[논문]아레니우스 방정식의 가속인자를 만족하는 절연저항특성 분석에 의한 케이블 수명평가 연구

엄기홍; 이관우

doi:10.7236/jiibc.2014.14.5.231

아레니우스 방정식의 가속인자를 만족하는 절연저항특성 분석에 의한 케이블 수명평가 연구
A Study on Cable Lifetime Evaluation Based on Characteristic Analysis of Insulation Resistance by Acceleration Factor of the Arrhenius Equation 원문보기

The journal of the institute of internet, broadcasting and communication : JIIBC, v.14 no.5, 2014년, pp.231 - 236

초록
AI-Helper

오늘 날 산업이 발전함에 따라 전력에 대한 수요량이 증가하고 송전 용량이 커야할 필요성이 점차 요구되고 있다. 관련 설비들은 대규모화될 뿐만이 아니라 높은 신뢰성으로써 동작할 것을 요구받고 있다. 따라서 전기설비의 안정화는 매우 중요한 과제이다. 특히, 전기의 생산 및 공급 과정에서 요구되는 높은 신뢰성은 산업 사회의 필수적인 요소라고 할 수 있다. 설비의 사고 및 정전 사고등은 높은 전기적 의존을 가진 고도 산업사회에 막대한 경제적 손실 및 장애를 가져다준다. 우리는 이 논문에서 발전소에서 고전압의 생산 및 송배전의 유일한 전송 수단으로 사용하고 있는 고전압용 전력 케이블(power cable) 시스템의 안정된 동작을 판단하기 위하여, 아레니우스 인자를 따르는 절연 저항의 시간에 따른 변화추세를 파악하고, 열화의 마지막 단계로서 발생하는 파괴에 의한 케이블의 수명을 예측하고자 한다.

Abstract ▼ AI-Helper

With the development of industry these days, the demand for electric power increases and the larger capacity for power transfer is required. The scales of facilities should become larger; and the relative systems are required to operate with a higher degree of reliability. Therefore, stabilization of electric power systems is an important issue. The high degree of reliability required in the process of production and supply of electric power is an essential part of industrial society. Accident such as blackouts causes a hugh amount of economic losses to the high-tech industrial society dependent upon electric power. In this paper, in order to determine a stable operation of high-voltage power cable, used as a unique means of delivering electric power generated at a power station, we figure out the time rate of change of insulation resistance following a decay accelerating factor Arrhenius equation. With the data from the insulation resistance, we can determine the lifetime of power cable in operation.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

열화 수명곡선은 먼저 아레니우스 열화과정을 거쳐서 와이블 열화과정을 거치는 것을 수명평가 곡선을 통하여 확인 할 수 있었다. 여기서 아레니우스열화 이론 및 와이블 이론과 데이터를 비교하고자 한다.
이러한 현상의 원인은 주파수 불안정성, 전압 불안정성, 발전기의 진동, 전기의 과도 현상교란에 의한 비동기 특성등이 있다^[1,2,3]. 케이블을 구성하는 두 도체는 전기적으로 분리된 상태에서 동작을 해야 하고, 분리 상태를 유지하기 위하여 도체 사이에 삽입되어 있는 절연체의 상태를 판단함으로서 케이블의 열화 정도를 파악하고자 한다.

제안 방법

그러므로, 열화판단을 위한 하나의 참고자료로서만 사용되었다. 또한 절연 저항의 값이 작은 경우는 쉽게 측정할 수 있으나, 고압 전원에 의한 절연저항은 측정하기가 매우 어렵다는 이유로 지금까지 실시된 적이 없었으나, 저자들은 이 값을 분석하여 데이터로 작성하였다. 운전 중인 고전압케이블 시스템에서 얻어 낸 절연저항 데이터는 매우 불규칙하므로 이 데이터의 의한 절연저항특성을 쉽게 파악할 수가 없었다.

