KR102015727B1 - 공간전하와 절연층 두께 또는 온도 측정방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전력 케이블의 절연층 내부에 축적된 공간전하와 절연층 두께 또는 온도 측정방법에 관한 것이다. 구체적으로, 절연층 시편이 아닌 케이블이 실제 운용되는 상태에서 케이블 해체를 최소화한 상태로 간단하고 매우 정밀하게 공간전하를 측정할 수 있는 동시에 절연층 두께 또는 온도를 측정할 수 있고, 특히 절연층 온도에 따라 절연층 소재를 예측할 수 있으며, 이로써 공간전하를 측정한 케이블 시편의 재활용이 가능한 공간전하와 절연층 두께 또는 온도 측정방법에 관한 것이다.

Description

공간전하와 절연층 두께 또는 온도 측정방법{Method for estimating space charge and thickness or temperature of an insulating layer}
본 발명은 전력 케이블의 절연층 내부에 축적된 공간전하와 절연층 두께 또는 온도 측정방법에 관한 것이다. 구체적으로, 절연층 시편이 아닌 케이블이 실제 운용되는 상태에서 케이블 해체를 최소화한 상태로 간단하고 매우 정밀하게 공간전하를 측정할 수 있는 동시에 절연층 두께 또는 온도를 측정할 수 있고, 특히 절연층 온도에 따라 절연층 소재를 예측할 수 있으며, 이로써 공간전하를 측정한 케이블 시편의 재활용이 가능한 공간전하와 절연층 두께 또는 온도 측정방법에 관한 것이다.
전력 케이블은 일반적으로 도체를 중심으로 내부 반도전층, 절연층, 외부 반도전층, 금속차폐층, 시스층 등이 순차적으로 형성된 구조를 갖고, 상기 절연층은 가교 폴리에틸렌(XLPE)에 의해 형성될 수 있다.
그런데, 가교 폴리에틸렌(XLPE)에 의해 형성된 절연층을 포함하는 전력 케이블이 300 kV 이상, 특히 500 kV 이상의 고압 송전선으로 사용되어 상기 절연층에 직류 고전압이 인가되는 경우, 도체로부터 절연층으로의 전하 주입, 가교 부산물 등의 영향으로 절연층 내부에 공간전하가 축적되고, 이렇게 축적된 공간전하에 의한 전계왜곡으로 케이블의 절연파괴전압이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
따라서, 고압 전력 케이블의 개발과정 또는 제조 후에 절연층 내부에 축적된 공간전하를 측정할 필요가 있는데, 종래에는 케이블로부터 채취한 절연 시편에 전극을 접촉시켜 고전압을 인가한 후 상기 전극에 전기적 펄스를 인가하면 순간적인 진동에 의해 음파 진동이 형성되고 이러한 음파 진동이 절연 시편을 통과할때 시편 내부에 축적된 공간전하에 의해 파형이 변형된 음파를 다시 전기적 신호로 변환하여 관찰함으로써 절연 시편 내부의 공간전하를 측정했다.
그러나, 종래의 공간전하 측정방법은 케이블의 실제 운용 상태에서 측정하는 것이 아니라 채취된 절연 시편에 대해 측정하는 것이고, 특히 케이블 운용시 도체의 발열에 의해 절연층 내부에 형성되는 온도 구배는 두께가 얇고 케이블로부터 분리된 절연 시편 내부에서는 구현하기 어렵고 이러한 온도 구배에 의해 상기 음파의 속도가 상이할 수 있으며, 나아가 공간전하 측정장치는 외부의 전자기기 등에 의한 전기적 노이즈에 영향을 받을 수 있는 등의 이유로, 실제 운용되는 케이블 상태에서 절연층 내부에 축적된 공간전하를 정확히 평가하는 것은 곤란하다.
또한, 종래의 공간전하 측정방법은 케이블로부터 절연 시편을 채취하는 작업이 단순하지 않고 절연 시편을 채취하기 위한 케이블 시편의 해체로 인해 해체된 케이블 시편에 대한 공간전하 이외의 다른 측정, 평가 등을 위한 재활용이 어렵다는 문제가 있다.
