KR102033926B1 - 부분 방전 분석 커플링 디바이스 - Google Patents

부분 방전 분석 커플링 디바이스 Download PDF

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Abstract

부분 방전 분석(partial discharge analysis: PDA) 커플링 디바이스(100, 200, 300, 400)가 제공된다. 일 실시형태에서, 디바이스는, 제 1 커플링 커패시터(120, 220)와 제 2 커플링 커패시터(130, 230)를 전기적으로 접속시키는 커넥터(110, 210), 제 1 커플링 커패시터(120, 220)를 발전기의 고전압 출력에 전기적으로 접속시키도록 구성된 제 1 도전성 로드(125, 225), 제 2 커플링 커패시터(130, 230)를 접지(150, 250)에 전기적으로 접속시키도록 구성된 제 2 도전성 로드(135, 235, 335, 435), 제 2 도전성 로드(135, 235, 335, 435)의 일부분을 실질적으로 둘러싸고, 펄스 신호를 생성하도록 구성된 전류 변환기(160, 460), 및 전류 변환기(160, 460)에 인접하고, 펄스 신호와 동위상인 기준 신호를 생성하도록 구성된 기준 신호 발생기(164, 264, 364, 464)를 포함한다.

Description

부분 방전 분석 커플링 디바이스{PARTIAL DISCHARGE ANALYSIS COUPLING DEVICE}
본 명세서에 개시된 주제는 전반적으로 전기적 커플링 디바이스들에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 개시물은 펄스 신호 및 기준 신호를 생성하는 부분 방전 분석(partial discharge analysis: PDA) 커플링 디바이스들에 관한 것이다.
부분 방전 분석기는, 모터들 및 발전기 고정자 시스템들과 같은 회전 기계들에서의 부분 방전을 측정하는 데 사용되는 도구이다. 일 실례에서, 부분 방전 분석기는 발전기 고정자 권선들 내에서 절연의 열화를 모니터링하는 데 사용된다.
PDA 커플링 디바이스는 부분 방전 분석기에 의해 모니터링되는 기계 및 부분 방전 분석기에 전기적으로 접속된다. 예를 들어, PDA 커플링 디바이스의 일 단부(즉, 고전압 측)는 발전기 고정자 권선들의 리드들에 접속될 수도 있고, PDA 커플링 디바이스의 반대쪽 단부는 접지에 접속될 수도 있다. PDA 커플링 디바이스는 펄스 신호를 생성하고, 이는 부분 방전 분석기에 의해 수신된다. 부분 방전 분석기는 펄스 신호를 분석하여, 예를 들어 발전기 고정자 권선들의 절연의 열화를 판정한다. 펄스 신호의 분석을 수행하기 위해, 부분 방전 분석기는 기준 신호를 이용한다. 이 기준 신호는 통상적으로 부분 방전 분석기에 접속된 다른 디바이스로부터 수신된다. 그러나, 기준 신호는 일반적으로 펄스 신호와 "동위상(in phase)"이 아니며, 이는 부분 방전 분석기가 펄스 신호를 분석하는 것을 어렵게 만든다. 본 분야에서 공지되어 있는 바와 같이, "동위상"이기 위해서는, 2개의 신호들이 동시에 동일한 방향으로 최대 지점과 최소 지점을 통과해야 한다.
본 발명의 양태들은 부분 방전 분석(partial discharge analysis: PDA) 커플링 디바이스를 제공한다. 일 실시형태에서, 본 발명의 양태들은, 제 1 커플링 커패시터와 제 2 커플링 커패시터를 전기적으로 접속시키는 커넥터, 제 1 커플링 커패시터를 발전기의 고전압 출력에 전기적으로 접속시키도록 구성된 제 1 도전성 로드, 제 2 커플링 커패시터를 접지에 전기적으로 접속시키도록 구성된 제 2 도전성 로드, 제 2 도전성 로드의 일부분을 실질적으로 둘러싸고, 펄스 신호를 생성하도록 구성된 전류 변환기, 및 전류 변환기에 인접하고, 펄스 신호와 동위상인 기준 신호를 생성하도록 구성된 기준 신호 발생기를 포함하는 디바이스를 포함한다.
