KR20160137097A - 변압기 절연유의 온도 및 가스 검출 장치 - Google Patents

변압기 절연유의 온도 및 가스 검출 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 변압기 절연유의 온도 및 가스 검출 장치에 관한 것으로서, 상호 다른 파장 대역의 광을 출사할 수 있도록 된 파장가변광원부와, 파장가변광원부에서 출사되는 광을 복수개의 분배채널을 통해 분배하는 광분배기와, 광분배기의 제1분배채널을 통해 전송된 광을 도파하며 변압기 내부의 절연유 내에 잠기도록 설치된 부분에는 격자가 형성되어 있는 광섬유 격자센서와, 광분배기의 제2분배채널을 통해 전송된 광을 변압기 내부까지 전송하는 제1광전송단과, 제1광전송단의 종단과 이격되게 배치되어 제1광전송단으로부터 절연유를 경유한 광을 입사받아 도파하는 제1광수신단으로 된 제1가스검출부와, 광섬유 격자센서에서 반사 또는 투과된 광을 검출하는 제1광검출부와, 제1가스 검출부의 제1광수신단에서 출력되는 광을 검출하는 제2광검출부와, 파장가변광원부에서 상호 다른 파장의 광이 출사되게 파장가변 광원부를 제어하고, 제1 및 제2광검출부에서 출력되는 신호를 이용하여 절연유의 온도와 절연유에 열분해되어 용해된 가스 종류 및 농도를 측정하고, 측정결과를 출력장치를 통해 출력하는 측정부를 구비한다. 이러한 변압기 절연유의 온도 및 가스 검출 장치에 의하면, 상호 다른 대역의 광을 이용하여 절연유의 열분해 가스 종류 및 농도를 검출하고, 절연유의 온도 정보도 함께 제공할 수 있어 이상 여부의 진단 정밀성을 향상시킬 수 있다.

Description

변압기 절연유의 온도 및 가스 검출 장치{apparatus for determination of temperature and dissolved gases in insulation oil of transformer}
본 발명은 변압기 절연유의 온도 및 가스 검출 장치에 관한 것으로서, 상세하게는 광을 이용하여 변압기 절연유의 온도 및 가스를 검출하는 장치에 관한 것이다.
변압기는 전력공급에 매우 중요한 설비이며, 전력공급 중단을 예방할 수 있도록 이상 여부를 조기에 발견하기 위해 과열, 아크 또는 부분방전등을 검출하는 방안등 다양한 방안이 있다.
변압기의 이상여부를 진단하기 위한 방안으로서 절연유 중에 포함된 가스의 분석에 의한 방법이 가장 신뢰성이 높아 가장 많이 사용되고 있다.
변압기 내부에서 일어나는 여러 가지 이상에는 열이 동반하여 발생하며, 이 열에 의해서 변압기 내부의 절연유, 절연지 및 프레스보드 등의 절연물이 분해되면서 가스가 생성되어 절연유 중에 용해된다. 이와 같이 절연유 중에 용해되어 있는 가스를 추출하여 가스의 종류와 함량을 분석함으로써 변압기 내부의 이상여부와 이상의 종류를 조기에 진단하는 것이 가능하다.
따라서, 변압기 내부에 이상의 징후가 나타나면 즉, 특정 가스가 기준치를 초과하면 사전에 내부점검 등 적절한 조처를 취하여 돌발적인 사고를 예방할 수 있다. 절연유 중의 가스를 분석하기 위해서는 운전중인 변압기에서 절연유 시료를 채취하여 실험실로 운반하여 가스를 추출한 다음 가스분석기(Gas Chromatography)로 분석하는 방법이 가장 일반적으로 사용되고 있다. 그러나 이러한 실험실적인 분석방법은 시료의 채취, 운반 및 분석에 많은 시간과 인력이 소요되기 때문에 최근에는 현장의 변압기에 자동가스 검출장치를 설치하여 연속적으로 감시하는 방법이 개발되어 사용되고 있다.
국내 공개특허 10-2005-0023878에는 절연유의 열분해 가스를 검출하여 이상여부를 진단하는 장치가 게시되어 있다.
상기 장치는 변압기 내부에 차있는 절연유 상부 공간에 가스센서를 설치하여 가스를 검출하도록 되어 있고, 이 경우 가스 종류를 구별하여 식별하기 위해서는 가스 종류별로 검출할 수 있는 센서가 다수개 구비되어야 하는 등 실질적으로 가스종류를 구별하면서 검출하도록 구축하기가 어려운 단점이 있다.
