KR20210073877A - Partial discharge sensor for high-voltage direct current cable and method for installing the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 HVDC 케이블 부분방전 측정 센서 및 그 부착 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 HVDC 부분방전 측정시스템에서 노이즈 센서를 사용하지 않아도 외부 노이즈를 차단할 수 있도록 하는 HVDC 케이블 부분방전 측정 센서 및 그 부착 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an HVDC cable partial discharge measurement sensor and a method for attaching the same, and more particularly, to an HVDC cable partial discharge measurement sensor and method for attaching the same, which can block external noise without using a noise sensor in the HVDC partial discharge measurement system is about
HVDC(High-Voltage Direct Current) 케이블은 용량성 충전전류에 의한 영향이 없어 장거리 송전이 가능하고, 유전체 손실, 시스손실 등 주파수 손실, 유도 손실에 의한 영향이 없어 대용량 송전이 가능하다. High-Voltage Direct Current (HVDC) cables are not affected by capacitive charging current, so long-distance transmission is possible, and large-capacity transmission is possible because they are not affected by frequency and induction losses such as dielectric loss and sheath loss.
또한, 교류 손실이 작아 송전손실이 저하되고 전력 조류 및 부하제어가 용이하여 선로 이용률을 상승시킬 수 있는 장점을 가지고 있어 국내/외에서 시장의 규모가 점차 증가하고 있다. In addition, since the AC loss is small, the transmission loss is reduced, and the power flow and load control are easy to increase the line utilization rate, the domestic/overseas market is gradually increasing.
국내에서는 ±180kV 제주-해남 HVDC 케이블 및 ±250kV 제주-진도 HVDC 해저케이블에서 ±500kV 북당진-고덕 HVDC 케이블 사업 등 점차 육상 HVDC 지중선로로 확대되고 있으며, 해외에서도 장거리 해저 케이블 중심으로 대륙간, 도서간 전력계통 연계 사업이 활발히 진행되고 있다. In Korea, the ±180kV Jeju-Haenam HVDC cable and ±250kV Jeju-Jindo HVDC cable business are gradually expanding to the onshore HVDC underground line, including the ±500kV Bukdangjin-Godeok HVDC cable business. The power system linkage project is being actively carried out.
그러나 주로 장거리 해저케이블에 적용되는 HVDC 케이블의 부분방전 진단은 고주파 신호 감쇄 등의 문제로 인해 진단법 적용에 한계가 있어 관련 연구가 활발히 진행되지 못했다. 그러나 최근 육상을 통한 HVDC 케이블 건설 및 운영이 증가하면서 HVDC 케이블 계통에서도 다양한 포설방식이 적용되고 접속함이 늘어남에 따라 부분방전 계측을 통한 진단의 필요성이 대두되고 있다.However, the partial discharge diagnosis of HVDC cables, which is mainly applied to long-distance submarine cables, has limitations in the application of the diagnostic method due to problems such as high-frequency signal attenuation, and thus related research has not been actively conducted. However, with the recent increase in construction and operation of HVDC cables over land, various installation methods are applied to the HVDC cable system and the number of junction boxes is increasing, so the need for diagnosis through partial discharge measurement is emerging.
일반적으로 전력 케이블에서 발생하는 부분방전은 보이드 방전, 코로나 방전, 표면방전으로 구분되며 보이드 방전은 고체 절연체내 보이드(공극)에서 방전이 발생하고 코로나 방전은 기체/액체 내 뾰족한 전극 부분에서 나타나는 방전 현상, 표면방전은 서로 다른 절연체 사이에서 나타나는 방전을 의미한다.In general, partial discharges occurring in power cables are divided into void discharge, corona discharge, and surface discharge. Void discharge is a discharge that occurs in a void (void) in a solid insulator, and corona discharge is a discharge phenomenon that occurs at a sharp electrode in a gas/liquid. , surface discharge means the discharge that appears between different insulators.
이와 같은 부분방전 현상은 AC(Alternating Current) 케이블과 HVDC 케이블에서 절연체 내 결함이 존재할 때 외부전계에 의해 결함부위에서 방전 개시전압(Inception Voltage) 초과시 모두 부분방전 현상이 나타날 수 있으나, 전하 축적 양상에 따라 펄스 극성, 크기, 펄스간 간격이 달라지므로 AC 케이블과 HVDC 케이블에서 나타나는 부분방전 측정 방식은 달라진다. This partial discharge phenomenon can occur in both AC (Alternating Current) cables and HVDC cables when there is a defect in the insulator when the discharge inception voltage is exceeded at the defective part by an external electric field. Depending on the pulse polarity, size, and interval between pulses, the partial discharge measurement method shown in AC cable and HVDC cable is different.
HVDC 부분방전 측정시스템은 기존 AC 부분방전 측정시스템을 기반으로 하여 제작되고 있지만, DC에서는 상(phase)이 없기 때문에 PD(Partial Discharge) 측정 채널과 노이즈 채널로 사용하고 있다.The HVDC partial discharge measurement system is manufactured based on the existing AC partial discharge measurement system, but since there is no phase in DC, it is used as a PD (Partial Discharge) measurement channel and a noise channel.
그러나 HVDC 케이블 시스템에서는 PD 신호의 반복률이 낮아 데이터 취득이 어려우며, 노이즈 게이팅을 하더라도 수많은 노이즈 신호에 의해 DC PD 신호가 제거될 수 있어 부정확한 진단 결과를 획득하는 문제가 있다. However, in the HVDC cable system, it is difficult to obtain data due to the low repetition rate of the PD signal, and even with noise gating, the DC PD signal can be removed by numerous noise signals, thereby obtaining inaccurate diagnostic results.
본 발명과 관련된 선행기술로는 등록특허공보 제10-1977916호(2019.05.13공고, 발명의 명칭 : 부분 방전 센서)가 있다.As a prior art related to the present invention, there is registered Patent Publication No. 10-1977916 (announced on May 13, 2019, title of the invention: partial discharge sensor).
