[논문]저장 환경 및 원료에 따른 전기절연유 산화특성 연구

이돈민; 박천규; 하종한; 이봉희

doi:10.14478/ace.2016.1070

저장 환경 및 원료에 따른 전기절연유 산화특성 연구
Oxidation Characteristic Changes in Insulation Oil Depending upon Storage Environments and Oil Resources 원문보기

공업화학 = Applied chemistry for engineering, v.27 no.5, 2016년, pp.495 - 501

이돈민 (한국석유관리원 석유기술연구소) , 박천규 (한국석유관리원 석유기술연구소) , 하종한 (한국석유관리원 석유기술연구소) , 이봉희 (충북대학교 공과대학 화학공학과)

초록
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현재 사용되고 있는 전력 변압기의 절연유는 오랫동안 광유계에서 사용하였으나 최근 절연유 유출에 따른 환경오염인식 증가와 기존보다 고온 운전 조건에서도 절연성능 유지 필요성이 증가하면서 식물계 원료를 이용한 식물성 절연유의 사용이 검토되고 있다. 그러나 제품 특성상 생산 후 사용까지 일정기간 소요될 수 있음에도 불구하고 저장 환경에 의한 제품 변화의 연구는 아직 부족한 상황이다. 본 연구에서는 다양한 환경에서 광유계 절연유와 식물성 절연유를 노출 시킨 후 12주간 주요 물성 분석을 통해 원료별, 환경 조건별 절연유의 산화특성을 비교 검토하였다. 이 과정에서 전산가, 수분함량 그리고 절연파괴전압과 같은 항목에서 원료별 저장환경별 물성변화가 측정되었다. 식물성 절연유의 경우 분자 구조적 특징으로 광유계 절연유와 비교하여 수분함량이 증가하는 경향이 나타났으나 자체의 높은 수분 포화력으로 절연성능에는 지장이 없는 것으로 나타났다. 저장환경에서는 원료에 관계없이 외부 환경에서 일광조사에 의한 절연유의 광분해가가 나타났고 이에 따른 다양한 물성 변화도 측정되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

Mineral oil has been widely used as an insulating oil for electrical transformers for a long time, but the necessity of employing new insulation oil such as vegetable oil has been increased due to urgent needs for the biodegradability when it leaks and also for the thermal stability at a higher operation temperature. Although specific periods are required between the production and consumption, there are still short of the data to prove the insulation oils' storage stability depending upon various circumstances and their resources. Thus, this paper demonstrates the insulation oils' oxidation characteristics of both mineral and vegetable oils when each was exposed to different environments for 12 weeks. From this test, some properties including total acid number, water content and dielectric breakdown were changed under specific conditions and resources. Vegetable oils showed higher hydrophilicity and water saturation than those of mineral oils due to their molecular compositions. Under sunlight exposure condition, all insulation oils oxidized and changed their properties when exposing to the direct light, regardless of the resource used.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 대부분 회분식(Batch type)으로 생성되어 변압기 사용까지 장기간 보관되는 상황을 가정하여 노출환경에 따른 절연유의 주요 특성 변화를 검토하고자 하였다. 이를 위해 국내외 식물성 절연유와 광유계 절연유를 확보하고 다양한 환경조건에 12주 동안 노출시킨 후 주요물성 분석을 실시하였다.

제안 방법

절연유 장기 저장 환경에 의한 산화 특성을 검토하기 위해 아래 Figure 3과 같이 실제 시료 보관에 이용되는 동일한 금속재질의 용기를 실외(b) 및 실내(c) 보관하고 빛에 의한 영향을 검토하기 위한 유리 용기에 일광조사(a), 외부 공기에 의한 영향을 검토하기 위한 실내 외기 노출(d)을 가정하여 총 4가지 노출환경조건에서 광유계 절연유와 난연유, 식물성 절연유 2종을 보관한 후 일정 시간마다 시료를 샘플링하여 주요 항목에 대한 분석을 실시하였다.

대상 데이터

본 연구에 사용된 전기절연유는 국내에서 유통되고 있는 식물성 절연유와 광유계 절연유를 포함한 4종으로 광유계 절연유는 기존 중대형 변압기에서 광범위하게 이용 중인 광유계 절연유 1종 4호(광유계 절연유-A)와 난연유(광유계 절연유-B)를 사용하였으며, 식물성 절연유는 해외에서 대두유를 이용하여 생산하여 수입한 제품(식물성 절연유-C)과 국내에서 대두유와 채종유를 이용하여 상업 생산 중인 제품(식물성 절연유-D)을 확보하였다.

