KR20150036895A - 해저케이블 고장구간 탐색 및 고장복구 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 해저케이블 고장구간 탐색시스템을 이용한 고장구간 탐색하여 고장복구를 수행하는 방법에 관한 것으로, 해저케이블 고장구간 탐색시스템을 이용하여 고장구간 탐색하여 고장복구를 수행하는 방법에 있어서, 해저케이블의 제1측에서 시험전류를 주입하고 이때 발생되는 자계를 탐색하여 제1 자계검출패턴을 분석하는 단계와, 해저케이블의 제2측에서 시험전류를 주입하고 이때 발생되는 자계를 탐색하여 제2 자계검출패턴을 분석하는 단계와, 상기 제1 및 제2 자계검출패턴을 분석할 결과 상기 제1 및 제2 자계검출패턴에 경사패턴이 발견되면 고장구간인 것으로 판단하고, 제1 및 제2 자계검출패턴에 대하여 패턴비교 분석하는 단계와, 상기 패턴비교 분석을 통해 상기 제1 및 제2 자계검출패턴이 동일 구간에서 크로스 패턴으로 존재할 경우, 이 구간 내에 고장점이 존재하는 것으로 판단하는 단계 및 상기 크로스 패턴이 발생한 지점을 중심으로 데이터 분석을 통해 고장구간 또는 고장점을 추출하는 단계를 포함한다.

Description

해저케이블 고장구간 탐색 및 고장복구 방법{DISCRIMINATION AND RESTORATION METHOD FOR DETECTING FAULT SECTION OF SUBMARINE CABLE}
본 발명은 해저케이블 고장구간 탐색 및 고장복구 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 금속시스가 다중접지된 해저케이블의 고저항 지락고장 또는 내부고장 발생시 고장회로에 인위적으로 시험전류를 주입하여 금속시스 접지점을 경계로 하는 구간별 자계검출 변화패턴 특성을 이용하여 고장구간을 판별할 수 있고, 또한 금속시스 접지점 사이를 고려한 예비케이블을 확보함으로써 고장복구도 용이하게 수행할 수 있도록 하는 해저케이블 고장구간 탐색 및 고장복구 방법에 관한 것이다.
우리나라의 도서지역 전력공급을 담당하고 있는 배전 해저케이블은 대부분 남해안에 설치되어 있으며, 그 다음으로 서해안 그리고 제주도에 설치되어 있다.
또한 제주와 육지간 전력공급을 담당하고 있는 송전급 해저케이블로는 제주와 해남간 설치 운전 중인 HVDC(High Voltage Direct Current) 해저케이블과 최근 건설된 제주와 진도간 해저케이블이 있으며, 제주지역 전력의 50% 이상을 담당할 것으로 전망되고 있다. 또한 대규모 해상풍력의 육지계통연계와 동북아 계통연계까지 고려하면 해저케이블 증가는 더욱 가속화될 것으로 보인다.
이러한 해저케이블 설치방법은 매설방식과 비 매설방식으로 분류되는데 한국전력공사에서는 배전 해저케이블의 경우 2003년부터 전량 매설방식으로 시공하고 있다. 그리고 송전급 HVDC 해저케이블은 전 구간 매설방식을 채택하여 시공하고 있다.
상기와 같이 매설방식을 채택하고 있는 주된 이유는 태풍, 지형영향 등으로 인한 자연 재해적 요인과, 선박의 어로행위 또는 정박시 투묘(닻 내림) 등의 인위적 위해요소로부터 해저케이블을 완전히 보호하여 도서지역 고객에 대한 안정적인 전력공급을 확보함으로써, 국민 편익을 도모하는 데 목적이 있으며, 해저케이블의 경우 고장이 발생하면 고장복구에 막대한 비용이 발생하므로 이를 미연에 방지하고자 하는 데 그 목적이 있다.
현재 해저구간에 포설된 해저케이블의 개략위치 탐색은 해저케이블 단말에 측정회로를 구성하여 개략적인 고장위치를 계산하는 방법으로 펄스를 이용하는 TDR(Time Domain Reflector)과 휘트스토운 브릿지 원리를 이용한 머레이 루프법을 사용하여 고장위치를 측정하여 개략적인 위치를 계산하고 있다. 이때 오차는 약 1% 내외이지만, 해저케이블 구간이 길수록 오차범위는 커지며, 해저구간의 경우 여러 가지 장애요인으로 고장점의 오차가 클수록 고장복구에 지장을 초래한다.
따라서 개략적인 위치가 측정되면 다음으로 고장복구에 필요한 해저케이블 절단위치를 결정할 수 있도록 고장현장에서 상세위치 탐색을 시행하는데, 이때 잠수사를 이용한 육안확인 방법과 고장점 전후의 누설전류의 차를 이용한 자계검출방식에 의한 전기적인 방법을 사용하고 있다.
