 디지털 신호로 변환된 DC 전압을 전달받아 부분방전의 크기, 횟수, 발생장소 등을 판단한다.
상기 제 1 부분방전 판단부(232)는 상기 A/D 컨버터(245)로부터 수신한 디지털 신호(이하, 제 1 디지털 신호라고 함)를 사용하여 부분방전 발생 여부를 진단한다. 구체적으로, 상기 제 1 부분방전 판단부(232)는 특정 주파수에 동기화된 신호 예를 들어, 60Hz를 기준으로 제 1 디지털 신호의 위상 분포, 제 1 디지털 신호의 레벨, 미리 설정된 구간에서의 제 1 디지털 신호의 발생횟수를 사용하여 부분방전 발생여부 및 부분방전의 종류를 판단한다. 뿐만 아니라 상기 제 1 UHF 안테나 센서(111~118)가 각 구역마다 설치되어 있으므로 부분방전이 발생한 구역을 진단할 수 있다.
여기서, 상기 부분방전의 종류는 코로나(Corona), 보이드(Void) 또는 플로팅 파티클(FLOATING PARTICLE) 등일 수 있다. 기 공지된 바와 같이, 방전의 종류에 따라, 위상분포, 신호 레벨 및 신호 횟수는 다른 양상을 가진다.
따라서, 위상 분포, 신호 레벨 및 신호 횟수를 사용하여 부분방전 발생여부 및 부분방전의 종류를 판단할 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 부분방전 판단부(232)는 제 1 디지털 신호의 위상 분포가 180 도에 집중되고, 기준 신호 레벨(Vref)을 초과하는 신호가 기준시간(Δt) 동안 3회를 초과하는 경우 플로팅 방전이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
또한, 위상 분포, 신호 레벨 및 신호 횟수를 사용한 부분방전 진단은 설계자에 의해 임의로 변경될 수 있는 사항이다. 예를 들어, 설계자는 디지털 신호의 위상 분포가 특정 위상에 집중되고, 미리 설정된 시간 내에 미리 설정된 횟수를 초과하는 디지털 신호가 존재하는지 여부에 따라 부분 방전 여부 및 부분 방전의 종류가 진단되도록 설계할 수 있다.
이때, 부분방전 발생여부만이 진단되도록 설계될 수도 있다. 상기 제 1 부분방전 판단부(232)는 위상분포, 신호 레벨 및 신호 횟수를 사용하여 부분 방전을 진단하는 모든 방식을 채택할 수 있다.
상기 제 1 부분방전 판단부(232)는 부분방전 발생진단에 사용된 제 1 디지털 신호를 제 1 저장부(233)에 저장한다. 상기 제 1 저장부(233)는 제 1 부분방전 판단부(232)가 부분방전을 진단하는데 사용되는 프로그램, 변수 및 제 1 디지털 신호를 저장할 수 있다.
상기 제 2 신호 처리부(234)는 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 신호 처리부(231)와 함께 상기 제 1 UHF 안테나 센서(111~118)로부터 검출된 부분방전 신호에서 특정 대역에 대응하는 신호를 출력할 수 있다. 즉, 상기 제 2 신호 처리부(234)는 LNA(Low Noise Amplifier)(251), 저역 통과 필터(252), 믹서(253, Mixer), 대역 통과 필터(254), 증폭기(AMP)(255), 믹서(Mixer)(256), 대역 통과 필터(257), 로그 증폭기(LOG AMP)(258), A/D 컨버터(259)를 포함할 수 있다.
상기 LNA(251)는 상기 절체부(210)를 통해 선택된 다수의 제 1 UHF 안테나 센서(111~118) 중 어느 하나의 제 1 UHF 안테나 센서로부터 검출된 부분방전 신호를 수신할 수 있고, 상기 저역 통과 필터(252)는 상기 LNA(251)로부터 수신한 부분방전 신호에서 주파수가 낮은 만을 출력할 수 있다.
그리고, 상기 믹서(253)는 외부의 제어신호인 If1를 통한 주파수 스캐닝을 수행하여, 상기 저역 통과 필터(252)의 성분 중 노이즈가 제거된 특정 대역 성분(Iin-If 또는 Iin+If)을 출력한다. 그리고, 상기 믹서(253)의 출력에서 노이즈 성분은 대역 통과 필터(254), 믹서(256) 및 대역 통과 필터(257)를 통해 완전히 제거될 수 있다.
