KR100473623B1 - Partial Discharge Sensor And Rotating Machine using the Sensor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 함침 절연 방식으로 제작된 고압 회전기의 고정자 권선에서 발생되는 부분방전을 운전 중에 측정할 수 있는 부분방전 측성 센서 및 이를 이용한 회전기에 관한 것이다. 기존에는 고정자 권선 웨지와 상부 고정자 권선 사이에 센서를 삽입하여 부분 방전을 측정하였다. 고정자 권선이 개별 절연 공정으로 처리된 경우에는 웨지를 제거하고 센서를 설치할 수 있었으나 Global VPI(Vacuum Pressure Impregnated) 함침 절연 공정으로 처리된 고압 회전기의 웨지는 제거할 수가 없어 센서의 설치가 불가능하였다. 본 발명은 이를 개선하고자 Global VPI 함침 절연 고압 회전기의 웨지를 제거하지 않고 웨지 상부에 얇은 박막을 접착하여 부분 방전을 측정할 수 있는 센서가 고안된 것이다. 따라서 부분 방전 센서의 설치 시에 웨지를 제거하는 절연 보수 공정 없이 간단히 센서를 설치할 수 있어 경제적이며, 기존의 Global VPI 함침 공정으로 제작된 회전기에도 본 발명인 부분 방전 측정 센서를 설치할 수 있게 되었다.The present invention relates to a partial discharge side sensor and a rotor using the same that can measure the partial discharge generated in the stator winding of the high-voltage rotor manufactured by the impregnation insulation method during operation. Conventionally, a partial discharge was measured by inserting a sensor between the stator winding wedge and the upper stator winding. When the stator windings were treated with individual insulation processes, wedges could be removed and sensors could be installed, but the wedges of high-voltage rotors treated with Global VPI (Vacuum Pressure Impregnated) impregnated insulation processes could not be removed, preventing the installation of sensors. The present invention has been devised a sensor that can measure the partial discharge by adhering a thin film on top of the wedge without removing the wedge of the Global VPI-impregnated insulated high-pressure rotor to improve this. Therefore, it is economical to install the sensor without the insulation repair process to remove the wedge during the installation of the partial discharge sensor, and it is possible to install the partial discharge measurement sensor of the present invention even on the rotating machine manufactured by the existing Global VPI impregnation process.
Description
본 발명은 함침 절연방식으로 제작된 고압 회전기의 고정자 권선에서 발생되는 부분 방전을 운전 중에 측정할 수 있는 부분 방전 센서 및 이를 이용한 회전기에 관한 것이다.The present invention relates to a partial discharge sensor and a rotor using the same which can measure the partial discharge generated in the stator winding of the high-voltage rotor manufactured by the impregnation insulation method during operation.
도 1은 종래 회전기의 웨지와 고정자 권선 사이에 삽입되는 기존의 부분 방전 측정 센서 설치도이다.1 is a diagram illustrating a conventional partial discharge measurement sensor installed between a wedge of a conventional rotor and a stator winding.
동 도면에 도시한 바와 같이, 철심(10)에 형성된 고정자 슬롯(20)에 하부 고정자 권선(30), 상부 고정자 권선(40) 및 박판형 부분 방전 센서(50)를 그 순서로 끼우고, 상기 고정자 슬롯(20)의 상단부측에 형성된 홈(20A,20B)을 따라서 고정자 권선 웨지(60)를 끼워 설치하여, 상기 웨지(60)에 의하여 고정자 권선(30)(40) 및 부분방전 센서(50)가 고정되도록 하고 있다. 이 경우는 고정자 권선 웨지(60)와 상부 고정자 권선(40) 사이에 부분 방전 센서(50)를 삽입하여 부분 방전을 측정하였다.As shown in the figure, the stator slot 20 formed in the iron core 10, the lower stator winding 30, the upper stator winding 40 and the thin plate type partial discharge sensor 50 in that order, the stator Stator winding wedges 60 are inserted along grooves 20A and 20B formed on the upper end side of slot 20, and stator windings 30 and 40 and partial discharge sensor 50 are formed by the wedges 60. Is fixed. In this case, the partial discharge sensor 50 was inserted between the stator winding wedge 60 and the upper stator winding 40 to measure the partial discharge.
