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문제 정의
- 본 연구에서는 이와 같은 고효율의 성능을 갖는 산업용 모터와 같은 산업에 적용하기 위하여, 4종류의 코일을 개발하여 제조하였다. 즉, PAI원형, 나노 실리카 5 wt% 충진 분산된 바니시를 개발하여 1차 코팅한 코일위에 반-코로나성 나노 실리카 5 wt% 충진 분산된 바니시를 이용한 두 번째 절연층을 코팅한 이중층으로 구성된 절연층을 T/D (temperature and drying) 220℃, 240℃, 260℃ 건조 온도 조건 하에서 경화시킨 3종류 코일을 인버터 서지와 온도 스트레스 20℃, 70℃, 100℃, 150℃, 200℃ 그리고 250℃ 온도 스트레스 환경 하에서 절연파괴 수명을 측정하여 가속절연 수명을 평가를 실시하였다.
- 본 연구에서는 개발된 4종류 코일의 절연 수명평가를 실시하였다. 실험 조건은 인가전원 및 주파수 1.
제안 방법
- 본 연구에서는 이와 같은 고효율의 성능을 갖는 산업용 모터와 같은 산업에 적용하기 위하여, 4종류의 코일을 개발하여 제조하였다. 즉, PAI원형, 나노 실리카 5 wt% 충진 분산된 바니시를 개발하여 1차 코팅한 코일위에 반-코로나성 나노 실리카 5 wt% 충진 분산된 바니시를 이용한 두 번째 절연층을 코팅한 이중층으로 구성된 절연층을 T/D (temperature and drying) 220℃, 240℃, 260℃ 건조 온도 조건 하에서 경화시킨 3종류 코일을 인버터 서지와 온도 스트레스 20℃, 70℃, 100℃, 150℃, 200℃ 그리고 250℃ 온도 스트레스 환경 하에서 절연파괴 수명을 측정하여 가속절연 수명을 평가를 실시하였다.
- 에서 제조하였다. 첫 번째 층은 고유연성 PAI원형 바니시에 5 wt% 나노 실리카를 충진 분산시킨 나노콤포지트로 코팅하였고 그리고 두 번째 층의 바니시는 코로나 방지용, 나노 실리카 충진함량 15 wt%를 완전 분산시킨 바니시로 코팅하여 각각의 온도조건 T/D : 220℃, 240℃, 260℃로 3종류의 경화조건으로 새로운 코일을 개발하였다.
- 본 연구에서는 개발된 4종류 코일의 절연 수명평가를 실시하였다. 실험 조건은 인가전원 및 주파수 1.5 kV/20 kHz의 인버터 서지 조건이 그림 1에서 나타낸 전극에서 측정하였다.
- 그림 2에서 나타낸 인버터 서지의 파형 발생장치(Model: APCP-12 kV-100, Sky Innotek Co. Ltd.)로부터 1.5 kV/20 kHz의 고전압 펄스 파형을 발생시켜, 코일 샘플에 인가되어졌으며, 동시에 온도 스트레스에 의한 가속 수명평가를 위해 온도 스트레스 변수 즉, 20℃, 70℃, 100℃, 150℃, 200℃, 250℃ 일정한 온도 조건하에서 실험이 실시되었고, 코일의 절연 수명이 끝날 때까지 일정한 조건에서 수행하였다.
- 그림 3과 표 3에서는 PAI (polyamideimide) 바니시를 구리도체에 코팅된 각형코일로서, 장시간 절연 수명을 평가하기 위하여 인공적으로 가속 수명평가를 실시하였다. 즉, 인버터 서지용 전원 전압은 1.
- 그림 3과 표 3에서는 PAI (polyamideimide) 바니시를 구리도체에 코팅된 각형코일로서, 장시간 절연 수명을 평가하기 위하여 인공적으로 가속 수명평가를 실시하였다. 즉, 인버터 서지용 전원 전압은 1.5 kV, 인가주파수 20 kHz 조건하에서 가속열화를 위하여 온도의 구배가 거의 없는 항온조 내에서 온도 스트레스를 주지 않은 조건 즉, 인버터 서지만의 영향을 알기 위하여 현재 상태온도(20℃)로 설정하였다. 온도 스트레스 변수는 현실적인 사용 운전 조건과 같은 환경 온도 조건을 70℃로 하였고, 그 이상의 온도 스트레스 즉, 100℃, 150℃, 200℃, 250℃로 설정하여 실시하였다.
