[논문]절연유 내 변압기 Turn간 결함에 의한 부분방전의 극초단파 전자기파 신호 특성

윤진열; 주형준; 구선근; 박기준

절연유 내 변압기 Turn간 결함에 의한 부분방전의 극초단파 전자기파 신호 특성
Characteristics of Ultra High Frequency Partial Discharge Signals of Turn to Turn Defect in Transformer Oil 원문보기

전기학회논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers, v.58 no.10, 2009년, pp.2000 - 2004

윤진열 (한전 전력연구원) , 주형준 (한전 전력연구원) , 구선근 (한전 전력연구원) , 박기준 (한전 전력연구원)

Abstract ▼ AI-Helper

In general, for the condition monitoring of a power transformer using the UHF PD measuring technique, detection of any partial discharge, identifying the defect in the transformer and locating the insulation defect are necessary. In this paper one of the most frequent detects which can result in turn to turn fault in power transformer was examined for identifying the defect. In order to model the defect, as a discharge source, a partial discharge cell was used for experimental activity. Magnitude of electromagnetic wave signals and corresponding amount of apparent discharge were measured simultaneously against phase of applied voltage to the discharge cell. Frequency range and phase resolved partial discharge signals were measured and analyzed. The results will be contributed to build the defect database of power transformer and to decrease the occurrence of transformer faults.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

공기를 전파매질로 하여 얻은 신호이다. 본 논문에서는 결함원이 갖는 방전신호의 특성만을 해석하였으며 본 결과를 실제 변압기에 적용하게 되면 절연유가 전파매질로 작용하게 되어 전파속도와 신호 크기에만 영향을 미칠 뿐 결함 원의 신호 특성에는 영향을 미치지 않게 된다.[26]
전력용변압기에서 흔히 나타나는 고장 중의 하나가 층간단락 고장이다. 본 논문에서는 층간 단락 고장의 초기단계라 할 수 있는 turn to turn 결함에서 발생하는 부분방전 결함을 모의하여 부분방전 현상으로부터 방사되는 전자기파 신호크기를 겉보기 방전량 크기 변화와 상호비교하고, 전자기파 신호가 갖는 주파수 분포를 분석하였으며, 전압인가 시간경과에 따른 신호발생 특성을 전압 위상에 대비시켜 분석함으로써 변전소 현장에서 발생할 수 있는 변압기 층간단락고장 예방에 기여하고 변압기 예방진단시스템 개발을 위한 요소기술 개발에 기여하고자 한다.

