21세기에 들어서 전선의 설계제조에 과학적 수법이 채용되면서 전기기기로부터의 요구가 고도화됨은 물론 각종 합성피복재료의 개발과 함께 새로운 형태의 전선도 개발되어졌다. 또한 사회의 산업화 및 고도화에 따라 전력에너지의 수요는 비약적으로 증대하고 이의 공급 매체로서의 전력케이블은 점차 대용량화 및 초고압화로 발전되어 오늘에 이르게 되었으며 대용량화는 케이블의 구조적, 시스템적인 기술발달이 있어 왔고 초고압화를 위해서는 새로운 절연재료, 신제조공정의 기술이 적용되어 지금도 꾸준히 연구되고 있다. 폴리에틸렌은 전기절연성이 매우 우수하고 압축 공정이 용이하기 때문에 전력케이블의 절연층으로 널리 사용되고 있으나 여러 가지 요인에 의하여 열화되는 단점이 있다 ...
21세기에 들어서 전선의 설계제조에 과학적 수법이 채용되면서 전기기기로부터의 요구가 고도화됨은 물론 각종 합성피복재료의 개발과 함께 새로운 형태의 전선도 개발되어졌다. 또한 사회의 산업화 및 고도화에 따라 전력에너지의 수요는 비약적으로 증대하고 이의 공급 매체로서의 전력케이블은 점차 대용량화 및 초고압화로 발전되어 오늘에 이르게 되었으며 대용량화는 케이블의 구조적, 시스템적인 기술발달이 있어 왔고 초고압화를 위해서는 새로운 절연재료, 신제조공정의 기술이 적용되어 지금도 꾸준히 연구되고 있다. 폴리에틸렌은 전기절연성이 매우 우수하고 압축 공정이 용이하기 때문에 전력케이블의 절연층으로 널리 사용되고 있으나 여러 가지 요인에 의하여 열화되는 단점이 있다 저밀도 폴리에틸렌(low density polyethylene ; LDPE)보다 열적, 기계적 특성이 우수한 가교 폴리에틸렌(crosslinked polyethylene ; XLPE)으로 절연된 지중 전력케이블도 고분자의 특성상 경년에 따라 열화되기는 마찬가지이므로 열화에 의한 사고는 불가피하다. 전력케이블의 열화에 관련된 연구는 주로 열화진단 연구와 재료개발 연구가 주류를 이루고 있다. 열화진단 연구로 종래에는 주로 전기적 방법에 의한 평가를 하였으나. 최근에는 고분자 특성 분석 방법을 사용하고 있다. 이 방법은 EPRI 등 외국 연구소에서 10여 년 전부터 사용하고 있는데 이 방법은 모든 외적 요인이 재료의 구조변화를 유발하므로 구조변화를 측정하여 특성변화의 정도를 예측해내는 것이다. 고분자 특성 분석의 방법이 전기절연 분야에 응용되는 예는 대부분 전기적 문제점이 발생하거나 또는 신제품 개발을 위한 기본 물성 평가에 사용된다. 위에서 언급한 바와 같이 열화에 의한 전력케이블의 사고는 발생할 수 있지만 국내의 경우에는 케이블의 예상수명으로 알려진 30년에 훨씬 못 미치는 8~12년 정도에서 사고가 빈번하게 발생하고 있으며, 이러한 사고 발생은 계속적으로 증가하는 추세이다. 전력케이블의 하고는 취약한 결함부분에서 발생하는 것이 당연하지만 일단 사고가 발생하면 사고 원인인 결함부분이 소실되므로 정확한 원인을 규명하기가 매우 어렵다. 전력케이블 사고의 원인으로는 크게 시공불량, 제조결함, 자연열화 등으로 구분하여 생각할 수 있다. 시공불량에 의한 사고로는 풀링 작업 시 발생할 수 있는 절연층 손상 및 이물질 유입, 허용 곡률 반경을 초과한 무리한 시공, 현장 작업기기에 의한 외상 등이 있다. 