[논문]GIS 립 스페이서에 의한 파괴전압 특성 개선

류성식; 최영찬; 곽희로

GIS 립 스페이서에 의한 파괴전압 특성 개선
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본 논문에서는 금속성 파티클이 GIS 스페이서에 부착되었을 경우 파괴전압특성에 대한 립의 여러 조건에서의 효과를 분석하였다. 립-스페이서의 여러 위치에 금속성 파티클을 부착하고 립의 위치, 길이, 두께 등의 변화에 따른 파괴전압을 측정하여 기조에 제안된 립-스페이서보다 파괴전압을 더욱 향상시킬 수 있는 형상을 제시하고자 하였다. 그 결과 립이 없거나 립이 하나인 스페이서 보다 립이 두 개 있는 형태의 립-스페이서가 전반적으로 가장 양호한 파괴전압 특성을 가지고 있음을 알 수 있었으며, 립의 길이와 두께에 따라서도 파괴전압 특성이 달라짐을 알 수 있었다. 특히 립의 끝단을 라운드 처리함으로써 파괴전압 특성을 더욱 향상시킬 수 있음을 알 수 있었다.

This paper describes the effect of various conditions of the ribs on the breakdown characteristics when metal particle is attached to the spacer in GIS. More improved spacer shape in breakdown characteristics than conventional one is proposed by comparing the results acquired by varying location, length and thickness of the ribbed spacer. As a result, it was found that the electrical breakdown characteristics of the spacer with two ribs were generally better than that with only one rib or no ribs, and it was dependent on the rib length and rib thickness. Especially, it was also confirmed that the electrical breakdown characteristics were more improved by rounding the rib edge.

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문제 정의

실제 GIS의 전극은 매우 간 원통형의 도체이며, GIS내의 파티클도 스페이서의 여러 위치에 부착될 수 있다. 그러나 기존의 연구에서는립-스페이서의 직경보다 작은 전극을 사용하여 실제 GIS의 구조와 상이한 조건에서 실험을 시행하였고1 파티클의 부착위치도 특정 부위에만 국한되었다{3, 4] 따라서, 본 논문에서는 실제의 GIS 전극에 가깝게 직경이 충분히 큰 전극을 사용하였으며, 립-스페이서의 여러 위치에 금속성 파티클을 부착하고 립의 위치, 길이, 두께 등의 변화에 따른 파괴전압 특성을 측정함으로써 립-스페이서에서의 전반적인 특성을 밝히고, 기존에 제안된 립-스페이서보다 파괴전압을 더욱 향상시킬 수 있는 형상을 제시하고자 하였다 [5, 6].
본 논문에서는 각 스페이서에 파티클이 부착되어있을 때와 립의 길이, 두께 등에 따른 파괴전압 측정실험에 적용하기 위하여 그림 2와 같이 4가지 형태의 원통형 스페이서를 제작하였다. 편의상 형태에 따라 A, B, C, D의 네 가지로 분류하였다.

제안 방법

설치하였다. 또한 가스 주입구 및 배출구, 압력겨L 전압 인가선을 취부하였으며, 챔버의 외함은 접지하였다. 챔버의 재실은 스틸(steel)로 하였으며 상부의 덮개는 아크릴로 제작하였다.
편의상 형태에 따라 A, B, C, D의 네 가지로 분류하였다. 립-스페이서의 재질은 아크릴로 하였오며, 립을 제외한 각 스페이서의 직경 및 높이는 각각 30[mm]로 하였다 립은 실험의 목적에 따라 스페이서에서의 위치, 길이, 두께 등을 달리하여 다양한 형태로 제작하였다.
챔버의 재실은 스틸(steel)로 하였으며 상부의 덮개는 아크릴로 제작하였다. 상부전극은 전극 끝 부분에서 부분방전이 발생하는 것을 방지하기 위하여 라운드(round)처리한 지름 150[mm], 두께의 원형 평판전극으로 제작하여 모의 GIS 챔 버내에 삽입하였다.
챔버내의 진공은 lxl0-3[torr]로 한 후 SF6가스 10[%], Nz가스 90既]의 조성비롤 갖는 SF6-N₂ 혼합가스를 주입하였다
파티클의 위치에 따른 파괴전압을 측정하기 위하여립-스패이서 각각의 지정된 위치에 직경 0.58[mm], 길이 2[mm]의 파티클을 부착하여 그림 1과 같이 챔버내의 상부전극과 하부전극 사이에 삽입하였다 또한 립-스페이서에서 립의 위치, 길이, 두께 등의 변화에 따른 파괴전압을 측정하기 위하여 다양한 모양의 립-스페이서에 파티클을 부착하여 실험하였다 전압으로는 상용주파 교류전압을 사용하였으며 0.2[kV /sec]의 속도로 전압을 상숭시키며 파괴전압을 측정하였다.

