[논문]자외선 카메라 개발을 위한 직류 연면방전 특성

방만식; 최재형; 김우진; 김영석; 김상현

doi:10.5207/jieie.2011.25.5.098

자외선 카메라 개발을 위한 직류 연면방전 특성
Characteristics of DC Surface Discharge for the Development of UV Camera 원문보기

照明·電氣設備學會論文誌 = Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers, v.25 no.5, 2011년, pp.98 - 103

방만식 (경상대학교 전기공학과 및 공학연구원) , 최재형 (경상대학교 대학원 전기공학과) , 김우진 (경상대학교 대학원 전기공학과) , 김영석 (한국전기안전공사 전기안전연구원) , 김상현 (경상대학교 전기공학과 및 공학연구원)

Abstract ▼ AI-Helper

Recently, UV(ultra-violet rays) camera has attracted a great deal of interest from the view point of easy judgement in inspections and diagnoses of the safety of power equipment. Especilly, UV camera is applied the inspection of UV with corona discharge. One of the most important and difficult problems is the basic research of filter design, materials and corona discharge. In this paper, we will report on the UV generation, corona pulse count and the polarity effect of positive and negative DC surface discharge in air. Also, corona discharge characteristics are analyzed using prototype UV camera of Korea. UV generation and corona pulse count due to surface discharge in positive needle is higher than that of negative needle.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

이와 같은 관점에서 본 연구에서는 불평등 전계하에서 모의 방전모델을 선정하고, 기중에서의 정침 및 부침 DC 연면방전 특성을 비교 검토하였다. 전극간격과 인가전압에 대한 자외선 발생량 및 형상, 코로나 발생시 펄스 수 등을 측정 분석하여 UV 카메라 개발의 기초 자료로 활용하고자 한다.
이와 같은 관점에서 본 연구에서는 불평등 전계하에서 모의 방전모델을 선정하고, 기중에서의 정침 및 부침 DC 연면방전 특성을 비교 검토하였다. 전극간격과 인가전압에 대한 자외선 발생량 및 형상, 코로나 발생시 펄스 수 등을 측정 분석하여 UV 카메라 개발의 기초 자료로 활용하고자 한다.
주요 점검 항목은 현재 정전상태에서의 점검 예를 들면, 변압기의 경우 절연유의 산기, 수분, 내압시험 부싱(bushing)의 접촉저항, 절연, 선간 저항 등을 계측기에 의해 측정 분석하여 확인하고 있다. 최근 기존 설비 항목 외 UV 카메라를 이용하여 무정전 상태에서 코로나 방전을 시각적으로 확인하고, 국부적 발열 검출을 동시에 점검하여 설비관리의 효율성, 손실의 최소화를 꾀하고자 한다[4-5].

