KR100442124B1 - Apparatus for detecting partial discharge of high voltage rotating machines using the ceramic coupler - Google Patents

Apparatus for detecting partial discharge of high voltage rotating machines using the ceramic coupler Download PDF

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Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술 분야1. TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

본 발명은 세라믹 커플러를 이용한 고압 회전기의 부분 방전 측정 장치에 관한 것임,The present invention relates to a partial discharge measuring device of a high pressure rotor using a ceramic coupler,

2. 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제2. Technical problem to be solved by the invention

본 발명은, 복잡한 EMC 내부의 제조 공정이 간단하고 품질의 균일화가 가능한 유전체 세라믹 소체를 사용하여 운전중인 고압 회전기의 고정자 권선에서 발생되는 부분 방전 발생을 측정하여 고안 회전기의 상태 감시와 유지 보수를 하기 위한 세라믹 커플러를 이용한 고압 회전기의 부분 방전 측정 장치를 제공함에 그 목적이 있음.The present invention provides a method for monitoring and maintaining the condition of a designed rotor by measuring the occurrence of partial discharge generated in the stator winding of a high-voltage rotor in operation using a dielectric ceramic element that enables simple and uniform quality manufacturing in a complex EMC. The purpose of the present invention is to provide a partial discharge measuring device for a high-voltage rotor using a ceramic coupler.

3. 발명이 해결 방법의 요지3. Summary of the Invention Solution

본 발명은, 고압 회전기의 부분 방전 측정 장치에 있어서, 고압 회전기의 고정자 권선으로부터 상용 주파 성분이 제거된 부분 방전 펄스 및 외부 잡음 신호를 검출하기 위한 세라믹 커플러; 및 상기 세라믹 커플러에서 검출된 부분 방전 펄스 및 외부 잡음을 측정하여 고안회전기의 상태를 감시하기 위한 부분 방전 측정기를 포함함.The present invention relates to a partial discharge measuring apparatus of a high voltage rotor, comprising: a ceramic coupler for detecting a partial discharge pulse and an external noise signal from which commercial frequency components are removed from a stator winding of a high voltage rotor; And a partial discharge meter for monitoring the state of the high-speed rotor by measuring the partial discharge pulse and external noise detected by the ceramic coupler.

4. 발명의 중요한 용도4. Important uses of the invention

본 발명은 고압 회전기의 부분 방전의 측정 등에 이용됨.The present invention is used for the measurement of partial discharge of a high pressure rotor.

Description

세라믹 커플러를 이용한 고압 회전기의 부분 방전 측정 장치{Apparatus for detecting partial discharge of high voltage rotating machines using the ceramic coupler}Apparatus for detecting partial discharge of high voltage rotating machines using the ceramic coupler}

본 발명은 세라믹 커플러를 이용한 고압 회전기의 부분 방전 측정 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 커플러 내부에 구비된 소체를 세라믹으로 변경하여 부분 방전을 측정하여 제조 공정을 간단히 하면서도 기존의 커플러와 동등 이상의 절연 성능을 유지할 수 있도록 한 세라믹 커플러를 이용한 고압 회전기의 부분 방전 측정 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a device for measuring the partial discharge of a high-voltage rotor using a ceramic coupler, and more particularly, to change the body provided in the coupler to ceramic to measure the partial discharge to simplify the manufacturing process, but at least equal to that of the existing coupler. The present invention relates to a partial discharge measuring device of a high voltage rotor using a ceramic coupler to maintain performance.

일반적으로 회전기 고정자 권선의 고압부 도체에 직접 접촉하여 부분 방전을 측정하는 커플러는 EMC(Epoxy-Mica Coupler)와 케이블 커플러를 사용하고 있다. 초기형인 케이블 커플러는 길이가 1M 이상으로 설치에 많은 제약을 받아왔다. 최근들어 카나다의 IRIS사 및 ADWELL사에서 개발된 EMC는 케이블 커플러의 설치 문제를 해결하기 위해 소형화 되었다.In general, the coupler that measures the partial discharge by directly contacting the high voltage conductor of the rotor stator winding uses an EMC (Epoxy-Mica Coupler) and a cable coupler. Early cable couplers have been heavily constrained by installations with lengths greater than 1M. Recently developed by IRIS and ADWELL in Canada, EMC has been miniaturized to solve cable coupler installation problems.

도 1은 종래의 고압 회전기의 부분 방전 측정 장치에 사용되는 접촉식 커플러인 EMC의 단면도로, 접촉식 커플러인 6.6KV 급 EMC 구조이다.1 is a cross-sectional view of an EMC, which is a contact coupler used in a partial discharge measuring device of a conventional high-voltage rotor, a 6.6KV class EMC structure that is a contact coupler.

