KR100508711B1 - 전력케이블에서의 부분방전 발생위치 추정시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전력케이블에서의 부분방전 발생위치 추정시스템에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 검사하고자 하는 케이블의 양단에 케이블의 반도전층과 결합하는 센서부, 상기 센서부와 연결되어 펄스를 주입시키는 펄스발생부 및 이러한 펄스를 검출하여 분석하도록 하는 각종 장치를 통해 부분방전 펄스의 감쇄, 분산 및 신호의 왜곡현상을 최소화함으로서, 부분방전 발생위치 추정의 정밀도를 향상시키는 것을 특징으로 한다.

Description

전력케이블에서의 부분방전 발생위치 추정시스템{PARTIAL DISCHARGE LOCALIZATION SYSTEM FOR IN POWER CABLES}

본 발명은 전력케이블에서의 부분방전 발생위치 추정시스템에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 검사하고자 하는 케이블의 양단에 케이블의 반도전층과 결합하는 센서부, 상기 센서부와 연결되어 펄스를 주입시키는 펄스발생부 및 이러한 펄스를 검출하여 분석하도록 하는 각종 장치를 통해 부분방전 펄스의 감쇄, 분산 및 신호의 왜곡현상을 최소화함으로서, 부분방전 발생위치 추정의 정밀도를 향상시키는 것을 특징으로 한다.

일반적으로 전력케이블 및 부속재로 이루어진 전력설비에서 결함이 발생할 경우 그 결함부분에서 부분방전이 발생하며, 이러한 부분방전이 지속되면 전력케이블 및 부속재의 절연파괴 현상으로 발전하게 된다.

따라서, 전력케이블에서의 부분방전을 즉시 측정하면 전력케이블 및 부속재의 절연파괴 현상을 방지할 수 있는데, 전력케이블에서의 부분방전 측정장치는 전력케이블 내부의 결함부에서 인가전압에 의한 미소 방전이 발생시 이를 전기적으로 측정하는 원리로 이루어진다.

종래 전력케이블에서의 부분방전 발생위치 추정시스템은 다양한 방식이 채용되어 왔는데, 먼저, 부분방전이 발생한 후 전력케이블의 한쪽 끝에서 부분방전의 신호를 측정한 후 다시 전력케이블의 반대쪽 끝에서 반사되어 되돌아오는 부분방전을 저항소자를 이용하여 측정함으로서, 이 두 개의 신호간의 시간차를 측정하여 부분방전의 발생위치를 추정하는 방식이 있다.

그리고, 다른 방식으로는 복수개의 부분방전 측정센서를 구성하여 개략적인 부분방전의 위치를 판별한 후에 다시 두 개의 센서에서 측정하며 또한 증폭기를 사용하여 신호의 크기를 증폭한 후 이 두 신호간의 시간차를 이용하여 부분방전의 위치를 판별한다.

그러나, 전력 케이블에서 부분방전의 위치를 판별하는 과정에서 부분방전의 신호와 반사파와의 시간차를 측정하여서 부분방전이 발생하는 위치를 추정할 때, 부분방전 검출 회로를 수십 Ω정도의 저항을 이용하여 검출하였으며, 이 경우에 인가된 AC 전압으로 인한 저주파 성분을 별도로 제거하기 위한 노이즈 필터 회로가 필요하였을 뿐만 아니라, 저항을 부분방전 검출회로로 사용하기 때문에 외부 노이즈로 인하여 부분방전 측정감도가 매우 낮아 위치 추정에 어려움이 있다는 문제점이 있었다.

또한, 케이블의 결함으로 부분방전이 발생하면 부분방전 신호는 케이블 내부를 일정한 속도로 전파하여 오면서 감쇄 및 분산되며, 이러한 신호를 측정하는 장치는 고주파 임피던스 매칭이 어렵기 때문에 신호의 왜곡이 발생하여 부분방전 신호와 반사파 신호의 시간차 측정에 상당한 오차가 발생하는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명은 센서에 설치된 전극을 통하여 캘리브레이션 펄스를 주입하고, 주파수 응답 분석을 통해 보정처리를 하도록 하여 부분방전 펄스의 감쇄, 분산 및 신호의 왜곡현상을 최소화함으로서, 부분방전 위치 추정의 정밀도를 향상시킴과 동시에 노이즈 필터 회로를 사용하지 않도록 하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 전력케이블의 부분방전이 발생하는 위치를 추정하는 시스템에 있어서,

상기 케이블의 반도전층 외주면을 감싸는 센서부와; 상기 센서부와 연결되어 펄스를 발생시키는 펄스발생부와; 상기 센서부와 연결되어 수신되는 신호를 증폭시키는 증폭부와; 상기 증폭부의 신호를 시각화하는 검출부와; 상기 시각화된 신호를 주파수별로 분석하는 분석부와; 상기 분석부의 정보를 역푸리에 변환하여 시간 함수를 구하는 보정처리부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전력케이블에서의 부분 방전 발생위치 추정시스템을 제공한다.

