KR102148618B1 - 전력케이블 진단 장치, 전력케이블 진단 시스템 및, 이를 이용한 전력케이블 진단 방법 - Google Patents

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한국지역난방공사
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Abstract

본 발명에 따른 전력케이블 진단 시스템은 교류전력이 전력케이블을 통해서 부하에 인가되는 활선상태에서 상기 전력케이블의 상태를 진단하는 시스템에서, 상기 전력케이블의 일측에 체결되는 제1 센서의 제1 모듈 및 상기 전력케이블의 일측에 체결되는 제2 센서를 포함하는 제1 측정장치, 상기 제1 측정장치와 유효진단거리 이내로 이격되어 배치되며, 상기 전력케이블의 타측에 체결되는 상기 제1 센서의 제2 모듈 및 상기 전력케이블의 타측에 체결되는 제3 센서를 포함하는 제2 측정장치, 그리고 상기 제1 측정장치 및 상기 제2 측정장치의 센서들로부터 수집된 신호를 분석하여 전력케이블의 열화상태를 진단하되, 센서들로부터 검출된 고주파신호를 복합적으로 비교분석하여 상기 전력케이블에서 발생된 수트리와 부분방전을 진단하고, 결함이 발생된 위치를 계산하는 진단장치를 포함한다. 이를 통해서, 본 발명은 배전용 전력케이블의 진단거리를 확대하고 진단개소를 감소시켜 배전용 전력케이블의 진단 비용을 절감하는 효과를 제공한다.

Description

전력케이블 진단 장치, 전력케이블 진단 시스템 및, 이를 이용한 전력케이블 진단 방법{DEVICE AND SYSTEM FOR DIAGNOSING POWER CABLE, AND METHOD FOR DIAGNOSING POWER CALBE USING THE SAME}
본 발명은 배전용 전력케이블의 열화상태를 진단하는 전력케이블 진단 장치, 전력케이블 진단 시스템 및, 이를 이용한 전력케이블 진단 방법에 관한 것이다.
일반적으로 배전용 전력케이블은 각 수용가로 전력을 공급하기 위해서 지상선로나 지하에 매설된 지중전선을 통해서 원하는 장소로 전력을 공급한다. 이러한 배전용 전력케이블은 시간이 경과하면서 열화가 발생할 수 있으며, 이로 인해 전력케이블의 절연이 파괴되어 사고가 발생하는 경우에는 전력공급의 신뢰성을 저하시킬 수 있다.
따라서, 종래에는 전력케이블이나 각종기기의 절연불량이나 단선 등에 따른 부분방전을 검출할 수 있는 진단 장치 및 진단 시스템을 개발하여 전력케이블의 상태를 진단하는데 사용되고 있었다.
그리고, 최근에 전력케이블의 노후화로 인해서 진단 및 유지보수가 필요한 배전용 전력케이블이 증가되고 있는 실정이다. 그로 인해서 진단개소 증가에 따른 진단비용이 증가되고 있으며, 진단비용 증가에 따른 진단 지연으로 인해 설비의 신뢰도가 하락하고 있는 실정이다.
하지만, 종래의 진단 장치나 진단 시스템은 단거리의 짧은 구간마다 진단을 수행해야 하거나, 진단시간이 오래걸리는 어려움이 있었다. 또한, 종래의 진단 장치나 진단 시스템으로 장거리의 긴 구간을 진단하는 경우에는 부분방전 신호만 검출할 수 있을뿐 부분방전의 전단계인 수트리를 검출하지 못하며, 이로 인해 사고를 미연에 방지할 수 없는 어려움이 있었다.
또한, 후술하는 본 발명과 관련된 선행기술문헌으로, 대한민국 등록특허공보 제10-1984432호(2019.05.24. 등록)의 '케이블의 열화상태 진단장치 및 진단방법'이 있다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
본 발명은 주파수대역폭 및 진단거리가 상이한 복수의 센서를 복합적으로 활용하고, 다양한 진단기법을 결합시켜 진단을 수행함으로써, 배전용 전력케이블의 진단거리를 확대하여 진단개소를 감소시키고, 진단 비용을 절감하며, 진단의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 전력케이블 진단 장치, 전력케이블 진단 시스템 및, 이를 이용한 전력케이블 진단 방법을 제안하고자 한다.
본 발명의 한 실시예에 따른 전력케이블 진단 시스템은 교류전력이 전력케이블을 통해서 부하에 인가되는 활선상태에서 상기 전력케이블의 상태를 진단하는 시스템에서, 상기 전력케이블의 일측에 체결되는 제1 센서의 제1 모듈 및 상기 전력케이블의 일측에 체결되는 제2 센서를 포함하는 제1 측정장치, 상기 제1 측정장치와 유효진단거리 이내로 이격되어 배치되며, 상기 전력케이블의 타측에 체결되는 상기 제1 센서의 제2 모듈 및 상기 전력케이블의 타측에 체결되는 제3 센서를 포함하는 제2 측정장치, 그리고 상기 제1 측정장치 및 상기 제2 측정장치의 센서들로부터 수집된 신호를 분석하여 전력케이블의 열화상태를 진단하되, 센서들로부터 검출된 고주파신호를 복합적으로 비교분석하여 상기 전력케이블에서 발생된 수트리와 부분방전을 진단하고, 결함이 발생된 위치를 계산하는 진단장치를 포함한다.
상기 유효진단거리는, 수트리 발생과 부분방전 발생을 동시에 진단할 수 있는 거리를 포함하며, 상기 제1 센서를 단독으로 사용하여 상기 수트리 발생과 상기 부분방전 발생을 측정하는 경우의 거리보다 2배 이상이며 4배 이내일 수 있다.
상기 진단장치는, 상기 제1 센서의 주파수대역과 상기 제2 센서 또는 상기 제3 센서의 주파수대역을 복수의 주파수대역을 구분하고, 각각의 주파수대역별로 고주파신호가 검출된 센서의 종류를 분석하여 결함유형을 예측하는 사전 진단을 수행하고, 상기 사전 진단의 수행결과, 상기 전력케이블에 결함 발생이 예측된 경우, 상기 제1 센서로부터 수집된 고주파신호의 분석결과값과 상기 제2 센서로부터 수집된 고주파신호의 분석결과값을 비교분석하여 부분방전 발생여부를 정밀진단할 수 있다.
상기 진단장치와 상기 제1 측정장치가, 유선통신 또는 근거리 무선통신으로 연결될 수 있다.
상기 진단장치와 상기 제2 측정장치가, 장거리 무선통신으로 연결될 수 있다.
상기 제1 센서는, 인덕티브 커플러(Inductive Coupler)와 캐패시티브 커플러(Capacitive Coupler)가 조합된 복합센서를 포함하고, 상기 전력케이블의 전력공급라인에 체결되며, 수트리로 인해 발생되는 선행방전 신호(pre-discharge signal)와 부분방전으로 인해 발생되는 부분방전 신호(Partial Discharge signal)를 동시에 검출할 수 있다.
상기 제2 센서 또는 상기 제3 센서는, 상기 전력케이블의 접지라인에 체결되며, 부분방전으로 인해 발생되는 부분방전 신호(Partial Discharge signal)를 검출하는 센서를 포함할 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 전력케이블 진단 방법은 교류전력이 전력케이블을 통해서 부하에 인가되는 활선상태에서, 상기 전력케이블에 체결된 제1 센서로부터 제1 고주파신호를 획득하는 단계, 상기 활선상태에서 상기 전력케이블에 체결된 제2 센서로부터 제2 고주파신호를 획득하는 단계, 상기 제1 고주파신호와 상기 제2 고주파신호에 포함된 노이즈를 제거하는 단계, 그리고 상기 제1 고주파신호와 상기 제2 고주파신호를 분석하여 상기 전력케이블의 상태를 진단하며, 상기 전력케이블에서 발생된 수트리 발생과 부분방전 발생으로 인한 결함을 동시에 진단하는 단계를 포함한다.
상기 진단하는 단계는, 상기 제1 센서의 주파수대역과 상기 제2 센서의 주파수대역을 기초로 복수의 주파수대역을 구분하고, 각각의 주파수대역별로 고주파신호가 검출된 센서의 종류를 매칭시켜 결함 발생의 유형을 예측하며, 각 센서로부터 결함발생위치까지의 결함발생거리를 추정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 복수의 주파수대역은, 상기 제1 센서의 주파수대역에 포함되나 상기 제2 센서의 주파수대역에는 포함되지 않는 주파수의 범위를 포함하는 제1 주파수대역, 상기 제1 센서의 주파수대역과 상기 제2 센서의 주파수대역이 중첩되는 주파수의 범위를 포함하는 제2 주파수대역, 그리고 상기 제2 센서의 주파수대역에 포함되나 상기 제1 센서의 주파수대역의 범위에는 포함되지 않은 제3 주파수대역을 포함할 수 있다.