- 5 kV, 인가주파수 20 kHz 조건하에서 가속열화를 위하여 온도의 구배가 거의 없는 항온조 내에서 온도 스트레스를 주지 않은 조건 즉, 인버터 서지만의 영향을 알기 위하여 현재 상태온도(20℃)로 설정하였다. 온도 스트레스 변수는 현실적인 사용 운전 조건과 같은 환경 온도 조건을 70℃로 하였고, 그 이상의 온도 스트레스 즉, 100℃, 150℃, 200℃, 250℃로 설정하여 실시하였다. 다시 말해 70℃을 기준으로 했을 때, 100℃(42% 가속), 150℃(114% 가속), 200℃(185% 가속), 250℃(257% 가속) 열화를 실시하였다.
- 온도 스트레스 변수는 현실적인 사용 운전 조건과 같은 환경 온도 조건을 70℃로 하였고, 그 이상의 온도 스트레스 즉, 100℃, 150℃, 200℃, 250℃로 설정하여 실시하였다. 다시 말해 70℃을 기준으로 했을 때, 100℃(42% 가속), 150℃(114% 가속), 200℃(185% 가속), 250℃(257% 가속) 열화를 실시하였다.
- 그러나 코일을 모터에 적용되었을 때, 정상적인 온도 스트레스 환경(70℃)으로 기준을 정하였을 때, 절연 수명은 약 94분을 나타내었다. 온도 스트레스를 더욱더 가혹한 조건 즉, 100℃(42% 가속), 150℃(114% 가속), 200℃(185% 가속), 250℃(257% 가속) 온도 스트레스가 더욱 더 가혹한 조건의 환경이 될수록 절연 수명은 약 49분, 26분, 11분, 9분을 결과로 기록하였다.
- 본 연구에서는 고유연성 PAI (polyamideimide) 수지에 나노 실리카를 충진 분산된 함량 5 wt%의 바시를 제조하여 1차로 도체에 절연층을 코팅하였고 그리고 그 위에 반 코로나성을 갖는 절연피막으로 PAI수지에 나노 실리카를 15 wt% 충진 분산시킨 바니시를 이용하여 이중층으로 표면을 코팅한 코일을 제조하였다. 건조온도 T/D의 조건 즉, 200℃, 240℃, 그리고 260℃로 건조시켜 제조된 코일에 인버터 서지(1.
- 본 연구에서는 고유연성 PAI (polyamideimide) 수지에 나노 실리카를 충진 분산된 함량 5 wt%의 바시를 제조하여 1차로 도체에 절연층을 코팅하였고 그리고 그 위에 반 코로나성을 갖는 절연피막으로 PAI수지에 나노 실리카를 15 wt% 충진 분산시킨 바니시를 이용하여 이중층으로 표면을 코팅한 코일을 제조하였다. 건조온도 T/D의 조건 즉, 200℃, 240℃, 그리고 260℃로 건조시켜 제조된 코일에 인버터 서지(1.5 kV/20 kHz) 와 온도 스트레스(20℃, 70℃, 100℃, 150℃, 200℃, 그리고 250℃)을 동시에 복합적으로 열화를 주어 장기신뢰성 절연 수명평가를 실시하였다. 그결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
대상 데이터
- 그림 4, 표 4에서는 Type_1의 코일로서, 유연성이 좋은 PAI 바니시에 나노 실리카 5 wt%를 충진 분산시킨 나노콤포지트를 도체에 첫 번째 코팅하고, 두 번째로 코로나 방지용으로 나노 실리카 15 wt%을 PAI수지에 충진 분산시킨 바니시를 개발하여 이중층으로 코팅한 에나멜 와이어를 건조온도조건 T/D 220℃에서 경화시켜 제조된 코일을 샘플로 사용하였다.
성능/효과
- 결론적으로 150℃(114% 가속열화)를 기점으로 그 이상의 가혹한 온도 스트레스에서는 β값이 현격하게 낮아지고(1.36∽1.42), 스케일파라미터 역시 70℃에 비하여 200℃ : 2.26, 250℃ : 2.77배 절연 수명이 상대적으로 짧은 결과를 얻었다.
- 이중층으로 제조된 코일에 PAI 원형코일과 같은 조건의 인버터 서지와 가속 온도 스트레스(20℃, 70℃, 100℃, 150℃, 200℃, 250℃)를 인가한 실험 결과, 절연 수명에 대한 와이블 플롯의 누적 확률분포 특성 결과를 나타내었다.
