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문제 정의
- 표 2는 그림 4 의 압력에 대한 온도변화를 표로 나타내었다. 본 실험은 온도-압력변화에 따른 SF6의 절연특성에 대한 물리적 특성을 알기 위한 실험이다.
- 본 연구는 실험용 모의 GIS 장치 내의 온도변화에 따른 SF6가스의 절연특성에 관한 연구이다. 본 연구는 극한 또는 혹서 환경에서 온도변화에 대한 GIS 전력설비의 고신뢰성과 안정성을 가진 SF6가 스 절연 전력설비의 최적 절연설계 및 최적 설비 운용 자료로서 활용 될 것으로 판단된다.
제안 방법
- 한번 실험의 소요 시간은 약 8~10시간이 소요되었다. 상온에서 50"C까지 온도의 상승은 모의 GIS 주변에 전열기를 이용하여 온도를 서서히 상승시켜 실험을 행하였다. 저온화 실험시 실험용 챔버의 상단 부분의 열적 차폐를 막기 위해 드라이아이스를 가루로 만들어 얇은 드라이아이스 층을 만들었다.
- 각 압력별 절연파괴가 상승하는 부분에 관측창을 통해 관측하였다. 그 결과 각 압력에 따라 임계온도 이하의 경우 액화가 진행되어 액화된 SF6가 침 선단에 모여 물방울과 같은 모양으로 떨어지기 시작하였다.
- 먼저 50~-50℃의 온도 변화에 따른 각각 내부압력(2-6[atm]) 유지시 SF6 가스의 절연파괴 전압을 측정하였다. 또한 실험용 모의 GIS 챔버 내의 가스량의 변화 없이 일정 가스량 유지시 온도-압력 변화에 대한 SF6 가스의 절연파괴 전압을 측정하였다. 절연파괴 전압은 10회를 측정하여 평균값으로 그래프에 표시하였다.
- 먼저 50~-50℃의 온도 변화에 따른 각각 내부압력(2-6[atm]) 유지시 SF6 가스의 절연파괴 전압을 측정하였다. 또한 실험용 모의 GIS 챔버 내의 가스량의 변화 없이 일정 가스량 유지시 온도-압력 변화에 대한 SF6 가스의 절연파괴 전압을 측정하였다.
- 모의 GIS 장치 내부온도를 관측하기 위하여 온도센서 (UNICON, -50[笆]~50也])를 GIS 내부 중심부에 전극부와 평행하게 전극 중심부와 약 8[cm] 떨어진 곳에 설치하였다. 모의실험용 GIS 내부압력을 측정하기 위해 압력계(WISE, 0~15기압)를 설치하였다. 실험용 모의 GIS 내부를 진공펌프 (SINKU KIKO Co.
- 본 연구에서는 모의 GIS장치내의 침대평판전극의 간극을 3[mm], 기압은 2~5기압(kgf/cm?)까지 변화시켰으며, 장치내의 온도는 50PC]~-30[℃]까지 변화시켰다.
- 본 연구에서는 모의 GIS장치내의 침대평판전극의 간극을 3[mm], 기압은 상온 (20[℃]) 일 때 4- 6[kgf/cr旳에 대해 장치내의 온도를 50[^]~-50 [P]까지 변화시켰다.
- 전압의 측정은 고전압 분압기와 오실로스코프를 이용하여 그림 1과 같이 구성하여 전압을 서서히 상승 인가시 1번의 아크 방전이 발생될 때 전압값을 측정하였다. 부정 현상을 없애기 위해 처음 10번 정도 방전시킨 후 절연파괴 전압값을 측정하였다. 고전압인가는 약 절연파괴 전압의 50% 정도는 초 당 l[kV] 속도로 인가하였다.
- 본 연구에 사용된 실험장치를 그림 1, 사진 1에 나타내었다. 사용된 전압원은 교류 고전압(일본, Pulse Hectronic. Co. Ltd, 입력 : AC 200V 5Q/60Hz, 출력 : 60kV)올 사용하였다 절연파괴전압의 측정은 High Voltage divider (Pulse Electronic Engineering, EP-300K, 10000:l)와 Digital storage type oscilloscope(Lecroy 9350AL)를 사용하여 관측하였다. 모의 GIS 장치 내부온도를 관측하기 위하여 온도센서 (UNICON, -50[笆]~50也])를 GIS 내부 중심부에 전극부와 평행하게 전극 중심부와 약 8[cm] 떨어진 곳에 설치하였다.
- 액화 SF6의 절연내력을 알기 위해 계속 가스를 주입하여 전극계 전부를 액화 SF6 가스로 함침시 켜 절연파괴 전압을 측정하려 하였다. 이때 액화 SF6의 절연내력은 인가전압의 한계치(60[kV]) 이상의 절연내력을 가지고 있다는 것이 확인되었다.
