KR100724530B1 - 전력케이블의 부분방전 검출장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전력 케이블의 부분방전을 측정하기 위한 임피던스 결합에 의한 부분방전 검출장치에 있어서, 상기 전력 케이블이 부분적으로 방전되는 신호를 검출하여 광대역 증폭을 수행하도록 입력 및 출력 임피던스가 50Ω이고, 증폭도 25dB의 저잡음 광대역 증폭기인 RF425(에질런트, 0.1~1.3GHz)가 적용된 증폭기와; 상기 증폭기에 의해 증폭된 주파수 대역 및 신호의 왜곡을 최소화하도록 높은 입력임피던스와 낮은 임피던스를 동시에 갖는 주파수 대역 70MHz인 LH0033(칼로직 코포레이션 제작 버퍼기)이 적용된 전압버퍼회로기와; 상기 전압버퍼회로기를 통과한 부분방전 신호를 고주파의 부분방전 신호만을 통과시킬 수 있도록 80pF를 갖는 결합콘덴서와, 여기에 왜곡보정과 대역별 균등화 등의 용도로 사용되는 RLC회로의 조합을 통하여 60Hz의 전원주파수 신호에 대한 감쇄비는 150dB로

배 이상 감쇄되고, 175KHz 이상의 주파수만 통과시키도록 이루어진 결합회로망으로 이루어져 부분적으로 방출되는 전력케이블의 절연상태를 파악할 수 있도록 한다.

부분방전, 전력케이블, 버퍼, 증폭, 검출

Description

전력케이블의 부분방전 검출장치{Detector device for partial discharge of cable}

도 1은 본 발명에 따른 전력케이블의 부분방전 검출장치의 개략적인 구성도.

도 2는 본 발명에 적용된 결합회로망의 회로도.

도 3은 본 발명에 적용된 증폭기의 설치회로도.

도 4는 본 발명에 따른 전력케이블의 부분방전 검출장치에 의해서 열화된 케이블의 위치 추적을 보인 개략적인 도면.

*도면의 주요부분에 대한 부호 설명*

10: 증폭기 12: 필터

20: 전압버퍼회로기 30: 결합회로망

본 발명은 전력케이블의 부분방전 검출장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전력케이블의 열화로 인한 고장 징후 및 그 위치를 사전에 감지할 수 있는 전력케이블의 부분방전 검출장치에 관한 것이다.

일반적으로 오늘날 전력사용이 급증하면서 부하가 대용량되는 추세에 따라 전기설비의 규모는 점차 대규모화되고 있다.

그러나, 설비의 사고 및 정전 등은 높은 전기적 의존도를 가진 고도 산업사회에 막대한 경제적 손실 및 장애를 가져다주는 한편, 도시 환경의 미화차원에서 지중 배전선로는 점차 증가하고 특히, 전력 케이블은 주로 공장 또는 대도시의 도로지반하에 분포하고 있어 사고시 복구에 많은 시간이 필요하며 교통 및 산업활동에 막대한 피해를 주고 있다.

따라서, 전력 케이블의 시공불량 및 기타 열악한 환경에 놓여 있게 되면 단시간에도 사고에 이를 수 있어 설비 및 수용가에 원활한 전력공급 및 사고의 예방을 위해 케이블의 열화상태를 정기적으로 진단할 필요가 있다.

본 발명은 위와 같은 필요에 의해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 전력 케이블에 구조적으로 결함이 존재하는 경우 필연적으로 발생하는 절연열화에 의한 부분방전을 측정하여 케이블의 열화를 진단한 후 그 위치를 파악할 수 있는 전력케이블의 부분방전 검출장치를 제공하는데 있다.

하나의 바람직한 실시 양태에 있어서 본 발명에 따른 전력케이블의 부분방전 검출장치는, 전술한 문제를 모두 해소하도록 전력 케이블의 온도,주파수,코일성분, 저항성분등 다른 요소의 영향을 받은 저항을 측정하는 결합회로망과 고감도 저잡음의 증폭회로를 포함하여 부분방전의 상태를 측정한다.

본 발명의 다른 목적은 최초로 검출된 부분방전펄스와 케이블 말단에서 반사된 펄스를 동시에 측정하여 부분방전이 발생하는 위치를 측정할 수 있다.

