KR20220004601A - 변압기의 유중가스 측정을 위한 가스센서 프로브 - Google Patents

변압기의 유중가스 측정을 위한 가스센서 프로브 Download PDF

Info

Publication number
KR20220004601A
KR20220004601A KR1020210165378A KR20210165378A KR20220004601A KR 20220004601 A KR20220004601 A KR 20220004601A KR 1020210165378 A KR1020210165378 A KR 1020210165378A KR 20210165378 A KR20210165378 A KR 20210165378A KR 20220004601 A KR20220004601 A KR 20220004601A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
gas
transformer
sensor
oil
gas concentration
Prior art date
Application number
KR1020210165378A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102485072B1 (ko
Inventor
최철
정미희
허광범
Original Assignee
한국전력공사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국전력공사 filed Critical 한국전력공사
Priority to KR1020210165378A priority Critical patent/KR102485072B1/ko
Publication of KR20220004601A publication Critical patent/KR20220004601A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102485072B1 publication Critical patent/KR102485072B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/20—Investigating the presence of flaws
    • G01N27/205—Investigating the presence of flaws in insulating materials
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/12—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid
    • G01N27/121—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid for determining moisture content, e.g. humidity, of the fluid
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/12—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid
    • G01N27/122—Circuits particularly adapted therefor, e.g. linearising circuits
    • G01N27/123—Circuits particularly adapted therefor, e.g. linearising circuits for controlling the temperature
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/12—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid
    • G01N27/128—Microapparatus
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403—Cells and electrode assemblies
    • G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
    • G01N27/407—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases

Abstract

본 발명은 변압기의 유중가스 측정을 위한 가스센서 프로브가 개시된다. 본 발명의 변압기의 유중가스 측정을 위한 가스센서 프로브는, 변압기의 내부로 장입이 가능하도록 변압기의 외함 밸브를 관통할 수 있는 형태의 몸체; 몸체를 변압기의 외함 밸브 속으로 삽입하고 고정시키기 위한 센서 프로브 연결부; 몸체에 연결되며 절연유 용존 가스 농도를 측정할 수 있는 가스농도 측정부; 가스농도 측정부에서 취득한 전기저항 데이터를 농도값으로 변환시키는 센서 제어모듈; 및 가스농도 측정부로부터 획득한 데이터의 분석, 통계, 제어 및 원격 통신을 수행하는 가스모니터;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

