[논문]몰드변압기의 부분방전 측정 시스템

강동식; 선종호; 임태훈; 황돈하; 김용주; 권동진; 어수영

문제 정의

1차적으로 6.6kV급 몰드 변압기에 대한 on-line 부분방전 측정시스템을 구축하는 것을 목표로 하여 다음과 같이 진행되었다. 첫째, 온라인 부분 방전 측정 방법으로 고압부 인 출단에 직접 센서를 부착하는 접촉식 및 권선탭 사이에 로고우스키 코일을 삽입하는 비접촉식을 선정하였다.
본 연구는 똘드 변압기의 장시간 운전 시 예상되는 발생 부분 방전 현상을 측정하여 설비의 사고를 예지하고자 on-line 부분방전 측정 방법 선정, 최적측정감도를 지닌 접촉식 부분방전 센서의 설계 및 제작, 센싱돤 방전펄스를 산호처리하는 측정transduca* 의 설계 및 prototype 제작, 운전조건에서의 센서 측정감도 및 안정성 평가를 위한 반환부하 살험회로를 설치, 접촉식 센서 의 부분방전 측정 가능성을 확인하였다.

제안 방법

고압부인 출단에 직접 센서를 부착하는 접촉식 센서는 다음과 같은 조건을 만족하도록 설계하여 제작되었다 본 연구에서는6.6kV 선로조건을 고려하여 내 전압 특성은 15kV・ms 이상, 3pC의 부분 방전 개시 전압 8kV 이상, 5dB 기준의 측정주파수 대역은 10~50MHz로 선정하였다.
국내의 경우 몰드 변압기의 수명 상태를 정확히 판단하지 못한 상태에서 실제적으로 장시간 운전되는 경우가 대부분이므로, 제조불량 및 장기 사용 시 발생되는 부분방전 현상에 따른 절연 파괴 가능성이 높다. 그러므로 최적 측정감도를 지닌 부분방전 센서, 방전 펄스를 산호처리하는 측정transducer, 현장조건을 고려한 잡음제거 기법 및 진단 알고리즘을 지닌 측정시스템을 on-line으로 구축하여 절연 파괴 사고전 예지하고자 초기 부분 방전 측정시스템을 구성하였다.
6kV급 모의열 화몰드 변압기 설계제작 및 열화시험용 반환부하 설비 구축. 다섯째, 모델 실험을 통한 부분방전 측정 가능성 확인 및 문제 점 검토 분석으로 구성하였다.
첫째, 온라인 부분 방전 측정 방법으로 고압부 인 출단에 직접 센서를 부착하는 접촉식 및 권선탭 사이에 로고우스키 코일을 삽입하는 비접촉식을 선정하였다. 둘째, 측정용 센서의 측정주파수 대역 선정 및 센서 설계 및 제작.셋째, on-line 부분 방전 검출 시스템 설계 및 protype transducer 제작.
몰드 변압기 시료의 열화 시간에 따른 발생 부분 방전의 측정 정도 및 변화 추이를 분석하고 개발된 센서의 장기 안 정성 특성을 파악하기 위하여 그림 5와 같은 반환부 하법 을 이용한 희로를 구성하기로 선정하고, 단상 6.6 kV 50kVA급과 향후 실험할 단상 22.9kV 50kVA급에 맞는 설비의 설계와 제작을 실시하고 시료용 모델 몰드 변압기 와 함께 장거부분방전 실험회로를 구성하였다.
몰드 변압기용 부분방전 측정transducer는 potable 시스템으로 현장에서 간편하게 부분 방전 신호를 측정할 수았도록 한 것으로, 부분 방전 전체 시스템의 설치 및 활용이 어려운 현장에서 사용 가능하도록 검토하였다. 센서로부터 센싱된 부분방전 펄스 신호의 계측 및 분석시 스템으로, 전체 구성은 그림 4와 같이 아날로그 방전 신호를 처리하는 analog signal processor board와 디지털 ddta를 처리하기 위한 main processor board 및 potable display & analysis unit으로 구성하였다.
반환부 하 설비를 구성하기 위하여 시료 응 몰드 변압기 외에 보조 변압기로 단상 70kVA 220V/2800V 유입자 냉식 변압기, 동손가 변장치로 단상 20kVA S240V 공냉식슐라이닥, 철손가 변장치로 단상 5kVA 0-240V 공냉식 슬라이닥 및 역률 보상장치 단상 220V 1&X)uF를 이용하여 설치하였다.
몰드 변압기용 부분방전 측정transducer는 potable 시스템으로 현장에서 간편하게 부분 방전 신호를 측정할 수았도록 한 것으로, 부분 방전 전체 시스템의 설치 및 활용이 어려운 현장에서 사용 가능하도록 검토하였다. 센서로부터 센싱된 부분방전 펄스 신호의 계측 및 분석시 스템으로, 전체 구성은 그림 4와 같이 아날로그 방전 신호를 처리하는 analog signal processor board와 디지털 ddta를 처리하기 위한 main processor board 및 potable display & analysis unit으로 구성하였다.
센싱부에 해당되는 소체 재질은 세라믹으로 고유전율 세라믹 컴파운드를 배합하여 소체를 성형한 후, 소체의 양쪽 전극면에 Ag으로 금속전극충을 형성하는 구조로 하였다. 그림 1은 설계 제작된 100pF 세라믹 소체이며, 이 소체에 외부 환경 조건을 고려한 에폭시하우징을 성형하여 완성된 6.
그리고 각 상별 신호처리를 위한 channel selector와 외부 잡음 제거를 위한 두 종류의 band pass filter가 있으며, 각 상별 위상을 검출하기 위한 zero-cross detector 가 내장되어 있다. 앰프는 xl, xlO, X100의 세 종류의 배율로 조정이 가능하며, 원하는 부분방전 신호의 입력 range에 따라 적절히 선택하여 사용할 수 있도록 하였다. 부분방전 신호는 negative 펄스와 positive 펄스로 분리하여 peak detector & hold에서 부분 방전 신호를 검출한다.
Main processor board는 고속 A/D 컨버터를 이용하여 부분방전 신호를 디지털 data로 변환하고 이를 내부 메모리에 저장한다. 이때 총 120주기 동안의 부분 방전 신호를 측정하여 저장(120주기 X 3, 600points x 8bits = 432,000bytes) 하도록 구성하였으며, 이를 TCP/IP 또는 RS-232 등의 통신 프로토콜을 사용하여 notebook 으로 전송한다. 부분방전 신호처리 및 분석을 위한 S/W 로 측정된 부분방전 신호률 2D/3D graph로 나타내며, 각종 방전 측정인자를 시간별 trend 변화 추이로 보여주며, 모든 data를 database화 할 수 있도록 구성한다,
6kV급 몰드 변압기에 대한 on-line 부분방전 측정시스템을 구축하는 것을 목표로 하여 다음과 같이 진행되었다. 첫째, 온라인 부분 방전 측정 방법으로 고압부 인 출단에 직접 센서를 부착하는 접촉식 및 권선탭 사이에 로고우스키 코일을 삽입하는 비접촉식을 선정하였다. 둘째, 측정용 센서의 측정주파수 대역 선정 및 센서 설계 및 제작.

