산업사회의 발달과 더불어 신뢰성 높은 양질의 전기에너지와 운전 및 보수의 간편화, 계통 운용의 신뢰성, 안전성 확보가 요구되고 있다. 따라서 본 논문은 각종 전력설비에서 $SF_6$을 대체할 수 있는 친환경절연제로 연구되고 있는 $N_2-O_2$혼합가스($N_2:O_2=100$ : 0, 79 : 21, 60 : 40, 40 : 60) 절연파괴특성을 구명(究明)하여 이를 $SF_6$가스의 특성과 비교하였다. 이상의 연구 결과, 제조공기와 Dry-Air 절연특성을 구명함으로서 각종 전력응용 설비의 절연설계에 $SF_6$ 대신 친환경적인 모의공기를 사용 가능함을 본 연구에서 구명(究明)하였다. 제조공기를 이용한 친환경적인 절연재 사용으로 지구의 온난화현상 감소에 크게 기여할 것으로 기대된다.
산업사회의 발달과 더불어 신뢰성 높은 양질의 전기에너지와 운전 및 보수의 간편화, 계통 운용의 신뢰성, 안전성 확보가 요구되고 있다. 따라서 본 논문은 각종 전력설비에서 $SF_6$을 대체할 수 있는 친환경절연제로 연구되고 있는 $N_2-O_2$ 혼합가스($N_2:O_2=100$ : 0, 79 : 21, 60 : 40, 40 : 60) 절연파괴특성을 구명(究明)하여 이를 $SF_6$가스의 특성과 비교하였다. 이상의 연구 결과, 제조공기와 Dry-Air 절연특성을 구명함으로서 각종 전력응용 설비의 절연설계에 $SF_6$ 대신 친환경적인 모의공기를 사용 가능함을 본 연구에서 구명(究明)하였다. 제조공기를 이용한 친환경적인 절연재 사용으로 지구의 온난화현상 감소에 크게 기여할 것으로 기대된다.
With the improvement of industrial society, the high quality electrical energy, simplification of operation and maintenance, ensuring reliability and safety are being required. This paper compares breakdown characteristics in $SF_6$ gas with $N_2/O_2$ Mixture gas($N_2:O_2=...
With the improvement of industrial society, the high quality electrical energy, simplification of operation and maintenance, ensuring reliability and safety are being required. This paper compares breakdown characteristics in $SF_6$ gas with $N_2/O_2$ Mixture gas($N_2:O_2=100$ : 0, 79 : 21, 60 : 40, 40 : 60) as using widely in High Voltage insulation equipment with the characteristics in different media which are focused on environmentally friendly gases. As an append result of research the results are fundamental data for electric insulation design of Distribution Power Facilities which will be studied and developed in the future. And we could make an environment friendly gas insulation material with mataining dielectric strength by $N_2/O_2$ Mixture gas which generates a lower lever of the global warming effect.
With the improvement of industrial society, the high quality electrical energy, simplification of operation and maintenance, ensuring reliability and safety are being required. This paper compares breakdown characteristics in $SF_6$ gas with $N_2/O_2$ Mixture gas($N_2:O_2=100$ : 0, 79 : 21, 60 : 40, 40 : 60) as using widely in High Voltage insulation equipment with the characteristics in different media which are focused on environmentally friendly gases. As an append result of research the results are fundamental data for electric insulation design of Distribution Power Facilities which will be studied and developed in the future. And we could make an environment friendly gas insulation material with mataining dielectric strength by $N_2/O_2$ Mixture gas which generates a lower lever of the global warming effect.
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문제 정의
따라서, 본 연구에서는 N2-a 혼합가스와 SF6의 절연파괴 특성을 비교분석하여 SFe 가스의 대체 가능성을 검토한 연구이다.
또한 각종 전력응용 설비의 절연설계에 sf6 대신 위의 혼합가스 중 가장 절연파괴특성이 좋고 친환경적인 N2 : 02 =79[%] : 21[%] 혼합가스의 사용 가능함에 대하여 연구하였다.
제안 방법
:。》=40[绚 : 60[%]인 혼합가스의 혼합비별 기본적인 절연파괴특성을 구명함으로서 SF6의 절연파괴특성과 비교분석하였다. 또한 각종 전력응용 설비의 절연설계에 sf6 대신 위의 혼합가스 중 가장 절연파괴특성이 좋고 친환경적인 N2 : 02 =79[%] : 21[%] 혼합가스의 사용 가능함에 대하여 연구하였다.
온도변화(90~-90[笆]) 및 유지가 가능하고 높은 절연성을 가진 SFs 가스의 절연내력 시험을 위해 300[kV]까지 고압인가를 할 수 있도록 절연설계가 되어 있다. 또한 챔버내 가압상태에서 외부에서 갭을 75[mm]까지 상부에서 조정할 수 있도록 설계하였다. 전원장치는 DY-106CAC 300[kV]/120[mA])을 사용하였다.
실험 방법은 가스를 투입하기전 챔버 내를 5乂10%0]工]까지 배기시킨 후 각각 SF6가스, Diy-Air, N2P2 혼합가스를 주입하였다 이에 각 압력에 따른 갭(d) 변화시 절연파괴전압(Vb) 특성 연구하였다. Vb는 10회 측정하여 평균한 값을 이용하였다.
대상 데이터
사용전극은 스테인레스 스틸인 Sphere-Sphere (구직경 41[mm], S-S)을 사용하였다. 실험 방법은 가스를 투입하기전 챔버 내를 5乂10%0]工]까지 배기시킨 후 각각 SF6가스, Diy-Air, N2P2 혼합가스를 주입하였다 이에 각 압력에 따른 갭(d) 변화시 절연파괴전압(Vb) 특성 연구하였다.
