지속적이고 고품질의 전기 에너지의 공급은 현대 경제 사회에서 중요하다. 발전소에서 동작하는 모든 장비들은 신뢰할 수 있어야 하며 안전해야 한다. 변압기, 케이블, 발전기 및 개폐 장치 등의 주요 전력 장비들은 완전한 상태로 동작하여야 한다. 송전의 유일한 수단으로 사용되고 있는 케이블은 수명이 30년 이라고 제작 시에 선언되고 있다. 케이블 두 도체 사이의 절연체는 입력 고전압으로 부터의 전기적인 응력[應力]을 유지해야한다. 이러한 조건이 케이블의 동작 기간 전체에 걸쳐서 입증되어야 한다. 초저주파수(VLF) tan${\delta}$, 부분 방전, 절연 저항을 이용한 몇 가지 기술들이 케이블의 동작 상태를 진단하기 위하여 사용되고 있다. 우리는 이 논문에서 충청남도 태안에 위치한 (주)서부 발전소에서 설치 운영되고 있는 고전력 케이블들의 동작 특성을 진단하기 위하여 절연 저항을 이용한 결과, 예상을 초과하여 38 년의 수명을 가지고 있는 케이블이 존재한다는 사실을 확인하였다.
지속적이고 고품질의 전기 에너지의 공급은 현대 경제 사회에서 중요하다. 발전소에서 동작하는 모든 장비들은 신뢰할 수 있어야 하며 안전해야 한다. 변압기, 케이블, 발전기 및 개폐 장치 등의 주요 전력 장비들은 완전한 상태로 동작하여야 한다. 송전의 유일한 수단으로 사용되고 있는 케이블은 수명이 30년 이라고 제작 시에 선언되고 있다. 케이블 두 도체 사이의 절연체는 입력 고전압으로 부터의 전기적인 응력[應力]을 유지해야한다. 이러한 조건이 케이블의 동작 기간 전체에 걸쳐서 입증되어야 한다. 초저주파수(VLF) tan${\delta}$, 부분 방전, 절연 저항을 이용한 몇 가지 기술들이 케이블의 동작 상태를 진단하기 위하여 사용되고 있다. 우리는 이 논문에서 충청남도 태안에 위치한 (주)서부 발전소에서 설치 운영되고 있는 고전력 케이블들의 동작 특성을 진단하기 위하여 절연 저항을 이용한 결과, 예상을 초과하여 38 년의 수명을 가지고 있는 케이블이 존재한다는 사실을 확인하였다.
Continuous, high-quality supply of electrical energy is the backbone of any modern economy. Any equipment operating at a power station must be reliable and safe. All major power supply components such as transformers, cables, generators, and switchgear need to be kept in perfect operating condition....
Continuous, high-quality supply of electrical energy is the backbone of any modern economy. Any equipment operating at a power station must be reliable and safe. All major power supply components such as transformers, cables, generators, and switchgear need to be kept in perfect operating condition. The lifetime of power cables, used as the main means of transferring electric power, is understood to be about 30 years, from the time of manufacturing. The dielectrics between two conductors of a cable must be able to withstand electrical stresses from high-voltage input. This condition should be verified throughout the lifetime of the cable system. Several techniques, such as VLF-tan${\delta}$, partial discharge, and insulation resistance are used in order to determine the operating conditions of cables. In this paper, we present our work on insulation resistance to diagnose cables in operation at the Western Power station in Taean, Chungcheong Namdo Province, South Korea. As a result we have found cables the life time of which is 38 years.
Continuous, high-quality supply of electrical energy is the backbone of any modern economy. Any equipment operating at a power station must be reliable and safe. All major power supply components such as transformers, cables, generators, and switchgear need to be kept in perfect operating condition. The lifetime of power cables, used as the main means of transferring electric power, is understood to be about 30 years, from the time of manufacturing. The dielectrics between two conductors of a cable must be able to withstand electrical stresses from high-voltage input. This condition should be verified throughout the lifetime of the cable system. Several techniques, such as VLF-tan${\delta}$, partial discharge, and insulation resistance are used in order to determine the operating conditions of cables. In this paper, we present our work on insulation resistance to diagnose cables in operation at the Western Power station in Taean, Chungcheong Namdo Province, South Korea. As a result we have found cables the life time of which is 38 years.
