[논문]견인전동기의 고강예측 및 신뢰성 평가를 위한 복합가속열화 상태진단 - 고전압 인가에 따른 유전손실 및 부분방전 특성 연구

왕종배; 백종현; 변윤섭; 박현준

견인전동기의 고강예측 및 신뢰성 평가를 위한 복합가속열화 상태진단 - 고전압 인가에 따른 유전손실 및 부분방전 특성 연구
Condition Diagnosis by the Complex Accelerating Degradation for Fault Prediction & Estimation of Reliability on the Traction Motor - Dielectric loss and PD Properties according to High Voltage 원문보기

왕종배 (한국철도기술연구원 차량연구본부) , 백종현 (한국철도기술연구원 차량연구본부) , 변윤섭 (한국철도기술연구원 차량연구본부) , 박현준 (한국철도기술연구원 차량연구본부)

In this paper, the complex accelerating degradation of traction motor driven with VVVF controlled inverter were performed on the form coil samples with the 200 Class insulation system. in order to evaluate the reliability and the long-term life. After aging, the dielectric and PD properties were investigated on the 10 cycles aging sample in the range of $20{\sim}160[^{\circ}C]$ and AC $250{\sim}2250[V]$ to diagnosis the condition of end-life and find the dominative factors of degradation.

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문제 정의

주기적인 복합가속열화를 진행하였다. 그려고 복합가속열화에 따른 견인전동기 형 코일의 상태진단시 험으로서 유전손실 특성에 대한 인가전압 의존성 및 부분방전및 절연저항 특성과의 연관성을 조사하여 인버터구동 전동차용 견인전동기의 고장예측 및 운전 신뢰성을 평가하고자 한다.
본 논문에서는 VVVF 인버터로 구동되는 정격출력 200kW급 전동차용 견인전동기의 고장예측 및 운전 신뢰성을 평가하고자 C종(200class) 절연구성의 실리콘레진 함침된 견인전동기 고정자 형코일을 실제 생산조건과 동일하게 제작하였으며, 고속 인버터 스위칭에 따른급준과도써지 전압스트레스, 고온가열 및 냉각에 의한열충격 스트레스, 기계적 진동인가 및 침수시험 등을 조합한 주기적인 복합가속열화를 진행하였다. 그려고 복합가속열화에 따른 견인전동기 형 코일의 상태진단시 험으로서 유전손실 특성에 대한 인가전압 의존성 및 부분방전및 절연저항 특성과의 연관성을 조사하여 인버터구동 전동차용 견인전동기의 고장예측 및 운전 신뢰성을 평가하고자 한다.
절연시험은 일반적으로 품질보증기간이나 전반적인 예방정비 프로그램에 따라 수행되며, 특히 전동차용 견인전동기의 장기사용에 따른 절연열화, 노후, 성능저하 등을 판정하기 위한 정밀진단 기법의 검토와 결과분석을통해 문제점의 도출과 이에 대한 적정한 개수, 보수 및교체와 관련되는 상태기준을 제시함으로써 운행 중 견인전동기 돌발사고의 사전예방과 안전운행 확보에 기여하고자 하며, 또한 각종 진단자료는 향후 전동기 이력관리의 기준자료로서 활용하고자 한다.

제안 방법

10주기의 가속열화를 모두 마친 후 상태진단을 위해 23CTCT75일, 25O'C-5O일, 270℃T5일 열화샘플에대한 절연진단을 위해 유전특성의 온도 및 전압의존성과과 부분방전 개시전압 맟 소멸전압을 조사하였다. 유전특성시험은 온도범위 20C ~ 160℃에 이르기까지 20℃ 단위로 노이즈 차폐용 오븐에서 정현파 60Hz 250V' 2250V까지 250V 단위로 전압을 상승하면서 Tettex사 Capacitance & dielectric loss 측정 장치 (Type 2809)를 사용하여 측정하였으며, 유전특성 측정이후 Robinson사 PD detector(Model 803.
샘플 구성은 참고문헌(1)의 절연구성과 같은 폴리이미드(Kapton) 및 실리콘 수지를 주체로 한 200 Class 절연구성의 실제 설계요소를 모두 포함한 고정자 형코일샘플을 제작하여 표 1의 조건으로 그림 1과 같은 절차의 가속열화시험을 10주기 동안 진행하였다.
유전특성시험은 온도범위 20C ~ 160℃에 이르기까지 20℃ 단위로 노이즈 차폐용 오븐에서 정현파 60Hz 250V' 2250V까지 250V 단위로 전압을 상승하면서 Tettex사 Capacitance & dielectric loss 측정 장치 (Type 2809)를 사용하여 측정하였으며, 유전특성 측정이후 Robinson사 PD detector(Model 803.1) 및 분석 시스템 (CDA-3)을 사용하여 부분방전 특성을 측정하였다.

후속연구

그러므로 전동기의 안전과 수명보증을 위해 인버터 구동을 고려한 절연설계 검증이 반드시 실시되어야 하며, 이를 위해 전동기 고정자 형권 샘플을 대상으로 한 가속열화시험 및 수명평가시험이 시급히 개발, 확립되어야한다.

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