절연체 내부의 보이드로 인하여 부분방전이 발생하면 국부 파괴와 완전절연파괴의 원인이 된다. 부분방전으로 생기는 트리잉은 절연재료를 열화시키며 부분방전 메카니즘 연구의 한 축을 이룬다. 이에 절연 파괴를 미연에 예측하고 감시하는 기술의 개발은 매우 중요하다. 이러한 관점에서, 부분방전의 메카니즘을 본래의 관점에서 비 선형적으로 해석할 수 있는 기법의 도입은 중요한 의미를 갖는다. 절연체의 부분방전을 시간 전개에 따라 해석함으로써 이후 실시간 감시 시스템 구축에 기초가 될 것이며 지금까지 수없이 시도 되어온 통계적인 방법과의 비교분석 및 데이터 베이스화에 따른 더욱 객관적이고 정확한 감지 결과가 기대된다. 부분방전 신호는 음향센서를 거쳐 개인용 컴퓨터에서 비선형적 해석기법과 통계적인 $\Phi$-q 기법을 적용하여 해석하였으며, 이 해석 결과는 다양한 해석 기준을 제공해 줄 것으로 기대된다.
화력발전소 S/Y(switchyard)의 362 kV GIS에 대한 부분방전 정밀측정을 수행하였다. 2005년 부터 화력발전소 S/Y GIS의 고장예방을 위해 설치 운전승인 UHF 부분방전 상시감시시스템에서 상당히 큰 부분 방전신호가 지속적으로 감지되었다. 상시감시시스템에서 방전신호의 원인을 부유전극으로 추정하였으며, 이에 해당 사업소에서 감지된 방전신호의 노이즈 여부 및 방전 발생위치 추정을 위한 기술지원을 요청하였다. 이에 따라 전력연구원은 방전신호를 정밀 측정한 후 PRPD(phase resolved partial discharge) 분석을 통해 부유전극이 GIS 내부에 존재함을 확인하였으며, TOA(time of arrival)법에 의해 제 1 발전기 step-up 변압기부터 인근 가스절연모선 사이에 결함이 존재하는 것으로 추정하였다. 전력연구원의 측정결과를 바탕으로 발전소측에서 해당 개소를 분해 점검한 결과 가스절연모선의 중앙도체를 지지하는 supporting insulator 금구류의 접촉불량에 의한 부유전극 결함을 발견하고 보수하였다. 보수후 상시감시시스템에서 방전신호가 검출되지 않음에 따라 방전원인이 제거되었음을 확인하였다.
광학적 잡음과 전기적 잡음을 복합적으로 제거할 수 있는 하이브리드 필터를 채용하고 펄스형태의 아크 광 신호를 적분하여 수신되는 아크에너지의 크기로 감지할 수 있는 원격감시 기능을 갖는 고감도 부분방전 센서를 구현하였다. 하이브리드 필터는 부분방전 센서가 설치되는 배전반 내 환경에서 내부 형광등과 백열등 조명에 대하여 영향을 받지 않음을 보여주었다. 종래에는 아크광의 불규칙한 파형특성으로 인하여 첨두치가 감지되어 아크광의 크기에 비례한 선택적 감지가 어려웠으나, 센서에 적용된 적분연산 기능은 각기 다른 아크광의 에너지 레벨에 대하여도 선택적으로 감지가 가능함을 실험적으로 보여주었다. 센서는 2m 이격된 원격지에서 100A 저압 MCCB의 정상 개폐 시 발생하는 섬광에 해당하는 광 에너지에 대해서도 감지가 가능함을 보여주어 원격감시 기능을 갖는 고감도 부분방전센서에 적용 가능함을 보여주었다.
본 논문에서는 초음파 센서를 이용하여 부분방전에 의해 발생하는 기준준위 이상의 초음파 펄스수를 계수하여, 전력용 변압기의 부분방전 진전을 상시 감시할 수 있는 예방진단기술에 관하여 연구하였다. 실험결과, 초음파 발생장치 및 침-평판전극에 일정전압을 인가하여 일정한 초음파 및 부분방전을 발생시킬 경우에 측정한 초음파 펄스수의 경향은 일정하였으며, 침-평판전극에 인가전압을 상승시켜 부분방전을 임의로 크게 하거나, 침-평판전극에 절연지를 삽입하고 일정전압을 인가하여 부분방전을 진전시킬 경우의 초음파 펄스수는 부분방전의 진전과 더불어 증가함을 보여, 본 연구에서 제시한 진단장치를 이용하여 부분방전의 진전을 상시 감시할 수 있음을 확인하였다.
GIS 예방진단을 위해 개발한 "UHF 온라인 부분방전 상시감시시스템"을 실 변전소에 설치하여 실증시험을 수행하였다. 345 kV급 변전소의 GIS 2개 bay를 감시하기 위해, GIS에 설치된 총 14개의 UHF 센서로부터 측정된 방전신호를 변전소 switchyard에 설치된 local unit에서 수집하였다. Local unit에서 UHF 대역의 방전신호를 디지털 신호로 변환한 후, 광섬유를 통해 변전소 급전분소에 설치된 중앙서버에 전송토록 하였다. 중앙처리장치에서는 단위 방전신호의 분석 및 트랜드 분석이 가능하며, 사용자에게 자동으로 방전원인을 알려준다. 설치된 상시감시시스템은 우수한 외부 잡음제거능력을 보였으며, 측정된 방전신호를 요약하여 사용자에게 reporting하는 등 다양한 편의성을 제공하고 있다.
