발전소에서 운전 중인 활선 6 kV CV 단심 cable의 도체온도에 따른 피복 표면온도 및 부하전류 특성 분석 Analysis of Sheath Temperatures and Load Currents Dependent on Conductor Temperatures in Live 6kV CV Cables Operating at a Power Station원문보기
발전소의 발전기에서 생산된 전기를 외부 단자로 공급하기 위하여 유일하게 사용되는 수단은 6 kV CV 단심 cable이다. 발전소에서 발생하는 여러 종류의 사고들 중에서 cable의 열화로 인한 화재 사고는 막대한 사회 경제적 손실을 초래한다. 설계부터 시공 및 관리를 더욱 철저히 해야 한다. 설치환경 및 사용 조건 부하량 등에 따라 차이가 있겠지만, 증설과정, 부적절한 설계 등으로 인하여 cable의 단면적이 부족할 경우가 발생하며, 운전 전류에 의하여 초과된 허용온도는 cable의 열화 상태를 초래한다. 우리는 cable의 사고를 체계적으로 감시 및 예방하기 위한 측정 장비를 개발, 한국서부발전 주식회사(Korea Western Power Co., Ltd.)에 설치하여 활선 cable을 진단하였다. 이 논문에서 우리는 cable이 설치되어 있는 주위환경 특히, 주위 온도에 따라 변동하는 cable의 피복표면의 온도를 측정하고 이에 따른 부하 전류를 검토한 결과를 제시한다. 실제 예로서 주위 온도가 $40^{\circ}C{\sim}10^{\circ}C$의 경우에 피복의 표면 온도와 부하전류의 특성을 연구한 결과를 제시한다.
발전소의 발전기에서 생산된 전기를 외부 단자로 공급하기 위하여 유일하게 사용되는 수단은 6 kV CV 단심 cable이다. 발전소에서 발생하는 여러 종류의 사고들 중에서 cable의 열화로 인한 화재 사고는 막대한 사회 경제적 손실을 초래한다. 설계부터 시공 및 관리를 더욱 철저히 해야 한다. 설치환경 및 사용 조건 부하량 등에 따라 차이가 있겠지만, 증설과정, 부적절한 설계 등으로 인하여 cable의 단면적이 부족할 경우가 발생하며, 운전 전류에 의하여 초과된 허용온도는 cable의 열화 상태를 초래한다. 우리는 cable의 사고를 체계적으로 감시 및 예방하기 위한 측정 장비를 개발, 한국서부발전 주식회사(Korea Western Power Co., Ltd.)에 설치하여 활선 cable을 진단하였다. 이 논문에서 우리는 cable이 설치되어 있는 주위환경 특히, 주위 온도에 따라 변동하는 cable의 피복표면의 온도를 측정하고 이에 따른 부하 전류를 검토한 결과를 제시한다. 실제 예로서 주위 온도가 $40^{\circ}C{\sim}10^{\circ}C$의 경우에 피복의 표면 온도와 부하전류의 특성을 연구한 결과를 제시한다.
The only method used in the power stations in order to deliver generated electric power is 6 kV XLPE (or CV) single core cables. Among many kinds of accidents happening in the power stations, the outbreak of fire due to the deterioration of live cables causes enormous socioeconomic losses. From the ...
The only method used in the power stations in order to deliver generated electric power is 6 kV XLPE (or CV) single core cables. Among many kinds of accidents happening in the power stations, the outbreak of fire due to the deterioration of live cables causes enormous socioeconomic losses. From the installation of the cables, the management and diagnose should be thoroughly made. Even though it differs depending on the installations and usage conditions, the cross-sectional area of cables is in shortage. The excessive allowable temperature caused from the current causes the deterioration of cables. In order to prevent an unexpected breakdown of live cables, we have invented a device to monitor and diagnose the status of cables. We have installed our device in the Korea Western Power Co., Ltd.. In this paper, we present our research results in situ that we have obtained by measuring the temperature of sheath, changing with the surrounding circumstances, especially ambient temperatures. We also show our study results of characteristics for temperature of sheath surface and load current at the ambient temperatures of $40^{\circ}C-10^{\circ}C$.