제안 방법

Turn to turn 방전을 모의하기 위해 그림 1과 같은 부분방전 발생 장치(PD cell)를 제작하였다. PD cell 내부에는 절연지로 마감된 두 개의 구리권선이 교차되어 설치되었으며 양 권선 사이에 고전압을 인가하는 구조로 제작하였다. 특히 권선 표면의 절연지 사이에는 그림 1와 같이 얇은 판형 공극을 설치하였다.
PRPD 패턴으로 변환할 때 측정에 사용한 필터에 의한 손실과 안테나 팩터는 고려하지 않았으며 모든 측정에서 같은 설정을 사용하여 상대적인 크기를 표시하였다. 전자기파 신호의 측정과 함께 겉보기 방전량을 IEC₆₀270 방식에의 한 부분방전 측정 장치 (DDX 7000, Robinson)를 이 용하여 동시에 측정하였다.
발생하는 방전들의 조합으로 생각할 수 있다. Turn to turn 방전을 모의하기 위해 그림 1과 같은 부분방전 발생 장치(PD cell)를 제작하였다. PD cell 내부에는 절연지로 마감된 두 개의 구리권선이 교차되어 설치되었으며 양 권선 사이에 고전압을 인가하는 구조로 제작하였다.
1 dB 이다. 모든 측정기는 인가전원의 위상에 동기하여 측정하였으며, 각각의 기기에서 측정된 결과는 pc로 전송하여 저장하고 분석하였다.
방전에 의한 전자기파 신호의 위상분해 부분방전 패턴 (Phase Resolved Partial Discharge, PRPD)을 얻기 위하여 PD cell에서 0.5 m 떨어진 위치에 혼(Horn) 안테나를 설치하였다. 안테나에서 검출된 방전신호는 필터를 이용하여 잡음이 제거되고 오실로스코프(TDS7104, Tektronix)로 입력된다.
PD 발생장치에 0~50 kV, 60 Hz의 AC 전압을 20분 단위로 수 kV씩 증가시키면서 부분방전을 발생시켰다. 방전에 의한 전자기파의 전기장세기는 6 m 떨어진 위치에 설치된 교정된 다1수 주기 안테나를 이용해 검출하였다. 안테나에서 검출된 방전에 의한 전자기파 신호는 신호감쇠기와 분배기를 거쳐 오실로스코프 (TDS7404, Tektronix)와 주파수 분석기 (FSP7, Rohde & Schwarz)로 입력되어 방전신호의 파형과 주파수 분포를 측정하였다.
방전에 의한 전자기파의 전기장세기는 6 m 떨어진 위치에 설치된 교정된 다1수 주기 안테나를 이용해 검출하였다. 안테나에서 검출된 방전에 의한 전자기파 신호는 신호감쇠기와 분배기를 거쳐 오실로스코프 (TDS7404, Tektronix)와 주파수 분석기 (FSP7, Rohde & Schwarz)로 입력되어 방전신호의 파형과 주파수 분포를 측정하였다. 이때 분배기와 신호감쇠기의 감쇠량을 조정하여 신호의 크기를 계측기의 입력범위에 맞도록 조절하였다.
안테나에서 검출된 방전에 의한 전자기파 신호는 신호감쇠기와 분배기를 거쳐 오실로스코프 (TDS7404, Tektronix)와 주파수 분석기 (FSP7, Rohde & Schwarz)로 입력되어 방전신호의 파형과 주파수 분포를 측정하였다. 이때 분배기와 신호감쇠기의 감쇠량을 조정하여 신호의 크기를 계측기의 입력범위에 맞도록 조절하였다. 획득한 주파수 분포에서 안테나 팩터와 감쇠기의 삽입손실(6.
인가전압을 21 kV로 높여서 섬락현상이 발생 후 방전 위치의 모양을 자세히 관찰하기 위해 cell을 분해하였다. 그림 7은 분해한 후의 PD cell 내부의 그림이다.
전력용 변압기 내부 권선에서 발생할 수 있는 결함 특성을 조사하여 진단에 응용하고자 권선의 선간 결함을 모의한 PD cell을 제작하여 방전실험을 하였다. Turn to turn 결함에 의해 발생하는 PD에 의한 전자기파 부분방전 신호는 2 GHz까지 전 주파수 영역에 걸쳐서 신호가 비교적 균등하게 발생함을 확인할 수 있었다.
전자기파 신호의 측정과 함께 겉보기 방전량을 IEC₆₀270 방식에의 한 부분방전 측정 장치 (DDX 7000, Robinson)를 이 용하여 동시에 측정하였다. 사용된 분배기 삽입 손실은 0 ~ 4.
이때 분배기와 신호감쇠기의 감쇠량을 조정하여 신호의 크기를 계측기의 입력범위에 맞도록 조절하였다. 획득한 주파수 분포에서 안테나 팩터와 감쇠기의 삽입손실(6.1 dB)을 보정하여 측정된 신호의 주파수에 대한 전기장의 크기를 산출하였다.

대상 데이터

실험 장치를 구성하였다. 방전을 모의하기 위해 2.1 에서 설명한 PD 발생장치를 사용하였다. PD 발생장치에 0~50 kV, 60 Hz의 AC 전압을 20분 단위로 수 kV씩 증가시키면서 부분방전을 발생시켰다.

