KR102329845B1 - 전기설비의 절연물 특성 열화 감시 및 진단 시스템을 내장한 수배전반 - Google Patents

전기설비의 절연물 특성 열화 감시 및 진단 시스템을 내장한 수배전반 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기설비의 절연물 특성 열화 감시 및 진단 시스템을 내장한 수배전반이고, 상기 전기설비의 절연물 특성 열화 감시 및 진단 시스템은, 수배전반 내부기기들의 절연물의 열화에 의하여 발생되는 자외선을 검출하는 자외선 감지센서와, 수배전반 내부기기들의 절연물의 열화에 의하여 발생되는 초음파를 감지하는 초음파 감지센서와, 수배전반 내부기기들의 절연물의 열화에 의하여 발생되는 전파를 감지하는 헬리컬 안테나로 구성되고, 수배전반 내부에서 발생되는 자외선, 초음파 및 전파 발생량에 따라 전기신호를 발생시키는 검출부; 복수 개의 카메라로 구성되어 상기 수배전반 내부기기들의 절연물을 포함하는 절연물 이미지를 촬영하는 촬영부; 상기 검출부에서 검출된 전기신호를 연속적으로 공급받아, 이를 기초로 생성되는 열화상태 변화율값 및 열화상태 변화누적값을 연산하며, 상기 열화상태 변화율값 및 열화상태 변화누적 값을 이용하여 상기 검출부에 의하여 검출된 내부기기들의 제1 열화정보를 생성하는 제1 연산부; 상기 절연물 이미지에 포함된 절연물 영역에 대하여 픽셀 당 RGB (Red Green Blue) 값을 확인하고, 픽셀당 RGB 값에서의 R 색상, G 색상 및 B 색상 간의 관계를 이용하여 내부기기들의 제2 열화정보를 생성하는 제2 연산부; 및 상기 제1 열화정보 및 제2 열화정보와 기준 열화정보를 비교하고, 비교 결과를 기초로 소정의 열화판정 알고리즘에 의하여 내부기기들의 절연물의 열화를 판정하는 판정부를 포함하여 구성되는 전기설비의 절연물 특성 열화 감시 및 진단 시스템을 내장한 수배전반에 관한 것으로, 수배전반의 열화에 따른 자외선, 초음파, 전파 및 온도 정보 등을 종합적으로 감지하여 검출하고, 신뢰성, 실용성 및 경제성이 있는 열화감시 및 진단방법을 통해 전기설비 이상 발생 시 긴급상황에 신속하게 대처할 수 있는 효과가 있다.

Description

전기설비의 절연물 특성 열화 감시 및 진단 시스템을 내장한 수배전반{POWER DISTRIBUTING BOARD HAVING SYSTEM FOR SENSING AND CHECKING DETERIORATION OF ELECTRICAL EQUIPMENT INSULATOR}
본 발명은 전기설비의 절연물 특성 열화 감시 및 진단 시스템을 내장한 수배전반에 관한 것이다.
전기설비는 도체와 절연체로 구성되고, 도체를 통해서 전기에너지가 공급되며, 절연체는 이 도체를 지지하고 보호하는 역할을 한다. 절연체는 대부분 고무나 합성재질로 구성되며 시간이 경과함에 따라서 절연특성이 나빠지는 경향이 있다. 오염이나 균열이 있는 경우에는 절연특성의 약화(열화)가 급속히 진행되는 특성을 보인다.
일반적으로, 전기절연체의 성능을 확인하기 위하여 절연저항을 측정하고 있으나, 이 방법을 적용하기 위하여 정전이 필수적이다. 즉, 절연저항을 측정하는 동안에는 전기에너지의 공급도 중단되는 문제가 수반된다. 따라서, 방전현상에서 나타나는 여러 가지 특성을 비접촉 방식으로 계측하여 종합적으로 판단하면 정전 없이 활선 상태에서도 전기설비의 절연물 상태를 진단할 수 있다.
한편, 공급되는 전기의 전류 성분에 포함된 주파수를 분석하는 방법과 같이 추가의 검출기를 적용하는 방법도 사용되고 있으나, 이와 같은 종류의 방법을 사용하기 위하여 사전에 전류의 주파수 성분을 검출하는 장치와 같은 별도의 검출기가 각 도체에 체결되어있어야 하는 부담이 있다. 또한, 이러한 방법은 검출기가 설치된 도체 구간에 대하여만 검사 및 진단이 가능한 한계가 있다.
전기설비의 절연체가 열화되면 연면방전이 발생하는데 이 방전현상에서는 열, 자외선, 전파, 초음파, 진동 등의 물리적 현상과 절연물의 화학변화에 의한 특성 가스가 발생된다.
이러한 방전현상에 수반되는 화학적 특성은 방전 강도가 매우 커진 상황에서 나타나며, 초기의 미소방전에서는 나타나지 않는다. 또한, 열과 진동도 초기의 미소방전 상태에서는 거의 감지되지 않는다. 그러나, 자외선, 전파, 초음파는 미소방전에서도 검출이 용이하여 전기설비의 절연체 열화상태를 진단하는데 적용이 가능하다.
그러나, 이러한 물리적 현상은 불규칙적이고 절연물 열화에 의한 방전현상 외의 원인으로도 발생한다. 진단에 오류를 일으키는 원인으로는 다음과 같은 상황이 있다.
즉, 초음파 발생은 외부 잡음, 충격, 중량물 진동 등이고, 자외선 발생은 전등, 용접불꽃, 햇볕 등이며, 전파발생은 방송전파, 무전기, 이동통신기기, 무선통신기기 등이 원인이 될 수 있다.
따라서, 절연체에서의 방전이 발생함을 진단하기 위하여 이러한 물리현상을 적절히 감지하고 외부 요인을 제거하는 방법을 적용하여 절연체 열화 진단을 해야 할 필요성이 대두되고 있다.
