KR101839218B1 - 고압전동기 건전성 판정 기법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고압전동기의 건전성을 판정하는 기법에 관한으로, 고압전동기에 대하여 절연저항 및 성극지수 시험을 수행하는 제1 단계와, 절연저항 및 성극지수에 대한 시험 결과가 양호한 것으로 판정된 경우, 교류전류 측정, 유전정접 측정 및 부분방전 측정을 포함하는 절연진단 시험을 수행하는 제2 단계와, 절연저항 및 성극지수에 대한 시험 결과가 불량인 것으로 판정된 경우, 고압전동기의 건조를 수행하는 제3 단계를 포함하여, 건전성 판정의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 고압전동기의 건전성 판정 기법을 제공한다.

Description

고압전동기 건전성 판정 기법{Technique of Healty Judgement in High Voltage Motors}

본 발명은 고압전동기의 건전성을 판정하는 기법에 관한 발명이다.

종래 고압전동기의 건전성을 판단하기 위하여 고정자 권선에서 절연저항, 성극지수(PI, Polarization Index), 교류전류, 유전정접 및 부분방전 등을 각각 측정하여 종합적으로 분석하였다. 그리고 분석 결과에 기초하여 고압전동기가 양호한지 여부를 판단하고, 불량이 발생하였다고 판단하는 경우 재권선을 수행하였다.

그러나 이와 같은 건전성 판단 방법은 고압전동기에 발생할 수 있는 다양한 상황(예를 들어, 기술발전에 의한 고압전동기의 제작품질 향상 등)에 대하여 전혀 고려하지 않은 것으로, 건전성 판정의 신뢰성을 크게 저하시키고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 고압전동기에 대한 재권선 판정의 근거를 다양하게 마련하여 불필요한 재권선 판정을 방지하고, 고압전동기의 건전성 진단시 불필요하게 고압전동기를 파손시키는 것을 방지하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 실시예들의 일 측면에 의하면, 고압전동기에 대하여 절연저항 및 성극지수 시험을 수행하는 제1 단계와, 절연저항 및 성극지수에 대한 시험 결과가 양호한 것으로 판정된 경우, 교류전류 측정, 유전정접 측정 및 부분방전 측정을 포함하는 절연진단 시험을 수행하는 제2 단계와, 절연저항 및 성극지수에 대한 시험 결과가 불량인 것으로 판정된 경우, 고압전동기의 건조를 수행하는 제3 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고압전동기의 건전성 판정 기법을 제공한다.

이러한 본 발명의 다른 특징에 의하면, 제2 단계에서의 절연진단 시험에 의하여 교류전류, 유전정접 및 부분방전에 대한 측정 결과, 고압전동기가 양호한 것으로 모두 판단된 경우, 시험 결과를 데이터베이스에 저장하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 제2 단계에서의 절연진단 시험에 의하여 교류전류, 유전정접 및 부분방전에 대한 측정 결과, 고압전동기가 불량이라고 모두 판단된 경우, 고압전동기에 대하여 재권선을 실시하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 제2 단계에서의 절연전단 시험에 의하여 교류전류 측정 및 유전정접 측정 결과, 고압전동기가 양호하다고 판단되고, 부분방전 측정 결과, 고압 전동기가 불량이라고 판단된 경우, 슬롯 방전이 발생하였는지를 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 고압전동기에 슬롯 방전이 발생하였다고 판단하는 경우 절연 보강을 수행하고, 슬롯 방전이 발생하지 않았다고 판단하는 경우에는 AC 내전압 시험을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 제2 단계에서의 절연진단 시험에 의하여 산출된 tanδ-전압 특성이, 미리 저장되어 있는 이물질이 존재할 때의 고압전동기의 tanδ-전압 특성과 일치하는지를 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기와 같은 판정 기법에 의하여, 고압전동기에 대한 재권선 판정의 근거를 다양하게 마련하여 불필요한 재권선 판정을 방지하고, 고압전동기의 건전성 진단시 불필요하게 고압전동기를 파손시키는 것을 방지할 수 있어 건전성 판정의 신뢰성을 향상시킬 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고압전동기 건전성 판정 기법을 나타내는 흐름도이다.
도 2 및 도 3은 성극지수 시험 결과를 나타내는 사진이다.
도 4는 슬롯방전이 발생한 경우의 시험 결과를 나타내는 사진이다.
도 5는 고압전동기의 tanδ-전압 특성을 나타내는 그래프이다.
도 6 및 도 7은 고압전동기의 이물질 세척 전 및 세척 후를 나타내는 사진이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 본 발명에 따른 실시 예들을 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고압전동기 건전성 판정 기법을 나타내는 흐름도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 고압전동기 건전성 판정 기법은 먼저 절연저항 및 성극지수 시험을 수행하는 것으로 시작한다(S1). 예를 들어, 3상에 일괄로 직류전압 5,000V를 인가하여 절연저항과 성극지수 시험 결과를 취득한다. 그리고 그 시험 결과가 소정의 기준을 만족하는 경우에는 고압전동기에 대한 추가적인 시험을 수행하고, 소정의 기준을 만족하지 못하는 경우에는 불량이라고 판단하게 된다(S2).

