KR20070096498A

KR20070096498A - 전력케이블의 부분 방전 측정 시스템

Info

Publication number: KR20070096498A
Application number: KR1020060027101A
Authority: KR
Inventors: 이용성; 김정윤; 이창수; 박노준; 박대희
Original assignee: (주)엠파워
Priority date: 2006-03-24
Filing date: 2006-03-24
Publication date: 2007-10-02
Also published as: KR100847825B1

Abstract

본 발명은 S/N 비 향상을 위해 고역 통과 필터를 채택한 전력케이블의 부분 방전 측정 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 전력케이블로 유입된 RF 노이즈를 감지하는 부분 방전 진단용 센서와, 부분 방전 진단용 센서에서 감지된 신호를 여과하는 고역 통과 필터와; 상기 고역 통과 필터를 통과한 후 신호를 증폭하는 신호증폭기와; 증폭된 신호를 비교 분석하는 오실로스코프 및 스펙트럼분석기와; 분석되는 정보를 저장하고 처리하는 컴퓨터로 구성된다.

본 발명에 의하면, 저역 통과 필터의 일종인 페라이트 내지는 초크 코일 필터를 사용하는 부분 방전 측정 시스템 보다 효과적으로 부분 방전 신호를 측정 할 수 있다. 또한, 상기 측정 신호에서 외부 환경 노이즈 측정용 안테나로부터 검출된 신호와, 필터를 통과하지 않은 부분 방전 신호를 비교하여 저주파 노이즈 또는 코로나 노이즈 내지는 RF 노이즈를 제거함으로써 효과적으로 S/N 비를 향상 시킬 수 있다.

전력케이블, 부분 방전, 노이즈 억제, 고역 통과 필터, S/N 비

Description

전력케이블의 부분 방전 측정 시스템{Partial Discharge Measurement System for Power Cable}

도 1은 본 발명의 부분 방전 측정시스템의 구성도.

도 2는 고역 통과 필터를 채택한 부분 방전 측정시스템의 실시예 구성도.

도 3 내지는 도 8은 상기 도 2의 실시예에 의해 각각 지중 배전 선로의 중간 접속부의 R 상, S 상, T 상 케이블에서 고역 통과 필터가 적용되지 않은 경우에 검출된 신호와 차단 주파수가 30 MHz인 고역 통과 필터를 통과한 부분 방전 검출 신호에서 노이즈의 감소 결과를 보인 그래프.

도 9 내지는 도 14는 상기 도 2의 실시예에 의해 지중 배전 선로의 종단부의 R 상, S 상, T 상 케이블에서 고역 통과 필터가 적용되지 않은 경우에 검출된 신호와 차단 주파수가 30 MHz인 고역 통과 필터를 통과한 부분 방전 검출 신호에서 노이즈의 감소 결과를 보인 그래프.

도 15 내지는 도 20은 상기 도 2의 실시예에 의해 각각 지중 배전 선로의 중간 접속부의 R 상, S 상, T 상 케이블에서 고역 통과 필터가 적용되지 않은 경우에 검출된 신호와 차단 주파수가 30 MHz인 고역 통과 필터를 통과한 부분 방전 검출 신호에서 부분 방전 신호를 패턴 분석한 결과를 보인 그래프.

< 도면의 주요 부분에 대한 도면 부호의 설명>

10 : 전력 케이블

20 : 부분 방전 진단용 센서

21 : 부분 방전 진단용 제1센서 22 : 부분 방전 진단용 제2센서

23 : 환경 노이즈 측정용 안테나 30 : 고역 통과 필터

31 : 고역 통과 필터의 입력단 32 : 고역 통과 필터의 출력단

40 : 신호 증폭기 41 : 제1신호 증폭기

42 : 제2신호 증폭기

50 : 오실로스코프(oscilloscope)또는 A/D 컨버터

60 : 스펙트럼분석기(spectrum analyzer) 70 : 컴퓨터(PC)

본 발명은 S/N 비 향상을 위해 고역 통과 필터를 채택한 전력케이블의 부분 방전 측정 시스템에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 열화(degenerate)된 전력케이블에서 발생하는 부분 방전 신호를 효과적으로 검출하기 위하여 전원 노이즈 또는 코로나 노이즈와 전력 케이블의 외부에서 유입된 전파 노이즈를 억제하는 고역 통과 필터를 채택하며 부분 방전 진단용 박(foil) 센서, 전류 변환(current transducer: CT) 센서 또는 UHF 센서와 환경 노이즈 측정용 안테나를 포함하는 부 분 방전 측정 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 전력 케이블에서는 불균일한 전계 분포의 원인이 되는 절연물이 내부에 존재하거나 케이블의 노화에 의해서 부분 방전이 발생할 수 있는데 이러한 부분 방전은 전력 케이블의 열화 진행 정도를 판단하는 기준이 된다.

