KR102165305B1 - 변전용 피뢰설비 상태진단을 위한 진단장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 변전용 피뢰설비 상태진단을 위한 진단장치의 전기적 보호장치에 관한 것으로, 피뢰기 접지도선으로부터 누설전류를 검출하는 검출센서를 통해 피뢰기의 상태를 진단하기 위한 피뢰기 진단장치에 있어서, 상기 피뢰기 진단장치는 누설전류 정보를 분석하기 위하여 에이디(A/D) 변환부에서 출력되는 디지털 신호의 데이터 분석을 통해 전체 누설전류의 파형 정보와 최대값 및 실효값, 제3고조파 성분의 최대값을 산출하고, 이를 토대로 전체누설전류의 위상-파고분포 정보를 생성하며, 상기 누설전류의 측정 신호의 고속푸리에 변환을 통한 전체 누설전류의 주파수 분포를 분석하여 피뢰기를 진단하고, 상기 피뢰기 진단장치에 전원을 공급하기 위한 전원회로는 상용교류로부터 자기유도회로부를 통해 자기유도결합으로 전원을 공급받아 구성된다.
Description
본 발명은 변전용 피뢰설비 상태진단을 위한 진단장치에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 피뢰기 상태진단을 위한 진단장치의 전기적 보호에 관한 것이다.
일반적으로, 전력계통에는 외부의 낙뢰와 내부의 각종 과도전압으로부터 선로 및 를 보호하기 위한 장치로서 피뢰기가 설치되어 있으나, 이들 피뢰기도 과도전압에 대한 반복되는 보호동작으로 열화가 진전되며, 열화된 피뢰기는 정상운전 상태에서도 일선지락과 같은 사고를 발생시킬 수 있으므로, 전력공급의 신뢰성, 안정성 확보를 위하여 전력계통에 설치된 피뢰기의 상태를 상시 진단하고, 이들 정보로부터 열화된 피뢰기를 대체하는 등의 관리수단이 필요하다.
피뢰기 진단기술에는 오프라인 상태에서 피뢰기의 정전용량, 동작개시전압, 누설전류를 측정하거나 온라인 상태에서 운전 중 피뢰기를 흐르는 전체누설전류, 제3고조파 누설전류의 크기를 측정하여 진단하는 방법이 사용되어 왔다.
그러나, 이와 같은 종래의 기술은 단순히 누설전류의 크기만을 측정하는 것으로, 피뢰기의 열화정도나 열화상태를 진단할 수 없었다. 또한 누설전류 검출센서와 본체와의 신호전송에 전기도선을 사용하므로 전력계통과 같은 고전자계 상태에서는 진단시 많은 오차를 발생할 수 있으므로 이에 대한 대책 수립이 요구되어 왔다.
또한, 피뢰기 누설전류(기본파 및 3 ~ 9차 고조파, 저항분 등)을 검출하여 피뢰기의 상태를 진단하는 기술은 일반화 되어 있다. 피뢰기 누설전류 검출 또는 진단장치가 설치 운영되고 있으나, 피뢰기 사고는 여전히 빈번하게 발생되고 있다.
이는 피뢰기 누설전류 검출 또는 진단장치가 피뢰기 동작시 또는 내외부 전위차에 의해 고장이 발생하여 본래의 기능과 역할을 하고 있지 못하기 때문이다.
