KR20220134321A - Capacitive accelerometer based partial discharge detection sensor and partial discharge detecting system - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 영구 자석을 이용한 정전 용량 가속도계 방식의 부분 방전 검출 센서 및 이를 구비한 부분 방전 검출 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a capacitive accelerometer type partial discharge detection sensor using a permanent magnet and a partial discharge detection system having the same.
일반적으로 전기 및 전력 관련 시설물인 GIS, GIB, 변압기, 배전반, 송전/배전 케이블, 회전기(모터, 발전기)등의 전기시설물은 고압의 전기가 흐르게 되어 시설물 내부에는 절연이 필수적이며, 이러한 대표적인 절연수단으로 GIS관으로 불리는 가스절연 개폐장치가 적용되고 있다.In general, electrical facilities such as GIS, GIB, transformers, switchboards, transmission/distribution cables, and rotating machines (motors, generators), which are electrical and power-related facilities, require high-voltage electricity to flow, so insulation is essential inside the facility. For this reason, a gas insulated switchgear called a GIS pipe is being applied.
가스절연 개폐장치(GIS)는 옥내외 발전소용 및 변전소용으로 정상상태의 개폐뿐만 아니라 방전, 충격, 사고, 단락 등의 이상 상태에서도 선로를 안전하게 개폐하여 계통을 적절하게 보호하는 장치로서, SF6(6불화황) 가스로 밀폐 충진된 금속용기 내에 단로기, 접지스위치, 차단기 등의 개폐설비와 모선이 내장되어 있다. 상기 가스절연 개폐장치의 고장을 사전에 발견하여 조치할 필요가 있으며, 가장 유력한 방법으로 가스절연 개폐장치의 부분 방전을 예측하고 측정하는 방법이 알려져 확대 적용되고 있다.Gas insulated switchgear (GIS) is a device that properly protects the system by safely opening and closing lines in abnormal conditions such as discharge, shock, accident, and short circuit as well as normal opening and closing for indoor and outdoor power plants and substations. Sulfur hexafluoride) gas-filled metal container has built-in opening and closing facilities such as disconnectors, grounding switches, and circuit breakers, as well as busbars. It is necessary to detect the failure of the gas insulated switchgear in advance and take action, and a method of predicting and measuring the partial discharge of the gas insulated switchgear as the most effective method is known and widely applied.
한편, 부분 방전은 상기 GIS 뿐만 아니라 변압기나 고전압 송전선에서 발생되며, 이러한 전력분야의 다양한 개소에서 발생되는 부분 방전을 검출할 필요가 있다.On the other hand, partial discharge is generated not only in the GIS but also in a transformer or high voltage transmission line, and it is necessary to detect partial discharge occurring in various places in the electric power field.
부분 방전은 고전압이 흐르는 송전선 내에서 공극 등에 의하여 생기는 부분적 절연 파괴에 따른 방전 현상이다. 특히, 송전선에서의 부분 방전은 송전선 자체의 열화를 가져오며 이에 의하여 생기는 순간적인 대전류는 전력 품질의 하락, 나아가 송전 시스템의 전반적인 고장을 초래할 수 있다. 이런 부분 방전을 사전 및 사후에 탐지하기 위하여 부분 방전 시 발생하는 급격한 전자기파의 변화, 자외선 및 음파의 방출, 열적 변화 등을 감지할 수 있는 여러 센서 기술들이 개발되었다.Partial discharge is a discharge phenomenon caused by partial dielectric breakdown caused by voids in a power transmission line through which a high voltage flows. In particular, partial discharge in the transmission line causes deterioration of the transmission line itself, and the instantaneous large current generated thereby may cause a decrease in power quality and, further, an overall failure of the transmission system. In order to detect such partial discharge before and after the partial discharge, various sensor technologies have been developed that can detect sudden changes in electromagnetic waves, emission of ultraviolet and sound waves, and thermal changes that occur during partial discharge.
특히 부분 방전시 발생하는 전자기파의 변화는 다른 물리 화학적 변화보다 검출이 용이하고 그 신호원의 세기가 크기 때문에 부분 방전을 검출하기 위한 센서의 신호원으로 주로 사용된다. 대표적으로 HFCT(High Frequency Current Transformer)를 들 수 있는데, HFCT는 송전선 외부를 온전히 감싸는 코일의 형태를 취하고 있으며 송전선 내의 급격한 고장 전류에 의하여 송전선 외부에 시변 자기장이 형성되면 패러데이 법칙에 의하여 이를 검출하는 원리로 동작한다. In particular, changes in electromagnetic waves generated during partial discharge are easier to detect than other physical and chemical changes and are mainly used as signal sources for sensors for detecting partial discharge because the signal source has a greater strength. A representative example is HFCT (High Frequency Current Transformer). HFCT takes the form of a coil that completely wraps around the outside of the transmission line. When a time-varying magnetic field is formed outside the transmission line due to a sudden fault current in the transmission line, it is detected according to Faraday’s law. works with
하지만 HFCT는 검출의 민감도를 향상하기 위하여 권선 수가 큰 코일을 사용하여야 하고 이에 따라 센서의 무게가 무거우며 또한 부피가 크다는 단점이 있다. 따라서 현존하는 대부분의 HFCT는 송전선 종단 또는 변압기에 제한적으로 설치를 하여 부분 방전 신호를 검출하는데 사용하는데, 이 경우 부분 방전이 송전선 종단 또는 변압기 주위에 일어날 경우 문제가 되지 않지만 보다 먼 거리에서 발생된 부분 방전의 경우 신호가 전파되는 과정에서 감쇠가 일어나 최종적으로 센서가 감지할 수 없는 수준으로 떨어지게 되면 HFCT는 제대로 동작할 수 없게 된다. 따라서 무게가 가벼우며 부피도 작아서 송전선 외부에 다량으로 직접 부착할 수 있는 부분 방전 검출 센서가 요망되었다.However, HFCT has disadvantages in that a coil with a large number of turns must be used in order to improve the detection sensitivity, and accordingly, the weight of the sensor is heavy and the volume is large. Therefore, most of the existing HFCTs are limitedly installed at the end of the transmission line or transformer and used to detect the partial discharge signal. In the case of discharge, attenuation occurs in the process of signal propagation and finally falls to a level that the sensor cannot detect, and the HFCT cannot operate properly. Therefore, a partial discharge detection sensor that is light in weight and small in volume and can be directly attached in large quantities to the outside of the transmission line has been desired.