상기 대역 통과 필터(257)에서 출력되는 노이즈가 제거된 특정 대역 성분은 로그 증폭기(258)를 통하여 DC-전압으로 출력한다. 그리고, 상기 A/D 컨버터(259)는 상기 로그 증폭기(258)를 통해 출력되는 DC-전압을 입력으로 받아 디지털 신호로 변환하여 제 2 부분방전 판단부(235)에 제공할 수 있다.
상기 제 2 부분방전 판단부(235)는 상기 A/D 컨버터(259)로부터 수신한 디지털 신호(이하, '제 2 디지털 신호'라고 한다)를 사용하여 부분방전 발생여부를 진단할 수 있다. 상기 제 2 부분방전 판단부(235)는 상기 제 1 부분방전 판단부(232)로부터 수신한 제 1 트리거 신호에 의해 트리거되어 부분방전 발생여부를 판단할 수 있다.
구체적으로, 상기 제 2 부분방전 판단부(235)는 특정 주파수에 동기화된 신호 예를 들어, 60 Hz를 기준으로 제 2 디지털 신호의 위상 분포, 제 2 디지털 신호의 레벨, 미리 설정된 구간에서의 제 2 디지털 신호의 횟수를 사용하여 부분방전 발생 여부 및 부분 방전의 종류를 판단할 수 있다.
여기서, 상기 부분방전의 종류는 코로나(Corona), 보이드(Void) 또는 플로팅 파티클(FLOATING PARTICLE) 등일 수 있다. 기 공지된 바와 같이, 방전의 종류에 따라, 위상분포, 신호 레벨 및 신호 횟수는 다른 양상을 가진다. 따라서, 위상 분포, 신호 레벨 및 신호 횟수를 사용하여 부분 방전 여부 및 부분 방전의 종류를 판단할 수 있다.
예를 들어, 상기 제 2 부분방전 판단부(235)는 제 2 디지털 신호의 위상 분포가 180 도에 집중되고, 기준 신호 레벨(Vref)을 초과하는 신호가 기준 시간 동안 3회를 초과하는 경우 플로팅 방전이 발생한 것으로 판단한다. 또한, 상기 제 2 부분방전 판단부(235)는 위상 분포, 신호 레벨 및 신호 횟수를 사용하여 부분 방전을 진단하는 모든 방식을 채택할 수 있다. 상기 제 2 부분방전 판단부(235)는 부분 방전으로 판단되는 경우, 부분 방전이 발생한 구역을 확정할 수 있다.
그리고, 상기 제 2 부분방전 판단부(235)는 부분방전이 발생한 것으로 확정된 경우, 미리 설정된 동작 예를 들어, 상기 부분방전 전달부(240)를 통해 외부 알람을 제공할 수 있다. 상기 미리 설정된 동작은 외부에 부분 방전이 발생한 것을 알리는 동작인 한 제한이 없을 수 있다.
상기 제 2 부분방전 판단부(235)는 제 2 디지털 신호를 사용해 부분 방전 발생 여부를 판단한 결과, 부분 방전이 발생하지 않은 것으로 판단되면, 제 2 스위치 제어 신호 및 제 2 트리거 신호를 출력할 수 있다.
상기 제 2 저장부(236)는 상기 제 2 부분방전 판단부(235)가 부분 방전을 진단하는데 사용되는 프로그램, 변수 및 제 2 디지털 신호를 저장할 수 있다.
상기 제 1 부분방전 판단부(232) 및 제 2 부분방전 판단부(235)는 동일한 콘트롤러 또는 별개의 콘트롤러를 사용하여 구현될 수 있다. 그리고, 상기 제 1 저장부(233) 및 제 2 저장부(236)는 동일한 메모리 또는 별개의 메모리를 사용하여 구현될 수 있다.
본 발명에 따른 부분방전 검출부를 구비한 수배전반은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 판독 가능한 소프트웨어 형태로 구현되어 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체에 기록될 수 있다.
여기서, 기록매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 기록매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.
