KR20180032098A - 고압전동기의 절연 열화 진단 시스템에서 고압전동기의 열화를 억제하는 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기 분야 기술 중 고압전동기 절연 열화 진단시스템에 관한 것으로, 특히 고압전동기의 진단 시에 다양한 열화 관련 데이터를 검출하여 분석함으로써 절연 열화를 정확히 판별 또는 예측할 수 있도록 한 고압전동기의 절연 열화 진단 시스템에 관한 것이다.

Description

고압전동기의 절연 열화 진단 시스템{Diagnosis System For Isolation Deterioration Of High Voltage Electric Motor}

본 발명은 전기 분야 기술 중 고압전동기 절연 열화 진단시스템에 관한 것으로, 특히 고압전동기의 진단 시에 다양한 열화 관련 데이터를 검출하여 분석함으로써 절연 열화를 정확히 판별 또는 예측할 수 있도록 한 고압전동기의 절연 열화 진단 시스템에 관한 것이다.

통상적으로, 고압전동기의 절연은 고압전동기가 동작하는 데에 있어서 필수적인 구성 요소의 하나로서, 고압전동기의 신뢰도를 결정짓는 중요한 역할을 한다.

IEEE, EPRI, ALLianz 등에서 발표한 고압전동기 신뢰도 조사에 따르면, 고압전동기의 연 고장률은 평균 3%이며 가동률이나 부하가 높은 제지업이나 광업과 같은 악조건 속에서 운전되는 경우에는 연 고장률이 12%에 이른다고 한다.

그리고, 고장 원인을 분석한 자료에 따르면 고정자와 관련된 고장이 전체 고장의 30%~40%로 전기 절연은 고압전동기의 가장 약한 구성 요소 중의 하나라고 할 수 있다.

고압전동기의 고장은 고압전동기의 보수/수리에 소요되는 비용에 의한 손실뿐만 아니라, 전동기가 포함된 공정 자체를 멈추어야 하기 때문에 공정 정지에 따른 생산성 저하로 인해 막대한 경제적 손실을 초래한다.

전동기 고장 중에서도 전기 절연 파괴에 의한 고장은 아크 사고의 원인이 되기 때문에 화재와 인명 피해의 원인이 되기도 한다.

따라서, 전동기 고장에 의한 피해를 방지하기 위하여 전동기의 절연 상태를 정기적으로 정확하게 진단하는 것은 신뢰성 있는 운전을 위해 필수적이라 할 수 있다.

일반적으로, 고압전동기에 사용되는 고정자 권선 절연은 열적, 기계적, 전기적, 환경적 스트레스 등 복합적인 원인에 의하여 점진적으로 열화가 진행된다.

열화 메커니즘을 정리하면 다음과 같다.

1. 열적 열화 : 정격 부하를 기준으로 설계된 고압전동기는 과부하의 경우 정격 전류 이상의 전류가 흐르게 되어 권선의 온도를 상승시킨다.

한편, 전동기의 경우 기동 시 정격 부하에서의 전류보다 5~8배 많은 전류가 흐르는데, 이로 인해 권선의 온도가 급격히 증가하게 된다.

짧은 시간 동안 반복적인 기동, 즉 사이클링을 행할 경우 고정자 권선의 절연은 팽창과 수축이 반복되고 이로 인하여 절연에 균열이 생기게 된다.

또한, 상전압 불균형으로 인한 역상 전류로 인하여 3.5%의 전압 불균형이 발생하면 권선의 온도는 25%나 증가하게 된다.

인버터 구동 고압전동기의 증가에 따라 높은 고조파의 전류가 권선에 흐르게 되고 이로 인하여 동손, 철손 등이 증가하여 권선의 온도를 증가시킨다.

2. 전기적 열화: 고압전동기 고정자 권선 절연의 전기적 열화는 순간적이거나 반복적인 과전압과 전압 서지에 의해 동도체 표면, 절연 표면과 내부, 슬롯, 단말 권선에 방전이 발생하여 열화가 진행된다.

고압전동기가 기동할 때나 전력 시스템 계통에서 절연 파괴, 낙뢰 등의 문제가 발생했을 때, 역률 개선을 위해 사용되는 커패시터 스위치가 ON, OFF될 때, 인버터 구동을 통해 고압전동기를 구동할 때 등의 원인으로 과전압과 전압 서지가 발생할 수 있다.

