KR20150121825A - 이미지 분석을 통한 폴리머 애자 성능 측정 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

이미지 분석을 통한 폴리머 애자 성능 측정 장치 및 방법이 개시된다. 본 발명에 따른 이미지 분석을 통한 폴리머 애자 성능 측정 장치는 폴리머 애자의 오손 정도를 기반으로 폴리머 애자의 성능을 측정하는 장치에 있어서, 상기 폴리머 애자 주변에 위치하여 상기 폴리머 애자를 촬영하는 애자 촬영부, 상기 애자 촬영부에 의하여 촬영된 이미지의 오손 면적을 산출하는 이미지 분석부 및 상기 이미지 분석부에 의하여 산출된 오손 면적과 누설 전류에 대한 관계를 기반으로 상기 폴리머 애자의 오손 정도를 정량적으로 판단하여 상기 폴리머 애자의 성능을 판단하는 성능 판단부를 포함한다.

Description

이미지 분석을 통한 폴리머 애자 성능 측정 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR POLYMER INSULATOR PERFORMANCE MEASUREMENT BASED ON IMAGE ANALYSIS}
본 발명은 이미지 분석을 통한 폴리머 애자 성능 측정 장치 및 방법에 관한 것이다. 더욱 상게하게는 본 발명은 폴리머 애자 표면 이미지를 통해 오손량을 정량화하고 절연 성능 평가 방법 중 가장 신뢰가 높은 누설전류와의 상관관계를 규명하여 오손에 의한 고장 방비, 교체 시기, 절연 상태 판정 및 고장 예지를 할 수 있는 이미지 분석을 통한 폴리머 애자 성능 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.
폴리머 애자는 전력계통에서 지지물과 지지물 사이 전 선 중량을 지지하고 절연 거리 확보 등을 위해 설치 운전되고 있다. 현재 전력계통에서 사용되고 있는 절연물은 종류에 따라 세라믹(자기), 유리 등 무기 절연물이 사용되고 있다. 하지만, 1990년에 들어서면서 무기질 애자에 비해 경제성 및 절연성이 뛰어난 고분자(폴리머) 애자로 대체되고 있다.
우리나라의 경우 1994년에 해외에서 생산된 폴리머 애자를 배전계통에 시범적용한 후, 2000년도에 들어 더 본격적으로 사용하였으며, 2013년 2월 기준으로 약 960여만개의 폴리머 애자(현수, LP)가 현장에 설치되어 운전되고 있다.
배전급 폴리머 애자의 고장으로는, 도입 단계의 초기 고장과 확대 사용 이후의 고장으로 나눌 수 있는데 초기 고장의 경우 제품의 품질 즉 금구(End fitting) 연결 불량, 기밀 불량, 로드(FRP Rod) 불량이 대부분을 차지하고 있었으나, 확대 적용된 이후에는 오손에 의한 고장이 증가하는 추세이다.
특히, 우리나라 배전선로에서 대부분을 차지하고 있는 EPDM(Ethylene Propylene Diene Monomer)의 경우 오염물이 쉽게 고착되는 성분이며, 이러한 오염물은 청정 지역의 산간 지방과 진해지역인 산업단지에서 두드러지게 나타나고 있다.
또한, 이러한 오손물은 한번 고착이 되면 쉽게 떨어지지 않을 뿐만 아니라 안개, 비 등에 의한 수분을 애자 표면에 일정 시간동안 잔류시켜 누설전류 경로 형성 및 표면(부분)방전을 일으켜 종국적으로는 고장을 야기한다.
도 1은 논문에 의해 발표된 폴리머 애자 오손에 의한 고장 메커니즘을 설명한 것으로서 필라멘트(1), 물방울(2), 방전영역(3), 전극(4) 및 오손에 의하여 흡습된 영역(5)이 도시되어 있다. 구체적으로, 오염물질이 저분자 오일과 결합하여 오염층을 만들고, 오염층에 안개 또는 비에 의해 형성된 수분이 얇은 폴리머 층을 통해 건조 오염대로 이동하게 되어 필라멘트(1)를 만들게 된다.
이 때, 오염된 영역을 따라 필라멘트의 영역이 넓어지면서 누설 경로가 형성되고 각 필라멘트 사이에 아크(표면 방전)가 발생하여 도전 경로를 형성하여 종국적으로 섬락된다.
