초음파 코로나 진단 현상 개념적인 원리와 측정방법에 의한 판정기

1. 코로나 현상

산업사회의 발달과 전력 수요량의 증가로 인해 전력설비의 사용 전압 및 시설용량은 계속 높아져 가고 있는 추세이다. 전력설비에서는 사용 전압을 높이면 도체를 굵게 하지 않더라도 그만큼 용량을 크게 할 수 있게 된다. 그러나 사용 전압이 높아질 경우에 생기게 되는 문제점으로

O 도체 주위의 전위 경도가 커지기 때문에 코로나손, 코로나 잡음이 발생하기 쉽다.

O 변압기, 차단기, 단로기 등의 절연 레벨이 높아지기 때문에 기기가 비싸진다.

O 애자 등 부속 기기류의 절연 레벨도 높아짐에 따라 시설비가 많이 든다.

O 지락 사고, 단락 사고 시 고장전류가 더욱 커지는 등 이에 대한 대책 등이 요구된다.

위의 항목 중에서도 초음파 및 코로나에 관련된 내용을 개념적으로 알아보면 다음과 같다.

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1.1 초음파

초음파는 인간의 귀로 들을 수 있는 가청 주파수를 넘는 주파수의 파형을 말한다. 초음파의 진동은 ㎐로 측정하며 1㎐는 1 Cycle/sec를 말한다. 인간의 청각은 통상 16㎐~20㎑까지 들을 수 있으나 실제로 가청 주파수는 논리적인 한계보다 낮다. 오늘날 초음파라 하면 이 가청주파수 범위 내에 있는 16㎑보다 높은 주파수를 말하며 현재 탐지할 수 있는 초음파의 한계는 100㎒ 정도이다

소리의 파형은 주파수가 바뀜에 따라 움직이는 모습도 변한다. 즉, 낮은 주파수의 소리는 모든 방향으로 같은 강도를 갖고 둥글게 움직이나 높은 주파수 특히 20㎑가 넘는 것들은 비임(Beam) 같은 지향성을 갖고 움직인다. 코로나와 같은 전기적 방전이 발생하는 곳에서는 넓은 밴드의 초음파가 발생하지만 실험 결과, 거의 많은 경우의 최대 진폭이 40㎑로 판명되었다

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1.2 코로나

공기는 보통 절연물로 취급되고 있지만 실제로는 그 절연내력에 한도가 있다. 즉, 표준대기 상태 (20℃, 1013mbar, 11g/㎥)에 있어서는 직류에서 약 30[kV/cm], 교류(실효값)에서는 그 1/√2인 약 2[kV/cm]의 전위 경도를 가하면 절연이 파괴되는데 이것을 파열 극한 전위 경도라고 말하고 있다. 그림 1-1에 전위 경도의 개념을 표시하였다.

[ 그림 1-1에 전위 경도의 개념 ]

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일반적으로 전극의 어느 일부분에 있어선 전위 경도가 위에서 보인 한도를 넘으면 그 부분만의 공기절연이 파괴되어 전체로서는 섬락에까지 이르지 않는다. 이와 같이 공기의 절연성이 부분적으로 파괴되어서 낮은 소리 나 엷은 빛을 내면서 방전하게 되는 현상을 코로나(corona) 또는 코로나 방전이라고 한다. 즉, 코로나는 불꽃방전의 일보 직전의 국부적인 방전 현상이다. 고압송전선 또는 고압 변압기 등 고압 설비 가까이에 서서 커를 귀울이고 서 있으면 코로나 방전 소리를 들을 수 있다. 특히 안개가 많이 낀 날이면 이 코로나 방전이 심해져서 아간이면 전선이 청백색으로 빛나는 것을 목격할 수 있다.

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1.3 코로나 영향

고압 설비에 위와 같은 코로나가 발생하게 되면 코로나 손실, 즉 전력손실과 더불어 코로나 잡음에 의한 전파 장해, 통신선의 유도장해 등을 발생하게 되고 더 나아가 플래시 오버 발생 등 기기 자체에 치명적인 손상을 가져올 수 있으므로 코로나 발생을 적극 억제해야만 한다.

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2. 측정

2.1 초음파 코로나

초음파식 코로나 탐지기는 접근이 어려운 활성상태의 고전압 전기 설비의 외부에서 발생하는 방전 현상을 탐지하는데 사용되는 장비로서 절연파괴로 인한 전기사고를 미연에 방지하는데 효과적 장비이다. 변압기, 애자, 금구류, 부속 기기 등 고전압이 인가되고 있는 개소에서 기기 자체의 불량이나 오염 등에 의해 방전 현상이 발생할 수가 있는데 이러한 곳에서 방전이 발생한 경우 그 부분으로부터 전파, 초음파, 음파 등이 발생된다.

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2.2 측정 방식

초음파 측정에 사용되는 진단장비는 주로 TOEI 사의 SE-7이며, 본 장비는 이러한 것 중에서 코로나에 의한 초음파만을 포착하여, 방전하고 있는 불랑깨소를 검출하는 장치이다. 초음파식 코로나 탐지기의 수신 주파수는 약 40㎑로 예민한 지향성을 가진 집음기 및 초음파용 마이크로폰으로 수신하고, 이것을 전기신호로 변환, 증폭, 검파 등을 통해 지시계로 그 레벨을 나타냄과 동시에 스피커 또는 이어폰으로 청취해가면서 불량개소 등을 판별하는 것이다.

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3. 판정기준

한국전기안전공사 판정기준이며 표1-1의 방법으로 판정한다.

[ 표1-1 판정기준 ]