KR100581555B1 - 필터가 내장된 운전중 부분방전 측정센서 - Google Patents

필터가 내장된 운전중 부분방전 측정센서 Download PDF

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Abstract

본 발명은 필터가 내장된 운전중 부분방전 측정센서에 관한 것으로, 고압 회전기의 고정자 권선에 흐르는 부분방전을 측정하는 부분방전 측정센서의 후단 출력측의 부분방전 신호선상에 측정 대상 고정자 권선에서 검출되는 부분방전 신호를 타 권선에서 발생된 부분방전 신호의 주파수 대역과 구분되는 적정한 주파수 대역으로 필터링하여 출력하는 필터(Filter)를 설치하고, 상기 부분방전 측정센서의 동축케이블 차폐선이 동축케이블이 연결되는 지점에서 고정자 철심에 접지되도록 구성함으로써 측정 대상 권선에서 발생하는 부분방전만을 선택하여 측정가능하고, 외부잡음 및 타 권선에서 발생되는 부분방전의 공중파 신호를 적절하게 차폐할 수 있으며, 부분방전 신호의 감쇄비율을 개선할 수 있어 부분방전 측정의 신뢰성을 향상시킬 수 있게 한 것이다.
회전기, 부분방전, 센서, 수동필터

Description

필터가 내장된 운전중 부분방전 측정센서 {Partial Discharge Sensor Embedded with Filter}
도 1a 는 종래의 비접촉식 부분방전 측정센서의 설치상태도
도 1b 는 종래의 접촉식 부분방전 측정센서의 설치상태도
도 2 는 본 발명에 따른 필터가 내장된 운전중 부분방전 측정센서의 일실시예의 구성도
도 3 은 도 2 에서 도시한 부분방전 측정센서의 설치상태도
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 고정자 철심 11 : 고정자 슬롯
20a, 20b : 권선 30 : 웨지
40a, 40b, 40c : 부분방전 측정센서 41c : 절연박판
42c : 부분방전 신호선 43c : 차폐막
44c : 동축케이블 차폐선 45c : 필터
50 : 동축케이블
본 발명은 발전기나 전동기와 같은 고압 회전기의 비파괴 검사 장치에 관련되며, 특히 고압 회전기의 부분방전 상태를 측정하여 절연 성능을 검증하는 부분방전 측정센서에 관한 것이다.
고압 회전기의 경우 고정자와 회전자 제조시에 함침 절연 공정을 통해 바니쉬 용액 등의 절연재에 코일을 함침시켜 절연처리한다. 생산된 고압 회전기는 출고전에 절연처리된 코일의 절연 성능의 시험이 요구된다. 절연 성능의 시험은 고전압에 의한 절연파괴 시험보다는 비파괴 시험인 부분 방전을 측정하는 방식이 선호되고 있다.
도 1a 는 종래의 비접촉식 부분방전 측정센서의 설치상태도이다.
도면에 도시한 바와같이, 종래의 비접촉식 부분방전 측정센서(40a)는 고정자 철심(10)에 형성한 고정자 슬롯(11)에 삽입되어 설치되는 상, 하부 권선(20a,20b)과 회전자(도면 도시 생략) 사이의 공극 하부에 위치하는 웨지(30) 하부 즉, 상, 하부 권선(20a,20b)과 웨지(30) 사이에 박판형태로 설치된다. 이 부분방전 측정센서(40a)는 도면에는 도시하지 않았으나 동축케이블을 통해 부분방전 측정장치와 연결되어, 운전중인 전압 스트레스에 의한 권선(20a,20b)의 열화에 따라 권선의 절연층에 미소공극, 균열, 박리 등의 결함이 생기게 되어 발생하는 부분방전에 의한 펄스전류를 측정함으로써 고압 회전기의 고정자 권선에서 발생되는 부분방전을 측정하였다.
도 1b 는 종래의 접촉식 부분방전 측정센서의 설치상태도이다.
