KR20240026133A - 절연 전력 케이블 시스템의 기능적 신뢰성 평가 - Google Patents
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Abstract
회로 길이를 따라서 전도성 실드의 세그먼트를 접지로부터 전기적으로 격리시키고, 진폭이 점진적으로 증가되는 테스트 전압을 격리된 실드 세그먼트에 공급함으로써, 고전압 케이블 회로를 위한 케이블 실드 시스템의 기능적 신뢰성이 결정된다. 전류는, 공급된 테스트 전압에 응답하여 실드 세그먼트 및 연결된 실드 전압 제한기(SVL)에서 흐른다. SVL을 통한 전류가 모니터링되고, 실드 시스템의 동작 무결성이 SVL에 걸친 전압 및 SVL을 통한 모니터링되는 전류의 함수에 따라 결정된다. 전류 흐름은, 실드 세그먼트가 연결되는 링크 박스 내에 포함된 SVL에 의해서 소산되는 열을 감지함으로써 모니터링된다. SVL에 걸친 전압 및 SVL을 통한 모니터링되는 전류가 나타내는 정보는 원격 위치로 전송되고, 이러한 원격 위치에서 SVL의 동작 무결성이 결정된다.
Description
본 발명은 고전압 전기 케이블, 및 이러한 케이블의 금속 실드 본딩(metallic shield bonding) 및 접지 구성의 기능적 신뢰성을 평가하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
지하 매설용 고전압 전력 케이블은, 전기 절연체, 금속 실드, 및 보호 자켓의 순서로 피복되어 있는, 고전압 전기 전도체로 구성된다. 일반적인 AC 고전압 회로는, 다목적 변전소, 가공 라인(overhead line), 및 해저 케이블 전환부를 상호 연결하는 지하 3상 ac 케이블 회로를 형성하는, 공통 덕트 뱅크(common duct bank)에 둘러싸인 별도의 도관 내에 설치되는 3개의 개별 위상 고전압 케이블을 포함한다. 이러한 케이블의 제조 길이는 포장, 운반, 및 설치 제약에 의해서 제한되고, 따라서 최종 케이블 회로는 일반적으로 맨홀에 의해서 분리되는 케이블 경로를 따른 세그먼트 또는 섹션으로 구성되며, 개별 위상(A, B 및 C)의 각각은 동일 위상의 다른 세그먼트에 접합된다. 각 세그먼트는 수 미터, 예를 들어 수백 미터, 또는 수 킬로미터로 연장될 수 있다.
가장 단순한 구성으로, 케이블 회로의 각 위상은, 전기 절연체에 의해서 둘러싸인 고전압 전도체로 구성되며, 전도체는 전도성 실드 및 비금속 보호 자켓에 의해서 둘러싸여 있다. 즉, 위상(예를 들어 위상(A))의 전도체 세그먼트는 (또한 위상(A)의) 실드의 상응하는 세그먼트에 의해서 동심적으로 둘러싸이고, 전도체 및 실드 모두는 고전압 케이블 회로의 길이를 따라서 연장된다. 실드는 전기 스트레스(electrical stress)를 케이블 전기 절연체로 한정하고 시스템 오류 전류를 위한 적절한 복귀 경로를 제공하기 위한 것이다.
케이블 실드는 회로 길이를 따라 하나 이상의 지점에서 접지에 연결되나(다중 지점 접지 배열), 이는 접지 지점들 사이의 케이블 실드 내의 전류 흐름을 초래한다. 실드 내에서 흐르는 전류의 양은 덕트 뱅크 내의 위상 전도체의 배열, 케이블 실드의 전기 전도도, 및 고전압 케이블 전도체 내에서 흐르는 부하 전류에 따라 달라질 것이다. 이러한 "유도 실드 전류"는 실드에서 바람직하지 못한 열 손실을 생성하고 케이블 회로의 전류 용량(전류 이송 용량)을 제한할 정도로 충분히 클 수 있다.
옵션으로서, 케이블 실드는 회로 길이를 따라 하나의 지점에서만 전기 접지에 물리적으로 연결될 수 있다(단일 지점 접지 구성). 이러한 구성에서, 케이블 전류 용량을 제한하는 순환 전류는 존재하지 않는다. 그러나, 이러한 단일 지점 접지 구성에서, 접지 지점으로부터의 거리에 따라 유도 실드 전압이 증가된다. 이러한 실드 전압은 또한 케이블 위상과 전도체 부하 전류 사이의 물리적 분리에 따라 달라진다. 유도 실드 전압은 심지어 정상적인 부하에서도 매우 높을 수 있고, 오류 및 과도 서지 조건 중에 손상 레벨에 도달할 수도 있다. 부하 스위칭 또는 낙뢰로 인해 때때로 발생할 수 있는 높은 실드 전압으로 인한 손상을 최소화하거나 방지하기 위해서, 종종 실드 전압 제한기(SVL)로 지칭되는 서지 피뢰기가, 보다 용이하게 접근할 수 있는 접지되지 않은 실드의 단부 지점에 일반적으로 설치된다. SVL은 실드와 접지 사이에서 발생하는 과도적인 전위차를 수용 가능한 레벨로 제한한다. SVL은, SVL에 걸친 전압이 그 전도 문턱값 전압을 넘어서 증가될 때 감소되는 저항 값을 나타내는 비-선형 저항기로서 특성화될 수 있는 세라믹 금속 산화물 블록으로 구성된다. SVL은 다양한 전압 분류 및 에너지 용량으로 제공된다. 이들은, 정상 전력 동작 중에는 개방 회로와 같이, 그리고 과도적인 서지 중에 SVL에 걸친 전위가 그 전도 문턱값 전압을 초과할 때에는 단락 회로와 같이 거동하는 것으로 생각될 수 있다. 공지된 바와 같이, 고전압 케이블의 정상 전력 동작은 일반적으로 케이블에 흐르는 전류의 60 Hz 또는 50 Hz 주파수(즉, 전력 주파수)를 지칭한다.
단일 지점 접지 구성에서, SVL은 접지되지 않은 실드 세그먼트의 단부와 접지 사이에 설치되어, 발생 가능한 과전압을 케이블 자켓의 유전 강도보다 훨씬 낮은 레벨로 클램핑한다. 따라서, SVL은 케이블 자켓을 고전압 과도 서지로부터 야기되는 고장으로부터 보호한다. 연속적인 세그먼트들을 결합하는 케이블 접합부는, "실드 브레이크"로 지칭되는 실드 중단 갭을 포함하고, 이는 각각의 실드 세그먼트들을 서로 효과적으로 격리시켜, 상이한 전위들에서 동작할 수 있게 한다. 따라서, 이러한 갭은 과도 서지를 견뎌야 한다.
SVL은, 잘 정의되고(well defined) 이해되는 특성적인 전압-전류 관계를 갖는 비-선형 장치이다. SVL의 저항은 장치에 걸쳐 인가되는 전압에 따라 달라진다. SVL의 전도 문턱값 전압이 초과될 때, 임의의 전압 증가는 비례하지 않는 방식으로 증가되는 전류를 초래한다. 전도 중에 부여되는 에너지는 SVL에 의해서 열로 소산된다. 그 전도 문턱값 전압 미만에서, SVL을 통한 전류는 용량형(capacitive)이며, SVL에 걸친 전압과 위상이 맞지 않고(out of phase) 그에 비례한다. 이러한 전류는 매우 낮은 레벨(1 밀리암페어 미만)이며, 그에 따라 정상 동작 중에 에너지가 실질적으로 소산되지 않고, SVL의 표면에서 온도 상승을 검출할 수 없다. 그러나, SVL에 걸친 전압이 점진적으로 증가하여 전도 문턱값 전압 레벨을 초과함에 따라, 전류가 기하급수적으로 증가하고 전압과 위상이 같아지는 방향으로 이동하면서 SVL은 저항적으로 거동하고, 그에 따라 열이 발생하고 이로 인해 SVL의 표면 온도가 상승하게 된다. 이러한 표면 온도 상승은, SVL이 그 정격 에너지 용량보다 낮은 전압 레벨로 매우 짧은 지속 시간의 과도 서지를 받을 때에도 관찰될 수 있다. 이는 정상적이고, 서지 소산 후에 냉각이 발생된다.
또한, SVL을 통한 전류는 SVL에 걸친 전압과 위상이 맞지 않는다.
교차-본딩 구성에서, 케이블 실딩 시스템 내의 전류 흐름을 최소화하기 위해, 각 위상 전도체의 실드 세그먼트를 연결(또는 교차-본딩)하는 동안, 실드 접지 연속성이 단부로부터 단부까지 유지된다. 교차-본딩은 두 개의 맨홀 내에 제공되며, 바람직하게는 회로 길이를 따라 접지 지점들 사이의 1/3 지점 및 2/3 지점에 위치된다. 이러한 교차-본딩 구성에서, 3개의 위상의 각각으로부터 실드로 유도된 전압의 순 벡터 합이 0이 되고, 케이블 실드 내에서는 전류가 흐르지 않으며, 실드의 교차-연결된 지점들과 접지 사이에서는 측정 가능한 전압이 거의 발생하지 않는다.
그러나, 오류 상태 또는 과도 전압 이벤트 하에서, 케이블 실드 회로는 위상 평형이 되지 않으며, 결과적인 전압 및 전류는 정상적인 전력 주파수 동작에 기초한 기대치를 따르지 않을 것이다. 이러한 이벤트는 지속 시간이 매우 짧고, 정격의 관점에서는 중요하지 않을 것이지만, 손상을 일으키는 높은 실드 전압을 초래할 수 있다.
교차 본딩된 실드 구성을 용이하게 하기 위해, 하나의 위상의 실드가 다른 위상의 실드에 연결될 수 있도록, 각 위상 전도체 주변의 케이블 실드의 연속성이 교차 본딩 지점에서 중단된다(실드 중단 갭). 이러한 실드 브레이크는 실드 세그먼트가 상이한 전위들에서 동작할 수 있게 하고, 과전압 과도 상태를 견딜 수 있는 적절한 유전 강도를 가져야 한다. SVL을 사용하여, 실드 전압을 케이블 재킷 및 실드 브레이크 모두에 대한 안전 내전압 레벨로 클램핑한다. 케이블 실드 전압이 일반적으로 정상 동작 중에 100 볼트 미만이지만, SVL에 의해서 과도 서지로부터 보호되는 구성요소의 유전 강도는 20 kV 초과로 설계된다. SVL은, 설치될 때, 전압을 케이블 실딩 시스템 구성 요소의 내전압 강도보다 훨씬 낮은 레벨로 클램핑한다.
회로의 최대 전류 용량을 달성하기 위해, 단일 지점 접지 및 교차-본딩 구성으로 이루어진 케이블 실드 배열이 동일한 회로에 함께 적용될 수 있다. 예로서, 교차-본딩 실드 배열로 구성된 3개의 케이블 섹션 또는 세그먼트는 또한 단일 지점 접지 실드 세그먼트로 구성된 후속 세그먼트를 포함할 수 있으며, 이는 이러한 4개의 세그먼트에서 최소의 실드 전류를 초래하거나 사실상 실드 전류가 없는 것을 초래할 수 있다.
링크 박스는, 케이블 실드의 교차 본딩 및 접지와 관련된 하드웨어 및 케이블 재킷 및 실드 브레이크를 고장으로부터 보호하는 데 사용되는 SVL을 캡슐화하는(encapsulate) 밀봉 인클로저이다. 이들은 종종, 케이블 재킷 및 쉴드 브레이크 갭의 쉴드 재구성 및 서비스 중단 유지 보수 테스트를 용이하게 하기 위해, 탈착식 전도체 링크를 포함한다. 재킷, 실드 브레이크 또는 SVL의 유전 고장은 케이블의 동작 정격에서 고려되지 않은 케이블 실드 전류 및 그와 연관된 실드 내의 열 손실을 초래할 수 있고, 결과적으로 예상보다 높은 케이블 동작 온도를 초래할 수 있다. 지속적인 과전압(SVL 전도 전환 영역에서의 장시간의 동작) 및 SVL이 안전하게 처리할 수 있는 레벨보다 높은 과도 레벨에의 노출로부터, SVL 손상이 발생될 수 있다. 이러한 상태들은 SVL의 내부 가열, 성능 저하 및 SVL의 가능한 고장으로 이어진다.
링크 박스는 일반적으로, 케이블과 실드 세그먼트가 접합 하드웨어에 의해 결합되는 맨홀에서 발견된다. 맨홀에의 접근은 고전압 케이블 회로의 탈-에너지화(de-energizing), 맨홀에 존재하는 모든 물의 제거, 가스의 테스트, 중요한 안전 예방 조치의 준수, 및 케이블 회로 및 실드의 서비스를 필요로 하고, 이들 모두는 매우 제한된 공간에서 이루어진다. 따라서, 특정 유지 보수 테스트를 포함할 수 있는 정기적인 '서비스 중단' 검사로 구성된 동작 검증은 시간과 비용이 많이 소요되며 거의 실행되지 않는다. 대부분의 경우, 링크 박스 내의 구성요소의 고장은 사후 오류 조사 중에 발견된다. 정기 점검 및 사후 오류 조사 중에 물이 가득 차서 사실상 모든 내부 구성요소가 단락된 링크 박스를 발견하는 것은 드문 일이 아니다.
상호 연결된 실드 세그먼트를 통해 흐르는 전류, 링크 박스로부터 접지로 흐르는 전류, 링크 전도체(또는 케이블 실드)와 접지 사이에 나타나는 전압, 설치된 SVL의 표면 온도, 또는 밀봉된 링크 박스 인클로저 내에 존재하는 환경 상태(압력, 온도 및 습도)의 현장 측정을 수행하는 센서가 잘 알려져 있고 상업적으로 입수할 수 있다. 그러나, 이러한 센서를 선택하고 링크 박스 인클로저의 범위 내에 패키징할 필요가 있고, 센서 정보를 그러한 위치(일반적으로 지반면(grade) 아래)로부터 동작 해당 정보를 처리하여 검증 또는 상태 평가를 수행하고, 케이블 실드 시스템 그리고 특히 해당 시스템 내의 SVL의 잠재적 비정상에 대한 진단을 수행하는 위치로 전송할 필요가 있다.
설치된 SVL의 상태 평가는 이전에는 유지 보수를 중단하고 육안으로 검사하는 것으로 제한되었다. 이를 위해서는, 링크 박스가 위치된 맨홀에 들어가서, 링크 박스를 물리적으로 개방하여 링크 및 SVL의 상태를 관찰한 다음, 그 시각적 외관에 기초하여 SVL의 동작 "양호성"(즉, 동작 무결성)을 추정해야 한다. 이러한 절차의 약점을 인식하여, 일부 유틸리티는 단순히 SVL을 교체하고, 후속 실험실 테스트에서 적절하게 동작하는 것으로 입증된 것을 재활용한다. 현재 수행되는 현장 검사는 그 가치가 미미하고, 노동 집약적이며, 안전에 문제가 있을 수 있다. 결과적으로, 검사는 기껏해야 넓은 시간 간격으로 수행되며, 따라서 특히 설치된 SVL의 상태를 평가하는 데 있어 그 가치가 제한된다.
맨홀 진입이 필요없는 링크 박스-설치형 SVL의 동작 무결성을 검증하기 위한 현장 테스트와 커플링된 오류 동작을 식별하기 위한 실드 시스템 매개변수의 원격 모니터링은, 케이블 실드 시스템, 보다 구체적으로는 설치된 SVL의 전기 거동을 직간접적으로 특성화할 수 있는 안전하고, 저렴한 수단 및 방법을 유틸리티에 제공함으로써 현재의 기존 실무보다 상당한 개선을 제공할 수 있다.
장점으로서, 본 발명은, 고전압 케이블 실드 시스템 및 SVL을 포함하는 그 관련 구성요소의 기능적 신뢰성을 확인하고 필요한 수리 또는 교체를 수행한 다음, 시스템 작동이 설계대로 동작하는지 확인하기 위해, "서비스 중단" 유지 보수 테스트를 실행하는 수단 및 방법을 제공한다. 케이블 실드 시스템의 상태 평가 및 비정상 진단은, 케이블 실드의 세그먼트들이 연결되는 인클로저(예를 들어, 링크 박스) 내에 바람직하게 배치되는 센서로부터의 센서 입력(예를 들어, 전압, 전류, 온도)의 조합으로부터 도출된다.
SVL의 기능적 신뢰성, 또는 동작 기능은 그 특성적인 전압-전류 관계로부터 결정될 수 있다. 이러한 전압-전류 관계는, SVL을 통해 흐르는 전류를 모니터링하면서, 램프 또는 단계적 테스트 전압을 SVL에 인가함으로써 측정된다. SVL의 전도 문턱값 전압에서 전류는 기하급수적으로 증가하고, 그에 따라 금속 산화물 블록의 온도를 상승시킨다. 따라서, SVL의 전압-전류 특성은 직접 측정될 수 있거나, 그 전압-온도 특성을 통해 유추될 수 있다. 정상 동작 중에 SVL 표면 온도를 측정하여 비정상을 감지하기 위해 제공될 수 있는 온도 센서는 SVL의 표면 온도를 모니터링하는 데 활용될 수 있으며, 그에 따라 SVL을 전도 영역으로 구동하는 테스트 프로토콜(즉, 테스트 전압)에 대한 SVL의 응답을 모니터링할 수 있다. 표면 온도 상승은 SVL 전류 흐름과 직접적으로 상호 관련될 수 있고, 그에 따라 SVL의 기능적 신뢰성 또는 동작 무결성을 평가하는 데 있어서 효과적인 수단이 된다.