The only method used in the power stations in order to deliver generated electric power is 6 kV XLPE (or CV) single core cables. Among many kinds of accidents happening in the power stations, the outbreak of fire due to the deterioration of live cables causes enormous socioeconomic losses. From the installation of the cables, the management and diagnose should be thoroughly made. Even though it differs depending on the installations and usage conditions, the cross-sectional area of cables is in shortage. The excessive allowable temperature caused from the current causes the deterioration of cables. In order to prevent an unexpected breakdown of live cables, we have invented a device to monitor and diagnose the status of cables. We have installed our device in the Korea Western Power Co., Ltd.. In this paper, we present our research results in situ that we have obtained by measuring the temperature of sheath, changing with the surrounding circumstances, especially ambient temperatures. We also show our study results of characteristics for temperature of sheath surface and load current at the ambient temperatures of $40^{\circ}C-10^{\circ}C$.
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문제 정의
우리는 동작 중인 고전력 cable의 상태를 체계적으로 점검하고 열화 정도를 확인함으로써 불의의 사고를 미연에 예방하기 위한 장비를 개발하였다. 이 논문에서 한국 서부발전 주식회사(Korea Western Power Co.
최근 우리나라의 1 년간 평균 전력소모량은 8,092 kWh 로서 1980년의 전력 소모량에 비교하여 9배 만큼 증가한 바와 같이 전력 수요의 증가로 인하여 전력을 수급하기 위한 여건이 계속 악화되고 있는 추세이다[2]. 우리는 이 논문에서 충남 태안에 소재한 화력 발전소인 한국서부발전(주)에서 운전 중인 활선 6 kV CV 단심 cable의 도체 온도에 따른 피복 표면 온도 및 부하전류의 특성을 분석하여 연구한 결과를 제시한다.
우리는 동작 중인 고전력 cable의 상태를 체계적으로 점검하고 열화 정도를 확인함으로써 불의의 사고를 미연에 예방하기 위한 장비를 개발하였다. 이 논문에서 한국 서부발전 주식회사(Korea Western Power Co. Ltd.)에 설치하여 운영 중에 있는 cable에 대하여, 우리가 개발한 장비를 활용하여 주위 온도에 따라 변동하는 피복표면의 온도를 측정하고 이에 따른 부하 전류를 검토하였다. 실제 예로서 주위 온도가 40°C ∼ 10°C의 온도에 따른 피복의 표면 온도와 부하전류의 특성을 연구한 결과를 제시하였으며, 케이블 외피 피복표면 온도를 측정하게 되면 대략적으로 케이블 도체 온도를 예측할 수 있었다.
우리가 한국서부발전(주)에서 연구 대상으로 선택한 cable들은 6kV CV 100SQ 1C 이다. 이 논문에서는 이러한 cable들의 주위 온도에 따른 피복 표면 온도 및 부하전류를 예측 및 실측한 결과를 제시한다. 실험의 결과 6kV CV 100SQ 1C, 1 cable의 경우 다음의 특성을 가짐을 확인하였다.
가설 설정
(3) 다른 포설 및 사용조건이 변경되고 안전율을 고려한 최대 악조건이라고 하여도 200 A 이상 사용하는 데는 문제가 없을 것이다.
제안 방법
따라서, cable에 흐르는 운전 부하전류는 10 A ~ 100 A 에서 사용하는 조건으로, cable이 포설된 주위온도는 10°C ~ 40°C 조건으로 부하전류 및 주위온도 변화에 따른 cable 도체 온도와 cable 피복표면 온도를 예측하여 보았다.
대상 데이터
플라스틱 등 cable 내에 있는 비금속층의 열저항은 다음과 같이 구한다. 비금속 재료는 플라스틱, 열가소성 엘라스트로머(thermoplastic elastomer, TPE), 윤활제, 폴리머, 섬유, 접착제, 자기재료 (ceramic material)등과 같은 금속 이외의 재료이다[8,9].
피복은 금속제 의외의 피위에 외부 연향으로 부터 케이블을 보호하기 위하여 뒤덮는 비금속 재료이다. 외부 피복은 KS C IEC 60092-359 에서 정의된 재료이다[10]. 전력 cable의 비금속 층의 열저항에 관하여 여러 가지 참고 자료가 있으나.
성능/효과
(1) S=2D 포설과 트레이 포설과 주위온도 40°C 조건 에서 사용할 수 있는 최대 허용전류는 약 350 A 정도이다.
(1) 케이블이 포설된 주위온도를 10°C하강시키면 사용할 수 있는 허용전류는 약 10% 증가한다.
(2) S=D 포설조건과 주위온도 30°C 조건에서도 최대 허용전류는 약 330 A 정도이다.
