송전 용량 증대 및 초고압 케이블 컴펙트화를 위해, 최근 고내력 케이블에 관한 연구가 전세계적으로 활발히 진행되고 있으며, 이러한 추세에 대응코자 당사에서는 고내력 케이블 개발에 있어서 첨가제 투입에 따른 절연 능력 향상에 관한 연구를 진행하여왔다. 본 연구에서는 케이블 절연 능력 향상을 위하여 반도전 컴파운드에 첨가제를 투입하여 반도전과 절연의 계면 특성을 향상시킴으로 절연체의 절연파괴능력 향상시키고자 하였으며, 계면 특성의 향상은 절연 파괴능력 향상으로 이어짐을 확인 할 수 있었다. 또한 상기의 연구결과에 따라 제조된 케이블은 기존 케이블과 비교하였을 때 매우 우수한 절연파괴 특성을 나타냄을 확인하였으며, 그 결과 절연 두께를 비약적으로 감소시킬 수 있었다. 본 논문은 상기 절연 성능 향상에 관한 메커니즘 및 IEC 62067에 따라 진행된 초고압 XLPE 케이블의 type test 결과를 중심으로 기술하였다.
우주 발사체의 비행 중에 파이로 충격은 일반적으로 여러 단 분리, 페어링 분리, 그리고 위성 분리 시 화약을 이용한 분리 장치의 작동에 의해 발생하게 된다. 이러한 분리 이벤트 시 고주파 영역까지 큰 가속도가 유발되는 천이 진동 현상이 유발되어 위성 또는 발사체의 전자 장비가 비정상적인 기능을 보일 수 있다. 본 논문에서는 이러한 파이로 충격 절연을 위해 형상기억합금 소재를 적용하여 두 종류의 메쉬 와셔 절연계를 소개하였다. 한 종류는 형상기억합금의 의탄성 효과를 주로 이용하였고 다른 한 종류는 형상기억효과를 주로 이용하였다. 형상기억합금 절연계의 기본적인 하중-변위 선도를 파악하기 위해 압축 시험을 수행하였고 그 결과로 절연 가능성을 확인하였다. 파이로 충격 절연 시험을 수행하여 형상기억합금 절연계의 절연 성능이 뛰어남을 확인하였으며 추가로 랜덤 진동 시험을 통해 각 절연계의 동특성을 살펴보았다.
본 논문은 구대구전극 사이에 고체절연체와 화염을 배치하여 방전시 절연체표면에서 발생되는 연면방전광과 화염의 변화를 CCD(Charged Coupled Device) 카메라로 관측하였으며, 방전시 발생되는 방사전자파는 스펙트럼 분석기와 바이코니칼 안테나를 이용하여 측정하였다. 인가전압 증가에 따른 고체절연체 표면에서 발생되는 연면 방전광은 커졌으며, 화염의 크기는 작아지는 것을 확인하였다. 또한 절연체표면 오염시와 화염시에는 전압강하에 의한 전압왜곡현상이 나타났다. 방사전자파의 전계세기는 절연체표면 무오염시에는 오염시보다 10∼17(dBuV/m), 절연체표면 오염시와 화염시에는 5∼9[dBuV/m]정도 높게 나타났다.
가스절연개폐기의 절연물로 사용되는 에폭시가 흡습환경에 노출될 경우 절연내력은 급격히 저하된다. 에폭시 절연물에 함유되어 있는 수분은 어느 일정 온도에서는 가스 내 수분과 평형을 이루고 있지만 온도변화에 따라 수분은 이동되며 또 고전압 인가 시 절연체 표면은 열화 되어 장기간에 걸쳐 침식과 함께 Treeing 현상을 유발시킨다. 본 연구에서는 에폭시 절연물의 절연특성에 미치는 수분의 영향을 파악하기 위하여 실 계통에서 사용된 제품에 대해 AC 내전압시험 및 재료분석을 시행하였다. 분석결과, 표면의 파괴전압은 주수량에 따라 건조섬락전압의 최대 1/5까지 저하되었다.
폴리프로필렌은 가교폴리에틸렌을 대체할 수 있는 차세대 고전압 전력케이블 절연체로써 큰 주목을 받고 있다. 하지만, 폴리프로필렌은 탄성률이 크고 충격에 취약하여 단독으로 절연체로 사용될 수 없고, 중합 단계에서 고무상이 혼재된 공중합체 형태로 주로 활용된다. 본 논문에서는 내충격성 폴리프로필렌, 폴리올레핀 탄성체, 그리고 프로필렌-에틸렌 랜덤공중합체의 용융 혼합을 통해 연성의 폴리프로필렌계 블렌드를 제조하였다. 폴리프로필렌 기재를 유지하면서도 다량의 탄성체 상들을 지니는 적정 비율의 3성분계 블렌드를 개발하였고, 탄성체 상들의 도입에 의해 폴리프로필렌의 탄성률을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 25도 및 -40도에서의 충격강도 및 연신율을 크게 증가시킬 수 있었다. 또한, 동적기계분석을 통해 가교폴리에틸렌이 기계적 물성을 손실하는 100도 이상의 온도에서도 3성분계 블렌드는 고체 형태를 유지할 수 있는 범위의 저장탄성률을 나타내었다. 뿐만 아니라, 3성분계 블렌드는 30 kV/mm의 직류 전압 인가 하에서 공간전하를 효과적으로 억제시키는데 유리한 것으로 나타났다.
