KR20210100817A - 맨홀 지중케이블 부분방전 발생개소 판별 장치 및 방법 - Google Patents

맨홀 지중케이블 부분방전 발생개소 판별 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

맨홀 지중케이블 부분방전 발생개소 판별 장치 및 방법이 개시된다. 본 발명의 맨홀 지중케이블 부분방전 발생개소 판별 장치는 맨홀 진단 개소의 부분방전 신호를 취득하는 PD(Partial Discharge) 센서; 상기 PD 센서에 의해 취득된 부분방전 신호를 바이패스시키거나 기 설정된 주파수 대역의 부분방전 신호를 통과시키는 신호 선택부; 및 상기 신호 선택부로부터 바이패스되어 입력되는 부분방전 신호와 기 설정된 고주파수 대역의 부분방전 신호 각각을 분석하여 분석 결과에 따라 부분방전 개소 발생을 판별하는 판별부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

맨홀 지중케이블 부분방전 발생개소 판별 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DETERMINING PARTIAL DISCHARGE OCCURRENCE POINT OF UNDERGROUND CABLE IN MANHOLE}
본 발명은 맨홀 지중케이블 부분방전 발생개소 판별 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 맨홀 환경에서 지중케이블의 부분방전 발생 개소를 판별하는, 맨홀 지중케이블 부분방전 발생개소 판별 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 발생개소 판별할 수 있는 위치추정 기술을 사용하는 방법으로, 원거리 위치 추정 기술과 근거리 위치 추정 기술이 있다.
원거리 위치 추정 기술로는 PD(Partial Discharge) 센서를 한쪽 종단부에 설치하는 방법과 양 끝단에서 PD 신호를 검출하는 방법이 있으나, 상기한 방법들은 맨홀 환경의 지중케이블 발생 개소 진단 방법으로는 적합하지 않다.
근거리 위치 추정 기술로는 전력케이블에서 중간접속함을 중간에 두고 양쪽 끝에 각각의 센서를 설치하고 센서로 유입된 두 부분방전 신호의 시간차 및 극성을 분석하는 방법이 있다.
이러한 방법에 있어서, 펄스의 극성은 위치 추정에서 매우 중요하다. 하지만, 반사파가 많은 경우에는 펄스의 첫 번째 피크 이후에 많은 정부극성 피크들이 나타나며, 경우에 따라 두 번째부터의 피크들이 첫 번째 피크보다 큰 값으로 나타날 수 있다. 이에 따라, 정극성으로 시작하였다 하더라도 뒤이은 두 번째부터의 피크가 크게 될 경우 부극성 펄스로 오인할 수 있다. 따라서, 절대적으로 첫 번째 극성를 분석하는 것이 중요하며, 위치추정 알고리즘 구현시 가장 중요한 요소이다.
위치추정의 정확성을 높이기 위한 두 번째 요소는 시간차이다. 이를 위해 펄스의 도착시간을 정확히 측정하여야 한다. 기본적으로 펄스가 시작되는 시점으로 측정되어야 하지만, 노이즈가 많은 환경에서 시작점을 판단하는 것이 쉽지 않기 때문이다. 경우에 따라 펄스의 첫 번째 피크 시간을 측정할 수도 있으나, 반사파 등으로 파동이 중첩될 경우에는 피크점이 달라질 수 있어 오차가 크게 발생할 수 있다. 따라서, 위치 추정에서 거리에 대한 오차는 이러한 펄스 시작점 측정의 오차에 기인하는 경우가 많다.
아울러, 2개의 센서로부터 측정기기로 신호를 전달하는 동축신호선은 같은 길이와 특성을 가져야 한다. 그렇지 않으면 신호의 시간차 분석에 오차가 발생한다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허공보 10-1496442호(2015.02.17)의 '케이블 부분방전 진단 장치'에 개시되어 있다.
그러나, 종래 기술은 모두 맨홀 지중케이블 개소에서 적용하기에는 한계가 있다.
즉, 종래 기술은 맨홀 환경에서 장비에 전원을 공급할 수 없으며 펄스의 시간차를 분석하기 위해서는 고속의 샘플링을 할 수 있는 고성능의 장비가 필요하다.
또한, 종래 기술은 모니터링 시스템 구성시 실시간으로 위치 추정 분석을 하기 위해 3상으로 구성되어 있는 선로의 각 상에 최소 2개의 센서를 설치해야 하기 때문에 시스템 설치 비용이 크게 증가하는 문제점이 있었다.
