KR100736866B1 - 부분방전 신호 검출 및 측정 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고압 대용량 회전기(발전기, 전동기 등)의 고정자 권선에서 발생되는 부분방전 신호를 감지하고 측정하는 장치에 관한 것으로, 특히 RPC센서를 고정자 권선의 고압부에 접촉되지 않게 설치하고, 부분방전 신호 측정기에서 3상의 신호를 동시에 측정함으로써, 외부잡음 신호를 용이하게 제거한 후 부분방전 신호를 측정할 수 있는 부분방전 신호 검출 및 측정 장치에 관한 것이다.
본 발명의 부분방전 신호 검출 및 측정 장치를 이루는 구성수단은, 고정자 권선에서 발생되는 부분방전 신호 검출 및 측정 장치에 있어서, 고정자 권선의 고압부에 직접 연결되지 않는 비접촉식으로 설치되어 고정자 권선에서 발생되는 부분방전 신호를 검출하는 RPC(Reactive Plate Coupler)센서와, 상기 RPC(Reactive Plate Coupler)센서와 신호선으로 연결되어 검출된 부분방전 신호를 외부잡음 신호와 구분될 수 있는 주파수 대역 범위 내에서 통과시켜 측정하고, 외부잡음 신호를 제거하는 부분방전 신호 측정기를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
회전기, 고정자, 부분방전

Description

부분방전 신호 검출 및 측정 장치{apparatus of detecting and measuring partial discharge}
도 1은 본 발명에 적용되는 부분방전 신호 검출 및 측정 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 적용되는 RPC센서의 상세도이다.
도 3은 본 발명에 적용되는 RPC센서의 설치도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 외부잡음 제거를 설명하기 위한 3상의 파형도이다.
도 5는 본 발명에 적용되는 RPC센서의 실물 사진 예시도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10 : RPC센서 11 : 신호 도전체
12, 13 : 외부 절연판 20 : 동축 케이블
30 : 부분방전 신호 측정기
본 발명은 고압 대용량 회전기(발전기, 전동기 등)의 고정자 권선에서 발생되는 부분방전 신호를 감지하고 측정하는 장치에 관한 것으로, 특히 RPC센서를 고정자 권선의 고압부에 접촉되지 않게 설치하고, 부분방전 신호 측정기에서 3상의 신호를 동시에 측정함으로써, 외부잡음 신호를 용이하게 제거한 후 부분방전 신호를 측정할 수 있는 부분방전 신호 검출 및 측정 장치에 관한 것이다.
종래에는 부분방전 신호 측정을 위해서 부분방전 신호 측정 장치를 고정자 권선의 고전압 도전체와 직접 연결시켜 설치작업이 번거로울 뿐만 아니라, 고가인 결합 커패시터(Capacitor)를 주로 사용하였다.
이러한 커패시턴스 성분을 가지는 검출장치는 부분방전의 측정 주파수 대역이 한정되어 있어 외부로부터 유입되는 잡음의 제거가 용이하지 못하다.
또한 종래에는 도전판이 부분방전 검출장치의 전체에 걸쳐 있기 때문에 100MHz 이상의 높은 주파수의 부분방전 펄스를 검출하게 되고, 1가닥의 신호 도전체로 양쪽 단부에 동축케이블을 연결하는 구조이므로 파손의 위험이 높고, 고정자 슬롯 내에 취부가 용이하지 않다.
또한, 고주파수의 부분방전 신호의 유입 방향에 따라 외부잡음을 구별함으로서 저주파 대역의 부분방전 신호의 검출이 불가능하고 3상에서 동시에 발생하는 잡음신호를 부분방전으로 잘못 인식할 우려가 있고, 부분방전이 발생한 권선의 위치를 탐지할 수 없는 문제점이 있다.
