KR101584145B1 - 전력 케이블 열화 측정을 위한 시스템 - Google Patents

전력 케이블 열화 측정을 위한 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전력 케이블의 절연 열화를 측정하기 위한 시스템으로서, 전력 케이블의 케이블 접지선에 접속되는 피더 케이블 단자; 케이블 접지선의 접지 연결을 스위칭하며, 일단이 피더 케이블 단자와 접속을 스위칭하며, 타단은 접지되도록 하는 토글 스위칭 유닛; 및 토글 스위칭 유닛의 일단과 외부 접속 단자의 전기적 연결을 스위칭하는 수트리 스위칭 유닛을 포함하여, 별도의 장치를 구비하지 않고도, 설비의 기존 콘솔 박스 예컨대, OLCM(On-Line Cable Monitor) 내부의 공간을 활용하고, OLCM과는 수트리 측정 모드 혹은 OLCM 모드로 전환하도록 하는 스위칭을 통해 간단하게 수트리 측정 모드로 전환할 수 있는 효과를 제공한다.

Description

전력 케이블 열화 측정을 위한 시스템{SYSTEM FOR CHECKING DETERIORATION OF POWER CABLE}
본 발명은 고압 전력 케이블의 열화를 측정하기 위한 시스템에 관한 기술 분야이다.
도 1은 전력 케이블과 케이블 접지선이 수용된 VCB 패널의 내부를 도시한 개략도이며, 도 2는 종래 방식에 따라, 접지 보호 장치를 통해 케이블 접지선의 열화 상태를 측정하는 것을 도시한 개략도이다. 또한, 도 3은 도선의 내부 층의 구조를 도시한 사시도이다.
소내 전력 계통의 배선 전로는 154kV, 22kV, 6.6kV 전압별로 구분되어 운용되는데, 그 중 6.6kV 전력 계통의 안정화를 위해 각종 케이블 진단 시스템이 운용되고 있다. 이러한 진단 시스템 중 수트리(watertree) 진단은 6.6kV 교류 계통에 5V의 직류 전압을 중첩시켜 케이블의 절연 상태를 확인하는 가장 상용화되고 신뢰도 높은 진단 시스템에 해당한다.
그러나, 이러한 작업은 항상 설비가 가동되는 고압의 특성상, 그리고 통전이 되는 상황의 특성상, 항상 작업자의 안전 사고 예방을 위하여 세심한 안전 대책이 요구되는 것에 해당한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 고압의 전력 케이블(11)의 절연체는 사용 주파수를 가진 교류 전압을 인가했을 때, 수트리(watertree)가 발생하고 있는 케이블에는 직류 성분이 발생하는 점을 착안하여, 이러한 직류 성분을 측정하여 해당 케이블에서 수트리 열화가 진행되었는지 여부를 측정할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 고압의 케이블(11)과 이에 해당하는 케이블 접지선(12)이 존재하는데, 수트리 측정을 위해서는 케이블 접지(12)와 접지(13) 사이에 측정용 리드 케이블(21)과 접지 케이블(22)을 직렬로 연결하여, 접지 보호 장치와 연결한 후, 직류 성분을 측정하게 된다.
이를 위해서는 우선, 측정 대상이 되는 전력 케이블(11)을 특정해야 하며, 측정 대상이 되는 전력 케이블(11)에 해당하는 케이블 접지선(12)을 찾아서, 상술한 바와 같은 작업을 수행해야 한다.
도 4는 전력 케이블과 다수의 케이블 접지선이 접지된 것을 도시한 사시도인데, 도 4에 도시된 바와 같이, 수많은 케이블 접지선(12)이 접지(13)에 연결되어 있어, 측정 대상이 되는 케이블 접지선(12)을 찾아내야 하는 실무적인 문제점이 존재하며, 동시에, 도 2에 도시된 바와 같이, 측정용 리드 케이블(21)의 접속 단자(21a)와 접지 케이블(22)의 접속 단자(22a)를 케이블 접지선(12)과 접지(13)에의 연결이 실수로 끊어지게 되는, 클립 탈락의 문제점도 존재하였다.