상기 진단하는 단계는, 상기 제1 고주파신호와 상기 제2 고주파신호를 정밀분석하며, 각 고주파신호로부터 분석된 주파수 크기, 신호강도, 위상각, 신호패턴, 및 신호반복횟수 중 적어도 하나를 비교분석하여 수트리 발생 또는 부분방전 발생을 여부를 결정하고, 부분방전이 발생된 위치를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 고주파신호를 획득하는 단계는, 상기 전력케이블의 일측과 타측에 각각에 배치된 제1 센서로부터 상기 전력케이블의 제1 고주파신호를 측정하는 단계, 상기 전력케이블의 일측에 배치된 제2 센서로부터 상기 전력케이블의 제2 고주파신호를 측정하는 단계, 그리고 상기 전력케이블의 타측에 배치된 제3 센서로부터 상기 전력케이블의 제3 고주파신호를 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 진단하는 단계는, 상기 제1 고주파신호 내지 상기 제3 고주파신호를 복합적으로 비교분석하여 수트리 발생 및 부분방전 발생 여부를 결정하고, 결함발생거리를 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 부분방전 발생으로 인한 전력케이블의 결함상태등급을 도출하고, 도출된 결함상태등급을 디스플레이하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 전력케이블 진단 장치는 교류전력이 상기 전력케이블을 통해서 부하에 인가되는 활선상태에서, 전력케이블의 일측과 타측에 체결되어 신호를 검출하는 제1 센서로부터 측정된 신호, 및 상기 전력케이블의 일측에 체결되는 제2 센서로부터 측정된 신호를 수신하는 통신부, 그리고 상기 제1 센서 및 상기 제2 센서로부터 수집된 신호를 분석하여 전력케이블의 상태를 진단하되, 상기 전력케이블에서 발생된 수트리와 부분방전을 동시에 검출하는 진단부를 포함한다.
상기 진단부는, 상기 제1 센서의 주파수대역과 상기 제2 센서의 주파수대역을 복수의 주파수대역을 구분하고, 각각의 주파수대역별로 고주파신호가 검출된 센서의 종류를 이용하여 결함 발생의 유형 및 결함발생위치를 추정하는 사전 진단부를 포함할 수 있다.
상기 제1 센서의 주파수대역과 상기 제2 센서의 주파수대역을 적어도 3개의 영역으로 나누어서 분석하는 주파수대역 분석부를 더 포함할 수 있다.
상기 진단부는, 상기 제1 센서로부터 수집된 고주파신호의 분석결과값과 상기 제2 센서로부터 수집된 고주파신호의 분석결과값을 비교분석하여 상기 부분방전 발생여부를 정밀진단하는 정밀 분석부할 수 있다.
상기 통신부는, 상기 전력케이블의 타측에 체결되는 제3 센서로부터 측정된 신호를 더 수신할 수 있다.
상기 전력케이블의 일측에 체결되는 상기 제1 센서의 제1 모듈과 제2 센서가 일체형으로 형성되거나, 상기 전력케이블의 타측에 체결되는 제1 센서의 제2 모듈과 제3 센서가 일체형으로 형성될 수 있다.
상기 제1 센서는, 전력공급라인의 각 상마다 체결되며, 수트리로 인해 발생되는 선행방전 신호(pre-discharge signal)와 부분방전으로 인해 발생되는 부분방전 신호(Partial Discharge signal)를 동시에 검출할 수 있다.
상기 제2 센서는, 상기 전력케이블의 접지라인에 체결되며, 부분방전으로 인해 발생되는 부분방전 신호(Partial Discharge signal)를 검출할 수 있다.
본 발명에 따르면, 주파수대역폭 및 진단거리가 상이한 센서의 결과값을 복합적으로 비교분석하고 다양한 진단기법을 결합시켜 배전용 전력케이블의 열화상태를 진단함으로써, 배전용 전력케이블의 진단거리를 확대하면서 진단의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 환경을 제공한다.
또한, 본 발명은 배전용 전력케이블의 진단거리를 확대하고 진단개소를 감소시켜 배전용 전력케이블의 진단 비용을 절감시킬 수 있는 환경을 제공한다.
또한, 본 발명은 단거리와 장거리의 전력케이블에서 수트리 발생과 부분방전 발생으로 인한 결함을 동시에 진단할 수 있는 환경을 제공한다.
또한, 본 발명은 부분방전의 전단계인 수트리 발생을 진단함으로써, 케이블 절연파괴로 인한 부분방전의 발생을 사전에 예방하고, 이를 통해 배전용 전력케이블 및 케이블에 연결된 전력설비의 안정성을 향상시킬 수 있는 환경을 제공한다.
또한, 본 발명은 진단 거리별 진단 테스트를 수행하고 신뢰성을 확보할 수 있는 최적의 유효진단거리를 선정하며, 센서의 결과값을 복합적으로 분석하면서 다양한 진단기법을 결합시킨 크로스체크(Cross check)를 통해 진단거리 확대로 인한 문제점을 최소화하고, 진단의 신뢰성을 확보할 수 있는 환경을 제공한다.
또한, 본 발명은 주파수대역 분석을 통한 사전진단을 통해 배전용 전력케이블의 결함을 빠르게 예측함으로써, 배전용 전력케이블 및 배전시설을 효과적으로 유지보수할 수 있는 환경을 제공한다.
또한, 본 발명은 활선상태에서 배전용 전력케이블의 진단을 수행함으로써, 배전용 전력케이블의 휴전으로 인한 소비자의 피해 및 손실을 최소화할 수 있는 환경을 제공한다.
또한, 본 발명은 유선통신, 단거리 무선통신, 장거리 무선통신을 복합적으로 활용하여 센서와 전력케이블 진단장치를 연결하고, 전력케이블 진단 장치를 휴대형으로 설계함으로써, 진단개소가 많고 진단거리가 긴 배전용 전력케이블을 효과적으로 진단하고 진단비용을 절감할 수 있는 환경을 제공한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 배전용 전력케이블을 진단하는 전력케이블 진단 시스템을 간략히 도시한 도면이다.
도 2는 종래기술에 배전용 전력케이블에 제1 센서를 배치하여 배치하여 진단을 수행하는 예를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따라 배전용 전력케이블에 제1 센서와 제2 센서를 동시에 배치하여 진단을 수행하는 예를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 전력케이블 진단 장치의 개략적인 구성을 나타낸 블록도이다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따라 센서의 주파수대역을 구분하는 예를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따라 신호처리된 데이터에서 위상각과 방전신호의 강도를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따라 주파수 영역에서 신호처리된 주파수와 방전신호의 강도의 관계를 나타내는 주파수 스펙트럼을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 한 실시예에 따라 신호처리된 데이터에서 초당 펄스 카운트, 신호크기, 및 위상각의 관계를 도시한 도면한다.
도 9는 본 발명의 한 실시예에 따라 신호처리된 데이터에서 방전신호의 크기와 방전신호의 반복률의 관계를 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 한 실시예에 따라 배전용 전력케이블의 진단을 수행하는 과정을 간략히 도시한 흐름도이다.
도 11은 본 발명의 한 실시예에 따라 주파수대역별 신호가 검출된 센서의 유형을 분류하여 사전 진단을 수행하는 과정을 간략히 도시한 흐름도이다.
도 12는 본 발명의 한 실시예에 따른 센서별 진단거리 및 결함 진단 유형을 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
이에 앞서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이제 도 1 내지 도 12를 참고하여 본 발명의 한 실시예에 따른 전력케이블 진단 장치, 전력케이블 진단 시스템 및, 이를 이용한 전력케이블 진단 방법에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 배전용 전력케이블을 진단하는 전력케이블 진단 시스템을 간략히 도시한 도면이다. 이때, 전력케이블 진단 시스템(10)는 본 발명의 실시예에 따른 설명을 위해 필요한 개략적인 구성만을 도시할 뿐 이러한 구성에 국한되는 것은 아니다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 전력케이블 진단 시스템(10)은 교류전력이 배전용 전력케이블을 통해서 부하에 인가되는 활선상태에서 상기 배전용 전력케이블의 상태를 진단하는 시스템이다. 또한, 본 발명의 한 실시예에 따른 전력케이블 진단 시스템(10)은 주파수대역폭 및 진단거리가 상이한 센서들의 결과값을 복합적으로 비교분석하고, 다양한 진단기법을 결합시켜 분석함으로써, 배전용 전력케이블의 열화상태를 효과적으로 진단할 수 있는 시스템이다.