또한 교류 인가 전압에 의해 주기성을 가지는 전자파 펄스 형태인 부분 방전 신호를 검출하기 위한 종래의 통상적인 측정 시스템에는 용량성 센서인 foil 센서 내지는 유도성 센서인 CT 센서와 RF 센서인 UHF 센서를 포함하는 검출 센서와 검출 된 신호를 시간 영역에서 정량적으로 분석할 수 있는 오실로스코프 내지는 A/D 컨버터와 또는 검출 된 신호를 주파수 영역에서 정량적으로 분석 할 수 있는 스펙트럼분석기가 사용된다.

그러나 이와 같은 종래의 통상적인 측정 시스템에서는 유도성 센서인 CT 센서로부터 획득된 부분 방전 검출 신호의 S/N 비를 향상시키기 위하여 저역 통과 필터(low pass filter)의 일종인 페라이트 또는 초크 코일 필터를 사용하거나 RF 센서인 UHF 센서로부터 획득된 부분 방전 검출 신호의 S/N 비를 향상시키기 위하여 대역 통과 필터(band pass filter)를 사용한다. 이와 같은 검출 방법에서는 S/N 비를 향상시키기 위해 사용된 필터들이 각각의 센서에 대해서만 적용되며 저주파 영역에 비해 상대적으로 고주파 영역에 많이 존재하는 부분 방전 신호를 효과적으로 검출할 수 없는 문제가 있다. 또, 전력 케이블이 포설된 현장 주변에서 유입되는 RF 노이즈를 효과적으로 제거 내지는 억제하지 못하는 단점이 있다.

본 발명은 이러한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 열화된 전력 케이블에서 발생하는 부분 방전 신호를 효과적으로 검출하기 위하여 전원 노이즈 또는 코로나 노이즈와 전력 케이블의 외부에서 유입된 전파 노이즈를 억제하는 고역 통과 필터를 채택하며, 부분 방전 진단용 센서와 환경 노이즈 측정용 안테나에 모두 적용될 수 있는 집중정수형 고역 통과 필터와 상기 센서를 모두 포함하는 전력케이블의 부분 방전 측정 시스템을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 전력케이블의 부분 방전 검출 시스템에 있어서, 전력케이블로 유입된 RF 노이즈를 감지하는 부분 방전 진단용 센서와, 부분 방전 진단용 센서에서 감지된 신호를 여과하는 고역 통과 필터와; 상기 고역 통과 필터를 통과한 신호를 증폭하는 신호증폭기와; 증폭된 신호를 비교·분석하는 오실로스코프 및 스펙트럼분석기와; 분석된 정보를 저장하고 처리하는 컴퓨터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 부분 방전 진단용 센서는 용량성 센서인 foil 센서 또는 유도성 센서인 CT 센서와, RF 센서인 UHF 센서인 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 부분 방전 측정시스템의 구성도이고, 도 2는 고역 통과 필터를 채택한 부분 방전 측정시스템의 실시예 구성도이다.

도 3 내지는 도 8은 상기 도 2의 실시예에 의해 각각 지중 배전 선로의 중간 접속부의 R 상, S 상, T 상 케이블에서 고역 통과 필터가 적용되지 않은 경우에 검출된 신호와 차단 주파수가 30 MHz인 고역 통과 필터를 통과한 부분 방전 검출 신호에서 노이즈의 감소 결과를 보인 그래프이다.

도 9 내지는 도 14는 상기 도 2의 실시예에 의해 지중 배전 선로의 중간 접속부의 R 상, S 상, T 상 케이블에서 고역 통과 필터가 적용되지 않은 경우에 검출된 신호와 차단 주파수가 30 MHz인 고역 통과 필터를 통과한 부분 방전 검출 신호에서 노이즈의 감소 결과를 보인 그래프이다.

