KR101723198B1

KR101723198B1 - 파센의 법칙을 이용한 절연파괴 시험장치 및 방법

Info

Publication number: KR101723198B1
Application number: KR1020170009656A
Authority: KR
Inventors: 안대기
Original assignee: 세아전설(주)
Priority date: 2017-01-20
Filing date: 2017-01-20
Publication date: 2017-04-05

Abstract

파센의 법칙을 이용한 절연파괴 시험장치 및 방법이 개시된다. 본 발명의 절연파괴 시험장치는 전압설정부에 전압연결선으로 연결되어 전압이 인가되는 진공가능한 챔버와 상기 챔버에 격막장치, 전기도체, 진공펌프, 설정부, 모니터 장치, 및 상기 진공 펌프의 진공도 값과 상기 전압계의 전압을 모니터로 Display 할 수 있도록 변환하는 변환부를 포함하고, 상기 설정부의 압력을 가변시켜 절연파괴압력에 도달하면 상기 진공펌프의 진공행정을 중단하고, 상기 변환부는 상기 진공펌프의 진공도값과 상기 절연파괴전압을 기초로 하여 상기 모니터장치에 파센의 법칙이 적용된 "V"곡선을 표시하도록 함으로써, 파센의 법칙에 따라 절연파괴로 인한 고장사례를 시각적으로 보여 줄 수 있기 때문에 사고를 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.

Description

파센의 법칙을 이용한 절연파괴 시험장치 및 방법{INSULATION BREAKDOWN TEST EQUIPMENT USING PASCHENS LAW AND METHOD THEREOF}

본 발명은 절연 파괴 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 파센의 법칙에 따라 절연이 파괴되는 과정을 이론적으로 교육시키기 보다는 시각적으로 보여 줘 부분방전 시험 테스트 필드용으로 활용하고 교육 시스템으로 이용할 수 있는 파센의 법칙을 이용한 절연파괴 시험장치에 관한 것이다.

일반적으로, 차단기는 전기회로에 있어서 발생가능한 단락이나 지락 등의 사고시에 이러한 사고 전류로부터 부하 기기 및 선로를 보호하는 전기 보호기이며, 소호 매질에 따라 기름을 소호 매질로 사용하는 유입차단기, 불활성 기체인 육불화황(SF6) 가스를 이용한 가스 차단기, 공기를 소호 매질로 이용한 기중 차단기, 자기를 이용한 차단기, 진공의 절연성을 이용한 진공 차단기 등으로 구분된다.

진공 차단기는 전력 계통에서 부하 전류 또는 사고 전류를 차단하기 위한 진공 차단기, 진공 개폐기, 진공 컨텍터 등에 적용되는 핵심 소호부인데, 전력 수송 제어 및 전력 계통의 보호 역할을 담당하고 있는 진공 차단기는, 차단 용량이 크고 신뢰성과 안전성이 높으며, 작은 설치 공간에도 거치할 수 있는 등의 많은 장점이 있어 저전압에서 고전압에 이르기까지 그 적용범위가 확대되어 가는 추세이다.

현재 대부분의 전력기기 제품은 아크 소호 및 절연 성능이 우수한 육불화황 가스를 절연 매질로 사용하고 있는 실정이나, 육불화황 가스는 온실 효과가 이산화탄소의 약 23,900 배에 달해 교토 의정서에 의해 지구 온난화 가스로 지정되었으며, 전 세계적으로 사용 규제가 이루어지고 있는 추세이다.

국내 또한 이러한 육불화황 가스를 대체할 수 있는 환경 친화적 전력기기 제품 개발이 활발히 이루어지고 있으며, 이러한 환경 친화적 전력 기기 제품의 하나로 진공 차단기의 수요가 급증하고 있는 실정이며, 이러한 진공차단기 내부에서 전류를 차단하는 핵심 부품이 진공 차단기이다.

이러한 진공 차단기는 5X10-4 토르(Torr) 이하의 진공도를 갖는 압력에서 정상적인 차단력을 갖는데, 진공 차단기를 장기간 사용함에 따라 진공 차단기 내부에서 방출되는 가스, 각 부품의 접합부의 누설 등의 내외부적인 요인에 의해 진공 차단기 내부의 진공 압력이 상승하게 되며, 이에 따라 진공 차단기 본연의 절연 소호 능력이 유지되지 못하는 문제가 발생한다.

