전송선로 이론을 이용한 회전기내 부분방전 검출 센서 해석 및 설계

Design of Partial Discharge Sensor using Transmission Line Theory in Rotating Machine

고전압 기기의 절연물 내부에서 부분방전 현상이 발생되면 절연파괴로 진전된다. 회전기기가 운전중인 상태에서 on-line 부분방전시험은 고정자 권선의 절연상태를 검사, 평가 할 수 있는 중요한 수단으로서 이러한 부분방전시험을 통하여 회전기기 시스템의 사고예방을 위한 진단을 할 수 있다. 부분방전 펄스는 10MHz $\sim$ 1GHz의 대역폭을 갖는 것으로 알려져 있으며, 이러한 고주파 대역의 전자파 에너지의 효과적인 검출을 위한 센서 중 하나로 웨이브가이드 구조의 고주파 검출센서가 존재한다. 기존의 전자기적 에너지를 검출하는 SSC (Stator Slot Coupler)센서를 한쪽 포트를 가지는 마이크로스트립센서 형태로 사용할 경우 접지면이 도체전체로 씌워져 있고 임피던스 정합을 위한 50옴의 칩저항이 신호라인과 접지사이 루프를 형성하여 기기 운전시 기기의 성능에 영향을 미칠 수 있는 단점을 가지고 있다. 이 단점을 보완하기 위해서 본 논문에서는 회전기내 부분방전 펄스의 전자기적 에너지를 검출할 수 있는 2선 평행 전송선로 라인을 응용한 부분방전 검출 센서를 제안하였고 시뮬레이션을 통해 성능을 입증하였다. 제안된 센서의 성능을 입증하기 위하여 2선 평행 전송선로 타입의 센서와 기존의 SSC (Stator Slot Coupler) 센서를 약간 변형시킨 마이크로 스트립 센서를 고정자 슬롯의 Wedge 부착한 후 두 센서 비교 분석하였다. 결과적으로 제안된 센서는 기존 SSC 타입의 마이크로스트립 센서에 비하여 더 간단한 형상을 가지며 운전 중 기기의 성능에 영향을 덜 미치는 효과를 얻을 수 있었다.