복잡한 설정 없이 PD 테스트를 수행하는 방법: 단계별 절차 안내

저는 전통적인 부분 방전 테스트 벤치의 표준 구성이 기억납니다. 고전압 소스, 커플링 커패시터, 차단 임피던스, 측정 임피던스, 부분 방전 검출기, 교정 펄스 발생기. 각각 별도의 케이블 연결과 첫 측정 전에 거쳐야 하는 일련의 점검이 필요한 6개의 상자였죠!

부분방전 시험은 설정 과정이 매우 복잡할 수 있습니다. 이러한 추가적인 부담 때문에 부분방전 측정이 절실히 필요한 환경에서도 측정이 제대로 이루어지지 못하는 경우가 많았습니다. 이 가이드에서는 IEC 60270 규격에 명시된 내용, 최신 통합 부분방전 측정 및 분석 시스템의 사용 편의성이 시험 담당자의 부담을 어떻게 줄여주는지, 그리고 고전압 케이블, 변압기, 배전반 등 각 전기 장비 유형에 적합한 부분방전 시험 적용 방법을 자세히 설명합니다.

또한 전기 설비 테스트와 관련된 다양한 문제를 해결하기 위해 활용될 수 있는 여러 가지 기술에 대해서도 설명합니다.

부분 방전이란 무엇이며, 왜 절연체를 조용히 파괴하는가?

부분 방전(PD로 약칭)은 이종 절연체의 절연 내 어느 한 부분에서 전기적 절연 파괴가 발생하는 현상을 말합니다. 넓은 의미에서, 도체와 반대 극 사이의 전기적 절연 공간이 완전히 연결된 상태를 의미합니다. 이는 폐쇄 회로에서 완전 방전을 일으키기에는 불충분한 부분 방전으로, 단락을 유발하지 않습니다.

IEC 60270:2025: "도체 사이의 절연을 부분적으로만 가로지르는 방전". 단일 부분 방전(PD) 펄스의 에너지는 피코쿨롬 단위로 매우 낮지만, 이러한 펄스가 수년에 걸쳐 축적되면 유기 절연 재료(XLPE, 에폭시, 광물유 함침지)가 점진적으로 그리고 돌이킬 수 없이 열화됩니다.

부분 방전은 화학적 공격(코로나 방전에서 발생하는 오존과 질산), 열, 그리고 반복되는 플라즈마 충격파로 인한 기계적 스트레스를 통해 절연 시스템을 침식시킵니다. 고체 절연체에서 반복적인 방전은 미세한 채널을 만들어내고, 이 채널들은 전기 트리 현상이라고 불리는 형태로 바깥쪽으로 뻗어 나갑니다. 절연 시스템에서 트리 현상이 시작되면, 전압 수준과 방전 강도에 따라 완전한 절연 파괴까지 걸리는 시간은 수주에서 수개월까지 다양합니다.

절연 파손은 전력 회사의 변압기 및 케이블 유지보수에서 가장 흔한 고장 원인 중 하나로 꼽힙니다. 하지만 많은 발전소에서 부분 방전(PD) 검사는 절연 파손이 유전 손실 측정에서 나타나기 시작한 후에야, 그것도 이미 파손이 발생한 경우에만 실시되며, 시운전이나 정기 점검 시 예방적 유지보수 기법으로 활용되지 않습니다.

부분 퇴원에는 어떤 유형이 있나요?

중전압 및 고전압 장비에서는 크게 세 가지 유형의 부분 방전(PD)이 발생합니다. 각 유형은 고유한 부분 방전 신호(PRPD)를 생성하고 검출 방법에 다르게 반응하기 때문에 다양한 유형의 부분 방전을 아는 것이 중요합니다.

