장거리 송전, 대용량 전력공급, 계통의 안정도 향상을 위해서 HVDC 선로가 증가함에 따라 열화 및 절연상태를 평가할 수 있는 분석 기술의 필요성이 대두되고 있다. HVDC 케이블 시스템에서 전기적 열화의 가장 큰 요인은 절연체 내부의 공간 전하 축적이며, 이는 절연재료의 전계를 왜곡시켜, 국부적인 전계 집중을 초래하여 종국에는 절연파괴를 유발한다.
국내외 연구사례에서 DC 용 절연체 내부의 전계 분포와 관련이 있는 DC 전도특성을 이용하여 절연재료의 열화특성을 평가하고 있다. 하지만, 측정시스템의 정확도, 재현성 및 반복성을 제시하지 않아서, 열화분석 시 오차범위에 따른 전도전류 및 도전율의 신뢰성을 검증할 수 없었다. 또한 전도특성을 이용하여 절연재료의 열화분석시 전도도와 전류의 상대적인 크기만을 이용하여 절연재료의 상태를 평가하였다.
본 연구에서는 기존 연구와의 개선사항으로 반복성 개념을 적용하여 구축된 전력케이블용 DC 전도특성 측정시스템의 신뢰성을 입증하였다. 또한, HVDC 케이블의 열화 연구를 위해서 열화시스템을 설계 및 구축하였다. 연구용으로 제작된 XLPE 모델케이블을 대상으로 장기운전의 영향을 미치는 열화조건을 설정하고 가속열화를 수행하였다. 열화된 모델케이블을 대상으로 온도와 전계에 따른 전도특성을 측정하였으며, 열화를 정량적으로 분석할 수 있는 열화분석모델을 제안하였다.
열화분석모델에 적용된 상대전류, 상대전도도, 누적전류 및 정규화 기법은 기존 방식과 차별화된 새로운 접근방법으로 HVDC 전력케이블의 열화현상을 정량화하고 이를 이용한 수명 및 고장분석에 많은 기여를 할 것으로 판단된다.