KR20100041370A - 변압기 절연유의 가스추출장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 운전중인 대전력용 변압기 절연유의 이상유무에 대한 상태진단을 위해 사용되는 변압기 절연유의 가스추출장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 광음향(Photo-Acoustic)방식을 이용하여 변압기 절연유의 이상가스를 상시적으로 측정할 수 있도록 이루어진 변압기 절연유의 가스추출장치에 관한 것이다.

이를 위해 본 발명은 변압기 내부의 절연유 시료를 채취하여 이의 용해가스를 광음향방식으로 가스를 측정하는 가스측정부(10)로 보내는 변압기 절연유의 가스추출장치에 있어서, 상기 변압기에 연결되는 전자밸브(1a)와 오일펌프(2)를 갖춘 오일입구(3)의 배관(3a)은 히터(4)와 모세관 멤브레인(5) 및 가스출입구(6a,6b)를 갖춘 가스추출기(7)에 연결되고, 이 가스추출기(7)에 채취된 절연유를 다시 변압기로 보내기 위해 전자밸브(1b)를 갖춘 오일출구(8)의 배관(8a)이 연결되어 이루어진 구조로 되어 있다.

Description

변압기 절연유의 가스추출장치{Gas extraction apparatus of transformer insulating oil}

본 발명은 운전중인 대전력용 변압기 절연유의 이상유무에 대한 상태진단을 위해 사용되는 변압기 절연유의 가스추출장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 광음향(Photo-Acoustic)방식을 이용하여 변압기 절연유의 이상가스를 상시적으로 측정할 수 있도록 이루어진 변압기 절연유의 가스추출장치에 관한 것이다.

운전중인 대전력용 변압기의 이상유무에 대한 진단상태를 목적으로 활용되고 있는 변압기 절연유 중 가스 측정방법은, 예를 들어 가스 크로마토 그래피방식, ET-IR방식, 가스센서방식 등 여러 가지가 적용되고 있으나, 장치가 복잡하고 유지관리가 까다로워 현장 설치형으로는 적합하지 않을 뿐만 아니라, 가격도 상대적으로 고가여서 널리 활용되지 못하고 있는 실정이다.

한편, 광음향방식의 가스측정은 적외선 검출기의 한 분야로서, 기체는 고유의 흡수 스펙트럼이 존재하므로 이를 이용하여 측정하고자 하는 가스를 기준으로 광흡수 필터를 이용하여 측정할 수 있으며, 가스에 따른 어떠한 성분이 혼합되어 있어도 특정가스의 검출이 가능하고 가스의 농도 역시 측정이 가능한 장점을 갖추 고 있다.

이 같은 광음향방식의 가스측정은 이미 공지된 바와 같이 도 4를 참조로 설명하면, 적외선 소스(201)로부터 적외선 대역의 광대역(Broad band) 파장을 발생시키고, 파라볼릭 거울(202)을 이용하여 분석 체임버(203)에 집중시킨다.

직류 내지는 광전류를 변조하는 장치인 초퍼휠(204, Chopper Wheel)은 빛 소스에 스트로보 효과를 주도록 일정한 속도로 회전하고, 빛 소스가 측정 마이크로폰(205)에 도달하기전 필터 휠(206)의 광필터 중에 하나를 통과하며, 이 광필터들은 찾고자하는 성분 중의 하나에서 여기(勵起)하도록 특정파장을 투과시킬 수 있도록 되어 있다.

광음향 효과는 가스가 전자기파(예를 들어, 적외선)를 흡수하는 효과로 인해 발생하며, 복사에너지를 흡수하면 가스의 온도는 상승하고, 만일 가스가 밀폐된 공간에 있다면 그 온도와 상대적으로 압력이 증가하게 되는데, 이때 밀폐용기 내의 압력에 의해 가스가 요동치게 되며, 압력 웨이브는 고감도 마이크로폰(205)에 의해 검출되어 측정되어 진다.

이렇게 상기 마이크로폰(205)에서 측정된 파장은 측정셀(Photo acoustic Spectro meter)에서 크기가 측정되고 변환되어 가스의 농도로 측정되는데, 도 5에 도시된 그래프에서는 측정된 변압기 절연유의 고장가스 적외선 스텍트럼의 한 예를 나타낸 것으로, 파장의 면적을 산출하여 가스의 농도로 환산되어 진다[도 5의 그래프에서 가로축은 파장(Wave length)이고 세로축은 흡수량(Absorbance)이다].

이 같은 광음향방식을 이용한 종래 변압기 절연유의 가스추출 측정시스템은 도 3에 도시되어 있는바, 측정하고자 하는 절연유 시료 중에 용존된 가스를 측정하기 위해서 먼저 가스를 추출하는 것이 중요하다.

