KR20050034217A - 가스절연 개폐장치의 방전 진단 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자파 감지센서을 적용한 방전진단 시스템에 관한 것으로, 특히 외부 노이즈 전자파와 내부 부분방전 신호의 상호 비교를 통해 외부 노이즈 전자파에 의해 발생되는 GIS 진단시스템의 오동작을 방지할 수 있도록 가스절연 개폐장치의 방전 진단 시스템에 관한 것이다.

종래에는 외부에서 발생되는 노이즈 전자파의 영향을 받게 되고, 이에 따라 진단시스템에서는 GIS내부에서 방전이 발생하지 않았음에도 UHF로 수신되는 외부 노이즈 전자파를 GIS 내부 방전으로 오인하여 오동작을 일으키게 된다.

본 발명에서는 GIS 스페이서에 전자파를 감지하기 위한 감지센서를 구성함에 있어서, 스페이서의 내측부와 외측부 각각에 감지센서를 구성하여, 이들로부터 감지된 신호를 비교하여, 발생된 전자파가 외부로부터 유입되는 노이즈 전자파인지, 내부에서 발생된 부분방전으로 인하여 발생된 전자파인지를 정확히 검출하도록 하므로써, 외부 노이즈에 인한 시스템의 오동작을 방지할 수 있도록 한다.

Description

가스절연 개폐장치의 방전 진단 시스템{Discharge diagnostic system of Gas Insulation Switchgea}

본 발명은 GIS 부분방전 진단을 위한 전자파 감지센서을 적용한 방전진단 시스템에 관한 것으로, 특히 외부 노이즈 전자파와 내부 부분방전 신호의 상호 비교를 통해 외부 노이즈 전자파에 의해 발생되는 GIS 진단시스템의 오동작을 방지할 수 있도록 듀얼 타입 전자파 감지센서를 이용하는 가스절연 개폐장치의 방전 진단 시스템에 관한 것이다.

가스절연 개폐장치(GIS; Gas Insulation Switchgear)는 옥, 내외 변전소 내의 변전소용으로, 사용 조건하에서 정상 상태의 개폐뿐만 아니라 사고, 단락 등의 이상상태에서도 선로를 안전하게 개폐하여 계통을 적절히 보호하는 장치이며, SF₆ 가스로 충진밀폐된 금속제 외함(Enclosure) 내에 단로기(DS), 접지개폐기(ES), 차단기(CB) 등의 개폐설비와 모선을 내장시킨 개폐장치이다.

이와 같은 GIS에는 금속 외함내의 도체를 지지하고 절연 가스(SF₆)의 구획을 설정하는 에폭시로 만들어진 절연 스페이서(spacer)가 존재한다.

이러한 스페이서는 고전계에 견디어야 하고, 절연 가스 분해생성물에 대해 전기적, 기계적 특성변화가 적어야 하며 기계적인 스트레스에 잘 견디는 재질로 구성되어야 한다.

이러한 절연물의 종류로는 170㎸ GIS용 절연 스페이서, 362㎸ GIS용 절연 스페이서, 그 외 170㎸ 절연 서포트(Insulating support) 외 다수의 절연부품 등이 있다.

GIS 등 전력기기의 내부에서 볼트 풀림, 접촉불량, 금속성 이물질 유입, 스페이서 내부의 보이드(void) 등에 의해 부분방전이 발생할 경우 방사 전자파가 발생하게 된다.

이와 같이 발생된 전자파는 금속도체를 따라 이동하게 되며, 금속도체를 따라 이동하는 전자파는 스페이서를 통해 외부로 방사되어진다.

이때 스페이서에 초고주파(UHF) 또는 초음파센서를 구성하여 외부로 방사되는 전자파를 측정하여 GIS 내부의 부분방전 유무를 진단하도록 하므로써, 활선(活線)상태에서 전력기기의 이상유무를 온라인으로 상시 감시 및 진단하도록 한다.

