[논문]6.6 kV 전동기 고정자 권선의 절연진단과 절연파괴 특성

김희동; 공태식

doi:10.4313/jkem.2012.25.4.309

6.6 kV 전동기 고정자 권선의 절연진단과 절연파괴 특성
Characteristics of Insulation Diagnosis and Failure in 6.6 kV Motor Stator Windings 원문보기

전기전자재료학회논문지 = Journal of the Korean institute of electronic material engineers, v.25 no.4, 2012년, pp.309 - 314

김희동 (한국전력공사 전력연구원 기술전문센터) , 공태식 (한국전력공사 전력연구원 기술전문센터)

Abstract ▼ AI-Helper

To assess the condition of stator insulation, nondestructive and overpotential tests were performed on four high voltage motors. The stator windings under these tests have nominal ratings of 6.6 kV. After completing nondestructive tests, the AC overvoltage applied to the stator windings was gradually increasing until insulation failure in order to obtain the breakdown voltage. No. 1, No. 2, No. 3 and No. 4 of 6.6 kV motors failed near rated voltage of 18.4 kV, 19.8 kV, 19.7 kV and 21.7 kV, respectively. The breakdown voltage of four motors was higher that expected for good quality coils(14.2 kV) in 6.6 kV motors. Almost all of failures were located in a line-end coil at the exit from the core slot. The breakdown voltages and the types of defects showed strong relation to the stator insulation tests such as in the case of AC current, dissipation factor($tan{\delta}$) and partial discharge magnitude.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

2 kV 이상에서 절연파괴가 발생하여 운전에 문제가 없다는 것을 최종적으로 확인할 수 있었다. 따라서 고압전동기 수명평가를 위해서는 최소한 정격전압 이상을 인가할 필요가 있으며, 본 논문에서는 제2차 전류급증 점을 분석한 결과 정격전압의 1.25배 즉 8.3 kV 이상을 제시하고자 한다. 향후 제시된 전압을 보완하기 위해 재권선으로 판정된 고압전동기 고정자 권선의 절연파괴시험을 지속적으로 수행하여 인가전압을 재정립하고자 한다.
(3) 고압전동기 고정자 권선의 절연진단과 절연파괴전압을 비교함으로서 향후 정격전압까지 인가한 진단결과를 종합적으로 분석하여 절연열화 상태를 판정할 수 있다. 또한, 제2차 전류급증점을 분석한 결과 20년 이상 운전한 고압전동기 고정자 권선의 수명평가를 수행할 때 인가전압은 정격전압의 1.25배 즉 8.3 kV 이상을 제시하고자 한다. 향후 제시된 전압을 보완하기 위해서 재권선으로 판정된 고압전동기 고정자 권선의 절연파괴시험을 지속적으로 수행하여 인가전압을 재정립할 필요가 있다.
본 논문은 화력발전소에서 12년 동안 사용된 4대의 고압전동기 (290 kW, 6.6 kV) 고정자 권선에서 정지 중 절연진단과 절연파괴 시험을 수행하였다. 그리고 고압전동기 고정자 권선에서 절연진단 결과와 절연파괴전압 사이의 상관관계를 분석하여 절연열화 상태를 판정하였다.
본 논문은 화력발전소에서 12년 동안 사용된 6.6 kV 전동기 고정자 권선의 정지 중 절연진단과 절연 파괴 시험을 수행하였다. 고압전동기 절연진단 데이터는 절연저항, 성극지수, 교류전류, 유전정접 및 부분방전을 포함한다.

