KR950013413B1 - 가스절연기기용 절연시험장치 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

가스절연기기용 절연시험장치
제 1a 도는 본 발명에 따른 절연시험장치에 의해 인가된 시험전압에 가스절연기기의 고전압부분을 나타낸 개략도.
제 1b 도는 제 1a 도의 A-A′을 따라 나타낸 고전압부의 단면도.
제 2 도는 제 1a 도의 절연시험장치를 나타낸 블록도.
제 3 도는 제 2 도의 절연시험장치의 전기회로도.
제 4 도는 본 발명에 따른 절연시험장치로부터 가스절연기기에 인가된 시험전압의 파형을 나타낸 도면.
제 5 도는 가스절연기기에 인가된 여러 가지 시험전압에 대해서 각각의 절연파괴 전압치를 나타낸 도면.
제 6 도는 본 발명에 따른 절연시험장치에서 가스절연기기에 인가된 각각의 시험전압치를 나타낸 도면.
제 7a 도 및 제 7b 도는 단일임펄스의 전압파형과 감쇠진동 임펄스의 전압파형을 나타낸 각각의 그래프.
제 8 도는 절연기기에 인가된 시험전압의 또 다른 파형을 나타낸 도면이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 접지탱크 2 : 고전압도체
3 : 부싱 5 : 전압인가선
10 : 시험전압발생기 11 : 전원
12 : 정류기 13 : 극성전환스위치
14 : 임펄스전압발생기 15 : 제어장치
20 : 절연스페이서 112 : 전압조정기
131 : 접점 151 : 전원제어장치
152 : 극성전환제어회로 153 : 발생기 시동회로
본 발명은 가스절연기기용 절연시험장치에 관한 것으로, 특히 가스절연기기의 절연물 표면에 운전상태에 해가되는 도전성 이물질이 부착된 경우, 이 도전성 이물질을 효과적으로 검출하여 초기절연불량을 시험하기 위한 절연시험장치에 관한 것이다.
종래에는 일반적으로 가스절연기기의 절연시험을 실제의 설치장소에서 실행하는 경우에 이용할 수 있는 시험전압은, 전기 협동연구단체에서 발행된 "전기협동연구보고서" 제 39 권 제 6 호(1984년 2월) 133페이지에 기재되어 있는 바와 같이, 상용주파수의 교류전압이 이용되고 있다. 일본국 관례에 따르면, 가스절연개폐기기가 출하될 때 실행되는 시험이 충분한 것으로 간주되고 있기 때문에, 설치장소에 있어서의 시험전압치는 운전전압의 110%에 상당하는 비교적 낮은 전압이 채용되고 있다.
한편, 가스절연기기에 있어서는, 미세한 도전성 이물질로 오염되면, 종래 공기절연기기의 절연성능과는 달리 가스절연기기의 절연성능이 현저하게 저하되는 경우가 있다. 특히 상용주파수의 교류전압이 인가되고 있는 상태에서는, 전압인가기간이 너무 길어지기 때문에 인가전계중의 도전성 이물질이 정전력에 의해 부상되어, 가스절연기내를 부유하게 된다. 즉, 초기절연시험상태에 있어서는 비교적 낮은 전계중에 존재하고 있던 도전성 이물질이 부상하여 절연기기의 일부로 이동 부착되어 절연상 문제가 될 가능성이 있다. 일반적으로, 이와 같은 도전성 이물질이 가스공간에 부유하고 있는 경우는 절연저하가 적지만, 절연물 표면에 부착되는 경우는 절연저하가 크게 일어나게 된다. 따라서, 오랜시간 동안 가스절연기기의 절연신뢰성의 유지될 수 있기 위해서는, 설치위치에서의 절연시험전압을 가능한 한 높게 할 필요가 있다.
이러한 점에서 볼 때, 일본국 외에서는, 전술한 문헌에서 나타나있는 바와 같이, 공장에서의 절연시험 전압의 75 내지 80%의 상용주파수의 교류전압이 시험전압으로 이용되고 있다. 그 전압값은 정상운전 전압에 대해 1.7배 내지 2배에 가까운 값이 된다.
