KR102256879B1 - 회전기의 절연열화 상태 판단장치 및 방법 - Google Patents

회전기의 절연열화 상태 판단장치 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102256879B1
KR102256879B1 KR1020140149173A KR20140149173A KR102256879B1 KR 102256879 B1 KR102256879 B1 KR 102256879B1 KR 1020140149173 A KR1020140149173 A KR 1020140149173A KR 20140149173 A KR20140149173 A KR 20140149173A KR 102256879 B1 KR102256879 B1 KR 102256879B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electric field
field strength
sensor
rotating machine
ozone
Prior art date
Application number
KR1020140149173A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20160053023A (ko
Inventor
박성권
박장식
이동균
임완수
소순동
Original Assignee
에너시스(주)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 에너시스(주) filed Critical 에너시스(주)
Priority to KR1020140149173A priority Critical patent/KR102256879B1/ko
Publication of KR20160053023A publication Critical patent/KR20160053023A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102256879B1 publication Critical patent/KR102256879B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/12—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing
    • G01R31/1227—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing of components, parts or materials
    • G01R31/1263—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing of components, parts or materials of solid or fluid materials, e.g. insulation films, bulk material; of semiconductors or LV electronic components or parts; of cable, line or wire insulation
    • G01R31/1272—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing of components, parts or materials of solid or fluid materials, e.g. insulation films, bulk material; of semiconductors or LV electronic components or parts; of cable, line or wire insulation of cable, line or wire insulation, e.g. using partial discharge measurements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R29/00—Arrangements for measuring or indicating electric quantities not covered by groups G01R19/00 - G01R27/00
    • G01R29/12—Measuring electrostatic fields or voltage-potential
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/34—Testing dynamo-electric machines
    • G01R31/346—Testing of armature or field windings
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B21/00—Alarms responsive to a single specified undesired or abnormal condition and not otherwise provided for
    • G08B21/18—Status alarms
    • G08B21/182—Level alarms, e.g. alarms responsive to variables exceeding a threshold

Abstract

본 발명은 회전기의 절연열화 상태 판단장치에 관한 것으로, 회전기에서 배출되는 공기를 센서를 이용하여 오존가스의 농도 및 풍속/온도를 측정 및 분석하여 슬롯방전의 방전량을 추정하고, 그에 따라 절연열화 정도를 판단한 후, 이를 관리자에게 경보하도록 하며, 이때, 전계강도센서를 이용하여 측정위치에서의 전계강도값에 따라 오존농도값의 신뢰성을 판단하고, 설정된 전계강도임계값 이하에서만 회전기의 절연열화 상태를 판단하도록 하는데 그 목적이 있다.

