부분방전 분석에 의한

진공 차단기 절연 진단 조사. 특히, 배전반에 가장 많이 설치되는 진공차단기의 핵심부품인 진공차단기의 절연진단은 매우 중요합니다.

Fig. 1.1 Trend of high voltage circuit breakers

수배전반

진공 차단기는 가동 접점, 고정 접점, 벨로우즈 및 세라믹 절연체로 구성됩니다. 진공차단기, 진공차단기 등 현장에서 사용되는 진단방법은 크게 나누어집니다.

Fig. 2.2 An example of a Vacuum Circuit Breaker

부분방전

불균등한 전기장으로 인해 발생하는 부분 방전은 일반적으로 크리핑 방전 또는 코로나 방전의 형태를 취합니다. 크리프 방전은 인가 전력에 따라 다르지만 대부분 글로우 방전으로 진행되어 결국 플래시오버나 아크 방전으로 발전한다[20]. 코로나 방전은 그림 2.6과 같이 뾰족한 지점에 전기장이 집중되어 발생하며 국부적인 절연 파괴로 인해 빛이나 소리를 동반합니다.

코로나 방전의 메커니즘은 그림 2.7에서 전자 사태의 진행 과정으로 설명됩니다. 특히 부분방전 검출 방식은 진단 대상 기기에 영향을 주지 않고 절연체의 정확한 진단이 가능해 국내외에서 활용이 가능하다. 부분 방전 검출 방법. 부분방전 신호는 전류 펄스 형태로 발생하기 때문에 커플링 커패시터, 검출 저항 등을 사용하여 검출할 수 있습니다.

Fig. 2.8 Detection circuit based on IEC 60270

실험계

두 측정 장치 모두 표준 펄스 발생기(CAL 1A, 전력 진단)를 사용하여 교정되었습니다. 진공 차단기의 진공누설로 인한 부분방전, 접점의 불완전 개방, 접점 표면의 손상 결함을 모사하기 위해 그림 3.3과 같은 전극 시스템을 제작하였다. 전극방식의 내부전극은 위에서 언급한 진공브레이커와 동일한 제품의 내부접점을 사용하였다.

Fig. 3.1 Partial discharge measurement system

부분방전 측정

일반적으로 진공차단기는 충분한 절연내력을 확보하기 위해 내부 진공도가 약 5×10-5 torr 이상으로 제작됩니다. 그러나 벨로우즈의 경화나 밀폐용기의 균열로 인해 미세결함이 발생하면 진공도는 급속히 대기압 수준으로 떨어집니다. 따라서 진공조건은 진공이 완전히 흐르는 조건인 상압 및 대기압 조건을 선택하였다.

진공 차단기는 정상 전류와 비정상 전류를 차단하여 발생하는 높은 아크 에너지에 의해 접촉면이 변형되는 것을 방지하기 위해 특수 구리-크롬 합금으로 제작됩니다. 진공 차단기의 진공누설, 접점의 불완전 개방, 접점 표면의 손상 등의 내부 불량이 발생할 경우 내부 접점간의 절연내력이 저하되어 제품에 심각한 영향을 미치게 됩니다. 특히 방전개시전압(DIV) 등 상용전압보다 낮은 전압에서 검출되는 부분방전 신호를 분석하면 절연 진단을 명확하게 할 수 있다.

정상 상태

그러므로 이를 미리 알아내는 것이 매우 중요합니다. 특히 방전개시전압(DIV) 등 상용전압보다 낮은 전압에서 검출되는 부분방전 신호 분석을 통해 절연 진단을 명확하게 할 수 있다. a) 방전 시작 전압. 일반 진공차단기의 인가전압에 따른 방전전하량, 펄스수, 위상분포 등 PRPD 특성을 비교하여 그림 4.2에 나타내었다.

인가된 전압에 관계없이 위상 패턴은 유사하게 나타났습니다.

그림 4.1 정상상태의 PRPD (기준 데이터)

결함별 특성

일반 진공차단기의 PRPD 특성을 바탕으로 진공누설 불량에서 검출되는 PRPD 특성을 인가전압에 따라 비교분석하여 그림 4.4에 나타내었다. 접점 열림이 불완전합니다(조건 2). a) 방전 시작 전압. 정상상태와 비교하여 인가전압에 따른 접점의 불완전 오픈결함에서의 PRPD 특성을 비교분석하여 그림 4.6에 나타내었다.

진공누설 및 접촉시 불완전개방불량으로 인한 방전개시전압은 19kV로 정상보다 4kV 낮았다. 참고자료인 정상상태 PRPD 특성을 바탕으로 진공누설 및 접점의 불완전 개폐불량으로 검출되는 PRPD 특성의 변화를 그림 4.8과 같이 인가전압에 따라 비교 분석하였다. 접촉면 손상 시 절연 성능에 미치는 영향을 분석하기 위해 정상 조건에서 진공 누설 결함의 PRPD 특성을 비교 분석하였다.

진공누설 불량으로 인해 접촉면이 손상되고 내부가 대기압이 되었을 때 방전전하가 처음 검출되는 전압은 12kV였다. 접촉면 손상 상태에서 진공누설 불량과 접촉팁의 불완전 개방이 복합된 불량에 대한 방전개시전압은 11kV이었다.

Fig. 4.3 PRPD of vacuum leakage defect

결과 고찰

반면, 접촉면이 손상되면 손상된 부위에 전계 집중이 발생한다. 정상적인 접촉 표면 조건에서는 진공 누출 및 접촉 개방 여부에 관계없이 모든 결함에 대해 양극 및 음극이 감지됩니다. 접촉면 정상상태에서의 진공누설 불량과 접촉불완전 열림 불량에 대해 검출된 방전개시전압은 19kV로 동일하였다.

이를 통해 접촉면의 정상상태에서는 접촉점의 불완전개방불량보다 진공누설불량이 절연성능에 더 큰 영향을 미치는 것으로 분석되었다. 반면 손상된 접점 표면에서의 방전 개시 전압은 단일 진공 누설 결함과 진공 누설 및 접점의 불완전한 개방이 결합된 경우 12kV입니다. 이를 통해 접촉면 손상의 경우 진공누설 단일결함보다 접촉완전개방 시 진공누설 및 복합결함이 절연성능에 더 큰 영향을 미치는 것으로 분석되었다.

그림 4.13 결함별 방전개시전압 비교