KR200378065Y1

KR200378065Y1 - 초고압변압기용 디지털 가스 검출기

Info

Publication number: KR200378065Y1
Application number: KR20-2004-0036009U
Authority: KR
Inventors: 임영철
Original assignee: 주식회사 한솔테크
Priority date: 2004-12-18
Filing date: 2004-12-18
Publication date: 2005-03-14

Abstract

본 고안은 초고압변압기용 가스검출기에 있어서, 종래에 아날로그 계기방식 검출기를 디지털 방식 계기로 개발한 것으로서, 본 고안에 의한 초고압변압기용 디지털 가스 검출기는, 변압기 상부에 연통되게 소정 형태의 가스 포집구를 설치하고, 그 가스 포집구의 일측에 IR소스 발생기를 설치하고, 이에 대응해서 포집구의 타측에 복수의 서모필라센서 및 차압센서를 설치하며, 그 서모필라센서와 차압센서의 검출신호를 A/D변환기를 통해 마이컴에 입력하고, 그 마이컴에서 상기 검출신호들을 분석하여 가스종류와 그 가스총량을 검출하여 디스플레이를 통해 표시함과 아울러 알람제어를 하도록 구성됨을 특징으로 한다.

Description

초고압변압기용 디지털 가스 검출기{Digital Gas Detector for power trasformer}

본 고안은 초고압변압기용 가스 검출기에 관한 것으로, 특히 변압기 내부 이상으로 발생되는 가스량과 가스 성분을 검출 분석하고 이를 디지털 처리하여 모니터링 시스템으로 전송하고 디지털 방식으로 디스플레이 할 수 있도록 한 초고압변압기용 가스 검출기에 관한 것이다.

일반적으로, 전력용변압기(Power Transformer)는 산업용 전기 기기 중에 가장 많이 또한 널리 사용되고 있는 기기로서 송전(送電)계통이나 배전(配電)계통에서 가장 필수적인 장비이며, 교류전압을 승압하거나 강압을 통한 경제적인 송배전(送配電)으로 산업설비나 공장에 혹은 가정에 필요한 전력을 공급하는 용도로 사용된다.

이러한 전력용 변압기의 건전한 운전에 있어 가장 중요한 요소는 변압기의 운전 중 내부의 온도변화, 상시압력 또는 내부고장으로 인한 순간적인 압력 상승 감지 등 주요 요인이 있지만 그중에서도 변압기 내부 이상으로 인해 상부에 포집되는 가스의 양과 성분의 분석을 조기 진단함으로서 사고 발생 시 즉시에 감지하여 사고확대나 기기ㆍ계통의 손상을 방지하는 일이다.

도 1은 일반적인 전력용 변압기의 주요 계측 및 보호장치 예시도로서, 이에 도시된 바와 같이, 변압기(10) 본체에는 권선온도 지시장치(WTI ; Winding Temperature Indicator)와, 부흐홀쯔 계전기(BHR ; Buchholtz Relay)와, 절연유면계(OLG ; Oil Level Gage)와, 가스검출기(GDR ; Gas Detector Relay; 기존방식 아날로그 기계방식)(11), 충격압력계전기(SPR), 방출안전장치(PRD), 충격압력 계전기(FPR)등이 설치되어 있다.

그러나 이러한 전력용변압기의 운전에 필수적으로 소요되는 각종 계기나 보호장치의 경우 거의 대부분 아날로그 형태의 기계적인 메카니즘으로 작동되기 때문에 정교함이나 신뢰성이 부족하고 변압기의 미려한 외관을 훼손시키며 컴팩트한 외형설계에도 기여하지 못할 뿐 아니라, 대부분의 신호가 아날로그로 발생되므로 별도의 변환장치를 설치하지 않고서는 근자에 활발하게 개발ㆍ운용되고 있는 각종 디지털 첨단 계기들과 효율적인 조화를 꾀하지 못하는 실정이다. 특히 국내의 경우, 연간 수 천대의 많은 수요에도 불구하고 대부분의 계기와 보호장치가 아직 국산화가 이루어지지 않아 해외 특정 업체를 통한 수입에만 의존하고 있어 막대한 외화가 유출되고 있는 실정이다.

따라서, 본 고안의 목적은 이와 같은 아날로그 형태의 기계방식 계기와 보호장치를 디지털 전자감지ㆍ제어 방식으로 전환하여 보다 정교하고 신뢰성 있는 계측과 보호책무가 수행되도록 도모하고 디지털 방식의 모니터링 시스템이나 원격 제어 시스템과도 원활하게 조화되는 디지털방식의 부품을 국산화 개발코자 하는 것이다.

