KR101520475B1

KR101520475B1 - 전력케이블용 부분방전 검출장치

Info

Publication number: KR101520475B1
Application number: KR1020150026033A
Authority: KR
Inventors: 신한철; 윤석준; 선종호; 윤영우
Original assignee: 주식회사 제나드시스템
Priority date: 2015-02-24
Filing date: 2015-02-24
Publication date: 2015-05-15

Abstract

전력케이블용 부분방전 검출장치가 개시된다. 개시된 전력케이블용 부분방전 검출장치는, 전력케이블용 부분방전 검출장치에 있어서, 절연기판과; 상기 절연기판의 상면 및 저면에 각각 길이 방향으로 부착된 동판과; 상기 동판의 상면 및 저면에 각각 폭 방향으로 일정 길이 상기 절연기판이 노출되게 하여 상기 동판을 좌우로 구획한 절연부와; 상기 절연기판의 상면의 상기 절연부에 설치되되, 상기 동판과 전기적으로 연결되게 설치되어, 부분방전 측정장치와 연결되게 하는 커넥터;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

Description

전력케이블용 부분방전 검출장치{PARTIAL DISCHARGE DETECTOR FOR POWER CABLE}

본 발명은 전력케이블용 부분방전 검출장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 내구성의 향상과 성능이 지속적으로 유지될 수 있도록 개선된 전력케이블용 부분방전 검출장치에 관한 것이다.

일반적으로 부분방전(Partial Discharge)이란, 절연물 표면에서 고전계에 의한 부분적인 표면 방전 또는 절연물 내부에 존재하는 공극이나 기포에 발생하는 내부 방전, 강한 불균일 전계(inhomogeneous)가 인가될 때 기체 중에서 발생하는 코로나 방전, 고체 유전체에서 방전의 지속적인 영향에 의하여 발생되는 전기트리 방전 등을 포함한다.

이러한 부분방전시 전압 스트레스에 의한 절연물의 열화가 발생되는 것으로 알려져 있다.

특히, 고전압 전력을 공급하기 위한 전력케이블에서도 부분방전이 발생되고 있는데, 그 원인을 보면 제조시 발생하는 불량 현상, 포설 후에 가해지는 외부 충격, 마모, 열, 습기 등에 의한 노후 현상 등으로 인하여, 점차 전력케이블의 절연 내력이 낮아지게 되면서 절연파괴에 도달하게 됨으로써, 절연파괴와 동반하여 전력케이블로부터 부분방전이 발생하고 있다.

이렇게 고전압에서 동작하는 전력케이블의 절연물들은 시간이 지나면서 열화를 하게 되고, 이러한 열화로 인하여 부분방전이 발생하며, 이때의 부분방전은 절연체를 추가로 열화시키는 악순환이 일어나게 되어, 종국에는 전력케이블의 절연 파괴와 그 주변 부품의 고장을 일으키게 된다.

그리므로, 전력케이블 절연체의 열화 정도를 감시하고, 그 수리시기를 예측하는 것은 매우 중요하며, 부분방전의 측정 및 감시로 수리시기에 대한 예측과 관리가 가능하다.

따라서 부분방전 검출을 위한 고주파 변류기(HFCT: High frequency current transformer), 용량성 박센서(capacitive foil sensor), 방향성 결합기(directional coupler) 등 다양한 종류의 케이블용 부분방전 측정장치들이 사용되고 있다.

도 1은 위와 같은 부분방전 검출 및 측정장치가 전력케이블의 종단 및 직선접속재에 장착된 예를 설명하는 개략도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 전력케이블(10)의 부분방전을 검출하는 부분방전 검출장치인 박형 센서(16)가 다수 장착된다.

이때, 절연물인 접속재가 시간이 지남에 따라 열화되어 부분방전이 많이 발생하는 부분이고, 반면 접속재를 지나면 부분방전 신호의 감쇠가 심하고 전력케이블 피복이 차폐되어 있으므로, 각 접속재 근처의 전력케이블(10)에 부분방전 검출장치인 박형 센서(16)를 장착하는 것이 바람직하다.

더욱 바람직하게는, 상기 박형 센서(16)는, 도 2a 및 도 2b에서 보는 바와 같이, 전력케이블(10)을 감싸는 동박 포일(foil)과 포일(foil)부의 소정 위치에 부착되는 검출기를 포함하는 구조로서, 종단접속재(12) 및 직선접속재(14)로부터 3m 이내의 전력케이블(10)에 장착하여, 부분방전을 펄스신호로 용이하게 측정하도록 한다.

따라서 전력케이블(10)의 부분방전 발생시 박형 센서(16)로부터 측정된 부분방전 펄스신호가 동축케이블(32, 신호전송라인)로 연결된 부분방전 측정장치(30)로 전송된다.