이러한, 본 발명의 한 실시예에 따른 전력케이블 진단 시스템(10)은 본 발명의 한 실시예에 따라 전력케이블 진단 장치(100), 제1 측정장치(200), 그리고 제2 측정 장치(300)을 포함한다.
우선, 본 발명의 한 실시예에 따른 전력케이블 진단 장치(100)는 상기 제1 측정장치(200) 및 상기 제2 측정장치(300)의 센서들로부터 수집된 신호를 분석하여 전력케이블의 열화상태를 진단할 수 있다. 예를 들어, 전력케이블 진단 장치(100)는 센서들의 검출신호를 복합적으로 비교분석하여 상기 전력케이블에서 발생된 수트리(Water tree) 또는 부분방전(Partial Discharge, PD)을 빠르게 예측하거나 정밀 진단하고, 결함이 발생된 위치를 추정하거나 계산할 수 있다.
또한, 전력케이블 진단 장치(100)는 제1 센서(210)의 주파수대역과 제2 센서(220) 또는 제3 센서(320)의 주파수대역을 복수의 주파수대역을 구분하고, 각각의 주파수대역별로 고주파신호가 검출된 센서의 종류를 이용하여 결함유형 및 결함발생위치를 예측하는 사전 진단을 수행할 수 있다.
그리고, 전력케이블 진단 장치(100)는 사전 진단의 수행결과, 상기 전력케이블에 결함 발생이 예측된 경우, 상기 제1 센서(210)로부터 수집된 고주파신호의 분석결과값과 상기 제2 센서(220) 또는 상기 제3 센서(320)로부터 수집된 고주파신호의 분석결과값을 비교분석하여 부분방전 발생여부를 정밀진단할 수 있다.
여기서, 상기 제1 센서(210)는 제1 모듈(210a)과 제2 모듈(310b)을 포함할 수 있다. 그리고, 상기 제1 모듈(210a)과 상기 제2 모듈(310b)이 각각 전력케이블의 양단에 체결될 수 있다. 그리고, 상기 제1 센서(210)는 배전용 전력케이블에 발생된 수트리나 부분방전 등의 결함으로 인한 고주파신호를 측정할 수 있다.
그리고, 상기 제1 측정장치(200)는 전력케이블의 일측에 체결되어 케이블의 열화로 인해서 발생되는 고주파신호를 측정할 수 있다. 그리고, 상기 제1 측정장치(200)는 상기 제1 센서(210)의 제1 모듈(210a) 및 상기 제2 센서(220)를 포함할 수 있다.
이때, 상기 제1 센서(210)는 인덕티브 커플러(Inductive Coupler)와 캐패시티브 커플러(Capacitive Coupler)가 조합된 복합센서일 수 있다. 그리고, 제1 센서(210)는 상기 전력케이블의 전력공급라인에 체결되며, 수트리로 인해 발생되는 선행방전 신호(pre-discharge signal)와 부분방전으로 인해 발생되는 부분방전 신호(Partial Discharge signal)를 동시에 검출할 수 있다.
그리고, 상기 제2 센서(220)는 상기 전력케이블의 접지라인에 체결되며, 부분방전으로 인해 발생되는 부분방전 신호(Partial Discharge signal)를 검출하는 센서를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제2 센서(220)는 본 발명의 한 실시예에 따라 CT 방식의 전류 센서일 수 있으며, 측정전류를 권선비에 따른 2차 전류로 변환하여 고주파신호를 검출할 수 있다. 또한, 제2 센서(220)는 측정도체(1차측)에 흐르는 교류전류에 의한 자기코어 내에 발생한 자속을 제거할 수 있도록 2차측의 권선에 권선비에 따른 교류전류(2차 전류)가 흐를 수 있다. 그리고, 이때의 2차 전류는 션트저항으로 흐르고 션트저항 양단에 전압이 발생하며, 이 전압은 측정도체에 흐르는 전류에 비례한 출력될 수 있다.
그리고, 상기 제1 측정장치(200)는 상기 제1 센서(210)의 제1 모듈(210a)과 상기 제2 센서(220)가 일체형으로 형성될 수 있다. 그리고, 제1 측정장치(200)는 전력케이블 진단 장치(100)와 유선통신 또는 근거리 무선통신(예를 들어, 블루투스, 적외선통신)으로 연결될 수 있다.
또한, 상기 제2 측정 장치(300)는 수트리 발생과 부분방전 발생을 검출할 수 있는 유효진단거리 이내로 상기 제1 측정장치(200)와 이격되어 배치된다. 예를 들어, 상기 제2 측정 장치(300)는 상기 전력케이블의 타측에 체결될 수 있다. 여기서, 상기 유효진단거리는 상기 수트리 발생과 상기 부분방전 발생을 동시에 진단할 수 있는 거리를 포함한다.
그리고, 상기 유효진단거리는 상기 제1 센서(210)를 단독으로 사용하여 수트리 발생과 부분방전 발생을 측정하는 경우의 거리보다 적어도 2배 이상이며, 4배 이내일 수 있다. 이를 위해서, 본발명은 진단 거리별로 진단 테스트를 수행하고, 진단의 신뢰성을 확보할 수 있는 최적의 유효진단거리를 선정할 수 있다.
그리고, 제2 측정장치(300)는 상기 전력케이블의 타측에 체결되는 상기 제1 센서(210)의 제2 모듈(310b) 및 상기 전력케이블의 타측에 체결되는 제3 센서(320)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제1 센서(210)의 제2 모듈(310b)은 상기 전력케이블의 타측에서 전력공급라인에 체결될 수 있다. 그리고, 상기 제3 센서(320)는 상기 전력케이블의 접지라인에 체결되며, 부분방전으로 인해 발생되는 부분방전 신호(Partial Discharge signal)를 검출하는 센서를 포함할 수 있다.
이때, 본 발명의 한 실시예에서는 상기 제2 센서(220)와 상기 제3 센서(320)가 동일한 종류의 센서일 수으나, 필요에 따라서는 상기 제3 센서(320)와 상기 제2 센서를 서로 다른 종류의 센서로 사용할 수 있으며, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 제2 측정장치(300)는 상기 제1 센서(210)의 제2 모듈(310b)과 상기 제3 센서(320)가 일체형으로 형성될 수 있다. 그리고, 제2 측정장치(300)는 전력케이블 진단 장치(100)와 장거리 무선통신(예를 들어, LoRA, Long Range)으로 연결될 수 있다.
이를 통해서, 본 발명의 한 실시예에 따른 전력케이블 진단 시스템(10)은 진단거리가 긴 배전용 전력케이블을 진단할 때, 측정장치들을 배전용 전력케이블에 용이하게 설치할 수 있고, 먼거리의 측정장치에서 검출되는 고주파신호를 용이하게 수집할 수 있는 환경을 제공한다.
그리고, 본 발명의 전력케이블 진단 시스템(10)은 유선통신, 단거리 무선통신, 장거리 무선통신을 복합적으로 활용하여 센서들과 전력케이블 진단 장치(100)를 연결하고, 전력케이블 진단 장치(100)를 휴대형으로 설계함으로써, 진단개소가 많고 진단거리가 긴 배전용 전력케이블을 효과적으로 진단하고 진단비용을 절감시킬 수 있는 환경을 제공한다.
도 2는 종래기술에 배전용 전력케이블에 제1 센서를 배치하여 배치하여 진단을 수행하는 예를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 종래에는 전력케이블(20)의 일측에 배치된 제1 개폐기(30a)와 전력케이블(20)의 타측에 배치된 제2 개폐기(30b) 사이의 전력케이블(20)을 진단하기 위해서, 구조물들(예를들어, 맨홀 등)(40, 50, 60) 마다 구간을 나누어서 진단을 수행하여야 하는 어려움이 있었다.
특히, 전력케이블(20)의 특정위치(S)에서 발생된 수트리와 부분방전을 검출하기 위해서는 한 종류의 센서만 사용하여 진단을 수행해야 했으며, 아래와 같이 총 4회선으로 나누어 진단을 수행하여 진단비용이 과도하게 증가되는 문제점이 있었다.
