KR102173759B1 - 절연물의 누설수분 측정장치 - Google Patents

절연물의 누설수분 측정장치 Download PDF

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Abstract

본 출원은 누설수분 측정장치를 공개한다. 본 발명의 실시예에 따른 누설수분 측정장치는 측정 대상 부위로 마이크로파를 조사하는 마이크로파 조사 장치, 상기 측정 대상 부위의 전기적인 특성 또는 물리적인 특성을 측정하는 센서, 및 상기 마이크로파를 조사하기 전에 상기 센서에 의해 측정된 측정값과 상기 마이크로파를 조사한 후에 상기 센서에 의해 측정된 측정값의 차이를 나타내는 차이값을 연산하는 연산부를 구비할 수 있다.

Description

절연물의 누설수분 측정장치{Leakage water measuring device for insulation}
본 출원은 누설수분 측정장치에 관한 것으로서, 특히, 발전기 고정자 권선 등 절연물의 표면이 평평하지 않거나, 절연물의 두께가 일정하지 않은 경우에도 누설수분을 정확하게 측정할 수 있는 장치에 관한 것이다.
대용량 발전기의 경우, 발전기 고정자 권선 내부에 홈을 파고, 상기 홈에 불순물이 제거된 냉각수를 유입시켜 발생되는 열을 제거하고 있다. 이 방식의 문제점은 고정자 권선 용접부 등에 균열이나 부식이 발생할 경우, 냉각수가 통로 밖으로 누설되는 것이다. 냉각수가 권선 통로 밖으로 누설될 경우, 권선을 덮고 있는 절연물의 절연성능이 약해져 절연이 파괴되고 발전기 운전이 불가능해진다. 따라서, 발전기 절연 파괴를 막기 위해서는 냉각수가 누설되는 것을 초기 단계에서 발견하여야 할 필요가 있다.
발전기의 고정자 권선에서 냉각수가 누설되는 것을 검출하기 위한 종래의 방법들로는 냉각수 통로에 압력을 가해서 누설부위를 확인하는 압력시험 방법, 절연물에 물이 포함되면 정전용량이 변하는 원리를 이용해 냉각수 누설을 검출하는 정전용량측정 방법 등이 있다.
압력시험 방법은 결과가 정확하긴 하지만 완전한 누설 통로가 생기기 전까지는 누설 여부를 확인하기 어렵다. 즉, 상기 고정자 권선의 용접부 등의 균열이나 부식으로 인한 누설통로가 완전히 형성되지 않은 누설 초기단계에서는 상기 누설 여부를 검출하기 어려운 단점이 있다.
정전용량 측정 방법은 절연물의 정전용량을 측정해 누수여부를 판단한다. 이 방법은 절연물 내부에 물이 있으면 유전율 변화로 정전용량이 변하는 원리를 이용하여 누수여부를 판단하는 것이다. 그런데, 절연물의 정전용량은 절연물 두께가 일정하지 않거나 절연물 표면이 평평하지 않을 경우 오차가 발생하므로, 오차 영향을 배재하기 위해서는 표면이 균일한 부위에서 정전용량을 측정하여야 한다. 하지만 냉각수의 누설이 주로 발생하는 부위가 발전기 고정자 권선 끝에 있는 용접부위이며 이 부위는 표면이 평평하지도 않고, 절연물 두께도 일정하지 않아 측정된 정전용량은 큰 오차를 가질 가능성이 높다. 따라서, 현재 정전용량 측정방법으로는 누설 초기 단계에서 냉각수의 누설을 발견하기가 어려운 문제점이 있다.
대한민국 특허출원 제 2006-0060402호
본 출원은 냉각수가 누설되기 시작하는 초기 단계에서도 검출이 가능하고, 구조가 복잡해 기존 정전용량 측정방법으로는 확인하기 어려운 측정 대상, 특히, 발전기 고정자 권선 끝의 용접부위에서의 냉각수 누설여부를 정확히 판단할 수 있는 누설수분 측정장치를 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따른 누설수분 측정장치는 측정 대상 부위로 마이크로파를 조사하는 마이크로파 조사 장치, 상기 측정 대상 부위의 전기적인 특성 또는 물리적인 특성을 측정하는 센서, 및 상기 마이크로파를 조사하기 전에 상기 센서에 의해 측정된 측정값과 상기 마이크로파를 조사한 후에 상기 센서에 의해 측정된 측정값의 차이를 나타내는 차이값을 연산하는 연산부를 구비할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 누설수분 측정장치의 상기 센서는 상기 측정 대상 부위의 정전용량을 측정할 수 있으며, 이 경우, 상기 누설수분 측정장치는 상기 센서로부터 출력되는 신호를 검출하는 정전용량 신호 검출부, 상기 정전용량 신호 검출부에 의해 검출된 신호를 증폭하는 정전용량 신호 증폭부, 상기 정전용량 신호 증폭부에 의해 증폭된 신호를 필터링하여 정전용량 신호를 출력하는 정전용량 신호 필터부, 및 상기 정전용량 신호를 디지털 신호로 변환하여 디지털 정전용량값을 출력하는 AD 변환부를 더 구비할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 누설수분 측정장치의 상기 센서는 상기 측정 대상 부위의 온도를 측정할 수 있으며, 이 경우, 상기 누설수분 측정장치는 상기 센서로부터 출력되는 신호를 검출하는 온도 신호 검출부, 상기 온도 신호 검출부에 의해 검출된 신호를 증폭하는 온도 신호 증폭부, 상기 온도 신호 증폭부에 의해 증폭된 신호를 필터링하여 온도 신호를 출력하는 온도 신호 