KR20240020842A - 가스 절연 개폐기의 진공도 적합 여부 판단 장치 및 방법 - Google Patents

가스 절연 개폐기의 진공도 적합 여부 판단 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

장기간 휴전 및 SF6 가스(GAS) 작업없이 VI(Vacuum Interrupter) 진공도가 운전할 수 있는 적절한 범위 내에 있는지를 확인할 수 있는 가스 절연 개폐기의 진공도 적합 여부 판단 장치가 개시된다. 상기 장치는, 가스 절연 개폐기에 설치되는 VI(Vacuum Interrupter) 가동 접촉자에 유기되는 유기 전압을 측정하기 위한 라인 포텐셜 시그널러(LPS: Line Potential Signaller), 및 상기 라인 포텐셜 시그널러에 연결되어 상기 유기 전압으로 유도 전압 측정값을 생성하고, 상기 유도 전압 측정값을 통해 VI 진동도의 건전성을 판별하는 테스터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

가스 절연 개폐기의 진공도 적합 여부 판단 장치 및 방법{Apparatus and Method for judging fitness possibility of vaccum in Gas Insulated Switchgear}
본 발명은 가스 절연 개폐기 진단 기술에 관한 것으로서, 더 상세하게는 GIS(Gas Insulated Switchgear)의 경우, 유기전압 측정을 통한 VI(Vacuum Interrupter) 진공도의 적합 여부를 판단하는 장치 및 방법에 대한 것이다.
일반적으로 사용되고 있는 23kV GIS(Gas Insulated Switchgear)의 경우 VI(Vacuum Interrupter)를 활용한 차단방식을 사용하고 있다. VI의 경우 내부를 고진공(10-2~10-6Torr) 상태로 유지하여 절연성능을 확보하며 진공도가 떨어질 경우 절연성능이 저하되며 절연파괴가 발생할 수 있기 때문에 진공도 관리가 중요하다.
VI 진공도 측정의 경우 납품시 GIS에 조립전 VI 양단에 고압의 전압을 인가 후 누설 전류의 측정을 통해 진행하고 있다. 그러나, GIS에 조립되어 납품된 이후에는 같은 방법으로 진공도를 측정하기 위해선 SF6 가스(GAS) 회수작업이 동반되어 작업이 어렵고, 장기간 휴전이 필요하기 때문에 진공도 측정을 진행하지 못하고 있는 상황이다.
만약 운전중 VI 진공도가 저하될 경우 가스 절연 개폐기 조작시 또는 배전선로 고장 발생시 VI의 절연능력 저하로 인해 절연파괴가 발생되고, 보호 계전기 동작에 의해 변압기가 파급 정지되어 고장범위가 큰 취약점을 가지고 있다.
1. 대한민국 공개특허번호 제10-2010-0138638호
본 발명은 위 배경기술에 따른 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로서, 장기간 휴전 및 SF6 가스(GAS) 작업없이 VI(Vacuum Interrupter) 진공도가 운전할 수 있는 적절한 범위 내에 있는지를 확인할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 설치 운전중인 GIS(Gas Insulated Switchgear)의 VI 개방시 진공도에 따라 가동 접촉자에 유기되는 전압의 변화를 활용하여 가스 절연 개폐기의 진공도 적합 여부를 판단할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.
본 발명은 위에서 제시된 과제를 달성하기 위해, 장기간 휴전 및 SF6 가스(GAS) 작업없이 VI(Vacuum Interrupter) 진공도가 운전할 수 있는 적절한 범위 내에 있는지를 확인할 수 있는 가스 절연 개폐기의 진공도 적합 여부 판단 장치를 제공한다.