그리고, 종래의 공간전하 측정방법은 공간전하 이외에 케이블 절연층에 대해 측정할 필요가 있는 절연층 두께나 절연소재를 케이블 해체 없이 수행하는 것이 불가능하여 케이블의 재활용이 불가능한 문제가 있다.
그러므로, 절연층 시편이 아닌 케이블이 실제 운용되는 상태에서 케이블 해체를 최소화한 상태로 간단하고 매우 정밀하게 공간전하를 측정할 수 있는 동시에 절연층 두께 또는 온도를 측정할 수 있고, 특히 절연층 온도에 따라 절연층 소재를 예측할 수 있으며, 이로써 공간전하를 측정한 케이블 시편의 재활용이 가능한 공간전하와 절연층 두께 또는 온도 측정방법이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 절연층 시편이 아닌 케이블이 실제 운용되는 상태에서 케이블 해체를 최소화한 상태로 매우 정밀하게 공간전하를 측정할 수 있는 공간전하 측정방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 케이블 해체를 최소화한 상태로 절연층 두께 또는 온도를 측정할 수 있고, 특히 절연층 온도에 따라 절연층 소재를 예측할 수 있는 절연층 두께 또는 온도 측정방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은,
도체, 상기 도체를 감싸는 내부 반도전층, 상기 내부 반도전층을 감싸는 절연층, 상기 절연층을 감싸는 외부 반도전층 및 상기 외부 반도전층을 감싸는 금속차폐층을 포함하는 케이블의 상기 절연층에 축적된 공간전하와 상기 절연층의 두께 또는 온도를 측정할 수 있는 방법으로서, 케이블의 양 말단에 전압을 인가하는 단계, 케이블의 도체에 전기적 펄스를 인가하는 단계, 인가된 펄스에 의해 케이블로부터 발생한 음파 진동을 감지하는 단계, 감지된 음파 진동을 전기적 신호로 변환하는 단계, 변환된 전기적 신호를 증폭하는 단계, 및 증폭된 전기적 신호를 분석하여 케이블의 절연층에 축적된 공간전하와 절연층의 두께 또는 온도를 측정하는 단계를 포함하는, 공간전하와 절연층의 두께 또는 온도 측정방법을 제공한다.
여기서, 상기 증폭된 전기전 신호는 시간 순서에 따라 펄스 인가 전 구간, 펄스 인가 직후 케이블 전체가 진동하는 전체 진동 구간, 케이블 도체의 진동으로부터 상기 진동감지부로 전달된 진동을 나타내는 도체 진동 구간 및 케이블 절연층의 진동으로부터 상기 진동감지부로 전달된 진동을 나타내는 절연층 진동 구간을 포함하고, 상기 절연층 진동 구간의 시작을 나타내는 제1 피크와 끝을 나타내는 제2 피크 사이에 추가 피크의 발생여부, 추가 피크의 위치, 추가 피크의 전위 및 추가 피크의 진폭으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 요소로부터 상기 절연층 내부에 공간전하가 축적되는 위치, 공간전하의 극성 및 공간전하의 축적량으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 측정결과를 도출하고, 상기 제1 피크와 상기 제2 피크 사이의 거리로부터 상기 절연층의 두께 또는 온도를 측정하는 것을 특징으로 하는, 공간전하와 절연층의 두께 또는 온도 측정방법을 제공한다.
또한, 상기 음파 진동의 속도와 상기 제1 피크와 상기 제2 피크 사이의 시간 차이를 곱하여 상기 절연층의 두께를 계산하는 것을 특징으로 하는, 공간전하와 절연층의 두께 또는 온도 측정방법을 제공한다.
그리고, 상온에서의 상기 음파 진동의 속도과 상기 절연층의 두께로부터 상온의 상기 절연층에서 예측되는 제1 피크와 제2 피크 사이의 제1 시간 차이를 계산하고, 케이블 운용시 절연층 온도 변화에 따라 속도가 변화된 음파 진동에 의해 실제 측정된 제1 피크과 제2 피크 사이의 제2 시간 차이를 계산하고, 상기 제1 시간 차이와 상기 제2 시간 차이의 차이를 계산함으로써, 케이블 운용시 절연층 평균 온도를 계산할 수 있고, 이러한 절연층 평균 온도에 의해 절연층의 절연 소재를 예측할 수 있는 것을 특징으로 하는, 공간전하와 절연층의 두께 또는 온도 측정방법을 제공한다.