지반면 아래의 위치를 포함하여 원격 위치에 있을 수 있는, 링크 박스 인클로저의 범위 내에 있는 센서로부터의 정보가 전송되고, 정상 동작 중에 링크 박스 상태를 모니터링하는 데 사용된다. 서비스 중단 유지 보수 테스트 중에 수집된 전압, 전류 및 온도 정보는 고장이 발생하기 전에 SVL의 비정상을 식별할 수 있다.
비정상 상태에 대한 사전 경고는 계획된 교정 조치를 취할 수 있는 기회를 제공한다. 그러나, 이제까지, 단순한 경고 수단은 현재 이용 가능하지 않다. 본 발명은, 센서를 이용하여, 유지 보수 테스트 중에 링크 박스 내의 동작 및 환경 상태를 측정하고 모니터링하여, 설치된 SVL의 동작 특성을 검증할 수 있게 한다.
증가되는 테스트 전압 레벨을 케이블 실드에 인가하고 SVL을 통한 전류를 직간접적으로 측정하는 것은, 새로운, 또는 기준 유닛과 비교하기 위한 특성적인 전압-전류 또는 전압-온도 곡선을 제공한다. 이러한 SVL 특성은 정상 동작 중에 실드 시스템을 모니터링하는 데 사용되는 동일한 센서로 측정될 수 있다. 본 발명은 특성적인 전도 전환 영역을 통해서 설치 SVL을 추적할 수 있을 정도로 충분히 민감한 현장 테스트 프로토콜을 사용한다.
본 발명의 목적은, 인클로저의 밀봉 커버를 개방할 필요 없이, 시스템 테스트 중에, 인클로저를 포함하는 실딩 시스템의 상태를 감지, 테스트, 평가, 진단 및/또는 보고하는 시스템 및 방법을 제공하는 데 있다. 이는, 맨홀에 대한 접근 및 인클로저의 환경 밀봉을 손상시킬 수 있는 밀봉 커버의 개방 없이, 다양한 통신 옵션(LP-WAN 포함)을 사용하여 케이블 실드 시스템의 전기 및 환경 상태에 대한 센서 입력의 수집을 거의 실시간으로 시스템 운영자에게 전송함으로써 달성될 수 있다.
본 발명의 다른 목적은, 케이블 실드 시스템, 특히 설치된 SVL의 기능적 본딩 및 접지 배열의 예상 거동을 나타내는 측정 가능 응답을 자극하는 유지 보수 테스트를 제공하는 데 있다.
유지 보수 테스트는 케이블 실드 세그먼트에 공급되는 외부 테스트 전압에 대한 응답으로 SVL에 걸친 전압 및 이를 통해 흐르는 전류를 모니터링한다. 일 실시형태에서, SVL 전류는 SVL에 의해 소산되고 열 센서에 의해 감지되는 열로 표현된다.
본 발명의 일 양태에 따라, 고전압 케이블 회로의 고전압 케이블 실드 시스템의 상태는, 유지 보수 테스트 중에, 유지 보수 테스트 대상인 케이블 실드 세그먼트의 모든 동작 접지 지점을 전기적으로 분리하여 해당 세그먼트를 접지로부터 격리시킴으로써 결정된다. 점진적으로 증가하는 진폭의 테스트 전압이, 접지되지 않은 실드가 실드 전압 제한기(SVL)를 통해서 접지 전위에 연결된 커넥터 링크를 수용하는 커버 인클로저(covered enclosure)로부터 이격된, 격리된 실드 세그먼트의 단부에 공급된다. 인가된 테스트 전압에 응답한 SVL에 걸친 전압 및 결과적인 SVL의 표면 온도를, 바람직하게는 링크 박스 내에서, 모니터링 및 기록한다. SVL의 상태는 설치된 SVL의 전압-온도 특성을, 동일하거나 유사한 기준 SVL의 전압-온도 특성 또는 동일한 테스트 전압을 받지 않는 인접 SVL과 비교함으로써 결정된다.
본 발명의 추가적인 특징에 따라, 연속적인 실드 세그먼트들을 교차 본딩시키는 인클로저 또는 링크 박스는 케이블 회로 상의 복수의 설치된 SVL에 전기적 연결을 제공한다.
일 실시형태에서, 적어도 하나의 다른 링크 박스는 다른 위상의 실드를 또 다른 위상의 실드에 연결하기 위한 커넥터 링크를 수용한다. 따라서, 제1 위상의 실드는 제1 링크 박스 내의 커넥터 링크를 통해 제2 위상의 실드에 전기적으로 연결되고, 제2 위상의 실드는 다른 링크 박스 내의 커넥터 링크를 통해 제3 위상의 실드에 연결된다. 이러한 구성에서, 복수의 링크 박스들 내의 SVL들은, 링크 박스들 내의 센서들이 해당 테스트 전압에 대한 각각의 SVL의 국소적인 응답을 모니터링하는 동안, 테스트 전압에 동시에 노출될 수 있다.
본 발명의 다른 특징으로서, 케이블 실드 시스템의 상태는, 일상적인 "서비스-중" 동작 중에 그리고 "서비스 중단" 유지 보수 테스트 중에 SVL의 전압, 전류 및 온도를 나타내는 정보가 케이블 실드 시스템의 상태를 처리 및 평가하기 위해 원격 위치로 전송되는, 원격 위치에서 결정된다. 예를 들어, 전압, 전류 및 온도 정보는 저전력 광역 네트워크(LP-WAN) 또는 기타 무선 시스템을 통해서, 또는 광섬유 케이블에 의해 원격 위치로 전송된다. 이러한 정보는 케이블 회로에 배치된 다른 센서의 유사한 데이터와 조합될 수 있고, 케이블 회로의 실드 본딩 및 접지 시스템의 동작 무결성을 확인하기 위해서 분석될 수 있다.
본 발명의 다양한 다른 목적 및 장점이 이하의 구체적인 설명을 통해 명확해질 것이고, 신규한 특징들은 특히 첨부된 청구범위에서 적시될 것이다.
본 발명은, 첨부 도면과 관련하여 이루어지는 이하의 상세한 설명에 의해서 가장 잘 이해될 것이다.
도 1은 실드 연속성 브레이크 및 SVL을 갖는 고전압 케이블 회로의 일반적인 연결, 또는 접합을 도시한다.
도 2는 본 발명이 적용될 수 있는 단일 지점 실드 접지 구성을 위한 SVL을 갖는 3상 링크 박스의 구성을 도시한다.
도 3은 본 발명이 적용될 수 있는 교차-본딩된 실드 구성을 위한 SVL을 갖는 3상 링크 박스를 도시한다.
도 4a는 케이블 실드 시스템의 서비스 중의 동작 테스트 데이터 및 서비스 중단 유지 보수 테스트 데이터를 제공하기 위해서 3상 교차-본딩 링크 박스에서 각각의 실드 세그먼트 위상으로 설치된 매개변수 센서의 AC 등가 회로 개략도이다.
도 4b는 케이블 실드 시스템의 서비스 중단 유지 보수 데이터를 제공하기 위해서 3상 교차-본딩 링크 박스에서 각각의 실드 세그먼트 위상으로 설치된 매개변수 센서의 DC 등가 회로 개략도이다.
도 4c는 홀 효과 전류 센서(Hall effect current sensor)를 이용하여 케이블 실드 시스템의 서비스 중단 유지 보수 테스트 데이터를 제공하기 위해서 3상 교차 본딩 링크 박스에서 각각의 실드 세그먼트 위상으로 설치된 매개변수 센서의 등가 DC 회로 개략도이다.
도 5는 도 4a 및 도 4b에 개략적으로 도시된 매개변수 센서를 통합하는 3상 교차-본딩 링크 박스를 도시한다.
도 6은 SVL을 통한 몇 개의 동작 전류의 크기에 걸친 SVL의 전압-전류 특성을 설명하는 그래프이다.
도 7a, 도 7b 및 도 7c는 전형적인 SVL의 전압-전류 특성, 전압-온도(표면 온도) 특성, 및 전압-역률 특성을 그래픽으로 도시하며, 특히 전도 전환 영역을 도시한다.
도 8은 접지 지점들 사이에 3개의 실드 세그먼트를 갖는 교차-본딩 실딩 배열의 접지 및 본딩 구성을 도시한다.
도 9는 접지 지점들 사이에 3개의 실드 세그먼트를 갖는 교차-본딩 실딩 배열에서의 유지 보수 테스트 구성을 개략적으로 도시한다.
도 10은 접지 지점들 사이에 3개의 실드 세그먼트를 갖는 교차-본딩-실딩 배열에서의 다른 유지 보수 테스트 구성을 개략적으로 도시한다.
도 11은 본 발명에 따른 교차-본딩된 실드를 테스트하기 위한 실시형태의 단순화된 개략도이다.
도 12는 본 발명에 따른, 상태가 평가되는 2개의 단일 지점 접지 케이블 세그먼트로 구성된 케이블 실드 시스템의 정상 동작 구성의 단순화된 개략도이다.
도 13은 본 발명에 따른, 상태가 평가되는 2개의 단일 지점 접지 케이블 세그먼트로 구성된 케이블 실드 시스템의 정상 동작 구성의 또 다른 구성의 단순화된 개략도이다.
도 14는 본 발명에 따른, 상태가 평가되는 2개의 단일 지점 접지 케이블 세그먼트로 구성된 케이블 실드 시스템의 정상 동작 구성의 추가적인 구성의 단순화된 개략도이다.
도 15는 3개 초과의 교차-본딩된 케이블 세그먼트를 포함하는 케이블 실드 시스템의 단순화된 개략도이다.
도 16은 3개 초과의 교차-본딩된 케이블 세그먼트를 포함하는 케이블 실드 시스템에 대한 서비스 중단 유지 보수 테스트 구성의 단순화된 개략도이다.
도 17은, 케이블 실드 시스템의 기능적 신뢰성이 원격 위치에서 평가되는, 본 발명의 실시형태의 개략도이다.
도 18은 3개의 부 섹션(minor section)을 포함하는 주 섹션을 갖는 케이블 실드 시스템에 대한 다른 서비스 중단 유지 보수 테스트 구성의 개략도이다.
도 1은 실드 연속성 브레이크 및 SVL을 갖는 고전압 케이블 회로의 일반적인 연결, 또는 접합을 도시한다.
도 2는 본 발명이 적용될 수 있는 단일 지점 실드 접지 구성을 위한 SVL을 갖는 3상 링크 박스의 구성을 도시한다.
도 3은 본 발명이 적용될 수 있는 교차-본딩된 실드 구성을 위한 SVL을 갖는 3상 링크 박스를 도시한다.
도 4a는 케이블 실드 시스템의 서비스 중의 동작 테스트 데이터 및 서비스 중단 유지 보수 테스트 데이터를 제공하기 위해서 3상 교차-본딩 링크 박스에서 각각의 실드 세그먼트 위상으로 설치된 매개변수 센서의 AC 등가 회로 개략도이다.
도 4b는 케이블 실드 시스템의 서비스 중단 유지 보수 데이터를 제공하기 위해서 3상 교차-본딩 링크 박스에서 각각의 실드 세그먼트 위상으로 설치된 매개변수 센서의 DC 등가 회로 개략도이다.
도 4c는 홀 효과 전류 센서(Hall effect current sensor)를 이용하여 케이블 실드 시스템의 서비스 중단 유지 보수 테스트 데이터를 제공하기 위해서 3상 교차 본딩 링크 박스에서 각각의 실드 세그먼트 위상으로 설치된 매개변수 센서의 등가 DC 회로 개략도이다.
도 5는 도 4a 및 도 4b에 개략적으로 도시된 매개변수 센서를 통합하는 3상 교차-본딩 링크 박스를 도시한다.
도 6은 SVL을 통한 몇 개의 동작 전류의 크기에 걸친 SVL의 전압-전류 특성을 설명하는 그래프이다.
도 7a, 도 7b 및 도 7c는 전형적인 SVL의 전압-전류 특성, 전압-온도(표면 온도) 특성, 및 전압-역률 특성을 그래픽으로 도시하며, 특히 전도 전환 영역을 도시한다.
도 8은 접지 지점들 사이에 3개의 실드 세그먼트를 갖는 교차-본딩 실딩 배열의 접지 및 본딩 구성을 도시한다.
도 9는 접지 지점들 사이에 3개의 실드 세그먼트를 갖는 교차-본딩 실딩 배열에서의 유지 보수 테스트 구성을 개략적으로 도시한다.
도 10은 접지 지점들 사이에 3개의 실드 세그먼트를 갖는 교차-본딩-실딩 배열에서의 다른 유지 보수 테스트 구성을 개략적으로 도시한다.
도 11은 본 발명에 따른 교차-본딩된 실드를 테스트하기 위한 실시형태의 단순화된 개략도이다.
도 12는 본 발명에 따른, 상태가 평가되는 2개의 단일 지점 접지 케이블 세그먼트로 구성된 케이블 실드 시스템의 정상 동작 구성의 단순화된 개략도이다.
도 13은 본 발명에 따른, 상태가 평가되는 2개의 단일 지점 접지 케이블 세그먼트로 구성된 케이블 실드 시스템의 정상 동작 구성의 또 다른 구성의 단순화된 개략도이다.
도 14는 본 발명에 따른, 상태가 평가되는 2개의 단일 지점 접지 케이블 세그먼트로 구성된 케이블 실드 시스템의 정상 동작 구성의 추가적인 구성의 단순화된 개략도이다.
도 15는 3개 초과의 교차-본딩된 케이블 세그먼트를 포함하는 케이블 실드 시스템의 단순화된 개략도이다.
도 16은 3개 초과의 교차-본딩된 케이블 세그먼트를 포함하는 케이블 실드 시스템에 대한 서비스 중단 유지 보수 테스트 구성의 단순화된 개략도이다.
도 17은, 케이블 실드 시스템의 기능적 신뢰성이 원격 위치에서 평가되는, 본 발명의 실시형태의 개략도이다.
도 18은 3개의 부 섹션(minor section)을 포함하는 주 섹션을 갖는 케이블 실드 시스템에 대한 다른 서비스 중단 유지 보수 테스트 구성의 개략도이다.
이제 도면으로 돌아와, 전반적으로 유사한 참조 번호들이 사용된 도면을 참조하면, 도 1은 도시된 접합 하드웨어에 포함된 전도체 접합부(103)에 의해서 전기적으로 연결된, 고전압 전도체(104 및 104')로 형성된, 2개의 세그먼트 또는 섹션을 포함하는 고전압 케이블 회로(102)를 도시한다. 주지하다시피, 고전압 ac 전송을 위해서, 전도체(104 및 104')는 일반적인 3상 전송 시스템에서 동일 위상, 예를 들어 위상(A)을 갖는다. 전도체 절연체(106)가 케이블 회로(102)의 도시된 세그먼트의 전도체(104)를 둘러싸고, 절연체(106)는 다시 케이블 실드(108)에 의해서 동심적으로 둘러싸인다. 마찬가지로, 절연체(106')가 접합된 세그먼트의 전도체(104')를 둘러싸고, 절연체(106')는 케이블 실드(108')에 의해서 동심적으로 둘러싸인다. 케이블 자켓(112, 112')이 케이블 회로의 각각의 개별적인 세그먼트를 둘러싼다.
실드 브레이크(또는 실드 중단 갭)(118)가 실드 세그먼트(108)를 실드 세그먼트(108')로부터 전기적으로 절연시켜, 실드 세그먼트(108)로부터 실드 세그먼트(108')까지의 전기적 연속성을 중단시키고 전류가 케이블 실드 세그먼트들 사이에서 흐르는 것을 방지한다. 실드 브레이크는, 실드 세그먼트에서 달리 흐를 수 있는 순환 실드 전류를 제거하여, 케이블 전류 용량을 감소시킬 수 있다. 실드 브레이크는 유전체 절연 재료로 충진되고, 실드 세그먼트(108 및 108')가 상이한 전위들에서 동작할 수 있게 한다. 이러한 전위차뿐만 아니라, 각각의 실드 세그먼트와 접지 사이에 존재하는 전위차는 케이블 회로의 정상 동작 중에 일반적으로 낮으나, 스위칭 및 낙뢰 서지에 의해서 유발되는 전력 시스템 오류 또는 과도 과전압의 경우, 실드 브레이크 절연 또는 케이블 자켓의 유전 실패를 유발할 수 있을 정도로 충분히 높다. 실드 브레이크 또는 케이블 자켓의 유전 실패(예를 들어, 접지 단락)는 케이블 실드 세그먼트에서, 케이블의 정격 시에 고려하지 않은, 의도하지 않은 전류로 이어질 수 있고, 결과적으로 더 높은 케이블 동작 온도 및 발생 가능한 케이블 고장을 초래하며, 이는, 실드 브레이크에서 실드 세그먼트들 사이의 트래킹(tracking)으로 알려져 있는, 아크 발생과 아크 발생에 의한 표면 탄소의 형성에 의해서 개시될 수 있다. 공지된 바와 같이, 링크 박스는, 실드 브레이크 및 케이블 자켓을 손상시키지 않고 지속될 수 있는 레벨로 과전압을 제한함으로써 유전 실패를 방지하기 위해서 설치되는 SVL을 포함하여, 케이블 실딩 세그먼트의 접지 및 본딩을 구성하는 데 필요한 하드웨어를 포함한다.
