KR20100125811A - 고전압 전력기기의 부분방전 무선 검출 장치 - Google Patents

고전압 전력기기의 부분방전 무선 검출 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자기 전원(SELF POWER) 생성에 의해 동작하는 고전압 전력기기의 부분방전 검출 장치를 제공하려는 것으로서, 본 발명에 따라서 전력기기의 전기적 도체부 주위에 둘러싸게 설치되어 부분방전을 검출하는 부분방전 센서; 상기 전기적 도체부상에 설치되어, 상기 전기적 도체부에 흐르는 전류에 의해 유도되는 유도 전류를 근거로 직류전원을 제공하는 자기 전원(SELF POWER) 생성 부; 상기 자기 전원 생성 부로부터 공급되는 직류전원에 의해 동작하며, 상기 부분방전 센서가 검출한 부분방전 검출 신호를 처리하는 부분방전 신호 처리부; 및 상기 부분방전 신호 처리부에 접속되어, 상기 부분방전 신호 처리부로부터 출력되는 부분방전 데이터를 무선전송하는 무선 통신 부;를 포함하여 구성되는 고전압 전력기기의 부분방전 무선 검출 장치가 개시된다.
부분방전 검출, 자기 전원, 무선통신

Description

고전압 전력기기의 부분방전 무선 검출 장치{APPARATUS FOR WIRELESS DETECTING PARTIAL DISCHAGE OF HIGH VOLTAGE POWER SYSTEM DEVICES}
본 발명은 고전압 전력기기에 있어서 부분 방전 무선 검출 장치에 관한 것으로서, 특히 자기전원 생성으로 동작하는 고전압 전력기기의 부분방전 무선 검출 장치에 관한 것이다.
고전압 전력설비가 전력계통에 설치되어 운전되면 여러가지 원인에 따라 다양한 유형의 사고가 발생할 수 있으며, 사고에 따른 피해의 규모도 증가하는 추세이다. 이에 따라 사고가 발생하기 이전에 고전압 전력기기 내부의 이상 신호를 검출하기 위한 각종 진단 기법 및 첨단 장비들이 전력기기 진단에 적용되고 있으며, 부분방전(Partial Discharging)측정 기법이 전력설비의 이상 유무를 진단할 수 있는 가장 우수한 방법으로 평가되고 있다.
이러한 부분방전 검출을 위한 센서로서는 여러가지 검출 방식의 센서들이 개발되어 적용되고 있으며, 부분방전 검출 대상에 접촉식으로 설치되는 지 비접촉식으로 설치되는 지에 따라 접촉방식 센서와 비접촉방식으로 크게 구분되고 있다.
비접촉 방식의 센서{극초단파(UHF) 부분방전 센서, 음향방출(Acoustic Emission)부분방전 센서 등)는 적용 가능한 전력기기가 한정적인 단점이 있다. 즉, 극초단파(UHF) 부분방전 센서는 고전압 전력기기의 부분방전 신호가 해당 극초단파주파수 대역의 신호가 아닌 경우에는 적용할 수 없는 문제점이 있다. 또한, 극초단파(UHF) 부분방전 센서는 고전압 전력기기의 내부에 설치되고 검출 신호선은 외부로 기밀하게 인출되어야 하므로 설치와 유지 보수가 불편한 문제가 있다.
음향방출(Acoustic Emission)부분방전 센서는 진동을 통해 부분방전을 검출하는 방식으로서 고압 전력기기의 외함에 부착해야 하는 바, 외함이 없는 전력기기에는 사용이 불가능한 문제점과, 부분방전에 따른 진동전달에 부적합한 위치에 설치하는 경우 부분방전 검출의 신뢰성이 부족한 문제점이 있다.
접촉방식으로서 전력기기의 고전압부와 접지 사이에 설치되는 캐패시터 커플러(capacitor coupler) 방식의 부분방전 센서의 경우, 센서 자체가 전력설비의 고장 원인이 될 수 있어 사용에 주의가 필요한 문제점이 있다. 즉, 캐패시터 커플러(capacitor coupler) 방식의 부분방전 센서가 단락되는 경우, 고전압부의 전류가 접지로 흘러버린다든지, 캐패시터 커플러(capacitor coupler) 방식의 부분방전 센서가 단선되는 경우 접지가 되지 않는 것과 같은 문제를 발생할 수 있다는 것이다.
또한 절충형으로서 고전압 전력기기의 접지부에 접속하여 변류기 방식으로 부분방전을 검출하는 부분방전 센서도 제시되고 있으나, 이 경우 접지를 통해 혼입되는 노이즈(noise)에 취약하고, 다수의 전력기기에 대해서 공통접지하는 경우 주위의 다른 전력기기의 부분방전신호가 혼입될 수 있어 측정 신뢰성에 문제가 있다. 또한 신호선을 이용하여 검출한 부분방전신호를 전송해야 하므로 주변 운용중 전력 기기의 고전압에 의해 전송신호가 왜곡될 수 있는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해소하는 것으로서, 본 발명의 목적은, 전원선의 배선이 불필요하며 검출 신호를 무선통신할 수 있어 검출신호의 왜곡 없는 전송과 원격지에서의 수신 및 진단이 가능하며 설치와 유지 보수가 간편한 고전압 전력기기의 부분방전 무선 검출 장치를 제공하는 것이다.
상기 본 발명의 목적은, 고전압 전력기기의 부분방전 무선 검출 장치에 있어서,
상기 고전압 전력기기의 전기적 도체부 주위에 둘러싸게 설치되어 상기 고전압 전력기기의 부분방전을 검출하는 부분방전 센서;
상기 고전압 전력기기의 상기 전기적 도체부상에 설치되어, 상기 전기적 도체부에 흐르는 전류에 의해 유도되는 유도 전류를 근거로 직류전원을 제공하는 자기 전원(SELF POWER) 생성 부;
상기 자기 전원 생성 부 및 상기 부분방전 센서에 접속되어, 상기 자기 전원 생성 부로부터 공급되는 직류전원에 의해 동작하며, 상기 부분방전 센서가 검출한 부분방전 검출 신호를 처리하는 부분방전 신호 처리부; 및
상기 부분방전 신호 처리부에 접속되어, 상기 부분방전 신호 처리부로부터 출력되는 부분방전 검출 데이터를 무선전송하는 무선 통신 부;를 포함하여 구성되 는 본 발명에 따른 고전압 전력기기의 부분방전 무선 검출 장치를 제공함으로써 달성될 수 있다.
