[논문]유전손실계수를 이용한 고전압설비의 절연특성 분석

오봉근; 이광호; 최형철; 변두균; 임기조

문제 정의

그 이유중의 하나는 절연물의 구조가 회전기의 절연구조와 비교하여 상당히 양호하여 절연물에서 발생하는 부분방전신호 가 현장측정시 주변 노이즈에 의해 열화의 진전상태분석에 한계가 있는 것으로 나타났다. 따라서 본 논문에서는 실제 산업현장에서 사용중인 변압기와 케이블을 대상으로 하여 절연물의 일반적인 특징을 나타내는 유 전정접시험을 통하여 유전손실계수를 측정하고 각 설비의 유전손실계수 값에 대한 경향성을 분석하고자 한다.

제안 방법

표 2에서 설명하는 것과 같이 UST A mode는 1차권선과 2차권선사이의 유전손실계수 를 측정하며 GSTg A+B mode는 1차, 2차권선과 대지간의 유전손실계 수를 측정하고 GSTg A mode는 1차권선과 대지간의 유전손실계수에 대한 측정값을 보여준다. 변압기의 시험전압은 1차 전압기준으로 정격전 압 10 kV 급 이하 변압기는 정격전압까지 시험전압을 인가하고, 10 kV 급 이상 변압기는 시험전압 10 kV에서 각 모드별 유전손실계수를 측정 하였다. 케이블의 경우 권선과 대지간에 시험대상시료에 해당하는 정격 전압까지 시험전압을 인가하고 유전손실계수를 측정하였다.
그림 2는 표준커패시터로 쉐링 브리지를 구성하여 유전손실계수를 측정하기 위한 회로도를 설명하는 것으로 측정대상 절연물을 Rx와 Cx로 표시하고, 표준커패시터 Cn, 가변 저항 R3과 가변콘덴서 C₄를 이용하여 쉐링브리지를 구성한다. 유전손실 계수 측정은 H.V Test Transformer를 이용하여 교류 고전압을 인가한 후 가변저항과 가변 콘덴서를 조절하여 검류계에 전류가 흐르지 않을때 의 R3과 C₄를 통해 시험대상의 유전손실계수와 커패시턴스를 계산하게 된다. 일반적으로 시험대상 절연물의 유전손실로 인해 전류는 전압에 비해 90도보다 조금 작은 위상각으로 나타나게 되며, 최종적으로 도출된 유전손실계수 tan6는 QR4C₄로 표현될 수 있다.
변압기의 시험전압은 1차 전압기준으로 정격전 압 10 kV 급 이하 변압기는 정격전압까지 시험전압을 인가하고, 10 kV 급 이상 변압기는 시험전압 10 kV에서 각 모드별 유전손실계수를 측정 하였다. 케이블의 경우 권선과 대지간에 시험대상시료에 해당하는 정격 전압까지 시험전압을 인가하고 유전손실계수를 측정하였다.

대상 데이터

시험대상시료는 표 1과 같이 실제 산업현장에서 사용중인 고전압 유입식 및 건식변압기와 케이블을 이용하였다. 변압기는 1차전압이 6.6 kV급 이상인 설비를 대상으로 유입변압기 29대와 건식변압기 28대로 구성하였고, 케이블은 국내에서 일반적으로 사용하는 XLPE 케이블로 정격전압이 6.6 kV급 이상인 설비를 대상으로 83조를 선정하여 유전손 실계수를 측정하였다.
시험대상시료는 표 1과 같이 실제 산업현장에서 사용중인 고전압 유입식 및 건식변압기와 케이블을 이용하였다. 변압기는 1차전압이 6.