도 2는 배전선로에서 오손에 의하여 도 1에 도시된 바와 같은 메커니즘에 의해 순간 정전고장을 일으킨 애자이다. 폴리머 애자는 도 2에 도시된 바와 같이 한번 오손이 되면 자연적으로 세정되지 않아 그대로 오손물이 폴리머 애자 표면에 남게 된다. 이렇게 애자 표면에 오손물이 부착되면 폴리머의 절연성능 지표인 발수성 성질을 완전히 잃게 될 뿐만 아니라 습도가 높은 환경에서 전술한 바와 같이 오손과 수분의 복합작용에 의해 섬락되어 일시 또는 순간 정전을 일으키는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 현재까지는 단지 폴리머 애자의 오손량을 측정하기 위하여 폴리머 애자를 철거하고, 세정하고, 필터링하고, 건조 및 중량 측정을 통한 비용해성 물질 부착량(NSDD;Non Soluble Deposit Density)이 존재한다.
또한, 현재까지는 원거리에서 애자를 진단하기 위하여 IR, UV 또는 육안 진단방법이 있으나, 오손에 대한 정확한 평가가 이루어지지 않고 단지 추가적인 연구가 진행되고 있을 뿐이다. 이러한, 현재기술로는 아래와 현장에 직접 적용하기에는 아래와 같은 한계점이 있다. 첫째, IR(적외선)을 사용한 진단방법은 고장 폴리머 적출이 매우 어려우며, 간혹 적출할 경우에도 대부분이 오손에 따른 표면 방전에 의한 발열 현상을 적출하여 절연성능과는 상관 관계가 없는 경우이다. 둘째, UV(자외선)의 경우 송전 애자에 국한되어 일부 사용하고 있으나 거의 대부분 애자자체의 결함보다는 코로나 링 손상에 의해 발생되는 코로나를 검출한다. 마지막으로 육안에 의한 진단은 고배율 쌍안경에 의해 침식, 파손 등을 적출하거나 고장을 경험한 애자의 고장 원인 분석시 사용될 뿐이다.
따라서, 폴리머 애자 표면 이미지를 통해 오손량을 정량화하고 절연 성능 평가 방법 중 가장 신뢰가 높은 누설전류와의 상관관계를 규명하여 오손에 의한 고장 방비, 교체 시기, 절연 상태 판정 및 고장 예지를 할 수 있는 이미지 분석을 통한 폴리머 애자 성능 측정 장치 및 방법이 필요한 실정이다. 관련 기술로는 한국공개특허 제2003-0050219호가 존재한다.
본 발명의 목적은, 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 폴리머 애자의 표면 오손량을 원거리에서 촬영된 이미지를 활용하여 산출하고, 누설 전류 및 상용주파주수 섬락치와의 상관 관계를 통해 폴리머 절연물의 성능 평가를 정확하게 수행하는 것을 가능케 하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이미지 분석을 통한 폴리머 애자 성능 측정 장치는, 폴리머 애자의 오손 정도를 기반으로 폴리머 애자의 성능을 측정하는 장치에 있어서, 상기 폴리머 애자 주변에 위치하여 상기 폴리머 애자를 촬영하는 애자 촬영부, 상기 애자 촬영부에 의하여 촬영된 이미지의 오손 면적을 산출하는 이미지 분석부 및 상기 이미지 분석부에 의하여 산출된 오손 면적과 누설 전류에 대한 관계를 기반으로 상기 폴리머 애자의 오손 정도를 정량적으로 판단하여 상기 폴리머 애자의 성능을 판단하는 성능 판단부를 포함한다.
이 때, 상기 이미지 분석부는, 상기 촬영된 이미지에서 상기 폴리머 애자를 제외한 나머지 영역인 배경 영역을 삭제하는 배경 영역 삭제부를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 배경 영역 삭제부는, 상기 배경 영역을 단일색으로 처리할 수 있다.
이 때, 상기 이미지 분석부는, 상기 촬영된 이미지에 존재하는 색상 별 점유율을 산출하는 색상 산출부를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 이미지 분석부는, 상기 색상 산출부에 의하여 산출된 색상 별 점유율에서 오염 색상을 선정하는 오염 색상 선정부를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 오염 색상 선정부는, 상기 촬영된 이미지에서 상기 폴리머 애자 고유의 색을 제외함으로써 상기 오염 색상을 선정할 수 있다.