본 발명의 제 1 양태는, 제 1 커플링 커패시터와 제 2 커플링 커패시터를 전기적으로 접속시키는 커넥터, 제 1 커플링 커패시터를 고전압 입력에 전기적으로 접속시키는 제 1 도전성 로드, 제 2 커플링 커패시터를 접지에 전기적으로 접속시키는 제 2 도전성 로드, 제 2 도전성 로드의 일부분을 실질적으로 둘러싸고, 펄스 신호를 생성하도록 구성된 전류 변환기, 및 전류 변환기에 인접하고, 펄스 신호와 동위상인 기준 신호를 생성하도록 구성된 기준 신호 발생기를 포함하는 디바이스를 제공한다.
본 발명의 제 2 양태는, 제 1 커플링 커패시터와 제 2 커플링 커패시터를 전기적으로 접속시키는 커넥터, 제 1 커플링 커패시터를 발전기의 고전압 출력에 전기적으로 접속시키도록 구성된 제 1 도전성 로드, 제 2 커플링 커패시터를 접지에 전기적으로 접속시키도록 구성된 제 2 도전성 로드, 제 2 도전성 로드의 일부분을 실질적으로 둘러싸고, 펄스 신호를 생성하도록 구성된 전류 변환기, 및 전류 변환기에 인접하고, 펄스 신호와 동위상인 기준 신호를 생성하도록 구성된 기준 신호 발생기를 포함하되, 공동은 적어도 커넥터, 제 1 및 제 2 커플링 커패시터, 제 1 및 제 2 도전성 로드, 및 전류 변환기를 포함하는 부분 방전 커플링 디바이스를 제공한다.
본 발명의 이러한 특징들 및 그 밖의 특징들은 본 발명의 다양한 실시형태들을 설명하는 첨부 도면들과 결부시켜 취해지는 본 발명의 다양한 양태들에 대한 하기의 상세한 설명으로부터 보다 용이하게 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 PDA 커플링 디바이스의 단면도를 도시하고 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 기준 신호 발생기의 회로도를 도시하고 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 PDA 커플링 디바이스의 단면도를 도시하고 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 PDA 커플링 디바이스의 단면도를 도시하고 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따른 PDA 커플링 디바이스의 단면도를 도시하고 있다.
본 발명의 도면들은 실제 축척으로 되어 있지 않다는 것에 유의한다. 도면들은 본 발명의 일반적인 양태들만을 설명하고자 하는 것이며, 그에 따라 본 발명의 범주를 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다. 도면들에서, 동일한 참조부호는 도면들 사이에서 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 부분 방전 분석(partial discharge analysis: PDA) 커플링 디바이스(100)의 단면도가 도시되어 있다. PDA 커플링 디바이스(100)는 공동(117)을 갖춘 케이싱(115)을 포함한다. 케이싱(115)은, 알루미늄 3수화물(aluminum trihydrate), 폴리카보네이트, 또는 에폭시(예컨대 유리 충진 싸이클로알리파틱 에폭시)와 같은 임의의 현재 공지되어 있거나 추후 개발될 절연 물질을 포함할 수도 있지만, 이들로 국한되지는 않는다. 공동(117)은 전기적 포팅(potting) 물질(미도시)로 충진될 수도 있다. 전기적 포팅 물질은, 충전 또는 비충진 폴리우레탄, 실리콘, 에폭시, 운모와 에폭시의 혼합물, 폴리에스테르, 에틸렌 프로필렌 고무(EPR), 또는 플루오르화카본이나 퍼플루오르화카본(perfluorocarbon)과 같은 임의의 현재 공지되어 있거나 추후 개발될 캡슐화 물질일 수도 있지만, 이들로 국한되지는 않는다.
