우수한 유전특성 및 절연내력을 갖는 PP (Polypropylene)에 기계적 특성과 절연유와의 적합성이 우수한 Kraft Paper를 양면에 열압착하여 만든 PPLP (Polypropylene Laminated Paper)는 전력케이블 절연재료로 널리 사용되고 있다 [1]. 일반 전력기기로는 OF (Oil Filled) 케이블, ...
우수한 유전특성 및 절연내력을 갖는 PP (Polypropylene)에 기계적 특성과 절연유와의 적합성이 우수한 Kraft Paper를 양면에 열압착하여 만든 PPLP (Polypropylene Laminated Paper)는 전력케이블 절연재료로 널리 사용되고 있다 [1]. 일반 전력기기로는 OF (Oil Filled) 케이블, HVDC (High Voltage Direct Current) 케이블 등에 이용되고 있으며, 초전도 전력기기 중에서 HTS (High Temperature Superconducting) 케이블 절연재료로도 사용된다 [2]. OF 케이블 및 HTS 케이블은 Core의 절연재료로 동일한 PPLP를 사용하기 때문에 HTS 케이블을 기반으로 한 절연설계기술이 OF 케이블 개발에 적용할 수 있다 [3]. HTS 케이블 Core의 절연층은 한 장의 PPLP가 감길 때 서로에 대해 이격되는 거리 (Butt-Gap)를 1~2 mm 간격을 두어 절연한다. 또한 절연지 상․하층 간에 Butt-Gap이 중첩되지 않도록 일정한 비율로 적층하게 된다. 이러한 Butt-Gap은 구조에 따라 절연내력에 영향을 미치며, 전기적 특성과 기계적 특성을 고려하여 설계한다 [4]. 기존의 OF 케이블이나 HTS 케이블은 Butt-Gap 구조 및 압력 조건에 따른 특성을 고려하지 않고 설계되었다. 또한 OF 케이블은 0.3 MPa 이상의 압력 조건에서 운전하며, HTS 케이블 시스템은 일반적으로 케이블의 절연 내력과 임계 전류를 향상시키기 위해 0.5 MPa 이상의 압력 조건에서 운전을 한다 [5]. 하지만 Butt-Gap 구조에 따른 0.5 MPa 이상의 압력 조건에서의 절연특성 연구결과가 없기 때문에 케이블의 다양한 압력 조건에서의 신뢰성 있는 설계 및 운영을 위한 연구가 필요하다.
본 논문에서는 매질에 따른 교류 절연파괴 전압 특성, 교류 및 뇌 충격 절연파괴 전압 특성, Butt-Gap 구조에 따른 교류 및 뇌 충격 절연파괴 전압 특성, Mini-Model Cable의 V-t 특성에 대한 연구를 수행하였으며, 요약하면 다음과 같다. 1) PPLP는 제조사 별로 PP 비율이 상이한 제품을 생산하는데 전력 케이블 회사는 매질에 따른 특성을 고려하지 않고 OF 케이블과 HTS 케이블을 같은 PPLP로 제작한다. 기존의 Oil 매질에서는 PP 비율이 높을수록 절연내력이 우수한 것을 확인 하였다. 하지만 LN2 매질에서의 PP 비율에 따른 절연 특성에 대한 연구가 없다. 그러므로 Oil 및 LN2 매질에 따른 PPLP의 교류 절연파괴 특성 실험 결과를 통해 케이블 설계 대한 방향성을 제시하였다. 2) 기존의 PPLP를 절연층으로 사용하는 전력케이블은 대기압 조건에서의 Butt-Gap 간의 간격에 따른 특성 결과를 기준으로 설계되었다. 하지만 OF 케이블은 0.3 MPa 이상에서 운전하며, 23 kV급 HTS 케이블은 0.5 MPa 이상의 압력 조건에서 운전한다. 그러므로 실제 전력케이블에 적용하기 위해 LN2 매질에서 PPLP의 절연파괴 전압 특성 및 Butt-Gap 구조에 따른 특성 등을 연구함으로서 그 적용 가능성을 검토하였다. 3) 고체절연물은 시간에 따른 스트레스가 누적되면서 절연파괴 전압이 열화 될 수 있다. 이러한 시간에 따른 고체절연물의 열화특성을 나타내는 방법으로 V-t 특성이 있다. 기존의 전력케이블은 0.1 MPa 조건의 V-t 특성 결과를 기준으로 설계되었다. 그러므로 실제 케이블에 적용하기 위해서는 0.5 MPa 이상의 압력 조건에서 Mini-Model Cable의 V-t 특성을 고려해야하기 때문에 압력에 따른 절연내력 및 수명지수 n 값의 특성을 확인하였다.
