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문제 정의
- 따라서 본 논문에서는 기존 UHF 센서보다 대역폭과 감도를 개선한 Fat-dipole patch UHF 센서개발 및 성능검증에 관해 논하였다. 먼저, UHF 센서의 물리적인 구조를 변형하여 센서자체해석과 GIS 부착시 해석으로 나누어 모델을 해석하고 그 결과를 검토하였다.
- 본 논문에서는 부분방전 발생시 기존 내장형 UHF 센서보다 성능이 향상된 Fat-dipole patch UHF 센서의 개발 및 성능검증에 대해서 살펴보았다. 개발된 Fat-dipole patch UHF센서는 IEC 60270의 기준인 5 pC의 겉보기 전하량은 물론 그보다 더 작은 전하량의 부분방전 발생 시에도 측정이 가능하도록 기존의 UHF 센서에 비해 감도 특성을 개선시켰다.
제안 방법
- AC 내압기를 이용하여 안테나와 프랜지, 2차 리드선과 프랜지에 각각 연결한 후, 2000 V 이상의 전압을 1분 동안 인가하여 내전압 특성을 확인한다. 상용주파 내전압시험에 대한 결과는 표 5와 같고, 그림 13는 Fat-dipole patch UHF 센서에 내전압 시험을 수행하고 있는 모습니다.
- 감도시험을 위해서 C-GIS 및 170 kV GIS에 Fat-dipole patch 및 기존 UHF 센서를 설치하고 chamber내부에 존재하는 particle로는 자유입자와 돌기의 경우로 구분하여 감도 시험을 실시하였다. 먼저 C-GIS의 경우 그 결과를 살펴보면, 표 3에서와 같이 C-GIS chamber 내부에 존재하는 자유 입자나 돌기를 검출해내는 센서출력을 비교해 봤을 때 Fat-dipole patch 센서의 오실로스코프 측정값이 기존 UHF 센서보다 높음을 알 수 있다.
- 개발된 Fat-dipole patch UHF센서는 IEC 60270의 기준인 5 pC의 겉보기 전하량은 물론 그보다 더 작은 전하량의 부분방전 발생 시에도 측정이 가능하도록 기존의 UHF 센서에 비해 감도 특성을 개선시켰다. 개발을 위해 먼저, 물리적인 형상 변형을 통한 모델링 및 해석 그리고 실제 제작품을 GIS chamber에 설치해서 성능을 비교․검증하였다. 개선된 센서의 해석결과 0.
- 개발한 Fat-dipole patch 센서를 제작하여 170 kV GIS chamber 및 Compact-GIS(이하 C-GIS) chamber에 부착하여 주파수 특성시험, 감도시험 및 센서출력시험 등의 성능시험을 실시하였다.
- 기존 UHF 센서와 구조적으로 다른 Fat-dipole patch 형태로 설계하여 기존 센서보다 반사손실 및 광대역 성능이 개선된 고감도 UHF 센서를 설계하였다. 구조적인 차이에 따른 변경항목은 표 2와 같다.
- 따라서 본 논문에서는 기존 UHF 센서보다 대역폭과 감도를 개선한 Fat-dipole patch UHF 센서개발 및 성능검증에 관해 논하였다. 먼저, UHF 센서의 물리적인 구조를 변형하여 센서자체해석과 GIS 부착시 해석으로 나누어 모델을 해석하고 그 결과를 검토하였다. GIS chamber의 경우, 3상1괄형인 Compact Type GIS와 170 kV GIS 등의 내부에 UHF센서를 설치하여 실증시험을 하였다.
- 오실로스코프로 Fat-dipole patch UHF 센서의 출력을 측정하기 위해서 PD Cell에 10.9 kV 전압을 인가한 후 20회 data를 측정한다. 먼저 초고압 GIS chamber에 부착하여 측정한 결과는 그림 11과 같고 최대 41.
- 최적화한 Fat-dipole patch UHF 센서에 대해 KERI (Korea Electrotechnology Research Institute) 시험을 실시하였으며 모든 시험항목의 기술기준을 만족하였다.
