초록 ▼

최종목표
• 송전급 HVDC용 나노복합 XLPE 절연재료 및 케이블 개발
→ 모델급 나노 복합 XLPE DC 케이블 개발
→ 송전급 나노 복합 XLPE DC 케이블 개발
(Impulse 내전압 2.1Uo, DC내전압: 1.85Uo)
→ HVDC용 나노 복합XLPE 케이블 단장기 평가기술개발 (250kV급)
- 250kV 급 HVDC 케이블 시험 (CIGRE TB 496)
- 장기 운전 신뢰성 평가 기술 확립
: 극성 반전 시험 기술 (1.45Uo),
: 장기 부하주기 시험기술 (1.2

최종목표
• 송전급 HVDC용 나노복합 XLPE 절연재료 및 케이블 개발
→ 모델급 나노 복합 XLPE DC 케이블 개발
→ 송전급 나노 복합 XLPE DC 케이블 개발
(Impulse 내전압 2.1Uo, DC내전압: 1.85Uo)
→ HVDC용 나노 복합XLPE 케이블 단장기 평가기술개발 (250kV급)
- 250kV 급 HVDC 케이블 시험 (CIGRE TB 496)
- 장기 운전 신뢰성 평가 기술 확립
: 극성 반전 시험 기술 (1.45Uo),
: 장기 부하주기 시험기술 (1.25Uo)
→ 모델케이블상 공간전하 측정 시스템 및 데이터 평가기법 개발
→ Weibull 확률분포해석을 통한 절연파괴 및 수명데이터 평가
개발내용 및 결과
• 해외 사용 DC XLPE에 대한 신뢰성 조사분석
→ 현재 사용되고 있는 재료에 대한 검증 및 조사를 통해 실제 관련 기술 조사 분석
→ IEEE를 중심으로 CEIDP, ICPADM, ISEIM, ICEE 등 절연재료 관련 학회 참석으로 일본 및 유럽의 자료수집
→ 한국세라믹기술원 및 전자부품연구원의 나노 재료 전문의 보유 기술 확대
• 최적 나노 재료 함량, 모양, 종류, 크기 선정
→ 일본에서 사용되고 있는 재료의 직접적인 입수를 통한 재료의 특성 파악 및 최적 재료 선정의 근거 확보
→ 나노재료 제조 기술 적용하여 나노 재료 모양, 종류, 함량, 크기를 다양화 하여 특성 평가하여 최적의 나노 재료선정, 선정된 재료의 사용을 통한 전기적 특성에 미치는 영향에 대해 심도 있는 접근을 통해 선정의 이론적 근거 제공
• 나노 재료 분산 기술 확립
- 여러 가지 나노 재료의 분산 방법에 대한 기술적 조사
→ 분산기술을 설비업체나 기존 나노 재료 업체의 조사를 통해 나노 재료의 최적 분산방법 및 설비 조사 시행하여 분산 기술 확립
• 나노 재료 적용 컴파운드 기술 개발
→ 선정된 나노 재료와 분산 기술 적용으로 최적 컴파운드 기술 개발
→ 나노 재료 분산 및 컴파운딩에 대한 여러 가지 방법에 대한 연구
→ 분산성 유지하면서 생산성 증가를 가져올 수 있는 최적 방안 도출
• 나노 재료 적용 모델급/송전급 케이블 설계 및 제조 기술 개발
- 선정된 컴파운드 적용한 케이블 설계 및 제조 기술 개발
→ 원재료의 안정적 장기압출과 안정적 가교의 최적 조건 산정
→ 나노복합 XLPE 원료의 평가와 장기압출을 통해 최적 조건 도출
• 나노복합 XLPE 재료의 중장기 신뢰성 평가 시험 및 분석
• 모델케이블 공간전하 측정 시스템 제작 및 전기적 특성시험 방법 설계
• 송전급 HVDC용 나노복합 XLPE 절연재료 및 케이블의 평가 정립, 취득자료, 제한요소 검토결과 등을 종합하여 최종보고서를 작성
기술개발 배경