도 1은 전기 접지(124)에 물리적으로 연결된, 실드 세그먼트(108)로 도시된, 하나의 세그먼트의 본딩 리드(116), 및 실드 전압 제한기(SVL)(110)를 통해서 전기 접지(124)에 연결된 다른 접합된 세그먼트, 즉 실드 세그먼트(108')의 본딩 리드(116')를 도시한다. 단순화를 위해서, 도면은 고전압 케이블 회로의 3개의 위상 중 하나 만을 도시한다. 이러한 케이블 실드 연결은 일반적으로 단일 지점 실드 접지 구성에서 각각의 위상에 대한 것이다. SVL(110)은 인클로저, 바람직하게는 이하에서 설명되는 링크 박스(114) 내에 수용된다. 다른 링크 박스 구성에서, 접합된 세그먼트의 케이블 실드(108, 108')의 본딩 리드(116, 116')는, 이하에서 설명되는 바와 같이, 커넥터 링크를 통해서 상호 연결될 수 있다.
도 1에 도시된 케이블 실드 시스템은 단일 지점 케이블 실드 접지 구성을 나타내고, 그에 따라 케이블 실드(108)는 링크 박스(114) 위치에서 접지되고 그 원격 단부, 즉 링크 박스로부터 이격된 단부에서 접지되지 않는다(접지에 대한 직접적인 연결로부터 격리된다). 마찬가지로, 케이블 실드(108')는 링크 박스(114)에서 접지되지 않고(접지에 직접적으로 연결되지 않고), 링크 박스(114)로부터 이격된 지점(미도시)에서 접지에 연결된다. 링크 박스(114)에서, SVL(110)은 본딩 리드(116')에 의해서 실드(108')의 접지되지 않은 지점에 연결되고, 그에 따라 실드(108')와 접지(124) 사이의 전압이 임계 값을 초과하는 경우에 전류를 방전하기 위한 접지로의 저-저항 전류 경로를 제공하고, 그에 따라 실드와 접지 사이의 과도 전압을 제한하여, 이러한 과도 전압이 케이블 자켓(112') 또는 실드 브레이크(118)의 유전 강도를 초과하지 않도록 보장한다.
도 2는 도 1에 도시된 실드 본딩 및 접지 구성을 지원하도록 구성된 3상 링크 박스의 도면이다. 도시된 바와 같이, SVL(110a, 110b 및 110c)은 본딩 리드(116'a, 116'b 및 116'c)에 의해서 케이블 실드(108'a, 108'b 및 108'c)에 각각 전기적 및 물리적으로 연결된다(미도시). 도 2는 또한 접지 리드(124)를 통해서 외부 접지에 연결되는 공통 SVL 접지 전도체(122) 연결을 도시한다. 도시된 바와 같이, 도 2는 내부 연결(122)을 통해서 본딩 리드(116'a, 116'b 및 116'c)를 접지(124)에 접지하는 것을 도시한다.
도 3을 참조하면, 교차 본딩 링크 박스(314)의 예가 도시되어 있다. 링크 박스는, 위상(A, B 및 C)의 실드(108a, 108b 및 108c, 미도시)로부터의 절연된 본딩 리드(116a, 116b 및 116c)가 각각 기계적 및 전기적으로 연결되는, 적절한 밀봉부를 통해서 (도 3의 하단부에서 확인되는 바와 같은) 인클로저의 내측부로부터 외측으로 돌출되는 외부 본딩 리드 커넥터(320a, 320b, 320c)를 갖는 인클로저로서 형성된다. 본딩 리드 커넥터는 다시 커넥터 링크(318a, 318b 및 318c)에 각각 연결된다. 대안적으로, 본딩 리드 커넥터(320a, 320b, 320c)는 하우징 내에 배치될 수 있고, 절연된 본딩 리드(116a, 116b 및 116c)는 링크 박스 내의 밀봉 가능 침투부를 통해서 라우팅될 수 있고 커넥터 링크(318a, 318b 및 318c)에 각각 연결될 수 있다. 본딩 리드 커넥터(미도시)가 적절한 밀봉부를 통해서 인클로저의 내측부로부터 외측으로 돌출되고, 이에는, 위상(A', B' 및 C')의 실드(108'a, 108'b 및 108'c, 미도시)로부터의 (도 3의 상부측에서 확인되는 바와 같은) 본딩 리드(116'a, 116'b 및 116'c)가 각각 기계적 및 전기적으로 연결된다. 커넥터 링크(318a, 318b 및 318c)는, 본딩 리드(116a)를 본딩 리드(116'b)에, 본딩 리드(116b)를 본딩 리드(116'c)에, 그리고 본딩 리드(116c)를 본딩 리드(116'a)에 각각 연결하기 위한 교차 본딩 링크로서의 역할을 한다. 따라서, 위상(A)의 실드는 위상(B')의 실드에 전기적으로 연결되고(즉, 교차 링크되고), 위상(B)의 실드는 위상(C')의 실드에 전기적으로 연결되며, 그리고 위상(C)의 실드는 위상(A')의 실드에 전기적으로 연결된다. 따라서, 위상(A, B 및 C)의 케이블 전도체 세그먼트의 실드는 위상(B', C' 및 A')의 케이블 전도체 세그먼트의 실드에 각각 교차 본딩된다. 위상(B', C' 및 A')의 실드는 유사하게 회로 길이를 따라 다음 링크 박스에서 위상(C", A" 및 B")에 각각 교차 본딩되어(미도시), 유사한 길이의 3개의 세그먼트를 형성한다. 3개의 케이블 실드 세그먼트의 케이블 실드의 이격 단부(미도시)가 접지된다. 이러한 배열에서, 접지된 이격 단부와 실드 사이의 순 유도 실드 전류가 최소화될 것이다.
도 3은 또한, SVL(310)로 함께 지칭되는, 실드 전압 제한기(SVL)의 연결을 도시한다. SVL(310a)은 링크(318a)를 통해서 본딩 리드(116a 및 116'b)에, 그에 따라 케이블 실드 세그먼트(108a 및 108'b)에 연결된다. SVL이 전도할 때, SVL은, 모든 SVL에 공통되는 접지 연결(322)을 통해서, 이러한 케이블 실드 세그먼트를 위한 접지(324)로의 저-저항 전류 경로를 제공한다. 마찬가지로, SVL(310b)은 케이블 실드(108b 및 108'c)에 연결되고, 그에 따라 이러한 케이블 실드 세그먼트로부터 접지로의 저-저항 전류 경로를 제공한다. 그리고, SVL(310c)은 케이블 실드(108c 및 108'a)에 연결되고, 그에 따라 이러한 케이블 실드 세그먼트로부터 접지로의 저-저항 전류 경로를 제공한다. 전술한 바와 같이, SVL은, 주로 스위칭 및 낙뢰 서지의 결과로서, 과도 과전압이 각각의 실드 세그먼트에서 발생될 때, 과도 과전압을 제한하기 위해서 설치된다.
대안적인 실시형태에서, 본딩 리드(116'b)는 본딩 리드 커넥터(320')에 연결될 수 있고, 그에 따라, 도시된 배열에서와 같이, 커넥터 링크(318a)는 여전히 위상(A)의 실드를 위상(B')의 실드에 연결한다. 마찬가지로, 본링 리드(116'c)는 본딩 리드 커넥터(320'b)에 연결될 수 있고, 그에 따라 커넥터 링크(318b)는 여전히 위상(B)의 실드를 위상(C')의 실드에 연결하고, 본링 리드(116')는 본딩 리드 커넥터(310'c)에 연결될 수 있고, 그에 따라 커넥터 링크(318c)는 여전히 위상(C)의 실드를 위상(A)의 실드에 연결한다.
케이블 실드 내의 전류 흐름을 방지하거나 최소화하기 위한, 케이블 실드의 단일 지점 접지 구성 및 교차-본딩 실드 구성을 위한 고전압 케이블 실드 회로의 적절한 동작은, 적어도 부분적으로, 과전압이 케이블 자켓 및 실드 브레이크를 손상시키는 것을 방지하기 위한 SVL의 적절한 기능에 따라 달라진다. 이제까지, 링크 박스 구성요소의 기능적 신뢰성을 결정하는 것은 주기적인 서비스 중단 중의 하드웨어의 시각적 및 촉각적 검사를, 그리고 실드 본딩 구성요소의 유전적 내성 테스트를 기초로 하였다. 이러한 검사 프로세스는, 일반적으로 링크 박스가 위치되는 맨홀에 물리적으로 진입하기 위해서, 회로 중단, 교통 통제 조치 및 밀폐 공간 진입 절차를 필요하며 - 이러한 모든 절차는, 검사 및 후속 복구를 위해서 링크 박스를 물리적으로 개방할 수 있기 전에 이루어진다. 결과적으로, 이러한 현재의 검사 방법은 노동-집약적이고, 기껏해야 덜 빈번하게 수행된다. 결과적으로, 성능 저하, 손상 또는 고장난 구성 요소는 시스템 장애로 인한 후속 조사 중에 발견될 때까지 눈에 띄지 않는다. 본 발명은, 이하에서 설명하는 바와 같이, 이러한 문제점을 해결함으로써 케이블 실딩 시스템의 기능적 신뢰성의 평가 및 결정하고, 그에 따라 고전압 케이블 회로의 전반적인 신뢰성을 개선한다.
도 4a는 도 3에 도시된 교차-본딩 링크 박스 내에 존재하는 3개의 본딩 링크의 각각에 설치된 매개변수 센서의 개략도이다. 단순화를 위해서, 커넥터 링크(318a) 및 SVL(310a)에 설치된 센서를 설명한다. 동일한 센서들이 커넥터 링크(318b) 및 SVL(310b)에 그리고 커넥터 링크(318c) 및 SVL(310c)에 설치된다는 것을 인지할 수 있을 것이다.
(일반적으로 50 내지 60 Hz에서 동작하는) 고전압 케이블의 정상적인 연속적인 회로 전력 주파수 동작 중에, 본딩 리드(116a 내지 116'b)를 연결하는 전도체 링크(318a)를 통해서 흐르는 임의의 전류가 전류 센서(440a)에 의해서 검출되고, 커넥터 링크(318a)와 접지(324) 사이에 전기적으로 연결된 SVL(310a)에 걸쳐 나타나는 전압은 전압 센서(442a)에 의해서 검출된다. 전류 센서(440a)는 전도체 링크를 통해서 흐르는 전류의 크기를 정량화하기 위한 통상적인 전류 변환기, Rogowski 코일, 또는 임의의 적합한 수단일 수 있다. 전압 센서(442a)는 SVL(310a)에 걸친 전압의 크기를 정량화하기 위한 저항형 또는 용량형 전압 분할기 또는 다른 전압 감지 수단일 수 있다. 바람직하게는, 정상 회로 동작 중에 센서(442a)에 의해서 감지되는 SVL 전압은 SVL(310a)의 전도 문턱값 전압 미만으로 유지된다. 이러한 동작 상태에서, SVL(310a)의 겉보기 저항은 높고, SVL을 통한 전류 및 그 연관된 전도 손실은 무시할 수 있다. SVL 표면 온도는 주변 온도로 유지될 것이다. SVL 및 전압 센서의 정크션으로부터 접지에 연결된 전류 센서(444a)에 의해서 검출된 접지로의 전류는 정상 동작 전압에서 무시할 수 있는 전압 센서(442a)를 통해서 흐르는 전류일 뿐이다. 약 밀리초의 지속 시간을 갖는 전력 시스템 오류 중에, 전압 센서(442a)에 의해서 측정되는 SVL(310a)에 걸친 전압이 SVL 전도 문턱값 전압에 도달할 수 있고, 그에 따라 SVL(310a)를 통해서 흐르는 전류의 증가 및 그 가열을 유발할 수 있다. 이러한 상황은, SVL이 대향 단부가 접지되는 긴 케이블 실드 세그먼트의 접지되지 않은 단부에 배치되는, 도 2에 도시된 단일 지점 접지 실드 배열에서 더 발생되기 쉽다. 이러한 것이 발생하는 경우, 결과적인 실드 전압은 전압 센서(442a)에 의해서 검출되고, SVL의 전도의 결과로서 접지로 흐르는 전류는 전류 센서(444a)에 의해서 검출된다. 이러한 이벤트 중에 SVL에 부여되는 에너지는 SVL의 표면 온도를 증가시키고, 이는 비-접촉식 적외선 온도 센서(446a) 또는 가능하게는 열전대에 의해서 검출된다. 전압, 전류 및 온도 상승을 설치된 SVL의 알고 있는 전압-전류 및 전압-온도 특성에 비교할 수 있고, 그에 따라, 설명되는 바와 같이, SVL의 동작 가능성(operability)을 나타낼 수 있다.
SVL의 전도 문턱값 전압을 초과하는, 스위칭 동작 또는 낙뢰에 의해서 유발되는 (마이크로초로 측정된) 과도 전기 서지에서, 과도적인 전류 증가가 예상되고, 결과적인 열은 SVL의 표면 온도를 상승시킬 것이고 그 후에 냉각시킬 것이다. 전압 센서(442a) 및 전류 센서(444a)는 이러한 전압 및 전류를 캡쳐하고 측정할 수 있고, 온도 센서(446a)는 표면 온도 상승 및 그 후의 감소를 캡쳐할 것이다.
당업자는, 특정 회로에 할당된 각각의 링크 박스의 각각의 위상에 대해서 링크 전류 센서(440a), 접지 전류 센서(444a), 전압 센서(442a), 및 온도 센서(446a)로부터 획득된 서비스 중의 데이터가 서비스 중의 케이블 실딩 시스템 동작의 검증을 연속적으로 그리고 거의 실시간으로 제공할 수 있고, 추가적인 조사 및 잠재적 해결을 하게 할 수 있는 비정상을 검출할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
전술한 설명에서, 센서는 단순히, 링크 박스 및 설치된 SVL이 동작 이벤트 중에 정확하게 응답하였는지 또는 그렇지 않은지를 확인 또는 검증한다. 이러한 것이 현재의 실무에 비교되는 가치를 분명하게 부가하지만, 여기에서 상태 평가는 비정상을 검출하는 데 있어서 과거의 동작 이벤트에, 즉 사실 이후의 센서 정보에 의존한다. 그러나, 과도 서지와 같은 과거의 이벤트의 발생으로 인한 비정상을 검출하기 위해서 사용되는 이러한 동일한 센서들은, 설명되는 바와 같이, 유지 보수 테스트 중에 케이블 실드 회로에 인가되는 외부 테스트 전압에 대한 정확한 센서 응답을 검증함으로써, 설치된 SVL의 기능적 신뢰성을 평가하기 위해서 사용될 수 있다.
도 4b는, 외부에서 인가된 DC 전압을 이용하여 서비스 중단 현장 유지 보수 테스트를 할 때, 케이블 실드 세그먼트에서 나타날 수 있는 DC 전압에 대한 DC 등가 개략도이다. DC 상태에서, 전류 변환기(440a 및 444a)는, 존재는 하지만, 기능하지는 않아서, 도면을 단순화하기 위해서, 도 4b의 등가 회로에는 도시하지 않았다. 이러한 경우, 케이블 실드 상의 그리고 SVL에 걸친 DC 전압은, 외부에서 인가된 DC 전압의 결과로서, 전압 센서(442a)에 의해서 검출된다. SVL 전도 문턱값 전압 미만의 전압에서, 무시할 수 있는 전류가 SVL을 통해서 흐르고, 검출 가능한 SVL 표면 온도 상승은 온도 센서(446a)에 의해서 검출되지 않을 것이다. 전도 문턱값 전압을 초과하는 전압에서, SVL 전류가 증가되고 SVL(310a)에 의해서 소산되는 열이 증가되며, 결과적으로 센서(446a)에 의해서 검출되는 표면 온도 증가를 초래한다.
도 4c는 SVL을 통한 DC 전류 흐름을 직접적으로 측정하기 위한 실시형태의 개략도이다. 이러한 도면은 SVL(310a)과 직렬의 홀 효과 장치(450a)를 도시한다. 대안적으로, 홀 효과 장치는, 도 4a의 전류 센서(444a)와 동일한 위치에서, 즉 진출하는 접지 연결(452a)에서, 접지와 SVL 및 전압 센서(442a)의 정크션 사이에, 452a에서와 같이, 배치될 수 있고, 전압 감지 회로 소자와 관련된 낮은 전류를 고려할 때 정확도는 약간만 손실될 수 있다. 홀 효과 장치는 잘 알려져 있고, 자기장의 세기를 측정하여 비례 전압 출력을 생성한다. 따라서, 홀 효과 장치는 몇 밀리암페어 정도로 작은 DC 및 AC 전류의 측정을 위해서 사용될 수 있다. 일 실시형태에서, 강자성 코어를 이용하여 이러한 자기장을 집중시키고, 그에 따라 매우 낮은 레벨의 전류를 감지할 수 있게 한다. 이러한 장치가 일반적으로 약 몇 암페어 이상의 전류 레벨을 측정하기 위해서 사용되지만, 1 자릿수의 밀리암페어를 측정할 수 있고 4 내지 20 밀리암페어 출력을 갖는 트랜스듀서를 교정하고 문제를 해결하는 데 사용될 수 있는 기구를 상업적으로 입수할 수 있다. 홀 효과 장치는 링크 박스로부터 외부 접지 연결로의 전류 흐름을 측정하기 위해서 도 4a와 관련하여 전술한 전류 변환기에 대한 대안적인 옵션이다. 홀 효과 장치의 사용은 테스트 전압을 인가하기 위해서 DC 전압 공급원을 사용하는 유지 보수 테스트 중에 특히 유리하다. 홀 효과 장치에 의해서 생성된 전류 정보는 SVL을 통한 전류를 직접적으로 측정하고, 표면 온도 센서의 필요성을 배제한다. 전압 센서(442a)에 의해서 검출된 라인 세그먼트(116a)의 테스트 전압이 증가됨에 따라, 홀 효과 장치(450a)에 의해서 또는 대안적으로 홀 효과 장치(452a)에 의해서 검출된 SVL을 통한 전류도 마찬가지로 증가되고, 이는 설치된 SVL의 특성과 일치한다. 이러한 전류 정보는 SVL에 걸친 테스트 전압의 크기를 나타내는 전압 정보와 함께 획득되며, 그에 따라 설치된 SVL의 전압-전류 특성을 획득할 수 있고, 이는 새로운 또는 기준 SVL의 전압-전류 특성과 비교될 수 있다. 이러한 비교의 결과로서, SVL의 기능적 신뢰성이 결정될 수 있다.