종래의 GIS 시스템에서 채택하고 있는 부분 방전으로 인하여 발생된 전자파를 감지하는 방식을 첨부된 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

GIS 시스템은 일반적으로 원통형 금속제 외함을 적정한 간격으로 연결하는 스페이서(12)가 에폭시 등 절연재질로 이루어져 GIS 내부에서 부분 방전이 발생하는 경우 방사하는 전자파가 상기 스페이서(12)를 통해 외부로 누출되는 점을 이용하여 그 스페이서(12)에 전자파 감지센서를 부착하고 GIS내부에서 발생되는 전자파를 감지한 후, 감지된 신호에 포함된 노이즈를 제거하여 GIS 내부의 코로나 발생이나, 열화 정도 등 이상유무를 진단하고, 보수 또는 교체시기를 추정하고 있다.

그러나 이와 같은 종래 방식에서는 GIS 인근에 강력한 전자파 발생원이 있는 경우 오동작이 발생될 수 있다.

특히 GIS 시스템은 전압이 높은 전력설비에 적용하게 되므로, 그 주변의 고압변압기, 애자, 개폐기, 송전선로 등 강한 전자파를 발생하는 설비나 기기에 의해 오동작이 발생될 수 있는 바,

감지센서는 상기에서와 같이 발생되는 노이즈 전자파의 영향을 받게 되고, 이에 따라 진단시스템에서는 GIS내부에서 방전이 발생하지 않았음에도 UHF로 수신되는 외부 노이즈 전자파를 GIS 내부 방전으로 오인하여 오동작을 일으키게 된다.

이에 본 발명에서는 GIS 스페이서에 전자파를 감지하기 위한 감지센서를 구성함에 있어서, 스페이서의 내측부와 외측부 각각에 감지센서를 구성하여, 이들로부터 감지된 신호를 비교하여, 발생된 전자파가 외부로부터 유입되는 노이즈 전자파인지, 내부에서 발생된 부분방전으로 인하여 발생된 전자파인지를 정확히 검출하도록 하므로써, 외부 노이즈에 인한 시스템의 오동작을 방지할 수 있도록 하는 가스절연 개폐장치의 방전 진단 시스템에 관한 것이다.

스페이서를 통해 방출되는 전자파를 감지하는 전자파 감지수단을 구성하여 내부 부분 방전유무를 판별하여 내부의 이상여부를 진단하는 가스절연 개폐장치의 방전 진단 시스템에 있어서,

상기 전자파 감지수단은 스페이서의 내측부와 가까운 위치로 구성된 내부 전자파 감지수단과, 스페이서의 외측부 방향으로 내부 전자파 감지수단과 소정의 이격된 위치에 외부 노이즈 신호를 수신하기 위한 외부 전자파 감지수단으로 구성되고,

상기 내,외부의 전자파 감지수단으로 감지된 각각의 감지신호를 상호 비교하여 전자파 감지수단으로부터 감지된 전자파 신호가 외부로부터 유입된 노이즈 신호인지 내부의 부분 방전으로 인하여 발생된 전자파신호인지를 판단하는 진단수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 특징을 갖는 본 발명 가스절연 개폐장치의 방전 진단 시스템을 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명 방전진단시스템에 있어서, 스페이서에 구성된 전자파 감지센서의 구성을 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명 방전 진단 시스템의 구성을 나타낸 블록도이다.

스페이서의 내측부와 가까운 위치에 구성된 내부 전자파 수신안테나(1A)와, 스페이서의 외측부 방향으로 내부 전자파 수신안테나(1A)와 소정의 이격된 위치에 구성된 외부 전자파 수신 안테나(1B)를 포함하는 전자파 감지센서부(1)와,

전자파 감지센서부(1)의 내부전자파 수신안테나(1A)로부터 수신된 감지신호와 외부 전자파 수신안테나(1B)로부터 수신된 감지신호를 차동 연산하는 차동연산부(2A)와, 차동 연산부(2A)의 연산결과에 따라 발생된 전자파가 스페이서의 내측부로부터 외측방향으로 방출되는 전자파인지 스페이서의 외측으로부터 스페이서의 내부로 유입되는 노이즈 신호인지를 판단하여 경보발생 제어를 수행하는 제어부(2B)를 포함하는 진단제어시스템(2)으로 구성된다.

