[논문]22.9kV 배전선로 절연전선의 부식 검출 시스템 개발에 대한 연구

김용준; 오용철; 이건영

doi:10.5370/kiee.2011.60.7.1410

22.9kV 배전선로 절연전선의 부식 검출 시스템 개발에 대한 연구
A Study on the Development of Corrosion Detecting System for 22.9 kV Distribution Power Line Insulation Cable 원문보기

전기학회논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers, v.60 no.7, 2011년, pp.1410 - 1416

김용준 (광운대 전기공학과) , 오용철 ((주)주암전기통신 탐지기술연구소) , 이건영 (광운대 전기공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

A corrosion detecting system for 22.9 kV distribution power line insulation cable, which can travel autonomously along the live line, is proposed. Eddy current test method is employed to detect the corrosion, and the system developed here is capable of detecting internal corrosion of a ACSR-OC. Somewhat details of the electrical and mechanical mechanism of the system and traveling algorithm are introduced. Experimental results applied to the sample cables having artificial corrosion and the operating distribution lines are provided. From the result, we confirmed that the system is useful for detecting internal corrosion of a ACSR, and is expected to be a new non-destructive testing equipment in the area of diagnosis for the distribution power line.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 배전선로 위를 자율주행하면서 와류센서를 이용해 ACSR 전선의 부식정도를 측정하는 장치와 그 시스템을 설계, 제작한다. 그리고 제작된 장치의 자율주행 성능과 ACSR 전선의 부식정도의 구분 가능성을 평가하고 현장 적용성에 대해 논하고자 한다.
본 논문에서는 배전선로 절연전선의 부식정도를 측정하기 위해 와류탐상법을 이용한 새로운 부식검출 시스템 개발에 대해 연구하여 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
본 실험은 부식검출기가 부식정도의 차이를 지점별로 구별 가능한지를 평가하기 위한 실험이다. 즉, 알루미늄 전선을 수산화나트륨에 침적시켜 인공부식한 후에 와전류를 측정하는 실험이다.
본 연구에서는 배전선로 위를 자율주행하면서 와류센서를 이용해 ACSR 전선의 부식정도를 측정하는 장치와 그 시스템을 설계, 제작한다. 그리고 제작된 장치의 자율주행 성능과 ACSR 전선의 부식정도의 구분 가능성을 평가하고 현장 적용성에 대해 논하고자 한다.
이 실험에서는 설계, 제작된 부식검출기의 성능을 평가한다. 실험에 사용된 드럼코어형 와류센서와 그 특성을 그림 14와 표 2에 나타내었다.

가설 설정

1. 작업자가 부식검출기를 배전선로 위의 임의의 장소에 위치시킨다.
10. 작업자는 자율주행이 종료되면 부식검출기를 회수한다.

