[스크랩] 수트리란

수트리(water tree ) 는 낮은전압에서 수분과 전압의 복합작용으로 일어나는 트리 입니다
cable 내에 수분이 존재하면 국부적으로 고전계가 발생되는 그곳으로 응집이되어 나무모양으로 발전이 된다고하여 tree(나무) 라고 불리워 집니다.
이러한 고전계가 응집이되면 불연속적인 void 의 집합체를 말합니다
그리고 화학 트리는 전기장과 여러가지 이온들의 영향으로 발생되는 트리를 말합니다.
황화물이 전선에 존재하면 포설된 케이블의 경우 황화물이 pe 층을 투과하여 도체인동과 반응하여 황화동을 생성합니다.
송전중이나 운전중에 이러한 분자들은 외부로 나가게 되는데 역시 나무모양의 트리가 만들어 지는 형태를 보이게 됩니다.
전기트리는 높은 전압에서 부분 방전에 의하여 일어나는 트리입니다,케이블내 결격지점에서 부분방전에 의해서 부분적으로 절연파괴가 발생하여 나뭇가지 모양으로 진전되는 트리로써 더욱진행되어 vented tree 가되면 절연파괴로 진행이 됩니다.
국내에서는 현재 지중배전 전력케이블로 사용되는 22.9kv-y TR CNCV-W,FR CNCO-W 케이블의 절연체는 XLPE( Cross-linked polyethylene)를 사용하고 있으며
운전전계및 수분 침투에 의해서 수트리(water tree)가 발생하여 사고의 원인이되고 케이블 수명을 단축시키고 있습니다.
이러한 수트리 현상을 방지하기위하여 기존에 사용하던 XLPE 를 TR-XLPE (Tree Retardant Cross- linked polyethylenc)로 변경 채택하여 사용 할수있게 개발한 케이블이 수트리 억제형 케이블 (TR CNCV-W)입니다.
아울러 수트리를 억제 할수있는 방법으로는 여러가지가 있지만 일반적으로 절연체 내에는 Void 가 함유하는 물을 흡수하는 친수성기(Hydrophilic Group ) 를 가지는 첨가제를 절연재료에 첨가하는 방법과수트리 발생을 억제하기위한 첨가제로 Organometallic Compound 를 첨가하는 방법이 주로 사용이됩니다.

일반적으로 ucc 사의 TR-XLPE 콤파운드로,사용하고 첨가제는Organometallic Compound 를 첨가하는 방법을 가장 널리 사용 합니다.
또한 본인이 알고있는 BOWTIE TREE 는 전계방향으로 대칭 또는 비대칭으로발생을 하고, VENTED TREE 는 내부 반전도층에서 발생하기도하고 외부반도전층 에서도 발생합니다,
그리고 수트리가 발생하여 절연파괴를 일으키면 전기트리와 병행하며 BOWTIE TREE 도 하나의 전기 트리로 볼수있으며 절연파괴 순간에만 전기트리가 발생하지 않습니다.
그리고 수트리라 하면 고압케이블의 경우에있어서 절연열화의 일부분에 속하며 6KV 급 이하에서는 수트리가 절연사고의 대부분을 차지 한다고 보시면 됩니다.
하지만 11KV 이상급에서는 전기트리 사고도 많이 발생한다는 보고가 있습니다.
따라서 수트리는 열화보다는 전기트리를 포함하는 열화로 보시는것이 정확한 의미 입니다.

특히 절연층(일반적으로 도체와 동테이프간의 절연) 의 절연 열화 지점을 찾는것은 극히 어려운일이고 외피(방식)의 절연 불량은 무정전 탐사로 알수있지만 국내에서 경험하시는 분들은 극히 제한적으로 알고있습니다,
무정전 상태의 절연측정및 열화지점 탐지는 케이블 길이와는 관계가 거의없으나 다만 절연측정에 있어서는 진단 방법에따라 케이블의 길이와 관계가 있다는것도 첨언합니다.
진단기기에 관해서는 정전을하지 않고 활선 상태에서 고압케이블의 절연 상태를 감시하는 OLCM(On-Line Cable Monitor)가 있으며 원천 기술은일본의 스미모또 사의 제품입니다

 

 

 

CV케이블의 수트리 현상 해석
(1) 수트리현상
  폴리에틸렌과 같은 절연재료(고분자)가 장시간에 걸쳐서, 물이 공존하는 상태에서 전계에 노출되었을 때 발생하는 현상.