본 발명은 전술한 문제점을 개선하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 일 측면에 따른 목적은 HVDC 부분방전 측정시스템에서 노이즈 센서를 사용하지 않아도 외부 노이즈를 차단할 수 있도록 하는 HVDC 케이블 부분방전 측정 센서 및 그 부착 방법을 제공하는 것이다. The present invention has been devised to improve the above problems, and an object according to an aspect of the present invention is an HVDC cable partial discharge measuring sensor that can block external noise without using a noise sensor in the HVDC partial discharge measuring system, and its An attachment method is provided.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problem to be solved by the present invention is not limited to the problem(s) mentioned above, and another problem(s) not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
본 발명의 일 측면에 따른 HVDC 케이블 부분방전 측정 센서는, HVDC(High-Voltage Direct Current) 케이블의 일정 위치에 부착되며, 상기 HVDC 케이블의 부분방전 발생 신호를 감지하는 센서부, 상기 센서부와 HVDC 케이블의 외주면을 따라 배치되어, 상기 센서부로 유입되는 외부 노이즈를 차단하는 차폐밴드를 포함한다. The HVDC cable partial discharge measurement sensor according to an aspect of the present invention is attached to a predetermined position of an HVDC (High-Voltage Direct Current) cable, and a sensor unit for detecting a partial discharge occurrence signal of the HVDC cable, the sensor unit and HVDC It is disposed along the outer circumferential surface of the cable, and includes a shielding band for blocking external noise flowing into the sensor unit.
본 발명에서 상기 센서부는, 접촉식 유도성 센서일 수 있다. In the present invention, the sensor unit may be a contact-type inductive sensor.
본 발명에서 상기 차폐밴드는, 최외각에 배치되는 제1 절연층, 상기 제1 절연층 하부에 배치되며, 와전류 차폐 및 자속 차폐가 적용된 차폐층, 상기 차폐층 하부에 배치되는 제2 절연층을 포함할 수 있다. In the present invention, the shielding band includes a first insulating layer disposed at the outermost layer, a shielding layer disposed under the first insulating layer, to which eddy current shielding and magnetic flux shielding are applied, and a second insulating layer disposed under the shielding layer. may include
본 발명에서 상기 차폐층에는 와전류 차폐재 및 자속 차폐재가 내장되고, 상기 와전류 차폐재는 고전도성 금속 재질로 형성되며, 상기 자속 차폐재는 강자성체 재질로 형성될 수 있다. In the present invention, an eddy current shielding material and a magnetic flux shielding material are embedded in the shielding layer, the eddy current shielding material may be formed of a highly conductive metal material, and the magnetic flux shielding material may be formed of a ferromagnetic material.
본 발명에서 상기 차폐밴드는, 웨어러블 차폐밴드일 수 있다. In the present invention, the shielding band may be a wearable shielding band.
본 발명에서 상기 차폐밴드는, 양 단부를 탈부착하기 위한 탈착부재가 형성될 수 있고, 상기 탈착부재는, 접착테이프일 수 있다. In the present invention, the shielding band may be formed with a detachable member for attaching and detaching both ends, and the detachable member may be an adhesive tape.
본 발명의 다른 측면에 따른 HVDC 케이블 부분방전 측정 센서 부착 방법은, HVDC(High-Voltage Direct Current) 케이블에 HVDC 케이블 부분방전 측정 센서를 부착하는 방법에 있어서, 센서부를 상기 HVDC 케이블의 일정 위치에 고정시키는 단계, 차폐밴드를 상기 센서부와 HVDC 케이블의 외주면을 따라 배치시키는 단계, 상기 차폐밴드의 양 단부를 연결하는 단계를 포함한다. HVDC cable partial discharge measurement sensor attachment method according to another aspect of the present invention is a method of attaching an HVDC cable partial discharge measurement sensor to an HVDC (High-Voltage Direct Current) cable, wherein the sensor part is fixed to a predetermined position of the HVDC cable and disposing a shielding band along an outer circumferential surface of the sensor unit and the HVDC cable, and connecting both ends of the shielding band.
본 발명의 일 실시예에 따른 HVDC 케이블 부분방전 측정 센서 및 그 부착 방법은, 자속 차폐방법과 와전류 차폐방법을 복합적으로 사용하는 차폐재가 구비된 차폐밴드를 HVDC 케이블의 부분방전을 측정하는 센서부와 일체화시킴으로써, 차폐성능을 극대화시키고, 외부 노이즈로부터 받는 영향을 줄여 측정 감도를 향상시킬 수 있다. The HVDC cable partial discharge measuring sensor and its attachment method according to an embodiment of the present invention include a shielding band provided with a shielding material using a magnetic flux shielding method and an eddy current shielding method in combination with a sensor unit for measuring partial discharge of an HVDC cable; By integrating them, the shielding performance can be maximized and the measurement sensitivity can be improved by reducing the influence from external noise.
본 발명의 일 실시예에 따른 HVDC 케이블 부분방전 측정 센서 및 그 부착 방법은, HVDC 케이블에 웨어러블 밴드 형태로 감싸는 방식으로 부분방전 측정센서를 장착함으로써, 센서 설치시간을 최소화시킬 수 있다. The HVDC cable partial discharge measuring sensor and the method for attaching the same according to an embodiment of the present invention can minimize the sensor installation time by mounting the partial discharge measuring sensor in a manner of wrapping the HVDC cable in a wearable band form.
한편, 본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 이하에서 설명할 내용으로부터 통상의 기술자에게 자명한 범위 내에서 다양한 효과들이 포함될 수 있다. On the other hand, the effects of the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and various effects may be included within the range apparent to those skilled in the art from the description below.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 HVDC 케이블 부분 방전 측정 장치의 구성 블럭도이다.
도 2는 도 1에 도시된 부분 방전 측정기의 하드웨어 구성도이다.