그리고, 본 발명에서 상기 센서부는 일정간격 이격되어 각각 케이블의 반도전층에 연접하는 다수의 포일전극과; 상기 포일전극 및 케이블의 반도전층을 일정두께 감싸는 유전체층과; 상기 유전체층의 외주면을 감싸는 원통 형상의 외부전극을 포함하여 구성되되, 상기 케이블의 반도전층이 내삽되기 용이하도록 이분되는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

또한, 본 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니라 단지 예시로 제시된 것이며, 본 기술사상을 통해 구현되는 다양한 실시예가 있을 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 전력케이블에서의 부분방전 발생위치 추정시스템의 개략도이고, 도 2는 본 발명에 따른 센서부의 내부를 나타내는 도면이다.

도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 전력케이블에서의 부분방전 발생위치 추정시스템은 부분방전을 측정하고자 하는 케이블의 양단 반도전층에 각각 센서부를 장착시키고, 이러한 센서부에 펄스를 주입한 다음, 케이블에 형성되는 주파수를 측정함으로서, 부분방전 위치를 추정 가능케 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명을 구체적으로 설명하기에 앞서, 케이블은 전력을 이동시키는 도체(11)와, 상기 도체(11)의 외부면을 감싸는 반도전층(12)과, 상기 반도전층(12)의 외부면을 감싸는 시스(13) 및 상기 시스(13)의 외부면을 감싸면서 케이블의 외부 표면을 형성하는 자켓(14)으로 나눌 수 있다.

본 발명은 이러한 케이블에서 반도전층(12)의 외주면을 감싸도록 센서부(21)를 장착시키는데, 상기 센서부(21)에는 일정간격 이격되어 각각 케이블의 반도전층(12)에 연접하는 다수의 포일전극(31)이 형성되고, 상기 포일전극(31) 및 케이블의 반도전층(12)을 일정두께 감싸는 유전체층(32)이 형성되며, 상기 유전체층(32)의 외주면을 감싸면서 센서부(21)의 외부 표면이 되고, 원통 형상을 갖는 금속 재질의 외부전극(33)이 형성된다.

이때, 상기 포일전극(31)은 3개로 이루어지는 것이 바람직한데, 포일전극(31)이 3개인 경우, 하나는 후술할 펄스발생부(22)와 연결되고, 나머지 두 개는 후술할 증폭부(23)와 연결되도록 한다.

또한, 상기 센서부(21)는 케이블의 반도전층(12)이 내부에 삽입되기 용이하도록 절반이 분리된 구조로 이루어지는 것이 효과적인데, 이럴 경우, 서로 분리된 센서부(21)의 일단은 힌지(35) 결합하고 타단은 외부전극(33)의 외주면에 각각 돌출 형성되는 결합판(37)에 구비된 결합홀(38)을 통해 서로 나사 결합하거나 그 외 다양한 방식으로 센서부(21)가 서로 결합될 수 있다.

상기한 센서부(21)는 부분방전을 측정하기 위한 것으로서, 케이블의 반도전층(12)과 연접하는 포일전극(31)간의 간격에 따른 반도전층(12)의 표면저항을 이용하는 것인데, 케이블의 제조 공정에 따라 반도전층(12)의 표면 저항 특성이 조금씩 상이하기 때문에 센서의 특성도 차이날 수 있다.

그리고, 상기 센서부(21)의 외부전극(33)은 금속재질로 이루어지므로, 부분방전 측정시 고전압에 따른 위험 해소를 위해 상기 외부전극(33)과 케이블의 시스(13)는 접지(28) 되도록 하는 것이 바람직하다.

한편, 본 부분방전 발생위치 추정시스템은 상기 센서부(21)의 포일전극(31) 중 하나와 연결되어 펄스를 발생시키기 위한 펄스발생부(22)가 구비됨과 동시에 상기 센서부(21)의 나머지 포일전극(31)과 연결되어 반도전층(12)에 형성되는 주파수를 측정하여 증폭시키는 증폭부(23)를 구비한다.

그리고, 위치추정의 정밀도를 향상시키기 위해, 상기 증폭부(23)를 통해 증폭된 신호를 검사자가 시각적으로 확인 가능하게 시각화해주는(예를 들어 오실로스코프) 검출부(24)가 구비되며, 상기 검출부(24)를 통해 시각화된 신호를 검사자가 주파수별로 분석하고 원하는 주파수대를 선별하여 각각의 주파수 응답 특성을 산출하는 분석부(25)가 구비된다.

또한, 이렇게 분석된 정보를 역푸리에 변환하여 시간 함수를 구하도록 보정처리부(26)가 구비된다.