대상 데이터

립의길이는 각각 이며, 립의 두께는 각각 3[mm] 와 6[mm]인 립-스페이서 두 가지를 사용하였다.
모의 GIS 챔버는 직경 250[mm], 높이 17아mm] 의크기로 제작하였으며, 챔버 내무를 관찰할 수 있도록 관찰 창을 설치하였다. 또한 가스 주입구 및 배출구, 압력겨L 전압 인가선을 취부하였으며, 챔버의 외함은 접지하였다.
본 실험에서 사용한 진공펌프는 기름을 이용한 Rotary 형식의 진공펌프로 최대 SxioTmMT까지 진공이 가능하다.
본 연구에서 사용한 실험장치는 전원무, 챔버부및 계측기로 구성되었다. 챔버부는 모의 GIS 챔버로고스키 전극 및 스페이서로 구성된다.
또한 가스 주입구 및 배출구, 압력겨L 전압 인가선을 취부하였으며, 챔버의 외함은 접지하였다. 챔버의 재실은 스틸(steel)로 하였으며 상부의 덮개는 아크릴로 제작하였다. 상부전극은 전극 끝 부분에서 부분방전이 발생하는 것을 방지하기 위하여 라운드(round)처리한 지름 150[mm], 두께의 원형 평판전극으로 제작하여 모의 GIS 챔 버내에 삽입하였다.

데이터처리

각각의 실험에서 파괴전압은 5회 이상 측정하였으며 그 평균값을 대표값으로 하였다

성능/효과

2) 립이 2개인 스페이서에 파티클이 부착되었을 경우의 파괴전압, 특히 파티클이 두 개의 립사이에부착되었을 경우의 파괴전압이 립이 한 개이거나 없는 스페이서에 파티클이 부착된 경우보다 높게 나타났다.
3) 립의 끝단을 라운드 처리함으로써 립의 끝단을 라운드 처리하지 않은 스페이서보다 파괴전압을 더욱 상승시킬 수 있음을 알 수 있었다.
4) 랍이 하나 있는 스페이서의 경우, 파티클의 부착 위치에 관계없이 립이 하단에 위치할수록 파괴전압이 감소하는 경향을 나타내었다.
5) 립이 두 개 있는 스페이서의 경우, 립 사이의 거리가 멀어질수록 파괴전압이 점차 감소하는 경향을 보였다.
6) 립의 두께에 따른 파괴전압은 립의 두께가 두꺼운 경우가 립의 두께가 얇은 경우보다 전체적으로 높게 나타났다.
7) 립이 하나 있는 스페이서와 두 개 있는 스페이서 모두 립의 길이를 증가시킬수록 파괴전압이 증가하였다.
결과적으로 전극의 직경이 립의 직경보다 충분히 큰 경우에는 립의 길이가 길어질수록 파괴전압도 계속 상승함을 알 수 있다.
따라서 립이 하나인 경우의 스페이서에서는 파티클의 부착위치와 관계없이 립이 상부 전극과 가까운 위치에 있을수록 파티클의 영향이 촤소가 됨을 알 수가 있었으며, 이것은 기존 Tddo Yamagiwa 등의 연구자들이 립-스페이서의 직경보다 작은 직경을 갖는 전극에 대하여 실험한 결과와 일치하고 있다
본 논문에서는 스페이서에 금속성 파타클이 부착되었을 때 일어날 수 있는 절연파괴를 최대한 억제할 수 있는 한가지 방법인 립-스페이서에 대한 절연파괴 실험을 행하여 다음의 결론을 얻을 수 있었다 1) 파괴전압 실험 결과 립-스페이서를 사용함으로써 금속성 파티클이 스페이서에 부착될 경우 립이없는 스페이서보다 파괴전압이 높게 나타났다.
이상의 파괴전압 실험을 통하여 스페이서에 립을부착함으로써 립이 없는 스페이서보다 파괴전압 특성을 향상시킬 수 있음을 확인하였으며, 립의 부착 위치를 전극과 가깝게 하고 립의 길이를 길게하고, 립의 두께를 두껍게 하며, 또한 립에서 각이 지는 부분을 둥글게 라운드 처리함으로써 립의 효과를 더욱 크게 할 수 있음을 확인할 수 있었다.
거리를 나타낸다. 퍄티클을 상단에 부착한 경우에는 립이 스페이서의 상단에 위치할수록 파괴전압이 높게 나타났으며, 파티클을 하단에 부착한 경우에도 립이 상단에 위치할수록 파괴전압이 높게 나타났다.

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