KR102585147B1 - 부분방전의 노이즈 제거 장치가 구비된 배전반 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 부분방전의 노이즈 제거 장치가 구비된 배전반에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전력설비를 구성하는 고압배전반, 저압배전반, 분전반, 전동기제어반 등과 같은 배전반의 내·외부에 설치된 부분방전 측정채널에서 측정한 부분방전 신호에서 노이즈 부분만을 제거하도록 하여 보다 정확하게 부분방전 상태를 감지할 수 있도록 하는 부분방전의 노이즈 제거 장치가 구비된 배전반에 관한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 노이즈 신호를 측정하는 노이즈 측정 채널과, 부분방전 신호를 측정하는 부분방전 측정 채널과, 상기 노이즈 측정 채널 및 부분방전 측정 채널과 전기적으로 연결되어 상기 노이즈 신호와 부분방전 신호를 동기화하고, 노이즈 측정 채널에서 노이즈 신호 길이를 측정하고, 상기 부분방전 신호측정 채널에서 노이즈 신호 길이만큼만 제거하고 부분방전 신호를 측정할 수 있도록 제어하는 제어부로로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

부분방전의 노이즈 제거 장치가 구비된 배전반{Distribution panel equipped with an apparatus for noise gating from partial discharge}
본 발명은 부분방전의 노이즈 제거 장치가 구비된 배전반에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전력설비를 구성하는 고압배전반, 저압배전반, 분전반, 전동기제어반 등과 같은 배전반의 내·외부에 설치된 부분방전 측정채널에서 측정한 부분방전 신호에서 노이즈 부분만을 제거하도록 하여 보다 정확하게 부분방전 상태를 감지할 수 있도록 하는 부분방전의 노이즈 제거 장치가 구비된 배전반에 관한 것이다.
가스절연스위치, 변압기, 송전 케이블, 폐쇄배전반 등의 대부분의 전력설비 사고는 다양한 유형의 사고로 이어진다. 기기의 전기적, 기계적, 열적, 환경적 스트레스에 의한 장기적 열화에 의해 발생되며, 열화가 진행되어 측정 순간에 절연파괴가 급진전됨으로써 사고로 이행되는 것으로 분석된다.
이러한 문제를 해결하기 위해 부분방전(Partial Discharging) 측정 기법이 개발되었는데, 부분방전 측정 기법은 전기설비의 열화 진전에 따라 펄스형태의 부분방전이 발생하게 되며 열화 초기부터 전자파가 발생하기 때문에 이 전자파의 변화를 상시적으로 모니터링함으로써 고장을 조기에 진단할 수 있는 원리이다.
부분방전을 측정하기 위한 다양한 기술이 알려져 있는데, 그 중 VHF와 UHF법은 대표적인 부분방번 측정 방법이다. VHF와 UHF법은 부분방전을 측정하는 방법 중 외부의 잡음을 상대적으로 적게 받는 VHF와 UHF 대역(100MHz~1,500MHz)의 전자파를 검출함으로써 이상 상태를 조기에 진단하는 방법으로 가장 신뢰성이 있는 방법으로 알려졌다.
이러한 부분방전 측정에 있어 가장 중요한 요소는 노이즈 신호와 실제 부분방전 신호를 어떻게 구분하고 억제하느냐에 따라 진단 신뢰도 및 정확도가 결정된다.
노이즈를 제거하거나 분리하는 기법은 여러가지가 있는데, 그 중에서 일 예인 쉴딩(shielding)방법은 설치에 많은 비용이 소요되고 부싱, 케이블 접속부 등은 쉴딩(shielding)방법이 없어 노이즈 제거가 제한적이며, 밴드패스필터의 경우에는 보편적인 노이즈 제거의 경우에는 노이즈를 효율적으로 제거할 수 있으나, 주변의 모터에 의한 노이즈나 용접기 등에서 새롭게 발생하는 임펄스성 노이즈가 밴드패스필터 주파수대역을 벗어난 주파수 범위에서 발생되면 제거되지 않으며, 그로인해 부분방전 신호로 오판정하는 문제점을 가진다.
또한, 배전반 구조적인 특성에 따라 많은 조립부가 형성되고, 개폐할 수 있는 도어가 있어 쉴딩(shielding)방법은 적용하기 어려운 실정이다.
