[논문]흡습된 에폭시 절연물의 절연 특성

김동명; 박영근; 권태호; 최선규; 이병호; 최원석

[국내논문] 흡습된 에폭시 절연물의 절연 특성
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김동명 (한전전력연구원) , 박영근 (한전전력연구원) , 권태호 (한전전력연구원) , 최선규 (한전전력연구원) , 이병호 (한국전력공사) , 최원석 (한국전력공사)

가스절연개폐기의 절연물로 사용되는 에폭시가 흡습환경에 노출될 경우 절연내력은 급격히 저하된다. 에폭시 절연물에 함유되어 있는 수분은 어느 일정 온도에서는 가스 내 수분과 평형을 이루고 있지만 온도변화에 따라 수분은 이동되며 또 고전압 인가 시 절연체 표면은 열화 되어 장기간에 걸쳐 침식과 함께 Treeing 현상을 유발시킨다. 본 연구에서는 에폭시 절연물의 절연특성에 미치는 수분의 영향을 파악하기 위하여 실 계통에서 사용된 제품에 대해 AC 내전압시험 및 재료분석을 시행하였다. 분석결과, 표면의 파괴전압은 주수량에 따라 건조섬락전압의 최대 1/5까지 저하되었다.

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문제 정의

본 본문에서는 최근 배전사업소에서 내용 년수 이전에 고장이 발생한 25.8kV 가스절연부하개폐기 (지중용)의 원인을 규명하고자 고장제품을 분석하였다. 분석 결과, 반복적으로 발생한 지상 개폐기의 내부 절연고장의 원인은 에폭시 절연물의 표면 절연에 문제가 있는 것으로 판단되었다.
절연암 표면의 트래킹현상 원인을 규명하고자 연소시험을 실시하였다. 시료는 양호한 절연 암을 길이 10 cm의 크기로 절단하여 전기로(Da Woo Scientific Co.

제안 방법

건조 섬락시험은 절연암의 상간 섬락이 발생할 때까지 상용주파 전압을 인가하여 절연파괴 시 전압을 측정하였으며, 주수 섬락시험은 절연암 표면에 주수(Spray, 전도도 190US, 18℃)량에 따른 절연 암의 파괴전압을 측정하였다(그림 8).
실시하였다. 시료는 양호한 절연 암을 길이 10 cm의 크기로 절단하여 전기로(Da Woo Scientific Co. 최대 가열온도 : 800℃)에 넣어 가열하였다. 시험 조건은 표 3과 같다.
시료는 정상 운전 중인 개폐기에서 채취한 시료 (94년 10월 제조, 정상시료) 2개와 고장이 발생한 개 폐기에서 채취한 시료(94년 10월 제조, 고장시료) 2개를 대상으로 절연암의 표면을 전자현미경(Nikon microphoto-FTA)으로 관찰을 하였다. 표면은 에폭시, 섬유질, filler의 복합체로 구성되어있었으며 그림 6의 정상시료의 검은 점은 Filler로 추정된다.
절연암의 섬락전압 비교 및 섬락경로를 추정하기 위해 파괴시험을 실시하였다.

대상 데이터

시험기기는 AC 내전압시험기 (HAEFELY, 100kV)> 사용하였다.
에폭시 절연암 (Epoxy 섬유질, 절연내력 25 - 28kV/mm)의 상 간격은 약 12~ 14cm로 이격되어 있으며 상도체인 연동판(Shunt)을 부착하기 위해 동판 나사를 사용하였다. 공간적으로는 SFe 가스가 밀봉되어 있는 구조이다.
우수한 전기적, 기계적 특성을 가진 에폭시는 1990년대 초 국내 지중배전용 가스 절연 부하 개폐기의 절연물로 사용하였다. 그러나 에폭시가 가스의 절연 성능을 떨어뜨리는 주요 요인 중 하나인 수분을 흡수하여 저장하는 것이 밝혀짐으로서, 현재는 다른 절연물로 대체 사용되고 있다.

성능/효과

8kV 가스절연부하개폐기 (지중용)의 원인을 규명하고자 고장제품을 분석하였다. 분석 결과, 반복적으로 발생한 지상 개폐기의 내부 절연고장의 원인은 에폭시 절연물의 표면 절연에 문제가 있는 것으로 판단되었다.
상기의 분석결과, 에폭시 절연암은 AC전원 공급 중 기본수지 (epoxy resin)와 첨가제 (filler)의 계면 갈라짐이 발생하였으며, 이때 함유된 수분은 표면의 침식과 함께 트래킹을 가속시킨 것으로 분석된다.
에폭시 절연암의 표면이 건조할 경우에는 표 1 의 결과와 같이 우수한 절연상태를 유지하지만 표면에 수분이 부착한 경우는 절연파괴전압이 표 2 의 결과와 같이 급속하게 저하됨을 확인할 수 있었다. 주수섬락시험 후 그림 9와 같은 트래킹이 발생 하였다.

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