절연진단과 부분방전
전기기기 절연물의 열화를 확인하는 절연진단 방법중에 하나인 부분방전은, 고압회전기 고정자권선의 경우 사용시간의 증가로 인해 절연물이 열화되어 절연물에 미소공극, 균열, 박리 현상이나 제작시 결함이 있으면, 이 결함부에서 부분방전 펄스전류가 발생합니다. 이러한 부분방전 신호를 검출하여, 절연물의 열화상태 뿐만 아니라 과열, 주기적 응력에 의한 권선 단말부에서의 표면방전, 웻지 이완, 그리고 슬롯 방전 등의 이상상태를 알 수 있습니다. 절연물내의 국부적인 열화를 검출하는 수단으로서는 최대 부분방전 전하량(Qm)을 사용하며, 일반적으로 절연열화가 진행되면 방전전하가 커지고 방전 발생빈도 또한 증가하여 Qm이 커지면 절연 파괴전압이 저하되는 관계를 이용해서 절연열화의 정도를 판단합니다.
표면방전은 정격 상전압에서의 최대 부분방전 크기와 상전압의 1.25배인 전압에서의 부분방전 크기의 비인 Nq를 아래의 식에 의해 산출하며, 그 크기가 2 이상이 되면 표면방전이 발생되고 있다고 판정합니다.
Nq = 10 × log(Qm2/Qm1)
부분방전 개시전압(Discharge Inception Voltage ; DIV)은 절연물내에 존재하는 미소공극 등의 결함부분중 가장 낮은 전압에서 방전하는 결함부의 방전 개시전압을 나타내며, 일반적으로 1,000 [pC] 크기의 방전량이 발생될 때의 전압을 기준으로 삼고 있으며, 슬롯방전이 발생하는 것을 감지할 수 있습니다. 일반적으로 부분방전 개시전압이 상전압의 1/2 이하일 때에는 슬롯방전이 발생하고 있는 것으로 판단합니다. 시험은 대지와 Line(상) 사이에, 상전압의 1.25배와 정격 상전압 각각에서 부분방전량을 측정한다. 아래 그림에서 H.V Test Transformer에서 시험전압을 인가하고 커플링 커패시터를 통해 PD 신호를 검출합니다.
■ 내부방전 패턴 사례
- 절연물 내부에서 보이드(void), 층간박리에 의해 발생하는 PD 파형 패턴은, PD 발생위치가 정현파에서 Negative PD 45도, Positive PD 225도에서 발생합니다.
실제 측정한 아래 파형도 전형적인 위 그림의 패던과 일치하는 것을 볼 수 있다. 아래의 실제 측정결과에서 보면 Positive PD와 Negative PD 크기가 거의 동일함을 알 수 있습니다.
■ 슬롯방전 패턴 사례
- 권선과 슬롯이 영전위가 되도록 완전 밀착되어 있어야 하나, 웻지가 느슨해지거나 등의 이유로 권선과 슬롯이 밀착되지 않는 경우 발생하는 부분방전 형태입니다.
실제 측정한 아래 파형도 전형적인 위 그림의 패던과 일치하는 것을 볼 수 있는데요. 아래의 실제 측정결과에서 보면 Positive PD > Negative PD 크기가 훨씬 크다는 것을 알 수 있다. 아래의 파형은 정현파를 펼치치 않고 사분면 형태로 배열한 것입니다.
■ 부분방전에서 중요한 것은 절대치가 중요하기 보다는 과거 트렌드와의 차이, 다른 절연진단 값 유전정접, 교류전류 시험결과, 제작사 제작기술등을 고려하여 판단하는 것이 맞습니다.