KR20170111040A - 활선상태 전력케이블의 부분방전 진단 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 부분방전 진단 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 활선상태에 있는 전력케이블의 부분방전 여부를 진단하기 위한 활선상태 전력케이블의 부분방전 진단 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 활선상태 전력케이블의 부분방전 진단 장치는, 활선상태인 전력케이블의 표면에 장착되며, 전력케이블의 부분방전을 감지하여 감지 신호를 생성하는 부분방전 센서; 부분방전 센서로부터 감지 신호를 수신하며, 감지 신호를 주파수분석 모드, 펄스분석 모드 및 시간차분석 모드 각각으로 분석하여 부분방전분석 데이터를 생성하는 부분방전 검출유닛; 및 부분방전 검출유닛과 무선통신하여 부분방전분석 데이터를 수신하여 표시하는 모바일 단말기를 포함한다.

Description

활선상태 전력케이블의 부분방전 진단 장치{APPARATUS FOR PARTIAL DISCHARGE OF POWER CABLE ON LIVE STATE}

본 발명은 부분방전 진단 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 활선상태에 있는 전력케이블의 부분방전 여부를 진단하기 위한 활선상태 전력케이블의 부분방전 진단 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 부분방전(PD; Partial discharge)은 절연시스템에서 발생되는 국부적인 전기방전 현상으로, 전극간을 완전히 교락하지 않고 유전체의 일부분에서 발생한다.

부분방전의 종류는 고체 절연체 내부의 보이드(void)나 공극에서 발생하는 내부방전, 기체 절연체에서 전계집중 부위에 발생되는 코로나 방전이나 연면방전 그리고 고체 절연체 내부에서 전기트리 진전 시 발생되는 전기트리 방전으로 분류할 수 있다. 이러한 부분방전은 높은 에너지를 가진 전자 혹은 가속이온들의 에너지 충돌에 의하여 재료에 여러 가지 형태의 화학적/물리적 변형을 일으키며 재료를 열화 시킨다. 부분방전의 검출은 방전 중에 발생되는 에너지의 변환에 근거를 두고 있다. 이러한 변환은 전기적 임펄스 전류,전자파 방사, 소리, 기체 압력의 증가, 화학적 반응 등으로 나타나므로 어떠한 현상과 관측하느냐에 따라 부분방전 측정방법이 결정된다.

한편, 지중 배전 케이블을 연결하는 접속함 내부에서는 절연체 이상에 의해 수십MHz의 부분방전이 발생되는 경우가 많은데, 이러한 부분방전은 전력케이블과 접속함의 열화를 유발하여 선로의 수명을 단축시키거나, 파손의 원인이 되므로, 운전중인 전력케이블의 부분방전 측정은 정확하게 이루어져야 한다.

이를 위해 종래에는 케이블 접속함의 둘레에 한 쌍의 금속박센서를 부착하여 이를 통해 부분방전 신호를 측정하였다. 그러나, 이러한 측정방법은 고압부의 코로나 방전신호 등의 노이즈가 케이블을 따라 전파되어서 부분방전신호와 함께 금속박센서를 통해 검출되므로, 측정감도 저하 및 PD패턴을 정확하게 파악하기 어렵게 되는 문제점이 있다.

또한, 전력구나 맨홀에서 노이즈를 제거하기 위한 종래의 방법으로는 스팩트럼 분석을 통한 주파수 튜닝방법을 이용하기도 하지만 펄스성 노이즈가 유입되는 경우 노이즈신호가 부분방전신호와 거의 같은 주파수 스펙트럼을 나타내므로 제거가 쉽지 않고, 주파수 대역을 잘못 선택하는 경우 부분방전 신호조차 검출하지 못하는 등의 문제점이 있다.

또한, 배전케이블의 경우 배전반에 설치되어 노이즈가 많은 환경에 설치되므로 각종 노이즈의 제거 기술이 요구되는 실정이다.

