KR101969367B1 - Hvdc 전력 케이블 부분 방전 측정 장치, 이의 방법, 그리고 이 방법을 저장한 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 부분 방전 측정 기술에 관한 것으로서, 더 상세하게는 케이블에 설치된 센서를 통해 부분 방전 신호를 측정하는 HVDC(High-Voltage Direct Current) 케이블 부분 방전 측정 장치 및 방법에 대한 것이다.
본 발명에 따르면, 주파수 분석 모드와 부분 방전 펄스 분석 모드, 시간차 분석 모드로 구분되며 각 모드에서 8채널 동시 측정이 가능함으로써 절연체 종류에 따른 HVDC 케이블 부분방전 측정이 용이하다.
본 발명에 따르면, 주파수 분석 모드와 부분 방전 펄스 분석 모드, 시간차 분석 모드로 구분되며 각 모드에서 8채널 동시 측정이 가능함으로써 절연체 종류에 따른 HVDC 케이블 부분방전 측정이 용이하다.
Description
본 발명은 부분 방전 측정 기술에 관한 것으로서, 더 상세하게는 HVDC 케이블에 설치된 센서를 통해 부분 방전 신호를 측정하는 HVDC 전력 케이블 부분 방전 측정 장치 및 방법에 대한 것이다.
HVDC(High-Voltage Direct Current) 케이블은 용량성 충전전류에 의한 영향이 없어 장거리 송전이 가능하고, 유전체 손실, 시스손실 등 주파수 손실, 유도 손실에 의한 영향이 없어 대용량 송전이 가능하다.
또한, 도체 저항이 낮아 송전손실이 저하되고 전력 조류 및 부하제어가 용이하여 선로 이용률을 상승시킬 수 있는 장점을 가지고 있어 국내/외에서 시장의 규모가 점차 증가하고 있다.
국내에서는 ±180kV 제주-해남 HVDC(High-Voltage Direct Current) 케이블 및 ±250kV 제주-진도 HVDC 해저케이블에서 ±500kV 북당진-고덕 HVDC 케이블 사업 등 점차 육상 HVDC 지중선로로 확대되고 있으며, 해외에서도 장거리 해저 케이블 중심으로 대륙간, 도서간 전력계통 연계 사업이 활발히 진행되고 있다.
그러나 주로 장거리 해저케이블에 적용되는 HVDC 케이블의 부분방전 진단은 고주파 신호 감쇄 등의 문제로 인해 진단법 적용에 한계가 있어 관련 연구가 활발히 진행되지 못했다. 그러나 최근 육상을 통한 HVDC 케이블 운영 및 건설이 증가하면서 HVDC 케이블 계통에서도 다양한 포설방식이 적용되고 접속함이 늘어남에 따라 부분방전 계측을 통한 진단의 필요성이 대두되고 있다.
일반적으로 전력 케이블에서 발생하는 부분방전은 보이드 방전, 코로나 방전, 표면방전으로 구분되며 보이드 방전은 고체 절연체내 보이드(공극)에서 방전이 발생하고 코로나 방전은 기체/액체 내 뾰족한 전극 부분에서 나타나는 방전 현상, 표면방전은 기체+고체 절연체 사이에서 나타나는 방전을 의미한다.
이와 같은 부분방전 현상은 AC(Alternating Current) 케이블과 HVDC 케이블에서 절연체 내 결함이 존재할 때 외부전계에 의해 결함부위에서 방전 개시전압(Inception Voltage) 초과시 모두 부분방전 현상이 나타날 수 있으나, 전하 축적 양상에 따라 펄스 극성, 크기, 펄스간 간격이 달라지므로 AC 케이블과 HVDC 케이블에서 나타나는 부분방전 측정 방식은 달라진다.
따라서 XLPE(Cross-Linked PolyEthylene: 가교 폴리에틸렌), 폴리프로필렌(Polypropylene) 등의 고체 절연체, OF(Oil-Filled), MI(Mass Impregnated), MI-PPLP(Mass Impregnated PolyPropylene Laminated Paper) 등의 지 절연체 등과 같은 절연체 종류에 따른 HVDC 케이블 부분방전 측정을 용이하게 할 수 있는 별도의 측정 장치가 요구되고 있다.
본 발명은 위 배경기술에 따른 문제점을 해소하고자 제안된 것으로서, HVDC 케이블의 절연체 종류에 따른 케이블 부분방전 측정을 용이하게 할 수 있는 HVDC 케이블 부분 방전 측정 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 케이블 부분 방전 횟수, 시간차 분석에 필요한 실시간 시간정보를 GPS(Global Positioning System) 센서를 사용하지 않고도 PC(Personal Computer)의 시간정보를 받아 측정할 수 있는 케이블 부분 방전 측정 장치 및 방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.
본 발명은 위에서 제시된 과제를 달성하기 위해, 절연체 종류에 따른 케이블 부분방전 측정을 용이하게 할 수 있는 HVDC 전력 케이블 부분 방전 측정 장치를 제공한다.