본 발명은 전술한 문제점을 개선하기 위해 창안된 것으로서, 본 발명의 일 측면에 따른 목적은 맨홀 환경에서 취득한 부분방전 신호의 원신호와 고주파수 대역의 부분방전 신호 각각을 PRPD(Phase Resolved Partial Discharge) 분석하여 분석 결과에 따라 부분방전 발생개소를 판별하는, 맨홀 지중케이블 부분방전 발생개소 판별 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 맨홀 지중케이블 부분방전 발생개소 판별 장치는 맨홀 진단 개소의 부분방전 신호를 취득하는 PD(Partial Discharge) 센서; 상기 PD 센서에 의해 취득된 부분방전 신호를 바이패스시키거나 기 설정된 주파수 대역의 부분방전 신호를 통과시키는 신호 선택부; 및 상기 신호 선택부로부터 바이패스되어 입력되는 부분방전 신호와 기 설정된 고주파수 대역의 부분방전 신호 각각을 분석하여 분석 결과에 따라 부분방전 개소 발생을 판별하는 판별부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 신호 선택부는 상기 PD 센서에 의해 취득된 부분방전 신호를 분배하는 신호 분배부; 및 상기 신호 분배부에 의해 분배된 신호를 바이패스시키거나 기 설정된 고주파수 대역의 부분방전 신호를 통과시키는 필터부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 신호 분배부는 패라이트 코어인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 판별부는 상기 신호 선택부로부터 바이패스되어 입력되는 부분방전 신호와 기 설정된 주파수 대역의 부분방전 신호 각각을 증폭시키는 증폭부; 상기 증폭부에 의해 증폭된 부분방전 신호 각각의 피크를 검출하는 피크 검출부; 및 상기 피크 검출부의 출력 신호를 PRPD(Phase Resolved Partial Discharge) 패턴을 분석하여 외부 유입 노이즈 또는 부분방전 개소 발생인지를 판단하는 신호 판단부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 신호 판단부는 상기 신호 선택부에 의해 바이패스된 부분방전 신호와 기 설정된 고주파수 대역의 부분방전 신호 각각에 대한 PRPD 패턴 분석 결과 PRPD 패턴이 생성되었는지 여부에 따라 부분방전 신호를 외부 유입 노이즈와 부분방전 개소 발생 중 어느 하나로 판단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 신호 판단부는 상기 신호 선택부에 의해 바이패스된 부분방전 신호에 대한 PRPD 분석 결과 PRPD 패턴이 생성되고 기 설정된 고주파수 대역의 부분방전 신호에 대한 PRPD 분석 결과 PRPD 패턴이 생성되지 않은 외부 노이즈 유입으로 판단하고, 상기 신호 선택부에 의해 바이패스된 부분방전 신호와 기 설정된 고주파수 대역의 부분방전 신호에 대한 PRPD 분석 결과 PRPD 패턴이 모두 생성되면 부분방전 개소 발생으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 맨홀 지중케이블 부분방전 발생개소 판별 방법은 PD(Partial Discharge) 센서가 맨홀 진단 개소의 부분방전 신호를 취득하는 단계; 신호 선택부가 상기 PD 센서에 의해 취득된 부분방전 신호를 바이패스시키거나 기 설정된 주파수 대역의 부분방전 신호를 통과시키는 단계; 및 판별부가 상기 신호 선택부로부터 바이패스되어 입력되는 부분방전 신호와 기 설정된 고주파수 대역의 부분방전 신호 각각을 분석하여 분석 결과에 따라 부분방전 발생 개소를 판별하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 부분방전 발생개소를 판별하는 단계에서, 상기 판별부는 상기 신호 선택부로부터 바이패스되어 입력되는 부분방전 신호와 기 설정된 주파수 대역의 부분방전 신호 각각을 증폭한 후 부분방전 신호 각각의 피크를 검출하여 PRPD(Phase Resolved Partial Discharge) 패턴 분석을 통해 부분방전 신호가 외부 유입 노이즈인지 또는 부분방전 인지를 판단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 부분방전 발생개소를 판별하는 단계에서, 상기 판별부는 상기 신호 선택부에 의해 바이패스된 부분방전 신호와 기 설정된 고주파수 대역의 부분방전 신호 각각에 대한 PRPD 패턴 분석 결과 PRPD 패턴이 생성되었는지 여부에 따라 부분방전 신호를 외부 유입 노이즈와 부분방전 개소 발생 중 어느 하나로 판단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 부분방전 발생개소를 판별하는 단계에서, 상기 판별부는 상기 신호 선택부에 의해 바이패스된 부분방전 신호에 대한 PRPD 분석 결과 PRPD 패턴이 생성되고 기 설정된 고주파수 대역의 부분방전 신호에 대한 PRPD 분석 결과 PRPD 패턴이 생성되지 않은 외부 노이즈 유입으로 판단하고, 상기 신호 선택부에 의해 바이패스된 부분방전 신호와 기 설정된 고주파수 대역의 부분방전 신호에 대한 PRPD 분석 결과 PRPD 패턴이 모두 생성되면 부분방전 개소 발생으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 맨홀 지중케이블 부분방전 발생개소 판별 장치 및 방법은 맨홀 환경에서 취득한 부분방전 신호의 원신호와 고주파수 대역의 부분방전 신호 각각을 PRPD(Phase Resolved Partial Discharge) 분석하여 분석 결과에 따라 부분방전 발생개소를 판별한다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 맨홀 지중케이블 부분방전 발생개소 판별 장치의 블럭 구성도이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 맨홀 지중케이블 부분방전 발생개소 판별 방법의 순서도이다.