예를 들어, 제1 개폐기(30a)와 제1 구조물(40) 사이의 전력케이블을 진단하기 위해서는 제1 센서의 센서모듈들(A1-1, A1-2)을 각각 제1 개폐기(30a)와 제1 구조물(40) 양쪽에 설치하여 진단을 수행하였다. 그리고, 제1 구조물(40)과 제2 구조물(50) 사이의 전력케이블을 진단하기 위해서는 제1 센서의 센서모듈들(A2-1, A2-2)을 각각 제1 구조물(40)과 제2 구조물(50) 양쪽에 설치하여 진단을 수행하였다.
또한, 제2 구조물(50)과 제3 구조물(60) 사이의 전력케이블을 진단하기 위해서는 제1 센서의 센서모듈들(A3-1, A3-2)을 각각 제2 구조물(50)과 제3 구조물(60) 양쪽에 설치하여 진단을 수행하였다. 마지막으로, 제3 구조물(60)과 제2 개폐기(30b) 사이의 전력케이블을 진단하기 위해서는 제1 센서의 센서모듈들(A4-1, A4-2)을 각각 제3 구조물(60)과 제2 개폐기(30b) 쪽에 설치하여 진단을 수행하는 어려움이 있었다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따라 배전용 전력케이블에 제1 센서와 제2 센서를 동시에 배치하여 진단을 수행하는 예를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 전력케이블 진단 시스템(10)은 제1 센서(210)의 제1 모듈(210a)이 전력케이블(20)의 일측에서 전력공급라인의 각 상마다(20A, 20B, 20C) 체결되고, 제2 센서(220)가 전력케이블(20)의 일측에서 접지라인에 체결될 수 있다.
또한, 제1 센서(210)의 제2 모듈(310b)이 전력케이블(20)의 타측에서 전력공급라인의 각 상마다(20A, 20B, 20C) 체결되며, 제3 센서(320)가 전력케이블(20)의 타측에서 접지라인에 체결될 수 있다.
이를 통해서, 본 발명의 한 실시예에 따른 전력케이블 진단 시스템(10)은 각 센서들(210, 220, 320)로부터 수집된 신호를 복합적으로 분석하여 전력케이블(20)의 열화상태, 즉 수트리와 부분방전을 동시에 진단할 수 있으며, 이와 동시에 결함이 발생된 특정위치(S)를 도출할 수 있다.
여기서, 제1 센서(210)는 단긍장의 선로(예를 들어, 300m)에서 수트리나 부분방전 신호를 감지할 수 있다. 그리고, 제2 센서(220) 또는 제3 센서(320)는 장긍장의 선로(예를 들어, 1km에서 ~ 약 3km까지)에서 부분방전 신호를 감지 할 수 있다.
물론, 제1 센서(210)는 제2 센서(220) 또는 제3 센서(320)와 마찬가지로 수km까지 진단은 가능하나, 장긍장에서의 수트리를 검출하지 못하며 진단의 신뢰성이 떨어지는 어려움이 있었다.
하지만, 본 발명의 한 실시예에 따른 전력케이블 진단 시스템(10)은 복수의 센서들을 복합적으로 사용함으로써, 방전이 발생하는 위치(예를 들어, 직선접속재, 연결된 다른 기기 등)를 추적하는데 효과적이며, 서로 다른 종류의 두 가지 센서를 복합적으로 사용하여 수트리 및 부분방전을 동시에 검출하는데 효과적인 장점이 있다.
즉, 본 발명의 한 실시예에 따른 전력케이블 진단 시스템(10)은 주파수대역폭 및 진단거리가 상이한 센서들을 복합적으로 활용하였으며, 이를 통해서 전력케이블의 진단거리를 확대하였고, 진단개소를 감소시켜 종래기술에서 발생되는 문제점을 해결하였으며, 결과적으로 배전용 전력케이블의 진단 비용을 절감할 수 있는 환경을 제공한다.
특히, 본 발명의 한 실시예에 따른 전력케이블 진단 시스템(10)은 결함을 검출한 센서들의 주파수대역을 분석하여 결함 발생의 유형 및 결함발생위치를 빠르게 예측함으로써, 정밀진단을 수행하기 전에도 결함 발생 여부와 결함 위치를 효과적으로 파악할 수 있는 환경을 제공한다.
따라서, 본 발명의 한 실시예에 따른 전력케이블 진단 시스템(10)은 배전용 전력케이블의 진단거리를 확대하고 진단개소를 감소시켜 배전용 전력케이블의 진단 비용을 절감시킬 수 있는 환경을 제공하며, 단거리와 장거리의 전력케이블에서 수트리 발생과 부분방전 발생으로 인한 결함을 동시에 진단할 수 있는 환경을 제공한다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 전력케이블 진단 장치의 개략적인 구성을 나타낸 블록도이다. 이때, 전력케이블 진단 장치(100)는 본 발명의 실시예에 따른 설명을 위해 필요한 개략적인 구성만을 도시할 뿐 이러한 구성에 국한되는 것은 아니다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 전력케이블 진단 장치(100)는 제어부(110), 통신부(120), 신호처리부(130), 진단부(140), 데이터베이스(150), 그리고 디스플레이부(160)를 포함한다.
제어부(110)는 제1 측정장치(200) 및 제2 측정장치(300)의 센서들(210, 220, 320)로부터 수집된 신호를 분석하여 전력케이블의 열화상태를 진단하며, 센서들의 검출신호를 복합적으로 비교분석하여 상기 전력케이블에서 발생된 수트리와 부분방전을 동시에 진단하도록 상기 각부의 동작을 제어할 수 있다.
그리고, 통신부(120)는 제1 측정장치(200) 및 제2 측정장치(300)의 센서들로부터 측정된 고주파신호를 수신한다. 이때, 통신부(120)는 유선통신, 단거리 무선통신, 장거리 무선통신 중 적어도 하나를 이용하여 상기 제1 측정장치(200) 및 상기 제2 측정장치(300)로부터 고주파신호를 수신할 수 있다.
또한, 통신부(120)는 본 발명의 한 실시예에 따라 상기 제1 센서(210)의 제1 모듈(210a)로부터 검출된 고주파신호 및 상기 제2 센서(220)로부터 검출된 고주파신호를 수신하는 제1 통신부(122), 및 상기 제1 센서(210)의 제2 모듈(310b)로부터 검출된 고주파신호 및 상기 제3 센서(320)로부터 검출된 고주파신호를 수신하는 제2 통신부(124)를 포함할 수 있다.
신호처리부(130)는 상기 제1 측정장치(200) 및 상기 제2 측정장치(300)로부터 수신된 고주파신호를 증폭시키고 증폭된 신호로부터 노이즈를 제거할 수 있다. 그리고, 신호처리부(130)는 전력케이블에 발생된 결함유형이나 결함위치를 예측할 수 있도록 노이즈가 제거된 신호를 주파수대역별로 구분하는 신호처리를 수행할 수 있다. 또한, 신호처리부(130)는 노이즈가 제거된 신호를 가공하여 정밀진단에 필요한 각종 데이터를 생성할 수도 있다.
그리고, 신호처리부(130)는 본 발명의 한 실시예에 따라 노이즈 제거부(132), 주파수대역 분석부(134), 그리고 신호가공부(136)을 포함한다.
노이즈 제거부(132)는 신호증폭기(미도시) 및 필터(미도시)를 포함할 수 있다. 노이즈 제거부(132)는 신호증폭기를 이용해 센서들로부터 수신된 고주파신호를 증폭시킨 후, 필터를 사용하여 외부의 노이즈를 제거할 수 있다. 또한, 노이즈 제거부(132)는 노이즈 제거 알고리즘을 이용하여 노이즈를 제거하거나, 데이터베이스(150)에 기존에 저장된 데이터와 비교하여 노이즈를 제거할 수도 있다.
주파수대역 분석부(134)는 상기 제1 센서(210)의 주파수대역과 상기 제2 센서(220)의 주파수대역을 분석하고, 이를 복수의 주파수대역으로 구분할 수 있다. 예를 들어, 주파수대역 분석부(134)는 제1 센서(210)의 주파수대역과 제2 센서(220)의 주파수대역을 적어도 3개의 영역으로 나누어서 분석할 수 있다.
