KR100473626B1 - 미소 부분방전 측정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전력기기의 절연성능을 측정하는 비파괴 시험 등에 사용할 수 있는 것으로서 외부 잡음이 있는 환경에서 미소량의 부분방전을 측정할 수 있는 미소 부분방전 측정장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 미소 부분 방전 측정장치는, 전원과 접지사이에 병렬로 연결된, 미소 방전 측정 대상 시료와, 상기 시료의 미소 방전을 검출하기 위한 제 1검출기의 병렬 구성과; 상기 전원과 접지사이에 병렬로 연결된, 커플링 캐패시터와 상기 시료의 미소 방전을 검출하기 위한 제 2검출기의 병렬 구성과; 상기 제 1검출기의 검출신호와 상기 제 2검출기의 검출신호를 차동증폭하는 차동증폭기를 포함하여 구성된다. 따라서, 본 발명은 외부 잡음이 존재하는 현상에서 간단한 구성으로 정확하고 저 비용으로 미소 부분 방전을 측정할 수 있다.

Description

미소 부분방전 측정장치 {Small Partial Discharge Signal Measurement Apparatus}

본 발명은 미소 부분 방전 측정장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전력기기의 절연성능을 측정하는 비파괴 시험 등에 사용할 수 있는 것으로서 외부 잡음이 있는 환경에서 미소량의 부분방전을 측정할 수 있는 미소 부분 방전 측정장치에 관한 것이다.

종래, 생산된 전력기기의 출고 시에 고전압 절연 파괴 시험에 의한 품질관리(quality control)를 수향하는 방법을 많이 사용하고 있으나, 최근에는 전력기기의 절연 성능을 저하시키지 않는 비파괴 시험방법으로 아주 작은 미소량의 부분 방전이 발생하는 전압의 크기(DIV; Discharge Inception Voltage)를 측정하여 전력기기의 품질관리를 수행하는 방법이 제안되고 있다. 그러나, 이러한 방법은 외부 잡음 신호가 완전히 차폐되고, 접지가 완벽한 연구실내에서는 가능하지만 전력기기 생산 공장 등과 같이 외부 잡음이 존재하는 장소에서는 수행하기 어려운 실정이다.

현재, 통상적으로 외부 잡음을 제거하고 미소량의 부분 방전을 측정하는 방식에서는 도 1에 도시한 바와 같이, 전원(V)과 접지 사이에 소형 전동기와 같은 전력기기인 미소 부분 방전 측정 대상 시료(피시품)(10)와 임피던스 정합회로(40B)를 직렬연결하고, 또한 이 직렬회로와는 병렬로 전원(V)과 접지 사이에 커플링 캐패시터(30)와 임피던스 정합회로(40A)를 직렬로 연결하며, 상기 피시품(10)과 임피던스 정합회로(40B)의 접속점과 상기 커플링 캐패시터(30)와 임피던스 정합회로(40A)의 접속점 사이에 미소 부분 방전 측정용 검출기(20)를 설치한 균형 브리지(balanced bridge) 회로가 사용되고 있다.

이와 같이 미소 부분 방전을 측정하기 위하여 균형 브리지 방식을 사용할 경우에 피시품(10)의 임피던스와 커플링 캐패시터(30)의 임피던스가 같아야 하며, 공중파 잡음을 제거하기 위하여 거대한 규모의 차폐실이 요구된다. 따라서, 전력기기 생산 공장 등에서 피시품과 커플링 캐패시터의 임피던스를 정확하게 정합시키는데 곤란성이 있으며, 또한 큰 규모의 차폐실을 설비하는 것은 어려운 실정이다.

이에, 본 발명은 상기한 종래의 사정을 해결하기 위해 발명된 것으로, 미소 부분 방전 측정 대상 시료(피시품)의 임피던스와 커플링 캐패시터의 임피던스가 다르더라도 미소 부분 방전을 측정할 수 있는 미소 부분 방전 측정장치를 제공하고자 함에 그 목적이 있다.