현재 변전소에 고정식으로 사용되고 있는 피뢰기 누설전류 검출 또는 진단장치는 고전압 대전력기기 환경에 설치된 저전압 약전류 기기로, 피뢰기 동작 중 또는 서지 침입시 전위차로 인해 검출 또는 진단장치가 빈번하게 고장이 발생하고 있다. 따라서, 산업계에서 신뢰성 있고 안정적인 피뢰기 누설전류 및 진단장치의 개발이 요구되고 있는 실정이다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 피뢰기의 누설전류 검출 또는 진단장치에 있어 피뢰기 동작 중 서지 침입시 전위차로 인한 검출, 진단의 빈번한 고장 발생을 최소화하여 안정성을 확보할 수 있는 진단장치를 제공하고자 하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 피뢰기 접지도선으로부터 누설전류를 검출하는 검출센서를 통해 피뢰기의 상태를 진단하기 위한 피뢰기 진단장치에 있어서, 상기 피뢰기 진단장치는 누설전류 정보를 분석하기 위하여 에이디(A/D) 변환부에서 출력되는 디지털 신호의 데이터 분석을 통해 전체 누설전류의 파형 정보와 최대값 및 실효값, 제3고조파 성분의 최대값을 산출하고, 이를 토대로 전체누설전류의 위상-파고분포 정보를 생성하며, 상기 누설전류의 측정 신호의 고속푸리에 변환을 통한 전체 누설전류의 주파수 분포를 분석하여 피뢰기를 진단하고, 상기 피뢰기 진단장치에 전원을 공급하기 위한 전원회로는 상용교류로부터 자기유도회로부를 통해 자기유도결합으로 전원을 공급받아 구성된다.
또한, 상기 피뢰기 진단장치는, 상기 피뢰기 접지도선의 누설전류를 측정하기 위한 검출센서와 임피던스 변환기를 포함하는 누설전류 검출부, 상기 누설전류 검출부에서 출력되는 전기적 신호를 소정 거리 이격된 위치에서 수신하기 위한 신호 전송부, 상기 신호 전송부에서 출력되는 전체 누설전류 측정신호의 제3고조파 신호성분만을 추출하기 위한 대역필터, 상기 전체 누설전류 측정신호 및 대역필터에서 출력되는 제3고조파 신호성분을 디지털 신호로 변환하기 위한 에이디(A/D) 변환부, 상기 에이디(A/D) 변환부에서 출력되는 디지털 신호의 데이터 분석을 통해 전체 누설전류의 파형 정보와 최대값 및 실효값, 제3고조파 성분의 최대값을 산출하고, 이를 토대로 전체누설전류의 위상-파고분포 정보를 생성하며, 상기 누설전류의 측정 신호의 고속푸리에 변환을 통한 전체 누설전류의 주파수 분포를 분석하는 중앙 제어부 및 상기 중앙 제어장치의 출력 포트에 접속되어 상기 누설전류의 파형 정보와, 파고분포 정보 및 주파수 분포에 따른 검출 정보를 개인용 컴퓨터 또는 외장형 프린터로 전송하기 위한 통신 드라이버를 포함하여 구성된다.
또한, 상기 자기유도회로부는, 외부 전원공급부에서 진단장치로 전원을 공급하고자 할 때, 자기유도회부의 공진 주파수를 매칭하여 외부 전원공급부에서 송신되는 무선 전력을 자기공진유도 방식으로 수신하도록 제어하며, 상기 자기유도회로부의 공진 주파수를 매칭하기 위한 매칭회로와, 상기 매칭회로와 병렬로 연결되어 있는 전력제어 커패시터와 상기 매칭회로와 연결되고 타단이 상기 전력제어 커패시터와 연결되어 있는 매칭 스위치를 포함하는 매칭 네트워크와, 공급된 전력을 정류하는 정류기를 포함하여 구성된다.
또한, 상기 통신 드라이버는, 광결합기로 이루어지는 통신회로로 상기 통신 드라이버를 구성하여 전위차에 따른 통신회로의 절연을 구현된다.
또한, 상기 신호 전송부는, 상기 누설전류 검출부의 출력단으로 제공되는 전기적 신호를 광 신호로 변환시키기 위한 전-광 변환장치와, 상기 전-광 변환장치에서 출력되는 광신호를 소정 거리 이격된 위치에서 상기 광신호를 전기적 신호로 변환하기 위한 광-전 변환장치와, 상기 전-광 변환장치 및 광-전 변환장치사이에서 광전신호를 전송하는 광화이버 및 상기 광-전 변환장치에서 출력되는 전기적 신호를 증폭시키기 위한 신호 증폭기로 구성된다.
또한, 상기 통신 드라이버는, 상기 진단장치를 통해 검출된 신호값을 외부 단말기로 전송하기 위하여 RS485 인터페이스를 통해 광-전 변환기에 변환된 전기신호를 외부로 전송하도록 구성된다.
