KR20030003603A - 케이블 포괄절연평가장치 및 이를 이용한 포괄절연방법 - Google Patents
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Abstract
전력공급의 신뢰도 확보 및 선로 유지보수 비용의 절감을 위해 사용자 환경에 적합한 최소한 진단목표를 설정하고 이를 가장 경제적으로 달성할 수 있는 케이블 포괄절연평가장치 및 이를 이용한 포괄절연방법에 대해 개시한다. 본 발명은 케이블의 도체 및 중성선에 연결되어 선로의 열화시정수 변화를 측정하여 절연진단을 수행하는 진단부와, 상기 진단부로부터 전송된 절연상태 데이터를 데이터베이스화하여 관리하는 분석 및 데이터베이스부로 이루어져, 시험회로를 구성한 후 방전용 고압스위칭부와 시험전원용 고압스위칭부를 스위칭하여 시정수 측정용 저항부를 거쳐 선로의 시정수 변화를 측정하여 절연상태를 판단하는 과정으로 진행된다. 본 발명에 따르면, 열화시정수를 이용하여 사용중인 선로의 절연상태를 자동적으로 평가하고 측정 및 평가자료와 선로 환경자료를 통합적으로 관리할 수 있으며, 현장에서의 작업성과 분석상의 편의성을 존중하여 전문적인 기술적 소양과 훈련 없이도 진단시험 수행 및 절연상태 평가를 수행할 수 있는 장점이 있다.
Description
본 발명은 케이블 포괄절연평가장치 및 이를 이용한 포괄절연방법에 관한 것으로, 특히 전력공급의 신뢰도 확보 및 선로 유지보수 비용의 절감을 위해 사용자 환경에 적합한 최소한 진단목표를 설정하고 이를 가장 경제적으로 달성할 수 있는케이블 포괄절연평가장치 및 이를 이용한 포괄절연방법에 관한 것이다.
전력케이블 절연진단의 목적은 사고를 초래할 수 있는 열화를 진단대상으로 하여 주절연층을 포함한 케이블시스템 전체를 범위로 케이블의 열화상태 및 열화위치(Location)를 평가하고 궁극적으로 수명평가를 하는데 그 목적이 있다. 또한 전력회사 및 사용자의 입장에서는 상기의 목적을 가장 경제적으로 달성함으로써 선로 유지보수비용을 절감하고 전력공급의 신뢰도를 확보하는 것이 주된 목표가 될 것이다.
그러나 모든 종류의 케이블에 대한 전면적인 열화상태 평가나 수명평가는 현재 가능하지 않을 뿐만 아니라 경제적이지도 못하다. 따라서 사용자 환경에 적합한 최소한 진단목표를 설정하고 이를 가장 경제적으로 달성할 수 있는 진단기법의 선정 및 장치 개발이 보다 현실적인 케이블 유지보수 및 관리기법의 대안이 될 것이다.
전력케이블 절연진단은 최소한 사고를 초래할 위험이 농후한 선로를 선별해 낼 수 있어야 하며 그 신뢰도가 높아야 한다. 실제 잔존파괴강도가 낮은 즉, 사고가능성이 농후한 선로를 양호로 판정할 가능성이 있는 진단기법이라면 이는 매우 위험한 결과를 초래한다. 또한 양호한 선로를 불량이라 판정한다면 불량선로 관리의 혼란을 초래할 뿐 아니라 매우 비경제적인 일이 될 것이다.
도 9는 케이블시스템 구조도이며, 도 10은 주된 열화요소인 수트리 열화의 개념도이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 케이블은 그 중심에서부터 외주부로 도체, 도체차폐층, 주절연층, 절연차폐층, 스웰링테이프, 중성선, 반도전성 스웰링테이프및 자켓으로 순차적으로 이루어져 있다.
전력케이블의 절연상태를 평가하기 위한 방법은 크게 직류법과 교류법으로 나누어지며 현장적용성이 우수한 직류시험법은 크게 절연저항법과 분극특성법으로 나눌 수 있다. 종래의 분극특성법 및 장치는 주 열화요소인 수트리를 분극특성의 변화로 검출함으로써 절연상태의 변화를 평가한다. 그러나 절연진단은 최소한 사고를 초래할 위험이 농후한 선로를 선별해 낼 수 있어야 하며, 그 신뢰도가 높아야 함에도 분극특성법 및 장치는 사고가능성이 농후한 선로를 양호라 평가하거나 건전한 선로를 불량이라 평가하는 오류의 가능성을 지니고 있다. 이는 심각한 사고를 초래하거나 유지보수비용의 과다한 지출을 초래할 위험이 있다. 한편 직류법중 누설전류법은 일본 등에서 많은 적용사례가 있으며 30kV의 직류전압을 인가하는 직류누설전류법이 채택되어 적용된바 있다. 그러나 누설전류법은 고압으로 인한 위험성 등으로 인해 그 사용을 제한하고 있으며 원리상 고압의 가압상태에서 미소전류측정을 시행하므로 단말 도체부 코로나, 누설, 전원 노이즈 등의 영향을 받고 접지상태의 영향을 심하게 받게되어 측정상의 곤란함이 종종 그 신뢰도에 영향을 준다. 그리고 케이블 긍장에 따른 영향이 지대하므로 그 해석이 힘들다는 단점이 있다. 또한 종래의 직류전압감쇠법은 케이블규격에 따른 판정기준의 상이함과 전압기준에 따른 오차 등의 문제가 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 전력공급의 신뢰도 확보 및 선로 유지보수 비용의절감을 위해 사용자 환경에 적합한 최소한 진단목표를 설정하고 이를 가장 경제적으로 달성할 수 있는 케이블 포괄절연평가장치 및 이를 이용한 포괄절연방법을 제공하는데 있다.
구체적으로, 최소한의 진단목표를 설정하고 XLPE(Extruded cross-linked polyethylene) 압출절연 케이블을 그 대상으로 하여 케이블 시스템중 주절연층과 접속부, 단말부 열화중 사고를 초래할 가능성이 농후한 수트리열화 및 표면ㆍ계면열화를 검출 타겟으로 하여 케이블 포괄절연 상태를 평가하고자 한다.