또한, 전력 공급에 의해 작동되는 가스센서를 적용할 경우 전력공급용 배선을 통해 아크, 방전 등이 발생하는 경우 내구성을 약화시킬 수 있는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창안된 것으로서, 파장대역이 상호 다른 광을 이용하여 절연유의 열분해 가스 종류 및 농도를 검출하고, 절연유의 온도도 함께 측정할 수 있는 변압기 절연유의 온도 및 가스 검출 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 변압기 절연유의 온도 및 가스 검출 장치는 상호 다른 파장 대역의 광을 출사할 수 있도록 된 파장가변광원부와; 상기 파장가변광원부에서 출사되는 광을 복수개의 분배채널을 통해 분배하는 광분배기와; 상기 광분배기의 제1분배채널을 통해 전송된 광을 도파하며 변압기 내부의 절연유 내에 잠기도록 설치된 부분에는 격자가 형성되어 있는 광섬유 격자센서와; 상기 광분배기의 제2분배채널을 통해 전송된 광을 상기 변압기 내부까지 전송하는 제1광전송단과, 상기 제1광전송단의 종단과 이격되게 배치되어 상기 제1광전송단으로부터 상기 절연유를 경유한 광을 입사받아 도파하는 제1광수신단으로 된 제1가스검출부와; 상기 광섬유 격자센서에서 반사 또는 투과된 광을 검출하는 제1광검출부와; 상기 제1가스 검출부의 상기 제1광수신단에서 출력되는 광을 검출하는 제2광검출부와; 상기 파장가변광원부에서 상호 다른 파장의 광이 출사되게 상기 파장가변 광원부를 제어하고, 상기 제1 및 제2광검출부에서 출력되는 신호를 이용하여 상기 절연유의 온도와 상기 절연유에 열분해되어 용해된 가스 종류 및 농도를 측정하고, 측정결과를 출력장치를 통해 출력하는 측정부;를 구비한다.
상기 파장가변 광원부는 상호 다른 파장대역의 광을 출사하는 복수개의 광원과; 상기 광원에서 각각 출사되는 광을 입력받을 수 있도록 된 복수개의 입력단과, 상기 입력단 각각을 통해 입력된 광을 공통 출력단을 통해 상기 광분배기에 전송할 수 있도록 된 광결합기;를 구비한다.
상기 파장가변광원부는 1300nm 내지 2010nm의 대역내에서 파장을 가변할 수 있도록 구축된 것이 바람직하다.
또한, 상기 광분배기의 제3분배채널을 통해 전송된 광을 도파하며 변압기 내부의 절연유 충진 공간 상부에 전송하는 제2광전송단과, 상기 제2광전송단의 종단과 이격되게 배치되어 상기 제2광전송단으로부터 상기 절연유 충진공간 상부를 경유한 광을 입사받아 도파하는 제2광수신단으로 된 제2가스검출부와; 상기 제2광수신단에서 출력되는 광을 검출하여 상기 측정부에 제공하는 제3광검출부;를 더 구비하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제2광전송단과 상기 제2광수신단 사이에는 하부가 개방된 중공을 갖되 길이방향을 따라 통기홀이 다수 형성되어 광을 도파하는 중공 파이버;를 더 구비한다.
상기 제1광전송단과 상기 제1광수신단은 중공을 갖으며 중앙부분이 상기 이격거리만큼 부분 절단된 페룰상에 각각 결합된 것이 적용된다.
상기 파장가변광원부는 1390nm, 1512nm, 1550~1590nm, 1654nm, 1742nm, 1854nm, 2004nm의 중심파장의 광을 각각 출사하는 광원들이 적용된다.
본 발명에 따른 변압기 절연유의 온도 및 가스 검출 장치에 의하면, 상호 다른 대역의 광을 이용하여 절연유의 열분해 가스 종류 및 농도를 검출하고, 절연유의 온도 정보도 함께 제공할 수 있어 이상 여부의 진단 정밀성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 변압기 절연유의 온도 및 가스 검출 장치를 나타내 보인 도면이고,
도 2는 도 1의 제1가스검출부의 일부를 확대도시한 단면도이고,
도 3은 도 1의 제2가스검출부의 일부를 발췌하여 도시산 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 변압기 절연유의 온도 및 가스 검출 장치를 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 변압기 절연유의 온도 및 가스 검출 장치를 나타내 보인 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 변압기 절연유의 온도 및 가스 검출 장치는 파장가변광원부(110), 광분배기(130), 광섬유격자센서(140), 제1가스검출부(150), 제2가스검출부(160), 제1 내지 제3광검출부(171 내지 173), 측정부(181), 표시부(183) 및 통신부(185)를 구비한다.
