KR102091257B1 - 변전소용 피뢰기 열화 진단 방법 및 시스템 - Google Patents

변전소용 피뢰기 열화 진단 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 변전소용 피뢰기 열화 진단 방법 및 시스템에 관한 것으로서, 데이터 검출 모듈이 계기용 변압기(PT: POTENTIAL TRANSFORMER)로부터 피뢰기 인가 전압 데이터를 수신하고, 피뢰기 누설 전류 검출기로부터 전체 누설 전류 데이터를 수신하는 단계; 데이터 분석 모듈이 상기 수신된 피뢰기 인가 전압 데이터 및 상기 수신된 전체 누설 전류 데이터로부터 용량성 누설 전류 파형 및 저항성 누설 전류 파형을 산출하는 단계; 데이터 관리 모듈이 상기 산출된 저항성 누설 전류 파형으로부터 저항성 누설 전류의 최대값 정보 및 실효치(RMS: ROOT MEAN SQUARE)를 산출하는 단계; 및 피뢰기 열화 진단 모듈이 상기 저항성 누설 전류 실효치를 기 저장된 피뢰기 열화 단계표와 비교하여 피뢰기 열화 여부를 판단하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 변전소용 피뢰기 열화 진단 방법을 제공한다. 본 발명에 의하면, 운전 중인 피뢰기에 흐르는 저항성 누설 전류를 매우 정확하게 측정할 수 있으므로 조작자의 감전위험 없이 안전하게 피뢰기의 열화 여부를 진단할 수 있는 효과가 있고, 피뢰기의 종류와 규격, 주위온도 등에 구애받지 않고 정밀하게 피뢰기의 열화 여부를 진단할 수 있는 효과가 있으며, 누설 전류에 포함된 고조파 함유율이 높은 경우에도 적은 오차를 가지는 저항성 누설 전류를 산출할 수 있는 효과가 있고, 피뢰기의 성능에 대한 정확한 분석을 통하여 각 피뢰기의 열화여부를 정확하게 판단하여 각 피뢰기의 적정 교체 주기를 알릴 수 있는 효과가 있으며, 피뢰기 열화에 따른 사고를 방지할 수 있는 효과가 있다.

Description

변전소용 피뢰기 열화 진단 방법 및 시스템{DETERIORATION DIAGNOSIS METHOD AND SYSTEM OF LIGHTENING ARRESTER FOR SUBSTATION}
본 발명은 변전소용 피뢰기 열화 진단 방법 및 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 변전소의 피뢰기 인가 전압 데이터 및 피뢰기의 전체 누설 전류 데이터를 이용하여 피뢰기의 저항성 누설 전류 파형 및 실효치를 산출하여 피뢰기 열화 여부를 판단하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.
피뢰기는 전력계통에 침입하는 뇌 서지, 개폐 서지, 일시적 과전압 등의 전기적 에너지를 흡수하여 전송선로 및 발·변전기기를 보호하는 중요한 전력기기 중의 하나이다. 특히, 산화아연(ZnO) 피뢰기는 우수한 서지 보호특성을 가지고 있어 현재 급속도로 전력시스템에 적용되어지고 있으며, 우수한 비선형 저항특성 때문에 직렬갭의 제거를 가져왔다. 따라서 구조가 보다 컴팩트화되고, 제조상의 편리함과 더불어 과도전압에 대한 응답시간이 매우 빨라 과도현상이 없으며, 속류가 거의 흐르지 않는다는 장점을 가지고 있다. 반면에 뇌 서지 및 스위칭 서지에 의한 스트레스뿐만 아니라 상시 전용 전원에 노출되어 있어 미소 누설 전류가 흐른다.
피뢰기의 열화 진단 기술에는 피뢰기의 동작개시전압, 제한전압, 손실전력, 누설 전류, 정전용량 등을 측정하는 것이 일반적이나, 그 중에서도 운전 중인 피뢰 기의 열화진단에는 측정이 용이하다는 장점 때문에 누설 전류를 측정하여 열화를 진단하는 방법이 광범위하게 사용되고 있다. 피뢰기에 흐르는 상시 미소 누설 전류(전체 누설 전류)는 용량성 누설 전류와 저항성 누설 전류의 합성으로 나타나며, 피뢰기의 열화에 의해 주로 저항성 누설 전류는 증가하나 용량성 누설 전류는 거의 변하지 않는다. 오랜 사용으로 자연적 또는 인위적 열화에 의해 피뢰기소자의 저항성 누설 전류가 증가하여 발열량이 증가하고, n형 반도체인 피뢰기의 부온도 특성에 의해 저항성 누설 전류는 더욱 증가하게 되어 결국에는 열파괴되어 보호 장치로서의 역할을 충분히 발휘하지 못하고 사고를 유발시키게 된다. 따라서 저항성 누설 전류는 열화진단에 중요한 척도가 된다. 그러나 누설 전류를 기준으로 피뢰기를 간단하게 진단하는 방법은 열화진전에 따른 저항성 누설 전류의 증가분을 대신해서 단순히 누설 전류의 실효값과 최대값, 제 3고조파 누설 전류 성분의 최대값에 의하여 판단하므로 측정방법과 설치환경에 따른 오차를 포함하여 열화진단에 필요한 정보를 충분히 제공하지 못하는 실정이다. 그리고, 저항성 누설 전류를 직접 측정하는 것이 열화진단에 보다 양질의 정보를 주지만 저항성 누설 전류를 직접 측정하기 위해서는 여러 가지 복잡한 보조회로가 필요하며, 대표적인 방법으로 보상회로법, 제3고조파 측정법, 자기 소거법 등이 있다.
