[논문]고주파 부분방전 측정에 의한 초고압 접속함 신뢰성 평가 기술

신두성; 이창영; 김충식; 전승익; 김동욱; 박완기

고주파 부분방전 측정에 의한 초고압 접속함 신뢰성 평가 기술
A Evaluation Technique for Reliability of Extra-High Voltage Cable Accessories using High Frequency Partial Discharge Measurement 원문보기

전기학회논문지. The transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers. C/ C, 전기물성·응용부문, v.49 no.3, 2000년, pp.186 - 195

신두성 (LG전선(주) 전력연구소) , 이창영 (LG전선(주) 전력연구소) , 김충식 (LG전선(주) 전력연구소) , 전승익 (LG전선(주) 전력연구소) , 김동욱 (LG전선(주) 전력연구소) , 박완기 (LG전선(주) 전력연구소)

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, partial discharge (PD) measurement was performed to evaluate the quality of the cable joint and termination constructions. The resistive coupling technique for PD detection using resistivity of semiconducting layer of the cable in the accessories, such as joints and terminations. With high frequency PD (HEPD) measurement, an excellent sensitivity below 20pC could be achieved under unshielded condition. The localization of the defects in the accessories could be identified. During heating cycle, PDs were monitored and analyzed. At that time, the PDs were dependent on the temperature of the heating cycle and showed cyclic behaviors, which were attributed to local delamination of the interfaces, between epoxy unit and stress relief cone(SRC) and between SRC and cable, due to the difference of thermal expansion. As a conclusion, HFPD measurement technique was proven to be an effective diagnostic method for qualification of extra high voltage (EHV) cable accessories. With this technique, the optimal design of the components of the accessories could be verified not only in an early stage but also under operating condition. This technique would result in the improvement of the reliability of the EHV cable accessories.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

고주파대역에서 고감도로 검출하였다. 또한 실제 운전 중의 조건과 동일한 Heat Cycle 중에 이러한 결함에서 발생하는 부분방전의 특성에 대하여 조사하였다.
또한, 실제 접속함의 계면 결함에서 발생하는 PD의 특성을 연구하기 위하여, 과통전 조건에서 장기간 PD를 측정하여, 케이블 및 접속함의 온도변화에 따라 PD 패턴이 변화함을 살험적으로 확인하였다.
본 논문에서는 접속함에서 PD를 검출할 수 있도록, 접속함 내부에 금속 포일 센서를 설치하여 고주파 대역에서 PD를 측정하는 기술을 연구하였으며, 개략도 및 실제 설치 모습을 그림 2와 그림 3에 각각 나타내었다.
본 논문에서는, 초고압 케이블의 접속함에서의 고주파 PD 측정 기술 및 교정 기술에 대하여 연구하였다. 접속함 내부에 설치한 금속 포일 센서를 이용하여, 인위적으로 생성시킨 접속함 계면 결함에서 발생한 PD를 외부 노이즈가 심한 옥외환경 하에서 비교적 고감도로 검출이 가능하였올 뿐만 아니라 결함이 있는 접속함의 위치 표정도 가능하였다.
본 연구에서는 초고압 케이블의 접속함 내부에 PD 검출용 금속 포일 센서를 내장하여, 고주파 대역에서 PD를 측정 및 교정하는 기술에 대하여 기술하였으며, 특히 계면에 결함을 인위적으로 모의한 접속함 내부에서 발생하는 부분방전 신호를 고주파대역에서 고감도로 검출하였다. 또한 실제 운전 중의 조건과 동일한 Heat Cycle 중에 이러한 결함에서 발생하는 부분방전의 특성에 대하여 조사하였다.
이러한 연구 중에 가장 현실성 있는 연구가 외부 노이즈 대역이 적은 고주파 또는 초고주파 대역에서 PD를 측정하는 고주파 부분 방전(High Frequency Partial Discharge : HFPD) 측정기술에 대한 것이다.

가설 설정

아래의 그림 6에서 보는 바와 같이, 직선 절연 접속함의 양측에 금속 포일 센서의 정전용량 Csensor와 케이블 반도 전의 표면저항 값 R이 동일하게 설치하였다고 가정하고, 표류 정전용량 Cstray 는 Csensor 에 비하여 매우 작기 때문에 무시하기로 한다. 이렇게 가정하면, PD 측정용 센서는 동일하게 되며, 각 센서 의 교정 팩터 또한 동일 하다.

