KR102553446B1 - 가스절연개폐기 부분방전 탐지 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 가스절연개폐기 부분방전 탐지 장치는, 가스절연개폐기의 서로 다른 위치에 배치되어 전자기파를 감지하는 복수의 전자기파 센서를 포함하는 센서부와, 센서부로부터 전달되는 전자기파 신호의 이동경로를 스위칭 동작을 통해 제어하는 고주파 스위치부와, 고주파 스위치부로부터 전자기파 신호를 전달받고 전자기파 신호의 패턴을 분석하여 가스절연개폐기의 부분방전 발생 여부를 판단하는 부분방전 판단부와, 고주파 스위치부로부터 전자기파 신호를 전달받고 센서부의 전자기파 감지 시점들을 이용하여 센서부에 의해 감지된 전자기파의 발생위치를 계산하는 발생위치 계산부를 포함할 수 있다.

Description

가스절연개폐기 부분방전 탐지 장치{Apparatus for detecting partial discharge in gas insulated switchgear}
본 발명은 가스절연개폐기 부분방전 탐지 장치에 관한 것이다.
가스절연개폐기(gas insulated switchgear, GIS)는 발전소나 변전소 등에 설치되어 고전압의 큰 전류가 흐르며 개폐 동작을 수행할 수 있다. 이러한 가스절연개폐기에는 내부 이상에 의한 고장의 전조 현상으로 부분방전(Partial Discharge, PD)이 발생할 수 있다. 부분방전은 가스절연개폐기의 절연파괴를 유발할 수 있으며 발전소나 변전소의 전력공급에 커다란 지장을 초래할 수 있다. 따라서, 가스절연개폐기에 발생되는 부분방전을 탐지하여 절연파괴와 같은 사고를 예방하는 것은 중요하다.
공개특허공보 제10- 2016-0046014호
본 발명의 일 실시 예는, 부분방전 발생 판단과 부분방전 발생위치 추정을 함께 수행할 수 있는 가스절연개폐기 부분방전 탐지 장치를 제공한다.
본 발명의 실시예에 의한 가스절연개폐기 부분방전 탐지 장치는, 가스절연개폐기의 서로 다른 위치에 배치되어 전자기파를 감지하는 복수의 전자기파 센서를 포함하는 센서부; 상기 센서부로부터 전달되는 전자기파 신호의 이동경로를 스위칭 동작을 통해 제어하는 고주파 스위치부; 상기 고주파 스위치부로부터 전자기파 신호를 전달받고 상기 전자기파 신호의 패턴을 분석하여 상기 가스절연개폐기의 부분방전 발생 여부를 판단하는 부분방전 판단부; 및 상기 고주파 스위치부로부터 전자기파 신호를 전달받고 상기 센서부의 전자기파 감지 시점들을 이용하여 상기 센서부에 의해 감지된 전자기파의 발생위치를 계산하는 발생위치 계산부;를 포함한다.
여기서, 상기 복수의 전자기파 센서의 개수는 적어도 3개이고, 상기 발생위치 계산부는 하기의 수학식:
Figure 112021119783466-pat00001
에 감쇄계수 α와 시점 차이값 △를 적용하여 상기 센서부에 의해 감지된 전자기파의 발생위치를 계산하고, 상기 복수의 전자기파 센서의 제1 조합에 포함된 전자기파 센서들의 감지 시점 차이값과, 제2 조합에 포함된 전자기파 센서들의 감지 시점 차이값을 이용하여 상기 감쇄계수 α를 계산하고, 제3 조합에 포함된 전자기파 센서들의 감지 시점 차이값을 상기 △에 적용하고, 여기서, d는 상기 복수의 전자기파 센서 중 하나와 상기 전자기파의 발생위치간의 거리이고, D는 상기 복수의 전자기파 센서 중 하나와 다른 하나간의 거리이고, C는 광속도이다.