보상회로법은 피뢰기에 전기전도로 인하여 흐르는 순수한 저항성 누설 전류만를 측정하기 위하여 용량성 누설 전류 성분을 기준 커패시터를 이용하여 보상하는 측정방법이다. 그러나, 보상회로법은 저항성 누설 전류의 정확한 측정이 가능하지만 인가전압을 측정해야 하므로 활선상태에서는 측정이 용이하지 않고, 운전 중인 피뢰기에 흐르는 저항성 누설 전류를 정확하게 측정하기 위해서는 활선상태의 운전전압을 측정해야 하므로 조작자의 감전위험을 감수해야 하며, 피뢰기의 종류와 규격, 주위온도 등에 따라 보상 커패시터의 정확한 용량 조절이 필요하므로 오차를 유발시킬 가능성이 크므로 정밀한 측정이나 자동계측에 적용하기는 어렵고, 진단장치의 휴대성이 취약하다는 문제점을 가지고 있다.
제3고조파 측정법은 피뢰기 열화가 진행되면서 누설 전류의 제3고조파가 증가하는 성질을 이용하는 것이다. 그러나, 제3고조파 측정법은 3고조파 성분의 응답감도가 저항성 전류에 대해 어느 정도 비례하여 증가하지만 저항성 전류의 크기가 커질수록 선형성이 저하되며, 더욱이 전원에 포함되어 있는 3고조파 성분에 의해 오차를 유발하게 되는 문제점이 있다.
자기 소거법은 슈미트 트리거 회로와 저역 통과 필터 등을 이용하여 용량성 누설 전류에 해당하는 정현파를 발생시켜 누설 전류와의 차동 회로를 통하여 저항성 누설 전류를 검출하는 방법이다. 그러나, 자기 소거법은 누설 전류에 포함된 고조파 함유율이 높거나 슈미트 트리거 회로의 정도에 의해 저항성 누설 전류의 검출에 많은 오차를 포함하는 문제점이 있다.
현재 전력계통에 사용되고 있는 대단히 많은 수의 피뢰기의 교체는 사고에 의해 파손되거나 성능저하에는 불문하고 일정기간이 지나면 일괄 교체하는 방식을 채택하고 있는 실정이며, 기술적으로나 경제적으로 비합리적이다. 따라서, 피뢰기의 성능에 대한 정확한 분석을 통하여 경제적인 피뢰기의 적정 교체 주기 알림 시스템 및 사고 방지 시스템에 관한 기술 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
또 다른 목적은 피뢰기에 흐르는 저항성 누설 전류 파형을 산출하고 분석하여 변전소용 피뢰기의 열화 정도를 판단할 수 있는 방법 및 시스템을 제공함에 있다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, 데이터 검출 모듈(310)이 계기용 변압기(PT: POTENTIAL TRANSFORMER)로부터 피뢰기 인가 전압 데이터를 수신하고, 피뢰기 누설 전류 검출기로부터 전체 누설 전류 데이터를 수신하는 단계; 데이터 분석 모듈(320)이 상기 수신된 피뢰기 인가 전압 데이터 및 상기 수신된 전체 누설 전류 데이터로부터 용량성 누설 전류 파형 및 저항성 누설 전류 파형을 산출하는 단계; 데이터 관리 모듈(330)이 상기 산출된 저항성 누설 전류 파형으로부터 저항성 누설 전류의 최대값 정보 및 실효치(RMS: ROOT MEAN SQUARE)를 산출하는 단계; 및 피뢰기 열화 진단 모듈(340)이 상기 저항성 누설 전류 실효치를 기 저장된 피뢰기 열화 단계표와 비교하여 피뢰기 열화 여부를 판단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 변전소용 피뢰기 열화 진단 방법을 제공한다.
또한, 데이터 시각화 모듈(350)이 상기 저항성 누설 전류 파형 및 피뢰기 열화 여부 판단 결과를 제공하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 데이터 분석 모듈(320)이 상기 용량성 누설 전류 파형 및 상기 저항성 누설 전류 파형을 산출하는 방법은, 상기 피뢰기 인가 전압 데이터로부터 피뢰기 인가 전압의 주기 정보, 최대값 정보 및 최대값의 시각 정보를 추출하는 단계; 상기 전체 누설 전류 데이터로부터 전체 누설 전류 파형을 생성하고, 상기 전체 누설 전류 파형으로부터 상기 피뢰기 인가 전압의 최대값의 시각 정보로부터 1/4 주기만큼 앞선 시각에서의 전류값을 추출하여 용량성 누설 전류 최대값 정보를 추출하는 단계; 상기 추출된 피뢰기 인가 전압의 주기 정보 및 상기 추출된 용량성 누설 전류 최대값 정보를 이용하여 용량성 누설 전류 파형을 산출하는 단계; 및 상기 생성된 전체 누설 전류 파형에서 상기 용량성 누설 전류 파형을 빼는 방법으로 상기 저항성 누설 전류 파형을 산출하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 피뢰기 열화 진단 모듈(340)이 피뢰기 열화 여부를 판단하는 방법은, 상기 저항성 누설 전류 실효치를 상기 피뢰기 열화 단계표와 비교하여 열화 단계를 판단하되, 상기 열화 단계는 상기 저항성 누설 전류 실효치가 100 uA 미만이면 양호 단계, 100 uA 이상 300 uA 미만이면 주의 단계, 300 uA 이상 500 uA 미만이면 경고 단계, 500 uA 이상이면 교체 단계로 구분될 수 있다.