• 내부 방전은 고체 또는 액체 절연체 내의 공극, 기포 또는 박리 부위에서 발생합니다. 공극은 주 절연체와 직렬로 연결된 커패시터를 형성하며, 공극의 절연 파괴 전압이 주변 유전체보다 낮기 때문에 정상 작동 전압에서 반복적으로 방전됩니다. 내부 방전은 절연 시스템을 내부에서부터 손상시키기 때문에 가장 파괴적인 유형입니다.
• 표면 방전은 표면에서 발생하며, 유전 상수 값이 다른 두 물질의 경계면이나 오염된 절연체의 표면에서 형성됩니다. 염분, 습기 및 산업 오염 환경에서 옥외 절연체 및 부싱의 표면 방전 발생 속도는 현저히 증가합니다.
• 코로나 방전은 날카로운 모서리나 제대로 관리되지 않은 연결 부위 주변의 공기 중에서 이온화가 일어나면서 발생하는 전류 줄기 현상으로, 불균일한 전기장 내에서 발생합니다. 코로나 방전은 주로 가공선이나 옥외 케이블 장비의 절연체 표면에서 발생합니다. 대부분의 경우 내부 방전에 비해 위험성이 낮지만, 초음파 또는 초고주파(UHF) 센서를 이용하면 먼 거리에서도 쉽게 감지할 수 있습니다.

고전압 장비에서 부분 방전이 의미하는 바에 대한 자세한 내용은 DEMIKS 기술 참조 가이드를 참조하십시오.

전통적인 IEC 60270 시험에 4~6개의 별도 장비가 필요한 이유는 무엇일까요?

IEC 60270은 특정 측정 장치가 아니라 테스트 회로를 설명합니다. 이 국제 표준은 방전 중에 전달되는 전하를 용량성 결합 회로를 사용하여 간접적으로 측정하는 방법을 설명하지만, 그 구현은 테스터에 맡깁니다. 전통적인 구성에서는 일반적으로 최소 6개(여섯 개)의 요소의 수집 및 설정이 포함됩니다.

1. HV 전원 – 시험 대상 물체의 방전 신호를 가리지 않도록 외부 잡음 수준이 낮고, 단일 측정 동안 주파수가 변하지 않는 것이 특징입니다.
2. 차단 임피던스(Z) - 주된 목적은 물체에서 생성된 방전 펄스가 고전압 전원으로 전달되어 손실되는 것을 방지하는 것입니다.
3. 커플링 커패시터(Ck) – 펄스 주파수(100kHz ~ 1MHz)를 방전하기 위한 매우 낮은 임피던스의 경로 역할을 하여 전하 펄스가 검출 회로로 전송될 수 있도록 합니다.
4. 측정 임피던스(Zm) – 전하 펄스 전류를 검출기에 적합한 전기 신호로 변환하는 데 사용되며, 일반적으로 RC 또는 RLC 사중극자로 구현됩니다.
5. 부분방전(PD) 검출기 - 이 장치는 신호를 선택, 증폭, 필터링 및 디지털화하며, 인가 전압 주기와 관련된 위상 분해 부분방전(PRPD) 패턴을 표시할 수 있습니다.
6. 펄스 교정기 - 각 테스트 전에 측정 회로에 정밀하게 제어된 양의 전하(pC 단위)를 주입하여 기준 표준에 대한 계측학적 소급성을 확인하는 데 사용됩니다(IEC 60270에 따라 각 측정 세트에 필요).

NETA World Journal에서 지적했듯이(Stone, A.Cavallini, 2024), "1990년대부터 아날로그에서 디지털 부분방전(PD) 측정 장비로의 전환은 반복성을 향상시켰지만 사용되는 장비의 수는 줄어들지 않았습니다. 소프트웨어는 위상 분해 패턴(PRPD)을 표시할 수 있는 기능을 제공했지만, 위상 및 크기 데이터를 기반으로 2차원 그래프를 해석해야 하는 요구 사항으로 인해 기능이 향상되었지만, 이는 상당한 경험을 필요로 합니다. 또한, 테스트 회로를 열지 않고 케이블 접지 연결부에 클램핑할 수 있는 고주파 전류 변압기(HFCT)를 사용하는 센서가 때때로 사용되지만, 이러한 센서 각각은 현장에서 조달, 검증 및 구성해야 하는 추가 장비입니다."

