KR102655984B1 - Xlpe 절연체 열화 진단 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 XLPE 절연체 열화 진단 장치는 XLPE(Cross linked polyethylene) 절연체를 스캐닝하는 스캐너; 스캐너에 의해 획득된 이미지를 분석하여 색차 정보를 검출하는 색차 분석부; 및 색차 분석부에 의해 분석된 색차 정보를 이용하여 XLPE 절연체의 열화 상태를 진단하는 진단부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 XLPE 절연체 열화 진단 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전력케이블의 이상현상으로 인해 발생하는 XLPE(Cross linked polyethylene) 절연체의 색변화를 토대로 절연체의 열화 상태를 현장에서 진단할 수 있도록 한 XLPE 절연체 열화 진단 장치에 관한 것이다.
XLPE(Cross linked polyethylene) 케이블의 주 절연체인 XLPE는 polyethylene을 가교결합시킨 고분자로서 기계적, 화학적, 전기적 절연 성질이 우수하여 전력 케이블 절연체로 사용하고 있다.
이러한 XLPE 절연체는 운용중 케이블 내에서 부분방전, 과열 등과 같은 외부적인 에너지에 의해서 열화가 진행될 수 있다.
기존 및 현재까지 XLPE 절연체의 열화를 평가하기 위해서 다양한 화학적 분석방법이 이용되고 있다. 이러한 방법으로는 FT-IR(fourier-transform infrared spectroscopy), DSC(differential scanning calorimeter), TGA(thermogravimetric analysis), 및 XRD(X-ray diffraction)이 있다.
FT-IR 분석방법은 분자 내에 있는 작용기를 감지하는 직접적인 방법이다. TGA 분석 방법은 열로 인한 물질의 화학적 물리적 변화로 생기는 무게변화를 시간과 온도에 따라 측정하는 방법이다. DSC 분석은 시료 물질과 기준 물질을 조절된 온도프로그램으로 가열하면서 두 물질에 흘러들어간 열량 차이를 측정하여 온도에 대한 열 흐름을 측정하는 분석 방법이다. XRD 분석 방법은 X선을 시료에 조사하여 시료 결정에 부딪히면 그 중 일부가 회절을 일으키는데, 그 회절각과 강도가 물질마다 고유한 값을 나타내기 때문에 물질의 구조와 그것을 구성하는 결정성 화학종 및 양에 관한 정보를 확인하는 방법이다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 10-2020-0073040호(2020.06.23)의 '가교 염소화 폴리에틸렌 수지 조성물의 인장강도 예측 방법'에 개시되어 있다.
종래의 FT-IR, TGA, DSC, 및 XRD 분석 방법은 XLPE 절연물의 열화에 따른 특성을 잘 나타낸다고 할 수 있으며, 그 변화에 따른 경향성도 우수하다고 할 수 있다.
그러나, 상기한 분석방법은 XLPE를 포함한 고분자에 대한 정밀 분석방법으로 주로 실험실에서 이루어지며, 장비를 다루고 분석 결과를 도출하기 위해 전문적인 지식과 훈련이 필요하다. 따라서 XLPE 케이블을 운용하고 진단하는 현장인력이 진행하기는 어려움이 있다.
게다가, 상기한 분석 방법을 진행하기 위해서는 XLPE 시편이 필요하다. 즉, 사용자가 XLPE 케이블을 해체하고 절연물 일부를 절단해야 한다. 그러나, 절연물 일부를 절단하면 케이블 절연체 부분의 공극이 발생하고 이는 운용상 이상 현상을 일으킬 수 있는 또 다른 원인이 된다.