본 발명에 따른 고전압 전력기기의 부분방전 무선 검출 장치는, 부분방전 센서가 고전압 전력기기 내부의 고전압 도체부에 설치되는 구성이므로 부분방전 검출 감도가 우수하고, 무선 통신 구성을 가지고 접지부에 연결이 없으므로 공통 접지를 통한 노이즈의 유입 가능성 및 신호선을 통한 노이즈의 유입 가능성이 배제되고 고장발생시에도 검출 대상인 전력기기에 영향이 없는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 고전압 전력기기의 부분방전 무선 검출 장치는, 전력 기기에 흐르는 전류에 의해 유도되는 유도 전류를 근거로 직류전원을 제공하는 자기 전원(SELF POWER) 생성 부를 포함하므로, 전원선의 배선이 불필요한 효과를 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 고전압 전력기기의 부분방전 무선 검출 장치는, 부분방전 검출 데이터를 전송하는 무선 통신 부를 포함하므로, 통신선의 배선이 불필요하여 설치와 유지 보수가 간편하고 통신선의 배선이 없으므로 주변 전력기기의 고전압에 의한 검출신호의 왜곡(영향)이 배제될 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 고전압 전력기기의 부분방전 무선 검출 장치는, 부분방전 센서가 검출하고 무선 통신부가 전송한 부분방전 검출 데이터를 원격지에서 수신하여 부분방전 검출 데이터를 표시하고 2차적으로 상위의 분석용 서버 컴퓨터와 같은 장치에 데이터 송신할 수 있는 수단을 포함하므로, 원격지에서 부분방전 검출 데이터 를 처리 및 표시할 수 있을 뿐 아니라 2차적으로 상위의 분석용 서버 컴퓨터로 이더넷 또는 인터넷을 통해 전송하여 장거리에 이격된 위치에 다수의 전력기기에 대한 총괄 감시 시스템을 구축하고 감시할 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 상세한 설명에 의해서 더욱 명확히 이해될 수 있을 것이다.
먼저, 본 발명의 실시 예에 따른 고전압 전력기기의 부분방전 무선 검출 장치가 전력 기기의 전기적 도체부에 설치된 상태를 보여주는 설치 상태 사시도인 도 1과 본 발명의 실시 예에 따른 고전압 전력기기의 부분방전 무선 검출 장치에 포함되는 자기 전원(SELF POWER) 생성 회로에 대한 일 실시 예에 따른 회로도인 도 2와, 본 발명에 따른 고전압 전력기기의 부분방전 무선 검출 장치에 포함되는 전체적 주회로 구성을 보여주는 기능 블록 도인 도 3을 참조하여 설명한다.
도 1 내지 도 3에 있어서, 본 발명의 실시 예에 따른 고전압 전력기기의 부분방전 무선 검출 장치는, 부분방전 센서(5), 자기 전원 생성 부(2, 3, 4, 20), 부분방전 신호 처리부(3, 6)를 포함하여 구성된다.
도 1에 있어서, 도 1에 있어서, 부호 1는 부분방전 감시 대상인 고전압 전력기기의 전기적 도체부를 지시하며, 해당 전력기기의 단자부를 구성하는 부스바(bus bar)를 포함한다. 더욱 상세히, 고전압 전력기기는 교류 600볼트 이상의 고전압 또 는 교류 수백 킬로볼트이상의 송배전급 초고전압 전력회로를 수전, 배전, 변압, 차단하는 기능을 수행하는 진공차단기, 스위치기어(switchgear) 등을 포함할 수 있으며, 전기적 도체부(1)는 이러한 전력기기에서 전원측(인입측) 또는 부하측(배전측 또는 출력측)과의 선로 접속을 위해 전기적 도체로서 부스 바(bus bar)형태 등으로 마련되는 단자부분을 포함하여 의미하는 것으로 해석될 수 있다.
도 1 내지 도 3에 있어서, 자기 전원 생성 부(2, 3, 4, 20)는 도 1을 참조할 수 있는 바와 같은 규소 강판(2)과, 인쇄회로기판(3)과, 유도 코일(4)과, 자기 전원 생성 회로(20)을 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명에 따라서 규소 강판(2)이 고전압 전력기기의 전기적 도체부(1)상에 고정 설치될 수 있으며, 본 발명의 실시 예에 따라서 규소 강판은 막대형 적층 규소 강판으로 구성될 수 있다.
유도 코일(4)은 규소 강판(2) 주위에 감아져 설치되며, 상기 전력 기기에 흐르는 전류, 다시말해 전기적 도체부(1)를 통해 흐르는 전류에 따른 자기장 형성에 의해 유도된 교류 유도 전류를 제공한다.
규소 강판(2)상에는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같은 자기 전원(SELF POWER) 생성 회로(20)와, 무선 통신 부(7)를 포함하는 본 발명에 따른 고전압 전력기기의 부분방전 무선 검출 장치의 주 회로가 배치된 인쇄회로기판(3)이 설치된다. 도 1에 있어서, 미설명 부호 IN+와 IN-는 유도 코일(4)의 두 출력 단자로서, 특히 IN+는 유도 전류 코일 양극단자이고, IN-는 유도 전류 코일 음극단자이다. 실질적으로 IN+과 IN-를 통해 인가되는 전원은 교류전원이므로 양음의 극성은 무시될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시 예에 따른 고전압 전력기기의 부분방전 무선 검출 장치에 포함되는 자기 전원(SELF POWER) 생성 회로에 대한 일 실시 예에 따른 회로도인 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 2에 있어서, 자기 전원 생성 회로(20)는 고전압 전력기기에 흐르는 전류특히 도 1에 도시된 바와 같이 전기적 도체부(1)에 흐르는 전류에 따른 자기장에 의해 유도되는 전류를 유도 코일(4)로부터 받아 이를 이용하여 직류전원을 생성할 수 있다. 자기 전원 생성 회로(20)는, 정류 회로 부(21), 평활 회로 부(23)를 포함하여 구성된다.