최근 현지의 절연시험에 개폐임펄스전압을 사용하는 추세는, HAEFELY사 기술자료 EI-44(1979년 7월) (K. Feser에 의한 "High Voltage testing of metal-enclosed, gas-insulated substations on-site with oscillating switching impulse voltage)에서 논의되고 있다.
그러나 상기 종래 기술의 다음과 같이 두가지 문제점을 가진다.
문제중 하나는 현지 시험전압값에 관한 것이다. 상용주파수의 교류전압보다 높은 전압을 인가하는 것은 신뢰성의 점에서 대단히 효과적이지만, 운전상태하에서 상용주파수의 교류전압의 최대값은, 기기의 정격운전전압의 130%정도이다. 상용주파수전압의 130% 이상의 전압을 인가하는 것은, 통상 문제가 되지 않는 도전성 이물질을 절연기기의 일부로 이동시켜 절연상 문제가 될 수 있게 할 가능성이 있다.
다른 문제점은 실제 운전상태하에서 인가된 전압파형에 관한 것이다. 정격 운전전압의 130% 이상의 과전압은 파형이 상용주파수전압과 다르며, 존속기간이 짧은 개폐임펄스 전압 파형을 갖는다. 게다가, 최대치는 피뢰기 등의 제한전압까지 고려해야 할 필요가 있다.
따라서 본 발명의 목적은 상기의 문제점들을 감안하여 실용적으로 신뢰성이 높은 현지 절연시험장치를 제공하는 데에 있다.
앞서 언급된 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 절연시험장치는, 각각 상용주파수전압의 반주기 보다 짧은 지속기간을 가지며, 파장선단시간이 적어도 10μsec인 개폐임펄스 파형을 가지는 적어도 한쌍의 양극성 및 음극성의 전압을 상호 교대로 발생하는 절연시험전압을 가스절연기기의 고전압부에 인가하도록 구성되어 있다.
절연물의 표면에 도전성 이물질이 부착되어 있는 경우, 절연특성은 인가전압의 파형에 의해 크게 달라진다. 절연시험에 사용되는 파형중에서, 상용주파수전압의 파형이 절연성질에 관련하여 가장 심하다. 그러나, 양극성 및 음극성을 가지는 개폐임펄스 전압파형을 상호 교대로 가스절연기기에 인가할 때 성취되는 절연특성이 상용주파수전압 파형인가시 성취되는 절연특성과 동일하게 나타나는 것이 실험적으로 확인되었다. 따라서, 앞서 언급된 문제들은 개폐임펄스 전압파형과 같은 전압을 발생할 수 있는 고전압 발생장치를 이용하여 해결될 수 있다.
결국, 상용주파수전압의 반주기 보다 짧은 지속기간을 가진 개폐임펄스 전압을 수회 절연기기에 인가하여도, 도전성 이물질에 미치는 정전력을 상용주파수전압이 인가되는 경우보다도 극히 적다. 따라서 인가전압이 실제 사용되는 전압과 크게 다르지 않은 상태하에서 신뢰성이 높은 절연시험이 가능하게 된다.
본 발명에 따르면, 실제의 운전상태하에서 가스절연기기의 절연부의 시험이 가능하게 된다. 따라서, 도전성 이물질이 가스절연기기의 절연부에 부착되어 있는 경우, 절연부의 절연특성은 상용주파수전압이 인가된 경우와 실질적으로 동일한 특성을 유지하여, 실제로 발생되기 어려운 상용주파수전압이 인가되는 것을 방지할 수가 있다.
따라서, 절연기기의 절연내력을 과도하게 설계하지 않아도 되므로 절연기기의 제조원가를 저감할 수 있다.
본 발명의 다른 목적, 특징 및 잇점은 도면과 관련하여 다음과 같은 상세한 설명으로부터 명백하게 될 것이다.
본 발명의 일실시예는 도면을 참조하여 이하 기술된다.
