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문제 정의
- 본 연구에서는 폴리머 애자의 표면에 부착된 오손물의 영향을 이해하기 위해 공업오손이 심한 공단 지역과 염해오손이 심한 해안지역을 선택하여 시료를 발취하였다. 발취한 시료에 대해 외관 관찰 및 표면 상태를 분석하고 전기시험을 행 하였다.
제안 방법
- .표면 누설 전류는 시료와 직렬로 저항을 연결하여 전압을 측정하는 방법을 사용하였으며, 측정에 사용된 계측기의 데이터 샘플링은 초당 3개의 비율로 전압의 실효값을 측정하여 RS232C 통신을 통해 컴퓨터에 저장되도록 설계하였다.
- 인공오손 특성 평가를 위해 오손지역에서 사용된 시료와 동일한 제조연도를 갖는 신품을 사용하였다. 또한 자기애자와 폴리머 애자의 염해오 손도 비교를 위해 동해안의 오손이 심한 지역을 선택하여 매월 둥가염분 부착밀도롤 측정하였다.
- 또한, 애자의 오손에 따른 표면 특성 변화를 관찰하기 위해 시료를 인공적으로 오손시키는 방법을 적용하였다. 이를 위해 입자의 크기가 미세한 카올린을 이용하여 인공오손액을 제조하였으며, 현재 우리나라에서 사용하고 있는 2종류의 폴리머 현수애자를 선택하여 이에 대한 표면 오손 특성을 평가를 하였다.
- 현장에서 발취한 시료의 경우 표면에 부착된 먼지가 발수성 측정에 영향을 줄 수 있으므로 압축공기를 이용하여 제거한 후 측정에 사용하였다. 또한, 인공오손시료의 경우는 위에서 설명한 오손방법을 이용하여 7회 오손건조를 반복하고, 표면에 완전히 고착되지 않은 오손물을 제거하기 위해 시료를 수평으로 설치하고 30분 이상 충분히 주수한 후 실내에서 7일간 건조하였다.
- 본 연구에서는 폴리머 애자의 표면에 부착된 오손물의 영향을 이해하기 위해 공업오손이 심한 공단 지역과 염해오손이 심한 해안지역을 선택하여 시료를 발취하였다. 발취한 시료에 대해 외관 관찰 및 표면 상태를 분석하고 전기시험을 행 하였다.
- 증류수를 이용하여 애자 표면의 일정 면적을 깨끗이 세정하여 그물의 전도도를 측정하는 방법으로 고압 측으로 부터 1번 갓 바깥쪽면부터 3번 갓 안쪽면 까지 갓의 4개 면을 전도도가 L0 증류수 400 [ml]에 깨끗이 세척하였다. 세척한 물은 전도도 측정기(모델명 : HANA)를 이용하여 전도도를 측정하였다. 측정한 전도도 값을 이용하여 둥가염분 부착밀도 W는 다음식 을 이용하여 계산하였다.
- 시료 표면 발수성 측정은 시료 표면에 약 10 [ul]의 물방울 을 떨어뜨려 물방울이 형성된 부분을 사진으로 나타내어 시 료표면/공기/물이 만나는 점에서 접촉각을 측정하였다. 보통 신품의 경우 접촉각은 물방울을 떨어뜨린 초기에는 90* 이상 이었다가 시간이 경과함에 따라 약간 감소한다.
- 시료의 인공오손시 오손 반복횟수 결정 및 표면 오손도 측정 을 위해 오손 횟수에 따른 등가염분부착밀도와 오손물 부착량 을 구하였다. 그림 4는 두 신품 시료에 대한 오손물 부착량을 나타낸 것이고, 그림 5는 시료 I에 대한 신품과 해안지역에서 발취한 경년품 시료의 인공오손 특성을 비교한 것이다.
- 신품 및 경년품을 인공오손 시킨 시료를 챔버내부에 수직 으로 설치하고, 13.2 [kV]의 AC 전압을 인가한 상태에서 안 개(clean fog)롤 분무하면서 AC 누설전류를 측정하였다. 측 정한 결과를 그림 7과 그림 8에 나타내었다.
