KR19990027565A - 고전압 회전기 고정자 권선의 활선 부분방전 측정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 대형 회전기 고정자 권선에서 발생하는 부분방전 신호를 동작상태에서 측정하여 절연물의 열화상태를 항상 감시할 수 있는 부분 방전 측정장치에 관한 것으로, 종래에는 회전기에 부착하여 수시로 부분 방전신호를 측정할 수 있는 부분 방전 측정장치가 없었다. 이에 본 발명에서는 회전기의 고정자 권선의 부분 방전을 센서에 의해 감지하여 동축케이블을 통해 입력받아 그 부분 방전신호의 크기에 대응하는 측정감쇠기를 선택하여 측정레인지를 설정하고, 그 선택된 측정감쇠기를 통해 입력된 부분 방전신호를 증폭시키고 능동대역통과필터를 통과시켜 상기 회전기의 고정자 권선에서 발생되는 부분 방전신호의 최적의 응답특성을 갖는 주파수대역인 8 MHz ∼10MHz을 포함하는 대역필터에 의해 필터링하여 외부잡음을 제거한 후에 필터링된 부분 방전신호의 최대값을 검출하여 아날로그적으로 계기판에 표시하고 고전압 회전기에 부착하게 할 수 있게 함으로써 미숙련 기술자라도 회전기의 정상운전시나 과도상태에서 부분 방전신호의 크기를 수시로 측정하게 할 수 있게 한다.

Description

고전압 회전기 고정자 권선의 활선 부분방전 측정장치.

본 발명은 대형 회전기 고정자 권선에서 발생하는 부분방전 신호를 활선 상태에서 측정하여 절연물의 열화상태를 항상 감시할 수 있는 부분 방전 측정장치에 관한 것으로, 상세하게는 고전압 회전기의 고정자 권선 절연물에서 발생되는 부분방전 신호의 최대 크기를 활선(On-Line;운전중)상태에서 측정하여 연속적으로 계기판에 나타나게 한 것이다.

일반적으로, 부분방전은 3.3KV 이상의 대형 고전압 회전기를 비롯한 고전압 전력기기의 절연상태를 판단하기 위한 변수로서 널리 사용되어 왔다. 특히 해외에서는 산업용 고압 전동기와 다용량 발전기의 운전중에 고정자 권선의 절연열화 상태를 진단하기 위하여 활선용 부분 방전 센서와 측정기를 설치하여 사용해 오고 있다. 부분방전신호를 측정하기 위한 센서에는 외부의 잡음을 제거하기 위하여 케이블 형태의 커패시터와, 고주파 변류기와, 그리고 고전압 커패시터 등이 있고, 회전기의 정격전압와 구조 설치형태 등에 따라 선택적으로 설치하고 있다.

그리고 이러한 센서에서 검출되는 부분방전 신호를 측정하기 위하여 컴퓨터를 이용해서 모니터링이 가능한 고가(高價)의 전용 부분 방전 측정기로 부분방전 신호의 크기, 위상, 그리고 개수를 2차원 및 3차원 그래픽으로 표현하고 있다.

일반적으로 고정자 권선의 활선 절연진단시에는 상기에 언급한 센서 및 측정기를 이용하여 회전기의 기동 및 부하의 변동시에 고정자 권선에서 발생되는 부분방전 신호의 크기와 형태를 정격 운전상태와 비교.분석하여 고정자 권선의 절연상태를 판단하고 있다.

그러나 이러한 종래의 측정방법 및 측정기기는 다음에 기술하는 3가지의 문제점을 가지고 있다.

첫째, 전동기 및 수력 발전기의 기동과 부하변동 시간은 1분 이내로 극히 짧아서 1회 측정에 1분∼5분정도가 소요되는 종래의 활선 진단용 측정기기로는 이러한 과도상태에서 부분방전의 연속적인 변화추이를 측정하는 것이 용이하지 않다.

둘째, 대용량 발전기의 경우에는 발전기 자체의 가격과 비교하여 부분방전 측정기의 가격이 비싸지 않으나, 비교적 가격이 싼 고전압 전동기의 경우에는 활선진단을 위해 고가의 부분방전 측정기를 적용하는 것은 경제성이 없다. (활성 진단용 부분방전 센서의 설치를 위하여 US$ 3,000 ∼ 6,000 정도의 투자가 요구되며, 측정기기의 구입시에는 약 US$ 70,000이 소요된다.)

