KR20070084710A

KR20070084710A - 접속함 일체형 부분방전 측정 장치

Info

Publication number: KR20070084710A
Application number: KR1020060016832A
Authority: KR
Inventors: 김충식
Original assignee: 엘에스전선 주식회사
Priority date: 2006-02-21
Filing date: 2006-02-21
Publication date: 2007-08-27
Also published as: KR100765107B1; SG135087A1

Abstract

본 발명은 전력 케이블의 접속함 내부에서 발생되는 부분방전을 측정하기 위한 장치를 구현하는데 있어, 금속박센서를 구비하는 부분방전 센서부를 PCB 기판을 이용하여 접속함과 일체로 구현할 수 있도록 한 접속함 일체형 부분방전 측정 장치에 관한 것이다.

본 발명은 접속함 내부에서 발생되는 부분방전을 측정하기 위한 장치를 PCB 기판을 이용하여 그 접속함 제조시 일체로 구현함으로써, 물이 차있는 맨홀 구간이나 접속함을 땅에 직접 묻는 직매 구간 등 접속함이 설치되는 모든 구간에서 장기적으로 사용할 수 있을 뿐만 아니라 항상 일정한 부분방전 측정 성능을 유지할 수 있게 되며, 또한, 접속함 제조시 부분방전 측정 장치를 일체로 구현하여 현장의 케이블 접속함에 적용함으로써, 실제 부분방전 측정시 신속한 작업이 가능할 뿐만 아니라 작업중 스위칭 서지나 단락 등에 발생하더라도 작업자가 직접 접속함을 만지지 않기 때문에 안전하게 작업할 수 있게 된다.

전압 케이블, 접속함, 부분방전, 측정 장치, 금속박센서, 커패시터, 일체형, PCB 기판

Description

접속함 일체형 부분방전 측정 장치{Joint Box Integrated Partial Discharge Detection Device}

도 1은 종래의 접속함 방전전류 측정 장치를 도시한 도면.

도 2는 본 발명에 따른 접속함 일체형 부분방전 측정 장치를 개략적으로 도시한 도면.

도 3은 도 2에 있어, 접속함에 대한 정면부 및 후면부 부분 절단면도.

도 4는 도 2에 있어, 접속함 내부의 부분방전 센서부를 접속함에 밀착시키기 위해 절연 테이프를 이용한 경우를 예시한 도면.

도 5는 도 2에 있어, 부분방전 센서부에 대한 상세 구성을 도시한 도면.

도 6은 본 발명에 따른 접속함 일체형 부분방전 측정 장치의 동작을 설명하기 위한 등가 회로를 도시한 도면.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

20 : 접속함 21 : 절연통

30 : PCB 기판 31-1~31-4 : 금속박센서

33-1~33-4 : 신호선 35 : 절연 피복체

38 : 절연 테이프 40 : 케이블

50 : 검출기 51 : 도체

52 : 동관 53 : 절연체

60 : 신호 발생기 70 : 측정기

본 발명은 접속함의 부분방전 측정에 관한 것으로, 특히 전력 케이블의 접속함 내부에서 발생되는 부분방전을 측정하기 위한 장치를 구현하는데 있어, 금속박센서를 구비하는 부분방전 센서부를 PCB 기판을 이용하여 접속함과 일체로 구현할 수 있도록 한 접속함 일체형 부분방전 측정 장치에 관한 것이다.

일반적으로 지중 송전 케이블과 같은 전력 케이블을 연결하는 접속함 내부에서는 절연체의 이상에 의해 수십 MHz의 부분방전(Partial Discharge)이 발생되는 경우가 많은데, 이러한 부분방전은 전력 케이블 및 접속함의 열화를 유발하여 선로의 수명을 단축시킬 뿐만 아니라 파손의 원인이 되기도 한다.

따라서, 운전중인 전력 케이블에 대하여 주기적으로 부분방전 신호를 검출하여 사전에 이상 상황을 감지하고 그에 대응하는 조치를 취해야 하는데, 이러한 부분방전 신호 측정은 가능한 한 신속하고 정확하게 이루어져야 한다.