그리고, 본 발명의 또 다른 일 측면에 따르면, 계기용 변압기로부터 피뢰기 인가 전압 데이터를 수신하고, 피뢰기 누설 전류 검출기로부터 전체 누설 전류 데이터를 수신하는 데이터 검출 모듈(310); 상기 수신된 피뢰기 인가 전압 데이터 및 상기 수신된 전체 누설 전류 데이터로부터 용량성 누설 전류 파형 및 저항성 누설 전류 파형을 산출하는 데이터 분석 모듈(320); 상기 산출된 저항성 누설 전류 파형으로부터 저항성 누설 전류 최대값 및 저항성 누설 전류 실효치를 산출하는 데이터 관리 모듈(330); 및 상기 저항성 누설 전류 실효치를 기 저장된 피뢰기 열화 단계표와 비교하여 피뢰기 열화 여부를 판단하는 피뢰기 열화 진단 모듈(340);을 포함하는 것을 특징으로 하는 변전소용 피뢰기 열화 진단 시스템(300)을 제공한다.
또한, 상기 저항성 누설 전류 파형 및 피뢰기 열화 여부 판단 결과를 제공하는 데이터 시각화 모듈(350);을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 데이터 분석 모듈(320)에 의하여 상기 수신된 피뢰기 인가 전압 데이터, 상기 수신된 전체 누설 전류 데이터, 상기 산출된 용량성 누설 전류 파형 및 상기 산출된 저항성 누설 전류 파형이 저장되고, 상기 데이터 관리 모듈(330)에 의하여 상기 산출된 저항성 누설 전류 최대값 및 상기 산출된 저항성 누설 전류 실효치가 저장되며, 상기 피뢰기 열화 단계표가 저장된 DB(360);를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 데이터 분석 모듈(320)은 상기 데이터 검출 모듈(310)로부터 상기 전체 누설 전류 데이터를 수신하여 상기 전체 누설 전류 데이터를 증폭하고, 차동 모드 노이즈를 차단하는 차동 증폭기; 상기 차동 증폭기의 출력 데이터를 수신하여 고주파 노이즈를 제거하는 저역 통과 필터; 상기 저역 통과 필터의 출력 데이터를 수신하여 이산화 신호로 변환하여 전체 누설 전류 파형을 생성하는 A/D 변환기; 및 상기 데이터 검출 모듈(310)로부터 수신된 피뢰기 인가 전압 데이터에 포함된 주파수 정보 및 상기 A/D 변환기로부터 수신된 전체 누설 전류 파형에 포함된 용량성 누설 전류 최대값 정보를 이용하여 상기 용량성 누설 전류 파형을 생성하고, 상기 전체 누설 전류 파형에서 상기 용량성 누설 전류 파형을 제거하여 상기 저항성 누설 전류 파형을 산출하는 파형 생성기;를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 변전소용 피뢰기는 GIS(GAS INSULATED SWITCH-GEAR) 변전소용 및 옥외 변전소용 피뢰기일 수 있다.
본 발명에 의하면, 운전 중인 피뢰기에 흐르는 저항성 누설 전류를 매우 정확하게 측정할 수 있으므로 조작자의 감전위험 없이 안전하게 피뢰기의 열화 여부를 진단할 수 있는 효과가 있다.
또한, 피뢰기의 종류와 규격, 주위온도 등에 구애받지 않고 정밀하게 피뢰기의 열화 여부를 진단할 수 있는 효과가 있다.
또한, 누설 전류에 포함된 고조파 함유율이 높은 경우에도 적은 오차를 가지는 저항성 누설 전류를 산출할 수 있는 효과가 있다.
그리고, 피뢰기의 성능에 대한 정확한 분석을 통하여 각 피뢰기의 열화여부를 정확하게 판단하여 각 피뢰기의 적정 교체 주기를 알릴 수 있는 효과가 있고, 피뢰기 열화에 따른 사고를 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 변전소용 피뢰기 열화 진단 방법을 도시한 시그널링 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 변전소용 피뢰기 열화 진단 방법에서 데이터 분석 모듈(320)이 용량성 누설 전류 파형 및 저항성 누설 전류 파형을 산출하는 방법을 도시한 시그널링 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 변전소용 피뢰기 열화 진단 시스템(300)을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 변전소용 피뢰기 열화 진단 시스템(300)에서 데이터 분석 모듈(320)을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 변전소용 피뢰기 열화 진단 시스템(300)에서 데이터 검출 모듈(310)이 수신하는 피뢰기 인가 전압 데이터 및 데이터 분석 모듈(320)에 의해 생성된 전체 누설 전류 파형을 도시한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 변전소용 피뢰기 열화 진단 시스템(300)에서 데이터 분석 모듈(320)에 의해 생성된 용량성 누설 전류 파형 및 저항성 누설 전류 파형을 도시한 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 변전소용 피뢰기 열화 진단 방법을 도시한 시그널링 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 변전소용 피뢰기 열화 진단 방법에서 데이터 분석 모듈(320)이 용량성 누설 전류 파형(610) 및 저항성 누설 전류 파형(620)을 산출하는 방법을 도시한 시그널링 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 변전소용 피뢰기 열화 진단 시스템(300)을 도시한 도면이다. 도 3을 참조하면, 변전소용 피뢰기 열화 진단 시스템(300)은 데이터 검출 모듈(310), 데이터 분석 모듈(320), 데이터 관리 모듈(330), 피뢰기 열화 진단 모듈(340), 데이터 시각화 모듈(350) 및 DB(360)를 포함할 수 있다.