이를 위해, 전압 측정을 통한 케이블 열화시정수를 검출변수로 하여 외부잡음 영향의 제거가 용이하고 측정의 재현성이 비교적 높고 충전후 회로 분리 상태에서 열화시정수의 변화를 검출하는 방법인 케이블 열화시정수 측정법을 근간으로 케이블 주절연층 및 접속부, 단말부 열화의 결과로 나타나는 등가절연저항의 전하를 검출하여 열화지수를 도출하고 전력 케이블의 절연상태를 자동적으로 판정할 수 있는 케이블 포괄절연평가장치 및 이를 이용한 포괄절연방법을 제공하는데 있다. 여기에는 케이블 절연상태 분석 및 관리 프로그램도 포함된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 케이블 포괄절연평가장치의 구성을 개략적으로 나타낸 제어블록도,
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 케이블 포괄절연평가장치의 진단부의 제어회로의 구성을 나타낸 제어회로블록도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 케이블 포괄절연평가장치의 신호측정 및 처리부의 제어회로의 구성을 나타낸 제어블록도,
도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 케이블 포괄절연평가장치를 케이블의 도체와 연결시킨 진단시험회로를 나타낸 도면,
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일실시예에 의한 케이블 포괄절연평가에 관한 진단시험 과정과 열화상태 평가과정을 각각 나타낸 흐름도,
도 6은 본 발명의 일실시예에 의한 케이블의 포괄절연상태를 평가하는 열화지수의 기준을 도시한 그래프,
도 7은 본 발명의 일실시예에 의한 시정수 측정용 저항부의 구성을 개략적으로 나타낸 도면,
도 8은 본 발명의 일실시예에 의한 무정전 전원장치 모듈부의 구성도을 나타낸 도면,
도 9는 케이블시스템 구조도,
도 10은 주된 열화요소인 수트리 열화의 개념도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 진단부 110 : 장치전원부
115 : 무정전 정원장치 모듈부 120 : 저항모듈부
130 : 고압스위칭모듈부 140 : 고압시험전원부
150 : 입출력 및 신호처리부 155 : 신호측정 및 처리부
160 : 진단프로그램 200 : 분석 및 데이터베이스부
210 : 통신 인터페이스부 220 : 자료 분석부
230 : 케이블 데이터베이스부 240 : 데이터베이스 관리부
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 케이블 포괄절연진단장치는, 해당 각 소자에 필요한 전원을 공급하는 장치전원부; 측정정밀도를 향상시키기 위해 상기 선로에 시험용 전압을 인가하기 위해 별도로 마련된 고압시험전원부; 선로의 열화시정수 변화를 측정하기 위해 케이블의 도체에 각각 접속된 시정수 측정용 저항부(Rm) 및 방전용 직렬저항부(Rd)로 이루어진 저항모듈부; 상기 케이블의 도체와 고압시험전원부 사이에 게재된 시험전원용 고압스위칭부(VR1)와, 상기 케이블의 도체와 방전용 직렬저항부(Rd) 사이에 게재된 방전용 고압스위칭부(VR2)로 이루어져 시험전후에서 충방전작업과 시험전원의 투입, 승압, 가압을 위한 스위칭이 이루어지는 고압스위칭모듈부; 및 선로의 상태 및 제어값을 입력하고, 상기 시정수 측정용 저항부를 거쳐 출력된 선로의 열화시정수 변화를 측정 처리하며, 상기 측정 처리된 케이블 절연상태를 디스플레이하는 입출력 및 신호처리부;로 이루어진 시험회로를 구성하는 진단부:
상기 진단부로부터 전송된 절연상태 데이터를 인터페이스시키는 통신 인터페이스부; 상기 절연상태에 대한 진단결과를 분석, 판정, 처리하는 자료분석부; 사고이력, 포설환경 케이블 관리자료와 진단결과를 통합 관리하는 케이블 데이터베이스부; 및 상기 진단자료 및 판정결과를 데이터베이스화하여 관리하는 데이터베이스 관리부;로 이루어진 분석 및 데이터베이스부:
를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 입출력 및 신호처리부는, 사용자의 조작을 지원하는 키입력부; 입출력되는 데이터 및 결과데이터의 사용자에게 가시화시키는 디스플레이부; 입출력되는 디지털 데이터를 인터페이스시키는 디지털 입출력부; 입출력되는 아날로그 데이터를 인터페이스시키는 아날로그 입출력부; 시스템의 전체적인 제어를 수행하는 주제어부; 진단프로그램을 저장함과 동시에 입출력되는 데이터를 임시로 저장하는 저장부; 및 상기 저장된 데이터를 다른 장치로 전송할 수 있는 통신부를 포함하여 이루어진다.
또한, 상기 신호측정 및 처리부는, 입력되는 신호에 대한 제어신호를 출력하여 시스템 전반의 제어를 수행하는 주제어부(CUP); 상기 주제어부를 중심으로 데이터버스로 연결되어 키입력부(151)로부터 입력된 코드의 인터페이스를 수행하는 키패드 인터페이스; 상기 CPU로부터 출력된 영상제어신호를 디스플레이부로 인터페이스시키는 LCD 인터페이스; 데이터를 유지 및 갱신하기 위한 판독 및 기록이 가능하며, 진단프로그램을 저장한 메모리(DRAM), EEPROM, 플래시 메모리(Flash memory)를 포함하는 저장부; 장치전원부, 습도센서 및 온도센서가 각각 접속되어 아날로그 신호를 디지털신호를 변환시키는 A/D 변환기; 상기 분석 및 데이터베이스부와의 데이터송수신을 위해, 영상데이터를 실시간 재생하여 정지화상, 동영상을 캡쳐 녹화하여 저장 및 편집이 가능하도록 지원하는 USB드라이버와, 컴퓨터와의 통신을 위한 각종 인터페이스에 의해 데이터를 시리얼(serial)로 전송하도록 제어하는 RS232C 드라이버와, 고속 통신을 위한 고속 네트워크 어뎁터인 이더넷을 포함하여 이루어진 통신포트; 외부로 음향을 전달하는 음향 드라이버; 상기 주제어부와 아날로그 인터페이스 사이에 연결되는 SPI 인터페이스; 상기 주제어부와 아날로그 인터페이스 사이에 연결되는 인터럽트 입력단, 포트 입출력단; 및 LED와 접속되는 디지털 입출력단을 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 시험회로는, 시정수 측정용 저항부(Rm)가 상기 케이블의 도체와 접속되고, 일측이 접지된 방전용 직렬저항부(Rd)가 방전용 고압스위칭부(VR2)를 게재하여 상기 케이블의 도체와 접속되며, 고압시험전원부의 일단이 시험전원용 고압스위칭부(VR1)를 게재하여 상기 케이블의 도체와 연결되고, 상기 고압시험전원부의 타단이 케이블의 중성선과 연결되어서 이루어진다.
