전 세계적으로 모든 분야에서 친환경성이 강조되고 있다. 인간의 생활에 필수적인 전기분야에서 전기절연을 목적으로 사용되는 절연유에 대한 환경 친화성도 이젠 당연하게 받아들어야 할 대상이다. 이런 목적에 부합하기 위하여 등장한 것이 식물성 절연유이다. 식물성 절연유는 기존 광유계 절연유와 비교할 때 동등이상의 절연내력과 난연성 절연유의 적용 기준인 360℃이상의 발화점을 갖고 있으며, 기타 절연유와 다르게 산소와 미생물 존재 하에서 30일 이내에 100%에 가까운 ...
전 세계적으로 모든 분야에서 친환경성이 강조되고 있다. 인간의 생활에 필수적인 전기분야에서 전기절연을 목적으로 사용되는 절연유에 대한 환경 친화성도 이젠 당연하게 받아들어야 할 대상이다. 이런 목적에 부합하기 위하여 등장한 것이 식물성 절연유이다. 식물성 절연유는 기존 광유계 절연유와 비교할 때 동등이상의 절연내력과 난연성 절연유의 적용 기준인 360℃이상의 발화점을 갖고 있으며, 기타 절연유와 다르게 산소와 미생물 존재 하에서 30일 이내에 100%에 가까운 생분해성을 가지고 있다. 식물성 절연유의 특징 중에서 독특한 점은 기존 광유계 절연유가 유입된 변압기의 절연유 교체 시에 식물성절연유로 교체가 가능하다는 점을 들 수 있는데, 이는 기존 변압기의 절연유 교체 시에 내부에 남는 절연유와 식물성 절연유가 서로 혼유되어도 성능상의 문제가 없고 환경 친화적이란 점을 뜻한다. 이미 국내에서도 식물성 절연유가 적용된 변압기가 설치되고 있고, 기능개선과 수리를 목적으로 기존 설치되어진 변압기 절연유의 교체가 빈번하게 시행되고 있는 시점에, 기존 광유계 절연유의 문제점을 해결해 나아가기 위한 식물성 절연유와 관련된 다양한 연구가 필요한 실정이라 하겠다. 따라서 본 연구에서는 광유계 절연유가 식물성 절연유와 혼합비율이 7 wt% 까지는 혼합절연유의 인화점이 식물성 절연유 100 wt%인 경우와 동일하다는 점에 착안하여 기존 변압기의 절연유 교체 시에 광유계 절연유가 잔유 할 수 있는 범위에서 광유와 식물성절연유의 혼합비율을 변화시킨 후 가속 열화를 진행하여 혼합절연유의 변화된 물성을 연구하였다. 또한 변압기의 코일로 사용되는 Cu 및 Al에 따른 혼합절연유의 열화에 미치는 영향을 평가하여 도체에 따른 물성변화도 조사하였다. 열화시험 기구에는 변압기와 동일한 환경 조성을 위하여 Fe-Si계열의 규소강판과 셀룰로오스 절연지를 기존 변압기 무게 비율과 동일하게 첨가하여 시험의 정확도를 높였으며, 식물성 절연유에 혼유되는 광유의 함량을 5 wt% 7 wt% 및 9 wt%로 달리하여 110℃, 130℃, 150℃ 및 160℃에서 가속열화를 진행하였는데, 160℃의 경우는 IEEE C57. 147에서 제시하는 가속열화 인자(faa)를 고려하면 92.06배의 가속도를 갖는다. 본 연구의 결과, 광유의 혼합비율이 증가할수록 혼합절연유의 절연내력과 절연지의 인장강도가 저하되었으며, Cu리본을 첨가하여 가속 열화한 혼합절연유의 절연내력과 절연지의 인장강도가 많이 저하되었고, Al도체를 사용한 변압기에서는 Cu도체를 사용한 변압기 보다 더 많은 광유 함량을 가진 혼합절연유의 사용이 가능함을 알 수 있었다. 13C-NMR과 1H-NMR의 분자구조 분석결과, 가속 열화된 혼합절연유의 분자구조 변화가 없었으며, TGA 및 DSC 분석에서는 열화가 진행된 혼합절연유가 중량변화가 높은 온도에서 일어나서 혼합절연유의 열적 안정성이 있는 것을 확인하였다. ICP-MS분석에서는 Al이 먼저 산화된 후 Cu가 산화반응이 진행되는 것으로 판단되었으며, Cu2+이온이 Al3+이온보다 절연내력 변화와 유전율의 증가에 더 크게 영향을 끼치는 것을 확인하였다. 