셋째, 부분방전 크기의 절대값보다는 상대적인 변화추이를 중요시하는 활선 절연열화 진단 기법은 주기적으로 빈번하게 측정을 실시해야 하지만, 이러한 측정 및 분석을 전문적인 지식이 없는 현장의 미숙련 근무자가 수행하기에는 한계가 있고, 숙달된 전문가가 빈빈하게 전국 각지에 소재하고 있는 현장을 방문해야 하는 불편함이 발생되고 있다.

따라서 부분방전 및 절연 진단 시험과 분석에 대한 전문적인 지식이 부족한 미숙련자라도 현장에서 회전기 운전시의 과도상태와 부분방전 크기의 상대적인 변화추이를 항상 감시할 저가(低價) 기기의 개발이 절실히 요구되고 있다.

부분방전 신호를 활선 상태에서 측정할 때 가장 중요한 점은 외부잡음을 제거하고 민감도가 가장 좋은 주파수 대역에서 부분방전 신호를 측정하는 것이다. 산업체 또는 발전소 현장에서 발생되는 외부잡음은 그 주파수 대역이 5MHz이하이며, 부분방전 센서에서 출력되는 부분방전 신호의 측정시 민감도가 가장 좋은 주파수 대역은 8∼ 10MHz이다.

따라서 본 발명은 고정자 권선에 기존 설치되어 있는 부분방전 센서로부터 전송된 신호중에서 외부잡음을 제거하고 응답특성이 가장 좋은 주파수 대역인 8MHz∼10MHz에서 순수한 부분방전 신호만을 측정할 수 있는 능동 대역 필터를 채택함으로써 부분 방전 신호의 최대치를 순시 최대 전압 지시계로 지시하여 현장의 미숙련 기술자라도 회전기의 정상운전시에는 물론이고 과도상태에서도 부분 방전 신호의 크기를 상시 감시할 수 있게 하는 부분 방전측정장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

도 1 은 본 발명에 의한 부분방전 측정장치의 개략적인 구성도.

도 2 는 본 발명에 의한 부분방전 측정장치의 외관도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10 : 감쇠기 20 : 프리 앰프(PRE-AMP)

30 : 능동대역통과필터 40 : 최대치 측정부

50 : 계기판

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 고전압 회전기 고정자 권선의 활선 부분방전 측정장치는 회전기의 고정자 권선의 부분 방전을 센서에 의해 감지하여 동축케이블을 통해 입력받는 입력수단과; 상기 입력되는 부분 방전신호의 크기에 대응하는 측정감쇠기를 선택하여 측정레인지를 설정하기 위한 측정 레인지 선택수단과; 상기 선택된 측정감쇠기를 통해 입력된 부분 방전신호를 증폭시키는 증폭수단과; 상기 회전기의 고정자 권선에서 발생되는 부분 방전신호의 최적의 응답특성을 갖는 주파수대역인 8 MHz ∼10MHz를 필터링하여 외부잡음을 제거하는 8 MHz ∼12MHz 주파수 대역의 능동 대역통과필터와; 상기 능동대역 통과 필터에 의해 필터링된 부분 방전신호의 최대값을 검출하기 위한 피크값을 검출 검출회로와 샘플 홀드 회로로 이루어진 최대값을 검출하는 최대값 검출수단과; 상기 검출된 최대값을 아날로그적으로 표시하는 전압표시수단으로 구성되어 상기 고전압 회전기에 부착하여 미숙련 기술자라도 회전기의 정상운전시나 과도상태에서 부분 방전신호의 크기를 수시로 측정하게 하는 것을 특징으로 한다.

도 1 은 본 발명에 의한 부분방전 측정장치의 개략적인 구성도이다. 도시된 바와 같이 본 발명은 회전기의 고정자 권선에서 발생된 부분 방전 신호를 고정자 권선에 기설치되어 있는 센서에서 감지하여 동축 케이블을 통해 부분 방전 신호가 PDM(Partial Discharge Meter)의 입력단자로 전송되면 그 입력되는 신호의 크기에 대응하는 측정레인지를 설정하기 위해 인력에 의해 감쇠기(10)의 스위치를 돌려 그 크기에 맞는 감쇠기를 선택하도록 한다. 선택되어진 감쇠기(10)를 통해 입력되는 부분 방전신호는 미약하기 때문에 프리 엠프(PRE-AMP)(20)에서 증폭시킨다.

