KR20050064410A - 피뢰기 진단장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 피뢰기 진단장치 및 방법을 개시한다. 본 발명에 따르면, 피뢰기 접지도선의 누설전류를 측정하기 위한 누설전류 검출부; 상기 임피던스 변환장치에서 출력되는 전기적 신호를 소정 거리 이격된 위치에서 수신하기 위한 신호 전송부; 상기 신호 전송부에서 출력되는 누설전류 측정신호의 제3고조파 신호성분만을 추출하기 위한 대역필터; 상기 누설전류 측정신호 및 대역필터에서 출력되는 제3고조파 신호성분을 디지털 신호로 변환하기 위한 에이디(A/D) 변환부; 상기 에이디 변환부에서 출력되는 디지털 신호의 데이터 분석을 통해 전체 누설전류의 파형 정보와, 상기 누설전류 측정신호에 대한 최대값 및 실효값과 제3조파 누설전류의 최대값을 산출하고 이를 토대로 전체누설전류의 위상-파고분포 정보를 생성하며, 상기 전체 누설전류의 측정신호의 고속푸리에 변환을 통한 전체 누설전류의 주파수 분석을 생성하는 중앙 제어부; 및 상기 중앙 제어장치의 출력 포트에 접속되어 상기 누설전류의 파형 정보와, 위상-파고분포 정보 및 주파수 분석 정보를 개인용 컴퓨터 또는 외장형 프린터로 전송하기 위한 통신 드라이버로 이루어져, 외부의 전자계에 의한 측정오차와 전원고조파에 의한 영향을 받지 않는 구성으로, 누설전류의 위상-파고분포와 주파수 분석을 통해 전력계통에 설치된 피뢰기의 열화를 온라인 상태에서 정확히 진단할 수 있는 효과를 제공한다.
Description
본 발명은 전력계통에서의 피뢰기 진단에 관한 것으로, 보다 상세하게는 누설전류의 파고분포와 주파수 분석 결과로부터 피뢰기의 열화상태를 진단하기 위한 피뢰기 진단장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 전력계통에는 외부의 낙뢰와 내부의 각종 과도전압으로부터 선로 및 기기를 보호하기 위한 장치로서 피뢰기가 설치되어 있으나, 이들 피뢰기도 과도전압에 대한 반복되는 보호동작으로 열화가 진전되며, 열화된 피뢰기는 정상운전상태에서도 일선지락과 같은 사고를 발생시킬 수 있으므로, 전력공급의 신뢰성, 안정성 확보를 위하여 전력계통에 설치된 피뢰기의 상태를 상시 진단하고, 이들 정보로부터 열화된 피뢰기를 대체하는 등의 관리수단이 필요하다.
피뢰기 진단기술에는 오프라인 상태에서 피뢰기의 정전용량, 동작개시전압, 누설전류를 측정하거나 온라인 상태에서 운전중 피뢰기를 흐르는 전체누설전류, 제3고조파 누설전류의 크기를 측정하여 진단하는 방법이 사용되어 왔다.
그러나, 이와 같은 종래의 기술은 단순히 누설전류의 크기만을 측정하는 것으로 피뢰기의 열화정도나 열화상태를 진단할 수 없었다. 또한 누설전류 검출센서와 본 체와의 신호전송에 전기도선을 사용하므로 전력계통과 같은 고전자계 상태에서는 진단시 많은 오차를 발생할 수 있으므로 이에 대한 대책 수립이 요구되어 왔다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 누설전류 검출센서와 진단장치 사이의 신호전송에 광화이버를 이용하여 주변 전자계에 의한 측정오차를 최소화하고, 누설전류의 크기는 물론, 누설전류의 파형, 누설전류의 위상-파고분포, 누설전류의 주파수 분석을 수행하여 피뢰기의 열화정도와 열화상태까지도 진단할 수 있도록 함에 따라, 피뢰기 진단의 안전성과 신뢰성을 증대시킬 수 있는 피뢰기 진단장치 및 방법을 제공함에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 관점에 따른 피뢰기 진단장치는, 피뢰기 접지도선으로부터 전체 누설전류를 검출하여 피뢰기의 상태를 분석하기 위한 피뢰기 진단장치에 있어서, 상기 피뢰기 접지도선의 누설전류를 측정하기 위한 누설전류 검출부; 상기 임피던스 변환장치에서 출력되는 전기적 신호를 소정 거리 이격된 위치에서 수신하기 위한 광신호 전송부; 상기 신호 전송부에서 출력되는 누설전류 측정신호의 제3고조파 신호성분만을 추출하기 위한 대역필터; 상기 누설전류 측정신호 및 대역필터에서 출력되는 전체누설전류와 제3고조파 신호성분을 디지털 신호로 변환하기 위한 에이디(A/D) 변환부; 상기 에이디 변환부에서 출력되는 디지털 신호의 데이터 분석을 통해 전체 누설전류의 파형 정보와, 상기 누설전류 측정신호에 대한 최대값과 실효값을 산출하고 이를 토대로 위상-파고분포 정보를 생성하며, 상기 누설전류의 측정신호의 고속푸리에 변환을 통한 전체 누설전류의 주파수 분석을 수행하는 중앙 제어부; 및
