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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 황보승
- 발행연도
- 2020
- 저작권
- 호남대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수2
이 논문의 연구 히스토리 (7)
2021
2020
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최근 고전압 직류 송전에 대한 사회적, 경제적 이슈가 증가함에 따라서 HVDC(High Voltage Direct Current transmission system, 초고압직류송전) 케이블의 절연재료인 XLPE에 대한 전기전도, 절연파괴, 유전 특성 등의 고분자 재료의 전기적 특성 연구와 고분자 절연재료 PE의 고전계 전기전도와 절연파괴에 관한 많은 실험 및 이론적 연구가 수행되고 있다.
일반적으로 고분자 절연재료는 주로 고전압 송전 시 사용되는 케이블에 특성상 고전계에서 사용됨에 따라서 고분자 내에서 형성되었거나 형성되고 있는 공간전하(Space Charge)에 의한 영향도 고분자 절연재료의 절연특성에 영향을 주어 열화의 원이 되고 있음은 많은 연구를 통해서 알려져 있다.
특히 장거리 전력 전송 시 HVDC 케이블에서 공간전하의 축적(Space Charge Accumulation) 현상은 케이블 절연체의 열화특성에 큰 영향을 미치는 요인 중 하나이다. 공간전하의 축적은 전극과 절연체 계면전계 및 내부전계를 왜곡시켜 전기전도 특성을 변화시키고 전계의 변화와 국부적 고전계를 유발하여 케이블의 열화와 절연특성 및 절연재의 파괴강도에 영향을 미치는 것으로 보고되고 있다.
따라서, 공간전하가 케이블 절연재료의 전기전도 및 전기절연 특성에 미치는 영향에 대한 연구 및 규명은 절연재료에 따른 공간전하 축적에 대한 특성 평가와 이에 따른 케이블의 절연파괴 특성을 향상시키는데 뿐만 아니라, 향후 전력수요의 증가와 함께 필연적으로 발생하는 HVDC 송전선의 초 고압화를 위한 절연체 두께의 설계 및 신(新) 절연물질의 개발과 고(高) 신뢰도의 절연설계 및 공간전하 특성 평가를 가능하게 하는 중요한 요소이다.
신뢰성 있는 공간전하밀도의 측정이 HVDC 케이블에서 요구되고 있으며 HVDC 케이블에서 공간전하 밀도 분포에 대한 평가를 권장하고 있고 국제적으로 이를 규격화하려는 움직임이 점차 진행되고 있으며 이에 따른 공간전하 측정 방법에 대한 연구를 수행하여 발전시키는 것은 HVDC 케이블 산업 발전에 중요한 사안이라고 생각된다.
특히 중국과 유럽, 일본에서 장거리 고압 송전의 수요 및 지중화 이슈가 증대되고, 이른바 “슈퍼 그리드(Super Grid)"라고 불리는 전력망 구축 사업으로 인한 지역 간, 국가 간, 대륙 간 장거리 전력망 구축이 가시화 및 실용화되면서 면서 HVDC 케이블에서의 공간전하 측정에 대한 많은 연구가 진행되고 있다.
본 연구에서는 공간전하 밀도 분포에 대한 측정방법 중에서도 비파괴적 방법으로 현재 가장 보편적으로 이용되는 PEA (Pulsed Electro-Acoustic method, 펄스정전응력법)법을 이용하여 공간전하 밀도 분포를 측정하였다. 또한, 본 연구에서는 유도가열(Induction Heating) 장치를 설계 및 제작하여 공간전하측정을 위한 모델케이블에 유도가열장치를 통한 최대 섭씨 90도의 온도를 케이블에 유도하여 공간전하를 측정하는 방법에 대해서 최초로 시도하였다.
실제 HVDC 케이블의 전력 송전 운전 시 발생되는 고온현상을 동일하게 구성하여 HVDC 케이블의 공간전하 측정 및 특성을 연구하였다.
향 후 HVDC 케이블의 유도 가열 방법을 이용한 공간전하 측정에 대한 본 연구 성과를 통해서 온도 변화에 따른 절연재에서의 공간전하의 거동 특성 연구 및 측정 시스템의 개발을 위한 효율적인 연구 방법이 될 것으로 사료된다.
일반적으로 고분자 절연재료는 주로 고전압 송전 시 사용되는 케이블에 특성상 고전계에서 사용됨에 따라서 고분자 내에서 형성되었거나 형성되고 있는 공간전하(Space Charge)에 의한 영향도 고분자 절연재료의 절연특성에 영향을 주어 열화의 원이 되고 있음은 많은 연구를 통해서 알려져 있다.