변압기의 유중가스 측정을 위한 가스센서 프로브{GAS SENSOR PROBE FOR MEASURING DISSOLVED GAS OF TRANSFORMER}
본 발명은 변압기의 유중가스 측정을 위한 가스센서 프로브에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반도체식(또는 저항 변화식) 가스센서를 변압기 내부 절연유 속으로 장입하여 변압기 내부 이상 상태에 의해 발생 및 절연유 중에 용존된 극미량 가스의 조성과 양을 검지함으로써, 변압기 내부의 이상 유무를 확인 할뿐만 아니라 이상 내용과 이상 부위 및 심각 수준까지 정확하게 진단할 수 있는 변압기의 유중가스 측정을 위한 가스센서 프로브에 관한 것이다.
일반적으로, 변압기는 장기 운전에 의해 주요 부품이 열화되어 부분방전 및 아크(Arc) 등과 같은 이상 현상이 발생할 수 있으며, 이러한 이상 현상으로 인한 고열원이 절연유나 절연지와 같은 액상 및 고상 절연재료와 접촉할 경우, 화학반응에 의해 열화 분해되면서 가스가 발생한다. 이와 같이 변압기 내부에서 발생한 가스는 대부분 절연유 내에 그대로 용해되는 특성을 가지므로 이를 검지함으로써, 이상 부위와 내용 그리고 심각 수준 등을 간접적으로 추정할 수 있다.
변압기의 절연유에 용존된 가스 조성과 농도를 분석하는 유중가스 분석법은, 통상 변압기에서 직접 샘플링한 절연유 시료를 원격지의 실험실로 운반하여 복잡하고 고가인 정밀 분석장치를 이용하여 분석하는 오프라인(Off-line) 방식이 사용되고 있다.
그러나 이러한 실험실적 분석 방식은 정확성과 신뢰도는 높지만, 변압기 이상상태 판정까지 장시간이 소요될 뿐만 아니라 절연유 시료 샘플링 시 공기 유입 및 가스 유출로 인한 샘플의 부정확성, 정밀 분석기기를 다룰 수 있는 전문 인력이 요구되는 등의 단점을 가진다. 또한, 샘플을 채취하는 특정 시점에서의 변압기 상태에 대한 정보는 제공받을 수 있지만, 시점과 시점 사이 일정 기간 동안의 상태변화 추이와 관련된 정보는 알 수 없다는 단점을 가진다.
최근에는 이러한 문제점을 개선하고자 멤브레인과 가스 크로마토그래피(Gas Chromatography, GC), 광음향 분광법(Photoacoustic Spectroscopy, PAS), 적외선(IR) 분광방식 등을 활용하여 실시간으로 변압기 상태를 감시하는 온라인(On-line) 방식도 적용되고 있다.
온라인 방식은 변압기로부터 배관과 펌프를 이용하여 변압기 내부 절연유를 강제 이송, 채취하여 실시간으로 용존가스 조성별 농도를 분석하는데, 실험실적 분석방법에 준할 정도의 비교적 높은 정확도를 보인다. 그러나 대당 가격이 수 천 만원~1억원대의 고가이며 설치뿐만 아니라 유지보수에도 고비용이 소요되는 등의 문제점이 있다.
따라서 최근에는 실시간 절연유 가스분석이 가능하면서도 구조가 간단하고 경제적인 가스센서 방식에 대한 관심이 급증하고 있다. 아직까지는 도입 초기이기 때문에 유중가스 분석 가스센서의 적용 사례가 제한적이기는 하지만, 전기화학 방식의 가스센서가 일부 사용되고 있다.
이러한 가스센서는 주로 변압기 드레인 밸브에 직접 장착하여 분석하는 '가스 모니터' 방식으로 사용되는데, 구조가 간단하여 설치 및 유지관리가 용이하고 가격이 저렴한 장점을 가진다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제10-2017-0037720호(2017.04.05. 공개, 유중가스 측정장치 및 이를 구비하는 유압변압기)에 개시되어 있다.
그러나 이와 같은 전기화학식(또는 연료전지식) 가스센서는 감지 가능한 가스가 수소(H2)와 일산화탄소(CO)로 제한되고, 기존 가스 크로마토그래피나 광음향 분광법 방식에 비해 정확도가 크게 낮아서 주로 알람 경보 역할로 사용되며, 액체 전해질의 사용으로 사용수명이 수개월 정도로 짧은 문제점 등이 있다.
또한, 변압기의 드레인 밸브에 직접 장착, 사용함으로써 배관이나 펌프를 이용하여 절연유를 순환시키지 않아도 되는 장점이 있으나, 드레인 밸브 전면에 정체된 절연유를 분석 대상으로 하기 때문에 변압기 내부에서 발생한 가스가 센서까지 쉽고 빠르게 확산되지 못하여 데이터의 신뢰성과 빠른 반응속도를 확보하기 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점들을 개선하기 위하여 안출된 것으로, 일 측면에 따른 본 발명의 목적은 반도체식 가스센서를 변압기 내부 절연유 속으로 장입하여 변압기 내부 이상 상태에 의해 발생 및 절연유 중에 용존된 극미량 가스의 조성과 양을 검지함으로써, 변압기 내부의 이상 유무를 확인 할뿐만 아니라 이상 내용과 이상 부위 및 심각 수준까지를 정확하게 진단할 수 있는 변압기의 유중가스 측정을 위한 가스센서 프로브를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 변압기의 유중가스 측정을 위한 가스센서 프로브는, 변압기의 내부로 장입이 가능하도록 변압기의 외함 밸브를 관통할 수 있는 형태의 몸체; 몸체를 변압기의 외함 밸브 속으로 삽입하고 고정시키기 위한 센서 프로브 연결부; 몸체에 연결되며 절연유 용존 가스 농도를 측정할 수 있는 가스농도 측정부; 가스농도 측정부에서 취득한 전기저항 데이터를 농도값으로 변환시키는 센서 제어모듈; 및 가스농도 측정부로부터 획득한 데이터의 분석, 통계, 제어 및 원격 통신을 수행하는 가스모니터;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 가스농도 측정부는, 특정 가스와 반응하여 전기적 특성이 변화하는 적어도 하나 이상의 가스센서; 액상의 절연유 통과는 차단하고 용존 가스는 분리하여 통과시키는 적어도 한 층 이상으로 구성된 멤브레인 필터; 몸체에 연결되어 가스센서와 멤브레인 필터를 고정하고 보호하는 센서 고정대; 가스센서의 전면에 위치한 절연유의 온도와 수분 함유량을 측정하는 온수분 센서; 및 가스센서, 온수분 센서 및 멤브레인 필터의 손상을 억제하기 위한 적어도 하나 이상의 보호캡;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 가스농도 측정부는, 가스센서와 멤브레인 필터 사이에 산소분압을 설정 수준 이상으로 유지하고 멤브레인 필터에 의한 유중가스 분리를 촉진하기 위한 공기 순환유로;를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 몸체를 관통하여 가스농도 측정부의 첨단으로 공급되는 