한편, 도체, 상기 도체를 감싸는 내부 반도전층, 상기 내부 반도전층을 감싸는 절연층, 상기 절연층을 감싸는 외부 반도전층 및 상기 외부 반도전층을 감싸는 금속차폐층을 포함하고, 양 말단의 도체가 노출되고 중간 지점에 외부 반도전층이 부분적으로 노출된 케이블, 상기 케이블 양 말단의 도체에 전압을 인가하는 전원장치, 및 공간전하 측정장치를 포함하는 시스템에 의해 수행되고, 상기 공간전하 측정장치는 전압이 인가된 케이블의 도체에 전기적 펄스를 인가하는 펄스발생부, 인가된 전기적 펄스에 의해 케이블로부터 생성된 음파 진동을 감지하는 진동감지부, 감지된 음파 진동을 전기적 신호로 변환하는 센서, 상기 센서에서 변환된 전기적 신호를 증폭하는 증폭부, 및 변환된 전기적 신호를 보여주는 디스플레이부를 포함하는, 공간전하와 절연층의 두께 또는 온도 측정방법을 제공한다.
여기서, 상기 증폭부에 의해 증폭된 전기적 신호로부터 노이즈를 저감시키는 노이즈 필터를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 공간전하와 절연층의 두께 또는 온도 측정방법을 제공한다.
또한, 상기 노이즈 필터는 주파수가 60 Hz 이하인 저주파 노이즈 신호를 제거하는 것을 특징으로 하는, 공간전하와 절연층의 두께 또는 온도 측정방법을 제공한다.
그리고, 상기 노이즈 필터는 상기 디스플레이부 내부 또는 상기 디스플레이부와 상기 증폭부 사이에 구비되는 것을 특징으로 하는, 공간전하와 절연층의 두께 또는 온도 측정방법을 제공한다.
나아가, 상기 펄스발생부는 상기 케이블의 도체 일말단에 직접적으로 전기적 펄스를 인가하거나 상기 케이블의 중간 지점에 부분적으로 노출된 외부 반도전층 또는 금속차폐층의 노출된 부분 양말단을 통해 도체에 전기적 펄스를 인가하고, 상기 펄스발생부는 전기적 펄스를 발생시키며 일 말단이 접지된 펄스발생기, 상기 펄스발생기와 병렬로 연결된 임피던스 매칭 저항, 및 상기 펄스발생기로부터 발생한 전기적 펄스를 케이블의 도체에 전달하기 위해 상기 도체의 일말단 또는 상기 외부 반도전층 또는 상기 금속차폐층의 노출된 부분 양말단과 각각 연결되는 전극을 포함하며, 상기 펄스발생부는 상기 케이블의 도체 일말단에 직접적으로 전기적 펄스를 인가하는 경우 캐퍼시터를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 공간전하와 절연층의 두께 또는 온도 측정방법을 제공한다.
또한, 상기 진동감지부는 상기 케이블 중간 지점에서 부분적으로 노출된 외부 반도전층 또는 금속차폐층에 접촉하는 것을 특징으로 하는, 공간전하와 절연층의 두께 또는 온도 측정방법을 제공한다.
본 발명에 따른 공간전하 측정방법은 PEA 측정법(Pulsed electro-acoustic measurements)을 절연 시편이 아닌 실제 운용되는 케이블에 적용함으로써 공간전하를 정밀하게 측정할 수 있는 우수한 효과를 나타낸다.
또한, 본 발명에 따른 절연층 두께 또는 온도 측정방법은 케이블 해체를 최소화하여 간단하고 정밀하게 케이블 절연층의 두께를 측정할 수 있고, 특히 절연층 온도에 따른 절연층의 절연 소재를 예측할 수 있는 우수한 효과를 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 공간전하와 절연층 두께 또는 온도 측정방법에 적용되는 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 단계 f)에서 나타난 전기적 신호의 예를 도시한 것이다.