이와 관련하여, 종래에는 전력 케이블 및 접속함 선로에서의 부분방전을 측정하기 위해서 회로를 결선하여 시험하여 왔으며, 전용의 고전압전원 및 자체로 부 분방전하지 않는 PD-Free 결합 콘덴서가 필요하였는데, 전력 케이블의 선로가 수 Km 정도로 길어지는 경우에 대용량, 고전압의 결합 콘덴서는 매우 비싸기 때문에 경제적이지 못하며, 수십 KHz에서 수백 MHz의 비교적 저주파 대역에서 부분방전을 측정하므로 외부 노이즈가 심한 현장에서는 접속함 내부에서 발생하는 미소 부분방전의 측정이 매우 어렵다는 문제점이 있었다.

전술한 문제점을 해결하고자 종래에는 첨부된 도면 도 1에 도시된 바와 같이, 접속함(3)의 표면에 2개의 금속박센서(1)를 밀착시켜, 20~40mm폭의 PVC 절연테이프(7)로 감아서 금속박센서(1)를 방식층 둘레에 부착하고, 각 금속박센서(1)에 신호선(5)을 연결하여 검출기(6) 및 측정기(8)를 연결함으로써 부분방전 측정 장치를 설치하였으며, 이러한 부분방전 측정 장치는 접속함(3) 중심의 동관(도시되지 않음)과 금속박센서(1) 사이에 콘덴서가 형성되어 부분방전신호가 금속박센서(1)를 통해 흐르게 되고, 금속박센서(1)를 통해 흐르는 부분방전신호를 검출기(6)로 검출하여 측정기(8)로 전송하게 된다.

그리고, 측정기(8)로 입력된 부분방전신호의 대역폭을 제한하여 특정대역(2~20MHz)만 증폭하거나, 일정대역(1~50MHz)의 스펙트럼을 분석하여 S/N비가 가장 큰 주파수를 대역폭 100kHz로 튜닝하여 증폭함으로써 신호 속에 포함되어 있는 노이즈를 제거하고, 이렇게 노이즈가 제거된 신호는 60Hz의 위상과 동기시켜 신호의 크기와 그때의 위상으로 디스플레이되며, 사용자는 이를 통해 부분방전 유무를 판별하게 된다.

하지만, 전술한 종래의 부분방전 측정 장치는 부분방전 측정시에 접속함(3) 의 외표면에 금속박센서(1)를 대고 작업자가 직접 절연테이프(7)로 일일이 감아서 부착하기 때문에 작업시간이 길어질 뿐만 아니라, 운전중인 케이블(4)과 접속함(3)을 작업자가 직접 손으로 만지기 때문에 스위칭 서지(surge)나 단락사고 등이 발생할 경우 작업자에게 심각한 인명피해를 줄 가능성이 매우 높았으며, 또한 물이 차있는 맨홀 구간이나 접속함(3)을 땅에 직접 묻는 직매 구간에서는 현실적으로 사용이 불가능하다는 문제점이 있었다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로 그 목적은, 접속함 내부에서 발생되는 부분방전을 측정하기 위한 장치를 PCB 기판을 이용하여 그 접속함 제조시 일체로 구현하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 부분방전 측정 장치를 접속함에 일체로 구현함으로써, 부분방전 측정 장치를 접속함이 설치되는 모든 구간에서 장기적으로 사용 가능하게 하고, 또한 항상 일정한 부분방전 측정 성능을 유지할 수 있도록 하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 접속함 제조시 부분방전 측정 장치를 일체로 구현하여 현장의 케이블 접속함에 적용함으로써, 실제 부분방전 측정시 신속하고 안전한 작업이 가능하게 하는데 있다.

상술한 바와 같은 목적을 해결하기 위한 본 발명의 특징은, 전력 케이블을 접속하는 접속함 내부에서 발생되는 부분방전신호를 검출하여 디스플레이하는 검출기 및 측정기와, 교정용 신호를 발생하는 신호 발생기를 포함하여 구성된 부분방전 측정 장치에 있어서, 상기 접속함의 절연통을 기준으로 접속함 양측에 PCB 기판을 이용하여 구현한 부분방전 센서부가 그 접속함 외측을 자켓 형태로 감싸도록 각각 설치되고; 상기 부분방전 센서부에 일측이 연결된 상태로 접속함 외부로 돌출되도록 설치된 신호선에 상기 검출기 및 신호 발생기가 연결되며; 상기 부분방전 센서부가 접속함에 밀착되도록 상기 접속함 및 부분방전 센서부의 외측에 절연 피복체가 피복되는 접속함 일체형 부분방전 측정 장치를 구현하는데 있다.