상기 장치는,
가스 절연 개폐기에 설치되는 VI(Vacuum Interrupter) 가동 접촉자에 유기되는 유기 전압을 측정하기 위한 라인 포텐셜 시그널러(LPS: Line Potential signaller); 및
상기 라인 포텐셜 시그널러에 연결되어 상기 유기 전압으로 유도 전압 측정값을 생성하고, 상기 유도 전압 측정값을 통해 VI 진동도의 건전성을 판별하는 테스터;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 테스터는, 전기선으로 상기 라인 포텐셜 시그널러의 후면판에 설치되는 단자와 연결되는 접속부; 상기 라인 포텐셜 시그널러를 통해 유입되는 상기 유기 전압으로 상기 유도 전압 측정값을 생성하는 측정부; 및 상기 유도 전압 측정값을 사전에 측정한 VI 개방시 진공도별 유도 전압 측정값을 비교하여 비교 결과에 따라 알람 정보를 생성하는 판단부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 VI 개방시 진공도별 유도 전압 측정값은 상기 가스 절연 개폐기가 조립되기전에 VI 양단에 전압을 인가후 누설 전류 측정을 통해 생성되어 메모리에 미리 저장되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 판단부는, 상기 유도 전압 측정값이 상기 사전에 측정한 VI 개방시 진공도별 유도 전압 측정값과 같으면 진공도를 정상으로 판정하고, 상기 유도 전압 측정값이 사전에 측정한 VI 개방시 진공도별 유도 전압 측정값과 다르면 진공도를 불량으로 판정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 유기 전압은 절연체를 거쳐 케이블 플러그(Cable Plug)의 절연 파트(Insulating Part)에 설치되어 있는 전압탭(Voltage Tap)에 유도되는 유기전압을 측정한 것인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 유기 전압의 크기는 상기 절연체의 C값(여기서, C는 전기용량이다)에 비례하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 유기 전압은 상기 진공 인터럽터의 저진공 상태에서는 낮은 유기전압을 보이다가 진공도가 증가할수록 높은 유기전압(floating voltage of arc shield)을, 일정 진공도 이상에서는 다시 유기전압이 낮아지는 경향을 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 장치는, 상기 판별에 따른 상기 알람 정보를 출력하는 출력부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 알람 정보는 매트릭스 형태로 표현되는 것을 특징으로 한다.
다른 한편으로, 본 발명의 다른 일실시예는, (a) 가스 절연 개폐기에 설치되는 VI(Vacuum Interrupter) 가동 접촉자에 유기되는 유기 전압을 측정하기 위한 라인 포텐셜 시그널러(LPS: Line Potential Signaller)(10)에 연결되는 테스터가 상기 유기 전압으로 유도 전압 측정값을 생성하는 단계; 및 (b) 상기 테스터가 상기 유도 전압 측정값을 통해 VI 진동도의 건전성을 판별하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 절연 개폐기의 진공도 적합 여부 판단 방법을 제공한다.
또한, 상기 (a) 단계는, 전기선으로 상기 라인 포텐셜 시그널러의 후면판에 설치되는 단자와 연결되는 접속부를 통해 측정부가 상기 라인 포텐셜 시그널러를 통해 유입되는 상기 유기 전압으로 상기 유도 전압 측정값을 생성하는 유도 전압 측정값 생성 단계;를 포함하는 것을 특징을 한다.
또한, 상기 (b) 단계는, 판단부가 상기 유도 전압 측정값을 사전에 측정한 VI 개방시 진공도별 유도 전압 측정값을 비교하여 비교 결과에 따라 알람 정보를 생성하는 알람 정보 생성 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 알람 정보 생성 단계는, 상기 판단부가, 상기 유도 전압 측정값이 상기 사전에 측정한 VI 개방시 진공도별 유도 전압 측정값과 같으면 진공도를 정상으로 판정하고, 상기 유도 전압 측정값이 사전에 측정한 VI 개방시 진공도별 유도 전압 측정값과 다르면 진공도를 불량으로 판정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 방법은, 상기 판별에 따른 상기 알람 정보를 출력부에 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 운전중인 23kV GIS(Gas Insulated Switchgear)에 설치된 VI(Vacuum Interrupter)의 진공도의 건전성 여부를 장기간 휴전 및/또는 특별한 장비 없이 판단할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 효과로서는 주기적인 점검을 통한 트렌드 분석으로 진공도 저하가 진행중인 설비 및/또는 진공도가 불량한 설비의 사전적출을 통해 고장을 예방할 수 있다는 점을 들 수 있다. 따라서, 기존의 경우, 변압기 부항 정전이 발생함에 반해 정전이 없다.
또한, 보 발명의 또 다른 효과로서는 장치 설치를 통한 원격 VI 진공도 감시 또는 점검주기(보통, 조작시험) 시 전압측정을 통한 진공도 적합여부 판단 및 누적 데이터 확보가 가능하다는 점을 들 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 점검 주기에 맞춰 VI 진공도 점검을 할 경우 특별한 비용없이 진공도 건전성을 판단할 수 있으며, 차단기 개폐시 자동으로 진공도를 측정할 수 있는 장비를 설치할 경우에도 제작 및 설치에 큰 비용이 들지 않아 투자대비 고장부하 저감효과가 크다는 점을 들 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 VI 진공도 측정 방법의 경우, 차단기 휴전 시 테스터기를 통해 전압 측정으로 가능하고, 원격 감시 장치의 경우 휴전없이 GIS 조작함에 설치함이 가능하기 때문에 현장 적용이 용이하다는 점을 들 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 가스 절연 개폐기의 진공도 적합 여부 판단 장치의 구성 블럭도이다.