성능/효과

5 % 이하의 값을 나타내었다. 8번 변압기는 권선온도가 측정 당시 60°C 로 다른 시험대상 변압기와 비교하여 온도가 높고, 유전손실 계수도 온도상승에 따라 증가하는 특성이 있으므로 이러한 점들을 고려하면 주위온도 조건에서 유입변압기의 경우 0.5 %의 범위를 크게 벗어나지 않는 것으로 분석되었다. 각 모드별로 유전손실계수를 분석해보면, 29개의 시료중 20개의 시료에서 UST A, GST A+B, GSTg A 순으로 측정값이 작아진 것으로 나타나 UST A에서의 유전손실이 다른 모드와 비교하여 큰 특징을 보였다.
1절에서 설명한 각 모 드별로 건식변압기 시료수(x축)는 제작년도가 오래된 변압기를 기준으로 배열한 유전손실계수의 측정 데이터를 보여준다. GSTg A 모드의 경 우 시험대상 변압기중 5개의 시료에서 4 % 이상의 큰 값이 나타나, 1차 고압권선과 대지간에 절연손실이 크게 나타난 반면, UST A, GST A+B 모드에서는 모두 2 % 이하이고, 이중 90 % 이상은 1 % 이하의 안정적 인 값을 나타내었다. 각 모드별 유전손실계수는 유입변압기와 다르게 GSTg A, GST A+B, UST A 순으로 측정값이 작아진 특징이 나타났다.
GSTg A 모드의 경 우 시험대상 변압기중 5개의 시료에서 4 % 이상의 큰 값이 나타나, 1차 고압권선과 대지간에 절연손실이 크게 나타난 반면, UST A, GST A+B 모드에서는 모두 2 % 이하이고, 이중 90 % 이상은 1 % 이하의 안정적 인 값을 나타내었다. 각 모드별 유전손실계수는 유입변압기와 다르게 GSTg A, GST A+B, UST A 순으로 측정값이 작아진 특징이 나타났다. 건식변압기의 경우 국제규격에서는 유전손실계수에 대한 허용 기준 값을 제시하고 있지 않으며 주기적 시험을 통한 경향(trend)관리를 권장 하고 있다[3].
5 %의 범위를 크게 벗어나지 않는 것으로 분석되었다. 각 모드별로 유전손실계수를 분석해보면, 29개의 시료중 20개의 시료에서 UST A, GST A+B, GSTg A 순으로 측정값이 작아진 것으로 나타나 UST A에서의 유전손실이 다른 모드와 비교하여 큰 특징을 보였다. 국제규격에서는 유전손실계수가 0.
고전압 설비 가운데 유입 및 건식변압기와 XLPE 케이블에 대한 현 장 절연진단시험에 있어 이들 설비의 절연특성이 우수하고, 주변노이즈 등에 의하여 정밀한 열화상태를 분석하는데 어려움이 있어 본 논문에서는 산업현장에서 운영중인 대상설비에 대하여 일반적인 절연특성의 열 화상태를 분석할 수 있는 유전정접시험을 수행하였고 유전손실계수를 측정하여 설비별로 구분하여 경향성을 분석하였으며, 그 결과 유전손실 계수가 유입변압기는 0.5 %이내 건식변압기는 2 % 이내, XLPE 케이블 에서는 15 kV급은 0.2 %, 6.6 kV급은 0.1 % 이내에서 안정적인 분포를 갖는 것으로 나타나 유전정접시험을 통한 유전손실계수의 경향분석은 고전압 변압기 및 케이블의 열화특성을 분석하는데 활용도가 높을것으 로 판단된다.
특히 부분방전시험은 회전기의 경우 현재 유용한 데이터로 활용이 가능한 반면, 정지기인 변압기와 케이블의 경우 전기적인 절연시험을 통하여 절연상태를 분석할 수 있는 방법은 한계가 있다. 그 이유중의 하나는 절연물의 구조가 회전기의 절연구조와 비교하여 상당히 양호하여 절연물에서 발생하는 부분방전신호 가 현장측정시 주변 노이즈에 의해 열화의 진전상태분석에 한계가 있는 것으로 나타났다. 따라서 본 논문에서는 실제 산업현장에서 사용중인 변압기와 케이블을 대상으로 하여 절연물의 일반적인 특징을 나타내는 유 전정접시험을 통하여 유전손실계수를 측정하고 각 설비의 유전손실계수 값에 대한 경향성을 분석하고자 한다.
1절에서 설명한 각 모 드별로 유입변압기 시료수(x축)는 제작년도가 오래된 변압기를 기준으로 배열한 유전손실계수의 측정 데이터를 보여준다. 시험결과에서 보듯 이 설치년도 및 본 논문에서는 제시하지 못하였지만, 시험대상변압기의 용량, 전압과도 관계없이 8번 변압기에서 측정된 유전손실계수를 제외하고 모두 0.5 % 이하의 값을 나타내었다. 8번 변압기는 권선온도가 측정 당시 60°C 로 다른 시험대상 변압기와 비교하여 온도가 높고, 유전손실 계수도 온도상승에 따라 증가하는 특성이 있으므로 이러한 점들을 고려하면 주위온도 조건에서 유입변압기의 경우 0.

후속연구

금번 측정데이터의 경우 GATg A에서 측정된 큰 값들에 대해서는 다음시험 시 데이터의 경향분석이 필요한 것으로 판단된다. 다른 두개의 모드에서는 유전손실계수가 안정적인 경향을 나타내고 있으므로 건식변압기의 잠재적인 절연상의 문제점을 분석하는데 용이할 것으로 사료된다.

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