KR20110048910A - 변압기 초음파 부분방전 카운터 및 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 부분 방전 센서로부터 입력된 부분 방전 센서 신호를 필터링, 증폭 및 디지털 변환하여 출력하는 아날로그 모듈, 아날로그 모듈로부터 입력된 신호를 설정값과 비교하여, 설정값을 초과하는 신호를 출력하는 데이터 비교부, 데이터 비교부로부터 입력되는 신호를 통해 카운팅 신호를 발생하는 제어부를 포함하되, 상기 아날로그 모듈은 100kHz~400kHz 대역의 신호를 필터링하는 것을 특징으로 하는 변압기 초음파 부분 방전 카운터 및 시스템에 관한 것이다.

센서, 변압기, 부분 방전

Description

변압기 초음파 부분방전 카운터 및 시스템{A PARTIAL DISCHARGE COUNTER AND SYSTEM FOR THE DIAGNOSIS OF MAIN TRANSFORMER}

본 발명은 변압기 초음파 부분방전 카운터 및 시스템에 관한 것이다.

변압기는 유입 변압기, 몰드 변압기, 아몰포스 변압기 등이 있다.

유입 변압기는 철심에 감은 코일을 절연유로 절연한 것으로 A종 절연 변압기이다. 몰드 변압기는 코일 주위에 전기적 특성이 큰 에폭시 수지를 고진공으로 침투시키고, 그 주위를 기계적 강도가 큰 에폭시 수지로 몰딩한 변압기이다. 아몰포스 변압기는 아몰포스 메탈 예를 들면 철, 붕소 및 규소 등의 혼합물을 융융, 금속 냉각 등의 방법으로 비정질 자성체를 만들고, 비정질 자성체를 사용하여 제조한 변압기로 고휴율 변압기의 한 종류이다.

유입 변압기의 경우 저가의 변압기로 가장 많이 보급되고 있다. 이러한 유입 변압기는 절연유 또는 절연지 등의 절연재료 이외에 동/알루미늄 등의 도전 재료, 규소 강판의 철심재료, 철/스테인레스 등의 구조 재료가 사용된다. 상기의 재료들 중 유입 변압기의 수명에 결정적인 영향을 미치는 재료는 절연재료이다.

따라서, 유입 변압기는 절연유 또는 절연지의 열화가 진행되거나 낙뢰서지, 개폐서지 등의 이상 전압 등의 이유로 수명이 감소된다.

특히, 유입 변압기는 부분 방전이 발생할 경우, 국부적 발열에 의해 절연유가 급격한 압출을 받아 충격파로 유중에 전달된다. 이때, 펄스 형태의 음파와 초음파가 발생하여 음파들이 변압기 내벽에 도달하면 기계적인 응력파로 변환된다.

종래의 유입 변압기의 부분 방전 측정 시스템의 경우 내장형 센서 등이 사용되었으나, 변압기 내부에 설치되므로 유지 및 보수의 문제점이 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 유입변압기의 부분 방전을 초음파 센서로 검출하고 검출된 빈도를 누적하여 카운팅 할 수 있는 변압기 초음파 부분 방전 카운터 및 시스템을 제공하는 데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 유입변압기의 외부에 부착이 가능한 부분 방전 감지 센서를 사용하고 50kHz 내지 400kHz의 광대역 필터를 이용하여 부분 방전을 용이하게 감지할 수 있는 변압기 초음파 부분 방전 카운터 및 시스템을 제공하는 데 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 부분 방전 감지 센서로부터 입력된 부분 방전 센서 신호를 필터링, 증폭 및 디지털 변환하여 출력하는 아날로그 모듈; 상기 아날로그 모듈로부터 입력된 신호를 설정값과 비교하여, 상기 설정값을 초과하는 신호를 출력하는 데이터 비교부; 상기 데이터 비교부로부터 입력되는 신호를 통해 카운팅 신호를 발생하는 제어부를 포함하되, 상기 아날로그 모듈은 100kHz~400kHz 대역의 신호를 필터링하는 것을 특징으로 하는 변압기 초음파 부분 방전 카운터를 제공할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 부분 방전 시 변압기 내부의 절연유를 통해 전달되는 펄스 형태의 탄성파를 감지하는 부분 방전 감지 센서부; 및 상기 부분 방전 감지 센서로부터 수신된 부분 방전 센싱 신호를 필터링, 증폭 및 디지털 변환한 후, 상기 디지털 변환된 부분 방전 센싱 신호가 설정값을 초과할 경우, 초과값을 누적 계수하여 표시하는 부분 방전 카운터를 포함하되, 상기 부분 방전 감지 센서는 50 내지 400kHz의 센싱 신호를 전송하는 것을 특징으로 하는 변압기 초음파 부분 방전 카운터 시스템을 제공할 수 있다.

