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문제 정의
- 본 논문에서는 진단장치 성능평가를 위해 현장에서 수 트리 열화된 케이블 선로를 선정하고 케이블의 절연성능 회복을 위해 실리콘 주입기술을 적용한 후 운전 시간에 따른 케이블의 성능변화를 완화전류 측정 장치를 통해 확인하기로 하였다. 실리콘 주입기술은 수트리 열화된 케이블의 절연성능 회복을 위해 사용되는 방법으로서 실리콘액이 절연층으로 확산되면서 수트리와 반응하여 수트리내의 수분을 고분자물질로 변환시켜 케이블이 절연성능이 향상시키는 기술이다{51.
- 또한 정확한 진단을 위해서는 시험전에 측정대상 케이클을 수 시간 전에 선로에서 분리하여 케이블을 충분히 방전시켜야하는 문제가 있다. 본 연구에서는 국내에서 사용중인 완화전류 측정 장치의 신뢰성 평가를 위해 실선로에서 노후 케이블을 선정하여 진단결과와 절연파괴전압 및 특성분석 결과 사이의 상관성을 분석함으로써 최적 유지보수기준을 수립하고자 한다
제안 방법
- 분석을 실시하였다. 각 상별 케이블의 초기 상태를 평가한 후 나머지 구간②④)중 A상과 日상은 실리콘 주입을 시행하였고 C상은 초기상태 그대로 운전을 재개하였다. 실리콘 주입 후 6개월 경과한 시점에서 2 구간에 대한 현장진단 및 절연파괴시험을 실시하고 1년 경과된 시점에서 3구간 시험을 시행하였다.
- 구간은 1。개 이상의 절연파괴 시료를 확보하기 위해 충분한 길이 단위로 구분되었다 이 가운데 ①구간은 실리콘 주입 이전에 각 상별 케이블의 초기상태 평가를 위해 현장진단 후 발취하여 교류절연파괴시험 및 절연제 분석을 실시하였다. 각 상별 케이블의 초기 상태를 평가한 후 나머지 구간②④)중 A상과 日상은 실리콘 주입을 시행하였고 C상은 초기상태 그대로 운전을 재개하였다.
- 우선 도체 및 중성선의 부식 정도를 관찰하였으며, 제조결함 유무의 확인을 위해 계면불규칙 관찰 및 hot oil test, 가교도 분석을 실시하였다. 또한 수 트리 및 화학구조결함을 분석하여 열화정도를 파악하였다. 도체 및 중성선의 부식관찰에서는 도체에 미약한 부식이 있었으나, 중성선에는 부식현상이 나타나지 않았다.
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3. 시험결과
시험대상 케이블의 초기상태를 평가하기 위해 ①구간 케이블에 대해 교류절연파괴시험과 절연체 특성 분석을 실시하였다
. 우선 도체 및 중성선의 부식 정도를 관찰하였으며, 제조결함 유무의 확인을 위해 계면불규칙 관찰 및 hot oil test, 가교도 분석을 실시하였다. - 각 상별 케이블의 초기 상태를 평가한 후 나머지 구간②④)중 A상과 日상은 실리콘 주입을 시행하였고 C상은 초기상태 그대로 운전을 재개하였다. 실리콘 주입 후 6개월 경과한 시점에서 2 구간에 대한 현장진단 및 절연파괴시험을 실시하고 1년 경과된 시점에서 3구간 시험을 시행하였다. 시험 후 철거된 구간에는 새 케이블을 설치하여 계속 운전하였다.
- 실제로는 이보다 더 낮은 절연파괴전압을 불량의 기준으로 정해도 문제가 없을 것으로 생각되지만 현재까지 확보된 데이터가 제한적이므로 불량기준을 과도하게 낮게 산정하는 것은 불시정전의 가능성을 높이는 결과를 초래할 수 있어 우선 160 kV를 불량기준으로 정하였다. 이 기준은 향후 많은 현장 데이터가 확보되는 대로 보완될 것이다.