다시, 도 1및 도2를 참조하여 변전소용 피뢰기 열화 진단 방법을 보다 상세하게 설명하면, 데이터 검출 모듈(310)은 계기용 변압기(PT: POTENTIAL TRANSFORMER)로부터 피뢰기 인가 전압 데이터(510)를 수신하고, 피뢰기 누설 전류 검출기로부터 전체 누설 전류 데이터를 수신할 수 있다(S110). 보다 자세하게, 변전소용 피뢰기 열화 진단 시스템(300)의 데이터 검출 모듈(310)은 변전소의 계기용 변압기(PT: POTENTIAL TRANSFORMER)로부터 피뢰기 인가 전압 데이터(510)를 수신할 수 있고, 피뢰기 누설 전류 검출기로부터 피뢰기의 접지단에 흐르는 전체 누설 전류 데이터를 수신할 수 있다. 피뢰기 누설 전류 검출기는 변전소용 피뢰기 열화 진단 시스템(300)에 포함될 수도 있고, 또는, 변전소용 피뢰기 열화 진단 시스템(300)과 별개로 독립된 누설 전류 검출기일 수도 있다. 피뢰기 인가 전압 데이터(510)는 피뢰기 인가 전압의 파형 정보, 주파수 정보, 주기 정보, 최대값(PEAK) 정보 및 최대값의 시각 정보 등을 포함할 수 있다. 전체 누설 전류 데이터는 피뢰기 접지단에 흐르는 전체 누설 전류의 파형 정보, 주파수 정보, 주기 정보, 최대값(PEAK) 정보 및 최대값의 시각 정보 등을 포함할 수 있다.
그리고, 데이터 분석 모듈(320)은 상기 수신된 피뢰기 인가 전압 데이터(510) 및 상기 수신된 전체 누설 전류 데이터로부터 용량성 누설 전류 파형(610) 및 저항성 누설 전류 파형(620)을 산출할 수 있다(S120). 보다 자세하게, 데이터 분석 모듈(320)에 포함된 파형 생성기는 상기 피뢰기 인가 전압 데이터(510)로부터 피뢰기 인가 전압의 주기 정보, 최대값 정보 및 최대값의 시각 정보를 추출할 수 있다(S210). 또한, 상기 파형 생성기는 상기 전체 누설 전류 데이터로부터 생성된 전체 누설 전류 파형(520)으로부터 상기 피뢰기 인가 전압의 최대값의 시각 정보로부터 1/4 주기만큼 앞선 시각에서의 전류값을 추출하여 용량성 누설 전류 최대값(PEAK) 정보를 추출할 수 있다(S220). 또한, 상기 파형 생성기는 상기 추출된 피뢰기 인가 전압의 주기 정보 및 상기 추출된 용량성 누설 전류 최대값 정보를 이용하여 용량성 누설 전류 파형(610)을 산출할 수 있다(S230). 상기 용량성 누설 전류 파형(610)은 상기 추출된 피뢰기 인가 전압의 주기와 동일한 주기를 가지고, 최대값(PEAK)은 상기 추출된 용량성 누설 전류 최대값인 SIN 파 또는 COS 파 형태일 수 있다. 그리고, 상기 파형 생성기는 상기 생성된 전체 누설 전류 파형(520)에서 상기 용량성 누설 전류 파형(610)을 빼는 방법으로 상기 저항성 누설 전류 파형(620)을 산출할 수 있다(S240). 전체 누설 전류 파형(520)은 용량성 누설 전류 파형(610)과 저항성 누설 전류 파형(620)이 단순히 더해진 형태로 이루어진 파형이므로, 전체 누설 전류 파형(520)에서 용량성 누설 전류 파형(610)을 빼면 저항성 누설 전류 파형(620)을 산출할 수 있다.
그리고, 상기 S220 단계에서 상기 전체 누설 전류 데이터로부터 생성된 전체 누설 전류 파형(520)에 관하여 보다 자세하게 설명하면, 상기 데이터 분석 모듈(320)은 차동 증폭기, 저역 통과 필터, A/D 변환기 및 파형 생성기를 포함할 수 있다. 상기 차동 증폭기는 상기 데이터 검출 모듈(310)로부터 상기 전체 누설 전류 데이터를 수신하여 상기 전체 누설 전류 데이터를 증폭할 수 있고, 차동 모드 노이즈를 차단할 수 있다. 상기 저역 통과 필터는 상기 차동 증폭기의 출력 데이터를 수신하여 고주파 노이즈를 제거할 수 있다. 상기 A/D 변환기는 상기 저역 통과 필터의 출력 데이터를 수신하여 이산화 신호로 변환하여 전체 누설 전류 파형(520)을 생성할 수 있다. 상기 파형 생성기는 상기 생성된 전체 누설 파형을 이용하여 상기 용량성 누설 전류 파형(610) 및 상기 저항성 누설 전류 파형(620)을 산출할 수 있다.
다시 도 1로 돌아가면, 데이터 관리 모듈(330)은 상기 산출된 저항성 누설 전류 파형(620)으로부터 저항성 누설 전류의 최대값 정보 및 실효치(RMS: ROOT MEAN SQUARE)를 산출할 수 있다(S130). 보다 자세하게, 데이터 관리 모듈(330)은 저항성 누설 전류 파형(620)으로부터 최대값(PEAK) 정보를 산출할 수 있고, 저항성 누설 전류 파형(620)의 실효치를 계산하여 산출할 수 있다.