제조결함에 의한 케이블사고는 제작시에 발생할 수 있는 결함에 의한 것으로 대표적인 결함으로는 반도전층의 돌기, 절연층 내의 이물질 또는 보이드, 미가교 등이 있으며, 자연열화에 의한 사고는 케이블이 운전되는 환경에서 유입된 수분과 전계의 복합작용으로 발생하는 수트리 현상, 중성선 부식에 의한 전압 불균형 및 고분자 산화현상 등이 있다. 따라서 본 연구에서는 케이블의 열열화를 열영상분석을 통하여 안전하고 경년열화를 미연에 방지하고 케이블에 적용되는 방사율을 적정하게 유지하여 발생열을 현열과 동일하게 측정할수 있게 하기위한 기술적인 방법에 대하여 중점적으로 연구하였다. 본 연구는 케이블의 무정전 점검기법 연구를 위하여 적외선 열화상 장비를 이용한 점검기법 및 판정기준 정립을 위한 연구로 적외선에 대한 이론정립 및 현장 실험들을 통하여 이상 발열 부위에서의 온도 분포를 분석하였다. 이상 발열 원인은 주로 접촉 불량, 노후화에 의한 접촉저항 증대, 기기 등에서 접속 불량으로 인한 저항증대로 주율열이 발생되어 이상 발열되거나 또는 과부하에 의한 이상발열을 적외선 열화상 장비를 이용하여 이상발열 부위에서 온도분포를 시각적으로 표시하여 보다 용이하게 설비의 이상 유무를 진단 할 수 있다. · 적외선에 대한 이론적 고찰 및 방사율 조정방법을 통해 적외선의 기본적인 이론 정립과 · 적외선을 이용한 열화상 장비에 대한 설명 및 측정원리에 대한 개념을 설명하였다. · 현장에서 전력기기 측정 시 측정방법과 결과에 대한 진단기법은 현장 실험 시 일어날 수 있는 상황에 대해 용이하게 대처하도록 하였다. · 측정 결과 특고압 및 고압 설비에서의 각 상간 및 주위온도와 이상 발열부위에서의 온도 분석은 비교적 용이하게 검출되지만 측정 시 부하전류관계를 사전에 조사할 필요가 있으며 또한 측정 대상물의 물질에 따른 방사율 및 감도를 조정하여야 한다.(케이블의 경우 0.83~0.93정도) (특별한 경우를 제외하고는 방사율은 1에 고정함) · 옥외 측정 시 고려 할 사항으로 직사광, 태양광에 의한 반사광, 바람, 비, 그늘, 기타 환경에 의한 영향을 측정 시 고려하여야 한다. 모든 전력기기의 열 온도 판정 시 기준이 될 수 있으며 평형 및 불평형 부하인 경우 부하율의 적용이 중요하고 옥외 측정 시 풍속의 영향을 고려하여야 한다. 판정기준에 의한 수치는 전기설비의 거의 대부분에서 측정된 결과에 의한 판정이기 때문에 측정 시 올바른 방법에 의하여 발열 부위의 온도 분포를 측정 및 분석하면 이 판정기준을 크게 벗어나지 않으리라 본다. 특히 방사율은 개개의 케이블의 구성인자 및 상황, 온도에 따라 규정된 방사율 값을 지정하여 측정하기는 매우 곤란하므로 방사율 1에 고정을 하여 경년변화에 따른 은도의 변화추이를 관찰하여 Data로 관리하여 적·부의 판단을 하여야한다. 앞으로 적외선 영상장비를 이용하여 더 많은 측정 Data가 수립 되면 지금의 판정 기준 보다 더 정확한 기준이 정립 되리라 생각되며 지금까지의 연구내용은 적외선 열화상 장비를 이용한 진단 시 참고 자료로 활용 될 수 있으며 현장에서 적외선 열화상 측정 시 많은 도움이 되리라 생각된다.
