KR100490902B1 - 권선형 전력기기의 온도, 부분방전 및 자속 측정 겸용 센서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 단일의 RTD(Resistance Temperature Detector) 선재만을 이용하여 회전기와 같은 권선형 전력기기의 고정자 권선에서 발생되는 부분방전, 온도 그리고 공극에 분포되어 있는 자속을 동시에 측정할 수 있는 것으로, RTD 선재의 양단에 신호선을 접속하고 상기 선재를 에폭시 몰딩하여 구성한 것을 특징으로 하는 온도, 부분방전 및 자속 측정 겸용 센서를 제공함으로써, 단일 RTD 선재만을 사용한 RTD 복합 센서를 발명함으로써 상업화를 위한 양산 체제에 적합한 제작 공정 확립과 센서의 측정 정밀도를 향상시켰다.

Description

권선형 전력기기의 온도, 부분방전 및 자속 측정 겸용 센서 {Muli-Function Sensor For Temperature, Partial Discharge And Magnetic Flux Of Power Apparatus Employing Winding}

본 발명은 고압 회전기와 같은 권선형 전력기기가 운전중인 상태에서 RTD((Resistance Temperature Detector) 백금 선재만을 사용하여 권선형 전력기기의 고정자 권선에서 발생되는 부분방전, 온도 그리고 공극에 분포되어 있는 자속을 동시에 측정할 수 있는 센서에 관한 것이다.

기존에는 고압 회전기와 같은 권선형 전력기기에 있어서 고정자 권선의 온도, 부분방전 그리고 진동을 별개의 센서로 측정하도록 고안되거나 혹은 온도를 측정할 수 있는 RTD 선재와 자속을 측정할 수 있는 써치 코일을 직렬로 연결한 복합 센서로 온도, 부분 방전 그리고 공극에 분포되어 있는 자속을 측정하도록 고안되었다.

회전기의 절연과 진동을 동시에 진단하기 위하여 각각의 센서를 설치하는 것이 필요하였다. 이는 고가의 센서 가격과 여러 종류의 센서를 동시에 설치해야하는 단점이 있었다.

또한 기존의 복합 센서는 도 1에 도시한 바와 같이, 엑폭시 박판(10)내에 소정 간격을 두고 배치된 한 쌍의 RTD 소자(20A,20B)와 이들 RTD 소자(20A,20B)를 연결하는 연결부(20C)로 된 RTD 선재와, 이 RTD 선재와 직렬로 연결되어 자속을 측정하기 위한 서치 코일(50)과, 상기 한 쌍의 RTD 소자(20A,20B)중 한쪽의 RTD소자와 상기 서치 코일에 연결되어 상기 RTD소자(20A,20B)와 상기 서치 코일(50)에서 검출된 신호를 출력하고 또한 미세 전류신호를 입력하기 위한 신호선(40A,40B)으로 구성되어 있다.

또, 상기한 기존의 복합 센서에서는 RTD선재가 저항 값 100 Ω을 유지하면서, 자속 측정이 가능한 폐회로 수(Ampere-Turn)를 얻는 해결책으로 RTD 백금 선재에 써치 코일을 직렬로 연결하여 원하는 자속을 얻을 수가 있었다. 하지만 RTD 선재와 자속 측정용 써치 코일을 직렬로 연결함으로서 2 개의 접점이 추가적으로 발생하여 접점 용접 작업이 추가로 발생하였고, 2개의 재질을 직렬로 연결하여 센서로 사용하기 때문에 온도 보정에 어려움이 있었다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 단일의 RTD 선재만을 이용하여 고압 회전기와 같은 권선형 전력기기의 고정자 권선에서 발생되는 부분방전, 온도 그리고 공극에 분포되어 있는 자속을 동시에 측정할 수 있는 센서를 제공하고자 함에 그 목적이 있다.

본 발명에서는 RTD 선재만을 사용하여 온도, 부분 방전 그리고 공극의 자속을 동시에 측정함으로써 기존에 별도의 센서를 취부하는 방식 혹은 RTD선재와 써치 코일을 직렬로 연결한 복합 센서에 비하여 센서의 측정 정밀도 향상과 제작 공정을 개선할 수 있다.

회전기의 진단을 위하여 투입되는 비용과 운전 정지 시간을 최소화하기 위하여 온라인(on-line) 측정 기법이 보편화되고 있으나, 아직도 회전기 가격에 비하여 온라인(on-line) 진단 기기가 상대적으로 고가이다. 따라서 회전기 사용자는 온라인(on-line) 진단 기기의 설치를 기피하고 있는 실정이다. 또한 사용자는 전기적인 절연문제 뿐이 아니라 기계적인 진동 문제를 동시에 경제적으로 온라인(on-line) 진단하는 것을 요구하고 있다. 본 발명의 센서는 온도, 부분 방전 그리고 자속을 동시에 측정하여 회전기의 온라인(on-line) 진단에 요구되는 세 가지 센서의 종류를 1개의 일체형 센서로서 RTD 선재만을 사용하여 측정하도록 하였다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 권선형 전력기기의 온도, 부분방전 및 자속 측정 겸용 센서에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 2에 도시한 바와 같이 본 발명의 센서는 고정자 슬롯의 웨지와 상부 고정자 권선 사이에 삽입할 수 있도록 만들어진 두께 2mm 정도의 에폭시 박판(100)에 온도 측정에 필요한 RTD(Resistance Temperatute Detector) 백금 선재(200)만을 이용하여 나선형으로 중앙에 배치하고, 상기 RTD 선재(200)의 양단에 신호선(200A,200B)을 연결하여 상기 RTD 선재(200)에서 검출된 신호를 출력하고 또한 미세 전류신호를 입력하도록 하였다.