피뢰기 열화 진단 모듈(340)은 상기 저항성 누설 전류 실효치를 기 저장된 피뢰기 열화 단계표와 비교하여 피뢰기 열화 여부를 판단할 수 있다(S140). 보다 자세하게, 피뢰기 열화 진단 모듈(340)은 상기 데이터 관리 모듈(330)로부터 상기 저항성 누설 전류 실효치를 수신할 수 있고, 상기 저항성 누설 전류의 실효치와 DB(360)에 기 저장된 피뢰기 열화 단계표와 비교하여 피뢰기의 열화 여부를 판단할 수 있다. 피뢰기 열화 여부를 판단하는 방법을 보다 자세하게 설명하면, 피뢰기 열화 진단 모듈(340)은 상기 저항성 누설 전류 실효치를 상기 피뢰기 열화 단계표와 비교하여 열화 단계를 판단하되, 상기 피뢰기 열화 단계표는 피뢰기의 실효치에 따른 피뢰기 열화 정도를 구분하여 설정해 놓은 표일 수 있다. 구체적인 예를 들면, 상기 열화 단계는 상기 저항성 누설 전류 실효치가 100 uA 미만이면 양호 단계, 100 uA 이상 300 uA 미만이면 주의 단계, 300 uA 이상 500 uA 미만이면 경고 단계, 500 uA 이상이면 교체 단계로 구분되어 있을 수 있다. 또는, 피뢰기 열화 단계는 각 단계별로 기 설정된 LED 색상으로 표현될 수도 있는데, 예를 들어, 양호 단계는 흰색, 주의 단계는 노란색, 경고 단계는 주황색, 교체 단계는 빨강색으로 표현되도록 기 설정될 수도 있다.
또는, 피뢰기 열화 진단 모듈(340)은 간단하게 실효치가 아닌 저항성 누설 전류 파형(620)의 최대값 정보를 기 설정된 피뢰기 열화 단계표와 비교하는 방법으로 피뢰기의 열화 여부를 판단할 수 있다. 이 때, 기 설정된 피뢰기 열화 단계표는 저항성 누설 전류 파형(620)의 최대값에 따른 열화 정도를 단계별로 구분한 표일수 있다.
그리고, 데이터 시각화 모듈(350)은 상기 저항성 누설 전류 파형(620) 및 피뢰기 열화 여부 판단 결과를 제공할 수 있다(S150). 보다 자세하게, 데이터 시각화 모듈(350)은 저항성 누설 전류의 파형을 그래프의 형태로 제공할 수 있고, 저항성 누설 전류 파형(620)의 실효치를 제공할 수 있으며, 피뢰기 열화 진단 결과를 단계로 표현하여 제공할 수 있다. 또는, 저항성 누설 전류 파형(620)의 실효치와 피뢰기 열화 진단 결과를 단계로 표현하여 제공할 수 있으며, 또는, 간단하게 피뢰기 열화 진단 결과를 단계로 표현한 내용만을 제공할 수 있다.
상기 변전소용 피뢰기는 GIS(GAS INSULATED SWITCH-GEAR) 변전소용 및 옥외 변전소용 피뢰기일 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 변전소용 피뢰기 열화 진단 시스템(300)을 도시한 도면이다.
이하, 도 3 을 참조하여 변전소용 피뢰기 열화 진단 시스템(300)을 보다 자세하게 설명하면, 변전소용 피뢰기 열화 진단 시스템(300)은 데이터 검출 모듈(310), 데이터 분석 모듈(320), 데이터 관리 모듈(330), 피뢰기 열화 진단 모듈(340), 데이터 시각화 모듈(350) 및 DB(360)를 포함할 수 있다.
데이터 검출 모듈(310)은 계기용 변압기로부터 피뢰기 인가 전압 데이터(510)를 수신할 수 있고, 피뢰기 누설 전류 검출기로부터 전체 누설 전류 데이터를 수신할 수 있다. 보다 자세하게, 데이터 검출 모듈(310)은 변전소의 계기용 변압기(PT: POTENTIAL TRANSFORMER)로부터 피뢰기 인가 전압 데이터(510)를 수신할 수 있고, 피뢰기 누설 전류 검출기로부터 피뢰기의 접지단에 흐르는 전체 누설 전류 데이터를 수신할 수 있다. 피뢰기 누설 전류 검출기는 변전소용 피뢰기 열화 진단 시스템(300)에 포함될 수도 있고, 또는, 변전소용 피뢰기 열화 진단 시스템(300)과 별개로 독립된 누설 전류 검출기일 수도 있다.
데이터 분석 모듈(320)은 데이터 검출 모듈(310)로부터 피뢰기 인가 전압 데이터(510) 및 전체 누설 전류 데이터를 수신할 수 있고, 상기 수신된 피뢰기 인가 전압 데이터(510) 및 상기 수신된 전체 누설 전류 데이터로부터 용량성 누설 전류 파형(610) 및 저항성 누설 전류 파형(620)을 산출할 수 있다. 그리고, 데이터 분석 모듈(320)은 상기 수신된 피뢰기 인가 전압 데이터(510), 상기 수신된 전체 누설 전류 데이터, 상기 산출된 용량성 누설 전류 파형(610) 및 상기 산출된 저항성 누설 전류 파형(620)을 DB(360)에 저장할 수 있다.
