KR20110075681A - 전력 변압기를 위한 부분방전 검출장치 - Google Patents

전력 변압기를 위한 부분방전 검출장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 의하면, 전력변압기를 위한 부분방전 검출장치에 있어서, 일정 형태를 가지는 절연체와, 상기 절연체의 내부 또는 외부에 설치되고, 다수의 분할대역의 신호를 각각 수신하는 수신부와, 연결된 동축 케이블과 연동하여, 상기 수신전극의 신호를 상기 동축 케이블로 송출하는 연결전극을 포함하는, 전력변압기를 위한 부분방전 검출장치를 제공할 수 있다.
전력변압기, 부분방전 검출장치, 절연체, 수신전극, 주파수 대역

Description

전력 변압기를 위한 부분방전 검출장치{APPARATUS FOR PARTIAL DISHCARGE DETECTION TO POWER TRANSFORMER}
전력 변압기를 위한 부분방전 검출장치에 관한 것으로서, 다중 주파수 대역의 신호를 측정할 수 있는 전력 변압기를 위한 부분방전 검출장치에 관한 것이다.
일반적인 전력 변압기를 위한 부분방전 검출장치는 전력기기 내부에서 일정의 절연거리를 유지한 상태로 설치되어 부분방전 신호를 검출한다.
검출 장치의 설치형태는 설치 위치에 따라 2가지 형태로 나뉠 수 있다.
설치 위치가 초고압 변압기 상부인 경우, 종래의 부분방전 검출장치는 절연유가 채워진 상태에서 절연유의 유출을 방지하고 부분방전 신호를 안정적으로 검출할 수 있다. 또한, 종래의 부분방전 검출장치는 가스절연기기에 적용한 센서처럼 넓은 면적을 갖는 수신부를 이용하여 부분방전 신호를 검출할 수 있다. 아울러, 종래의 부분방전 검출장치는 구비되는 점검창이 가스절연기기와 동일한 경우, 가스절연기기의 부분방전 검출장치와 호환하여 사용할 수 있다.
또한, 설치 위치가 변압기의 드레인 벨브(Drain valve) 내부인 경우, 종래의 부분방전 검출장치는 별도의 점검창을 추가로 구비하지 않고, 다양한 위치(상부, 하부, 옆면 등)의 센서 설치가 가능하다. 이러한 경우, 종래의 부분방전 검출장치는 밸브를 통해 절연유의 유출을 막은 상태에서 설치되기 때문에 안정적으로 설치될 수 있다.
도 1 및 도 2는 종래의 부분방전 검출장치를 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래의 부분방전 검출장치(10)가 전력 변압기 상부에 설치된 경우를 볼 수 있다.
부분방전 검출장치(10)는 수신부(11)와 점검창(12, 13)을 포함하며, 연결된 N-type 커넥터(14) 및 동축 케이블(15)을 통해 전력 변압기로부터 검출된 신호를 송출한다.
도 2를 참조하면, 종래의 부분방전 검출장치(20)가 드레인 밸브에 설치되는 경우를 볼 수 있다.
이때, 부분방전 검출장치(20)는 신호 입력단(21)과 신호 출력단(22)를 별도로 구비하고, 평행 커플러 형태로 입력에 연결된 수신부(23a) 및 출력에 연결된 수신부(23b)를 포함할 수 있다.
그러나, 부분방전 검출장치가 변압기 상부에 설치되는 경우, 센서의 설치가 불가능할 수 있다. 설사, 센서가 설치될 수 있더라도, 센서의 설치 위치는 한정적이어서 부분방전 신호 검출의 범위가 제한될 수 있다. 또한, 변압기 하부에서 발생하는 부분방전 신호는 거리 및 내부 구성요소로 인해 감쇄(절연유 및 권선 등의 영향)될 수 있기 때문에, 신호 검출에 어려움이 있을 수 있다.
이에 반해, 부분방전 검출장치가 Drain-valve에 설치되는 경우, 입력과 출력 이 별도로 구비되어 안테나 기능이 외에 커플러 기능을 갖기 때문에 신호를 주입하고 출력신호를 얻을 수 있는 형태가 가능하다. 이러한 경우, 절연유의 유출을 막을 수 있는 Drain-valve에 설치되어 설치 및 분리 시에 용이한 구조를 가질 수 있다.
한편, 부분방전 검출장치는 주로 원형, 동일한 형상의 2개의 반원형태 또는 긴 모노폴 형태로 구현되기 때문에, 광대역 신호를 검출하기 어려운 문제점이 있을 수 있다.