올인원 자동화 PD 테스트 시스템이 장벽을 제거하는 방법

통합 부분방전(PD) 테스트 시스템은 IEC 60270 규격을 준수하는 측정 자체의 본질을 바꾸지 않습니다. 달라지는 것은 측정 과정의 방식, 즉 사용자가 현장에 가져가야 하는 장비의 수입니다. 커플링 메커니즘, 신호 컨디셔닝 회로 및 현장 교정 기준이 단일 장비에 통합되어 있습니다. 사용자는 고전압 출력 케이블을 테스트 대상에 연결하고 장비 교정 점검을 실행한 다음 전압 상승을 시작하기만 하면 됩니다. 별도의 임피던스 네트워크를 연결하거나 검증할 필요가 없으므로 성능 저하 없이 테스트 설정 시간을 몇 시간에서 몇 분으로 단축할 수 있습니다.

DEMIKS의 자동 부분 방전 시험 시스템은 내장형 커플링과 자동 교정 루틴을 통해 세 가지 기능을 하나의 장치에 통합했습니다. 부분 방전 검출기 제품군은 온라인 시험용 휴대용 측정 장비와 오프라인 인수 시험용 벤치 장착형 장비를 모두 포함합니다. 용도별 사양은 전체 부분 방전 시험 장비 선택 가이드를 참조하십시오 .

부분 방전 테스트 수행 방법 - 단계별 안내

부분 방전 테스트는 어떻게 실시하나요?

위의 7단계는 모두 IEC 60270 규격을 준수하는 통합 부분방전(PD) 테스트 장비를 사용한 오프라인 테스트에 적용됩니다. 시작하기 전에 테스트 대상이 완전히 전원이 차단되고 안전하게 절연되었는지 확인하십시오.

1. 테스트 회로를 연결하고 점검하십시오. 고전압 리드선, 접지선 및 커플링을 테스트 대상 장치에 연결하십시오. 통합 시스템의 경우, 기기의 입력 점검 화면에서 커플링의 정전 용량 값이 정확하게 표시되는지 확인하십시오.
2. 부분방전(PD) 발생원 잡음(PD 플로어)을 측정합니다. 고전압 전원을 끄고 검출기를 30초 동안 작동시킵니다. 측정값을 pC 단위로 기록합니다. 측정값이 1~2 pC를 초과하면 잡음 발생원을 찾아 차단한 후 다음 단계로 진행합니다.
3. 교정 펄스 주입: 내부 교정 펄스 발생기(또는 외부 교정기)를 이용하여 측정 대상 물체에 알려진 전하량(100pC 또는 500pC)을 주입합니다. 출력값이 측정값의 5% 이내인지 확인합니다. 이는 IEC 60270 규격에 따른 필수 사항이며, 이후 모든 측정값의 추적성을 확보하는 데 필요합니다.
4. PDIV에 전압을 인가합니다. 시험 전압을 0V에서 정격 작동 전압(U)까지, 그리고 그 이상으로 점진적으로 올리면서 부분 방전 표시를 관찰합니다. 이 값이 부분 방전 개시 전압(PDIV)이며, 이는 규칙적인 펄스가 관찰되는 최소 전압입니다.
5. 시험 전압 유지 시간. IEEE Std. 400.3-2022에 명시된 바와 같이, 시험 전압을 60초 이상 유지하십시오. 이 유지 시간 동안 최고 부분 방전(PD) 크기(pC)와 펄스 반복률(PRPD), 단위 시간당 펄스 발생 횟수를 측정하고 기록하십시오.
6. 전압을 서서히 낮추면서 부분방전소멸전압(PDEV)을 찾으십시오. PDEV는 부분방전이 더 이상 반복되지 않는 전압입니다. PDIV와 PDEV 사이에 상당한 차이가 있으면 낮은 전계 값에서 자가 유지 방전이 발생하고 있음을 나타냅니다.
7. 교정 점검을 반복하고 측정값을 기록합니다. 테스트 후 교정 펄스를 다시 주입하고 시스템이 허용 오차 범위를 벗어나지 않았는지 확인합니다. PRPD 패턴 이미지와 수치 결과를 테스트 보고서에 기록합니다.

