KR20100125810A - 전력기기용 아크 발생 위치 측정장치 및 그 방법 - Google Patents

전력기기용 아크 발생 위치 측정장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전력기기용 아크 발생 위치 측정장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따라서 아크에 의해 발생한 광신호를 전달하는 광섬유와, 상기 광섬유의 단부에 마련되고 접속하여 신호를 전달하는 커넥터(connector)를 갖는 광 센서; 상기 광 센서의 커넥터에 접속되는 다수의 커넥터 단자와, 상기 커넥터 단자에 설치되며 광신호를 전기적 신호로 변환하여 검출신호로서 출력하는 광전변환소자를 가지며, 상기 광전변환소자로부터의 검출신호를 아날로그-디지털 변환하여 검출 데이터로서 제공하는 데이터 획득 유닛(data acquisition unit); 및 상기 데이터 획득 유닛에 접속되어, 상기 데이터 획득 유닛으로부터 제공되는 검출 데이터를 수신하고, 각각의 검출 데이터 수신시간의 차이를 측정한 측정값과 미리 설정된 광 센서 내 빛의 속도를 근거로, 아크 발생 위치를 산출하는 신호처리부;를 포함하는 전력기기용 아크 발생 위치 측정장치가 개시된다.
전력기기용 아크 발생 위치 측정장치, 광섬유, 커넥터, 신호처리부

Description

전력기기용 아크 발생 위치 측정장치 및 그 방법{ARC POSITION MEASURING APPARATUS FOR ELECTRIC POWER APPARATUS AND ARC POSITION MEASURING METHOD }
본 발명은 전력기기에서 발생할 수 있는 아크 사고를 감시하는 장치에 관한 것으로, 특히 광센서를 이용하여 아크 사고 발생위치를 측정할 수 있는 전력기기용 아크 발생 위치 측정장치 및 방법에 관한 것이다.
전력기기 내에서의 전기 아크 사고는 조사된 바에 의하면 미국 내에서만 하루 평균 5~10건이 발생하는 흔한 사고라 할 수 있다. 이러한 전기 아크는 중심부의 온도가 약 20,000 °K(절대온도)까지 상승하며, 아크 에너지는 열, 압력, 복사 등의 형태로 변환된다. 전기아크는 차단기 등의 소호부내가 아닌 전력기기의 절연부분에서 단락사고에 의하여 발생할 때 아크 발생 이후 10~15 ms(밀리 초) 내에 온도와 압력값이 최대치에 도달하고, 100 ms이상 유지될 경우 인명과 장비가 위험하며 500 ms 이상이면 전소하게 됨으로써 인명피해, 전력기기 파손과 이로 인한 장시간 유지보수(정전) 등의 피해가 발생하게 된다.
최근들어 내아크 규정이 강화되고 있으며,국제 전기표준 회의(International Electrotechnical Commission, 통상 IEC로 약칭됨) 규정에서도 내 아크 시험을 의무화하고 있다. 이에 따라 대부분의 전력기기 제작 업체에서는 아크 사고시 아크에너지에 의한 압력 상승 및 온도 상승을 구조적으로 견디기 위해 압력을 방출시키거나 외함 두께를 증가시켜 사고를 견디는 등 내 아크 구조 설계 기술로 접근하여 대처하고 있는 실정이다. 그러나 이러한 내아크 구조는 아크의 열에 의해서 절연물, 금속 등이 분해되어 유독가스를 생성시키고, 압력에 의해서 기기가 파손되어 재활용 불가능한 산업폐기물 등을 발생시킨다.
이러한 내아크 구조의 문제점으로 인해 아크를 조기에 발견하여 아크가 확장되기 전에 차단함으로써 아크사고를 조기에 차단하는 아크 보호 시스템이 개발되고 있다. 이러한 아크 보호 시스템의 일 예로서 아크에 의해 발생한 빛을 광센서로 감지하여 사고로 판정될 경우 차단기 등에 동작 신호를 전달하여 아크발생을 조기에 차단하는 시스템이 있다. 이러한 아크 보호 시스템에 사용되는 광센서는 크게 두 가지로 특정 부위의 아크를 감지할 수 있는 포인트센서(point sensor)와 넓은 범위에 루프를 형성하여 넓은 범위의 아크를 감지할 수 있는 루프센서(loop sensor)가 사용될 수 있다.