우수한 유전특성 및 절연내력을 갖는 PP (Polypropylene)에 기계적 특성과 절연유와의 적합성이 우수한 Kraft Paper를 양면에 열압착하여 만든 PPLP (Polypropylene Laminated Paper)는 전력케이블 절연재료로 널리 사용되고 있다 [1]. 일반 전력기기로는 OF (Oil Filled) 케이블, HVDC (High Voltage Direct Current) 케이블 등에 이용되고 있으며, 초전도 전력기기 중에서 HTS (High Temperature Superconducting) 케이블 절연재료로도 사용된다 [2]. OF 케이블 및 HTS 케이블은 Core의 절연재료로 동일한 PPLP를 사용하기 때문에 HTS 케이블을 기반으로 한 절연설계기술이 OF 케이블 개발에 적용할 수 있다 [3]. HTS 케이블 Core의 절연층은 한 장의 PPLP가 감길 때 서로에 대해 이격되는 거리 (Butt-Gap)를 1~2 mm 간격을 두어 절연한다. 또한 절연지 상․하층 간에 Butt-Gap이 중첩되지 않도록 일정한 비율로 적층하게 된다. 이러한 Butt-Gap은 구조에 따라 절연내력에 영향을 미치며, 전기적 특성과 기계적 특성을 고려하여 설계한다 [4]. 기존의 OF 케이블이나 HTS 케이블은 Butt-Gap 구조 및 압력 조건에 따른 특성을 고려하지 않고 설계되었다. 또한 OF 케이블은 0.3 MPa 이상의 압력 조건에서 운전하며, HTS 케이블 시스템은 일반적으로 케이블의 절연 내력과 임계 전류를 향상시키기 위해 0.5 MPa 이상의 압력 조건에서 운전을 한다 [5]. 하지만 Butt-Gap 구조에 따른 0.5 MPa 이상의 압력 조건에서의 절연특성 연구결과가 없기 때문에 케이블의 다양한 압력 조건에서의 신뢰성 있는 설계 및 운영을 위한 연구가 필요하다.
본 논문에서는 매질에 따른 교류 절연파괴 전압 특성, 교류 및 뇌 충격 절연파괴 전압 특성, Butt-Gap 구조에 따른 교류 및 뇌 충격 절연파괴 전압 특성, Mini-Model Cable의 V-t 특성에 대한 연구를 수행하였으며, 요약하면 다음과 같다. 1) PPLP는 제조사 별로 PP 비율이 상이한 제품을 생산하는데 전력 케이블 회사는 매질에 따른 특성을 고려하지 않고 OF 케이블과 HTS 케이블을 같은 PPLP로 제작한다. 기존의 Oil 매질에서는 PP 비율이 높을수록 절연내력이 우수한 것을 확인 하였다. 하지만 LN2 매질에서의 PP 비율에 따른 절연 특성에 대한 연구가 없다. 그러므로 Oil 및 LN2 매질에 따른 PPLP의 교류 절연파괴 특성 실험 결과를 통해 케이블 설계 대한 방향성을 제시하였다. 2) 기존의 PPLP를 절연층으로 사용하는 전력케이블은 대기압 조건에서의 Butt-Gap 간의 간격에 따른 특성 결과를 기준으로 설계되었다. 하지만 OF 케이블은 0.3 MPa 이상에서 운전하며, 23 kV급 HTS 케이블은 0.5 MPa 이상의 압력 조건에서 운전한다. 그러므로 실제 전력케이블에 적용하기 위해 LN2 매질에서 PPLP의 절연파괴 전압 특성 및 Butt-Gap 구조에 따른 특성 등을 연구함으로서 그 적용 가능성을 검토하였다. 3) 고체절연물은 시간에 따른 스트레스가 누적되면서 절연파괴 전압이 열화 될 수 있다. 이러한 시간에 따른 고체절연물의 열화특성을 나타내는 방법으로 V-t 특성이 있다. 기존의 전력케이블은 0.1 MPa 조건의 V-t 특성 결과를 기준으로 설계되었다. 그러므로 실제 케이블에 적용하기 위해서는 0.5 MPa 이상의 압력 조건에서 Mini-Model Cable의 V-t 특성을 고려해야하기 때문에 압력에 따른 절연내력 및 수명지수 n 값의 특성을 확인하였다.