참고로, 상기 전력케이블(10)의 중간 부분 단면 구조에 대한 일례를 도 3을 참조로 살펴보면, 내부층에서부터 외부층까지 구리(copper) 재질의 도체(1, Inner Conductor(r1=4.65mm)), 내부 반도전층(2, Inner semiconducting layer(r2=5.65mm)), XLPE 절연층(3, XLPE dielectric layer(r3=12.25mm)), 외부반도전층(4, Semiconducting insulation screen(r4=13.25mm)), 중성선 수밀층 또는 반도전성 부풀음 테이프(5, Semiconducting screen bed(r5=13.6mm)), 에어(air)층인 중성선 공간(6, Neutral wire space(r6=14.8mm)), 직경 1.2mm의 헬리컬 와이어 구조로 된 총 18개의 중성선 또는 연동선(9, Neutral wire), 중성선 수밀층 또는 부풀음 테이프(7, screen bed(r7=15.05mm)), 흑색 비닐층인 PVC 시스층(8, Polyethylene jacket(r8=18.05mm)) 등이 차례로 배열되어 있다.

그런데, 도 2a 및 도 2b를 참조하여 전술한 바와 같이, 상기 박형 센서(16)의 구성 중 전력케이블(10)을 감싸는 동박 포일의 두께가 너무 얇아 작은 외부 충격에도 쉽게 변형이 발생하게 된다.

이러한 동박 포일의 변형에 의해, 상기 박형 센서(16)의 본래의 성능을 떨어뜨리거나, 박형 센서(16)를 사용할 수 없게 되며, 전력케이블(10)에도 악영향을 주게 된다.

또한 상기 박형 센서(16)의 설치 후 본래의 상태로 돌아올 정도의 탄성력이 없어, 취급 및 관리가 어렵고, 변형된 박형 센서(16)는 재사용이 어렵다.

한편, 후술하는 본 발명에 따른 전력케이블용 부분방전 검출장치의 선행문헌으로 공개특허공보 제10-2014-0065803호(2014. 05. 30. 공개)의 '전력케이블용 부분방전 검출장치'가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 전력케이블용 부분방전 검출장치인 센서의 변형이 발생되지 않게 하여 부분방전 검출장치 본래의 성능이 유지되고 전력케이블에도 악영향을 주지 않으며 지속적으로 사용이 가능하도록 한 전력케이블용 부분방전 검출장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전력케이블용 부분방전 검출장치는, 전력케이블용 부분방전 검출장치에 있어서, 절연기판과; 상기 절연기판의 상면 및 저면에 각각 길이 방향으로 부착된 동판과; 상기 동판의 상면 및 저면에 각각 폭 방향으로 일정 길이 상기 절연기판이 노출되게 하여 상기 동판을 좌우로 구획한 절연부와; 상기 절연기판의 상면의 상기 절연부에 설치되되, 상기 동판과 전기적으로 연결되게 설치되어, 부분방전 측정장치와 연결되게 하는 커넥터;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 전력케이블용 부분방전 검출장치가 박판의 절연기판과, 이 절연기판의 양면에 동판을 부착하여 제조하므로, 외부 충격에 강하다.

또한 부분방전 검출장치가 플렉시블하므로, 전력케이블 형태로 용이하게 변형이 가능하여 전력케이블에 설치가 용이하다.

그리고 전력케이블용 부분방전 검출장치를 조인트를 이용하여 전력케이블에 설치하므로, 설치 후 외부 충격에도 변형이 되지 않는다.

또한 부분방전 검출장치의 양 단부 일부를 커팅하면, 전력케이블의 직경 크기에 관계없이 모두 대응할 수 있어, 제품 호환성이 극대화된다.

따라서, 부분방전 검출장치의 내구성이 우수하며, 취급이 용이하며, 부분방전 검출장치가 취급 중 또는 사용 중 변형이 되지 않아 본래의 성능이 유지될 수 있고, 지속적으로 사용이 가능하다.