상기 HVDC 전력 케이블 부분 방전 측정 장치는,
전력 케이블에 설치되는 센서;
상기 센서로부터 측정 결과 정보를 획득하며 상기 전력 케이블의 절연체 종류에 따라 상기 측정 결과 정보를 미리 설정되는 분석 모드에 적용하여 부분 방전 측정 정보를 생성하는 다수의 부분 방전 측정기; 및
상기 부분 방전 측정 정보를 이용하여 부분 방전 여부를 판단하는 분석 컴퓨터;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 분석 모드는 상기 측정 결과 정보의 주파수를 이용하여 분석하는 주파수 분석 모드, 상기 측정 결과 정보의 펄스를 이용하여 분석하는 부분방전 펄스분석 모드, 상기 측정 결과 정보의 펄스의 시간차를 이용한 시간차 분석 모드 중 어느 하나인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 시간차 분석 모드는 시간차 분석에 필요한 실시간 시간 정보를 상기 분석 컴퓨터의 시간정보를 이용하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 다수의 부분 방전 측정기는 각각 고유 IP(Internet Protocol)를 부여받는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 HVDC 전력 케이블의 내부 온도 또는 외부 온도를 위한 2 채널을 전력 케이블 부분 방전 측정 채널과 별도로 구성하여 적용하고, 상기 다수의 부분 방전 측정기에 온도 데이터를 동일하게 동기화하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 분석 모드는 각 채널별로 트리거 기능 또는 노이즈 게이팅 기능을 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 센서는 다수의 전자파 유도성 센서와 다수의 노이즈 센서로 이루어지며, 상기 다수의 전자파 유도성 센서와 다수의 노이즈 센서는 각각 한 쌍씩 동일 위치에 설치되며 게이팅을 통해 상기 측정 결과 정보를 연결하는 것을 특징으로 할 수 있다.
한편, 상기 센서는 HFCT(High Frequency Current Transformer)인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 HVDC 전력 케이블 부분 방전 측정 장치는, 상기 센서 및 다수의 부분 방전 측정기가 연속적인 부분 방전 측정을 수행하도록 전원을 공급하는 전원 공급기를 포함하며, 상기 전원 공급기는 UPS(Uninterruptible Power Supply)인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 측정 결과 정보가 미리 설정되는 포화값에 도달하면 자동으로 자동 스케일이 적용되며, 상기 자동 스케일은 게인을 이전 값보다 낮게 적용하는 것을 특징으로 할 수 있다.
다른 한편으로, 본 발명의 다른 일실시예는, (a) 다수의 부분 방전 측정기가 HVDC 전력 케이블에 설치되는 센서로부터 측정 결과 정보를 획득하는 단계; (b) 상기 다수의 부분 방전 측정기가 상기 HVDC 전력 케이블의 절연체 종류에 따라 상기 측정 결과 정보를 미리 설정되는 분석 모드에 적용하여 부분 방전 측정 정보를 생성하는 단계; 및 (c) 분석 컴퓨터가 상기 부분 방전 측정 정보를 이용하여 부분 방전 여부를 판단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 HVDC 전력 케이블 부분 방전 측정 방법을 제공할 수 있다.
또 다른 한편으로, 본 발명의 또 다른 일실시예는, 위에서 기술된 전력 케이블 부분 방전 측정 방법을 실행하는 프로그램 코드를 저장한 컴퓨터 판독 가능 저장 매체를 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 주파수 분석 모드와 부분 방전 펄스 분석 모드, 시간차 분석 모드로 구분되며 각 모드에서 8채널 동시 측정이 가능함으로써 절연체 종류에 따른 케이블 부분방전 측정이 용이하다.
또한, 본 발명의 다른 효과로서는 각 채널별 독립 트리거 기능, 노이즈 게이팅 기능을 가지고 있다는 점을 들 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 각 장치별 고유 IP(Internet Protocol)를 부여하여 8 채널 또는 그 이상 채널로 동시 측정이 가능한 측정 장치를 하나의 분석 장치에서 복수로도 사용할 수 있다는 점을 들 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 HVDC 케이블 부분방전 발생과 밀접한 관련이 있는 케이블 내부 또는 외부 온도 2 채널을 부분방전 측정 채널과 별도로 구성하여 적용하고 복수의 측정 장치에 온도 데이터를 동일하게 동기화할 수 있다는 점을 들 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 케이블 부분 방전 횟수, 시간차 분석에 필요한 실시간 시간정보를 GPS(Global Positioning System) 센서를 사용하지 않고도 PC(Personal Computer)의 시간정보를 받아 측정할 수 있다는 점을 들 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전력 케이블 부분 방전 측정 장치(100)의 구성 블럭도이다.
도 2는 도 1에 도시된 케이블 부분 방전 측정 장치(100)의 실시 사용예이다.