도 3은 도 1에 도시된 부분 방전 측정기에서 HVDC 케이블 부분방전 측정 센서 설치의 일예이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 HVDC 케이블 부분방전 측정 센서를 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 HVDC 케이블 부분방전 측정 센서의 구조를 설명하기 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전압원에 따른 부분방전 측정 파형의 비교 분석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 와전류 및 자속 차폐방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 부분방전(PD) 신호 측정 및 외부노이즈 차폐 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 HVDC 케이블 부분방전 측정 센서가 HVDC 케이블에 결합된 구조를 나타낸 사시도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 HVDC 케이블 부분방전 측정 센서가 HVDC 케이블에 결합된 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 HVDC 케이블 부분방전 측정 센서의 차폐재를 설명하기 위한 도면이다.1 is a block diagram of an HVDC cable partial discharge measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a hardware configuration diagram of the partial discharge meter shown in FIG. 1 .
3 is an example of the installation of the partial discharge measuring sensor HVDC cable in the partial discharge measuring instrument shown in FIG.
4 is a perspective view illustrating a HVDC cable partial discharge measuring sensor according to an embodiment of the present invention.
5 is a view for explaining the structure of the HVDC cable partial discharge measurement sensor according to an embodiment of the present invention.
6 is a graph showing comparative analysis results of partial discharge measurement waveforms according to voltage sources according to an embodiment of the present invention.
7 is a view for explaining an eddy current and magnetic flux shielding method according to an embodiment of the present invention.
8 is a view for explaining the concept of measuring a partial discharge (PD) signal and shielding external noise according to an embodiment of the present invention.
9 is a perspective view illustrating a structure in which an HVDC cable partial discharge measurement sensor is coupled to an HVDC cable according to an embodiment of the present invention.
10 is a view for explaining a structure in which the HVDC cable partial discharge measurement sensor is coupled to the HVDC cable according to an embodiment of the present invention.
11 is a view for explaining a shielding material of the HVDC cable partial discharge measurement sensor according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 HVDC 케이블 부분방전 측정 센서 및 그 부착 방법을 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. Hereinafter, an HVDC cable partial discharge measuring sensor and a method for attaching the same according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In this process, the thickness of the lines or the size of the components shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of explanation.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.In addition, the terms to be described later are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to the intention or custom of the user or operator. Therefore, definitions of these terms should be made based on the content throughout this specification.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 HVDC 케이블 부분 방전 측정 장치의 구성 블럭도이다. 1 is a block diagram of an HVDC cable partial discharge measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, HVDC 케이블 부분 방전 측정 장치(100)는, HVDC 케이블 케이블에 설치되는 HVDC 케이블 부분방전 측정 센서(110), HVDC 케이블 부분방전 측정 센서(110)로부터 측정 결과 정보를 획득하며 상기 측정 결과 정보를 미리 설정되는 분석 모드에 적용하여 부분 방전 측정 정보를 생성하는 다수의 부분 방전 측정기(130-1 내지 130-n), 상기 부분 방전 측정 정보를 이용하여 부분 방전 여부를 판단하는 분석 컴퓨터(150) 등을 포함하여 구성될 수 있다.1, the HVDC cable partial
또한, HVDC 케이블 부분 방전 측정 장치(100)에는 연속적인 부분 방전 측정을 위해 전원 공급기(140)가 구성될 수 있다. 이 전원 공급기(140)는 UPS(Uninterruptible Power Supply)가 될 수 있다. 물론, 이러한 전원 공급기(140)를 별도로 구성하지 않고 각각의 HVDC 케이블 부분방전 측정 센서(110), 부분 방전 측정기(130-1 내지 130-n), 분석 컴퓨터(150) 등에 전원 공급기가 구성될 수 있다.In addition, the HVDC cable partial
또한, 분석 컴퓨터(150)를 분석 정보를 수신하여 이를 디스플레이하는 제1 내지 제n 모니터(170-1 내지 170-n)가 구성된다. 물론, 이러한 모니터(170-1 내지 170-n)는 통신 단말기의 모니터가 될 수 있다. 통신 단말기로서는 노트북, 스마트폰, 스마트 패드, 데스크 탑 컴퓨터 등이 될 수 있다.In addition, the first to nth monitors 170-1 to 170-n for receiving the analysis information by the
따라서 제1 내지 제n 부분 방전 측정기(130-1 내지 130-n)에 각각 대응되게 제1 내지 제n 모니터(170-1 내지 170-n)가 구성될 수 있으며, 이들 부분 방전 측정기의 설정 화면, 결과 데이터 등을 디스플레이할 수 있다. Therefore, the first to nth monitors 170-1 to 170-n may be configured to correspond to the first to nth partial discharge meters 130-1 to 130-n, respectively, and the setting screen of these partial discharge meters 130-1 to 130-n. , result data, etc. can be displayed.
또한, HVDC 케이블 부분 방전 측정 장치(100)에는 원격지에서도 무선 통신을 통해 제어가 가능한 원격 제어기(160)가 구성될 수 있다. 원격 제어기(160)는 통신 단말기가 될 수 있다.In addition, the HVDC cable partial
HVDC 케이블 부분방전 측정 센서(110)와 제1 부분 방전 측정기(130-1)사이에는 컨버터(120)가 구성될 수 있다. 이 컨버터(120)는 RS232 신호를 TCP/IP(Transport Control Protocol/Internet Protocol) 신호로 변환하는 기능을 수행한다. 물론, 도 1에서는 컨버터(120)를 구성하여 도시하였으나, 이러한 컨버터를 제1 내지 제n 부분 방전 측정기(130-1 내지 130-n)내에 구성하는 것도 가능하고, HVDC 케이블 부분방전 측정 센서(110)와 제1 부분 방전 측정기(130-1)사이를 무선 통신으로 연결하는 것도 가능하다.A
제1 내지 제n 부분 방전 측정기(130-1 내지 130-n)는 직렬로 연결되며, 제1 부분 방전 측정기(130-n)가 분석 컴퓨터(150)에 최종으로 연결된다. 즉, 제1 부분 방전 측정기(130-1)의 LAN1 포트가 컨버터(120)에 연결되고, 제1 부분 방전 측정기(130-1)의 LAN2 포트가 제2 부분 방전 측정기(130-2)의 LAN1포트와 연결된다. 나머지 부분 방전 측정기도 이와 유사하게 연결되는 방식이다.The first to nth partial discharge meters 130 - 1 to 130 - n are connected in series, and the first partial discharge meter 130 - n is finally connected to the
물론, 제1 내지 제n 부분 방전 측정기(130-1 내지 130-n)는 LAN(Local Area Network) 케이블을 통하여 유선으로 연결되는 것으로 도시되어 있으나, 무선 랜을 이용하여 연결되는 것도 가능하다. Of course, the first to nth partial discharge measuring devices 130-1 to 130-n are illustrated as being connected by wire through a LAN (Local Area Network) cable, but they may also be connected using a wireless LAN.