제안 방법

1～No. 4의 고압전동기 고정자 권선 A, B, C상을 삼상 일괄로 결선하고 외부 전원장치에서 교류전압을 1 kV씩 증가하면서 절연파괴 전까지 전류의 변화를 측정하여 나타내었다. 6.
쉐링브리지는 전원장치 (HV supply, type 5283), 브리지 (Bridge, Type 2818) 및 공진 인덕터 (Resonating Inductor, Type 5285)로 구성되어 있다. 고압전동기 고정자 권선에 쉐링브리지 (Tettex Instruments)를 연결하여 교류전압을 인가하였으며, 커플링 캐패시터 (Coupling Capacitor, Tettex Instruments, 9,000 pF)는 권선에서 유입되는 신호를 광대역 매칭 유니트 (Broadband Matching Unit, Tettex Instruments 9103)에 보내어 증폭한 후 부분방전 측정기에서 방전크기 및 패턴을 분석하였다. 부분방전 측정기의 주파수 대역폭은 30～400 kHz이다.
교류전압을 인가하기 전에 고압 전동기 고정자 권선에서 삼상 일괄로 절연저항 시험기 (automatic insulation tester, AVO International)를 사용하여 직류 5 kV를 인가하면서 절연저항과 성극지수를 측정하였다. 고압전동기 고정자 권선에서 교류 전류, 유전정접 및 부분방전 시험을 위해 쉐링브리지 (Schering Bridge), 커플링 캐패시터 (Coupling Capacitor) 및 부분방전 측정기 (Partial Discharge detector, Tettex Instruments DDX-9103)를 사용하였다. 쉐링브리지는 전원장치 (HV supply, type 5283), 브리지 (Bridge, Type 2818) 및 공진 인덕터 (Resonating Inductor, Type 5285)로 구성되어 있다.
고압전동기 절연진단 데이터는 절연저항, 성극지수, 교류전류, 유전정접 및 부분방전을 포함한다. 교류전압을 인가하기 전에 고압 전동기 고정자 권선에서 삼상 일괄로 절연저항 시험기 (automatic insulation tester, AVO International)를 사용하여 직류 5 kV를 인가하면서 절연저항과 성극지수를 측정하였다. 고압전동기 고정자 권선에서 교류 전류, 유전정접 및 부분방전 시험을 위해 쉐링브리지 (Schering Bridge), 커플링 캐패시터 (Coupling Capacitor) 및 부분방전 측정기 (Partial Discharge detector, Tettex Instruments DDX-9103)를 사용하였다.
6 kV) 고정자 권선에서 정지 중 절연진단과 절연파괴 시험을 수행하였다. 그리고 고압전동기 고정자 권선에서 절연진단 결과와 절연파괴전압 사이의 상관관계를 분석하여 절연열화 상태를 판정하였다.
고압전동기 고정자 권선의 부분방전 크기는 발전소 현장에서 측정하였으며, 외부잡음은 150～170 pC 정도를 나타내고 있다. 정지 중 절연진단 시험을 완료하고 교류 전원장치 (HV Supply, 50 kV)와 브리지 (Bridge, Type 2819)를 사용하여 1 kV 씩 증가시키면서 절연파괴가 발생될 때 까지 교류전압을 인가하면서 교류전류, 유전정접 및 캐패시턴스를 측정하였다.
표 3에서 나타낸 바와 같이 고압전동기 고정자 권선에서 삼상 일괄로 교류전압을 인가하면서 부분방전 크기, 외부 노이즈 및 부분방전 개시전압을 측정하였다. 고압전동기 고정자 권선에서 부분방전을 시험할 때 외부 노이즈가 150～170 pC으로 측정되었다.