도 3은 도 2에서 절연층 진동 구간을 개략적으로 확대한 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록, 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 공간전하와 절연층 두께 또는 온도 측정방법에 적용되는 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 공간전하 측정방법에 적용되는 시스템은 케이블 시편(100), 상기 케이블 시편(100)에 전압을 인가하는 전원장치(200), 전압이 인가된 케이블 시편의 절연층에 대해 공간전하를 측정하는 공간전하 측정장치(300) 등을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 공간전하 측정방법은 상기 시스템을 이용해 케이블 시편(100)에 전기적 펄스를 인가한 후 상기 펄스에 의해 생성된 음파 진동을 다시 전기적 신호로 변환하여 변환된 전기적 신호를 분석함으로써 상기 케이블 시편(100)의 절연층에 축적된 공간전하를 측정할 수 있다.
구체적으로, 상기 케이블 시편(100)은 도체(110), 상기 도체(110)를 감싸는 내부 반도전층(미도시), 상기 내부 반도전층을 감싸는 절연층(120), 상기 절연층(120)을 감싸는 외부 반도전층(130), 상기 외부 반도전층(130)을 감싸는 금속차폐층(140) 등을 포함할 수 있다.
또한, 상기 케이블 시편(100)의 양 말단은 도체(110)가 노출되어 상기 전원장치(200)와 연결되도록 절연층(120)까지 부분적으로 박리될 수 있고, 상기 케이블 시편(100)의 중간 지점은 상기 외부 반도전층(130) 또는 상기 금속차폐층(140)이 외부로 노출됨으로써 상기 공간전하 측정장치(300)에 의해 상기 외부 반도전층(130) 또는 상기 금속차폐층(140)을 통해 도체(110)에 전기적 펄스를 인가하거나 상기 펄스에 의해 생성된 음파 진동을 감지할 수 있도록 하기 위해 상기 외부 반도전층(130)을 감싸는 금속차폐층(140) 등이 부분적으로 박리될 수 있다.
상기 케이블 시편(100)에 전압을 인가하는 전원장치(200)는 전압발생부(210), 접지부(220), 전극부(230), 보호저항(240) 등을 포함할 수 있고, 감전 등 전기사고를 예방하기 위해 일말단이 접지부(220)에 의해 접지된 전압발생부(210)로부터의 전류가 상기 전압발생부(210)에 직렬로 연결되어 전류의 급격한 증가를 방지하는 보호저항(240)을 거쳐 상기 케이블 시편(100) 양 말단의 도체로 흘러 상기 케이블 시편(100)에 전압을 인가할 수 있다.
한편, 상기 공간전하 측정장치(300)는 도 1a에 도시된 바와 같이 상기 케이블 시편(100)의 외부 반도전층(130)을 통해 도체(110)에 전기적 펄스를 인가하거나 도 1b에 도시된 바와 같이 상기 케이블 시편(100)의 도체(110)에 직접적으로 전기적 펄스를 인가하는 펄스발생부(310), 상기 전기적 펄스에 의해 상기 케이블 시편(100)으로부터 생성된 음파 진동을 감지하는 진동감지부(320), 상기 진동감지부(320)에 의해 감지된 음파 진동을 전기적 신호로 변환하는 센서(330), 상기 센서(340)에 의해 변화된 전기적 신호를 증폭하는 증폭부(340), 상기 증폭부(340)에 의해 증폭된 전기적 신호를 보여주는 디스플레이부(350) 등을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 펄스발생부(310)는 전기적 펄스를 발생시키며 일 말단이 접지된 펄스발생기(311), 상기 펄스발생기(311)와 병렬로 연결된 임피던스 매칭 저항(312), 상기 펄스발생기(311)로부터 발생한 전기적 펄스를 상기 케이블 시편(100)의 도체(110)에 인가하기 위한 전극(313) 등을 포함할 수 있다.
상기 전극(313)은 도 1a에 도시된 바와 같이 상기 케이블 시편(100)의 외부 반도전층(130) 또는 금속차폐층(140) 노출부분의 양 말단과 각각 연결되고, 이를 통해 상기 외부 반도전층(130)과 상기 도체(110) 사이에 형성되는 캐퍼시터를 통해 상기 도체(110)에 펄스를 인가할 수 있다. 다만, 이러한 경우 상기 외부 반도전층(130) 또는 상기 금속차페층(140) 노출부분을 기준으로 좌우측 케이블 부분 각각에 균등한 캐퍼시턴스에 의한 균등한 펄스가 인가되도록 하기 위해 상기 외부 반도전층(130) 또는 상기 금속차폐층(140)의 노출부분은 상기 케이블 시편의 정 중앙에 배치될 수 있다.
