KR20170057747A - 부분방전 판별장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내부방전과 외부방전을 판별하기 위한 부분방전 판별장치 및 그 방법에 관한 것으로, 전력설비 기기의 부분방전으로 인해 방사되는 서로 다른 대역의 전자파(RF)를 수신하기 위한 복수의 RF 안테나와, 상기 RF 안테나 각각에서 출력되는 서로 다른 대역의 부분방전에 의한 전자파 신호를 각각 증폭 및 파형 정형하여 주파수 대역별 부분방전 펄스로 출력하는 주파수 대역별 신호 처리부들과, 상기 주파수 대역별 신호 처리부 각각에서 출력되는 주파수 대역별 부분방전 펄스를 입력받아 펄스 크기 비교 혹은 펄스 크기의 차를 임계치와 비교하고, 비교결과에 따라 내부방전 혹은 외부방전으로 판별한 후 그 판별결과를 오디오로 출력 혹은 표시 데이터로 표출하는 부분방전 판별부를 포함함을 특징으로 한다.

Description

부분방전 판별장치 및 그 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DISTINGUISH A PARTIAL DISCHARGE}

본 발명은 부분방전 판별 시스템에 관한 것으로, 특히 내부방전과 외부방전을 판별하기 위한 부분방전 판별장치 및 그 방법에 관한 것이다.

오늘날 사회의 전력소비는 증가하고 있으며 이에 맞추어 필연적으로 전력 공급의 안정성 유지는 점점 더 중요해지고 있는 추세이다. 이러한 전력공급은 계통을 통해서 이루어지며, 계통의 신뢰성 확보를 위해서는 구성요소인 전력기기의 안정성이 뒷받침되어야 한다.

전력기기 중 핵심은 변압기라 할 수 있으며, 실제의 변압기 수명인 20~30년 정도의 기대 수명을 예측하지 못하고 고장이 발생할 경우 심각한 경제적 손실을 가져올 뿐만 아니라 계통의 신뢰성 문제에도 영향을 끼친다.

또한 1970년 대 이후 경제개발 계획의 추진으로 각종 산업의 발달과 함께 전력수요의 증가로 변압기의 설치가 급증하였다. 그에 따라 설치된 변압기의 상당수가 노후화되면서 예상치 못했던 설비사고가 종종 발생하고 있다. 이러한 사고를 통해 광범위한 정전이 수반되고, 공급 지장 및 복구를 위한 경제적 손실, 정전으로 인한 경제적, 사회적 파장이 커지게 된다. 따라서 장기간 운전되는 변압기가 고장이 발생하지 않도록 사고를 사전에 예방하기 위한 진단기술의 필요성이 증가하고 있다.

변압기 사고 발생의 가장 큰 부분을 차지하고 있는 절연 내력의 열화로 인한 변압기의 절연 파괴는 특성상 폭발을 동반할 수 있으며 폭발 시에는 다른 상황에서보다 경제적, 시간적 손실이 크고 복구에 필요한 시간과 비용이 크므로 변압기 내부 절연 물질의 열화와 관련하여 예방진단 및 온라인 진단을 통한 실시간 상태모니터링이 필요하다.

이러한 필요성에 힘입어 최근 대용량 변압기의 운전 신뢰성을 확보하기 위한 다수 기업들이 예방 진단 시스템을 연구, 개발 및 실제로 적용하고 있다. 예방진단 시스템은 변압기의 운전 중에 열화와 관련된 선로를 상시로 측정하고 데이터베이스화하여 변압기 사고방지는 물론, 최적의 유지보수 계획을 수립하기 위한 것으로, 변압기의 열화 측정을 위해서 절연유 분석기술, 초음파 측정기술, 전기적 부분방전 측정기술 및 온도측정 기술 등이 포함된다.

변압기 사고의 중대 요인인 내부 절연파괴는 대부분의 경우 초기에 부분방전을 수반하므로, 이를 관측함으로써 사고를 미연에 방지할 수 있으며, 상시 측정된 데이터들은 변압기의 절연설계와 감시에도 유용하게 적용될 수 있다.