정류 회로 부(21)는, 상기 도 1에 있어서 유도 코일(4)에 유도된 유도 전류를 직류 전류로 정류한다. 정류 회로 부(21)는 바람직하게 교류전류를 전파정류하는 다이오드 브릿지(diode bridge) 회로로 구성될 수 있다.
평활 회로 부(23)는 정류 회로 부(21)가 제공하는 직류 전류를 근거로 캐패시터(C1)의 충전 및 방전을 통해서 안정된 일정 정전압을 출력단자(OUT+, OUT-)를 통해 제공(출력)한다.
자기 전원 생성 회로(20)는, 정류 회로 부(21) 및 평활 회로 부(23)로 구성되는 직류 자기 전원 생성 회로이외에 도 2를 참조할 수 있는 바와 같이 과전류에 대한 바이패스 기능으로 과전류에 대해서 회로를 보호할 수 있는 회로부를 추가로 포함할 수 있다. 여기서, 보호되는 회로는 구체적으로 자기 전원 생성 부(20)자체의 구성 전자부품과 자기 전원 생성 부(20)로부터 직류전원을 공급받는 도 3의 주 회로 부의 인쇄회로기판(3)을 과전류로부터 보호할 수 있게된다. 이러한 해당 보호 회로부는 과전류 바이패스 회로 부(22), 비교 전압 회로 부(25), 기준 전압 회로 부(24) 및 비교기(26)를 추가로 포함하여 구성될 수 있다.
과전류 바이패스 회로 부(22)는 상기 유도 코일(4)을 통해 유입된 교류 유도 전류가 과전류 상태일 때 상기 유도 전류에 따른 상기 직류 전류를 접지로 바이패스(bypass)시키는 회로부로서, 실시 예상 게이트 제어에 따라 온(on) 또는 오프(off)의 스위칭이 제어될 수 있는 스위칭 소자(Q1), 예컨대 사이리스터(thyristor), IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)를 포함하는 다양한 반도체 스위치소자로 구성될 수 있다. 여기서 과전류 바이패스 회로 부(22)의 스위칭 소자(Q1)가 온 상태일 때 상기 유도 전류에 따른 상기 직류 전류를 접지로 바이패스(bypass)시키게 동작한다.
비교 전압 회로 부(25)는, 상기 유도 코일이 제공하는 교류 유도 전류에 따른 비교 전압, 다시 말해서 과전류인지 아닌지 결정할 대상 전압을 제공한다. 비교 전압 회로 부(25)는 도 2에 도시된 바와 같이 분압 저항들(R4, R5)로 구성될 수 있다.
기준 전압 회로 부(24)는 상기 유도 코일이 제공하는 교류 유도 전류를 과전류인지 아닌지 결정할 일정한(미리 결정된) 기준전압을 제공하는 회로 부로서, 분압 저항들(R1-R3) 및 정전압용 제너 다이오드(ZD)를 포함하여 구성될 수 있다.
비교기(26)는 비교 전압 회로 부(25)와 기준 전압 회로 부(24)에 접속되어, 상기 비교 전압이 상기 기준전압보다 크거나 같을 때, 상기 유도 전류에 따른 상기 직류 전류를 바이패스하도록 과전류 바이패스 회로 부(22)를 제어하는 제어출력(다시 말해 제어출력 신호)(CS)을 제공한다.
도 3에 있어서 R6는 직류전압원(VCC)와 비교기(6)의 출력단자간에 접속되는 풀업 저항(PULL UP RESISTOR)이다.
한편, 이와 같이 구성되는 본 발명에 따른 전력 기기 온도 감시용 측정 장치에 포함되는 자기 전원(SELF POWER) 생성 부(20)의 동작을 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
유도 전류 코일 양극단자(IN+)와 유도 전류 코일 음극단자(IN-)를 통해 교류 전원, 즉 도 1의 전기적 도체부(1)에 흐르는 교류전류에 따른 자기장에 의해 유도 코일(4)에 유도된 교류 전원은, 도 3에 도시된 바와 같은 자기 전원 생성 부(20)의 유도 전류 코일 양극단자(IN+)와 유도 전류 코일 음극단자(IN-)에 인가된다.
그러면, 정류 회로 부(1)는 상기 인가되는 교류 전원을 직류전원으로 정류하여 제공한다.
평활 회로 부(3)는 정류 회로 부(1)가 제공하는 직류 전류를 평활 커패시터에 의해 안정된 일정 정전압으로서 제공하며, 이러한 평활 회로 부(3)의 직류 정전압 출력은 자기 전원 생성 부(20)의 직류 전원 출력단자인 양의 출력단자(OUT+)와 음의 출력단자(OUT-)를 통해 도 3에 도시된 바와 같은 주 회로부의 인쇄회로기판(3)에 제공된다.
비교 전압 회로 부(25)를 통해 비교기(26)에 입력되는 비교 전압이, 기준 전압 회로 부(24)를 통해 비교기(26)에 입력되는 기준전압보다 크거나 같은 경우, 비 교기(26)는 과전류 바이패스 회로 부(22)를 바이패스 동작하게 구동하는 제어출력 신호(CS)를 과전류 바이패스 회로 부(22)에 출력한다. 따라서 과전류 바이패스 회로 부(22)의 반도체 스위치가 턴온(turn on)되어 과전류는 과전류 바이패스 회로 부(2)의 반도체 스위치를 통해 접지로 흐르고 따라서 자기 전원 생성 부(20)의 회로 부품들 및 도 3에 도시된 주 회로부의 인쇄회로기판(3)이 과전류로부터 보호될 수 있다.