자산별 부분방전(PD) 테스트: 케이블, 변압기, 개폐기 및 발전기

테스트 대상 자산에 따라 결합 방식과 전압 소스 선택이 크게 달라집니다. 잘못된 구성은 시간 낭비와 잘못된 결과 도출로 이어집니다. 현장에 도착하기 전에 아래 표의 접근 방식을 특정 자산에 맞게 조정하십시오.

DEMIKS는 0.1Hz VLF 대역의 케이블 부분방전(PD) 테스트용 초저주파 고전압 발생기와 직렬 공진 케이블 테스트용 가변 주파수 공진 전압 내압 측정 장치를 공급합니다 . 자산별 맞춤 구성은 고전압 테스트 장비 제품 선택 페이지에서 확인할 수 있습니다.

온라인, 오프라인 또는 연속 PD 모니터링 - 과도한 투자 없이 선택하기

모든 자산에 동일한 수준의 부분방전(PD) 테스트가 필요한 것은 아닙니다. 업계 조사 데이터에 따르면 가동 중인 중전압 자산 중 약 5~10%만이 단기적인 고장 위험을 시사하는 의미 있는 수준의 부분방전을 보이는 것으로 나타났습니다. 패널의 90% 이상이 정상인 변전소 전체에 영구적인 부분방전 모니터링 센서를 설치하는 것은 최소한의 이점만을 얻는 결과를 초래할 수 있습니다. 장비의 중요도와 전원을 차단할 수 있는지 여부를 고려해야 합니다.

PD 결과 해석 — PDIV, PDEV, pC 값의 의미는 무엇인가

IEC 60270에 따르면, 부분방전(PD) 측정값은 피코쿨롬(pC) 단위의 겉보기 전하량으로 표현됩니다. 이 겉보기 전하량은 시험 대상의 단자에 주입했을 때 부분방전 발생 시 측정되는 값과 동일한 값을 측정 기기에서 나타내는 전하량입니다. 개별 측정값에만 의존하는 것보다 여러 차례 연속적인 시험을 통해 부분방전 활동을 추적하는 것이 훨씬 더 유용한 진단 정보를 제공합니다. 여기서 중요한 것은, 이는 부분방전 발생 지점에서 실제로 전달된 전하량이 아니라는 점입니다. 실제 전달된 전하량은 극히 적어 현장에서 측정할 수 없습니다. 이러한 차이점을 이해하는 것은 여러 실험실이나 측정 기기의 결과를 비교할 때 매우 중요합니다.

전압 기반 표시기 두 개가 가장 유용한 진단 정보를 제공합니다.

• PDIV(부분 방전 개시 전압): 시험 대상물에 인가되는 전압을 천천히 증가시킬 때, 반복적인 부분 방전 펄스가 처음으로 발생하는 전압입니다. 이 전압 미만에서는 부분 방전 활동의 반복이 발생하지 않습니다.
• PDEV(부분 방전 소멸 전압): 부분 방전 활동의 반복이 멈추는 PDIV(부분 방전 인가 전압) 이상으로 전압을 높인 후, 인가 전압이 서서히 감소하는 전압입니다. PDEV가 PDIV보다 낮으면 방전이 더 낮은 전압에서도 지속될 가능성이 높으며, 이는 일반적으로 더 심각한 결함을 나타냅니다.

부분 방전 테스트의 표준은 무엇입니까?

IEC 60270:2025(4판)는 가장 널리 적용되는 기존 전기 부분 방전(PD) 측정 기준을 제공하며, 시험 회로, 피코쿨롬 단위 측정, 교정 요구사항 및 보고 절차를 다룹니다. 케이블의 현장 시험의 경우, IEEE Std. 400.3-2022는 전력 주파수 또는 VLF 전압 소스를 사용한 오프라인 시험을, IEEE Std. 400.4-2015는 감쇠 교류(DAC) 시스템을 다룹니다. 비접촉 센서 기반 개폐기/GIS 측정의 경우, IEC 62478은 UHF 및 TEV 측정 절차를 규정합니다. DEMIKS 가이드에서 적합한 측정 장비를 선택하는 방법을 알아보세요. 부분 방전 시험 장비 선택.