공기의 온도와 습도를 설정 수준으로 유지되도록 하는 제습장치;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 제습장치는, 공기 순환유로를 절연선 가열, 유도가열 및 절연유 중탕 중 어느 하나 이상으로 가열하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 멤브레인 필터는, 적어도 한 층 이상의 판상형 필터 또는 복수의 중공사막으로 형성되고, 절연유에 젖지 않도록 소유성 표면개질 처리한 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 가스농도 측정부의 가스센서와 멤브레인 필터 사이의 가스농도 측정공간으로 유중 산소농도나 질소농도에 연동하여 산소를 공급하기 위한 공기순환 펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 가스농도 측정부의 센서 제어모듈은, 몸체의 내부와 이격되고 가스센서가 탑재된 어댑터 PCB를 구비되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 센서 제어모듈은, 어댑터 PCB를 가스센서의 조성별로 설정온도로 제어할 수 있으며, 히터전압과 절연유의 온도 측정값과 연동하여 일정한 온도로 유지시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 몸체는, 외경이 센서 프로브 연결부의 내부 홀 직경보다 작고, 절연유에 의한 중탕 가열이 가능하며, 내부에 제어모듈 보드와 공기 순환유로가 구비되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 몸체는, 변압기 내벽까지 삽입이 가능하고 삽입 깊이의 유지와 고정을 위하여 몸체 표면에 걸림턱이 구비되며, 고무 가스켓과 고정 너트를 이용하여 센서 프로브 연결부에 고정되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 변압기의 유중가스 측정을 위한 가스센서 프로브는 반도체식(또는 저항 변화식) 가스센서를 변압기 내부 절연유 속으로 장입하여 변압기 내부 이상 상태에 의해 발생 및 절연유 중에 용존된 극미량 가스의 조성과 양을 검지함으로써, 변압기 내부의 이상 유무를 확인 할뿐만 아니라 이상 내용과 이상 부위 및 심각 수준까지 가스농도 측정 및 진단의 정확도를 높이고 반응속도를 크게 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 변압기의 유중가스 측정을 위한 가스센서 프로브를 센서 프로브 연결부를 이용하여 변압기 외함 밸브 속으로 삽입, 체결한 상태를 설명하는 2차원 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 변압기의 유중가스 측정을 위한 가스센서 프로브를 센서 프로브 연결부를 이용하여 변압기 외함 밸브 속으로 삽입, 체결한 상태를 설명하는 3차원 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 변압기의 유중가스 측정을 위한 가스센서 프로브의 몸체와 센서 프로브 연결부를 서로 결합한 상태를 설명하는 3차원 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 변압기의 유중가스 측정을 위한 가스센서 프로브의 몸체 내부의 구조와 조립 상태를 설명하는 3차원 모식도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 변압기의 유중가스 측정을 위한 가스센서 프로브의 가스농도 측정부를 구성하는 센서, 멤브레인 필터 등 주요 부품들의 조립 상태를 설명하는 3차원 모식도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 변압기의 유중가스 측정을 위한 가스센서 프로브에서 센서 고정대 내부의 어댑터 PCB 조립 상태 및 측면에 구비된 홀(hole)의 위치를 설명하는 3차원 모식도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 변압기의 유중가스 측정을 위한 가스센서 프로브를 설명한다. 이 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 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 변압기의 유중가스 측정을 위한 가스센서 프로브를 센서 프로브 연결부를 이용하여 변압기 외함 밸브 속으로 삽입, 체결한 상태를 설명하는 2차원 모식도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 변압기의 유중가스 측정을 위한 가스센서 프로브를 센서 프로브 연결부를 이용하여 변압기 외함 밸브 속으로 삽입, 체결한 상태를 설명하는 3차원 모식도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 변압기의 유중가스 측정을 위한 가스센서 프로브의 몸체와 센서 프로브 연결부를 서로 결합한 상태를 설명하는 3차원 모식도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 변압기의 유중가스 측정을 위한 가스센서 프로브의 몸체 내부의 구조와 조립 상태를 설명하는 3차원 모식도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 변압기의 유중가스 측정을 위한 가스센서 프로브의 가스농도 측정부를 구성하는 센서, 멤브레인 필터 등 주요 부품들의 조립 상태를 설명하는 3차원 모식도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 변압기의 유중가스 측정을 위한 가스센서 프로브에서 센서 고정대 내부의 어댑터 PCB 조립 상태 및 측면에 구비된 홀(hole)의 위치를 설명하는 3차원 모식도이다.
도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 압기의 유중가스 측정을 위한 가스센서 프로브는 변압기 외함의 드레인 밸브(10)에 플랜지 방식의 센서 프로브 연결부(20)를 체결한 뒤, 몸체(30)를 연결부 속에 삽입한다.
여기서, 몸체(30)는 원통형의 형상을 가지며, 그 내부에 센서 제어모듈, 공기 순환유로 및 각종 전기배선을 포함하며, 드레인 밸브(10) 속을 관통하여 변압기 내부로 삽입된다.
