KR20170087338A - 초전도 케이블의 절연 열화 진단 장치 및 방법 - Google Patents

초전도 케이블의 절연 열화 진단 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 초전도 케이블의 냉매를 이용한 절연 열화 진단 장치 및 방법에 관한 것이다. 이를 위한 본 발명의 초전도 케이블의 내부를 순환하는 냉매를 이용한 초전도케이블의 절연 열화 진단 장치는 초전도케이블 내부를 순환한 후, 케이블 냉각 장치를 통해 냉각되어 배출된 진단 대상 가스를 수집하는 가스 수집부; 진단 대상 가스에서 이상 기체를 검출하는 이상 기체 검출부; 및 이상 기체의 검출량을 근거로, 초전도케이블의 절연 열화 여부 및 열화 정도를 분석하는 열화 정보 분석부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

초전도 케이블의 절연 열화 진단 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DIAGNOSING INSULATION AGING OF SUPERCONDUCTING CABLE}
본 발명은 초전도 케이블의 절연 열화 진단 장치 및 방법에 관한 것이고, 보다 상세하게 초전도 케이블의 냉매를 이용한 절연 열화 진단 장치 및 방법에 관한 것이다.
전력케이블은 고압도체와 저압도체(Sheath) 사이에 자리한 절연층으로 절연을 유지하는 기능을 한다. 하지만, 절연층에 돌기나 이물 또는 보이드 등의 결함이 존재할 경우, 결함부에 전계가 국부적으로 집중되어 부분방전을 일으키게 된다. 부분방전이 발생하게 되면, 보통 5*10-11[cm3]의 체적에 0.1㎲ 동안 평균 170~1,000℃ 정도의 국부적인 온도 상승으로 절연체를 용해하거나, 화학적인 분해를 일으켜 절연체가 열화된다. 오랜 시간 동안 부분방전이 지속되면 절연파괴까지 이르게 된다.
종래 OF 케이블의 경우 절연유와 절연지로 절연이 구성되어 있다. 여기서, 종래의 절연체에 대한 절연 열화 진단은 접속함 채유구를 통해 절연유를 체취한 후 유중 가스 분석을 통해 절연유 내 용해되어 있는 가스의 종류 및 함량을 측정함으로써 이루어진다. XLPE 케이블의 경우, 가교 폴리에틸렌을 절연 재료로 사용하고 있고, 주로 부분 방전 진단을 통해 절연체의 열화를 진단하고 있다.
최근에는 초전도케이블을 통한 전력 케이블에 대한 연구가 진행되고 있다. 초전도케이블은 극저온(77K 이하, 약 -200℃) 에서 저항이 영(0)이 되는 초전도선재를 이용하여 기존 같은 전압 및 직경을 갖는 또는 케이블에 비하여 3 내지 5배의 송전이 가능한 장점이 있다. 이러한 초전도케이블은 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 포머, 평활층 또는 완화층, 초전도 도체층, 내부 반도전층, 절연층, 외부 반도전층, 초전도 차폐층, 안정화 도체층, 바인더층, 내부 극저온 쉬스층, 제 1 단열층(MLI), 제 2 단열층(Spacer), 외부 극저온 쉬스층 및 방식층을 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 초전도케이블의 절연층은 주로 크라프트 절연지 또는 액체 질소로 구성된다. 다만 초전도케이블의 경우, 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 그 구조가 복잡하여, 내부에서 부분방전이 발생하더라도 방전펄스의 진행경로가 다양하고 또 절연층으로부터 최외곽 방식층까지의 두께가 기존 케이블보다 두꺼워 종래의 전기적인 부분방전 신호 검출방법으로는 검출 감도가 낮을 수 밖에 없다. 더욱이 초전도 케이블 운전 온도 유지를 위해 항상 가동되어야 하는 순환펌프, 냉동기 등으로부터 발생하는 노이즈로 인해 전기적 부분방전 신호 검출은 적용이 어렵다. 또한, 초전도케이블 내부에는 절연유를 포함하고 있지 않고 액체질소의 경우 섭시 -197도에서 기화하기 때문에 채취가 어려워 기존 OF케이블에 사용되던 유중 가스 분석법을 통한 절연열화 진단도 적용이 어렵다.
다만, 초전도선재의 가격이 워낙 고가이므로 절연파괴 고장이 발생할 경우 복구비용 또한 기존 케이블보다 상당히 많이 소요되는 문제점도 존재한다. 따라서, 향후 초전도케이블을 전력계통에 확대 적용하기 위해서는 절연열화를 상시 진단하고 고장을 예방할 수 있는 새로운 방법이 요구된다.