(2) 수트리의 종류

구      분	발생 기점	비    고
벤티드(vented) 트리	반도전층(외부,내부)	케이블수명에 영향
보우타이(bow-tie) 트리	이물,보이드

(3) 수트리의 특성
  o 수트리는 물과 전계가 존재하는 곳에서 발생한다.
  o 수트리는 절연재료 내의 오염물(이온)이나, 보이드, 또는 절연층과 반도전층 계면의 돌기 등과 같은 결함에 의해 발생한다.
  o 수트리는 비교적 낮은 전계(6kv/mm 이하)에서 발생한다.
  o 수트리는 수분이 없어지면 사라지고 수분이 있으면 다시 보인다.
  o 수트리는 전기적 트리 발생을 유도한다.
  o 수트리는 직류에서는 발생하기 어렵고 교류에서 발생하기 쉽다. 또한 고주파에서 촉진된다.
  o 수트리는 측정 가능한 부분방전 없이도 성장 가능하다.
  o 수트리 발생부는 기계적인 왜형(고분자사슬의 풀림)이 생긴다.

 

(4) 수분의 형성경로
  전력케이블의 주요 열화요인으로 알려져 있는 수트리는 절연층내로 수분이 유입되는 그 자체가 수트리의 시작이라고 할 수 있을 정도로 수분과 밀접히 관련되어 있다.
  전력케이블 내에 수분이 형성되는 경로를 살펴보면 다음과 같다.
   첫째, 전력케이블의 절연층은 반도전층 및 외피로 감싸져 있다. 일반적으로 외피는 PVC에 다량의 가소제(plasticizer)가 들어 있는데, 이들 각 성분들도 극성을 띠고 있어 수분과의 친화력이 매우 높아 수분흡수율이 좋고 또한 반도전층은 에틸렌계 고분자에 전도성 카본블랙이 들어 있는 컴파운드로서 기본수지 자체가 극성을 띠고 있으며 카본블랙 또한 흡수성이 매우 높은 충전제이므로  반도전층은 수분흡수율이 매우 높다고 할 수 있다. 따라서 전력케이블 주변에 수분이 존재하는 한 외피와 반도전층을 통하여 절연층으로 유입될 가능성이 매우 높다.
   둘째, 전력케이블은 제조공법상 가교과정이 있는데, 종래에는 스팀가교 방식을 사용하였다. 스팀가교시 약 1000ppm정도의 수분이 절연층으로 침투되는 것으로 알려져 있으나 최근에는 고압 질소가스를 이용한 건식가교 방식을 채택하고 있으므로 가교방식에 의하여 수분이 형성되는 것은 어느 정도 억제되었다고 할 수 있다.

          - 전력케이블에서의 금속성 불순물의 영향

 

(5) 폴리에틸렌(절연체)의 특성
  전력케이블의 절연체 재료인 폴리에틸렌은 질긴 플라스틱고체 성질을 지닌 것으로 사슬의 탄소수(유기화합물: 탄소와 다른원소의 화합물)는 약 1,000 ~ 3,000개로 녹는점(Tm)은 분자량에 따라 다소 의존하지만 대부분의 선형 폴리에틸렌은 140℃ 근처의 녹는 점을 가진다.
 우리회사 배전계통에 사용되고 있는 전력케이블 절연체는 가교 폴리에틸렌 (CN-CV cable)이라 하는데, 가교화(Cross-Link)란  일반적으로 고분자는 선형 고분자로 용매에 녹지만 가교 또는 망상고분자와 같이 같은 사슬들끼리 화학결합을 이루면 용매에 녹아 들어가서 팽윤(膨潤,swelling)은 하나 녹지는 않는다.
 가교되는 정도에 따라 팽윤하는 정도로 달라지는데, 가교밀도가 클수록 점점 단단해 진다. 가교화에 의해 사슬은 망상체(network)를 만들게 되고 이렇게된 물질은 가열에 의해 흐르지 않기 때문에 열경화성(熱硬化性)수지라고 부른다.  

출처 : 주니의 삶......

글쓴이 : 천우신조 원글보기

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