변압기의 고체절연이 열화 되거나 불순물 및 수분이 혼입되어 그러한 결함부분에 임계치 이상의 고전계가 인가되면 부분방전이 발생한다. 현재 변압기에서 부분방전을 검출하기 위하여 부싱탭을 이용하거나 전류센서, 초음파센서 등을 이용하여 부분방전을 검출하고 있지만 전기적인 부싱탭이나 전류센서를 이용한 검출방법은 주변 잡음의 영향을 많이 받고 초음파법은 감도가 낮다는 단점을 가지고 있다. 본 연구에서는 이와 같은 단점을 보완할 수 있는 방안으로서 전자파를 이용한 부분방전 측정에 대한 기초연구를 실시하였으며, 변압기운전중에 전자파측정에 의한 부분방전감시가 가능한 것으로 나타났다.
변압기의 고체 절연이 열화 되거나 불순물 및 수분이 혼입되어 임계치 이상의 고전계가 인가되면 결합부분에서 부분방전이 발생한다. 현재 변압기에서 부분방전을 검출하기 위해서는 부싱탭을 이용하거나 전류센서, 초음파센서 등을 이용하여 부분방전을 검출하고 있지만 전기적인 부싱탭이나 전류센서를 이용한 검출 방법은 주변 잡음의 영향을 많이 받고 초음파법은 감도가 낮다는 단점을 가지고 있다. 이에, UHF 방식을 이용한 부분방전 검출 기술이 전력기기의 초기 고장진단을 발견하는 효과적인 방법으로 인식되고 있다. 최근에는 이러한 UHF 진단방식의 높은 감도, 외부노이즈에 대한 적은 영향, 온라인 측정의 가능성의 장점으로 전력용 변압기에도 적용되고 있다. 본 논문에서는 전력 변압기에서 PD 진단에 적합한 UHF 센서의 개발에 대해서 소개한다. 제안된 UHF 센서는 광대역(500 ~ 1,500MHz)에서 측정이 가능하며 감도가 우수하며 특정 대역에서 공진점을 가지는 다중 공진 모노폴 안테나 타입이다. 안테나 시뮬레이션 및 해석을 통해 유중 부분방전을 모의하여 감도 측정을 실시한 결과 제안된 UHF 센서가 전력용 변압기의 부분방전 측정에서 높은 감도를 나타냈으며, 기존 측정 방식의 단점을 보완할 수 있는 방안으로서 전자파를 이용한 부분방전 측정에 대한 기초연구를 실시하여 변압기 운전중에 전자파 측정에 의한 부분방전 감시가 가능한 것으로 나타났다.
대한전기학회 2008년도 Techno-Fair 및 합동춘계학술대회 논문집 전기물성,응용부문
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pp.145-146
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2008
초고압 케이블에서 발생하는 부분방전을 측정하기 위해 다양한 방법들이 연구 개발되어왔다. 최근에는 초고압 케이블의 설치 후 시행하는 준공시험에 있어 부분방전 측정을 필수적으로 할 만큼 부분방전 진단기술의 중요성이 부각되고 있는 실정이며, 디지털 측정기술을 통한 부분방전자동측정 기술이 많이 제안되고 있다. 특히, 비전문가들만으로도 진단 및 감시가 가능하도록 하는 자동 패턴 분류에 대한 다양한 연구에 활발히 보고되고 있다. 본 논문에서는 초고압 케이블에서 발생되는 결함을 내부, 외부, 노이즈의 세 가지로 분류하고 PRPD(Phase Resolved Partial Discharge) 형태로 모의된 실험데이터와 현장에서 축적된 데이터를 선별하여 다양한 통계치를 추출하였고, 결함별 구분이 용이하지 않은 통계치를 제외한 값들을 Neural Network 방법으로 학습시켰다. 학습된 가중치 값을 LabView로 작성된 프로그램에 사용하여 변전소 내 EBG에서 검출한 부분방전 측정 결과에 적용하였다.
초고압 선로에 대한 풍부한 진단 경험과 축적된 Know-how를 바탕으로 선로의 이상유무를 원격으로 진단, 감시하는 On-line PD Monitoring System을 개발하였다. 초고압 선로의 이상 유무를 활선상태에서 정밀하게 진단할 수 있는 전기적인 측정방법으로 부분방전이 유일하다. 그러나 부분방전 신호는 미약하고 주위 노이즈와 구분이 어렵기 때문에 측정 뿐만 아니라 분석하기가 어렵다. 부분방전 측정 장비는 이러한 노이즈를 효과적으로 제거하고 측정된 신호를 의미있는 정보로 가공하여 사용자에게 제공해 주어야 한다. 본 논문에서는 이러한 조건들을 충족하는 고성능의 원격 진단시스템에 관하여 서술하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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