KR100818754B1 - 전력케이블의 부분 방전 검출시 노이즈 신호를 억제하는 고역 통과 필터 - Google Patents
전력케이블의 부분 방전 검출시 노이즈 신호를 억제하는 고역 통과 필터 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 전력케이블의 부분 방전 검출시 노이즈 신호를 억제하는 고역 통과 필터에 관한 것이다. 본 발명은 열화된 전력 케이블에서 발생하는 부분 방전 신호를 효과적으로 검출하기 위하여 전력케이블의 부분 방전 진단용 센서와 부분 방전 측정 시스템 사이에 노이즈 신호 억제를 위한 고역 통과 필터를 결합한다.
상기 고역 통과 필터는 제 1 캐패시턴스와, 제 2 캐패시턴스 및 제 3 캐패시턴스가 직렬로 연결되고, 상기 1 캐패시턴스와 제 2 캐패시턴스의 사이에 제 1 인덕턴스가 연결되고, 상기 제 2 캐패시턴스와 제 3 캐패시턴스 사이에 제 2 인덕턴스가 연결되어 구성된다.
본 발명에 의하면, 검출된 부분 방전 신호의 신호 대 잡음 비(S/N 비)를 향상시키고, 활선 상태에서도 우수한 검출 효과를 갖는다. 또한 고역 통과 필터의 케이스로 금속 차폐함을 사용하므로 외부 노이즈에 대한 차폐가 향상되는 효과가 있다.
전력케이블, 부분방전, 노이즈 억제, 고역 통과 필터, S/N비
Description
도 1은 종래의 부분 방전 진단 시스템 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 고역 통과 필터가 적용된 부분 방전 진단시스템을 개략적으로 도시한 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 고역 통과 필터의 회로도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 부분 방전 검출신호에서 노이즈의 감소 결과를 보인 그래프.
도 5는 본 발명의 실시예에 의해 전력케이블의 덕트 내 중간접속부에서 시행한 현장 시험의 결과를 보인 그래프.
도 6은 본 발명의 실시예에 의해 전력케이블의 인입부 종단 접속재에서 시행한 현장 시험의 결과를 보인 그래프.
도 7은 본 발명의 실시예에 의해 측정된 부분 방전 신호를 패턴분석한 결과를 보인 그래프.
< 도면의 주요부분에 대한 도면 부호의 설명>
10 : 전력 케이블 20 : 부분 방전 진단용 센서
30: 부분 방전 측정 시스템 40 : 고역 통과 필터
43: 제 1 캐패시턴스 44: 제 2 캐패시턴스
45: 제 3 캐패시턴스 46: 제 1 인덕턴스
47: 제 2 인덕턴스 48: 차폐용 케이스
본 발명은 전력케이블의 부분 방전 검출시 노이즈 신호를 억제하는 고역 통과 필터에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 열화된 전력 케이블에서 발생하는 부분 방전 신호를 효과적으로 검출하기 위하여 전원 노이즈 또는 코로나 노이즈와 전력 케이블의 외부에서 유입된 전파 노이즈를 억제하는 필터 회로에 관한 것이다.
일반적으로 전력 케이블에서 부분 방전이란 불균일한 전계 분포의 원인이 되는 보이드(void), 이물질 또는 균열이 전력 케이블 내에 존재하는 경우에 전계 집중에 의한 방전이 발생하는 현상으로 부분 방전이 진전되면 국부 절연파괴 및 전면 방전으로 발전하는 것을 말한다. 이러한 부분 방전은 전력 케이블의 열화 진행 정도를 판단하는 척도가 되며, 부분 방전시 교류 인가 전압에 의해 주기성을 가지는 과도성(transient) 펄스 형태의 전자파가 발생된다.
