본 논문에서는 영상센서를 이용하여 유기절연물질내의 트리 열화현상을 측정할 수 있는 시스템에 관하여 논하였다. 기존의 육안관찰법으로서는 관측하는 것이 매우 어려웠던 트리형상의 변화를 화상처리 기술을 이용하므로서 트리발생 직후부터 관측할 수 있게 되었다. 실험결과, 화상처리장치는 최초로 발생된 트리에서 부터 그 진전상황을 즉각적으로 기록할 수가 있었으며 트리의 신장도, 열화면적 및 연속 화상처리 측면에서 트리의 진전특성을 고찰하였다.
본 논문은 새롭게 초음파 분산기법을 이용하여 제조된 나노콤포지트 와 원형에폭시 수지에 대한 전기적 특성인 트리현상의 여러특성을 연구하였다. 나노필러인 Layered Silicate Particles가 에폭시수지 중에 Power Ultrasonic으로 분산된 나노콤포지트를 제조하였다. 충진된 혼합물에서 나노입자의 영향을 조사하기위해 열적, 구조적 특성을 연구하였고, 장시간 절연파괴 특성을 조사하기위해 침대평판 전극으로 원형에폭시수지와 나노콤포지트와 비교 측정하였다. 연구는 에폭시원형수지에 대한 인가전압레벌(교류 10, 15, 20kV)의 변화와 온도변화에 대한 (30,90,$130^{\circ}C$)의 트리특성을 연구하였다. 모든 전압레벨에서는 일정전압까지 1kV/s 로 승압 후 일정하게 인가되었고, 파괴에 이를 때까지 측정한 결과 10kV, 15Kv, 20KV의 경우 1042,75,488분후에 파괴에 이르렀다. 그러나 트리진행속도는 인가전압이 높을수록 빠르게 진행하였다. 온도 변화에 대한 트리특성으로서 15kV인가 후 파괴에 이르는 시간은 30,90,$130^{\circ}C$의 경우 75.3, 970, 226분으로 $90^{\circ}C$의 경우 절연성능이 가장 우수하였고, 트리진전속도는 $30^{\circ}C,130^{\circ}C,90^{\circ}C$ 순으로 나타났다. 이는 트리진전으로 파괴에 이르는 시간과 속도는 트리형태에 지배적으로 영향을 맡고 있음을 알 수 있었다. 또한 나노콤포지트 트리의 경우 15kV인가시 10902에 파괴에 이르렀고, 트리진전속도는 0.000729mm/min으로 원형에 비하여 53.36배의 트리진전시간이 느리고, 파괴시간은 145배 오래 견디는 절연내력을 측정할 수 있었다.
보이드, 이물, 돌기등 고부자 절연체 내의 결함은 이곳에 전계가 가해질 때, 국부적 전계집중을 유발하며, 절연체 내의 미소 방전을 일으킨다. 이 때 발생한 미소 방전에 의해 보이드 표면의 고분자 물질은 기계적, 화학적 열화를 일으키며, 이에 따라 전기적 트리를 형성하게 된다. 이러한 트리는 결국 절연체의 절연파괴로 진전되므로, 고분자 물질을 절연물로 사용하는 전력기기의 경우에는 신뢰성에 큰 문제를 유발한다. 따라서, 이러한 방전(부분방전)이 일어날 때 생기는 전기적 신호를 검출하여, 절연물의 신회성을 평가하는 것은 매우 중요하다. 본 논문에서는 이러한 미소방전이 일으키는 방전의 파형이 트리의 진전에 따라 어떻게 변화하는지에 대해 연구하였다.
영상처리 방식을 이용하여 유기 절연재료의 트리잉 열화를 측정하였다. 전통적으로 목측(가시측정)에 의한 트리현상 변화를 관찰해 왔으나 트리형상 특징과 변화를 이해하는데 정확한 측정에 어려움을 만들었다. 영상처리 시스템을 이용한 트리 측정장치를 이용하여 트리진전길이와 열화면적들의 고유특성을 영상처리 시스템을 이용하여 목측치와 거의 대등한 결과가 나오는 트리진전 영상처리 자동계측 시스템을 구현하였다.