본 발명은 무게 및 부피를 줄이면서도 부분 방전을 유효하게 감지할 수 있는 부분 방전 검출 센서를 제공하고자 한다.An object of the present invention is to provide a partial discharge detection sensor capable of effectively detecting partial discharge while reducing weight and volume.
본 발명은 특히 송전선에 직접 다량으로 부착하여 송전선에서의 부분 방전 위치를 정확히 판별할 수 있는 부분 방전 위치 판정 방법을 제공하고자 한다.An object of the present invention is to provide a partial discharge position determination method capable of accurately determining a partial discharge position in a transmission line by directly attaching a large amount to a transmission line.
본 발명의 일 측면에 따른 정전 용량 가속도계 방식의 부분 방전 검출 센서는, 부분 방전 검출 대상에 부착될 수 있는 지지틀; 부분 방전에 따른 고주파에 의해 진동을 발생시키는 자성체; 상기 지지틀과 상기 자성체를 연결하며 탄성을 가지는 탄성재; 진동에 의한 상기 자성체의 위치 변화에 따라 정전 용량이 변동되는 가변 커패시턴스 수단; 및 상기 정전 용량의 변동에 따른 전기적 신호를 출력하는 출력부를 포함할 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a capacitive accelerometer type partial discharge detection sensor, comprising: a support frame attachable to a partial discharge detection target; a magnetic material generating vibration by high frequency according to partial discharge; an elastic material connecting the support frame and the magnetic body and having elasticity; variable capacitance means for which the capacitance is changed according to a change in the position of the magnetic body due to vibration; and an output unit for outputting an electrical signal according to a change in the capacitance.
여기서, 상기 자성체는, 진동을 발생시키는 질량을 가지고, 상기 탄성재는, 상기 지지틀과 상기 자성체를 탄성 계수가 적용되도록 연결할 수 있다.Here, the magnetic material may have a mass for generating vibration, and the elastic material may connect the support frame and the magnetic material such that an elastic modulus is applied.
여기서, 상기 질량과 상기 탄성 계수는 상기 자성체의 고유 진동수 대역이 500MHz 내지 1500MHz의 대역과 유사하도록 설정될 수 있다.Here, the mass and the elastic modulus may be set so that a natural frequency band of the magnetic material is similar to a band of 500 MHz to 1500 MHz.
여기서, 상기 가변 커패시턴스 수단은, 상기 자성체로부터 연장되어 상기 자성체를 따라 진동하는 진동 전극; 및 상기 진동 전극과 평행하게 상기 지지틀로부터 연장되며, 상기 진동 전극의 위치에 따라 정전 용량이 변동되는 검출 전극을 포함할 수 있다.Here, the variable capacitance means may include: a vibrating electrode extending from the magnetic body and vibrating along the magnetic body; and a detection electrode extending from the support frame in parallel to the vibrating electrode and having a capacitance varying according to a position of the vibrating electrode.
여기서, 상기 출력부는, 상기 검출 전극에 전기적으로 연결되어, 상기 검출 전극에 대한 정전 용량 변화를 검출하는 프로세서를 포함할 수 있다.Here, the output unit may include a processor electrically connected to the detection electrode to detect a change in capacitance of the detection electrode.
여기서, 상기 자성체는, 상기 탄성재와 상기 자성체의 질량에 의해 발생되는 고유 진동의 종방향을 따라 자계를 생성하는 영구자석을 포함할 수 있다.Here, the magnetic material may include a permanent magnet for generating a magnetic field along a longitudinal direction of natural vibrations generated by the mass of the elastic material and the magnetic material.
여기서, 상기 지지틀의 외면에는, 선로 형태의 상기 부분 방전 검출 대상에 대하여, 내부의 상기 자성체의 자계 방향이 상기 선로 방향이 되도록, 상기 부분 방전 검출 대상에 부착될 수 있는 수단이 형성될 수 있다.Here, on the outer surface of the support frame, with respect to the partial discharge detection object in the form of a line, a means that can be attached to the partial discharge detection object may be formed so that the magnetic field direction of the internal magnetic material becomes the line direction. .
본 발명의 다른 측면에 따른 부분 방전 검출 시스템은, 전력 전송 선로의 다수의 지점들에 부착된 정전 용량 가속도계 방식의 부분 방전 검출 센서들; 및 다수의 상기 부분 방전 검출 센서들의 센싱 신호들을 분석하여 부분 방전의 발생 여부 및 부분 방전의 발생 위치를 판별하는 모니터링 장치를 포함할 수 있다.A partial discharge detection system according to another aspect of the present invention includes: capacitive accelerometer type partial discharge detection sensors attached to a plurality of points of a power transmission line; and a monitoring device that analyzes the sensing signals of the plurality of partial discharge detection sensors to determine whether partial discharge has occurred and a location where the partial discharge is generated.
여기서, 상기 부분 방전 검출 센서는, 상기 전력 전송 선로에 부착될 수 있는 지지틀; 부분 방전에 따른 고주파에 의해 진동을 발생시키는 자성체; 상기 지지틀과 상기 자성체를 연결하며 탄성을 가지는 탄성재; 진동에 의한 상기 자성체의 위치 변화에 따라 정전 용량이 변동되는 가변 커패시턴스 수단; 및 상기 정전 용량의 변동에 따른 전기적 신호를 출력하는 출력부를 포함할 수 있다.Here, the partial discharge detection sensor may include: a support frame attachable to the power transmission line; a magnetic material generating vibration by high frequency according to partial discharge; an elastic material connecting the support frame and the magnetic body and having elasticity; variable capacitance means for which the capacitance is changed according to a change in the position of the magnetic body due to vibration; and an output unit for outputting an electrical signal according to a change in the capacitance.