제1 내지 제n 부분 방전 측정기(130-1 내지 130-n)는 측정된 주파수를 이용하여 분석하는 주파수 분석 모드, 측정되는 펄스를 이용하여 분석하는 부분방전 펄스분석 모드, 측정된 펄스의 시간차를 이용한 시간차 분석 모드로 구분되며 각 모드에서 8채널 동시 측정이 가능하다. 각 모드의 동시 측정 채널 개수는 측정 케이블 상태에 따라 변동 가능하다. The first to nth partial discharge measuring instruments 130-1 to 130-n measure the frequency analysis mode for analyzing using the measured frequency, the partial discharge pulse analysis mode for analyzing using the measured pulse, and the time difference between the measured pulses. It is divided into the used time difference analysis mode, and simultaneous measurement of 8 channels is possible in each mode. The number of simultaneous measurement channels in each mode can be changed according to the condition of the measurement cable.
최종적으로 제1 내지 제n 부분 방전 측정기(130-1 내지 130-n)에서 측정된 부분 방전 신호는 연산 및 신호처리 과정을 거쳐 분석 컴퓨터(150)로 데이터를 전송하게 된다.Finally, the partial discharge signals measured by the first to nth partial discharge measuring devices 130-1 to 130-n are subjected to calculation and signal processing to transmit data to the
또한, 제1 내지 제n 부분 방전 측정기(130-1 내지 130-n)는 각 장치별 고유 IP를 부여하여 8채널 또는 그 이상 채널로 동시 측정이 가능한 부분 방전 측정기를 하나의 분석 컴퓨터(150)에서 복수로도 사용할 수 있다. In addition, the first to n-th partial discharge measuring devices 130-1 to 130-n are given a unique IP for each device, so that the partial discharge measuring device capable of simultaneous measurement with 8 channels or more channels is one
도 2는 도 1에 도시된 부분 방전 측정기의 하드웨어 구성도이다. FIG. 2 is a hardware configuration diagram of the partial discharge meter shown in FIG. 1 .
도 2를 참조하면, 부분 방전 측정기는 배전 선로(미도시) 또는 전원 공급기(도 1의 140)로부터 전원을 공급받는 상용 전원 및 DC 전원 입력단자(210), 상용전원 또는 DC 전원을 선택할 수 있는 상용전원, DC 전원 선택 토글 스위치(220), 전원이 인가되었는지를 확인할 수 있는 장비 전원 확인 LED(Light Emitting Diode)(230-PWR), 초기 부팅시 전원을 확인할 수 있는 장비 초기 부팅시 확인 LED(230-Ready), 네트워크 통신이 가능한지를 확인할 수 있는 네트워크 통신 여부 확인 LED(③-Com), 데이터 통신이 가능한지를 나타내는 데이터 통신 여부 확인 LED(230-Data), 단독 모드(Stand Alone Mode)로써 측정 노트북 없이 장비 자체적으로 측정하는 기능 동작 확인 LED(230-SAM), LAN 통신 포트(Port)(240), 광통신 포트(250), 8채널 또는 그 이상 채널로 동시 측정이 가능한 아날로그 신호 입력 BNC(Bayonet Neil-Concelman) 포트(260), 스코프(Scope) 모드에서 외부 트리거(EXTTrigger) 신호 입력 BNC 포트(270), 주파수 분석 모드에서 상용 전원 외부 동기화(EXT SYNC) 입력 BNC 포트(280), GPS(Global Positioning System) 안테나(ANT)를 연결해주는 안테나 포트(290) 등으로 구성되어 있다.Referring to FIG. 2 , the partial discharge measuring device can select commercial power and DC
물론, 이러한 단자, LED, 포트 등에 연결되어 신호, 데이터를 처리하기 위한 프로세서, 회로, 전자 소자, 메모리, 소프트웨어 등이 구성된다. 메모리는 플래시 메모리 디스크(SSD: Solid State Disk), 하드 디스크 드라이브, 플래시 메모리, EEPROM(Electrically erasable programmable read-only memory), SRAM(Static RAM), FRAM (Ferro-electric RAM), PRAM (Phase-change RAM), MRAM(Magnetic RAM) 등과 같은 비휘발성 메모리 및/또는 DRAM(Dynamic Random Access Memory), SDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory), DDRSDRAM(Double Date Rate-SDRAM) 등과 같은 휘발성 메모리의 조합으로 구성될 수 있다.Of course, a processor, circuit, electronic device, memory, software, etc. are configured to be connected to these terminals, LEDs, ports, and the like to process signals and data. Memory includes flash memory disk (SSD: Solid State Disk), hard disk drive, flash memory, EEPROM (Electrically erasable programmable read-only memory), SRAM (Static RAM), FRAM (Ferro-electric RAM), PRAM (Phase-change) RAM), non-volatile memory such as magnetic RAM (MRAM), etc. and/or volatile memory such as dynamic random access memory (DRAM), synchronous dynamic random access memory (SDRAM), double date rate-SDRAM (DDRSDRAM), etc. can
도 3은 도 1에 도시된 부분 방전 측정기에서 HVDC 케이블 부분방전 측정 센서 설치의 일예이다. FIG. 3 is an example of installation of a partial discharge measuring sensor for an HVDC cable in the partial discharge measuring device shown in FIG. 1 .
