๊น์งํ
(Jin-Hyung Kim)
1
๊น๊ทํธ
(Kyu-Ho Kim)
โ iD
๊น๊ฒฝ์
(Kyoung-Shin Kim)
1
-
(Dept. of Electrical Engineering, Korea Polytechnics University, Korea.)
Copyright ยฉ The Korean Institute of Electrical Engineers(KIEE)
Key words
Partial Discharge, Ultrasonic Signal, Phase Resolved Partial Discharge, Insulator, XLPE(Cross Linking-Polyethylene)
1. ์ ๋ก
์ ๋ ฅ์ ์์ ํ ๊ณต๊ธ์ ์๋ ํ๋ฆ์ ๋ฐ๋ผ ๊ทธ ์ค์์ฑ์ด ๋์ฑ ๊ฐ์กฐ๋๊ณ ์๋ค. ํนํ ์ ๋ ฅ์ฌ๊ณ ์ ์ ์กฐ์ฆ์์ ํ์
ํ์ฌ ์๋ฐฉํ๋ ์๋ฐฉ ์ ๋น๋ถ๋ถ์ ๊ทธ ์ค์์ฑ์ด
์ง์์ ์ผ๋ก ๊ฐ์กฐ๋๊ณ ์๋ค.
๋ฐ์ ์์์ ์ก์ ํ ๋ฐ ๋ณ์ ์ ๋ฑ์ ๊ฑฐ์ฒ ์ฐ์
์ฒด๋ ๊ฐ์ ์๊น์ง ์ ๊ธฐ๊ฐ ๊ณต๊ธ๋๊ธฐ ์ํด์๋ ์ฌ๋ฌ ๊ณผ์ ์ ๊ฑฐ์น๊ฒ ๋๊ณ ์ด ์ ์ฒด์ ๊ณผ์ ์์ ์ ์ฐ ๋ฑ์ ์ด์์ด
์๊ฒผ์ ๋ ๋ถ๋ถ๋ฐฉ์ (PD, Partial Discharge)์ด ๋ฐ์ํ๊ฒ ๋๋ค. ์ฆ ๋ถ๋ถ๋ฐฉ์ ์ ๊ณ ์ ์ ์ ๋ฐ์ ๊ฑธ์ณ ์ ์ฉํ ์ ์๋ ๋ฐฉ๋ฒ์ด๋ฉฐ ๋ถ๋ถ๋ฐฉ์ ์
์ง์์ ๊ฒ์ถ์ ํตํ์ฌ ์ค๋น ๋ฐ ์ฅ๋น์ ๋
ธํํ๋ก ์ธํ์ฌ ์๊ธฐ๋ ์ ์ฐํ๊ดด์ ํธ๋ ๋๋ฅผ ๋ถ์ํ๊ณ ์ด๋ฅผ ํตํ์ฌ ์ฌ๊ณ ์ด์ ์ ๋ถํ๊ต์ฒด๋ ์๋ฆฌ๋ฅผ ์ํํ์ฌ ์ฌ๊ณ ๋ฅผ
์๋ฐฉํ ์ ์๋ค.
๋ถ๋ถ๋ฐฉ์ ๋ฐ์ ์ ์ฌ๋ฌ ๊ฐ์ง ์ ํธ๊ฐ ๋ํ๋๋ฏ๋ก, ๋ถ๋ถ๋ฐฉ์ ์ ๋ฐ์ํ๋ ์ ํธ์ ๊ฒ์ถ์ ๋ฐ๋ผ ๋ถ๋ถ๋ฐฉ์ ๋ฐ์ ์ฌ๋ถ๋ฅผ ํ๋จํ๊ฒ ๋๋ค. ๋ณดํธ์ ์ผ๋ก UHF์ ํธ
๋์ญ๊ณผ ์ด์ํ ์ ํธ๋ฅผ ๊ฒ์ถํ์ฌ ํ๋จํ๋ค. ์ผ๋ฐ์ ์ธ ๊ฒฝ์ฐ ์ผ์ด๋ธ ๋ฑ์ ์ง์ ์ผ์๋ฅผ ๋ถ์ฐฉํ์ฌ UHF์ ํธ๋ฅผ ๊ฒ์ถํ๋ ๋ฐฉ์์ ๋ง์ด ์ฌ์ฉํ๊ณ ์์ผ๋ฉฐ, ๋ํ
์ด์ํ๋ฅผ ์ด์ฉํ ์ผ์ด๋ธ ์๋ฐฉ์ง๋จ์ ๋ํ ์ฐ๊ตฌ๋ ๊พธ์คํ ์งํ๋๊ณ ์๋ค. ๊ทผ๋์๋ ์ด์ํ๋ฅผ ์ด๋ฏธ์งํํ์ฌ ํ์์ผ๋ก ํํํ๋ ์ฐ๊ตฌ๋ ํ๋ฐํ ์งํ๋๊ณ ์์ผ๋ฉฐ,
์ด๋ ์ด์ํ ์ ํธ๋ฅผ ์ด์ฉํ๋ฉด ์งํฅ์ฑ์ผ๋ก ์ธํ ๊ณ ์ฅ๋ถ๋ถ์ ๊ฒ์ถ์ด UHF์ ๋ก๋ฅผ ์ด์ฉํ ์ง๋จ๋ณด๋ค ์ ๋ฆฌํ ์ธก๋ฉด์ด ์๊ธฐ ๋๋ฌธ์ด๋ค. ๋ํ, ์ ํธ๋ฅผ ๊ฐ๊ณตํ์ฌ ๋ถ์ํ๋
๋ฐฉ๋ฒ์ผ๋ก๋ PRPD(Phase Resolved Partial Discharge)๋ฐฉ๋ฒ์ ๊ฐ์ฅ ๋ง์ด ์ฌ์ฉํ๊ณ ์์ผ๋ฉฐ PRPS(Phase Resolved
Pulse Sequence)๋ฅผ ์ด์ฉํ ๋ฐฉ๋ฒ๋ ํจ๊ป ์ฌ์ฉํ๊ณ ์๋ค(1).
๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์์๋ ์ด์ํ์ผ์๋ฅผ ์ด์ฉํ์ฌ ๋ถ๋ถ๋ฐฉ์ ์ ์ผ์ด๋๋ ์ด์ํ๋ฅผ PRPD๋ฐฉ๋ฒ์ผ๋ก ๋ถ์ํ์ฌ ์ ์ฐ๋ฌผ์ด ์๋ ์ฝ๋ก๋ ๋ฐฉ์ ๊ณผ ๊ฐ๊ตํด๋ฆฌ์ํธ๋ ์ฆ XLPE(Cross
Linking-Polyethylene)์ ์ฐ๋ฌผ์ด ์๋ ๋ถ๋ถ๋ฐฉ์ ์ PRPD์์ ๋ํ๋๋ ๋ฐฉ์ ์ ํธ์ ์์ ์ฐจ์ด๋ฅผ ๋น๊ต ๋ถ์ํ์๋ค. ์ผ๋ฐ์ ์ผ๋ก PRPD์์
๋ํ๋๋ ์ ํธ์ ๊ตฐ์ง ํํ๋ฅผ ๋ด๋ด ๋คํธ์ํฌ(Neural Network)์ ์ด์ฉํ์ฌ ๋ถ์ ๋ฐ ํ์ ์ ํ๋ ๋ฐฉ๋ฒ๊ณผ ๋๋ถ์ด ์ต๊ทผ์๋ ๋ฅ๋ฌ๋(Deep Learning)์
์ด์ฉํ ๋ถ์๊ณผ ํ์ ์ ๊ดํ ์ฐ๊ตฌ๊ฐ ํ๋ฐํ๊ฒ ์งํ๋๊ณ ์๋ค(2).
๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์์๋ ์ด๋ฌํ ํ์ ๋ฐ ๋ถ์ ๋ฐฉ๋ฒ์ ์์ด ์ค์ํ ์์์ธ ๊ตฐ์ง์ ์์๋ณํ๊ฐ ์ ์ฐ๋ฌผ ์ ๋ฌด์ ๋ฐ๋ผ ์ด๋ป๊ฒ ๋ฌ๋ผ์ง๋์ง ํ์ธํ๋ ๋ฐ ๊ทธ ๋ชฉ์ ์ด ์๋ค.
2. ๋ณธ ๋ก
2.1 ๋ถ๋ถ ๋ฐฉ์ ๋ชจ๋ธ
1930๋
๋๋ถํฐ ๋ถ๋ถ๋ฐฉ์ ์ ๋ํ๋ด๊ธฐ ์ํด ์ฌ๋ฌ ๋ชจ๋ธ์ด ๊ฐ๋ฐ๋์๋ค(3). ๊ทธ์ค ๊ฐ์ฅ ๋น๋์๊ฐ ๋๊ฒ ์ฌ์ฉํ๋ ๋ชจ๋ธ์ a-b-c๋ชจ๋ธ์ด๋ผ๊ณ ํ๋ 3-capacitor๋ชจ๋ธ ์ด๋ค. ๊ฐ๋จํ๊ฒ ํ์๋ ๋ฐฉ๋ฒ์ผ๋ก ๋ฐฉ์ ์๋๋ฆฌ์ค๋ฅผ ์ฝ๊ฒ
์ดํด ํ ์ ์์๋ค. 1960๋
๋์ ๊ฐ๋ฐ๋ 5-capacitor๋ชจ๋ธ(4)๊ณผ 1980๋
๋์ ๊ฐ๋ฐ๋ ์๊ทน์ ๋ชจ๋ธ(5)์ด ์์์ง๋ง a-b-c๋ชจ๋ธ์ด ๊พธ์คํ๊ฒ ์ฌ์ฉ๋์ด ์์ผ๋ฉฐ ์ด๋ฅผ ๋ฐํ์ผ๋ก IEC 60270์ ํ
์คํธ ๋์ ๋จ์์์ ์ธก์ ํ ์ ์๋ ์ ํ์ธ โํผ์ ์ ํโ(Apparent
charge)๋ผ๋ ์ฉ์ด๋ฅผ ์ ์ํ๋ค. IEC๊ฐ ํผ์์ ํ๋ผ๋ ์ฉ์ด๋ฅผ ํตํด ์ธก์ ๋ ์ ํ์ ๊ฐ์ด ๋ฐฉ์ ์์์ ์ ํ์ ์ ํํ๊ฒ ๊ฐ์ง ์๋ค๋ ๊ฒ์ด๋ค. ์ฆ $C_{\begin{aligned}c\\
\end{aligned}}$๊ฐ ์ ํ ๋ถ์กฑ๋ถ ์ปคํจ์ํด์ค, $C_{b}$๊ฐ ๋ถ์กฑ๋ถ๊ณผ ์ง๋ ฌ๋ก ์ฐ๊ฒฐ๋ ์ ์ ์ฒด์ ์ปคํจ์ํด์ค, $q_{c}$๊ฐ ๊ฒฐํจ ์์น์ ์ ํ๋จ์($q_{a}$)์์
์ธก์ ๋ ์ ํ๋ผ๊ณ ํ๋ฉด, ์ (1)๊ณผ ๊ฐ์ด ๋ํ๋ผ ์ ์๋ค.
$q_{a}$ : ๋จ์์์ ๋ฐ์๋ ์ ํ $q_{c}$ : ์ธก์ ๋ ์ ํ
$C_{b}$ : ์ง๋ ฌ๋ก ์ฐ๊ฒฐ๋ ์ ์ ์ฒด ์ปคํจ์ํด์ค
$C_{\begin{aligned}c\\
\end{aligned}}$ : ์ ํ๋ถ์กฑ๋ถ ์ปคํจ์ํด์ค
๊ทธ๋ฌ๋ $C_{\begin{aligned}c\\
\end{aligned}}$๊ฐ $C_{b}$์ ๋นํ์ฌ ํฌ๋ค๊ณ ๊ฐ์ ํ ๋ $q_{c}$๋ $q_{a}$๋ณด๋ค ํฌ๊ฒ ๋๊ณ ์ด๋ฌํ ์ด์ ๋ก ์ค์ ๋ฐฉ์ ๊ฐ๊ณผ
๊ด๋ จ ์๋ ์์์ ๊ฐ์ผ๋ก ์๋ชป ํด์๋์๋ค. 2010๋
์๋ ์๊ทน์ ๋ชจ๋ธ์ ๊ธฐ๋ฐ์ผ๋ก โ์ ๋ ์ ํโ(Induced charge)๋ผ๋ ์ฉ์ด๋ฅผ ์ฌ์ฉํ์ฌ ๋ถ๋ถ๋ฐฉ์ ์
์ธก์ ํ์๊ณ ์ด๋ IEC 60270์ ์ํฅ์ ์ค ๊ฒ์ผ๋ก ํ๋จ๋๋ค. ๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์์๋ IEC ๋ชจ๋ธ์ ์ฐธ๊ณ ํ์์ผ๋ ๋ฐฉ์ ๋ ์ค์ฌ์ด ์๋ ๋ฐฉ์ ์ ๋ํ๋๋ ์์์
๋ณํ๋ฅผ PRPD ๋ฐฉ๋ฒ์ผ๋ก ๊ณ ์ฐฐํ์๋ค.