그러나 종래기술에 따른 아크 보호 시스템에 있어서 전력기기용 아크 발생 위치 측정장치는 루프센서를 광센서로 이용하는 경우에 아크 사고가 발생하여 차단기가 트립동작하면, 사고원인을 조사할 때 넓은 범위에 걸쳐 형성되어 있는 루프의 어느 부분에서 아크사고가 발생했는지 알 수 없기 때문에, 루프센서가 감시하고 있는 부위를 모두 점검해야하므로, 사고원인 조사에 장시간이 소요되는 문제점이 있었다.
또한 종래기술에 따른 아크 보호 시스템에 있어서 전력기기용 아크 발생 위치 측정장치는, 포인트센서와 루프센서의 2종류 광센서가 전력기기의 신호처리장치에 접속하기 위한 각각 다른 형태의 광커넥터(optic connector)를 가지므로 대응하는 전력기기의 신호처리장치의 커넥터도 어느 한 종류의 커넥터로 설치되어 2종류의 광센서를 자유롭게 교체하여 사용하는 것이 불가능하거나, 2종류의 광센서를 모두 접속하기 위해서는 각각의 형태의 커넥터를 전력기기의 신호처리장치에 모두 설치해야 함에 따라 전력기기의 신호처리장치의 크기와 가격이 상승하는 문제가 있었다.
따라서 본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해소하는 것으로서, 본 발명의 제 1 목적은 넓은 범위의 아크 발생을 감시하기 위해서 광센서로서 루프센서를 사용하는 경우에도 사고 발생 위치를 신속히 측정할 수 있는 전력기기용 아크 발생 위치 측정장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 제 2 목적은 포인트센서와 루프센서의 2종의 광센서를 자유롭게 교체하여 접속할 수 있는 소형이고 저렴한 가격의 전력기기용 아크 발생 위치 측정장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 제 3 목적은 사고 발생 위치를 신속히 측정할 수 있는 전력기기용 아크 발생 위치 측정방법을 제공하는 것이다.
상기 본 발명의 제 1 목적은, 전력기기용 아크 발생 위치 측정장치에 있어서,
아크에 의해 발생한 광신호를 전달하는 광섬유와, 상기 광섬유의 단부에 마련되고 접속하여 신호를 전달하는 커넥터(connector)를 갖는 광 센서;
상기 광 센서의 커넥터에 접속되는 다수의 커넥터 단자와, 상기 커넥터 단자에 설치되며 광신호를 전기적 신호로 변환하여 검출신호로서 출력하는 광전변환소자를 가지며, 상기 광전변환소자로부터의 검출신호를 아날로그-디지털 변환하여 검출 데이터로서 제공하는 데이터 획득 유닛(data acquisition unit); 및
상기 데이터 획득 유닛에 접속되어, 상기 데이터 획득 유닛으로부터 제공되는 검출 데이터를 수신하고,
상기 광 센서가 포인트 센서(point sensor)인 경우, 해당 포인트 센서의 설치 위치에 따라서 저장된 위치정보로서 아크 발생 위치를 결정하며,
상기 광 센서가 루프 센서(loop sensor)인 경우, 루프 센서의 양 단의 커넥터에 신호 접속된 양 광전변환소자 각각으로부터의 검출 데이터 수신시간의 차이를 측정한 측정값과 미리 설정된 광 센서 내 빛의 속도를 근거로, 아크 발생 위치를 산출하는 신호처리부;를 포함하는 본 발명에 따른 전력기기용 아크 발생 위치 측정장치를 제공함으로써 달성될 수 있다.
상기 본 발명의 제 2 목적은, 상기 광 센서는 광섬유를 갖는 포인트 센서(point sensor) 또는 루프 센서(loop sensor)로 구성되며,
상기 포인트 센서 또는 루프 센서가 갖는 상기 커넥터는 상호 호환가능한 공통 커넥터로 구성되는 것을 특징으로 하는 본 발명에 따른 전력기기용 아크 발생 위치 측정장치를 제공함으로써 달성될 수 있다.
