KR20070030377A - 원격제어가 가능한 회전형 복합센서를 이용한 전력기기의부분방전 측정장치 - Google Patents

원격제어가 가능한 회전형 복합센서를 이용한 전력기기의부분방전 측정장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 원격제어가 가능한 회전형 복합센서를 이용한 전력기기의 부분방전 측정장치는, 임의의 전력기기의 몸체 내외부의 소정 부분에 설치되며, 전력기기 내부의 이상으로 발생하는 부분방전에 의해 발생되는 전자파와 음파를 검출하기 위한 것으로 전자파 센서와 초음파 센서의 복합센서로 이루어진 복합센서부; 상기 복합센서부와 기계적으로 결합되며, 복합센서부가 해당 전력기기로부터 발생되는 부분방전을 다양한 각도와 방향에서 검출할 수 있도록 복합센서부를 회전시켜주는 구동장치부; 상기 복합센서부의 전자파 센서 및 초음파 센서로부터 입력된 신호를 증폭시키는 한편 일정 형태의 펄스로 정형화시켜 처리하며, 그 처리된 결과를 원격 감시장치로 전송하는 신호처리부; 및 상기 신호처리부로부터 전송받은 부분방전 데이터와 위치각 데이터로부터 부분방전을 분석하여 부분방전량, 결함종류, 발생위치 등을 진단하는 원격 감시장치를 포함하여 구성된다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 전력기기에 설치된 전자파센서와 음파센서로 구성된 복합센서를 외부에서 원격 제어로 회전시켜 줌으로써 다양한 각도와 방향에서 부분방전을 검출할 수 있고, 그에 따라 부분방전에 따른 전자파와 음파의 공간적인 특성을 파악할 수 있으며, 그 결과 부분방전을 한층 더 정밀하게 측정할 수 있음은 물론, 부분방전의 결함의 종류, 발생위치, 위험도 등을 진단할 수 있다.

Description

원격제어가 가능한 회전형 복합센서를 이용한 전력기기의 부분방전 측정장치{System for measuring partial discharge occurred in the inside of power equipment using a remote-controlled and rotatable hybrid sensor}
도 1은 본 발명에 따른 원격제어가 가능한 회전형 복합센서를 이용한 전력기기의 부분방전 측정장치의 개략적인 장치구성도. 전체적인 시스템 구성도
도 2는 본 발명에 따른 원격제어가 가능한 회전형 복합센서를 이용한 전력기기의 부분방전 측정장치의 전체적인 시스템 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 원격제어가 가능한 회전형 복합센서를 이용한 전력기기의 부분방전 측정장치에 있어서, 복합센서부로서 폴형 전자파 센서와 초음파 센서의 다양한 구성예를 보여주는 도면.
도 4는 본 발명에 따른 원격제어가 가능한 회전형 복합센서를 이용한 전력기기의 부분방전 측정장치에 있어서, 복합센서부로서 평판형 전자파 센서와 초음파 센서의 다양한 구성예를 보여주는 도면.
도 5는 본 발명에 따른 원격제어가 가능한 회전형 복합센서를 이용한 전력기기의 부분방전 측정장치를 변압기에 적용한 예를 개략적으로 보여주는 도면.
도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 원격제어가 가능한 회전형 복합센서를 이용한 전력기기의 부분방전 측정장치에 있어서, 복합센서부의 전자파 센서 간 및 초 음파 센서 간의 거리차에 따른 시간차 특성을 각각 보여주는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110...복합센서부 111...전자파 센서
112...초음파 센서 120...구동장치부
121...구동모터 컨트롤러 122...구동모터 드라이버
123...구동모터 124...회전각 위치센서
130...신호처리부 131...써지 흡수기
132...필터/앰프 133...파형 정형기
134...A/D 컨버터 135...DSP
136...마이크로프로세서 137...네트워크 장치
140...원격 감시장치 150...회전용 로드
160...센서 홀드 170...신호전송용 케이블
500...변압기
본 발명은 전력기기 내부에서 발생하는 부분 방전을 측정하기 위한 장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 부분방전 측정시 침입하는 잡음을 제거하고 높은 감 도로 측정하기 위하여 전자파센서와 음파센서로 구성된 복합센서를 전력기기의 몸체 소정 부위에 설치하고, 이를 외부에서 원격 제어로 회전할 수 있도록 하여 부분방전의 발생에 따른 전자파와 음파의 공간적인 특성을 파악함으로써 부분방전을 측정함에 있어서 한층 더 정밀하게 측정할 수 있음은 물론, 부분방전의 결함의 종류, 발생위치, 위험도 등을 진단할 수 있는 원격제어가 가능한 회전형 복합센서를 이용한 전력기기의 부분방전 측정장치에 관한 것이다.