상기 고정자 권선(40)(30)이 개별 절연 공정으로 처리된 경우에는 웨지(60)를 제거하고 부분 방전 센서(50)를 설치할 수 있었으나, Global VPI(Vacuum Pressure Impregnated) 함침 절연 공정으로 처리된 고압 회전기의 웨지는 제거할 수가 없어 부분 방전 센서의 설치가 불가능하였다.When the stator windings 40 and 30 were treated with a separate insulation process, the wedge 60 could be removed and the partial discharge sensor 50 could be installed, but the high pressure treated with the Global VPI (Vacuum Pressure Impregnated) impregnation insulation process The wedge of the rotator could not be removed and the partial discharge sensor could not be installed.
Global VPI 함침 절연된 회전기의 부분 방전 측정 방법은 고압 인입선에 고압 센서를 직접 연결하는 공사를 수행하여야 하였다. 이러한 부분 방전 측정 방식은 고가의 센서 구매 비용과 고압 센서의 설치 비용이 필요하였다. 따라서 많은 수요자가 기존의 부분 방전 측정 센서의 설치를 기피하고 있는 실정이다.Global VPI-impregnated partial discharge measurement of insulated rotor had to be done by connecting high pressure sensor directly to the high voltage lead wire. This partial discharge measurement method required expensive sensor purchase cost and high pressure sensor installation cost. Therefore, many consumers have avoided the installation of the conventional partial discharge measurement sensor.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 회전기의 웨지 상부에 설치할 수 있도록 공극에 비하여 얇은 두께의 센서로 회전기의 기계적 열적 충격에 견딜수 있도록 제작된 부분 방전 측정 센서 및 이를 사용한 회전기를 제공하고자 함에 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, the partial discharge measuring sensor manufactured to withstand the mechanical thermal shock of the rotor with a thinner sensor compared to the air gap to be installed on the wedge of the rotor and the rotor using the same The purpose is to provide.
또, 본 발명의 다른 목적은 기존의 부분 방전 센서보다 낮은 주파수 대역의 부분 방전 측정 센서를 개발하여 인접 고정자 권선에서 발생되는 부분 방전 신호의 간섭을 막을 수 있는 부분 방전 측정 센서 및 이를 이용한 회전기를 제공하고자 함에 있다.In addition, another object of the present invention is to develop a partial discharge measurement sensor of a lower frequency band than the conventional partial discharge sensor to provide a partial discharge measurement sensor and a rotor using the same to prevent interference of the partial discharge signal generated in the adjacent stator windings. To be.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 웨지 상부에 위치한 센서에 유기되는 고 전압을 접지 전위에 가깝도록 낮출 수 있는 부분 방전 측정 센서 및 이를 이용한 회전기를 제공함에 있다.In addition, another object of the present invention is to provide a partial discharge measurement sensor and a rotor using the same that can lower the high voltage induced by the sensor located above the wedge close to the ground potential.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, Global VPI 함침 절연 고압 회전기의 웨지를 제거하지 않고 웨지 상부에 얇은 박막으로 된 부분 방전 측정 센서을 접착하여 부분 방전을 측정할 수 있도록 하였다. 따라서 본 발명의 부분 방전 센서의 설치 시에 웨지를 제거하는 절연 보수 공정 없이 간단히 센서를 설치할 수 있어 경제적이며, 기존의 Global VPI 함침 공정으로 제작된 회전기에도 본 발명의 부분 방전 센서를 설치할 수 있게 되었다.In order to achieve the above object, the present invention, without removing the wedge of the Global VPI-impregnated insulated high-pressure rotor, by attaching a thin film of the partial discharge measurement sensor on the top of the wedge to measure the partial discharge. Therefore, it is economical to install the sensor without the insulation repair process to remove the wedge during the installation of the partial discharge sensor of the present invention, and it is possible to install the partial discharge sensor of the present invention even on a rotating machine manufactured by the existing Global VPI impregnation process. .
