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전력공학 (중간,기말)

1. 교류 송전과 직류 송전의 특징을 기술하기오.교류송전 특징-자유로운 승압, 강압 (합리적, 경제적 운용위해 전압을 사용하기 편리한 값으로의 변화)-고효율의 회전기기(구조가 간단하고 효율이 높음, 회전자계 쉽게 얻을 수 있음)-일관된 운용(대부분 교류방식, 교류방식의 통일로 합리적, 경제적 운용)직류 송전 특징-낮은 절연계급(교류전압의 최고보다 만큼 낮아 절연 용이 애자 개수, 전서의 소요량 줄일 수 있음, 유전손이 없음 )-높은 송전효율 (송전효율이 좋음, 교류와 같이 표피현사 없음, 역율이 항상 1이므로 송전 효율 좋음)-안정도 향상2. 직류2선식과 각종 교류방식을 다음의 조건에서 비교 하시오.(1)전력손실이 동일한 조건에서 전류, 저항, 전선 단면적, 전성 총중량-전류비 ,-저항비-전선 단면적비 , =-전선의 총 중량비 ,3. 공칭전압과 최고전압에 대하여 설명하시오공칭전압: 전선로를 대표하는 선간전압(이 전압으로 계통의 송전 전압을 나타냄초고전압: 전선로에 발생하는 최고 선간전압의 값(기기 설계시 염해대책, 1선지락 고장에 따르는 내부 이상전압, 코로나 장해, 정전유도 등을 고려할깨 표준이 되는 전압)4. 가공전선의 구비조건을 기술하기오.도전율이 클 것, 기계적 강도가 클 것, 내구성이 클 것, 가요성이 좋을 것, 비중이 작을 것,가격이 저렴할 것5. 가공전선로에서 복도체를 사용하는 이유를 기술하시오.코로나 잡음방지,유효 단면적의 증가 로 코로나 개시전압 높아짐동일 단면적의 단도체 보다 인덕턴스 감소, 정전용량 증가송전 용량 증대6. 애자의 구비조건을 기술하시오.절연내력눈비 안개 시 전기적 표면 저항 유지능력, 작은 누설전류정격 송전 전압에서 코로나 방전 없을 것아크, 코로나 발생시 소손 및 외력에 견디는 충분한 기계적 강도저렴한 가격7. 현수애자 시험법을 간략히 설명하시오.건조 섬락시험 : 80, 주수 섬락시험:50 , 유중 섬락시험: 140 ,충격 섬락시험: 이상전압8.초호환과 초호각을 설명하시오.전선에 대한 정전용량을 증가 시켜 전압 분포 개선 선 분류하고 간략히 설명 하시오.지절연 케이블솔리드케이블:벨트지 케이블, H지 케이블, SL지 케이블압력형케이블: 저가스압케이블 ,OF케이블, POF케이블, 플랫케이블고무 플라스틱케이블CV케이블, EV 케이블, BN케이블11.관로 기중케입르을 간략히 설명 하시오.구조도체:파이프(알루미늄 , 동), 금속시이스: 에폭시수지 절연스페이서 , SF6충만(무색무취)특징가공선과 같은 송전용량, 낮은 정전용량, 충전용량 유전체손이 작아 온도 상승에 따라 송 전용량 제약 없음, 작업환경 등 특별한주의12.극저온케이블을 간략히 설명하시오구조중공 부분에 앧체 수소를 흘려서 액체수소 합침, 절연지로 절연, 열절연과 전기 절연을 겸하기 위한 중공조테 내부에 액체질소 첨가.13.초전도 케이블을 간략히 설명하시오특징무손실 , 대용량 송전 ,500킬로볼트 1000만 킬로 와트 , 액체 헬륨, 액체 질소(절대온도 4-5k)시 공 방 법장 점단 점직 매 식공사비가 적다열방산이 좋아 허용전류가 크다.케이블의 융통성이 있다.공사기간이 짧다.외상을 밥기 쉽다케이블의 재시공증설 곤란보수 점검 불편관 로 식재시공, 증설용이외상을 잘 안입는다고장 목구 비교적 용이보수 , 점겁 용이공사비 많이 든다허용전류 작다공사기간 길다신축, 진동에 의한 시스의 피로가 크다.암 거 식열발산이 좋아 허용전류 크다많은 가닥수 시공하는데 폍리공사비가 아주 많이 든다공사기간이 길다.14.전력케이블의 매설방식과 그 장 단점을 설명하시오.15.전력케이블의 절연 측정법을 6개 이상 열거 하고 간략히 설명하시오.측 정 법케 이 블개 요누설전류 측정법OF,CV,SL직류전압을 가하여 누설전류측정과 동시에 전류를 관찰유전정접 측정법OF,CV교류전류를 가하여 유전정접 측정부분방전 측정법OF,CV직류 또는 교류전압을 가하여 절연체중의 보이드 공극이 나 국부결합에 있어서의 방전전하 측정역흡수 전류 측정법OF,CV직류전압을 가한 뒤의 방전시의 역흡수 전류를 측정하여, 흡수전하를 구하는 새로운 측정법잔전류 측정법CV직류고압을 가한 뒤, 10초간 0~1000까지 눈금한 슬라이드 저항을 이용하여 고장점까지의 거리 x는 다음 식으로 구한다. 고장점 저항에 따라 측정용 전원으로는 건전지 (지락저항이 저저항인 경우)나 고압 직류전원(지락저항이 고저항인 경우)이 쓰인다.17. 지중전선로의 방식에 대하여 기술하시오.-케이블 부식의 원인전식:토양 또는 바닷물에 존대하는 누설전류에 의해 발생 전기 철도 레일 , 직류기기 접지 전기 용접기 등에 의해 발생화학부식: 화학물질의 산, 알칼리 등에 의해 발생-방지대책방식케이블 사용전기 방식법1)유전양극법-이종 금속간의 전위차를 이용하여 방식 전류를 얻는 방법-전원이 없어도 되므로 분산 배치용이-공사비가 싸다-방식 유효범위가 좁다2)외부전원법-직류전원장치의 양극을 전해질 내에 설치한 양극에 접속하고 음극을 피방식전극에 접속한 후 전압을 가하여 방식 전류 얻는 방법-직류전언 설비 필요-방식효과 크고 유효 범위 넓다-주위의 다른 매설물의 간섭에 유의3)배류법-전기철도로부터의 누설전류를 대지에 누출 시키지 않고 직접 레일에 되돌려주는 방법-직접, 선택, 강제 배류법선택 배류법 많이 사용18. 