[논문]옥외용 폴리머 절연물의 표면 오손에 따른 절연특성 연구

이병성; 박철배; 박용우; 천성남

문제 정의

본 연구에서는 폴리머애자 표면에 부착된 미세분진이 절연성능에 미치는 영향을 분석하였다. 오손물이 부착된 애자 표면에 수분이 작용하였을 때 표면 발수성과 전기적 특성 변화를 측정하였다.
전력설비에서 사용이 증가하고 있는 폴리머 애자의 점검 및 관리기준의 적합성을 검토할 목적으로 표면 오손에 의한 애자의 전기적 특성변화를 조사하였다.

제안 방법

시료를 대상으로 STRI에서 권장하는 발수성 시험방법 측정하였으며, 측정 부분별로 다르게 나타나므로 갓과 몸체 부분을 구분하여 평가하였다. 오손 애자의 전기적 특성변화를 측정하기 위해 IEEE/ANSI C₂₉.
애자 표면에 부착된 오염물을 분석하기 위해 전기전도도를 알고 있는 증류수 500 M를 이용하여 천으로 금구를 제외한 애자 표면을 깨끗이 세척한 후 세척액의 전기전도도를 측정하였다. 오염물의 양과 특성을 정량할 목적으로 유리섬유여과지(pore size 0.
2에 따라 상용주파 주수 및 건조 섬락전압과 뇌충격섬락전압을 측정하였다. 애자 표면의 절연특성 변화는 건조 및 주수상태에서 상전압에 해당하는 13,200 V를 인가하고 접지측에 클램프형의 누설전류측정기(LCD-4, 일본)를 연결하여 측정하였다.
여과액 중의 수용성 오염물질의 전도도를 측정한 후, 등가염분 부착밀도(ESDD)로 환산하였으며, ESDD와 애자 표면 누설전류의 관계를 그림 5에 나타내었다. ESDD의 값이 높을 경우 대체로 표면 누설전류가 증가하지만 수용성 오염물질이 주수에 의해 쉽게 세정되기 때문에 ESDD와 누설전류의 상관성은 크지 않다.
본 연구에서는 폴리머애자 표면에 부착된 미세분진이 절연성능에 미치는 영향을 분석하였다. 오손물이 부착된 애자 표면에 수분이 작용하였을 때 표면 발수성과 전기적 특성 변화를 측정하였다.
애자 표면에 부착된 오염물을 분석하기 위해 전기전도도를 알고 있는 증류수 500 M를 이용하여 천으로 금구를 제외한 애자 표면을 깨끗이 세척한 후 세척액의 전기전도도를 측정하였다. 오염물의 양과 특성을 정량할 목적으로 유리섬유여과지(pore size 0.45㎛)를 이용하여 여과한 후 건조하여 고형분의 양을 정량하였으며 여과액의 전기전도도를 측정하였다.

대상 데이터

1.1 시험 시료
시험에 사용된 시료는 분진이 많은 공업지역에서 8년간 사용한 25 kV 급 폴리머현수애자로 하우징은 EPDM 재질이며, 표면누설거리는 840 mm, 아크거리는 480 mm로 설계된 것이다. 현장에서 발취한 7개의 시료는 그림 1과 같이 오손물이 부착되었으며, 쵸킹(chalking) 현상이 관찰되었다.
시험에 사용된 시료는 분진이 많은 공업지역에서 8년간 사용한 25 kV 급 폴리머현수애자로 하우징은 EPDM 재질이며, 표면누설거리는 840 mm, 아크거리는 480 mm로 설계된 것이다. 현장에서 발취한 7개의 시료는 그림 1과 같이 오손물이 부착되었으며, 쵸킹(chalking) 현상이 관찰되었다.

이론/모형

시료를 대상으로 STRI에서 권장하는 발수성 시험방법 측정하였으며, 측정 부분별로 다르게 나타나므로 갓과 몸체 부분을 구분하여 평가하였다. 오손 애자의 전기적 특성변화를 측정하기 위해 IEEE/ANSI C₂₉.2에 따라 상용주파 주수 및 건조 섬락전압과 뇌충격섬락전압을 측정하였다. 애자 표면의 절연특성 변화는 건조 및 주수상태에서 상전압에 해당하는 13,200 V를 인가하고 접지측에 클램프형의 누설전류측정기(LCD-4, 일본)를 연결하여 측정하였다.