몸체(30)가 변압기 내벽 이상으로 너무 깊이 삽입되면 변압기 내부 전자기장이 집속되어 위험할 수 있으므로 내벽 위치까지만 삽입이 가능하도록 몸체(30) 표면에 걸림턱을 구비할 수 있고, 몸체(30)는 고무 가스켓과 고정너트(80) 조임에 의해 센서 프로브 연결부(20)에 고정된다.
센서 프로브 연결부(20)는 변압기 모델에 따라서 플랜지 방식이 아닌 나사 방식이 적용될 수도 있으며, 내부는 원통형의 몸체(30)가 삽입될 수 있도록 조금 큰 직경의 원통형 형상을 가진다.
몸체(30)의 한쪽 끝에는 가스농도 측정부(40)가 구비되며, 센서 프로브 연결부(20) 내부를 관통하여 변압기 내부 절연유 속으로 삽입된다.
센서 프로브 연결부(20)는 플랜지 또는 나사 방식으로 변압기 드레인 밸브(10)에 체결되며, 센서 프로브 연결부(20) 내부의 홀(hole) 속으로 몸체(30)를 삽입하고 고정용 지그(60)를 이용하여 가스모니터(50)를 연결시킨다. 이때 4bar 수준의 압력에서도 누유가 발생하지 않도록 플랜지, O-ring, 고정너트와 고무 가스켓 등을 이용하여 견고하게 밀봉할 수 있다.
또한, 센서 프로브 연결부(20) 내부의 홀 직경보다 내부에 삽입되는 몸체(30)의 외경을 약간 작게 하여 그 사이 공간으로 변압기 내부의 절연유가 유입될 수 있도록 하며, 이 절연유를 샘플링 할 수 있도록 센서 프로브 연결부(20)에 절연유 샘플링 개폐밸브(70)를 더하여 장착할 수 있다.
몸체(30) 내부에는 제어모듈 보드를 고정시키기 위한 보트 형태의 제어모듈 고정대(300)가 삽입된다. 제어모듈 고정대(300)의 적어도 한쪽 끝단은 원판형으로 되어 있고, 각종 배선과 가스순환 미세관의 통과가 가능하도록 2개 이상의 홀(422, 432)이 가공되어 있으며, 온수분 센서의 소켓 고정과 전기배선 보호 목적을 겸하는 금속 내지 플라스틱 재질의 고정관(310)에 거치된다.
제어모듈 고정대(300) 평판 부분의 크기와 형상은 제어모듈 보드에 따라 결정될 수 있다. 제어모듈 보드는 제어모듈 고정대(300)에 장착하여 제어모듈 고정대(300) 평판과 곡면 부위 사이의 반원 모양 공간에는 공기순환을 위한 미세관이 통과할 수 있다.
센서 제어모듈은 가스센서(430)가 측정한 전기 저항값(mΩ)을 농도값(ppm)으로 변환시키며, 제어모듈 보드의 기판을 일정 온도로 유지시키기 위하여 히터전압을 공급, 제어하는 등의 기능을 가진다.
복수의 가스센서(430)가 탑재되는 각 센서마다 소재 조성이 달라 가열되어야 하는 기판의 온도도 제각기 다른 것이 일반적이다.
따라서 센서 제어모듈은 각 센서 기판마다 미리 정해진 온도를 유지할 수 있도록 함에 있어서, 주변의 온도변화에 따라 각각의 히터전압을 제어하여 항시 일정한 기판 온도를 유지할 수 있도록 한다.
가스농도 측정부(40)는 몸체(30)에 연결되며, 유중가스 농도를 측정하는 가스센서(430), 절연유 중에서 용존 가스만을 분리해내는 멤브레인 필터(440), 그리고 절연유의 온도와 수분 함량을 측정하는 온수분 센서를 포함하여 구성될 수 있다.
센서 고정대(400)는 가스센서(430), 멤브레인 필터(440), 그리고 온수분 센서를 거치하는 역할 외에 변압기 절연유가 몸체(30) 내부로 유입되지 않도록 밀봉하는 기능도 담당한다. 가스센서(430)와 온수분 센서는 최대한 인접하여 위치하도록 하되, 허락되는 공간 여건에 따라 방향과 위치는 다양하게 조정할 수 있다.
이를 위하여 상기 실시예에서는 가스센서(430)와 온수분 센서를 서로 수직하게 위치시킬 수 있다. 가스센서(430)와 멤브레인 필터(440) 모두 이물질에 의한 기계적 충격에 취약하기 때문에 손상을 억제하기 위한 목적으로 1차 보호캡(410)과 2차 보호캡(420)을 더 포함할 수 있다.
1차 보호캡(410)은 가스농도 측정부(40) 전체를 이물질로부터 격리시키기 위한 목적으로 사용되며, 2차 보호캡(420)은 액상의 절연유에 직접 노출되는 온수분 센서를 보호하기 위한 목적으로 적용할 수 있다.
2차 보호캡(420)은 센서 고정대(400)의 한 측면에 가공한 홀(422,432)에 고정된 소켓(421)에 온수분 센서와 함께 고정되며, 필요에 따라 다양한 크기와 형상의 보호 기구물이 추가로 적용될 수 있다.
일예로서, 가스센서(430)는 전기저항을 측정하는 금속산화물 소재의 반도체식 센서를 적어도 하나 이상 포함할 수 있다. 이러한 가스센서(430)는 특별히 한정되지 않으며, 기존에 유중가스를 분석할 수 있는 어떠한 방식의 센서로 구성되어도 무방하다.
가스센서(430)가 매우 초소형이기 때문에 가스센서(430)를 고정하고 센서 제어모듈에 대한 연결을 용이하게 하기 위하여 어댑터 PCB(431)에 부착하여 사용한다. 이때 어댑터 PCB(431)의 크기와 형상은 특별히 한정되지 않으며, 가스센서(430)의 개수, 방식, 크기 및 형상 등을 고려하여 다양하게 변경이 가능할 것이다.
또한 가스센서(430)는 복수개를 어레이 형태로 구비할 수도 있다.
가스센서(430)의 전면에는 절연유로부터 용존 가스를 분리해내기 위한 멤브레인 필터(440)가 거치되며, 절연유는 차단하고 유중 가스는 통과시키는 기능을 가진 필터라면 어떤 것을 사용하여도 무방하다. 멤브레인의 오염과 손상을 방지하고 기액 분리의 효과를 증대시키기 위하여 2겹 이상의 판상형 멤브레인 필터를 구성하여 이중, 삼중으로 필터링할 수 있을 뿐만 아니라 적어도 한 층 이상의 판상형 필터 또는 복수의 중공사막으로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한 멤브레인 필터(440)는 절연유에 젖지 않도록 소유성 표면개질 처리를 할 수 있다.
2차 보호캡(420)을 멤브레인 필터(440) 전면에 위치하게 함으로써, 이물질에 의한 멤브레인 필터(440)의 손상을 최대한 억제할 수 있도록 할 수 있다.
멤브레인 필터(440)의 전후에는 절연유의 유밀성과 용존 가스의 기밀성을 확보하기 위하여 O-ring(402)을 적용하고, 멤브레인 고정판(450)을 이용하여 센서 고정대(400)에 고정시킨다.
가스센서(430)와 멤브레인 필터(440) 사이에는 매우 좁은 가스농도 측정공간이 형성되는데, 이 공간으로 멤브레인 필터(440)를 통과한 용존 가스가 유입됨으로써 가스센서(430)에 의한 가스별 농도 측정이 가능해진다.
이때 일정 산소분압 유지 및 원활한 용존 가스 분리를 위하여 가스센서 프로브의 내외부 가스순환을 위한 공기 순환유로를 센서 고정대(400) 측면에 구성할 수 있다. 즉, 반도체식 가스센서는 가스농도 측정을 위하여 최소한의 산소가 필요하며, 또한 산소분압의 변동에 의하여 가스 감지도가 변화하거나 작동 장애가 발생할 수 있으므로 일정 수준 이상의 산소를 공급하기 위한 가스순환 장치를 별도로 구비할 수 있다.