한국등록특허 제1180250호(명칭: 초전도 전력기기의 부분방전 측정장치 및 측정방법)
본 발명은 초전도 케이블에 대해 높은 정확도로 절연 열화를 진단할 수 있는 초전도 케이블의 절연 열화 진단 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 초전도 케이블의 내부를 순환하는 냉매를 이용한 초전도케이블의 절연 열화 진단 장치는 초전도케이블 내부를 순환한 후, 케이블 냉각 장치를 통해 냉각되어 배출된 진단 대상 가스를 수집하는 가스 수집부; 진단 대상 가스에서 이상 기체를 검출하는 이상 기체 검출부; 및 이상 기체의 검출량을 근거로, 초전도케이블의 절연 열화 여부 및 열화 정도를 분석하는 열화 정보 분석부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 초전도케이블의 절연 열화 진단 장치는 가스 수집부에 연결된 밸브들의 동작을 제어하는 제어부를 더 포함하고, 제어부는, 가스 수집부에서 상기 진단 대상 가스를 수집하기 전, 밸브들 중 적어도 하나의 밸브 제어를 통해 가스 수집부 내부에 존재하는 잔존 가스를 외부로 배출할 수 있다.
또한, 본 발명의 초전도케이블의 절연 열화 진단 장치는 일측이 케이블 냉각 장치에 연결되고, 타측이 가스 수집부에 연결되는 제 1 밸브; 및 일측이 가스 수집부에 연결되고, 타측이 가스 배출부에 연결된 제 2 밸브를 더 포함하고, 제어부는 가스 수집부에서 진단 대상 가스를 수집하기 전, 제 1 밸브 및 제 2 밸브에 개방 신호를 송신함으로써 잔존 가스를 외부로 배출할 수 있다.
또한, 본 발명의 초전도케이블의 절연 열화 진단 장치는 일측이 가스 수집부에 연결되고, 타측이 이상 기체 검출부에 연결되는 제 3 밸브; 및 일측이 가스 저장부에 연결되고, 타측이 가스 수집부에 연결되는 제 4 밸브를 더 포함할 수 있다.
또한, 이상 기체 검출부는 진단 대상 가스를 내부에 통과시킴으로써, 진단 대상 가스에 대한 이상 가스의 존재 여부를 검출하는 복수의 검출 모듈을 포함할 수 있다.
또한, 이상 기체 검출부는 진단 대상 가스를 내부에 통과시킴으로써, 진단 대상 가스에 H2O의 포함 여부를 검출하는 H2O 검출 모듈을 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 이상 기체 검출부는 진단 대상 가스를 내부에 통과시킴으로써, 진단 대상 가스에 CO의 포함 여부를 검출하는 CO 검출 모듈을 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 이상 기체 검출부는 진단 대상 가스를 내부에 통과시킴으로써, 진단 대상 가스에 CO2의 포함 여부를 검출하는 CO2 검출 모듈을 포함하여 구성될 수 있다.
또한, H2O 검출 모듈, CO 검출 모듈 및 CO2 검출 모듈은 각각 이상 기체에 반응하는 복수의 시편들과 각 시편에 연결된 복수의 반응 감지 센서들을 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 복수의 검출 모듈은 직렬로 연결되어, 진단 대상 가스를 순차적으로 통과시킬 수 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 초전도 케이블의 내부를 순환하는 냉매를 이용한 초전도 케이블의 절연 열화 진단 방법은 가스 수집부에 의해, 초전도케이블 내부를 순환한 후, 케이블 냉각 장치에서 냉각되어 배출된 진단 대상 가스를 수집하는 단계; 이상 기체 검출부에 의해, 진단 대상 가스에서 이상 기체를 검출하는 단계; 및 열화 정보 분석부에 의해, 이상 기체의 검출량을 근거로, 초전도케이블의 절연 열화 여부 및 열화 정도를 분석하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 초전도 케이블의 절연 열화 진단 방법은 제어부에 의해, 가스 수집부에 연결된 복수의 밸브들의 동작을 제어하는 단계를 더 포함하고, 복수의 밸브들의 동작을 제어하는 단계는 진단 대상 가스를 수집하는 단계 이전, 밸브들 중 적어도 하나의 밸브 제어를 통해 가스 수집부 내부에 존재하는 잔존 가스를 외부로 배출하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 잔존 가스를 외부로 배출하는 단계는 일측이 케이블 냉각 장치에 연결되고, 타측이 상기 가스 수집부에 연결되는 제 1 밸브와, 일측이 가스 수집부에 연결되고, 타측이 가스 배출부에 연결된 제 2 밸브에 개방 신호를 송신함으로써 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 초전도 케이블의 절연 열화 진단 방법은 진단 대상 가스를 수집하는 단계 이후, 일측이 상기 가스 수집부에 연결되고, 타측이 이상 기체 검출부에 연결되는 제 3 밸브와, 일측이 가스 저장부에 연결되고, 타측이 가스 수집부에 연결되는 제 4 밸브에 개방 신호를 송신함으로써 진단 대상 가스를 이상 기체 검출부에 전달하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 진단 대상 가스에서 이상 기체를 검출하는 단계는 진단 대상 가스를 이상 기체 검출부에 포함된 복수의 검출 모듈들 내부에 통과시킴으로써 이루어질 수 있다.