본 논문에서는 전력기기의 고체 절연물내에서 발생하는 전기트리의 진전양상 및 그에 대한 PD 분포 특성을 Hn(q), $Hn(\Psi)$, $Hq_{avg}{\Psi})$, $Hq_{max}(\Psi)$로 표현하였다. 또한 통계적 분포의 변화정도를 나타내어 정량적으로 확인을 하고자 하였다. 논문에서 사용한 트리 결함은 침-평판 트리, 보이드트리, 고체절연물내 이물트리 등 세 가지 경우이며, 각각의 트리 진전에 대한 특성은 서로 다른 특성을 보이는 것으로 나타났다.
본 논문은 전력 케이블의 절연체인 XLPE 시료에 상용주파수 교류전압을 인가하였을 때, 절연열화에 의한 보이드방전 펄스신호와 AE신호 및 트리진전 특성을 검출하고 관찰하였다. 또한 XLPE 절연체의 트리 채널내 인가전압에 따라 보이드방전 펄스신호와 AE신호를 각각 관측하였다. 실험 결과 전력 케이블의 절연체인 XLPE 시료의 보이드 존재 유 무에 따른 트리진전 형상은 보이드 존재시에는 수지형으로 성장하였으나, 무보이드시에는 수초형으로 성장하였다. XLPE 절연체내의 트리진전 특성은 보이드 존재시에는 열화시간이 경과함에 따라 급격히 증가하였으나, 무보이드시에는 열화 시간이 경과함에 따라 트리의 성장 형상은 감소되는 것으로 나타났다. 전력 케이블 절연체인 XLPE의 트리 채널내 보이드방전에 의한 AE신호의 주파수 스펙트럼으로 분석한 결과, AE신호의 크기에 따라 변화되었으며 그 주파수 영역은 대략 1.0[MHz] 이하의 분포인 것으로 관측되었다.
트리열화 현상을 감지하기 위한 노력으로 음향방출 펄스를 계측할 수 있는 자동계측 시스템을 자체 개발하였다.가교 폴리에틸렌(이하 XLPE라 부른다)시편에 교번전압 15[kV]을 인가했을 때 수초형 트리(bush-type tree)로의 개시 및 진전시 수초형에서 가지형(branch-type tree)으로 진전할 때는 음향방출 평균펄스 진폭(이하 펄스평균 진폭이라 부른다)이 작은 펄스가 많이 발생하였고, 가지형에서 수초형 트리로 진전할 때에는 큰 펄스진폭을 갖는 작은 수의 펄스수를 계측할 수 있다. 이로써 작은 진폭을 갖는 많은 펄스진폭 및 펄스수에 대한 3차원의 분포양상으로서 왜도(Skewness)가 방전의 특성량임을 확인하였고, 왜도를 이용한 S-평면상의 궤적(Trajectory) 변화시 원점에서 멀어질수록 파괴에 가까워짐을 알았다.
전력용 케이블은 전선로의 지중화 추세에 따라 사용이 증가하고 있다. 케이블 절연체의 경우 장기간의 전압인가에 의해 열화 및 절연파괴 된다. 전력용 케이블의 절연파괴시 발생하는 사회/경제적 문제는 매우 심각한 것으로 알려져 있다. 절연체의 열화에 영향을 주는 요인은 매우 복잡하지만 그중에서도 전기트리 열화에 의한 파괴는 비교적 두꺼운 고체 유전체인 경우에 절연파괴 사고의 주된 원인이 되고 있다. 전기트리의 개시나 진전시 부분방전이 발생하므로 부분방전의 검출에 의해 전기트리의 발생 및 진전 양상을 관측할 수 있고 부분방전의 해석에 의해 절연재료의 잔여 수명을 예측할 수 있다. 본 논문에서는 고전압 전력용 케이블 절연재로써 광범위하게 사용되고 있는 저밀도 폴리에틸렌 시편에서의 전기트리 진전 양상을 비파괴 진단 기법에 의하여 검출하고자 내부 부분방전을 관측/해석하였다.
이 논문에서는 저밀도 폴리에틸렌(이하 LDPE라 함)의 절연파괴 실험시 발생되는 전기적 트리진전시 발생되는 부분방전을 음향방출 측정법에 의해서 측정하였다. 부분방전 발생시 생기는 음향방출 펄스와 플스 진폭을 각 위상각별 시간별로 측정하였고, 왜도 즉 Skewness(이하 S라 함)개념을 도입하여 S값에 의한 LDPE 파괴예지가 가능함을 보였다. 또한 시료로서 인공보이드가 있는 시료와 보이드가 없는 시료를 사용하여 같은 전압 인가시 보이드가 있는 시료가 절연파괴로의 진전이 빠르게 진행됨을 알았다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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