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KR20130041572A - 고압 유도전동기 종합 온라인 상태 진단 장치 및 방법 - Google Patents

고압 유도전동기 종합 온라인 상태 진단 장치 및 방법 Download PDF

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KR20130041572A
KR20130041572A KR1020110105916A KR20110105916A KR20130041572A KR 20130041572 A KR20130041572 A KR 20130041572A KR 1020110105916 A KR1020110105916 A KR 1020110105916A KR 20110105916 A KR20110105916 A KR 20110105916A KR 20130041572 A KR20130041572 A KR 20130041572A
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South Korea
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induction motor
sensor
voltage induction
partial discharge
measuring
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강동식
윤영우
황돈하
Original Assignee
한국전기연구원
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Abstract

본 발명은 고압 유도전동기 온라인 진단 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고압 유도전동기로부터 1상의 전류, 진동, 온도, 3상의 부분방전 신호를 측정하여 고압 유도전동기의 전기적 및 기계적 결함이나 고장을 사전에 예측할 수 있도록 함으로써, 유도전동기의 수명을 연장할 뿐만 아니라, 고장시의 파급 영향을 최소화할 수 있는 고압 유도전동기 온라인 진단 장치 및 방법에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 고압 유도전동기의 소정 위치에 전류를 측정하는 전류센서와, 진동을 측정하는 진동센서와, 온도(RTD)를 측정하는 온도센서와, 부분방전(3상)을 측정하는 부분방전 센서를 설치하여, 각 센서 신호를 연속적으로 측정하는 동시에 고속 A/D 변환을 통하여 디지털 데이터화한 후, 이를 디지털 신호 프로세싱(Digital Signal Processing) 및 최적의 진단 알고리즘을 거치게 한 다음, 진단결과를 유선으로 원격 감시진단 시스템에 전송함으로써, 유도전동기의 정확한 상태 감시 및 진단이 이루어질 수 있도록 한 고압 유도전동기 온라인 진단 장치 및 방법을 제공하고자 한 것이다.

Description

고압 유도전동기 종합 온라인 상태 진단 장치 및 방법{Complex condition diagnosis device and method for induction motor using on-line technique}
본 발명은 고압 유도전동기 종합 온라인 상태 진단 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고압 유도전동기로부터 1상의 전류, 진동, 온도, 3상의 부분방전 신호를 측정하여 고압 유도전동기의 전기적 및 기계적 결함이나 고장을 사전에 예측할 수 있도록 함으로써, 유도전동기의 수명을 연장할 뿐만 아니라, 고장시의 파급 영향을 최소화시킬 수 있는 고압 유도전동기 종합 온라인 상태 진단 장치 및 방법에 관한 것이다.
각종 산업 현장에 사용되고 있는 고압 유도전동기의 예기치 않은 고장 즉, 고압 유도전동기의 작동 중, 회전자의 동적 편심, 정적 편심, 회전자 바 단락, 고정자 권선 절연 이상, 베어링 불량 등과 같은 다양한 결함이 발생할 수 있고, 이러한 결함들이 발생하는 경우에는 전체 또는 일부 프로세스의 마비로 이어져 치명적인 사고와 경제손실을 초래함과 더불어 안전사고로 이어질 수 있으므로, 유도전동기의 상태를 정확하게 진단할 수 있는 유도전동기의 고장 진단 방법이 다양하게 연구되고 있다.
고압 유도전동기의 고장 진단 방법은 주로 진동기법을 이용하여 설비 결함의 조기 발견 및 설비 가동 중단시간의 감소 등을 위하여 진행되어 왔지만, 진동기법만으로는 전동기 결함의 조기발견 및 설비의 정확한 분석이 어려우므로, 전류, 전압, 자속특성 등의 특성 분석을 통한 회전기기의 정밀 진단 필요성이 대두되고 있다.
