KR102259953B1 - 변압기 상태 감시 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
전력망을 효율적이고 안정적으로 운영하기 위한 변압기 상태를 진단하고 감시하는 변압기 상태 감시 장치를 제공한다. 상기 변압기 상태 감시 장치는, 입사광선을 출력하고, 상기 입사광선이 절연유에 산란 반사되어 생성되는 산란 반사 광선을 수광하여 변압기의 측정 정보를 생성하는 탁도 검출계를 갖는 내부 센서, 및 상기 내부 센서와 전기적으로 연결되며, 상기 변압기의 현재 상태 정보를 생성하기 위해 상기 측정 정보를 외부로 송출하는 외부 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 변압기 상태 감시 기술에 관한 것으로서, 더 상세하게는 전력망을 효율적이고 안정적으로 운영하기 위한 변압기 상태를 진단하고 감시하는 변압기 상태 감시 장치 및 방법에 대한 것이다.
변압기는 전력망을 효율적이고 안정적으로 운영하기 위한 필수 기자재로서 일반적으로 고가의 제품에 속한다. 또한, 변압기는 전력공급 시스템의 주요설비 중 하나이고 높은 신뢰성 유지가 요구된다. 이러한 변압기는 운전중에 열화등으로 전기적, 기계적인 성능이 저하되어 이상이 발생하는 경우가 있는데 이런 현상을 사전에 감지하여 적절한 조치를 취하지 않으면 중대한 사고를 일으킬 수 있다.
특히, 초고전압 유압 변압기는 전기적 절연을 위한 절연 매질로서 절연유(Oil)를 사용하는 초고압 변압기이다. 이러한 초고압 변압기는 전력계통에 전기적으로 접속되게 설치되어 장기간 운전을 하게 되면 여러 가지 원인에 의해 다양한 유형의 고장이 발생할 수 있으며, 이러한 고장사고에 따른 피해규모도 증가하는 추세이다.
그러나, 변압기의 상태 진단을 위해 현재 적용중인 기술들은 고가의 장비(케이블 부분 방전 검출 등)가 수반되는 것으로 송전급 변압기만 감시를 하고 있는 현실이다. 그러므로 저가 공급이 가능하고 보다 정밀한 변압기 상태진단 기술이 요구되고 있다.
본 발명은 위 배경기술에 따른 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로서, 전력망을 효율적이고 안정적으로 운영하기 위한 변압기 상태를 진단하고 감시하는 변압기 상태 감시 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 그러므로 저가 공급이 가능하고 보다 정밀한 변압기의 상태 진단이 가능한 변압기 상태 감시 장치 및 방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.
본 발명은 위에서 제시된 과제를 달성하기 위해, 전력망을 효율적이고 안정적으로 운영하기 위한 변압기 상태를 진단하고 감시하는 변압기 상태 감시 장치를 제공한다.
상기 변압기 상태 감시 장치는,
입사광선을 출력하고, 상기 입사광선이 절연유에 산란 반사되어 생성되는 산란 반사 광선을 수광하여 변압기의 측정 정보를 생성하는 탁도 검출계를 갖는 내부 센서; 및
상기 내부 센서와 전기적으로 연결되며, 상기 변압기의 현재 상태 정보를 생성하기 위해 상기 측정 정보를 외부로 송출하는 외부 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 탁도 검출계는 입사광선을 출력하는 발광부와 상기 산란 반사 광선을 수광하는 수광부로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 내부 센서는, 변압기의 내부 온도 또는 외함의 외함 온도를 센싱하는 온도 센서 소자; 및 상기 발광부 및 수광부를 내측에 삽입하는 센서 케이스;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 센서 케이스는 원통형으로 절연성 재질인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 수광부는 상기 변압기의 외함 내부면에서 산란되는 광을 최소화하기 위해 원통형 안쪽에 위치하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 센서 케이스의 안쪽면은 흑체로 도색 또는 코팅되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 발광부, 수광부, 및 센서 케이스는 상기 절연유에 닿지 않게 상기 변압기의 내측에 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 센서 케이스의 상단면에 유증기를 검출하기 위한 유증기 검출계가 배치되는 특징으로 한다.