성능/효과

3. 발전소에서 운전 중인 전력 케이블의 상태를 진단하기 위하여, 활선상태의 케이블을 진단하는 기술은 여태까지 없었으나 저자들에 의하여 활선상태의 케이블을 진단하기 위한 장비가 처음으로 개발되어 현재 시운전 중이며 정상적인 동작특성을 나타내고 있음을 확인하였다.
그림3은 시간이 경과함에 따라 절연저항의 열화 특성이 아레니우스 열화에서 와이블 열화로 변동하는 과정을 나타내고 있다. 그래프에서 절연저항이 완만하게 감소하는 추세를 나타내고 있으나, 특정 시점에서는 급격하게 감소하는 현상을 확인할 수 있었다. 이 시점을 그래프에서 작은 원(small circle) 으로 표기 하였다.
운전 중인 고전압케이블 시스템에서 얻어 낸 절연저항 데이터는 매우 불규칙하므로 이 데이터의 의한 절연저항특성을 쉽게 파악할 수가 없었다. 그러나, 불규칙한 결과를 초래하는 잡음의 원인 요소를 제거함으로써, 절연저항은 시간에 따라 감소된다는 일반적인 특성을 정량적으로 확인할 수 있었다. 또, 절연저항은 일정한 규칙성을 갖고 있음을 증명할 수 있었다.
그러나, 불규칙한 결과를 초래하는 잡음의 원인 요소를 제거함으로써, 절연저항은 시간에 따라 감소된다는 일반적인 특성을 정량적으로 확인할 수 있었다. 또, 절연저항은 일정한 규칙성을 갖고 있음을 증명할 수 있었다. 즉, 초기의 열화곡선은 랜덤열화 즉 불규칙적인 열화곡선인 아레니우스(Arrhenius) 열화특성을 나타냄을 확인하였고, 열열화가 끝나는 시점에서는 전압열화특성을 나타냄을 확인하였다^[6].
여기서는 온도 영향을 받고 있는 전력케이블의 열화 상태를 나타낸다. 저자들이 발전소에 설치하고 운영 중인 고압케이블을 진단하고 열화 특성을 분석한 바 아레니우스 법칙에 의한 특성 변화를 나타내고 있음을 증명할 수 있었다. 케이블 절연 저항의 감소는 수명판정 결과 지수함수적인 감소를 나타내는데, 이는 케이블의 수명이 열 열화와 같은 무질서도(randomness)에 따른 결과로 예상된다.
절연저항의 LOG 값을 취할 경우 절연저항은 시간에 따라 거의 선형적으로 감소하는 아레니우스 특성에 따라 변하는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 변화 특성에 의하면, 전력 케이블이 동작하는 동안 초기에 발생하는 열화는 열열화 과정을 따른다는 사실을 확인할 수가 있었다^[9].
즉, 절연특성의 감소현상은 정상적인 아레니우스 열화에서 과도상태의 열화인 와이블 열화를 따르는 것을 확인할 수 있다. 이는 지금까지의 케이블 수명평가의 기준으로서, 정상상태 열화인 아레니우스 열화에 의한 수명 평가는 와이블 열화의 파괴 데이터를 기준으로 수명평가를 하는 것과 실제 발생하는 열화과정과는 큰 차이를 보인다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	표면절연저항은 무엇인가?	절연저항은 전기기기 (예: 전기회로, 전력 케이블 등)의 절연 에 의한 열화현상을 판단하기 위한 물리량이며, 값이 감소하면 누전이나 화재 등의 위험상황이 발생할 수 있다. 전류가 절연체의 표면을 따라서 흐르는 전류를 표면절연저항, 내부를 흐르는 전류를 체적절연저항이라고 한다. 인가전압이 높을수록, 주변의 온도나 습도가 증가할수록 감소하는 특징을 나타낸다.
	절연저항의 특징은 무엇인가?	전류가 절연체의 표면을 따라서 흐르는 전류를 표면절연저항, 내부를 흐르는 전류를 체적절연저항이라고 한다. 인가전압이 높을수록, 주변의 온도나 습도가 증가할수록 감소하는 특징을 나타낸다. 전력 케이블에서 절연 저항의 단위는 보통 MΩ이 쓰인다.
	가교 폴리에틸렌 (XLPE) 절연 케이블의 장점은 무엇인가?	전력공급의 기술 및 환경적인 이유로 인하여 요구되는 전력망의 지중 케이블은 설비의 안전성이 요구되고 있다. 지중 케이블 중에서 가교 폴리에틸렌 (XLPE) 절연 케이블은 절연 내력이 우수하고, 유지보수하기가 쉽고, 우수한 전기적 및 절연적 특성을 갖는다는 등의 여러 장점이 있어서 전력케이블의 많은 부분에서 사용되고 있다. 안정을 유지하면서 필요한 전기를 지속적으로 공급할 수 있기 위해서는, 케이블의 제조의 재료와 기술이 우수해야 할 뿐만이 아니라 운전에 있어서 신뢰성이 보장되어야만 하며, 설치 후의 철저한 유지, 보수, 관리를 함으로써 불의의 사고가 발생하기 전에 최대한 예측을 빨리하여 대책수립을 하여야 한다.

참고문헌 (10)

M. Zima, "Special Protection Schemes in Electric Power Systems", Literature survey, EEH Power System Laboratory, June 6, 2002.
P. M. Anderson, B. K. LeReverend, "Industry experience with special protection schemes" IEEE Transactions on Power Systems, vol. 11, Issue: 3 pp. 1166-1179, 1996.

상세보기
J. McCalley, O. Oluwaseyi, C. Singh, K. Jiang "System Protection Schemes: Limitations, Risks, and Management," Final Project Report, Power Systems Engineering Research Center, Iowa State University, 2010.
A. O. Desjarlais, "Which Kind Of Insulation Is Best?". Oak Ridge National Laboratory, May 5, 2013.
F. J. Wyant, S. P. Nowlen, "Cable Insulation Resistance Measurements Made During Cable Fire Tests" Sandia National Laboratories, June 2002.
K. W. Lee, B. K. Kim. Y. S. Mok, K. H. Um, K. J. Lee, D. H. Park, "A Study on the Deterioration Process of 22kV High-voltage Cables and Evaluating the Remaining Life of Cables in Operation", Fall Conference, KIEE, 2012.
Nelson, W., "Accelerated Life Testing - Step-Stress Models and Data Analyses". IEEE Transactions on Reliability, vol. R-29, Issue 2, pp. 103 - 108 June 1980.

상세보기
C. Raymond., "Physical Chemistry for the Biosciences. Sausalito", pp. 311-347, University Science Books. 2005.
K. W. Lee, K. H. Um, "A Study on the Deterioration Process of 22kV Power Cables in Operation", Journal of the The Institute of Internet, Broadcasting and Communication, vol.13, no. 3, pp. 127-133, Jun 2013.

원문보기 상세보기
K. W. Lee, K. H. Um, D. H. Park,. "Test Operation of Equipment for Evaluating the Relationship Between Load Current and Lifetime of 6.6kV Cable in Operation." 2014 Summer Conference, KIEE, Yongpyung, Korea.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증