크닉(Knick)의 고전압 절연 증폭기와 듀소프트(Dewesoft) DAQ 시스템을 통한 철도 인프라의 현대화

전 세계의 크고 작은 도시에서 매일 수십억 명이 대중교통을 이용합니다. 철도 운영에는 수백 개의 견인 전류 변전소, 회로 차단기, 변압기, 정류기 및 보호 릴레이의 모니터링과 유지·보수가 필요합니다. 철도 인프라에서는 전압, 전류 및 온도와 같은 수많은 수치를 연속 측정해야 합니다. 대중교통 운영 업체는 기존 측정 시스템으로는 이러한 수량의 채널을 감당할 수 없다는 문제를 맞닥뜨렸습니다. 이러한 과제를 해결하기 위해 대중교통 운영업체는 철도 기술을 위한 고전압 트랜스미터와 데이터 기록 시스템을 찾았습니다. 대중교통 운영업체가 찾은 해결책과 그 해결책으로 인한 이점은 다음 포스팅에서 확인할 수 있습니다.

과제

변전소 및 상호 연결 지점의 전압, 전류 및 온도 모니터링은 기술적으로 까다로운 요건을 제시합니다. 특히 고속 회로 차단기, 변압기, 정류기 및 보호 릴레이가 있는 시스템에서는 더욱 까다롭습니다. 기동 차량, 전류 및 전압값과 변전소 구성 부품의 모니터링은 서로 밀접하게 연관되어 있으며, 여기에는 고절연 DAQ 시스템과 고전압 트랜스미터가 필요합니다. 운수업체의 엔지니어는 동기 데이터 기록을 위한 분산형 시스템이 필요함을 인지하고 해결책을 찾았습니다.

운수업체의 열차는 전기적으로 구동되므로 높은 전압 및 전류의 모니터링이 중요합니다. 이러한 데이터를 확실하게 기록하기 위해서는 사용되는 하드웨어에 신뢰할 수 있는 전위 차단 장치가 있어야 합니다. 또한 측정은 매우 정확하고 빠르게 이루어져야 합니다. 견인 변전소 장비의 성능과 관련하여 이러한 전기 수치의 올바른 분류는 매우 중요합니다.

트랜스미터, 보호 릴레이 및 고속 회로 차단기 간의 직접 통신을 통해 단락 및 기타 가능한 위험한 이벤트들을 조기에 감지하고 빠르게 해결할 수 있습니다. 작동 조건이 변화할 때 일시적인 절차를 안정적으로 기록하기 위해서는 안전성, 속도 및 정확도가 중요합니다.

변압기와 정류기는 전원 공급망의 교류 전압의 전류를 변환하여 견인 전원 시스템에 공급합니다. 온도 상승은 전기적 연결이 느슨하거나 마모되었거나 결함이 있음을 나타낼 수 있습니다. 따라서 다양한 측정 포인트를 반드시 모니터링해야 합니다.

정확한 전압, 전류 및 온도 모니터링을 통해 대중교통 운영업체는 문제가 작동을 저해하거나 안전상의 문제를 초래하기 전에 이를 해결할 수 있습니다. 연속 모니터링을 통해 운수업체는 철도 시스템의 전체 상태를 측정하는 동시에 시스템 장애의 원인을 분석하기 위한 중요한 과거 데이터를 기록합니다. 유지·보수 팀은 이를 통해 언제든지 시스템 상태에 대한 정보를 확인할 수 있으며 잠재적인 작동 중단을 효과적으로 방지할 수 있습니다.

대중교통 운영업체의 엔지니어는 시장을 분석했으며 이 과정에서 크닉(Knick)의 고절연 트랜스미터와 듀소프트(Dewesoft)의 DAQ 시스템인 Krypton을 마주하게 되었습니다.

첫 번째 솔루션: 크닉(Knick)의 트랜스미터

운수업체의 전기 규정에는 트랜스미터에 대한 요건을 담은 포괄적인 목록이 포함됩니다. 여기에는 연속 사용 전압으로부터 보호하기 위한 2.2 kV 이상의 장기적으로 효과적인 절연과 일시적 과전압으로부터의 보호를 위한 10 kV의 시험 전압이 포함됩니다. 일시적 신호 특성을 정밀하게 기록하기 위해서는 트랜스미터의 공칭 범위의 최소 200%에 달하는 측정값이 선형이어야 합니다. 전송 속도는 중요한 역할을 합니다. 입력 신호의 90 %가 변화하면 110 마이크로초 이내에 출력에 반영됩니다. 이를 T90이라고 합니다.

크닉(Knick)의 트랜스미터 P41000 제품군의 시험 데이터는 공칭 범위의 두 배에 이르는 영역에서도 뛰어난 선형성을 입증합니다.