이러한 부분방전을 측정하기 위한 기술 중 일 예로서, 한국공개특허 제10-2013-0059520호에 기재된 기술이 있는데, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 그 기술적 특징은 (a) 가스절연스위치, 변압기, 송전 케이블, 폐쇄배전반 등의 전력설비의 부분방전 감지 센서가 감지한 원본 센서 데이터를 매트릭스 스위치에서 주파수 대역을 설정한 대역통과필터를 통과시키는 단계; (b) 상기 대역통과필터를 통과한 센서 데이터에서 장비 외부에 설치된 노이즈 센서에서 감지한 외부 노이즈를 빼는 단계; 및 (c) 상기 (b) 단계를 거친 주파수를 기학습된 정보를 갖는 신경망 엔진을 통해서 분석하여 부분방전 신호의 유형과 노이즈 유무를 판별하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그런데, 한국공개특허 제10-2013-0059520호에 기재된 기술은 신경망 엔진을 통하여 부분방전 신호의 유형을 판단하기 때문에 부분방전 및 미 제거된 노이즈를 확인할 수 있는 장점은 있으나, (b)단계에서 노이즈를 제거하는 과정은 통상적으로 신호를 샘플링 하고, 샘플링된 구간 중에서 노이즈가 있는 구간과 겹치는 경우에 노이즈의 최대값을 기준으로 신호를 제거하기 때문에 노이즈의 최대값보다 낮은 신호는 모두 제거되기 때문에 사실상 해당 샘플링 구간에 부분방전 신호가 포함되더라도 이를 알 수 있는 방법이 없는 문제점이 있다.
또한, 종래에는 부분방전 신호에서 노이즈를 제거하더라도 노이즈가 제거된 신호에서 단순히 부분방전이 발생한 정도만을 알 수 있을 뿐, 감지한 부분방전 신호가 어떠한 결합에 의해 발생된 상황인지를 정확하게 확인하기가 어려운 문제점이 있었다.
추가로 부분방전 신호의 검출을 위해서 100 ~ 1,500MHz의 광대역 주파수 범위를 측정하여 배전반의 절연열화를 진단하고 있는데, 측정하고자 하는 100 ~ 1,500MHz 주파수 범위에서 부분방전 신호 검출 센서는 주파수 대역내에서 고른 검출 성능을 유지하여야 한다.
일반적으로 측정하고자 하는 범위 중 저주파수 대역인 100 ~ 500MHz의 부분방전 신호를 검출하기 위한 모노폴 방식의 부분방전 검출 센서의 크기를 최소화 하기 위해 측정하고자 하는 주파수에 해당하는 파장의 λ/4 의 크기로 제작하여야 한다.
예를 들어 100MHz에서 발생하는 부분방전 신호의 공기중 파장은 2997.92485mm로 대략 300cm, 즉 3m정도가 되는데, 이것을 λ/4 로 표현하면 749.48mm, 즉 75cm 정도가 되며, 이는 검출 센서를 제작할 때 그 크기를 결정하는 중요한 요소가 된다.
하지만, 배전반의 구조상 부분방전 센서를 설치하는 공간이 협소하고, 또한, 크기가 큰 부분방전 센서에 의해 절연파괴 등 사고를 유발 할 수도 있다.
한국공개특허 제10-2013-0059520호(2013.06.07.공개)
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 전력설비를 구성하는 고압배전반, 저압배전반, 분전반, 전동기제어반 등과 같은 배전반의 내에서 부분방전 신호를 감지하는 부분방전 측정채널과 전력설비를 구성하는 고압배전반, 저압배전반, 분전반, 전동기제어반 등과 같은 배전반 외에서 발생하는 노이즈를 감지하는 노이즈 측정채널로 이루어지는데, 샘플링 구간 내에서 노이즈가 발생한 부분만 삭제하도록 하여 동일한 샘플링 구간이더라도 노이즈가 발생한 부분 이외의 구간에서 부분방전 신호가 발생하면 이를 감지할 수 있도록 하는 부분방전의 노이즈 제거 장치가 구비된 배전반을 제공하는 것이다.
