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활선절연진단 |
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활선절연진단
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2001년의 케이블관련 고주파부분방전(HFPD)검출의 상황
<다음 자료는 활선상태에서 전력케이블에 있어 부분방전 검출연구의 초기의 자료로써, 2001년 한양대 김지홍의 석사논문(고주파 부분방전(HFPD) 검출 시스템 개발 연구)을 인용한 것임.> 전력기기에서
발생되는 부분방전은 전력기기 운영중 절연열화에 대한 정보를 가장 잘 나타낼 뿐 아니라 부분방전 열화는 일반적으로 절연 열화의 거의 최종 단계에서
발생되기 때문에,
부분방전
측정을 통한 전력기기의 열화진단은 진단의 정확성과 아울러 기기 운영의 신뢰성 측면 및 기기의 보수나 교체시기 판정에 매우 적절하다고 볼 수
있다. 하지만,
현장에서
전력기기의 부분방전을 측정하는 데에는 상당한 어려움이 따른다.
일반적으로
부분방전을 측정하는 방법은 노이즈가 포함되지 않은 교류전원(PD
free transformer)을
시험대상에 인가하고 여기에 병렬로 커플링 커패시터(coupling
capacitor)를
연결하여 시험대상물에서 발생하는 미소한 부분방전 전류를 커플링 커패시터 쪽으로 유도하여 접지측 단자에서 측정하게 된다.
실험실에서는
이와 같은 장치를 쉬일드 룸 안에 설치하여 외부의 노이즈를 차단시킴과 동시에 정확한 부분방전을 측정할 수 있다.
부분방전펄스는
수 kHz
~
수
GHz
정도에
해당되는 광범위한 주파수 성분을 갖고 있는데,
기존의
방법에서는 수 십 kHz~수
백 kHz
범위에서
펄스 전류를 튜닝하고 증폭시켜 측정하게 된다. 이상과
같은 일반적인 부분방전 측정은 실험실에서나 가능하지 현장에서는 거의 불가능하다. 즉,
현장에는
상당한 종류와 크기의 노이즈가 존재하고,
접지상태가
실험실과는 다르고 시험 대상물의 커패시턴스가 큰 경우가 많아 커플링 커패시턴스 용량의 한계로 인해 부분방전 전류를 측정하기
어려워진다.
그러나,
최근
측정 주파수가 1
MHz 이상으로 높은 영역에서는 주위 노이즈의 영향을 덜 받는다는 점에 착안하여
부분방전 펄스의 주파수 성분중 고주파를 측정하는 방법(HFPD
측정
:
High Frequency Partial Discharge measurements)이
제시되어 각 전력기기별로 많은 연구가 이루어졌고 현재는 거의 실용 단계에 접어들어 현장 적용이 시도되고 있다.
물론
측정 주파수가 높은 만큼 부분방전의 발생원으로부터 멀리 떨어져 측정하는 경우에는 부분방전 펄스가 전파되는 동안 빨리 감쇄되어 측정의 감도가
떨어지지만,
부분방전
발생원 근처에서는 노이즈가 없는 교류전원과 커플링 커패시터가 없어도 활선 상태에서 상당히 효과적으로 외부 노이즈의 영향을 배제시키면서 부분방전
측정을 할 수 있다.
따라서,
시험
대상물 전체에 대해 부분방전을 측정하는 종래의 방법과는 달리 절연상태가 취약하다고 예상되는부위(예,
케이블의
접속부,
GIS의
스페이서 부분 등)에
HFPD
측정
센서를 취부하여 부분방전을 측정하게 된다.
일반적으로
전력기기에서 절연이 취약한 부분은 설계나 경험을 통해 이미 알고 있는 경우가 많으므로 이러한 방법을 충분히 활용할 수
있으며,
활선
상태에서의 측정이 가능하므로 전력기기의 상태 감시나 부분방전 진전 상황을 온라인-실시간으로
측정할 수 있다는 장점이 있어,
최근
매우 각광받고 있다. 2.1 HFPD의 장점 및 부분방전 측정시 고려사항
.
HFPD 측정의 장점 일반적으로
전력케이블 절연층의 전기트리나 GIS의
부유 도전성 입자에서 나타나는 부분방전 펄스 전류는 350
psec ~ 수
nsec
정도의
상승시간과 수 nsec
정도의
펄스 지속시간을 갖는다.
(1)
장점
1
: 감도
향상 1
MHz 이하의
범위에서 측정하는 기존의 부분방전 측정방법에서는 부분방전 에너지의 상당한 부분을 놓치게 된다.
부분방전
펄스로부터 측정되는 에너지는 수 백 MHz의
주파수 대역까지 거의 선형적으로 증가된다. 외부
노이즈가 거의 없는 상황이라면,
부분방전
측정감도의 기본적인 한계는 증폭기나 저항에서의 열 노이즈에 의하게 된다.
따라서,
전기적
노이즈가 전자적 원인에만 의한 것이라면 HFPD
측정의
감도는 향상될 수 있다. (2)
장점
2
: 외부
노이즈 저감 현장에서
부분방전을 측정할 경우 외부 전기적 간섭이 상당한 문제로 되기 때문에,
실제적인
측정감도가 저하된다.
그러나,이러한 노이즈의 부분방전 패턴이 대상물의 부분방전 패턴과 유사하므로
노이즈 저감 측면에서는 그다지 도움되질 못한다. HFPD
측정에서는
이러한 노이즈 저감에 있어서 기존의 방법 보다 우수하다.
HFPD 측정에서는
펄스의 전파방향과 전파 시간을 측정할 수 있기 때문에 노이즈의 제거가 용이하다.
부분방전
측정기 하나를 시험대상물 쪽에 설치하고 다른 하나를 노이즈 원 쪽에 설치하면,
시험대상
쪽에 설치된 측정기에서 먼저 검출된다.
이러한
측정을 위해서는 도착 시간의 차이를 구분할 수 있도록 nsec
부분방전
펄스에 응답할 수 있는 부분방전 측정기를 사용하여야 한다.
따라서,
HFPD 측정에서는
거시적인 패턴 분석에 입각한 통계적인 노이즈 제거 방법이 아니라 펄스-펄스
측정에 입각한 노이즈 제거가 가능하다. (3)
장점
3
: 부분방전 발생과정에 대한 이해 향상
<출전: 고주파 부분방전(HFPD) 검출 시스템 개발 연구, 2001년 한양대 김지홍석사논문>
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