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• 연구 주제
• 연구 방법
• 연구 결과

문제 정의

• 본 논문에서는 원자력발전소 내에 설치되어 있는 13.8kV 및 4.16kV급 고압케이블에 대하여 국내 최초로 운전 중 부분방전 진단을 수행하여 케이블 열화에 대한 건전성을 평가하였다.
• 설계기준사고관련 손상원인으로는 냉각재 상실사고, 주증기배관 파손사고 침수, 화재 등이 있으며, 일반 손상원인으로는 해당 기기의 설치위치에 따라 나타나는 온도, 방사선, 습분 등의 환경요소가 경년열화기구로 작용하며 뒤틀림 압력, 작업상 오류 등이 기타 촉진 요소로 작용한다. 다음으로는 원자력 발전소에서 관리하고 있는 주요 경년열화기구에 대해서 자세히 서술하였다.

제안 방법

• 고주파 부분방전 측정(HFPD: High Frequency Partial Discharge Measurement)법으로 불리는 이 기술은 수∼수백 MHz 대역의 주파수 영역에서 부분방전을 측정하는 기술로서[1,2], 국내외적으로 초고압 선로의 준공시험과 노후 선로 진단에 적용되고 있다[3]. 또한 이러한 HFPD 측정기술은 선진 외국에서는 배전 케이블 진단에도 적용 사례가 증가하는 추세에 있고 국내에서도 송전케이블 진단에 적용했던 측정기술을 배전케이블 및 접속함 진단에 적용하여 수차례 부분방전을 검출하였고 사고를 미연에 예방하였다.
• 본 논문에서는 원자력발전소 내에 설치되어 있는 13.8kV 및 4.16kV급 고압케이블에 대하여 국내 최초로 운전 중 부분방전 진단을 수행하여 케이블 열화에 대한 건전성을 평가하였다.
• HFCT에서 검출된 광대역 신호는 동조증폭기를 통해 측정기 본체에 입력된다. 측정기 본체에서는 주파수 분석을 통하여 S/N 비가 가장 우수한 주파수 대역의 5MHz 밴드 폭을 가진 신호를 검출한다. PD 패턴 분석은 오실로스코프에서 방전위상과 방전량을 측정하고, PD 패턴 분석 소프트웨어를 이용하여 ∅-q-n(위상-방전-펄스) 패턴을 분석하여 부분방전 발생 여부를 판단하게 된다.
• 16kV급 고압케이블에 대하여 국내 최초로 운전 중 부분방전 진단을 수행하여 케이블 열화에 대한 건전성을 평가하였다. 측정장비로는 LS-SPD50 장비(LS 전선社), PD-Base I 장비(Techimp社) 및 MPD 600 장비(Omicron社)를 사용하여 원자력발전소 적용성을 검토하였다. 측정 센서는 모두 그림 6과 같이 HFCT(High Frequency Current Transformer)를 사용하였다.
• LS-SPD50 장비를 사용하여 13.8kV 케이블 3회선 및 4.16kV 4회선을 측정하였다. 그림 7은 순환수 펌프 전동기 (1) 케이블 차폐층에 HFCT를 설치하고 센서에서 검출된 신호를 주파수 튜닝하여 S/N비가 가장 큰 31MHz 대역을 선택하여 부분방전을 측정한 것을 나타낸 것이다.
• MPD 600 장비(Omicron社)를 사용하여 상용 AC 전원이 인가된 활선 상태의 선로를 대상으로 순환수 펌프 전동기 (4) 케이블 A, B, C상을 동시에 측정하였으며, 3PARD 기법을 적용하여 PD 발생여부를 진단하였다. 3PARD는 노이즈는 각 상에서 공통으로 발생한다고 가정하여 노이즈의 백터 합은 0으로 수렴한다는 개념의 기법이다.
• 그림 10(a)와 같이 영점 부근을 영역으로 지정하고, 지정된 영역에 대해서만 PRPD 분석을 하면 그림 11(b), (c), (d)와 같이 노이즈로 나타나게 된다. 측정 시 측정 주파수 대역별로 노이즈 대비 PD 신호의 감도가 달라지므로, 5MHz, 7MHz, 10MHz의 3개 대역에서 측정을 수행하였다.
• 세계적으로 상용화되어 그 성능이 이미 충분히 입증되어 있는 부분방전 측정 장비를 사용하여 운전 중인 원자력발전소 내 4.16 및 13.8kV 케이블을 대상으로 PD 측정을 수행하였으며 그 결과는 표 2와 같다.
• 원자력발전소 내에 설치되어 있는 13.8kV 및 4.16kV급 고압케이블에 대하여 국내 최초로 실 선로 부분방전 및 열화상 측정을 통한 진단을 수행 하였다. 진단 결과 원자력발전소 내에는 송전 및 배전 선로보다 노이즈가 상당히 적어 HFPD 측정 장치를 사용하면 발전소를 정지하지 않고도 부분방전 측정이 가능하다는 결론에 도달하였다.

대상 데이터

• 측정장비로는 LS-SPD50 장비(LS 전선社), PD-Base I 장비(Techimp社) 및 MPD 600 장비(Omicron社)를 사용하여 원자력발전소 적용성을 검토하였다. 측정 센서는 모두 그림 6과 같이 HFCT(High Frequency Current Transformer)를 사용하였다. 또한 외부에서 유입되는 대부분의 노이즈 신호는 분석단계에서 필터를 적용하여 분리하였다.

