석탄광산 고전압 전기설비에 무선 온도측정 시스템 적용

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추상적인:사회 경제의 지속적인 발전에 따라 전력 시스템은 고전압, 고용량 방향으로 나아가고 있습니다. 전력 시스템의 새로운 기술과 장비가 끊임없이 등장하고 송전 용량은 지속적으로 향상되고 있습니다. 그러나 고전압 전기 장비가 전달하는 고전압 전력 부하 또한 자체 온도 상승을 유발하여 전력망의 안정성을 위협하는 원인이 됩니다. 장비 온도는 현재 전력망에서 전력 송전 장비의 안정적인 운영에 중요한 매개변수가 되었습니다. 본 논문에서는 고전압 전기 장비의 온도 상승 원인을 바탕으로 무선 온도 측정 시스템의 구조와 응용 분야를 분석하고, 응용 분야의 장단점을 분석하며, 우리나라 전력 시스템의 안정적인 운영과 발전을 위한 참고 자료를 제공하는 응용 사례를 제시합니다.

예어:무선 온도 측정 시스템; 고전압 전기 장비; 장점 및 단점

우리나라 전력계통의 고전압 전기설비는 절연된 스위치 접속점, 모선 노드 등 다양한 접속점을 가지고 있습니다. 제조나 안전공정의 품질 문제로 인해 많은 기기가 접촉 불량 문제를 겪게 되고, 사용 중 큰 저항이 발생하여 온도 상승 문제가 발생하게 됩니다.

1. 고전압 전기기기의 온도상승 원인

온도 측정 시스템의 적용은 온도 상승 문제의 원인 분석과 불가분의 관계에 있습니다.첫째, 고전압 전기 장비 자체의 품질 및 설치 문제, 특히 장비 볼트 접합부 문제입니다.연결 지점이 표준을 충족하는지 여부와 조임이 표준을 충족하는지 여부는 모두 저항 강도에 영향을 미칩니다.많은 장비 연결은 설치 중에 고르지 않고 거친 문제가 발생합니다.불충분한 연삭은 저항 증가 및 접촉 불량으로 이어져 장비 사용에 영향을 미치고 온도 상승 문제를 명확하게 드러냅니다.둘째, 고전압 전기 장비 운송 중 부주의한 보호는 충돌을 유발하여 연결 지점이나 주요 부품의 변형을 초래하고 접촉 불량을 초래합니다.셋째, 고전압 전기 장비의 금속 표면 자체는 부식이나 산화 반응을 일으키기 쉬우며, 장비 표면의 문제 또한 장비의 접촉에 영향을 미칩니다. 고온, 비, 눈, 강풍 등 일부 전기 장비의 열악한 작업 환경은 장비 자체의 노화를 가속화하여 심각한 온도 상승 문제를 야기합니다. 넷째, 외부 요인은 장비 연결부의 접촉 불량에 영향을 미칩니다. 많은 장비 운영 현장은 비교적 복잡하고, 장비 설치, 사용, 유지 보수 등 다양한 연결 과정에서 실수가 발생하기 쉬워 여러 케이블 커넥터와 절연 스위치의 접촉 불량 및 심각한 온도 상승 문제를 초래합니다. 다섯째, 장비는 장시간 고부하 압력을 받습니다. 고전압 전기 장비 자체가 고전압 전기의 송전 및 인가를 담당합니다. 전류가 너무 커서 장비의 용량을 초과하면 전류 자체의 열 효과와 결합하여 장비 온도가 급격히 상승합니다.

실제 장비 작동 시, 위의 다섯 가지 문제는 회로 차단기, 분리기, 케이블 연결부, 부싱, 버스 바 등의 연결부에서 발생합니다. 이러한 부위에는 결함이 많고 온도 상승 문제가 발생하기 쉽습니다. 일상적인 점검 및 유지 보수 시, 담당자는 점검 및 유지 보수에 집중해야 합니다. 장비 점검 시, 장비의 온도 측정은 사용 중 장비의 상태를 파악할 뿐만 아니라 접촉 불량이나 과부하로 인해 발생하는 과열을 적시에 감지할 수 있습니다. 충전 상태에서는 전류와 열의 영향으로 내부 온도가 외부보다 높은 것은 정상이지만, 장비 자체의 고장이나 과부하로 인한 열 변화는 면밀히 모니터링해야 합니다. 이러한 온도 상승 문제는 장비의 노후화를 심화시켜 장비 수명을 단축시키고, 심지어 장비가 소손될 수도 있습니다. 따라서 고전압 전기 장비에 온도 측정 시스템을 적용하는 것이 매우 중요합니다.