여기서, 공기 순환유로는 가스농도 측정부(40)에 산소를 공급하기 위한 목적으로 설치된다. 반도체식 가스센서는 센서 소재와 측정대상 가스와의 직접 반응이 아닌, 센서 소재 표면에 흡착된 산소와 타겟 가스와의 반응에 의한 센서 소재의 저항 변화값을 측정하는 방식이므로, 일정 농도 이상의 산소가 반드시 요구된다.
통상 절연유는 새것이라고 해도 1%(10,000ppm) 이상의 산소가스가 용존되어 있으므로, 기본적으로는 외부에서 별도로 산소를 공급하지 않아도 가스농도 측정이 가능하지만, 극미량 가스농도 측정을 위해서는 산소분압이 매우 낮은 편이므로 경우에 따라서는 외부에서 별도로 산소를 공급해 줄 필요가 있다.
즉, 산소의 분압이 너무 낮거나 장시간 변압기 사용에 의해 용존 산소량이 크게 변화하면 가스센서의 기저(base) 저항값이 달라져서 가스감도(Rair/Rgas)에 변화가 발생하므로, 이를 가급적 일정하게 유지할 수 있어야 한다.
따라서 공기 주입구 및 배출구를 위한 홀(422, 432)을 센서 고정대(400) 측면에 구성하되, 최대한 그 위치를 멀리 이격시킴으로써 가스농도 측정부(40) 내의 공기 순환을 원활하게 한다. 공기 주입구 및 배출구의 끝단에는 공기 순환유로를 연결하여 초소형 공기순환 펌프에 의한 구동력으로 연속적인 가스 순환이 가능하도록 하되, 가스농도 측정공간의 온도를 가능한 일정하게 유지할 수 있도록 공기가 공급되는 공기 순환유로는 전열선 가열, 유도가열 또는 변압기 내부 절연유에 의한 중탕 가열 등의 방법으로 가열하도록 하여 겨울철에도 일정 온도 이상의 공기가 공급되도록 한다.
이때 가스센서(430)와 멤브레인 필터(440) 사이의 가스농도 측정공간으로 공기가 공급되어 압력이 상승하면 절연유로부터의 용존 가스 유입에 악영향을 미칠 수 있으므로, 공기순환 펌프는 공기 순환유로의 출구에 설치하는 것을 원칙으로 한다.
또한, 가스센서(430)에 산소 또는 질소 가스센서를 포함하여 유중 산소 농도의 측정이 가능한 경우, 가스순환용 공기순환 펌프의 구동전압을 유중 산소농도와 연동시킴으로써, 가스농도 측정공간 내 산소분압이 일정하게 유지될 수 있도록 구성할 수도 있다.
가스모니터(50)는 고정용 지그(60)를 이용하여 중심축에 대하여 일정 각도를 가지면서 연결되며, 절연유 샘플링 개폐밸브(70)가 중심축의 반대편에 구비될 수 있다. 즉, 드레인 밸브(10) 내부와 가스센서 프로브의 몸체(30) 외부 사이의 빈 공간을 통하여 센서 프로브 연결부(20) 내부로 변압기 절연유가 유입되며, 절연유 샘플링 개폐밸브(70)를 센서 프로브 연결부(20)에 구비하여 필요시에 간편하게 절연유 시료를 샘플링할 수 있다.
가스모니터(50)는 센서 제어모듈 및 온수분 센서와 RS232, RS422 또는 RS485 통신을 통한 데이터 송수신 및 제어를 담당하며, 취득한 정보를 분석하고 통계처리를 하여 IEC 61850과 같은 국제표준 통신규격을 통하여 원격지의 제어실로 관련 정보를 제공한다. 또한, 변전소 현장 근무자가 변압기 상태를 간단히 확인할 수 있도록 기본적인 데이터 확인이 가능한 디스플레이 창을 별도로 구비할 수 있다.
본 실시예에서, 가스순환을 위한 초소형 펌프는 가스모니터(50) 내부에 설치하는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 가스센서 프로브의 몸체(30) 내부 또는 끝단 등 가스모니터(50) 외부에 별도로 설치될 수도 있다. 펌프는 초소형 공기순환 펌프로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 공기 순환유로를 통해 공기를 순환시키는 구동력을 발생시키는 다양한 형태의 펌프로 변경 가능할 것이다.
이에 더하여, 가스농도 측정공간에 공급되는 공기 중의 수분을 제거하고 동절기에 공급되는 공기를 일정 온도 이상으로 가열하기 위하여 전열선 가열, 유도가열 또는 절연유 중탕 등 별도의 가열 및 제습장치를 추가할 수 있다.
이와 같이 금속산화물 나노소재를 이용한 반도체식 가스센서를 적용함에 따라 기존에 변압기 상태감시를 위해 유중가스 분석에 사용하던 가스 크로마토그래피 및 광음향 분광법 방식의 가스분석기와 비교하여 설치 및 운용 비용의 대폭 절감과 함께 소형화가 가능하고, 전기화학식 가스센서에 비해서는 고 신뢰도화 및 사용수명의 획기적인 연장과 함께 검지 가능한 가스조성에 대한 제한이 적어 아세틸렌(C2H2)과 같은 탄화수소 계열 가스의 검지에 유리하다.
또한, 유중가스 분석을 위한 절연유 샘플링을 위해 복잡한 배관과 순환펌프를 사용하지 않아 설치와 운용이 매우 간편하고, 가스센서를 변압기 외함 드레인 밸브에 직결하되, 밸브 전면에 정체된 절연유를 대상으로 가스를 분석하는 것이 아니라, 가스센서를 길이가 긴 프로브 형태로 만들어 드레인 밸브 속을 관통하여 절연유 열대류가 활발한 변압기 내부로 깊이 삽입하여 분석함으로써, 센서 표면에서의 가스반응 속도가 훨씬 빠르고 보다 정확한 분석이 가능하다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 변압기의 유중가스 측정을 위한 가스센서 프로브에 따르면, 반도체식(또는 저항 변화식) 가스센서를 변압기 내부 절연유 속으로 장입하여 변압기 내부 이상 상태에 의해 발생 및 절연유 중에 용존된 극미량 가스의 조성과 양을 검지함으로써, 변압기 내부의 이상 유무를 확인 할뿐만 아니라 이상 내용과 이상 부위 및 심각 수준까지 가스농도 측정 및 진단의 정확도를 높이고 반응속도를 크게 향상시킬 수 있다.
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 프로그래밍 가능한 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.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
10 : 드레인 밸브 20 : 센서 프로브 연결부
30 : 몸체 40 : 가스농도 측정부
50 : 가스모니터 60 : 고정용 지그
70 : 절연유 샘플링 개폐밸브 80 : 고정너트
300 : 제어모듈 고정대 310 : 고정관
400 : 센서 고정대 410 : 1차 보호캡
420 : 2차 보호캡 430 : 가스센서
440 : 멤브레인 필터 450 : 멤브레인 고정판

