KR102623962B1 - 변압기 절연유의 열화 진단을 위한 광섬유 센서 프로브 - Google Patents
변압기 절연유의 열화 진단을 위한 광섬유 센서 프로브 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 변압기 절연유의 열화 진단을 위한 광섬유 센서 프로브에 관한 것으로서, 광을 출사하는 광원과, 광원으로부터 전송된 광을 전송하는 메인 광섬유와, 메인 광섬유를 에워싸게 배치되며 광을 전송하는 서브 광섬유 및 메인광섬유와 서브광섬유를 에워싸게 감싸는 피복부를 갖는 광전송체와, 변압기 내부에 설치되며 광전송체가 결합되는 제1결합구로부터 제1방향을 따라 연장된 내부수용공간을 갖으며 중간부분에 절연유의 유입을 허용하도록 내부수용공간과 외부와 연통되는 개방홀이 형성된 메인바디와, 메인바디에 내부수용공간과 연통되되 메인 바디의 연장방향과 교차하는 방향으로 연장된 서브바디를 갖는 검사체와, 메인바디의 내부수용공간에 유입된 절연유를 통과한 광을 반사시켜 서브 광섬유로 전송하도록 배치된 반사경과, 서브바디과 결합되며 메인바디의 내부수용공간에서 산란되어 서브바디를 통해 전송되는 광을 전송하는 중계 광섬유를 갖는 중계전송체와, 서브 광섬유를 통해 수신된 제1광을 검출하는 제1광검출부와, 중계 광섬유를 통해 수신된 제2광을 검출하는 제2광검출부와, 제1광검출부와 제2광검출부에서 출력되는 신호로부터 절연유의 색도와 탁도를 측정하는 측정부를 구비한다.
Description
본 발명은 변압기 절연유의 열화 진단을 위한 광섬유 센서 프로브에 관한 것으로, 상세하게는 절연유의 색도와 탁도를 동시에 측정하여 열화 여부를 진단할 수 있도록 된 광섬유 센서 프로브에 관한 것이다.
변압기는 전력공급에 매우 중요한 설비이며, 전력공급 중단을 예방할 수 있도록 이상 여부를 조기에 발견하기 위해 다양한 진단 방법이 적용되고 있다.
변압기의 이상여부를 진단하기 위한 방안으로서 국내 공개특허 제10-2005-0023878호에는 절연유의 열분해 가스를 검출하여 이상여부를 진단하는 장치가 게시되어 있다.
상기 장치는 변압기 내부에 차있는 절연유 상부 공간에 가스센서를 설치하여 가스를 검출하도록 되어 있고, 이 경우 가스 종류를 구별하여 식별하기 위해서는 가스 종류별로 검출할 수 있는 센서가 다수개 구비되어야 하는 등 실질적으로 가스종류를 구별하면서 검출하도록 구축하기가 어려운 단점이 있다.
또한, 전력 공급에 의해 작동되는 가스센서를 적용할 경우 전력공급용 배선을 통해 아크, 방전 등이 발생하는 경우 내구성을 약화시킬 수 있는 단점이 있다
한편, 절연유 열화를 검출하는 방식으로 절연유의 색도 또는 탁도를 측정하는 방식이 있다.
이러한 열화 검출 방식으로서 변압기 내부에 발광소자와 수광소자를 일직선으로 정렬하여 설치한 후, 절연유 내부 물질의 광산란 특성을 이용하여 손실된 광파워를 측정함으로써 탁도를 산출하는 방식을 적용한 광을 이용한 절연유 열화 측정 방법 및 구성이 국내 등록특허 제10-1100330호와 제10-1291213호에 개시되어 있다. 상기 광센서는 발광소자와 수광소자를 변압기 내부에 직접 설치하기 때문에 고전압, 절연유 유입 환경에서 소자들이 고장날 확률이 매우 크다. 그리고 발광소자, 수광소자와 계측기의 연결을 위해 전선을 활용하기 때문에 전자기 간섭에 의해 센서가 오동작할 가능성이 매우 높다.