또한, 종래에는 1개 상씩 순차적으로 특정 주파수 대역의 부분방전을 측정함으로서 외부잡음 제거와 부분방전의 발생 위치탐지가 불가능하다는 단점을 가지고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, RPC센서를 고전압과 직접 연결되지 않는 비접촉식으로 설치하여 고정자 권선에서의 부분방전을 측정할 수 있는 부분방전 신호 검출 및 측정 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 인덕턴스 성분을 갖는 RPC센서와 이와 연결되는 부분방전 신호 측정기를 이용하여 측정 가능한 부분방전 신호의 주파수를 외부잡음 신호와 구분될 수 있는 100 KHz - 30 MHz 범위의 주파수 대역까지 낮출 수 있어, RPC센서의 위치에서 보다 원거리에 위치한 고정자 권선의 열화상태를 측정할 수 부분방전 신호 검출 및 측정 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 부분방전 신호의 주파수가 대역 별로 부분방전 신호의 전파경로가 다른 것을 이용하여 부분방전이 발생한 위치를 판별할 수 있는 여러 주파수 대역의 부분방전 신호를 측정함으로써, 다양한 고정자 권선의 열화 상태와 부분방전이 발생한 고정자 권선의 위치를 판별할 수 있는 부분방전 신호 검출 및 측정 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 3개 상을 동시에 측정하여 용이하게 외부 잡음 신호를 제거할 수 있는 부분방전 신호 검출 및 측정 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위하여 제안된 본 발명인 부분방전 신호 검출 및 측정 장치를 이루는 구성수단은, 고정자 권선에서 발생되는 부분방전 신호 검출 및 측정 장치에 있어서, 고정자 권선의 고압부에 직접 연결되지 않는 비접촉식으로 설치되어 고정자 권선에서 발생되는 부분방전 신호를 검출하는 RPC(Reactive Plate Coupler)센서와, 상기 RPC(Reactive Plate Coupler)센서와 신호선으로 연결되어 검출된 부분방전 신호를 외부잡음 신호와 구분될 수 있는 주파수 대역 범위 내에서 통과시켜 측정하고, 외부잡음 신호를 제거하는 부분방전 신호 측정기를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 RPC센서는 얇은 판형으로 구성되어 상기 고정자 권선과 웨지 사이에 삽입되어 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 RPC센서는 내부 절연판에 코일이 감긴 신호 도전체와, 상기 신호 도전체의 상하부면에 접착되는 외부절연판으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 신호 도전체의 일단이 동축 케이블인 신호선을 통하여 상기 부분 방전 신호 측정기에 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 부분방전 신호 측정기가 측정하는 부분방전 신호 주파수는 100㎑ ~ 30㎒ 사이인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 부분방전 신호 측정기는 상기 부분방전 신호를 통과시키기 위하여 서로 다른 주파수 대역을 통과시키는 세개의 능동 대역통과 필터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 부분방전 신호 측정기는 상기 고정자 권선의 세개의 상을 동시에 측정하는 것을 특징으로 하고, 상기 부분방전 신호 측정기는 상기 세개의 상을 동시에 측정하여, 세개의 상의 동일한 위상에서 발생한 신호는 외부잡음 신호로 간주하여 제거시키는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 상기와 같은 구성수단으로 이루어져 있는 본 발명인 부분방전 신호 검출 및 측정 장치에 관한 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 부분방전 신호 검출 및 측정 장치의 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 부분방전 신호 검출 및 측정 장치는 부분방전 신호를 검출하는 RPC(Reactive Plate Coupler)센서(10)와 상기 RPC(Reactive Plate Coupler)센서(10)와 신호선(20)으로 연결되어 상기 RPC(Reactive Plate Coupler)센서로부터 검출된 부분방전 신호로부터 외부잡음 신호를 제거하고, 외부잡음 신호가 제거된 부분방전 신호를 측정하는 부분방전 신호 측정기(30)를 포함하여 이루어져 있다.
상기 RPC(Reactive Plate Coupler)센서(10)는 회전기의 고정자 권선 고전압부에 직접 연결되지 않고 비접촉식으로 설치된다. 비접촉식으로 설치된 상기 RPC(Reactive Plate Coupler)센서(10)는 상기 고정자 권선에서 발생되는 부분방전 신호를 검출하게 된다.
상기와 같은 RPC(Reactive Plate Coupler)센서(10)는 상기 고정자 권선과 비 접촉된 상태로 설치되기 위하여, 고정자 슬롯내 소정 위치에 설치된다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 고정자 슬롯(3) 내부에 위치하는 상부 고정자 권선(1)과 하부 고정자 권선(2)에 접촉하지 않고, 고정자 권선(1, 2)과 웨지(4) 사이에 삽입되어 설치된다.
이 때, 상기 고정자 권선(1, 2)과 웨지(4) 사이에 삽입된 상태로 설치되기 위하여 상기 RPC(Reactive Plate Coupler)센서(10)는 얇은 판형으로 구성되는 것이 바람직하다. 상기와 같은 RPC(Reactive Plate Coupler)센서(10)의 실물은 도 5에 도시된 사진에 나타난 바와 같다.
