KR20130090777A

KR20130090777A - 절연기의 소산 계수를 측정하기 위한 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20130090777A
Application number: KR1020127032171A
Authority: KR
Inventors: 스테파노 롤리; 로베르티스 지안파올로 드; 스테파노 세라; 지안 카를로 몬타나리
Original assignee: 테크임프 테크놀로지스 에스.알.엘.
Priority date: 2010-06-29
Filing date: 2011-06-22
Publication date: 2013-08-14
Also published as: US20130106442A1; US9035659B2; IT1400650B1; WO2012001586A1; BR112012033558A2; CN102959409A; ITBO20100414A1; EP2588872B1; EP2588872A1

Abstract

전기 신호(4)를 픽업하는 지점(point)을 형성하는 탭 어댑터(3)를 구비한 중전압(medium voltage) 또는 고전압(high voltage)용 절연기(2)의 손실 계수(loss factor)를 측정하기 위한 장치(1)로서, 상기 장치(1)는 상기 탭 어댑터에 연결가능한 제1 전극(10), 및 제2 전극(11)을 가진 알려진 커패시턴스 값의 기준 커패시터(reference capacitor)(9)와; 상기 기준 커패시터(9)에 인가된 전압을 나타내는 신호를 검출하기 위하여 상기 기준 커패시터(9)의 상기 제1 전극(10)에 동작적으로(operatively) 연결되는 제1 전압 검출 모듈(12)과; 상기 절연기에 직류 전류(direct electric current)를 주입하기 위하여 상기 기준 커패시터(9)의 상기 제1 전극(10)에 연결된 제너레이터 모듈을 포함한다.

Description

절연기의 소산 계수를 측정하기 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR MEASURING THE DISSIPATION FACTOR OF AN INSULATOR}

본 발명은 절연기의 손실 계수(loss factor)를 측정하기 위한 기기 및 방법에 관한 것이다.

보다 구체적으로, 본 발명은 전기 신호를 픽업하기 위한 지점(point)을 형성하는 탭 어댑터(tap adapter)를 구비한, 중전압(medium voltage) 또는 고전압(high voltage)용 절연기(부싱(bushing)이라고도 칭함)의 손실 계수를 측정하기 위한 기기 및 방법에 관한 것이다.

보다 자세히는, 본 발명은 중전압 또는 고전압 변환기(transformer)의 절연체, 다시 말하자면, 변환기 자체의 케이싱(casing)과 관련하여 (또는 3상 장비의 경우에는 다른 도체들과 관련하여) 변환기 밖으로 나오는 도체를 절연시키도록 된 절연기의 손실 계수를 측정하기 위한 기기 및 방법에 관한 것이다.

손실 계수-손실각(loss angle) 또는 탄 델타(tan delta)라고도 알려져 있음-는 완전 시스템(perfect system)의 전기적 거동(electric behaviour)에 대한 실제 커패시터(또는 실제 절연 시스템)의 전기적 거동의 편차(deviation)의 척도이다.

사실상, 교류 전압이 완전 커패시터에 인가된 상태에서 완전 커패시터를 통해 흐르는 전류(평면에서 벡터로 표현될 수 있음)는 전압에 비해 직각 위상에 있는바, 다시 말하자면, 상기 전류는 전압 벡터로부터 90도 변위된(displaced) 벡터에 대응한다.

반면에, 완전하지 않은 (그리고 따라서 그 전도도(conductance)가 0이 아닌) 유전체 재료를 포함하는 실제 커패시터에서, 전압과 전류는 90도 미만의 각도로 변위되어 있고, 90도와 실제 변위각도(displacement angle) 사이의 차는 델타로 표시되는 각도이다.

손실 계수(또는 탄 델타, 또는 역률(power factor), 또는 손실각)은 각도 델타의 탄젠트이다.

일반적으로, 탭 어댑터는 절연기를 통해 흐르는 에디(또는 누설 또는 손실) 전류를 나타내는 신호를 제공하기 위하여 절연체 내에 위치된 단자를 포함한다. 보통, 탭 어댑터(또한 용량성 탭(capacitive tap)으로도 알려져 있음)는 예컨대, 동축 케이블에서와 같은 차폐된 출력을 갖는다.

손실 계수와 관련된 양을 측정하여 3상 고전압 변환기를 모니터링하기 위하여, 하기에서 간략히 설명되는 몇가지 해법들이 종래 기술로 알려져 있다.

문헌 US4914382는 탭 어댑터와 (측정 변환기(measuring transformer)에 의해 캡쳐 기기에 결합된) 접지(earth) 사이에 저항을 갖는 센서를 기술한다.

이 해법은 절연체를 통해 흐르는 전류와 관련된 신호만을 측정할 수 있게 해주며, 반면, 절연체에 인가된 전압을 나타내는 양이 측정될 수 없다.

이러한 한계 외에도, 이 기술적 해법은, 원치 않는 변위를 유발하는 위험, 그에 따라 사용되는 추가적인 임피던스 디바이스로 인한 측정 정밀도의 감소, 및 센서의 검출 대역폭이 좁아지는 것을 포함하는, 유도성 결합(inductive coupling)(즉, 측정 변환기)의 존재와 관련된 몇가지 단점들을 가진다.

문헌 US6927562는 탭 어댑터와 접지에 걸쳐 연결된 기준 커패시터를 포함하는 센서를 기술한다. 따라서, 기준 커패시터에 인가된 전압을 나타내는 신호를 검출하기 위하여, 탭 어댑터에 연결된 커패시터 전극에서 전압 측정이 행해진다.

그러나, 이 해법 역시, 절연체를 따라 전압과 관련된 신호만을 측정할 수 있게 해주고, 반면, 절연체 내에 흐르는 전류를 나타내는 어떠한 신호의 검출도 허용하지 않는다.