이에, 각종 산업현장에서 사용되는 유도전동기의 전류, 전압, 자속, 온도, 진동신호 등의 데이터를 현장에서 획득하여 전동기 고정자 권선의 절연이상, 회전자의 파손, 공극의 불안정 등을 진단하고, 과도전류에 의한 베어링 또는 축 손상 등의 모니터링과 정확한 진단, 수명 예측, 그리고 결함의 조기 발견을 수행할 수 있도록 다양한 기법들을 활용하는 새로운 진단기술들이 개발되고 있다.
종래의 유도전동기의 고장 진단을 수행하는 기술로서, 전류의 주파수 성분을 이용하여 유도전동기를 진단하기 위한 MCSA(Motor Current Signature Analysis) 기법과, 전류와 전압신호를 동시에 사용하는 ESA(Electrical Signature Analysis) 기법과, 고정자 전류 분석과 같은 전기적 신호를 이용하는 방법 등이 적용되어 왔으나, 각 결함에 대하여 결함 발생 여부를 판단할 수 밖에 없어, 여러가지 결함이 복합적으로 발생하고 있는 복합 결함 상태를 진단할 수 없는 문제점이 존재하고, 고장 진단 시 단순히 결함의 유무를 판단할 뿐, 결함의 정도를 구분할 수 없어 실제 유도전동기의 이상 작동 상태에 대한 정확한 진단이 어려운 문제점이 있으며, 특히 작업자가 직접 고압 유도전동기에 접근하여 진단을 실시함에 따라, 안전상의 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 고압 유도전동기의 소정 위치에 전류를 측정하는 전류센서와, 진동을 측정하는 진동센서와, 온도(RTD)를 측정하는 온도센서와, 부분방전(3상)을 측정하는 부분방전 센서를 설치하여, 각 센서 신호를 연속적으로 측정하는 동시에 고속 A/D 변환을 통하여 디지털 데이터화한 후, 이를 디지털 신호 프로세싱(Digital Signal Processing) 및 최적의 진단 알고리즘을 거치게 한 다음, 진단결과를 유선으로 원격 감시진단 시스템에 전송함으로써, 유도전동기의 정확한 상태 감시 및 진단이 이루어질 수 있도록 한 고압 유도전동기 종합 온라인 상태 진단 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 구현예는 고압 유도전동기에 장착되어 1상의 전류를 측정하는 전류센서와; 진동을 측정하는 진동센서와; 온도를 측정하는 온도센서와; 부분방전을 측정하는 부분방전 센서와; 각 센서들의 검출 신호를 디지털 신호로 변환시키기 위한 A/D 컨버터와; A/D 컨버터로부터의 디지털 신호를 기반으로, 고압 유도전동기의 진단 알고리즘을 수행하는 연산부로서의 디지털 신호 처리장치와; 디지털 신호 처리장치와 유선통신으로 연결되어, 측정데이터 및 알고리즘 동작 결과를 출력하는 컴퓨터 및 진단 알고리즘 결과를 표시하는 LCD 디스플레이; 를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 고압 유도전동기 종합 온라인 상태 진단 장치를 제공한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 구현예는 고압 유도전동기에 연결된 전류센서에서 전류 1상을 검출하는 단계와; 진동센서에서 유도전동기의 진동을 검출하는 단계와; 부분방전 센서에서 3상 부분방전을 검출하는 단계와; 유도전동기의 소정 위치에 내장된 온도센서에서 실시간 온도변화를 측정하는 단계와; 각 센서로부터의 측정신호가 A/D 컨버터에서 디지털 신호로 변환되는 단계와; A/D 컨버터로부터의 디지털 신호를 기반으로, 고압 유도전동기의 진단 알고리즘을 수행하는 단계와; 디지털 신호 처리장치와 유선통신으로 연결된 컴퓨터에서 각 센서의 측정데이터 및 알고리즘 동작 결과를 출력하는 동시에 LCD 디스플레이에 표시하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 고압 유도전동기 종합 온라인 상태 진단 방법을 제공한다.
상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.