Claims (1)

  1. 변압기의 내부로 장입이 가능하도록 상기 변압기의 외함 밸브를 관통할 수 있는 형태의 몸체;
    상기 몸체를 상기 변압기의 외함 밸브 속으로 삽입하고 고정시키기 위한 센서 프로브 연결부;
    상기 몸체에 연결되며 절연유 용존 가스 농도를 측정할 수 있는 가스농도 측정부;
    상기 가스농도 측정부에서 취득한 전기저항 데이터를 농도값으로 변환시키는 센서 제어모듈; 및
    상기 가스농도 측정부로부터 획득한 데이터의 분석, 통계, 제어 및 원격 통신을 수행하는 가스모니터;를 포함하되,
    상기 가스농도 측정부는,
    특정 가스와 반응하여 전기적 특성이 변화하는 적어도 하나 이상의 가스센서;
    액상의 절연유 통과는 차단하고 용존 가스는 분리하여 통과시키는 적어도 한 층 이상으로 구성된 멤브레인 필터;
    상기 몸체에 연결되어 상기 가스센서와 상기 멤브레인 필터를 고정하고 보호하는 센서 고정대;
    상기 가스센서의 전면에 위치한 절연유의 온도와 수분 함유량을 측정하는 온수분 센서; 및
    상기 가스센서, 상기 온수분 센서 및 상기 멤브레인 필터의 손상을 억제하기 위한 적어도 하나 이상의 보호캡;을 포함하고,
    상기 가스농도 측정부는, 상기 가스센서와 상기 멤브레인 필터 사이에 산소분압을 설정 수준 이상으로 유지하고 상기 멤브레인 필터에 의한 유중가스 분리를 촉진하기 위한 공기 순환유로;를 더 구비하며,
    상기 몸체를 관통하여 상기 가스농도 측정부의 첨단으로 공급되는 공기의 온도와 습도를 설정 수준으로 유지되도록 하는 제습장치;를 더 포함하고,
    상기 가스농도 측정부의 상기 가스센서와 상기 멤브레인 필터 사이의 가스농도 측정공간으로 유중 산소농도나 질소농도에 연동하여 산소를 공급하기 위한 공기순환 펌프;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 변압기의 유중가스 측정을 위한 가스센서 프로브.
KR1020210165378A 2020-07-03 2021-11-26 변압기의 유중가스 측정을 위한 가스센서 프로브 KR102485072B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210165378A KR102485072B1 (ko) 2020-07-03 2021-11-26 변압기의 유중가스 측정을 위한 가스센서 프로브

