KR100490896B1 - 부분방전 측정용 대용량 세라믹 커플링 캐패시터 - Google Patents
부분방전 측정용 대용량 세라믹 커플링 캐패시터 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 고압 전기기기의 절연물에서 발생되는 부분 방전을 오프-라인(off-line)으로 측정하여 제품의 절연상태를 판단하는데 필요한 부분 방전 측정용으로 이용되는 커플링 캐패시터에 관한 것으로, 현재까지 대용량에는 적용된 실적이 없는 세라믹 소자를 이용하기 위하여 발명된 것이다. 기존의 전기기기 절연물에서의 부분방전 측정은 전기기기 고압부 도체와 병렬로 커플링 캐패시터의 고압부를 직접 접촉하여 시험회로를 구성하여 시험하고 있다. 이를 위한 커플링 캐패시터의 대부분은 유침절연지에 알루미늄 포일(foil)로 구성된 제품을 사용하고 있다. 고압용으로는 세라믹 소자를 직렬연결한 캐패시터가 있지만 수십 pF 정도의 소용량으로 대용량 전기기기의 부분방전에는 사용된 적이 없는 실정이다. 그러나, 본 발명에서는 세라믹 소체를 직렬 및 병렬로 구성[소체간의 직렬 접합은 커플링 캐패시터 전체의 내전압 및 부분 방전 특성 향상을 위한 것으로, 소체간 전극면을 크림 솔더(cream solder) 등으로 소체를 바로 접합하지 않고 연결단자로 20mm 이상 떨어지게 하여 연결하고, 정전용량을 10,000 pF까지 높이기 위하여 소체를 7개 원형으로 병렬연결하는 구조]하여 수십 kV까지 이용이 가능하면서 정전용량도 10,000 pF 이상까지 생산이 가능한 구조를 구현함으로써, 기존의 유침절연 또는 가스절연을 한 부분방전 측정용 커플링 캐패시터와 동등 이상의 성능을 지니면서도 손쉬운 제작공정으로 대량생산이 가능하며 품질의 균일화를 달성할 수 있게 하였다.
Description
본 발명은 고압 전기기기의 절연물에서 발생하는 부분 방전을 측정하여 제품의 절연상태를 판단하는데 사용되는 커플링 캐패시터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 세라믹 소체를 직렬 및 병렬로 연결시켜 만든 커플링 캐패시터에 관한 것이다.
현재 세계적으로 고압 전기기기 절연물의 부분방전 측정은 전기기기 고압부 도체와 병렬로 커플링 캐패시터의 고압부를 직접 접촉하여 시험회로를 구성하여 시험하는 것으로 되어 있다.
이러한 부분방전 측정용 시험회로의 일예는 도 1에 도시한 바와 같이 구성된다. 동 도면에 도시한 바와 같이, 부분 방전 측정 장치는 전원(10)에 병렬연결되어 전원(10)을 소정의 고압으로 승압하기 위한 변압기(20)와, 상기 변압기 보호용 블록킹 저항(30)과, 상기 블록킹 저항(30)을 매개로 상기 변압기(20)에 병렬연결된 커플링 캐패시터(50)와, 상기 커플링 캐패시터(50)에 직렬연결된 임피던스 정합회로(40)와, 상기 임피던스 정합회로(40)에 연결되어, 상기 커플링 캐패시터(50)와 임피던스 정합회로(40)에 병렬연결된 고압전기기기인 부하(80)의 부분방전을 측정하기 위한 부분방전 측정기(60)와, 상기 부분방전 측정기(60)에 의하여 측정된 부분방전 신호를 표시하기 위한 표시수단으로서의 오실로스코프(70)를 포함하고 있다.
현재, 상기와 같이 고압전기기기의 절연부에서 발생되는 부분방전 현상을 측정하기 위하여 설치되는 커플링 캐패시터의 대부분은 내부 고전압 인가부가 유침절연지에 알루미늄 포일(foil)로 구성된 제품이거나, 또는 SF6 가스절연을 이용한 제품을 사용하고 외부를 FRP 또는 절연통으로 제작하여 절연 기체 및 액체를 주입하는 형태이다.