성능/효과

(1) 4대의 6.6 kV 전동기 고정자 권선에서 절연진단 결과 성극지수, 교류전류, 유전정접 및 부분방전 크기 등이 모두 양호하였으며, 절연내력도 2E+1 kV 즉 14.2 kV 이상 견디기 때문에 절연상태가 매우 양호하게 판정되었다.
(2) 고압전동기 고정자 권선에서 제1차 전류급증점을 나타내는 전압, 캐패시턴스와 유전정접이 급증하는 전압, 부분방전 개시전압 등이 거의 일치하고 있음을 확인할 수 있었다. 고압전동기 No.
(3) 고압전동기 고정자 권선의 절연진단과 절연파괴전압을 비교함으로서 향후 정격전압까지 인가한 진단결과를 종합적으로 분석하여 절연열화 상태를 판정할 수 있다. 또한, 제2차 전류급증점을 분석한 결과 20년 이상 운전한 고압전동기 고정자 권선의 수명평가를 수행할 때 인가전압은 정격전압의 1.
1～No. 4는 모두 14.2 kV 이상에서 절연파괴가 발생하여 운전에 문제가 없다는 것을 최종적으로 확인할 수 있었다. 따라서 고압전동기 수명평가를 위해서는 최소한 정격전압 이상을 인가할 필요가 있으며, 본 논문에서는 제2차 전류급증 점을 분석한 결과 정격전압의 1.
4의 Δtanδ는 0.83%～1.40%로 측정되었으며, 고압전동기 4대 모두 Δtanδ가 8.5%이하로 측정되어 절연상태가 양호하게 분석되었다.
76 kV에서 부분방전 크기가 10,000 pC이하는 양호하게 판정하고 있다 [7]. 고압전동기 상전압의 1.25배 즉 4.76 kV에서 No. 1～ No. 4의 부분방전 크기가 1,900 pC～5,300 pC으로 나타났으며, 모두 10,000 pC이하로 측정되어 절연상태가 양호하게 판정되었다. 6.
고압전동기 정격전압에서 절연진단 결과 제1차 전류급증점이 나타나는 전압, 캐패시턴스와 유전정접의 급증점이 나타나는 전압 및 부분방전 개시전압이 가장 낮은 고압전동기 No. 1은 절연파괴전압도 가장 낮게 나타났으며, 이들 전압이 가장 높은 고압전동기 No. 4는 절연파괴전압도 가장 높게 나타났다. 그리고 고압전동기 고정자 권선에서 절연열화가 진행할수록 낮은 전압으로 이동한다고 보고하고 있다 [6].
7 kV를 나타내었다. 따라서 고압전동기 제2차 전류급증점이 나타나는 전압이 가장 낮은 No. 1은 절연파괴전압도 가장 낮게 나타났으며, 제2차 전류급증점이 나타나는 전압이 가장 높은 No. 4에서 절연파괴전압도 가장 높게 분석되었다. 고압전동기 제2차 전류급증점이 나타나는 전압은 절연파괴전압과 밀접한 관련이 있는 것으로 분석되었다.
7 kV를 나타내었다. 따라서 제2차 전류급증점을 나타내는 전압과 절연파괴전압은 밀접하게 상관성이 있음을 확인할 수 있었다.

후속연구

3 kV 이상을 제시하고자 한다. 향후 제시된 전압을 보완하기 위해 재권선으로 판정된 고압전동기 고정자 권선의 절연파괴시험을 지속적으로 수행하여 인가전압을 재정립하고자 한다. 4대의 고압전동기 고정자 권선 모두 슬롯단부에서 절연파괴가 발생하였다.
3 kV 이상을 제시하고자 한다. 향후 제시된 전압을 보완하기 위해서 재권선으로 판정된 고압전동기 고정자 권선의 절연파괴시험을 지속적으로 수행하여 인가전압을 재정립할 필요가 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	장기간 운전 중인 고압전동기고정자 권선의 절연열화로 인한 절연파괴 사고는 어떤 문제를 일으키는가?	발전소 주요설비에서 장기간 운전 중인 고압전동기고정자 권선의 절연열화로 인한 절연파괴 사고는 전력공급의 신뢰성을 크게 저하시킨다. 주로 운전 중에 열적, 기계적, 전기적 및 환경적인 스트레스 (stress) 가 복합적으로 작용하여 절연재료에서 공극 (void)과 같은 결함이 발생한다.
	절연재료에서 공극 (void)과 같은 결함이 발생하는 이유?	발전소 주요설비에서 장기간 운전 중인 고압전동기고정자 권선의 절연열화로 인한 절연파괴 사고는 전력공급의 신뢰성을 크게 저하시킨다. 주로 운전 중에 열적, 기계적, 전기적 및 환경적인 스트레스 (stress) 가 복합적으로 작용하여 절연재료에서 공극 (void)과 같은 결함이 발생한다. 이러한 결함 부분에 지속적으로 여러 가지 스트레스가 복합되어 절연열화 가속으로 인해 공극 크기가 점점 커진다.
	공극 (void)과 같은 결함에 스트레스가 복합되면 어떤 현상이 생기는가?	주로 운전 중에 열적, 기계적, 전기적 및 환경적인 스트레스 (stress) 가 복합적으로 작용하여 절연재료에서 공극 (void)과 같은 결함이 발생한다. 이러한 결함 부분에 지속적으로 여러 가지 스트레스가 복합되어 절연열화 가속으로 인해 공극 크기가 점점 커진다. 따라서 공극이 커짐에 따라 부분 방전 크기도 점차적으로 증가하며, 복합적인 열화 과정이 반복되면서 결함이 진전되어 절연내력이 급격하게 감소함에 따라 최종적으로 절연파괴가 일어나고 있다 [1-3].

참고문헌 (9)

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표제어: PCR

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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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