비교 전압 회로 부(5)를 통해 비교기(6)에 입력되는 비교 전압이, 기준 전압 회로 부(4)를 통해 비교기(6)에 입력되는 기준전압보다 작은 경우 다시 말해서 자기 전원 생성 부(20)에 의해서 정상전원이 생성되어 정상전류가 흐르는 경우, 비교기(6)는 과전류 바이패스 회로 부(2)를 바이패스 동작하게 구동하는 제어출력 신호(CS)의 출력을 중단한다. 따라서 과전류 바이패스 회로 부(2)의 반도체 스위치가 턴오프(turn off)되고 따라서 정상전원은 자기 전원 생성 부(20)의 직류 전원 출력단자인 양의 출력단자(OUT+)와 음의 출력단자(OUT-)를 통해 도 3에 도시된 바와 같은 주 회로부의 인쇄회로기판(3)에 제공될 수 있다.
다시 도 1로 돌아가서, 부분방전 센서(5)는 고전압 전력기기의 전기적 도체부(1) 주위에 둘러싸게 설치되어 상기 고전압 전력기기의 부분방전을 검출한다. 부분방전 센서(5)로서는 본 발명의 일 실시 예에 따라서 전기적 도체부(1) 주위를 둘러싸게 설치되는 코어(core)와, 해당 코어에 감겨지는 코일을 포함하여 해당 코어를 관통하는 전기적 도체부(1)를 통해 흐르는 전류량에 비례하여 상기 코일에 유기되는 전압신호를 출력하는 변류기형 부분방전 센서가 바람직한 실시 예에 따라 구 성될 수 있다. 여기서, 변류기형 부분방전 센서는 해당 고전압 전력기기의 열화로 인한 부분방전 발생시 해당 전기적 도체부(1)를 통해 흐르는 전류량이 예컨대 정상 기준치 보다 작아지는 것을 검출하여 부분방전을 검출하는 방식의 센서이다. 도 1을 참조할 수 있는 바와 같이 부분방전 센서(5)의 출력신호는 부분방전 신호 출력단(5a)을 통해서 인쇄회로기판(3)으로 전송되고, 도 3을 참조할 수 있는 바와 같이 인쇄회로기판(3)상의 부분방전 신호 처리부(6)에 의해서 처리된다. 부분방전 신호 처리부(6)의 부분방전 센서(5)의 출력신호 처리 동작에 대해서는 도 3을 참조하여 후술에서 더욱 상세히 기술될 것이다.
한편, 본 발명에 따른 고전압 전력기기의 부분방전 무선 검출 장치에 포함되는 전체적 주회로 구성을 보여주는 기능 블록 도인 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 고전압 전력기기의 부분방전 무선 검출 장치에 포함되는 전체적 주회로의 구성과 작용을 설명하면 다음과 같다.
도 3에 있어서, 본 발명에 따른 고전압 전력기기의 부분방전 무선 검출 장치의 주회로는 부분방전 센서(5)와 인쇄회로기판(3)을 포함하여 구성된다.
부분방전 센서(5)는 도 1을 참조하여 상술한 바와 같이, 상기 고전압 전력기기의 전기적 도체부 주위에 둘러싸게 설치되어 상기 고전압 전력기기의 부분방전을 검출한다.
상기 인쇄회로기판(3)은 부분방전 신호 처리부((6)와, 무선통신부(7)를 포함하여 구성된다.
부분방전 신호 처리부((6)는 자기 전원 생성 부(20) 및 부분방전 센서(5)에 접속되어, 자기 전원 생성 부(20)로부터 공급되는 직류전원에 의해 동작하며, 부분방전 센서(5)가 검출한 부분방전 검출 신호를 처리한다. 부분방전 신호 처리부((6)는 증폭 및 필터 회로부(6a, 6b)와, 아날로그-디지털 변환부(6c) 및 중앙처리장치(6d)를 포함하여 구성될 수 있다. 증폭 및 필터 회로부(6a, 6b)는 증폭회로부(6a)와 대역통과필터(6b)를 포함하여 구성된다.
증폭회로부(6a)는 부분방전 센서(5)가 검출하여 제공한 부분방전 검출 신호를 증폭하여 출력하는 회로부로서, 예컨대 부분방전 센서(5)가 검출한 수십 내지 수백 밀리볼트(mV)정도의 부분방전 검출 신호를 열 배 내지 백배 증폭할 수 있는 증폭회로로 구성될 수 있다.
대역통과필터(6b)는 증폭된 부분방전 검출 신호에 대해서 미리 설정된 주파수 대역의 신호만을 통과시키는 필터회로로 구성될 수 있다.
아날로그-디지털 변환부(6c)는 대역통과필터(6b)를 통해 여파된 부분방전 검출 신호의 아날로그 신호를 후단의 중앙처리장치(6d)가 처리할 수 있도록 디지털 신호로 변환하여 출력한다.
중앙처리장치(6d)는 상기 아날로그-디지털 변환부에 접속되어, 상기 아날로부-디지털 변환부로부터 출력된 디지털 부분방전 검출 신호를 처리한다. 더욱 상세히 중앙처리장치(6d)는 아날로그-디지털 변환부(6c)에 의해서 디지털 변환된 부분방전 검출 신호를 포락선 처리(enveloping)하여 최대값과 해당 시간을 출력하는 처리를 수행한다. 다시 말해서, 중앙처리장치(6d)는 미리 설정한 기준값과 처리 프로그램을 근거로 포락선 검파하여 비정형적 형태의 상기 디지털 부분방전 검출 신호 파형을 단순화 및 정형화하고 정형화된 파형의 값 중 최대값을 추출하고 해당 시간을 출력하는 것이다.