여기서 상기 육안확인 방법은 해저케이블에 투묘로 인한 닻 또는 쇠말목 투하 등의 외부손상에 의한 경우 시계가 확보된 노출부분에서는 가능하지만, 매설이 되어있다든지 시계가 확보되지 않는 경우 또는 30m 이하의 심해저의 경우는 거의 기대할 수 없는 한계점을 가지고 있다.
한편 상기 자계검출방식은 전기적으로 접근할 수 있는 현존하는 방법 중 세계적으로 가장 많이 사용하고 있는 상세위치 탐색방법으로서, 해저케이블 지락 또는 단선 고장시 효과적인 방법이라고 할 수 있다. 하지만 해저케이블 고장시 고장전류가 해수로 귀로하지 않는 고장의 경우는 고장점을 탐색할 수 없게 되는 문제점이 있다. 다시 말해 상기 자계검출방식은 반드시 고장전류가 해수로 귀로해야만 탐색이 가능하게 되는 문제점이 있다.
그런데 국내 제주와 육지간 전력을 연계하고 있는 HVDC 해저케이블과 같이 100km 이상의 장거리 전력용 해저케이블의 경우, 스위칭 서지 등에 PE 시스 층을 보호하기 위해 금속시스를 다중 접지하는 형태로 설계되어 현장에 설치하고 있는데, 이 경우 고장 유형에 따라 고장점 탐색이 불가한 경우도 발생할 수 있다.
즉, 고장의 크기가 심하여 고장전류가 해수로 귀로하는 조건의 고장이 발생하면 탐색이 용이하지만, 경년변화에 의한 내부고장 등 고장의 정도가 작은 고저항 지락고장의 경우는 고장전류가 해수를 통해 귀로하지 않고, 금속시스를 경로로 다중 접지된 금속시스 접지점을 통해 귀로하므로 고장발생 지점에서는 고장점 전후의 누설전류 변화가 없고, 고장점이 아닌 다중 접지된 금속시스 접지점에서 누설전류의 변화가 발생하여 고장점으로 오인할 요인이 상존하고 있는 문제점이 있다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허 10-0971991호(2010.07.16.등록, 해저 케이블의 고장점을 탐색하기 위한 방법, 시스템 및 판별 방법)에 개시되어 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 금속시스가 다중접지된 해저케이블의 고저항 지락고장 또는 내부고장 발생시 고장회로에 인위적으로 시험전류를 주입하여 금속시스 접지점을 경계로 하는 구간별 자계검출 변화패턴 특성을 이용하여 고장구간을 판별할 수 있고, 또한 금속시스 접지점 사이를 고려한 예비케이블을 확보함으로써 고장복구도 용이하게 수행할 수 있도록 하는 해저케이블 고장구간 판별 및 고장복구 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 해저케이블 고장구간 탐색 및 고장복구 방법은, 해저케이블 고장구간 탐색시스템을 이용하여 고장구간 탐색하여 고장복구를 수행하는 방법에 있어서, 해저케이블의 제1측에서 시험전류를 주입하고 이때 발생되는 자계를 탐색하여 제1 자계검출패턴을 분석하는 단계; 해저케이블의 제2측에서 시험전류를 주입하고 이때 발생되는 자계를 탐색하여 제2 자계검출패턴을 분석하는 단계; 상기 제1 및 제2 자계검출패턴을 분석할 결과 상기 제1 및 제2 자계검출패턴에 경사패턴이 발견되면 고장구간인 것으로 판단하고, 제1 및 제2 자계검출패턴에 대하여 패턴비교 분석하는 단계: 상기 패턴비교 분석을 통해 상기 제1 및 제2 자계검출패턴이 동일 구간에서 크로스 패턴으로 존재할 경우, 이 구간 내에 고장점이 존재하는 것으로 판단하는 단계; 및 상기 크로스 패턴이 발생한 지점을 중심으로 데이터 분석을 통해 고장구간 또는 고장점을 추출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제1측과 제2측은, 해저케이블의 서로 반대측 방향의 시험전류 주입점인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제1 및 제2 자계검출패턴은, 고장구간인 경우, 고장점이 위치하는 금속시스 접지점 구간에서 시험전류주입 시작점의 반대측 접지점으로 급격하게 감소하는 경사패턴이 나타나는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제1 및 제2 자계검출패턴은, 해저케이블의 고저항지락 또는 내부고장을 검출하는 판단 근거인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 크로스 패턴은, 상기 제1 자계검출패턴이 고장구간에서 거리에 따라 음의 기울기를 갖는 경사패턴과, 상기 제2 자계검출패턴이 고장구간에서 거리에 따라 양의 기울기를 갖는 경사패턴이 크로스되는 지점을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제1 및 제2 자계검출패턴을 분석한 결과 상기 자계검출패턴이 계단패턴을 나타내면 정상구간으로 판단하는 단계; 및 상기 고장구간 또는 고장점이 추출되면 탐색을 종료하고 고장복구를 수행하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 고장복구는 예비케이블을 이용하여 이루어지며, 상기 고장복구를 수행하는 단계는, 상기 고장복구에 필요한 예비케이블의 적정 길이를 산출하여 