21세기에 들어서 전선의 설계제조에 과학적 수법이 채용되면서 전기기기로부터의 요구가 고도화됨은 물론 각종 합성피복재료의 개발과 함께 새로운 형태의 전선도 개발되어졌다. 또한 사회의 산업화 및 고도화에 따라 전력에너지의 수요는 비약적으로 증대하고 이의 공급 매체로서의 전력케이블은 점차 대용량화 및 초고압화로 발전되어 오늘에 이르게 되었으며 대용량화는 케이블의 구조적, 시스템적인 기술발달이 있어 왔고 초고압화를 위해서는 새로운 절연재료, 신제조공정의 기술이 적용되어 지금도 꾸준히 연구되고 있다. 폴리에틸렌은 전기절연성이 매우 우수하고 압축 공정이 용이하기 때문에 전력케이블의 절연층으로 널리 사용되고 있으나 여러 가지 요인에 의하여 열화되는 단점이 있다 저밀도 폴리에틸렌(low density polyethylene ; LDPE)보다 열적, 기계적 특성이 우수한 가교 폴리에틸렌(crosslinked polyethylene ; XLPE)으로 절연된 지중 전력케이블도 고분자의 특성상 경년에 따라 열화되기는 마찬가지이므로 열화에 의한 사고는 불가피하다. 전력케이블의 열화에 관련된 연구는 주로 열화진단 연구와 재료개발 연구가 주류를 이루고 있다. 열화진단 연구로 종래에는 주로 전기적 방법에 의한 평가를 하였으나. 최근에는 고분자 특성 분석 방법을 사용하고 있다. 이 방법은 EPRI 등 외국 연구소에서 10여 년 전부터 사용하고 있는데 이 방법은 모든 외적 요인이 재료의 구조변화를 유발하므로 구조변화를 측정하여 특성변화의 정도를 예측해내는 것이다. 고분자 특성 분석의 방법이 전기절연 분야에 응용되는 예는 대부분 전기적 문제점이 발생하거나 또는 신제품 개발을 위한 기본 물성 평가에 사용된다. 위에서 언급한 바와 같이 열화에 의한 전력케이블의 사고는 발생할 수 있지만 국내의 경우에는 케이블의 예상수명으로 알려진 30년에 훨씬 못 미치는 8~12년 정도에서 사고가 빈번하게 발생하고 있으며, 이러한 사고 발생은 계속적으로 증가하는 추세이다. 전력케이블의 하고는 취약한 결함부분에서 발생하는 것이 당연하지만 일단 사고가 발생하면 사고 원인인 결함부분이 소실되므로 정확한 원인을 규명하기가 매우 어렵다. 전력케이블 사고의 원인으로는 크게 시공불량, 제조결함, 자연열화 등으로 구분하여 생각할 수 있다. 시공불량에 의한 사고로는 풀링 작업 시 발생할 수 있는 절연층 손상 및 이물질 유입, 허용 곡률 반경을 초과한 무리한 시공, 현장 작업기기에 의한 외상 등이 있다. 제조결함에 의한 케이블사고는 제작시에 발생할 수 있는 결함에 의한 것으로 대표적인 결함으로는 반도전층의 돌기, 절연층 내의 이물질 또는 보이드, 미가교 등이 있으며, 자연열화에 의한 사고는 케이블이 운전되는 환경에서 유입된 수분과 전계의 복합작용으로 발생하는 수트리 현상, 중성선 부식에 의한 전압 불균형 및 고분자 산화현상 등이 있다. 따라서 본 연구에서는 케이블의 열열화를 열영상분석을 통하여 안전하고 경년열화를 미연에 방지하고 케이블에 적용되는 방사율을 적정하게 유지하여 발생열을 현열과 동일하게 측정할수 있게 하기위한 기술적인 방법에 대하여 중점적으로 연구하였다. 