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문제 정의
- 시험은 주로 IEC 및 한전표준구매규격(ES)와 EPRI 가이드라인을 준용하여 시험하였다. 단, 본 논문에서는 장기열화특성에 주요영향을 미치는 코로나 방전개소 검출과 발수성 시험결과에 대하여 주로 검토하고자 한다.
제안 방법
- 또한, 한국전력공사에서는 2010년 이후 154kV 송전선로 건설시 기존 자기재 애자가 아닌 고분자애자를 설치하며 345kV 애자의 경우에는 2011년부터 건설소요량의 50%를 고분자애자로 사용하는 중장기계획을 세우고 있다. 따라서, 한국전력공사에서는 1999년부터 2010년까지 6,506련의 154kV 고분자 애자를 실선로에 시범으로 설치하여 운영하였으며 본 논문에서는 이들 시범설치한 애자 중 일부를 철거하여 장기열화에 따른 특성검토를 수행하였다. 특성평가를 수행하기 위한 방법으로서, 실 선로에 설치된 상태에서 주간코로나와 열화상 측정을 수행하였으며 E-field 검토 및 전기, 기계적 시험을 수행하였다.
- 따라서, 한국전력공사에서는 1999년부터 2010년까지 6,506련의 154kV 고분자 애자를 실선로에 시범으로 설치하여 운영하였으며 본 논문에서는 이들 시범설치한 애자 중 일부를 철거하여 장기열화에 따른 특성검토를 수행하였다. 특성평가를 수행하기 위한 방법으로서, 실 선로에 설치된 상태에서 주간코로나와 열화상 측정을 수행하였으며 E-field 검토 및 전기, 기계적 시험을 수행하였다.
- 시범 적용중인 154kV 송전용 고분자애자의 장기열화특성 검토를 위해 현장에 설치된 애자 전량(6,352련)의 주간코로나 발현 상태와 과열개소를 점검하였으며, 일부(168련)을 발취하여 기계적 성능과 전기적 성능을 검증하였다. 주간 코로나 발현 상태와 과열개소는 각기 주간코로나 측정기(DayCor, OFIL) 및 열화상 측정장비(P640, FLIR)를 사용하여 점검하였다.
- 시범 적용중인 154kV 송전용 고분자애자의 장기열화특성 검토를 위해 현장에 설치된 애자 전량(6,352련)의 주간코로나 발현 상태와 과열개소를 점검하였으며, 일부(168련)을 발취하여 기계적 성능과 전기적 성능을 검증하였다. 주간 코로나 발현 상태와 과열개소는 각기 주간코로나 측정기(DayCor, OFIL) 및 열화상 측정장비(P640, FLIR)를 사용하여 점검하였다. 표 1에는 기계, 전기, 재료 시험 및 기타 시험에 대한 시험항목을 정리하였다.
- 표 1에는 기계, 전기, 재료 시험 및 기타 시험에 대한 시험항목을 정리하였다. 시험은 주로 IEC 및 한전표준구매규격(ES)와 EPRI 가이드라인을 준용하여 시험하였다. 단, 본 논문에서는 장기열화특성에 주요영향을 미치는 코로나 방전개소 검출과 발수성 시험결과에 대하여 주로 검토하고자 한다.
- 전국 사업소에 기 설치되어 운용중인 154kV 고분자애자 6,506개를 대상으로 사고로 이어질 개연성이 가장 큰 금구 접속부(End fitting)를 중심으로 과열개소와 주간 코로나를 측정하였다. 금구 접속부(End fitting)의 코로나 방전활동을 정확하게 관찰하기 위해 가능하면 승탑 후 측정을 시행하고, 현장상황에 맞춰 승탑이 용이하지 않거나 지표면에서도 가시거리 확보가 용이하다면 지상에서 측정하였다.