부분방전의 시험방법은 국제표준인 IEC 60270에 규정되어 있으며, 현지에서 부분방전 측정은 외부 노이즈의 영향을 받기 쉽기 때문에, 다양한 노이즈 대책을 조합하여 사용된다.

부분방전의 종류는 크게 고체 절연체 내부의 보이드나 공극에서 발생하는 내부방전과, 기체 절연체에서 전계집중 부위에 발생되는 코로나 방전이나 연면 방전 등을 외부방전이라 칭하며, 크게 내부 및 외부 방전으로 구분한다.

절연체 내부에서 발생된 내부방전은 절연재료의 열화를 가속시키므로 발생한 방전신호의 전하량, 발생빈도 등을 측정함으로써 열화의 종류와 열화 원인을 알아낼 수 있으며, 절연재료의 열화 상태를 추정할 수 있다.

부분방전 검출장치 등을 이용하여 부분방전을 검출하는 것이 일반적이기 하지만, 부분 방전의 원인이 내부에서 일어난 내부 방전인지 외부에서 일어난 외부 방전인지를 판단할 수 있는 방법은 사용자가 측정 파형을 보고서 판단하는 방법 밖에 없다. 따라서 숙련된 전문가가 아닌 비전문가 입장에서는 부분방전이 내부 방전인지 외부 방전인지를 판단하기란 그리 쉬운 일이 아니다.

대한민국 등록특허공보 제10-0482305호 대한민국 등록특허공보 제10-1070329호

이에 본 발명의 목적은 상술한 단점을 해결하기 위해 창안된 발명으로서, 내부에서 발생하는 부분방전과 외부에서 발생하는 부분방전을 판별해 줄 수 있는 부분방전 판별방법을 제공함에 있으며,

더 나아가 본 발명의 또 다른 목적은 주파수 대역이 다른 센서를 이용하여 절연 시스템의 내부 혹은 외부에서 발생하는 부분방전을 판별할 수 있는 부분방전 판별장치 및 그 방법을 제공함에 있다.

상술한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 부분방전 판별장치는,

전력설비 기기의 부분방전으로 인해 방사되는 서로 다른 대역의 전자파(RF)를 수신하기 위한 복수의 RF 안테나와,

상기 RF 안테나 각각에서 출력되는 서로 다른 대역의 부분방전에 의한 전자파 신호를 각각 증폭 및 파형 정형하여 주파수 대역별 부분방전 펄스로 출력하는 주파수 대역별 신호 처리부들과,

상기 주파수 대역별 신호 처리부 각각에서 출력되는 주파수 대역별 부분방전 펄스를 입력받아 펄스 크기 비교 혹은 펄스 크기의 차를 임계치와 비교하고, 비교결과에 따라 내부방전 혹은 외부방전으로 판별한 후 그 판별결과를 오디오로 출력 혹은 표시 데이터로 표출하는 부분방전 판별부를 포함함을 특징으로 한다.

상술한 부분방전 판별장치에서 상기 복수의 RF 안테나는 5 내지 20MHz 대역에 속하는 임의의 주파수를 감지하기 위한 제1RF 안테나와, 180 내지 220Mhz 대역에 속하는 임의의 주파수를 감지하기 위한 제2RF 안테나를 포함함을 또 다른 특징으로 하며,

상기 부분방전 판별부는,

서로 다른 주파수 대역별 부분방전 펄스의 크기를 비교하되, 펄스 크기의 차가 정해진 임계치 이상이면 내부방전이고 임계치 이하이면 외부 방전으로 판별함을 또 다른 특징으로 한다.

한편 본 발명의 실시예에 따른 부분방전 판별장치의 부분방전 판별방법은,

서로 다른 대역의 전자파(RF)를 수신하기 위한 복수의 RF 안테나로부터 서로 다른 대역의 부분방전에 의한 전자파 신호를 수신하는 단계와;

수신된 서로 다른 대역의 부분방전에 의한 전자파 신호를 각각 증폭 및 파형 정형하여 주파수 대역별 부분방전 펄스를 생성하는 단계와;

생성된 상기 주파수 대역별 부분방전 펄스의 크기를 비교 혹은 펄스 크기의 차를 임계치와 비교하고, 비교결과에 따라 내부방전 혹은 외부방전으로 판별한 후 그 판별결과를 오디오로 출력 혹은 표시 데이터로 표출하는 단계;를 포함함을 특징으로 한다.