문헌 US4757263는 기준 커패시터에 인가된 전압을 나타내는 신호를 검출하기 위한 용량성 분배기를 구비한 센서를 기술한다. 또한, 문헌 US4757263의 디바이스는 기준 소스와 비교를 행하도록 되어 있다.

그러나, 이 디바이스의 단점은 절연체를 통해 흐르는 전류를 나타내는 어떠한 신호의 검출도 허용하지 않는다는 것이다.

종종, 중전압 또는 고전압 절연기의 탄 델타와 관련된 신호들을 검출하기 위한 디바이스 분야에서, 탄 델타를 추정하는 것 그리고 (만약 절연체 내에 존재한다면) 절연체 내에 존재하는 부분 방전과 관련된 전류 펄스를 검출하는 것 (이 경우에, 고 주파수 성분들을 검출하는 것이 필요하다) 둘 모두에 유용한 신호를 검출하기 위하여 통과대역을 최대화할 필요가 있음에 주목하여야 한다.

사실상, 손실 계수를 추정하는 것과 부분 방전을 분석하는 것은 두 개의 서로 다른, 어떤 점에 있어서 상보적인, 절연 시스템 진단 기법이고, 많은 경우에, 두 기법을 조합하여 사용하는 것이 바람직하다.

이러한 견지에서, 특허 문헌 US6433557는 탭 어댑터로부터 신호를 픽업하기 위한 회로를 기술하며, 상기 회로는 탭 어댑터와 접지에 걸쳐 연결된 기준 커패시터, 및 기준 커패시터에 의해 형성된 회로 레그에 결합된 유도성 결합(즉, 신호 변환기)을 포함한다.

이 시스템은 절연기(저 주파수 성분만을 가짐)에 인가된 전압을 나타내는 신호 및 고 주파수 전류 펄스들을 나타내는 신호를 동시에 측정하도록 되어 있다.

그러나, 이 해법은 절연체 내에 흐르는 전류를 나타내고 탄 델타에 유용한 저 주파수 성분을 갖는 신호의 검출을 허용하지 않는 단점을 가진다.

이 회로는 또한 신호 변환기의(즉, 용량성 결합의) 존재를 필요로 하는 단점을 가져, 변위, 추가적인 임피던스 디바이스의 사용, 및 대역폭 제한의 문제(문헌 US4914382와 관련하여 위에서 언급된 것과 유사함)를 야기한다.

보다 일반적으로, 위에 언급된 디바이스들은 다음의 제한을 가짐에 주목하여야 한다.

이 디바이스들로는, 탄 델타를 직접 유도(즉, 계산에 의해 추정)하기에 충분한 데이터 세트를 직접 검출하는 것이 불가능하다. 사실상, 실제 전압-앰프 측정을 수행하기 위해서, 절연체에 인가되는 고 전압을 측정할 필요가 있을 것이나, 그러한 측정은 관련된 높은 전압 레벨(너무 높아서 탭 어댑터가 사용될 정도임)로 인한 과도한 위험 및 단점들로 인하여 수행되지 않는다.

이러한 견지에서, 모든 종래 기술의 시스템들은 주어진 시점에 측정되는 값들에 기초하여 탄 델타를 추정하기 위한 유의한 데이터(significant data)를 제공할 수가 없다. 따라서, 위에서 언급된 종래 기술의 디바이스들에 의해 제공되는 데이터는, 상대적인 처리(relative processing)를 위해, 다시 말하자면, 이전에 검출된 데이터와의 비교(시간 추세 분석(time-trend analysis))를 위해 또는 다상(poly-phase) 변환기의 서로 다른 위상에서 측정된 데이터 간의 비교를 위해 사용된다.

특허 문헌 JP56112662A로부터, 용량성 소자(capacity element)의 손실 계수를 측정하기 위한 측정 장치가 알려져 있다. 이 장치에서, 전류/전압 컨버터는 측정되는 요소에 직접 연결되고(상기 측정되는 요소는 또한 전압 소스에 연결됨); 사실, 상기 장치는 어떠한 기준 커패시터도 포함하지 않는다.

따라서, JP56112662A의 장치는 중전압 또는 고전압 커패시터의 손실 계수를 측정하는데 사용될 수 없으며, 여기서 커패시터 자체가 탭 어댑터를 통해 액세스가능하고 전압 소스는 액세스 불가능하다.

본 발명의 목적은 위에서 언급된 종래 기술의 단점들을 극복하고 중전압 또는 고전압용 절연기의 손실 계수를 측정하기 위한 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

특히, 본 발명의 목적은 중전압 또는 고전압용 절연기의 손실 계수를 측정하기 위한, 그리고 심지어 다상 변환기의 단상에서 그리고 단일 순간에 측정을 수행함으로써, 탄 델타 추정을 위한 완전하고 유의한 데이터 세트들을 검출할 수 있는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 중전압 또는 고전압용 절연기의 손실 계수를 측정하고 그리고 (탄 델타를 추정, 또는 측정하기 위해 검출된 신호들과 동일한 신호들을 사용하여) 또한 부분 방전 신호들을 검출 및 분석하기 위한 유의한 데이터를 검출할 수 있게 하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 특히 기준 커패시터에서 가능한 변동들(variations)에 감응하는 그리고 강건한 손실 계수의 측정 (또는 추정)을 가능하게 하는 것이다.

이들 목적은 첨부된 청구항들로 특징지어지는 것과 같은 본 발명에 따른 장치 및 방법에 의해 완전히 달성된다.

보다 구체적으로, 본 발명에 따른 장치는, 전기 신호를 픽업하기 위한 지점을 형성하는 탭 어댑터를 구비한, 중전압 또는 고전압용 절연기의 손실 계수를 측정하기 위한 (즉, 추정 목적으로 데이터를 검출하기 위한) 장치이다.

