이 논문은 사용한지 13년 지난 운전 중 22 kV 케이블시스템을, 7년 동안 절연저항을 측정하여 그 결과를 연구한 논문이다. 우리는 발전소에서 설치 운전 중인 고전압 케이블이 시간에 따라 성능이 악화되는 현상의 추세를 결정하는 수명지수를 파악하였다. 위한 논문이다. 케이블 시스템은 시간에 따라 절연 저항이 감소한다. 초기 케이블 시스템은 아레니우스 열화 곡선을 따른다. 초기에는 수명 지수 n값이 9로 설계하였고, 이후 n값을 상향하여 16으로 결정하였다. 이유는 고전압에서 케이블이 동작할 경우, n값이 클 때 파괴특성이 높지 않고, n값이 낮은 값에서 파괴특성이 높았기 때문이다. 그러나 전압열화에 의하여 와이블 프롯을 따른 v-t 특성에 의하여 n값은 10~11의 값을 갖는 것을 확인하였다. 과거 케이블 설계 시 정한 n=9의 이론적 근거와 n=16 으로 높아진 원인을 파악함으로써 누설 전류 및 절연 저항의 선형적인 변화를 확인하였다. 단기적으로는 운전 중 케이블 시스템의 진단 평가에 활용되며, 장기적으로는 발전소 부하에서 동작 중인케이블 시스템의 설치 및 운영에 있어서 원가를 절감하기 위한 노력에 기여하고자 한다.
이 논문은 사용한지 13년 지난 운전 중 22 kV 케이블시스템을, 7년 동안 절연저항을 측정하여 그 결과를 연구한 논문이다. 우리는 발전소에서 설치 운전 중인 고전압 케이블이 시간에 따라 성능이 악화되는 현상의 추세를 결정하는 수명지수를 파악하였다. 위한 논문이다. 케이블 시스템은 시간에 따라 절연 저항이 감소한다. 초기 케이블 시스템은 아레니우스 열화 곡선을 따른다. 초기에는 수명 지수 n값이 9로 설계하였고, 이후 n값을 상향하여 16으로 결정하였다. 이유는 고전압에서 케이블이 동작할 경우, n값이 클 때 파괴특성이 높지 않고, n값이 낮은 값에서 파괴특성이 높았기 때문이다. 그러나 전압열화에 의하여 와이블 프롯을 따른 v-t 특성에 의하여 n값은 10~11의 값을 갖는 것을 확인하였다. 과거 케이블 설계 시 정한 n=9의 이론적 근거와 n=16 으로 높아진 원인을 파악함으로써 누설 전류 및 절연 저항의 선형적인 변화를 확인하였다. 단기적으로는 운전 중 케이블 시스템의 진단 평가에 활용되며, 장기적으로는 발전소 부하에서 동작 중인케이블 시스템의 설치 및 운영에 있어서 원가를 절감하기 위한 노력에 기여하고자 한다.
This study is to predict the life exponent by measuring, over 7 years, the insulation resistance of high-voltage cables in 22 kV operation for 13 years. We found out the lifetime index in order to determine the time-dependent trend of deteriorating performance of power cables. The insulation resista...
This study is to predict the life exponent by measuring, over 7 years, the insulation resistance of high-voltage cables in 22 kV operation for 13 years. We found out the lifetime index in order to determine the time-dependent trend of deteriorating performance of power cables. The insulation resistances decreased according to elapsed time. We found that: the initial measurements of the cable systems were in agreement with the deterioration properties of the Arrhenius Law. By analyzing the life curve of the cable system, we also verified that the value of the life exponent (n) in the v-t characteristics defined by Weibull distribution has values from 10 to 11. When designing the cable system, the initial value of life exponent was chosen as 9 without any grounding. We have verified that the theoretical grounding based on the design safety of n=9 was actually the best one available. In the short term, we apply our research result to the diagnosis and evaluation of the power cables. In the long run, however, we plan to reduce the cost of the installation and management of cable systems in operation at power stations.
This study is to predict the life exponent by measuring, over 7 years, the insulation resistance of high-voltage cables in 22 kV operation for 13 years. We found out the lifetime index in order to determine the time-dependent trend of deteriorating performance of power cables. The insulation resistances decreased according to elapsed time. We found that: the initial measurements of the cable systems were in agreement with the deterioration properties of the Arrhenius Law. By analyzing the life curve of the cable system, we also verified that the value of the life exponent (n) in the v-t characteristics defined by Weibull distribution has values from 10 to 11. When designing the cable system, the initial value of life exponent was chosen as 9 without any grounding. We have verified that the theoretical grounding based on the design safety of n=9 was actually the best one available. In the short term, we apply our research result to the diagnosis and evaluation of the power cables. In the long run, however, we plan to reduce the cost of the installation and management of cable systems in operation at power stations.
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문제 정의
우리가 연구한 열화는 케이블의 활선 상태에서 식 (3)을 따른다는 현상을 확인할 수 있었다. 본 논문에서는 예상 수명을 논의한 것이 아니고 수명지수 n값을 고찰하였다.