또한, 상기 탁도 검출계 및 유증기 검출계는 상호 광간섭의 발생을 방지하기 위해 상호 교차하여 온(On)되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 외부모듈은 상기 외함의 표면상에 설치되는 열전 발전 모듈에 의해 전원을 공급받는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 열전 발전 모듈은 상기 외함의 표면상에 부착되어 열을 흡열하는 흡열부와 열을 방출하는 하우징 사이에 배치되며, 상기 열전 발전 모듈의 열이 사방으로 흩어지지 않도록 단열재가 상기 열전 발전 모듈의 주변에 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 내부 센서는 상기 변압기의 내부 수소 농도를 검출하는 수소 검출기 및 내부 습도를 검출하는 습도계 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.
다른 한편으로, 본 발명의 다른 일실시예는, 입사광선을 출력하고, 상기 입사광선이 절연유 내에서 산란 투과되어 생성되는 산란광량 및 투광량을 검출하여 변압기의 측정 정보를 생성하는 다수의 탁도 검출계를 갖는 내부 센서; 및 상기 내부 센서와 전기적으로 연결되며, 상기 변압기의 현재 상태 정보를 생성하기 위해 상기 측정 정보를 외부로 송출하는 외부 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 변압기 상태 감시 장치를 제공한다.
또한, 상기 다수의 탁도 검출계는 상기 입사광선을 출력하는 발광부; 상기 입사광선이 산란되는 산란광을 검출하는 산란광 검출부; 및 상기 입사광선이 투과되는 투광을 검출하는 투광 검출부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 산란광 검출부와 투광 검출부는 직각으로 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 다수의 탁도 검출계 중 상기 제 1 탁도 검출계는 절연유 내부 하층부에 위치되며, 제 2 탁도 검출계는 절연유 내부 상층부에 위치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 현재 상태 정보 중 탁도는 산란광량을 투광량으로 나눈값인 것을 특징으로 한다.
또 다른 한편으로, 본 발명의 또 다른 일실시예는, (a) 탁도 검출계를 갖는 내부 센서가 입사광선을 출력하는 단계; (b) 상기 내부 센서가 상기 입사광선이 절연유에 산란 반사되어 생성되는 산란 반사 광선을 수광하여 변압기의 측정 정보를 생성하는 단계; 및 (c) 상기 내부 센서와 전기적으로 연결되는 외부 모듈이 상기 변압기의 현재 상태 정보를 생성하기 위해 상기 측정 정보를 외부로 송출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 변압기 상태 감시 방법을 제공한다.
또 다른 한편으로, 본 발명의 또 다른 일실시예는, (a) 다수의 탁도 검출계를 갖는 내부 센서가 입사광선을 출력하는 단계; (b) 상기 내부 센서가 상기 입사광선이 절연유 내에서 산란 투과되어 생성되는 산란광량 및 투광량을 검출하여 변압기의 측정 정보를 생성하는 단계; 및 (c) 상기 외부 모듈이 상기 내부 센서와 전기적으로 연결되며, 상기 변압기의 현재 상태 정보를 생성하기 위해 상기 측정 정보를 외부로 송출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 변압기 상태 감시 방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 저가형 보급형 센서로 구성할 수 있어 상태 진단 장비를 저가로 양산할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 효과로서는 변압기를 실시간으로 종합 관리할 수 있고 정전사고를 예방할 수 있다는 점을 들 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 고가의 변압기 수명을 예측할 수 있어 효율적인 자산관리를 수행할 수 있다는 점을 들 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 자가전원 공급 가능한 일체형 열전발전 장치를 적용하여 유지보수 비용을 절감할 수 있다는 점을 들 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 자가 전원형 무선 센싱으로 설치비를 획기적으로 절감할 수 있다는 점을 들 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 변압기 상태 감시 장치의 개념을 보여주는 도면이다.
도 2는 일반적인 절연유 열화에 따른 절연유 탁도를 보여주는 그래프이다.
도 3은 일반적인 절연유 탁도에 따른 산란/반사광량을 보여주는 그래프이다.
도 4는 일반적이 권선-외함간 거리에 따른 절연유 온도를 보여주는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 변압기 상태 감시 장치를 변압기에 부착한 모형도이다.
도 6은 도 5에 도시된 내부 센서의 구성도이다.
도 7은 본 발명의 다른 일실시예에 따른 유증기 검출계가 포함된 내부센서의 구성도이다.
도 8은 도 5에 도시된 외부모듈의 구성도이다.
도 9는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 열전 발전 모듈을 활용한 외함의 구성도이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 네트워크 구성도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 내부 센서의 개념을 보여주는 도면이다.
도 12는 도 11에 도시된 탁도 검출계의 세부 구성예시이다.