도 15 내지는 도 20은 상기 도 2의 실시예에 의해 각각 지중 배전 선로의 중간 접속부의 R 상, S 상, T 상 케이블에서 고역 통과 필터가 적용되지 않은 경우에 검출된 신호와 차단 주파수가 30 MHz인 고역 통과 필터를 통과한 부분 방전 검출 신호에서 부분 방전 신호를 패턴 분석한 결과를 보인 그래프이다.

도 1은 S/N 비 향상을 위해 고역 통과 필터(30)를 채택한 부분 방전 측정 시스템을 개략적으로 도시한 구성도이다. 전력케이블(10)이 포설되어 있는 현장 주변에서 상기 전력케이블(10)로 유입된 RF 노이즈가 부분 방전 진단용 전류변환센서(20)에서 감지되고 그 감지된 신호는 고역 통과 필터(30)를 통과한 후에 신호증폭기(40)에서 신호가 증폭되고, 오실로스코프(50)와 스펙트럼분석기(60)를 통하여 컴 퓨터에 저장하게 된다.

도 2는 본 발명에 따른 전력 케이블의 부분 방전 검출에서 S/N 비 향상을 위해 고역 통과 필터(30)를 채택한 부분 방전 측정 시스템의 실시예 구성도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예는 전력케이블(10)로 유입된 RF 노이즈를 감지하는 부분 방전 진단용 제1센서(21) 및 부분 방전 진단용 제2센서(22)와; 상기 부분 방전 진단용 제1센서(21)에서 감지된 신호를 여과하는 고역 통과 필터(30)와; 상기 전력케이블(10)이 포설되어 있는 현장 주변에서 상기 전력케이블(10)로 유입된 RF 노이즈가 상기 부분 방전 진단용 제2센서(22) 또는 상기 부분 방전 진단용 제1센서(21) 및 고역 통과 필터(30)를 통과한 후에도 노이즈가 남아있는 경우에 이를 제거하기 위한 환경 노이즈 측정 안테나(23)와; 상기 부분 방전 진단용 제1센서(21)에서 감지된 신호가 고역 통과 필터(30)을 통과한 신호를 증폭하는 제1신호증폭기(41)와; 상기 부분 방전 진단용 제2센서(22)에서 감지한 신호를 증폭하는 제2신호증폭기(42)와; 상기 환경 노이즈 측정 안테나(23)로부터 검출된 신호와, 상기 제1신호증폭기(41)에서 증폭된 신호와, 상기 제2신호증폭기(42)에서 증폭된 신호를 비교·분석하는 오실로스코프(50) 및 스펙트럼분석기(60)와; 분석된 정보를 저장하고 처리하는 컴퓨터(70)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 부분 방전 진단용 제1센서(21)에는 foil 센서 내지는 CT 센서가 사용되며 각각의 경우에 고역 통과 필터(30)의 차단 주파수는 5 MHz, 7 MHz 또는 30 MHz이다. 또한 부분 방전 진단용 제2센서(22)에는 UHF 센서가 사용되며 이 경우에도 고역 통과 필터(30)를 사용할 수 있으며 이때 차단 주파수는 30 MHz로 정한다.

여기에서 부분 방전 신호와 노이즈를 구별하기 위해서는 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 잘 알려져 있는 종래의 방법을 사용한다. 즉, 검출된 신호에 포함되어 있는 각각의 펄스 위상을 오실로스코프(50)를 통하여 확인하며 상기 펄스의 위상이 주기성 있는 경우에는 부분 방전 신호가 되고 주기성이 없는 경우에는 노이즈가 된다.

또한 본 발명의 바람직한 실시예에서는 전술한 바와 같이 고역 통과 필터(30)를 사용하여 향상된 S/N 비를 얻는데 있다. 상기 고역 통과 필터(30)를 통하여 획득한 신호에서 노이즈 성분을 제거한 후 환경 노이즈 측정 안테나(23)를 통하여 획득한 신호와 스펙트럼분석기를 통한 주파수 비교를 통하여 주변 환경 RF 노이즈를 추가적으로 제거할 수 있다.