여기서, 상기 모니터링 장치는, 상기 전력 전송 선로 상에서 인접하게 부착된 2개의 부분 방전 검출 센서들을 지정하는 단계; 상기 2개의 부분 방전 검출 센서들의 부분 방전 센싱 신호들의 시간차 절대값으로부터 상기 2개의 부분 방전 검출 센서들의 부착 위치들 사이를 상기 부분 방전의 발생 위치로 판단하는 단계; 상기 부분 방전 센싱 신호들의 시간차의 부호로부터 상기 2개의 부분 방전 검출 센서들의 부착 위치들 이전 또는 이후에서의 위치를 상기 부분 방전의 발생 위치로 판단하는 단계; 및 상기 부분 방전 센싱 신호들의 시간차의 부호에 따라, 다음 판정을 위해 상기 전력 전송 선로 상에서 인접하게 부착된 2개의 부분 방전 검출 센서들의 지정을 시프트시키는 단계를 포함할 수 있다.Here, the monitoring device may include: designating two partial discharge detection sensors attached adjacently on the power transmission line; determining a position between attachment positions of the two partial discharge detection sensors as the occurrence position of the partial discharge from the absolute time difference of the partial discharge sensing signals of the two partial discharge detection sensors; determining a position before or after attachment positions of the two partial discharge detection sensors as a generation position of the partial discharge from the sign of the time difference of the partial discharge sensing signals; and shifting the designation of two partial discharge detection sensors adjacently attached on the power transmission line for a next determination according to the sign of the time difference of the partial discharge sensing signals.
여기서, 상기 부분 방전 위치 판정 방법은, 상기 부분 방전의 발생 위치로 판단된 상기 2개의 부분 방전 검출 센서들의 부착 위치들 사이의 위치들 중에서 정확한 상기 부분 방전의 발생 위치를 산출하는 단계를 더 포함할 수 있다.Here, the partial discharge position determination method may further include calculating an accurate occurrence position of the partial discharge among positions between attachment positions of the two partial discharge detection sensors determined as the occurrence positions of the partial discharge. can
상술한 구성의 본 발명의 사상에 따른 부분 방전 검출 센서를 실시하면, 부착되는 센서의 무게 및 부피를 줄이면서도 부분 방전을 유효하게 감지할 수 있는 이점이 있다.When the partial discharge detection sensor according to the spirit of the present invention having the above configuration is implemented, there is an advantage in that the partial discharge can be effectively detected while reducing the weight and volume of the attached sensor.
구체적으로, 기존의 HFCT가 가지고 있던 한계점인 무거운 무게와 큰 부피로 인한 센서의 다수 설치 및 송전선 종단 또는 변압기에의 제한적 설치를 벗어나서, 본 발명에서 제안하는 영구 자석을 활용한 정전용량 가속도계 방식의 부분 방전 검출 센서는 수 mm에서 수 cm로써 센서의 소형화가 가능하며 무게 또한 획기적으로 줄일 수 있어 송전선 종단 또는 변압기에 제한적으로 설치하지 않고 송전선에 직접 부착 사용이 가능하여 일정 간격으로 센서를 배치하여 부분 방전 발생원의 정확한 진단과 사전 예방이 가능하다는 장점이 있다. Specifically, it is a part of the capacitive accelerometer method using a permanent magnet proposed in the present invention, beyond the limiting points of the existing HFCT, which are the heavy weight and large volume of the sensor, and the limited installation at the end of the transmission line or the transformer. The discharge detection sensor can be miniaturized from several mm to several centimeters, and its weight can also be drastically reduced. It has the advantage of being able to accurately diagnose the source and prevent it in advance.
본 발명의 부분 방전 위치 판정 방법은, 송전선 등에 직접 다량으로 부착하여 부분 방전 위치를 정확히 판별할 수 있는 이점이 있다. 이는 특히, 송전 체계가 고압 교류에서 고압 직류로 변경되어 가는 추세 속에서 고압 직류 송전에서 가장 큰 문제로 여겨지는 부분 방전의 정확한 초기 진단을 가능하게 하는 이점을 달성할 수 있다.The partial discharge position determination method of the present invention has the advantage of being able to accurately determine the partial discharge position by directly attaching a large amount to a power transmission line or the like. This can achieve the advantage of enabling accurate initial diagnosis of partial discharge, which is considered the biggest problem in high-voltage DC transmission, in particular, in the trend that the transmission system is changing from high-voltage AC to high-voltage DC.
도 1은 본 발명의 사상에 따른 부분 방전 검출 센서의 일 실시예를 도시한 단면도.
도 2는 도 1에 도시한 부분 방전 검출 센서의 동작 원리를 나타낸 단면도.
도 3은 본 발명의 사상에 따른 부분 방전 검출 시스템의 일 실시예를 도시한 블록도.
도 4는 본 발명의 사상에 따른 부분 방전의 정확한 위치를 검출하는 부분 방전 위치 판정 방법의 일 실시예를 도시한 흐름도.1 is a cross-sectional view showing an embodiment of a partial discharge detection sensor according to the spirit of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating an operating principle of the partial discharge detection sensor shown in FIG. 1;
3 is a block diagram illustrating an embodiment of a partial discharge detection system according to the spirit of the present invention.
4 is a flowchart illustrating an embodiment of a method for determining a partial discharge position for detecting an accurate position of a partial discharge according to the spirit of the present invention;
본 발명을 설명함에 있어서 제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되지 않을 수 있다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. In describing the present invention, terms such as first, second, etc. may be used to describe various components, but the components may not be limited by the terms. The terms are only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, a first component may be referred to as a second component, and similarly, a second component may also be referred to as a first component.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 연결되어 있다거나 접속되어 있다고 언급되는 경우는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해될 수 있다.When a component is referred to as being connected or connected to another component, it may be directly connected or connected to the other component, but it can be understood that other components may exist in between. .