한편, 상기 전극(313)은 도 1b에 도시된 바와 같이 상기 케이블 시편(100)의 하나 이상의 말단에서 노출된 도체(110)에 연결될 수 있다. 다만, 이러한 경우 도 1a에서와 달리 상기 도체(110)에 전기적 펄스를 인가하기 위해 별도의 캐퍼시터(314)가 구비되어야 한다.
상기 진동감지부(320)는 상기 케이블 시편(100)의 노출된 외부 반도전층(130) 또는 금속차폐층(140)과 접촉함으로써 상기 펄스발생부(310)에 의해 상기 케이블 시편(100)의 도체(110)에 인가된 전기적 펄스에 따른 음파 진동을 감지할 수 있다면 특별히 제한되지 않고, 예를 들어, 알루미늄 필름 등에 의해 형성된 PEA(Pulsed electro-acoustic) 셀 등을 포함할 수 있다.
또한, 상기 센서(330) 역시 상기 진동감지부(320)에 의해 감지된 음파 진동을 전기적 신호로 변환할 수 있다면 특별히 제한되지 않고, 예를 들어, 압전소자 등을 포함할 수 있다. 그리고, 상기 디스플레이부(350)는 예를 들어 오실로스코프 등일 수 있고, 상기 센서(330)에 의해 변환되고 상기 증폭부(340)에 의해 증폭된 전기적 신호를 보여줄 뿐만 아니라, 시간에 따라 수득한 전기적 신호의 평균값을 계산하여 나타내거나 전달된 전기적 신호에서 노이즈를 제거하기 위한 필터링 등을 추가로 수행할 수 있고, 감전 등의 전기사고를 예방하기 위해 일 말단이 접지될 수 있다.
본 발명에 따른 공간전하와 절연층 두께 또는 온도 측정방법은 아래 단계 a) 내지 f)를 포함할 수 있다.
a) 전원장치(200)를 통해 케이블 시편(100)의 양 말단에 전압을 인가하는 단계,
b) 공간전하 측정장치(300)를 이용하여 케이블 시편(100)의 도체(110)에 전기적 펄스를 인가하는 단계,
c) 인가된 펄스에 의해 케이블 시편(100)으로부터 발생한 음파 진동을 감지하는 단계,
d) 감지된 음파 진동을 전기적 신호로 변환하는 단계,
e) 변환된 전기적 신호를 증폭하는 단계, 및
f) 증폭된 전기적 신호를 나타내고 이를 분석하여 케이블 시편(100)의 절연층(120)에 축적된 공간전하와 절연층(120)의 두께 또는 온도를 측정하는 단계
단계 a)에서 케이블 시편(100)에 인가되는 전압은 예를 들어 500 kV의 고전압일 수 있고, 단계 f)에서 나타나는 전기전 신호는 복수회 인가된 전기적 펄스에 의한 측정값의 평균값일 수 있다.
도 2는 단계 f)에서 나타난 전기적 신호의 예를 도시한 것이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 전기적 펄스가 케이블 시편에 인가된 직후에는 케이블 시편 전체가 진동하는 전체 진동 구간이 존재하고, 시간 순서에 따라 순차적으로 케이블 시편(100)의 최내측에 배치된 도체(110)의 진동이 외측으로 전달되는 진동을 나타내는 도체 진동 구간, 절연층(120)의 진동이 외측으로 전달되는 절연층 진동 구간이 나타난다.
도 3은 도 2에서 절연층 진동 구간을 개략적으로 확대한 도면이다.