- 5[kV] 속도로 절연파괴까지 전압을 인가하였다. 온도 변화를 위해 그림 1에 보는 바와 같이 모의 GIS 챔버 벽면에 드라이아이스의 양을 조절하여 온도를 변화시켰다. 한번 실험의 소요 시간은 약 8~10시간이 소요되었다.
- 상온에서 50"C까지 온도의 상승은 모의 GIS 주변에 전열기를 이용하여 온도를 서서히 상승시켜 실험을 행하였다. 저온화 실험시 실험용 챔버의 상단 부분의 열적 차폐를 막기 위해 드라이아이스를 가루로 만들어 얇은 드라이아이스 층을 만들었다.
- 전압의 측정은 고전압 분압기와 오실로스코프를 이용하여 그림 1과 같이 구성하여 전압을 서서히 상승 인가시 1번의 아크 방전이 발생될 때 전압값을 측정하였다. 부정 현상을 없애기 위해 처음 10번 정도 방전시킨 후 절연파괴 전압값을 측정하였다.
대상 데이터
- Ltd, 입력 : AC 200V 5Q/60Hz, 출력 : 60kV)올 사용하였다 절연파괴전압의 측정은 High Voltage divider (Pulse Electronic Engineering, EP-300K, 10000:l)와 Digital storage type oscilloscope(Lecroy 9350AL)를 사용하여 관측하였다. 모의 GIS 장치 내부온도를 관측하기 위하여 온도센서 (UNICON, -50[笆]~50也])를 GIS 내부 중심부에 전극부와 평행하게 전극 중심부와 약 8[cm] 떨어진 곳에 설치하였다. 모의실험용 GIS 내부압력을 측정하기 위해 압력계(WISE, 0~15기압)를 설치하였다.
- 본 연구에 사용한 전극은 침대평판전극과 평 판대 평판전극을 사용하였다. 각 전극부에서 하부전극인 평판 전극은 직경 59[mm]의 로고스키 타입이고 재질은 스테인레스 스틸로 제작된 것이다.
- 모의 GIS 내부에 설치된 온도센서와 전극부를 관측할 수 있는 관측 창(직경 110[mm], 두께 20[mm])< 설치하였다. 이 관측창의 재질은 투명 아크릴이며, 원통형으로 제작 설치하였다.
- 각 전극부에서 하부전극인 평판 전극은 직경 59[mm]의 로고스키 타입이고 재질은 스테인레스 스틸로 제작된 것이다. 침전 극은 직경 5.9[mm], 침단각도는 23°, 길이의 스테인레스 스틸로 제작된 것을 사용하였다.
성능/효과
- 계속 전압을 상승시킬 경우 중심에서 절연 파괴가 발생하였다. 그 결과 액화 SF6의 절연파괴 전압은 상당히 높을 것이라고 판단되었다. 이 현상 이후에 계속하여 가스를 주입할 경우 액화의 진행 속도가 빨라서 챔버 내부에 일정시간동안 일정 압력의 유지가 어려워 실험을 진행하기 어려웠다.
- 표 1은 그림 2의 절연파괴전압 특성을 간략히 나타냈다. 기압의 상승과 함께 절연파괴전압은 20 [℃]일 때 2기압, 3기압, 4기압, 5기압에서 절연파괴 전압은 각각 26.2[kV], 30.1[kV], 37.1[kV], 41.3[kV]로 기압이 1기압씩 증가할수록 4~5[kV] 정도 높아지는 경향을 보였다. 기압이 증가하면 SF6가스 밀도의 증가로 절연파괴전압이 높아진다.
- 액화 SF6의 절연특성에 관한 연구는 향후 더욱 연구의 필요성이 있다고 판단된다. 즉 저온화가 진행되면 결국 SF6의 액화가 직접적 원인이 아니라 액화진행으로 인한 압력의 급속한 저하로 인해 SF6의 절연 내력이 급격히 낮아지게 되는 결론에 이르게 되었다.
후속연구
- 본 연구는 실험용 모의 GIS 장치 내의 온도변화에 따른 SF6가스의 절연특성에 관한 연구이다. 본 연구는 극한 또는 혹서 환경에서 온도변화에 대한 GIS 전력설비의 고신뢰성과 안정성을 가진 SF6가 스 절연 전력설비의 최적 절연설계 및 최적 설비 운용 자료로서 활용 될 것으로 판단된다.
- 액화 SF6의 절연특성에 관한 연구는 향후 더욱 연구의 필요성이 있다고 판단된다. 즉 저온화가 진행되면 결국 SF6의 액화가 직접적 원인이 아니라 액화진행으로 인한 압력의 급속한 저하로 인해 SF6의 절연 내력이 급격히 낮아지게 되는 결론에 이르게 되었다.
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