케이블 보호 대책에 대하여 기술하시오.1)진동-발생개소: 교량에 첨가 포설된 케이블, 철도 궤도횡단 케이블, 고가 철도 또는 궤조 근접 케이블, 변압기 직결형 케이블, 케이블 입상부-방지대책:진동원과 케이블 사이의 방진재 설치 . 케이블 고정용 그리드 산격을 적당하게 , 내진 케이블 사용 , 케이블 고유진동 주파수와 진동원 주파수의 공진 회피2)방재-케이블345 전력구내: 케이블을 방재 trough내에 포설, 접속붕 방재재 설치, 자동소화 설치66~154전력구내: 접속부에 방재재설치, 격리판 ,격리벽 설치-급유장치유조: 변전소옥내에 별도 설치, 억외 설치시는 인화성 물질로부터 충분히 이격 , 전력구내 설치시는 격벽으로 분리3)활락-방생원인: 케이블이 온도변화를 일으켜 내부응력이나 신축에 의해 경사지에서 아래쪽으로 흘러내리는 현상-반지대책: 상단stopper방식, 상단조덩방식 중간고정 방식 스프 피뢰 기를 내장하여 금속 시스에 유기되는 이상전압을 안전하게 방전19.HVDC에 대하여 기술 하시오.1.개요1)발전소에서 발전되는 교류전력을 직류로 변환하여 송전한 후 수전점에서 재변화 시켜 공 급하는 방식2)적용분야해저케이블, 대용량 장거리 송전, 교류 계통간 연계, 도시밀집지역 (단락용량 경감)2.구성설비-변환장치: 변환장치의 핵심이 되는 요소 여러개의 Thyristor소자를 병렬로 접속한 module형태로 사용-변환기용 변압기 : 3상 옥외용, Y-Y-가 대부분-제어 및 보호 : 순변환기: 정전류 제어 , 역변환기: 정전압 제어-직류 차단기 : 전류 영점 발생장치 +산화아연 저항으로 구성20.만족한 송전의 필요조건은?1)전압변동율: 전등 5%이내의 전압변동. 전동기~전압이 낮을 경우( 전동기 탈조 , 동손 증가로 전동기 과열), 전압이 높을 경우( 철손 증가, 역률저하)2)신뢰도: 송전지지물의 충분한 기계적 강도 , 애자선로의 비번한 시험보수 , 견고한 모선, 2중 개폐장치 충분한 계전기 및 차단기 설치 적당한 수의 예비기기 보유 신속 복구를 위한 작업원 대기3)불편형: 전압 불평형시 최대출력 감소 및 긱 과열 소손, 연결부하의 평형, 변압기의 대칭 적결선, 충분한 연가4)능률과 역률송전선의 능률은 그다지 중요하지 않으며 설계시 중요한 문제는 연간경비를 최소로 하기 위한 전력계통의 구성에 있음,역률이 나쁘면 발전기 용량이 큰 것이 필요하며 전압가하도 커짐5)주파수주파수가 일정해야 전동기 속도가 일정하게 된다.6)파형파형은 정현파가 좋다, 왜형파에는 고조파가 섞여 있어 기기의 능력 및 출력감소.21.전력 계통의 남북연계에 대하여 간략하히 기술하시오-남북한으 피크 시간대와 계절별 peak시간대가 서로 다르므로 전력융통의 상호단점보완 (주 간: 북남, 야간: 남북, 하계: 북남, 동계: 남북,)-연계시 장단점장점: 공급예비력 절감, 강인한 계통구성, 공금 신뢰도 향상, 손실감소로 송전효율증대 리 액턴스 감소로 전압 유지 용이, 설비 이용률 향상 킻 트자비 절0.90, 7이하연선0.8~0.87: 일기에 관계되는 계수→청천시1, 강우, 강설 , 안개시0.8, 서리0.6~0.7: 상대공기 밀도2.송배전선로의 전기적 특성을 계산 할때 필요한 4개의 정수에 대해 설명하시오,선로 정수-전선의 종류 기하학적 배치r: 단위 길이당 저항 l: 단위 길이당 인덕 턴스 c: 단위 길이당 캐패시턴스g: 단위 길이당 누설 콘덕턴스-송전 전압 전류 역률 기상과는 무관⑴저항:여기서,→계산값보다 약간 큰값 사용체적고유저항(volume resistivity)→물질의 종류, 온도에 의해 결정또한 전선의 저항은 교류전류에 대해서는 표피효과 에 의하여 직류저항보다약간크게 된다. 표피효과는 주파수가 높을 수록, 전선이 굵을 수록 , 비투자율이 클수록크게되지만, 그영향은 비교적 작아서 상용주파수에서는 2~3[%]정도 커진다.⑵인덕턴스:자기 인덕턴스: (투자율 일정)상호 인덕턴스 M: 두회로에 전류왕복 2도체 선로의 인덕턴스연가: 전체 선로 정수의 평형화 ( 연가용 철탑, 개폐소 등에서 전체 선로정수의 평형화)⑶정전용량 :전하량 Q와 전압 V 사이의 관계 혹은 관계를 기술하는 함수⑷누설 콘덕턴스-애자나 철탑의 누설전류, 클램프 등의 히스테리시스 손실, 코로나 손실 등에 등가적 회로 모델, 병렬 어드미턴스3.표피효과에 대히여 간략히 설명하시오,-교류가 흐르는 경우 전선의 단면 전류밀도의 분포가 불균일-전선 중심부의 자속 쇄교수가 큼→유효리액턴스(유효 임피던스 )증가-고주파 전류의 경우 표면에 전류 밀도 집중-전선이 굵을 수록, 도전율 및 투자율이 클수록, 주파수가 높을수록 →표피효과 커짐-전선의 유효면적이 감소 -직류의 경우보다 저항값 증대4.코로나 장해 및 방지대책에 대하여 기술하시오.◎코로나 장해⇒코로나 손실 -송전효율 저하 -코로나 손실 계산(peek의 실험식)1선⇒코로나 잡음-전선의 전위경도가 교류 21[kV/cm]넘으면 교류 전파의 반파마다 코로나 발생-선로 따라 전하되어 송전선로 근방 반송 계전기, 반송 통신설비 잡음방해⇒통신선에 유도 장해-제용