3. 기계적 열화 : 고정자 권선 절연의 기계적 스트레스 진동, 충격, 마모 등이다. 진동은 고압전동기가 구동되면 발생하는데 고정자 권선에 전류가 흐르면 전류가 흐르는 도선 단면적의 직각 방향으로 유도된 힘이 코일에 발생하게 되고 이로 인하여 전원 주파수의 2배로 진동하게 되어 절연 열화가 발생된다.

또한, 베어링, 축 또는 커플링에 문제가 있어 회전자가 고정자와 접촉하게 되거나 볼트나 너트가 풀어진 경우, 고정자에 충격과 마모 등이 가해져 고정자 권선 절연 열화를 유발한다.

4. 환경적 열화: 외부에서 유입되거나 내부에서 발생한 먼지, 페인트, 기름, 수분 등이 절연과 만나 침식 및 화학적 변질을 일으켜 고정자 권선의 절연이 열화된다.

이와 같이 열거한 열적, 전기적, 기계적, 환경적 열화가 고압전동기에서 복합적으로 작용하여 고정자 권선의 절연을 열화시키고, 그 결과 고정자 권선에 절연 열화가 진행되면서 턴 절연이나 상간 절연 혹은 주 절연 파괴의 형태로 고장이 나타나게 된다.

고압전동기의 절연 상태를 진단하는 방법은 크게 두 가지로 구분된다.

먼저, 오프라인 절연 진단은 고압전동기를 정기적으로 점검할 때 전동기가 멈춘 상태에서 각상의 권선을 분리한 상태에서 행하는 방법이다. 절연의 상태를 진단하기 위해 가장 많이 사용되는 절연 상태 인자는 절연 저항, polarization index, dissipation factor, power factor tip-up, 절연 커패시턴스 등으로 같은 고압전동기에 대해 정기 점검 때마다 측정된 값들의 시간에 따른 변화를 관찰하여 절연의 상태를 진단한다.

오프라인 방식의 가장 큰 단점은 3-6년에 한 번씩 행하는 정기 점검 시에만 진단을 할 수 있기 때문에, 절연의 상태를 자주 진단할 수 없는 데에 있다. 또한 전동기를 멈추고 전원선 및 세 상의 선을 모두 끊은 상태에서 진단을 행하기 때문에 인력과 비용이 많이 소비된다.

따라서, 진단할 때 절연의 열화가 많이 진행된 상태가 아니면 권선을 대체하지 않기 때문에 다음 정기 점검까지 신뢰성 있는 운전을 보장할 수 없다. 3-6년에 한 번씩 진단하므로 진단 데이터 측정이 이전에 진단 데이터 측정과 동일한 조건에서 행하는 것이 어렵고, 진단 데이터 량이 적기 때문에 고압전동기의 현재 상태나 고장 시기를 예측하기 곤란하다.

다음으로, 온라인 절연 진단은 고압전동기가 운전 중일 때 절연의 상태를 진단하므로, 고압전동기의 절연 진단을 위해 공정 전체를 멈추지 않아도 되며, 전동기 운전 중에 언제든지 진단을 할 수 있기 때문에 절연의 상태를 자주 진단할 수 있다는 장점이 있다.

특히, 온라인 부분 방전 감지는 부분 방전에 의한 절연 파괴를 감지하는 방법으로 그 사용이 증가하고 있으며 연구가 활발히 진행되고 있다. 부분 방전은 2300V급 이상의 대용량 상용 구동 전동기나 400V급 이상의 인버터 구동 전동기에서 절연 파괴의 중요한 요인이며, 현재 제품으로 판매되는 온라인 부분 방전 진단기는 부분 방전에 의한 전동기 고장을 방지하는 데에 매우 효과적이다.

그러나 부분 방전은 측정 결과의 해석이 주관적이며, 고가의 특수한 장비가 요구되기 때문에 고가의 대용량 전동기에만 적용되고 있는 실정이다. 따라서 오프라인 진단 기법보다 진단 빈도를 높이면서 저가로 전동기 및 케이블의 절연 상태를 진단할 수 있는 기술이 산업 현장에서 요구되고 있다.

대한민국 등록특허 제10-0709694호 (2007.04.13.등록) "수배전반 절연열화 예측시스템 및 방법" 대한민국 등록특허 제10-1228386호 (2013.01.25.등록) "전동기 절연 상태 진단 시스템" 대한민국 등록특허 제10-1253687호 (2013.04.05.등록) "절연 열화 진단 장치" 대한민국 등록특허 제10-1402350호 (2014.05.26.등록) "유전정접을 이용한 콘덴서 뱅크의 열화 예측 방법"

본 발명은 고압전동기의 진단 시에 다양한 열화 관련 데이터를 검출하여 분석함으로써 절연 열화를 정확히 판별 또는 예측할 수 있도록 한 고압전동기의 절연 열화 진단 시스템을 제공하는데 목적이 있다.