상기 본 발명의 제 3 목적은, 아크에 의해 발생한 광신호를 전달하는 광 센서와, 광 신호를 전기적 신호로 변환하여 검출신호로서 출력하는 광전변환소자와, 상기 광전변환소자로부터의 검출신호를 아날로그-디지털 변환하여 검출 데이터로서 제공하는 데이터 획득 유닛(data acquisition unit)과, 상기 데이터 획득 유닛으로부터 검출 데이터를 수신하여, 아크 발생 위치를 산출하는 신호처리부를 포함하는 전력기기용 아크 발생 위치 측정장치를 이용한 전력기기용 아크 발생 위치 측정방 법에 있어서,
상기 각각의 검출 데이터의 수신시간 차이를 측정하는 수신시간 차이 측정단계;
상기 수신시간 차이의 측정값과, 미리 알고 있는 상기 광 센서의 길이를 미리 알고 있는 광 센서 내 빛의 속도로 나누어 구한 전체 수신시간을 근거로, 상기 각각의 검출신호의 수신시간을 산출하는 광전변환소자별 수신시간 산출 단계; 및
상기 광전변환소자별 수신시간 산출 단계에서 산출한 수신시간에 미리 알고 있는 광 센서 내 빛의 속도를 곱하여 아크 발생 위치를 산출하는 아크 발생 위치 산출단계;를 포함하는 본 발명에 따른 전력기기용 아크 발생 위치 측정방법을 제공함으로써 달성될 수 있다.
본 발명에 따른 전력기기용 아크 발생 위치 측정장치는, 광센서에 있어서 한 쌍의 광전변환소자 각각의 검출 데이터를 수신하고, 각각의 검출 데이터 수신시간의 차이를 측정한 측정값과 미리 알고 있는 광 센서 내 빛의 속도를 근거로, 아크 발생 위치를 산출하는 신호처리부를 가지므로, 광센서로서 루프센서를 사용하여도 신속하게 아크발생 위치를 측정할 수 있는 작용효과를 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 전력기기용 아크 발생 위치 측정장치는, 포인트 센서 또는 루프 센서가 갖는 커넥터가 상호 호환가능한 공통 커넥터로 구성되므로, 광센서로서 포인트 센서 또는 루프 센서를 자유롭게 교체 구성할 수 있고 각각 다른 커넥터를 신호처리장치에 구비할 필요가 없으므로 측정장치의 크기가 커지거나 가격이 상 승되는 것을 방지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 전력기기용 아크 발생 위치 측정장치는, 광센서용 광 섬유를 일반 광섬유(Silica Fiber)보다 코어(core) 직경이 큰 POF(Plastic Optical Fiber) 또는 HPCF(Hard Polymer Clad Fiber)로 구성하여 아크에 의한 광신호를 검출하는 데 적합한 광센서를 얻을 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따른 전력기기용 아크 발생 위치 측정장치는, 신호처리부를 회로차단기에 접속하여 아크 발생시 회로를 차단하도록 트립 제어 신호를 제공할 수 있어 아크 발생시 전기적 안전사고 및 화재발생을 예방할 수 있고, 신호처리부를 표시장치가 구비된 디지털 계전기에 접속하여 아크 발생 위치를 표시해 줄 수 있어, 별도의 측정장치를 구성할 필요가 없어 저렴하고 크기를 최소화할 수 있는 전력기기용 아크 발생 위치 측정장치를 구성할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 전력기기용 아크 발생 위치 측정방법은 광센서로서 루프센서를 사용하는 경우에도 광센서에 구비되는 한 쌍의 광전변환소자 각각의 검출 데이터의 수신시간 차이를 측정하고, 수신시간 차이의 측정값과, 미리 알고 있는 상기 광 센서의 길이를 미리 알고 있는 광 센서 내 빛의 속도로 나누어 구한 전체 수신시간을 근거로, 상기 각각의 검출신호의 수신시간을 산출하는 광전변환소자별 수신시간 산출하며, 산출한 수신시간에 미리 알고 있는 광 센서 내 빛의 속도를 곱하여 아크 발생 위치를 산출하므로, 간편하고 신속하게 아크 발생 위치를 측정할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
상기 본 발명의 목적과 이를 달성하는 본 발명의 구성 및 그의 작용효과는 첨부한 도면을 참조한 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 이하의 설명에 의해서 좀 더 명확히 이해될 수 있을 것이다.