상기한 구성을 갖는 본 발명의 작용 및 효과는 다음과 같다.

먼저, 케이블의 부분방전 발생위치를 추정하기 위해 케이블의 반도전층(12)에 센서부(21)를 장착하는데, 통상 검사하려는 케이블의 양단에 각각 장착을 하도록 한다.

상기한 상태에서, 각 센서부(21)는 상술한 구성에 따라 각종 장치를 결합시켜 시스템을 만들고, 검사를 하게 된다.

즉, 케이블의 일단에 장착된 센서부(21)에 연결된 펄스발생부(22)에 의해 캘리브레이션(calibration)용 펄스가 상기 센서부(21)에 주입되면, 증폭부(23)는 미세한 주파수 신호를 증폭하여 이를 시각화 해주는 검출부(24)로 전달시키고, 분석부(25)는 검출부(24)에 나타나는 다양한 신호중에서 필요한 신호를 선별하여 주파수 응답특성을 산출하게 된다.

그리고, 케이블의 타단에 장착된 센서부(21)는 반도전층(12)을 통해 전달된 펄스를 통해 상기한 바와 같이 주파수 응답특성을 산출하게 된다.

이때, 케이블의 일단에 장착되고, 캘리브레이션용 펄스가 직접 주입되는 센서부(21)를 통해 측정된 주파수 응답특성은 센서 자체의 주파수 응답특성을 의미하며, 케이블의 타단에 장착된 센서부(21)를 통해 측정된 주파수 응답특성은 부분방전 신호의 전파경로에 따른 감쇄 및 분산특성을 의미한다.

한편, 보정처리부(26)는 분석부(25)를 통해 산출된 센서 자체의 주파수 응답특성과 부분방전 펄스의 전파경로에 따른 감쇄 및 분산 특성을 역푸리에 변환하여 시간의 함수로 나타냄으로서, 감쇄 및 분산이 되지 않은 원래의 부분방전 펄스의 원형을 복원 가능하도록 한다.

이러한 보정처리는 부분방전 펄스의 시간차 분석에 장애가 되는 펄스의 감쇄 및 분산뿐만 아니라 펄스의 반사 및 왜곡현상도 방지할 수 있어서, 부분방전 위치추정의 정밀도를 향상시킬 수 있다.

상기한 바와 같이 본 발명에 따른 전력케이블에서의 부분방전 발생위치 추정시스템을 사용하게 되면, 종래 측정회로에서 필요한 저주파를 잘라내는 노이즈 필터 회로가 필요로 하지 않게 되고, 부분방전 측정감도도 향상되는 이점이 있다.

또한, 센서에 설치된 전극을 통하여 캘리브레이션 펄스를 주입하고, 주파수 응답 분석을 통해 보정처리를 하기 때문에, 부분방전 펄스의 감쇄, 분산 및 신호의 왜곡현상을 최소화하여 부분방전 위치 추정의 정밀도를 향상시키는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 전력케이블에서의 부분방전 발생위치 추정시스템의 개략도.

도 2는 본 발명에 따른 센서부의 내부를 나타내는 도면.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

21 : 센서부 22 : 펄스발생부

23 : 증폭부 24 : 검출부

25 : 분석부 26 : 보정처리부

31 : 포일전극 32 : 유전체층

33 : 외부전극

Claims (4)

1. 전력케이블의 부분방전이 발생하는 위치를 추정하는 시스템에 있어서,

   상기 케이블의 반도전층 외주면을 감싸는 센서부와;

   상기 센서부와 연결되어 펄스를 발생시키는 펄스발생부와;

   상기 센서부와 연결되어 수신되는 신호를 증폭시키는 증폭부와;

   상기 증폭부의 신호를 시각화하는 검출부와;

   상기 시각화된 신호를 주파수별로 분석하는 분석부와;

   상기 분석부의 정보를 역푸리에 변환하여 시간 함수를 구하는 보정처리부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전력케이블에서의 부분 방전 발생위치 추정시스템.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 센서부는 일정간격 이격되어 각각 케이블의 반도전층에 연접하는 다수의 포일전극과;

   상기 포일전극 및 케이블의 반도전층을 일정두께 감싸는 유전체층과;

   상기 유전체층의 외주면을 감싸는 원통 형상의 외부전극을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전력케이블에서의 부분 방전 발생위치 추정시스템.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 센서부는 케이블의 반도전층이 내삽되기 용이하도록 이분되되, 일단은 힌지 결합하고 타단은 나사 결합되는 것을 특징으로 하는 전력케이블에서의 부분 방전 발생위치 추정시스템.
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 포일전극은 3개로 형성되되, 하나는 펄스발생부와 연결되고, 나머지 두 개는 증폭부와 연결되는 것을 특징으로 하는 전력케이블에서의 부분 방전 발생위치 추정시스템.