KR20090005531A

KR20090005531A - 고압전동기 부분방전 측정 장치를 이용한 고압전동기 열화상태 측정 방법

Info

Publication number: KR20090005531A
Application number: KR1020070068646A
Authority: KR
Inventors: 김희동; 김충효
Original assignee: 한국전력공사
Priority date: 2007-07-09
Filing date: 2007-07-09
Publication date: 2009-01-14
Also published as: KR100897974B1

Abstract

본 발명은 고압전동기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 오실로스코프를 이용한 고압전동기 부분방전 측정 장치 및 이를 이용한 고압전동기 열화상태 측정 방법에 관한 것이다.

그에 따른 고압전동기 부분방전 측정 장치를 이용한 고압전동기 열화 상태 측정 방법은 정현파를 고압 전동기의 삼상에 공통으로 인가하고 오실로스코프로 상기 정현파의 위상을 관측하여 상기 정현파가 0°내지 180°의 위상 구간과 상기 정현파의 교류전원이 180 °내지 360°의 위상 구간으로 분류하여 관측하였을 때, 상기 분류된 두 위상 구간에서 고압 전동기와 전기적으로 연결된 에폭시 마이카 커플러에서 검출된 방전 패턴으로 열화 상태를 검출하는 것을 특징으로 한다.

고압전동기, 정지중 진단, 오실로스코프, 에폭시-마이카 커플러, 부분방전

Description

고압전동기 부분방전 측정 장치 및 이를 이용한 고압전동기 열화상태 측정 방법{Partial Discharge detecing device for High Voltage Motors and Method for deterioration of High Voltage Motors Using The Same}

고압전동기는 발전소나 일반 산업체에 전력발생용 또는 동력 구동용으로 널리 쓰이고 있다. 이러한 고압전동기는 대개 철심에 권선을 감사 삼상의 교류 형태로 제작되어 사용된다.

한편, 고압전동기는 초기 제작시 또는 전력발생용 또는 동력 구동용으로 사용될 때, 권선의 결함유무를 검사하기 위하여 주로 외국에서 제작된 고가의 진단장비가 사용되어 진다. 하지만 상기 진단장비들은 제작사마다 측정 장비의 주파수 대역폭이 다르기 때문에 제작사가 동일하지 않은 경우, 데이터를 비교분석하는데에는 어려움이 따른다. 또한, 고가의 진단장비를 사용함에도 불구하고 외부 노이즈의 영향을 크게 받아 측정 시간이 많이 소요되기도 한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서 정지중에 있는 고압전동기의 절연 열화 분석을 고가의 진단방비 없이 진단하는데 그 목적이 있다.

또한, 고압전동기의 열화 정도를 현장에서 신속하고, 정확하게 판단하는데도 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 고압전동기 부분방전 측정 장치는 고압 전동기; 교류 전원을 발생시켜 상기 고압 전동기에 전기신호를 공급하는 전원 발생 장치; 상기 삼상의 교류 회전자와 상기 교류 발생 장치와 전기적으로 연결된 지점에 전기적으로 연결되어 상기 고압전동기에서 발생하는 신호를 검출하는 센서; 및 상기 고압 전동기와 상기 교류 발생장치가 전기적으로 연결되는 지점과 전기적으로 연결되어 제 1 신호를 측정하고, 상기 센서와 전기적으로 연결되어 상기 센서가 검출한 제 2 신호를 측정하며, 상기 제 1 신호의 위상 변화에 따라 상기 제 2 신호의 크기를 측정하는 오실로스코프를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 센서는 마이카 커플러 센서일 수 있다.

또한, 상기 오실로스코프와 상기 마이카 커플러 센서가 전기적으로 연결되는 지점에는 고역 필터가 형성되어 상기 제 2 신호를 필터링할 수 있다.

한편, 상기한 고압전동기 부분방전 측정 장치를 이용한 고압전동기 부분 열 화 분석 방법은 정현파를 고압 전동기의 삼상에 공통으로 인가하고 오실로스코프로 상기 정현파의 위상을 관측하여 상기 정현파가 0°내지 180°의 위상 구간과 상기 정현파의 교류전원이 180 °내지 360°의 위상 구간으로 분류하여 관측하였을 때, 상기 분류된 두 위상 구간에서 고압 전동기와 전기적으로 연결된 에폭시 마이카 커플러에서 검출된 방전 패턴으로 열화 상태를 검출할 수 있다.