그리고, 본 발명의 다른 목적은 배전반에 설치되어 부분방전 신호를 감지하기 위한 부분방전 센서를 메타물질 또는 메타구조를 사용하여 형성함으로써, 동일한 성능을 기준으로 일반 센서에 비해 1/10이상 축소가 가능하여 복잡하고 협소한 배전반에 다양한 방법으로 쉽고 안전하게 설치가 가능한 부분방전의 노이즈 제거 장치가 구비된 배전반을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 노이즈가 제거된 부분방전 신호를 머신러닝 기법을 통하여 부분방전의 패턴을 학습시킨 인공지능(AI)을 통하여 분석하도록 함으로써, 부분방전 신호의 패턴을 분석하는 과정에서 스스로 학습하도록 하여 부분방전 신호의 패턴을 보다 정확하게 판단할 수 있고 이렇게 확인한 부분방전 패턴에 따라 결함의 종류를 보다 용이하게 확인할 수 있는 부분방전의 노이즈 제거 장치가 구비된 배전반을 제공하는 것이다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은;
노이즈 신호를 측정하는 노이즈 측정 채널과, 부분방전 신호를 측정하는 부분방전 측정 채널과, 상기 노이즈 측정 채널 및 부분방전 측정 채널과 전기적으로 연결되어 상기 노이즈 신호와 부분방전 신호를 동기화하고, 상기 부분방전 신호에서 노이즈 신호를 제거하도록 제어하는 제어부로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 노이즈 측정 채널은 배전반의 외부에 설치되어 노이즈를 측정하는 노이즈 센서와, 상기 노이즈 센서와 전기적으로 연결되어 입력되는 RF고조파 신호의 진폭, 파워에 비례하여 DC 전압을 출력하는 RF 검출부와, 상기 RF 검출부에서 검출된 DC 전압 신호에서 노이즈의 길이를 측정하는 노이즈 길이 측정부와, 상기 노이즈 길이 측정부를 통하여 입력되는 노이즈 신호에서 1샘플링 구간 마다 최대값을 유지하도록 하는 PRPS/PRPD 피크홀드부와, 상기 PRPS/PRPD 피크홀드부의 후부에 연결되는 ADC 컨버터로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 부분방전 측정 채널은 배전반의 내·외부에 설치되어 부분방전 신호를 측정하는 부분방전 센서와, 상기 부분방전 센서와 전기적으로 연결되어 입력되는 RF고조파 신호의 진폭, 파워에 비례하여 DC 전압을 출력하는 RF 검출부와, 부분방전 신호에서 상기 노이즈 길이 측정부에서 감지한 노이즈의 길이 만큼 신호를 삭제하는 노이즈 제거 피크홀드부와, 상기 노이즈 제거 피크홀드부를 통하여 입력되는 노이즈 신호에서 1샘플링 구간 마다 최대값을 유지하도록 하는 PRPS/PRPD 피크홀드부와, 상기 PRPS/PRPD 피크홀드부의 후부에 연결되는 ADC 컨버터로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 노이즈 길이 측정부는 상기 RF 검출부에서 검출된 DC 전압이 설정값 이상일 경우, 노이즈 신호의 시작점으로 판단하여 상기 제어부로 전송하고, 상기 RF 검출부에서 검출된 DC 전압이 설정값 미만으로 떨어질 경우, 노이즈 신호의 끝점으로 판단하여 상기 제어부로 전송하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 제어부는 상기 노이즈 길이 측정부로부터 노이즈 신호의 시작점 신호를 수신할 경우, 상기 노이즈 제거 피크홀드부로 제어 신호를 전송하여 해제 상태로 전환하여 출력값이 없도록 하고, 상기 노이즈 길이 측정부로부터 노이즈 신호의 끝점 신호를 수신할 경우, 상기 노이즈 제거 피크홀드부로 제어 신호를 전송하여 유지 상태로 전환하여 입력되는 신호의 최대값을 유지하도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 노이즈 센서와 RF검출기 사이, 상기 부분방전 센서와 RF검출기 사이에는 상기 노이즈 센서 또는 부분방전 센서에서 감지한 신호 중에서 설정된 주파수 대역만을 통과시키는 주파수 필터와, 상기 주파수 필터를 통과한 RF신호를 잡음대비 증폭하는 저잡음 증폭기가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 부분방전 센서는 메타물질 또는 메타구조를 사용하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 부분방전 센서는 다수의 단위셀로 이루어지되, 상기 단위셀은 중심부를 형성하는 판형상의 기판과, 상기 기판의 상부에 형성되는 상면부와, 상기 기판의 하부에 형성되는 하면부와, 상기 상면부와 하면부에 형성되는 각각의 패드(PAD)를 연결하는 비아(via) 홀로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 상면부에는 모노폴 패턴이 형성되되, 상기 모노폴 패턴은 설정된 간격으로 절개되는 물음표 형상과, 상기 물음표 형상의 하부에 설정된 두께와 간격으로 형성되는 소용돌이 형상과, 상기 소용돌이 형상의 중심부에 형성되는 상기 비아 홀로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
추가로, 상기 부분방전의 노이즈 제거 장치로부터 수신한 노이즈가 제거된 부분방전 신호를 분석하여 부분방전의 패턴을 분석하는 패턴분석부가 더 구비되되, 상기 패턴분석부는 머신러닝에 의해 학습된 인공지능(AI)가 적용되는 것을 특징으로 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 인공지능(AI)은 머신러닝 기법이 적용되어 노이즈가 제거된 부분방전 신호를 분석하는 과정에서 부분방전 패턴을 학습하는 것을 특징으로 한다.
상기한 구성의 본 발명에 따르면, 전력설비를 구성하는 고압배전반, 저압배전반, 분전반, 전동기제어반 등과 같은 배전반의 내에서 부분방전 신호를 감지하는 부분방전 측정채널과 전력설비를 구성하는 고압배전반, 저압배전반, 분전반, 전동기제어반 등과 같은 배전반 외에서 발생하는 노이즈를 감지하는 노이즈 측정채널로 이루어지는데, 샘플링 구간 내에서 노이즈가 발생한 부분만 삭제하도록 하여 동일한 샘플링 구간이더라도 노이즈가 발생한 부분 이외의 구간에서 부분방전 신호가 발생하면 이를 감지할 수 있도록 하는 효과가 있다.