상기 중앙 제어장치의 출력 포트에 접속되어 상기 누설전류의 파형 정보와, 위상-파고분포 정보 및 주파수 분석정보를 개인용 컴퓨터 또는 외장형 프린터로 전송하기 위한 통신 드라이버로 이루어진 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 누설전류 검출부는 클램프(clamp)형상으로 구성되며, 상기 피뢰기 접지도선을 관통시켜 누설전류를 차동검출 방식을 통해 측정하기 위한 누설전류 검출센서와, 상기 누설전류 검출센서에서 검출된 미소 누설전류를 소정 레벨로 증폭시키기 위한 임피던스 변환장치로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 신호 전송부는 상기 누설전류 검출부의 출력단으로 제공되는 전기적 신호를 광 신호로 변환시키기 위한 전-광 변환장치와, 상기 전-광 변환장치에서 출력되는 광신호를 소정 거리 이격된 위치에서 상기 광 신호를 전기적 신호로 변환하기 위한 광-전 변환장치와, 상기 전-광 변환장치 및 광-전 변환장치사이에서 광전신호를 전송하는 광화이버 및 상기 광-전 변환장치에서 출력되는 전기적 신호를 증폭시키기 위한 신호 증폭기로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 대역필터의 필터링 주파수는 180Hz이다.
한편, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 2 관점에 따른 피뢰기 진단방법은, 피뢰기 접지도선으로부터 전체 누설전류를 검출하여 피뢰기의 상태를 분석하기 위한 피뢰기 진단방법에 있어서, a) 누설전류 검출센서로부터 상기 피뢰기 접지도선의 누설전류를 측정하는 단계; b) 전-광 변환장치를 통해 미소 누설전류에 대해 증폭된 전기신호를 광신호로 변환하고 광화이버에 의해 광-전 변환장치로 전송하는 단계; c) 대역필터를 통해 전체 누설전류의 제3고조파 신호를 추출하는 단계; d) 상기 전체 누설전류의 파형과 전체 누설전류의 최대값 및 실효값, 제3고조파 누설전류의 최대값을 산출하는 단계; e) 상기 누설전류의 측정치로부터 위상-파고분포를 산출하는 단계; f) 상기 누설전류의 측정치로부터 고속푸리에 변환(FFT)에 의한 전체 누설전류의 주파수 분포를 산출하는 단계; g) 상기 산출 결과들에 대응하여 상기 피뢰기 누설전류의 전원고조파의 영향을 분석하고, 상기 피뢰기의 열화 정도와 열화 상태 검출하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.
이와 같은 특징을 갖는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 피뢰기 진단장치를 나타낸 구성도이다. 도시된 바와 같이, 클램프(clamp)형상으로 되어 있어 피뢰기 접지도선(119)을 관통시켜 누설전류를 측정하기 위한 누설전류 검출센서(117)와, 상기 누설전류 검출센서(117)에서 검출된 미소 누설전류를 소정 레벨로 증폭시키기 위한 임피던스 변환장치(115)와, 상기 임피던스 변환장치(115)의 출력단으로 제공되는 전기적 신호를 광 신호로 변환시키기 위한 전-광 변환장치(125)와, 상기 전-광 변환장치(125)에서 출력되는 광신호를 광화이버(127)를 거쳐 소정 거리 이격된 위치에서 상기 광 신호를 전기적 신호로 변환하기 위한 광-전 변환장치(109)와, 상기 광-전 변환장치(109)에서 출력되는 전기적 신호를 증폭시키기 위한 신호 증폭기(111)와, 상기 신호 증폭기(111)에서 증폭 출력되는 신호의 3조파 신호성분만을 추출하기 위한 대역필터(129)와, 상기 신호 증폭기(111) 및 대역필터(129)에서 출력되는 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 에이디(A/D) 변환부(113)로 이루어지며;
상기 에이디 변환부(113)에서 출력되는 디지털 신호를 입력받아 디지털 신호 처리 및 데이터 분석을 통해 전체 누설전류의 파형과, 위상-파고분포 및 주파수 분석을 수행하여 피뢰기의 열화정도, 피뢰기의 국부적 손상, 핀홀(Pin-hall)의 발생 여부를 검출하기 위한 중앙 제어장치(101)와, 상기 중앙 제어장치(101)의 출력 포트에 접속되어 상기 데이터 분석에 대한 결과를 개인용 컴퓨터(123) 또는 외장형 프린터(121)로 전송하기 위한 통신 드라이버(103)를 포함한다. 또한, 상기 중앙 제어장치(101)의 입력포트에는 상기 데이터 분석결과를 저장하거나 출력을 명령하기 위한 키입력부(107) 및 시스템 동작에 대한 메시지를 출력하기 위한 표시부(105)와 접속된다.
