KR20210058460A - 광섬유를 이용한 변압기 내 유증 복합가스 검출장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광섬유를 이용한 변압기 내 유증 복합가스 검출장치에 관한 것으로서, 광원에서 출사되는 광을 광분배기의 제1분배채널을 통해 전송된 광을 절연유가 충진된 변압기 내부까지 전송하는 제1광전송단과, 제1광전송단의 종단과 이격되게 배치되어 제1광전송단으로부터 출사되는 광을 입사받아 도파하는 제1광수신단으로 된 제1가스검출부와, 변압기 내부에 내장되며 기판 위에 클래드층이 일부 연마된 연마부분을 갖으며 기판에 굴곡지게 삽입되어 광분배기의 제2분배채널을 통해 전송된 광을 도파하는 측면 연마형 광섬유와, 연마부분을 포함한 기판 상면에 검사대상 기체에 반응하는 소재로 형성된 제1반응층을 갖는 제2가스검출부와, 제1광수신단에서 출력되는 광을 검출하는 제1광검출기와, 측면 연마형 광섬유를 거쳐 진행되는 광을 검출하는 제2광검출부와, 제1 및 제2광검출부에서 출력되는 신호를 이용하여 절연유에 열분해되어 용해된 가스 종류 및 농도를 측정하는 측정부를 구비한다.

Description

광섬유를 이용한 변압기 내 유증 복합가스 검출장치{apparatus for determination of dissolved gases in insulation oil of transformer using optical fiber}

본 발명은 광섬유를 이용한 변압기 내 유증 복합가스 검출장치에 관한 것으로서, 상세하게는 광섬유를 통해 변압기 내에서 발생하는 가스의 종류 및 농도를 산출할 수 있도록 된 광섬유를 이용한 변압기 내 유증 복합가스 검출장치에 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 이상 여부를 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 다수 개 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, 광섬유를 통해 전송되는 광을 이용하여 절연유의 열분해 가스 종류 및 농도를 검출할 수 있는 광섬유를 이용한 변압기 내 유증 복합가스 검출장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 광섬유를 이용한 변압기 내 유증 복합가스 검출장치는 광을 출사하는 광원과; 상기 광원에서 출사되는 광을 복수개의 분배채널을 통해 분배하는 광분배기와; 상기 광분배기의 제1분배채널을 통해 전송된 광을 절연유가 충진된 변압기 내부까지 전송하는 제1광전송단과, 상기 제1광전송단의 종단과 이격되게 배치되어 상기 제1광전송단으로부터 출사되는 광을 입사받아 도파하는 제1광수신단으로 된 제1가스검출부와; 상기 변압기 내부에 내장되며 기판 위에 클래드층이 일부 연마된 연마부분을 갖으며 상기 기판에 굴곡지게 삽입되어 상기 광분배기의 제2분배채널을 통해 전송된 광을 도파하는 측면 연마형 광섬유와, 상기 연마부분을 포함한 상기 기판 상면에 검사대상 기체에 반응하는 소재로 형성된 제1반응층을 갖는 제2가스검출부와; 상기 제1가스 검출부의 상기 제1광수신단에서 출력되는 광을 검출하는 제1광검출기와; 상기 제2가스 검출부의 상기 측면 연마형 광섬유를 거쳐 진행되는 광을 검출하는 제2광검출부와; 상기 제1 및 제2광검출부에서 출력되는 신호를 이용하여 상기 절연유에 열분해되어 용해된 가스 종류 및 농도를 측정하는 측정부;를 구비한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 광분배기의 제3분배채널을 통해 전송된 광을 상기 변압기 내부까지 전송하도록 배치된 제2광전송단과, 상기 제2광전송단의 종단에 접합된 제2반응층을 갖는 제3가스검출부와; 상기 제3분배채널을 통해 전송된 광을 상기 제2광전송단으로 전송하고, 상기 상기 제2광전송단에서 역으로 진행되는 광을 검출단으로 출력하는 광써큘레이터와; 상기 광써큘레이터의 검출단에서 출력되는 광을 검출하여 상기 측정부에 제공하는 제3광검출기;를 더 구비한다.

또한, 상기 제1반응층은 그래핀 산화물을 포함하고, 상기 제2반응층은 팔라듐을 포함하여 형성된다.

본 발명에 따른 광섬유를 이용한 변압기 내 유증 복합가스 검출장치에 의하면, 절연유의 열분해 가스 종류 및 농도를 검출하여 제공할 수 있어 이상 여부의 진단 정밀성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유를 이용한 변압기 내 유증 복합가스 검출장치를 나타내 보인 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광섬유를 이용한 변압기 내 유증 복합가스 검출장치를 더욱 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유를 이용한 변압기 내 유증 복합가스 검출장치를 나타내 보인 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 광섬유를 이용한 변압기 내 유증 복합가스 검출장치(100)는 광원(110), 광분배기(112), 제1가스검출부(120), 제2가스검출부(130), 제3가스검출부(140), 광검출부(150), 측정부(175)를 구비한다.