이와 같은 부분 방전 펄스를 검출하기 위한 종래의 방법으로는 일반적으로 페라이트 또는 페라이트에 코일을 감는 초크 코일 필터를 적용한 전류 변환 검출 장치(Current Transducer Sensor : CT Sensor) 내지는 UHF 센서를 기반으로 하는 부분 방전 측정 시스템(30)이 활용되고 있으며, 상기 검출 방법은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 잘 알려져 있다. 이와 같은 종래의 방법을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
즉, 도 1에서와 같이 부분 방전 진단용 센서(20)로 UHF 센서를 사용하는 경우에는 3상 전력 케이블에서 R 상, S 상 및 T 상 전력 케이블에 최대한 인접한 위치에서 상기 부분 방전 펄스를 검출하며, CT 센서를 사용하는 경우에는 접지선 둘레에 설치되어 부분 방전 펄스를 검출하게 된다.
여기에서 페라이트 또는 페라이트에 코일을 감는 초크 코일은 전력 케이블의 접지선에 설치되며 상기 페라이트 코어와 접지선 사이에 존재하는 부유 용량(stray capacitance)에 의해 고주파 성분의 잡음이 제거되는 효과를 가지고 있으므로 일종의 저역 통과 필터(low pass filter)라고 볼 수 있다.
그러나 이와 같이 통상적으로 이용되고 있는 페라이트 또는 페라이트에 코일을 감는 초크 코일을 이용한 검출 방법에서는 저주파 영역에 비해 고주파 영역에 보다 많이 분포하는 부분 방전 신호를 검출하지 못하므로 향상된 S/N비를 얻을 수 없는 문제가 있다. 또한, 저주파의 전원 노이즈 내지는 현장 주변에서 발생되어 전력케이블에 유입된 전파 노이즈를 제거 내지는 효과적으로 억제하지 못하는 단점도 가지고 있다.
본 발명은 이러한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 열화된 전력 케이블에서 발생하는 부분 방전 신호를 효과적으로 검출하기 위하여 전원 노이즈 또는 코로나 노이즈와, 전력 케이블의 외부에서 유입된 전파 노이즈를 제거하거나 억제할 수 있는 전력케이블의 부분 방전 검출시 노이즈 신호를 억제하는 고역 통과 필터를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 바람직한 실시예에 따라 전력 케이블에서 발생하는 부분 방전 신호를 활선 상태에서 효과적으로 검출하는 방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 열화된 전력 케이블에서 발생하는 부분 방전 신호를 효과적으로 검출하기 위하여 전력케이블의 부분 방전 진단용 센서와 부분 방전 측정 시스템 사이에 노이즈 신호 억제를 위한 고역 통과 필터를 결합하는 것을 특징으로 한다.
상기 고역 통과 필터는 집중정수형 LC 필터를 기반으로 제 1 캐패시턴스와, 제 2 캐패시턴스 및 제 3 캐패시턴스가 직렬로 연결되고, 상기 1 캐패시턴스와 제 2 캐패시턴스의 사이에 제 1 인덕턴스가 연결되고, 상기 제 2 캐패시턴스와 제 3 캐패시턴스 사이에 제 2 인덕턴스가 연결되어 구성된다.
본 발명에 의하면, 상기 제 1 캐패시턴스 내지 제 3 캐패시턴스, 제 1 인덕 턴스 및 제 2 인덕턴스는 고역 통과 필터가 갖는 차단 주파수를 결정함에 따라 각각의 용량이 결정되고 3 dB 감쇠 주파수 내지는 리플(ripple)의 범위를 결정함에 따라 차수가 결정되고, 상기 차단 주파수 이하의 저주파 노이즈 신호를 제거하거나 억제하고 상기 차단 주파수 이상의 신호만을 통과시키는 고역 통과 필터를 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 부분 방전 진단용 센서가 박(foil) 센서인 경우에 차단 주파수가 5 MHz 이하의 전원 노이즈 또는 코로나 노이즈와, 외부 전파 노이즈를 제거하기 위한 차단 주파수가 5 MHz이고, 차단 주파수가 7 MHz 이하의 전원 노이즈 또는 코로나 노이즈와, 외부 전파 노이즈를 제거하기 위한 차단 주파수가 7 MHz인 것을 특징으로 한다.
