[논문]배전용 특고압 케이블 접속재의 다변수 측정 분석 연구

송기홍; 배영철; 김이곤

doi:10.13067/jkiecs.2021.16.1.53

배전용 특고압 케이블 접속재의 다변수 측정 분석 연구
Study on Multi Parameter Measurement and Analysis of Distribution High Voltage Cable Connection Part 원문보기

한국전자통신학회 논문지 = The Journal of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, v.16 no.1, 2021년, pp.53 - 60

송기홍 (전남대학교 전기 및 반도체공학과) , 배영철 (전남대학교 전기전자통신컴퓨터공학부) , 김이곤 (전남대학교 전기전자통신컴퓨터공학부)

초록
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고전압 CV 케이블은 편의성과 도시적 미관으로 인해 지하에 널리 설치되고 있습니다. 그러나 케이블 사고는 조립불량과 자연 열화로 인해 자주 발생하고 있다. 본 논문에서는 고전압 케이블 접속부의 최적 진단을 위한 다변수 측정 방법을 제안하고 그 기술적 유용성을 검증한다. 다변수 측정은 부분방전과 함께 진동과 열화상을 동시에 사용하여 케이블 연결 부품의 성능 저하를 진단하기 위한 기술이다. 다변수 측정의 유용성을 확인하기 위해 차폐 실험실에서 가속열화 실험을 수행하였고, 실험은 케이블 접속부의 열화를 12가지 유형으로 정의하여 각 열화 샘플을 제작하였다. 실험 결과, 진동신호 방법은 열화 진행과의 상관관계가 있는 결함 종류를 확인할 수 있었다. 열화상 검사의 경우 일부 결함의 진행과 관련하여 일관성이 발견되었다. 본 논문에서 제안된 방법은 현장에서 유용할 것으로 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

High voltage CV cables have been widely installed underground due to their convenience and urban aesthetics. However, cable accidents have occurred frequently owing to poor construction and natural degradations. This paper proposes the method to measure the multi parameter measurement for optimum diagnostics of high voltage cable connection parts and verifies its technical usefulness. This measurement is intended to diagnose degradations of cable connection parts by using simultaneous vibration and thermography as well as partial discharge(PD). The experiment in a shielded laboratory was carried out to verify the usefulness of the multi parameter measurement. The experiment defined the degradation of the cable connection part as 12 types, and produced each degradation sample. As a result of experiment, it was possible to check the correlation of vibration signals with regard to progress in some defects. In the case of thermography, the coherence with regard to the progress of some defects was found. We figure that the proposed method would be useful also in the noise environment.

주제어

표/그림 (10)

그림 그림 1. 다변수 측정법 개략도 Fig. 1 Schematic diagram of the multi parameter measurement
그림 그림 2. 모의시험 전원장치 및 시료 Fig. 2 Power supply and a sample for tests
표 표 1. 케이블 접속부 결함의 종류 Table 1. Types of cable connection defects
그림 그림 3. 열처리 수축불량에 의한 다변수 측정 예 Fig. 3 Example of the multi parameter measurement due to poor heat treatment shrinkage of the joint
그림 그림 4. 전압에 따른 부분방전과 진동신호 변화추이 Fig. 4 PD and vibration signal change according to the increase of voltage
그림 그림 4. 전압에따른 부분방전과 진동신호변화추이Fig. 4 PD and vibration signal change according tothe increase of voltage
그림 그림 5. 전압에 따른 부분방전과 열신호 변화추이 Fig. 5 PD and thermal signal change according to the increase of voltage
그림 그림 6. 방전량증가에 따른 진동,열, PD(UHF) 추이 Fig. 6 Vibration, thermal and PD(UHF) trends according to the increase of discharge
그림 그림 7. PD(CT) 방전량 증가에 따른 다변수 분석 Fig. 7 Multi parameter measurement signal analysis according to the increase of PD (CT)
표 표 2. 다변수 측정법과 PD(CT) 연동성 비교 Table 2. Comparison of the multi parameter measurement method and PD(CT)