등록특허공보 제10-1112003호 (공고일자: 2012. 02. 24)
전술한 문제점을 개선하기 위한 본 발명 실시예들의 목적은 수배전반의 열화에 따른 자외선, 초음파, 전파 및 온도 정보 등을 종합적으로 감지하여 검출하고, 신뢰성, 실용성 및 경제성이 있는 열화감시 및 진단방법을 통해 전기설비 이상 발생 시 긴급상황에 신속하게 대처할 수 있는 전기설비의 절연물 특성 열화 감시 및 진단 시스템을 내장한 수배전반을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 의한 전기설비의 절연물 특성 열화 감시 및 진단 시스템을 내장한 수배전반은 전기설비의 절연물 특성 열화 감시 및 진단 시스템을 내장한 수배전반이고, 상기 전기설비의 절연물 특성 열화 감시 및 진단 시스템은, 수배전반 내부기기들의 절연물의 열화에 의하여 발생되는 자외선을 검출하는 자외선 감지센서와, 수배전반 내부기기들의 절연물의 열화에 의하여 발생되는 초음파를 감지하는 초음파 감지센서와, 수배전반 내부기기들의 절연물의 열화에 의하여 발생되는 전파를 감지하는 헬리컬 안테나로 구성되고, 수배전반 내부에서 발생되는 자외선, 초음파 및 전파 발생량에 따라 전기신호를 발생시키는 검출부; 복수 개의 카메라로 구성되어 상기 수배전반 내부기기들의 절연물을 포함하는 절연물 이미지를 촬영하는 촬영부; 상기 검출부에서 검출된 전기신호를 연속적으로 공급받아, 이를 기초로 생성되는 열화상태 변화율값 및 열화상태 변화누적값을 연산하며, 상기 열화상태 변화율값 및 열화상태 변화누적 값을 이용하여 상기 검출부에 의하여 검출된 내부기기들의 제1 열화정보를 생성하는 제1 연산부; 상기 절연물 이미지에 포함된 절연물 영역에 대하여 픽셀 당 RGB (Red Green Blue) 값을 확인하고, 픽셀당 RGB 값에서의 R 색상, G 색상 및 B 색상 간의 관계를 이용하여 내부기기들의 제2 열화정보를 생성하는 제2 연산부; 및 상기 제1 열화정보 및 제2 열화정보와 기준 열화정보를 비교하고, 비교 결과를 기초로 소정의 열화판정 알고리즘에 의하여 내부기기들의 절연물의 열화를 판정하는 판정부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 판정부는 상기 제1 열화정보와 그 이전의 제1 열화정보와 비교하여 내부기기들의 절연물의 제1 열화를 판단하고, 상기 제2 열화정보에서 절연물 영역에 대하여 픽셀 당 RGB값에 대한 조건식을 만족하는 지 여부에 따라 내부기기들의 절연물의 제2 열화를 판단하며, 상기 제1 열화 및 제2 열화 판단의 결과에 따라 주의, 경고, 위험 상태로 분류하여 판정하는 것을 특징으로 한다.
상기 판정부는 상기 제1 열화가 판단되면 내부기기들의 절연물이 주의 상태로 분류하여 판단하는 것을 특징으로 한다.
상기 판정부는 상기 제1 열화가 판단된 후, 상기 제2 열화 판단 시에 상기 절연물 영역의 전체 픽셀에 대한, 아래의 수학식
B값 > R값 And B값 > G값
을 만족하는 픽셀의 수가 기 설정된 임계 비율 이상인 경우, 상기 내부기기들의 절연물이 경고 상태인 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
상기 판정부는 상기 제1 열화가 판단된 후, 상기 제2 열화 판단 시에 상기 절연물 영역에 대하여, 수학식 1 내지 수학식 3을 만족하지 않고, 수학식 4를 만족하는 픽셀의 수가 임계 비율 이상인 경우, 상기 내부기기들의 절연물이 위험 상태인 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
[수학식 1]
G값 > R값 And G값 > B값
[수학식 2]
R값 > G값 And R값 > B값
[수학식 3]
Abs(R-G) < 최대값 and Abs(G-B) < 최대값 and Abs(B-R) < 최대값
[수학식 4]
B값 > R값 And B값 > G값
본 발명의 일 실시예에 따른 전기설비의 절연물 특성 열화 감시 및 진단 시스템을 내장한 수배전반은 수배전반의 열화에 따른 자외선, 초음파, 전파 및 온도 정보 등을 종합적으로 감지하여 검출하고, 신뢰성, 실용성 및 경제성이 있는 열화감시 및 진단방법을 통해 전기설비 이상 발생 시 긴급상황에 신속하게 대처할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기설비의 절연물 특성 열화 감시 및 진단 시스템을 내장한 수배전반을 개략적으로 나타내는 블럭도이다.
도 2a 및 도 2b는 도 1의 수배전반 내부에 구비된 전기설비의 절연물 특성 열화 감시 및 진단 시스템에서 제1 열화정보를 생성하는 동작을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1의 수배전반 내부에 구비된 전기설비의 절연물 특성 열화 감시 및 진단 시스템에서 제2 열화정보를 생성하는 동작을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 도 1의 수배전반 내부에 구비된 전기설비의 절연물 특성 열화 감시 및 진단 시스템의 동작을 나타내는 순서도이다.
도 5a 내지 도 5b는 도 1의 수배전반 내부에 구비된 전기설비의 절연물 특성 열화 감시 및 진단 시스템에 의한 열화판정 및 알림과정을 나타내는 그래프이다.
도 6은 도 1의 수배전반 내부에 구비된 전기설비의 절연물 특성 열화 감시 및 진단 시스템의 자외선 검출센서에 의하여 검출된 자외선 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
상기한 바와 같은 본 발명을 첨부된 도면들과 실시예들을 통해 상세히 설명하도록 한다.
본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 본 발명에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.
또한, 본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 발명에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계를 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 본 발명에서 사용되는 제 1, 제 2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성 요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성 요소는 제 2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성 요소도 제 1 구성 요소로 명명될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기설비의 절연물 특성 열화 감시 및 진단 시스템을 내장한 수배전반을 개략적으로 나타내는 블록도이고, 도 2a 및 도 2b는 도 1의 수배전반 내부에 구비된 전기설비의 절연물 특성 열화 감시 및 진단 시스템에서 제1 열화정보를 생성하는 동작을 개략적으로 나타내는 도면이며, 도 3은 도 1의 수배전반 내부에 구비된 전기설비의 절연물 특성 열화 감시 및 진단 시스템에서 제2 열화정보를 생성하는 동작을 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 4는 도 1의 수배전반 내부에 구비된 전기설비의 절연물 특성 열화 감시 및 진단 시스템의 동작을 나타내는 순서도이며, 도 5a 내지 도 5b는 도 1의 수배전반 내부에 구비된 전기설비의 절연물 특성 열화 감시 및 진단 시스템에 의한 열화판정 및 알림과정을 나타내는 그래프이고, 도 6은 도 1의 수배전반 내부에 구비된 전기설비의 절연물 특성 열화 감시 및 진단 시스템의 자외선 검출센서에 의하여 검출된 자외선 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
도 1에서 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기설비의 절연물 특성 열화 감시 및 진단 시스템(100)을 내장한 수배전반은 수배전반에 설치된 내부기기들의 절연물의 열화를 검출하는 열화 감지 기능을 구비한 시스템으로서, 검출부(110), 촬영부(120), 제1 연산부(130), 제2 연산부(140), 판정부(150) 및 제어부(160)를 포함한다.
한편, 상기 수배전반에 설치된 내부기기들은 고전압부위인 애자를 포함하는 절연체 또는 각종 연결부들을 포함한다. 여기서, 애자를 포함한 절연체의 열화 또는 각종 연결부의 불량이 발생하면 누설전류가 발생하며, 절연체 연면을 통한 고전압에 의한 미소 방전에서도 코로나 현상에 의한 자외선이 발생하고, 또한 이상소음 및 스펙트럼이 매우 넓은 Band(spectrum)를 갖는 전파가 발생하게 된다. 따라서, 본 발명에서는 다양한 검출센서들을 포함하는 검출부(110)와, 절연체의 이미지를 촬영하는 복수의 카메라를 포함하는 촬영부(120)와, 제1 연산부(130), 제2 연산부(140), 판정부(150) 및 제어부(160)를 통하여 자외선 센서에 의한 검출과 음향, 전파 등과, 카메라에 의한 절연체 이미지의 RGB값을 종합적으로 검출하여, 불량검출에 관한 전체적인 신뢰도를 높이게 된다.