한편, 부분 방전 진단용 센서가 CT 센서 또는 UHF 센서인 경우 차단 주파수가 30 MHz 이하의 전원 노이즈 또는 코로나 노이즈와, 외부 전파 노이즈를 제거하기 위한 차단 주파수가 30 MHz인 것을 특징으로 한다.
상기 고역 통과 필터에 유입되는 외부 노이즈를 차단하기 위하여 차폐용 케이스를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1은 종래의 부분 방전 진단 시스템의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 전력 케이블의 부분 방전 검출에서 노이즈 신호 억제를 위한 고역 통과 필터가 적용된 부분 방전 진단시스템을 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 전력 케이블의 부분 방전 검출에서 노이즈 신호 억제를 위한 고역 통과 필터의 구성도이다.
도 3에 의하면, 제 1 캐패시턴스(43)와, 제 2 캐패시턴스(44) 및 제 3 캐패시턴스(45)가 직렬로 연결되고, 상기 1 캐패시턴스(43)와 제 2 캐패시턴스(44)의 사이에 제 1 인덕턴스(46)가 결합되고, 상기 제 2 캐패시턴스(44)와 제 3 캐패시턴스(45)사이에 제 2 인덕턴스(47)가 결합된다.
또한, 상기 도 3에서 입력된 신호가 저주파 신호일 경우에는 제 1 캐패시턴스(43) 내지는 제 3 캐패시턴스(45)는 임피던스로서 동작하며 입력 신호의 대부분이 감소되고 입력 신호가 고주파일 경우에는 출력단(42)까지 그대로 통과한다.
상기 도 3에서 고역 통과 필터(40)는 차폐용 케이스(48)로써 외부 노이즈와 차단되고, 제 1 캐패시턴스(43) 내지는 제 3 캐패시턴스(45)와 제 1 인덕턴스(46) 내지는 제 2 인덕턴스(47)는 고역 통과 필터가 갖는 차단 주파수를 결정함에 따라 각각의 용량이 결정되며 3 dB 감쇠 주파수 내지는 리플(ripple)의 범위를 결정함에 따라 필터의 차수가 결정된다. 여기서 필터의 차수란 고역 통과 필터를 구성하는 집중정수형 체비셰프(Tchebyshev) 필터에서 사용되는 캐패시턴스와 인덕턴스의 총 개수를 의미하며 차수가 높을수록 3 dB 감쇠 주파수 또는 리플 특성이 좋아진다. 여기서 필터의 차수 또는 필터의 차단주파수는 가변될 수 있다.
도 4는 상기 본 발명의 실시예인 도 2에 의하여 고역 통과 필터를 통과한 부분 방전 검출신호에서 노이즈의 감소 결과를 보인 그래프로서 부분 방전 검출 신호 속에 포함 되어 있는 노이즈 외에도 부분 방전 신호 자체가 함께 감쇠된 것을 볼 수 있다. 6V = 5000pC, 3.4 V = 500pC인 경우 신호크기를 비교한다.
이러한 경우에는 신호 증폭 회로를 통하여 부분 방전 신호를 증폭할 수도 있으며 이를 기반으로 30 MHz 이하의 전원 노이즈 또는 코로나 노이즈와, 외부 전파 노이즈를 제거하기 위하여 차단 주파수가 30 MHz인 고역 통과 필터를 활선 상태의 현장에서 시험한 결과는 각각 다음 도 5 내지는 도 7에서 설명한다.
도 5는 상기 도2의 실시예에 의해 전력케이블의 덕트 내 중간접속부에서 시행한 현장 시험의 결과를 보인 그래프이다. 필터 사용 전후에 부하전류 노이즈 를 비교한 것이다. 본 발명의 고역 통과 필터(40)를 통과한 후 노이즈가 제거되거나 억제되는 것을 확인 할 수 있다.