본 발명의 다른 실시예에 의한 가스절연개폐기 부분방전 탐지 장치는, 가스절연개폐기의 서로 다른 위치에 배치되어 전자기파를 감지하는 복수의 전자기파 센서를 포함하는 센서부; 상기 센서부로부터 전달되는 전자기파 신호의 이동경로를 스위칭 동작을 통해 제어하는 고주파 스위치부; 상기 고주파 스위치부로부터 전자기파 신호를 전달받고 상기 전자기파 신호의 패턴을 분석하여 상기 가스절연개폐기의 부분방전 발생 여부를 판단하는 부분방전 판단부; 및 상기 고주파 스위치부로부터 전자기파 신호를 전달받고 상기 센서부의 전자기파 감지 시점들을 이용하여 상기 센서부에 의해 감지된 전자기파의 발생위치를 계산하는 발생위치 계산부;를 포함한다.
여기서, 상기 가스절연개폐기는 제1, 제2 및 제3 차단기를 포함하고, 상기 센서부는 상기 제1 차단기의 일측에 배치되는 제1 전자기파 센서와, 상기 제1 차단기와 제2 차단기의 사이에 배치되는 제2 전자기파 센서와, 상기 제2 차단기와 제3 차단기의 사이에 배치되는 제3 전자기파 센서와, 상기 제3 차단기의 일측에 배치되는 제4 전자기파 센서를 포함한다.
그리고, 상기 발생위치 계산부는 하기의 수학식:
Figure 112021119783466-pat00002
에 감쇄계수 α와 시점 차이값 △를 적용하여 상기 센서부에 의해 감지된 전자기파의 발생위치를 계산하고, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 전자기파 센서 중 가장 먼저 전자기파를 감지한 전자기파 센서와 인접 전자기파 센서의 감지 시점 차이값을 상기 △에 적용하고, 상기 △에 관여되지 않은 전자기파 센서 각각과 상기 △에 관여된 전자기파 센서의 감지 시점 차이값들을 이용하여 상기 감쇄계수 α를 계산하고, 여기서, d는 상기 제1 내지 제4 전자기파 센서 중 하나와 상기 전자기파의 발생위치간의 거리이고, D는 상기 제1 내지 제4 전자기파 센서 중 하나와 다른 하나간의 거리이고, C는 광속도이다.
본 발명의 실시예에 의한 가스절연개폐기 부분방전 탐지 방법은, 동작 모드를 제1 모드와 제2 모드 중 하나로 설정하는 단계; 가스절연개폐기의 서로 다른 위치에 배치된 복수의 전자기파 센서로부터 전자기파 신호를 전달받는 단계; 설정된 동작 모드가 상기 제1 모드일 경우에 상기 전자기파 신호의 패턴을 분석하여 상기 가스절연개폐기의 부분방전 발생 여부를 판단하는 단계; 및 설정된 동작 모드가 상기 제2 모드일 경우에 상기 복수의 전자기파 센서의 전자기파 신호 감지 시점들을 이용하여 상기 가스절연개폐기에서 전자기파가 발생한 위치를 계산하는 단계;를 포함한다.
여기서, 상기 복수의 전자기파 센서의 개수는 적어도 3개이고, 상기 전자기파가 발생한 위치를 계산하는 단계는, 하기의 수학식:
Figure 112021119783466-pat00003
에 감쇄계수 α와 시점 차이값 △를 적용하여 상기 복수의 전자기파 센서에 의해 감지된 전자기파의 발생위치를 계산하고, 상기 복수의 전자기파 센서의 제1 조합에 포함된 전자기파 센서들의 감지 시점 차이값과, 제2 조합에 포함된 전자기파 센서들의 감지 시점 차이값을 이용하여 상기 감쇄계수 α를 계산하고, 제3 조합에 포함된 전자기파 센서들의 감지 시점 차이값을 상기 △에 적용하고, 여기서, d는 상기 복수의 전자기파 센서 중 하나와 상기 전자기파의 발생위치간의 거리이고, D는 상기 복수의 전자기파 센서 중 하나와 다른 하나간의 거리이고, C는 광속도이다.