이를 통하여 수입대체를 통한 원가의 절감과 그를 인한 제품의 가격 경쟁력 제고 및 국내 조달을 통한 수급의 안정을 도모함으로써 전력용변압기의 건전한 운전을 통한 전력의 안전공급과 국내 변압기 제조업체들의 생산안정에도 기여하고자 하는 것이 본 개발과제의 주요 목적이다.

본 고안은, 변압기 내부에서 발생되는 이상가스를 감지하여 측정하고 신호를 발생시켜 전달하되, 현재의 계측치가 정상상태 여부와 또한 이상 징후가 있는지를 보다 용이하고 효율적으로 판단할 수 있도록 제반 데이터를 기계적인 측정ㆍ감지방식에서 각종 센서의 도입과 활용에 따른 전자 제어 감응방식으로 보다 높은 정도(精度)와 신뢰성을 확보하는 것이며, 또한 센서의 감지 동작과 그 결과가 디지털 신호로 발생ㆍ전달되도록 하는 체계를 구성하기 위한 것이다.

본 고안에 의한 초고압변압기용 디지털 가스 검출기는, 변압기 상부에 연통되게 소정 형태의 가스 포집구를 설치하고, 그 가스 포집구의 일측에 IR소스 발생기를 설치하고, 이에 대응해서 포집구의 타측에 복수의 서모필라센서 및 차압센서를 설치하며, 그 서모필라센서와 차압센서의 검출신호를 A/D변환기를 통해 마이컴에 입력하고, 그 마이컴에서 상기 검출신호들을 분석하여 가스종류와 그 가스총량을 검출하여 디스플레이를 통해 표시함과 아울러 알람제어를 하도록 구성됨을 특징으로 한다.

또한, 본 고안은 사용자가 가스검출기를 조작하기 위한 키패드를 설치하고,, 사용자 조작에 의해 상기 마이컴이 상기 IR소스 발생기를 온/오프 시킬 수 있도록 제어하는 가스검지기 온/오프 제어부를 포함하고, 상기 마이컴이 분석한 가스종류 및 가스량 데이터를 아날로그 전류치로 변환하여 외부의 모니터장치로 출력하기 위한 아날로그신호 출력수단을 포함하며, 상기 마이컴과 외부 컴퓨터나 원격 제어반등으로 정보 송수신을 할 수 있도록 하기 위한 디지털 통신모듈을 더 포함하여 구성됨에 특징이 있다.

그리고, 상기 IR소스 발생기는, IR소스 내부 온도를 일정하게 유지하기 위한 히터를 포함하는 온도 유지수단과, 적외선 신호를 발생하는 적외선신호 발생부와, 적외선 발생부에서 발생된 적외선을 일정한 시간 간격으로 통과/차단을 반복하기 위한 쵸퍼 및 그 쵸퍼 구동용 모터와, 상기 쵸퍼를 통과한 적외선신호를 가이드 하는 가이드튜드 및 그 가이드 튜브와 상기 가스 포집구와의 사이에 밀봉기능을 하고 적외선을 포집구 내부로 투과시키는 투과판을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

상기 차압센서는, 상기 가스 포집구의 최상부와 상기 변압기와 연동되는 가스포집구의 최하단에 각각 연통되는 연결관을 설치하고, 그 연결관로 상에서 포집구의 상단부 가스측 압력과 하단측 오일측 압력을 비교하여 두 압력의 차이값을 차압신호로 검출하도록 구성된다.

이하 본 고안에 의한 초고압 변압기용 가스 검출기의 실시예를 첨부된 도면을 참조해서 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 고안에 의한 실시예를 보인 초고압 변압기용 가스 검출기의 구성도이다.

