KR100477505B1 - 절연보호커버가 부착된 부분방전검출 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 절연보호커버가 부착된 부분방전검출 안테나는 전자파신호를 수신하거나 방출할 수 있는 안테나, 안테나를 지지하고 입사파를 반사하여 안정성과 효율을 높이는 캐버티(cavity), 안테나에 입력되는 평행회로에서 불평형회로로의 변환과 임피던스 정합을 위한 발룬(balun)으로 구성되고 높은 전계강도 내에서 절연을 향상시키는 절연보호커버를 포함하여 구성한다. 이와 같은 본 발명에 의하면 GIS(Gas Insulated Substation)와 같은 전력기기의 내부이상으로 발생하는 부분방전에 의한 전자파를 안테나 원리를 이용하여 측정하고 인가전압의 위상을 정전유도에 의한 원리를 이용하여 측정하므로 안테나 자체에서의 부분방전 발생을 억제하며, 운전 중인 전력기기의 운전을 정지시키지 않고도 내부 상태를 진단할 수 있고 안테나에 절연보호 커버를 부착하거나 몰딩하므로써 안테나에 의한 섬락과 같은 고장유도의 억제, 안테나 자체에서 부분방전 발생방지 및 안테나 특성을 조정할 수 있는 장점이 있다.

Description

절연보호커버가 부착된 부분방전검출 안테나{Antenna covered or molded with insulating safety cover for detecting partial discharge}

본 발명은 절연보호커버가 부착된 부분방전검출 안테나에 관한 것으로서 특히 GIS(Gas Insulated Substation)와 같은 전력기기의 내부에 설치하여 전력기기 내부이상으로 발생하는 부분방전 등에 의한 전자파를 측정함으로써 감지할 수 있는 절연보호커버가 부착된 부분방전검출 안테나에 관한 것이다.

변전소에 설치하는 가스절연개폐장치 등의 가스절연기기는 기기내부에 절연이상이 발생하였을 때，부분방전을 발생한다. 그리고 부분방전에 따라 전자파가 발생한다. 가스절연기기의 절연파괴사고를 미연에 방지하기 위해서는, 절연파괴사고의 전구현상이라고도 할 수 있는 상기 부분방전을 정확하게 검출하여, 절연이상이 존재하는 지의 여부를 진단하는 것이 필요하다.

상기 절연이상의 원인에는, 금속이물의 혼입, 절연물의 결함, 밀봉부재 등과 도전물의 접촉불량 등을 들 수 있다. 이들 이상원인에 의거하는 부분방전이 진행되면, 절연물의 열화가 진행되어 벼락 등의 과전압이 침입하였을 때, 절연파괴에 이를 가능성이 있다. 따라서 부분방전의 발생부위 및 발생레벨을 정확하게 파악하여, 발생부위 및 발생레벨에 따라 조속하게 부분방전의 발생부위를 점검하여 보수할 필요가 있다.

상기 부분방전의 검출은, 부분방전에 따라 발생하는 전자파, 고주파전류, 진동, 소리 또는 발생가스성분을 검출하여 행할 수 있다.

상기 가스절연기기내의 SF6가스 중에서 발생하는 부분방전은 펄스폭이 수 ns 내지 수십 ns라는 매우 급준한 펄스방전으로서, 그 부분방전에 따라 발생하는 전자파는 수 GHz까지의 넓은 주파수 대역을 가진다.

상기 가스절연기기는 금속용기로 밀폐한 구조로서, 구조적으로는 도파관과 같이 전자파를 효율적으로 전파한다. 또한 가스절연기기의 내부는 금속용기로 덮여져 있기 때문에, 외부로부터의 전자파노이즈는 비교적 침입하기 어렵다. 따라서 상기 금속용기내에 안테나를 설치함으로써, 상기 부분방전에 따라 발생하는 전자파를 감도가 좋게 검출할 수 있다. 이 때문에 내부 안테나를 사용하여 수 MHz 내지 수 GHz의 넓은 주파수대역의 전자파를 수신하여 스펙트럼 애널라이저 등에 의하여 주파수를 해석하여 부분방전의 발생부위를 특정하는 방법이 종래에 제안되어 있다.

전기적 손실을 가능한 한 줄이면서 많은 전기에너지를 보내기 위해서는 154kV 이상의 초고압 송전이 필수적이다. 특히, 초고압 GIS는 초고압 변전소의 핵심 전력기기로서 변압기를 제외한 대부분의 주요 전력기기들을 SF6 가스로 채워진 금속 탱크내에 내장하고 있으며 기중변전소라 불리는 재래식 변전소에 비해 많은 장점들이 있다.

공기를 절연 매체로 하는 기중변전소는 넓은 설치면적이 요구되고, 외관이 보기 흉하며, 특히 전자파 장해에 대한 인식이 확산되면서 도심 공간에서의 설치가 아주 어렵게 되었다. 이에 따라 과밀화 된 도심의 변전소는 설치공간 축소, 환경친화, 지하공간 활용 등 장점을 가진 GIS로 급속히 대체되고 있는 추세이다.