대한민국 등록특허공보 제10-0632078호(2006년 9월 27일)

본 발명은 상기의 문제를 해결하기 위해서 안출된 것으로, 활선 상태에서 전력케이블의 부분방전을 손쉽게 진단할 수 있는 활선상태 전력케이블의 부분방전 진단 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 활선 상태에서의 전력케이블, 특히 배전케이블의 경우 배전반에 설치되어 노이즈가 많은 환경에서의 노이즈를 효과적으로 제거하여, 부분방전을 정확하고 신뢰성 있게 진단할 수 있는 활선상태 전력케이블의 부분방전 진단 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 여기에 언급되지 않은 본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명에 따른 활선상태 전력케이블의 부분방전 진단 장치는, 활선상태인 전력케이블의 표면에 장착되며, 전력케이블의 부분방전을 감지하여 감지 신호를 생성하는 부분방전 센서; 부분방전 센서로부터 감지 신호를 수신하며, 감지 신호를 주파수분석 모드, 펄스분석 모드 및 시간차분석 모드 각각으로 분석하여 부분방전분석 데이터를 생성하는 부분방전 검출유닛; 및 부분방전 검출유닛과 무선통신하여 부분방전분석 데이터를 수신하여 표시하는 모바일 단말기를 포함한다.

또한, 본 발명의 부분방전 센서는 내경이 30mm 이상인 링 형상으로 형성되고, 2 내지 200MHz의 검출주파수를 갖도록 고주파 신호를 발생시켜 감지하는 HFCT(highfrequency current transformer) 센서인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 부분방전 검출유닛은, 감지 신호를 주파수분석 모드로 분석하여 측정감도조절이 가능한 제1 부분방전분석 데이터를 생성하고, 감지 신호를 펄스분석 모드로 분석하여 노이즈 구분이 가능한 제2 부분방전분석 데이터를 생성하고, 감지 신호를 주파수분석 모드로 분석하여 부분방전 위치추정이 가능한 제3 부분방전분석 데이터를 생성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 부분방전 검출유닛은, 제1 부분방전분석 데이터를 이용하여 측정감도를 높이고, 제2 부분방전분석 데이터를 이용하여 노이즈를 제거한 후, 제3 부분방전분석 데이터를 이용하여 부분방전 위치를 검출하여, 최종 부분방전분석 데이터를 더 생성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 부분방전 검출유닛은, 부분방전 센서의 사전 감지 신호가 시간-주파수 좌표 상에서 나타내는 패턴에 따라 부분방전 신호패턴과, 노이즈 신호패턴으로 구분하여 신호패턴 데이터로 미리 저장하고, 부분방전 센서로부터 감지 신호가 수신되면, 시간-주파수 좌표 상에서 나타내고, 신호패턴 데이터와 비교하여 노이즈를 제거하는 부분방전패턴분석 모드를 더 수행하는 것을 특징으로 한다.

상기 과제의 해결 수단에 의해, 본 발명의 활선상태 전력케이블의 부분방전 진단 장치는 활선 상태에서 전력케이블의 부분방전을 손쉽게 진단할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 활선상태 전력케이블의 부분방전 진단 장치는 활선 상태에서의 전력케이블, 특히 배전케이블의 경우 배전반에 설치되어 노이즈가 많은 환경에서의 노이즈를 효과적으로 제거하여, 부분방전을 정확하고 신뢰성 있게 진단할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 활선상태 전력케이블의 부분방전 진단 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 활선상태 전력케이블의 부분방전 진단 장치로 분석한 제1 부분방전분석 데이터를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 활선상태 전력케이블의 부분방전 진단 장치로 분석한 제2 부분방전분석 데이터를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 활선상태 전력케이블의 부분방전 진단 장치로 분석한 제3 부분방전분석 데이터를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 부분방전 검출유닛에 미리 저장되는 신호패턴 데이터를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 부분방전패턴분석 모드에서 수행된 신호패턴을 나타낸 도면이다.

이상과 같은 본 발명에 대한 해결하고자 하는 과제, 과제의 해결 수단, 발명의 효과를 포함한 구체적인 사항들은 다음에 기재할 실시예 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 1 내지 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 활선상태 전력케이블의 부분방전 진단 장치를 설명하기 위한 도면이다. 구체적으로, 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 활선상태 전력케이블의 부분방전 진단 장치를 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 활선상태 전력케이블의 부분방전 진단 장치로 분석한 제1 부분방전분석 데이터를 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 활선상태 전력케이블의 부분방전 진단 장치로 분석한 제2 부분방전분석 데이터를 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 활선상태 전력케이블의 부분방전 진단 장치로 분석한 제3 부분방전분석 데이터를 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 부분방전 검출유닛에 미리 저장되는 신호패턴 데이터를 나타낸 도면이며, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 부분방전패턴분석 모드에서 수행된 신호패턴을 나타낸 도면이다.

