Microsoft Word - KSR2015A281

Size: px

Start display at page:

Download "Microsoft Word - KSR2015A281"

괴옥 운
5 years ago
Views:

1 2015 년도한국철도학회추계학술대회논문집 KSR2015A281 SF 6 가스중파티클형태에따른부분방전의특성 Partial Discharge Characteristics according to Particle Types in SF 6 Gas 김선재 *, 왕국명 *, 윤민영 *, 길경석 * Sun-Jae Kim *, Guoming Wang *, Min-Young Yun *, and Gyung-Suk Kil * Abstract This paper described the characteristics of partial discharge depending on particle types to analyze the risk of defects in SF 6 gas insulation system. The particle types were classified into ball, trapezoid, rectangle, and twist. HVDC was applied to the electrode system including a particle up to 25 kv max. We analyzed discharge inception voltage(div), discharge extinction voltage(dev), and the time resolved partial discharge(trpd). The risk probability of the twist was the highest due to its lowest DIV. Also, TRPD of the particles were compared. Keywords : High voltage direct current(hvdc), Partial discharge(pd), Discharge inception voltage(div), Discharge extinction voltage(dev), Time resolved partial discharge(trpd) 초록본논문에서는 SF 6 가스의절연시스템에서발생가능한결함의위험성을분석하기위하여파티클형태에따른부분방전의특성을기술하였다. 파티클은볼, 사다리꼴, 직사각형및 Twist 로분류하였다. 파티클이설치된전극계에직류고전압을최대 25 kv 인가하였다. 각각의파티클에대하여방전개시전압 (DIV), 방전소멸전압 (DEV) 및 TRPD(Time Resolved Partial Discharge) 를분석하였다. 실험결과, 네종류의파티클중 Twist 의방전개시전압이가장낮게검출되었기때문에위험성이가장높을것으로판단된다. 또한 TRPD 가파티클의형태에따라상이하게분석되었다. 주요어 : 직류고전압, 부분방전, 방전개시전압, 방전소멸전압, TRPD 1. 서론철도의전력설비는차량에전기를공급하는변전설비로변압기, 정류기및차단기등다양한설비로구성되어있다. 철도차량의빈번한기동, 정지및운영환경으로인하여전력설비의안정성및신뢰성이요구된다. 전력설비중개폐장치는선로의분기와연계로구성이복잡한부하설비에서계통을구성, 분리및변경을목적으로사용된다. 그중에서도높은절연성을갖는큐비클형가스절연개폐장치 (Cubicle-Gas Insulated Switchgear, C-GIS) 가많이사용되고있다. 공기절연방식은부피가크고넓은설치공간이필요하지만, C-GIS는 SF 6 가스를절연매질로사용하기때문에협소한장소에도설치가가능하다. 공기대비절연내력이 1 교신저자 : 한국해양대학교공과대학전기전자공학부 (kilgs@kmou.ac.kr) * 한국해양대학교공과대학전기전자공학과

기압에서 2.5 ~ 3.5배크기때문에소형화가가능하며, 높은신뢰성을갖는다 [1]. 그러나 C- GIS 내부에금속이물질이유입되면전계가집중되어부분방전 (Partial Discharge, PD) 이발생된다. 철도전력설비의고장을예방하기위하여상태진단기술 (Condition Based Maintenance, CBM) 이적용되고있다.

제작과정, 운반, 설치및운전시유입가능한네종류의파티클을제작하여방전개시전압 (DIV), 방전소멸전압 (DEV) 및 TRPD(Time Resolved Partial Discharge) 를분석하였다. 2. 본론 2.1 전극계및파티클파티클을설치할수있는전극계를 Fig. 1과같이제작하였다.