학교| 2006.09.27| 10페이지| 1,500원| 조회(282)

절연, 전압, 교류, 효율, 송전

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[제어공학] 제어공학

설계목적: 정상상태응답과 과도 응답 특성의 개선①직렬 지상 보상에 의하여 정상상태 오차를 감소 시킨다.②직렬 진상보상에 의 하여 과도 응답 특성을 개선 한다.③직렬 지-진상 보상에 의하여 좌도 응답특성 개선과 정상 상태 오차 감소를 동시에 달성한다.1.지상 보상기 의 설계①보상전 시스템의 근궤적은 그림1과 같다. 제동비가일 때의를 구하면,이고 이때의값은이다.따라서 , 보상전 시스템의 위치오차 상수와 정상상태오차는 다음과 같다.②정상상태오차를 보상전 보다 10배 감소시켜야 하므로 요구되는 정상상태오차는 다음과 같다.따라서 이 오차를 만족시키려면 새로운 오차상수 (보상후의 오차 상수)는 다음과 같아야 한다.③지상 보상기의 극점을로 선정한다. 극점은 원점에 가깝게 적당히 선정한다.(추후 변경 가능) 따라서④를 구하면,⑤그러므로 보상기의 전달함수는2.시스템의 진상보상기 설계①그림과 같은 시스템을 고펴하여 보자. 이시스템이 30%릐 오버슈트를 유지 하고 정착시간이 2배 빨라지도록 진상보상기를 설계하여 보자.시스템의 근궤적은 그림과 같다. 30%오버슈트를 만족하려면 %오버슈트공식으로부터 제동비는인 것을 알수 있다. 근궤적에서 보면,일때의 게인은이며이다. 따라서 정착시간은이고이다.②설계목표에 따라 정팍 시간을 2배로 빨라지도록 하여야 하므로 요구 되는 정착시간은이고, 이때의이므로 요구되는 폐루프 극점의 위치는 그림에서 보여준다.③그러므로 지상 보상기의 전달함수는*PID제어기의 설계지상 보상기의 이상적인 평태가 이상적인 적분보상기, 곧 PI제어기이며 진상 보상기의 이상적인 형태가 이상적인 미준보상기 곧PD제어기이다. 따라서 지-진상보상기와 마찬가지로 PI제어기와 PD제어기가 결합한 형태인 PID제어기를 생각할 수 있다.4.근궤적을 이용한 PID 제어기릐 설계이 시스템이 20%의 오버슈트를 유지 하고, 정착시간이 2배 빠라지고 정상상태오차가 0이 되도록 PID제어기를 설계하여 보자,①1단계: 설계목펴에 따라 정착 시간을 2배료 발라지도록 하여야 하므로 요구되는 정착시간은

공학/기술| 2004.07.15| 4페이지| 1,000원| 조회(683)