Description

회전기의 절연열화 상태 판단장치 및 방법 {APPARATUS and METHOD FOR STATUS DETERMINATION OF INSULATION DEGRADATION OF ROTATING MACHINE}
본 발명은 고전압으로 구동되는 발전기 및 전동기와 같은 회전기에 있어서, 고정자 권선의 절연상태가 열화된 정도를 판단하여 고장 및 사고가 발생하기 전에 절연 보강 조치를 취할 수 있도록 관리자에게 경보하도록 하는 회전기의 절연열화 상태 판단장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 발전기나 전동기와 같은 고전압 회전기의 경우, 장시간 운전등에 의한 열화로 인해 고정자 권선의 절연이 파괴되는 고장이 발생할 수 있으며, 이로 인해 전선로의 일부가 대지와 전기적으로 연결되는 지락사고(line-to-ground fault) 또는, 돌발적인 운전정지 등 막대한 사고로 이어질 수 있다.
따라서, 이와 같이 절연파괴가 진행되는 과정을 조기에 감지하여 지락사고 등을 방지하는 다양한 기술이 산업계에서 활용되고 있다.
예를 들어, 회전기의 고정자 권선의 절연이 열화되면 부분방전이 발생하는데, 이 부분방전을 감지하는 기술을 활용하여 사고를 방지할 수 있다.
즉, 고정자 권선에서 발생하는 부분방전은 절연층 내부의 보이드 발생, 절연층간 단락, 고정자 슬롯 표면의 침식 등의 원인으로 발생할 수 있다.
이 중 고정자 슬롯 표면의 침식에 의해 발생하는 슬롯방전은 발생 지점에서의 슬롯방전에 의해 표면처리가 손상되고 이로 인한 간극이 벌어질수록 방전의 강도가 세지는 특성으로 인해 절연열화가 급속도로 악화되는 경향이 있다.
이러한 슬롯방전을 조기에 감지하기 위한 종래 기술로는 슬롯 커플러를 고정자 권선에 끼워 넣어서 슬롯방전 시 발생하는 전기적 신호를 측정하고, 이를 분석하는 방법이 일반적으로 활용되어 왔다.
그러나 이러한 종래기술의 전기적신호 측정에 의한 슬롯방전 감지방법은 전기적 잡음의 영향을 받아 오동작하는 경우가 발생하고, 가격이 비싸서 전동기에 보편적으로 적용되기 어려운 단점이 있다.
또한, 도 1은 종래기술에 따른 발전기 및 전동기 절연보강 결정장치의 구성도로서, 고정자(11)이 내부에서 외측에 설치되고, 고정자(11)과 대응되는 회전자(13)이 내부에서 중앙에 회전 가능하게 설치되는 케이싱(10)와, 케이싱(10)의 내측에 설치되어 고정자(11)에서 발생되는 오존가스의 농도를 감지하고 오존가스 농도에 해당하는 오존감지신호를 실시간으로 발신하는 오존농도감지센서(30)와, 오존농도감지센서(30)의 오존감지신호에 따른 오존가스 농도를 수치로 표시하는 표시수단(50)과, 표시수단(50)에 오존가스의 농도가 수치로 표시가 표시되도록, 오존농도감지센서(30)의 오존감지신호를 실시간으로 인식하고, 인식된 오존감지신호에 해당하는 오존가스의 농도를 수치화하여 표시수단(50)에 제공하는 제어부(70)로 구성되어 있다.
이와 같이 구성된 종래의 발전기 및 전동기 절연보강 결정장치는 발전기나 전동기에서 고정자와 고전압 인가부분의 사이에서 발생되는 틈새를 오존가스의 센싱이나 빛의 센싱을 이용하여 검출하고 검출여부를 실시간으로 표시하므로, 사용자가 실시간으로 표시되는 검출여부를 근거로 발전기나 전동기를 보수할 것인지 결정할 수 있다.
또한, 오존 가스의 농도를 측정하는 센서의 방식에는 자외선 방식, 전기화학적 방식, 반도체 방식이 있다. 이 중 반도체 방식과 전기화학적 방식이 가격이 저렴하고 센서의 크기가 작아 산업계에 널리 사용되고 있다.
이러한 반도체 혹은 전기화학적 방식의 오존가스센서는 그 특성상 전기적 잡음에 매우 취약하여, 전기적 잡음이 있을 경우 측정값이 요동하는 오동작의 문제점이 있으며, 그에 따라 측정된 오존농도값이 부정확할 경우, 절연열화 판단에 오류가 발생되어 잘못된 경보오류가 발생되는 문제점이 있다.
또한, 오존농도에 영향을 주는 공기의 다양한 인자들을 고려하지 않고, 단순히 오존농도감지센서의 오존농도 측정 수치만으로 판단하고, 고정된 임계값과 비교하여 절연열화 여부를 판단하므로, 그 정확도가 매우 낮은 문제점이 있으며, 그에 따라 경보오류(false alarm)를 발생하는 문제점이 있었다.
국내특허등록 제10-1295095호 (2013년08월09일자 공고)
상기한 종래기술의 문제점을 개선하기 위하여, 회전기에서 배출되는 공기를 센서를 이용하여 오존가스의 농도 및 풍속/온도를 측정 및 분석하여 슬롯방전의 방전량을 추정하고, 그에 따라 절연열화 정도를 판단한 후, 이를 관리자에게 경보하도록 하며, 이때, 전계강도센서를 이용하여 측정위치에서의 전계강도값에 따라 오존농도값의 신뢰성을 판단하고, 설정된 전계강도임계값 이하에서만 회전기의 절연열화 상태를 판단하도록 하는 회전기의 절연열화 상태 판단장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적을 달성하기 위한 회전기의 절연열화 상태 판단장치는 고전압 회전기에서 배출되는 오존농도 측정값에 따라 회전기의 절연열화상태를 판단하는 회전기의 절연열화 판단장치에 있어서, 상기 회전기에서 배출되는 공기의 오존가스의 농도를 측정하고, 상기 회전기 구동시 발생되는 전계강도를 측정하고, 기 설정된 전계강도임계값과 비교결과에 따라 상기 오존감지센서에서 측정된 오존농도값을 전송하는 센서노드; 및 상기 센서노드를 통해 전송된 오존농도값을 수신하여, 오존농도값에 따른 절연열화지수를 산출하고, 기 설정된 절연열화 임계값과 비교하여 그 결과에 따라 열연열화상태를 판단하는 컨트롤러;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 센서노드는 상기 회전기의 배기구에서 전계강도를 측정하는 전계강도센서; 상시 회전기의 배기구에서 오존가스의 농도를 측정하는 오존감지센서; 상기 전계강도센서 및 오존감지센서의 측정값을 입력받고, 상기 전계강도센서로부터 측정된 전계강도값과 기 설정된 전계강도임계값을 비교하고 그 결과에 따라 상기 오존농도값을 전송하는 마이크로프로세서; 및 상기 마이크로프로세서에 의해 전송된 상기 오존농도값을 상기 컨트롤러로 전송하는 통신모듈;을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 절연열화 임계값은 상기 회전기의 흡기구에 슬롯방전을 발생하는 캘리브레이터을 부가하여, 상기 캘리브레이터에서 절연열화시 발생되는 부분 방전량을 발생시켜, 그에 따라 발생된 오존가스를 상기 배기구에서 측정한 풍속, 온도값 및 전계강도값 및 오존가스 농도값을 기반으로 산출하여 설정하는 것을 특징으로 한다.