구체적으로, 도 2a에 도시된 절연층 진동 구간에서는 절연층(120) 중 케이블 시편(100)의 외부 반도전층과 접촉하여 진동을 감지하는 진동감지부(320)에 가장 인접한 절연층(120) 외측 표면으로부터 전달된 진동에 관한 전기적 신호는 제1 피크에 해당하고, 절연층(120) 중 상기 진동감지부(320)와 가장 멀리 배치된 절연층(120) 내측 표면으로부터 전달된 진동에 관한 전기적 신호는 제2 피크에 해당하며, 절연층(120) 내부에 공간전하가 축적되지 않은 경우 도 2a에서와 같이 제1 피크과 제2 피크 사이에 별도의 추가 피크가 나타나지 않는다.
반면, 도 2b 내지 2d에 도시된 바와 같이, 제1 피크와 제2 피크 사이에 추가 피크가 나타나는 경우는 절연층 내부에 공간전하가 축적되어 있음을 나타내고, 특히 도 2b와 도 2c는 모두 제1 피크 근처에 추가 피크가 관찰되어 절연층(120)의 외부 표면 근처에 공간전하가 축적되어 있으나 공간전하의 극성이 서로 상이함을 나타내고, 도 2d는 제2 피크 근처에 추가 피크가 관찰되어 절연층(120)의 내부 표면 근처에 공간전하가 축적되어 있음을 나타내며, 각각의 피크의 진폭 또는 면적은 공간전하가 축적된 정도를 상대적으로 나타낸다.
이렇게 단계 f)에서 나타난 전기적 신호를 분석함으로써 케이블 시편(100)의 절연층(120)에 축적된 공간전하의 위치, 극성, 정도 등을 측정할 수 있고, 이러한 방법에 의해 공간전하를 측정하는 경우 절연층 시편이 아닌 케이블이 실제 운용되는 상태에서 공간전하를 정밀하게 측정할 수 있을 뿐만 아니라, 공간전하 측정을 위한 케이블 시편의 해체를 최소화함으로써 간단하게 공간전하를 측정할 수 있고 공간전하를 측정한 케이블 시편의 재활용이 가능하다.
한편, 단계 f)에서는 증폭된 전기적 신호에서 전압원, 전류원, 주변환경, 접지 등으로부터 유발된 노이즈를 저감하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 상기 노이즈, 특히 저주파 노이즈 신호는 케이블 시편(100)으로부터 생성된 음파 진동의 파형을 변형시켜 공간전하 측정결과에 오류를 유발할 수 있으며, 노이즈 필터에 의해 저감될 수 있다.
상기 노이즈 필터는 특정 주파수 이상의 신호, 특정 주파수 이하의 신호, 특정 주파수 밴드의 신호, 특정 주파수 밴드 이외의 신호 등을 제거하는 필터가 선택적으로 적용될 수 있고, 일반 환경에서 상용되는 전자기기가 통상 60 Hz의 전압을 사용하므로 60 Hz 이하의 저주파 신호를 선택적으로 제거하는 필터를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 노이즈 필터는 가능한 모든 경우의 노이즈를 저감하기 위해 상기 공간전하 측정장치(300)의 디스플레이부(350)에 포함되거나 상기 디스플레이부(350)와 상기 증폭부(340) 사이에 추가로 구비될 수 있다.
도 2는 노이즈 필터(60 Hz 이하의 신호 제거)를 적용한 경우(파란색)와 노이즈 필터를 적용하지 않는 경우(적색)의 전기적 신호를 모두 나타내고 있고, 펄스 인가 전 구간에서의 전기적 신호 평균값을 기준으로 노이즈 필터가 적용된 경우와 적용되지 않은 경우 각각의 펄스 인가 후 구간에서의 전기적 신호 평균값을 계산했고, 그 결과는 아래 표 1에 나타난 바와 같다.
펄스 인가 전 신호 평균값(V) 펄스 인가 후 신호 평균값(V)
노이즈 필터 적용 0 -0.00016
노이즈 필터 미적용 0 0.00029
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 노이즈 필터를 적용하여 60 Hz 이하의 노이즈 신호를 제거한 경우는 노이즈 필터를 적용하지 않은 경우에 비해 신호 평균값의 절대값 변동폭이 약 45% 감소한 것으로 확인되었고, 상기 노이즈 필터에 의한 노이즈 저감을 통해 케이블 시편(100)의 절연층(120) 내부에 축적된 공간전하를 매우 정밀하게 측정할 수 있다.