2.2 ์คํ๋ฐฉ๋ฒ
2.2.1 ๋ฐฉ์ ์คํ์ฅ์น ๊ตฌ์ฑ
๋ณธ ์ฐ๊ตฌ๋ฅผ ์ํ์ฌ ๋ถ๋ถ๋ฐฉ์ ์ ๋ง๋ค์ด๋ด๋ ์คํ์ฅ์น์ ๋ถ๋ถ๋ฐฉ์ ์ ์ธ์ํ๊ณ ๋ฌผ๋ฆฌ์ ์ ํธ๋ฅผ ๋ถ์ํ๋ ์คํ์ฅ์น๊ฐ ํ์ํ๋ค. ๋จผ์ ๋ถ๋ถ๋ฐฉ์ ์ ๋ง๋ค์ด๋ด๊ธฐ ์ํ์ฌ
๊ตญ๋ด์์ ์ฌ์ฉํ๊ณ ์๋ AC๊ณ ์ ์๊ณผ ๊ฐ์ ์ ์๊ณผ ์์์ด ํ์ํ๋ค. ์ด๋ฅผ ์ํ์ฌ ๊ทธ๋ฆผ 1๊ณผ ๊ฐ์ ์คํ์ฅ์น๋ฅผ ๋ง๋ค์ด ์ฌ์ฉํ์๋ค. ์คํ์ ์ ํ์ฑ์ ์ํ์ฌ ๊ธฐ์กด์ ์ฌ์ฉํ๋ ๋ฐฉ์ ์ฅ์น์ธ DC ๊ณ ์ ์ ๋ฐฉ์ ์ด๋ Tesla Coil๊ณผ ๊ฐ์ด ์ฃผํ์
๋ณํ์ ์ผ์ผํค๋ ์ฅ๋น๋ ์ฌ์ฉํ์ง ์์์ผ๋ฉฐ ์ฐ๋ฆฌ๊ฐ ์ฌ์ฉํ๊ณ ์ ํ๋ ์์ฉ์ฃผํ์(60 Hz)๋ฅผ ํ๋ ์คํ ์ฅ๋น๋ฅผ ์ ์ํ์ฌ ์คํ์ ์งํํ์๋ค.
๊ทธ๋ฆผ 1 ๊ณ ์ ์ ๋ฐฉ์ ์คํ์ฅ์น์ ์ธ๊ด
Fig. 1 High Voltage Discharge Experimental Apparatus
๋ถ๋ถ๋ฐฉ์ ์ ์ ์ฐ์ฒด๊ฐ ์์ ์ ์ ์ฐ์ฑ์ ์์ด ์ ๋ฅ๋ฅผ ํ๋ฆฌ๋ ํ์์ผ๋ก ์ ์ฐ์ด ํ๊ดด๋๋ ์กฐ๊ฑด์ ์ ์๋ฟ ๋ง ์๋๋ผ ์ฃผํ์์ ์ํฅ์ด ํฌ๊ธฐ ๋๋ฌธ์ ๋ณธ ์ฅ๋น๋ฅผ ํตํ์ฌ
์์ฉ์ ์์ธ 220 V๋ฅผ ์ฌ์ฉํ์ฌ ์ ์๋ง์ ์์น์์ผ ์ฃผํ์ ๋ณ๋ ์์ด ๋ฐฉ์ ํ๋ ๊ฒ์ด ํน์ง์ด๋ค.
๋ํ, ๊ทธ๋ฆผ 2์์ ๋ณด๋ ๋ฐ์ ๊ฐ์ด ๋ณธ ์คํ ์ฅ์น์ ์ฌ๋ผ์ด๋ฅ์ค๋ฅผ ์ด์ฉํ์ฌ ์ ์์ ์กฐ์ ํ๊ณ , ์กฐ์ ์ ์์ ์ ์ ์๋๋ก ๋์คํ๋ ์ด๋ฅผ ํตํด ํ์ํ์ผ๋ฉฐ, ๋์ ๋ฅ๊ฐ ํ๋ฅด์ง
์๋๋ก ๊ณ ์ ์์ฉ ์ ํญ์ ์ฌ์ฉํ์๋ค. ๋ํ ๋์ค๋ณ์๊ธฐ๋ฅผ ์ด์ฉํ์ฌ ๋์ค ๋ฆฌ์กํด์ค๋ฅผ ํฌ๊ฒ ์ฆ๊ฐ์์ผ ๋ถํ ์ํผ๋์ค์ ๋ณ๋์๋ ์ผ์ ํ 2์ฐจ ์ ๋ฅ๊ฐ ํ๋ฅด๋๋ก
ํ์ฌ ๋ด๊ตฌ์ฑ ๋ฐ ์์ ์ฑ์ ๋๋ชจํ์๋ค.