도 2는 도 1에 도시된 테스터의 세부 구성 블럭도이다.
도 3은 도 1에 도시된 LPS(Line Potential Signaller)에 케이블 플러그를 연결하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 휴전조작 순서 및 VI(Vacuum Interrupter) 진공도의 측정 조건을 보여주는 도면이다.
도 5는 도 4에서 가스 절연 개폐기 개방시 VI 양단 전압 상태를 보여주는 도면이다.
도 6은 도 5에 따른 진공 인터럽터(VI: Vacuum Interrupter)의 동작 개념도이다.
도 7은 일반적인 파센커브를 보여주는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 진공도에 기반한 아크쉴드 측정 전압 및 절연 상태의 판단을 보여주는 그래프이다.
도 9는 일반적인 전압탭까지의 정전용량 분포를 보여주는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 정상 진공도와 비정상 진공도를 판별하여 경보를 송출하는 과정을 보여주는 흐름도이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 알람 정보 구성의 예이다.
도 12는 일반적인 마그네트론 방식의 진공도 측정 원리를 보여주는 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다.
제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 가스 절연 개폐기의 진공도 적합 여부 판단 장치 및 방법을 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 가스 절연 개폐기의 진공도 적합 여부 판단 장치의 구성 블럭도이다. 도 1을 참조하면, 가스 절연 개폐기(미도시)에 설치되는 VI(Vacuum Interrupter) 가동 접촉자에 유기되는 유기 전압을 측정하기 위한 라인 포텐셜 시그널러(LPS: Line Potential Signaller)(10), 라인 포텐셜 시그널러(10)에 연결되어 유도 전압 측정값을 생성하고, 유도 전압 측정값을 통해 VI 진동도의 건전성을 판별하는 테스터(120), 판별에 따른 알람 정보를 출력하는 출력부(130) 등을 포함하여 구성될 수 있다.
LPS(Line Potential Signaller)는 해당 전력케이블이 가압되었을 때 전압탭에서 발생하는 전압을 측정하여 전력 케이블의 전기적 활선 여부를 접점과 기기 전면부 램프를 통해서 출력해주는 장비이다.
라인 포텐셜 시그널러(10)는 가스 절연 개폐기(미도시)에 설치되는 VI(Vacuum Interrupter) 가동 접촉자에 유기되는 유기 전압을 도통하는 기능을 수행한다. 도 1에서는 라인 포텐셜 시그널러(10)의 후면판(11)이 도시되며, 후면판(11)에는 테스터(120) 및/또는 VI 가동 접촉자에 연결하기 위한 단자(11-1)가 구성된다.
가스 절연 개폐기는 진공 차단기(VCB: Vacuum Circuit Breaker), 단로기, 3단 개폐기(DES), 주모선 및 분기 모선 등을 접지된 금속 탱크에 내장하여 절연 및 소호 특성이 우수한 SF6 가스를 충진한다.
테스터(120)는 라인 포텐셜 시그널러(10)에 연결되어 유도 전압 측정값을 생성하고, 유도 전압 측정값을 통해 VI 진동도의 건전성을 판별하는 기능을 수행한다. 테스터(120)는 전기선(101)으로 라인 포텐셜 시그널러(10)의 단자(11-1)와 연결된다. 물론 전기선(101)는 착탈식으로 연결되거나 분리될 수 있다.
테스터(120)는 GIS(Gas Insulated Switchgear) 조작함 전면에서 유기전압을 통해 간접적으로 측정하며, 사전에 측정한 VI 개방시 진공도별 유도전압 측정값을 통해 VI 진공도의 건전성을 판별한다.
전원부(110)는 테스터(120)에 전원을 공급하는 기능을 수행한다. 공급전원은 DC(Direct Current) 125V가 될 수 있다. 전원부(110)는 배터리 셀(미도시)이 직렬 및/또는 병렬로 구성되며, 이 배터리 셀은 니켈 메탈 배터리 셀, 리튬 이온 배터리 셀, 리튬 폴리머 배터리 셀, 리튬황 배터리셀, 나트륨황 배터리 셀, 전고체 배터리 셀 등으로 구성될 수 있다. 물론, AC-DC(Alternating Current - Direct Current) 컨버터를 이용하는 것도 가능하다.