도 3은 도 1에 도시된 부분 방전 측정기(130-1 내지 130-n)의 하드웨어 구성도이다.
도 4는 도 1에 도시된 부분 방전 측정기(130-1 내지 130-n)에서 센서 설치의 일예이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 센서들의 게이팅 개념도이다.
도 6은 도 1에 도시된 부분 방전 측정기(130-1 내지 130-n)에서 센서 설치의 다른 일예이다.
도 7은 도 6에 따른 센서들의 게이팅 개념도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 초기 화면 개념도이다.
도 9는 도 8에 도시된 초기 화면의 실시예이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 교정 화면 개념도이다.
도 11은 도 10에 도시된 교정 화면의 실시예이다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 메인 화면 개념도이다.
도 13은 도 12에 도시된 메인 화면의 실시예이다.
도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 게이팅 화면 개념도이다.
도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 자동 스케일 과정을 보여주는 흐름도이다.
도 2는 도 1에 도시된 케이블 부분 방전 측정 장치(100)의 실시 사용예이다.
도 3은 도 1에 도시된 부분 방전 측정기(130-1 내지 130-n)의 하드웨어 구성도이다.
도 4는 도 1에 도시된 부분 방전 측정기(130-1 내지 130-n)에서 센서 설치의 일예이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 센서들의 게이팅 개념도이다.
도 6은 도 1에 도시된 부분 방전 측정기(130-1 내지 130-n)에서 센서 설치의 다른 일예이다.
도 7은 도 6에 따른 센서들의 게이팅 개념도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 초기 화면 개념도이다.
도 9는 도 8에 도시된 초기 화면의 실시예이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 교정 화면 개념도이다.
도 11은 도 10에 도시된 교정 화면의 실시예이다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 메인 화면 개념도이다.
도 13은 도 12에 도시된 메인 화면의 실시예이다.
도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 게이팅 화면 개념도이다.
도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 자동 스케일 과정을 보여주는 흐름도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다. 제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 HVDC 전력 케이블 부분 방전 측정 장치 및 방법을 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 HVDC 전력 케이블 부분 방전 측정 장치(100)의 구성 블럭도이다. 도 1을 참조하면, HVDC 케이블 부분 방전 측정 장치(100)는, 전력 케이블에 설치되는 센서(110), 상기 센서(110)로부터 측정 결과 정보를 획득하며 상기 측정 결과 정보를 미리 설정되는 분석 모드에 적용하여 부분 방전 측정 정보를 생성하는 다수의 부분 방전 측정기(130-1 내지 130-n), 상기 부분 방전 측정 정보를 이용하여 부분 방전 여부를 판단하는 분석 컴퓨터(150) 등을 포함하여 구성될 수 있다.
또한, HVDC 케이블 부분 방전 측정 장치(100)에는 연속적인 부분 방전 측정을 위해 전원 공급기(140)가 구성될 수 있다. 이 전원 공급기(140)는 UPS(Uninterruptible Power Supply)가 될 수 있다. 물론, 이러한 전원 공급기(140)를 별도로 구성하지 않고 각각의 센서(110), 부분 방전 측정기(130-1 내지 130-n), 분석 컴퓨터(150) 등에 전원 공급기가 구성될 수 있다.
또한, 분석 컴퓨터(150)를 분석 정보를 수신하여 이를 디스플레이하는 제 1 내지 제 n 모니터(170-1 내지 170-n)가 구성된다. 물론, 이러한 모니터(170-1 내지 170-n)는 통신 단말기의 모니터가 될 수 있다. 통신 단말기로서는 노트북, 스마트폰, 스마트 패드, 데스크 탑 컴퓨터 등이 될 수 있다.
따라서, 제 1 내지 제 n 부분 방전 측정기(130-1 내지 130-n)에 각각 대응되게 제 1 내지 제 n 모니터(170-1 내지 170-n)가 구성될 수 있으며, 이들 부분 방전 측정기의 설정 화면, 결과 데이터 등을 디스플레할 수 있다.
또한, HVDC 케이블 부분 방전 측정 장치(100)에는 원격지에서도 무선 통신을 통해 제어가 가능한 원격 제어기(160)가 구성될 수 있다. 원격 제어기(160)는 통신 단말기가 될 수 있다.
센서(110)와 제 1 부분 방전 측정기(130-1)사이에는 컨버터(120)가 구성될 수 있다. 이 컨버터(120)는 RS232 신호를 TCP/IP(Transport Control Protocol/Internet Protocol) 신호로 변환하는 기능을 수행한다. 물론, 도 1에서는 컨버터(120)를 구성하여 도시하였으나, 이러한 컨버터를 제 1 내지 제 n 부분 방전 측정기(130-1 내지 130-n)내에 구성하는 것도 가능하고, 센서(110)와 제 1 부분 방전 측정기(130-1)사이를 무선 통신으로 연결하는 것도 가능하다.