또한, 상기 전-광 변환장치는, 광신호들을 분리하는 광분할부, 분리된 광신호들 중 적어도 하나의 위상을 외부 전기 신호에 기초하여 쉬프트하는 적어도 하나의 실리콘 위상 쉬프터를 포함하고, 상기 적어도 하나의 위상이 쉬프트된 광신호를 포함하는 광신호들을 제 1출력 광신호 및 제2 출력 광신호로서 각각 출력하는 위상 쉬프트부 및 상기 제1,2 출력 광신호들을 결합하여 전광(electro-optic) 변조된 광신호를 생성하는 광결합부를 포함하고, 상기 실리콘 위상 쉬프터는, 광도파로와 지그재그 패턴의 접합면들을 각각 가지도록 형성되고, 전하 캐리어들을 포함하는 불순물 영역들을 포함하여 구성된다.
상기와 같이 구성되고 작용되는 본 발명은 피뢰기 상태 진단을 위한 진단장치의 전원회로를 포함하는 진단장치를 전기적으로 절연시킴으로써 전위차를 극복함으로써 진단장치의 신뢰성(안정성)을 확보할 수 있는 이점이 있다.
특히, 본 발명은 전원회로의 전기적 절연으로 전원회로와 장치의 전위차를 해소할 수 있으며, 전원회로의 전기적 절연은 상용교류 전원계통과 장치의 전원회로를 자기 유도결합하는 방식으로 완전절연이 가능한 이점이 있다.
또한, 본 발명은 진단검출, 진단전송을 위한 통신회로를 광결합기로 구성함에 따라 보다 안정적인 기능 구현이 가능한 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 변전용 피뢰설비 상태진단을 위한 진단장치의 개략적인 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 변전용 피뢰설비 상태진단을 위한 진단장치의 상세 구성도.
도 3은 자기유도회로부의 구조의 상세도.
도 2는 본 발명에 따른 변전용 피뢰설비 상태진단을 위한 진단장치의 상세 구성도.
도 3은 자기유도회로부의 구조의 상세도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 변전용 피뢰설비 상태진단을 위한 진단장치를 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 변전용 피뢰설비 상태진단을 위한 진단장치는, 피뢰기 접지도선으로부터 누설전류를 검출하는 검출센서를 통해 피뢰기의 상태를 진단하기 위한 피뢰기 진단장치에 있어서, 상기 피뢰기 진단장치는 누설전류 정보를 분석하기 위하여 에이디(A/D) 변환부에서 출력되는 디지털 신호의 데이터 분석을 통해 전체 누설전류의 파형 정보와 최대값 및 실효값, 제3고조파 성분의 최대값을 산출하고, 이를 토대로 전체누설전류의 위상-파고분포 정보를 생성하며, 상기 누설전류의 측정 신호의 고속푸리에 변환을 통한 전체 누설전류의 주파수 분포를 분석하여 피뢰기를 진단하고, 상기 피뢰기 진단장치에 전원을 공급하기 위한 전원회로는 상용교류로부터 자기유도회로부를 통해 자기유도결합으로 전원을 공급받아 구성된다.
본 발명에 따른 변전용 피뢰설비 상태진단을 위한 진단장치의 전기적 보호장치는, 피뢰기 접지도선으로부터 전체 누설전류를 검출하여 피뢰기의 상태를 진단하기 위한 피뢰기 진단장치를 구성함에 있어서, 진단장치를 동작시키기 위한 전원회로의 구성 조건으로 자기유도결합 구조의 전원공급방식으로 구성하여 피뢰기 동작 중 또는 서지 침입시 전위차 발생에 따른 피뢰기 진단장치의 전기적 고장 발생을 해소할 수 있는 진단장치의 보호장치에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 변전용 피뢰설비 상태진단을 위한 진단장치의 전기적 보호장치의 구성도이다.
