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문제 정의
- 따라서 본 논문에서는 전자파를 이용한 변압기 유중 부분 방전의 위치탐지의 적절한 방법을 모색해 보고, 그 방법에 맞게 설계 제작된 센서를 제안하며, 개발된 센서를 이용한 위치 탐지 실험결과를 소개하고자 한다.
제안 방법
- 변압기 상부 판의 네 모서리 중 세 곳에 제작된 그링 2의 센서를취부 하였으며, 각각의 센서는 수평방향으로 회전이 가능하다.LEMKE LDIC-5/UHF 교정용 펄스 발생기로부터 부분방전을 모의한 신호를 발생시켜 그림 6의 세 가지 위치에서 오실로스코프 (Lecroy wavePro960 /2GHz /16GS/s /16Mpts)를 이용하여 측정하였다.
- 그리고 그림 2, 3과 같이, 센서를 변압기 모서리에 장착하는 동시에 회전할 수 있게 센서 고정부를 설계 제작하였으며, 센싱돤 신호가 발룬을 통해 변압기 챔버 상판으로 나을 수 있게 케이블을 연결하였다.
- 그림 1과 같이 변압기를 모의한 차폐된 직육면체 도체 내부에 변압기 코일을 모의하여 도체 장애물을 설치한 후, 내부 공간은 절연유에 해당하는 유전체로 채운 상태에서 전자계 해석을 실시하였다, 도체장애물의 전면 좌측 모서리에 PD를 모의한 5kV의 임펄스를 발생시킨 후 센서가 설치될 변압기 네 모서리에서 센서가 측정할 인자안 상하방향 전계를 200MHz, 400MHz, 800MHz에서계산하였다,
- 6m, 높이 G9m의 차폐된 직육면체 도체판으로 제작되었으며. 내부에 변압기 코일을 모의한 가로 0.2m, 세로 0.3m, 높이 0.6m의 도체 장애물을 설치하였다. 변압기 상부 판의 네 모서리 중 세 곳에 제작된 그링 2의 센서를취부 하였으며, 각각의 센서는 수평방향으로 회전이 가능하다.
- 센서는 개방된 절연유에서 KJOMHz, 400MHz, 800MHz 에서 동작하도록 폴디트 다이폴(Folded Dipole)로 설계하였다. 폴디드 다이폴은 일반적인 다이폴에 비해 광대역 특성을 갖고 있으며[5], 변압기 모서리에 취부 할 수 있게 세로로 간 모양이지만, 센서 끝단이 날카롭지 않으므로 고전계에도 잘 견딘다,
- 센서의 급전부는 동축케이틀과의 매칭을 위해 전체 센서 대역에서 동작하는 광대역 발룬을 설계하여 취부 하였다. 그리고 그림 2, 3과 같이, 센서를 변압기 모서리에 장착하는 동시에 회전할 수 있게 센서 고정부를 설계 제작하였으며, 센싱돤 신호가 발룬을 통해 변압기 챔버 상판으로 나을 수 있게 케이블을 연결하였다.
- 이러한유중 부분방전의 특성과 절연유의 유전율을 고려한 전자파 센서의 최대 크기를 생각하여 측정대상이 되는 주파수를 200-800MHZ로 결정하였다.
- 전자파를 이용한 변압기 유중 부분방전의 위치탐지를 위한 다중대역 센싱의 필요성을 전자파 해석을 통하여확이 하였다,
- 절연유가 주입된 변압기 내부 환경에서, 수백 MHz를 대상으로 다중대역으로 동작하는 셴서를 설계 제작하였다.
대상 데이터
- 실험용 변압기 챔버는 그림 6과 같이 가로 0.9m, 세로 0.6m, 높이 G9m의 차폐된 직육면체 도체판으로 제작되었으며. 내부에 변압기 코일을 모의한 가로 0.
성능/효과
- 반사 계수이다. 10dB기준으로 269MHz-367MHz, 700MHzs 950MHz 에서 동작하는 것으로 나타났으며, 절연유의 비유전율을감안하면 개방된 절연유 내부를 기준으로 설계한 주파 수률 어느 정노 만족하는 것욜 확인할 수 있따.
- 이것은 도체로 이루어진 변압기 외함 및 내부구조물에 의한 공진 현상이 주파수에 따라 다르게 나타나기 때문이며, 위치탐지를 위한 부분 방전 신호 검출 시 단일 주파수 성분만 측정한다면 오차가 발생할 수 있음을 의미하는 것이다. 그러나 표1 의 결과에서 세 주파수 성분을 모두 고려해 보면, 센서3 의 위치가 다른 센서에 비해 전체적으로 큰 전계가 측정되는 경향을 보이고 있으므로, 측정 센서를 단일 주파수대역이 아닌 다중대역으로 설계할 경우 위치 탐지가 가능할 것으로 보인다. 또한 모의 해석의 경우, 차폐된 구조의 변압기 내부에서는 전자계 손실성분이 매우 적어서 경로에 따른 전계 차이가 미미하게 나타났을 우려가 있으므로, 실제 절연유의 손실성분을 고려한다면 다중 대역 센서의 위치 분해능은 좀 더 나아질 것으로 보인다.
- 설계한 센서로 측정 시 부분방전원에 가까운 센서에서 그 외의 센서예 비해 센싱각도에 따른 편차가 큰 것으로 나타났다.
- 설계한 센서와 변압기 모델 쳄버를 이용한 위치탐지 실험에서, 기중에서와는 달리 유중에서는 부분방전원에 가까운 센서에서 확연히 더 큰 신호가 측정되는 것으로 나타났다.
- 표 1의 결과를 살펴보면, 반드시 부분방전 발생 위치에서 가장 가까운 센서3에서 가장 큰 전계가 검출 되는 것이 아님을 알 수 있고, 그 크기도 측정되는 주파수 별로 달라지는 것을 확인할 수 있다. 이것은 도체로 이루어진 변압기 외함 및 내부구조물에 의한 공진 현상이 주파수에 따라 다르게 나타나기 때문이며, 위치탐지를 위한 부분 방전 신호 검출 시 단일 주파수 성분만 측정한다면 오차가 발생할 수 있음을 의미하는 것이다.
후속연구
- 이러한 결과틀 이용한다면 전자파법의 부분방전 위치탐지가 가능할 것이다.
- 그러나 부분방전에서 발생하는 전자파를 무선으로 측정하는 방법은 실시간측정이 가능하고, 전기적으로 차폐된 변압기의 특성상 감도가 좋으며 외부노이즈에 강한 장점이 았어 매우 유망하다. 이러한 상황에서 단순한 부분방전의 측정뿐 아니라 나아가 변압기 내부의 부분방전 위치를 전자파를 이용한 방법으로 탐지 할 수 있다면, 변압기의 신속한 유지보수에 기여할 수 있을 것이다.
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