특히 장거리 전력 전송 시 HVDC 케이블에서 공간전하의 축적(Space Charge Accumulation) 현상은 케이블 절연체의 열화특성에 큰 영향을 미치는 요인 중 하나이다. 공간전하의 축적은 전극과 절연체 계면전계 및 내부전계를 왜곡시켜 전기전도 특성을 변화시키고 전계의 변화와 국부적 고전계를 유발하여 케이블의 열화와 절연특성 및 절연재의 파괴강도에 영향을 미치는 것으로 보고되고 있다.
따라서, 공간전하가 케이블 절연재료의 전기전도 및 전기절연 특성에 미치는 영향에 대한 연구 및 규명은 절연재료에 따른 공간전하 축적에 대한 특성 평가와 이에 따른 케이블의 절연파괴 특성을 향상시키는데 뿐만 아니라, 향후 전력수요의 증가와 함께 필연적으로 발생하는 HVDC 송전선의 초 고압화를 위한 절연체 두께의 설계 및 신(新) 절연물질의 개발과 고(高) 신뢰도의 절연설계 및 공간전하 특성 평가를 가능하게 하는 중요한 요소이다.
신뢰성 있는 공간전하밀도의 측정이 HVDC 케이블에서 요구되고 있으며 HVDC 케이블에서 공간전하 밀도 분포에 대한 평가를 권장하고 있고 국제적으로 이를 규격화하려는 움직임이 점차 진행되고 있으며 이에 따른 공간전하 측정 방법에 대한 연구를 수행하여 발전시키는 것은 HVDC 케이블 산업 발전에 중요한 사안이라고 생각된다.
특히 중국과 유럽, 일본에서 장거리 고압 송전의 수요 및 지중화 이슈가 증대되고, 이른바 “슈퍼 그리드(Super Grid)"라고 불리는 전력망 구축 사업으로 인한 지역 간, 국가 간, 대륙 간 장거리 전력망 구축이 가시화 및 실용화되면서 면서 HVDC 케이블에서의 공간전하 측정에 대한 많은 연구가 진행되고 있다.
본 연구에서는 공간전하 밀도 분포에 대한 측정방법 중에서도 비파괴적 방법으로 현재 가장 보편적으로 이용되는 PEA (Pulsed Electro-Acoustic method, 펄스정전응력법)법을 이용하여 공간전하 밀도 분포를 측정하였다. 또한, 본 연구에서는 유도가열(Induction Heating) 장치를 설계 및 제작하여 공간전하측정을 위한 모델케이블에 유도가열장치를 통한 최대 섭씨 90도의 온도를 케이블에 유도하여 공간전하를 측정하는 방법에 대해서 최초로 시도하였다.
실제 HVDC 케이블의 전력 송전 운전 시 발생되는 고온현상을 동일하게 구성하여 HVDC 케이블의 공간전하 측정 및 특성을 연구하였다.
향 후 HVDC 케이블의 유도 가열 방법을 이용한 공간전하 측정에 대한 본 연구 성과를 통해서 온도 변화에 따른 절연재에서의 공간전하의 거동 특성 연구 및 측정 시스템의 개발을 위한 효율적인 연구 방법이 될 것으로 사료된다.
목차
제 1 장. 서 론 11.1. 연구 배경 및 필요성 11.2. 연구 목적 및 내용 4제 2 장. 본 론 7제 1 절. 고분자 절연재료의 재질적 특성과 전기전도의 이론적 고찰 72.1-1. 고분자 절연재료의 재질적 특성 72.1-2. 고분자 절연재료의 전기전도 이론 16제 2 절. 펄스정전응력법(Pulsed Electro-Acoustic Method) 252.2-1. 고분자 절연재료에서의 공간전하 측정 법 252.2-2. 펄스정전응력법(PEA)개요 302.2-3. PEA법에 의한 공간전하분포의 측정 원리 33제 3 절. 펄스 발생장치 제작 472.3-1. 고전압 단 펄스 발생 회로 및 발생 원리 472.3-2. 반도체 스위치를 이용한 펄스발생장치 제작 52제 4 절. 모델 케이블의 공간전하측정 시스템 제작 592.4-1. HVDC 모델 케이블의 공간전하분포 측정 셀 제작 592.4-2. 공간전하분포 측정 자동화 시스템 65제 5 절. 유도가열을 이용한 케이블 가열 장치의 제작 682.5-1. 유도가열 장치 원리 고찰 682.5-2. 유도가열 장치의 제작 76제 6 절. 신호 보정 (Calibration) 802.6-1. 출력신호의 보정 방법 802.6-2. Deconvolution 원리 83제 3 장. 결 론 943.1. HVDC 모델 케이블에서의 공간전하분포 측정 결과 943.2. 온도변화에 따른 케이블의 공간전하분포 측정 결과 97참 고 문 헌 100ABSTRACT 107감사의 글 110
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