상기 검출부(110)는 수배전반 내부기기들의 절연물의 열화에 의하여 발생되는 자외선을 검출하는 자외선 감지센서와, 수배전반 내부기기들의 절연물의 열화에 의하여 발생되는 초음파를 감지하는 초음파 감지센서와, 수배전반 내부기기들의 절연물의 열화에 의하여 발생되는 전파를 감지하는 헬리컬 안테나로 구성된다.
상기 검출부(110)는 수배전반 내부에서 발생되는 자외선, 초음파 및 전파 발생량에 따라 전기신호를 발생시킨다.
즉, 상기 검출부(110)는 내부기기들의 절연물의 열화에 의하여 발생되는 초음파(12), 전파(13) 및 자외선(11) 발생량을 각각 검출하도록 수배전반 내부에 설치된 검출센서들을 통하여 각각의 전기신호를 발생한다. 이를 위하여, 상기 검출부(110)는 내부기기들의 절연물의 열화에 의하여 발생되는 자외선(11)을 검출하는 자외선 감지센서와, 초음파(12)를 감지하는 초음파 감지센서와, 전파(13) 발생량을 검출하는 전파감지 안테나부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 각각의 검출센서들은 수배전반 내부에 각각의 격실(미도시)로 구분되어 격실 내부에 설치되어 있다.
상기 격실 외면에는 열화에 관한 정보를 표시하는 표시부(미도시)가 설치된다. 이때, 상기 표시부는 격실 개폐구에 설치되는 것이 바람직하다. 상기 검출부(110)와 촬영부(120)에 의하여 수배전반 내부의 각종 현상을 종합적으로 검출하여 열화의 고장단계까지 진행여부를 자동으로 판별하고, 표시부는 이렇게 판별된 판별결과를 음향이나 램프와 같은 수단으로 표시한다.
한편, 본 발명에서 검출부(110)를 구성하는 자외선 감지센서, 초음파 감지센서, 헬리컬 안테나, 그리고 각각을 연결하는 다양한 구성요소들은 본 출원인의 기등록특허 제10-1808849호의 구조를 적용하는 것으로, 본 명세서 내에서는 기존의 검출부(110)의 구조나 동작에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 촬영부(120)는 복수 개의 카메라(14)로 구성되어 수배전반 내부기기들의 절연물을 포함하는 절연물 이미지를 촬영한다.
이러한 촬영부(120)는 수배전반 내부에 구비된 전기설비들(예를 들면, 수배전반 내부의 동부스바 또는 터미널)의 이미지를 촬영하게 되는 데, 이때 해당 전기설비들에는 온도에 따라 색상이 변화되는 변색물질(미도시)이 도포되어 있거나 RGB라벨테이프(미도시)가 부착되어 있다. 상기 촬영부(120)에 의하여 촬영된 절연물 이미지는 제2 연산부(140) 및 판정부(150)에 제공될 수 있다.
상기 제2 연산부(140)는 색상변화를 분석하는 프로그램을 탑재하여, 실시간으로 온도 변화를 감시하여 제2 열화정보를 생성하여 설정온도 이상 시 경보를 시각 및 청각적으로 발생하며 관리자의 무선단말기에 문자 및/또는 영상으로 신속하게 통보하여 사고를 미연에 방지할 수도 있다.
상기 변색물질 또는 RGB라벨테이프는 온도 상승에 의해 변색되는 구성으로서, 변색물질 또는 RGB라벨테이프를 미리 수배전반 내부의 동부스바 또는 터미널 등에 도포 또는 접착해 두고 그 변색의 유무를 시인하여 이상 발열 현상을 검지하도록 한다. 상기 변색물질 또는 RGB라벨테이프의 온도 변화에 따른 색상 변화는 수배전반 내부에 설치된 감시카메라(즉, 촬영부(120))로 영상을 촬영함으로써 수집되어 영상증폭기를 통해 제2 연산부(140)로 전송되며, 카메라는 제어보드를 통해 제어부(160)에 의해 제어된다.
또한, 상기 변색물질 또는 RGB라벨테이프의 색상 변화는 제2 연산부(140)에서 자동으로 분석되어 수배전반 내부에 온도 변화가 발생하였음을 판단하는 데이터로 이용되며, 온도 변화가 감지되면 제2 연산부(140)는 제어부(160)를 통하여 스마트폰과 같은 사용자의 무선통신단말로 신속하게 통보되어 열화로 인한 화재 등의 사고를 미연에 방지하게 된다.
본 발명에 따른 전기설비의 절연물 특성 열화 감시 및 진단 시스템(100)의 각 전기설비에 구비되는 변색물질 또는 RGB라벨테이프는 수배전반 내부의 전기열화가 발생할 위험이 높은 부스바나 터미널 단자 부근의 발열부에 부착되어 전기열화로 인한 이상온도 상승 시 설정온도가 되면 색상이 변하여 전기열화의 위험을 시각적으로 표시한다.
이러한 변색물질 또는 RGB라벨테이프는 높은 온도가 발생하는 전기설비의 온도상승을 색상의 변화로 알려주는 온도 관리·기록용 및 측정용으로 사용된다. 수배전반에 설치하는 변색물질 또는 RGB라벨테이프는 비가역성 3종을 설치하여 온도의 3가지 온도변화를 표시하고 이를 주의, 경고, 위험 수준으로 분류하여 측정할 수 있도록 한다.
상기 변색물질 또는 RGB라벨테이프는 일반 도료와 같은 형태로 제작되거나 일반 접착테이프와 같은 형태로 제작되어 있어서 누구나 쉽게 설치 및 제거가 가능한 이점을 가지고 있다. 이때, 상기 변색물질 또는 RGB라벨테이프는 온도변화를 10℃ 단위로 측정 한다. 예를 들면, 주의 온도는 50℃, 경고온도는 60℃, 위험온도는 70℃이다. 상기 온도는 수배전반의 부스바와 결손부분을 기준으로 선정된 온도이며 필요 시 온도측정 범위나 온도 등은 변경이 가능하다. 상기 변색물질 또는 RGB라벨테이프는 색상이 변함으로 온도 상승에 따른 위험을 감지하여 수배전반 내부의 전기설비의 안전진단관리에 최적으로서, 물체 표면에 온도라벨을 부착하므로 온도 오차범위가 2℃ 내외로 검지 기능이 매우 우수하다.
본 발명에서는 변색물질 또는 RGB라벨테이프를 수배전반 내부의 전기설비들에 구비하여 1차적으로 설정온도와 비교하여 주의온도/경고온도/위험온도 등의 정보를 표시하는 기능뿐 만 아니라, 촬영부(120)를 통하여 촬영한 해당 전기설비의 절연물 이미지를 분석하여 해당 전기설비의 절연물의 열화특성을 보다 정확하게 분류하여 제공할 수 있다.