도 3을 참조하면, HVDC 케이블 부분방전 측정 센서(300)가 HVDC 케이블(400)에 설치된다. HVDC 케이블 부분방전 측정 센서(300)를 설치하는 경우에는 노이즈 센서를 이용한 게이팅 과정을 거치고 않고 측정 가능하다. 즉, HVDC 케이블 부분방전 측정 센서(300)를 포트(260)에 연결 와이어(265)를 통해 한 쌍(A1,A2,B1,B2,C1,C2,N1,N2)씩 연결할 수 있다. Referring to FIG. 3 , the HVDC cable partial
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 HVDC 케이블 부분방전 측정 센서를 나타낸 사시도, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 HVDC 케이블 부분방전 측정 센서의 구조를 설명하기 도면, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전압원에 따른 부분방전 측정 파형의 비교 분석 결과를 나타낸 그래프, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 E따른 와전류 및 자속 차폐방법을 설명하기 위한 도면, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 부분방전(PD) 신호 측정 및 외부노이즈 차폐 개념을 설명하기 위한 도면, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 HVDC 케이블 부분방전 측정 센서가 HVDC 케이블에 결합된 구조를 나타낸 사시도, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 HVDC 케이블 부분방전 측정 센서가 HVDC 케이블에 결합된 구조를 설명하기 위한 도면, 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 HVDC 케이블 부분방전 측정 센서의 차폐재를 설명하기 위한 도면이다.4 is a perspective view showing the HVDC cable partial discharge measuring sensor according to an embodiment of the present invention, FIG. 5 is a view for explaining the structure of the HVDC cable partial discharge measuring sensor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 6 is the present invention A graph showing a comparative analysis result of a partial discharge measurement waveform according to a voltage source according to an embodiment of the present invention, FIG. 7 is a view for explaining an eddy current and magnetic flux shielding method E according to an embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a diagram of the present invention A diagram for explaining the concept of partial discharge (PD) signal measurement and external noise shielding according to an embodiment, FIG. 9 is a perspective view showing a structure in which an HVDC cable partial discharge measurement sensor according to an embodiment of the present invention is coupled to an HVDC cable , FIG. 10 is a view for explaining a structure in which the HVDC cable partial discharge measurement sensor according to an embodiment of the present invention is coupled to the HVDC cable, and FIG. 11 is a shielding material of the HVDC cable partial discharge measurement sensor according to an embodiment of the present invention. It is a drawing for explaining.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 HVDC 케이블 부분방전 측정 센서(300)는 센서부(310) 및 차폐밴드(320)를 포함한다.4 and 5 , the HVDC cable partial
센서부(310)는 HVDC(High-Voltage Direct Current) 케이블의 일정 위치에 부착되며, HVDC 케이블(400)의 부분방전 발생 신호를 감지한다. 이러한 센서부(310)는 예컨대, 접촉식 유도성 센서일 수 있다.The
접촉식 유도성 센서는 케이블이나 접속함 표면에 부착하는 형태로써, 케이블 자체나 중간 접속함, 종단 접속함 설치위치에 관계없이 적용가능하다. 이에, 본 발명에 따른 HVDC 케이블 부분방전 측정 센서(300)는 접촉식 유도성 센서를 이용할 수 있다. 이때, 접촉식 유도성 센서는 감도 : 5pC±1%, 측정 주파수 범위 : 5MHz ~ 400MHz, 특성 임피던스 : 50Ω, 운용 온도범위 : -10 ~ 85℃의 사양을 가질 수 있다. The contact-type inductive sensor is attached to the surface of the cable or junction box, and can be applied regardless of the installation location of the cable itself, the intermediate junction box, or the terminal junction box. Accordingly, the HVDC cable partial
한편, AC 전압원과 DC 전압원에 따라 전계 지배방정식의 차이가 있어 케이블 결함에서 전압원에 따른 부분방전 발생 메커니즘은 상이하지만, 결함에서 전하가 축적되고 방전개시전압을 초과하여 국부적으로 방전이 발생할 때 주파수 특성이 유사하기 때문에 기존 AC 케이블에 사용하는 부분방전 센서의 측정주파수 대역을 HVDC 케이블(400)에도 적용할 수 있다. On the other hand, there is a difference in the electric field governing equations depending on the AC voltage source and the DC voltage source, so the mechanism of partial discharge according to the voltage source in a cable fault is different. However, when the charge accumulates in the fault and the discharge occurs locally exceeding the discharge start voltage, the frequency characteristics Because of this similarity, the measurement frequency band of the partial discharge sensor used for the existing AC cable can also be applied to the
