고전압설비의 열화상태를 분석하기위해 현장에서 실시하는 대표적인 절연진단시험으로 절연저항, 성극지수, 유전정접, 부분방전시험이 수행되고 있다. 이들 시험중에 부분방전시험은 국부적인 열화진단이 가능하여 현재 가장 신뢰성 있는 진단방법으로 이용되고 있지만, 변압기와 케이블의 경우 우수한 절연특성으로 부분방전 발생량이 미소하고, 현장의 주변노이즈로 인하여 효과적인 측정이 어렵다. 따라서, 본 논문에서는 현장진단에 적용 할 수 있고, 일반적인 절연물의 열화정도분석이 가능한 유전정접시험을 이용하여 실제 산업현장에서 측정한 고전압 변압기와 케이블의 유전손실계수의 경향성을 분석하였다.
현재 XLPE 절연 케이블의 상시 운전 온도는 $90^{\circ}C$나 개발된 고내열성 절연재료의 상시운전온도는 $110^{\circ}C$로 향상되었다. 개발된 고내열성 절연재료는 XLPE 절연 케이블의 상시 운전온도($90^{\circ}C$)와 비상시운전온도($110^{\circ}C$), 고내열성 절연재료의 상시운전온도($110{\circ}C$), 비상시 운전온도($130{\circ}C$)을 바탕으로 하여 열 열화 온도와 기간이 설정되었다. 열 열화는 자연순환 건조기에서 설정된 온도와 기간 동안 수행되었고, 열 열화된 고내열성 절연재료는 Mckewon전극을 이용하여 AC파괴 시험이 진행 되었다. 파괴시험데이터는 와이블 분포함수를 이용하여 통계적으로 분석되었다.
고전압회전기 고정자권선 절연물의 일반적인 운전조건에서 나타나는 열화특성은 많은 연구결과를 바탕으로 발전되어 왔다. 특히 고정자권선 절연물이 습한환경에서 운영되었을 경우 일반적인 절연물의 열화특성과는 다른것을 알 수 있다. 본 논문에서는 이러한 흡습특성에 대해 실제 산업현장에서 운영중인 고전압전동기 권선 절연물에서 나타나는 절연특성을 분석하고자 하였다. 이를위해 습한환경에서 운영중인 전동기를 선정하여 절연특성시험을 실시하였고 직류 및 교류시험전압결과에서 절연물의 흡습상태에 따른 고유의 절연특성결과값을 얻을 수 있었다.
에폭시 분체도료는 부스닥트, 및 전기기기에 절연재료로 광범위하게 사용되어 진다. 특히 Coating 절연 방식의 경우 전류에 의한 줄 열로 인해 전기화재 및 폭발의 점화 원인이 된다. 본 연구는 에폭시분체도료의 열화특성에 대해 절연파괴, 아크방전, 수명특성(V-t)을 중심으로 비교검토하고 이에 대한 기초데이터 확보 및 전기화재 원인인 절연특성에 대해 연구 하였다. 온도변화에 따른 절연특성은 시편 KS가 유리전이온도(Tg) 이전까지 $8{\sim}10%$ 정도의 감소로 안정적이었다. V-t 및 아크방전특성의 경우, 열화시편에서도 안정적 특성을 유지하였다. 열화에 의한 전기적특성의 경우 시편KS가 우수한 성능을 가지고 있다.
우리나라에서도 전려기기의 절연관리의 입장이나 경제적으로 보아서도 학계와 업계가 서로 협조해서 절연시험에 대한 검토를 시작해야 할것이며 나아가서는 조속히 표준적인 절연진단법을 확립하여야 할 것이다. 여기에서는 절연열화의 현상, 그에 따른 절연수명, 절연시험법등에 대해서 필자가 내다본 견지에서 간단하게 개설코저한다.
초전도 케이블은 저손실 대용량 전력수송이 가능한 전력케이블로서 대도시의 전력 공급문제를 해결할 수 있는 환경 친화적 신개념의 전력케이블이다. 한전 전력연구원 고창전력시험센터에서는 2006년에 22.9 kV, 100 m, 50 MVA급 초전도케이블 시스템을 설치하여 초전도케이블 실용화를 위한 신뢰성 시험을 실시하고 있다. 전력케이블의 주요한 신뢰성 요인 중의 하나가 절연특성이며 초전도케이블의 절연특성은 운전온도가 액체질소 온도이므로 절연지에 수분이 고화하여 일반적인 전력케이블보다 좋은 절연특성을 보이는 것으로 알려져 있다. 초전도 케이블은 절연지와 액체질소에 의해 절연이 이루어지며 열적, 기계적, 전기적, 환경적 스트레스에 의해 열화가 발생할 수 있다. 절연층에 이러한 스트레스가 누적되면서 void가 발생하게 되고 전계집중 현상에 의해 절연성능이 저하되며 과다한 열화의 발생시 절연파괴가 일어나게 된다. 온 발표에서는 운전온도 66.4 K에서 1.5 $U_0$ (20 kV) 전압의 30일간 연속 인가 시험과 초전도 케이블의 절연열화 가속시험을 통하여 얻은 부분방전 및 정전용량의 변화 등의 절연특성 평가 결과에 대해 논의한다.
본 논문은 변압기의 과부하 상태를 모의하고 내부 절연물의 잔존수명을 평가하기 위한 방법으로 열적 스트레스를 인가한 가속 수명 시험을 수행하여 광유 함침 절연지의 전기적 기계적 열화 특성을 분석하였다. 시험에 사용된 절연 재료는 변압기의 주 절연물로 널리 사용하고 있는 셀룰로스계 크래프트 절연지와 광유계 절연유를 사용하였다. 가속 열열화 시험은 IEEE/ANSI Standard C59.91-1981의 수명 예측 곡선에 의거하여 국내 배전환경에 부합하도록 $55^{\circ}C$ 절연시스템을 기준으로 하였으며, $150^{\circ}C$에서 약 1,000시간 동안 열 스트레스를 인가함으로써 변압기의 수명이 다하도록 모의하였다.
오일 변압기 내부의 절연물은 절연지, 프레스보드, 광유 또는 식물유가 주로 사용되고 있다. 사용 기간과 과부하 조건에 따라 열화정도가 달라질 수 있으며, 내부 절연물의 열분해 및 가수분해로 인해 수분은 자연스럽게 생성될 수 있다. 생성된 수분은 절연을 약하게 하는 주된 요인으로 작용해 기기의 고장 또는 정전을 초래할 수도 있다. 본 논문에서는 변압기 내부 절연물의 주파수응답 특성과 절연상태 값을 바탕으로 변압기 내부를 전기적 소자로 등가화하였다. 그 후 등가화된 회로를 이용해 회복전압법의 원리에 따라 EMTP 프로그램을 활용해 분극특성을 모의하였다. 실제 측정 값과의 비교를 위해 보고된 문헌의 데이터를 활용하였고, RVM을 이용한 실측값과 유사한 결과를 얻게 되었다. 따라서 본 시뮬레이션에 활용된 전기적 소자값을 변경함으로서 내부 절연물의 열화정도에 대한 기대 파형을 예측할 수 있는 유용한 도구로 활용될 수 있음을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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