도 1은 종래의 부분방전 검출 및 측정장치가 전력케이블의 종단 및 직선접속재에 연결되어 구성된 예를 설명하는 개략도.
도 2a 및 도 2b는 종래의 박형 센서 및 그 장착 구조를 설명하는 개략도.
도 3은 전력케이블의 단면 구조에 대한 일례를 보여주는 단면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력케이블용 부분방전 검출장치의 구성을 나타낸 사시도.
도 5는 도 4의 저면도.
도 6은 도 4의 본 발명에 따른 전력케이블용 부분방전 검출장치의 사용상태를 나타내 보인 분해 사시도.
도 7은 도 6의 조립 사시도.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력케이블용 부분방전 검출장치의 구성을 나타낸 사시도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 4에는 본 발명에 따른 전력케이블용 부분방전 검출장치의 구성을 나타낸 사시도가 도시되어 있고, 도 5에는 도 4의 저면도가 도시되어 있다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력케이블용 부분방전 검출장치(100)는, 폭에 비해 길이가 긴 형태의 플라스틱 소재의 절연기판(110)과, 이 절연기판(110)의 상면과 저면에 각각 길이 방향으로 부착된 제1,2,3,4동판(121,122,123,124)과, 이 제1,2,3,4동판(121,122,123,124)의 상면과 저면에 각각 폭 방향으로 일정 길이 절연기판(110)이 노출되게 하여 제1,2,3,4동판(121,122,123,124)을 좌우로 구획한 제1절연부(111)와, 상기 절연기판(110) 중 절연기판(110) 상면의 제1절연부(111)에 설치되되 제1,2,3,4동판(121,122,123,124)과 전기적으로 연결되게 설치되어, 이미 도 1과 도 2b를 통해 전술한 동축케이블(32)을 통해 외부의 부분방전 측정장치(30)와 연결되게 하는 커넥터(130)를 포함하여 구성된다.

또한 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 제1,2,3,4동판(121,122,123,124)의 상면에는 전기전도성 및 내식성이 우수한 Au가 예를 들어, 도금에 의해 형성된다.

그리고 상기 제1,2,3,4동판(121,122,123,124)의 일측에는 상면과 저면의 제1,2,3,4동판(121,122,123,124)의 서로 전기적으로 연결되도록 하는 비아홀(via hole)(124)이 다수 형성된다.

이러한 비아홀(124)은 제1절연부(111)와 인접한 제1,2,3,4동판(121,122,123,124)의 가장자리에 각각 형성된다.

또한 상기 제1절연부(111)는 절연기판(110)의 전후 가장자리로 연장 형성되어, 절연기판(110)의 전후 가장자리에는 제2절연부(112)가 형성된다 .

도 6에는 도 4의 본 발명에 따른 전력케이블용 부분방전 검출장치의 사용상태를 나타내 보인 분해 사시도가 도시되어 있고, 도 7에는 도 6의 조립 사시도가 도시되어 있다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 상기 절연기판(110)과 제1,2,3,4동판(121,122,123,124)은 라운드 형태로 변형할 수 있는 두께로 형성된다. 예를 들어, 상기 절연기판(110)과 제1,2,3,4동판(121,122,123,124)의 경우에는 0.1mm 이하, Au 도금층은 50㎛ 이하의 두께로 한다.

그러나, 상기 절연기판(110)과 제1,2,3,4동판(121,122,123,124)의 두께는, 도 6 및 7에 도시된 바와 같은 형태로 변형시켰을 때 본래의 상태를 유지 못하고 변형이 되거나, 부분방전 검출 성능에 문제가 생기거나, 또는 외부 충격에 의해 변형되는 경우가 아니면, 상기한 두께 치수로 한정되지 않고, 상기한 두께보다 더 작거나 커질 수도 있다.

그리고 상기 절연기판(110)과 제1,2,3,4동판(121,122,123,124)은 도 6 및 7에 도시된 바와 같이, 라운드 형태로 변형된 후, 전력케이블(200)의 외주에 조인트(300)에 의해 설치된다.

상기 조인트(300)는, 두 개의 상부 및 하부 조인트(301,302)와, 이 상부 및 하부 조인트(301,302)를 일체로 체결하는 볼트(303)와 너트(304)를 포함하여 구성된다.

한편, 도 8에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력케이블용 부분방전 검출장치(100a)를 나타내 보인 사시도가 도시되어 있다.

도 8을 참조하면, 전술한 도 4의 비아홀(124)과 동일한 기능을 하나, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력케이블용 부분방전 검출장치(100a)의 비아홀(124a)은 형성 위치를 달리하여 즉, 제2절연부(112)와 인접한 제1,2,3,4동판(121,각각 형성하였다.

따라서, 도 4의 비아홀(124)에 비해, 도 8의 비아홀(124a)은 부분방전 검출장치(100a)가 도 7과 같은 방법으로 설치될 때, 비아홀(124a)의 파손을 더 줄일 수 있다.

상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 전력케이블용 부분방전 검출장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.

설명에 앞서, 일반적인 전력케이블용 부분방전 검출장치의 작용은 위에 이미 기재한 선행문헌(공개특허공보 제10-2014-0065803호)을 참조하기로 하고, 여기에서는 본 발명에 따른 전력케이블용 부분방전 검출장치의 특징적인 작용만을 상술하기로 한다.

우선, 도 4 및 도 5를 다시 참조하면, 박판이면서 플라스틱 소재의 절연기판(110) 상면 및 하면 중앙에, 그리고 전후 가장자리에 절연기판(110)의 일부가 노출되게 제1,2절연부(111,112)를 형성되게 하면서, 박판의 제1,2,3,4동판(121,122,123,124)을 상기 절연기판(110)에 부착시킨다.