특히, 열화 중에서 기계적 열화와, 전기적 열화를 최소화시킴으로써 고압전동기의 수명을 연장하여 진단 주기를 늘릴 수 있도록 함에 그 다른 목적이 있다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 고압전동기에 전원 공급 시에 전압과 전류를 측정하는 전압-전류 센서와, 상기 고압전동기의 고정자 권선에 각 상당 2개씩 총 6개가 설치되어 전압을 측정하는 부분방전 센서와, 상기 고압전동기의 회전자 권선에 설치되어 N극과 S극의 대칭적인 자속분포를 측정하는 층간단락 센서와, 상기 고압전동기에 설치되어 상기 고압전동기를 가동하는 중에 상기 고압전동기의 온도를 측정하는 접촉식 또는 비접촉식의 온도센서를 구비하는 측정부; 상기 측정부에서 측정된 값들을 전송포맷으로 변환하여 다중화(multi-plexing)하고 그 다중화된 데이터를 전송하는 데이터 연산부; 상기 데이터 연산부에서 각각의 측정값을 수신하며, 각각의 가압장에서 수집된 열화관련 데이터를 각 가압장별, 각각의 고압전동기별로 분류하고, 그 분류된 각각의 측정 데이터를 연산하여 각각의 고압전동기별로 전압과 전류 간의 위상각, 부분방전 크기 및 개수, 층간단락 위치 및 부분방전과 층간단락에 의한 고압전동기의 온도변화를 산출하고 그 산출된 결과값을 분석하여 각각의 고압전동기에 대해 열화를 진단하며, 상기 열화 진단 결과를 관리자용 컴퓨터(320)에 GUI 방식으로 표시하는 관리서버; 및 상기 데이터 연산부와 관리서버를 RS232C 방식, 데이터 전송오류를 줄이기 위하여 9600bps의 전송속도로 데이터를 전송하도록 구축된 유선통신방식 또는 무선랜, 블루투스, 이더넷, 이동통신 중 어느 하나를 이용하는 무선 통신방식 중 적어도 하나 이상을 이용하여 통신경로를 연결하는 통신망;을 포함하며, 상기 관리 서버는 상기 전압-전류 센서에서 상기 고압전동기에 전원이 공급될 때 측정한 전압 및 전류 값을 이용하여 고압전동기에 공급되는 교류 전압과 교류 전류 사이의 위상각을 산출하고, 상기 산출한 위상각을 이용하여 고압전동기의 커패시턴스 값 및 유전정압 값을 산출하며, 상기 산출된 고압전동기의 커패시턴스 값 및 유전정압 값을 더 포함하여 열화를 진단하는 고압전동기의 절연 열화 진단 시스템으로서; 상기 고압전동기는 진동감쇄유닛(10)의 상면에 설치되어 기계적 열화를 억제하도록 구성되는데, 상기 진동감쇄유닛(10)은 상면에 안착턱(22)을 갖추고 내부가 상하로 관통 받침틀(20)과, 상기 받침틀(20)의 하단면을 밀폐하는 하판(30)과, 상기 안착턱(22)에 안치되어 받침틀(20)의 상단면을 밀폐하고 고압전동기의 받침면을 제공하는 상판(40) 및 상기 받침틀(20)의 내부 공간에 채워지는 진동감쇄용 볼(50)을 포함하여 이루어지며; 상기 받침틀(20)과 하판(30)은 연속섬유강화 열가소성수지인 CFRTPC를 오븐에 로프팅시켜 성형체로 만든 것을 사용하고; 상기 상판(40)은 CFRTPC를 오븐에 로프팅시켜 성형한 후 냉각하기 전에 니들링을 통해 상판(40)을 관통한 다수의 미세 바늘구멍이 형성된 것을 사용하며; 상기 하판(30)은 받침틀(20) 상에 볼트 고정되고; 상기 상판(40)은 상기 받침틀(20)의 안착턱(22)을 상하로 관통한 진동감쇄스프링(SP)에 의해 구속되는데, 진동감쇄스프링(SP)의 하단은 상기 하판(30)에 결속되고, 상단은 상기 상판(40)에 결속되는 것을 특징으로 하는 고압전동기의 절연 열화 진단 시스템을 제공한다.