본 발명의 또 다른 목적 및 효과는 이하의 상세한 설명으로부터 명확하게 되고, 본 발명의 바람직한 실시예를 나타내는 상세한 설명 및 실시예는 본 발명의 범주를 제한하는 것이 아니다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 전력 케이블의 부분방전을 측정하기 위한 임피던스 결합에 의한 부분방전 검출장치에 있어서, 상기 전력 케이블이 부분적으로 방전되는 신호를 검출하여 광대역 증폭을 수행하도록 입력 및 출력 임피던스가 50Ω이고, 증폭도 25dB의 저잡음 광대역 증폭기인 RF425(에질런트, 0.1~1.3GHz)가 적용된 증폭기와; 상기 증폭기에 의해 증폭된 주파수 대역 및 신호의 왜곡을 최소화하도록 높은 입력임피던스와 낮은 임피던스를 동시에 갖는 주파수 대역 70MHz인 LH0033(칼로직 코포레이션 제작 버퍼기)이 적용된 전압버퍼회로기와; 상기 전압버퍼회로기를 통과한 부분방전 신호를 고주파의 부분방전 신호만을 통과시킬 수 있도록 80pF를 갖는 결합콘덴서와, 여기에 왜곡보정과 대역별 균등화 등의 용도로 사용되는 RLC회로의 조합을 통하여 60Hz의 전원주파수 신호에 대한 감쇄비는 150dB로

배 이상 감쇄되고, 175KHz 이상의 주파수만 통과시키도록 이루어진 결합회로망으로 이루어져 부분적으로 방출되는 전력케이블의 절연상태를 파악할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 결합회로망, 전압버퍼회로기, 증폭기는 이중의 차폐구조로 이루어진 구조물에 의해서 밀폐되어 있는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 하나의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다. 먼저, 도면에 걸쳐 기능적으로 동일하거나, 유사한 부분에는 동일한 부호를 부여한다.

도 1은 본 발명에 따른 전력케이블의 부분방전 검출장치의 개략적인 구성도이고, 도 2는 본 발명에 적용된 결합회로망의 회로도이다.

도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명은 전력 케이블의 부분방전을 측정하기 위한 임피던스 결합에 의한 부분방전 검출장치이다.

전력케이블에서 발생하는 부분방전신호는 케이블의 접지선이나, 영상전류를 통해서 검출하는 원리를 이용한다.

특히 부분방전이 발생하면 접지선으로 흐르게 되고, 이는 통상 그 측정 감도가 낮으므로 저잡음, 고이득 증폭기를 적용한다.

본 발명에 적용되는 증폭기(10)는 입력 및 출력 임피던스가 50Ω이고, 증폭도 25dB의 저잡음 광대역 증폭기인 에질런트사에서 제작한 RF425(0.1~1.3GHz)인 광대역 증폭을 수행하는 광대역 증폭기를 적용함이 바람직하며, 도 3에 도시된 바와 같이 저항의 양단으로는 상용주파수 전압을 최대한 억제하고, 부분방전신호만을 검출하도록 고역통과 또는 대역통과 필터(12)를 포함하고 있다.

상기 증폭기(10)를 통과한 신호는 부분방전 신호만을 통과시켜 신호의 왜곡을 방지할 수 있도록 하여야 한다.

이를 위한 것으로서, 전압버퍼회로기(20)이 적용되며, 본 발명에서는 높은 입력임피던스와 낮은 낮은임피던스를 동시에 갖는 주파수 대역 70MHz인 LH0033을 적용한다.
본 발명에 적용된 "LH0033"은 부분 방전된 신호만을 통과시켜 신호의 왜곡을 방지할 수 있는 전압버퍼회로기(20)이며, 이는 패스트버퍼의 완제품이다. 이러한 "LH0033"은 칼로직 코포레이션에서 제작한 패스트모델의 제품번호로서 본 발명에서는 이러한 공지의 "LH0033"을 사용하여 전압버퍼회로기(20)를 이루게 된다.

다시 본 발명에서는 상기 전압버퍼회로기(20)를 통과한 부분방전 신호를 고주파의 부분방전 신호만을 통과시킬 수 있는 결합회로망(30)을 더 포함하고 있다.

본 발명에 적용된 결합회로망(30)은 80pF를 갖는 결합콘덴서(C1)와, 여기에 RLC회로의 조합을 통하여 60Hz의 전원주파수 신호에 대한 감쇄비는 150dB로

배 이상 감쇄되고, 175KHz 이상의 주파수만 통과시키도록 한다.

여기에서 R은 저항이고, L은 인덕터, C는 콘덴서이다.
본 발명에 적용되는 결합 회로망(結合回路網, Coupling Network)은 한 회로에서 다른 회로로 에너지가 결합을 통하여 전달되는 전기 회로망이고, 구체적으로 이러한 결합회로망은 도 2에 도시된 바와 같이, 신호의 왜곡을 최소화하기 위한 전기적 회로망으로서 본 발명에 적용된 결합회로망(30)은 80pF를 갖는 결합콘덴서(C1)와, 여기에 통상의 검출임피던스인 RLC회로를 결합시켜 175KHz 이상의 주파수만 통과시키도록 하기 위한 구성이어서 수십 ~ 수백KHz의 잡음은 필터링하게 된다.
더욱 구체적으로 도시된 RLC회로를 이루는 R1, L1(인덕터), C2, C3(캐패시터)는 각각 저항의 역할을 수행하고, 본원발명에서와 같이 주파수 필터라는 의미로 보면 C2, C3인 캐패시터는 하이밴드패스필터의 역할을 하여 이들의 적절한 조합으로 전술한 175KHz 이상의 일정한 주파수 이상만 통과시키고, L1인 인덕터는 로우밴드패스 필터로 60Hz의 전원주파수 신호를 감쇄비는 150dB로 완전히 차단시켜 신호의 왜곡과 외부 내지 내부의 잡음을 차단시킨다.

