[논문]실선로 22.9kV XLPE 케이블 진단을 위한 포터블 부분방전 진단장치

이용성; 김정윤; 이현선; 정성만; 이창수

실선로 22.9kV XLPE 케이블 진단을 위한 포터블 부분방전 진단장치
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이용성 ((주) 엠파워) , 김정윤 ((주) 엠파워) , 이현선 ((주) 엠파워) , 정성만 ((주) 엠파워) , 이창수 ((주) 엠파워)

배전 케이블 부분방전 측정에서는 외부노이즈, 코로나가 동반되어 검출되고 있다. 특히, 단말부의 부분방전측정에서는 부분방전 현상이 크게 발생하여 측정될 경우 다른 상에서도 유입되어 검출되는데 코로나나 외부의 노이즈가 크게 유입될 경우 진단의 어려움이 있다. 더불어 각 상의 위상을 직접검출이 어려운 송배전 케이블의 단말에서는 유기된 신호의 상을 찾는데도 어려움을 주고 있다. 이러한 문제를 반영하여 현장 측정이 용의하도록 이동형 포터블 진단장치를 개발하였다. 3개의 HFCT 센서를 사용하여 3상을 동시 측정할 수 있도록 하였다. 전원 분압 트리거 회로와 전류 변류 트리거 회로를 사용하여 위상 분석을 병행하였다. 실선로의 배전 케이블 부분방전 진단의 효율적 수행을 위해 개발된 본 장비를 현장 적용하였으며 내장된 PRPD 분석법이 가능하였으며 S/W 노이즈 게이팅을 적용하여 다른상에서 유기되는 신호를 제거하여 진단결과의 신뢰성을 높일 수 있었다.

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문제 정의

본 연구에서는 휴대성과 측정환경 개선을 위해 배전용 포터블 측정 장치를 설계 제작하였다. 현장 측정에서 3상의 측정결과를 동시에 얻을 수 있으면서 보고서결과를 얻을 수 있어 측정환경과 측정시간을 개선할 수 있었다.

제안 방법

배전케이블을 빠르고 효율적인 진단을 위해서 개발된 포터블 측정 장치의 S/W는 3상 동시 측정이 가능하도록 하였고. 사용이 간편하면서 측정 과정에서 진단 보고서로 정리할 수 있도록 제작되었다.
본 개발 장비는 동시 3상을 측정할 수 있으면서 이동이 용의하며 측정 완료 후 PRPD 분석결과를 나타낼 수 있도록 하였다.
현장 측정에서 3상의 측정결과를 동시에 얻을 수 있으면서 보고서결과를 얻을 수 있어 측정환경과 측정시간을 개선할 수 있었다. 부분방전 진단용 펄스 검출기의 적용으로 체널당 150kS/s의 DAQ측정 시스템으로 PRPD분석이 가능하였다. 노트북과 함께 이동성을 용의하기 위하여 PCMCIA형 NI-DAQ를 적용하였는데 굵은 케이블과 소켓이 노출되어 아동에 작은 불편을 초래하여 USB타입의 별도 인터페이스 개발의 필요성이 요구되었다.
시공된 지 5년이 경과한 케이블로 정기 부분방전 진단에 적용시험 하였다. 비교 시험 장비로는 LDIC사의 Lemke probe를 적용하였으며 단말에서 부분방전신호가 검출되는 것으로 판명되어 본 포터블 측정 장치를 적용하였다.
이동성이 용의하도록 노트북에 적용할 다채널 DAQ중에이와 같은 주파수 범위를 실시간으로 처리하기에 어려운 점이 있어 보완해주어야 할 변환기가 필요하다. 이를 보완하기위해 짧은 시간에 발생되는 펄스신호를 검출하여 DAQ에서 처리할 수 있는 시간동안 늘려주는 역할을 하도록 펄스검출기(pulse-detector)를 설계하여 이용하였다. 즉 검출되는 임펄스 신호를 100kS/s의 DAQ에서 처리할 수 있도록 신호를 늘려주는 역할을 하는 것이다.
즉 검출되는 임펄스 신호를 100kS/s의 DAQ에서 처리할 수 있도록 신호를 늘려주는 역할을 하는 것이다. 측정 개소가 많은 배전 케이블에서 같은 측정 방법으로 1개의 상만을 측정하는데 많은 시간을 허비하는 문제점을 보완하기 위해 3개상을 동시 측정할 수 있도록 3채널 측정 시스템으로 구성하였다.