도 3 은 하이패스필터 적용을 통한 발생 개소 분석 기술 검증을 위해 구축된 모의 선로 시스템의 구성도이다.
도 4 는 모의 맨홀과 연결된 케이블 구성 길이 및 결함 모의 구성을 나타낸 도면이다.
도 5 는 하이패스필터 적용을 통한 발생 개소 분석 기술 검증 분석 절차를 나타낸 도면이다.
도 6 은 오실로스코프 분석 결과를 나타낸 도면이다.
도 7 은 스펙트럼 분석기의 분석 결과를 나타낸 도면이다.
도 8 은 SMART-T7의 부분방전 측정 결과를 나타낸 도면이다.
도 9 는 현장 측정 전경을 나타낸 도면이다.
도 10 은 케이스 #1의 실험 구성도이다.
도 11 은 케이스 #1의 측정 결과를 나타낸 도면이다.
도 12 는 케이스 #2의 실험 구성도이다.
도 13 은 이전 분석 방법으로 분석한 분석 결과를 나타낸 도면이다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 맨홀 지중케이블 부분방전 발생개소 판별 장치 및 방법을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 이용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야할 것이다.
본 명세서에서 설명된 구현은, 예컨대, 방법 또는 프로세스, 장치, 소프트웨어 프로그램, 데이터 스트림 또는 신호로 구현될 수 있다. 단일 형태의 구현의 맥락에서만 논의(예컨대, 방법으로서만 논의)되었더라도, 논의된 특징의 구현은 또한 다른 형태(예컨대, 장치 또는 프로그램)로도 구현될 수 있다. 장치는 적절한 하드웨어, 소프트웨어 및 펌웨어 등으로 구현될 수 있다. 방법은, 예컨대, 컴퓨터, 마이크로프로세서, 집적 회로 또는 프로그래밍가능한 로직 디바이스 등을 포함하는 프로세싱 디바이스를 일반적으로 지칭하는 프로세서 등과 같은 장치에서 구현될 수 있다. 프로세서는 또한 최종-사용자 사이에 정보의 통신을 용이하게 하는 컴퓨터, 셀 폰, 휴대용/개인용 정보 단말기(personal digital assistant: "PDA") 및 다른 디바이스 등과 같은 통신 디바이스를 포함한다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 맨홀 지중케이블 부분방전 발생개소 판별 장치의 블럭 구성도이다.
도 1 을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 맨홀 지중케이블 부분방전 발생개소 판별 장치는 PD(Partial Discharge) 센서(10), 신호 선택부(20) 및 판별부(30)를 포함한다.
PD 센서(10)는 맨홀 진단 개소의 부분방전 신호를 취득한다. PD 센서(10)는 맨홀 내부에 설치될 수 있다. PD 센서(10)는 부분방전 신호를 취득할 수 있는 위치라면 특별히 한정되는 것은 아니다.
PD 센서(10)로는 4CH HFCT(High Frequency Current Transformer) 센서가 채용될 수 있다. 4CH HFCT의 측정 범위는 20MHz~100MHz일 수 있으며 이에 한정되는 것은 아니다.
