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문제 정의
- 표 1에 나타낸 바와 같이 고압전동기 고정자 권선에서 절연열화 해석에 대표성을 갖도록 정상 코일을 제외한 4가지 결함요소를 선정하였다. 결함요소별로 부분방전 특성을 명확 하게 분석하여 실제 고압전동기 고정자 권선의 절연열화 진 행과정 해석에 활용하고자 한다.
- 본 논문에서는 고압전동기 고정자 권선의 절연열화 정도를 판정하기 위해 6.6 kV급 모델 코일을 도체표면과 주절연재료 내부에서 공극, 반도전층 손상 및 소선 단락 등과 같은 인위 적인 결함을 갖도록 제작하였다. 운전중 모의를 위해 모델 코 일에 80 pF의 에폭시-마이카 커플러를 설치하고 TGA를 사용하여 NQN(normalized quantity number)과 부분방전 크기 (Qm)를 측정하고 부분방전 패턴을 분석하였다.
제안 방법
- 그림 1 (b)는 운전중 모의를 위해 모델 코일에 에폭시-마 이카 커플러(80 pF, Iris Power Engineering)를 설치하였다. TGA(turbine generator analyzer, Iris Power Engineering)# 사용하여 NQN, 최대부분방전 크기(Qm) 및 부분방전 패턴 등을 분석하여 절연열화 상태와 정도를 해석하였다. TGA의 주파수 대역은 0.
- 절연진단 설비는 전원장 치 (HV supply, Type 5283), 제어장치 (control, Type 5285) 및 브리지(bridge, Type 2818)로 구성되어 있다. 고압전동기 모 델 코일에 전원장치(Tettex Instilments)를 연결하여 교류전 압을 인가하였으며, 커플링 캐패시터(Tetbex Instruments, 4, 000pF)는 권선에서 유입되는 방전신호를 커플링 유니트 (coupling unit, Tettex Instruments, AKV 572)에 보내어 증 폭한 후에 디지털 부분방전 측정기에서 부분방전 크기를 측 정하고 부분방전 패턴을 분석하였다.
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3.결과 및 고찰
고압전동기 모델 코일 5개를 일반시험실과 차폐룸에서 부 분방전 크기를 측정하고 부분방전 패턴을 분석하여 표 2, 표 3 및 표 4에 나타내었다. 또한, 표 2, 표 3 및 표 4의 데이터는 각각의 코일을 시험실과 차폐룸에서 10번씩 반복하여 측 정하였으며, 가장 큰 것과 작은 것은 버리고 평균값을 나타내었다.
- 운전중 모의를 위해 모델 코 일에 80 pF의 에폭시-마이카 커플러를 설치하고 TGA를 사용하여 NQN(normalized quantity number)과 부분방전 크기 (Qm)를 측정하고 부분방전 패턴을 분석하였다. 그리고 디지털 부분방전 측정기를 사용하여 정지중에 모델 코일의 절연 열화 상태를 분석하였다.
- 고압전동기 고정자 권선의 단자함에 에폭시*.마이카 커플러(epoxy-mica coupler) 를 설치하고 TGA(turbine generator analyzer)를 사용하여 운전중에 부분방전 크기를 측정하고 부분방전 패턴을 분석한 다[3]. 따라서 고압전동기 정지중과 운전중에 여러 종류의 부 분방전 크기를 측정하고 부분방전 패턴 분석을 통해 고정자 권선에서 절연재료의 열화상태를 판정하는데 활용하고 있다.
- 6 kV급 모델 코일을 도체표면과 주절연재료 내부에서 공극, 반도전층 손상 및 소선 단락 등과 같은 인위 적인 결함을 갖도록 제작하였다. 운전중 모의를 위해 모델 코 일에 80 pF의 에폭시-마이카 커플러를 설치하고 TGA를 사용하여 NQN(normalized quantity number)과 부분방전 크기 (Qm)를 측정하고 부분방전 패턴을 분석하였다. 그리고 디지털 부분방전 측정기를 사용하여 정지중에 모델 코일의 절연 열화 상태를 분석하였다.
