[논문]와전류 기법을 이용한 가공전력선 열화 진단

김충혁; 김탁용; 오용철; 최운식; 조춘남

doi:10.4313/jkem.2014.27.5.322

[국내논문] 와전류 기법을 이용한 가공전력선 열화 진단
Degradation Diagnosis of Overhead Power Lines Using Eddy Current Technology 원문보기

전기전자재료학회논문지 = Journal of the Korean institute of electronic material engineers, v.27 no.5, 2014년, pp.322 - 327

김충혁 (광운대학교 교양학부) , 김탁용 ((주)주암전기통신 탐지기술연구소) , 오용철 ((주)주암전기통신 탐지기술연구소) , 최운식 (세한대학교 기술교육학과) , 조춘남 (대조건설주식회사 기술부)

Abstract ▼ AI-Helper

Internal corrosion of the distribution line can be detected in order to develop techniques of non-destructive inspection methods that operate only on the metal track eddy current diagnosis is possible by applying the technique investigated. Sensor for the production of a finite element method modeled by using an eddy current sensor, a distribution line by using an accelerated aging samples of sodium hydroxide was prepared. Sheathed cables for internal corrosion studies detected using an eddy current sensor is considered to be possible.

Keyword

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 연구는 ACSR 전선의 내부 Al도체 특성을 변화를 확인하기 위한 장치로 와전류 센서를 이용한 배전선로의 내부 열화를 검출하는 시스템 개발을 목표로 유한요소기법을 이용하여 와류센서 모델링을 기초로 실제 와류센서를 제작하여 가속열화에 의한 센서 특성을 조사하였다.

제안 방법

센서와 모재와의 이격 거리는 5 mm로 피복 두께와 센서지그에 의한 이격을 고려한 거리이다. 마지막으로 모재 내부에 결함을 주었을 때 자장분포 변화를 조사하였다.
본 실험에서도 알루미늄 전선을 수산화나트륨에 침적시킨 후 18, 24, 27시간을 부식시켰으며, 부식 후 선로의 두께 변화를 측정하여 원시료에서 굵기 변화량을 측정하여 부식진행 정도를 정의하였다.
이는 와전류 탐상 시 자장의 변형을 유도하여 검출값이 변화될 것으로 예측할 수 있다. 센서와 모체와의 거리 변화에 따른 모체 내부의 자속분포를 조사하기 위해 와류센서의 위치를 변화시키면서 모체 내부 자속 분포를 조사하였다. 검출 위치는 와류센서와 거리가 일정한 위치를 설정하였으며, 이격 거리만 변화시켰다.
전선의 열화는 피복을 제거하고 수산화나트륨에 전선을 18, 24, 27시간 동안 침식한 후 꺼낸 후 부식 부분을 제거하고 부피 변화를 조사하였다.
와전류센서 성능을 측정하기 위해 모의 환경에 인공열화 시료를 연결한 후 500 cm/s로 정속도 주행하면서 신호를 검출하였다. 검출 횟수는 100회 이상 실시하였으며, 그림 10은 160 sq 배전선로의 검출 데이터를 평균값으로 처리한 후 표현한 것이다.
인공 열화시료에 대한 와전류 센서의 측정값을 비교해 보면 표 3과 같은 결과를 얻을 수 있었으며, 측정거리는 시뮬레이션과 동일하게 센서와 모재 간의 간경을 5 mm로 이격한 후 측정하였다.
내부 결함에 의해 와류 특성의 변화를 보기 위해 모체 내부에 사각형 보이드를 임의 삽입한 후 자장 분포를 조사하였다.

이론/모형

와류 센서의 모델링을 위해 유한요소법을 이용한 FULX 12 프로그램을 이용하였으며, 유한요소법은 다른 수치해석 방법들에 비하여 해석 영역의 분할이 용이하고, 풀어야 할 행렬의 성김도가 높다는 장점을 가지고 있다.