도 1에 도시된 바와 같이, 에폭시 재질의 하우징(16)내에 고압 회전기의 고정자 권선의 고전압부 도체와 고압 연결부(11a)를 연결하고, 상기 고압 연결부(11)로 유입된 전압 파형은 동 재질의 제 1 전극부(13)를 통해 에폭시 및 마이카로 구성된 상용 주파 제거부(12)를 통과하면서 상용 주파 부분등은 제거된다. 이때, 상기 상용 주파 제거부(12)에서 상용 주파가 제거된 고주파는 부분 방전 펄스와 일부외부 잡음을 포함하고 있다.As shown in FIG. 1, the high voltage part conductor of the stator winding of the high voltage rotor and the high voltage connection part 11a are connected to the epoxy housing 16, and the voltage waveform introduced into the high voltage connection part 11 is made of the same material. The commercial frequency part and the like are removed while passing through the commercial frequency removing part 12 composed of epoxy and mica through the first electrode part 13. In this case, the high frequency wave from which the commercial frequency is removed by the commercial frequency removing unit 12 includes a partial discharge pulse and some external noise.

따라서, 상기 부분 방전 펄스와 일부 외부 잡음을 포함한 고주파는 동(Cu) 재질의 제 2 전극부(17)를 통해 부분 방전 펄스 인출부(11b)로 전달된다. 그러므로, 상기 부분 방전 펄스 인출부(11b)에 연결된 측정 장치를 통해 부분 방전 펄스 및 외부 잡음은 그래프 또는 수치로 표시된다.Therefore, the high frequency wave including the partial discharge pulse and some external noise is transmitted to the partial discharge pulse drawing unit 11b through the second electrode part 17 made of copper (Cu) material. Therefore, the partial discharge pulses and external noises are displayed in graphs or numerical values through the measuring device connected to the partial discharge pulse drawing unit 11b.

그러나, 상기 상용 주파 제거부(12)의 구성은 금속 박막(18), 유전체 필름(19) 및 절연 필름(20)의 재질이 일정한 간격을 두고 설치되고, 각 재질간의 간격 또한 금속박막(18)의 경우는 0.025T, 유전체 필름(19)은 0.05T 그리고 절연 필름0.3T로 이루어져 그 제조 공정이 어려우며, 이로인해 대량 생산 및 품질의 균일화가 곤란한 문제점이 있었다.However, the configuration of the commercial frequency removing unit 12 is a metal thin film 18, the dielectric film 19 and the insulating film 20, the material is provided at regular intervals, the interval between each material is also the metal thin film 18 In the case of 0.025T, the dielectric film 19 is made of 0.05T and 0.3T insulation film, the manufacturing process is difficult, which causes a problem that mass production and quality uniformity are difficult.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 복잡한 EMC 내부의 제조 공정이 간단하고 품질의 균일화가 가능한 유전체 세라믹 소체를 사용하여 운전중인 고압 회전기의 고정자 권선에서 발생되는 부분 방전 발생을 측정하여 고안 회전기의 상태 감시와 유지 보수를 하기 위한 세라믹 커플러를 이용한 고압 회전기의 부분 방전 측정 장치를 제공함에 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, and the partial discharge is generated in the stator winding of the high-voltage rotor in operation by using a dielectric ceramic element capable of simple and uniform quality of the complicated manufacturing process inside the EMC. It is an object of the present invention to provide a partial discharge measuring device of a high-voltage rotor using a ceramic coupler for monitoring and maintenance of the designed rotor by measuring the.

도 1은 종래의 고압 회전기의 부분 방전 측정 장치에 사용되는 접촉식 커플러인 EMC의 단면도.1 is a cross-sectional view of an EMC which is a contact coupler used in a partial discharge measuring device of a conventional high pressure rotor.

도 2는 본 발명에 따른 세라믹 커플러를 이용한 고압 회전기의 부분 방전 측정 장치에 대한 일실시예 구성도.Figure 2 is a configuration diagram of an embodiment of a partial discharge measuring device of a high-voltage rotor using a ceramic coupler according to the present invention.