신호 선택부(20)는 PD 센서(10)에 의해 취득된 부분방전 신호를 바이패스시키거나 기 설정된 주파수 대역의 부분방전 신호를 통과시켜 판별부(30)에 입력한다.
신호 선택부(20)는 신호 분배부(21) 및 필터부(22)를 포함한다.
신호 분배부(21)는 PD 센서(10)에 의해 취득된 부분방전 신호를 분배한다.
신호 분배부(21)로는 패라이트 코어가 채용될 수 있다. 참고로, 신호 분배부(21)는 패라이트 코어를 예시로 설명하였으나 이에 한정되는 것은 아니다.
필터부(22)는 신호 분배부(21)에 의해 분배된 부분방전 신호를 바이패스시키거나 기 설정된 고주파수 대역의 부분방전 신호를 통과시킨다.
즉, 필터부(22)는 신호 분배부(21)에 의해 분배된 부분방전 신호를 바이패스시켜 원신호 상태로 판별부(30)에 입력하거나 또는 부분방전 신호의 저주파수 대역을 필터링하여 기 설정된 고주파수 대역의 신호만을 통과시킨다.
이 경우, 필터부(22)는 원신호 상태의 부분방전 신호와 고주파수 대역의 부분방전 신호를 교번하여 판별부(30)에 입력하며, 이러한 원신호 상태의 부분방전 신호와 고주파수 대역의 부분방전 신호를 입력하기 위한 필터 종류 선택은 소프트웨어적으로 가변될 수 있다.
이에 필터부(22)는 동작 모드가 바이패스 모드이면 부분방전 신호를 바이패스시켜 원신호 상태의 부분방전 신호를 필터부(22)에 입력하고, 동작 모드가 하이패스필터 모드(High Pass Filter Mode)이면 저주파수 대역의 부분방전 신호를 차단하여 기 설정된 고주파수 대역의 부분방전 신호를 필터부(22)에 입력한다.
판별부(30)는 신호 선택부(20)로부터 바이패스되어 입력되는 원신호 상태의 부분방전 신호와 기 설정된 고주파수 대역의 부분방전 신호 각각을 PRPD(Phase Resolved Partial Discharge) 분석하여 패턴 생성 유무를 토대로 부분방전 신호가 외부 유입 노이즈인지를 판별하거나 해당 부분방전 개소 발생을 판별한다.
판별부(30)는 증폭부(31), 피크 검출부(32) 및 신호 판단부(33)를 포함한다.
증폭부(31)는 필터부(22)로부터 입력된 부분방전 신호를 기 설정된 게인(Gain)으로 증폭시킨다. 필터부(22)로부터 입력된 원신호 상태의 부분방전 신호는 미소 신호로서 매우 작아서 신호처리가 어려울 뿐만 아니라, 하이패스필터를 통해 필터링된 부분방전 신호는 감쇄될 수 있다.
따라서, 증폭부(31)는 상기한 바와 같이 원신호 상태의 부분방전 신호와 하이패스필터를 통해 필터링된 고주파수 대역의 부분방전 신호를 증폭시킴으로써 효과적인 신호처리가 가능하도록 한다.
피크 검출부(Peak Detector)(32)는 증폭부(31)에 증폭된 부분방전 신호의 피크를 검출한다.
신호 판단부(33)는 피크 검출부(32)의 출력 신호를 아날로그 디지털 변환하고, 변환된 부분방전 신호를 PRPD(Phase Resolved Partial Discharge) 패턴 분석하여 부분방전 신호가 외부 유입 노이즈인지 또는 부분방전 개소 발생인지를 판단한다.
이 경우, 신호 판단부(33)는 신호 선택부(20)에 의해 바이패스된 부분방전 신호와 기 설정된 고주파수 대역의 부분방전 신호 각각에 대한 PRPD 패턴 분석 결과 PRPD 패턴이 생성되었는지 여부에 따라 부분방전 신호를 외부 유입 노이즈와 부분방전 개소 발생 중 어느 하나로 판단한다.
예컨데, 신호 판단부(33)는 신호 선택부(20)에 의해 바이패스된 부분방전 신호에 대한 바이패스 PRPD 분석 결과로 PRPD 패턴이 생성되고 기 설정된 고주파수 대역의 부분방전 신호에 대한 하이패스 필터 PRPD 분석 결과로 PRPD 패턴이 생성되지 않으면 외부 노이즈 유입으로 판단한다.