성능/효과

앞에서 언급한 바와 같이 배전선로의 피복두께는 1∼2 mm이고, 와류센서 외함을 1 mm로 간주하면 3 mm 이상의 이격 거리를 고려해야만 하므로 시뮬레이션 결과 5 mm 이격까지도 이격시켜도 내부에서의 자속 밀도는 크게 손상되지 않음을 알 수 있었다.
표 2는 산화에 의한 부피 변화를 조사한 것으로 18시간 이상이면 부식이 10% 이상 진행되었으며, 초기 부식은 0.5%/시간으로 진행되다가 부식이 진행되기 시작하면 가속 반응이 일어나 1.3%/시간으로 부식정도가 배 이상 증가됨을 확인할 수 있었다.
표 3에서 보는 바와 같이 부식 시간이 길어질수록 와전류센서의 검출값은 증가되는 것을 확인할 수 있었으며, 증가폭은 4.74 step/hour가 되었다.
1. 시뮬레이션을 통해 5 mm 이격 시 와전류 센서의 자장이 금속 내부로 15 mm까지 침투하는 것을 확인할 수 있었다.
2. 내부 보이드에 의해 와전류 센서에 의한 자장이 변화되는 것을 확인할 수 있었다.
3. 전선 부식이 증가하면, 와전류센서 측정값도 같이 증가하는 것을 확인할 수 있었다.
4. 주행으로 인한 진동이 있었음에도 불구하고 부식에 의한 영역에서 검출값이 변화됨을 알 수 있었으며, 이를 통해 부식률이 10% (18시간 부식) 이상에서 전선 내부의 부식을 검출할 수 있을 것으로 사료된다.
5. 모의한 형상 설계에 기초하여 제품제작 시 특성의 차이는 있지만 전체적인 상관관계가 있음을 확인할수 있었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	현재 배전선로 상에서 전선열화로 인한 사고를 대비하기 위해 사용하는 방법의 한계점은 무엇인가?	그러나 현재 배전선로 진단 방법으로 사용하는 초음파 및 열화상 카메라는 금구류 열화에 대한 검출만이 가능하며, 배전선로에 대한 진단은 현재 배전선로 상에서 전선열화로 인한 사고를 대비하기 위해 사용하는 방법은 1) 현장에서 피복이 불량한 전선을 외관 점검하여 사진을 찍어 확인한 후 교체하는 방식과 2) 전선 이력을 데이터 베이스화하여 내용 연한에 맞춰 일괄 교체하는 방식이 있다 [1,2]. 이러한 방법은 경험에 많은 전문가를 필요로 하고, 일괄교체는 환경에 대한 고려가 없으므로 사고에 대해서 안전하다고 할 수 없는 방식이며, 육안 검사로 표면에 대한 진단만 하기 때문에 피복전선 내부의 문제점에 대한 대책은 전무하다고 할 수 있다. 와전류 탐상기법은 비파괴 검사 (nondestructive testing, NDT) 방법 중의 한 가지 방법으로 전도체인 금속에만 반응하여 기름, 먼지 등, 오염으로 인한 사용 환경의 제한이 적고 고주파 가진 전류의 운용에 따른 고응답 속도로 금속모재의 변위 및 진동 측정, 모재 내의 이상 탐상 등 여러 분야에 활용되고 있다 [3].
	클린에너지 사용의 증가가 초래한 결과는 무엇인가?	산업의 발달과 더불어 클린에너지 사용의 증가는 전기사용량의 증가를 초래하였으며, 이는 송배전선로 증가와 더불어 유지관리에 대한 많은 방법이 시도되고 있다. 특히 배전선로에서 사용되는 전력케이블의 열화는 전선의 재질, 제조 방법뿐만 아니라 선로의 환경, 부하의 종류 등에 따라 다양한 열화가 발생한다.
	핏트는 어떻게 생기는가?	트래킹에 의해 지지부 주변의 도체 일부가 노출되면 서지 침입 시 섬락의 가능성이 높아지고, 아크로 진전되어 이 점에서 아크 용단의 가능성도 높아진다. 배전선로는 도체 소선 간 및 도체와 절연체간의 가는 틈새에 빗물이 침입하면 국부적인 부식에 의한 孔蝕(핏트)이 생긴다. 이와 같이 생긴 공식부에 응력이 집중하면 산화피막에 분열이 발생하며 분열의 선단에 노출된 도체는 바로 부식이 진행된다.

참고문헌 (10)

H. S. Jung, Journal of Korean Institute of Intelligent Systems, 11, 101 (2011).
Y. C. Oh, H. S. Jeong, J. B. Lee, J. H. Yim, K. J. Son, J. S. Kim, and C. H. Kim, Proc. of the KIEEME Annual Summer Conference, 11, 77 (2010).
G. S. Lee, Master's Thesis, p. 1-10, Busan University, Busan (2006).
Eddy Current Characterization of Materials and Structures, ASME Special Technical Publication (American Society for Testing and Materials, 1981)
S. D. Kim and J. M. Shim, Journal of Korea Sensor Society, 6, 87 (1997).
S. Leonard and D. L. Atheron, IEEE Trans. on Mag., 32, 1905 (1996).

상세보기
S. J. Norton and J. R. Bowler, J. Appl. Phys., 73, 501 (1993).

상세보기
S. D. Kim, J. of Korea Institute of Illuminating and Electrical Installation Eng., 13, 77 (1999).
W. H. Hayt, Engineering Electromagnetic (McGraw-Hill, 1981).
Y. J. Wang, Proc. Natl. Sci. Counc. ROC, 23, 419 (1999).

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