본 논문에서는, 사용한지 13년 지난 운전중 22 kV 케이블 시스템의 열화진단을 검토하였으며 아래와 같은 결론을 얻을 수 있었다.
이는 기존의 열적 및 전기적 열화와는 전혀 다른 특성의 곡선으로 나타나는데, 그 이유는 부분 방전에 의하여 케이블 절연 저항이 파괴되면서 트리가 일어나서 발생되는 것이라 생각된다. 본 논문은 설치 후 정상적으로 동작하고 있는 케이블의 절연 저항값을 측정함으로써 케이블의 수명 지수를 연구한 것이다. 우리가 실험에 사용한 케이블은 설치한지 13년 지난 케이블로서, 2500일(약 7년) 동안 10일 간격으로 절연 저항을 측정하여 분석하였다.
절연저항(insulation resistance) 법은 절연의 기본적 특징을 갖는 절연저항을 측정함으로써 송전 시스템의 이상 유무를 진단하는 방법이다[5]. 본 논문은 시간에 따른 절연 저항의 감소현상과 절연 열화현상을 비교함으로써, 수명 곡선을 이용하여 전압열화가 일어나는 과정을 확인하고 케이블 시스템의 사고를 예측하고 대비하기 위하여 연구한 논문이다. 또는, 고전압 케이블 시스템의 수명 열화곡선에서 열적열화, 전기적 열화 및 부분방전 열화를 각각 구분 할 수 있는데, 각각의 열화에 따라 절연 저항 특성은 모두 다르게 나타난다.
제안 방법
그러나 전압열화에 의하여 와이블 프롯을 따른 V-t특성에 의하여 n값은 10∼11의 값을 갖는 것을 확인하였다. 과거 케이블 설계시 초기 n값을 9로 하였는데, n=9의 이론적 근거와 16으로 높아진 원인을 파악하는 한편, 설계안전율을 바탕으로 한 초기 n=9의 값의 이론적 근거를 확인하였다. 운전 중인 케이블인 경우, 케이블의 열화를 초래하는 요인은 여러 가지가 있다.
본 논문은 설치 후 정상적으로 동작하고 있는 케이블의 절연 저항값을 측정함으로써 케이블의 수명 지수를 연구한 것이다. 우리가 실험에 사용한 케이블은 설치한지 13년 지난 케이블로서, 2500일(약 7년) 동안 10일 간격으로 절연 저항을 측정하여 분석하였다. 측정 결과, 절연 저항은 와이블 플롯의 특성를 따르는 곡선 형태로 나타남을 확인하였다.
운전 중인 케이블의 연결시스템에서 저항 접지계통을 이용하여 절연저항을 측정하기 위하여 두 가지 방법을 채택하기로 한다. 즉, (1)케이블 고압 도체에 DC 신호전압을 인가하는 방법과, (2)케이블 절연체를 통하여 흐르는 DC누설전류를 측정하기 위해 DC누설전류계를 연결 하는 방법이 있다.
여기서, 변압기 중성점에 연결된 NGR 과 대지 접지간에 지락전류가 흐를 수 있도록 매우 낮은 저항(저 저항)이 연결되어 있고, DC신호전압과 DC신호전압 제어용스위치가 저저항과 병렬로 연결되어 있다. 절연저항을 측정하기 위한 케이블의 쉬스(sheath)로부터 대지접지까지 교류전류가 흐를 수 있도록 교류접지계를 연결하고, 교류접지계와 병렬로 DC 누설전류측정용 전류계를 연결하였다. 이 회로의 DC신호전압 제어용 스위치가 OFF 된 상태(즉 DC신호전압이 발생하지 않은 상태)에서 DC 누설전류계에 흐르는 IO전류를 측정한다[6,7].
그림 3은 측정장치를 이용하여 10일 간격으로 2500일 (7년) 측정하여 얻은 데이터를 분석하였다. 직류 전압 50V 인가하여 케이블 쉬스 부분에서 측정한 누설전류에 의하여 저항값을 계산하였다.
필터링한 목적에는 여러 가지가 있는데, 여기서는 케이블 수명 곡선을 구하기 위하여 필터링하였다. 필터링한 후 케이블 수명 곡선을 평가하였다.
필터링한 목적에는 여러 가지가 있는데, 여기서는 케이블 수명 곡선을 구하기 위하여 필터링하였다. 필터링한 후 케이블 수명 곡선을 평가하였다. 그러나, 이 그래프는 아래로 볼록한 감소형태의 지수혐수의 꼴을 나타내고 있다.
대상 데이터
측정 시료는 전압 열화가 진행되는 케이블 3종류를 필터링 한 후에 얻은 2종류의 데이터를 분석하여 케이블의 절연 저항을 시간에 따라 측정한 결과이다. 시간이 경과할수록 절연 저항이 주기적으로 변동하면서 감소함을 확인 할 수 있었다.
이론/모형
그림 2는 DC 신호전압을 인가한 후에 동작하는 회로를 나타낸다. DC 신호전압 제어용 스위치가 ON된 상태 (즉 DC신호전압이 NGR 측으로 는 상태)에서 DC 누설전류계에 흐르는 Idc전류를 측정하여 Idc / (Idc - Io) 의 계산식에 의해 절연체 절연저항을 계산한다[5][6].