먼저 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전력기기용 아크 발생 위치 측정장치의 구성을 설명한다. 도 1은 본 발명에 따른 전력기기용 아크 발생 위치 측정장치의 구성을 보여주는 구성 설명도이고, 도 2는 본 발명에 따른 전력기기용 아크 발생 위치 측정장치의 구성을 보여주는 개별 구성요소 분해도이며, 도 3은 본 발명에 따른 전력기기용 아크 발생 위치 측정장치에 있어서 루프 센서를 사용한 경우의 아크 발생과 아크 발생을 검출하는 광전변환소자의 출력이 데이터 획득 유닛의 커넥터에 전달되는 것을 보여주는 설명도이며, 도 4는 본 발명에 따른 전력기기용 아크 발생 위치 측정장치에 있어서 루프센서의 한 쌍의 광전변환소자 각각의 검출신호에 시간차가 발생하는 것을 보여주는 검출신호 비교 파형도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전력기기용 아크 발생 위치 측정장치는 광 센서(10, 20), 데이터 획득 유닛(data acquisition unit)(30) 및 신호처리부(40)를 포함하여 구성된다.
광 센서(10, 20)는 포인트센서(point sensor)(10)와 루프센서(loop sensor)(20)을 포함한다.
포인트센서(10)는 특정한 위치에 설치되어 아크에 의해 발생한 광신호를 입수하기 위한 수단으로서, 도 1을 참조할 수 있는 바와 같이 광 픽업 부(optic pick-up portion)(10a)와, 광신호를 전달하는 매체인 광섬유(10b)와, 광섬유(10b)의 단부에 마련되고 접속하여 신호를 전달하는 커넥터(connector)(10c)를 포함하여 구성된다.
포인트센서(10)가 광신호를 검출하면 해당 포인트센서(10)가 설치된 위치에서 아크가 발생한 것이기 때문에 위치의 연산/측정이 불필요하고, 미리 해당 포인트센서(10)를 설치한 위치정보를 신호처리부(40)에 포함되는 미도시의 메모리에 저장해 두면 해당 포인트센서(10)로부터 광신호 검출에 따른 검출 데이터가 수신되었을 때 신호처리부(40)는 해당 포인트센서(10)의 위치정보에 따라 아크 발생 위치를 바로 결정할 수 있다.
루프센서(loop sensor)(20)는 넓은 범위에 발생하는 아크를 동시에 설치되는 되어 아크에 의해 발생한 광신호를 입수하기 위한 수단으로서, 도 1 및 도2를 참조할 수 있는 바와 같이, 아크(A)에 의해 발생한 광신호를 전달하는 광섬유(20a)와, 광섬유(20a)의 단부에 마련되고 접속하여 신호를 전달하는 커넥터(connector)(20b)를 포함하게 구성된다.
바람직하게, 광 섬유(10b, 20a)는 POF(Plastic Optical Fiber) 또는 HPCF(Hard Polymer Clad Fiber)로 구성될 수 있다. POF(Plastic Optical Fiber)와 HPCF(Hard Polymer Clad Fiber)는 코어(core) 직경이 수 백 마이크로 미터(μm) 내지 수 밀리미터(mm)로서 일반 통신용 광섬유인 실리카 광섬유보다 큰 직경을 가지므로 아크 발생에 따른 광신호의 검출해 적합한 특성을 가진다. 따라서 광 섬유(10b, 20a)의 커넥터(10c, 20b)는 일반 실리카 광섬유용 커넥터는 사용이 불가 하고 전용의 커넥터를 설계 제작하여 구성할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 특징에 따라서 포인트센서(10) 또는 루프센서(20)가 갖는 커넥터(10c)와 커넥터(20b)는 상호 호환가능한 공통 커넥터로 구성된다.
데이터 획득 유닛(30)은, 광 센서(10,20)의 커넥터(10c) 또는 커넥터(20b)에 접속되는 제 1 커넥터 단자(30a)와 제 2 커넥터 단자(30b), n번째 커넥터 단자(30n)를 포함하는 다수의 커넥터 단자를 가진다. 제 1 커넥터 단자(30a)와 제 2 커넥터 단자(30b)에는 도 1에 도시된 바와 같이 각각 2개의 특정 설치위치를 갖는 포인트센서(10)의 2개의 커넥터(10c, 10c)가 각각 접속될 수 있다. 또한, 광 센서로서 루프센서(20)가 사용될 경우, 제 1 커넥터 단자(30a)와 제 2 커넥터 단자(30b)에는 하나의 루프센서(20)의 양 단부에 마련된 한 쌍의 커넥터(20b, 20b)가 접속될 수 있다.