이러한 GIS의 경우 절연이상의 원인인 부분방전에 대한 종래의 측정방식은 탱크 내부에 절연커버가 없는 상태로 된 안테나를 사용하여 측정하여 왔다. 안테나로 인한 절연파괴의 가능성을 갖고 있으므로 전자파의 측정이 용이한 탱크의 내부표면보다 핸드홀(hand hole) 또는 맨홀(man hole) 쪽으로 이동하여 설치해야하는데 이 경우 부분방전의 전자파를 검출하는 데에는 감도가 낮아지고 부분방전에 관한 주파수 정보도 적어지므로 안테나를 많이 설치해야 하는 단점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 창출된 것으로 GIS와 같은 전력기기의 절연이상의 원인이 되는 부분방전 측정시 전자파의 검출감도를 높이기 위해 안테나를 탱크 내부 표면에서 도체 쪽으로 설치할 수 있도록 안테나에 절연보호커버를 부착 또는 몰딩하여 절연파괴의 가능성을 줄일뿐 아니라, 자체에서의 부분방전 발생을 억제하고 에폭시, 폴리에틸렌 불화수지 등의 tanδ 값이 낮은 절연 재료들을 사용함으로써 이들의 유전체 효과에 의해 안테나 감도를 향상시키고 안테나 크기의 조정 및 설치개수를 감소시키는 데에 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 절연보호커버가 부착된 부분방전검출 안테나는 전자파를 감지하기 위한 안테나(7), 안테나로 인한 절연파괴를 억제하기 위한 유전체 절연보호커버(8), 안테나에 입력된 전자파 신호를 측정장치로 보내기 위한 피드쓰루(feed through)(15)와 발룬(balun)(9), 측정장치로 보내기 위한 케이블을 접속시키는 접속터미널(11)로 구성된 점에 그 특징이 있다. 이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 절연보호커버가 부착된 부분방전검출 안테나를 나타낸 것으로, 도 1은 전체적인 시스템 개요도이고, 도 2는 안테나의 상세 구성도이며, 도 3은 안테나 및 주변 회로도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발병에 따른 절연보호커버가 부착된 부분방전검출 안테나는 안테나(7), 절연보호커버(8), 피드쓰루(15) 및 발룬(9), 캐비티(10) 및 접속터미널(11)로 크게 구성된다.

안테나(7)는 전자파 검출의 주요 몸체부를 이루며 금속평판을 기본으로 한 형태(Log Periodic 또는 Spiral)로 만들어져 캐비티 상면의 지지 절연판에 안착시킨다. 도 2에 표시된 바와 같이 캐비티 내부에 피드쓰루(15) 및 발룬을 설치하여 조립하고 전체를 절연보호커버로 부착하거나 몰딩한다.

캐비티(10)는 안테나를 지지하고 감도를 높이는 역할을 한다.

절연보호커버(8)는 GIS의 도체로부터의 섬락방지와 안테나에서 발생할 수 있는 부분방전의 억제가 가능하고 유전체의 유전율 특성에 의한 수신감도의 향상 및 안테나 크기의 조정을 가능하게 한다. 절연보호커버에 사용되는 절연재로는 에폭시, 폴리에틸렌 불화수지 등이 있는데, 이들은 tanδ 값이 낮은 물질로서, 유전체 효과에 의해 안테나 감도를 향상시키고 자체에서의 부분방전 발생을 억제한다.

피드쓰루(15)는 안테나에서 터미널로 연결하는 접속로이며 터미널 연결 전에 발룬이 삽입된다. 발룬(9)은 안테나와 피드쓰루(15)를 측정케이블(5)로 임피던스 매칭을 하고 안테나의 밸런스 회로를 케이블의 언밸런스 회로로 잘 매칭되도록 하는 역할을 한다.

그러면 이상과 같은 구성을 갖는 본 발명의 절연보호커버가 부착된 부분방전검출 안테나의 동작에 대해 도 1 내지 도 3을 참조하면서 간단히 설명해보기로 한다.

GIS와 같은 전력기기 진단을 위해 본 발명의 절연보호커버가 부착된 부분방전검출 안테나를 사용하기 위해서는 먼저 GIS와 같은 전력기기의 핸드홀 또는 맨홀(3)의 내부에 본 발명의 장치의 앞 표면이 탱크 내부표면(6)과 동일 선상이 되도록 하여 설치한다. 그리고 부분방전 측정과 인가전압 위상 측정이 가능한 장치(4)를 터미널(11)에 접속시킨다.

이상과 같이 설치된 상태에서 GIS와 같은 전력기기 내부에서 이상이 발생하여 부분방전 등이 발생하면 전자파가 탱크 내부에서 전파된다.

이와 같이 탱크 내부에 전자파가 전파되면 그 전자파는 안테나에 도달되어 안테나가 수신하게 되고 동시에 GIS도체에 인가된 60Hz 상용주파전압이 안테나 표면에 정전유도된다. 이때 수신된 전자파와 정전유도된 60Hz 상용주파전압은 터미널(11)을 통하여 측정장치 쪽으로 흐르게 된다.