상술한 과제 해결 수단에 따르면, 본 발명의 실시예에 따른 부분방전 판별장치는 절연시스템 혹은 전력설비 기기에서 발생되는 국부적인 부분방전이 내부방전에 의한 것인지 외부방전에 의한 것인지를 시청각 데이터로 표출해 주기 때문에, 전문적인 지식이 없이도 내부 혹은 외부방전을 용이하게 판별할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 부분방전 판별장치의 블럭 구성 예시도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 부분방전 판별방법 흐름 예시도.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 주파수 대역별 부분방전에 의한 전자파 파형 예시도.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 혹은 구성과 같은 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 부분방전 판별장치의 블럭 구성 일부를 예시한 것이다.

도 1에 도시한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 부분방전 판별장치는 전력설비 기기의 부분방전으로 인해 방사되는 서로 다른 대역(예를 들면 5MHz, 200MHz 등)의 전자파(RF)를 수신하기 위한 복수의 RF 안테나(100,110)와,

상기 RF 안테나(100,110) 각각에서 출력되는 서로 다른 대역의 부분방전에 의한 전자파 신호를 각각 증폭 및 파형 정형하여 주파수 대역별 부분방전 펄스로 출력하는 주파수 대역별 신호 처리부들(120,130)과,

상기 주파수 대역별 신호 처리부 각각(120,130)에서 출력되는 주파수 대역별 부분방전 펄스를 입력받아 펄스 크기 비교 혹은 펄스 크기의 차를 임계치와 비교하고, 비교결과에 따라 내부방전 혹은 외부방전으로 판별하고 그 판별결과를 오디오로 출력 혹은 표시 데이터로 표출하는 부분방전 판별부(140)를 포함한다.

미설명된 부분방전 표출부(150)는 내부방전 혹은 외부방전을 외부에 표출하기 위한 표시부이거나 표시램프 혹은 경고음 출력부를 나타낸 것이다.

예를 들면, 상기 복수의 RF 안테나(100,110)는 5 내지 20MHz 대역에 속하는 임의의 전자파 주파수를 감지하기 위한 제1RF 안테나(100)와, 180 내지 220Mhz 대역에 속하는 임의의 전자파 주파수를 감지하기 위한 제2RF 안테나(110)일 수 있다. 경우에 따라서는 대역통과필터를 포함하는 RF 안테나를 사용하여 원하는 대역의 전자파 주파수를 감지할 수도 있다.

신호 처리부 1과 2(120,130) 각각은 앞단에 위치한 RF 안테나를 통해 수신되는 전자파(RF) 신호를 증폭시키는 광대역 RF 증폭기와, 부분방전 신호의 에너지가 집중되어 있는 주파수 구간만을 통과시키는 대역통과필터(안테나측에 대역통과필터가 구비된 경우 삭제될 수 있음)와, 대역통과필터를 통해 출력되는 신호를 파형 정형하기 위한 샘플링부와 A/D 컨버터 등을 포함함으로써, 서로 다른 대역의 부분방전에 의한 전자파 신호를 안테나의 주파수 대역별 부분방전 펄스로 출력한다.

부분방전 판별부(140)는 주파수 대역별 부분방전 펄스의 크기를 비교하거나 펄스 크기의 차를 임계치와 비교하고, 그 비교결과에 따라 내부방전 혹은 외부방전 판별결과를 단순히 판별신호로 출력할 수 있도록 게이트 어레이들의 조합체로 구현될 수 있고, 부분방전 판별장치의 동작을 전반적으로 제어할 수 있는 마이크로 컴퓨터로 구현될 수도 있다. 이러한 부분방전 판별부(140)는 서로 다른 주파수 대역별 부분방전 펄스의 크기를 비교하되, 상대적으로 낮은 주파수 대역의 부분방전 펄스의 크기가 작으면 내부 방전으로 판별할 수 있다.

