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문제 정의
- 따라서 본 논문에서는 경계요소법을 이용한 2차원 시뮬레이션 프로그램을 이용하여 3층으로 적층 된 아라미드 절연지의 인공표면거침도와 보이드에 따른 전계분포를 해석한 결과를 소개하고 아라미드 절연지에 표면거침도와 보이드 존재 시 전기적 특성에 미치는 영향을 조사하여 절연체에서 고장방지를 최소화하고 신뢰성을 확보하기위한 연구를 하였다이。).
제안 방법
- 1(d)는 양면으로 거침면이 존재하고 장방형 보이드가 존재 시형 상이다. 거침도의 표면은 공기로 설정하고 3층으로 적층된 아라미드 절연지의 중앙 절연지에 보이드를 삽입하였으며, 중앙 절연지와 하부 절연지 사이의 단면과 양면에 각각 지름 30|jun]의 거침 도를 길이 5.5[mm]로 설계하고 거침면 길이가 동일한 상태에서 거침도 반경을 2, 4배로 증가시켜 변화에 따른 전계분포를 조사하였다. 한편 시뮬레이션 해석을 위한 물성은 Table 1과 같다.
- 모델형상은 CIGRE 전극법으로 설계하고, 상부 전극에 교류 20[kV] 60[Hz]을 인가하고 하부전극은 접지하였으며 상 . 하 전극은 동 위상으로 설정하고, 형상을 해석하기 위해 요소를 삼각형 형태 3000개로 이산화 하였으며 이것은 형상이 원호로 된 부분이 존재할 경우에 정사각형의 그물망보다 삼각형 그물망으로 이산할 경우가 더 근접한 결과 값을 얻을 수 있기 때문이다.
- 또한 거침면의 반경 증가는 전계완화에 기여함을 확인하였으며, 그리고보이드 유 . 무와 거침도 반경에 따른 수평전계와 수직 전계를 조사하였다.
- Fig. 6은 수평면, 수직면전계의 해석위치를 나타낸 것으로 수평면 전계의 경우 상부전극과 경계를 이루는 아라미드 절연지부분(B/E), 3층 적층된 아라미드 절연지 상부(TT), 중부(MS그리고 하부(田) 부분에서 거리(d)에 따른 전계(E)를 측정하였고 측정 거리는 전극부분에서 시작하여 외부절연지 말단까지로 설정하며, 수직면 전계는 각각 전극중앙(C), 전극 경계(B) 그리고 전극외측 0.7[mm](OB)위치에서 거리 (d)에 따른 전계(E)를 측정하였고 측정거리는 상부 전극 경계에서 하부 전극경계까지로 설정하였다.
- 그림에서 전계집중은 전극 경계외측에서 가장 높음을 확인 하였다. 따라서 수평면 전계를 보다 자세히 조사하기 위하여 전극경 계부분(B/E)과 3층 적층된 아라미드 절연지의 상부(TI), 중앙(MI), 하부(BI) 위치에서 전극경계부터 아라미드 절연지 끝부분까지 조사하였다. Fig.
- 같은 조건에서 수직면 전계분포를 조사하기 위하여 전극곡률반경이 시작되는 경계를 중심으로 각각 전극 중앙(C), 전극경계(B), 경계외측 0.7[mm](OB) 위치의 수직면상에서 전계분포를 조사하였다. Fig.
성능/효과
- 전극 곡률반경이 시작되는 곳을 중심으로 거칠기 내부 곡률반경 경계부분에 높은 전계집중이 나타남을 확인하였다. 절연지보다 상대적으로 공기의 비유전율이 작기 때문에 내부에 전계가 집중되는 것으로 보인다.
- 4(a), (b)는 거침면이 양면으로 존재하는 시료의 거침도 반경을 2배, 4배로 증가시킨 전계 등고선도이다. 거침면의 반경이 2배로 커지면 거칠기에 따른 전계집중과 충진된 공기의 기여로 전계분포 값은 커지나, 곡율 반경이 4배로 커지면 충진 공기의 기여보다 거침면의 곡률 반경에 따른 전계완화로 전계집중 값이 약간 감소됨을 확인할 수 있다이.
- 장방형 보이드를 중심으로 전계집중이 나타나며 거침 도가 존재하는 위치에서도 전계집중이 나타나는 것을 확인 하였다. 인공 보이드 내부 각에 의해 전계가 내부로 편향된 것으로 보인다.
- Fig. 7(b)는 거침도가 단면, 양면 존재 시의 수평전계분포를 나타낸 그래프로 단면 거침 도가 존재하는 중앙 절연지艸0), 단면거침도가 존재하는 하부절연지(BI/O), 양면거침도가 존재하는 중앙절연지(MI/B) 그리고 양면거침도가 존재하는 하부절연지(BI/B)에서의 수평전계분포를 나타낸 그래프로 단면 거침도를 갖는 시편에서는 중앙 절연지(MI/O) 에서 가장 큰 전계값 3.99xl(f[V/m]을 나타내고, 양면 거침도를 갖는 시편은 중앙절연지(MI/B)에서 전계값 3.8xKf[V/m]로 5[%] 감소함을 확인하였으며 두 시료 모두 거침도가 존재하는 절연지 중앙에서 전계가 집중되는 것을 확인 하였으며, 이것은 거침 도의 존재로 인하여 발생하는 전계집중으로 인한 현상으로 사료된다. Fig.
