본 논문은 수트리 열화된 가교폴리에틸렌(XLPE) 절연 지중케이블의 절연회복을 위해 개발된 실리콘 처리 기법의 현장적용 가능성을 검토하기 위해 수트리 열화된 325 $\textrm{mm}^2$ CN/CV 케이블을 수거하여 실리콘 처리하고, 시간의 경과에 따른 절연성능 향상도를 분석한 것이다. 시료 케이블의 절연회복을 평가하기 위해 교류절연파괴시험을 실시했다. 또 실리콘 처리케이블의 평가를 위해 진단시험 및 케이블 특성평가를 수행했다. 실리콘 처리후 1년 경과 시료 케이블올 분석한 결과, 실리콘액(silicone fluid)과 수분이 효과적으로 결합해 절연파괴강도가 상당히 증가한 것으로 나타났다. 실험결과를 종합해 볼 때 수트리로 열화된 케이블의 절연성능 향상에 실리콘 처리가 효과적인 것으로 나타났다.
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.
디지털 산업을 주도해 나아가고 있는 오늘날 아날로그 능동 소자의 대표라고 할 수 있는 커패시터는 모든 전기 전자 부품 소재에서 매우 중요하게 적용되고 있다. 커패시터는 절연재료의 종류와 구조 그리고 사용목적에 따라서 많은 종류를 가지고 있다. 최근 들어서는 용도에 적합하도록 선택사양을 가지고 있으며 소형화, 대용량화, 그리고 사용 온도범위를 넓게 하기 위한 온도특성 연구가 활발하게 진행되고 있다. 동시에 고분자 필름 내부에서 결함이 존재하여 커패시터 자체가 파괴되기 전에 기본사양을 만족하면서 신속하게 회복할 수 있는 메카니즘이 발표되고 있다. 따라서 본 연구에서는 결함에 따른 유전 재료의 절연 파괴시 파괴 지점 주위에 급격하게 발생하는 열과 압력으로 패턴 또는 국부적인 자기 증발 현상을 발생시켜서 신속하게 전기적으로 절연시키는 방식에 대해서 언급하고자 한다.
수분은 변압기의 절연 상태를 악화시키고 결국은 권선의 단락이나 1, 2차간의 절연 파괴로 이어져 변압기 고장의 주요 원인이 된다. 본 논문에서는 변압기의 절연물인 절연지와 절연유에 대해서 회복전압 측정법을 이용한 열화상태 진단에 대한 측정을 통해 변압기내에 존재하는 수분의 온도 특성을 실험했다. 실험 결과 변압기내 온도에 따른 수분은 절연유보다 절연지의 영향을 크게 받는 것으로 나타났고, 이는 변압기에 사용된 절연지인 셀룰로오스계 절연지의 수분 흡착성이 강하고, 온도가 증가함에 따라 수분을 생성하는 특성 때문인 것으로 판단되었다.
회복전압 측정법(RVM: Recovery voltage measurement)은 최근 유럽지역에서 활발히 연구 진행되고 있는 절연 진단 기법 중의 하나로 소개된바 있으며, 오일과 절연지 사이에 스며든 수분량을 검출할 수 있는 진단 시스템기법이다. 변압기 내부의 절연물질에 대한 분극특성을 분석함으로서 열화진행정도 및 열화정도를 진단하는데 활용될 수 있다. 본 논문은 국산화의 일환으로 전기계측제어용 LabVIEW 프로그램을 활용하여 RVM 전 과정을 자동으로 사용할 수 있도록 자체 제작한 프로그램을 소개하고자 한다.
본 논문은 RVM(Return Voltage measurement)을 이용하여 식물유와 광유에 따른 절연지의 수분 흡습성에 관한 특성을 비교하였다. 시험 절연재료로써 절연유는 각각 식물유(Bio Trans 1000,Cargill사)와 광유(제1종 2호, 동남석유(주))를 사용하였고, 절연지는 셀룰로오스계 크래프트 절연지를 사용하였다. 각 조건에서 IEEE/ANSI Standard C59.91-1981의 기대수명 곡선에서 $55^{\circ}C$ 절연을 기준으로하여 가속 열열화 시험을 수행한 후, $15^{\circ}C$씩 온도를 변화시켜 RVM 측정을 하였다.