상기 촬영부(120)는 변색물질 또는 RGB라벨테이프의 색상변화 및 수배전반내부 상태를 감시하는 감시용 CCTV 카메라 형태로 제공될 수 있으며, 수배전반내부에 설치하는 카메라는 변색물질 또는 RGB라벨테이프의 종류에 따라 카메라의 종류를 변경하여 선택이 가능하다. 일반적으로 적용되는 카메라의 기준은 화각 80°, 해상도 40만 화소, 카메라가 컬러영상을 촬영하도록 광원을 제공하는 LED의 동작제어가 가능하고, 알람 출력을 위한 알람 인터페이스를 구비하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 촬영부(120)의 내부에 구비된 제어보드는 간단하게는 감시카메라의 전원을 온/오프하는 시리얼 릴레이(Serial Relay) 형태의 보드로 구현될 수 있으며, 수배전반 내부를 감시하는 감시카메라를 관리자가 원하는 시간을 설정하여 감시할 수 있도록 할 수도 있다. 또한, 상기 제어보드는 원격지의 관리서버에서 구동되는 감시프로그램의 제어에 따라 감시카메라의 LED동작을 제어하여 수배전반 내부의 상태를 관리자가 원하는 시간으로 설정하도록 동작하게 한다. 이를 위하여, 상기 제어보드는 원격지의 관리서버와 통신을 위한 유무선 통신부를 구비한다. 특히, 상기 제어보드는 8CH 릴레이 제어와 다채널 시간별 릴레이 제어 및 감시카메라의 전원 및 릴레이 전원의 제어가 가능하여 다수의 감시카메라를 하나의 보드에서 제어할 수 있다.
한편, 상기 관리서버는 감시카메라 또는 제어보드를 통해 수신한 감시카메라의 실시간 영상을 분석하여 이상 유무를 판단하고, 이상 발생 상황에 대하여 적절한 제어를 수행하며, 이상 발생 상황에 대한 영상을 저장한다.
상기 제1 연산부(130)는 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 검출부(110)에서 검출된 전기신호를 연속적으로 공급받아, 이를 기초로 생성되는 열화상태 변화율값 및 열화상태 변화누적값을 연산하며, 열화상태 변화율값 및 열화상태 변화누적 값을 이용하여 검출부(110)에 의하여 검출된 내부기기들의 제1 열화정보를 생성한다.
도시되어 있지는 않지만, 상기 자외선 감지센서와 제1 연산부(130) 사이에는 제1 증폭부, 필터부 및 제2 증폭부가 차례로 설치되어 자외선 감지센서에 의하여 검출된 전기신호 중 원하는 신호를 제외한 신호를 필터링하여 증폭시켜 제1 연산부(130)로 출력한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 자외선을 포함한 스팩트럼이 도 6의 그래프와 같이 나타나며 코로나방전에 의한 자외선 스팩트럼은 도 6의 그래프에서 시안색 그래프와 같은 형태로 나타난다. 특히, 도 6의 그래프에서 300~400 Å영역의 신호가 수배전반에서의 방전현상에 의한 자외선이다. 따라서, 본 발명에서는 자외선 감지센서를 이용하여 특성주파수인 300~400 Å영역의 자외선 발생강도에 따른 에너지에 해당하는 전기신호를 취득하고, 취득된 전기신호를 증폭하여 제1 연산부(130)에 입력한다.
도시되어 있지는 않지만, 상기 초음파 감지센서와 제1 연산부(130) 사이에는 변환부, 제3 증폭부 및 필터부가 차례로 설치되되, 초음파 감지센서 주위에는 집음을 위한 미도시된 혼구조체가 형성되어, 혼구조체로부터 집음되어 초음파 감지센서에 의하여 검출된 음향 전기신호를 전압 전기신호로 변환하여 증폭 후 원하는 신호를 제외한 신호를 필터링하여 제1 연산부(130)로 출력한다. 상기 초음파 감지센서 주위에는 집음을 위한 혼(Horn)구조를 갖추고, 초음파 감지센서를 통하여 주변 초음파를 수신한다. 이와 같이 수신된 초음파 중에서 특성주파수인 40kHz의 초음파만 선택적으로 전기신호로 변환한 후, 변환된 전기신호를 제1 연산부(130)에 입력한다. 즉, 본 발명에서는 수배전반에서 발생되는 방전현상에 의한 초음파 중에서 특성주파수인 40kHz 의 초음파를 초음파 감지센서를 통하여 검출한다.
도시되어 있지는 않지만, 상기 헬리컬 안테나와 제1 연산부(130) 사이에는 정류평활부가 설치되어 헬리컬 안테나에 의하여 검출된 전파 전기신호를 원하는 전파영역과 동조시켜 그 신호강도를 선택적으로 증폭시킨 다음, 원하는 전파영역의 신호를 제외한 신호를 필터링하여 제1 연산부(130)로 출력한다. 즉, 본 발명에서는 각 영역에 동조된 안테나를 각각 내장하여 각 전파영역(즉, 주파수 90~108MHz, 170~222 MHz, 470~770 MHz)의 신호강도를 전기적 신호로 변환하여 제1 연산부(130)에 입력한다. 나아가, 정류평활부의 후단에는 필터부가 결합될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 정류평활부는 전기신호를 증폭 및 검출하기 위해 고가의 LNA IC나 전용IC들을 사용하지 않고도, 다이오드와 캐패시터를 적용하여 헬리컬 안테나에서 수신되는 전기신호를 정류하여 직류 신호를 인가할 수 있게 된다.
나아가, 본 발명에 따르면, 제1 연산부(130)에 입력되는 초음파, 자외선, 전파 등 여러종류의 입력을 A/D CONVERTER에 간섭없이 입력될 수 있게 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 연산부(130)는 내부기기들의 절면물의 열화에 의하여 발생되는 초음파, 전파, 자외선의 발생량인 제1 계측값, 제2 계측값 및 제3 계측값을 미리 설정된 측정 주기 내에서 이동평균 연산에 의하여 1초당 제1 계측값, 제2 계측값 및 제3 계측값으로 산출한다.
상기 제1 연산부(130)는 산출된 1초당 제1 계측값, 제2 계측값 및 제3 계측값을 미리 설정된 판정 주기 내에서 수집하고, 각각의 계측값이 판정 주기 내에서 미리 설정된 제1 기준값, 제2 기준값 및 제3 기준값과 비교하여 제1 기준값, 제2 기준값 및 제3 기준값을 초과하는 회수를 판단한다.
이때, 상기 측정 주기를 판정 주기보다 작게 설정하고, 판정 주기를 전기 설비의 부하 전력량과 연동하여 반비례하도록 설정할 수 있다.
상기 제1 연산부(130)는 판단된 초과회수가 미리 설정된 주의, 경계 또는 위험 단계에 맞도록 설정된 편차회수 및 절대회수를 초과하는 지 여부를 판단한 후, 해당 정보를 포함하는 제1 열화정보를 생성한다.
상기 제2 연산부(140)는 절연물 이미지에 포함된 절연물 영역에 대하여 픽셀 당 RGB (Red Green Blue) 값을 확인하고, 픽셀당 RGB 값에서의 R 색상, G 색상 및 B 색상 간의 관계를 이용하여 내부기기들의 제2 열화정보를 생성한다.
보다 구체적으로, 상기 제2 연산부(140)는 절연물 이미지에 포함된 절연물 영역(즉, 변색물질 또는 RGB라벨테이프 영역)에 대하여 픽셀 당 RGB (Red Green Blue) 값을 확인 할 수 있다. 상기 제2 연산부(140)는 절연물 이미지에서의 절연물 영역을 확인하고, 절연물 영역 내의 각각의 픽셀에 대하여 RGB (Red Green Blue) 값을 확인할 수 있다. 그런 다음, 상기 제2 연산부(140)는 각 픽셀에 대하여 R 색상, G 색상 및 B 색상 간의 관계를 이용하여 내부기기들의 제2 열화정보를 생성하여 판정부(150)에 전송할 수 있다.
