KR20010038835A

KR20010038835A - 배전용 피뢰기 장기신뢰성 검사장치

Info

Publication number: KR20010038835A
Application number: KR1019990046956A
Authority: KR
Inventors: 송일근; 김찬영; 김주용; 한재홍; 이병성
Original assignee: 이종훈; 한국전력공사
Priority date: 1999-10-27
Filing date: 1999-10-27
Publication date: 2001-05-15
Also published as: KR100352507B1

Abstract

본 발명은, 배전용 피뢰기의 장기신뢰성 검사장치에 관한 것으로, 배전용 피로기는 크게 특성소자와 애관으로 구성되고, 배전선로에서 이상전압으로부터 기기 및 선로를 보호하기 위한 것이다. 그런데, 피뢰기 고장시 애관폭발이 발생하기 때문에 인명 및 재산피해의 우려가 있어 적절한 교체주기 및 진단 기준의 확보가 시급한 상황이다. 그러나 국내외에서 수행되는 가속수명시험은 특성소자 자제 평가에만 국한되어 있기 때문에 현장 운전상황에서의 정확한 교체주기 및 진단기준 확보가 어려운 실정이다. 본 발명은 기존의 국제규격에서 수행되고 있는 특성소자 시험이 가능하면서 실제 피뢰기 상태에서 온·습도 제어를 행하여 현장상황과 같은 조건에서의 피뢰기 열화정도를 평가하여 적절한 교체기준 및 진단기준을 산정할 수 있는 피뢰기 장기 신뢰성 시험장치를 개발한 것이다. 본 장치는 실제 피뢰기에 대해 온·습도 전압에 의한 가속열화를 모의할 수 있으며, 열화진전에 따른 누설전류의 형태변화를 관찰하고 분석할 수 있으므로 피뢰기의 사용환경에 적합한 적정 교체주기 및 진단기준 결정에 활용이 가능할 것이다. 그러므로 국제규격에 따른 피뢰기 특성소자 시험이 가능하면서 피뢰기 완제품상태에서의 가속열화 환경을 조성하고, 가속열화에 따른 열화 경향을 분석 가능하게 함으로써 실제 피뢰기의 열화진단 기준 결정 및 교체주기를 효과적으로 결정할 수 있다.

Description

배전용 피뢰기 장기신뢰성 검사장치{Long term reliability test system for distribution lightning}

본 발명은 배전용 피뢰기 장기신뢰성 평가에 관한 것으로서, 피뢰기 고장을 사전에 방지하기 위한 피뢰기 유지보수 기준 마련용 장기신뢰성 시험장치에 관한 것이다.

배전용 피뢰기는 크게 특성소자와 애관으로 구성되어 있다. 이러한 피뢰기는 배전선로에서 13.2kV가 연속적으로 인가되는 상황에서 이상전압 발생이 동작하여 이상전압으로부터 기기 및 선로를 보호한다. 피뢰기의 열화는 인가전압, 온도, 흡습 및 서지에 의해 이루어지며, 열화의 진전에 의해 누설전류가 증가하고 이로 인해 소자의 발열이 증가하여 고장으로 이어지는 경우가 대부분이다.

현재 국내에서 사용되고 있는 배전용 피뢰기는 자기제 애관을 사용하고 있으며, 이로인해 피뢰기 고장 발생시 애관 파편의 비산으로 인해 인명피해의 우려가 있고, 고장이 지락으로 이어져 전력 공급신뢰도에 막대한 영향을 미치고 있다.

그러므로 피뢰기의 적정교체주기 및 운용기준 제정을 통한 적절한 유지보수가 필요하다. 이를 위해서는 피뢰기의 장기신뢰성평가가 필수적이나, 마땅한 평가방법이 없는 실정이다. 피뢰기의 구성을 보면 크게 애관과 특성소자로 구성된다.

현재까지 피뢰기의 수명예측 및 신뢰성 평가를 위한 방법은 특성소자평가에만 의존하고 있다. 하지만 피뢰기 고장의 유형을 살펴보면 피뢰기에 특성소자 자체의 열화외에도 애관으로의 흡습이, 또 하나의 큰 고장원인으로 작용하고 있으므로 현재 국제규격에서 제시하는 소자 시험방법만으로 장기신뢰성을 평가하기는 불가능하다.