전력기기(예컨대, 변압기)의 내부에서 발생하는 부분방전을 측정함에 있어서, 종래의 측정방식은 변압기의 접지선 또는 중성선에 고주파 전류 센서를 설치하거나 탱크 외부 벽면에 음파센서인 초음파 센서를 설치하거나, 탱크 내부에 웨이브 가이드를 설치하고 외부에서 측정하는 방식으로 부분방전량을 측정하였다. 그러나, 그러한 방식은 잡음 및 신호 감쇠의 영향으로 미소한 부분방전량과 세밀한 측정이 어렵고, 초음파센서는 많은 개수를 필요로 하는 단점이 있다.
본 발명은 이상과 같은 종래 부분방전 측정방식에서의 문제점을 감안하여 창출된 것으로서, 부분방전 측정시 침입하는 잡음을 제거하고 높은 감도로 측정하기 위하여 전자파센서와 음파센서로 구성된 복합센서를 전력기기의 몸체 소정 부위에 설치하고, 이를 외부에서 원격 제어로 회전할 수 있도록 하여 부분방전의 발생에 따른 전자파와 음파의 공간적인 특성을 파악함으로써 부분방전을 측정함에 있어서 한층 더 정밀하게 측정할 수 있음은 물론, 부분방전의 결함의 종류, 발생위치, 위험도 등을 진단할 수 있는 원격제어가 가능한 회전형 복합센서를 이용한 전력기기 의 부분방전 측정장치를 제공함에 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 원격제어가 가능한 회전형 복합센서를 이용한 전력기기의 부분방전 측정장치는,
임의의 전력기기의 몸체 내외부의 소정 부분에 설치되며, 전력기기 내부의 이상으로 발생하는 부분방전에 의해 발생되는 전자파와 음파를 검출하기 위한 것으로 전자파 센서와 초음파 센서의 복합센서로 이루어진 복합센서부;
상기 복합센서부와 기계적으로 결합되며, 복합센서부가 해당 전력기기로부터 발생되는 부분방전을 다양한 각도와 방향에서 검출할 수 있도록 복합센서부를 회전시켜주는 구동장치부;
상기 복합센서부의 전자파 센서 및 초음파 센서로부터 입력된 신호를 증폭시키는 한편 일정 형태의 펄스로 정형화시켜 처리하며, 그 처리된 결과를 원격 감시장치로 전송하는 신호처리부; 및
상기 신호처리부로부터 전송받은 부분방전 데이터와 위치각 데이터로부터 부분방전을 분석하여 부분방전량, 결함종류, 발생위치 등을 진단하는 원격 감시장치를 포함하여 구성된 점에 그 특징이 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 원격제어가 가능한 회전형 복합센서를 이용한 전력기기의 부분방전 측정장치를 나타낸 것으로서, 도 1은 개략적인 장치구성도이고, 도 2는 전체적인 시스템 구성도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 원격제어가 가능한 회전형 복합센서를 이용한 전력기기의 부분방전 측정장치(100)는 복합센서부(110), 구동장치부(120), 신호처리부(130), 원격 감시장치(140)를 포함하여 구성된다.
상기 복합센서부(110)는 임의의 전력기기의 몸체 외부의 소정 부분에 설치되며, 전력기기 내부의 이상으로 발생하는 부분방전에 의한 전자파와 음파를 검출하기 위한 것으로 전자파 센서(111)와 초음파 센서(112)의 복합센서로 이루어진다. 이와 같은 복합센서부(110)는 도 3의 (a)∼(c)에 도시된 바와 같이, 1개의 폴형 전자파 센서(111s)와 1개 이상의 초음파 센서(112)로 구성될 수도 있고, 도 4의 (a)∼(c)에 도시된 바와 같이, 1개의 평판형 전자파 센서(111p)와 1개 이상의 초음파 센서(112)로 구성될 수도 있다. 도 3에서 (a)는 복합센서부(110)가 1개의 폴형 전자파 센서(111s)와 1개의 초음파 센서(112)로 구성된 경우이고, (b)는 1개의 폴형 전자파 센서(111s)와 2개의 초음파 센서(112)로 구성된 경우이며, (c)는 1개의 폴형 전자파 센서(111s)와 3개의 초음파 센서(112)로 구성된 경우를 각각 보여주고 있다. 또한, 도 4에서 (a)는 복합센서부(110)가 1개의 평판형 전자파 센서(111p)와 1개의 초음파 센서(112)로 구성된 경우이고, (b)는 1개의 평판형 전자파 센서(111p)와 2개의 초음파 센서(112)로 구성된 경우이며, (c)는 1개의 평판형 전자파 센서(111p)와 3개의 초음파 센서(112)로 구성된 경우를 각각 보여주고 있다. 여기서, 이상과 같은 복합센서부(110)의 전자파 센서(111)와 초음파 센서(112)를 설치함에 있어서, 바람직하게는 전자파 센서(111)가 감지하는 최대 주축방향의 면과 초음파 센서(112)가 감지하는 최대 주축방향의 면이 일치하도록 하고, 이들 주축 간 은 일정한 각도를 유지하도록 한다.