대상 데이터
- 먼저, UHF 센서의 물리적인 구조를 변형하여 센서자체해석과 GIS 부착시 해석으로 나누어 모델을 해석하고 그 결과를 검토하였다. GIS chamber의 경우, 3상1괄형인 Compact Type GIS와 170 kV GIS 등의 내부에 UHF센서를 설치하여 실증시험을 하였다. 오실로스코프와 휴대용 iPDM (intellegent Partial Discharge Monitor)을 이용하여 자유입자나 돌기를 검출하는 UHF센서의 출력을 측정하였고 그 결과 기존 UHF센서보다 성능이 우수함을 확인 하였다.
성능/효과
- - 최소검출감도 : 센서에서 부분방전신호를 검출할 수 있는 최소값으로 작을수록 감도 특성은 좋다. pC-dBm 환산그래프를 기준으로 판단한다[8].
- Fat-dipole patch 센서와 기존 UHF 센서 해석결과를 비교 및 검토한 결과, 표 1과 같이 Fat-dipole은 기존 센서에 비해 우수한 대역폭 특성을 가지는 것을 알 수 있다.
- 본 논문에서는 부분방전 발생시 기존 내장형 UHF 센서보다 성능이 향상된 Fat-dipole patch UHF 센서의 개발 및 성능검증에 대해서 살펴보았다. 개발된 Fat-dipole patch UHF센서는 IEC 60270의 기준인 5 pC의 겉보기 전하량은 물론 그보다 더 작은 전하량의 부분방전 발생 시에도 측정이 가능하도록 기존의 UHF 센서에 비해 감도 특성을 개선시켰다. 개발을 위해 먼저, 물리적인 형상 변형을 통한 모델링 및 해석 그리고 실제 제작품을 GIS chamber에 설치해서 성능을 비교․검증하였다.
- 개발을 위해 먼저, 물리적인 형상 변형을 통한 모델링 및 해석 그리고 실제 제작품을 GIS chamber에 설치해서 성능을 비교․검증하였다. 개선된 센서의 해석결과 0.5～1.5㎓ 까지의 주파수 영역에서 센서 단품의 경우(VSWR=2)는 기존 UHF센서와 Fat-dipole patch UHF 센서 간 대역폭과 반사손실합이 각각 12 %/54 %, -2310 dB/-1470 dB로 기존 UHF 센서보다 월등히 좋은 특성을 보였다. 시험용 chamber 내부에 부착했을 경우(VSWR=3) 또한 두 센서 간 대역폭과 반사손실합이 각각 2 %/5 %, -831 dB/-728 dB로 GIS 내부의 손실을 감안하더라도 기존 UHF 센서보다 확실히 좋은 특성을 보였다.
- 또한, 개발한 Fat-dipole patch UHF sensor를 C-GIS와 170 kV GIS chamber에 설치한 후 자유입자와 돌기에 대한 주파수 특성시험, 감도시험 및 센서 특성시험 등을 수행한 결과 기존 UHF센서보다 우수함을 알 수 있었다. 그리고 KERI(Korea Electrotechnology Research Institute) 시험을 통해서 개발한 UHF센서가 기술기준을 만족함을 알 수 있었다.
- 다음으로 170 kV GIS의 경우 시험결과를 살펴보면, 표 4에서와 같이 170 kV GIS chamber 내부에 존재하는 자유입자나 돌기를 검출해내는 센서출력 비교 결과 Fat-dipole patch 센서의 오실로스코프 측정값이 기존 UHF 센서보다 높음을 알 수 있다. 또한, 휴대용 iPDM을 통해서 검출할 수 있는 신호의 크기 또한 Fat-dipole patch 센서가 기존 UHF 센서보다 양호함을 알 수 있다.
- 오실로스코프와 휴대용 iPDM (intellegent Partial Discharge Monitor)을 이용하여 자유입자나 돌기를 검출하는 UHF센서의 출력을 측정하였고 그 결과 기존 UHF센서보다 성능이 우수함을 확인 하였다. 또한, KERI (Korea Electrotechnology Research Institute) 시험을 통해서 개선된 UHF 센서가 모든 시험항목에서 우수한 결과를 보였음을 알 수 있었다.
- 시험용 chamber 내부에 부착했을 경우(VSWR=3) 또한 두 센서 간 대역폭과 반사손실합이 각각 2 %/5 %, -831 dB/-728 dB로 GIS 내부의 손실을 감안하더라도 기존 UHF 센서보다 확실히 좋은 특성을 보였다. 또한, 개발한 Fat-dipole patch UHF sensor를 C-GIS와 170 kV GIS chamber에 설치한 후 자유입자와 돌기에 대한 주파수 특성시험, 감도시험 및 센서 특성시험 등을 수행한 결과 기존 UHF센서보다 우수함을 알 수 있었다. 그리고 KERI(Korea Electrotechnology Research Institute) 시험을 통해서 개발한 UHF센서가 기술기준을 만족함을 알 수 있었다.