상기 전계강도 임계값은 상기 회전기의 평소 구동시 상기 전계강도센서로부터 측정된 바닥잡음레벨(noise floor level) 보다 2~4dB 높은 수준으로 설정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 목적을 달성하기 위한 회전기의 절연열화 판단과정은 고전압 회전기에서 센서노드에 의해 배출되는 오존농도 및 전계강도를 측정하고, 컨트롤러에서 센서노드로부터 전송받은 오존농도값에 따라 회전기의 절연열화상태를 판단하는 회전기의 절연열화 판단방법에 있어서, 상기 회전기에서 배출되는 공기의 오존가스의 오존농도값 및 전계강도값을 측정하는 제1과정; 상기 센서노드는 상기 전계강도값을 입력받아 기 설정된 전계강도임계값과 비교하는 제2과정; 상기 제2과정에서 비교결과 측정된 전계강도값이 전계강도임계값 보다 작으면, 상기 오존농도값을 상기 컨트롤러로 전송하는 제3과정; 상기 컨트롤러는 상기 제2과정에서 센서노드로부터 전송받은 오존농도값으로부터 절연열화지수를 산출하고, 기 설정된 절연열화임계값과 비교하여 절연열화여부를 판단하는 제4과정;을 포함하되, 상기 제2과정에서 비교결과 측정된 전계강도값이 전계강도임계값 보다 큰 구간에서는 측정예외 구간으로 판단하여 상기 측정된 오존농도값을 상기 컨트롤러로 전송하지 않는 제5과정;을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 회전기의 절연열화 상태 판단장치는 회전기의 배기구를 통해 배출되는 공기의 풍속/온도 및 오존가스의 농도를 측정 및 분석하여 슬롯방전의 방전량을 추정하고, 그에 따라 절연열화 정도를 판단하므로, 정확한 절연열화 상태를 판단할 수 있는 효과가 있다.
또한, 회전기의 절연열화 판단을 위한 임계값을 설정하기 위하여 캘리브레이터를 이용하여, 실제 슬롯방전량에 따른 오존가스농도를 측정하고, 이를 임계값으로 설정할 수 있고, 캘리브레이터의 슬롯방전량을 단계별로 상승 발생시키고, 그에 따른 오존가스 농도를 측정하여 이를 절연열화 임계값으로 설정하므로, 절연열화 상태를 주의, 위험 등의 단계별로 경보할 수 있는 효과가 있다.
또한, 회전기의 배기구에서 오존가스농도 측정시 전계강도도 함께 측정하여 설정된 전계강도임계값 이하에서만 절연열화 상태를 판단하므로, 회전기 구동시 발생되는 전기적 잡음의 변화로 인한 영향을 최소화 할 수 있어, 보다 정확한 절연열화상태를 판단할 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 발전기 및 전동기 절연보강 결정장치의 구성도이고,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 회전기의 절연열화 상태 판단장치의 구성도이고,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 회전기의 절연열화 상태 판단장치의 구성도이고,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 센서노드의 상세 블록 구성도이고,
도 5은 본 발명의 실시예에 따른 절연열화 판단 임계값 설정을 위한 장치의 구성도이고,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 오존가스 농도와 배기구의 풍속의 상관관계를 설명하기 위한 도이고,
도 7은 절연열화 판단을 위한 절연열화 임계값을 산출방법을 설명하기 위한 그래프이고,
도 8는 본 발명의 실시예에 따른 회전기의 절연열화 상태 판단과정의 흐름도이고,
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 전계강도값 변화에 따른 오존농도값 변화를 설명하기 위한 그래프이다.
본 발명의 실시예에 따른 회전기의 절연열화 상태 판단장치의 구성 및 작용을 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 실시예에 따른 회전기의 절연열화 상태 판단장치의 구성도로서, 회전자와 고정자로 구성된 발전기 또는 전동기 등의 회전기(100)와, 상기 회전기(100)에 흡기구(101)와 배기구(102)를 형성하고, 회전기(100)의 내부 냉각을 위해 외부공기를 흡입하여 외부로 강제 대류시키기 위한 냉각팬(103)과, 상기 회전기(100)의 배기구(102)에서 배출되는 공기의 풍속을 측정하는 풍속센서(111)와, 상기 회전기(100)의 배기구(102)에서 배출되는 공기의 온도를 측정하는 온도센서(112)와, 상기 배기구(102)를 통해 배출되는 공기에서 오존가스 및 전계강도를 감지 측정하는 전계강도센서(151) 및 오존가스센서(152)와, 상기 전계강도센서(151)에 의해 측정된 전계강도값이 설정된 임계값 이내일 때, 상기 풍속센서 및 온도센서(111)(112)로부터 각각 입력된 풍속 및 온도 측정값과 오존가스센서(152)로부터 입력된 오존농도값을 분석하여, 상기 회전기(100) 내부의 절연열화지수를 산출하고, 기설정된 절연열화 임계값과 비교하여, 절연열화정도를 판단하는 컨트롤러(120)로 구성된다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 다수개의 센서노드를 이용한 오존감지장치의 구성도로서, 상기 배기구(102)에 다수 개의 센서노드(150)를 배치시켜, 오존가스의 측정 포인트 개수를 확장하도록 구성하고, 상기 센서노드(150)를 통해 유선 또는 무선전송된 오존농도 측정값을 수집하여 컨트롤러(120)로 전송하는 수집기(160)로 구성된다.