또한, 절연 열화 여부 및 열화 정도를 분석하는 단계는 이상 기체를 검출하는 단계에서, 이상 기체에 접촉함으로써 화학 반응이 발생한 시편들의 개수를 이용하여 열화 정도를 분석할 수 있다.
또한, 이상 기체는 H2O, CO 및 CO2 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 초전도 케이블의 절연 열화 진단 장치 및 방법에 따르면 효과적이고 실용적으로 초전도케이블의 열화 진단을 수행할 수 있고, 상기 진단 수행에 따라 초전도케이블 시스템의 고장을 사전에 예방할 수 있는 효과가 있다. 따라서, 상술한 열화 진단을 통해 실계통 적용 시, 전력 시스템에 대한 운영 신뢰성을 개선시킬 수 있고, 초전도케이블의 확대 적용에도 도움이 될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 케이블의 절연 열화 진단 장치에 대한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 케이블의 절연 열화 진단 장치에 대한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이상 기체 검출부에 대한 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 케이블의 절연 열화 진단 방법에 대한 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 진단 대상 가스를 수집하는 단계에 대한 흐름도이다.
도 6a 및 도 6b는 초전도케이블의 구조를 설명하기 위한 개념도이다.
도 7은 초전도케이블에 포함된 절연체의 화학적 구조를 나타내는 도면이다.
본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 절연 열화 진단 장치는 일반적으로 이용되는 전력 케이블에 비해 그 구조가 복잡한 초전도 케이블에서도 절연 열화를 높은 신뢰도로 검출하는 것을 그 목적으로 한다. 여기서, 초전도 케이블의 절연은 절연지와 액체 질소로 구성된다. 여기서, 절연지는 크라프트 절연지로서, 그 주요 성분은 도 7에 도시된 바와 같이, C, H 및 O를 포함하여 구성된다. 절연지의 화학적 구조는 육각형의 구조 2개를 단위로 하여 연결된 구조를 갖는다.
크라프트 절연지는 초전도선재를 감싸고 있으며 만약 내부에 결함이 존재하여 부분방전이 발생하는 경우, 국부적으로 평균 170 내지 1,000℃ 정도의 온도 상승이 발생한다. 여기서, 온도 상승 발생 시, 절연지의 화학적 결합이 깨지고, 분해가스(이하, 이상 기체)가 발생하게 된다. 여기서, 이상 기체는 H20, CO, CO2가 포함된다.
분해온도[℃] 열분해의 도달상태
[분해가스량×10-4 mol/g]		 발생가스의 조성비
[H20:CO2:CO]
230 3.5 5.5:1.6:1
185 3.7 6:1:1
180 3.7 11:1:2
165 3.0 10:1:2
상술한 바와 같이, 저항이 0인 초전도 상태를 상시 유지하기 위해 초전도 케이블은 극저온(77K 이하, 약 -200℃) 상태로 운전되어야 한다. 따라서, 이러한 극저온 상태를 유지하기 위해 액체 질소와 같은 냉매가 이용된다. 일반적으로, 액체 질소는 냉동기 및 배관을 통해 초전도케이블 내부로 들어가고, 일정온도와 압력을 유지하면서 초전도케이블 내부를 순환하게 되고, 초전도케이블을 빠져 나온 액체 질소는 다시 냉동기로 들어가 다시 원래의 온도로 냉각된 후 초전도케이블로 주입되게 됨으로써 작용될 수 있다.