또한, 신호 판단부(33)는 신호 선택부(20)에 의해 바이패스된 부분방전 신호에 대한 바이패스 PRPD 분석 결과로 PRPD 패턴이 생성되고 기 설정된 고주파수 대역의 부분방전 신호에 대한 하이패스 필터 PRPD 분석 결과로 PRPD 패턴이 생성되면 부분방전 개소 발생으로 판단한다.
이하 본 발명의 일 실시예에 따른 맨홀 지중케이블 부분방전 발생개소 판별 방법을 도 2 를 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 맨홀 지중케이블 부분방전 발생개소 판별 방법의 순서도이다.
도 2 를 참조하면, PD 센서(10)는 맨홀 진단 개소의 부분방전 신호를 감지한다(S10).
PD 센서(10)에 의해 부분방전 신호가 감지됨에 따라, 신호 분배부(21)는 PD 센서(10)에 의해 취득된 부분방전 신호를 교번하여 분배한다(S20).
이 경우, 바이패스 모드이면, 필터부(22)는 원신호 상태의 부분방전 신호를 필터부(22)에 그대로 입력하고, 증폭부(31)는 필터부(22)로부터 입력된 원신호 상태의 부분방전 신호를 기 설정된 게인으로 증폭시키며, 피크 검출부(32)는 증폭부(31)에 의해 증폭된 부분방전 신호의 피크를 검출한 후, 신호 판단부(33)가 피크 검출부(32)로부터 출력된 출력신호를 아날로그 디지털 변환한 후 PRPD 패턴 분석을 수행한다(S32~S38).
반면에, 하이패스필터 모드이면, 필터부(22)는 고주파수 대역의 부분방전 신호를 필터부(22)에 입력하고, 증폭부(31)는 필터부(22)로부터 입력된 고주파수 대역의 부분방전 신호를 기 설정된 게인으로 증폭시키며, 피크 검출부(32)는 증폭부(31)에 증폭된 부분방전 신호의 피크를 검출한 후, 신호 판단부(33)가 피크 검출부(32)터 출력된 출력신호를 아날로그 디지털 변환한 후 PRPD 패턴 분석을 수행한다(S42~S48).
이어, 신호 판단부(33)는 바이패스된 부분방전 신호와 기 설정된 고주파수 대역의 부분방전 신호 각각에 대한 PRPD 패턴 분석 결과 PRPD 패턴이 생성되었는지 여부에 따라 부분방전 신호를 외부 유입 노이즈로 판단하거나 부분방전 개소 발생으로 판단한다(S50).
예컨데, 신호 판단부(33)는 신호 선택부(20)에 의해 바이패스된 부분방전 신호에 대한 바이패스 PRPD 분석 결과 PRPD 패턴이 생성되고 기 설정된 고주파수 대역의 부분방전 신호에 대한 하이패스 필터 PRPD 분석 결과 PRPD 패턴이 생성되지 않으면 외부 노이즈 유입으로 판단한다.
또한, 신호 판단부(33)는 신호 선택부(20)에 의해 바이패스된 부분방전 신호에 대한 바이패스 PRPD 분석 결과 PRPD 패턴이 생성되고 기 설정된 고주파수 대역의 부분방전 신호에 대한 하이패스 필터 PRPD 분석 결과 PRPD 패턴이 생성되면 해당 개소 발생으로 판단한다.
이하 상기한 바와 같이 하이패스필터를 적용하여 발생 개소를 분석하는 것을 실험실 환경과 실제 환경에서 검증한 예를 설명한다.
도 3 은 하이패스필터 적용을 통한 발생 개소 분석 기술 검증을 위해 구축된 모의 선로 시스템의 구성도이고, 도 4 는 모의 맨홀과 연결된 케이블 구성 길이 및 결함 모의 구성을 나타낸 도면이며, 도 5 는 하이패스필터 적용을 통한 발생 개소 분석 기술 검증 분석 절차를 나타낸 도면이며, 도 6 은 오실로스코프 분석 결과를 나타낸 도면이며, 도 7 은 스펙트럼 분석기의 분석 결과를 나타낸 도면이며 도 8 은 SMART-T7의 부분방전 측정 결과를 나타낸 도면이며, 도 9 는 현장 측정 전경을 나타낸 도면이며, 도 10 은 케이스 #1의 실험 구성도이며, 도 11 은 케이스 #1의 측정 결과를 나타낸 도면이며, 도 12 는 케이스 #2의 실험 구성도이며, 도 13 은 이전 분석 방법으로 분석한 분석 결과를 나타낸 도면이다.