도 4는 도 3에서의 센서노드(150)의 상세 블록 구성도로서, 상기 센서노드(150)는 상기 회전기(100)의 배기구(102)에서 전계강도를 측정하는 전계강도센서(151)와, 상시 회전기의 배기구(102)에서 오존가스의 농도를 측정하는 오존감지센서(152)와, 상기 전계강도센서(151) 및 오존감지센서(152)의 측정값을 입력받고, 상기 전계강도센서(151)로부터 측정된 전계강도값과 기 설정된 전계강도임계값을 비교하고 그 결과에 따라 상기 오존농도값을 전송하는 마이크로프로세서(153)와, 상기 마이크로프로세서(154)에 의해 전송된 상기 오존농도값을 상기 컨트롤러(120)로 전송하는 통신모듈(154)로 구성한다.
상기 센서노드(150)의 통신모듈(154)은 유선 또는 무선방식으로 상기 컨트롤러(120)로 전송된다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 절연열화 판단 임계값 설정을 위한 장치의 구성도로서, 캘리브레이터(130)는 상기 회전기(100)의 흡기구(102)에 임의의 슬롯방전을 발생하기 위한 고전압발생부(131)와, 상기 고전압발생부(131)에 의해 부분방전을 발생시키는 전극(132)으로 구성되며, 상기 캘리브레이터(130)는 고정사 슬롯에서의 슬롯방전과 유사한 형태의 슬롯방전이 발생하게끔 전극과 절연재로 만들어진 방전용 셀로 구성되어 있다.
이와 같이 구성된 본 발명의 작용에 대하여 첨부된 도 2 내지 도 9를 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 회전기의 절연열화 상태 판단장치는 발전기 또는 고전압 전동기와 같이 수kV 이상의 높은 전압으로 구동되는 회전기에 설치되며, 본 발명에 적용되는 회전기는 밀폐형태가 아닌 흡기구에 냉각팬을 이용하여 외부공기를 유입하여 회전기 내부를 냉각시킨 후 배기구로 배출시키는 강제 대류방식의 회전기이다.
이와 같은 고전압 회전기는 고정자 권선의 절연열화로 인해 슬롯방전이 발생할 경우 오존가스(O3)가 발생하고, 이 오존가스는 회전기를 냉각시키기 위한 냉각풍의 흐름을 타고 배기구로 배출된다.
본 발명에 따른 절연열화 판단장치는 배기구에서 오존감지센서, 전계강도센서, 풍속센서, 온도센서 등을 설치하여, 배출되는 공기의 풍속, 온도 및 오존가스의 농도를 측정하고, 측정된 상기 각 풍속, 온도, 오존가스농도 측정값에 의해 산출된 절연열화 지수와 기 설정된 절열열화 임계값을 비교하고, 그 결과에 따라 절연열화 상태를 판단하여, 관리자에게 경보하게 된다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 회전기의 절연열화 상태 판단장치의 구성도로서, 회전기(100)가 동작함에 따라 흡기구(102)에 배치된 냉각팬(103)이 구동되어 외부공기를 회전기(100) 내부로 강제 유입시킨다.
상기 회전기(100) 내부로 유입된 공기는 회전기를 냉각시킨 후 상기 배기구(102)를 통해 외부로 배출한다.
상기 배기구(102)에 구비된 각 풍속센서(111), 온도센서(112), 오존감지센서(152) 및 전계강도센서(151)에서 배출 공기의 풍속 및 온도를 측정하고, 공기속에 포함된 오존가스의 농도 및 전계강도를 측정한다.
상기 배기구(102)에서 측정된 각 풍속, 온도, 오존가스농도 및 전계강도 측정값은 상기 컨트롤러(120)에 입력받아 분석한 후, 회전기(100) 내부에서 발생한 슬롯방전량을 추정하여 절연열화 상태를 판단한다..
이때, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 컨트롤러(120)는 상기 전계강도센서(151)로부터 측정된 전계강도값과 기 설정된 전계강도 임계값을 비교하고, 비교결과 측정된 전계강도값이 전계강도임계값 보다 큰 구간에서는 측정예외 구간으로 판단하여 상기 측정된 오존농도값에 의한 절연열화 상태를 판단하지 않고 제외시킨다.
여기서, 부분방전의 빠른 펄스 발생으로 낮게는 10MHz에서 높게는 수백 MHz에 이르는 넓은 주파수 대역의 초고주파 잡음이 방사된다.
상기 전계강도센서(151)의 전계강도 측정을 통해 부분방전에 의한 초고주파 잡음의 감지를 정확하기 위해서는 적절한 임계점 설정이 중요한데, 상기 전계강도 임계값은 상기 회전기의 평소 구동시 상기 전계강도센서(151)로부터 측정된 바닥잡음레벨(noise floor level) 보다 2~4dB 높은 수준으로 설정하는 것이 바람직하다.
상기 산출된 전열열화 상태판단은 슬롯방전량이 추정가능한 다음 수학식 1과 같이 절연열화지수를 산출하고, 기 설정된 절연열화 임계값과 비교하여 그 결과, 임계값을 넘어선 정도에 따라, 주의 또는 위험 등 설정된 단계로 관리자에게 경보음 또는 경보메시지를 발생한다.
상기 절연열화임계값은 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 회전기(100)의 흡기구(102)에 위치한 상기 캘리브레이터(130)의 전극(132)을 통해 절연열화시 발생되는 부분방전과 같은 슬롯방전을 인위적으로 발생시켜, 그에 따라 발생된 오존가스를 상기 배기구(102)에서 측정한 오존가스 측정값을 기반으로 임계점을 설정하도록 한다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 센서노드를 이용한 절연열화 판단장치의 구성도로서, 상기 배기구(102)에 오존감지센서(152) 및 전계강도센서(151)가 내장된 다수의 센서노드(150)를 배치하고, 각 포인트에서 배출공기의 오존농도를 측정한다.
상기 각 센서노드(150)는 내장된 상기 전계강도센서(151) 및 오존감지센서(152)의 구동에 의하여 전계강도값 및 오존농도값을 측정한다.
상기 마이크로프로세서(153)은 전계강도센서(151)로부터 측정된 전계강도값과 기 설정된 전계강도 임계값을 비교하고 그 결과에 따라 상기 오존농도값을 상기 통신모듈(154)를 통해 상기 컨트롤러(120)로 전송한다.