본 발명에 따르면, 고압 유도전동기에 전류를 측정하는 전류센서와, 진동을 측정하는 진동센서와, 온도를 측정하는 온도센서와, 부분방전(3상)을 측정하는 부분방전 센서 등을 연결하고, 각 센서 신호를 디지털 신호 프로세싱 및 최적의 진단 알고리즘을 거치게 한 다음, 그 진단 결과를 유선으로 원격 감시진단이 가능한 컴퓨터로 전송함으로써, 원거리에서 유도전동기의 정확한 상태 감시 및 진단이 용이하게 이루어질 수 있다.
이렇게 원거리에서 유선 통신을 통하여 고압 유도전동기의 진단이 이루어짐에 따라, 기존에 작업자가 직접 고압 유도전동기에 접근하여 진단을 실시함에 따라 안전상의 문제점을 해결할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 고압 유도전동기 온라인 진단 장치의 구성을 위한 모식도,
도 2는 본 발명에 따른 고압 유도전동기 온라인 진단 장치의 구성을 나타내는 블럭도,
도 3은 본 발명에 따른 고압 유도전동기 온라인 진단 장치를 실제로 구축한 예를 보여주는 사진,
도 4는 본 발명에 따른 고압 유도전동기 온라인 진단 장치의 센서 취부 구조를 설명하는 사진,
도 5는 본 발명에 따른 고압 유도전동기 온라인 진단 방법을 설명하는 순서도,
도 6은 본 발명에 따른 고압 유도전동기 온라인 진단 장치 및 방법을 실행하기 위한 프로그램 메인 화면.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명은 고압 유도전동기에 전류, 진동, 온도, 부분방전을 검출하는 센서를 장착하여, 유도전동기의 상태를 진단하고, 진단결과를 원거리에서도 유선 통신을 통하여 모니터링할 수 있는 고압 유도전동기 온라인 진단 장치 및 방법을 제공하고자 한 것이다.
먼저, 본 발명에 따른 고압 유도전동기의 온라인 진단을 위한 하드웨어 구성을 살펴보면 다음과 같다.
첨부한 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 고압 유도전동기의 온라인 진단을 위한 하드웨어 구성은 고압 유도전동기(10)에 유도전동기의 작동 상태를 검출할 수 있도록 설치되는 신호 측정장치와; 신호 측정장치에서 계측된 상태정보(전류, 진동, 온도, 부분방전 등) 신호 데이터를 유선 통신을 통하여 전송받은 후, 이를 분석하여 유도전동기의 상태를 진단할 수 있는 알고리즘의 C-Coding 변환을 이용하여 다수의 전동기의 상태를 감시 및 진단하는 온라인 모니터링 시스템으로 크게 나누어진다.
상기 고압 유도전동기(10)에 유도전동기의 작동 상태를 검출할 수 있도록 설치되는 신호 측정장치로서, 1상의 전류를 측정하는 전류센서(11)와, 진동을 측정하는 진동센서(12)와, 온도(RTD)를 측정하는 온도센서(13)와, 부분방전(3상)을 측정하는 부분방전 센서(14)를 포함한다.
바람직한 구현예로서, 상기 전류센서(11)는 고압 유도전동기의 단자함에 존재하는 3상 인출선중 하나(1상만 측정해도 무방함)에 장착되고, 상기 진동센서(12)는 고압 유도전동기(10)의 베어링 하우징(15) 위쪽에 장착되며, 또한 상기 부분방전 센서(14)는 3상을 동시에 측정할 수 있도록 단자함에 존재하는 3상 인출선에 연결되고, 상기 온도센서(13)는 써멀 커플러(Thermal Coupler) 또는 RTD 센서로서 전동기의 내부 소정 위치에 장착된다.
이때, 상기 전류센서(11, current sensor)는 고압 유도전동기의 임의의 1상 전류를 측정하는 것을 기본으로 하며, 주파수 특성이 우수한 클램프 타입(Clamp-type)의 홀센서(예를 들어, Tektronix사의 폐루프 타입)를 사용하는 것이 경제적이다.
이렇게 설치된 각 센서(11,12,13,14)들의 출력단은 신호 처리 회로(16: signal conditioning circuit)에 연결된다.
