복합열화를 이용한 OF모델 케이블 수명 분석 :Lifetime Assessment for OF model cable using Thermal and Electrical Multiple Degradation

김우빈

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자료유형: 학위논문

저자정보: 김우빈 (대진대학교, 대진대학교 대학원)

지도교수: 김정태

발행연도: 2016

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이용수3

이 논문의 연구 히스토리 (2)

2016

복합열화를 이용한 OF모델 케이블 수명 분석

김우빈 전기공 2016.01 학위논문

2015

가속열화를 이용한 OF 모델 케이블의 열화 및 tan δ 분석

김우빈 , 김정태 대한전기학회 학술대회 논문집 2015.11 학술대회자료

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OF 케이블의 설계수명은 30년이지만 그 이상의 운전기간에도 정상적으로 운전되고 있으며, OF 케이블 열화진단에서도 대체적으로 건전하다는 평가가 내려지고 있다. 이에 따라 OF 케이블의 실제 수명에 대한 연구로 열적 열화와 전기적 열화를 고려하여 가속수명실험을 수행하였다.
가속수명실험에서는 연단효과가 발생하지 않으며 실제 케이블과 동일한 butt gap 구조의 모델 OF 케이블을 제작하여 실험에 사용하였다. 열화방안으로는 2.5 및 2 의 전기적 스트레스 2 가지 전계조건과 2, 4, 6, 8, 10주의 열화기간을 적용하였으며, 열화를 거친 모델 케이블에 인장강도와 임펄스 파괴 실험을 수행하였다.
임펄스 파괴 실험에서는 OF 케이블의 최대 허용온도 85℃에서 부극성 임펄스를 4kV씩 상승하며 파괴까지 실험을 수행하였다. 열화온도와 기간이 가혹할수록 임펄스 파괴 전계가 낮아졌다. 보통의 절연지 두께효과는 0.5승에 비례하나 수행한 실험결과에서는 0.26승으로 나타나, 두께효과와 전기적 열화가 복합적으로 나타난 것으로 추정된다.
인장강도 측정에서 열화 시간에 따라 인장강도가 지수적으로 감소되는 것을 확인하였다. 인장강도가 초기값에 비해 50%로 저하되면 절연지가 한계수명에 도달한다는 상관성을 토대로 열화계수를 구하였으며, OF 케이블이 연속으로 최고 허용온도의 85℃로 운전되는 경우의 수명 10.4년을 산출하였다. 이러한 결과는 OF 케이블 설계수명의 1/3 정도인데, 이것은 본 실험의 경우 열화과정에서 절연유가 공기와 접촉하여 3배 정도 열화가 가속된 것으로 추정된다.
열화 시료에 대한 인장강도 측정을 통해 얻은 등가환산년수를 고려하여 임펄스 파괴 전계와 인장강도를 나타내었으며, 인장강도 측정에서 한계수명에 도달한 등가환산년수인 10.4년 일 때의 임펄스 파괴전계는 초기값에 비해 3%가 저하되는 수준으로, 절연지의 한계수명에서도 전기적 성능은 그다지 감소되지 않았다. 이에 따라 OF 케이블의 수명평가에서 전기적 열화의 영향보다 열적 열화의 영향이 주요원인으로 고려되어야 할 것으로 판단된다.

Although the design lifetime of OF cables is 30 years, their are normally operating in the period of more than three decades. It has been generally evaluated that the degradation diagnosis of OF cables is healthy. Accordingly, accelerated lifetime experiments as a study on real lifetime of OF cables were carried out in consideration of the thermal and electrical degradation.
Accelerated lifetime experiments doesn’t occurred edge effect, it took advantage of the model OF cables of the same butt gap structure. The degradation way applied aging period of 2, 4, 6, 8, 10 weeks and two electric fields condition for the electrical stress of 2.5 and 2. model OF cables going through termal degradation carried out experiments of tensile strength and impulse breakdown.
the impulse breakdown experiment carried out by destroying specimens and raising negative impulse per 4kV at 85℃ of the maximum allowable temperature of OF cables. The severer the degradation temperature and period are, the lower the impulse breakdown electric fields are. Through previous experiments on thickness effect, thickness effect of normal insulation paper was proportional to approximately (0.5) power. However, results of the experiment appeared nearly (0.26) power.
In the measurement of tensile strength, It was confirmed that tensile strength was reduced exponentially with aging time. When tensile strength reduced 50% in comparison with the initial value, a coefficient of degradation obtained on the basis of correlation whose insulation paper reached lifetime limit. in the case of operating continuously at maximum allowable temperature of 85℃ for OF cables, the lifetime derived from 10.4 years. These results are approximately one-third of the design lifetime of OF cables. In the case of these experiments in the aging process, the degradation is estimated to accelerate nearly 3 times by contact with air.
Tensile strength and the impulse breakdown electric fields appeared in consideration of equivalent operating years obtained from measurement on tensile strength for the degraded specimen. In the measurement on tensile strength, equivalent operating years reaching lifetime limit are 10.4 years. At this time, the impulse breakdown electric fields reduced 3% in comparison with the initial breakdown electric fields. In the lifetime limit of insulation paper, electrical performance did not decline well. Accordingly, it is judged that the influence of the thermal degradation rather than the electrical degradation considered as main cause in the lifetime evaluation of OF cables.

#복합열화 #OF모델 케이블 #수명

제 1 장 서 론 1
1. 연구개발의 중요성 및 필요성 1
제 2 장 OF 케이블 관련 이론 3
1. OF 케이블 구조 3
2. OF 케이블 열화 원인 6
3. 인장강도 14
제 3 장 모델 케이블 제작 및 수명 실험 방법 22
1. 전극 및 케이블 구조 전계해석 및 실험 22
2. 복합 열화 방안 31
3. 모델 OF 케이블 임펄스 파괴 실험 35
4. 모델 OF 케이블 인장강도 측정 37
제 4 장 모델 OF 케이블 실험 결과 및 수명 분석 39
1. 모델 OF 케이블 임펄스 파괴 결과 39
2. 열화에 따른 인장강도 측정 결과 42
3. 모델 OF 케이블 수명 평가 46
제 5 장 결 론 50
참고문헌 51

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