[국내논문]와이불 수명지수에 의한 고전압 케이블의 전압열화 측정값의 선형성 확인 Linearity Verification of Measured Voltage Deterioration of High Voltage Cable based on Weibull Lifetime Index원문보기
전력 수요량은 매년 증가추세에 있으며, 발전소에서 동작하는 모든 장비들과 대용량의 장거리 전력수송을 위한 장비들은 전력 소비자들이 기대하는 바 신뢰할 수 있는 수준에서 완전한 상태로 동작하여야 한다. 일반적으로, 고전력 송전을 위하여 사용되고 있는 케이블은 동작수명이 30년 이라고 제작 시에 선언된다. 케이블은 동작을 시작함과 동시에 성능이 악화되는 열화과정(케이블의 전기적 특성이 악화되는)이 시작된다. 열화로 인한 신뢰성의 손상이 발생함에도 불구하고, 동작상태의 신뢰성을 진단을 받지 않았기 때문에, 언제 불의의 사고를 초래할지 예측을 할 수 없을 만큼 위험한 상태에서 동작을 하고 있는 실정이다. 우리는 케이블의 열화과정을 진단하기 위하여 진단 장비를 제작하였고, 충청남도 태안의 (주)서부발전에 설치하여 시운전 하고 있는 중이다. 우리는 측정장비를 이용하여 추출한 데이터를 얻은 결과를 시간에 따라 변동 하는 그래프로 표시하여 분석한 특성을 이전 논문들에서 제시하였다. 이 논문에서는 이전 논문에서의 측정값으로 나타낸 그래프가 Weibull 확률분포에 의한 열화 이론과 일치하는 지를 확인하고, 결과를 제시한다.
전력 수요량은 매년 증가추세에 있으며, 발전소에서 동작하는 모든 장비들과 대용량의 장거리 전력수송을 위한 장비들은 전력 소비자들이 기대하는 바 신뢰할 수 있는 수준에서 완전한 상태로 동작하여야 한다. 일반적으로, 고전력 송전을 위하여 사용되고 있는 케이블은 동작수명이 30년 이라고 제작 시에 선언된다. 케이블은 동작을 시작함과 동시에 성능이 악화되는 열화과정(케이블의 전기적 특성이 악화되는)이 시작된다. 열화로 인한 신뢰성의 손상이 발생함에도 불구하고, 동작상태의 신뢰성을 진단을 받지 않았기 때문에, 언제 불의의 사고를 초래할지 예측을 할 수 없을 만큼 위험한 상태에서 동작을 하고 있는 실정이다. 우리는 케이블의 열화과정을 진단하기 위하여 진단 장비를 제작하였고, 충청남도 태안의 (주)서부발전에 설치하여 시운전 하고 있는 중이다. 우리는 측정장비를 이용하여 추출한 데이터를 얻은 결과를 시간에 따라 변동 하는 그래프로 표시하여 분석한 특성을 이전 논문들에서 제시하였다. 이 논문에서는 이전 논문에서의 측정값으로 나타낸 그래프가 Weibull 확률분포에 의한 열화 이론과 일치하는 지를 확인하고, 결과를 제시한다.
As the demand for electric power increases, all devices operating in power stations and all devices adopted in order to deliver distant loads need to be operating in perfect condition at the level of reliability expected by consumers. In general, the lifetime of cables used in delivering high power ...
As the demand for electric power increases, all devices operating in power stations and all devices adopted in order to deliver distant loads need to be operating in perfect condition at the level of reliability expected by consumers. In general, the lifetime of cables used in delivering high power is declared to be 30 years from the time of production. Deterioration (which is the worsening of electric properties) starts from the very moment of operation. In spite of the reduction in reliability caused by deterioration, the reality is that cables often operate at considerable risk of accidents because the reliability of operation has not been diagnosed. We have invented a device to diagnose the deterioration processes of high-voltage power cables. It has been installed and is currently operating at Korea Western Power Co., Ltd., located in Chungnam, Korea. In previously published papers we have shown graphs obtained by plotting insulation resistances versus time, through analyzing the data extracted from operating cables using the devices we have invented. In this paper, we verify that the previously plotted graphs agree with the life time index of Weibull distribution of probability.
As the demand for electric power increases, all devices operating in power stations and all devices adopted in order to deliver distant loads need to be operating in perfect condition at the level of reliability expected by consumers. In general, the lifetime of cables used in delivering high power is declared to be 30 years from the time of production. Deterioration (which is the worsening of electric properties) starts from the very moment of operation. In spite of the reduction in reliability caused by deterioration, the reality is that cables often operate at considerable risk of accidents because the reliability of operation has not been diagnosed. We have invented a device to diagnose the deterioration processes of high-voltage power cables. It has been installed and is currently operating at Korea Western Power Co., Ltd., located in Chungnam, Korea. In previously published papers we have shown graphs obtained by plotting insulation resistances versus time, through analyzing the data extracted from operating cables using the devices we have invented. In this paper, we verify that the previously plotted graphs agree with the life time index of Weibull distribution of probability.
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문제 정의
이전의 논문에서 측정장비를 이용하여 추출한 데이터를 해석하여 얻은 결과를 시간에 따라 변동 하는 그래프로 표시하였다. 이 논문에서는 그 그래프를 다시 살펴보고, Weibull 이론과 일치하는 지를 확인하고 결과를 제시한다.
지중 전력전달 시스템을 진단하기 위하여 tan δ법, 부분 방전법, 절연저항법이 있는데[3]. 부분방전 열화에 대해 살펴본다.