제 1 내지 제 n 부분 방전 측정기(130-1 내지 130-n)는 직렬로 연결되며, 제 1 부분 방전 측정기(130-n)가 분석 컴퓨터(150)에 최종으로 연결된다. 즉, 제 1 부분 방전 측정기(130-1)의 LAN1 포트가 컨버터(120)에 연결되고, 제 1 부분 방전 측정기(130-1)의 LAN2 포트가 제 2 부분 방전 측정기(130-2)의 LAN1포트와 연결된다. 나머지 부분 방전 측정기도 이와 유사하게 연결되는 방식이다.
물론, 제 1 내지 제 n 부분 방전 측정기(130-1 내지 130-n)는 LAN(Local Area Network) 케이블을 통하여 유선으로 연결되는 것으로 도시되어 있으나, 무선 랜을 이용하여 연결되는 것도 가능하다.
제 1 내지 제 n 부분 방전 측정기(130-1 내지 130-n)는 측정된 주파수를 이용하여 분석하는 주파수 분석 모드, 측정되는 펄스를 이용하여 분석하는 부분방전 펄스분석 모드, 측정된 펄스의 시간차를 이용한 시간차 분석 모드로 구분되며 각 모드에서 8채널 동시 측정이 가능하고 각 채널별 독립 트리거 기능, 노이즈 게이팅 기능을 가지고 있다. 각 모드의 동시 측정 채널 개수는 측정 케이블 상태에 따라 변동 가능하다.
최종적으로 제 1 내지 제 n 부분 방전 측정기(130-1 내지 130-n)에서 측정된 부분 방전 신호는 연산 및 신호처리 과정을 거쳐 분석 컴퓨터(150)로 데이터를 전송하게 된다.
① 주파수 분석 모드에서 검출주파수 영역은 최대 50 MHz이며 검출 주파수 튜닝 대역폭은 ±2MHz이상이다. 스팩트럼 분석이 가능하고 앰프 증폭율 조정은 최대 34 dBm이다.
② 부분방전 펄스분석 모드에서 샘플링 주기는 100 MS/s이상이며, 앰프 증폭율 조정은 최대 34dBm이다.
③ 시간차 분석 모드에서 샘플링 주기는 100 MS/s이상이며, 상시 시간 오차는 10 ns 이하이다.
또한, 제 1 내지 제 n 부분 방전 측정기(130-1 내지 130-n)는 각 장치별 고유 IP를 부여하여 8채널 또는 그 이상 채널로 동시 측정이 가능한 부분 방전 측정기를 하나의 분석 컴퓨터(150)에서 복수로도 사용할 수 있다.
따라서, 케이블 부분방전 발생과 밀접한 관련이 있는 케이블 내부 또는 외부 온도를 위한 2 채널을 케이블 부분 방전 측정 채널과 별도로 구성하여 적용하고, 복수의 부분 방전 측정기에 온도 데이터를 동일하게 동기화하는 것이 가능하다.
HVDC MI(Mass Impregnated) 케이블, MI-PPLP(Mass Impregnated Polypropylene Laminated Paper) 케이블 등과 같은 지 절연 케이블에서는 케이블 내부온도 변화에 따른 압력상승, 저하 등의 영향으로 버트갭(Butt-gap) 등에서 발생하는 부분 방전의 패턴이 온도와 밀접한 관계가 있어 HVDC 케이블 부분 방전 측정과 온도 데이터의 동기화는 매우 중요한 요소이다.
또한 HVDC 케이블 부분방전 횟수, 시간차 분석에 필요한 실시간 시간정보는 GPS 센서를 사용하지 않고도 PC(분석 컴퓨터(150))의 시간정보를 받아 사용할 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 HVDC 케이블 부분 방전 측정 장치(100)의 실시 사용예이다. 도 2를 참조하면, 각 8채널의 제 1 부분 방전 측정기 2 개(170-1,170-2)를 이용해 HVDC 케이블 부분방전을 연속적으로 측정한 실시 사용 예를 나타내었다. 도 2의 실시 사용예는 ±500kV HVDC MI-PPLP(Mass Impregnated PolyPropylene Laminated Paper) 케이블 시험선로에서 측정한 사례이다. 또한, 원격지 제어기(160)가 무선 공유기(210)과의 무선통신을 통해 원격지에서도 제어가 가능하도록 설계될 수 있다.