광유의 최대 함량에 대한 판단은 IEEE 기준에 따라 절연지의 잔여인장강도가 50% 이상인 경우로, 광유 함량이 5 wt% 이상인 경우에 가속열화 시간이 500시간 이상에서 잔여 인장강도가 50% 이하로 감소되어 5%가 최적임을 알 수 있었다. 열화된 혼합절연유의 물성변화 값의 타당성을 조사하기 위하여 지상변압기를 모델로 시행한 유한요소해석 결과, 저하된 혼합절연유의 물성을 반영하여도 전체적인 변압기의 전계분포는 큰 변화가 발생되지 않았으며, 코아 내부의 절연지와 맞닿는 부위의 절연유 경계면에 대한 전계강도 조사에서 열화된 절연유의 전계강도가 열화 전의 절연유 보다 낮은 값을 나타내었다. 또한 변압기의 고장상황을 고려한 모사에서 혼합절연유 중간층의 전계강도는 절연유의 경계면 보다 낮은 값을 나타내어 변압기에 혼합절연유의 적용이 가능하다는 것을 확인하였다. 이상의 연구결과는 기존에 광유계 절연유가 유입된 변압기의 수리 시에 친환경성을 고려하여 식물성 절연유로 교체할 경우에 필요한 기초적인 정보가 될 수 있으며, 특히 인구 밀도가 높은 지역에 위치한 대규모 지중 변전용 변압기와 주상 및 지상에 설치되는 배전용 변압기에 대하여 그 안정성과 신뢰성에 대한 자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 본 연구의 결과를 좀 더 명확하게 위해서는 앞으로도 더 많은 연구 수행의 필요성을 느꼈으며, 혼합절연유의 물리·화학적인 특성만을 연구하고 환경적인 문제를 다루지 못한 점과 유한요소 해석을 통해 얻은 많은 정보를 종합하여 다양한 결과를 실지 못한 것이 아쉽다.
전 세계적으로 모든 분야에서 친환경성이 강조되고 있다. 인간의 생활에 필수적인 전기분야에서 전기절연을 목적으로 사용되는 절연유에 대한 환경 친화성도 이젠 당연하게 받아들어야 할 대상이다. 이런 목적에 부합하기 위하여 등장한 것이 식물성 절연유이다. 식물성 절연유는 기존 광유계 절연유와 비교할 때 동등이상의 절연내력과 난연성 절연유의 적용 기준인 360℃이상의 발화점을 갖고 있으며, 기타 절연유와 다르게 산소와 미생물 존재 하에서 30일 이내에 100%에 가까운 생분해성을 가지고 있다. 식물성 절연유의 특징 중에서 독특한 점은 기존 광유계 절연유가 유입된 변압기의 절연유 교체 시에 식물성절연유로 교체가 가능하다는 점을 들 수 있는데, 이는 기존 변압기의 절연유 교체 시에 내부에 남는 절연유와 식물성 절연유가 서로 혼유되어도 성능상의 문제가 없고 환경 친화적이란 점을 뜻한다. 이미 국내에서도 식물성 절연유가 적용된 변압기가 설치되고 있고, 기능개선과 수리를 목적으로 기존 설치되어진 변압기 절연유의 교체가 빈번하게 시행되고 있는 시점에, 기존 광유계 절연유의 문제점을 해결해 나아가기 위한 식물성 절연유와 관련된 다양한 연구가 필요한 실정이라 하겠다. 따라서 본 연구에서는 광유계 절연유가 식물성 절연유와 혼합비율이 7 wt% 까지는 혼합절연유의 인화점이 식물성 절연유 100 wt%인 경우와 동일하다는 점에 착안하여 기존 변압기의 절연유 교체 시에 광유계 절연유가 잔유 할 수 있는 범위에서 광유와 식물성절연유의 혼합비율을 변화시킨 후 가속 열화를 진행하여 혼합절연유의 변화된 물성을 연구하였다. 또한 변압기의 코일로 사용되는 Cu 및 Al에 따른 혼합절연유의 열화에 미치는 영향을 평가하여 도체에 따른 물성변화도 조사하였다. 