[논문]몰드변압기의 부분방전 검출기술에 관한 연구

박찬용; 박대원; 최재성; 길경석

doi:10.4313/jkem.2009.22.9.786

[국내논문] 몰드변압기의 부분방전 검출기술에 관한 연구
A Study on PD Detection Methods for Cast-resin Dry-type Transformers 원문보기

전기전자재료학회논문지 = Journal of the Korean institute of electronic material engineers, v.22 no.9, 2009년, pp.786 - 791

박찬용 (한국해양대학교 전기전자공학부) , 박대원 (한국해양대학교 전기전자공학부) , 최재성 (한국해양대학교 전기전자공학부) , 길경석 (한국해양대학교 전기전자공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

Transformer failures are mostly due to partial discharges (PDs) caused by the deteriorated insulation. It is, therefore, important to monitor PD occurrence in insulation system and prevent their deterioration. The presented paper deals with a PD detection method by a capacitive probe, which easily apply to cast - resin dry - type transformers. The PD detection system consists of a capacitive probe and a low noise amplifier having the frequency bandwidth of 500 $Hz{\sim}30$ MHz. In the experimental set-up, sensitivity of the system is 7.16 mV/pC.

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문제 정의

본 논문에서는 몰드변압기의 온라인 절연진단에 비교적 간단히 적용할 수 있는 용량성 프로브를 이용한 부분방전 측정기술에 대하여 기술하였다.

제안 방법

본 논문에서 제안한 용량성 프로브는 전기적 절연물에 동판을 접착시킨 구조로써 그림 1과 같이 변압기 외부표면에 부착된다. 검출전극의 말단에는 특성 임 피 던스 50 Q의 BNC를 사용하여 동축케 이블을 접속할 수 있도록 하였다.
외부표면에 부착된다. 검출전극의 말단에는 특성 임 피 던스 50 Q의 BNC를 사용하여 동축케 이블을 접속할 수 있도록 하였다.
본 연구에서는 교정 펄스 발생 기 (CAL1A, 1-100 pC, Pos./Neg.)를 사용하여 그림 6과 같이 몰드변압기의 권선과 절연물사이에 교정펄스를 인가한 후 감도를 산출하였다.
제작한 부분방전 검출장치를 이용하여 그림 8과같이 몰드변압기에 적용실험을 수행하였다. 몰드변압기의 절연물 내부에서 부분방전이 발생하도록 변압기 상부에서부터 15 cm 하부에 침 전극을 설치하고, 외부에서 권선과 절연물사이에 전압조정기와 고압변압기 (AC 220 V/15 kV)를 사용하여 부분 방전을 발생시켰다.
몰드변압기의 절연물 내부에서 부분방전이 발생하도록 변압기 상부에서부터 15 cm 하부에 침 전극을 설치하고, 외부에서 권선과 절연물사이에 전압조정기와 고압변압기 (AC 220 V/15 kV)를 사용하여 부분 방전을 발생시켰다.
또한 방전신호원의 위치를 추정하기 위하여 그림 12와 같이 실험계를 구성하고, 부분방전신호를 측정하였다. 용량성 프로브간의 거리를 각각 10 cm로 일정하게 배치하고, 발생되는 신호를 동시에 측정하였다.
본 논문에서는 몰드변압기내의 부분 방전 신호를 검출하기 위해 용량성 프로브를 적용하였으며, 미소 방전신호의 고정도 측정을 위하여 주파수 대역 500 Hz~30 MHz (-3 dB) 에서 이 득 40 dB인 저 잡음 증폭회로(LNA)를 설계 . 제작하였다.
제작하였다. 교정실험으로부터 7.16 mV/pC의 측정감도를 산출하였으며, 모의 결함으로부터 방전신호를 측정하고 특성을 분석하였다.

