전력배전반 내 아크방전을 감지할 수 있도록 광전자 방식 아크방전 감지센서를 구현하였다. 아크방전은 시작되면 전력시스템에 치명적이므로 전력차단이 발생하기 전에 사전에 이를 감지하는 것이 필요하다. 전력배전반 내 전력 기기에 직접적인 전기적 접촉을 피하기 위하여 광전자적 감지 방식이 사용되었다. $7.5mm^2$의 수광면적을 갖는 수광소자와 $2.16cm^2$ 발광면적에서 1.9J의 에너지를 발광하는 즉 $0.4cal/cm^2$ 에너지 밀도를 갖는 플래쉬 광원을 사용하여 180도 감지각과 감시 목적으로는 충분한 6m 이상의 감지거리가 달성되었다. 아크방전 센서의 반응속도는 1 msec 미만으로 측정되었으며 감도는 최대 0.94 pC 의 전하를 감지할 수 있을 정도로 민감함을 보여주었다.
$SF_6$ 가스로 절연되는 GIS (Gas Insulated Switchgear)는 매우 우수한 신뢰성을 확보하고 있지만 사고 발생 시 파급효과가 매우 크므로 상시 감시할 수 있는 진단기술이 요구된다. 본 논문에서는 GIS 내부에서 발생하는 신호를 검출하기 위해서 전기적인 방법과 비전기적인 측정 법을 통해 전자파. 초음파, 전류펄스를 측정하고 비교하였다. GIS 내부알루미늄도체에 침 결함을 고정시켜 전원전압 인가 시 발생되는 부분방전신호를 UHF, AE, CT센서로 검출하였다. 측정 결과 UHF센서와 CT센서로 검출되어진 신호는 매우 유사하게 측정되었고 초음파와 전자파를 검출한 결과 진행속도 차이로 발생되는 시간지연현상이 발생되었다. GIS내 부분방전발생 시 발생되는 전자파 스펙트럼 분석결과도 650MHz에서부터 935MHz까지의 주파수대역이 측정되었다. 이후에는 현장에서 운전중인 GIS내부에서 발생되는 결함들을 실제와 가깝게 모델링하여 발생되는 부분방전신호를 스펙트럼 분석하여 대역에 맞는 UHF센서 개발에 노력하고자 한다. 또한 결함의 종류와 형태에 따라 다르게 발생되는 부분방전신호를 검출하여 측정하고 이를 진단하는 연구가 계속 진행되어야 할 것으로 사료된다.
본 논문에서는 전자파 측정기법을 이용하여 부분방전 발생 전·후에 검출된 신호를 분석하여 폐쇄 배전반의 이상 징후를 상시 감시할 수 있는 사고 예방진단기법을 제시하였다. 폐쇄 배전반의 정상 및 이상상태 판단을 위해 배전반 내부 및 외부에 헬리컬 안테나를 설치하여 이들 안테나에서 검출된 부분방전 발생 전·후의 신호를 주파수 스펙트럼 분석을 통해 크기를 비교 분석하였다. 본 논문에서는 부분방전 발생 전·후에 폐쇄 배전반 내부 및 외부에 설치된 안테나에서 검출된 신호들을 이용하여 정상상태 및 이상상태를 판별하는 방법을 적용하여 좋은 결과를 얻었으며, 향후 폐쇄 배전반의 절연 상태 감시 및 사고예방에 효율적으로 적용할 수 있으리라 기대된다.
초고압 변전소의 주요설비인 가스절연개폐장치(GIS: Gas Insulated Switchgear)의 신뢰도를 높이기 위해서는 절연체 내부에서 발생하는 부분방전을 사전에 진단하여 예방을 하는 것이 중요하다. 현재 이에 대한 진단장치 개발이 이루어지고 있으며 GIS On-line System 장치 및 휴대용 진단장비가 국내에서 제작되고 있으나 On-line System은 고가의 비용이 들고 휴대용 진단장비는 상시감시가 어렵다는 단점을 가지고 있다. 이러한 단점을 보완하기 위해서 본 연구내용에서는 저가이면서 상시 PD 감시능력을 가진 PD 카운터에 대해 설명하고 GIS 현장에 실제 적용한 자료와 휴대용 진단장비와 함께 비교 적용한 자료를 가지고 PD 카운터의 특성을 확인하는데 역점을 두었다.
최근 경제적 시간적 이유로 전력기기의 운전 중 부분방전 감시진단 장치가 많이 이용되는 추세에 있으나, 시 공간적으로 다양한 종류의 잡음의 영향이 문제시되고 있다. 이에 여러가지 잡음제거 기법들이 개발되었으나 범용적이지 않고 설정이나 환경에 따라 성능이 상이하다. 본 논문에서는 부분방전 측정신호의 잡음포함 정도를 수치적으로 제시할 수 있는 방법을 제시하였다. 이 기법이 적용되어 개발된 알고리즘을 이용하여, 다수 잡음제거 기법의 설정에 따른 다양한 결과 중 최선의 결과를 자동적으로 선택할 수 있었다. 운전 중 부분방전 감시진단 시스템에 사용되는 세 가지 잡음제거 기법에 적용하여 성공적으로 복합화 하였고, 국내 다양한 잡음 환경의 고전압 기기들로부터 실측한 데이터에 능동적으로 적응한 잡음제거 결과를 도출할 수 있었다.