이 때, 상기 이미지 분석부는, 상기 촬영된 이미지에서 상기 오염 색상 선정부에 의하여 선정된 오염 색상이 차지하는 비율인 오손 면적을 산출하는 오손 면적 산출부를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 성능 판단부는, 상기 오손 면적을 상기 누설 전류의 크기로 환산하는 누설 전류 환산부를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 누설 전류 환산부는, I = -5.676 + 0.0669 X A를 통하여 상기 오손 면적을 상기 누설 전류의 크기로 환산하되, 상기 I는 상기 누설 전류를 의미하고, 상기 A는 상기 오손 면적을 의미할 수 있다.
이 때, 상기 성능 판단부는, 상기 누설 전류의 크기가 0.2mA 내지 0.34mA 인 경우에는 상기 폴리머 애자의 성능을 요주의로 판단하며, 상기 누설 전류의 크기가 0.2mA 미만인 경우에는 상기 폴리머 애자의 성능을 정상으로 판단하며, 상기 누설 전류의 크기가 0.34mA를 초과한 경우에는 상기 폴리머 애자의 성능을 불량으로 판단하는 누설 전류 기반 성능 판단부를 포함할 수 있다.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이미지 분석을 통한 폴리머 애자 성능 측정 방법은, 폴리머 애자의 오손 정도를 기반으로 폴리머 애자의 성능을 측정하는 방법에 있어서, 상기 폴리머 애자를 촬영하는 단계, 상기 촬영하는 단계에서 촬영된 이미지의 오손 면적을 산출하는 단계 및 상기 산출하는 단계에서 산출된 오손 면적과 누설 전류에 대한 관계를 기반으로 상기 폴리머 애자의 오손 정도를 정량적으로 판단하여 상기 폴리머 애자의 성능을 판단하는 단계를 포함한다.
이 때, 상기 오손 면적을 산출하는 단계는, 상기 촬영된 이미지에서 상기 폴리머 애자를 제외한 나머지 영역인 배경 영역을 삭제하는 단계를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 삭제하는 단계는, 상기 배경 영역을 단일색으로 처리할 수 있다.
이 때, 상기 오손 면적을 산출하는 단계는, 상기 촬영된 이미지에 존재하는 색상 별 점유율을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 오손 면적을 산출하는 단계는, 상기 색상 별 점유율을 산출하는 단계에서 산출된 색상 별 점유율에서 오염 색상을 선정하는 단계를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 오염 색상을 선정하는 단계는, 상기 촬영된 이미지에서 상기 폴리머 애자 고유의 색을 제외함으로써 상기 오염 색상을 선정할 수 있다.
이 때, 상기 오손 면적을 산출하는 단계는, 상기 촬영된 이미지에서, 상기 오염 색상을 선정하는 단계에서 선정된 오염 색상이 차지하는 비율인 최종 오손 면적을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 폴리머 애자의 성능을 판단하는 단계는, 상기 오손 면적을 상기 누설 전류의 크기로 환산하는 단계를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 환산하는 단계는, I = -5.676 + 0.0669 X A를 통하여 상기 오손 면적을 상기 누설 전류의 크기로 환산하되, 상기 I는 상기 누설 전류를 의미하고, 상기 A는 상기 오손 면적을 의미할 수 있다.
이 때, 상기 폴리머 애자의 성능을 판단하는 단계는, 누설 전류를 기반으로 성능을 판단하는 단계를 포함하되, 상기 누설 전류를 기반으로 성능을 판단하는 단계는, 상기 누설 전류의 크기가 0.2mA 내지 0.34mA 인 경우에는 상기 폴리머 애자의 성능을 요주의로 판단하며, 상기 누설 전류의 크기가 0.2mA 미만인 경우에는 상기 폴리머 애자의 성능을 정상으로 판단하며, 상기 누설 전류의 크기가 0.34mA를 초과한 경우에는 상기 폴리머 애자의 성능을 불량으로 판단할 수 있다.
본 발명에 의하면, 폴리머 애자의 표면 오손량을 원거리에서 촬영된 이미지를 활용하여 산출하고, 누설 전류 및 상용주파주수 섬락치와의 상관 관계를 통해 폴리머 절연물의 성능 평가를 정확하게 수행할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 폴리머 애자의 오손에 의한 고장 메커니즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 배전선로에서 오손이 존재하여 순간 정전 고장을 일으킨 폴리머 애자를 나타낸 도면이다.
도 3은 상용주파 주수 섬락 시험 측정 값을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 이미지 분석을 통한 폴리머 애자 성능 측정 장치 및 방법의 우수한 효과를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 이미지 분석을 통한 폴리머 애자 성능 장치의 블록도이다.