더욱이, 상기한 분석 방법은 실험실에서 진행되는 정밀 분석이기 때문에 시료 이동 및 분석, 결과 도출까지 상당한 시간이 들어가기 때문에 그 기간동안 설비 운용을 중단해야 한다는 문제점이 발생할 수 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 개선하기 위해 창안된 것으로서, 본 발명의 일 측면에 따른 목적은 전력케이블의 이상현상으로 인해 발생하는 XLPE 절연체의 색변화를 토대로 절연체의 열화 상태를 현장에서 진단할 수 있도록 한 XLPE 절연체 열화 진단 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 XLPE 절연체 열화 진단 장치는 XLPE(Cross linked polyethylene) 절연체를 스캐닝하는 스캐너; 상기 스캐너에 의해 획득된 이미지를 분석하여 색차 정보를 검출하는 색차 분석부; 및 상기 색차 분석부에 의해 분석된 색차 정보를 이용하여 상기 XLPE 절연체의 열화 상태를 진단하는 진단부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 진단부는 상기 XLPE 절연체의 인장강도를 검출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의상기 진단부는 상기 XLPE 절연체의 색차 정보를 CIE X, Y, Z 및 황색도로 환산하고 상기 황색도를 상기 인장강도로 환산하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 XLPE 절연체의 열화 상태를 출력하는 출력부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 출력부는 상기 XLPE 절연체의 황색도와 인장 강도 및 열화 등급 중 적어도 하나로 출력하는 것을특징으로 한다.
본 발명의 상기 스캐너, 상기 색차 분석부, 상기 진단부 및 상기 출력부는 휴대형으로 제작되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 XLPE 절연체 열화 진단 장치는 전력케이블의 이상현상으로 인해 발생하는 XLPE 절연체의 색변화를 토대로 절연체의 열화 상태를 현장에서 진단할 수 있도록 한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 XLPE 절연체 열화 진단 장치는 사용자가 쉽게 휴대하여 분석 및 진단할 수 있도록 하여 휴대성과 현장 활용성을 높일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 XLPE 절연체 열화 진단 장치는 XLPE 절연물 채취, 가공, 분석시간, 정밀분석 장비 운용을 위한 숙련도 측면에서 더욱 효율적인 진단이 이루어질 수 있도록 한다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 XLPE 절연체 열화 진단 장치의 블럭 구성도이다.
도 2 는 XLPE 절연체 열열화에 따른 색변화를 나타낸 도면이다.
도 3 은 XLPE 절연체의 색변화에 따른 황색도를 나타낸 도면이다.
도 4 는 XLPE 절연체의 열열화에 따른 XLPE 절연체의 인장강도 변화를 나타낸 도면이다.
도 5 는 XLPE 절연체의 열열화에 따른 XLPE 절연체의 인장강도와 황색도의 상관관계를 나타낸 도면이다.
도 6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 XLPE 절연체 열화 진단 장치의 예시도이다.
도 2 는 XLPE 절연체 열열화에 따른 색변화를 나타낸 도면이다.
도 3 은 XLPE 절연체의 색변화에 따른 황색도를 나타낸 도면이다.
도 4 는 XLPE 절연체의 열열화에 따른 XLPE 절연체의 인장강도 변화를 나타낸 도면이다.
도 5 는 XLPE 절연체의 열열화에 따른 XLPE 절연체의 인장강도와 황색도의 상관관계를 나타낸 도면이다.
도 6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 XLPE 절연체 열화 진단 장치의 예시도이다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 XLPE 절연체 열화 진단 장치를 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 이용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 XLPE 절연체 열화 진단 장치의 블럭 구성도이고, 도 2 는 XLPE 절연체 열열화에 따른 색변화를 나타낸 도면이며, 도 3 은 XLPE 절연체의 색변화에 따른 황색도를 나타낸 도면이며, 도 4 는 XLPE 절연체의 열열화에 따른 XLPE 절연체의 인장강도 변화를 나타낸 도면이며, 도 5 는 XLPE 절연체의 열열화에 따른 XLPE 절연체의 인장강도와 황색도의 상관관계를 나타낸 도면이며, 도 6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 XLPE 절연체 열화 진단 장치의 예시도이다.
도 1 내지 도 6 을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 XLPE 절연체 열화 진단 장치는 스캐너(10), 색차 분석부(20), 진단부(30) 및 출력부(40)를 포함한다.