제안 방법

후방에 현수애자를 발견하자 정지하여 현수애자를 촬영하였다. 그리고 운행중에 못다 보낸 측정 데이터를 호스트 컴퓨터에 마저 전송하고 자율주행을 정상적으로 종료하였다. 이것은 부식검출 운영절차대로 동작되었음을 의미한다.
그림 8과 같이 외함은 충격에 강하고 절연성능이 있는 ABS 재질로 제작되었으며 좌측, 우측 및 상측으로 구성되었다. 메인 프레임의 좌우 무게 균형을 위해 우측에는 주제어보드를 좌측에는 배터리를 장착할 수 있도록 하였다. 상측에는 손잡이를 설치해 구성하여 작업자의 설치 및 기구 이동이 편리하도록 구성하였다.
절연층과 반도전층의 재료는 각각 아크릴과 철판이다. 뮤메탈 재질의 차폐층은 전자파로부터 차폐역할을 하며, 절연에폭시로 코팅되어 주제어보드와 단락되는 것을 방지하도록 하였다.
배전선로 절연전선을 자율주행하며 결함정도를 측정하기위한 장치의 기구부가 갖춰야 할 사항을 3가지로 정리하였다. 첫째는 리프트 오프 효과 억제를 위해 ACSR 전선 위를 주행 중에 와류센서와 전선(시험체)과의 거리를 최대한 균일하게 유지하는 것이다.
여러 환경에서 부식검출기가 균일한 성능이 나오는지 조사하기 위해 부식검출기로 현재 운영되고 있는 여러 배전선로에서 와전류 측정을 실시하였다. 표 3은 ASCR-OC 95 Sq.
활선상태의 배전선로에서 호스트 컴퓨터에 의한 자율주행을 수행하였다. 자율주행이 시작되자 부식검출기는 전방의 현수애자까지 전진하여 현수애자를 촬영하였다. 촬영이 완료되자 후진하면서 Zigbee 통신으로 측정 데이터들을 전송하고 SD Card에 저장하였다.
그림 4(a)의 Idle Roller는 안전하게 장치가 주행할 수 있도록 전선 양면을 잡아 주고 슬립현상을 방지하는 역할을 한다. 탄성계수와 마찰력이 우수한 우레탄 재질로 만들어진 2개의 Roller가 기구의 흔들림과 낙하방지를 방지해준다. 또한 배전선로 절연전선에 부착되어 있는 슬리브를 넘어가는데 도움을 준다.
활선상태의 배전선로에서 호스트 컴퓨터에 의한 자율주행을 수행하였다. 자율주행이 시작되자 부식검출기는 전방의 현수애자까지 전진하여 현수애자를 촬영하였다.
촬영이 완료되자 후진하면서 Zigbee 통신으로 측정 데이터들을 전송하고 SD Card에 저장하였다. 후방에 현수애자를 발견하자 정지하여 현수애자를 촬영하였다. 그리고 운행중에 못다 보낸 측정 데이터를 호스트 컴퓨터에 마저 전송하고 자율주행을 정상적으로 종료하였다.

대상 데이터

여기서 측정 데이터는 모터 엔코더를 통해 계산된 와전류 측정 위치와 와전류 값이다. 즉, 전선의 위치별 와전류 값이다.
그림 7은 실제 사용된 차폐재료의 사진이다. 절연층과 반도전층의 재료는 각각 아크릴과 철판이다. 뮤메탈 재질의 차폐층은 전자파로부터 차폐역할을 하며, 절연에폭시로 코팅되어 주제어보드와 단락되는 것을 방지하도록 하였다.

이론/모형

이 때문에 와전류 센서를 이용해 비파괴 방법으로 ACSR 전선의 내부부식을 검출하려는 몇몇 연구가 선행되어 왔다.[6-8] 본 논문에서는 우리나라의 배전선로에 적용 가능한 내부부식 검출 방법으로 와전류를 이용한 와류탐상법을 선택하였다.