제안 방법
. 세 종류의 케이블 #1(6 kV BN), #2 (6 kV CV) 및 #3(6 kV CVT)를 임의로 선정하여 절연 특성을 측정하였다. 필터링 연산을 하여 얻어지는 그래프는 아래로 볼록한 감소형태의 지수함수의 꼴을 나타냄을 확인하였다.
우리가 개발한 측정장치를 발전소의 고전압케이블에 설치하여 데이터를 획득, 분석한 결과 다음의 결론을 얻었다.
1. 케이블 시스템에서 얻은 데이터를 분석하여 열화추세를 반영하는 그래프를 얻었다.
이론/모형
(1) 열열화; 케이블에 열(heat) 에너지가 가해지면 물리적 변형 또는 화학적 변화가 나타나서 절연특성이 저하되는 현상이다. 열열화는 아레니우스 법칙을 따른다.
성능/효과
우리가 연구한 케이블은 13년 전에 설치하여 지금까지 운전하고 있다. 설치 후 6년이 되는 시점으로부터 약 2,500일의 기간에 걸쳐 10일 마다 절연저항을 측정하였고, 절연저항은 Weibull 특성을 나타 내고있음을 확인하였다[6, 7].
여기서 V 는 전압, i 는 전류, n은 수명지수(index of life time)를 나타낸다. 우리는 n 값을 연구하여 동작 중인 케이불의 열화특성이 식을 따른다는 것을 확인하였다. 제조 초기에는 n = 9 로 특정되었으나, 동작하는 도중에 n = 16 으로 증가되었다.
2. 겉보기에 무의미한 그래프를 두 차례 필터링 연상을 거친 결과에 의하면, 감소하는 일차함수의 특징을 나타내었다.
3. 선형 특징을 나타내는 그래프는 와이불 분포 이론과 일치함을 확인하였다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
국민 1인당 평균 소모하는 전력량은 얼마인가?
국민 1인당 평균 소모하는 전력량은 연간 8,092 kWh로서 1980년에 비교하면 약 9배 만큼 증가하였다. 예상보다 수요가 증가하고 이에 따라 전력을 수급하기 위한 전체적인 여건이 점점 나빠지고 있다[1].
고전력 송전을 위하여 사용되고 있는 케이블의 수명은?
전력 수요량은 매년 증가추세에 있으며, 발전소에서 동작하는 모든 장비들과 대용량의 장거리 전력수송을 위한 장비들은 전력 소비자들이 기대하는 바 신뢰할 수 있는 수준에서 완전한 상태로 동작하여야 한다. 일반적으로, 고전력 송전을 위하여 사용되고 있는 케이블은 동작수명이 30년 이라고 제작 시에 선언된다. 케이블은 동작을 시작함과 동시에 성능이 악화되는 열화과정(케이블의 전기적 특성이 악화되는)이 시작된다.
케이블의 열화 원인에는 무엇이 있는가?
(1) 열열화; 케이블에 열(heat) 에너지가 가해지면 물리적 변형 또는 화학적 변화가 나타나서 절연특성이 저하되는 현상이다. 열열화는 아레니우스 법칙을 따른다.
(2) 전기적 열화; 내부에 전계가 집중되는 경우, 전계에 의하여 케이블이 열화되는 현상이다. 절연체의과전 열화(V-t) 특성으로서 표시된다. 전압은 대지 전압 외에 이상전압 (뇌해, 개폐 서지 등)이 있다.
(3) 환경적 열화; 설치된 주변 환경의 영향을 받아 케이블의 절연 특성이 변질 되는 현상이다. 오존,부식, 흡습, 고체화 등이 있다.
참고문헌 (14)
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.
K. Mori, Y. Inoue, T. Yoshimitsu, Y. Ishikawa, H. Yoshida, T. Sueki, F. Aida, "Voltage deterioration of XLPE wires in water under gamma ray irradiation," IEEE Transactions on Energy Conversion, Vol. 4, Issue 3, pp. 466-472, Sep., 1989.
K. H. Um, K. W. Lee, "Developing Equipment to Detect the Deterioration Status of 6.6 kV Power Cables in Operation at Power Station," The Journal of the Institute of Internet, Broadcasting and Communication(JIIBC), Vol. 14, No. 4, pp. 197-203, Aug., 2014.
Electrical Power Engineering, Power Lab II, Experiment: Partial discharges, University of Technical Darmstadtm High Voltage Department, Summer Semester 2011.
G. Paoletti, A. Golubev, "Partial Discharge Theory and Applications to Electrical Systems", Pulp and Paper, 1999. Industry Technical Conference Record of 1999 Annual IEEE, 21-25 June 1999, pp. 124-138, Seattle, WA, USA /10.1109/PAPCON.1999.779355
M. N. Sharifa, M. N. Islamb, "The Weibull distribution as a general model for forecasting technological change," Technological Forecasting and Social Change, Vol. 18, Issue 3, pp. 247-256, Nov. 1980.
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.
http://www.netaworld.org/standards/ansi-neta-ats
J. Bird, Electrical Circuit Theory and Technology, Routledge, p. 549, 5ed., 2013.
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," The Korean Institute of Electrical Engineers(KIEE), Fall Conference, 2013.
K. H. Um, K. W. Lee, "A Linear Change of Leakage Current and Insulation Resistance of 22 kV Cables", Journal of the The Institute of Internet, Broadcasting and Communication, Vol.14, No. 4, pp. 169-173, Jun 30, 2015.
Papoulis, Athanasios Papoulis; Pillai, S. Unnikrishna Probability, Random Variables, and Stochastic Processes (4th ed.). Boston: McGraw-Hill. ISBN 0-07-366011-6. 2002.
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