부하주기 조건을 고려한 HVDC XLPE 케이블 접속함 내 전기적/기계적 특성 분석

Abstract

HVDC 압출 케이블 시스템이 발전함에 따라 안전하고 내구성 있는 케이블 접속함의 개발이 요구된다. 접속함의 내부 구조는 서로 다른 절연재료로 이루어진 이종계면으로 구성되어 전계의 왜곡과 국부적인 집중이 발생할 수 있다. 또한, 접속함의 내부 온도분포는 부하 조건이나 설치 환경에 따라 다른 양상을 보여주며, 재료의 기계적 특성 변화로 이어져 계면 압력의 증가 혹은 손실이 발생할 수 있다. 압력 손실로 인해 형성되는 미세 공극은 부분 방전 및 트리를 유발하여 케이블 시스템의 수명 단축 및 고장으로 이어질 수 있다. 따라서 다양한 과도상태를 고려하여 케이블 접속함의 전기적, 기계적 특성을 연구할 필요가 있다. 그러나 실규모의 접속함에 대해 실험적으로 분석하기에는 한계가 있다. 따라서, 본 논문에서는 절연재료의 전기적 도전율에 기반한 전계해석 모델과 탄성 이론에 기반한 기계적 해석 모델을 사용하여 중간 접속함에 대한 전계 및 기계적 응력을 분석하였다. CIGRE TB 496의 케이블 부하주기 시험 절차에 따라 온도조건을 설정하였고, 시간에 따른 전계 및 기계적 응력을 분석하였다. 시뮬레이션 결과, 가열주기와 냉각주기에 따라 이종계면의 전계와 압력분포가 지속적으로 변화함을 확인하였다. 특히, 냉각주기 동안 도체 측의 계면에서 전계 강도는 증가하는 반면 계면 압력은 감소하였다. 결론적으로, 온도 변동으로 인한 압력 손실이 발생하더라고 계면에서의 절연내력이 저하되지 않도록 충분한 초기압력을 확보하는 것이 중요할 것으로 사료된다.