한편, 단계 c)에서 발생한 음파 진동의 속도를 알고 있다면 도 3에 나타난 절연층 진동 구간에서 절연층 외측 표면으로부터 전달된 진동을 나타내는 제1 피크와 절연층 내측 표면으로부터 전달된 진동을 나타내는 제2 피크 사이의 시간 차이를 곱하여 제1 피크과 제2 피크 사이의 거리, 즉 절연층 두께를 측정할 수 있다.
또한, 단계 c)에서 발생한 음파 진동의 속도는 케이블 시편의 절연층의 온도에 따라 상이할 수 있고, 즉 상기 절연층의 온도가 높을수록 음파 진동의 속도는 낮아지게 되고, 이에 따라 제1 피크와 제2 피크 사이의 시간 차이는 증가하게 되므로, 상온에서의 음파 진동의 속도와 케이블 시편(100)의 절연층 두께를 알고 있다면 상온의 상기 절연층에서 예측되는 제1 피크와 제2 피크 사이의 제1 시간 차이를 계산하고, 케이블 운용시 절연층 온도 변화에 따라 속도가 변화된 음파 진동에 의해 실제 측정된 제1 피크와 제2 피크 사이의 제2 시간 차이를 측정하여 이들을 비교하고 그 차이를 계산함으로써, 케이블 운용시 절연층 평균 온도를 계산할 수 있으며, 이러한 절연층 평균 온도에 의해 절연층의 절연 소재를 예측할 수도 있다.
즉, 케이블 시편(100)을 해체하지 않고도 간단하고 정밀하게 절연층 두께 또는 온도를 측정할 수 있고, 특히 절연층 온도에 따라 절연층의 절연 소재를 예측할 수 있으므로, 이러한 방법은 경쟁자 케이블을 분석할 때 매우 유용하고 케이블의 재활용이 가능하기 때문에 하나의 케이블 시편으로 여러가지 사항에 대한 분석이 가능한 장점이 있다.
본 명세서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 당업자는 이하에서 서술하는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 변형된 실시가 기본적으로 본 발명의 특허청구범위의 구성요소를 포함한다면 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.
100 : 케이블 시편 200 : 전원장치
300 : 공간전하 측정장치

Claims (10)

  1. 도체, 상기 도체를 감싸는 내부 반도전층, 상기 내부 반도전층을 감싸는 절연층, 상기 절연층을 감싸는 외부 반도전층 및 상기 외부 반도전층을 감싸는 금속차폐층을 포함하는 케이블의 상기 절연층에 축적된 공간전하와 상기 절연층의 두께 또는 온도를 측정할 수 있는 방법으로서,
    케이블의 양 말단에 전압을 인가하는 단계,
    케이블의 도체에 전기적 펄스를 인가하는 단계,
    인가된 펄스에 의해 케이블로부터 발생한 음파 진동을 감지하는 단계,
    감지된 음파 진동을 전기적 신호로 변환하는 단계,
    변환된 전기적 신호를 증폭하는 단계, 및
    증폭된 전기적 신호를 분석하여 케이블의 절연층에 축적된 공간전하와 절연층의 두께 또는 온도를 측정하는 단계를 포함하는, 공간전하와 절연층의 두께 또는 온도 측정방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 증폭된 전기전 신호는 시간 순서에 따라 펄스 인가 전 구간, 펄스 인가 직후 케이블 전체가 진동하는 전체 진동 구간, 케이블 도체의 진동으로부터 상기 도체의 외측으로 전달된 진동을 나타내는 도체 진동 구간 및 케이블 절연층의 진동으로부터 상기 절연층의 외측으로 전달된 진동을 나타내는 절연층 진동 구간을 포함하고,
    상기 절연층 진동 구간의 시작을 나타내는 제1 피크와 끝을 나타내는 제2 피크 사이에 추가 피크의 발생여부, 추가 피크의 위치, 추가 피크의 전위 및 추가 피크의 진폭으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 요소로부터 상기 절연층 내부에 공간전하가 축적되는 위치, 공간전하의 극성 및 공간전하의 축적량으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 측정결과를 도출하고,