도 2 및 도 3은 성극지수 시험 결과를 나타내는 사진이다. 본 실시 예에서 성극지수에 의한 불량여부 판단의 기준치를 1.5로 설정한 것으로 가정한다.

도 2를 참조하면, 성극지수인 PI가 2.67로 기준치인 1.5 이상으로 나타났으며, 고압전동기가 양호한 상태인 것으로 판단할 수 있다. 반면에 도 3을 참조하면, 성극지수인 PI가 1.15로 기준치인 1.5 미만으로 나타났으며, 고압전동기의 상태가 불량이라고 판단할 수 있다.

또한 도시하지는 않았으나 절연저항의 기준치는 10MΩ으로 할 수 있다. 예를 들어, 절연저항이 10MΩ 이상이면 권선의 절연물에 흡습이 발생하였다고 판단할 수 있다.

상술한 S1 단계에서의 절연저항 및 성극지수 시험에 의하여 고압전동기가 불량한 상태라고 판단되면(S2의 No), 고압전동기가 건조 상태인지를 판단한다(S3). 이는 기존 고압전동기 건전성 평가 경험상, 고압전동기가 건조되지 않은 상태로 절연저항 및 성극지수가 측정되어 정확한 측정값을 취득하지 못한 경우가 많기 때문이다.

만약 고압전동기가 건조 상태가 아니라고 판단되면(S3의 No), 고압전동기를 건조시킨다(S4). 그리고 나서 다시 S1단계의 절연저항 및 성극지수 시험을 재차 시행하여 정확한 절연저항 및 성극지수 측정값을 취득하도록 한다.

한편, 고압전동기가 건조 상태라고 판단되면(S3의 Yes) S1단계에서 취득한 절연저항 및 성극지수 측정값이 정확한 것이므로 고압전동기의 교체가 필요한 것으로 판단하여 재권선을 실시한다(S5). 이는 고압전동기의 성극지수 등이 기준치를 만족시키지 못하는 경우, 정격전압까지 교류전압을 인가하는 절연진단 시험을 하게되면 절연열화 발생으로 절연파괴가 예측되기 때문에 곧장 재권선을 실시하도록 하는 것이다.

S2 단계에서 절연저항 및 성극지수에 기초했을 때 고압전동기의 상태가 양호하다고 판단되면(S2의 Yes), 다음으로 절연진단 시험을 수행한다(S6). 절연진단 시험은 고압전동기의 정격전압까지 교류전압을 서서히 증가시키면서 관련 물리량을 측정하는 것이다. 관련 물리량으로는 교류전류, 유전정접, 부분방전을 포함할 수 있다. 교류전류에 대한 측정은 교류전압을 증가시킴에 따라서 권선에 흐르는 전류가 비례하여 증가하는지 측정하는 등, 파형분석을 수행하는 것이다.