스캐너(10)는 XLPE(Cross linked polyethylene) 절연체를 스캐닝하여 XLPE 절연체에 대한 이미지를 획득하고, 획득한 이미지를 색차 분석부(20)에 입력한다.
스캐너(10)는 선명한 색 구성을 얻기 위해 광원을 추가적으로 더 구비할 수 있다.
스캐너(10)에 의해 획득된 이미지는 색차 분석부(20)에 의해 분석 가능한 디지털 컬러 이미지일 수 있다.
스캐너(10)로는 CCD(Charge Coupled Device) 또는 CID(Charge Injection Device)와 같은 촬상소자가 채용될 수 있다. 스캐너(10)의 종류는 특별히 한정되는 것은 아니다.
사용자는 현장의 XLPE 절연체 점검을 위해 케이블 접속함 또는 케이블 외부를 제거하여 XLPE 케이블 주 절연물인 XLPE 절연체를 외부로 노출시키고, 상기한 스캐너(10)를 XLPE 절연층 표면에 접촉시킴으로써, 스캐너(10)를 통해 XLPE 절연체의 이미지를 획득할 수 있다.
색차 분석부(20)는 스캐너(10)에 의해 획득된 이미지를 분석하여 색차 정보를 검출한다.
예컨대, 색차 분석부(20)는 스캐너(10)에 의해 획득된 이미지 내 특정 영역을 구성하는 화소 중 인접하는 화소를 이용하여 색상, 채도, 명도 값을 검출하고 이를 토대로 색차 정보를 검출한다.
색차 분석부(20)가 이미지에서 색차 정보를 검출하는 방식은 당업자에게 자명한 사항이므로 여기서는 그 상세한 설명을 생략한다.
진단부(30)는 색차 분석부(20)에 의해 분석된 색차 정보를 분석하여 XLPE 절연체의 열화 상태를 진단한다.
이 경우, 진단부(30)는 XLPE 절연체의 열열화에 따른 기계적인 특성인 인장강도와 색변화에 따른 상관관계를 토대로 XLPE 절연체의 인장강도를 검출할 수 있다.
한편, XLPE 절연체의 열화에 따른 기계적 수명은 인장신율로도 측정될 수 있으나, 본 실시예에서는 XLPE 절연체의 인장강도를 예시로 설명한다.
일반적으로 XLPE 절연체는 열에 의한 열화가 진행되지 않은 신품의 경우 무색 또는 흰색을 나타낸다.
그러나, 열에 노출되어 열화가 진행되면, XLPE 절연체는 무색에서 붉은색 또는 짙은 갈색으로 색변화가 발생한다. 이러한 색변화는 열화기간이 길수록, 노출 온도가 높을수록 더욱 급격하게 발생한다.
XLPE 절연체의 색변화 현상은 도 2 에 도시되었다.
XLPE 절연체의 색변화는 UV-Vis를 활용하여 광화학적인 특성이 분석될 수 있고, 아래의 황색도(Yellow Index, YI)인 YI E313, YI D1925는 각각 ASTM E313과 ASTM D1925에 의해 계산될 수 있다.
여기서, X, Y, Z는 CIE(Commission Internationale de l'Eclairage) 트라이자극 값(tristimulus 값)이고, Cx와 Cz는 계수이다.
Cx와 Cz는 아래 표 1을 통해 얻을 수 있다.
| Coefficient | C/2° | D65/2° | C/10° | D65/10° |
| Cx | 1.2769 | 1.2985 | 1.2871 | 1.3013 |
| Cz | 1.0592 | 1.1335 | 1.0781 | 1.1498 |
도 3 을 참조하면, XLPE 절연체는 열에 의해 열화가 진행될수록 황색도가 증가하는 경향을 가진다.
이러한 현상은 ASTM E313과 D1925에 의해 계산된 황색도에서 동일하게 나타났다.
그리고 도 2 에 나타난 바와 같이, 황색도는 육안 색변화와 유사하게 온도 노출기간이 길수록 증가하며, 노출 온도가 높을수록 황색도 증가는 급격하게 나타난다.