그리고, 기존의 박판형 부분 방전 센서는 그 두께가 2 mm 이상이어서 고압 회전기의 공극이 2mm~3mm인 점을 감안할 경우에 웨지 상부에 설치가 불가능하였다. 그러나, 본 발명의 부분 방전 센서의 두께는 공극에 비하여 얇은 에폭시 테이프에 미세한 코일 형태로 접착 제작되어 회전자와의 기계적 접촉을 방지할 수 있도록 개발되었으며, 특수 접착제를 사용하여 열 수축 팽창에도 접착력을 유지하도록 하였다.In addition, the conventional thin plate type partial discharge sensor has a thickness of 2 mm or more, so it is impossible to install the upper portion of the wedge considering that the air gap of the high-pressure rotor is 2 mm to 3 mm. However, the thickness of the partial discharge sensor of the present invention was developed to be bonded to a thin epoxy tape in the form of a fine coil to prevent mechanical contact with the rotor, and to provide adhesion to heat shrinkage expansion using a special adhesive. To maintain.
또, 기존의 센서는 웨지와 고정자 권선 사이에 삽입되어 고정자 권선과 접촉을 이루고 있기 때문에 수십 MHz의 측정 주파수 대역에서 센서가 삽입된 해당 슬롯에 놓여있는 고정자 권선의 부분 방전 측정 감도가 높았다. 그러나, 본 발명의 부분 방전 측정 센서와 같이 웨지 상부에 설치되는 센서는 인접 고정자 권선에서 방사되는 수십 MHz 주파수 대역의 부분 방전 신호도 측정되기 때문에 이를 방지하고자 수 MHz 주파수 대역의 부분 방전 신호를 측정하도록 코일 형태로 센서를 제작하였다. In addition, the conventional sensor is inserted between the wedge and the stator winding to make contact with the stator winding, so that the partial discharge measurement sensitivity of the stator winding in the corresponding slot where the sensor is inserted is high in the measurement frequency band of several tens of MHz. However, the sensor installed on the top of the wedge, such as the partial discharge measurement sensor of the present invention is also measured for the partial discharge signal of several tens of MHz frequency band radiated from the adjacent stator winding to measure the partial discharge signal of several MHz frequency band to prevent this The sensor was manufactured in the form of a coil.
또한, 센서 하부에 동으로 제작한 접지 박판을 부착하여 신호 인출선의 차폐선과 연결하였다. 센서 코일에 유기된 고전압이 접지 전압에 가깝게 낮추어 지도록 하였다. In addition, a ground thin plate made of copper was attached to the lower part of the sensor and connected to the shield of the signal lead wire. The high voltage induced in the sensor coil is lowered close to the ground voltage.
통상적으로 회전기의 온라인(on-line) 절연 진단을 위하여 부분 방전을 측정하는 것이 통상적인 방법이다. 하지만 Global VPI 함침 절연 방법으로 제작된 고압 전동기의 경우에는 고압 인입선에 직접 부분 방전 센서를 설치하고 있다. 이 경우는 고정자 권선과 웨지 사이에 에폭시 박판 형태의 센서를 삽입하는 경우보다 설치 비용이 고가이다. 하지만 Global VPI 함침 절연 회전기에서 부분 방전 센서를 설치하기 위하여 웨지를 제거할 경우에 고정자 권선의 절연이 손상되기 때문에 고정자 권선과 웨지 사이에 부분 방전 센서를 삽입할 수 없다. 따라서 웨지 상단에 보다 얇은 박판 형태의 센서를 접착하여 설치할 경우에는 회전기의 웨지를 제거할 필요성이 없어지므로 고정자 권선의 절연을 파괴하지 않고 간단히 부분 방전을 온라인(on-line)으로 측정할 수 있는 센서를 개발하였다.It is common practice to measure partial discharges for on-line insulation diagnostics of the rotor. However, in the case of the high voltage motor manufactured by the Global VPI impregnation insulation method, a partial discharge sensor is directly installed in the high voltage lead wire. In this case, the installation cost is higher than the case of inserting an epoxy sheet sensor between the stator winding and the wedge. However, when the wedge is removed to install the partial discharge sensor in the Global VPI-impregnated insulated rotor, the insulation of the stator winding is damaged, so the partial discharge sensor cannot be inserted between the stator winding and the wedge. Therefore, when the thin plate-shaped sensor is attached to the top of the wedge, the need for removing the wedge of the rotor is eliminated, so that the partial discharge can be measured on-line simply without destroying the insulation of the stator winding. Developed.