기존 반송파 방식과 문제점
반송파 전송 방식 | 상시 절연을 감시하는 장치의 반송파 방식은 <그림 1>과 같이 이미 만들어 놓은 전로를 이용해 정보를 전달한다. 검출기의 중첩 CT에서 1477㎐의 정현파 교류 반송파를 중첩시키고, 절연 이상 등과 같은 송신 정보에 맞춰 반송파를 진폭변조 방식(이하, ASK 방식)으로 변조해 송신한다. 통보기는 반송파의 단속斷續패턴에서 송신 정보를판단하는 방식을 이용한다.
ASK 방식의 단속 패턴 예 | (재)도호쿠전기보안협회가 이용하는 ASK 방식은 정현파 교류 반송파를 <그림 2>에서 보듯이 일정한 패턴의 단속파로 만드는데, <표>와 같이 송신 정보에 맞춰 정보 필드 내 단속 상태를 바꾸기에 수신하는 쪽에선 정보 필드의단속 패턴을 보고 송신 정보를 판별한다.
기존 방식의 문제점 | 인버터 등을 응용한 전기 기기의 증가로 두드러지게 전로 노이즈가 커짐에 따라기존 방식에서 다음과 같은 문제가 발생했다.
① 반송파를 정상적으로 전달할 수 없기에 절연감시 장치 본연의 기능 수행이 불가능함.
② 대규모 설비에 적용할 수 없음.
③ 다양한 부하 설비에 적용할 수 없음.
 멀티 반송파 방식
기존 방식은 반송파로 정현파를 이용했으나, 멀티반송파 방식은 직사각형파 교류를 이용한다.
검출기(송신)
반송파로 기존 방식의 1/3인 주파수 492.3㎐, 기본파의 실효값 0.2V인 직사각형파 교류 전압을 전로에 중첩한다. 직사각형파를 중첩하면 <그림 3>과같이 전로에 기본파와 홀수 조파의 고조파 전압이발생한다. 기존 방식과 마찬가지로 반송파를 단속해 정보를 송신한다. 수신은 반송파의 기본파에서각 고조파의 단속 패턴이 같은 성질을 이용해 수신주파수를 선택해 사용한다.
통보기(수신)
반송파 검출 방법 | 멀티 반송 방식에서 <그림 3>과같이 전로에 생기는 전압은 고조파 차수가 높을수록 감소하는 성질이 있다. 따라서 높은 차수의 고조파는 수신 신호가 작아 수신하는 데 어려움이 따르므로 <그림 4>와 같이 전로 A점에서 반송파 검출용콘덴서 C를 통해 B점의 대지에 흐르는 반송파 신호전류를 반송파 검출부에서 검출한다. 이 방법으로고조파 차수가 높을수록 감소하는 전압의 영향을최소한으로 할 수 있다.
* 위 이미지를 클릭하시면 크게 보실 수 있습니다.
 수신 주파수 | 수신 주파수는 492.3㎐인 반송파 기본주파수와 홀수 고조파인 1477㎐, 2461.7㎐,3446.3㎐, 4431㎐를 채용했다.
수신 시퀀스 | 한 주파수를 낮은 게인Gain에서 수신중에 50초간 수신 불능이 된 경우 <그림 5>에서처럼 높은 게인으로 전환하고, 다시 50초간 수신 불능이 되면 다른 수신 주파수로 전환한다.
 실용 시험 제작품의 필드 시험 결과
현행 기종에서 반송파 장해가 많이 발생해 사용불능인 설비를 선택해 필드 시험을 했다.
① <그림 6>에서 보듯이 넓은 주파수 대역에서0.5~1.7V의 노이즈가 전로에 발생했다. 현행기종은 반송파에 접근한 주파수 대역의 노이즈인 경우 수십㎷에서 반송파 장해가 발생하므로
전혀 사용할 수 없는 상황이 된다.
② <그림 7>에서 보듯이 멀티 반송파 방식 통보기에서 검파 후 ASK 신호 파형은 노이즈 혼입이약간 보이나, 자동 주파수 선택에서 492.3㎐ 반송파를 안정적으로 수신한다.
③ 여러 필드 시험을 한 결과, 멀티 반송파 방식을 채용한 실용 시험 제작품의 성능이 초기목표에 도달해 실제 환경에서도 반송파 장해를 개선할 것으로 판단하고, 실제 제품을 개발해 본격 도입하기로 했다.
 멀티 반송파 방식의 검출기와 정보 전달 방법
검출기 | 검출기는 지락 저항을 검사해 알아내는Igr 방식을 채용해 기존 Igr 검출기의 중첩 CT와검출 CT를 유용괥用하도록 했다.
