최근 산업이 발달함에 따라 전력소비가 증가하게 되었으며, 대도시 또는 특정의 좁은 지역에 대용량의 전력소비가 요구되고 있다. 이를 수용할 설치 공간의 부족으로 소형화된 대용량 전력기기인 가스절연기기가 필요로 하게 되었는데, 주로 가스를 절연 매체로 한 기기들 이다. 가스절연기기로서 대표적인 전력 기기는 가스절연개폐장치(Gas Insulated Switchgear: GIS)가 있고, 추가로 친환경적 요소를 우선시 하는 전 세계적인 추세에 따라 절연 매체를 DRY-Air 가스, 또는 (...
최근 산업이 발달함에 따라 전력소비가 증가하게 되었으며, 대도시 또는 특정의 좁은 지역에 대용량의 전력소비가 요구되고 있다. 이를 수용할 설치 공간의 부족으로 소형화된 대용량 전력기기인 가스절연기기가 필요로 하게 되었는데, 주로 가스를 절연 매체로 한 기기들 이다. 가스절연기기로서 대표적인 전력 기기는 가스절연개폐장치(Gas Insulated Switchgear: GIS)가 있고, 추가로 친환경적 요소를 우선시 하는 전 세계적인 추세에 따라 절연 매체를 DRY-Air 가스, 또는 (CO2,O2,프로오니트릴 혼합가스) 가스가 대체제로 개발 및 사용되고 있다. GIS는 불화성 가스인 가스의 우수한 물리적 전기적 성질을 응용하여 정상상태의 전류개폐 뿐만 아니라 단락사고 등 이상 상태에도 안전하게 운전 개폐하여 계통을 보호하는 25.8kV급 이상의 변기기기 복합 기계 장치로써 사용되고 있다. 위와 같은 이유로 GIS의 소형화로 개발되면서 전극간 거리가 짧아지고, 전계가 크게 되어 내부절연 이상이 생길 때 고장에 직접적인 이유가 되고, 절연파괴에 도달할 가능성을 갖고 있다. GIS는 내부사고 발생 시 기기의 특성상 이상 원인 지점을 찾아내기가 어렵고, 밀폐 탱크 안에 생기는 문제이기에 유지보수를 하기에 어려움이 있다. 즉, 해당 기기나 설비가 운영 중 고장을 일으켜서 수리나 교체를 하는 사후보존 유지보수 방법은 직접 투입되는 자원과 시간이 가장 효율적이기는 하지만, 기기의 고장이 이미 발생되었기 때문에 이로 인한 전력 계통상에 끼치는 파급력은 크다. 이런 점을 보완하기 위하여 고안된 유지보수 방법인 상태기반 유지보수(Condition-Based Maintenance: CBM) 기법은 기존 사후보존방식보다 능동적인 기법으로서, 설비 내에 장착된 센서나 외부 측정 및 검사 장비를 통해 운전 중의 데이터 값을 실시간으로 도출하여 안전한 기준에 부합하는지를 판단하여 고장을 예측한다.[1][2] 이때 도출하는 데이터의 종류에 크게 전기적 검출법, UHF법(Ultra High Frequency Testing), AE법(Acoustic Emission Testing), 그리고 화학적 검출법으로 나눠지는데 이중 많이 상용화되어 있는 방법은 UHF법이다. 이 방법이 상용화되면서 자연스럽게 UHF PD Sensor의 역할이 커지게 되고, 센서의 성능 및 위치선정 방법이 많은 관심의 대상이 되고 있다. [1][3] 현대 국내외 시장에서의 UHF PD Sensor 관련 연구나 기술 동향은 국외에서는 영국의 DMS(Diagnostic Monitoring Systems)사, 독일의 PD(Power Diagnostic System), Simens, ABB, Alstom 등을 중심으로 GIS 상시감시 시스템 구축 운영을 시작하였고, 자사 GIS System에 적용시켜왔다.[1] 특히 영국의 DMS사는 1988년부터 영국의 UHF 센서 설치를 표준 규격화하여, 지금의 상시 감시 시스템까지 발전시켰다. 일본의 히타치(Hitachi)사는 UHF 법과 음향법 등 다양한 기술을 종합하여 변전소 단위의 통합 진단 시스템을 구축하였다. 각사의 기술력은 각 지역의 특색과 상황 및 기기의 최적화 되어있으며 기술유출을 우려하여 공개하지 않고 있다. 국내는 1990년대에 IEEE 60270 기술기준에 근거하여 본격적으로 부분방전진단지식의 습득이 이루어지기 시작하였으며 외국 센서 제작업체 제품을 학습하는 대서부터 시작하였다. UHF PD Sensor와 관련 기술 연구는 센서의 타입에 관한 연구 개발에 대해서 고찰되고 있으며, 외부 노이즈 필터링과 감도 및 특정 지역이나 입지요건에 따른 노이즈 구분 등 성능 자체에 관한 연구가 진행되고 있다.