예컨대 기록매체는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(Magnetic Media), CD-ROM(Compact Disk Read Only Memory), DVD(Digital Video Disk)와 같은 광 기록 매체(Optical Media), 플롭티컬 디스크(Floptical Disk)와 같은 자기-광 매체(Magneto-Optical Media), 및 롬(ROM), 램(RAM, Random Access Memory), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치를 포함한다.
프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함할 수 있다. 이러한 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
도 6은 본 발명에 의한 수배전반의 부분방전 검출방법을 나타낸 순서도이다.
본 발명에 의한 수배전반의 부분방전 검출방법은 도 6에 도시된 바와 같이, 주파수 대역 중 노이즈 주파수 대역을 설정하여 일정 단위로 마스킹한다(S110).
여기서, 상기 노이즈 주파수 마스팅은 협대역 부분방전 진단에서 사용하여 주로 현장에서 발생하는 노이즈 대역을 설정하여 마스킹한다. 이때 상기 노이즈 주파수 대역 마스킹은 300MHz~1.5GHz의 주파수를 10MHz 단위로 설정할 수 있다.
이어서, 협대역 부분방전 진단을 위해 상기 300MHz~1.5GHz의 주파수를 300MHz 단위로 선택한다(S120). 상기 협대역 부분방전 진단은 300MHz에서 1.5GHz까지 10MHz 단위로 데이터 수집이 가능하다.
이어서, 다수의 구역(A~H)으로 이루어진 본체(100)의 각 구역(A~H)에 대응되게 설치된 다수의 제 1 UHF 안테나 센서(111~118) 중 하나의 제 1 UHF 안테나 센서를 절체부(210)를 이용하여 선택한다(S130).
여기서, 상기 본체(100)는 본 발명의 실시예에서는 수배전반을 근거로 설명하고 있지만, 수배전반 이외에 저압 배전반, 고압 배전반, 분전반, 모터 제어반, 접속반, ESS 중에서 어느 하나를 의미할 수도 있다.
상기 절체부(210)는 총 9개의 채널로 구성되는데, 다수의 제 1 UHF 안테나 센서(111~118)은 본체(100) 내부의 각 구역(A~H)에 설치되고, 제 2 UHF 안테나 센서(119)는 상기 본체(100)의 외부에 설치되어 노이즈 비교용으로 사용된다.
즉, 상기 본체(100)의 외부에 설치된 제 2 UHF 안테나 센서(119)는 상기 본체(100)의 각 구역(A~H)마다 설치된 제 1 UHF 안테나 센서(111~118)에서 검출된 부분방전 신호와 크기, 빈도, 패턴을 상호 비교하여 검출된 부분방전 신호의 노이즈 여부를 판별하는 기준이 된다.
한편, 상기 절체부(210)는 외부의 제어신호를 인가받아 9개의 채널을 순환하면서 선택하게 된다.
상기 본체(100)에 형성된 각 구역(A~H)은 본 발명의 실시예에서는 8개의 구역으로 나누어 설명하고 있지만, 8개의 구역보다 적은 구역이거나 많은 구역으로 형성된 본체를 적용할 수도 있다.
이어서, 상기 절체부(210)를 이용하여 선택된 다수의 제 1 UHF 안테나 센서 중 하나의 제 1 UHF 안테나 센서로부터 검출된 부분방전 신호를 전달받아 광대역 부분진단(W) 및 협대역 부분진단(N)으로 해당 구역에서 부분방전의 발생 유무를 진단하여 데이터를 취득한다(S140).
이어서, 상기 광대역 및 협대역 부분방전 진단(W/N)에 의해 취득한 데이터 신호의 크기와 사용자에 의해 설정된 이벤트 신호크기를 비교한다(S150).
이때 상기 광대역 및 협대역 부분방전 진단(W/N)을 통해 취득한 데이터 신호의 크기가 이벤트 신호의 크기보다 작으면 상기 절체부를 이용하여 다음 채널의 제 1 UHF 안테나 센서를 선택한다.
이어서, 상기 취득한 데이터 신호의 크기가 설정된 이벤트 신호크기보다 크면 광대역 부분방전 진단을 통해 취득한 데이터 신호의 방전 횟수와 협대역 부분방전 진단을 통해 취득한 데이터 신호의 방전 횟수를 비교판단 한다(S160).