이를 위해서 변압기에서 실린더를 이용하여 절연유(111)를 채취하고 공기를 제거한 후 시료 채취병(112) 내부에 주입한다.

여기서 채취된 절연유 시료의 온도가 편차범위 내에 있게 되면 즉시 시험을 시행하고 편차범위 밖에 있으면 약간의 대기시간을 갖으면서 대기한다.

시료 채취병(112)의 절연유(111)를 마그네틱이 바로 휘젖고 이 시료 채취병(112)의 이용하여 루프호스(115)를 통해 가스측정부(110)로 보내준다.

그러면 상기 가스측정부(110)에서는 앞서 설명한 광음향방식에 의해 가스가 분석되고 일정시간(약 15 ~ 20분) 후에 수분을 포함한 8종류의 가스(수소, 메탄, 에탄, 에틸렌, 아세틸렌, 일산화탄소, 이산화탄소, 수분)의 분석결과가 모니터(116)와 프린터(117)에 의해 디스플레이 되어 인쇄 출력되어 진다.

이러한 광음향방식을 이용한 종래 변압기 절연유의 가스추출 측정시스템에서 가스추출을 위해 변압기 절연유 시료를 측정자가 변압기에서 절연유를 주사기와 같은 실린더를 이용하여 직접 일정량 채취하여 시료 채취병(112)에 넣고 마그네틱 바를 이용하여 가스를 추출한 후, 측정시험이 끝나고 채취한 절연유 시료를 다시 변압기에 집어 넣어야 하는 등 변압기 절연유의 가스추출을 하기 위해 작업이 번거롭고, 절연유 시료채취 중에 이물질 등이 침투할 우려가 커서 측정 신뢰성이 떨어지는 문제점이 제기되어 왔다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 광음향방식의 변압기 절연유의 가스추출 측정시 변압기의 절연유 채취가 자동으로 이루어지고 용해가스를 가스추출기를 통해 가스측정부로 자동으로 보내어 가스측정이 이루어짐에 측정 신뢰도 향상과 상시 측정이 가능한 변압기 절연유의 가스추출장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 변압기 내부의 절연유 시료를 채취하여 이의 용해가스를 광음향방식을 이용한 가스측정부로 보내는 변압기 절연유의 가스추출장치에 있어서, 상기 변압기에서 절연유를 뽑아내기 위해 오일입구에는 전자밸브와 오일펌프가 설치되어 있으며, 이 오일입구의 배관은 히터와 모세관 멤브레인을 갖춘 가스추출기에 연결되고, 이 가스추출기에 채취된 절연유를 다시 변압기로 보내기 위해 전자밸브를 갖춘 오일출구의 배관이 연결되어 이루어진 구조로 되어 있다.

상기와 같은 본 발명에 따른 변압기 절연유의 가스추출장치는 종래장치에 비해 휴대할 수 있으면서 상시 가스추출 측정이 가능하고, 가스추출 측정 신뢰도를 향상시키는 이점을 갖는다.

이하, 본 발명을 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명한다.

본 발명은 광음향방식을 이용한 가스측정부(10)에서 변압기(도면에 미도시) 절연유의 가스분석을 위해 이 가스측정부(10)로 절연유의 용해가스를 추출하여 보내는 변압기 절연유의 가스추출장치로서, 도 1은 본 발명이 설치되는 변압기 절연유의 가스추출 측정시스템의 전체 구성도를 나타내고, 도 2는 본 발명의 핵심인 가스추출장치의 상세도면을 나타내고 있다.

본 발명은 변압기 내부의 절연유 시료를 채취하여 이의 용해가스를 광음향방식으로 가스를 측정하는 가스측정부(10)로 보내는 변압기 절연유의 가스추출장치에 있어서, 상기 변압기에 연결되는 전자밸브(1a)와 오일펌프(2)를 갖춘 오일입구(3)의 배관(3a)은 히터(4)와 모세관 멤브레인(5) 및 가스출입구(6a,6b)를 갖춘 가스추출기(7)에 연결되고, 이 가스추출기(7)에 채취된 절연유를 다시 변압기로 보내기 위해 전자밸브(1b)를 갖춘 오일출구(8)의 배관(8a)이 연결되어 이루어진 구조로 되어 있다.

한편, 상기 가스추출기(7)의 모세관 멤브레인(5)에 의해 구획된 가스저장부(9)에는 가스측정부(10)로 채취된 가스를 보내는 가스출구(6a)와 이 가스측정부(10)에서 측정된 가스를 다시 받아들이는 가스입구(6b)를 갖추면서 공지와 같이 루프호스(11)들을 매개로 가스측정부(10)에 연결되어 있으며, 채취된 가스는 순환펌프(12)에 의해 공급 및 회수된다.

그리고 변압기 절연유로부터 가스추출이 완료되면, 가스추출기(7) 내에 있는 절연유는 오일출구(8)를 통해 변압기로 되돌아 간다.

