활선절연감시
저압누전감시
정전절연진단
고장점탐지
Cable PD진단
Sub목차 : 1)
전력Cable열화진단기술 (1/5)
(2/5)
(3/5)
(4/5)
(5/5)
2)
Cable차폐단선감시
(1/3)
(2/3)
(3/3)
3)
고압 및 특고압 전력케이블의 절연진단 및 유지보수 관리방법 (전력기술인협회지)
2003년
11월호, 12월호,
2004년
1월호, 2월호,
3월호
고압
및 특고압 전력케이블의 절연진단 및 유지보수 관리방법(2)
전력기술인
2003년12월호 기고내용
김
보경 / 메가파워테크 대표
목
영수 / 한국전력공사 중부지점 지중배전부 과장
박
대희 / 원광대학교 교수
이
관우 / 호원대학교 교수
목 차
1. 서론
2. 전력케이블의 사고분석,열화원인 및 절연진단 현상
2.1. 지중전력케이블의 사고현황 및 실태
2.2. 전력케이블의 절연열화요인 및 열화PROCESS
2.3. 전력케이블의 절연진단 현상,문제점 및 대책
3. 정전상태에서의 전력케이블 절연진단법 상세
3.1 절연저항측정법
3.2. 직류누설전류법
3.3. 직류내전압시험
3.4. 유전정접법(Tanδ측정)
3.5. 전위감쇄법(직류전압감쇄법)
3.6. 등온완화전류법
3.7. 기타 진단법
4. 활선상태에서의 전력케이블 절연진단법 상세
5. 국내에서의 활선절연진단법 동향 및 적용사례
6. 전력케이블 유지보수방법
7. 맺은 말
3. 정전상태에서의 전력케이블 절연진단법 상세
정전상태에서 전력케이블의 절연상태를 진단하는 각종 절연진단법을 정리하면
다음 표15와 같다.
표15. 전력케이블의 정전 절연진단법 종류
|
직류법 |
절연저항측정법,직류누설전류법,전위감쇄법,내전압시험법,회복전압법,역흡수전류법,잔류전압법,과도직류전류법,등온완화전류법 |
|
교류법 |
유전정접법,정전용량측정법,내전압시험법, |
|
초저주파법 |
유전정접법,부분방전법,정전용량측정법 |
|
준삼각파법 |
부분방전법 |
|
교직중첩법 |
유전정접법,부분방전법,직류분시험법 |
다음에 상기 표15의 각종 절연진단법중 주요 방법에 관해서 상세하게 기술하고자 한다.
3.1 절연저항측정법
(1) 측정원리
절연저항계는 일반적으로 [메가]로 불리워지고 있고
전지식과 회전식이 있다.
케이블에 직류전압을 인가
하여 누설전류를 측정하는 것으로, 그림 5과 같이
충전전류가 순간적으로 흐르지만, 다음에 흡수전류는
감소하여 누설 전류만
잔존한다. 이 때문에 절연저항
측정은 일반적으로 직류전압인가로부터 1분 경과후의
값을 계측한다. 케이블의 등가회로는 그림 6와 같이
된다.
그림5 직류충전특성
그림6. 케이블의 등가회로
주요 메거의 종류는 다음 표와 같으며, 최근에는
5,000V,10,000V 및 전압조정이
가능한 초절연
저항계가 많이 시판되고 있다.
표16. 주요 메거 종류
|
정격전압(V) |
유효측정범위(MΩ) |
중앙눈금(MΩ)* |
|
100 |
0.02~20 |
0.5 |
|
200 |
0.05~50 |
1 |
|
500 |
0.1~100 |
2 |
|
500 |
1~1,000 |
20 |
|
1,000 |
2~2,000 |
50 |
|
2,000 |
5~5,000 |
100 |
(2) 측정회로 및 측정결과
절연저항계에서의 절연저항시험은 그림 7과 같이 각 도체와 차폐층간의 절연저항을
심선별로 측정한다. 고전압을 인가하는 경우, 표면의 누설전류의 흐르는 부분에 전선을
감아, 보호단자G에 접속하면 표면의 누설전류는 지시계에 흐르지 않기 때문에,
절연체의 저항치만을 측정할 수 있다.