그리고, 본 발명은 배전반에 설치되어 부분방전 신호를 감지하기 위한 부분방전 센서를 메타물질 또는 메타구조를 사용하여 형성함으로써, 동일한 성능을 기준으로 일반 센서에 비해 1/10이상 축소가 가능하여 복잡하고 협소한 배전반에 다양한 방법으로 쉽고 안전하게 설치가 가능한 효과가 있다.
또한, 본 발명은 노이즈가 제거된 부분방전 신호를 머신러닝 기법을 통하여 부분방전의 패턴을 학습시킨 인공지능(AI)을 통하여 분석하도록 함으로써, 부분방전 신호의 패턴을 분석하는 과정에서 스스로 학습하도록 하여 부분방전 신호의 패턴을 보다 정확하게 판단할 수 있고 이렇게 확인한 부분방전 패턴에 따라 결함의 종류를 보다 용이하게 확인할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 전력설비의 부분방전 노이즈 제거 장치의 블럭도이다.
도 2는 종래의 개선된 전력설비의 부분방전 노이즈 제거 장치의 블럭도이다.
도 3은 본 발명에 따른 부분방전의 노이즈 제거 장치가 구비된 배전반의 부분방전 노이즈 제거 장치의 개념도이다.
도 4는 본 발명에 따른 부분방전의 노이즈 제거 장치가 구비된 배전반의 부분방전 노이즈 제거 장치의 블록도이다.
도 5는 본 발명에 따른 부분방전의 노이즈 제거 장치가 구비된 배전반의 부분방전 노이즈 제거 장치의 흐름도이다.
도 6은 본 발명에 따른 부분방전의 노이즈 제거 장치가 구비된 배전반의 부분방전 노이즈 제거 장치의 RF 검출기에서 출력되는 신호 및 노이즈 신호 길이 측정의 예시도이다.
도 7은 본 발명에 따른 부분방전의 노이즈 제거 장치가 구비된 배전반의 부분방전 노이즈 제거 장치의 노이즈 신호, 부분방전 신호, 노이즈 제거 신호의 예시도이다.
도 8은 본 발명에 따른 부분방전의 노이즈 제거 장치가 구비된 배전반의 부분방전 센서의 상면부 및 하면부의 개념도이다.
도 9는 본 발명에 따른 부분방전의 노이즈 제거 장치가 구비된 배전반의 부분방전 센서의 단위셀의 등가회로이다.
도 10은 본 발명에 따른 부분방전의 노이즈 제거 장치가 구비된 배전반의 부분방전 센서의 S11 특성을 측정한 그래프이다.
도 11은 본 발명에 따른 부분방전의 노이즈 제거 장치가 구비된 배전반의 개념도이다.
도 12는 본 발명에 따른 부분방전의 노이즈 제거 장치가 구비된 배전반의 진단 PRPS의 2D, 3D의 예시이다.
도 13은 본 발명에 따른 부분방전의 노이즈 제거 장치가 구비된 배전반에 적용된 AI를 학습시키기 위한 부분방전 패턴의 예시도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 보다 상세하게 설명한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다. 그리고, 본 발명은 다수의 상이한 형태로 구현될 수 있고, 기술된 실시 예에 한정되지 않음을 이해하여야 한다.
본 발명은 부분방전의 노이즈 제거 장치가 구비된 배전반에 관한 것으로, 우선 노이즈 제거장치를 살펴보면 도 3 내지 도 7에 도시된 바와 같이 그 구성은 노이즈 신호를 측정하는 노이즈 측정 채널(100)과 부분방전 신호를 측정하는 부분방전 측정 채널(200)과 상기 노이즈 측정 채널(100) 및 부분방전 측정 채널(200)과 전기적으로 연결되는 제어부(300)로 이루어진다.
여기서, 상기 제어부(300)는 상기 노이즈 측정 채널(100) 또는 부분방전 측정 채널(200)에서 측정한 상기 노이즈 신호와 부분방전 신호를 동기화하고 상기 부분방전 신호에서 노이즈 신호를 제거하도록 제어하게 된다.
그래서, 상기 부분방전 측정 채널(200)에서 측정한 부분방전 신호에서 노이즈를 제거함으로써, 보다 정확하게 부분방전 상태를 확인할 수 있게 된다.
그리고, 상기 노이즈 측정 채널(100)은 노이즈 센서(110), RF 검출부(140), 노이즈 길이 측정부(150), PRPS/PRPD 피크홀드부(160), ADC 컨버터(170)로 이루어지는데, 상기 노이즈 센서(110)는 전력설비를 구성하는 고압배전반, 저압배전반, 분전반, 전동기제어반 등과 같은 배전반의 외부에 설치되어 노이즈를 측정하게 된다.