[5] UHF PD Sensor의 종류는 크게 2가지로 나눠지는데 GIS Spacer 외부에 장착되는 외장형이 있고, 내부에 설치되는 내장형이 있다. 신호를 탐지하는 성능에서 외장형 센서보다 내장형 센서가 더 유리한데, 내장형 센서일 경우에서도 기기자체의 잡음, 즉 스페이서 등에 차폐테이프, 차폐 섬유, 차폐 페인트 등 잡음을 필터링하는 기술에 대한 연구가 진행되고 있으며 센서의 정확성과 신뢰도를 향상하려는 시도가 이어지고 있다.[6] 현재 GIS 제조사들은 국제 규격인 IEC60270 과 CIGRE TF 15/33.03.05에 따라 센서를 설계하며, 국내에서는 국제 규격을 참고한 한전 일반 구매 규격 GS-6110-0030에 따라 설계를 하고 있다.[7][8] 이 세 규격에 따르면 센서의 성능에 대해 검증할 때 시험용 GIB(Gas Insulated Bus) 내 설치된 센서로부터 1m 거리에서 겉보기방전 크기 5pC 이하의 부분방전을 감쇄율 -20dBm으로 검출할 수 있어야 한다.[7][8][9] GIS 설치기준은 큰 틀에서 한전 일반 구매 규격 GS-6625-0030에 따르면 GIS 기종별 설치 물량 및 설치 기준이 명시되어 있지만, 정확한 위치까지 지정하는 기준은 각 GIS 제조사별로 GIS의 구조가 다르기 때문에 일괄적으로 기준을 세워 적용하기는 어렵다. 각 제조사별로 UHF PD Sensor 적정 위치 설계방법은 핵심기술로 분류되어 대외비화 되어 있다. 이와 별개로 현재 연구된 방법으로는 FDTD법(Finite Different Time Domain)을 통한 적정 UHF PD Sensor 위치 선정이 있다. FDTD법은 시제품 GIS를 3D 형상화하여 PD 신호가 발생을 모의실험 하여 센서의 적정위치를 찾는다.[3][10] 이처럼 센서의 기술력 발전에 대해 연구하는 움직임들이 있으며, 많은 센서 제조사 및 GIS 제조사에서도 투자를 꾸준히 하고 있다. 이에 더불어 GIS 제조사는 센서의 기술력도 중요하지만, 센서의 적정 위치 선정하는 방법을 연구하여 효율적으로 센서를 배치하는 방법에 관해서도 연구가 필요하다.
최근 산업이 발달함에 따라 전력소비가 증가하게 되었으며, 대도시 또는 특정의 좁은 지역에 대용량의 전력소비가 요구되고 있다. 이를 수용할 설치 공간의 부족으로 소형화된 대용량 전력기기인 가스절연기기가 필요로 하게 되었는데, 주로 가스를 절연 매체로 한 기기들 이다. 가스절연기기로서 대표적인 전력 기기는 가스절연개폐장치(Gas Insulated Switchgear: GIS)가 있고, 추가로 친환경적 요소를 우선시 하는 전 세계적인 추세에 따라 절연 매체를 DRY-Air 가스, 또는 (CO2,O2,프로오니트릴 혼합가스) 가스가 대체제로 개발 및 사용되고 있다. GIS는 불화성 가스인 가스의 우수한 물리적 전기적 성질을 응용하여 정상상태의 전류개폐 뿐만 아니라 단락사고 등 이상 상태에도 안전하게 운전 개폐하여 계통을 보호하는 25.8kV급 이상의 변기기기 복합 기계 장치로써 사용되고 있다. 위와 같은 이유로 GIS의 소형화로 개발되면서 전극간 거리가 짧아지고, 전계가 크게 되어 내부절연 이상이 생길 때 고장에 직접적인 이유가 되고, 절연파괴에 도달할 가능성을 갖고 있다. GIS는 내부사고 발생 시 기기의 특성상 이상 원인 지점을 찾아내기가 어렵고, 밀폐 탱크 안에 생기는 문제이기에 유지보수를 하기에 어려움이 있다. 즉, 해당 기기나 설비가 운영 중 고장을 일으켜서 수리나 교체를 하는 사후보존 유지보수 방법은 직접 투입되는 자원과 시간이 가장 효율적이기는 하지만, 기기의 고장이 이미 발생되었기 때문에 이로 인한 전력 계통상에 끼치는 파급력은 크다. 이런 점을 보완하기 위하여 고안된 유지보수 방법인 상태기반 유지보수(Condition-Based Maintenance: CBM) 기법은 기존 사후보존방식보다 능동적인 기법으로서, 설비 내에 장착된 센서나 외부 측정 및 검사 장비를 통해 운전 중의 데이터 값을 실시간으로 도출하여 안전한 기준에 부합하는지를 판단하여 고장을 예측한다.