본 발명에 따르면, 고압전동기의 열화 진단을 위해 복수의 측정항목을 선정하고 그 선정된 항목별 측정값을 연산함으로써 고압전동기의 열화 정도 판별 및 예측에 대한 정밀도를 향상시키는 것은 물론 진단결과에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 고압전동기의 절연 열화 진단 시스템의 블록 구성도.
도 2는 본 발명의 절연 열화 진단 과정을 보인 동작 순서도.
도 3은 본 발명에서 위상각 및 유전정압 산출 과정의 동작 순서도.
도 4는 본 발명에서 부분방전 검출 과정의 동작 순서도.
도 5는 본 발명에서 층간단락 검출 과정의 동작 순서도.
도 6은 본 발명에서 온도변화 측정 과정의 동작 순서도.
도 7은 본 발명에 따른 고압전동기의 기계적 열화를 억제하기 위한 장치 구성도.
도 8은 도 7의 조립상태 단면도.

이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명 설명에 앞서, 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.

또한, 본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명의 실시 예에서는 가압장에 설치된 고압전동기의 열화를 진단하고 이에 따른 데이터를 관리사무소로 전송하여 관리자에게 GUI를 통해 알리는 기술에 대해 설명하기로 한다.

본 발명의 실시 예에 대한 시스템은 도 1의 블록 구성도에 도시한 바와 같이, 측정부(110), 데이터 연산부(120), 통신망(200), 관리서버(310) 및 관리자용 컴퓨터(PC)(320)을 포함하여 구성한다.

상기 측정부(110)는 고압전동기에 인가된 전압과 전류, 고정자 권선의 부분방전, 회전자 권선의 층간단락 및 고압전동기의 온도를 측정하기 위한 각각의 센서를 구비하며, 각각의 센서에서 측정한 값을 데이터 연산부(120)에 전송한다.

상기 측정부(110)는 각각의 고압전동기에 대응하여 설치됨으로, 가압장에 설치된 고압전동기의 개수만큼 구비된다.

상기 측정부(110)는 PT(Power Transformer), CT(Current Transformer)를 포함하여 고압전동기에 전원 공급 시에 전압과 전류를 측정하는 전압-전류 센서(111)와, 고압전동기의 고정자 권선에 각 상(phase, 위상)당 2개씩 총6개가 설치되어 전압을 측정하는 부분방전 센서(112)과, 고압전동기의 회전자 권선에 설치되어 회전자 권선의 층간단락을 검출하는 층간단락 센서(113)와, 고압전동기에 설치되어 고압전동기를 가동하는 중에 고압전동기의 온도를 측정하는 접촉식 또는 비접촉식의 온도센서(114) 를 포함한다.

상기 온도센서(114)는 고압전동기의 회전자 권선의 층간단락 발생으로 여자기가 과열될 때의 고압전동기의 온도를 측정하기 위한 것이나, 부분방전 등에 의한 고압전동기의 온도 변화를 감지하도록 구현할 수도 있다.

상기 데이터 연산부(120)는 측정부(110)에서 수집된 각 측정값을 128 바이트(byte) 단위의 전송포맷으로 변환하며 알려진 TDMA 방식으로 다중화(multiplexing)하고 상기 다중화된 데이터를 통신망(200)을 통해 관리사무소에 설치된 관리서버(310)로 전송한다. TDMA 방식으로 다중화는 보안을 강화하기 위한 것이며, 송신측이 시간분할하는 값을 수신측에서 알고 있는 경우에 해당 시간분할 값을 이용하여 수신되는 신호로부터 필요한 정보를 검출할 수 있는 장점이 있다. 전송포맷에는 CRC 체크 방식을 이용한다.

상기 통신망(200)은 유,무선 통신망으로 구축할 수 있다. 유선 통신망은 RS232C 방식, 데이터 전송오류를 줄이기 위하여 9600bps의 전송속도로 데이터를 전송하도록 구축하며, 무선 통신망은 무선랜, 블루투스, 이더넷, 이동통신 등을 이용하여 구축할 수 있다.

본 발명에서는 유무선 통신을 위해 게이트웨이 유닛(Gateway Unit), PLC, 다중화기(Multiplexer), 유무선 통신기기 중 필요한 고압전동기를 가압장과 관리사무소에 설치한다.

상기 관리서버(310)는 각각의 가압장에서 수집된 열화관련 데이터를 역다중화한 후 각 가압장별, 각각의 고압전동기별로 분류하고, 각각의 가압장에서 수집되어 분류된 각각의 고압전동기에 해당하는 데이터를 분석하여 각각의 고압전동기에 대한 전압과 전류 간의 위상각, 그 위상각을 이용하여 고압전동기의 커패시턴스 값 및 유전정압 값, 부분방전 크기 및 개수, 층간단락 위치 및 부분방전 또는 층간단락에 의한 고압전동기의 온도변화를 산출한다.