필터부, 및 상기 온도 신호를 디지털 신호로 변환하여 디지털 온도값을 출력하는 AD 변환부를 더 구비할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 누설수분 측정장치의 상기 측정 대상 부위는 발전기 고정자 권선일 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 누설수분 측정장치는 상기 마이크로파 조사장치로 마이크로파 조사용 전원을 공급하는 전원 공급장치, 및 상기 연산부에 의해 연산된 차이값을 저장하고 외부로 전송하는 저장 및 통신부를 더 구비할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일실시예에 따른 누설수분 측정 장치에 따르면, 측정 대상, 특히, 발전기 고정자 권선의 냉각수가 누설되기 시작하는 초기 단계에서도 검출이 가능할 뿐만 아니라, 구조가 복잡해 기존 정전용량 측정방법으로는 확인하기 어려운 권선 끝의 용접부위에서 누설수분이 존재하는지 여부를 판단함으로써, 발전기 등의 냉각수 누설여부를 정확히 판단할 수 있다.
도 1은 발전기 고정자 권선의 단부 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 누설수분 측정 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
도 1은 발전기 고정자 권선의 단부 구성을 나타낸 도면으로서, 도 1에서 1은 마이크로파 조사 장치를, 2는 센서를, 3은 절연물을, 4는 권선 연결용 도체를, 5는 냉각수를 공급 또는 배출하기 위한 테프론 호스를, 6은 권선 워터 클립을, 7은 권선 소선을 각각 나타낸다.
상술한 바와 같이, 대용량 발전기의 경우, 테프론 호스(5)를 통해 유입된 냉각수를 이용하여 고정자 권선(7) 등에서 발생되는 열을 제거하고 있다. 그러나, 상기 냉각수가 누설될 경우, 절연물(3)의 절연성능이 약해져 절연이 파괴되고 발전기 운전이 불가능해진다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 마이크로파 조사 장치(1)를 이용하여 마이크로파를 상기 발전기 고정자 권선의 단부에 조사하고, 센서(2)를 통해 마이크로파 조사 전과 후의 전기적인 특성 및/또는 물리적인 특성(예를 들면, 정전용량 및/또는 온도)의 변화를 이용하여 누설수분을 측정한다. 즉, 물이 포함된 절연물에 마이크로파를 조사하면 물 분자가 진동하게 되고, 이 진동은 물의 온도를 높이게 된다. 온도가 높아진 물은 절연물 내부에서 유동을 하며, 에너지를 더 흡수하면 일부가 증발해 원래 유입된 누설지점을 통해 되돌아간다. 이 과정에서 절연물의 정전용량이 변하게 되며, 누수된 양이 많을 경우 절연물 온도도 변하게 되므로 마이크로파 조사 후 정전용량 변화와 절연물 표면 온도 변화를 측정하여 누수여부를 판정할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 누설수분 측정 장치의 구성을 나타낸 도면으로서, 누설수분 측정 장치는 마이크로파 조사장치(1), 센서(2), 전원공급장치(10), 정전용량신호 처리부(20), 온도신호 처리부(30), AD 변환부(40), 연산부(50), 및 통신/저장부(60)를 구비할 수 있다.
도 2에 나타낸 블록들 각각의 기능을 설명하면 다음과 같다.
마이크로파 조사장치(1)는 측정 대상인 발전기 고정자 권선 측으로 마이크로파를 조사한다. 조사된 마이크로파는 절연물 사이 또는 절연물과 도체 사이에 있는 물을 유동시키고 증발시켜 절연물의 정전용량과 온도의 변화를 유도한다. 즉, 누설된 냉각수로 인해 물을 함유한 절연물은 조사된 마이크로파에 의해 정전용량 및/또는 온도의 변화를 일으키지만, 건전한 절연물은 마이크로파가 조사되어도 내부 도체에서 이를 모두 반사시키므로 특별한 변화가 없다. 따라서, 이를 이용함으로써, 절연물에 누설수분이 있는지 여부를 판단할 수 있다. 마이크로파 조사 시간은 마이크로파 조사장치 용량과 누설된 물의 양에 의해 결정될 수 있다. 또한, 센서가 측정하는 시간에는 마이크로파 영향에 의한 오차를 줄이기 위해 마이크로파 조사를 멈출 수 있다.
센서(2)는 측정 대상인 발전기 고정자 권선의 정전용량 및 온도 중 적어도 하나 이상을 측정한다. 센서(2)는 정전용량 센서 및 온도 센서를 구비할 수 있다. 이 경우, 정전용량 센서는 작은 금속 박판을 이용하여 상기 측정 대상인 발전기 고정자 권선에 낮은 전압(예를 들면, 100V 이하의 전압)을 인가할 수 있다. 또한, 온도 센서로는 열전대(Termocouple) 또는 저항측온기(Resistance Temperature Detector) 등 온도를 측정할 수 있는 다양한 센서가 사용될 수 있다.
전원공급장치(10)는 마이크로파 조사장치(1)로 마이크로파 발생에 필요한 전원을 공급할 수 있다. 또한, 전원공급장치(10)는 센서(2)로도 정전용량 및/또는 온도의 측정을 위한 전원을 공급할 수 있다. 즉, 전원공급장치(10)는 마이크로파 조사장치(1)에 에너지를 공급하는 전원장치과 정전용량 신호 측정을 위한 전원장치으로 이원화 되어 구성될 수 있다. 또한, 정전용량 측정을 위한 전원장치은 주파수를 가변할 수 있는 기능을 포함할 수 있다. 정전용량 측정을 위한 전원은 정전용량 신호 처리부(20)를 통하여 센서(2)로 공급될 수도 있다.
