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표제지

목차

List of Terms and Abbreviations 9

Abstract 11

I. 서론 13

II. 연구배경 16

2-1. 지중 전력케이블의 개발 역사 16

2-1-1. 지절연(paper insulated) 케이블 16

2-1-2. 사출형 케이블 17

2-2. 국내 지중 전력케이블의 설치 및 고장현황 20

2-2-1. 지중송전선로 20

2-2-2. 22 kV 지중선로 21

2-2-3. 지중배전선로 22

2-2-4. 한전의 지중배전선로 설치현황 및 고장현황 24

2-3. 와이블 분포함수 25

2-3-1. 와이블 분포함수 25

2-3-2. 와이블 분포함수의 이론 31

III. 열화진단기술 33

3-1. 전력케이블의 고장원인 33

3-1-1. 수트리(water tree) 35

3-1-2. 국부결함 40

3-2. 지중 전력케이블의 열화진단기술 43

3-2-1. 수트리 43

3-2-2. 국부결함 51

3-3. 국내의 수트리 열화진단기술 53

3-3-1. IRC 측정법 53

3-3-2. VLF tanδ 진단기술의 적용 56

3-4. VLF tanδ 열화판정기준 이력 58

3-4-1. IEEE의 2001년 판정기준 58

3-4-2. IEEE의 2012년 판정기준(안) 60

3-4-3. 한전 전력연구원의 2009년 판정기준 63

IV. 결과 및 고찰 67

4-1. 분석방법 67

4-2. 한전 측정데이터(2011년)의 분석 68

4-3. 2-D UCD Matrix 판정기준 제안 86

4-4. 2-D 판정기준의 재현성 92

V. 결론 97

참고문헌 98

초록 108

표목차

표 3-1. VLF tanδ 판정기준 59

표 3-2. VLF tanδ 판정기준(안) 61

표 3-3. VLF tanδ 판정기준 65

표 3-4. AC파괴전압에 대한 케이블 열화상태 판단기준 65

표 4-1. UCD Matrix에 의한 VLF tanδ 판정기준 79

표 4-2. 판정등급별 형상파라미터 및 척도파라미터 85

표 4-3. 열화판정 요소의 누적확률분포 87

표 4-4. UCD Matrix VLF tanδ 판정기준 확장 87

표 4-5. 2-D UCD Matrix 판정기준의 개념 및 조합 88

그림목차

그림. 2-1. 한전의 지중배전케이블 규격 운영 23

그림. 2-2. 한전의 지중배전케이블 설치 및 고장 추이 24

그림. 2-3. 와이블 분포의 확률밀도함수 29

그림. 2-4. 와이블 분포의 신뢰도함수 29

그림. 2-5. 와이블 분포의 고장률 30

그림. 3-1. 시간에 따른 고장률의 "욕조" 곡선 34

그림. 3-2. XLPE 절연 케이블의 수트리 35

그림. 3-3. 10 kV급 XLPE 케이블의 벤티드 트리 37

그림. 3-4. 절연체 계면으로부터 벤티드 트리 성장 38

그림. 3-5. 10 kV급 XLPE 케이블의 보우타이 트리 38

그림. 3-6. 수트리에 의한 절연파괴 39

그림. 3-7. 절연파괴 고장점 주변에서 발견된 전기트리 41

그림. 3-8. XLPE 절연체 결함의 종류 42

그림. 3-9. 케이블의 등가회로와 tanδ의 정의 44

그림. 3-10. 전압, 전류파형의 위상차 45

그림. 3-11. 주파수에 따른 tanδ의 변화 46

그림. 3-12. 0.1 Hz에서 전압에 따른 tanδ의 변화 47

그림. 3-13. 벤티드 트리 길이에 따른 AC breakdown voltage 48

그림. 3-14. 벤티드 트리 길이에 따른 VLF tanδ 48

그림. 3-15. 벤티드 트리 밀도에 따른 AC breakdown voltage 49

그림. 3-16. 벤티드 트리 밀도에 따른 VLF tanδ 49

그림. 3-17. 수트리 길이에 따른 절연파괴전계 50

그림. 3-18. PD 측정시스템의 기본회로 52

그림. 3-19. VLF PD pulse 측정 예 52

그림. 3-20. IRC 측정 회로도 55

그림. 3-21. IRC 측정결과 그래프 55

그림. 3-22. VLF tanδ 및 PD 측정 57

그림. 3-23. 1996년 IEEE/ICC Fall Meeting에서 제안된 판정기준 59