제어, 제어공학, 근궤적, pid제어기, 진상보상기

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[변압기] 단상 내철형 변압기의 설계

ㆍ용량=10[kVA]ㆍ=3450-3300-3150-3000-2850[V]ㆍ=210/105[V]ㆍ=60[㎐]3.18[A]47.6[A]s=비용량비~범위에서 선정[Wb]로 선정[Wb][회],[회][V]34*************02850[회]*************2001140p.32 표 (2.1)에서=1~1.3[Wb/㎡],=1.029선정p.17에서 점유율: 0.9~0.95 적당=0.9선정[㎠],p.33 그림 (2.8)에서 b/a : 1.5~2.0범위a=8[㎝], b=12[㎝]로 한다.p.32 표 (2.1)에서=2~3[A/㎟]범위에서 선정>(냉각이 좋으므로)[A/㎟],[A/㎟][㎟][㎟]=1.3[㎜]폭 : 7[㎜], 두께 : 3.2[㎜][㎟][㎟][㎟]=35.542[㎟]p.22 그림 (1.3)에서 점유율0.296으로 선정[㎠]p.33 그림 (2.8)에서 a'/b' : 2.5~4 범위[㎠],a'=20[㎝], b'=6[㎝]로 한다.도선코일 간 공극높이[㎜]도선절연 기타두께[㎜]도선코일 간 공극높이[㎜]도선단간절연 및 기타두께[㎜]단위:그림 1.변압기 철심[특성계산][㎝][m][∴][㎝][m][ ∴][m][m][Ω][Ω]- 교류기준으로 환산하기 위하여 5[%] 가산[Ω][Ω]∴[Ω]∴[Ω][%][%][%]∴[%][Ω][V][%][W][W]∴[W]- p.11의 [표 1.1]에서[W/㎏][W/㎏]- 실제값은 20[%]증가[W/㎏][㎠]- p.11의 [표 1.1]에서강판의 비중 7.55, 점유율 0.9로 선정[㎏]∴[W]∴[%][㎝]- p.10 [그림 1.1]에에 의해[AT/㎝]로선정[AT]- p.40 [그림 2.12]에서 이음매 공극에 인해가 15[%]증가[AT][A][A]∴[A]- [그림 3]과 같은 탱크에 넣을 경우의 방열면적[㎠]- 유입자냉식의~가 적당하므로으로 선정하였을 경우의 온도상승∴[℃]그림2.권선의 치수 그림3.탱크치수

공학/기술| 2004.07.15| 2페이지| 1,000원| 조회(1,778)