이후, 상기 관리서버(310)는 상기 과정에서 산출된 위상각, 부분방전 크기 및 개수, 층간단락 위치 및 부분방전 또는 층간단락에 의한 고압전동기의 온도변화의 데이터를 분석하여 열화가 발생한 고압전동기가 있는지를 판별하는 것은 물론 각각의 고압전동기의 열화 상태를 판단(예측)한다. 상기 과정에서의 데이터는 저장되어 차후 열화 진단 및 판단(예측)에 이용된다.

상기 관리서버(310)는 각각의 고압전동기에 대한 열화를 진단함에 있어서, 각각의 산출된 값을 분석하여 열화 상태를 진단 및 판단(예측)하거나 둘 이상의 산출값을 분석하여 열화를 진단할 수 있다. 예를 들어, 둘 이상의 산출값을 이용하여 열화를 진단 및 판단(예측)하는 경우 부분방전 또는 층간단락이 검출된 경우 고압전동기의 온도를 점검하여 일정온도 이상으로 판별되면 열화로 진단하는 것이다.

상기 관리서버(310)는 각각의 가압장별, 각 고압전동기별 측정데이터, 산출 데이터 및 분석 데이터를 저장하여 차후 고압전동기의 열화 진단 및 예측에 이용한다.

한편, 상기 관리서버(310)에서 도 2의 동작순서도에 도시한 바와 같이, 측정부(110)에서 측정된 열화관련 데이터를 분석하여 고압전동기의 열화를 진단 및 예측함에 있어서, 그 과정을 도 3 내지 도 6을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 고압전동기의 전압-전류 간 위상각은 도 3의 동작 순서도에 도시한 바와같이, 고압전동기에 전원이 공급될 때 측정한 전압 및 전류 값을 이용하여 고압전동기에 공급되는 교류 전압과 교류 전류 사이의 위상각을 산출한다. 이에 따라 상기 산출한 위상각을 이용하여 고압전동기의 커패시턴스 값 및 유전정압 값을 산출하고, 그 산출된 값을 분석하여 열화정도를 예측할 수 있으며, 이러한 데이터를 저장하여 고압전동기의 절연상태 변화 추이를 파악하는 것으로부터 열화를 예측할 수 있다.

또한, 고압전동기의 고정자 권선의 부분방전은 도 4의 동작 순서도에 도시한 바와 같이, 각 상의 고정자 권선 양단에 장착된 센서를 이용하여 측정된 전압 데이터를 동기화하여 위상별로 각각의 크기를 산출한 후 부분방전의 크기 및 개수를 산출하고, 상기 위상별 부분방전의 크기와 개수를 분석하여 절연열화 정도를 분석하고, 결함 위치의 판별 및 결함상태를 예측할 수 있다. 이때, 부분방전 발생 개수는 측정부(110)로부터 측정한 신호의 위상과 외부에서 공급되는 교류전원의 위상을 동기화시켜 결함위치에 따라 교류 한 사이클(0~360°) 동안 부분방전 신호가 다르게 나타날 경우에, 순간적으로 변화하는 부분방전 신호의 부분방전 펄스 개수를 합산한 결과를 가리키며, 부분방전 크기는 부분방전 펄스가 최고로 높게 나타난 값을 가리킨다. 즉, 부분방전 크기와 부분방전 발생개수를 분석하여 절연열화 정도를 평가하고, 부분방전 크기, 발생개수 및 교류 한 사이클(0~360°)의 위상을 해석하여 결함 위치를 분석할 수 있다.

또한, 고압전동기의 회전자 권선의 층간단락을 도 5의 동작 순서도에 도시한 바와 같이, N극과 S극의 대칭적인 자속분포를 측정하여 확인하는데, 상기 측정된 각 자속분포를 이용하여 몇 번에 위치한 권선에서 층간단락이 발생했는지를 확인한다. 만일 전체 회전자 권선에서 발생한 층간단락이 미리 설정된 값 이상이면 다시 권선할 것으로 판정하도록 한다.

그런데, 고압전동기의 회전자 권선의 층간단락으로 인해 자속 발생이 감소하면 여자기에서는 감소된 자속만큼 지속적으로 보충하기 때문에 여자기 과열사고가 발생할 수 있다.