- Fig. 8(a) 는 원시료의 수직전계분포를 나타낸 그래프로 전극 곡률반경에 의한 전극경계 위치에서 전계집중이 나타났으며, 전극경계와 전극외측 0.7[mm]에서의 수직 전계분포는 아라미드 절연지에 의하여 대칭적으로 전계분포가 나타남을 확인할 수 있었고, 최대값은 전극경계에서 1.39시0[v/m]을 얻었다. Fig.
- Fig. 8(b) 는 거침도 존재 시의 수직전계분포를 단면거침도 시편의 전극중앙(C/0), 전극경계(B/O), 양면거침도 시편의 전극중앙(C/B), 그리고 양면거침도 시편의 전극 경계(B/B)에서 나타낸 그래프로 단면 거침도 시편은 전극경계(B/0)에서 1.29xlO7[V/m], 양면 거침도 는 전극경계(B/B)에서 1.24xl0[v/m]로 4[%] 감소하여 동일 시료에서의 수평전계분포와 같은 현상이 나타남을 확인할 수 있었다.
- Fig. 8(c)는 거침도의 반경을 2배로 증가시킨 시료의 수직전계분포를 나타낸 그래프로 단면 거침도 시편의 전극경계(B/O) 위치에서 전계집중을 나타내며, 크기는 1.34xl07[V/m]을 얻었고 양면거침도 시료(B/B)는 1.24xl07[v/m]로 단면 거침도 시료에 비하여 8[%] 감소함을 확인하였고, 단면거침도 시료의 (B/0)경우 전극경계와 전극외측 0.7[mm]위치에서 거침 도의 존재로 인한 비대칭적인 전계분포가 형성되는 것도 확인할 수 있었다. Fig.
- 이것은 단면 거침도 시료에 비하여 양면거침도 시료의 거침도가 증가하여 전계집중이 증가한 것이라 사료된다. 거침도의 수평, 수직 전계분포에서는 전극경계면과 거침도가 존재하는 위치에서 가장 큰 전계집중이 되는 것을 확인하였다. 수평전계분포에서 시료의 거침도 반경을 2 배로 증가시키면 양면 거침도 시료는 단면 거침도에비하여 전계집중이 8.
- 거침도의 수평, 수직 전계분포에서는 전극경계면과 거침도가 존재하는 위치에서 가장 큰 전계집중이 되는 것을 확인하였다. 수평전계분포에서 시료의 거침도 반경을 2 배로 증가시키면 양면 거침도 시료는 단면 거침도에비하여 전계집중이 8.2[%] 감소함을 확인하였고 4배로 증가시키면 10[殉 감소함을 확인하였으며, 수직 전계분포에서 거침도 반경을 2배로 증가시키면 양면 거침도 시료는 단면 거침도에 비하여 8[%] 감소함을 확인하였고 4배로 증가시키면 양면 거침 도는 단면 거침도에 비하여 10[%] 감소하였으며, 전계집중 현상은 거침면이 단면에 비하여 양면에서 전계집중이 대칭적으로 나타남을 확인할 수 있었다. 거칠기의 증가는 전계집중을 발생할 수 있고 또한 거칠기의 반경증가는 첨예도의 감소로 인하여 전계집중은 완화되지만 주위가 공기로 채워지므로 전체적인 전계집중은 증가된 것으로 사료되고, 공기 보이드가존재 시 원시료에 비해서 상대적으로 비유전율이 낮은 보이드를 중심으로 전계가 집중되는 것을 확인하였다.
- 2[%] 감소함을 확인하였고 4배로 증가시키면 10[殉 감소함을 확인하였으며, 수직 전계분포에서 거침도 반경을 2배로 증가시키면 양면 거침도 시료는 단면 거침도에 비하여 8[%] 감소함을 확인하였고 4배로 증가시키면 양면 거침 도는 단면 거침도에 비하여 10[%] 감소하였으며, 전계집중 현상은 거침면이 단면에 비하여 양면에서 전계집중이 대칭적으로 나타남을 확인할 수 있었다. 거칠기의 증가는 전계집중을 발생할 수 있고 또한 거칠기의 반경증가는 첨예도의 감소로 인하여 전계집중은 완화되지만 주위가 공기로 채워지므로 전체적인 전계집중은 증가된 것으로 사료되고, 공기 보이드가존재 시 원시료에 비해서 상대적으로 비유전율이 낮은 보이드를 중심으로 전계가 집중되는 것을 확인하였다. 이것은 거침도형성시 불규칙적인 거칠기를 평균적으로 설정하여 인공거침도를 형성한 결과라사료된다.
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