장치는, 탭 어댑터에 연결될 수 있는 제1 전극, 제2 전극을 가진 기준 커패시터, 및 상기 기준 커패시터에 인가된 전압을 나타내는 신호를 검출하도록 상기 기준 커패시터의 상기 제1 전극에 동작적으로 연결된 제1 전압 검출 모듈을 포함한다.

전형적으로, 기준 커패시터는 특히 작은 손실 계수를 갖는 커패시터이며, 구체적으로, 기준 커패시터는, 상기 기준 커패시터의 손실 계수가 기기용으로 바람직한 민감도에 따라 검출되어야 하는 손실 계수의 최소 값보다 낮은 그러한 방식으로 선택된다.

이상적으로, 기준 커패시터의 손실 계수는 널(null)값이어야 한다. 그러나, 실제로, 기준 커패시터는, 위에서 설명된 것과 같이 장치의 민감도와 관련되는 널값이 아닌 손실 계수를 가진다.

바람직하게는, 기준 커패시터는 100nF-20μF 범위 내에 있고, 기준 커패시터의 커패시턴스가 탭 어댑터에 의해 형성된 에디 커패시터보다 일반적으로(상당히) 크다는 사실은, 상기 에디 커패시터 내에 흐르는 전류가 기준 커패시터에 흐르는 전류에 비해 무시가능하다는 것을 보장한다(달리 말하자면, 기준 커패시터 내에 흐르는 전류가 테스트 하의 절연기의 커패시터 내에 흐르는 전류의 대다수를 차지한다.).

본 발명에 따르면, 장치는 접지 및 기준 커패시터의 제2 전극에 연결된 능동(active) 전자 디바이스를 포함하며, 상기 능동 전자 디바이스는 제2 전극의 전위(potential)를 소정의 기준 값으로 유지시키도록 되어 있다. 본 장치는 또한 기준 커패시터를 통해 흐르는 전기 전류를 나타내는 신호를 검출하기 위하여 능동 전자 디바이스의 출력에 동작적으로 연결되는 제2 전압 검출 모듈을 포함한다.

바람직하게는, 제1 전압 검출 모듈은 특히 큰, 구체적으로, 테스트 하의 디바이스의 임피던스보다 현저히 큰 입력 임피던스를 가진다.

바람직하게는, 능동 전자 디바이스는 출력부에 적어도 10 mA의 전류를 제공하기에 적합하다.

마찬가지로, 본 발명은, 전자 신호를 픽업하기 위한 지점을 형성하는 탭 어댑터를 구비한, 중전압 또는 고전압용 절연기의 손실 계수를 측정하기 위한 방법을 제공한다.

본 발명에 따르면, 본 방법은 다음의 단계들을 포함한다.

- 제1 전극 및 제2 전극을 가진 기준 커패시터를 준비하고 상기 제1 전극을 탭 어댑터에 연결하는 단계;

- 접지 및 상기 기준 커패시터의 상기 제2 전극에 연결되며 상기 제2 전극의 전위를 소정의 기준 값으로 유지시키도록 된 능동 전자 디바이스를 준비하는 단계;

- 상기 기준 커패시터의 상기 제1 전극에 연결된 제1 전압 검출 모듈을 사용하여, 상기 기준 커패시터에 인가된 전압을 나타내는 신호를 검출하는 단계;

- 상기 능동 전자 디바이스의 다운스트림에 동작적으로 연결된 제2 전압 검출 모듈을 사용하여, 상기 기준 커패시터를 통해 흐르는 전류를 나타내는 신호를 검출하는 단계.

바람직하게는, 상기 능동 전자 디바이스는 상기 기준 커패시터의 제2 전극을 가상 접지(virtual earth)에 연결된 상태로 유지시키도록 되어 있는바; 달리 말하면, 상기 기준 커패시터의 제2 전극의 전위를 위한 기준 값은 접지 전위이다.

기준 커패시터의 제2 전극의 전위를 안정된 알려진 값(steady known value)으로 유지시키는 것은, 측정을 변질되게 함이 없이, 즉, 회로의 기준 커패시터 레그에 저항 또는 유도성 결합을 포함시킬 필요 없이, 절연체 내에 흐르는 전류를 나타내는 양을 검출할 수 있게 해준다.

따라서, 본 발명은, 절연체에 인가된 전압에 관련된 양을 동시에 검출함으로써 검출될 절연체 내에 흐르는 교류 전류가 검출될 수 있게 해준다. 사실상, 기준 커패시터의 단자들에 걸친 전압은, 그 측정이 (기준 커패시터의 제2 전극의 전위를 동적으로 안정시키는 능동 전자 디바이스의 존재로 인하여) 대응하는 전류 측정에 의해 변질되거나 왜곡됨이 없이 측정된다.

따라서, 본 발명에 따른 장치에 의해 검출될 수 있는 데이터에 기초하여, (단일 변환기의 서로 다른 위상의 절연체들 간의 상대적 처리(relative processing) 또는 검출된 양의 시간 추세 분석(time-trend analysis)에 의존함이 없이 재분류) 동일한 검출 순간에 검출되는 데이터의 함수로서 손실 계수의 양호한 추정을 행하는 것이 가능하다.

사실상, 본 발명에 따른 장치 및 방법은, 기준 커패시터의 비 이상적(non-ideal) 특성에 대해(subject to), (탭 어댑터를 사용하여) 기준 커패시터에 대한 볼트-암페어 측정을 수행할 수 있게 하며, 이는 테스트되고 있는 절연체에 대한 볼트-암페어 측정에 대응한다.

본 발명의 추가적인 양상에 따르면, 본 장치는 절연체에 직접 전류를 주입하기 위한 제너레이터(generator) 모듈을 포함한다(상기 모듈은, 예를 들어, 전류 제너레이터 또는 전압 제너레이터를 포함한다). 보다 구체적으로, 본 모듈은 기준 커패시터의 제1 전극에 의해 정의되는 노드 내에 소정의 전류를 주입하도록 되어 있다.

