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문제 정의
- 본 연구에서는 PAI 원형코일을 포함한 4종류의 코일 즉, 나노 실리카를 균질 분산시킨 바니시를 제조하였고 도체에 코팅된 바니시의 경화조건 T/D: 220, 240, 260℃ 변화에 대한 코일의 교류 및 직류 절연파괴 특성을 연구하였다.
제안 방법
- 1. 측정전극은 평등전계를 가질 수 있는 IEEE규정에 의한 전극을 제조하였고, 각형코일의 절연파괴 전압을 측정하기 위해 5회 코일을 감은 서스전극 지름의 변화 5, 15, 25mmΦ에 따라 교류 및 직류 절연파괴 전압을 측정하였다.
- 고유연성을 갖는 PAI 바니시와 나노실리카15wt% 충진 분산된바니시 각각을 도체에 이중층으로 절연코팅된 각형코일의 온도환경 조건에 따른 magnet wire 샘플이 제조되었고 그리고 제조된 각형코일 샘플에 대한 교류 및 직류절연파괴 특성을 연구하였다. 그 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 을 사용하였다. 고전압을 인가하기 위해, 에나멜 절연층이 한쪽 전선에 제거되어졌고 그리고 측정샘플이 그림 1에서 나타낸 바와 같이 평등전계를 제공하는 용기 내에 잠기도록 하였다. 코일절연파괴전압이 절연파괴가 일어날 때까지 일정하게 0.
- 그림 2에서 보여준 것처럼 5회 감기어진 코일샘플의 지름이 3종류 즉, 5mm∅, 15mm∅ 그리고 25mm∅ 샘플에 대한 교류 및 직류 절연파괴 내전압 측정을 실시하였다.
- 실린더로 밀접하게 접촉 또는 꼬여진 쌍으로 작은 용기 내에 U자형 샘플 그리고 작은 용기 내에 감기어진 코일 등이 있다. 모든 측정전압은 AC 전압 60Hz 공칭주파수 하에서 수행되어지고 또는 직류 전원 하에서 실험을 실시하였다. 측정전압은 코일의 절연이 파괴될 때까지 일정한 승압속도로 공급하였다.
- 그림 3, 표 2에서는 PAI 원형코일이 감긴 권수를 5회로 하였고 그림 2에서 나타낸 바처럼 코일곡률 크기를 3종류(5,15,25mmΦ)로 하였다. 한 쪽 코일단자의 절연층을 제거하였고 나머지 감기어진 코일 전체가 0.4mm 구슬입자가 가득찬 챔버에 잠긴 상태에서 100kV DC 고전압 발생장치로 부터 0.5kV/s 일정한 속도로 승압하여 코일의 절연층을 파괴하였다. 측정된 결과를 그림3에서 와이블플롯으로 나타내었다.
대상 데이터
- PAI 전선 및 PAI/나노실리카(충진함량 15wt%) 바니시를 직각 형태의 구리전선(이하 각형코일이라 한다)에 코팅하여 Sam Dong Co., Ltd., 에서 제조하였다. 각형코일의 에나멜 절연층 두께는 30~50μm이고, 두께와 폭이 각각 0.
- 실험에 사용하는 전극은 0.4mmΦ를 갖는 금속입자가 가득차게 챔버에 주입되어 졌고, 챔버를 접지로 연결된 측정전극이 이용되어졌다[5].
- 23 mm이다. 첫 번째 코일전선은 PAI 원형수지로 코팅되어졌고 그리고 3종류의 코일은 고유연성을 갖는 PAI의 코팅 층과 그리고 코로나억제 PAI (나노실리카 15wt%) 층이 이중층으로 된 코일을 사용하였다. Type_1, Type_2 그리고 Type_3가 각각 T/D : 220oC, 240oC, 260oC로 건조하였다.
- 코일샘플의 형상 및 굵기는 각형코일로서 절연층의 두께는 30~50 μm 그리고 각형코일의 두께와 폭이 각각 0.77~0.83 mm 그리고 1.17~1.23 mm 코일이 사용되어졌다.
성능/효과
- 2. PAI원형 코일에서는 직류의 경우 교류 Vmax로 그러나 교류Vrms로 표현할 때, 이론과 실측이 거의 일치하였다. 그러나 나노실리카의 충진 분산 결과 직류의 경우 상대적으로 절연파괴 내전압이 증가된 결과를 얻었다.
- 3. T/D온도 조건 220℃, 240℃, 260℃ 코일의 온도변화에 따른 절연파괴 온도특성에서 온도가 낮은 220℃에서 상대적으로 코일의 절연파괴 내전압이 증가됨을 알 수 있었다.
- 측정된 결과를 그림3에서 와이블플롯으로 나타내었다. 3가지 파라미터 여기서, 스케일파라미터는 누적확률이 실패(fail)에 기대되는 값으로 63.2%에 의해 결정되는 확률 %를 나타내었고 그리고 형상파라미터는 데이터 분포를 의미하는 기울기로부터 얻어질 수 있는 누적확률 %를 나타낸 것이다. 와이블 플롯에서 기울기가 크면 균질성이 크고, 작으면 균질성이 작은 경우를 의미한다.
- Vol. 65, No. 10, OCT, 2016해석적 방법을 이용한 슬롯리스 양측식 코어드 타입 영구자석 발전기의 와전류 손실 해석 1725의 경우는 직류절연파괴 내전압의 결과 7.90kV이며, 교류 절연파괴 내전압의 경우 5.13kV의 결과로서 역시 직류가 교류보다 절연파괴 내전압이 154%가 높은 결과이다. 5mmΦ에서는 앞서 나타낸바와 같이 DC를 교류 최대값으로, AC실효값이 6.