이에 도시된 바와 같이, 변압기(10) 상부에 설치되어 변압기 내부에서 발생되는 가스를 포집하는 포집구(110)와; 그 포집구(110) 상단 일측에 설치되어 포집구(110) 내부를 지나 타측으로 가스 검출을 위한 소스광원을 발생하는 IR소스발생기(120)과; 그 IR소스발생기(120)에 대응해서 상기 포집구(110) 타측부에 설치되고, 포집구(110) 내부에 포집되는 가스를 통과한 광신호를 수신받아 적어도 1개 이상의 가스종류를 구분하여 검출하도록 센서 세트로 이루어진 복수의 서모필라(Thermopil)센서(130)와; 상기 포집구(110)의 최상상단부와 최하단부에 연통되는 관로를 설치하여 두 위치의 압력차를 검출하는 차압센서(140)와; 그 차압센서(140)의 가스압력신호, 상기 복수의 서모필라 센서(130)의 각 가스별 검출신호를 디지털 데이터로 변환하는 A/D컨버터(150)와; 그 A/D컨버터(150)를 통해 입력된 검출신호에 의거하여 압력과 가스 종류 및 가스별 각 가스량등을 미리 설정한 프로그램에 의해 자동으로 산출하여 제어출력을 하는 마이컴(160)과; 그 마이컴(160)의 제어에 의해 디지털 수치값등으로 압력, 가스종류, 각 가스 종류별 가스량 등을 표시하는 디스플레이(170)와; 상기 마이컴(160)에서 산출된 변압기 내부의 압력치와 가스종류 및 가스량등에 대한 검출치를 전류치로 변환하여 아날로그신호로서 출력하는 아날로그신호출력부(180)와; 상기 마이컴(160)의 제어에 의해 상기 IR소스 발생기(120)을 온/오프 시키는 가스검지기 온/오프제어부(190)와; 상기 마이컴(160)에서 검출된 압력이나, 가스량등등이 미리 설정된 경보제어치를 넘는경우 출력되는 경보제어신호에 의거하여 알람을 발생하는 알람 발생부(200)와; 오퍼레이터가 알람 설정 기준치의 재설정과 가스검출 온/오프 제어 및 조작을 제어하기 위한 키 입력부(210)와; 상기 마이컴(160)과 외부의 모니터링룸의 컴퓨터나 기타 원격 제어반과 데이터 통신하기 위한 디지털 통신 모듈(220)을 포함하여 구성된다.

도 3은 본 고안에 의한 IR소스 발생기의 구성도이다. 이에 도시된 바와 같이, 상기 IR소스 발생기(120)는, IR소스 내부 온도를 온도센서에 의해 검출하여 일정한 온도가 유지도록 히터를 온/오프시키는 온도 유지수단(121)과, 적외선 신호를 발생하는 적외선신호 발생부(122)와, 적외선 발생부(122)에서 발생된 적외선을 일정한 시간 간격으로 통과/차단을 반복하기 위한 쵸퍼(123) 및 그 쵸퍼 구동용 모터(124)와, 상기 쵸퍼(123)를 통과한 적외선신호를 가이드 하는 가이드튜드(125) 및 그 가이드 튜브(125)와 상기 가스 포집구(110)와의 사이에 밀봉기능을 하고 적외선을 포집구(120) 내부로 투과시키는 투과판(126)을 포함하여 구성된다. 여기서 투과판(126)은 투명 아크릴이나 유리등으로 구성되며, 가이드 튜브(125)의 내벽에는 적외선 손실을 줄일 수 있도록 적외선 반사물질을 도금하여 구성된다.

그리고 상기 차압센서(140)는, 상기 가스 포집구(120)의 최상부와 가스포집구(120)의 최하단에 각각 연통되는 연결관을 설치하고, 상측 연결관은 가스측에 하측 연결관은 오일측에 에 그 연결관로 상에서 포집구(120)의 상부측 압력과 하부측 압력을 비교하여 두 압력의 차이값을 차압신호로 검출하도록 구성된다.

이와 같이 구성된 본 고안에 의한 가스 검출기는, 변압기(10)의 운전 중 내부에서 부분방전이나 절연 불량 등에 기인한 사고의 경우 절연유와 절연물질의 분해로 인해 악성가스가 발생하는데, 이러한 가스를 변압기 탱크 상부에서 포집하여 그 발생량을 지시해 주거나 세팅치 이상의 가스가 축적되면 경보회로가 동작되는 기능의 수행을 위해 기존의 기계적인 방식을 효율적으로 대체하는 전자 감응ㆍ제어방식을 제공하게 된다.

먼저, 변압기(10)의 상부에 가스 포집구(110)를 설치한다. 가스 포집구(110)에는 상부 양측에 각각 IR소스 발생기(120)와, 서모필라 센서(130)모듈이 설치된다. 상기 IR 소스 발생기(120)는, 소정의 하우징 내부에 온도유지수단(121), IR소스 발생부(122), 쵸퍼(123) 및 모터(124)가 설치되고, 그 하우징에 연결되어 가이드 튜브(125)가 설치되어 그 가이드 튜브(125)가 상기 가스 포집구(110)의 상부 일측면에 연통되어 설치되며, 그 유리판이 투과판(126)으로서 개재되어 설치된다. IR소스 발생기(120)를 온 시키게 되면, IR소스 발생부(122)는 내부 열선에 의해 적외선을 발생하게 된다. 여기서 열선 방식이 아니라 직접 적외선 발생 다이오드등을 사용해도 된다.