상기 신호 처리 회로(16)에는 각 센서(11,12,13,14)로부터의 입력신호들을 A/D 컨버터(17)에서 디지털 신호로 변환하기에 앞서, 게인 조절 및 신호를 필터링하는 역할을 하도록 게인 조절 및 필터회로 등이 포함된다.
이때, 신호 처리 회로(16)의 게인 조절을 위하여 센서로부터의 신호 경로가 되는 채널별 게인값을 참고로 각 채널의 게인값들을 구성하는 것이 바람직하고, 또한 신호 처리 회로(16)의 필터회로로서 저대역 필터(Low pass filter, fc = 40kHz)와, 고대역 필터(High pass filter, f=1Hz or 0.7Hz)로 구성된 대역통과필터(band-pass filter)가 사용되며, 또한 신호 처리 회로(16)에는 회로 보호를 위한 과전압 보호회로가 내장되도록 구성하는 것이 바람직하다.
상기 신호 처리 회로(16)의 각 출력단에는 센서의 검출 신호를 디지털 신호로 변환시키기 위한 A/D 컨버터(17)가 연결되는 바, 이 A/D 컨버터(17)는 시스템의 분해능과 관련된 매우 중요한 부품으로서, 측정신호의 주파수 분석 동적범위를 증가시키기 위하여 16 bit (±10V)를 사용해야 하며, 신호 처리 회로(16)의 각 출력단 즉, 채널별 샘플링은 200 kS/s(channel)에서 약 20.1초간 측정할 수 있도록 구성하고, 디지털 신호 처리장치(DSP, Digial Signal Processor)와의 통신 속도 향상을 위하여 병렬형 타입으로 채택되는 것이 바람직하다.
상기 디지털 신호 처리장치(18)는 소수점 이하 연산이 가능한 TMS320VC33-150을 이용하며, 디지털 신호 처리장치의 디지털 필터는 저대역 필터(Low pass filter, fc = 40kHz)가 포함된다.
이러한 디지털 신호 처리장치(18)에는 유도전동기 사양(정격용량, 정격전류, 정격전압, 회전수, ...)등의 파라메타 저장용 메모리이면서, 고압 유도전동기의 진단 알고리즘이 탑재된 4 Mbytes 용량을 갖는 플래시 메모리(19)가 연결되고, 또한 센서로부터의 측정 데이터를 임시 저장하는 임시 저장용 메모리로서 최근 측정결과만을 기록하고, 알고리즘 동작결과를 LCD에 출력하기 위한 최근 측정 데이터를 저장하는 32 Mbytes (default)용량을 갖는 램(20, SRAM)이 연결된다.
이때, 해당 고압 유도전동기의 사양 및 특성이 플래시 메모리(19)에 기록되는 바, 그 주요 입력 파라메타로는 정격출력, 정격전류, 극수, 회전수 => 1*4행렬, 전원주파수, 베어링 볼수, 회전자 슬롯(Slot)수 ⇒ 1*3행렬, 입력 파라미터의 범위는 1.모터의 극수: 1~8, 2.전원주파수: 50Hz, 60Hz 두가지, 3. 베어링 볼 수: 6 ~ 20개, 4. 회전자 슬롯 수: 20 ~ 60개 로 한정될 수 있다.
상기 디지탈 신호 처리장치(18)를 비롯한 플래시 메모리(19) 및 램(20) 등에 의하여 본 발명의 고압 유도전동기 감시 진단 알고리즘이 수행되는 바, 이 알고리즘을 수행하는 감시 진단 프로그램은 알고리즘의 운용을 위한 각종 변수들을 저장하고, 시스템으로 전송할 수 있고, 기본적인 데이타베이스를 구성하여 측정된 결과들에 관한 저장이 용이하며, 사용자가 쉽게 사용할 수 있도록 C-언어로 구축된다.
이때의 감시 진단 알고리즘은 첨부한 도 5의 순서도에서 보는 바와 같이, 각 센서의 측정 데이터의 종류에 따라 서로 다른 단계로 구축된다.