수행되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 예비케이블의 최소 길이는 금속시스 접지구간의 길이(L)의 1/2배이며, 실제 고장복구에 필요한 예비케이블 적정 길이는 금속시스 접지구간의 길이(L)의 0.55배인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 해저케이블 고장구간 탐색 및 고장복구 방법은, 해저케이블 고장구간 탐색시스템을 이용하여 고장구간 탐색하여 고장복구를 수행하는 방법에 있어서, 해저케이블의 일측에서 시험전류를 주입하고 이때 발생되는 자계를 탐색하여 자계검출패턴을 분석하는 단계; 상기 자계검출패턴을 분석할 결과 상기 자계검출패턴에 경사패턴이 발견되면 고장구간인 것으로 판단하는 단계; 및 상기 경사패턴이 발견된 구간 내에 고장점이 존재하는 것으로 판단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 자계검출패턴은, 고장구간인 경우, 고장점이 위치하는 금속시스 접지점 구간에서 시험전류주입 시작점의 반대측 접지점으로 급격하게 감소하는 경사패턴이 나타나는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 자계검출패턴은, 해저케이블의 고저항지락 또는 내부고장을 검출하는 판단 근거인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 자계검출패턴을 분석한 결과 상기 자계검출패턴이 계단패턴을 나타내면 정상구간으로 판단하는 단계; 및 상기 고장구간 또는 고장점이 추출되면 탐색을 종료하고 고장복구를 수행하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 고장복구는 예비케이블을 이용하여 이루어지며, 상기 고장복구를 수행하는 단계는, 상기 고장복구에 필요한 예비케이블의 적정 길이를 산출하여 수행되고, 상기 예비케이블의 최소 길이는 금속시스 접지구간 길이(L)의 1/2배이며, 실제 고장복구에 필요한 예비케이블 적정 길이는 금속시스 접지구간 길이(L)의 0.55배인 것을 특징으로 한다.
본 발명은 금속시스가 다중접지된 해저케이블의 고저항 지락고장 또는 내부고장 발생시 고장회로에 인위적으로 시험전류를 주입하여 금속시스 접지점을 경계로 하는 구간별 자계검출 변화패턴 특성을 이용하여 고장구간을 판별할 수 있고, 또한 금속시스 접지점 사이를 고려한 예비케이블을 확보함으로써 고장복구도 용이하게 수행할 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 해저케이블 고장구간 탐색시스템의 개념을 설명하기 위한 예시도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 방법을 이용한 고장점 검출을 위한 시험전류를 제1측에서 주입 시, 정상상태의 해저케이블 자계검출패턴을 보인 예시도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 방법을 이용한 고장점 검출을 위한 시험전류를 제1측에서 주입 시, 고장상태의 해저케이블 자계검출패턴을 보인 예시도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 방법을 이용한 고장점 검출을 위한 시험전류를 제2측에서 주입 시, 정상상태의 해저케이블 자계검출패턴을 보인 예시도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 방법을 이용하여 고장점 검출을 위한 시험전류를 제2측에서 주입 시, 고장상태의 해저케이블 자계검출패턴을 보인 예시도.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 방법을 이용하여 고장구간 탐색 신뢰성을 높이기 위한 방법을 보인 예시도.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 방법을 이용하여 실제 해저케이블에 고장이 발생되었을 때의 자계검출패턴을 보인 예시도.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 방법을 이용하여 실제 해저케이블에 내부 고장이 발생되었을 때의 EMTP 시뮬레이션을 통해 검출된 자계검출패턴을 보인 예시도.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 방법을 이용하여 실제 해저케이블에 고저항지락 고장이 발생되었을 때의 EMTP 시뮬레이션을 통해 검출된 자계검출패턴을 보인 예시도.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 방법을 이용하여 실제 해저케이블에 고장이 발생되었을 때의 EMTP 시뮬레이션을 통해 검출된 자계검출패턴과 실측된 자계검출패턴을 비교하여 보인 예시도.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 해저 케이블의 고장점 판별방법을 설명하기 위한 흐름도.
도 12는 상기 도 11에 있어서, 자계검출패턴에 의한 고장구간 탐색 및 판단 방법을 설명하기 위한 흐름도.