파장가변광원부(110)는 상호 다른 파장 대역의 광을 생성하여 출사할 수 있도록 되어 있다.
바람직하게는 파장가변 광원부(110)는 1300nm 내지 2010nm의 대역내에서 파장을 가변할 수 있도록 구축된다.
파장가변광원부(110)는 상호 다른 파장대역의 광을 출사하는 복수개의 광원(111a)(111b)(111n)과, 광원(111a)(111b)(111n) 각각에서 출사되는 광을 입력받아 공통 출력단을 통해 출력하는 광결합기(115)를 구비한다.
광원(111a)(111b)(111n)들은 특징으로 하는 변압기 절연유의 온도 및 가스 검출 장치.
파장가변광원부에 적용되는 광원(111a)(111b)(111n)들은 1390nm, 1512nm, 1550~1590nm, 1654nm, 1742nm, 1854nm, 2004nm의 중심파장 또는 해당 대역의 광을 각각 출사하는 광원(111a)(111b)(111n)들이 적용된다.
여기서, 1390nm의 광은 H2O, 1512nm의 광은 NH3, 1550~1590nm의 광은 H2S, CO, CO2, 1654nm의 광은 CH4, 1742nm의 광은 HCl, 1854nm의 광은 H2O, 2004nm의 광은CO2 성분을 검출하는데 이용된다.
광결합기(115)는 광원(111a)(111b)(111n)각각에서 출사되는 광을 입력받을 수 있도록 된 광원(111a)(111b)(111n)의 개수에 대응되게 마련된 복수개의 입력단(115a)(115n)과, 입력단(115a)(115n) 각각을 통해 입력된 광을 하나의 공통 출력단(116)을 통해 출력한다.
광분배기(130)는 광결합기(116)의 공통 출력단(116)을 통해 출력되는 광을 제1 내지 제3 분배채널(131 내지 133)을 통해 분배하여 출력한다.
광섬유격자센서(140)는 광분배기(130)의 제1분배채널(131)을 통해 전송된 광을 도파하며 변압기(10) 내부의 절연유(20) 내에 잠기도록 설치된 부분에는 격자(142)가 형성되어 있고 격자(142) 형성 영역을 중심으로 변압기 외부로 연장된 일단은 제1분배채널과 접속되어 있고 변압기 외부로 연장된 타단은 제1광검출부(171)에 접속되어 있다.
제1가스 검출부(150)는 광분배기(130)의 제2분배채널(132)을 통해 전송된 광을 변압기(10) 내부의 절연유(20)에 잠기는 위치까지 연장되어 전송하는 제1광전송단(151)과, 제1광전송단(151)의 종단과 이격되게 배치되어 제1광전송단(151)으로부터 절연유(20)를 경유한 광을 입사받아 도파하는 제1광수신단(152)으로 되어 있다.
제1광전송단(151)은 제1분배채널(132)로부터 변압기(10) 내부까지 연장된 광섬유 부분이며, 제1광수신단(152)은 제1광전송단(151)의 광섬유 종단과 이격되어 변압기 외부로 연장된 광섬유부분이다.
제1가스검출부(150)는 도 2에 도시된 바와 같이 광섬유를 수용하도록 중공을 갖는 페룰(155)의 양단을 각각 제1 및 제2홀더(151a)(152a)에 의해 지지되게 결합하고, 광섬유가 수용된 페룰(155)의 중앙부분을 설정된 이격거리에 대응되게 광섬유가 제거되도록 부분 절단하여 제1광전송단(151)의 광섬유 종단(151b)과 제1광수신단(152)의 광섬유 선단(152b)의 이격거리(d)를 유지하도록 구축될 수 있다.
여기서 제1광전송단(151)과 제1광수신단(152)의 이격거리는 간섭무늬가 생지기 않도록 충분히 이격되고, 바람직하게는 5 내지 10mm로 이격된다.
제2가스검출부(160)는 절연유 충진 공간 상부에서 절연유(20)로부터 유출된 가스를 검출하도록 설치되어 있다.