한편, 상기 고압스위칭모듈부의 개방시 스위칭 절연저항이 시정수 측정용 저항부(Rm)의 등가저항의 102배 이상 확보되도록 구성하며, 여기서, 상기 시정수 측정용 저항부(Rm)는 발수성 및 표면 절연저항이 높은 테프론 재질로 제조되며, 연결단자와 최대한 표면거리가 유지되도록 구성한다.
또한, 상기 저항모듈부 전체 등가저항이 케이블 등가절연저항의 약 102배이상 되도록 구성한다.
그리고, 상기 고압시험전원부는, 시험전원공급원인 배터리; 상기 배터리와 ＋단자 사이에 마련되어 과전류를 차단하는 과전류차단 스위치; 상기 배터리와 －단자 사이에 마련되어 충방전시 제어가 이루어지는 충방전제어용 스위칭소자; 상기 배터리로부터 배압된 전압을 인가할 수 있도록 제어하며, 상기 충방전제어용 스위칭소자를 제어하는 제어용IC; 및 상기 제어용IC로부터 출력된 전압을 감지하기 위해 상기 배터리와 과전류차단 스위치 사이의 접점에 일단이 접속되고, 타단은 충방전제어용 스위칭소자와 －단자 사이의 접점에 접속되는 전압검출부를 포함하여 이루어진다.
한편, 본 발명은 해당 각 소자에 필요한 전원을 공급하는 장치전원부; 측정정밀도를 향상시키기 위해 상기 선로에 시험용 전압을 인가하기 위해 별도로 마련된 고압시험전원부; 선로의 열화시정수 변화를 측정하기 위해 케이블의 도체에 각각 접속된 시정수 측정용 저항부(Rm) 및 방전용 직렬저항부(Rd)로 이루어진 저항모듈부; 상기 케이블의 도체와 고압시험전원부 사이에 게재된 시험전원용 고압스위칭부(VR1)와, 상기 케이블의 도체와 방전용 직렬저항부(Rd) 사이에 게재된 방전용 고압스위칭부(VR2)로 이루어져 시험전후에서 충방전작업과 시험전원의 투입, 승압, 가압을 위한 스위칭이 이루어지는 고압스위칭모듈부; 및 선로의 상태 및 제어값을 입력하고, 상기 시정수 측정용 저항부를 거쳐 출력된 선로의 열화시정수 변화를 측정 처리하며, 상기 측정 처리된 케이블 절연상태를 디스플레이하는 입출력 및 신호처리부;로 이루어진 시험회로를 구성하는 진단부:
상기 진단부로부터 전송된 절연상태 데이터를 인터페이스시키는 통신 인터페이스부; 상기 절연상태에 대한 진단결과를 분석, 판정, 처리하는 자료분석부; 사고이력, 포설환경 케이블 관리자료와 진단결과를 통합 관리하는 케이블 데이터베이스부; 및 상기 진단자료 및 판정결과를 데이터베이스화하여 관리하는 데이터베이스 관리부;로 이루어진 분석 및 데이터베이스부:를 포함하여 이루어진 케이블 포괄절연진단장치에 적용되는데,
본 발명의 케이블 포괄절연진단장치를 이용한 포괄절연진단방법은, 진단대상 선로에 충전된 전하를 방전시키는 제1 단계; 방전된 선로를 대상으로 케이블 절연진단장치를 이용하여 상기 시험회로를 구성하는 제2 단계; 상기 입출력 및 신호처리부를 통해 선로명과 선로자료를 입력하고 시험을 시작하는 제3 단계; 상기 시험 시작과 동시에 안전 및 시험신뢰도 확보할 수 있도록, 방전용 고압스위칭부(VR2)를 투입하여 충격전압의 발생 및 유입을 방지하기 위한 방전용 직렬저항부(Rd)를 통해 방전작업을 소정시간 실시하는 제4 단계; 상기 방전이 끝나면 방전용 고압스위칭부(VR2)를 차단하고 시험전원용 고압스위칭부(VR1)를 투입하여 고압시험전원부로부터 소정의 시험전압을 선로에 인가하는 제5 단계; 상기 시험전압 인가에 따른 선로 충전이 이루어지면 시험전원용 고압스위칭부(VR1)를 개방하여 고압시험전원부를 선로 및 케이블 절연진단장치로부터 분리하는 제6 단계; 상기 시정수 측정용 저항부(Rm)을 거쳐 선로의 시정수 변화를 측정하고, 상기 측정된 자료는 신호측정 및 처리부에서 진단프로그램(firmware)의 알고리즘에 의해 열화지수가 도출되어 절연상태를 판단하는 제7 단계;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 제7 단계 이후에, 상기 진단부로부터 절연상태 데이터를 전송받아 절연상태에 대한 진단결과를 분석, 판정, 처리하는 단계; 상기 진단자료 및 판정결과를 데이터베이스화며, 사고이력, 포설환경 케이블 관리자료와 진단결과를 데이터베이스화시키는 단계를 더 진행하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제 5 단계에서 인가되는 전압은, 1㎸ ∼ 10㎸ 범위내에서 인가되는 전원의 용량과 선로의 길이를 고려하여 상기 저항모듈부를 거쳐 선로에 인가되며, 소정시간 동안 목표시험전압까지 상승시키고 일정시간 전압을 유지하여 선로충전을 수행하는 것이 바람직할 것이다.