정보 전달 방식 | 멀티 반송파 방식의 절연 감시 장치는 검출기가 감지한 절연 정보 등을 이미 만들어놓은 전로를 이용해 사무실 등에 설치한 통보기에보낸다. 통보기는 전화 회선을 통해 수신한 정보를자동으로 (재)도호쿠전기보안협회의 감시 서버에보내고, 협회 직원은 서버의 수신 정보를 바탕으로대응하는 시스템으로 갖춰져 있다.
주요 사용
검출기
① 일반 사양
·품명 : 멀티 반송파 Igr 절연 검출기
·검출 범위 : Igr 0~300㎃
·감시 회로 수 : 2회로
·감시 전로 주파수 : 50㎐ 또는 60㎐
·경보 종류 : 경계, 큰 지락, 예비 1, 예비 2
·경보 설정값 : 경계 50㎃, 큰 지락 500㎃
·검출 레벨 정밀도 : ±10% |
② 반송파 신호 사양·반송 방식 : 대지 귀로·멀티 반송파 방식
·통신 방식 : 단방향 통신 ASK 방식
·전송 정보 : 정상, 경계, 큰 지락, 시험 경계, 조치 완료, 예비 1, 예비 2
·송신 주파수 : 직사각형파 492.3㎐±3㎐ 또는 1477㎐±7㎐
·반송파 출력 : 0.2Vp±15%
·반송파의 고조파 장해 대책 : 반송파의 발진회로출력에 컷오프Cut-off 주파수5000㎐인로패스필터Low Pass Filter를 삽입 |
통보기
① 일반 사양
·품명 : 멀티 반송파 발신기
·전원 전압 : AC 100V±10%, 50/60㎐
·소비 전력 : 대기 시 8VA 이하, 동작 시 10VA 이하
·질량 : 1.2㎏ 이하 |
② 망 제어부
·상용 회선 : 일반 가입 회선
·회선 제어부 : 자동 발신
·선택 신호 : DP 및 PB |
③ 반송파 신호 사양
·반송 방식 : 대지 귀로·멀티 반송파 방식
·통신 방식 : 단방향 통신 ASK 방식
·전송 정보 : 정상, 경계, 큰 지락, 시험 경계, 조치 완료, 예비 1, 예비 2
·수신 주파수 : 492.3㎐, 1477㎐, 2461.7
㎐, 3446.3㎐, 4431㎐를 수신 가능 주파수에 자동 전환
·반송파 입력 : 전로와대지간0.1μF인콘덴서를사이에두고흐르는전류를CT로감지
·접지 저항 : 100Ω 이하
·반송파 최소 검출 레벨 : 28㎷rms |
 특징
반송파 장해 감소 | 최근 전기 설비의 전로 노이즈 증가로 기존 방식은 적용할 수 있는 대상이 정해져 있으나, 멀티 반송파 방식은 반송파 장해를 감소시켜현재 많은 곳에서 운용 중이다.
대규모 설비에 적용 | 멀티 반송파 방식은 기존 방식과 비교해 1/3의 기본 주파수를 채용해 설비의 대지정전 용량에 의한 반송파 감쇄가 적어 대규모 설비에서도 적용할 수 있다.
다양한 부하 설비에 적용 | 여러 수신 주파수 대역을채용해 갖가지 전로 노이즈에 대응하기에 다양한부하 설비나 부하 증설에도 대응할 수 있다.
교환·설치가 용이 | 기존 Igr 검출기의 중첩 CT와 검출 CT를 유용할 수 있기에 본체만 교체해 갱신할 수있다. 게다가 무정전 상태에서도 교체할 수 있다.
낮은 비용 | 수신 회로 구성이 간단하고 기존 Igr 검출기의 중첩 CT와 검출 CT를 사용할 수 있어 비용을 절감했다.
향후 과제
<그림 10>은 멀티 반송파 방식에 채용 중인 수신회로다. <그림 10>의 가변 fo형 밴드 패스 필터Band Pass Filter는 아날로그 방식을 이용하는데,이것으론 노이즈 배제 능력에 한계가 있으며 멀티반송파 방식에도 반송파 장해가 약간 발생한다.
게다가 반송파 전달 능력을 높이려면 로크인 앰프Lock-in Amplifier나 동기 검파 회로 등 노이즈 배제 능력이 높은 밴드 패스 필터를 채용해야 하기에회로 구성이 복잡해진다.
정리 전화영 기자
<Energy News>
http://www.energy.co.kr
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