본 발명에 따른 주요 기술적 요지로는 피뢰기의 누설전류, 상태를 진단하여 피뢰기의 열화정도를 검출하기 위한 피뢰기 상태를 진단하는 진단장치를 구성함에 있어서, 기존의 진단장치에서 발생하였던 전위차 발생에 따른 전원회로 등의 고장 문제를 해소하기 위하여 진단장치의 전기회로 구성을 상용전원으로부터 전원 공급시 자기유도결합에 의한 전원 공급 방식으로 적용하여 전기적 절연을 실현함으로써 피뢰기 동작 중 발생하는 문제나 서지 침입시 전위차로 인한 진단장치의 고장 발생을 해소할 수 있는 진단장치의 보호장치를 효율적으로 구성하고자 하는데 목적이 있다.
이를 위하여 본 발명은 진단장치의 전원 공급을 자기유도(Magnetic field) 결합으로 구성함여 그 문제를 해소하였다.
도 1에 도시된 바와 같이 진단장치(100)는 회로부(110)와 자기유도회로부(101)를 포함하여 상용전원으로부터 전원을 공급받는다. 자기유도결합 구조에 의한 전원 공급은 전원회로와 장치의 전위차 문제를 해결하고 진단장치에서 측정된 결과값을 외부 장치로 전송하는 통신장치의 통신회로(본 발명에서 통신 드라이버) 전위차를 해소함에 따라 장치의 신뢰성을 확보할 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 따른 상기 자기유도회로부(101)는, 외부 전원공급부에서 진단장치로 전원을 공급하고자 할 때, 자기유도회부의 공진 주파수를 매칭하여 외부 전원공급부에서 송신되는 무선 전력을 자기공진유도 방식으로 수신하도록 제어하며, 상기 자기유도회로부의 공진 주파수를 매칭하기 위한 매칭회로와, 상기 매칭회로와 병렬로 연결되어 있는 전력제어 커패시터와 상기 매칭회로와 연결되고 타단이 상기 전력제어 커패시터와 연결되어 있는 매칭 스위치를 포함하는 매칭 네트워크와, 공급된 전력을 정류하는 정류기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
도 3은 자기유도회로부의 구조를 도시한다.
도3에서 보는 바와 같이 진단장치(210)와 상기 진단장치에 전원을 공급하는 전원공급부(200) 및 상기 전원공급부(200)에 전원을 충전하는 전원충전부(170)가 근접하여 배치되면, 전자기장의 기본원리를 응용하여 전원충전부의 코일(172)로부터 전원공급부(200)의 2차 코일(201)로 유도기전력을 발생시키는 전원공급부를 포함하는 자기유도 회로부로 구성된다.
이때 또는 2차 코일의 두께를 높게 하여 유도기전력을 향상시키는 것이 중요하다.
따라서 본 발명에서는 1차 코일과 2차 코일의 두께를 증가시켜 유도기전력을 향상시키기 위해 동박(Cu foil)을 합치한 상태로 제작하였다. 여기서 동박은 동도금을 여러번 반복하여 동박의 두께를 증가시켜 1차코일의 두께를 증가시키는(50~70 미크론) 구조로 형성하였다.
또한 2차코일도 동박을 사용하고 동도금을 여러번 반복하여 동박의 두께를 증가시켜 2차코일의 두께를 80~150 미크론(0.08~0.15mm)으로 증가시켰다. 또한, 전류의 효율을 증대하기 위해 최종적으로 동박 코일 위에 선택적으로 1~10 미크론 정도의 금 도금(Au), 은 도금(Ag), 또는 납 도금을 실시하여 1차코일 및 2차코일의 두께를 증기시키면서 충전효율을 최대화 하였다.
여기서 전원공급부와 전원충전부는 PCB 회로기판(PCB 기판에 회로가 형성된 구조)을 포함한다.
이에 대한 제조과정을 보면
(a) 전원충전부용 상기 PCB 기판은 PCB 회로기판의 원재료의 표면에 일정두께를 갖는 구리박막(Cu foil)이 구비된 상태에서, 1차코일의 시드(seed)와 회로를 동시에 에칭하되 상기 1차코일의 시드(seed)는 나선형의 형태를 갖도록 에칭되도록 한다.
(b) 상기 1차코일의 시드(seed) 부위만을 반복하여 동도금하여 1차코일을 형태를 완성시키되 일정도금두께를 갖도록 제조하여, 상기 (a)과정에서 형성한 회로의 두께와 1차코일의 두께를 원래의 회로의 두께보다 두껍게 1차코일을 형성한다.