이와 같이 진공 차단기의 진공도 저하로 인하여 절연 소호 능력이 저하된 상태를 감지하지 못한 상태에서, 차단기가 동작하게 되면 전력 계통상에 심각한 손실을 초래할 수 있으므로 진공 차단기의 진공도 감시는 매우 중요하다 할 수 있다.

즉, 차단기 점검 중 진공작업 공정시 유의사항은 전문업체 직원이라 해도 제대로 답변을 하기 어려울 뿐만 아니라 또는 그러한 이유를 명확하게 알기 어렵다.

관련 작업으로 현장에 나가 있는 KEPCO감독이나 계통시험 직원에게 질문해도 명확하게 답을 하지 못하거나 설령 답을 안다 해도 그렇게 해야 하는 이유를 잘 모르는 경우가 발생한다.

따라서, 최근에는 각종의 진공차단기용 진공압 측정장치가 실용화되고 있다.

그러나, 종래의 진공압측정장치에서는 실용상 다음과 같은 결점이 있었다.

(1) 파센의 법칙에 따른 방전현상의 변화를 조사하기 위해(방전현상은 진공도에 영향받기 때문이다), 진공용기 내에 1쌍의 방전전극을 설치함과 동시에 별도의 고압전원을 설치하여, 방전전극에 고전압을 인가하는 진공압 측정장치가 있다. 이와 같은 장치에 있어서는, 진공차단기의 구조가 복잡함과 동시에 별도의 고압전원을 필요로 하므로 제조원가가 비교적 높다.

(2) 파센의 법칙에 따른 방전현상의 변화를 조사하기 위해, 진공차단기를 강전회로로 부터 분리하고, 고정, 가동 접점을 방전이 발생하기에 적당한 간격으로 재배치하여, 별도의 전원으로 부터 고전압을 인가하는 진공압 측정장치가 있다. 이 방법에서는, 강전회로 또는 전원을 진공차단기로부터 분리시키지 않으면 안된다. 즉, 고전압을 차단기에 인가하는 동안(활선상태)에는 진공압의 측정이 불가능하고, 또한 그로 말미암아 많은 시간과 노력을 필요로 한다.

KR 등록특허공보 제10-0290274호(2001.02.28)

본 발명은 절연파괴로 인한 고장사례를 시각적으로 보여 줄 수 있는 파센의 법칙을 이용한 절연파괴 시험장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 즉 차단기 설치 및 점검 시 휴먼에러를 방지할 수 있는 파센의 법칙을 이용한 절연파괴 시험장치 및 방법을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 상용 계통 전압이 아닌 저전압(AC단상 0~600V)만으로도 진공도와 절연전압의 상관관계를 비쥬얼하게 보여 줄 수 있는 파센의 법칙을 이용한 절연파괴 시험장치 및 방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

그리고 본 발명은 진공도의 추이의 그래프처리와 진공목표의 설정 알람장치와 전압변동추이와 진공도의 상관관계 그래픽 표현장치를 제공하고 방전현상을 촬영할 수 있는 파센의 법칙을 이용한 절연파괴 시험장치 및 방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

이러한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 외부 전압을 설정된 전압으로 승압시키는 전압설정부와 상기 전압설정부에 전압연결선으로 연결되어 전압이 인가되는 진공가능한 챔버를 이용한 절연파괴 시험장치는 상기 챔버내의 가스를 구획하는 격막장치와, 가스로 절연이 유지되는 전기도체와, 상기 챔버를 진공시키는 진공펌프와, 압력을 측정하는 압력계와, 상기 압력계의 압력을 설정하는 압력설정장치와, 모니터 장치, 및 상기 진공 펌프의 진공도 값과 상기 전압계의 전압을 모니터로 Display 할 수 있도록 변환하는 변환장치를 포함하는 챔버를 구성하고, 상기 압력설정장치의 압력을 가변시켜 절연파괴압력에 도달하면 상기 진공펌프의 진공행정을 중단하고, 상기 변환장치는 상기 진공펌프의 진공도값과 상기 절연파괴전압을 기초로 하여 상기 모니터장치에 파센의 법칙이 적용된 "V"곡선을 표시하도록 함으로써 달성될 수 있다.