출력부(130)는 판별에 따른 알람 정보를 출력하는 기능을 수행한다. 이를 위해, 출력부(130)는 디스플레이, 사운드 시스템, 경광등을 포함하여 구성될 수 있다. 디스플레이는 LCD(Liquid Crystal Display), LED(Light Emitting Diode) 디스플레이, PDP(Plasma Display Panel), OLED(Organic LED) 디스플레이, 터치 스크린, CRT(Cathode Ray Tube), 플렉시블 디스플레이, 마이크로 LED, 미니 LED 등이 될 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 테스터(120)의 세부 구성 블럭도이다. 도 2를 참조하면, 테스터(120)는, 전기선(101)으로 라인 포텐셜 시그널러(10)의 후면판(11)에 설치된 단자(11-1)와 연결되는 접속부(210), 라인 포텐셜 시그널러(10)를 통해 유기 전압으로 유도 전압 측정값을 생성하는 측정부(220), 유도 전압 측정값을 사전에 측정한 VI 개방시 진공도별 유도 전압 측정값을 비교하여 비교 결과에 따라 미리 설정되는 건전한 진공도 범위를 벗어났을 경우 알람 정보를 생성하는 판단부(230) 등을 포함하여 구성될 수 있다.
측정부(220)는 라인 포텐셜 시그널러(10)를 통해 유기 전압으로 유도 전압 측정값을 생성하는 기능을 수행한다. 이를 위해, 측정부(220)는 전류 센서 또는 전압 센서가 구성될 수 있다.
판단부(230)는 유도 전압 측정값과 사전에 측정한 VI 개방시 진공도별 유도 전압 측정값을 서로 비교하여 비교 결과에 따라 미리 설정되는 건전한 진공도 범위를 벗어났을 경우 알람 정보를 생성하는 기능을 수행한다. 알람 정보는 음성, 그래픽, 및 문자의 조합이 될 수 있다.
물론, 사전에 측정한 VI 개방시 진공도별 유도 전압 측정값은 가스 절연 개폐기가 조립되기전에 VI 양단에 고압의 전압을 인가 후 누설 전류 측정을 통해 생성되어 메모리에 저장된다. 메모리는 판단부(230) 내에 구비되는 메모리일 수 있고, 별도의 메모리가 될 수 있다. 따라서 플래시 메모리 디스크(SSD: Solid State Disk), 하드 디스크 드라이브, 플래시 메모리, EEPROM(Electrically erasable programmable read-only memory), SRAM(Static RAM), FRAM (Ferro-electric RAM), PRAM (Phase-change RAM), MRAM(Magnetic RAM) 등과 같은 비휘발성 메모리 및/또는 DRAM(Dynamic Random Access Memory), SDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory), DDR-SDRAM(Double Data Rate-SDRAM) 등과 같은 휘발성 메모리의 조합으로 구성될 수 있다.
도 2에 도시된 판단부(230)는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 소프트웨어 및/또는 하드웨어로 구현될 수 있다. 하드웨어 구현에 있어, 상술한 기능을 수행하기 위해 디자인된 ASIC(application specific integrated circuit), DSP(digital signal processing), PLD(programmable logic device), FPGA(field programmable gate array), 프로세서, 마이크로프로세서, 다른 전자 유닛 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 소프트웨어 구현에 있어, 소프트웨어 구성 컴포넌트(요소), 객체 지향 소프트웨어 구성 컴포넌트, 클래스 구성 컴포넌트 및 작업 구성 컴포넌트, 프로세스, 기능, 속성, 절차, 서브 루틴, 프로그램 코드의 세그먼트, 드라이버, 펌웨어, 마이크로 코드, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조, 테이블, 배열 및 변수를 포함할 수 있다. 소프트웨어, 데이터 등은 메모리에 저장될 수 있고, 프로세서에 의해 실행된다. 메모리나 프로세서는 당업자에게 잘 알려진 다양한 수단을 채용할 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 LPS(Line Potential Signaller)에 케이블 플러그를 연결하는 도면이다. 도 3을 참조하면, LPS(10)를 통해 생성되는 유기전압의 경우, 도체에서 직접적으로 전압을 받아오는 것이 아니라 절연체를 거쳐 케이블 플러그(Cable Plug)(30)의 절연 파트(Insulating Part)에 설치되어 있는 전압탭(Voltage Tap)에 유도되는 전압을 측정한 것으로 절연체의 C값(여기서, C는 정전용량이다)에 의존적이다. 즉, 유기 전압의 크기는 절연체의 C값에 비례한다.
절연체는 도 3에서 케이블 플러그(30)가 감싸고 있는 하얀부분이다. 해당 부위는 XLPE(Cross-Linked Poly Ethylene, 가교폴리에틸렌) 재질로 케이블을 절연시켜주는 역할을 한다. LPS을 통해 생성되는 유기전압은 전력 케이블 도체로부터 도체 ~ 내부 반도전층 ~ 절연층(XLPE) ~ 외부 반도전층 ~ 케이블 플러그의 절연파트를 거처 생성된다.