데이터 관리 모듈(330)은 데이터 분석 모듈(320)로부터 상기 산출된 저항성 누설 전류 파형(620)을 수신할 수 있고, 상기 산출된 저항성 누설 전류 파형(620)으로부터 저항성 누설 전류 최대값 및 저항성 누설 전류 실효치를 산출할 수 있다. 그리고, 데이터 관리 모듈(330)은 상기 산출된 저항성 누설 전류 최대값 및 상기 산출된 저항성 누설 전류 실효치를 DB(360)에 저장할 수 있다.
피뢰기 열화 진단 모듈(340)은 데이터 관리 모듈(330)로부터 상기 산출된 저항성 누설 전류 실효치를 수신할 수 있고, 상기 산출된 저항성 누설 전류 실효치를 DB(360)에 기 저장된 피뢰기 열화 단계표와 비교하여 피뢰기 열화 여부를 판단할 수 있다. 피뢰기 열화 여부 판단의 결과는 저항성 누설 전류의 실효치에 따라 구분된 기 설정된 열화 단계표에서 상기 산출된 저항성 누설 전류 실효치가 해당되는 단계로 표현될 수 있다.
데이터 시각화 모듈(350)은 데이터 분석 모듈(320)로부터 저항성 누설 전류 파형(620)을 수신할 수 있고, 데이터 관리 모듈(330)로부터 저항성 누설 전류 실효치를 수신할 수 있으며, 피뢰기 열화 진단 모듈(340)로부터 피뢰기 열화 여부 판단 결과를 수신할 수 있다. 상기 수신한 저항성 누설 전류 파형(620), 상기 수신한 저항성 누설 전류 실효치 및 피뢰기 열화 여부 판단 결과를 시각화 하여 제공할 수 있다. 시각화의 방법으로, 저항성 누설 전류 파형(620)은 그래프로 표현될 수 있고, 저항성 누설 전류 실효치는 숫자로 표현될 수 있으며, 피뢰기 열화 여부 판단 결과는 기 설정된 단계가 문자로 표현되거나 LED 등의 라이트의 색깔로 구분되어 표현될 수도 있다. 또는, 데이터 시각화 모듈(350)은 간단하게 상기 수신한 저항성 누설 전류 실효치 및 피뢰기 열화 여부 판단 결과만을 시각화 하여 제공하거나, 또는, 피뢰기 열화 여부 판단 결과만을 시각화 하여 제공할 수도 있다.
DB(360)는 상기 데이터 분석 모듈(320)에 의하여 상기 수신된 피뢰기 인가 전압 데이터(510), 상기 수신된 전체 누설 전류 데이터, 상기 산출된 용량성 누설 전류 파형(610) 및 상기 산출된 저항성 누설 전류 파형(620)이 저장될 수 있고, 상기 데이터 관리 모듈(330)에 의하여 상기 산출된 저항성 누설 전류 최대값 및 상기 산출된 저항성 누설 전류 실효치가 저장될 수 있으며, 상기 피뢰기 열화 단계표가 저장될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 변전소용 피뢰기 열화 진단 시스템(300)에서 데이터 분석 모듈(320)을 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 데이터 분석 모듈(320)은 차동 증폭기, 저역 통과 필터, A/D 변환기 및 파형 생성기를 포함할 수 있다.
차동 증폭기는 상기 데이터 검출 모듈(310)로부터 상기 전체 누설 전류 데이터를 수신하여 상기 전체 누설 전류 데이터를 증폭하고, 차동 모드 노이즈를 차단할 수 있다.
저역 통과 필터는 상기 차동 증폭기의 출력 데이터를 수신하여 고주파 노이즈를 제거할 수 있다.
A/D 변환기는 상기 저역 통과 필터의 출력 데이터를 수신하여 이산화 신호로 변환하여 전체 누설 전류 파형(520)을 생성할 수 있다. A/D 변환기의 일 예로, 12 Bit 분해능, 50 MS/s 샘플링, 25 ㎒의 주파수대역을 가진 AD 보드를 가진 변환기일 수 있다.
파형 생성기는 상기 데이터 검출 모듈(310)로부터 수신된 피뢰기 인가 전압 데이터(510)에 포함된 주파수 정보 및 상기 A/D 변환기로부터 수신된 전체 누설 전류 파형(520)에 포함된 용량성 누설 전류 최대값 정보를 이용하여 상기 용량성 누설 전류 파형(610)을 생성하고, 상기 전체 누설 전류 파형(520)에서 상기 용량성 누설 전류 파형(610)을 제거하여 상기 저항성 누설 전류 파형(620)을 산출할 수 있다.
보다 구체적으로 설명하면, 파형 생성기는 상기 데이터 검출 모듈(310)로부터 수신된 피뢰기 인가 전압 데이터(510)로부터 피뢰기 인가 전압의 주기 정보, 최대값 정보 및 최대값의 시각 정보를 추출할 수 있고, 상기 A/D 변환기로부터 수신한 전체 누설 전류 파형(520)으로부터 상기 피뢰기 인가 전압의 최대값의 시각 정보로부터 1/4 주기만큼 앞선 시각에서의 상기 전체 누설 전류 파형(520)의 전류값을 추출할 수 있고, 상기 추출된 전류값은 용량성 누설 전류 최대값일 수 있다. 이러한 방법으로 파형 생성기는 용량성 누설 전류 최대값 정보를 추출할 수 있고, 상기 추출된 피뢰기 인가 전압의 주기 정보 및 상기 추출된 용량성 누설 전류 최대값 정보를 이용하여 SIN파 또는 COS파 형태인 용량성 누설 전류 파형(610)을 산출할 수 있다. 그리고, 파형 생성기는 상기 A/D 변환기로부터 수신한 전체 누설 전류 파형(520)에서 상기 산출한 용량성 누설 전류 파형(610)을 빼는 방법으로 상기 저항성 누설 전류 파형(620)을 산출할 수 있다.