즉, 전류, 진동 신호의 경우 데이터를 취득한 후 각 신호를 이용하여 유도전동기의 슬립(slip) 및 회전주파수를 계산하고, 시간(Crest Factor, Kurtosis, Peak, RMS), 주파수 영역 결함별 진단 파라미터를 계산하며, 또한 부분방전 신호의 경우 유도전동기의 절연진단 파라미터로 사용되는 최대 부분방전 크기(MPM) 및 부분방전 발생 에너지(POE)를 취득한 데이터의 각 상 신호를 이용하여 계산하며, 온도 신호의 경우 유도전동기 내부 온도를 파악하기 위해 연속적인 계측값을 모니터링함으로써, 이렇게 계산된 각 신호 종류별 진단 파라미터를 종합하여 유도전동기의 결함을 종합적으로 판단할 수 있다.
한편, 상기 디지털 신호 처리장치(18)에서 이루어지는 진단 알고리즘 결과를 표시하는 장치로서, LCD 디스플레이(21, display)가 포함되며, 이 LCD 디스플레이는 유도전동기 사양 입력 및 진단결과를 디스플레이하고, 아울러 기능동작 정상 및 오류 램프 표시등을 디스플레이하며, 또한 시스템 동작 단계를 데이터 수집 진행 중 및 데이터 수집완료의 2단계로 표시함으로서 데이터 취득 유무를 확인할 수 있고, 그리고 온도센서에 의해 측정된 온도를 표시하게 된다.
또한, 고압 유도전동기와 멀리 떨어진 원거리 위치(진단 작업자가 상주 가능한 장소)에는 온라인 진단 및 감시를 위한 컴퓨터(22)가 설치되며, 이 컴퓨터는 디지털 신호 처리장치(18)와 통상의 유선통신으로 연결되어, 디지털 신호 처리장치(18)와 유선 통신을 이용하여 데이터를 주고 받으면서 측정데이터 및 알고리즘 동작 결과를 출력하게 된다.
여기서, 상기한 구성을 기반으로 하는 본 발명의 고압 유도전동기 온라인 진단 방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 고압 유도전동기(10)에 장착된 각 센서로부터 데이터를 취득하는 단계가 선행된다.
즉, 고압 유도전동기의 단자함에 존재하는 3상 인출선중 하나(1상만 측정해도 무방함)에 연결된 전류센서(11)에서 전류 1상을 검출한 신호와, 베어링 하우징(15) 위쪽에 장착된 진동센서(12)에서 유도전동기의 진동을 검출하는 신호와, 단자함의 3상 인출선에 연결된 부분방전 센서(14)에서 3상 부분방전을 검출한 신호와, 유도전동기의 소정 위치에 내장된 온도센서(13)에서 실시간 온도변화를 측정한 신호가 신호 처리 회로(16)로 입력되어 게인 조절 및 신호 필터링이 이루어진 후, 각 센서(11,12,13,14)로부터의 입력신호들이 A/D 컨버터(17)로 출력된다.
다음으로, 각 센서(11,12,13,14)로부터의 입력신호들이 A/D 컨버터(17)에서 디지털 신호로 변환된 다음, 디지털 신호 처리장치(18)로 입력된다.
이어서, 상기 디지탈 신호 처리장치(18)를 비롯한 플래시 메모리(19) 및 램(20) 등에 의하여 본 발명의 고압 유도전동기 감시 진단 알고리즘이 다음과 같이 수행된다.
상기 온도센서(13)에서 검출된 온도 신호 처리는 연속적으로 고압 유도전동기의 온도 계측값을 모니터링하고, 모니터링된 결과가 유선통신을 통하여 컴퓨터(22)로 전송되어 LCD 디스플레이(21)에 디스플레이됨으로써, 원거리에서 유도전동기의 온도 변화 경향을 분석할 수 있게 된다.
상기 전류센서(11) 및 진동센서(12)에서 검출된 전류 및 진동 신호를 기반으로 진단 대상 전동기의 슬립(slip) 및 회전주파수를 계산한다.
