KR100699220B1 - 지중 케이블 접속함의 부분방전 측정시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 접속함의 금속차폐층이 양측으로 분리된 절연 접속함은 물론, 금속차폐층이 분리되지 않은 보통 접속함에 있어서도 내부의 부분방전을 용이하게 검출해낼 수 있도록 된 지중 케이블 접속함의 부분방전 측정시스템에 관한 것으로, 내부 도체의 둘레에 절연층이 구비되고, 상기 절연층의 둘레부에는 반도전층이 구비되며, 상기 반도전층의 외곽에 금속차폐층이 구비되는 송전 케이블의 접속함에 있어서, 반도전층 둘레에 설치되어 상호 전기적으로 절연되도록 이격 설치된 적어도 한 쌍의 금속전극, 금속전극과 금속차폐층 사이에 피복 또는 코팅되어 전기적으로 절연시키는 절연재, 신호 인출선을 통해 상기 각 금속전극에 접속되어 금속전극을 통해 검출된 부분방전 신호를 전달하는 측정 임피던스와, 측정 임피던스에 연결되어 신호를 증폭하는 증폭기와, 증폭기에 연결되어 상기 부분방전 신호를 외부로 디스플레이하는 분석기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

지중 케이블, 금속전극, 임피던스, 부분방전

Description

지중 케이블 접속함의 부분방전 측정시스템{Partial discharge detection system for underground power cable joint}

도 1은 일반적인 지중 케이블 접속함 부분방전 측정시스템의 구성도.

도 2는 종래의 지중 케이블 접속함의 단면도.

도 3은 종래의 지중 케이블 절연 접속함 부분방전 측정시스템의 등가회로도.

도 4는 종래의 지중 케이블 보통 접속함 부분방전 측정시스템의 등가회로도.

도 5는 본 발명에 따른 지중 케이블 접속함 부분방전 측정시스템의 구성도.

도 6은 본 발명에 따른 지중 케이블 접속함의 단면도.

도 7은 본 발명에 따른 지중 케이블 부분방전 측정시스템의 등가회로도.

도 8a는 종래 측정시스템으로 측정한 결과를 나타낸 그래프선도.

도 8b는 본 발명에 따른 측정시스템으로 측정한 결과를 나타낸 그래프선도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 금속전극 20 : 측정 임피던스

25 : 증폭기 30 : 분석기

40 : 내부 도체 45 : 반도전층

50 : 금속차폐층

본 발명은 지중 케이블 접속함의 부분방전 측정시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 접속함의 금속차폐층이 양측으로 분리된 절연 접속함은 물론, 금속차폐층이 분리되지 않은 보통 접속함에 있어서도 내부의 부분방전을 용이하게 검출해낼 수 있도록 된 지중 케이블 접속함의 부분방전 측정시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 지중 송전 케이블을 연결하는 접속함은 현장 조립 후, 부분방전 검출시험을 거치게 되는데, 이때 검출되는 부분방전은 접속함 내부의 절연체 이상에 의해 발생하는 수십MHz ~수백MHz의 국부적인 방전으로서, 전력케이블과 접속함의 열화를 유발하여 수명이 단축될 뿐만 아니라, 파손의 원인이 되기도 하므로, 정확하게 검출되어야 한다.

이를 위해 종래에는 도 1 과 같은 부분방전 측정시스템이 개발되어 현재까지 사용되고 있다.

도 1 은 일반적인 지중 케이블 접속함 부분방전 측정시스템의 구성도이고, 도 2 는 종래의 지중 케이블 접속함의 단면도이며, 도 3 은 종래의 지중 케이블 절연 접속함 부분방전 측정시스템의 등가회로도이며, 도 4 는 종래의 지중 케이블 보통 접속함 부분방전 측정시스템의 등가회로도이다.

도 1 에 도시된 바와 같이, 일반적인 지중 케이블 부분방전 측정시스템은 접속함의 외표면에 설치되며 접속함 내부에서 발생하는 부분방전 신호를 검출하는 한 쌍의 금속전극(10)과, 이 금속전극(10)과 연결된 측정 임피던스(20), 이 측정 임피던스(20)를 통과한 미세 신호를 증폭하는 증폭기(25), 및 증폭된 신호를 분석하여 디스플레이하는 분석기(30)로 이루어진다.

이러한 지중 케이블 부분방전 측정시스템은 도 2 의 각 금속전극(10)과 외부 금속차폐층(50) 사이에 도 3 에 도시된 바와 같은 수백~수천pF의 커패시턴스를 갖는 C3, C4를 형성하며, 양측으로 분할된 외부 금속차폐층(50)과 내부 도체(40) 사이는 절연체에 의한 C1, C2의 커패시턴스가 형성되었다.