다시 상기 구성들은 다중의 차폐구조물(40)에 의해서 밀폐되어 있어야 한다. 부분방전 신호는 대단히 작개 나타나기 때문에 외부 잡은에 대한 영향을 받기 쉽기 때문에 외부 잡음을 최소화 할 수 있도록 금속제로 상기 증폭기(10), 전압버퍼회로기(20), 결합회로망(30)을 밀폐시킨다.

위와 같은 구성으로 이루어진 전력케이블의 부분방전 검출장치를 도 4처럼 설치한 후 부분방전을 측정하여 검출위치를 확인할 수 있다.

먼저, P점에서 발생한 부분방전펄스는 양단의 케이블 단말(A, B)로 전파한다.

본 발명에 따른 검출장치에 의해서 제1펄스가 검출되면, 단말 B에서 반사된 펄스가 진폭이 감쇄하면서 단말 A로 전파되어 제2의 펄스가 검출된다.

즉, 제1펄스는 방전점 P로부터 거리 x를 전파하므로

제2펄스는 방전점 p로부터 단말 B로 진행하고 이점에서 다시 단말 A로 반사되므로

("l"은 측정될 수 있는 A와 B 사이의 전력케이블 거리)

제1펄스와 제2펄스의 시간차는

따라서, 부분방전되는 거리 x는

[m]에 의해서 부분적으로 방출되는 거리를 측정할 수 있고, 그 감도에 의해서 열화가 진행된 케이블을 확인할 수 있다.

즉, 전기 설명으로부터 명확해지듯이, 이 발명은 검출장치에 의해서 부분적으로 방출되는 전력케이블의 절연상태를 파악할 수 있고, 전력케이블의 곳곳에서 이를 측정하여 거리를 계산한 후 절연열화된 위치를 쉽게 파악할 수 있다.

본 발명은 그 정신 또는 주요한 특징으로부터 일탈하는 일없이, 다른 여러 가지 형태로 실시할 수 있다. 그 때문에, 전술한 실시예는 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않으며, 한정적으로 해석해서는 안된다. 본 발명의 범위는 특허청구의 범위에 의해서 나타내는 것으로서, 명세서 본문에 의해서는 아무런 구속도 되지 않는다. 다시, 특허청구범위의 균등 범위에 속하는 변형이나 변경은, 모두 본 발명의 범위 내의 것이다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전력케이블의 부분방전 검출장치에 의하면, 전력 케이블에 구조적으로 결함이 존재하는 경우 필연적으로 발생하는 절연열화에 의한 부분방전을 측정하여 케이블의 열화를 진단한 후 그 위치를 파악할 수 있는 전력케이블의 부분방전 검출장치를 제공하여 전력케이블의 온도, 주파수, 코일성분, 저항성분 등 다른 요소의 영향을 받은 저항을 측정하는 결합회로망과 고감도 저잡음의 증폭회로를 포함하여 부분방전의 상태를 곳곳에서 측정하여 그 열화위치를 측정할 수 있어 열화로 인한 그 폐해를 예방할 수 있다.

Claims (2)

1. 전력 케이블의 부분방전을 측정하기 위한 임피던스 결합에 의한 부분방전 검출장치에 있어서,

   상기 전력 케이블이 부분적으로 방전되는 신호를 검출하여 광대역 증폭을 수행하도록 입력 및 출력 임피던스가 50Ω이고, 증폭도 25dB의 저잡음 광대역 증폭기인 RF425(에질런트, 0.1~1.3GHz)가 적용된 증폭기와;

   상기 증폭기에 의해 증폭된 주파수 대역 및 신호의 왜곡을 최소화하도록 높은 입력임피던스와 낮은 임피던스를 동시에 갖는 주파수 대역 70MHz인 LH0033(칼로직 코포레이션 제작 버퍼기)이 적용된 전압버퍼회로기와;

   상기 전압버퍼회로기를 통과한 부분방전 신호를 고주파의 부분방전 신호만을 통과시킬 수 있도록 80pF를 갖는 결합콘덴서와, 여기에 왜곡보정과 대역별 균등화 등의 용도로 사용되는 RLC회로의 조합을 통하여 60Hz의 전원주파수 신호에 대한 감쇄비는 150dB로

   

   배 이상 감쇄되고, 175KHz 이상의 주파수만 통과시키도록 이루어진 결합회로망으로 이루어져 부분적으로 방출되는 전력케이블의 절연상태를 파악할 수 있도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 전력케이블의 부분방전 검출장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 결합회로망, 전압버퍼회로기, 증폭기는 이중의 차폐구조로 이루어진 구조물에 의해서 밀폐되어 있는 것을 특징으로 하는 전력케이블의 부분방전 검출장치.

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