그리고, 상기 제 7 단계는, 상기 진단프로그램에 의해 피팅(Fitting) 알고리즘을 이용하여 감쇠함수를 구하는 단계; 상기 감쇠함수로부터 케이블 열화시정수를 구하는 단계; 상기 열화시정수로부터 열화지수산출식에 입력하여 열화지수(AI)를 구하는 단계; 상기 열화지수는 열화상태 평가기준에 따라 케이블의 열화상태의 판정이 이루어지는 단계로 이루어진다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 케이블 포괄절연평가장치의 구성을 개략적으로 나타낸 제어블록도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 케이블 포괄절연평가장치는 크게 진단부(100)와 분석 및 데이터베이스부(200)로 나눌 수 있다.
상기 진단부(100)에는 장치전원부(110), 저항모듈부(120), 고압스위칭모듈부(130), 고압시험전원부(140), 입출력 및 신호처리부(150) 등의 하드웨어와, 시험 전 과정의 제어 및 열호상태를 판정하는 진단프로그램(firmware, 160) 즉, 소프트웨어로 이루어진다.
상기 장치전원부(110)는 AC/DC전원부(111), DC/DC전원부(113), 무정전 전원장치 모듈부(115)로 구성되어 해당 각 소자에 필요한 전원을 공급하게 된다.
상기 입출력 및 신호처리부(150)는 사용자의 조작을 지원하는 키입력부(151)와, 입출력되는 데이터 및 결과데이터의 사용자에게 가시화시키는 디스플레이부(152)와, 입출력되는 디지털 데이터를 인터페이스시키는 디지털 입출력부(153)와, 입출력되는 아날로그 데이터를 인터페이스시키는 아날로그 입출력부(154)와, 상기 진단부(100)의 전체적인 제어를 수행하는 주제어부(155)와, 상기 진단프로그램(160)을 저장함과 동시에 입출력되는 데이터를 임시로 저장하는 저장부(156)와, 그리고 상기 저장된 데이터를 다른 장치로 전송할 수 있는 통신부(157)로 이루어져 있다.
한편, 상기 분석 및 데이터베이스부(200)에는 상기 진단부(100)의 통신부로부터 전송된 절연상태 데이터를 인터페이스시키는 통신인터페이스부(210)와, 상기 절연상태에 대한 진단결과를 분석, 판정, 처리하는 자료분석부(220)와, 사고이력, 포설환경등 케이블 관리자료와 진단결과를 통합 관리하는 케이블 데이터베이스부(230)와, 그리고, 상기 진단자료 및 판정결과를 데이터베이스화하여 관리하는 데이터베이스 관리부(240)로 이루어져 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 케이블 포괄절연평가장치의 진단부의 제어회로의 구성을 나타낸 제어회로블록도이다. 도 2를 참조하면, 고압시험전원부(140)는 시험전원용 고압스위칭부(VR1)를 사이에 두고 케이블의 도체와 연결되어 있다. 한편, 케이블의 중성선은 접지되게 되고, 저항모듈부(120)에서 방전용 직렬저항부(121)도 접지되어 있다. 한편, 저항모듈부(120)에서 시정수 측정용 저항부(122)는 케이블과의 도체 사이에 방전용 고압스위칭부(VR2)가 마련되어 있다. 상기 시정수 측정용 저항부(122)는 신호측정 및 처리부(155)에 접속되어 해당 데이터를 신호측정 및 처리부(155)로 전달하게 된다. 한편, 전달된 데이터의처리과정을 디스플레이하기 위해 상기 신호측정 및 처리부(155)는 디스플레이부(152)와 접속되게 되며, 이와 동시에 전달된 데이터의 처리를 위해 진단프로그램(160)에 연계된다. 이 때, 사용자입력을 지원하기 위해 상기 디스플레이부(152)에는 사용자 입력사항을 출력시키기 위한 키입력부(151)가 접속되며, 진단프로그램(160)의 제어를 위해 진단프로그램과 연계되게 된다.
한편, 상기 신호측정 및 처리부(155)나 진단프로그램(160)으로부터 전송된 데이터를 분석 및 데이터베이스부(200)로 전송하는 통신부(157)가 상기 신호측정 및 처리부(155)나 진단프로그램(160)에 각각 접속되어 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 케이블 포괄절연평가장치의 신호측정 및 처리부의 제어회로의 구성을 나타낸 제어블록도이다. 도 3을 참조하면, 신호측정 및 처리부(155)는 주제어부(CUP)를 중심으로 데이터버스로 연결된 키입력부(151)로부터 입력된 코드의 인터페이스를 수행하는 키패드인터페이스, 상기 CPU로부터 출력된 영상제어신호를 디스플레이부로 인터페이스시키는 LCD인터페이스, 데이터를 유지 및 갱신하기 위한 판독 및 기록이 가능한 메모리(DRAM), EEPROM, 플래시 메모리(Flash memory) 등의 가변메모리, 아날로그 신호를 디지털신호를 변환시키는 A/D변환기, 영상데이터를 실시간 재생하여 정지화상, 동영상을 캡쳐 녹화하여 저장 및 편집이 가능하도록 지원하는 USB드라이버, 그리고 RTC(Real Time Clock) 등이 접속되어 있다.
상기 A/D변환기에는 장치전원부(110), 습도센서 및 온도센서가 접속되게 된다.
상기 CPU에는 상기한 USB 드라이버를 비롯하여 통신포트가 연결되게 되는데, 컴퓨터에서 통신을 위한 각종 인터페이스에 의해 데이터를 시리얼(serial)로 전송하도록 제어하는 RS232C 드라이버, 고속 통신을 위해 고속 네트워크 어뎁터인 10/100Mbps 이더넷(Ethernet)이 연결되어 있다. 상기한 USB드라이버, RS232C 드라이버 및 이더넷은 상기 분석 및 데이터베이스부(200)와 연결되게 된다.