도 5는 도 4a에 개략적으로 도시된 센서, 예를 들어 링크 전류를 측정하기 위한, 도 4a의 전류 센서(440)와 유사한, 전류 센서(540), 접지로의 전류를 측정하기 위한, 도 4a의 전류 센서(444)와 유사한, 전류 센서(544), SVL에 걸친 전압을 측정하기 위한, 도 4a의 전압 센서(442)와 유사한, 전압 센서(542), 및 SVL의 표면 온도를 측정하기 위한, 도 4a의 센서(446)와 유사한, 온도 센서(546)를 포함하는, 도 3의 링크 박스의 실시형태를 도시한다. 링크 박스 하우징 내의 온도, 압력 및 습도와 같은 대기 상태는 인쇄 회로 기판(548)에 장착된 하나 이상의 환경 센서(미도시)에 의해서 측정된다. 일 예로서, 마이크로프로세서, 또는 다른 처리 회로 소자가 인쇄 회로 기판 상에 장착되어, 센서 데이터의 획득 및 저장을 제어한다. 이러한 예에서, 센서를 동작시키기 위한 전력은 밀봉된 분리 가능 하우징(560) 내에 수용된 배터리에 의해서 제공된다. 도 5는 또한, 동작 명령어 및 데이터를 원격 처리 회로 소자, 예를 들어 주변 제어기와 교환하기 위해서 커넥터(552)에 커플링된 광섬유 통신 및 제어 인터페이스(550)를 포함한다. 센서에 의해서 획득된 데이터는 처리 회로 소자에 의해서, 개별적으로 또는 동일 링크 박스 내의 다른 센서로부터의 데이터와 조합되어, 분석될 수 있다. 이러한 데이터는 동일한 케이블 회로와 연관된 다른 링크 박스 내의 센서로부터 획득된 유사 데이터와 함께 처리되어, 유틸리티 자산 관리자에게, 지속적인 정상 동작 하의 그리고 스위칭 및 낙뢰 과도 이벤트 중과 같은 우발적인 오류 상태 하의 서비스 중의 성능 지표(전압, 전류 및 온도)를 제공할 수 있다.
도 5에서, 컨덕터 링크를 통해서 흐르는 전류는, 2차 리드가 변환기(미도시)를 위한 1차 리드를 형성하는, 전류 변환기(540a, 540b 및 540c)의 캐스케이드 배열로 측정된다. 전류 변환기의 이러한 캐스케이드 배열은, 예를 들어 가능한 오류 상태를 분석하기 위해서 마이크로프로세서로 처리되도록 전송되는, 250 암페어 이상 정도로 클 수 있는, 유효 링크 전류를 약 밀리 암페어의 관리 가능한 신호 레벨로 감소시킨다. 전류 변환기의 캐스케이드 배열은 또한 전류 측정 회로 소자의 과도 전압 내성 능력을 개선한다.
도 5에 도시된 실시형태에서, 전압 센서의 각각은, SVL에 걸친 실제 전압을 측정된 전압을 수신하여 처리하는 마이크로프로세서에 일반적으로 제공되는 입력 레벨과 일치하는 레벨로 감소시키기 위한 고전압 분할기 회로를 형성하기 위해 저-전압 저항기와 직렬로 연결되는 고전압 저항기로 형성된다.
도시된 실시형태에서, 온도 센서(546)는 SVL의 표면 온도를 나타내는 출력 신호를 생성하기 위해서 각각의 SVL(310)에 근접하여 배열되는 비-접촉식 적외선(IR) 센서이다. 온도 센서에 의해서 생성되는 출력 신호는 링크 박스 내에 배치된 인쇄 회로 기판(PCB)(548) 상의 프로세서와 같은 제어기에 커플링된다. 대안적으로, 출력 신호는, 링크 박스의 외측에 배치되고 링크 박스가 내부에 배치되는 맨홀 내에 위치되는, 프로세서에 커플링될 수 있다. 온도 센서는, 표면 온도의 상승을 유발하는 SVL 전도 문턱값 전압을 초과하는 동작으로부터 야기되는 SVL 표면 온도 증가를 검출한다.
SVL에 대한 일반적인 전압-전류 관계가 도 6에 도시되어 있다. 이러한 도면으로부터 확인될 수 있는 바와 같이, SVL 전압이 그 정상 동작 범위(전도 문턱값 전압 미만)에서 증가될 때, SVL을 통한 전류는 비례적으로 증가된다. 전도 문턱값 전압에서, SVL 저항은 전압 증가에 따라 지수함수적으로 떨어져 감소되며, 그에 따라 더 큰 전류, 더 큰 전기 에너지 손실, 및 SVL을 형성하는 금속 산화물의 온도의 관련된 증가를 초래한다. 이러한 지점을 넘어서는 동작 전압은 SVL 정격에 의해서 더 짧은 지속시간으로 제한되며, 그에 따라 SVL에 의해서 생성되는 열이 안전하게 소산될 수 있게 보장하고 SVL의 고장 방지를 보장한다. 도 6에 도시된 바와 같이, SVL을 통한 정상적인 연속적 동작 전류는 1 밀리암페어 미만인 한편, 밀리초의 지속 시간 동안의 스위칭 및 낙뢰 서지는 lOkA 이상의 번개 방전 레벨로 실드 브레이크 및 케이블 자켓에 대한 손상을 방지하도록 클램핑될 수 있다. 이러한 전압-전류 관계는 사실상 모든 SVL을 대표하고, 대부분의 SVL에서 약 1 밀리암페어인, SVL이 그 전도 전환 영역에 진입하는 전압에 의해서만 달라진다.
도 7a는 3 kV 정격 SVL의 전도 전환 영역에서의 전압-전류(V-I) 특성을 도시하고, 도 7b는 이러한 SVL 전류의 결과로서 발생되는 전압-표면 온도 특성을 도시한다. 도시된 바와 같이, 전기 및 열 에너지 곡선 사이의 관계는 매우 유사하다. 적절히 기능하는 kV 정격 SVL은 이러한 곡선을 따를 것으로 예상되며, 그 동작 가능성은, 결과적인 전류 또는 SVL 표면 온도를 모니터링하면서 전도 문턱값 영역을 통해 SVL을 구동하는 현장 테스트를 통해서 확인될 수 있다. 예상되는 전도 전환 곡선을 나타내지 않는 SVL은 동작 무결성이 양호하지 않은 것으로 생각될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 홀 효과 장치는 SVL을 통한 DC 전류 흐름의 측정을 제공하기 위한 센서로서 사용될 수 있다. 인클로저 내에서 진출 접지 연결(도 4c)에 배치된 단일 홀 효과 장치(452a)는 수용 가능한 DC 전류 측정을 제공하고, 다른 공지된 전류 감지 장치를 이용하여 각각의 SVL을 통해서 흐르는 전류를 나타내는 정보를 제공할 수 있다. 그러나, SVL의 전압-온도 관계가 더 안정적이고, 용이하며, 저렴하게 구현될 수 있는 것으로 입증되었다. 도 7a 및 도 7b에 도시된 3 kV 정격 SVL에서, 4.5 kV 미만의 SVL에 걸친 DC 전압은 용이하게 식별 가능한 표면 온도 상승을 생성할 것으로 예상되지 않는 반면, 4.5 kV를 초과하고 5 kV에 접근하는 DC 전압은 그렇지 않을 것이다.
이제까지, 링크 박스의 서비스 중단 현장 유지 보수 검사 테스트는 링크 박스가 내부에 위치되는 맨홀에 진입하는 것, 그리고 기술자가 시각적 검사를 할 수 있도록 링크 박스를 개방하는 것을 필요로 한다. 본 발명은 현재의 통상적인 실무보다 상당한 개선을 제공하고, 맨홀에의 진입을 요구하지 않으며, 그에 따라 설치된 SVL의 전기 거동을 특성화하기 위한 안전하고 저렴한 대안을 갖는 유틸리티를 제공하고, 그에 따라 설치된 SVL을 포함하여 링크 박스의 기능적 신뢰성을 제공한다.
도 8은, 하나의 완전한 "주" 교차-본딩된 실드 섹션을 형성하기 위해서 3개의 "부" 실드 섹션(108a, 108b, 108c)을 링크 박스(314 및 815) 내에서 연결하는 방식을 도시하는 단순화된 도면이다. 도 8은, 링크 박스(314) 내의 커넥터 링크(318a)로, 고전압 전도체(104A)의 위상(A)의 실드 세그먼트(108a)를 고전압 전도체(104B)의 위상(B)의 실드 세그먼트(108b)에 링크 연결하는 것, 및 링크 박스(815) 내의 커넥터 링크(818b)로, 고전압 전도체(104C)의 위상(C)의 실드 세그먼트(108b)를 고전압 전도체(104C)의 위상(C)의 실드 세그먼트(108c)에 연결하는 것을 도시한다. 이러한 개략도에서, 링크 박스의 각각은 도 3에 도시된 유형일 수 있고, 커넥터 링크(318a 및 318b)는 도 3에서 커넥터 링크(318)로서 도시된 유형일 수 있다. 도 8은 또한, SVL(310a)에 걸친 전압이 그 전도 문턱값 전압을 초과할 때, 접지로의 실드 본딩 링크(318a)의 저-저항 전류 경로를 제공하기 위해 링크 박스(314) 내에 포함되는 SVL(310a)을 개략적으로 도시한다. 링크 박스(815)에 포함된 SVL(810b)은 접지로의 실드 본딩 링크(818b)의 유사한 저-저항 전류 경로를 제공한다. 통상적인 바와 같이, 정상 동작 중에, 실드 세그먼트(108a)는 실드의 길이를 따른 하나의 지점에서, 바람직하게는 링크 박스(314)로부터 이격되고 그로부터 거리를 둔 지점에서 전기 접지에 연결된다. 마찬가지로, 정상 동작 중에, 실드 세그먼트(108c)는 그 길이를 따른 하나의 지점에서, 바람직하게는 링크 박스(815)로부터 이격되고 그로부터 거리를 둔 지점에서 전기 접지에 연결된다. 도면을 단순화하기 위해서, 링크 박스(314) 및 링크 박스(815)에 존재하는(그렇지 않은 경우 도 3에 도시된 것과 존재한다) 3개의 교차 연결 중 하나 만을 도 8에 도시하였다는 것에 주목하여야 한다.
도 9는 이제까지 사용된 하나의 유형의 서비스 중단 유지 검사 테스트 절차의 개략도이다. 이러한 테스트에서, 정상적으로 접지에 연결되는 실드의 세그먼트, 예를 들어 실드 세그먼트(108a)는 접지로부터 전기적으로 분리된다. 또한, 정상적으로 접지되는 실드 세그먼트(108c)의 지점은 접지로부터 분리되며, 그에 따라 섹션(108a, 108b 및 108c)을 접지로부터 효과적으로 격리시킨다. 이러한 테스트에서, 전압 공급원(924)이 실드 세그먼트(108c)에 연결된다. 이러한 테스트 절차에 따라, 링크 박스(314 및 815)는 개방되고 SVL(310a 및 810b)은 커넥터 링크(318a 및 818b)로부터 분리되며, 그에 따라, 공급원(924)으로부터 케이블 실드 시스템에 공급되는 테스트 전압이 희망 테스트 전압 레벨에 도달하는 것을 잠재적으로 방지할 수 있는 연결된 SVL을 통해서, 실드 세그먼트(108a, 108b 및 108c)를 위한 접지로의 전류 경로를 제거한다. SVL이 커넥터 링크로부터 분리되는 한, SVL은 공급원(924)로부터의 테스트 전압을 받지 않고, 케이블 자켓 및 중단 갭만이 테스트된다. 이들이 전기적으로 테스트되지 않기 때문에, SVL은 육안으로 검사되고, 유지 보수 테스트 후에 서비스로 복귀되거나 새로운 SVL로 교환된다. 일부 경우에, 제거되는 SVL은 실험실 벤치 테스트를 받고, 기능적이라는 것이 확인되는 경우 재활용된다.
전술한 유지 보수 테스트 절차에서, DC 전압인 테스트 전압은, 예를 들어 단계적인 증가로, 희망 테스트 레벨까지 증가되고, 특정 기간 동안, 일반적으로 몇 분 동안 해당 테스트 레벨로 유지되는 것이 바람직하다. 이는, 실드 세그먼트(108a, 108b 및 108c)와 연관된 케이블 자켓 및 중단 갭에서의 전압이 테스트 전압이 되게 한다. 테스트가 완료된 후에, 실드 세그먼트는 세그먼트(108a 및 108c)의 단부에서 접지에 재연결되고, 다른 3개의 세그먼트(미도시)가 접지로부터 격리되고 유사하게 테스트된다.
이러한 서비스 중단 유지 보수 테스트는 본질적으로, SVL의 정격 전압을 초과하는 그리고 자켓 및 중단 갭의 설계된 내성 레벨 미만의 전압 테스트 레벨로 실행되는, 케이블 자켓 및 중단 갭의 유전 내성 테스트이다. 전술한 바와 같이, 이러한 테스트 절차는 각각의 링크 박스가 개방되고, 각각의 SVL이 분리 또는 제거될 필요가 있고, 링크 박스의 SVL 및 연결 하드웨어, 즉 커넥터 링크, 본딩 리드 및 본딩 리드 커넥터는 시각적으로 검사된다. 링크 박스 내의 SVL을 별도로 그리고 개별적으로 테스트하여 그 적절한 기능을 평가할 수 있다. 이는 특별한 장비를 필요로 하고, 검사 프로세스에 상당한 시간을 부가한다. 또한, 링크 박스를 개방하고 이어서 재밀봉하여야 할 필요성은 부적절한 밀봉을 초래할 수 있고, 이는 결국 해당 링크 박스 내에 수용된 구성요소를 부식시키거나 달리 손상을 시킬 수 있다.
도 3에 도시된 유형의 외부 본딩 리드 연결을 갖는 링크 박스에 연결된 케이블 실드 시스템을 테스트하기 위해서 이제까지 사용된 대안적인 테스트 배열이 도 10에 도시되어 있고, 여기에서 링크 박스(314 및 815)는 테스트를 위해서 개방될 필요가 없고, SVL은 테스트 전압의 인가를 위해서 (도 9의 경우에서와 같이) 커넥터 링크로부터 분리될 필요가 없다. 도 10에서, 실드 세그먼트의 각각의 위상으로부터 도 3에 도시된 본딩 리드(116a, 116b, 116c)는 본딩 리드 커넥터(320a, 320b, 320c)로부터 분리되고, 본딩 리드(116'a, 116'b, 116'c)는 본딩 리드 커넥터(320'a, 320'b, 320'c)로부터 분리된다. 일시적인 점퍼(1014a 및 1015b)가 도시된 바와 같이 실드 세그먼트(108a, 108b 및 108c)에 연결되고, 그에 따라 링크 박스(314, 815)를 우회한다. 결과적으로, 실드 세그먼트의 케이블 자켓 및 중단 갭이 함께 테스트된다.
도 9의 경우에서와 같이, 정상적으로 접지에 연결되는 해당 실드 세그먼트의 지점을 분리함으로써, 실드(108a)는 접지로부터 전기적으로 격리된다. 또한, 링크 박스(815)로부터 이격되고 정상적으로 접지되는 실드 세그먼트(108c)의 지점이 접지로부터 분리되고, 전압 공급원(924)은 실드 세그먼트(108c)에 커플링된다. 도 10에 도시된 전압 공급원(924)은 도 9에 도시된 것과 동일하고, 일반적으로 DC 공급원이나, 다른 경우에 ac 전압 공급원일 수 있다.
도 10에 개략적으로 도시된 케이블 실드 시스템은 도 9의 테스트 절차에 대해서 전술한 것과 동일한 방식으로 테스트된다. 테스트는 전압 공급원(924)에 의해서 케이블 실드 시스템에 공급되는 테스트 전압을 점진적으로 증가시킴으로써 수행된다. 비록 이러한 테스트 구성이 링크 박스(314 및 815)의 커버를 개방하는 것과 연관된 단점을 방지하지만, 그럼에도 불구하고, 기술자는 외부 본딩 리드를 분리하기 위해서, 일시적 점퍼를 적용하기 위해서, 그리고 가능하게는, 링크 박스가 투명 커버를 구비하는 경우, SVL을 포함하는 포함된 하드웨어의 피상적인 시각적 검사를 수행하기 위해서, 링크 박스가 내부에 위치되는 맨홀에 진입하여야 한다. 테스트가 수행된 후에, 테스트에 필요하였던 일시적인 점퍼를 제거하고, 본딩 리드를 재부착하고 재밀봉한다. 이러한 절차는 또한 시간 소모적이고, 본딩 리드를 재연결하고 밀봉 재료를 링크 박스에 재도포할 때 오류가 있을 수 있다.
