Experiments of 2 type on insulating compounds accomplished to change PVC using in URD(Underground) power cable jacketing. one was DB(Dielectric Breakdown) test on the pure base resins and the others were WVT(Water Vapor Transmission) test on the compounds which contained C/B(Carbon Black), anti-oxid...
Experiments of 2 type on insulating compounds accomplished to change PVC using in URD(Underground) power cable jacketing. one was DB(Dielectric Breakdown) test on the pure base resins and the others were WVT(Water Vapor Transmission) test on the compounds which contained C/B(Carbon Black), anti-oxidant to base resin. a kind of specimens made by pressing to resin of pellet or lump form was HDPE(High Density Polyethylene), MDPE(Medium Density Polyehylene), LDPE(Low Density Polyethylene), LLDPE(Linear Low Density Polyethylene), PVC(Polyvinyl Chloride). As a results of AC DB and WVT test, we saw that strength of Insulation was HDPE> LLDPE = MDP E> LDPE and WVT ratio was HDPE
Experiments of 2 type on insulating compounds accomplished to change PVC using in URD(Underground) power cable jacketing. one was DB(Dielectric Breakdown) test on the pure base resins and the others were WVT(Water Vapor Transmission) test on the compounds which contained C/B(Carbon Black), anti-oxidant to base resin. a kind of specimens made by pressing to resin of pellet or lump form was HDPE(High Density Polyethylene), MDPE(Medium Density Polyehylene), LDPE(Low Density Polyethylene), LLDPE(Linear Low Density Polyethylene), PVC(Polyvinyl Chloride). As a results of AC DB and WVT test, we saw that strength of Insulation was HDPE> LLDPE = MDP E> LDPE and WVT ratio was HDPE
문제 정의
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해외에서는 15~35 [kV] 에 적용하는 지중 배전 케이블의 자켓의 절연 컴 파운드로 LLDPE, MDPE가 많이 사용되고 있으며, LMDPE에 대한 연구가 보고되었다, [4H5] 따라서 기존의 PVC오피를 대체할 수 있는 절연재를 개발하기 위해 현재 국내에서 생산 중인 6종의 기저 수지 (Base Resin)를 선정하여 새로운 자켓 컴파운드를 조성하였다. 컴파운드 개발에서 가장 중요한 것은 최적의 조성을 구하는데 있으므로 본 연구에서는 컴 파운드를 평가하기 위한 방법으로 수지를 변종 시켜 서 첨가제의 조성을 고정하고 특성 변화를 평가하는 수지변종과 산화방지제를 변량 하여 시료를 만들었다. 시료의 종류는 HDPE, MDPE, LLDPE, LDPE이며, 기저 수지로 만든 시료에 대해서는 교류 절연파괴 실험 (DB: Delectric Breakdown)을, 첨가물이 포함된 시료는 DB 실험과 수증기 투과(WVT: Water Vapor Transmission)실험을 수행하였다.
제안 방법
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상용주파수 60[Hz] 상태에서 단시간 시험법을 적용하여 일정한 비율로 전압을 인가하였다.[6] 시료는 두께 0.8[mm]로 성형한 후 100 X 100(mm)로 만들어 프라스틱 용기 속의 절연유 중에 넣고, 전압을 구상의 실험 전극을 통해 양쪽 면에서 가하여 절연 파괴 전압을 측정하였다. 절연유는 실험 중에 발생하는 기포가 실험 결과에 영향을 미칠 수 있으므로 8 희를 사용하고 난 후에는 교환하였다.
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5[mm]를 사용하였다. 상용주파수 60[Hz] 상태에서 단시간 시험법을 적용하여 일정한 비율로 전압을 인가하였다.[6] 시료는 두께 0.
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컴파운드 개발에서 가장 중요한 것은 최적의 조성을 구하는데 있으므로 본 연구에서는 컴 파운드를 평가하기 위한 방법으로 수지를 변종 시켜 서 첨가제의 조성을 고정하고 특성 변화를 평가하는 수지변종과 산화방지제를 변량 하여 시료를 만들었다. 시료의 종류는 HDPE, MDPE, LLDPE, LDPE이며, 기저 수지로 만든 시료에 대해서는 교류 절연파괴 실험 (DB: Delectric Breakdown)을, 첨가물이 포함된 시료는 DB 실험과 수증기 투과(WVT: Water Vapor Transmission)실험을 수행하였다.
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2.1 교류 절연파괴 실험
실내온도 20~26 [笆], 습도 50~58[%]인 실험실에서 단상 교류용 절연파괴 시험기(AIKOKU DENKI, 최대전압 100IKV])를 사용하여 실험하였다
. 절연유는 KSC -2301 규격에 적합하며, 방전 갭은 전극에 대한 ASTM 규정에 따라 구 직경 12.