센서(110)는 온도를 센싱하는 온도 센서, 부분 방전을 검출하는 방전 검출 센서로 구성된다. 또한, 분석 컴퓨터(150)는 위크스테이션이 될 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 부분 방전 측정기(130-1 내지 130-n)의 하드웨어 구성도이다. 도 3을 참조하면, 배전 선로(미도시) 또는 전원 공급기(도 1의 140)로부터 전원을 공급받는 상용 전원 및 DC 전원 입력단자(310), 상용전원 또는 DC 전원을 선택할 수 있는 상용전원, DC 전원 선택 토글 스위치(320), 전원이 인가되었는지를 확인할 수 있는 장비 전원 확인 LED(Light Emitting Diode)(330-PWR), 초기 부팅시 전원을 확인할 수 있는 장비 초기 부팅시 확인 LED(330-Ready), 네트워크 통신이 가능한지를 확인할 수 있는 네트워크 통신 여부 확인 LED(③-Com), 데이터 통신이 가능한지를 나타내는 데이터 통신 여부 확인 LED(330-Data), 단독 모드(Stand Alone Mode)로써 측정 노트북 없이 장비 자체적으로 측정하는 기능 동작 확인 LED (330-S.A.M), LAN 통신 포트(Port) (340), 광통신 포트(350), 8채널 또는 그 이상 채널로 동시 측정이 가능한 아날로그 신호 입력 BNC(Bayonet Neil-Concelman) 포트(360), 스코프(Scope) 모드에서 외부 트리거(EXT.Trigger) 신호 입력 BNC 포트(370), 주파수 분석 모드에서 상용 전원 외부 동기화(EXT. SYNC) 입력 BNC 포트(380), GPS(Global Positioning System) 안테나(ANT)를 연결해주는 안테나 포트(390) 등으로 구성되어 있다.
물론, 이러한 단자, LED, 포트 등에 연결되어 신호, 데이터를 처리하기 위한 프로세서, 회로, 전자 소자, 메모리, 소프트웨어 등이 구성된다. 메모리는 플래시 메모리 디스크(SSD: Solid State Disk), 하드 디스크 드라이브, 플래시 메모리, EEPROM(Electrically erasable programmable read-only memory), SRAM(Static RAM), FRAM (Ferro-electric RAM), PRAM (Phase-change RAM), MRAM(Magnetic RAM) 등과 같은 비휘발성 메모리 및/또는 DRAM(Dynamic Random Access Memory), SDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory), DDR-SDRAM(Double Date Rate-SDRAM) 등과 같은 휘발성 메모리의 조합으로 구성될 수 있다.
도 4는 도 1에 도시된 부분 방전 측정기(130-1 내지 130-n)에서 센서 설치의 일예이다. 도 4를 참조하면, 전자파 유도성 센서(410)를 사용하는 경우 각 전자파 유도성 센서(410)가 설치된 전력 케이블(440)의 동일 위치에 노이즈 센서(420)를 동시에 설치한다. 즉, 전자파 유도성 센서(410)와 노이즈 센서(420)를 포트(401)에 연결 와이어(430)를 통해 한 쌍(A1,A2,B1,B2,C1,C2,N1,N2)씩 연결한다.
따라서, 공중파에 영향으로 계측되는 계측 신호를 부분 방전 측정기(130-1 내지 130-n) 내에서 게이팅하는 과정을 거침으로써 부분방전 측정 결과에 대한 신뢰성을 높일 수 있다.
연결 와이어(430)는 센서(410,420)와 부분 방전 측정기(130-1 내지 130-n)간의 거리가 길어질 경우, 신호선 자체에 의한 감쇄, 신호 변형의 영향을 최소화하기 위해 LMR 400 등의 통신 케이블이 사용될 수 있다.
물론, 도 4에서는 이해의 편의를 위해 전자파 유도성 센서(410)와 노이즈 센서(420)만을 도시하였으나, 온도 센서(미도시)도 구성되며, 이 온도 센서를 위한 2채널을 포트(401)와 같이 사용한다. 즉, A1,A2의 경우, 온도 센서와 전자파 유도성 센서(410)와 노이즈 센서(420)가 같이 사용할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 센서들의 게이팅 개념도이다. 도 5를 참조하면, 도 4에서 전력 케이블(440)에 전자파 유도성 센서(410)를 이용해 부분방전을 측정할 경우 공중파에 의한 노이즈 성분 제거를 위해 노이즈 센서(420)를 각 동일지점에 설치한 후 도 5에 도시된 바와 같이 부분 방전 측정기(130-1 내지 130-n) 내에서 노이즈 성분을 게이팅하여 실제 전력 케이블(예를 들면, HVDC 케이블) 내에서 측정된 부분방전 신호의 측정 신뢰성을 높일 수 있다. 즉, 전자파 유도성 센서(410)로부터의 A1,B1,C1,N1와 노이즈 센서(420)로부터의 A2,B2,C2,N2를 게이팅(520)에 의해 서로 A1-A2,B1-B2,C1-C2,N1-N2로 연결하고, 최종적으로 A,B,C,N(530)이 산출된다.
