KR20100090012A

KR20100090012A - 부분방전 센서 및 이를 이용한 부분방전 검출장치

Info

Publication number: KR20100090012A
Application number: KR1020090009240A
Authority: KR
Inventors: 남석현; 김충식; 이정민; 김영홍
Original assignee: 엘에스전선 주식회사
Priority date: 2009-02-05
Filing date: 2009-02-05
Publication date: 2010-08-13
Also published as: CN101799514A; DE102009034062A1; US20100194403A1; JP2010181395A; US8179146B2; DE102009034062A8

Abstract

본 발명은 가스절연 기기의 내부에 위치하여 가스절연 기기 내부에서 발생되는 부분방전 신호를 검출하기 위한 PCB 기판을 이용한 부분방전 센서 및 이를 이용한 부분방전 검출장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 부분방전 센서는 PCB 기판과, 상기 PCB 기판에 성형되어 상기 가스절연기기 내부의 부분방전 신호를 감지하는 부분방전 신호 감지 패턴과, 상기 부분방전 신호 감지 패턴에서 감지된 부분방전 신호를 전달받아서, 상기 부분방전 신호를 외부로 인출하는 커넥터로 전달하는 연결단자를 포함하며, 부분 방전 센서는 가스절연 기기의 외함 내벽에 부착된다. 본 발명에 따른 부분방전 센서는 PCB 기판 위에 부분방전 신호 감지 패턴을 성형하므로 쉽게 광대역의 주파수 특성을 가지도록 제작될 수 있다. 따라서, 이를 이용한 부분방전 검출장치는 장거리에서 발생된 부분방전 신호도 검출이 가능하다는 이점이 있다.

가스, 절연기기, 부분방전, 센서, 검출장치

Description

부분방전 센서 및 이를 이용한 부분방전 검출장치{Partial Discharge Detection Sensor And Partial Discharge Detection Device Using The Same}

본 발명은 부분방전 센서 및 이를 이용한 부분방전 검출장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 가스절연 기기의 내부에 위치하여 가스절연 기기 내부에서 발생되는 부분방전 신호를 검출하기 위한 PCB 기판을 이용한 부분방전 센서 및 이를 이용한 부분방전 검출장치에 관한 것이다.

가스절연송전선로, 가스절연개폐기, 가스절연변압기, 가스절연버스, 부스닥트 등과 같은 전력기기는, 접지가 된 구조의 외함 내에 절연가스가 충전되고, 외함 내에 내부 도체를 고체 절연물로 절연 지지하여 이루어지는 가스 절연기기이다.

상기 가스 절연기기 내부에 존재하는 이물질이나, 외함 안쪽면 또는 내부 도체에 있는 스크래치, 돌기 등의 내부 결함이나, 조립불량 등의 원인에 의해서 상기 가스 절연기기의 내부에 부분방전이 발생될 수 있다.

이러한 부분방전을 가스 절연기기의 성능에 큰 영향을 미치게 되며, 그대로 방치하면 큰 사고로 연결될 가능성이 있다. 따라서, 부분방전을 전자파 형태의 신호로서 측정 검출함으로써, 부분방전을 조기에 발견하여 조치를 취할 수 있게 하기 위한 장치가 필요하게 된다.

종래에는 가스 절연기기 내부의 부분방전을 검출하기 위한 장치 및 방법의 하나로서, 가스 절연기기의 외부에 설치되는 외장형 센서를 이용한 부분 방전 검출장치 및 방법이 이용되고 있다.

도 1a는 외장형 센서를 가스 절연기기의 외부에 설치하여 부분방전을 측정하는 장치 및 방법의 개념을 나타내는 평면도이고, 도 1b는 도 1a에 도시된 장치의 단면도이다.

도 1a에 도시된 바와 같이, 외장형 센서(11)는 가스 절연기기(1)를 이루는 외함(20) 외부에 설치된다. 본 방법은 외함 내에서 내부 도체를 고정 지지하는 스페이서(21)를 통해서는 전달되는 부분 방전신호를 검출하는 방법이다. 도 1a 및 도 1b를 참조하면, 스페이서(21)의 주위를 차폐시키는 차폐용 금속띠(22)에 금속판을 이용해 형성되는 센서함(10)을 설치하고, 그 내부에 센서(11)를 설치한다. 돌기(41)과 같은 내부 결함에 의해 발생되는 부분 방전신호는 스페이서(21)를 이루고 있는 유전체를 통해서 센서로 전달된다.