제2가스검출부(160)는 광분배기(130)의 제3분배채널(133)을 통해 전송된 광을 도파하며 변압기(10) 내부의 절연유(20) 충진 공간 상부에 전송하는 제2광전송단(161)과, 제2광전송단(161)의 종단과 이격되게 배치되어 제2광전송단(161)으로부터 절연유 충진공간 상부를 경유한 광을 입사받아 도파하는 제2광수신단(162)으로 되어 있다.
제2가스검출부(160)는 변압기(10)의 절연유가 점유하지 않는 상부 공간에 상호 대향되게 제2광전송단(161)의 종단과 제2광수신단(162)의 선단이 이격되게 배치되면 된다.
바람직하게는 도 3에 도시된 바와 같이 제2광전송단(161)의 종단과 제2광수신단(162)의 선단의 광학적 정렬 배치에 대한 제약을 완화시키도록 제2광전송단(161)과 제2광수신단(162) 사이에는 하부가 개방된 중공(165a)을 갖되 길이방향을 따라 통기홀(165)이 다수 형성되어 광을 도파하는 중공 파이버(hollow optical fiber)(165)를 제1 및 제2접속커넥터(161a)(162a)를 통해 접속한다.
중공 파이버(165)는 중공(165a)이 코어역할을 하며 내주면에는 클래딩 역할을 할 수 있게 유전체로 처리된 유전체층과, 유전체층 외측에 은(Ag)과 같은 반사물질로 처리된 반사층 및 반사층 외측에 유리소재로된 외측튜브를 갖는 구조로 형성된 것을 적용하면 된다.
제1광검출부(171)은 광섬유 격자센서(140)의 격자(142)를 투과한 광을 검출하여 측정부(181)에 출력한다.
도시된 예와 다르게 광섬유 격자센서(140)의 격자(142)에서 반사된 광을 검출하도록 제1광검출부가 구축될 수 있고, 이 경우 제1분배채널(131)과 광섬유 격자 센서 사이에 광써큘레이터가 삽입되고, 격자로부터 반사되어 광써큘레이터로 입사되는 광을 검출하도록 광검출기가 접속되면 된다.
제2광검출부(172)는 제1가스 검출부(150)의 제1광수신단(152)에서 출력되는 광을 검출하여 측정부(181)에 제공한다.
제3광검출부(173)는 제2광수신단(162)에서 출력되는 광을 검출하여 측정부(181)에 제공한다.
측정부(181)는 파장가변광원부(110)에서 앞서 설명된 상호 다른 파장의 광이 설정된 순번에 따라 순차적으로 광이 출사되게 파장가변 광원부(110)를 제어한다.
즉, 측정부(181)는 검사주기가 되면 제1광원(111a)을 설정된 시간동안 구동한 후 오프시키고, 제2광원(111b)을 구동하는 방식으로 n번째 광원(111n)까지 순차적으로 구동한다.
또한, 측정부(181)는 파장가변광원부(110)에서 출사되는 각 파장대역의 광에 대해 제1 내지 제3광검출부에서 출력되는 신호를 각각 수신받아, 절연유(10)의 온도와 절연유(10)에 열분해되어 용해된 가스 종류 및 농도와, 절연유 상부로 배출된 가스 종류 및 농도를 각각 측정하고, 측정결과를 출력장치인 표시부(183) 및 통신부(185)를 통해 출력한다.
측정부(181)에는 파장가변광원부(110)에서 출사되는 광에 대해 광섬유격자센서(140)에 의해 투과 또는 반사되는 광량에 대응한 온도값이 실험에 의해 미리 구해진 온도 룩업테이블이 마련되어 제1광검출부(171)에서 출력되는 신호에 대응하는 온도를 온도 룩업테이블을 참조하여 산출한다.
또한, 측정부(181)에는 파장가변광원부(110)에서 출사되는 각 파장대역의 광에 대한 검사대상 가스에 대한 흡광율 및 그에 대한 농도를 미리 실험에 의해 산출한 가스종류 및 농도에 대한 가스룩업테이블이 마련되어 제2광검출부(172) 및 제3광검출부(173)에서 출력되는 신호로부터 용해가스종류 및 농도와, 기화된 가스종류 및 농도를 산출한다.
측정부(181)에서 측정된 절연유 온도 및 가스 검출정보는 표시부(183)를 통해 표시되고, 통신부(185)를 통해 설정된 통신주소로 전송하도록 출력장치가 구축된 예를 도시하였다.
여기서 통신부(185)는 관리서버(미도시)로 통신망을 통해 전송하도록 구축될 수 있고, 표시부(183)는 생략될 수도 있다.
