변성기용 절연 재료로 사용되는 에폭시 수지를 시료로 선정, 5종의 배합비로 제작한 시편에 대해 절연 파괴 실험을 하며, 얻어진 데이터를 와이블 분포식을 이용, 경년 열화(經年劣和) 데이터의 통계 처리 방법을 제안하였다. 경화제 비율이 증가하면 에폭시 경화물의 에스터화로 인해 가교 밀도가 증가함으로써 저온에서의 파괴 강도가 높아졌으며, 유리 전이 온도(Tg) 영역인 11$0^{\circ}C$ 부근에서는 분자 운동이 활발해짐으로써 급격히 파괴 강도가 저하하였다. 또한, 충진제를 첨가한 경우 접합 계면에 전자가 가속되어 전반적인 파괴 강도는 무충진에 비해 낮게 나타났으며, 실란 처리를 한 경우에는 계면 접합 상태가 개선되어 충진제만을 첨가한 시료보다 좋은 절연성을 나타냈다. 와이블 분포의 분석으로부터 기기 절연의 허용 파괴 확률을 0.1% 이하로 낮추기 위해서는 허용인가 전계값이 21.5 MV/cm 이하가 되어야함을 알 수 있었다.
변성기용 절연 재료로 사용되는 에폭시 수지를 시료로 선정, 5종의 배합비로 제작한 시편에 대해 절연 파괴 실험을 하며, 얻어진 데이터를 와이블 분포식을 이용, 경년 열화(經年劣和) 데이터의 통계 처리 방법을 제안하였다. 경화제 비율이 증가하면 에폭시 경화물의 에스터화로 인해 가교 밀도가 증가함으로써 저온에서의 파괴 강도가 높아졌으며, 유리 전이 온도(Tg) 영역인 11$0^{\circ}C$ 부근에서는 분자 운동이 활발해짐으로써 급격히 파괴 강도가 저하하였다. 또한, 충진제를 첨가한 경우 접합 계면에 전자가 가속되어 전반적인 파괴 강도는 무충진에 비해 낮게 나타났으며, 실란 처리를 한 경우에는 계면 접합 상태가 개선되어 충진제만을 첨가한 시료보다 좋은 절연성을 나타냈다. 와이블 분포의 분석으로부터 기기 절연의 허용 파괴 확률을 0.1% 이하로 낮추기 위해서는 허용인가 전계값이 21.5 MV/cm 이하가 되어야함을 알 수 있었다.
The dielectric breakdown of epoxy composites used for transformers was experimented and then its data were simulated by Weibull distribution probability. As a result, first of all, speaking of dielectric breakdown properties, the more hardener increased the stronger breakdown strength at low tempera...
The dielectric breakdown of epoxy composites used for transformers was experimented and then its data were simulated by Weibull distribution probability. As a result, first of all, speaking of dielectric breakdown properties, the more hardener increased the stronger breakdown strength at low temperature because of cross-linked density by the virtue of ester radical. And the breakdown strength of specimens with filler was lower than it of non-filler specimens because it is believed that the adding filler forms interface and charge is accumulated in it, therefore the molecular motility is raised, the electric field is concentrated, and the acceleration of electron and the growth of electron avalanche are early accomplished. In the case of filled specimens with treating silane, the breakdown strength become much higher since this suggests that silane coupling agent improves interfacial combination and relaxs electric field concentration. Finally, from the analysis of weibull distribution, it was confirmed that as the allowed breakdown probability was given by 0.1%, the applied field value needed to be under 21.5MVcm.
The dielectric breakdown of epoxy composites used for transformers was experimented and then its data were simulated by Weibull distribution probability. As a result, first of all, speaking of dielectric breakdown properties, the more hardener increased the stronger breakdown strength at low temperature because of cross-linked density by the virtue of ester radical. And the breakdown strength of specimens with filler was lower than it of non-filler specimens because it is believed that the adding filler forms interface and charge is accumulated in it, therefore the molecular motility is raised, the electric field is concentrated, and the acceleration of electron and the growth of electron avalanche are early accomplished. In the case of filled specimens with treating silane, the breakdown strength become much higher since this suggests that silane coupling agent improves interfacial combination and relaxs electric field concentration. Finally, from the analysis of weibull distribution, it was confirmed that as the allowed breakdown probability was given by 0.1%, the applied field value needed to be under 21.5MVcm.
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문제 정의
본 연구에서는 에폭시 수지를 시료로 선정, 5 종의 배합비로 제작한 시편에 대해 절연 파괴 실험을 실시하여 얻어진 데이터를 수명 평가나 파괴 통계에서 주로 이용되는 와이블 분포식을 이용, 임의의 허용 파괴 확률에서의 허용인가 전계의 값을 추정, 안전성을 판단하기 위하여 경년 열화(經年劣化) 데이터의 통계처리 방법을 제안하였다.
제안 방법
충격, 인장 강도를 개선시켰다. 또한 기계적 및 열적 특성을 보완하기 위하여 충진제로 입경 9.5~ 38㎛ 실리카(SiO2)를 첨가하였다[7-8].