도 13은 본 발명에 따라 탐색된 고장구간에 대한 고장복구 시 예비케이블의 길이를 결정하는 개념을 설명하기 위한 예시도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 해저케이블 고장구간 판별 및 고장복구 방법의 일 실시예를 설명한다.
이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 해저케이블 고장구간 탐색시스템의 개념을 설명하기 위한 예시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 자계검출방법에 의한 고장점 상세위치의 탐색에 따르면, 고장으로 의심되는 해저케이블의 도체 한단(일측단)에 시험전류를 주입할 경우, 암페어의 오른나사 법칙에 의해 흐르는 전류 주변으로 자기장이 형성되는데, 이때 고장점 전후의 자계를 측정하여 자계의 변화, 즉 변곡점이 발생할 경우 그 위치를 고장점으로 판단할 수 있다.
이때 상기 고장위치(고장점)의 탐색은 자계검출 센서를 탑재한 ROV(Remotely Operated Vehicle : 무인잠수정), 유인잠수정 또는 선박을 이용하여 임무를 수행하고, 절대위치정보는 인공위성의 DGPS(Differential Global Positioning System : 차등 위치표정시스템) 정보를 이용하여 정확한 위치를 알 수 있게 된다.
따라서 도면으로 도시하지는 않았으나, 상기 해저케이블 고장구간 탐색시스템은 해저케이블에 시험전류를 주입하는 시험전류 주입수단, 상기 시험전류가 주입된 해저케이블에서 발생하는 자계를 검출하는 자계 검출 수단, 상기 자계 검출 수단을 통해 검출된 자계검출패턴의 저장 및 분석 수단, 상기 자계검출패턴의 분석을 통해 고장구간(또는 고장점)을 검출하는 고장구간 검출수단 및 상기 검출된 고장구간에 대하여 고장복구를 수행하기 위한 예비케이블 길이 산출수단을 포함할 수 있다. 또한 상기 구성 수단들을 전반적으로 제어하는 제어 수단을 더 포함할 수도 있다.
다만 본 발명에 따른 실시예에서는 설명의 편의상 상기 각 구성 수단에 대한 구체적인 설명은 생략하고, 대신 해저케이블의 고장구간 판별 방법에 대해서 더 구체적으로 설명한다.
본 발명은 해저케이블의 고저항지락 또는 내부고장 시, 고장회로에 인위적으로 전류(즉, 시험전류)를 주입한 후 자계검출방법에 의한 고장점 탐색시 도 2 내지 도 6에 도시된 바와 같은 변화패턴 및 분석 알고리즘을 이용하여 고장구간을 판별할 수 있으며, 그에 따른 고장복구도 가능하게 한다.
한편 장거리 해저케이블의 경우 금속시스(Lead Sheath)는 스위칭 서지 등 각종 서지가 해저케이블로 유입될 경우 PE시스를 보호하기 위하여 다중접지하여 운영하고 있다.
예컨대 제주 #1지역 연계선의 경우는 4km 마다 금속시스를 접지하고 있다.
이 경우 해저케이블의 고저항지락 또는 내부고장시, 본 발명에 따른 자계검출 패턴 특성, 고장구간 판단 방법 및 고장복구 방법에 대하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 방법을 이용한 고장점 검출을 위한 시험전류를 제1측에서 주입 시, 정상상태의 해저케이블 자계검출패턴을 보인 예시도이다. 여기서 제1측은 좌측이라고 가정한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 정상상태의 해저케이블의 자계검출패턴은 시험전류 주입점을 시작으로 접지점(ShE1, ShE2, ... ShEn)을 경계로 단계적으로 감소하는 패턴을 나타내는 특성이 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 방법을 이용한 고장점 검출을 위한 시험전류를 제1측에서 주입 시, 고장상태의 해저케이블 자계검출패턴을 보인 예시도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 해저케이블의 고저항지락 또는 내부고장시의 자계검출패턴은 시험전류 주입점에 따라 고장점(Fault Point)을 중심으로 임의의 기울기로 경사진 변화패턴을 보이는 특성이 있다.
다시 말해, 시험전류 주입점을 시작으로 멀어질수록 금속시스 점지점(ShE1, ShE2)을 경계로 단계적으로 감소하고, 고장점(Fault Point)이 위치하는 금속시스 접지점 구간(ShE2 ~ ShE3)에서는 시험전류주입 시작점의 반대측 접지점(ShE3)으로 급격하게 감소하는 특성이 있다.