케이싱(115)은 형상이 실질적으로 원통형일 수도 있고, 그것의 외부 표면에 복수의 리브(rib)들(119)을 포함할 수도 있다. 그러나, 케이싱(115)은 임의의 다른 희망 형상일 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 또한, 공동(117)이 최상단부에서 원뿔형상을 포함하는 것으로 도시되고 있지만, 공동(117)은 임의의 다른 희망 형상일 수도 있다는 것이 이해될 것이다.
도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 공동(117) 내에서, 전기적 포팅 물질은 커넥터(110), 제 1 커플링 커패시터(120), 제 2 커플링 커패시터(130), 제 1 도전성 로드(125), 및 제 2 도전성 로드(135)를 밀봉한다. 커넥터(110)는 제 1 커플링 커패시터(120)와 제 2 커플링 커패시터(130)를 전기적으로 접속시킨다. 오로지 2개의 커플링 커패시터들(120, 130)만이 도시되어 있지만, PDA 커플링 디바이스(100)는, 필요에 따라, 하나 이상의 커플링 커패시터들을 포함할 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 제 1 및 제 2 커플링 커패시터들(120, 130)은 케이싱(115) 내에서 중심축을 따라 배치되어, 균일한 전기적 응력이 제공되게 한다.
제 1 커플링 커패시터(120)는 제 1 도전성 로드(125)에 의해 PDA 커플링 디바이스(100)의 고전압 입력단(140)에 전기적으로 접속된다. 제 1 도전성 로드(125)는 임의의 공지된 방식을 이용하여 케이싱(115)에 고정될 수도 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 제 1 도전성 로드(125)는 선택적 워셔(142) 및 너트(144)로 케이싱(115)에 고정될 수도 있다. 너트(144)는 PDA 커플링 디바이스(100)의 고전압 입력단(140)을 발전기의 고정자 권선들의 고전압 출력(미도시)에 전기적으로 연결하는 데 사용될 수도 있다. 예를 들어, 발전기의 고정자 권선들의 고전압 출력(미도시)은 대략 13,800 볼트일 수도 있다.
제 2 커플링 커패시터(130)는 제 2 도전성 로드(135)에 의해 접지(150)에 전기적으로 접속된다. 전류 변환기(160)는 제 2 도전성 로드(135)의 일부분을 실질적으로 둘러싼다. 전류 변환기(160)는, 예를 들어 발전기 고정자 권선들(미도시)의 절연의 열화를 나타내는 펄스 신호(미도시)를 생성하도록 구성된다. 기준 신호 발생기(164)는 전류 변환기(160)에 인접하게 배치되고, 기준 신호(미도시)를 생성하도록 구성된다. 하기에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 전류 변환기(160)에 의해 생성된 펄스 신호와 기준 신호 발생기(164)에 의해 생성된 기준 신호는 동위상이다.
도 1의 실시형태에 도시된 바와 같이, 기준 신호 발생기(164)는 제 2 커플링 커패시터(130)와 접지(150) 사이에 있는 접속 박스(170) 내에 있을 수도 있다. 기준 신호 발생기(164)는 제 2 도전성 로드(135)에 전기적으로 접속되는 임피던스 회로(164)일 수도 있으며, 기준 신호를 생성하도록 구성된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 임피던스 회로(164)는 전기적으로 병렬 접속된 제 1 커패시터(165), 제 2 커패시터(166), 및 복수의 제너 다이오드들(167)을 포함한다. 도 2에는 오로지 2개의 제너 다이오드들만이 도시되어 있지만, 필요에 따라, 임의의 수의 제너 다이오드들이 임피던스 회로(164)에서 사용될 수도 있다는 것이 이해될 것이다.