마찬가지로, 본 발명의 추가적인 양상에 따르면, 본 방법은 절연체 내에 dc 전압 변동(variation)을 생성하기 위하여 기준 커패시터의 제1 전극에 직류 전류(direct electric current)를 주입하는 단계를 포함한다.

이러한 방식으로, 기준 커패시터에 인가되는 전압을 나타내는 신호를 검출하는 단계는, 주입된 직류로 인한 절연체 내의 전압 변동을 등록(register)할 수 있게 해준다.

전압 변동이 절연체 자체의 비 이상적 품질(및 따라서 손실 계수)과 관련되므로, 이 검출은 절연체의 손실 계수를 추정하기 위한 중요한 정보를 제공한다.

바람직하게는, 기준 커패시터의 제1 전극에 연결된, 매우 높은 임피던스를 정의하도록 된 전자 디바이스(예를 들어, 버퍼 구성의 연산 증폭기, 또는 다른 등가의 회로 솔루션)가 존재한다.

유익하게는, 그것은 매우 높은 임피던스를 제공하고(전류 흡수(current absorption)를 방지하고 전압이 정확하게 그리고 정밀하게 측정될 수 있게 해줌) 그리고, 동시에, 다운스트림에 연결된 획득 기기를 구동하고 50 Ohm 입력 단을 가질 수 있는 상태로, 임피던스 적응(impedance adaption)을 제공한다.

본 발명의 추가의 양상에 따르면, 본 장치는 저 주파수 성분(손실 계수를 추정하는데 유용함)과 고주파수 성분(절연체에서 발생하는 부분 방전에 관련된 신호를 검출하는데 유용함) 둘 모두를 가진 신호들의 검출을 가능하게 해준다.

이는 능동 전자 디바이스(및, 필요하다면, 버퍼 구성의 연산 증폭기)가 특히 넓은 통과대역을 형성한다는 사실로 인해 가능하다.

본 발명의 이러한 특징들 및 다른 특징들은 첨부된 도면을 참조로, 바람직한 제한적이지 않은 실시예에 대한 하기의 설명으로부터 자명해질 것이다.
- 도 1은 절연체의 탭 어댑터에 결합된 본 발명에 따른 장치를 개략적으로 도시한다.
- 도 2는 3상 변환기의 절연체에 결합된, 도 1의 장치를 포함하는 측정 기기를 도시한다.
- 도 3은 도 1의 장치의 회로도이다.
- 도 4는 도 1의 장치의 센서의 회로도이다.

도면에서 도면부호 1은 중전압 또는 고전압용 절연기(2)의 손실 계수(또한 탄 델타, 또는 손실 계수라고도 알려져 있음)를 측정하기 위한 장치를 표시한다.

보다 구체적으로, 절연기(2)는 전기 신호(4)를 픽업하기 위한 지점을 형성하는 탭 어댑터(3)를 구비한 절연기이다.

본 발명의 바람직한 응용에서, 장치(1)는 중전압 또는 고전압 변환기(5)의 절연기(2)의 손실 계수를 측정하기 위한 장치이다.

도 2는 장치(1)가 결합된 3개의 중전압 또는 고전압 절연기(2)를 갖는 3상 변환기(5)를 도시한다.

도면부호 C1은 테스트되고 있는 절연기(2)에 대응하는 커패시터를 표시하고, 한편 C2는 탭 어댑터에 의해 형성되는 에디 커패시터를 표시한다.

절연기(2)는 접지에 연결된 바디(8)(예를 들어, 변환기의 케이싱)에 관하여 중전압 또는 고전압 소스(7)에 연결된 도체(6)를 절연시키도록 되어 있다.

절연기(2)는, 예를 들어, 중전압 또는 고전압용 절연기 분야에서 알려져 있는 기법에 따라 복수의 상호 절연된 층들을 형성하도록 감겨져 있는 절연층으로 구성된다.

장치(1)는 탭 어댑터(3)에 연결가능한 제1 전극(10) 및 제2 전극(11)을 갖는 기준 커패시터(9)를 포함한다.

장치(1)는 또한 기준 커패시터(9)에 인가되는 전압을 나타내는 신호를 검출하기 위하여 기준 커패시터(9)의 제1 전극(10)에 동작적으로 연결된 제1 전압 검출 모듈(12)을 포함한다.

바람직하게는, 장치(1)는 또한 능동 전자 디바이스(13)를 포함한다. 장치(13)는 접지 및 기준 커패시터(9)의 제2 전극(11)에 연결된다.

능동 전자 디바이스(13)는 기준 커패시터(9)의 제2 전극(11)의 전위를 소정의 기준 값으로 유지하도록 되어 있다.

바람직하게는, 능동 전자 디바이스(13)는 기준 커패시터(9)의 제2 전극을 접지 전위로 유지하도록 되어 있는바, 다시 말하자면, 기준 커패시터(9)의 제2 전극(11)을 가상 접지로 유지하도록 되어 있다.

그러나, 능동 전자 디바이스(13)는 또한, 항상 디바이스(13)에 의해 또는 디바이스(13)가 그 일부를 이루는 회로에 의해 정의된 알려진 전위라면, 기준 커패시터(9)의 제2 전극(11)을 접지가 아닌 그 전위로 유지하도록 되어 있을 수 있다.

바람직하게는, 능동 전자 디바이스(13)는 능동 전류/전압 컨버터이다.

예시된 예에서, 능동 전자 디바이스(13)는 반전 증폭기 구성으로 저항(132)을 갖는 연산 증폭기(131)를 포함한다.

장치(1)는 또한 기준 커패시터(9)를 통해 흐르는 전류를 나타내는 신호를 검출하기 위하여 능동 전자 디바이스(13)의 출력에 동작적으로 연결된 제2 전압 검출 모듈(14)을 더포함한다.