이때, 측정된 전계강도값이 설정된 전계강도 임계값보다 작을 경우에는 상기 오존농도값을 상기 통신모듈(154)를 통해 상기 컨트롤러(120)로 전송하지만, 상기 전계강도임계값보다 큰 구간에서는 전기적 잡음에 의한 비정상 오존농도값으로 판단하여 측정된 오존농도값을 상기 컨트롤러(120)으로 전송하지 않거나, null 신호를 전송하여, 전연열화 상태 판단에서 제외시킨다.
여기서, 통신모듈(151)은 RS232와 같은 비동기 직렬통신 또는 지그비(Zigbee)와 같은 무선통신 기능을 갖되, 바람직하게는 지그비 무선통신모듈로 구성된다.
상기 통신모듈(151)을 통해 전송된 각 센서노드(150)의 오존농도 측정값은 AP(Access Point)와 같은 수집기(160)에서 수집한 후 상기 컨트롤러(120)로 전송하여, 이를 분석하도록 한다.
상기 컨트롤러(120)는 상기 과정을 통해 획득된 오존농도값을 이용하여 절연열화지수(D)를 산출한다.
즉, 상기 컨트롤러(120)는 이와 같은 과정을 통해 획득된 퐁속(v), 절대온도(T) 및 오존농도(n) 측정값을 이용하여 절연열화 상태를 판단하기 위한 절연열화지수(D)를 다음 수학식 1과 같이 산출하게 된다.
Figure 112014104608536-pat00001
Figure 112014104608536-pat00002
여기서, a,b,c,d는 독립변수들과 종속변수 간의 다중회귀분석을 통해 얻어지는 파라미터들이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 절연열화 판단 임계값 설정을 위한 장치의 구성도로서, 상기 회전기(100)의 흡기구(102)에 위치한 상기 캘리브레이터(130)의 전극(132)을 통해 절연열화시 발생되는 부분방전과 같은 슬롯방전을 인위적으로 발생시켜, 그에 따라 발생된 오존가스를 상기 배기구(102)에서 측정한 오존가스 측정값을 기반으로 임계점을 설정하도록 구성된다.
이와 같은 절연열화 상태는 오존농도값(n)를 측정하여 절연열화의 심화정도를 판단하기 위해서는 임계점을 설정해야 하는데, 임계점을 설정하기 위해서는 도 5에서와 같이 캘리브레이터를 이용한 캘리브레이션 과정을 거쳐야 하며, 캘리브레이션 과정을 통해 배기구(102)에서 획득된 오존농도값(n), 풍속(v), 온도(T)를 분석하여, 상기 수학식 1을 통해 산출된 절연열화지수(D)를 기준으로 오존농도 임계값을 설정하게 된다.
즉, 본 발명의 절연열화 상태 판단장치는 슬롯방전을 직접 측정할 수 없기 때문에, 슬롯방전의 부산물인 오존가스 농도를 측정하는 간접적인 방법으로 절연열화 상태를 판단하는 것이다.
상기 캘리브레이션 과정을 통해 임계값을 설정하는 상세히 설명하면 다음과 같다.
상기 회전기(100) 설치 초기에는 회전기(100)의 고정자 권선 절연상태가 양호한 상태라고 가정하기 때문에, 슬롯방전도 거의 발생하지 않고, 따라서 오존가스도 발생하지 않는다.
그러나, 상기 캘리브레이터(130)를 구동시켜 인위적으로 슬롯방전을 발생시키고, 상기 회전기 흡기구(101)에 설치하고 고전압을 인가하여 방전시킨다.
이때, 상기 캘리브레이터(130)는 슬롯방전 측정기를 이용하여 슬롯방전량을 확인할 수 있으므로, 상기 캘리브레이터(130)는 절연열화 감지의 임계값으로 삼고자 하는 슬롯방전값이 되도록 사전에 조정한다.
일반적으로 회전기(100)의 슬롯방전값은 피코쿨롱(pC) 단위의 부분방전량으로 표시되는데, 5000pC 이하는 절연이 양호한 것으로 판단하고, 10,000pC 이상은 주의단계, 15,000pC 부터는 절연 보강이 필요한 위험단계로 판단하고 있으므로, 상기 캘리브레이터(130)는 슬롯방전값이 15,000pC 보다 다소 낮은 값으로 조정하는 것이 바람직하다.
이와 같이 슬롯방전의 경우 절연열화 단계가 심화될수록 상태가 급속도로 악화되기 때문에, 10,000pC에서 15,000pC 사이에서 절연열화 감지의 임계값을 설정하는 것이 바람직하다.
예를 들어 절연열화 감지의 임계값을 14,000pC으로 설정하고자 하면 슬롯방전량이 14,000pC인 캘리브레이터 전극을 사용한다.
상기 회전기(100)의 냉각팬(103)이 가동 중인 상태에서 흡기구(101)에 캘리브레이터(130)의 전극(132)을 위치시키고, 고전압전원(HV AC)을 인가하여 상기 전극(132)에서 슬롯방전이 발생하도록 한다.
이렇게 함으로써 마치 상기 회전기(100) 내부의 고정자 권선 어딘가에서 14,000pC의 슬롯방전이 발생한 것과 같은 효과로 오존가스가 발생하게 되고, 상기 배기구(102)에서 오존가스 농도를 측정하여 그 측정값을 임계값으로 설정한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 오존가스 농도와 배기구의 풍속의 상관관계를 설명하기 위한 도로서, 배기구(102)에서 풍속센서 및 오존감지센서(152)를 통해 측정된 풍속(v)와 오존농도(n)는 측정 위치에 따라 변화된다.
예를 들어, 슬롯방전에 따라 발생하는 평균오존농도(n)는 다음 수학식 2와 같이 산출된다.
Figure 112014104608536-pat00003
여기서, 'k'는 상수이고, 'v'는 배기공기 속도(cms-1)이고, 's'는 배기구 면적(cm2)이고, 'a'는 슬롯방전 에너지 당 발생 오존수(erg-1)이고, 'U'는 한개의 사이클 방전에서 소모 평균에너지(erg)이고, 'f'는 인가전압의 주파수이다.
만약, 수학식 2에서와 같이 슬롯방전량이 일정하다면, 공기 중 오존가스의 농도는 다음 수학식 3과 같이 배기구(102)의 덕트 단면적과 공기의 속도에 반비례 한다.
Figure 112014104608536-pat00004
즉, 단면적(s)이 넓거나 공기의 속도(v)가 빠르면 오존농도(n)는 낮아진다.
또한, 온도(T)와 오존농도(n)의 관계는 다음 수학식 4와 같이 반비례관계로 표현된다.
Figure 112014104608536-pat00005
즉, 온도가 높으면 오존농도(n)는 낮아지며, 공기의 온도가 높으면 오존가스 밀도가 낮아지게 되고, 이는 O2와 O가 결합하여 O3가 생성되는 반응의 회수를 낮춰 오존농도(n)를 낮추기 때문이다.