도 6은 본 발명에 따른 이미지 분석을 통한 폴리머 애자 성능 장치의 이미지 분석부의 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 이미지 분석을 통한 폴리머 애자 성능 장치의 성능 판단부의 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 상용주파수 주수 섬락 시험 및 누설 전류 측정 값을 나타낸 도면이다.
도 9는 누설전류와 잔차에 대한 그래프를 나타낸 도면으로서 정규 확률도를 나타낸 도면이다.
도 10은 누설전류와 잔차에 대한 그래프를 나타낸 도면으로서 대 적합치를 나타낸 도면이다.
도 11은 누설전류와 잔차에 대한 그래프를 나타낸 도면으로서 히스토 그램을 나타낸 도면이다.
도 12는 누설전류와 잔차에 대한 그래프를 나타낸 도면으로서 대순서를 나타낸 도면이다.
도 13은 누설전류와 오손 면적 간의 회귀 분석을 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 본 발명에 따른 이미지 분석을 통한 폴리머 애자 성능 방법의 흐름도이다.
본 발명은 다양한 변경을 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 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
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.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다거나 "직접 접속되어"있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
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, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 이하, 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 3은 상용주파 주수 섬락 시험 측정 값을 나타낸 도면이다.
구체적으로, 도 3에 도시된 애자(A-1 ~ A-10)는 폴리머 애자의 오손에 의해 순간 정전을 경험한 지역에서 발췌한 폴리머 애자들이다. 발췌 기준은 육안을 통해 고장이 발생한 폴리머 애자와 비슷하게 오손된 A호 폴리머 애자를 적출한 것이다.
이렇게 확보한 시료를 한국전력공사 폴리머 현수 애자 구매시방서(PS-5970-0013)의 특성 시험 중 "상용주파 주수섬락 전안(kV)"시험을 한 결과표이다.
도 3에 도시된 바와 같이 오손된 애자의 거의 대부분이 기준치인 130kV(폴리머 현수애자 A호 기준)이하로 측정되어 절연물로써의 기능을 완전히 상실하여 불량 판정되었다.
도 3에 도시된 바와 같이 표면이 오염된 폴리머 애자는 주수환경 즉 우천 또는 다습한 환경에서 순간적으로 고장을 일으킨다. 또한, 폴리머의 특성상 한번 섬락된 폴리머 애자는 아크열에 의해 표면 수분이 모두 증발되며, 수분이 다시 오염물에 흡습될 때까지 절연이 회복되기 때문에 전력설비 운영자가 고장 발생 장소를 찾기가 매우 어려운 실정이다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 현재까지는 단지 폴리머 애자의 오손량을 측정하기 위하여 폴리머 애자를 철거하고, 세정하고, 필터링하고, 건조 및 중량 측정을 통한 비용해성 물질 부착량(NSDD;Non Soluble Deposit Density)이 존재한다.
또한, 현재까지는 원거리에서 애자를 진단하기 위하여 IR, UV 또는 육안 진단방법이 있으나, 오손에 대한 정확한 평가가 이루어지지 않고 단지 추가적인 연구가 진행되고 있을 뿐이다. 이러한, 현재기술로는 아래와 현장에 직접 적용하기에는 아래와 같은 한계점이 있다. 첫째, IR(적외선)을 사용한 진단방법은 고장 폴리머 적출이 매우 어려우며, 간혹 적출할 경우에도 대부분이 오손에 따른 표면 방전에 의한 발열 현상을 적출하여 절연성능과는 상관 관계가 없는 경우이다. 둘째, UV(자외선)의 경우 송전 애자에 국한되어 일부 사용하고 있으나 거의 대부분 애자자체의 결함보다는 코로나 링 손상에 의해 발생되는 코로나를 검출한다. 마지막으로 육안에 의한 진단은 고배율 쌍안경에 의해 침식, 파손 등을 적출하거나 고장을 경험한 애자의 고장 원인 분석시 사용될 뿐이다.
도 4는 본 발명에 따른 이미지 분석을 통한 폴리머 애자 성능 측정 장치 및 방법의 우수한 효과를 나타낸 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 이미지 분석을 통한 폴리머 애자 성능 측정 장치 및 방법은 절연물 열화에 따른 누설전류 발생량을 오손면적으로 환산하는 방법을 채용함에 따라 종래의 기술로 평가하기 어려운 오손에 따른 절연 성능을 평가함으로써 진단의 신뢰성 확보, 진단 시간의 단축, 인력 및 비용 등을 절감할 수 있으며, 나아가 폴리머 절연물 진단 기법 발전에 획기적으로 기여할 것으로 사료된다.