여기서, 상기 RF 검출부(140)는 상기 노이즈 센서(110)와 전기적으로 연결되어 입력되는 RF고조파 신호의 진폭, 파워에 비례하여 DC 전압을 출력하고, 상기 노이즈 길이 측정부(150)는 상기 RF 검출부에서 검출된 DC 전압 신호에서 노이즈의 길이를 측정하게 된다.
이때, 상기 PRPS/PRPD 피크홀드부(160)는 상기 노이즈 길이 측정부(150)를 통하여 입력되는 전체 노이즈 신호에서 1샘플링 구간 마다 최대값을 유지하도록 하며, 상기 ADC 컨버터(170)는 상기 PRPS/PRPD 피크홀드부(160)의 후부에 연결되어 DC 전압 형태인 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 제어부에 데이터를 제공한다.
한편, 상기 부분방전 측정 채널(200)은 부분방전 센서(210), RF 검출부(240), 노이즈 제거 피크홀드부(250), PRPS/PRPD 피크홀드부(260), ADC 컨버터(270)로 이루어지는데, 상기 부분방전 센서(210)는 전력설비를 구성하는 고압배전반, 저압배전반, 분전반, 전동기제어반 등과 같은 배전반의 내·외부에 설치되어 발생되는 부분방전 신호를 측정하게 된다.
여기서, 상기 RF 검출부(240)는 상기 부분방전 센서(210)와 전기적으로 연결되어 입력되는 RF고조파 신호의 진폭, 파워에 비례하여 DC 전압을 출력하고, 상기 노이즈 제거 피크홀드부(250)는 부분방전 신호에서 상기 노이즈 길이 측정부(150)에서 감지한 노이즈의 길이 만큼의 신호를 삭제하게 된다.
이때, 상기 PRPS/PRPD 피크홀드부(260)는 상기 노이즈 제거 피크홀드부(250)를 통하여 입력되는 전체 부분방전 신호에서 1샘플링 구간 마다 최대값을 유지하도록 하며, 상기 ADC 컨버터(270)는 상기 PRPS/PRPD 피크홀드부(260)의 후부에 연결되어 DC 전압 형태인 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 제어부에 데이터를 제공한다.
그래서, 본 발명에서는 상기 제어부(300)를 통하여 노이즈 신호와 부분방전신호를 시간 동기화하고, 상기 부분방전 측정 채널(200)에서 측정한 부분방전 신호에서 상기 노이즈 측정 채널(100)의 노이즈 길이 측정부(150)에서 측정한 노이즈 신호의 길이만큼 신호를 삭제하도록 함으로써, 노이즈를 안정적으로 제거할 뿐만 아니라 보다 정확하게 부분방전 상태를 확인할 수 있게 된다.
즉, 종래에는 부분방전 신호를 설정된 시간 간격을 샘플링 구간으로 하여 다수의 구간으로 분할하고, 도 2에 도시된 바와 같이 다수의 설정된 시간 간격(1샘플링 구간) 중에서 노이즈 피크가 발행한 경우, 부분방전 신호의 시간 간격(1샘플링 구간) 중에서 동일한 시간 간격(1샘플링 구간)에 존재하는 전체 신호 중에서 노이즈 피크보다 작은 신호를 제거하도록 함으로써, 대부분 하나의 샘플링 구간 전체의 신호를 삭제하게 되므로 노이즈가 발생하지 않은 시간에 발생한 부분방전 신호까지 삭제된다.
반면에 본 발명에서는 전술한 바와 같이 다수의 샘플링 구간 중에서 노이즈가 발생한 샘플링 구간 전체에서 신호를 제거하는 것이 아니라 도 7에 도시된 바와 같이, 샘플링 구간 중에서 노이즈가 발생한 시간 동안의 구간만 삭제하도록 함으로써, 동일한 샘플링 구간 중에서 노이즈가 발생하지 않은 구간에서 발생한 부분방전 신호를 확인할 수 있게 된다.
여기서, 샘플링 구간이란 종래 기술에서 설명하는 기 설정된 시간 간격을 의미하는 것으로서, 샘플링 구간은 측정한 노이즈 신호 또는 부분방전 신호의 피크값을 유지하는 구간을 의미한다.
이러한 샘플링 구간의 구체적인 예를 들자면 전력설비를 구성하는 고압배전반, 저압배전반, 분전반, 전동기제어반 등과 같은 배전반의 전기 신호가 60Hz라고 할 경우, 1주기(1/60초)당 보편적으로 128샘플링 또는 64샘플링을 수행하게 되는데, 1주기당 128샘플링을 수행할 경우, 1샘플링 구간의 시간은 약 130㎲(1/60/128=1.302e-4)가 된다.