여기서, 상기 복수의 주파수대역은 상기 제1 센서(210)의 주파수대역에 포함되나 상기 제2 센서(220)의 주파수대역에는 포함되지 않는 주파수의 범위를 포함하는 제1 주파수대역, 상기 제1 센서(210)의 주파수대역과 상기 제2 센서(220)의 주파수대역이 중첩되는 주파수의 범위를 포함하는 제2 주파수대역, 그리고 상기 제2 센서(220)의 주파수대역에 포함되나 상기 제1 센서(210)의 주파수대역의 범위에는 포함되지 않은 제3 주파수대역을 포함할 수 있다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따라 센서의 주파수대역을 구분하는 예를 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 상기 제1 센서(210)의 주파수대역(f1)은 5MHz 내지 800MHz일 수 있고, 상기 제2 센서(220)의 주파수대역(f2)는 500kHz 내지 50MHz일 수 있다.
그리고, 주파수대역 분석부(134)는 상기 제1 센서(210)의 주파수대역(f1)과 상기 제2 센서(220)의 주파수대역(f2)을 복수의 주파수대역(fa 내지 fc)으로 분할하여 신호를 분석할 수 있다. 예를 들어, 제1 주파수대역(fa)은 50MHz 내지 800MHz이고, 제2 주파수대역(fb)은 5MHz 내지 50MHz이며, 제3 주파수대역(fc)은 500kHz 내지 5MHz일 수 있다.
그리고, 본 발명의 한 실시예에 따른 전력케이블 진단 장치(100)는 구분된 상기 복수의 주파수대역(fa 내지 fc)과 고주파신호를 감지한 특정센서의 유형을 매칭시켜 분석함으로써, 전력케이블에 발생된 결함유형을 예측하고, 결함발생위치까지를 추정할 수 있다.
이를 통해서, 본 발명의 한 실시예에 따른 전력케이블 진단 장치(100)는 오랜 시간이 걸리는 정밀진단을 수행하기 전에도 결함유형을 빠르게 예측할 수 있으며, 각 센서로부터 결함발생위치까지의 결함발생거리를 빠르게 추정할 수 있는 환경을 제공한다.
그리고, 신호가공부(136)는 정밀분석에 필요한 각종 데이터를 가공한다. 신호가공부(136)는 센서들로부터 수집된 고주파신호를 분석하여 주파수 크기, 신호강도, 위상각, 신호패턴, 및 신호반복횟수 등의 데이터를 생성할 수 있다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따라 신호처리된 데이터에서 위상각과 방전신호의 강도를 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명은 1초간의 시간대로 검지된 시그널의 강도를 mV단위로 세로축에 표시하고, 계통전원과의 동기 상태를 위상각으로 가로축에 나타낼 수 있다. 그리고, 도 6에서는 50Hz 내지 60Hz인 경우에 총 50 내지 60cycle에서 검지된 펄스를 모두 기록하여 나타낸다.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따라 주파수 영역에서 신호처리된 주파수와 방전신호의 강도의 관계를 나타내는 주파수 스펙트럼을 도시한 도면이다.
도 7에서는 주파수영역에서 시그널의 반복횟수를 기록하고, 푸리에 해석으로 분리 해석한 결과를 나타낸다. 여기서, 시그널의 반복횟수가 많은 것은 확실히 방전 시그널이 같은 패턴에서 반복하여 발생한다는 것을 나타낼 수 있다.
도 8은 본 발명의 한 실시예에 따라 신호처리된 데이터에서 초당 펄스 카운트, 신호크기, 및 위상각의 관계를 도시한 도면한다.
도 8과 같이, 본 발명은 신호처리된 데이터를 통해서 시그널의 발생률인 초당카운트(Pulse/sec), 시그널 강도(mV), 및 사이클의 위상각(deg.)의 관계를 그래프로 생성할 수 있다. 이를 통해서, 본 발명은 위상각에서 계통전원과 동기하고 있는 패턴을 분석하는 것이 가능하게 되며, 더욱이 가장 반복하는 횟수가 많은 시그널 수치가 산과 같은 형태가 되기 때문에 중도평가와 패턴확인이 가능할 수 있게 된다.
도 9는 본 발명의 한 실시예에 따라 신호처리된 데이터에서 방전신호의 크기와 방전신호의 반복률의 관계를 도시한 도면이다.
도 9와 같이, 본 발명은 신호처리된 데이터의 분석을 통해서 방전 시그널 강(mV)와 시그널의 반복률(Pulse/cycle)을 나타내는 그래프를 생성할 수 있다.
진단부(140)는 제1 센서(210) 및 제2 센서(220)로부터 수집된 신호를 분석하여 전력케이블의 상태를 진단한다. 그리고, 진단부(140)는 상기 주파수대역 분석부(134)에서 분석된 데이터 또는 상기 신호가공부(136)에서 신호처리된 데이터를 이용하여 전력케이블에 발생된 결함을 진단하고, 결함발생위치 및 결함발생거리를 계산할 수 있다.
또한, 진단부(140)는 제1 센서(210)의 고주파신호, 제2 센서(220)의 고주파신호, 및 제3 센서(320)의 고주파신호를 복합적으로 분석하여 전력케이블에서 발생된 수트리와 부분방전을 동시에 검출할 수 있다.
여기서, 수트리는 케이블 제조공정이나 케이블 설치 환경에 따라 절연체에 유입된 미량이 수분이 6년 내지 15년간 서서히 절연을 파괴시키면서 성장하는 부분방전의 전단계이다.
이러한 수트리 상태에서는 부분방전를 발생시키지 않으며, 육안으로 구분되지 않아 정밀한 진단이 필요하다. 그리고, 수트리는 수트리 확대, 뇌격임펄스, 개폐서지 등의 교류전압의 인가에 의해서 전기트리로 진전되어 고장으로 이어질 수 있다. 즉, 수트리는 수트리발생, 부분방전발생, 그리고 결함발생의 순으로 진전되는 연결고리(chain)일 수 있다. 그리고, 수트리는 부분방전 발생의 전단계인 선행방전(pre-discharge) 단계일 수 있다.
또한, 부분방전은 고압케이블의 절연체 내부에서 발생하는 방전현상을 포함한다. 부분방전은 제조상의 결함, 기계적 스트레스, 공정상의 결함으로 인한 공급, 절연노화, 불순물, 균열 등으로 발생한다. 이러한 부분방전은 시간이 지남에 따라 국부적 절연파괴 단계를 거쳐 지속적으로 확산되며, 결국 전체절연을 파괴한다.
그리고, 진단부(140)는 본 발명의 한 실시예에 따라 사전진단부(142), 정밀분석부(144), 결함위치 계산부(146), 그리고 결함등급 결정부(148)를 포함한다.
사전진단부(142)는 상기 주파수대역 분석부(134)에서 분석된 주파수대역을 이용해서 전력케이블에 발생된 결함유형을 예측하고, 특정센서로부터 결함발생위치까지의 결함발생거리를 추정할 수 있다.
또한, 사전진단부(142)는 제1 센서(210)의 주파수대역, 제2 센서(220)의 주파수대역, 및 제3 센서(320)의 주파수대역을 기초로 나누어진 복수의 주파수대역을 이용하여 전력케이블에 발생된 결함유형을 예측할 수 있다. 예를 들어, 사전진단부(142)는 복수의 주파수대역에서 각각의 주파수대역별로 고주파신호가 검출된 센서의 종류를 매칭시켜 결함유형을 예측하고, 결함발생위치를 추정할 수 있다.
그리고, 사전진단부(142)는 고주파신호가 검출된 주파수대역(fa, fb, fc)과 상기 고주파신호를 검출한 특정센서의 종류을 분석하여 결함유형을 사전진단할 수 있다.
예를 들어, 센서들(210,220,320)의 주파수대역이 중첩되는 상기 제2 주파수대역(fb)에서 특정 고주파신호가 검출된 경우, 사전진단부(142)는 상기 특정 고주파신호를 검출한 센서의 종류를 분석하여 수트리 발생이나 부분방전 발생을 추정할 수 있다.
그리고, 상기 제2 주파수대역(fb)와 함께 또다른 주파수대역(fa,fc)에서도 동시에 고주파신호가 검출된 경우, 사전진단부(142)는 해당 고주파신호의 강도를 추가적으로 고려하여 결함유형을 추정할 수 있다.
또한, 상기 제1 주파수대역(fa)에서 상기 제1 센서(210)만 고주파신호를 검출한 경우, 사전진단부(142)는 단거리(예를 들어, 300m) 이내에서로 수트리가 발생된 것으로 추정할 수 있다. 그리고, 상기 제3 주파수대역(fc)에서 상기 제2 센서(220)만 고주파신호를 검출한 경우, 사전진단부(142)는 장거리(예를 들어, 1Km)에서 부분방전이 발생된 것으로 추정할 수도 있다.