변압기, 변압기 설계, 기기설계연습, 기기설계, 설계연습

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[절연재료]열경화성 수지 평가B괜찮아요

Ⅰ. 열경화성 수지1. 熱硬化性樹脂의 개요열경화성 재료(Thermosetting Property) 또는 망상고분자는 고분자를 형성하고 있는 결정이 망목상으로 전체가 하나의 큰 분자로 생각되는 것으로, 망목이 조밀하여 매듭 사이의 분자쇄도 짧아 그 운동이 제한되므로 유리전이 온도도 높아 실온에서 유리상태인 수지계 재료이다. 이것은 가열에 의해 유리전이온도 이상이 되어도 어느 정도는 연화하지만 망목이 조밀하므로 큰 변형은 나타나지 않는다. 다시 온도가 상승해도 망목의 매듭이 휘감기지 않을 뿐만 아니라 화학결합이므로 산화?분해 등에 의해 결합이 끊기지 않는 한 큰 변형을 일으키지 않는다. 따라서 망상고분자는 기계적으로 강하고 내열성이 크므로, 절연재료로 널리 이용되고 있다.열경화성 플라스틱의 성형원료는 고분자가 아니고, 분자 내에 3개 이상의 관능기를 갖고, 몇 개의 활성반응점(radical)을 가진 비교적 저분자량의 화합물이다. 이 재료들은 가열 또는 촉매(가교제) 등에 의해 내열성이 우수한 3차원 공유 결합으로 된 망상 고분자로 할 수 있다. 성형시의 가열에 의해 일단 융해된 뒤 금형내에서 이들의 반응점이 반응하여 새로운 화학결합이 생겨 전체가 화학결합으로 이어진 망상고분자가 됨으로써 성형이 완료되는 것이다.즉, 원료자체가 고분자이며 가열에 의한 물리적인 변화에 의해 성형을 행하는 열가소성 플라스틱과는 달리 열경화성 플라스틱에서는 성형과정에서 가열에 의한 저분자화합물간의 화학반응에 의해 망상 고분자가 형성되는 것이다. 망상고분자 성형시 기계적 강도나 내열성을 향상시킬 목적으로 적당한 충진제나 보강제를 혼입하는 경우가 많다.정리하자면, 성형 가공된 재료(제품)가 2차 열을 받았을때 용융되지 않고, 재료가 딱딱해져 2차 가공이 안되는 재료를 말한다. 대표적인 재료로는 고무(Rubber), 수가교 XLPE, 반도전성재료 등이 있다.[표 Ⅰ-1 열경화성 수지의 특성]수지종류특성패놀수지요소수지(유리아수지)멜라민수지(섬유소입)알키드수지규소수지(유리섬유입)에폭시수지(주형용구에 용도가 넓다. 요소수지와 거의 같은 용도로 사용되나 요소수지에 비해 고가이다.(5) 불포화 폴리에스테르 수지 (Unsaturated polyester resin)1) 개요다염기산과 다가 알코올과의 축중합으로 얻어진 일련의 고분자를 폴리에스테르라고 부르는데 이것은 축합할 때의 에스테르기 (-CO-O-)가 생성되기 때문이다. 이 가운데 불포화 2염기산 또는 그 일부를 포화 2염기산으로 치환한 것과 2가 알코올로 생긴 축합물을 그의 불포화기와 공중합하여 비닐 단량체를 가교제로 분자 사이를 가교한 것을 말한다.산으로는 무수발린산 (OCH-COCH-CPOCOCO)과 무수프탈산 (), 알코올로는 프로필렌글리콜 (HO-CH-CH(OH)CH) 등이 이용된다.2) 특성[그림 Ⅰ-5 불포화 유기산과 다가알코올의 예]유리 섬유로 보강한 폴리에스테르는 기계적 성질이 철강과 유사할 정도의 강도를 나타내며, 스티로폴의 혼합량에 따라 강도 및 성질이 다르다. 또한, 내후성이 우수하여 퇴색률이 5년에 30% 정도이고, 내사용 연수는 약 20년 정도로 추정하고 있다. 이 수지는 사용직전에 촉매 및 경화 촉진제를 가교제와 함께 틀에 주입하여 실온까지는 약간 가열하여 경화시킨다. 일반적으로 주형 수지를 유리 섬유에 함침하여 그 기계적 성질을 향상시킨 것을 강화 플라스틱이라 하며, FRP(Fiber Reinfoced Plastic)라 부른다.3) 용도비중은 강철의 1/3정도이면서도 강도가 크므로 항공기, 선박, 차량 등의 구조재나 건축의 창호재, 간벽 등의 구조재, 천장의 루버에 사용되고 있다. 코일의 함침이나 부품의 방습 및 소형화를 목적으로 한 주형용으로 주로 이용되나 우리나라에서도 구미 선진국에서 개발 사용되는 3.3[㎸]~33[㎸]급 옥내 전선로용지지 애자로 개발하여 사용하고 있다. 그러나, 전기적 성능, 경화시의 치수 변화 등에 문제가 있으므로 에폭시 수지와 비교 선택 사용한다. 그 밖의 용도로는 접착제, 도료, 성형품의 충진제 등에 쓰인다.(6) 에폭시 수지 (Epoxy resi고 있지만 약간 저온이 되면 단단해지고 고온이 되면 너무 물러져서 어느 경우나 고무 탄성이 현저히 감소한다. 이것은 분자 상호간의 결속이 약해서 온도의 영향을 받기 쉽기 때문이다. 또한 빛, 열에 대해 아주 민감하고, 내노화성, 내약품성(벤젠, 클로로포름 등)이 부족해서 절연재료로는 부적당하다.a. 가황고무 ; 가류고무, 유화고무, 함류고무, 함황고무, 황화 고무[표 Ⅱ-1 고무 가황반응 후 성질 변화]유동성열가소성점착성大→小大→小大→小인장강도인열강도신장율小→大小→大大→小신장응력경도노화성小→大小→大大→小압축 영구줄음반발탄성팽윤성大→小小→大大→小생고무에 황을 가하는 것을 가황 또는 황화라고 하는데, 이처럼 처리한 고무를 가황고무라고 한다. 가황제로 SBR, NBR에는 황을 사용하고, 네오프렌, 티오콜에는 금속 산화물(아연화 등)이 사용된다. 