광 센서(10,20)의 커넥터(10c) 또는 커넥터(20b)와 데이터 획득 유닛(30)의 제 1 커넥터 단자(30a)와 제 2 커넥터 단자(30b)는 서로 대응되게 일 조(set)로 구성된다. 특히 바람직하게 광 센서(10,20)의 커넥터(10c) 또는 커넥터(20b)가 실시예상 핀 커넥터(pin connector)로 구성되면, 대응되는 데이터 획득 유닛(30)의 제 1 커넥터 단자(30a)와 제 2 커넥터 단자(30b)는 대응되게 핀 홀(pin hole)이 마련되는 커넥터로 구성된다.
상기 제 1 커넥터 단자(30a)와 제 2 커넥터 단자(30b)를 포함하는 커넥터 단자마다에는 광전변환소자(Photo-electric Transforming Element)가 부착되어 설치되며, 광전변환소자는 상기 커넥터 단자를 통해 수신되는 광 센서(10,20)로부터의 광신호를 전기적 신호로 변환하여 출력한다. 도 2를 참조할 수 있는 바와 같이 제 1 커넥터 단자(30a)와 제 2 커넥터 단자(30b)에 각각 대응하게 제 1 광전변환소자(PD1)과 제 2 광전변환소자(PD2)가 제 1 커넥터 단자(30a)와 제 2 커넥터 단자(30b)에 각각 부착되어 설치된다.
데이터 획득 유닛(30)은 제 1 커넥터 단자(30a)와 제 2 커넥터 단자(30b)를 통해 수신되는 상기 광 센서(10 또는 20)로부터의 검출신호를 아날로그-디지털 변환하여 검출 데이터로서 제공한다. 따라서, 데이터 획득 유닛(30)은 아날로그-디지털 변환회로를 포함하여 구성될 수 있다.
신호처리부(40)는 데이터 획득 유닛(30)에 접속되어, 데이터 획득 유닛(30)으로부터 제공되는 한 쌍의 광전변환소자(PD1, PD2) 각각의 검출 데이터를 수신하고, 각각의 검출 데이터 수신시간의 차이를 측정한 측정값과 미리 설정된 광 센서 내 빛의 속도를 근거로, 아크 발생 위치를 산출한다. 여기서, 한 쌍의 광전변환소자(PD1, PD2)는 제 1 광전변환소자(PD1)와 제 2 광전변환소자(PD2)를 포함하여 구성된다.
광 센서로서 포인트센서(10)가 설치되는 경우, 신호처리부(40)는 도 1에 있어서 상부 커넥터 단자(30a) 또는 하부 커넥터 단자(30b)에 설치되는 미도시의 광전변환소자로부터 검출 데이터를 수신하며, 상술한 바와 같이 신호처리부(40)는 예컨대 내장 메모리에 저장해둔 해당 포인트센서(10)의 위치정보에 따라 아크 발생 위치를 바로 결정할 수 있다.
신호처리부(40)가 광센서로서 루프 센서(20)로부터 검출 데이터를 수신하여 아크 발생 위치를 산출하는 동작에 대한 더욱 상세한 설명은 도 5를 참조하여 후술하기로 한다.
신호처리부(40)는 중앙처리장치와 메모리를 포함하는 인쇄회로기판으로 구성될 수 있다. 또한, 신호처리부(40)는, 데이터 획득 유닛(30)이 모듈(module)로서 포함되는 과전류 계전기 또는 아크 감시 전용 계전기와 같은 계전기(50)에 있어서 데이터 획득 유닛(30)의 인근한 위치에 별도로 설치되거나 데이터 획득 유닛(30)과 더불어 하나의 인쇄회로기판상에서 서로 신호 접속되도록 구성될 수 있다.
도 2를 참조할 수 있는 바와 같이, 아크 발생시 회로를 차단하여 전기적 안전사고나 화재를 방지할 수 있도록, 신호처리부(40)는 회로차단기에 트립(trip) 제어신호를 제공하도록 예컨대 신호선을 통해 또는 데이터 통신망을 통해 접속될 수 있다. 여기서, 회로차단기(CB)는 기중차단기와 같은 저압 회로차단기와 진공차단기와 같은 고압 회로차단기로 구성될 수 있다.
또한, 도 2를 참조할 수 있는 바와 같이, 아크 발생 위치를 표시하는 디스플레이(display) 수단은 데이터 획득 유닛(30)이 모듈(module)로서 포함되는 과전류 계전기 또는 아크 감시 전용 계전기와 같은 계전기(50)의 디스플레이(display) 수단으로서 표시창(50a)으로 구성될 수 있다. 계전기(50)의 표시창(50a)은 실시 예상 3단 창으로 구성되어 해당 과전류 계전기 즉, 본 발명에 따른 신호 처리부(40)로부터의 데이터에 따라서 도시된 예와 같이 제 1 광전변환소자(PD1)의 수신시간과 제 1 광전변환소자(PD1)의 수신시간 및 아크발생 위치의 그래픽(graphic) 표시가 표시될 수 있다.