정밀분석부(144)는 제1 센서(210), 제2 센서(220), 및 제3 센서(320)로부터 수집된 고주파신호들의 분석결과값을 비교분석하여 전력케이블의 상태를 정밀진단한다. 그리고, 정밀분석부(144)는 상기 신호가공부(136)에서 생성된 데이터들을 이용하여 결함 발생 여부를 정밀분석할 수 있다.
또한, 정밀분석부(144)는 고주파 신호의 주파수 분포, PD 전압크기, 발생빈도, 방전패턴, 시설상태등을 분석하여 수트리, 전기트리, 절연결함, 계면방전, 트레킹(Tracking), 코로나(Corona) 방전상태 등을 종합해서 판정할 수도 있다.
예를 들어, 정밀분석부(144)는 상기 제1 센서(210)의 제1 고주파신호와 상기 제2 센서(220)의 제2 고주파신호를 정밀분석하여 결함 발생 여부를 결정할 수 있다. 이때, 정밀분석부(144)는 각 고주파신호로부터 분석된 주파수 크기, 신호강도, 위상각, 신호패턴, 및 신호반복횟수 중 적어도 하나를 비교분석하여 수트리 발생 또는 부분방전 발생을 여부를 결정할 수 있다.
그리고, 결함위치 계산부(146)는 고주파신호의 주파수 크기, 신호강도, 위상각, 신호패턴, 및 신호반복횟수 등을 이용하여 부분방전이 발생된 위치 및 거리를 계산할 수 있다.
그리고, 결함등급 결정부(148)는 고주파신호의 분석결과값을 이용하여 전력케이블에 발생된 결함상태등급을 결정할 수 있다. 예를 들어, 결함등급 결정부(148)는 결함유형별 신호의 강도에 따라 레벨1(Level 1) 내지 레벨5(Level 5)로 결함상태등급을 결정할 수 있다. 여기서, 결함상태등급은 결함의 유형에 따라 상이한 신호강도가 적용될 수 있다.
예를 들어, 레벨1(Level 1)은 열화되지 않는 양호한 상태이며, 신속한 대처를 필요로 하지 않는 상태를 나타낸다. 그리고, 레벨2(Level 2)는 열화에 따른 약한 신호가 검지되었으나, 즉각적인 조치사항은 불필요한 상태를 나타낸다. 또한, 레벨3(Level 3)은 열화에 따른 약한 신호가 확인되어 열화가 시작되고 있으며, 향후 2년간 고장이 발생된 확률은 적으나, 정기적인 진단으로 열화상태를 파악할 필요가 있어 주기적인 점검이 필요한 상태를 나타낸다.
또한, 레벨4(Level 4)는 현저한 열화신호가 확인되었고, 향후 2년 이내에 고장이 발생할 수 있으므로, 적어도 1년이내에 교체나 보강이 필요한 상태를 나타낸다. 그리고, 레벨(Level 5)는 전력체이블이나 접속재의 경제적인 수명이 거의 종료되어 향후 1년 이내에 고장이 발생될 확률이 높으므로, 케이블이나 엑세서리의 즉시 교체가 필요한 상태를 나타낸다.
데이터베이스(150)는 과거의 분석데이터를 저장하고, 저장된 분석데이터를 상기 신호처리부(130) 및 상기 진단부(140)에 제공할 수 있다. 그리고, 데이터베이스(150)는 센서들(210,220,320)에서 측정되는 고주파신호를 저장하고, 상기 신호처리부(130) 및 상기 진단부(140)에서 가공된 데이터들을 업데이트하여 저장할 수도 있다.
그리고, 디스플레이부(160)는 상기 신호처리부(130)에서 생성된 데이터 및 그래프, 상기 사전진단부(142)에서 추정한 결함유형, 상기 정밀분석부(144)에서 정밀진단한 결함유형, 및 상기 결함등급 결정부(148)에서 결정된 결함상태등급 등을 출력하여 표시할 수 있다.
도 10는 본 발명의 한 실시예에 따라 배전용 전력케이블의 진단을 수행하는 과정을 간략히 도시한 흐름도이다. 이때, 이하의 흐름도는 도 1 내지 도 9의 구성과 연계하여 동일한 도면부호를 사용하여 설명한다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 전력케이블 진단 장치(100)는 교류전력이 전력케이블(20)을 통해서 부하에 인가되는 활선상태에서, 상기 전력케이블(20)의 일측과 타측에 체결된 제1 센서(210)로부터 제1 고주파신호를 획득한다(S102).
그리고, 본 발명의 한 실시예에 따른 전력케이블 진단 장치(100)는 상기 활선상태에서 상기 전력케이블(20)의 일측에 체결된 제2 센서(220)로부터 제2 고주파신호를 획득한다(S104). 이때, 본 발명의 한 실시예에 따른 전력케이블 진단 장치(100)는 상기 활성상태에서 상기 전력케이블(20)의 타측에 체결된 제3 센서(320)로부터 제3 고주파신호를 획득할 수도 있다.
그리고, 본 발명의 한 실시예에 따른 전력케이블 진단 장치(100)는 상기 제1 고주파신호, 상기 제2 고주파신호, 상기 제3 고주파신호를 신호처리하여 결함진단에 필요한 각종 데이터를 생성한다(S106). 이때, 본 발명의 한 실시예에 따른 전력케이블 진단 장치(100)는 수신된 신호를 증폭시키고 증폭된 신호로부터 노이즈를 제거할 수 있으며, 노이즈가 제거된 신호를 가공하여 정밀진단에 필요한 각종 데이터를 생성할 수 있다.
그리고, 본 발명의 한 실시예에 따른 전력케이블 진단 장치(100)는 상기 신호처리된 데이터를 분석하여 상기 전력케이블(20)에 발생된 결함을 진단한다(S108). 이때, 본 발명의 한 실시예에 따른 전력케이블 진단 장치(100)는 상기 제1 고주파신호 내지 상기 제3 고주파신호의 분석결과값 및 상기 신호처리된 데이터를 분석하여 상기 전력케이블(20)에서 발생된 수트리와 부분방전을 동시에 진단할 수 있다.
또한, 본 발명의 한 실시예에 따른 전력케이블 진단 장치(100)는 상기 제1 센서(210)의 주파수대역, 상기 제2 센서(220)의 주파수대역, 및 상기 제3 센서(320)의 주파수대역을 기초로 나누어진 복수의 주파수대역을 분석하여 전력케이블(20)에 발생된 결함유형을 예측할 수도 있다.
그리고, 본 발명의 한 실시예에 따른 전력케이블 진단 장치(100)는 각 고주파신호의 주파수 크기, 신호강도, 위상각, 신호패턴, 및 신호반복횟수 중 적어도 하나를 비교분석하여 상기 수트리 발생 또는 상기 부분방전 발생을 여부를 결정할 수 있다.
이때, 본 발명의 한 실시예에 따른 전력케이블 진단 장치(100)는 상기 제1 고주파신호 내지 상기 제3 고주파신호를 복합적으로 비교분석하고, 고주파신호의 주파수 크기, 신호강도, 위상각, 신호패턴, 및 신호반복횟수 등을 이용하여 이용하여 부분방전이 발생된 위치 및 거리를 계산할 수도 있다.
그리고 나서, 본 발명의 한 실시예에 따른 전력케이블 진단 장치(100)는 고주파신호의 분석결과값을 이용하여 전력케이블(20)에 발생된 결함상태등급을 결정하고, 결정된 결함상태등급과 함께 각종 그래프를 출력할 수 있다(S110).
따라서, 본 발명의 한 실시예에 따른 전력케이블 진단 장치(100)는 주파수대역폭 및 진단거리가 상이한 센서들의 결과값을 복합적으로 비교분석하고 다양한 진단기법을 결합시켜 배전용 전력케이블의 열화상태를 진단함으로써, 배전용 전력케이블의 진단거리를 확대하면서 진단의 신뢰성을 향상시킬 수는 환경을 제공한다.
도 11는 본 발명의 한 실시예에 따라 주파수대역별 신호가 검출된 센서의 유형을 분류하여 사전 진단을 수행하는 과정을 간략히 도시한 흐름도이다. 이때, 이하의 흐름도는 도 1 내지 도 9의 구성과 연계하여 동일한 도면부호를 사용하여 설명한다.