성능/효과

cell을 제작하여 방전실험을 하였다. Turn to turn 결함에 의해 발생하는 PD에 의한 전자기파 부분방전 신호는 2 GHz까지 전 주파수 영역에 걸쳐서 신호가 비교적 균등하게 발생함을 확인할 수 있었다. 이때 측정되는 겉보기 방전량은 50 pC에서 500 pC까지 광범위하게 측정되었다.
그림 7은 분해한 후의 PD cell 내부의 그림이다. 권선의 표면에 위치한 판형 공극의 결함으로부터 섬락현상이 발생한 후 두 권선 사이의 섬락 전류가 절연지를 관통하였음을 탄화흔적으로 알 수 있었다.
고루 분포하였다. 전자기파 방전신호의 편파 특성은 그림 5와 같이 약 800 MHz 이상에서 수직편파가 수평편파에 비해 약 3dB 크게 측정되었다. 이를 통해 평판공극 내부에서 전자파 방전신호를 발생하는 방전전류가 수직 방향으로 발생함을 알 수 있다.
이때 측정되는 겉보기 방전량은 50 pC에서 500 pC까지 광범위하게 측정되었다. 측정된 전자기파의 편파특성은 약 800 MHz 이상에서 수직 편파가 수평편파에 비해 크게 측정되었다.

후속연구

이러한 현상은 다른 종류의 결함(금속이물, 공극, 절열체결함[27])이 인가전압에 따라 가압 시간에 관계없이 일정한 패턴을 유지하는 것과 다른 특징으로서 이 특징을 응용할 경우 결함종류를 진단하는 데에 유용하게 활용할 수 있을 것이다. 이러한 현상을 보이는 이유를 살펴보면, 그림 6의 9kV-l 그림은 구 형상의 이물과 뾰족한 형상의 부유 전극에 의한 방전 현상이 조합된 형태를 보이고 있다.
경과에 따라 약간 다른 모습을 보였다. 이러한 현상은 다른 종류의 결함에서는 흔히 나타나지 않는 특징으로서 이러한 특징을 이용할 경우 외부에서 신호를 측정하여 결함 종류를 진단하는 데에 유용하게 활용될 수 있을 것으로 판단된다. 또한 어느 전압에서나 인가전압 위상의 90°, 270° 부근에서 가장'큰 방전신호가 발생함을 알 수 있었다.

참고문헌 (27)

G. Wanninger, 'Apparent charge measurement in GIS by modern diagnostic methods,' Eur. Trans. Elect. Power, pt.4, vol.7, pp.251-255, Aug.1997

상세보기
K. Raja, F. Devaux & S. Lelaidier, 'Recognition of Discharge Sources Using UHF PD Signatures', IEEE Electrical Insulation Magazine, pp8-14, Vol. 18, No. 8, Sep., 2002

상세보기
윤진열, 박기준, 구선근, 'GIS 부분방전 검출기술연구', 한국전력공사 전력연구원, TR 98J2002.407. 2002
윤진열, 박기준, 구선근, 'GIS내 자유 도전성 파티클 결함에 대한 위험도 평가방안', 대한전기학회지 Vol.51C. No.4. Apr.2002
윤진열, 박기준, 구선근, 'GIS 고장예방을 위한 UHF 부분방전 신호해석기술 연구', 전력산업연구개발사업 최종보고서, 한국전력공사 전력연구원, May, 2005
C. R. Li, W. Wang, Z. G. Tang & Y. S. Din, 'PD Pattern Recognition in Transformer by Using UHF Technology', 2004 IEEE International Symposium on Electrical Insulation, Indianapolis, 19-22 Sep., 2004
S. Meijer, E. Gulski, J. J. Smith, & H. F. Reijnders, 'Sensitivity Check for UHF PD Detection on Power Transformer', IEEE International Symposium on Electrical Insulation, Indianapolis, 19-22 Sep., 2004
Shen, Z.B.; El-Saadany, E.F.; 'Localization of partial discharges using UHF sensors in power transformers' Power Engineering Society General Meeting, 2006
Jitka Fuhr; 'Procedure for identification and localization of dangerous PD sources in power transformers' Dielectrics and Electrical Insulation, IEEE Transactions on Volume 12, Issue 5, Oct. 2005