한편, 외부로 음향을 전달하는 스피커 드라이버가 CPU와 접속되며, 상기 스피커 드라이버는 스피커와 접속되게 된다. 또한, CPU에는 SPI인터페이스가 접속되며, 이 SPI인터페이스는 아날로그 인터페이스와 접속되게 된다.
한편, 병렬포트는 LCD 브라이트(Bright), 디지털 입출력, 인터럽트 입력, 포트 입출력 각각이 CPU와 접속되게 되며, 상기 LCD 브라이트는 디스플레이부(152)와 접속되고, 상기 디지털 입출력은 LED와 접속되며, 인터럽트 입력, 포트 입출력 및 SPI인터페이스가 아날로그 인터페이스와 연결되어 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 케이블 포괄절연평가장치를 케이블의 도체와 연결시킨 진단시험회로를 나타낸 도면이다. 도 4를 참조하면, 상기한 케이블 절연진단장치의 일단은 시정수 측정용 시정수 측정용 저항부(Rm, 122)을 사이에 두고 케이블의 도체와 접속되며, 케이블 절연진단장치의 타단은 중성선과 접속되어 접지된다.
한편, 상기 케이블의 도체와 접지사이에는 방전용 고압스위칭부(VR2)와 방전용 직렬저항부(Rd, 121)가 마련된다. 그리고 상기 케이블의 도체와 중성선에 양극으로 각각 접속되는 고압시험전원부(140)가 마련되는데, 상기 케이블의 도체와 고압시험전원부(140) 사이에는 시험전원용 고압스위칭부(VR1)가 마련되게 된다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일실시예에 의한 케이블 포괄절연평가장치에 관한 진단시험 과정과 열화상태 평가과정을 각각 나타낸 흐름도이다. 도 5a 및 도 5b를 참조하면, 먼저 진단대상 선로를 주회로에서 분리한 후, 충전된 전하를 방전시킨다(S10). 상기한 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 케이블 절연진단장치를 케이블과 연결하여 진단시험회로를 구성한다(S20). 이 때, 상기 케이블은 도 4에 도시된 바와 같이, 케이블의 도체측에 케이블 절연장치의 고압스위칭부에 각각 연결되고 케이블의 중성선은 접지된 상태로 둔다.
다음으로 케이블 절연진단장치의 자료입력수단부인 키패드(keypad)를 이용하여 선로명과 선로자료를 입력하고 시험시작 키(start key)를 눌러 시험을 시작한다(S30). 시험 시작과 동시에 안전 및 시험신뢰도 확보를 위해, 항상 방전용 고압스위칭부(VR2)를 투입하여 방전작업을 일정시간 실시한다(S40). 이 때, 방전작업은 충격전압의 발생 및 유입을 방지하기 위해 적정 크기의 방전용 직렬저항부(Rd)를 통해 이루어진다.
초기 방전이 끝나면 방전용 고압스위칭부(VR2)를 차단하고 시험전원용 고압스위칭부(VR1)를 투입하여 고압시험전원부로부터 소정의 시험전압을 선로에 인가한다(S50). 이 때 대략 10㎸ 이하를 인가하게 되는데, 가장 많이 이용되는 시험전압은 3㎸ 정도이다. 이때 시험전압은 전원의 용량과 선로의 길이 등을 고려하여 적절한 직렬저항부를 거쳐 선로에 인가되며 소정시간 동안 목표시험전압까지 상승시키고 일정시간 전압을 유지하여 선로에 충전작업을 실시한다.
일정시간(10분 이하) 동안 승압 및 충전이 끝나면 시험전원용 고압스위칭부(VR1)를 개방하여 고압시험전원부를 선로 및 케이블 절연진단장치로부터 완전히 분리한다(S60). 이 때, 방전용 고압스위칭부(VR2)와 고압스위칭부(VR1)는 개방된 상태에서 측정신뢰도 확보를 위해, 스위칭 절연저항이 최소한 입력 고저항부의 약 102배이상 확보되도록 구성한다.
고압시험전원부 분리 작업이 끝나면 시정수 측정용 저항부(Rm)을 거쳐 선로의 시정수 변화를 측정하고 측정된 자료는 신호측정 및 처리부를 거쳐 장치내의 저장수단에 저장되며 저장된 자료는 신호측정 및 처리부 내의 중앙처리장치와 진단프로그램부(firmware부)의 알고리즘에 따라 처리되어 열화판정알고리즘의 절차에 따라 열화지수가 도출되어 절연상태를 판단하게 된다(S70). 시정수 측정용 저항부(Rm)은 최소한 케이블 최대 등가저항의 102배이상 확보되도록 구성한다.
상기 단계 S70의 과정은 구체적으로 다음과 같이 진행된다. 상기 진단프로그램부로 넘어온 데이터는 Fitting 알고리즘부에서 감쇠함수가 구해지고(S71), 이 감쇠함수로부터 케이블 열화시정수가 계산된다(S72). 케이블 열화시정수는 다음 식 (1)과 같은 열화지수산출식에 입력되고 이로부터 열화지수(AI)가 계산된다(S73).
------------------- 식 (1)
이 때, τc는 측정된 케이블 열화시정수 τi는 이상적인 XLPE 케이블의 시정수 값이다. 계산된 열화지수는 열화상태평가부로 넘겨져 정해진 평가기준에 따라 판정이 이루어지게 되는데(S74), 구체적으로 케이블의 열화상태를 양호, 요주의, 불량의 3단계로 평가하게 된다(S75-1, S75-2, S75-3).
한편, 상기 판정 결과는 도 6과 같은 기준에 따라 최종적인 절연상태를 장치의 표시수단부인 Graphic LCD를 통해 표시한다(S80). 모든 시험이 종료되면 방전용 고압스위칭수단부(VR2)를 투입하여 잔존 전하를 소정시간 동안 방전시키고 시험을 종료한다(S90).
