선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 연구는 휴대용 UV 감지시스템을 활용한 전력설비 열화상태 진단을 위한 알고리즘을 개발하기 위한 연구로서, 전력설비의 열화로 인해 발생할 수 있는 코로나 방전현상을 모의하고 UV 센서를 이용하여 코로나 방전강도에 따른 자외선 펄스의 검출 특성을 조사하였다.
- 본 연구에서는 스펙트럼 응답이 185～260nm인 단일 UV 센서를 사용하여 원거리에서 전력설비의 열화진단이 가능한 휴대용 UV 감지시스템을 개발하고자 한다. 따라서 전력설비의 열화로 인해 발생할 수 있는 코로나 방전 현상을 모의하고, 실험을 통해 방전강도와 측정거리에 따른 자외선 검출 감도의 변화를 측정하였다.
제안 방법
- 모든 실험은 상온의 공기 중에서 이루어졌다. 고전압 인가를 위해 최대전압 100kV인 60Hz 교류내전압시험기를 사용하였으며, 초당 1kV의 속도로 전압을 상승시켰다. 우선 각각의 전극간격에 따른 절연파괴 전압을 측정하여 기록한 후, 이들 절연파괴 전압값의 10% 간격으로 전압을 상승시키면서 그때의 UV 펄스를 검출하여 기록하였다.
- 그림 5는 코로나 방전강도에 따라 발생하는 자외선 펄스를 검출하기 위한 실험장치의 개략도와 실험장면을 보여준다. 교류내전압시험기를 사용하여 침대 평판으로 구성된 전극에 고전압을 인가하면서 이때 발생하는 자외선 펄스의 수를 UV 센서를 이용하여 측정하였다. 전극간격(G)은 10～100mm 사이에서 10mm 간격으로 조정되었으며, UV 감지시스템과 전극 사이의 측정거리(D)는 1～20m 사이에서 1m 간격으로 조정되었다.
- 본 연구에서는 스펙트럼 응답이 185～260nm인 단일 UV 센서를 사용하여 원거리에서 전력설비의 열화진단이 가능한 휴대용 UV 감지시스템을 개발하고자 한다. 따라서 전력설비의 열화로 인해 발생할 수 있는 코로나 방전 현상을 모의하고, 실험을 통해 방전강도와 측정거리에 따른 자외선 검출 감도의 변화를 측정하였다. 측정된 실험데이터를 통해 본 시스템의 열화진단 프로그램에 적용하기 위한 최적 알고리즘을 도출하였다.
- 본 연구의 수행방법 및 절차를 그림 1에 나타내었다. 먼저 시스템에 적용할 UV 센서를 선정하고, 렌즈의 최적화 설계를 통한 프로토타입 UV 감지시스템을 개발하였다. 코로나 방전을 모의하기 위한 침대 평판 전극을 제작하고, 이를 이용하여 방전강도, 측정거리, 전극간격의 변화에 따른 자외선 검출강도를 측정하여 DB화하였다.
- 본 실험을 통해 측정된 각각의 전극간격에 따른 절연파괴 전압 값을 퍼센트 코로나 방전강도(%V) 100%로 설정하였다. 본 논문에서 사용된 퍼센트 코로나 방전강도는 식 1에 의해 정의되며, 각 전극간격별 절연파괴 전압에 대한 인가전압의 비율로 결정된다.
- 한편 측정거리가 증가할수록 검출되는 UV 펄스의 수는 현저히 감소하는 특성을 보였으며, 이는 빛의 세기가 측정거리의 제곱에 반비례하기 때문인 것으로 판단된다. 실험결과를 근거로 UV 센서를 이용한 휴대용 UV감지시스템의 운용거리는 10m 이내가 적합할 것으로 판단되며, 본 시스템의 유효 운영거리 내에서 열화진단 프로그램에 적용하기 위한 측정거리와 UV 펄스의 수에 대한 4차 함수의 실험식을 유도하여 제시하였다.
- 고전압 인가를 위해 최대전압 100kV인 60Hz 교류내전압시험기를 사용하였으며, 초당 1kV의 속도로 전압을 상승시켰다. 우선 각각의 전극간격에 따른 절연파괴 전압을 측정하여 기록한 후, 이들 절연파괴 전압값의 10% 간격으로 전압을 상승시키면서 그때의 UV 펄스를 검출하여 기록하였다.
- 그림 6은 퍼센트 코로나 방전강도에 따른 초당 UV 펄스의 수를 측정하여 나타내었다. 전극 간격 10～100mm에 대해 측정거리를 2～20m 사이로 변화시키면서 UV 펄스를 카운트하였으며, 본 논문에서는 전극간격 20, 40, 100mm인 경우의 결과를 제시하였다. 전극간격에 상관없이 %V가 증가함에 따라 UV 펄스의 수는 현저히 증가하고 있음을 보여주고 있으며, %V가 30～40% 수준에서는 전 영역에서 UV 펄스가 검출되고 있다.
- 측정거리가 멀어질수록 현저히 줄어드는 자외선 광량을 집광시키기 위하여 광학렌즈를 사용하였으며, 초점거리는 200mm, 렌즈의 직경은 100mm, 화각은 10°로 집광 비구면 렌즈의 최적화를 실시하였다.
- 따라서 전력설비의 열화로 인해 발생할 수 있는 코로나 방전 현상을 모의하고, 실험을 통해 방전강도와 측정거리에 따른 자외선 검출 감도의 변화를 측정하였다. 측정된 실험데이터를 통해 본 시스템의 열화진단 프로그램에 적용하기 위한 최적 알고리즘을 도출하였다.