도 3a 및 도3b는 도 2에 도시된 세라믹 커플러의 A-A' 단면 구성도.3A and 3B are cross-sectional views taken along the line A-A 'of the ceramic coupler shown in FIG.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※ Explanation of code for main part of drawing

100 : 고압 회전기 200 : 부분 방전 검출부100: high pressure rotor 200: partial discharge detection unit

300 : 세라믹 커플러 310 : 고압 연결부300: ceramic coupler 310: high pressure connection

320 : 부분방전 펄스 인출부 330 : 상단 전극부320: partial discharge pulse extraction unit 330: upper electrode portion

340 : 크림 솔더 접합부 350 : 제 1 세라믹 소체340: cream solder joint 350: the first ceramic body

360 : 절연 내함 370 : 절연 외함360: insulation enclosure 370: insulation enclosure

380 : 전극면380 electrode surface

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 고압 회전기의 부분방전 측정 장치에 있어서, 고압 회전기의 고정자 권선으로부터 상용 주파 성분이 제거된 부분 방전 펄스 및 외부 잡음 신호를 검출하기 위한 세라믹 커플러; 및 상기 세라믹 커플러에서 검출된 부분 방전 펄스 및 외부 잡음을 측정하여 고안회전기의 상태를 감시하기 위한 부분 방전 측정기를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a device for measuring a partial discharge of a high voltage rotor, comprising: a ceramic coupler for detecting a partial discharge pulse and an external noise signal from which commercial frequency components are removed from a stator winding of the high voltage rotor; And a partial discharge measuring device for monitoring the state of the design rotor by measuring the partial discharge pulse and external noise detected by the ceramic coupler.

이하, 본 발명에 따른 세라믹 커플러를 이용한 고압 회전기의 부분 방전 측정 장치에 대한 바람직한 실시예에 대해, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, a preferred embodiment of a partial discharge measuring device of a high-voltage rotor using a ceramic coupler according to the present invention will be described in detail.

도 2는 세라믹 커플러를 이용한 고압 회전기의 부분 방전 측정 장치에 대한 일실시예 구성도이다.2 is a diagram illustrating an embodiment of a partial discharge measuring device of a high-voltage rotor using a ceramic coupler.

도 2에 도시된 바와 같이, 그 구성은, 부분 방전 검출부(200), 터미널 박스(400) 및 부분 방전 측정기(500)를 포함한다.As shown in FIG. 2, the configuration includes a partial discharge detector 200, a terminal box 400, and a partial discharge meter 500.

상기 부분 방전 검출부(200)는 세라믹 커플러(300)로 이루어져 고압 회전기(100)의 고정자 권선에서 발생되는 부분 방전을 검출하기 위해 상기 고정자 권선부와 연결되는 단자함에 설치된다.The partial discharge detector 200 includes a ceramic coupler 300 and is installed in a terminal box connected to the stator winding to detect a partial discharge generated in the stator winding of the high voltage rotor 100.

따라서, 상기 부분 방전 검출부(200)에 의해 검출된 고압 회전기(100)의 부분 방전은 BNC 연결단자(410)를 갖는 터미널 박스(400)에 연결된 부분 방전 측정부(500)로 전달된다. 여기서, 도면 번호 420은 확장 전압(EXT. Voltage) 단자이다.Therefore, the partial discharge of the high-voltage rotor 100 detected by the partial discharge detection unit 200 is transmitted to the partial discharge measurement unit 500 connected to the terminal box 400 having the BNC connection terminal 410. Here, reference numeral 420 denotes an extension voltage terminal.

여기서, 상기 부분 방전 검출부(200)의 세라믹 커플러(300)의 구조 및 부분 방전 검출 과정을 도 3을 토대로 자세히 살펴본다.Here, the structure and the partial discharge detection process of the ceramic coupler 300 of the partial discharge detection unit 200 will be described in detail with reference to FIG. 3.

도 3a 및 도 3b는 도 2에 도시된 세라믹 커플러의 A-A' 단면 구성도로서, 상기 세라믹 커플러(300)는 외부에 갓의 형태를 지닌 원통형의 절연 외함(370)은 실리콘 또는 EPDM 등의 고무절연 재질로 사출하여 형성하고, 세라믹 소체의 연면 방전 방지를 위한 원통형의 절연 내함(360)은 에폭시 절연물 등으로 진공함침 처리를 하여 제조하고, 상기 제 1 세라믹 소체(350) 및 제 2 세라믹 소체(351)는 절연 내력 향상 및 미세 크랙을 방지하기 위한 세라믹 컴파운드(유전율 약 300-500)를 성형압력과 소성조건을 향상시키는 다중 강화형으로 제조된다.3A and 3B are cross-sectional views taken along the line AA ′ of the ceramic coupler shown in FIG. 2, wherein the ceramic coupler 300 is a cylindrical insulating enclosure 370 having a shape of an outer portion of the ceramic coupler 300. The cylindrical insulation box 360 is formed by injection molding a material, and is manufactured by vacuum impregnation treatment with an epoxy insulator, etc., for preventing creeping discharge of the ceramic body, and the first ceramic body 350 and the second ceramic body 351 are manufactured. ) Is manufactured in multiple reinforcement type to improve the molding pressure and firing condition of ceramic compound (dielectric constant about 300-500) to improve dielectric strength and to prevent micro cracks.