(c) 전류의 효율을 증대하기 위해 최종적으로 상기 수차례 도금한 부위에 최종도금하되 그 일정최종도금두께로 하고, 그 최종도금 재료는 금 도금(Au) 또는 은도금(Ag) 또는 납 도금 중의 하나를 실시하여 PCB 회로기판에 구비된 구리박막을 시드(seed)로 한 다음 도금을 통해 두꺼운 1차코일을 형성하게 된다.
(d) 구리박막이 구비된 PCB 회로기판에 회로와 함께 1차코일의 시드(seed)를 제조하고 이를 도금시켜, 원래의 구리박막보다 두께가 두꺼워진 나선형 코일로 구성된 전원충진부의 1차 코일; 및 상기 1차코일을 제조한 방식을 그대로 적용하여 전원공급부의 2차 코일에 적용시킨다.
이때 상기 전원충전부의 1차 코일은, 구리(Cu)로 구성되며, 동판 구조가 동심원의 나선형 구조의 동판 코일로 이루어지도록 한다
또한 상기 전원공급부의 2차 코일은, 구리(Cu)로 구성되며, 동판 구조가 동심원의 나선형 구조, 또는 사각형 구조의 여러가지 형상의 동판 코일로 이루어진다.
또한 (a)과정에서의 PCB 회로기판의 원재료의 표면에 일정두께는 20~30미크론(um)이며, (b)과정에서의 동도금하여 결정된 일정도금두께는 60~70미크론(um)으로 하며, (c)과정에서의 일정최종도금두께는 20~30미크론으로 형성된다.
또한 상기 (a)과정에서 (a1) 전원충전부 상기 PCB 기판의 제조는 PCB 회로기판의 원재료의 표면에 두께가 20~30미크론(um)의 구리박막(Cu foil)을 한쪽에 더 구비시키는-즉 상기 구리박막이 양쪽으로 구비된 상태에서, 1차코일의 시드(seed)와 회로를 동시에 에칭하되 양쪽을 함께 에칭하여 상기 1차코일의 시드(seed)가 상기 PCB기판의 양쪽면에 형성되되 그 형태는 나선형의 형태를 갖도록 에칭되도록한다
또한 상기 (b)과정에서 (b1) 전원공급부용 상기 PCB 기판의 양쪽 표면에 형성된 상기 2차코일의 시드(seed) 부위만을 반복하여 동도금하여 2차코일을 형태를 완성시키되 그 두께를 60~70미크론(um)으로 제조하여, 상기 (a1)과정에서에서 형성한 회로의 두께와 2차코일의 두께를 원래의 회로의 두께보다 두껍게 2차코일을 형성하며;
(c1) 전류의 효율을 증대하기 위해 최종적으로 상기 수차례 도금한 부위에 20~30미크론 정도의 금 도금(Au) 또는 은 도금(Ag) 또는 납 도금 중의 하나를 실시하여 PCB 회로기판의 양쪽표면에 구비된 구리박막을 시드(seed)로 한 다음 도금을 통해 두꺼운 2차코일을 형성하고
(d1) 구리박막이 구비된 PCB 회로기판에 회로와 함께 1차코일의 시드(seed)를 제조하고 이를 도금시켜, 원래의 구리박막보다 두께가 두꺼워진 나선형 코일로 구성된 전원충전부의 1차 코일; 및 상기 1차코일을 제조한 방식을 그대로 적용하여 전원공급부의 2차 코일에 적용시키고
(e) 상기 PCB 기판의 양쪽에 형성된 1차코일을 통전시키기 위해 상기 1차코일을 통과하도록 홀(hole)을 가공하고 상기 홀에 통전재료를 충진시키게 된다.
본 발명에서는 이러한 구조를 통해 진단장치에 안정적으로 전원을 공급할 수 있는 구조를 확보하였다.
도 2는 본 발명에 따른 변전용 피뢰설비 상태진단을 위한 진단장치의 전기적 보호장치의 상세 구성도이다.