제 1a 도는 본 발명에서 피시험체인 가스절연기기의 고전압부의 배치를 나타내며, 제 1b 도는 고전압부의 단면도를 나타낸다. 가스절연기기의 접지탱크(1)내에는 통전용 고전압도체(2)가 배치되고, 이 고전압도체(2)는 절연스페이서(20)에 의해 절연되어 지지되게 고정되어 있다. 부싱(3)은 공기중에 노출된 고전압도체(2) 부분에 설치되어 있다. 본 발명에 따른 구성을 가지는 가스절연기기는, 조립후의 최종시험시에 부싱(3)을 거쳐 고압의 시험전압이 시험전압발생기(10)로부터 인가된다.
제 2 도는 본 발명에 따른 시험전압발생기(10)를 나타낸 블록도이다. 제 2 도에서, 교류전원(11)으로부터 공급된 교류전압은 정류기(12)에 의해 직류전압으로 변환된다. 직류전압은 극성전환기(13)를 거쳐 정전압과 부전압이 교대로 나타나도록 스위칭되어 임펄스 전압발생기(14)에 인가된다.
임펄스 전압발생기(14)는, 일반적으로 이용되는 임펄스 전압발생기를 이용한다. 즉, 캐패시터에 축적된 전하가 갭을 통해 적당한 파형정형회로에서 방전되어, 소망의 임펄스전압이 발생된다. 따라서 소망의 파형의 시험전압은 충격전압발생기(14)로부터 전압인가선(5)을 통해 시험대상인 가스절연기기에 인가된다.
제 3 도는 제 2 도의 시험전압발생기(10)의 전기회로도이다. 전원(11)에서, 교류전원(110)으로부터의 교류전압은 1쌍의 회로개폐기용 접점의 쌍을 가진 스위치(111)를 통해 전압조정기(112)에 인가된다. 전압조정기(112)에 의해 조정된 교류전압은 주변압기(113)의 1차극 권선에 인가되어, 2차측 권선으로부터 승압된 고전압이 발생된다. 개폐스위치(111)의 개폐동작 및 전압조정기(112)의 전압조정은 제어장치(15)의 전원 제어회로(151)에 의해 제어된다. 정류기(12)는 한쌍의 정류기(121) 및 저항(122)을 포함하고, 주변압기(113)로부터 공급된 고전압을 전파정류한다. 극성 전환스위치(13)는 한쌍의 접점(131)을 포함하고, 이 접점(131)에는 정류기(12)로부터의 양극성과 음극성의 정류전압이 각각 인가된다. 접점(131)의 전환동작은 제어장치(15)의 극성스위칭 제어회로(152)에 의해 제어된다. 임펄스 전압발생기(14)는 배전압 직렬충전형으로 나타나있다. 극성전환스위치(13)로부터의 양극성 전압 및 음극성 전압은 각각 충전저항(140,141)을 통해 주 캐패시터(142)에 충전된다. 캐패시터(142)의 충전된 전압이 전압원(11)에 의해 설정된 전압값에 도달하면, 제어장치(15)의 발생기 시동회로(153)로부터 시동신호가 발생된다. 시동회로(153)로부터의 시동신호는 임펄스 전압발생기(14)의 시동갭 단자(143)간에 인가되어, 시동갭단자(143)간에 방전이 발생되게 된다. 시동갭 단자간의 방전은 캐패시터(142)에 충전된 전하를 방전갭 단자(144) 및 제동저항(145)을 통하여 방전시킨다. 이와같이 발생된 임펄스 전압은 저항(146,147) 및 캐패시터(148)에 의해 그 전압 값이 결정된다.
시험전압은, 제 4 도에 나타낸 바와같이, 양극성(+V1) 및 음극성(-V2)이 상호 교대로 전환되는 임펄스전압을 사용한다. 양극성 전압(+V1) 및 음성 전압(-V2)간의 시간간격(Td)은 가능한 한 짧은 것이 효과적이지만, 실제 시간간격(Td)이 약 몇분으로 선택되는 경우에도 절연특성에는 문제가 없다. 임펄스 전압인가 순서 및 회수는, 양극성 전압 및 음극성 전압이 각각 적어도 1회 인가되는 것을 필요로 한다. 양극성에서 음극성 및 음극성에서 양극성으로의 반전을 포함하는 것이 바람직하다. 따라서, 양극 및 음극의 교호 임펄스 전압은 최저 3회 인가되는 것이 바람직하다.