- 나노 실리카 5 wt% 충진 분산된 나노콤포지트를 도체에 코팅한 층에 두 번째로 15 wt% 충진 분산시킨 바니시를 이중층으로 코팅한 에나멜코일의 장시간 절연 수명이 상온 상태(20℃)에서 PAI 원형코일의 수명과 비교하여볼 때 약 30.8배 긴 절연 수명의 결과를 얻었다. 그러나 정상적인 전동기 운전온도 70℃에서는 원형코일보다 약 8배 절연 수명이 길었다.
- 6배로 급격하게 절연 수명이 떨어지는 결과이다. 또한 200℃, 250℃ 가혹한 온도 스트레스에서는 2.2배 높은 결과로서, 인버터 서지의 조건보다는 온도 스트레스로 인한 열화가 더욱더 절연 수명에 치명적인 결과를 가져온 것으로 사료된다.
- 8배 긴 절연 수명을 나타내었다. 그 이상의 가혹한 온도 스트레스 환경인 100℃, 150℃, 200℃, 250℃ 의 경우와 비교하여 볼 때 7.95배, 2배, 1.88배 그리고 1.44배의 결과를 얻었다. 150℃(114% 가속열화)을 기점으로 온도 스트레스의 영향이 매우 큰 결과를 나타내고 있다.
- 3배 긴 절연 수명을 나타내었다. 100℃, 150℃, 200℃, 250℃ 가속된 온도 스트레스가 가혹 할수록 PAI 원형코일 보다 현격하게 낮아지는 절연 수명이 5.45배, 1.52배 ,2.10배 그리고 2.10배로서 원형과 이중층의 코일과 거의 유사한 절연 수명의 결과를 얻었다. 이상의 결과를 분석하여볼 때, PAI 원형코일에서는 20℃∽150℃ 범위에서는 절연 수명의 차이는 크지 않았다.
- 10배로서 원형과 이중층의 코일과 거의 유사한 절연 수명의 결과를 얻었다. 이상의 결과를 분석하여볼 때, PAI 원형코일에서는 20℃∽150℃ 범위에서는 절연 수명의 차이는 크지 않았다. 그러나 3종류 Type T/D :220℃, 240℃ 260℃ 건조온도에서 제조된 에나멜코일의 경우는 150℃(114% 가속열화)에서 매우 크게 절연 수명이 짧아지는 경향을 나타낸 것이다.
- 1. Type_1, Type_2, Type_3 그리고 PAI 원형코일 4종류에 대한 상온상태인 20℃ 상태에서 인버터 서지만을 주었을 때 원형코일과 이중층코일과 절연 수명평가 결과를 비교하여 볼 때 PAI 원형코일에 비하여 30배, 11배 그리고 15배의 큰 차이를 나타내었다. 이는 순수한 인버터 서지만의 경우는 PAI 원형코일에 비하여 매우 긴 절연 수명을 갖고 있음을 알았다.
- 2. 150℃(114% 온도 스트레스 가속열화)를 기점으로 200℃, 250℃ 가혹한 온도 스트레스를 주어짐으로 절연 수명이 현격하게 감소되는 결론을 얻었다. 이는 반 코로나성을 위해 1차와 2차 나노 실리카를 5 wt% 그리고 15 wt% 충진 분산시켜 이중층으로 제조된 코일의 경우 구리금속과 절연피막이 고온부부에서 장시간 열화가 가속됨으로 금속과 고분자 계면에 박리현상과 열팽창계수로 인한 결함의 발생 결과로 현격하게 수명이 저하된 결론을 얻었다.
- 150℃(114% 온도 스트레스 가속열화)를 기점으로 200℃, 250℃ 가혹한 온도 스트레스를 주어짐으로 절연 수명이 현격하게 감소되는 결론을 얻었다. 이는 반 코로나성을 위해 1차와 2차 나노 실리카를 5 wt% 그리고 15 wt% 충진 분산시켜 이중층으로 제조된 코일의 경우 구리금속과 절연피막이 고온부부에서 장시간 열화가 가속됨으로 금속과 고분자 계면에 박리현상과 열팽창계수로 인한 결함의 발생 결과로 현격하게 수명이 저하된 결론을 얻었다.
- 그러나 가혹하게 온도 스트레스가 주어짐으로 인하여 β값도 낮아졌다. 즉, 기울기가 작아짐은 파괴되는 수명의 분포가 매우 넓게 분포됨을 의미한 것으로 균질성이 매우 떨어진 결과이다.
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