광원(110)을 광을 출사한다.

광분배기(112)는 광원(110)에서 출사되는 광을 제1 내지 제3분배채널(112a 내지 112c)을 통해 분배하여 출력한다.

제1가스검출부(120)는 광분배기(112)의 제1분배채널(112a)을 통해 전송된 광을 절연유(20)가 충진된 변압기(10) 내부까지 전송하는 제1광전송단(121a)과, 제1광전송단(121a)의 종단과 이격되게 배치되어 제1광전송단(121a)으로부터 출사되는 광을 입사받아 도파하는 제1광수신단(121b) 및 제1광전송단(121a)의 종단과 제1광수신단(121b)의 선단을 상호 대향되어 이격되게 지지하는 이격지지체(123)를 구비한다.

이러한 제1가스검출부(120)는 변압기(10) 내에서 발생되는 가스에 의해 제1광전송단(121a)으로부터 출사되는 광의 흡광율이 달라지고 그에 따라 제1광수신단(121b)을 통해 수신되는 광량이 변화된다.

제1광전송단(121a)은 제1분배채널(112a)로부터 변압기(10) 내부까지 연장된 광섬유 부분이며, 제1광수신단(121b)은 제1광전송단(121a)의 광섬유 종단과 이격되어 변압기(10) 외부로 연장되어 제1광검출기(151)와 접속된 광섬유부분이다.

제1가스검출부(120)에 대해 메탄가스(CH₄)를 검출하도록 구축되는 경우 광원(110)은 메탄가스의 농도에 대해 광흡수율도 잘 변화되는 1650 내지 1660nm 파장 대역의 광을 출사하는 것을 적용한다. 도시된 도면에서 제1가스검출부(120)는 기체상태의 가스를 검출하도록 도시되어 있으나, 절연유(20) 내에 침지되게 설치되어 절연유(20) 내의 기체 농도를 측정하도록 설치될 수 있음은 물론이다.

제2가스검출부(130)는 광분배기(112)의 제2분배채널(112b)을 통해 전송된 광이 제1반응층(137)의 검출대상 기체와의 반응에 대응하여 파워가 변동될 수 있게 되어 있다.

제2가스검출부(130)는 변압기(10) 내부에 내장되며 기판(132) 위에 코어(134)를 에워싸는 클래드층(135)이 일부 연마된 연마부분을 갖으며 기판(132)에 굴곡지게 삽입되어 광분배기(112)의 제2분배채널(112a)을 통해 전송된 광을 도파하는 측면 연마형 광섬유(133)와, 연마부분을 포함한 기판(132) 상면에 검사대상 기체에 반응하는 소재로 형성된 제1반응층(137)을 갖는 가스센싱부가 적용되어 있다. 참조부호 131a는 광분배기(112)의 제2분배채널(112b)로부터 측면 연마형 광섬유(133)의 입력단과 접속된 제1입력중계광섬유이고, 참조부호 131b는 측면 연마형 광섬유(133)의 출력단과 접속되어 전송된 광을 제2광검출기(152)로 전송하는 제1출력중계광섬유이다.

제1반응층(137)은 수소를 검출하고자 하는 경우 팔라듐 또는 팔라듐에 니켈이 함유된 합금이 적용될 수 있다.

이와는 다르게 제1반응층(137)은 그래핀 산화물(Graphene Oxide)로 형성될 수 있다. 그래핀 산화물은 디클로로메탄 등과 같은 휘발성 유기화합물(VOC;Volatile Organic Compound)에 대한 반응도가 높다.

이러한 제2가스검출부(130)는 제1반응층(137)에 노출되는 측정대상 가스의 농도에 대응되어 전송손실이 발생된다.

제3가스검출부(140)는 광분배기(112)의 제3분배채널(112c)을 통해 전송된 광을 변압기(10) 내부까지 전송하도록 배치된 제2광전송단(142)과, 제2광전송단(142)의 종단에 접합된 제2반응층(145)과, 광써큘레이터(128)를 구비한다.

광써큘레이터(128)는 제3분배채널(112c)로부터 제2입력중계광섬유(141)를 통해 전송된 광을 제2광전송단(142)으로 전송하고, 제2광전송단(142)으로부터 역으로 진행되는 광을 검출단(128c)으로 출력한다.

제2광전송단(142)은 광써큘레이터(128)로부터 변압기(10) 내부까지 연장된 센싱광섬유 부분이다. 참조부호 144는 광써큘레이터(128)의 검출단(128c)과 제3광검출기(153) 사이에 접속되어 광을 전송하는 제2출력중계 광섬유이다.

