[논문]<tex>$SF_6$</tex> 가스 중의 삼중점 절연파괴 예측기술에 관한 연구

조용성; 정진교; 이우영

$SF_6$ 가스 중의 삼중점 절연파괴 예측기술에 관한 연구
Study on Insulation Prediction of Triple Junction in $SF_6$ 원문보기

전기학회논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers, v.58 no.5, 2009년, pp.989 - 993

조용성 (한국전기연구원 전력기기연구센터) , 정진교 (한국전기연구원 전력기기연구센터) , 이우영 (한국전기연구원 전력기기연구센터)

Abstract ▼ AI-Helper

Triple junction which consists of three media(electrode, insulator, and gas) should be considered in designing of high voltage equipments due to the electric field enhancement. In this paper, positive lightning impulse breakdown voltage is predicted based on the streamer theory for simplified insulator models and 72.5kV spacer with varying the triple junction geometry and gas pressure, and the results are compared to the experimental results. The electric field coefficient concept is also applied in order to evaluate the partial discharge inception voltage and the surface flashover voltage from the streamer inception voltage. The application of this method using the constant electric field coefficient of 1.3 and 0.66 is possible for evaluating the triple-junction insulation of the simplified insulator and the 72.5kV spacer respectively. The error rate is under 10%.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 다른 형태의 모델에 대하여 그 적용 가능성을 타진해보기 위하여 그림 2와 같은 형상의 간이모델과 72.5kV 실모델 스페이서에 대해 삼중점 절연예측을 하였고, 실험결과와 비교를 하였다.

제안 방법

6MPa 각각에 대해서 절연시험을 하였고, 전극끝단과 바닥의 평면도체와의 거리 (d)는 20mm로 고정하였다. 간이모델에 대한 삼중점 절연시험을 하는데 있어서 시료교체를 위한 챔버의 개폐작업 및 그로 인한 가스 교환을 최대한 줄이기 위해서 그림 3과 같이 기어를 사용하여 외부에서 조정하여 시료를 교체할 수 있는 실험 장치를 고안하여 실험효율을 높였다.
본 논문에서는 스트리머 이론을 적용하여 간이모델 절연물 형상과 72.5kV용 스페이서에서 각각 형성되는 삼중 점에서 의정 극성 뇌충격 파괴전압을 예측하였고, 실험을 통하여 검증을 하였다[6]. 스트리머 이론을 이용하여 삼중점 절연파괴추정을 하였을 때 스트리머개시전압을 부분 방전 개시전압의 최저치로 볼 수 있으나 실제 시험결과에서 나타나듯이 압력이 증가함에 따라 추정 된 스트리머 개 시전압에 비해 실제 파괴전압이 포화되는 경향을 보여주지는 못한다.
삼중점 절연예측을 위한 방법은 참고문헌[6][기에 제시되어 있지만 간이모델과 같은 임의의 형상에 적용이 가능한지 그리고 실제 사용되고 있는 72.5kV 스페이서에 있어서의 적용 가능성을 집중적으로 분석하였다.
스트리머 이론을 이용하여 삼중점 절연파괴추정을 하였을 때 스트리머개시전압을 부분 방전 개시전압의 최저치로 볼 수 있으나 실제 시험결과에서 나타나듯이 압력이 증가함에 따라 추정 된 스트리머 개 시전압에 비해 실제 파괴전압이 포화되는 경향을 보여주지는 못한다. 이러한 부분을 보완하기 위하여 구해진 스트리머 개시 전압에 추가적으로 전계계수(Cef)라는 개념을 도입하여 부분 방전 개시 전압 및 연면파괴전압을 추정하는 방법을 사용하였다[7].
0이다. 전극직경(D) 10, 15, 20mm 인 전극에 대해서 가스압력 0.45MPa, 0.6MPa 각각에 대해서 절연시험을 하였고, 전극끝단과 바닥의 평면도체와의 거리 (d)는 20mm로 고정하였다. 간이모델에 대한 삼중점 절연시험을 하는데 있어서 시료교체를 위한 챔버의 개폐작업 및 그로 인한 가스 교환을 최대한 줄이기 위해서 그림 3과 같이 기어를 사용하여 외부에서 조정하여 시료를 교체할 수 있는 실험 장치를 고안하여 실험효율을 높였다.

대상 데이터

부착되게 된다. 절연물의 재질은 알루미나로 충진된 에폭시로서 비유전율은 6.0이다. 전극직경(D) 10, 15, 20mm 인 전극에 대해서 가스압력 0.

데이터처리

간이모델에 대한 해석결과를 바탕으로 72.5kV 스페이서에 있어서 그림 5와 같은 형태의 삼중점 형상에 대하여 전계해석 및 스트리머 이론식을 적용하여 정극성 뇌임펄스 전압에 대한 절연내력을 계산하였고, 측정을 통하여 실험 결과와 비교하였다. 그림 6에서 볼 수 있듯이 내부도체 끝단의 전계강도를 낮추어 삼중점에서 절연파괴가 먼저 발생하도록 하기 위해서 직경 125mm 의 구형쉴드를 내부도체의 끝단에 설치하였다.

성능/효과

간이모델과 72.5kV 스페이서에 대해서 스트리머 이론을 근거로 한 삼중점 절연파괴예측의 가능성을 고찰해 본 결과 간이모델과 72.5kV 스페이서 모두 일정한 전계계수 영역에 있고 전극의 표면거칠기, 실효면적, 실효면적부에서의 평균 전계 및 층진압력에 있어서 큰 변동사항이 없는 한 동일한 전계 계수의 사용이 가능하므로 충분히 절연내력예측이 가능하다고 할 수 있다. 본 논문에서 모델로 삼은 간이모델의 경우는 1.

참고문헌 (8)

T. Takuma and T. Kawamoto, 'Field Intensification near Various Points of Contact with a Zero Contact Angle between a Solid Dielectric and an Electrode,' IEEE Vol. PAS-103, No.9, pp.2486-2494, 1984

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K. Itawa and T, Hara, 'Influence of Local Field Concentration on Surface Flashover Characteristics of Spacers in SF6 Gas,' International Symposium on Electrical Insulation, IEEE, pp.55-60, 1980
N. G. Trinh, F. A. M. Rizk and C. Vincent, 'Electrostatic-Field Optimization of the Profile of Epoxy Spacers for Compressed SF6-Insulated Cables,' IEEE Vol. PAS-99, No.6, pp.2164-22174, 1980

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송기동, 오연호, 최희준, 'Singularity Function을 이용한 3중점 전계해석 기법의 개발,' 2006년도 대한전기학회 부산/울산/경남지회 춘계학술대회 논문집
T. Takuma, 'Field Behavior at a Tripe Junction in Composite Dielectric Arrangements,' IEEE Trans. Vol. 26, No.3, pp.500-509, 1991

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H. Hama, H. Yamamoto, S. Sakuma, K. Takatsuka, T. Yamauchi, 'Surface flashover characteristic of disc type spacer systeminitiated by wedge shaped gas gap and its improvement,' IEEE Trans. Power Delievery, Vol. 8, No.3, pp.1070-1079, 1993

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H. Hama, K. Inami, M. Yoshimura, K. Nakanishi, 'Estimation of Breakdown Voltages of Surface Flashovers initiated from Triple Junction in SF6 Gas,' T. IEE Japan, Vol. 115-A, No. 11, pp. 1078-1087, 1995
T. Nitta, Y. Shibuya, 'Electrical Breakdown of Long Gaps in Sulfur Hexafluoride,' IEEE Trans. PAS-90. 1065-1071. 1971

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