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. The terms used herein are used only to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression may include the plural expression unless the context clearly dictates otherwise.
본 명세서에서, 포함하다 또는 구비하다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로서, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해될 수 있다. In this specification, the terms include or include are intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification exists, and includes one or more other features or numbers, It may be understood that the possibility of the presence or addition of steps, operations, components, parts, or combinations thereof is not precluded in advance.
또한, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.In addition, shapes and sizes of elements in the drawings may be exaggerated for clearer description.
본 발명은 센서의 무게 및 부피를 줄이면서도 부분 방전을 유효하게 감지할 수 있는 방안으로서, 자성체(예: 영구 자석)을 활용한 정전 용량 가속도계 방식의 부분 방전 검출 센서를 제시한다.The present invention is a method that can effectively detect partial discharge while reducing the weight and volume of the sensor, A capacitive accelerometer type partial discharge detection sensor using a permanent magnet) is presented.
상술한 방식의 부분 방전 검출 센서를 전력 전송 선로, 보다 구체적으로 HVDC 송전선에 적용하면, 영구 자석이 부분 방전에 의하여 생긴 송전선 외부의 급격한 자기장의 변화에 의하여 진동하고, 영구 자석 진동에 의하여 유발된 정전용량 변화를 마이크로 프로세서를 통하여 HVDC 송전선의 부분 방전으로서 검출할 수 있다.When the partial discharge detection sensor of the above method is applied to a power transmission line, more specifically, an HVDC transmission line, the permanent magnet vibrates by a sudden change in the magnetic field outside the transmission line caused by the partial discharge, and static electricity induced by the permanent magnet vibration The capacity change can be detected as a partial discharge of the HVDC transmission line through a microprocessor.
또한, 본 발명의 사상에 따른 정전 용량 가속도계 방식 부분 방전 센서들을 이용하여 부분 방전 위치 검출 시스템을 구축하면, 전력 전송 선로, 보다 구체적으로 HVDC 송전선에서 발생된 부분 방전 위치를 정확하게 판정할 수 있다. 부분 방전 위치를 판정하는 구체적인 방법은 후술하겠다.In addition, if the partial discharge position detection system is constructed using the capacitive accelerometer type partial discharge sensors according to the spirit of the present invention, the position of the partial discharge generated in the power transmission line, more specifically, the HVDC transmission line can be accurately determined. A specific method of determining the partial discharge position will be described later.
도 1은 본 발명의 사상에 따른 부분 방전 검출 센서의 일 실시예를 도시한 단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating an embodiment of a partial discharge detection sensor according to the spirit of the present invention.
도시한 부분 방전 검출 센서는, 부분 방전 검출 대상에 부착될 수 있는 지지틀(110); 부분 방전에 따른 고주파에 의해 진동을 발생시키는 자성체로서 영구 자석(140); 상기 지지틀과 상기 자성체를 연결하며 탄성을 가지는 탄성재로서 용수철(120); 진동에 의한 상기 자성체의 위치 변화에 따라 정전 용량이 변동되는 가변 커패시턴스 수단; 및 상기 정전 용량의 변동에 따른 전기적 신호를 출력하는 출력부(미도시)를 포함할 수 있다.The illustrated partial discharge detection sensor includes: a
도시한 부분 방전 검출 센서는 일반적인 정전 용량 가속도계 방식에서, 중량체 대신 영구 자석(140)을 활용한 것이다. 이에 따라, 상기 영구 자석(140)은, 진동을 발생시키는데 유의미한 질량을 가지고, 상기 용수철(120)은, 상기 지지틀과 상기 영구 자석을 탄성 계수가 적용되도록 연결한다.The illustrated partial discharge detection sensor uses a
한편, 도시한 구조는 상기 탄성 계수와 상기 영구 자석의 질량에 따라 상기 영구 자석(140)의 진동에 대하여 고유 진동수를 가질 수 있는데, 이 고유 진동수는 부분 방전에서 발생되는 고주파의 대역과 유사한 것이 유리하다. 다시말해, 상기 질량과 상기 탄성 계수는, 상기 영구 자석(140)의 진동에 대한 고유 진동수 대역이 500MHz 내지 1500MHz의 대역과 유사하도록 설정될 수 있다. 예컨대, 상기 탄성 계수(k)와 상기 질량(m)에 의해 결정되는 고유 진동수 곡선의 3dB 컷오프 대역이, 500MHz 내지 1500MHz의 대역이 되도록 설정할 수 있다.On the other hand, the illustrated structure may have a natural frequency for vibration of the