즉, 상기 자계검출패턴은 해저케이블의 고저항지락 또는 내부고장시 자계검출방법에 의한 해저케이블 고장구간 판단에 있어서 중요한 판단 근거라고 볼 수 있으며, 해저케이블 고장시 이러한 변화패턴을 보이면, 그 구간내에 반드시 고장점이 존재한다고 볼 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 방법을 이용한 고장점 검출을 위한 시험전류를 제2측에서 주입 시, 정상상태의 해저케이블 자계검출패턴을 보인 예시도이다. 여기서 제2측은 우측이라고 가정한다. 따라서 상기 제2측은 상기 제1측의 반대측이 된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 시험전류 주입점이 우측에서 시작되는 경우, 정상상태의 해저케이블의 자계검출패턴은 시험전류 주입점을 시작으로 접지점(ShEn, ... ShE2, ShE1)을 경계로 단계적으로 감소하는 패턴을 나타내는 특성이 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 방법을 이용하여 고장점 검출을 위한 시험전류를 제2측에서 주입 시, 고장상태의 해저케이블 자계검출패턴을 보인 예시도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 시험전류 주입점이 제2측(우측)에서 시작되는 경우, 해저케이블의 고저항지락 또는 내부고장시의 자계검출 변화패턴은 시험전류 주입점에 따라 고장점(Fault Point)을 중심으로 임의의 기울기로 경사진 변화패턴을 보이는 특성이 있다.
다시 말해, 시험전류 주입점을 시작으로 멀어질수록 금속시스 접지점(ShE4, ShE3)을 경계로 단계적으로 감소하고, 고장점(Fault Point)이 위치하는 금속시스 접지점 구간(ShE2 ~ ShE3)에서는 시험전류주입 시작점의 반대측 접지점(ShE2)으로 급격하게 감소하는 특성이 있다.
즉, 상기 자계검출패턴은 해저케이블의 고저항지락 또는 내부고장시 자계검출방법에 의한 해저케이블 고장구간 판단에 있어서 중요한 판단 근거라고 볼 수 있으며, 해저케이블 고장시 이러한 변화패턴을 보이면, 그 구간내에 반드시 고장점이 존재한다고 볼 수 있다.
본 발명에서 해저케이블의 고저항지락 또는 내부고장시 고장구간 탐색 및 판단 신뢰성을 높이기 위한 방법은, 상기의 고장발생시 고장구간의 자계검출패턴 특성을 이용한 것으로, 시험전류 주입점에 따라 자기검출패턴이 반대로 나타나는데, 이러한 특성을 이용하면 고장구간을 보다 정확하게 찾아낼 수 있다. 즉, 고장구간 탐색 신뢰성을 높일 수 있다.
이하 고장구간 탐색 신뢰성을 높이기 위한 방법을 설명한다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 방법을 이용하여 고장구간 탐색 신뢰성을 높이기 위한 방법을 보인 예시도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, ①번 주입점에서 시험전류를 주입하면 고장점의 자계검출패턴이 고장구간에서 거리에 따라 음의 기울기를 갖는 변화패턴이 나타나고, 반대로 ②번 주입점에서 시험전류를 주입하면 고장구간에서 거리에 따라 양의 기울기를 갖는 변화패턴이 나타난다.
즉, 해저케이블에 고장이 발생하면, 자계검출 패턴 ①, ②가 고장구간에서 거리에 따라 상호 크로스되는 현상이 나타나는데, 이러한 특성은 고장전류가 해수로 귀로하기 어려운 고저항지락 또는 내부고장 발생시에도 나타난다.
따라서 이러한 자계검출패턴의 특성을 이용하면 신속하고 확실하게 고장구간을 판별할 수 있다.
상기와 같은 특성(자계검출패턴이 크로스되는 특성)은 2006년에 발생되었던 해저케이블 고장사고(실제 고장사례)에 대한 EMTP(Electro Magnetic Transients Program) 시뮬레이션 및 자계검출패턴 분석을 통해 입증되었다.
이하 도 7 내지 도 10을 통해 그 시뮬레이션을 통해 분석된 결과에 대해서 설명한다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 방법을 이용하여 실제 해저케이블에 고장이 발생되었을 때의 자계검출패턴을 보인 예시도이다.
도 7에 있어서, 시험전류의 주입점은 육지측(해남 C/S 측)으로 설정된다.
도 7에 도시된 바와 같이, 고장점이 포함된 구간에서 임의의 기울기로 경사진 자계검출패턴이 나타나는 것을 알 수 있다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 방법을 이용하여 실제 해저케이블에 내부 고장이 발생되었을 때의 EMTP 시뮬레이션을 통해 검출된 자계검출패턴을 보인 예시도이고, 도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 방법을 이용하여 실제 해저케이블에 고저항지락 고장이 발생되었을 때의 EMTP 시뮬레이션을 통해 검출된 자계검출패턴을 보인 예시도이다.
상기 도 8 및 도 9에 있어서, 시험전류의 주입점은 육지측으로 설정된다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 방법을 이용하여 실제 해저케이블에 고장이 발생되었을 때의 EMTP 시뮬레이션을 통해 검출된 자계검출패턴과 실측된 자계검출패턴을 비교하여 보인 예시도이다.