도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 활선상태 전력케이블의 부분방전 진단 장치는, 부분방전 센서(100), 부분방전 검출유닛(200) 및 모바일 단말기(300)를 포함한다.

부분방전 센서(100)는 활선상태인 전력케이블의 표면에 장착되며, 전력케이블의 부분방전을 감지하여 감지 신호를 생성한다. 구체적으로, 부분방전 센서는 내경이 30mm 이상인 링 형상으로 형성되고, 2 내지 200MHz의 검출주파수를 갖도록 고주파 신호를 발생시켜 감지하는 HFCT(highfrequency current transformer) 센서로 구성하는 것이 가능하다. 한편, 부분방전 센서(100)는 검출주파수 60Hz의 Rogowski 전류센서를 이용하는 것도 가능하며, 이와 같은 센서의 성능이 부분방전 진단의 신뢰도를 좌우한다.

부분방전 검출유닛(200)은 부분방전 센서(100)로부터 감지 신호를 수신하며, 감지 신호를 주파수분석 모드, 펄스분석 모드 및 시간차분석 모드 각각으로 분석하여 부분방전분석 데이터를 생성한다.

구체적으로, 도 2를 참조하면, 부분방전 검출유닛(200)은, 감지 신호를 주파수분석 모드로 분석하여 측정감도조절이 가능한 제1 부분방전분석 데이터를 생성한다. 여기서, 검출주파수는 1~50MHz이며, 검출주파수 튜닝은 ± 2MHz(BW)이며, 앰프 증폭률 조정은 최대 30dBm이다. 주파수분석 모드에서는 스펙트럼 분석, 노이즈 게이팅 기능, 3상 동시 측정이 모두 가능하다.

도 3을 참조하면, 부분방전 검출유닛(200)은, 감지 신호를 펄스분석 모드로 분석하여 노이즈 구분이 가능한 제2 부분방전분석 데이터를 생성한다. 여기서, 펄스분석 모드의 샘플링은 100MS/s이며, 앰프 증폭률 조정은 최대 30dBm이며, 3상 동시 측정이 가능하다.

도 4를 참조하면, 부분방전 검출유닛(200)은, 감지 신호를 주파수분석 모드로 분석하여 부분방전 위치추정이 가능한 제3 부분방전분석 데이터를 생성한다. 여기서, 시간차분석 모드에서는 3상 동시 측정이 가능하며, 상간 시간 오차는 10ns 이하이다.

한편, 본 발명의 일실시예에 따른 부분방전 검출유닛(200)은, 제1 부분방전분석 데이터를 이용하여 측정감도를 높이고, 제2 부분방전분석 데이터를 이용하여 노이즈를 제거한 후, 제3 부분방전분석 데이터를 이용하여 부분방전 위치를 검출하여, 최종 부분방전분석 데이터를 더 생성하는 것이 가능하다.

즉, 배전케이블의 경우 배전반에 설치되어 노이즈가 많은 환경에 설치되므로 각종 노이즈 제거 기술 요구되므로, 주파수 분석법의 경우 측정감도가 우수한 장점이 있고 펄스분석의 경우 부분방전과 노이즈 구분이 용이하며, 시간차분석은 위치추정 시 적용 가능하므로, 3단계의 분석 기법을 사용하여, 종합적으로 부분방전 진단의 감도를 높이고 부분방전 외의 노이즈를 제거한 후 부분방전 위치를 정확하게 찾아낼 수 있다.

또한, 도 5를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 부분방전 검출유닛(200)은, 부분방전 센서의 사전 감지 신호가 시간-주파수 좌표 상에서 나타내는 패턴에 따라 부분방전 신호패턴과, 노이즈 신호패턴으로 구분하여 신호패턴 데이터로 미리 저장한다.