도 1에서 상기 가변 커패시턴스 수단은, 상기 영구 자석으로부터 연장되어 상기 영구 자석을 따라 진동하는 진동 전극(150); 및 상기 진동 전극(150)과 평행하게 상기 지지틀(110)로부터 연장되며, 상기 진동 전극의 위치에 따라 정전 용량이 변동되는 검출 전극(160)을 포함한다.In FIG. 1, the variable capacitance means includes: a vibrating
영구 자석은 일부가 돌출된 형태로 제작하는 것이 곤란하므로, 도 1에서는 상기 영구 자석(140)을 내장하고 상기 진동 전극(150)이 외부로 연장된 내부 지지틀(130)을 더 포함한다.Since it is difficult to manufacture the permanent magnet in a protruding form, in FIG. 1 , the
본 발명의 부분 방전 검출 센서의 상기 출력부는, 상기 검출 전극(160)에 전기적으로 연결되어, 상기 검출 전극에 대한 정전 용량 변화를 검출하는 프로세서를 포함할 수 있다.The output unit of the partial discharge detection sensor of the present invention may include a processor electrically connected to the
도시한 진동 전극(150) 및 검출 전극(160)으로 형성된 가변 정정 용량 구조를 구비한 본 발명의 부분 방전 검출 센서에서, 송전선 외부에 급격한 자기장 변화에 따라 영구 자석이 진동하게 되면 영구 자석에 고정 연결되어 있는 진동 전극(150)도 진동하게 되고, 상기 출력부는, 외부 지지틀에 고정되어 있는 서로 다른 검출 전극(160)들 간의 정전 용량 차이(또는 정전 용량 변화)를 검출함으로 부분 방전 시 발생하는 자기장의 급격한 변화를 간접적으로 정밀하게 측정할 수 있다.In the partial discharge detection sensor of the present invention having a variable capacitance structure formed by the
다시말해, 외부 지지틀(110)에 부착된 평판 전극(160)과 내부 지지틀(130)에 연결된 평판 전극(150) 사이의 정전 용량의 변화를 상기 출력부의 마이크로 프로세서를 통하여 HVDC 송전선의 부분 방전으로서 검출할 수 있다.In other words, the change in capacitance between the
도 1에서는 진동 전극(150)의 전후로 2개의 검출 전극(160)이 배치된 형태를 가지는 반면, 다른 구현에서는 진동 전극에 평행하기 배치된 하나의 검출 전극만을 구비할 수도 있다. 이 경우, 상기 출력부는 상기 진동 전극과 상기 검출 전극에 각각 연결되어 2 전극들 간 정전 용량의 변화를 검출할 수 있다.In FIG. 1 , two
본 발명의 부분 방전 검출 센서의 상기 자성체는, 상기 용수철(120)과 상기 자성체의 질량에 의해 발생되는 고유 진동의 종방향을 따라 자계를 생성하는 영구 자석(140)으로 구현하였다. 다른 구현에서는 상술한 방향의 자계를 생성하는 전자석으로 대체할 수는 있으나, 전원 확보의 단점이 존재한다. 또 다른 구현에서는 영구 자계가 형성되지 않은 자성 물질로 대체할 수도 있으나, 이 경우에는 센싱 감도가 저하되는 단점이 존재한다.The magnetic body of the partial discharge detection sensor of the present invention is implemented as a
상술한 상기 자성체의 자계 방향을 측정 대상이 되는 송전선에 대하여 유지하기 위해, 상기 지지틀(110)의 외면(보다 정확하게는 밑면)에는, 선로 형태의 상기 부분 방전 검출 대상인 상기 송전선에 대하여, 내부의 상기 자성체의 자계 방향이 상기 송전선 길이 방향이 되도록, 상기 부분 방전 검출 대상에 부착될 수 있는 수단(예 : 송전선 직경에 맞는 가이드 홈)이 형성될 수 있다.In order to maintain the magnetic field direction of the above-described magnetic material with respect to the power transmission line to be measured, the outer surface (more precisely, the bottom surface) of the
다음, 도시한 부분 방전 검출 센서의 전반적인 동작 원리에 대하여 구체적으로 예시한다.Next, the overall operation principle of the illustrated partial discharge detection sensor will be specifically exemplified.
도 2는 도 1에 도시한 부분 방전 검출 센서의 동작 원리를 나타낸 단면도이다.FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating an operation principle of the partial discharge detection sensor shown in FIG. 1 .
센서 외부에 자기장의 변화가 발생하면 외부 지지틀(110)과 용수철(120)로 연결된 내부 지지틀(130) 안의 영구 자석(140)이 외부 자기장 방향으로 진동한다. 영구 자석(140)이 진동하면 내부 지지틀 (130)과 연결되어 있는 진동 전극(150)이 따라서 진동한다. 진동 전극(150)과 평행한 방향의 검출 전극(160) 간의 정전 용량이 하기 수학식 1에 의하여, 진동 전극(150)이 진동함에 따라 변화된다.When a change in the magnetic field occurs outside the sensor, the
2개의 검출 전극(160)들 중 전극 간 거리가 가까워진 쪽은, 상기 수학식 1에 의하여 정전 용량이 커지고, 반대로 거리가 멀어진 쪽은 상기 수학식 1에 의하여 정전 용량이 줄어들게 된다. 이러한 정전 용량의 변화를 상기 출력부의 마이크로 프로세서를 통하여 읽어들여 영구 자석(140)의 진동을 감지하고 이를 역으로 추정해 송전선의 부분 방전을 예측할 수 있다.Among the two
다음, 본 발명의 사상에 따라 전력 전송 선로로서 송전선에서 발생된 부분 방전 검출 위치를 판별하는 방법을 수행하는 부분 방전 검출 시스템에 대하여 기술하겠다.Next, a partial discharge detection system that performs a method of determining a detection position of a partial discharge generated in a power transmission line as a power transmission line according to the spirit of the present invention will be described.
도 3은 본 발명의 사상에 따른 부분 방전 검출 시스템의 일 실시예를 도시한 블록도이다.3 is a block diagram illustrating an embodiment of a partial discharge detection system according to the spirit of the present invention.