HPF 필터 적용을 통한 발생 개소 분석 기술 검증을 위한 모의 선로 구축을 도면 3 과 같이 구성하였다.
도 3 을 참조하면, 22.9kV PD Free 상용 단상 변압기 3대와 맨홀을 모의한 맨홀 모의 챔버 3대를 제작하여 구성하고 내압기로부터 모의 맨홀 챔버를 지나는 선로를 구축하였다.
각각의 모의 챔버 내부에는 중간접속재를 시공하고, 모의 챔버는 결함을 모의할 수 있는 충분한 크기로 제작하였다. 또한 설치된 각종 센서들의 방수시험도 가능하도록 제작하였다.
도 4 는 각 모의 맨홀과 연결된 케이블 구성 길이 및 결함 모의 구성이 도시되었다.
도 4 를 참조하면, 전압을 조절할 수 있는 슬라이닥스와 22.9kV 내압기를 연결하여 전압을 인가하였으며 M/H #02 중간접속재 도체부의에 Corona 결함을 모의 하여 실험을 진행하였다. 각각의 맨홀 측정 센서는 중간접속재 접지선에 고성능 HFCT를 설치하여 동일한 길이의 동축선을 연결하여 측정을 진행하였다.
측정 시스템은 PRPD 분석과 펄스 모양 분석을 위해 Tektronix사의 Oscilloscope DPO 7104 (1GHz, 10Gs/s) 사용하고 주파수 분석 및 주파수 대역에 따른 PRPD 분석을 위해 Aglient사의 Spectrum Analyzer N9340B (100kHz to 3GHz)를 사용하였다. 또한 주파수튜닝 분석 및 펄스 분석을 동시에 수행할수 있는 SMART-T7장비를 활용하여 추가 분석을 시행하였다.
HPF 필터 적용을 통한 발생 개소 분석 기술 검증은 도 5 에 도시된 바와 같이 오실로스코프를 활용한 PRPD 분석 및 펄스 모양을 통한 시간차 분석을 통해 각 모의 맨홀로 전파된 펄스를 확인하고 다음으로 Spectrum Analyzer를 사용하여 주파수 분석을 통해 발생대역 및 대역에 따른 PRPD 협대역 분석을 시행하였다. 마지막으로 SMART-T7장비를 사용하여 최종 검증하였다.
도 6 은 오실로스코프 분석 결과이다. PRPD 분석 결과 M/H #2 HFCT센서에서 가장 크게 측정되었으며 고압부 침에서 발생하는 부극성 코로나로 분석되었다. 분석된 PRPD를 기준으로 트리거 레벨을 설정하여 펄스 분석 결과 발생된 M/H #2 측정 센서에서 크기는 가장 크고 주파수가 빠른 펄스가 측정되었다. 다음으로 각 M/H에 해당하는 거리별로 시간차가 발생하고 크기 및 주파수가 감쇄된 펄스 모양을 얻을 수 있었다.
도 7 은 스펙트럼 분석기의 분석 결과이다. 각각의 M/H에서 발생하는 신호에 대해 발생전과 발생후의 스펙트럼 분석을 하고 분석된 결과를 기준으로 협대혁 주파수 PRPD분석을 시행하여 해당 주파수를 갖는 펄스가 발생하고 있는지 분석 할수 있다. 분석 결과 앞서 분석한 펄스모양과 동일한 결과를 얻을수 있었다. 결함이 모의되어 있는 M/H #2에서 최대 50MHz 대역까지의 주파수 성분을 갖는 펄스가 발생하는 것을 알 수 있었다. 반면 10m이상 떨어진 M/H #1, #3은 20MHz대역 이상에서는 고주파 성분이 대부분 감쇄되어 작은 크기로 PRPD가 측정되는 것을 알 수 있다.
도 8 은 부분방전 측정 결과이다. 앞서 분석한 결과들과 동인한 결과를 얻을수 있었다. 이러한 결과는 현장적용시에 20MHz HPF 필터 적용시 해당 개소에서 발생하는 결함에 대해서는 측정이 가능하고 유입된 신호에 대해서는 거의 측정이 안되어 해당 개소에서 발생된 결함 신호인지 유입된 신호인지 분석이 가능할 것으로 판단된다.
상기한 실험실 환경에서 얻은 결과를 검증하고자 실선로 검증을 시행 하였다.