무선통신부(7)는 부분방전 신호 처리부(6)에 접속되어, 부분방전 신호 처리부(6)로부터 출력되는 부분방전 검출 데이터를 무선전송한다. 무선통신부(7)는 상기 부분방전 검출 데이터를 미리 설정된 주파수의 무선신호로 변조할 수 있고 상기 미리 설정된 주파수의 무선신호를 수신할 수 있는 무선 주파수 모뎀(Radio Frequency Modem)(7a)와, 상기 무선신호를 송수신하기 위한 무선 안테나로서 제 1 안테나(7b)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 제 1 안테나(7b)는 바람직하게 표면 실장 형 안테나로 구성되어, 안테나의 설치와 고정을 위한 수단이 불필요하고 해당 공간이 불필요하므로 본 발명에 따른 고전압 전력기기의 부분방전 무선 검출 장치의 설치가 간편하고 전체 크기가 축소될 수 있는 잇점을 얻을 수 있다.
한편, 도 4를 참조하여 설명한다.
도 1 내지 도 3의 본 발명에 따른 고전압 전력기기의 부분방전 무선 검출 장치가 고전압 전력기기내에 설치되어 부분방전 검출 데이터를 생성하기 위한 수단이라면, 도 4에 도시된 회로부는 본 발명의 부분방전 무선 검출 장치에 포함될 수 있지만 고전압 전력기기로부터 이격된 원격지에 설치되어 고전압 전력기기의 부분방전을 감시하기 위한 구성부로서, 도 1 내지 도 3의 본 발명에 따른 고전압 전력기기의 부분방전 무선 검출 장치로부터 무선 송신되는 부분방전 무선 검출 신호를 수신하고, 처리하여 부분방전 여부를 결정하며, 표시하고, 상위 시스템으로부터의 부분방전 데이터 송신요구가 있는 경우 부분방전 데이터를 상위 시스템에 전송하는 기능을 수행하는 구성부이다. 도 4에 도시된 바와 같은 구성부들은 예컨대 무선 송수신과 데이터 송수신 및 마이크로 프로세서 기능을 가진 단말기, 개인용 컴퓨터, 노트북(notebook) 컴퓨터와 같은 휴대용 컴퓨터 등으로 구성될 수 있다.
도 4에 도시된 구성부는 무선 수신부(30)와, 제 2 중앙처리장치(33)와, 표시부(34)와, 데이터 통신부(35)를 포함하여 구성될 수 있다.
무선 수신부(30)는 도 3의 무선 통신 부(7)로부터의 부분방전 검출 데이터를 수신한다. 무선 수신부(30)는 제 2 안테나(31)와 제 2 무선 모뎀(32)을 포함하여 구성될 수 있다. 제 2 안테나(31)는 도 3의 무선 통신 부(7)로부터의 부분방전 검출 데이터의 무선 신호를 수신하여 접속된 제 2 무선 모뎀(32)에 제공한다.
제 2 무선 모뎀(32)은 수신한 무선 신호를 복조하여 부분방전 검출 데이터를 출력한다.
제 2 중앙처리장치(33)는 무선 수신부(30)에 접속되어, 상기 부분방전 검출 데이터를 처리하고 상기 부분방전 검출 데이터를 표시제어하며 다른 기기와의 데이터 통신을 위해 처리한 부분방전 검출 데이터를 출력한다. 더욱 상세히, 제 2 중앙처리장치(33)는 상기 부분방전 검출 데이터를 미리 설정한 부분방전 신호인지 아닌지 결정하기 위한 기준값과 비교하여 부분방전 발생 여부를 결정할 수 있다. 예컨대 상기 부분방전 검출 데이터의 값이 미리 설정된 기준값 보다 작은 경우 해당 고전압 전력기기에 부분방전이 발생한 것으로 결정할 수 있다. 제 2 중앙처리장치(33)는 부분방전이 발생한 경우 해당 부분방전 검출 데이터의 값과 해당 시간을 표시부(34)로 출력하여 표시하도록 제어할 수 있다. 또한, 제 2 중앙처 리장치(33)는 접속된 데이터 통신부(35)을 통해 상위 시스템으로부터 부분방전 검출 데이터의 송신 요구 신호가 수신되는 경우, 해당 부분방전 검출 데이터의 값과 해당 시간을 데이터 통신부(35)를 통해 상위 시스템으로 전송한다. 여기서, 상위 시스템은 데이터 통신부(35)와 이더넷(ethernet) 또는 인터넷(internet) 데이터 통신망을 통해 접속될 수 있는 서버(server)와 개인용 컴퓨터 등 종합 감시 시스템을 의미하는 것으로 해석될 수 있다. 이러한 종합 감시 시스템은 다수의 고전압 전력기기에 대응되는 다수의 본 발명에 따른 고전압 전력기기의 부분방전 무선 검출 장치의 데이터를 축적하고 종합 감시 및 관리할 수 있는 시스템이다.
표시부(34)는 제 2 중앙처리장치(33)에 접속되어 제 2 중앙처리장치(33)가 제공하는 부분방전 검출 데이터를 표시해주는 수단이며, 예컨대 액정 디스플레이로 구성될 수 있다. 하는 표시부; 및
데이터 통신부(35)는 제 2 중앙처리장치(33)에 접속되고, 다른 기기와의 데이터 통신을 위한 수단을 제공한다. 더욱 상세히, 데이터 통신부(35)는 이더넷(ethernet) 또는 인터넷(internet) 데이터 통신을 통한 상기 상위 시스템과 데이터 통신을 위해서 이더넷 랜 카드(Ethernet Local Area Network Card)와 같은 데이터 통신 접속용 회로장치로 구성될 수 있다.
한편, 상술한 바와 같이 구성되는 본 발명에 따른 고전압 전력기기의 부분방전 무선 검출 장치의 동작을 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한다.