즉, 전류 신호의 경우 RSH(Rotor Slot Harmonic)을 이용하여 슬립(Slip) 및 회전주파수를 계산하고, 진동 신호의 경우 취득된 진동 신호를 FFT 변환하여 회전주파수를 추출한 후 이를 이용하여 슬립을 산출한다.
이렇게 계산된 슬립(Slip) 및 회전주파수를 이용하여 고압 유도전동기 고장 유형별 진단 파라미터 즉, 로터 바(Rotor Bar) 결함과, 베어링(Bearing) 결함과, 편심 결함 등을 포함하는 전동기의 고장 유형별 진단 파라미터를 계산한다.
구체적으로, 로터 바 결함 진단 파라미터는 로터 바 결함의 발생시 이상 신호가 발생하는 결함주파수에서의 신호 크기로 정해지며 결함주파수는 이전 단계에서 구해진 슬립을 이용하여 다음의 수학식 1 로부터 구해진다.
Figure pat00001
위의 수학식 1에서, f0 : 전원 공급 주파수, s : 슬립, k : 1,2,3,....
그리고, 회전자 편심 결함 진단 파라미터는 회전자 편심 결함의 발생시 이상신호가 발생하는 결함주파수에서 신호 크기로 정해지며 결함주파수는 이전 단계에서 구해진 슬립을 이용하여 다음의 수학식 2 로부터 구해진다.
Figure pat00002
위의 수학식 2에서, f0: 전원 공급 주파수, s: 슬립, nws: 1,2,3,...., R: 로터 바 슬롯 수, P: 극 쌍수, nd: 0(정적편심), 1(동적편심).
다음으로, 베어링 결함 진단 파라미터는 베어링 결함 발생시, 이상 신호가 발생하는 결함주파수에서 신호 크기로 정해지며, 결함 주파수는 이전 단계에서 구해진 회전주파수를 이용하여 다음의 수학식 3 및 수학식 4로부터 구해진다.
Figure pat00003
위의 수학식 3은 베어링 내륜 결함시 결함주파수로서, N: 베어링 볼수, fr: 회전주파수, BD: 베어링 볼 직경, PD: 베어링 피치 직경, φ: 접촉각(통상적으로 0).
Figure pat00004
위의 수학식 4는 베어링 외륜 결함시 결함주파수로서, N: 베어링 볼수, fr: 회전주파수, BD: 베어링 볼 직경, PD: 베어링 피치 직경, φ: 접촉각(통상적으로 0).
한편, 상기 부분방전 센서(14)에서 검출된 3상 부분방전 신호 처리는 3상 부분방전 신호의 MPM 및 POE값을 계산하여 경향을 분석하는 과정으로 이루어진다.
즉, 부분방전 신호를 기반으로 최대 부분방전 크기(MPM) 및 부분방전 발생 에너지(POE)를 산출하고, 산출된 결과값이 기준치 이상이이면 유도전동기의 절연체 등이 손상됨을 인지하여 후속 조치를 취하거나, 부분방전 열화요인을 파악하여 예방보수를 실시하게 된다.
이와 같이 상기 디지탈 신호 처리장치(18)를 비롯한 플래시 메모리(19) 및 램(20) 등의 하드웨어를 기반으로 본 발명의 고압 유도전동기 감시 진단 알고리즘이 수행되고, 그 결과값들은 유선통신을 통하여 컴퓨터(22)로 전송되며, 이에 작업자가 컴퓨터(22)에 내장된 유도전동기 진단 프로그램을 실행하여, 원거리에서 유도전동기의 각종 상태를 감시 진단할 수 있게 된다.
첨부한 도 6은 유도전동기 진단 프로그램의 메인 실행 화면을 나타낸다.