이와 같은 본 발명 방전진단 시스템은,

스페이서의 내부와 가까운 위치에 내부 전자파신호 수신안테나(1A)를 구성하게 되고, 이로부터 소정의 이격된 위치에 외부 전자파 신호 수신안테나(1B)를 구성한다.

이는 전자파 신호의 세기가 전달되는 거리의 제곱에 반비례하여 감쇄되는 특성을 고려하여, 내부에서 전자파 신호가 스페이서를 통해 외부로 방출될 경우 또는 외부에서 노이즈 신호가 스페이서 내부로 유입되는 경우, 전자파 신호의 경로상에서 이들 두 수신안테나의 위치에 따라 전달되는 전자파 신호의 세기를 달리하여 전자파의 방출 방향을 판단할 수 있도록 하기 위한 것이다.

내부에서 발생된 전자파 신호가 스페이서를 통해 외부로 방출될 경우 내부 전자파 신호 수신안테나(1A)를 거쳐 외부 전자파 신호 수신안테나(1B)에 전달 되므로써, 전달되는 전자파 신호의 세기는 외부 전자파 신호 수신안테나(1B)에 전달되는 전자파 신호의 세기보다 내부 전자파 신호 수신안테나(1A)에 전달되는 전자파 신호의 세기가 크게 된다.

따라서, 진단제어시스템(2)에서는 이들 외부 전자파신호 수신안테나(1B)와 내부 전자파신호 수신안테나(1A)로부터 감지된 신호를 차동 연산하여 발생된 전자파의 발생 위치를 판별하게 되는 것이다.

상기 전자파 감지센서부(1)는 스페이서를 통해 유입 또는 방출되는 전자파가 외부 전자파 신호 수신안테나(1B) 및 내부 전자파 신호 수신안테나(1A)를 통해 정확히 수신될 수 있도록 전자파 유입/방출 경로를 설정하기 위해 스페이서의 전체 면을 감싸기에 충분한 내부면을 갖는 알루미늄 케이스(3)로 측면을 차폐시킨다.

이는 외부 노이즈 전자파가 무분별하게 유입되는 것을 방지함은 물론, 유입되는 경우에 있어서도 외부 전자파 감지 수신안테나(1B)를 거치지 않고, 그 측면으로 외부 전자파가 스페이서로 유입되는 것을 방지하기 위한 것이다.

상기 전자파 감지센서부(1)는 초고주파(UHF) 센서로 구성한다.

이와 같은 본 발명 방전 진단 시스템에서, 내부의 이상여부를 진단하게 되는 동작과정을 설명하면 다음과 같다.

스페이서의 내부 부분 방전으로 인하여 전자파가 발생되면 금속도체를 타고 이동하여 스페이서를 통해 방출된다.

또한, 외부의 전자파 노이즈가 발생되는 경우 전자파는 스페이서를 통해 유입된다.

이와 같이 스페이서를 통해 방출 또는 유입되는 전자파를 내부 전자파신호 수신안테나(1A) 및 외부 전자파 신호 수신안테나(1B)를 거치게 되고, 내부 전자파신호 수신안테나(1A) 및 외부 전자파 신호 수신안테나(1B)에서는 방출되는 전자파 신호를 감지하여 진단제어시스템(2)으로 전송한다.

진단제어시스템(2)의 차동연산부(2A)에서는 내부 전자파 수신안테나(1A) 및 외부 전자파 수신안테나(1B)로부터 입력된 감지신호를 차동 연산하여 그 결과를 구한다.

외부에서 유입되는 전자파 신호일 경우 외부 전자파 수신안테나(1B)를 거쳐 내부 전자파 수신안테나(1A)로 전달되므로, 외부 전자파 수신안테나(1B)의 값이 크게 나타나고, 내부에서 외부로 방출되는 전자파 신호일 경우 내부 전자파 신호 수신안테나(1A)를 거쳐 외부 전자파 신호 수신안테나(1B)로 전달되므로, 내부 전자파 수신안테나(1A)의 값이 크게 나타난다.