제안 방법

Heat Cycle 중의 PD를 30분 간격으로 1분씩 측정하였으며, 각 센서에서 적어도 1 Cycle 이상 데이터를 획득하였다. 특히, 인위적인 결함을 지닌 접속함에서 발생하는 PD 데이터를 집중적으로 측정하고 분석하였다.
과통전시에 케이블 여러 부위의 온도를 Thermocouple로 측정하였다. 시험 규정 요구조건인 도체온도(TQ와 절연체 온도 (Ti는 케 이블 시스 온도(TQ를 이용하여 수치해석기 법으로 계산하였다.
본 연구를 위하여, 조립형 직선 접속함(그림 10의 PJB2) 의 우측부와 가스중 종단 접속함(그림 10의 EBG1)의 에폭시유니트와 스트레스콘 계면에 그림 12와 같이 인위적인 결함을 생성시켰다.
가능하다. 본 연구에서는 PD 측정 중심 주파수 대역을 2 〜 20 MHz에 들도록 측정 센서를 설계하였다.
상용 캘리브레이터(CALLA, Power Diagnostix Systems GmbH)의 주파수 스펙트럼을 스펙트럼 어낼라이져를 사용하여 분석하였다. 교정 펄스의 주파수 스펙트럼은 약 70MHz까지도 측정이 되고 있으며, 약 2MHz에서 20MHz까지의 주파수 대역에서는 교정의 신호의 감쇄가 크지 않음올 확인할 수 있었다.
우선, 이러한 조립중에 계면상에 발생하는 보이드를 모의하기 위하여 투명 유니트를 제작하여 계면에서 보이드가 생성되도록 스프링 유니트의 압력 조건을 설정하였다. 이러 한계면 압력 조건에 의하여 발생한 보이드는 상당한 시간이 경과하여도 없어지지 않음을 확인하였다.
이러한 방법을 사용하여, 동일한 계면 상태 및 압력 조건으로 접속함을 재조립하여 PD를 측정하였으며, 그 결과를 그림 13에 나타내었다.
초고압용 접속함을 실 운전할 때, 접속함 내에 존재하는 결함으로부터 발생하는 PD와 운전상태에 따른 PD의 변화를 연구하기 위하여 케이블 시스템을 Heat Cycling하는 과통전 (전압, 전류 인가) 시험을 실시하고 각 상태에서의 PD를 측정하였다.
획득하였다. 특히, 인위적인 결함을 지닌 접속함에서 발생하는 PD 데이터를 집중적으로 측정하고 분석하였다.

이론/모형

시험 규정 요구조건인 도체온도(TQ와 절연체 온도 (Ti는 케 이블 시스 온도(TQ를 이용하여 수치해석기 법으로 계산하였다.

성능/효과

외부 노이즈가 없는 고주파 대역에서는 주로 신호의 감쇄에 의하여 S/N비가 결정됨을 알 수 있다. 가장 감도가 좋은 주파수 대역은 4MHz 대역이며, 4MHz에서 10MHz까지에서는 감도가 우수하다는 것을 알 수 있다.
분석하였다. 교정 펄스의 주파수 스펙트럼은 약 70MHz까지도 측정이 되고 있으며, 약 2MHz에서 20MHz까지의 주파수 대역에서는 교정의 신호의 감쇄가 크지 않음올 확인할 수 있었다. 그림 7에서 보는 바와 같이 A측 센서에 100pC의 전하량 올 직접 주입하고 A측과 B측 센서에서 이 교정 펄스를 측정하였다.
이러 한계면 압력 조건에 의하여 발생한 보이드는 상당한 시간이 경과하여도 없어지지 않음을 확인하였다. 이때 계면상의 보이 드는 SRC 선단부에서 40%지점과 60%지점에서 다수 발생하였으며, 최대 직경은 약 20mm 정도였다.
이러한 실험 결과로부터, 접속함 계면의 불완전한 밀착에 의하여 PD가 발생하면, 실제 운전중의 커)이블 시스템의 온도변화에 따라 계면에서의 보이드 역시 동적인 거동을 보이게 되며, PD 패턴 역시 이에 상응하게 변하게 됨을 알 수 있다.
기술 및 교정 기술에 대하여 연구하였다. 접속함 내부에 설치한 금속 포일 센서를 이용하여, 인위적으로 생성시킨 접속함 계면 결함에서 발생한 PD를 외부 노이즈가 심한 옥외환경 하에서 비교적 고감도로 검출이 가능하였올 뿐만 아니라 결함이 있는 접속함의 위치 표정도 가능하였다.

후속연구

수 있으리라고 추정된다. 따라서, 향후 이러한 PD와 케이블 및 접속함의 수명에 대하여서는 장기적인 실증 실험을 통하여 연구하여야 할 과제라고 생각된다.
향후, 최적 SZW비에서의 측정 및 노이즈 게이트 둥의 기법을 사용하면, 보다 고감도로 PD 측정이 가능할 것으로 기대되며, 현재 고주파 PD 측정기술에 의한 실제 포설된 송전 급 케이블 선로에서 PD 측정을 계획 중에 있다. 실선로 측정 경험을 쌓고, 보다 장기적인 실증 실험에 의하여 PD와 케이블 및 접속함의 수명에 대한 상관관계에 대한 연구를 지속하면 멀지 않은 장래에 PD 측정에 의한 송전급 케이블 및 접속함의 열화진단이 가능하여 지리라고 생각된다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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