또한, 상기 판정부(150)는 하나의 픽셀 당 R 색상, G 색상 및 B 색상을 확인하고, 해당 픽셀에 대하여 이하에서 설명할 수학식을 만족하는지 확인할 수 있다. 상기 판정부(150)는 번호판 영역에서 수학식을 만족하는 픽셀의 비율을 이용하여 해당 절연물의 열화 상태를 확인할 수 있다.
상기 판정부(150)가 R값, G값 및 B값을 가지고 열화상태를 판단하는 구체적인 동작에 대해서는 도 3을 참조하여 이하에서 보다 상세히 설명한다.
상기 제2 연산부(140)는 절연물 이미지에서 절연물 영역(온도변색영역)을 인식하고, 절연물 영역에서 R값, G값 및 B값을 감지할 수 있다.
한편, 상기 제2 연산부(140)는 절연물 이미지에서 전기설비의 표식을 위하여 문자, 숫자 또는 기호가 새겨진 절연물 영역을 인식하기 위하여, 절연물 영역에 대하여 필터링을 수행하여 에지를 추출하고, 숫자일 경우 그에 대하여 이진화를 수행할 수 있다. 이후, 이진화 된 이미지에 대하여 숫자를 검출하고, 숫자 배열이 존재하는 영역을 선별할 수 있다. 이를 위하여, 제2 연산부(140)는 사전에 전기설비의 타입에 따른 숫자 배열 및 전체 영역에 대한 정보를 구비할 수 있으며, 이를 기반으로 절연물 영역을 감지할 수 있다.
필요에 따라, 상기 제2 연산부(140)는 촬상 이미지에서의 숫자의 기울기가 존재하는 경우, 해당 기울기를 반영하여 절연물 영역을 보정하여 추출하거나, 절연물 영역에 포함된 숫자 또는 문자에 대하여 각각의 신경망 인식기를 이용하여 문자 (또는 숫자) 인식을 수행할 수 있다. 예컨대, 상기 제2 연산부(140)는 문자 또는 숫자 블록을 인식하고 이들의 크기를 정규화 시키고, 소정의 피쳐들을 추출하여 각각의 문자 또는 숫자를 인식할 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 제2 연산부(140)는 영상 인식부(151), 색상 검출부(152) 및 열화 판정부(150)를 포함할 수 있다.
상기 영상 인식부(151)는 절연물 이미지에서 절연물 영역을 인식하여 추출한 후 색상 검출부(152)로 제공할 수 있다.
상기 색상 검출부(152)는 절연물 영역에 대하여 각 픽셀의 RGB (Red Green Blue) 을 산출할 수 있다. 이러한 색상 검출부(152)는 절연물 영역에 포함된 복수의 픽셀 대하여 각각 R값, G값 및 B값을 산출할 수 있다.
상기 열화 판단부(153)는 픽셀당 RGB 값에서의 R 색상, G 색상 및 B 색상 간의 관계를 이용하여 절연물의 열화 여부를 포함하는 제2 열화정보를 생성할 수 있다.
보다 구체적으로 설명하자면, 예를 들어 절연물 영역 내에서의 임의의 픽셀 값이 G 값이 가장 높게 나오는 경우, 즉, 아래의 수학식 1을 만족하는 경우, 상기 열화 판단부(153)는 정상 상태로 인식할 수 있다.
[수학식 1]
G값 > R값 And G값 > B값
구체적으로, 상기 열화 판단부(153)는 각각의 픽셀에 대하여 수학식 1을 만족하는지 확인할 수 있다.
상기 열화 판단부(153)는 절연물 영역의 총 픽셀의 수에 대한 수학식 1을 만족하는 픽셀의 수의 비율을 확인하고, 확인된 비율이 임계치를 초과하는 경우 해당 절연물은 제1 정상 상태로 판단할 수 있다.
일 실시예에서, 임계 비율은 30%로 설정될 수 있다. 예컨대, 상기 절연물 영역의 총 픽셀수가 100이라고 할 때, 수학식 1을 만족하는 픽셀의 수가 30개 이상이면, 해당 절연물의 열화 상태는 정상으로 판단할 수 있다. 이와 같이, 비율의 임계치를 설정함으로써, 절연물 영역에서 배경색 외의 다른 색깔에 의한 오인식을 방지하기 위함이다.
또한, 상기 열화 판단부(153)는, R값이 G값 및 B값 보다 큰 경우, 즉, 아래의 수학식 2를 만족하는 경우, 해당 절연물은 제2 정상 상태로 인식할 수 있다.
[수학식 2]
R값 > G값 And R값 > B값
구체적으로, 상기 열화 판단부(153)는 각각의 픽셀에 대하여 수학식 2를 만족하는지 확인할 수 있다.
상기 열화 판단부(153)는 절연물 영역의 총 픽셀의 수에 대한 수학식 2를 만족하는 픽셀의 수의 비율을 확인하고, 확인된 비율이 임계치를 초과하는 경우 해당 절연물의 열화상태는 정상으로 판단할 수 있다.
또한, 상기 열화 판단부(153)는, R값, G값 및 B값이 일정한 인접한 범위 내에서 존재하는 경우에, 이는 제3 정상 상태로 인식할 수 있다.
상기 열화 판단부(153)는 아래의 수학식 3을 만족하는 픽셀의 수를 확인하고, 절연물 영역의 전체 픽셀의 수에 대한 수학식 3을 만족하는 픽셀의 수의 비율이 임계 비율 이상이면 해당 절연물의 열화 상태는 정상으로 감지할 수 있다.
[수학식 3]
Abs(R-G) < 최대값 and Abs(G-B) < 최대값 and Abs(B-R) < 최대값
여기에서, Abs()는 절대값이다. 최대값은 사전 설정되는 값으로서, 예를 들어 30일 수 있다.
즉, 상기 열화 판단부(153)는 R값, G값 및 B값 간의 차이가 임의 설정된 최대값 이하인 경우를 만족하는 픽셀의 수를 확인하고, 이러한 픽셀의 수의 전체 절연물 영역의 픽셀의 수에 대한 비율이 임계 비율 이상인 경우, 해당 절연물의 열화 상태를 정상으로 판단할 수 있다.
또한, 상기 열화 판단부(153)는 수학식 4를 만족하는 픽셀의 수를 확인하고, 절연물 영역의 전체 픽셀의 수에 대한 수학식 3을 만족하는 픽셀의 수의 비율이 임계 비율 이상이면 해당 절연물은 경고 상태로 감지할 수 있다.
[수학식 4]
B값 > R값 And B값 > G값
즉, 상기 열화 판단부(153)는 절연물 이미지의 RGB값을 이용하여 청색을 식별하여 절연물의 열화 상태가 경고 단계인 지를 판단할 수 있다. 따라서, 열화상태를 식별하기 위하여 별도의 데이터가 필요 없이, 상기 열화 판단부(153)는 절연물 이미지의 색상을 판독함으로서 적은 리소스로도 용이하게 열화 상태를 식별해 낼 수 있다.