도 10에 있어서, 시험전류의 주입점은 제주측(제주 C/S 측)으로 설정된다.
상기 도 7 내지 도 10에 도시된 자계검출패턴을 참조하면, 그 기울기의 정도에 있어서는 약간의 차이가 있지만, 고장점에서 임의의 기울기로 경사진 자계검출패턴이 나타나는 것을 알 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 해저 케이블의 고장점 판별방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 해저 케이블의 고장점의 판별 방법은 해저케이블의 고장점 탐색을 위한 방법으로서, 먼저, 다중접지 해저케이블의 지락 고장이 발생할 경우(S101), TDR(Time Domain Reflector) 또는 머레이 루프법을 이용하여 개략적인 고장점의 위치를 탐색하여 계산할 수 있는지 여부를 판단한다(S102).
상기 판단(S102) 결과, TDR(Time Domain Reflector) 또는 머레이 루프법을 이용하여 고장위치를 탐색할 수 없는 경우(S102의 아니오)에는 자계검출방법을 이용하여 해저케이블의 고장 구간을 탐색한다(S103).
이어서, 자계검출방법을 이용하여 상세한 고장점의 위치를 탐색할 수 있는지 판단한다(S104).
상기 판단(S104) 결과, 예컨대 고장 전류가 금속시스를 경로로 다중 접지된 금속시스 접지점을 통해 귀로하는 고저항지락 고장의 경우라고 판단되면(S104의 아니오), 자계검출패턴에 의한 고장구간 탐색을 실시한다(S105). 즉, 고저항지락 또는 내부고장으로 인하여 고장점 상세위치 탐색이 불가할 경우에는 구간별 고장구간 탐색 및 자계검출패턴을 분석하여 고장구간을 판단한다(S105).
상기 판단(S104) 결과, 예컨대 고장 전류가 해수로 귀로하는 저저항지락 고장의 경우라고 판단되거나(S104의 예) 상기 단계(S105)dp 의해 고장구간을 탐색한 경우, 고장 데이터를 분석한다(S106).
다시 말해 고장점의 탐색이 쉽게 판단되는 저저항지락 고장에 대하여 자계검출방법에 의한 고장 데이터의 분석을 통해서 바로 고장점을 찾아 위치를 표시함으로써 고장점을 확인하고(S107), 마찬가지로 상기 자계검출패턴에 의해 고장구간 탐색 결과에 의한 고장 데이터의 분석을 통해서 고장점을 확인할 수 있다(S107).
상기와 같이 자계검출패턴에 의해 고장구간을 탐색함으로써 기존의 노이즈(전자파, 음파)에 의해 탐색할 경우 신뢰성이 높지 않았던 문제점을 해결하여 보다 더 정확하게 고장구간(또는 고장점)을 탐색할 수 있게 된다.
이하 상기 자계검출패턴에 의한 고장구간 탐색 및 판단 과정(S105)에 대해서 보다 구체적으로 설명한다.
도 12는 상기 도 11에 있어서, 자계검출패턴에 의한 고장구간 탐색 및 판단 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 12에 도시된 바와 같이, 자계검출에 의한 고장구간 탐색(S201) 후, 해저케이블을 기준으로 처음에는 제1측(좌측)에서 시험전류를 주입하고(S202), 그 다음으로 제2측(우측)에서 시험전류를 주입하여(S203), 이때 발생되는 자계를 고장구간 탐색 시스템(도 1 참조)으로 탐색하여 자계검출패턴을 각기 분석한다(S204, S207).
상기 자계검출패턴을 분석한 결과 상기 자계검출패턴이 계단패턴을 나타내면 정상구간으로 판단(S205, S208)하여 탐색을 종료한다(S206, 209).
그러나 경사패턴으로 분석되면 고장구간으로 판단하고, 최종확인은 패턴비교 분석을 통해 이루어진다(S210).
상기 패턴비교 분석(S210)을 수행할 경우, 해저케이블의 서로 반대방향(예 : 좌측, 우측)의 주입점에서 시험전류를 주입하여 발생된 자계검출패턴이 동일 구간에서 크로스 패턴으로 존재할 경우(S210의 예), 이 구간 내에 고장점이 반드시 존재한다고 볼 수 있다.
따라서 상기 크로스 패턴이 발생한 지점을 중심으로 고장구간을 추출하고(S211), 고장구간이 추출되면 탐색을 종료하고 고장복구를 수행한다(S212).
상술한 바와 같이 해저케이블의 고저항지락 또는 내부고장으로 고장점 상세위치의 탐색이 불가할 경우는 자계검출패턴에 의한 고장구간 탐색 및 분석결과 고장구간을 추출할 수 있게 되고, 그 고장구간에 대하여 고장복구를 수행하게 된다.