이렇게 하여 안테나를 통해 외부의 측정장치로 전송되면 60Hz의 상용주파전류는 발룬에서 2배 증폭되고 저역필터(Low pass filter)(12)를 통해 인가전압 위상측정부(13)로 흘러가 60Hz의 상용주파전압의 크기와 위상이 측정되도록 하고, 부분방전에 의한 전자파는 저역필터에 의해 부분방전 측정부(14)로 흘러가 부분방전의 크기와 주파수 특성이 측정된다.

따라서 측정된 부분방전 전자파와 전압의 크기와 위상이 표시되고 사용자는 이들을 바탕으로 전력기기의 이상여부를 판단하게 되는 것이다.

또한, 이상과 같은 일련의 측정과정에 있어서 전력기기 탱크내부에 2개 이상의 안테나를 설치하여 2곳 이상에서 동시에 부분방전 전자파가 검출되면 전력기기 내부의 이상부위에 대한 추정이 가능하다.

이상의 설명에서와 같이 본 발명에 따른 절연보호커버가 부착된 부분방전검출 안테나는 GIS와 같은 전력기기 내부에 설치되어 전력기기 내부이상에 의한 부분방전의 전자파를 안테나의 원리를 이용하여 측정하므로 안테나 자체에서의 부분방전 발생을 억제하며, 운전중인 전력기기를 정지시키지 않고도 내부상태를 진단할 수 있고, 부분방전 발생 시 결함의 종류와 발생위치까지도 신뢰성 높게 측정할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 절연보호커버가 부착된 부분방전검출 안테나의 전체적인 구성도이다.

도 2는 본 발명에 따른 절연보호커버가 부착된 부분방전검출 안테나의 상세 구성도이다.

도 3은 본 발명에 따른 절연보호커버가 부착된 부분방전검출 안테나의 전기적 회로 구성도이다.

((도면의 주요부분에 대한 부호의 설명))

1. 도체 2. SF6 가스

3. 핸드홀, 맨홀 4. 측정시스템(부분방전, 인가전압위상)

5. 측정용 케이블 6. GIS탱크

7. 안테나 본체 8. 절연보호커버

9. 발룬 10. 캐비티

11. 접속터미널 12. 저역필터(Low pass filter)

13. 인가전압 위상측정부 14. 부분방전 측정부

15. 피드쓰루(feed through)

Claims (10)

1. GIS와 같은 전력기기의 내부이상으로 인한 전자파를 검출하는 안테나(7);

   탱크 내부 표면과 도체 사이에 설치되는 상기 안테나로 인한 절연파괴를 억제하기 위해 안테나의 표면에 부착 또는 몰딩한 유전체 절연보호커버(8);

   상기 안테나를 지지하고 감도를 높이는 역할을 수행하는 캐비티(10);

   상기 캐비티 내부에 설치되어 안테나에 입력된 전자파 신호를 측정장치로 보내기 위한 피드쓰루(15)와 발룬(9); 및

   측정장치로 보내기 위한 케이블을 접속시키는 접속터미널(11)

   로 구성된 절연보호커버가 부착된 부분방전검출 안테나.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 안테나의 앞 표면은 전력기기의 핸드홀 또는 맨홀(3)의 내부에 탱크 내부표면과 동일선상이 되도록 위치되는 것을 특징으로 하는 절연보호커버가 부착된 부분방전검출 안테나.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 안테나의 앞 표면은 부분방전 및 인가전압 위상 측정이 가능한 장치를 터미널에 접속시키는 형태로 설치되는 것을 특징으로 하는 절연보호커버가 부착된 부분방전검출 안테나.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 안테나에 부착 또는 몰딩된 절연보호커버는 그 재료로써 tanδ 값이 낮은 유전체를 사용하는 것을 특징으로 하는 절연보호커버가 부착된 부분방전검출 안테나.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 피드쓰루는 안테나와 접속터미널을 연결하는 것을 특징으로 하는 절연보호커버가 부착된 부분방전검출 안테나.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 피드쓰루는 상기 접속터미널 연결 전에 발룬이 삽입되어 있는 것을 특징으로 하는 절연보호커버가 부착된 부분방전검출 안테나.
7. 제 1항,제 5항 또는 제 6항에 있어서,

   상기 발룬은 안테나와 피드쓰루를 측정케이블로 임피던스 매칭시키는 것을 특징으로 하는 절연보호커버가 부착된 부분방전검출 안테나.
8. 제 1항,제 5항 또는 제 6항에 있어서,

   상기 발룬은 안테나의 밸런스 회로를 케이블의 언밸런스 회로로 정확히 매칭시키는 것을 특징으로 하는 절연보호커버가 부착된 부분방전검출 안테나.
9. 제 4항에 있어서,

   상기 유전체는 그 재료로써 에폭시 또는 폴리에틸렌 불화수지를 사용하는 것을 특징으로 하는 절연보호커버가 부착된 부분방전검출 안테나.
10. 제 1항에 있어서,

    안테나에 절연체로 사용되는 유전체의 유전율 특성에 의해 안테나 크기의 조정이 가능한 것을 특징으로 하는 절연보호커버가 부착된 부분방전검출 안테나.