이제, 도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시형태에 따른 부분 방전 분석(PDA) 커플링 디바이스(200)의 단면도가 도시되어 있다. 도 1에 도시된 PDA 커플링 디바이스(100)와 유사하게, PDA 커플링 디바이스(200)는 일반적으로 공동(217)을 갖춘 케이싱(215)을 포함한다. 공동(217)은 커넥터(210), 제 1 커플링 커패시터(220), 제 2 커플링 커패시터(230), 제 1 도전성 로드(225) 및 제 2 도전성 로드(235)를 밀봉하는 전기적 포팅 물질(미도시)을 포함한다. 커넥터(210)는 케이싱(215) 내에서 중심축을 따라 제 1 커플링 커패시터(220)와 제 2 커플링 커패시터(230)를 전기적으로 접속시켜, 균일한 전기적 응력이 제공되게 한다. 제 1 커플링 커패시터(220)는 또한 제 1 도전성 로드(225)에 의해 PDA 커플링 디바이스(200)의 고전압 입력단(240)에 전기적으로 접속된다. 제 2 커플링 커패시터(230)는 제 2 도전성 로드(235)에 의해 접지(250)에 전기적으로 접속된다. 전류 변환기(260)는 제 2 도전성 로드(235)를 실질적으로 둘러싸며, 펄스 신호(미도시)를 생성하도록 구성된다.
도 3의 PDA 커플링 디바이스(200)와 도 1의 PDA 커플링 디바이스(100)를 비교하면, 기준 신호 발생기(264)는 제 2 도전성 로드(235)를 실질적으로 둘러싸는 제 2 전류 변환기(264)를 포함한다는 것을 알 수 있다. 제 2 전류 변환기(264)는 접속 박스(270) 내에 있을 수도 있다. 제 2 전류 변환기(264)는 기준 신호(미도시)를 생성하도록 구성된다.
이제, 도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시형태에 따른 부분 방전 분석(PDA) 커플링 디바이스(300)의 단면도가 도시되어 있다. PDA 커플링 디바이스(300)는 PDA 커플링 디바이스(100, 도 1) 및 PDA 커플링 디바이스(200, 도 3)와 유사하다. 그러나, PDA 커플링 디바이스(300)의 기준 신호 발생기(364)는 케이싱(315) 내에 있다. 기준 신호 발생기(364)는 도 2의 임피던스 회로(164)와 유사한 임피던스 회로일 수 있다. 즉, 임피던스 회로(364)는 전기적으로 병렬 접속된 제 1 커패시터(165), 제 2 커패시터(166) 및 복수의 제너 다이오드들(167)을 포함한다. 또한, 임피던스 회로(364)는 제 2 도전성 로드(335)에 전기적으로 접속된다.
이제, 도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시형태에 따른 부분 방전 분석(PDA) 커플링 디바이스(400)의 단면도가 도시되어 있다. PDA 커플링 디바이스(400)는 PDA 커플링 디바이스(100, 도 1), PDA 커플링 디바이스(200, 도 3) 및 PDA 커플링 디바이스(300, 도 4)와 유사하다. 그러나, PDA 커플링 디바이스(400)의 기준 신호 발생기(464)는 제 2 전류 변환기(464)인 것을 알 수 있다. 도시된 바와 같이, 제 2 전류 변환기(464)는 제 2 도전성 로드(435)를 실질적으로 둘러싸며, 기준 신호(미도시)를 생성하도록 구성된다.
도 5에서 알 수 있는 바와 같이, PDA 커플링 디바이스(400)는 펄스 신호를 전류 변환기(460)로부터 부분 방전 분석기(495)로 전송하는 제 1 프로브를 더 포함할 수도 있다. 제 2 프로브는 기준 신호를 기준 신호 발생기(464)로부터 부분 방전 분석기(495)로 전송한다. 도 5에는 PDA 커플링 디바이스(400)와 함께 부분 방전 분석기(495)만이 도시되어 있지만, PDA 커플링 디바이스(100, 도 1), PDA 커플링 디바이스(200, 도 3), 및 PDA 커플링 디바이스(300, 도 4)와 같은 본 발명의 다른 실시형태들이 또한 부분 방전 분석기(495)를 포함할 수도 있다.