도 6은 상기 도2의 실시예에 의해 전력케이블의 인입부 종단 접속재에서 시행한 현장 시험의 결과를 보인 그래프로서 각각의 그래프에서 점선으로 표시된 부분은 노이즈를 의미하며, 필터 사용 전후에 부하전류 에 의한 노이즈를 비교한 것이다. 본 발명의 고역 통과 필터(40)를 통과한 후 노이즈가 제거되거나 억제되는 것을 확인 할 수 있다.
도 7은 상기 도2의 실시예에 의해 측정된 부분 방전 신호를 누적하여 패턴 분석한 결과를 보인 그래프이다. 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 결과 고역 통 과 필터(40)를 통과한 후 대부분의 저주파 노이즈가 제거되거나 억제됨을 확인 할 수 있다.
본 발명에 의하면, 활선 상태에서 검출된 부분 방전 신호의 S/N 비를 향상시키기 위한 고역 통과 필터를 구현함으로써 기존의 페라이트를 그대로 사용하는 필터 또는 상기 페라이트에 코일을 감은 초크 코일 필터를 적용한 CT 센서 내지는 UHF 센서와 이를 기반으로 하는 부분 방전 측정 시스템에서 S/N비를 향상시키는 효과가 있다.
또한 고역 통과 필터의 케이스는 금속 차폐함을 사용하므로서 외부 노이즈를 차폐 효과가 향상된다.
Claims (6)
- 열화된 전력 케이블(10)에서 발생하는 부분 방전 신호를 효과적으로 검출하기 위하여 전력케이블의 부분 방전 진단용 센서(20)와, 부분 방전 측정 시스템(30) 사이에 노이즈 신호 억제를 위한 고역 통과 필터(40)를 결합하는 것을 특징으로 하는 전력케이블의 부분방전 검출시 노이즈 신호를 억제하는 고역통과필터.
- 제 1항에 있어서, 상기 고역 통과 필터(40)는 집중정수형 LC 필터를 기반으로 제 1 캐패시턴스(43)와, 제 2 캐패시턴스(44)및 제 3 캐패시턴스(45)가 직렬로 연결되고, 상기 1 캐패시턴스(43)와 제 2 캐패시턴스(44)의 사이에 제 1 인덕턴스(46)가 연결되고, 상기 제 2 캐패시턴스(44)와 제 3 캐패시턴스(45) 사이에 제 2 인덕턴스(47)가 연결하여 구성하고, 차단 주파수 이상의 신호만을 통과시키는 것을 특징으로 하는 전력케이블의 부분방전 검출시 노이즈 신호를 억제하는 고역 통과 필터.
- 제 1항에 있어서, 상기 전력케이블의 부분 방전 진단용 센서(20)가 박(foil) 센서인 경우에 차단 주파수가 5 MHz 이하의 전원 노이즈 또는 코로나 노이즈와, 외부 전파 노이즈를 제거하기 위한 차단 주파수가 5 MHz인 것을 특징으로 하는 전력케이블의 부분방전 검출시 노이즈 신호를 억제하는 고역 통과 필터.
- 제 1항에 있어서, 상기 전력케이블의 부분 방전 진단용 센서(20)가 박(foil) 센서인 경우에 차단 주파수가 7 MHz 이하의 전원 노이즈 또는 코로나 노이즈와, 외부 전파 노이즈를 제거하기 위한 차단 주파수가 7 MHz인 것을 특징으로 하는 전력케이블의 부분방전 검출시 노이즈 신호를 억제하는 고역 통과 필터.
- 제 1항에 있어서, 상기 전력케이블의 부분 방전 진단용 센서(20)가 CT 센서 또는 UHF 센서인 경우 차단 주파수가 30 MHz 이하의 전원 노이즈 또는 코로나 노이즈와, 외부 전파 노이즈를 제거하기 위한 차단 주파수가 30 MHz인 것을 특징으로 하는 전력케이블의 부분방전 검출시 노이즈 신호를 억제하는 고역 통과 필터.
- 제 2 항에 있어서, 상기 고역 통과 필터(40)에 유입되는 외부 노이즈를 차단하는 차폐용 케이스(48)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력케이블의 부분방전 검출시 노이즈 신호를 억제하는 고역 통과 필터.
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