- 전 세계적으로 Smart Grid 추세와 함께 고용량, 고신뢰도, 고품질의 장거리 전력 송전이 필요하고 해저 케이블과 풍력 및 태양광 발전 등 분산전원의 전력 수송 및 국가간/도서간 교류/직류 연계를 위한 계통안정성이 뛰어난 고전압 직류케이블 수요가 신규로 발생하고 성장성이 획기적임. 선진국 의존적인 핵심재료의 국산화 필요성 대두
핵심개발 기술의 의의
- 직류용 초고압 케이블의 공간전하 저감 및 억제 기술과 나노 입자 표면처리 및 분포 제어기술 개발을 이용한 직류용 초고압 케이블 제조 및 평가기술 확산
- 250kV급 HVDC 케이블 국내 개발로 기술 선진화를 이루고 국내 케이블 제조 기술 확보로 외화 절감 및 해외 수출 기여
- 신재생에너지원인 태양광발전과 풍력발전 전력 수송과 장거리 해저 및 도서지역으로의 전력 수송에 안정적 적용
적용 분야
송전급 HVDC 케이블

목차 Contents

• 제출문 ... 1
• 기술개발사업 최종보고서 초록 ... 2
• <기술개발사업 주요 연구성과> ... 7
• 목차 ... 13
• 제 1 장 서론 ... 18
• 제 1 절 과제의 개요 ... 18
• 1. 기술적 측면 ... 18
• 2. 산업.경제적 측면 ... 19
• 3. 정책적 측면 ... 20
• 제 2 절 국내외 기술동향 및 기술수준 ... 21
• 1. 국내 기술 동향 ... 21
• 2. 선진국의 기술동향 ... 21
• 제 2 장 과제 수행의 내용 및 결과 (기술개발 내용 및 방법) ... 22
• 제 1 절 최종 목표 및 평가 방법 ... 22
• 1. 최종 목표 ... 22
• 2. 평가 방법 (1단계) ... 22
• 가. 송전급 HVDC 케이블용 나노복합 소재 및 제품 개발 (1단계 1세부) ... 22
• 나. 송전급 HVDC용 나노복합 XLPE 절연재료 및 케이블 평가기술 개발(1단계 2세부) ... 23
• 다. 정량적 목표 (1단계) ... 23
• 3. 평가 방법 (2단계) ... 24
• 가. 송전급 HVDC 케이블용 나노복합 소재 및 제품 개발 (2단계) ... 24
• 나. 정량적 목표 (2단계)<송전급 HVDC 케이블용 나노복합 소재 및 제품 개발> ... 24
• 제 2 절 연차별 개발 내용 및 개발 범위 ... 25
• 1. 1단계 1세부 (LS전선, LG화학, 전자부품연구원, 한국세라믹기술원) ... 25
• 가. 1차년도 ... 25
• 나. 2차년도 ... 25
• 다. 3차년도 ... 25
• 2. 1단계 2세부 (대한전기학회, LS전선) ... 26
• 가. 1차년도 ... 26
• 나. 2차년도 ... 26
• 다. 3차년도 ... 26
• 3. 2단계 통합과제 (LS전선, LG화학, 대한전기학회) ... 27
• 가. 4차년도 ... 27
• 나. 5차년도 ... 27
• 제 3 절 유형적 발생품 (연구시설, 연구장비 등) 구입 및 관리 현황 ... 29
• 제 3 장 결과 및 사업화 계획 ... 32
• 제 1 절 단계 연구개발 결과 ... 32
• 1. 연구개발 추진 체계 ... 32
• 가. 1단계 ... 32
• 나. 2단계 ... 32
• 2. 연구개발 추진 일정 및 실적 ... 33
• 가. 1단계 ... 33
• 1) 1세부 ... 33
• 2) 2세부 ... 34
• 나. 2단계 ... 36
• 제 2 절 연구개발 추진 결과의 성과 전체 ... 38
• 1. 정량적 목표 및 달성치 ... 38
• 가. 1단계 ... 38
• 나. 2단계 ... 39
• 2. 기술개발 결과 ... 40
• 가. 나노 무기산화물 입자선정 ... 40