본 연구는 진공증착중합법에 의해 폴리이미드를 제작하고 박막의 절연파괴특성을 자기절연회복법에 의해 측정하였다. PMDA(Pyromellitic dianhydride)와 DDE(4,4'-diaminodiphenyl ether)를 증착 중합하여 Polyamic-acid(PAA)를 형성하고 이를 열처리함으로서 폴리이미드를 제조하였다. 제조된 박막의 특성을 조사하기 위해 주사형 전자현미경(SEM), 적외선분광장치(FT-IR) 및 오저전자분광장치(AES)를 사용하였다. 절연파괴특성 실험은 동일 시료에서 50회를 반복하였으며 25회 이상에서 절연파괴전계는 포화되었다. 열처리 온도를 200${^\circ}C$, 250$^{\circ}C$, 300$^{\circ}C$ 및 350${^\circ}C$로 변화했을 때 절연파괴전계는 1.21MV/cm, 3.94MV/cm, 4.61MV/cm, 4.55MV/cm로 변화하였다.
전기기구의 절연성을 향상시킨다는 것은 품질이나 수명을 향상시키는것과 똑같은 의의를 갖는 것이며, 따라서 기기의 수명은 절연성에 있다해도 과언이 아니다. 절연내력을 높이기 위해서는 질량의 절연재료와 고도의 절연가공기술 및 절연구조의 개량등의 요건을 필요로 하나 건조 처리기술에 의하여도 상당히 전기특성을 회복시킬수 있다. 주지의 사항과 같이 건조 처리법에는 열풍건조법, 열유(분무 및 순환) 건조법증기건조법, 전류건조(냉상전류법 및 단락순환건조법)법, 등등에 진공건조를 병용한 처리법이 있으며 어떤나라의 전력계통에서도 계통의 감시 또는 정기보수시 전력용 변압기를 건조(현지)해야 되는 작업은 기기 maker에서 공장건조해야 되는것과 똑같이 거쳐야 하는 공정중의 하나인 것이다. 여기서 언급코져 하는 변압기 tank 유도가열법은 본인이 일본 삼릉전기에서 연수중 조사한 바 있는것으로서 소련, 일본등지에서는 벌써부터 타 건조처리법과 병용해서 척용하고 있으며, 보유하고 있는 건조실의 size가 적을때나 또는 수송 제한조건때문에 현지 조립을 요하는 지역에서는 편리한 처리법의 하나라 할 수 있다. 이하 그 설계 계산법과 설계예를 간략한다.
수분은 변압기 내부의 절연물의 절연내력에 악영향을 끼치므로, 변압기 열화진단의 중요한 요소이다. 이러한 수분을 검출하기 위한 여러 가지 방법들(Karl-Fischer법, Dew-Point법, RVM 등)이 개발되어졌고, 현재도 많은 연구가 진행되어 지고 있다. 본 논문에서는 회복전압측정법(RVM : Return Voltage Measurements)과 FDS(Frequency Domain Spectrum)를 이용하여 변압기의 여러 구성물(절연지, 전극, 절연유 등)들과 수분과의 반응 메커니즘을 분석하였다. 눈으로 확인할 수 없는 부분을 규명함으로서 앞으로 변압기 열화진단법들의 개발에 기여하고자 하였다.
전기방전에 대한 shed 재료의 열화내성과 우수한 발수성의 장기간 유지특성은 폴리머 애자의 장기성능에 있어서 가장 중요한 인자들이다. 애자 제조시 무결점 성형성 또한 중요한데 열화내성을 확보하기 위해 다량의 ATH의 첨가가 수반되기 때문에 적절한 process oil의 사용이 불가피하다. 사용하는 오일의 종류와 량에 따라 옥외절연물의 장기성능에 영향을 주는 표면발수성이나 방전내성은 크게 차이가 나는 것으로 밝혀지고 있다. 본 논문에서는 화학적 구조와 정도가 다른 몇 가지 실리콘 fluid들을 실리콘 고무에 처방하여 기본물성과 초고압 옥외절연물의 shed 재료로서 장기성능에 영향을 주는 방전열화내성과 표면발수성의 회복특성을 평가하였다. 실리콘 고무의 무결점 사출성형에 가소도가 중요한데 동일한 무기물 첨가조건에서 유사한 가소도를 갖게 하는데 필요한 량은 fluid들의 종류에 따라서 상당한 차이가 있었다. 특히 PDMS는 점도는 낮지만 분자량이 커서 많은 량이 첨가되어 기계적 특성저하가 크게 일어났다. 코로나 처리후 발수성 회복특성은 fluid들의 분자크기와 반응기의 종류에 따라 상당히 영향을 받았으며 분자가 클수록 초기회복속도는 다소 느려도 최종의 상시발수성은 다소 높게 유지되었으며 2일 이내에 거의 초기 접촉각으로 회복되었다. 내아크성은 무게손실이 적을수록 오차범위도 작은 안정된 특성을 보였으며 fluid들의 종류에 따른 무게손실의 차이는 크지 않았다. 트래킹 방전에 의한 무게 감소는 fluid의 분자가 크면서 페닐기를 가진 fluid들이 첨가된 고무가 우수한 특성을 보였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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