중국에서 고전압 전력 설비에 가장 많이 사용되는 온도 측정 방법은 온도 표시 왁스 칩 방식, 적외선 온도 측정 방식, 광섬유 온도 측정 방식, 무선 온도 측정 시스템입니다.온도 표시 방식과 적외선 온도계는 모두 수동으로 작동하며 실시간으로 데이터를 수집할 수 없습니다.광섬유 측정을 통해 실시간 측정 결과를 얻을 수 있습니다.그러나 고저압의 경우 환경 요인을 완전히 차단할 수 없으며 고전압 계측기의 전기 계측 사양 요구 사항을 충족할 수 없습니다.또한 캐비닛에 설치할 때 광섬유의 고온 내성 및 배선 어려움과 같은 문제로 인해 설치에 큰 장애가 있습니다.기존 무선 온도 측정 기술은 주로 현재 무선 전송 모드에 의존하여 1차 및 2차 루프의 연결 및 부착 문제를 극복하여 고전압 전력 사용의 안전성을 향상시킵니다.

2. 무선 온도 측정 시스템 구조 및 장비 적용 분석

무선 온도 측정 시스템의 구성은 온도 센서 부분과 온도 모니터링 결과 표시 및 분석 부분, 그리고 시스템의 하드웨어와 소프트웨어로 나눌 수 있습니다.그림 1과 같이 고전압 전력 장비용 무선 온도 측정 시스템의 구조는 일반적으로 스위치 캐비닛, 케이블 조인트, 퓨즈 등의 접합부에 온도 센서를 설치합니다.측정의 정확성을 보장하기 위해 센서는 일반적으로 시험 대상과 동일한 전압 위치에 있으며 수집된 신호는 무선 기술을 사용하여 전송 및 표시됩니다.온도 측정의 안전을 보장하기 위해 고전압 및 저전압 작동 부품은 누출 및 기타 사고를 방지하기 위해 절연됩니다.일반적으로 작업 장비의 외부 표면에 여러 채널이 제공되어 여러 위치의 실시간 모니터링 및 데이터 처리를 수행합니다.그런 다음 수신기에서 수신한 데이터는 직렬 또는 병렬 포트를 통해 컴퓨터로 전송되고 사전 프로그래밍된 프로그램에 의해 분석 및 처리됩니다.

그림 1 고전압 전력 설비용 무선 온도 측정 시스템 구조 개략도

2.1 온도 센서

온도 센서의 기능은 온도 신호를 전기 신호로 변환하는 것입니다. 일반적으로 Pt100 열전대 계측기를 사용하며, 측정 정확도는 섭씨 0.1도까지 가능합니다. 제로 플럭스 소형 전류 센서도 사용할 수 있으며, 이 역시 높은 응용 가치를 갖습니다. 기술적으로 말하면, 자기 센서는 저손실 퍼멀로이를 철심으로 선택하고 특수 음압 기술과 보호 수단을 사용하여 철심에 대한 자동 보상을 실현하여 철심이 자속이 없는 이상적인 작동 조건에 있도록 합니다. 무선 온도 센서에는 온도 측정 장치 외에도 전원 공급 장치, 측정 회로, 논리 제어 회로 및 특정 주파수의 무선 통신 회로가 포함됩니다. 더 높은 작동 조건에 적응하기 위해 일반적으로 고온, 고압 열수축 튜브에 패키징되어 장기간 사용을 보장하기 위해 특정 방수 및 방진 특성을 갖추고 있습니다. 무선 온도 측정 장비의 작업 영역은 일반적으로 작기 때문에 사용 중 작업 조건을 충족시키기 위해 크기를 최대한 줄여야 합니다. 온도 센서를 사용할 때 내열성 접착 와이어 또는 접착 기술을 사용하여 열 감지 요소를 물체 표면과 결합할 수 있지만 접점을 가깝게 유지하여 감소시켜야 합니다. 측정 오차. 무선 온도 센서는 넓은 선형 작동 범위를 가져야 합니다. 일반적으로 -55~130°C의 온도 감지 소자를 선택하며, 다양한 작동 조건에서의 측정 정확도 및 측정 오차 요건에 따라 온도 센서를 선택합니다.