구체적으로, 상기 RPC(Reactive Plate Coupler)센서(10)는 도 2에 도시된 바와 같이, 내부 절연판(미도시)에 코일이 감겨 형성되는 신호 도전체(11)와, 상기 신호 도전체(11)의 상하부면에 접착되는 외부절연판(12, 13)으로 구성된다. 상기 신호 도전체(11)와 상기 외부절연판(12, 13) 사이에는 에폭시 처리된다. 상기와 같이 구성된 RPC(Reactive Plate Coupler)센서(10)는 일정한 저항과 인덕턴스 성분을 가지게 된다.
상기 RPC(Reactive Plate Coupler)센서(10)의 신호 도전체(11) 일단은 감지된 부분방전 신호를 전달하기 위한 연결선(15)이 연결되고, 이 연결선(15)은 신호선인 동축케이블(20)을 통하여 상기 부분방전 신호 측정기(30)에 연결된다. 상기 RPC(Reactive Plate Coupler)센서(10)는 고정자 권선의 세개의 상(3상)으로부터 발생되는 부분방전 신호를 검출한다.
상기 RPC(Reactive Plate Coupler)센서(10)와 신호선인 동축케이블을 통해 연결되는 부분방전 신호 측정기(30)는 검출된 부분방전 신호를 전달 받는다. 이 때, 상기 부분방전 신호 측정기(30)에 전달되는 신호는 상기 검출된 부분방전 신호 이외에 불필요한 외부잡음 신호도 함께 전달된다.
따라서, 상기 부분방전 신호 측정기(30)는 전달되는 신호 중에, 불필요한 외부잡음 신호를 제거하는 동시에, 부분방전 신호만을 대역 통과시키고, 통과된 상기 부분방전 신호를 측정한다.
상기 부분방전 신호만을 통과시키는 동작은 대역 통과 필터를 통해 이루어질 수 있고, 상기 대역 통과 필터는 외부잡음 신호와 구분될 수 있는 주파수 대역 범위 내에서 상기 검출된 부분방전 신호를 통과시킨다.
상기 외부잡음 신호와 구분될 수 있는 주파수 대역 범위는 상기 부분방전 신호 측정기(30)가 측정하는 부분방전 신호의 주파수이다. 본 발명에서는 상기 부분방전 신호 측정기가 측정하는 부분방전 신호의 주파수는 100㎑ ~ 30㎒ 사이로 한다.
상기 부분방전 신호 측정기(30)는 상기 부분방전 신호만을 통과시키기 위하여 서로 다른 주파수 대역을 통과시키는 세개의 능동 대역통과 필터(BPF1 ~ BPF3)를 포함하고 있다. 구체적으로, 100㎑ ~ 1㎒ 사이의 주파수 대역만 통과시키는 첫번째 대역통과필터(BPF1)와, 1㎒ ~ 10㎒ 사이의 주파수 대역만 통과시키는 두번째 대역통과필터(BPF2) 및 10㎒ ~ 30㎒ 사이의 주파수 대역만 통과시키는 세번째 대역통과필터(BPF3)를 포함한다.
상기 부분방전 신호 측정기(30)는 상기 각 고정자 권선에서 발생하는 부분방 전 신호를 검출하는 RPC센서(10)로부터 부분방전 신호를 전달받는다. 따라서, 상기 부분방전 신호 측정기(30)는 상기 고정자 권선의 세개의 상을 측정하고, 이 세개의 상을 동시에 측정한다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 세개의 RPC센서(10)가 각각의 상에서 발생하는 부분방전 신호를 검출하여 상기 부분방전 신호 측정기(30)에 전달하면, 상기 부분방전 신호 측정기(30)는 상기 세개의 상에서 전달되는 신호(부분방전 신호 및 외부잡음 신호)들을 동시에 측정하게 된다.
상기 부분방전 신호 측정기(30)는 전달되는 신호를 측정하여, 불필요한 외부잡음 신호를 제거해야 하는데, 본 발명에서는 상기 세개의 상을 동시에 측정하여 세개의 상의 동일한 위상에서 발생한 신호는 외부잡음 신호로 간주하여 제거시킨다.
즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 세개의 상에서 발생한 부분방전 신호를 동시에 측정하여, 세개의 상에서 동시에 발생하는 신호(시간 a, d, f 및 i에서 발생한 신호)는 외부잡음으로 간주하여 제거시키고, 동시에 발생하지 않고 다른 시점에서 발생하는 신호(시간 b, c, e, g 및 h에 발생하는 신호)는 부분방전 신호로 간주하여 통과시킨다.