변전소용 피뢰기 열화 진단 시스템(300) 내부의 각 모듈 간 또는 변전소용 피뢰기 열화 진단 시스템(300)과 외부 기기와의 데이터 또는 시그널의 송수신은 유선 또는 무선을 통하여 이루어질 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 변전소용 피뢰기 열화 진단 시스템(300)에서 데이터 검출 모듈(310)이 수신하는 피뢰기 인가 전압 데이터 및 데이터 분석 모듈(320)에 의해 생성된 전체 누설 전류 파형을 도시한 그래프이다.
도 5를 참조하면, 데이터 검출 모듈(310)은 변전소의 계기용 변압기(PT: POTENTIAL TRANSFORMER)로부터 피뢰기 인가 전압 데이터(510)를 수신할 수 있고, 피뢰기 누설 전류 검출기로부터 전체 누설 전류 데이터를 수신할 수 있다.
데이터 분석 모듈(320)의 차동 증폭기는 상기 데이터 검출 모듈(310)로부터 상기 전체 누설 전류 데이터를 수신하여 상기 전체 누설 전류 데이터를 증폭하고, 차동 모드 노이즈를 차단할 수 있다. 그리고, 데이터 분석 모듈(320)의 저역 통과 필터는 상기 차동 증폭기의 출력 데이터를 수신하여 고주파 노이즈를 제거할 수 있다. 또한, 데이터 분석 모듈(320)의 A/D 변환기는 상기 저역 통과 필터의 출력 데이터를 수신하여 이산화 신호로 변환하여 전체 누설 전류 파형(520)을 생성할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 변전소용 피뢰기 열화 진단 시스템(300)에서 데이터 분석 모듈(320)에 의해 생성된 용량성 누설 전류 파형 및 저항성 누설 전류 파형을 도시한 그래프이다.
도 6을 참조하면, 데이터 분석 모듈(320)의 파형 생성기는 상기 데이터 검출 모듈(310)로부터 수신된 피뢰기 인가 전압 데이터에 포함된 주파수 정보 및 상기 A/D 변환기로부터 수신된 전체 누설 전류 파형에 포함된 용량성 누설 전류 최대값 정보를 이용하여 상기 용량성 누설 전류 파형(610)을 생성할 수 있고, 상기 전체 누설 전류 파형에서 상기 용량성 누설 전류 파형을 제거하여 상기 저항성 누설 전류 파형(620)을 산출할 수 있다
본 발명에 의하면, 운전 중인 피뢰기에 흐르는 저항성 누설 전류를 매우 정확하게 측정할 수 있으므로 조작자의 감전위험 없이 안전하게 피뢰기의 열화 여부를 진단할 수 있는 효과가 있다.
또한, 피뢰기의 종류와 규격, 주위온도 등에 구애받지 않고 정밀하게 피뢰기의 열화 여부를 진단할 수 있는 효과가 있다.
또한, 누설 전류에 포함된 고조파 함유율이 높은 경우에도 적은 오차를 가지는 저항성 누설 전류를 산출할 수 있는 효과가 있다.
그리고, 피뢰기의 성능에 대한 정확한 분석을 통하여 각 피뢰기의 열화여부를 정확하게 판단하여 각 피뢰기의 적정 교체 주기를 알릴 수 있는 효과가 있고, 피뢰기 열화에 따른 사고를 방지할 수 있는 효과가 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 기재된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상이 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의해서 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
300: 변전소용 피뢰기 열화 진단 시스템
310: 데이터 검출 모듈
320: 데이터 분석 모듈
330: 데이터 관리 모듈
340: 피뢰기 열화 진단 모듈
350: 데이터 시각화 모듈
360: DB

Claims (9)

  1. 데이터 검출 모듈(310)이 계기용 변압기로부터 피뢰기 인가 전압 데이터를 수신하고, 피뢰기 누설 전류 검출기로부터 전체 누설 전류 데이터를 수신하는 단계;
    데이터 분석 모듈(320)이 상기 수신된 피뢰기 인가 전압 데이터 및 상기 수신된 전체 누설 전류 데이터로부터 용량성 누설 전류 파형 및 저항성 누설 전류 파형을 산출하는 단계;
    데이터 관리 모듈(330)이 상기 산출된 저항성 누설 전류 파형으로부터 저항성 누설 전류의 최대값 정보 및 실효치를 산출하는 단계; 및
    피뢰기 열화 단계표가 미리 저장된 DB(360)를 이용하여, 피뢰기 열화 진단 모듈(340)이 상기 저항성 누설 전류 실효치를 기 저장된 상기 피뢰기 열화 단계표와 비교하여 피뢰기 열화 여부를 판단하는 단계를 포함하고,
    상기 용량성 누설 전류 파형 및 상기 저항성 누설 전류 파형을 산출하는 단계는, 상기 피뢰기 인가 전압 데이터로부터 피뢰기 인가 전압의 주기 정보, 최대값 정보 및 최대값의 시각 정보를 추출하는 단계; 상기 전체 누설 전류 데이터로부터 전체 누설 전류 파형을 생성하고, 상기 전체 누설 전류 파형으로부터 상기 피뢰기 인가 전압의 최대값의 시각 정보로부터 1/4 주기만큼 앞선 시각에서의 전류값을 추출하여 용량성 누설 전류 최대값 정보를 추출하는 단계; 상기 추출된 피뢰기 인가 전압의 주기 정보 및 상기 추출된 용량성 누설 전류 최대값 정보를 이용하여 용량성 누설 전류 파형을 산출하는 단계; 및 상기 생성된 전체 누설 전류 파형에서 상기 용량성 누설 전류 파형을 빼는 방법으로 상기 저항성 누설 전류 파형을 산출하는 단계를 포함하며,