예를 들어 내부 전자파 수신안테나(1A)를 기준으로 할 경우 내부에서 외부로 방출되는 전자파의 경우 포지티브(positive)값이 나타나게 되고, 외부에서 내부로 방출되는 전자파의 경우 네가티브(negative)값이 나타나게 된다.

따라서 제어부(2B)에서는 이들 값을 판단하여 전자파가 내부에서 발생되어 외부로 방출되는 것인지, 외부에서 유입되는 노이즈 전자파인지를 판단하여 경보발생을 제어하게 된다.

도 4는 상기 진단제어시스템(2)에서 이루어지는 내부 방전 진단과정을 나타낸 플로우챠트이다.

이와 같은 본 발명 실시예에 있어서는 발생된 전자파가 고주파수를 갖는 경우 상기 내부 전자파 감지수단(1A)과 외부 전자파 감지수단(1B)의 거리에서 발생된 신호 감쇄를 통한 그 차 값이 발생하나, 저주파 전자파인 경우에는 신호를 비교하여 그 신호감쇄차를 구하기에 내부 전자파 감지수단(1A)과 외부 전자파 감지수단(1B)의 거리가 충분하지 않다.

이에 본 발명의 다른실시예로 내부 전자파 감지수단(1A)과 외부 전자파 감지수단(1B) 사이를 전자기적으로 차폐시킨 구조를 갖는 전자파 감지센서부(1)를 제공한다.

도 5는 본 발명 다른 실시예에서 제공하는 전자파 감지수단의 구성을 나타낸 도면이다.

전자파 감지센서부(1)는 스페이서의 내부로부터 전달되는 전자파를 감지하기 위한 내부 전자파 수신안테나(1A)와, 스페이서의 외부로부터 전달되는 전자파를 감지하기 위한 외부 전자파 수신안테나(1B)가 전자기차폐재(4)로 차폐된 구성을 갖는다.

이와 같이 구성되는 전자파 감지수단(1)은 전자기적으로 내부 전자파 수신안테나(1A)와 외부 전자파 수신안테나(1B)를 차폐시킨 구조를 갖는 것으로, 내부에서 발생된 전자파는 내부 전자파 수신안테나(1A)를 통해 감지하고, 외부에서 발생된 전자파는 외부 전자파 수신안테나(1B)를 통해 감지하도록 한다.

이와 같은 구성을 갖는 전자파 감지센서부(1)를 스페이서에 설치하게 되면, 주변 스페이서를 반드시 차폐시킬 필요가 없다.

예를 들어 내부에서 전자파가 발생될 경우 내부 전자파 수신안테나(1A)를 통해서만 출력이 있을 것이며,

외부에서 전자파가 발생되는 경우에는, 외부 전자파 수신안테나(1B)를 통해 전자파가 감지되고, 또한 주변 스페이서가 차폐되어 있지 않다면 이와 같이 발생된 전자파는 주변 스페이서를 통해 유입되어 내부 도체를 따라 이동하여 내부 전자파 수신안테나(1A)에 감지되므로, 내,외부 전자파 수신안테나(1A,1B) 모두 출력이 있게 된다.

그러나 내부 도체를 따라 이동하는 거리에 따라 신호 감쇄되어 내부 전자파 수신안테나(1A)에 전달되므로, 내부 전자파 수신안테나(1A)에 전달되는 전자파 세기는 외부 전자파 수신안테나(1B)에 전달되는 전자파 세기보다 작게 나타난다.

따라서 진단제어시스템(2)에서는 상기와 같은 내,외부 전자파 수신안테나(1A,1B)의 출력을 상기 앞서의 실시예에서 설명한 비교 과정을 통해 전자파가 발생된 위치를 판단하게 된다.