고분자 복합체 절연재료는 porcelain 이나 glass 같은 세라믹 소재의 재료와 비교하여 옥외사용 시간의 관점에서 더 뛰어난 특정을 발휘한다. 그러나 노화되었을 때, 이들 옥외용 절연재료의 성질은 발수성이나 흡수성등과 같은 절연재료의 표면특성에 의해 변화한다. 이러한 표면특성의 변화는 누설전류에 의한 트래킹 (tracking), 침식 (erosion) 및 섬락현상(flashover) 등의 유전체 파괴에 이르게 한다. 본 연구에서는 고분자 복합체 절연재료로 널리 이용되고 있는 EPDM의 발수특성을 향상시키기 위해 기존에 이용되던 무기물 첨가제인 alumina hydrate(ATH)이외에 발수성이 뛰어난 실리콘 고무를 상용화제를 이용하여 블렌드하고, 각종 유기 첨가제 및 무기물 보강제를 이용하여 EPDM/Silicone 복합체를 제조하였다. EPDM/Silicone 복합체의 인장강도 및 유전강도는 실리콘의 함량이 증가할수록 낮아졌으며, 촉진 노화시험을 실시한 결과 $120^{\circ}C$까지 인장강도 및 신율을 유지하였다. 유전강도의 측정결과 복합체의 접촉각과 표면에너지 측정결과 Silicone 고무의 함량이 증가할수록 접촉각은 증가하고, 표면에너지는 낮아졌다. 경사평판법에의한 내트래킹성 측정결과 실리콘 함량이 증가할수록 내트래킹성은 우수하였으며, 실리콘 함량이 30%인 복합체에서는 트래킹 및 침식이 진행되지 않았다.
MIT(Metal-Insulator Transition) 물질은 온도와 전기장과 같은 외부자극에 의해 절연체에서 금속으로 전이할 때 전기적 저항이 급격하게 감소하는 물질을 말한다. 그 감소폭은 약 $10^4{\sim}10^5$배 정도로 이전에 볼 수 없었던 아주 큰 값이다. 또한 이러한 급격한 감소로 인하여 NDR(Negative Difference Resistance) 같은 현상이 발생하며, 외부에서 주어지는 광학적 에너지에 의하여 전이가 일어나기도 한다. 이러한 여러 현상들을 이용하여 전자소자가 개발되고 그에 따른 응용 분야도 활발하게 연구가 진행되고 있다. 이러한 시도는 MIT 물질의 단독으로 제조된 소자뿐만 아니라 기존의 전자소자와 병행하여 더욱 시너지를 발휘할 것으로 예측된다. 본고에서는 MIT 현상의 간략한 설명과 현재 기술의 발전 방향, 간단한 응용소자에 관하여 개괄적으로 기술하고자 한다.
MIT 물질은 절연체에서 금속으로 전이할 때 특정한 온도와 전압에서 전기 저항이 급격하게 감소하는 물질을 말한다. 그 감소폭은 약 $10^4{\sim}10^5$배 정도로 이전에 볼 수 없었던 아주 큰 값이다. 또한 이러한 급격한 감소로 인하여 NDR 같은 현상이 발생하며, 외부에서 주어지는 광학적 에너지에 의하여 전이가 일어나기도 한다. 이러한 여러 현상들을 이용하여 여러 가지 전자소자로의 응용이 시도되고 있다. 이러한 시도는 MIT 물질의 단독으로 뿐만 아니라 기존의 전자소자와 병행하여 더욱 시너지를 발휘할 것으로 예측된다. 본 보고서에서는 MIT 현상의 간략한 설명과 현재 기술의 발전 방향, 간단한 응용소자에 관하여 개괄적으로 기술하고자 한다.
본 실험은 CW (Continuous wave) 주파수를 가진 교류 자기장을 발생시켜 자성나노입자를 가열시키는 것이 목적이다. 이를 위해 CW 주파수 및 SMPS (Switching Mode Power Supply)를 이용해 코일에서 교류 자기장을 발생시키는 평판형 자기장 발생 장치를 자체적으로 개발하였다. 이를 이용하여 인가전압을 변화시키면서 자기장 세기의 변화를 주었다. 평판형 코일 위에는 유리 등의 원형 평판 절연체를 덮고 그 절연체 표면에 웰(Well plate)를 위치시켰고 그 안에 자성나노입자가 포함된 수용액을 넣어 교류 자기장에 노출시켰다. 자기장 측정센서(Magnetic pick up coil, Gauss Meter)를 이용하여 자기장의 세기를 측정하였고, 자성나노입자의 농도, 크기 및 자기장 세기에 따른 자성나노입자의 온도상승효과를 접촉식 온도계를 이용하여 정량적으로 측정하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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