도 4에 있어서 PD1 및 PD2로 표시된 파형은 각각 데이터 획득 유닛(30)의 상부 및 하부 커넥터(30a, 30b)를 통해 수신되는 제 1 광전변환소자(PD1) 및 제 2 광전변환소자(PD2)로부터의 검출신호의 파형으로서 서로 일정 기준전압(VREF)이상의 검출신호가 수신되는 시점간의 차이 즉, 시간차이가 t12로 나타난다.
한편, 도 5 내지 도 6을 참조하여 본 발명에 따른 전력기기용 아크 발생 위치 측정장치에 있어서 아크 발생 위치 산출 동작 및 아크 발생 위치 측정 방법을 설명한다.
먼저 도 5를 참조하여 설명한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 루프센서(20)의 광섬유(20a)중 특정 위치, 도면상 제 1 광전변환소자(PD1)에 가까운 위치에 인접한 위치에서 아크(A)가 발생하여 광신호가 광섬유(20a)상에 발생한 경우, 제 1 광전변환소자(PD1)와 제 2 광전변환소자(PD2)는 각각 미소하지만 시간차이를 두고 아크(A)발생에 따른 광신호를 수신하게 된다.
따라서, 광신호가 제 1 광전변환소자(PD1)에 도달하는 데 소요되는 시간 tPD1 과 광신호가 제 2 광전변환소자(PD2)에 도달하는 데 소요되는 시간 tPD2을 합산하면 광신호의 전체이동시간(ttotal)이 되며, 아크 발생 위치까지의 거리(Larc)는 광신호가 제 1 광전변환소자(PD1)에 도달하는 데 소요되는 시간 tPD1 과 광신호가 제 2 광전변환소자(PD2)중 짧은 시간이 걸린 제 1 광전변환소자(PD1)와 아크 발생 위치간의 거리가 된다.
아크 발생 위치까지의 거리(Larc)는, 알고 있는 값으로 미리 설정되는 빛의 속도(Vc)와 광신호가 아크 발생 위치로부터 제 1 광전변환소자(PD1)까지 도달하는데 소요된 시간을 근거로, 다음의 2개의 연립방정식을 풀어 구할 수 있다.
Figure 112009030630678-PAT00001
Figure 112009030630678-PAT00002
상기 수식 (1), (2)에 있어서, tPD1 은 광신호가 제 1 광전변환소자(PD1)에 도달하는 데 소요되는 시간이고, tPD2 는 광신호가 제 2 광전변환소자(PD2)에 도달하는 데 소요되는 시간이며, td 는 tPD1 와 tPD2 간의 시간차이고 해당 시간차는 신호처리부(40)가 데이터 획득 유닛(30)으로부터 2개의 검출 데이터를 수신한 시간 차를 측정함으로써(예컨대 내장 클록 타이머 회로부를 이용하여 시간차 측정) 알 수 있는 값이며, ttotal 은 광섬유(20a)의 길이를 알고 있는 값인 광섬유(20a)내의 광속(Vc)으로 나눈 값으로서 미리 설정해 두는 값이다. 따라서, 알고 있는 td 의 값과 ttotal 의 값을 이용해서 미지의 tPD1 와 tPD2 에 대해서 상기 식 (1), (2)의 연립 방정식을 풀면 tPD1 와 tPD2 의 값을 구할 수 있다. 또한, 광섬유(20a)내의 광속(Vc)의 값은 알고 있는 값이므로, 제 1 광전변환소자(PD1)로부터 아크발생 위치까지의 거리(Larc)는 다음 식(3)에 의해서 구할 수 있다.