이때, 수치적으로만 본다면 130㎲는 아주 짧은 시간일 수 있지만 부분방전의 경우에는 상당한 시간이 될 수 있으며, 도 7에 도시된 바와 같이 이러한 1샘플링 구간에서도 다수의 부분방전 및 노이즈가 발생할 수 있어 본 발명에서는 1샘플링 구간 내에서도 노이즈가 발생한 부분에서만 신호를 삭제하도록 함으로써, 보다 정확하게 부분방전 신호를 확인할 수 있게 된다.
그리고, 상기 노이즈 측정 채널(100)을 구성하는 상기 노이즈 길이 측정부(150)는 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 RF 검출부(140)에서 검출된 DC 전압이 설정값 이상일 경우, 노이즈 신호의 시작점으로 판단하여 상기 제어부(300)로 전송하게 된다.
여기서, 상기 노이즈 길이 측정부(150)는 상기 RF 검출부(140)에서 검출된 DC 전압이 설정값 미만으로 떨어질 경우, 노이즈 신호의 끝점으로 판단하여 상기 제어부(300)로 전송하게 된다.
한편, 상기 제어부(300)는 상기 노이즈 길이 측정부(150)로부터 노이즈 신호의 시작점 신호를 수신할 경우, 상기 노이즈 제거 피크홀드부(250)로 제어 신호를 전송하여 해제 상태로 전환하는데, 상기 노이즈 제거 피크홀드부(250)는 해제 상태로 변하게 되면 기존의 피크값은 리셋되면서 출력값이 없어지도록 전압이 출력되지 않게 한다.
여기서, 상기 제어부(300)는 상기 노이즈 길이 측정부(150)로부터 노이즈 신호의 끝점 신호를 수신할 경우, 상기 노이즈 제거 피크홀드부(250)로 제어 신호를 전송하여 해제 상태에서 유지 상태로 전환하도록 하고, 상기 노이즈 제거 피크홀드부(250)로 입력되는 신호의 최대값을 유지하도록 한다.
그래서, 상기 노이즈 길이 측정부(150), 제어부(300), 노이즈 제거 피크홀드부(250)의 연동에 의해 노이즈가 발생할 경우, 발생한 노이즈의 길이만큼 부분방전 신호에서 노이즈에 해당하는 신호를 삭제할 수 있게 된다.
이때, 전력설비를 구성하는 고압배전반, 저압배전반, 분전반, 전동기제어반 등과 같은 배전반의 전기 신호가 60Hz에서 주기(1/60초)당 128샘플링을 수행할 경우, 1샘플링에서 노이즈 길이만큼 해당하는 신호가 삭제되고 그 외 구간에서 측정되는 부분방전 신호 최대값을 PRPS/PRPD 피크홀드부(260)에서, 1샘플링 구간의 시간은 약 130㎲(1/60/128=1.302e-4)으로 최대값을 유지하게 된다.
그리고, 상기 노이즈 측정 채널(100)과 부분방전 측정 채널(200)에는 상기 노이즈 센서(110)와 RF검출기(140) 사이, 상기 부분방전 센서(210)와 RF검출기(240) 사이에는 상기 노이즈 센서(110) 또는 부분방전 센서(210)에서 감지한 신호 중에서 설정된 주파수 대역만을 통과시키는 주파수 필터(120,220)가 더 구비될 수 있다.
여기서, 상기 노이즈 측정 채널(100)과 부분방전 측정 채널(200)에는 상기 주파수 필터(120,220)와 RF검출기(140,240) 사이에는 상기 주파수 필터(120,220)를 통과한 RF신호를 잡음대비 증폭하는 저잡음 증폭기(130,230)가 더 구비될 수 있다.
그래서, 상기 노이즈 센서(110) 및 부분방전 센서(210)에서 측정한 신호에서 잡음을 최소화하여 보다 정확하게 부분방전을 감지할 수 있게 된다.
한편, 상기 부분방전 측정 채널(200)을 구성하는 상기 부분방전 센서(210)는 전력설비를 구성하는 고압배전반, 저압배전반, 분전반, 전동기제어반 등과 같은 배전반에 설치되어 부분방전을 검출하기 위하여 메타물질(metamaterial; MTM)로 이루어지는 안테나를 사용하게 된다.
여기서, 메타물질(metamaterial; MTM) 안테나는 하나 또는 그 이상의 MTM(metamaterial) 단위 셀들을 가진 MTM 구조로 이루어지는데, 각 MTM 단위 셀에 대한 등가 회로는 우현 직렬 인덕턴스(LR), 우현 분기(shunt) 커패시턴스(CR), 좌현 직렬 커패시턴스(CL), 및 좌현 분기 인덕턴스(LL)를 포함한다. LL 및 CL은 그 단위 셀에 좌현 속성들을 제공하도록 구성되고 연결되어진다.
이 유형의 안테나는 분포형 회로 소자(distributed circuit component), 집중형 회로 소자(lumped circuit element) 또는 양자의 조합을 이용하여 구현될 수 있다. 각 단위 셀은 약 λ/4보다 작은데, 여기서 λ는 안테나에서 전송되는 전자기 신호의 파장이다.
