[논문]배전용 폴리머 피뢰기의 장기 신뢰성 평가

김주용; 송일근; 정종욱; 이동영; 박대희

[국내논문] 배전용 폴리머 피뢰기의 장기 신뢰성 평가
Long-term reliability assessment of polymer housing distribution lightning arrester 원문보기

김주용 (전력연구원) , 송일근 (전력연구원) , 정종욱 (전력연구원) , 이동영 (위덕대학교) , 박대희 (원광대학교)

최근 전력설비의 절연을 위해 고분자 재질의 절연물이 광범위하게 사용되고 있다. 이러한 고분자 재료는 현재까지 주로 사용되어 온 세라믹 재질과는 달리 환경에 의한 열화를 동반하게 된다. 최근에 현장에 적용되기 시작한 고분자 재질의 절연물에 대한 장기 열화특성을 평가하기 위한 연구들이 다수 진행되고 있는 것도 이러한 이유 때문이다. 피뢰기의 경우에도 기존의 세라믹 애관을 고분자 재질의 애관으로 대체하기 시작하여 일부 제품들이 현장에서 우수한 특성을 보이는 것으로 보고되고 있으나 장기신뢰성에 대해서는 명확하지 않은 상태이다. 본 논문에서는 국내에서 제작되어 현장사용중인 폴리머 피뢰기를 발취하여 사용기간중 성능상의 변화를 분석하고 가속열화시험을 통해 성능의 변화를 관찰하고자 하였다.

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문제 정의

본 논문에서는 국내에서 개발되어 배전선로에서 시사용을 완료한 폴리머피뢰기의 성능을 평가하여 시사용 기간중의 열화정도를 평가하고 향후 확대사용 가능성을 검토하였다. 피뢰기의 특성평가를 위해 ES 153-261- 282에 따라서 전기적시험을 실시하였고.
내부지지물 등 다양한 요소로 구성되어 있으므로 현장에서의수명은 이들의 영향을 모두 고려할 때 가능하다. 따라서본 논문에서는 실 피뢰기에 대한 가속열화가 가능하도록그림 6과 같이 가속열화시험장치를 제작하여 신품과 열화품의 누설전류 특성을 파악하여 피뢰기 열화평가 자료로 활용하고자 하였다.

제안 방법

미세구조. 트래킹성능 시험 등을 실시하여 시사용으로 인한 열화정도를 평가하였다.
그리고 장기신뢰성 평가를 위해 가속열화시험장치를제작하고 온습도 열화주기에 따른 폴리머 피뢰기의 누설전류 특성을 분석하였다.
현장에서 시 사용된 폴리머피뢰기의 성능변화를 분석하기 위해 규격시험항목중 구조검사, 절연저항시험, 누설전류시 험 , 동작개시전압시험 , 내열화성시험 , 단로기 T-C 시험, 상용주파내전압시험, 충격내전압시험을 실시하였다.
이상과 같은 전기적 시험 후 고분자 재질의 열화특성을 분석하기 위해 표면 접촉각을 측정하고 FTIR 및 SEM/EDX를이용하여 애관 오손부분의 화학분석을 실시하여 오손의 원인및 열화정도를 분석하고자 하였다.
한편 애관 오손부분의 정밀한 분석을 위해 FTIR 및 SEM/EDX를 이용하여 화학분석을 실시하였다. 그림 2 는 현장에서 발취한 시료와 신품을 비교한 결과로서 신품에 비해 lOOOcnf'에서 큰 피크가 측정되었다.
관찰할 수 있도록 하였으며 , 온 . 습도의 변화를 포함한 실험조건 변화와 시간의 경과에 따른 누설전류변화를 측정하여 열화과정을 상세히 관찰 할 수 있도록 구성했다. 한편 각 피뢰기의 저항분 누설전류, watt loss 의 정밀한 측정을 위해 Nihon Keisokuki Seizosho Co.
한편 각 피뢰기의 저항분 누설전류, watt loss 의 정밀한 측정을 위해 Nihon Keisokuki Seizosho Co. 의 CT 와 누설전류 검출기 (Leakage Current Detector-4)를 사용하여 필요시 해당 시료의접지측에 설치가능 하도록 구성했다.
또 습기로 인한 피뢰기 애관 외부의 누설전류 영향을배제하기 위해 각 시료의 애관 외부를 별도의 접지선으로 연결하여 접지하였다.
모의할 수 있는 열화주기 가 필요하다. 이를 위해 본 논문에서는 컴퓨터 프로그램상에서 원하는 열화주기를편리하게 작성할 수 있도록 하였으며, 전체 시스템의 동작상황 및 제어가 가능하도록 그림 7과 같이 가속열화시험장치 운용 및 데이터 취득 프로그램을 개발하였다. 본 논문에서 사용한 가속열화시험주기는 그림 8과 같이 한 주기가 12시간이고 35〔°C〕〜 90〔°C〕의 온도변화와 20(%] ~ 90〔%〕의 습도 변화를 가진다.

이론/모형

피뢰기의 특성평가를 위해 ES 153-261- 282에 따라서 전기적시험을 실시하였고. 전기적 시험후 고분자애관의 열화정도를 평가하기 위해 접촉각.

성능/효과

시험결과 모든 규격시험항목에서 양호한 특성을 나타내어 현장 사용중 피뢰기 성능성의 저하는 없었던 것으로 나타났다.
시료의 접촉각은 90。이상으로 나타나 발수성에는 문제가 없는 것으로 나타났다.
하지만 시사용 폴리머피뢰기의 성능확인시험을 실시한 결과 모든 시험항목에서 양호한 특성을 나타냄으로서 전기적 성능에는 변화가 없음을 알 수 있었다. 한편 애관의 경년변화특성을 평가하기 위해 접촉각, 화학구조, 미세구조, 트래킹성능을 분석한 결과 표면특성도 양호한것으로 평가되었다.
하지만 시사용 폴리머피뢰기의 성능확인시험을 실시한 결과 모든 시험항목에서 양호한 특성을 나타냄으로서 전기적 성능에는 변화가 없음을 알 수 있었다. 한편 애관의 경년변화특성을 평가하기 위해 접촉각, 화학구조, 미세구조, 트래킹성능을 분석한 결과 표면특성도 양호한것으로 평가되었다.
그러나 화학구조 분석결과 애관 표면의 오손물은 애관제조공정시 사용되는 오일 등의 충전제가 표면으로 노출되면서 주변환경에 의해 표면오손이 발생한 것으로 나타나 향후 오손에 의한 표면성능 저하가 우려되었다.

후속연구

이상의 결과를 종합할 때 시사용 피뢰기는 시사용 기간동안 큰 열화현상의 진전은 없는 것으로 평가되나 폴리머 애관이 개발초기 제품임을 감안할 때 품질의 균일성이 다소 미흡하여 일부시료에서 충진제가 표면으로 노출되어 애관이 오손되고, 내열화성 시험 후 애관의 경화현상이 나타나는 경우가 있으므로 향후 애관 제조시 제품의 균일성 확보가 필요하다고 판단된다.
그리고 효뢰기 내부 구조 변경에 따라 소자의 흡습은 방지할 수 있으나 온도상승에 따른 영향을 가속열화시험을 통해 향후 평가할 필요가 있을 것으로 보인다.

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