부분 퇴원 검사의 변화 사항(2025~2026년)

부분방전(PD) 테스트 장비는 2025년까지 전 세계적으로 1억 달러 이상의 가치를 지니며 지속적으로 성장할 것으로 예상됩니다. 전력망 현대화 프로그램, 인프라 교체 및 해상 풍력 투자로 인해 시장 성장세는 더욱 가속화될 전망입니다. 다음은 2026년 말까지 현장 부분방전 테스트의 현황에 대한 전망입니다.

• HVDC 테스트는 틈새 연구 분야에서 벗어나 실용화 단계로 접어들고 있습니다. 해상 풍력 발전 송전은 장기간 고립된 HVDC 링크에 의존하는데, 이러한 링크는 부분 방전(PD) 테스트 중에 적절한 조정이 필요합니다. HVDC PD는 HVAC PD와 달리 비주기적 특성을 보인다는 것이 핵심적인 차이점입니다. HVAC PD는 전력 주기에 맞춰 발생하는 뚜렷한 활동 버스트를 특징으로 하는 반면, HVDC PD는 매우 드물게 발생하며 주 전원 주파수를 기준으로 위상 분해가 쉽지 않습니다. 케이블 시스템에서 DC PD를 감지하고 평가하는 기술은 2025년에 상용화될 것으로 예상되며, IEC 60270 표준을 개발하는 IEC TC64 위원회는 DC PD 테스트 가이드라인을 적극적으로 마련하고 있습니다.
• AI 기반 PRPD 패턴 인식은 해석 장벽을 낮추고 있습니다. 사용자들이 가장 꾸준히 불만을 제기하는 사항은 다음과 같습니다. 부분 방전 테스트 NETA 및 CIGRE 문헌에 기록된 바와 같이, 위상 분해 부분 방전(PD) 패턴을 판독하는 데에는 현장 및 실험실에서 수년간 쌓아야 하는 경험이 필요합니다. 머신러닝 분류를 사용하는 후처리 도구가 이제 상용 장비에 내장되어 잠재적 결함 유형을 표시하고 간섭 신호를 실제 방전 감지 신호와 구분합니다. 이는 PD 도입을 제한해 온 해석의 복잡성을 직접적으로 해결합니다.
• SiC 및 GaN 인버터 기술은 모터 드라이브에 대한 새로운 부분방전(PD) 테스트 요구 사항을 만들어내고 있습니다. 탄화규소 또는 질화갈륨 스위칭 트랜지스터를 사용하는 가변속 드라이브는 10나노초 정도로 짧은 상승 시간을 갖는 전압 임펄스를 생성하는데, 이는 부분방전 펄스 자체의 상승 시간에 근접합니다. 전기차 구동 모터, 항공기 액추에이터, 산업용 서보 시스템에 연결된 고전압 케이블에서 드라이브로 인해 발생하는 과도 현상으로부터 진정한 부분방전 감지 신호를 분리하는 것은 2025~2026년까지 센서 및 필터 개발의 활발한 분야입니다.

데믹스 엔지니어링 팀에서 전하는 메시지: 저희 고전압(HV) 엔지니어 팀은 현장에서의 사용 편의성 향상, 더욱 간소화된 다중 구성 요소 테스트 장비, 그리고 신규 기술자도 단 하루 교육만으로 표준적이고 반복 가능한 결과를 얻을 수 있는 장비에 대한 시장 트렌드를 목격해 왔습니다. 고전압 케이블에 필요한 테스트는 변압기나 지열 절연 시스템(GIS)에 필요한 테스트와 다를 수 있지만, 전반적인 추세는 테스트 자체를 더욱 간편하고 자동화하며 개별 테스트 담당자의 숙련도에 덜 의존하도록 만드는 것입니다. 이러한 간편하고 표준을 준수하는 현장 테스트에 대한 요구는 저희 자동화 부분 방전(PD) 테스트 장비 제품군 개발에 있어 중요한 설계 지침이 되었습니다.

부분 퇴원 검사에 대한 자주 묻는 질문