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문제 정의
이 특징을 이용하여 케이블 시스템의 이상 여부 및 잔여 수명을 판단할 수 있다. 본 자료에서, 이러한 기본이론을 바탕으로 6.6 kV 케이블 시스템의 수명 이론 및 측정 장치에 대한 설명을 바탕으로 부하 전류가 케이블의 수명에 미치는 영향에 대하여 논하고자 한다.
그러나, 이 방법은 활선 상태를 중지한 환경에서 측정하여야 한다는 선행 조건으로 인하여 측정 작업을 하기 위하여 많은 제약을 극복해야만 한다. 우리는 이 논문에서 고압전력 케이블의 가동을 중지해야만 한다는 바람직하지 못한 문제점을 해결하기 위하여, 케이블이 운전하고 있는 상태를 그대로 유지하는 조건에서 케이블의 절연 저항을 측정하기 위한 기술을 소개한다.
근래에 포설한 케이블이라 할지라도 시공 불량이나 기타의 열악한 주변 환경으로 인한 악조건 상태에 노출되어 있는 경우, 그 전의 임의적인 시점에서도 사고가 발생할 수가 있다. 우리는 이 논문에서 케이블의 열화 상태를 진단하기 위하여 채택되고 있는 주요한 몇 가지 기술을 소개하고, 활선 상태의 고압 케이블의 절연 저항을 측정함으로써 케이블의 잔여 수명을 예측하기 위하여 수행한 연구를 소개한다.
6 kV 에 의한 고전력을 송전하는 초고압 지중 송전선로 케이블 (CV cable) 이었다. 이러한 케이블들이 운전 상태에 있는 동안에 특성을 파악하였다. 태안 발전소에서 동작중인 고전압 케이블 6.
상기 이론을 바탕으로 제작한 측정 장치를 설치하여 케이블의 절연저항을 1년 동안 측정하고 있는 중이다. 케이블의 동작 특성을 분석하기 위하여 추출한 데이터를 한세대학교 실험실에서 연구한 일부의 결과를 제시한다.
제안 방법
절연 저항 테스트는 저항 값이 충분히 커서 절연 상태가 유지되는 지를 확인하는 작업이다. 도선과 실드사이의 절연 저항을 측정하여 결함 (열화)의 형태를 판단한다. 저항값이 적으면(이론상 0 Ohm) 상태란 두 도체가 절연 상태를 유지 하지 못하고 도전(conducting) 상태라는 의미이다[7, 8].
우리는 (주)서부 발전소에서 동작하고 있는 운전 중인 고전압 케이블을 선택하여 절연저항 측정 장치를 설치함으로써 데이터를 획득하고 분석하였다. 그 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
케이블의 절연 저항을 측정하기 위하여, 중성점에 DC 전압원을 인가한다. 이 때, 쉬스 차폐층을 통하여 흐르는 누설전류를 측정하고, 향후 DC 전압을 인가한 후의 케이블의 절연체를 통하여 흐르는 누설 전류를 측정하여 그 차이 값을 절연 저항으로 환산한다.
우리가 측정한 케이블 시스템은 22 kV, 1 C × 325 SQMM 부하전류 90 A 로써, 설치 후 10 년 동안 운전 중에 있었다. 케이블의 동작 특성을 진단하기 위하여 그 후 13년 동안 10일에 한 번 자동 측정 장치를 이용하여 획득한 절연저항 데이터를 분석하여 열화 과정의 추세를 파악하였다.
대상 데이터
우리가 발전소에서 설치 운전 중인 케이블 시스템을 진단하기 위하여 연구한 케이블은 충청남도 태안에 위치한 (주)서부 발전소(Western Power Station) 에서 설치되어 운전 중인 6.6 kV 에 의한 고전력을 송전하는 초고압 지중 송전선로 케이블 (CV cable) 이었다. 이러한 케이블들이 운전 상태에 있는 동안에 특성을 파악하였다.
태안 발전소에서 동작중인 고전압 케이블 6.6 kV, 1 × 100 SQMM의 9회 선을 선택하였다[9].
성능/효과
3. 동작 중인 케이블 시스템의 예상 수명을 판단할 수 있게 되었으므로, 동작 기간이 20년 지났다고 하여 무조건 교체함으로서 초래될 수 있는 예산 낭비를 줄일 수 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
CV cable은 어떤 케이블인가?
