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제안 방법
- 가동부의 이동에 따라 계산격자가 찌그러지는 문제점을 해결하기 위해 Fig. 3 고} 같이 시간에 대해서 고정된 계산격자 안에서 가동부의 고체영 역이 움직이는 기법을 사용하였다. 가동부가 이동 함에 따라 시간 t 에서 고체영역이었던 부분은 시간 t+At 에서 기체영역으로 바뀌고, 반면에 기체 영역이었던 부분은 고체영역으로 셀의 특성이 바 뀌게 된다.
- 냉가스 유동해석은 소전류 차단 시에 아크 에 의한 영향을 무시할 수 있는 경우에 이용되며, 해석결과로 얻어진 밀도, 압력과 전계해석으로 구 하여진 전계강도를 이용하여 내전압 특성을 계산 하는데 이용된다. 또한 이동경계조건 (moving boundary condition)[5]이 포함되어 있는 차단기 의 개극동작 등 차단의 전과정을 모의하고, 동시에 유동공간에서의 유동을 효과적으로 계산하기 위하여 고정계 산격 자를 도 입 함으로써 계산격 자의 찌그러짐 문제를 해결하였다.
- 본 연구에서는 압축성 축대칭 Navier-Stokes 방 정식을 이용하여, 파퍼식 가스차단기 내부의 아크 를 고려하지 않는 냉가스 유동 특성해석을 수행하 였고, 실린더 내의 압력 및 고정아크접점 선단에 서의 압력을 실험결과와 비교하였다. 실린더 내의 촤대압력 상승치 및 최대압력상승 시간은 실험결과와 매우 잘 일치하였으며, 고정아크접점에서의 압력도 비슷한 경향을 보였다.
- 이러한 과정이 재점호(restrike)없이 수행될 경우, 차 단기는 고장전류를 차단하게 된다. 수치해석 시에 는 격자생성 등의 문제로 인하여 실제적인 작동원 리와는 반대로 Fig. 2에 도시한 것처럼 고정접점 과 피스톤이 왼쪽 방향으로 이동을 하여 파퍼 실 린더 내 가스를 압축하는 것으로 모델링 하였다.
- 차단기의 정격 전압 및 정격 전류에 따라서 차 단부의 형상, 초기 충전 압력 및 스트로크 곡선 등이 약간씩 다르며, 해석 시에는 이들을 모두 고려하여 해석을 진행한다. 유동해석은 작동유체인 SF& 가스 온도범위를 이상기체로 간주하여 이상기 체 상태방정식을 적용하였으며, 이 때에 사용된 가스 물성치는 기준온도 288 K 에서 정적비열(厲)583.5 J/kg-K, 정압비열(C。) 640.4 J/kg-K, 기체상 수(R) 56.95 J/kg-K, 비열비(丫) 1.09, 음속(c)134.2 m/s 이다[7]. 초기조건은 상온 하에서 정지해 있으며, 스트로크 곡선을 따라 가동부(피스톤 과 고정아크접점)를 이동시켜 계산을 수행하였다.
- 차단기의 정격 전압 및 정격 전류에 따라서 차 단부의 형상, 초기 충전 압력 및 스트로크 곡선 등이 약간씩 다르며, 해석 시에는 이들을 모두 고려하여 해석을 진행한다. 유동해석은 작동유체인 SF& 가스 온도범위를 이상기체로 간주하여 이상기 체 상태방정식을 적용하였으며, 이 때에 사용된 가스 물성치는 기준온도 288 K 에서 정적비열(厲)583.
- 2 m/s 이다[7]. 초기조건은 상온 하에서 정지해 있으며, 스트로크 곡선을 따라 가동부(피스톤 과 고정아크접점)를 이동시켜 계산을 수행하였다. 총 스트로크 길이에 대한 시간구간은 490 회로 나 누었으며, 각각의 시간구간마다 100 회씩 반복하여 총 50, 000회의 계산을 수행하였다.
- 초기조건은 상온 하에서 정지해 있으며, 스트로크 곡선을 따라 가동부(피스톤 과 고정아크접점)를 이동시켜 계산을 수행하였다. 총 스트로크 길이에 대한 시간구간은 490 회로 나 누었으며, 각각의 시간구간마다 100 회씩 반복하여 총 50, 000회의 계산을 수행하였다.
이론/모형
- 대류항의 이산화기법으로 풍상차분도식 (Upwind Differencing Scheme, UDS)을사용하였다[6]. 난류모델은 점성저층 영역의 많은 격자수를 피하고 벽 근처 지역을 연결시켜주기 위하여 벽함수(wall-function)를 사용하는 표준 k~e모델을 사용하였다. 이를 위해서는 첫번째 격자점 의 위치는 무차원거리 >广(=)也[印 )가 30-300 의 영역에 존재해야 한다.
- 위의 지배방정식을 이산화하기 위하여 수학적으 로 유도하기가 간편하고, 보존법칙을 만족시키며, 수렴성이 좋아 유체 유동장 해석에 일반적으로 많이 이용되는 유한체적 법 (Finite Volume Method,FVM)을 사용하였다. 대류항의 이산화기법으로 풍상차분도식 (Upwind Differencing Scheme, UDS)을사용하였다[6]. 난류모델은 점성저층 영역의 많은 격자수를 피하고 벽 근처 지역을 연결시켜주기 위하여 벽함수(wall-function)를 사용하는 표준 k~e모델을 사용하였다.
- 본 연구에서는 압축성 축대칭 Navier-Stokes 방 정식을 이용하여, 파퍼식 가스차단기 내부의 아크 를 고려하지 않는 냉가스 유동 특성해석을 수행하였다. 냉가스 유동해석은 소전류 차단 시에 아크 에 의한 영향을 무시할 수 있는 경우에 이용되며, 해석결과로 얻어진 밀도, 압력과 전계해석으로 구 하여진 전계강도를 이용하여 내전압 특성을 계산 하는데 이용된다.
- 위의 지배방정식을 이산화하기 위하여 수학적으 로 유도하기가 간편하고, 보존법칙을 만족시키며, 수렴성이 좋아 유체 유동장 해석에 일반적으로 많이 이용되는 유한체적 법 (Finite Volume Method,FVM)을 사용하였다. 대류항의 이산화기법으로 풍상차분도식 (Upwind Differencing Scheme, UDS)을사용하였다[6].
- 피스톤의 압축으로 인하여 발생하는 유동은 전 극이 분리됨에 따라 노즐을 통하여 출구로 빠져나 가게 된다. 출구에는 압력조건과 종속변수의 구배가 0 인 조건(Neumann condition)을 사용하였다. 벽경계면에서의 속도성분은 모두 점착조건 (no- slip condition)을 사용하였다.
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