    상기 제1 피크와 상기 제2 피크 사이의 거리로부터 상기 절연층의 두께 또는 온도를 측정하는 것을 특징으로 하는, 공간전하와 절연층의 두께 또는 온도 측정방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 음파 진동의 속도와 상기 제1 피크와 상기 제2 피크 사이의 시간 차이를 곱하여 상기 절연층의 두께를 계산하는 것을 특징으로 하는, 공간전하와 절연층의 두께 또는 온도 측정방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상온에서의 상기 음파 진동의 속도과 상기 절연층의 두께로부터 상온의 상기 절연층에서 예측되는 제1 피크와 제2 피크 사이의 제1 시간 차이를 계산하고, 케이블 운용시 절연층 온도 변화에 따라 속도가 변화된 음파 진동에 의해 실제 측정된 제1 피크과 제2 피크 사이의 제2 시간 차이를 계산하고, 상기 제1 시간 차이와 상기 제2 시간 차이의 차이를 계산함으로써, 케이블 운용시 절연층 평균 온도를 계산할 수 있고, 이러한 절연층 평균 온도에 의해 절연층의 절연 소재를 예측할 수 있는 것을 특징으로 하는, 공간전하와 절연층의 두께 또는 온도 측정방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    도체, 상기 도체를 감싸는 내부 반도전층, 상기 내부 반도전층을 감싸는 절연층, 상기 절연층을 감싸는 외부 반도전층 및 상기 외부 반도전층을 감싸는 금속차폐층을 포함하고, 양 말단의 도체가 노출되고 중간 지점에 외부 반도전층 또는 금속차폐층이 부분적으로 노출된 케이블,
    상기 케이블 양 말단의 도체에 전압을 인가하는 전원장치, 및
    공간전하 측정장치를 포함하는 시스템에 의해 수행되고,
    상기 공간전하 측정장치는 전압이 인가된 케이블의 도체에 전기적 펄스를 인가하는 펄스발생부, 인가된 전기적 펄스에 의해 케이블로부터 생성된 음파 진동을 감지하는 진동감지부, 감지된 음파 진동을 전기적 신호로 변환하는 센서, 상기 센서에서 변환된 전기적 신호를 증폭하는 증폭부, 및 변환된 전기적 신호를 보여주는 디스플레이부를 포함하는, 공간전하와 절연층의 두께 또는 온도 측정방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 증폭부에 의해 증폭된 전기적 신호로부터 노이즈를 저감시키는 노이즈 필터를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 공간전하와 절연층의 두께 또는 온도 측정방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 노이즈 필터는 주파수가 60 Hz 이하인 저주파 노이즈 신호를 제거하는 것을 특징으로 하는, 공간전하와 절연층의 두께 또는 온도 측정방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 노이즈 필터는 상기 디스플레이부 내부 또는 상기 디스플레이부와 상기 증폭부 사이에 구비되는 것을 특징으로 하는, 공간전하와 절연층의 두께 또는 온도 측정방법.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 펄스발생부는 상기 케이블의 도체 일말단에 직접적으로 전기적 펄스를 인가하거나 상기 케이블의 중간 지점에 부분적으로 노출된 외부 반도전층 또는 금속차폐층의 노출된 부분 양말단을 통해 도체에 전기적 펄스를 인가하고,
    상기 펄스발생부는 전기적 펄스를 발생시키며 일 말단이 접지된 펄스발생기, 상기 펄스발생기와 병렬로 연결된 임피던스 매칭 저항, 및 상기 펄스발생기로부터 발생한 전기적 펄스를 케이블의 도체에 전달하기 위해 상기 도체의 일말단 또는 상기 외부 반도전층 또는 상기 금속차폐층의 노출된 부분 양말단과 각각 연결되는 전극을 포함하며,
    상기 펄스발생부는 상기 케이블의 도체 일말단에 직접적으로 전기적 펄스를 인가하는 경우 캐퍼시터를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 공간전하와 절연층의 두께 또는 온도 측정방법.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 진동감지부는 상기 케이블 중간 지점에서 부분적으로 노출된 외부 반도전층 또는 금속차폐층에 접촉하는 것을 특징으로 하는, 공간전하와 절연층의 두께 또는 온도 측정방법.
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