현재 국내·외에서 사용되는 피뢰기 장기신뢰성 평가장치는 특성소자에 운전전압을 인가하고, 온도를 가변하여 이에 따른 누설전류변화를 측정하는 방법을 이용하고 있다.

하지만 이 방법은 특성 소자자체 평가일 뿐이므로 실제 피뢰기의 장기신뢰성과는 별개의 문제이다.

본 발명은 이러한 특성소자 자체 평가도 가능하면서 온도 및 습도 제어를 통해 실제 현장 운전상황과 동일한 조건하에서 피뢰기의 장기신뢰성을 평가하는데 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 배전용 피뢰기 장기신뢰성 검사장치에 있어서, 시료에 전압이 인가된 상태에서 완품 피뢰기 및 피뢰기 특성소자가 설치된 챔버내부의 온·습도 제어 수단과, 가속열화에 따른 누설전류 파형을 측정하는 수단과, 저항분 누설전류, watt loss를 측정할 수 있는 수단과, 시험조건, 제어 및 데이터의 처리를 위한 프로그램 수단으로 구성함으로써 달성된다.

상기 온·습도 제어 수단은 온도 승/감온 성능은 승온 6℃/min, 감온 2℃/min으로써 고온에서 환기없이 바로 냉동기를 가동하여 200℃로부터 온도를 낮출 수 있는 구조로 구성한다.

또한, 상기 누설전류 파형 측정 수단은 0-10mA급 CT를 설치하고, CT로 부터의 파형을 기록계로 저장한 후 GPIB 통신을 통해 PC에 주기적으로 저장하여 열화에 따른 피뢰기의 열화 상태를 확인할 수 있도록 구성된다.

상기 저항분 누설전류, watt loss의 측정수단은 시료마다 설치된 6개의 CT를 통한 데이터와 비교기능을 할 수 있으며, 필요시 시료의 정확한 상태파악을 위해 저항분 누설전류 및 watt loss를 측정할 수 있는 장치로서 0-1mA범위의 고감도 CT를 포함하고, 누설전류분석기를 포함한다.

한편, 시험조건, 제어 및 데이터처리 수단은 시험조건을 임의로 설정가능하게 하며, 시험에 사용되는 각종장치의 원방제어 및 데이터의 취득을 가능하게 하고, 열화에 따른 누설전류, 저항분 누설전류, watt loss를 저장하여 분석할 수 있도록 구성한다.

도 1은 본 발명에 의한 피뢰기 장기 신뢰성검사장치 전체 구성도.

도 2는 본 발명에 의한 항온 항습부의 구성도.

도 3은 데이터 취득 및 제어부분 도면이다.

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

100 : 고전압 발생부

101,102,103 : 슬라이닥스 104,105,106 : 승압용 변압기

107,108,109 : 전압검출부 200 : 누설전류 검출부

201,202,203,204,205,206 : 누설전류 검출 CT

207 : 저항분 누설전류 측정용 CT

208 : 누설전류 분석기 300,301 : 항온항습부

400,401 : 제어부 500 : 자동전압조정기

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조해서 상세히 설명하면 다음과같다.

도 1은 본 발명에 의한 배전용 피뢰기 장기신뢰성 검사장치 전체 구성도이다.

본 발명은 챔버(300) 내부의 피뢰기에 전압을 공급하기 위해 자동전압 조정기(500)를 통해 외부 전원을 공급받아 각 계통으로 마그네트 콘텍터를 통해 전원을 공급받아 승압시켜주는 3개의 계통으로 이루어진 고압 발생부(100)와; 그 고압 발생부(100)의 각 계통별로 누설전류를 측정하기 위해 전압을 검출하는 누설전류 검출부(200)와; 그 누설전류 검출부(200)를 거쳐 공급되는 각 계통별로 챔버(300) 내부에서 각기 한 쌍씩 동일 계통 전압을 공급받는 3쌍의 피뢰기(301) 및 하나의 내부온습도용 더미 피뢰기(302)가 설치되고, 각 피뢰기에 전압이 인가된 상태에서 완품 피뢰기 및 피뢰기 특성소자가 설치된 챔버 내부의 온·습도 제어 수단(300)과;

상기 누설전류 검출부(200)의 측정 전류를 PLC(401)로 입력받아 가속열화에 따른 누설전류 파형을 측정하고, 저항분 누설전류, watt loss를 측정함과 아울러 상기 챔버 내부의 온·습도 제어 수단(300)을 제어하는 시험조건, 제어 및 데이터의 처리를 위한 프로그램이 설치되어 운영자에 의해 조작되는 컴퓨터 시스템(400)으로 구성된다.