즉, 냉매로 이용되는 액체 질소는 초전도 케이블의 내부를 순환하므로, 만일 초전도 케이블 내부에 결함이 생겨 이상기체가 발생하게 될 경우, 냉매에는 이상 기체 즉, H2O, CO, CO2가 포함되게 된다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 절연 열화 진단 장치(100)는 초전도 케이블 내부를 순환한 냉매의 이러한 성질을 근거로 초전도 케이블의 절연 열화를 진단할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 케이블의 절연 열화 진단 장치(100)에 대한 개념도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 케이블의 절연 열화 진단 장치(100)는 밸브(11)를 통해 초전도 케이블 내부의 순환 이후, 냉매를 원래의 온도로 냉각시키는 케이블 냉각 장치(10)에 연결될 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 케이블의 절연 열화 진단 장치(100)는 케이블 냉각 장치(10)를 통해 배출된 냉매를 근거로, 초전도 케이블의 절연 열화 여부를 진단한다.
여기서, 케이블 냉각 장치(10)를 통해 배출된 냉매는 기화되어 기체 상태의 냉매(이하, 진단 대상 가스)로 변경된다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 케이블의 절연 열화 진단 장치(100)는 밸브(11)를 통해 진단 대상 가스를 수집하고, 진단 대상 가스를 분석함으로써 초전도 케이블의 절연 열화 여부를 파악할 수 있다. 여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 절연 열화 진단 장치(100)를 통해 초전도 케이블에 절연 열화가 발생한 것으로 판단하면, 표시부(20) 및 알림부(30)를 통해 관리자에게 이상 여부를 알릴 수 있다. 여기서, 관리자에게 알리기 위한 표시부(20) 및 알림부(30)의 구성 및 방식은 다양한 방식이 채택될 수 있으므로, 특정 구성으로 제한하지 않는다. 이제, 도 2를 참조하자.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 케이블의 절연 열화 진단 장치(100)에 대한 블록도이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 케이블의 절연 열화 진단 장치(100)는 상술한 기능을 수행하기 위해 제어부(110), 가스 수집부(120), 복수의 밸브들(131, 132, 133, 134), 이상 기체 검출부(140), 판단부(150) 및 열화 정도 분석부(160)를 포함하여 구성될 수 있다.
가스 수집부(120)는 케이블 냉각 장치를 통해 배출된 냉매 즉, 진단 대상 가스를 수집하는 기능을 한다. 여기서, 가스 수집부(120)에는 도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 밸브들(131, 132, 133, 134)이 연결될 수 있다. 즉, 가스 수집부(120)를 통한 진단 대상 가스의 수집은 제어부(110)를 통한 복수의 밸브들(131, 132, 133, 134)의 개방 또는 잠금 제어를 통해 이루어질 수 있다. 또한, 이하의 설명에서 냉매는 액체 질소 또는 기체 상태의 액체 질소인 것으로 설명되나, 이는 예시일 뿐이고 다른 다양한 냉매들이 적용될 수도 있다.
제어부(110)는 초전도 케이블의 절연 열화 진단 개시 신호를 수신할 경우, 복수의 밸브들 중 적어도 하나의 밸브 제어를 통해 가스 수집부(120) 내에 존재하는 잔존 가스를 외부로 배출할 수 있다. 이에 따라, 이하에서 설명되는 이상 기체의 검출 시, 잔존 가스 없이 진단 대상 가스만을 대상으로 이상 기체의 검출을 수행할 수 있으므로, 검출 정확도 및 신뢰도를 더 개선시킬 수 있다.
여기서, 잔존 가스의 배출이 요구되는 경우, 제어부(110)는 제 1 밸브(132), 또는 제 2 밸브(132) 및 제 2 밸브(131)에 개방 신호를 송신함으로써 가스 수집부(120) 내의 잔존 가스가 외부로 배출되게 할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제 1 밸브(132)는 일측이 케이블 냉각 장치에 연결되고, 타측이 가스 수집부(120)에 연결될 수 있다. 그리고, 제 2 밸브(131)는 일측이 가스 수집부(120)에 연결되고, 타측이 가스 배출부(50)에 연결될 수 있다.
즉, 제어부(110)는 제 2 밸브(131)에 개방 신호를 송신함으로써 가스 수집부(120) 내의 잔존 가스가 배출부(50)로 배출되게 하거나, 또는 제 1 밸브(132)를 통해 진단 대상 가스를 주입시키고, 진단 대상 가스가 잔존 가스를 밀어냄으로써, 잔존 가스가 제 2 밸브(131)로 배출되게 하는 방식 모두가 이용될 수 있다.