본 발명의 다른 실시예에 의한 가스절연개폐기 부분방전 탐지 방법은, 동작 모드를 제1 모드와 제2 모드 중 하나로 설정하는 단계; 가스절연개폐기의 서로 다른 위치에 배치된 복수의 전자기파 센서로부터 전자기파 신호를 전달받는 단계; 설정된 동작 모드가 상기 제1 모드일 경우에 상기 전자기파 신호의 패턴을 분석하여 상기 가스절연개폐기의 부분방전 발생 여부를 판단하는 단계; 및 설정된 동작 모드가 상기 제2 모드일 경우에 상기 복수의 전자기파 센서의 전자기파 신호 감지 시점들을 이용하여 상기 가스절연개폐기에서 전자기파가 발생한 위치를 계산하는 단계;를 포함한다.
그리고, 상기 가스절연개폐기는 제1, 제2 및 제3 차단기를 포함하고, 상기 복수의 전자기파 센서는 상기 제1 차단기의 일측에 배치되는 제1 전자기파 센서와, 상기 제1 차단기와 제2 차단기의 사이에 배치되는 제2 전자기파 센서와, 상기 제2 차단기와 제3 차단기의 사이에 배치되는 제3 전자기파 센서와, 상기 제3 차단기의 일측에 배치되는 제4 전자기파 센서를 포함한다.
여기서, 상기 전자기파가 발생한 위치를 계산하는 단계는, 하기의 수학식:
Figure 112021119783466-pat00004
에 감쇄계수 α와 시점 차이값 △를 적용하여 상기 복수의 전자기파 센서에 의해 감지된 전자기파의 발생위치를 계산하고, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 전자기파 센서 중 가장 먼저 전자기파를 감지한 전자기파 센서와 인접 전자기파 센서의 감지 시점 차이값을 상기 △에 적용하고, 상기 △에 관여되지 않은 전자기파 센서 각각과 상기 △에 관여된 전자기파 센서의 감지 시점 차이값들을 이용하여 상기 감쇄계수 α를 계산하고, 여기서, d는 상기 제1 내지 제4 전자기파 센서 중 하나와 상기 전자기파의 발생위치간의 거리이고, D는 상기 제1 내지 제4 전자기파 센서 중 하나와 다른 하나간의 거리이고, C는 광속도이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 가스절연개폐기 부분방전 탐지 장치는, 부분방전 발생 판단과 부분방전 발생위치 추정을 함께 수행할 수 있으며, 간헐적으로 발생되는 부분방전에 대한 신속한 통합탐지를 수행할 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스절연개폐기 부분방전 탐지 장치는, 부분방전 발생 판단과 부분방전 발생위치 추정을 서로 유기적으로 연계시킬 수 있으며, 부분방전에 대한 통합탐지 기능을 간소화시켜 구현할 수 있으며, 가스절연개폐기 관리자의 관리에 편의를 제공할 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스절연개폐기 부분방전 탐지 장치는, 부분방전에 따라 발생되는 전자기파의 감쇄를 반영하여 정확하게 부분방전 발생위치를 추정할 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스절연개폐기 부분방전 탐지 장치는, 가스절연개폐기 관리자가 직관적으로 부분방전 발생위치를 파악하게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스절연개폐기 부분방전 탐지 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스절연개폐기 부분방전 탐지 장치를 구체적으로 예시한 도면이다.
도 3은 전자기파 센서의 배치를 나타낸 도면이다.
도 4는 전자기파 센서에 의해 감지되는 부분방전의 위치를 나타낸 도면이다.
도 5는 부분방전 판단부가 출력하는 파형을 나타낸 도면이다.
도 6은 발생위치 계산부의 출력을 예시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스절연개폐기 부분방전 탐지 방법을 나타낸 순서도이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 실시 예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스절연개폐기 부분방전 탐지 장치를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스절연개폐기 부분방전 탐지 장치는, 센서부(110), 고주파 스위치부(120), 부분방전 판단부(130) 및 발생위치 계산부(140)를 포함할 수 있다.