기준 커패시터(9) 및 능동 전자 디바이스(13)는 절연기(2)의 탭 어댑터(3)에 의해 픽업되는 신호(4)로부터 데이터(즉, 전기 량)를 수집하는 센서(15)의 부분을 형성하여, 절연기의 손실 계수가 유도(즉, 추정)될 수 있게 한다.

이러한 견지에서, 장치(1)는 또한 센서에 의해 수집되는 데이터(즉, 전기 량과 관련된 신호)를 수신하도록 센서(15)에 동작적으로 연결되는 측정 기기(16)를 포함한다는 것에 주목하여야 한다.

예를 들어, 측정 기기(16)는 하나 이상의 동축 케이블(17)에 의해 센서(15)에 연결된다.

측정 기기(16)는,

- 기준 커패시터(9)의 제1 전극(10)에 동작적으로 연결되는 제1 입력(18);

- 능동 전자 디바이스(13)의 출력에 동작적으로 연결되는 제2 입력(19);

- 제1 입력(18)에 연결되는 제1 전압 검출 모듈(12);

- 제2 입력(19)에 연결되는 제2 전압 검출 모듈(14);

- 손실 계수의 값을, 검출된 데이터의 함수로서 (특히, 신호들, 예컨대 제1 및 제2 검출 모듈(12 및 14)에 의해 사용가능하게 된 전압 신호들의 함수로서) 추정하고 그리고 신호들을 캡쳐하고 검출된 데이터를 저장하도록 프로그램된 프로세서(20)를 포함한다.

바람직하게는, 측정 기기(1)는 검출된 데이터를 캡쳐 및 저장하도록 되어있고, 제1 및 제2 입력(18, 19)이 캡쳐 채널을 형성한다.

보다 구체적으로, 프로세서(20)는 동일한 검출 순간에 그리고 동일한 절연기(2)에서 검출되는 데이터의 함수로서 손실 계수의 값을 추정하도록 프로그램된다.

도 2를 참조하여, 장치(1)가 복수의 센서들(15)을 포함하고, 각각의 센서들(15)이 대응하는 절연기(2)에 결합되어 있다는 것에 주목하여야 한다.

이러한 견지에서, 측정 기기(16)는 복수의 각각의 센서(15)에 대해 하나씩, 복수의 캡쳐 채널들을 포함한다.

바람직하게는(그러나 반드시는 아님), 능동 전자 디바이스(13)는 측정 기기(16)의 50 Ohm 입력 임피던스를 드라이브하기에 충분한 전류를 제공하도록 되어 있다. 달리 말하면, 능동 전자 디바이스(13)는 50 Ohm에서 적응된 출력을 갖는다.

바람직하게는, 제1 전압 검출 모듈(12)는 적어도 10 Giga Ohm, 보다 바람직하게는 1 Tera Ohm의 임피던스를 가진다.

바람직하게는, 장치(1)(즉, 장치(1)의 센서(15))는, 기준 커패시터(9)의 제1 전극(10)에 연결된 버퍼 구성의 연산 증폭기(21)를 포함한다.

제1 전압 검출 모듈(12)은 버퍼 구성의 연산 증폭기(21)의 출력에 동작적으로 연결된다.

이는 (버퍼 구성의 연산 증폭기(21)에 의해 정의된 그리고 절연기(2)에 인가된 전압에 관한 양을 측정하기 위해 필요한) 매우 높은 임피던스를 측정 기기(16)의 (보다 구체적으로는, 측정 기기(16)의 제1 입력의) 50 Ohm 입력 임피던스로 조정할 수 있게 한다.

바람직하게는, 버퍼 구성의 연산 증폭기(21)가 광대역을 정의하도록 구성되어 부분 전기 방전에 관련된 전기 펄스들을 나타내는 전기 신호들이 검출될 수 있게 해준다. 이 고-주파 신호들(또는 신호 성분들)은 기준 커패시터(9)의 제1 전극(10)에서 전압 신호 내에 존재한다.

(버퍼 구성의 연산 증폭기(21)에 의해 정의된) 광대역은 바람직하게는 0 Hz의 하한 주파수(lower cut-off frequency) 및 적어도 100 kHz, 더욱 바람직하게는, 적어도 1 MHz의 상한 주파수(upper cutoff frequency)를 가진다.

바람직하게는, 능동 전자 디바이스(13)가 광대역을 정의하도록 구성되어, 제2 전압 검출 모듈(14)이 부분 방전과 관련된 전기 펄스들을 나타내는 고 주파 전기 신호들을 검출할 수 있게 한다. 이 고 주파 신호들(또는 신호 성분들)은 기준 커패시터(9)를 통해 흐르는 전류 내에 존재한다.

(능동 전자 디바이스(13)에 의해 정의되는) 광대역은 바람직하게는 0 Hz의 하한 주파수 및 적어도 100 kHz, 더욱 바람직하게는 적어도 1 MHz의 상한 주파수를 가진다.

바람직하게는, 장치(1)(및 더욱 구체적으로는, 장치(1)의 센서(15))는 기준 커패시터(9)의 제1 전극(10)과 제2 전극(11)에 걸쳐 연결된 과전압 보호 디바이스(22)(예를 들어, 서지 피뢰기(surge arrester))를 포함한다.

바람직하게는, 장치(1)(및 더욱 구체적으로, 장치(1)의 센서(15))는 또한 기준 커패시터(9)의 제2 전극(11)과 접지에 걸쳐 연결된 과전압 보호 디바이스(23)를 포함한다.

바람직하게는, 과전압 보호 디바이스(22, 23)는 비활성 가스(inert gas) 방전 튜브 타입("GDT"라고도 알려져 있음)의 서지 피뢰기(surge arrester)를 포함한다. 바람직하게는, 과전압 보호 디바이스(22, 23)는, 특히, 서지 피뢰기 디바이스가 연장된 그리고 연속적인 동작을 하는 경우에, 디바이스(서지 피뢰기) 그 자체가 작동하기 시작하면 회로를 이들이 연결된 레그와 단락시키도록 된 안전 장치를 구비한다.