도 13은 도 10에 도시된 중앙 연산 서버의 세부 구성 블럭도이다.
도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 변압기 상태 감시 과정을 보여주는 흐름도이다.
도 2는 일반적인 절연유 열화에 따른 절연유 탁도를 보여주는 그래프이다.
도 3은 일반적인 절연유 탁도에 따른 산란/반사광량을 보여주는 그래프이다.
도 4는 일반적이 권선-외함간 거리에 따른 절연유 온도를 보여주는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 변압기 상태 감시 장치를 변압기에 부착한 모형도이다.
도 6은 도 5에 도시된 내부 센서의 구성도이다.
도 7은 본 발명의 다른 일실시예에 따른 유증기 검출계가 포함된 내부센서의 구성도이다.
도 8은 도 5에 도시된 외부모듈의 구성도이다.
도 9는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 열전 발전 모듈을 활용한 외함의 구성도이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 네트워크 구성도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 내부 센서의 개념을 보여주는 도면이다.
도 12는 도 11에 도시된 탁도 검출계의 세부 구성예시이다.
도 13은 도 10에 도시된 중앙 연산 서버의 세부 구성 블럭도이다.
도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 변압기 상태 감시 과정을 보여주는 흐름도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 도면에서 표시된 구성요소의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장된 것일 수 있다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭하며, “및/또는”은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 “포함한다” 및/또는 “구성된다”는 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
비록 제1, 제2 등의 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 대해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소와 구별하기 위하여 사용되는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제 1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 변압기 상태 감시 장치 및 방법을 상세하게 설명하기로 한다.
변압기의 상태변화는 부하 이력(과부하 또는 중부하 지속 및 누적시간), 제작 및 시공결함 등의 주요 원인으로, 변압기 불량의 주요 증상으로는 절연유 탁도 변화, 과열 등으로 나타난다. 그러므로, PD(Partial discharge) 센서 등의 고가설비를 부착하지 않아도 절연 유탁도, 부하 수준별 절연유, 및 외함온도 변화 검출로 변압기의 상태를 진단하고 추정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 변압기 상태 감시 장치(100)의 개념을 보여주는 도면이다. 도 1을 참조하면, 변압기 상태 감시 장치(100)는 입사광선(101)을 출력하는 발광부(120), 입사광선(101)이 절연유(110)에 산란 반산되어 생성되는 산란 반사 광선(102)을 수광하는 수광부(130) 등을 포함하여 구성될 수 있다. 발광부(120)는 LED(Light Emitting Diode), 레이저 다이오드, 유기 레이저 다이오드 등이 될 수 있다. 즉, 발광부(120)로부터 나온 광선이 외란에 의해 산란되고 반사되어 수광부(130)로 들어간다.
변압기는 발전소에서 생산된 전기를 멀리 떨어져 있는 변전소까지 이송하거나 이송된 고전압의 전기를 공장 또는 가정에서 사용할 수 있도록 적절한 전압으로 변압시키는 전력 설비기기로서, 하우징(Housing)에는 변압과정에 발생하는 열을 냉각하기 위하여 절연성을 갖는 절연 냉각유(이하 '절연유(Oil)'라 한다)가 채워져 있다. 이러한 절연유는 그 대부분이 석유계의 것이나, 일부는 불연성 합성절연유로서, 용도에 따라서 성상은 여러 가지이며, 일반적으로 부피 전기저항이 크고 점도가 낮으며, 산화에 대하여 안정성이 있는 것으로 사용하고 있다.
도 2는 일반적인 절연유 열화에 따른 절연유 탁도를 보여주는 그래프이다. 도 2를 참조하면, 절연유의 열화 수준에 따라 절연유 탁도가 증가한다. 부연하면, 변압기내에 산소가 존재하면 절연유는 산소와 반응하여 분자의 절단이 행해지고, 유용성 유기산과 유불용성 슬러지가 생성된다. 또한, 변압기 내에서 방전이 발생하면, 분자해리에 의해서 발생한 각 원자, 분자가 주위의 산소와 반응하여 산화열화와 같은 슬러지를 생성한다.
이와 같이, 절연유가 과열 또는 부분방전으로 인해 분해되면 이온화 가스가 발생되고, 이후 탄소가 점점 많이 발생되면, 금속의 영향으로 발생된 철, 구리 성분 등이 어떤 크기의 입자로 성장하는 도전성 파티클이 생성된다. 이와 같이, 변압기의 열화로 인해 발생된 탄소성 슬러지나 도전성 파티클이 절연유에 부유하면, 절연유의 열하에 따라 절연유 탁도가 변화된다.