대중교통 운영업체는 크닉(Knick)의 전류 트랜스미터 P41000 제품군과 크닉(Knick)의 전압 트랜스미터 P42000 제품군으로 결정하였습니다. 이 모델은 프로젝트의 요건을 충족하거나 심지어 이를 뛰어넘습니다. 또한 수년 간 철도 분야의 까다로운 사용 분야를 위한 표준 트랜스미터로서의 입지를 확립해왔습니다.

이 컴팩트한 장치는 DIN 레일에 장착할 수 있습니다. 입력 및 출력 파라미터 설정은 유연하게 선택할 수 있습니다. 범용 전압 공급 장치는 20 ... 253 V AC / DC를 지원합니다. 입력, 출력 및 공급 장치 간에 전기적 3-포트 분리는 최대 3,600 V AC/DC의 영구 전압 보호를 제공합니다.

P41000는 분로 전압을 통해 전류를 측정하며 이 경우 운수업체 중 한 곳이 선택한 공칭 입력은 ±50 mV입니다. 고성능 분로와 함께 최대 25 kA DC의 전류를 정밀하고 안전하게 측정할 수 있습니다.

대중교통 운영업체는 전압 트랜스미터 P42000를 이용하여 양극 공칭 범위 1,000 V DC의 모니터링과 최대 ±2000 V DC의 시스템 장애 감지를 계획했습니다. 철도 시스템에서의 크닉(Knick)의 고전압 트랜스미터의 장점은 곧바로 드러났습니다. 이 제품은 5 kHz가 넘는 컷오프 주파수에서도 데이터를 제공합니다.

Knick’s P41000 and P42000 series high-voltage transducers

두 번째 솔루션: KRYPTON

KRYPTON DAQ 모듈은 보호 등급 IP67을 -40 ... 85 °C(-40 ... 185 °F)의 극단적인 작동 온도 및 최대 100 g의 내충격성과 결합합니다. 이때 성능은 저하되지 않습니다. KRYPTON 모듈은 컴팩트한 설계로 대중교통 인프라의 제어 캐비닛에 문제 없이 통합할 수 있습니다.

듀소프트(Dewesoft)의 KRYPTON DAQ는 단일 및 다채널 모듈을 포괄합니다.

KRYPTON 모듈은 최고의 DAQ 성능을 위해 각 채널에서 안티 에일리어싱 필터를 포함한 24비트 ADC를 사용합니다. KRYPTON 모듈은 대역폭과 동시에 높은 정밀한 측정 결과를 제공합니다. 절연 및 표준화된 산업용 연결부도 중요한 역할을 합니다. KRYPTON 모듈은 EtherCAT을 통해 통신합니다. 이 EtherCAT은 단 하나의 케이블을 통해 전류, 신호 및 시간 정보를 전송하기 위해 DAQ 시스템에 맞춰 특별히 조정된 이더넷 인터페이스입니다. EtherCAT 프로토콜은 측정 체인의 모든 모듈의 시간 동기화를 보장합니다.

20 kHz의 샘플링 주파수로 KRYPTONi-8xLA 모듈은 동시에 FFT 및 모든 아날로그 입력의 조화 분석을 실시합니다. 자체 수식 작성, 필터 및 실시간 통계와 같은 기능으로 인해 듀소프트(Dewesoft)는 이상적인 솔루션입니다.

KRYPTONi-16xDI 모듈의 디지털 입력은 DC 릴레이의 디지털 입력/출력 신호를 정밀하게 측정합니다. 이러한 디지털 신호는 회로 차단기 차단 전 및 후에 최대 샘플링 주파수를 이용한 기록을 시작하며 이 때 단기 피크 전압을 손실 없이 높은 정확도로 측정합니다. 이러한 고속 기록은 장애의 원인을 파악하는 데 중요하며 대중교통 운영업체의 엔지니어가 해결책을 개발하고 향후 장애를 방지할 수 있도록 돕습니다.

KRYPTONi-8xLA 모듈

KRYPTONi-16xDI 모듈

결과

대중교통 운영업체는 철도 인프라를 업그레이드하기 위해 전략적으로 크닉(Knick)과 듀소프트(Dewesoft)의 솔루션에 투자했습니다. 크닉(Knick)의 트랜스미터의 확장된 트랜스미터는 듀소프트(Dewesoft)의 KRYPTON 모듈의 입력에 완벽하게 맞습니다. 이러한 장치는 과거 및 실시간 데이터를 측정하고 분석하여 운수업체의 엔지니어는 탄탄한 결정을 내릴 수 있습니다. 이는 실시간으로 배전 시스템의 예기치 못한 고장을 감지하고 이에 대응합니다. 전기 시스템과 이를 사용하는 사람의 안전이 항상 최우선시됩니다.

견인 전류 시스템의 모니터링 및 유지·보수는 상당히 어려운 과제입니다. 제안된 솔루션과 노하우를 결합하여 대중교통 운영업체의 엔지니어는 다운 타임을 줄이고 성능을 개선하며 효율성을 높였습니다. 이러한 개선 사항은 승객의 만족도를 높입니다.