또한, 설정부는 상기 챔버에 인가되는 전압을 가변시켜 절연파괴전압(Breakdown Voltage)에 도달하게 하고, 상기 변환장치는 상기 진공펌프의 진공도값과 상기 전압을 기초로 하여 상기 모니터장치에 파센의 법칙이 적용된 "V"곡선을 표시한다.

또한, 상기 챔버내에 가스를 주입하는 가스 주입구를 더 포함하게 구성하고, 상기 가스 주입구를 통하여 일정한 매질을 채우고 압력을 유지하고 절연을 유지할 수 있도록 한다.

또한, 변환장치는 AC 단상 0~600V 내에서 진공펌프의 진공도값과 절연파괴전압의 상관관계를 상기 모니터장치에 파센의 법칙이 적용된 "V"곡선을 표시하고, 상기 압력설정장치에 의하여 설정된 절연압력에 도달하면 상기 챔버내에서 발생하는 절연이 붕괴될 때 발생하는 방전불꽃을 탐지하기 위한 점검용 투명창을 구비하고, 상기 챔버에서 방전불꽃이 발생하면, 상기 진공펌프의 진공행정을 중단하고, 상기 변환장치는 진공펌프의 진공도값과 상기 절연파괴전압을 기초로 하여 상기 모니터장치에 파센의 법칙의 "V"곡선을 표시하게 한다.

한편, 본 발명의 외부 전압을 설정된 전압으로 승압시키는 전압설정부와 상기 전압설정부에 전압연결선으로 연결되어 전압이 인가되는 진공가능한 챔버를 이용한 절연파괴 시험방법은, (a)진공우선 시험 또는 전압인가 우선 작업인지를 선택하는 단계와, (b)상기 (a)단계에서 전압인가 우선 작업으로 선택된 경우 방전허용시간과 방전 안전차단 전류를 설정하고, 상기 챔버에 연결된 전압선에 인가할 전압을 설정하는 단계와, (c)상기 진공펌프에서 펌핑하여 절연파괴전압에 이르도록 제어하는 단계와, (d)상기 (b)단계에서 설정한 방전허용시간과 방전안전차단 전류로 방전시키고 상기 진공펌프의 진공행정을 중단하는 단계, 및 (e)변환장치는 상기 진공펌프의 진공도값과 상기 절연파괴전압을 기초로 하여 모니터장치에 파센의 법칙이 적용된 "V"곡선을 표시하는 단계를 포함하여 이루어지게 할 수 있다.

또한, (b-1)상기 (a)단계에서 진공 우선 작업으로 선택된 경우 방전허용시간과 방전 안전차단 전류를 설정하고, 설정된 진공이 되도록 진공펌프를 구동하는 단계와, (b-2)상기 (b-1)단계에서 설정된 진공압력에 도달하면, 상기 챔버에 연결된 전압선에 전압을 인가하는 단계와, (b-3)계속 전압을 인가하여 절연파괴전압에 이르도록 제어하는 단계와, (b-4)상기 (b-1)단계에서 설정한 방전허용시간과 방전안전차단 전류로 방전시키고 인가되는 전압을 중단하는 단계, 및 (b-5)변환장치는 상기 진공펌프의 진공도값과 상기 절연파괴전압을 기초로 하여 모니터장치에 파센의 법칙이 적용된 "V"곡선을 표시하는 단계를 포함한다.