성능/효과

3. 대기상태인 부식검출기는 “자율주행 시작” 명령이 입력되면 대기상태에서 자율주행상태로 변경한다.
4. 부식검출기는 자율주행 상태로 변경되면 전방에 현수애자가 검출될 때까지 전진한다.
8. 원격조정기로부터 “자율주행 시작” 명령이 전송된 경우에는 촬영이 완료되면 자율주행을 종료하고 사용자는 SD-CARD를 회수해 호스트 컴퓨터로 측정 데이터들을 옮기는 오프라인 작업을 해야 한다.
또한 부식검출기가 흔들림이나 이동 중에도 와전류 값을 정상적으로 얻을 수 있음을 보였다. 결과적으로 부식검출기의 자율주행으로 측정된 와전류 값을 통해 지점별로 부식정도를 구분할 수 있음을 알 수 있다.
이를 통해 부식검출기가 여러 배전선로에서 정상 동작하며 균일한 와전류 값을 측정함을 확인할 수 있었다. 따라서 다양한 배전선로 현장에 적용 가능함을 확인하였다.
Zigbee 통신에 의해 전송된 데이터와 SD Card에 저장된 데이터는 일치하였다. 따라서 활선상태에서 Zigbee 통신으로 데이터를 전송함에 있어서 문제가 없음을 확인했다.
이 실험 결과는 기구적으로 전선과 와전류 센서의 간격이 일정하게 유지돼 부식검출기가 주행 중에 리프트 오프 효과가 억제됨을 보여줬다. 또한 부식검출기가 흔들림이나 이동 중에도 와전류 값을 정상적으로 얻을 수 있음을 보였다. 결과적으로 부식검출기의 자율주행으로 측정된 와전류 값을 통해 지점별로 부식정도를 구분할 수 있음을 알 수 있다.
본 논문에서 정의된 부식검출 운영절차에 따라 Zigbee 통신을 기반으로 하는 부식검출 시스템은 운영 가능함을 확인하였다.
5 cm단위로 6개 지점의 와전류를 측정하여 나타낸 것이다. 실험 결과를 분석해보면 인공부식 정도(부식시간의 차등)에 따라서 와전류 값의 차이를 보이고 있다. 인공 부식을 오랫동안 시킬수록 와전류 값이 큰 것을 알 수 있다.
표시된 와전류 값은 측정된 와전류를 검출기에서 처리 가능한 범위로 증폭돼 0에서 4095 사이의 값을 가진다. 실험결과를 살펴보면 측정된 와전류 값이 균일한 값을 나타냄을 확인할 수 있다. 전체 측정된 길이는 44.
실험결과를 살펴보면 활선과 사선에서 와전류의 최대, 최소값이 평균에서 5%이상 벗어나지 않음을 보인다. 또한 표준편차는 큰 차이가 없음을 확인할 수 있다.
와류센서와 기구적인 메카니즘을 이용해 설계 제작된 부식검출기가 활선상태의 배전선로 절연전선 위를 자율주행 하며 와전류를 측정할 수 있음을 확인하였다.
이 실험 결과는 기구적으로 전선과 와전류 센서의 간격이 일정하게 유지돼 부식검출기가 주행 중에 리프트 오프 효과가 억제됨을 보여줬다. 또한 부식검출기가 흔들림이나 이동 중에도 와전류 값을 정상적으로 얻을 수 있음을 보였다.
또한 표준편차는 큰 차이가 없음을 확인할 수 있다. 이를 통해 부식검출기가 여러 배전선로에서 정상 동작하며 균일한 와전류 값을 측정함을 확인할 수 있었다. 따라서 다양한 배전선로 현장에 적용 가능함을 확인하였다.
인공부식 시킨 전선 위를 부식검출기가 자율 주행함으로 측정된 와전류 값을 통해 지점별로 부식정도를 구분할 수 있음을 확인하였다.
7 m였다. 지상에서 직선거리로 측정한 길이는 44.4 m 정도로 거리가 정상적으로 측정됨을 확인하였다. Zigbee 통신에 의해 전송된 데이터와 SD Card에 저장된 데이터는 일치하였다.
활선상태의 여러 배전선로에서 부식검출기가 자율주행 해 균일한 와전류 값을 얻음으로 실제 현장에 적용 가능함을 확인하였다.

후속연구

따라서 본 연구를 통해 얻어진 결과물을 이용하여 과학적인 방법에 의한 우리나라의 배전선로의 부식 점검이 가능하여 배전선로 사고 발생의 억제와 배전선로 이력확보가 가능할 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	현재 우리나라에서 주로 사용하는 22.9 kV 배전용 전선은 무엇인가?	현재 우리나라에서는 22.9 kV 배전용 전선으로 ACSR-OC(Aluminum Conductor Steel Reinforced Outdoor Cross-linked Polyethylene insulated Wires)을 주로 사용하고 있다.[1] 이 ACSR은 아연 도금된 강심을 알루미늄 연선이 감싸고 있는 구조이다.
	ACSR구조는?	9 kV 배전용 전선으로 ACSR-OC(Aluminum Conductor Steel Reinforced Outdoor Cross-linked Polyethylene insulated Wires)을 주로 사용하고 있다.[1] 이 ACSR은 아연 도금된 강심을 알루미늄 연선이 감싸고 있는 구조이다. 여기서 강심은 인장강도로서 연선은 도체로서 역할을 한다.
	ACSR를 구성하고 있는 구조 중에서 강심의 역할은?	[1] 이 ACSR은 아연 도금된 강심을 알루미늄 연선이 감싸고 있는 구조이다. 여기서 강심은 인장강도로서 연선은 도체로서 역할을 한다.

참고문헌 (12)

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상세보기
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상세보기
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원문보기 상세보기
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한국표준규격, "금속 및 합금의 부식.공식의 평가," 한국표준규격, KS D ISO 11463.
한국표준규격, "금속 및 합금의 부식 - 안공 대기에서의 부식시험," 한국표준규격, KS D ISO 11474.

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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