열화시험 기구에는 변압기와 동일한 환경 조성을 위하여 Fe-Si계열의 규소강판과 셀룰로오스 절연지를 기존 변압기 무게 비율과 동일하게 첨가하여 시험의 정확도를 높였으며, 식물성 절연유에 혼유되는 광유의 함량을 5 wt% 7 wt% 및 9 wt%로 달리하여 110℃, 130℃, 150℃ 및 160℃에서 가속열화를 진행하였는데, 160℃의 경우는 IEEE C57. 147에서 제시하는 가속열화 인자(faa)를 고려하면 92.06배의 가속도를 갖는다. 본 연구의 결과, 광유의 혼합비율이 증가할수록 혼합절연유의 절연내력과 절연지의 인장강도가 저하되었으며, Cu리본을 첨가하여 가속 열화한 혼합절연유의 절연내력과 절연지의 인장강도가 많이 저하되었고, Al도체를 사용한 변압기에서는 Cu도체를 사용한 변압기 보다 더 많은 광유 함량을 가진 혼합절연유의 사용이 가능함을 알 수 있었다. 13C-NMR과 1H-NMR의 분자구조 분석결과, 가속 열화된 혼합절연유의 분자구조 변화가 없었으며, TGA 및 DSC 분석에서는 열화가 진행된 혼합절연유가 중량변화가 높은 온도에서 일어나서 혼합절연유의 열적 안정성이 있는 것을 확인하였다. ICP-MS분석에서는 Al이 먼저 산화된 후 Cu가 산화반응이 진행되는 것으로 판단되었으며, Cu2+이온이 Al3+이온보다 절연내력 변화와 유전율의 증가에 더 크게 영향을 끼치는 것을 확인하였다. 광유의 최대 함량에 대한 판단은 IEEE 기준에 따라 절연지의 잔여인장강도가 50% 이상인 경우로, 광유 함량이 5 wt% 이상인 경우에 가속열화 시간이 500시간 이상에서 잔여 인장강도가 50% 이하로 감소되어 5%가 최적임을 알 수 있었다. 열화된 혼합절연유의 물성변화 값의 타당성을 조사하기 위하여 지상변압기를 모델로 시행한 유한요소해석 결과, 저하된 혼합절연유의 물성을 반영하여도 전체적인 변압기의 전계분포는 큰 변화가 발생되지 않았으며, 코아 내부의 절연지와 맞닿는 부위의 절연유 경계면에 대한 전계강도 조사에서 열화된 절연유의 전계강도가 열화 전의 절연유 보다 낮은 값을 나타내었다. 또한 변압기의 고장상황을 고려한 모사에서 혼합절연유 중간층의 전계강도는 절연유의 경계면 보다 낮은 값을 나타내어 변압기에 혼합절연유의 적용이 가능하다는 것을 확인하였다. 이상의 연구결과는 기존에 광유계 절연유가 유입된 변압기의 수리 시에 친환경성을 고려하여 식물성 절연유로 교체할 경우에 필요한 기초적인 정보가 될 수 있으며, 특히 인구 밀도가 높은 지역에 위치한 대규모 지중 변전용 변압기와 주상 및 지상에 설치되는 배전용 변압기에 대하여 그 안정성과 신뢰성에 대한 자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 본 연구의 결과를 좀 더 명확하게 위해서는 앞으로도 더 많은 연구 수행의 필요성을 느꼈으며, 혼합절연유의 물리·화학적인 특성만을 연구하고 환경적인 문제를 다루지 못한 점과 유한요소 해석을 통해 얻은 많은 정보를 종합하여 다양한 결과를 실지 못한 것이 아쉽다.
Recently, the environment-friendliness of insulation oils for transformers became a very important requirement in the electric utility industry. Compared with the mineral insulation oils, vegetable insulation oils have outstanding biodegrability (about 100% biodegradation in a month) and provide an ...