상기 구동장치부(120)는 상기 복합센서부(110)와 기계적으로 결합되며, 복합센서부(110)가 해당 전력기기로부터 발생되는 부분방전을 다양한 각도와 방향에서 검출할 수 있도록 복합센서부(110)를 회전시켜주는 역할을 한다. 이와 같은 구동장치부(120)는 상기 복합센서부(110)의 회전구동을 위한 명령을 송출하는 구동모터 컨트롤러(121)와, 그 구동모터 컨트롤러(121)로부터의 회전구동 명령을 받아 구동모터(123)를 구동시키는 구동모터 드라이버(122)와, 그 구동모터 드라이버(122)의 구동에 의해 작동하여 상기 복합센서부(110)를 회전시키는 구동모터(123)와, 상기 구동모터 컨트롤러(121)로부터의 회전구동 명령에 따른 설정된 각도만큼 상기 복합센서부(110)가 회전되었는지의 여부를 검출하기 위한 회전각 위치센서(124)로 구성된다. 여기서, 이와 같은 회전각 위치센서(124)는 구동모터(123)의 회전축 주변부에 설치된다.
상기 신호처리부(130)는 상기 복합센서부(110)의 전자파 센서(111) 및 초음파 센서(112)로부터 입력된 신호를 증폭시키는 한편 일정 형태의 펄스로 정형화시켜 처리하며, 그 처리된 결과를 원격 감시장치(140)로 전송한다. 이러한 신호처리부(130)는 상기 복합센서부(110)의 전자파 센서(111) 및 초음파 센서(112)로부터 의 입력신호에 포함되어 있는 써지(surge)를 흡수하기 위한 써지 흡수기(131)와, 그 써지 흡수기(131)를 거친 신호에 혼입되어 있는 잡음을 제거하고 필요한 신호를 증폭하는 필터/앰프(132)와, 그 필터/앰프(132)를 거친 신호를 일정한 형태의 파형으로 정형화시키는 파형정형기(133)와, 그 파형정형기(133)를 거친 신호(아날로그 신호)를 디지털 신호로 변환하는 A/D(analog-to-digital) 컨버터(134)와, 그 A/D 컨버터(134)를 거쳐 입력되는 디지털 신호를 처리하는 DSP(digital signal processor)(135)와, 그 DSP(135)에 의해 처리된 결과(부분방전 데이터 및 위치각 데이터)를 바탕으로 상기 구동모터 컨트롤러(121)로 상응하는 제어명령(회전각 명령)을 전송하는 한편 상기 DSP(135)에 의해 처리된 결과(부분방전 데이터 및 위치각 데이터)를 네트워크 장치(137)를 통해 상기 원격 감시장치(140)로 전송하는 마이크로프로세서(136)로 구성된다.
상기 원격 감시장치(140)는 상기 신호처리부(130)로부터 전송받은 부분방전 데이터와 위치각 데이터로부터 부분방전을 분석하여 부분방전량, 결함종류, 발생위치, 위험도 등을 진단한다. 여기서, 이와 같은 원격 감시장치(140)의 내부 메모리에는 이상과 같은 부분방전 데이터와 위치각 데이터를 바탕으로 부분방전을 분석하여 부분방전량, 결함종류, 발생위치, 위험도 등을 진단해내는 하나의 알고리즘으로서의 소프트웨어 프로그램이 본 발명의 시스템 설계자에 의해 미리 작성되어 저장된다. 도 1에서 참조번호 150은 복합센서부(110)를 회전시키기 위한 회전용 로드, 160은 복합센서부(110)를 고정시켜 주는 센서 홀드, 170은 복합센서부(110)로부터의 감지신호를 전송하기 위한 신호전송용 케이블을 각각 나타낸다.