종래 기술의 전술한 단점 및 문제는 본 발명에 의해서 제거된다. 케이블 실드 시스템의 기능적 신뢰성을 테스트하기 위한 본 발명의 일 실시형태는 도 11에 개략적으로 도시된 테스트 구성을 갖는다. 이러한 도면에서, 도 8에서 사용된 것과 동일한 참조 번호들은 동일한 구성요소를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 위상(A) 실드(108a)가 링크 박스(1114) 내의 커넥터 링크(318a)에 의해서 위상(B) 실드(108b)에 연결되고, 위상(B) 실드(108b)가 링크 박스(1115) 내의 커넥터 링크(818b)에 의해서 위상(C) 실드(108c)에 연결된다. 링크 박스(1114)는 SVL(310a), SVL(310a)의 표면 온도를 측정하기 위한 온도 센서(1128a), 및 SVL(310a)에 걸친 전압을 측정하도록 구성된 전압 센서(1130a)를 포함한다. 마찬가지로, 링크 박스(1115)는 SVL(810b), 온도 센서(1128b), 및 전압 센서(1130b)를 포함한다. 온도 센서는 바람직하게는, SVL에 병렬로 배치되고 SVL에 의해서 소산되는 열을 감지하도록 구성된 열 센서를 포함한다. 전술한 바와 같이, SVL에 걸친 전압이 증가됨에 따라, SVL을 통한 전류는, SVL 전도 문턱값 전압에 도달할 때까지, 선형적으로 증가될 것이다. 이러한 지점에서, 전입 증가는 SVL을 통한 전류의 비례하지 않는 증가를 초래하고, 이는 이어서 내부 가열 및 검출 가능한 SVL 표면 온도의 증가를 생성한다.
일 실시형태에서, 열 센서(1128a, 1128b)는, SVL(310a 및 810b)에 의해서 소산되는 열과 연관된 적외선을 검출하는 적외선(IR) 센서를 포함한다. 적절한 IR 센서의 하나의 예는 비-접촉식 적외선 센서, 예를 들어 Melexis 모델 90614이고, 이는 SVL 표면으로부터 복사되는 열에 기초하여 신호를 생성한다. 이러한 SVL 가열의 검출은 표면 온도의 변화로서 측정되며, 이러한 변화는, 일반적인 바와 같이 그리고 도 7b에 도시된 바와 같이, 인가된 전압이 SVL의 전도 문턱값에 도달하여 이를 초과할 때 보다 급격하게 발생된다. 주변 온도를 초과하는 표면 온도 증가를 검출하는 것은, SVL의 정격을 초과하는 비정상적인 서비스 중의 동작 중에 또는 더 큰 고전압 크기의 과도 서지 중에 발생될 수 있는 바와 같이, SVL이 그 전도 문턱값의 초과에서 동작한다는 것을 나타낸다. 이후에 설명하는 바와 같이, 서비스 중단 유지 보수 검사 테스트 중에 의도적으로 인가되는 테스트 전압은 표면 온도 상승을 유발하도록 설계된다. 온도 및 전압 센서에 의해서 감지되는 바와 같은, SVL의 이러한 전압 및 온도 특성화를 이용하여 케이블 실드 시스템 및 SVL의 기능을 확인한다.
전압 센서(1130a)는 링크 박스(1114) 내에서 커넥터 링크(318a)와 접지 사이에서 나타나는 전압을 측정하고, 전압 센서(1130b)는 링크 박스(1115) 내에서 커넥터 링크(818b)와 접지 사이에서 나타나는 전압을 측정한다. 모니터링되는 전압이 SVL(310a 및 810b)에 걸쳐 감지되는 전압이라는 것이 확인된다.
도 11에 도시된 본 발명의 실시형태에 따른 케이블 실드 시스템의 기능적 신뢰성을 평가하기 위한 기술을 이제 설명할 것이다. 접지에 대한 위상(A) 실드 세그먼트(108a)의 연결이 접지로부터 분리되고, 마찬가지로 위상(C) 실드 세그먼트(108c)의 연결이 접지로부터 분리되며, 그에 따라 실드 세그먼트(108a, 108b 및 108c)를 접지로부터 격리시킨다. 전압 공급원(924)과 유사한 전압 공급원(1124)이 임의의 지점에서, 그러나 바람직하게는 접근 가능한 지반면 위의 위치에서 격리된 실드 세그먼트에 연결된다. 도 11에서, 전압 공급원(1124)은 실드 세그먼트(108c)에 연결된다.
전술한 바와 같이, 전압 공급원은, 예를 들어, 3개의 주 섹션의 각각에 별도로 적용되고(2개의 다른 섹션은 실드 브레이크를 포함하도록 테스트를 확장하기 위해서 접지된다), 순차적으로 그리고 별도로 모든 주 섹션에 적용된다.
전압 공급원(1124)이 DC 전압 공급원인 실시형태에서, 이러한 공급원에 의해서 공급되는 DC 테스트 전압은 점진적으로, 예를 들어 단계적인 방식으로 증가된다. 일 실시형태에서, 각각의 단계에서, 도시된 케이블 실드 시스템에 공급되는 DC 전압 레벨을 파악하거나 또는 그 레벨이 미리 결정되도록 전압 공급원이 제어된다. 대안적으로, 전압 공급원(1124)이 프로세서에 의해서 제어되어, 해당 프로세서에 의해서 명령된 점진적으로 증가되는 DC 전압 레벨을 공급할 수 있다. 예를 들어, 전압 공급원(1124)은, 몇 분 내에 케이블 실드 회로에서 전압을 증가시키기 위한 그리고 전도 전환 영역으로 동시에 구동될 수 있는 SVL의 전류 수요를 지원하기 위한 충분한 전력을 갖는 많은 상업적으로 입수할 수 있는 유닛 중 하나 일 수 있다. 대안예에서, 전압 공급원은 AC 테스트 전압을 케이블 실드 시스템에 공급하도록 구성된 AC 전압 공급원일 수 있다. AC 테스트 전압이 공급되는 경우, SVL을 통한 전류 및 SVL에 걸친 전압은 전술한 바와 같이 위상이 맞지 않을 수 있다. SVL 전류 및 전압 사이의 위상 각도는 임피던스를 나타내고, 보다 특히, SVL이 그 전도 전환 영역으로 구동될 때의 임피던스의 변화를 나타낸다. 이러한 위상 각도는 측정될 수 있고, 그리고 위상 각도 측정은 케이블 실드 시스템의 기능적 신뢰성을 결정하기 위해서 처리 회로 소자에 공급되는 전압 및 전류 정보를 제공한다.
SVL 전류 및 전압 사이의 위상 각도를 측정하기 위한 하나의 기술에서, SVL을 통해서 흐르는 전류의 0의 교차가 검출되고, SVL에 걸친 전압의 0의 교차가 검출된다. 이러한 0의 교차들 사이의 시간차는 전류와 전압 사이의 위상 각도 또는 위상 시프트(φ)를 나타낸다. 이러한 위상 시프트는 역률(pf=cos(φ))에 비례하고, 이는 SVL이 그 전도 영역으로 넘어갈 때 증가된다. 따라서, 역률은, 전류 및 전압의 0 교차들 사이의 시간차를 검출함으로써 측정될 수 있거나 감지될 수 있다. 도 7c는 용량 거동으로부터 저항 거동으로의 SVL의 전환과 연관된 역률의 증가를 도시한다. 도 7c에서 확인되는 바와 같이, SVL의 전압-역률 특성은 SVL의 전압-전류 및 전압-온도 특성에 양호하게 근접한다.
테스트 전압이 증가됨에 따라, 전류는, 케이블 실드 세그먼트 및 연결된 SVL 내의 전압을 점진적으로 증가시키는 방식으로, 전압 공급원(1124)으로부터 세그먼트(108c)를 통해서 전도체 링크(818b)로 세그먼트(108b)로 전도체 링크(318a)로 세그먼트(108a)로 흐른다. 링크(318a) 상의 전압은 전압 센서(1130a)에 의해서 링크 박스(1114) 내에서 국소적으로 측정될 수 있고, 링크(818b) 상의 전압은 링크 박스(1115) 내에서 전압 센서(1130b)에 의해서 측정될 수 있다. SVL의 전압-전류 특성은 비선형적이고, 테스트 전압이 SVL 전도 문턱값을 향해서 증가될 때, 크기가 증가되는 전류가 흐르기 시작한다. SVL에 걸친 전압이 전도 영역으로 넘어 감에 따라, SVL의 겉보기 저항은 감소되고 SVL을 통한 전류는 마이크로암페어로부터 밀리암페어로 증가된다. SVL 전류의 이러한 증가는 SVL의 표면 온도의 증가를 초래한다. 따라서, 링크 박스(1114 및 1115) 내에서 SVL(310a 및 810b)에 의해서 소산되는 열을 센서(1128a 및 1128b)로 각각 모니터링하고 측정하는 것은, SVL의 기능적 신뢰성을 결정하기 위한 수단을 제공한다.
전술한 그리고 도 7a 및 도 7b에서 그래프로 도시한 바와 같이, SVL에 대한 특성적인 전압-온도(V-T) 곡선은 그 특성적인 전압-전류(V-I) 곡선과 매우 유사하다. 따라서, 센서(1128a 및 1128b)에 의해서 생성된 열 정보는 SVL 내의 전류 흐름을 양호하게 나타낸다. 마찬가지로, 도 7에 도시된 SVL에 대한 전압-역률 곡선은 SVL에 의해서 소산되는 열뿐만 아니라 SVL 전류를 양호하게 나타낸다. 따라서, 다른 실시형태에서, 온도 센서(1128)는 전술한 역률 센서에 의해서 대체될 수 있다.
전술한 바와 같이, 전압-전류(V-I) 관계 또는 일반적인 SVL의 특성은 일반적으로 SVL 제조업체의 기술적 문헌에서 확인될 수 있다. 상이한 SVL들의 제조업체 및 모델 번호에 대한 상이한 SVL들의 V-I 특성들이 기재된 데이터베이스가 상기 문헌으로부터 또는 SVL의 전도 전환 영역의 단순한 실험실 테스트를 통해서 용이하게 생성될 수 있다. 특정 SVL에 상응하는 V-I 및 V-T 특성이 해당 데이터베이스에 저장될 수 있다. 도 11에 개략적으로 도시된 케이블 실드 시스템이 테스트될 때, SVL(310a 및 810b)의 V-I 특성을 데이터베이스에 저장된 V-I 특성에 비교할 수 있다. 테스트되는 SVL의 V-I 특성이 데이터베이스에 저장된 알려진 V-I 특성에 상응하는 경우(즉, 매우 유사한 경우), SVL은 기능적으로 동작할 수 있고 "양호한 것"으로 인지된다. 그러나, 테스트되는 SVL의 V-I 특성이 데이터베이스에 저장된 V-I 특성과 상이한 경우, 시스템 구성 요소의 성능 저하 또는 고장의 명확한 표시가 있고, 추가적인 진단이 필요할 수 있다. 고장난 SVL, 접합 하드웨어 내의 단락된 중단 갭, 또는 손상된 케이블 자켓일 수 있는 비정상의 원인은, 상기 링크 박스 내의 그리고 회로 상의 다른 링크 박스 내의 비교 센서들로부터, 그리고 실드 시스템에 연결된 테스트 장비, 예를 들어 전압 공급원(1124)에 의해서 공급되는 전압 및 전류로부터 수집된 데이터를 이용함으로써 결정될 수 있다. 또한, 전압 공급원은, 실드 브레이크의 유전 테스팅을 우회하고, 그에 따라 비정상을 결함이 있는 또는 고장인 실드 브레이크에 대해서 격리하기 위해서, 주 섹션의 다른 위치에 연결될 수 있다. 따라서, 케이블 실드 시스템의 기능적 신뢰성은, 맨홀에 진입할 필요 없이 그리고 그 내부의 링크 박스를 개방할 필요 없이, 용이하고 효과적으로 결정될 수 있다.
따라서, 실드 시스템의 상태는, 공급된 테스트 전압의 SVL을 통한 전류가 SVL의 미리 결정된 V-I의 특성적인 특징과 일치될 때, 전류 및 테스트 전압이 미리 결정된 기준 관계에 따르는 관계를 나타낼 때 기능적 상태에 있는 것으로 결정된다. 마찬가지로, 실드 시스템의 상태는, 온도 센서에 의해서 모니터링되는 바와 같은, 공급되는 테스트 전압에서의 SVL로부터의 열이 SVL의 미리 결정된 특성과 일치될 때, 기능적 상태에 있는 것으로 결정된다. 달리 말해서, 실드 시스템의 상태는, 센서에 의해서 모니터링되는 바와 같은 SVL로부터의 열이 예상 거동과 일치하지 않을 때, 오류 또는 부적합인 것으로 결정될 수 있다.
본 발명을 이용하는 실시형태는 도 12 내지 도 14의 개략도와 관련하여 설명된 실드 본딩 및 접지 구성을 포함할 수 있다. 도 12 내지 도 14는, 케이블 실드의 일 단부가 접지되고 이격된 비접지 단부가 SVL에 연결되는, 하나의 케이블 세그먼트로 구성된 케이블 실드 시스템을 도시한다. 도 12는 접합 하드웨어(1203)에서 결합된 3상 고전압 케이블의 단일 위상(예를 들어, 위상(A))의 전도체 케이블 세그먼트(1204 및 1204')를 도시한다. 접합 하드웨어는 도 1의 접합부(103)와 유사할 수 있다. 케이블 세그먼트(1204 및 1204')는 도 1의 실드(108 및 108')와 유사한 실드(1208 및 1208')에 의해서 둘러싸인다. 실드(1208)의 일 단부 또는 지점은 접지에 직접 연결되고, 타 단부는 하우징(1214)에 포함된 SVL(1210)에 커플링되며, 이러한 하우징은 도 2와 유사한 링크 박스, 접지 박스 등일 수 있다. 이러한 실시형태에서, 링크 박스(1214)는 실드 세그먼트(1208)를 실드 세그먼트(1208')에 교차-링크 또는 교차 본딩시키지 않는다. 그 대신, 이러한 실시형태에서, 하우징(1214)은, 실드 세그먼트(1208')를 접지(1213)에 연결하는 전도체를 포함한다. 그 이격 단부에서, 실드 세그먼트(1208')는 하우징(1214') 내에 포함된 SVL(1210')에 의해서 접지에 연결된다. 하우징(1214')은 하우징(1214)과 유사할 수 있고, 도 2에 도시된 바와 같이, 다른 실드 세그먼트(미도시)를 접지에 연결하는 다른 전도체를 포함할 수 있다. 또한, 도 12에 도시된 바와 같이, 접지 연속성 전도체(1225)가 설치되어, 오류 전류(존재하는 경우 또는 존재할 때)를 위한 경로를 제공한다. 하나의 접지 연속성 전도체가 모든 위상(즉, 위상(A, B 및 C))에 대해서 설치될 수 있다. 케이블 위상들 사이의 비교적 밀접한 물리적 분리 그리고 접지 연속성 전도체의 추가적인 분리로 인해서, 최소 전류가 접지 연속성 전도체 내에서 유도되고, 그에 따라 고전압 케이블의 정격에서 고려하여야 할 부가적인 열 손실이 없거나 최소화된다.
도 12에 도시된 케이블 실드 시스템을 본 발명에 따라 테스트하여, 설치된 SVL을 포함하는 실드 본딩 및 접지 시스템의 기능적 신뢰성 또는 동작 무결성을 평가하였다. 이러한 유지 보수 테스트를 수행하기 위해서, 고전압 전도체(1204, 1204')를 탈-에너지화하였고, 하우징(1214)으로부터 이격된 지점을 접지로부터 분리함으로써 실드 세그먼트(1208)를 접지로부터 격리시켰다. 전술한 DC 또는 AC 전압 공급원과 같은, 파선으로 도시된, 전압 공급원(1224)이 이러한 지점에 연결된다. 이러한 전압 공급원에 의해서 공급되는 테스트 전압의 진폭이 SVL(1210)의 전도 문턱값 전압까지 그리고 그 초과로 증가됨에 따라, SVL을 통해서 흐르는 전류의 진폭은 도 7a에 도시된 방식으로 증가되고, 이러한 전류 흐름은 SVL의 표면 온도가 도 7b에 도시된 바와 같이 증가되게 하는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, SVL을 통한 증가되는 전류는 표면 온도의 증가와 양호하게 상호 관련된다. SVL의 상태 평가는, SVL 전압이 증가될 때 적절한 전류 센서를 이용하여 SVL을 통한 전류 흐름을 모니터링함으로써, 또는 바람직하게는 SVL 전압이 증가될 때 SVL의 표면 온도 증가를 모니터링하기 위해서 온도 센서(1228)를 이용함으로써 이루어질 수 있다. 후자는 케이블 실드 시스템 내의 그리고 특히 SVL(1210) 내의 오류 상태 또는 비정상에 관한 보다 안정적이고 효과적인 표시이다. 전압 센서(1230), 전류 센서(미도시) 및 온도 센서(1228)에 의해서 유지 보수 테스트 중에 획득된 전압, 전류 및 온도 정보를 이용하여, 케이블 실드 본딩 및 접지 시스템의 상태 그리고 특히 설치된 SVL의 기능적 신뢰성을 평가한다.