성능/효과

침 전극에서의 방전개시전압은 1.2 kVms> 방전 소멸전압은 L18 kVn”로 측정되었으며, 방전 횟수는 1 DIV에서 34회, LI DIV에서 133회, 1.2 DIV 에서 134회로 인가전압을 증가시킴에 따라 부분 방전의 발생횟수와 크기도 함께 증가하였다. 초기 방전은 위상 90°을 기준으로 Qmax(371mV)가 발생하였으나, 인가전압이 증가함에 따라 30°~45°로 Qmax 의 위상이 이동함을 확인할 수 있다.
측정결과, 방전 신호원으로부터 멀어질수록 검출되는 신호의 크기가 감소함을 확인할 수 있으며, 부분방전신호의 크기를 비교함으로써 부분방전 발생지점의 수직적 위치추정이 가능할 것으로 판단된다.
실험 결과로부터 용량성 프로브를 이용한 부분 방전 측정장치는 몰드변압기 내의 방전신호를 검출함에 있어서 충분한 특성을 가짐을 확인하였으며, 다양한 환경에서 정보가 취득된다면 몰드변압기의 절연진단에 유용하게 적용될 것으로 판단된다.

후속연구

몰드변압기의 중대사고 요인인 내부절연파괴는 대부분의 경우 초기단계에 부분방전을 수반하며, 이는 부분 방전과 절연이 밀접한 상관관계를 지니고 있음을 의미한다. 따라서 부분방전신호를 측정함으로써 절연 열화에 의한 사고를 미연에 방지할 수 있으며, 변압기의 절연설계와 평가 시에도 유용하게 적용될 수 있을 것으로 판단된다. 이러한 부분방전 신호는 커플링 캐패시 터, AE (Acoustic Emission)센서, 고주파 변류기 (HFCT) 및 UHF센서 등으로 검출할 수 있으며, 피측정 대상에 따라 유효한 방법을 선택할 수 있다[5-7].

참고문헌 (9)

P. Werle, V. Wasserberg, H. Borsi, and E. Gockenbach, 'Comparison of Different Partial Discharge Measurement Methods on Dry Type Transformers in Operation', 2nd International Conference on Dielectrics and Insulation (ICDI), Stara Lesna, CZ, 2000
L. E. Lundgaard, 'Partial discharge-Part XIV : Acoustic partial discharge detection practical application', IEEE Electrical Insulation Magazine, Vol. 8, No. 5, p. 34, 1992

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Y. Lu, X. Tan, and X. Hu, 'PD detection and localization by acoustic measurement in an oil-filled transformer', IEEE Pro.-Sic. Meas. Technol., Vol. 147, No. 2, p. 81, 2000

상세보기
민윤홍, 유호근, 배선기, 김호철, 이윤재, '저손실형 복합절연 주상변압기 개발 및 단락특성에 관한 연구', 대한전기학회 2002하계학술대회논문집(B), p. 607, 2002
P. D. Agoris, S. Meijer, and J. J. Smit, 'Evaluation of On-line Insulation Condition Assessment Techniques for power transformers', International Symposium on High-Voltage Engineering(ISH), Beijing, China, 2005
길경석, 박대원, 김일권, 최수연, 박찬용, '부분방전에 의한 음향신호의 검출과 위치추정에 관한 연구', 전기전자재료학회논문지, 20권, 10호, p. 907, 2007

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S. Tenbohlen, D. Uhde, J. Poittevin, H. Borsi, P. Werle, U. Sundermann, and H. Matthes, 'Enhanced Diagnosis of Power Transformers using On and Off-line Methods : Results, Examples and Future Trends', CIGR $\acute{E}$ Paris, Paper 12-204,2000
길경석, 송재용, 박대원, '용량성 프로브와 광전송회로를 이용한 광대역 전압측정장치', 한국센서학회지, 13권, 5호, p. 363, 2004

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길경석, 박대원, 최수연, 김일권, 박찬용, '가스절연개폐에 용량성 전압프로브를 이용한 부분방전 측정', 전기전자재료학회논문지, 21권, 1호, p. 85, 2008

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