구체적으로 본 발명에서 제시하고 있는 이미지 분석은 절연 성능 평가를 반드시 전기적 시험 방법을 통해서만 해야 된다는 통념을 벗어나, 누설전류, 선락 전압치의 전기적 실험 방법으로 환산하여 평가하는 것에 특징이 있다.
일반적으로, 폴리머 절연물의 고장은 제작 결함에 의한 고장과 외부 환경에 의한 고장으로 나눌 수 있으며 폴리머 절연물은 40여년 동안 사용하면서 제작 기술이 고도화되어, 현재는 제작 결함에 의한 고장은 거의 발생하지 않고 있다. 반면, 외부 환경 요인 즉 표면 오염에 의한 고장이 점차 증가하고 있으며, 특히 폴리머 재질 중 DPDM인 경우 오손이 쉽게 고착되어 고장 가능성이 더욱 높다.
아울러 한국전력공사에서 사용하고 있는 폴리머 절연물의 대부분이 DPDM으로 오염에 취약하다.
현재까지 활선 상태에서 폴리머 애자 표면의 오손량을 측정하는 방법은 없으며, 분석하고자 하는 시료를 현장에서 철거하여 실험실 환경에서 고가의 장비를 사용하여 분석하는 등가염분 부착량(ESDD;Equivalent Salt Deposit Density)와 NSDD 방법이 있다. ESDD는 등가염분 부착량을 측정하는 방법으로 애자 표면의 염분(Salt)량을 표면적으로 나누어 측정하는 방법이고, NSDD는 표면에 물에 녹지 않은 고형물을 애자의 표면적으로 나누어 계산하는 방법이다. 결국 종래의 기술인 두 방법 모두 현장에서 측정할 수 없으며, 오손량과 전기적 성능과의 상관관계를 설명하지 못하여 전력설비 고장과의 직접적인 상관관계를 찾을 수 없다는 것이 가장 큰 문제점이다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하고자 폴리머 애자 표면 이미지를 통해 오손량을 정량화하고 절연성능 평가 방법 중 가장 신뢰가 높은 누설전류와의 상관관계를 규명하여 오손에 의한 고장방지, 교체 시기, 절연 성능 상태 판정 그리고 고장 예지를 할 수 있도록 고안되었다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 이미지 분석을 통한 폴리머 애자 성능 측정 장치를 구체적으로 설명하도록 한다.
도 5는 본 발명에 따른 이미지 분석을 통한 폴리머 애자 성능 측정 장치의 블록도이다. 도 6은 본 발명에 따른 이미지 분석을 통한 폴리머 애자 성능 장치의 이미지 분석부의 실시예를 설명하기 위한 도면이다. 도 7은 본 발명에 따른 이미지 분석을 통한 폴리머 애자 성능 장치의 성능 판단부의 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 이미지 분석을 통한 폴리머 애자 성능 측정 장치(100)는, 애자 촬영부(110), 이미지 분석부(120) 및 성능 판단부(130)를 포함하여 구성된다.
보다 구체적으로, 상기 애자 촬영부(110)는 폴리머 애자 주변에 위치하여 상기 폴리머 애자를 촬영하는 기능을 수행한다. 이 때, 상기 애자 촬영부(110)는 칼라 또는 흑백으로 촬영할 수 있다.
또한, 상기 이미지 분석부(120)는 상기 애자 촬영부(110)에 의하여 촬영된 이미지의 오손 면적을 산출하는 기능을 수행하며, 상기 성능 판단부(130)는 상기 이미지 분석부에 의하여 산출된 오손 면적과 누설 전류에 대한 관계를 기반으로 상기 폴리머 애자의 오손 정도를 정량적으로 판단하여 상기 폴리머 애자의 성능을 판단하는 기능을 수행한다.
도 6을 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 이미지 분석을 통한 폴리머 애자 성능 측정 장치(100)의 이미지 분석부(120)는, 배경 영역 삭제부(121), 색상 산출부(122), 오염 색상 선정부(123) 및 오손 면적 산출부(124)를 포함하여 구성될 수 있다.
구체적으로 상기, 배경 영역 삭제부(121)는 상기 촬영된 이미지에서 상기 폴리머 애자를 제외한 나머지 영역인 배경 영역을 삭제하는 기능을 수행한다.
이 때, 상기 배경 영역 삭제부는 상기 배경 영역을 단일색으로 처리할 수도 있다.
또한, 상기 색상 산출부(122)는 상기 촬영된 이미지에 존재하는 색상 별 점유율을 산출하는 기능을 수행한다.