- 있었다. 완화전류측정장치는 진단 후 Aging Factor와 함께 케이블의 잔여 파괴전압을 함께 제시한다. 그러므로 진단장치에서 제시하는 파괴전압과 실제 케이블의 절연파괴전압을 직접 비교하여 적합성 여부를 검토할 필요가 있다.
- 우선 도체 및 중성선의 부식 정도를 관찰하였으며, 제조결함 유무의 확인을 위해 계면불규칙 관찰 및 hot oil test, 가교도 분석을 실시하였다. 또한 수 트리 및 화학구조결함을 분석하여 열화정도를 파악하였다.
대상 데이터
- 필요가 있다. 현재까지의 시험중 진단장치로부터 Aging Factor와 잔여파괴전압을 구한 데이터는 6개이다. 이 결과 중 실제 케이블 상태와 상반되는 결과를 나타낸 3차 측정시의 3구간 B상 케이블에 대한 결과를 제외한 후 진단장치에서 제시한 잔여전압과 실제 케이블의 잔여전압의 상관관계를 보면 그림 3과 같다 이 그래프를 이용하여 불량판정기준을 정하기 위해서는 먼저 교체를 고려할 적정 절연파괴전압을 선정해야 한다.
성능/효과
- 1차 시험후 케이블 실리콘 처리된 A, B 상은 6개월 후 실시한 2차 진단에서 성능이 향상된 것으로 측정되었으며, 그 후 다시 6개월 뒤에 실시된 3차 진단에서는 측정 결과에 큰 변화가 나타나지 않았다. 한편 실리콘처리를 시행하지 않은 C상은 최초상태와 유사한 측정 결과를 보여줌으로서 진단장치가 케이블의 절연상태 변화를 어느정도 반영하는 것으로 나타났다.
- 적외선 분광기(FTIR)를 이용한 화학구조결함분석에서는 모든 상이 열화에 의해 ester 및 add 성분이 크게 증가하였다. 日상 케이블이 가장 큰 화학구조결함을 보여 열화가 가장 심함을 알 수 있었으며, A 상의 화학구조결함 농도가 가장 낮게 나타났다. '
- 그리고 교체기준을 2.3으로 현재까지 운용한 결과 불량률이 과다한 것으로 보고되고 있으며, 본 연구에서도 Aging Factor 2.3을 가지는 케이블의 실제 절연파괴전압은 200 kV 이상을 나타내고 있어 조정을 필요한 것으로 판단된다.
- 또한 수 트리 및 화학구조결함을 분석하여 열화정도를 파악하였다. 도체 및 중성선의 부식관찰에서는 도체에 미약한 부식이 있었으나, 중성선에는 부식현상이 나타나지 않았다. 또한 계면불규칙 관찰에서 내부반도전층에 약간의 굴곡이 존재하였으나 기준치 이하인 것으로 나타났으며, hot oil test에서 보이드와 같은 결함은 발견되지 않았다.
- 도체 및 중성선의 부식관찰에서는 도체에 미약한 부식이 있었으나, 중성선에는 부식현상이 나타나지 않았다. 또한 계면불규칙 관찰에서 내부반도전층에 약간의 굴곡이 존재하였으나 기준치 이하인 것으로 나타났으며, hot oil test에서 보이드와 같은 결함은 발견되지 않았다. 또한 외부반도전층 근처에서 가교도도 양호한 것으로 나타났다.
- 또한 계면불규칙 관찰에서 내부반도전층에 약간의 굴곡이 존재하였으나 기준치 이하인 것으로 나타났으며, hot oil test에서 보이드와 같은 결함은 발견되지 않았다. 또한 외부반도전층 근처에서 가교도도 양호한 것으로 나타났다. 열화정도의 확인을 위해 실시한 수 트리 분석결과가 그림 2에 나와 있다.
- 8Uo에 해당하는 Aging Factor를 찾으면 약 26 정도가 된다. 이 결과로부터 현재 사용중인 불량판정기준을 변경한다면 Aging Factor로는 26 정도가 적합하고 잔여파괴전압으로는 약 8Uo 정도가 합당할 것으로 생각된다. 그러므로 현장에서 케이블을 진단할 때 Aging Factor와 절연파괴전압이 동시에 제시되는데 이 두 값을 동시에 만족하는 경우에만 교체를 고려하는 것이 합당할 것이다.