Figure 112009030630678-PAT00003
한편, 도 6을 주로 참조하고 도 1 및 도 2를 보조적으로 참조하여 본 발명에 따른 전력기기용 아크 발생 위치 측정장치를 이용한 전력기기용 아크 발생 위치 측정방법을 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 전력기기용 아크 발생 위치 측정방법은 아크 발생시 발생하는 광 신호를 전기적 신호로 변환하여 검출신호로서 출력하는 한 쌍의 광전변환소자(PD1, PD2)를 가지는 갖는 광 센서로서 루프센서(20)와, 루프센서(20)로부터의 검출신호를 아날로그-디지털 변환하여 검출 데이터로서 제공하는 데이터 획득 유닛(30)과, 상기 데이터 획득 유닛에 접속되고, 한 쌍의 광전변환소자(PD1, PD2) 각각의 검출 데이터를 수신하여, 아크 발생 위치를 산출하는 신호처리부(40)를 포함하는 전력기기용 아크 발생 위치 측정장치를 이용한 측정방법이다.
본 발명에 따른 전력기기용 아크 발생 위치 측정방법은 도 6을 참조할 수 있는 바와 같이 수신시간 차이 측정단계(ST1)와, 광전변환소자별 수신시간 산출 단계(ST2) 및 아크 발생 위치 산출단계(ST3)를 포함한다.
수신시간 차이 측정단계(ST1)는 신호처리부(40)가 데이터 획득 유닛(30)으로부터 한 쌍의 광전변환소자(PD1, PD2) 각각의 검출 데이터를 수신한 시간 차를 측정하는 단계로서, 예컨대 2개의 검출 데이터 수신 시점간의 차이를 내장 클록(clock) 회로부을 이용하여 측정할 수 있다.
광전변환소자별 수신시간 산출 단계(ST2)는, 신호처리부(40)가 상기 수신시 간 차이의 측정값과, 미리 알고 있는 상기 광 센서의 길이{다시말해서 광섬유(20a)의 길이}를 미리 알고 있는 광 센서 내 빛의 속도(Vc)로 나누어 구한 전체 수신시간을 근거로, 상기 각각의 검출 데이터의 수신시간(tPD1, tPD2)을 산출하는 단계로서, 미리 저장된 처리프로그램과 연산식을 이용해서 신호처리부(40)에 의해서 수행될 수 있다.
아크 발생 위치 산출단계(ST3)는, 광전변환소자별 수신시간 산출 단계(ST2)에서 산출한 수신시간에 미리 알고 있는 광 센서 내 빛의 속도(Vc)를 곱하여 아크 발생 위치를 산출하는 단계로서, 미리 저장된 처리프로그램과 연산식을 이용해서 신호처리부(40)에 의해서 수행될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 전력기기용 아크 발생 위치 측정장치 및 측정방법을 제공함에 의해서 넓은 범위의 아크 발생을 감시하기 위해서 광센서로서 루프센서를 사용하는 경우에도 사고 발생 위치를 신속히 측정할 수 있는 잇점을 얻을 수 있다.
또한 본 발명에 따른 전력기기용 아크 발생 위치 측정장치 및 측정방법을 제공함에 의해서 포인트센서와 루프센서의 2종의 광센서를 자유롭게 교체하여 접속할 수 있는 소형이고 저렴한 가격의 전력기기용 아크 발생 위치 측정장치를 제공할 수 있는 잇점을 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 전력기기용 아크 발생 위치 측정장치의 구성을 보여주는 구성 설명도이고,
도 2는 본 발명에 따른 전력기기용 아크 발생 위치 측정장치의 구성을 보여주는 개별 구성요소 분해도이며,
도 3은 본 발명에 따른 전력기기용 아크 발생 위치 측정장치에 있어서 루프 센서를 사용한 경우의 아크 발생과 아크 발생을 검출하는 광전변환소자의 출력이 데이터 획득 유닛의 커넥터에 전달되는 것을 보여주는 설명도이며,
도 4는 본 발명에 따른 전력기기용 아크 발생 위치 측정장치에 있어서 루프센서의 한 쌍의 광전변환소자 각각의 검출신호에 시간차가 발생하는 것을 보여주는 검출신호 비교 파형도이고,
도 5는 본 발명에 따른 전력기기용 아크 발생 위치 측정장치 및 방법에 있어서, 루프센서의 광섬유의 전길이중 어느 특정 하나의 위치에서 아크 발생에 따른 광신호의 발생과, 각각의 광전변환소자에 광신호가 도달하는 시간과, 전체 이동시간 및 아크 발생 위치까지의 거리 관계를 보여주는 관계 설명도이며,
도 6은 본 발명에 따른 전력기기용 아크 발생 위치 측정 방법의 단계적 구성을 보여주는 흐름도이다.