센서부(110)는 가스절연개폐기의 서로 다른 위치에 배치되어 전자기파를 감지하는 복수의 전자기파 센서를 포함할 수 있다. 상기 센서부(110)에 의해 감지되는 전자기파의 대역은 UHF(Ultra High Frequency) 대역일 수 있으며, 500~1500MHz의 감지가능 주파수 범위를 가질 수 있다.
예를 들어, 상기 센서부(110)는 무선통신에 사용되는 안테나와 유사한 형태를 가져서 전자기파를 수신할 수 있으며, 전기장 또는 자기장에 반응하도록 설계되어 전자기파의 전기장 또는 자기장에 대응되는 전류 또는 전압을 생성할 수도 있다.
가스절연개폐기에 육플루오린화황(SF6)과 같은 절연가스가 포함될 수 있으므로, 상기 센서부(110)는 상기 절연가스에 대한 화학적인 반응이 거의 없는 재질로 구현될 수 있다.
고주파 스위치부(120)는 센서부(110)로부터 전달되는 전자기파 신호의 이동경로를 스위칭 동작을 통해 제어할 수 있다. 상기 이동경로는 센서부(110)부터 부분방전 판단부(130)까지의 제1 이동경로와, 센서부(110)부터 발생위치 계산부(140)의 제2 이동경로를 포함할 수 있다. 따라서, 상기 고주파 스위치부(120)는 스위칭 동작을 통해 가스절연개폐기 부분방전 탐지 장치가 부분방전 발생 판단을 수행할지 부분방전 발생위치 추정을 수행할지 제어할 수 있다.
예를 들어, 상기 고주파 스위치부(120)는 가스절연개폐기 관리자의 입력에 따라 스위칭 동작을 수행할 수 있으며, 소정의 주기마다 반복적으로 스위칭 동작을 수행할 수 있으며, 부분방전 판단부(130)의 판단 결과에 따라 스위칭 동작을 수행할 수 있다. 가스절연개폐기 부분방전 탐지 장치는 상기 고주파 스위치부(120)의 스위칭 조건에 따라 다양한 원리로 부분방전 발생 판단과 부분방전 발생위치 추정을 유기적으로 연계시킬 수 있다.
부분방전 판단부(130)는 고주파 스위치부(120)에 전기적으로 연결되고 전자기파 신호의 패턴을 분석하여 가스절연개폐기의 부분방전 발생 여부를 판단할 수 있다.
예를 들어, 상기 부분방전 판단부(130)는 가스절연개폐기에 부분방전이 발생할 때의 전자기파 신호의 파형이 공통적으로 가지는 패턴을 사전에 저장할 수 있으며, 센서부(110)로부터 전달받은 전자기파 신호의 파형과 사전에 저장된 파형을 서로 비교할 수 있으며, 비교 결과에 따라 센서부(110)로부터 전달받은 전자기파 신호가 부분방전에 의한 것인지 판단할 수 있다.
예를 들어, 상기 부분방전 판단부(130)는 센서부(110)로부터 전달받은 전자기파 신호의 피크값이 기준값보다 큰 상태로 기준 시간동안 지속될 경우에 가스절연개폐기에 부분방전이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
설계에 따라, 상기 부분방전 판단부(130)는 가스절연개폐기에 부분방전이 발생한 것으로 판단한 경우에 고주파 스위치부(120)에 스위칭 신호를 전달할 수 있다. 스위칭 신호를 전달받은 고주파 스위치부(120)는 스위칭 동작을 수행하여 발생위치 계산부(140)로 전자기파 신호를 전달할 수 있다. 이에 따라, 가스절연개폐기 부분방전 탐지 장치는 간헐적으로 발생되는 부분방전에 대한 신속한 통합탐지를 수행할 수 있다.
설계에 따라, 상기 부분방전 판단부(130)는 HMI(Human Machine Interface)로 구현되어 전자기파 신호의 파형을 디스플레이하고, 가스절연개폐기에 부분방전이 발생한 경우에 알람을 출력하고, 가스절연개폐기 관리자로부터 신호를 입력 받아서 통합 제어를 수행할 수도 있다.