이후, 시험종료후 모든 측정데이타와 진단결과는 장치내의 저장수단부에 저장되고(S100), 이는 추후 사무실 등에서 진단장치부내의 통신수단부(직렬포트, Ethernet Port, USB Port)를 통해 컴퓨터로 전송되며(S110), 본 발명의 진단결과 분석 및 데이터베이스부를 통해 분석, 관리된다(S120).
상기의 모든 작업은 신호측정 및 처리수단부내의 제어알고리즘부와 진단프로그램부(firmware부)를 통해 자동적으로 제어 및 판정된다. 제어알고리즘부는 상기의 진단시험절차 즉, 초기방전, 전원투입, 승압 및 가압, 전원차단, 전압측정, 종료방전의 전 과정을 제어하는 역할을 수행하며 시험이 종료되면 측정된 데이터는진단프로그램부로 넘겨져 데이터처리 및 시정수도출 알고리즘에 의해 케이블의 시정수가 계산되고 주어진 열화상태평가기준에 따라 전력케이블의 열화상태를 표시하게 된다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 의한 케이블의 포괄절연상태를 평가하는 열화지수의 기준을 도시한 그래프이다. 도 6을 참조하면, 측정, 저장된 자료는 도 5의 과정을 거쳐 처리되어 케이블의 열화시정수가 계산되고, 열화판정알고리즘의 절차에 따라 열화지수가 도출되어, 도 6에서 보는바와 같은 기준에 따라 케이블의 절연상태를 양호, 요주의, 불량으로 평가하게 된다. 이 때, 상태평가기준은 양호-요주의 경계지수가 1.7, 요주의-불량 경계지수가 3.3으로 하고 있다. 상기 경계지수는 국내 케이블자료 중 최저 등가절연저항값과 설계기준, 현장시험 및 경험자료에 근거하여 환산된 값이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 의한 시정수 측정용 저항부(Rm)의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 7을 참조하면, 이 시정수 측정용 저항부(Rm)는 다습한 환경하에서도 표면저항의 저하가 없어야 하며, 전체 등가저항이 최소한 케이블 등가저항 최대치의 약 102배이상 확보되도록 구성한다. 이를 위해 시정수 측정용 저항부(Rm)는 테프론과 같이 발수성 우수하고 표면 절연저항이 높은 재질로 구성되며, 연결단자부와 최대한 표면거리가 유지되도록 구성한다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 의한 무정전 전원장치 모듈부의 구성도을 나타낸 도면이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 현장여건상 시험 전원의 인입이 어려운 현장이 다수 존재하며 이러한 환경 하에서도 원활한 진단시험이 수행될 수 있도록 무정전 전원장치 모듈부(115)를 발명하여 장치전원 없이 진단시험이 가능하도록 한 구조이며, 부가적으로 전원의 영향으로 인한 측정정밀도의 저하효과의 배제가 가능하도록 한 구조를 가지고 있다.
상기 무정전 전원장치 모듈부(115)는 과전류차단 폴리스위치(115-1), 전압ㆍ전류ㆍ온도ㆍ충방전 제어용IC(115-2), 전압검출부(115-3) 및 충방전제어용 FET소자(115-4)로 이루어져 있다. 여기에 상기 과전류차단 폴리스위치(115-1), 전압ㆍ전류ㆍ온도ㆍ충방전 제어용IC(115-2) 및 충방전제어용 FET소자(115-4)에 접속되는 리듐-이온 베터리셀(115-5)이 마련된다.
구체적으로, 상기 과전류차단 폴리스위치(115-1)는 일단에 충방전 ＋단자가 접속되고, 그 타단은 리듐-이온 베터리셀(115-5)의 일단에 접속된다. 한편, 상기 리듐-이온 베터리셀(115-5)의 타단은 충방전 －단자에 접속되는데 그 사이에 상기 충방전제어용 FET소자(115-4)를 게재시키고 있다.
여기서, 상기 전압ㆍ전류ㆍ온도ㆍ충방전 제어용IC(115-2)는 충방전제어용 FET소자(115-4)에 일단이 접속되고 그 타단은 과전류차단 폴리스위치(115-1)와 리듐-이온 베터리셀(115-5) 사이의 접점에 접속되어 있다. 또한, 전압검출부(115-3)는 충방전제어용 FET소자(115-4)와 충방전 －단자 사이의 접점에 일단이 접속되고,그 타단은 과전류차단 폴리스위치(115-4)와 리듐-이온 베터리셀(115-5) 사이의 접점에 접속되어 있다. 한편, 상기 전압ㆍ전류ㆍ온도ㆍ충방전 제어용IC(115-2)와 전압검출부(115-3)는 서로 연결되어 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 케이블 절연진단장치는 장치전원, 시험전원, 고압스위칭부, 장치제어용 PC 및 진단 소프트웨어를 단일 설비 내에 탑재하여 진단시험 및 작업의 편의성을 도모하였으며, 배터리(Battery)의 채용으로 전원인입이 어려운 현장에서도 시험이 가능한 구조를 하고 있다. 또한, PC 일체화 및 배터리(Battery) 채용은 시험의 편의성뿐만 아니라 측정오차 및 장비단가, 유지보수에도 장점이 있다. 진단시험의 소요시간은 상당 15분 이내 이며 시험전압은 10kV 이하로(3kV가 적정) 시험도중 파괴와 전하축적의 위험은 없다고 볼 수 있다. 열화의 판정 및 자료의 저장은 본 연구에서 개발된 단일 장비 내에서 가능하며 시험자료의 축적과 DB화 및 이력관리, 열화분석작업이 가능하도록 별도의 진단자료 관리 및 분석 소프트웨어를 개발하여 보다 용이한 자료의 분석 및 DB화가 가능하다. 상기 소프트웨어와 진단설비간의 자료교환을 위해 RS232C, USB, Ethernet등의 통신포트를 설치하여 다양한 환경 하에서의 자료관리 및 정보교환, 축적이 가능하다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 케이블 포괄절연평가장치 및 이를 이용한 포괄절연방법은, 사고 가능성이 농후한 선로를 선별하고 관리하는데 있어 종래의방법에 비해 불량선로 판정의 신뢰도를 높일 수 있으며 절연상태 평가 작업시 현장에서의 작업성과 분석상의 편의성을 존중하여 전문적인 기술적 소양과 훈련 없이도(시험 수행의 경제성) 시험 수행 및 평가가 가능하며 시험시간이 짧아 정전시간을 최소화 할 수 있고 시험전원의 크기가 작아 시험의 악영향이 없으며 휴대화, 일체화 및 경량화로 현장적용성이 우수한 효과가 있다. 따라서 시험방법과 장치, 시험과정, 장치단가 등의 경제성 면에서 절연상태 평가의 목적을 가장 효율적으로 달성할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 많은 변형이 가능함은 명백할 것이다.