대상 데이터

6kV급 접촉식 센서를 나타낸 것이 그림 2이다. 제작된 제품은 높이 90mm, 직경 70mm이며, 소체 외부의 연면방전방지를 위하여 진공 속에서 에폭시로 molding하였다. 완성된 센서는 60kV 이상의 연면 섬락전 압, 5dB 기준의 측정주파수 대역은 9.

성능/효과

이는 열에 의하여 절연 재료의 분자 level 구조에 불가역적인 화학적 또는 물리적 변화가 일어나 특성이 나빠지는 것으로 열분해 반웅과 산화반응으로 진행되며, 기계적 강도 저하 및 절연 표면에서의 흡습성 증대 현상 등이 나타난다. 이러한 절연물의 열적 열화 가속수명 모형 온 화학반응 속도 특성으로 표현되어지며, 운전 온도보다 높은 3가지 온도로가속열화 시험 결과로 나타난 아레니우스 수명곡선을 이용하면 운전조건을 고려한 평균수명 시간(MTTF)인 L: 시간의 계산이 가능하게 된다.

후속연구

V상 고압측(A지점)에 입력된 펄스는 1번 위치의 센서가 2번 위치의 센서보다 3뱹 크기로 측정되었으며, V상 탭부위(C지점)에 입력된 펄스는 1번 위치의 센서가 2번 위치의 센서에 비하여 75% 크기로 측정되었다. 이는 권선 길이 및 펄스인가지점에 따룐방전펄스의 크기감쇠를 나타낸 것으로, 향후 권선길이에 따륜방전크기의 감쇠율 및 전송 특성을 파악하는데 활용할 예정이다.
이렇게 구성된 실협 장치, 부분방전 센서 및 측정 시스템은 향후 진단 알고리즘을 지닌 몰드 변압기용 on-line 부분방전 측정시스템 개발에 기여할 것으로 예상된다.

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