도시한 부분 방전 검출 시스템은, 전력 전송 선로로서 송전선(P)의 다수의 지점들에 부착된 정전 용량 가속도계 방식의 부분 방전 검출 센서들(101 ~ 10N); 및 다수의 상기 부분 방전 검출 센서들(101 ~ 10N)의 센싱 신호들을 분석하여 부분 방전의 발생 여부 및 부분 방전의 발생 위치를 판별하는 모니터링 장치(400)를 포함할 수 있다.The illustrated partial discharge detection system includes: capacitive accelerometer type partial
상기 부분 방전 검출 센서들(101 ~ 10N)은, 도 1에 도시한 부분 방전 센서로 적용될 수 있다.The partial
도시한 모니터링 장치(400)는 상기 다수의 상기 부분 방전 검출 센서들(101 ~ 10N)의 센싱 신호들 및/또는 부분 방전 판정에 필요한 정보들을 저장하는 저장부(450)를 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 다수의 상기 부분 방전 검출 센서들(101 ~ 10N)의 송전선(P) 상에서의 부착 순서 및 부착 위치값들을 저장할 수 있다.The illustrated
통신량을 절감하는 구현의 경우, 상기 각 부분 방전 검출 센서들(101 ~ 10N)이 구비하는 출력부들(171 ~ 17N)은, 각 센싱 신호를 분석하여 부분 방전 신호 여부를 판정하고, 부분 방전 신호로 판정된 센싱 신호들만을 상기 모니터링 장치(400)로 전송할 수 있다.In the case of an implementation to reduce the amount of communication, the
도시한 부분 방전 검출 시스템은, 송전선에 여러 개의 센서를 동일한 간격으로 설치하여 소정 알고리즘에 의하여 부분 방전의 정확한 위치를 검출한다. 이때, 상기 송전선(P)에 부착(설치)되는 센서는 정전 용량 변화 검출 방식을 적용하는데, 이 방식은 야외의 송전선에서 빈번히 발생되는 전자파 잡음에 대하여 강인한 이점이 있다. The illustrated partial discharge detection system detects the exact position of the partial discharge by a predetermined algorithm by installing a plurality of sensors at equal intervals on a power transmission line. At this time, the sensor attached (installed) to the transmission line P applies a capacitance change detection method, which has a strong advantage against electromagnetic noise frequently generated in an outdoor transmission line.
다음, 상기 모니터링 장치(400)가 수행하는 상기 부분 방전의 정확한 위치를 검출하는 알고리즘에 대하여 설명한다.Next, an algorithm for detecting the exact position of the partial discharge performed by the
도 4는 본 발명의 사상에 따른 부분 방전의 정확한 위치를 검출하는 부분 방전 위치 판정 방법의 일 실시예를 도시한 흐름도이다.4 is a flowchart illustrating an embodiment of a method for determining a partial discharge position for detecting an accurate position of a partial discharge according to the spirit of the present invention.
도시한 상기 전력 전송 선로 상에서 인접하게 부착된 2개의 부분 방전 검출 센서들을 지정하는 단계; 상기 2개의 부분 방전 검출 센서들의 부분 방전 센싱 신호들의 시간차 절대값으로부터 상기 2개의 부분 방전 검출 센서들의 부착 위치들 사이를 상기 부분 방전의 발생 위치로 판단하는 단계(S120); 상기 부분 방전 센싱 신호들의 시간차의 부호로부터 상기 2개의 부분 방전 검출 센서들의 부착 위치들 이전 또는 이후에서의 위치를 상기 부분 방전의 발생 위치로 판단하는 단계(S160); 및 상기 부분 방전 센싱 신호들의 시간차의 부호에 따라, 다음 판정을 위해 상기 전력 전송 선로 상에서 인접하게 부착된 2개의 부분 방전 검출 센서들의 지정을 시프트시키는 단계(S172, S174)를 포함할 수 있다.designating two partial discharge detection sensors attached adjacently on the illustrated power transmission line; determining a location between attachment positions of the two partial discharge detection sensors as the generation location of the partial discharge from the absolute time difference of the partial discharge sensing signals of the two partial discharge detection sensors (S120); determining a position before or after attachment positions of the two partial discharge detection sensors as a generation position of the partial discharge from the sign of the time difference of the partial discharge sensing signals (S160); and shifting the designation of two partial discharge detection sensors adjacently attached on the power transmission line for the next determination according to the sign of the time difference of the partial discharge sensing signals (S172, S174).
또한, 도시한 부분 방전 위치 판정 방법은, 상기 부분 방전의 발생 위치로 판단된 상기 2개의 부분 방전 검출 센서들의 부착 위치들 사이의 위치들 중에서 정확한 상기 부분 방전의 발생 위치를 산출하는 단계(S140, S145)를 더 포함할 수 있다.In addition, the illustrated partial discharge position determination method includes the steps of calculating an accurate occurrence position of the partial discharge among positions between attachment positions of the two partial discharge detection sensors determined as the occurrence positions of the partial discharge (S140, S145) may be further included.
도시한 흐름도에 기재된 각 수학식들에 적용된 부호들을 정의하면 다음과 같다.The symbols applied to each of the equations described in the illustrated flowchart are defined as follows.
t(SN) : N 번째 센서에 도달하는 부분 방전 신호의 도착 시간t(S N ) : arrival time of the partial discharge signal arriving at the Nth sensor
l : 인접한 두 센서 간의 거리l : distance between two adjacent sensors
v : 부분 방전 신호의 속도v : speed of partial discharge signal
PPD : 부분 방전 발생 위치P PD : Location of partial discharge
: N 번째 센서의 위치 : Position of the Nth sensor
x : N 번째 센서로부터의 거리x : distance from the Nth sensor
도 3에 도시한 부분 방전 검출 시스템에서는 송전선에 일정한 간격으로 도 1에 도시한 바와 같은 부분 방전 검출 센서들이 부착되고, 상기 송전선에 부착된 부분 방전 검출 센서들로부터 부분 방전 센싱 신호들을 전송받은(수신한) 모니터링 장치는 우선 전송받은 센싱 신호들 중 인접한 2개의 부분 방전 검출 센서들의 것들을 지정(구분)한다(즉, 상기 2개의 부분 방전 검출 센서들을 지정하는 단계). 도면에서는 N 번째와 N+1 번째 센서로 지정하였다.In the partial discharge detection system shown in FIG. 3, partial discharge detection sensors as shown in FIG. 1 are attached to a power line at regular intervals, and partial discharge sensing signals are transmitted (received) from the partial discharge detection sensors attached to the power line. 1) The monitoring device first designates (discriminates) those of two adjacent partial discharge detection sensors among the transmitted sensing signals (that is, the step of designating the two partial discharge detection sensors). In the drawing, the N-th and N+1-th sensors are designated.
도시한 S120 단계에서, N 번째와 N+1 번째 센서에 도달하는 부분 방전 신호의 도착 시간 차이가 이면, 부분 방전은 그 두 센서 사이에서 발생하지 않은 것이다. In the illustrated step S120, the difference in arrival time of the partial discharge signal reaching the N-th and N+1-th sensors is If this is the case, then the partial discharge has not occurred between the two sensors.