IR소스발생부(122)에서 적외선이 발생되면, 쵸퍼(123)에 의해 적외선을 단속하게 된다. 이는 모터(124)에 의해 쵸퍼(123)를 일정속도로 회전시켜 쵸퍼(123)에 형성된 구멍을 통해서 적외선이 통과하고 구멍이 지나치면 적외선이 차단된다. 이러한 방법으로 일정하게 적외선을 단속하게 되며, 예를 들어, 포집구(110)내에 임의의 가스가 적외선이 투사되면 흡수하고 적외선이 투사되지 않으면 방출하는 반응을 하게 되고, 서모필라 센서(130)가 수신광량에 의거하여 가스농도에 비례하는 전압신호를 발생할 수 있도록 하기 위한 것이다.

그리고, IR소스 발생기(120)는 하우징 내부의 온도를 일정하기 유지할 수 있도록 온도유지수단(121)을 설치하며 이는 통상의 히터와 온도센서 및 기준온도에 따라 히터를 온/오프 시켜 설정된 기준온도를 유지하게 하는 제어수단을 포함하여 구성된다. 이는 IR소스를 발생하기 때문에 온도가 일정해야 일정한 세기의 IR소스를 발생시킬 수 있게 때문이다.

이와 같이, IR소스 발생기(120)에서 적외선이 투사되면, 포집구(110)내부에 있는 가스가 반응하여 수신되는 광량이 달라지는데, 서모필라센서(130)는 각 파장대역에 따라 광신호의 수신을 구분할 수 있으며 이로 인해 가스종류를 구분하여 검출할 수 있게 된다. 따라서 CO, CO2, 메탄, 기준신호등을 검출할 수 있도록 4개의 센서를 모듈로서 설치한 것을 예시한 것이고, 그 센서모듈의 검출신호는 전압신호로서 A/D컨버터(150)에 입력된다.

한편, 가스 포집구(110)는 하부에 변압기(10)의 오일이 채워지고 그 상부에 가스가 차게 되는데, 차압센서(140)는 가스 포집구(110)의 상단부와 하단부에 연통되는 연결관이 설치되어 포집구 내부의 상단부분의 가스 압력과 하단부부의 오일 압력을 비교하여 그 차이에 의한 압력신호를 검출하여 마이컴(160)에 입력한다.

마이컴(160)은, 내부 프로그램에 의거하여 각 서모필라센서의 검출치를 일정한 연산방식과 보상방식등에 의거하여 가스종류별 가스농도를 산출하고 압력값등에 의거하여 전체 가스량도 산출하게 된다.

마이컴(160)이 각 가스별 가스농도와 압력 및 전체 가스량등을 산출하면 이를 디스플레이(170)에 디스플레이 하게 되며, 디스플레이는 가스 종류별 가능농도 표시와 압력등을 구분하여 표시하도록 구성되며, 디스플레이(170)는 운전자가 쉽게 볼 수 있는 위치에 설치되어 구성된다.

그리고, 아날로그신호 출력부(180)는 가스별 농도 값을 아날로그 전류신호로 변환하여 인디게이터나 기록장치등 아날로그 계기에 출력하여 기존 장비와 호환할 수 있도록 한다.

또한, 상기 각 가스별 가스량과 전체 가스압력 등등은 알람 기준값을 설정하여 두고 알람기준값 이상이 되면 마이컴(160)이 알람 제어신호를 발생하여 알람 발생부(200)를 통해 알람을 제어하게 된다. 알람은 가스량 감소시 및 가스량 증가시 경보하는데, 감소 및 증가를 소정의 범위를 가지고 판별할 수 있도록 기준치 번위를 설정한다.

또한, 디지털 통신모듈(220)은 모니터링룸이나 종합 운전제어반등의 컴퓨터나 모니터링 장비등과 데이터 통신을 하여 원격제어에 의해 가스검지를 제어할 수 있고, 현재의 검지값들을 감시할 수 있게 된다.