정전용량 신호 처리부(20)는 센서(2)로부터 입력되는 신호를 분석하여 정전용량에 대응하는 크기를 가지는 정전용량 신호를 출력할 수 있다. 정전용량 신호 처리부(20)는 센서(2)의 정전용량 센서와 연결될 수 있다. 도시하지는 않았으나, 정전용량 신호 처리부(20)는 정전용량 센서로부터 출력되는 신호를 검출하는 정전용량 신호 검출부, 상기 정전용량 신호 검출부에 의해 검출된 신호를 증폭하는 정전용량 신호 증폭부, 및 상기 정전용량 신호 증폭부에 의해 증폭된 신호를 필터링하여 노이즈 등을 제거하여 상기 정전용량 신호를 출력하는 정전용량 신호 필터부를 구비할 수 있다. 이 경우, 상기 정전용량 신호 필터부는 소정의 주파수(예를 들면, 500Hz) 이하의 신호만을 통과시키는 저역통과 필터로 구성될 수 있다.
온도 신호 처리부(30)는 센서(2)로부터 입력되는 신호를 분석하여 온도에 대응하는 크기를 가지는 온도 신호를 출력할 수 있다. 온도 신호 처리부(30)는 센서(2)의 온도 센서와 연결될 수 있다. 도시하지는 않았으나, 온도 신호 처리부(30)는 온도 센서로부터 출력되는 신호를 검출하는 온도 신호 검출부, 상기 온도 신호 검출부에 의해 검출된 신호를 증폭하는 온도 신호 증폭부, 및 상기 온도 신호 증폭부에 의해 증폭된 신호를 필터링하여 노이즈 등을 제거하여 상기 온도 신호를 출력하는 온도 신호 필터부를 구비할 수 있다. 이 경우, 상기 온도 신호 필터부는 소정의 주파수(예를 들면, 500Hz) 이하의 신호만을 통과시키는 저역통과 필터로 구성될 수 있다.
AD 변환부(40)는 정전용량 신호 처리부(20)로부터 출력되는 정전용량 신호 및 상기 온도 신호 처리부(30)로부터 출력되는 온도 신호 각각을 디지털 신호로 변환하여 디지털 정전용량값 및 디지털 온도값를 출력한다.
연산부(50)는 상기 AD 변환부(40)에서 출력되는 디지털 정전용량값 및 디지털 온도값를 연산하여 누설수분이 존재하는지 여부를 판단한다. 예를 들면, 연산부(40)는 마이크로파를 조사하기 전의 디지털 정전용량값과 마이크로파를 조사한 후의 디지털 정전용량값의 차이인 정전용량 차이값 및/또는 마이크로파를 조사하기 전의 디지털 온도값과 마이크로파를 조사한 후의 디지털 온도값의 차이인 온도 차이값을 계산하고, 상기 정전용량 차이값 및/또는 상기 온도 차이값에 따라 측정 대상에 누설수분이 존재하는지 여부를 판단할 수 있다. 도시하지는 않았으나, 연산부(40)는 전원공급장치(10) 및 마이크로파 조사 장치(1)를 제어할 수 있다. 즉, 연산부(40)는 전원공급장치(10)를 제어하여 마이크로파 발생에 필요한 전원을 마이크로파 조사장치(1)로 공급하도록 제어함으로써, 마이크로파 조사장치(1)가 마이크로파를 측정대상인 발전기의 고정자 권선으로 조사하도록 할 수 있다. 이 경우, 연산부(40)는 전원 공급장치(10)로부터 공급되는 전원의 크기 등을 제어함으로써 마이크로파의 세기를 제어할 수 있으며, 전원이 공급되는 시간을 제어함으로써 마이크로파가 조사되는 시간을 제어할 수도 있다.
통신/저장부(60)는 연산부(40)에서 연산된 정전용량 차이값 및/또는 온도 차이값을 저장하고, 이를 외부로 전송할 수 있다. 통신/저장부(60)는 조사된 마이크로파의 세기에 대한 정보, 마이크로파가 조사된 시간에 대한 정보, 상기 디지털 정전용량값, 및 상기 디지털 온도값을 추가적으로 저장하고, 이를 외부로 전송할 수 있다. 이 경우, 상기 통신/저장부(60)는 컴퓨터와 USB 연결 등을 통해 저장된 값을 컴퓨터로 전송할 수 있다. 경우에 따라, 상기 통신/저장부(60)는 저장된 값을 디스플레이할 수 있는 유저 인터페이스(User interface)를 추가적으로 구비할 수도 있다.
도 2에서는 정전용량 신호 처리부 및 온도 신호 처리부를 모두 구비하는 경우를 나타내었으나, 본 발명의 실시예에 따른 발전기 고정자 권선 누설수분 측정장치는 필요에 따라 어느 하나만을 구비할 수도 있다.
또한, 도 2에서는 누설수분 측정장치가 정전용량 또는 온도를 감지하는 경우를 나타내었으나, 본 발명의 누설수분 측정장치는 마이크로파에 의해 가열된 물에 의해 가변될 수 있는 다른 전기적인 측정값들 또는 물리적인 측정값들을 이용하여 누설수분을 감지하도록 구성될 수도 있다.
또한, 상기에서는 누설수분 측정장치가 발전기의 고정자 권선에서 누설된 수분을 측정하는 경우를 예시하였으나, 본 발명의 실시예에 따른 누설수분 측정장치는 다양한 측정 대상에 적용될 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
1 : 마이크로파 조사장치 2 : 센서
10 : 전원공급장치 20 : 정정용량 신호 처리부
30 : 온도 신호 처리부 40 : AD 변환부
50 : 연산부 60 : 통신/저장부