[1][2] 이때 도출하는 데이터의 종류에 크게 전기적 검출법, UHF법(Ultra High Frequency Testing), AE법(Acoustic Emission Testing), 그리고 화학적 검출법으로 나눠지는데 이중 많이 상용화되어 있는 방법은 UHF법이다. 이 방법이 상용화되면서 자연스럽게 UHF PD Sensor의 역할이 커지게 되고, 센서의 성능 및 위치선정 방법이 많은 관심의 대상이 되고 있다. [1][3] 현대 국내외 시장에서의 UHF PD Sensor 관련 연구나 기술 동향은 국외에서는 영국의 DMS(Diagnostic Monitoring Systems)사, 독일의 PD(Power Diagnostic System), Simens, ABB, Alstom 등을 중심으로 GIS 상시감시 시스템 구축 운영을 시작하였고, 자사 GIS System에 적용시켜왔다.[1] 특히 영국의 DMS사는 1988년부터 영국의 UHF 센서 설치를 표준 규격화하여, 지금의 상시 감시 시스템까지 발전시켰다. 일본의 히타치(Hitachi)사는 UHF 법과 음향법 등 다양한 기술을 종합하여 변전소 단위의 통합 진단 시스템을 구축하였다. 각사의 기술력은 각 지역의 특색과 상황 및 기기의 최적화 되어있으며 기술유출을 우려하여 공개하지 않고 있다. 국내는 1990년대에 IEEE 60270 기술기준에 근거하여 본격적으로 부분방전진단지식의 습득이 이루어지기 시작하였으며 외국 센서 제작업체 제품을 학습하는 대서부터 시작하였다. UHF PD Sensor와 관련 기술 연구는 센서의 타입에 관한 연구 개발에 대해서 고찰되고 있으며, 외부 노이즈 필터링과 감도 및 특정 지역이나 입지요건에 따른 노이즈 구분 등 성능 자체에 관한 연구가 진행되고 있다.[5] UHF PD Sensor의 종류는 크게 2가지로 나눠지는데 GIS Spacer 외부에 장착되는 외장형이 있고, 내부에 설치되는 내장형이 있다. 신호를 탐지하는 성능에서 외장형 센서보다 내장형 센서가 더 유리한데, 내장형 센서일 경우에서도 기기자체의 잡음, 즉 스페이서 등에 차폐테이프, 차폐 섬유, 차폐 페인트 등 잡음을 필터링하는 기술에 대한 연구가 진행되고 있으며 센서의 정확성과 신뢰도를 향상하려는 시도가 이어지고 있다.[6] 현재 GIS 제조사들은 국제 규격인 IEC60270 과 CIGRE TF 15/33.03.05에 따라 센서를 설계하며, 국내에서는 국제 규격을 참고한 한전 일반 구매 규격 GS-6110-0030에 따라 설계를 하고 있다.[7][8] 이 세 규격에 따르면 센서의 성능에 대해 검증할 때 시험용 GIB(Gas Insulated Bus) 내 설치된 센서로부터 1m 거리에서 겉보기방전 크기 5pC 이하의 부분방전을 감쇄율 -20dBm으로 검출할 수 있어야 한다.[7][8][9] GIS 설치기준은 큰 틀에서 한전 일반 구매 규격 GS-6625-0030에 따르면 GIS 기종별 설치 물량 및 설치 기준이 명시되어 있지만, 정확한 위치까지 지정하는 기준은 각 GIS 제조사별로 GIS의 구조가 다르기 때문에 일괄적으로 기준을 세워 적용하기는 어렵다. 각 제조사별로 UHF PD Sensor 적정 위치 설계방법은 핵심기술로 분류되어 대외비화 되어 있다. 이와 별개로 현재 연구된 방법으로는 FDTD법(Finite Different Time Domain)을 통한 적정 UHF PD Sensor 위치 선정이 있다. FDTD법은 시제품 GIS를 3D 형상화하여 PD 신호가 발생을 모의실험 하여 센서의 적정위치를 찾는다.[3][10] 이처럼 센서의 기술력 발전에 대해 연구하는 움직임들이 있으며, 많은 센서 제조사 및 GIS 제조사에서도 투자를 꾸준히 하고 있다. 이에 더불어 GIS 제조사는 센서의 기술력도 중요하지만, 센서의 적정 위치 선정하는 방법을 연구하여 효율적으로 센서를 배치하는 방법에 관해서도 연구가 필요하다.