뿐만 아니라, 도 4에 도시된 바와 같이, 작업자와 전력 케이블(11)의 물리적인 거리는 수십 센티미터에 불과하며, 활선 콘덴서(14)와의 거리도 불과 수십 센티미터에 해당하여, 작업자는 항상 고전압의 감전 위험에 노출되는 문제점이 존재하였다.
관련된 선행기술 문헌으로는 "초고주파 진동센서를 이용한 실시간 열화 감지장치 및 이를 이용한 배전반(출원 번호 제10-2011-0046935호, 이하 '선행기술1'이라 한다.)"이 존재한다.
선행기술1은 배전반 내부에 설치된 다수 개의 설치 기기의 절연물에 설치되어 절연물의 열화 시 부분 방전에 의해서 발생하며 절연물을 통해서 전달되는 초고주파 진동을 감지하는 초고주파 진동센서; 배전반의 전면에 설치되어 다수 개의 초고주파 진동센서와 전기적으로 연결되고, 초고주파 진동센서에 의해 측정된 초고주파 진동신호를 센서입력단을 통해 입력받아 저장하고, 초고주파 진동신호의 패턴이나 세기에 따라 설치 기기의 열화 상태를 외부로 표시하며, 그 결과를 유무선 통신 가능한 프로토콜로 변환시켜 중앙감시반에 설치되어 있는 초고주파 진동 모니터링 장치로 전송하는 초고주파 진동신호 수신기를 포함하여 이루어진 초고주파 센서를 이용한 실시간 열화 감지장치에 관한 것이다.
이와 관련된 또 다른 선행기술로는 "전력 케이블의 절연열화 측정장치(출원 번호 제10-1996-0002233호, 이하, '선행기술2'라 한다.)"가 존재한다.
선행기술2는 전력케이블의 절연열화 측정장치에 관한 것으로서, 전력케이블의 접지 사이에 연결되며, 입력되는 전압 및 전류를 검출하여 이상이 검출되면, 입력된 전압 및 전류를 차단하여 접지로 흐르게 하는 안전수단; 안전수단으로부터 출력된 신호를 입력받아 충전전류의 직류성분과 미주전류를 측정하고 연산하여, 워터트리에 의해 발생되는 순수 직류성분을 구하여 출력하는 측정수단으로 구성된 것을 특징으로 한다.
역시 동일한 기술적 사상을 갖춘 선행기술로는 "전력설비의 고장점 위치 파악 및 실시간 절연 상태 감지 기능을 갖는 수배전반(출원 번호 제10-2009-0011510호, 이하 '선행기술3'라 한다.)"이 존재한다.
선행기술3는 전기적 신호를 이용한 고주파 부분방전 센서를 이용하여 수배전반 고압선로의 절연상태 감지를 통해 안전성을 향상시키고, 수배전반내 나열되어 설치된 다수의 전력설비 중 고장점의 위치를 명확히 파악하는 전력설비의 고장점 위치 파악 및 실시간 절연 상태 감지 기능을 갖추기 위한 것으로서, 전력을 공급받아 수용가가 사용가능한 저압로 변환해주는 변압기부와, 고압 및 저압에서 이상시 동작하는 차단부와, 전압과 전류, 역률을 계산하기 위한 계측부와, 고압선로를 인입/인출하는 인입부 및 인출부를 포함하는 수배전반에 있어서, 고압선로의 인입부 또는 인출부에 설치되어 고압선로의 고주파 신호를 검출하는 고주파 부분방전 센서; 고주파 부분방전 센서에서 검출된 고주파 신호를 증폭시키는 앰프; 증폭된 고주파 신호의 노이즈를 제거하는 필터; 고주파 신호를 Qmax기법과 Oscillogram 기법으로 분석하여 고장점 위치를 파악하고 절연 상태를 감지하고, 분석된 데이터를 그래픽 처리하여 디스플레이시키는 부분방전진단 시스템은 포함하는 것을 특징으로 하여, 신호를 검출하기 위한 고주파부분방전 센서를 인입부와 인출부에 각각 설치하여, 전력설비의 절연열화 및 결함검출뿐 아니라 여러 개의 전력설비중 고장점의 위치 및 방향성을 파악하도록 하고 있다.
