 케이블 산업의 신기술 및 동향 ④
직류 CV 케이블용 부품 개발
장거리 송전 선로에 초고압 직류(HVDC) 시스템이 적용되는 가운데 이에 사용되어 지는 CV 케이블 부품의 중요성도 증가하고 있다. ㈜비스카스에서는 직류 CV 케이블에 프리몰드 부품을 사용함으로써 기존 부품에 비해 시공 기간 단축 등의 효과를 기대했으며 실험을 통해 프리몰드 부품이 HVDC 시스템에 신뢰성을 가질 수 있음을 확인했다.
번역·정리 전화영 객원기자 글 ㈜비스카스 사카이 야스히로(酒井康裕)
참조 《전기평론》제96권 3호
세계적으로 장거리 송전 선로에 초고압 직류(HVDC) 시스템 적용 및 관련 계획 프로젝트를 많이 공표하는 가운데, 최근 동향을 살펴보면 유압 보상이나 그 유지 보수가 필요 없는 CV 케이블을 도입하는 사례가 눈에 띈다.
㈜비스카스에서도 직류 CV 케이블 개발을 진행해 왔는데, 부품으로 중간 접속부에는 CV 케이블과 같은 절연 재료를 사용한 테이프식 몰드 조인트를, 종단 접속부에는 유침지와 오일을 이용한 절연 구성을 썼다. 그러나 실제 선로의 현장 적용을 상정하면, 시공 시간을 단축하고 숙련도(유침지 감기 등)를 요하지 않는 공법을 채용하고 싶어 하는 요구가 상당히 많아 프리몰드 부품 적용을 검토했다. 이에 그 시험 결과를 보고한다.
직류 기초 특성
직류 재료를 선정할 때, 직류 특유의 물성 평가를 빼놓을 수 없다. 여기서는 부품의 절연체 내 전계 분포를 아는 데 중요한 직류 저항 측정, 그리고 공간 전하의 거동과 전계에 미치는 영향에 대해 평가 결과를 제시한다.
절연 저항 측정｜직류 전압 인가 시 전계 분포는 각부의 절연 저항(ρ)에 의해 결정된다. 그러나 이 절연 저항은 전계(E)와 온도(T)에 의존하며, 요구 전압(형식 시험이나 개발 시험, 나아가서는 운전 전압)에 맞춰 전계를 제어하는 전극이나 절연체 형상에 따라 전계는 바뀐다.
그리하여 프리몰드 부품에 사용하는 주 절연 재료에서 ρ-E-T의 특성을 조사했다. 시료 샘플은 두 종류(EPR·에폭시)로 했다. <그림 1>은 온도 특성을 나타낸 것이다.
 공간전하측정｜직류 전계 하에서 절연체 내부나 이종 절연 계면에 공간 전하가 축적된다. 이 축적으로 전계 변형이 생긴다. 즉, 변형이 뚜렷이 나타나는 재료는 국부적 전계 집중이 일어나기에 직류 절연 재료로 적합하지 않다.
프리몰드 부품의 절연 재료 단체單體에서 공간 전하 초기 특성의 일례를 나타낸 것이 <그림2, 3>이다. 시료는 EPR 플랫 시트이며, 절연 두께 방향의 전하 주입 경향을 조사하고자 절연 두께를 0.4㎜(약 10㎸/㎜)와 1.0㎜(약 8㎸/㎜) 두 종류로 했다.
과전課電 조건은 음극→양극(각 11h), 측정 온도는 70℃다. <그림 2>는 0.4㎜에서 측정한 결과이고, <그림 3>은 두 종류의 절연 두께에서 보이는 전계 분포의 차이다. 가로축 절연 두께는 규격화해 경향을 살폈다.
<그림 2-(a)>의 전하 분포에서 절연체 내에 (+) 전하의 축적을 확인할 수 있으며, 전하 거동은 안정적이다. 또한, 고압 측에 헤테로 전하의 축적도 약간 보이며, 그 영향으로 <그림 2-(b)>의 전계 분포에서 고압 측에서 전계 완화가 보인다. 전계 증가율(평등 전계에 대한 증가 비율)은 1.2배 정도로 안정적이다.
<그림 3>에서 양 시료 모두 전계 분포는 고압 측에서 전계 완화, 접지 측에서 전계의 최댓값이 보인다. 전계 증폭률도 양쪽 모두 1.2배 이하 정도로 안정적이어서 두께에 따른 특성 차이는 거의 보이지 않는다.
프리몰드 부품 전기 성능 평가 시험
프리몰드 부품 DC 초기 성능 평가 시험｜직류 CV 케이블(절연 두께 9㎜)을 이용해 성능 평가를 시험했다. 평가 샘플에서는 에폭시와 EPR, 그리고 계면 성능을 확인할 수 있는 프리패브식 중간 접속부(PJ)와 기중 종단 접속함(EB-A)을 사용했다. 과전 전압은 Uo=300㎸급을 고려한 전압으로 했으며, 목표로 하는 성능을 통과해 다시금 높은 성능을 확인했다. <표1>은 시험 항목을 나타낸 것이다.
 DC 프리몰드 부품의 과통전 성능 평가｜고무꽂이형(스프링 없음) GIS 단말과 고무 블록을 채용한 중간 접속부(RBJ)를 사용해 Cigre TB-219에 준거한 Uo=200㎸(LCC 대응)로 케이블 도체 온도 90℃의 타입 테스트 과통전 시험을 했으며, 문제없이 합격했다. <표2>는 케이블 사양과 시험 항목을 나타낸 것이다.
*
프리몰드 부품의 절연 재료에서 절연 저항 측정(온도·전계 의존성)·공간 전하 특성을 조사해 우수한 특징이 있음을 확인했다. 또한, 이들 구성 재료를 사용한 부품의 초기·장기 전기 성능 평가 시험을 실시해 양호한 결과를 얻었다. 이상의 시험을 통해 프리몰드 부품이 HVDC 시스템에 적용할 만한 충분한 신뢰성과 특성을 가지고 있음을 확인했으며, DC 선로 응용이 기대된다.
<Energy News>
|
|
장바구니
주문내역
: 