또한, 상기 정현파의 위상이 0°내지 180°의 위상 구간과 정현파의 위상이 180 °내지 360°의 위상 구간 가운데 두 구간 모두에서 방전패턴이 관측되어 내부방전 상태로 판정할 수 있다.

또한, 상기 정현파의 위상이 0°내지 180°의 위상 구간과, 상기 정현파의 위상이 180 °내지 360°의 위상 구간을 비교하였을 때 두 구간 가운데 어느 하나의 구간에서 방전패턴이 검출되는 것으로 슬롯방전 또는 도체표면 방전을 판정할 수 있다.

상기한 고압전동기 부분방전 측정 장치에 따르면, 정지중에 있는 고압전동기의 부분방전을 측정하여 고압전동기의 절연 열화 정도를 신속하면서도 정확하게 판단 할 수 있는 효과가 있다.

또한, 고압전동기 부분방전 측정 장치는 고역 필터가 구비되어 외부 노이즈 영향을 제거하여 측정시간을 감소시키며, 외부 노이즈가 제거되므로 고압전동기의 열화를 세밀하게 분석할 수 있다.

또한, 고압전동기 부분방전 측정 장치는 외국에서 제작된 고가의 측정장비를 사용하지 않고도 고압전동기의 열화정도를 판별할 수 있으므로, 비용이 절감되는 효과가 있다.

한편, 상기한 고압전동기 부분방전 측정 장치를 이용한 고압전동기 부분 열화분석 방법은 고압전동기의 내부방전과, 슬롯방전 및, 도체표면 방전 상태를 판별하여 고압전동기의 열화 상태를 신속하고 손쉽게 판별할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 오실로스코프를 이용하여 고압전동기의 부분방전을 측정하기 위한 블럭도이다. 도 1를 참조하면, 본 발명의 고압전동기 부분방전 측정 장치는 고압 전동기(100), 전원 발생 장치(200), 센서(300) 및, 오실로스코프(400)를 포함하여 형성된다.

먼저, 고압 전동기(100)는 발전소와 일반산업체에 사용되어 교류 전력을 발생시키는 전력용 전동기일 수 있다. 또한, 고압전동기는 전원의 인가에 의해 회전하여 동력을 발생시키는 모터일 수 있다. 도 1에서 도시된 삼상의 고압 전동기는 삼상의 단자(110, 120, 130)들을 리드 케이블이나 동축케이블로 한 지점에 전기적으로 결선될 수 있다.

전원 발생장치(200)는 교류 전원을 발생시켜 고압 전동기(100)에 전기신호를 공급한다. 이때, 전원 발생장치(200)에서 발생하는 교류 전원은 정현파일 수 있다. 도 1에 도시된 전원 발생장치에서는 대략 3,810V의 고전압을 발생시키는 것으로 예 를 들었다.

센서(300)는 고압전동기(100)와 전원 발생 장치(200)에 전기적으로 연결된 지점에 전기적으로 연결되어 고압전동기(100)에서 발생하는 신호를 검출한다. 이러한 센서(300)는 에폭시 마이카 커플러 센서 또는 세라믹 마이카 커플러 센서일 수 있다. 이 가운데에서도 에폭시 마이카 커플러는 고전압 측정을 정확하게 하기 위해 노이즈를 제거하는 필터가 내장되고, 신호 간섭을 피하기 위해 절연체로 싸여져 형성된다. 따라서, 고압전동기에서 측정된 부분방전 신호의 파형은 노이즈가 제거되어 좋은 파형이 형성될 수 있다.

오실로스코프(400)는 고압전동기(100)와 센서(300)가 전기적으로 연결되는 지점과 전기적으로 연결되어 제 1 신호(410)를 측정한다. 또한, 오실로스코프(400)는 센서(300)와 전기적으로 연결되어 센서(300)가 검출한 제 2 신호(420)를 측정한다. 오실로스코프가 제 1 신호(410)와 제 2 신호(420)를 측정한 후, 제 1 신호(410)의 위상 변화에 따라 제 2 신호(420)의 크기를 측정한다. 이때, 오실로스코프(400)는 고압 프로브에 의해 고압전동기(100)의 전기적인 연결지점과 센서(300)에 전기적으로 연결되어 신호를 측정할 수 있다. 도 1에 도시된 제 3 신호(430)는 제 2 신호(420)와 90°위상차를 가지고 형성되어 있다. 제 3 신호(430)는 제 2 신호(420)의 위상 변화 상태를 보기 위함이므로, 더 이상 상세한 설명은 하지 않기로 한다.