2 기압에서 2.5 ~ 3.5배크기때문에소형화가가능하며, 높은신뢰성을갖는다 [1]. 그러나 C- GIS 내부에금속이물질이유입되면전계가집중되어부분방전 (Partial Discharge, PD) 이발생된다. 철도전력설비의고장을예방하기위하여상태진단기술 (Condition Based Maintenance, CBM) 이적용되고있다. 이기술은전원이인가된환경에서대상설비의고장여부및징후를사전에검출하는것으로철도전력설비의유지보수에적합하다 [2-4]. 따라서본논문에서는 SF 6 가스를사용하는전력설비의상태진단을위한목적으로파티클형태에따른부분방전특성에관하여기술하였다. 제작과정, 운반, 설치및운전시유입가능한네종류의파티클을제작하여방전개시전압 (DIV), 방전소멸전압 (DEV) 및 TRPD(Time Resolved Partial Discharge) 를분석하였다. 2. 본론 2.1 전극계및파티클파티클을설치할수있는전극계를 Fig. 1과같이제작하였다. 외함은지름 144 mm, 높이 131 mm이며, 투명실린더의내경은 80 mm이다. 상 하두개의평판전극은지름 65 mm, 두께 20 mm이며, 가장자리를둥글게설계하여전계가집중되는것을방지하였다. 상 하부평판전극의간격은 40 mm이며, 전압인가시파티클이전극계내부를부유하도록제작하였다. 전극계내부는 0.5 MPa의 SF 6 가스로충진하였다. Fig. 1 A photograph of the electrode system 전력설비의제작과정, 운반, 설치및운전시유입될수있는파티클사양을 Table 1에나타내었다. 형태는볼, 사다리꼴, 직사각형및 Twist로써알루미늄으로만들어졌다. Table 1 Particle types Photograph Type Width [mm] Length [mm] Height [mm] Weight [mg] Remark Ball Diameter 3 mm Trapezoid Lower base 5.5 mm

Rectangle 15 5-141 - Twist 10 4-113.7-2.

5 uf 캐패시터로 Fig. 2와같이실험계를구성하여직류고전압을인가하였다.

3 Rectangle Twist 실험계의구성 50 kv max 몰드변압기, 100 kv 고압다이오드및 0.5 uf 캐패시터로 Fig. 2와같이실험계를구성하여직류고전압을인가하였다. 또한충전되어있는캐패시터를일정시간내에방전할수있는회로를설계하였다. 고전압인입부는코로나를방지하기위하여충분한절연내력을갖도록하였다. 10,000:1의분압기로인가전압을측정하였으며, 외부노이즈의영향을최소화하기위하여차폐함내부에서실험을수행하였다. 각각의부분방전펄스는 50 Ω의무유도저항으로검출하였으며, 5 GS/s 오실로스코프와 250 MS/s DAQ를사용하여부분방전펄스를분석하였다. (a) Configuration (b) Photograph Fig. 2 Experimental system 2.3 측정파라미터부분방전펄스를방전개시전압, 방전소멸전압, TRPD 및통계적특성으로분석하였다. 직류고전압을인가하여부분방전펄스가처음검출되는전압을방전개시전압, 인가전압을감소시켜부분방전펄스가검출되지않는전압을방전소멸전압으로정의하였다. TRPD 방식은 Fig. 3과같이방전크기 (q i ) 와두번째측정된부분방전펄스를기준으로첫번째, 세번째등

연속적으로발생되는펄스의시간차 (Δt) 를근간으로한다. Δt pre = t i t i-1, Δt suc = t i+1 t i 로산출하였다.

4 분석및고찰각각 10회씩측정하여방전개시전압과방전소멸전압의평균을 Fig. 4에나타내었다. 방전개시전압은직사각형이 22.4 kv로가장높았으며, Twist가 9.1 kv로가장낮게측정되었다.

Twist를제외한볼, 사다리꼴및직사각형은형태가납작하고구 ( 球 ) 형태로써, 방전이잘발생하지않기때문에높은인가전압에서부분방전이발생한것으로판단된다. (a) DIV (b) DEV Fig.