상기 전자의 커플링 캐패시터는 도 2에 도시한 바와 같이 구성되어 있다. 동 도면에서, 도면부호 1은 고압단자이고, 2는 세라믹 캐패시터이며, 3은 감쇠저항(damping resistor)이며, 4는 절연 튜브이고, 5는 접지 금속 베이스이며, 6은 저전압부이고, 7은 측정단자이다.
상기 후자의 커플링 캐패시터는 도 3에 도시한 바와 같이 구성되어 있다. 동 도면에서, 도면부호 1'는 고압전극이고, 2'는 측정전극이며, 3'는 절연 튜브이고, 4'는 접지 금속 베이스이며, 5'는 측정단자이고, 6은 압력계이다.
이들 커플링 캐패서터는 고가이면서 운반 등에 의한 파손의 위험이 있어 사용상 많은 주의가 요구되고 있다.
그리고, 종래의 커플링 캐패시터는 고압용으로는 세라믹 소자를 직렬연결한 캐패시터가 있지만 수십 pF 정도의 소용량으로 대용량 전기기기의 부분방전에는 사용된 적이 없는 실정이다.
따라서 많은 수요자가 현장에서 사용하기 간편하면서 파손의 위험이 없고 또한 대용량 전기기기의 부분방전에 사용할 수 있는 커플링 캐패시터의 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 상기한 사정을 감안하여 발명된 것으로, 많은 수요자가 현장에서 사용하기 간편하면서 파손의 위험이 없고 또한 세라믹 소체를 직렬 및 병렬로 연결시켜 대용량 전기기기의 부분방전에 사용할 수 있도록 구성한 부분방전 측정용 대용량 세라믹 커플링 캐패시터를 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에서는 세라믹 소체를 직병렬로 구성[고전압에 사용하기 위한 세라믹 소체를 직렬연결하는 구조, 정전용량을 10,000 pF까지 높이기 위하여 세라믹 소체를 적어도 7개 원형으로 병렬연결하는 구조]으로 하여 수십 kV까지 이용이 가능하면서 정전용량도 10,000 pF 이상까지 생산이 가능한 구조를 구현한 부분방전 측정용 대용량 세라믹 커플링 캐패시터를 제공한다. 본 발명에서는 제조공정을 간단히 하면서도 기존의 커플링 캐패시터와 동등 이상의 성능을 지니도록 하였다.
본 발명의 바람직한 실시예에서는 고압전기기기의 부분방전 측정용 커플링 캐패시터에 있어서, 복잡한 내부구조를 제조공정이 간단하고 품질의 균일화가 가능한 유전체 세라믹 소체로 대체하고, 세라믹 소체가 지니는 고전압 특성을 향상시키기 위하여 직렬 연결을 구성하며, 세라믹 소체가 지니는 정전용량을 증가시키기 위하여 가장 소형화가 가능한 구조를 지니도록 중심에 기본 세라믹 소체를 두고 외부에 원형으로 6개의 세라믹 소체로 위치한 병렬회로를 구성하였다.
이와 같이 본 발명에서는 세라믹 소자를 직렬 및 병렬로 구성함으로 수십 kV까지 이용이 가능하면서 정전용량도 10,000 pF 이상까지 생산이 가능한 구조를 구현함으로써 손쉬운 제작공정으로 대량생산이 가능하고 센서로서의 품질의 균일화를 이룩할 수 있게 하였다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 부분방전 측정용 대용량 세라믹 커플링 캐패시터에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 부분방전 측정용 대용량 세라믹 커플링 캐패시터의 구조를 나타낸 단면도이고, 도 5는 도 4의 세라믹 소체를 나타낸 단면도이며, 도 6은 도 4에 도시한 고압 부분방전 측정용 대용량 세라믹 커플링 캐패시터의 상면도이다.
동 도면들에 도시한 바와 같이, 본 발명의 부분방전 측정용 대용량 세라믹 커플링 캐패시터는, 절연외함(51)과 이 절연내함(57)의 내측에 위치하는 복수의 세라믹 소체(54)(55)를 포함하여 구성된다.
