[논문]몰드변압기에서 용량성 프로브에 의한 부분방전 검출 기술

정광석; 박대원; 차현규; 차상욱; 길경석

doi:10.4313/jkem.2011.24.4.319

몰드변압기에서 용량성 프로브에 의한 부분방전 검출 기술
Detection Technique of Partial Discharge by a Capacitive Probe in Cast-resin Transformers 원문보기

전기전자재료학회논문지 = Journal of the Korean institute of electronic material engineers, v.24 no.4, 2011년, pp.319 - 324

정광석 (한국해양대학교 전기전자공학부) , 박대원 (한국해양대학교 전기전자공학부) , 차현규 (한국해양대학교 전기전자공학부) , 차상욱 (한국해양대학교 전기전자공학부) , 길경석 (한국해양대학교 전기전자공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

This paper dealt with a partial discharge (PD) detection method for insulation diagnosis in cast-resin transformers. To detect PD pulse, a planar-capacitive probe was designed and fabricated. The probe has no insulation problem and can be installed on cast-resin transformers even in operation since it does not connect with high voltage conductor. The PD measurement system consists of the capacitive probe, a coupling network of 100 [kHz] low-cutoff frequency, and an amplifier with a gain of 40 [dB] and a frequency bandwidth of 500 [Hz]~45 [MHz]. A plane-needle and a plane-plane electrode system were fabricated to simulate insulation defects in a cast-resin transformer. Sensitivity of the PD measurement system, which is evaluated by a standard calibrator was 0.35 [mV/pC] for positive and 0.45 [mV/pC] for negative, respectively. The PD detection by the capacitive probe was less sensitive than that by a coupling capacitor according to IEC 60270, but we could analyze the magnitude and the phase distribution of PD pulse.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 논문에서는 몰드변압기에서 용량성 프로브에 의한 비접촉식 부분방전 검출에 대해 기술하였으며 IEC 60270에 의한 검출방법과 비교하여 감도 및 부분방전펄스의 위상분포를 비교분석하였다.
본 논문에서는 몰드변압기의 절연진단을 위해 비접촉식 용량성 프로브를 이용한 부분방전 측정 및 분석 기술에 대해 연구하였다. 실험계는 평판형 용량성 프로브, 차단주파수 100 [kHz]의 결합회로망, 이득 40 [dB], 주파수 대역 500 [Hz]∼45 [MHz]인 증폭회로로 구성된다.

제안 방법

IEC 60270 규격을 만족하는 표준교정펄스발생기 (power diagnostix, CAL1A)로 결함에 20∼100 [pC]의 정극성 및 부극성의 교정펄스를 주입하고 입력전하량에 대한 출력전압의 비로써 감도를 산출하였다.
2 [mm], 비유전율 4, 면적 150 [cm²]의 난연성 에폭시 수지를 사용하였다. 검출신호의 전송에는 고주파 특성이 우수하고 특성임피던스가 50 [Ω]인 동축케이블 (RG58G/AU)을 사용하였으며 이와의 접속을 위해 SMA-BNC 커넥터를 접지전극 면에 부착하였다.
몰드변압기 내부의 첨예한 부분 또는 권선 및 턴간에서 발생 가능한 결함을 모의하기 위하여 곡률반경 10 [μm]의 침전극과 평판전극을 사용하여 간격 3 [mm]의 평판-평판, 평판-침 결함을 제작하였다.
실험계는 시료에 시험전압 인가를 위한 고전압 발생원, 부분방전에 의한 펄스가 검출임피던스에 유효하게 전달되도록 폐회로를 형성하기 위한 결합콘덴서, 전류펄스를 전압펄스로 변환하는 검출임피던스, 미소 펄스를 정확히 측정하기 위한 증폭회로와 관측계기로 구성된다.
적용실험으로는 평판-평판, 평판-침 결함에서 발생하는 부분방전 펄스의 위상분포를 측정 및 분석함으로써 용량성 프로브를 이용한 검출방법의 성능을 평가하였다.
2.3 설계 및 제작

제안한 부분방전 측정계는 그림 5와 같이 용량성 프로브, 결합회로망, 저잡음 증폭회로로 구성된다. 검출전극이 몰드변압기 표면에 대해 평행으로 설치될 수 있는 그림 6의 평판형 용량성 프로브를 설계·제작하였다.