만약, 상기 광대역 부분방전 진단(W)을 통해 취득한 데이터 신호의 방전 횟수가 상기 협대역 부분방전 진단(N)을 통해 취득한 데이터 신호보다 크면 상기 협대역 부분방전 진단을 위해 선택 주파수를 10MHz 단위로 증가하고(S170), 상기 선택 주파수가 증가한 선택 주파수를 받아 협대역 부분방전 진단을 통해 데이터 신호를 취득한다(S180).
이어서, 상기 광대역 부분방전 진단을 통해 획득한 데이터 신호의 크기와 상기 협대역 부분방전 진단을 통해 취득한 데이터 신호의 크기를 비교한다(S190).
만약, 상기 광대역 부분방전 진단을 통해 취득한 데이터 신호의 크기가 상기 협대역 부분방전 진단을 통해 취득한 데이터 신호보다 크면 상기 협대역 부분방전 진단을 위해 선택 주파수를 10MHz 단위로 증가하고(S200), 상기 선택 주파수가 증가한 선택 주파수를 받아 협대역 부분방전 진단을 통해 데이터 신호를 취득한다(S210).
이어서, 상기 광대역 부분방전 진단을 통해 취득한 데이터 신호의 발생 횟수 및 크기가 상기 협대역 부분방전 진단을 통해 취득한 데이터 신호의 발생 횟수 및 크기보다 작으면 상기 절체부를 통해 본체(100)의 외부에 설치된 제 2 UHF 안테나 센서(119)를 선택한다(S220).
이어서, 상기 제 2 UHF 안테나 센서로부터 검출된 부분방전 신호를 전달받아 광대역 부분방전 진단을 실시하여 데이터를 취득한다(S230).
상기 제 2 UHF 안테나 센서를 통해 검출된 부분방전 신호를 받아 광대역 부분방전 진단을 통해 취득한 데이터 신호의 방전 횟수와 상기 다수의 제 1 UHF 안테나 센서들로부터 검출된 부분방전 신호를 전달받아 광대역 및 협대역 부분방전 진단으로 획득한 데이터 신호의 방전 횟수를 비교한다(S240).
만약, 상기 제 2 UHF 안테나 센서를 통해 취득한 데이터 신호의 방전 횟수가 상기 각 제 1 UHF 안테나 센서를 통해 취득한 데이터 신호의 방전 횟수보다 크면 상기 절체부를 이용하여 각 제 1 UHF 안테나 센서를 순환하면서 선택한다.
상기 제 2 UHF 안테나 센서를 통해 검출된 부분방전 신호를 받아 광대역 부분방전 진단을 통해 취득한 데이터 신호의 크기와 상기 다수의 제 1 UHF 안테나 센서들로부터 검출된 부분방전 신호를 전달받아 광대역 및 협대역 부분방전 진단으로 획득한 데이터 신호의 크기를 비교한다(S250).
만약, 상기 제 2 UHF 안테나 센서를 통해 취득한 데이터 신호의 크기가 상기 각 제 1 UHF 안테나 센서를 통해 취득한 데이터 신호의 크기보다 크면 상기 절체부를 이용하여 각 제 1 UHF 안테나 센서를 순환하면서 선택한다.
이어서, 상기 각 제 1 UHF 안테나 센서로부터 취득한 데이터 신호의 방전 횟수 및 크기가 상기 제 2 UHF 안테나 센서로부터 취득한 방전횟수 및 크기보다 크면 상기 광대역 및 협대역 부분방전 진단의 결과가 부분방전이라고 판단하여 이벤트 신호를 발송한다(S260).