또한, 제어부(110)는 기설정된 시간 이후, 제 1 밸브(132) 및 제 2 밸브(131)에 잠금 신호를 송신하고, 제 3 밸브(133) 및 제 4 밸브(134)에 개방 신호를 송신함으로써, 가스 저장부(40)에 저장된 가스가 가스 수집부(120)에 유입되게 하고, 가스 수집부(120)에서 수집된 진단 대상 가스와 가스 저장부(40)에 저장된 고압 상태의 질소 가스(순도 99.9999% 이상의 질소 가스)를 이상 기체 검출부(140)로 전달하게 한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제 3 밸브(133)는 일측이 가스 수집부(120)에 연결되고, 타측이 이상 기체 검출부(140)에 연결될 수 있다. 그리고, 제 4 밸브(134)는 일측이 가스 저장부(40)에 연결되고, 타측이 가스 수집부(120)에 연결될 수 있다.
이상 기체 검출부(140)는 제어부(110)의 밸브 제어를 통해 가스 수집부(120)로부터 수집된 진단 대상 가스에 이상 기체가 포함되었는지 검출하는 기능을 한다. 여기서, 이상 기체 검출부(140)는 도 3에 도시된 바와 같이, 복수의 검출 모듈들로 구성될 수 있고, 각 검출 모듈은 서로 직렬로 연결될 수 있다. 도 3을 참조하자.
위에서 설명된 바와 같이, 초전도 케이블 내부에서 절연 열화가 발생하게 되면, 케이블 내부에서 국부적으로 온도 상승이 발생되고, 이 경우 절연지의 화학적 결합이 깨져 이상 기체가 발생하게 된다. 여기서, 이상 기체는 H2O, CO, CO2가 포함된다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 이상 기체 검출부(140)는 이러한 이상 기체의 검출을 위해 CO2 검출 모듈(141), CO 검출 모듈(142) 및 H2O 검출 모듈(143)을 포함하여 구성될 수 있다.
CO2 검출 모듈(141)은 진단 대상 가스를 내부에 통과시킴으로써 진단 대상 가스에 CO2의 포함 여부를 검출하는 기능을 한다. 이를 위해, CO2 검출 모듈(141)은 CO2 즉, 이산화탄소에 노출될 경우 화학적 반응을 일으키는 복수의 시편들(141a)과, 각 시편들(141a)에 연결되어 각 시편의 화학적 반응의 발생 여부를 검출하는 복수의 반응 감지 센서들(141b)을 포함하여 구성될 수 있다. 즉, 제 3 밸브(133)의 개방을 통해 CO2 검출 모듈(141) 내부에 진단 대상 가스를 통과시키고, 진단 대상 가스에 의해 야기된 시편들의 화학적 반응 여부를 근거로, 이상 기체를 검출할 수 있다.
CO 검출 모듈(142)은 진단 대상 가스를 내부에 통과시킴으로써 진단 대상 가스에 CO의 포함 여부를 검출하는 기능을 한다. 이를 위해, CO 검출 모듈(142)은 CO 즉, 일산화탄소에 노출될 경우 화학적 반응을 일으키는 복수의 시편들(142a)과, 각 시편들(142a)에 연결되어 각 시편의 화학적 반응의 발생 여부를 검출하는 복수의 반응 감지 센서들(142b)을 포함하여 구성될 수 있다. CO2 검출 모듈(141)과 마찬가지로, CO 검출 모듈(142)은 CO 검출 모듈(142) 내부에 진단 대상 가스를 통과시키고, 진단 대상 가스에 의해 야기된 시편들의 화학적 반응 여부를 근거로, 이상 기체를 검출할 수 있다.
그리고, H2O 검출 모듈(143)은 진단 대상 가스를 내부에 통과시킴으로써 진단 대상 가스에 H2O 의 포함 여부를 검출하는 기능을 한다. 이를 위해, H2O 검출 모듈(143)은 H2O에 노출될 경우 화학적 반응을 일으키는 복수의 시편들(143a)과, 각 시편들(143a)에 연결되어 각 시편의 화학적 반응의 발생 여부를 검출하는 복수의 반응 감지 센서들(143b)을 포함하여 구성될 수 있다. 상기 검출 모듈들(141, 142) 과 마찬가지로, H2O 검출 모듈(143)은 H2O 검출 모듈(143) 내부에 진단 대상 가스를 통과시키고, 진단 대상 가스에 의해 야기된 시편들의 화학적 반응 여부를 근거로, 이상 기체를 검출할 수 있다.
이렇게, CO2 검출 모듈(141), CO 검출 모듈(142) 및 H2O 검출 모듈(143)을 모두 통과한 진단 대상 가스는 외부로 배출되고, CO2 검출 모듈(141), CO 검출 모듈(142) 및 H2O 검출 모듈(143)에 포함된 반응 감지 센서들을 통해 생성된 감지 신호는 판단부(150)로 전달되어 이하에서 설명되는 판단 과정이 이루어진다. 도면에서, 검출 모듈들은 CO2 검출 모듈, CO 검출 모듈 및 H2O 검출 모듈의 순으로 배치된 것으로 도시되었으나, 이는 예시일 뿐이고 다양한 조합의 순서로 배치되는 것도 가능하다.