AC 및 DC 전압의 인위적 결함을 모의한 시료에서 부분방전 신호의 파형을 확인하기 위해 실험을 수행한 결과, 도 6과 같은 부분방전 신호의 파형을 확인할 수 있다. 즉, AC 전압 인가시 부분방전 파형은 피크까지 상승시간이 4.3ns, 피크전압이 약 1V이며, DC 전압 인가 시 부분방전 파형은 피크까지 상승시간이 5ns, 피크전압이 약 1.5V임을 확인할 수 있다. 피크전압에 다소 차이가 있지만, 최고주파수 범위가 매우 유사한 것을 확인할 수 있어, 기존 AC 케이블용 부분방전 센서인 접촉식 유도성 센서를 HVDC 케이블(400)에도 적용할 수 있음을 확인할 수 있다. As a result of performing an experiment to confirm the waveform of the partial discharge signal in the sample simulating the artificial defect of AC and DC voltage, the waveform of the partial discharge signal as shown in FIG. 6 can be confirmed. That is, when AC voltage is applied, the partial discharge waveform has a rise time of 4.3 ns to the peak, and the peak voltage is about 1 V. When DC voltage is applied, it can be confirmed that the partial discharge waveform has a rise time of 5 ns to the peak and a peak voltage of about 1.5 V. . Although there is a slight difference in the peak voltage, it can be confirmed that the highest frequency range is very similar, and it can be confirmed that the contact-type inductive sensor, which is a partial discharge sensor for an existing AC cable, can also be applied to the
차폐밴드(320)는 센서부(310)와 HVDC 케이블(400)의 외주면을 따라 배치되어, 센서부(310)로 유입되는 외부 노이즈를 차단한다. 이러한 차폐밴드(320)는 도 5에 도시된 바와 같이 최외각에 배치되는 제1 절연층(322), 제1 절연층(322) 하부에 배치되며, 와전류 차폐 및 자속 차폐가 적용된 차폐층(324), 및 차폐층(324) 하부에 배치되는 제2 절연층(326)을 포함한다. The
제1 절연층(322)은 차폐층(324)의 손상을 방지하기 위해 차폐층(324)을 감싸는 구조일 수 있고, 제2 절연층(326)은 HVDC 케이블(400) 내부로부터의 자계 경로를 확보하여 페라이트 코어(314)에 유도될 수 있도록 제1 절연층(322)보다 더 두껍게 할 수 있다. The first insulating
차폐층(324)은 와전류 차폐재 및 자속 차폐재가 내장되어, 와전류 차폐방법과 자속 차폐방법이 복합적으로 적용될 수 있다. 이때, 와전류 차폐재는 알루미늄이나 구리 등과 같은 도전율이 우수한 고전도성 금속 재질로 형성될 수 있고, 자속 차폐재는 뮤메탈 퍼멀로이, 은섬유 및 니켈 등과 같은 비투자율이 높은 강자성체 재질로 형성될 수 있다. The
일반적으로 차폐방법은 크게 와전류 차폐방법과 자속 차폐방법으로 분류할 수 있다. In general, the shielding method can be divided into an eddy current shielding method and a magnetic flux shielding method.
와전류 차폐방법은 케이블 전류인가에 따른 자계 형성시 전도성 차폐재를 주변에 설치하고, 페러데이 유도법칙에 의해 역전류에 의한 역자계를 형성시켜 일부 상쇄시켜 차폐하는 방식일 수 있다. 와전류 차폐방법을 위한 차폐재는 높은 도전율의 금속재질이 필요하며, 일반적으로 가볍고 경제적인 알루미늄 재질을 사용할 수 있다. 알루미늄에 역전류가 흐르게 되면, 이는 줄열을 발생시키고, 열저항이 되어 케이블의 허용전류를 저감시켜 송전용량을 감소시키는 단점으로 작용할 수 있다. 특히, 주파수가 0인 DC 자계로 갈수록 와전류 차폐방법은 차폐성능이 감소하게 되는데, 이는 와전류 차폐방법의 효율성이 자계의 주파수에 비례하는 특성을 가지기 때문일 수 있다. 다시 말해서, HVDC 케이블 부분방전 측정 센서(300)에 알루미늄만 적용하면, HVDC 케이블(400)의 순수한 DC 자계나 리플(ripple) 중 저주파 성분에 의해 HVDC 케이블 부분방전 측정 감도에 영향을 받을 수 있다. 와전류 차폐방법에서 차폐재의 사이즈가 증가하면 면적이 증가하고, 면적이 증가하면 전기적 저항이 감소하기 때문에 와전류가 더 잘 흐르게 되어 차폐성능은 증가할 수 있다. 따라서 와전류 차폐방법은 사이즈가 큰 GIS(Gas Insulated Switchgear)에 적합하지만, 센서와 같이 작은 사이즈의 차폐재로 사용하기에는 한계가 있기 때문에 HVDC 케이블 부분방전 측정 센서(300)에 적합한 차폐방법이 필요하다. The eddy current shielding method may be a method of shielding by installing a conductive shielding material around the formation of a magnetic field according to the application of a cable current, forming a reverse magnetic field by the reverse current according to Faraday's induction law, and partially canceling it. The shielding material for the eddy current shielding method requires a metal material of high conductivity, and in general, a light and economical aluminum material can be used. When reverse current flows through aluminum, it generates Joule heat and becomes thermal resistance, which can act as a disadvantage of reducing the allowable current of the cable and reducing the power transmission capacity. In particular, the shielding performance of the eddy current shielding method decreases as the frequency goes to a DC magnetic field of 0, which may be because the efficiency of the eddy current shielding method has a characteristic proportional to the frequency of the magnetic field. In other words, if only aluminum is applied to the HVDC cable partial
자속 차폐방법은 높은 투자율의 강자성체를 사용함으로써 외부 전자파의 자속이 차폐재 내부로 모두 들어가도록 하는 전자계 물리현상을 이용한 방식으로, 센서 내부로의 침투를 막아 차폐하는 방법일 수 있다. 자속 차폐방법은 주변 매질 대비 높은 투자율의 차폐재로 들어가는 특성을 가지기 때문에, 자계가 차폐재에 머물러 주변의 자계밀도를 저감시킬 수 있다. 이러한 강자성체를 이용한 차폐방법은 상대적으로 작은 규모에 적합한 차폐방법이므로, 부분방전 측정 센서(300)와 같이 사이즈가 작은 구조에서 사용할 수 있다. 또한, 강자성체를 이용한 차폐방법은 저주파, DC 자계에서도 차폐성능이 감소하지 않기 때문에, HVDC 케이블(400)로부터의 영향을 원천적으로 차단할 수 있고, HVDC 케이블(400) 절연체 내부의 순수한 방전신호만 측정할 수 있다. The magnetic flux shielding method may be a method of shielding by blocking penetration into the sensor by using a magnetic field physics phenomenon that allows the magnetic flux of external electromagnetic waves to enter the inside of the shielding material by using a ferromagnetic material with high magnetic permeability. Since the magnetic flux shielding method has a property of entering the shielding material having high magnetic permeability compared to the surrounding medium, the magnetic field stays in the shielding material to reduce the surrounding magnetic field density. Since the shielding method using such a ferromagnetic material is a shielding method suitable for a relatively small scale, it can be used in a structure having a small size, such as the partial