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
100 : 본체 111~118 : 제 1 UHF 안테나 센서
119 : 제 2 UHF 안테나 센서 210 : 절체부
220 : 증폭부 230 : 부분방전 진단부
240 : 부분방전 전달부

Claims (7)

  1. 주파수 대역 중 노이즈 주파수 대역을 설정하여 일정 단위로 마스킹하는 단계;
    상기 주파수 대역을 일정 단위로 선택하는 단계;
    다수의 구역으로 이루어진 본체의 각 구역에 대응되게 설치된 다수의 제 1 UHF 안테나 센서 중 하나의 제 1 UHF 안테나 센서를 절체부를 이용하여 선택하는 단계;
    상기 선택된 제 1 UHF 안테나 센서로부터 검출된 부분방전 신호를 전달받아 광대역 부분진단 및 협대역 부분진단으로 해당 구역에서 부분방전의 발생 유무를 진단하여 데이터를 취득하는 단계;
    광대역 및 협대역 부분방전 진단에 의해 취득한 데이터 신호의 크기와 사용자에 의해 설정된 이벤트 신호크기를 비교하는 단계;
    상기 취득한 데이터 신호의 크기가 설정된 이벤트 신호크기보다 크면 광대역 부분방전 진단을 통해 취득한 데이터 신호의 방전 횟수, 크기와 협대역 부분방전 진단을 통해 취득한 데이터 신호의 방전 횟수, 크기를 각각 비교하는 단계;
    상기 광대역 부분방전 진단을 통해 취득한 데이터 신호의 발생 횟수 및 크기가 상기 협대역 부분방전 진단을 통해 취득한 데이터 신호의 발생 횟수 및 크기보다 작으면 상기 절체부를 통해 본체의 외부에 설치된 제 2 UHF 안테나 센서를 선택하는 단계;
    상기 제 2 UHF 안테나 센서로부터 검출된 부분방전 신호를 전달받아 광대역 부분방전 진단을 실시하여 데이터를 취득하는 단계;
    상기 제 2 UHF 안테나 센서를 통해 취득된 데이터 신호의 방전 횟수, 크기와 상기 다수의 제 1 UHF 안테나 센서들로부터 취득된 데이터 신호의 방전 횟수, 크기를 비교하는 단계;
    상기 각 제 1 UHF 안테나 센서로부터 취득한 데이터 신호의 방전 횟수 및 크기가 상기 제 2 UHF 안테나 센서로부터 취득한 방전횟수 및 크기보다 크면 상기 광대역 및 협대역 부분방전 진단의 결과가 부분방전이라고 판단하여 이벤트 신호를 발송하는 단계를 포함하여 이루어지고,
    상기 제 2 UHF 안테나 센서를 통해 취득한 데이터 신호의 방전 횟수 및 크기가 상기 각 제 1 UHF 안테나 센서를 통해 취득한 데이터 신호의 방전 횟수 및 크기보다 크면 상기 절체부를 이용하여 각 제 1 UHF 안테나 센서를 순환하면서 선택하는 것을 특징으로 하는 수배전반의 부분방전 검출방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 본체는 수배전반, 저압 배전반, 고압 배전반, 분전반, 모터 제어반, 접속반, ESS 중에서 어느 하나인 것을 특징으로 하는 수배전반의 부분방전 검출방법.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 광대역 부분방전 진단을 통해 취득한 데이터 신호의 방전 횟수 및 크기가 상기 협대역 부분방전 진단을 통해 취득한 데이터 신호의 방전 횟수 및 크기보다 크면 선택 주파수를 일정 단위로 증가하고, 상기 선택 주파수가 증가한 선택 주파수를 받아 협대역 부분방전 진단을 통해 데이터 신호를 취득하는 단계를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 수배전반의 부분방전 검출방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 협대역 부분방전 진단은 전체 주파수 대역을 10MHz 대역으로 분할한 후 노이즈 대역만 제거하고 부분방전을 진단하는 것을 특징으로 하는 수배전반의 부분방전 검출방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 광대역 부분방전 진단과 협대역 부분방전 진단에 따른 진단 결과가 모두 부분방전으로 판정된 경우에 한해 부분방전이 발생한 것으로 확정하는 것을 특징으로 하는 수배전반의 부분방전 검출방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 부분방전 진단부의 결과에 따라 부분방전 신호의 정도와 부분방전 발생위치를 분석하여 사용자에게 상위 HMI, 모바일 어플리케이션을 활용하여 경보 신호를 발생하고, 위험도에 따라 수배전반의 메인 스위치 또는 각 수배전반 면에 위치하는 스위치를 차단하는 트립신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 수배전반의 부분방전 검출방법.
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