이후 도 6과 같이, 부분방전 센서(100)로부터 감지 신호가 수신되면, 시간-주파수 좌표(TF-MAP) 상에서 나타내고, 신호패턴 데이터와 비교하여 노이즈를 제거하는 부분방전패턴분석 모드를 더 수행하는 것이 가능하다.

즉, 펄스분석뿐만 아니라, 부분방전패턴 분석을 이용하여 노이즈를 두차례에 걸쳐 제거할 수 있으므로, 노이즈 제거율이 현저하게 향상될 수 있다.

모바일 단말기(300)는 부분방전 검출유닛(200)과 무선통신하여 부분방전분석 데이터를 수신하여 표시한다. 무선통신은 와이파이(WiFi) 통신 또는 이동통신사에서 제공되는 LTE 통신이 사용될 수 있다. 모바일 단말기(300)는 스마트폰, 태블릿 PC 등이 사용될 수 있다. 모바일 단말기(300)에 상술한 분석 내용이 실시간으로 표시될 수 있으므로, 어디에서라도 활선상태인 전력케이블의 부분방전을 수행할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 활선상태 전력케이블의 부분방전 진단 장치는 활선 상태에서 전력케이블의 부분방전을 손쉽게 진단할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 활선상태 전력케이블의 부분방전 진단 장치는 활선 상태에서의 전력케이블, 특히 배전케이블의 경우 배전반에 설치되어 노이즈가 많은 환경에서의 노이즈를 효과적으로 제거하여, 부분방전을 정확하고 신뢰성 있게 진단할 수 있는 장점이 있다.

이와 같이, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타나며, 특허청구범위의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100 : 부분방전 센서
200 : 부분방전 검출유닛
300 : 모바일 단말기

Claims (5)

1. 활선상태인 전력케이블의 표면에 장착되며, 상기 전력케이블의 부분방전을 감지하여 감지 신호를 생성하는 부분방전 센서;
   상기 부분방전 센서로부터 상기 감지 신호를 수신하며, 상기 감지 신호를 주파수분석 모드, 펄스분석 모드 및 시간차분석 모드 각각으로 분석하여 부분방전분석 데이터를 생성하는 부분방전 검출유닛; 및
   상기 부분방전 검출유닛과 무선통신하여 상기 부분방전분석 데이터를 수신하여 표시하는 모바일 단말기;
   를 포함하는 활선상태 전력케이블의 부분방전 진단 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 부분방전 센서는 내경이 30mm 이상인 링 형상으로 형성되고, 2 내지 200MHz의 검출주파수를 갖도록 고주파 신호를 발생시켜 감지하는 HFCT(highfrequency current transformer) 센서인 것을 특징으로 하는 활선상태 전력케이블의 부분방전 진단 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 부분방전 검출유닛은,
   상기 감지 신호를 주파수분석 모드로 분석하여 측정감도조절이 가능한 제1 부분방전분석 데이터를 생성하고,
   상기 감지 신호를 펄스분석 모드로 분석하여 노이즈 구분이 가능한 제2 부분방전분석 데이터를 생성하고,
   상기 감지 신호를 주파수분석 모드로 분석하여 부분방전 위치추정이 가능한 제3 부분방전분석 데이터를 생성하는 것을 특징으로 하는 활선상태 전력케이블의 부분방전 진단 장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 부분방전 검출유닛은, 상기 제1 부분방전분석 데이터를 이용하여 측정감도를 높이고, 상기 제2 부분방전분석 데이터를 이용하여 노이즈를 제거한 후, 상기 제3 부분방전분석 데이터를 이용하여 부분방전 위치를 검출하여, 최종 부분방전분석 데이터를 더 생성하는 것을 특징으로 하는 활선상태 전력케이블의 부분방전 진단 장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 부분방전 검출유닛은,
   상기 부분방전 센서의 사전 감지 신호가 시간-주파수 좌표 상에서 나타내는 패턴에 따라 부분방전 신호패턴과, 노이즈 신호패턴으로 구분하여 신호패턴 데이터로 미리 저장하고,
   상기 부분방전 센서로부터 상기 감지 신호가 수신되면, 시간-주파수 좌표 상에서 나타내고, 상기 신호패턴 데이터와 비교하여 노이즈를 제거하는 부분방전패턴분석 모드를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 활선상태 전력케이블의 부분방전 진단 장치.

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