부분 방전 (Partial discharge) 이란

부분 방전 (Partial discharge) 이란 고전압 스트레스 하에서 고체 또는 액체절연 시스템의 작은 부분에 국부적으로 유전체가 파괴되는 현상을 말합니다. IEC 60270-2000 의 부분 방전의 정의는 “도체 사이의 절연물에 부분적으로일어나며, 도체에 인접하여 발생하거나 발생하지 않을 수도 있는 국부적인 전기 방전”을 말하며, 액체 및 고체 절연 시스템에 돌이킬 수 없는 손상을 유발할 수 있습니다. 그림 1 부분 방전은 다음의 원인으로 발생합니다: 고전압 스트레스 국부적 과열 (공극 및 버블 생성) 절연체의결함 박리 마모 기계적 스트레스 (진동) 물 트리 부분 방전 분석을 통해 중대한 결함을 감지하고, 절연 시스템의 상태를 평가할 수 있습니다. 많은 경우, PD 현상은절연 파괴의 예비 단계로서전력용 변압기, 발전기, 계기용 변압기, 케이블 시스템 및 개폐 장치에수 년 동안 부분 방전시험이 실시되었습니다. 일반적으로 부분 방전은 내부 부분 방전과 외부 부분 방전이라는 두 가지 범주로 분류할 수 있습니다. 기술적 문의 사항은 이메일 seokhoon.hong@omicronenergy.com 을 이용해 홍석훈 (지역 애플리케이션 전문가 - 부분방전) 에게 문의하십시오 공극 방전 및 전기 트리는 설비의 절연 시스템내에 발생하는 위험한 프로세스로, 발생 위치를 판단하는 것은 거의 불가능합니다. 활선/사선 상태에서의 PD 측정을 기반으로 하여, 설비는 가장 적절한 시점 (사고 전) 에 운전을 중단될 수 있습니다. 내부 PD 공극 방전 전기트리 코로나 외부 방전 외부 PD 유튜브에서 부분 방전 동영상을 시청하려면 여기를 클릭하거나 QR 코드를 스캔하십시오 그림 2 커패시터의 유전체는 가스 공극 (왼쪽 상단 그림) 을 포함하며, 이 유전체의 등가 회로 는 왼쪽 하단 그림과 같습니다. 캐패시터 CS 및 CF 는 전압 디바이더를 형성합니다. 따라서 CF 에서 U1 강하 전압은 인가된 전압 Ut (오른쪽 그림) 보다 낮습니다. 절연체의 전자기 강도가 공극 내부의 가스 유전체 강도보다 높으면 공극 내부에 방전 현상이 나타납니다. 이 순간에 스위치 “S”가 닫히고 공극 용량 양단의 전압 “U1”이 떨어집니다. 이 전압 “U1” 강하는 방전을 소멸시킵니다. 이 프로세스는 공극 내부의 가스 유전체 강도보다 절연체의 전자기 강도가 다시 높아질 경우, 재 발생합니다. 이 프로세스는 Ut의 0점 부근에 나타나며, 전압 분포에 따라 달라집니다 (전압 그라데이션이 0으로 갈 경우, 피크 부근). 부분 방전은 전하 Q [쿨롱 (Coulomb)] 으로 표시되며 위의 적분 공식에 의해 계산됩니다.

1. 케이블의 절연파괴 원인

 

절연체 내에 공극(Void), Crack, Tree와 같은 부분적 결함이 있는 전력케이블에 고전압을 인가하면 결함부에서 부분방전(PD : Partial Discharge)이 발생하여 절연파괴 원인

 

2. 케이블의 부분방전 측정

 

1) 부분방전이 케이블 내에서 발생하면 인가한 전압에 미세한 전압변화가 발생

2) 부분방전 측정법은 이 인가전압 변화의 크기, 발생빈도 및 부분방전 개시전압을 측정하여 절연특성을 파악하는 방법

3) 일반적으로 부분방전의 크기는 방전전하 Q로 나타남

Q = V × C

(V : 결함부의 방전개시전압, C : 결함부의 직렬 정전용량)

4) 케이블의 방전전하 및 그 발생 빈도는 결함부의 크기, 형상, 인가전압 및 결함부의 함유율에 따라 다르므로 발생빈도와 방전전하의 크기로 절연상태를 판단

 

3. 부분방전 측정 케이블

 

1) PD측정 대상 선로

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(1) XLPE 케이블

① 15년 이상 사용한 선로

② 345kV선로

(2) OF 케이블

유중가스분석 결과 아세칠렌 량이 10ppm 이상 선로

 

2) PD측정 대상 접속함

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(1) XLPE 케이블

① 절연 접속함(I J)

② 5년 이상 사용한 EB-G 및 EB-A

(2) OF 케이블

유중가스분석 결과 아세칠렌 량이 10ppm 이상 선로

 

3) PD 측정은 운전전압으로 시행하며, 측정감도는 아래 기준치 이하로 함

(1) 절연 접속함(IJ), EB-G : 10pC 이하

(2) EB-A : 20pC 이하

[그림 1] 절연 접속함(I J)의 부분방전 측정법

 

[그림 2] 부분방전 측정 등가회로

 

4. 부분방전(PD) 발생 종류

 

1) 부유전극(Floating Electrode) 방전

(1) 접지 또는 도체와 전기적 접속이 불완전한 상태에서의 금속체간의 방전으로, 주위의 전압은 접속부가 스파크를 일으킬 때까지 증가

(2) 주기 당 2번 발생하며, 양극성 반주기 부위에서 증가하고 매우 큰 방전 량을 가짐

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2) 절연체 결함(Void, Crack, Tree, Track) 방전

(1) 절연체의 공극이나 표면 오염에 의해 발생하는 방전

(2) 높고 낮은 진폭이 동시에 나타나므로 판단에 혼란이 있으며, 전압이 최고치에서 가장 큰 진폭을 가짐

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3) 자유도체(Particle) 방전

내부 이물질이 강한 전계의 방향으로 움직이면서 접지 돤 GIS Enclosure로부터 전하를 얻어 다른 위치로 이동하며 되돌아오는 순간 방전을 일으킴

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4) 돌출전극(Protrusion Electrode Corona ) 방전

(1) 접지 또는 도체의 뾰쪽한 부분에서 일어나는 방전

(2) 돌출부 끝에 스트레스가 가해지고 전압의 최고치에서 발생

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5) 잡음(Noise)

부분방전 신호와 같이 센서에서 검출 되는 UHF 신호로 측정해 방해가 되는 요소