๊ทธ๋ฆผ 2 AC๋ฐฉ์ ๊ธฐ์ ๊ตฌ์ฑ๋
Fig. 2 Configuration diagram of AC discharger
2.2.2 ์ด์ํ ์ผ์๋ฅผ ํตํ ์ ํธ ์์ง ์ฅ์น ๊ตฌ์ฑ
์ด์ํ ์ ํธ ์์ง ์ฅ์น ๊ตฌ์ฑ ์ค ๊ฐ์ฅ ์ค์ํ ์ด์ํ ์ผ์์ ์คํ์ ํ 1๊ณผ ๊ฐ๋ค. ์ผ๋ฐ์ ์ผ๋ก ์ด์ํ๋ 20kHz ์ด์์ ์๋ฏธํ์ง๋ง ๋ณธ ์คํ์ ์ฌ์ฉํ ์ผ์๋ 40 kHz ์ด์ ์ ํธ๋ฅผ ๊ฐ์งํ๋ ์ผ์๋ฅผ ์ฌ์ฉํ์ฌ ์ํ ์ก์์ผ๋ก
์ธํ Noise์ ์ํฅ์ ์ต์ํํ์๋ค.
๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์์๋ ์ผ๋ฐ์ ์ผ๋ก ๋ถ๋ถ๋ฐฉ์ ์ ๋๋ฆฌ ์ฌ์ฉํ๊ณ ์๋ UHF(ultra-high frequency) ๊ทน์ด๋จํ ์ผ์๊ฐ ์๋ ์ด์ํ ์ผ์๋ฅผ ์ฌ์ฉํ ์ด์ ๋
UHF ์ ํธ๋ฅผ ๊ฒ์ถํ๋ ๊ฒ์ด ์ ํธ ๋ฏผ๊ฐ๋๋ ์ ๋ฆฌํ์ง๋ง ์ฌ๊ณ ์ง์ ์ ํ์
ํ ์ ์๋ ์งํฅ์ฑ์์๋ ์ด์ํ ์ ํธ๋ฅผ ํ์ฉํ๋ ๊ฒ์ด ์ ๋ฆฌํ๊ธฐ ๋๋ฌธ์ด๋ค. ์ฆ,
๊ฐ๋ฐฉ๋ ๊ณต๊ฐ์์ ์ฌ๊ณ ์ง์ ์ ์ฐพ๋ ๋ถ๋ถ์ ์์ด์๋ ์ด์ํ ์ผ์๋ฅผ ์ด์ฉํ ๋ฐฉ๋ฒ์ด ์ ๋ฆฌํ๋ค๊ณ ๋ณผ ์ ์๊ธฐ ๋๋ฌธ์ด๋ค.
ํ 1 ์ด์ํ ์ผ์ ์คํ
Table 1 Ultrasonic sensor specifications
Field
|
Value or Performance
|
Center frequency[kHz]
|
40/48/58ยฑ1.5
|
Capacitance[pF]
|
2000ยฑ15%
|
Sound pressure level[dB]
|
โฅ100ยฑ5
|
Sensitivity[dB]
|
-73ยฑ5
|
Directivityยฐ]
|
X=100ยฑ5 Y=60ยฑ10
|
Resistance[ฮฉ]
|
500
|
Ring time[ms]
|
โค
|
Max. input voltage
|
150Vp-p
|
Operating temperature rangeยฐC]
|
-35 ~ +80
|
Storage temperature rangeยฐC]
|
-40 ~ +85
|
Weight[g]
|
3.8
|
๊ทธ๋ฆผ 3์์์ ๊ฐ์ด ์ด์ํ ์ผ์๋ ์งํฅ์ฑ ๋ฐ ์ ํธ ์ฆํญ์ ์ํ์ฌ ํ๋ผ์คํฑ ์ฌ์ง์ ํผ(horn)์ ์ด์ฉํ์๊ณ Lan ํต์ ์ ์ด์ฉํ์ฌ PD Analysisํ๋ก๊ทธ๋จ๊ณผ
์ฐ๋ํ์ฌ ๋ถ์ํ์๋ค.
๊ทธ๋ฆผ 3 ์ด์ํ ์ ํธ ์์ง ์ฅ์น ๊ตฌ์ฑ๋
Fig. 3 Configuration diagram of ultrasonic signal acquisition device
2.2.3 ์คํ์ค ๋ด๋ถ์ ๋
ธ์ด์ฆ ์ธก์
์คํ์ค ๋ด๋ถ์ ๋
ธ์ด์ฆ๋ฅผ ์ธก์ ํ๊ธฐ ์ํ์ฌ AC๋ฐฉ์ ๊ธฐ๋ฅผ ์ผ์ง ์์ ์ํ์์ ๋
ธ์ด์ฆ๋ฅผ ์ธก์ ํ์์ผ๋ฉฐ ๊ธฐ๋ณธ ๋
ธ์ด์ฆ์ PRPS, PRPD ํจํด์ ๊ทธ๋ฆผ 4์ ๊ฐ๋ค ๋
ธ์ด์ฆ๋ PRPD ๋ถํฌ์์ ๋ณด๋ ๋ฐ์ ๊ฐ์ด ์์ฉ์ฃผํ์ 60 Hz์ ๋ฌด๊ดํ๊ฒ ์ผ์ ํ ํจํด์ ๋ณด์ด๊ณ ์์ผ๋ฏ๋ก ์คํ์ค์ ๋
ธ์ด์ฆ๊ฐ ์คํ์ ํฐ ์ํฅ์ด
์์์ ์ ์ ์๋ค.
๊ทธ๋ฆผ 4 ์คํ์ค ๋ด๋ถ ๋
ธ์ด์ฆ์ ๋ํ PRPD, PRPS์ธก์
Fig. 4 PRPD, PRPS measurement for laboratory noise
2.2.4 ๊ธฐ์ค ์ ์ฐํ๊ดด PD ์ํ
๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์์ ์ฌ์ฉํ AC์ง์ ๋ฐฉ์ ์ฅ์น์ ์ ์์ 18 kV๋ก ์ผ์ ํ๊ฒ ์ ์งํ๊ณ ๋ฐฉ์ ํญ์ ๊ทน๊ฐ ๊ฐ๊ฒฉ์ 5mm๋ก ๊ณ ์ ์์ผ ์คํํ์์ผ๋ฉฐ ์ ์ฒด์ ์ธ ์คํ๋ฐฉ๋ฒ์
IEC 60270์ ์ฐธ๊ณ ํ์๋ค.