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200081947A KR102342454B1 (ko) 2020-07-03 2020-07-03 변압기의 유중가스 측정을 위한 가스센서 프로브
KR1020210165378A KR102485072B1 (ko) 2020-07-03 2021-11-26 변압기의 유중가스 측정을 위한 가스센서 프로브

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200081947A Division KR102342454B1 (ko) 2020-07-03 2020-07-03 변압기의 유중가스 측정을 위한 가스센서 프로브

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220004601A true KR20220004601A (ko) 2022-01-11
KR102485072B1 KR102485072B1 (ko) 2023-01-06

Family

ID=79176067

Family Applications (11)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200081947A KR102342454B1 (ko) 2020-07-03 2020-07-03 변압기의 유중가스 측정을 위한 가스센서 프로브
KR1020210165370A KR102485056B1 (ko) 2020-07-03 2021-11-26 변압기의 유중가스 측정을 위한 가스센서 프로브
KR1020210165366A KR102485045B1 (ko) 2020-07-03 2021-11-26 변압기의 유중가스 측정을 위한 가스센서 프로브
KR1020210165371A KR102485071B1 (ko) 2020-07-03 2021-11-26 변압기의 유중가스 측정을 위한 가스센서 프로브
KR1020210165365A KR102485044B1 (ko) 2020-07-03 2021-11-26 변압기의 유중가스 측정을 위한 가스센서 프로브
KR1020210165363A KR102485042B1 (ko) 2020-07-03 2021-11-26 변압기의 유중가스 측정을 위한 가스센서 프로브
KR1020210165367A KR102485046B1 (ko) 2020-07-03 2021-11-26 변압기의 유중가스 측정을 위한 가스센서 프로브
KR1020210165369A KR102485781B1 (ko) 2020-07-03 2021-11-26 변압기의 유중가스 측정을 위한 가스센서 프로브
KR1020210165364A KR102485043B1 (ko) 2020-07-03 2021-11-26 변압기의 유중가스 측정을 위한 가스센서 프로브
KR1020210165378A KR102485072B1 (ko) 2020-07-03 2021-11-26 변압기의 유중가스 측정을 위한 가스센서 프로브
KR1020210165368A KR102485780B1 (ko) 2020-07-03 2021-11-26 변압기의 유중가스 측정을 위한 가스센서 프로브

Family Applications Before (9)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200081947A KR102342454B1 (ko) 2020-07-03 2020-07-03 변압기의 유중가스 측정을 위한 가스센서 프로브
KR1020210165370A KR102485056B1 (ko) 2020-07-03 2021-11-26 변압기의 유중가스 측정을 위한 가스센서 프로브
KR1020210165366A KR102485045B1 (ko) 2020-07-03 2021-11-26 변압기의 유중가스 측정을 위한 가스센서 프로브
KR1020210165371A KR102485071B1 (ko) 2020-07-03 2021-11-26 변압기의 유중가스 측정을 위한 가스센서 프로브
KR1020210165365A KR102485044B1 (ko) 2020-07-03 2021-11-26 변압기의 유중가스 측정을 위한 가스센서 프로브
KR1020210165363A KR102485042B1 (ko) 2020-07-03 2021-11-26 변압기의 유중가스 측정을 위한 가스센서 프로브
KR1020210165367A KR102485046B1 (ko) 2020-07-03 2021-11-26 변압기의 유중가스 측정을 위한 가스센서 프로브
KR1020210165369A KR102485781B1 (ko) 2020-07-03 2021-11-26 변압기의 유중가스 측정을 위한 가스센서 프로브
KR1020210165364A KR102485043B1 (ko) 2020-07-03 2021-11-26 변압기의 유중가스 측정을 위한 가스센서 프로브