2.2 무선 온도 감지기

무선 온도 감지 시스템은 여러 개의 수신 채널을 통해 여러 측정 지점을 실시간으로 처리하고 표시할 수 있습니다. 무선 온도 감지기에는 판단 및 장애 처리 기능이 있습니다. 직원이 사전에 안전 구역을 설정하고, 수집된 정보를 무선 온도 감지기가 설정된 임계값과 비교합니다. 온도가 임계값을 초과하면 오류 처리 모듈로 이동하여 경고 메시지를 출력하고, 고/저 레벨 경보 신호와 경보음을 발생시킵니다. 무선 온도 감지기는 기본적인 감지 및 경보 기능 외에도 정보 전송 기능을 갖추고 있습니다. 데이터 회선이나 직렬/병렬 포트 통신 칩을 통해 컴퓨터에 연결하여 직원이 여러 스위치 및 접점 부품을 실시간으로 모니터링하고 작동 상태를 제어하여 기존 안전 문제를 적시에 발견할 수 있습니다.

2.3 실시간 온도 모니터링 시스템

위에서 언급한 센서 및 감지기와 같은 하드웨어 설비와 비교할 때, 실시간 온도 모니터링 시스템은 무선 온도 측정 시스템의 소프트웨어 시스템에 더 가깝습니다.실시간 온도 모니터링 시스템은 전반적인 무선 온도 측정 하드웨어 작동, 데이터 처리, 신호 수집 및 기타 기능을 통합한 것입니다.클라이언트 인터페이스를 통해 직원과 통신하고 지침을 업로드 및 발행합니다.운영자의 노동 강도를 줄이기 위해 기술자들은 위의 설명을 충족하는 실시간 온도 모니터링 시스템을 개발하여 하드웨어 부분의 온도 측정 결과를 분석 및 처리합니다.실시간 온도 모니터링 시스템은 온도 표시, 데이터 저장, 이력 데이터 분석 및 비교, 고장 경고, 고장 분석, 장비 작동 상태 분석 등의 기능을 갖추고 있으며, 하드웨어 부분의 기능을 통합하고 보완할 수 있습니다.실시간 온도 모니터링 시스템 설계 시, 중복 데이터 처리 작업을 위해 몇 가지 모듈식 설계 방법을 사용할 수 있으며, 각 모듈 단위는 기능에 따라 분해되고 데이터는 범주별로 저장 및 처리됩니다. 이러한 모듈형 설계 방식은 실시간 온도 모니터링 시스템의 적용성과 안전성을 더욱 높일 수 있습니다. 실시간 온도 모니터링 시스템은 기술자들이 방대한 양의 데이터를 수집, 추출, 비교 및 ​​분석하는 데 도움을 줄 수 있으며, 다양한 장비의 온도 변화에 따른 다양한 이상 상황을 실시간으로 보고하여 장비의 정상 작동을 보장합니다. 또한, 실시간 온도 모니터링 시스템은 뛰어난 수학적 연산 및 시각화 성능을 갖추고 있어 특정 기간의 데이터를 차트로 표시하고, 향후 유지보수를 용이하게 하기 위해 데이터를 표시할 수 있습니다.

3. 고전압 전기 장비에 적용되는 무선 온도 측정 시스템의 장단점

3.1 전기 장비에 적용되는 무선 온도 측정 시스템의 기술적 장점

과학기술의 발전에 따라 무선 온도 측정 시스템은 수많은 업그레이드와 업데이트를 거쳤으며, 성능은 더욱 강화되었고 온도 모니터링은 더욱 정확해졌습니다. 현재 전력 시스템은 무선 온도 측정 시스템의 실시간성과 정확성을 더욱 요구하고 있으며, 특히 고전압 전기 장비의 경우 더욱 그렇습니다. 무선 온도 측정 시스템은 고전압 전기 장비의 적용에 따라 지속적으로 조정됩니다. 신호 수신 측면에서, 무선 온도 측정 시스템은 고전압 전기 장비의 특성을 기반으로 높은 신호 주파수를 확장하여 안정성이 우수하고 외부 요인의 영향을 쉽게 받지 않습니다. 무선 통신 기술을 사용하여 신호 전송이 비교적 간단하고 에너지 소비와 비용이 적으며, 수신된 데이터에 따라 분석 및 처리가 가능합니다. 또한 기상 조건의 영향을 받지 않고 계측기의 작동 상태를 실시간으로 모니터링할 수 있습니다. 계측기의 온도는 실시간으로 모니터링하여 감지 오류를 방지할 수 있습니다. 동시에, 장비의 과열 경보는 사용자의 요구에 따라 설정될 수 있으며, 운영자에게 소리와 신호를 통해 특정 장비 위치를 알릴 수 있습니다.