상기와 같은 방법으로, 임펄스 전압을 인가하여, 도전성 이물질이 절연스페이서(20) 등에 부착되어 있는 경우, 상용주파수가 인가된 경우와 실질적으로 동일한 검출정도로 절연시험을 실행할 수 있다.
제 5 도는 가스절연기기내의 절연물 표면에 도전성 이물질이 부착되어 있는 경우, 절연기기에 인가되는 각종 전압파형과 전압파괴전압의 관계를 나타내고 있다.
부호a 경우는 상용주파수전압을 인가하는 경우를 나타내고, 이 경우 파괴전압(Va)은 가장 낮다. 부호b 내지 e의 경우는 파괴전압(Va)에 대하여 각종 임펄스 전압이 인가되는 경우의 파괴전압의 상태치를 나타내고 있다.
부호b는 단일극성의 전광 임펄스전압(수 μsec의 파장선단길이 및 10μsec의 파장후미시간을 가짐)이 인가된 경우이고, 부호 c는 양극성 및 음극성을 가진 전광 임펄스전압이 인가(양극성 전압이 인가된 후 음극성 전압이 인가)된 경우를 나타낸다. 부호b와 c의 경우는 a의 경우에 비해 각각 파괴전압이 10 내지 20% 높아, 도전성 이물질의 검출감도가 떨어지는 것을 나타낸다. 한편, d의 경우는 단일 극성의 개폐임펄스 전압(수십 내지 수백 μses의 파장선단 시간 및 1000μsec의 파장후미 시간을 가짐)이 인가된다. 부호e의 경우에는 양극성 및 음극성을 갖는 개폐임펄스가 인가된 경우를 나타낸다. 단일극성의 개폐임펄스가 인가된 d의 경우에는 a의 경우보다도 50% 이상인 파괴전압이 높아지지만, e의 경우와 같이 극성을 반전시켜 a의 경우와 실질적으로 동일한 파괴전압을 나타내는 것이 실질적으로 확인되었다.
결국, 개폐임펄스 전압의 음극성을 상호 교대로 절연기기에 인가하여, 상용주파수전압을 인가한 경우와 실질적으로 동일한 도전성 이물질의 검출감도를 얻을 수 있다.
한편, 상용주파수전압은 전압의 지속시간이 길기 때문에 도전성 이물질의 이동에 대단한 영향을 미치게 된다. 즉, 실제 발생하지 않는 고전압이 인가되는 경우에는, 그 인가전압은 통상 절연특성에 대하여 문제가 되지 않는 도전성 이물질까지 이동 시켜, 그 결과는 바람직하지가 않다.
이에 대하여 개폐임펄스 전압이 인가된 경우에는, 절연성능에 영향을 미치지 않는 무해한 도전성 이물질의 이동이 억제될 수 있으므로, 절연특성에 악영향을 미치지 않는다.
제 6 도는 인가된 전압치를 나타낸다.
부호 a는 상용주파수 운전전압 Vo치를, 부호 b는 운전시 발생할 가능성이 있는 상용주파수 영역의 과전압 Vac치를, 부호 c는 가스절연기기에 설치되어 있는 피뢰기 등에 의한 제한전압 Varr치를 나타낸다. 일반적으로, 가스절연기기에 Vo내지 Vac까지의 범위의 상용주파수전압과, Vac내지 Varr까지의 범위의 임펄스전압이 가스절연기기에 인가될 수 있다. 따라서, Vac내지 Varr까지의 범위내의 적당한 전압이 본 발명의 시험장치에 인가될 수 있다.
과전압 Vac이상의 상용주파수전압을 이용하는 시험이 행해지는 경우, 절연시험은 가스절연기기에 의해 어렵게 되며 경제적으로 불리하게 된다.
제 7a 도 및 제 7b 도는 단순한 임펄스파형 및 진동을 수반한 임펄스파형을 각각나타난다. 제 5 도에 나타낸 바와같이, 상용주파수전압과 실질적으로 동일한 절연특성을 얻기 위해서는, 임펄스 전압의 파장선단시간(Tf)이 짧아서는 안된다.