본 발명의 유도전동기 진단을 위한 프로그램의 구성을 도 6을 참조로 간략히 살펴보면, 고압 유도전동기 10개(UNIT #1 ~ UNIT #10)를 조작하여 해당 고압 유도전동기에 대한 조작 및 진단을 실행할 수 있는 전동기 선택창과, 전동기에서 측정한 3상 부분방전 신호의 MPM과 POE값을 나타내는 부분방전 분석창과, 전동기에서 측정한 전류 및 진동 신호에 대한 Min, Max, Average, RMS값을 나타내는 전류 및 진동 신호 분석창과, 모터의 결함이 어디에 발생하였는지를 그림을 통해 알려주는 전동기 그림창을 비롯하여, 진단 알고리즘을 시작 및 종료하기 위한 스타트(Start) 및 스탑(Stop) 버튼, 그리고 전동기의 기본 정보(전동기 모델, 용량, 전압, 전류, 극수, 전원주파수, 정격회전수, 회전자 슬롯수, 베어링 볼수 또는 롤러 베어링 치수, 전류 및 진동센서의 감도)를 입력하고, 데이터를 취득하는 전류, 진동 신호에 대한 옵셋(Offset) 및 게인(Gain)값 설정을 위한 옵션 기능창, 진단 결과를 상세하게 볼 수 있도록 데이타 뷰(Data view), 상세 분석, 경향데이터 등 3개의 창 선택이 가능한 데이타 버튼창 등이 포함된다.
이와 같이, 고압 유도전동기에서 전류, 진동, 온도, 3상의 부분방전 신호를 얻기 위한 계측을 시작하고, 계측이 완료된 후 통신으로 데이터를 전송받은 후, 진단 알고리즘의 이용하여, 부분방전 분석 창, 전류 및 진동 신호 분석 등, 해당 전동기에 대한 진단을 원거리에서 용이하게 실시할 수 있고, 이상과 같은 동작을 설정된 시간 간격마다 반복 수행, 저장하여, 고압 유도전동기의 결함에 대하여 상시 감시, 진단 및 이력을 관리할 수 있다.
즉, 전류, 진동 신호의 경우 데이터를 취득한 후 각 신호를 이용하여 유도전동기의 슬립(slip) 및 회전주파수를 계산하고, 시간(Crest Factor, Kurtosis, Peak, RMS), 주파수 영역 결함별 진단 파라미터를 계산하며, 또한 부분방전 신호의 경우 유도전동기의 절연진단 파라미터로 사용되는 최대 부분방전 크기(MPM) 및 부분방전 발생 에너지(POE)를 취득한 데이터의 각 상 신호를 이용하여 계산하며, 온도 신호의 경우 유도전동기 내부 온도를 파악하기 위해 연속적인 계측값을 모니터링함으로써, 이렇게 계산된 각 신호 종류별 진단 파라미터를 종합하여 유도전동기의 결함을 종합적으로 판단할 수 있다.
10 : 고압 유도전동기
11 : 전류센서
12 : 진동센서
13 : 온도센서
14 : 부분방전 센서
15 : 베어링 하우징
16 : 신호 처리 회로
17 : A/D 컨버터
18 : 디지털 신호 처리장치
19 : 메모리
20 : 램
21 : LCD 디스플레이
22 : 컴퓨터

Claims (11)

  1. 고압 유도전동기(10)에 장착되어 1상의 전류를 측정하는 전류센서(11)와;
    고압 유도전동기(10)에 진동을 측정하는 진동센서(12)와;
    고압 유도전동기(10)내에 장착되어 온도를 측정하는 온도센서(13)와;
    고압 유도전동기(10)에 장착되어 부분방전을 측정하는 부분방전 센서(14)와;
    각 센서(11,12,13,14)들의 검출 신호를 디지털 신호로 변환시키기 위한 A/D 컨버터(17)와;
    A/D 컨버터(17)로부터의 디지털 신호를 기반으로, 고압 유도전동기의 진단 알고리즘을 수행하는 연산부로서의 디지털 신호 처리장치(18)와;
    디지털 신호 처리장치(18)와 유선통신으로 연결되어, 측정데이터 및 알고리즘 동작 결과를 출력하는 컴퓨터(22) 및 진단 알고리즘 결과를 표시하는 LCD 디스플레이(21);
