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문제 정의
- 이와 같은 관점에서 본 연구에서는 불평등 전계하에서 모의 방전모델을 선정하고, 오염물질에 따른 기중에서의 AC ,정침 및 부침 DC에서의 코로나 연면방전 특성을 비교 검토하였다. 오염물질에 따른 전극간격과 인가전압에 대한 자외선 발생량 및 형상, 코로나 발생 시 펄스 수 등을 측정 분석하여 UV 카메라 개발의 기초 자료로 활용하고자 한다.
- 침-평판 전극의 불평등 전계에서 오염물질에 따른 연면방전 모델의 기중 코로나 방전 특성에 관해 연구하였다.
제안 방법
- 에틸알코올로 GFRP표면을 세척, 건조시킨 후 전극계를 설치하여 표준상태(이물질이 없는 경우 : Standard)와 오염상태(이물질이 있는 경우)를 모의하여 설치하고 대기중에서 AC 및 DC 전압을 인가하여 연면방전 특성 및 UV 이미지를 관측하였다. DC 전압은 + 및 - 극성을 바꿔가면서 전극간격에 따른 코로나 방전 특성을 측정하였다. 전압상승은 약 2k[V/s]의 속도로 수동으로 일정간격으로 전압을 상승하여 인가(Vm)하였으며, 측정치는 10회 이상의 실효치를 평균하여 사용하였다.
- 자외선 이미지는 주변 자외선의 간섭이 없도록 조명을 소등하고 암막으로 태양광을 차단한 상태에서 측정하였으며, UV 사진촬영은 시료에서 2,000[mm] 떨어진 거리에서1,000[frame/sec] 속도로 촬영하면서 영상을 저장한 후 분석하였다. 또한 사진 촬영은 GFRP 시료면에 수직인 위치에서 촬영하였다.
- 전압상승은 약 2k[V/s]의 속도로 수동으로 일정간격으로 전압을 상승하여 인가(Vm)하였으며, 측정치는 10회 이상의 실효치를 평균하여 사용하였다. 또한 인가 전압에 따른 자외선(코로나) 개수 측정은 UV 센서를 이용한 이미 보고된 장비와 동일한 장비를 사용하였다. 코로나 발생시 검출되는 자외선량이 작아 투과형 광학렌즈를 이용하여 집광하였다[4-5].
- 에틸알코올로 GFRP표면을 세척, 건조시킨 후 전극계를 설치하여 표준상태(이물질이 없는 경우 : Standard)와 오염상태(이물질이 있는 경우)를 모의하여 설치하고 대기중에서 AC 및 DC 전압을 인가하여 연면방전 특성 및 UV 이미지를 관측하였다. DC 전압은 + 및 - 극성을 바꿔가면서 전극간격에 따른 코로나 방전 특성을 측정하였다.
- 연면 방전 특성을 위한 전극계는 그림 3과 같이 5[mm] 두께의 유리강화섬유플라스틱(GFRP: glass fiber reinforced plastics)판 위에 0.3[mm] 두께의 스테인레스 강(SUS 304)의 침(곡률각 : 60[°])-평판 전극을 붙이고 수평배치 하였다.
- 오염물질은 염분, 흙먼지, 안개, 비를 모의하여 전극 간에 이물질을 삽입시켰다. 염분은 소정의 농도의 오염물을 삽입시켰다.
- 이와 같은 관점에서 본 연구에서는 불평등 전계하에서 모의 방전모델을 선정하고, 오염물질에 따른 기중에서의 AC ,정침 및 부침 DC에서의 코로나 연면방전 특성을 비교 검토하였다. 오염물질에 따른 전극간격과 인가전압에 대한 자외선 발생량 및 형상, 코로나 발생 시 펄스 수 등을 측정 분석하여 UV 카메라 개발의 기초 자료로 활용하고자 한다.
- )변화에 따른 코로나 자외선 개수를 나타낸다. 자외선 개수는 투과형 광학렌즈, 자외선 센서(UV tron R9533) 및 레코드를 설치하여 출력되는 펄스신호를 컴퓨터로 계산되었다.
- 코로나 발생시 검출되는 자외선량이 작아 투과형 광학렌즈를 이용하여 집광하였다[4-5]. 자외선 이미지는 주변 자외선의 간섭이 없도록 조명을 소등하고 암막으로 태양광을 차단한 상태에서 측정하였으며, UV 사진촬영은 시료에서 2,000[mm] 떨어진 거리에서1,000[frame/sec] 속도로 촬영하면서 영상을 저장한 후 분석하였다. 또한 사진 촬영은 GFRP 시료면에 수직인 위치에서 촬영하였다.
- 그림 5는 오염물질 종류에 따른 AC 연면방전 특성을 나타낸다. 전극간격은 45[mm]이고, 오염물질의 종류는 염분, 안개, 비 등이며, 이물질이 없는 경우인 표준상태와의 연면방전 전압을 비교하였다. 염분, 흙먼지 경우의 연면방전 전압은 표준상태의 경우와 유사하나, 안개와 비의 경우는 방전전압이 특히 낮음을 알 수 있었다.
- DC 전압은 + 및 - 극성을 바꿔가면서 전극간격에 따른 코로나 방전 특성을 측정하였다. 전압상승은 약 2k[V/s]의 속도로 수동으로 일정간격으로 전압을 상승하여 인가(Vm)하였으며, 측정치는 10회 이상의 실효치를 평균하여 사용하였다. 또한 인가 전압에 따른 자외선(코로나) 개수 측정은 UV 센서를 이용한 이미 보고된 장비와 동일한 장비를 사용하였다.