경우에 따라서는 서로 다른 주파수 대역별 부분방전 펄스의 크기 차를 임계치와 비교하되, 펄스 크기의 차가 정해진 임계치 이상이면 내부방전이고 임계치 이하이면 외부 방전으로 판별할 수도 있다.

이하 상술한 구성을 가지는 부분방전 판별장치의 동작을 첨부 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

우선 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 부분방전 판별방법 흐름도를 예시한 것이며, 도 3 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 주파수 대역별 부분방전에 의한 전자파 파형을 각각 예시한 것이다.

참고적으로 본원 출원인은 주파수 대역에 따라 부분방전의 주파수 특성이 다르게 나타난다는 점을 활용하여 외부방전과 내부방전을 판별하는 방법을 창안하였다.

이를 주파수 대역별 부분방전에 의한 전자파 파형을 도시한 도 3 내지 도 5를 참조하여 부연 설명하면,

우선 도 3에 도시한 전자파 파형은 실제 실험을 통해서 내부(보이드 방전)방전 파형을 측정한 것이며, 도 4는 외부(연면 방전)방전 파형을, 도 5는 외부(코로나 방전)방전 파형을 각각 측정한 것이다. 파형 측정을 위해 5MHz, 200MHz와 같이 2개의 서로 다른 대역의 전자파를 감지하기 위한 RF 안테나를 이용하였다.

도 3 내지 도 5에서 1번 파형은 인가전압을 나타내며, 3번 파형은 5MHz 안테나를 통해 수신된 전자파 파형을 나타낸 것이며, 4번 파형은 200MHz 안테나를 통해 수신된 전자파 파형을 나타낸 것이다.

도 3 내지 도 5에 도시된 측정 파형을 고찰해 보면, 내부 방전의 경우에는 상대적으로 낮은 주파수 대역의 부분방전 펄스 크기와 상대적으로 높은 주파수 대역의 부분방전 펄스 크기의 차가 크게 나타났지만, 외부 방전의 경우에는 펄스 크기의 차가 상대적으로 낮게 나타났다. 이로부터 두 주파수 대역의 부분방전 펄스 크기의 차가 임계치보다 크게 나타나면 내부 방전으로 판별할 수 있고, 임계치보다 작으면 외부 방전으로 판별할 수 있다.

경우에 따라서는 단순히 도 3에서와 같이 서로 다른 주파수 대역별 부분방전 펄스의 크기를 비교하여 상대적으로 낮은 주파수 대역의 부분방전 펄스의 크기가 작으면 내부 방전으로 판별하도록 할 수도 있을 것이다.

상술한 판별방법을 도 2를 참조하여 부연 설명하면, 우선 도 1에 도시한 부분방전 판별장치에서는 2개의 RF 안테나(100,110)를 통해 주파수 대역, 예를 들면 5MHz와 200MHz RF 안테나를 사용하여 전자파 신호를 수신(S10단계)한다.

수신된 전자파 신호는 각 RF 안테나(100,110)의 후단에 위치하는 신호 처리부(120,130)로 입력되어 증폭 및 파형 정형되어 각각의 주파수 대역별로 부분방전 펄스가 생성(S20단계)되어 출력된다.

생성된 주파수 대역별 부분방전 펄스는 부분방전 판별부(140)로 입력되어 주파수 대역별 부분방전 펄스 크기의 차를 임계치와 비교(S30단계)한다. 즉, 두 주파수 대역의 부분방전 펄스 크기의 차가 임계치보다 크게 나타나면 내부 방전으로 판별할 수 있고, 임계치보다 작으면 외부 방전으로 판별한다.

그리고 부분방전 판별부(140)는 상기 비교결과에 따라 내부 혹은 외부방전으로 판별한 후 판별결과를 표시부 혹은 경고음 혹은 음성으로 관리자 등에게 표출(S40단계)한다.

이로써, 본 발명의 실시예에 따른 부분방전 판별장치 혹은 판별방법을 이용하게 되면, 비전문가라 하더라도 전력설비 기기 혹은 절연시스템에서 발생되는 국부적인 부분방전이 내부방전에 의한 것인지 아니면 외부방전에 의한 것인지를 용이하게 판별할 수 있게 되는 것이다.