.
도 6에 도시된 바와 같이, 슬롯방전으로 발생된 오존가스(O3)는 덕트를 통해 배기구(102)를 통해 배출되는데, 상기 배기구(102)를 중심으로 앞쪽과 뒤쪽에서의 공기속도와 오존농도의 변화량을 알 수 있다.
상기 배기구(102)의 앞쪽은 덕트 내부인데, 공기의 흐름이 빠르면 그만큼 오존농도(n)는 매우 낮아지고, 공기가 배기구(102)를 나와서 멀어질수록 공기의 압력이 약해지면서 속도(v)는 느려지고, 오존 농도(n)는 증가한다.
왜냐하면 이동속도(v)가 느려진 오존분자가 누적되는 효과가 있기 때문이다. 상기 배기구(102)에서 더욱 멀어져서, 예를들어 공기의 속도(v)가 10% 이하로 낮아지는 지점에 이르러서는 냉각풍의 영향보다는 오히려 주변의 자연대류와 같은 환경적 영향에 따라 오존가스의 확산방향과 속도가 좌우되어 오존의 농도는 매우 유동적이 된다.
상기 캘리브레이터(130)에서 발생한 오존가스가 회전기(100) 내부를 통해 배기구(102)로 흘러나오면, 상기 배기구(102) 쪽에 설치된 오존감지센서(152)에서 오존농도를 측정하며, 이때의 오존농도 측정값을 기준으로 임계점을 설정한다.
이때, 도 6에서 도시한 바와 같이, 풍속센서(111)를 사용하여 적절한 샘플링 위치를 찾는 것이 중요하며, 샘플링 위치가 배기구(102)에 가까울수록 오존 농도가 낮아서 측정이 어려운 반면, 배기구(102)에서 너무 멀어져 배기구(102)에서의 풍압이 도달하지 않을 정도가 되면 주변 환경에 의해 오존 농도가 유동적이 되어 신뢰성 있는 측정이 이루어지지 않기 때문이다.
상기 냉각팬(103)의 회전속도를 조절하여 풍속을 변화시킬 수 있기 때문에 캘리브레이션 시에 풍속을 변화시켜 가면서 오존농도를 측정하여 풍속과 오존농도의 상관관계에 따른 임계점 계산 파라미터를 획득하게 된다.
한편, 캘리브레이션 중에도 상기 전계강도센서(152)에 의해 감지된 전계강도값과 임계값을 비교하여 전계강도 임계값보다 큰 구간에서는 절연열화임계값 설정에서 제외시킨다.
도 8은 절연열화 판단을 위한 임계값을 산출방법을 설명하기 위한 그래프 표시도로서, 상기 임계점 계산 파라미터는 오존농도(n)와 슬롯방전값 사이에 다음 수학식 5과 같은 함수관계가 성립할 때, 함수곡선에서 a,b에 해당하는 것이다.
Figure 112014104608536-pat00006
여기서, 풍속(v)이 일정하다면 함수곡선도 한가지라고 가정할 수 있지만, 풍속 v가 v1 > v2 > v3로 가변적이라면 동일한 슬롯방전값이라도 각각의 경우에 측정되는 오존농도는 달라지게 된다.
예를 들어, 임계점으로 설정하고자 하는 슬롯방전값이 15,000pC 이라고 할 때, 풍속이 v2이라면 임계점 오존농도는 N2가 되어야 한다. 만약 풍속이 v2보다 느린 v3으로 변했는데 임계점을 여전히 N2로 잡는다면 15,000pC에 도달하지 않았는데도 알람신호가 출력되는 오동작을 하게 된다.
그러나 이 경우에도 풍속(v)을 측정해야 할 경우가 있는데, 상기 회전기(100)가 일정 시간 이상 가동을 한 후에 정지하게 될 경우, 냉각팬(103)이 함께 멈추게 되면, 아직까지 배출되지 않고 덕트 내부에 남아 있는 오존 분자가 자연 확산에 의해 서서히 배출되게 되므로, 잠시 동안 실제보다 높은 오존농도가 측정될 수 있다.
따라서 풍속센서(111)가 일정 속도 이하에 있을 경우 오동작 경보신호를 출력하지 않도록 오존농도 측정값에 대한 낮은 가중치를 부여한다.
이와 같이 풍속에 따라 임계점이 변하도록 하기 위해서는 단순히 오존농도 측정값으로 임계점을 설정하는 것이 아니라, 오존농도 측정값과 풍속 및 온도값을 변수로 하는 함수를 사용해야 한다. 이 함수(f)로 계산된 값을 상기 수학식 1과 같이 절연열화지수(D)라고 한다.
상기 회전기(100)의 냉각팬(103)이 속도 조절을 할 수 없는 경우라면, 풍속(v)은 항상 일정하다고 볼 수 있으므로, 최대 풍속에서의 오존농도를 측정하여 파라미터를 구하면 된다.
즉, 상기 컨트롤러(120)은 상기 캘리브레이션 과정을 통해 획득된 풍속(v),온도(T) 및 오존농도값(n)을 이용하여 수학식 1을 이용하여 절연열화 임계값을 산출 및 설정한다.
이와 같이 산출된 절연열화 임계값과 실제로 회전기(100)가 구동된 후, 풍속, 온도 및 오존가스 측정값을 이용하여 상기 수학식 1를 통해 산출된 절연열화지수(D)를 비교하고, 그 비교 결과에 따라 절연열화 상태를 판단하게 된다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 회전기의 절연열화 상태 판단과정의 흐름도로서, 회전기의 배기구(102)에서 배출되는 공기에서 각 센서노드(150)에 내장된 상기 오존감지센서(152)를 통해 오존가스의 오존농도값을 측정하고, 상기 전계강도센서(151)를 통해 오존감지센서(152) 주변의 전계강도를 측정한다.
상기 센서노드(150)에 내장된 마이크로프로세서(153)은 상기 측정된 전계강도값을 입력받아 기 설정된 전계강도임계값과 비교한다.
상기 비교결과 측정된 전계강도값이 전계강도임계값 보다 작으면, 상기 오존농도값을 상기 컨트롤러(120)로 전송하고, 비교결과 측정된 전계강도값이 전계강도임계값보다 큰 구간에서는 측정예외 구간으로 판단하여 상기 측정된 오존농도값을 상기 컨트롤러(120)로 전송하지 않는다.
상기 컨트롤러(120)는 상기 센서노드(150)로부터 전송받은 오존농도값에서 절연열화지수(D)를 상기 수학식 1을 이용하여 산출하고, 기 설정된 절연열화 임계값과 비교하여 절연열화 여부를 판단한다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능함은 물론이다.
100 : 회전기 101 : 흡기구
102 : 배기구 103 : 냉각팬
111 : 풍속센서 112 : 온도센서
152 : 오존감지센서 120 : 컨트롤러
130 : 캘리브레이터 131 : 고전압발생부
132 : 전극 141 : 샘플링노즐
142 : 튜브 143 : 펌프
150 : 센서노드 151 : 전계강도센서
160 : 수집기