부분 방전 분석기(495)는, 예를 들어 발전기 고정자 권선들의 절연의 열화를 분석하기 위한 임의의 현재 공지되거나 추후 개발될 분석기이다. 도 1 및 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같은 본 발명의 실시형태들에서, 전류 변환기(160, 260, 360, 460)에 의해 생성된 펄스 신호와 기준 신호 발생기(164, 264, 364, 464)에 의해 생성된 기준 신호는 동일한 디바이스에서 생성되며, 펄스 신호 및 기준 신호를 "동위상"이다. 본 분야에 공지된 바와 같이, "동위상"이기 위해서는, 2개의 신호가 동시에 동일한 방향으로 최대 지점과 최소 지점을 통과해야 한다. 펄스 신호와 기준 신호가 "동위상"이므로, 부분 방전 분석기(495)는 펄스 신호로부터, 예를 들어 발전기 고정자 권선들의 절연의 열화를 정확하게 판정할 수도 있다.
본 명세서에서 사용되고 있는 용어는 오로지 특정 실시형태들만을 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 제한사항으로 의도되지 않는다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 단수 형태의 표현은, 문맥상 명확히 다른 것을 나타내지 않는다면, 마찬가지로 복수 개소를 포함하는 것으로 의도된다. 또한, "포함하다" 및/또는 "포함하는"이라는 용어는, 본 명세서에서 사용될 때, 진술된 특징들, 정수들, 단계들, 동작들, 구성요소들, 및/또는 구성성분들의 존재를 특정하지만, 다른 특징들, 정수들, 단계들, 동작들, 구성요소들, 구성성분들, 및/또는 이들의 그룹들 중 하나 이상의 존재 또는 추가를 배제하는 것은 아니다.
본 명세서의 설명은, 최적의 양식을 포함하여 본 발명을 설명하게 하고, 임의의 디바이스들 또는 시스템들을 제작하고 사용하며 임의의 포함된 방법들을 수행하여 당업자가 본 발명을 실시하게 하도록 실례들을 이용한다. 본 발명의 특허 가능한 범주는 청구범위에 의해 정의되며, 당업자에게 떠오르는 다른 실례들을 포함할 수도 있다. 이러한 다른 실례들은, 이들이 청구범위의 문헌적인 언어와 상이하지 않은 구조적인 구성요소들을 갖고 있거나, 또는 이들이 청구범위의 문헌적인 언어와 실질적으로 차이를 갖는 등가의 구조적인 구성요소들을 포함한다면, 청구범위의 범주 내에 있는 것으로 의도된다.

