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문제 정의
- 가스절연개폐장치와 같은 고전압 전력기기의 절연 성능은 충전된 전극의 위치 및 형상에 의해 결정되는 전계의 세기와 절연 매질의 최대 허용 전계 강도의 상관 관계에 의해 좌우되므로 본 연구에서는 해석 영역내의 최대 전계의 세기를 목적함수로 선정하였다. 제어 인자로는 완화 쉴드의 위치 및 형상을 통한 전계 완화의 경향을 검토하고자 쉴드와 인터럽터 사이의 r 방향 갭(A), z 방향 길이(B) 및 쉴드의 반경(C)를 선정하였으며, 제어인자의 수준 수는 각각 3개의 수준으로 선정하였다.
- 특히 기존에 사용되던 SFs 가스보다 절연 성능이 열등한 질소 및 압축 건조공기를 절연매질로 사용하는 경우에는 이 부근의 전계를 완화하여 절연 성능을 향상시킬수 있는 설계 검토가 우선적으로 고려되어야 한다. 따라서 본 연구에서는 이 삼중점 부근에서의 전계 완화를 통한 가스절연개폐장치 차단부의 전기적 절연 성능 향상을 도모하고자 세라믹 양단부에 새로운 완화 쉴드 구조를 적용하는 방법을 제안하고 타당성을 검증하였으며, 또한 실험계획법의 대표적인 방법인 다구찌 실험계획법을 사용하여 쉴드의 최적 형상 설계를 실시하였다.
- 본 연구에서는 개폐장치 차단기부의 전계의 세기를 최소화시키는 최적 설계를 도모하기 위하여 여러 인자들 중에서 목표 특성치에 큰 영향을 미치는 중요 인자와 그 인자의 수준을 선정한 직교배열표를 이용한 실험 계획법으로 9회의 유한요소해석을 실시하였다. 표 4에 그 결과를 나타내었다.
- 본 연구에서는 다구찌 실험계획법과 FEM 해석을 이용하여 탈 SFe 가스화가 적용된 절연 개폐 장치의 차단기부에서의 전계의 집중을 최소화할 수 있는 완화 쉴드의 최적 설계를 제안하였다.
- 본 연구에서는 완화 쉴드의 유효성에 대해 검토하고자 먼저 완화 쉴드가 있는 경우(기준위치 AiBiCi 적용)와 없는 경우의 두 가지 모델에 대해 비교 해석을 실시하하였다. 그림 3에 진공 인터럽터의 주도체에 125 kV를 인가하였을 때, 완화 쉴드가 없는 경우와 있는 경우의 전위 분포도를 나타내었다.
- 본 연구에서는 이미 차단 성능이 검증된 진공인터럽터를 개폐장치의 차단기부에 배치할 경우 발생하는 전계 집중의 완화를 목적으로 하고 있으므로 본 연구에서는 이 차단 성능에 영향을 미칠 수 있는 진공 인터럽터 자체의 내부 구조 변경에 대해서는 고려하지 않았으며, 단지 외부에 그림 2 와 같은 간단한 구조의 완화 쉴드를 설치하는 관점에서 연구를 진행하였다.
- 이와 같은 필요성에 의해 본 논문에서는 기존의 진공 인터럽터가 갖는 전계 집중의 문제를 보완, 기기 내부의 절연 성능을 향상시키고자 새로운 형상의 완화 쉴드 구조를 제안하여 타당성을 검토하였다. 또한 대표적 실험계획방법인 다구찌 실험계획법을 진공 인터럽터의 절연 설계에 적용하여 제안한 완화 쉴드 구조의 최적형상 설계를 실시하였다.
가설 설정
- 5(b) 의 전계분포도에는 전계의 집중 부위를 육안으로용이하게 확인하기. 위해 각 해석 영 역별로 전계의 세기 값이 가장 큰 부위만을 표시하였다.
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