이하, 현장에서 시험한 결과를 각각 다음 도 3 내지는 도 20에서 설명한다.

도 3은 상기 도 2의 실시예에 의해 지중 배전 선로의 중간 접속부의 R 상 케이블에서 고역 통과 필터가 적용되지 않은 경우에 검출된 신호를 보인 그래프이다.

도 4는 상기 도 2의 실시 예에 의해 지중 배전 선로의 중간 접속부의 R 상 케이블에서 차단 주파수가 30 MHz인 고역 통과 필터를 통과한 부분 방전 검출 신호에서 노이즈의 감소 결과를 보인 그래프인데 검출된 신호는 최대 300 mV이었고 원으로 표시된 부분이 부분 방전 신호로 의심이 되었으나 고역 통과 필터를 적용한 결과로써 전원 전류에 의한 백그라운드 노이즈로 판단할 수 있다.

이러한 백그라운드 노이즈는 전 위상에서 균일한 분포로 나타나기 때문에 상기 부분 방전 신호의 패턴 분석에서 부분 방전 신호를 구별하는데 장해 요인이 되므로 본 발명에 따른 고역 통과 필터를 채택한 부분 방전 시스템으로서 제거하는 것이 바람직하다.

마찬가지로, 도 5는 상기 도 2의 실시 예에 의해 지중 배전 선로의 중간 접속부의 S 상 케이블에서 고역 통과 필터가 적용되지 않은 경우에 검출된 신호를 보인 그래프이다.

도 6은 상기 도 2의 실시 예에 의해 지중 배전 선로의 중간 접속부의 S 상 케이블에서 차단 주파수가 30 MHz인 고역 통과 필터를 통과한 부분 방전 검출 신호에서 노이즈의 감소 결과를 보인 그래프이다.

도 7은 상기 도 2의 실시 예에 의해 지중 배전 선로의 중간 접속부의 T 상 케이블에서 고역 통과 필터가 적용되지 않은 경우에 검출된 신호를 보인 그래프이다.

도 8은 상기 도 2의 실시 예에 의해 지중 배전 선로의 중간 접속부의 T 상 케이블에서 차단 주파수가 30 MHz인 고역 통과 필터를 통과한 부분 방전 검출 신호에서 노이즈의 감소 결과를 보인 그래프이다.

도 9는 상기 도 2의 실시 예에 의해 지중 배전 선로의 종단부의 R 상 케이블 에서 고역 통과 필터가 적용되지 않은 경우에 검출된 신호를 보인 그래프이다. 도 10은 상기 도 2의 실시 예에 의해 지중 배전 선로의 종단부의 R 상 케이블에서 차단 주파수가 30 MHz인 고역 통과 필터를 통과한 부분 방전 검출 신호에서 노이즈의 감소 결과를 보인 그래프인데 방전 위상의 주기성을 갖는 2.3 V 크기의 코로나 방전 내지는 외부 RF 노이즈가 150 mV 이하로 억제되는 것을 확인할 수 있다.

마찬가지로, 도 11은 상기 도 2의 실시 예에 의해 지중 배전 선로의 종단부의 S 상 케이블에서 고역 통과 필터가 적용되지 않은 경우에 검출된 신호를 보인 그래프이다.

도 12는 상기 도 2의 실시 예에 의해 지중 배전 선로의 종단부의 S 상 케이블에서 차단 주파수가 30 MHz인 고역 통과 필터를 통과한 부분 방전 검출 신호에서 노이즈의 감소 결과를 보인 그래프이다.

도 13은 상기 도 2의 실시 예에 의해 지중 배전 선로의 종단부의 T 상 케이블에서 고역 통과 필터가 적용되지 않은 경우에 검출된 신호를 보인 그래프이다.

도 14는 상기 도 2의 실시 예에 의해 지중 배전 선로의 종단부의 T 상 케이블에서 차단 주파수가 30 MHz인 고역 통과 필터를 통과한 부분 방전 검출 신호에서 노이즈의 감소 결과를 보인 그래프이다.

도 15는 상기 도 2의 실시 예에 의해 지중 배전 선로의 중간 접속부의 R 상 케이블에서 고역 통과 필터가 적용되지 않은 경우에 검출된 부분 방전 신호를 패턴 분석한 결과를 보인 그래프이다.

