본 논문은 지중송전 XLPE 케이블에 대한 국내외 부분방전(Partial Discharge) 진단기술 현황과 정확도 향상방안을 다룬다. 먼저, 최근의 국내 XLPE 케이블 설치 및 고장 현황을 살펴보고, 국내외 PD진단 동향, PD 진단장비의 특징, 접속부 계면 PD의 주파수 특성을 차례로 알아본다. 마지막으로 이를 종합하여 진단 정확도 향상 방안 및 케이블 고장예방을 위한 향후 연구방향을 제시한다.
지중송전라인에서 전압등급의 상승은 선로손실을 줄이면서 밀집된 전력수요에 대응하거나 특별히 고전압 수요를 맞추기 위한 것으로 이것은 XLPE Cable의 제조기술이 향상되면서 지속적으로 진행되어온 초고압송전계통의 일반적 추세이다. 이러한 경향으로 국내에서는 지중송전선로로서 최고전압인 345kV가 시공되어 운전중에 있으며 해외에서는 220kV~275kV급을 넘어서 400kV급 초고압케이블라인의 수요가 증가하고 있는데, 이러한 지중송전라인의 초고압화는 높은 신뢰성이 함께 요구되며 특히 접속재 분야에서 매우 높은 신뢰성이 요구된다. 당사는 UAE 400kV AL TAWEELAH Project에 400kV XLPE 1Cx630SQ 광복합 초고압송전라인을 준공하였는데 본고에서는 여기에 적용된 400kV XLPE 1Cx630SQ 광복합 케이블 부속재의 신뢰성을 높이기 위한 설계방법, 시험 및 시공에 대하여 요약하였다.
레이저 유기 압력 펄스법을 이용하여 가교폴리에틸렌필름과 전력케이블의 공간전하의 성질을 정량적으로 연구하여 다음과 같은 결론을 얻었다. 잔류가교제를 갖는 XLPE에서는 음극으로부터 현저한 전자주입이 나타나고 시료전체에 걸쳐 부의 공간 전하가 형성되었으며 음극으로 부터의 전자 주입은 전계상승에 따라 증가 하였다. XLPE 전력 케이블에서는 잔류가교제가 이온화하여 생긴 정 및 부의 헤테로 공간 전하가 음극 및 양극 부근에 형성되었다.
지중송전라인에서 전압등급의 상승은 선로손실을 줄이면서 밀집된 전력수요에 대응하거나 특별히 고전압 수요를 맞추기 위한 것으로 이것은 XLPE Cable의 제조기술이 향상되면서 지속적으로 진행되어온 초고압송전계통의 일반적 추세이다. 이러한 경향으로 해외에서는 케이블 도체의 송전용량을 증대시킬 수 있는 방법으로 케이블 도체에 에나멜 코팅을 하여 집합을 한다. 그러므로써 기존 케이블에서 발생되는 표피현상 및 근접효과에 의한 AC 저항 요소를 줄여 요구하는 전류용량을 기존 비소선절연 케이블에 비해 더 많이 송전할 수 있다. 하지만, 소선절연 케이블이 전류 용량을 증대 시킬 수 있는 장점은 있으나 접속재의 경우 도체의 에나멜 코팅을 제거해야 하는 문제점이 있다. 당사는 에나멜 코팅을 제거하는 방법을 개발 완료함으로써 본 접속재의 개발을 앞당길 수 있었다. 당사는 쿠웨이트 400kV MEW/C/3931 Project에 400kV XLPE 1C${\times}$2500SQ 소선절연 초고압송전라인을 적용하였는데 본고에서는 여기에 적용된 400kV XLPE 1C${\times}$25000SQ 소전절연 케이블 부속재의 신뢰성을 높이기 위한 설계방법, 시험 및 시공에 대하여 요약하였다.
본 논문에서는 전력 케이블의 전파상수를 추출하는 2-port time-domain reflectometry(TDR) 방법을 제안한다. 케이블을 투과하는 펄스 신호를 시간 영역에서 측정하고 주파수 영역에서 분석하여 전파상수를 추출하였다. 22.9 kV 325 $mm^2$ XLPE 케이블의 전파상수를 2.14 GHz까지 추출하고 network analyzer 로 측정한 케이블의 $S_{21}$을 비교하여 2-port TDR 방법의 타당성을 입증하였다. 그 결과, 기존의 TDR 방법보다 측정 가능한 상한 주파수가 증가하고, 고주파수에서 오차가 줄어드는 것을 확인하였다.