그러므로, 절연체 내부의 한 지점에서 부분방전(S)이 발생한다고 하면 부분방전(S)에 의한 방전전류(I)는 C1.C2 C3,C4가 형성하는 경로를 따라 흐르게 되며, 측정 임피던스(20)와 증폭기(25)를 거쳐 분석기(30)를 통해 외부로 디스플레이되었다.

결과적으로, 종래의 측정시스템을 이용하여 접속함 내부의 부분방전(S)을 검출하려면, 접속함의 외부 금속차폐층(50)이 양측으로 분리된 절연 접속함이어야만 하며, 이 금속차폐층(50)이 양측으로 분리되지 않은 도 4의 보통 접속함은 내부의 부분방전(S)을 전혀 검출해내지 못하는 문제점이 있다. 참고적으로 측정결과가 도 8a에 도시되어 있다.

그런데, 현재의 지중 송전시스템은 절연 접속함과, 보통 접속함이 지중 시스템 설계 기준에 따라 일정 비율로 혼합 설치되므로, 절연 접속함은 물론, 보통 접 속함의 부분방전도 용이하게 검출해낼 수 있는 측정시스템이 절실히 요구되고 있는 상황이다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 접속함의 금속차폐층이 양측으로 분리된 절연 접속함은 물론, 금속차폐층이 양측으로 분리되지 않은 보통 접속함도 내부의 부분방전 현상을 용이하게 검출해낼 수 있도록 된 지중 케이블 접속함의 부분방전 측정시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

전술한 목적을 달성하기 위해 안출된 본 발명의 구성은 다음과 같다. 본 발명의 지중 케이블 접속함의 부분방전 측정시스템은 내부 도체의 둘레에 절연층이 구비되고, 상기 절연층의 둘레부에는 반도전층이 구비되며, 상기 반도전층의 외곽에 금속차폐층이 구비되는 송전 케이블의 접속함에 있어서, 반도전층 둘레에 설치되어 상호 전기적으로 절연되도록 이격 설치된 적어도 한 쌍의 금속전극, 금속전극과 금속차폐층 사이에 피복 또는 코팅되어 전기적으로 절연시키는 절연재, 신호 인출선을 통해 상기 각 금속전극에 접속되어 금속전극을 통해 검출된 부분방전 신호를 전달하는 측정 임피던스와, 측정 임피던스에 연결되어 신호를 증폭하는 증폭기와, 증폭기에 연결되어 상기 부분방전 신호를 외부로 디스플레이하는 분석기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

여기서, 신호인출선은 절연피복선을 이용하여 상기 금속차폐층과 전기적으로 절연되도록 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 금속전극간 거리는 최소 5cm 이상이고, 재질은 알루미늄 또는 구리이며, 두께는 최대 0.5㎜ 이하인 것을 특징으로 한다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

참고로, 본 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니고, 단지 예시로 제시된 것이며 종래 구성과 동일한 부분은 동일한 부호 및 명칭을 사용한다.

도 5는 본 발명에 따른 지중 케이블 접속함 부분방전 측정시스템의 구성이고, 도 6은 본 발명에 따른 지중 케이블 접속함의 단면도이며, 도 7은 본 발명에 따른 지중 케이블 부분방전 측정시스템의 등가회로도이며, 도 8a는 종래 측정시스템으로 측정한 결과를 나타낸 그래프선도이며, 도 8b는 본 발명에 따른 측정시스템으로 측정한 결과를 나타낸 그래프선도이다.

이를 참조하면, 상기 접속함의 부분방전 측정시스템은 금속차폐층(50) 안쪽에 한 쌍의 금속전극(10)이 설치되어 이 한 쌍의 금속전극(10)에 의해 접속함 내부의 부분방전(S)이 검출되며, 검출된 신호는 인출선(15)을 통해 측정 임피던스(20)와 증폭기(25)를 경유하여 분석기(30)로 전달되어 외부로 디스플레이되도록 구성된다.

상기 접속함은 도 5 와 도 6 에 도시된 바와 같이, 내부 도체(40)의 둘레에 구비된 절연층(43)과, 이 절연층(43) 둘레의 반도전층(45)과, 반도전층(45) 둘레의 금속차폐층(50)과, 금속차폐층(50)의 외곽을 둘러싸는 외부 방식층(53)으로 구성된다. 이때, 상기 반도전층(45)과, 금속차폐층(50) 사이에는 접속함 내부의 부분방전 신호를 검출하기 위한 적어도 한 쌍의 금속전극(10)이 원주면을 따라 감겨져 설치된다.

이때, 한 쌍의 금속전극(10)은 두께 0.5mm 이하의 알루미늄이나 구리 등의 도전성 재료로 이루어지고, 전기적으로 절연되도록 최소 5cm 이상의 간격으로 이격 설치되며, 부분방전 신호의 검출이 용이하도록 최대한 넓은 면적으로 설치하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 금속전극(10) 둘레에는 테이프나 절연판(47)을 감싸서 금속차폐층(50)과도 전기적으로 절연되도록 한다.