또한, 상기 오염 색상 선정부(123)는 상기 색상 산출부(122)에 의하여 산출된 색상 별 점유율에서 오염 색상을 선정하는 기능을 수행한다.
이 때, 상기 오염 색상 선정부(123)는, 상기 촬영된 이미지에서 상기 폴리머 애자 고유의 색을 제외함으로써 상기 오염 색상을 선정할 수 있다.
또한, 상기 오손 면적 산출부(124)는, 상기 촬영된 이미지에서 상기 오염 색상 선정부(123)에 의하여 선정된 오염 색상이 차지하는 비율인 오손 면적을 산출하는 기능을 수행한다.
도 7을 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 이미지 분석을 통한 폴리머 애자 성능 측정 장치(100)의 성능 분석부(130)는, 누설 전류 환산부(131) 및 누설 전류 기반 성능 판단부(132)를 포함하여 구성될 수 있다.
보다 구체적으로 상기 누설 전류 환산부(131)는 상기 오손 면적을 상기 누설 전류의 크기로 환산하는 기능을 수행한다. 즉, 상기 오손 면적 산출부(124)에 의하여 산출된 오손 면적을 누설 전류의 크기로 환산하는 것이다.
이 때, 상기 누설 전류 환산부는 아래의 수학식을 통하여 상기 오손 면적을 누설 전류의 크기로 환산할 수 있다.
Figure pat00001
상기 수학식 1에서 상기 I는 상기 누설 전류를 의미하고, 상기 A는 상기 오손 면적을 의미한다.
또한, 상기 누설 전류 기반 성능 판단부(132)는, 상기 누설 전류의 크기가 0.2mA 내지 0.34mA 인 경우에는 상기 폴리머 애자의 성능을 요주의로 판단하며, 상기 누설 전류의 크기가 0.2mA 미만인 경우에는 상기 폴리머 애자의 성능을 정상으로 판단하며, 상기 누설 전류의 크기가 0.34mA를 초과한 경우에는 상기 폴리머 애자의 성능을 불량으로 판단하는 기능을 수행한다.
상기 설명한 본 발명에 따른 이미지 분석을 통한 폴리머 애자 성능 측정 장치(100)의 실시예를 보다 구체적으로 살펴보면, 상기 애자 촬영부(110)에서 촬영된 이미지에서 분석 대상을 제외한 배경은 흰색(RGB 코드 255,255,255) 등과 같은 단일색으로 처리한 다음 각 색깔(16,255,65536 등)별로 분표율을 계산한 후 애자 고유의 색깔을 제외한 오염된 색을 클릭 또는 RGB 코드 입력을 하게 되면 아래의 수학식 2를 통하여 오손된 표면적인 오손 면적을 산출할 수 있게 된다.
Figure pat00002
이 때, 색분석(Color Analysis)을 통하여 얻어지는 데이터는 표 또는 엑셀 데이터로 기록되며 필요시 지형적 특색에 따른 오손색을 재평가할 수 있도록 설계할 수 있다.
또한, 상기 폴리머 애자의 상태를 판단하기 위한 기준으로는 도 8에 도시된 상용주파수 섬락시험 및 누선 전류 측정 값을 원 데이터로 활용할 수 있다.
구체적으로, 통계를 통해 오손 면적과 주수섬락 실험 값 그리고 오손 표면적에 따른 누설 전류 값과의 회귀분석을 구성할 수 있었다.
절연 성능 평가는 한국전력공사 배전 시스템에서 사용되고 있는 자기재 현수애자의 누설 전류 0.2mA 초과시 요주의 및 불량 지침을 참고하였다.
도 8은 상용주파수 주수 섬락 시험 및 누설 전류 측정 값을 나타낸 도면이다. 도 9는 누설전류와 잔차에 대한 그래프를 나타낸 도면이다. 도 10은 누설전류와 오손 면적 간의 회귀 분석을 설명하기 위한 도면이다.
보다 구체적으로 도 8은 현장에서 육안 점검을 통해 발췌한 현수애자를 한국전력공사 구매시방서에 따라 상용주파 주수 섬락 전압 실험 및 표면 누설전류를 측정한 것이다. 앞서 도 3에서 확인 할 수 있듯이 주수섬락 시험시 기준인 130kV(A호, 110kV(B호) 이하인 시료는 모두 누설전류 측정시 0.2mA를 초과하여 요주의 이상으로 나타나 두 관계의 상관성은 매우 높은 것으로 확인되었다.