도시한 S120 단계 및 S160 단계에서, 만약 N 번째와 N+1 번째 센서에 도달하는 부분 방전 신호의 도착 시간의 차이가 양수이면 부분 방전은 N+1 번째 센서 오른쪽에서 발생한 것이다. 이에 따라, N+1 번째와 N+2번째 센서의 도착 시간 차이를 확인해야 하므로, 부분 방전 확인 대상 센서를 N+1 번째로 변경(시프트)한다(S172). 이와 같은 과정을 S120 단계의 판정 결과가 거짓일 때까지 순차적으로 N값을 1 증가시킨다.In the illustrated steps S120 and S160, if the difference between the arrival times of the partial discharge signals arriving at the N-th sensor and the N+1-th sensor is positive, the partial discharge occurs on the right side of the N+1-th sensor. Accordingly, since it is necessary to check the arrival time difference between the N+1-th and N+2th sensors, the partial discharge confirmation target sensor is changed (shifted) to the N+1-th (S172). In this process, the N value is sequentially increased by 1 until the determination result of step S120 is false.
이때, 만약 N번째와 N+1번째 센서에 도달하는 부분 방전 신호의 도착 시간의 차이가 음수이면 부분 방전은 N번째 센서 왼쪽에서 발생한 것이어서, N-1 번째와 N 번째 센서의 도착 시간 차이를 확인해야 하며, 부분 방전 확인 대상 센서를 N-1 번째로 변경(시프트)한다(S174). 이와 같은 과정을 S120 단계의 판정 결과가 거짓일 때까지 순차적으로 N값을 1 감소시킨다.At this time, if the difference between the arrival times of the partial discharge signals arriving at the Nth and N+1th sensors is negative, the partial discharge occurred on the left side of the Nth sensor, so check the difference in arrival times of the N-1th and Nth sensors. and the partial discharge confirmation target sensor is changed (shifted) to the N-1th (S174). In this process, the N value is sequentially decreased by 1 until the determination result of step S120 is false.
도시한 S120 단계에서, 만약 N번째와 N+1번째 센서에 도달하는 부분 방전 신호의 도착 시간 차이가 이 아니면, 부분 방전은 N 번째와 N+1 번째 센서 사이에서 발생한 것으로 판정할 수 있으며(S140), 부분 방전은 N번째 센서의 위치에서 도시한 S140 단계 내의 수식에서 구한 x값 만큼 오른쪽에 위치에서 발생한 것으로 추정할 수 있다(S145). In the illustrated step S120, if the difference in arrival time of the partial discharge signal reaching the Nth and N+1th sensors is Otherwise, it can be determined that the partial discharge has occurred between the Nth sensor and the N+1th sensor (S140), and the partial discharge occurs at the position to the right by the x value obtained from the equation in step S140 shown at the position of the Nth sensor. It can be estimated that it has occurred (S145).
본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Those skilled in the art to which the present invention pertains should understand that the present invention may be embodied in other specific forms without changing the technical spirit or essential characteristics thereof, so the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive. only do The scope of the present invention is indicated by the following claims rather than the detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention. .
110 : 지지틀
120 : 용수철
130 : 내부 지지틀
140 : 영구 자석
150 : 진동 전극
160 : 검출 전극110: support frame
120: spring
130: inner support frame
140: permanent magnet
150: vibrating electrode
160: detection electrode
Claims (11)
부분 방전에 따른 고주파에 의해 진동을 발생시키는 자성체;
상기 지지틀과 상기 자성체를 연결하며 탄성을 가지는 탄성재;
진동에 의한 상기 자성체의 위치 변화에 따라 정전 용량이 변동되는 가변 커패시턴스 수단; 및
상기 정전 용량의 변동에 따른 전기적 신호를 출력하는 출력부
를 포함하는 정전 용량 가속도계 방식의 부분 방전 검출 센서.
a support frame that can be attached to a partial discharge detection target;
a magnetic material generating vibration by high frequency according to partial discharge;
an elastic material connecting the support frame and the magnetic body and having elasticity;
variable capacitance means for which the capacitance is changed according to a change in the position of the magnetic body due to vibration; and
An output unit for outputting an electrical signal according to a change in the capacitance
A capacitive accelerometer-type partial discharge detection sensor comprising a.
상기 자성체는, 진동을 발생시키는 질량을 가지고,
상기 탄성재는, 상기 지지틀과 상기 자성체를 탄성 계수가 적용되도록 연결하는 정전 용량 가속도계 방식의 부분 방전 검출 센서.
According to claim 1,
The magnetic material has a mass that generates vibration,
The elastic material is a capacitive accelerometer type partial discharge detection sensor for connecting the support frame and the magnetic body so that an elastic modulus is applied.
상기 질량과 상기 탄성 계수는 상기 자성체의 고유 진동수 대역이 500MHz 내지 1500MHz의 대역과 유사하도록 설정된 정전 용량 가속도계 방식의 부분 방전 검출 센서.
3. The method of claim 2,
The mass and the elastic modulus are set such that a natural frequency band of the magnetic material is similar to a band of 500 MHz to 1500 MHz.
상기 가변 커패시턴스 수단은,
상기 자성체로부터 연장되어 상기 자성체를 따라 진동하는 진동 전극; 및
상기 진동 전극과 평행하게 상기 지지틀로부터 연장되며, 상기 진동 전극의 위치에 따라 정전 용량이 변동되는 검출 전극
을 포함하는 정전 용량 가속도계 방식의 부분 방전 검출 센서.
According to claim 1,
The variable capacitance means,
a vibrating electrode extending from the magnetic body and vibrating along the magnetic body; and
A detection electrode extending from the support frame parallel to the vibrating electrode and having a capacitance varying according to a position of the vibrating electrode
A capacitive accelerometer type partial discharge detection sensor comprising a.