Claims (10)

  1. 제 1 커플링 커패시터(120, 220)와 제 2 커플링 커패시터(130, 230)를 전기적으로 접속시키는 커넥터(110, 210)와,
    상기 제 1 커플링 커패시터(120, 220)를 고전압 입력에 전기적으로 접속시키는 제 1 도전성 로드(125, 225)와,
    상기 제 2 커플링 커패시터(130, 230)를 접지(150, 250)에 전기적으로 접속시키는 제 2 도전성 로드(135, 235, 335, 435)와,
    상기 제 2 도전성 로드(135, 235, 335, 435)의 일부분을 둘러싸고, 펄스 신호를 생성하도록 구성된 전류 변환기(160, 460)와,
    상기 전류 변환기(160, 460)에 인접하고, 상기 펄스 신호와 동위상인 기준 신호를 생성하도록 구성되며, 상기 제 2 도전성 로드에 전기적으로 커플링된 기준 신호 발생기(164, 264, 364, 464)를 포함하는
    디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 커플링 커패시터(130, 230)와 상기 접지(150, 250) 사이에 접속 박스(170, 270)를 더 포함하되,
    상기 기준 신호 발생기(164, 264, 364, 464)는 상기 접속 박스(170, 270) 내에 있는
    디바이스.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 기준 신호 발생기(164, 264, 364, 464)는 상기 제 2 도전성 로드(135, 235, 335, 435)에 전기적으로 접속된 임피던스 회로(364)를 포함하고,
    상기 임피던스 회로(364)는 상기 기준 신호를 생성하도록 구성되는
    디바이스.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 임피던스 회로(364)는 병렬로 접속된 제 1 커패시터(165), 제 2 커패시터(166) 및 복수의 제너 다이오드들(167)을 포함하는
    디바이스.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 기준 신호 발생기(164, 264, 364, 464)는 상기 제 2 도전성 로드(135, 235, 335, 435)를 둘러싸는 제 2 전류 변환기(160, 460)를 포함하고,
    상기 제 2 전류 변환기(160, 460)는 상기 기준 신호를 생성하도록 구성되는
    디바이스.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 기준 신호 발생기(164, 264, 364, 464)는 상기 제 2 커플링 커패시터(130, 230)와 상기 접지(150) 사이의 임피던스 회로(364)를 포함하고,
    상기 임피던스 회로(364)는 상기 제 2 도전성 로드(135, 235, 335, 435)에 전기적으로 접속되는
    디바이스.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 기준 신호 발생기(164, 264, 364, 464)는 상기 제 2 도전성 로드(135, 235, 335, 435)를 둘러싸는 제 2 전류 변환기(160, 460)를 포함하고,
    상기 제 2 전류 변환기(160, 460)는 상기 기준 신호를 생성하도록 구성되는
    디바이스.
  8. 제 1 항에 있어서,
    공동(117, 217)을 갖춘 케이싱(115, 215, 315)을 더 포함하되,
    상기 공동(117, 217)은 적어도 상기 커넥터(110, 210), 상기 제 1 커플링 커패시터(120, 220) 및 제 2 커플링 커패시터(130, 230), 상기 제 1 도전성 로드(125, 225) 및 제 2 도전성 로드(135, 235, 335, 435), 및 상기 전류 변환기(160, 460)를 포함하는
    디바이스.
  9. 삭제
  10. 부분 방전 분석(partial discharge analysis: PDA) 커플링 디바이스(100, 200, 300, 400)로서,
    제 1 커플링 커패시터(120, 220)와 제 2 커플링 커패시터(130, 230)를 전기적으로 접속시키는 커넥터(110, 210)와,
    상기 제 1 커플링 커패시터(120, 220)를 발전기의 고전압 출력에 전기적으로 접속시키도록 구성된 제 1 도전성 로드(125, 225)와,
    상기 제 2 커플링 커패시터(130, 230)를 접지(150, 250)에 전기적으로 접속시키도록 구성된 제 2 도전성 로드(135, 235, 335, 435)와,
    상기 제 2 도전성 로드(135, 235, 335, 435)의 일부분을 둘러싸고, 펄스 신호를 생성하도록 구성된 전류 변환기(160, 460)와,
    상기 전류 변환기(160, 460)에 인접하고, 상기 펄스 신호와 동위상인 기준 신호를 생성하도록 구성되고, 상기 제 2 도전성 로드에 전기적으로 커플링된 기준 신호 발생기(164, 264, 364, 464)와,
    전기적 포팅 물질을 포함한 공동(117, 217)을 갖춘 케이싱(115, 215, 315)을 포함하되,
    상기 공동(117, 217)은 적어도 상기 커넥터(110, 210), 상기 제 1 커플링 커패시터(120, 220) 및 제 2 커플링 커패시터(130, 230), 상기 제 1 도전성 로드(125, 225) 및 제 2 도전성 로드(135, 235, 335, 435)와, 상기 전류 변환기(160, 460)를 포함하는
    부분 방전 분석 커플링 디바이스.
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