이와 같이 구성된 본 발명의 동작을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 누설전류 검출센서(117)에서 검출되는 피뢰기 접지도선(119)의 미소 누설전류는 임피던스 변환장치(115) 및 전-광 변환장치(125)를 통해 미소 누설전류에 대해 증폭된 전기신호를 광신호로 변환하고 상기 광화이버(127)에 의해 광-전 변환장치(109)로 전송된다. 상기 누설전류 검출센서(117)의 신호는 차동검출방식이며, 누설전류 센서(117)의 출력신호는 광화이버(127)를 통해 광-전 변환장치(109)로 전달되므로 피뢰기 진단시 주변의 고전자계에 의한 측정오차를 최소화 할 수 있다.
상기 광-전 변환장치(109)의 출력단에서 제공되는 전기적 신호는 상기 신호 증폭기(111)를 거쳐 소정 레벨의 전기적 신호로 증폭되며, 증폭된 신호는 중심주파수 180Hz의 대역필터(129)로 전송되어, 전체 누설전류 중의 제3고조파 성분만을 필터링한다. 여기서 상기 대역필터(129)는 상용주파수가 60Hz 또는 50Hz에서도 사용이 가능하도록 중심주파수를 임의로 조정할 수 있다. 한편, 상기 신호 증폭기(111) 및 대역필터(129)에서 출력되는 신호는 상기 에이디 변환부(113)의 입력단으로 전송된다. 상기 에이디 변환부(113)는 피뢰기 접지도선에 대한 전체 누설전류 신호를 디지털 신호로 변환하여 상기 중앙 제어부(101)로 제공한다.
상기 중앙 제어부(101)는 누설전류 검출센서(117)에서 검출된 전체 누설전류와 제3고조파 누설전류에 대한 데이터를 토대로, 전체 누설전류의 최대값과 실효값, 제3고조파 누설전류의 최대값의 크기를 숫자로 나타내며 또한 전체 누설전류의 파형과, 위상-파고분포 및 주파수 분석을 수행하여 피뢰기의 열화정도, 피뢰기의 국부적 손상, 핀홀(Pin-hall)의 발생 여부를 검출한다. 여기서, 상기 위상-파고분포는 전체 누설전류의 파형중에서 모든 변곡점을 검출하므로 피뢰기의 미소한 열화진전에 따른 저항분 누설전류의 변화도 검출할 수 있으며, 특히, 파고의 위상을 분석하면 피뢰기의 전반적인 열화, 국부적 손상, 미소한 열화진전, 핀홀의 발생등 열화환경에 대한 분석이 가능하다.
이와 같이, 중앙 제어부(101)의 분석결과는 그래픽 액정표시를 위한 표시부(105) 또는 외장형 프린터(121)로 출력하거나, 직렬 포트 RS-232를 통하여 개인용 컴퓨터(123)로 전송한다.
도 2는 본 발명의 동작을 설명하기 위한 플로우챠트이다. 도 3a, 3b, 3c는 각각으로 누설전류에 대한 파형과, 누설전류의 파고분포 및 주파수 분석을 나타낸 그래프이다. 먼저, S201 단계에서, 수 초간 측정준비가 완료되면, S203 단계로 진입하여 중앙 제어장치(101)는 누설전류 검출센서(117)로부터 검출되는 누설전류 측정치를 입력받는다. 또한, S205 단계에서 상기 대역필터(129)를 통한 상기 누설전류의 제3고조파 신호를 추출하고, 상기 중앙 제어장치(101)는 내장 프로그램에 의해 S207 단계에서 전체누설전류의 최대값과 실효값 및 제3고조파 성분의 최대값을 산출한다.