따라서, 본 발명의 파센의 법칙을 이용한 절연파괴 시험장치 및 방법에 의하면, 파센의 법칙에 따라 절연파괴로 인한 고장사례를 시각적으로 보여 줄 수 있기 때문에 사고를 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 파센의 법칙을 이용한 절연파괴 시험장치 및 방법에 의하면, 실제적인 시각 체험을 통하여 절연파괴를 확인할 수 있기 때문에 차단기 설치 및 점검 시 반드시 거쳐야하는 작업 공정 중 진공작업의 목적과 주의사항을 작업자들이 제대로 인지하지 못하여 발생하는 휴먼에러를 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 파센의 법칙을 이용한 절연파괴 시험장치 및 방법에 의하면, 진공가능한 내구성 있는 챔버를 이용하여 상용 계통 전압이 아닌 저전압(AC단상 0~600V)만으로 진공도와 절연전압의 상관관계를 보여줄 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 파센의 법칙을 이용한 절연파괴 시험장치 및 방법에 의하면, 진공도의 추이의 그래프처리와 진공목표의 설정 알람장치와 전압변동추이와 진공도의 상관관계 그래프로 표현할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 파센의 법칙을 이용한 절연파괴 시험장치의 주요 구성도,
도 2는 진공 우선 작업시 절연파괴 시험장치의 작동과정을 설명하기 위한 흐름도,
도 3은 전압 우선 작업시 절연파괴 시험장치의 작동과정을 설명하기 위한 흐름도,
도 4는 파센의 법칙을 설명하기 위한 참고 그래프,
그리고
도 5는 진공도와 절연전압 관계를 설명하기 위한 참고도면이다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 아니하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈", "장치" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 및/또는 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

명세서 전체에서 "및/또는"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제1 항목, 제2 항목 및/또는 제3 항목"의 의미는 제1, 제2 또는 제3 항목뿐만 아니라 제1, 제2 또는 제3 항목들 중 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미한다.

명세서 전체에서 각 단계들에 있어 식별부호(예를 들어, a, b, c, ...)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 한정하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.

이하, 도면을 참고하여 본 발명의 일실시예에 의한 절연파괴 시험장치에 대하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 파센의 법칙을 이용한 절연파괴 시험장치의 주요 구성도로서, 도시된 바와 같이, 본 발명의 절연파괴 시험장치는 챔버(130)와 챔버(130)내에 인가된 전압의 크기를 지시하고 설정할 수 있는 전압계(120)와 챔버(130)를 진공으로 유지하는 진공펌프(140)를 이용하여 절연파괴전압에 다다를 때까지 전압계(120)와 진공펌프(140)를 제어하고, 이를 모니터(160) 상에 파센의 법칙이 적용된 "V"곡선을 표시하여 실험자들이 직접 절연파괴 장면을 시각으로 체험할 수 있게 하여 휴먼 에러를 방지할 수 있게 하는 것이다.

이를 위하여 본 발명의 절연파괴 시험장치는 변압기(110)와, 진공펌프(140)를 제어하는 설정부(142), 챔버(130)내의 가스를 격리시키는 격막장치(131), 챔버(130) 내의 절연파괴를 확인할 수 있는 투명창(134)과 챔버(130) 내의 시험 장면들을 촬영하는 카메라(170)와 챔버(130)내에 가스를 주입하는 가스 주입구(132)와 챔버(130)내에 구성되는 가스로 절연이 유지되는 전기도체(133) 등을 포함할 수 있다.

즉, 본 발명은 외부 전압을 설정된 전압으로 지시하는 전압계(120)와 상기 전압계에 전압연결선으로 연결되어 전압이 인가되는 진공가능한 챔버(130)와 모니터 장치(160) 및 진공 펌프(140)의 진공도 값과 전압계(120)의 전압을 모니터장치(160)로 Display 할 수 있도록 변환하는 변환부(150)를 포함하여 구성한다.

먼저 챔버(130)는 챔버내의 가스를 구획하는 격막장치(131)가 상부에 구비되고, 각각의 격막장치(131)를 통하여 전압계(120)와 연결된 전압연결선이 가스로 절연이 유지되는 전기도체(133)와 각각 연결된다.

또한, 챔버(130)를 진공시키는 진공펌프(140)가 챔버 일측에 구비되고, 진공펌프(140)의 압력 즉 펌핑동작을 제어하는 설정부(142)가 진공펌프(140)와 전기적으로 연결된다.

상술한 구성으로 본 발명의 파센의 법칙을 이용한 절연파괴 시험장치는 전압을 가변시켜 절연파괴전압(Breakdown Voltage)에 다다르게 하거나 또는 진공펌프의 압력을 가변시켜 절연파괴전압에 이르게 할 수 있다.

이러한 과정에 대해서는 아래에서 보다 상세하게 설명하기로 한다.

전압계(120)는 교류 전압계와 목표하는 전압을 설정하고 전압을 조절할 수 있도록 구성한다.