- 이를 위해 본 연구에서 측정된 데이터만으로 분석한 결과 잔여파괴전압 추정치로는 약 8Uo, Aging Fa:tor 로는 2.6 정도가 불량판정기준으로 적합한 것으로 나타났다 이것은 160 kV 이하의 절연파괴전압을 가지는 케이블을 불량으로 간주하여 산정한 값이다. 케이블의 불량판정 기준을 어떻게 결정하느냐는 경제성과 관련된 문제이다.
- 있다. 이상의 결과를 요약해보면 시험에 사용된 케이블은 장기간 사용에 의해 열화가 진행되고 있음을 알 수 있다. 표 2는 현재까지 현장 진단결과를 요약한 것이다.
- 이상의 현장진단시험과 절연파괴전압을 살펴보면 진단 장치는 케이블의 상태를 어느 정도 반영하고 있는 것으로 보이나 진단장치에서 제시하는 절연파괴전압이 실제 절연파괴전압과 차이가 분명히 있고, Aging Factor와 실제 케이블의 절연파괴전압을 종합적으로 고려하면 판정 기준이 가혹하게 선정되었음을 알 수 있으며 이의 조정이 필요한 것으로 나타났다.
- 초기 절연파괴전압인 ①구간 결과는 5-6개의 시료의 파괴전압으로부터 얻은 것이며, 나머지는 10개의 시료로부터 얻은 값을 평균한 것이다. 절연파괴전압으로 보면 케이블은 실리콘 주입에 의해 초기상태에서 2배 이상 절연성능이 향상된 것으로 나타나고 있으며, 일부 오진단한 경우가 있지만 열화진단 결과도 케이블의 상태를 반영하고 있는 것으로 나타났다.
- 큰 변화가 나타나지 않았다. 한편 실리콘처리를 시행하지 않은 C상은 최초상태와 유사한 측정 결과를 보여줌으로서 진단장치가 케이블의 절연상태 변화를 어느정도 반영하는 것으로 나타났다. 하지만 앞서 언급한 바와 같이 인접선로와 공통접지된 선로의 진단을 위해 접지를 분리해야하므로 실제 진단에 소요되는 시간 외에도 추가적인 시간이 요구되는 문제가 있으며, 진단 후 분리된 접지를 다시 접속해야하는 문제가 있다.
- 현재까지의 결과를 종합하면 진단장치는 일부 판정오류가 있으나 케이블의 절연상태를 어느정도 반영하는 것으로 평가되었다. 이 장치를 현장적용 할 경우 고려해야 할 사항은 측정시의 노이즈로 인한 영향을 어떻게 줄이는가 하는 것과 국내에 적합하도록 판정기준을 정립하는 것이다.
후속연구
- 그러므로 현장에서 케이블을 진단할 때 Aging Factor와 절연파괴전압이 동시에 제시되는데 이 두 값을 동시에 만족하는 경우에만 교체를 고려하는 것이 합당할 것이다. 그러나 현재까지 확보된 절연파괴시험 결과가 많지 않기 때문에 향후 더 많은 시험결과를 축적하여 이를 수정 보완할 필요가 있다.
- 이 기준은 향후 많은 현장 데이터가 확보되는 대로 보완될 것이다. 그림 3과 같이 실제 160 kV (약 12Uo)의 절연파괴전압을 가지는 케이블에 대한 잔여 전압 추정치를 보면 대략 7.
- 그리고 현재까지의 측정결과 중 낮은 Aging Fac 0에서 낮은 잔여전압을 제시하는 경우가 있었다. 이는 Aging Factor와 잔여전압이 반드시 비례관계를 나타내지 않는 것을 의미하므로 진단시에 이 두 결과를 적절히 종합하여 판정할 필요가 있을 것으로 보인다
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