PPLP (PolyPropylene Laminated Paper) has been widely used as an insulating material for an OF (Oil-Filled) cable and an HTS (High Temperature Superconducting) cable [1]. A core insulation of OF cable and HTS cable has a similar structure. Therefore, an HTS cable insulation design technology can be a...
PPLP (PolyPropylene Laminated Paper) has been widely used as an insulating material for an OF (Oil-Filled) cable and an HTS (High Temperature Superconducting) cable [1]. A core insulation of OF cable and HTS cable has a similar structure. Therefore, an HTS cable insulation design technology can be applied to the development of an OF cable [2]. A core plays the role of transporting power. The insulation layer of the core is fabricated by winding PPLP in multiple layers. During the wrapping process, there should be butt-gap, which is filled with liquid nitrogen. This butt-gap configuration influence the dielectric strength. Many studies on the dielectric characteristics of PPLP according to butt-gap configurations are performed under a pressure of 0.1 MPa. An OF cable system is usually operated at a pressure of over 0.3 MPa and An HTS cable system is operated at a pressure of over 0.5 MPa to enhance the dielectric strength and the critical current of the HTS cable. However, there are no previous studies on the dielectric characteristics of butt gap configurations and V-t characteristic according to various pressures. In addition, It has been shown that in silicone oil at room temperature, a higher PP ratio is preferable to a lower PP ratio, owing to the improved dielectric characteristics of PPLP. However, the dielectric characteristics of PPLP in cryogenics might differ from those in the silicone oil at room temperature. This paper concerns the saturation characteristics of PPLP with butt-gap configurations with respect to various pressures. Additionally, a mini-model cable having a structure similar to that of a practical superconducting cable was manufactured and the V-t characteristic of a mini-model cable is analyzed according to various pressures. We also compare the dielectric characteristics of PPLP in the silicone oil with those in the liquid nitrogen and analyze experimental results.
PPLP (PolyPropylene Laminated Paper) has been widely used as an insulating material for an OF (Oil-Filled) cable and an HTS (High Temperature Superconducting) cable [1]. A core insulation of OF cable and HTS cable has a similar structure. Therefore, an HTS cable insulation design technology can be applied to the development of an OF cable [2]. A core plays the role of transporting power. The insulation layer of the core is fabricated by winding PPLP in multiple layers. During the wrapping process, there should be butt-gap, which is filled with liquid nitrogen. This butt-gap configuration influence the dielectric strength. Many studies on the dielectric characteristics of PPLP according to butt-gap configurations are performed under a pressure of 0.1 MPa. An OF cable system is usually operated at a pressure of over 0.3 MPa and An HTS cable system is operated at a pressure of over 0.5 MPa to enhance the dielectric strength and the critical current of the HTS cable. However, there are no previous studies on the dielectric characteristics of butt gap configurations and V-t characteristic according to various pressures. In addition, It has been shown that in silicone oil at room temperature, a higher PP ratio is preferable to a lower PP ratio, owing to the improved dielectric characteristics of PPLP. However, the dielectric characteristics of PPLP in cryogenics might differ from those in the silicone oil at room temperature. This paper concerns the saturation characteristics of PPLP with butt-gap configurations with respect to various pressures. Additionally, a mini-model cable having a structure similar to that of a practical superconducting cable was manufactured and the V-t characteristic of a mini-model cable is analyzed according to various pressures. We also compare the dielectric characteristics of PPLP in the silicone oil with those in the liquid nitrogen and analyze experimental results.
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