키 입력부(210)는 가스 검지의 온/오프 제어는 물론, 알람 기준값의 재설정이나 기타 제어를 위한 키패드를 구비하여 운전자가 직접 조작 할 수 있도록 한다,

따라서 본 고안의 가스 검출기는, 차압센서 모듈을 적용하여 탱크 상부에 포집된 가스의 절대량을 디지털 계수로 표시해줄 수 있고, 사전에 세팅된 규정치를 초과할 경우 디지털 시그널을 전송하여 경보회로를 동작시킬 수 있으며, 포집된 가스의 양이 일정치를 초과할 경우에는 내부에 장착된 적외선방식 서모필라 센서(Thermopile Sensor) 모듈을 동작시켜 발생한 가스의 성분을 실시간으로 자동 분석하여 디스플레이 시키거나 외부 모니터에 데이터를 전송해 줄 수 있게 된다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 고안에 의하면, 초고압 변압기에서 가스검출기를 디지털 방식으로 가스성분과 가스량 및 압력등을 검출하여 이를 디지털 계수로 표시할 수 있고, 아울러 기존 아날로그 계기와도 호환 가능하며, 기준치 설정에 의해 기준치를 초과하는 경우 경보회로를 작동시킬 수 있으며, 디지털 데이터 통신으로 제어반등과 통신 가능한 효과가 있다.

도 1은 종래 변압기의 각종 계기 상태를 예시한 예시도.

도 2는 본 고안에 의한 초고압변압기용 디지털 가스 검출기 구성도.

도 3은 본 고안에 의한 초고압변압기용 디지털 가스 검출기의 IR소스발생기 구성도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 변압기 11: 가스검출기

110 : 가스 포집구 120 : IR소스 발생기

121 : 온도 유지수단 122 : IR소스 발생부

123 : 쵸퍼 124 : 모터

125 : 가이드 튜브 126 : 투과판

130 : 서모필라센서(모듈) 140 : 차압센서

150 : A/D컨버터 160 : 마이컴

170 : 디스플레이 180 : 아날로그신호 출력부

190 : 가스검지기 온/오프 제어부

200 : 알람 발생부 210 : 키입력부

220 : 디지털 통신모듈

Claims

초고압변압기용 가스 검출기에 있어서,

변압기 상부에 연통되게 설치되어 변압기 내부에서 발생하는 가스를 포집하는 소정 형태의 가스 포집구와;

그 가스 포집구의 일측에 설치되어 포집구 내부로 IR소스를 투사하는 IR소스 발생기와;

그 IR소스 발생기에 대응해서 포집구의 타측에 설치되어 상기 IR소스를 수광하여 가스성분별로 구분하고 가스량에 비례하는 전압신호를 검출하는 복수의 서모필라센서(Termopil) 모듈과;

상기 가스 포집구의 내부 상부와 하부에 연통되는 연결관을 설치하여 상하부의 압력차이를 검출하는 차압센서와;

상기 서모필라센서모듈의 신호를 A/D변환하는 A/D컨버터와;

키패드를 포함하는 키입력부를 구비하여 키신호에 의해 가스검지기 온/오프 제어부를 통해 상기 IR소스 발생기를 제어하고, 상기 A/D컨버터의 센서 검출값들과 상기 차압센서신호를 입력받아 가스의 성분별 검지와 가스농도 및 압력과 가스총량등을 분석하여 표시제어를 함과 아울러 외부 장비로 송신제어를 하며, 각 가스량 및 압력등이 미리 설정한 기준치 이상인 경우 경보제어를 하는 마이컴과;

그 마이컴의 제어에 의거하여 가스 성분별 가스농도와 압력등을 표시하는 디스플레이 및

상기 마이컴의 제어에 의해 알람을 울리는 알람 발생부를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 초고압변압기용 디지털 가스검출기.
제 1 항에 있어서, 상기 디지털 가스 검출기는,

상기 마이컴이 분석한 가스종류 및 가스량 데이터를 아날로그 전류치로 변환하여 출력하기 위한 아날로그신호 출력수단을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 초고압변압기용 디지털 가스검출기.
제 1 항에 있어서, 상기 디지털 가스 검출기는,

상기 마이컴과 외부 컴퓨터 또는 원격 제어반과 데이터 송수신을 할 수 있도록 하기 위한 디지털 통신모듈을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 초고압변압기용 디지털 가스검출기.
제 1 항에 있어서, 상기 IR소스 발생기는,

IR소스 내부 온도를 일정하게 유지하기 위한 히터를 포함하는 온도 유지수단과,

적외선 신호를 발생하는 적외선신호 발생부와,

적외선 발생부에서 발생된 적외선을 일정한 시간 간격으로 통과/차단을 반복하기 위한 쵸퍼 및 그 쵸퍼 구동용 모터와,

상기 쵸퍼를 통과한 적외선신호를 가이드 하는 가이드튜드 및

그 가이드 튜브와 상기 가스 포집구와의 사이에 밀봉기능을 하고 적외선을 포집구 내부로 투과시키는 투과판을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 초고압변압기용 디지털 가스검출기.