도 9 는 실선로 검증 M/H #1 전경이다. 맨홀 내부에 주입 센서 및 검출 센서 2Set (HPF 적용, 미적용)을 설치하고 맨홀 외부에 측정 및 분석을 하였다.
도 10 은 Case #1 실험 구성도이다. 측정 센서가 설치되어 있는 개소에서 A상 기준으로 신호를 주입하고 분석을 시행하였다. 분석 시스템은 오실로스코프를 활용한 PRPD 분석 및 펄스 모양을 통한 시간차 분석을 통해 각 모의 맨홀로 전파된 펄스를 확인하고 다음으로 스펙트럼 분석기를 사용하여 주파수 분석을 통해 발생대역 및 대역에 따른 PRPD 협대역 분석을 시행하였다. 마지막으로 SMART-T7 장비를 사용하여 최종 검증하였다.
주입 신호는 모의 PD 시뮬레이터를 사용하여 Void 결함 패턴에 해당하는 펄스를 발생시켜 해당 실제 중간접속재 내부에서 발생하는 경우를 모의하였다.
도 11 은 Case #1 측정 결과이다. 그림 (a)는 스펙트럼 분석기를 활용하여 필터 사용 전, 후에 대해서 주파수 분석을 시행하고 20MHz 주파수에 해당하는 협대혁 PRPD 분석한 결과이다. 20MHz 이상에서 두 경우다 측정이 되었으며 그림 (b)는 PRPD패턴 분석 결과이다. 두 경우 모두 패턴을 얻을 수 있었다.
도 12 는 Case #2 측정 구성 사진이다. 측정 시스템과 50m거리에 있는 M/H #2에 모의 PD 시뮬레이터를 사용하여 Void결함 패턴에 해당하는 펄스를 발생시켜 해당 실제 중간접속재 내부에서 발생하는 경우를 모의하였다.
도 13 은 이전에 분석한 방법으로 분석한 결과이다. 도 13 의 (a)는 Spectrum Analyzer를 활용하여 필터 사용 전, 후에 대해서 주파수 분석을 시행하고 20MHz 주파수에 해당하는 협대혁 PRPD 분석한 결과이다. 이전과는 다르게 20MHz 이상에서 두 경우다 측정이 안되었으며 도 13 의 (b)는 SMART T7를 사용하여 분석한 결과이다. 필터 사용전에는 PRPD패턴이 측정되었고 필터 사용 후에는 패턴이 측정 되지 않았다. 이러한 결과는 앞서 분석한 스펙트럼 분석기의 분석 결과와 일치한다. 현장 검증 결과에서도 실험실 환경에서 얻은 결과와 동일한 결과를 얻을수 있었다.
이와 같이, 본 발명의 일 측면에 따른 맨홀 지중케이블 부분방전 발생개소 판별 장치 및 방법은 맨홀 환경에서 취득한 부분방전 신호의 원신호와 고주파수 대역의 부분방전 신호 각각을 PRPD(Phase Resolved Partial Discharge) 분석하여 분석 결과에 따라 부분방전 발생개소를 판별한다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야할 것이다.