대상 데이터

실험계는 평판형 용량성 프로브, 차단주파수 100 [kHz]의 결합회로망, 이득 40 [dB], 주파수 대역 500 [Hz]∼45 [MHz]인 증폭회로로 구성된다.
용량성 프로브는 두께 0.07 [mm], 면적 56.5[cm²]의 동판과 유전체로 두께 0.2 [mm], 비유전율 4, 면적 150 [cm²]의 난연성 에폭시 수지를 사용하였다. 검출신호의 전송에는 고주파 특성이 우수하고 특성임피던스가 50 [Ω]인 동축케이블 (RG58G/AU)을 사용하였으며 이와의 접속을 위해 SMA-BNC 커넥터를 접지전극 면에 부착하였다.

성능/효과

45 [mV/pC]의 선형적 특성을 나타내었다. 용량성 프로브를 이용한 검출 방법은 IEC 60270에 따른 결합콘덴서 방법에 비해 감도는 다소 낮지만, 비접촉식으로 부분방전의 크기와 위상분포 등 몰드변압기의 절연진단에 필요한 정보를 얻을 수 있었다. 실험결과로부터 본 논문에서 제안한 비접촉식 용량성 프로브는 몰드변압기의 절연진단에 충분히 활용될 수 있을 것으로 기대한다.

후속연구

용량성 프로브를 이용한 검출 방법은 IEC 60270에 따른 결합콘덴서 방법에 비해 감도는 다소 낮지만, 비접촉식으로 부분방전의 크기와 위상분포 등 몰드변압기의 절연진단에 필요한 정보를 얻을 수 있었다. 실험결과로부터 본 논문에서 제안한 비접촉식 용량성 프로브는 몰드변압기의 절연진단에 충분히 활용될 수 있을 것으로 기대한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	평판-평판 결함에서 부부방전 펄스는 측정방법과 무관하게 12°∼90°, 192°∼277°, 평판-침 결함에서는 345°∼120°, 165°∼292°에서 분포하는 결과가 나온 이유는?	평판-평판 결함에서 부부방전 펄스는 측정방법과 무관하게 12°∼90°, 192°∼277°, 평판-침 결함에서는 345°∼120°, 165°∼292°에서 분포하였다. 이는 결함의 형태에 따른 전계의 집중도 차이에 의한 것으로 곡률반경이 작은 침 결함에서 넓은 범위의 부분방전이 발생한 것으로 판단된다.
	변압기에서 운전 성능과 수명에 직접적인 관련이 있는 것은?	변압기에서 절연내력은 운전 성능과 수명에 직접적인 관련이 있다. 최적의 변압기 절연설계가 이루어지고, 우수한 특성의 절연재료를 사용해도 운전 중에 발생되는 전기적, 열적, 환경적 스트레스로 인해 절연열화가 진행되며, 설계 단계에서 고려된 기대수명을 다하지 못하는 경우가 많다.
	부분방전으로 인한 영향은?	전력용 변압기의 제조 시 이물질, 불필요한 수분이 함유되거나 외부 충격, 진동에 의해 손상될 경우 절연물에 결함이 형성되며, 운전 시 주위 절연물에 비해 낮은 유전율을 가지는 결함부분에 전계가 집중되어 부분방전이 발생하게 된다 [1]. 부분방전 발생초기에는 방전전하량의 크기가 미소하여 절연물의 성능에 큰 영향을 미치지 못하지만, 장기간 지속될 경우 전기 트리 (electrical tree)를 성장시키고, 방전전하량이 급속히 증가하여, 최종적으로 절연파괴로 전력사고를 유발한다.

참고문헌 (19)

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