하지만 이러한 외장형 센서(11)에 의한 부분 방전 검출 장치는 감도가 떨어지며, 특히 외부 노이즈에 영향을 많이 받는다는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해소하기 위핸 종래에는 센서를 가스 절연기기 내부에 설치하는 방법이 사용되고 있다. 이러한 방법에는 주로 UHF센서가 사용되고 있다.

도 2는 종래의 UHF센서를 가스 절연기기 외함 내에 설치하여 부분방법을 측정하는 장치 및 방법의 개념을 나타내는 개념도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, UHF센서(10)는 흔히 감시창이라고 불리는 원판(50)의 안쪽에 설치되어 가스절연기기(1)의 내부에 발생한 부분방전 신호를 검출하는데 이용된다. 일반적으로 이러한 장치에 사용되는 UHF센서(10)는 원판(50)에 도체선을 배치하고 에폭시 등을 부어서 형성한다. 따라서, UHF센서(10)는 다양한 형태로의 제작이 어려워서, 센서가 감지하는 주파수 특성이 광대역 특성을 갖도록 제작되기가 어렵다는 문제점이 있다. 따라서, 부분방전 신호를 검출하기 위한 UHF센서(10)는 주로 수 GHz 대의 초 고주파 대역을 갖는 것이 일반적이다.

가스 절연기기 내부에서 발생된 부분방전 신호 중에서 장거리에서 발생한 부분방전신호는 저주파 영역에서 초고주파 영역의 신호를 모두 포함한다. 하지만, 초고주파 영역(수 GHz) 대의 신호는 발생 당시에는 크기가 크나, 전달되면서 급격하게 감쇄되는 특성을 가지며, 고주파 및 저주파 영역의 신호는 상대적으로 감쇄가 적다. 즉, 가스 절연기기 내부에 발생된 부분방전 신호를 효과적으로 검출하기 위해서는 광대역 특성을 갖는 센서가 이용될 필요성이 있다.

하지만, UHF센서를 가스 절연기기 외함 내에 설치하여 부분방법을 측정하는 장치 및 방법에 의하면 가스 절연기기의 외부에서 발생되는 노이즈의 저감 효과는 있으나, 상술한 바와 같이, UHF센서는 주로 초고주파 대역을 갖는 것이 일반적이므로, 먼 곳에서 발생한 부분방전 신호를 검출함에 있어서 수신 감도가 떨어지는 문제점이 있다.

본 발명은 위와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, PCB 기판에 가스절연기기 내부의 부분방전 신호를 감지하는 부분방전 신호 감지 패턴이 성형되어 쉽게 제작 가능하면서 광대역 특성을 갖는 부분방전 센서 및 이를 이용한 부분방전 검출 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 가스절연기기의 내부에 용이하게 고정되며, 외부의 노이즈에 대해 영향이 적은 부분방전 센서 및 이를 이용한 부분방전 검출 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 부분방전 센서는 PCB 기판과, 상기 PCB 기판에 성형되어 상기 가스절연기기 내부의 부분방전 신호를 감지하는 부분방전 신호 감지 패턴과, 상기 부분방전 신호 감지 패턴에서 감지된 부분방전 신호를 전달받아서, 상기 부분방전 신호를 외부로 인출하는 커넥터로 전달하는 연결단자를 포함한다.

또한, 상기 부분방전 센서는, 상기 PCB 기판을 고정할 수 있는 고정부를 더 포함할 수도 있다.

또한, 상기 PCB 기판의 캐패시턴스는 1 내지 100 pF일 수도 있다.

또한, 상기 부분방전 센서의 주파수 대역은 10 MHz 내지 1 GHz일 수도 있다.

또한, 상기 PCB 기판은 판 형상일 수도 있다.

본 발명에 따른 부분방전 검출 장치는 외함과, 상기 외함 내에 위치하는 내부 도체와, 상기 외함과 상기 내부 도체를 절연시키는 절연가스를 포함하는 가스절연기기 내부의 부분방전을 검출하는 부분방전 검출장치로서, 부분방전 센서와, 상기 부분방전 센서의 상기 연결단자와 연결되어 상기 부분방전 센서로 검출된 부분방전 신호를 전달받아 외부로 인출하는 커넥터를 포함하며, 상기 부분 방전 센서는 상기 외함 내에 위치한다.

