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[국내논문] HDPE/EVA혼합수지의 공간 전하 분포에 관한 연구
A Study on Space Charge Distribution of HDPE Mixed with EVA 원문보기

전기학회논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers, v.58 no.11, 2009년, pp.2229 - 2235  

정의환 (충북대 전자정보대 전기공학과) ,  허준 (충북대 전자정보대 전기공학과) ,  윤재훈 (충북대 전자정보대 전기공학과) ,  임기조 (충북대 전자정보대 전기공학과) ,  이흥규 (충주대 첨단과학기술대 전기공학과)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, each specimen blended at weight proportions of 80% HDPE to 20% EVA, 70% HDPE to 30% EVA, 60% HDPE to 40% EVA, and 50% HDPE to 50% EVA was manufactured respectively. The insulation performances of the proposed insulator were compared with conventional XLPE, main insulating material of ...

Keyword

#HDPE   #EVA   #HVDC   #Space charge distribution   #Electric field   #Potential profile  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서, 본 연구에서는 기존 전력케이블 절연재인 XLPE의 단점인 복잡한 제조공정에서 개입될 수 있는 절연 성능 저하를 HDPE의 내부 반도전층과 절연층간의 접착력을 개선하고, 기계적 물성을 보완하고자 전력용 케이블의 반도전 층의 기본수지로 사용되는 유극성 고분자인 에틸렌 비닐아세테이트(ethylene vinyl acetate, 이하 EVA)(VA함량 : 12[%])를 80:20, 70:30, 60:40, 50:50의 중량비별로 혼합하여 시편을 제작하였다. 직류절연특성으로 인가전계증가에 따른 공간전하분포와 극성반전 및 단락 후의 공간전하분포를 나타낸 것이다.
  • 직류 고전압하에서 XLPE와 같은 고분자 절연재료내의 공간전하축적현상은 제조공정에서 개입될 수 있는 산화방지제, 첨가제, 가교반응 잔류물, 불순물 등에 강한 영향을 받으며, 전계분포를 왜곡시켜 온도상승이나 극성반전에 의해 낮은 절연파괴강도에서도 절연파괴를 유발한다. 기존 XLPE절연재와 비교했을 때 동등이상의 열적 성능, 절연 성능 및 기계적 성능뿐만 아니라 재활용을 통한 친환경성 제고에도 기여할 수 있으며, HVDC 케이블용 절연재 적용시 공간전하억제에 의한 전계 왜곡을 완화시킬 수 있는 대체절연재 개발을 목표로 하였다. 이런 관점에서 고분자절연재료 내부(bulk)특성의 개질방법으로 기존 가교방식의 제조공정에서 개입될수 있는 결함을 배제할 수 있는 열가소성 고분자간의 블렌딩에 의한 비가교방식이 유용할 것으로 판단하였다.
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핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
기존의 고분자절연재료의 개질방식은 무엇인가? 대용량 전력기기의 소형화, 전력계통의 초고압화가 가속됨에 따라 사용 환경에 부합하는 우수한 절연내력을 갖는 절연재료 개발에 대한 연구가 동시에 활발히 진행되어 왔다. 기존의 고분자절연재료의 개질방식은 유기물 첨가, 무기물 첨가, 첨가제 혼합, 고분자쇄에 적절한 단량체를 그라프트(graft)시키는 방법이 주류를 이루고 있다.
최근 송변전계통의 초고압화가 가속됨에 따라 계통의 안정도측면에서 장점이 있는 대용량 장거리 송전수단으로서 무엇이 매년 급속히 확산되고 있는가? 기존 전력용 케이블 절연재인 XLPE는 열안정성을 개선하기 위해 폴리에틸렌에 DCP와 같은 화학가교제를 혼합시킨 후 고온 고압에서 가교시킨 것으로 PE원료의 초청결화나 건식가교 적용, 3중 동시압출방식과 같은 제조공정의 개선으로 500[kV]급 초고압 교류 전력용 케이블 절연에도 적용되고 있다. 최근 송변전계통의 초고압화가 가속됨에 따라 계통의 안정도측면에서 장점이 있는 대용량 장거리 송전수단으로서 고전압 직류송전방식이 매년 급속히 확산되고 있다. 현재까지 HVDC케이블로 유침지(paper impregnated)나오일 충진(oil-filled) 절연케이블이 대부분 이용되고 있으나, 제조공정이 복잡하며 급유설비와 같은 부대설비가 필요하고 고가인 단점이 있다.
기존의 고분자절연재료의 개질방식의 문제점은 무엇인가? 이들 방법의 대부분은 제조 공정에서 혼입되는 불순물, acetophenone, cumyl alcohol, α-methyl styrene과 같은 가교시 발생되는 1, 2차 가교 잔유물, 산화방지제 등과 같은 첨가제의 변질 및 휘발(blooming-out), 분산 불량 등에 기인한 체적저항율의 저하, 공간전하 축적, 유전손실의 증가 등 절연열화를 가속시킨다. 특히, acetophenone(약 2.9 Debye)과 cumyl alcohol(1.7 Debye)과 같은 큰 쌍극자모멘트를 갖는 영구 쌍극자 분자는 가교반응에서 형성되며, 시료표면을 향해 확산된다. 공간전하 피크의 크기나 폭이 의미하는 쌍극자의 농도는 XLPE내의 산화방지제, 조기가교억제제와 같은 첨가제 및 가교과정에서 생성된 부산물이나 불순물 함유 정도와 일치한다고 보고되고 있다[5]. 또한 공간전하축적에 의한 전계왜곡을 유발하여 절연열화를 가속시키는 등 직류 고전압 케이블 절연재로 적용하는데 많은 제약이 있어서 최근 주목받고 있는 직류 송배전용 케이블 절연재로도 부응하기 어려운 문제점이 있다.
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참고문헌 (6)

  1. 이흥규, 전력 케이블 절연재 적용을 위한 HDPE/EVA혼합수지의 전기적 특성 고찰, 충북대학교 박사학위논문, 2009. 02 

  2. K. S. Suh, 'Measurements and Characteristics of Space Charge in Polyethylene', Polymer Science and Technology, Vol. 9, No. 5, pp.394-410, 1998. 10 

  3. H. Tamura, H. Ono, M. Ikeda, Y. Yamamoto, Yoshimichi Ohki, 'Properties of Polyethylene Blend as a Non-crosslinked Insulating Material for Power Cable', IEEJ Trans. FM, Vol.24, No.9, pp.817-822, 2004 

  4. Y. Lin etal, 'Space charge distribution and crystalline structure in low density polyethylene(LDPE) blended with high density polyethylene (HDPE)', Polymer International Vol.54, pp.465-470, 2005 

    상세보기 crossref

  5. R.J. Fleming, M. Henriksen, and J.T. Holboll, 'The influence of electrodes and conditioning on space charge accumulation in XLPE,' IEEE transactions on dielectrics and electrical insulation, Vol. 7, pp. 561-571, 2000 

    상세보기 crossref

  6. Hung-Kyu Lee, Byoung-Chul Kim, Seong-Hwa Kang, Chung-Ho Lee, Kee-Joe Lim, 'Analysis of Electric Field Distribution formed by Space Charge in HDPE Blended with EVA', 2008 Regional Inter-University Graduate Conference on Electrical Engineering 19-21, July, Xi'an, China 

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