10: PD 센서 20: 신호 선택부
21: 신호 분배부 22: 필터부
30: 판별부 31: 증폭부
32: 피크 검출부 33: 신호 판단부

Claims (10)

  1. 맨홀 진단 개소의 부분방전 신호를 취득하는 PD(Partial Discharge) 센서;
    상기 PD 센서에 의해 취득된 부분방전 신호를 바이패스시키거나 기 설정된 주파수 대역의 부분방전 신호를 통과시키는 신호 선택부; 및
    상기 신호 선택부로부터 바이패스되어 입력되는 부분방전 신호와 기 설정된 고주파수 대역의 부분방전 신호 각각을 분석하여 분석 결과에 따라 부분방전 개소 발생을 판별하는 판별부를 포함하는 맨홀 지중케이블 부분방전 발생개소 판별 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 신호 선택부는
    상기 PD 센서에 의해 취득된 부분방전 신호를 분배하는 신호 분배부; 및
    상기 신호 분배부에 의해 분배된 신호를 바이패스시키거나 기 설정된 고주파수 대역의 부분방전 신호를 통과시키는 필터부를 포함하는 것을 특징으로 하는 맨홀 지중케이블 부분방전 발생개소 판별 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 신호 분배부는
    패라이트 코어인 것을 특징으로 하는 맨홀 지중케이블 부분방전 발생개소 판별 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 판별부는
    상기 신호 선택부로부터 바이패스되어 입력되는 부분방전 신호와 기 설정된 주파수 대역의 부분방전 신호 각각을 증폭시키는 증폭부;
    상기 증폭부에 의해 증폭된 부분방전 신호 각각의 피크를 검출하는 피크 검출부; 및
    상기 피크 검출부의 출력 신호를 PRPD(Phase Resolved Partial Discharge) 패턴을 분석하여 외부 유입 노이즈 또는 부분방전 개소 발생인지를 판단하는 신호 판단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 맨홀 지중케이블 부분방전 발생개소 판별 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 신호 판단부는
    상기 신호 선택부에 의해 바이패스된 부분방전 신호와 기 설정된 고주파수 대역의 부분방전 신호 각각에 대한 PRPD 패턴 분석 결과 PRPD 패턴이 생성되었는지 여부에 따라 부분방전 신호를 외부 유입 노이즈와 부분방전 개소 발생 중 어느 하나로 판단하는 것을 특징으로 하는 맨홀 지중케이블 부분방전 발생개소 판별 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 신호 판단부는
    상기 신호 선택부에 의해 바이패스된 부분방전 신호에 대한 PRPD 분석 결과 PRPD 패턴이 생성되고 기 설정된 고주파수 대역의 부분방전 신호에 대한 PRPD 분석 결과 PRPD 패턴이 생성되지 않은 외부 노이즈 유입으로 판단하고, 상기 신호 선택부에 의해 바이패스된 부분방전 신호와 기 설정된 고주파수 대역의 부분방전 신호에 대한 PRPD 분석 결과 PRPD 패턴이 모두 생성되면 부분방전 개소 발생으로 판단하는 것을 특징으로 하는 맨홀 지중케이블 부분방전 발생개소 판별 장치.
  7. PD(Partial Discharge) 센서가 맨홀 진단 개소의 부분방전 신호를 취득하는 단계;
    신호 선택부가 상기 PD 센서에 의해 취득된 부분방전 신호를 바이패스시키거나 기 설정된 주파수 대역의 부분방전 신호를 통과시키는 단계; 및
    판별부가 상기 신호 선택부로부터 바이패스되어 입력되는 부분방전 신호와 기 설정된 고주파수 대역의 부분방전 신호 각각을 분석하여 분석 결과에 따라 부분방전 발생 개소를 판별하는 단계를 포함하는 맨홀 지중케이블 부분방전 발생개소 판별 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 부분방전 발생개소를 판별하는 단계에서,
    상기 판별부는 상기 신호 선택부로부터 바이패스되어 입력되는 부분방전 신호와 기 설정된 주파수 대역의 부분방전 신호 각각을 증폭한 후 부분방전 신호 각각의 피크를 검출하여 PRPD(Phase Resolved Partial Discharge) 패턴 분석을 통해 부분방전 신호가 외부 유입 노이즈인지 또는 부분방전 인지를 판단하는 것을 특징으로 하는 맨홀 지중케이블 부분방전 발생개소 판별 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 부분방전 발생개소를 판별하는 단계에서,
    상기 판별부는 상기 신호 선택부에 의해 바이패스된 부분방전 신호와 기 설정된 고주파수 대역의 부분방전 신호 각각에 대한 PRPD 패턴 분석 결과 PRPD 패턴이 생성되었는지 여부에 따라 부분방전 신호를 외부 유입 노이즈와 부분방전 개소 발생 중 어느 하나로 판단하는 것을 특징으로 하는 맨홀 지중케이블 부분방전 발생개소 판별 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 부분방전 발생개소를 판별하는 단계에서,
    상기 판별부는 상기 신호 선택부에 의해 바이패스된 부분방전 신호에 대한 PRPD 분석 결과 PRPD 패턴이 생성되고 기 설정된 고주파수 대역의 부분방전 신호에 대한 PRPD 분석 결과 PRPD 패턴이 생성되지 않은 외부 노이즈 유입으로 판단하고, 상기 신호 선택부에 의해 바이패스된 부분방전 신호와 기 설정된 고주파수 대역의 부분방전 신호에 대한 PRPD 분석 결과 PRPD 패턴이 모두 생성되면 부분방전 개소 발생으로 판단하는 것을 특징으로 하는 맨홀 지중케이블 부분방전 발생개소 판별 방법.
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