9.4.Bushing 9.5. Transformers

1. 9.4.Bushing 9.5. Transformers 충 북 대 학 교 이 찬 영

2. 9.4. Bushing ◆ Nonelectric detection -음향 신호는 Bushing에서 크게 감쇠하기 때문에 음향 검출법은 내부방전을 밝히는데 사용할 수 없으며, 오직 표면방전 검출에만 적용이 된다. ◆ Electric detection - 접지에서 제거되는 field line이 소실되지 않도록 접지된 위치에서 샘플을 가지고 직접 검출이 사용된다. - 평형검출법은 추천되지 않는다. 그림에서 field line의 일부분이 민감한 전극에 미치지 않아서 라인에서 일어나는 방전은 브릿지 회로의 평형에 의해 억제된다. Fig.9.11 Balanced circuit showing unwanted rejection of discharges between high- voltage electrode and earth

3. 9.4. Bushing ◆ Loss detection - 비록 많은 경우에서, 전압을 가진 유전손실의 상승 와 방전개시전압이 일치하 더라도, tan δ측정에 의한 손실 검출은 너무 둔감해서 freedom한 방전을 확인할 수 없다. ◆ Procedure - Bushing은 한 위치에서 그리고 적용될 장소와 비슷한 조건하에서테스트되어져야 한다(stark’s recommendation). - 절연지로 만들어진 양호한 부싱에서, 방전크기는 정격전압의 2/3 에서 100pC을 초과하지 않아야 한다. Stark는 방전크기 측정을 부싱의 서비스 수행과 관련지음으로써 이 값에 도달하였다 (IEC standard 517, Amendment 1에 일치). - 오일이 주입된 부싱은 어떠한 방전도 가지지 않아야 하며, 이 조건은 최대작업 전압까지 충족시켜야 한다. 부싱이 비교적 낮은 커패시턴스를 가짐으로써, 약 10pC의 민감도 레벨은 쉽게 얻어질수있다.

4. 9.5. Transformer ◆ Nonelectric detection - 종이로 절연된 변압기에서, 수침용 초음파 탐촉자나 접촉식 마이크로폰은 탱크위에 장착된다. - 액체와 고체에서의 고주파 감쇠는 공기만큼 심각하지 않으며, 전기 방전은 풍부한 초음파 성분을 가지는 천이소음(noise transient)을 발생할 것이다. - 그림 9.12는 검출회로를 나타낸 것이다. 방전점의 개략적인 위치는 몇가지 변환기의 사용으로 가능하지만 민감도는 만족할 수준은 아니다. Fig.9.12. Circuit for ultrasonic noise detection in oil-impregnated transformers

5. 9.5. Transformer - Location system은 transient recorder와 소형 컴퓨터를 사용함으로써 개선되고 있다. - Moro 와 Poittevin은 3각 측량법을 사용하였다. 방전점은 2×4×5 m의 부피를 가지는 전력변압기에서 300×300×500 mm의 공간내에 위치한다(그림 9.13). 민감도는 약 1000pC으로 적당하다. Fig.9.13. Location of a discharge site in oil-impregnated power transformers : time delays caused by different acoustic routes; (b) example of signal arriving via different routes; (c) plot of possible sites of a discharge as calculated from several acoustic routes

6. 9.5. Transformer ◆ Monitoring in service 초음파 노이즈 검출은 대형 전력변압기와 (1000MVA at 500kV by Kawada), 전압 변압기를 모니터링 하는데 사용된다(138kV ones by Train). 200kHz의 중심 주파수를 가지는 압전 변환기(transducer)는 탱크에 위치하고 300pC의 민감도의 영역을 가진다 ; 이것은 마이크로폰의 출력이 방전크기에 비례적이라는 것에서 확인된다.

7. 9.5. Transformer ◆ Electric detection - 변압기의 권선은 그림 9.14로 표현된다. 사인진동의 무한급수로써 푸리에 이론을 사용하여 방전에 의해 야기되는 impulse가 나타난다. Fig.9.14. Equivalent circuit of a transformer winding arrangement 그림 9.14 로부터 식 9.1을 구할 수 있다. ------------------- (9.1)

8. 9.5. Transformer - 식 (9.1)의 solution은 다음과 같은 형태로 가진다. 각 주파수 ω를 가지고 진동하고 속도 v를 가지고, 권선을 따라 전파하는 진행파를 나타낸다. ------------------ (9.2) - 식 (9.2)를 식 (9.1)에 대입함으로써 속도 v에 대한 표현은 식 (9.3)으로 나타난다. ---------------------- (9.3) - 만약 주파수 ω가 식 (9.4)로 나타내어 지는 임계주파수 ωc보다 높다면 속도 v는 0 이거나 허수가 된다. ---------------------- (9.4) - 이것은 변압기 권선이 임계주파수보다 낮은 주파수를 포함하는 파를 전파시킬 수 있다는 것을 의미한다.