한편, 도 5는 이상과 같은 본 발명의 원격제어가 가능한 회전형 복합센서를 이용한 전력기기의 부분방전 측정장치를 변압기에 적용한 예를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 5를 참조하면, 변압기(500)가 직육면체형 탱크인 경우 전계강도가 약하고 크게 영향을 미치지 않는 탱크의 내부 모서리 부분에 복합센서부(110)를 설치하여 변압기(500)의 내부에서 발생하는 부분방전을 측정하게 된다.
그러면, 이상과 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 원격제어가 가능한 회전형 복합센서를 이용한 전력기기의 부분방전 측정장치의 동작에 대해 간략히 설명해 보기로 한다.
임의의 해당 전력기기(여기에서는 변압기인 것으로 함)가 내부 이상으로 인해 부분방전을 일으킬 경우, 복합센서부(110)의 전자파 센서(111)와 초음파 센서(112)는 그 발생한 부분방전에 따른 전자파와 음파를 검출하고, 그 검출신호를 신호처리부(130)로 전송한다. 그러면, 신호처리부(130)의 써지 흡수기(131)는 전자파 센서(111) 및 초음파 센서(112)로부터의 입력신호에 포함되어 있는 써지를 흡수하고, 필터/앰프(132)는 써지 흡수기(131)를 거친 신호에 혼입되어 있는 잡음을 제거하고 필요한 신호를 증폭하며, 파형정형기(133)는 필터/앰프(132)를 거친 신호를 일정한 형태의 파형으로 정형화시킨다. 이후 A/D 컨버터(134)는 파형정형기(133)에 의해 일정한 형태로 정형화된 신호(아날로그 신호)를 디지털 신호로 변환하고, DSP(135)는 A/D 컨버터(134)에 의해 변환되어 입력되는 디지털 신호를 처리한다. 그리고, 마이크로프로세서(136)는 DSP(135)에 의해 처리된 결과(부분방전 데이터 및 위치각 데이터)를 바탕으로 구동모터 컨트롤러(121)로 상응하는 제어명령(회전각 명령)을 전송하는 한편 DSP(135)에 의해 처리된 결과(부분방전 데이터 및 위치각 데이터)를 네트워크 장치(137)를 통해 원격 감시장치(140)로 전송한다. 그러면, 원격 감시장치(140)는 신호처리부(130)로부터 전송받은 부분방전 데이터와 위치각 데이터로부터 부분방전을 분석하여 부분방전량, 결함종류, 발생위치, 위험도 등을 진단한다.
한편, 이상과 같은 일련의 과정에 있어서, 변압기 내부에서 발생하는 부분방전은 발생위치에 따라 신호가 오는 방향이 달라지므로, 전자파 센서(111) 및 초음파 센서(112)에 입사하는 전자파와 음파의 방향에 따라 센싱 감도에 차이가 크게 나타날 수 있다. 따라서, 이와 관련하여 마이크로프로세서(136)가 구동장치부(120)의 구동모터 컨트롤러(121)에 설정된 조건에 따른 회전각을 명령하면, 구동모터 컨트롤러(121)는 상기 센서들(111)(112)이 원하는 방향으로 회전하도록 구동모터 드라이버(122)를 경유하여 구동 모터(123)를 구동시킨다. 그리고, 센서가 원하는 각도가 되었는지를 회전각 위치센서(124)를 통하여 검출하고, 그 검출 값을 구동모터 컨트롤러(121)에 전달하여 설정된 각도의 위치로 센서들(111)(112)을 회전시킨다.
이에 따라 센서들(111)(112)은 방향에 따라 들어오는 신호를 측정하게 되고,그 결과 공간상 부분방전의 전자파와 음파의 특성을 알 수 있게 되고, 또한 높은 감도로 검출가능하게 된다. 따라서, 부분방전의 결함종류, 위치 및 위험도 등을 추정하는 데도 필요한 자료를 얻을 수 있게 된다.
한편, 도 6a 및 도 6b는 전자파와 음파의 상관 관계를 보여주는 것으로서, 도 6a는 전자파 센서 간의 거리차에 따른 시간차 특성을, 도 6b는 초음파 센서 간의 거리차에 따른 시간차 특성을 보여주고 있다. 따라서, 이와 같은 특성을 이용하여 부분방전의 잡음 선별과 위치추정 등을 진단할 수 있게 되는 것이다.
