유한요소해석 기법을 이용한 송전용 DC 애자의 오염에 따른 전계특성 및 누설전류 분석 연구

Abstract

세계적으로 전력수요 급증과 초고압 송전이 요구됨에 따라 HVDC(High Voltage Direct Current) 기술이 21세기 핵심 송전 기술로 주목받고 있다. 최근 국가 전력망 및 신재생 에너지 연계 등으로 시장 규모가 커지고 있으며, 관련 전력기기 개발 연구도 활발히 진행되고 있다. 송전선로를 구성하는 애자는 철탑과 전선을 기계적으로 고정시키고 전기적으로 절연 역할을 하는 전력기기이다. 송전선로는 옥외에 설치되는 특성상 송전선로를 구성하는 전력기기 표면은 지역에 따라 염분이나, 공장단지의 먼지같은 오염물질과 비나 얼음 등 환경에 의해 오손이 되기 쉽다. 애자 표면에 오염물질이 흡착하게 되면 절연성능이 저하되며, 이는 큰 복구 비용이 요구되는 정전 사태나 누설전류로 인한 절연사고가 일어나 막대한 경제적 손실로 이어질 수 있다. 따라서 안전하고 신뢰성 있는 운영을 위해서는 애자의 오손을 고려한 절연성능을 분석하는 연구가 반드시 필요하다. 애자의 오손에 의한 절연사고를 방지하고 신뢰성을 향상시키기 위하여 절연평가와 자산관리 등 다양한 방법들이 연구되고 있다. 대표적인 오손 관리방법인 세정(washing)은 많은 비용과 긴 시간이 요구되는 단점이 있기 때문에 오손등급에 따른 알맞은 절연성능 평가와 세정시기를 판단하는 연구가 필요하다. 따라서, 본 논문에서는 다양한 종류의 송전선로 DC 애자에 대하여 오손을 고려한 전계해석 기반 시뮬레이션을 통해 전계특성 및 누설전류 분석을 수행하였다. 또한, 인공오손 시험을 통해 애자를 오염등급별로 오염시키고 전기적 평가를 수행하였다. 측정한 전기적 특성을 기반으로 애자 표면에 오염층을 여러 형태와 두께로 모델링하고 시뮬레이션을 통해 AC/DC 전압에서의 전계특성과 누설전류를 분석하였다. 전압과 오염형태에 따라 전계집중 위치와 전계 특성이 상이하며 다르게 나타나는 것을 확인하였다. 또한, 오염층 두께에 따른 전계특성과 오염형태와 삼중점 유무에 따른 누설전류 특성도 비교 분석하였다.