그리고, 상기 부분방전 센서(210)는 다수의 단위셀(219)로 이루어지되, 상기 단위셀(214)은 중심부를 형성하는 판형상의 기판(211)과 상기 기판(211)의 상부에 형성되는 상면부(212)와 상기 기판(211)의 하부에 형성되는 하면부(213)와 상기 상면부(212)와 하면부(214)에 형성되는 각각의 패드(PAD)를 연결하는 비아(via) 홀(216,217)을 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 상면부(212)에는 모노폴 패턴이 형성되는데, 상기 모노폴 패턴은 설정된 간격으로 절개되는 물음표 형상(214)과 상기 물음표 형상(214)의 하부에 설정된 두께와 간격으로 형성되는 소용돌이 형상(215)과 상기 소용돌이 형상(215)의 중심부에 형성되는 상기 비아 홀(216)로 이루어진다.
이때, 상기 모노폴 패턴이 형성된 단위셀(219)은 도 9에 도시된 등가회로를 형성하게 되며, 이러한 단위셀(219) 5개를 어레이하여 상기 부분방전 센서(210)를 형성하게 되는데, 이러한 본 발명의 부분방전 센서(210)의 S11 특성을 측정하면 도 10에 도시된 바와 같은 그래프를 형성하게 된다.
그래서, 본 발명의 부분방전 센서(210)는 일반적인 모노폴 안테나의 크기보다 더 작은 크기를 형성하면서도 100 ~ 1,500 MHz 대역 전체에서도 안정적으로 신호를 검출할 수 있어 비교적 작은 크기의 배전반의 내부에 용이하게 설치할 수 있는 뛰어난 효과가 있다.
한편, 도면에 도시되지는 않았지만 본 발명이 적용된 배전반에는 부분방전의 패턴을 분석하기 위한 패턴분석부(미도시)가 더 구비되는데, 상기 패턴분석부는 상기 부분방전의 노이즈 제거 장치로부터 수신한 노이즈가 제거된 부분방전 신호를 분석하여 부분방전의 패턴을 분석할 수 있다.
여기서, 상기 패턴분석부는 인공신경망 등이 적용된 인공지능(AI)로 이루어지는데, 상기 인공지능은 머신러닝 기법이 적용되어 도 13에 도시된 바와 같은 다양한 패턴의 부분방전 신호 패턴을 학습하게 된다.
이때, 상기 인공지능은 전술한 바와 같이 머신러닝 기법이 적용되어 있어 부분방전 신호를 분석하여 어떠한 패턴인지 판단하는 과정에서 분석하는 부분방전 신호를 통하여 추가적으로 부분방전 패턴에 대한 학습을 수행하게 된다.
그래서, 시간이 지나면서 데이터가 더욱 쌓이게 되어 보다 정확하게 부분방전의 패턴을 판단할 수 있게 된다.
이렇게 부분방전 패턴을 판단함으로써, 현재 진단된 부분방전 패턴에 따라 설비를 구성하는 어떤 부분에 어떠한 결함이 발생하였는지를 판단할 수 있어 신속하게 대처할 수 있도록 한다.
즉, 종래에는 단순히 부분방전이 발생하였는 지만을 알 수 있었고, 그에 따라 결합의 원인이나 내용을 확인하기 위해서 상당한 시간이 소요되는 등의 문제점이 있었다.
그런데, 본 발명에서는 단순히 부분방전이 발생한 사실뿐만 아니라 어떠한 패턴의 부분방전인지를 정확하게 확인할 수 있고, 그에 따라 설비에 발생한 결합의 종류를 신속하게 판단할 수 있게 된다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시 예와 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리 범위가 미치는 것으로 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것이다.
본 발명은 부분방전의 노이즈 제거 장치가 구비된 배전반에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전력설비를 구성하는 고압배전반, 저압배전반, 분전반, 전동기제어반 등과 같은 배전반의 내·외부에 설치된 부분방전 측정채널에서 측정한 부분방전 신호에서 노이즈 부분만을 제거하도록 하여 보다 정확하게 부분방전 상태를 감지할 수 있도록 하는 부분방전의 노이즈 제거 장치가 구비된 배전반에 관한 것이다.