여기서, 상기 접속함 및 부분방전 센서부의 외측에 피복되는 절연 피복체는, 방수 및 절연 기능을 갖도록 열수축 방식을 이용하여 피복시킨 것을 특징으로 한다.

또한, 상술한 접속함 일체형 부분방전 측정 장치는, 상기 접속함 및 부분방전 센서부의 외측에 절연 피복체를 피복시키기 전에 절연 테이프를 감아서 상기 부분방전 센서부를 상기 접속함에 밀착시키는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 접속함 양측에 각각 설치된 부분방전 센서부는, 접속함 외측에 설치된 유전체 방식층을 자켓 형태로 감싸도록 설치되는 PCB 기판과; 상기 PCB 기판위에 일정간격으로 에칭된 상태로 형성되어, 접속함 중심의 동관과 금속박전극 사이에 있는 상기 유전체 방식층에 의해 커패시터를 형성함으로써 부분방전신호가 그 커패시터를 통해 흐르도록 하거나, 신호 발생기에 의해 발생된 교정용 신호가 그 커패시터를 통해 흐르도록 하는 2개의 금속박센서와; 편조선을 이용하여 구현하되, 일측은 상기 금속박센서에 납땜 방식으로 연결되고, 다른 한측은 상기 접속함의 외부로 돌출되어 금속박센서에 의해 형성된 커패시터를 통해 흐르는 부분방전신호를 검출하기 위한 검출기에 연결되거나, 교정용 신호가 발생되는 신호 발생기에 연결되는 신호선을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 접속함 양측에 각각 설치된 부분방전 센서부에 설치된 4개의 금속박센서 중에서 한쌍의 금속박센서는 부분방전신호 검출용으로, 다른 한쌍의 금속박센서는 교정용으로 사용되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명에서는 전력 케이블을 연결하는 접속함 내부에서 발생되는 부분방전을 측정하기 위한 금속박센서를 PCB 기판을 이용하여 그 접속함과 일체로 구현함으로써 접속함이 설치되는 모든 구간에서 장기적으로 사용 가능하게 하고자 하는데, 이를 위한 부분방전 측정 장치는 첨부한 도면 도 2와 같다.

즉, 본 발명에 따른 접속함 일체형 부분방전 측정 장치는 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 접속함(20)의 절연통(21)을 기준으로 양측에 PCB 기판(30)을 이용하여 구현한 부분방전 센서부가 각각 설치되되, 접속함(20) 외측을 자켓 형태로 감싸게 되며, 이렇게 접속함(20)을 감싸고 있는 부분방전 센서부를 그 접속함(20)에 밀착시킴과 동시에 방수 및 절연 기능을 갖도록 접속함(20) 및 부분방전 센서부의 외측에 열수축 방식을 이용하여 절연 피복체(35)를 피복시킨 구성을 가진다.

그리고, 접속함(20)의 부분방전 센서부에 신호선(33-1~33-4)을 연결하고, 그 신호선(33-1~33-4)을 접속함(20)의 외부로 돌출되게 설치하여 검출기(50)와 신호 발생기(60)를 연결한 후, 그 접속함(20) 내부에서 발생되는 부분방전신호를 검출하는 검출기(50)에 부분방전 여부를 디스플레이하는 측정기(70)를 연결함으로써 부분방전 측정 장치를 구성하게 된다.

이때, 접속함 일체형 부분방전 측정 장치를 구현하는데 있어, 접속함(20) 및 부분방전 센서부의 외측에 절연 피복체(35)를 피복시키기 전에 첨부한 도면 도 4에 도시한 바와 같이 절연 테이프(38)를 감아서 부분방전 센서부를 접속함(20)에 밀착시킬 수도 있을 것이다.