본 발명에 따른 변압기 초음파 부분방전 카운터 및 시스템은 유입 변압기 내부의 부분 방전을 감시하여 고장을 미리 예측할 수 있는 장점이 있다.

본 발명에 따른 변압기 초음파 부분방전 카운터 및 시스템은 부분 방전 감지 센서가 변압기 외부에 부착되므로 변압기의 절연유와 직접 접촉하지 않아 센서 파손이 방지되는 장점이 있다.

본 발명에 따른 변압기 초음파 부분방전 카운터 및 시스템은 변압기의 부분 방전을 연속 감시할 수 있는 장점이 있다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면 번호에 상관없이 동일한 수단에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 변압기의 부분 방전 카운트 시스템을 도시한 블록도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 변압기의 부분 방전 카운트 시스템은 부분 방전 감지 센서부(100), 부분 방전 카운터(200) 및 모니터링부(300)를 포함한다.

구체적으로 부분 방전 감지 센서부(100)는 변압기 내부의 부분 방전으로 인한 부분 방전을 감지하여 부분 방전 카운터(200)로 전송한다.

부분 방전 감지 센서부(100)는 입력된 신호를 50kHz~400kHz 대역에서 필터링하여 카운터(200)로 전송한다. 이때, 부분 방전 감지 센서(100)는 이때, 부분 방전 감지 센서부(100)는 신호를 증폭하는 증폭부, 필터링하는 필터링부를 포함할 수 있다. 여기서, 증폭부는 센싱 신호를 증폭하거나 필터링된 신호를 증폭할 수 있다.

부분 방전 카운터(200)는 부분 방전 감지 센서부(100)로부터 입력된 센싱 신호를 카운팅한다.

부분 방전 카운터(200)는 입력되는 센싱 신호를 계수하여 표시하고, 이상 발생시 자동으로 시스템을 리셋시킬 수 있다. 부분 방전 카운터(200)는 AC 상용전원을 사용하며, 10% 이내의 전압변동률에 의한 오동작이 없도록 세팅된다.

부분 방전 카운터(200)는 입력된 센싱 신호를 필터부를 통해 필터링한다. 이때, 필터부는 밴드패스 필터를 사용할 수 있으며, 대역폭은 50kHz 내지 400kHz 대역 신호를 통과시킨다. 카운터(200)는 필터링된 신호를 증폭한다.

부분 방전 카운터(200)에 대한 설명은 도3을 참조하여 구체적으로 설명하기로 한다.

모니터링부(300)는 다수의 부분 방전 감지 센서부(100) 또는 카운터(200)의 상태를 모니터링 할 수 있다. 또한, 모니터링부(300)는 다수의 변압기를 구분하여 부분 방전 회수를 표시하고, 임계 부분 방전 회수를 함께 표시할 수도 있다.

도 2는 본 발명의 도 1에 도시된 부분 방전 감지 센서를 개략적으로 도시한 블록도이다.

도 2를 참조하면, 부분 방전 감지 센서부는 외함(50), 초음파 센서(70), 접촉매질(80) 및 자성체(60)를 포함한다.

구체적으로, 초음파 센서(70)는 변압기(10)에서 발생되는 50kHz~400kHz 대역의 초음파 신호를 감지한다. 이를 위하여, 본 발명에서는 초음파 센서를 사용한다.

초음파 센서(70)는 압전형 센서와 EMAT형 센서 등을 사용할 수 있다. 본 발명의 실시 예에서는 센서 감도가 좋은 압전형 센서를 사용하는 것을 예를 들어 설명하기로 한다.