또한, 부분방전 검출장치는 단일 형상 및 동일한 형상으로 구성되어 고정된 파장 길이를 가질 수 있다. 특히, 다이폴 안테나 구조는 도 3에 도시된 파장의 길이에 따라 크기가 결정될 수 있다. 이러한 경우, 부분방전 검출장치는 단일 공진주파수를 갖는 좁은 대역폭을 갖기 때문에 부분방전 검출 시에 넓은 대역의 부분방전 신호 검출을 하는데 한계가 있을 수 있다.
부분방전 시 발생하는 주파수 대역은 일반적으로 0.5~1.5GHz이며, 넓은 주파수 대역의 신호를 수신하기 위해서는 광대역의 특성이 필요하다. 그러나, 부분방전 검출장치가 단일 형상 및 동일한 형상으로 구현되면, 광대역을 갖기에 물리적으로 파장 길이가 종속되기 때문에 구현이 힘들 수 있다.
본 발명의 실시 예들은 다수의 분할대역을 통해 전력변압기의 부분방전 신호를 검출하기 위한 전력 변압기를 위한 부분방전 검출장치가 제공된다.
또한, 선택적으로 지정된 주파수 대역의 부분 방전 신호를 검출하기 위한 전력 변압기를 위한 부분방전 검출장치가 제공된다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 전력변압기를 위한 부분방전 검출장치에 있어서, 일정 형태를 가지는 절연체와, 상기 절연체의 내부 또는 외부에 설치되고, 적어도 하나 이상의 분할대역의 신호를 수신하는 적어도 하나 이상의 수신전극을 구비한 수신부와, 연결된 동축 케이블과 연동하여, 상기 수신전극의 신호를 상기 동축 케이블로 송출하는 연결전극을 포함하는, 전력변압기를 위한 부분방전 검출장치를 제공한다.
이때, 상기 분할대역은 전체 주파수 대역 중 상기 전력변압기의 부분 방전 신호를 검출하기 위해 분할된 다수의 신호 대역인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 수신부는 모노폴 구조인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 수신부는 각 분할대역의 신호를 수신하기 위한 적어도 하나 이상의 수신전극을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 하나 이상의 수신전극은 각 분할대역의 신호를 측정할 수 있도록 서로 다른 파장을 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 하나 이상의 수신전극은 상기 절연체를 중심으로 대치하도록 설치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 의하면, 부분방전 검출장치는 넓은 주파수 대역의 신호를 다수의 분할된 대역을 통해 수신함으로써, 광대역의 주파수 신호 처리를 할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 부분방전 검출장치는 분할대역별 서로 다른 파장을 갖는 수신전극을 선택적으로 설치하여, 원하는 대역의 신호를 검출하도록 구현할 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 부분방전 검출장치를 보여주는 도면이다.
도 4를 참조하면, 부분방전 검출장치(100)는 전력 변압기(30)의 상부 또는 하부의 드레인 밸브(40)에 설치된 것을 볼 수 있다.
그리고, 부분방전 검출장치(100)는 N-type 커넥터(200) 및 동축 케이블(300)을 통해 부분방전 신호 처리장치(400)와 연동할 수 있다.
부분방전 검출장치(100)는 전력 변압기에서 발생하는 부분방전 신호대역(0.5~1.5GHz, UHF대역)을 검출하기 위해, 다수로 분할된 다중 대역의 신호를 각각 검출하는 수신부를 구비하는 것이 바람직하다.
특히, 부분방전 검출장치(100)의 수신부는 부분방전 신호대역의 다수 분할대역(이를 테면, 4개의 주파수 대역(제1대역 (0.5~0.75GHz), 제2대역 (0.75~1.00GHz), 제3대역 (1.00~1.25GHz), 제4대역(1.25~1.5GHz))별로 구비되며, 각 대역별 신호를 검출할 수 있는 파장 길이를 갖도록 구현될 수 있다.
이때, 수신부의 구조는 미앤더 라인(Meander-line) 혹은 사각 스파이럴(Rectangular Spiral) 구조, 동일 전극이 마주보는 대칭 구조 중 하나로 구현될 수 있으며, 특성상 좁은 면적에 넓은 파장 길이를 가질 수 있다. 그리고, 수신부는 부분방전 검출장치(100)의 절연체 외부에 부착 설치되거나 내부에 삽입 설치된 형태로 구비될 수 있다.
먼저, 도 5a 및 도 5b는 수신부가 절연체의 외부에 설치된 경우의 부분장치(100)을 보여준다.
도 5a는 부분장치(100)의 종측면을 보여주는 도면이고, 도 5b는 부분장치(100)의 단면을 보여주는 도면이다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 부분방전 검출장치(100)는 절연체(120)와 수신부(131 내지 133)와 하부전극(140)과 연결전극(110)을 포함한다.