9. 9.5. Transformer - 임계주파수 이상에서 스펙트럼 감쇠는 큰 반면에 그 이하에서는 적당한 감쇠가 일어난다. 따라서 방전 검출기는 임계주파수 이하의 입력 회로를 가지는 것만 사용 되어야 한다(e.g. 200kHz 이하). 몇 몇 상업적으로 가능한 검출기는 이런 요구를 만족시킬 수 있다. 디스크타입의 권선에서 2:1의 감쇠가 관측되지만, layer-type 권선에서는 감쇠가 관측되지 않는다. ◆ Test circuits 변압기를 테스트 할 때, test voltage는 두 가지 방법으로 적용된다 (Fig.9.15). Figure.9.15. Coupling by bushing tap (b) or in earth lead (a). ① shows the induced voltage test, and ② the applied voltage test

10. 9.5. Transformer 1. - 유도 전압 테스트에서(위치 ①), 변압기는 저 전압권선에 전압을 인가함으로써 변압기는 동작된다. 섹션과 권선에서의 전압분배는 실제에서는 동일하기 때문에 이 테스트는 대표적이다. - 유도 전압 테스트는 또한 증가된 주파수에서core의 포화와 변압기의 과부하 없이 과전압 테스트를 할 수 있다. 이것은 방전응답이 같게 유지됨으로써, 검출기나 검출회로에 영향을 주지 않는다 : 오실로스코프의 시간축은 증가된 테스트 주파수에 동기화될 필요가 있다. 2.적용된 전압 테스트에서(위치 ②) 테스트 전압은 고전압 bushing에 적용된다. - Coupling은 접지선이나 고전압 쪽에서의 coupling capacitor로 수행된다. 후자의 경우에는, bushing tap이 종종 사용된다(그림 9.15의 b). 이러한 tap의 접지 정전 용량은 1~2nF 정도로 크다는 걸 명심 해야 하고 민감도를 감소시킨다. 많은 tap과 bushing이 사용됨에 따라 몇 가지 calibration이 될 수 있다. 가장 낮거나 평균치 정도의 응답은 대표적인 calibration으로써 가져올 수 있다. Calibration 절차는 국제회의에 의해 제안되었다.

11. 9.5. Transformer ◆ location by a multiple-terminal test - 테스트와 calibration 결과를 비교함으로써, 몇 가지 터미널을 가지는 변압기에서 위치 측정이 가능해진다. - ‘Fingerprints’ 는 다음의 방법에서 calibration이 된다. 조정된 방전은 변압기의 한 터미널에서 주입되고 모든 터미널의 응답이 저장된다. 그래서 표 9.2의 첫 번째 줄이 얻어진다. 그리고 두 번째 터미널이 주입되고 모든 응답들이 저장됨으로써 두 번째 줄이 얻어진다. 이런 과정은 마지막 터미널까지 계속되며, 복잡한 행렬이 얻어진다.

12. 9.5. Transformer - 표 9.2의 행렬에서 각 라인은 변압기의 적당한 부분에서 방전의 fingerprint를 제공한다 ; 특별한 언급은 라인에서 가장 낮은 응답으로 구성된다. - 현재 방전 테스트는 고전압에서 이루어진다. 만약 테스트 동안에 방전이 일어나면 응답은 기록되고 행렬의 라인과 비교된다. 만약, 예를 들어, 다음과 같은 응답이 나온다면, At terminal ① ② ③ ④ occurs a response of 6 40 25 8 units - 가장 좋은 관계를 보이는 보정 행렬을 지닌 비교는 터미널과 관계가 있는 fingerprint 이다. 그리고, 대부분 방전은 이차권선과 접지 사이에서 일어난다. - 비슷한 fingerprint는 다른 터미널에서 응답의 모양으로 만들어진다. 권선에서 진행파는 방전점을 제공한다. 더욱이 응답의 극성은 변압기의 어떤 부분에서 방전들이 위치하는지에 사용된다. - 직접 검출 회로는 모든 경우에 사용되고, 평형회로는 주로 연구목적에 적용된다. 평형 검출은 또한 노이즈가 많은 환경에 사용된다.

13. 9.5. Transformer ◆ Loss detection 다른 경우에서처럼, 손실 검출은 단발 방전을 검출하는데 너무 둔감하다. • Procedure 기름이 주입된 변압기에서 왜 방전이 일어나는지에 관한 이유가 몇 가지 있다. 1. Insufficient drying of the insulant (불충분한 건조) 2. Imperfect degasifying of the insulant ( 불완전한 가스의 증발) 3. Imperfect degasifying of the oil ( 오일의 가스증발) 4. Presence of dirt or other foreign matter (이물질의 존재) 5. Ageing of the oil during operation (동작동안 오일의 에이징 현상) 6. Field concentrations which cause local breakdown of the oil (국부적인 전계집중) - 오일이 주입된 절연체에서 만약 방전이 일어난다면, 이것은 증가된 전압을 가지고 빨리 성장한다. 이것은 정상전압의 1.3~1.5배의 과전압에서 측정됨에도 불구하고, 높은 레벨의 민감도가 되는 이유이다. 300~500pC의 민감도 레벨이 명시되어 있지만, 현대 검출기술은 30~50pC과 같은 낮은 레벨에 도달할 수 있다. - 과전압에 의해 야기되는 방전이 없다는 것을 확인하기 위해서 방전테스트는 과전압 테스트 후에 반복된다.

14. 9.5. Transformer - Ganger, Simer과 Vorwerk는 폐쇄된 가스 또는 완전치 못한 주입을 검출하기 위해서, 감소된 오일 압력에서 방전 테스트를 제안하였다. 더욱이 열 테스트 후에 방전 검출이 추천된다. - Cast-resin 변압기에서, 방전 발생에 대한 몇 가지 이유가 있다. 1. Imperfect impregnation (불완전한 주입) 2. Enclosure of gas bubbles (가스거품) 3. Formation of cracks during setting of the resin (수지의 결함) 4. Shrinking of the cast, so that conductors work loose in the resin - 여기서 다시 작업 전압의 1.1~1.5배에서 과부하 테스트 전•후에 방전 테스트가 요구 된다. 더욱이, 단락회로 후와 열 싸이클 후의 현상이 가장 중요하다. 도달해야 하는 민감도는 상태에서 어렵다. 4kV/mm 이상에서 국부계 집중이 예상됨으로써, 그것은 1pC이하의 방전은 예방 되어야 하는 section 8.4절을 따른다. 1~5pC의 민감도 레벨은 실제 이유로써 채택되어야 한다.