Research on aged insulation of cables by stress is constantly being considered for reliable and stable power transmission of offshore wind farms. This study aimed to evaluate the insulation characteristic of aged XLPE (cross-linked polyethylene) insulation for application of offshore wind farms. In this study, The XLPE insulation of cable was set as various mechanical strains. The XLPE insulation is exposed to the mechanical stress below yield strain of 5%, 10%, and 20%. Aged samples were tested by using the method of AC BDV (alternative current breakdown voltage), tensile strength, elongation, and SEM (scanning electron microscope) to obtain insulation characteristics. The experimental results show that the dielectric breakdown of the sample with a strain 20% was 50% lower than the unaged sample; thereby, demonstrating that the mechanical strain that occurred in the submarine cables can weaken the insulation characteristics. Therefore, mechanical strain should be monitored when laying and operating submarine cables for offshore wind farms.
국내 원자력발전소의 고압 케이블의 체계적인 열화 진단 및 수명예측을 위한 사전작업으로 원자력발전소에서 불리한 환경 하에서 장기간 사용된 후 철거된 XLPE 전력 케이블을 대상으로 성능 측정을 수행하였다. 측정 방법으로는 VLF(Very Low Frequency) Tan${\delta}$ 방법 및 상용주파 부분방전시험을 택하였다. 또한 고주파변류기(HFCT)를 사용하는 부분방전 측정방법(HFPD)에 VLF 내압기를 적용할 수 있는지 확인하였다.
한국전기전자재료학회 2006년도 영호남 합동 학술대회 및 춘계학술대회 논문집 센서 박막 기술교육
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pp.136-139
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2006
최근 전력수요의 급증과 더불어 기기의 소형화와 경랑화를 위해 고분자절연재료의 사용이 증가하였으며, 근래 들어 환경성의 문제가 거론되면서 반영구적인 절연재료의 요구가 급증하였다. 그로 인하여 초고압 케이블의 절연재료로서 가교폴리에틸렌이 사용되어지고 있다. 이에 본 논문에서는 초고압전력용 케이블에서 절연재료로 사용되고 있는 가교폴리에틸렌 (XLPE) 내부전계분포 및 파괴전압과의 상관관계를 알아보기 위해 케이블에 칩 전극을 삽입하여 두께를 0.5, 1, l.5 [mm] 변화시켜 파괴전계를 검출하였으며, 또한 와이블 해석을 통한 파괴전압의 척도파라미터룰 검출하여, 시뮬레이션 인가전압으로 사용하였다. 시뮬레이션 경계요소법 (BEM)을 이용한 3 차원 전계해석 프로그램으로 조사하였다.
XLPE 절연 전력케이블의 제조과정에서 발생하는 가교부산물을 제거할 목적으로 14주기노화를 실시하며, XLPE 절연체에 발생하는 수트리를 가속 발생 성장시킬 목적으로 가속수트리 열화를 실시한다. 22.9kV 트리억제형(TR CNCV-W) 케이블에 대하여 14주기노화 전과 후, 120, 240, 360일 가속수트리(AWTT) 후의 파괴전압을 분석하였다. 14주기노화는 상승효과와 감소효과가 비슷하게 작용하는 것으로 나타났으며, 240일 AWTT 이후에 노화가 가속되는 것으로 나타났다.
345 kV 케이블의 종단접속부에서는 다수의 아크흔적이 발견된다. 재료분석에 의하면 케이블은 양호한 것으로 판정된다. 제조 및 설계상의 문제점은 없는 것으로 판단된다. 시공상의 결함요인 중 절연유 레벨이 낮은 것으로 추정되었다. XLPE에서는 다수의 Arc trace가 나타난 것을 확인하였다. 그러나 Soots mark가 없고, Yellow band 확인되지 않았으며, 방사형의 spider leg와 연결되지 않은 아크흔적이 없다. 이견사항으로는 XLPE의 내부에 보이드, 이물질 또는 돌기로 의심되는 것은 발견되지 않았다. 따라서 XLPE에서 이물질의 부착에 의한 절연파괴인 것으로 판단된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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