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 부분 방전 측정 센서 및 이를 이용한 회전기에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a partial discharge measuring sensor and a rotating machine using the same according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명에 따른 회전기 웨지 상부에 접착하는 부분 방전 측정 센서 설치도이고, 도 3은 본 발명에 따른 부분 방전 센서의 개략도이며, 도 4는 도 3의 A-A'선 단면도이다.2 is a partial discharge measurement sensor installation attached to the upper portion of the rotor wedge according to the present invention, Figure 3 is a schematic diagram of a partial discharge sensor according to the present invention, Figure 4 is a cross-sectional view taken along line AA 'of FIG.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 부분 방전 센서가 설치되는 회전기 고정자에 있어서는, 고정자 철심(100)에 형성된 고정자 슬롯(200)에 하부 고정자 권선(300) 및 상부 고정자 권선(400)이 그 순서로 끼워지고, 상기 고정자 슬롯(200)의 상단부측에 형성된 홈(200A,200B)을 따라서 고정자 권선 웨지(600)를 끼워 설치하여, 상기 웨지(600)에 의하여 고정자 권선(300)(400)이 고정되도록 되어 있다. 그리고, 상기 웨지(600)의 상면에 본 발명에 따른 박막형 부분 방전 센서(500)가 설치된다.As shown in FIG. 2, in the rotor stator in which the partial discharge sensor according to the present invention is installed, the lower stator winding 300 and the upper stator winding 400 are formed in the stator slot 200 formed in the stator iron core 100. The stator winding wedge 600 is inserted along the grooves 200A and 200B formed at the upper end side of the stator slot 200, and the stator windings 300 and 400 are installed by the wedge 600. ) Is fixed. Then, the thin film type partial discharge sensor 500 according to the present invention is installed on the upper surface of the wedge 600.
도 3에 도시한 바와 같이 본 발명에 따른 박막형 부분 방전 센서(500)는 두께 0.5mm 정도의 엑폭시 필름(510)내에 방전 측정에 필요한 센서로 0.1 mm 의 직경을 갖는 코일(520)이 설치된 구성으로 되어 있다.As shown in FIG. 3, the thin film type partial discharge sensor 500 according to the present invention includes a coil 520 having a diameter of 0.1 mm as a sensor necessary for measuring discharge in an epoxy film 510 having a thickness of about 0.5 mm. It is.
도 3에서 상기 박막형 부분 방전 센서(500)의 A-A'선 단면은 도 4에 도시한 바와 같이, 에폭시 필름(540)내에 부분 방전 측정용 코일(520)이 나선형으로 복수회 감겨져 있고, 상기 에폭시 필름(540)의 상하면에는 접지 동판(530)(550)이 부착되어 있으며, 상기 접지 동판(530)(550)의 외면에는 에폭시 필름(510)(560)이 부착되어 있다.As shown in FIG. 4, a cross-sectional view along line A-A 'of the thin film type partial discharge sensor 500 is wound in the epoxy film 540 in a plurality of times in a spiral manner. Ground copper plates 530 and 550 are attached to upper and lower surfaces of the epoxy film 540, and epoxy films 510 and 560 are attached to outer surfaces of the ground copper plates 530 and 550.
여기서, 상기 코일(520)은 측정 주파수 대역이 수 MHz(바람직하게는 1 MHz)가 되도록 설계되어 인접 권선에서 발생되는 부분 방전 신호의 간섭이 방지되도록 되어 있다.In this case, the coil 520 is designed to have a measurement frequency band of several MHz (preferably 1 MHz) to prevent interference of a partial discharge signal generated in an adjacent winding.
상기 접지동판(530)(550)은 0.1mm정도의 두께를 가지며, 웨지(600) 상부의 센서 코일에 유기되는 전압이 수백 V - 1 kV로 상당히 높기 때문에 상기 코일(520)의 신호 인출선의 차폐선을 통해서 외부의 접지선과 연결하여 상기 코일(520)에 유기되는 전압을 접지 전위에 가깝게 되도록 하기 위하여 설치한 것이다.The ground copper plates 530 and 550 have a thickness of about 0.1 mm and shield the signal lead line of the coil 520 because the voltage induced by the sensor coil on the wedge 600 is considerably high, such as several hundreds V-1 kV. It is installed to connect the voltage induced in the coil 520 close to the ground potential by connecting to an external ground line through a line.