도 6은 도 1에 도시된 부분 방전 측정기(130-1 내지 130-n)에서 센서 설치의 다른 일예이다. 도 6을 참조하면, HFCT(High Frequency Current Transformer) 센서(600)가 전력 케이블에 설치된다. 도 6에 도시된 바와 같이 HFCT 센서(600)를 설치하는 경우에는 노이즈 센서를 이용한 게이팅 과정을 거치고 않고 측정 가능하다. AC 시스템과는 달리 HVDC 시스템에서는 접속함에서 비접지 구간, 직접 접지 구간이 상당수 증가하므로 전자파 유도성 센서를 사용할 경우 노이즈 센서를 이용한 게이팅 과정이 매우 유용하게 쓰일 수 있다. 도 6의 경우도 온도 센서가 같이 설치된다.
도 7은 도 6에 따른 센서들의 게이팅 개념도이다. 도 7을 참조하면, HFCT(High Frequency Current Transformer) 센서(600)를 사용할 경우, 별도의 게이팅 과정이 요구되지 않는다. 따라서, A1,B1,C1,N1(710)과 A2,B2,C2,N2(720)가 분리되어 산출된다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 초기 화면 개념도이다. 도 8을 참조하면, 고유 IP 번호(810)를 지정할 수 있으며, GPS 센서가 없어도 PC 시간정보(820)를 활용 측정 데이터의 시간정보로 동기화시킬 수 있다. 또한, 온도 측정 데이터는 온도센서 타입(예, J 타입, K 타입)에 따라 선택 가능(830)하며 온도 측정기 커서(840)를 클릭하면 활성화된다.
만약 복수의 측정 장치에 한 케이블 진단에 동시에 사용될 경우 나머지 측정 장치 프로그램의 온도 측정기 커서를 클릭하지 않으면 자동으로 분석 장치에서 첫 번째 측정 장치에서 측정한 온도 데이터를 동기화시킨다.
도 9는 도 8에 도시된 초기 화면의 실시예이다. 도 9를 참조하면, IP 어드레스는 192.168.0.11이고, Temperature 1, Temperature 2는 Thermocouple K Type, J Type, T Type, S Type이 사용 가능하다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 교정 화면 개념도이다. 도 10을 참조하면, 부분 방전 측정기의 교정(Calibration) 기능을 구현할 수 있는 화면을 보여준다. 도 10의 교정(Calibration) 화면에서는 교정(Calibration) 트리거(1010) 입력이 가능하며 트리거 조정시 숫자 입력으로 교정(Calibration) 트리거 조절이 가능하다. 채널을 선택(1020)하여 채널별 입력이 가능할뿐 아니라 All 버튼(1030) 선택시 전 채널 현재 게인(Gain) 값에 대하여 동일하게 적용할 수 있다.
또한, 측정값 포화시 자동으로 자동 스케일(Auto Scale)이 적용되므로 측정 전 각 게인(Gain)별 교정(Calibration)이 시행되어야 한다. 각 게인(Gain)에 따른 교정(Calibration) 여부 확인은 리스트(1040)로 확인할 수 있다. 리스트는 측정화면 재 구동시 초기화된다.
도 11은 도 10에 도시된 교정 화면의 실시예이다. 도 11을 참조하면, 교정 트리거로 10(1110), 채널 A1(1120), 리스트(1140) 등이 화면상에 표시된다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 메인 화면 개념도이다. 도 12를 참조하면, 각 부분 방전 측정기(130-1 내지 130-n)에서는 8채널 또는 그 이상 채널수에 따른 부분방전 파형과 데이터와 2채널 또는 그 이상 채널수에 따른 온도 데이터가 동시에 측정되며, 각 게인(Gain)에 따른 교정(Calibration) 스케일 적용 및 트리거 레벨 적용이 가능하다.
여기서 게인(Gain)을 조정하게 되면 해당 게인(Gain)에 설정된 교정(Calibration) 스케일 및 트리거 레벨이 적용된다. 또한, 자동 스케일 기능이 있어 ADC(Analog-to-Digital Converter) 팩터상 최대값이 기준값에 다다르면 게인(Gain)을 한단계 낮추게 된다. 게인(Gain)을 낮춘 후 3초 후 자동 스케일(Auto Scale) 기능이 활성화되며, 트리거 레벨을 숫자 입력을 통해 증감할 수도 있다. 또한 측정시간에 따른 온도분포 및 트리거 분포, 방전크기가 표시된다. 각 채널 동시 측정이 가능하고 채널별 독립 트리거가 가능하다.
도 12의 메인 화면에서는 측정시간(1201)이 표시되며 Calibration 기능(1202)도 있다. 또한, 온도 센서로부터 측정된 온도가 표시(1203)되며 측정시간에 따른 실시간 온도분포(1204)가 그래프로 표현된다.
또한, 각 채널에서 각 게인(Gain)에 따른 교정(Calibration) 스케일 적용 및 트리거 레벨 적용(1205)되며, 자동 스케일 기능(1206)이 있고 트리거 레벨(Trigger Level) 입력(1207)이 가능하다. 트리거(Trigger) 여부를 나타내는 표시창(1208)과 트리거 온/오프(1209) 기능이 있다.