발생위치 계산부(140)는 고주파 스위치부(120)에 전기적으로 연결되고 센서부(110)의 전자기파 감지 시점들을 이용하여 센서부(110)에 의해 감지된 전자기파의 발생위치를 계산할 수 있다. 구체적인 계산 과정은 도 4를 참조하여 후술한다.
설계에 따라, 상기 부분방전 판단부(130) 및 발생위치 계산부(140)는 하나의 모듈 내에서 구현될 수 있으며, 복수의 모듈로 구분되어 구현될 수도 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스절연개폐기 부분방전 탐지 장치를 구체적으로 예시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 고주파 스위치부는 각각 트랜지스터로 구현되어 일 단자를 통해 제어 신호를 전달받아서 다른 단자들을 통해 전자기파 신호를 통과 또는 차단시키는 제1 내지 제8 고주파 스위치(121, 122, 123, 124, 125, 126, 127, 128)를 포함할 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스절연개폐기 부분방전 탐지 장치는, 서지 보호부(150), 저잡음 증폭부(160), 필터부(170) 및 아날로그-디지털 변환부(180)를 더 포함할 수 있다.
서지 보호부(150)는 제1 내지 제4 전자기파 센서(111, 112, 113, 114)에 전기적으로 연결되어 제1 내지 제4 전자기파 센서(111, 112, 113, 114)로부터 유입되는 서지(surge)를 제거할 수 있다. 예를 들어, 상기 서지 보호부(150)는 서지 주파수의 신호를 필터링하는 필터로 구현될 수 있으며, 차단기 또는 퓨즈로 구현되어 큰 서지가 저잡음 증폭부(160)로 유입되는 것으로부터 보호할 수도 있다.
저잡음 증폭부(160)는 서지 보호부(150)에 전기적으로 연결되어 전자기파 신호를 증폭할 수 있다. 예를 들어, 상기 저잡음 증폭부(160)는 공통 게이트 증폭단 또는 공통 소스 증폭단으로 구성된 복수의 트랜지스터를 포함할 수 있다.
필터부(170)는 제1 내지 제8 고주파 스위치(121, 122, 123, 124, 125, 126, 127, 128)와 부분방전 판단부(130)의 사이에 전기적으로 연결되어 전자기파 신호에 대한 필터링 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 상기 필터부(170)는 광대역을 가지는 밴드 패스 필터로 구현될 수 있으며, 연산 증폭기를 포함하는 능동형 필터 또는 수동 소자로 구현된 수동형 필터로 구현될 수 있다.
아날로그-디지털 변환부(180)는 필터부(170) 및 제1 내지 제8 고주파 스위치(121, 122, 123, 124, 125, 126, 127, 128)에 전기적으로 연결되어 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환할 수 있다. 예를 들어, 상기 아날로그-디지털 변환부(180)는 제1 내지 제4 전자기파 센서(111, 112, 113, 114)의 감지가능 주파수 범위의 주파수보다 높은 샘플링 주파수를 가질 수 있다. 여기서, 샘플링 주파수는 1GS/s일 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 또한, 상기 아날로그-디지털 변환부(180)는 오프셋 상쇄를 위한 피드백 회로를 가질 수 있다.
도 2를 참조하면, 도 1에 도시된 부분방전 판단부 및 발생위치 계산부는 FPGA(191), 위상 동기화부(192), 임베디드 보드(193) 및 컴퓨터(194)로 구현될 수 있다. 예를 들어, 상기 부분방전 판단부 및 발생위치 계산부는 FPGA(191), 위상 동기화부(192), 임베디드 보드(193) 및 컴퓨터(194) 각각에서 독립적인 공간을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 부분방전 판단부는 임베디드 보드(193) 및 컴퓨터(194)로 구현되고, 상기 발생위치 계산부는 FPGA(191) 및 위상 동기화부(192)로 구현될 수 있다.
FPGA(191)는 디지털 신호를 고속으로 처리할 수 있다. 예를 들어, 상기 FPGA(191)는 다중 Trigger 알고리즘 방식으로 전자기파 신호로부터 부분방전 펄스(pulse)의 데이터들만 추출할 수 있다.