그리고, 상기 제 1 세라믹 소체(350)의 양쪽 전극면(380,381) 및 상기 제 2 세라믹 소체(351)의 양쪽 전극면(382,383)은 은(Ag 85%)으로 프린팅 처리한 후, 고온으로 소성시켜 제조한다. 상기 제 1 세라믹 소체(350) 및 제2 세라믹 소체(351)간은 크림 솔더 접합부(340)로 일정한 두께로 도포한 후 수직 방향의 힘 아래서 서냉하여 제조하여 소체의 미세 크랙을 제거한다. 제 1 세라믹 소체(350)의 상단 전극부(330) 및 제 2 세라믹 소체(351)의 하단 전극부(331)는 금속 재질로 부분 방전 신호를 전송하며, 세라믹 소체(350,351)를 기계적으로 지지한다.Then, both electrode surfaces 380 and 381 of the first ceramic element 350 and both electrode surfaces 382 and 383 of the second ceramic element 351 are printed with silver (Ag 85%), and then fired at a high temperature. Manufacture. The first ceramic body 350 and the second ceramic body 351 are coated with a cream solder joint 340 to a predetermined thickness and then cooled by slow cooling under vertical force to remove microcracks of the body. The upper electrode portion 330 of the first ceramic element 350 and the lower electrode portion 331 of the second ceramic element 351 transmit a partial discharge signal with a metallic material, and mechanically support the ceramic bodies 350 and 351. .

상기 상단 전극부(331)의 상단에 설치된 고압 연결부(310)는 고정자 권선의 고전압부 도체와 연결되게 하며, 상기 하단 전극부(351)의 하단에 설치된 부분방전 펄스 인출부(320)는 터미널 박스(400)와 연결되도록 한다.The high voltage connection part 310 installed at the upper end of the upper electrode part 331 is connected to the high voltage part conductor of the stator winding, and the partial discharge pulse drawing part 320 installed at the lower part of the lower electrode part 351 is a terminal box. To be connected to (400).

따라서, 상기 세라믹 커플러(300)를 통하여 고정자 권선의 고압부에 위치한 상용주파 성분은 제거되고, 고주파인 부분방전 펄스와 일부 외부 잡음이 통과하게 된다. 여기서, 상기 세라믹 커플러(300)의 제 1 세라믹 소체(350) 및 제 2 세라믹소체(351)는 두께와 직경이 일정치를 초과하면 성형시 압력이 불 균일하여 제조 후 미소 크랙이 남아 특고 전압 제품 등에 사용에 제안을 받을 수 있으나, 제조 공정 상에서 다중 강화형으로 하고 두 개의 세라믹 소체를 직렬 접속하여 더 높은 전압에서도 이용이 가능하도록 함이 바람직하다. 또한, 상기 제 1 세라믹 소체(350) 및 제 2 세라믹 소체(351)는 설계시 주파수 응답 특성을 고려함으로 부분 방전 측정감도를 향상시킬 수 있는 것으로, 감쇠특성 5[dB]를 기준으로 할 경우 210[pF] 소체의 주파수 응답 영역은 5 - 107[MHz]로 나타난다.Therefore, the commercial frequency component located in the high voltage portion of the stator winding is removed through the ceramic coupler 300, and the high frequency partial discharge pulse and some external noise pass. Here, when the thickness and diameter of the first ceramic element 350 and the second ceramic element 351 of the ceramic coupler 300 exceeds a predetermined value, the pressure is uneven during molding, and micro cracks remain after manufacturing. Although it may be proposed for use in the present invention, it is preferable to make multiple reinforcement types in the manufacturing process and to use the two ceramic bodies in series so that they can be used even at a higher voltage. In addition, the first ceramic element 350 and the second ceramic element 351 may improve the partial discharge measurement sensitivity by considering the frequency response characteristics in the design, and when the attenuation characteristic 5 [dB] is based on 210 The frequency response region of the [pF] body is represented by 5-107 [MHz].