절연체(120)는 일정 형태(사각 또는 6각과 같은 등각 형태)로 구현될 수 있으며, 열에 견고한 아크릴이나 에폭시(epoxy)로 구성될 수 있다.
수신부(131 내지 134)는 절연체의 내부 또는 외부에 설치되고, 다수의 분할대역의 신호를 각각 수신한다.
이러한 수신부(131 내지 134)는 절연체(120)의 외부에 에칭 가공 또는 나사로 고정 설치될 수 있으며, 모노폴 구조로 구현될 수 있다.
또한, 수신부(131 내지 134)는 각 분할대역의 신호를 수신하기 위한 적어도 하나 이상의 수신전극(131 내지 134)을 포함할 수 있다.
상기 분할대역은 전체 주파수 대역 중 상기 전력변압기의 부분 방전 신호를 검출하기 위해 분할된 다수의 신호 대역으로서, 각 분할대역 별로 수신전극(131 내지 134)이 구비될 수 있다.
수신전극(131 내지 134)의 재질은 절연유에 대한 부식을 최소화하기 위해 알루미늄, 스테인리스 재질을 사용할 수 있다. 그리고, 각 수신전극(131 내지 134)은 절연체(120)를 둘러싸도록 위치되며, 하부전극(140)과 연결된다. 그리고, 하부전극(140)은 연결전극(110)을 통해 N-type 커넥터(200)와 연결된다.
아울러, 수신전극(131 내지 134)은 서로 다른 대역의 1/4 파장 길이를 갖는 구조가 될 수 있으며, 그에 따라 부분방전 검출장치(100)는 다중 대역의 신호를 검출할 수 있다.
도 6을 참조하면, 수신전극(131 내지 134)이 서로 다른 파장을 갖기 때문에 형성되는 서로 다른 인덕턴스를 볼 수 있다.
또한, 수신전극(131 내지 134)은 절연체(120)를 중심으로 대치하도록 설치됨에 따라, 소정의 수신전극(이를 테면, 131과 133, 132와 134)간에는 커패시턴스가 존재할 수 있다.
따라서, 안테나의 수신부 역할을 하는 수신전극(131 내지 134)에는 일종의 병렬 공진회로가 형성될 수 있다.
특히, 절연체(120)를 기준으로 동일한 간극을 갖기 때문에 동일한 커패시턴스가 존재하지만, 전체 공진회로는 서로 다른 파장을 형성하는 인덕턴스로 인해 서로 다른 공진 주파수를 가질 수 있다.
다시 말해, 수신전극(131)의 인덕턴스는 전체적으로 보면 서로 다른 4개의 공진 주파수를 형성할 수 있게 된다. 그리고, 병렬 구조의 공진회로가 서로 인접한 4개의 병렬회로이므로, 인접한 회로간 상호작용으로 인해 추가 대역을 형성할 수 있다.
한편, 도 7a 및 도 7b는 수신부(135 내지 137)이 절연체(121) 내부에 설치되는 경우의 부분방전 검출장치(101)를 보여주는 도면이다.
도 7a는 부분방전 검출장치(101)의 종측면을 보여주는 도면이고, 도 7b는 도 7a에 도시된 부분방전 검출장치(101)의 단면을 보여주는 도면이다.
도 7a 및 도 7b를 참조하면, 부분방전 검출장치(101)의 수신부(135 내지 137, 151, 152)은 절연체(121) 내부에 설치되며, 서로 평행하게 고정 설치된 것을 볼 수 있다.
이를 위하여, 수신부(135 내지 137, 151, 152)는 다수의 수신전극(135 내지 137)과, 적어도 하나 이상의 평행유지전극(151, 152)을 포함할 수 있다.
수신전극(135 내지 137)은 절연체(121)의 내부에 설치되며, 각 분할대역별 신호를 수신할 수 있도록 다수의 전극판이 평행되도록 설치될 수 있다.
평행유지전극(151, 152)는 각 수신전극(135 내지 137)의 평행을 유지시키기 위해 삽입 설치되는 것으로, 각 수신전극(135 내지 137)와 동일한 재질로 구현되는 것이 바람직하다.
또한, 절연체(121)는 내부에 설치되는 수신부(135 내지 137, 151, 152)을 몰딩(Molding)하도록 구현될 수 있다.
이러한 절연체(121)는 몰딩된 수신부(135 내지 137, 151, 152)의 부식을 절연유로부터 보호할 수 있도록, 구리, 알루미늄, 스테인리스와 같이 전도도가 높은 재질로 구성될 수 있다.
절연체(121) 내부에 설치된 수신전극(135 내지 137)은 일정한 간격으로 평행 배열되어 있고, 각 연결전극(151, 152)을 통해 연결되어 있다.