본 연구는 케이블의 무정전 점검기법 연구를 위하여 적외선 열화상 장비를 이용한 점검기법 및 판정기준 정립을 위한 연구로 적외선에 대한 이론정립 및 현장 실험들을 통하여 이상 발열 부위에서의 온도 분포를 분석하였다. 이상 발열 원인은 주로 접촉 불량, 노후화에 의한 접촉저항 증대, 기기 등에서 접속 불량으로 인한 저항증대로 주율열이 발생되어 이상 발열되거나 또는 과부하에 의한 이상발열을 적외선 열화상 장비를 이용하여 이상발열 부위에서 온도분포를 시각적으로 표시하여 보다 용이하게 설비의 이상 유무를 진단 할 수 있다. · 적외선에 대한 이론적 고찰 및 방사율 조정방법을 통해 적외선의 기본적인 이론 정립과 · 적외선을 이용한 열화상 장비에 대한 설명 및 측정원리에 대한 개념을 설명하였다. · 현장에서 전력기기 측정 시 측정방법과 결과에 대한 진단기법은 현장 실험 시 일어날 수 있는 상황에 대해 용이하게 대처하도록 하였다. · 측정 결과 특고압 및 고압 설비에서의 각 상간 및 주위온도와 이상 발열부위에서의 온도 분석은 비교적 용이하게 검출되지만 측정 시 부하전류관계를 사전에 조사할 필요가 있으며 또한 측정 대상물의 물질에 따른 방사율 및 감도를 조정하여야 한다.(케이블의 경우 0.83~0.93정도) (특별한 경우를 제외하고는 방사율은 1에 고정함) · 옥외 측정 시 고려 할 사항으로 직사광, 태양광에 의한 반사광, 바람, 비, 그늘, 기타 환경에 의한 영향을 측정 시 고려하여야 한다. 모든 전력기기의 열 온도 판정 시 기준이 될 수 있으며 평형 및 불평형 부하인 경우 부하율의 적용이 중요하고 옥외 측정 시 풍속의 영향을 고려하여야 한다. 판정기준에 의한 수치는 전기설비의 거의 대부분에서 측정된 결과에 의한 판정이기 때문에 측정 시 올바른 방법에 의하여 발열 부위의 온도 분포를 측정 및 분석하면 이 판정기준을 크게 벗어나지 않으리라 본다. 특히 방사율은 개개의 케이블의 구성인자 및 상황, 온도에 따라 규정된 방사율 값을 지정하여 측정하기는 매우 곤란하므로 방사율 1에 고정을 하여 경년변화에 따른 은도의 변화추이를 관찰하여 Data로 관리하여 적·부의 판단을 하여야한다. 앞으로 적외선 영상장비를 이용하여 더 많은 측정 Data가 수립 되면 지금의 판정 기준 보다 더 정확한 기준이 정립 되리라 생각되며 지금까지의 연구내용은 적외선 열화상 장비를 이용한 진단 시 참고 자료로 활용 될 수 있으며 현장에서 적외선 열화상 측정 시 많은 도움이 되리라 생각된다.
As scientific methods were incorporated into electric wire design & production in the 21^(st) century, not only have demand from electric machineries advanced, but also a new type of electric wires have been developed in line with development of various synthetic skin materials. In addition, demand ...