또한, 상기 열화 판단부(153)는 임계비율에 대하여 보정값을 반영하여 열화 정도를 판단할 수 있다. 즉, 상술한 예에서는 임계비율(예를 들어 30%)를 기준으로 각 절연물의 열화 정보를 판단하였으나, 본 실시예에서는 임계비율(30%)에 보정값(예컨대, ±5%)을 적용하여 임계비율을 보정하여 (35%) 경고 여부를 판단할 수 있다.
또한, 상기 열화 판단부(153)는 픽셀당 RGB 값에서의 R 색상, G 색상 및 B 색상 간의 관계가 수학식 1 내지 수학식 3을 만족하지 않은 상태이고, 수학식 4를 만족하는 경우라면 절연물의 열화 상태가 위험 상태로 판단할 수 있다.
상기와 같이, 상기 제2 연산부(140)는 절연물의 열화 상태가 제1 정상상태, 제2 정상상태, 제3 정상상태, 경고 상태 또는 위험 상태임을 나타내는 제2 열화정보를 생성하고, 생성된 제2 열화 정보를 판정부(150)로 전송할 수 있다. 이때, 제1 정상상태, 제2 정상상태, 제3 정상상태는 관리자가 보다 정확한 절연물의 상태를 파악하기 위하여 구분해놓은 것으로써 측정 범위나 분류 기준은 변동될 수 있다.
한편, 상기 제2 연산부(140)는 시간적 색상 보정부(미도시)를 더 구비하여, 시간에 따른 태양 빛의 색변화에 대응하여 시간에 따른 RGB 색상 보정값을 설정할 수 있다.
예를 들어, 상기 시간적 색상 보정부는 일몰 시간대에 대하여 R값을 보상하도록 색상 보정값을 설정할 수 있다. 일몰 시에는 태양 빛이 통과하는 대기층의 두께가 상대적으로 두꺼워지므로, 파란색 빛이 산란되게 되며 그에 따라 붉은 색으로 나타나게 된다. 이러한 태양 빛의 변화에 의하여 피사체도 일몰 시에는 보다 붉게 표현되게 된다.
이를 보상하기 위하여, 상기 시간적 색상 보정부는 일몰 시간대에 대한 정보를 확인하고, 일몰 시간대가 되면 일몰의 영향에 의하여 유발되는 태양 빛의 변화에 대응하여 RGB 색상 보정값을 설정할 수 있다. 즉, 상기 시간적 색상 보정부는 일몰 시간대가 되면 R값을 낮추는 색상 보정값을 설정할 수 있다. 여기에서, 색상 보정값의 구체적인 값은 계절, 위경도 및 시간에 따라 달리 설정될 수 있고, 시간적 색상 보정부는 이러한 색상 보정값을 사전에 구비하여 데이터베이스에 저장하여 사용할 수 있다.
이에 따라, 상기 시간적 색상 보정부에서 생성된 색상 보정값은 색상 검출부(152)에서 검출된 평균 RGB 값에 보상되고, 제2 연산부(140)는 보상된 RGB값을 기준으로 절연물의 열화상태를 판단하여 제2 열화정보를 생성할 수 있다.
이와 같이, 상기 시간적 색상 보정부는 시간에 따른 태양 빛의 색 변화에 대응하여 보정값을 산출하므로, 일몰 시간대에도 오차없이 절연물의 열화상태를 판단할 수 있다.
다른 일 예로, 상기 시간적 색상 보정부는 야간 시간대의 조명에 의하여 색상 보정값을 설정할 수 있다. 야간 시간대에는 절연물 이미지를 식별하기 위하여 조명이 켜질 수 있고, 조명은 자연광과 다른 색상적 차이를 가질 수 있다.
따라서, 상기 시간적 색상 보정부는 설치된 조명에 의한 색상 차이에 의한 보정값을 설정하고, 조명이 켜지는 시간 이후의 시간대에서는 조명에 의한 보정값을 설정할 수 있다.
상기 판정부(150)는 제1 열화정보 및 제2 열화정보와 기준 열화정보를 비교하고, 비교 결과를 기초로 소정의 열화판정 알고리즘에 의하여 내부기기들의 절연물의 열화를 판정하여 외부로 출력한다.
상기 판정부(150)는 제1 열화정보와 그 이전의 제1 열화정보와 비교하여 내부기기들의 절연물의 제1 열화를 판단하고, 제2 열화정보에서 절연물 영역에 대하여 픽셀 당 RGB값에 대한 조건식을 만족하는 지 여부에 따라 내부기기들의 절연물의 제2 열화를 판단하며, 제1 열화 및 제2 열화 판단의 결과에 따라 주의, 경고, 위험 상태로 분류하여 판정한다.
상기 판정부(150)는 열화정보와 기준 열화정보를 그 이전의 열화정보를 비교하여 소정의 열화판정 알고리즘에 의하여 내부기기들의 절연물의 열화를 판정한다. 또한, 상기 판정부(150)는 소정의 열화판정알고리즘을 통하여 열화정보에 가중치가 부여된 횟수가 일정 횟수 이상이면 내부기기들의 절연물이 열화임을 판정할 수 있다.
상기 판정부(150)는 제1 열화가 판단되면 내부기기들의 절연물이 주의 상태로 분류하여 판단한다.
상기 판정부(150)는 제1 열화가 판단된 후, 제2 열화 판단 시에 절연물 영역의 전체 픽셀에 대한, 아래의 수학식
B값 > R값 And B값 > G값
을 만족하는 픽셀의 수가 기 설정된 임계 비율 이상인 경우, 내부기기들의 절연물이 경고 상태인 것으로 판단한다.
상기 판정부(150)는 제1 열화가 판단된 후, 제2 열화 판단 시에 절연물 영역에 대하여, 수학식 1 내지 수학식 3을 만족하지 않고, 수학식 4를 만족하는 픽셀의 수가 임계 비율 이상인 경우, 내부기기들의 절연물이 위험 상태인 것으로 판단한다.
[수학식 1]
G값 > R값 And G값 > B값
[수학식 2]
R값 > G값 And R값 > B값
[수학식 3]
Abs(R-G) < 최대값 and Abs(G-B) < 최대값 and Abs(B-R) < 최대값
[수학식 4]
B값 > R값 And B값 > G값
다시 말해, 판정부(150)는 도 4에 도시된 바와 같이, 자외선, 초음파, 전파 발생량에 대한 전기신호 생성 및 제1 열화 정보 생성과정(S10, S11, S12, S13)과, 절연물 이미지의 RGB값을 확인 및 제2 열화정보생성과정(S20, S21, S22, S23)을 거쳐서, 최종적으로 제1 열화정보와 제2 열화정보를 기초로 전기설비의 절연물의 열화상태가 정상/주의/경고/위험 상태인지 여부를 판단(S231, S232, S233, S234)하여 외부로 출력할 수 있도록 한다.
이때, 상기 판정부(150)는 제1 열화정보와 제2 열화정보에서 절연물이 정상상태임을 제공받게 되는 경우는 도 4의 루틴을 설정된 시간간격으로 반복적으로 수행하게 된다.
또한, 상기 판정부(150)는 제1 열화정보에서 해당 절연물의 열화상태가 이상상태임을 제공받고, 제2 열화정보에서 정상상태임을 제공받게 되면 최종적으로 주의상태임을 외부로 출력할 수 있다.