여기서, 제2반응층(145)은 코어(142a)와, 코어(142a)를 감싸는 클래드(142b)로 이루어진 제2광전송단(142)의 종단에서 코어(142a)의 종단을 포함하여 에워싸게 접합되어 있다. 제2반응층(145)은 수소를 검출하는 경우 팔라듐 또는 팔라듐 합금을 적용한다. 이와는 다르게 휘발성 유기화합물을 검출하는 경우 그래핀 산화물을 적용한다.

광검출부(150)는 제1 내지 제3광출기(151 내지 153)을 구비한다.

제1광검출기(151)는 제1가스 검출부(120)의 제1광수신단(121b)에서 출력되는 광을 검출하여 측정부(175)에 제공한다.

제2광검출기(152)는 제2가스 검출부(130)의 측면 연마형 광섬유(133)를 거쳐 제1출력중계광섬유(131b)를 진행되는 광을 검출하여 측정부(175)에 제공한다.

제3광검출부(153)은 광써큘레이터(128)의 검출단(128c)에서 제2출력중계 광섬유(144)를 통해 출력되는 광을 검출하여 측정부(175)에 제공한다.

측정부(175)는 제1 내지 제2광검출부(151 내지 153)에서 출력되는 신호를 이용하여 절연유(20)에 열분해되어 용해된 가스 종류 및 농도를 측정하고, 측정정보를 표시부(171)에 표시하고, 통신부(177)를 통해 송신 대상 통신주소로 전송한다.

측정부(175)에는 제1 내지 제3가스 검출부(120)(130)(140) 각각에 대해 설정된 검출가스 종류 및 그에 대응되어 검출되는 수신광량에 대응한 농도 값이 미리 실험에 의해 산출된 값이 기록된 룩업테이블을 통해 가스 종류 및 농도값을 산출하도록 구축될 수 있다.

이상에서 설명된 광섬유를 이용한 변압기 내 유증 복합가스 검출장치에 의하면, 절연유의 열분해 가스 종류 및 농도를 검출하여 제공할 수 있어 이상 여부의 진단 정밀성을 향상시킬 수 있다.

110: 광원 112: 광분배기
120: 제1가스검출부 130: 제2가스검출부
140: 제3가스검출부 150: 광검출부
175: 측정부

Claims (3)

1. 광을 출사하는 광원과;
   상기 광원에서 출사되는 광을 복수개의 분배채널을 통해 분배하는 광분배기와;
   상기 광분배기의 제1분배채널을 통해 전송된 광을 절연유가 충진된 변압기 내부까지 전송하는 제1광전송단과, 상기 제1광전송단의 종단과 이격되게 배치되어 상기 제1광전송단으로부터 출사되는 광을 입사받아 도파하는 제1광수신단으로 된 제1가스검출부와;
   상기 변압기 내부에 내장되며 기판 위에 클래드층이 일부 연마된 연마부분을 갖으며 상기 기판에 굴곡지게 삽입되어 상기 광분배기의 제2분배채널을 통해 전송된 광을 도파하는 측면 연마형 광섬유와, 상기 연마부분을 포함한 상기 기판 상면에 검사대상 기체에 반응하는 소재로 형성된 제1반응층을 갖는 제2가스검출부와;
   상기 제1가스 검출부의 상기 제1광수신단에서 출력되는 광을 검출하는 제1광검출기와;
   상기 제2가스 검출부의 상기 측면 연마형 광섬유를 거쳐 진행되는 광을 검출하는 제2광검출부와;
   상기 제1 및 제2광검출부에서 출력되는 신호를 이용하여 상기 절연유에 열분해되어 용해된 가스 종류 및 농도를 측정하는 측정부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 광섬유를 이용한 변압기 내 유증 복합가스 검출장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 광분배기의 제3분배채널을 통해 전송된 광을 상기 변압기 내부까지 전송하도록 배치된 제2광전송단과, 상기 제2광전송단의 종단에 접합된 제2반응층을 갖는 제3가스검출부와;
   상기 제3분배채널을 통해 전송된 광을 상기 제2광전송단으로 전송하고, 상기 상기 제2광전송단에서 역으로 진행되는 광을 검출단으로 출력하는 광써큘레이터와;
   상기 광써큘레이터의 검출단에서 출력되는 광을 검출하여 상기 측정부에 제공하는 제3광검출기;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 광섬유를 이용한 변압기 내 유증 복합가스 검출장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 제1반응층은 그래핀 산화물을 포함하고, 상기 제2반응층은 팔라듐을 포함하여 형성된 것을 특징으로 하는 광섬유를 이용한 변압기 내 유증 복합가스 검출장치.
   
   
   
   
   

Images