4 연속적으로발생되는펄스의시간차 (Δt) 를근간으로한다. Δt pre = t i t i-1, Δt suc = t i+1 t i 로산출하였다. 통계적특성은부분방전펄스의클러스터가분포하는형태를나타내는것으로첨도 (Kurtosis) 와왜도 (Skewness) 방식을적용하였다 [5,6]. Fig. 3 Sequence of PD pulses 2.4 분석및고찰각각 10회씩측정하여방전개시전압과방전소멸전압의평균을 Fig. 4에나타내었다. 방전개시전압은직사각형이 22.4 kv로가장높았으며, Twist가 9.1 kv로가장낮게측정되었다. 방전소멸전압은방전개시전압과동일하게직사각형이 19.7 kv로최대, Twist가 9.1 kv 최소로분석되었다. Twist를제외한볼, 사다리꼴및직사각형은형태가납작하고구 ( 球 ) 형태로써, 방전이잘발생하지않기때문에높은인가전압에서부분방전이발생한것으로판단된다. (a) DIV (b) DEV Fig. 4 Mean value 각파티클에대한클러스터의통계적분포특성을 Fig. 5에나타내었다. 볼과사다리꼴의클러스터분포가 q(δt pre ) 및 q(δt suc ) 에서는산발적으로이루어졌으며, 직사각형은 q(δt pre ) 에서는다소밀집되어있었으나 q(δt suc ) 에서는넓게분포하였다. 세종류의파티클과는다르게 Twist 는 q(δt pre ) 및 q(δt suc ) 에서모두밀집하여클러스터가분포하였다.

5 (a) q(δt pre ) (b) q(δt suc ) Fig. 5 Distribution of the cluster 3. 결론 SF 6 가스를사용하는전력설비에파티클유입시, 위험성을분석하기위하여파티클형태에따른부분방전의특성을기술하였다. 본실험조건에서는 Twist가가장낮은인가전압에서전계가집중되어부분방전이발생하였다. 세종류의파티클대비방전개시전압과방전소멸전압이약 47% 낮게분석되었다. 볼, 사다리꼴및직사각형은납작하거나구 ( 球 ) 형태이지만, Twist의형상은입체적이기때문에전계집중이낮은전압에서발생한것으로판단된다. 또한 TRPD 분석에서는세종류의클러스터가산발적으로분포하였지만, Twist는 q(δt pre ) 및 q(δt suc ) 에서모두밀집하여분포하였다. 네종류의전극계중 Twist의방전개시전압이가장낮기때문에전력설비유입시사고위험성이높을것으로판단된다. 후기 본연구는중소기업청에서지원하는 2013년도중소기업기술개발지원사업 (No.S ) 및 2014년도중소기업기술개발지원사업 (S ) 의연구수행으로인한결과물임을밝힙니다. 참고문헌 [1] H.E. Jo, S.J. Kim, G.M. Wang, G.S. Kil (2015) Analysis of Partial Discharge Characteristics under AC and DC in SF 6 Gas, 2015 Spring Conference of the Korean Society for Railway, Mokpo, pp. 25(1)- 25(5). [2] H.S. Jung, Y. Park, H.I. Kang (2013) Implementation of Prediction Program for Deterioration Judgment on Substation Power Systems in Urban Railway, The Transactions of Korean Institute of Electrical Engineers, 62(6), pp [3] H.G. Lim, B.D. Lee, T.D. Kim, S.H. Jang (2011) Urban Rail Power Facilities on-site Implementation

6 of an Integrated System Diagnosis, 2011 Autumn Conference of the Korean Society for Railway, Jeju Island, pp [4] T.K. An, J.R. Shin, W.D. Lee, M.H. Kim (2007) Intelligent Surveillance System for Urban Transit using Context-aware Technology, 2007 Conference on Information and Control Systems, Jecheon, pp [5] G.M. Wang (2015) Analysis on Statistical Characteristics of Partial Discharge in SF 6 Gas under HVDC, ME Thesis, Korea Maritime and Ocean University. [6] C.H. Jin (2013) Measurement and Analysis of Partial Discharge Pulse in a Gas Insulated Switchgear, ME Thesis, Korea Maritime and Ocean University.

Microsoft Word - KSR2016S210

Microsoft Word - KSR2016S210 2016 년도한국철도학회춘계학술대회논문집 KSR2016S210 가스절연개폐장치에서결함별부분방전의특성 Characteristics of Partial Discharge Depending on Defects in GIS 박경수 *, 김선재 *, 왕국명 *, 길경석 *, 김성욱 ** Kyoung-Soo Park *, Sun-Jae Kim *, Guoming Wang