Claims (7)

  1. 고전압 회전기의 내부 냉각을 위해 내부 공기를 강제 대류시키는 냉각팬과, 배기구를 통해 배출되는 공기에서 오존가스를 감지하는 오존감지센서를 포함하고, 상기 오존감지센서로부터 감지된 신호를 분석한 결과에 따라 슬롯방전을 여부를 감지하고, 그 결과에 따라 절연열화 상태를 판단하는 회전기의 절연열화 감지장치에 있어서,
    상기 회전기의 배기구에서 배출되는 공기의 풍속을 측정하는 풍속센서;
    상기 회전기의 배기구에서 배출되는 공기의 온도를 측정하는 온도센서;
    상기 오존감지센서 주변의 전계강도를 측정하는 전계강도센서; 및
    상기 풍속센서 및 온도센서로부터 각각 입력된 풍속 및 온도 측정값과 상기 오존감지센서로부터 측정된 오존가스 농도값을 분석하여, 상기 회전기 내부의 절연열화지수를 산출하고, 기설정된 절연열화 임계값과 비교하여 절연열화 상태를 판단하는 컨트롤러;를 포함하되,
    상기 컨트롤러는 전계강도센서로부터 측정된 전계강도값과 기 설정된 전계강도 임계값을 비교하여, 상기 측정된 전계강도값이 전계강도 임계값보다 큰 구간에서는 절연열화상태 판단에서 제외하고,
    상기 전계강도 임계값은 상기 회전기의 평소 구동시 상기 전계강도센서로부터 측정된 바닥잡음레벨(noise floor level) 보다 2~4dB 높은 수준으로 설정하는 것을 특징으로 하는 회전기의 절연열화 상태 판단장치.
  2. 고전압 회전기에서 배출되는 오존가스 농도값에 따라 회전기의 절연열화상태를 판단하는 회전기의 절연열화 판단장치에 있어서,
    상기 회전기에서 배출되는 공기의 오존가스 농도값을 오존감지센서를 통해 측정하고, 상기 회전기 구동시 발생되는 전계강도값을 전계강도센서를 통해 측정하고, 기 설정된 전계강도임계값과 비교결과에 따라 상기 오존감지센서에서 측정된 오존가스 농도값을 전송하는 센서노드; 및
    상기 센서노드를 통해 전송된 오존가스 농도값을 수신하여, 오존가스 농도값에 따른 절연열화지수를 산출하고, 기 설정된 절연열화 임계값과 비교하여 그 결과에 따라 열연열화 상태를 판단하는 컨트롤러;를 포함하되,
    상기 전계강도 임계값은 상기 회전기의 평소 구동시 상기 전계강도센서로부터 측정된 바닥잡음레벨(noise floor level) 보다 2~4dB 높은 수준으로 설정하는 것을 특징으로 하는 회전기의 절연열화 상태 판단장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 센서노드는 상기 회전기의 배기구에서 전계강도를 측정하는 전계강도센서;
    상시 회전기의 배기구에서 오존가스의 농도값을 측정하는 오존감지센서;
    상기 전계강도센서 및 오존감지센서의 측정값을 입력받고, 상기 전계강도센서로부터 측정된 전계강도값과 기 설정된 전계강도임계값을 비교하고 그 결과에 따라 상기 오존가스 농도값을 전송하는 마이크로프로세서; 및
    상기 마이크로프로세서에 의해 전송된 상기 오존가스 농도값을 상기 컨트롤러로 전송하는 통신모듈;을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 회전기의 절연열화 상태 판단장치.
  4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 절연열화 임계값은 상기 회전기의 흡기구에 슬롯방전을 발생하는 캘리브레이터을 부가하여, 상기 캘리브레이터에서 절연열화시 발생되는 부분 방전량을 발생시켜, 그에 따라 발생된 오존가스를 상기 배기구에서 측정한 풍속, 온도값 및 전계강도값 및 오존가스 농도값을 기반으로 산출하여 설정하는 것을 특징으로 하는 회전기의 절연열화 상태 판단장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
KR1020140149173A 2014-10-30 2014-10-30 회전기의 절연열화 상태 판단장치 및 방법 KR102256879B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140149173A KR102256879B1 (ko) 2014-10-30 2014-10-30 회전기의 절연열화 상태 판단장치 및 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140149173A KR102256879B1 (ko) 2014-10-30 2014-10-30 회전기의 절연열화 상태 판단장치 및 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160053023A KR20160053023A (ko) 2016-05-13
KR102256879B1 true KR102256879B1 (ko) 2021-05-31