As scientific methods were incorporated into electric wire design & production in the 21^(st) century, not only have demand from electric machineries advanced, but also a new type of electric wires have been developed in line with development of various synthetic skin materials. In addition, demand for electric power energy has exponentially increased due to the industrialization and advancement of our society, and power cables today have gradually evolved into the energy supply media with the large capacity and very high pressure. The large capacity has led to structural and systematical technology development of power cables whereas new insulation materials and new production process technologies have been implemented to achieve the very high pressure of the cables, and the relevant research has been steadily conducted so far. Polyethylene is widely used as the insulation layer of the power cables since it provides superior electric insulation and an easy application of the compression processes, but deteriorates owing to various factors. Even the underground power cables insulated with cross-linked polyethylene (XLPE) - which has superior heat-related and machinery characteristics to those of low-density polyethylene (LDPE) - eventually deteriorate as time goes by, which makes accidents arising from deterioration inevitable. The research related to deterioration of power cables is mainly divided into the deterioration diagnosis research and the material development research. In the past, assessment by electrical methods had been the major deterioration diagnosis research effort, but the polymer characteristics analysis method is used these days. This method has been used by foreign research centers such as EPIR since approximately 10 years ago. It measures the structural changes and predicts the degree of the characteristic changes because all the external factors cause the structural changes in the materials. As an example of applying the polymer characteristics analysis method to the electric insulation sector, the method is mostly used in the basic property evaluation for the electric problems or new product development. As mentioned earlier, power cable accidents caused by deterioration can occur, but accidents are frequently occurring in Korea with the power cables that are 8 ~ 12 years old, which is far less than the 30-year expected life of power cables. The number of such accidents is continuously increasing. Although it is natural for power cable accidents to arise from the weak defects, it is very difficult to identify the accurate cause since the defective part also gets destroyed when an accident occurs. Causes of the power cable accidents are categorized into the defective construction, production defect and natural deterioration. The power cable accidents arising from the defective construction include the damaged insulation layer and inflow of alien substances which may occur during the pulling operation, unreasonable construction beyond the allowable radius of curvature, and external injury on the on-site operating machineries. The power cable accidents can also stem from a defect during production processes. The representative defects include a projection of the semi-conductive layer, alien substances or void within the insulation layer, and non-bridging. Moreover, natural deterioration can also cause power cable accidents such as moisture flowing into the place where cables are operating, water tree effects resulting from the complication of cardiograph, imbalanced voltage arising from corroded neutral lines, and polymer oxidation effects. Therefore, we intensively studied technological methods to safely prevent aging degradation in advance through the thermometric analysis of heat degradation in cables, and to identically measure the generated heat and sensible heat by fairly maintaining the radiation ratio applied to cables for this research. In order to consolidate the uninterruptible inspection techniques and judgment standards for cables using infrared-ray thermo equipment, we analyzed the temperature distribution around the heating area by establishing theories about infrared rays and conducting the on-site tests. Abnormal heating mainly results from the defective contact, increased contact resistance by aging, joule's heat generated by insufficient connection to a machine, or overloading. We can more easily diagnose abnormality in equipment by using the infrared-ray thermo equipment and visually displaying the temperature distribution around the heating area. • We established the basic theories about infrared rays through theoretical investigation and radiation ratio adjustment methods. • We explained the thermo equipment using infrared rays and concepts about the measurement principles. • When we measured the power equipment, we implemented the measurement methods and diagnostic techniques to flexibly respond to the local testing circumstances. • Although it is relatively easy to perform the analysis of the in-between and nearby temperature at super-high pressure & high-pressure facilities and the temperature near the abnormal heating area, we need to investigate the pressed electric current beforehand, and must adjust the radiation ratio and sensitivity according to substances of the measurement target (0.83 ~ 0.93 for cables). (The radiation ratio is fixed at 1 except for special cases.) • For the outdoor measurement, we must consider environmental influences such as direct sunlight, reflective light from the sun, wind, rain, shadow and others. We believe our research results can be the standards for assessing heat temperature of all the power equipment. For the equilibrium and non-equilibrium loads, the application of the loading rate is important whereas the influence of the wind speed must be taken into account for the outdoor measurement. Since numeric values of the judgment standards are the results of measuring most of the electric equipment, the correct measurement and analysis of the temperature distribution around the heating area should produce results not going over our judgment standards too much. Going forward, we believe that more accurate standards will be established if more measurement data are collected by using the infrared thermo equipment, and that our research can be utilized as reference data for diagnoses using the infrared-ray thermo equipment and provide significant help when the infrared ray thermometry is measured.