제3고조파 신호의 추출은 피뢰기의 열화 정도 판정을 위한 것으로, 상기 피뢰기(ZnO 산화아연)는 계통전원에 의한 미소 누설전류가 상시 흐르기 때문에 시간의 경과에 따라 저항분 누설전류가 증가하며, 산화아연 재질의 피뢰기의 비선형 저항특성으로 인한 고조파 전류의 진폭이 누설전류의 저항성 성분과 더불어 증가함에 따라, 이들 정보를 토대로 S215 단계에서 누설전류의 크기로 피뢰기의 열화정도를 판단한다.
그리고, 중앙 제어장치(101)는 피뢰기의 열화정도를 판단하는 결과정보를 그래픽 액정표시를 위한 표시부(105) 또는 개인용 컴퓨터(123)로 디스플레이시킨다. 이는 도 3a와 같이 전체 누설전류의 파형과 전체 누설전류의 최대값 및 실효값, 제3고조파 누설전류의 최대값을 나타내며, 이러한 출력 정보는 키입력부(107)에 의해 데이터를 저장하거나 외장형 프린터(121)로 출력할 수 있다.
한편, 상기 중앙 제어장치(101)는 S209 단계에서 전체누설전류의 위상-파고분포를 분석하고, S211 단계에서 전체 누설전류의 고속푸리에 변환을 통한 전체누설전류의 주파수 특성을 분석한다.
상기 전체 누설전류의 위상-파고분포의 파고는 피뢰기의 손상상태를 의미하는 것으로, S209 단계에서 파고분포를 통해 피뢰기의 손상 상태를 분석한다. 즉, 피뢰기는 뇌 과전압이나 개폐 과전압, 상용주파 과전압에 의해 열화가 진전되며, 일률적이지 않고 과전압의 종류, 극성에 따라 전체적으로 열화하거나 국부적인 손상, 핀홀(Pin-hall)의 발생과 같이 여러 가지 형태로 나타나며, 이러한 열화나 손상 상태를 누설전류의 위상-파고분포에 의해 분석한다.
도 3b는 위상-파고분포 분석 알고리즘에 의해 분석된 누설전류의 위상-파고분포를 나타낸 것으로, 파고분포 분석결과의 화면 또는 프린터 출력 양식은 사용자의 요구에 따라 변경할 수도 있으며, 누설전류의 파고분포로부터 피뢰기의 열화상태를 진단할 수 있다.
상기 전체 누설전류의 고속푸리에 변환은 피뢰기로 인가되는 전원전압에 포함된 고조파 성분 전압으로 인한 누설전류의 영향을 분석하기 위한 것으로, S211 단계에서 피뢰기의 누설전류의 주파수 분포는 피뢰기 자체의 열화에 의해서는 물론 전원전압에 포함된 고조파 성분에 의해서도 변화하기 때문이다.
도 3c에서 누설전류의 주파수 분석 결과의 예를 도시하고 있다. 주파수 분석결과에 따른 그래프는 개인용 컴퓨터(123)의 화면 또는 외장형 프린터(121)로 출력 양식에 따라 제공된다. 이와 같이, 누설전류 측정에 의한 피뢰기 진단은 전원 고조파의 영향을 받게 되며, 전원고조파의 영향을 파악하기 위해서는 피뢰기를 흐르는 누설전류의 고조파 분석한다. 즉, 누설전류의 변화가 피뢰기의 열화에 의한 것인지, 또는 전원에 포함되어 있는 고조파에 의한 것인지를 분석한다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 피뢰기 진단장치 및 방법은 하나의 실시예에 불과한 것으로, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
이상에서와 같이 본 발명에 의한 피뢰기 진단장치 및 방법은 외부의 전자계에 의한 측정오차와 전원고조파에 의한 영향을 받지 않는 구성으로, 누설전류의 파고분포와 주파수 분석을 통해 전력계통에 설치된 피뢰기의 열화정도와 상태를 온라인 상태에서 정확히 진단할 수 있는 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 피뢰기 진단장치를 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 주요 기능을 설명하기 위한 플로우챠트이다.