위상 동기화부(192)는 16.66ms를 1주기로 하여 제1 내지 제4 전자기파 센서(111, 112, 113, 114)로부터 각각 전달된 전자기파 신호들을 동기화할 수 있다.
임베디드 보드(193)는 추출된 펄스의 데이터들을 처리하고 컴퓨터(194)로 전달할 수 있다.
컴퓨터(194)는 전달받은 데이터에 대한 분석 동작 및 저장 동작을 수행할 수 있다.
도 3은 전자기파 센서의 배치를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 가스절연개폐기는 개폐 동작을 수행하는 제1 차단기(CB1), 제2 차단기(CB2), 제3 차단기(CB3)를 포함할 수 있다. 여기서, 제1 전자기파 센서(111)는 상기 제1 차단기(CB1)의 일측에 배치될 수 있고, 제2 전자기파 센서(112)는 상기 제1 차단기(CB1)와 제2 차단기(CB2)의 사이에 배치될 수 있고, 제3 전자기파 센서(113)는 상기 제2 차단기(CB2)와 제3 차단기(CB3)의 사이에 배치될 수 있고, 제4 전자기파 센서(114)는 상기 제3 차단기(CB3)의 일측에 배치될 수 있다.
이에 따라 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스절연개폐기 부분방전 탐지 장치는, 제1 내지 제3 차단기(CB1, CB2, CB3) 중 어떤 차단기에서 부분방전이 발생하였는지 판단할 수 있다.
도 4는 전자기파 센서에 의해 감지되는 부분방전의 위치를 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 제1 전자기파 센서(Sensor1)과 제2 전자기파 센서(Sensor2)간의 이격거리는 D1이고, 제2 전자기파 센서(Sensor2)과 제3 전자기파 센서(Sensor3)간의 이격거리는 D2이고, 제3 전자기파 센서(Sensor3)과 제4 전자기파 센서(Sensor4)간의 이격거리는 D3이고, 부분방전의 발생위치(fault)와 제2 전자기파 센서(Sensor2)간의 거리는 d이다. 상기 제1 내지 제4 전자기파 센서 중 둘은 제1 내지 제3 조합으로 묶일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 가스절연개폐기 부분방전 탐지 장치는 하기의 수학식 1에 감쇄계수 α와 시점 차이값 △t를 적용하여 부분방전의 발생위치(fault)를 계산할 수 있다. 여기서, C는 광속도이다.
Figure 112021119783466-pat00005
만약 부분방전의 발생위치(fault)가 제2 전자기파 센서(Sensor2)와 제3 전자기파 센서(Sensor3)의 사이일 경우, 가스절연개폐기 부분방전 탐지 장치는 수학식 1의 D에 D2를 적용하고 △t에 제2 전자기파 센서(Sensor2)의 감지 시점과 제3 전자기파 센서(Sensor3)의 감지 시점과의 차이값을 적용하여 d와 α를 포함하는 식을 산출할 수 있다.
또한, 가스절연개폐기 부분방전 탐지 장치는 D1에서 C를 나누고 제1 전자기파 센서(Sensor1)의 감지 시점과 제2 전자기파 센서(Sensor2)의 감지 시점간의 차이값을 나눠서 a1을 산출할 수 있다.
또한, 가스절연개폐기 부분방전 탐지 장치는 D3에서 C를 나누고 제3 전자기파 센서(Sensor3)의 감지 시점과 제4 전자기파 센서(Sensor4)의 감지 시점간의 차이값을 나눠서 α2를 산출할 수 있다.
이후, 가스절연개폐기 부분방전 탐지 장치는 α1 내지 α2의 범위에 속하는 값을 수학식 1의 α에 적용하여 d를 계산할 수 있다.
이에 따라, 가스절연개폐기 부분방전 탐지 장치는 부분방전에 따라 발생되는 전자기파의 감쇄를 반영하여 정확하게 부분방전 발생위치를 추정할 수 있다.