마찬가지로, 실드 세그먼트(1208') 및 SVL(1210')을 테스트하여 그 상태를 평가한다. 탈-에너지화된 고전압 전도체의 실드 세그먼트(1208')는, 이를 하우징(1214) 내의 접지(1213)로부터 분리함으로써, 접지로부터 격리된다. 이어서, 전술한 DC 또는 AC 전압 공급원과 같은, 파선으로 도시된, 전압 공급원(1224')이 임의의 접근 가능 위치에서 상기 격리된 실드 세그먼트에 연결된다. 접지 전위를 세그먼트(1208')로부터 제거하기 위해서 하우징(1214)에 진입할 필요가 없는데, 이는 하우징(1214)의 외부에서 이러한 것을 수행할 수 있고 에너지화된 전도성 구성요소, 예를 들어 실드와 탈에너지화된 전도성 구성요소 또는 표면 사이에서 플래시오버(flashover)를 방지하기 위한 충분한 간극이 제공되기 때문이라는 것을 이해할 수 있을 것이다. 이러한 경우, 하우징(1214) 내의 실드 세그먼트(1208')에 연결된 임의의 하드웨어, 예를 들어 금속 지지 구조물이 테스트 중에 에너지화될 것이다.
공급원(1224')으로부터 세그먼트(1208')에 공급되는 테스트 전압이 증가됨에 따라, SVL(1210')으로부터의 SVL 표면 온도 정보가 온도 센서(1228')에 의해서 획득된다. 테스트되는 SVL의 결과적인 전압-온도 특성을, 데이터베이스 내의 파일 상으 유사한 기능의 SVL의 전압-온도 특성과 비교하여, SVL(1210')의 동작 무결성을 결정한다. 따라서, 케이블 실드 시스템 내의 오류 상태 또는 비정상은, 설치된 SVL(예를 들어, SVL(1210, 1210'))의 전압-온도 특성을 새로운 SVL의 전압-온도 특성과 비교함으로써 단순히 검출될 수 있다.
도 13 및 도 14는 접지 연속성 전도체(1325, 1425)를 갖는 단일 지점 케이블 실드를 위한 대안적인 실드 접지 및 본딩 체계이다. 이러한 대안적인 체계의 동작은 도 12의 케이블 실드 시스템의 동작과 실질적으로 동일하고, 차이점은 접지 및 SVL 연결의 위치이다. 그럼에도 불구하고, 테스트 중에, 전술한 것과 동일한 절차 즉, 고전압 케이블 회로를 탈-에너지화하는 것, SVL을 포함하는 테스트 하의 실드 세그먼트를 접지로부터 격리시키는 것, 증가되는 테스트 전압을 인가하는 것, 그리고 SVL 표면 온도를 모니터링하는 것이 구현된다:.
도 13은, 3상 고전압 케이블의 단일 위상의 세그먼트(1304 및 1304')가 도 1의 접합부(103)와 유사한 접합 하드웨어(1303)에서 결합되는, 구성을 도시한다. 케이블 세그먼트(1304 및 1304')의 실드 세그먼트(1308 및 1308')는 도 12의 실드 세그먼트(1208 및 1208')와 실질적으로 동일하다. 실드 세그먼트(1308')가 하우징(1314) 내에서 SVL(1310')에 의해 접지 전위에 커플링된다는 점에서, 도 13에 도시된 구성은 도 12에 도시된 구성과 상이하다. 하우징(1314)으로부터 이격된 세그먼트(1308)의 타 단부는 접지에 연결된다.
도 13에 도시된 케이블 실드 시스템은, 고전압 전도체를 탈-에너지화시키고, 세그먼트(1308 및 1308')를 접지로부터 격리시킴으로써(즉, 분리시킴으로써) 테스트된다. 파선으로 도시된 전압 공급원(1324)은 접지 대신 격리된 세그먼트(1308)에 연결되고, 테스트가 수행된다. 별도의 전압 공급원(1324') 또는 대안적으로 테스트 전압 공급원(1324)이 섹션(1308')에 재배치되고, 격리된 세그먼트(1308')에 연결된다. 실드 세그먼트(1308 및 1308') 및 그에 연결된 SVL(1310, 1310')을 전술한 절차에 따라 테스트한다. 테스트 중에 얻어지는 전압 및 온도 정보를 이용하여, 실드 본딩 및 접지 시스템의 기능적 신뢰성을 결정한다.
도 14는, 3상 고전압 케이블의 단일 위상의 세그먼트(1404 및 1404')가 접합 하드웨어(1403) 내에서 결합되는, 또 다른 단일 지점 접지 구성을 도시한다. 케이블 세그먼트(1404 및 1404')의 실드 세그먼트(1408 및 1408')는, 예를 들어 접합 하드웨어의 위치에서 또는 그 부근에서, 접지(1413)에 함께 커플링된다. 공통 접지 연결로부터 이격된 실드 세그먼트의 지점은 하우징(1414 및 1414') 내에서 SVL(1410 및 1410')을 통해 접지에 커플링된다. 도 14는 또한 발생 가능한 오류 전류를 위한 경로를 제공하기 위한 접지 연속성(1425)을 도시한다.
도 14의 케이블 실드 시스템은, 고전압 전도체를 탈-에너지화시키고, 실드 세그먼트를 접지로부터 분리시켜 실드 세그먼트(1408 및 1408')를 격리시킴으로써 테스트된다. 전술한 DC 또는 AC 전압 공급원과 유사한 그리고 파선으로 도시된 전압 공급원(1424)은 접지(1413) 대신 세그먼트(1408 및 1408')의 공통 연결에 연결된다. 대안적으로, 전압 공급원은, 링크 박스(1414 또는 1414')를 포함하는 임의의 지점에서, 격리된 실드 섹션에 연결될 수 있고, 언급한 바와 같이, 접지(1413)가 실드 세그먼트로부터 분리되어, 테스트를 위해서 실드 세그먼트를 격리시킬 수 있다. 실드 세그먼트 및 그에 연결된 SVL을 전술한 절차에 따라 테스트한다. 테스트 중에 얻어진 SVL 표면 온도 및 전압 정보를 이용하여, 케이블 실드 시스템 내의 오류 상태 또는 비정상을 검출한다.
비록 도 14가 양 세그먼트(1408 및 1408')뿐만 아니라 양 SVL(1410 및 1410')을 테스트하기 위한 테스트 절차를 설명하지만, 희망하는 경우, 섹션(1408 및 1408')도 독립적으로 테스트할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
전술한 설명은 교차 본딩 및 단일 지점 접지 케이블 실드와 연관된 링크 박스 적용예에 적용된다. 실제로, 회로가 실제적인 최대 길이로 인해서 케이블의 3개 초과의 지점으로 구성될 수 있을 때와 같이, 몇 개의 교차-본딩 및 단일 지점 접지 구성을 회로 루트를 따라 확인할 수 있다. 길이가 4 마일인 고전압 케이블 회로를 발견하기는 어렵지 않다. 일반적으로 약 200 피트의 실질적인 케이블 길이에서, 전술한 바와 같이 그리고 도 15에 개략적으로 도시된 바와 같이, 이러한 회로는 복수의 주 교차-본딩 섹션을 포함할 수 있고, 이러한 각각의 주 교차-본딩 섹션은 공통 접지 지점 사이에서 3개의 최소 섹션을 포함한다. 전술한 테스트 배열은 이제 설명된 임의의 수의 섹션에 적용될 수 있다.
도 15에 도시된 구성은 도 11에 도시된 구성과 유사하나, 도 15는, 2개의 부가적인 교차-링크 박스(1514 및 1515) 및 중앙 접지 박스(1536)를 이용하는 케이블의 6개의 세그먼트를 도시한다. 이러한 구성은, 하나의 교차-본딩된 회로 배열을 다른 교차-본딩된 회로 배열에 커플링시킴으로써 도 11의 구성의 2배의 회로 길이를 수용한다. 여기에서, 실드 세그먼트(108c)가 전기 접지에 연결되는 지점은, 맨홀 내에 위치될 수 있는 접지 박스(1536)를 통해서 위치된다. 도시된 바와 같이, 접지 박스 내의 커넥터 링크(1537)는 세그먼트(108c)를 접지에 물리적으로 연결한다. 대안예로서, 접지 박스(1536)는 생략될 수 있고, 각각의 실드 본딩 리드가 접지에 직접 연결될 수 있다.
접지 박스(1536)는 또한, 고전압 케이블(104c)의 실드 세그먼트(1508c)를 전기 접지에 물리적으로 연결하는 다른 커넥터 링크(1538)를 포함한다. 세그먼트(1508c)는 세그먼트(108c)와 유사하고, 예를 들어, 고전압 전도체(104c)의 위상(C) 실드이다. 도 15에서, 세그먼트(1508c)는 링크 박스(1515)에 포함된 커넥터 링크(1518b)를 통해서 전도체(104b)의 위상(B) 세그먼트(1508b)에 커플링된다. 링크 박스(1515)는 링크 박스(1115)와 유사하고, 링크 박스(1115) 내에서 SVL(810b)와 유사한 SVL(1510b), 센서(1128b)와 유사한 센서(1528b)를 포함한다. 링크 박스(1515)는 또한, SVL(1510b)에 걸친 전압을 감지하도록 구성된, 도 11의 전압 센서(1130b)와 유사한 전압 센서(1530b)를 포함한다. 유사한 방식으로, 링크 박스(1514)는, 고전압 전도체(104b)의 위상(B) 세그먼트(1508b)를 고전압 전도체(104a)의 위상(A) 세그먼트(1508a)에 전기적으로 연결하는 커넥터 링크(1518a)를 포함한다. 링크 박스(1514)는 링크 박스(1114)와 유사하고, 링크 박스(1114) 내에서 SVL(310a)와 유사한 SVL(1510a), 센서(1128a)와 유사한 센서(1528a)를 포함한다. 링크 박스(1514)는 또한, SVL(1510a)에 걸친 전압을 감지하도록 구성된, 도 11의 전압 센서(1130a)와 유사한 전압 센서(1530a)를 포함한다. 링크 박스(1114 및 1514)로부터 이격된 위상(A) 실드 세그먼트(108a 및 1508a)의 외부 단부들은 정상 동작 중에 전기 접지에 각각 연결된다.
도 15에 도시된 케이블 실드 시스템이 본 발명에 따라 테스트되는 방식이 도 16에 개략적으로 도시되어 있다. 도 15의 케이블 실드 시스템이 테스트될 때, 링크 박스(1514)로부터 이격된 세그먼트(1508a)의 회로 길이를 따른 지점에서와 같이, 링크 박스(1114)로부터 이격된 세그먼트(108a)의 회로 길이를 따른 지점에서의 전기 접지에 대한 물리적 연결이 접지로부터 분리되고, 그에 따라 세그먼트(108a 및 1508a)를 접지로부터 격리시킨다. 또한, 정상 동작 중에 세그먼트(108c 및 1508c)를 접지에 연결하는 접지 박스(1536)가 또한 접지로부터 분리되어, 1626에서 도시된 바와 같이, 링크 박스(1114, 1115, 1514 및 1515) 내의 전기적으로 연결된 실드 세그먼트들을 접지로부터 효과적으로 격리시킨다. 커넥터 링크(1537 및 1538)로부터 접지를 제거하기 위해서 하우징(1536)을 개방할 필요가 없을 수 있는데, 이는 이러한 것이 하우징의 외부로부터 이루어질 수 있기 때문이다. 이러한 실시형태에서, 커넥터 링크(1537 및 1538)는, 하우징(1536)의 외부에서 접지될 수 있는 다른 실드 세그먼트에 공통적으로 연결되지 않는다.
따라서, 세그먼트(108c 및 1508c)는 접지로부터 전기적으로 격리된다. 도 11과 관련하여 전술한 테스트 구성과 마찬가지로, 도 16의 케이블 실드 시스템이 임의의 편리한 지점에서 테스트될 수 있다. 테스트 전압은, 여기에서 세그먼트(108a)의 말단 단부에 연결되는 것으로 도시된, 도 11의 전압 공급원(1124)과 유사한 DC 공급원 또는 AC 공급원일 수 있는, 전압 공급원(1624)에 의해서 공급된다. 테스트 전압은 점진적으로 증가되는 진폭으로 세그먼트(108a)의 전기적으로 격리된 단부에 공급된다. 테스트 전압 진폭은 미리 결정된 단계로 점진적으로 증가될 수 있거나, 대안적으로 선형적으로 증가되는 전압으로서 점진적으로 증가될 수 있다.
도 11의 테스트 구성과 마찬가지로, 전압 공급원(1624)에 의해서 공급되는 테스트 전압이 증가됨에 따라, 세그먼트(108a), 전도체 링크(318a), SVL(310a), 세그먼트(108b), 전도체 링크(818b), 세그먼트(108c), 전도체 링크(1537 및 1538), 세그먼트(1508c), 전도체 링크(1518b), 세그먼트(1508b), 전도체 링크(1518a), 그리고 마지막으로 세그먼트(1508a) 상의 전압이 마찬가지로 증가된다. 테스트 전압이 SVL의 전도 문턱값 초과로 증가됨에 따라, SVL이 전도 문턱값 영역을 넘어서 동작될 때, 증가되는 크기의 전류가 SVL을 통해서 흐른다. 도 7a의 SVL V-I 특성에 의해서 나타나는 바와 같이, 공급된 테스트 전압이 SVL의 미리 결정된 전도 문턱값 전압을 초과할 때, 해당 SVL을 통한 전류는 비례하지 않는 방식으로 증가된다. 각각의 SVL에 의해서 소산되는 열은 통과하여 흐르는 전류와 관련되고, 이러한 열의 감지는 SVL 전류의 양호한 근사치이다. IR 센서일 수 있는 열 센서(1128a 및 1128b)는 SVL(SVLs 310a, 및 810b)에 의해서 소산되는 열을 검출하고, 센서(1528a 및 1528b)는 SVL(1510a 및 1510b)에 의해서 소산되는 열을 검출한다. 따라서, 열 센서에 의해서 생성되는 신호는 SVL을 통해서 흐르는 전류를 나타내는 정보를 구성한다. SVL에 걸친 전압이 전압 센서(1130a, 1130b, 1530a, 1530b)에 의해서 감지되어, SVL에 걸친 전압을 나타내는 정보를 생성한다. 이러한 전압 및 (전류를 나타내는) 열 정보를 획득하여, 케이블 실드 시스템의 기능적 신뢰성을 평가한다. 전압 공급원(1624)은 (다른 섹션이 접지되어 있는 동안) 각각의 격리된 섹션에 별도로 그리고 순차적으로 인가될 수 있다.
도 17은, 도 5에 도시된 그리고 예를 들어 도 11의 센서 및 환경 센서를 포함하는 링크 박스 센서의 패키지를 포함하는 교차 본딩 구성을 이용하여, 전술한 유형의 케이블 실드 시스템의 기능적 신뢰성을 평가하기 위한 원격 모니터링 시스템의 개략적 블록도이다. 전압(VA, VB 및 VC)은 전압 센서(1730a, 1730b 및 1730c)에 의해서 각각 감지된 SVL(1710a, 1710b 및 1710c)에 걸친 전압을 나타낸다. 이러한 전압 센서는 도 11의 전압 센서(1130a 및 1130b)와 유사할 수 있다. 도 17은 또한, 각각의 전류 센서(1732a, 1732b 및 1732c)에 의해서 감지된 바와 같은, 커넥터 링크를 통해서 흐르는 전류(IA, IB 및 IC)를 도시한다. 전류 센서는 도 4a의 전류 센서(440a)와 유사할 수 있다. 도 17은 또한, 온도 센서(1728a, 1728b 및 1728c)에 의해서 각각 감지되는 바와 같은, SVL(1710a, 1710b 및 1710c)의 표면 온도(Ta, Tb, 및 Tc)를 도시한다. 블록(1734)은, 하우징 내의 주변 온도, 압력 및 습도와 같은, 링크 박스 인클로저 내의 주변 상태를 모니터링하기 위한 내부 환경 센서를 나타낸다. 당업자에게 공지된 바와 같이, 다른 주변 상태가 또한 모니터링될 수 있다.
전압(VA, VB 및 VC)은, 감지되거나 모니터링되는, SVL에 걸친 전압을 나타낸다. 이러한 전압은 정상적인 서비스 동작 중에 주기적으로 모니터링될 수 있다. 본 발명에 따라, SVL에 걸친 전압은 케이블 실드 시스템의 서비스 중단 유지 보수 테스트 중에 연속적으로 모니터링될 수 있다. 도 11과 관련하여 전술한 바와 같이, 전류 센서(1730)는, 오류 또는 서지의 결과로서 서비스 중에 발생될 수 있는 고전압뿐만 아니라 유지 보수 테스트 중에 의도적으로 도입되는 고전압을 감소시키기 위해서, 저항 분할기를 포함할 수 있다. 저항 분할기는 이러한 SVL 전압을 마이크로프로세서와 같은 처리 회로 소자에 적합한 레벨로 감소시킨다. 이러한 과전압 이벤트는 센서를 포함하는 모니터링 회로 소자의 고장을 유발하지 않아야 한다. 전류(IA, IB 및 IC)는 도 11에 도시된 교차 본딩된 실드 구성에서 각각의 전도체 링크에서 흐르는 전류를 나타낸다.
SVL 표면 온도(Ta, Tb 및 Tc)는 온도 센서(1728a, 1728b 및 1728c)에 의해서 감지되고, 고전압 케이블의 정상적인 서비스 동작 중에 주기적으로 모니터링될 수 있다. 본 발명에 따라, SVL 표면 온도는 서비스 중단 유지 보수 테스트 중에 감지된다. 일 실시형태에서, 온도 센서는, 처리 회로 소자로부터의 명령, 예를 들어 데이터 요청에 응답하여, 그 대기 상태로부터 턴 온 또는 활성화될 수 있다. 대안적으로, 온도 센서는, 감지된 전압 및/또는 전류가 미리 결정된 레벨을 초과할 때 과도 이벤트 중에 발생되는 SVL 표면 온도 변화를 검출하고 기록하기 위한 전압 센서 및 전류 센서에 의해서 또는 그에 응답하여 생성된 신호에 응답하여 활성화될 수 있다.