도 1 내지 도 3을 참조하여 그 상세 구성과 동작을 설명한 자기 전원 생성부(2, 3, 4, 20)로부터의 전원 공급에 의해, 도 3에 도시된 고전압 전력기기의 부분방전 무선 검출 장치가 동작한다.
부분방전 센서(5)는 상기 고전압 전력기기의 부분방전을 검출한다. 더욱 상세히, 부분방전 센서(5)는, 도 1을 참조할 수 있는 바와 같이 전기적 도체부(1)를 둘러싸게 설치되는 코어와 검출코일에 의한 변류기 센서로 구성되어 부분방전에 따른 전기적 도체부(1)를 흐르는 전류량 변화를 예컨대 아날로그 전압신호로서 검출한다.
부분방전 센서(5)가 검출한 부분방전 검출 신호는 부분방전 신호 출력단(5a)을 통해서 인쇄회로기판(3)으로 전송되고, 도 3을 참조할 수 있는 바와 같이 인쇄회로기판(3)상의 부분방전 신호 처리부(6)에 의해서 처리된다. 부분방전 신호 처리부(6)의 부분방전 센서(5)의 출력신호 처리 동작에 대해서는 도 3을 참조하여 설명한다.
도 3에 있어서, 부분방전 신호 처리부((6)는 자기 전원 생성 부(20) 및 부분방전 센서(5)에 접속되어, 자기 전원 생성 부(20)로부터 공급되는 직류전원에 의해 동작하며, 부분방전 센서(5)가 검출한 부분방전 검출 신호를 처리한다.
먼저, 부분방전 신호 처리부((6)의 증폭회로부(6a)는 부분방전 센서(5)가 검출하여 제공한 부분방전 검출 신호를 증폭하여 출력하며, 예컨대 부분방전 센서(5)가 검출한 수십 내지 수백 밀리볼트(mV)정도의 부분방전 검출 신호를 열 배 내지 백배 증폭하여 출력한다.
다음, 대역통과필터(6b)는 증폭된 부분방전 검출 신호에 대해서 정상적 부분방전 검출 신호에 상응하게 미리 설정된 주파수 대역의 신호만을 통과시키고 불필 요한 저주파 신호 또는 고주파 신호를 제거한다.
다음, 아날로그-디지털 변환부(6c)는 대역통과필터(6b)를 통해 여파된 부분방전 검출 신호의 아날로그 신호를 후단의 중앙처리장치(6d)가 처리할 수 있도록 디지털 신호로 변환하여 출력한다.
다음, 중앙처리장치(6d)는 아날로부-디지털 변환부(6c)로부터 출력된 디지털 부분방전 검출 신호를 포락선 처리(enveloping)하여 최대값과 해당 시간을 출력하는 처리를 수행한다. 다시 말해서, 중앙처리장치(6d)는 미리 설정한 기준값과 처리 프로그램을 근거로 포락선 검파하여 비정형적 형태의 상기 디지털 부분방전 검출 신호 파형을 단순화 및 정형화하고 정형화된 파형의 값 중 최대값을 추출하고 해당 시간을 출력하는 것이다.
다음, 무선통신부(7)는 무선 주파수 모뎀(Radio Frequency Modem)(7a)와, 상기 무선신호를 송수신하기 위한 제 1 안테나(7b)를 포함하여, 부분방전 신호 처리부(6)로부터 출력되는 부분방전 검출 데이터를 무선전송한다.
다음, 본 발명에 따른 고전압 전력기기의 부분방전 무선 검출 장치에 있어서, 전술한 부분방전 검출 데이터 신호의 생성과 전송 동작 이후 단계 즉 도 4에 도시된 고전압 전력기기로부터 이격된 원격지에 설치되어 고전압 전력기기의 부분방전을 감시하기 위한 구성부의 수신 및 처리 장치의 동작을 설명한다.
무선수신부(30)가 도 3을 참조하여 상술한 고전압 전력기기의 부분방전 무선 검출 장치의 무선통신부(7)로부터 송신된 부분방전 검출 데이터 신호를 수신하면, 무선수신부(30)는 제 2 안테나(31)와 제 2 무선 모뎀(32)을 포함하여, 제 2 안테나(31)는 도 3의 무선 통신 부(7)로부터의 부분방전 검출 데이터의 무선 신호를 수신하여 접속된 제 2 무선 모뎀(32)에 제공한다.
제 2 무선 모뎀(32)은 수신한 무선 신호를 복조하여 부분방전 검출 데이터를 출력한다.
제 2 중앙처리장치(33)는 상기 부분방전 검출 데이터를 미리 설정한 부분방전 신호인지 아닌지 결정하기 위한 기준값과 비교하여 예컨대 상기 부분방전 검출 데이터의 값이 미리 설정된 기준값 보다 작은 경우 해당 고전압 전력기기에 부분방전이 발생한 것으로 결정할 수 있다. 제 2 중앙처리장치(33)는 부분방전이 발생한 경우 해당 부분방전 검출 데이터의 값과 해당 시간을 표시부(34)로 출력하여 표시하도록 제어한다. 또한, 제 2 중앙처리장치(33)는 접속된 데이터 통신부(35)을 통해 상위 시스템으로부터 부분방전 검출 데이터의 송신 요구 신호가 수신되는 경우, 해당 부분방전 검출 데이터의 값과 해당 시간을 데이터 통신부(35)를 통해 상위 시스템으로 전송한다.
표시부(34)는 제 2 중앙처리장치(33)에 접속되어 제 2 중앙처리장치(33)가 제공하는 부분방전 검출 데이터를 표시해준다.
데이터 통신부(35)는 이더넷(ethernet) 또는 인터넷(internet) 데이터 통신을 통해 상기 상위 시스템과 통신 접속되어 부분방전 검출 데이터를 전송할 수 있다.