상기 절연외함(51)은 외부가 갓의 형태를 지닌 원통형이거나 단순 원통형으로, 에폭시, 실리콘 또는 EPDM(합성고무재) 등의 절연 재료를 사출하여 성형하여 기계적 구조로 이루어진다. 상기 절연 내함(57)도 절연외함과 동일한 제조공정을 지닌다. 필요에 따라 절연외함(51) 없이 제작도 가능하다. 이 제조 방법에서 세라믹 소체의 연면방전 방지를 위한 효과도 지녀야 하므로 진공함침 처리를 하여 제조한다.
상기 절연내함(57)의 내측에 위치하여 부분방전 측정 역할을 하게 하는 복수의 세라믹 소체(54,55)는 절연내력 향상 및 미세 크랙을 방지하기 위하여 세라믹 컴파운드(유전율 약 500이상)를 성형압력과 소성조건을 향상시키는 다중 강화형으로 제조하며, 소체의 정전용량은 1,500 - 5,000 pF가 되도록 원통형으로 제작한다. 상기 세라믹 소체(54)(55)는 금속전극(54a)(54c)사이에 유전체가 충진된 구성이고, 상기 금속전극(54a)(54c)의 표면은 은(Ag 85%)으로 프린팅 처리한 후 고온으로 소성시켜 제조한다.
상기 세라믹 소체(54)(55)간의 직렬 접합은 커플링 캐패시터 전체의 내전압 및 부분방전 특성 향상을 위한 것으로, 세라믹 소체(54)(55)간 전극면의 직렬연결은 크림 솔더(cream solder) 등으로 세라믹 소체를 바로 접합하지 않고 연결단자인 배선(56)으로 10 mm 이상 떨어지게 하여 구성한다. 직렬연결되는 세라믹 소체의 수는 2개 또는 3개 이상으로 한다.
상기 세라믹 소체(54)(55)간의 배선(52A)(53A)에 의한 병렬 접합은 정전용량 값을 10,000 pF까지 높이기 위한 것으로, 제작된 커플링 캐패시터를 가장 소형화가 가능한 구조가 되도록 중심에 기본 세라믹 소체를 두고 외부에 원형으로 6개의 소체로 위치한 병렬회로를 구성한다. 상기 병렬구성된 상부의 세라믹 소체(54)들은 배선(52A)을 통해서 제 1단자(52)에 전기적으로 접속되어 있고, 상기 병렬구성된 하부의 세라믹 소체(55)들은 배선(53A)을 통해서 제 2단자(53)에 전기적으로 접속되어 있다.
종전까지 세라믹 소체는 두께와 직경이 일정치를 초과하면 성형시 압력이 불균일화하여 제조후 미소 크랙 등이 남아 특고전압 제품 등에 사용에 제한을 받아왔으나, 제조공정을 다중 강화형으로 하고 직렬접속 방법을 채용함으로 더 높은 전압에서도 이용이 가능하게 되었다. 또한, 부분방전 측정용의 대용량 커플링 캐패시터를 만들기 위하여 세라믹 소체를 병렬 접속하는 방법을 처음으로 채용하였다.
한편, 상기의 바람직한 실시예에서는 절연외함 및 절연내함에 대하여 원통형에 한정하여 설명하였지만, 원통형이 아니라 삼각통, 사각통, 오각통, 육각통과 같은 다각형의 단면을 가지면서 그 내부에 다수의 세라믹 소체가 위치할 수 있는 구성이라면 어떤 구성이라도 가능한 것이다.
또, 상기 바람직한 실시예에서는 세라믹 소체의 병렬구성이 기본 소체와 이 기본 소체를 1겹으로 둘어싸는 6개의 소체로 구성되어 있지만, 기본 소체를 둘러싸는 세라믹 소체가 1겹이 아니라 복수 겹으로 둘러싸는 구성이어도 된다. 또한, 상기 실시예에서는 세라믹 소체의 병렬구성이 원형 배열을 가진 것이지만, 원형배열이 아니라 필요에 따라서는 삼각배열, 사각배열 등 다양한 형태로 변형하여 실시할 수 있다.
또한, 상기 바람직한 실시예에서는 세라믹 소체의 직렬구성이 2단으로 되어 있지만, 필요에 따라서는 3단 이상으로 구성하여도 된다. 또, 상기 실시예에서는 세라믹소체가 원통형으로 구성되어 있지만, 삼각통, 사각통, 오각통 등과 같이 그 단면이 다각형인 구성이어도 된다.