제안 방법

실험 방법은 전극계를 설치하고 에틸알코올과 초음파 세척기로 GFRP표면과 전극을 세척 건조시킨 후, 대기 중에서 직류 전압을 인가하였다. 그리고 + 및 -극성을 바꿔가면서 전극간격에 따른 연면 파괴전압을 측정하였다. 코로나가 개시되는 전압과 연면파괴전압 간의 전압을 등분한 후 각 전압에서의 코로나 노이즈, 자외선 개수를 측정하였으며 특히 코로나 발생 시 발생하는 자외선의 형상과 면적크기는 일정거리에서 현재 개발한 시제품 UV 카메라(OpusⅠ, EOST)로 측정 하였다.
방전 특성은 DC 연면 방전 특성을 DC(+)와 DC(-) 극성으로 나누어 측정하였다. 연면 방전 특성을 위한 전극계는 그림 2와 같이 5[mm] 두께의 유리강화섬유플라스틱(GFRP : glass fiber reinforced plastics)판 위에 0.
실험 방법은 전극계를 설치하고 에틸알코올과 초음파 세척기로 GFRP표면과 전극을 세척 건조시킨 후, 대기 중에서 직류 전압을 인가하였다. 그리고 + 및 -극성을 바꿔가면서 전극간격에 따른 연면 파괴전압을 측정하였다.
연면 방전 특성을 위한 전극계는 그림 2와 같이 5[mm] 두께의 유리강화섬유플라스틱(GFRP : glass fiber reinforced plastics)판 위에 0.3[mm] 두께의 스테인레스 강(SUS 304)의 침 (곡률각 : 60[°])-평판 전극을 붙이고 수평배치 하였다.
광학렌즈의 후단에 자외선 센서(UV tron R9533)를 부착하고, 센서에 구동 전압을 DC 400[V]를 인가하였다. 자외선 개수는 레코드를 설치하여 출력되는 펄스신호를 컴퓨터로 계산되었다.
전압 인가시의 전극간에 발생하는 코로나 노이즈는 소음측정기(Svantek 948, 0.5∼20[kHz])로 측정하였다.
한편, 그림 6은 각각의 연면 파괴전압의 90[%]인 정침 및 부침인 DC 전압을 각각 인가하고 시료와 소음 측정기의 측정거리를 변화시킨 경우의 노이즈 이득을 나타낸다. 측정거리는 700, 1,000 및 1,500[mm]에서 측정하였다. 그림에서 알 수 있는 봐와 같이 정침 및 부침 DC인 경우 어느 경우나 측정거리가 증가해도 코로나 이득은 큰 변화가 없었다.
전압은 수동으로 일정 간격으로 전압을 상승하여 인가하였으며, 측정치는 10회 이상의 값을 평균하여 사용하였다. 침 전극에 고전 압측 부싱을 통하여 고전압이 인가되는 경우를 정침(침에 +전압을 인가)이라 하고, 접지측에 연결되는 경우를 부침(침에 -전압을 인가)이라 했다. 시료에 고전압 발생장치에서 전압을 인가하면 코로나의 부분방전과 동시에 코로나 노이즈, 자외선 개수 및 자외선 형상 등이 동시에 측정될 수 있도록 구성되어 있다.
침-평판 전극의 불평등 전계에서 자외선 발생량 및 형상 분석, 코로나 발생 개수를 측정하고, 기중 연면방전에 대한 정침 및 부침 DC 코로나 방전 특성을 분석 하였다.
또한, 인가전압에 따른 자외선(코로나) 개수 측정은 이미 보고된 장비와 동일한 장비를 사용하였다[7]. 코로나 발생시 검출되는 자외선량이 작아 투과형 광학렌즈를 이용하여 집광하였다[8]. 집광을 위한 렌즈의 최적화를 위해 렌즈와 시료와 거리는 1,000[mm], 화각은 10[°]로 고정하였다.
그림 8은 UV 센서를 이용하여 시료와 자외선 센서와의 측정거리 1,000[mm] 거리에서 측정한 자외선 개수를 나타낸다. 코로나 방전시 발생하는 펄스 수를 이미지화하여 계산하였다. 그림에서 (a), (b) 및 (c)는 연면전극 간격(d)을 20, 32 및 45[mm]로 변화시킨 경우의 정침 및 부침인 DC 전압에서의 자외선 발생개수를 나타낸다.
그리고 + 및 -극성을 바꿔가면서 전극간격에 따른 연면 파괴전압을 측정하였다. 코로나가 개시되는 전압과 연면파괴전압 간의 전압을 등분한 후 각 전압에서의 코로나 노이즈, 자외선 개수를 측정하였으며 특히 코로나 발생 시 발생하는 자외선의 형상과 면적크기는 일정거리에서 현재 개발한 시제품 UV 카메라(OpusⅠ, EOST)로 측정 하였다.
3[mm] 두께의 스테인레스 강(SUS 304)의 침 (곡률각 : 60[°])-평판 전극을 붙이고 수평배치 하였다. 평판전극의 단부는 전계집중을 피하기 위하여 곡률반경을 10[mm]로 처리하였으며, 전극간격(d)은 20, 32 및 45[mm]로 변화시켰다.

대상 데이터

시료에 인가되는 전압은 DC의 고전압 발생장치(최 대전압 100[kV])를 사용하였다. 전압은 수동으로 일정 간격으로 전압을 상승하여 인가하였으며, 측정치는 10회 이상의 값을 평균하여 사용하였다.
집광을 위한 렌즈의 최적화를 위해 렌즈와 시료와 거리는 1,000[mm], 화각은 10[°]로 고정하였다.

데이터처리

시료에 인가되는 전압은 DC의 고전압 발생장치(최 대전압 100[kV])를 사용하였다. 전압은 수동으로 일정 간격으로 전압을 상승하여 인가하였으며, 측정치는 10회 이상의 값을 평균하여 사용하였다. 침 전극에 고전 압측 부싱을 통하여 고전압이 인가되는 경우를 정침(침에 +전압을 인가)이라 하고, 접지측에 연결되는 경우를 부침(침에 -전압을 인가)이라 했다.