- 위와 같이 제조한 오손액에 폴리머 애자를 수평 방향으로 10초간 담근 다음 그대로 꺼내 어 표면에 수분이 없어질 때까지 실내의 공기 중에서 약 1시간 정도 건조시키고, 다시 오손시키는 방법을 반복하였다. 표면 건조 및 발수성 회복을 주기 위해 최종 건조는 약 3일 동안 실내에서 건조한 후 태양광에서 4시간 정도 건조시켰다.
- 이들 시료의 갓의 일부를 발취하여 접촉각 측정기(모델명 : FACE CA-V, Japan)를 이용하여 접촉각을 측정하였으며, STRI (swedish transmission research institutes) 에서 권장하는 방법으로 시료 표면에 중류수롤스프레이하여 시료 표면에 물방울이 맺히는 형상으로 젖음성을 측정하였다.
- 또한, 애자의 오손에 따른 표면 특성 변화를 관찰하기 위해 시료를 인공적으로 오손시키는 방법을 적용하였다. 이를 위해 입자의 크기가 미세한 카올린을 이용하여 인공오손액을 제조하였으며, 현재 우리나라에서 사용하고 있는 2종류의 폴리머 현수애자를 선택하여 이에 대한 표면 오손 특성을 평가를 하였다. 인공오손시료에 대해 표면의 오손물 부착 정도를 평가하기 위해 둥가염분 부착밀도를 측정하였으며, 표면 특 성의 변화 및 표면누설전류를 측정하였다.
- 이를 위해 입자의 크기가 미세한 카올린을 이용하여 인공오손액을 제조하였으며, 현재 우리나라에서 사용하고 있는 2종류의 폴리머 현수애자를 선택하여 이에 대한 표면 오손 특성을 평가를 하였다. 인공오손시료에 대해 표면의 오손물 부착 정도를 평가하기 위해 둥가염분 부착밀도를 측정하였으며, 표면 특 성의 변화 및 표면누설전류를 측정하였다.
- 보통 신품의 경우 접촉각은 물방울을 떨어뜨린 초기에는 90* 이상 이었다가 시간이 경과함에 따라 약간 감소한다. 접촉각은 물 방울을 떨어뜨린 1분 후에 측정하였으며, 시료면에 대해 고르 게 10회 측정한 다음 평균하여 구하였다. 측정한 결과를 지 역별로 구분하여 표 4에 나타내었다.
- 등 가염분 부착밀도 (ESDD ; equivalent salt deposit density)의 측정은 필세법을 이용하였다. 증류수를 이용하여 애자 표면의 일정 면적을 깨끗이 세정하여 그물의 전도도를 측정하는 방법으로 고압 측으로 부터 1번 갓 바깥쪽면부터 3번 갓 안쪽면 까지 갓의 4개 면을 전도도가 L0 증류수 400 [ml]에 깨끗이 세척하였다. 세척한 물은 전도도 측정기(모델명 : HANA)를 이용하여 전도도를 측정하였다.
- 진해지역과 해안지역에서 동일한 시기에 시료를 발취하여 둥가염분부착밀도를 측정하였으며, 오손액에 7회 반복오손 시 킨 인공오손 시료와 비교하였다. 둥가염분부착밀도는 현장발 취 시료 및 인공오손 시료 각각에 대해 3개를 측정하여 평균 한 것이며, 측정 결과를 표 3에 나타내었다.
- 현장 발취 시료 및 인공오손시료의 전기적인 특성 변화를 관찰하기 위해 교류누설전류 측정을 하였다. 챔버 내에 시료를 설치하고 전압을 인가한 상태에서 안개 (clean fog) 분무 및 주수(clean rain)를 하면서 시료 표면 누설 전류를 측정하였다. 이때 사용한 챔버의 내부용적은 10 [n?] 이고, 50 kV, 1 A 용량의 시험용 변압기를 이용하여 13.
- 폴리 머애자의 오손에 대한 특성을 평가하기 위해 오손이 심한 지역에서 시료를 발취하였으며, 또한 애자 표면을 인공 오손시킨 시료에 대해 특성을 평가한 결과 다음과 같은 결과 를 얻을 수 있었다.
- 현장 발취 시료 및 인공오손시료의 전기적인 특성 변화를 관찰하기 위해 교류누설전류 측정을 하였다. 챔버 내에 시료를 설치하고 전압을 인가한 상태에서 안개 (clean fog) 분무 및 주수(clean rain)를 하면서 시료 표면 누설 전류를 측정하였다.