통상적으로, 신품 XLPE 절연체의 인장강도는 22MPa이며, 열화가 진행될수록 그 값이 감소한다. XLPE 절연체는 열화 기간이 증가하고 온도가 높아질수록 인장강도가 감소하였다. 이 경우, XLPE 절연체는 열화에 의해 인장강도가 약 4~6 MPa 까지 지속적으로 감소하는 것으로 나타났다.
XLPE 절연체의 인장강도가 초기치의 50%가 감소하였을 때, XLPE 절연체는 그 수명이 다한 것으로 판단될 수 있다. 예컨대, XLPE 절연체의 인장강도 초기치가 약 22MPa인 경우, 인장강도가 50%인 약 11MPa가 되면, XLPE 절연체의 수명이 다한 것으로 판단될 수 있다.
도 5 에는 열에 의해 열화된 XLPE 절연체의 황색도와 인장강도 사이의 상관관계가 도시되었다.
먼저, 인장강도와 YI E313 사이의 수식은 Y=-0.2751X+32.09004이다.
인장강도와 YI E313는 음의 기울기를 가지는 1차 선형함수를 가지며, 기울기는 -0.2751이고 Y 절편은 32.09004이다.
R2 값은 0.91819로서, XLPE 절연체의 황색도와 인장강도가 높은 상관관계를 가짐을 나타낸다. 참고로, R은 x와 y 사이의 상관관계의 정도를 나타내는 상관계수이다.
다음으로, 인장강도와 YI D1925 사이의 수식은 Y=-0.097411X+25.14603이다.
인장강도와 YI D1925는 음의 기울기를 가지는 1차 선형함수를 가지며, 기울기는 -0.09741이고 Y 절편은 25.14603이다.
R2 값은 0.9034로서, XLPE 절연체의 황색도와 인장강도가 YI E313과 유사하게 높은 상관관계를 가짐을 나타낸다.
이에 진단부(30)는 색차 분석부(20)를 통해 얻어진 색차 정보를 CIE X, Y, Z 및 황색도(YI)로 환산하고, 황색도(YI)와 인장강도 사이의 수식을 통해 황색도를 인장강도로 검출한다.
즉, 진단부(30)는 색차 분석부(20)를 통해 색차 정보가 얻어지면, 이 색차 정보를 상기한 수식을 이용하여 황색도 YI E313과 YI D1925로 환산한다.
이어 진단부(30)는 이들 황색도 YI E313과 YI D1925를 황색도(YI)와 인장강도 사이의 수식에 적용함으로써 XLPE 절연체의 인장강도를 검출한다.
출력부(40)는 XLPE 절연체의 열화 상태를 출력한다.
출력부(40)는 XLPE 절연체의 열화 상태로서, 황색도, 인장강도 및 열화등급을 출력할 수 있다. 여기서, 열화등급은 인장강도에 따라 사전에 구분되어진다.
참고로, 본 실시예에서는 XLPE 절연체의 열화 상태로서, 황색도, 인장강도 및 열화등급이 출력되는 것을 예시로 설명하였으나, 본 발명의 기술적 범위는 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 XLPE 절연체 열화 진단 장치는 휴대형으로 제작될 수 있다.
즉, 도 6 에 도시된 바와 같이 스캐너(10), 색차 분석부(20), 진단부(30) 및 출력부(40)가 휴대형으로 제작되어 사용자가 XLPE 절연체의 열화 상태를 현장에 손쉽게 진단할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 XLPE 절연체 열화 진단 장치는 전력케이블의 이상현상으로 인해 발생하는 XLPE 절연체의 색변화를 토대로 절연체의 열화 상태를 현장에서 진단할 수 있도록 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 XLPE 절연체 열화 진단 장치는 사용자가 쉽게 휴대하여 분석 및 진단할 수 있도록 하여 휴대성과 현장 활용성을 높일 수 있다.