Claims (12)
- 해당 각 소자에 필요한 전원을 공급하는 장치전원부;측정정밀도를 향상시키기 위해 상기 선로에 시험용 전압을 인가하기 위해 별도로 마련된 고압시험전원부;선로의 열화시정수 변화를 측정하기 위해 케이블의 도체에 각각 접속된 시정수 측정용 저항부(Rm) 및 방전용 직렬저항부(Rd)로 이루어진 저항모듈부;상기 케이블의 도체와 고압시험전원부 사이에 게재된 시험전원용 고압스위칭부(VR1)와, 상기 케이블의 도체와 방전용 직렬저항부(Rd) 사이에 게재된 방전용 고압스위칭부(VR2)로 이루어져 시험전후에서 충방전작업과 시험전원의 투입, 승압, 가압을 위한 스위칭이 이루어지는 고압스위칭모듈부; 및선로의 상태 및 제어값을 입력하고, 상기 시정수 측정용 저항부를 거쳐 출력된 선로의 열화시정수 변화를 측정 처리하며, 상기 측정 처리된 케이블 절연상태를 디스플레이하는 입출력 및 신호처리부;로 이루어진 시험회로를 구성하는 진단부:상기 진단부로부터 전송된 절연상태 데이터를 인터페이스시키는 통신 인터페이스부;상기 절연상태에 대한 진단결과를 분석, 판정, 처리하는 자료분석부;사고이력, 포설환경 케이블 관리자료와 진단결과를 통합 관리하는 케이블 데이터베이스부; 및상기 진단자료 및 판정결과를 데이터베이스화하여 관리하는 데이터베이스 관리부;로 이루어진 분석 및 데이터베이스부:를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 케이블 포괄절연평가장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 입출력 및 신호처리부는,사용자의 조작을 지원하는 키입력부;입출력되는 데이터 및 결과데이터의 사용자에게 가시화시키는 디스플레이부;입출력되는 디지털 데이터를 인터페이스시키는 디지털 입출력부;입출력되는 아날로그 데이터를 인터페이스시키는 아날로그 입출력부;시스템의 전체적인 제어를 수행하는 주제어부;진단프로그램을 저장함과 동시에 입출력되는 데이터를 임시로 저장하는 저장부; 및상기 저장된 데이터를 다른 장치로 전송할 수 있는 통신부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 케이블 포괄절연평가장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 신호측정 및 처리부는,입력되는 신호에 대한 제어신호를 출력하여 시스템 전반의 제어를 수행하는 주제어부(CUP);상기 주제어부를 중심으로 데이터버스로 연결되어 키입력부(151)로부터 입력된 코드의 인터페이스를 수행하는 키패드 인터페이스;상기 CPU로부터 출력된 영상제어신호를 디스플레이부로 인터페이스시키는 LCD 인터페이스;데이터를 유지 및 갱신하기 위한 판독 및 기록이 가능하며, 진단프로그램을 저장한 메모리(DRAM), EEPROM, 플래시 메모리(Flash memory)를 포함하는 저장부;장치전원부, 습도센서 및 온도센서가 각각 접속되어 아날로그 신호를 디지털신호를 변환시키는 A/D 변환기;상기 분석 및 데이터베이스부와의 데이터송수신을 위해, 영상데이터를 실시간 재생하여 정지화상, 동영상을 캡쳐 녹화하여 저장 및 편집이 가능하도록 지원하는 USB드라이버와, 컴퓨터와의 통신을 위한 각종 인터페이스에 의해 데이터를 시리얼(serial)로 전송하도록 제어하는 RS232C 드라이버와, 고속 통신을 위한 고속 네트워크 어뎁터인 이더넷을 포함하여 이루어진 통신포트;외부로 음향을 전달하는 음향 드라이버;상기 주제어부와 아날로그 인터페이스 사이에 연결되는 SPI 인터페이스;상기 주제어부와 아날로그 인터페이스 사이에 연결되는 인터럽트 입력단, 포트 입출력단; 및LED와 접속되는 디지털 입출력단을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 케이블 포괄절연평가장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 시험회로는,시정수 측정용 저항부(Rm)가 상기 케이블의 도체와 접속되고, 일측이 접지된방전용 직렬저항부(Rd)가 방전용 고압스위칭부(VR2)를 게재하여 상기 케이블의 도체와 접속되며, 고압시험전원부의 일단이 시험전원용 고압스위칭부(VR1)를 게재하여 상기 케이블의 도체와 연결되고, 상기 고압시험전원부의 타단이 케이블의 중성선과 연결되어서 이루어진 것을 특징으로 하는 케이블 포괄절연평가장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 고압스위칭모듈부의 개방시 스위칭 절연저항이 시정수 측정용 저항부(Rm)의 등가저항의 102배 내지 104배 범위내에서 확보되도록 구성하는 것을 특징으로 하는 케이블 포괄절연평가장치.