도 16은 상기 도 2의 실시예에 의해 지중 배전 선로의 중간 접속부의 R 상 케이블에서 차단 주파수가 30 MHz인 고역 통과 필터를 통과한 부분 방전 신호를 패턴 분석한 결과를 보인 그래프인데 650 pC에 해당하는 백그라운드 노이즈가 65 pC으로 억제되어 결과적으로 고역 통과 필터를 채택한 부분 방전 측정 시스템의 S/N 비가 향상되었음을 확인 할 수 있다.

마찬가지로, 도 17은 상기 도 2의 실시예에 의해 지중 배전 선로의 중간 접속부의 S 상 케이블에서 고역 통과 필터가 적용되지 않은 경우에 검출된 부분 방전 신호를 패턴 분석한 결과를 보인 그래프이다.

도 18은 상기 도 2의 실시 예에 의해 지중 배전 선로의 중간 접속부의 S 상 케이블에서 차단 주파수가 30 MHz인 고역 통과 필터를 통과한 부분 방전 신호를 패턴 분석한 결과를 보인 그래프이다.

도 19는 상기 도 2의 실시 예에 의해 지중 배전 선로의 중간 접속부의 T 상 케이블에서 고역 통과 필터가 적용되지 않은 경우에 검출된 부분 방전 신호를 패턴 분석한 결과를 보인 그래프이다.

도 20은 상기 도 2의 실시 예에 의해 지중 배전 선로의 중간 접속부의 T 상 케이블에서 차단 주파수가 30 MHz인 고역 통과 필터를 통과한 부분 방전 신호를 패턴 분석한 결과를 보인 그래프이다.

Claims

전력케이블의 부분 방전 검출 시스템에 있어서, 전력케이블(10)로 유입된 RF 노이즈를 감지하는 부분 방전 진단용 센서(20)와, 상기 부분 방전 진단용 센서(20)에서 감지된 신호를 여과하는 고역 통과 필터(30)와; 상기 고역 통과 필터(30)을 통과한 신호를 증폭하는 신호증폭기(40)와; 증폭된 신호를 비교·분석하는 오실로스코프(50)및 스펙트럼분석기(60)와; 분석된 정보를 저장하고 처리하는 컴퓨터(70)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력케이블의 부분 방전 검출 시스템.
전력케이블의 부분 방전 검출 시스템에 있어서, 전력케이블(10)로 유입된 RF 노이즈를 감지하는 부분 방전 진단용 제1센서(21) 및 부분 방전 진단용 제2센서(22)와; 상기 부분 방전 진단용 제1센서(21)에서 감지된 신호를 여과하는 고역 통과 필터(30)와; 상기 전력케이블(10)이 포설되어 있는 현장 주변에서 상기 전력케이블(10)로 유입된 RF 노이즈가 상기 부분 방전 진단용 제2센서(22) 또는 상기 부분 방전 진단용 제1센서(21) 및 고역 통과 필터(30)를 통과한 후에도 노이즈가 남아있는 경우에 이를 제거하기 위한 환경 노이즈 측정 안테나(23)와; 상기 부분 방전 진단용 제1센서(21)에서 감지된 신호가 고역 통과 필터(30)을 통과한 신호를 증폭하는 제1신호증폭기(41)와; 상기 부분 방전 진단용 제2센서(22)에서 감지한 신호를 증폭하는 제2신호증폭기(42)와; 상기 환경 노이즈 측정 안테나(23)로부터 검출 된 신호와, 상기 제1신호증폭기(41)에서 증폭된 신호와, 상기 제2신호증폭기(42)에서 증폭된 신호를 비교·분석하는 오실로스코프(50) 및 스펙트럼분석기(60)와; 분석된 정보를 저장하고 처리하는 컴퓨터(70)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력케이블의 부분 방전 검출 시스템.
제 2항에 있어서, 부분 방전 진단용 제1센서(21)는 부분 방전 진단을 위한 용량성 센서인 foil 센서 또는 유도성 센서인 CT 센서인 것을 특징으로 하는 전력케이블의 부분 방전 검출 시스템.
제 2항에 있어서, 부분 방전 진단용 제2센서(22)는 RF 센서인 UHF 센서인 것을 특징으로 하는 전력케이블의 부분 방전 검출 시스템.