또한, 특수 가공된 광섬유를 변압기 내부 절연유에 함침시킨 후 절연유의 온도, 가스를 검출하는 장치가 국내 등록특허 제10-1681561호에 개시되어 있다. 상기 시스템은 광섬유격자의 반사파장변이를 이용하여 온도를 측정하고 중공파이버를 이용해 파이버 내부로 유입된 가스의 투과 또는 반사 스펙트럼을 이용하여 절연유 내부에 함유된 가스의 종류를 파악하지만, 탁도, 색도를 측정하기에는 광 경로의 길이가 매우 짧고 광섬유 구부림에 의한 광손실이 매우 크다는 단점이 존재한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점들을 개선하기 위하여 창안된 것으로서, 광능동소자의 내부 설치 없이 변압기 내부 절연유의 색도 및 탁도를 동시에 측정하여 변압기 절연유의 열화 상태를 진단할 수 있는 광섬유 센서 프로브를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 광섬유 센서 프로브는 변압기 내부에 충진된 절연유의 열화를 진단할 수 있도록 된 광섬유 센서 프로브에 있어서, 광을 출사하는 광원과; 중앙에 배치되어 상기 광원으로부터 전송된 광을 전송하는 메인 광섬유와, 상기 메인 광섬유를 에워싸게 배치되며 광을 전송하는 서브 광섬유 및 상기 메인광섬유와 상기 서브광섬유를 에워싸게 감싸는 피복부를 갖는 광전송체와; 상기 변압기 내부에 설치되며 상기 광전송체가 결합되는 제1결합구로부터 제1방향을 따라 연장된 내부수용공간을 갖으며 중간부분에 상기 절연유의 유입을 허용하도록 상기 내부수용공간과 외부와 연통되는 개방홀이 형성된 메인바디와, 상기 메인바디에 상기 내부수용공간과 연통되되 상기 메인 바디의 연장방향과 교차하는 방향으로 연장된 서브바디를 갖는 검사체와; 상기 광전송체로부터 전송되어 상기 메인바디의 내부수용공간에 유입된 절연유를 통과한 광을 반사시키도록 상기 제1결합구로부터 상기 서브바디보다 더 멀리 배치된 반사경과; 상기 서브바디과 결합되며 상기 메인바디의 내부수용공간에서 산란되어 상기 서브바디를 통해 전송되는 광을 전송하는 중계 광섬유를 갖는 중계전송체와; 상기 반사경에서 반사되어 상기 서브 광섬유를 통해 수신된 제1광을 검출하는 제1광검출부와; 상기 중계 광섬유를 통해 수신된 제2광을 검출하는 제2광검출부와; 상기 제1광검출부와 상기 제2광검출부에서 출력되는 신호로부터 절연유의 색도와 탁도를 측정하는 측정부;를 구비한다.
상기 광전송체는 상기 메인 광섬유를 중심으로 6개의 서브광섬유가 밀착되게 배치되어 있고, 상기 중계 전송체는 하나의 중계 광섬유를 중심으로 주위에 6개의 중계광섬유가 밀착되게 배치된 것이 바람직하다.
또한, 상기 메인바디와 상기 광전송체는 나사결합방식으로 상호 결합 및 분리될 수 있게 되어 있고, 상기 서브바디와 상기 중계 전송체도 나사결합방식으로 상호 결합 및 분리될 수 있게 형성된다.
