산업사회의 발달과 더불어 신뢰성 높은 양질의 전기에너지와 운전 및 보수의 간편화, 계통 운용의 신뢰성, 안전성 확보가 요구되고 있다. 본 논문에서는 각종 전력설비에서 SF6을 대체하여 사용되고 있는 친환경절연제 $N_2-O_2$혼합가스 고체 절연물의 절연파괴특성과 고체절연재로 사용되고 있는 테프론의 연면절연특성을 압력에 따른 특성을 확인하였다. 대기와 비슷한 성분비 일 때 상대적으로 절연파괴특성이 테프론의 연면절연특성이 안정화되며, Paschen 법칙에 의해 평등전계에 가까운 전극중의 기체의 절연파괴전압은 압력에 비례하여 높아지고 있음을 실험을 통하여 확인하였다. 연면절연파괴전압은 압력에 따라 선형적으로 증가하였으며, 혼합가스의 $O_2$ 가스 혼합비에 따라 절연파괴전압의 차이가 발생하였다. 이는 $O_2$ 가스의 전기적 부성기체의 영향과 분자 간 충돌거리에 의해 연면절연파괴전압이 달라졌고, 본 연구에서 분자 간 충돌거리의 영향이 더 크게 작용하였다. 연면절연특성에 따른 테프론에 적용 가능한 절연파괴전압 관계식을 산출하였다. 이러한 결과는 전력설비의 절연설계 시 기초자료로 사용될 수 있을 것이라 생각된다.
산업사회의 발달과 더불어 신뢰성 높은 양질의 전기에너지와 운전 및 보수의 간편화, 계통 운용의 신뢰성, 안전성 확보가 요구되고 있다. 본 논문에서는 각종 전력설비에서 SF6을 대체하여 사용되고 있는 친환경절연제 $N_2-O_2$ 혼합가스 고체 절연물의 절연파괴특성과 고체절연재로 사용되고 있는 테프론의 연면절연특성을 압력에 따른 특성을 확인하였다. 대기와 비슷한 성분비 일 때 상대적으로 절연파괴특성이 테프론의 연면절연특성이 안정화되며, Paschen 법칙에 의해 평등전계에 가까운 전극중의 기체의 절연파괴전압은 압력에 비례하여 높아지고 있음을 실험을 통하여 확인하였다. 연면절연파괴전압은 압력에 따라 선형적으로 증가하였으며, 혼합가스의 $O_2$ 가스 혼합비에 따라 절연파괴전압의 차이가 발생하였다. 이는 $O_2$ 가스의 전기적 부성기체의 영향과 분자 간 충돌거리에 의해 연면절연파괴전압이 달라졌고, 본 연구에서 분자 간 충돌거리의 영향이 더 크게 작용하였다. 연면절연특성에 따른 테프론에 적용 가능한 절연파괴전압 관계식을 산출하였다. 이러한 결과는 전력설비의 절연설계 시 기초자료로 사용될 수 있을 것이라 생각된다.
With the increasing development of industrial society and the availability of high quality electrical energy, the simplification of operation and maintenance procedures is required, in order to ensure the reliability and safety of electrical systems. In this paper, the dielectric breakdown character...
With the increasing development of industrial society and the availability of high quality electrical energy, the simplification of operation and maintenance procedures is required, in order to ensure the reliability and safety of electrical systems. In this paper, the dielectric breakdown characteristics of $N_2-O_2$ mixed gas solid insulation, which is used as an alternative to SF6 in various electric power facilities, are verified. When the gas mixture has a composition ratio similar to that of the atmosphere, the dielectric breakdown characteristics are relatively stabilized. It was confirmed that the breakdown voltage of the gas in the electrode near an equal electric field increased with increasing pressure according to Paschen's rule. The breakdown voltage of the surface increased linearly with increasing pressure, and the difference was caused by the mixing ratio of $O_2$ gas. This change in the surface insulation breakdown voltage was caused by the influence of the electrically negative $O_2$ gas and the intermolecular collision distance. In this study, the influence of the intermolecular impact distance was larger (than that in the absence of the electrically negative $O_2$ gas). The breakdown voltage relation applicable to Teflon according to the surface insulation characteristics was calculated. The characteristics of the surface insulation properties of Teflon, which is used as a solid insulation material, were derived as a function of pressure. It is thought that these results can be used as the basic data for the insulation design of electric power facilities.
With the increasing development of industrial society and the availability of high quality electrical energy, the simplification of operation and maintenance procedures is required, in order to ensure the reliability and safety of electrical systems. In this paper, the dielectric breakdown characteristics of $N_2-O_2$ mixed gas solid insulation, which is used as an alternative to SF6 in various electric power facilities, are verified. When the gas mixture has a composition ratio similar to that of the atmosphere, the dielectric breakdown characteristics are relatively stabilized. It was confirmed that the breakdown voltage of the gas in the electrode near an equal electric field increased with increasing pressure according to Paschen's rule. The breakdown voltage of the surface increased linearly with increasing pressure, and the difference was caused by the mixing ratio of $O_2$ gas. This change in the surface insulation breakdown voltage was caused by the influence of the electrically negative $O_2$ gas and the intermolecular collision distance. In this study, the influence of the intermolecular impact distance was larger (than that in the absence of the electrically negative $O_2$ gas). The breakdown voltage relation applicable to Teflon according to the surface insulation characteristics was calculated. The characteristics of the surface insulation properties of Teflon, which is used as a solid insulation material, were derived as a function of pressure. It is thought that these results can be used as the basic data for the insulation design of electric power facilities.