도 3은 일반적인 절연유 탁도에 따른 산란/반사광량을 보여주는 그래프이다. 도 3을 참조하면, 절연유 탁도가 높아지면 흡수되는 광량이 높아지고 산란/반사광선의 량이 낮아진다. 그러므로, 절연유 탁도를 분석하여 절연유 상태를 진단할 수 있다.
도 4는 일반적이 권선-외함간 거리에 따른 절연유 온도를 보여주는 그래프이다. 도 4를 참조하면, 변압기의 권선에서 외함까지 온도 분포는 지수 함수적인 관계가 있다. 권선-외함간 거리(I)가 증가함에 따라 절연유 온도(T)가 감소된다. 따라서, 변압기 권선과 절연유 중간부 온도(T2)와 외함온도(T1)를 측정하여 변압기 권선온도를 추정할 수 있고 변압기 상태를 감시할 수 있다. 이러한 온도 측정은 온도 센서를 통해 이루어진다.
또한, 변압기의 부하 수준(중부하, 경부하)에 따라 권선(미도시)에서 외함(미도시)까지의 거리(l)와 절연유 온도는 도 4과 같이 변한다. 즉, 중부하시의 온도분포(410), 경부하시의 온도분포(420), 및 무부하시의 온도분포(430)이 I-T 평면상에 도시된다. 그러므로, 절연유(110)의 중간부 온도와 외함온도를 측정하여 비교함으로써 절연유의 냉각 성능을 진단할 수 있다. 부연하면, 변압기 부하수준(즉 변압기 상태 관리 시스템등의 자료를 활용)을 알면, 변압기 형식별 부하수준별 온도분포 함수(ft(l))를 이용하여 설계온도의 일정범위를 벗어날 경우 다음과 같이 처리할 수 있다.
① 절연유 탁도가 안정권이면 권선 절연에 문제가 발생한 사고일 가능성이 높아 경고 발송
② 절연유 탁도가 나쁘면 절연유 불량일 가능성이 높아 경고 발송
③ 단, T1(외함온도 또는 외기온도)이 일정 수준 이상으로 높을 경우 ft(l)를 외기온도에 맞게 튜닝하여 위 ① 및 ②를 재판정
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 변압기 상태 감시 장치(100)를 변압기(500)에 부착한 모형도이다. 도 5를 참조하면, 변압기(500)의 외함(502)과 일정간격을 두고 권선(501)이 배치된다. 외함(502)의 일측에 외부모듈(510)이 부착되며, 이 외부모듈(510)은 내부 센서(520)와 전기적으로 연결된다. 내부 센서(520)는 절연유(110) 공간까지 삽입된다. 외부모듈(510)은 발광, 수광,
도 6은 도 5에 도시된 내부 센서(520)의 구성도이다. 도 6을 참조하면, 내부 센서(520)는 센서 케이스(610), 센서 케이스(610)내 설치되어 입사광선(101)을 출력하는 발광부(120), 상기 입사광선(101)이 절연유(110)에 산란 반산되어 생성되는 산란 반사 광선(102)을 수광하는 수광부(130), 온도를 센싱하는 온도 센서 소자(620), 발광부(120), 수광부(130)에 연결되는 광섬유(630) 등을 포함하여 구성될 수 있다.
센서 케이스(610)는 절연성 재질이 사용되며, 절연성 재질로는 실리콘 고무, 폴리머 등의 소재가 될 수 있다.
수광부(130)는 변압기의 외함(502) 내부면에서 산란되는 광을 최소화하기 위해 원통형 안쪽에 위치할 수 있다. 원통형의 안쪽면은 흑체로 도색 또는 코팅될 수 있다. 온도 센서 소자(620)는 서모 커플러 등이 사용될 수 있다.
내부 센서(520)의 온도 센서 소자(620)는 절연유(110)의 내부에 위치한다. 기타 발광부 및 수광부(120,130) 및 센서 케이스(610)는 절연유에 닿지 않게 설치하여 절연유(110)로부터 발광부 및 수광부(120,130)가 오염되지 않도록 한다. 또한, 발광부와 수광부(120,130)는 절연유(110)의 반사광을 최대화하기 위해 일정 각도를 갖게할 수 있다. 도 1을 참조하면, 각도(θ)는 다음 수학식과 같다.
여기서, b는 수광부와 발광부간 직선 거리이고, a는 b의 수직선상에서 발광부까지의 각도이다. 발광부와 수광부가 반드시 평형으로 유지되어야 하는 것은 아니고, 도 1에 도시된 바와 같이 일정 각도를 유지하여 변압기 내부의 산란광에 대한 영향을 최소화할 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 일실시예에 따른 유증기 검출계(730)가 포함된 내부센서(520)의 구성도이다. 도 7을 참조하면, 변압기(500)의 권선(502) 등에서 절연파괴가 발생할 경우, 유증기가 발생할 수 있다. 이로 인한 사고가 발생할 수 있는데 이를 감지하기 위해서 유증기 검출 센서 소자(730)를 추가할 수 있다.
유증기 검출 센서 소자(730)는 유증기가 발생할 경우, 발광부(730-1)로부터 출력되는 입사광선이 산란되어 수광부(730-2)에 도달하는 광량이 줄어드는 것을 검출하는 장치이다. 제 1 발광부-수광부(120,130)는 절연유 반사광을 이용한 탁도 검출계(720)이고, 제 2 발광부-수광부(730-1,730-2)는 유증기 검출계이다. 유증기 검출계와 탁도 검출계가 상호 광간섭이 발생할 수 있으므로, 이를 방지하기 위해 상호 교차하여 On 시킬 수 있다.
도 8은 도 5에 도시된 외부모듈(510)의 구성도이다. 도 8을 참조하면, 정보 획득부(800)는 탁도 검출계(720) 또는 유증기 검출계(730)로부터 측정된 변압기(500)의 측정 정보를 수신하는 기능을 수행한다.
연산부(810)는 획득된 측정 정보를 연산하여 절연유 탁도, 부하 수준별 절연유, 외함의 온도 변화값 등의 상태 정보를 산출하는 기능을 수행한다. 이를 위해, 프로세서, 전자회로 등의 하드웨어 및 소프트웨어 등이 구성될 수 있다.
통신부(820)는 LoRa, ZigBee, 와이파이, 블루투스 등의 통신 프로토콜을 사용하여 중앙 관리 서버(미도시)와 통신 연결하는 기능을 수행한다. 물론, 통신 연결은 무선을 통해 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 유선 및 무선의 통합이 될 수도 있다.
전원부(830)는 통신 및 센싱에 필요한 전원을 안정적으로 공급하기 위해 부스터, 안정기 등을 포함할 수 있다. 또한, 배터리 및/또는 상용전원을 사용할 수 있으나, 변압기의 외함(502)과 외기 온도차를 이용한 열전 발전 모듈을 사용할 수도 있다. 외부모듈(510)은 사용전원을 절약하기 위해 간헐적으로 전원을 On/Off 하는 기능을 포함할 수 있다. 물론, 이와달리, CT(Current Transformer)를 변압기 내부 전압 리드선에 설치하여 전원을 공급받을 수도 있다. CT는 교류이므로 AC/DC(Alternating Current/Direct Current) 컨버터(미도시)를 더 구성할 수 있다. 또한, 변압기 권선에서 전원을 인출하여 사용할 수도 있다.
도 9는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 열전 발전 모듈(910)을 활용한 외함(502)의 구성도이다. 도 9를 참조하면, 변압기(500)의 외함(502)의 표면상에 열을 흡열하는 흡열부(930)가 부착되고 이 흡열부(930)의 표면상에 열전 발전 모듈(910)이 부착되고, 이 열전 발전 모듈(910)의 표면상에 하우징(900)이 배치된다. 열전 발전 모듈(910)의 열이 사방으로 흩어지지 않도록 단열재(950)가 구성된다.
하우징(900)은 병열을 위한 히트 싱크가 일체로 형성된다. 또한, 흡열부(930)의 하단면은 외함(502)의 표면에 부착되기 위해 요홈이 형성된다. 하우징(900)의 내부에는 외부모듈(도 5의 510)이 놓인다. 안테나(940)는 통신부(820)에 구성된다.
물론, 열전 발전 모듈(910)의 전압이 낮으므로(수백 μV)에 불과하므로 부스터 컨버터(미도시)가 구성될 수 있다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 네트워크 구성도이다. 도 12를 참조하면, 다수의 변압기(500), 이 다수의 변압기(500)에 설치된 변압기 상태 감시 장치(100)로부터 상태 정보를 수신하는 게이트웨이(1010), 게이트웨이(1010)와 유선으로 연결되어 상태 정보를 수신하고, 이를 이용하여 알람 정보를 생성하는 중앙 연산 서버(1020) 등을 포함하여 구성될 수 있다.
도 11은 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 내부 센서(1110)의 개념을 보여주는 도면이다. 도 11을 참조하면, 내부 센서(1100)는 유증기 검출계(1110), 제 1 및 제 2 탁도 검출계(1120-1,1120-2), 온도 센서 소자(620)로 구성될 수 있다. 제 1 탁도 검출계(1120-1)는 절연유(110) 내부 하층부에 위치되며, 제 2 탁도 검출계(1120-2)는 절연유(110) 내부 상층부에 위치되고, 절연유 온도를 센싱하는 온도 센서 소자(1150)가 위치된다. 유증기 검출계(1110)는 절연유(110)의 범위를 벗어난 곳에 위치된다. 즉, 내부 센서(1100)는 절연유 내부에 위치할 수 있다.
도 12는 도 11에 도시된 탁도 검출부의 세부 구성예시이다. 도 12를 참조하면, 탁도 검출계(1120-1,1120-2) 또는 유증기 검출계(1110)는 장시간 절연유 또는 유증기에 노출될 경우, 발광부/수광부가 오염등으로 측정 정밀도가 저하될 수 있다. 그러므로, 정밀 검출을 할 수 있도록 탁도 검출계(1120-1,1120-2)는 입사광선(101)을 출력하는 발광부(1220), 상기 입사광선(101)이 산란되는 산란광을 검출하는 산란광 검출부(1240), 상기 입사광선(101)이 투과되는 투광을 검출하는 투광 검출부(1230) 등으로 구성될 수 있다. 이때 탁도는 산란광량을 투과량으로 나눈(산란광량/투광량)값이 될 수 있다.
도 13은 도 10에 도시된 중앙 연산 서버(1020)의 세부 구성 블럭도이다. 도 13을 참조하면, 중앙 연산 서버(1020)는 구성요소들 제어하는 제어부(1310), 모듈 어드레스와 변압기 형별을 매핑하는 매핑부(1320), 변압기 형별 특성(부하수준별 절연유 온도, 탁도 등)을 저장하여 현장 데이터와 비교/연산하는 판단부(1330), 변화이력을 관리하는 저장부(1350), 이상현상 발견시 이를 관리자에게 알려 주는 알람부(1340), 게이트웨이(1010)와 통신 연결되어 데이터를 주고받는 통신부(1360) 등으로 구성될 수 있다.
알람부(1340)는 절연유 탁도, 유증기 발생정도, 절연유 온도, 변압기 부하수준 등을 종합적으로 고려하여 정상-주의-심각 등의 알람 등급을 관리자에게 알려주는 기능을 포함할 수 있다.
예를 들어 절연 유탁도가 일정 수준 이상이고 유증기 발생이 일정수준 이상이면 심각상태, 절연유 탁도가 일정수준 이상이고 유증기가 발생이 일정 수준 이하이면 주의 상태, 유증기가 발생하고 내부온도가 일정 수준 이상이면 심각상태, 변압기 부하상태가 일정 수준 이하이고 외함 온도 또는 외부 온도가 일정수준 이하이면서 절연유 온도가 일정 수준 이상이면 심각상태 등을 들 수 있다.
도 13에 도시된 제어부, 매핑부, 판단부, 알람부는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 소프트웨어 및/또는 하드웨어로 구현될 수 있다. 하드웨어 구현에 있어, 상술한 기능을 수행하기 위해 디자인된 ASIC(application specific integrated circuit), DSP(digital signal processing), PLD(programmable logic device), FPGA(field programmable gate array), 프로세서, 마이크로프로세서, 다른 전자 유닛 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 소프트웨어 구현에 있어, 소프트웨어 구성 컴포넌트(요소), 객체 지향 소프트웨어 구성 컴포넌트, 클래스 구성 컴포넌트 및 작업 구성 컴포넌트, 프로세스, 기능, 속성, 절차, 서브 루틴, 프로그램 코드의 세그먼트, 드라이버, 펌웨어, 마이크로 코드, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조, 테이블, 배열 및 변수를 포함할 수 있다. 소프트웨어, 데이터 등은 메모리에 저장될 수 있고, 프로세서에 의해 실행된다. 메모리나 프로세서는 당업자에게 잘 알려진 다양한 수단을 채용할 수 있다.
저장부(1350)는 메모리 등이 될 수 있으며, 통신부(1360)는 통신회로, 칩 등으로 구성될 수 있다.
도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 변압기 상태 감시 과정을 보여주는 흐름도이다. 도 14를 참조하면, 변압기 상태 감시 장치(100)가 변압기(500)를 측정하여 측정 정보를 생성한다(단계 S1410). 이후, 중앙 관리 서버(102)는 이 측정 정보를 이용하여 상태 정보를 생성하고, 이 상태 정보를 설정값과 비교한다(단계 S1420).
이후, 각 상태별 진단을 하고, 알람 표시를 출력한다(단계 S1440).
또한, 여기에 개시된 실시형태들과 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계들은, 마이크로프로세서, 프로세서, CPU(Central Processing Unit) 등과 같은 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) 코드, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다.
상기 매체에 기록되는 프로그램 (명령) 코드는 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 테이프 등과 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD, 블루레이 등과 같은 광기록 매체(optical media) 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 (명령) 코드를 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 반도체 기억 소자가 포함될 수 있다.
여기서, 프로그램 (명령) 코드의 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.
110: 절연유
120: 발광부
130: 수광부
500: 변압기
520: 내부 센서
510: 외부 모듈
120: 발광부
130: 수광부
500: 변압기
520: 내부 센서
510: 외부 모듈
Claims (18)
- 입사광선(101)을 출력하고, 상기 입사광선(101)이 절연유(110)에 산란 반사되어 생성되는 산란 반사 광선(102)을 수광하여 변압기(500)의 측정 정보를 생성하는 탁도 검출계(720)를 갖는 내부 센서(520); 및
상기 내부 센서(520)와 전기적으로 연결되며, 상기 변압기(500)의 현재 상태 정보를 생성하기 위해 상기 측정 정보를 외부로 송출하는 외부 모듈(510);을 포함하며,
상기 탁도 검출계(720)는 입사광선(101)을 출력하는 발광부(120)와 상기 산란 반사 광선(102)을 수광하는 수광부(130)로 이루어지며,
상기 내부 센서(520)는, 변압기(500)의 내부 온도 또는 외함(502)의 외함 온도를 센싱하는 온도 센서 소자(620); 및 상기 발광부(120) 및 수광부(130)를 내측에 삽입하는 센서 케이스(610);를 포함하고,
상기 센서 케이스(610)는 원통형으로 절연성 재질이고,
상기 센서 케이스(610)의 안쪽면은 흑체로 도색 또는 코팅되어 원통형 안쪽에 위치하는 것을 특징으로 하는 변압기 상태 감시 장치.
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 수광부(130)는 상기 변압기(500)의 외함(502) 내부면에서 산란되는 광을 최소화하기 위해 원통형 안쪽에 위치하는 것을 특징으로 하는 변압기 상태 감시 장치. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 발광부(120), 수광부(130), 및 센서 케이스(610)는 상기 절연유(110)에 닿지 않게 상기 변압기(500)의 내측에 설치되는 것을 특징으로 하는 변압기 상태 감시 장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 센서 케이스(610)의 상단면에 유증기를 검출하기 위한 유증기 검출계(730)가 배치되는 특징으로 하는 변압기 상태 감시 장치.
- 제 7 항에 있어서,
상기 탁도 검출계(720) 및 유증기 검출계(730)는 상호 광간섭의 발생을 방지하기 위해 상호 교차하여 온(On)되는 것을 특징으로 하는 변압기 상태 감시 장치.
- 제 4 항에 있어서,
상기 외부모듈(510)은 상기 외함(502)의 표면상에 설치되는 열전 발전 모듈(910)에 의해 전원을 공급받는 것을 특징으로 하는 변압기 상태 감시 장치. - 제 9 항에 있어서,
상기 열전 발전 모듈(910)은 상기 외함(502)의 표면상에 부착되어 열을 흡열하는 흡열부(930)와 열을 방출하는 하우징(900) 사이에 배치되며, 상기 열전 발전 모듈(910)의 열이 사방으로 흩어지지 않도록 단열재(950)가 상기 열전 발전 모듈(910)의 주변에 설치되는 것을 특징으로 하는 변압기 상태 감시 장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 내부 센서(520)는 상기 변압기(500)의 내부 수소 농도를 검출하는 수소 검출기 및 내부 습도를 검출하는 습도계 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 변압기 상태 감시 장치.