- 모델 코일은 12개의 도체로 구성되어 있고 주절연재료는 마이카-에폭시 복합재료 를 사용하였으며, 실제로 고압전동기 고정자 권선의 형태와 동일하게 고정자 권선, 철심 및 웻지 등으로 구성되어 있다. 표 1은 결함 요소별로 5가지 종류의 고압전동기 모델 코일을 나타내었으며, 정상 코일과 4가지 결함 요소를 갖도록 제작하였다. 표 1에 나타낸 바와 같이 고압전동기 고정자 권선에서 절연열화 해석에 대표성을 갖도록 정상 코일을 제외한 4가지 결함요소를 선정하였다.
- 표 5는 모델 코일의 절연파괴 시험 결과를 나타냈으며, 모 델 코일에서 부분방전 시험을 마치고 부분방전 크기와 절연 파괴전압 사이의 관계를 확인하기 위해 절연파괴 시험을 수행하였다. 표 5에 나타낸 바와 같이 정상 코일에서 절연파괴 전압이 38.
대상 데이터
- 고압전동기 고정자 권선에서 절연열화 상태를 분석하기 위해 6.6 kV급 모델 코일을 제작하였다. 모델 코일은 12개의 도체로 구성되어 있고 주절연재료는 마이카-에폭시 복합재료 를 사용하였으며, 실제로 고압전동기 고정자 권선의 형태와 동일하게 고정자 권선, 철심 및 웻지 등으로 구성되어 있다.
- 6 kV급 모델 코일을 제작하였다. 모델 코일은 12개의 도체로 구성되어 있고 주절연재료는 마이카-에폭시 복합재료 를 사용하였으며, 실제로 고압전동기 고정자 권선의 형태와 동일하게 고정자 권선, 철심 및 웻지 등으로 구성되어 있다. 표 1은 결함 요소별로 5가지 종류의 고압전동기 모델 코일을 나타내었으며, 정상 코일과 4가지 결함 요소를 갖도록 제작하였다.
- 6 kV급 고압전동기 모델 코일의 부분방전 시험을 위해 쉐링브리지(schering bridge), 커플링 캐패시터 (coupling capacitor) 및 디지털 부분방전 측정기 (Tettex Instruments, TE 571)를 사용하였다. 절연진단 설비는 전원장 치 (HV supply, Type 5283), 제어장치 (control, Type 5285) 및 브리지(bridge, Type 2818)로 구성되어 있다. 고압전동기 모 델 코일에 전원장치(Tettex Instilments)를 연결하여 교류전 압을 인가하였으며, 커플링 캐패시터(Tetbex Instruments, 4, 000pF)는 권선에서 유입되는 방전신호를 커플링 유니트 (coupling unit, Tettex Instruments, AKV 572)에 보내어 증 폭한 후에 디지털 부분방전 측정기에서 부분방전 크기를 측 정하고 부분방전 패턴을 분석하였다.
- 표 1은 결함 요소별로 5가지 종류의 고압전동기 모델 코일을 나타내었으며, 정상 코일과 4가지 결함 요소를 갖도록 제작하였다. 표 1에 나타낸 바와 같이 고압전동기 고정자 권선에서 절연열화 해석에 대표성을 갖도록 정상 코일을 제외한 4가지 결함요소를 선정하였다. 결함요소별로 부분방전 특성을 명확 하게 분석하여 실제 고압전동기 고정자 권선의 절연열화 진 행과정 해석에 활용하고자 한다.
성능/효과
- (1) 부분방전 크기와 NQNe 인가전압에 따라 증가하였으며, 부분방전 패턴도 상호 일치하였다. 부분방전 크기는 정상 코일에서 가장 낮고, 반도전층 손상 및 소선 단락을 모의한 코일에서 가장 크게 나타났다.
- (2) 부분방전 패턴은 정상 코일, 주절연재료 내부에서 결 함, 소선 단락 및 도체표면에서 결함을 모의한 코일은 모두 내부방전이 나타났으며, 반도전층 손상을 모의한 코일에서 만 슬롯방전으로 분석되었다.
- (3) 정상 코일에서 절연파괴전압은 38.71 kV, 주절연재료 내부에서 공극, 반도전층 손상 및 도체표면에서 공극 을 갖는 코일은 35.26'35.58 kV로 거의 유사하고 소 선 단락의 결함을 갖는 코일에서 33.43 kV로 가장 낮 게 나타났다.