고무의 가황에는 여러 가지 방법이 있지만, 가장 기본적인 것은 생고무에 소량(약 3[%])의 황을 섞어서 가열한 것으로, 연질가황고무라고 한다. 통상 생고무에 황, 가황촉진제, 연화제, 노화방지제, 충전제, 착색제 등을 혼합해 140[℃]정도에서 30~60분간 가열하여 가황고무를 만들고 있다. 가황고무의 특성은 이들 배합제의 비율 또는 처리 온도 등에 따라서 현저히 다르게 나타난다. 연질가황고무는 생고무에 비해 탄성, 기계적 강도가 크고 화학적으로도 강해지고 내노화성도 개선되며, 내수성은 가황에 진행될수록 양호해진다. 또한, 가황에 의해 유전율, tanδ는 증가하고 절연내력은 저하하며, 절연전선의 경우 심선의 동선을 표면 처리하지 않고 사용한 경우에는 심섬이 흑화하는 경우가 발생한다. 따라서 고무피복 전선인 경우에는 심선의 흑화와 구리에 의한 고무의 열화 방지를 위해 주석도금 처리한다. 용도는 고무절연전선의 피복, 고무장갑, 고무테이프 기타 여러 가지 절연재료, 절연제품에 사용된다.[그림 Ⅱ-3 가황시간에 따른 기계적 성질 변화]b. 에보나이트 (Ebonite)생고무에 황을 포화량까지 증가시켜 가면 고무는 탄성을 상실해 수지서 내열성, 내한성, 절연성, 화학적 안전성, 내마모성, 광택성, 풍부한 탄성 등 여러가지 특성을 갖추고 있다. 또한 가스나 열기의 투과율이 커서, 공기의 투과율은 폴리에틸렌의 약 100배, 일반합성고무의 약 10~20배의 값을 나타내며 화학적 합성, 반응 및 Compounding 기술에 의해 자유롭게 물리적, 전기적 특성(초절연, 초내열, 초난연 등) 을 부여할 수 있는 첨단 소재이다. 또한, 상온에서 기계적 성질은 천연 고무 또는 다른 합성 고무에 비해 약간 떨어지지만 -60[℃]~250[℃]정도의 온도 범위에서 물리적 성질의 변화가 극히 적은 것이 큰 특징이다. 그 특성은 내노화성, 내코로나성, 내오존성이 우수하고, 진한 산, 진한 알칼리에는 침해되지만 일반적으로 화학적으로 안정하고 전기적 성질도 온도 상승과 함께 양호해진다. 또한, 내유성도 우수하여, 콘덴서, 변압기 등의 절연유에 사용되는 클로로나프탈린 또는 염화디페닐 등에 대해서도 우수한 저항성을 나타낸다. 따라서, 저온에서 고온까지 사용되는 기밀, 유밀용 Gasket, 오일 콘덴서, 변압기용 패킹제, 코일, 케이블 등의 절연피복, 실리콘 고무 유리 클로스 등에 사용된다.8) 클로로설폰화 폴리에틸렌 고무 (CSM, CSP : Chlorosulphonated polyethylene rubber)[그림 Ⅱ-11 CSM의 구조]폴리에틸렌에 염소와 아황산가스를 반응시켜, 가황 가능한 탄성체로 변화시켜 만든 합성고무의 일종이며, 금속산화물 등으로 가황되어 특히 내오존성, 내열성, 착색 안정성이 우수하다. 전기적 성질은 천연고무와 클로로프렌 고무의 중간 정도지만, 내후성, 내코로나성, 난연성이 우수하다. 또한, 강산, 강알칼리에도 강하지만, 이황화탄소, 사염화탄소 및 방향족 용제 중에서는 팽창한다. 이 고무는 Hypalon이라는 상품명으로 불리워지며, 고압 케이블이나 고온에서 사용되는 전선, 케이블의 절연체 또는 보호 피부제로서 사용된다. 또한 배합에 따라 우수한 기계적 특성, 높은 인장강도, 내마모성을 얻을 것으로 주성분에 따라서 아스팔트계, 수지계, 피치계 등이 있다. 충전은 콤파운드를 연화점보다 50~100℃ 높은 온도로 녹여서 이것을 충전부에 주입한다.[표 Ⅱ-4 콤파운드 용도별 분류표]용도별 분류종 류주된 원료특 징비중 20[℃]연화점[℃]절연파괴강도시험온도[㎸/㎜]전기기기의 코일 함침용11호, 12호,15호 콤파운드아스팔트 수지, 식물유1~1.280~11062~7825~30이상변압기의 단자 인출부, 기타 전기기기의 틈새 등의 충전용31호, 32호,35호, 36호아스팔트,수지 무기물1~1.675~12057~888~20이상전기기기의 특히 진동 충격을 받는 부분의 틈새 등의 충전용43호아스팔트, 식물유, 무기물1~1.2110~12082~8815이상케이블 접속함의 충전용51호, 52호,58호아스팔트,식물유, 광유,합성유, 수지0.9~1.0475,45상온-20이상전지의 봉구용81호아스팔트 식물유, 광유-70~110--3. 반도전성 콤파운드 (Semiconductive Compound)전력케이블에 있어서 전기적 절연층의 수명이 바로 케이블의 수명과 직결되므로 절연층 보호가 중요하다. 고전압(3.3KV이상) 케이블에서 절연체 보호의 수단으로 도체와의 계면(내부)과 Sheath체 또는 금속차폐와의 계면(외부)에 반도전성 컴파운드를 공압출하여 절연체의 내외부를 전기적 충격(부분방전 방지와 전기적 스트레스 완화)으로부터 보호, 또한 전력케이블의 고압화, 절연체의 두께 축소화 검토에 중요성이 높아지고 있다.(1) 종류1) 내부반도전 가교 컴파운드절연체 내부의 전계완화 목적으로 사용하는 가교 컴파운드로 도체차폐용 가교 컴파운드로 불리어진다.2) 외부반도전 가교 컴파운드절연체 외부의 전계완화 목적으로 사용하는 가교 컴파운드로 절연체 차폐용 가교 컴파운드로 불리어진다.a. Easy Stripple Type- Heating Burner등의 도움 없이 쉽게 벗길 수 있는 Type이다.- Easy Type의 배합기술 및 케이블 가공기술이 개발 실용화된 역사는 세계적으로 5～10년, 국.

