[논문]지중 송전케이블 PD진단 기술 현황 및 정확도 향상방안 검토

장태인; 강연욱; 강지원; 김종채

[국내논문] 지중 송전케이블 PD진단 기술 현황 및 정확도 향상방안 검토
Present Status and Accuracy Improvement Plan on Partial Discharge Diagnosis Technology for Underground Transmission Cable 원문보기

장태인 (한국전력공사) , 강연욱 (한국전력공사) , 강지원 (한국전력공사) , 김종채 (한국전력공사)

본 논문은 지중송전 XLPE 케이블에 대한 국내외 부분방전(Partial Discharge) 진단기술 현황과 정확도 향상방안을 다룬다. 먼저, 최근의 국내 XLPE 케이블 설치 및 고장 현황을 살펴보고, 국내외 PD진단 동향, PD 진단장비의 특징, 접속부 계면 PD의 주파수 특성을 차례로 알아본다. 마지막으로 이를 종합하여 진단 정확도 향상 방안 및 케이블 고장예방을 위한 향후 연구방향을 제시한다.

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문제 정의

본문에서는 국내 XLPE 케이블설치 및 고장현황, 국내외 PD진단 동향을 간략히 살펴보고, 센서 및 진단장비의 특징, 접속부 계면 PD의 주파수 특성을 차례로 알아본다. 마지막으로 이를 종합하여 몇 가지 PD진단 정확도 향상방안 및 케이블 고장예방을 위한 향후 연구방향을 제시한다.
지금까지 국내의 PD진단 기술현황 및 개선방향에 대하여 알아보았다. 현재까지 PD진단기술은 발전단계에 있는 기술로 진단장비의 향상, 판단 방식의 전환, 위치추적 기술정립, 종단접속부 진단을 위한 신기술 적용 등을 통하여 PD진단 정확도 및 신뢰도를 향상시킬 수 있을 것이다.

제안 방법

이를 위하여 모의 계면 결함을 가진 접속함 시료를 아래 과 같이 준비하고, 전압을 0부터 15kV까지 점진적으로 상승시키면서 발생되는 부분방전 신호의 주파수 특성을 살펴보았다.
현재 PD진단 장비의 측정 및 분석 주파수는 사용 장비의 방식에 따라 다르나 최대 50MHz까지이다. 그러나, 최근에는 케이블 종단 등 접속부만을 중점적으로 진단하기 위해서 VHF/UHF 대역으로 주파수를 상향시키는 경향이 있어, 그 효과를 살펴보기 위해 접속부 계면의 PD신호 주파수 특성을 살펴보았다.
다음으로 주파수에 따른 PD신호의 상간 전파특성 및 거리영향을 살펴보았다. <그림 7>은 펄스발생기로 절연통 시스에 200mV를 주입한 상태에서 타상에서 주파수 25MHz, 150MHz에 대하여 측정한 주파수 스펙트럼으로, 주파수 25MHz 대비 150MHz에서 상간의 신호 영향이 크게 감소함을 알 수 있다.

성능/효과

이때, 검출센서는 1～500MHz 측정이 가능한 HFCT 센서이다. 실험결과 PD신호의 크기에 따라 다를 수 있으나 대략 주파수 범위 300MHz 정도까지 PD 신호가 잘 측정 되었으며, 특히 150MHz 대역에서 신호가 비교적 크게 관측 되었다.
한편, <그림8>은 거리에 따른 PD신호 감쇄효과를 알아본 것이다. 계면에 150MHz 신호(-25dB)를 주입하고, 접지선에서 거리별로 신호크기를 측정해 본 결과, 초고주파 측정시에는 접지선에 유입되는 신호의 영향이 크게 감소됨을 유추할 수 있었다.
앞에서 살펴본 바와 같이 현행 PD진단 장비 및 분석기술에 있어서 개선 사항은 최대 측정 주파수의 상향, 현장 상황에 적합한 센서의 사용, 개별 장비 및 소프트웨어 장점의 융합을 들 수 있다. 측정 주파수 상향 측면에 있어서는 300MHz이상 UHF대역으로 넘어가면, PD신호 역시 매우 작아지기 때문에 특화된 증폭기 및 변환기가 필요하게 되어, 신호변환 없이 주파수 직접 스캔 및 튜닝 등으로 다룰 수 있는 대역이 300MHz 정도로 판단되었다.

후속연구

본문에서는 국내 XLPE 케이블설치 및 고장현황, 국내외 PD진단 동향을 간략히 살펴보고, 센서 및 진단장비의 특징, 접속부 계면 PD의 주파수 특성을 차례로 알아본다. 마지막으로 이를 종합하여 몇 가지 PD진단 정확도 향상방안 및 케이블 고장예방을 위한 향후 연구방향을 제시한다.
진단장비 및 방법의 개선과 더불어 종단접속부에 특화된 신형 UHF PD센서 및 이의 특성 연구가 필요하며, 부분방전 진단을 위한 보조적 방법으로서 EBG 하부동관에 고이는 가스분석 및 교체기준 등에 관한 연구가 필요한 것으로 사료된다.
현재까지 PD진단기술은 발전단계에 있는 기술로 진단장비의 향상, 판단 방식의 전환, 위치추적 기술정립, 종단접속부 진단을 위한 신기술 적용 등을 통하여 PD진단 정확도 및 신뢰도를 향상시킬 수 있을 것이다. 한편, 지중케이블 고장예방을 위해서는 PD현상 모의 실증시험, XLPE 케이블의 급속 절연파괴를 유발할 수 있는 국내 환경변화에 의한 케이블 시스템의 거동, 낙뢰 등에 의한 써지유입 현상 등에 대한 연구가 중ㆍ장기적으로 필요하다고 사료된다.

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