상기와 같이 구성된 박막형 부분 방전 센서(500)는 도 2에 도시한 바와 같이 웨지(600)의 상부에 에폭시 접착제로 접착되어 기계적 충격과 열적 변형(열 수축 팽창)에 견디도록 하였다. The thin film type partial discharge sensor 500 configured as described above is bonded to the top of the wedge 600 with an epoxy adhesive as shown in FIG. 2 to withstand mechanical shock and thermal deformation (heat shrinkage expansion).
회전기의 공극이 2mm∼3mm인 점을 감안할 경우에 기존의 센서는 웨지 상부에 설치가 불가능하였다. 그러나, 본 발명의 부분 방전 센서의 두께는 회전기의 공극(2mm∼3mm)에 비하여 얇은 에폭시 테이프에 미세한 코일 형태로 접착 제작되어 있으므로 회전자와의 기계적 접촉을 방지할 수 있다. Given that the pore size of the rotor is 2mm ~ 3mm, the existing sensor could not be installed on top of the wedge. However, since the thickness of the partial discharge sensor of the present invention is adhesively produced in the form of a fine coil on a thin epoxy tape as compared to the pores (2 mm to 3 mm) of the rotor, mechanical contact with the rotor can be prevented.
한편, 본 발명은 전술한 전형적인 바람직한 실시예에만 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 개량, 변경, 대체 또는 부가하여 실시할 수 있는 것임은 당해 기술분야에 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 이러한 개량, 변경, 대체 또는 부가에 의한 실시가 이하의 첨부된 특허청구범위의 범주에 속하는 것이라면 그 기술사상 역시 본 발명에 속하는 것으로 보아야 한다.On the other hand, the present invention is not limited to the above-described typical preferred embodiment, it can be carried out in various ways without departing from the gist of the present invention various modifications, changes, substitutions or additions in the art Anyone who has this can easily understand it. If the implementation by such improvement, change, replacement or addition falls within the scope of the appended claims, the technical idea should also be regarded as belonging to the present invention.
이상 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 부분 방전 센서의 설치 시에 웨지를 제거하는 절연 보수 공정 없이 간단히 센서를 설치할 수 있어 경제적이며, 기존의 Global VPI 함침 공정으로 제작된 회전기에도 본 발명의 부분 방전 센서를 설치할 수 있게 되었다. 그리고, 제조 단가가 저렴하고 설치 또한 용이하여 Global VPI 전동기에 대한 부분 방전 온라인(on-line) 측정시스템의 사용이 급격히 증대될 것으로 판단된다.As described in detail above, according to the present invention, the sensor can be easily installed without the insulation repair process of removing the wedge during the installation of the partial discharge sensor, and it is economical. Sensors can now be installed. In addition, since the manufacturing cost is low and the installation is easy, the use of the partial discharge on-line measurement system for the Global VPI motor is expected to increase rapidly.
도 1은 회전기의 웨지와 고정자 권선 사이에 삽입되는 기존의 부분 방전 측정 센서 설치도.1 is a diagram of a conventional partial discharge measurement sensor inserted between a wedge of a rotor and a stator winding.
도 2는 본 발명에 따른 회전기 웨지 상부에 접착하는 부분 방전 측정 센서 설치도.Figure 2 is a partial discharge measurement sensor installation attached to the upper portion of the rotor wedge according to the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 부분 방전 센서의 개략도.3 is a schematic diagram of a partial discharge sensor according to the invention;
도 4는 도 3의 A-A'선 단면도.4 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 3.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
10 : 철심 20 : 고정자 슬롯10: iron core 20: stator slot
20A,20B : 홈 40 : 상부 고정자 권선20A, 20B: Groove 40: Upper stator winding
50 : 부분 방전 센서 60 : 웨지50: partial discharge sensor 60: wedge
100 : 철심 200 : 고정자 슬롯100: iron core 200: stator slot
200A,200B : 홈 300 : 하부 고정자 권선200A, 200B: Groove 300: Lower stator winding
400 : 상부 고정자 권선 500 : 부분 방전 센서400: upper stator winding 500: partial discharge sensor
510 : 에폭시 필름 520 : 코일510: epoxy film 520: coil
530 : 접지동판 540 : 에폭시 필름530: ground copper plate 540: epoxy film
550 : 접지동판 560 : 에폭시 필름550: ground copper plate 560: epoxy film
570 : 접착면570: adhesive surface
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