측정하였다. 또한 측정 회수는 동일 조건에서 10개의 시편을 취하여 그 평균값을 파괴 전압으로 하였다.
본 연구에서는 비스페놀-A형(Bisphenol-A type)인 에폭시 수지와 산무수물 계통의 경화제인 MeTHPA(Methyl Tetra Hydro Phthalic Anhy- dride)를 일정한 배합 비율로[4-6], 1차 경화(100℃, 2 hr) 및 2차 경화(140℃, 6hr)시켰으며 유연제인 DY-040을 5wt% 첨가하여 충격, 인장 강도를 개선시켰다. 또한 기계적 및 열적 특성을 보완하기 위하여 충진제로 입경 9.
건조시켰다. 실란 충진제를 액상 에폭시와 배합 후 진공가열 교반기에 넣고 80℃에서 lhr 정도 교반하여 충진제를 균일 분산시키고 경화제를 첨가하였다. 배합수지는 미리 예열시킨 금형에 주입한 후 100℃에서 2hr 경화 및 140℃ 에서 6hr 2차 경화시켰다.
유기계 모체수지와 무기계 충진제의 열팽창 계수는 큰 차이가 있어 복합재료의 성능을 향상시키는 목적에서 계면 결합제로 아미노 실란 계통의 N-(N-(β-Aminoetyl)-γ -Aminopropyltrimetoxy- SilaneX 1% 농도로 수용액에 희석하여 실리카 표면을 실란 처리하여 제조하였다. 표 1에 시료의 조성비 및 경화 조건을 나타냈다.
절연 파괴 실험 장치는 그림 1과 같이 구성하였으며 탈기 처리한 실리콘 오일 중에서 온도 범위 20~160℃에서 직류 전압의 승압 속도를 1kV/s로 하여 절연 파괴가 일어날 때까지 승압하면서 측정하였다. 또한 측정 회수는 동일 조건에서 10개의 시편을 취하여 그 평균값을 파괴 전압으로 하였다.
제작한 에폭시 복합체를 실리콘 오일 중에서 온도범위 20~160℃로 변화시키면서 직류 전압의 승압 속도를 lkV/s로 하여 절연 파괴 실험한 결과 및 절연 사고 예방을 위한 절연 파괴 데이터를 분석하여 다음과 같은 결론을 도출하였다.
대상 데이터
절연 파괴 실험용 시편은 직경 4mm의 스텐인레스를 두께 3mm인 에폭시에 상부 전극으로 매입하여 제작하였고, 전극간의 거리는 200㎛로 하여 구-평판 전극계를 구성하였다.
성능/효과
(1) 경화제 비율이 증가할수록 에폭시 경화 에스터화가 증대되고 가교 밀도가 높아져 저온에서는 파괴강도가 높아지며, 110℃ 부근이 분자 운동이 활발해지는 유리 전이 온도 부근이므로 고온에서는 급격히 파괴 강도가 저하하고 있는 것이다.
(2) 충진제를 첨가한 경우 에폭시와 실리카 사이에 접합 계면이 형성되어 전계가 계면으로 집중되기 때문에 전자가 가속되어 전반적인 파괴 강도는 무충진에 비해 전체적으로 낮게 나타났으며, 실란 처리를 했을때에는 계면 접합상태가 선되어 충진제 만을 첨가한 시료에서보다 높은 파괴 강도를 나타냈다. 따라서, 에폭시 복합체를 기기의 절연재료로 이용하기 위해서는 실란 처리를 통해 계면의 성장을 억제하여 절연성을 높여야 한다.
(3) 와이블 분포의 분석을 통하여, 기기 절연의 허용 파괴 확률을 0.1% 이하로 낮추기 위해서는 허용인가 전계값이 21.5MV/cm 이하가 되어야 함을 추론할 수 있었다.
(4) TSC 스펙트라의 관측에서 유리 전이 온도 이하의 영역에서는 전기적 응역에 의해 진폭차가 크지 않았으나 과도한 경화제는 분자의 운동을 둔화시켜서 TSC 감소를 유발하였다.
저온에서는 경화제 비율이 증가할수록 파괴강도가 높아지며, 110℃ 부근에서부터 급격히 파괴 강도가 저하되고 있음을 확인할 수 있는데 이는 이 온도 부근이 분자 운동이 활발해지는 열변형 온도임을 암시하며, 90℃ 이하의 저온에서 경화제 함량 비율이 높은 순서에 따라 파괴 강도가 높아지는 것은 경화제 증가에 의해 에폭시 경화물의 에스터화가 증대되어 가교 밀도가 높아지면서 절연 내력이 커져 높은 절연 파괴 강도를 나타내는 것으로 판단된다. 또한 고온부에서는 전도 전류에 의한 주울열이 발열의 원인이 되어 경화제의 첨가량이 많을수록 일종의 결함으로 작용하여 오히려 절연 강도를 저하시킴으로서 경화제 비율이 적은 시료가 높은 파괴값을 보이는 것으로 판단된다[9].
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