[논문]22.9kV-Y 가공선로 지지애자에서의 절연전선의 손상 메커니즘 규명 연구

이병성; 박철배; 나동채; 이재봉

22.9kV-Y 가공선로 지지애자에서의 절연전선의 손상 메커니즘 규명 연구
The Study on Demage Mechanism Analysis of Insulation wire on the Line Post Insulator Using 22.9 kV-Y Overhead Distribution Line 원문보기

이병성 (한전전력연구원) , 박철배 (한전전력연구원) , 나동채 (한전전력연구원) , 이재봉 (한전전력연구원)

국내 가공배전 선로는 절연전선을 사용하고 있으며, 절연을 위해 세라믹 재질과 폴리머 재질의 지지애가가 사용되고 있다. 지지 애자 위의 전선은 진동에 따라 종방향 및 횡방향의 기계적 마찰력을 받고 있으며, 전기적으로 누설전류 및 서지의 영향을 받아 절연피복이 손상된다. 본 연구에서는 지지애자를 통해 흐르는 누설전류에 의해 전선이 손상되는 메커니즘을 규명하여 고장을 예방하고자 하였다. 절연전선은 손상된 부위에서 전류가 집중되어 내부 도체가 용융 단선되었다. 전선단선에 영향을 주는 열화 인자로서 지지애자의 표면 열화상태, 절연전선 피복 손상, 바인드선의 종류 등이 복합적으로 작용하였다.

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문제 정의

절연전선이 단선에 미치는 영향에 대한 다양한 시험과 추론이 있었으나 아직까지 명확히 검증 결과는 제시되지 못하였으며, 단선을 예방하기 위한 효과적인 대책도 부족하다. 따라서 본 연구에서는 지지애자를 통해 흐르는 누설전류에 의해 전선이 손상되는 메커니즘을 규명하여 고장을 예방하고자 하였다. 이를 위해 환경에 따라 절연전선이 받는 전기적 스트레스 정도를 분석하였으며, 전기적 스트레스 저감을 위한 대책에 대해 연구하였다.
따라서 본 연구에서는 지지애자를 통해 흐르는 누설전류에 의해 전선이 손상되는 메커니즘을 규명하여 고장을 예방하고자 하였다. 이를 위해 환경에 따라 절연전선이 받는 전기적 스트레스 정도를 분석하였으며, 전기적 스트레스 저감을 위한 대책에 대해 연구하였다.

제안 방법

뇌충격 섬락전압 시험은 하나의 시료로 하였으며, 50 % 충격섬락전압 값을 측정하였다. 시험결과 바인드 종류에 관계없이 유사한 결과를 보였다.
바인드는 기계적 및 전기적 영향을 복합적으로 평가하여야 하나, 본 연구에서는 가장 영향이 큰 전기적 평가방법으로 수행하였다. 알루미늄 절연전선(160 ㎟)을 폴리머 및 자기재 지지애자에 바인드로 고정한 시료를 사용하였다.
상용주파 건조섬락전압 측정은 동일 시료에 대해 7회 반복하여 가장 높은 값과 낮은 값을 제외하고 평균하였다. 시험결과 시료에 섬락을 반복함에 따라 섬락전압값은 바인드 종류에 관계없이 유사하게 나타났다.
전선을 고정하는 바인드선은 기존의 절연 피복된 알루미늄 바인드선과 반도전 피복된 강심 정형바인드 2종을 사용하여 비교하였다.
알루미늄 절연전선(160 ㎟)을 폴리머 및 자기재 지지애자에 바인드로 고정한 시료를 사용하였다. 전압인가 단자 부분의 누설전류를 감안하여 절연전선의 길이를 2 m로 하였다, 전압을 인가한 상태에서 표면 방전 위치는 저장기능을 갖는 디지털카메라로 연속 계측하였다.
폴리머애자의 경우 방전이 육안으로 관찰되지 않아 적외선 카메라를 이용하여 방전현상을 관찰하여 비교하였다.

대상 데이터

1.2 시험 시료
시험에 사용한 자기재 지지애자는 ES-5970-0003의 규격을 만족하는 것으로 상용주파 건조섬락 특성값이 110 kV이며, 주수섬락 특성값이 85 kV이며, 누설거리는 559 mm이다. 폴리머 지지애자는 동일한 전기적 요구 성능으로 누설거리는 712 mm이다.
바인드는 기계적 및 전기적 영향을 복합적으로 평가하여야 하나, 본 연구에서는 가장 영향이 큰 전기적 평가방법으로 수행하였다. 알루미늄 절연전선(160 ㎟)을 폴리머 및 자기재 지지애자에 바인드로 고정한 시료를 사용하였다. 전압인가 단자 부분의 누설전류를 감안하여 절연전선의 길이를 2 m로 하였다, 전압을 인가한 상태에서 표면 방전 위치는 저장기능을 갖는 디지털카메라로 연속 계측하였다.

성능/효과

동일 조건에서 폴리머가 약 20～30 kV 높은 전압에서 표면방전이 시작되었으며, 상대적으로 방전량도 적었다. 따라서 전선 손상에 주는 방전은 바인드 종류나 형상보다는 애자의 표면 상태가 주는 영향이 큰 것으로 나타났다.
건조상태에서는 애자 표면에서 방전이 발생하지 않기 때문에 전도도 3000 uS/cm의 물을 애자와 전선 표면에 분무하였다. 또한, 장시간 동안 방전이 지속되도록 하여 절연전선 표면에 전기적 손상이 발생하도록 하였다 이 때 인가전압은 상용주파 전원으로 주수섬락전압 평균의 80 %로 하였다.
상용주파 건조섬락전압 측정은 동일 시료에 대해 7회 반복하여 가장 높은 값과 낮은 값을 제외하고 평균하였다. 시험결과 시료에 섬락을 반복함에 따라 섬락전압값은 바인드 종류에 관계없이 유사하게 나타났다. 표 1에 상용주파 주수섬락전압 측정값을 비교하여 나타내었다.
실험 데이터는 수록하지 않았지만 오손액의 전도도에 따라 섬락전압과 육안으로 관찰된 방전량의 차이가 컸다. 자기재 애자 일부 시료에서 섬락전압 편차가 큰 것은 바인드 종류에 따른 특성이기 보다 주수량과 애자의 표면상태 또는 절연전선 피복의 상태가 영향을 준 것으로 재시험에서 검증되었다.
실험 데이터는 수록하지 않았지만 오손액의 전도도에 따라 섬락전압과 육안으로 관찰된 방전량의 차이가 컸다. 자기재 애자 일부 시료에서 섬락전압 편차가 큰 것은 바인드 종류에 따른 특성이기 보다 주수량과 애자의 표면상태 또는 절연전선 피복의 상태가 영향을 준 것으로 재시험에서 검증되었다.
발생되는 방전량은 애자 표면상태에 큰영향을 받는다. 전선표면에서의 방전은 바인드와 절연전선간에 주로 발생하며, 발생위치는 절연전선의 표면 상태가 영향을 주는 것으로 평가되었다.
정형바인드는 절연전선과 접촉하고 있는 끝단에서 전계집중이 발생하여 상대적으로 취약한 특성을 보였다.

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