이에 따라, 수신전극(135 내지 137)은 도 8에 도시된 바와 같이 일정한 간격으로 수신전극 간의 커패시턴스를 유지할 수 있다.
특히, 서로 평행으로 배열된 수신전극(136의 상판 및 135, 136의 하판 및 137)은 서로 다른 인덕턴스를 가지기 때문에 다중 공진회로가 존재할 수 있다. 이와 같은 수신전극(135)를 통해 부분방전 신호 검출을 하려면, 광대역 검출 장치가 필요하며, 이를 구현하기 위해 다중 공진 방식을 이용할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 부분방전 검출장치의 반사 손실 그래프 를 보여주는 도면이다.
도 9를 참조하면, 반사 손실 그래프는 부분방전 검출장치(100, 101)를 변압기 모의시험용 챔버(chamber)에 연결하여 시험한 결과로서, 4개로 분할된 분할대역(A 내지 D)으로 측정된 신호를 표시하고 있다.
이때, 설계된 분할대역(A 내지 D)은 각 대역을 위한 공진 주파수의 1/4 파장 길이에 맞도록 설계되었으며, 본 발명의 일 실시 예에 따라 제1대역 (0.5~0.75GHz), 제2대역 (0.75~1.00GHz), 제3대역 (1.00~1.25GHz), 제4대역(1.25~1.5GHz)을 포함한다.
결과적으로, 반사 손실 그래프는 각 분할대역(A 내지 D)내의 공진 주파수 a 내지 d를 검출할 수 있다.
나아가, 부분방전 검출장치(100, 101)는 미리 지정된 대역만의 신호를 검출하도록 구현될 수도 있다. 이를테면, 부분방전 검출장치(100, 101)의 각 수신전극(131 내지 137)을 상기 지정된 대역별로 구비함으로써, 부분방전 검출장치(100, 101)는 연속하는 주파수 대역의 신호가 아니라 사용자나 개발자에 의해 지정된 주파수 대역의 신호를 선택적으로 검출할 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사 용 가능한 것일 수도 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1, 도 2는 종래의 부분방전 검출장치를 보여주는 도면.
도 3은 다이폴 안테나의 방사 형태를 보여주는 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 부분방전 검출장치를 보여주는 도면.
도 5a, 도 5b, 도 6은 도 4에 도시된 부분방전 검출장치의 구성을 보여주기 위한 예시도.
도 7a, 도 7b, 도 8은 도 4에 도시된 부분방전 검출장치의 구성을 보여주기 위한 예시도.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 부분방전 검출장치의 반사 손실 그래프를 보여주는 도면.
<도면의 주요 부에 대한 명칭>
10, 20 : 종래의 부분방전 검출장치 100, 101 : 부분방전 검출장치
110, 111 : 연결전극 120, 121 : 절연체
131 내지 137 : 수신전극 140, 141 : 하부전극
151, 152 : 평행유지전극 200 : N-type 커넥터
300 : 동축 케이블 400 : 부분방전 신호 처리장치
A : 제1대역 B : 제2대역
C : 제3대역 D : 제4대역

Claims (6)

  1. 전력변압기를 위한 부분방전 검출장치에 있어서,
    일정 형태를 가지는 절연체;
    상기 절연체의 내부 또는 외부에 설치되고, 적어도 하나 이상의 분할대역의 신호를 수신하는 적어도 하나 이상의 수신전극을 구비한 수신부; 및
    연결된 동축 케이블과 연동하여, 상기 수신전극의 신호를 상기 동축 케이블로 송출하는 연결전극을 포함하는, 전력변압기를 위한 부분방전 검출장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 분할대역은
    전체 주파수 대역 중 상기 전력변압기의 부분 방전 신호를 검출하기 위해 분할된 다수의 신호 대역인 것을 특징으로 하는, 전력변압기를 위한 부분방전 검출장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 수신부는
    모노폴 구조인 것을 특징으로 하는, 전력변압기를 위한 부분방전 검출장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 수신부는
    각 분할대역의 신호를 수신하기 위한 적어도 하나 이상의 수신전극을 포함하는 것을 특징으로 하는, 전력변압기를 위한 부분방전 검출장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 하나 이상의 수신전극은
    각 분할대역의 신호를 측정할 수 있도록 서로 다른 파장을 갖는 것을 특징으로 하는, 전력변압기를 위한 부분방전 검출장치.
  6. 제4항에 있어서, 상기 하나 이상의 수신전극은
    상기 절연체를 중심으로 대치하도록 설치되는 것을 특징으로 하는, 전력변압기를 위한 부분방전 검출장치.
KR1020090132198A 2009-12-28 2009-12-28 전력 변압기를 위한 부분방전 검출장치 KR101095778B1 (ko)

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