또한, 상기 광전송체와 상기 메인바디 사이에 장착된 제1콜리메이팅 렌즈와; 상기 서브바디와 상기 중계 전송체 사이에 장착된 제2콜리메이팅 렌즈;를 더 구비할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 메인 광섬유는 상기 광원으로부터 전송된 광을 수신하여 전송하는 제1부분과, 상기 제1부분으로부터 전송된 광을 수신하여 상기 메인바디의 유입구로 광을 전송하는 제2부분을 구비하고, 상기 제1부분과 상기 제2부분을 결합하여 광전송을 중계하는 결합기;를 구비하고, 상기 서브 광섬유는 상기 결합기에 접속되어 상기 제1광검출기로 광을 전송하는 제3부분과, 상기 결합기를 통해 상기 제3부분과 광전송을 중계하도록 결합되어 상기 메인바디의 유입구를 향하여 연장된 제4부분을 갖는 구조로 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 변압기 절연유의 열화 진단을 위한 광섬유 센서 프로브에 의하면, 광능동소자가 변압기 내부로 설치되지 않기 때문에 고전압, 절연유 유입환경에서도 오동작 없이 안전하게 사용될 수 있으며, 기존 광섬유 센서보다 광경로가 더 길기 때문에 신호 품질이 더 우수하다. 또한 색도와 탁도를 동시에 측정할 수 있으며 광섬유 격자 레이저 공정, 중공 파이버 제조 공정 등의 특수 공정 없이 멀티모드 광섬유 다발만 있으면 쉽게 제조할 수 있기 때문에 제조 단가, 시간을 줄일 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 센서 프로브를 나타내 보인 도면이고,
도 2는 도 1의 검사체를 분리하여 도시한 분해 사시도이고,
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광섬유 센서 프로브를 나타내 보인 도면이다.
도 2는 도 1의 검사체를 분리하여 도시한 분해 사시도이고,
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광섬유 센서 프로브를 나타내 보인 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광섬유 센서 프로브를 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 센서 프로브를 나타내 보인 도면이고, 도 2는 도 1의 검사체를 분리하여 도시한 분해 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 광섬유 센서 프로브(100)는 광원(110), 광전송체(120), 검사체(130), 반사경(151), 중계전송체(160), 제1광검출부(181), 제2광검출부(182) 및 측정부(190)를 구비한다.
광원(110)은 변압기(10) 내부에 충진된 절연유(20)의 열화를 진단할 수 있도록 광전송체(120)의 메인 광섬유(121)를 통해 광이 전송되게 광을 출사한다.
광전송체(120)는 중앙에 배치되어 광원(110)으로부터 전송된 광을 전송하는 메인 광섬유(121)와, 메인 광섬유(121)를 에워싸게 배치되며 광을 전송하는 서브 광섬유(123) 및 메인광섬유(121)와 서브광섬유(123)를 에워싸게 감싸는 피복부(125)를 갖는 구조로 되어 있다. 도시된 예에서 광전송체(120)는 하나의 메인 광섬유(121)를 중심으로 6개의 서브광섬유(123)가 동심상으로 밀착되게 배치되어 있고, 피복부(125)의 종단에는 내장된 메인광섬유(121)와 서브 광섬유(123)의 광 중계를 지원하면서 후술되는 검사체(130)와 나사방식으로 결합 및 분리될 수 있게 외주면이 나사선이 형성된 제1나사결합부(125a)를 갖는 구조로 되어 있다. 제1나사 결합부(125a)는 금속 또는 경질의 합성수지소재로 형성된 것을 적용하고, 나머지 피복부(125)는 구부림이 허용되는 소재로 형성된 것을 적용하여 상호 결합한 구조로 형성될 수 있다.
또한, 피복부(125)의 선단으로부터 광원(110)으로 연장되는 부분의 메인 광섬유(121) 및 제1광검출부(181)로 연장되는 서브 광섬유의 일부는 피복부(125)로부터 노출되게 연장될 수 있다.
검사체(130)는 광원(110)으로부터 메인광섬유(121)를 통해 전송된 광을 절연유에 조사하고, 절연유로부터 산란된 광 및 후술되는 반사경(151)으로부터 반사된 광을 서브 광섬유(122) 및 중계 광섬유(161)로의 전송을 지원할 수 있도록 되어 있다.