또한, 상기 부분방전 센서는 상기 외함의 내벽에 부착될 수도 있다.

또한, 상기 커넥터는 상기 외함 외벽에 부착될 수도 있다.

또한, 상기 커넥터와 상기 부분 방전 센서는 상기 외함에 통공을 형성하여 연결할 수도 있다.

본 발명에 따른 부분방전 센서는 PCB 기판 위에 부분방전 신호 감지 패턴을 성형하므로 쉽게 광대역의 주파수 특성을 가지도록 제작될 수 있다. 따라서, 장거리에서 발생된 부분방전 신호도 검출이 가능하다는 이점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 부분방전 센서는 가스 절연기기의 내부에 설치되어, 외부 노이즈의 영향을 받지 않는 부분방전 검출 장치를 구성할 수 있는 이점이 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 부분방전 센서(100)의 개략적인 사시도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 부분방전 센서(100)는 판 형상의 PCB 기판(110)에 부분방전 신호를 감지하기 위한 부분방전 신호감지 패턴(120)이 성형되어 형성된다.

PCB 기판(110)이 판 형상으로 형성됨으로써, 부분방전 센서(100)의 전체 높이가 낮아지게 된다. 자세히 후술하겠지만, 부분방전 센서(100)의 높이가 낮아지면 가스절연기기 외함 내벽에 직접 부착되더라도 가스절연기기의 절연특성에 문제를 일으키지 않게 된다.

PCB 기판(110)의 절연 특성에 따른 캐패시턴스(capacitance) 용량은 가스 절연기기 내부에서 발생한 부분방전 신호를 커플링하는 역할을 수행하게 된다. 가스 절연기기 내부에서 발생된 부분방전 신호는 저주파 영역에서 초고주파 영역의 신호를 모두 포함하므로, PCB 기판(110)의 캐패시턴스(capacitance) 용량은 1 내지 100 pF의 범위에 있을 때 부분방전 센서(100)의 감도가 우수하다.

PCB 기판(110)에는 회로 특성을 나타내는 패턴의 형성이 용이하다. 따라서, UHF 센서에 비해 부분방전을 검출하는 부분방전 신호감지 패턴(120) 형성이 매우 용이하며, 그만큼 다양한 형태의 패턴을 형성할 수 있다. 부분방전 신호감지 패턴(120)은 코일형 뿐만 아니라, 원형, 스파이럴형, 다각형 형 등의 다양한 형태로 구현이 가능하여, 각 형태마다 센서의 감도 특성을 달리하게 된다.

따라서, 본 실시예에 따른 부분방전 센서(100)에 의하면 PCB 기판(110)에 부분방전 신호 감지 패턴(120)을 성형하여 형성하므로, 광대역으로 제작이 어려운 UHF 센서와 달리, 주파수 대역이 수 MHz 내지 수 GHz에 이르는 광대역 특성을 가진 부분방전 센서(100)를 용이하게 제작할 수 있다. 가스 절연기기의 내부의 부분방전 신호의 주파수 특성상 부분방전 센서(100)는 10MHz 내지 1GHz의 범위의 주파수 특성을 가지는 것이 바람직하다.

도 4 및 도 5는 본 실시예에 따른 부분방전 센서(100)와 종래의 UHF 센서를 이용해 가스 절연기기 내부의 부분방전 신호를 검출한 결과를 나타내는 그래프이다.

도 4 및 도 5에서, 그래프(a)는 본 실시예에 따른 부분방전 센서(100)를 이용해 가스 절연기기 내부의 부분방전 신호를 검출한 결과를 나타낸다. 반면, 그래프(b)는 종래의 UHF 센서를 이용해 가스 절연기기 내부의 부분방전 신호를 검출한 결과를 나타내며, UHF 센서는 가스 절연기기의 외함 내부에 설치된다.