도면에 도시한 바와같이, 종래의 접촉식 부분방전 측정센서(40b)는 고정자 철심(10)에 형성한 고정자 슬롯(11)에 삽입되어 설치되는 상, 하부 권선(20a,20b)과 회전자(도면 도시 생략) 사이의 공극 하부에 위치하는 웨지(30) 상부에 박막 형태로 설치된다. 이 부분방전 측정센서(40b)는 도면에는 도시하지 않았으나 동축케이블을 통해 부분방전 측정장치와 연결되어, 운전중인 전압 스트레스에 의한 권선(20a,20b)의 열화에 따라 권선의 절연층에 미소공극, 균열, 박리 등의 결함이 생기게 되어 발생하는 부분방전에 의한 펄스전류를 측정함으로써 고압 회전기의 고정자 권선에서 발생되는 부분방전을 측정하였다.
그러나, 상기한 종래의 부분방전 측정센서를 이용하여 회전기의 권선에서 발생하는 부분방전 측정시 고정자 슬롯에 설치된 센서가 자신이 설치된 슬롯의 고정자 권선 뿐만 아니라 다른 슬롯에 위치한 고정자 권선에서 발생된 부분방전 신호까지 공중파를 통해 센서링하기 때문에 해당 권선에서 발생하는 부분방전만을 정확하게 측정하기 어려운 문제점이 있었다.
이러한 단점을 해결하기 위해 종래의 경우 부분방전 측정센서와 동축케이블을 통해 연결되는 부분방전 측정장치에서 외부잡음에 대한 처리가 수행되어 왔으나, 각 권선에서 발생된 부분방전 신호끼리의 구별이 용이하지 않아 외부잡음에 대한 선택기능이 완벽하게 실행되지 못하고 있는 실정이었다.
따라서, 본 발명자는 측정 대상 고정자 권선에서 검출되는 부분방전 신호를 타 권선에서 발생된 부분방전 신호의 주파수 대역과 구분되는 적정한 주파수 대역으로 필터링하여 출력하고, 외부잡음 및 타 권선에서 발생되는 부분방전의 공중파 신호를 적절하게 차폐할 수 있어 측정 대상 권선에서 발생하는 부분방전만을 선택 하여 측정가능하고, 외부잡음에 대한 선택성을 향상시킬 수 있고, 부분방전 신호의 감쇄비율을 개선할 수 있는 고압 회전기용 부분방전 측정센서에 대한 연구를 하게 되었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 측정 대상 고정자 권선에서 검출되는 부분방전 신호를 타 권선에서 발생된 부분방전 신호의 주파수 대역과 구분되는 적정한 주파수 대역으로 필터링함으로써 측정 대상 권선에서 발생하는 부분방전만을 선택하여 측정할 수 있어 부분방전 측정의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 필터가 내장된 운전중 부분방전 측정센서를 제공함을 그 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 신호인입단의 동축케이블 차폐선을 접지시켜 외부잡음 및 타 권선에서 발생되는 부분방전의 공중파 신호를 적절하게 차폐할 수 있는 필터가 내장된 운전중 부분방전 측정센서를 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양상에 따르면, 본 발명에 따른 필터가 내장된 운전중 부분방전 측정센서는 절연박판과, 상기 절연박판의 일측면 중앙부위를 따라 설치되되 동축케이블의 리드선과 접속되어 해당 고압 회전기의 권선에서 발생하는 부분방전 신호를 출력하는 부분방전 신호선과, 상기 부분방전 신호선과 전기적으로 절연되되 상기 부분방전 신호선의 양측으로 설치되어 센싱감도에 영향을 주는 외부의 전자기파를 차단하는 차폐막을 포함하는 접촉식 부분방전 측정센서에 있어서, 상기 부분방전 신호선에 유도되는 부분방전 검출신호의 주파수 대역을 조정하는 필터(Filter)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 본 발명에 따른 필터가 내장된 운전중 부분방전 측정센서는 상기 필터가 측정 대상 고정자 권선에서 검출되는 부분방전 신호를 타 권선에서 발생된 부분방전 신호의 주파수 대역과 구분되는 주파수 대역으로 필터링하여 출력하는 수동 대역필터(Passive Band Pass Filter)인 것을 특징으로 한다.