3.2 전기기기에 무선온도측정시스템 적용 미흡

무선 온도 측정 시스템을 이용하여 고전압 전기 설비의 온도를 측정하면 변전소 운영자의 점검 작업 강도를 줄이고 설비의 안전 성능을 향상시킬 수 있습니다. 그러나 실제 사용 시 무선 온도 측정 시스템에는 몇 가지 단점이 있습니다. 첫째, 무선 온도 측정 시스템은 능동형 기술로, 전원 공급을 위해 내장 배터리가 필요합니다. 배터리가 방전되면 무선 온도 측정 시스템이 자동으로 종료되어 작업자는 설비의 온도를 확인할 수 없으며, 회선을 분리하여 배터리를 교체해야만 연결이 복구됩니다. 결과적으로 변전소의 스위칭 작업 횟수와 예상치 못한 정전이 크게 증가합니다. 이 문제를 해결하기 위해 기술을 개선하여 내장 배터리를 수동형 전원 공급 장치로 교체하고 고정점 전류에서 발생하는 전자기파를 전력으로 사용하여 전체 시스템의 신뢰성을 향상시켰습니다. 둘째, 전원 공급 장치의 일부 온도 제어 표시기가 실제 적용 시 종종 고장을 일으킵니다. 무선 온도 측정 센서의 배터리가 부족하다고 사전 판단됩니다. 정전 후 무선 온도 측정 센서를 교체한 후에도 이러한 현상이 지속됩니다. 이 경우, 현장을 감지하고 수신단 설치 상태를 점검하며, 온도 측정 지점과 무선 온도 측정 시스템 간의 거리를 줄여 이러한 상황을 방지해야 합니다. 또한, 자체 능동 기술을 탑재한 무선 온도 센서는 배터리를 교체할 수 없습니다. 배터리 부족을 감지하면 무선 센서를 교체해야 합니다. 이는 계측기 유지 보수 비용을 증가시킬 뿐만 아니라 장비의 자원 소모를 초래합니다.

4. 무선 온도 측정 시스템의 적용 사례

국내 온도 측정 기술 발전은 해외 무선 온도 측정 시스템 기술에 비해 상대적으로 뒤처져 있지만, 최근 몇 년간 국내 업계의 지속적인 관심으로 이 분야의 투자, 인력, 물적 자원이 향상되었습니다. 전력 산업에는 많은 보조 장비, 특히 전력 운전 모니터링 장비가 있습니다. 즉, 선로가 일정 부하 또는 고온에 도달하면 장치가 자동으로 전원 공급을 중단하여 사고를 방지합니다. 이러한 실용적인 신제품은 주로 고전압 전기 장비에 사용되며, 인터페이스가 미리 설치되어 있어 교체가 불가능합니다. 저항 발생을 어느 정도 줄일 수 있지만, 장시간 작동으로 인해 고장이 발생하기 쉽고, 이는 장치 자체의 저항을 증가시키고 작동 중 열을 증가시킵니다. 따라서 장기간 사용 시 안전 사고가 발생하기 쉽고, 사람들의 신체와 재산의 건강을 위협할 수 있습니다. 이러한 상황에 대응하여 일부 국내 기업은 무선 온도 측정 기술을 전력 생산에 적용하고 있습니다. 이 기술의 보급으로 이제는 전력 산업뿐만 아니라 온도 상승 문제가 있는 다른 산업에서도 널리 사용되고 있습니다.

5. 적용 시나리오

전기 접점 온라인 온도 측정 장치는 고전압 및 저전압 스위치 캐비닛, 회로 차단기 접점, 나이프 스위치, 고전압 케이블 중간 헤드, 건식 변압기, 저전압 및 고전류 장비의 케이블 접합부 온도 모니터링에 적합합니다. 작동 중 산화, 느슨함, 먼지 및 기타 요인으로 인한 과도한 접촉 저항 및 발열로 인한 잠재적 안전 위험을 방지하여 장비 안전성을 향상시키고, 장비 작동 상태를 적시에, 지속적으로, 정확하게 반영하며, 장비 사고율을 줄일 수 있습니다.

6. 시스템 하드웨어 구성

7. 결론

센서, 무선 데이터 통신, 데이터 마이닝 등 기술의 지속적인 발전으로 고전압 전기 온도 실시간 모니터링 시스템은 더욱 과학화될 것입니다. 무선 온도 측정 시스템의 응용 및 보급으로 우리나라 전력 산업 또한 더욱 안정적이고 안전해졌으며, 기술 발전은 우리나라 발전에 크게 기여했습니다.

참고문헌:

[1] Acrel Enterprise Microgrid 설계 및 응용 매뉴얼. 버전 2022.05

온도 온라인 모니터링 시스템은 주로 장비 계층의 온도 센서와 온도 수집/표시 장치, 통신 계층의 엣지 컴퓨팅 게이트웨이, 스테이션 제어 계층의 온도 측정 시스템 호스트로 구성되어 전력 변환 및 배전 시스템의 주요 전기 부품에 대한 온라인 온도 모니터링을 실현합니다.