도 5는 부분방전 판단부가 출력하는 파형을 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 제1 전자기파 센서로부터 전달되는 파형(Ch1)과 제2 전자기파 센서로부터 전달되는 파형(Ch2)과 제3 전자기파 센서로부터 전달되는 파형(Ch3)과 제4 전자기파 센서로부터 전달되는 파형(Ch4)은 한 화면에 각각 출력될 수 있다. 즉, 부분방전 판단부는 다중 Trigger기능을 사용할 수 있다.
만약 Ch1 내지 Ch4 파형 중 하나에서 부분방전에 따른 패턴이 나타날 경우, 부분방전 판단부는 전체 데이터 중 박스 해당영역의 펄스 데이터만 선별하여 펄스를 추출하고 저장할 수 있으며, 나머지 데이터를 삭제할 수 있다. 부분방전 판단부는 추출된 펄스를 이용하여 파형들에 대한 저장 및 패턴 분석을 심층적으로 진행할 수 있다.
도 6은 발생위치 계산부의 출력을 예시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 발생위치 계산부는 제1 및 제2 전자기파 센서(S1, S2)의 위치가 반영된 제1 맵과, 제2 및 제3 전자기파 센서(S2, S3)의 위치가 반영된 제2 맵과, 제3 및 제4 전자기파 센서(S3, S4)의 위치가 반영된 제3 맵을 디스플레이할 수 있다.
여기서, 상기 제1 맵의 각 위치는 가스절연개폐기에서 A구간의 위치에 대응될 수 있으며, 상기 제2 맵의 각 위치는 가스절연개폐기에서 B구간의 위치에 대응될 수 있으며, 상기 제3 맵의 각 위치는 가스절연개폐기에서 C구간의 위치에 대응될 수 있다.
또한, 상기 발생위치 계산부는 첫번째로 전자기파를 감지한 전자기파 센서와 두번째로 전자기파를 감지한 전자기파 센서가 각각 제1 및 제2 전자기파 센서(S1, S2) 중 하나일 경우에 상기 제1 맵에서 상기 d에 대응되는 위치와 상기 제2 맵에서 제2 소정의 위치와 상기 제3 맵에서 제4 소정의 위치의 디스플레이 값을 변경할 수 있다. 예를 들어, 제2 소정의 위치는 상기 제2 맵의 좌측 가장자리에 인접할 수 있으며, 제4 소정의 위치는 상기 제3 맵의 좌측 가장자리에 인접할 수 있다.
또한, 상기 발생위치 계산부는 첫번째로 전자기파를 감지한 전자기파 센서와 두번째로 전자기파를 감지한 전자기파 센서가 각각 제2 및 제3 전자기파 센서(S2, S3) 중 하나일 경우에 상기 제1 맵에서 제1 소정의 위치와 상기 제2 맵에서 상기 d에 대응되는 위치와 상기 제3 맵에서 상기 제4 소정의 위치의 디스플레이 값을 변경할 수 있다. 예를 들어, 제1 소정의 위치는 상기 제1 맵의 우측 가장자리에 인접할 수 있다.
또한, 상기 발생위치 계산부는 첫번째로 전자기파를 감지한 전자기파 센서와 두번째로 전자기파를 감지한 전자기파 센서가 상기 제3 및 제4 전자기파 센서(S3, S4) 중 하나일 경우에 상기 제1 맵에서 제1 소정의 위치와 상기 제2 맵에서 제3 소정의 위치와 상기 제3 맵에서 상기 d에 대응되는 위치의 디스플레이 값을 변경할 수 있다. 예를 들어, 제3 소정의 위치는 상기 제2 맵의 우측 가장자리에 인접할 수 있다.