또, 시험전압은 케이블의 정격전압을 넘지 않게 인가하는 것이 바람직하다.
절연저항계는 시험시의 환경, 특히 습도의 영향을 받기 쉬우므로, 측정시의 날씨,
온도,습도를 기록하여 평가때, 참고로 한다.
그림 7 고압케이블의 절연저항 측정방법
(3) 판정기준
절연저항계에서의 열화판정기준을 정확히 정하는 것은 현재에서는 어렵고, 한
개의
참고치로서의 판정기준을 표17에 표시하였다. 이 예에서는 측정전압 2,000V이상 에서는
누설전류환산 1uA이하를 양호의 판정기준으로 하고 있다.
측정치는 환경과 케이블의 구조, SIZE등에 따라 변화하므로, 정기적으로 측정하여
장기적인 변화경향 으로부터 절연의 상태를 판단하는 것이 바람직하다.
표17. 고압케이블(CV)절연저항의 판정기준치 예
|
측정전압(V) |
절연저항치(Mohm) |
판정 |
|
1,000 |
2,000이상 |
양호 |
|
5,000 |
5,000이상 |
양호 |
|
10,000 |
10,000이상 |
양호 |
(4) 절연저항측정법의 특징 및 문제점
① 이점으로서, 절연저항계는 소형경량으로 어떤 장소에서도 간단히 취급할 수
있고, 또 조작도
간단 하여, 종래부터 많이 사용되고 있다는 것을
둘 수 있다.
② 문제점으로서는 열화진행이 매우 작은 열화를
측정할 수 없고, 측정외부환경의
영향 등으로
측정결과 오차결과가 커서, 일반적으로 참고치로
사용하는 경우가
많아지고 있다.
(5) 절연저항측정법에 대한 검토
다음과 같은 사항이 있다는 것에 유념해야 한다.
①측정시료에 인가하는 전압치가 일정치 않다는 것
500V메가,1,000V메가등으로 일컬어지고 있지만,
이것이 측정대상에 인가되는
전압치를 말하는 것은
아니다.메가는 큰 내부저항(표준저항)을 가진 발전기이다.
발생전압은 1,000V라고 해도 측정대상에
걸리는 전압은 절연저항치에따라
0V~1,000V까지
변화한다.(제조사는 특수회로의 채용으로 표16의
중앙눈금의
저항치에서는 전압이 90%가 걸린다고
하고 있지만,그것보다 낮은 저항에서는
역시 0V까지
저하한다.) 즉,메가에 의한 절연저항측정은 고정된
전압인가상태에서
값이 얻어지고 있는 것이 아니고
변화하는 전압에 의한 측정치가 얻어지고 있다.
일반적으로 절연체의 절연저항은 인가전압에 비례해서 누설전류가 비례하는
것으로 알고 있으나,
인가전압을 증가시켜도 누설전류가 변화하지 않을
때도 있고,
인가전압을 증가시키면 누설전류가 급격히 증가하다가 절연파괴가 일어나는
것도 있다.
② 인가전압극성은 MINUS뿐이다.
인가전압극성은 MINUS만을 얻을 수 있고,PLUS극성은 접지 되어 있다.
측정대상이 CABLE이라면 도체에는 MINUS극성밖에 인가할 수 없다.
③ 정전용량이 크면 충전이 시간이 걸린다.
최근의 전자적인 메가는 특히 측정대상의 정전용량이 크면 충방전에 시간이
꽤 많이 걸린다.
따라서,고압이상의 케이블 절연진단에 있어서,메가는
사용면에서는 간편,안전하고,
다른 절연열화진단법을
적용한 경우에 적용전후의 측정대상의 성능변화의
유무를
체크하는 데에 적당한 측정계기이라 할 수
있다.
3-2. 직류누설전류법
(1) 측정원리
CV케이블에 직류전압을 인가하여, 흡수전류 및 누설전류를 측정하여, 그 절대치,
전류-시간특성,특이점
유무에 따라 CV케이블의 열화의 상태를 판정하는
방법이다.