- 다음으로 170 kV GIS의 경우 시험결과를 살펴보면, 표 4에서와 같이 170 kV GIS chamber 내부에 존재하는 자유입자나 돌기를 검출해내는 센서출력 비교 결과 Fat-dipole patch 센서의 오실로스코프 측정값이 기존 UHF 센서보다 높음을 알 수 있다. 또한, 휴대용 iPDM을 통해서 검출할 수 있는 신호의 크기 또한 Fat-dipole patch 센서가 기존 UHF 센서보다 양호함을 알 수 있다. 인가전압에 따른 자유입자와 돌기를 검출해내는 센서출력 상세분포는 그림 6 및 그림 7과 같다.
- 먼저 C-GIS의 경우 그 결과를 살펴보면, 표 3에서와 같이 C-GIS chamber 내부에 존재하는 자유 입자나 돌기를 검출해내는 센서출력을 비교해 봤을 때 Fat-dipole patch 센서의 오실로스코프 측정값이 기존 UHF 센서보다 높음을 알 수 있다. 또한, 휴대용 iPDM을 통해서 검출할 수 있는 신호의 크기도 Fat-dipole patch 센서가 기존 UHF 센서보다 양호함을 알 수 있다. 상세한 출력신호분포는 그림 4 및 그림 5와 같다.
- 감도시험을 위해서 C-GIS 및 170 kV GIS에 Fat-dipole patch 및 기존 UHF 센서를 설치하고 chamber내부에 존재하는 particle로는 자유입자와 돌기의 경우로 구분하여 감도 시험을 실시하였다. 먼저 C-GIS의 경우 그 결과를 살펴보면, 표 3에서와 같이 C-GIS chamber 내부에 존재하는 자유 입자나 돌기를 검출해내는 센서출력을 비교해 봤을 때 Fat-dipole patch 센서의 오실로스코프 측정값이 기존 UHF 센서보다 높음을 알 수 있다. 또한, 휴대용 iPDM을 통해서 검출할 수 있는 신호의 크기도 Fat-dipole patch 센서가 기존 UHF 센서보다 양호함을 알 수 있다.
- 먼저, 그림 3과 같이 주파수 특성시험결과를 살펴보면, Fat-dipole patch UHF 센서가 기존 UHF 센서보다 대역폭은 약 2.5∼3배 넓으며, 반사손실 합도 음의 영역을 기준으로 약 10 % 높은 값을 보인다.
- 5㎓ 까지의 주파수 영역에서 센서 단품의 경우(VSWR=2)는 기존 UHF센서와 Fat-dipole patch UHF 센서 간 대역폭과 반사손실합이 각각 12 %/54 %, -2310 dB/-1470 dB로 기존 UHF 센서보다 월등히 좋은 특성을 보였다. 시험용 chamber 내부에 부착했을 경우(VSWR=3) 또한 두 센서 간 대역폭과 반사손실합이 각각 2 %/5 %, -831 dB/-728 dB로 GIS 내부의 손실을 감안하더라도 기존 UHF 센서보다 확실히 좋은 특성을 보였다. 또한, 개발한 Fat-dipole patch UHF sensor를 C-GIS와 170 kV GIS chamber에 설치한 후 자유입자와 돌기에 대한 주파수 특성시험, 감도시험 및 센서 특성시험 등을 수행한 결과 기존 UHF센서보다 우수함을 알 수 있었다.
- GIS chamber의 경우, 3상1괄형인 Compact Type GIS와 170 kV GIS 등의 내부에 UHF센서를 설치하여 실증시험을 하였다. 오실로스코프와 휴대용 iPDM (intellegent Partial Discharge Monitor)을 이용하여 자유입자나 돌기를 검출하는 UHF센서의 출력을 측정하였고 그 결과 기존 UHF센서보다 성능이 우수함을 확인 하였다. 또한, KERI (Korea Electrotechnology Research Institute) 시험을 통해서 개선된 UHF 센서가 모든 시험항목에서 우수한 결과를 보였음을 알 수 있었다.
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