부분방전의 측정방법 - 전기적 측정 방법, 전자파 측정법, 음향 측정법

 

부분방전의 측정방법 - 전기적 측정 방법

운전 중인 변압기 내부에서 부분방번에 의해 발생하는 전기 현상(펄스전압, 전류)을 검출하는 방법으로서 커패시터 부싱의 탭(전압 측정용 단자 내지는 실험용 단자)을 이용하는 방법, 변압기의 중성접이 직접 접지되고 있는 경우에 접지선에 고주파 CT 내지는 로고스키 코일을 삽입하는 방법, 변압기 외함의 접지선에 고주파 CT 내지는 로고스키 코일을 삽입하는 방법 등이 있다. 변압기 외함의 접지선에 고주파 CT를 접지하는 방법은 부싱 탭의 유무, 중성점 접지의 유무에 관계없이 시공이 용이하지만, 부분방전에 의한 펄스전류를 직접 측정할 수는 없어 변압기 외함의 정전용량에 의해 유기되는 전류를 검출하기 때문에 검출감도가 낮아진다.

 

부분방전의 측정방법 - 전자파(UHF) 측정법

부분방전이 없는 정상상태에서는 전자파의 발생이 거의 없고 핸드폰 등의 상용 주파수 대역에서 전자파가 발생하지만, 이는 부분방전을 다루는 진단장비에서는 노이즈로 처리한다. 부분방전이 발생하면 전대역에 걸쳐서 전자파가 발생하게 되며, 부분방전 시 발생하는 전역대의 전자파 중 500~1500 MHz 대역을 부분방전 진단에 사용한다. UHF 측정법은 가스절연개폐장치(GIS)의 부분방전 진단용으로 개발, 적용되어 온 진단 기술이며, GIS 설비에서의 전자파는 도파관 형태인 GIS 내부를 전파되어 나가지만, GIS 자체는 접지된 금속제이므로 이를 통하여 외부로 전파되지는 못한다. 그러나, 도체를 지지하는 에폭시 절연 스페이서를 통하여 외부로 전파될 수 있다. 또한, 이를 유입 변압기 내부의 부분방전에서 발생하는 전자파의 측정에 적용하는 방법이 연구되고 있다. 부분방전에 따라 발생하는 전자파를 안테나를 통해 수신하는 경우 변압기 외함 내부에서의 방전은 변압기 외함에 의해 방해를 받게 된다. 한편 부싱 내부의 방전은 방해를 받지 않고 수신이 가능하기 대문에 안테나를 이용해 전자파를 검출하는 방법은 부싱 내부의 부분방전을 측정하는 데에 매우 적합하다. 유입 변압기 부싱의 대부분은 유침지 커패시터 부싱이므로 유중가스 분석도 가능하지만, 부싱에서의 채유는 변압기의 운전정지, 채유 후의 절연유보충 등의 작업이 따르기 때문에 전자파 측정에 의한 이점은 크다. 한편 안테나에는 검출하지 않은 부분방전에 의한 전자파 이외에도 무선 방송파나 대기 중 코로나 등에 의한 전자기파가 도달하기 때문에 적절한 주파수 필터나 평균화 방법을 통해 노이즈의 영향을 억제할 필요가 있다.

 

부분방전의 측정방법 - 음향 측정법

부분방전에 따라 발생하는 초음파는 유입 변압기에서 절연유를 통해 변압기 외함까지 전달되기 때문에 변압기 외함 외부 몸체에 부착한 AE 센서를 통해 검출할 수가 있다. 몰드 변압기에서도 발생한 초음파가 몰드 내를 통해 몰드 표면의 센서에서 검출이 가능하다. AE 센서는 PZT 등의 압전소자가 이용되어 기계적 진동을 전기신호로 변환하고 있다. 변압기의 내부 구조재나 전달 경로에 의한 초음파의 감퇴가 있기 때문에 초음파에서는 부분방전의 정량적인 측정은 어려우나 유입 변압기의 출력과 비교해 음파의 유중 전달속도만큼 늦게 도착하기 대문에 전기적 측정과 병용하면 센서에서 방전 부분까지의 거리를 계산할 수 있다는 특징이 있으며, 더욱이 복수의 센서를 이용함으로써 방전 부분의 위치 특정이 가능하다. 한편, 운전 중인 변압기의 외부 몸체에서의 측정에서는 탭 전환기의 동작음이나 차단기 등의 조작음, 나아가서는 비바람 등 다양한 노이즈가 측정되기 때문에 AE 센서뿐 아니라 CT를 이용한 전기적 측정법과 조합해 동기체크를 통하여 노이즈를 제거하고, 더욱이 방전점까지의 거리를 계산해 변압기 외부의 노이즈를 제거한 후 탭 절환기 동작음 등의 노이즈도 제거할 수 있다. 변압기 외함에 부착하는 AE 센서의 감도는 500pC에서 수 천 정도이기 대문에 고감도화를 위해 탱크 내부의 유중에 부착한 소형 광파이버 음향센서가 마이크로 머신기술을 응용하는 기술 연구가 진행되고 있다.