예를 들면 목표값을 150(V)로 설정해 두었다면 서서히 전압이 올라가다가 목표전압인 150(V)에 도달하면 그 전압에 머무르게 한다.

이러한 전압계(120)는 변압기(Regulating Transformer;110)로부터 전원을 인가받아 1차 전압보다 높은 2차 전압이 발생하도록 동작한다.

즉 1차전압을 단상 220(V)로 하고 2차 전압은 0(V)~약 600(V)정도까지 전 구간을 미세하게 조정할 수 있도록 구성한다.

또한, 방전허용시간과 방전 안전차단 전류를 설정할 수 있도록 구성한다.

이러한 방전허용시간과 방전 안전차단 전류는 방전현상 유지시 설정된 수치를 근거로 방전시간과 차단 전류를 판단하여 제어하면 된다.

또한, 전압계(120)는 전압연결선에 의하여 전압계에서 출력되는 전압이 ㅊ채챔버(130)에 인가되도록 하고, 전압계(120)의 출력전압은 변환부(150)로 전송된다.

이때 변환부(150)로 전송되는 전압수치는 아날로그로 입력할 수 있으나 아날로그를 디지털로 변환하는 컨버터를 거친 디지털화된 데이터를 입력할 수도 있음은 물론이다.

챔버(Chamber;130)는 전력설비중 하나인 차단장치(GIS;Gas Insulated Switchgear)의 모양 일부(그중에서도 모선)를 표시한 것이나, 절연파괴 즉 방전 현상을 관찰할 수 있는 진공 챔버로 구성하면 된다.

격막장치(131)는 챔버(130)에 들어가 있는 Gas를 구획하는 역할을 하는 것으로 GIS에서는 이것을 Spacer라고도 한다.

전기도체(133)는 A,B,C상 또는 R,S,T이라고도 하며, GIS에서는 가스로 절연이 유지되는 도체, 모선(母線)이라고도 한다.

설정부(142)는 진공압력계 & Setting장치로 동작하며, GIS의 챔버내부에는 개스(절연 성능이 좋은 SF6)가 들어 있는데 순수하게 Gas만 채우기 위해서는 진공을 시켜야 하므로 진공시키는 과정에 압력을 측정할 수 있는 압력계를 구비하고 있다.

또한, 설정부(142)는 챔버(130)의 압력이 일정한 압력에 도달하면 진공펌프(140)를 제어하여 진공 행정을 멈추게 하여야 한다.

참고로 진공도는 잔류기체의 압력으로 표시되고, 압력의 단위로는 mmHg를 쓰며, 이것을 E. 토리첼리의 이름을 따서 토르(torr)라 한다.

국제단위계에서는 1bar가 쓰이는데, 파스칼(Pa)이라 부르는데 133.322Pa이 1torr에 해당한다.

변환부(150)는 진공 펌프(140)의 진공도 값과 전압계(120)의 전압을 모니터(160)로 Display 할 수 있도록 변환한다.

또한, 변환부(150)는 진공도값과 전압값이 아날로그로 전송되는 경우에는 모니터에 디스플레이할 수 있도록 디지털 값으로 변경하는 장치를 구비할 수도 있다.

모니터(160)는 변환부(150)에서 제공되는 데이터를 이용하여 파센의 법칙이 적용된 "V"곡선을 표시하도록 동작한다.

이하, 파센의 법칙 곡선에 대하여 설명한다.

도 4는 파센의 법칙을 설명하기 위한 참고 그래프이다. 도시된 바와 같이 파센의 법칙은 아래 수학식1과 같이 표현될 수 있다.

여기서 V는 절연유지 전압이고, K는 상수, p는 전압의 매질의 압력(mmHg), d는 전압이 걸린 간격(mm)을 의미한다.

다시 말해 GIS챔버내에 일정한 매질(SF6개스)을 채우고 압력을 유지하면 절연을 유지할 수 있다는 것이다. 그래서 진공을 해서 모든 매질을 빼고 SF6개스를 꽉 눌러 채우면 그 절연은 345kV, 154kV를 걸어도 된다 할 정도로 절연전압이 높아진다.

이때, d는 언제나 일정하다고 볼 때 진공도를 낮추고 매질을 채우지 않으면 절연전압은 아주 낮아지게 된다.