LPS(10)를 통해 생성되는 유기전압은 배전선로의 사활여부 판단을 위하여 23kV 케이블 플러그(30)에서 정전용량(C)에 의해 발생하는 전압을 측정하는 것으로 절연체의 유전율과 두께, 전압을 측정하기 위한 동(Voltage Tap, Voltage lead) 등의 영향을 받는다.
전압 탭(30-1)의 일부에 전압 리드(Voltage Lead)(30-2)가 패터닝된다. 패터닝 된다는 의미는 연결된다는 뜻이다. 도3에서 전압 탭 및 리드를 나타내는 사진속에 금색의 원형 구리가 전압탭(30-1)이며, 전압탭(30-1)에 용접되어 하얀 원통 중앙을 통과하는 빨간색 선이 전압 리드(30-2)이다.
LPS(10)는 후면판(11)와 이 후면판(11)에 조립되는 전면판(31)으로 구성된다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 휴전조작 순서 및 VI(Vacuum Interrupter) 진공도의 측정 조건을 보여주는 도면이다. 도 4를 참조하면, 변압기(410), 차단기(Circuit Breaker)(420), 단로기(Disconnecting Switch)(430) 등의 배전선로가 구성된다.
이러한 배전선로 구성에서, 운전중인 가스 절연 개폐기의 경우, 선로 휴전시 차단기(420)→단로기(430) 순서로 설비를 조작한다. 부연하면, 배전 선로의 차단기(420)만 개방시 VI 고정자측에는 모선전압(13.2kV)이 유기되며, 가동자측에는 플로팅 상태가 된다. 즉, 배전선로측 최근단 개폐기 개방시 가동자측의 경우, 플로팅 상태가 된다.
도 5는 도 4에서 가스 절연 개폐기 개방시 VI 양단 전압 상태를 보여주는 도면이다. 도 5를 참조하면, 차단기(420)가 개방되면 가스 절연 개폐기의 진공 인터럽터에 모선전압 13.2kV가 인가된다. 이 경우, 진공 인터럽터의 가동자는 플로팅 상태가 된다.
도 6은 도 5에 따른 진공 인터럽터(VI: Vacuum Interrupter)의 동작 개념도이다. 도 6을 참조하면, 진공 인터럽터(VI: Vacuum Interrupter)는 모선 전압이 인가되는 고정자(610), 고정자(610)에 연장되는 고정 전도체(611), 고정 전도체(611)의 말단에 형성되는 고정 접촉부(612), 고정자(610)가 고정 조립되는 제 1 플랜지(620), 고정 접촉부(612) 부위에 발생하는 아크를 쉴드하는 아크 쉴드(630), 일단이 제 1 플랜지(620)를 외삽하여 고정하고 타단이 제 2 플랜지(660)를 외삽하여 고정하며, 내측에 아크 쉴드(630)가 설치되는 원통형의 인슐레이터(640), 상하 방향으로 이동하는 가동자(650), 가동자(650)에 연장되는 이동형 전도체(651), 이동형 전도체(651)의 상단에 형성되어 고정 접촉부(612)와 접촉 또는 분리되는 이동형 접촉부(652), 탄성을 제공하며 이동형 전도체(651)를 감싸는 주름부(661), 주름부(661)를 보호하는 주름 보호부(662) 등을 포함하여 구성될 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 가동자(650)가 플로팅 상태에 있게 되며, 이 경우, 위쪽 방향으로 이동하여 이동형 접촉부(652)가 고정 접촉부(612)에 접촉되면서 아크가 발생한다. 부연하면, 개방된 VI의 한쪽에 전압이 인가될 경우 플로팅 상태의 반대쪽에는 내부 부유전압에 의해 유기 전압이 발생하게 되며, 이 전압은 VI 내부 진공도에 따라 값이 변화되는 특성을 가지고 있다.
도 7은 일반적인 파센커브(Paschen's Curve)를 보여주는 그래프이다. 도 7을 참조하면, 진공상태에서의 절연 파괴 전압(breakdown voltage)은 파센커브를 통해 알 수 있듯이 저진공에서 높은 절연파괴 전압을 보이다 진공도가 증가할수록 절연파괴전압이 낮아지며, 일정 진공도 이상에서는 다시 절연파괴전압이 증가하는 것을 확인할 수 있다. 도 7에서 p는 공기압(Air Pressure)이고, d는 전극간 거리이다. 즉, x축은 진공도이고, y축은 절연 파괴 전압이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 진공도에 기반한 아크쉴드 측정 전압 및 절연 상태의 판단을 보여주는 그래프이다. 도 8을 참조하면, 진공상태에서의 유기되는 전압은 위에서 설명한 파센커브와 반대의 경향을 보이며, 저진공 상태에서는 낮은 유기전압을 보이다가 진공도가 증가할수록 높은 유기전압(floating voltage of arc shield)을, 일정 진공도 이상에서는 다시 유기전압이 낮아지는 경향을 보인다.