RTD 선재는 100 Ω으로 저항 값과 길이가 고정되어 있어서, 자속을 측정하기 위해 충분한 자속 폐회로 수(Ampere-Turn)를 형성할 수가 없다. 가능한 많은 자속 폐회로 수(Ampere-Turn)를 얻고자 RTD 선재의 길이를 증가시킬 경우에는 RTD 선재 저항 값이 증가하여 기존의 RTD 온도 측정기로는 측정할 수가 없다. 따라서 RTD 저항 값 100 Ω을 유지하면서, 자속 측정이 가능한 폐회로 수(Ampere-Turn)를 얻는 해결책으로 RTD 백금 선재의 직경을 늘려 단위 길이 당 저항을 줄임으로서 RTD 선재의 길이를 늘일 수 있는 방법을 착안하여, 이러한 문제점을 해결함으로써 RTD 단일 선재로 센서를 구성하는 것이 가능하였다.

RTD 온도 센서는 보통 백금으로 만들어져 있으며 0 ℃에서 100 Ω을 유지하고 있다. 온도가 1℃ 상승시마다 0.385 Ω의 저항이 증가하며 통상 2 mA의 전류가 흐른다. RTD 선재의 직경은 통상 0.037 mm로서 100 Ω의 저항 값을 갖기 위한 길이는 약 1 m이다. RTD 선재의 직경을 0.081 mm로 증가시킴으로서 RTD 선재의 길이를 약 5 m로 늘리고 동시에 100 Ω의 저항 값을 갖게 되었다. 또한 RTD 선재를 절연 코팅하여 선재간의 접촉이 되더라도 써치 코일 형태를 유지하며 동일 평면상에 위치할 수 있도록 하였다. 그리고 5m의 RTD 선재는 자속 측정에 필요한 써치 코일 형태의 충분한 자속 폐회로 수(Ampere-Turn)를 형성하여 RTD 단일 선재로서 온도, 부분 방전 그리고 자속을 동시에 측정할 수 있는 복합 센서의 기능을 갖도록 하였다.

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, 고정자 권선의 온도, 부분 방전과 회전자 진동 및 회전자 권선의 단락 및 단선을 측정할 수 있도록 발명되었으며, 특히 단일 RTD 선재만을 사용한 RTD 복합 센서를 발명함으로써 상업화를 위한 양산 체제에 적합한 제작 공정 확립과 센서의 측정 정밀도를 향상시켰다.

도 1은 고정자 권선의 온도, 부분방전 그리고 자속의 동시 측정이 가능한 RTD(Resistance Temperature Detector) 선재와 써치 코일이 직렬로 연결된 형태의 기존 센서 개략도.

도 2는 본 발명에 따른 RTD 선재만을 이용한 온도, 부분 방전 그리고 자속 측정 겸용 센서의 개략도.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 에폭시 박판 20A~20C : RTD 선재

40A,40B : 신호선 50 : 서치코일

100 : 에폭시 박판 200 : RTD 선재

200A,200B : 신호선

Claims (7)

1. 권선형 전력기기에 있는 고정자 권선의 온도, 부분방전 및 자속을 복합 측정하는 온도, 부분방전 및 자속 측정 겸용 센서에 있어서,

   고정자 슬롯의 웨지와 상부 고정자 권선 사이에 삽입되는 에폭시 박판에 저항온도검출((Resistance Temperature Detector) 선재만을 나선형으로 중앙에 배치하고, 그 저항온도검출 선재의 양단에 신호선을 접속하여 상기 선재를 에폭시 몰딩하여 구성하고,

   상기 저항온도검출 선재의 직경과 길이가 저항 값을 100 Ω으로 유지하면서 자속을 측정하기 위해 충분한 자속 폐회로 수(Ampere-Turn)를 형성하도록 된 것을 특징으로 하는 온도, 부분방전 및 자속 측정 겸용 센서.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,

   상기 저항온도검출 선재의 직경은 0.081mm이고, 그 길이는 4~6m인 것을 특징으로 하는 온도, 부분방전 및 자속 측정 겸용 센서.
4. 제 1항 또는 제 3항에 있어서,

   상기 저항온도검출 선재의 표면은 절연 코팅된 것을 특징으로 하는 온도, 부분방전 및 자속 측정 겸용 센서.
5. 삭제
6. 제 1항에 있어서,

   상기 저항온도검출 선재는 백금으로 이루어진 것을 특징으로 하는 온도, 부분방전 및 자속 측정 겸용 센서.
7. 제 6항에 있어서,

   상기 저항온도검출 선재는 0 ℃에서 100 Ω을 유지하고, 온도가 1℃ 상승시마다 0.385 Ω의 저항이 증가하는 것을 특징으로 하는 온도, 부분방전 및 자속 측정 겸용 센서.