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문제 정의
- SF6 가스차단부 내에서 발생하는 아크 플라즈마 해석과 관련된 지배방정식, 아크의 방사모델링, 난류모델링, 노즐용삭모델링, 전계 및 자계계산 등은 이미 발표된 논문에서 자세히 기술하였으므로 본 논문에서는 지배방정식만을 간단히 정리하고자 한다.
- 구해진 열적회복특성 곡선으로부터 임계과도회복 전압상승률 (Critical Rate of Rise of Recovery Voltage : RRRVc)을 확인하여 요구되는 과도회복전압 상승률과 비교함으로써 SF6 가스차단부의 근거리 선로고장에 의해 발생한 고장전류의 차단 여부를 예측할 수 있게 되어, 현재 시험 및 시행오차에 의존하여 개발해 오던 SF6 가스 차단부의 개발에 소요되는 시간과 비용을 크게 절감할 수 있게 된다. 본 논문에서는 노즐용삭을 고려한 SF6 가스차단기 노즐에 대한 열적회복특성 해석을 실시하고 그 결과를 제시하고자 한다.
- 본 논문에서는 전력계통에서 발생하는 고장전류로부터 전력기기를 보호하기 위해 사용되는 SF6 가스차단기의 차단 설계시에 요구되는 열적희복특성 해석 기법에 대하여 기술하고 SF6 가스차단기의 노즐부에 대하여 적용하여 보았다. 특히, 노즐 표면에 도달하는 아크의 방사에너지에 의해 용삭되어 SF6 가스 중으로 혼입되는 PTFE 농도를 계산하고 그 결과를 이용하여 SF6-PTFE 혼합 가스의 물질특성 데이터베이스로부터 실제적인 혼합가스의 물질특성들을 구하여 아크 플라즈마 해석에 반영할 수 있게 되었다.
- 그림 1은 SLF 대전류 차단성능 평가 흐름도를 도시한 것이다. 전계해석, 자계해석, 농도해석 및 열가스 유동해석에 대하여는 이미 여러 차례 논문을 통하여 소개하였기 때문에 본 논문에서는 주로 아크 후전류(Post-arc current) 계산에 대하여 소개하고자 한다[3, 4, 5].
가설 설정
- 먼저 노즐 표면에 대하여 살펴보자. 노즐의 용삭의 경우, 노즐에 도달한 방사에너지의 90%가 PTFE 물질을 용삭시키는데 이용된다고 가정하였다. 노즐 용삭에 의한 노즐 직경의 변화는 매우 작기 때문에 노즐 용삭에 의한 노즐 구조의 변화는 무시하였다.
- 356 [Bar]로 가정하였다. 두 전극은 고정되어 있으며 전류는 그림 4와 같이 1, 200 [A]로부터 시작하여 6.0 [A/μs]의 비율로 감소한다고 가정하였다. 고장 전류를 차단하기 위해 차단기의 접점이 이동되어야 함에도 불구하고 전극을 고정시킨 이유는 해석 구간이 전류 영점으로부터 약 200μs 전 부터 전류 영점까지로 매우 짧기 때문이며 주 목적이 이동의 효과보다는 노즐용삭의 정도를 보기 위해서이기 때문이다.
- 5% 임을 알 수 있었다. 이것을 초기 조건으로 하여 전류가 1,200[A]로부터 전류 영점까지 6.0 [A/μs]의 비율로 선형적으로 감소한다는 가정 하에 노즐용삭 해석기술을 적용하여 아크 플라즈마를 해석하였다. 그림 7과 그림 8은 전류영점 에서의 온도 분포와 PTFE의 농도 분포를 각각 나타낸 것으로 아크 중심부에서의 최대 온도는 9,770 [K], 노즐표면 부근에서의 PTFE의 농도는 약 14.
- 또한 하류장 전극의 반경은 3 [mm], 하류장 전극의 Tip부분의 직경은 4 [mm]이고, 입력부(Inlet)의 노즐 직경은 36 [mm], 출력부Outlet)의 노즐반경은 8 [mm] 이다. 입력부에서의 경계조건으로는 압력 7.14 [Bar]의 Stagnation 상태를 가정하였고 출력부에서의 압력조건은 2.356 [Bar]로 가정하였다. 두 전극은 고정되어 있으며 전류는 그림 4와 같이 1, 200 [A]로부터 시작하여 6.
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