따라서, 위와 같은 양상에 따라 필터를 통해 측정 대상 고정자 권선에서 검출되는 부분방전 신호를 타 권선에서 발생된 부분방전 신호의 주파수 대역과 구분되는 적정한 주파수 대역으로 필터링함으로써 측정 대상 권선에서 발생하는 부분방전만을 선택하여 측정할 수 있는 장점을 가진다.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 본 발명에 따른 필터가 내장된 운전중 부분방전 측정센서는 상기 부분방전 측정센서의 차폐막과 연결되는 동축케이블 차폐선을 고정자 철심에 접지시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 본 발명에 따른 필터가 내장된 운전중 부분방전 측정센서는 상기 동축케이블 차폐선 접지시 고정자 철심의 소정 부위의 절연층을 제거하고, 이 절연층이 제거된 부위에 상기 동축케이블 차폐선을 용접하여 접지하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 위와같은 양상에 따라 부분방전 측정센서의 신호인입단의 동축케이블 차폐선을 접지시켜 외부잡음 및 타 권선에서 발생되는 부분방전의 공중파 신호를 적절하게 차폐할 수 있는 장점을 가진다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 기술되는 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명한다.
도 2 는 본 발명에 따른 필터가 내장된 운전중 부분방전 측정센서의 일실시예의 구성도이다.
도면에 도시한 바와같이, 이 실시예에 따른 필터가 내장된 운전중 부분방전 측정센서(40c)는 절연박판(41c)과, 부분방전 신호선(42c)과, 차폐막(43c)과, 동축케이블 차폐선(44c)과, 필터(45c)를 포함한다.
상기 절연박판(41c)은 고압 회전기의 고정자 권선(20a,20b)과 회전자(도면 도시 생략) 사이의 공극에 위치하는 웨지(30) 상부에 설치된다.
상기 부분방전 신호선(42c)은 상기 절연박판(41c)의 일측면 중앙부위를 따라 설치되되, 동축케이블(50)의 리드선과 접속되어 해당 고압 회전기의 고정자 권선(20a,20b)에서 발생하는 부분방전 신호를 부분방전 측정장치(도면 도시 생략)로 출력한다. 이 부분방전 신호선(42c)은 도면상에서는 간단하게 직선으로 표시하였으나, 상기 에폭시 등의 절연성 재질로 된 절연박판(41c)에 0.1mm 정도 직경을 가진 코일형태로 배치된 것으로, 부분방전 측정시 동축케이블(50)의 리드선과 연결되어 권선에서 발생한 부분방전에 의해 유도되는 전류를 부분방전 측정장치(도면 도시 생략)로 출력한다.
상기 차폐막(43c)은 상기 부분방전 신호선(42c)과 전기적으로 절연되되, 상기 부분방전 신호선(42c)의 양측으로 설치되어 센싱감도에 영향을 주는 외부의 전자기파를 차단한다.
상기 동축케이블 차폐선(44c)은 상기 부분방전 신호선(42c)과 전기적으로 절연되고 상기 차폐막(43c)과 전기적으로 연결되되, 동축케이블(50)의 접지용 리드선 등의 외부와 접지되어 상기 부분방전 신호선(42c)에 유도되는 전압을 접지 전위 근방으로 떨어뜨린다.
상기 필터(45c)는 상기 부분방전 신호선(40c)에 유도되는 부분방전 검출신호의 주파수 대역을 조정한다.