S6 단계에서 측정한 교류전류의 파형, 유전정접 및 부분방전 상태가 모두 양호한 것으로 판단되면(S7의 Yes) 고압전동기에 이상이 없는 것으로 판단할 수 있으므로, 해당 측정값 등의 시험 결과들을 모두 DB에 저장한다(S8). 즉, 측정값들을 DB에 관리함으로써 고압전동기의 이력을 파악할 수 있어 효율적인 관리가 가능해진다.

반면, S6 단계에서 측정한 교류전류의 파형, 유전정접 및 부분방전 상태가 모두 불량한 것으로 판단되면(S7의 No 및 S8의 Yes), 고압전동기의 교체가 필요한 것으로 판단하여 재권선을 실시한다(S5).

다음으로, S6 단계에서 측정한 교류전류의 파형, 유전정접의 상태는 양호하고, 부분방전의 상태가 불량한 것으로 판단되면(S10의 Yes), 슬롯 방전 상태인지를 판단하고(S11), 슬롯 방전 상태라면 고압전동기 권선의 절연을 보강한다(S12). 즉, 권선의 흡습이 아직 많이 진행되지는 않을 것으로 판단하여 재권선 없이 절연보강만으로 고압전동기를 정비하여 사용한다. 슬롯 방전여부는 예를 들어 상전압의 1.25배에서 측정된 부분방전의 크기(예를 들어, 30,000pC 이상인지 여부)에 기초하여 판정한다.

도 4는 슬롯 방전이 발생한 경우의 시험 결과를 나타내는 사진이다. 이러한 슬롯 방전 발생시에 권선의 절연을 보강하여 다시 측정하면 부분방전이 5,000pC 이하로 감소한 것을 확인할 수 있었다. 즉, 슬롯 방전시에는 절연보강만으로도 고압전동기를 재사용 가능한 상태로 할 수 있었다.

그리고 S11 단계에서 슬롯 방전이 발생하지는 않았다고 판단한 경우(S11의 No), AC 내전압 시험을 수행한다(S13). AC 내전압 시험에서는 고압전동기의 정격전압의 1.25 내지 1.5배의 전압을 1분동안 인가한다. 예를 들어, 정격 전압이 6.6kv이면 8.3~9.9kv를 1분동안 인가한다. 그리고 고압전동기가 이를 견디고 파손되지 않으면(S14의 Yes). 미리 정한 기간(예를 들어 1년)만큼 더 사용한 후에 다시 건전성 평가를 하도록 한다. 그러나 AC 내전압 시험 결과 고압전동기의 상태가 불량인 경우(S14의 No)에는 고압전동기의 재권선을 실시한다(S5).

마지막 경우로, S10 단계에서의 판단 결과 교류전류의 파형, 유전정접의 상태는 양호하고, 부분방전의 상태가 불량한 상태라고 판단되지는 않은 경우에는(S10의 No), 먼지나 오일 등의 이물질이 유입된 상태인지를 판단한다(S15). 예를 들어, 이물질이 유입되었을 경우의 고압전동기의 tanδ-전압 특성을 반복시험 혹은 기존의 DB를 통해 미리 저장해두고, 건전성 평가 대상의 고압전동기에서 절연진단 시험에 의하여 산출된 tanδ-전압 특성이 위의 미리 저장된 특성과 일치하는지를 판단한다.

도 5는 고압전동기의 tanδ-전압 특성을 나타내는 그래프이다.

도 5를 참조하면, 이물질이 유입된 상태에서는 고압전동기의 tanδ-전압 특성이 윗쪽 그래프(검은색 꺾은선 그래프)와 같은 형태로 나타난다. 따라서 S6 단계에서의 시험에 기초하여 산출된 tanδ-전압 특성이 도 5의 윗쪽 그래프와 일치하거나 유사한 형태를 나타내면, 고압전동기의 권선에 이물질이 유입되어 있는 것으로 판단한다.