그러나 이들 선행기술들은 기존의 별도의 장치로 구성되어야 하며, 이들 장치를 작업자가 해당 현장에 투입시켜, 수작업을 동반해야하는바, 여전히 전력 케이블(11)과 활선 콘덴서(14)에 인접한 작업자의 감전 사고의 위험은 여전히 도사리고 있는 것으로 파악된다.
본 발명에 따른 전력 케이블 열화 측정을 위한 시스템은 상기한 바와 같은 종래 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, i) 수트리 측정을 위한 전력 케이블의 접지선의 연결 과정을 미리 설정해놓고, 작업자가 별도로 접지선의 접속과 차단 등의 작업을 수행하지 않아도 되는 시스템을 구현하고자 하며, ii) 별도의 장치를 통하지 않고 기존의 콘솔 박스 등의 내부 공간을 활용하여, 이러한 수트리 열화 상태를 측정하도록 하는 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 전력 케이블 열화 측정을 위한 시스템은 상기의 해결하고자 하는 과제를 위하여 다음과 같은 과제 해결 수단을 가진다.
본 발명에 따른 전력 케이블 열화 측정을 위한 시스템은 전력 케이블의 절연 열화를 측정하기 위한 시스템으로서, 상기 전력 케이블의 케이블 접지선에 접속되는 피더 케이블 단자; 상기 케이블 접지선의 접지 연결을 스위칭하며, 일단이 상기 피더 케이블 단자와 접속을 스위칭하며, 타단은 접지되도록 하는 토글 스위칭 유닛; 및 상기 토글 스위칭 유닛의 일단과 외부 접속 단자의 전기적 연결을 스위칭하는 수트리 스위칭 유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 전력 케이블 열화 측정을 위한 시스템은 활선하케이블절연감시장치(OLCM) 내부에 설치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 전력 케이블 열화 측정을 위한 시스템은 상기 수트리 스위칭 유닛이 상기 토글 스위칭 유닛의 일단과 외부 접속 단자의 전기적 연결시 턴-오프(turn-off) 되며, 상기 수트리 스위칭 유닛이 상기 토글 스위칭 유닛의 일단과 외부 접속 단자의 전기적 차단시 턴-온(turn-on) 되는 OLCM 스위칭 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 전력 케이블 열화 측정을 위한 시스템은 상기 전력 케이블과 상기 전력 케이블에 해당하는 케이블 접지선은 복수 개로 이루어지며, 상기 토글 스위칭 유닛은 상기 복수 개로 이루어진 케이블 접지선 마다 개별적으로 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 전력 케이블 열화 측정을 위한 시스템은 상기 외부 접속 단자를 접지 보호 장치와 직류 성분 측정 장치에 연결하는 것을 특징으로 할 수 있다.
이상과 같은 구성의 본 발명에 따른 전력 케이블 열화 측정을 위한 시스템은 다음과 같은 효과를 가진다.
첫째, 다수의 접지선이 미리 연결된 도선과 스위칭을 통해 접지 보호 장치 및 직류 성분 측정 장치와 간이하게 연결될 수 있는 효과를 제공한다.
둘째, 별도의 장치를 구비하지 않고도, 설비의 기존 콘솔 박스 예컨대, OLCM(On-Line Cable Monitor) 내부의 공간을 활용하고, OLCM과는 수트리 측정 모드 혹은 OLCM 모드로 전환하도록 하는 스위칭을 통해 간단하게 수트리 측정 모드로 전환할 수 있는 효과를 제공한다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 전력 케이블과 케이블 접지선이 수용된 VCB 패널의 내부를 도시한 개략도이다.
도 2는 종래 방식에 따라, 접지 보호 장치를 통해 케이블 접지선의 열화 상태를 측정하는 것을 도시한 개략도이다.
도 3은 도선의 내부 층의 구조를 도시한 사시도이다.
도 4는 전력 케이블과 다수의 케이블 접지선이 접지된 것을 도시한 사시도이다.
도 5는 기존 6.6kV 활선화 절연 감시 장치의 패널 내부(OLCM)를 도시한 정면도이다.
도 6은 본 발명에 따른, 전력 케이블 열화 측정을 위한 시스템이 설치된 것을 도시한 정면도이다.