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 논문에서는 케이블 접속재의 고장 메커니즘에 따라 수트리에서 전기적 트리로 변경될 때 그리고 전기적트리가 진전되면서 발생할 수 있는 서로 다른 물리적 성분인 부분방전(partial discharge : PD), 진동, 열을 동시에 측정하여 다양한 결함 종류에서 열화가 진전됨에 따라 더 민감하게 방출되는 물리적 특성을 분석하고, 현장에서 적용하기 위하여 주변 환경의 영향을 최소화하기 위한 다변수 측정법을 제안한다. 제안한 방법은 향후 실시간 데이터/수집/분석 /처리가 가능하도록 CT를 이용한 접지에 흐르는 부분 방전[이하 PD(CT)], 소형, 광대역이 가능한 UHF 대역의 비접촉식 부분방전[이하 PD(UHF)], 진동, 열화상을 활용하여 다변수 측정기를 구성하고, 제안한다.
본 논문에서는 배전용 케이블 접속부의 최적 안전관리를 위하여 다변수 측정법을 제안하였다. 다변수측정법은 기존에 활용중인 부분방전 측정법뿐만 아니라 진동과 열을 추가하여 분석하는 기법이다.

제안 방법

그림 1에서 보는 것처럼 케이블 접속재의 열화 기준은 기존의 접촉식 PD(CT) 방법을 적용하였으며, 다변수 측정법은 전기적 열화의 경우 UHF 부분 방전에 의한 방법, 열적 열화의 경우 적외선 카메라 방법, 그리고 기계적 열화 측정은 케이블 접속부의 진동 신호를 측정하였다.
모의한 시료 별 결함을 측정하고 분석하기 위하여 12가지를 결함으로 정의하고 분석하였다. 이때 결함에 기준이 되는 신호는 CT를 이용한 접촉용 부분 방전 센서를 기준으로 하였으며, 비접촉 센서인 PD(UHF) , 진동, 열화상을 이용하여 측정 분석하였다.
제안한 방법은 향후 실시간 데이터/수집/분석 /처리가 가능하도록 CT를 이용한 접지에 흐르는 부분 방전[이하 PD(CT)], 소형, 광대역이 가능한 UHF 대역의 비접촉식 부분방전[이하 PD(UHF)], 진동, 열화상을 활용하여 다변수 측정기를 구성하고, 제안한다. 변수 측정법의 유용성을 검증하기 위하여 케이블접속재의 열화 진전은 상기 측정법 중 차폐 실험실 내의 접지에 흐르는 부분방전량을 측정하는 PD(CT) 을 기초로 하여 다변수 측정의 유효한 결함들을 구분하고 이를 통해 다변수 측정법의 유효성을 제시하고자 한다[12-13].
앞에서 제시한 시료를 시험하고 검증하기 위하여 케이블을 접속하고, 전원 공급 장치를 이용하여 전원을 공급하였다. 이때 사용한 전원은 최대 100[kV]까지 전원공급이 가능한 코로나 프리(Corona free) 전원 발생 장치이다.
진동과 열화상, PD(UHF)의 다변수 측정 진단을 위하여 열화정도에 따른 변화를 살펴보았다. 열화의 기준을 CT로 측정한 기준 부분방전량으로 정의하고, 최고값을 기준으로 방전량이 30[%], 70[%], 100[%]로 산정하여 이때 해당되는 평균값을 초기, 중기, 말기로 정의하고 케이블 접속부가 열화하면서 계측 값이 어떻게 변화하는지를 살펴보았다.
다변수측정법은 기존에 활용중인 부분방전 측정법뿐만 아니라 진동과 열을 추가하여 분석하는 기법이다. 유용성을 검증하기 위해 케이블 접속부의 결함 종류를 12가지 시료를 제작하여 가속열화 실험을 실시하였다.
결함으로 정의하고 분석하였다. 이때 결함에 기준이 되는 신호는 CT를 이용한 접촉용 부분 방전 센서를 기준으로 하였으며, 비접촉 센서인 PD(UHF) , 진동, 열화상을 이용하여 측정 분석하였다. 그림 3 은 다변수 측정방법에 의해 계측된 예로 케이블 접속부 열처리 수축불량 결함 시 30[kV]를 인가하여 발생하는 다변수 측정의 파형을 나타낸 것이다.
제안한 방법은 향후 실시간 데이터/수집/분석 /처리가 가능하도록 CT를 이용한 접지에 흐르는 부분 방전[이하 PD(CT)], 소형, 광대역이 가능한 UHF 대역의 비접촉식 부분방전[이하 PD(UHF)], 진동, 열화상을 활용하여 다변수 측정기를 구성하고, 제안한다. 변수 측정법의 유용성을 검증하기 위하여 케이블접속재의 열화 진전은 상기 측정법 중 차폐 실험실 내의 접지에 흐르는 부분방전량을 측정하는 PD(CT) 을 기초로 하여 다변수 측정의 유효한 결함들을 구분하고 이를 통해 다변수 측정법의 유효성을 제시하고자 한다[12-13].
이를 활용하면 케이블 접속재 이물의 경우 다변수 측정이 진단의 정확도를 높이는데 유용하게 활용될 수 있음을 보여주고 있다. 진동과 열화상, PD(UHF)의 다변수 측정 진단을 위하여 열화정도에 따른 변화를 살펴보았다. 열화의 기준을 CT로 측정한 기준 부분방전량으로 정의하고, 최고값을 기준으로 방전량이 30[%], 70[%], 100[%]로 산정하여 이때 해당되는 평균값을 초기, 중기, 말기로 정의하고 케이블 접속부가 열화하면서 계측 값이 어떻게 변화하는지를 살펴보았다.
측정된 신호는 열화의 기준 값인 접촉식 PD(CT) 을 기준으로 비접촉 PD(UHF), 진동과 열화상이 유효하게 분석이 가능한지를 검토하였다.
케이블 접속부를 가속열화 시키기 위하여 전압을 더 높여 가며 가속으로 열화 시킨 후 다변수 센서를 활용하여 측정하였다. 이때 기준전압(U₀)을 13.
케이블 접속재의 열화가 진전되는 것을 접촉식 센서의 부분 방전량을 기준으로 하여 다변수 측정이 어떻게 변화하는 지를 살펴보았다. 그림 6은 실험 결과 중 이물에 의한 영향에 의해 나타나는 진동, 열화상, PD(UHF)의 변화를 나타낸 것이다.