따라서 본 발명에 따른 차폐밴드(320)는 와전류 차폐방법과 자속 차폐방법을 복합적으로 사용하기 위해, 각 방법에 적합한 차폐재를 도 7과 같이 다양한 구성방식으로 내장시켜 사용할 수 있다. 와전류 차폐방법은 고주파 대역의 차폐에 유리하지만, 저주파 대역의 차폐에 불리하므로, 이를 극복하기 위해 자속 차폐방법을 보강한 복합 차폐방법을 사용하여 저주파 대역부터 고주파 대역까지의 차폐를 원활하게 할 수 있다. 이러한 복합 차폐방법은 강자성체를 투과한 전자파라 하더라도 와전류 차폐방법으로 이중 보완할 수 있고, 반대로 와전류 차폐로 저감 효과가 더딘 부분은 강자성체로 차폐 효과를 극대화시킬 수 있다. Therefore, in the
HVDC 케이블(400) 절연체 내 결함에 의해 부분방전이 발생하면, 도 8과 같이 부분방전(PD) 신호가 절연체 외부에 있는 금속시스에 의해 접지 측으로 이동하게 되는데, 복합차폐가 적용된 HVDC 케이블 부분방전 측정 센서(300)를 이용하여 부분방전 신호를 측정하게 되면, 주변 선로의 센서 또한 차폐되어 있기 때문에 부분방전 신호가 유도되지 않는 장점이 있다. 또한, HVDC 케이블 시스템은 크로스 본딩을 적용하지 않기 때문에 부분방전 신호의 유도만 막을 수 있으면, 방전원의 발생위치 상(phase) 구분이 원활할 수 있다. 이에, 본 발명에 따른 HVDC 케이블 부분방전 측정 센서(300)는 HVDC 케이블(400) 원주방향으로 차폐하기 위한 수단으로 차폐밴드(320)를 구비할 수 있다. When a partial discharge occurs due to a defect in the insulator of the
상술한 바와 같이 차폐밴드(320)는 와전류 차폐방법과 자속 차폐방법을 복합적으로 적용하는 복합 차폐방법을 사용할 수 있다. 또한, 차폐밴드(320)의 내부에는 공중파나 코로나 노이즈가 센서부(310) 내부의 페라이트 코어(314)로 투과할 수 있는 경로를 차폐할 수 있는 재질의 차폐재가 내장되어 있으며, 절연으로 감싸져 있다. As described above, the
또한, 차폐밴드(320)는 손목에 시계를 차듯이 HVDC 케이블(400) 외경을 따라 배치되어야 하므로, 웨어러블 형태일 수 있다. In addition, since the
또한, 차폐밴드(320)는 양단부를 탈부착하기 위한 탈착부재(328)가 형성될 수 있다. 여기서, 탈착부재(328)는 예컨대, 접착테이프일 수 있다. 즉, HVDC 케이블 부분방전 측정 센서(300)는 HVDC 케이블(400)에 탈부착하기 위해 웨어러블 차폐밴드(320)에 벨크로 테이프를 적용할 수 있다. 또한, 차폐밴드(320)는 HVDC 케이블(400) 외경에 따라 일정부분 유연하게 늘어나야 하므로, 고무재질로 형성될 수 있다. In addition, the
센서부(310)와 차폐밴드(320)가 결합되면, 도 5와 같은 형태일 수 있다. 즉, HVDC 케이블 부분방전 측정 센서(300)는 접촉식 유도성 센서 출력부(312), 페라이트 코어(314), 제2 절연층(326), 차폐층(324), 제2 절연층(326) 및 접촉식 유도성 센서(310)로 구성될 수 있다. When the
상기와 같이 구성된 HVDC 케이블 부분방전 측정 센서(300)를 HVDC 케이블(400)에 설치하고자 하는 경우, 먼저 센서부(310)를 HVDC 케이블(400)의 부착 위치에 고정시킨다. 그런 후, 차폐밴드(320)를 그 위에 감고 차폐밴드 양단부(양 끝단)의 벨크로 테이프를 이용하여 서로 붙이면 도 9과 같이 HVDC 케이블 부분방전 측정 센서(300)를 HVDC 케이블(400)에 부착할 수 있다. 이때, HVDC 케이블 부분방전 측정 센서(300)는 도 10에 도시된 바와 같이 미세한 공기층(500)을 두고 HVDC 케이블(400)에 부착할 수 있다. HVDC 케이블(400)은 외장층(410), 금속시스(420), 절연체(430), 및 도체(440)로 구성될 수 있다. When the HVDC cable partial
차폐밴드(320)의 양 끝단을 서로 붙여 고정시키면 내장되어 있는 차폐재가 서로 루프형태로 이어져 사방의 노이즈 신호를 차폐시킬 수 있다. 차폐밴드(320)가 결합된 HVDC 케이블 부분방전 측정 센서(300) 내부에는 뮤메탈 퍼멀로이의 차폐재가 도 11에 적색으로 표시된 것과 같이 존재하여 외부 노이즈를 차폐할 수 있다. When both ends of the
상술한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 HVDC 케이블 부분방전 측정 센서 및 그 부착 방법은, 자속 차폐방법과 와전류 차폐방법을 복합적으로 사용하는 차폐재가 구비된 차폐밴드를 HVDC 케이블의 부분방전을 측정하는 센서부(310)와 일체화시킴으로써, 차폐성능을 극대화시키고, 외부 노이즈로부터 받는 영향을 줄여 측정 감도를 향상시킬 수 있다. As described above, the HVDC cable partial discharge measuring sensor and its attachment method according to an embodiment of the present invention measure the partial discharge of the HVDC cable using a shielding band provided with a shielding material using a magnetic flux shielding method and an eddy current shielding method in combination. By integrating it with the
본 발명의 일 실시예에 따른 HVDC 케이블 부분방전 측정 센서 및 그 부착 방법은, HVDC 케이블에 웨어러블 밴드 형태로 감싸는 방식으로 부분방전 측정 센서를 장착함으로써, 센서 설치시간을 최소화시킬 수 있다. The HVDC cable partial discharge measurement sensor and the method for attaching the same according to an embodiment of the present invention can minimize the sensor installation time by mounting the partial discharge measurement sensor in a manner of wrapping the HVDC cable in a wearable band form.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다. Although the present invention has been described with reference to the embodiment shown in the drawings, this is merely exemplary, and it is understood that various modifications and equivalent other embodiments are possible by those of ordinary skill in the art. will understand Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be defined by the following claims.
