6.6 kV AC XLPE 케이블의 가속 열화에 대한 다중 특성 아레니우스 모델 수명 평가

Abstract

XLPE(Cross-linked Polyethylene) 케이블은 내화학성, 내열성 및 전기적 특성이 우수하고 환경오염이 적어 송배전계통의 중추적 역할을 하고 있다. 포설된 XLPE 케이블의 수명이 포화 단계에 이르고 있으며 케이블 사고는 막대한 경제적 손실로 이어질 수 있다. 사고를 방지하고 전력공급의 신뢰성을 향상시키기 위해 케이블의 수명을 평가하는 연구는 지속적으로 수행 중이다. 송전급 고전압 케이블의 경우 과거 운전 이력을 기반으로 건전성과 수명을 연계한 연구가 가능하지만 배전급 저전압 케이블의 경우 운전 이력에 대한 데이터가 부재하여 노후된 저전압 케이블의 교체시기를 판단하는 연구가 필요하다. 케이블의 절연물이 열화되는 현상은 열에 의한 형태가 가장 대중적이며 열적 열화의 영향으로 XLPE의 분자 사슬 구조가 파괴되고 결정 상태가 변화된다. 이러한 열화에 의한 현상은 지속적으로 축적되어 절연물의 절연 특성을 악화시키고 누설전류 및 이온 충돌 등을 수반하게 되어 XLPE의 전기적, 화학적 및 기계적 특성이 저하된다. 따라서 케이블의 경우 온도에 의한 절연물의 성능 저하가 발생하므로 열적 열화를 통해 가속 열화 시험을 수행하여 장기신뢰성을 평가하는 연구가 필요하다. 따라서, 본 논문에서는 신품 6.6 kV AC XLPE 케이블과 구품 6.6 kV AC XLPE 케이블의 시편에 대한 가속 열화 시험을 수행하였다. 각 케이블의 시편을 열적 열화하여 기계적, 화학적 및 전기적 평가에 대해 비교 연구를 수행하였다. 신품 XLPE 케이블은 열화 과정에서 인장 강도 및 결정화도 특성이 일시적으로 향상되었지만 열화가 진행됨에 따라 특성이 저하되었다. 구품 XLPE 케이블은 열화가 진행됨에 따라 인장 강도 및 결정화도 특성이 지속적으로 감소하였다. 또한, 측정된 물리적 특성들을 기반으로 아레니우스 모델을 적용하여 XLPE 케이블의 수명을 비교 분석하였다.