- 입사광선(101)을 출력하고, 상기 입사광선(101)이 절연유(110) 내에서 산란 투과되어 생성되는 산란광량 및 투광량을 검출하여 변압기(500)의 측정 정보를 생성하는 다수의 탁도 검출계(1120-1,1120-2)를 갖는 내부 센서(1100); 및
상기 내부 센서(1100)와 전기적으로 연결되며, 상기 변압기(500)의 현재 상태 정보를 생성하기 위해 상기 측정 정보를 외부로 송출하는 외부 모듈(510);을 포함하며,
상기 다수의 탁도 검출계(1120-1,1120-2)는
상기 입사광선(101)을 출력하는 발광부(1220);
상기 입사광선(101)이 산란되는 산란광을 검출하는 산란광 검출부(1240); 및
상기 입사광선(101)이 투과되는 투광을 검출하는 투광 검출부(1230);를 포함하는 것을 특징으로 하는 변압기 상태 감시 장치.
- 삭제
- 제 12 항에 있어서,
상기 산란광 검출부(1240)와 투광 검출부(1230)는 직각으로 배치되는 것을 특징으로 하는 변압기 상태 감시 장치.
- 제 12 항에 있어서,
상기 다수의 탁도 검출계(1120-1,1120-2) 중 상기 제 1 탁도 검출계(1120-1)는 절연유(110) 내부 하층부에 위치되며, 제 2 탁도 검출계(1120-2)는 절연유(110) 내부 상층부에 위치되는 것을 특징으로 하는 변압기 상태 감시 장치.
- 제 12 항에 있어서,
상기 현재 상태 정보 중 탁도는 산란광량을 투광량으로 나눈값인 것을 특징으로 하는 변압기 상태 감시 장치.
- (a) 탁도 검출계(720)를 갖는 내부 센서(520)가 입사광선(101)을 출력하는 단계;
(b) 상기 내부 센서(520)가 상기 입사광선(101)이 절연유(110)에 산란 반사되어 생성되는 산란 반사 광선(102)을 수광하여 변압기(500)의 측정 정보를 생성하는 단계; 및
(c) 상기 내부 센서(520)와 전기적으로 연결되는 외부 모듈(510)이 상기 변압기(500)의 현재 상태 정보를 생성하기 위해 상기 측정 정보를 외부로 송출하는 단계;를 포함하며,
상기 탁도 검출계(720)는 입사광선(101)을 출력하는 발광부(120)와 상기 산란 반사 광선(102)을 수광하는 수광부(130)로 이루어지며,
상기 내부 센서(520)는, 변압기(500)의 내부 온도 또는 외함(502)의 외함 온도를 센싱하는 온도 센서 소자(620); 및 상기 발광부(120) 및 수광부(130)를 내측에 삽입하는 센서 케이스(610);를 포함하고,
상기 센서 케이스(610)는 원통형으로 절연성 재질이고,
상기 센서 케이스(610)의 안쪽면은 흑체로 도색 또는 코팅되는 것을 특징으로 하는 변압기 상태 감시 방법.
- (a) 다수의 탁도 검출계(1120-1,1120-2)를 갖는 내부 센서(1100)가 입사광선(101)을 출력하는 단계;
(b) 상기 내부 센서(1100)가 상기 입사광선(101)이 절연유(110) 내에서 산란 투과되어 생성되는 산란광량 및 투광량을 검출하여 변압기(500)의 측정 정보를 생성하는 단계 ; 및
(c) 외부 모듈(510)이 상기 내부 센서(1100)와 전기적으로 연결되며, 상기 변압기(500)의 현재 상태 정보를 생성하기 위해 상기 측정 정보를 외부로 송출하는 단계;를 포함하며,
상기 다수의 탁도 검출계(1120-1,1120-2)는
상기 입사광선(101)을 출력하는 발광부(1220);
상기 입사광선(101)이 산란되는 산란광을 검출하는 산란광 검출부(1240); 및
상기 입사광선(101)이 투과되는 투광을 검출하는 투광 검출부(1230);를 포함하는 것을 특징으로 하는 변압기 상태 감시 방법.
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| KR102013654B1 (ko) * | 2019-04-30 | 2019-08-23 | 주식회사 파워맥스 | 통합형 센서 내장형 자기진단 변압기 |
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