(2) 케이블 외피 피복표면 온도와 도체 온도와의 차는 8.5°C∼13.6°C범위 내에 있었다.
(3) 케이블 포설환경 주위온도와 케이블 외피 피복표 면온도와의 차는41.5°C∼66.4°C 범위 내에 있었다.
실제 예로서 주위 온도가 40°C ∼ 10°C의 온도에 따른 피복의 표면 온도와 부하전류의 특성을 연구한 결과를 제시하였으며, 케이블 외피 피복표면 온도를 측정하게 되면 대략적으로 케이블 도체 온도를 예측할 수 있었다.
표 5와 그림 2의 data를 보면 6kV CV 1C 100 SQ케이블을 주위온도 Ta = 30°C의 조건에서 케이블 도체 온도를 90°C ~ 35°C까지 변화하였을 때에 케이블에 흘릴 수 있는 전류값과 케이블의 피복표면 온도값을 나타낸 것으로, XLPE절연체 케이블이 동도체최고사용 온도인 90°C 에서 전류를 흐릴 수 있는 값은 약 380A 이고 케이블 피복표면 온도는 약 79.8°C 이었다.
표 7과 그림 4의 data를 보면 6kV CV 100SQ 1C ,100 SQ 케이블을 주위온도 Ta = 20°C의 조건에서 케이블 도체 온도를 90°C ~ 15°C 까지 변화하였을 때에 케이블에 흘릴 수 있는 전류값과 케이블의 피복표면 온도값을 나타낸 것으로, XLPE절연체 케이블이 동도체 최고사용 온도인 90°C에서 전류를 흐릴 수 있는 값은 약 456 A 이고 케이블 피복표면 온도는 약 76.4°C이었다.
후속연구
(4) 케이블 운전상태에서 케이블 외피피복 표면 온도를 측정하면 측정된 케이블 외피 피복표면 온도에 최대 15°C를 더하면 케이블 도체 온도를 대략적으로 추정할 수 있을 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
열역학 제 영(0)법 칙은 무엇인가?
열평형 상태는 열역학 제 영(0)법 칙(zeroth law of thermodynamics)을 따른다. 시스템 내부의 온도가 공간적 및 온도적으로 균일할 경우 그 시스템은 열 평형 상태에 놓여있다고 한다 [4] . 이때 절연체가 그특성을 유지할 수 있는 온도 이하가 되는 전류를 허용전류 (current carrying capacity, ampacity, current-rating, allowable current)라고 한다.
cable의 사고 원인은 무엇인가?
설계부터 시공 및 관리를 더욱 철저히 해야 한다. 설치환경 및 사용 조건 부하량 등에 따라 차이가 있겠지만, 증설과정, 부적절한 설계 등으로 인하여 cable의 단면적이 부족할 경우가 발생하며, 운전 전류에 의하여 초과된 허용온도는 cable의 열화 상태를 초래한다. 우리는 cable의 사고를 체계적으로 감시 및 예방하기 위한 측정 장비를 개발, 한국서부발전 주식회사(Korea Western Power Co.
전력 cable에서 피복의 역할은 무엇인가?
케이블 도체는 비금속성 피복(sheath)의 보호막으로 뒤덮혀 있다(covering by nonmetallic materials). 피복은 금속제의외의 피위에 외부 연향으로부터 케이블을 보호하기 위하여 뒤덮는 비금속 재료이다. 외부 피복은 KS C IEC 60092-359 에서 정의된 재료이다 [10] .
참고문헌 (10)
K. H. Um, "Examination of Conductor and Sheath Temperatures Dependent on the Load Currents through High-Power Live Cables at a Power Station," The Journal of the The Institute of Internet, Broadcasting and Communication, vol.17, no. 1, pp. 213-218, Feb. 2017. DOI: https://doi.org/10.7236/JIIBC.2017.17.1.213
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.
Chesapeake, I. E. C.; WECA (2012-01-08). Electrical Pre-Apprenticeship and Workforce Development Manual. Cengage Learning. ISBN 1133710751.
Electrical Construction and Maintenance Magazine, Branch Circuits, Part 2, http://ecmweb.com/nec/code-basics/ electric_branch_circuits_part_2/index.html
IEC 60287-1-1, 2nd Ed. "Electric cables-/Calculation of the current rating-/Part 1-1 :current rating equations (100 % load factor) and calculation of losses General", pp20-21, 2006-12
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