측정시간에 따른 트리거 분포 및 방전크기가 그래프로 표시(1210)되며 총 트리거 횟수(1211)도 표시된다. 각 채널별 방전 파형의 시간 길이(Time length)(1212)도 설정 가능하며 설정된 Time length에 따른 방전파형(1214)이 저장되고 모든 데이터는 설정된 파일 저장 경로(1213)에 저장된다.
도 13은 도 12에 도시된 메인 화면의 실시예이다. 즉 도 13은 도 12에 따른 메인 화면을 보여준다.
한편, S/W(software) 내에서 게이팅(Gating) 화면을 구현할 수 있다. 도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 게이팅 화면 개념도이다. 도 14를 참조하면, 각각 2개의 채널에서 측정한 파형(1416, 1417)을 불러와 게이팅(1418)할 수 있으며 Gating된 파형을 확인할 수 있다. 메인 화면에서 Gain별 Y축 스케일이 변경되며 Y측 측정 단위는 [pC] 또는 [mV] 이다.
도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 자동 스케일 과정을 보여주는 흐름도이다. 도 15를 참조하면, 자동 스케일(Auto Scale) 기능은 도 12에 도시된 오토 스케일(1206)을 선택한 경우 실행되며 각 채널별로 자동 스케일(Auto Scale) 기능을 선택할 수 있다(단계 S1520,S1530).
자동 스케일 기능이 실행되면, ADC(Analog-to-Digital Converter) 팩터상 최대값이 기준값에 다다르면(포화되면) 현재의 Gain을 한 단계 낮추게 되며 Gain 값은 3초 후 자동으로 변경된다(단계 S1540,S1550,S1560). Gain의 범위는 각 0, 6, 12, 18, 24, 30, 34 dB 이다.
본 발명의 일시예에서 트리거 레벨 및 Gain 등 측정 셋팅값 확인이 완료된 후 측정을 시작하면 모든 셋팅 관련 기능은 디저블(Disable) 상태로 변환된다. 또한, 측정된 데이터는 분석이 원활하도록 자동으로 일(day)/시간(hour) 단위 폴더를 생성하게 되며, 시간 단위 데이터 저장 폴더 생성시 측정 일(day)이 바뀌게 되면 해당 일(day) 상위 폴더를 자동으로 생성하여 데이터를 저장한다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 HVDC 전력 케이블 부분 방전 측정 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다.
상기 매체에 기록되는 프로그램 코드(명령)는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다.
상기 매체는 프로그램 명령, 데이터 구조 등을 지정하는 신호를 전송하는 반송파를 포함하는 광 또는 금속선, 도파관 등의 전송 매체일 수도 있다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
100: HVDC(High-Voltage Direct Current) 전력 케이블 부분 방전 측정 장치
110: 센서
120: 컨버터
130-1 내지 130-n: 제 1 내지 제 n 부분 방전 측정기
140: 전원 공급기
150: 분석 컴퓨터
160: 원격 제어기
170-1 내지 170-n: 제 1 모니터 내지 제 n 모니터
110: 센서
120: 컨버터
130-1 내지 130-n: 제 1 내지 제 n 부분 방전 측정기
140: 전원 공급기
150: 분석 컴퓨터
160: 원격 제어기
170-1 내지 170-n: 제 1 모니터 내지 제 n 모니터
Claims (20)
- HVDC(High-Voltage Direct Current) 전력 케이블에 설치되는 센서;
상기 센서로부터 측정 결과 정보를 획득하며 상기 HVDC 전력 케이블의 절연체 종류에 따라 상기 측정 결과 정보를 미리 설정되는 분석 모드에 적용하여 부분 방전 측정 정보를 생성하는 다수의 부분 방전 측정기; 및
상기 부분 방전 측정 정보를 이용하여 부분 방전 여부를 판단하는 분석 컴퓨터;를 포함하며,
상기 HVDC 전력 케이블의 내부 온도 또는 외부 온도를 위한 2 채널을 전력 케이블 부분 방전 측정 채널과 별도로 구성하여 적용하고, 상기 다수의 부분 방전 측정기에 온도 데이터를 동일하게 동기화하고,
상기 온도 데이터와 상기 HVDC 전력 케이블의 부분 방전 측정이 동기화되며,
상기 분석 모드는 각 채널별로 트리거 기능 또는 노이즈 게이팅 기능을 가지며,
상기 센서는 다수의 전자파 유도성 센서와 다수의 노이즈 센서를 포함하며, 상기 다수의 전자파 유도성 센서와 다수의 노이즈 센서는 각각 한 쌍씩 동일 위치에 설치되어, 상기 측정 결과 정보에 대한 신뢰성을 높이도록 상기 부분 방전 측정기내에서의 게이팅을 통해 상기 측정 결과 정보를 연결하며,
상기 다수의 전자파 유도성 센서와 다수의 노이즈 센서는 각각의 포트에 연결 와이어를 통해 한 쌍씩 연결되는 것을 특징으로 하는 HVDC 전력 케이블 부분 방전 측정 장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 분석 모드는 상기 측정 결과 정보의 주파수를 이용하여 분석하는 주파수 분석 모드, 상기 측정 결과 정보의 펄스를 이용하여 분석하는 부분방전 펄스분석 모드, 상기 측정 결과 정보의 펄스의 시간차를 이용한 시간차 분석 모드 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 HVDC 전력 케이블 부분 방전 측정 장치.