본 논문에서는 전력기기의 온라인 진단을 위하여 개발된 모니터링 시스템에 대하여 소개하고자 한다. 개발된 진단 플랫폼은 전력기기의 온라인 진단을 위해 측정된 부분방전 신호를 이용하여 진단을 위한 파라미터를 추정하고 추정된 결과를 인터넷을 통해 실시간으로 모니터링 할 수 있도록 제작되었다. 개발된 진단 플랫폼은 연산처리를 위한 DSP 신호처리 부분과 웹서비스를 위한 VM부분으로 구성되어 있다. VM부분은 스트롱암 기반의 플랫폼을 적용하였으며 리눅스 환경에서 자바 가상머신을 이용하여 웹 서비스를 구현하였다. 본 논문에서 제시된 기술은 향후 산업용 장치들의 웹 기반 진단 및 모니터링 기술에 이용될 예정이며 또한 스마트 센서 모듈 및 분산 제어 시스템 모듈 개발에 응용될 수 있다.
최근 전기설비의 용량이 커짐에 따라 전기설비와 송전설비 및 배전설비 등에서 발생되는 사고는 '2003년 코로나 방전에 의한 미국 동북부 정전사고와 같은 대형사고로 직결될 수 있기 때문에 전기설비에서 발생되는 코로나방전 검출을 통한 기간시설 및 송배전 설비에 대한 사고 원인을 사전 도출하여 전기설비의 장기간에 걸친 원활한 운용과 신뢰성 확보가 매우 중요하다. 이를 위해서 최적의 무정전 첨단계측장비의 필요성이 대두되고 있다. 현재 전력공급의 중단없이 설비의 이상유무를 진단, 감시하기 위한 기술이 활발히 진행되고 있으며 전기설비의 예고 없는 고장발생시 파생되는 악영향은 매우 심각하며, 국내의 경우 전기설비의 노후화로 대형 사고의 위험성이 매우 높아 이러한 사고의 예방을 위한 예지보전(예측보전)을 위한 기술에 대한 도입이 필요하다. 최근 미국전기연구원(EPRI)의 주도로 코로나가 전기설비에 미치는 부정적 영향에 대한 연구가 활발하게 진행되었으며 그 결과 코로나 방전으로부터 전기설비의 안정성과 신뢰성을 확보하고 사고를 방지하기 위한 진단기술로서 OFIL사(社)의 DayCorII가 개발되었다. 이 논문에서는 전력설비와 송전 및 배전분야에 있어 발생하는 코로나 방전의 영향과 이를 탐지하는 진단기술에 대하여 초점을 맞추고자 한다.
본 논문에서 제시한 전력감시 시스템은 원주권광역상수도에 적용된 개방형 SCADA 시스템으로 무인화 사업장에 널리 사용되는 설비로서 중앙제어실에서 CRT화면을 통하여 원거리에 위치한 현장설비를 감시할 수 있으며 필요시 제어 명령을 보내서 해당기기를 제어하도록 구성되어 있다. 전기설비를 감시하는 모든 계전기는 디지탈로 구성되어 있어 전압, 전류값을 추적하고 판독하도록 되어 있다. 특히 각 판넬 내부에 설치된 폐쇄배전반 절연열화 진단설비는 전력설비 열화 시 발생하는 부분방전 검출을 위해 30MHz대역의 협대역으로 선정되어 있으며, 1초 동안 펄스 크기와 펄스 수량을 측정하여 열화진행과정을 실시간으로 근무자에게 통보하고, 또한 화재감시센서를 이용하여 화재발생 시 배전반 상부에 설치된 개별형 자동소화기가 동작하여 사고 파급을 막도록 구성하였다.
산업현장에서는 회전기기의 고체절연시스템(solid insulation system)의 열화정도를 평가하기 위하여 일정 진단주기에 맞춰 Off-line 상태에서 직류시험 및 교류시험을 통하여 효과적으로 절연물에 대한 상태평가를 시행하고 있다. 직류시험으로는 절연저항, 성극지수(PI) 시험 등이 있으며 교류시험으로는 교류전류시험(${\Delta}I$), 유전정접시험(${\Delta}tan{\delta}$), 부분방전(PD)시험이 있다. 여기서 부분방전은 절연체의 국부적인 열화현상을 추정할 수 있는 중요한 파라미터로, 부분방전시험(PD test)을 통하여 고정자권선(stator winding)에 대한 절연특성을 효과적으로 진단할 수 있다. 고압 전동기는 기동정지의 빈번함과 장기간 운전에 의해 열적, 전기적, 기계적 스트레스를 받게 되고, 이로 인해 과열, 진동, 절연파괴에 이르는 문제점이 발생되어 결국 시스템의 운전정지를 초래하는 심각한 사고로 이어질 수 있다. 따라서 고압 전동기의 절연상태를 주기적으로 감시하고 사고 징후를 검출하여 시스템을 안정적으로 운영하기 위한 고압 전동기 Off-line 절연진단에 대하여 기술하고 수차발전기에 대한 절연상태진단 결과를 바탕으로 절연시스템의 신뢰성 평가 방법에 대하여 고찰하고자 한다.
진단기술은 기기의 열화 현상 및 이상 현상으로 진전되는 특성을 측정하여 향후 발생이 예상되는 이상을 조기에 발견하는 것을 목적으로 한다. 기기를 정밀 진단, 분석하여 잔여 수명을 평가하고 적절한 대체계획을 수립함으로써 신뢰도 향상 및 경제적인 설비 운용이 가능하다. 본 논문에서는 수력 발전기 운전 중 부분방전 진단 시스템을 이용하여 수력 발전기의 운전 중에 발생하는 부분방전 신호를 실시간으로 측정, 분석하고 수력 발전기 권선의 절연 상태를 감시 진단하여 기기의 열화 및 이상 현상등을 조기에 발견하고 발전설비의 신뢰도를 향상시킬 수 있는 방안을 제시하고자 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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