본 발명에서는 상기 필터(45c)로 수동필터를 채용할 수 도 있다. 상기 수동필터는 상기 부분방전 측정센서(40c)의 부분방전 신호선(42c)상에 설치되어 측정 대상 고정자 권선(20a,20b)에서 검출되는 부분방전 신호를 타 권선에서 발생된 부분방전 신호의 주파수 대역과 구분되는 적정한 주파수 대역으로 필터링하여 출력한다.
즉, 고정자 철심(10)에 형성한 고정자 슬롯(11)에 삽입되어 설치되는 상, 하부 권선(20a,20b)과 회전자(도면 도시 생략) 사이의 공극 하부에 위치하는 웨지(30) 상부에 이 실시예에 따른 부분방전 측정센서(40c)가 박막 형태로 도 3 에 도시한 바와 같이 설치되는데, 상기 웨지(30)에 절연박판(41c)의 하부가 접착되고, 상기 절연박판(41c)의 상부면의 중앙부위를 따라 상기 부분방전 신호선(42c)이 형성되고, 이 부분방전 신호선(42c) 양측으로 평행하게 차폐막(43c)이 상기 부분방전 신호선(42c)과 전기적으로 절연되게 형성된다. 상기 차폐막(43c)과 전기적으로 연결되도록 동축케이블 차폐선(44c)이 형성된다.
상기 동축케이블 차폐선(44c)은 동축케이블(50)의 접지용 리드선과 접속되어 접지되고, 상기 부분방전 신호선(42c)은 동축케이블(50)의 리드선과 접속되어 해당 고압 회전기의 권선(20a,20b)에서 발생하는 부분방전 신호를 부분방전 측정장치(도면 도시 생략)로 출력함으로써 전압 스트레스의 증가에 의한 권선의 열화에 따라 권선의 절연층에 미소공극, 균열, 박리 등의 결함이 생기게 되어 발생하는 부분방전을 측정하게 된다.
이 때, 이 실시예에 따른 부분방전 측정센서(40c)는 상기 부분방전 측정센서(40c)의 후단 출력측의 부분방전 신호선(42c)상 즉, 부분방전 신호선(42c)이 동축케이블(50)의 리드선과 접속되는 측에 상기 필터(45c)를 설치하여 측정 대상 고정자 권선(20a,20b)에서 검출되는 부분방전 신호를 타 권선에서 발생된 부분방전 신호의 주파수 대역과 구분되는 적정한 주파수 대역으로 필터링하여 부분방전 측정장치(도면 도시 생략)로 출력함으로써 부분방전을 측정하게 되는데, 상기 필터(45c)로 소정 주파수대만의 통과역을 갖는 예컨데, 1 ∼ 2MHz 대역의 비교적 낮은 주파수 대역의 신호를 통과시키는 수동 대역필터(Passive Band Pass Filter)를 채용함으로써 측정 대상 권선에서 발생하는 부분방전만을 선택하여 측정할 수 있게 되어 부분방전 측정의 신뢰성을 향상시킬 수 있게 된다.
위와같이 수동필터를 통해 측정 대상 고정자 권선에서 검출되는 부분방전 신호를 타 권선에서 발생된 부분방전 신호의 주파수 대역과 구분되는 적정한 주파수 대역으로 필터링하여 측정 대상 권선에서 발생하는 부분방전만을 선택하여 측정할 수 있도록 저가형으로 구현할 수 도 있으나, 이와는 달리 능동필터를 채택하여 센서를 구성하는 것 역시 기술적으로 불가능한 것은 아니므로 본 발명은 수동소자와 능동소자를 포함하는 필터링 과정을 포괄하도록 해석되어야 함은 당연하다.
한편, 본 발명에 따른 부분방전 측정센서(40c)는 외부잡음 및 타 권선에서 발생되는 부분방전의 공중파 신호를 적절하게 차폐하기 위해 상기 부분방전 측정센서(40c)의 차폐막(43c)와 전기적으로 연결되는 동축케이블 차폐선(44c)을 고정자 철심(10)에 접지시켜 상기 부분방전 신호선(42c)으로의 외부잡음 및 타 권선에서 발생되는 부분방전의 공중파 신호 유입을 최소화 하였다.
