[논문]특고압 케이블(6.6/22kV) 케이블의 활선열화 수명 판정 방법에 관한 연구

이관우; 목영수; 김보경; 이종복; 박대희

특고압 케이블(6.6/22kV) 케이블의 활선열화 수명 판정 방법에 관한 연구
A Study on the Remain Life with Aging in 22kV CV Cable 원문보기

이관우 (원광대학교) , 목영수 (한국전력) , 김보경 (메가파워테크) , 이종복 (호원대학교) , 박대희 (원광대학교)

In this paper, we studied on life-decision of underground cable of live-line state. Data of CV 6.6kV and 22kV cable's life is got data measured insulation resistance by D.C. overlapped current. We confirmed that D.C resistance reduced by time. Aging of cable could be occurred by electrical, thermal, mechanical stress and complex aging confirmed that proceeded by Weibull plot. In the result, life of 6.6kV cable remained 21 years till light caution and 35 years till heavy caution, so aging of 6.6kV XLPE cable was not occurred. Life of 22kV cable remained 10 years till light caution and 22 years till heavy caution. We confirmed that the designed life of 22kV cable is similar to the measured life.

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문제 정의

본 논문은 6.6 kV 및 22kV 전력 케이블을 활선 상태에서 직류 누설법으로 케이블의 수명을 판정하고자 하였다. 그 결과 6.

가설 설정

여기서, k는 정수이고, n 은 재료의 종류 및 파괴 메카니즘에 따라 다른 것으로 알려져 있다. 이 가정하에 케이블의 수명을 10년 경과한 후에도 변화가 없다는 가정 하에서 수명 측정이 돤 것이다. 즉, 10년 경과한 후의 케이블의 절연 저항을 초기치로 하여 n을 선정한다.

제안 방법

그림 1과 같은 방법으로 직류누설 전류를 측정하기 위한 회로도를 구성하였으며, 측정 데이터를 10일 간격으로 5년 동안 누적하여 그 데이터를 분석하였다. 직류 전압은 50[V]를 인가하였고 케이블 쉬스 부분에서 누설되는 선류를 즉정하여 저항으로 환산하였다.

대상 데이터

이 가정하에 케이블의 수명을 10년 경과한 후에도 변화가 없다는 가정 하에서 수명 측정이 돤 것이다. 즉, 10년 경과한 후의 케이블의 절연 저항을 초기치로 하여 n을 선정한다. 절연저항은 전압과 전류의 비이드로 직류전압중첩법에서도 유사하게 적용될 수 있다.

성능/효과

2. 10년 정도 포설된 케이블의 수명 추정 결과, 6.6kV 케이블은 경주의까지 약 21년, 중주의까지는 약 34년 정도로 추정할 수 있어 케이블의 잔여 수명이 설계치 30년 이상이었으며, 22kV 케이블의 경우에는 잔여 수명이 경주의까지 10년, 중주의까지 22년으로 설계수명 정도에 근접함을 확인할 수 있었다.
3. 22kV의 경우, 여름철과부하에 의한 절연 저항의 상승을 확인하였으며, 부하전류는 홉습의 영향과 동알하게 큰 영향을 미치는 것으로 확인할 수 있었다.
곡선이다. 6, 6kV와 달리 22kV 케이블은 전체 케이블에서 선형적으로 감소되는 것을 확인할 수 있었다.
二丄러나, 케이블의 수명은 시 편 파괴시험에서 일정 시간이 지나면 n이 변하는 것으로 알려져 있으나, 여기서 적용시키지는 않았다. 6.6kV 케이블의 수명이 긴 것은 22kV 케이블과 비교하여 100SQMN₁ 을 기준으로 6.6kV 케이블은 두께가 4mm이고, 이를 전계로 환산하면 IkV/mm, 22kV 케이블은 8mm이고 이를 전계로 한산하면, 2.1kV/mm로 약 2배 정도 높아 전기적인 열화가 상대적으로 적다.
6kV 케이블의 절연 두께는 제조 특성에 의하여 더 많은 영향을 받기 때문이다. 그 결과 6.6kV케이블의 예측수명은 경주의 일 경우 21년, 교체가 필요한 중주의까지는 35년 이 남아 있었으며, 22kV 케이블의 경우 경우에는 10년, 중주의까지는 22년 남아있음을 확인할 수 있었다.
그림 4와 같이 진행된다. 그 결과 절연 저항이 미세하게 감소되는 것을 확인할 수 있었다. 그러나 최상단의 경우는 감소되는 것이 선형 직선적으로 감소되는것을 확인할 수 있었다.
그러므로 누설 전류는 습도의 영향이 큰 것을 확인할 수 있었다. 또한 지속적으로 측정하여도 측정한 날의 날씨 및 온도의 영향을 확인할 수 있었다. 이 데이터로서는 수명을 판단할 수 있는데이터로서 부족하기에 이 데이터를 필터 링 하였다,
절연저항이 주기적으로 변하는 것은 습도의 영향이다. 습도가 높은 여름철은 절연저항이 낮고, 습도가 낮은 겨울은 상대적으로 절연저항이 높은 것을 확인할 수 있었다. 그러므로 누설 전류는 습도의 영향이 큰 것을 확인할 수 있었다.
6kV 케이블의 경우 전계가 작아 열화가 잘 발생하지 않는 것을 생각하여 볼 수 있다. 예상 수명은 30년이나 교체할 시기인 중주의까지 약 35년 남아있어 약 15년 정도 설계보다 더 사용할 수 있는 결과를 얻었다. SAle] 경우는 절연저항이 매우 높고 선형 적으로 감소하고 있으나 기울기가 매우 크며 수명이 매우 적은 것으로 검토되고 있으나 초기 특성에서 수명 지수 n 값의 변화가 일어나기 전인지 좀 더 검토가 필요하다.
또한 특정일에 영향을 받는 것이 아니라 고르게 변화하는데이터를 얻을 수 있었다. 이 데이터 분석으로 절연 저항은 계절에 따라 주기적으로 감소하는 것을 확인하였다.

후속연구

4.직류전압중첩법은 다중접지 방식에서도 설치 가능하나 좀더 계통적인 연구가 보완된 후에 적용이 가능할 것으로 예상되어 좀 더 연구가 필요하다.
직류전압중첩법에서 는 케이블이 열화 상태에 이른 것을 판정함과 동시에 정상 상태에서의 열화수명을 추정할 수 있는 것이다.이 수명판정 방법은 현재 대규모 공장에서는 3.3~22[kV]의 저항접지 계동 및 비접지계통(A결선) 에서 적용할 수 있으며, 한국 전릭 (KEPCO)에서는 6.6[kV] 및 비접지계동(A결선)이 적용된 발전라안의 접지 방식에 적용될 수 있을 것으로 예상할 수 있으며, 다중 접지방식에서는 좀 더 보완적인 연구가 필요하다.

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