도 11를 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 전력케이블 진단 장치(100)는 상기 제1 측정장치(200) 및 상기 제2 측정장치(300)의 센서들(210, 220, 320)로부터 측정된 고주파신호를 수신한다(S202).
그리고, 본 발명의 한 실시예에 따른 전력케이블 진단 장치(100)는 상기 제1 센서(210)의 주파수대역과 상기 제2 센서(220)의 주파수대역을 기초로 복수의 주파수대역을 구분하고, 구분된 주파수대역을 분석한다(S204).
이때, 본 발명의 한 실시예에 따른 전력케이블 진단 장치(100)는 상기 제1 센서(210)의 주파수대역과 상기 제2 센서(220)의 주파수대역을 적어도 3개의 영역으로 나누어서 분석할 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 한 실시예에 따른 전력케이블 진단 장치(100)는 제1 센서(210)의 주파수대역(f1)과 상기 제2 센서(220)의 주파수대역(f2)을 복수의 주파수대역(fa 내지 fc)으로 분할하여 분석할 수 있다.
그리고, 본 발명의 한 실시예에 따른 전력케이블 진단 장치(100)는 복수의 주파수대역별(fa 내지 fc)로 특정 고주파신호를 검출된 특정센서의 유형을 분류한다(S206).
그리고, 본 발명의 한 실시예에 따른 전력케이블 진단 장치(100)는 각각의 주파수대역별(fa 내지 fc)로 상기 특정 고주파신호가 검출된 특정센서의 종류를 매칭시켜 상기 전력케이블에서 발생된 결함유형을 예측할 수 있다(S208).
그리고, 본 발명의 한 실시예에 따른 전력케이블 진단 장치(100)는 사전 진단의 수행결과, 상기 전력케이블에 결함이 발생된 것으로 예측된 경우, 상기 제1 센서(210)로부터 수집된 고주파신호의 분석결과값과 상기 제2 센서(220)로부터 수집된 고주파신호의 분석결과값을 비교분석하여 부분방전 발생여부를 정밀진단할 수 있다(S210, S212).
따라서, 본 발명의 한 실시예에 따른 전력케이블 진단 장치(100)는 주파수대역 분석을 통한 사전진단을 통해 배전용 전력케이블에서 발생된 결함을 빠르게 예측함으로써, 배전용 전력케이블 및 배전시설을 효과적으로 유지보수할 수 있는 환경을 제공한다.
도 12은 본 발명의 한 실시예에 따른 센서별 진단거리 및 결함 진단 유형을 도시한 도면이고, 하기 표1은 각 센서별로 진단할 수 있는 결함 진단 유형을 나타낸다.
구분 부분방전
(단거리)
수트리
(단거리)
부분방전
(장거리)
수트리
(장거리)
A) 제1 센서 X
B) 제2 센서 X X X
C) 제1 센서 +제2 센서
표1과 도 12를 참조하면, A) 제1 센서(210)를 단독으로 사용하는 경우에는 단거리(R0 내지 R1)의 부분방전과 수트리를 검출할 수 있다. 그리고, B) 제2 센서(220)를 단독으로 사용하는 경우에는 장거리(R1 내지 R2)의 부분방전을 측정할 수 있다. 하지만, 제1 센서(210)는 단독으로 사용하여 장거리(R1 내지 R2)에서 발생된 수트리로 인한 고주파신호를 검출할 순 있지만, 진단의 신뢰성이 현저히 떨어지는 어려움이 있다.
하지만, C) 본 발명의 한 실시예에 따른 전력케이블 진단 장치(100)는 제1 센서(210)와 제2 센서(220)를 동시에 사용하고, 상기 제1 센서(210)와 상기 제2 센서(220)로부터 측정된 고주파신호 및 이들의 결과값을 복합적으로 분석할 수 있다.
이를 통해서, 본 발명의 한 실시예에 따른 전력케이블 진단 장치(100)는 단거리(R0 내지 R1)의 부분방전과 수트리 뿐만 아니라 장거리(R1 내지 R2)의 부분방전과 수트리를 모두 진단할 수 있는 효과를 제공한다.
이와 같이, 본 발명의 한 실시예에 따른 전력케이블 진단 장치, 전력케이블 진단 시스템 및, 이를 이용한 전력케이블 진단 방법은 주파수대역폭 및 진단거리가 상이한 센서의 결과값을 복합적으로 비교분석하고 다양한 진단기법을 결합시켜 배전용 전력케이블의 열화상태를 진단함으로써, 배전용 전력케이블의 진단거리를 확대하면서 진단의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 환경을 제공한다.
또한, 본 발명은 배전용 전력케이블의 진단거리를 확대하고 진단개소를 감소시켜 배전용 전력케이블의 진단 비용을 절감시킬 수 있는 환경을 제공한다.
또한, 본 발명은 단거리와 장거리의 전력케이블에서 수트리 발생과 부분방전 발생으로 인한 결함을 동시에 진단할 수 있는 환경을 제공한다.
또한, 본 발명은 부분방전의 전단계인 수트리 발생을 진단함으로써, 케이블 절연파괴로 인한 부분방전의 발생을 사전에 예방하고, 이를 통해 배전용 전력케이블 및 케이블에 연결된 전력설비의 안정성을 향상시킬 수 있는 환경을 제공한다.
또한, 본 발명은 진단 거리별 진단 테스트를 수행하고 신뢰성을 확보할 수 있는 최적의 유효진단거리를 선정하며, 센서의 결과값을 복합적으로 분석하면서 다양한 진단기법을 결합시킨 크로스체크(Cross check)를 통해 진단거리 확대로 인한 문제점을 최소화하고, 진단의 신뢰성을 확보할 수 있는 환경을 제공한다.
또한, 본 발명은 주파수대역 분석을 통한 사전진단을 통해 배전용 전력케이블의 결함을 빠르게 예측함으로써, 배전용 전력케이블 및 배전설비를 효과적으로 유지보수할 수 있는 환경을 제공한다.
또한, 본 발명은 활선상태에서 배전용 전력케이블의 진단을 수행함으로써, 배전용 전력케이블의 휴전으로 인한 소비자의 피해 및 손실을 최소화할 수 있는 환경을 제공한다.
또한, 본 발명은 유선통신, 단거리 무선통신, 장거리 무선통신을 복합적으로 활용하여 센서와 전력케이블 진단장치를 연결하고, 전력케이블 진단 장치를 휴대형으로 설계함으로써, 진단개소가 많고 진단거리가 긴 배전용 전력케이블을 효과적으로 진단하고 진단비용을 절감할 수 있는 환경을 제공한다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있다. 이러한 기록 매체는 서버뿐만 아니라 사용자 단말에서도 실행될 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (22)

  1. 교류전력이 전력케이블을 통해서 부하에 인가되는 활선상태에서 상기 전력케이블의 상태를 진단하는 시스템에서,
    상기 전력케이블의 일측에 체결되는 제1 센서의 제1 모듈 및, 상기 전력케이블의 일측에 체결되며 상기 제1 센서와 주파수대역폭 및 진단거리가 상이한 제2 센서를 포함하는 제1 측정장치,
    상기 제1 측정장치와 유효진단거리 이내로 이격되어 배치되며, 상기 전력케이블의 타측에 체결되는 상기 제1 센서의 제2 모듈 및, 상기 전력케이블의 타측에 체결되며 상기 제1 센서와 주파수대역폭 및 진단거리가 상이한 제3 센서를 포함하는 제2 측정장치, 그리고
    상기 제1 측정장치 및 상기 제2 측정장치의 센서들로부터 수집된 신호를 분석하여 전력케이블의 열화상태를 진단하되, 상기 제1 센서 내지 상기 제3 센서의 주파수대역을 복수의 주파수대역으로 구분하고, 주파수대역이 중첩되는 구간과 주파수대역이 중첩되지 않는 구간으로 나누어 분석을 수행하며, 각각의 주파수대역별로 고주파신호가 검출된 센서의 종류를 분석하여 결함유형 및 결함발생위치를 예측하는 사전 진단을 수행하고, 상기 사전 진단의 수행결과 상기 전력케이블에 결함 발생이 예측된 경우, 상기 제1 센서 내지 상기 제3 센서로부터 수집된 고주파신호의 분석결과값을 복합적으로 비교분석하여 상기 전력케이블에서 발생된 수트리와 부분방전 발생여부를 정밀 진단하고, 결함이 발생된 위치를 계산하는 진단장치를 포함하는 전력케이블 진단 시스템.