2개를 직렬 연결한 105[pF] 소체의 주파수 응답영역은 9.5 - 110[MHz]로 나타나므로 측정 감도는 약간 감소되나, 소체의 연면방전 발생 전압이 210[pF]인 세라믹 소체에서는 12.5[kV]로 나타나고, 2개를 직렬 연결한 105[pF]인 세라믹 소체에서는 17[kV]로 나타나므로 특고압에서도 이용이 가능하다.Since the frequency response range of the 105 [pF] element with two in series is shown as 9.5-110 [MHz], the measurement sensitivity is slightly reduced.However, in ceramic element with the creeping discharge voltage of the element being 210 [pF], it is 12.5 [kV]. ] And 17 [kV] in 105 [pF] ceramic bodies connected two in series, so it can be used even at high pressure.

상기와 같이 이루어지는 세라믹 커플러를 이용한 고압 회전기의 부분 방전 측정 장치는, 상시 운전중인 고압회전기의 고정자권선에서 발생되는 부분방전 발생을 측정하여 관리함으로써, 고압회전기의 상태감시를 가능하게 하여 설비의 안정적 운전 및 돌발사고를 방지함은 물론 유지보수에 기여하여 고압회전기의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 매우 유용한 발명인 것이다.The apparatus for measuring partial discharge of a high voltage rotor using a ceramic coupler as described above measures and manages the occurrence of partial discharge generated in the stator windings of the high voltage rotor which is being operated at all times, thereby enabling the state monitoring of the high voltage rotor to ensure stable operation of the equipment. And to prevent accidents as well as contribute to maintenance is a very useful invention that can improve the reliability of the high-pressure rotor.

Claims (3)

고압 회전기의 부분 방전 측정 장치에 있어서,In the partial discharge measuring device of the high pressure rotor, 고압 회전기의 고정자 권선으로부터 상용 주파 성분이 제거된 부분 방전 펄스 및 외부 잡음 신호를 검출하기 위한 세라믹 커플러; 및A ceramic coupler for detecting a partial discharge pulse and an external noise signal from which commercial frequency components have been removed from the stator winding of the high voltage rotor; And 상기 세라믹 커플러에서 검출된 부분 방전 펄스 및 외부 잡음을 측정하여 고압회전기의 상태를 감시하기 위한 부분 방전 측정기를 포함하고,And a partial discharge meter for monitoring the state of the high-voltage rotor by measuring the partial discharge pulse and external noise detected by the ceramic coupler. 상기 세라믹 커플러는, 고압 회전기의 고정자 권선과 연결되며, 고무 절연 재료로 사출 형성한 원통형의 절연 외함에 연면 방전 방지를 위한 원통형의 절연 내함을 구비하고, 상기 절연 내함의 상단에는 고정자 권선의 고 전압부 도체와 연결되는 고압 연결부를 두고, 상기 절연 내함의 하단에는 부분 방전 측정기에 연결되는 부분 방전 펄스 인출부가 설치되고, 상기 고압 연결부 및 부분 방전 펄스 인출부와 대응되는 각각의 소체 전극부가 외부에 접속되고 세라믹 컴파운드를 성형 압력으로 다중 강화형으로 형성된 적어도 2개의 세라믹 소체가 설치되고, 상기 세라믹 소체간은 크림 솔더(Cream Solder)로 일정 두께로 도포한 후 수직 방향의 힘 아래서 서냉하여 접합되는 것을 특징으로 하는 고압 회전기의 부분 방전 측정 장치.The ceramic coupler is connected to the stator winding of the high-voltage rotor, and has a cylindrical insulating enclosure for preventing creeping discharge in a cylindrical insulating enclosure injection-molded with rubber insulating material, and a high voltage of the stator winding at the top of the insulating enclosure. A high voltage connection part connected to a secondary conductor is provided, and a partial discharge pulse drawing part connected to the partial discharge meter is installed at a lower end of the insulation inner box, and each body electrode part corresponding to the high voltage connection part and the partial discharge pulse drawing part is connected to the outside. And at least two ceramic bodies formed of a multi-reinforced form of the ceramic compound at a molding pressure are installed, and the ceramic bodies are bonded to each other by being slowly cooled under a vertical force after applying a predetermined thickness with a cream solder. Partial discharge measuring device of a high pressure rotor. 삭제delete 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 소체 전극부는,The body electrode portion, 은(Ag)으로 프린팅 처리 한 후 고온으로 소성되어 세라믹 소체를 지지하도록 접속되는 것을 특징으로 하는 고압 회전기의 부분 방전 측정 장치.Partial discharge measuring apparatus for a high-pressure rotor, characterized in that the connection to support the ceramic element after firing at high temperature after printing with silver (Ag).
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