도 9 내지 도 13을 함께 참조하면 누설전류와 이미지 분석을 통한 오손 측정량(오손 면적)을 회귀 분석한 예를 확인할 수 있으며, 상관관계가 76.1%로 높은 상관도를 갖는 것으로 확인되었다.
이하, 본 발명에 따른 이미지 분석을 통한 폴리머 애자 성능 측정 방법에 대하여 설명하도록 한다. 상기 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 이미지 분석을 통한 폴리머 애자 성능 측정 장치(100)와 동일한 기술 내용에 대한 설명은 생략하도록 한다.
도 14는 본 발명에 따른 이미지 분석을 통한 폴리머 애자 성능 측정 방법의 흐름도이다.
도 14를 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 이미지 분석을 통한 폴리머 애자 성능 측정 방법은, 폴리머 애자의 오손 정도를 기반으로 폴리머 애자의 성능을 측정하는 방법에 있어서,
상기 폴리머 애자를 촬영하는 단계(S100), 상기 촬영하는 단계(S100)에서 촬영된 이미지의 오손 면적을 산출하는 단계(S110) 및 상기 산출하는 단계(S110)에서 산출된 오손 면적과 누설 전류에 대한 관계를 기반으로 상기 폴리머 애자의 오손 정도를 정량적으로 판단하여 상기 폴리머 애자의 성능을 판단하는 단계(S120)를 포함한다.
상기 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 이미지 분석을 통한 폴리머 애자 성능 측정 장치(100) 및 방법에 의하면, 폴리머 애자의 표면 오손량을 원거리에서 촬영된 이미지를 활용하여 산출하고, 누설 전류 및 상용주파주수 섬락치와의 상관 관계를 통해 폴리머 절연물의 성능 평가를 정확하게 수행할 수 있는 장점이 있다.
이상에서와 같이 본 발명에 따른 이미지 분석을 통한 폴리머 애자 성능 측정 장치(100) 및 방법은 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
100: 이미지 분석을 통한 폴리머 애자 성능 측정 장치
110: 애자 촬영부
120: 이미지 분석부
130: 성능 판단부
121: 배경 영역 삭제부
122: 색상 산출부
123: 오염 색상 선정부
124: 오손 면적 산출부
131: 누설 전류 환산부
132: 누설 전류 기반 성능 판단부

Claims (20)

  1. 폴리머 애자의 오손 정도를 기반으로 폴리머 애자의 성능을 측정하는 장치에 있어서,
    상기 폴리머 애자 주변에 위치하여 상기 폴리머 애자를 촬영하는 애자 촬영부;
    상기 애자 촬영부에 의하여 촬영된 이미지의 오손 면적을 산출하는 이미지 분석부; 및
    상기 이미지 분석부에 의하여 산출된 오손 면적과 누설 전류에 대한 관계를 기반으로 상기 폴리머 애자의 오손 정도를 정량적으로 판단하여 상기 폴리머 애자의 성능을 판단하는 성능 판단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 분석을 통한 폴리머 애자 성능 측정 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 이미지 분석부는,
    상기 촬영된 이미지에서 상기 폴리머 애자를 제외한 나머지 영역인 배경 영역을 삭제하는 배경 영역 삭제부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 분석을 통한 폴리머 애자 성능 측정 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 배경 영역 삭제부는,
    상기 배경 영역을 단일색으로 처리하는 것을 특징으로 하는 이미지 분석을 통한 폴리머 애자 성능 측정 장치.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 이미지 분석부는,
    상기 촬영된 이미지에 존재하는 색상 별 점유율을 산출하는 색상 산출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 분석을 통한 폴리머 애자 성능 측정 장치.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 이미지 분석부는,
    상기 색상 산출부에 의하여 산출된 색상 별 점유율에서 오염 색상을 선정하는 오염 색상 선정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 분석을 통한 폴리머 애자 성능 측정 장치.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 오염 색상 선정부는,
    상기 촬영된 이미지에서 상기 폴리머 애자 고유의 색을 제외함으로써 상기 오염 색상을 선정하는 것을 특징으로 하는 이미지 분석을 통한 폴리머 애자 성능 측정 장치.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 이미지 분석부는,
    상기 촬영된 이미지에서 상기 오염 색상 선정부에 의하여 선정된 오염 색상이 차지하는 비율인 오손 면적을 산출하는 오손 면적 산출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 분석을 통한 폴리머 애자 성능 측정 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 성능 판단부는,
    상기 오손 면적을 상기 누설 전류의 크기로 환산하는 누설 전류 환산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 분석을 통한 폴리머 애자 성능 측정 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 누설 전류 환산부는,
    I = -5.676 + 0.0669 X A를 통하여 상기 오손 면적을 상기 누설 전류의 크기로 환산하되,
    상기 I는 상기 누설 전류를 의미하고, 상기 A는 상기 오손 면적을 의미하는 것을 특징으로 하는 이미지 분석을 통한 폴리머 애자 성능 측정 장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 성능 판단부는,
    상기 누설 전류의 크기가 0.2mA 내지 0.34mA 인 경우에는 상기 폴리머 애자의 성능을 요주의로 판단하며,
    상기 누설 전류의 크기가 0.2mA 미만인 경우에는 상기 폴리머 애자의 성능을 정상으로 판단하며,
    상기 누설 전류의 크기가 0.34mA를 초과한 경우에는 상기 폴리머 애자의 성능을 불량으로 판단하는 누설 전류 기반 성능 판단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 분석을 통한 폴리머 애자 성능 측정 장치.