๋ฐฉ์ ํญ๊ณผ ์ด์ํ ์ผ์๊ฐ์ ์ธก์ ๊ฑฐ๋ฆฌ๋ 2.5m๋ฅผ ์ ์งํ์ฌ ์คํ ํ์๋ค.
๊ทธ๋ฆผ 5 ๊ธฐ์ค ์ ์ฐํ๊ดด ์ฝ๋ก๋ ๋ฐฉ์ ์ธก์
Fig. 5 Insulation breakdown corona discharge measurement in air
๊ธฐ์ค ์ ์ฐํ๊ดด์์ ๋ํ๋๋ ์ฝ๋ก๋๋ ๋ถ๋ถ๋ฐฉ์ ์ ์์ด์๋ ๋ํ์ ์ด๊ณ ๊ฐ์ฅ ๊ฒ์ถํ๊ธฐ ์ฌ์ด ํจํด์ ๊ฐ์ง๊ณ ์์ผ๋ฉฐ PRPD๋ถ์์ ์์ด ํ๋ณธ์ด ๋๋ ์งํ๋ก
ํ์ฉ ํ ์ ์๋ค.
๊ทธ๋ฆผ 6 ๊ธฐ์ค ์ ์ฐํ๊ดด ์ฝ๋ก๋ PRPS, PRPD
Fig. 6 Insulation breakdown corona in air PRPS, PRPD
๊ทธ๋ฆผ 6์ ๊ทธ๋ฆผ 5์ ๊ฐ์ด ๊ธฐ์ค ์ ์ฐํ๊ดด ์ํ์์ PRPS, PRPD๋ฅผ ๋ํ๋ด๋ฉฐ PRPDํ๋ฉด์ 10์ด๊ฐ ์ ์ฐํ์์ผ๋ฉฐ 1์ด๋น 60๋ฒ ์ด600ํ ์ ์ฐํ์์ผ๋ฉฐ ์ํ๋ง์ ์ด๋น
7680ํ ์ํ๋ง ํ์๋ค.
2.2.5 XLPE ์ ์ฐ๋ฌผ์ด ์๋ ์ํ์์์ PDํจํด
ํ์ฌ 22.9 kV ๊ณํต์์ ๊ฐ์ฅ ๋ง์ด ์ฌ์ฉํ๊ณ ์๋ ์ผ์ด๋ธ์ CNCV ๊ณ์ด๋ก ์ด ์ผ์ด๋ธ์ ์ฃผ ์ ์ฐ์ฌ๋ XLPE์ด๋ฉฐ ์ผ์ด๋ธ์ ๋ง๋จ๋ถ ์ด์ธ์ ๋ถ๋ถ๋ฐฉ์ ์์๋
XLPE์ ์ํ๊ฐ ๋ถ๋ถ๋ฐฉ์ ์ ๊ฐ์ฅ ํฐ ์ํฅ์ ๋ฏธ์น๋ค. XLPE์ ์ ์ฐํ๊ดด๋ ๋ฌผ๋ฆฌ์ ์ธ ์์ ์ด์ธ์๋ ํธ๋ฆฌ์ ์ํ ์์๊ณผ ํํ์ ๋ณํ์ ์ํ ์์ ๋ฑ์ด
์์ ์ ์๋ค.
๋ณธ ์คํ์์๋ ๊ทธ๋ฆผ 7๊ณผ ๊ฐ์ด ๋ฌผ๋ฆฌ์ ์์์ด ์๋ CNCV ์ผ์ด๋ธ์ ์ ์์ ๊ฐ์ํ์ฌ ์คํํ์์ผ๋ฉฐ ๋ฐฉ์ ์ ์์ ๊ธฐ์ค๊ณผ ๋์ผํ๊ฒ 18 kV๋ก ์ผ์ ํ๊ฒ ์ ์ง์์ผ ์คํ ํ์๋ค.
๊ทธ๋ฆผ 7 ์ํ์ ์ฌ์ฉํ ๋ฌผ๋ฆฌ์ ๊ฒฐํจ์ด ์๋ CNCV์ผ์ด๋ธ
Fig. 7 CNCV cable used for testing
๊ทธ๋ฆผ 8 XLPE ๋ฌผ๋ฆฌ์ ํ๊ดด๋ก ์ธํ ๋ฐฉ์ PRPS, PRPD
Fig. 8 Discharge due to XLPE physical destruction PRPS, PRPD
2.3 ๋ถ์๋ฐฉ๋ฒ
๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์์ ์ฌ์ฉํ ์ด์ํ ์ ํธ๋ 60 Hz ์ ์ฉ PD Analysis ์ํํธ์จ์ด๋ฅผ ์ฌ์ฉํ์ฌ ๊ทธ๋ฆผ 8๊ณผ ๊ฐ์ด PRPS, PRPD ๋ฐ์ดํฐ๋ฅผ ์์ฑํ ์ ์์ผ๋ฉฐ ์์ฑ๋ ๋ฐ์ดํฐ๋ฅผ CSV(Comma Separated Value)ํ์ผ์ Excelํ๋ก๊ทธ๋จ์ ํตํ์ฌ
๊ฐ๊ณตํ์ฌ ๋ถ์ํ์๋ค.
2.3.1 ์คํ์ค ๋ด๋ถ ๋
ธ์ด์ฆ ๋ถ์
๊ทธ๋ฆผ 9๋ PD Analysis ์ํํธ์จ์ด์์ ์คํ์ค ๋ด๋ถ๋
ธ์ด์ฆ ๋ฐ์ดํฐ๋ฅผ CSV ํ์ผ๋ก ๋ณํํ์ฌ Excel ํ๋ก๊ทธ๋จ์ผ๋ก ๊ฐ๊ณตํ์ฌ ๊ฐ ์ฃผํ์๋ณ ๋
ธ์ด์ฆ์ ํจํด์
๋ถ์ํ์์ผ๋ฉฐ ์ธ๋ก์ถ์ ๋ฐฉ์ ์ ์ธ๊ธฐ๋ฅผ ๊ฐ๋ก์ถ์ ์๊ฐ ์ถ์ผ๋ก 60 Hz ํ์ฃผ๊ธฐ์ 360ยบ์์์ 128๊ฐ๋ก ๋๋์ด ์ฝ 2.8ยบ๋น ํ๊ท ๋ฐฉ์ ํ์๋ 576.34ํ
์ต๋๊ฐ 600ํ ์ต์๊ฐ 555ํ ํ์คํธ์ฐจ 8.4๋ก ํ๊ท ๋๋น ์ฝ1.45% ํธ์ฐจ๋ก ์ผ์ ํ๊ฒ ๋ํ๋ฌ๋ค. PD Analysis ํ๋ก๊ทธ๋จ์์์ ๋
ธ์ด์ฆ ๊ฐ๋
๋จ์๋ dBm์ผ๋ก ๋ํ๋ด์ง๋ง, ์๊ธฐ ์์น๋ ์ธก์ ํ์๋ฅผ ์ ์ฉํ์ฌ ๋
ธ์ด์ฆ์๋ 60 Hz์ ๋ํ ์ฃผ๊ธฐ์ฑ์ด ์๋ ๊ฒ์ผ๋ก ํ๋จ ํ ์ ์๋ค.