- 전국 사업소에 기 설치되어 운용중인 154kV 고분자애자 6,506개를 대상으로 사고로 이어질 개연성이 가장 큰 금구 접속부(End fitting)를 중심으로 과열개소와 주간 코로나를 측정하였다. 금구 접속부(End fitting)의 코로나 방전활동을 정확하게 관찰하기 위해 가능하면 승탑 후 측정을 시행하고, 현장상황에 맞춰 승탑이 용이하지 않거나 지표면에서도 가시거리 확보가 용이하다면 지상에서 측정하였다. 이를위해 금구 접속부(End Fitting)에 코로나 카운트 실선 박스를 설정하여 자외선 플래쉬 카운트 수를 확인하였다.
- 금구 접속부(End fitting)의 코로나 방전활동을 정확하게 관찰하기 위해 가능하면 승탑 후 측정을 시행하고, 현장상황에 맞춰 승탑이 용이하지 않거나 지표면에서도 가시거리 확보가 용이하다면 지상에서 측정하였다. 이를위해 금구 접속부(End Fitting)에 코로나 카운트 실선 박스를 설정하여 자외선 플래쉬 카운트 수를 확인하였다.
- 과열개소는 한전 가공송전운영업무기준에 근거하여 송전선로 접속 개소에 적용하고 있는 기준을 준용하여 애자표면 간, 금구류 및 고분자애자 표면 간, 접속 금구류 간의 온도차가 5℃ 초과 개소는 요주의, 10℃ 초과개소는 이상으로 정하였다.
- 자외선 플래쉬 카운트수가 분당 5,000회를 초과하는 대부분의 개소가 이와 같이 노이즈로 판단되는 자외선 플래쉬 카운트에 의한 영향이었다. 따라서 이러한 측정결과에 대한 판단오류를 막기 위해 EPRI Field Guide를 근거로 하여 고분자애자 금구 접속부(End Fitting) 또는 기타 고분자애자 표면에 코로나 방전활동이 집중되는 개소 여부를 우선으로 확인하였다. 이와 같은 현상의 원인은 측정 장비 내부의 문제와는 별도로 측정현장 미세먼지, 분진, 염해지역에서는 두드러지게 나타났으며 주변 오염 환경에 의한 자외선 검출 왜곡으로 판단된다.
- 본 재료 표면 분석을 위해 그림 3과 같이 애자의 단면을 절단하고, 이를 구간별로 나누어 Digital Microscope로 60배 확대하여 촬영하였다. 그림 4는 애자에 결함으로 판단되어 더 세밀히 관찰하기 위해 배율을 더 높여 200배 확대한 것들 중의 일부이다.
대상 데이터
- 시험에 사용된 애자는 표 1와 같이 6개 송전선로에서 제조사별/규격별로 분류하여 총 183개의 애자련을 발취하였으며 이중 168련의 애자를 시험에 사용하였다. 표 1에는 각 발취시료의 세부내역을 정리하였으며 그림 1에는 각 애자를 발취한 선로의 오손등급별로 정리하였다.
성능/효과
- 과열개소 점검의 경우, 한전의 가공송전운영업무기준을 근거로 한 5℃ 초과(요주의) 또는 10℃ 초과(이상) 개소는 발견되지 않았다. 즉, 고분자애자 개소에서 요주의 이상이 요구되는 금구 접속 불량, 고분자애자 누설전류 증가 및 절연내력 저하 등에 의한 과열현상은 발견되지 않았다.
- 이상 두 측정결과를 바탕으로 두 측정법을 비교하면 적외선 검출의 경우는 전력설비의 진단 장비로 널리 사용되고 있지만 고분자애자 점검의 경우 전류에 의한 고분자애자의 표면과 금구 접합부(End Fitting)의 온도상승폭이 크지 않으며 주변 온도의 영향으로 자외선 검출보다 진단의 신뢰성이 떨어진다고 보여진다.
- 그림 4는 애자에 결함으로 판단되어 더 세밀히 관찰하기 위해 배율을 더 높여 200배 확대한 것들 중의 일부이다. 발견된 애자의 결함 대부분은 금구부와 심재사이, 외피절연부와 심재사이에서 발견되었으며, 이 결함의 대부분은 육안으로도 확인할 수 있을 정도로 커다란 결함이었으며 대부분 흑색으로 나타나 접착이 제대로 이루어지지 않아 생긴 기공(Void)이었다. 이는 금속종단부와 FRP봉의 압착제조과정과 폴리머 갓부분의 접착과정에서 문제가 있었다고 추정된다.