상기 반도전층(45)은 주로 에틸렌 에틸 아크릴레이트(EEA)에 탄소분말을 혼합하여 만들며, 주파수에 따라 유전체의 성질과 도전체의 성질을 모두 가지게 된다. 즉, 초고압 케이블의 송전주파수인 60Hz에서는 재료의 전기 저항(임피던스)이 0Ω에 가깝기 때문에, 케이블 절연층(43) 표면에서 금속과 같은 정전 차폐역할을 하여 케이블의 절연성능을 향상시키는 한편, 부분방전과 같은 고주파 전류에 대해서는 절연체 역할을 하게 된다. 아울러, 상기한 반도전층(45)은 현재 송전 케이블에 일반적으로 채용되고 있는 것으로 당업자가 용이하게 실시할 수 있으므로 여기서는 그 상세한 설명을 생략한다.

상기 신호 인출선(15)은 금속전극(10)으로부터 접속함 외부로 부분방전신호를 인출하기 위한 도선으로서, 신호 인출시 금속차폐층(50)과 전기적으로 접촉되지 않도록 절연피복선을 사용한다. 상기 측정 임피던스(20)는 인덕터와, 저항, 커패시터를 이용하여 최대의 검출 감도를 가지도록 적절히 설계된다.

이상의 구성에 의한 본 발명의 작용예에 대해 설명하면 다음과 같다.

상기 부분방전 측정시스템은 접속함의 반도전층(45)이 케이블의 송전주파수인 60Hz에 대해서는 전기저항(임피던스)이 0Ω에 가까우나, 전류의 주파수가 증가하면 전도성이 급격히 감쇄되어, 부분방전과 같은 고주파 전류에 대해서는 절연체 역할을 하게 된다.

따라서, 반도전층(45) 둘레에 감겨져서 소정간격 이격 설치된 한 쌍의 금속전극(10)과 케이블의 내부 도체(40) 사이에는 도 7 에 도시된 바와 같은 커패시턴스(C3, C4)가 형성되어, 이를 통해 접속함 내부의 부분방전(S)을 정확히 검출해낼 수 있는 것이다.

결과적으로, 상기 부분방전 측정시스템은 한 쌍의 금속전극(10)이 도 6 에 도시된 바와 같이, 금속차폐층(50) 안쪽에 설치되어 내부의 부분방전신호를 검출해내게 되므로, 그 둘레부에 설치된 금속차폐층(50)이 양측으로 나뉘진 절연 접속함이든 또는, 단일의 금속차폐층(50)으로 된 보통 접속함이든 관계없이, 접속함 내부의 부분방전 신호를 정확히 검출하여 외부로 디스플레이할 수 있는 것이다.

본 발명은 전술한 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시될 수 있다.

이와 같이 구성되는 본 발명에 따르면, 접속함 내부의 부분방전신호를 검출해내는 한 쌍의 금속전극이 금속차폐층 안쪽에 설치되므로, 금속차폐층이 양측으로 나뉘진 절연 접속함이든, 단일의 차폐층으로 된 보통 접속함이든 관계없이 현재 지중 송전시스템의 접속함 내부에서 발생되는 부분방전을 정확히 검출해 낼 수 있다.

Claims (5)

1. 내부 도체의 둘레에 절연층이 구비되고, 상기 절연층의 둘레부에는 반도전층이 구비되며, 상기 반도전층의 외곽에 금속차폐층이 구비되는 송전 케이블의 접속함에 있어서,

   상기 반도전층 둘레에 설치되어 상호 전기적으로 절연되도록 이격 설치된 적어도 한 쌍의 금속전극, 상기 금속전극과 금속차폐층 사이에 피복 또는 코팅되어 전기적으로 절연시키는 절연재, 신호 인출선을 통해 상기 각 금속전극에 접속되어 상기 금속전극을 통해 검출된 부분방전 신호를 전달하는 측정 임피던스와, 상기 측정 임피던스에 연결되어 신호를 증폭하는 증폭기와, 상기 증폭기에 연결되어 상기 부분방전 신호를 외부로 디스플레이하는 분석기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 지중 케이블 접속함의 부분방전 측정시스템.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 신호인출선은 절연피복선을 이용하여 상기 금속차폐층과 전기적으로 절연되도록 구성된 것을 특징으로 하는 지중 케이블 접속함의 부분방전 측정시스템.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 금속전극간 거리는 최소 5cm 이상인 것을 특징으로 하는 지중 케이블 접속함의 부분방전 측정시스템.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 금속전극의 재질은 알루미늄 또는 구리인 것을 특징으로 하는 지중 케이블 접속함의 부분방전 측정시스템.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 금속전극의 두께는 최대 0.5㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 지중 케이블 접속함의 부분방전 측정시스템.

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