[논문]전력케이블의 열화측정을 위한 부하전류 및 온도측정 시스템

박용규; 조영식; 이관우; 엄기홍; 박대희

doi:10.5207/jieie.2015.29.2.069

전력케이블의 열화측정을 위한 부하전류 및 온도측정 시스템
Load current and Temperature measurement system for Measuring the Degradation of Power cable 원문보기

照明·電氣設備學會論文誌 = Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers, v.29 no.2, 2015년, pp.69 - 74

박용규 , 조영식 (원광대학교 공과대학) , 이관우 ((주)오성메가파워 연구소) , 엄기홍 (한세대학교 IT학부) , 박대희

Abstract ▼ AI-Helper

Recently, there has been a surge in interest in equipment diagnosis and monitoring technology from the perspective of providing quality electricity in terms of reliability and safety. In order to meet the electrical demands of consumers, reliability of power supply needs to be maintained. For this purpose, a monitoring system for power cable is very important. Since real-time measuring equipment has many advantages, it is highly applicable. By measuring the load current and the surface temperature of power cables, we have monitored and identified the deterioration phenomena of power cables in operation. Since direct measurement of the cable conductor temperature is not easy, we have measured the surface temperature instead, and converted that temperature to obtain the conductor temperature of the cables. In addition, we have designed a system to detect the deterioration processes of the power cables in operation.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

그러나 환산 과정에서 오차가 발생하는데, 이 값을 보정해야 한다. 따라서 표면온도와 도체온도의 상관관계를 확인하기 위하여, 부하전류가 흐를 때 도체온도와 표면온도와의 상관관계를 파악하는 측정 장치를 설계하였다.

제안 방법

따라서 본 연구에서는 케이블의 도체 온도를 직접 측정하는 대신, 표면온도를 측정한 값과 부하전류의 상관관계를 통해 케이블 운전상태 감시를 하였다.
온도 센서는 케이블 도체에 설치하는 것이 이상적이겠지만, 실제 케이블 도체에 설치는 쉬운 일이 아니다. 따라서 케이블 표면 온도 값을 얻고, 이 값들을 환산하여 도체의 온도를 얻는 간접적인 방법을 택하였다. 그러나 환산 과정에서 오차가 발생하는데, 이 값을 보정해야 한다.
온도 센서는 테이프를 사용하여 외적인 영향을 받지 않도록 보호하였다. 온도 센서의 길이가 길게 되면 신호처리의 어려움이 있으므로, 단자 박스를 통하여 온도 센서에서 나온 신호를 연결 처리하였다.
온도에 따르는 저항의 변화를 측정하기 위한 “온도센서 PT100”을 사용하여, 신호전류를 4∼20mA로 변화하고, 이 값들을 매트랩을 사용하여 정리한 데이터를 컴퓨터 모니터에 표시하였다.
운전 중인 케이블 시스템의 동작 상태를 진단하기 위한 장치를 설계하였다. 케이블의 도체 온도를 직접 측정하기가 어렵기 때문에 케이블의 표면 온도를 측정하여 도체온도로 환산하는 하는 장비를 설치하였고 또, 실시간으로 케이블의 열화 감시가 이루어질 수 있는 시스템을 설계하였다.
일차적으로 발전소에서 적용 가능성을 확인하기 위하여, 전류 센서의 동작특성을 활선상태에서 측정하였다. 통상의 전류 센서는 이차 측이 개방되면 위험하지만, 이번에 사용되는 전류 측정 센서는 홀 방식의 전류 측정 방식을 사용하기 때문에 개방되어도 문제가 없는 방식을 채택하였다.
케이블 단말로부터 5미터 정도의 위치에 전류센서를 설치함으로써 단말부 접속부와의 불완전한 접촉에 의한 발열의 영향을 받지 않도록 하였다.
케이블 열화 감시를 위한 전류 측정 장치과 표면온도 측정 장비를 시험하기 위해 발전소내의 6.6kV 케이블에서 시험을 하였다. 케이블의 각 상(R, S, T) 마다 전류 및 온도센서를 설치하고 각각 측정하였다.
6kV 케이블에서 시험을 하였다. 케이블의 각 상(R, S, T) 마다 전류 및 온도센서를 설치하고 각각 측정하였다. 케이블의 표면온도를 측정하여 도체 온도로 환산하기 위해서는 많은 시간이 필요하고 데이터의 정확성이 필요하기 때문에 각 설치 장소마다의 표면온도와 부하전류를 측정을 하였다.
운전 중인 케이블 시스템의 동작 상태를 진단하기 위한 장치를 설계하였다. 케이블의 도체 온도를 직접 측정하기가 어렵기 때문에 케이블의 표면 온도를 측정하여 도체온도로 환산하는 하는 장비를 설치하였고 또, 실시간으로 케이블의 열화 감시가 이루어질 수 있는 시스템을 설계하였다.
케이블의 각 상(R, S, T) 마다 전류 및 온도센서를 설치하고 각각 측정하였다. 케이블의 표면온도를 측정하여 도체 온도로 환산하기 위해서는 많은 시간이 필요하고 데이터의 정확성이 필요하기 때문에 각 설치 장소마다의 표면온도와 부하전류를 측정을 하였다.
일차적으로 발전소에서 적용 가능성을 확인하기 위하여, 전류 센서의 동작특성을 활선상태에서 측정하였다. 통상의 전류 센서는 이차 측이 개방되면 위험하지만, 이번에 사용되는 전류 측정 센서는 홀 방식의 전류 측정 방식을 사용하기 때문에 개방되어도 문제가 없는 방식을 채택하였다.