메인바디(131)와 서브바디(135)로 구분할 수 있다. 여기서, 메인바디(131)와 광전송체(120)는 나사결합방식으로 상호 결합 및 분리될 수 있게 되어 있고, 서브바디(135)와 중계 전송체(160)도 나사결합방식으로 상호 결합 및 분리될 수 있게 형성되어 있다.
검사체(130)는 변압기(10) 내부에 설치되며 광전송체(120)의 제1나사결합부(125a)와 연통되게 나사결합되며 입구가 되는 제1결합구(131a)로부터 제1방향을 따라 연장된 내부수용공간(132)을 갖으며 중간부분에 절연유(20)의 유입을 허용하도록 내부수용공간(132)과 외부와 연통되는 개방홀(134)이 형성된 메인바디(131)와, 메인바디(131)에 내부수용공간(132)과 연통되되 메인 바디(131)의 연장방향과 교차하는 방향으로 돌출되게 연장된 서브바디(135)를 갖는 구조로 되어 있다.
여기서, 메인 바디(131)는 일단이 개방되고 타단이 폐쇄된 관형태로 형성되되 제1결합구(130a)로부터 길이방향을 따라 내주면에 제1나사결합부(125a)와 나사결합되는 제1내부나사선이 형성되어 있다.
또한, 서브 바디(135)는 속이빈 관형태로 형성되되 내부수용공간(132)과 연통되며 후술되는 중계 전송체(160)에 형성된 제2나사결합부(165a)와 연통되게 나사결합되며 출구가 되는 제2결합구(135a)로부터 메인 바디(131)를 향하는 내주면에 제2나사결합부(165a)와 나사결합되는 제2내부나사선이 형성되어 있다.
반사경(151)은 광전송체(120)로부터 전송되어 메인바디(131)의 내부수용공간(132)에 유입된 절연유(20)를 통과한 광을 반사시키도록 제1결합구(130a)로부터 서브바디(135)보다 더 멀리 배치되어 있다. 반사경(151)은 반사되어 직진되는 광을 서브 광섬유(122)로 전송하도록 배치되어 있다.
제1콜리메이팅 렌즈(155)는 광전송체(120)와 메인바디(131) 사이에 장착되어 메인 광섬유(121)로부터 전송된 광의 절연유(20)로의 집속 및 산란된 광의 서브 광섬유(122)로의 집속을 지원한다.
제2콜리메이팅 렌즈(156)는 서브바디(135)와 중계 전송체(160) 사이에 장착되어 절연유(20)로부터 산란된 광의 중계 광섬유(161)로의 집속을 지원한다.
중계 전송체(160)는 서브바디(135)와 나사결합되며 메인바디(131)의 내부수용공간(132)에서 산란되어 서브바디(135)를 통해 전송되는 산란광을 중계 광섬유(161)를 통해 전송한다.
중계 전송체(160)는 하나의 중계 광섬유(161)를 중심으로 주위에 6개의 중계광섬유(161)가 동심상으로 밀착되게 배치되어 있고, 중계 광섬유(161)들을 에워싼 피복부(165)를 갖는 구조로 되어 있다.
피복부(165)의 선단에는 내장된 중계광섬유(161)의 광 중계를 지원하면서 서브 바디(135)와 나사방식으로 결합 및 분리될 수 있게 외주면이 나사선이 형성된 제2나사결합부(165a)를 갖는 구조로 되어 있다. 마찬가지로 제2나사 결합부(165a)는 금속 또는 경질의 합성수지소재로 형성된 것을 적용하고, 중계 전송체(160)의 나머지 피복부(165)는 구부림이 허용되는 소재로 형성된 것을 적용하여 상호 결합한 구조로 형성될 수 있다.
이러한 구조에 의하면, 메인광섬유(121)를 통해 출사되어 메인 바디(131) 내의 절연유(20)에 입사된 광은 절연유(20)에 의해 일부 흡수 및 산란되며, 절연유(20)의 열화에 따른 색상 변화에 대응되어 흡수되는 파장 대역 및 흡수율이 달라진다. 이 경우 색도에 대한 정보는 절연유(20) 및 반사경(151)을 거쳐 서브 광섬유(122)로 다시 수신되는 제1광으로부터 측정하고, 탁도는 절연유(20)에서 산란되어 광진행방향에 직교하는 방향으로 출사되어 중계광섬유(161)를 통해 전송되는 제2광으로부터 측정한다.
제1광검출부(181)는 반사경(151)에서 반사되어 서브 광섬유(122)를 통해 수신된 제1광을 검출하고, 검출된 광에 대응되는 전기적 신호를 측정부(190)에 출력한다.
제2광검출부(182)는 중계 광섬유(161)를 통해 수신된 제2광을 검출하고, 검출된 광에 대응되는 전기적 신호를 측정부(190)에 출력한다.
측정부(190)는 광원(110)의 구동을 제어하고, 제1광검출부(181)와 제2광검출부(182)에서 출력되는 신호로부터 절연유(20)의 색도와 탁도를 측정한다.
측정부(190) 내에는 광원(110)에서 출사되는 광의 세기를 기준으로 서브 광섬유(122)를 통해 제1광검출부(181)를 통해 수신된 신호의 세기에 대응되는 색도값과, 중계 광섬유(161)를 통해 제2광검출부(181)를 통해 수신된 신호의 세기에 대응되는 탁도값이 실험에 의해 구해져 기록된 룩업테이블(미도시)이 마련되어 있다. 따라서, 측정부(190)는 룩업테이블을 참조하여 제1광검출부(181)와 제2광검출부(182)에서 출력되는 신호로부터 색도와 탁도를 산출한다.
측정부(190)는 산출된 색도와 탁도가 설정된 경보 조건에 해당하는 것으로 판단되면 등록된 관리자에게 경보 메시지를 전송하거나 표시부를 통해 경보 메시지를 표시하도록 구축될 수 있음은 물론이다.
한편, 광전송체는 도시된 예와 다르게 도 3에 도시된 방식으로 결합기(125)를 통해 결합되게 구축될 수 있다.
즉, 메인 광섬유는 광원(110)으로부터 전송된 광을 수신하여 전송하는 제1부분(121a)과, 제1부분(121a)으로부터 전송된 광을 수신하여 메인바디(131)의 유입구로 광을 전송하는 제2부분(121b)을 구비하고, 결합기(125)는 제1부분(121a)과 제2부분(121b)을 광학적으로 광 전송이 가능하게 물리적으로 결합한다.
마찬가지로 서브 광섬유도 결합기(125)에 접속되어 제1광검출기(181)로 광을 전송하는 제3부분(122a)과, 결합기(125)를 통해 제3부분(122a)과 광전송을 중계하도록 결합되어 메인바디(131)의 유입구를 향하여 연장된 제4부분(122b)을 갖는 구조로 구축되어 있다.
여기서, 결합기(125)는 광섬유 상호간의 접속을 지원하는 광커넥터 등 다양한 구조가 적용될 수 있다.
이상에서 설명된 변압기 절연유의 열화 진단을 위한 광섬유 센서 프로브에 의하면, 색도와 탁도의 동시 측정을 지원하면서도 안정성을 향상시킬 수 있다.