도 7은 본 발명에 따른, 전력 케이블 열화 측정을 위한 시스템의 정면도이다.
도 8은 본 발명에 따른, 전력 케이블 열화 측정을 위한 시스템의 내부 회로도이다.
본 발명에 따른 전력 케이블 열화 측정을 위한 시스템은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 기술적 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 전력 케이블 열화 측정을 위한 시스템을 상세히 설명하고자 한다.
도 5는 기존 6.6kV 활선화 절연 감시 장치의 패널 내부(OLCM)를 도시한 정면도이다. 도 6은 본 발명에 따른, 전력 케이블 열화 측정을 위한 시스템이 설치된 것을 도시한 정면도이다. 도 7은 본 발명에 따른, 전력 케이블 열화 측정을 위한 시스템의 정면도이다. 도 8은 본 발명에 따른, 전력 케이블 열화 측정을 위한 시스템의 내부 회로도이다.
본 발명에 따른, 전력 케이블의 절연 열화를 측정하기 위한 시스템(100)은 도 7에 도시된 바와 같이, 외형의 케이스 내부에 설치되는 것으로서, 기타 외부 콘솔 박스 등의 내부 공간을 할애하도록 구현되는 것이다.
먼저, 외부 콘솔 박스의 예시로는 도 5에 도시된, 활선하케이블절연감시장치(On-Line Cable Monitor, OLCM)임이 바람직한데, 이는 VCB 패널(10)이 위치된 물리적인 공간에 함께 수용되는 장치이기 때문이다.
본 발명에 따른, 전력 케이블의 절연 열화를 측정하기 위한 시스템(100)은 피더 케이블 단자(101); 토글 스위칭 유닛(110); 및 수트리 스위칭 유닛(120)을 포함한다.
먼저, 피더 케이블 단자(101)는 도 8에 도시된 바와 같이, 전력 케이블(11)의 케이블 접지선(12)에 접속되는 구성이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 각종 전력 케이블(11)에 해당되는 개별의 케이블 접지선(12)들은 피더 케이블 단자(101)에 전기적으로 연결될 수 있다.
토글 스위칭 유닛(110)은 케이블 접지선(12)과 접지 연결을 스위칭하며, 일단은 피더 케이블 단자(101)와의 접속을 스위칭하며, 타단은 접지(ground) 되도록 한다.
도 8에 도시된 바와 같이, 도 7에 도시된 바와 같이, 토글 스위칭 유닛(110)은 각각 넘버링(numbering) 될 수 있다.
도 7 및 8에서 1번('공사용') 토글 스위칭 유닛을 턴온(turn-on)하면, 도 2에 도시된 바와 같은 상태, 즉, 공사용 전력 케이블(11)에 해당하는 케이블 접지선(12)의 접지는 끊김과 동시에, 피드 케이블 단자(110)와 접속되며, 토글 스위칭 유닛(110)의 타단은 접지(ground)가 되도록 하는 것이다.
수트리 스위칭 유닛(120)은 본 시스템(100)이 외부 콘솔 박스 등의 내부에 설치된 것인바, 외부 콘솔 박스가 원래 가지고 있는 기능에서 수트리 측정을 위한 모드로 전환하기 위한 스위치에 해당한다.
수트리 스위칭 유닛(120)은 토글 스위칭 유닛(110)의 일단과 외부 접속 단자(104)의 전기적 연결을 스위칭해주는 구성이다.
여기서 외부 접속 단자(104)는 도 8에 도시된 바와 같이, 최종적으로 접지 보호 장치(20)와 직류 성분 측정 장치(30)에 접속되어, 수트리 열화 여부를 측정되어 진다.
본 발명에 따른, 전력 케이블의 절연 열화를 측정하기 위한 시스템(100)은 OLCM 스위칭 유닛(130)을 더 포함할 수 있다.
OLCM 스위칭 유닛(130)은 상술한 수트리 스위칭 유닛(120)과 동시에 상반되어 작동되는 구성으로서, 수트리 스위칭 유닛(120)이 토글 스위칭 유닛(110)의 일단과 외부 접속 단자(104)의 전기적 연결이 이루어지면 턴-오프(turn-off) 되며, 수트리 스위칭 유닛(120)이 토글 스위칭 유닛(110)의 일단과 외부 접속 단자(104)의 전기적 차단시 턴-온(turn-on) 된다.
