송배전 선로에 사용되는 애자(insulator)는 대표적인 옥외용 고전압 절연물로서 100여 년 이상 안정적으로 전력을 공급하는 데 중요한 역학을 담당해오고 있다. 애자는 1835년 통신선을 절연할 목적으로 처음 소개되어 1878년에 이르러서야 어느 정도 발전된 수준에 도달했다. 반면, 송전선로에는 이보다 늦은 1882년 처음으로 전력선을 절연하기 위한 애자가 사용되었다. 애자의 재질은 주로 자기(porcelain) 및 유리(glass)로서 전기절연성과 내후성이 우수하고, 소재가 저렴하며, 옥외에서 화학적 안정도가 높아 현재까지도 널리 사용되고 있다. 그러나 자기 절연물(porcelain)은 ...
송배전 선로에 사용되는 애자(insulator)는 대표적인 옥외용 고전압 절연물로서 100여 년 이상 안정적으로 전력을 공급하는 데 중요한 역학을 담당해오고 있다. 애자는 1835년 통신선을 절연할 목적으로 처음 소개되어 1878년에 이르러서야 어느 정도 발전된 수준에 도달했다. 반면, 송전선로에는 이보다 늦은 1882년 처음으로 전력선을 절연하기 위한 애자가 사용되었다. 애자의 재질은 주로 자기(porcelain) 및 유리(glass)로서 전기절연성과 내후성이 우수하고, 소재가 저렴하며, 옥외에서 화학적 안정도가 높아 현재까지도 널리 사용되고 있다. 그러나 자기 절연물(porcelain)은 기계적 강도, 가공성, 표면 절연성이 취약하고, 중량이 크기 때문에 운반 및 설치가 어렵고, 인장특성의 불안정, 물리적 충격에 약한 단점을 지니고 있을 뿐 아니라 소결 시 부피 감소가 크기 때문에 외형이 큰 절연물을 제작하기 곤란하고, 표면 오손이나 습기로 인한 누설 전류에 의해 표면이 침식되는 단점을 가지고 있다. 이러한 옥외용 절연물은 사용기간 동안 항상 전기적, 기계적 스트레스의 영향을 받고 있으며, 사용 환경에 따라 오염물질에 크게 노출되어 있는 경우 열화는 더욱 가속되게 된다. 자기애자는 표면 장력이 크기 때문에 침수 특성을 가지고 있으므로, 염분이나 오염물질에 오손된 상태에서 습윤되면 누설전류가 증가하고 부분방전이 발생하게 된다. 누설전류와 부분방전으로 열의 발생이 반복되어 축적되면 소재간의 열팽창 계수 차이로 인해 계면탈리현상이 일어나거나 크랙이 발생하게 되고, 그 부위에 전계가 집중되면 최종적으로 절연 파괴까지 이르게 된다. 그러므로 옥외용 고전압 절연재료에 대한 열화 평가 기술은 신소재 절연물 개발 및 장기 신뢰성 검증에 있어 대단히 중요하므로 다양한 방법으로 연구되고 있다. 그 중에서 대표적인 방법은 열화와 직접적으로 관련된 애자 표면의 누설전류를 측정하고 분석함으로써, 절연물의 열화를 간접적으로 관측하여 절연 파괴를 예측하고 있으며, 열화 인자(누설 전류 등)를 복합적으로 구현할 수 있는 복합 가속 열화챔버를 구축하여 장기간의 누설 전류 모니터링과 기타 물리, 화학적인 분석 방법을 통해 고전압 절연 재료의 장기 신뢰성을 검증하고 있다. 현재 국내에서 사용되고 있는 송전용 애자는 자기애자가 전체의 99.5%, 유리애자 0.48%폴리머 애자 0.02%의 순의 율로 설치 운용되고 있다. 이에 따라 현재 국내 송전용 애자의 대부분을 차지하고 있는 자기 애자의 국제 및 국내 시험 규격에 따른 신뢰성 평가가 절실한 상황이다. 본 논문에서는 송전용 자기 애자 중 현재 가장 많이 설치 운용되고 있는 154kV급 36,000LBS 애자를 중심으로 애자의 오손도 및 습도에 따른 전기적 시험을 목적으로 한다. 따라서 본 논문에서는 고전압 절연재료인 자기 애자의 열화와 직접적으로 관련된 누설 전류를 열화 인자로 선정하여, 고전압용 애자 중 자기애자의 습도변화에 따른 누설전류 특성을 조사하기 위해 자체 제작한 실험 챔버 RTV(room temperature vulcanized) 내에 설치된 옥외용 자기 애자의 누설 전류를 발생시키고 측정하여 그 결과를 분석한다. 또한, 자체 제작한 실험 챔버, power transformer, 전류센서, 오실로스코프, PC등으로 구성된 실험 시스템을 구축하였고, 데이터 분석을 위한 S/W로서 LabView를 사용하였다. 그에따른 실험 결과로서 다양한 습도변화(30%~90%)의 경우 정상 애자련과 결함 애자를 포함한 애자련의 누설전류 데이터를 취득하여 본 연구에서 제시한 알고리즘을 통해 분석함으로써 정상 애자 내의 결함 애자 포함 여부를 판별하고 다양한 습도 변화시에 정상 애자련과 불량 애자련의 특징을 볼 수 있었다.