*도면의 주요부에 대한 부호의 설명
10: 포인트센서(point sensor) 10a: 광 픽업 부(optic pick-up portion)
10b: 광섬유 10c: 커넥터(connector)
20: 루프센서(loop sensor) 20a: 광섬유
20b: 커넥터
30: 데이터 획득 유닛(data acquisition unit)
30a: 제 1 커넥터 단자 30b: 제 2 커넥터 단자
30n: n번째 커넥터 단자
40: 신호처리부 50: 계전기
50a: 표시창
A: 아크(arc) CB: 회로차단기
PD1: 제 1 광전변환소자 PD2: 제 2 광전변환소자

Claims (7)

  1. 전력기기용 아크 발생 위치 측정장치에 있어서,
    아크에 의해 발생한 광신호를 전달하는 광섬유와, 상기 광섬유의 단부에 마련되고 접속하여 신호를 전달하는 커넥터(connector)를 갖는 광 센서;
    상기 광 센서의 커넥터에 접속되는 다수의 커넥터 단자와, 상기 커넥터 단자에 설치되며 광신호를 전기적 신호로 변환하여 검출신호로서 출력하는 광전변환소자를 가지며, 상기 광전변환소자로부터의 검출신호를 아날로그-디지털 변환하여 검출 데이터로서 제공하는 데이터 획득 유닛(data acquisition unit); 및
    상기 데이터 획득 유닛에 접속되어, 상기 데이터 획득 유닛으로부터 제공되는 검출 데이터를 수신하고,
    상기 광 센서가 포인트 센서(point sensor)인 경우, 해당 포인트 센서의 설치 위치에 따라서 저장된 위치정보로서 아크 발생 위치를 결정하며,
    상기 광 센서가 루프 센서(loop sensor)인 경우, 각각의 검출 데이터 수신시간의 차이를 측정한 측정값과 미리 설정된 광 센서 내 빛의 속도를 근거로, 아크 발생 위치를 산출하는 신호처리부;를 포함하는 전력기기용 아크 발생 위치 측정장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광 센서는 광섬유를 갖는 포인트 센서 또는 루프 센서로 구성되며,
    상기 포인트 센서 또는 루프 센서가 갖는 상기 커넥터는 상호 호환가능한 공통 커넥터로 구성되는 것을 특징으로 하는 전력기기용 아크 발생 위치 측정장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 광 섬유는 POF(Plastic Optical Fiber) 또는 HPCF(Hard Polymer Clad Fiber)로 구성되는 것을 특징으로 하는 전력기기용 아크 발생 위치 측정장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 신호처리부는,
    아크 발생시 회로차단기에 트립(trip) 제어신호를 제공하도록 접속되고,
    아크 발생시 계전기에 아크 발생 위치를 나타내는 표시신호를 제공하도록 접속되는 것을 특징으로 하는 전력기기용 아크 발생 위치 측정장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 계전기는 아크 발생 위치를 표시하는 디스플레이(display) 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력기기용 아크 발생 위치 측정장치.
  6. 아크에 의해 발생한 광신호를 전달하는 광 센서와, 광 신호를 전기적 신호로 변환하여 검출신호로서 출력하는 광전변환소자와, 상기 광전변환소자로부터의 검출신호를 아날로그-디지털 변환하여 검출 데이터로서 제공하는 데이터 획득 유닛(data acquisition unit)과, 상기 데이터 획득 유닛으로부터 검출 데이터를 수신하여, 아크 발생 위치를 산출하는 신호처리부를 포함하는 전력기기용 아크 발생 위치 측정장치를 이용한 전력기기용 아크 발생 위치 측정방법에 있어서,
    상기 각각의 검출 데이터의 수신시간 차이를 측정하는 수신시간 차이 측정단계;
    상기 수신시간 차이의 측정값과, 미리 알고 있는 상기 광 센서의 길이를 미리 알고 있는 광 센서 내 빛의 속도로 나누어 구한 전체 수신시간을 근거로, 상기 각각의 검출 데이터의 수신시간을 산출하는 광전변환소자별 수신시간 산출 단계; 및
    상기 광전변환소자별 수신시간 산출 단계에서 산출한 수신시간에 미리 알고 있는 광 센서 내 빛의 속도를 곱하여 아크 발생 위치를 산출하는 아크 발생 위치 산출단계;를 포함하는 전력기기용 아크 발생 위치 측정방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 광 센서는 루프 센서(loop sensor)인 것을 특징으로 하는 전력기기용 아크 발생 위치 측정방법.
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