S15 단계에서의 판단 결과 이물질이 유입되었다고 판단되면(S15의 Yes), 이를 제거하고(S16) 육안으로 권선의 상태를 점검한다. 육안으로의 점검에 의하여 권선의 이물질 상태가 양호한지를 판단하여(S17), 양호한 경우(S17의 Yes)에는 다시 S6으로 돌아가 절연진단 시험을 반복하나, 양호하지 않은 경우(S17의 No)에는 이물질 제거만으로 권선을 정비할 수 없는 것으로 판단하여 재권선을 실시한다(S5).

도 6 및 도 7은 고압전동기의 이물질 세척 전 및 세척 후를 나타내는 사진이다. 도 6 및 도 7에서와 같이 이물질이 존재하는 경우 세척을 실시하여 이물질이 제거되어 외관상 양호한지 여부를 판단하게 된다. 예를 들어, 고전압 인입케이블을 연결하는 단말 권선 등이 손상된 경우에는 이물질 제거로 권선이 양호해진 것으로 볼 수 없으므로 재권선을 실시하게 된다.

이하에서는 위와 같은 기법으로 고압전동기의 건전성 판정을 수행하는 구체적인 실시예를 간략히 설명한다.

<실시예>

*절연저항 및 성극지수에 기초하여 고압전동기의 상태가 양호한지 여부를 판단하는 기준은, 인가되는 전압이 5kv의 직류전압일 때

- 절연저항은 10MΩ

- 성극지수는 1.5

*절연진단 시험에 기초하여 고압전동기의 상태가 양호한지 여부를 판단하는 기준은, 교류 전압을 정격전압인 6.6kv까지 증가시키면서 고압전동기에 입력할 때

- 상전압의 1.25배의 전압에서 측정된 부분방전의 크기가 30,000pC 이상인 경우를 부분방전에 의한 불량으로 판정

- 상전압의 1.25배의 전압에서 측정된 부분방전의 크기가 10,000~30,000pC 경우를 슬롯방전으로 판정

- AC 내전압 시험시에는, 정격전압의 1.25 내지 1.5배의 전압을 1분동안 인가

상기 방법에 의한 결과는 오랜 기간동안 발전소와 일반 산업체 등에서 사용중인 고압전동기 10,000대 이상의 절연진단 경험을 근거로 설정된 것으로, 건전성 판정의 신뢰성이 매우 높다. 예를 들어, 성극지수가 1.5 이하임에도 불구하고 절연진단 시험을 수행하였을 경우, 교류전압이 4.0kv에 도달할 때 절연파괴가 일어났다. 그러나 본 발명에 따른 기법에 의하면 성극지수가 1.5 이하이면 절연진단 시험을 수행하지 않으므로 절연파괴가 발생하는 일 없이 사전에 재권선을 실행할 수 있게 된다.

이상과 같은 판정 기법에 의하여, 고압전동기에 대한 재권선 판정의 근거를 다양하게 마련하여 불필요한 재권선 판정을 방지하고, 고압전동기의 건전성 진단시 불필요하게 고압전동기를 파손시키는 것을 방지할 수 있어 건전성 판정의 신뢰성을 향상시킬 수 있게 된다.

본 발명에서 설명하는 특정 실행들은 일 실시 예들로서, 어떠한 방법으로도 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다. 명세서의 간결함을 위하여, 종래 전자적인 구성들, 제어 시스템들, 소프트웨어, 상기 시스템들의 다른 기능적인 측면들의 기재는 생략될 수 있다. 또한, 도면에 도시된 구성 요소들 간의 선들의 연결 또는 연결 부재들은 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것으로서, 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가의 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들로서 나타내어질 수 있다. 또한, “필수적인”, “중요하게” 등과 같이 구체적인 언급이 없다면 본 발명의 적용을 위하여 반드시 필요한 구성 요소가 아닐 수 있다.