한편, 고압전동기 부분방전 측정 장치는 고역 필터(500)를 더 포함하여 형성될 수 있다. 고역 필터(500)는 오실로스코프(400)와 센서(300)가 전기적으로 연결 되는 지점에 형성되어 제 2 신호(420)의 저주파 신호를 걸러내어 필터링할 수 있다. 이러한 고역 필터(500)는 수동소자인 고압용 캐패시터(510)와 고압용 저항(520)을 포함하여 형성될 수 있다.

이하, 상기한 고압 전동기 부분방전 측정장치를 이용하여 고압전동기의 절연 열화를 분석하는 고압전동기 열화상태 측정방법에 대해 설명하기로 한다.

먼저, 도 1에 도시된 고압 전동기 부분방전 측정 장치를 준비한다. 그런 다음, 전원발생 장치(200)를 가동시켜 센서(300)인 에폭시 마이카 커플러와 고압전동기(100)에 정현파형을 가지는 교류 전원을 인가한다.

그리고 나서, 오실로스코프(400)로 제 1 신호(410)와 제 2 신호(420)를 측정한다. 이때, 측정된 파형은 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이 3가지 상태의 파형으로 분류하여 고압전동기(100)의 특성을 평가할 수 있다. 이때, 분류된 3가지 상태의 파형은 내부방전 상태와, 슬롯방전 상태 및, 도체표면방전 상태를 포함하여 나뉘어 질 수 있다. 먼저, 도 2는 고압 전동기의 내부방전 상태에 따른 파형을 오실로스코프로 측정한 도이고, 도 3은 고압 전동기의 슬롯방전 상태에 따른 파형을 오실로스코프로 측정한 도이다. 도 4는 고압 전동기의 도체표면 방전상태에 따른 파형을 오실로스코프로 측정한 도이다. 도 2 내지 도 4에서 미설명 부호인 430a, 430b, 430c는 도 2 내지 도 4에서 제 1 신호(410a, 420b, 420c)의 위상보다 90°가량 차이를 둔 상태의 파형이다. 이는 제 1 신호와 위상을 비교하여 도시한 것이므로 상세한 설명은 하지 않기로 한다.

먼저, 도 2를 참조하여 내부방전 상태에 대해 설명하겠다. 내부방전 상태는 제 1 신호(410a)의 위상이 0°내지 180°의 위상구간(411a)을 가질 때 제 2 신호(420a)의 부분에서 방전 패턴(421a)이 관측되고, 제 1 신호의 위상이 180 °내지 360°의 위상구간(411b)을 가질때 제 2 신호(420a)에서 방전 패턴(421b)이 관측된 상태이다. 즉, 두 위상 구간(411a, 411b)에서 동시에 방전 패턴(421a, 421b)이 관측될 때를 내부방전 상태로 판정한다. 이러한 내부방전 상태는 고압전동기를 제작할 때, 바니쉬나 수지와 같은 절연층의 부적절한 함침 혹은 절연층의 박리와 같이 열화과정에 의해 발생한다. 또한, 내부방전 상태는 고압전동기가 장기간 운전되어 주로 열적, 전기적, 기계적 및 환경적 열화에 의해 절연층과 계면에 사이에 형성된 보이드에 의해 관측될 수 있다. 열화상태는 주로 신규 혹은 장기간 운전된 고압전동기에서 거의 60%정도의 점유율로 나타나고 있다.

도 3을 참조하여 슬롯방전 상태에 대해 설명하기로 한다. 슬롯방전은 180 °내지 360°의 위상구간(411b)에서 제 2 신호에 방전 패턴(422a)이 나타나는 것으로 알 수 있다. 슬롯방전은 주절연체와 슬롯의 상대적인 움직임으로 인해 반도전 코팅(semiconducting coating)이 손상됨에 따라 철심과 권선 사이에 전하가 축적되어 일부 주절연체의 접지상태는 나빠지는 상태이다.