따라서, 회전자 권선의 층간단락 발생률과 위치를 분석하여 여자기 과열사고를 사전에 예측함으로써 안정적으로 보수를 수행할 수 있다.

또한, 관리서버(310)는 도 6의 동작 순서도에 도시한 바와 같이, 고압전동기 가동 중에 온도센서를 이용하여 고압전동기의 온도 변화를 점검함으로써 고압전동기의 가동 중에 층간단락 등에 의해 고압전동기가 과열되는 경우 고압전동기의 온도가 미리 설정한 값 이상으로 변화하는 것으로 판별되면 고압전동기의 회전자 권선의 층간단락 발생으로 여자기가 과열되는 것으로 판별할 수 있다.

이에 따라, 관리서버(310)는 각 가압장 별, 각각의 고압전동기별로 판별된 고압전동기의 상태를 관리자용 컴퓨터(320)에 전송하여 GUI를 통해 관리자에게 통보하게 된다.

따라서, 관리자는 상기 관리자용 컴퓨터(320)의 화면에 표시된 각각의 고압전동기의 상태를 확인하고, 열화가 발생한 고압전동기가 확인된 경우 해당 고압전동기의 열화를 해소시키기 위한 조치를 취하게 된다. 이때 유지보수 담당자의 휴대단말기에 전화통화 또는 메시지를 통해 해당 고압전동기의 열화를 통보하여 조치를 취하도록 할 수 있다.

또한, 상기 수행과정에서 관리서버(310)는 고압전동기의 가동이 위험 수준으로 판별되는 경우 데이터 연산부(120)에 위험신호를 전송하여 해당 고압전동기의 가동을 중지시킴과 동시에 경보음을 발생시키거나 관리사무소의 관리서버(310)로 위험상황 신호를 전송하여 현장 또는 관리사무소의 관리자에게 위험상황을 알림으로써 신속한 조치를 취할 수 있도록 할 수 있다.

이에 더하여, 본 발명에서는 고압전동기의 기계적 열화를 최소화시키기 위해 도 7 및 도 8과 같은 형태의 진동감쇄유닛(10)을 더 포함할 수 있다.

상기 진동감쇄유닛(10)은 상면에 안착턱(22)을 갖추고 내부가 상하로 관통 받침틀(20)과, 상기 받침틀(20)의 하단면을 밀폐하는 하판(30)과, 상기 안착턱(22)에 안치되어 받침틀(20)의 상단면을 밀폐하고 고압전동기의 받침면을 제공하는 상판(40) 및 상기 받침틀(20)의 내부 공간에 채워지는 진동감쇄용 볼(50)을 포함하여 이루어진다.

이때, 상기 받침틀(20)과 하판(30)은 고강도 플라스틱, 이를 테면 연속섬유강화 열가소성수지인 CFRTPC를 오븐에 로프팅시켜 성형체로 만든 것을 사용함으로써 고강도 실현이 가능하도록 구성된다.

그리고, 상기 상판(40)은 CFRTPC를 오븐에 로프팅시켜 성형한 후 냉각하기 전에 니들링을 통해 상판(40)을 관통한 다수의 미세 바늘구멍을 더 포함하도록 구성된다.

이것은 흡음은 물론 진동감쇄를 유도하기 위함이다.

아울러, 상기 하판(30)은 각각 받침틀(20) 상에 볼트 고정된다.

이와 달리, 상기 상판(40)은 상기 받침틀(20)의 안착턱(22)을 상하로 관통한 진동감쇄스프링(SP)에 의해 구속되는데, 진동감쇄스프링(SP)의 하단은 상기 하판(30)에 결속되고, 상단은 상기 상판(40)에 결속된다.

이 경우, 결속작업은 상판(40)의 둘레를 따라 일정 간격을 두고 형성된 관통공(42)을 관통한 진동감쇄스프링(SP)의 상단에 고정핀(44)을 꽂아 고정하는 방식이 있을 수 있다. 그외 공지된 범위 내에서 다른 고정방법도 가능하다.

한편, 상기 진동감쇄용 볼(50)은 에폭시수지 100중량부에 대해, 디아릴프탈레이트(diarylphthalae) 5중량부, 아미노프로필트리에톡시실란이 2중량부, 옥틸틴메르캅티드(Octyl tin mercaptide) 5중량부와, 프탈산디옥틸(Dioctyl phthalate) 5중량부, 징크플레이크(Zinc flake) 3중량부, 알킬아크릴레이트 3중량부, 에틸렌글리콜모노메틸에테르 4중량부, 폴리옥시에틸렌(Polyoxyethylene) 3중량부, 프로피온산(Propionic acid) 3중량부, 옥토크릴렌(Octocrylene) 3중량부 혼합된 상태에서 볼 성형기로 성형되어 구형상의 볼로 만들어지고, 이를 사용한다.