상기 고전압 발생부(100)는 시료 피뢰기에 일정한 입력전압을 유지하기 위한 것으로 교류전압(13.2kV, 60Hz)을 피뢰기에 인가하기 위한 것이다. 피뢰기 열화는 인가되는 전압에 따라 민감한 영향을 받으므로 일정한 전압을 유지하기 위해 20kVA급 자동전압 조정기(500)를 설치하였다. 또 입력되는 전압의 크기를 상황에 따라 조절할 수 있도록 각 시료마다 입력단에 슬라이닥스(101, 102, 103)와, 변압기(104, 105, 106)를 설치하였다.

슬라이닥스(101, 102, 103)는 구동 모터(Motor)를 부착하여 판넬(pannel)상에서 수동조작 및 PC에 의한 조작이 가능하도록 되어있다. 이때 각 시료에 인가되는 전압은 전압 검출부(200)에서 PLC(401)를 통해 PC(400)에 저장된다.

본 발명에서는 효과적인 가속열화를 위해 -40℃ ∼ 200℃까지 온도 제어가 가능하도록 항온항습부(300)를 설계했으며, 온도 승/감온 성능은 승온 6℃/min, 감온 2℃/min으로써 기존의 항온항습기와 차이는 고온에서 환기(통상 70℃ 이상에서는 냉동기 가동 불가)없이 바로 냉동기를 가동하여 200℃로부터 온도를 낮출 수 있는 구조로 설계하였다. 습도를 95%까지 변화가능하게 하여 애관내부의 특성소자가 열에 의해 충분히 열화되고, 밀봉부위에서의 흡습이 가능하게 하였다.

항온항습부(300) 내부에는 시험용 피뢰기 6개와 더미(dummy) 피뢰기 1개를 장착할 수 있으며, 피뢰기에 걸리는 고전압은 천장에 설치된 테프론 애관를 통해 공급된다.

온·습도 제어기(310)는 PC(400)와의 통신에 의해 PC(400)상에서 자동으로 제어할 수 있다. 또 더미(dummy) 피뢰기 내부에 온·습도 센서를 설치하여 시험중인 피뢰기 시료 내부의 온·습도를 간접적으로 추정가능하게 하였다. 그리고 이 온·습도는 PLC(401)를 통하여 PC(400)에 저장된다.

피뢰기 열화인자중 가장 중요한 누설전류 및 저항분 누설전류 측정을 위해 각 시료마다 CT(201, 202, 203, 204, 205, 206)를 설치하여 누설전류의 파형을 관찰할 수 있도록 하였으며, 온·습도의 변화를 포함한 실험조건 변화와 시간의 경과에 따른 누설전류 변화를 측정하여 열화과정을 상세히 관찰 할 수 있도록 구성했으며, 누설전류 파형은 누설전류 분석기(208) 및 기록계(209)를 거쳐 GPIB 통신으로 PC(400)에 저장된다.

도 2는 본 발명에 의한 항온 항습부의 구성도이고, 도 3은 데이터 취득 및 제어부분 도면이다.

각 피뢰기의 저항분 누설전류, watt loss는 정밀한 측정을 위해, 또 하나의 정밀급 CT(207)와 누설전류 분석기(208)를 사용하여 필요시 해당 시료의 접지측에 설치가능하도록 구성했다. 누설전류 분석기(208)로부터의 데이터는 GPIB 통신을 통해 PC에 저장된다.

피뢰기는 내부 특성소자의 온도상승과 애관 내부로의 습기 유입에 의해 열화된다. 각 시료 피뢰기 내부의 온도 및 습도를 간접적으로 측정하기 위해 전압은 인가하지 않고 내부의 특성소자를 제거한 더미(dummy) 피뢰기를 준비하여 그 속에 온도 및 습도 센서를 설치하여 실험대상 피뢰기 애관 내에서의 온도 및 습도를 예상할 수 있도록 구성했다.