한편, 측정부(181)는 측정과정을 거쳐 검출된 특정가스의 농도가 설정된 농도 이상이 되거나 설정된 경고 온도를 초과하면 경고정보를 출력하거나 통신부(185)를 통해 전송하도록 구축될 수 있다.
이상에서 설명된 변압기 절연유의 온도 및 가스 검출 장치에 의하면, 상호 다른 대역의 광을 이용하여 절연유의 열분해 가스 종류 및 농도를 검출하고, 절연유의 온도 정보도 함께 제공할 수 있어 이상 여부의 진단 정밀성을 향상시킬 수 있다.
110: 파장가변광원부 130: 광분배기
140: 광섬유격자센서 150: 제1가스검출부
160: 제2가스검출부 171: 제1광검출부
172: 제2광검출부 173: 제3광검출부
181: 측정부 183: 표시부
185: 통신부

Claims (8)

  1. 상호 다른 파장 대역의 광을 출사할 수 있도록 된 파장가변광원부와;
    상기 파장가변광원부에서 출사되는 광을 복수개의 분배채널을 통해 분배하는 광분배기와;
    상기 광분배기의 제1분배채널을 통해 전송된 광을 도파하며 변압기 내부의 절연유 내에 잠기도록 설치된 부분에는 격자가 형성되어 있는 광섬유 격자센서와;
    상기 광분배기의 제2분배채널을 통해 전송된 광을 상기 변압기 내부까지 전송하는 제1광전송단과, 상기 제1광전송단의 종단과 이격되게 배치되어 상기 제1광전송단으로부터 상기 절연유를 경유한 광을 입사받아 도파하는 제1광수신단으로 된 제1가스검출부와;
    상기 광섬유 격자센서에서 반사 또는 투과된 광을 검출하는 제1광검출부와;
    상기 제1가스 검출부의 상기 제1광수신단에서 출력되는 광을 검출하는 제2광검출부와;
    상기 파장가변광원부에서 상호 다른 파장의 광이 출사되게 상기 파장가변 광원부를 제어하고, 상기 제1 및 제2광검출부에서 출력되는 신호를 이용하여 상기 절연유의 온도와 상기 절연유에 열분해되어 용해된 가스 종류 및 농도를 측정하고, 측정결과를 출력장치를 통해 출력하는 측정부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 변압기 절연유의 온도 및 가스 검출 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 파장가변 광원부는
    상호 다른 파장대역의 광을 출사하는 복수개의 광원과;
    상기 광원에서 각각 출사되는 광을 입력받을 수 있도록 된 복수개의 입력단과, 상기 입력단 각각을 통해 입력된 광을 공통 출력단을 통해 상기 광분배기에 전송할 수 있도록 된 광결합기;를 구비하는 것을 특징으로 하는 변압기 절연유의 온도 및 가스 검출 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 파장가변광원부는 1300nm 내지 2010nm의 대역내에서 파장을 가변할 수 있도록 구축된 것을 특징으로 하는 변압기 절연유의 온도 및 가스 검출 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 파장가변광원부는 1390nm, 1512nm, 1550~1590nm, 1654nm, 1742nm, 1854nm, 2004nm의 파장의 광을 각각 출사하는 광원들이 적용되는 것을 특징으로 하는 변압기 절연유의 온도 및 가스 검출 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 광분배기의 제3분배채널을 통해 전송된 광을 도파하며 변압기 내부의 절연유 충진 공간 상부에 전송하는 제2광전송단과, 상기 제2광전송단의 종단과 이격되게 배치되어 상기 제2광전송단으로부터 상기 절연유 충진공간 상부를 경유한 광을 입사받아 도파하는 제2광수신단으로 된 제2가스검출부와;
    상기 제2광수신단에서 출력되는 광을 검출하여 상기 측정부에 제공하는 제3광검출부;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 변압기 절연유의 온도 및 가스 검출 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제2광전송단과 상기 제2광수신단 사이에는 하부가 개방된 중공을 갖되 길이방향을 따라 통기홀이 다수 형성되어 광을 도파하는 중공 파이버;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 변압기 절연유의 온도 및 가스 검출 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1광전송단과 상기 제1광수신단의 이격거리는 5 내지 10mm인 것을 특징으로 하는 변압기 절연유의 온도 및 가스 검출 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제1광전송단과 상기 제1광수신단은
    중공을 갖으며 중앙부분이 상기 이격거리만큼 부분 절단된 페룰상에 각각 결합된 것을 특징으로 하는 변압기 절연유의 온도 및 가스 검출 장치.


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