도 3a, 3b, 3c는 본 발명에 따른 피뢰기의 진단방법에 사용되는 전체 누설전류 파형, 누설전류의 파고분포 및 주파수 분석을 나타낸 그래프이다.
<주요도면에 대한 부호의 설명>
101 : 중앙 제어장치 103 : 통신 드라이버
109 : 광-전 변환장치 111 : 신호 증폭기
113 : 에이디(A/D) 변환부 115 : 임피던스 변환기
117 : 누설전류 검출센서 119 : 피뢰기 접지도선
125 : 전-광 변환장치 127 : 광화이버
129 : 대역필터
Claims (4)
- 피뢰기 접지도선으로부터 전체 누설전류를 검출하여 피뢰기의 상태를 분석하기 위한 피뢰기 진단장치에 있어서,상기 피뢰기 접지도선의 누설전류를 측정하기 위한 누설전류 검출부;상기 임피던스 변환장치에서 출력되는 전기적 신호를 소정 거리 이격된 위치에서 수신하기 위한 신호 전송부;상기 신호 전송부에서 출력되는 전체 누설전류 측정신호의 제3고조파 신호성분만을 추출하기 위한 대역필터;상기 전체 누설전류 측정신호 및 대역필터에서 출력되는 제3고조파 신호성분을 디지털 신호로 변환하기 위한 에이디(A/D) 변환부;상기 에이디 변환부에서 출력되는 디지털 신호의 데이터 분석을 통해 전체 누설전류의 파형 정보와 최대값 및 실효값, 제 3고조파 성분의 최대값을 산출하고, 이를 토대로 전체누설전류의 위상-파고분포 정보를 생성하며, 상기 누설전류의 측정신호의 고속푸리에 변환을 통한 전체 누설전류의 주파수 분포를 분석하는 중앙 제어부; 및상기 중앙 제어장치의 출력 포트에 접속되어 상기 누설전류의 파형 정보와, 파고분포 정보 및 주파수 분포에 따른 검출 정보를 개인용 컴퓨터 또는 외장형 프린터로 전송하기 위한 통신 드라이버로 이루어진 것을 특징으로 하는 피뢰기의 진단장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 누설전류 검출부는 클램프(clamp)형상으로 구성되며, 상기 피뢰기 접지도선을 관통시켜 누설전류를 차동검출 방식을 통해 측정하기 위한 누설전류 검출센서와, 상기 누설전류 검출센서에서 검출된 미소 누설전류를 소정 레벨로 증폭시키기 위한 임피던스 변환장치로 이루어진 것을 특징으로 하는 피뢰기의 진단장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 신호 전송부는 상기 누설전류 검출부의 출력단으로 제공되는 전기적 신호를 광 신호로 변환시키기 위한 전-광 변환장치와, 상기 전-광 변환장치에서 출력되는 광신호를 소정 거리 이격된 위치에서 상기 광 신호를 전기적 신호로 변환하기 위한 광-전 변환장치와, 상기 전-광 변환장치 및 광-전 변환장치사이에서 광전신호를 전송하는 광화이버 및 상기 광-전 변환장치에서 출력되는 전기적 신호를 증폭시키기 위한 신호 증폭기로 이루어진 것을 특징으로 하는 피뢰기 진단장치.
- 피뢰기 접지도선으로부터 전체 누설전류를 검출하여 피뢰기의 상태를 분석하기 위한 피뢰기 진단방법에 있어서,a) 누설전류 검출센서로부터 상기 피뢰기 접지도선의 누설전류를 측정하는 단계;b) 전-광 변환장치를 통해 미소 누설전류에 대해 증폭된 전기신호를 광신호로 변환하고 광화이버에 의해 광-전 변환장치로 전송하는 단계;c) 대역필터를 통해 전체 누설전류의 제3고조파 신호를 추출하는 단계;d) 상기 전체 누설전류의 파형과 전체 누설전류의 최대값 및 실효값, 제3고조파 누설전류의 최대값을 산출하는 단계;e) 상기 누설전류의 측정치로부터 위상-파고분포를 산출하는 단계;f) 상기 누설전류의 측정치로부터 고속푸리에 변환(FFT)에 의한 전체 누설전류의 주파수 분포를 산출하는 단계;g) 상기 산출 결과들에 대응하여 피뢰기 누설전류의 전원고조파의 영향을 분석하고, 상기 피뢰기의 열화 정도와 열화 상태 검출하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 피뢰기 진단방법.
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Publications (2)
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