또한 상기 판정부(150)는 제1 열화정보에서 해당 절연물의 열화상태가 이상상태임을 제공받고, 제2 열화정보에서 수학식 4를 만족하는 픽셀의 수가 임계 비율 이상인 경우, 내부기기들의 절연물이 경고 상태임을 외부로 출력할 수 있다.
또한, 상기 판정부(150)는 제1 열화정보에서 해당 절연물의 열화상태가 이상상태임을 제공받고, 제2 열화정보에서 수학식 1 내지 수학식 3을 만족하지 않고, 수학식 4를 만족하는 픽셀의 수가 임계 비율 이상인 경우, 내부기기들의 절연물이 위험상태임을 외부로 출력할 수 있다.
상기 제어부(160)는 전기설비의 절연물 특성 열화감시 및 진단시스템을 구성하는 각 구성요소의 동작을 제어하는 장치로서, 판정부(150)에 의하여 판단된 정상, 주의, 경고 또는 위험 단계로 절연물의 열화에 대한 진단 상태를 설정할 수 있다.
또한, 상기 제어부(160)는 통신부(미도시)와 정보를 송수신하는 외부 기기들의 응용 프로그램이 내장되어 있고, 이러한 응용 프로그램은 제어부(160)의 운영방법을 웹기반 컴퓨터 네트워크망 상에서 동작할 수 있도록 프로그램된 것이다.
상기 통신부는 열화에 대한 정보를 외부 기기들과 유무선으로 송수신한다. 상기 통신부는 검출부(110)에 의하여 검출되는 정보, 촬영부(120)에 의하여 촬영된 절연물 이미지와 판별결과를 외부 기기들로 정해진 통신수단을 이용하여 전송하여 전기설비관리자가 상황을 진단하고 대응조치를 취하도록 지원한다. 여기서, 상기 통신부는 전력선 통신(PLC), 광통신, 랜통신 등을 포함한 유선망 또는 액서스포인트(AP)와 무선모뎀을 이용한 무선망 둥 어느 하나를 이용할 수 있다.
참고로, 상시 감시에 의하여 감시하고 진단하는 절연열화 단계는 크게 세가지로 구분한다.
즉, 정상상태는 측정한 물리현상에 의하여 절연체 상태가 양호함을 나타내고, 경계상태는 절연체 상태가 일부 주의를 요함, 점검이 필요함을 나타내며, 경보상태는 방전 위치를 확인하고 교체 수리가 필요함을 나타낸다.
이를 기초로, 도 5a 내지 도 5b을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기설비의 절연물 특성 열화 감시 및 진단 시스템(100)의 검출부(110)와 제1 연산부(130)를 통하여 생성될 수 있는 제1 열화정보를 기준으로 하는 열화판정 및 알람과정을 설명하기로 한다.
보다 구체적으로, 도 5a에 도시된 바와 같이, 정상상태는 전기설비에 가압이 되지 않은 상태에서 전기설비 주변의 초음파, 전파, 자외선을 측정한다. 자외선이 검출되지 않고 초음파 및 전파는 주변잡음 수준으로 측정된다.
이 상태에서 전기설비를 가압하고 다시 측정한다. 위의 상태에서 측정된 값과 유사한 범위를 가지게 된다.
다만, 자외선의 검출은 없어야 한다. 정규 부하 전류를 통전하거나 필요 시 최대 부하 전류를 통전하는 상태에서 초음파, 전파, 자외선을 측정한다. 자외선의 검출은 없어야 하며 초음파 및 전파는 초기 측정값에서 수 퍼센트의 범위를 넘지 않아야 한다.
경계상태는 절연의 열화를 의심하는 단계로서 자외선은 검출되지 않으나 초음파 및 전파가 정상상태에서 십여 퍼센트가 증가한 상태이다.
경보상태는 열화정보 산정주기 동안에 자외선이 검출되고 초음파 및 전파가 정상상태에서 경계상태로 이르는 상황의 두 배 이상으로 검출량이 증가한 상태이다.
도 5b 에 도시된 바와 같이, 기저상태가 설정되고 운전상태를 부하량에 따라서 측정 및 설정한다. 이 때의 측정값을 기준으로 경계상태와 경보상태를 설정한다.
현재의 계측값과 진단상태가 경계 또는 경보 상태가 아니라도 다음의 경우에는 별도의 기준으로 적용하여 경계 또는 경보 상태로 진단한다.
상태예시 1에서, 검출 값이 낮은 경우(즉, 수집된 각각의 계측값이 미리 설정된 각각의 기준값보다 낮은 경우)와 제한범위 이내이지만 열화진행도가 높은 경우를 예시한다. 절대적 크기가 한계설정값 이내이라도 높은 상태로 (일례로 한계설정값의 90%) 일정하게 유지되면 현재의 열화상태를 그대로 유지하지만 주의상태임을 통신이나 표시장치로 통지한다. 위와 같은 형태로 경보상태 구간에서 나타났다면 현재의 절연열화진행도 상태를 계속 유지하면서 주의상태정보를 동시에 발생한다. 경보상태 지정값에 근접하면 (일례로 한계설정값의 80%) 경보상태로 전환한다.
상태예시 2에서, 낮은 상태에서 높은 상태로 진행하였다가 다시 낮은 상태로 내려오는 상황을 간헐적으로 반복하는 경우에는 현재의 상태를 유지하지만, 진단주기 이내에서 높은 상태로 점유하는 시간의 비율이 지정값(일례로 40%)을 초과하면 경계상태로 전환한다. 위와 같은 형태로 경보상태 구간에서 나타났다면 현재의 절연열화진행도 상태를 계속 유지하면서 주의상태를 동시에 발생한다.
상태예시 3에서, 해당 구간내에서 진동하는 경우에는 높은 상태의 점유비율과 무관하게 진단주기 이내에서 높은 상태 회수가 설정횟수(일례로 15회, 진단주기 1분)를 초과하면 현재의 열화진행도 보다 높은 단계를 적용한다.
즉, 현재 정상이면 주의 또는 경계로, 현재 주의 또는 경계이면 경보 또는 위함으로 단계를 상승한다.
일단 경보단계로 진입하면 현장에서 수동으로 또는 원격에서 수동으로 해제하지 않은 상황에서는 경보단계를 계속 유지한다.
경계단계와 정상단계를 넘나드는 상황이라면 각각의 상태로 적용한다. 단, 경계단계의 점유비가 설정비율(일례로 40%)을 초과하면 경계단계를 유지한다.
전기설비 자체 및 설치조건에 따라서 발생하는 음영지역을 해소하기 위하여 절연열화 감시 및 진단 기능이 구비된 수신장치를 다수 설치하고 각각을 통신으로 연결하여 절연체 관련 정보를 표시반 또는 중앙서버로 전송하여 전기설비 전체의 상태를 실시간으로 일괄적으로 알 수 있다.