    를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 고압 유도전동기 온라인 진단 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 전류센서(11)는 고압 유도전동기의 단자함에 존재하는 3상 인출선중 하나에 연결되는 것을 특징으로 하는 고압 유도전동기 온라인 진단 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 진동센서(12)는 고압 유도전동기(10)의 베어링 하우징(15) 위쪽에 장착되는 것을 특징으로 하는 고압 유도전동기 온라인 진단 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 부분방전 센서(14)는 3상을 동시에 측정할 수 있도록 단자함에 존재하는 각 3상 인출선에 연결되는 것을 특징으로 하는 고압 유도전동기 온라인 진단 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 각 센서(11,12,13,14)들의 출력단에 연결되어, 각 센서(11,12,13,14)로부터의 입력신호들을 A/D 컨버터(17)에서 디지털 신호로 변환하기에 앞서, 게인 조절 및 신호를 필터링하는 신호 처리 회로(16)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고압 유도전동기 온라인 진단 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 디지털 신호 처리장치(18)에는 유도전동기 사양 파라메타 저장용 메모리이면서 진단 알고리즘이 탑재된 플래시 메모리(19)와, 센서로부터의 측정 데이터를 임시 저장하는 동시에 알고리즘 동작결과를 출력하는 램(20)이 연결된 것을 특징으로 하는 고압 유도전동기 온라인 진단 장치.
  7. 고압 유도전동기에 연결된 전류센서(11)에서 전류 1상을 검출하는 단계와;
    베어링 하우징(15) 위쪽에 장착된 진동센서(12)에서 유도전동기의 진동을 검출하는 단계와;
    단자함의 3상 인출선에 연결된 부분방전 센서(14)에서 3상 부분방전을 검출하는 단계와;
    유도전동기의 소정 위치에 내장된 온도센서(13)에서 실시간 온도변화를 측정하는 단계와;
    각 센서(11,12,13,14)로부터의 측정신호가 A/D 컨버터(17)에서 디지털 신호로 변환되는 단계와;
    A/D 컨버터(17)로부터의 디지털 신호를 기반으로, 고압 유도전동기의 진단 알고리즘을 수행하는 단계와;
    디지털 신호 처리장치(18)와 유선통신으로 연결된 컴퓨터(22)에서 각 센서의 측정데이터 및 알고리즘 동작 결과를 출력하는 동시에 LCD 디스플레이(21)에 표시하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 고압 유도전동기 온라인 진단 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 각 센서(11,12,13,14)로부터의 측정 신호가 신호 처리 회로(16)로 입력되어 게인 조절 및 신호 필터링이 이루어지는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고압 유도전동기 온라인 진단 방법.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 고압 유도전동기의 진단 알고리즘을 수행하는 단계에서, 온도센서(13)에서 검출된 온도 신호 처리 과정은 연속적으로 고압 유도전동기의 온도 계측값을 모니터링하고, 유도전동기의 온도 변화 경향을 분석하는 것을 특징으로 하는 고압 유도전동기 온라인 진단 방법.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 고압 유도전동기의 진단 알고리즘을 수행하는 단계에서, 전류센서(11) 및 진동센서(12)에서 검출된 전류 및 진동 신호를 처리하는 과정은 전류 및 진동 신호를 기반으로 진단 대상 전동기의 슬립(slip) 및 회전주파수를 계산하고, 계산된 슬립 및 회전주파수를 이용하여 유도전동기의 회전속도를 산출한 후, 고압 유도전동기 고장 유형별 진단 파라미터를 계산하는 과정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고압 유도전동기 온라인 진단 방법.
  11. 청구항 7에 있어서,
    상기 고압 유도전동기의 진단 알고리즘을 수행하는 단계에서, 부분방전 센서(14)에서 검출된 3상 부분방전 신호 처리는 3상 부분방전 신호의 MPM 및 POE값을 계산하여 경향을 분석하는 과정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고압 유도전동기 온라인 진단 방법.
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