그림8에 대표적인 직류누설전류 측정회로
예를 표시하였다. 그림9에 누설전류의
시간특성 예를
표시한 것으로,누설전류치가 크고, 전류가 측정시간에
따라 함께
증가하는 경우에는 케이블의 열화가능성이
높다.
(2) 측정결과의 판정방법과 판정기준
고압 및 특고압 CV케이블에서는 일반적으로 표18의
측정조건으로 누설전류를
기록하여, 다음의 항목으로
판정한다.
표18. 직류누설전류법의 시험전압 예
|
정격전압 |
측정전압 |
측정시간 |
비고 |
|
|
제1Step |
제2Step |
직류내전압(kV) |
||
|
3.3kV |
5 |
8 |
5~7분 |
3.45x1.5x2=10.3 |
|
6.6kV |
10 |
16 |
5~7분 |
6.9x1.5x2=20.7 |
|
11kV |
15 |
25 |
5~7분 |
11.5x1.25x2=28.7 |
|
22kV |
30 |
50 |
5~7분 |
23x1.25x2=57.5 |
① 누설전류(uA) : 전압인가시간의 최종전류치
② 절연저항(Mohm) = 인가전압(V) / 누설전류(uA)
③ 성극비 = 전압인가 1분후의 전류치 / 전압인가후
규정시간의 전류치
④ 불평형율 = (각상누설전류의 최대치 - 최소치) /
3상 누설전류의 평균치
⑤ 약점비 = 제1 STEP전압의 절연저항 / 제2
STEP전압의 절연저항
⑥ 킥현상유무
)
그림 8 직류누설전류 측정회로
(click: 확대)
)
그림9. 직류누설전류의 시간특성 예
판정기준은 각 회사와 사용자에 따라 다르고 있지만,
일례를 표19,표20에 표시한다.
표19. 일본의 6kV CV케이블 판정기준 예
|
|
관서전력 |
중부전력 |
신일본제철 |
|
인가전압 |
2-4-6-8-10kV |
10kV,3분후 |
6,10kV에서 |
|
누설전류 |
양호: 0.1uA이하 |
양호: 0.3uA이하 |
양호: 0.1uA이하 |
|
성극비 |
불량: 상승경향 |
양호:1.0초과 |
양호:1.0초과 |
|
불평형율 |
- |
- |
양호:200%미만 |
|
킥현상 |
불량: 있음 |
요주의:있음 |
요주의:있음 |
|
약점비 |
- |
- |
양호:2.0미만 |
(주) 선로길이가 1,000m이상의 경우는 Km환산한 값을 사용하는 경우도 있다.
표20. 국내의 22kV CV케이블 판정기준 예
|
|
양호 |
요주의 |
불량 |
비고 |
|
누설전류 |
10uA/km 이하 |
11~50uA/km |
51uA/km이상 |
22.9kV CN-CV 케이블, |
|
성극비 |
|
|
1미만 |
|
|
불평형율 |
|
|
200%이상 |
|
|
킥현상 |
|
|
있음 |
(3) 직류누설전류법에 대한 검토
① 1차 전원이 매우 안정된 전원을 사용하여야 된다.
여기서 1차전원이라함은 측정장치에 공급되는 전원을 말하며, 이 전원이 안정되지
않으면 케이블 도체로 공급되는 측정인가고전압이 변동하게 된다.
측정인가 직류고전압이 변동되면 킥현상,성극비의
이상유무를 파악하는 것이
불가능하게 된다.
그리고, 뒤에 기술하는 내전압시험에 사용되는
장비도
일반적으로 국내에서 사용되는 장비의 1차
전원은 일반적으로 AC110,220V를
사용하고 있고,
매우 정밀한 정전압장치가 내장되어 있지 않으므로
케이블 도체로
공급인가되는 직류고전압도 장비의
1차 전원의 변동에 의해 불안정하다는 사항에
유의해야 한다.
중략
이하
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2003년
12월호
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