장치(1)(및 보다 구체적으로는, 장치(1)의 센서(15))는, 디바이스(13) 자체의 고장(fault)에 응답하여 능동 전자 디바이스(13)를 컷아웃(cut out)시키기 위하여, 기준 커패시터(9)의 제1 전극(10)을 수동 전기 부품(예컨대, 저항)에 연결하도록 능동 전기 디바이스(13)에 연결된 바이패스 회로(도면에 도시되지 않음)를 더 포함한다.

탭 어댑터(3) 내의 픽업 지점(4)이 플로팅으로 남겨지지 않게 하기 위하여(안전의 이유) 바이패스 회로가 노드(10)를 수동 부품으로 우회시키도록 되어 있음에 주목하여야 한다.

또 다른 양상으로, 본 발명은 전기 신호를 픽업하기 위한 지점을 형성하는 탭 어댑터(3)를 구비한 중전압 또는 고전압용 절연기(2)의 손실 계수를 측정하기 위한 장치(1)를 제공하며, 상기 장치(1)는,

- (탭 어댑터(3)에 연결가능한 제1 전극(10), 및 제2 전극(11)을 가진) 기준 커패시터(9);

- 기준 커패시터(9)에 인가된 전압을 나타내는 신호를 검출하기 위하여 기준 커패시터(9)의 제1 전극에 동작적으로 연결되는 제1 전압 검출 모듈(12)을 포함한다.

본 발명에 따르면, 장치(1)는, 직류(direct electric current)를 절연체에 주입하기 위하여 기준 커패시터(9)의 제1 전극(10)에 연결된 제너레이터 모듈(24)을 포함한다.

더욱 구체적으로는, 제너레이터 모듈(24)은 소정의 전류를 기준 커패시터(9)의 제1 전극(10)에 의해 정의된 노드에 주입하도록 되어 있다. 이 주입된 전류의 적어도 일부(실제로, 우세한 부분(preponderant portion))가 절연기(2)의 절연체를 통해 흐른다.

이러한 견지에서, 제1 검출 모듈(12)은 절연기(2)에 흐르는 직류에 의해 야기되는 전압 변동을 측정하기 위하여, 픽업된 신호로부터 평균 전압 값을 검출하도록 구성된다.

본 발명의 또 다른 양상(즉, 제너레이터 모듈(24)가 존재함)에 따른 장치(1)(보다 구체적으로, 장치(1)의 센서(15))가 도 4에 개략적으로 도시된다.

그러나, 도 3에 도시된 바람직한 실시예에서, 장치(1)는 이 피쳐들 둘 모두(즉, 능동 전자 디바이스(13) 및 제너레이터 모듈(24))를 가진다.

이들 피쳐들은 시너지있게 상호작용한다는 것에 주목하여야 한다.

사실상, 능동 전자 디바이스(13)는 바람직하게는, 기준 커패시터의 제2 전극(11)의 전위를 소정의 기준 값(바람직하게는 가상 접지)에 유지시켜, 주입된 전류에 의해 야기된 기준 커패시터(9)의 제2 전극(11)에서의 직류 전압의 변동을 보상하도록 구성된다.

이는 특히 정확하고 완전한 측정을 수행하는 것을 가능하게 해준다.

본 발명은 또한, 전기 신호(4)를 픽업하기 위한 지점을 형성하는 탭 어댑터(3)를 구비한, 중전압 또는 고전압용 절연기(2)의 손실 계수를 측정하기 위한 방법을 제공한다.

본 발명은 제1 전극(10) 및 제2 전극(11)을 갖는 기준 커패시터(9)를 준비하고 제1 전극(10)를 탭 어댑터(3)에 연결하는 단계를 포함한다.

본 발명의 제1 양상에 따르면, 본 방법은 다음의 단계들을 포함한다.

- 접지 및 기준 커패시터(9)의 제2 전극(11)에 연결된, 그리고 제2 전극(11)의 전위를 소정의 기준 값으로 유지시키도록 된 능동 전자 디바이스(13)를 준비하는 단계;

- 기준 커패시터(9)의 제1 전극(10)에 연결된 제1 전압 검출 모듈(12)을 사용하여, 기준 커패시터(9)에 인가된 전압을 나타내는 신호를 검출하는 단계;

- 능동 전자 디바이스(13)의 다운스트림에 동작적으로 연결된 제2 전압 검출 모듈(14)을 사용하여, 기준 커패시터(9)를 통해 흐르는 전류를 나타내는 신호를 검출하는 단계.

본 발명의 제2 양상에 따르면, 본 방법은 다음의 단계들을 포함한다.

- 절연기(2) 내에 dc 전압 변동을 생성하기 위하여 기준 커패시터(9)의 제1 전극(10)에 직류 전류를 주입하는 단계;

- 기준 커패시터(9)의 제1 전극에 연결된 제1 전압 검출 모듈을 사용하여, 기준 커패시터(9)에 인가된 전압을 나타내는(즉, 절연기(2)에 인가된 전압을 나타내는) 신호를 검출하는 단계.

이 경우에, 절연기(2)에 인가된 전압을 나타내는 신호는 절연기(2)를 통한 주입된 전류의 흐름으로 인한 dc 전압 기여(dc voltage contribution)를 포함한다.

유익하게도, 이는 절연기(2)의 손실 계수의 값을 추정하기 위한 완전한 데이터 세트(full data set)를 유도할 수 있게 해준다.

이러한 견지에서, 본 방법은 절연기(2)의 손실 계수의 추정된 값을 유도하기 위하여 수집된 데이터를 처리하는 추가의 단계를 포함한다. 바람직하게는, 이 추정된 값은 처리 단계 동안에 단일 검출 순간 동안 및 단일 절연기 상에서 검출된 데이터의 함수로서 유도된다.

