HVDC 초전도 케이블용 절연재료 PPLP의 액체질소 중 DC 스트레스로 인한 절연파괴 특성에 대한 시험적 연구

Abstract

HVDC 초전도 전력케이블은 구리 AC 케이블에 비해 수 십 분의 일 정도의 단면적으로 같은 용량의 송전이 가능하고, 송전손실이 1/80 정도이며, 설치공간도 축소되어 과밀도 대용량 전력전송이 요구되는 환경에 적합한 기술로 인식되고 있다. 아울러 기존의 초고압 직류송전 (HVDC) 시스템의 취약한 부분을 보완 할 수 있어 선재 개발 및 시스템의 상용화 기술 개발이 다각적으로 시도되고 있다. 그러나 액체질소 온도에서 DC 고전압 전기절연 기술은 아직 전 세계적으로 개발 초기단계이며, 특히 절연재료의 DC 전압 하에서 관련 특성 데이터 확보가 필요한 시점이다. PPLP (Polypropylene Laminated Paper)는 폴리프로필렌과 절연지로 구성된 복합절연지로서 테이핑에 의한 다층구조로 전력케이블의 절연체로 일반적으로 지난 30여년간 널리 적용 되어왔다. 케이블 절연층의 구조는 절연지의 테이핑에 의한 적층구조 이기 때문에 Butt-gap이 형성되고 이는 절연내력에 영향을 미치는 결함 즉 Weak Point 로 작용한다. 특히 PPLP 절연지는 액체질소 온도에서 열 수축 특성이 우수하여 AC 초전도 케이블 절연체로 안전성이 인정되어 DC 초전도 케이블 절연체로도 적용되고 있다. 그러나 절연 설계에 필수적인 두 가지 사항인 PPLP 와 Butt-gap으로 구성된 복합절연구조의 DC 전압과 액체질소 환경 속에서 절연특성 연구결과 및 복합 구조에 축적되는 공간 전하의 영향에 대한 연구 역시 보고되지 않고 있다. 이러한 점에 착안하여, 본 논문은 DC 초전도 케이블 개발에 기초 자료를 제공하기 위하여, DC 전압 인가방법을 달리하면서 액체질소 온도 하에서 3장의 PPLP를 이용하여 Butt-gap 위치를 다양하게 인위적으로 선정하여 복합 절연구조의 절연파괴 특성과 축적된 공간전하의 영향을 연구하였다.