  11. 폴리머 애자의 오손 정도를 기반으로 폴리머 애자의 성능을 측정하는 방법에 있어서,
    상기 폴리머 애자를 촬영하는 단계;
    상기 촬영하는 단계에서 촬영된 이미지의 오손 면적을 산출하는 단계; 및
    상기 산출하는 단계에서 산출된 오손 면적과 누설 전류에 대한 관계를 기반으로 상기 폴리머 애자의 오손 정도를 정량적으로 판단하여 상기 폴리머 애자의 성능을 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 분석을 통한 폴리머 애자 성능 측정 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 오손 면적을 산출하는 단계는,
    상기 촬영된 이미지에서 상기 폴리머 애자를 제외한 나머지 영역인 배경 영역을 삭제하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 분석을 통한 폴리머 애자 성능 측정 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 삭제하는 단계는,
    상기 배경 영역을 단일색으로 처리하는 것을 특징으로 하는 이미지 분석을 통한 폴리머 애자 성능 측정 방법.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 오손 면적을 산출하는 단계는,
    상기 촬영된 이미지에 존재하는 색상 별 점유율을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 분석을 통한 폴리머 애자 성능 측정 방법.
  15. 청구항 12에 있어서,
    상기 오손 면적을 산출하는 단계는,
    상기 색상 별 점유율을 산출하는 단계에서 산출된 색상 별 점유율에서 오염 색상을 선정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 분석을 통한 폴리머 애자 성능 측정 방법.
  16. 청구항 14에 있어서,
    상기 오염 색상을 선정하는 단계는,
    상기 촬영된 이미지에서 상기 폴리머 애자 고유의 색을 제외함으로써 상기 오염 색상을 선정하는 것을 특징으로 하는 이미지 분석을 통한 폴리머 애자 성능 측정 방법.
  17. 청구항 15에 있어서,
    상기 오손 면적을 산출하는 단계는,
    상기 촬영된 이미지에서, 상기 오염 색상을 선정하는 단계에서 선정된 오염 색상이 차지하는 비율인 최종 오손 면적을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 분석을 통한 폴리머 애자 성능 측정 방법.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 폴리머 애자의 성능을 판단하는 단계는,
    상기 오손 면적을 상기 누설 전류의 크기로 환산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 분석을 통한 폴리머 애자 성능 측정 방법.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 환산하는 단계는,
    I = -5.676 + 0.0669 X A를 통하여 상기 오손 면적을 상기 누설 전류의 크기로 환산하되,
    상기 I는 상기 누설 전류를 의미하고, 상기 A는 상기 오손 면적을 의미하는 것을 특징으로 하는 이미지 분석을 통한 폴리머 애자 성능 측정 방법.
  20. 청구항 11에 있어서,
    상기 폴리머 애자의 성능을 판단하는 단계는,
    누설 전류를 기반으로 성능을 판단하는 단계를 포함하되,
    상기 누설 전류를 기반으로 성능을 판단하는 단계는,
    상기 누설 전류의 크기가 0.2mA 내지 0.34mA 인 경우에는 상기 폴리머 애자의 성능을 요주의로 판단하며,
    상기 누설 전류의 크기가 0.2mA 미만인 경우에는 상기 폴리머 애자의 성능을 정상으로 판단하며,
    상기 누설 전류의 크기가 0.34mA를 초과한 경우에는 상기 폴리머 애자의 성능을 불량으로 판단하는 것을 특징으로 하는 이미지 분석을 통한 폴리머 애자 성능 측정 방법.
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