압전형 센서는 변압기(10) 내에서 부분 방전 시 국부적 발열에 의해 절연유가 급격한 압출을 받아 충격파로 유중에 전달되고, 이때의 펄스 형태의 음파와 초 음파가 발생하여 음파들이 변압기 내벽에 도달하면 기계적인 응력파로 변환된 초음파 신호를 감지한다.

이러한 압전형 센서는 EMAT 센서와 비교하여 감도가 더 좋은 장점이 있으나 접촉 방식이므로 감도 향상을 위한 접촉매질(80)을 사용한다.

외함(50)은 초음파 센서(70)를 내장한다. 이때, 외함(50)과 초음파 센서(70)가 접촉하는 면은 신축성 재질로 제조된 완충재(90)를 삽입하여 초음파 센서(70)에 외부 신호가 인가되는 것을 방지한다.

한편 초음파 센서(70)는 필터 및 증폭기를 포함할 수 있다. 필터는 100kHz~400kHz 대역의 초음파 신호를 필터링 할 수 있는 대역통과 필터를 사용한다.

증폭기는 소정의 이득을 갖는 증폭기를 사용한다. 예를 들면, 증폭기는 신호대잡음비가 20dB 이상이 되도록 이득을 갖는 증폭기가 사용될 수 있다.

외함(50)은 IEC529규격의 IP33 이상의 강도를 갖는 재질로 구성된다. 외함(50)은 초음파 센서(70)를 변압기(10)에 용이하게 부착시키기 위한 자성체(60)을 추가로 구비할 수 있다.

도 3은 부분 방전 카운터를 개략적으로 도시한 블록도이다.

도 3을 참조하면, 부분 방전 카운터는 아날로그 모듈(210), 데이터 비교부(220), 제어부(230), 키 입력부(250) 및 표시부(240)를 포함할 수 있다.

아날로그 모듈(210)은 부분 방전 감지 센서부(100)로부터 입력된 센서 신호 를 필터링, 증폭 및 디지털 신호로 변환하여 데이터 비교부(220)에 전송한다.

이를 위하여, 아날로그 모듈(210)은 필터부, 증폭기 및 아날로그/디지털 컨버터를 포함할 수 있다.

필터부는 100kHz~400kHz 대역의 초음파 신호를 필터링 할 수 있는 대역통과 필터를 사용할 수 있다.

증폭기는 소정의 이득을 갖는 증폭기를 사용한다. 예를 들면, 증폭기는 이득이 20dB 또는 40dB를 갖는 증폭기를 선택적으로 사용할 수 있다. 그러나 이에 한정되지 않고, 40dB 이상의 신호 대 잡음비를 유지할 수 있는 이득을 갖는 증폭기를 사용할 수 있다.

아날로그/디지털 컨버터는 증폭된 센싱 신호를 디지털 신호로 변환한다.

데이터 비교부(220)는 입력되는 디지털 신호를 미리 설정된 값과 비교하여 센싱 신호와 노이즈 신호를 구분한다. 예를 들면, 데이터 비교부(220)는 특정 비트열을 갖는 데이터가 입력된 경우에만 신호를 제어부(230)에 전송하고 나머지 신호는 모두 소거할 수 있다.

또한 데이터 비교부(220)는 특정 비트열의 반복적으로 입력될 때, 몇 개의 특정 비트열을 묶어서 1회로 계수하도록 할 수도 있다.

제어부(230)는 데이터 비교부(220)로부터 입력된 특정 비트열을 갖는 신호를 수신하면 이벤트 발생으로 판단하고 카운팅 신호를 발생한다.

제어부(230)는 카운팅 신호를 누적 계수하여 표시부(240)에 전송한다. 이에 따라, 변압기의 총 누적 계수를 사용자가 확인할 수 있도록 한다.

제어부(230)는 부분 방전 검출 센서부(100), 아날로그 모듈(210), 데이터 비교부(220) 중 적어도 어느 하나가 비정상 동작하면 자동으로 리셋하는 리셋 기능을 포함할 수 있다.

한편, 본 발명에서는 자동으로 리셋하는 기능 이외에 사용자가 기기를 리셋할 수 있도록 외부에 키 입력부(250)를 더 구비할 수도 있다.