이상 상술한 바와 같이 본 발명에 따른 고전압 전력기기의 부분방전 무선 검출 장치는, 부분방전 센서가 고전압 전력기기 내부의 고전압 도체부에 설치되는 구 성이므로 부분방전 검출 감도가 우수하고, 무선 통신 구성을 가지고 접지부에 연결이 없으므로 공통 접지를 통한 노이즈의 유입 가능성 및 신호선을 통한 노이즈의 유입 가능성이 배제되고 고장발생시에도 검출 대상인 전력기기에 영향이 없는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 고전압 전력기기의 부분방전 무선 검출 장치는, 전력 기기에 흐르는 전류에 의해 유도되는 유도 전류를 근거로 직류전원을 제공하는 자기 전원(SELF POWER) 생성 부를 포함하므로, 전원선의 배선이 불필요한 효과를 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 고전압 전력기기의 부분방전 무선 검출 장치는, 부분방전 검출 데이터를 전송하는 무선 통신 부를 포함하므로, 통신선의 배선이 불필요하여 설치와 유지 보수가 간편하고 통신선의 배선이 없으므로 주변 전력기기의 고전압에 의한 검출신호의 왜곡(영향)이 배제될 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 고전압 전력기기의 부분방전 무선 검출 장치는, 부분방전 센서가 검출하고 무선 통신부가 전송한 부분방전 검출 데이터를 원격지에서 수신하여 부분방전 검출 데이터를 표시하고 2차적으로 상위의 분석용 서버 컴퓨터와 같은 장치에 데이터 송신할 수 있는 수단을 포함하므로, 원격지에서 부분방전 검출 데이터를 처리 및 표시할 수 있을 뿐 아니라 2차적으로 상위의 분석용 서버 컴퓨터로 이더넷 또는 인터넷을 통해 전송하여 장거리에 이격된 위치에 다수의 전력기기에 대한 총괄 감시 시스템을 구축하고 감시할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 고전압 전력기기의 부분방전 무선 검출 장치가 전력 기기의 전기적 도체부에 설치된 상태를 보여주는 설치 상태 사시도이고,
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 고전압 전력기기의 부분방전 무선 검출 장치에 포함되는 자기 전원(SELF POWER) 생성 회로에 대한 일 실시 예에 따른 회로도이고,
도 3은 본 발명에 따른 고전압 전력기기의 부분방전 무선 검출 장치에 포함되는 전체적 주회로 구성을 보여주는 기능 블록 도이며,
도 4는 본 발명에 따른 고전압 전력기기의 부분방전 무선 검출 장치에 있어서, 부분방전 무선 검출 장치에 포함될 수 있는 부분방전 무선 신호의 수신 및 처리 장치의 구성 예를 보여주는 기능 블록 도이다.
*도면의 주요부에 대한 부호의 설명
1: 전기적 도체부 2: 규소 강판
3: 인쇄회로기판 4: 유도코일
5: 부분방전 센서 6: 부분방전 신호 처리부
6a: 증폭회로부 6b: 대역통과필터
6c: 아날로그-디지털 변환부 6d: 제 1 중앙처리장치
7: 무선 통신부 7a: 제 1 무선 모뎀
7b: 제 1 안테나
20: 자기 전원 생성회로 21: 정류부
22: 과전류 바이패스 회로 부 23: 평활 회로 부
24: 기준전압 회로 부 25: 비교전압 회로 부
26: 비교기 CS: 스위치 제어신호
IN+: 유도 전류 코일 양극단자 IN-: 유도 전류 코일 음극단자
OUT+: 자기 전원 양극 출력단자 OUT-: 자기 전원 음극 출력단자
30: 무선 수신부
31: 제 2 안테나 32: 제 2 무선모뎀
33: 제 2 중앙처리장치 34: 표시부
35: 데이터 통신부

Claims (16)

  1. 고전압 전력기기의 부분방전 무선 검출 장치에 있어서,
    상기 고전압 전력기기의 전기적 도체부 주위에 둘러싸게 설치되어 상기 고전압 전력기기의 부분방전을 검출하는 부분방전 센서;
    상기 고전압 전력기기의 상기 전기적 도체부상에 설치되어, 상기 전기적 도체부에 흐르는 전류에 의해 유도되는 유도 전류를 근거로 직류전원을 제공하는 자기 전원(SELF POWER) 생성 부;
    상기 자기 전원 생성 부 및 상기 부분방전 센서에 접속되어, 상기 자기 전원 생성 부로부터 공급되는 직류전원에 의해 동작하며, 상기 부분방전 센서가 검출한 부분방전 검출 신호를 처리하는 부분방전 신호 처리부; 및
    상기 부분방전 신호 처리부에 접속되어, 상기 부분방전 신호 처리부로부터 출력되는 부분방전 검출 데이터를 무선전송하는 무선 통신 부를 포함하여 구성되는 고전압 전력기기의 부분방전 무선 검출 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 부분방전 신호 처리부는,
    상기 부분방전 센서가 검출한 부분방전 검출 신호를 증폭하는 증폭회로부;
    증폭된 부분방전 검출 신호를 아날로그-디지털 변환하여 출력하는 아날로그-디지털 변환부; 및
    상기 아날로그-디지털 변환부에 접속되어, 상기 아날로부-디지털 변환부로부터 출력된 디지털 부분방전 검출 신호를 처리하는 중앙처리장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압 전력기기의 부분방전 무선 검출 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 증폭회로부와 상기 아날로그-디지털 변환부사이에 접속되어, 상기 증폭된 부분방전 검출 신호에 대해서 미리 설정된 주파수 대역의 신호만을 통과시키는 대역통과 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압 전력기기의 부분방전 무선 검출 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 중앙처리장치는,
    디지털 변환된 부분방전 검출 신호를 포락선 처리하여 최대값과 해당 시간을 출력하는 처리를 수행하는 중앙처리장치인 것을 특징으로 하는 고전압 전력기기의 부분방전 무선 검출 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 무선 통신 부는,
    상기 부분방전 검출 데이터를 미리 설정된 주파수의 무선신호로 변조할 수 있고 상기 미리 설정된 주파수의 무선신호를 수신할 수 있는 무선 주파수 모뎀(Radio Frequency Modem); 및
    상기 무선신호를 송수신하기 위한 무선 안테나를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고전압 전력기기의 부분방전 무선 검출 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 무선 안테나는 표면 실장 형 안테나인 것을 특징으로 하는 고압 전력기기의 부분방전 무선 검출 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 자기 전원 생성 회로는,
    상기 유도 전류를 직류 전류로 정류하는 정류 회로 부; 및
    상기 정류 회로 부가 제공하는 직류 전류를 근거로 안정된 일정 정전압으로서 제공하는 평활 회로 부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고압 전력기기의 부분방전 무선 검출 장치.