    상기 피뢰기 열화 여부를 판단하는 단계에서, 상기 저항성 누설 전류 실효치가 100 uA 미만이면 양호 단계, 100 uA 이상 300 uA 미만이면 주의 단계, 300 uA 이상 500 uA 미만이면 경고 단계, 500 uA 이상이면 교체 단계로 구분하여 판단하고,
    GIS(GAS INSULATED SWITCH-GEAR) 변전소용 또는 옥외 변전소용 피뢰기에 적용을 위한 것을 특징으로 하는 변전소용 피뢰기 열화 진단 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    데이터 시각화 모듈(350)이 상기 저항성 누설 전류 파형 및 피뢰기 열화 여부 판단 결과를 제공하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 변전소용 피뢰기 열화 진단 방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 피뢰기 열화 단계표가 미리 저장된 DB(360);
    계기용 변압기로부터 피뢰기 인가 전압 데이터를 수신하고, 피뢰기 누설 전류 검출기로부터 전체 누설 전류 데이터를 수신하는 데이터 검출 모듈(310);
    상기 수신된 피뢰기 인가 전압 데이터 및 상기 수신된 전체 누설 전류 데이터로부터 용량성 누설 전류 파형 및 저항성 누설 전류 파형을 산출하는 데이터 분석 모듈(320);
    상기 산출된 저항성 누설 전류 파형으로부터 저항성 누설 전류 최대값 및 저항성 누설 전류 실효치를 산출하는 데이터 관리 모듈(330); 및
    상기 저항성 누설 전류 실효치를 기 저장된 상기 피뢰기 열화 단계표와 비교하여 피뢰기 열화 여부를 판단하는 피뢰기 열화 진단 모듈(340)을 포함하고,
    상기 데이터 분석 모듈(320)은,
    상기 데이터 검출 모듈(310)로부터 상기 전체 누설 전류 데이터를 수신하여 상기 전체 누설 전류 데이터를 증폭하고, 차동 모드 노이즈를 차단하는 차동 증폭기; 상기 차동 증폭기의 출력 데이터를 수신하여 고주파 노이즈를 제거하는 저역 통과 필터; 상기 저역 통과 필터의 출력 데이터를 수신하여 이산화 신호로 변환하여 전체 누설 전류 파형을 생성하는 A/D 변환기; 및
    상기 피뢰기 인가 전압 데이터로부터 피뢰기 인가 전압의 주기 정보, 최대값 정보 및 최대값의 시각 정보를 추출하고; 상기 전체 누설 전류 데이터로부터 전체 누설 전류 파형을 생성하고, 상기 전체 누설 전류 파형으로부터 상기 피뢰기 인가 전압의 최대값의 시각 정보로부터 1/4 주기만큼 앞선 시각에서의 전류값을 추출하여 용량성 누설 전류 최대값 정보를 추출하며; 상기 추출된 피뢰기 인가 전압의 주기 정보 및 상기 추출된 용량성 누설 전류 최대값 정보를 이용하여 용량성 누설 전류 파형을 산출하며; 및 상기 생성된 전체 누설 전류 파형에서 상기 용량성 누설 전류 파형을 빼는 방법으로 상기 저항성 누설 전류 파형을 산출하는 파형 생성기를 포함하며,
    상기 피뢰기 열화 진단 모듈(340)은, 상기 저항성 누설 전류 실효치가 100 uA 미만이면 양호 단계, 100 uA 이상 300 uA 미만이면 주의 단계, 300 uA 이상 500 uA 미만이면 경고 단계, 500 uA 이상이면 교체 단계로 구분하여 판단하고,
    GIS(GAS INSULATED SWITCH-GEAR) 변전소용 또는 옥외 변전소용 피뢰기에 적용을 위한 것을 특징으로 하는 변전소용 피뢰기 열화 진단 시스템(300).
  6. 제5항에 있어서,
    상기 저항성 누설 전류 파형 및 피뢰기 열화 여부 판단 결과를 제공하는 데이터 시각화 모듈(350);
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 변전소용 피뢰기 열화 진단 시스템(300).
  7. 제5항에 있어서,
    상기 데이터 분석 모듈(320)에 의하여 상기 수신된 피뢰기 인가 전압 데이터, 상기 수신된 전체 누설 전류 데이터, 상기 산출된 용량성 누설 전류 파형 및 상기 산출된 저항성 누설 전류 파형이 상기 DB(360)에 저장되고,
    상기 데이터 관리 모듈(330)에 의하여 상기 산출된 저항성 누설 전류 최대값 및 상기 산출된 저항성 누설 전류 실효치가 상기 DB(360)에 저장되는 것을 특징으로 하는 변전소용 피뢰기 열화 진단 시스템(300).
  8. 삭제
  9. 삭제
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