다음과 같다. 실험용 챔버 내부온도를 측정하기 위하여 온도센서(UNICON, -90~9(rC])를 전극 수직 중심축에서 수평거리 8[cm] 떨어진 곳 온도 센서(상 주 하)3개와 압력계(WISE, 0~15기압) 를 설치하였다. 실험용 챔버 내부 온도센서와 전극부를 관측할 수 있는 관즉창(직경 두께 20[mm])이 존재한다.
실험용 챔버 내부 온도센서와 전극부를 관측할 수 있는 관즉창(직경 두께 20[mm])이 존재한다. 이 관측창의 재질은 투명 아크릴이며, 원통형으로 제작 설치하였다. 실험용 챔버 내부는 진공펌프 (SINKU KIKO Co.
또한 챔버내 가압상태에서 외부에서 갭을 75[mm]까지 상부에서 조정할 수 있도록 설계하였다. 전원장치는 DY-106CAC 300[kV]/120[mA])을 사용하였다.
성능/효과
나. N2 : Ch=79[%] : 211%] 혼합가스도 압력과 d 가 증가됨에 따라 절연파괴전압이 상승하였다. 하지만 낮은 압력에서 d 증가에 따른 절연파괴전압이 포화됨에 따라 Paschen의 법칙을 벗어남을 확인하였다.
N2: 0=79 : 21에서는 2, 4[atm]에서는 다른 성분비와 달리 d변화에 따른 Vb 증가율이 약 1.16, 1.26배로 약간 높은 반면 6[atm]에서는 Vb증가율이 1.25배로 낮은 것으로 나타났다. 대체로 N2와 Q의 같은 성분비 내 일정기압 2, 4와 6[atm]하에서 d변화시 Vb 의 증가율은 약 L14 배, 1.
가. SF6 가스는 압력과 d가 증가됨에 따라 절연파괴전압도 비례적으로 상승함을 확인하였으며, Paschen의 법칙에 의존한 결과를 얻었다.
다. SFs 가스 Hatm]의 절연파괴전압에 상응하는 N2 : a=79[%] : 21[이旬 혼합가스의 압력이 3[atm]정도인 것이 확인되었다.
절연파괴특성을 나태내고 있다. 그림과 같이 절연파괴특성은 성분비가 79 : 21(제조공기)일 때가장 높은 Vb특성을 가지고 있음을 확인하였다. 이것은 02 기스 및 N2 가스의 절연파괴 전압은 분자량은 큰 순수(上 및 N2 가스의 순으로 인가전압이 증가됨에 따라 방전으로 인한 전로파괴가 발생된 것으로 나타났다.
장래 본 연구의 결과는 송배전 전력기기들의 소형화 및 신뢰도 증대에 관한 좋은 자료로 응용 가능할 것이며, 이에 위의 결과를 응용하면 SFe 가스 대신 N2: 02=79[%] : 21[%] 혼합가스를 전력설비의 절연재료로 사용 가능할 것으로 판단된다.
일반적으로 불평등전계 형성시 d가 길어지면 불평등성이 강화되어 VB가 포화되는 경향으로 나타나며, 평등전계인 경우는 [그림 1]과 같이 d가 적을 때보다 d가 상대적으로 클때, Vb의 차가 커지게 된다. 절연파괴특성은 그래프와 같이 d 증가시 선형적으로 상승하였으며, 평균적으로 d가 l[mm] 증가됨에 따라 Vb가 2배정도 증가됨을 확인하였다. 또한 그림에서 보는 바와 같이 압력이 증가됨에따라 Vb는 상승하였으며, d가 커질수록 각 압력에 따른 Vb의 차가 큼을 알 수 있다.
후속연구
알려져 있다. 평등전계의 결과에서 보듯이 일정 압력에 d 변화에 따른 절연파괴특성은 선형적으로 나타남을 볼 수 있어 전력설비의 상시 절연감시시스템을 구성시 여러 상황별 Vb를 추정하여 전력 설비의 신뢰성을 보장할 수 있을 것이라 사려된다.
비록 우리나라는 온난화 가스에 대한 개도국으로 선정되어 있지만 앞에서 언급한 여러 국가들은 강제 이행국으로써 온난화 물질 대체 연구 및 새로운 전력설비에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 향후 우리나라도 온난화 가스에 대한 강제 이행국이 될 것이 확실시 되고 있으며 향후 전력선진국으로 도약하기 위해서는 우리나라도 다양한 대체 절연재 개발에 많은 연구 및 개발의 필요성이 있다고 사료된다.
참고문헌 (7)
Landry, M. et al. "Dielectric withstand and breaking capacity of SF6 circuit breakers at low temperatures" Power Delivery, IEEE Transactions on, pp. 1029~1035, July 1988
T.Ueda et al, "Discrimination of Partial Discharge Electromagnetic Signal in $SF_6{}$ Gas from External Noise Using Phase Gate Control Method", IEEE International Symposium on Electrical Insulation, pp. 117~120, 1996
C.Beyer et al. "Influence Reactive SFX Gases on Electrode Surfaces after Electrical Discharge under $SF_6{}$ Atmosphere", IEEE Trans, pp. 234~240, 2000
Kwang-Sik Lee, "The Characteristics of Insulation with Temperature Variations of $SF_6{}$ " KIEE Vol 52C No 8, 2003.8
Naoki "Streamer and Leader Discharge Propagation Characteristics Leading to Breakdown in Electron in Electronegative Gases" IEEE, 2006
Kwang-Sik Lee, Eun-Hyuck Choi, "Breakdown characteristics of SF6 at various temperature under AC High-Voltage" IEEE - ICPADM 2006, 2006.06
최은혁, "친환경 절연재의 절연특성과 그 진단에 관한 연구" 영남대학교 박사학위논문, 2008.12
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