도 4는 시간영역에서 시간대별로 검출되는 부분방전 신호를 도시한 그래프이다. 도 4의 그래프(a) 및 그래프(b)의 중앙부에 점선으로 표시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 부분방전 센서(100)가 UHF 센서에 2 배 내지 3배 큰 신호를 검출하는 것을 알 수 있다. 또한, 그래프(a)에서는 그래프(b)에서 검출되지 않은 부분 방전 신호가 검출된 것을 알 수 있다. 즉, 본 실시예에 따른 부분방전 센서(100)에 의하면 종래의 UHF 센서에 비해 고감도의 센싱이 가능하다.

도 5는 주파수 영역에서의 검출된 부분방전 신호를 도시한 그래프이다. 본 실시예에 따른 부분방전 센서(100)는 종래의 UHF 센서에 비해 손쉽게 광대역 주파수 응답 특성을 가지도록 제작할 수 있으므로, 도 5에 도시된 바와 같이, 광대역에 걸쳐 부분방전 신호가 검출되도록 할 수 있다. 즉, 본 실시예에 따른 부분방전 센서(100)는 종래의 UHF 센서에 비해 초고주파 영역 뿐만 아니라 고주파 영역의 응답 특성이 좋아서 장거리에 발생한 부분방전 신호도 검출이 가능하다.

다시 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 부분방전 센서(100)는 부분방전 신호감지 패턴(120)에서 감지된 부분방전 신호를 외부로 인출하는 커넥터에 연결될 수 있는 연결단자(130)를 포함한다. 상기 커넥터에 대해서는 상세히 후술한다. 또한, 가스 절연기기에 부착이 용이하도록 해주는 고정부(140)를 포함한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 고정부(140)는 통공으로 형성되어, 센서(100)를 부착하고자 하는 위치에 볼트 등을 이용해 고정할 수 있도록 해준다. 하지만 이에 한정되는 것은 아니며, 고정부(140)가 접착력을 가져서, 부착하고자 하는 위치에 센서를 접착할 수 있도록 할 수도 있다. 즉, 가스 절연기기에 센서(100)를 용이하게 부착할 수 있는 어떠한 형태라도 채택이 가능하다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 부분방전 검출장치(210)가 설치된 가스 절연기기(400)의 개략적인 부분 단면도이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 부분방전 검출장치(210)는 부분방전 센서(100)와 커넥터(200)를 포함한다.

부분방전 검출장치(210)에 이용되는 부분방전 센서(100)는 앞에서 자세히 설명하였으므로 그 구성에 대한 설명은 생략한다. 본 실시예에 따르면, 부분방전 센서(100)는 가스절연기기(400)를 구성하는 외함(310)의 내측에 설치된다. 부분방전 센서(100)가 외함(310) 내측에 설치됨으로써 외부 노이즈가 부분방전 센서(100)에 미치는 영향을 최소화 할 수 있다.

부분방전 센서(100)는 도 2에 도시된 바와 같이, 외함(310)에 별도의 통공을 형성하여 외함(310) 내측에 설치될 수도 있다. 즉, 종래의 감시창을 설치하여 UHF 센서를 대신하여 부분방전 센서(100)를 설치할 수도 있다. 또한, 외함(310)와 내부도체(330)의 사이 공간 즉, 절연가스(320)가 충진되어 있는 공간에 별도의 구조물을 설치하여 설치될 수도 있다.

하지만, 부분방전 센서(100)는 그 높이가 작으므로, 종래와 같이 별도의 감시창을 설치하지 않고 즉, 외함(310)의 내측 벽에 직접 부착되어 설치되어도 가스 절연기기(400)의 절연 특성에 큰 문제를 일으키지 않는다. 또한, 별도의 구조물을 이용해 부분방전 센서(100)를 외함(310)의 내측에 설치하는 경우, 부분방전 검출장치의 구조가 복잡해지고 가스 절연기기(400)의 절연 특성에 문제를 일으킬 염려가 있다. 따라서, 도 6에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서는 부분방전 센서(100)를 외함(310)의 내측 벽에 직접 부착하여 설치한다. 이때, 부분방전 센서(100)에 고정부(140)(도 3 참조)가 형성되어 있는 경우, 부분방전 센서(100)는 고정부(140)를 이용해 외함(310)의 내측 벽에 부착한다.