Claims (7)

  1. 냉각수로 발생된 열을 제거하는 발전기 고정자 권선으로 마이크로파를 조사하는 마이크로파 조사 장치;
    상기 고정자 권선의 정전용량 및 온도를 측정하는 센서; 및
    상기 마이크로파를 조사하기 전에 상기 센서에 의해 측정된 측정값과 상기 마이크로파를 조사한 후에 상기 센서에 의해 측정된 측정값의 차이를 나타내는 차이값을 연산하는 연산부를 구비하되,
    마이크로파 조사 후 정전용량 변화와 온도 변화를 측정하여 누수여부를 판정하고, 온도 변화로 누수된 양이 많음을 판정하는 절연물의 누설수분 측정장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 누설수분 측정장치는
    상기 센서로부터 출력되는 신호를 검출하는 정전용량 신호 검출부;
    상기 정전용량 신호 검출부에 의해 검출된 신호를 증폭하는 정전용량 신호 증폭부;
    상기 정전용량 신호 증폭부에 의해 증폭된 신호를 필터링하여 정전용량 신호를 출력하는 정전용량 신호 필터부; 및
    상기 정전용량 신호를 디지털 신호로 변환하여 디지털 정전용량값을 출력하는 AD 변환부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 절연물의 누설수분 측정장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 누설수분 측정장치는
    상기 센서로부터 출력되는 신호를 검출하는 온도 신호 검출부;
    상기 온도 신호 검출부에 의해 검출된 신호를 증폭하는 온도 신호 증폭부;
    상기 온도 신호 증폭부에 의해 증폭된 신호를 필터링하여 온도 신호를 출력하는 온도 신호 필터부; 및
    상기 온도 신호를 디지털 신호로 변환하여 디지털 온도값을 출력하는 AD 변환부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 절연물의 누설수분 측정장치.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서, 상기 누설수분 측정장치는
    상기 마이크로파 조사장치로 마이크로파 조사용 전원을 공급하는 전원 공급장치; 및
    상기 연산부에 의해 연산된 차이값을 저장하고 외부로 전송하는 저장 및 통신부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 절연물의 누설수분 측정장치.
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