도 4를 참고하면 일정 공간 내에 매질(SF6)을 넣고 압력을 높이면 방전개시 전압이 높아짐을 알 수 있다.

파센의 법칙은 평등전계내의 방전개시전압(Vs)는 온도가 일정한 기체에 대해서는 기압 p와 전극간의 거리 d와의 곱인 pd의 함수로 나타난다.

따라서 도면을 참고하면, 기체의 압력을 2배로 하고 전극간의 거리를 1/2로 할 경우 같은 전압으로 방전한다는 것을 알 수 있다.

도면을 참고하면 영역 Ⅰ에서는 pd가 감소하고 Vs가 증가하는 영역으로 진공상태에 가까워지면 기체분자가 적어져서 전자의 충돌회수가 감소하기 때문이다.

d가 작아지면서 생기는 현상은 전자의 자유 행정 λe가 되므로 전기에 필요한 에너지 얻을 만큼 가속을 받지 못하여 방전이 일어나기 어렵다.

영역 Ⅱ는 파센의 영역으로 d가 커지면 전계 E(=Vs/d)의 관계로부터 E가 적어져서 전리하기 어렵게 되기 때문에 어떤 일정값 이상의 전계강도로 하기 위해서는 d에 비례하여 Vs를 크게 해야 한다.

상술한 바와 같이 진공도가 낮아지거나 인가되는 전압에 따라 서서히 절연(絶緣)이 깨지면 방전불꽃이 생기게 되는 데 본 발명은 이것을 시각으로 확인할 수 있게 점검용 투명창(134)을 챔버의 일측에 구비하는 것을 하나의 특징으로 한다.

또한, 절연파괴전압에 다다를 때 까지 투명창(134)을 통하여 챔버(130) 내부를 촬영하는 카메라(170)가 챔버의 일측에 구비된다.

그리고, 본 발명은 투입되는 매질에 따라 진공도가 달라지므로 SF6가스를 넣을 수 있는 주입구(132)를 진공펌프(140)의 경로상에 배치하여 손쉽게 매질을 챔버로 투입할 수 있도록 한다.

상술한 구성을 이용하여 방전현상을 관찰하기 위해서는 상기 수학식에서와 같이 절연유지 전압(V) 또는 전압의 매질의 압력(p)을 가변시켜 방전되게 할 수 있다.

즉, 본 발명에서는 방전 현상을 유도하기 위하여 절연유지 전압(V)과 전압의 매질의 압력(p)을 조합하여 방전현상을 유도할 수 있도록 하는 것을 하나의 특징으로 한다.

구체적으로 절연유지 전압(V)을 일정하게 유지하고 전압의 매질의 압력(p)만을 가변시키거나 또는 전압의 매질의 압력(p)은 일정하게 유지하고 절연유지 전압(V)을 가변시키거나 또는 절연유지 전압(V)과 전압의 매질의 압력(p)을 동시에 가변시켜 방전 현상을 유도하게 할 수 있는 것이다.

절연유지 전압(V)은 전압계(120)로 설정되고, 전압의 매질의 압력(p)은 진공펌프(140)를 제어하는 설정부(142)에서 조절할 수 있으므로 선택한 설정에 따라 전압우선 작업을 선택하거나 진공우선 작업 또는 전압/진공 동시 작업의 선택에 따라 전압계(120) 및/또는 설정부(142)를 제어할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

따라서 본 발명에서는 방전현상을 유도하기 위한 작업 방법 즉 전압우선, 진공우선 또는 전압진공동시 작업 중 어느 하나를 선택할 수 있는 버튼을 구비하고 버튼의 설정에 따라 전압계(120)와 설정부(142)를 제어하면 된다.

구체적으로 진공우선 작업을 선택한 경우에는 전압의 매질의 압력(p)은 설정한 수치에서 고정되어 있어야 하므로, 먼저 방전허용시간과 방전 안전차단 전류를 전압계(120)에서 설정하고, 챔버(130)에 연결된 전압연결선에 인가할 전압을 설정하고 절연전압을 점차 증가시켜 인가하면, 격막장치(131)를 통하여 챔버(130)내에서 전압연결선의 일단에 연결된 전기도체(133)가 절연파괴전압에 도달하면 방전현상이 발생하게 되는 것이다.