이는 유익하게는 이전에 획득된 데이터 및/또는 동일한 전기 장치(예컨대, 3상 변환기(5))의 (다른 절연기들이 있다면) 다른 절연기들에서 검출된 데이터와의 비교를 피할 수 있게 해준다.

이는 본 방법(및 관련된 장치)을 진단 목적에 유용한 추정을 제공하기에 특히 효율적이고 빠르게 만들어준다.

본 발명의 제1 및 제2 양상은 서로 별개로 그리고 독립적으로 구현될 수 있음에 주목하여야 한다. 그러나, 이들의 효과들이 시너지 있게 작용하므로, 이들 양상들은 바람직하게는 조합하여 구현될 수 있다.

따라서, 주입된 전류에 의해 야기된 절연기 상의 전압 변동의 직류 성분의 검출은 검출된 데이터에, 손실 계수의 값을 추정하기 위한 중요한 정보를 부가해준다.

그 밖에도, 능동 전자 디바이스(13)의 존재가 기준 커패시터에 인가된 전압을 안정시키므로 직류 성분의 검출을 돕는다.

본 명세서의 목적은 본 발명의 위에서 언급된 양상들을 개별적으로 그리고 조합하여 설명 및 보호하고자 하는 것임을 알아야 한다.

그럼에도 불구하고, 그러나 본 발명에 따른 장치 및 방법이 이전에 검출된 그리고 저장된 데이터와의 비교를 수행하는 것과 단일 변환기(5)(또는 다른 다상 장치)의 서로 다른 절연기(2)에 대해 검출된 양들 사이의 비율에 기초하여 파라미터들을 계산하는 것을 고려한다는 것을 알아야 한다.

본 문헌은 또한 (센서(15) 및 기기(16)을 함께 포함하는) 장치(1), 및 그러한 센서(15) 둘 모두를 보호하려는 것이고 이와 관련된 것임을 알아야 한다.