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한편, 실험은 Water 법 1회, Desiccant 3회를 실시하였다. 실험 기간은 최소 15일에서 최대 60일까 지 장시간 수행하여 변화율을 측정하였다.
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또한, Water 법은 CaCl2 대신 순수한 증류수를 넣어 시료로 용기를 덮은 후 Desiccant 법과 같이 완전하게 밀봉하고 은박지(Al Foil)로 3[mm] 정도 밀봉된 부분을 감싼 후 물의 증발량을 측정하게 된다. 실험 방법은 항온항습기 속에 그림 2와 같이 준비된 실험 용기를 넣고 하여 24시간 혹은 48시간 단위로 측정하며, 단 위는 0.1[mg]까지 측정 가능한 전자저울을 사용하였다. 또한 수증기의 투과율은 중량변화를 시간으로 나누어 구한 직선 기울기를 다시 면적으로 나누면 된다.
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기저 수지로 만든 시료에 대한 교류 절연파괴 시험 결과를 그림 3에 최대, 최소, 평균값으로 나타내었다. 실험은 LLDPE, LDPE, HDPE , MDPE 각 2종류 16개 시료에 대하여 수행하여 얻은 값들을 평균하여 나타낸 것이다. 한편, 시료별 절연파괴 강도는 단위 기준[mm]으로 환산하였을 때 LDPE < MDPEM LLDPE < HDPE값이다.
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자켓 컴파운드용 절연재를 기존의 PVC에서 새로운 컴파운드로 바꾸어 절연 특성이 양호한 지중 절연케 이블을 개발하기 위해 시료 LDPE, LLDPE, MDPE, HDPE를 만들어 교류 절연파괴 실험 (AC DB) 과 WVT 실험을 수행한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
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[7] 그 중 Desiccant 법은 접시 속에 크기가 2~3[mm]인 수분측정용 염화칼슘 CaCl2(Calcium Chloride)를 넣게 되는데, 접시의 깊이 19[mm]중에서 6[mm] 정도의 여유를 남기고 13[mm] 정도를 채운다. 테두리 부분은 시료로 접시의 입구를 덮을 때 시료 부착이 용이하고 휨이나 수축에 대비해 3[mm] 정도를 확보하여 턱 (ledge)을 만들었으며, 또 4[mm] 정도의 높이로 턱 위에 Rim을 만들어 측면으로부터의 수분 침투도 막았다. 한편, 실험 용기인 접시의 입구를 밀봉하기 위해 PE 전용 도포제와 강력한 접착제 (Wax or Activator Cyanoacrylate Adhesive)로 처리하여 공기나 수분의 침투를 차단한다.
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한편, 시료별 절연파괴 강도는 단위 기준[mm]으로 환산하였을 때 LDPE < MDPEM LLDPE < HDPE값이다. 표 2은 0.7[mm] 두께의 시료에 대한 실험을 수행한 후 정확한 데이터를 위해 절연이 파괴된 부분을 찾아 버어니어 켈리퍼스를 이용해 주위 두께를 측정하여 나타내었으며, LLDPE 경우를 나타내었다.
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대부분의 케이블 절연재는 1, 2차 산화 방지제를 혼용한다. 표 6은 자켓 컴파운드 절연재가 산화 방지제 1, 2에 의해서 얼마나 영향을 받는지 알기 위해, LLDPE 2종, MDPE 2종, PVC에 대해 산화방지제를 변량 시켜 시료들을 만들어 실험하여 보았다. 이 시료들에 대해 720시간 동안 실험한 결과 WVT 특성은 MDPE < LLDPE < PVC로 나타났으며 표 3과 4의 실험과 거의 유사하게 나타나 산화방지제 변량에 의한 영향은 거의 없는 것으로 보인다.
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테두리 부분은 시료로 접시의 입구를 덮을 때 시료 부착이 용이하고 휨이나 수축에 대비해 3[mm] 정도를 확보하여 턱 (ledge)을 만들었으며, 또 4[mm] 정도의 높이로 턱 위에 Rim을 만들어 측면으로부터의 수분 침투도 막았다. 한편, 실험 용기인 접시의 입구를 밀봉하기 위해 PE 전용 도포제와 강력한 접착제 (Wax or Activator Cyanoacrylate Adhesive)로 처리하여 공기나 수분의 침투를 차단한다. 또한, Water 법은 CaCl2 대신 순수한 증류수를 넣어 시료로 용기를 덮은 후 Desiccant 법과 같이 완전하게 밀봉하고 은박지(Al Foil)로 3[mm] 정도 밀봉된 부분을 감싼 후 물의 증발량을 측정하게 된다.
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또한 수증기의 투과율은 중량변화를 시간으로 나누어 구한 직선 기울기를 다시 면적으로 나누면 된다. 한편, 실험은 Water 법 1회, Desiccant 3회를 실시하였다. 실험 기간은 최소 15일에서 최대 60일까 지 장시간 수행하여 변화율을 측정하였다.