성능/효과

식물성절연유의 경우 밀도와 동점도의 수치 증가가 나타났는데 산화에 의한 중합반응으로 분자간 결합이 발생한 것으로 추정된다. 12주 후 측정한 절연파괴전압 결과를 비교해보면 수분발생량은 적었지만 전산가 상승이 높았던 광유계 절연유의 절연성능이 저하된 것을 확인할 수 있었다. 반면에 식물성 절연유의 절연성능에는 크게 차이가 없는 것으로 나타났으며, 과량의 수분이 유입되었던 외부 노출(d) 환경에서 식물성 절연유의 절연성능 저하가 측정되었다.
최근 친환경성과 높은 인화점으로 상용화관련 여부가 진행 중인 식물성 절연유상용화 관련하여 다양한 저장환경에서 발생할 수 있는 주요 물성 변화를 광유계 절연유와 비교하기 위해 총 4종의 절연유를 확보하여 검토하였다. 그 결과 외기 노출 시 식물성 절연유 2종 모두 고유의 분자 구조에 의해 공기 중의 수분을 쉽게 흡수하는 것으로 나타났다. 외부 일광조사(a)에서 모든 유종에서 수분증가와 전산가 상승이 측정되었는데 이는 광원에 의한 산화가 진행되었음을 나타내는 것으로 식물성 절연유의 경우 분자 내에 산소원자를 포함하고 있어 광유계 절연유보다 높은 수분 값을 나타내었지만 전산가에 있어서는 광유계 절연유에서도 난연유(광유계 절연유-B)보다 낮은 열안정성을 가진 절연유의 상승이 나타났다.
그 결과 외기 노출 시 식물성 절연유 2종 모두 고유의 분자 구조에 의해 공기 중의 수분을 쉽게 흡수하는 것으로 나타났다. 외부 일광조사(a)에서 모든 유종에서 수분증가와 전산가 상승이 측정되었는데 이는 광원에 의한 산화가 진행되었음을 나타내는 것으로 식물성 절연유의 경우 분자 내에 산소원자를 포함하고 있어 광유계 절연유보다 높은 수분 값을 나타내었지만 전산가에 있어서는 광유계 절연유에서도 난연유(광유계 절연유-B)보다 낮은 열안정성을 가진 절연유의 상승이 나타났다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	식물성 절연유가 기존 절연유와 다른 특징은 무엇인가?	기존 절연유들이 가지는 절연성능의 한계를 극복하고 환경에 대한 관심 증가에 따른 사회적 요구를 만족시키기기 위해 최근 식물성 유지로부터 추출한 천연 에스테르를 이용한 식물성 절연유의 도입이 검토되고 있다[4]. 식물성 절연유는 기존 절연유와 다르게 외부 조건에서 30일 이내 생분해성이 100%에 가까우며 높은 인화점(200 ℃ 이상)을 가지고 있어 기존 절연유를 대체할 수 있는 가능성은 충분한 것으로 검토되고 있다[5-7]. 다만 변압기 수명이 최소 20년 이상으로 규정되어 있는 상황에서 100년 이상 현장 운영을 통한 검토 및 연구가 이루어진 기존 절연유대비 식물성 절연유관련 자료는 아직 부족한 실정이다[8].
	식물성 절연유가 외기에 노출되었을 때 절연성능 변화는 어떠한가?	이는 전술한 바와 같이 외부 열원에 의한 산화 반응 진행, 수분 생성, 전산가 증가가 결국 광유계 절연유의 절연성능 저하를 유발한 것으로 추정할 수 있으며, 식물성 절연유는 높은 수분 함량, 전산가 상승에도 절연성능을 유지하는 것으로 해석된다. 오히려 외기 노출(d)에 의해 수분함량이 350 mg/kg에 도달했을 때 전산가와 관계없이 절연성능이 저하되는 것을 확인할 수 있었다.
	변압기에 사용되는 절연유의 특징은?	변압기에 사용되는 절연유는 대부분 사용되고 있는 광유의 경우 석유계 원유 증류를 통해 생산하고 있는데 공정 특성상 불균일한 성분 분포를 가지며 이에 따른 물리화학적 물성도 일정하지 않게 나타나는 특징을 가지고 있다. 반면에 식물성 절연유는 원료로 사용되는 대두, 유채, 옥수수의 트리글리세라이드 지방산 구조에 의한 일부 성분의 차이가 있을 뿐 광유계 절연유 대비 일정한 분포를 나타내는 것으로 알려져 있다[7-9].

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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].

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