그리고, 접속함(20)의 절연통(21)을 기준으로 양측에 설치된 부분방전 센서부에는 모두 4개의 금속박센서(31-1~31-4)가 설치(즉, 절연통(21)을 기준으로 양측의 부분방전 센서부에 2개씩 설치)되고, 4개의 금속박센서(31-1~31-4) 중에서 한쌍의 금속박센서(31-1, 31-3)는 부분방전신호 검출용으로, 다른 한쌍의 금속박센서(31-2, 31-4)는 교정용으로 사용하게 된다.

또한, 부분방전 센서부에 대하여 보다 상세히 설명하면, 이는 첨부한 도면 도 5에 도시한 바와 같이, 절연통(21)을 기준으로 양측에 설치된 2개의 PCB 기판(30)과, 각 PCB 기판(30)위에 각각 2개씩 형성되는 금속박센서(31-1~31-4)와, 각 금속박센서(31-1~31-4)에 납땜 방식으로 연결된 신호선(33-1~33-4)을 구비하여 이루어진다.

PCB 기판(30)은 부분방전 센서부를 접속함(20)과 일체로 구현하기 위해 사용되는 기판(30)으로, 금속박센서(31-1~31-4)와 함께 원통형의 접속함(20) 외측에 설치된 유전체 방식층을 자켓 형태로 감싸도록 설치된다.

각 금속박센서(31-1~31-4)는 동판 재질로서 PCB 기판(30)위에 일정간격으로 에칭된 상태로 형성되며, 접속함(20) 중심의 동관과 금속박전극 사이에 유전체 방식층이 존재함에 따라 커패시터를 형성함으로써 부분방전신호가 그 커패시터를 통해 흐르도록 하거나, 외부로부터 발생(주입)된 교정(calibration)용 신호가 그 커패시터를 통해 흐르도록 한다.

신호선(33-1~33-4)은 인덕턴스가 일반 동과 비교하여 작은 편조선을 이용하여 구성하되, 그 일측은 대응하는 금속박센서(31-1~31-4)에 납땜 방식으로 연결되고, 다른 한측은 접속함(20)의 외부로 돌출되어 금속박센서(31-1~31-4)에 의해 형성된 커패시터를 통해 흐르는 부분방전신호를 검출하기 위한 검출기(50)에 연결되거나, 교정용 신호가 발생되는 신호 발생기(60)에 연결된다.

상술한 바와 같은 구성을 가진 접속함 일체형 부분방전 측정 장치의 동작에 대하여 첨부한 도면 도 6에 도시한 등가 회로도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 6에서 절연통(21)을 중심으로 전력 케이블(40)의 중앙에 있는 도체(51)와 보호 동관(52)의 사이의 절연체(53)에 케이블 커패시터(C1, C2)가 각각 형성되고, 절연통(21)을 중심으로 어느 한측의 절연체(53)에는 보이드(공극)에 의한 커패시터(Cg)와 그 커패시터(Cg)에 직렬 연결되는 절연체 커패시터(Cb)가 형성되며, 또한 외측에 유전체 방식층(도면에 도시되어 있지 않음)이 형성된 보호 동관(52)과 금속 박전극 사이에 부분방전 커플링용 커패시터(C3, C4)가 형성되는데, 이때 부분방전 커플링용 커패시터(C3, C4)의 용량은 0.5~1.5nF 정도로서, 부분방전 측정 환경이나 접속함(20)의 구조에 따라서 금속박센서(즉, 동판)(31-1~31-4)의 크기를 조절하여 적당한 용량을 설정하게 된다.

이렇게 케이블 커패시터(C1, C2)와 부분방전 커플링용 커패시터(C3, C4) 및 보이드 커패시터(Cg)와 절연체 커패시터(Cb)가 형성된 상태에서, 접속함(20) 내부의 전력 케이블(40)에서 부분방전신호가 발생되면, 그 부분방전신호는 도 6에 도시한 바와 같이 각 커패시터(C1, C2, C3, C4, Cg, Cb)를 통해 흐르게 되고, 이때 부분방전 커플링용 커패시터(C3, C4)를 통해 흐르는 부분방전신호를 검출기(50) 즉, 임피던스 검출기(50)에서 검출하여 측정기(70)로 전송해 줌으로써 부분방전 유무를 측정하게 된다.