- 제 5 항에 있어서, 상기 시정수 측정용 저항부(Rm)는 발수성 및 표면 절연저항이 높은 테프론 재질로 제조되며, 연결단자와 최대한 표면거리가 유지되도록 구성하여 이루어진 것을 특징으로 하는 케이블 포괄절연평가장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 저항모듈부 전체 등가저항이 케이블 등가절연저항의 102배 내지 104배 범위내에서 구성하여 이루어진 것을 특징으로 하는 케이블 포괄절연평가장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 무정전 전원장치 모듈부는,시험전원공급원인 배터리;상기 배터리와 ＋단자 사이에 마련되어 과전류를 차단하는 과전류차단 스위치;상기 배터리와 －단자 사이에 마련되어 충방전시 제어가 이루어지는 충방전제어용 스위칭소자;상기 배터리로부터 배압된 전압을 인가할 수 있도록 제어하며, 상기 충방전제어용 스위칭소자를 제어하는 제어용IC; 및상기 제어용IC로부터 출력된 전압을 감지하기 위해 상기 배터리와 과전류차단 스위치 사이의 접점에 일단이 접속되고, 타단은 충방전제어용 스위칭소자와 －단자 사이의 접점에 접속되는 전압검출부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 케이블 포괄절연평가장치.
- 해당 각 소자에 필요한 전원을 공급하는 장치전원부; 측정정밀도를 향상시키기 위해 상기 선로에 시험용 전압을 인가하기 위해 별도로 마련된 고압시험전원부; 선로의 열화시정수 변화를 측정하기 위해 케이블의 도체에 각각 접속된 시정수 측정용 저항부(Rm) 및 방전용 직렬저항부(Rd)로 이루어진 저항모듈부; 상기 케이블의 도체와 고압시험전원부 사이에 게재된 시험전원용 고압스위칭부(VR1)와, 상기 케이블의 도체와 방전용 직렬저항부(Rd) 사이에 게재된 방전용 고압스위칭부(VR2)로 이루어져 시험전후에서 충방전작업과 시험전원의 투입, 승압, 가압을 위한 스위칭이이루어지는 고압스위칭모듈부; 및 선로의 상태 및 제어값을 입력하고, 상기 시정수 측정용 저항부를 거쳐 출력된 선로의 열화시정수 변화를 측정 처리하며, 상기 측정 처리된 케이블 절연상태를 디스플레이하는 입출력 및 신호처리부;로 이루어진 시험회로를 구성하는 진단부:상기 진단부로부터 전송된 절연상태 데이터를 인터페이스시키는 통신 인터페이스부; 상기 절연상태에 대한 진단결과를 분석, 판정, 처리하는 자료분석부; 사고이력, 포설환경 케이블 관리자료와 진단결과를 통합 관리하는 케이블 데이터베이스부; 및 상기 진단자료 및 판정결과를 데이터베이스화하여 관리하는 데이터베이스 관리부;로 이루어진 분석 및 데이터베이스부:를 포함하여 이루어진 케이블 절연진단장치의 절연진단방법에 있어서,진단대상 선로에 충전된 전하를 방전시키는 제1 단계;방전된 선로를 대상으로 케이블 절연진단장치를 이용하여 상기 시험회로를 구성하는 제2 단계;상기 입출력 및 신호처리부를 통해 선로명과 선로자료를 입력하고 시험을 시작하는 제3 단계;상기 시험 시작과 동시에 안전 및 시험신뢰도 확보할 수 있도록, 방전용 고압스위칭부(VR2)를 투입하여 충격전압의 발생 및 유입을 방지하기 위한 방전용 직렬저항부(Rd)를 통해 방전작업을 소정시간 실시하는 제4 단계;상기 방전이 끝나면 방전용 고압스위칭부(VR2)를 차단하고 시험전원용 고압스위칭부(VR1)를 투입하여 고압시험전원부로부터 소정의 시험전압을 선로에 인가하는 제5 단계;상기 시험전압 인가에 따른 선로 충전이 이루어지면 시험전원용 고압스위칭부(VR1)를 개방하여 고압시험전원부를 선로 및 케이블 절연진단장치로부터 분리하는 제6 단계;상기 시정수 측정용 저항부(Rm)을 거쳐 선로의 시정수 변화를 측정하고, 상기 측정된 자료는 신호측정 및 처리부에서 진단프로그램(firmware)의 알고리즘에 의해 열화지수가 도출되어 절연상태를 판단하는 제7 단계;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 케이블 포괄절연진단장치를 이용한 포괄절연진단방법.
- 제 9 항에 있어서, 상기 제7 단계 이후에,상기 진단부로부터 절연상태 데이터를 전송받아 절연상태에 대한 진단결과를 분석, 판정, 처리하는 단계;상기 진단자료 및 판정결과를 데이터베이스화며, 사고이력, 포설환경 케이블 관리자료와 진단결과를 데이터베이스화시키는 단계를 더 진행하는 것을 특징으로 하는 케이블 포괄절연진단장치를 이용한 포괄절연진단방법.
- 제 9 항에 있어서, 상기 제 5 단계에서 인가되는 전압은, 1㎸ ∼ 10㎸ 범위내에서 인가되는 전원의 용량과 선로의 길이를 고려하여 상기 저항모듈부를 거쳐 선로에 인가되며, 소정시간 동안 목표시험전압까지 상승시키고 일정시간 전압을 유지하여 선로충전을 수행하는 것을 특징으로 하는 케이블 포괄절연진단장치를 이용한 포괄절연진단방법.
- 제 9 항에 있어서, 상기 제 7 단계는,상기 진단프로그램에 의해 피팅(Fitting) 알고리즘을 이용하여 감쇠함수를 구하는 단계;상기 감쇠함수로부터 케이블 열화시정수를 구하는 단계;상기 열화시정수로부터 열화지수산출식에 입력하여 열화지수(AI)를 구하는 단계;상기 열화지수는 열화상태 평가기준에 따라 케이블의 열화상태의 판정이 이루어지는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 케이블 포괄절연진단장치를 이용한 포괄절연진단방법.(상기 열화지수산출식은이며, 여기서, τc는 측정된 케이블 열화시정수 τi는 이상적인 XLPE 케이블의 시정수 값을 각각 나타낸다.)
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