- 제 2 항에 있어서,
상기 시간차 분석 모드는 시간차 분석에 필요한 실시간 시간 정보를 상기 분석 컴퓨터의 시간정보를 이용하는 것을 특징으로 하는 HVDC 전력 케이블 부분 방전 측정 장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 다수의 부분 방전 측정기는 각각 고유 IP(Internet Protocol)를 부여받는 것을 특징으로 하는 HVDC 전력 케이블 부분 방전 측정 장치.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 센서 및 다수의 부분 방전 측정기가 연속적인 부분 방전 측정을 수행하도록 전원을 공급하는 전원 공급기를 포함하며, 상기 전원 공급기는 UPS(Uninterruptible Power Supply)인 것을 특징으로 하는 HVDC 전력 케이블 부분 방전 측정 장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 측정 결과 정보가 미리 설정되는 포화값에 도달하면 자동으로 자동 스케일이 적용되며, 상기 자동 스케일은 게인을 이전 값보다 낮게 적용하는 것을 특징으로 하는 HVDC 전력 케이블 부분 방전 측정 장치.
- (a) 다수의 부분 방전 측정기가 HVDC 전력 케이블에 설치되는 센서로부터 측정 결과 정보를 획득하는 단계;
(b) 상기 다수의 부분 방전 측정기가 상기 전력 케이블의 절연체 종류에 따라 상기 측정 결과 정보를 미리 설정되는 분석 모드에 적용하여 부분 방전 측정 정보를 생성하는 단계; 및
(c) 분석 컴퓨터가 상기 부분 방전 측정 정보를 이용하여 부분 방전 여부를 판단하는 단계;를 포함하며,
상기 HVDC 전력 케이블의 내부 온도 또는 외부 온도를 위한 2 채널을 전력 케이블 부분 방전 측정 채널과 별도로 구성하여 적용하고, 상기 다수의 부분 방전 측정기에 온도 데이터를 동일하게 동기화하고,
상기 온도 데이터와 상기 HVDC 전력 케이블의 부분 방전 측정이 동기화되며,
상기 분석 모드는 각 채널별로 트리거 기능 또는 노이즈 게이팅 기능을 가지며,
상기 센서는 다수의 전자파 유도성 센서와 다수의 노이즈 센서를 포함하며, 상기 다수의 전자파 유도성 센서와 다수의 노이즈 센서는 각각 한 쌍씩 동일 위치에 설치되어, 상기 측정 결과 정보에 대한 신뢰성을 높이도록 상기 부분 방전 측정기내에서의 게이팅을 통해 상기 측정 결과 정보를 연결하며,
상기 다수의 전자파 유도성 센서와 다수의 노이즈 센서는 각각의 포트에 연결 와이어를 통해 한 쌍씩 연결되는 것을 특징으로 하는 HVDC(High-Voltage Direct Current) 전력 케이블 부분 방전 측정 방법.
- 제 11 항에 있어서,
상기 분석 모드는 상기 측정 결과 정보의 주파수를 이용하여 분석하는 주파수 분석 모드, 상기 측정 결과 정보의 펄스를 이용하여 분석하는 부분방전 펄스분석 모드, 상기 측정 결과 정보의 펄스의 시간차를 이용한 시간차 분석 모드 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 HVDC 전력 케이블 부분 방전 측정 방법.
- 제 12 항에 있어서,
상기 시간차 분석 모드는 시간차 분석에 필요한 실시간 시간 정보를 상기 분석 컴퓨터의 시간정보를 이용하는 것을 특징으로 하는 HVDC 전력 케이블 부분 방전 측정 방법.
- 제 11 항에 있어서,
상기 다수의 부분 방전 측정기는 각각 고유 IP(Internet Protocol)를 부여받는 것을 특징으로 하는 HVDC 전력 케이블 부분 방전 측정 방법.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제 11 항에 있어서,
상기 측정 결과 정보가 미리 설정되는 포화값에 도달하면 자동으로 자동 스케일이 적용되며, 상기 자동 스케일은 게인을 이전 값보다 낮게 적용하는 것을 특징으로 하는 HVDC 전력 케이블 부분 방전 측정 방법.
- 제 11 항 내지 제 14항 및 제 19 항 중 어느 한 항에 따른 HVDC 전력 케이블 부분 방전 측정 방법을 실행하는 프로그램 코드를 저장한 컴퓨터 판독 가능 저장 매체.
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