그리고, 본 발명의 다른 실시예에서 이상 기체 검출부는 상술한 시편을 이용한 방식외에, 가스 크로마토그래피법을 이용함으로써 이상 기체를 검출하는 방법도 가능하다. 다시, 도 2를 참조하자.
판단부(150)는 이상 기체 검출부(140)를 통한 감지 정보를 근거로 이상 기체의 검출 여부를 판단하는 기능을 한다. 판단부(150)를 통한 판단 결과, 이상 기체가 판단된 것으로 판단되면 제어는 열화 정도 분석부(160)로 전달되어 이하에서 언급되는 열화 정도 분석 과정이 이루어진다. 그렇지 않은 경우, 판단부(150)는 제어부(110)로 제어를 전달하여, 상술한 과정이 재수행되게 할 수 있다.
열화 정도 분석부(160)는 이상 기체의 검출량을 근거로 초전도케이블의 절연 열화 여부 및 열화 정도를 분석하는 기능을 한다. 상술한 것처럼, 열화 정도 분석부(160)는 이상 기체 검출부(140)에 포함된 복수의 반응 감지 센서들로부터 송신된 감지 신호들을 근거로 이상 기체의 검출량을 판단할 수 있으며, 위에서 표 1로 설명된 것처럼 기설정된 분해 온도별 이상 기체 조성비 데이터를 근거로 초전도케이블의 절연 열화 여부 및 열화 정도를 분석할 수 있다. 열화 정도 분석부(160)를 통한 분석 결과는 표시부(20) 및 알림부(30)로 전달되어, 관리자에게 열화 정보를 알릴 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 케이블의 절연 열화 진단 방법에 대한 흐름도이다. 상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 케이블의 절연 열화 진단 방법은 초전도 케이블의 내부를 순환하는 냉매를 이용하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. 이제, 도 4를 참조로 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 케이블의 절연 열화 진단 방법에 대한 설명이 이루어진다. 아래의 설명에서 위에서 설명된 부분과 중복되는 사항은 생략하여 설명이 이루어진다.
먼저, 가스 수집부에 의해, 진단 대상 가스를 수집하는 단계(S110)가 이루어진다. 상술한 바와 같이, 진단 대상 가스는 초전도 케이블 내부를 순환하고, 케이블 냉각 장치에서 냉각되어 배출된 냉매를 의미한다. 진단 대상 가스는 냉매에 이용되는 질소 가스를 포함할 수 있고, 다른 냉매도 포함할 수 있다.
그 후, 이상 기체 검출부에 의해, 진단 대상 가스에서 이상 기체를 검출하는 단계가 이루어지고, 그 후, 판단부에 의해 진단 대상 가스에 이상 기체가 포함되었는지 판단하는 단계(S120)가 이루어진다. 여기서, 이상 기체는 초전도 케이블 내부에 결함 발생 시, 구체적으로 절연지에 결함이 발생될 시 온도 상승으로 인해 절연지에서 발생되는 H2O, CO 및 CO2 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. S120 단계에서 진단 대상 가스에 이상 기체가 포함된 것으로 판단되면, 제어는 S130 단계로 전달되어 해당 초전도 케이블에 절연 열화가 발생한 것으로 판단한다. 그렇지 않은 경우, 제어는 S110 단계로 전달되어 상술한 과정을 재수행한다.
도 2 및 도 3을 참조로 설명된 바와 같이, 이상 기체의 검출은 진단 대상 가스를 이상 기체 검출부 내부에 통과시킴으로써 이루어진다. 상술한 바와 같이, 이상 기체 검출부는 복수의 검출 모듈들을 포함하여 구성되고, 검출 모듈들은 각각 이상 기체에 해당하는 CO2, CO 또는 H2O를 검출하는 기능을 한다. 상술한 바와 같이, 각 검출 모듈은 내부에 이상 기체에 반응하는 복수의 시편들과, 각 시편에 연결된 복수의 반응 감지 센서들을 포함하여 구성될 수 있고, 복수의 반응 감지 센서들에 의해 감지 신호를 판단부로 송신함으로써 S120 단계를 통한 판단 과정이 이루어질 수 있다. 이에 대한 설명은 위에서 도 2 및 도 3을 참조로 상세히 언급하였으므로, 추가적인 설명은 생략한다.