이상 본 발명은 도면에 도시된 실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 예를 들면, 본 발명의 실시예에서는 서로 다른 주파수 대역별 부분방전 펄스 크기의 차를 임계치와 비교하는 방법을 사용하였지만, 별 다른 변형 없이 단순히 부분방전 펄스의 크기를 비교하여 내부 혹은 외부 방전을 판별할 수도 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

100, 110: RF 안테나 120, 130: 신호 처리부
140: 부분방전 판별부 150: 부분방전 표출부

Claims (7)

1. 전력설비 기기의 부분방전으로 인해 방사되는 서로 다른 대역의 전자파(RF)를 수신하기 위한 복수의 RF 안테나와;
   상기 RF 안테나 각각에서 출력되는 서로 다른 대역의 부분방전에 의한 전자파 신호를 각각 증폭 및 파형 정형하여 주파수 대역별 부분방전 펄스로 출력하는 주파수 대역별 신호 처리부들과;
   상기 주파수 대역별 신호 처리부 각각에서 출력되는 주파수 대역별 부분방전 펄스를 입력받아 펄스 크기 비교 혹은 펄스 크기의 차를 임계치와 비교하고, 비교결과에 따라 내부방전 혹은 외부방전으로 판별한 후 그 판별결과를 오디오로 출력 혹은 표시 데이터로 표출하는 부분방전 판별부;를 포함함을 특징으로 하는 부분방전 판별장치.
   
2. 청구항 1에 있어서, 상기 복수의 RF 안테나는 5 내지 20MHz 대역에 속하는 임의의 주파수를 감지하기 위한 제1RF 안테나와, 180 내지 220Mhz 대역에 속하는 임의의 주파수를 감지하기 위한 제2RF 안테나를 포함함을 특징으로 하는 부분방전 판별장치.
   
3. 청구항 1에 있어서, 상기 부분방전 판별부는,
   서로 다른 주파수 대역별 부분방전 펄스의 크기 차를 임계치와 비교하되, 펄스 크기의 차가 정해진 임계치 이상이면 내부방전이고 임계치 이하이면 외부 방전으로 판별함을 특징으로 하는 부분방전 판별장치.
   
4. 청구항 1에 있어서, 상기 부분방전 판별부는,
   서로 다른 주파수 대역별 부분방전 펄스의 크기를 비교하되, 상대적으로 낮은 주파수 대역의 부분방전 펄스의 크기가 작으면 내부 방전으로 판별함을 특징으로 하는 부분방전 판별장치.
   
5. 부분방전 판별장치의 부분방전 판별방법에 있어서,
   서로 다른 대역의 전자파(RF)를 수신하기 위한 복수의 RF 안테나로부터 서로 다른 대역의 부분방전에 의한 전자파 신호를 수신하는 단계와;
   수신된 서로 다른 대역의 부분방전에 의한 전자파 신호를 각각 증폭 및 파형 정형하여 주파수 대역별 부분방전 펄스를 생성하는 단계와;
   생성된 상기 주파수 대역별 부분방전 펄스의 크기를 비교 혹은 펄스 크기의 차를 임계치와 비교하고, 비교결과에 따라 내부방전 혹은 외부방전으로 판별한 후 그 판별결과를 오디오로 출력 혹은 표시 데이터로 표출하는 단계;를 포함함을 특징으로 하는 부분방전 판별방법.
   
6. 청구항 5에 있어서, 상기 주파수 대역별 부분방전 펄스의 크기를 비교하되, 상대적으로 낮은 주파수 대역의 부분방전 펄스의 크기가 작으면 내부 방전으로 판별함을 특징으로 하는 부분방전 판별방법.
   
7. 청구항 5에 있어서, 상기 주파수 대역별 부분방전 펄스의 크기를 비교하되, 펄스 크기의 차가 정해진 임계치 이상이면 내부방전이고 임계치 이하이면 외부 방전으로 판별함을 특징으로 하는 부분방전 판별방법.

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