[논문]초고압 <tex>$SF_6$</tex> 가스차단기의 소전류 차단성능 해석기술 I

송기동; 이병운; 박경엽; 박정후

초고압 $SF_6$ 가스차단기의 소전류 차단성능 해석기술 I
Evaluation Method I of the Small Current Breaking Performance for SF(sub)6-Blown High-Voltage Gas Circuit Breakers 원문보기

전기학회논문지. The transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers. B, 전기기기 및 에너지변환시스템부문, v.50 no.7, 2001년, pp.331 - 337

송기동 (한국전기연구원 신전력기기그룹) , 이병운 (한국전기연구원 신전력기기그룹) , 박경엽 (한국전기연구원 신전력기기그룹 그룹장) , 박정후 (부산대 공대 전자전기통신공학과)

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With the increasing reliability of analysis schemes and the dramatically increased calculating speed, the computer simulation has become and indispensable process to predict the interruption capacity of circuit breakers. Generally, circuit breakers have to possess both the small current and large current interruption abilities and the circuit breaker designers need to evaluate its capacities to save the time and the expense. The analysis of small current and the large current interruption performances have been considered separately because the phenomena occurring in a interrupter are quite different. To analyze the dielectric recovery after large current interruption many physical phenomena such as heat transfer, convection and arc radiation, the nozzle ablation, the ionization of high temperature SF(sub)6 gas, the electric and themagnetic forces and so forth mush be considered. However, in the analysis of small current interruption performance only the cold gas flow analysis needs to be carried out because the capacitive current is to small that the influence from the current can be neglected. In this paper, an empirical equation which is obtained from a series of tests to estimate the dielectric recovery strength has been applied to a real circuit breaker. The results of analysis have been compared with the test results and the reliability has been investigated.

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문제 정의

본 논문은 저자들이 적용하였던 소전류 차단성능을 미리예측할 수 있는 방법 두 가지 중 하나의 방법에 대한 것이다. 즉, 실험상수를 이용하는 경험적인 평가방법과 스트리머이론(streamer theory)을 이용하는 이론적인 평가방법 중, 전자의 방법을 실제 차단부에 적용한 것이다.
즉, 절연파괴시험을 통해 구해진 실험적인 상수값을 이용하는 실험적인 접근방법과 스트리머 이론을 적용한 이론적인 접근방법이 있었다. 본 연구에서는 전자인 실험적인 방법을 적용한 결과롤 제시한다.

가설 설정

3) 따라서, 노즐과 아크접점이 존재하는 소호부의 설계 시에 상기의 취약지점이 고려될 것이며, 설계기준은 절연회복능력에 절대적인 영향을 미치는 초음속 가스 유동에 의한 충격파의 형성을 조정하는 것이 될 것이다.

제안 방법

이러한 문제점을 해결하기 위해 상용 CFD(computational fluid dynamic) 프로그램 "PHOENICS"가 사용되었다. 저자들은 이 상용 CFD 프로그램에 차단부의 이동, 경계조건, 차단부 형상, 스트로크 파형의 함수 SF6 가스의 물리적 특성 둥 필요한 모든 사항들을 직접 사용자 프로그램(user subroutine)으로 작성하여 첨가시켰다⑹.
차단부의 전계해석은 매 시간마다(time sto>) 유동해석과 동시에 동일한 계산격자를 이용하여 수행되었다.

대상 데이터

소전류 차단시험은 한국전기연구원의 대전 력 단락시험 설비를 이용하였으며, 그림 4는 시험회로도를 나타낸다.

이론/모형

형상을 모델링 할 수 있어야 한다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 상용 CFD(computational fluid dynamic) 프로그램 "PHOENICS"가 사용되었다. 저자들은 이 상용 CFD 프로그램에 차단부의 이동, 경계조건, 차단부 형상, 스트로크 파형의 함수 SF6 가스의 물리적 특성 둥 필요한 모든 사항들을 직접 사용자 프로그램(user subroutine)으로 작성하여 첨가시켰다⑹.

성능/효과

1) 차단부내 유동해석과 동시에 동일한 계산격자를 이용하여 전계를 계산할 수 있게됨으로써, 차단기의 극간 절연회복 특성을 사전에 파악할 수 있게 되었다.
2) 일련의 실험에서 얻어진 경험식 (5)를 적용하여, 모델 차단기의 소전류 차단성능을 예측한 결과, 시험결과에 나타난 취약지점을 충분히 포함하고 있다.
것이다. 해석결과는 측정치와 매우 잘 일치하는 것을 볼 수 있으며, 압력상승의 최대 값에서 해석결과는 측정결과보다 약 8% 높게 나타나고 있다. 이것은 실제 차단부에서 누설 량을 고려한다면 대단히 정확하다고 말할 수 있으며, 저자들의 경험에 비추어 냉가스 유동해석에서는 오차율이 최대 10%를 넘지 않는다⑹.

참고문헌 (6)

Klaus Ragaller, Current Interruption in High-Voltage Networks, Plenum press, pp269-294, 1978
Allan Greenwood, Electrical Transients in Power Systems, John & Sons, Inc., pp92-122, 1991
F. Endo, M. Sato, et al., 'Analytical Prediction of Transient Breakdown Characteristics of SF6 Gas Circuit Breakers', IEEE Transactions on Power Delivery, 89 WM 075-3, pp1731-1737, 1989
T. Onchi, S. Sugiyama et al., 'An Estimation of Current Breaking Performance of GCBs Using a Gas Flow Analysis', Proceedings of the XIII International Conference on Gas Discharges and Their Applications GD 2000, Vol. 1 pp42-45, Sept. 2000
S. Manganaro, A. Romiti, S. Rovelli,'Recent Experience with Synthetic Circuits for Capacitive Current Switching Tests on HV Circuits Breakers', IEEE/PES 1983 Winter Meeting, 83WM 125-2 pp1-8, 1983
송기동, 박경엽, 송원표, '초고압 가스차단부내의 냉가스 유동해석', 대한전기학회 논문지 49권 6호, pp387-394, 2000년 6월

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