이때 상기 고장복구 방법은 예비케이블을 이용한다.
즉, 고장복구에 필요한 예비케이블만 확보되면 고장복구가 가능하다.
도 13은 본 발명에 따라 탐색된 고장구간에 대한 고장복구 시 예비케이블의 길이를 결정하는 개념을 설명하기 위한 예시도이다.
도 13에 도시된 바와 같이, 고장점 상세위치를 P, P' 라 하고, 고장복구를 위한 해저케이블 절단지점을 X, X' 라고 가정할 때, 고장복구를 위한 예비케이블 최소 확보량은 다음 수학식 1을 이용하여 계산할 수 있다.
Figure pat00001
여기서, 가장 적은 예비케이블이 소요되는 조건은 다음 수학식 2와 같다.
Figure pat00002
따라서 예비케이블 최소 확보량(X)은 금속시스 접지구간의 길이 L의 1/2임을 알 수 있다. 즉, 예비케이블 최소 확보량의 최적조건이다.
하지만, 실제적으로는 해저케이블 복구작업 여유도 10%를 고려하여 예비케이블을 확보할 필요가 있다. 따라서 고장복구에 필요한 예비케이블 적정 확보량은 다음 수학식 3과 같다.
Figure pat00003
이상으로 본 발명의 일 실시예에 따른 고장구간의 탐색 및 고장복구 방법에 대해서 설명하였다.
한편 다른 실시예로서, 20km 이하의 단거리 해저케이블의 경우 해저케이블 금속시스는 다중접지 하지 않고 있다. 이러한 경우 고저항지락 또는 내부고장 발생시 상세위치 탐색은 불가능 하다고 볼 수 있다. 따라서 배전급 해저케이블 등 단거리 해저케이블의 경우 금속시스를 다중접지 하는 형태로 구성하면 고저항 또는 내부고장 발생시 효과적으로 고장구간을 판별할 수 있다. 또한 이를 고려한 예비케이블을 확보하면 고장복구도 용이하게 할 수 있다.
이 외에도 해상풍력 해저케이블의 경우에도 상기와 같은 구조로 해저케이블을 제작하여 활용하면 고장구간 판별 및 고장복구에 유용하다.
상술한 바와 같이 본 발명은, 종래의 전기적 접근방법인 자계검출방식에서 금속시스가 다중 접지된 장거리 해저케이블의 경우 고저항 지락 또는 내부고장 발생시 고장점이 아닌 금속시스 접지점에서 누설전류의 변화가 발생하여 고장점으로 오인할 요인이 상존하고 있는 문제점을 해결할 수 있다. 즉, 본 발명에 따르면 고장회로에 인위적으로 시험전류를 주입하여 금속시스 접지점을 경계로 하는 구간별 자계검출패턴 특성을 분석하여 고장구간을 판별할 수 있으며, 금속시스 접지점 사이를 고려한 예비케이블을 확보함으로써 고장복구도 용이하게 할 수 있도록 하는 장점이 있다.
또한 본 발명은 금속시스가 다중 접지된 장거리 해저케이블의 경우 정확성이 떨어지는 종래의 자계검출방식의 상세위치 탐색 방법의 한계점을 해결함으로써 유사한 고장발생시 개략구간 측정에 의한 복구지점 판단시 수반되는 고장복구기간의 장기화 등으로 인한 경제적 손실을 현저히 경감시킬 수 있는 장점이 있다.
또한 최근 우리나라뿐만 아니라 전세계적으로 해저케이블 노후화 등으로 고저항지락 또는 내부 고장발생 가능성이 날로 높아지고 있는 추세에 따라, 본 발명은 현재의 자계검출방법에 의한 해저케이블의 고장점 상세위치탐색(Pin-pointing)의 한계를 극복할 수 있는 장점이 있다.
