현재 전력계통은 전기저항으로 인하여 발생하는 손실량을 최소화하기 위한 방법들 중 계통의 고전압화 된 초전도 전력기기에 대한 연구를 진행하고 있다. 고전압화는 기존 AC 송전방식에서 송전전압을 높여 송전손실을 줄이는 방법으로 증가하는 수요 전력량에 대응하기 위하여 사용하고 있다. 고전압화에 따른 전력계통 및 전력기기에서 발생하는 전기적 사고로 인하여 경제적 손실과 인명피해 역시 증가하고 있는 실정이다. 따라서, 본 논문에서는 절연파괴보다 낮은 전압에서 발생하여 막대한 피해를 입히는 사고를 예방하기 위해 ...
현재 전력계통은 전기저항으로 인하여 발생하는 손실량을 최소화하기 위한 방법들 중 계통의 고전압화 된 초전도 전력기기에 대한 연구를 진행하고 있다. 고전압화는 기존 AC 송전방식에서 송전전압을 높여 송전손실을 줄이는 방법으로 증가하는 수요 전력량에 대응하기 위하여 사용하고 있다. 고전압화에 따른 전력계통 및 전력기기에서 발생하는 전기적 사고로 인하여 경제적 손실과 인명피해 역시 증가하고 있는 실정이다. 따라서, 본 논문에서는 절연파괴보다 낮은 전압에서 발생하여 막대한 피해를 입히는 사고를 예방하기 위해 초전도 케이블, 솔레노이드 코일, 배전반 등과 같은 고전압 전력기기의 절연설계를 위하여 사용되는 절연물 기체질소(GN2), 액체질소(LN2), GFRP(Glass Fiber Reinforced Plastic), MC Nylon에 대한 AC, DC 전압별 연면방전특성실험을 수행하였다. 연면방전실험 데이터는 통계적 수치해석 도구인 Minitab을 이용하여 확률이 63.2%인 Weibull Distribution해석을 수행하였고, 유한요소해석(FEM : Finite Element Method) 소프트웨어인 COMSOM Multiphysics 5.1을 사용하여 전계해석을 수행 및 분석하였다. 이를 통하여 전극 시스템의 형상과 배치, 연면방전거리, 인가전압에 따라 이용률()을 도출하였고, 이용률에 따른 연면방전전계특성(ESD,MAX, ESD,MEAN, ECD,MAX)을 비교, 분석하였다. 본 논문의 주요 결과는 다음과 같다. 첫째, 연면방전실험은 연면방전거리가 증가함에 따라 연면방전전압도 증가하는 경향을 확인하였고, DC 전압을 인가하였을 때 AC 전압 보다 높게 나타났다. 둘째, 기체절연물과 액체절연물의 절연특성은 각각 최대전계(EMAX)와 평균전계(EMEAN)을 따르기 때문에 GN2 내 GFRP와 MC Nylon의 연면방전특성은 ESD,MAX와 의 함수로 나타낼 수 있고, LN2 내 GFRP의 연면방전특성은 ESD,MEAN과 의 함수로 표현할 수 있다. 셋째, 큐브형 연면방전실험은 AC 전압에서 MC Nylon의 연면방전전압이 GFRP 보다 높고, DC 전압에서는 GFRP의 연면방전전압이 MC Nylon 보다 높다. 이는 AC 전압에서 GFRP의 상대적으로 높은 유전상수가 더 높은 전계강도를 초래하기 때문이다. 또한, DC 전압에서의 연면방전은 고체절연물의 저항률에 영향을 받기 때문인 것으로 판단된다.
본 연구에서는 전력기기의 절연설계에 사용되는 기체(GN2), 액체(LN2)절연물과 고체절연물(GFRP, MC Nylon)의 연면방전특성실험뿐만 아니라 유한요소해석을 통하여 전계 평등도를 나타내는 이용률에 따른 연면방전전계를 비교 분석하여 연면방전특성 실험식과 연면방전 기준전계를 도출하였다.
현재 전력계통은 전기저항으로 인하여 발생하는 손실량을 최소화하기 위한 방법들 중 계통의 고전압화 된 초전도 전력기기에 대한 연구를 진행하고 있다. 고전압화는 기존 AC 송전방식에서 송전전압을 높여 송전손실을 줄이는 방법으로 증가하는 수요 전력량에 대응하기 위하여 사용하고 있다. 고전압화에 따른 전력계통 및 전력기기에서 발생하는 전기적 사고로 인하여 경제적 손실과 인명피해 역시 증가하고 있는 실정이다. 따라서, 본 논문에서는 절연파괴보다 낮은 전압에서 발생하여 막대한 피해를 입히는 사고를 예방하기 위해 초전도 케이블, 솔레노이드 코일, 배전반 등과 같은 고전압 전력기기의 절연설계를 위하여 사용되는 절연물 기체질소(GN2), 액체질소(LN2), GFRP(Glass Fiber Reinforced Plastic), MC Nylon에 대한 AC, DC 전압별 연면방전특성실험을 수행하였다. 연면방전실험 데이터는 통계적 수치해석 도구인 Minitab을 이용하여 확률이 63.2%인 Weibull Distribution해석을 수행하였고, 유한요소해석(FEM : Finite Element Method) 소프트웨어인 COMSOM Multiphysics 5.1을 사용하여 전계해석을 수행 및 분석하였다. 이를 통하여 전극 시스템의 형상과 배치, 연면방전거리, 인가전압에 따라 이용률()을 도출하였고, 이용률에 따른 연면방전전계특성(ESD,MAX, ESD,MEAN, ECD,MAX)을 비교, 분석하였다. 본 논문의 주요 결과는 다음과 같다. 첫째, 연면방전실험은 연면방전거리가 증가함에 따라 연면방전전압도 증가하는 경향을 확인하였고, DC 전압을 인가하였을 때 AC 전압 보다 높게 나타났다. 둘째, 기체절연물과 액체절연물의 절연특성은 각각 최대전계(EMAX)와 평균전계(EMEAN)을 따르기 때문에 GN2 내 GFRP와 MC Nylon의 연면방전특성은 ESD,MAX와 의 함수로 나타낼 수 있고, LN2 내 GFRP의 연면방전특성은 ESD,MEAN과 의 함수로 표현할 수 있다. 셋째, 큐브형 연면방전실험은 AC 전압에서 MC Nylon의 연면방전전압이 GFRP 보다 높고, DC 전압에서는 GFRP의 연면방전전압이 MC Nylon 보다 높다. 이는 AC 전압에서 GFRP의 상대적으로 높은 유전상수가 더 높은 전계강도를 초래하기 때문이다. 또한, DC 전압에서의 연면방전은 고체절연물의 저항률에 영향을 받기 때문인 것으로 판단된다.
본 연구에서는 전력기기의 절연설계에 사용되는 기체(GN2), 액체(LN2)절연물과 고체절연물(GFRP, MC Nylon)의 연면방전특성실험뿐만 아니라 유한요소해석을 통하여 전계 평등도를 나타내는 이용률에 따른 연면방전전계를 비교 분석하여 연면방전특성 실험식과 연면방전 기준전계를 도출하였다.
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