대상 데이터

전류 센서는 TFC30P80A-CL420 홀 센서를 사용하였으며, 측정 범위는 0∼500A이다. 온도 센서는 PT100의 RTD 온도센서를 사용하였다. 온도 센서의 측정 범위는 - 50℃∼300℃ 측정 가능하며, 오차 범위는 ± 0.
전류 센서는 TFC30P80A-CL420 홀 센서를 사용하였으며, 측정 범위는 0∼500A이다.

성능/효과

고절연 상태에서 절연저항은 습도, 부하전류, 온도에 영향을 크게 받는 바, 이러한 값들을 연계하여 분석함으로써, 보다 운전 중인 케이블의 상태를 감시 할 수 있음을 확인하였다.
설치된 진단 장치에 의하여 기타 모든 장치들은 아무런 영향을 받지 않고 정상적으로 동작하고 있음을 확인하였다.
이 결과를 토대로 케이블의 표면온도와 부하전류를 가지고 케이블 도체 온도로 환산하여 케이블의 열화 감시를 실시간으로 할 수 있을 것으로 판단되어진다.
즉 이상 발열 부위에서는 부하전류에 의한 영향이이 나타나며, 부하 전류의 제곱에 비례하는 열이 발생함을 확인할 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	발전설비에서 사고 날 경우 어떠한 문제가 발생하는가?	오늘날 전력사용이 급증하면서 부하가 대용량화되는 추세에 있으며, 이에 따라 전기설비의 규모는 점차 대규모화되고 있으며, 산업 사회는 점점 고도 정보화 사회로 발전하고 있다. 전기를 생산하는 발전설비에서 사고가 발생할 경우 전기 생산이 중단되므로, 전기에 크게 의존하고 있는 고도 산업사회에 막대한 경제적 손실 및 장애를 가져다 줄 뿐만이 아니라, 사고시 파손된 시설을 복구하기 위하여 많은 시간과 비용이 소요되므로 국가 산업 활동에 막대한 피해를 초래하게 된다[1].
	상시 온도 감시 시스템이란?	절연저항과 부하전류는 상관관계 있으므로 부하 전류를 정밀 측정하여 적용할 경우, 큰 범위의 값을 갖는 절연저항을 유도할 수 있다. 상시 온도 감시 시스템은 자체의 발열을 하지 않는 상태에서 케이블의 부하 전류를 정밀하게 측정하기 위한 장치이다. 부하 전류를 이용하여 절연 저항값을 유도함으로써 장기적으로는 케이블 시스템의 수명을 예측할 수 있다.
	상시 온도 감시 시스템의 원리는?	상시 온도 감시 시스템은 자체의 발열을 하지 않는 상태에서 케이블의 부하 전류를 정밀하게 측정하기 위한 장치이다. 부하 전류를 이용하여 절연 저항값을 유도함으로써 장기적으로는 케이블 시스템의 수명을 예측할 수 있다.

참고문헌 (6)

Jung-Tae Kim, Ja-Yun Koo, "Recent trends in the diagnosis of partial discharge power cable systems", KIEE, vol52, number 12, pp.42-48, 2003.
Jea-Hun Yun, Seong-Ho Lim, "Effect of conductor temperature rise generated by load current on the cable life", Summer Conference KIEE, 2003.
Bo-Kyung Kim ect, "Insulation diagnostics and maintenance of high and extra high-voltage power cable management solution", KEEA, 2004.
Jianwen Wang, Zhengfeng Wang and Peng Li, "The Research of On-line Monitoring system of power cable joint temperature", I.J Wireless and Microwave Technologies, pp.9-15, 2012. 3.
O.Postolache, M. Pereira, and P. Girao, "Smart sensor network for air quality monitoring application", IMTC 2005, Ottawa, Canada, pp. 537-542, 2005.
Hag-Su Han, Kyung-Yun Min, Ki-Son Ryu, "A Study on Monitoring Means of Insulation deterioration of Electric Power", Summer Conference The Korean society for Railway, 2007.

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