- 먼저 시스템에 적용할 UV 센서를 선정하고, 렌즈의 최적화 설계를 통한 프로토타입 UV 감지시스템을 개발하였다. 코로나 방전을 모의하기 위한 침대 평판 전극을 제작하고, 이를 이용하여 방전강도, 측정거리, 전극간격의 변화에 따른 자외선 검출강도를 측정하여 DB화하였다. 실험결과를 바탕으로 UV 감지시스템의 열화진단 프로그램에 적용하기 위한 최적의 알고리즘 및 진단 환경을 도출하였다.
대상 데이터
- 렌즈를 통해 들어온 빛은 UV 센서를 통해 검출되며, DAQ에서는 출력되는 펄스 신호 중 문턱 전압 5V를 초과하는 펄스의 개수를 산정하여 나타낸다. 본 실험에 사용된 UV 센서는 방전전극의 광전효과와 가스증폭 기술을 이용한 센서이며, 그림 3에 UV 센서의 기초특성을 보여준다.
- 코로나 방전이 쉽게 발생할 수 있도록 침대 평판 전극으로 구성하였으며, 전극 재질은 스테인리스강(SUS304)을 사용하였다. 전극계 지지를 위하여 기계적 강도와 내열특성이 우수한 FRP(fiber reinforced plastic)를 전극홀더로 사용하였다. 전극과 전극홀더의 나사를 조정하여 전극간격을 1～120mm까지 정밀하게 조정할 수 있다.
- 코로나 방전강도에 따른 자외선 검출을 위해 사용된 전극계의 구성을 그림 4에 보여준다. 코로나 방전이 쉽게 발생할 수 있도록 침대 평판 전극으로 구성하였으며, 전극 재질은 스테인리스강(SUS304)을 사용하였다. 전극계 지지를 위하여 기계적 강도와 내열특성이 우수한 FRP(fiber reinforced plastic)를 전극홀더로 사용하였다.
성능/효과
- %V의 증가에 따라 검출되는 UV 펄스의 수는 급격히 증가하였으며, %V 30～40% 수준에서 전 영역의 UV 펄스가 검출되기 시작하였다. 전극간격이 커질수록 상대적으로 낮은 %V에서 UV 펄스가 검출되기 시작하는 반면, 기울기는 완만해지는 특성을 보였다.
- 이는 UV 펄스의 발생이 %V 뿐만 아니라 인가전압의 크기에도 관계가 있음을 유추할 수 있으며, 전극간격이 커서 인가전압이 높을 경우에는 발생하는 빛의 에너지도 높기 때문인 것으로 판단된다. 또한 뚜렷하지는 않지만 측정거리가 멀어질수록 높은 %V 에서 UV 펄스의 검출이 시작됨을 확인할 수 있었다.
- 본 연구를 통해 단일 UV 센서를 이용한 전력설비의 열화진단은 측정거리 면에서의 기술적 한계는 존재하고 있으나, 유효거리 내에서는 기존 고가의 제품을 대체하기에 충분한 감도와 성능을 보여주었다. 향후 지속적인 연구를 통해 실험 및 측정 과정에서 발생한 오차를 최소화하고, 다양한 실험조건과 현장에서의 검증을 통해 진단기술에 필요한 알고리즘을 정립해 나가야 할 것이며, 저가의 진단기기 보급 확산을 통해 전력설비의 관리 효율 증대에 크게 기여할 수 있을 것으로 판단된다.
- 코로나 방전을 모의하기 위한 침대 평판 전극을 제작하고, 이를 이용하여 방전강도, 측정거리, 전극간격의 변화에 따른 자외선 검출강도를 측정하여 DB화하였다. 실험결과를 바탕으로 UV 감지시스템의 열화진단 프로그램에 적용하기 위한 최적의 알고리즘 및 진단 환경을 도출하였다.
- %V의 증가에 따라 검출되는 UV 펄스의 수는 급격히 증가하였으며, %V 30～40% 수준에서 전 영역의 UV 펄스가 검출되기 시작하였다. 전극간격이 커질수록 상대적으로 낮은 %V에서 UV 펄스가 검출되기 시작하는 반면, 기울기는 완만해지는 특성을 보였다. 한편 측정거리가 증가할수록 검출되는 UV 펄스의 수는 현저히 감소하는 특성을 보였으며, 이는 빛의 세기가 측정거리의 제곱에 반비례하기 때문인 것으로 판단된다.
후속연구
- %V가 40, 60, 80%인 경우의 예를 식 (2)～(4)에 나타내었다. 향후 본 분석결과를 UV 감지시스템의 알고리즘에 적용하고자 한다.
- 본 연구를 통해 단일 UV 센서를 이용한 전력설비의 열화진단은 측정거리 면에서의 기술적 한계는 존재하고 있으나, 유효거리 내에서는 기존 고가의 제품을 대체하기에 충분한 감도와 성능을 보여주었다. 향후 지속적인 연구를 통해 실험 및 측정 과정에서 발생한 오차를 최소화하고, 다양한 실험조건과 현장에서의 검증을 통해 진단기술에 필요한 알고리즘을 정립해 나가야 할 것이며, 저가의 진단기기 보급 확산을 통해 전력설비의 관리 효율 증대에 크게 기여할 수 있을 것으로 판단된다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.