• 1) 나노복합 XLPE 재료 선행 연구 및 screening ... 40
• 2) MgO의 분류 체계 ... 40
• 나. 나노 무기산화물 입자의 표면개질 최적화 ... 41
• 1) 표면 개질 ... 41
• 2) 표면 개질 MgO 입자의 분쇄 ... 42
• 가) 표면 개질 MgO 입자의 분쇄 필요성 ... 42
• 다. 나노 복합재료를 포함한 Master Batch 제조 ... 42
• 1) Master Batch 공정 최적화 ... 42
• 라. 송전급 나노복합 DC-XLPE 컴파운드 제조 ... 44
• 1) 시양산 DC-XLPE 특성평가 ... 46
• 가) XLPE 컴파운드의 제조 및 분류 ... 46
• 나) 이물 특성평가 ... 46
• 다) MgO 분산성 평가 ... 47
• 라) 전기적 특성 평가 ... 47
• 마) 기계적 특성 평가 ... 48
• 바) 가공 특성 및 열적 특성 평가 ... 49
• ① 가공특성 ... 49
• ② 장기 가공 특성 ... 50
• ③ 장기 열적특성 ... 51
• 사) 시양산 XLPE 컴파운드의 공간전하 및 유전율 ... 52
• ① 공간전하 특성 ... 52
• ② 유전 특성 ... 55
• 아) 시양산 XLPE 컴파운드의 절연파괴 강도 ... 55
• ① 직류 단극성 절연파괴강도 (30 ℃, 90 ℃) ... 56
• ② 직류 절연파괴 강도의 온도 의존성 ... 56
• ③ 직류 단극성 절연 파괴 강도 종합 검토 ... 57
• ④ McKeown 전극을 이용한 직류 단극성 절연파괴 시험방법 및 결과 ... 57
• ⑤ DC 극성반전파괴실험 결과 ... 58
• ⑥ 직류 체적 저항율 실험 결과 ... 59
• ㉮ 전도전류 측정시스템 ... 59
• ㉯ 시편 및 측정방법 ... 60
• ㉰ 실험결과 및 분석 ... 60
• ㉱ 전계계수 및 온도계수 ... 61
• ㉲ 저항율 분석 결과 ... 61
• ⑦ 1차 시료를 대상으로 한 임펄스 파괴 특성 실험 결과 ... 62
• ㉮ 상온(23℃∼29℃)의 경우 임펄스 파괴 특성 ... 62
• ㉯ 고온 (90℃)의 경우 임펄스 파괴 특성 ... 64
• ㉰ TDC 분석 결과 ... 66
• ㉱ 1차 시료에 대한 임펄스 절연파괴 분석 결과 요약 ... 67
• ➇ 2차 시료를 대상으로 한 임펄스 파괴 특성 실험 결과 ... 67
• ㉮ 상온의 경우 임펄스 파괴 특성 ... 67
• ㉯ 고온(90℃)의 경우 임펄스 파괴 특성 ... 68
• ㉰ TDC (Temperature Dependency Coefficient) 분석 결과 ... 68
• ㉱ 2차 시료에 대한 임펄스 절연파괴 분석 결과 요약 ... 69
• ⑨ DC/임펄스 중첩파괴 특성 ... 70
• ㉮ 상온(23℃∼29℃)의 경우 중첩 파괴 특성 ... 71
• ㉯ 고온(90℃)의 경우 중첩 파괴 특성 ... 72
• ㉰ TDC(Temperature Dependency Coefficient) 분석 결과 ... 72
• ㉱ 2차 시료에 대한 DC/임펄스 중첩실험 분석 결과 요약 ... 73
• ⑩ 나노복합 XLPE 재료의 장기신뢰성 평가시험 및 분석 ... 73
• ㉮ 장기신뢰성 평가 개요 ... 73
• ㉯ 복합 열화 이론 및 가속열화 실험조건 ... 74
• ㉰ 실험 시스템 구축 ... 74
• ㉱ 시편 제작 ... 76
• ㉲ 장기 열화 시험 결과 및 분석 (나전극) ... 76