본 발명에 따른 피뢰기 진단장치의 구성으로는, 피뢰기 접지도선의 누설전류를 측정하기 위한 누설전류 검출부(111)와, 상기 누설전류 검출부에서 출력되는 전기적 신호를 소정 거리 이격된 위치에서 수신하기 위한 신호 전송부와, 상기 신호 전송부에서 출력되는 전체 누설전류 측정신호의 제3고조파 신호성분만을 추출하기 위한 대역필터와, 상기 전체 누설전류 측정신호 및 대역필터에서 출력되는 제3고조파 신호성분을 디지털 신호로 변환하기 위한 에이디(A/D) 변환부(115)와, 상기 에이디(A/D) 변환부에서 출력되는 디지털 신호의 데이터 분석을 통해 전체 누설전류의 파형 정보와 최대값 및 실효값, 제3고조파 성분의 최대값을 산출하고, 이를 토대로 전체누설전류의 위상-파고분포 정보를 생성하며, 상기 누설전류의 측정 신호의 고속푸리에 변환을 통한 전체 누설전류의 주파수 분포를 분석하는 중앙 제어부(112) 및 상기 중앙 제어장치의 출력 포트에 접속되어 상기 누설전류의 파형 정보와, 파고분포 정보 및 주파수 분포에 따른 검출 정보를 개인용 컴퓨터(117) 또는 외장형 프린터로 전송하기 위한 통신 드라이버(116)로 구성된다.
또한, 상기 누설전류 검출부(111)는 누설전류 검출센서와 임피던스 변환장치로 구성되는데, 상기 누설전류 검출센서를 통해 검출된 미소 누설전류를 소정 레벨로 증폭시키기 위한 임피던스 변환장치와 임피던스 변환장치에서 출력단으로 제공되는 전기적 신호를 광 신호로 변환시키기 위한 전-광 변환기(113)와 상기 전-광 변환기(113)에서 출력되는 광신호를 광화이버를 거쳐 소정 거리 이격된 위치에서 상기 광신호를 전기적 신호로 변환하기 위한 광-전 변환기(114)를 포함하여 구성된다.
추가적으로 본 발명에 따른 피뢰기 진단장치의 진단 방법을 구체적으로 살펴보면, 아래와 같다.
피뢰기 접지도선으로부터 전체 누설전류를 검출하여 피뢰기의 상태를 분석하기 위한 피뢰기 진단방법의 과정은 다음과 같다.
우선, 누설전류 검출센서로부터 상기 피뢰기 접지도선의 누설전류를 측정한다. 여기서, 전-광 변환장치를 통해 미소 누설전류에 대해 증폭된 전기신호를 광신호로 변환하고 광화이버에 의해 광-전 변환장치로 전송하고, 대역필터를 통해 전체 누설전류의 제3고조파 신호를 추출한다.
상기 전체 누설전류의 파형과 전체 누설전류의 최대값 및 실효값, 제3고조파 누설전류의 최대값을 산출하고, 상기 누설전류의 측정치로부터 위상-파고분포를 산출한다. 상기 누설전류의 측정치로부터 고속푸리에 변환(FFT)에 의한 전체 누설전류의 주파수 분포를 산출한다.
그리고 상기 산출 결과들에 대응하여 피뢰기 누설전류의 전원고조파의 영향을 분석하고, 상기 피뢰기의 열화 정도와 열화상태를 검출하는 단계로 구성된다.