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210165368A KR102485780B1 (ko) 2020-07-03 2021-11-26 변압기의 유중가스 측정을 위한 가스센서 프로브

Country Status (1)

Country Link
KR (11) KR102342454B1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114324697B (zh) * 2021-12-28 2023-10-03 国网黑龙江省电力有限公司电力科学研究院 一种变压器油中甲醇取样检测装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20070112014A (ko) * 2006-05-18 2007-11-22 가부시키가이샤 니혼 에이이 파워시스템즈 절연유중 가스분석장치 및 절연유중 가스의 분석방법
KR20180123850A (ko) * 2017-05-10 2018-11-20 현대일렉트릭앤에너지시스템(주) 유중가스 측정장치
KR101923134B1 (ko) * 2016-12-26 2018-11-28 효성중공업 주식회사 변압기 내부결함 검출장치
KR20190079051A (ko) * 2017-12-27 2019-07-05 현대일렉트릭앤에너지시스템(주) 변압기용 내부 상태 감지 장치

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100890062B1 (ko) * 2008-08-19 2009-03-25 서원환경기술주식회사 시료가스 채취용 프로브 유니트 및 이를 이용한 배기가스 원격측정시스템
KR101788736B1 (ko) * 2015-09-16 2017-10-23 현대일렉트릭앤에너지시스템(주) 유중가스 및 부분방전 측정장치
KR20190056415A (ko) * 2016-09-29 2019-05-24 아이디티 인코포레이티드 가스 감지 모듈용 소수성 및 소유성 커버
KR102063951B1 (ko) * 2018-05-11 2020-01-08 경기대학교 산학협력단 변압기용 가스 검출 장치 및 이를 포함하는 변압기

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20070112014A (ko) * 2006-05-18 2007-11-22 가부시키가이샤 니혼 에이이 파워시스템즈 절연유중 가스분석장치 및 절연유중 가스의 분석방법
KR101923134B1 (ko) * 2016-12-26 2018-11-28 효성중공업 주식회사 변압기 내부결함 검출장치
KR20180123850A (ko) * 2017-05-10 2018-11-20 현대일렉트릭앤에너지시스템(주) 유중가스 측정장치
KR20190079051A (ko) * 2017-12-27 2019-07-05 현대일렉트릭앤에너지시스템(주) 변압기용 내부 상태 감지 장치

Also Published As

Publication number Publication date
KR20220004595A (ko) 2022-01-11
KR20220004596A (ko) 2022-01-11
KR20220004594A (ko) 2022-01-11
KR20220004597A (ko) 2022-01-11
KR102485046B1 (ko) 2023-01-06
KR102485780B1 (ko) 2023-01-09
KR20220004598A (ko) 2022-01-11
KR20220004599A (ko) 2022-01-11
KR20220004592A (ko) 2022-01-11
KR102485043B1 (ko) 2023-01-06
KR20220004600A (ko) 2022-01-11
KR102485044B1 (ko) 2023-01-06
KR20220004593A (ko) 2022-01-11
KR102342454B1 (ko) 2021-12-24
KR102485042B1 (ko) 2023-01-06
KR102485072B1 (ko) 2023-01-06
KR102485071B1 (ko) 2023-01-06
KR102485045B1 (ko) 2023-01-06
KR102485056B1 (ko) 2023-01-06
KR102485781B1 (ko) 2023-01-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8342019B2 (en) Exhaust gas analyzer and probe unit
US20090084199A1 (en) Quick-change sorbent trap module and method
KR102485072B1 (ko) 변압기의 유중가스 측정을 위한 가스센서 프로브
CN105372304A (zh) 一种便携式气体泄漏检测装置
KR101846451B1 (ko) 가스분석기 보정장치
CN109884263B (zh) 一种溶解氧传感器试验装置及其试验方法
CN204758478U (zh) 红外法六氟化硫电气设备气体综合检测仪
CN211040499U (zh) 气体分析设备以及气体泄漏检测装置
CN217180154U (zh) 一种可独立调节流量的多通道气体采样和测量系统
CN109283297B (zh) 氢气在线分析独立校准采样系统
CN213875347U (zh) 一种碳气溶胶组分在线分析装置
CN105571786A (zh) 一种气体泄漏检测装置
CN111896591A (zh) 一种自校准气敏传感器装置及其校准方法和系统
CN112461458A (zh) 一种用于氦质谱检漏测试系统的氦气浓度检测控制装置
CN205808782U (zh) 一种短颈喷嘴的真空抽取装置
CN214472939U (zh) 一种气体监测组件
CN111896592B (zh) 一种可控喷气式传感器装置及其校准方法和系统
CN215375338U (zh) 一种用于气体监测仪的交叉干扰校准试验装置
US11307186B2 (en) Integration and active flow control for environmental sensors
KR20220139625A (ko) 변압기용 측정장치
CA2098487A1 (en) Counterflow device and method to reduce the negative impact of contaminating materials used in moisture sensitive apparatuses or procedures
JP2008139192A (ja) 排気ガスセンサの故障診断装置

Legal Events

Date Code Title Description
A107 Divisional application of patent
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant