KR101298972B1 - 비접촉식 부분 방전 검출장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 간단하고 안전하게 설치하여 측정하고, 측정의 감도를 높이고 단파 대역의 동작 상한 주파수를 극 초단파까지 확장시킨 비접촉식 부분 방전 검출장치에 관한 것이다.
본 발명은 신호 도전체가 부분 방전을 검출하기 위하여 전력기기의 리드에 설치되며, 상기 리드로부터의 부분 방전 펄스가 전자기적으로 유도되는 한편, 이렇게 유도된 신호를 검출장치의 테이퍼 형태의 출력부를 통하여 최소화된 왜곡으로 계측기로 전송되도록 하는 검출 방식으로 이루어진 비접촉식 부분 방전 검출장치를 제공한다.

Description

비접촉식 부분 방전 검출장치{Non-contact partial discharge measurement device}

본 발명은 비접촉식 부분 방전 검출장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고전압 전력기기의 급전 리드에 설치하여 비접촉식으로 부분 방전을 검출하는 장치에 관한 것이다.

일반적으로 고전압에서 동작하는 전력기기들의 절연물들은 시간이 지나면서 열화를 하게 된다.

이러한 열화로 인하여 부분 방전이 발생하며, 이때의 부분 방전은 절연체를 추가로 열화시키는 악 순환이 일어나게 되어 종국에는 절연파괴와 고장으로 이어진다.

그리므로, 절연체의 열화 정도를 감시하고 수리시기를 예측하는 것은 매우 중요하며, 부분 방전의 측정 및 감시로 이러한 예측과 관리가 가능하다.

따라서, 다양한 부분 방전 검출장치들이 사용되고 있으며, 이 중에서 전기적인 검출장치는 절연물에서 발생하는 부분 방전에 의해 유도된 광대역의 임펄스 전류신호가 전력기기 내부 권선 등의 고전압이 인가되는 도체를 따라 흐르다가 검출장치에 전자기적으로 커플링되는 원리로 동작한다.

이러한 종류의 검출장치는 고전압 도체에 직접적인 연결을 하여 측정하는 형태와 직접 연결을 하지 않고 절연물질 바깥쪽에 설치하는 형태, 그리고 전력기기 내외부의 공간에 설치하는 안테나 형태가 있다.

여기서, 직접 연결하는 형태보다 바깥쪽에 설치하는 형태가 비교적 안전하고, 고전압 도체를 따라 흐르는 저주파의 잡음에 자유로운 장점이 있으나, 감도가 낮은 단점이 있다.

특히, 전동기나 발전기 등 회전기에 비접촉식으로 설치되는 센서들은 전력기기 내부의 슬롯에 장착되므로, 설치가 까다롭고 안정성을 요하는 전력기기에 추가적인 위험 요소로 작용할 수 있다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 전력기기의 외부 리드에 설치하여 간단하고 안전하게 부분 방전을 측정할 수 있으며, 감도가 높은 부분 방전 검출장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서 제공하는 비접촉식 부분 방전 검출장치는 다음과 같은 특징이 있다.

상기 비접촉식 부분 방전 검출장치는 고압 전력기기의 부분 방전을 검출하기 위하여 전력기기의 리드에 설치되는 것으로서, 리드에 접촉되는 플레이트 형태의 장치 몸체와, 상기 장치 몸체의 내측면에 형성되며 전력기기 리드로부터의 부분 방전 펄스가 전자기적으로 유도되는 신호 도전체와, 상기 장치 몸체의 외측면에 형성되며 신호 도전체로부터의 검출된 신호의 초단파 및/또는 극초단파 대역 주파수 성분을 계측기까지 전달하기 위하여 신호 도전체와 도파관 구조를 형성하는 접지 도체와, 상기 장치 몸체의 외측에 형성되는 동시에 신호 도전체와 연결되어 전송 선로의 역할을 하는 것으로서 계측을 위한 동축 케이블이 접속되는 포트를 포함하는 구조로 이루어진다.

따라서, 상기 비접촉식 부분 방전 검출장치는 간단하고 안전하게 설치하여 측정할 수 있고, 측정의 감도를 높이고 단파 대역의 동작 상한 주파수를 극초단파까지 확장시킨 부분 방전을 검출할 수 있는 특징이 있다.

여기서, 상기 신호 도전체의 출력 부분에 해당하는 단부는 테이퍼부로 이루어지도록 하는 동시에 상기 테이퍼부와 오버랩되는 위치에 있는 접지 도체의 단부도 테이퍼부로 이루어지도록 하여, 각 도체가 길이방향으로 일정한 특정 임피던스를 가질 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 장치 몸체의 경우에는 전력기기의 리드에 효과적으로 밀착되도록 하기 위하여 호(弧) 형상의 폭 단면을 갖는 플레이트 형태로 구성하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 제공하는 비접촉식 부분 방전 검출장치는 다음과 같은 장점이 있다.

첫째, 전력기기의 외부 리드에 설치하여 사용할 수 있으므로, 비교적 간단하고 안전하게 부분 방전을 측정할 수 있다.

둘째, 부분 방전 검출장치의 수신감도 및 상한주파수 증가는 더 미약한 부분 방전 신호를 측정할 수 있게 하고, 광대역 주파수 특성의 부분 방전 펄스를 적은 왜곡으로 측정하여 보다 신뢰성있는 전력기기 절연상태 진단을 가능하게 하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉식 부분 방전 검출장치를 나타내는 분리 사시도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉식 부분 방전 검출장치를 나타내는 결합 사시도
도 3은 도 2의 A-A 선 단면도
도 4는 도 2의 B-B 선 단면도
도 5는 도 2의 C-C 선 단면도
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉식 부분 방전 검출장치의 사용상태를 나타내는 개략도

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1과 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉식 부분 방전 검출장치를 나타내는 사시도이고, 도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉식 부분 방전 검출장치를 나타내는 단면도이다.

도 1 내지 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 비접촉식 부분 방전 검출장치는 전력기기의 부분 방전을 검출하기 위하여 전력기기 외부 리드에 설치는 것으로서, 기본적으로 외부 리드에 접촉하는 플레이트 형태의 장치 본체(10)와, 상기 외부 리드로부터 부분 방전 펄스가 전자기적으로 유도되는 신호 도전체(11) 및 상기 신호 도전체(11)와 도파관 구조, 즉 전송선로를 형성하는 접지 도체(12)를 포함한다.

여기서, 상기 전송선로가 특성 임피던스를 가지려면, 전자파 진행 방향에 수직인 단면에 두 개의 도체가 있어야 하는데, 이때의 두 개의 도체는 신호 도전체와 접지 도체가 그 역할을 하게 된다.

그리고, 검출장치의 감도 향상을 위하여 신호 도전체(11)의 폭이 장치 몸체(10)의 폭과 동일한 폭으로 이루어지고, 즉 장치 몸체(10)의 전체 폭에 걸쳐 신호 도전체(11)가 형성되고, 상기 장치 몸체(10)의 경우에는 비드와의 접촉면이 곡면으로 이루어진다.

특히, 상기 신호 도전체(11)와 접지 도체(12)가 길이 방향으로 일정한 특성 임피던스를 갖도록 테이퍼 구조를 이루면서 출력부를 형성하게 된다.

바람직한 구현예로서, 본 발명의 비접촉식 부분 방전 검출장치는 검출된 신호의 초단파 및/또는 극초단파 대역 주파수 성분을 계측기기까지 전달하기 위하여 일단이 검출장치의 도파관 구조에 연결되고, 타단이 동축 케이블에 접속하는 회로기판 고정형 고주파 커넥터를 포함할 수 있다.

따라서, 전력기기 리드로부터의 부분 방전 펄스는 신호 전도체(11)로 전자기적으로 유도되고, 이렇게 유도된 신호는 테이퍼 형태의 출력부를 통해 동축 케이블 또는 회로기판 고정형 고주파 커넥터를 거쳐서 최소화된 왜곡으로 계측기기로 전송될 수 있게 된다.

이를 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.

전력기기의 리드에 접촉되는 플레이트 형태의 장치 몸체(10)가 마련되고, 상기 장치 몸체(10)의 내측면에는 전력기기 리드로부터의 부분 방전 펄스가 전자기적으로 유도되는 신호 도전체(11)가 형성된다.

그리고, 상기 장치 몸체(10)의 외측면에는 신호 도전체(11)로부터의 검출된 신호의 초단파 및/또는 극초단파 대역 주파수 성분을 계측기까지 전달하기 위하여 신호 도전체(11)와 도파관 구조를 형성하는 접지 도체(12)가 형성된다.

또한, 상기 장치 몸체(10)의 외측에는 원통형의 포트(13)가 형성되며, 상기 포트(13)에는 신호 도전체(11)와 연결되어 전송 선로의 역할을 하게 되고, 이때의 포트(13)에 동축 케이블이 접속된다.

예를 들면, 상기 접지 도체(12)는 동축케이블의 외부도체에 접속되고, 상기 신호 도전체(11)는 동축케이블의 중앙도체에 접속된다.

여기서, 상기 신호 도전체(11)와 접지 도체(12)는 장치 몸체(10)에 접착 등의 방법으로 형성될 수 있다.

일 예로서, PVC 플렉시블 시트나 온수용 파이프 등과 같은 고분자 물질로 장치 몸체를 구성하고, 여기에 FCCL(Flexible Copper Clad Laminate) 등과 같은 얇은 연질기판으로 이루어진 신호 도전체 및 접지 도체를 에칭하여 부착할 수 있다.

이 외에도 도금을 하거나, 탄력있는 연질기판을 사용할 수도 있다.

특히, 상기 신호 도전체(11)와 접지 도체(12)는 길이 방향으로 일정한 특성 임피던스를 갖도록 테이퍼 구조로 이루어지며, 이렇게 신호 전도체(11)와 접지 도체(12)의 테이퍼 구조로 되어 있는 부분이 출력부가 된다.

이를 위하여, 상기 신호 도전체(11)의 출력 부분에 해당하는 단부는 테이퍼부(14a)로 이루어진다.

예를 들면, 장치 몸체(10)의 폭 전체 면적에 걸쳐 형성되는 신호 도전체(11)는 한쪽 단부, 즉 포트(13)가 위치되어 있는 쪽의 단부 구간에서 그 형성 폭이 점차적으로 줄어들면서 테이퍼지는 형태의 테이퍼부(14a)로 이루어진다.

이러한 테이퍼부(14a)가 신호 도전체(11)로부터 검출되는 신호가 출력되는 출력부가 되며, 이때의 출력부는 포트(13)쪽으로 이어지게 된다.

그리고, 상기 접지 도체(12)의 경우에도 테이퍼부(14b)를 갖게 되는데, 이때의 접지 도체(12)에 형성되는 테이퍼부(14b)는 신호 도전체(11)의 테이퍼부(14a)와 오버랩되는 위치의 단부에 형성되며, 이렇게 형성되는 테이퍼부(14b)는 신호 도전체(11)의 테이퍼부(14a)와 서로 대칭을 이루게 된다.

즉, 신호 도전체(11)의 테이퍼부(14a)와 접지 도체(12)의 테이퍼부(14b)는 서로 반대방향을 향해 그 폭이 점차 줄어드는 테이퍼진 형상으로 서로 대칭을 이루게 된다.

이러한 출력부는 계측기기와 연결되는 동축 케이블과의 정합에 적합하도록 국초단파 영역까지 고려하여 설계되었다.

일 예로서, 단파 대역 이하의 회로연결시 사용되는 단순한 도전체 연결이 아니라, 극초단파 대역의 정합을 위하여 회로기판 고주파 커넥터를 사용할 수 있다.

또, 폭이 넓은(장치 몸체 전체 폭에 걸쳐 형성되어 있는) 신호 도전체(11)가 위치한 검출장치 중앙의 특성 임피던스를 유지하면서 동축 케이블에 연결하기 위하여 테이퍼 구조를 적용할 수 있다.

한편, 본 발명에서는 부분 방전 검출장치의 감도를 높이고 극초단파 대역 이상에서도 원활히 동작하도록 하기 위하여, 검출장치의 면과 설치 대상인 전력기기 리드가 밀착되도록 하였으며, 이를 위해 검출장치의 접촉면, 즉 장치 몸체(10)의 접촉면은 곡면으로 설계하고, 다양한 설치 대상에 대응가능하도록 장치 몸체(10)를 유연한 재질의 유전체를 사용하여 제작할 수 있다.

일 예로서, 상기 장치 몸체(10)는 전력기기의 리드에 밀착되기 위한 호(弧) 형상의 폭 단면을 갖는 플레이트 형태로 이루어질 수 있다.

그리고, 본 발명에서 제공하는 부분 방전 검출장치는 특성 임피던수가 일정한 도파관 구조로서, 신호 도전체(11)의 폭을 넓게 설계하면, 신호 검출 대상인 리드와의 용량성(capacitance)을 증가시켜 검출장치의 감도를 상승시킬 수 있다.

이때, 검출장치의 중앙부 전송 선로의 특성 임피던스는 접지 도체(12)의 선폭으로 조정하며 검출장치 전 구간에서 일정하다.

즉, 용량성을 위해 폭이 넓어지면 특성 임피던스가 작아지게 되므로, 따라서 중앙도체가 넓은 구간에서는 접지선 폭을 줄이고, 반대로 중앙도체가 좁은 구간에서는 접지선 폭을 넓혔다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉식 부분 방전 검출장치의 사용상태를 나타내는 개략도이다.

도 6에 도시한 바와 같이, 여기서는 부분 방전 검출장치(100)와 계측기기(18)를 동축 케이블(17)로 연결하여 부분 방전을 계측하는 일 예를 보여준다.

예를 들면, 전력기기(15)의 외부 리드(16)에 부분 방전 검출장치(100)를 설치하고, 부분 방전 검출장치(100)의 포트(13), 즉 출력부에 해당하는 전송 선로에 동축 케이블(17)의 일단을 연결하는 동시에 타단은 계측기기(18)로 연결한다.

따라서, 전력기기 리드로부터의 부분 방전 펄스가 전자기적으로 신호 도전체(11)에 유도되고, 이렇게 유도된 신호(초단파 및 극초단파 대역 주파수 성분)는 신호 도전체(11)의 출력부, 즉 테이퍼부를 통해 출력되어 포트(13)에 연결되어 있는 동축 케이블(17)에 의해 계측기기(18)로 전송되어 계측이 이루어지게 된다.

이와 같이, 기존의 비접촉식 부분 방전 검출장치가 전력기기 내부에 설치되어 설치가 까다롭고 위험했던 것과는 달리, 본 발명의 비접촉식 부분 방전 접촉장치는 전력기기 외부의 리드에 설치하여 비교적 안전하고 간단하게 탈부착이 가능하다.

또한, 감도가 높아 잡음에 강하고, 극초단파 이상의 주파수 성분을 측정할 수 있는 특징이 있으므로, 최근의 향상된 샘플링율의 계측장치와 향상된 속도의 데이터 처리장치에 대응할 수 있어 더욱 심화되고 신뢰성 있는 고전압 전력기기 진단이 가능하다.

이상으로 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였는 바, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.

10 : 장치 몸체 11 : 신호 도전체
12 : 접지 도체 13 : 포트
14a,14b : 테이퍼부 15 : 전력기기
16 : 리드 17 : 동축 케이블
18 : 계측기기

Claims (3)

1. 고압 전력기기의 부분 방전을 검출하기 위하여 전력기기의 리드에 설치되는 것으로서,
   리드에 접촉되는 플레이트 형태의 장치 몸체(10);
   상기 장치 몸체(10)의 내측면에 형성되며 전력기기 리드로부터의 부분 방전 펄스가 전자기적으로 유도되는 신호 도전체(11);
   상기 장치 몸체(10)의 외측면에 형성되며 신호 도전체(11)로부터의 검출된 신호의 초단파 및 극초단파 대역 주파수 성분을 계측기까지 전달하기 위하여 신호 도전체(11)와 도파관 구조를 형성하는 접지 도체(12);
   상기 장치 몸체(10)의 외측에 형성되는 동시에 신호 도전체(11)와 연결되어 전송 선로의 역할을 하는 것으로서 계측을 위한 동축 케이블이 접속되는 포트(13);
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 부분 방전 검출장치.
   
2. 청구항 1에 있어서, 상기 신호 도전체(11)의 출력 부분에 해당하는 단부는 테이퍼부(14a)로 이루어지는 동시에 상기 테이퍼부(14a)와 오버랩되는 위치에 있는 접지 도체(12)의 단부도 테이퍼부(14b)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 비접촉식 부분 방전 검출장치.
   
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 장치 몸체(10)는 전력기기의 리드에 밀착되기 위한 호(弧) 형상의 폭 단면을 갖는 플레이트 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 비접촉식 부분 방전 검출장치.

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