한편, 본 발명에 따른 전-광 변환장치는 구체적으로, 변환장치를 구성하는 실리콘 위상 쉬프터를 포함하여 구성되며, 이는 광도파로 및 복수의 불순물 영역들을 포함한다. 광도파로는 광신호를 수송한다. 광도파로와 불순물 영역들의 구성 물질에 따라서 입력 광신호와 출력 광신호의 위상차가 결정될 수 있다. 복수의 불순물 영역들은 광도파로와 지그재그 패턴의 접합면들을 각각 가지도록 형성되고, 전하 캐리어들을 각각 내포한다. 복수의 불순물 영역들은 제1 전하 캐리어들을 포함하는 제1 불순물 영역 및 제2전하 캐리어들을 포함하는 제2 불순물 영역을 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 복수의 불순물 영역들 중 적어도 하나의 불순물 영역은 광도파로와의 사이에 일자 패턴의 접합면을 가질 수 있다. 광도파로를 통과하는 입력 광신호는 광도파로의 물리적 특성에 따라 다른 진행 양상을 나타낸다. 불순물 영역들에 일정 전압을 가하면 불순물 영역내의 전하 캐리어들이 광도파로 내에 접합면을 통하여 유입되게 되어 광도파로의 물리적 특성, 예를 들면 굴절률이 변화한다. 굴절률이 변화된 광도파로에 입력 광신호가 통과하면 위상이 쉬프트 된 출력 광신호가 얻어진다. 즉, 실리콘 위상 변조기는 인가 받은 외부 전기 신호들에 기초하여 상기 전하 캐리어들의 농도를 조절함으로써, 입력 광신호와 출력 광신호 사이의 위상 변위를 제어할 수 있다.
이와 같이 구성되는 본 발명은 피뢰기 상태 진단을 위한 진단장치의 전원회로를 포함하는 진단장치를 전기적으로 절연시킴으로써 전위차를 극복함으로써 진단장치의 안정성을 확보할 수 있고, 전원회로의 전기적 절연으로 전원회로와 장치의 전위차를 해소할 수 있으며, 전원회로의 전기적 절연은 상용교류 전원계통과 장치의 전원회로를 자기적으로 유도결합하는 방식으로 완전절연이 가능한 이점이 있다.
이상, 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려, 첨부된 청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
100 : 진단장치 101 : 자기유도회로부
110 : 회로부 111 : 누설전류검출부
112 : 중앙제어부 113 : 전-광 변환기
114 : 광-전 변환기 115 : A/D 변환기
116 : 통신드라이버 117 : 사용자 단말기
110 : 회로부 111 : 누설전류검출부
112 : 중앙제어부 113 : 전-광 변환기
114 : 광-전 변환기 115 : A/D 변환기
116 : 통신드라이버 117 : 사용자 단말기
Claims (5)
- 변전용 피뢰설비 상태진단을 위한 피뢰기 진단장치에 있어서,
상기 피뢰기 진단장치는 누설전류 정보를 분석하기 위하여 에이디(A/D) 변환부에서 출력되는 디지털 신호의 데이터 분석을 통해 전체 누설전류의 파형 정보와 최대값 및 실효값, 제3고조파 성분의 최대값을 산출하고, 이를 토대로 전체누설전류의 위상-파고분포 정보를 생성하며, 상기 누설전류의 측정 신호의 고속푸리에 변환을 통한 전체 누설전류의 주파수 분포를 분석하여 피뢰기를 진단하고,
상기 피뢰기의 접지도선의 누설전류를 측정하기 위한 검출센서와 임피던스 변환기를 포함하는 누설전류 검출부;와
상기 누설전류 검출부에서 출력되는 전기적 신호를 소정 거리 이격된 위치에서 수신하기 위한 신호 전송부;를 포함하며
상기 피뢰기 진단장치에 전원을 공급하기 위한 전원회로는 상용교류로부터 자기유도회로부를 통해 자기유도결합으로 전원을 공급받아 구성되되
상기 자기유도회로부는,
외부 전원공급부에서 진단장치로 전원을 공급하고자 할 때, 자기유도회부의 공진 주파수를 매칭하여 외부 전원공급부에서 송신되는 무선 전력을 자기공진유도 방식으로 수신하도록 제어하며,