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.
이상 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 기존의 제조법보다 제조비용이 저렴하며 제조가 간단하고 견고하여 운반 등에 의한 파손의 위험가능성이 줄어 현장 사용이 편리하다. 또한, 세라믹 소체를 직렬 및 병렬로 연결시켜 대용량 전기기기의 부분방전에 사용할 수 있다.
도 1은 일반적인 고압 전기기기의 부분방전 측정시 고전압부에 설치하는 커플링 캐패시터의 용도를 설명하기 위한 회로 블럭도.
도 2는 기존의 소용량 커플링 캐패시터의 일예를 나타낸 단면도.
도 3은 기존의 소용량 커플링 캐패시터의 다른 예를 나타낸 단면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 부분방전 측정용 대용량 세라믹 커플링 캐패시터의 구조를 나타낸 단면도.
도 5는 도 4의 세라믹 소체를 나타낸 단면도.
도 6은 도 4에 도시한 고압 부분방전 측정용 대용량 세라믹 커플링 캐패시터의 상면도.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 전원 20 : 변압기
30 : 블록킹 저항 40 : 임피던스 정합회로
50 : 커플링 캐패시터 51 : 절연외함
51A : 외함 내벽 52 : 제 1단자
52A : 배선 53 : 제 2단자
53A : 배선 54,55 : 세라믹 소체
54a,54c : 금속전극 54b : 유전체
60 : 부분 방전 측정기 70 : 오실로스코프
80 : 부하
Claims (9)
- 내부가 동공된 절연 함체와,상기 절연 함체 내에 설치된 다수의 세라믹소체를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 부분방전 측정용 대용량 세라믹 커플링 캐패시터.
- 제 1항에 있어서,상기 복수의 세라믹 소체는 서로 병렬 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 부분방전 측정용 대용량 세라믹 커플링 캐패시터.
- 제 2항에 있어서,상기 복수의 세라믹 소체의 병렬 연결구조는 하나의 세라믹소체의 주위를 적어도 1겹 둘러싸는 구조로 되어 있는 것을 특징으로 하는 부분방전 측정용 대용량 세라믹 커플링 캐패시터.
- 제 1항에 있어서,상기 복수의 세라믹 소체는, 서로 직렬 연결된 복수의 세라믹 소체의 직렬구조가 복수개 배열되고, 이 복수의 세라믹 소체 직렬구조의 양 단부가 병렬연결되어 있는 것을 특징으로 하는 부분방전 측정용 대용량 세라믹 커플링 캐패시터.
- 제 4항에 있어서,상기 세라믹 소체는 서로 소정 간격 이격된 상태에서 연결단자로 직렬연결된 것을 특징으로 하는 부분방전 측정용 대용량 세라믹 커플링 캐패시터.
- 제 1항에 있어서,상기 세라믹 소체는 세라믹 컴파운드를 성형압력과 소성조건을 향상시키는 다중 강화형으로 제조된 것을 특징으로 하는 부분방전 측정용 대용량 세라믹 커플링 캐패시터.
- 제 6항에 있어서,상기 세라믹 컴파운드는 유전율이 500이상 범위에 있는 것을 특징으로 하는 부분방전 측정용 대용량 세라믹 커플링 캐패시터.
- 제 1항 내지 제 7항중 어느 한 항에 있어서,상기 절연외함은 절연 재료를 사출하여 성형하고, 이 성형중에 진공함침 처리된 것을 특징으로 하는 부분방전 측정용 대용량 세라믹 커플링 캐패시터.
- 제 1항 내지 제 8항중 어느 한 항에 있어서,상기 세라믹 소체는 금속전극사이에 유전체가 충진된 구성이고,상기 금속전극은 은을 주성분으로 하는 도전재료를 프린팅 처리한 후 고온으로 소성시킨 것을 특징으로 하는 부분방전 측정용 대용량 세라믹 커플링 캐패시터.
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2002
- 2002-10-31 KR KR10-2002-0066831A patent/KR100490896B1/ko not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| KR20040037977A (ko) | 2004-05-08 |
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