지중 전력선 설계를 위한 지반의 열전도 측정 (수온변화, 지열변화, 지반열전도, 해상풍력)

지중 전력선 설계를 위한 지반의 열전도 측정

 

2019. 5

 

영신컨설턴트 (02) 529 8803       ystcha@naver.com

 

해저면 전력선 매설 시 온도가 올라가면 전력선의 내구성이 떨어지고 전기에 의한 최대온도 상승으로 전력 송신 장애가 발생한다. 상승된 온도는 주변지반에 열이 전달되어 전력선의 과열를 방지해야 한다. 전력선이 과열되면 전력선의 수명이 단축되어 주변지반 열 전도가 잘 되어야 한다.

 

 

 

해상풍력

 

 

주변지반의 열 전도는 함수비, 밀도, 광물의 종류, 입도분포, 다짐도, 지하수위에 따라 달라진다 (Sundberg, 2012).

 

지반의 열전도에 영향을 주는 요인

• 함수비 Water content

• 밀도 Density

• 광물의 종류 Mineral type

• 유기물 함량 Organic content

 

 

전력선의 온도 상승 요인

• 전력선의 단면적 Cross-sectional area of the conductor

• 전력선의 분리 Cable separation

• 전력선의 매설깊이 Cable depth

• 주변지반의 열 전도도 Thermal conductivity of the soil

• 전력선의 전기효과 Electrical effect of the cable

• 지반 온도 Ground temperature

 

 

지반의 열전도(Thermal conductivity)는 열저항(thermal resistivity)의 역수이다.

 

 

Thermal conductivity (λ, [W/(m∙K)])

transfer heat and the heat capacity (C, [J/m3∙K])

Thermal diffusivity (κ, [m2/s]) (the ability to even out temperature)

 

 

 

지

 

반의 열 전도에 공극 입도분포 함수비 다짐에 따라 다르다.

 

공기 공극이 크면 전도도가 작아진다. 함수비가 크면 열전도를 잘 된다.

 

 

 

체움재 열 전도도 측정

 

 

 

 

전력선

 

 

 

해상풍력의 전기선 통신선 매설시 선의 온도, 지반의 열 전도도, 수온변화, 지열변화를 고려하여 설계한다.

 

 

 

 

 

 

연중 월별 수온변화

 

 

 

 

 

 

해저면 지반 심도별 온도 변화

 

 

 

 

 

온도상승에 의한 전력 손실

 

 

 

measured diffusivity profile ‘Overall High’

(a) Temperature distribution in and around the cable for the day of the maximum temperature at day 268 with 26.0C,

(b) temperature-depth profile for the same day, 같은날 심도-온도

(c) thermal diffusivity-depth profile used as input for the modelling  열확산계수-심도

(d) Heat flow in and around the cable, 케이블 내부-외부 열흐름

(e) temporal evolution of sediment temperature, 퇴적물 온도의 시간변화

(f) maximum cable temperature and 2 K temperature difference over one year cycle. 1년주기 온도 차이.

 

 

 

 

 

 

Profile ‘Top High’ with realistic power cable loss 전력손실

(a) temporal variation of cable power loss

(b) sediment temperatures,

(c) Top High’ thermal diffusivity depth profile and

(d) cable temperature (red) and 2 K temperature difference (blue).

 

 

 

지반의 열전도 실내시험

 

         

 

Dimensions: Ø 108 mm, height ~ 80 mm.

 

 

 

Pressure limiter (max. 10 bar / 1.7 kN) protects probes

 

 

 

 

지반의 열전도 현장시험

Dimensions (needle): Ø 6 mm, length ~ 3000 mm