성능/효과
2. 수명이 절반 정도 남아있는 케이블 시스템의 경우, 절연저항을 loglog로, 수명을 log로 변환하여 나타낸 열화수명곡선은 선형 특성을 나타낸다.
3. 부하전류, 온도 및 습도 센서를 부착하면 부하전류와 수 명과의 상관관계를 얻을 수 있다.
측정 시료는 전압 열화가 진행되는 케이블 3종류를 필터링 한 후에 얻은 2종류의 데이터를 분석하여 케이블의 절연 저항을 시간에 따라 측정한 결과이다. 시간이 경과할수록 절연 저항이 주기적으로 변동하면서 감소함을 확인 할 수 있었다. 2,000일 부근에서는 절연저항이 측정 되지 않았음을 보여 주고 있다.
우리가 실험에 사용한 케이블은 설치한지 13년 지난 케이블로서, 2500일(약 7년) 동안 10일 간격으로 절연 저항을 측정하여 분석하였다. 측정 결과, 절연 저항은 와이블 플롯의 특성를 따르는 곡선 형태로 나타남을 확인하였다.
후속연구
운전 중인 케이블인 경우, 케이블의 열화를 초래하는 요인은 여러 가지가 있다. 대표적인 요인으로서 부하전류, 주위 온도 및 습도인데, 이 요인들을 측정하였다면 좀 더 효율적인 데이터를 얻을 수 있었을 것으로 예상된다. 케이블의 허용전류는 식
설치 후 12년 정도 경과했기 때문에 부하전류 및 온도에 대한 센서가 부착되어 있지 않은 케이블 시스템을 분석하여 수명판정 곡선을 얻었다는 사실이 하나의 아쉬운 점이라 하겠다. 앞으로의 연구에서는 절연저항을 측정하기 위해 부하전류 및 온도를 감지하는 센서가 부착하고, 부하전류에 의한 수명변화와 도체저항에 의한 수명변화의 상관관계를 유도할 계획이다. 이 측정시스템은 현재 3.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
고전력 케이블의 사고로 인한 화재는 무엇에 의하여 발생하는가?
전기 에너지를 생산하여 전달하는데 있어서 관련 장비들의 효율성을 높여야 함은 당연한 과제일 뿐만이 아니라, 전력전달의 유일한 수단으로서 케이블은 신뢰성 있게 동작을 하여야 한다. 고전력 케이블의 사고로 인한 화재는 합선, 케이블의 제작 불량에 의한 구조적 결함, 포설 부적합, 접속부 단락사고, 굴곡점이 많은 무리한 설치, 취급 소홀, 열화현상 등에 의하여 발생하고 있다 .
절연저항의 단위는 무엇으로 표시하는가?
이 때의 전압과 전류비를 절연저항이라고 한다. 보통, 단위는 메가옴(1 MΩ =106 Ω)으로 표시한다. 절연저항(insulation resistance) 법은 절연의 기본적 특징을 갖는 절연저항을 측정함으로써 송전 시스템의 이상 유무를 진단하는 방법이다[5].
지중 송전 시스템 설비의 이상 상태를 진단하기 위한 방법에는 무엇이 있는가?
케이블 등의 송전 시스템 설비의 사고가 발생할 경우 대규모 정전사태나 대형화재를 초래하게 되므로, 사고 발생을 미리 예측하고 예방하는 일은 매우 중요하다. 지중 송전 시스템 설비의 이상 상태를 진단하기 위한 방법에는 tanδ 법, 부분방전(partial discharge, PD)법 및 절연저항법이 있다. tanδ 법은 사선진단법에서 주로 사용되고 있는 방법인데, 정전 상태에서 진단을 하기에는 한계를 드러내고 있다[2].
참고문헌 (8)
J. S. Lee, "Design and Structural Analysis of Electric Saver Box," Journal of the Korea Academia-Industrial Cooperation Society Vol. 13, No. 6 pp. 2435-2440, 2012.
J. Bird, Electrical Circuit Theory and Technology, ISBN-13: 978-1466501096, Routledge; pp.549, 5ed., 2013.
http://www.ipec.co.uk/about-partial-discharge/
K. H. Um, K. W. Lee, "Analysis of Deterioration Characteristics by Filtering Processes at 6.6kV Power Cable Systems in Operation ", Journal of the The Institute of Internet, Broadcasting and Communication, vol.14, no. 4, pp. 205-211, Aug 2014.
K. W. Lee, Y. H. Whang, Y. C. Weon, K H. Um, J. H Lee, D. H. Park, "Developing a Diagnosis Equipment to Determine the Relationship between Load Current and Lifetime of 6.6kV Cables in Operation." KIEE 2013, Fall Conference.
K. W. Lee, K. H. Um, "A Study on the Deterioration Process of 22kV Power Cables in Operation" Journal of IIBC, vol. 13, no. 3, pp. 127-133,June 2013.
Kwan-Woo Lee, "A Study on Remain life with Aging in 22kV CV Cable", KIEE, pp. 19-21, 2003.
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