이와 같이, 부분방전 센서(100)는 외함(310)의 내측 벽에 직접 부착되어 설치하는 경우, 따라서, 부분방전 센서를 설치하기 위한 통공이 형성된 외함을 별도로 제작하지 않아도 되므로, 외함 제작에 필요한 원가가 절감되는 효과가 있으며, 가스 절연기기(400)에 부분방전 검출장치(210)을 간단하게 설치할 수 있는 이점이 있다.

본 실시예에 따른 부분방전 검출장치(210)는 부분방전 센서(100)에서 검출된 부분방전 신호를 외부로 인출하기 위한 커넥터(200)를 포함한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 커넥터(200)는 외함(310)의 외측벽에 고정되며, 작은 통공(201)을 형성하여 부분방전 검출장치(210)의 연결단자(130)(도 3 참조)와 직접 연결된다. 커넥터가(200)가 연결단자(130)과 연결된 후에는 통공(201)의 틈새는 절연가스(320)의 기밀 유지를 위하여 밀폐된다. 본 실시예에 따르면 외함(310)의 외측벽에 간단히 통공(201)를 형성하고 커넥터(200)를 부분방전 센서(100)와 연결하게 되므로, 부분방전 검출장치(210)가 용이하게 설치 가능하다. 커넥터(200)가 외함(310) 외부에 설치되므로, 커넥터(200)에 의해 가스 절연기기(400) 내부의 절연 특성에 영향을 미치지 않게된다.

또한, 커넥터(200)은 외함(310)에 통공을 형성해 연결단자(130)에 의해 직접 연결되므로, 센서(100)에서 검출된 부분방전 신호를 외부로 인출하기 위해 외함(310) 내부에 별도의 장치를 설치하지 않아도 되므로, 부분방전 검출장치(210)의 구조가 간단해지는 이점이 있으며, 가스 절연기기(400)의 절연 특성에 안좋은 영향 을 주지 않는다.

도 1a는 외장형 센서를 가스 절연기기의 외부에 설치하여 부분방전을 측정하는 장치 및 방법의 개념을 나타내는 평면도이다.

도 1b는 도 1a에 도시된 장치의 단면도이다.

Claims

가스절연기기 내부의 부분방전 신호를 측정하기 위한 부분방전 센서로서,

PCB 기판,

상기 PCB 기판에 성형되어 상기 가스절연기기 내부의 부분방전 신호를 감지하는 부분방전 신호 감지 패턴,

상기 부분방전 신호 감지 패턴에서 감지된 부분방전 신호를 전달받아서, 상기 부분방전 신호를 외부로 인출하는 커넥터로 전달하는 연결단자를 포함하는 것을 특징으로 하는 부분방전 센서.
제1항에 있어서,

상기 부분방전 센서는, 상기 PCB 기판을 고정할 수 있는 고정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부분방전 센서.
제1항에 있어서,

상기 PCB 기판의 캐패시턴스는 1 내지 100 pF인 것을 특징으로 하는 부분방전 센서.
제1항에 있어서,

상기 부분방전 센서의 주파수 대역은 10 MHz 내지 1 GHz인 것을 특징으로 하 는 부분방전 센서.
제1항에 있어서,

상기 PCB 기판은 판 형상인 것을 특징으로 하는 부분방전 센서.
외함과, 상기 외함 내에 위치하는 내부 도체와, 상기 외함과 상기 내부 도체를 절연시키는 절연가스를 포함하는 가스절연기기 내부의 부분방전을 검출하는 부분방전 검출장치로서,

청구항 1항 내지 5항 중 어느 한 항의 부분방전 센서,

상기 부분방전 센서의 상기 연결단자와 연결되어 상기 부분방전 센서로 검출된 부분방전 신호를 전달받아 외부로 인출하는 커넥터를 포함하며,

상기 부분 방전 센서는 상기 외함 내에 위치하는 것을 특징으로 하는 부분방전 검출장치.
제6항에 있어서,

상기 부분방전 센서는 상기 외함의 내벽에 부착되는 것을 특징으로 하는 부분방전 검출장치.
제6항에 있어서,

상기 커넥터는 상기 외함 외벽에 부착되는 것을 특징으로 하는 부분방전 검 출장치.
제7항에 있어서,

상기 커넥터와 상기 부분 방전 센서는 상기 외함에 통공을 형성하여 연결하는 것을 특징으로 하는 부분방전 검출장치.