대상 데이터
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시료는 기저 수지와 자외선 차단용의 반도 전성 카 본, 산화반웅 억제용의 산화방지제, 가공성 향상을 위한 활제 등 첨가물이 함유된 2가지를 사용하였다. 이 시료들은 Pellet 또는 Bulk 형태에서 발취하였으며, .
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WVT(Water Vapor Transmission) 실험은 기저수 지의 특성을 평가하기 위해 ASTM E96 규정에 따라 온도 32LC], 습도 50±2[%]를 자동으로 유지하고, 공기는 자동으로 순환되고, 습도조절을 위해 증류수가 사용되는 항온항습기 내에서 단위면적을 통해 단 위 시간 동안 지속적으로 수중기가 전달되는 투과율을 결정하게 된다. 실험 용기(접시)는 그림 2와 같은 모양으로 크기는 76 X 76 X 로 면적이 약 570이云1111勺인 무게가 가볍고 부식되지 않는 알미늄 재료로 만들었다. 실험 방법은 건식방법(Desiccant method)과 습식방법 (Water method) 2가지로 나눌 수 있다.
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실내온도 20~26 [笆], 습도 50~58[%]인 실험실에서 단상 교류용 절연파괴 시험기(AIKOKU DENKI, 최대전압 100IKV])를 사용하여 실험하였다. 절연유는 KSC -2301 규격에 적합하며, 방전 갭은 전극에 대한 ASTM 규정에 따라 구 직경 12.5[mm]를 사용하였다. 상용주파수 60[Hz] 상태에서 단시간 시험법을 적용하여 일정한 비율로 전압을 인가하였다.
이론/모형
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. 따라서 이후 실험 데이터는 보다더 정확한 Desiccant method로 진행하였으며, 데이터는 편차가 크게 나타나는 시료는 접촉 불량으로 제외하였다. 1종류으 4개 시료 중 가장 적은 값을 나타내는 1개의 값을 택하여 오차를 최대한 줄였다.
성능/효과
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1. 교류 절인 파괴 시험 결과 LDPE(56.4 [kV]) < MDPE(61.7[kV]) = LLDPE(62.5[kV] < HDPE(67[kV]) 순서로 높게 나타났다..
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2. 지중 절연케이블의 가장 중요한 특성인 수증기 투과시험을 수행한 결과 WVT[g/h - m2] 특성은 HDPE < MDPE < LLDPE <LDPE《 PVC이다.
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3. 산화방지지를 첨가한 실험 결과는 기존의 방식과 거의 차이가 없었다.
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한편, 표 4의 결과는 동일한 첨가물을 넣고 수지변종 실험을 위해 시료를 만들어 720시간 동안 실험한 것이다. 그리고 1500시간 데이터는 일부 시료에 대해서만 실험하였으나, 결과는 720시간 데이터와 큰 차이 없이 일정한 비율로 증가하였다. 또 단기간의 Water 법과도 수증기 전달 특성이 유사하였다.
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그림 5는 30일 동안 1차로 실험한 값으로 수지변종에 따른 시료들의 무게 변화를 나타내었다. 실험 결과 기존에 사용 중인 PVC와 MDPE나 LLDPE 경우를 비교하면 약 15~ 20배 이상으로 무게 변화 및 투과율이 높게 나타났는데 이는 PVC 분자 내에 존재하는 극성기에 의해 나타난 것으로 보인다. 한편, 산화방지제는 절연재의 가공 중 과다한 기계적 가공 및 운전 중 발생할 수 있는 열화 요인을 억제하기 위하여 사용하는데, 1차 산화방지제는 고분자 사슬에 생성된 라디칼을 소멸시키는 Hindered Phenol 흔합물이고, 2차 산화방지제는 산화 반응 중 생성된 과산화물을 분해하여 산화 능력이 없는 화합물로 만드는데 쓰여 진다.
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표 6은 자켓 컴파운드 절연재가 산화 방지제 1, 2에 의해서 얼마나 영향을 받는지 알기 위해, LLDPE 2종, MDPE 2종, PVC에 대해 산화방지제를 변량 시켜 시료들을 만들어 실험하여 보았다. 이 시료들에 대해 720시간 동안 실험한 결과 WVT 특성은 MDPE < LLDPE < PVC로 나타났으며 표 3과 4의 실험과 거의 유사하게 나타나 산화방지제 변량에 의한 영향은 거의 없는 것으로 보인다.
후속연구
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따라서, 향후에는 지중 절연 케이블의 자켓 절연용 컴파운드로는 WVT 특성과 AC DB 특성만을 놓고 볼 때 PVC 다신 가공성이 좋고 특성이 우수한 새로운 절연재로의 대체가 요구된다.
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