송배전 선로에 사용되는 애자(insulator)는 대표적인 옥외용 고전압 절연물로서 100여 년 이상 안정적으로 전력을 공급하는 데 중요한 역학을 담당해오고 있다. 애자는 1835년 통신선을 절연할 목적으로 처음 소개되어 1878년에 이르러서야 어느 정도 발전된 수준에 도달했다. 반면, 송전선로에는 이보다 늦은 1882년 처음으로 전력선을 절연하기 위한 애자가 사용되었다. 애자의 재질은 주로 자기(porcelain) 및 유리(glass)로서 전기절연성과 내후성이 우수하고, 소재가 저렴하며, 옥외에서 화학적 안정도가 높아 현재까지도 널리 사용되고 있다. 그러나 자기 절연물(porcelain)은 기계적 강도, 가공성, 표면 절연성이 취약하고, 중량이 크기 때문에 운반 및 설치가 어렵고, 인장특성의 불안정, 물리적 충격에 약한 단점을 지니고 있을 뿐 아니라 소결 시 부피 감소가 크기 때문에 외형이 큰 절연물을 제작하기 곤란하고, 표면 오손이나 습기로 인한 누설 전류에 의해 표면이 침식되는 단점을 가지고 있다. 이러한 옥외용 절연물은 사용기간 동안 항상 전기적, 기계적 스트레스의 영향을 받고 있으며, 사용 환경에 따라 오염물질에 크게 노출되어 있는 경우 열화는 더욱 가속되게 된다. 자기애자는 표면 장력이 크기 때문에 침수 특성을 가지고 있으므로, 염분이나 오염물질에 오손된 상태에서 습윤되면 누설전류가 증가하고 부분방전이 발생하게 된다. 누설전류와 부분방전으로 열의 발생이 반복되어 축적되면 소재간의 열팽창 계수 차이로 인해 계면탈리현상이 일어나거나 크랙이 발생하게 되고, 그 부위에 전계가 집중되면 최종적으로 절연 파괴까지 이르게 된다. 그러므로 옥외용 고전압 절연재료에 대한 열화 평가 기술은 신소재 절연물 개발 및 장기 신뢰성 검증에 있어 대단히 중요하므로 다양한 방법으로 연구되고 있다. 그 중에서 대표적인 방법은 열화와 직접적으로 관련된 애자 표면의 누설전류를 측정하고 분석함으로써, 절연물의 열화를 간접적으로 관측하여 절연 파괴를 예측하고 있으며, 열화 인자(누설 전류 등)를 복합적으로 구현할 수 있는 복합 가속 열화 챔버를 구축하여 장기간의 누설 전류 모니터링과 기타 물리, 화학적인 분석 방법을 통해 고전압 절연 재료의 장기 신뢰성을 검증하고 있다. 현재 국내에서 사용되고 있는 송전용 애자는 자기애자가 전체의 99.5%, 유리애자 0.48%폴리머 애자 0.02%의 순의 율로 설치 운용되고 있다. 이에 따라 현재 국내 송전용 애자의 대부분을 차지하고 있는 자기 애자의 국제 및 국내 시험 규격에 따른 신뢰성 평가가 절실한 상황이다. 본 논문에서는 송전용 자기 애자 중 현재 가장 많이 설치 운용되고 있는 154kV급 36,000LBS 애자를 중심으로 애자의 오손도 및 습도에 따른 전기적 시험을 목적으로 한다. 따라서 본 논문에서는 고전압 절연재료인 자기 애자의 열화와 직접적으로 관련된 누설 전류를 열화 인자로 선정하여, 고전압용 애자 중 자기애자의 습도변화에 따른 누설전류 특성을 조사하기 위해 자체 제작한 실험 챔버 RTV(room temperature vulcanized) 내에 설치된 옥외용 자기 애자의 누설 전류를 발생시키고 측정하여 그 결과를 분석한다. 또한, 자체 제작한 실험 챔버, power transformer, 전류센서, 오실로스코프, PC등으로 구성된 실험 시스템을 구축하였고, 데이터 분석을 위한 S/W로서 LabView를 사용하였다. 그에따른 실험 결과로서 다양한 습도변화(30%~90%)의 경우 정상 애자련과 결함 애자를 포함한 애자련의 누설전류 데이터를 취득하여 본 연구에서 제시한 알고리즘을 통해 분석함으로써 정상 애자 내의 결함 애자 포함 여부를 판별하고 다양한 습도 변화시에 정상 애자련과 불량 애자련의 특징을 볼 수 있었다.
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