이러한 특성을 활용하여 VI 개방시 한쪽에 모선전압이 인가되었을 때 반대쪽에서 측정되는 유기전압의 진공도별 데이터를 확보하면 운전중인 VI의 양단 전압 확인을 통해 내부 진공도의 적정성 여부를 판단할 수 있다.
도 9는 일반적인 전압탭(30-1)까지의 정전용량 분포를 보여주는 도면이다. 도 9를 참조하면, 좌측부터 순서대로 도체(910), 내부 반도전체(920), 절연체(930), 절연파트(940)에서의 정전용량 분포를 나타낸다. 내부 반도전체(920), 절연체(930), 절연파트(940)에서 정전용량(C)이 생성되고, 정전용량(C)의 분포 크기가 우측으로 가면서 증가하는 경향이 있다.
XLPE는 가교 폴리에틸렌으로 폴리에틸렌(Polyethylene:PE)에 유기 가황제를 혼합하여 가교설비로 폴리에틸렌(PE)을 가황(가교)시켜 폴리에틸렌 구조를 결합상태(가교 상태)로 만들어 폴리에틸렌에 열경화성의 점탄성 성질을 부여한 재료로 고전압 절연재료에 많이 사용된다.
도 6에서 VI 개방시 고정자에 모선전압인 13.2kV가 걸리며, 가동자에는 고정자 전압에 의해 진공도에 따라 유기 전압이 발생한다. 가동자의 경우 가스절연개폐장치의 내부 도체를 통해 전력 케이블까지 연결되어있어 가동자의 전압이 동일하게 전력 케이블에도 유기된다.
특히, 도 9는 도 3에 도시된 전력 케이블을 반으로 절단했을때 단면의 모습이다. 앞서 도 6에서 보았던 VI 가동자측에 유기된 전압이 도 9의 전력 케이블 도체에도 유기되며, 도 9에 표시된 C값들에 의해 전력 케이블 도체의 전압이 감압되어 전압탭(30-1)에 유기되고 전압 리드(30-2)를 통해 LPS로 연결되는 구조이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 정상 진공도와 비정상 진공도를 판별하여 경보를 송출하는 과정을 보여주는 흐름도이다. 도 10을 참조하면, 차단기(420)의 접점을 확인한다(단계 S1010).
단계 S1010에서 판단결과, 차단기(420)가 투입(ON)으로 판단되면 단계 S1010가 다시 진행된다.
이와 달리, 단계 S1010에서 판단결과, 차단기(420)가 개방(OFF)으로 판단되면, LPS를 통해 유기전압을 측정하여 유기전압 측정값을 산출한다(단계 S1020).
이후, 유도 전압 측정값을 사전에 측정한 VI 개방시 진공도별 유도 전압 측정값과 비교한다(단계 S1030).
단계 S1030에서 판단결과, 유도 전압 측정값이 사전에 측정한 VI 개방시 진공도별 유도 전압 측정값과 같으면 진공도를 정상으로 판정하고 단계 S1010 내지 단계 S1030가 다시 진행된다.
이와 달리, 단계 S1030에서 판단결과, 유도 전압 측정값이 사전에 측정한 VI 개방시 진공도별 유도 전압 측정값과 다르면 진공도를 불량으로 판정하고 알람 정보를 생성하여 송출한다(단계 S1040).
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 알람정보 구성의 예이다. 도 11을 참조하면, 차단기 개방시 원격 및 실시간으로 VI 진공도를 감시하고자 할 경우에는 차단기 접점을 통해 투입/개방 상태를 확인한 뒤 개방시 VI 가동 접촉자 전압을 LPS 통해 측정하여 진공도를 판단하고, A,B,C상 및 베이(Bay)의 알람 정보(즉 경보)를 매트릭스(Matrix) 형태로 구성하여 진공도가 불량할 경우 경보 알람을 보냄으로써 VI 진공도의 적합 여부를 원격 및 자동으로 판단할 수 있다.
도 11의 경우, 매트릭스는 A D/L(Distribution Line: 배전선로) B상 VI 진공도 불량시를 나타낸다.