- PAI 원형 코일의 DC 절연파괴 내전압은 코일곡률이 작을수록 절연파괴 내전압이 높았고 그리고 이와는 반대로 감긴 코일곡률이 클수록 절연파괴 내전압이 낮은 결과를 얻었다. 교류 절연파괴 내전압을 비교 검토하여 볼 때, 코일곡률이 5mmΦ 샘플에서,직류절연파괴 내전압은 10.
- 58kV이었다. 교류에 대한 직류절연파괴 내전압의 비율은 147.7%로서 DC가 AC보다 47.7% 절연파괴전압이 높은 결과를 얻었다. 또한 25mmΦ인 경우 직류절연파괴 내전압은 9.
- 95kV 이었다. 그 결과 교류에 비하여 직류절연파괴 내전압은 165.2%로서 DC가 AC보다 65.2% 절연파괴 내전압이 높은 결과를 얻었다. 교류의 피크 전압값 Vmax를 직류의 크기 Vrms로 표현하면 즉, 교류의 실효값V rms #로 표현된다.
- 58kV가 되어야 한다. 그러나 실제 측정결과는 이론적 교류 실효치에 비하여 각각 0.96kV, 0.59kV 그리고 0.45kV로서 오히려 이론값에 비하여 높은 실효값의 결과를 얻었다.
- 39kV가 되어야 한다. 그러나 실제 측정결과는 이론적 교류 실효치에 비하여 각각 1.02kV, 1.13kV 그리고 1.62kV 순서로 코일곡률이 클수록 오히려 이론값에 비하여 높은 실효값의 결과를 얻었다. 이는 내코로나성의 강화를 위하여 충진된 나노실리카의 영향으로, 공간전하 억제효과에 기인한 것으로 사료된다.
- 2과의 차이가 PAI 원형코일에서는 실제와 이론이 거의 근사한 값을 나타내었다. 그러나, PAI의 유연성이 좋은 절연층과 나노입자 15wt% 충진된 바니시가 코팅된 코일의 절연층은 코로나 억제용으로 구성된 이중층으로 높은 절연파괴 결과를 얻었다. 직류 절연파괴 경우 나노실리카의 충진함량이 15wt%로서 PAI원형보다공간전하의 억제로서 역할을 하는 것으로 사료되며 또한 교류절연파괴의 경우 PAI원형보다 약간 낮은 절연파괴 결과는 PAI(나노실리카 15wt% 충진)가 전기적 절연으로의 큰 역할을 하지 못한 경우로 사료 된다.
- 둘째, DC 절연파괴의 경우를 비교하여 볼 때, DC를 Vmax 교류 최대값으로 그리고 AC 절연파괴를 Vrms 실효값으로 평가할 때, 실제 교류절연파괴 값과 이론적인 값 Vrms=Vmax/ #2과의 차이가 PAI 원형코일에서는 실제와 이론이 거의 근사한 값을 나타내었다.
- 몇몇 연구자[7]들은 인버터 회전기기에 대한 나노입자가 충진된 에나멜선의 바니시 여러 특성 중 PDIV (partial discharge inception voltage)화 되지는 않는다고 보고하였다. 마이크로크기 입자가 충진된 바니시 경우 최악의 결과 즉, PDIV는 낮아지고 그리고 절연수명은 매우 낮게 증가하고 그리고 결합력은 크게 감소하였다. Demura[8]의 경우, 전착시스템(electro-deposition)을 통한 각형코일의 절연에 폴리이미드를 적용한 결과, 높은 열적저항성과 전기적 절연파괴 특성 향상은 층상절연두께 균일성 때문으로 보고하였다.
- 셋째, T/D 온도조건 변화에 따른 AC, DC 절연파괴 특성: 제조공정과정의 T/D: 220℃>240℃>260℃ 온도가 낮을수록 DC:곡률의 크기 5mmΦ: 11.48 ← 11.05 ← 9.75kV 그리고 15mm Φ:10.71 ← 10.5 ← 8.54kV 그리고 25mmΦ:10.46 ← 9.73 ← 7.9kV로서 교류의 경우도 거의 같은 경향을 나타내었다.
- 이상의 결과를 분석하여 볼 때, 첫째, 코일 곡률이 클수록 AC,DC의 경우 낮은 절연파괴 전압의 결과를 얻었다.
- 30kV 이었다. 절연파괴 내전압의 비율이 140.96%로서 DC가 AC보다 절연파괴 내전압이 높은 결과를 얻었다. 코일곡률이 15mmΦ인 경우 직류절연파괴 내전압은 9.
- 그림 6, 표 5에서는 Type_3의 코일로서, PAI 수지층 과 15wt% 나노실리카를 분산시킨 바니시를 이중층으로 코팅한 코일샘플로서, T/D : 260℃의 온도조건에서 열처리한 코일의 직류 절연파괴특성을 나타낸 것이다. 코일곡률이 작을수록 파괴전압이 높고 반대로 곡률이 클수록 절연파괴전압이 낮아지는 특성을 얻었다. 곡률이 5mmΦ인 경우, 직류 절연파괴 내전압이 9.
- 측정전극은 평등전계를 가질 수 있는 IEEE규정에 의한 전극을 제조하였고, 각형코일의 절연파괴 전압을 측정하기 위해 5회 코일을 감은 서스전극 지름의 변화 5, 15, 25mmΦ에 따라 교류 및 직류 절연파괴 전압을 측정하였다. 코일지름이 증가할수록 파괴전압은 낮고 반대로 코일지름이 감소할수록 높은 파괴전압을 나타내었다.
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