공학/기술| 2004.05.29| 30페이지| 1,000원| 조회(1,237)

재료, 재료공학, 열경화성, 열경화성수지, 혼성재료

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[재료공학] 합성유기절연재료

1.고분자 합성물의 화학적 성질1.1고분자 재료의 특성1)기계적 성질고분자는 기계적 성질에 따라 고무 또는 탄성체(Rubber, Elastomer), 섬유(Fiber), 플라스틱(Plastic)으로 분류되며, 일반적인 응력-변형률 관계는 그림 1-1과 같다. 고무는 적당량의 가교가 있어 낮은 응력으로도 높은 신장률이 가능하며, 신장률이 증가함에 따라 탄성계수가 증가하여 적당항 강도와 저항력을 가진다. 대부분의 고무는 가교결합의 정도와 카본 블랙이나 실리카 등의 무기 강화 충전제(Reinforcing Inorganic Filler)의 혼합을 통하여 강도를 얻는다. 자동차 타이어를 만드는 데 사용하는 고무는 고무줄을 만드는 데 사용하는 고무보다 가교결합이 많고, 강화 충전제의 양이 많다. 섬유는 변형에 대한 저항력이 매우높은 고분자로, 높은 결정성을 가지고 있으며, 일반적으로 극성을 띠고 있다. 플라스틱은 고무와 섬유 사이의 기계적 성질을 가지며, 연질 플라스틱과 경질 플라스틱으로 분류된다.그림 1-1 일반적인 탄성체(C), 연질 플라스틱(B)경질 플라스틱(A)의 응력-변형률 곡선2)열적 성질고분자 재료의 성질은 항상 일정하지 않고, 온도, 압력 그리고 상의 변화에따라 변한다. 고분자 재료의 열전도율과 열팽창계수에 대하여 간단하게 알아본다. 무정형 열가소성 고분자의 유리전이온도 Tg 이하에서의 열전도율(Thermal Conductivity)은 그림 1-2과 같다. Tg 이하에서는 온도가 증가함에 따라 열전도율이 증가하나, Tg 이상에서는 감소한다. 결정이 되면 밀도가 증가하여 열전도율이 증가한다.그림1-2 무정형 열가소성 중합체의 열전도율3)전기적 성질일반적으로 고분자 재료는 금속 재료와 비교하여 전기 전도성이 아주 낮은편으로 부도체 또는 절연체로 분류된다. 고분자 재료의 전기적 성질은 고분자의 분자블록(Molecular Block)들의 다양성에 크게 의존하여 적절한 전기적 성질을 가지는 고분자재료를 설계하기가 용이 하다. 고분자 재료의 유전성과 전도성 그리고 자따라 정렬하는데 걸리는 시간이 이 더 걸려. 분극현상이 생기지 앟게 되는 외부 전기장의 주파수가 전자보다 낮다. 표 1-1에서 주파수가 800과 106Hz인 두 경우의 상대유전율이 동일한 중합체와 주파수가 높은 경우에 상대유전율이 작아지는 중합체들이 있는 것을 알 수 있다.고분자상대유전율800HzHz폴리스티렌2.52.5폴리프로필렌2.32.3폴리카보네이트3.03.0폴리에틸렌2.32.3ABS4.63.4페놀 타입 746～104～7그림 1-3 분극전하에 의한 축전용량증가표 1-1 중합체 재료의 상대유전율4)광학적 성질고분자 재료는 성형성이 좋고, 일부 고분자들은 광학적 성질이 우수하여 무기 유리를 대신하여. 자동차의 헤드라이트, 신호등 덮개, 광섬유 등과 같은 다양한 용도로 사용되고 있다. 특히 무기 유리에 비해 내충격성이 뛰어나 그응용 범위를 넓히고 있으나, 치수 안정성이 나쁘고, 스크래치에 대한 저항성 이 떨어져 아직도 정밀함이 요구되는 용도나 자동차 유리 같은 용도에는 사용되지 못하고 있다.기본적인 광학적 성질로 빛의 속도가 재료 내에서 달라지는 정도를 표현하는 굴절률은 진공 중에서의 빛의 속도로 나눈값으로, 그림 1-4 에 빛의 파장에 EK른 몇 가지 고분자 재료의 굴절률에 대하여 나타내었다. 폴리스티렌고 아크릴 수지는 무기 유리에 비해 굴절률이 작으며, 빛의 파장에 따른 굴절률 변화가 비슷하다, 빛의 파장에 따라 굴절률이 다르다는 것은 재료 내에서의 빛의 속도가 파장에 따라 다르다는 것을 의미하며, 이를 분산(Dispersion)이라고 한다.그림 1-4 빛의 파장 변화에 의한 중합체의 굴절률 변화2.열경화성 수지2.1 열경화성 수지(thermoplastic);가열하면 처음에는가소성을 나타내지만, 가열을 계속하면 점점 단단해져, 그후 이것과 같은 정도의 온도를 가해도 다시 연화하지 않는(가소성을 나타내지 않는)성질의 수지로,페놀수지, 에폭시수지 등이 이 부류에 들어간다. 이른바, 가열에 의해 부가 중합 등이 일어나고, 3차원 망상 구조를 일으키는 성질의 것이다 내열성이 높은 수지로서는, TPX(결정성 폴리이미드 수지), Avimid(의사열가소성수지)등이 검토되고 있다.표 2-1 단섬유강와 Engineering plastic 복합재료의 물성표 2-2 대표적인 고성능 Engineering plastic 과 일방향 탄소섬유 복합재료의특성(1) 범용 플라스틱1)플라스틱 재료의 일반적 성질현재 실용되고 있는 플라스틱 재료의 종류는 대단히 많으면 중요한 것만 하더라도 수십종류에 달하고 있으며 같은 종류에도 여러 가지 등급이 있다. 따라서 이들의 물성에도 여러 가지 특성이 있고 일반적인 장점과 단점을 열거하면,[장점]①가볍고 강하다.고분자 재료가 금속, 세라믹 등과 특징상 다른 점은 비중이 0.9～1.4로 경량인 점이다.고분자 재료는 유기 화합물이며 구성하는 원소가 대부분이 탄소,수소,산소,질소 등 비교적 가벼운(원자량이 작은) 비금속으로 이루어져 있기 때문에 원자량이 큰 원소로 이루어진 금속 등에 비하여 대단한 차이가 있다.②성형성이 좋다.플라스틱은 가열하면 연화되거나 융해되어 성형하기 쉽게된다. 특히 금속에 비하여비교적 낮은 온도에서 가공할 수 있어 제조원가가 적게든다.