도 12는 일반적인 마그네트론 방식의 진공도 측정 원리를 보여주는 도면이다. 도 12를 참조하면, 가스 절연 개폐기의 조립전 사전에 측정한 VI 개방시 진공도별 유도 전압 측정값을 산출하기 위해 도 12에 도시된 마그네트론 방식의 진공도 측정 원리가 사용될 수 있다.
도 12를 참조하면, 제작사에서 활용하고 있는 마그네트론(Magnetron) 방식의 VI 진공도 측정 장치의 경우, VI 접점을 개방한 상태에서 양단에 고압을 인가하여 대전 입자(이온)을 발생시킨 뒤 강한 자기장을 인가하여 이온을 이동시켜 개방된 VI 접점 사이로 흐르는 전류를 전류계를 통해 측정함으로써 VI 압력을 측정하고 있다. 이를 순서로 정리하면 다음과 같다.
ⓐ. VI 접점을 개방(Open)한 상태에서 양단에 고압을 인가하면 대전입자(이온)가 발생
ⓑ. 여기에 강한 자기장을 인가하면 고전압(HV: High Voltage)으로 발생한 이온이 이동하여, 개방된 VI 접점 사이로 전류(이온전류)가 흐르게 됨
ⓒ. VI 전점 사이로 흐르는 누설전류 측정을 통해 내부 진공도 계산
이러한 이온전류는 VI 내부의 압력에 직접 비례하기 때문에 VI에 대하여 압력-이온전류간의 곡선을 알 수 있으면 이러한 원리를 통해 VI 내부 압력을 계산할 수 있다.
또한, 여기에 개시된 실시형태들과 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계들은, 마이크로프로세서, 프로세서, CPU(Central Processing Unit) 등과 같은 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) 코드, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다.
상기 매체에 기록되는 프로그램 (명령) 코드는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프 등과 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD, 블루레이 등과 같은 광기록 매체(optical media) 및 롬(ROM: Read Only Memory), 램(RAM: Random Access Memory), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 (명령) 코드를 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 반도체 기억 소자가 포함될 수 있다.
여기서, 프로그램 (명령) 코드의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
10: 라인 포텐셜 시그널러(LPS: Line Potential Signaller)
11: 후면판 11-1: 단자
30: 케이블 플러그 30-1: 전압 탭
30-2: 전입 리드 31: 전면판
100: 진공도 적합 여부 판단 장치
101: 전기선
110: 전원부 120: 테스터
130: 출력부
210: 접속부 220: 측정부
230: 판단부
410: 변압기 420: 차단기
430: 단로기
610: 고정자 620: 제 1 플랜지
630: 아크 쉴드 640: 인슐레이터
650: 가동자 660: 제 2 플랜지
910: 도전체 920: 반도전체
930: 절연체 940: 절연 파트(Insulating Part)

Claims (18)

  1. 가스 절연 개폐기에 설치되는 VI(Vacuum Interrupter) 가동 접촉자에 유기되는 유기 전압을 측정하기 위한 라인 포텐셜 시그널러(LPS: Line Potential Signaller)(10); 및
    상기 라인 포텐셜 시그널러(10)에 연결되어 상기 유기 전압으로 유도 전압 측정값을 생성하고, 상기 유도 전압 측정값을 통해 VI 진동도의 건전성을 판별하는 테스터(120);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 절연 개폐기의 진공도 적합 여부 판단 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 테스터(120)는,
    전기선(101)으로 상기 라인 포텐셜 시그널러(10)의 후면판(11)에 설치되는 단자(11-1)와 연결되는 접속부(210);
    상기 라인 포텐셜 시그널러(10)를 통해 유입되는 상기 유기 전압으로 상기 유도 전압 측정값을 생성하는 측정부(220); 및
    상기 유도 전압 측정값을 사전에 측정한 VI 개방시 진공도별 유도 전압 측정값을 비교하여 비교 결과에 따라 알람 정보를 생성하는 판단부(230);를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 절연 개폐기의 진공도 적합 여부 판단 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 VI 개방시 진공도별 유도 전압 측정값은 상기 가스 절연 개폐기가 조립되기전에 VI 양단에 전압을 인가후 누설 전류 측정을 통해 생성되어 메모리에 미리 저장되는 것을 특징으로 하는 가스 절연 개폐기의 진공도 적합 여부 판단 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 판단부(230)는,
    상기 유도 전압 측정값이 상기 사전에 측정한 VI 개방시 진공도별 유도 전압 측정값과 같으면 진공도를 정상으로 판정하고,
    상기 유도 전압 측정값이 사전에 측정한 VI 개방시 진공도별 유도 전압 측정값과 다르면 진공도를 불량으로 판정하는 것을 특징으로 하는 가스 절연 개폐기의 진공도 적합 여부 판단 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 유기 전압은 절연체(930)를 거쳐 케이블 플러그(Cable Plug)(30)의 절연 파트(Insulating Part)(940)에 설치되어 있는 전압탭(Voltage Tap)(30-1)에 유도되는 유기전압을 측정한 것인 것을 특징으로 하는 가스 절연 개폐기의 진공도 적합 여부 판단 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 유기 전압의 크기는 상기 절연체(930)의 C값 (여기서, C는 전기용량이다)에 비례하는 것을 특징으로 하는 가스 절연 개폐기의 진공도 적합 여부 판단 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 유기 전압은 상기 진공 인터럽터의 저진공 상태에서는 낮은 유기전압을 보이다가 진공도가 증가할수록 높은 유기전압(floating voltage of arc shield)을, 일정 진공도 이상에서는 다시 유기전압이 낮아지는 경향을 갖는 것을 특징으로 하는 가스 절연 개폐기의 진공도 적합 여부 판단 장치.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 판별에 따른 상기 알람 정보를 출력하는 출력부(130);를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 절연 개폐기의 진공도 적합 여부 판단 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 알람 정보는 매트릭스 형태로 표현되는 것을 특징으로 하는 가스 절연 개폐기의 진공도 적합 여부 판단 장치.