또, 본 발명의 다른 목적은 미소 부분 방전 측정 대상 시료 정도의 크기의 소규모 차폐실에서 공중파 잡음을 차단할 수 있도록 한 미소 부분 방전 측정장치를 제공하고자 하는 것이다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 외부 잡음이 존재하는 현상에서 간단한 구성으로 정확하고 저 비용으로 미소 부분 방전을 측정할 수 있는 미소 부분 방전 측정장치를 제공하고자 하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 미소 부분 방전 측정장치는, 전원과 접지사이에 병렬로 연결된, 미소 방전 측정 대상 시료와, 상기 시료의 미소 방전을 검출하기 위한 제 1검출기의 병렬 구성과; 상기 전원과 접지사이에 병렬로 연결된, 커플링 캐패시터와 상기 시료의 미소 방전을 검출하기 위한 제 2검출기의 병렬 구성과; 상기 제 1검출기의 검출신호와 상기 제 2검출기의 검출신호를 차동증폭하는 차동증폭기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 시료와 상기 제 1검출기 사이의 접점, 그리고 상기 커플링 캐패시터와 상기 제 2검출기 사이의 접점에는 각각 임피던스 정합회로가 설치되어 있다. 상기 차동증폭기의 입력단에는 상기 제 1검출기의 검출신호와 상기 제 2검출기의 검출신호에 대하여 각각 증폭률 및 위상을 미세 조정하는 전단증폭기가 더 설치된다. 상기 시료는 상기 미소 방전 측정 대상 시료와, 상기 제 1 및 제 2검출기, 상기 커플링 캐패시터, 상기 차동증폭기 및 상기 전단증폭기는 공중파 차단용 차폐실 내에 설치되며, 상기 차폐실은 상기 시료에 대응하는 크기인 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 미소 부분 방전 측정장치에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 미소 부분방전 측정장치를 도시한 블록 회로도이다.

동 도면에 도시한 바와 같이, 교류전원(V)과 접지 사이에 소형 전동기와 같은 전력기기인 미소 부분 방전 측정 대상 시료(피시품)(100)와 부분 방전 측정용 제 1검출기(200A)가 직렬 배치되어 있고, 또한 교류전원(V)과 접지 사이에 커플링 캐패시터(300)와 부분 방전 측정용 제 2검출기(200B)가 직렬 배치되어 있다.

또, 상기 피시품(100)과 부분 방전 측정용 제 1검출기(200A) 사이에서 상기 제 1검출기(200A)에서 검출된 신호와, 상기 커플링 캐패시터(300)와 부분 방전 측정용 제 2검출기(200B)사이에서 상기 제 2검출기(200B)에서 검출된 신호를 차동증폭하는 차동증폭기(600)가 설치되어 있다.

또한, 상기 피시품(100)과 부분 방전 측정용 제 1검출기(200A)의 접속점과 상기 차동증폭기(600)의 제 1입력단 사이에는 임피던스 정합회로(400A)가 설치되어 있으며, 상기 커플링 캐패시터(300)와 부분 방전 측정용 제 2검출기(200B)의 접속점과 상기 차동증폭기(600)의 제 2입력단 사이에는 임피던스 정합회로(400B)가 설치되어 있다.

또, 상기 차동증폭기(600)의 제 1입력단과 상기 임피던스 정합회로(400A) 사이에는 제 1전단증폭기(500A)가 설치되어 있고, 상기 차동증폭기(600)의 제 2입력단과 상기 임피던스 정합회로(400B) 사이에는 제 2전단증폭기(500B)가 설치되어 있다.

또한, 상기한 피시품(100), 제 1 및 제 2검출기(200A,200B), 커플링 캐패시터(300), 임피던스 정합회로(400A,400B), 전단증폭기(500A,500B) 및 차동증폭기(600)는 공중파 잡음이 침입할 수 없게 설계된 소규모 차폐실(700)내에 설치되며, 이 차폐실은 피시품(100)의 크기보다 약간 큰 정도이면 된다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 미소 부분 방전 측정장치의 동작에 대하여 설명한다.

먼저, 전력기기인 미소 부분 방전 측정 대상 시료(피시품)(100)의 외부에서 발생되는 전기적 잡음 신호로는 전원잡음, 공중파 방송 주파수와 같은 공중파 잡음, 접지선을 통해 들어오는 접지 잡음 등으로 구분될 수 있으며, 이들 잡음은 부분 방전 측정장치에 침입할 수 있다.

상기 공중파 외부잡음은 피시품(100)의 크기와 같은 소규모의 차폐실(700)에 의하여 제거됨에 따라 부분 방전 측정장치에 침입하지 못하게 된다.