이때, 상기 고정자 철심(10)은 제작과정에서 함침 절연 처리되므로, 상기 동축케이블 차폐선(44c) 접지시 고정자 철심(10)의 소정 부위의 절연층을 제거하고, 이 절연층이 제거된 부위에 상기 동축케이블 차폐선(44c)을 용접하여 접지하여야 한다.
이렇게함으로써 접지된 동축케이블 차폐선을 따라 외부잡음 및 타 권선에서 발생되는 부분방전의 공중파 신호가 그라운드로 흐르게 되어 측정 대상 고정자 권선 이외의 외부잡음 및 타 권선에서 발생되는 부분방전의 공중파 신호를 적절하게 차폐할 수 있게 된다.
따라서, 위와 같이함으로써 상기에서 제시한 본 발명에 따른 필터가 내장된 운전중 부분방전 측정센서의 목적을 달성하게 된다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 필터가 내장된 운전중 부분방전 측정센서는 측정 대상 고정자 권선에서 검출되는 부분방전 신호를 타 권선에서 발생된 부분방전 신호의 주파수 대역과 구분되는 적정한 주파수 대역으로 필터링하여 출력하고, 외부잡음 및 타 권선에서 발생되는 부분방전의 공중파 신호를 적절하게 차폐할 수 있어 측정 대상 권선에서 발생하는 부분방전만을 선택하여 측정가능하고, 외부잡음에 대한 선택성을 향상시킬 수 있고, 부분방전 신호의 감쇄비율을 개선할 수 있는 유용한 효과를 가진다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 기술되는 바람직한 실시예를 중심으로 설명되었으나, 이에 한정되는 것은 아니며 당업자라면 이로부터 다양한 변형예를 도출할 수 있음이 명백하다. 따라서 본 발명은 이 같은 변형예들을 포괄하도록 의도된 특허청구범위에 의해 해석되어져야 한다.

Claims (4)

  1. 고압 회전기의 고정자 권선과 회전자 사이의 공극에 위치하는 웨지 상부에 설치되는 절연박판과, 상기 절연박판의 일측면 중앙부위를 따라 설치되되 동축케이블의 리드선과 접속되어 해당 고압 회전기의 권선에서 발생하는 부분방전 신호를 출력하는 부분방전 신호선과, 상기 부분방전 신호선과 전기적으로 절연되되 상기 부분방전 신호선의 양측으로 설치되어 센싱감도에 영향을 주는 외부의 전자기파를 차단하는 차폐막을 포함하는 접촉식 부분방전 측정센서에 있어서,
    상기 부분방전 신호선상에 설치되어, 부분방전 신호선에 유도되는 부분방전 검출신호의 주파수 대역을 조정하는 필터(Filter)를 포함하는 것을 특징으로 하는 필터가 내장된 운전중 부분방전 측정센서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 필터가 측정 대상 고정자 권선에서 검출되는 부분방전 신호를 타 권선에서 발생된 부분방전 신호의 주파수 대역과 구분되는 주파수 대역으로 필터링하여 출력하는 수동 대역필터(Passive Band Pass Filter)인 것을 특징으로 하는 필터가 내장된 운전중 부분방전 측정센서.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 부분방전 측정센서의 차폐막과 연결되는 동축케이블 차폐선을 고정자 철심에 접지시키는 것을 특징으로 하는 필터가 내장된 운전중 부분 방전 측정 센서.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 동축케이블 차폐선 접지시 고정자 철심의 소정 부위의 절연층을 제거하고, 이 절연층이 제거된 부위에 상기 동축케이블 차폐선을 용접하여 접지하는 것을 특징으로 하는 필터가 내장된 운전중 부분 방전 측정 센서.
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