Recently, the environment-friendliness of insulation oils for transformers became a very important requirement in the electric utility industry. Compared with the mineral insulation oils, vegetable insulation oils have outstanding biodegrability (about 100% biodegradation in a month) and provide an equivalent dielectric strength, and have high fire point of 360℃. And also, transformer oils are virtually interchangeable, mineral insulation oils can be replaced by vegetable insulation oils. It is an outstanding feature of vegetable insulation oils to be mixed with mineral insulation oils within a range. Therefore, this study was motivated by the reason that a mixed insulation oil having 7% of mineral oils has the same flash point of vegetable insulation oils. This study was conducted to find out a permissible mixing range of vegetable and mineral oils. To clarify the permissible range, an accelerated degradation test was performed with changing the mixing ratio. Also, the effect of Cu and Al that are usually used as coil on the degradation of insulation oils was tested. The sealed aging test vessel contained conductor, Fe-Si steel plate core, Kraft paper, and mixed insulation oil (vegetable oil and mineral oil). The contents of mineral oil was 5, 7, 9 wt%; and the degradation temperature was 110, 130, 150, and 160℃. The aging temperature was determined according to the Faa factor of IEEE standard C57.147. Separately, FEM (finite element analysis) was performed with the degradation results of the mixed insulation oil to investigate the feasibility of the use of the mixed insulation oil in a transformer. As a result, dielectric strength of the mixed insulation oil and the tensile strength of Kraft paper decrease with the mineral oil contents. More degradation of the mixed insulation oil was observed with Cu ribbon than the one with Al ribbon. This shows that transformers with Al conductor could be able to contain more mineral oil contents than the one with Cu conductor. By measuring the remaining tensile strength of the aged Kraft paper, the permissible mixing ratio of mineral oil was proved to be less than 5 wt%. As a NMR result, there was no molecular structure change with the aging test. As a thermal analysis (TGA, DSC) result, the mixed insulation oil showed good thermal stability in the degradation test. As a FEM result, there were no significant changes in the electric field conditions in the transformer with the aged mixed insulation oils. It was confirmed by FEM that the mixed insulation oil can be applied in the transformers. This study will provide basic information for replacement of mineral insulation oils by vegetable insulation oils in the transformers.
Recently, the environment-friendliness of insulation oils for transformers became a very important requirement in the electric utility industry. Compared with the mineral insulation oils, vegetable insulation oils have outstanding biodegrability (about 100% biodegradation in a month) and provide an equivalent dielectric strength, and have high fire point of 360℃. And also, transformer oils are virtually interchangeable, mineral insulation oils can be replaced by vegetable insulation oils. It is an outstanding feature of vegetable insulation oils to be mixed with mineral insulation oils within a range. Therefore, this study was motivated by the reason that a mixed insulation oil having 7% of mineral oils has the same flash point of vegetable insulation oils. This study was conducted to find out a permissible mixing range of vegetable and mineral oils. To clarify the permissible range, an accelerated degradation test was performed with changing the mixing ratio. Also, the effect of Cu and Al that are usually used as coil on the degradation of insulation oils was tested. The sealed aging test vessel contained conductor, Fe-Si steel plate core, Kraft paper, and mixed insulation oil (vegetable oil and mineral oil). The contents of mineral oil was 5, 7, 9 wt%; and the degradation temperature was 110, 130, 150, and 160℃. The aging temperature was determined according to the Faa factor of IEEE standard C57.147. Separately, FEM (finite element analysis) was performed with the degradation results of the mixed insulation oil to investigate the feasibility of the use of the mixed insulation oil in a transformer. As a result, dielectric strength of the mixed insulation oil and the tensile strength of Kraft paper decrease with the mineral oil contents. More degradation of the mixed insulation oil was observed with Cu ribbon than the one with Al ribbon. This shows that transformers with Al conductor could be able to contain more mineral oil contents than the one with Cu conductor. By measuring the remaining tensile strength of the aged Kraft paper, the permissible mixing ratio of mineral oil was proved to be less than 5 wt%. As a NMR result, there was no molecular structure change with the aging test. As a thermal analysis (TGA, DSC) result, the mixed insulation oil showed good thermal stability in the degradation test. As a FEM result, there were no significant changes in the electric field conditions in the transformer with the aged mixed insulation oils. It was confirmed by FEM that the mixed insulation oil can be applied in the transformers. This study will provide basic information for replacement of mineral insulation oils by vegetable insulation oils in the transformers.
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