๊ทธ๋ฆผ 9 ๋
ธ์ด์ฆ PRPD์ Excel๊ฐ๊ณต ๋ฐ์ดํฐ
Fig. 9 Excel Processing Data for Noise PRPD
2.3.2 ๊ธฐ์ค ์ฝ๋ก๋ ๋ฐฉ์ ์ ์ค์ฌ ์์ ์ธก์
๊ทธ๋ฆผ 5์ ๊ฐ์ด ๋ฐฉ์ ๊ทน ์ฌ์ด์ ๊ณต๊ธฐ๋ง์ด ์กด์ฌํ๋ ์์ฐ๋ฐฉ์ ์์ PD(๋ถ๋ถ๋ฐฉ์ )์ ์ธก์ ํ๊ณ PD Analysis ์ํํธ์จ์ด์์ ์ป์ด์ง CSV ๋ฐ์ดํฐ๋ฅผ ๋ฐํ์ผ๋ก
Excel ํ๋ก๊ทธ๋จ์ผ๋ก ๊ฐ๊ณตํ์ฌ ๊ธฐ์ค๋ฐฉ์ ์ฝ๋ก๋์ ์ค์ฌ์์์ ์ฐ์ถํ๋ค. ๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์์ ์ค์ฌ์์์ด๋ ์ผ๋ฐ์ ์ธ sin ํํ์์ ์ ์์ด ๊ฐ์ฅ ๋์ 90ยบ๋ฅผ
์๋ฏธํ๋ฉฐ ๋ฐฉ์ ๋ถํฌ๊ฐ ๊ฐ์ฅ ํ๋ฐํ๊ฒ ์ผ์ด๋๋ ๊ตฐ์ง์ ์ค์ฌ์์์ ๋งํ๋ค. ์ฆ ๊ต๋ฅํํ์์ ์ ์์ด ๊ฐ์ฅ ๋์ ์์(90ยบ)์์ ๋ฐฉ์ ์ด ๊ฐ์ฅ ๋ง์ด ์ผ์ด๋๋ค๊ณ
๊ฐ์ ํ๊ณ ์ด ์ค์ฌ์ด ๋ฐฉ์ ๊ธฐ์ ์ ๋์ฑ ๋ฆฌ์กํด์ค(Inductive Reactance)์ ์ํ ์์ ๋ณํ๋ฅผ ์ ์ ์๋ค.
์ค์ฌ์์์ ์ธก์ ํ๊ธฐ ์ํ์ฌ Excel์ ์ค์ฌ์์์ ์๊ธฐ ์ํด์๋ ๊ฐ ์์๋ณ ํฌ๊ธฐ๋ ๋ฌด์ํ๊ณ ๋ฐฉ์ ํ์๋ก ์ (3)๊ณผ ๊ฐ์ด ์ค์ฌ์์์ ๋์ถํ์๋ค.
$P_{mid}$ : ์ค์ฌ์์
$PD_{k}$ : k๋ฒ์งธ ์์์ ๋ฐฉ์ ํ์
๊ทธ๋ฆผ 10๋ ์์
๋ก ๋ณํํ ์คํ ํ์ผ์ ์ซ์์ ๋น๋กํ ์กฐ๊ฑด๋ถ ์์์ผ๋ก ์ซ์์ ํฌ๊ธฐ์ ๋น๋กํ์ฌ ์์กฐ๋ฅผ ๋ฐ์ํ์๋ค.
์ก์์ผ๋ก ๋ณด์์ ๋ ๋ฐฉ์ ์์์ด ์ฝ๊ฐ ์์์๋ ๊ฒ์ ์ ์ ์์์ผ๋ฉฐ ์ด๋ฅผ ์ (3)์ผ๋ก ์ค์ฌ์ถ์ ๊ณ์ฐํ์ ๋ ์ฝ 88.071๋ก ์ฐ์ถํ ์ ์์๋ค.