- (4) 결함을 모의한 코일에서 부부방전 패턴 분석은 실제로 고압전동기 고정자 권선의 절연열화 해석에 직접적으 로 활용이 가능하다는 것을 확인할 수 있었다. 그러나 결함을 모의한 코일에서 부분방전 크기가 낮기 때문에 결함이 미진한 것으로 판단됨에 따라 향후 좀더 가혹 한 조건으로 모델 코일을 제작하여 시험을 수행할 필요가 있다.
- 실제적으로 고압전동기 고정자 권선에서 반도전층이 손상되면 슬롯방전이 나타나며, 다른 방전에 비해 개시전압이 낮게 나타나고 있다[4]. 그리고 주절연재료 내부 에서 결함을 모의한 코일에서 부분방전 개시전압은 각각 4.5 kV, 4.7 kV, 소선단락을 모의한 코일에서 부분방전 개시전압 은 각각 44 kV, 4.6 kV로 유사하게 분석되었다.
- Qm의 크기가 클수록 절연파괴전압은 낮게 분 석되었다. 그리고 주절연재료 내부에서 공극, 반도전층 손상 및 도체표면에서 공극을 갖는 코일의 절연파괴전압은 35.26~35.58 kV로 거의 유사하게 나타났다. 따라서 모델 코일의 절 연파괴전압은 정격전압 6.
- 6 kV로 증가시키면서 부분 방전 크기와 부분방전 패턴을 나타내었다. 대체적으로 동일한 코일에서 부분방전 크기를 측정한 결과 시험실보다는 차 폐룸에서 조금 낮게 측정되었다. 그러나 도체표면에서 결함 을 갖는 코일은 시험실과 차폐룸에서 거의 유사하게 나타났다.
- 그러나 도체표면에서 결함 을 갖는 코일은 시험실과 차폐룸에서 거의 유사하게 나타났다. 또한, 부분방전 크기는 정상 코일에서 가장 낮게 나타났 으며, 반도전층 손상을 모의한 코일에서 가장 크게 나타났다. 그리고 주절연재료 내부에서 결함, 소선단락 및 도체표면에서 결함을 갖는 코일은 유사하게 분석되었다.
- (1) 부분방전 크기와 NQNe 인가전압에 따라 증가하였으며, 부분방전 패턴도 상호 일치하였다. 부분방전 크기는 정상 코일에서 가장 낮고, 반도전층 손상 및 소선 단락을 모의한 코일에서 가장 크게 나타났다. 주절연재 료 내부와 도체표면에서 결함을 갖는 코일은 유사하게 나타났으며, 부분방전 크기와 NQN도 시험실보다는 차 폐룸에서 조금 낮게 측정되었다.
- 부분방전 크기는 정상 코일에서 가장 낮고, 반도전층 손상 및 소선 단락을 모의한 코일에서 가장 크게 나타났다. 주절연재 료 내부와 도체표면에서 결함을 갖는 코일은 유사하게 나타났으며, 부분방전 크기와 NQN도 시험실보다는 차 폐룸에서 조금 낮게 측정되었다.
- 부분방전 측정시 시험실의 외부잡음은 320~400 pC이며, 차폐룸의 외부잡음은 50~100 pC으로 낮게 나타났다. 표 2에서 나타낸 바와 같이 시험실과 차폐룸에서 정상코일과 도체 표면에서 결함을 모의한 코일의 부분방전 개시전압은 각각4.5 kV, 5.3 kV로 높게 나타났으며, 반도전충 손상을 모의한 코일에서 부분방전 개시전압은 각각 4.1 kV, 4.5 kV로 비교적 낮게 나타났다. 실제적으로 고압전동기 고정자 권선에서 반도전층이 손상되면 슬롯방전이 나타나며, 다른 방전에 비해 개시전압이 낮게 나타나고 있다[4].
후속연구
- 표 3은 반도전층 손상을 모의한 코일에서 가장 크고, 표 4는 소선 단락을 모의한 코일에서 가장 크게 나타났다. 따라서 디지털 부분방전측 정기와 TGA를 사용하여 부분방전을 측정한 결과 반도전층 손상과 소선단락을 모의한 코일에서 차이를 보이고 있는데 향후 모델 코일을 많이 제작하여 시험 및 분석을 통해 명확 히 규명할 필요가 있다.
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