성능/효과

• 또한 외부 노이즈 신호는 기존의 저주파 측정법에서 사용하는 주파수 대역 (400∼800kHz)에서는 쉴드룸 등을 사용해야만 측정할 수 있을 정도로 크게 유입되지만 고주파 대역으로 갈수록 크게 감소된다.
• 표에서 나타낸 바와 같이 순환수 펌프 전동기 3에서 부분 방전이 발생하고 있었지만 측정 당시 전동기와 케이블이 연결된 상태였고, 향후 케이블만을 대상으로 진단하였던 VLF tanδ 측정결과에서 이 케이블이 양호하다고 진단되어 PD 발생은 케이블과 연결되어 있는 전동기에서 발생된 것으로 사료되며, 현재 케이블은 정상인 것으로 판단하였다.
• 16kV급 고압케이블에 대하여 국내 최초로 실 선로 부분방전 및 열화상 측정을 통한 진단을 수행 하였다. 진단 결과 원자력발전소 내에는 송전 및 배전 선로보다 노이즈가 상당히 적어 HFPD 측정 장치를 사용하면 발전소를 정지하지 않고도 부분방전 측정이 가능하다는 결론에 도달하였다. 단 케이블 진단 중 인적실수 및 예기치 못한 고장에 의한 발전소 정지에 대한 대책으로 발전소에서 주기적으로 수행하고 있는 계획예방정지 기간 즉 발전소 상온정지 기간에 집중적으로 부분방전을 측정할 계획에 있으며 향후 원자력발전소의 안정적 운영에 기여할 것으로 사료된다.

후속연구

• 따라서 A와 B 패턴으로 분할하여 분석하였을 때 각각 그림 9, 10과 같이 분석되었다. 즉 패턴 A는 외부 고주파 노이즈이고, 패턴 B는 내부 방전으로 판단되었고, 9pC로 나왔으나 현재 순환수 펌프 전동기와 같이 연결되어 전동기가 운전되고 있기 때문에 전동기 쪽 노이즈일 수 있어 향후 추가 진단을 수행할 계획에 있다. 참고로 PRPDA (Phase Resolved Partial Discharge Analysis)는 전원의 Phase에 따라 나타나는 PD 펄스 신호의 형태를 이용하여 케이블 내부에 존재하는 결함의 종류를 인식하는 기술이다.
• 진단 결과 원자력발전소 내에는 송전 및 배전 선로보다 노이즈가 상당히 적어 HFPD 측정 장치를 사용하면 발전소를 정지하지 않고도 부분방전 측정이 가능하다는 결론에 도달하였다. 단 케이블 진단 중 인적실수 및 예기치 못한 고장에 의한 발전소 정지에 대한 대책으로 발전소에서 주기적으로 수행하고 있는 계획예방정지 기간 즉 발전소 상온정지 기간에 집중적으로 부분방전을 측정할 계획에 있으며 향후 원자력발전소의 안정적 운영에 기여할 것으로 사료된다.

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질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
고압케이블에 대하여 국내 최초로 실 선로 부분방전 및 열화상 측정을 통한 진단	원자력발전소 내에 설치되어 있는 13.8kV 및 4.16kV급 고압케이블에 대하여 국내 최초로 실 선로 부분방전 및 열화상 측정을 통한 진단을 수행한 결과는 무엇인가?	16kV급 고압케이블에 대하여 국내 최초로 실 선로 부분방전 및 열화상 측정을 통한 진단을 수행 하였다. 진단 결과 원자력발전소 내에는 송전 및 배전 선로보다 노이즈가 상당히 적어 HFPD 측정 장치를 사용하면 발전소를 정지하지 않고도 부분방전 측정이 가능하다는 결론에 도달하였다. 단 케이블 진단 중 인적실수 및 예기치 못한 고장에 의한 발전소 정지에 대한 대책으로 발전소에서 주기적으로 수행하고 있는 계획예방정지 기간 즉 발전소 상온정지 기간에 집중적으로 부분방전을 측정할 계획에 있으며 향후 원자력발전소의 안정적 운영에 기여할 것으로 사료된다.
원자력발전소 고압케이블	원자력발전소 고압케이블은 무엇으로 구성되어 있는가?	원자력발전소 고압케이블은 일반적으로 도체(Conductor), 절연체 (Insulation), 차폐층(Shield), 쟈켓(Jacket)으로 구성되어 있다. 도체의 재료는 전기전도도와 열전도도가 우수한 구리를 사용하며 절연체와의 간섭현상 방지와 내식성 향상을 위해 주로 구리표면에 주석 등을 입힌다.
고주파 부분방전 측정	고주파 부분방전 측정법이란?	그러나 최근 산업계에서는 고주파 신호 처리기술과 감지 기술을 적용한 부분방전 측정기술로 측정감도를 획기적으로 향상시켰다. 고주파 부분방전 측정(HFPD: High Frequency Partial Discharge Measurement)법으로 불리는 이 기술은 수∼수백 MHz 대역의 주파수 영역에서 부분방전을 측정하는 기술로서[1,2], 국내외적으로 초고압 선로의 준공시험과 노후 선로 진단에 적용되고 있다[3]. 또한 이러한 HFPD 측정기술은 선진 외국에서는 배전 케이블 진단에도 적용 사례가 증가하는 추세에 있고 국내에서도 송전케이블 진단에 적용했던 측정기술을 배전케이블 및 접속함 진단에 적용하여 수차례 부분방전을 검출하였고 사고를 미연에 예방하였다.

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