상기에서 설명한 본 발명을 따르면, 도전판이 없이 내부 절연판에 코일을 여러번 감고 절연 및 강도유지를 위하여 상하를 또 다른 절연판으로 붙여 일정한 저항과 인덕턴스 성분을 가지도록 하고, 신호선을 한쪽 방향으로 인출하기 때문에 취부가 용이하게 된다.
인덕턴스 성분을 갖는 RPC센서와 이와 연결되는 부분방전 측정기에 의하여 측정 가능한 부분방전 신호의 주파수를 잡음신호와 구분될 수 있는 100KHz ~ 30 MHz 범위의 주파수 대역까지 낮추어 보다 원거리에 위치한 고정자 권선의 열화상태를 측정할 수 있게 된다.
부분방전 신호의 주파수가 대역별로 부분방전 신호의 전파경로는 다르다. 따라서, 부분방전 신호를 주파수 대역 별로 측정하게 되면, 부분방전이 발생한 위치를 판별할 수 있게 된다.
본 발명에서는 여러 주파수 대역의 부분방전 신호를 측정하므로 단일 주파수의 부분방전 신호를 측정하는 것보다 다양한 고정자 권선의 열화 상태와 부분방전이 발생한 고정자 권선의 위치를 판별할 수 있다.
서로 다른 주파수 대역을 통과시키는 3가지 대역의 필터를 동시에 적용하여 부분방전 신호의 주파수와 크기를 상(phase)별로 비교하여 잡음을 제거하고, 3개 상에서 발생하는 부분방전 신호를 동시에 측정하여 외부잡음 제거를 엄격히 할 수 있다.
상기와 같은 구성 및 바람직한 실시예를 가지는 본 발명인 부분방전 신호 검출 및 측정 장치에 의하면, RPC센서와 부분방전 신호 측정기를 사용하여 외부잡음이 제거된 부분방전 신호의 측정과 부분방전 발생 위치가 판별될 수 있기 때문에, 회전기 고정자 권선의 운전, 진단 그리고 보수 분야에서 작업의 정확성, 효율성 그리고 경제적인 파급효과를 가져올 수 있는 장점이 있다.

Claims (8)

  1. 고정자 권선에서 발생되는 부분방전 신호 검출 및 측정 장치에 있어서,
    고정자 권선의 고압부에 직접 연결되지 않는 비접촉식으로 설치되어 고정자 권선에서 발생되는 부분방전 신호를 검출하는 RPC(Reactive Plate Coupler)센서와;
    상기 RPC(Reactive Plate Coupler)센서와 신호선으로 연결되어 검출된 부분방전 신호를 외부잡음 신호와 구분될 수 있는 주파수 대역 범위 내에서 통과시켜 측정하고, 외부잡음 신호를 제거하는 부분방전 신호 측정기를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 부분방전 신호 검출 및 측정 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 RPC센서는 얇은 판형으로 구성되어 상기 고정자 권선과 웨지 사이에 삽입되어 설치되는 것을 특징으로 하는 부분방전 신호 검출 및 측정 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 RPC센서는 내부 절연판에 코일이 감긴 신호 도전체와, 상기 신호 도전체의 상하부면에 접착되는 외부절연판으로 구성되는 것을 특징으로 하는 부분방전 신호 검출 및 측정 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 신호 도전체의 일단이 동축 케이블인 신호선을 통하여 상기 부분 방전 신호 측정기에 연결되는 것을 특징으로 하는 부분방전 신호 검출 및 측정 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 부분방전 신호 측정기가 측정하는 부분방전 신호 주파수는 100㎑ ~ 30㎒ 사이인 것을 특징으로 하는 부분방전 신호 검출 및 측정 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 부분방전 신호 측정기는 상기 부분방전 신호를 통과시키기 위하여 서로 다른 주파수 대역을 통과시키는 세개의 능동 대역통과 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 부분방전 신호 검출 및 측정 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 부분방전 신호 측정기는 상기 고정자 권선의 세개의 상을 동시에 측정하는 것을 특징으로 하는 부분방전 신호 검출 및 측정 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 부분방전 신호 측정기는 상기 세개의 상을 동시에 측정하여, 세개의 상의 동일한 위상에서 발생한 신호는 외부잡음 신호로 간주하여 제거시키는 것을 특징으로 하는 부분방전 신호 검출 및 측정 장치.
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