실험결과에 의하면, 파장선단시간(Tf)은 수십 μsec 이상을 갖는 것이 바람직하다. 수십 μsec 이상의 파장선단시간이 만족되면, 그 후의 파형의 변화는 전혀 관계없다. 즉, 임펄스전압의 파장후미시간(Tt)은 짧은 것이 바람직하다. 너무 길면(수 1000μsec 이상), 인가된 전압은 상용주파수전압이 사용되는 경우와 동일하게 도전성 이물질의 이동에 영향을 미치게 된다.
제 8 도는 절연기기에 인가된 다른 전압파형예를 나타낸다. 제 7a 도 및 제 7b 도의 전압파형과 다른점은, 전압파형자체가 양극성과 음극성 사이에서 진동하는 점이다. 파장선단시간(Tf)이 제 7 도의 경우와 같은 수십 μsec 이상인 것이 바람직하다.
진동파형의 제 1 파고치 V1과 역극성인 제 2 파고치 V2와의 관계는, V2/V1〉0.6 정도인 것이 바람직하다. 그 이유는 제 5 도의 d 및, e의 경우에서 나타나 있는 바와 같이, 단일 극성전압이 인가된 경우의 파괴전압과 역극성의 전압이 인가된 경우의 파괴전압치는 상술한 바와같이 비율로 저하하기 때문이다.
이와 같은 전압파형을 발생하는 것이 가능한 고전압 발생기를 이용함으로써, 극성반전을 별도로 행할 필요없이 시험공정을 간략화 할 수 있다.

Claims (5)

  1. 가스절연기기의 고전압부에 절연시험 전압을 인가하는 시험전압 발생수단을, 포함하는 가스절연기기의 절연특성을 시험하는 절연시험장치에 있어서, 상기 시험전압발생수단은, 각각 상용주파수전압의 반주기보다 짧은 지속기간을 가지며 파장선단시간이 적어도 10μsec의 개폐 임펄스 파형을 가지는 양극성의 전압과 음극성의 전압을 적어도 1회 상호교대로 발생하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스절연기기용 절연시험장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 시험전압 발생수단에 의해 발생된 각각의 전압은 교류감쇄 진동파형을 가지는 것을 특징으로 하는 가스절연기기용 절연시험장치.
  3. 가스절연기기의 고전압부에 절연시험 신호를 인가함으로써 상기 가스절연기기의 절연특성을 시험하는 절연시험장치에 있어서, 가변교류전압을 발생하는 전원과, 상기 전원으로부터 발생된 소정의 고전압을 정류하여 제 1 의 양극성 고전압과 제 2 의 음극성 고전압을 제공하는 정류기와, 상기 제 1 의 양극성 고전압과 상기 제 2 의 음극성 고전압 사이에서 상기 정류기의 출력을 전환시키기 위한 극성전환 스위치수단과, 적어도 한쌍의 소정의 양극성과 음극성의 임펄스 전압을 상호 교대로 발생하며, 각각 적어도 10μsec의 파장선단시간을 가지는 스위칭 임펄스파형을 가지며, 각각 상기 극성전환스위치수단에 의해 전환된 상기 양극성과 음극성의 고전압에 응답하여 상용 주파수전압의 반주기보다 짧은 지속기간을 가지는 임펄스 전압발생기를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스절연기기용 절연시험장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 전원의 온,오프 개폐동작 및 전압조정을 제어하는 전원제어수단과 ; 상기 극성 전환스위치수단의 극성전환을 제어하는 극성스위칭제어수단과 ; 상기 임펄스 전압발생기상의 충전전압이 상기 전원에 의해 설정된 전압치에 도달하는 경우 상기 임펄스 전압발생기에 시동신호를 인가하는 시동발생 수단을 포함하는 제어장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스절연기기용 절연시험장치.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 임펄스 전압발생수단을 진폭 V1의 제 1 양극성 임펄스 전압과 진폭 V2의 제 2 음극성 임펄스 전압을 발생하고, V2/V1은 0.6 이상인 것을 특징으로 하는 절연시험장치.
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