상기 프리 엠프(PRE-AMP)(20)에서 증폭된 부분 방전신호는 그 부분 방전신호에 혼합되어 있는 외부잡음을 제거해야 한다. 이를 위해서 회전기의 외부잡음을 제거할 수 있고, 신호 응답특성이 가장 좋은 8 MHz ∼12MHz 주파수 대역의 능동 대역통과필터(30)를 이용하여 순수한 부분방전 신호의 측정에 적합하게 하였다. 이는 종래의 경우와는 달리 대역폭이 필요한 만큼만 한정되게 설계된 필터를 사용함으로써 불필요한 재정의 소모를 감소시킬 수 있다. 상기 8 MHz ∼12MHz 주파수 대역의 능동 대역통과필터(30)에 의해 외부잡음이 제어된 부분방전 신호의 최대치를 검출하기 위하여 피크값 검출회로와 샘플 홀드 회로가 조합된 최대치 측정부(40)에 의해 최대값을 측정한다. 이때 부분방전신호의 값은 수 nsec(10^-9초)의 짧은 시간간격으로 변하기 때문에 샘플링된 부분방전신호의 값을 측정자가 볼 수 있도록 샘플 홀드 회로에서 피크값을 일정한 샘플링 시간간격으로 지연시켜준다.

일정한 샘플링 시간간격으로 검출되는 피크값은 아날로그 계기판(50)에 그대로 표시되므로, 측정자는 그 계기판을 읽어서 부분 방전치를 알 수 있게 된다.

본 발명에 의하면 정상운전중에 발생하는 부분방전 신호 뿐만 아니라 과도 운전상태인 기동, 정지 및 부하의 변동시에도 부분방전 신호를 연속적으로 상시 감시할 수 있어 상대적인 변화추이를 중요시하는 활선 절연열화 진단에 효과적이며, 아날로그 방식으로 가격이 저렴하여 고전압이 사용되는 대형 전동기에도 설치가 가능하며, 종래의 측정장치는 전동기에 부착할 수 없는 규모의 것이었으나, 본발명에 의한 측정장치는 부분 방전의 최적응답 주파수 대역인 8 MHz ∼10MHz를 필터링하게 하는 필터를 사용하여 전동기에 부착하게 하는 것으로 단순히 전압계의 지시치만 읽으면 되므로 미숙련 근무자라도 부분방전 신호의 변화 추이를 상시 감시할 수 있게 하는 효과를 제공한다.

Claims (1)

1. 회전기의 고정자 권선의 부분 방전을 센서에 의해 감지하여 동축케이블을 통해 입력받는 입력수단과;

   상기 입력되는 부분 방전신호의 크기에 대응하는 측정감쇠기를 선택하여 측정레인지를 설정하기 위한 측정 레인지 선택수단과;

   상기 선택된 측정감쇠기를 통해 입력된 부분 방전신호를 증폭시키는 증폭수단과;

   상기 회전기의 고정자 권선에서 발생되는 부분 방전신호의 최적의 응답특성을 갖는 주파수대역인 8 MHz ∼10MHz를 필터링하여 외부잡음을 제거하는 8 MHz ∼12MHz 주파수 대역의 능동 대역통과필터와;

   상기 능동대역 통과 필터에 의해 필터링된 부분 방전신호의 최대값을 검출하기 위한 피크값을 검출 검출회로와 샘플 홀드 회로로 이루어진 최대값을 검출하는 최대값 검출수단과;

   상기 검출된 최대값을 아날로그적으로 표시하는 전압표시수단으로 구성되어 상기 고전압 회전기에 부착하여 미숙련 기술자라도 회전기의 정상운전시나 과도상태에서 부분 방전신호의 크기를 수시로 측정하게 하는 것을 특징으로 하는 고전압 회전기 고정자 권선의 활선 부분방전 측정장치.