③전기 절연성이 좋다.플라스틱 재료는 화학 구조상 자유전자가 없기 때문에 대부분이 유리, 세라믹과 같은 뛰어난 전기 절연체이며 따라서 전선의 피복 등 전기, 전자제품의 절연체로 널리 쓰인다.④단열성이 좋다.플라스틱 재료에는 자유전자가 없기 때문에 열도 전달하기 어려우며 이 특성을 이용하여단열재로 이용된다. 이 특성을 더욱 강화시킨 것으로는 발포재가 있으며 이것은 플라스틱 내부에 기포를 생성시켜 공기의 단열효과를 첨가시킨 것이다.⑤가격이 저렴하다.성형온도가 낮고 용이하며 대량생산이 가능함으로 제품단가가 염가로 된다.⑥가공법에 따라 성질을 변화시킬수 있다.예를 들면 PVC 는 단독으로 경질의 제품이 만들어지지만 여기에 가소제를 첨가하여 가공하면 연질의 제품도 만들어 진다. 또한 무기물 또는 섬유를 강화시키면 강력한 제품을 만들수도있다.[단점]①열에 약하다.플라스리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리염화비닐)중 대표적인 것으로서 고분자 중에서 가장 단단한 구조를 가지고 있다.그림 2-1 polyethylene폴리에틸렌의 제조에는 에틸렌 가스의 중합에 의하여 중합조건으 차이에 따라 성질이 다른 것이 얻어지며, 대표적으로는 결정화도가 높고(65～95%) 단단한 성질을 가진 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)과 분지가 많고 결정성의 낮은 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)등이 있다. 또한 생성괸 폴리에틸렌의 분자량에 따라 그 성질이 다르게 나타나서, 분자량이 높아지면 일반적으로 기계적 성질이 개선되고 용융점도가 높아진다. 폴리에틸렌은 전형적인 무극성 고분자이며 분자 사이의 힘이 약하여 비교적 부드러운 성질을 나타낸다. 특히 저밀도 폴리에틸렌은 성형재료로 가장 널리 사용되고 있는 재료로서 신장되기 쉽고 고주파 전기절연성이 우수하며, 띄어난 화학 특성을 가지고 있으며 성형이 용이함과 아울러 염가이므로 가장 대량으로 사용되고 있다. 표 2.2-1에 폴리에틸렌의 밀도와 성질과의 관계를 나타내었다.표 2-1 폴리에틸렌의 밀도와 성질과의 관계성질 밀도0.920.9350.950.96결정화도(%)65758595경도의 상대치1234연화온도(℃)100110120130인장강도(kg/㎠)140180250400신장율(%)*************00개의 -CH2- 결합당의CH3의 수열변형온도34～4045～5010～15～854651～1.5～80②폴리프로필렌(polypropylene, PP)폴리프로필렌은 폴리에틸렌의 에틸렌 단위에 메틸기가 측쇄로서 결합되어 있는 형태의 고분자로서 폴리에틸렌에 비해 보다 경질인 재료이다. 또한 측쇄인 메틸기가 결합되어 있는 방향의 규칙성에 따라 아이소택틱(isotsctic), 어택틱(atatic) 및 신디오택틱(syndiotatic)구조의 폴리프로필렌으로 나뉘며, 그에 따른 성질도 대단히 달라진다.그림 2-2 polypropylene표 2-2 아이소택틱 폴리프로필렌의 성질성 질폴리프로필렌인 장 강 도280～38내어 파이프, 플랜지류, 경질필름, 시이트, 패널판,레코드판 등의 용도로 두루 사용되고 있다. 이러한 경질의 염화비닐 수지에 가소제를 첨가하면 연질의 제품이 만들어져, 호오스, 포장용 시이트, 전선피복 및 기타 일반적인 용도의 비닐류 등에 쓰이고 있다.⑤폴리아크릴레이트(polyacrylate)아크릴계 수지에는 메타크릴산에스테르계 또는 아크릴산에스테르계의 중합체가 있으며, 이중 수지재료로서는 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA; polymethylmethacrylate)가 가장 실용성이 높다.그림 2-5 폴리아크릴레이트이 수지는 비정형 고분자 물질이지만 아크릴산 에스테르의 비교적 약한 극성기를 가지고 있기 때문에 점성이 강한 성질을 가지고 있으며, 광투과성이 아주 우수한(92～98%)수지로서 각종 렌즈, 필터 등에 사용되고 있으며 또한 염색, 착색이 자유로워 미술적 응용이 많다. 그러나 범용수지로서는 다소 고가이므로 사용이 다소 제한되고 있다.(2)엔지니어링 플라스틱①폴리아미드(polyamide, PA)-나일론폴리아미드는 흔히 총칭이며 나일론(nylon)이라고 불려 지고 있으며 이 명칭은 최초로 개발한 미국이 Du Pont의 상표명으로부터 비롯된 것으로, 기본구조는 수많은 반복 단위들이 아미드결합(-CO-NH-)으로 연결되어 있는 형태이다. 폴리아미드의 종류과 각 화학구조식을 표2-3에 나타내었다.표2-3 폴리아미드의 종류와 구조식②폴리에스테르(polyester)-PET, PBT폴리에스테르는 고분자를 이루는 기본결합이 에스테르 결합으로 되어 있는 고분자 이다. 가장 대표적인 것으로는 통상 폴리에스터로 일컬어지는 PET(polyethyleneterephtalate)인데 이것은 에틸렌과 벤젠환의 사이를 에스테르결합이 연결짓고 있는 구조로 되어있다. 이 벤젠환을 육각형의 평면구조로 되어있어 구부러지기 어렵고 또한 서로 잘 포개어지는 성질을가지고 있어서, 이것이 규칙적으로 함유된 PET의 분자쇄는 나란히 배열하기 쉬울뿐 아니라 배열된 상태로 중첩하여 결정형태를 잘 이루는 7×

공학/기술| 2004.01.04| 15페이지| 1,000원| 조회(657)

재료공학, 절연재료, 열경화성수지, 고분자 재료, 유기절연재료

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