성능/효과

이것은 연면 파괴전압 근처에서는 코로나 발생과 더불어 전자증배가 지수적으로 증가하여 전극간에 충돌이 심하게 일어나 코로나 노이즈가 높아졌기 때문이라고 생각된다. 또한 부침의 경우도 유사한 경향을 나타내나 정침의 경우보다는 코로나 노이즈 이득이 낮음을 알 수 있었다.

후속연구

앞의 자외선 이미징의 결과를 뒷받침 하고 있어, UV 카메라로 자외선 측정 시에는 DC의 경우는 자외선 발생이 적고, 전력 기기가 장시간 열화되거나 절연사고로 인한 절연파괴 근처에서 발생하기 때문에 사고 예방과 조기진단에 어려움이 있을 가능성이 있다. 차후 개발할 UV 카메라를 이용하여 자외선 발생 수, 크기와 면적 등을 재검토할 필요가 있다.
차후 현재 개발중인 UV 카메라를 이용하여 자외선 발생 수, 크기와 면적 등을 재검토할 필요가 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	전력설비에 이상이 발생했을 때 어떤 기술을 이용하여 검출할 수 있는가?	전력설비에 이상이 발생했을 때 효과적으로 검출하기 위해서는 초음파, 적외선 감지, 전압-전류 특성, 가스감지, UV 카메라 등 다양한 신호를 진단하는 기술이 발전하였다[1-2]. 일반적으로 전력설비의 아크방전, 단락, 지락 등의 사고는 절연상태가 깨지면서 발생되고 있다.
	전력 설비의 안정성 및 신뢰도 향상을 위하여 사전예방 시스템에 대한 연구가 활발히 진행되고 있는 이유는?	최근 산업의 급속한 발전에 따라 각종 전력설비의 초고압화 대용량화가 진행되고 있다. 이에 따라 전력 설비의 안정성 및 신뢰도 향상을 위하여 사전예방 시스템에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
	UV 카메라란 무엇인가?	UV 카메라는 방전에 의해 발생된 자외선을 전자로 변환하고, 증폭시켜 필터를 통과시켜 최종적으로 우리가 눈으로 볼 수 있는 가시광선의 이미지로 나타내어 열화 상태를 판단하는 장비이다. 현재 UV 카메라의 자외선 검출범위는 240～280[nm] 범위의 파장으로 이스라엘, 남아공, 일본과 에드먼드 합작으로 개발하여 시판되고 있으나, 가격이 고가이고 감도와 이상 판단기준이 없다.

참고문헌 (10)

김광화 외, “변압기 절연유 노화 센서 진단용 계측기 개발연구(최종보고서)”, 한국전기연구소, 1993.
송현선, 이상돈, “주상변압기의 열화진단을 위한 원격측정”, KIIEE, Vol. 17, No. 1, pp. 37-44, 2003.
M S Naidu, V Kamaraju, “High Voltage Engineering”, Tata McGraw-Hill Publishing Company Limited, 1995.
EPRI, “Guide to Corona and Arcing Inspection of Substations”, 2002.
김영석, 최명일, 김종민, 방선배, 송길목, “광학렌즈가 부착된 자외선 센서 어레이를 이용한 폴리머 애자의 코로나 방전 신호 분석과 판별 방법 연구”, 대한전기학회 하계학술대회 논문집, pp. 2165-2166, 2010.
L. L. Alston, “High Voltage Technology”, Tata McGraw-Hill Publishing Company Limited, 1995.
D. J. Kweon, S. B. Chin, H. R. Kwak, “The Analysis of Ultrasonic Signals by Partial Discharge and Noise From the Transformer”, IEEE Trans. POWER Deliv., Vol. 20, No. 3, pp.1976-1983, 2005.

상세보기
Y. S. Kim, K. M. Shog, “Measurement of Corona Discharge on Pplymer Insulator through the UV rays Sensor includin Optical Lens”, Proc. of ICSD 10th Conference, pp. 1-4, 2010
일본전기학회, “방전 핸드북”, 일본전기학회, 1982.
박혜리, 최은혁, 김이국, 이관식, “Dry-Air 중의 전극형상 및 에폭시수지의 크기변화에 따른 연면방전특성 연구”, KIIEIE, Vol, 23, No2, pp. 154-160, 2009.

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].

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