- 현장에서 발취한 시료의 열화 정도를 파악하기 위해 갓의 일부분을 샘플링하여 전반사현미적외선분광기 (FTIR-ATR; Perkin Elmer)와 전자현미경(SEM; Jeol)을 이용하여 시료 표면의 화학구조 및 전자현미경 사진 분석을 하였다. 애자 표면 상태를 분석한 대표적인 결과를 그림 2와 그림 3에 나타내었다.
- 현장에서 폴리머애자와 기존의 자기제 애자의 상대적인 오 손특성을 평가하기 위해 오손이 심한 해안 지역에 파일럿 애 자를 설치하고 동일 시료에 대해 표면에 부착된 염분 오손물 을 매월 1회 측정하였다. 측정에 사용된 파일럿 애자는 국내 에서 생산되고 있는 폴리머 현수애자(시료2)와 세라믹 재질 의 254 [mm] 송전급 현수애자 신품을 사용하였다.
대상 데이터
- 공업지역에서 추출된 오염물질보다 카올린의 입자의 크기가 미세하므로 애자 표면에 오손충 형성에 유리하고 자연상태에서 수십 년간 누적된 오손된 상태를 모의할 수 있기 때문에 본 시험에서 인공오손을 위해 카올린을 사용하였다. 오손액 제조를 위해 사용된 카올린의 주요한 성분은 표 2와 같으며, 입자의 92[%] 가 크기가 2 [ 구성되었으며, 비중은 2.
- 자연 상태에 서의 오손 특성을 평가하기 위해 염해가 심한 지역 해안 100 [m] 이내에서 사용된 시료 및 공업용 분진이 많은 공단 지역 및 도심지역에서 약 3〜5년 정도 사용한 시료를 발취하였다. 시험을 위해 사용된 시료는 모두 EPDM 재질의 폴리머 애자이며, 세부적인 사양은 표 1과 같다.
- 오손액은 IEC 60507을 참조하였으며, 전도도 360 [pS/cm] 인지하수 (307)에 NaCl (360 g)과 카올린(1200 g)을 잘 혼합하여 제조하였다.
- 인공오손 특성 평가를 위해 오손지역에서 사용된 시료와 동일한 제조연도를 갖는 신품을 사용하였다. 또한 자기애자와 폴리머 애자의 염해오 손도 비교를 위해 동해안의 오손이 심한 지역을 선택하여 매월 둥가염분 부착밀도롤 측정하였다.
- 폴리머 애자의 오손 특성 평가를 위해 국내에서 사용되고 있는 배전 급 폴리머 현수애자 2종류를 선택하였다. 자연 상태에 서의 오손 특성을 평가하기 위해 염해가 심한 지역 해안 100 [m] 이내에서 사용된 시료 및 공업용 분진이 많은 공단 지역 및 도심지역에서 약 3〜5년 정도 사용한 시료를 발취하였다. 시험을 위해 사용된 시료는 모두 EPDM 재질의 폴리머 애자이며, 세부적인 사양은 표 1과 같다.
- 현장에서 폴리머애자와 기존의 자기제 애자의 상대적인 오 손특성을 평가하기 위해 오손이 심한 해안 지역에 파일럿 애 자를 설치하고 동일 시료에 대해 표면에 부착된 염분 오손물 을 매월 1회 측정하였다. 측정에 사용된 파일럿 애자는 국내 에서 생산되고 있는 폴리머 현수애자(시료2)와 세라믹 재질 의 254 [mm] 송전급 현수애자 신품을 사용하였다. 측정지역 은 동해안의 화력발전소 주변으로 해안에서 100 [m] 정도 떨어 진 지역을 선택하였다.
- 측정에 사용된 파일럿 애자는 국내 에서 생산되고 있는 폴리머 현수애자(시료2)와 세라믹 재질 의 254 [mm] 송전급 현수애자 신품을 사용하였다. 측정지역 은 동해안의 화력발전소 주변으로 해안에서 100 [m] 정도 떨어 진 지역을 선택하였다. 측정한 결과를 그림 6에 나타내었다.
- 폴리머 애자의 오손 특성 평가를 위해 국내에서 사용되고 있는 배전 급 폴리머 현수애자 2종류를 선택하였다. 자연 상태에 서의 오손 특성을 평가하기 위해 염해가 심한 지역 해안 100 [m] 이내에서 사용된 시료 및 공업용 분진이 많은 공단 지역 및 도심지역에서 약 3〜5년 정도 사용한 시료를 발취하였다.
