XLPE 지중케이블에서 부분방전의 측정과 분석

XLPE 지하 케이블의 부분 방전 측정 및 분석. 본 논문에서는 절연열화로 인한 부분방전을 측정하고 지중 배전선로에 사용되는 XLPE 케이블의 특성을 분석하는 연구를 수행하였다.

XLPE 케이블

중성선 내부와 외부의 물팽창 테이프는 습기에 노출되면 부풀어 올라 수분 침투를 방지합니다. 금속 실드는 내부 도체에서 방사되는 전기장을 차단하며 일반적으로 금속 스트립을 감싸는 구조입니다.

그림 2.1은 22.9kV-y CNCV-W 케이블의 구조이다. XLPE로 구성된 절 연체가 도체를 감싸고 있으며, 절연체 중심으로 내·외부의 얇은 반도전층 (Semi conducting tape)은 도체표면의 평활작용 및 절연체와의 밀착효과 로 계면의 국부적인 전계집중을 완화시킨다

절연열화 및 부분방전

부분방전은 3가지 형태로 나눌 수 있습니다. 지중케이블의 경우 부분방전은 주로 절연체 내부의 공극, 불순물, 수분으로 인한 내부방전에 의해 발생됩니다.

그림 2.3 케이블에서 부분방전 발생 Fig. 2.3 Occurrence of PD in cables

절연진단 및 위치추정

방전 펄스는 정전 용량으로 감지하며, IEC 60270에 따른 커플링 커패시터와 얇은 전극 센서를 이용한 부분 방전 감지 방식도 사용되며, 이는 케이블 외피에 금속 호일을 부착하여 감지합니다. 케이블 조인트에 주로 사용되는 방향성 커플러는 조인트 내부와 외부의 방전 펄스를 구별하고 감지하기 위해 양단에 설치됩니다. 지중케이블은 지하에 매설되기 때문에 전력케이블을 제외한 직매설이나 수로의 경우 지중으로 출입하는 연결점에 센서를 배치하여 감지한다.

일반적으로 케이블 피복과 접지 사이에 배치하여 감지합니다. 지중케이블의 경우 육안으로는 식별이 불가능하므로 다양한 전기공학적 방법을 이용하여 위치를 추정한다. 현재 케이블에 펄스를 가해 사고 지점에서 반사되는 펄스를 검출하는 TDR(Time Domain Reflectometry) 방식이 주로 사용되고 있다.

건강한 위상의 케이블은 균일한 특성 임피던스로 구성됩니다. 그러나 고장이 발생하면 케이블 도체의 저항에 따라 특성 임피던스가 달라집니다. 따라서 본 논문에서는 부분방전 시 발생하는 방전 펄스를 이용하여 TDR 방식을 이용하여 케이블의 결함 위치를 추정하였다.

그림 2.7은 국제 규격 IEC 60270에 따른 부분방전 검출법을 나타낸다.

부분방전 측정

발생된 방전 펄스를 검출하기 위해 30MHz 주파수 대역의 고주파 변류기를 케이블 자켓과 접지 사이에 설치하였고, 데이터는 5GS/s의 샘플링 속도와 데이터 획득(Data Acquisition)으로 오실로스코프를 통해 수집되었습니다. DAQ) 모듈. . LabVIEW에서 설계한 PRPD를 이용하여 부분방전 특성을 분석하였습니다. 따라서 케이블 자켓에 구멍을 뚫어 캐비티를 형성한 후 표면을 에폭시로 코팅하고 부분방전이 발생하기 쉽도록 수 mm 크기로 제작하였다.

본 연구는 XLPE 전력케이블의 제조과정에서 발생하는 주요 열화요인인 보이드(Void)를 대상으로 수행되었으며, 크기 및 위치변화에 따른 상분포, 방전량, 방전수(Φ-q-n)를 부분방전 판정을 위한 매개변수로 사용하였다. 특징을 분석했습니다. 각 결함별 부분방전 특성을 분석하기 위해 대표적인 기법인 PRPD(Phase Resolved Partial Discharge)를 사용하였다. PRPD는 방전 펄스로부터 발생 지점의 위상(Φ), 측정된 방전 전하량(q), 방전 발생 횟수(n)에 대한 데이터를 결합하여 분석하는 분석 방법이다.

1 mm 상의 초기 방전전압은 3.4 kV로 나타났다. 1mm 표면의 초기 방전전압은 3.5kV로 측정되었다. 2mm 임계값의 초기 방전 전압은 3.0kV에서 측정되었습니다.

2mm 표면의 방전 개시 전압은 2.9kV로 측정되었다. 동일한 위치 기준 방전횟수의 경우, 직경 2mm에서 발생하는 방전빈도가 직경 1mm에서 발생빈도가 높았다.

그림 3.2는 50Ω 무유도 저항 및 고주파변류기에서 측정한 방전 펄스의 파형을 나타낸다. 총 10회를 측정 수행한 결과, 50Ω에서는 평균 305.26 pC으로, 고주파변류기의 경우 298.89 pC으로 나타났으며, 약 2%이내의 오 차로 거의 일치함을 보였다

부분방전 위치추정

식 3.2는 개방 케이블 끝에서 발생하는 방전 펄스와 반사 펄스 사이의 시간차를 나타내며, 전파 속도와 펄스 간 이동 거리로부터 도출할 수 있다. 그러나 전파속도와 펄스가 케이블을 따라 이동하는 거리의 감쇠 특성을 미리 고려할 필요가 있으며, 이는 본 연구 이전에 수행되었다. 결함 위치를 추정하려면 케이블을 따라 이동하는 펄스의 전파 속도()가 필요합니다.

부분방전 펄스와 반사 펄스 검출 용이성을 판단하기 위해 전진 거리에 따른 감쇠율을 분석하여 최대 측정 가능 거리를 도출하였다. 따라서 본 논문에서는 케이블에서 부분방전 펄스에 해당하는 펄스를 발생시키고, 펄스의 크기를 거리에 따라 측정하였다. 지중 배전선로에 사용되는 22.9kV-y CNCV-W 케이블을 이용하여 고장을 시뮬레이션하였고, 고주파 변류기를 이용하여 발생된 방전 펄스를 검출하였다.

또한 케이블 결함 위치를 추정하기 위해 TDR 방식을 기반으로 방전 펄스와 반사 펄스의 시간차를 측정하여 다음과 같은 결론을 얻었다. 각 방전 전하량은 50Ω 무유도 저항과 고주파 변류기에서 측정한 펄스를 통해 비교한 결과 2% 미만의 오차로 거의 동일했습니다. 방전 펄스와 반사 펄스 사이의 시간차를 측정하여 본 논문에서 설명한 공식을 사용하여 결함 위치를 추론했습니다.

이를 통해 최대 측정 가능 거리가 약 465m임을 확인하고 방전 펄스를 감지할 수 있는 가능성을 입증했습니다. 마지막으로 절연체 내부의 보이드 형상에 대해 부분 방전 특성을 검증하고 방전 펄스를 사용하여 케이블 결함 위치를 추정했습니다.