이와 같이 본 발명은 스페이서를 통해 내부의 부분방전으로 인하여 발생되는 전자파를 감지하기 위한 센서를 구성함에 있어 듀얼 타입의 센서를 구성하여 그 전달되는 전자파를 비교하고, 비교된 전자파의 세기에 따에 따라 전자파의 유입 또는 방출을 판단하여 가스 개폐 기기 내부의 이상여부를 정확하게 진단할 수 있게 된다.

도 1은 일반적인 GIS 시스템 구성도.

도 2는 본 발명 가스 절연 개폐장치의 방전 진단 시스템의 전자파 감지수단의 구성을 나타낸 도면.

도 3은 본 발명 가스절연 개폐장치의 방전 진단 시스템의 구성을 나타낸 블록도.

도 4는 본 발명에 있어서, 진단제어시스템에서 이루어지는 내부 방전 진단과정을 나타낸 플로우챠트.

도 5는 본 발명 가스절연 개폐장치의 방전 진단 시스템의 전자파 감지수단의 다른 실시예 구성을 나타낸 도면.

Claims (5)

1. 스페이서를 통해 방출되는 전자파를 감지하는 전자파 감지수단을 구성하여 내부 부분 방전유무를 판별하여 내부의 이상여부를 진단하는 가스절연 개폐장치의 방전 진단 시스템에 있어서,

   상기 전자파 감지수단은 스페이서의 내측부와 가까운 위치에 구성된 내부 전자파 감지수단과, 스페이서의 외측부 방향으로 내부 전자파 감지수단과 소정의 이격된 위치에 구성된 외부 전자파 신호 감지수단으로 구성되고,

   상기 전자파 감지수단의 내부 전자파 감지수단 및 외부 전자파 감지수단으로부터 감지된 각각의 감지신호를 비교하여 전자파 감지수단을 통해 감지된 전자파 신호가 외부로부터 유입된 노이즈 신호인지 내부의 부분방전으로 인하여 발생된 전자파신호인지를 판단하는 진단제어수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 가스절연 개폐장치의 방전 진단 시스템.
2. 스페이서를 통해 방출되는 전자파를 감지하는 전자파 감지수단을 구성하여 내부 부분 방전유무를 판별하여 내부의 이상여부를 진단하는 가스절연 개폐장치의 방전 진단 시스템에 있어서,

   상기 전자파 감지수단은 스페이서의 내부로부터 전달되는 전자파를 감지하기 위한 내부 전자파 감지수단과, 스페이서의 외부로부터 전달되는 전자파를 감지하는 외부 전자파 감지수단이 구성되며, 내부 전자파 감지수단과 외부 전자파 감지수단이 전자기차폐재로 차폐된 구성을 갖으며,

   상기 전자파 감지수단의 내부 전자파 감지수단 및 외부 전자파 감지수단으로부터 감지된 각각의 감지신호를 비교하여 전자파 감지수단을 통해 감지된 전자파 신호가 외부로부터 유입된 노이즈 신호인지 내부의 부분방전으로 인하여 발생된 전자파신호인지를 판단하는 진단제어수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 가스절연 개폐장치의 방전 진단 시스템.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 진단제어수단은 전자파 감지수단의 내부 전자파 감지수단의 감지신호와 외부 전자파 감지수단으로부터 감지된 감지신호를 차동 연산하는 차동연산부와, 차동연산부의 연산결과에 따라 발생된 전자파가 스페이서의 내측에서 발생된 전자파인지 스페이서의 외측에서 발생된 전자파인지를 판단하여 경보발생 제어를 수행하는 제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 가스절연 개폐장치의 방전 진단 시스템.
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 전자파 감지수단은 스페이서의 전체 면을 감싸기에 충분한 내주면을 갖는 금속성 차폐재로 측면을 차폐시킨 것을 특징으로 하는 가스절연 개폐장치의 방전 진단 시스템.
5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 전자파 감지수단은 초고주파(UHF) 센서로 이루어지는 것을 특징으로 하는 가스절연 개폐장치의 방전 진단 시스템.