본 발명의 명세서(특히 특허청구범위에서)에서 “상기”의 용어 및 이와 유사한 지시 용어의 사용은 단수 및 복수 모두에 해당하는 것일 수 있다. 또한, 본 발명에서 범위(range)를 기재한 경우 상기 범위에 속하는 개별적인 값을 적용한 발명을 포함하는 것으로서(이에 반하는 기재가 없다면), 발명의 상세한 설명에 상기 범위를 구성하는 각 개별적인 값을 기재한 것과 같다. 마지막으로, 본 발명에 따른 방법을 구성하는 단계들에 대하여 명백하게 순서를 기재하거나 반하는 기재가 없다면, 상기 단계들은 적당한 순서로 행해질 수 있다. 반드시 상기 단계들의 기재 순서에 따라 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 본 발명에서 모든 예들 또는 예시적인 용어(예들 들어, 등등)의 사용은 단순히 본 발명을 상세히 설명하기 위한 것으로서 특허청구범위에 의해 한정되지 않는 이상 상기 예들 또는 예시적인 용어로 인해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한, 당업자는 다양한 수정, 조합 및 변경이 부가된 특허청구범위 또는 그 균등물의 범주 내에서 설계 조건 및 팩터에 따라 구성될 수 있음을 알 수 있다.

Claims (6)

1. 고압전동기의 건전성 판정 기법으로,
   상기 고압전동기에 대하여 절연저항 및 성극지수 시험을 수행하는 제1 단계;
   상기 절연저항 및 성극지수에 대한 시험 결과가 양호한 것으로 판정된 경우, 교류전류 측정, 유전정접 측정 및 부분방전 측정을 포함하는 절연진단 시험을 수행하는 제2 단계; 및
   상기 절연저항 및 성극지수에 대한 시험 결과가 불량인 것으로 판정된 경우, 상기 고압전동기의 건조를 수행하는 제3 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고압전동기의 건전성 판정 기법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제2 단계에서의 절연진단 시험에 의하여 교류전류, 유전정접 및 부분방전에 대한 측정 결과, 고압전동기가 양호한 것으로 모두 판단된 경우, 시험 결과를 데이터베이스에 저장하는 단계를 더 포함하는, 고압전동기의 건전성 판정 기법.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 제2 단계에서의 절연진단 시험에 의하여 교류전류, 유전정접 및 부분방전에 대한 측정 결과, 상기 고압전동기가 불량이라고 모두 판단된 경우, 상기 고압전동기에 대하여 재권선을 실시하는 단계를 더 포함하는, 고압전동기의 건전성 판정 기법.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 제2 단계에서의 절연전단 시험에 의하여 상기 교류전류 측정 및 유전정접 측정 결과, 고압전동기가 양호하다고 판단되고, 상기 부분방전 측정 결과, 고압 전동기가 불량이라고 판단된 경우, 슬롯 방전이 발생하였는지를 판단하는 단계를 더 포함하는, 고압전동기의 건전성 판정 기법.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 고압전동기에 슬롯 방전이 발생하였다고 판단하는 경우 절연 보강을 수행하고, 슬롯 방전이 발생하지 않았다고 판단하는 경우에는 AC 내전압 시험을 수행하는 단계를 더 포함하는, 고압전동기의 건전성 판정 기법.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 절연저항 및 성극지수에 대한 시험 결과가 양호한 것으로 판정되어 상기 제2 단계가 수행되는 경우로서, 상기 제2 단계에서의 시험 결과가 1) 교류전류, 유전정접 및 부분방전이 모두 양호한 경우, 2) 교류전류, 유전정접 및 부분방전이 모두 불량인 경우 및 3) 교류전류와 유전정접은 양호하고 부분방전은 불량인 경우를 제외한 경우에,
   상기 제2 단계에서의 절연진단 시험에 의하여 산출된 tanδ-전압 특성이, 미리 저장되어 있는 이물질이 존재할 때의 고압전동기의 tanδ-전압 특성과 일치하는지를 판단하는 단계를 더 포함하는, 고압전동기의 건전성 판정 기법.
   

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