상기 발생위치 계산부는 제1 내지 제3 맵을 활용하여 디스플레이함으로써, 가스절연개폐기 관리자가 부분방전의 발생위치를 직관적으로 파악할 수 있게 할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스절연개폐기 부분방전 탐지 방법을 나타낸 순서도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스절연개폐기 부분방전 탐지 방법은, 동작 모드를 제1 모드와 제2 모드 중 하나로 설정하는 단계(S10)와, 가스절연개폐기의 서로 다른 위치에 배치된 복수의 전자기파 센서로부터 전자기파 신호를 전달받는 단계(S20)와, 설정된 동작 모드가 상기 제1 모드일 경우에 상기 전자기파 신호의 패턴을 분석하여 상기 가스절연개폐기의 부분방전 발생 여부를 판단하는 단계(S30)와, 설정된 동작 모드가 상기 제2 모드일 경우에 상기 복수의 전자기파 센서의 전자기파 신호 감지 시점들을 이용하여 상기 가스절연개폐기에서 전자기파가 발생한 위치를 계산하는 단계(S40)를 포함할 수 있다.
여기서 가스절연개폐기 부분방전 탐지 장치는, 상기 판단하는 단계(S30)에서 상기 가스절연개폐기에 부분방전이 발생한 것으로 판단한 경우에 스위칭 신호를 생성할 수 있으며, 상기 스위칭 신호가 생성된 경우에 상기 설정하는 단계(S10)에서 상기 동작 모드를 변경할 수 있다.
이상에서는 본 발명을 실시 예로써 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형이 가능할 것이다.
110: 센서부
111-114: 전자기파 센서
120: 고주파 스위치부
121-128: 고주파 스위치
130: 부분방전 판단부
140: 발생위치 계산부
150: 서지 보호부
160: 저잡음 증폭부
170: 필터부
180: 아날로그-디지털 변환부
191: FPGA
192: 위상 동기화부
193: 임베디드 보드
194: 컴퓨터
CB1-CB3: 차단기

Claims (1)

  1. 가스절연개폐기의 서로 다른 위치에 배치되어 전자기파를 감지하는 복수의 전자기파 센서를 포함하는 센서부;
    상기 센서부로부터 전달되는 전자기파 신호의 이동경로를 스위칭 동작을 통해 제어하는 고주파 스위치부;
    상기 고주파 스위치부로부터 전자기파 신호를 전달받고 상기 전자기파 신호의 패턴을 분석하여 상기 가스절연개폐기의 부분방전 발생 여부를 판단하는 부분방전 판단부;
    상기 고주파 스위치부로부터 전자기파 신호를 전달받고 상기 센서부의 전자기파 감지 시점들을 이용하여 상기 센서부에 의해 감지된 전자기파의 발생위치를 계산하는 발생위치 계산부;
    상기 센서부와 상기 고주파 스위치부의 사이에 전기적으로 연결되어 상기 센서부로부터 유입되는 서지(surge)를 제거하는 서지 보호부;
    상기 서지 보호부와 상기 고주파 스위치부의 사이에 전기적으로 연결되어 상기 서지가 제거된 전자기파 신호를 증폭하는 저잡음 증폭부; 및
    상기 고주파 스위치부와 상기 부분방전 판단부의 사이에 전기적으로 연결되어 상기 저잡음 증폭부에 의해 증폭된 전자기파 신호에 대한 필터링 동작을 수행하는 필터부;를 포함하고,
    상기 복수의 전자기파 센서의 개수는 적어도 3개이고,
    상기 발생위치 계산부는 하기의 수학식:
    Figure 112021119783466-pat00006

    에 감쇄계수 α와 시점 차이값 △를 적용하여 상기 센서부에 의해 감지된 전자기파의 발생위치를 계산하고,
    상기 복수의 전자기파 센서의 제1 조합에 포함된 전자기파 센서들의 감지 시점 차이값과, 제2 조합에 포함된 전자기파 센서들의 감지 시점 차이값을 이용하여 상기 감쇄계수 α를 계산하고,
    제3 조합에 포함된 전자기파 센서들의 감지 시점 차이값을 상기 △에 적용하고,
    여기서, d는 상기 복수의 전자기파 센서 중 하나와 상기 전자기파의 발생위치간의 거리이고, D는 상기 복수의 전자기파 센서 중 하나와 다른 하나간의 거리이고, C는 광속도인 가스절연개폐기 부분방전 탐지 장치.


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