Family

ID=56022953

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140149173A KR102256879B1 (ko) 2014-10-30 2014-10-30 회전기의 절연열화 상태 판단장치 및 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102256879B1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7380482B2 (ja) 2020-08-27 2023-11-15 株式会社明電舎 絶縁劣化診断装置

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012503463A (ja) * 2008-09-18 2012-02-02 レール・リキード−ソシエテ・アノニム・プール・レテュード・エ・レクスプロワタシオン・デ・プロセデ・ジョルジュ・クロード 回転機械中の絶縁体の劣化を探知する方法およびデバイス

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04291141A (ja) * 1991-03-20 1992-10-15 Ngk Insulators Ltd 可燃ガス検出装置およびその補正演算方法
JPH1169583A (ja) * 1997-08-20 1999-03-09 Toshiba Corp 機器の異常診断装置
KR101295095B1 (ko) 2012-07-09 2013-08-09 한국중부발전(주) 발전기 및 전동기 절연보강 결정장치

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012503463A (ja) * 2008-09-18 2012-02-02 レール・リキード−ソシエテ・アノニム・プール・レテュード・エ・レクスプロワタシオン・デ・プロセデ・ジョルジュ・クロード 回転機械中の絶縁体の劣化を探知する方法およびデバイス

Also Published As

Publication number Publication date
KR20160053023A (ko) 2016-05-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2620202B1 (en) Method and apparatus for monitoring air filter condition
CN104568323B (zh) 一种sf6气体泄漏在线监测报警系统
US20160349305A1 (en) Automated digital earth fault system
KR102068446B1 (ko) 자가 학습형 풍력발전시스템 상태 감시 고장 진단 방법
CN206863136U (zh) 基于功率损耗检测的电力变压器运行状态实时监测系统
US20180306682A1 (en) Smart pump for a portable gas detection instrument
CN104755706B (zh) 用于识别涡轮机叶片处的损坏的测量方法和涡轮机
KR102256879B1 (ko) 회전기의 절연열화 상태 판단장치 및 방법
CN110701726B (zh) 一种空调冷媒泄露的检测方法
CN105292142A (zh) 一种机车内空气过滤器清洗周期监测方法及装置
US11934522B2 (en) System and method for detecting malicious activities and anomalies in building systems
CN104596657B (zh) 一种压气机进出口温度监测装置及方法
JP2020072608A (ja) 回転電機の温度監視システムおよび温度監視方法
KR101587218B1 (ko) 회전기의 절연열화 상태 판단장치
JP7426600B2 (ja) ガス保安装置
US20120141251A1 (en) Method and device for predicting the instability of an axial compressor
CN106918033A (zh) 三冲量锅炉炉管泄漏报警控制系统及方法
JP5191297B2 (ja) 余寿命計測システム
JP2019054176A (ja) 送風器の異常診断装置、電力装置及び送風器の異常診断方法
Polyakov et al. Definition of the remaining life of power-transmission lines with cross-linked polyethylene insulation
CN110476486B (zh) 信息处理装置
US11397135B2 (en) Method of detecting flameout in a combustor and turbine system
KR102586298B1 (ko) 히트펌프 시스템 온도센서 예측모델, 그 예측모델을이용한 온도센서 예측, 진단시스템
KR102487278B1 (ko) 사물인터넷기반 열에너지배출량 모니터링이 가능한 터보블로워 장치
KR20190058210A (ko) 반도체 제조 설비용 쿨링팬 관리시스템

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right