Detecting system and Experimental specimens Study on the Partial Discharge Characteristics of the XLPE Insulation Samples during Electrical Treeing Ageing Abstract Instroduction Detecting system and Experimental specimens Partial discharge characteristics Conclusion 출처 : Proceedings of the 7th International Conference on Properties and applications of Dielectic Materials, 2003 Nagoya ;cheng Yonghong, Xi’an Jiaotong Univ. China

Abstract 전기적 Treeing 열화동안 XLPE의 PD특성 AC stress, 침-평판 전극 실험 PD detector : 1) Traditional detection 방법 2) UWB(Ultra-wideband) PD detection 방법 UWB PD 신호의 특성 : 전기적 열화동안 시간대 주파수의 변화로 관찰 XLPE 시료의 PD 신호의 고에너지밀도는 전기적 트링동안 고주파수로 나타내어짐 이러한 실험은 XLPE power cables의 평가에 중요하게 쓰임

Instroduction XLPE는 절연재료로서 광범위하게 사용 Defect : ex)gas cavity, water drip -> treeing ageing -> 절연 특성 격하 XLPE 절연특성 평가는 매우 중요함 Detector 1) Traditional PD detenting method(TE571, HAEFELY) 2) UWB PD detecting method 실험결과 : PD parameter로 XLPE 절연상태를 알게 됨

Detecting system and Experimental specimens Experimental platform for ageing 침대 평판 전극 사용(20kV/50Hz) 코로나 방지를 위해 절연유 사용

Detecting system and Experimental specimens Partial discharge detecting system TE571 PD detector : PD의 통계적 특성 실험 UWB PD deteting system : nS 방전펄스의 시간대 주파수 특성 연구 TDS754A : 500MHz의 대역폭, sampling rate 2G/s(Tektronix)

Detecting system and Experimental specimens Experimental specimens : 110kV용 XLPE power cable 곡률 반경 25um인 침대 평판 전극 사용 침대 평판사이 거리 : 2mm 전극 재질 : aluminum foil에 표면에 silica gel 덮혀짐 Aluminum foil과 표면전극사이에는 gas cavity 없음 평판 전극 모양은 원판형이며 침은 그 중간위에 위치함

Partial Discharge Chacteristics PD 특성평가 방법 1) PD신호의 통계적 parameter 이용 - 방전량, 개시 전압, 방전 횟수 등의 parameter 이용 - 최대방전크기로써 PD특성 평가 - ex) Hq( ), Hn( ), Hqmax( ) 등등 2) 방전 펄스의 위상 parameter 이용(UWB) - Time-domain, Frequency-domain waveform - wave peak, 펄스상승시간, 하강시간, 방전펄스 폭, 영속성 등등 - 주파수-domain의 방전에너지분포 : spectrum으로 평가

Partial Discharge Chacteristics Statistical parameters - Hqmax( ) 의 분포 Skewness(Sk) ; u=분포의 최소치 ; = 분포의 불일치 ;N=위상의 개수, qi= 방전크기, pi= qi에 대한 가능치(?) 그림3. : 2분동안 10kV시험전압인가시 ageing 이전의 방전신호 - 방전최대크기 : 양의 반주기(364pC), 음의 반주기(273pC) - 방전횟수 : 음의 반주기보다 양의 반주기가 크다 - 위상의 분포 : 양의 반주기(0~145도), 음의 반주기(210~290도)

Statistical parameters 그림 3 그림 4 -그림 3 = 2분동안 10kV시험전압인가시 ageing 이전의 방전신호 -그림 4 = 2분동안 10kV시험전압인가시 20시간동안 ageing한 후의 방전신호 -그림 5 = 2분동안 10kV시험전압인가시 50시간동안 ageing한 후의 방전신호 그림 5

Statistical parameters 그림 4 : 2분동안 10kV시험전압인가시 20시간동안 ageing한 후의 방전신호 - 방전최대크기 : 양의 반주기(400pC), 음의 반주기(120pC) - 방전횟수 : 음의 반주기보다 양의 반주기가 크다, 그림3과 별차이가 없음 - 양의 주기에서 대칭중심이 왼쪽(0의 값)쪽으로 치우침 - 이러한 변화(skewness)를 표1에서 나타냄 그림 5 : 2분동안 10kV시험전압인가시 50시간동안 ageing한 후의 방전신호 - 방전최대크기 : 3.7nC으로 매우 커짐 - 방전횟수도 그림3-4와 비교하여 매우 커짐

Statistical parameters 표 1 위상량의 Skewness - Skewness : 양주기에서 왼쪽으로 비대칭(치우침), 음주기에서 오른쪽으로 비대칭(치우침) - 실험결과상 20시간동안 ageing후에도 절연상태 양호함 => 전기적 treeing이 시작되었을 때 ageing초기상태동안에는 ageing의 speed가 느림을 뜻함 - 50시간 후에 skewness가 음이 되는데 이는 절연격하됨을 뜻함

UWB discharge characteristics 그림 6. 그림 7. 그림 8. -그림6 : 10kV 시험전압인가 후 ageing 전의 UWB의 특성 -그림7 : 10kV 시험전압인가 후 20시간동안 ageing한 후의 UWB의 특성 -그림8 : 10kV 시험전압인가 후 50시간동안 ageing한 후의 UWB의 특성

UWB discharge characteristics 시간이 지나면서 방전의 크기는 커지고 방전의 영속성은 떨어짐 표2. Time-domain에서의 Shape parameter

UWB discharge characteristics Ageing전에는 저주파수 영역에 방전에너지가 위치 Ageing 시간이 길어질수록 고주파수 영역으로 이동 그러므로, 절연상태는 UWB PD특성에 의해 평가 표3. : 주파수영역 파형의 shape parameters

Conclusion 두 종류의 PD detecting method(TE571 PD detector, UWB PD detecting system)으로 XLPE의 ageing특성을 연구 위 방법들은 방전 신호를 잘 검출하였으며 서로 명확히 일치되는 관계를 가짐 통계적 parameters(TE571) : XLPE시료가 aged일때 양에서 음까지 위상량의 skewness는 변화하였음 UWB(방전특성) : ageing동안 시간영역의 방전파형의 크기(2mV~17mV)는 크게 증가하였으며 주파수영역에서 방전의 피크도 증가하였음 방전신호의 고에너지밀도영역은 ageing전에는 15MHz까지 위치하였으며 20시간 ageing후에는 2MHz에서 30MHz까지 위치하였으며 50시간 ageing후에는 spectrum내 방전의 범위는 0에서 50MHz까지와 125MHz에서 200MHz까지였음 그러므로 PD의 통계적 parameter(skewness)와 UWB의 특성피크치는 XLPE detecting에대해서 새로운 feature parameter로 사용되었다고 할 수 있음