이때, 상기 디아릴프탈레이트(diarylphthalae)는 접착성과 인성을 개선하고 내열성, 치수안정성을 높이기 위해 첨가되고, 아미노프로필트리에톡시실란은 수지와 무기계 첨가물의 커플링성을 증대시키기 위해 첨가된다.

그리고, 상기 옥틸틴메르캅티드는 성형할 수지의 손상과 열화를 방지하고 안정성을 유지하기 위한 것이며, 프탈산디옥틸은 수지를 가소화시켜 가요성을 갖도록 하기 위함이다.

또한, 상기 징크플레이크는 아연산화피막을 형성하여 내열성을 강화하기 위해 첨가되며, 상기 알킬아크릴레이트도 도막의 밀착력을 높여 수분 침투를 막고 내식성을 강화시키기 위해 첨가되고, 상기 에틸렌글리콜모노메틸에테르는 접착성을 강화시키기 위해 첨가되며, 상기 폴리옥시에틸렌(Polyoxyethylene)은 계면활성 기능을 이용하여 정전방지성을 유지하도록 첨가되고, 상기 프로피온산은 보존력을 증대시키면서 염수 저항성을 높이기 위해 첨가되며, 상기 옥토크릴렌은 2-에칠헥실2-시아노-3-페닐신나메이트를 말하는 맑은 황색의 액체로서, 강한 방수성을 유지하기 위해 첨가된다.

이와 같이 조성된 조성물로 성형된 진동감쇄용 볼(50)은 다수회의 니들링을 통해 직경방향으로 바늘구멍이 형성되고, 그 상태에서 받침틀(20) 내부에 충진되며, 상판(40)에 의해 눌려 압착된 상태로 갇히게 된다.

그러면, 진동감쇄용 볼(50)은 약간 탄성을 가지고 있으므로 서로 압착되면서 일종의 셀을 구성하고, 셀들 사이에 공극을 형성시켜 진동감쇄 효과를 유도하게 된다.

따라서, 고압전동기가 상판(40)에 고정(이 경우 통상 방진패드나 방진고무를 함께 설치함)된 후 가동될 때 진동감쇄스프링(SP)은 물론 진동감쇄용 볼(50)에 의한 진동 완충효과가 증대되어 기계적 열화를 막을 수 있게 된다.

이에 더하여, 전기적 열화를 최소화하기 위해 상기 고압전동기의 하우징 내부 및 외부는 절연물질로 코팅된다.

본 발명에 따른 절연물질은 2-3mm 촙 형태의 유리섬유를 25중량% 포함하는 폴리프로필렌수지 100중량부에 대해, 0.1-0.5mm로 분쇄된 활석 10중량부, 베헤닌산(Behenic acid) 10중량부, 디옥틸아지페이트(DOA) 5중량부, 0.5-1.0㎛의 입도로 마쇄된 돌로마이트 미분 10중량부, 0.1-0.5mm로 분쇄된 천연 모데나이트 분말 5중량부, 이방성 희토류 자석분말 4중량부, 코코피트 2중량부, 피트모스 3중량부, 질석 4중량부를 첨가하여 조성된다.

여기에서, 활석은 전기에 대한 절연성을 가지고 있고, 분말상일 때 흡수성, 고착성이 강하며, 내화성이 우수하여 내화재, 충진재로도 활용되는 광물의 일종이다.

그리고, 상기 베헤닌산은 수지의 윤활성을 높여 성형성을 좋게 하기 위한 것으며, 상기 디옥틸아지페이트(DOA)는 수지의 가소성을 높이면서 내한성을 증대시키기 위해 첨가되는 것이고, 상기 돌로마이트는 대표적인 내화재이면서 강도를 증대시키기 위해 첨가된다.

또한, 상기 천연 모데나이트는 망상구조로 된 광물로서 완충기능을 담당하고, 상기 이방성 희토 자석분말은 산화를 예방하며, 상기 코코피트는 리그닌과 셀룰로오스 등 불활성 섬유질로 구성된 절연재이고, 상기 피트모스는 다공성 물질로서 첨가성분들을 쐐기구조로 결속하여 결합력을 높이며, 상기 질석은 다공성 물질로서 결합구조를 강화하기 위해 첨가된다.

이렇게 조성된 조성물을 이용하여 플라스틱 시트 위에 도포 건조한 후 절기절연성을 테스트한 결과 만족스러운 결과를 얻었다.