As scientific methods were incorporated into electric wire design & production in the 21^(st) century, not only have demand from electric machineries advanced, but also a new type of electric wires have been developed in line with development of various synthetic skin materials. In addition, demand for electric power energy has exponentially increased due to the industrialization and advancement of our society, and power cables today have gradually evolved into the energy supply media with the large capacity and very high pressure. The large capacity has led to structural and systematical technology development of power cables whereas new insulation materials and new production process technologies have been implemented to achieve the very high pressure of the cables, and the relevant research has been steadily conducted so far. Polyethylene is widely used as the insulation layer of the power cables since it provides superior electric insulation and an easy application of the compression processes, but deteriorates owing to various factors. Even the underground power cables insulated with cross-linked polyethylene (XLPE) - which has superior heat-related and machinery characteristics to those of low-density polyethylene (LDPE) - eventually deteriorate as time goes by, which makes accidents arising from deterioration inevitable. The research related to deterioration of power cables is mainly divided into the deterioration diagnosis research and the material development research. In the past, assessment by electrical methods had been the major deterioration diagnosis research effort, but the polymer characteristics analysis method is used these days. This method has been used by foreign research centers such as EPIR since approximately 10 years ago. It measures the structural changes and predicts the degree of the characteristic changes because all the external factors cause the structural changes in the materials. As an example of applying the polymer characteristics analysis method to the electric insulation sector, the method is mostly used in the basic property evaluation for the electric problems or new product development. As mentioned earlier, power cable accidents caused by deterioration can occur, but accidents are frequently occurring in Korea with the power cables that are 8 ~ 12 years old, which is far less than the 30-year expected life of power cables. The number of such accidents is continuously increasing. Although it is natural for power cable accidents to arise from the weak defects, it is very difficult to identify the accurate cause since the defective part also gets destroyed when an accident occurs. Causes of the power cable accidents are categorized into the defective construction, production defect and natural deterioration. The power cable accidents arising from the defective construction include the damaged insulation layer and inflow of alien substances which may occur during the pulling operation, unreasonable construction beyond the allowable radius of curvature, and external injury on the on-site operating machineries. The power cable accidents can also stem from a defect during production processes. The representative defects include a projection of the semi-conductive layer, alien substances or void within the insulation layer, and non-bridging. Moreover, natural deterioration can also cause power cable accidents such as moisture flowing into the place where cables are operating, water tree effects resulting from the complication of cardiograph, imbalanced voltage arising from corroded neutral lines, and polymer oxidation effects. Therefore, we intensively studied technological methods to safely prevent aging degradation in advance through the thermometric analysis of heat degradation in cables, and to identically measure the generated heat and sensible heat by fairly maintaining the radiation ratio applied to cables for this research. In order to consolidate the uninterruptible inspection techniques and judgment standards for cables using infrared-ray thermo equipment, we analyzed the temperature distribution around the heating area by establishing theories about infrared rays and conducting the on-site tests. Abnormal heating mainly results from the defective contact, increased contact resistance by aging, joule's heat generated by insufficient connection to a machine, or overloading. We can more easily diagnose abnormality in equipment by using the infrared-ray thermo equipment and visually displaying the temperature distribution around the heating area. • We established the basic theories about infrared rays through theoretical investigation and radiation ratio adjustment methods. • We explained the thermo equipment using infrared rays and concepts about the measurement principles. • When we measured the power equipment, we implemented the measurement methods and diagnostic techniques to flexibly respond to the local testing circumstances. • Although it is relatively easy to perform the analysis of the in-between and nearby temperature at super-high pressure & high-pressure facilities and the temperature near the abnormal heating area, we need to investigate the pressed electric current beforehand, and must adjust the radiation ratio and sensitivity according to substances of the measurement target (0.83 ~ 0.93 for cables). (The radiation ratio is fixed at 1 except for special cases.) • For the outdoor measurement, we must consider environmental influences such as direct sunlight, reflective light from the sun, wind, rain, shadow and others. We believe our research results can be the standards for assessing heat temperature of all the power equipment. For the equilibrium and non-equilibrium loads, the application of the loading rate is important whereas the influence of the wind speed must be taken into account for the outdoor measurement. Since numeric values of the judgment standards are the results of measuring most of the electric equipment, the correct measurement and analysis of the temperature distribution around the heating area should produce results not going over our judgment standards too much. Going forward, we believe that more accurate standards will be established if more measurement data are collected by using the infrared thermo equipment, and that our research can be utilized as reference data for diagnoses using the infrared-ray thermo equipment and provide significant help when the infrared ray thermometry is measured.
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