110: 광원 120: 광전송체
130: 검사체 151: 반사경
160: 중계전송체 181: 제1광검출부
182: 제2광검출부 190: 측정부
130: 검사체 151: 반사경
160: 중계전송체 181: 제1광검출부
182: 제2광검출부 190: 측정부
Claims (5)
- 변압기 내부에 충진된 절연유의 열화를 진단할 수 있도록 된 광섬유 센서 프로브에 있어서,
광을 출사하는 광원과;
중앙에 배치되어 상기 광원으로부터 전송된 광을 전송하는 메인 광섬유와, 상기 메인 광섬유를 에워싸게 배치되며 광을 전송하는 서브 광섬유 및 상기 메인광섬유와 상기 서브광섬유를 에워싸게 감싸는 피복부를 갖는 광전송체와;
상기 변압기 내부에 설치되며 상기 광전송체가 결합되는 제1결합구로부터 제1방향을 따라 연장된 내부수용공간을 갖으며 중간부분에 상기 절연유의 유입을 허용하도록 상기 내부수용공간과 외부와 연통되는 개방홀이 형성된 메인바디와, 상기 메인바디에 상기 내부수용공간과 연통되되 상기 메인 바디의 연장방향과 교차하는 방향으로 연장된 서브바디를 갖는 검사체와;
상기 광전송체로부터 전송되어 상기 메인바디의 내부수용공간에 유입된 절연유를 통과한 광을 반사시키도록 상기 제1결합구로부터 상기 서브바디보다 더 멀리 배치된 반사경과;
상기 서브바디와 결합되며 상기 메인바디의 내부수용공간에서 산란되어 상기 서브바디를 통해 전송되는 광을 전송하는 중계 광섬유를 갖는 중계전송체와;
상기 반사경에서 반사되어 상기 서브 광섬유를 통해 수신된 제1광을 검출하는 제1광검출부와;
상기 중계 광섬유를 통해 수신된 제2광을 검출하는 제2광검출부와;
상기 제1광검출부와 상기 제2광검출부에서 출력되는 신호로부터 절연유의 색도와 탁도를 측정하는 측정부;를 구비하고,
상기 광전송체는 상기 메인 광섬유를 중심으로 6개의 서브광섬유가 밀착되게 배치되어 있고, 상기 중계 전송체는 하나의 중계 광섬유를 중심으로 주위에 6개의 중계광섬유가 밀착되게 배치되어 있고,
상기 메인바디와 상기 광전송체는 나사결합방식으로 상호 결합 및 분리될 수 있게 되어 있고, 상기 서브바디와 상기 중계 전송체도 나사결합방식으로 상호 결합 및 분리될 수 있게 형성되며,
상기 광전송체와 상기 메인바디 사이에 장착된 제1콜리메이팅 렌즈와;
상기 서브바디와 상기 중계 전송체 사이에 장착된 제2콜리메이팅 렌즈;를 구비하는 것을 특징으로 하는 변압기 절연유의 열화 진단을 위한 광섬유 센서 프로브. - 삭제
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|---|---|---|---|
| KR1020210136913A KR102623962B1 (ko) | 2021-10-14 | 2021-10-14 | 변압기 절연유의 열화 진단을 위한 광섬유 센서 프로브 |
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Publications (2)
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|---|---|
| KR20230053795A KR20230053795A (ko) | 2023-04-24 |
| KR102623962B1 true KR102623962B1 (ko) | 2024-01-12 |
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| KR (1) | KR102623962B1 (ko) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002243645A (ja) * | 2001-02-22 | 2002-08-28 | Mitsubishi Electric Corp | 電気機器の劣化診断方法および装置 |
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|---|---|---|---|---|
| WO1988002109A1 (en) * | 1986-09-15 | 1988-03-24 | Hughes Aircraft Company | System for sensing ions in aqueous solution |
| JP3246209B2 (ja) * | 1994-08-10 | 2002-01-15 | 富士電機株式会社 | コロイド状物質を含む溶媒の色度、濁度の測定方法とその装置 |
| JPH095163A (ja) * | 1995-06-16 | 1997-01-10 | Taniguchi Ink Seizo Kk | 分光測色装置 |
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-
2021
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Patent Citations (1)
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| KR20230053795A (ko) | 2023-04-24 |
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