Claims

전기 신호(4)를 픽업하는 지점(point)을 형성하는 탭 어댑터(3)를 구비한 중전압(medium voltage) 또는 고전압(high voltage)용 절연기(2)의 손실 계수(loss factor)를 측정하기 위한 장치(1)로서,
- 상기 탭 어댑터에 연결가능한 제1 전극(10), 및 제2 전극(11)을 가진 알려진 커패시턴스 값의 기준 커패시터(reference capacitor)(9)와;
- 상기 기준 커패시터(9)에 인가된 전압을 나타내는 신호를 검출하기 위하여 상기 기준 커패시터(9)의 상기 제1 전극(10)에 동작적으로(operatively) 연결되는 제1 전압 검출 모듈(12)을 포함하며,
상기 절연기에 직류 전류(direct electric current)를 주입하기 위하여 상기 기준 커패시터(9)의 상기 제1 전극(10)에 연결된 제너레이터 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 중전압 또는 고전압용 절연기(2)의 손실 계수를 측정하기 위한 장치(1).
제1 항에 있어서,
상기 장치(1)는 중전압 또는 고전압 변환기(transformer)(5)의 절연기(2)의 손실 계수를 측정하기 위한 장치인 것을 특징으로 하는 중전압 또는 고전압용 절연기(2)의 손실 계수를 측정하기 위한 장치(1).
제1 항 또는 2 항에 있어서,
상기 제1 검출 모듈(12)은, 상기 절연기에 주입된 직류 전류에 의해 야기된 전압 변동을 측정하기 위하여, 픽업된 신호로부터 평균 전압 값을 검출하도록 된 것을 특징으로 하는 중전압 또는 고전압용 절연기(2)의 손실 계수를 측정하기 위한 장치(1).
선행하는 청구항들 중 임의의 한 항에 있어서,
상기 제1 전압 검출 모듈(12)은 적어도 10 기가 옴(Giga Ohm)의 임피던스를 가지는 것을 특징으로 하는 중전압 또는 고전압용 절연기(2)의 손실 계수를 측정하기 위한 장치(1).
선행하는 청구항들 중 임의의 한 항에 있어서,
상기 기준 커패시터(9)의 상기 제1 전극(10)에 연결된, 버퍼 구성(buffer configuration)의 연산 증폭기(21)를 포함하고, 상기 제1 전압 검출 모듈(12)은 상기 버퍼 구성의 연산 증폭기(21)의 출력에 동작적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 중전압 또는 고전압용 절연기(2)의 손실 계수를 측정하기 위한 장치(1).
제5 항에 있어서,
상기 버퍼 구성의 연산 증폭기(21)는, 상기 기준 커패시터(9)의 상기 제1 전극(10)에서 전압에 존재하는 부분 전기 방전과 관련된 전기 펄스들을 나타내는 고주파 전기 신호들을 검출할 수 있게 하기 위하여 0 Hz의 하한 주파수 및 적어도 100 kHz의 상한 주파수를 갖는 광대역을 정의하도록 된 것을 특징으로 하는 중전압 또는 고전압용 절연기(2)의 손실 계수를 측정하기 위한 장치(1).
선행하는 청구항들 중 임의의 한 항에 있어서,
- 접지(earth) 및 상기 기준 커패시터(9)의 상기 제2 전극(11)에 연결되어 상기 제2 전극(11)의 전위를 소정의 기준 값으로 유지시키도록 된 능동 전자 디바이스(13)와;
- 상기 기준 커패시터(9)를 통해 흐르는 전류를 나타내는 신호를 검출하도록 상기 능동 전자 디바이스(13)의 출력에 동작적으로 연결되는 제2 전압 검출 모듈(14)을 포함하는 것을 특징으로 하는 중전압 또는 고전압용 절연기(2)의 손실 계수를 측정하기 위한 장치(1).
제7 항에 있어서,
상기 능동 전자 디바이스(13)는 상기 기준 커패시터(9)의 상기 제2 전극(11)의 직류 전류 전압의 변동을 보상하여, 그것을 가상 접지에 유지시키는 것을 특징으로 하는 중전압 또는 고전압용 절연기(2)의 손실 계수를 측정하기 위한 장치(1).
제7 항 또는 8 항에 있어서,
상기 능동 전자 디바이스(13)는 능동 전류/전압 컨버터인 것을 특징으로 하는 중전압 또는 고전압용 절연기(2)의 손실 계수를 측정하기 위한 장치(1).
제9 항에 있어서,
상기 능동 전자 디바이스(13)는 저항(resistor)으로부터의 피드백에 의해 제어되는 연산 증폭기(21)를 포함하는 것을 특징으로 하는 중전압 또는 고전압용 절연기(2)의 손실 계수를 측정하기 위한 장치(1).
제7 항 내지 10 항 중 임의의 한 항에 있어서,
상기 능동 전자 디바이스(13)는, 상기 제2 전압 검출 모듈(14)로 하여금 상기 기준 커패시터(9)를 통해 흐르는 전류 내에 존재하는 부분 방전과 관련된 전기 펄스들을 나타내는 고 주파수 전기 신호들을 검출할 수 있게 하기 위하여, 0 Hz의 하한 주파수 및 적어도 100 kHz의 상한 주파수를 갖는 광대역을 정의하도록 된 것을 특징으로 하는 중전압 또는 고전압용 절연기(2)의 손실 계수를 측정하기 위한 장치(1).
선행하는 청구항들 중 임의의 한 항에 있어서,
상기 기준 커패시터(9)의 제1 및 제2 전극(10, 11)에 걸쳐 연결된 과전압 보호 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 중전압 또는 고전압용 절연기(2)의 손실 계수를 측정하기 위한 장치(1).
선행하는 청구항들 중 임의의 한 항에 있어서,
상기 기준 커패시터(9)의 제2 전극(11)과 접지에 걸쳐 연결된 과전아 보호 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 중전압 또는 고전압용 절연기(2)의 손실 계수를 측정하기 위한 장치(1).
제12 또는 13 항에 있어서,
상기 과전압 보호 장치는 안전 장치를 구비한 비활성 가스(inert gas) 타입의 서지 피뢰기(surge arrester)이고, 상기 안전 장치는 상기 서지 피뢰기 그 자체가 작동하기 시작하면 회로를 그것이 연결된 레그와 단락(short)시키도록 된 것을 특징으로 하는 중전압 또는 고전압용 절연기(2)의 손실 계수를 측정하기 위한 장치(1).
선행하는 청구항들 중 임의의 한 항에 있어서,
상기 능동 전자 디바이스(13) 그 자체의 고장에 응답하여 상기 능동 전자 디바이스(13)를 컷아웃(cut out)시키기 위하여, 상기 기준 커패시터(9)의 제1 전극(10)을 수동 전자 부품에 연결시키기 위해 상기 능동 전자 디바이스(13)에 연결된 바이패스 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 중전압 또는 고전압용 절연기(2)의 손실 계수를 측정하기 위한 장치(1).
선행하는 청구항들 중 임의의 한 항에 있어서,
- 상기 기준 커패시터(9)의 제1 전극(10)에 동작적으로 연결되는 제1 입력(18);
- 상기 능동 전자 디바이스(13)의 출력에 동작적으로 연결되는 제2 입력(19); 및
- 동일한 검출 순간에 그리고 동일한 절연기에서 검출되는 데이터의 함수로서 상기 손실 계수의 값을 추정하도록 프로그램된 프로세서(20)를 구비한 측정 기기(16)를 포함하며,
상기 측정 기기(16)는 상기 제1 및 제2 전압 검출 모듈(12, 14)을 포함하여 상기 제1 및 제2 전압 검출 모듈(12, 14)에 의해 검출된 데이터를 캡쳐 및 저장하도록 된 것을 특징으로 하는 중전압 또는 고전압용 절연기(2)의 손실 계수를 측정하기 위한 장치(1).
제16 항에 있어서,
상기 능동 전자 디바이스(13)는 상기 측정 기기(16)의 50 Ohm 입력 임피던스를 드라이브하기에 충분한 전류를 공급하도록 된 것을 특징으로 하는 중전압 또는 고전압용 절연기(2)의 손실 계수를 측정하기 위한 장치(1).
전기 신호(4)를 픽업하는 지점(point)을 형성하는 탭 어댑터(3)를 구비한 중전압 또는 고전압용 절연기(2)의 손실 계수를 측정하기 위한 방법으로서,
- 제1 전극(10) 및 제2 전극(11)을 가진 기준 커패시터(9)를 준비하고 상기 제1 전극(10)을 상기 탭 어댑터에 연결하는 단계;
- 상기 절연기 내에 dc 전압 변동을 발생시키기 위하여 상기 기준 커패시터(9)의 제1 전극(10)에 직류 전류를 주입하는 단계;
- 상기 기준 커패시터(9)의 제1 전극(10)에 연결된 제1 전압 검출 모듈(12)을 사용하여, 상기 기준 커패시터(9)에 인가된 전압을 나타내는 신호를 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 중전압 또는 고전압용 절연기(2)의 손실 계수를 측정하기 위한 방법.
제18 항에 있어서,
- 상기 기준 커패시터(9)의 상기 제2 전극(11) 및 접지에 연결되어 있으며, 상기 제2 전극(11)의 전위를 소정의 기준 값으로 유지시키도록 된 능동 전자 디바이스를(13) 준비하는 단계;
- 상기 활성 전자 디바이스(13)의 출력에 동작적으로 연결된 제2 전압 검출 모듈(14)을 사용하여, 상기 기준 커패시터를 통해 흐르는 전류를 나타내는 신호를 검출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 중전압 또는 고전압용 절연기(2)의 손실 계수를 측정하기 위한 방법.