그 후, 열화 정보 분석부에 의해, 이상 기체의 검출량을 근거로, 초전도케이블의 절연 열화 여부 및 열화 정도를 분석하는 단계(S140)가 이루어진다. 상술한 바와 같이, S140 단계는 화학 반응이 이루어진 시편수를 근거로 이루어질 수 있다.
그 후, 표시부 및 알림부를 통해 관리자에게 열화 정보를 알리는 단계(S150)가 이루어진다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 진단 대상 가스를 수집하는 단계에 대한 흐름도이다. 이하, 도 5를 참조로 본 발명의 일 실시예에 따른 진단 대상 가스를 수집하는 단계에 대한 설명이 더 이루어진다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 절연 열화 진단 장치에서 가스 수집부는 복수의 밸브들에 연결될 수 있다. 즉, 가스 수집부는 제어부를 통해 이루어지는 밸브들의 개방 또는 잠금 제어를 통해 진단 대상 가스의 수집 또는 수집한 진단 대상 가스의 전달 등을 수행할 수 있다.
상술한 기능을 수행하기 위해 먼저, 제어부에 의해 진단 대상 가스 수집 신호가 수신되었는지 확인하는 단계(S111)가 이루어진다. S111 단계에서의 확인 결과 진단 대상 가스 수집 신호가 수신된 것으로 판단되면 제어는 S112 단계로 전달된다. 그렇지 않은 경우 진단 대상 가스 수집 신호가 수신될 때까지 대기 상태에 들어간다.
S112 단계는 제어부에 의해 제 1 밸브 및 제 2 밸브에 개방 신호를 송신함으로써, 제 1 밸브를 통해 가스 수집부 내에 존재하는 잔존 가스를 배출하는 단계이다. 상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 케이블의 절연 열화 진단 시, 가스 수집부 내에 존재하는 모든 잔존 가스를 배출한 후 이상 기체를 검출하는 것을 특징으로 한다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 케이블의 절연 열화 진단 방법은 잔존 가스 없이 진단 대상 가스만을 대상으로 진단을 수행하므로, 진단 정확도 및 신뢰도를 증가시킬 수 있다.
그 후, 진단 대상 가스를 수집하는 단계(S113)가 이루어지고, 제 1 밸브 및 제 2 밸브에 잠금 신호를 송신함으로써, 제 1 밸브 및 제 2 밸브를 잠그는 단계(S114)가 수행된다.
그 후, 제 3 밸브 및 제 4 밸브에 개방 신호를 송신함으로써 제 3 밸브 및 제 4 밸브를 개방시키는 단계(S115)가 수행된다. S115 단계를 통해 제 3 밸브 및 제 4 밸브가 개방되고, 제 3 밸브 및 제 4 밸브의 개방으로 인해 가스 수집부 내의 진단 대상 가스는 이상 기체 검출부로 전달될 수 있다. 이상 기체 검출부를 통한 이상 기체 검출 방법은 위에서 상세히 설명하였으므로, 추가적인 설명은 생략한다.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 최적의 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100 : 절연 열화 진단 장치 110 : 제어부
120 : 가스 수집부 131, 132, 133, 134 : 밸브
140 : 이상 기체 검출부 150 : 판단부
160 : 열화 정도 분석부

Claims (17)

  1. 초전도 케이블의 내부를 순환하는 냉매를 이용한 초전도케이블의 절연 열화 진단 장치로서,
    상기 초전도케이블 내부를 순환한 후, 케이블 냉각 장치를 통해 냉각되어 배출된 진단 대상 가스를 수집하는 가스 수집부;
    상기 진단 대상 가스에서 이상 기체를 검출하는 이상 기체 검출부; 및
    상기 이상 기체의 검출량을 근거로, 상기 초전도케이블의 절연 열화 여부 및 열화 정도를 분석하는 열화 정보 분석부를 포함하는 것을 특징으로 하는 초전도케이블의 절연 열화 진단 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가스 수집부에 연결된 밸브들의 동작을 제어하는 제어부를 더 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 가스 수집부에서 상기 진단 대상 가스를 수집하기 전, 상기 밸브들 중 적어도 하나의 밸브 제어를 통해 상기 가스 수집부 내부에 존재하는 잔존 가스를 외부로 배출하는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블의 절연 열화 진단 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    일측이 상기 케이블 냉각 장치에 연결되고, 타측이 상기 가스 수집부에 연결되는 제 1 밸브; 및
    일측이 상기 가스 수집부에 연결되고, 타측이 가스 배출부에 연결된 제 2 밸브를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 가스 수집부에서 상기 진단 대상 가스를 수집하기 전, 상기 제 1 밸브 및 상기 제 2 밸브에 개방 신호를 송신함으로써 상기 잔존 가스를 외부로 배출하는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블의 절연 열화 진단 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    일측이 상기 가스 수집부에 연결되고, 타측이 상기 이상 기체 검출부에 연결되는 제 3 밸브; 및
    일측이 가스 저장부에 연결되고, 타측이 상기 가스 수집부에 연결되는 제 4 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블의 절연 열화 진단 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 이상 기체 검출부는,