도 4을 참조하여 도체표면 방전 상태에 대해 설명하기로 한다. 도체 표면방전 상태는 제 1 신호의 위상이 0°내지 180°의 위상 구간(411a)에서 제 2 신호에 방전 패턴(421c)이 나타나는 것으로 알 수 있게 된다. 도체 표면 방전은 주절연체와 소선절연체 사이의 미소 공극(void)에 의해 발생한다. 미소 공극은 함침 바니쉬 나 수지가 완전히 채워지지 않은 소선 사이에서 형성된다. 또한, 미소 공극은 고압전동기 운전중에 열적 싸이클에 의해서도 발생되고 주절연체에서 분리된 동도체에서도 발생되기도 한다. 이러한 미소 공극에 의해 발생한 부분방전은 전기적 트리로 진전되어 주절연체, 소선절연체 및 턴절연체를 마모시키고 소선과 소선 사이 혹은 턴과 턴 사이를 단락시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 부분방전 측정 장치의 블럭도이다.

도 2는 오실로스코프가 고압전동기의 내부방전 상태를 측정한 파형이다.

도 3은 오실로스코프가 고압전동기의 슬롯방전 상태를 측정한 파형이다.

도 4는 오실로스코프가 고압전동기의 도체표면 방전 상태를 측정한 파형이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100; 고압전동기 200; 전원발생 장치

300; 센서 400; 오실로스코프

500; 고역 필터

Claims

고압 전동기;

교류 전원을 발생시켜 상기 고압 전동기에 전기신호를 공급하는 전원 발생 장치;

상기 삼상의 교류 회전자와 상기 교류 발생 장치와 전기적으로 연결된 지점에 전기적으로 연결되어 상기 고압전동기에서 발생하는 신호를 검출하는 센서; 및

상기 고압 전동기와 상기 교류 발생장치가 전기적으로 연결되는 지점과 전기적으로 연결되어 제 1 신호를 측정하고, 상기 센서와 전기적으로 연결되어 상기 센서가 검출한 제 2 신호를 측정하며, 상기 제 1 신호의 위상 변화에 따라 상기 제 2 신호의 크기를 측정하는 오실로스코프를 포함하는 것을 특징으로 하는 고압전동기 부분방전 측정 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 센서는 마이카 커플러 센서인것을 특징으로 하는 고압전동기 부분방전 측정 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 오실로스코프와 상기 센서가 전기적으로 연결되는 지점에는 고역 필터가 형성되어 상기 제 2 신호를 필터링하는 것을 특징으로 하는 고압전동기 부분방 전 측정 장치.
정현파를 고압 전동기의 삼상에 공통으로 인가하고 오실로스코프로 상기 정현파의 위상을 관측하여 상기 정현파가 0°내지 180°의 위상 구간과 상기 정현파의 교류전원이 180 °내지 360°의 위상 구간으로 분류하여 관측하였을 때, 상기 분류된 두 위상 구간에서 고압 전동기와 전기적으로 연결된 에폭시 마이카 커플러에서 검출된 방전 패턴으로 열화 상태를 검출하는 것을 특징으로 하는 고압전동기 열화상태 측정 방법.
제 4 항에 있어서,

상기 정현파의 위상이 0°내지 180°의 위상 구간과 정현파의 위상이 180 °내지 360°의 위상 구간 가운데 두 구간 모두에서 방전패턴이 관측되어 내부방전 상태로 판정하는 고압전동기 열화상태 측정 방법.
제 4 항에 있어서,

상기 정현파의 위상이 0°내지 180°의 위상 구간과, 상기 정현파의 위상이 180 °내지 360°의 위상 구간을 비교하였을 때 두 구간 가운데 180 °내지 360°의 위상구간에서 방전 패턴이 관측되어 슬롯방전 상태를 판정하는 고압전동기 열화상태 측정 방법.
제 4 항에 있어서,

상기 정현파의 위상이 0°내지 180°의 위상 구간과, 상기 정현파의 위상이 180 °내지 360°의 위상 구간을 비교하였을 때 두 구간 가운데 0°내지 180°의 위상구간에서 방전 패턴이 관측되어 도체표면 방전 상태를 판정하는 고압전동기 열화상태 측정 방법.