상기 자기유도회로부의 공진 주파수를 매칭하기 위한 매칭회로와, 상기 매칭회로와 병렬로 연결되어 있는 전력제어 커패시터와 상기 매칭회로와 연결되고 타단이 상기 전력제어 커패시터와 연결되어 있는 매칭 스위치를 포함하는 매칭 네트워크와, 공급된 전력을 정류하는 정류기를 포함하고
상기 진단장치에 전원을 충전하는 전원충전부(170)가 구비되며 상기 전원충전부가 전원을 공급하는 전원공급부(200)에 근접하여 배치되면, 전자기장의 원리에 의해 전원충전부의 1차코일(172)로부터 전원공급부(200)의 2차 코일(201)로 유도기전력을 발생시키는 전원공급부를 포함하는 자기유도 회로부로 구성되되
전원충전부의 PCB 기판의 제조는 PCB 회로기판의 원재료의 표면에 두께가 20~30미크론(um)의 구리박막(Cu foil)을 한쪽에 더 구비시켜 상기 구리박막이 양쪽으로 구비된 상태에서, 1차코일의 시드(seed)와 회로를 동시에 에칭하되 양쪽을 함께 에칭하여 상기 1차코일의 시드(seed)가 상기 PCB기판의 양쪽면에 형성되되 1차코일의 두께는 50~70 미크론 구조로 형성하고,그 형태는 나선형의 형태를 갖도록 에칭되도록 하며
전원충전부의 상기 PCB 기판의 양쪽 표면에 형성된 2차코일의 시드(seed) 부위만을 반복으로 동도금하여 2차코일을 형태를 완성시키되 그 두께를 80~150 미크론(0.08~0.15mm)으로 증가시키고,
동박 코일 위에 1~10 미크론 정도의 금 도금(Au), 은 도금(Ag), 또는 납 도금을 실시하여 1차코일 및 2차코일의 두께를 증가시키면서 충전효율을 최대화하며
상기 신호 전송부는,
상기 누설전류 검출부의 출력단으로 제공되는 전기적 신호를 광 신호로 변환시키기 위한 전-광 변환장치와, 상기 전-광 변환장치에서 출력되는 광신호를 소정 거리 이격된 위치에서 상기 광신호를 전기적 신호로 변환하기 위한 광-전 변환장치와, 상기 전-광 변환장치 및 광-전 변환장치사이에서 광전신호를 전송하는 광화이버 및 상기 광-전 변환장치에서 출력되는 전기적 신호를 증폭시키기 위한 신호 증폭기로 구성되며
이때 상기 전-광 변환장치는, 광신호들을 분리하는 광분할부와
상기 분리된 광신호들 중 적어도 하나의 위상을 외부 전기 신호에 기초하여 쉬프트하는 적어도 하나의 실리콘 위상 쉬프터를 포함하고,
상기 적어도 하나의 위상이 쉬프트된 광신호를 포함하는 광신호들을 제 1출력 광신호 및 제2 출력 광신호로서 각각 출력하는 위상 쉬프트부 및 상기 제1,2 출력 광신호들을 결합하여 전광(electro-optic) 변조된 광신호를 생성하는 광결합부를 포함하며,
상기 실리콘 위상 쉬프터는, 광도파로와 지그재그 패턴의 접합면들을 각각 가지도록 형성되고, 전하 캐리어들을 포함하는 불순물 영역들을 포함하여 구성되는 변전용 피뢰설비 상태진단을 위한 피뢰기 진단장치. - 제 1항에 있어서, 상기 피뢰기 진단장치는,
상기 신호 전송부에서 출력되는 전체 누설전류 측정신호의 제3고조파 신호성분만을 추출하기 위한 대역필터;
상기 전체 누설전류 측정신호 및 대역필터에서 출력되는 제3고조파 신호성분을 디지털 신호로 변환하기 위한 에이디(A/D) 변환부;
상기 에이디(A/D) 변환부에서 출력되는 디지털 신호의 데이터 분석을 통해 전체 누설전류의 파형 정보와 최대값 및 실효값, 제3고조파 성분의 최대값을 산출하고, 이를 토대로 전체누설전류의 위상-파고분포 정보를 생성하며, 상기 누설전류의 측정 신호의 고속푸리에 변환을 통한 전체 누설전류의 주파수 분포를 분석하는 중앙 제어부; 및
상기 중앙 제어부의 출력 포트에 접속되어 상기 누설전류의 파형 정보와, 파고분포 정보 및 주파수 분포에 따른 검출 정보를 개인용 컴퓨터 또는 외장형 프린터로 전송하기 위한 통신 드라이버를 포함하여 구성되는 변전용 피뢰설비 상태진단을 위한 피뢰기 진단장치.
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