본 발명의 카운터(200)는 부분 방전 임계 회수를 미리 설정하여 누적 카운팅된 부분 방전 회수가 임계 회수에 근접하면 알람을 발생하거나, 외부 통신장치를 이용하여 알람 신호를 전송할 수도 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 변압기의 부분방전 카운트 시스템을 도시한 블록도.

도 2는 도 1에 도시된 부분 방전 감지 센서를 도시한 블록도.

도 3는 도 1에 도시된 부분 방전 카운터를 도시한 블록도.

<도면부호의 간단한 설명>

10: 변압기

50: 외함

60: 자성체

70: 초음파 센서

80: 접촉매질

90: 완충재

100: 부분 방전 감지 센서부

200: 부분 방전 카운터

210: 아날로그 모듈

220: 데이터 비교부

230: 제어부

240: 표시부

250: 키 입력부

300: 모니터링부

Claims (9)

1. 부분 방전 감지 센서로부터 입력된 부분 방전 센서 신호를 필터링, 증폭 및 디지털 변환하여 출력하는 아날로그 모듈;

   상기 아날로그 모듈로부터 입력된 신호를 설정값과 비교하여, 상기 설정값을 초과하는 신호를 출력하는 데이터 비교부;

   상기 데이터 비교부로부터 입력되는 신호를 통해 카운팅 신호를 발생하는 제어부를 포함하되,

   상기 아날로그 모듈은 100kHz~400kHz 대역의 신호를 필터링하는 것을 특징으로 하는 변압기 초음파 부분 방전 카운터.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제어부는

   카운팅 신호를 누적 계수하는 것을 특징으로 하는 변압기 초음파 부분 방전 카운터.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 누적 계수된 값을 표시하는 표시부를 포함하는 변압기 초음파 부분 방 전 카운터.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 제어부는

   상기 부분 방전 검출 센서, 아날로그 모듈, 데이터 비교부 중 적어도 어느 하나가 비정상 동작하면 자동으로 리셋하는 것을 특징으로 하는 변압기 초음파 부분 방전 카운터.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 아날로그 모듈은

   상기 100kHz~400kHz 대역의 신호를 필터링하는 필터부;

   상기 필터링된 신호를 신호대 잡음비가 40dB 이상이 되도록 증폭하는 증폭부를 포함하는 변압기 초음파 부분 방전 카운터
6. 부분 방전시 변압기 내부의 절연유를 통해 전달되는 펄스 형태의 탄성파를 감지하는 부분 방전 감지 센서; 및

   상기 부분 방전 감지 센서로부터 수신된 부분 방전 센싱 신호를 필터링, 증 폭 및 디지털 변환한 후, 상기 디지털 변환된 부분 방전 센싱 신호가 설정값을 초과할 경우, 초과값을 누적 계수하여 표시하는 부분 방전 카운터를 포함하되,

   상기 부분 방전 감지 센서는 50 내지 400kHz의 센싱 신호를 전송하는 것을 특징으로 하는 변압기 초음파 부분 방전 카운터 시스템.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 부분 방전 감지 센서부는

   상기 탄성파를 감지하는 감지 센서;

   상기 감지 센서를 수납하는 외함;

   상기 외함에 고정되어 상기 변압기에 부착되는 자석; 및

   상기 변압기와 상기 감지 센서 사이에 센싱 감도를 높이도록 형성된 접촉매질을 포함하는 변압기 초음파 부분 방전 카운터 시스템.
8. 제 6 항에 있어서,

   상기 부분 방전 감지 센서부는

   상기 50 내지 400kHz 대역의 신호를 필터링 하는 필터부; 및

   상기 필터링된 신호를 증폭하여 출력하는 증폭부를 포함하되,

   상기 증폭부는 출력되는 센싱 신호의 신호대 잡음비가 20dB이상이도록 이득 을 갖는 것을 특징으로 하는 변압기 초음파 부분 방전 카운터 시스템.
9. 제 6 항에 있어서,

   상기 부분 방전 감지 센서부에서 상기 카운터로 5V 이하의 전압 레벨을 갖는 센싱 신호를 전송하는 것을 특징으로 하는 변압기 초음파 부분 방전 카운터 시스템.

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