또한, 변압기 이상시 발생되는 가스농도를 실시간으로 측정하기 위해서는 우 선 절연물이 열분해되어 절연유 중에 용해되어 있는 가스를 별도로 분리하는 가스추출을 하게 되는데, 이러한 가스추출은 가스추출기(7) 내에 설치된 멤브레인이라고 하는 분리막의 일종인 PTFE(Poly Tetra Fluoro Ethylene)막에 의해 기체-액체 분리가 이루어진다. 본 발명에서는 비교적 균일한 크기(0.1 ~ 20㎛)의 둥근 원통형의 미세 공막을 규칙적으로 갖는 모세관 멤브레인(5)을 이용한다.

한편, 변압기 내부에 이상이 발생되어 절연유 또는 고체 절연물이 아크, 부분방전 등에 의해 열분해 되어 가스가 발생하는 경우, 그 가스는 대부분 확산(Diffusion)에 의해 절연유 중에 용해된다. 이 절연유에 용존하는 가스 혼합물이 분리막 표면에 접촉하였을때 가스성분은 막속으로 용해, 확산하게 되며, 이때 각각의 가스성분의 용해도와 투과도는 분리막에 대하여 서로 다르게 나타난다.

이러한 가스들의 투과되는 성질을 막 내부로 이동하는 속도차에 의해 서로 다르게 나타내며, 막 양단의 기체분압 차에 의해 가스들이 분리되어 투과된다.

따라서, 절연유 중에 존재하는 가스의 농도가 높을수록 즉, 가스 분압이 높을수록 가스저장부(9)에 걸려있는 대기압과의 차이가 커지므로 분리막을 투과한 가스의 농도는 높아지며 분압도 높아진다.

절연유로부터 분리막을 통과하여 가스저장부(9)에 포집되는 가스들을 용해도가 작을수록 가스추출율이 커지며, 절연유 중에 존재하는 가스농도가 높을수록 평형압력은 높아진다. 이들 용존가스들은 격막 양단의 농도차에 의해 용존가스가 추출되어 가스추출기(7) 상부의 저장부에 모이게 되고 양단의 농도가 평행에 도달될 때 까지 추출은 계속된다.

따라서 추출장치 설계시 상기와 같은 특성들이 충분히 검토되고 고려되지 않으면 높은 추출율과 안정된 출력값을 얻을 수 없게 된다.

또한, 상기 가스추출기(7)에 의해 추출된 가스는 가스측정부(10)로 도입된다. 도입된 가스는 광음향 방식의 측정장치에 의해 측정되는 것이다.

도 1은 본 발명이 적용된 광음향 방식을 이용한 변압기 절연유의 가스추출 측정 시스템의 전체 구성도,

도 2는 본 발명에 따른 변압기 절연유의 가스추출장치 상세도,

도 3은 종래 광음향 방식을 이용한 변압기 절연유의 가스추출 측정 시스템의 전체 구성도,

도 4는 통상적인 광음향 방식을 이용한 가스측정의 개념도,

도 5는 변압기 절연유의 고장가스가 적외선 스펙트럼으로 출력된 그래프이다.

- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 -

1a,1b : 전자밸브, 2 : 오일펌프,

3 : 오일입구, 3a : 배관,

4 : 히터, 5 : 모세관 멤브레인,

6a : 가스출구, 6b : 가스입구,

7 : 가스추출기, 8 : 오일출구,

8a : 배관, 9 : 가스저장부,

10 : 가스측정부, 11 : 루프호스,

12 : 순환펌프.

Claims (2)

1. 변압기 내부의 절연유 시료를 채취하여 이의 용해가스를 광음향방식으로 가스를 분석하여 측정하는 가스측정부(10)로 보내는 변압기 절연유의 가스추출장치에 있어서,

   상기 변압기에 연결되는 전자밸브(1a)와 오일펌프(2)를 갖춘 오일입구(3)의 배관(3a)은 히터(4)와 모세관 멤브레인(5) 및 가스출입구(6a,6b)를 갖춘 가스추출기(7)에 연결되고, 이 가스추출기(7)에 채취된 절연유를 다시 변압기로 보내기 위해 전자밸브(1b)를 갖춘 오일출구(8)의 배관(8a)이 연결되어 이루어진 것을 특징으로 하는 변압기 절연유의 가스추출장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 가스추출기(7)의 모세관 멤브레인(5)에 의해 구획된 가스저장부(9)에는 가스측정부(10)로 채취된 가스를 보내는 가스출구(6a)와 이 가스측정부(10)에서 측정된 가스를 다시 받아들이는 가스입구(6b)를 갖추어 이루어진 것을 특징으로 하는 변압기 절연유의 가스추출장치.

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