• ㉳ 장기 열화 시험 결과 및 분석 (몰딩전극) ... 78
• ㉴ 장기 열화에 대한 시험의 결론 ... 80
• 마. Model 케이블 제조 및 평가 ... 81
• 1) 모델 케이블 평가 및 250kV급 케이블 설계 ... 83
• 2) 모델 케이블 공간전하 평가 ... 87
• 가) HVDC 케이블 절연체 내 불균일 온도분포에서 대한 특성시험 ... 87
• 나) HTS-UF 시리즈 스위치를 이용한 펄스발생회로 ... 88
• 다) PXI기반 반도체 스위치 펄스를 이용한 공간전하측정 실험 결과 ... 89
• 라) 불균일 온도분포에서 모델케이블 공간전하 분포 결과 ... 89
• 바. 시제조 케이블 제조 및 평가 ... 91
• 1) 케이블 자체 성능 평가 (DC 및 Impulse 내전압 시험) ... 91
• 2) 시제조 케이블의 상온 시험 (Routine Test) 및 Sample Test ... 91
• 가) DC 내전압 평가 ... 91
• 나) 뇌임펄스 (Lightning Impulse) 성능 평가 ... 91
• 다) DC 성능 평가 ... 92
• 3) 케이블 공인 시험 ... 92
• 가) DC/Impulse 내전압 성능 확인 시험 ... 92
• 나) 장기신뢰성 확인 시험 (참고형식시험) ... 94
• 4) 케이블 공인 시험 성적서 ... 95
• 사. HVDC 케이블시험 및 평가기술 (CIGRE TB 496의 중심내용) ... 97
• 1) 용어정리 ... 97
• 2) 개발 시험 ... 98
• 3) 장기과통전 시험 ... 99
• 가) 장기 전압 인가 시험 ... 99
• 나) 직류/개폐충격전압 중첩 시험 ... 99
• 다) 검사 ... 99
• 4) 형식 시험 ... 100
• 가) 전압 적용시험 ... 100
• 나) 직류/충격전압 중첩 시험 (Superinposed Impulse test) ... 100
• 다) 뇌충격내전압 시험 (Lightning impulse withstand test) ... 100
• 5) 상용 시험 (Routine tests) ... 100
• 6) Sample tests ... 101
• 7) 준공 시험 ... 101
• 가) 고전압 시험 ... 101
• 나) Polymeric sheath 에 대한 시험 ... 101
• 다) TDR 측정 ... 101
• 제 3 절 시장 현황 및 사업화 전망 ... 102
• 1. 시장 및 산업환경 특성 ... 102
• 가. 시장규모 및 시장전망 ... 102
• 1) 국내외 시장규모 ... 102
• 2) 세계 시장전망 (과제완료 후 5년) ... 103
• 나. 국내외 주요 생산업체 ... 103
• 다. 국내외 주요 수요업체 ... 103
• 라. 산업시장 진입성 ... 104
• 마. 향후 산업동향과 정책방향 ... 104
• 2. 자체 분석의견 ... 106
• 가. 시장특성 ... 106
• 1) 시장규모 ... 106
• 2) 시장의 성장성 ... 107
• 나. 시장환경 ... 107
• 1) 관련산업/시장 경쟁구도 ... 107
• 2) 법, 규제 등 제약/장려요인 ... 108
• 다. 산업환경 ... 108
• 1) 산업시장 진입성 ... 108
• 2) 해당산업의 경제적 파급효과 ... 109
• 3) 무역수지 개선 효과 ... 109
• 제 4 절 고용 창출 효과 ... 110
• 제 5 절 자체보안관리진단표 ... 111
• 끝페이지 ... 112