상세보기
Homaei, M.; Mazhab Jafari, A.; 'Investigating suitable features for Partial Discharge localization in power transformer' 2008. CMD
Jafari, A.M., Akbari, A.; 'Investigating Practical Experiments of Partial Discharge Localization in Transformers using Winding Modeling' Dielectrics and Electrical Insulation, IEEE Transactions on Volume 15, Issue 4, August 2008

상세보기
Lopez-Roldan, J., Tang, T., Gaskin, M. ; 'Design and testing of UHF sensors for Partial Discharge detection in transformers' Proc. of 2008 Int. Conf. on Condition Monitoring and Diagnosis, 1052-1055, Apr. 21-24, 2008
Agoris, PD, et al. ; 'Sensitivity check of internal sensor for power transformer partial discharge measurements', Proc. of the 8th Int. Conf. on Properties and Applications of Dielectric Materials, Vols 1 and 2; 230-233, Jun. 26-30, 2006
Yang, L, Judd, MD, Costa, G, ; 'Simulating propagation of UHF signals for PD monitoring in transformers using the finite difference time domain technique', Ann. Rep. Conf. on electrical insulation and dielectric phenomena, 410-413, Oct. 17-20, 2004
Li, JH, et al. ;'Propagation characteristic study of partial discharge UHF signal outside transformer', Proc. of 2008 Int. Conf. on condition monitoring and diagnosis, 1078-1080, Apr. 21-24, 2008
Coenen, S, et al., ;'Attenuation of UHF signals regarding the sensitivity verification for UHF PD measurements on power transformers', Proc. of 2008 Int. Conf. on condition monitoring and diagnosis, 1036- 1039, Apr. 21-24, 2008
Tang, ZG, et al., ;'The feasibility of locating PD source in transformer using the UHF technology', Ann. Rep. Conf. on electrical insulation and dielectric phenomena, 477-480, Oct. 17-20, 2004
Zhou, LX, Li, WG, ; 'partial discharge sources detection and location with an electromagnetic vector sensor', 2006 1st IEEE Conf. on Ind. electronics and applications, Vol. 1-3, 615-619, May 24-26, 2006
Shen, ZB, El-Saadany, EF, ;'Localization of partial discharges using UHF sensors in power transformers', 2006 Power Engineering Society General Meeting, Vols 1-9, 2660-2665, June 18-22, 2006
Yang, J.G, et al. ;'Study of time delay of UHF signal arrival in location partial discharge', Proc. of 2008 Int. Conf. on condition monitoring and diagnosis, 1088-1092, Apr. 21-24, 2008
P. Agoris, et al., ;'Building a transformer defects database for UHF partial discharge diagnostics', 2007 IEEE Lausanne powertech, vols. 1-5, 2070-2075, Jul. 01-05, 2007
Massingue, F, et al., ; 'Partial discharge pattern analysis of modeled insulation defects in transformer insulation', Conf. Record of the 2006 IEEE into symp. on electrical insulation, 542-545, Jun. 11-14, 2006
G. P. Cleary and M. D. Judd, 'UHF and current pulse measurements of partial discharge activity in mineral oil', IEE Proc.-Sci. Meas. Technol. Vol. 153, No.2, p47-54, March 2006

상세보기
D. Aschenbrenner et al., ;'On line PD measurements and diagnosis on power transformers', IEEE Trans. on dielectrics and electrical insulation, Vol. 12, No. 2 p216-222, Apr. 2005

상세보기
Rogier A. et al, ;'Identification of partial discharge defects in transformer oil', 2005 Ann report conf. on electrical insulation and dielectric phenomena, p565-568, Oct. 16-19, 2005, Nashville, TN
구선근, 주형준, 박기준, 한기선, 윤진열, 'TDR을 이용한 극초단파 대역에서 사용 절연유의 유전율과 전파속도 측정', KIEE, Vol.57 11, NOV, 2008
주형준, 구선근, 박기준, 한기선, 윤진열, '절연유에서 부분방전에 의한 극초단파 신호특성분석', KIEE. VOL. 57P Mar 2008

저자의 다른 논문 :

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].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증