하지만 초기단계인 친환경 절연재을 이용한 전력설비에 대한 고장 및 절연파괴에 관한 대책이나 예방보전을 위한 방법에 대해서는 미비한 단계이다. 따라서 본 논문에서는 고체절연재로 널리 사용되고 있는테프론를 향후 전력설비에 적용될 친환경절연재 N2와 O2 혼합가스하에서 기초적인 절연특성을 구명(究明)하고자 한다.
제안 방법
본 논문에 사용된 실험용 모의 GIS의 내부압력을 측정하기 위한 압력계(WISE, 0∼15기압)를 설치하였다. 실험용 모의 GIS 내부에 설치된 전극배치와 고체절연물,방전로를 관측할 수 있는 아크릴 재질의 관측창(직경110[mm], 두께 20[mm])을 원통형으로 제작하여 설치하였다.
가스는 고순도의 N2 가스, O2 가스를 압력에 의한 분압법칙으로 N2 : O2의 비를 10:0, 8:2, 6:4, 4:6의 비율로 혼합한 혼합가스가 사용 되었다.
대상 데이터
실험에 사용된 전원장치는 교류용 DY-106 (AC300[kV]/120[mA])이며, 사용된 전극은 스테인레스 재질인 평판 전극(직경 59[mm]), 구(직경 41[mm])을 사용하였다. 고체유전체로 사용한 테프론은 지름은 70[mm] 두께는 1[mm] 사용하였다.
성능/효과
2에서 N2 가스의 비율 높은 MA1 혼합비의 평균 VB가 가장 높게 확인되었다. 대기와 비슷한 성분비 MA1일 때 상대적으로 절연파괴특성이 안정화되며, Paschen 법칙에 의해 평등전계에 가까운 전극중의 기체의 파괴전압은 압력에 비례하여 높아지고 있음을 확인하였다.
연면절연파괴전압은 압력에 따라 선형적으로 증가하였으며, O2 가스의 혼합비에 따라 그 차이가 발생하였다. 이는 O2 가스의 전기적 부성기체의 영향과 분자 간 충돌 거리에 의해 연면절연파괴전압이 달라졌고, 본 연구에서는 분자 간 충돌거리의 영향이 더 크게 작용하였다.
후속연구
이러한 점에서 고체절연물 종류에 따라 VS는 절연물별 전기적 특성보다는 복합절연에 의해 구성되는 복합적인 환경으로 인한 삼중점의 매질효과가 큰 차이를 발생시킨다고 생각되며 향후 연구를 통하여 검증이 필요하다.
향후 이종 고체절연물에 대한 연면절연파괴특성을 연구를 통하여 연면절연파괴 식의 검증과 이종 고체절연물에 따른 절연파괴특성을 구분함으로써 향후 전력설비의 설계시 고체절연물의 적용에 본 논문이 기초자료가 될 것으로 생각된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
SF6 가스의 특성은?
전기 에너지의 대용량화, 전력설비의 콤팩트화, 고품질, 안정성, 신뢰성 등의 공급이 가능하게 했던 것은 SF6 가스를 사용하는 GIS (Gas Insulation Switchgear) 및 전력설비이다. [1] SF6 가스는 무색, 무취, 무미의 기체이며 특히 밀도가 공기보다 대략 5배나 높아 분자간 짧은 거리와 높은 전자친화력으로 인해 뛰어난 절연내력과 우수한 아크소호능력을 가지고 있다.[2]이러한 SF6 가스 특성은 설비의 콤팩트화로 인구밀집 지역과 혼잡한 곳의 전력 공급을 가능하게 하였고, 토지면적의 효과적인 이용을 도모하였다.
본 연구에서 방전에 미치는 결정적인 요인이 분자간 충돌거리라는 점은 어떤 한계가 있음을 보여주는가?
O2 가스의 혼합비를 증가시킬수록 전기적 부성기체의 효과로 더 좋은 절연내력을 가질 것 같지만, 본 실험에서는 방전에 미치는 결정적인 요인은 전기적 부성기체의 효과 보다는 분자간 충돌거리가 더 큰 요인이 된다고사료된다. 이러한 효과는 예전부터 연구된 SF6/N2 가스의 혼합가스에서 SF6 가스의 혼합비가 50[%]를 초과하면 포화하는 경향을 보이는 것처럼, 혼합가스에서 전기적 부성기체 효과로 절연내력을 상승 시키는데 한계가 있다는 것을 보여주고 있다.
GIS (Gas Insulation Switchgear) 및 전력설비는 무엇을 가능하게 했는가?
전기 에너지의 대용량화, 전력설비의 콤팩트화, 고품질, 안정성, 신뢰성 등의 공급이 가능하게 했던 것은 SF6 가스를 사용하는 GIS (Gas Insulation Switchgear) 및 전력설비이다. [1] SF6 가스는 무색, 무취, 무미의 기체이며 특히 밀도가 공기보다 대략 5배나 높아 분자간 짧은 거리와 높은 전자친화력으로 인해 뛰어난 절연내력과 우수한 아크소호능력을 가지고 있다.
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