또한 전압우선 작업을 선택한 경우에는 절연유지 전압(V)은 일정하게 설정하고, 전압의 매질의 압력(p)을 가변시키기 위하여 진공펌프(140)를 펌핑하도록 하여 방전에 이르도록 하는 것이다.

그리고 진공전압작업인 경우에는 절연유지 전압(V)과 매질의 압력(p)을 동시에 가변시키면서 방전에 이르게 한다.

어느 경우에서나 방전이 시작되면, 진공펌프(140)의 진공행정을 중단하고, 변환부(150)는 진공펌프(140)의 진공도값과 전압계(120)의 절연파괴전압을 기초로 하여 모니터(160)에 파센의 법칙이 적용된 "V"곡선을 표시하는 것이다.

도 5의 진공도와 절연전압 관계를 설명하기 위한 참고도면을 보면, 2008년 3월 현대중공업 관계자 입회하에 KEPCO 대구전력관리처에서 공장 시현한 내용이다.

상단 그림은 0.12Torr에서 15분간 EDS를 개방한 후 0.5Torr의 진공도인 약 550(V)에서 절연이 파괴됨을 알 수 있고, 하단 그림은 모선지지애자에서 글로우 방전이 진행되는 모습을 나타낸 것이다.

참고로 절연 파괴 또는 유전 파괴(Dielectric Breakdown)는 임계 전계를 초과하면 갑작스런 큰 방전 전류가 유전체를 통해 흐르게 되어, 결국 유전체가 국부적으로 재료의 손상(녹임,태움 등) 또는 파괴되거나 유전체(절연체)에서 강한 전기장이 인가될 때 수많은 전자들이 갑자기 전도대역 안으로 여기되어 유전체 전류 흐름이 급격히 증가되어 전기 절연성이 소실되는 현상을 의미한다.

절연파괴전압(Breakdown Voltage)은 절연파괴가 일어나기 시작하는 전압을 의미한다.

이하, 도면을 참고하여 본 발명의 파센의 법칙을 이용한 절연파괴 시험장치 의 시험 방법에 대하여 설명한다.

도 2는 진공 우선 작업시 절연파괴 시험장치의 작동과정을 설명하기 위한 흐름도이고, 도 3은 전압 우선 작업시 절연파괴 시험장치의 작동과정을 설명하기 위한 흐름도이다.

먼저 도 2를 참고하여 진공 우선 작업시 절연 파괴 시험장치의 작동 방법을 설명한다.

진공 우선 작업이란 절연을 파괴시키는 과정을 진공을 통해 진행하는 것을 의미하는 것으로, 단계 S100은 방전허용시간과 방전안전차단 전류와 진공도와 해당 진공도에 도달시 알람을 울리도록 설정하는 단계이다(S110, S120,S130).

상기 수학식에서 방전은 전압(V)을 높이거나 p를 상수로 하고, 매질도 빼고 진공압력도 낮추면 언젠가(긴 시간이 아니고 일정 조정 준 후) 방전(放電)할 텐데 그 방전이 너무 오래 지속되면 안전상 문제가 되므로 방전허용시간과 방전안전차단 전류를 설정하는 것이다.

단계 S100에서 방전허용시간과 방전안전차단전류 등이 설정되면, 설정부(142)는 진공펌프(140)를 구동하여 설정된 진공도가 되면 알람을 울린다(S131, S132).

전압연결선은 상술한 바와 같이 전압계(120)와 전기도체(133)를 격막장치(131)를 통하여 연결하는 선이다.

단계 S133에서 전압연결선이 연결되면 전압계(120)를 이용하여 전압을 설정하는 데 이때 전압이 너무 빨리 상승되지 않게 설정한다.

상승하는 전압이 절연파괴전압(Breakdown Voltage)에 도달하면(S135), 챔버(130) 내에서 방전 즉 전기 불꽃이 발생하게 된다(S140).

즉, 절연파괴전압(Breakdown Voltage)에 도달하는 것은 방전의 초기 단계로 이후 절연(絶緣)이 깨지면 방전불꽃이 생기게 되고 이를 투명창(134)을 통하여 관찰할 수 있도록 하는 것이다.