    상기 진단 대상 가스를 내부에 통과시킴으로써, 상기 진단 대상 가스에 대한 이상 가스의 존재 여부를 검출하는 복수의 검출 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블의 절연 열화 진단 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 이상 기체 검출부는,
    상기 진단 대상 가스를 내부에 통과시킴으로써, 상기 진단 대상 가스에 H2O의 포함 여부를 검출하는 H2O 검출 모듈을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블의 절연 열화 진단 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 이상 기체 검출부는,
    상기 진단 대상 가스를 내부에 통과시킴으로써, 상기 진단 대상 가스에 CO의 포함 여부를 검출하는 CO 검출 모듈을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블의 절연 열화 진단 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 이상 기체 검출부는,
    상기 진단 대상 가스를 내부에 통과시킴으로써, 상기 진단 대상 가스에 CO2의 포함 여부를 검출하는 CO2 검출 모듈을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블의 절연 열화 진단 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 H2O 검출 모듈, 상기 CO 검출 모듈 및 상기 CO2 검출 모듈은 각각 이상 기체에 반응하는 복수의 시편들과 각 시편에 연결된 복수의 반응 감지 센서들을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블의 절연 열화 진단 장치.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 복수의 검출 모듈은 직렬로 연결되어, 상기 진단 대상 가스를 순차적으로 통과시키는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블의 절연 열화 진단 장치.
  11. 초전도 케이블의 내부를 순환하는 냉매를 이용한 초전도 케이블의 절연 열화 진단 방법으로서,
    가스 수집부에 의해, 상기 초전도케이블 내부를 순환한 후, 케이블 냉각 장치에서 냉각되어 배출된 진단 대상 가스를 수집하는 단계;
    이상 기체 검출부에 의해, 상기 진단 대상 가스에서 이상 기체를 검출하는 단계; 및
    열화 정보 분석부에 의해, 상기 이상 기체의 검출량을 근거로, 상기 초전도케이블의 절연 열화 여부 및 열화 정도를 분석하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 초전도케이블의 절연 열화 진단 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    제어부에 의해, 상기 가스 수집부에 연결된 복수의 밸브들의 동작을 제어하는 단계를 더 포함하고,
    상기 복수의 밸브들의 동작을 제어하는 단계는,
    상기 진단 대상 가스를 수집하는 단계 이전, 상기 밸브들 중 적어도 하나의 밸브 제어를 통해 상기 가스 수집부 내부에 존재하는 잔존 가스를 외부로 배출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블의 절연 열화 진단 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 잔존 가스를 외부로 배출하는 단계는,
    일측이 상기 케이블 냉각 장치에 연결되고, 타측이 상기 가스 수집부에 연결되는 제 1 밸브와, 일측이 상기 가스 수집부에 연결되고, 타측이 가스 배출부에 연결된 제 2 밸브에 개방 신호를 송신함으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블의 절연 열화 진단 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 진단 대상 가스를 수집하는 단계 이후,
    일측이 상기 가스 수집부에 연결되고, 타측이 상기 이상 기체 검출부에 연결되는 제 3 밸브와, 일측이 가스 저장부에 연결되고, 타측이 상기 가스 수집부에 연결되는 제 4 밸브에 개방 신호를 송신함으로써 상기 진단 대상 가스를 상기 이상 기체 검출부에 전달하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블의 절연 열화 진단 방법.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 진단 대상 가스에서 이상 기체를 검출하는 단계는,
    상기 진단 대상 가스를 상기 이상 기체 검출부에 포함된 복수의 검출 모듈들 내부에 통과시킴으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블의 절연 열화 진단 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 절연 열화 여부 및 열화 정도를 분석하는 단계는,
    상기 이상 기체를 검출하는 단계에서, 이상 기체에 접촉함으로써 화학 반응이 발생한 시편들의 개수를 이용하여 열화 정도를 분석하는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블의 절연 열화 진단 방법.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 이상 기체는 H2O, CO 및 CO2 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블의 절연 열화 진단 방법.
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