300 : HVDC 케이블 부분방전 측정 센서
310 : 센서부
320 : 차폐밴드
322 : 제1 절연층
324 : 차폐층
326 : 제2 절연층
400 : HVDC 케이블300: HVDC cable partial discharge measurement sensor
310: sensor unit
320: shielding band
322: first insulating layer
324: shielding layer
326: second insulating layer
400: HVDC cable
Claims (8)
상기 센서부와 HVDC 케이블의 외주면을 따라 배치되어, 상기 센서부로 유입되는 외부 노이즈를 차단하는 차폐밴드
를 포함하는 HVDC 케이블 부분방전 측정 센서.
a sensor unit attached to a predetermined position of a High-Voltage Direct Current (HVDC) cable and detecting a partial discharge signal of the HVDC cable; and
A shielding band disposed along the outer peripheral surface of the sensor unit and the HVDC cable to block external noise flowing into the sensor unit
HVDC cable partial discharge measurement sensor comprising a.
상기 센서부는, 접촉식 유도성 센서인 것을 특징으로 하는 HVDC 케이블 부분방전 측정 센서.
According to claim 1,
The sensor unit, HVDC cable partial discharge measurement sensor, characterized in that the contact-type inductive sensor.
상기 차폐밴드는,
최외각에 배치되는 제1 절연층;
상기 제1 절연층 하부에 배치되며, 와전류 차폐 및 자속 차폐가 적용된 차폐층; 및
상기 차폐층 하부에 배치되는 제2 절연층을 포함하는 것을 특징으로 하는 HVDC 케이블 부분방전 측정 센서.
According to claim 1,
The shielding band is
a first insulating layer disposed at the outermost;
a shielding layer disposed under the first insulating layer and to which eddy current shielding and magnetic flux shielding are applied; and
HVDC cable partial discharge measurement sensor, characterized in that it comprises a second insulating layer disposed under the shielding layer.
상기 차폐층에는 와전류 차폐재 및 자속 차폐재가 내장되고,
상기 와전류 차폐재는 고전도성 금속 재질로 형성되며, 상기 자속 차폐재는 강자성체 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 HVDC 케이블 부분방전 측정 센서.
4. The method of claim 3,
An eddy current shielding material and a magnetic flux shielding material are embedded in the shielding layer,
The eddy current shielding material is formed of a highly conductive metal material, the HVDC cable partial discharge measuring sensor, characterized in that the magnetic flux shielding material is formed of a ferromagnetic material.
상기 차폐밴드는, 웨어러블 차폐밴드인 것을 특징으로 하는 HVDC 케이블 부분방전 측정 센서.
According to claim 1,
The shielding band, HVDC cable partial discharge measurement sensor, characterized in that the wearable shielding band.
상기 차폐밴드는, 양단부를 탈부착하기 위한 탈착부재가 형성되는 것을 특징으로 하는 HVDC 케이블 부분방전 측정 센서.
6. The method of claim 5,
The shielding band, HVDC cable partial discharge measurement sensor, characterized in that the detachable member for attaching and detaching both ends is formed.
상기 탈착부재는, 접착테이프인 것을 특징으로 하는 HVDC 케이블 부분방전 측정 센서.
7. The method of claim 6,
The detachable member is an HVDC cable partial discharge measuring sensor, characterized in that the adhesive tape.
센서부를 상기 HVDC 케이블의 일정 위치에 고정시키는 단계;
차폐밴드를 상기 센서부와 HVDC 케이블의 외주면을 따라 배치시키는 단계; 및
상기 차폐밴드의 양 단부를 연결하는 단계
를 포함하는 HVDC 케이블 부분방전 측정 센서의 부착방법.In the method of attaching the HVDC cable partial discharge measurement sensor to the HVDC (High-Voltage Direct Current) cable,
fixing the sensor unit to a predetermined position of the HVDC cable;
disposing a shielding band along an outer circumferential surface of the sensor unit and the HVDC cable; and
Connecting both ends of the shielding band
HVDC cable partial discharge measurement sensor attachment method comprising a.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020190164622A KR102688889B1 (en) | 2019-12-11 | Partial discharge sensor for high-voltage direct current cable and method for installing the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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KR1020190164622A KR102688889B1 (en) | 2019-12-11 | Partial discharge sensor for high-voltage direct current cable and method for installing the same |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20210073877A true KR20210073877A (en) | 2021-06-21 |
KR102688889B1 KR102688889B1 (en) | 2024-07-29 |
Family
ID=
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102335187B1 (en) * | 2020-08-12 | 2021-12-02 | 한국전기연구원 | Power apparatus and Broad band UHF partial discharge sensor used in the same |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102335187B1 (en) * | 2020-08-12 | 2021-12-02 | 한국전기연구원 | Power apparatus and Broad band UHF partial discharge sensor used in the same |
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