  8. 고압 전력기기의 부분방전 무선 검출 장치에 있어서,
    상기 고압 전력기기의 전기적 도체부에 고정 설치되는 적층 규소 강판;
    상기 적층 규소 강판 주위에 감아져 설치되며, 상기 고압 전력기기에 흐르는 전류에 따른 자기장 형성에 의해 유도된 교류 유도 전류를 제공하는 유도 코일;
    상기 적층 규소 강판 상에 고정적으로 설치되는 주회로 기판;
    상기 주회로 기판상에 설치되며, 상기 유도 코일이 제공하는 교류 유도 전류를 직류 전류로 정류하고 안정된 직류 정전압으로서 직류전원을 제공하는 자기 전원(SELF POWER) 생성 회로;
    상기 고전압 전력기기의 전기적 도체부 주위에 둘러싸게 설치되어 상기 고전압 전력기기의 부분방전을 검출하는 부분방전 센서;
    상기 자기 전원 생성 부 및 상기 부분방전 센서에 접속되어, 상기 자기 전원 생성 부로부터 공급되는 직류전원에 의해 동작하며, 상기 부분방전 센서가 검출한 부분방전 검출 신호를 처리하는 부분방전 신호 처리부; 및
    상기 부분방전 신호 처리부에 접속되어, 상기 부분방전 신호 처리부로부터 출력되는 부분방전 검출 데이터를 무선전송하는 무선 통신 부를 포함하여 구성되는 고전압 전력기기의 부분방전 무선 검출 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 무선 통신 부는,
    상기 부분방전 검출 데이터를 미리 설정된 주파수의 무선신호로 변조할 수 있고 상기 미리 설정된 주파수의 무선신호를 수신할 수 있는 무선 주파수 모뎀(Radio Frequency Modem); 및
    상기 무선신호를 송수신하기 위한 무선 안테나를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고전압 전력기기의 부분방전 무선 검출 장치.
  10. 제9에 있어서,
    상기 무선 안테나는 표면 실장 형 안테나인 것을 특징으로 하는 고전압 전력기기의 부분방전 무선 검출 장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 자기 전원 생성 회로는,
    상기 유도 코일로부터의 교류 유도 전류를 직류 전류로 정류하는 정류 회로 부; 및
    상기 정류 회로 부가 제공하는 직류 전류를 근거로 안정된 일정 정전압으로서 제공하는 평활 회로 부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고전압 전력기기의 부분방전 무선 검출 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 자기 전원 생성 회로는,
    상기 교류 유도 전류가 과전류 상태일 때 상기 유도 전류에 따른 상기 직류 전류를 바이패스(bypass)시키는 과전류 바이패스 회로 부;
    상기 유도 코일이 제공하는 교류 유도 전류에 따른 비교 전압을 제공하는 비교 전압 회로 부;
    일정한 기준전압을 제공하는 기준 전압 회로 부; 및
    상기 비교 전압 회로 부와 상기 기준 전압 회로 부에 접속되어, 상기 비교 전압이 상기 기준전압보다 크거나 같을 때, 상기 유도 전류에 따른 상기 직류 전류를 바이패스하도록 상기 과전류 바이패스 회로 부를 제어하는 제어출력을 제공하는 비교기를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압 전력기기의 부분방전 무선 검출 장치.
  13. 제8항에 있어서,
    부분방전 신호 처리부는,
    상기 부분방전 센서가 검출한 부분방전 검출 신호를 증폭하는 증폭회로부;
    상기 증폭회로부에 접속되어, 증폭된 부분방전 검출 신호를 아날로그-디지털 변환하여 출력하는 아날로그-디지털 변환부; 및
    상기 아날로그-디지털 변환부에 접속되어, 상기 아날로부-디지털 변환부로부터 출력된 디지털 부분방전 검출 신호를 처리하는 중앙처리장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압 전력기기의 부분방전 무선 검출 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 증폭회로부와 상기 아날로그-디지털 변환부사이에 접속되어, 상기 증폭된 부분방전 검출 신호에 대해서 미리 설정된 주파수 대역의 신호만을 통과시키는 대역통과 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압 전력기기의 부분방전 무선 검출 장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 중앙처리장치는,
    디지털 변환된 부분방전 검출 신호를 포락선 처리하여 최대값과 해당 시간을 출력하는 처리를 수행하는 중앙처리장치인 것을 특징으로 하는 고전압 전력기기의 부분방전 무선 검출 장치.
  16. 제1항 또는 제8항에 있어서,
    상기 무선 통신 부로부터의 부분방전 검출 데이터를 수신하는 무선 수신부;
    상기 무선 수신부에 접속되어, 상기 부분방전 검출 데이터를 처리하고 상기 부분방전 검출 데이터를 표시제어하며 다른 기기와의 데이터 통신을 위해 처리한 부분방전 검출 데이터를 출력하는 중앙처리장치;
    상기 중앙처리장치에 접속되어 상기 중앙처리장치가 제공하는 부분방전 검출 데이터를 표시하는 표시부; 및
    상기 중앙처리장치에 접속되고, 다른 기기와의 데이터 통신을 위한 수단을 제공하는 데이터 통신부;를 더 포함하여 구성되는 고전압 전력기기의 부분방전 무선 검출 장치.
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