이후, 변환부(150)는 설정부(142)의 진공도값과 절연파괴전압을 기초로 하여 모니터(160)에 파센의 법칙이 적용된 "V"곡선을 표시할 수 있도록 변환하여 방전이 발생된 진공도값과 전압이 표시되는 것이다(S150~S160).

도 3은 전압 인가 우선 작업으로 절연을 파괴시키는 과정을 전압을 통해 진행하는 것을 의미하는 것으로, 단계 S200은 방전허용시간과 방전안전차단 전류와 진공도와 전압연결선을 전압계에 연결하는 단계이다(S210, S220,S230).

상기 수학식에서 방전의 유도를 전압(V)을 높혀 방전(放電)할 텐데 그 방전이 너무 오래 지속되면 안전상 문제가 되므로 방전허용시간과 방전안전차단 전류를 설정하는 것이다.

단계 S200에서 방전허용시간과 방전안전차단전류가 설정되고 전압연결선이 연결되면, 전압계(120)에서 전압을 설정한다(S231).

단계 S231에서 설정된 전압에 도달하면 시험자는 설정부(142)에서 전공펌프(140)를 서서히 구동하여 절연파괴전압에 도달하도록 한다(S232).

상승하는 전압이 절연파괴전압(Breakdown Voltage)에 도달하면(S233), 챔버(130) 내에서 방전 즉 전기 불꽃이 발생하게 된다(S240).

이후, 변환부(150)는 설정부(142)의 진공도값과 절연파괴전압을 기초로 하여 모니터(160)에 파센의 법칙이 적용된 "V"곡선을 표시할 수 있도록 변환하여 방전이 발생된 진공도값과 전압이 표시되는 것이다(S250~S260).

이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대하여 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허 청구범위에 속함은 당연한 것이다.

110 : 변압기 120 : 전압계
130 : 챔버 131 : 격막장치
132 : 주입구 140 : 진공펌프
142 : 설정부 150 : 변환부
160 : 모니터

Claims

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외부 전압을 설정된 전압으로 승압시키는 전압계와 상기 전압계에 전압연결선으로 연결되어 전압이 인가되는 진공가능한 챔버를 이용한 절연파괴 시험장치에 있어서,
상기 챔버는
상기 챔버내의 가스를 구획하는 격막장치;
가스로 절연이 유지되는 전기도체;
상기 챔버를 진공시키는 진공펌프;
상기 진공펌프의 압력을 제어하는 설정부;
압력설정장치에 의하여 설정된 절연압력에 도달하면 상기 챔버내에서 발생하는 절연이 붕괴될 때 발생하는 방전불꽃을 탐지하기 위한 점검용 투명창;
모니터 장치;및
상기 진공 펌프의 진공도 값과 상기 전압계의 전압을 모니터로 Display 할 수 있도록 변환하는 변환부;
를 포함하고,
진공 우선 작업인 경우에는 상기 설정부의 압력을 가변시켜 절연파괴압력에 도달하면 상기 진공펌프의 진공행정을 중단하고, 상기 변환부는 상기 진공펌프의 진공도값과 절연파괴전압을 기초로 하여 상기 모니터장치에 파센의 법칙이 적용된 "V"곡선을 표시하고
전압인가 우선 작업인 경우에는 상기 전압계로 상기 챔버에 인가되는 전압을 가변시켜 절연파괴전압(Breakdown Voltage)에 도달하게 하고, 상기 변환부는 상기 진공펌프의 진공도값과 상기 전압을 기초로 하여 상기 모니터장치에 파센의 법칙이 적용된 "V"곡선을 표시하는 절연파괴 시험장치.
청구항 2에 있어서,
상기 챔버내에 가스를 주입하는 가스 주입구;
를 더 포함하고, 상기 가스 주입구를 통하여 일정한 매질을 채우고 압력을 유지하고 절연을 유지할 수 있도록 하는 절연파괴 시험장치.
청구항 2에 있어서,
상기 변환부는
AC 단상 0~600(V) 내에서 진공펌프의 진공도값과 절연파괴전압의 상관관계를 상기 모니터장치에 파센의 법칙이 적용된 "V"곡선을 표시하는 절연파괴 시험장치.
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