게다가, 본 발명의 일 실시예에 따른 XLPE 절연체 열화 진단 장치는 XLPE 절연물 채취, 가공, 분석시간, 정밀분석 장비 운용을 위한 숙련도 측면에서 더욱 효율적인 진단이 이루어질 수 있도록 한다.
본 명세서에서 설명된 구현은, 예컨대, 방법 또는 프로세스, 장치, 소프트웨어 프로그램, 데이터 스트림 또는 신호로 구현될 수 있다. 단일 형태의 구현의 맥락에서만 논의(예컨대, 방법으로서만 논의)되었더라도, 논의된 특징의 구현은 또한 다른 형태(예컨대, 장치 또는 프로그램)로도 구현될 수 있다. 장치는 적절한 하드웨어, 소프트웨어 및 펌웨어 등으로 구현될 수 있다. 방법은, 예컨대, 컴퓨터, 마이크로프로세서, 집적 회로 또는 프로그래밍가능한 로직 디바이스 등을 포함하는 프로세싱 디바이스를 일반적으로 지칭하는 프로세서 등과 같은 장치에서 구현될 수 있다. 프로세서는 또한 최종-사용자 사이에 정보의 통신을 용이하게 하는 컴퓨터, 셀 폰, 휴대용/개인용 정보 단말기(personal digital assistant: "PDA") 및 다른 디바이스 등과 같은 통신 디바이스를 포함한다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야할 것이다.
10: 스캐너
20: 색차 분석부
30: 진단부
40: 출력부
20: 색차 분석부
30: 진단부
40: 출력부
Claims (6)
- XLPE(Cross linked polyethylene) 절연체를 스캐닝하는 스캐너;
상기 스캐너에 의해 획득된 이미지를 분석하여 색차 정보를 검출하는 색차 분석부;
상기 색차 분석부에 의해 분석된 색차 정보를 이용하여 상기 XLPE 절연체의 열화 상태를 진단하는 진단부; 및
상기 XLPE 절연체의 열화 상태를 출력하는 출력부를 포함하고,
상기 진단부는 상기 XLPE 절연체의 인장강도를 검출하며,
상기 진단부는 상기 XLPE 절연체의 색차 정보를 CIE X, Y, Z 및 황색도로 환산하고 상기 황색도를 상기 인장강도로 환산하며,
상기 출력부는 상기 XLPE 절연체의 황색도와 인장 강도 및 열화 등급을 출력하는 것을 특징으로 하는 XLPE 절연체 열화 진단 장치. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서, 상기 스캐너, 상기 색차 분석부, 상기 진단부 및 상기 출력부는 휴대형으로 제작되는 것을 특징으로 하는 XLPE 절연체 열화 진단 장치.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210156586A KR102655984B1 (ko) | 2021-11-15 | 2021-11-15 | Xlpe 절연체 열화 진단 장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210156586A KR102655984B1 (ko) | 2021-11-15 | 2021-11-15 | Xlpe 절연체 열화 진단 장치 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20230070716A KR20230070716A (ko) | 2023-05-23 |
| KR102655984B1 true KR102655984B1 (ko) | 2024-04-11 |
Family
ID=86544384
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| KR1020210156586A KR102655984B1 (ko) | 2021-11-15 | 2021-11-15 | Xlpe 절연체 열화 진단 장치 |
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| KR (1) | KR102655984B1 (ko) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP3205212B2 (ja) | 1995-04-13 | 2001-09-04 | 株式会社日立ビルシステム | 劣化度診断装置 |
| JP4710701B2 (ja) | 2006-04-18 | 2011-06-29 | 富士電機システムズ株式会社 | 高分子材料の劣化診断方法および装置 |
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| JP2019215230A (ja) * | 2018-06-12 | 2019-12-19 | 日新電機株式会社 | 電線被覆劣化検出装置及び電線被覆劣化検出方法 |
-
2021
- 2021-11-15 KR KR1020210156586A patent/KR102655984B1/ko active IP Right Grant
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| Publication number | Publication date |
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| KR20230070716A (ko) | 2023-05-23 |
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