성능/효과

공업오염지역에서 8년간 사용하고 수거한 7개 시료의 발수성은 STRI 기준으로 HC 4~6등급을 나타내어 발수성을 거의 상실한 것으로 나타났으며, 전기시험결과 건조섬락값은 큰 차이가 없었으나 주수섬락전압값은 상당히 저하되었다.
또한 건조 및 주수 조건에서 오손물 양과 표면 누설전류의 관계에 있어서 건조 조건에서는 표면누설전류가 오손물의 양에 영향을 거의 받지 않았지만, 주수 조건에서는 오손물의 양이 증가할수록 급격히 증가하는 특성을 보였다.
오염된 폴리머 애자에서의 누설전류 역시 건조 조건에서는 증가하지 않았지만 주수 조건에서는 급격히 증가하여 오손물이 습윤 상태에서 표면 절연 특성에 상당한 영향을 주는 것을 알 수 있었다. 또한 누설전류와 오염물질의 NSDD는 뚜렷한 상관성 보여 고형 오염물질이 표면 누 설전류에 미치는 영향이 크다는 것을 확인하였다. 장기적으로 섬락 고장을 예방하기 위해 산업용 분진이나 공해물질이 많은 지역에 설치된 폴리머애자의 특별한 관리 방안이 필요하다.
시료 표면에 부착된 오손물의 상태는 외관상 비슷하였으며, 침식이나 트래킹 흔적은 발견되지 않았다. 또한, 금구는 부식되지 않았으며, 금구와 하우징 계면의 상태는 양호하여 코어 부분으로의 수분 침투의 가능성은 없다.
오손 애자의 발수성을 신품과 비교하여 그림 2에 나타내었다. 모든 시료의 초기 발수성은 HC 4등급 정도로 나타났으며, 하우징 표면이 완전히 젖을 정도로 증류수를 충분히 분무하고 30분이 지난 후 다시 스프레이 하여 측정한 발수성은 HC 5~6 등급으로 발수성이 더욱 저하되었다.
그림 4는 건조시와 주수시의 오손애자 표면 누설전류를 측정하여 비교한 결과이다. 비록 오손물이 부착된 표면이지만 건조 시에는 누설전류가 수 ㎂로 미소하였지만, 주수 시에는 최대 900 ㎂정도까지 급격히 증가하였으며, 표면 방전이 육안으로 관찰되었다.
시료 표면에 부착된 오손물의 상태는 외관상 비슷하였으며, 침식이나 트래킹 흔적은 발견되지 않았다. 또한, 금구는 부식되지 않았으며, 금구와 하우징 계면의 상태는 양호하여 코어 부분으로의 수분 침투의 가능성은 없다.
시료에 대해 섬락전압을 5회 측정하여 평균한 결과 건조섬락전압과 주수섬락전압의 차이가 약 48 kV를 보여, 동일한 신품이 30 kV의 차이를 보인 것과 비교했을 때 편차가 50% 이상 증가하였다. 강우나 습도가 높은 환경 조건에서 표면 방전이나 섬락 발생 가능성이 높아진다는 것을 알 수 있다.
오염된 폴리머 애자에서의 누설전류 역시 건조 조건에서는 증가하지 않았지만 주수 조건에서는 급격히 증가하여 오손물이 습윤 상태에서 표면 절연 특성에 상당한 영향을 주는 것을 알 수 있었다. 또한 누설전류와 오염물질의 NSDD는 뚜렷한 상관성 보여 고형 오염물질이 표면 누 설전류에 미치는 영향이 크다는 것을 확인하였다.

후속연구

본 논문은 특정 오염지역에서 발취한 제한된 수량의 폴리머 애자를 대상으로 실험한 결과를 바탕으로 향후 보다 다양한 오염지역과 오염물질의 성상 및 운영조건을 반영한 연구를 통한 자료의 축적과 이를 기반으로 한 폴리머 애자 관리 방안 수립이 요구된다.

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