- 또한 인가 전압에 따른 자외선(코로나) 개수 측정은 UV 센서를 이용한 이미 보고된 장비와 동일한 장비를 사용하였다. 코로나 발생시 검출되는 자외선량이 작아 투과형 광학렌즈를 이용하여 집광하였다[4-5]. 자외선 이미지는 주변 자외선의 간섭이 없도록 조명을 소등하고 암막으로 태양광을 차단한 상태에서 측정하였으며, UV 사진촬영은 시료에서 2,000[mm] 떨어진 거리에서1,000[frame/sec] 속도로 촬영하면서 영상을 저장한 후 분석하였다.
- 3[mm] 두께의 스테인레스 강(SUS 304)의 침(곡률각 : 60[°])-평판 전극을 붙이고 수평배치 하였다. 평판전극의 단부는 전계집중을 피하기 위하여 곡률반경을 10[mm]로 처리하였으며, 전극간격(d)은 15, 30, 45, 50 및 70[mm]로 변화시켰다.
대상 데이터
- )를 사용하였다. 또한 UV 카메라는 이오시스템(주)에서 개발한 시제품 UV 카메라(OpusⅠ, EOST)와 디지털카메라, 영상처리장치를 이용하였다.
- 그림 2에 실험장치의 개략도를 나타낸다. 실험장치는 크게 모의전극계, 고전압발생기, UV 카메라 및 영상저장장치로 구성된다. 시료에 인가되는 전압은 최대전압 100[kV]의 AC 및 DC의 고전압 발생장치(Kyonan Elect.
성능/효과
- 그림 (c)는 전극간격 45[mm], DC-전원을 인가한 경우로 DC+ 전압을 인가한 경우와 유사한 결과를 얻을 수 있었다. 결과적으로 오염물질에 따른 코로나 자외선 개수 발생 개수는 소금모의, 표준상태, 안개모의, 비모의 순으로 증가함을 알 수 있었다.
- 염분의 자외선 이미지는 표준상태의 현상과 유사하나, 양전극간에서 연면 전체적으로 분포됨을 확인하였다. 비를 모의해 물을 뿌린 상태에서의 자외선 이미지는 저전계에서 삼각전극 선단 근처에서 흰점인 대량의 자외선이 발생되며 매우 짧은 시간에 반대편의 평판전극에서도 자외선이 검출되면서 전체적으로 분포되고 빗물을 통해 전극간을 단락되는 것을 확인하였다.
- 전극간격은 45[mm]이고, 오염물질의 종류는 염분, 안개, 비 등이며, 이물질이 없는 경우인 표준상태와의 연면방전 전압을 비교하였다. 염분, 흙먼지 경우의 연면방전 전압은 표준상태의 경우와 유사하나, 안개와 비의 경우는 방전전압이 특히 낮음을 알 수 있었다.
- 염분의 자외선 이미지는 표준상태의 현상과 유사하나, 양전극간에서 연면 전체적으로 분포됨을 확인하였다. 비를 모의해 물을 뿌린 상태에서의 자외선 이미지는 저전계에서 삼각전극 선단 근처에서 흰점인 대량의 자외선이 발생되며 매우 짧은 시간에 반대편의 평판전극에서도 자외선이 검출되면서 전체적으로 분포되고 빗물을 통해 전극간을 단락되는 것을 확인하였다.
- 그림의 ◆표시는 AC 실효치전압의 평균값이고, □표시 및 ▲표시는 각각 정극성과 부극성의 DC 전압의 평균값을 나타낸다. 지금까지 보고된 결과와 같이 어느 경우에나 GFRP 연면전극간격에 따라 연면파괴전압은 증가하고 있으며, 동일한 연면전극간격일 경우 DC의 부침이 정침의 경우보다 연면파괴전압이 높음을 알 수 있었고, 실험장비의 한계로 DC+와 DC-의 경우 전극간격을 45[mm]까지만 실험하였다.
- 이와 같은 현상은 그림 (b)와 같이 소금의 모의 경우도 표준 상태와 우사하고 그림 (c)의 안개 모의 경우 약 70[%]인 17[kV] 근처에서부터 침전극 선단 근처에서 자외선이 많이 발생하고, 전압 증가에 따라서 흰점의 수와 크기가 증가하고 그림 (d)에서 비를 모의 한 경우 연면 파괴전압의 50[%]부터 아주 많은 자외선 발생함을 알 수 있었다. 한편 비를 모의해 물을 뿌린 상태에서의 자외선 이미지는 저전계에서 삼각전극 선단 근처에서 흰점인 소량의 자외선이 발생되나 매우 짧은 시간에 반대편의 평판전극에서도 자외선이 검출되면서 전체적으로 분포되고 빗물을 통해 전극간을 단락되는 것을 확인하였다. 이와 같은 현상은 안개의 경우에서도 유사하나 코로나 바람(corona wind)의 영향으로 저전계에서는 자외선 발생이 약하고, 진행속도가 느렸다.
후속연구
- 코로나 방전 모델의 방전 특성과 자외선 이미지에 미치는 AC, DC+ 및 DC- 인가전압의 영향, 오염물질의 영향에 관한 연구는 UV카메라 개발과 더불어 부싱을 비롯한 각종 전력설비의 열화진단을 예측하는 기초자료로서 적극 활용될 수 있을 것으로 판단되며 차후 현재 개발 중인 UV 카메라를 이용하여 자외선 발생 수, 크기와 면적 등을 재검토 할 필요가 있다.
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