OLCM 스위칭 유닛(130)은 도 8에서는 물리적으로 구분되도록 구현되었지만, 도 7에서는 회전 스위치가 회전하면서, OLCM 모드 혹은 수트리 진단 모드로 양분되어 선택할 수 있게 구현할 수도 있다.
수트리 스위칭 유닛(120)이 턴온되어, 수트리 측정 모드로 전환되면, 작업자는 외부 접속 단자(104) 만을 접지 보호 장치(20)와 직류 성분 측정 장치(30)에 물리적으로 전기적 연결하여, 해당 전력 케이블(11)의 열화 진행 여부를 측정할 수 있게 된다.
절연 열화 진단 기준으로는 아래 표와 같이 정리될 수 있다.
판정 판정 결과 IDC(NA), IDC(MAX)-IDC(MIN) 직류성분 SR(㏁) (SHEATH 절연저항) 대 책
A 양호 IDC(NA)의 절대값이 10NA미만 1㏁ 이상 -
B 주의 IDC(NA)의 절대값이 10NA이상~100NA미만 0.002초과 ~ 1㏁ 미만 주기적인 경향관리
C
 불량 IDC(NA)의 절대값이 100NA이상 - 보수계획 수립
IDC(MAX)-IDC(MIN)의 절대값이
100NA 이상
* 양단 접지 - 0.002㏁ 접지해체후 재측정
본 발명의 권리 범위는 특허청구범위에 기재된 사항에 의해 결정되며, 특허 청구범위에 사용된 괄호는 선택적 한정을 위해 기재된 것이 아니라, 명확한 구성요소를 위해 사용되었으며, 괄호 내의 기재도 필수적 구성요소로 해석되어야 한다.
1: 도선
2: 절연체
3: 차폐층
4: 외피(sheath)
10: VCB(Vacuum Circuit Breaker) Panel
11: 전력 케이블
12: 케이블 접지선
13: 접지(ground)
14: 활선 콘덴서(condensor)
20: 접지 보호 장치
21: 측정용 리드 케이블
22: 접지 케이블
30: 직류 성분 측정 장치
100: 본 발명에 따른, 전력 케이블 열화 측정을 위한 시스템
101: 피더 케이블 단자
102: 접지 단자
103: 접지(ground)
104: 외부 접속 단자
110: 토글 스위칭 유닛
120: 수트리 스위칭 유닛(water switching unit)
121: 수트리 체크 시작 버튼
122: 수트리 체크 완료 버튼
123: 리셋 버튼
130: OLCM(On-Line Cable Monitor) 스위칭 유닛

Claims (5)

  1. 전력 케이블의 절연 열화를 측정하기 위하여, 활선하케이블절연감시장치(OLCM) 내부에 설치되는 시스템에 있어서,
    상기 전력 케이블의 케이블 접지선에 접속되는 피더 케이블 단자;
    상기 케이블 접지선의 접지 연결을 스위칭하며, 일단이 상기 피더 케이블 단자와 접속을 스위칭하며, 타단은 접지되도록 하는 토글 스위칭 유닛; 및
    수트리 스위칭 유닛이 상기 토글 스위칭 유닛의 일단과 외부 접속 단자의 전기적 연결시 턴-오프(turn-off) 되며, 상기 수트리 스위칭 유닛이 상기 토글 스위칭 유닛의 일단과 외부 접속 단자의 전기적 차단시 턴-온(turn-on) 되는 OLCM 스위칭 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는, 전력 케이블의 절연 열화를 측정하기 위한 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 전력 케이블과 상기 전력 케이블에 해당하는 케이블 접지선은 복수 개로 이루어지며, 상기 토글 스위칭 유닛은 상기 복수 개로 이루어진 케이블 접지선 마다 개별적으로 구성되는 것을 특징으로 하는, 전력 케이블의 절연 열화를 측정하기 위한 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 시스템은,
    상기 외부 접속 단자를 접지 보호 장치와 직류 성분 측정 장치에 연결하는 것을 특징으로 하는, 전력 케이블의 절연 열화를 측정하기 위한 시스템.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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