  10. (a) 가스 절연 개폐기에 설치되는 VI(Vacuum Interrupter) 가동 접촉자에 유기되는 유기 전압을 측정하기 위한 라인 포텐셜 시그널러(LPS: Line Potential Signaller)(10)에 연결되는 테스터(120)가 상기 유기 전압으로 유도 전압 측정값을 생성하는 단계; 및
    (b) 상기 테스터(120)가 상기 유도 전압 측정값을 통해 VI 진동도의 건전성을 판별하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 절연 개폐기의 진공도 적합 여부 판단 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 (a) 단계는, 전기선(101)으로 상기 라인 포텐셜 시그널러(10)의 후면판(11)에 설치되는 단자(11-1)와 연결되는 접속부(210)를 통해 측정부(220)가 상기 라인 포텐셜 시그널러(10)를 통해 유입되는 상기 유기 전압으로 상기 유도 전압 측정값을 생성하는 유도 전압 측정값 생성 단계;를 포함하고,
    상기 (b) 단계는, 판단부(230)가 상기 유도 전압 측정값을 사전에 측정한 VI 개방시 진공도별 유도 전압 측정값을 비교하여 비교 결과에 따라 알람 정보를 생성하는 알람 정보 생성 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 절연 개폐기의 진공도 적합 여부 판단 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 VI 개방시 진공도별 유도 전압 측정값은 상기 가스 절연 개폐기가 조립되기전에 VI 양단에 전압을 인가후 누설 전류 측정을 통해 생성되어 메모리에 미리 저장되는 것을 특징으로 하는 가스 절연 개폐기의 진공도 적합 여부 판단 방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 알람 정보 생성 단계는,
    상기 판단부(230)가, 상기 유도 전압 측정값이 상기 사전에 측정한 VI 개방시 진공도별 유도 전압 측정값과 같으면 진공도를 정상으로 판정하고, 상기 유도 전압 측정값이 사전에 측정한 VI 개방시 진공도별 유도 전압 측정값과 다르면 진공도를 불량으로 판정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 절연 개폐기의 진공도 적합 여부 판단 방법.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 유기 전압은 절연체(930)를 거쳐 케이블 플러그(Cable Plug)(30)의 절연 파트(Insulating Part)(940)에 설치되어 있는 전압탭(Voltage Tap)(30-1)에 유도되는 유기전압을 측정한 것인 것을 특징으로 하는 가스 절연 개폐기의 진공도 적합 여부 판단 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 유기 전압의 크기는 상기 절연체(930)의 C값(여기서, C는 전기용량이다)에 비례하는 것을 특징으로 하는 가스 절연 개폐기의 진공도 적합 여부 판단 방법.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 유기 전압은 상기 진공 인터럽터의 저진공 상태에서는 낮은 유기전압을 보이다가 진공도가 증가할수록 높은 유기전압(floating voltage of arc shield)을, 일정 진공도 이상에서는 다시 유기전압이 낮아지는 경향을 갖는 것을 특징으로 하는 가스 절연 개폐기의 진공도 적합 여부 판단 방법.
  17. 제 11 항에 있어서,
    상기 판별에 따른 상기 알람 정보를 출력부(130)에 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 절연 개폐기의 진공도 적합 여부 판단 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 알람 정보는 매트릭스 형태로 표현되는 것을 특징으로 하는 가스 절연 개폐기의 진공도 적합 여부 판단 방법.
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