대상 데이터

본시험에서는 IPEC사의 HFCT를 사용하였다. HFCT의 공진주파수는 수백KHz~20MHz로 배전 케이블에서 주로 사용되고 있는 325mm² 케이블에 적용하기위한 내경을 가진 CT로 선택하였다.
신호 비교결과 이다. Lemke probe에서 측정된 신호는 오실로스코프를 사용하여 데이터를 획득하였다. 그림 8 (A)에서 보여주는 사인위상은 AC상용전원 분압기를 사용하여 위상기준값을 사용하였다.
배전 케이블에서 주로 사용되고 있는 CN/CV, CV 타입과 따른 설계를 고려하여 본시험에서는 IPEC사의 HFCT를 사용하였다. HFCT의 공진주파수는 수백KHz~20MHz로 배전 케이블에서 주로 사용되고 있는 325mm² 케이블에 적용하기위한 내경을 가진 CT로 선택하였다.
노트북과 함께 이동성을 용의하기 위하여 PCMCIA형 NI-DAQ를 적용하였는데 굵은 케이블과 소켓이 노출되어 아동에 작은 불편을 초래하여 USB타입의 별도 인터페이스 개발의 필요성이 요구되었다. 본시험에 적용된 3개의 HFCT 센서가 본 장비 무게의 30%를 차지하여 가볍고 휴대가 간편한 안테나 타입의 센서가 요구되었다.
9kV 배전 케이블 단말의 현장 측정시험에 적용하였다. 시공된 지 5년이 경과한 케이블로 정기 부분방전 진단에 적용시험 하였다. 비교 시험 장비로는 LDIC사의 Lemke probe를 적용하였으며 단말에서 부분방전신호가 검출되는 것으로 판명되어 본 포터블 측정 장치를 적용하였다.
지중 송전 XLPE 케이블도 중간 접속함과 단말이 측정대상이다. 중간접속구간의 최대 간격은 생산되는 케이블의 최대 길이인 300M(케이블길이) 선로로 1구간마다 3상으로 3회의 진단이 이루어진다.
그림 5는 현장측정시험을 보여주고 있다. 활선인 22.9kV 배전 케이블 단말의 현장 측정시험에 적용하였다. 시공된 지 5년이 경과한 케이블로 정기 부분방전 진단에 적용시험 하였다.

이론/모형

중요하다. 송배전케이블의 전압위상을 직접 검출하는 것은 불가능하기 때문에 상용전원과 부하전류를 이용한 간접검출법을 이용한다. 신호의 위상을 동기화하기 위한 트리거 모드로 내부 트리거 모드와 외부트리 거 모드 기능을 선택할 수 있게 하였다.
또한 포터블 부분방전 진단 장치에서는 H/W 트리거를 적용하였다, S/W트리거를 할 경우 기술적인 신호처리 병목현상이 동반되기 때문이다. 신호를 소프트웨어로 변환하여 처리하는 과정을 거치게 되므로 다중의 연산 과정을 거치게 되고 트리거 시기를 인식한 후 각 채널의 데이터를 처리하는 과정을 거치게 되므로 트리거와 데이터 변환을 동시 처리를 위해 H/W 방식을 적용하였다.

성능/효과

설계 제작하였다. 현장 측정에서 3상의 측정결과를 동시에 얻을 수 있으면서 보고서결과를 얻을 수 있어 측정환경과 측정시간을 개선할 수 있었다. 부분방전 진단용 펄스 검출기의 적용으로 체널당 150kS/s의 DAQ측정 시스템으로 PRPD분석이 가능하였다.

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