수배전반에 적용하는 경우에는 각 격실별로 수신장치를 설치하고 운영한다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 전기설비의 절연물 특성 열화 감시 및 진단 시스템(100)은 폐쇄형배전반과 같이 전기에너지를 이송, 분배, 관리 등을 담당하는 전기설비 및 전력구, 송배전선로 둥에 부착되어 절연체의 열화를 상시 감시하며 허용수준 이상의 열화가 진행됨이 감지되면 경고 또는 경보를 발생하며 필요에 따라서는 정해진 수순에 의한 전원의 차단 제어를 수행하기 위한 정보 및 조건을 제공하며 절연물 열화 상시 감시 및 진단하도록 함으로써, 불량 검출에 관한 전체적인 신뢰도를 향상시킬 수 있다.
이상에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시예들에 대하여 도시하고 또한 설명하였다. 그러나 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허 청구의 범위에서 첨부하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능할 것이다.
100: 전기설비의 절연물 특성 열화 감시 및 진단 시스템
110: 검출부 120: 촬영부
130: 제1 연산부 140: 제2 연산부
150: 판정부 151: 영상 인식부
152: 색상 검출부 153: 열화 판단부
160: 제어부

Claims (5)

  1. 전기설비의 절연물 특성 열화 감시 및 진단 시스템을 내장한 수배전반이고,
    상기 전기설비의 절연물 특성 열화 감시 및 진단 시스템은,
    수배전반 내부기기들의 절연물의 열화에 의하여 발생되는 자외선을 검출하는 자외선 감지센서와, 수배전반 내부기기들의 절연물의 열화에 의하여 발생되는 초음파를 감지하는 초음파 감지센서와, 수배전반 내부기기들의 절연물의 열화에 의하여 발생되는 전파를 감지하는 헬리컬 안테나로 구성되고, 수배전반 내부에서 발생되는 자외선, 초음파 및 전파 발생량에 따라 전기신호를 발생시키는 검출부;
    복수 개의 카메라로 구성되어 상기 수배전반 내부기기들의 절연물을 포함하는 절연물 이미지를 촬영하는 촬영부;
    상기 검출부에서 검출된 전기신호를 연속적으로 공급받아, 이를 기초로 생성되는 열화상태 변화율값 및 열화상태 변화누적값을 연산하며, 상기 열화상태 변화율값 및 열화상태 변화누적 값을 이용하여 상기 검출부에 의하여 검출된 내부기기들의 제1 열화정보를 생성하는 제1 연산부;
    상기 절연물 이미지에 포함된 절연물 영역에 대하여 픽셀 당 RGB (Red Green Blue) 값을 확인하고, 픽셀당 RGB 값에서의 R 색상, G 색상 및 B 색상 간의 관계를 이용하여 내부기기들의 제2 열화정보를 생성하는 제2 연산부; 및
    상기 제1 열화정보 및 제2 열화정보와 기준 열화정보를 비교하고, 비교 결과를 기초로 소정의 열화판정 알고리즘에 의하여 내부기기들의 절연물의 열화를 판정하는 판정부를 포함하여 구성되고,
    상기 초음파 감지센서와 제1 연산부 사이에는 변환부, 제3 증폭부 및 필터부가 차례로 설치되되, 초음파 감지센서 주위에는 혼구조체가 형성되어, 혼구조체로부터 집음되어 초음파 감지센서에 의하여 검출된 음향 전기신호를 전압 전기신호로 변환하여 증폭 후 원하는 신호를 제외한 신호를 필터링하여 제1 연산부로 출력하고, 상기 초음파 감지센서 주위에는 집음을 위한 혼(Horn)구조를 갖추고, 초음파 감지센서를 통하여 주변 초음파를 수신하며, 수신된 초음파 중에서 특성주파수인 40kHz의 초음파만 선택적으로 전기신호로 변환한 후, 변환된 전기신호를 제1 연산부에 입력하고,
    상기 헬리컬 안테나와 제1 연산부 사이에는 정류평활부가 설치되어 헬리컬 안테나에 의하여 검출된 전파 전기신호를 원하는 전파영역과 동조시켜 그 신호강도를 선택적으로 증폭시킨 다음, 원하는 전파영역의 신호를 제외한 신호를 필터링하여 제1 연산부로 출력하되, 각 영역에 동조된 안테나를 각각 내장하여 각 전파영역(즉, 주파수 90~108MHz, 170~222 MHz, 470~770 MHz)의 신호강도를 전기적 신호로 변환하여 제1 연산부에 입력하고, 정류평활부의 후단에는 필터부가 결합되며,
    상기 제2 연산부는 절연물 이미지에서 전기설비의 표식을 위하여 문자, 숫자 또는 기호가 새겨진 절연물 영역을 인식하기 위하여, 절연물 영역에 대하여 필터링을 수행하여 에지를 추출하고, 숫자일 경우 그에 대하여 이진화를 수행하며, 이진화 된 이미지에 대하여 숫자를 검출하고, 숫자 배열이 존재하는 영역을 선별하며, 촬상 이미지에서의 숫자의 기울기가 존재하는 경우, 해당 기울기를 반영하여 절연물 영역을 보정하여 추출하거나, 절연물 영역에 포함된 숫자 또는 문자에 대하여 각각의 신경망 인식기를 이용하여 문자 (또는 숫자) 인식을 수행하는 것을 특징으로 하는 전기설비의 절연물 특성 열화 감시 및 진단 시스템을 내장한 수배전반.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 판정부는
    상기 제1 열화정보와 그 이전의 제1 열화정보와 비교하여 내부기기들의 절연물의 제1 열화를 판단하고,
    상기 제2 열화정보에서 절연물 영역에 대하여 픽셀 당 RGB값에 대한 조건식을 만족하는 지 여부에 따라 내부기기들의 절연물의 제2 열화를 판단하며,
    상기 제1 열화 및 제2 열화 판단의 결과에 따라 주의, 경고, 위험 상태로 분류하여 판정하는 것을 특징으로 하는 전기설비의 절연물 특성 열화 감시 및 진단 시스템을 내장한 수배전반.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 판정부는
    상기 제1 열화가 판단되면 내부기기들의 절연물이 주의 상태로 분류하여 판단하는 것을 특징으로 하는 전기설비의 절연물 특성 열화 감시 및 진단 시스템을 내장한 수배전반.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 판정부는
    상기 제1 열화가 판단된 후,
    상기 제2 열화 판단 시에
    상기 절연물 영역의 전체 픽셀에 대한, 아래의 수학식
    B값 > R값 And B값 > G값
    을 만족하는 픽셀의 수가 기 설정된 임계 비율 이상인 경우,
    상기 내부기기들의 절연물이 경고 상태인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 전기설비의 절연물 특성 열화 감시 및 진단 시스템을 내장한 수배전반.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 판정부는
    상기 제1 열화가 판단된 후,
    상기 제2 열화 판단 시에
    상기 절연물 영역에 대하여, 수학식 1 내지 수학식 3을 만족하지 않고, 수학식 4를 만족하는 픽셀의 수가 임계 비율 이상인 경우, 상기 내부기기들의 절연물이 위험 상태인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 전기설비의 절연물 특성 열화 감시 및 진단 시스템을 내장한 수배전반.
    [수학식 1]
    G값 > R값 And G값 > B값
    [수학식 2]
    R값 > G값 And R값 > B값
    [수학식 3]
    Abs(R-G) < 최대값 and Abs(G-B) < 최대값 and Abs(B-R) < 최대값
    [수학식 4]
    B값 > R값 And B값 > G값
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