이론/모형
- 등 가염분 부착밀도 (ESDD ; equivalent salt deposit density)의 측정은 필세법을 이용하였다. 증류수를 이용하여 애자 표면의 일정 면적을 깨끗이 세정하여 그물의 전도도를 측정하는 방법으로 고압 측으로 부터 1번 갓 바깥쪽면부터 3번 갓 안쪽면 까지 갓의 4개 면을 전도도가 L0 증류수 400 [ml]에 깨끗이 세척하였다.
- 2 [kV] 전압(상전압)을 인가하였다. 안개분무를 위한 노즐은 IEC 60507에서 권장하는 방법에 따라 제작하였으며, 이때 사용한 물의 전도도 는 17.0 [uS/cm]이고, 공급된 물의 양은 주수시 4 [ml/min], 안개시 8-9 [ml/min/nF] 이었다. 또한 안개분무시 사용된 공기의 압력은 5.
성능/효과
- 그림 9의 (a)에서와 같이 해안지역에서 발취한 두 시료의 표면 누설전류는 비슷한 양상을 보였으나, (b)의 진해지역에 서 발취한 시료 2의 경우는 표면에 부착된 오손물로 인해 발 수성이 저하되어 주수시간의 경과에 따라 표면의 건조대 아 크로 인해 누설전류가 시간의 경과와 함께 급변하는 양상을 보였다.
- [1] 해안지역은 전도성에 영향을 주는 염분으로 인해 진해지 역에 비해 시료표면의 등가염분부착밀도가 높았으나, 표면 발수성은 진해지역 보다 우수하였다.
- [2] 동일지역에서 폴리머애자는 자기제애자에 비해 염분부착 밀도가 낮아 염분 오손에 대한 특성이 우수하였으나, 진 해지역에서는 장시간 동안 많은 양의 분진이 폴리머애자 표면에 고착되게 되면 고유한 발수성이 저하되어 표면 누설전류를 크게 하였다,
- [3] 인공오손 시험결과 오손물이 폴리머애자 표면에 부착되게 되면 발수성 상당히 저하되었으며, 신품에 비해 경년품의 오손 정도가 심해 표면 특성이 저하되면 오손이 가속된 다는 것을 알 수 있었다.
- 동일 조건에서 자기제 현수애자에 비해 폴리머 재질의 현 수애자의 염분 오손물 부착이 적어 오손특성이 우수하였다. 염분 부착량은 계절적인 영향을 많이 받았으며 강수량이 많 은 6, 7, 8월에는 표면에 부착되는 둥가염분부착밀도가 낮게 나타났다.
- 등가염분부착밀도를 측정한 결과 모든 시료의 둥가염분부 착밀도 값은 오손둥급 A등급을 나타내고 있으며, 신품을 인공적으로 오손시킨 시료는 진해지역에서 발취한 시료의 둥가 염분부착밀도와 비슷하였다. 또한, 경년품의 경우 등가염분부 착밀도는 측정 가능하지만 폴리머 재료 특성상 저분자량 성 분이 표면으로 확산되어 나와 표면에 부착된 오손물과 결합 되어 표면에 고착되어 세정되지 않기 때문에 비용해성물질 부착밀도 (NSDD; nonsoluble deposit density)는 측정하는 것 은 의미가 없어 제외하였다.
- 화학구조 분석에 있어서 그림 2에서와 같이 경년품의 특성피크 감소는 있었지만 현장의 환경조건 및 표면의 오손상태에 관계없이 화학구조상의 변화는 발견할 수 없었다. 또한, 공단 지역에서 발취한 시료의 경우 표면에 부착된 오손물의 영향으로 해안지역에서 발취한 시료에 비해 특성피크치의 감소가 심한 것을 확인할 수 있었다.
- 또한, 스웨덴의 STRI에서 제시한 스프레이를 이용하여 표 면 발수성을 측정한 결과 인공오손 시료 및 진해지역에서 발 취한 시료는 완전 친수성 둥급에 가까운 HC6 (hydropho- bisity class 6) 또는 HC7 을 나타냈으나, 해안지역에서 발취 한 시료의 경우는 이보다 높은 둥급인 HC4 또는 HC5 등급 을 나타내었다.
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