저압 VCT 케이블에 대한 열화 특성 및 수명 분석. : Aging Characteristics and Lifetime Analysis for Low-Voltage VCT Cables :

윤지섭

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자료유형: 학위논문

저자정보: 윤지섭 (대진대학교, 대진대학교 대학원)

지도교수: 김정태

발행연도: 2016

저작권: 대진대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수2

이 논문의 연구 히스토리 (2)

2016

저압 VCT 케이블에 대한 열화 특성 및 수명 분석. : Aging Characteristics and Lifetime Analysis for Low-Voltage VCT Cables

윤지섭 전기공 2016.01 학위논문

2015

가속열화를 이용한 VCT 케이블의 수명추정에 관한 연구

윤지섭 , 김우빈 , 윤성호 외 1명 대한전기학회 학술대회 논문집 2015.11 학술대회자료

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본 논문에서는 산업현장에서 사용되고 있는 이동용 전기기계·기구에 사용하는 케이블의 열화 및 수명 특성을 분석하기 위해, 실제 산업현장에서 유연성은 다소 떨어지지만 가격이 저렴하여 널리 사용되는 VCT 케이블에 대해 열 열화와 기계적 스트레스 및 전기적 파괴실험을 통해 열화 평가 및 수명 분석을 수행하였다.
수명 분석을 위한 방법으로 수명의 기준이 되는 열 열화를 기본으로 하여 3 가지의 가속열화온도를 설정하고 열화를 수행하였으며, 기계적 열화를 고려한 기계적 스트레스 인가 및 열화 평가를 위해 전기적 시험방법을 적용하였다.
실험 결과, 일정 열화온도에서 열화된 시료의 연신율은 시간에 지수함수적으로 저하함을 확인하였다. 이에 대해 아레니우스 관계를 이용하여 온도별 가속열화 배수를 산출하였다. 열화 시료에 대해 저온 구부림 및 저온 충격시험 후 AC 파괴전압의 Weibull 통계분석을 통해 연신율과 파괴전압은 비례관계에 있으며 척도모수 19 kV가 한계 값으로 도출되었다.
가속열화배수를 이용하여 VCT 케이블 허용온도 70 ℃로 연속 운전할 때의 등가환산 사용년수를 적용한 결과, 연신율 150 %에 상응하는 수명은 열적 열화만 적용할 경우 9.1년이 도출되었다. 또한, AC 파괴전압 Weibull 척도모수 19 kV에 상응하는 수명은 열적 열화뿐만 아니라 기계적 스트레스 및 전기적 평가가 고려되어 3.3년의 수명이 도출되었다. 이러한 차이점은 기계적 스트레스의 적용에 의해 나타남을 확인할 수 있었다.
이상과 같은 결과를 통해, VCT 케이블에 대해 열 열화를 바탕으로 기계적 스트레스를 고려한 전기적 파괴실험을 통해 한계수명을 판단하는 본 연구에서 제안하는 방안이 적절함을 알 수 있었다. 향후 이와 같은 열·기계·전기적 열화에 대한 분석방법을 활용한다면, 다른 저압전선에 대한 수명평가 분석 기법으로 확대 적용이 가능할 것으로 보인다.

In this study, in order to analyze degradation and lifetime characteristics of cables used for portable electric machines in industrial fields, degradation assessment and lifetime analysis were carried out through experiments including accelerated thermal degradation, mechanical stress and electrical breakdown for VCT cables widely used for its cheapness in spite of less flexible compared with other cap-type cables.
On the basis of thermal degradation commonly adopted as the lifetime analytic method, accelerated thermal aging was carried out with three different temperatures. In order to evaluate the degradation including mechanical damages, electrical breakdown experiment was performed after applying mechanical stresses.
As a result, it is confirmed that elongation rates of thermally degraded specimens at consistent aging temperature decreased exponentially with aging time and accelerated aging multiple factors with temperatures could be calculated using Arrhenius relationship. Throughout the Weibull statistical analysis in the AC breakdown experiments after applying low-temperature bending and impact tests as mechanical stresses for degraded specimen, it is deduced that elongation rates and breakdown voltages were nearly proportional and 19kV of the scale parameter in Weibull analysis was shown as the limit value of performance.
From the analysis of equivalent operating years using accelerated aging multiple factors under the consideration of operating continuously at 70℃ of maximum permissible temperature for VCT cables, it was calculated that the lifetime corresponding to elongation rates of 150% was 9.1 years in the case of applying thermal degradation only. However, lifetime corresponding to 19kV of the AC breakdown voltage was calculated with 3.3 years, which resulted from mechanical stress as well as thermal degradation.
Through the above results, it is concluded that the proposed lifetime evaluation method combined with thermal aging, mechanical stress and electrical breakdown in this study can be suitable for the VCT cables. Furthermore, it seems to be possible to apply and expand the proposed method to the lifetime assessment for other low voltage wires and cables.

#저압 VCT 케이블 #열화 #열화특성 #수명

제 1 장 서 론 1
1. 연구의 필요성 1
제 2 장 관련 이론 3
1. 캡타이어 케이블 3
2. PVC 특성 6
3. 가속열화 수명평가 방법 8
4. VCT 케이블의 열화 요인 및 가속열화방안 검토 13
5. 열화에 따른 연신율 특성 14
제 3 장 실험 방법 16
1. 가속열화 조건 검토 16
2. 가속열화 실험 방법 18
3. 기계적 스트레스 인가 방법 20
4. 전기적 및 물리적 평가 방법 21
제 4 장 VCT 케이블에 대한 열화 특성 및 수명 분석 23
1. AC 절연파괴 결과 및 분석 23
2. 연신율을 이용한 수명 분석 32
3. 열화 특성 및 수명 종합분석 36
제 5 장 결 론 42
참고문헌 44
Abstract 46

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