상기 출력부는,
상기 검출 전극에 전기적으로 연결되어, 상기 검출 전극에 대한 정전 용량 변화를 검출하는 프로세서를 포함하는 정전 용량 가속도계 방식의 부분 방전 검출 센서.
5. The method of claim 4,
the output unit,
and a processor electrically connected to the detection electrode and configured to detect a change in capacitance of the detection electrode.
상기 자성체는,
상기 탄성재와 상기 자성체의 질량에 의해 발생되는 고유 진동의 종방향을 따라 자계를 생성하는 영구자석
을 포함하는 정전 용량 가속도계 방식의 부분 방전 검출 센서.
The method of claim 1,
The magnetic body is
A permanent magnet for generating a magnetic field along the longitudinal direction of natural vibrations generated by the mass of the elastic material and the magnetic material
A capacitive accelerometer type partial discharge detection sensor comprising a.
상기 지지틀의 외면에는,
선로 형태의 상기 부분 방전 검출 대상에 대하여, 내부의 상기 자성체의 자계 방향이 상기 선로 방향이 되도록, 상기 부분 방전 검출 대상에 부착될 수 있는 수단이 형성된 정전 용량 가속도계 방식의 부분 방전 검출 센서.
7. The method of claim 6,
On the outer surface of the support frame,
A capacitive accelerometer type partial discharge detection sensor is provided with means that can be attached to the partial discharge detection object so that the magnetic field direction of the magnetic material inside becomes the line direction with respect to the partial discharge detection object in the form of a line.
다수의 상기 부분 방전 검출 센서들의 센싱 신호들을 분석하여 부분 방전의 발생 여부 및 부분 방전의 발생 위치를 판별하는 모니터링 장치
를 포함하는 부분 방전 검출 시스템.
capacitive accelerometer-type partial discharge detection sensors attached to multiple points of the power transmission line; and
A monitoring device that analyzes the sensing signals of the plurality of partial discharge detection sensors to determine whether partial discharge has occurred and the location of the partial discharge
Partial discharge detection system comprising a.
상기 부분 방전 검출 센서는,
상기 전력 전송 선로에 부착될 수 있는 지지틀;
부분 방전에 따른 고주파에 의해 진동을 발생시키는 자성체;
상기 지지틀과 상기 자성체를 연결하며 탄성을 가지는 탄성재;
진동에 의한 상기 자성체의 위치 변화에 따라 정전 용량이 변동되는 가변 커패시턴스 수단; 및
상기 정전 용량의 변동에 따른 전기적 신호를 출력하는 출력부
를 포함하는 부분 방전 검출 시스템.
9. The method of claim 8,
The partial discharge detection sensor,
a support frame attachable to the power transmission line;
a magnetic material generating vibration by high frequency according to partial discharge;
an elastic material connecting the support frame and the magnetic body and having elasticity;
variable capacitance means for which the capacitance is changed according to a change in the position of the magnetic body due to vibration; and
An output unit for outputting an electrical signal according to a change in the capacitance
Partial discharge detection system comprising a.
상기 모니터링 장치는,
상기 전력 전송 선로 상에서 인접하게 부착된 2개의 부분 방전 검출 센서들을 지정하는 단계;
상기 2개의 부분 방전 검출 센서들의 부분 방전 센싱 신호들의 시간차 절대값으로부터 상기 2개의 부분 방전 검출 센서들의 부착 위치들 사이를 상기 부분 방전의 발생 위치로 판단하는 단계;
상기 부분 방전 센싱 신호들의 시간차의 부호로부터 상기 2개의 부분 방전 검출 센서들의 부착 위치들 이전 또는 이후에서의 위치를 상기 부분 방전의 발생 위치로 판단하는 단계; 및
상기 부분 방전 센싱 신호들의 시간차의 부호에 따라, 다음 판정을 위해 상기 전력 전송 선로 상에서 인접하게 부착된 2개의 부분 방전 검출 센서들의 지정을 시프트시키는 단계
를 포함하는 부분 방전 위치 판정 방법을 수행하는 부분 방전 검출 시스템.
9. The method of claim 8,
The monitoring device is
designating two partial discharge detection sensors adjacently attached on the power transmission line;
determining a position between attachment positions of the two partial discharge detection sensors as the occurrence position of the partial discharge from the absolute time difference of the partial discharge sensing signals of the two partial discharge detection sensors;
determining a position before or after attachment positions of the two partial discharge detection sensors as a generation position of the partial discharge from the sign of the time difference of the partial discharge sensing signals; and
shifting the designation of two partial discharge detection sensors adjacently attached on the power transmission line for a next determination according to a sign of the time difference of the partial discharge sensing signals;
Partial discharge detection system for performing a partial discharge position determination method comprising a.
상기 부분 방전 위치 판정 방법은,
상기 부분 방전의 발생 위치로 판단된 상기 2개의 부분 방전 검출 센서들의 부착 위치들 사이의 위치들 중에서 정확한 상기 부분 방전의 발생 위치를 산출하는 단계
를 더 포함하는 부분 방전 검출 시스템.
11. The method of claim 10,
The partial discharge position determination method comprises:
calculating an accurate occurrence position of the partial discharge among positions between attachment positions of the two partial discharge detection sensors determined as the occurrence positions of the partial discharge
Partial discharge detection system further comprising a.
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---|---|---|---|
KR1020210039832A KR20220134321A (en) | 2021-03-26 | 2021-03-26 | Capacitive accelerometer based partial discharge detection sensor and partial discharge detecting system |
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KR1020210039832A KR20220134321A (en) | 2021-03-26 | 2021-03-26 | Capacitive accelerometer based partial discharge detection sensor and partial discharge detecting system |
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Citations (1)
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KR102056241B1 (en) | 2016-07-06 | 2019-12-16 | 현대일렉트릭앤에너지시스템(주) | Apparatus and method for detecting partial discharge location |
-
2021
- 2021-03-26 KR KR1020210039832A patent/KR20220134321A/en unknown
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