인클로저 하우징 내에 존재하는 주변 온도, 압력 및 습도와 같은 환경 상태가 또한 센서에 의해서 모니터링되어, 결함이 있는 밀봉 또는 느슨한 내부 연결을 나타낼 수 있는 물 진입 및 높은 하우징 온도를 감지하여 모니터링한다. 하우징 내의 주변 온도는 또한, SVL 표면 온도 상승을 비교할 수 있는 기준을 제공한다.
일 실시형태에서, 센서에 의해서 생성된 신호, 예를 들어, 전류 신호, 전압 신호, 온도 신호, 압력 신호, 및 습도 신호가 하드-와이어에 의해서, 마이크로프로세서 또는 다른 처리 회로 소자와 같은, 링크 박스 제어기(1735)로서 지칭되는 제어기에 전송된다. 링크 박스 제어기는, 예를 들어, 계획된 시간에 센서로부터 센서 정보를 획득하기 위한 명령어를 저장할 수 있다. 센서 데이터를 저장하기 위해서, 저장부가 또한 제어기 내에 제공되거나 또는 이에 인접하여 제공될 수 있다. 센서 데이터는 센서로부터 수신된 그 원래의 형태로 저장될 수 있거나, 저장 공간을 절약하기 위해서 축소될(예를 들어, 통계적으로 압축되는 것과 같이, 압축될) 수 있다. 링크 박스 하우징은 또한, 링크 박스 제어기 및 센서에 전력을 제공하는 배터리를 수용할 수 있다. 센서 데이터의 데이터 압축은 배터리 수명을 연장시키는 역할을 한다. 바람직한 실시형태에서, 링크 박스 제어기로부터의 센서 데이터가 무선으로, 예를 들어 저전력 광대역 네트워크(LP-WAN) 통신 프로토콜을 통해서, 원격 중앙 위치로 전송된다. 다른 실시형태에서, 센서 데이터는 광섬유 케이블을 통해서 원격 위치로 전송된다.
다른 실시형태에서, 원격 모니터링 장치 제어기(1736)가, 링크 박스와 중앙 서버 사이의 제어 및 통신 인터페이스로서 사용될 수 있다. 일 실시형태에서, 원격 모니터링 장치 제어기는, 센서 정보를 원격 처리 회로 소자(1738)에 전송하기 위해서 저전력 광대역 네트워크(LP-WAN) 송신기를 포함한다. 적합한 저전력 광대역 네트워크의 하나의 예가 미국 특허 10,607,475에 설명되어 있다. 링크 박스 제어기(1735) 및 원격 모니터링 장치 제어기(1736)가 동일한 맨홀 내에 위치될 수 있다. 대안적으로, 원격 모니터링 장치 제어기(1736)는, 링크 박스 제어기(1735)로부터 센서 정보가 공급되는 링크 박스의 위치와 별개인 위치에, 예를 들어 다른 지하 위치에 배치될 수 있다.
바람직하게는, 링크 박스 제어기(1735)는, 링크 박스 제어기에 저장된, 환경 정보뿐만 아니라, 전압, 전류, 및 SVL 온도 정보와 같은 센서 정보를 측정, 계산, 비교, 저장 및 전송하기 위해서, 주기적으로 또는 때대로, 원격 처리 회로 소자(1738)로부터 수신될 수 있는 명령어에 응답한다. 수신된 명령어는, 케이블 실드 시스템의 상태를 평가하기 위해서 사용되는(즉, 필요할 때 데이터를 송신하기 위해서 사용되는) 데이터의 경쟁 필요성과 특히 데이터 전송 간격 중의 배터리 소비 사이에서 균형을 맞추려 노력하는 것을 이해할 수 있을 것이다.
또 다른 실시형태에서, 링크 박스 제어기(1735)에 포함된 처리 회로 소자는, 통지를 트리거링하는 중요한 비정상에 대한 일상적인 온 보드 체크로서, 최근에 획득된 데이터와 비교하기 위한 이력 데이터 베이스(historical data base)를 제공하기 위해서, 전압, 전류 및 온도를 포함하는 획득된 센서 데이터의 국소적인 처리 및 저장을 제공한다.
센서 데이터는, 국소적으로 식별하기 어려운 동작 비정상의 결정의 기초가 될 수 있는 동일한 케이블 회로 상의 다른 링크 박스로부터의 데이터를 컴파일링하도록 동작할 수 있는 중앙 서버에 업로드될 수 있고, 그에 따라 회로의 실드 본딩 및 접지 시스템의 무결성을 평가할 수 있게 한다. 예를 들어, 정상 동작 중에, 교차 본딩된 시스템의 링크된 케이블 실드 세그먼트의 각각에서 흐르는 전류가 동일할 것이다. 그러나, 임의의 편차가, 회로 내의 의도하지 않은 전류 경로 또는 오류를 나타낼 수 있다.
전술한 테스트 절차는, 각각의 SVL에 대해서 검출된 표면 온도 변화를 고려하기 위해서 전압 증가 또는 감소의 속도를 제어하는 처리 회로 소자로 피드백되는 SVL 전압 및 표면 온도로 자동화될 수 있다. 전술한 전압 공급원에 의해서 공급된 테스트 전압의 상승 후에, SVL이 시간에 걸쳐 냉각될 수 있도록 전압은 감소되어야 한다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 자동화의 피드백 제어는, 테스트 전압이 SVL 전도 문턱값에 도달할 때 감속될 수 있는 전압 증가의 더 빠른 초기 속도를 허용하고, 그에 따라 오버슈팅을 방지하고 전도 전환 영역에서 전압-온도 특성의 더 빠른 측정 반복성을 촉진함으로써 테스트 기간을 단축한다. 유리하게는, 처리 회로 소자에 전송된 센서로부터의 온도 측정은 컴퓨터 연결 또는 셀 폰 통신을 통해서 거의 실시간으로 현장의 테스트 기술자에게 송신될 수 있다.
SVL 온도를 감지하고 테스트 전압을 파악함으로써, 접합 하드웨어 내의 SVL, 케이블 자켓, 접지 시스템 및 중단 갭의 상태를 용이하게 검출하여 잠재적인 문제를 예상할 수 있다. 예를 들어, 가변적인 DC 테스트 전압을 (서브스테이션에서) 케이블 단부로부터 케이블 실드 시스템에 공급함으로써, SVL의 동작 가능성은, SVL 전류가 전도 문턱값 영역으로 넘어 갈 때 테스트 전압의 함수에 따라 SVL 온도 상승을 감지함으로써, 결정된다. 따라서, 맨홀 진입, 케이블 본딩 리드의 분리, 또는 테스트 및 유지 보수를 위해 링크를 분리하기 위한 링크 박스 또는 다른 인클로저의 개방을 필요로 하지 않는, 케이블 실드 시스템의 유지 보수 테스트가 획득된다.
일부 실무적 진단이 본 발명으로부터 도출된다. 예를 들어, SVL에 공급되는 테스트 전압이 그 전도 문턱값 미만이고 SVL에 의해서 소산되는 열이 없거나 거의 없을 때, 그러나 테스트 전압이 SVL 전도 문턱값을 초과하는 경우에 SVL이 측정 가능한 열을 소산시킬 때, 갭, 자켓, SVL 및 접지 연결은 수용 가능한 동작 상태에 있고, 유지 보수는 필요하지 않다는 것이 결정된다.
다른 한편으로, 테스트 전압이 SVL 전도 문턱값 전압을 초과할 때 SVL로부터 열이 검출되지 않는 경우, 중단 갭 및 자켓이 적절하게 기능하지만, SVL 또는 연관된 접지 연결에 문제가 있을 가능성이 높다는 것이 결정될 수 있다. 그러나, 테스트 전압이 SVL 전도 문턱값 전압 미만일 때 SVL에 의해서 소산되는 상당한 열이 검출되는 경우, 중단 갭 및 자켓의 상태가 적절할 가능성이 높으나, SVL이 손상 또는 단락되었을 수 있거나, 부적절한 SVL이 존재한다.
다른 예로서, 테스트 전압 공급원에 의해서 공급되는 전류가 그 최대이나 그럼에도 불구하고 SVL에 걸친 전압이 SVL 전도 전압에 도달하지 않거나 초과하지 않고 열이 SVL의 표면에서 검출되지 않는 경우, 중단 갭 또는 케이블 자켓에 의해서 테스트 회로 소자에서 예상치 못한 부하가 발생되고 단락이 의심될 가능성이 높다.
이러한 예는, 고전압 케이블의 주 섹션에서 수행된 테스트의 개략도인 도 18과 함께, 이하에서 더 구체적으로 설명된다.
도 17의 실시형태에서, 미리 결정된 레벨을 초과하는 센서 입력, 예를 들어 미리 설정된 레벨을 초과하는 전압 데이터에 의해서 트리거링되지 않는 한, 링크 박스 제어기(1735)는 센서 신호를 기록(예를 들어, 단순히 저장)하고 센서 데이터를 전송하지 않을 수 있다. 이러한 이벤트는 정상 동작과 상이하고, 계획되지 않은 데이터 전송 이벤트로서 인식된다.
전압, 전류, 온도 및 환경 정보의 최근의(예를 들어, 몇 주의) 이력이 링크 박스 제어기 내에서 온 보드 저장될 수 있으나, 장기간의 이력은 원격적으로, 예를 들어 원격 처리 회로 소자(1738) 내에 저장될 수 있고, 그에 따라 고전압 전력 케이블 회로의 거동을 나타낼 수 있고, 해당되는 장기간의 거동에 따라 제어, 통지, 및 경보 지점을 설정하기 위해서 사용될 수 있다. 이러한 정보의 데이터 베이스가, 제조 이력 및 정격과 같은, 모니터링되는 SVL의 특정 상세 내용을 포함하는 많은 매개변수를 포함할 수 있다.
따라서, 본 발명은, 조립체 전력 케이블 회로 소자의 실드 본딩 및 접지 시스템의 기능적 신뢰성을 평가하기 위한 수단 및 방법을 시스템 운영자에게 제공하는 것으로 보인다. 본 발명은 원격 위치, 즉 맨홀에서 데이터를 수집하기 위해서 센서의 세트를 이용하고, 이러한 정보를 거의 실시간으로 중앙 서버에 전송하며, 이러한 중앙 서버에서는 케이블 실드 시스템의 전기적 및 환경적 동작 상태를 평가하기 위해서 정보에 접근할 수 있다. 이러한 정보는, 케이블 회로가 서비스 중단되고 본원에서 설명된 테스트 프로토콜이 적용될 때, 획득될 수 있다.
이제 도 1 및 도 11에서 사용된 참조 번호를 이용하여 유사한 구성요소들을 식별하는 도 18을 참조하면, 테스트 전압 공급원(1124)은 케이블 실드 세그먼트(108a)에 커플링되고, 실드 세그먼트(108'b 및 108'c)는 예를 들어 그 회로 단부에서 접지된다. 도시하지는 않았지만, 전술한 전류 센서(440)와 유사한 통상적인 전류계가 전압 공급원의 출력에 커플링되어, 전압 공급원에 의해서 케이블 실드 세그먼트에 공급되는 전류의 측정을 제공한다. 링크 박스(1114) 내의 커넥터 링크(318a)는 위상(A)의 실드 세그먼트(108a)를 위상(B)의 실드 세그먼트(108b)에 교차-연결하고, 링크 박스(1115) 내의 커넥터 링크(818b)는 실드 세그먼트(108b)를 위상(C)의 실드 세그먼트(108c)에 교차-연결한다. 이들은 테스트 전압을 받는 실드 세그먼트이다. 링크 박스(1114)는 도 3(또는 도 5)에 도시된 링크 박스(314)와 같은 유형일 수 있다. 또한, 링크 박스(1114) 내에서, 커넥터 링크(318b)는 위상(B)의 실드 세그먼트(108'b)를 위상(C)의 실드 세그먼트(108"c)에 교차-연결하고, 또한 링크 박스(1114) 내의 커넥터 링크(318c)는 위상(C)의 실드 세그먼트(108'c)를 위상(A)의 실드 세그먼트(108'a)에 교차-연결한다. 도 18은 또한 실드 세그먼트(108a)를 위상(A)의 실드 세그먼트(108'a)로부터 전기적으로 격리시키는 접합 하드웨어 내에 존재하는 실드 중단 갭(118a), 실드 세그먼트(108b)를 위상(B)의 실드 세그먼트(108'b)로부터 격리시키는 접합 하드웨어 내에 존재하는 실드 중단 갭(118b), 및 실드 세그먼트(108c)를 위상(C)의 실드 세그먼트(108'c)로부터 격리시키는 접합 하드웨어 내에 존재하는 실드 중단 갭 브레이크(118c)를 도시한다.
전압 공급원(1124)이 실드 세그먼트(108a)에 연결되고 실드 세그먼트(108'c)가 접지되기 때문에, 중단 갭(118a)에 걸친 전압(Vgap)은, 비정상이 없는 상태에서, 전압 공급원에 의해서 공급되는 테스트 전압(Vtest)과 동일하여야 한다. 마찬가지로, 링크 박스(1114) 내의 커넥터 링크(318a)는 실드 세그먼트(108a)에서의 전압(Vtest)을 실드 세그먼트(108b)에 커플링시키는 한편, 세그먼트(108'b)는 접지되며, 결과적으로 중단 갭(118b)에 걸친 전압(Vgap)은, 비정상이 없는 상태에서, 전압 공급원에 의해서 공급되는 테스트 전압(Vtest)과 동일하다. 링크 박스(1114) 내의 커넥터 링크(318b)는 접지 전위를 실드 세그먼트(108"c)에 커플링시키고, 언급한 바와 같이, 실드 세그먼트(108'c)는 접지되며, 결과적으로 Vgap=0의 중단 갭(118c)에 걸친 전압(Vgap)을 초래한다. 접지 전위의 실드 세그먼트(108"c)를 실드 세그먼트(108"a)에 커플링시키는 링크 박스(1115) 내의 커넥터 링크의 결과로서, 실드 세그먼트(108"a)를 실드 세그먼트(108"a)로부터 격리시키는 중단 갭에서의 결과적인 전위(Vgap)가 0이 될 것이라는 것을 이해할 수 있을 것이다. 또한, 비정상이 없는 상태에서, 실드 세그먼트(108b)를 실드 세그먼트(108'b)로부터 격리시키는 중단 갭(118b)에서 나타나는 전위, 그리고 또한 실드 세그먼트(108'c)를 실드 세그먼트(108"c)로부터 격리시키는 중단 갭(118c)에서 나타나는 전위는 Vtest가 될 것이다.
도 18에 도시된 바와 같이, 3개의 실드 세그먼트의 하나의 연결된 그룹을 격리시키는 테스트, 예를 들어 실드 세그먼트(108a, 108b, 108c)가 나머지 3개-세그먼트 그룹으로 테스트되는 테스트에서, 접지된 실드 세그먼트(108'b, 108"c, 108"a) 및 실드 세그먼트(108'c, 108'a, 108"b)는 해당되는 격리된 세그먼트와 연관된 케이블 자켓, 실드 브레이크, 및 SVL의 기능 테스트를 제공한다. 테스트 절차는 2차례 이상 반복하여, 격리되지 않은 실드 세그먼트가 접지에 연결된 상태에서, 실드 세그먼트(108'b, 108"c, 108"a)를 격리시키고 실드 세그먼트(108'c, 108'a, 108"b)를 격리시킨다.
전술한 바와 같이, SVL, 온도 센서, 및 전압 센서가 각각의 링크 박스 내에 포함된다. 링크 박스(1114)는 대표적인 것이고, 도시된 바와 같이, 링크 박스(1114)는 (가변 저항기로 도시된) SVL(310a), 온도 센서(1128a) 및 전압 센서(1130a)를 포함한다. 실질적으로, 동일한 구성요소들이 링크 박스(1114) 내의 그리고 다른 링크 박스, 예를 들어 링크 박스(1115) 내의 다른 교차-링크된 실드 세그먼트와 연관된다. 가능한 테스트 결과의 6개의 실시예를 이제 설명할 것이다. 그러나, 본 발명은 이러한 실시예로만 제한되지 않고, 본원에서 설명된 테스트 절차가 다른 기능의 실시예에 대해서도 이용될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
실시예 1: 실드 세그먼트(108'b 및 108'c)가 접지되고, 테스트 전압이 전압 공급원(1124)에 의해서 실드 세그먼트(108a)에 공급된다. SVL(310a)에 걸쳐 나타나는 전압은 전압 센서(1130a)에 의해서 링크 박스 내에서 측정된다. 테스트 전압 레벨은, SVL(310a)의 전도 문턱값 전압 바로 아래의 레벨(Vthresh-)까지 증가된다. 이러한 전압은 실드 세그먼트(108a, 108b 및 108c)와 연관된(즉, 커플링된) 케이블 자켓(케이블 자켓의 임피던스는 도 18에서 저항(Rj)으로 식별된다), 중단 갭(Vgap) 및 SVL에 걸쳐 발생된다. 따라서, 케이블 자켓, 중단 갭, 및 SVL은 특정된 기간 동안 이러한 테스트 전압 레벨(Vthresh-)에서 유전 내성 전압 테스트를 거친다. 이러한 전압 레벨에서, SVL은 전도적이지 않고, 각각의 SVL의 겉보기 저항은 매우 크다. SVL을 통한 결과적인 전류는 매우 작고, SVL의 가열을 유발할 것으로 예상되지 않는다. 여기에서, 온도 센서는 유의미한 온도를 검출하지 않고, 즉 온도 센서(1128a)는 주변 온도를 검출한다. 감지된 SVL 전압(VSVL)이 테스트 전압(Vthresh-)과 실질적으로 동일하고 온도 상승이 SVL의 표면에서 검출되지 않는다는 것을 가정하면, 이러한 제1 테스트 실시예의 결과는, 케이블 자켓 및 중단 갭이 기능적으로 동작 가능하고, SVL이 단락되지 않았고, 그 전도 전환 영역으로 조기에 진입하지 않았다는 것을 나타낸다. SVL 기능의 확인은 이하의 실시예 2에서 설명되는 부가적인 테스트에 의해서 얻어질 수 있다.