피뢰기의 가속열화를 위해서는 사용환경에 적합한 열화주기 산정이 필요하므로 적절한 열화주기 개발이 용이하도록 컴퓨터 프로그램상에서 원하는 열화주기를 편리하게 작성할 수 있도록 하였다. 전체 시스템의 동작상황 및 제어는 개발된 프로그램에 의해 제어가 가능하게 하였다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 특성소자 자체 평가도 가능하면서 온도 및 습도 제어를 통해 실제 현장 운전상황과 동일한 조건하에서 피뢰기의 장기신뢰성을 평가할 수 있게 된다. 또한, 본 발명은 실제 피뢰기에 대해 온·습도 전압에 의한 가속열화를 모의할 수 있으며, 열화진전에 따른 누설전류의 형태변화를 관찰하고 분석할 수 있으므로 피뢰기의 사용환경에 적합한 적정 교체주기 및 진단기준 결정에 활용이 가능할 것이다.

Claims

배전용 피뢰기 장기신뢰성 검사장치에 있어서,

챔버(300) 내부에 설치되는 피뢰기에 전압을 공급하기 위해 3개의 각 계통으로 분리하여 전원을 공급받아 승압시켜주는 3개의 계통으로 이루어진 고압 발생부(100)와;

그 고압 발생부(100)의 각 계통별로 누설전류를 측정하기 위해 전압을 검출하는 누설전류 검출부(200)와;

그 누설전류 검출부(200)를 거쳐 공급되는 각 계통별로 챔버(300) 내부에서 각기 한 쌍씩 동일 계통 전압을 공급받는 3쌍의 피뢰기 및 하나의 내부온습도용 더미 피뢰기가 설치되고, 각 피뢰기에 전압이 인가된 상태에서 완품 피뢰기 및 피뢰기 특성소자가 설치된 챔버 내부의 온·습도 제어 수단(300)과;

상기 누설전류 검출부(200)의 측정 전류를 PLC(401)로 입력받아 가속열화에 따른 누설전류 파형을 측정하고, 저항분 누설전류, 와트 손실(watt loss)을 측정함과 아울러 상기 챔버 내부의 온·습도 제어 수단(300)을 제어하는 시험조건, 제어 및 데이터의 처리를 위한 프로그램이 설치되어 운영자에 의해 조작되는 컴퓨터 시스템(400)으로 구성된 것을 특징으로 하는 배전용 피뢰기 장기신뢰성 검사장치.
제 1 항에서 있어서, 상기 온·습도 제어 수단은

상기 컴퓨터 시스템(400)의 제어에 의해 상기 챔버(300) 내부의 온도 조절용 히터와, 습도 조절용 히터를 제어함과 아울러 냉각기를 제어하여 온습도를 제어하고,

온도 승/감온 성능은 승온 6℃/min, 감온 2℃/min으로써 고온에서 환기없이 바로 냉동기를 가동하여 200℃로부터 온도를 낮출 수 있는 구조를 특징으로 하는 피뢰기 장기신뢰성 검사장치.
제 1 항에서 상기 누설전류 파형 측정을 위한 수단은,

0-10mA급 CT를 설치하고, CT로 부터의 파형을 기록계로 저장한 후 GPIB 통신을 통해 PC(400)에 주기적으로 저장하여 열화에 따른 피뢰기의 열화 상태를 확인할 수 있는 것을 특징으로 하는 피뢰기 장기신뢰성 검사장치.
제 1 항에 있어서, 저항분, 누설전류, 와트 손실(watt loss)의 측정을 위하여,

시료마다 설치된 6개의 CT를 통한 데이터와 비교 기능으로 수행하고, 수 있으며, 필요시 시료의 정확한 상태파악을 위해 각 전원 계통을 선택적으로 연결하여 저항분 누설전류 및 와트 손실을 측정할 수 있는 장치로서 0-1mA범위의 고감도 CT를 포함하고, 누설 전류분석기(208) 및 기록계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 피뢰기 장기신뢰성 검사장치.
제 1 항에 있어서, 컴퓨터 시스템(400)은,

시험조건, 제어 및 데이터처리를 위해 시험조건을 임의로 설정가능하게 하며, 시험에 사용되는 각종장치의 원방제어 및 데이터의 취득을 가능하게 하고, 열화에 따른 누설전류, 저항분 누설전류, 와트 손실(watt loss)을 저장하여 분석할 수 있는 것을 특징으로 하는 피뢰기 장기신뢰성 검사장치.