  2. 제1항에서,
    상기 유효진단거리는,
    수트리 발생과 부분방전 발생을 동시에 진단할 수 있는 거리를 포함하며, 상기 제1 센서를 단독으로 사용하여 상기 수트리 발생과 상기 부분방전 발생을 측정하는 경우의 거리보다 2배 이상이며 4배 이내인 것을 특징으로 하는 전력케이블 진단 시스템.
  3. 삭제
  4. 제1항에서,
    상기 진단장치와 상기 제1 측정장치가, 유선통신 또는 근거리 무선통신으로 연결되는 것을 특징으로 하는 전력케이블 진단 시스템.
  5. 제4항에서,
    상기 진단장치와 상기 제2 측정장치가, 장거리 무선통신으로 연결되는 것을 특징으로 하는 전력케이블 진단 시스템.
  6. 제1항에서,
    상기 제1 센서는,
    인덕티브 커플러(Inductive Coupler)와 캐패시티브 커플러(Capacitive Coupler)가 조합된 복합센서를 포함하고, 상기 전력케이블의 전력공급라인에 체결되며, 수트리로 인해 발생되는 선행방전 신호(pre-discharge signal)와 부분방전으로 인해 발생되는 부분방전 신호(Partial Discharge signal)를 동시에 검출하는 전력케이블 진단 시스템.
  7. 제6항에서,
    상기 제2 센서 또는 상기 제3 센서는,
    상기 전력케이블의 접지라인에 체결되며, 부분방전으로 인해 발생되는 부분방전 신호(Partial Discharge signal)를 검출하는 센서를 포함하는 전력케이블 진단 시스템.
  8. 교류전력이 전력케이블을 통해서 부하에 인가되는 활선상태에서, 상기 전력케이블에 체결된 제1 센서로부터 제1 고주파신호를 획득하는 단계,
    상기 활선상태에서 상기 전력케이블에 체결되며 상기 제1 센서와 주파수대역폭 및 진단거리가 상이한 제2 센서로부터 제2 고주파신호를 획득하는 단계,
    상기 제1 고주파신호와 상기 제2 고주파신호에 포함된 노이즈를 제거하는 단계, 그리고
    상기 제1 고주파신호와 상기 제2 고주파신호를 분석하여 상기 전력케이블의 상태를 진단하며, 상기 전력케이블에서 발생된 수트리 발생과 부분방전 발생으로 인한 결함을 동시에 진단하는 단계를 포함하며,
    상기 진단하는 단계는,
    상기 제1 센서의 주파수대역과 상기 제2 센서의 주파수대역을 복수의 주파수대역으로 구분하고, 주파수대역이 중첩되는 구간과 주파수대역이 중첩되지 않는 구간으로 나누어 분석을 수행하며, 각각의 주파수대역별로 고주파신호가 검출된 센서의 종류를 분석하여 결함유형 및 결함발생위치를 예측하는 사전 진단을 수행하는 단계, 그리고
    상기 사전 진단의 수행결과 상기 전력케이블에 결함 발생이 예측된 경우, 상기 제1 고주파신호와 상기 제2 고주파신호를 비교분석하여 수트리와 부분방전 발생 여부를 정밀 진단하는 단계를 포함하는 전력케이블 진단 방법.
  9. 삭제
  10. 제8항에서,
    상기 복수의 주파수대역은,
    상기 제1 센서의 주파수대역에 포함되나 상기 제2 센서의 주파수대역에는 포함되지 않는 주파수의 범위를 포함하는 제1 주파수대역,
    상기 제1 센서의 주파수대역과 상기 제2 센서의 주파수대역이 중첩되는 주파수의 범위를 포함하는 제2 주파수대역, 그리고
    상기 제2 센서의 주파수대역에 포함되나 상기 제1 센서의 주파수대역의 범위에는 포함되지 않은 제3 주파수대역
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력케이블 진단 방법.
  11. 제8항에서,
    상기 진단하는 단계는,
    상기 제1 고주파신호와 상기 제2 고주파신호를 정밀분석하며, 각 고주파신호로부터 분석된 주파수 크기, 신호강도, 위상각, 신호패턴, 및 신호반복횟수 중 적어도 하나를 비교분석하여 수트리 발생 또는 부분방전 발생을 여부를 결정하고, 부분방전이 발생된 위치를 결정하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력케이블 진단 방법.
  12. 제8항에서,
    상기 고주파신호를 획득하는 단계는,
    상기 전력케이블의 일측과 타측에 각각에 배치된 제1 센서로부터 상기 전력케이블의 제1 고주파신호를 측정하는 단계,
    상기 전력케이블의 일측에 배치된 제2 센서로부터 상기 전력케이블의 제2 고주파신호를 측정하는 단계, 그리고
    상기 전력케이블의 타측에 배치된 제3 센서로부터 상기 전력케이블의 제3 고주파신호를 측정하는 단계를 포함하는 전력케이블 진단 방법.
  13. 제12항에서,
    상기 진단하는 단계는,
    상기 제1 고주파신호 내지 상기 제3 고주파신호를 복합적으로 비교분석하여 수트리 발생 및 부분방전 발생 여부를 결정하고, 결함발생거리를 계산하는 단계를 더 포함하는 전력케이블 진단 방법.
  14. 제8항에서,
    상기 진단하는 단계 이후에는,
    상기 부분방전 발생으로 인한 전력케이블의 결함상태등급을 도출하고, 도출된 결함상태등급을 디스플레이하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력케이블 진단 방법.
  15. 교류전력이 전력케이블을 통해서 부하에 인가되는 활선상태에서, 전력케이블의 일측과 타측에 체결되어 신호를 검출하는 제1 센서로부터 측정된 신호, 및 상기 전력케이블의 일측에 체결되며 상기 제1 센서와 주파수대역폭 및 진단거리가 상이한 제2 센서로부터 측정된 신호를 수신하는 통신부, 그리고
    상기 제1 센서 및 상기 제2 센서로부터 수집된 신호를 분석하여 전력케이블의 상태를 진단하되, 상기 전력케이블에서 발생된 수트리와 부분방전을 동시에 검출하는 진단부를 포함하며,
    상기 진단부는,
    상기 제1 센서의 주파수대역과 상기 제2 센서의 주파수대역을 복수의 주파수대역으로 구분하고, 주파수대역이 중첩되는 구간과 주파수대역이 중첩되지 않는 구간으로 나누어 분석을 수행하며, 각각의 주파수대역별로 고주파신호가 검출된 센서의 종류를 이용하여 결함 발생의 유형 및 결함발생위치를 추정하는 사전 진단부, 그리고
    사전 진단의 수행결과 상기 전력케이블에 결함 발생이 예측된 경우, 상기 제1 센서로부터 수집된 고주파신호의 분석결과값과 상기 제2 센서로부터 수집된 고주파신호의 분석결과값을 비교분석하여 부분방전 발생여부를 정밀진단하는 정밀 분석부를 포함하는 전력케이블 진단 장치.
  16. 삭제
  17. 제15항에서,
    상기 제1 센서의 주파수대역과 상기 제2 센서의 주파수대역을 적어도 3개의 영역으로 나누어서 분석하는 주파수대역 분석부
    를 더 포함하는 전력케이블 진단 장치.
  18. 삭제
  19. 제15항에서,
    상기 통신부는,
    상기 전력케이블의 타측에 체결되는 제3 센서로부터 측정된 신호를 더 수신하는 전력케이블 진단 장치.
  20. 제19항에서,
    상기 전력케이블의 일측에 체결되는 상기 제1 센서의 제1 모듈과 제2 센서가 일체형으로 형성되거나, 상기 전력케이블의 타측에 체결되는 제1 센서의 제2 모듈과 제3 센서가 일체형으로 형성되는 전력케이블 진단 장치.
  21. 제15항에서,
    상기 제1 센서는,
    전력공급라인의 각 상마다 체결되며, 수트리로 인해 발생되는 선행방전 신호(pre-discharge signal)와 부분방전으로 인해 발생되는 부분방전 신호(Partial Discharge signal)를 동시에 검출하는 전력케이블 진단 장치.
  22. 제15항에서,
    상기 제2 센서는,
    상기 전력케이블의 접지라인에 체결되며, 부분방전으로 인해 발생되는 부분방전 신호(Partial Discharge signal)를 검출하는 센서를 포함하는 전력케이블 진단 장치.
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