๊ทธ๋ฆผ 10 ์ฝ๋ก๋ ๋ฐฉ์ ์ Excel ๊ฐ๊ณต ๋ฐ์ดํฐ
Fig. 10 Excel Processing Data for corona Discharge
2.3.3 XLPE ์ ์ฐ๋ฌผ ๋ฐฉ์ ์ ์ค์ฌ ์์ ์ธก์
์ผ์ด๋ธ์ ํ์ ์ธ XLPE ์ ์ฐ๋ฌผ์ด ์๋ ์ํ์์์ ๋ฐฉ์ ์คํ์์๋ ๊ทธ๋ฆผ 11์์์ ๊ฐ์ ํจํด์ผ๋ก ๋ํ๋ฌ์ผ๋ฉฐ ์ด๋ ๋ถ์ํ๋ก๊ทธ๋จ์ ์ฌ์ฉํ์์ ๊ฒฝ์ฐ์ ์ ์ฌํ ๋ชจํ์์ ์ ์ ์์๋ค. ๊ทธ๋ฆผ 11์ ์์
ํ์ผ์ ๋์ผํ๊ฒ ์ (3)์ผ๋ก ์ค์ฌ์ถ์ ๊ณ์ฐํ์ ๋ ์ฝ 92.055ใฌ ๋ก ์ฐ์ถ๋์์ผ๋ฉฐ ์ด๋ ์ก์์ผ๋ก ๋ณด์์ ๋๋ ์ ์์ด ๊ฐ์ฅ ๋์ ์ฒซ ๋ฒ์งธ ์์์ธ 90ยบ์ ๋๋น ๋ค์ฒ์ง ์์์์
์ ์ ์์๋ค. ์ฆ ์ ์ฐ์ฒด๊ฐ ์๋ ๊ธฐ์ค ์ฝ๋ก๋์ ์ ์ฐ์ฒด ์๋ ์ฝ๋ก๋์ ์์ ์ฐจ์ด๋ ๋ถ๋ช
ํ์ผ๋ ๊ทธ ์ ๋์ ์์๊ฐ์ ๋ฐ๋ณต ์คํ์ ํตํด ๋ณํํจ์ ์ ์
์์๋ค. ์์๊ฐ์ ๋ณํ๋ ๋จผ์ ๋ฐฉ์ ๊ธฐ์ ์ ๋์ฑ ๋ฆฌ์กํด์ค ์ฑ๋ถ์ด ์์ด ํ์ ์์๊ณผ ์ ํํ๊ฒ ์ผ์นํ๋ค๊ณ ๋ณผ ์ ์๋ค. ๋ณธ ์คํ์์๋ ๋ถ๋ถ๋ฐฉ์ ์ ์์ ๋ชจ๋ํฐ๋ง
ํ๋ ๋ณ์ ์์์ ์ ์ฐ์ ์ด์์ด ์์ ๊ฒฝ์ฐ ์ค์ฌ์์ ๋ณํ๊ฐ ๋ํ๋ ์ ์์์ ์ ์ ์๋ค.
๊ทธ๋ฆผ 11 XLPE์ ์ฐ๋ฌผ ๋ฐฉ์ ์ Excel๊ฐ๊ณต ๋ฐ์ดํฐ
Fig. 11 Excel Processing Data for XLPE Insulation Discharge
3. ๊ฒฐ ๋ก
ํ์ฌ ๋ถ๋ถ๋ฐฉ์ ์ ๋ณ์ ์์ค ํน์ ์ผ์ด๋ธ์ ์๋ฐฉ์ง๋จ ๋ชฉ์ ์ผ๋ก ๋๋ฆฌ ์ฌ์ฉํ๊ณ ์๋ค. ํนํ ์ผ์ด๋ธ์ ๋ถ๋ถ๋ฐฉ์ ์ PRPD๋ฅผ ์ด์ฉํ ๋ถ์๋ฟ๋ง ์๋๋ผ ๋ฐฉ์ ๋๊ณผ
๋ฐฉ์ ํน์ฑ(ํ๋ฉด๋ฐฉ์ , ๋ด๋ถ๋ฐฉ์ , ์ฝ๋ก๋๋ฐฉ์ ๋ฑ)์ ๊ดํ ์ฐ๊ตฌ๋ก ํ๋ฐํ๊ฒ ์งํ๋๊ณ ์๋ค(11). ๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์์๋ PD ๋ชจ๋ํฐ๋ง ๋์ค ์ผ์ด๋ธ์ด ๋ฌผ๋ฆฌ์ ์ผ๋ก ์์๋์ด ์ ์ฐํ๊ดด๊ฐ ๋ฐ์ํ์ ๋ PD์ ์์๋ณํ๋ฅผ ์์๋ณด๊ธฐ ์ํ์ฌ ์คํํ์์ผ๋ฉฐ ๋ค์๊ณผ ๊ฐ์
๋ด์ฉ์ ์ ์ ์์๋ค.
๋ณธ ์คํ์ ์ผ์ด๋ธ์ ๋ถ๋ถ ๋ฐฉ์ ์ ์์๋ณํ๋ฅผ ์ค์ฆํ ๊ฒ์ ์๋ฏธ๊ฐ ์์ผ๋ฉฐ, PD Analysisํ๋ก๊ทธ๋จ์์ ์ถ๋ ฅ๋์ง ์๋ ์ค์ฌ์์์ Excel ํ๋ก๊ทธ๋จ์
ํตํ์ฌ ์ฝ๊ฒ ์ฐพ์๋ผ ์ ์๊ฒ ์ (3)์ ๋์ถํ์๋ค. ์ด๋ฅผ ํตํ์ฌ ๊ธฐ์ค ์ฝ๋ก๋์ ์์๊ณผ XLPE ์ ์ฐ๋ฌผ์ ํต๊ณผํ๋ ์ฝ๋ก๋ ์์์ ๋ณํ๋ฅผ ์ ์ ์์๋ค.
์์ฉ์ฃผํ์ ๋๊ธฐํ์ ๊ฐ์ ๋จ์ ๋ ์์ง๋ง, ๊ธฐ์กด์ ํ๋ณ์ ๊ธฐ์ค์ด ๋์๋ ๋ด๋ด ๋คํธ์ํฌ(Neural Network) ๋ฐฉ์์ ์ํํธ์จ์ด ์์ ์์ด Excelํ๋ก๊ทธ๋จ์
์ด์ฉํ์ฌ ์ค์ฌ์ถ์ ๋ณํ๋ฅผ ์ดํด๋ณด๊ณ ์ด๋ฅผ ํตํ์ฌ ์ด์ ์ฌ๋ถ๋ฅผ ํ๋ณํ ์ ์๋ ์ฅ์ ์ด ์๋ค.
๋ณธ ์คํ์ ์ฝ๋ก๋ ๋ฐฉ์ ์ ๊ดํ ํ์ ๋ ์คํ์ผ๋ก, ๊ด๋ฒ์ํ๊ฒ ์ฌ์ฉ๋ ์๋ ์์ผ๋ ํฅํ ํ๋ฉด(surface) ๋ฐฉ์ ์ด๋ ๋ณด์ด๋(void) ๋ฐฉ์ ์ ์์ ๋ณํ์
๋ํ ์ถ๊ฐ์ ์ธ ์คํ์ด ํ์ํ๋ค. ๋ํ, ๋ณธ ์คํ์์ ์ฌ์ฉํ AC์ง์ ๋ฐฉ์ ์คํ ์ฅ์น๋ฅผ ํตํ์ฌ ํ์ฅ์์ ์ผ์ด๋ ์ ์๋ ์ฌ๋ฌ ๊ฐ์ง ๋ถ๋ถ๋ฐฉ์ ์ ํํ๋ฅผ
๋ง๋ค์ด ๊ณ ์ ์ ๋ถ๋ถ๋ฐฉ์ ์ ๋ํ ์๋ฎฌ๋ ์ด์
์ํ์ ์ง์์ ์ผ๋ก ํ ์ ์์ ๊ฒ์ผ๋ก ํ๋จ๋๋ค.