그림. 3-24. Uo에서 측정된 케이블 종류별 tanδ값의 누적분포 61

그림. 3-25. 각 판정 레벨에 포함된 비율 62

그림. 3-26. 수트리 길이와 AC 파괴전압의 상관성 66

그림. 3-27. 수트리 길이와 VLF tanδ의 상관성 66

그림. 4-1. Uo에서 VLF tanδ 측정치의 누적 분포 68

그림. 4-2. VLF DTD(1.5Uo-0.5Uo)의 누적 분포 69

그림. 4-3. 불량 판정된 VLF tanδ의 누적 분포 70

그림. 4-4. 불량 판정된 VLF DTD의 누적분포 70

그림. 4-5. 각 전압레벨에서 VLF TD 측정치의 예 72

그림. 4-6. 표본의 0.5Uo TD 누적분포와 고장사례 73

그림. 4-7. 표본의 1.0Uo TD 누적분포와 고장사례 74

그림. 4-8. 표본의 1.5Uo TD 누적분포와 고장사례 74

그림. 4-9. 표본의 DTD 누적분포와 고장사례 75

그림. 4-10. 표본의 1.0Uo STDEV 누적분포와 고장사례 76

그림. 4-11. 표본의 1.0Uo MaxDev 누적분포와 고장사례 76

그림. 4-12. 표본의 1.5Uo STDEV 누적분포와 고장사례 77

그림. 4-13. 표본의 1.5Uo MaxDev 누적분포와 고장사례 77

그림. 4-14. 불량 판정된 VLF tanδ 분포 기준치의 세분화 78

그림. 4-15. 0.5Uo에서 측정한 VLF TD의 와이블 분포 80

그림. 4-16. TD(0.5Uo)의 판정등급별 와이블 분포 80

그림. 4-17. 1.0Uo에서 측정한 VLF TD의 와이블 분포 81

그림. 4-18. TD(1.0Uo)의 판정등급별 와이블 분포 82

그림. 4-19. 1.5Uo에서 측정한 VLF TD의 와이블 분포 82

그림. 4-20. TD(1.5Uo)의 판정등급별 와이블 분포 83

그림. 4-21. 1.5Uo 및 0.5Uo에서 측정한 VLF TD 편차의 와이블 분포 84

그림. 4-22. TD(1.5Uo-0.5Uo)의 판정등급별 와이블 분포 84

그림. 4-23. 판정등급별 형상파라미터 85

그림. 4-24. 2-D Matrix VLF tanδ 방식의 진단 90

그림. 4-25. 2-D Matrix VLF tanδ 방식의 진단 91

그림. 4-26. F 등급의 재현성 분석 92

그림. 4-27. E 등급의 재현성 분석 93

그림. 4-28. D 등급의 재현성 분석 94

그림. 4-29. C 등급의 재현성 분석 95

그림. 4-30. B 등급의 재현성 분석 96

그림. 4-31. A 등급의 재현성 분석 96

초록보기

 전력수요의 증가와 환경개선의 요구로 우리나라는 1980년대 이후 전력케이블의 사용이 지속적으로 증가하고 있다. 1980년대부터 사용된 전력케이블은 사용기간이 30년을 경과하여, 그 수명 도달에 의한 전력케이블의 열화고장이 증가될 것으로 예상되고 있다.

전력케이블의 주요 고장원인의 하나는 수트리에 의한 열화 고장이다. 따라서 이를 예방하기 위한 VLF tanδ 진단기술이 개발되었고, 이 진단기술을 이용한 판정기준이 수립되어 이용되고 있다. 그러나 이 진단기술은 고장의 예방과 케이블 교체비용의 문제로부터 보다 정밀한 판정기준이 필요하게 되었고, 이를 개선하기 위한 연구가 지속되고 있다.

본 연구는 한전에서 1년간 측정된 VLF tanδ 데이터와 일부 고장데이터를 와이블 분포로 분석한 다음, 새로운 판정기준을 제안하고자 하는 것이다.

2009년에 발표된 한전의 판정기준에서 불량판정 영역을 4개 영역으로 세분화 하였고, 고장임박 조건에 표준편차와 최대편차를 도입한 다음, 판정기준을 정량화하였다. 평균치와 표준편차 및 최대편차를 2차원적으로 조합하여 판정기준을 새롭게 제안한 다음, 제안된 방법으로 고장임박 케이블을 검출하고, 그 재현성을 조사하였다.

본 연구에서 제안된 열화상태 판정 방법의 재현성이 매우 높게 나타나, 제안한 2차원 판정기준을 케이블의 열화상태 판정에 적용할 경우 2009년의 한전 판정기준에 비하여 케이블 열화상태 판정에 대한 신뢰성 향상과 교체비용의 감소에 크게 기여할 것으로 기대된다.

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