100 : 노이즈 측정 채널 110 : 노이즈 센서
120,220 : 주파수 필터 130,230 : 저잡음 증폭기
140,240 : RF검출부 150 : 노이즈 길이 측정부
160,260 : 피크홀드부 170,270 : ADC 컨버터
200 : 부분방전 측정 채널 210 : 부분방전 센서
250 : 노이즈 제거 피크홀드부 300 : 제어부

Claims (10)

  1. 부분방전의 노이즈 제거 장치가 구비된 배전반에 있어서,
    상기 부분방전의 노이즈 제거 장치는 노이즈 신호를 측정하는 노이즈 측정 채널과,
    부분방전 신호를 측정하는 부분방전 측정 채널과,
    상기 노이즈 측정 채널 및 부분방전 측정 채널과 전기적으로 연결되어 상기 노이즈 신호와 부분방전 신호를 동기화하고, 상기 부분방전 신호에서 노이즈 신호를 제거하도록 제어하는 제어부로 이루어지고,
    상기 부분방전 측정 채널을 구성하되 부분방전 신호를 측정하는 부분방전 센서는 다수의 단위셀로 이루어지고, 상기 단위셀은 중심부를 형성하는 판형상의 기판과, 상기 기판의 상부에 형성되는 상면부와, 상기 기판의 하부에 형성되는 하면부와, 상기 상면부와 하면부에 형성되는 각각의 패드(PAD)를 연결하는 비아(via) 홀로 이루어지고,
    상기 상면부에는 모노폴 패턴이 형성되되, 상기 모노폴 패턴은 설정된 간격으로 절개되는 물음표 형상과, 상기 물음표 형상의 하부에 설정된 두께와 간격으로 형성되는 소용돌이 형상과, 상기 소용돌이 형상의 중심부에 형성되는 상기 비아 홀로 이루어지는 것을 특징으로 하는 부분방전의 노이즈 제거 장치가 구비된 배전반.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 노이즈 측정 채널은 배전반의 외부에 설치되어 노이즈를 측정하는 노이즈 센서와,
    상기 노이즈 센서와 전기적으로 연결되어 입력되는 RF고조파 신호의 진폭, 파워에 비례하여 DC 전압을 출력하는 RF 검출부와,
    상기 RF 검출부에서 검출된 DC 전압 신호에서 노이즈의 길이를 측정하는 노이즈 길이 측정부와,
    상기 노이즈 길이 측정부를 통하여 입력되는 노이즈 신호에서 1샘플링 구간 마다 최대값을 유지하도록 하는 PRPS/PRPD 피크홀드부와,
    상기 PRPS/PRPD 피크홀드부의 후부에 연결되는 ADC 컨버터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 부분방전의 노이즈 제거 장치가 구비된 배전반.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 부분방전 측정 채널은 배전반의 내·외부에 설치되는 상기 부분방전 센서와,
    상기 부분방전 센서와 전기적으로 연결되어 입력되는 RF고조파 신호의 진폭, 파워에 비례하여 DC 전압을 출력하는 RF 검출부와,
    부분방전 신호에서 상기 노이즈 길이 측정부에서 감지한 노이즈의 길이 만큼 신호를 삭제하는 노이즈 제거 피크홀드부와,
    상기 노이즈 제거 피크홀드부를 통하여 입력되는 노이즈 신호에서 1샘플링 구간 마다 최대값을 유지하도록 하는 PRPS/PRPD 피크홀드부와,
    상기 PRPS/PRPD 피크홀드부의 후부에 연결되는 ADC 컨버터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 부분방전의 노이즈 제거 장치가 구비된 배전반.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 노이즈 길이 측정부는 상기 RF 검출부에서 검출된 DC 전압이 설정값 이상일 경우, 노이즈 신호의 시작점으로 판단하여 상기 제어부로 전송하고,
    상기 RF 검출부에서 검출된 DC 전압이 설정값 미만으로 떨어질 경우, 노이즈 신호의 끝점으로 판단하여 상기 제어부로 전송하는 것을 특징으로 하는 부분방전의 노이즈 제거 장치가 구비된 배전반.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 노이즈 길이 측정부로부터 노이즈 신호의 시작점 신호를 수신할 경우, 상기 노이즈 제거 피크홀드부로 제어 신호를 전송하여 해제 상태로 전환하여 출력값이 없도록 하고,
    상기 노이즈 길이 측정부로부터 노이즈 신호의 끝점 신호를 수신할 경우, 상기 노이즈 제거 피크홀드부로 제어 신호를 전송하여 유지 상태로 전환하여 입력되는 신호의 최대값을 유지하도록 하는 것을 특징으로 하는 부분방전의 노이즈 제거 장치가 구비된 배전반.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 부분방전 센서는 메타물질 또는 메타구조를 사용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 부분방전의 노이즈 제거 장치가 구비된 배전반.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 부분방전의 노이즈 제거 장치로부터 수신한 노이즈가 제거된 부분방전 신호를 분석하여 부분방전의 패턴을 분석하는 패턴분석부가 더 구비되되,
    상기 패턴분석부는 머신러닝에 의해 학습된 인공지능(AI)가 적용되는 것을 특징으로 하는 부분방전의 노이즈 제거 장치가 구비된 배전반.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 인공지능(AI)은 머신러닝 기법이 적용되어 노이즈가 제거된 부분방전 신호를 분석하는 과정에서 부분방전 패턴을 학습하는 것을 특징으로 하는 부분방전의 노이즈 제거 장치가 구비된 배전반.
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