[논문]NDT 기법을 이용한 가공배전선로 내부 열화 진단장치 개발

현득창

doi:10.4313/jkem.2015.28.8.539

NDT 기법을 이용한 가공배전선로 내부 열화 진단장치 개발
Development of Diagnostic Device for Internal Degradation in Distribution Line Using NDT Mathod 원문보기

전기전자재료학회논문지 = Journal of the Korean institute of electronic material engineers, v.28 no.8, 2015년, pp.539 - 543

Abstract ▼ AI-Helper

At present, the development of a detection device in order to prevent accidents due to wire deterioration in the distribution lines is required. Distribution line is not possible to check the internal state in a normal way because it is covered with the coating. Accordingly, various eddy current techniques that is the non-destructive test (NDT) techniques have been applied to solve this problem. In this paper, we have seen examining the characteristic change of the eddy current sensor according to the simplified shape of the sensor in order to solve the problems for the simplified shape that is generated when the simulation for the shape of the eddy current sensor.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 연구는 시뮬레이션 설계 시 중요한 형상 설계 시 발생 할 수 있는 형상의 간소화에 따른 문제점을 조사하기 위해 실제 배전선로의 구조 및 와류센서의 연선코일에 대한 구조를 단순화시켰을 때 발생되는 문제점을 조사하기 위해 형상을 다양한 형태로 간소화시켰을 때 자계 분포를 조사하였다.

제안 방법

그림 2는 배전선로의 구조를 나타낸 것으로 전선의 중심에는 강철 재질의 강심이 있고, 그 주변은 알루미늄 재실의 연선이 꼬여져 있으며, 외부에는 XPLE 절연층으로 감싸져 있다. 단순화를 위해 내부 연선 및 강심을 하나로 형성했을 때의 자계 특성도 조사하였다.
와류 센서의 모델링을 위해 유한요소법을 이용한 FULX 12 프로그램을 이용하였으며, 유한요소법은 다른 수치해석 방법들에 비하여 해석영역의 분할이 용이하고, 풀어야 할 행렬의 성김도가 높다는 장점을 가지고 있다 [3]. 적용된 와류센서의 구조는 그림 1과 같이 중앙에 페라이트 재질의 코어를 중심으로 코일을 300회 감은 구조로 코일의 턴수를 간략화 했을 때의 자계특성을 조사해 보았다.
표 1은 형상의 단순화에 따른 분류도를 나타낸 것으로 와류센서의 구조는 페라이트 코어를 중심으로 코일이 감겨진 형태로 CVLXX는 와류센서의 코일 부분을 한 면에 1개, 6개, 20개로 구분하여 각각 CVL00, CVL01, CVL02로 명명하였으며, 좌측 코일에 전류의 방향을 positive 방향, 우측을 positive 방향으로 설정하여 형상화 하였다. CLVXX는 배전선로 내부의 구조가 중심에 강심(Fe)이 있고, 그 주변에 18가닥의 알루미늄선이 꼬여있는 연선구조를 실제 모습으로 구성한 것으로 “-XX”는 CVL과 동일하게 명명하였다.

이론/모형

와류 센서의 모델링을 위해 유한요소법을 이용한 FULX 12 프로그램을 이용하였으며, 유한요소법은 다른 수치해석 방법들에 비하여 해석영역의 분할이 용이하고, 풀어야 할 행렬의 성김도가 높다는 장점을 가지고 있다 [3]. 적용된 와류센서의 구조는 그림 1과 같이 중앙에 페라이트 재질의 코어를 중심으로 코일을 300회 감은 구조로 코일의 턴수를 간략화 했을 때의 자계특성을 조사해 보았다.

성능/효과

NDT 기법을 이용한 가공배전서로 내부 열화 진단장치 개발을 위한 시뮬레이션 결과 에너지를 공급하는 코일의 간소화는 코어에서의 발생에너지에 영향을 받지 않지만, 전선 주변에 생기는 자계에 의해 외부 자성물질에 자속분포는 틀려짐을 알 수 있었으며, 전선의 간소화는 전선간에 발생되는 공극에 의해 자계의 분포가 틀려짐을 확인할 수 있었다.
그림 6은 CLV 계열에서의 자계분포를 나타낸 것으로 코어 중심에서의 자계의 세기는 CVL 계열과 동일한 값을 나타내었지만, 코일 턴 수의 증가에 따라 대칭성이 positive 영역에서 negative 영역으로 코어면에서 이동하는 것을 확인할 수 있었다. 전선 내부에서의 자계 분포는 코어의 자계 분포는 불규칙성을 가지고 있으며, 코어 자계가 negative 영역으로 이동함에 의해 전선 내부의 자계도 negative 영역에 근접한 전선에 자계가 집중되는 현상을 확인할 수 있었다. 또한 CVL 계열에 비해 CLV계열에서 전선의 하단부까지 자계가 집중되는 현상을 볼 수 있는데 이는 전선 사이에 공극 부분에 의해 자계의 아래쪽까지 전달되기 때문이라고 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	전력케이블의 열화는 어떤 요인에 따라 발생하는가?	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. 전선열화가 가중된 지역에서는 전선 단선사고가 빈번하게 발생할 수 있으며, 이로 인해 막대한 재산적 피해와 소중한 인명 사고로 이어질 수 있으며, 특히 일반 시민과 매우 근접하게 설치되어 있으므로 안전관리는 매우 중요한 사항이다 [1].
	전선열화 사고 대비를 위해 사용하는 방법의 한계는?	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. 이러한 방법은 경험에 많은 전문가를 필요로 하고, 일괄교체는 환경에 대한 고려가 없으므로 사고에 대해서 안전하다고할 수 없는 방식이며, 육안 검사로 표면에 대한 진단만 하기에 피복전선 내부의 문제점에 대한 대책은 전무하다고 할 수 있다. 와전류 탐상기법은 비파괴검사(nondestructive testing, NDT) 방법 중의 한 가지 방법으로 전도체인 금속에만 반응하여 기름, 먼지 등 오염으로 인한 사용 환경에 대한 제한이 적고 고주파 가진 전류의 운용에 따른 고응답 속도로 금속모재의 변위 및 진동 측정, 모재 내의 이상 탐상 등 여러 분야에 활용되고 있다 [3].
	전기사용량 증가의 원인은?	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.

참고문헌 (5)

G. S. Lee, Master's Thesis, p. 1-10, Busan University, Busan (2006).
Eddy Current Characterrization of Materials and Structures, ASME Special Technical Publication, American Society for Testing and Materials (1981).
G. J. Kim, The Insulation Design of Enclosure for Diagnostic Device in Extra High Voltage Line, 254 (2015).
S. J. Norton and J. R. Bowler, J. Appl. Phys., 73, 501 (1993).

상세보기
P. L. Dowell, Proc. IEE, 113 (1966).

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