또한, 본 발명에 따른 실시예는 상술한 것으로 한정되지 않고, 본 발명과 관련하여 통상의 지식을 가진자에게 자명한 범위내에서 여러 가지의 대안, 수정 및 변경하여 실시할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 접속함 내부에서 발생되는 부분방전을 측정하기 위한 장치를 PCB 기판을 이용하여 그 접속함 제조시 일체로 구현함으로써, 물이 차있는 맨홀 구간이나 접속함을 땅에 직접 묻는 직매 구간 등 접속함이 설치되는 모든 구간에서 장기적으로 사용할 수 있게 되며, 항상 일정한 부분방전 측정 성능을 유 지할 수 있게 된다.

또한, 본 발명은 접속함 제조시 부분방전 측정 장치를 일체로 구현하여 현장의 케이블 접속함에 적용함으로써, 실제 부분방전 측정시 신속한 작업이 가능할 뿐만 아니라 작업중 스위칭 서지나 단락 등에 발생하더라도 작업자가 직접 접속함을 만지지 않기 때문에 안전하게 작업할 수 있게 된다.

Claims

전력 케이블을 접속하는 접속함 내부에서 발생되는 부분방전신호를 검출하여 디스플레이하는 검출기 및 측정기와, 교정용 신호를 발생하는 신호 발생기를 포함하여 구성된 부분방전 측정 장치에 있어서,

상기 접속함의 절연통을 기준으로 접속함 양측에 PCB 기판을 이용하여 구현한 부분방전 센서부가 그 접속함 외측을 자켓 형태로 감싸도록 각각 설치되고;

상기 부분방전 센서부에 일측이 연결된 상태로 접속함 외부로 돌출되도록 설치된 신호선에 상기 검출기 및 신호 발생기가 연결되며;

상기 부분방전 센서부가 접속함에 밀착되도록 상기 접속함 및 부분방전 센서부의 외측에 절연 피복체가 피복되는 것을 특징으로 하는 접속함 일체형 부분방전 측정 장치.
제 1항에 있어서,

상기 접속함 및 부분방전 센서부의 외측에 피복되는 절연 피복체는, 방수 및 절연 기능을 갖도록 열수축 방식을 이용하여 피복시킨 것을 특징으로 하는 접속함 일체형 부분방전 측정 장치.
제 1항에 있어서,

상기 접속함 및 부분방전 센서부의 외측에 절연 피복체를 피복시키기 전에 절연 테이프를 감아서 상기 부분방전 센서부를 상기 접속함에 밀착시키는 것을 특징으로 하는 접속함 일체형 부분방전 측정 장치.
제 1항에 있어서,

상기 접속함 양측에 각각 설치된 부분방전 센서부는, 접속함 외측에 설치된 유전체 방식층을 자켓 형태로 감싸도록 설치되는 PCB 기판과;

상기 PCB 기판위에 일정간격으로 에칭된 상태로 형성되어, 접속함 중심의 동관과 금속박전극 사이에 있는 상기 유전체 방식층에 의해 커패시터를 형성함으로써 부분방전신호가 그 커패시터를 통해 흐르도록 하거나, 신호 발생기에 의해 발생된 교정용 신호가 그 커패시터를 통해 흐르도록 하는 2개의 금속박센서와;

편조선을 이용하여 구현하되, 일측은 상기 금속박센서에 납땜 방식으로 연결되고, 다른 한측은 상기 접속함의 외부로 돌출되어 금속박센서에 의해 형성된 커패시터를 통해 흐르는 부분방전신호를 검출하기 위한 검출기에 연결되거나, 교정용 신호가 발생되는 신호 발생기에 연결되는 신호선을 포함하는 것을 특징으로 하는 접속함 일체형 부분방전 측정 장치.
제 4항에 있어서,

상기 접속함 양측에 각각 설치된 부분방전 센서부에 설치된 4개의 금속박센서 중에서 한쌍의 금속박센서는 부분방전신호 검출용으로, 다른 한쌍의 금속박센서는 교정용으로 사용되는 것을 특징으로 하는 접속함 일체형 부분방전 측정 장치.