이때, 상기 제1,2,3,4동판(121,122,123,124)에는 서로 전기적으로 연결되도록 비어홀을 다수개 형성한다.

또한 상기 제1,2,3,4동판(121,122,123,124)의 상면에 전기전도성과 내식성이 우수한 Au 도금을 형성함으로써, 지문이나 염분에 의해 부식(또는 산화)를 방지할 수 있다.

그리고 상기 제1절연부(111)에 커넥터(130)를 장착하되, 상기 커넥터(130)는 제1,2,3,4동판(121,122,123,124)과 전기적으로 연결되게 커넥터(130)의 회로핀과 접속이 되도록 형성한 접지부와 연결되게 장착한다.

또한 상기 접지부는 커넥터(130)의 회로핀이 돌출된 절연기판(110)의 저면에 형성한다.

그리고 도 6 및 도 7을 다시 참조하면, 상기와 같이 형성된 전력케이블용 부분방전 검출장치(100)를 라운드 형태로 감아 전력케이블(200)의 외주에 설치한다.

이때, 상기 전력케이블용 부분방전 검출장치(100)의 외주에 조인트를 이용하여 전력케이블용 부분방전 검출장치(100)를 고정한다. 즉, 분리된 두 개의 상부 및 하부 조인트(301,302)를 맞댄 후, 상부 및 하부 조인트(301,302)를 볼트(304)와 너트(304)를 이용하여, 도 7과 같이 상부 및 하부 조인트(301,302)를 일체가 되게 체결한다.

그러면, 안정되고 견고하게 부분방전 검출장치(100)가 전력케이블(200) 외주에 설치되게 된다.

따라서, 본 발명에 따른 전력케이블용 부분방전 검출장치(100)는, 외부의 충격에도 변형이 발생되지 않으며, 이에 따라 부분방전 검출장치(100) 본래의 성능이 유지될 수 있고, 지속적으로 사용이 가능해 진다.

특히, 본 발명에 따른 전력케이블용 부분방전 검출장치(100)는, 설치되는 전력케이블(200)의 외주 크기에 따라 필요한 만큼 양 단부를 절단(cutting)하여 사용할 수 있는 이점이 있다.

하지만, 기존의 부분방전 검출장치(도 2a의 16)의 경우에는 크기(또는 직경) 조절이 어려워 전력케이블(10)마다 일일이 별도로 부분방전 검출장치(16)를 현장에서 제조하여 설치해야만 했다.

상술한 바와 같이 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

30. 부분방전 측정장치
32. 동축케이블
100. 부분방전 검출장치
110. 절연기판
111. 제1절연부
112. 제2절연부
121. 제1동판
122. 제2동판
123. 제3동판
124. 제4동판
130. 커넥터
200. 전력케이블
300. 조인트
301. 상부 조인트
302. 하부 조인트
303. 볼트
304. 너트

Claims

전력케이블용 부분방전 검출장치에 있어서,
절연기판과;
상기 절연기판의 상면 및 저면에 각각 길이 방향으로 부착된 동판과;
상기 동판의 상면 및 저면에 각각 폭 방향으로 일정 길이 상기 절연기판이 노출되게 하여 상기 동판을 좌우로 구획한 절연부와;
상기 절연기판의 상면의 상기 절연부에 설치되되, 상기 동판과 전기적으로 연결되게 설치되어, 부분방전 측정장치와 연결되게 하는 커넥터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력케이블용 부분방전 검출장치.
제1항에 있어서,
상기 동판의 상면에는 Au가 형성된 것을 특징으로 하는 전력케이블용 부분방전 검출장치.
제1항에 있어서,
상기 동판의 일측에는 상기 동판의 상면과 저면이 전기적으로 연결되도록 하는 비아홀이 다수 형성된 것을 특징으로 하는 전력케이블용 부분방전 검출장치.
제3항에 있어서,
상기 비아홀은 상기 절연부와 인접한 상기 동판의 가장자리에 각각 형성된 것을 특징으로 하는 전력케이블용 부분방전 검출장치.
제1항에 있어서,
상기 절연기판과 상기 동판은 라운드 형태로 변형할 수 있는 두께로 형성된 것을 특징으로 하는 전력케이블용 부분방전 검출장치.
제1항에 있어서,
상기 절연부는 상기 절연기판의 전후 가장자리로 연장 형성된 것을 특징으로 하는 전력케이블용 부분방전 검출장치.
제1항에 있어서,
상기 절연기판과 상기 동판은 라운드 형태로 변형된 후, 상기 전력케이블에 외주에 조인트에 의해 설치되는 것을 특징으로 하는 전력케이블용 부분방전 검출장치.