이상의 설명에서와 같이, 본 발명에 따른 원격제어가 가능한 회전형 복합센서를 이용한 전력기기의 부분방전 측정장치는 부분방전 측정시 침입하는 잡음을 제거하고 높은 감도로 측정하기 위하여 전자파센서와 음파센서로 구성된 복합센서를 전력기기의 몸체 소정 부위에 설치하고, 이를 외부에서 원격 제어로 회전할 수 있도록 구성되어 있으므로, 부분방전의 발생에 따른 전자파와 음파의 공간적인 특성을 파악할 수 있고, 그에 따라 부분방전을 측정함에 있어서 한층 더 정밀하게 측정할 수 있음은 물론, 부분방전의 결함의 종류, 발생위치, 위험도 등을 진단할 수 있는 장점이 있다.

Claims (5)

  1. 본 발명에 따른 원격제어가 가능한 회전형 복합센서를 이용한 전력기기의 부분방전 측정장치는,
    임의의 전력기기의 몸체 내외부의 소정 부분에 설치되며, 전력기기 내부의 이상으로 발생하는 부분방전에 의해 발생되는 전자파와 음파를 검출하기 위한 것으로 전자파 센서와 초음파 센서의 복합센서로 이루어진 복합센서부;
    상기 복합센서부와 기계적으로 결합되며, 복합센서부가 해당 전력기기로부터 발생되는 부분방전을 다양한 각도와 방향에서 검출할 수 있도록 복합센서부를 회전시켜주는 구동장치부;
    상기 복합센서부의 전자파 센서 및 초음파 센서로부터 입력된 신호를 증폭시키는 한편 일정 형태의 펄스로 정형화시켜 처리하며, 그 처리된 결과를 원격 감시장치로 전송하는 신호처리부; 및
    상기 신호처리부로부터 전송받은 부분방전 데이터와 위치각 데이터로부터 부분방전을 분석하여 부분방전량, 결함종류, 발생위치 등을 진단하는 원격 감시장치를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 원격제어가 가능한 회전형 복합센서를 이용한 전력기기의 부분방전 측정장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복합센서부는 한 개의 폴형 전자파 센서와 한 개 이상의 초음파 센서로 구성된 것을 특징으로 하는 원격제어가 가능한 회전형 복합센서를 이용한 전력기기의 부분방전 측정장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복합센서부는 한 개의 평판형 전자파 센서와 한 개 이상의 초음파 센서로 구성된 것을 특징으로 하는 원격제어가 가능한 회전형 복합센서를 이용한 전력기기의 부분방전 측정장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 구동장치부는 상기 복합센서부의 회전구동을 위한 명령을 송출하는 구동모터 컨트롤러와, 그 구동모터 컨트롤러로부터의 회전구동 명령을 받아 구동모터를 구동시키는 구동모터 드라이버와, 그 구동모터 드라이버의 구동에 의해 작동하여 상기 복합센서부를 회전시키는 구동모터와, 상기 구동모터 컨트롤러로부터의 회전구동 명령에 따른 설정된 각도만큼 상기 복합센서부가 회전되었는지의 여부를 검출하기 위한 회전각 위치센서로 구성된 것을 특징으로 하는 원격제어가 가능한 회전형 복합센서를 이용한 전력기기의 부분방전 측정장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 신호처리부는 상기 복합센서부의 전자파 센서 및 초음파 센서로부터의 입력신호에 포함되어 있는 써지(surge)를 흡수하기 위한 써지 흡수기와, 그 써지 흡수기를 거친 신호에 혼입되어 있는 잡음을 제거하고 필요한 신호를 증폭하는 필터/앰프와, 그 필터/앰프를 거친 신호를 일정한 형태의 파형으로 정형화시키는 파형정형기와, 그 파형정형기를 거친 신호(아날로그 신호)를 디지털 신호로 변환하는 A/D 컨버터와, 그 A/D 컨버터를 거쳐 입력되는 디지털 신호를 처리하는 DSP와, 그 DSP에 의해 처리된 결과(부분방전 데이터 및 위치각 데이터)를 바탕으로 상기 구동모터 컨트롤러로 상응하는 제어명령(회전각 명령)을 전송하는 한편 상기 DSP에 의해 처리된 결과(부분방전 데이터 및 위치각 데이터)를 네트워크 장치를 통해 상기 원격 감시장치로 전송하는 마이크로프로세서로 구성된 것을 특징으로 하는 원격제어가 가능한 회전형 복합센서를 이용한 전력기기의 부분방전 측정장치.
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