- 또한 200배까지도 확대 관측이 가능한 Digital Microscope를 이용한 결함 판정은 자기애자에서 사용한 SEM을 이용한 결함판정보다 간편하고 쉬운 방법으로 본 시험에서 처음으로 시도된 방법이다. 향후에도 Digital Microscope을 이용한 광학적 결함판정을 통해 판정시간과 비용을 줄이는 것이 바람직하다고 판단된다.
- (1) 주간코로나 점검결과 전체 설치애자 6,352련 중 3개련의 코로나 과다 발생개소를 검출하였다. 해당 애자련은 발취하여 추가 성능평가를 수행할 필요가 있으며 평가결과는 고분자애자 점검 및 교체기준에 반영되어야 할 것으로 판단된다.
- (2) 과열개소 점검결과, 교체기준에 따른 교체대상 애자련은 검출되지 않았으며 고분자애자의 과열개소 점검을 통한 교체 여부 판정은 실효성이 부족한 것으로 판단된다.
- (3) 발수성 시험결과, 일부 애자의 경우 HC4 이상 등급이 전체 애자표면의 50% 이상을 점유하는 경우를 불량으로 판정하였으며 168개의 애자련 중 12개련이 불량한 것으로 판정되었다. 이는 애자표면의 전도성이 급격히 진행되고 있는 것으로 볼 수 있으며 이러한 전도성 표면의 증가는 오손이 심한지역 및 염무가 심한 경우 전도파괴(섬락)를 발생 확률을 급증 시키므로 점검시 매우 세심한 주의가 필요하다.
후속연구
- 이와 같은 현상의 원인은 측정 장비 내부의 문제와는 별도로 측정현장 미세먼지, 분진, 염해지역에서는 두드러지게 나타났으며 주변 오염 환경에 의한 자외선 검출 왜곡으로 판단된다. 주간 코로나 자외선 플래쉬 카운트 수를 근거 한 고분자애자 수명상태 진단 기법은 향후 추가적인 검토가 필요하다. 현재는 고분자애자의 주간코로나 측정을 통하여 이상개소별 코로나방전 활동 예시를 고장사례별로 보여주는 EPRI Field Guide와 주간코로나 제작사에서 제공하는 측정 판단기준을 현장 상황에 맞게 적용함으로서 송전용 고분자애자 예방 진단에 활용할 수 있으며 효과적인 고분자애자 사고예방에 기여할 수 있을 것으로 판단된다.
- 주간 코로나 자외선 플래쉬 카운트 수를 근거 한 고분자애자 수명상태 진단 기법은 향후 추가적인 검토가 필요하다. 현재는 고분자애자의 주간코로나 측정을 통하여 이상개소별 코로나방전 활동 예시를 고장사례별로 보여주는 EPRI Field Guide와 주간코로나 제작사에서 제공하는 측정 판단기준을 현장 상황에 맞게 적용함으로서 송전용 고분자애자 예방 진단에 활용할 수 있으며 효과적인 고분자애자 사고예방에 기여할 수 있을 것으로 판단된다.
- 또한 200배까지도 확대 관측이 가능한 Digital Microscope를 이용한 결함 판정은 자기애자에서 사용한 SEM을 이용한 결함판정보다 간편하고 쉬운 방법으로 본 시험에서 처음으로 시도된 방법이다. 향후에도 Digital Microscope을 이용한 광학적 결함판정을 통해 판정시간과 비용을 줄이는 것이 바람직하다고 판단된다.
- (1) 주간코로나 점검결과 전체 설치애자 6,352련 중 3개련의 코로나 과다 발생개소를 검출하였다. 해당 애자련은 발취하여 추가 성능평가를 수행할 필요가 있으며 평가결과는 고분자애자 점검 및 교체기준에 반영되어야 할 것으로 판단된다.
- (4) 현재의 발수성 시험결과는 발취한 시품을 확인한 것으로서, 향후에는 현장 점검시에 발수성 시험을 통해 현장 오손도 및 애자표면의 전도성 변화 여부를 점검할 필요가 있는 것으로 사료된다.
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