이상으로 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
S201 : 고장구간 탐색 S202, S203 : 시험전류주입
S204, S207 : 자계검출패턴분석 S205, S208 : 정상구간
S206, S209 : 탐색종료 S210 : 패턴비교
S211 : 고장구간추출 S212 : 탐색종료 및 고장복구 수행

Claims (13)

  1. 해저케이블 고장구간 탐색시스템을 이용하여 고장구간 탐색하여 고장복구를 수행하는 방법에 있어서,
    해저케이블의 제1측에서 시험전류를 주입하고 이때 발생되는 자계를 탐색하여 제1 자계검출패턴을 분석하는 단계;
    해저케이블의 제2측에서 시험전류를 주입하고 이때 발생되는 자계를 탐색하여 제2 자계검출패턴을 분석하는 단계;
    상기 제1 및 제2 자계검출패턴을 분석할 결과 상기 제1 및 제2 자계검출패턴에 경사패턴이 발견되면 고장구간인 것으로 판단하고, 제1 및 제2 자계검출패턴에 대하여 패턴비교 분석하는 단계:
    상기 패턴비교 분석을 통해 상기 제1 및 제2 자계검출패턴이 동일 구간에서 크로스 패턴으로 존재할 경우, 이 구간 내에 고장점이 존재하는 것으로 판단하는 단계; 및
    상기 크로스 패턴이 발생한 지점을 중심으로 데이터 분석을 통해 고장구간 또는 고장점을 추출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 해저케이블 고장구간 탐색 및 고장복구 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제1측과 제2측은,
    해저케이블의 서로 반대측 방향의 시험전류 주입점인 것을 특징으로 하는 해저케이블 고장구간 탐색 및 고장복구 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 자계검출패턴은,
    고장구간인 경우, 고장점이 위치하는 금속시스 접지점 구간에서 시험전류주입 시작점의 반대측 접지점으로 급격하게 감소하는 경사패턴이 나타나는 것을 특징으로 하는 해저케이블 고장구간 탐색 및 고장복구 방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 자계검출패턴은,
    해저케이블의 고저항지락 또는 내부고장을 검출하는 판단 근거인 것을 특징으로 하는 해저케이블 고장구간 탐색 및 고장복구 방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 크로스 패턴은,
    상기 제1 자계검출패턴이 고장구간에서 거리에 따라 음의 기울기를 갖는 경사패턴과, 상기 제2 자계검출패턴이 고장구간에서 거리에 따라 양의 기울기를 갖는 경사패턴이 크로스되는 지점을 포함하는 것을 특징으로 하는 해저케이블 고장구간 탐색 및 고장복구 방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 자계검출패턴을 분석한 결과 상기 자계검출패턴이 계단패턴을 나타내면 정상구간으로 판단하는 단계; 및
    상기 고장구간 또는 고장점이 추출되면 탐색을 종료하고 고장복구를 수행하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 해저케이블 고장구간 탐색 및 고장복구 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 고장복구는 예비케이블을 이용하여 이루어지며,
    상기 고장복구를 수행하는 단계는, 상기 고장복구에 필요한 예비케이블의 적정 길이를 산출하여 수행되는 것을 특징으로 하는 해저케이블 고장구간 탐색 및 고장복구 방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 예비케이블의 최소 길이는 금속시스 접지구간의 길이(L)의 1/2배이며,
    실제 고장복구에 필요한 예비케이블 적정 길이는 금속시스 접지구간의 길이(L)의 0.55배인 것을 특징으로 하는 해저케이블 고장구간 탐색 및 고장복구 방법.
  9. 해저케이블 고장구간 탐색시스템을 이용하여 고장구간 탐색하여 고장복구를 수행하는 방법에 있어서,
    해저케이블의 일측에서 시험전류를 주입하고 이때 발생되는 자계를 탐색하여 자계검출패턴을 분석하는 단계;
    상기 자계검출패턴을 분석할 결과 상기 자계검출패턴에 경사패턴이 발견되면 고장구간인 것으로 판단하는 단계; 및
    상기 경사패턴이 발견된 구간 내에 고장점이 존재하는 것으로 판단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 해저케이블 고장구간 탐색 및 고장복구 방법.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 자계검출패턴은,
    고장구간인 경우, 고장점이 위치하는 금속시스 접지점 구간에서 시험전류주입 시작점의 반대측 접지점으로 급격하게 감소하는 경사패턴이 나타나는 것을 특징으로 하는 해저케이블 고장구간 탐색 및 고장복구 방법.
  11. 제 9항에 있어서, 상기 자계검출패턴은,
    해저케이블의 고저항지락 또는 내부고장을 검출하는 판단 근거인 것을 특징으로 하는 해저케이블 고장구간 탐색 및 고장복구 방법.
  12. 제 9항에 있어서,
    상기 자계검출패턴을 분석한 결과 상기 자계검출패턴이 계단패턴을 나타내면 정상구간으로 판단하는 단계; 및
    상기 고장구간 또는 고장점이 추출되면 탐색을 종료하고 고장복구를 수행하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 해저케이블 고장구간 탐색 및 고장복구 방법.
  13. 제 9항에 있어서,
    상기 고장복구는 예비케이블을 이용하여 이루어지며,
    상기 고장복구를 수행하는 단계는, 상기 고장복구에 필요한 예비케이블의 적정 길이를 산출하여 수행되고, 상기 예비케이블의 최소 길이는 금속시스 접지구간 길이(L)의 1/2배이며, 실제 고장복구에 필요한 예비케이블 적정 길이는 금속시스 접지구간 길이(L)의 0.55배인 것을 특징으로 하는 해저케이블 고장구간 탐색 및 고장복구 방법.
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