상기 미소 부분 방전 측정 대상 시료(피시품)(100)에 직렬 연결된 제 1검출기(200A)에서 측정된 신호와 상기 커플링 캐패시터(300)에 직렬 연결된 제 2검출기(200B)에서 측정된 신호는 차동증폭기(600)에 입력된다. 상기 차동증폭기(600)에서는 상기 2개의 측정신호를 입력받아 전원측에서 발생한 잡음과 불완전한 접지선으로 침입한 전기적 잡음을 상쇄시키고 상기 시료(피시품)(100)의 미소 부분 방전 신호만을 출력하게 된다.

여기서, 상기 시료(피시품)(100)의 임피던스와 상기 커플링 캐패시터(300)의 임피던스가 동일할 경우에는 도 2에서 나타낸 전단증폭기(500A)(500B)가 설치되어 있지 않아도 된다.

상기 시료(피시품)(100)의 임피던스와 상기 커플링 캐패시터(300)의 임피던스가 동일하지 않을 경우에는, 제 1검출기(200A)에서 검출된 신호의 크기와 위상은 제 2검출기(200B)에서 검출된 신호의 크기와 위상이 상이하여, 상기 차동증폭기(600)에서는 외부 잡음이 상쇄되지 않게 된다. 따라서, 본 발명에서는 상기 차동증폭기(600)의 입력단에 각각 전치증폭기(500A)(500B)를 설치하고, 상기 제 1검출기(200A) 및 제 2검출기(200B)서 검출된 신호에 대한 증폭률 및 위상을 미세 조정하여, 상기 차동증폭기(600)에 입력되는 검출신호의 크기와 위상이 같아지도록 함으로써, 상기 차동증폭기(600)에서 외부 잠음신호가 상쇄되게 한다.

본 발명의 발명자들은 상기한 구성의 미소 부분 방전 측정장치를, 용량이 2.5nF인 피시품(100)에 대하여 용량이 1nF인 커플링 캐패시터(300)를 사용하고 1m×1m×1m 크기의 차폐실 내부에서 외부잡음의 크기를 전단증폭기 및 차동증폭기를 사용하여 3mV 이하로 저감시켜 5pC 이하의 미소 부분 방전을 측정할 수 있었다.

한편, 본 발명은 전술한 전형적인 바람직한 실시예들에만 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.

이상 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 미소 부분 방전 측정 대상 시료보다 약간 큰 크기의 소규모 차폐실에서 미소 방전을 측정하므로 측정설비를 현저히 작게 할 수 있다. 미소 부분 방전 측정 대상 시료의 임피던스와 커플링 캐패시터의 임피던스가 다르더라도 미소 부분 방전을 정확하게 측정할 수 있다. 따라서, 외부 잡음이 존재하는 현상에서 간단한 구성으로 정확하고 저 비용으로 미소 부분 방전을 측정할 수 있다.

도 1은 종래 미소 부분방전 측정장치를 도시한 블록 회로도.

도 2는 본 발명에 따른 미소 부분방전 측정장치를 도시한 블록 회로도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 측정 시료(피시품) 20 : 검출기

30 : 커플링 캐패시터 40A,40B : 임피던스 정합회로

100 : 측정시료(피시품) 200A,200B : 검출기

300 : 커플링 캐패시터 400A,400B : 임피던스 정합회로

500A,500B : 전단증폭기 600 : 차동증폭기

700 : 차폐함

Claims (5)

1. 전원과 접지사이에 병렬로 연결되는 미소 방전 측정 대상 시료와 상기 시료의 미소 방전을 검출하기 위한 제 1검출기와;

   상기 전원과 접지사이에 병렬로 연결되는 커플링 캐패시터와 상기 시료의 미소 방전을 검출하기 위한 제 2검출기;

   상기 시료와 상기 제 1검출기 사이의 접점, 그리고 상기 커플링 캐패시터와 상기 제 2검출기 사이의 접점에는 각각 설치되는 임피던스 정합회로;

   상기 제 1검출기의 검출신호와 상기 제 2검출기의 검출신호를 차동증폭하는 차동증폭기; 및

   상기 차동증폭기의 입력단에 설치되어 상기 제 1검출기의 검출신호와 상기 제 2검출기의 검출신호에 대하여 각각 증폭률 및 위상을 미세 조정하는 전단증폭기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 미소 부분방전 측정장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서,

   상기 미소 방전 측정 대상 시료와, 상기 제 1 및 제 2검출기, 상기 커플링 캐패시터, 상기 차동증폭기 및 상기 전단증폭기는 공중파 차단용 차폐실 내에 설치되는 것을 특징으로 하는 미소 부분방전 측정장치.
5. 삭제