현재 국민 1인당 전력 소모량이 연간 8,092 kWh 로서 1980년에 비교하면 9배 만큼 증가하였으며, 예상 수치 보다 높은 수요로 인하여 전력의 수급 여건이 계속 악화되고 있다[1]. 발전소가 고전압 전력을 생산, 공급하기 위하여 유일한 수단으로 사용하고 있는 케이블은 가교 폴리에틸렌 (XLPE, cross linking-polyethylene) 절연 케이블 (CV cable 이라고도 함)이다. 많은 케이블들이 약 40년 전에 국내 여러 곳에서 포설되어 지금까지 사용되어 오고 있다.
케이블이 살아있는 상태에서 측정하는 방법인 활선 진단법은 무엇이 있는가?
활선 진단법은 케이블이 살아있는 상태에서 측정하는 방법이다. 현재 한국에서는 이 방법으로서 부분 방전법과 절연 저항법이 있다. 부분 방전법은 케이블이 사고가 발생하기 전에 일어나는 부분 방전을 측정하여 케이블시스템의 이상여부를 확인하는 방법이다.
고압 전력 케이블의 열화 상태를 파악하기 위한 방법 중 VLF tan δ 측정법은 무엇인가?
일반적으로 고압 전력 케이블의 열화 상태를 파악하기 위하여 가장 흔히 사용하는 방법으로서 케이블의 사선 상태에서 사용하는 tan δ법이 있다. 정전 용량이 큰 케이블의 열화 상태를 진단하기 위하여 가장 많이 사용되는 VLF tan δ 측정법은 0.1 Hz 정도의 매우 낮은 주파수의 전원을 사용하여 tanδ (손실계수, 유전정접, 誘電正接)값을 측정하는 방법이다. 케이블의 절연체의 특성을 파악하여 케이블의 열화 상태를 진단하는데 채택되는 VLF tanδ(very low frequency tan - delta) 방법의 원리는 다음 1과 같다[3, 4].
참고문헌 (10)
J. S. Kim, K. H. Kim, J. S. Lee, "The Study on the Variable Orifice Spray of the Steam Power Plant Desuperheater," Journal of the Korea Academia-Industrial Cooperation Society(JKAIS), Vol. 14, No. 1, pp. 63-68, 2013.
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S. Hvidsten, J. T. Benjaminsen, "Diagnostic testing of MV XLPE cables with low density of water trees" Electrical Insulation, 2002. Conference Record of the 2002. IEEE International Symposium on, 7-10 Apr 2002, pp. 108 - 111, Boston, MA, 10.1109/ELINSL, 2002, 995892.
A. N. Luiten, Topics in Applied Physics (Book 79), Springer Frequency Measurement and Control: Advanced Techniques and Future Trends (Topics in Applied Physics), p.45-49. Paperback-Sep 12, 2014.
J. B. Lee, Y. H. Jung, "An Amendment of the VLF $tan{\delta}$ Criteria to Improve the Diagnostic Accuracy of the XLPE-insulated Power Cables, " Trans. KIEE. Vol. 59, No. 9, Sep 2010.
N. Davies, D. Jones, "Testing Distribution Switchgear for Partial Discharge in the Laboratory and the Field," Electrical Insulation, 2008. ISEI 2008. Conference Record of the 2008 IEEE International Symposium on, June 9-12 2008 Vancouver, BC, DOI:10.1109/ELINSL.2008.4570430.
IEEE-Std-43-2000, "IEEE Recommended Practice for Testing Insulation Resistance of Rotating Machinery", IEEE Power & Energy Society, p. 18, Mar 2000.
K. H. Um, K. W. Lee, "Developing Equipment to Detect the Deterioration Status of 6.6kV Power Cables in Operation at Power Station", Journal of the The Institute of Internet, Broadcasting and Communication, vol. 14, no. 4, pp. 197-203, Jun 2013.
K. W. Lee, Y. H. Hwang, S. H. Lee, K. H. Um, "A study on the Relationship between Load Current and Temperature of 6.6 kV Cable Systems in Operation", 2015 Summer Conference KIEE. 2015. July 15 - 17, 2015. Moojoo, Chunbook.
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