References
Beom An, SungHo Yoon, Sanggoon Lee, JeongTae Kim, YeonHa Jeong, 2020, A Study on the
Factors Effecting of Partial Discharge Pattern Recognition, Proceedings of the Korean
Electrical Society Conference, pp. 1537-1538
Min-Woo Chae1, 2021, Application of Ultrasonic Measurement and Deep Learning Technique
for Partial Discharge Diagnosis, Journal of Institute of Control, Robotics and Systems,
Vol. 27, No. 11, pp. 809-814
A. Gemant, W. Philippoff, 1932, Die Funkenstrecke mit Vorkondensator, Zeitschrift
fรผr Technische Physik, Vol. 13, No. 9, pp. 425-430
W. Bรถning, 1963, Luftgehalt und Luftspaltverteilung geschichteter Dielektrika I. Untersuchung
der Entladungen in einzelnen Luftspalten bei รคuรerem Wechselfeld, Electrical Engineering
(Archiv fรผr Elektrotechnik), Springer Berlin / Heidelberg, ISSN 0948-7921 (Print)
1432-0487 (Online), Vol. 48, No. 1
A. Pedersen, 1987, Partial discharges in voids in solid dielectrics. An alternative
approach, Conference on Electrical Insulation & Dielectric Phenomena, Gaithersburg,
MD, USA
L. E. Lundgaard, 1992, Partial discharge. part XIII. Acoustic partial discharge detection
- fundamental considerations, IEEE Electrical Magazine, Vol. 8, No. 4, pp. 1149-1163
Hee-Ro Kwak, Dong-Zoon Lee, 2000, A Study on the Predictive Diagnosis of the Cable
Joint Using Ultrasonic Technique, Journal of the korean institute of llluminating
and Electrical installation Engineers vol, Vol. 14, No. 6, pp. 78-84
M. Kunicki, A. Cichon, 2018, Application of a phase resolved partial discharge pattern
analysis for acoustic emission method in high voltage insulation systems diagnostics,
Archives of Acoustics, Vol. 43, No. 2, pp. 235-243
X.-D. Huang, C.-Z. Fu, L. Su, D.-D. Zhao, R. Xiao, Q.-Y. Lu, W.-R. Si, 2019, Research
on a general fast analysis algorithm model for PD acoustic detection system: the software
development, International Conference on Measuring Technology and Mechatronics Automation,
Qiqihar, China, pp. 671-675
Y. H. M. Thayoob, S. K. Ahmed, C. C. Piau, C. Y. Ping, Y. Balasubramaniam, 2015, Characterization
of phase resolved partial discharge waveforms from instrument transformer using statistical
signal processing technique, IEEE Conference on Signal and Image Processing Applications,
pp. 355-360
Ji-Man Park, Ga-Ram Han, 2017, An Analysis of Partial Discharge Characteristics using
22.9 kV CNCV Cable with Artificial defects, Journal of the Korean Institute of IIIuminating
and Electrical Installation Engineers, Vol. 31, No. 12, pp. 78-85
S. Tokunaga, T. Tsurusaki, Y. Z. Arief, S. Ohtsuka, T Mizuno, M Hikita, 2003, Partial
discharge characteristics till, breakdown for XLPE cable joint with an artificial
defect, Proceedings 7th International Conference on Applications of Dielectric Materials
A. Cavallini, G. C. Montanari, A. Contin, F. Pulletti, 2003, A new approach to the
diagnosis of solid insulation systems based on PD signal inference, IEEE Electrical
Insulation Magazine, Vol. 19, No. 2, pp. 23
Liu Zhiheng, Liu Xiuling, Zhang Zhaoyan, Zhang Wenna, Yao Jianquan, Research on Optical
Fiber Sensor Localization Based on the Partial Discharge Ultrasonic Characteristics
in Long-Distance XLPE Cables, IEEE ACCESS : 184744-184751.
Seung-Gyu kim, Sang-Woo Lee, Kyung-Chul Gu, Chung- Nyen Kim, In-Sik Kim, Kwang-Sik
Lee, 1999, Detection of Ultrasonic Wave Signals Associated with Partial Dischare in
XLPE, Journal of the korean institute of llluminating and Electrical installation
Engineers, Vol. proceedings of the fall conference, pp. 136-140
์ ์์๊ฐ
๊น์งํ (Jin-Hyung Kim)
Jin-Hyung Kim received the B.S from Jeonju University in Electrical and Electronic
Engineering in 2005, and Received a M.D from the University of Seoul 2013, and Completion
Ph.D. from Hankyong National University in 2021.
He is a Professor in the Department of Electrical Engineering at Korea polytechnics.
His research interests are high voltage partial discharge and maintenance of solar
power generation facilities.
Kyu-Ho Kim received the B.S., M.S. and Ph.D. degrees from Hanyang University, South
Korea, in 1988, 1990 and 1996, respectively.
He is a Professor in the Department of Electrical Engineering at Hankyong National
University, South Korea. He was a Visiting Scholar at Baylor University for 2011.9-2012.8
and University of Colorado Denver for 2020.2-2021.1.
His research interests include power system control and operation, optimal power flow
and the development of control techniques for wind power plants.
๊น๊ฒฝ์ (Kyoung-Shin Kim)
Kyoung-Shin Kim received the B.S., M.S. and Ph.D. degrees in electrical engineering
from Chung-Ang University, South Korea, in 1997, 2000 and 2011, respectively.
He is currently a Professor in the Department of Electrical Engineering at Korea polytechnics.
His research interests include optimal power flow of power system and microwave electrodeless
lamp discharge.