이러한 절연물질은 고압전동기의 하우징 내,외 표면에 도포되어 절연 기능을 강화시킴으로써 절연파괴에 의한 전기적 열화를 억제하는데 기여하게 된다.

110 : 측정부 111 : 전압-전류센서
112 : 부분방전센서 113 : 층간단락센서
114 : 온도센서 120 : 데이터 연산부
200 : 통신망 310 : 관리서버
320 : 관리자용 컴퓨터

Claims (1)

1. 고압전동기에 전원 공급 시에 전압과 전류를 측정하는 전압-전류 센서와, 상기 고압전동기의 고정자 권선에 각 상당 2개씩 총 6개가 설치되어 전압을 측정하는 부분방전 센서와, 상기 고압전동기의 회전자 권선에 설치되어 N극과 S극의 대칭적인 자속분포를 측정하는 층간단락 센서와, 상기 고압전동기에 설치되어 상기 고압전동기를 가동하는 중에 상기 고압전동기의 온도를 측정하는 접촉식 또는 비접촉식의 온도센서를 구비하는 측정부; 상기 측정부에서 측정된 값들을 전송포맷으로 변환하여 다중화(multi-plexing)하고 그 다중화된 데이터를 전송하는 데이터 연산부; 상기 데이터 연산부에서 각각의 측정값을 수신하며, 각각의 가압장에서 수집된 열화관련 데이터를 각 가압장별, 각각의 고압전동기별로 분류하고, 그 분류된 각각의 측정 데이터를 연산하여 각각의 고압전동기별로 전압과 전류 간의 위상각, 부분방전 크기 및 개수, 층간단락 위치 및 부분방전과 층간단락에 의한 고압전동기의 온도변화를 산출하고 그 산출된 결과값을 분석하여 각각의 고압전동기에 대해 열화를 진단하며, 상기 열화 진단 결과를 관리자용 컴퓨터(320)에 GUI 방식으로 표시하는 관리서버; 및 상기 데이터 연산부와 관리서버를 RS232C 방식, 데이터 전송오류를 줄이기 위하여 9600bps의 전송속도로 데이터를 전송하도록 구축된 유선통신방식 또는 무선랜, 블루투스, 이더넷, 이동통신 중 어느 하나를 이용하는 무선 통신방식 중 적어도 하나 이상을 이용하여 통신경로를 연결하는 통신망;을 포함하며, 상기 관리 서버는 상기 전압-전류 센서에서 상기 고압전동기에 전원이 공급될 때 측정한 전압 및 전류 값을 이용하여 고압전동기에 공급되는 교류 전압과 교류 전류 사이의 위상각을 산출하고, 상기 산출한 위상각을 이용하여 고압전동기의 커패시턴스 값 및 유전정압 값을 산출하며, 상기 산출된 고압전동기의 커패시턴스 값 및 유전정압 값을 더 포함하여 열화를 진단하는 고압전동기의 절연 열화 진단 시스템으로서;
   상기 고압전동기는 진동감쇄유닛(10)의 상면에 설치되어 기계적 열화를 억제하도록 구성되는데, 상기 진동감쇄유닛(10)은 상면에 안착턱(22)을 갖추고 내부가 상하로 관통 받침틀(20)과, 상기 받침틀(20)의 하단면을 밀폐하는 하판(30)과, 상기 안착턱(22)에 안치되어 받침틀(20)의 상단면을 밀폐하고 고압전동기의 받침면을 제공하는 상판(40) 및 상기 받침틀(20)의 내부 공간에 채워지는 진동감쇄용 볼(50)을 포함하여 이루어지며;
   상기 받침틀(20)과 하판(30)은 연속섬유강화 열가소성수지인 CFRTPC를 오븐에 로프팅시켜 성형체로 만든 것을 사용하고; 상기 상판(40)은 CFRTPC를 오븐에 로프팅시켜 성형한 후 냉각하기 전에 니들링을 통해 상판(40)을 관통한 다수의 미세 바늘구멍이 형성된 것을 사용하며; 상기 하판(30)은 받침틀(20) 상에 볼트 고정되고; 상기 상판(40)은 상기 받침틀(20)의 안착턱(22)을 상하로 관통한 진동감쇄스프링(SP)에 의해 구속되는데, 진동감쇄스프링(SP)의 하단은 상기 하판(30)에 결속되고, 상단은 상기 상판(40)에 결속되는 것을 특징으로 하는 고압전동기의 절연 열화 진단 시스템.
   
   

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