실시예 2: 실시예 1의 테스트 절차를 따르되, 더 높은 테스트 전압이 SVL을 그 전도 전환 영역으로 구동하고, 이는 SVL이 기능적이라는 것을 나타낸다. 실시예 2에서, 전압 공급원(1124)에 의해서 공급되는 테스트 전압은 SVL(310a)의 SVL 전도 문턱값 전압 바로 위의 레벨(Vthresh+)까지 증가된다. 실시예 1에서와 같이, 실드 세그먼트(108'b 및 108'c)는 접지된다. 이러한 전압(Vthresh+)에서, 적절히 기능하는 SVL의 겉보기 저항은 감소되고, 그에 따라 테스트 공급원(1124)으로부터 충분한 전류를 인출하고, 이는 SVL을 가열시키고, 결과적으로 온도 센서(1128)에 의해서 검출되는 표면 온도의 증가를 초래한다. 전도 문턱값 전압을 초과하는 테스트 전압을 공급하는 테스트 공급원으로부터 더 큰 전류가 인출되고 SVL 표면 온도가 주변 온도보다 높기 때문에, SVL이 적절히 동작하고, 중단 갭(118a) 또는 케이블 자켓 내에 오류 또는 결함이 없다는 것으로 결론지을 수 있다.
실시예 3: 실시예 1에서와 같이, 실드 세그먼트(108'b 및 108'c)는 접지되고 전압 공급원(1124)에 의해서 실드 세그먼트(108a)에 공급되는 테스트 전압은 SVL(310a)의 전도 문턱값 전압 바로 아래의 레벨(Vthresh-)까지 증가된다. (전류계(미도시)에 의해서 측정되는 바와 같은) 전압 공급원으로부터의 출력 전류가, 전도 문턱값 전압(Vthresh) 미만에서 동작하는 SVL에 의해서 예상되는 것보다 훨씬 크고, 링크 박스 내의 전압 센서가, SVL에 걸친 전압이 테스트 전압 Vthresh 레벨과 실질적으로 동일하다는 것을 감지하고 SVL 표면 온도가 주변 온도에서(그러나 주변 온도를 초과하지 않는) 감지되는 경우, 이는 SVL 외부의 접지에 대한 저-저항 경로를 나타낸다. 이는, 전압 공급원으로부터의 큰 전류가 자켓 또는 중단 갭 내의 결함에 의해서 유발된다는 것을 강력하게 나타낸다.
실시예 4: 실드 세그먼트(108a, 108'b 및 108'c) 모두가 접지로부터 격리되고 공통 연결되며, 공급원(1124)으로부터의 테스트 전압(이러한 경우, Vthresh-)은 공통-연결된 세그먼트에 공급된다. 모든 실드 세그먼트가 동일한 전압인 것의 결과로서, 모든 중단 갭(118a, 118b, 118c)에 걸친 전압(Vgap) 그리고 또한 중단 갭(118'a, 118'b, 118'c)에 걸쳐 나타나는 전압은 0이다. 중단 갭에 걸쳐 전류가 흐르지 않기 때문에, 실시예 3에서와 마찬가지로, SVL의 표면 온도 상승의 표시는 감지되자 않으나, 과다 전류가 전압 공급원(1124)으로부터 인출되는 경우, 자켓 결함이 있을 가능성이 높다. 대안적으로, 공급원(1124)으로부터 인출되는 전류가, 예를 들어, SVL이 전도하는 레벨(Ithresh-) 미만의 기능 실딩 시스템의 예상 전류와 일치되는 경우, 결함은 중단 갭 중 하나와 연관될 수 있다.
실시예 5: 실시예 1에 따른 테스트를 수행하는 프로세스에서, 테스트 전압을 Vthresh-로 상승시키는 동안, 전류(I)는 링크 박스 내에서 SVL에 걸쳐 나타나는 전압에 대해서 예상되는 것보다 크고, 즉 SVL에 걸친 전압은 Vthresh-이고(전도 문턱값 전압보다 상당히 낮다), 전류는 Ithresh 또는 그 초과이고, SVL의 표면 온도는 링크 박스의 주변 온도보다 높은 것으로 감지된다. 이는 손상된 SVL을 나타내는 SVL의 조기 전도를 암시하거나, 가능하게는 과소 크기의 SVL이 설치되었다는 것을 암시한다.
실시예 6: 실시예 2에서 테스트를 수행하는 프로세스에서, 테스트 전압을, SVL의 전도 문턱값 전압보다 상당히 높은, Vthresh++로 상승시키는 동안, 전류(I)는 링크 박스 내에서 SVL에 걸쳐 나타나는 전압에 대해서 예상되는 것보다 훨씬 더 작고(예를 들어, I ≤ Ithresh--), SVL의 표면 온도는 링크 박스 내의 주변 온도와 실질적으로 동일하다. 이는 손상된 또는 부적절한 크기의 SVL이 설치되었다는 것을 나타낸다.
따라서, 설치된 센서, 테스트 절차 및 진단을 이용하여 케이블 실딩 시스템의 전체적인 기능을 평가할 수 있을 뿐만 아니라, 결함이 있거나 손상된 구성요소를 격리 또는 위치 결정할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
전술한 실시예를 이하의 표에 요약하였다:
--
맨 아래
-
바로 아래
+
바로 위
++
맨 위
*
공통 연결된 실드 세그먼트(108a, 108'b 및 108'c)
바람직한 실시형태를 참조하여 본 발명을 도시하고 설명하였지만, 본 발명이 이러한 상세한 실시형태로 제한되지 않는다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 첨부된 청구범위에 의해서 정의되는 바와 같은 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고도, 형태 및 상세 내용의 다른 수정 및 변경이 당업자에 의해서 이루어질 수 있을 것이다.
Claims (30)
- 케이블 루트를 따른 적어도 하나의 세그먼트로 구성되는 고전압 케이블 회로를 위한 케이블 실드 시스템의 기능적 신뢰성을 테스트하는 방법으로서, 상기 케이블 실드 시스템은 상기 고전압 케이블의 상응하는 세그먼트의 위상을 동심적으로 둘러싸는 전도성 실드의 적어도 하나의 세그먼트를 포함하고, 상기 전도성 실드는 회로 길이를 따라서 연장되고 정상 동작 중에 적어도 상기 회로 길이를 따른 하나의 지점에서 전기 접지에 물리적으로 연결되며, 상기 전도성 실드는 적어도 하나의 접지되지 않은 지점에서, 커버 인클로저 내의 커넥터 링크를 경유하여 실드 전압 제한기(SVL)를 통해 접지에 연결되며, 상기 방법은,
상기 전도성 실드의 세그먼트를 상기 회로 길이를 따라 접지로부터 전기적으로 격리시키는 단계;
점진적으로 증가되는 진폭의 테스트 전압을 SVL에 공급하는 단계;
상기 공급되는 테스트 전압에 응답하여 SVL에 걸친 전압 및 SVL을 통한 전류를 모니터링하는 단계; 및
상기 모니터링되는 SVL에 걸친 전압 및 SVL을 통한 전류의 함수에 따라, 상기 케이블 실드 시스템의 기능적 신뢰성을 결정하는 단계
를 포함하는, 방법. - 제1항에 있어서,
상기 SVL에 걸친 전압 및 SVL을 통한 전류가 상기 인클로저 내의 센서에 의해서 모니터링되는, 방법. - 제1항에 있어서,
상기 인클로저는 상기 SVL에 의해서 소산되는 열을 감지하도록 배치된 열 센서를 포함하고; 상기 SVL을 통해서 흐르는 전류는 상기 소산된 열의 검출에 의해서 표시되는, 방법. - 제1항에 있어서,
상기 케이블 실드 시스템의 기능적 신뢰성은, 상기 SVL에 걸친 전압 및 SVL을 통한 전류를 나타내는 정보를 원격 위치에 전송함으로써, 상기 인클로저로부터 이격된 위치에서 결정되는, 방법. - 제4항에 있어서,
상기 SVL을 통한 전류를 나타내는 정보는 상기 SVL에 의해서 소산된, 감지된 열을 나타내는 열 정보를 포함하는, 방법. - 제1항에 있어서,
상기 커버 인클로저는 상기 고전압 케이블의 각각의 위상의 전도성 실드를 상이한 위상의 전도성 실드 및 각각의 SVL에 물리적으로 연결하기 위한 커넥터 링크를 포함하는 링크 박스 하우징이고; 상기 전도성 실드의 세그먼트를 접지로부터 전기적으로 격리시키는 단계는, 상기 테스트되는 케이블 실드 섹션의 세그먼트의 모든 지점에서 상기 전도성 실드를 접지로부터 분리하는 단계를 포함하는, 방법. - 제6항에 있어서,
상기 케이블 실드 시스템은, 내부에서 상기 고전압 케이블의 제1 위상의 전도성 실드가 상기 고전압 케이블의 제2 위상의 전도성 실드에 전기적으로 연결되는, 제1 링크 박스; 및 내부에서 상기 고전압 케이블의 제2 위상의 전도성 실드가 상기 고전압 케이블의 제3 위상의 전도성 실드에 전기적으로 연결되는, 제2 링크 박스를 포함하고, 상기 제1 링크 박스로부터 이격된 상기 고전압 케이블의 제1 위상의 전도성 실드의 지점이 정상 동작 중에 전기 접지에 물리적으로 연결되고, 상기 제2 링크 박스로부터 이격된 상기 고전압 케이블의 제3 위상의 전도성 실드의 지점이 정상 동작 중에 전기 접지에 물리적으로 연결되며; 상기 전도성 실드의 세그먼트를 접지로부터 전기적으로 격리시키는 단계는, 상기 고전압의 제1 및 제3 위상의 전도성 실드의 이격된 지점들을 접지로부터 분리하는 단계를 포함하는, 방법. - 제7항에 있어서,
테스트 전압을 접지로부터 격리된 상기 전도성 실드의 단부에 공급하는 단계는, 점진적으로 증가되는 DC 전압을 접지로부터 격리된 실드 세그먼트의 단부에 공급하는 단계를 포함하는, 방법. - 제7항에 있어서,
테스트 전압을 접지로부터 격리된 상기 전도성 실드의 단부에 공급하는 단계는, 점진적으로 증가되는 AC 전압을 접지로부터 격리된 실드 세그먼트의 단부에 공급하는 단계를 포함하는, 방법. - 제9항에 있어서,
상기 SVL을 통한 전류는 상기 SVL에 걸친 전압에 대한 위상 시프트를 나타내고; 상기 SVL을 통한 전류를 모니터링하는 단계는 상기 SVL에 걸친 전압에 대한 전류의 위상 시프트를 모니터링하는 단계를 포함하는, 방법. - 제10항에 있어서,
상기 SVL에 걸친 전압에 대한 상기 SVL을 통한 전류의 위상 시프트는 상기 SVL에 의해서 나타나는 역률에 관련되고, 상기 모니터링되는 위상 시프트는 상기 SVL의 기능적 신뢰성을 나타내는, 방법. - 제4항에 있어서,
무선 전송을 이용하여 전압 및 전류 정보를 상기 인클로저로부터 이격된 위치에 전송하는, 방법. - 제12항에 있어서,
상기 무선 전송은 저전력 광대역 네트워크(LP-WAN)를 포함하는, 방법. - 제4항에 있어서,
광섬유 케이블을 이용하여 전압 및 전류 정보를 상기 인클로저로부터 이격된 위치에 전송하는, 방법. - 제12항에 있어서,
상기 SVL에 걸친 전압을 나타내는 정보 및 상기 SVL에 의해서 소산되는, 감지된 열을 나타내는 정보를, 상기 인클로저 내에 배치되거나 또는 이에 인접하여 배치된 저장부에 저장하는 단계; 및 상기 이격된 위치로부터 수신된 명령어에 응답하여, 상기 저장된 전압 및 열 정보를 상기 LP-WAN를 통해서 전송하는 단계를 더 포함하는, 방법. - 제4항에 있어서,
상기 케이블 실드 시스템의 기능적 신뢰성은, 상기 SVL에 걸친 전압에서 상기 SVL을 통한 전류가 상기 SVL의 미리 결정된 특성적인 특징과 일치될 때, 기능적인 상태로 결정되는, 방법. - 제5항에 있어서,
상기 케이블 실드 시스템의 기능적 신뢰성은, 상기 SVL에 걸친 전압에서 상기 SVL로부터의 열 정보가 상기 SVL의 미리 결정된 특성과 일치될 때, 기능적인 상태로 결정되는, 방법. - 케이블 루트를 따른 적어도 하나의 세그먼트로 구성되는 고전압 케이블 회로를 위한 케이블 실드 시스템의 기능적 신뢰성을 테스트하기 위한 평가 시스템으로서, 상기 케이블 실드 시스템은 상기 고전압 케이블의 상응하는 세그먼트의 위상을 동심적으로 둘러싸는 전도성 실드의 적어도 하나의 세그먼트를 포함하고, 상기 전도성 실드는 회로 길이를 따라서 연장되고 정상 동작 중에 적어도 상기 회로 길이를 따른 하나의 지점에서 전기 접지에 물리적으로 연결되며, 상기 전도성 실드는, 상기 고전압 케이블의 적어도 하나의 위상의 실드를 상기 실드 전압 제한기(SVL)를 통해 접지에 전기 연결하기 위한 커넥터 링크를 포함하는 링크 박스에 연결되며, 상기 평가 시스템은,
테스트 중에, 점진적 또는 단계적으로 증가되는 진폭의 테스트 전압을 제공하기 위한 전압 공급원;
상기 테스트 전압을 상기 전압 공급원으로부터, 상기 링크 박스로부터 이격되고 접지로부터 격리된 상기 실드 세그먼트의 단부에 공급하고, 그에 따라 상기 SVL에 걸쳐 전압을 공급하기 위한 커넥터;
상기 테스트 전압에 응답하는 상기 SVL에 걸친 전압 및 SVL에서 흐르는 전류를 나타내는 정보를 제공하기 위해서 상기 링크 박스 내에 배치되는 적어도 하나의 센서;
센서 정보를 상기 링크 박스로부터 이격된 위치에 전송하기 위한 전송기; 및
상기 전압 및 전류 정보의 함수에 따라 상기 케이블 실드 시스템의 기능적 신뢰성을 결정하기 위해서, 상기 테스트 중에 획득된 상기 링크 박스로부터의 센서 정보가 공급되는 프로세서
를 포함하는, 평가 시스템. - 제18항에 있어서,
상기 SVL에 걸친 전압이 전도 전압 문턱값을 초과할 때, 전류는 SVL을 통해서 비례하지 않는 방식으로 증가되는, 평가 시스템. - 제18항에 있어서,
상기 적어도 하나의 센서는 상기 SVL에 의해서 소산되는 열을 감지하도록 배치된 열 센서를 포함하고; 상기 전류 정보는 상기 감지된 열에 의해서 표시되는, 평가 시스템. - 제18항에 있어서,
상기 전압 공급원은 점진적으로 증가되는 DC 전압을 상기 격리된 실드 세그먼트에 제공하는, 평가 시스템. - 제18항에 있어서,
상기 전압 공급원은 점진적으로 증가되는 AC 전압을 상기 격리된 실드 세그먼트에 제공하는, 평가 시스템. - 제22항에 있어서,
상기 SVL을 통한 전류는 상기 SVL에 걸친 전압에 대한 위상 시프트를 나타내고, 상기 센서는, 상기 SVL에 걸친 전압에 대한 그리고 상기 SVL의 기능적 신뢰성의 표시로서, 상기 전류의 위상 시프트를 감지하기 위한 회로 소자를 포함하는, 평가 시스템. - 제18항에 있어서,
상기 전송기가 무선 전송기를 포함하는, 평가 시스템. - 제24항에 있어서,
상기 무선 전송기는 저전력 광대역 네트워크(LP-WAN)를 포함하는, 평가 시스템. - 제18항에 있어서,
상기 전송기가 광섬유 전송기를 포함하는, 평가 시스템. - 제24항에 있어서,
상기 센서 및 전압 정보를 저장하기 위해서 상기 링크 박스 내에 배치되거나 또는 이에 인접하여 배치되는 저장부를 더 포함하고, 상기 전송기는 상기 센서 및 전압 정보를 무선으로 전송하는, 평가 시스템. - 제18항에 있어서,
상기 프로세서는, 상기 SVL에 걸친 전압에서 센서 정보가 상기 SVL의 미리 결정된 특성적인 특징과 일치될 때, 상기 실드 시스템의 기능적 상태를 결정하는, 평가 시스템. - 제18항에 있어서,
상기 프로세서는, 상기 SVL에 걸친 전압이 상기 전도 전압 문턱값을 초과하는 경우, 상기 센서 정보가 미리 결정 양의 미만일 때, 상기 실드 시스템의 비-기능적 상태를 결정하는, 평가 시스템. - 제20항에 있어서,
상기 프로세서는, 상기 SVL에 걸친 전압이 상기 전도 전압 문턱값 미만인 경우, 상기 감지된 열이 미리 결정 양을 초과할 때, 상기 실드 시스템의 부적합 상태를 결정하는, 평가 시스템.
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