The electricity usage is increasing throughout metropolis and industrial complex because of industrial developments. However, due to limited landscape for the substation, the size of electric power equipments became critical matter these day. To overcome these issue, one of solution is gas insulated...
The electricity usage is increasing throughout metropolis and industrial complex because of industrial developments. However, due to limited landscape for the substation, the size of electric power equipments became critical matter these day. To overcome these issue, one of solution is gas insulated power equipment such as Gas Insulated Switchgear(GIS). It brought us high reliability, long life time, stability to electrical power system, and most importantly overcome space constraining. However, since this equipment is deteriorated by mechanical and environmental factors, and because the defect inside the tank is not able to be found easily, small defects can cause huge consequences. In early days, the maintenance methodology for power equipment was called BM, Breakdown Maintenance. It simply means, when situation happens then follow-up maintenance proceed. This method might run the system efficiently in terms of cost and time for repair, but the breakdown caused the crucial chain-breakdown throughout its electrical power system. Then new maintenance methodology studied and suggested to fulfill previous weakness, and it calls Condition-Based Maintenance Method. It uses sensors and inspection equipments to observe GIS's inside condition in real time and predict the failure during the operating. Consequently, the sensor became key component of this method especially UHF PD Sensor. UHF PD Sensor can be divided by 2 types, external UHF PD sensor and internal UHF PD sensor. Usually internal UHF PD sensor has advantages in sensitivity, reliability, and durability to external type. Currently, GIS's UHF PD Sensors follow the international standards IEC60270 and CIGRE TF 15/33.03.05, and in South Korea, UHF PD Sensors are located in GIS according to KEPCO(Korea Electric Power Corporation) General Purchase Standard GS-6110-0030, which refers to international standards. Many sensor manufacturers and GIS manufacturers are making steady investments for developing sensor technology. In addition, the technology of sensors is important for GIS manufacturers, but they also need to study how to position sensors efficiently by studying how to select proper locations for sensors. Finally in this paper, the design method of locating UHF PD Sensor to GIS by verification test is suggested based on the result of FDTD method.
The electricity usage is increasing throughout metropolis and industrial complex because of industrial developments. However, due to limited landscape for the substation, the size of electric power equipments became critical matter these day. To overcome these issue, one of solution is gas insulated power equipment such as Gas Insulated Switchgear(GIS). It brought us high reliability, long life time, stability to electrical power system, and most importantly overcome space constraining. However, since this equipment is deteriorated by mechanical and environmental factors, and because the defect inside the tank is not able to be found easily, small defects can cause huge consequences. In early days, the maintenance methodology for power equipment was called BM, Breakdown Maintenance. It simply means, when situation happens then follow-up maintenance proceed. This method might run the system efficiently in terms of cost and time for repair, but the breakdown caused the crucial chain-breakdown throughout its electrical power system. Then new maintenance methodology studied and suggested to fulfill previous weakness, and it calls Condition-Based Maintenance Method. It uses sensors and inspection equipments to observe GIS's inside condition in real time and predict the failure during the operating. Consequently, the sensor became key component of this method especially UHF PD Sensor. UHF PD Sensor can be divided by 2 types, external UHF PD sensor and internal UHF PD sensor. Usually internal UHF PD sensor has advantages in sensitivity, reliability, and durability to external type. Currently, GIS's UHF PD Sensors follow the international standards IEC60270 and CIGRE TF 15/33.03.05, and in South Korea, UHF PD Sensors are located in GIS according to KEPCO(Korea Electric Power Corporation) General Purchase Standard GS-6110-0030, which refers to international standards. Many sensor manufacturers and GIS manufacturers are making steady investments for developing sensor technology. In addition, the technology of sensors is important for GIS manufacturers, but they also need to study how to position sensors efficiently by studying how to select proper locations for sensors. Finally in this paper, the design method of locating UHF PD Sensor to GIS by verification test is suggested based on the result of FDTD method.
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