대상 데이터

표1에서 제시한 케이블 접속재 열화를 측정하기 위하여 케이블 종단부를 12가지 시료로 제작하였다. 그림 1은 본 논문에서는 제안한 다변수 측정법의 개략도이다.

성능/효과

다변수 측정법의 실험결과를 분석해본 결과, 인가전압 증가에 따른 부분방전 신호와 진동 신호에서는 수축, 두께, 이물 결함에서 상관관계를 보였으며, 인가전압 증가에 따른 부분방전 신호와 열화상 신호에서는 이물, 지락, 수분, 칼집이 시각적으로 상관관계가 나타나고 있음을 알 수 있었다.
다변수 측정법의 유용성 검토를 위하여 열화의 기준을 PD(CT)으로 하고, 최대 방전량의 30%, 70%, 100%를 열화의 초기, 중기, 말기로 정의하고, 각 단계별 진동, 열화상, 부분방전의 상관관계를 조사해 본 결과 진동에서는 공극, 수축, 이물 결함이, 열화상에서는 이물, 지락, 수분, 칼집 결함이, 그리고, PD(UHF) 에서는 수축, 이물, 지락, 화염, 눌림 결함이 상관관계를 보이고 있음을 알 수 있었다.

후속연구

본 논문에서 제시한 다변수 측정법을 적용하면 부분 방전 만으로 케이블 접속부의 결함 검출이 어려웠던 부분을 진동과 열화상으로 상호 보완, 보충되어 궁극적으로 케이블 접속부에서 발생하는 대부분의 결함들을 측정할 수 있을 것으로 판단된다. 하지만, 결함의 종류가 다양한 형태로 존재하고, 결함의 열화 조건은 각각의 현장마다 다르기 때문에 모든 사이트에서 일정한 결과를 얻을 수 없지만, 상기 결과를 기반으로 다양한 형태의 접속재 결함 빅데이터를 구축하고 진단한다면 현장에서도 더 효과적으로 활용 할 수 있을 것으로 사료된다.
측정할 수 있을 것으로 판단된다. 하지만, 결함의 종류가 다양한 형태로 존재하고, 결함의 열화 조건은 각각의 현장마다 다르기 때문에 모든 사이트에서 일정한 결과를 얻을 수 없지만, 상기 결과를 기반으로 다양한 형태의 접속재 결함 빅데이터를 구축하고 진단한다면 현장에서도 더 효과적으로 활용 할 수 있을 것으로 사료된다.

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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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